JPS6362860B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、気状のイオンを発生する電界放電
型イオン源に関する。

近時、半導体工業の分野では半導体素子の微細
加工を行うものとして光露光、電子ビーム露光お
よびイオンビーム露光等の各種の露光技術が注目
されている。上記露光技術のうち、サブミクロン
程度の微細加工にも応用できるものとしてイオン
ビーム露光が有望視されているが、このイオンビ
ーム露光にあつては高電流でサブミクロン以下の
微小径のイオンビームの発生源が不可欠となる。
このような条件を満たすものとして、最近第１図
に示すような電界放射型イオン源（米国真空科学
および工学学会誌1979年16巻６号1610頁〜1612
頁）が開発されるに至つている。このイオン源は
容器１，金属針２およびヒータ３からなる電極本
体４と、この電極本体４に離間対向配置された外
部電極５、および電極本体４と外部電極５との間
に高電圧を印加する電源６等で構成されている。
上記容器１は有底円筒体の所謂底壁に透孔１ａを
穿いてなるもので、この透孔１ａに金属針２が挿
通されている。そして、容器１内にはガリウム金
属等のイオン発生原料が収容されるものとなつて
いる。

しかして、前記ヒータ３によりイオン発生源料
７としてのガリウム金属を液化させると、液化し
たガリウム金属は前記透孔１ａおよび金属針２の
表面を伝わつて同針２の先端に達する。このと
き、上記金属針２と前記電極５との間に高電圧を
印加しておけば、金属針２の先端に高電場が形成
され、電界放射によつて金属針２の先端の液化ガ
リウムからガリウムイオンの放射が生じる。そし
て、この放射イオンを電界レンズ等で収束するこ
とによつて、サブミクロン以下のビーム径を持つ
た高電流のイオンビームが得られることになる。

しかしながら、この種のイオン源にあつては前
記電極本体４の構造に次の(1)〜(3)のような問題が
あつた。

(1) 金属針２の作成法としては、従来タングステ
ンを用いアルカリ性電解液中で上記タングステ
ンの先端を電解研摩するようにしているが、こ
の方法では金属針２の先端の形状や半径等を再
現性良く制御することは困難である。

このため、金属針２の出来具合により金属針
２の先端に形成される電場が異なり、イオン発
生の再現性が悪かつた。

(2) 容器１の底壁に透孔１ａを精度良く穿設する
ことが困難であり、透孔１ａの形状や径の違い
によつて金属針２の先端に供給されるイオン発
生原料７の速度が変化し、最悪の場合イオンの
発生が困難となつた。

(3) 容器１の底壁と金属針２の先端との距離を一
定値に設定することは容易ではなく、このため
イオン発生特性が変動する等の虞れがあつた。

本発明は上記事情を考慮してなされたもので、
その目的とするところは、各部の形状および径等
を精度よく設定することができ、イオン発生の再
現性の向上をはかり得る電界放射型イオン源を提
供することにある。

すなわち、本発明は単結晶体で電極本体を形成
すると共に、この電極本体の下面を異方性エツチ
ングによりエツチングして前記金属針等と同様の
作用を有する角錐状の突起部を形成し、上記電極
本体の上面側に溶融したイオン発生源料を溜める
溜め部を形成し、さらに上記電極本体に上記イオ
ン発生原料を上記突起部の先端に導くための貫通
孔を設けることによつて、前記目的を達成せんと
したものである。

以下、この発明の詳細を図示の実施例によつて
説明する。

第２図はこの発明の一実施例の概略構造を示す
断面図である。図中１０はシリコン単結晶体で形
成された電極本体であり、この電極本体１０の下
面には異方性エツチングにより形成された角錐状
の突起部１０ａが設けられている。また、電極本
体１０の上面側には同本体１０の周辺部を除いて
エツチングして形成された溜め部１１が設けら
れ、この溜め部１１内にイオン発生原料７が収容
されるものとなつている。さらに、電極本体１０
の下面側には前記突起部１０ａの周辺部から上記
溜め部までエツチングして形成された４個の貫通
孔１２が設けられている。そして、電極本体１０
の下方に外部電極５が配置され、この電極５と電
極本体１０との間に電源６が接続されるものとな
つている。

ところで、前記電極本体１０、溜め部１１およ
び貫通孔１２は次のようにして製造される。第３
図ａ〜ｄは本装置の製造工程を示す図である。ま
ず、電極本体１０として厚さ400μｍで（１、０、
０）方位のシリコン単結晶板の上面に熱硬化法に
より1000℃で厚さ300Åの酸化膜２０を形成し、
写真食刻技術とエツチング技術とを用いて第３図
ａに示す如く酸化膜２０を選択エツチングする。
続いて異方性エツチング法により水酸化カリウム
とイソプロピルアルコールの混液で深さ15μｍだ
けシリコン単結晶板をエツチングすると、第３図
ｂに示す如く４角錐状の突起部１０ａが形成され
る。次に、熱酸化法により1000℃で厚さ300Åの
酸化膜２１を形成し、この酸化膜２１の表面に気
相成長法により厚さ1000Åのシリコン窒化膜２２
を形成する。そして、写真食刻技術およびエツチ
ング技術を用いて第３図ｃに示す如く酸化膜２１
およびシリコン窒化膜２２を選択エツチングす
る。続いてエツチング技術を用いて弗酸と硝酸と
の混合液でシリコンを深さ50μｍだけエツチング
し、イオン発生原料供給用の貫通孔１２を形成す
る。そして、電極本体１０の裏面に写真食刻とエ
ツチングとを施すことによりシリコンを深さ
360μｍだけ選択エツチングし、イオン発生原料
７の溜め部１１を形成する。しかるのち、シリコ
ン単結晶板を分解することにより第４図ａ，ｂに
それぞれ断面図および面図を示すような電極本体
が得られる。なお、第３図ａ〜ｄに示した例では
電極装置を２個形成するようにしたが、多数個を
同時に形成するようにしてもよいのは勿論であ
る。

このように本装置では、電極本体１０をシリコ
ン単結晶板で形成すると共に、その下面に異方性
エツチングにより四角錐状の突起部１０ａを形成
し、この突起部１０ａを従来の金属針２の代りに
用いるようにしている。ここで、異方性エツチン
グとは単結晶体をエツチングしたとき、単結晶体
のエツチング面が結晶学上の低指数面で形成され
るエツチング法である。したがつて、前記突起部
１０ａを極めて再現性良く形成することができ
る。このため、本装置をイオン源に用いることに
よつて、イオン発生の再現性の向上をはかること
ができる。さらに、本装置では溜め部１１および
貫通孔１２をエツチングにより形成しているの
で、溜め部１１および貫通孔１２の形状や径等を
再現性良く製造することができる。したがつて、
前述した(1)〜(3)に示す欠点を解除することがで
き、微小ビーム径の高電流イオンビームの発生に
非常に有効となる。また、前記電極本体１０、突
起部１０ａ、溜め部１１および貫通孔１２を一体
形成することができ、しかも前述した如く多数個
を同時に製造することができるので、ローコスト
化をはかり得る等の利点がある。

なお、この発明は上述した実施例に限定される
ものではない。例えば、前記電極本体を形成する
部材としてはシリコン単結晶板に限るものではな
く、単結晶体であればよい。さらに、そのエツチ
ング面も（１、０、０）面に限るものではない。
また、前記溜め部は必ずしも電極本体の上面をエ
ツチングして形成する必要なく、例えば電極本体
の上面に環状の枠体を被着して形成するようにし
てもよい。さらに、前記貫通孔の数や径等は、仕
様に応じて適宜定めればよいのは勿論のことであ
る。また、前記イオン発生原料としてはガリウム
の他にビスマス、金或いはアルミニウム等を用い
てもよい。その他、この発明の要旨を逸脱しない
範囲で、種々変形して実施することができる。

以上詳述したように本発明によれば、単結晶体
で電極本体を形成すると共にこの電極本体の下面
に異方性エツチングにより角錐状の突起部を形成
し、上記電極本体の上面側に溶融したイオン発生
原料を溜める溜め部を設け、さらに上記電極本体
に上記イオン発生原料を前記突起部の先端に導く
ための貫通孔を設けるようにしているので、各部
の形状および径等を精度良く設定することがで
き、イオンの再現性の向上をはかり得る電界放射
型イオン源を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のイオン源の概略構造を示す断面
図、第２図はこの発明の一実施例の概略構造を示
す断面図、第３図ａ〜ｄは製造工程を示す図、第
４図ａ，ｂはそれぞれ上記実施例の概略構造を示
す断面図および平面図である。 １０……電極本体、１０ａ……突起部、１１…
…溜め部、１２……貫通孔、２０，２１……酸化
膜、２２……シリコン窒化膜。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 単結晶体で形成され下面の一部に異方性エツ
   チングで形成してなる角錐状の突起部を有する電
   極本体と、この電極本体の上面側に形成され溶融
   したイオン発生原料を溜める溜め部と、前記電極
   本体を貫通して設けられ上記溜め部内のイオン発
   生原料を前記突起部の先端に導く貫通孔とを具備
   してなることを特徴とする電界放射型イオン源。 ２ 前記溜め部は、前記電極本体の上面側を加工
   して形成されたものであることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の電界放射型イオン源。 ３ 前記貫通孔は、前記電極本体の突起部周辺を
   エツチングして形成されたものであることを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載の電界放射型イ
   オン源。