JPH02234329A - 液体金属イオン源 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明は白金および硅素を主成分とする合金を加熱して
溶融し、高電界を印加して高輝度の白金イオンおよび硅
素イオンのビームを放射させる液体金属イオン源に関す
る。

（従来の技術） 液体金属イオン源を用いた集束イオンビーム技術は、直
径０．１μｍ程度の非常に細いイオンビームを得ること
が可能であることから、フォトマスクの修正、マスクレ
スイオン注入、イオンビーム露光等の半導体分野での応
用が期待されている。

マスクレスイオン注入の分野ではイオン種として硅素（
Ｓｔ）は必須である。硅素は単体では融点が高く、溶融
させることが困難であるため、通常は金・硅素・ベリリ
ウム合金（例えば＾ｕｓ＊ｓｉｚＪｅ．、数値は原子比
、融点約４００℃）が用いられ、１０００時間程度の寿
命を有するイオン源が開発されている（特開昭５９−　
１８９５４５号公報）。

最近、半導体製造技術が進むにつれて集束イオンビーム
の径をより細く絞ることが要望されている．集束イオン
ビームの径および角電流密度は一般に色収差によって制
限されるので、細いイオンビームを得るためにはイオン
ビームのエネルギー分布を小さくすることが重要である
．硅素イオンビームのエネルギー分布は金・硅素・ベリ
リウム合金を用いたときよりも白金・硅素（ＰｔＳｉ）
合金を用いたときの方が小さい（文献：Ｈ，＾ｒｉｍｏ
ｔｏ　　：Ｊ．Ｖａｃ．Ｓｃｌ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．　Ｂ
　６　　（　３　）　、Ｍａｙ　／Ｊｕｎ　１９８８）
。

したがって、白金・．硅素合金を用いる方がより細い硅
素イオンビームを得ることができる。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、白金・硅素合金は比較的融点が高く、た
とえばＰｔ．ｔＳｉｚ：＋　（原子比）の融点は８５０
℃であり、従来用いられているタングステン製針状電極
の場合、タングステンが前記合金で浸食され、数時間で
寿命に達する。この外にホウ化クロム製の針状電極も知
られているが、この場合も十数時間の寿命であることが
判明し、実用的な寿命を有する白金・硅素合金の液体金
属イオン源が得られなかった。本発明は実用的な寿命を
有し、かつ安定なイオンビームが得られる白金・硅素合
金の液体金属イオン源を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明は、針状電極の表面に白金および硅素を主成分と
する合金を液体で支持し、電界の作用で前記針状電極の
先端から白金イオンおよび硅素イオンを放射させる液体
金属イオン源において、前記針状電極がホウ化タングス
テンからなることを特徴とする液体金属イオン源である
。

本発明においてホウ化タングステンとはりＪ　−．ＷＢ
，　ｌ’ｌ！ＢＳなどの化合物が代表的なものであるが
、ＷとＢとの不定比化合物であってもよく、また、Ｗと
Ｂとの混晶であってもよい。ホウ化タングステンの針状
電極としてはホウ化タングステンの焼結体を針状に加工
したもの、ホウ化タングステンの単結晶を針状に加工し
たもの、あるいはタングステン、タンタル、モリブデン
などの高融点金属を針状に加工し、その表面にホウ化タ
ングステンを被覆したものでもよい。

これらの針状電極の製造方法を説明する。まず、ホウ化
タングステンの焼結体の場合、ホウ化タングステンの粉
末に必要に応してバインダーとして少量の鉄、ニッケル
、コバルトなどの金属粉末を加え、ホットプレス成型機
により圧力１００ｋｇ／ｃｆｌＩ以上、温度１６００　
〜２１００゜Ｃで焼結成型する．なお、バインダーを多
く添加しすぎると、焼結体を針状電極として使用すると
きに白金・硅素合金による粒界腐食の問題が生ずるので
バインダーの使用量は必要最小限にとどめることが望ま
しい． ホウ化タングステンの単結晶はフローティングゾーン法
等により製造される。ホウ化タングステンの焼結体また
は単結晶から針状に加工するには、まず必要に応じて放
電加工法により針状に加工し、次に機械研摩または電解
研摩により先端を尖らせ、先端の曲率半径を１〜２μｍ
以下にする。ホウ化タングステンで被覆された針状電極
を製造するには、あらかじめ先端の曲率半径を１〜２μ
ｍ以下に研摩した高融点金属の表面にホウ化タングステ
ンをＣＶＤ法、プラズマ熔射法等で被覆すればよい。

白金および硅素を主成分とする合金は針状電極の表面を
覆う程度の量で足りるが、長時間使用するためには該合
金を貯蔵するリザーバを針状電極に併設することが好ま
しい。リザーバはＴａ，Ｗ，Ｍｏなどの高融点金属、Ｔ
ｉｃ　．．ＺｒＣ　，　ＴａＣ　，　ＷＣなどの炭化物
、ＴｉＢ２、ＺｒＢ．、ＴａＢ，、ＷＢ，　ＣｒＢ２な
どのホウ化物、ＴｔＮ　％　ＴａＮなどの窒化物の成形
体が用いられる。これらの材料の中でもホウ化タングス
テンは前記の通り白金・硅素合金に対する耐食性に／優
れるので好ましい。リザーバの構造は前記合金を液体で
貯蔵するとともに、針状電極に安定に供給できるもので
あればよいが、針状電極の基部外形に合わせた内面を有
する基部と前記合金を貯蔵する凹部を備えたものが好ま
しい。

前記合金を液体に保つためにヒーターを併設することが
好ましい。ヒーターはグラッシーカーボンまたは熱分解
カーボン等カーボンのブロソクを針状電極に圧接してカ
ーボンブロックに通電する構造にするとよい。とくにリ
ザーバをホウ化タングステンなどの導電性の高い材料で
製作し、針状電極、リザーバおよびヒーターをこの順序
で圧接すると、ヒーターへの通電が容易で、かつ安定し
た構造の液体金属イオン源になる。なお、この場合に、
リザーバとヒーターの間にカーボン板など液体合金との
漏れ性が小さく、かつ導電性の材料からなる隔壁を設け
ると、液体合金のヒーターへの浸透が防止できる。

（実施例） 以下、実施例１〜３および比較例１〜３により本発明を
具体的に説明する。針状電極の材料として表に示す各ホ
ウ化物の粉末をホットプレスにより、温度２０００℃、
圧力１５０ｋｓｒ／ｃｄの条件で３０分間加圧焼結して
、ホウ化物の成型体を製造した。いずれのホウ化物成型
体も相対密度は９５％以上あった。ホウ化物成型体をワ
イヤカソト放電加工機によりＱ，　５　鶴Ｘ　０．　５
鶴×５鶴の棒状に切断した。その先端を機械研摩して、
先端が円錐形の針状電極にした。該円錐の円錐角は３０
度とし、円錐先端の曲率半径は２μｍにした。

次に、前記針状電極と同じホウ化物の成型体をワイヤカ
ット放電加工法によって加工して、先端が湾曲したスプ
ーン状のリザーバを製作した。第１図に示すとおり、針
状電極１の両側にリザーバ２Ａ，２Ｂ，グラシーカーボ
ン製の隔壁３Ａ、３Ｂ、熱分解カーボン製のヒーター４
Ａ，４Ｂおよびステンレス製の電極５Ａ，５Ｂを配置し
、ボルト６、絶縁座金７Ａ、７Ｂおよびナツ｝８Ａ、８
Ｂにより締め付けてこれらの部品を固定した。

なお、電極５Ａ，５Ｂは金属板９Ａ，９Ｂを経て端子１
０Ａ、ＩＯＨに接続され、端子は碍子１ｌに固定される
。

このようにして得られた液体金属イオン源を真空装置内
に取付け、圧力２　Ｘ　１　０　−”Ｔｏｒｒの真空に
した．この真空装置内にはあらかじめ白金・硅素合金（
ＰｂｔＳｉｔ３−原子比）を満たした窒化ホウ素製のル
ツボを入れておき、ルツボを加熱して該合金を溶融させ
ておいた。液体金属イオン源のヒーターに通電して針状
電極を加熱しながら、針状電極の先端をルツボ中の溶融
合金に浸すことよって溶融合金を針状電極に沿って上昇
させ、針状電極とリザーバの間に合金を溜めた。

このようにして作製された液体金属イオン源を別の真空
装置に取付け、装置内を圧力８Ｘ１０−’Ｔｏｒｒの真
空にした。液体金属イオン源のヒーターに通電し、その
電流の調節により針状電極先端の温度を輝度温度で１０
００℃にした。なお、輝度温度は光高温計で測定した。

針状電極先端より１．　５　０離れたところに穴あき金
属円板からなる引出し電極を設け、引出し電極に印加す
る電圧の調節により電流ｌＯμＡのイオンビームを放出
させた。定電流モードでイオンビームの放出を続け、引
出し電圧の変動を測定し、下記の式でイオンビーム変動
率を求めた。

観察したところ、針状電極が白金・硅素合金により浸食
され、針状電掘先端の曲率半径が１０μｍ以上に大きく
なっていた。

表 Ｅｓａｘ：１０分間の引出し電圧の最大値［！−１−　
：　１　０分間の引出し電圧の最小値表から明らかなよ
うに針状電極およびリザーバにホウ化タングステンを用
いた液体金属イオン源の場合にはイオンビーム変動率は
０．　３％以下と良好であった。１５０時間作動させた
のち、液体金属イオン源を真空装置から取出して観察し
たが針状電極やリザーバに異常はなかった。

いっぽう、針状電極およびリザーバにホウ化クロム、ホ
ウ化チタンまたはホウ化ジルコニウムを用いた液体金属
イオン源の場合には表に示すとおり、イオンビーム変動
率が大きく、５．５〜１１時間でイオンビームを放出さ
せることができなくなった。液体金属イオン源を真空装
置から取出して（発明の効果） 本発明の液体金属イオン源はイオンビーム変動率が小さ
く、また白金・硅素合金による針状電極の浸食がなく、
長時間安定に使用することができる．

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の液体金属イオン源の正面図でである。 符号 １・一針状電極、 ３Ａ・３Ｂ−隔壁、 ５Ａ・５Ｂ・一電極、 ７Ａ・７Ｂ一絶縁座金、 ９Ａ・９Ｂ一金属板、 １１一碍子。 ２Ａ・２Ｂ−リザーバ、 ４Ａ・４Ｂ−　ヒーター ６・−ボルト、 ８Ａ・８Ｂ−ナット、 １０Ａ−１０Ｂ一端子、

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 針状電極の表面に白金および硅素を主成分とする合金を
   液体で支持し、電界の作用で前記針状電極の先端から白
   金イオンおよび硅素イオンを放射させる液体金属イオン
   源において、前記針状電極がホウ化タングステンからな
   ることを特徴とする液体金属イオン源。