JPS6343249A - イオンビ−ム装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 以下の順序に従って本発明を説明する。

Ａ　産業上の利用分野 Ｂ０発明の概要 Ｃ１従来技術［第５図、第６図］ Ｄ２発明が解決しようとする問題点 Ｅ０問題点を解決するための手段 Ｆ３作用 Ｇ、実施例［第１図乃至第４図］ Ｈ０発明の効果 （Ａ、産業上の利用分野） 本発明はイオンビーム装置、特に気体イオン源方式のイ
オンビーム装置に関する。

（Ｂ、発明の概要） 本発明は、イオンビーム装置において、イオン源用ガス
の供給用を増加することなくエミッタの先端側における
イオン源用ガスのガス圧を高め、且つエミッタ周辺で放
電が起きないようにするため、 エミッタを囲繞する気体イオン源供給部材を設け、該気
体イオン源供給部材のエミッタ先端に臨む開口の面積を
気体イオン７Ｍ供給部材の基部側の内部断面積より小さ
くしたものであり、従って、本発明イオンビーム装置に
よりば気体イオン源供給部材によって差動υ１気により
エミッタ先端周辺のイオン源用ガスのガス圧を高めるこ
とができ、そのガス圧を高めるためにイオン源用カスの
供給量を増すことを必ずしも要しない。そして、差動排
気を引き出し電極によって行うのではなく気体イオン源
供給部材によって行うので引き出し電極をエミッタに徒
らに接近して配置する必要がなくなる。従って、エミッ
タ周辺で放電が起きるのを防止することかできる。

（ｃ、従来技術）［第５図、第６図］ ＩＣ，ＬＳＩの製造に不可欠な露光、半導体基板表面部
への不純物元素の注入、半導体基板表面のイオンエッチ
ンクによる加工等にイオンビーム装置が多く用いられて
いる。第５図はイオンビーム装置のイオンガンの部分を
示すものである。同図において、ａは冷凍機、ｂは該冷
凍機ａの先端面に形成された。絶縁サファイア、Ｃは１
咳１１１！、ｕサファイアｂの先端面中央部に突設され
た針状のエミッタ、ｄは筒状のサーマルシールドで、冷
凍機ａの先端部の周面及びその下側を外部から遮乞よう
に設けられている。ｅはサーマルシールドｄ内へイオン
源用ガスであるヘリウムＨｅガスを供給するパイプ、ｆ
は上記サーマルシールドｄの下端部に取り付けられたド
ーナツ状の引き出し電極で、その中心部に形成された開
口ｇは上記エミッタＣの先端の稍下側に位置するように
されており、上記エミッタＣと引き出し電極ｆとの間に
は数ＫＶから数十ＫＶの高′屯圧が与えられている。

このようなイオンガンは真空ペルジャー内に設けられて
いる。

このイオンビーム装置のイオンビーム発生原理を簡単に
説明すると、外部からト記バイブｅを通してサーマルシ
ールドｄ内にｆｊ％給されたヘリウムＨｅガスはエミッ
タＣの先端近傍を通って引き出し電極ｆの開口ｇからサ
ーマルシールドｄ外部へ排気される際に上記高電圧によ
って生じる高電界によって原子イオン化してイオンビー
ムとなる。

このような気体イオン源式−ｒオンビー２１装置は、ヘ
リウムＨｅガスの供給量を徒らに増大させることなくエ
ミッタＣの先端側におけるヘリウムＨｅガスのガス圧を
充分な輝度が得られるようにする必要がある。というの
は、エミッタＣは冷凍機ａによってｌＯｏに以下に冷却
されているが、サーマルシールドｄ内に供給されてくる
ヘリウムＨｅガスは室温であるので、第６図に示すよう
にガスの供給量が多くなると必然的にエミッタＣの温度
が高くなり、その結果、イオンビームの輝度か低下する
。

その反面においてエミッタＣの先端側におけるヘリウム
Ｈｅガスのガス圧が低いとやはりイオンビームの輝度は
低くなる。特に、供給されたガスに対する実際にイオン
されたガスの割合は例えば０．１％以下ときわめて低く
、輝度を高めるためにはエミッタＣ先端側におけるガス
圧を高めることが重要である。

ということは、ヘリウムＨｅカスの供給量を増大させな
いでエミッターＣ先端側におけるそのガス圧を高めると
いう謂わば二律背反の要求に応じなけわばならないとい
うことであるが、この要求には従来引き出し電極ｆをエ
ミッタＣに接近させ開Ｄ　ｇを小径にすることによって
差動排気することで応えようとしていた。

また、特開昭５８−４２５２号公報においてエミッタの
先端側のイオン源用ガスのガス圧をより高めるためにエ
ミッタを囲繞するガス導入機構を設けることも紹介され
ている。しながら、気体イオン源方式のイオンビーム装
置においても基本的には開口を有する引き出し電極を用
いて差動排気をすることによりエミッタ先端のガス圧を
高める技術を用いており、ガス導入機構はガス圧をほん
の少し高めるために付加したものにすぎない。

（Ｄ、発明が解決しようとする問題点）ところで、上述
した従来の差動排気は引き出し電極ｆの開口ｇを７４％
さくし、その引き出し電極ｆをエミッタＣの先端に近ず
けることによって行っていたので接地レヘルの引き出し
電極ｆとそ才１に対して数に一数十ＫＶのプラスの７１
ｆ位か与えられているエミッタとの間で放電が起き易い
という問題があった。

尤も、上記特開昭５８−４２５２号公ｇａによって紹介
されたガス導入機構を用いる技術によりば、そのガス導
入機構を設けることによって若モガス圧を高めることが
できるので、そのガス圧導入機構によってカス圧を高め
ることかできる分引き出し電極をエミッタから離すこと
かできる。

従って、若干放電を起きにくくすることかてき１＜＋る
といえる。しかし、Ｌ記公報のイオンビーム装置におい
ても基本的には引き出し電極によって差動排気を行って
いるので引き出し電極をエミッタから削すことができる
距離はほんの僅かであり、放電が起き易いという問題を
根本的に回避することはできなかった。

本発明はこのような問題点を解決すべく為されたもので
あり、イオン源用ガスの供給量を増加することなくエミ
ッタの先端側におけるイオン源用ガスのガス圧を高め、
珪つエミッタ周辺で放電が起きないようにすることを目
的とするものである。

（Ｅ、問題点を解決するための手段） 本発明イオンビーム装置は上記問題点を解決するため、
エミッタを囲繞する気体イオン源供給部材を設けてイオ
ン源用ガスを該気体イオン源供給部材を通してエミッタ
の先端側に導くようにし、そしてその気体イオン源供給
部材をそれのエミッタ先端に臨む開口の面積が基部側の
内部断面積よりも小さくなる構造にしたことを特徴とす
るものである。

（Ｆ、作用） 本発明イオンビーム装置によれば、気体イオン源供給部
材の基部側の内部断面積よりも面積を小さくした開Ｅｌ
をエミッタの先端に臨ませるのでその気体イオン源供給
部材によフて差動排気をすることができ、引き出し電極
を差動排気に利用する必要性がなくなる。従って、引き
出し電極をエミッタから充分に離してもエミッタ先端側
のイオン源用ガスのガス圧を充分に高くすることができ
るので、放電の虞わをなくしつつ充分な輝度のイオンビ
ームな得ることが可能になる。

（Ｇ、実施例）［第１図乃至第４図］ 以ド、本発明イオンビーム装置を図示実施例に従って詳
細に説明する。

第１図は本発明イオンビーム装置の一つの実施例を示す
断面図である。同図において、１は冷凍機、２は該冷凍
機２の先端部に形成された絶縁サファイア、３は該絶縁
サファイア２の先端部に形成されたエミッタ取付部で、
ガス導入孔４が形成されている。該ガス導入孔４はエミ
ッタ取付部３の周面からその中心部に略水平に延び、そ
の中心部から垂直に下方に延びて先端面中心に開口して
おり、その開口部にエミッタ５の基部がその開口部のガ
スの流通を妨げないようにしつつ取着されている。

上記カス導入孔４のエミッタ取付部３周面に開口した部
分にはカス導入バイブロが連結されている。７はサーマ
ルシールド ルド７のド端部に形成された引き出し電極、９は該引き
出し電極８の開口である。

１０はエミッタ５を囲繞するようにエミッタ取イ（１部
３先端而に形成されたノズルで、その先端には蓋１１が
形成され、該蓋１１の中心部には開口１２が形成され、
該開口１２がエミッタ５の先端の稍下方に位置されてい
る。

ガス導入バイブロを通して供給されたヘリウムＨｅガ又
はエミッタ取付部３に形成されたガス導入孔４を通り更
に上記ノズル１０とエミッタ５との間の部分を通り上記
直１１の開口１２から差動排気され、そして引き出し電
極８の開口９からサーマルシールド８外に排気される。

この第１図に示したイオンビーム装置によれば、ノズル
１０を設け、そのノズル１０の先端に小さな開口１２を
仔する蓋１１を設けることによってノズル１８内部の断
面積よりも開口１２のｉ’ｉ’＋ｉ　積を著しく小さく
することによってヘリウムＨｅガスを非常に効果的に差
動排気することを実現することかできる。従って、ヘリ
ウムＨｅガスの供給量をさほど増すことなくエミッタ５
の先端が臨むノズル１０の開口！２付近のヘリウムＨｅ
ガスのガス圧を高くすることがてきる。依って、非常に
高輝度のイオンビームを得ることができる。

そして、差動排気は引き出し電極８によって行うのでは
なくノズル１０によって行うので引き出し電極８をエミ
ッタ５に徒らに接近させる必要がなく、放電が生じる虞
れがないように充分に雛すことができる。従って、放電
も確実に防止することが可能になる。

尚、上記エミッタ５の直径を０．１２５ｍｍ、ノズル１
０（アルミナ等からなる）の内径を０゜２ｍｍ、蓋１１
の開口１２の径を０．１ｍｍとすることによってエミッ
タ５先端側におけるヘリウｂ　Ｈｅガスのガス圧をペル
ジャー内のガス圧の１０分の１以下にすることができた
。具体的にはエミッタ５先端におけるヘリウム分圧を２
×１Ｏ−５Ｔｏｒｒにすることができた。こねはエミッ
タ５先端から２０ｃｍＦ方におけるヘリウム分圧２ｘ　
１０−’Ｔｏ　ｒ　ｒの１０倍程度のガス圧である。尚
、エミッタ５先端から２０ｃｍ下方とは露光の際等に被
照射体である゛ト導体ウェハが置かれる位置（それはエ
ミッタ５先端から１０ｃｍ下方）よりも更に下側の位置
である。

上述したように、同じガス供給量でガス圧を従来の場合
の１０倍にすることができたということは、同じガス圧
ではガス供給量を従来の１０分の１にすることができる
ということである。

第２図は同じガス圧を保とうとする場合におけるｆｉｌ
ｌの開口１２の口径とガスの流量との関係を示すもので
あり、その口径を小さくするとガス流量が少くて済むこ
とがこの図から明らかである。

尚、絶縁物がチャージアップされるのを回避するために
は蓋１１にビームが照射されないようにすることが必要
であるので、ガス流量を少なくするためだからといって
開口１２の口径をあまり小さくすることはできない。や
はりエミッタ先端からの見込角をある程度広くすること
が必要である・そこで・第３図に示す変形例のようにエ
ミッタ５の先端をノズル１０の蓋１１の開口１２から突
出させるようにすることも考えられる。このようにする
と、第１図に示す場合よりもエミッタ先端におけるガス
圧が若干低下するけれどもイオンビームのエミッタ先端
からの見込み角を充分に高くすることができ、絶縁物の
チャージアップの虞れをなくすことができる。

第４図は本発明イオンビーム装置の別の変形例を示すも
のであり、この変形例はノズル１０ａの径を蓋１１ａの
開口１２ａの口径よりも著しく大きくしたものである。

このように、本発明には種々のバリエーションが考えら
れ得る。

（Ｈ，発明の効果） 以上に述べたように、本発明イオンビーム装置は、エミ
ッタと該エミッタを囲繞する気体ｒオン源供給部材とを
有し、−ト記エミッタの先端側に高電界を形成すること
により気体イオン源をイオン化するようにしたイオンビ
ーム装置において、上記気体イオン源供給部材の上記エ
ミッタの先端部近傍に位置する開口の面積が気体イオン
源供給部材の基部側の内部断面積よりも小さくされてな
ることを特徴とする。

従って、本発明イオンビーム装置によれば、気体イオン
源供給部材の基部側の内部断面積よりも面積を小さくし
た開口をエミッタの先端に臨ませるのでその気体イオン
源供給部材によって差動排気をすることができ、引き出
し電極を差動排気に利用する必要性がなくなる。従って
、引き出し電極をエミッタから充分に離してもエミッタ
先端側の−ｒイオン源ガスのガス圧をガス供給量の増大
を伴うことなく充分に高くすることができるので、放電
のＪ−７（れをなくしつつ充分な輝度のイオンビームを
得ることかり能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明イオンビーム装置の一つの実
施例を説明するためのもので、第１図は断面図、第２図
は開口の口径とガス流［１１とのガス圧を一定に保つ場
合の関係し１、第３図は本発明イオンビーム装置の変形
例の要部を示す断面図、第４図は本発明イオンビーム装
置の別の変形例を示１″断面図、第５図はイオンビーム
装置の従来例の−を示す断面図、第６図はガス流量とエ
ミッタ温度の関係を示す関係図である。 符号の説明 ５・・・エミッタ、 １０．１０ａ・・・気体イオン源供給部材、１２．１２
ａ・・・開口部。 一つｆ）大り琶例乞示す 訪面図 第１図 ロネ蚤□

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）エミッタと該エミッタを囲繞する気体イオン源供
   給部材とを有し、 上記エミッタの先端側に高電界を形成することにより気
   体イオン源をイオン化するようにしたイオンビーム装置
   において、 上記気体イオン源供給部材の上記エミッタの先端部近傍
   に位置する開口の面積が気体イオン源供給部材の基部側
   の内部断面積よりも小さくされてなることを特徴とする
   イオンビーム装置