JPH01209649A - イオン源用合金の製造方法 - 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】 〔概要〕 電界放出型溶融金属イオン源装置に用いるイオン源用合
金を製造するのに好適な方法に関し、同位元素を含まな
いイオン源用合金を容易に得ることができるようにし、
そのイオン源用合金を用いれば、純単一イオン・ビーム
を必ず生成させることが可能であるようにすることを目
的とし、イオン注入装置のイオン源で発生させた所望イ
オン中の同位元素をイオン質量分離器で除去し純粋なイ
オン・ビームを生成させる工程と、次いで、該純粋なイ
オン・ビームの注入時間及びイオン・ビーム電流の積で
決まる合金組成比の制御を行いつつターゲットである母
材に前記純粋なイオン・ビームを照射し該イオンの打ち
込みを行って同位元素を低減したイオン源用合金を作成
する工程とが含まれてなるよう構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は、電界放出型溶融金属イオン源装置に用いるイ
オン源用合金を製造するのに好適な方法に関する。

〔従来の技術〕

近年、半導体装置の製造分野では、タングステン（Ｗ）
などのニードルを溶融合金で濡らし、それに高電界を印
加してイオンを引き出す電界放出型溶融金属イオン源装
置が用いられつつある。

第４図は電界放出型溶融金属イオン源装置の従来例を表
す要部説明図である。

図に於いて、ｌはリザーバ、２はニードル、３は引き出
し電極、４は電源、５は溶融合金、６は放出される複数
種類のイオンをそれぞれ示している。

このようなイオン源装置はイオン集束器と組み合わせる
とサブ・ミクロンのイオン・ビームを容易に得ることが
できるので、マスクレス半導体プロセスや高精度イオン
分析技術などに盛んに用いられようとしている。尚、溶
融されてイオン源となる合金として、Ａｕ−３ｔ、Ａｕ
−３ｔ−ＺｎなどＡｕを母体とするものは、ＳｉやＺｎ
のイオンを提供し、従って、半導体に対する不純物ドー
ピングを始めとする諸プロセスに極めて有用である。

第５図は集束イオン・ビーム装置を表す要部説明図であ
り、第４図に於いて用いた記号と同記号は同部分を示す
か或いは同じ意味を持つものとする。

図に於いて、７はレンズ、８は質量分離器、９はレンズ
、１０は偏向器、１１はターゲットをそれぞれ示してい
る。

この集束イオン・ビーム装置では、ニードル２から引き
出されビームになったイオンはレンズ７で集束されて質
量分離器８に向かう。質量分離器８では、イオン質量分
離を行うことで純単一イオン・ビームとなし、その純単
一イオン・ビームはレンズ９で再び集束され偏向器１０
に向かう。偏向器１０では、集束された純単一イオン・
ビームを所望の通りに偏向してターゲット１１上にパタ
ーンを描くようになっている。

〔発明が解決しようとする課題〕

前記したように、溶融されてイオン源となる合金として
ＳｔやＺｎを含むものは半導体装置の製造分野に於いて
大変有用であるが、それらＳｉやＺｎには同位元素が存
在することは良く知られている。その場合、純単一イオ
ン・ビームを得る為には、質量分離器を用いてイオン分
離するのであるが、同位元素は質量数が極めて接近して
いるので、質量分離器の分解能が高いものを使用しない
と純単一イオン・ビームを生成させることはできない。

第６図（Ａ）及び（Ｂ）は同位元素を含むＳｉイオン・
ビームに関する質量スペクトラムを表す線図である。

第６図（Ａ）はＳ　ｉ＋４−＋ｓ　”　（二価）に関す
るものであり、実線は分解能が高い場合を、また、破線
は分解能が低い場合をそれぞれ示している。

図では、Ｓｉ、、のスペクトルと５ｉｎ５のスペクトル
との間にスペクトルが一つ現れているが、これは、２価
のＳｉ、、に関するスペクトルである。

第６図（Ｂ）は５ｉｚｅ−ｚ。１　（−価）に関するも
のであり、第６図（Ａ）と同様、実線は分解能が高い場
合、破線は分解能が低い場合をそれぞれ示している。

ところで、若し、分解能が低い質量分離器を使用した為
、成る物質のイオン・ビーム中に同位元素が存在した場
合には、形成されたパターンは二重になったり、パター
ンぼけを生じたりする。

第７図はイオン・ヒーム中ニＳ　ｉ”＆Ｓ　ｉ２９トが
存在した場合に形成された像を表す要部平面図である。

尚、これはＳＩＭ　（ｓｃａｎｎｉｎｇｔｏｎ　　ｍ１
ｃｒｏｓｃｏｐｅ）像である。

図から明らかなように、同位元素を含むイオン・ビーム
で描画した場合には二重像が現れ、微細パターンの形成
は不可能となる。

本発明は、同位元素を含まないイオン源用合金を容易に
得ることができるようにし、そのイオン源用合金を用い
れば、純単一イオン・ビームを必ず生成させることが可
能であるようにする。

〔課題を解決するための手段〕

現在、集束イオン・ビーム装置に多用されている質量分
離器でイオン・ビームの集束特性を最適条件に保ったま
ま、イオン質量分離を同位元素について行うことは甚だ
困難である。

本発明者は、Ｓ／Ｎ、即ち、基本元素／同位元素の割合
が大きいイオン源用合金を作成することで、１を量分離
器に多くを依存しなくても高純度の単一イオン・ビーム
を生成できるようにすることを着想した。

第１図は本発明の詳細な説明するのに必要な通常のイオ
ン注入装置の一例を表す要部説明図である。

図に於いて、２１はイオン源、２２は真空室、２３は質
量分離器、２４はターゲット、２５は電流計、２６はビ
ーム制限孔、２７は同位元素を含むＳｉイオン・ビーム
、２８は５ｉ２１イオン・ビーム、２９は５ｉｚ９イオ
ン・ビーム、３０はＳｉ”イオン・ビームをそれぞれ示
している。

第２図は第１図に見られる装置のターゲット近傍を拡大
して表した要部説明図であり、第１図に於いて用いた記
号と同記号は同部分を示すか或いは同じ意味を持つもの
とする。

図に於いて、２４Ａは基板台、２４ＢはＡｕ膜、２４Ｃ
は支持具をそれぞれ示している。

この図から明らかなように、第１図に見られるターゲッ
ト２４は基板台２４Ａ、Ａｕ膜２４Ｂ。

支持具２４Ｃで構成されている。

さて、第１図及び第２図に見られる装置は、所謂、従来
のブロードなイオン注入装置と考えて良く、次に、その
動作を説明する。尚、ブロードなイオン・ビームを用い
る理由は、電流を大にして作業時間の短縮を図る為であ
る。

イオン源２１からは同位元素を含んだＳｉイオン・ビー
ム２６が放出される。Ｓｉイオン・ビーム２６はｆｆ！
分離器２３に入射し、そこでイオン分離されることに依
って３ｉ！９イオン及びＳｉ３゜が除かれ、５１２ｍの
一価イオン若しくは二価イオンのみが選択され５ｉ２ａ
イオン・ビーム２８としてターゲット２４のＡｕ膜２４
Ｂに打ち込まれる。

この場合、Ａｕ膜２４Ｂの厚さをＤ（ｃｍ）、面積をＳ
　（ｃａ＋　”）とすると、その重量Ｍは、１９．３Ｘ
ＤＸＳ となる。また、Ｓｉのイオン電流をＩ　　（Ａ）とし、
イオン注入時間をＴ〔時間〕とすると、注入されるＳｉ
の重量ｍは、 ＩＧＸ　Ｉ　ＸＴ／Ａ／Ｑ／Ｚ となる。ここで、Ｇは原子番号、Ａはアボガドロ数、Ｑ
はクーロン数、Ｚはイオンの電価数をそれぞれ示してい
る。

本発明では、Ａｕ膜２４Ｂの重量Ｍ及び注入されたＳｉ
の重ｌｉｍを比を任意に調整し、所望の比率にして薄膜
合金を作成する。

前記のようにして得られた薄膜合金は、第５図に見られ
る電界放出型溶融金属イオン源装置のりザーバｌにいれ
て溶融し、純単一イオン・ビームとして放出するもので
ある。

このようなことから、本発明に依るイオン源用合金の製
造方法に於いては、イオン注入装置のイオン源に発生さ
せた所望イオン中の同位元素をイオン分離で除去し純粋
なイオン・ビームを生成させる工程と、次いで、該純粋
なイオン・ビームの注入時間及びイオン・ビーム電流の
積で決まる合金組成比の制御を行いつつターゲットであ
る母材に前記純粋なイオン・ビームを照射し該イオンの
打ち込みを行って同位元素を低減したイオン源用合金を
作成する工程とが含まれている。

〔作用〕

前記手段を採ることに依り、溶融してイオン化した場合
に必ず純単一イオン・ビームを生成させることが可能な
イオン源用合金を容易に得ることができ、従って、それ
に依るイオン・ビームでパターンを描画する場合、質量
分離器の分解能が低くても、二重像が現れたり、パター
ンぼけを生じたりすることは皆無となり、容易に微細パ
ターンを形成することができる。

〔実施例〕

ここでは、Ａｕ−３ｉ溶融金属イオン源用合金を製造す
る場合について説明する。

一般に、Ａｕ−３ｉの場合、重量比が９４＝６になると
融点が最低になる。今、Ａｕ膜２４Ｂの面積Ｓを１　（
ｃｍ　り　、厚さＤを１００Ｃμｍ）とすると重ｆｆ１
Ｍは０．１９３　　（ｇ）となり、これに対応する注入
５ｉ（７）重］ｍハｏ、　　０１２３　（ｇ）である。

そして、イオン電流Ｉを０．１　（Ａ）とすると、前記
重量ｍとして上げたＳｉをイオン注入する時間Ｔは前記
式から８４６〔秒〕である。

このような計算結果に基づき、第１図及び第２図につい
て説明した装置を用いててＡｕ−３ｉ溶融金属イオン源
用合金を作成し、第４図に見られる電界放出型液体金属
イオン源装置でイオン化し、第５図に見られる集束イオ
ン・ビーム装置でＳｉイオン・ビームとした。

第３図は前記のようにして製造した同位元素を含まない
Ａｕ−３ｉ溶融金属イオン源用合金を用いて得たＳｉイ
オン・ビームの質量スペクトラムを表す線図である。

図に於いて、スペクトルが破線で示しであるのは、第５
図に見られる質量分離器８の分解能が低い場合に相当す
るのであるが、そのような場合にもＳｉイオン・ビーム
中に同位元素が含まれていないので、パターンを形成し
た場合、二重像やぼけは全く現れない。

尚、前記説明に於いてはＳｉイオンを対象としたが、本
発明は、その他に例えばＺｎイオン或いはＳｅイオンな
ど種々のイオンについて実施することができる。

〔発明の効果〕

本発明に依るイオン源用合金の製造方法に於いては、イ
オン中の同位元素をイオン分離で除去し純粋なイオン・
ビームを生成させる工程と、イオン・ビームの注入時間
及びイオン・ビーム電流の積で決まる合金組成比を制御
しつつ母材に前記イオン・ビームを照射し同位元素を低
減したイオン源用合金を作成する工程とが含まれている
。

前記構成を採ることに依り、溶融してイオン化した場合
に必ず純単一イオン・ビームを生成させることが可能な
イオン源用合金を容易に得ることができ、従って、それ
に依るイオン・ビームでパターンを描画する場合、同位
元素が存在しないことから、質量分離器の分解能が低く
ても、二重像が現れたり、パターンぼけを生じたりする
ことは皆無となり、そして、質量分離器の分解能が低く
て良いことは、軸不整合に起因するイオン・ビームの収
差や歪みが低減されることになるから、形成パターンの
微細化を更に助長することになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の詳細な説明するのに必要な装置の要部
説明図、第２図は第１図に見られる装置のターゲット近
傍を拡大した要部説明図、第３図は同位元素を含まない
Ａｕ−３ｉ溶融金属イオン源用合金を用いて得たＳｉイ
オン・ビームに関する質量スペクトラムの線図、第４図
は電界放出型溶融金属イオン源装置の要部説明図、第５
図は集束イオン・ビーム装置の要部説明図、第６図（Ａ
）及び（Ｂ）は同位元素を含むＳｉイオン・ビームに関
する質量スペクトラムの線図、第７図はイオン・ビーム
中に３ｉＺｌｌと３１２９とが存在した場合に形成され
る３１Ｍ像の要部平面図をそれぞれ表している。 図に於いて、■はリザーバ、２はニードル、３は引き出
し電極、４１よ電源、５は溶融合金、６は放出される複
数種類のイオン、７はレンズ、８は質量分離器、９はレ
ンズ、１０は偏向器、１１はターゲット、２１はイオン
源、２２は真空室、２３は質量分離器、２４はターゲッ
ト、２５は電流計、２６はビーム制限孔、２７は同位元
素を含むＳｉイオン・ビーム、２８は５Ｈ２１１イオン
・ビーム、２９は３Ｂ！！イオン・ビーム、３０はＳｉ
３゜イオン・ビーム、２４Ａは基台、２４ＢはＡｕ膜、
２４Ｃは支持具をそれぞれ示している。 特許出願人　　　富士通株式会社 代理人弁理士　　相　谷　昭　司 代理人弁理士　　渡　邊　弘　− 本完明の原理を説明するのに必要な装置の要部説明図第
１図 第２図 第３図 電界放出型溶融金属イオン源装置の要部説明図第４図 集束イオン・ヒ゛！ム装置の要部説明図第５図 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 イオン注入装置のイオン源で発生させた所望イオン中の
   同位元素をイオン質量分離器で除去し純粋なイオン・ビ
   ームを生成させる工程と、 次いで、該純粋なイオン・ビームの注入時間及びイオン
   ・ビーム電流の積で決まる合金組成比の制御を行いつつ
   ターゲットである母材に前記純粋なイオン・ビームを照
   射し該イオンの打ち込みを行って同位元素を低減したイ
   オン源用合金を作成する工程と が含まれてなることを特徴とするイオン源用合金の製造
   方法。