JPS593815B2 - ion source - Google Patents
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- JPS593815B2 JPS593815B2 JP57020408A JP2040882A JPS593815B2 JP S593815 B2 JPS593815 B2 JP S593815B2 JP 57020408 A JP57020408 A JP 57020408A JP 2040882 A JP2040882 A JP 2040882A JP S593815 B2 JPS593815 B2 JP S593815B2
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J27/00—Ion beam tubes
- H01J27/02—Ion sources; Ion guns
- H01J27/26—Ion sources; Ion guns using surface ionisation, e.g. field effect ion sources, thermionic ion sources
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- Chemical & Material Sciences (AREA)
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- Electron Tubes For Measurement (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
本発明はイオン源に関し、特にイオン化される物質とし
て合金を使用したイオン源に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an ion source, and more particularly to an ion source using an alloy as the substance to be ionized.
金属イオン源によるイオンビーム露光はフォトレジスト
内でのイオンの拡散が電子ビームによる露光と比較して
小さいことから、微細パターンの露光を行うことができ
る。Ion beam exposure using a metal ion source can expose fine patterns because the diffusion of ions within the photoresist is smaller than exposure using an electron beam.
又金属イオン等を細く絞って半導体ウェハ上の所望微細
領域に照射すれば、マスクレスのイオン注入が可能であ
る。Maskless ion implantation is also possible by narrowing down metal ions and irradiating them onto a desired fine region on a semiconductor wafer.
従ってイオンによる微細加工は超LSI製造の将来技術
として注目をされており、それに適した金属イオン源の
研究が各方面で盛んに行われている。Therefore, microfabrication using ions is attracting attention as a future technology for manufacturing VLSIs, and research into metal ion sources suitable for this is actively conducted in various fields.
この種イオン源は通常イオン化すべき物質をリザーバに
入れ、該リザ一くを直接あるいは間接的に加熱すること
によって該物質を加熱して液状とし、該液状物質を先端
の径が1μm程度に鋭くされた針状部材の先端部に導き
、該先端部近傍に形成された強電界によってイオン化す
るようにしている。This kind of ion source usually places the substance to be ionized in a reservoir, heats the substance directly or indirectly by heating the reservoir, turns the substance into a liquid, and sharpens the liquid substance to a tip with a diameter of about 1 μm. is guided to the tip of the needle-shaped member, and ionized by a strong electric field formed near the tip.
このようなイオン源は物質を加熱して液状としなければ
ならず、従って融点の高い物質を単体の状態ではイオン
化物質として使用することができない。Such an ion source requires heating the substance to make it into a liquid state, and therefore a substance with a high melting point cannot be used alone as an ionizing substance.
その結果、一般に合金の融点はその合金を構成する物質
単体の融点よりも低いことから高融点の物質のイオンを
得るためにはその物質を含む合金を上述したリザーバに
入れ、加熱して液状としている。As a result, the melting point of an alloy is generally lower than the melting point of the substance that makes up the alloy, so in order to obtain ions of a substance with a high melting point, the alloy containing that substance is placed in the above-mentioned reservoir and heated to form a liquid. There is.
例えば、融点が2000℃以上の硼素(B)のイオンを
得たい場合には、白金(Pt) との合金Pt−B(
融点79−5℃)を用い、該Pt −Bを加熱して液状
とし、強電界によってptイオンとBイオンとを発生さ
せ、更に両イオンの混合したイオンビームを直交する電
界と磁界からなるウィーン型の質量分離器の如き分離器
に導き、Bイオンのみを得るようにしている。For example, if you want to obtain boron (B) ions with a melting point of 2000°C or higher, use Pt-B (alloy Pt-B) with platinum (Pt).
(melting point 79-5°C), the Pt-B is heated to a liquid state, pt ions and B ions are generated by a strong electric field, and an ion beam containing a mixture of both ions is heated using a Wien beam consisting of orthogonal electric and magnetic fields. The ions are then introduced into a separator such as a type of mass separator to obtain only B ions.
ところで、上述した合金を使用したイオン源において、
針状部材としては通常タングステンが用いられているが
、該部材の表面部分は液状となった合金と反応し、該合
金に溶は込む。By the way, in the ion source using the above-mentioned alloy,
Tungsten is usually used as the needle-like member, and the surface portion of the member reacts with the liquid alloy and melts into the alloy.
従って、得られるイオンビームには余分な部材金属のイ
オンが含まれることになり、更に液状金属にタングステ
ンが溶は込むことによって新たな合金が作られることに
なる。Therefore, the resulting ion beam will contain extra member metal ions, and a new alloy will be created by melting tungsten into the liquid metal.
このタングステンが混入した新たな合金、例えばPt−
B−Wは融点が高く、例えばPt −Hの融点程度に加
熱された状態においては固化して塊を生じる。New alloys containing this tungsten, such as Pt-
B-W has a high melting point, and when heated to about the melting point of, for example, Pt-H, it solidifies and forms a lump.
この塊はリザーバから針状部材先端部への液状金属の流
れを悪くシ、結果としてイオンビームの発生が不安定と
なって使用不可能となる。This lump impairs the flow of liquid metal from the reservoir to the tip of the needle-like member, and as a result, the generation of the ion beam becomes unstable and becomes unusable.
本発明は上述した点に鑑みてなされたもので、長時間に
渡って安定したイオンビームを発生し得る合金を使用し
たイオン源を提供することを目的とする。The present invention has been made in view of the above points, and an object of the present invention is to provide an ion source using an alloy that can generate a stable ion beam over a long period of time.
本発明に基づくイオン源は、合金を加熱することによっ
て該合金を液状とし、該液状合金を針状部材の針状先端
部に導き、該針状先端部近傍に形成された強電界によっ
てイオン化するようにしたイオン源において、該針状部
材は少くともその表面部分が該合金を構成する金属によ
って形成されていることを特徴とする。The ion source according to the present invention liquefies the alloy by heating the alloy, guides the liquid alloy to the needle-like tip of the needle-like member, and ionizes it by a strong electric field formed near the needle-like tip. In such an ion source, at least a surface portion of the needle member is formed of a metal constituting the alloy.
以下本発明の一実施例を添付図面に基づき詳述する。An embodiment of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.
第1図は本発明の一実施例であるイオン源の断面図を示
しており、第2図は第1図におけるA−A′断面図であ
る。FIG. 1 shows a cross-sectional view of an ion source which is an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line A-A' in FIG.
図中1は内部に合金、例えばPt−B2が入れられたリ
ザーバであり、該リザーバ1はセラミックによって形成
されている。In the figure, reference numeral 1 denotes a reservoir containing an alloy such as Pt-B2, and the reservoir 1 is made of ceramic.
該リザーバ1はタンタルの如き変形し易い2枚の金属板
3,4によって挾まれて支持されており、該2枚の金属
板3,4の夫々の端部は互いに合せられ、スポット溶接
されている。The reservoir 1 is supported by being sandwiched between two metal plates 3 and 4 that are easily deformable, such as tantalum, and the respective ends of the two metal plates 3 and 4 are aligned and spot welded. There is.
該リザーバ1の底部には細孔5が設けられており、該細
孔5を貫通して白金製の針状部材6が配置される。A pore 5 is provided at the bottom of the reservoir 1, and a needle-like member 6 made of platinum is placed through the pore 5.
該針状部材6の一端は該金属板に例えばスポット溶接に
よって固着されており、針状の他端は引尊出し電極1に
対向して配置されているが、該針状の先端部は予めエツ
チング等の方法によってその径が1μm程度に尖鋭にさ
れている。One end of the needle-like member 6 is fixed to the metal plate by spot welding, for example, and the other end of the needle-like member is placed facing the extraction electrode 1. The diameter is sharpened to about 1 μm by a method such as etching.
該金属板3,4にはタングステン製のフィラメント8,
9の一端がスポット溶接されており、該フィラメント8
,9の他端は夫々碍子10によって固定されているステ
ム11,12に溶接されている。The metal plates 3 and 4 are provided with a tungsten filament 8,
One end of the filament 8 is spot welded.
, 9 are welded to stems 11 and 12, respectively, which are fixed by insulators 10.
該金属板3゜4及びフィラメント8,90表面にはセラ
ミックコーティング13が施されている。A ceramic coating 13 is applied to the surfaces of the metal plate 3.4 and the filaments 8 and 90.
なお、図示していないが該ステム11,12は引き出し
電圧電源及び加速電源に接続されることから、該針状部
材6と引き出し電極1との間には5KV乃至10KVの
引き出し電圧が印加され、該針状部材6と接地電位の陰
極14との間には20KV乃至100KVの加速電圧が
印加され、該針状部材6の先端部には強電界が形成され
る。Although not shown, since the stems 11 and 12 are connected to an extraction voltage power source and an acceleration power source, an extraction voltage of 5 KV to 10 KV is applied between the needle member 6 and the extraction electrode 1. An accelerating voltage of 20 KV to 100 KV is applied between the needle member 6 and the cathode 14 at ground potential, and a strong electric field is formed at the tip of the needle member 6.
上述した如き構成において、ステム11と12との間に
は加熱電源(図示せず)から加熱電流が供給され、その
結果タングステンフィラメント89は加熱される。In the configuration as described above, a heating current is supplied between the stems 11 and 12 from a heating power source (not shown), so that the tungsten filament 89 is heated.
該フィラメントの加熱に伴い、伝導熱によってリザーバ
1内部の合金2は加熱され、該合金(Pt −B)の融
点以上に加熱されると合金は液状となる。As the filament is heated, the alloy 2 inside the reservoir 1 is heated by conductive heat, and when heated above the melting point of the alloy (Pt-B), the alloy becomes liquid.
該リザーバ1内部で液状となった合金は針状部材6先端
部の強電界によってリザーバ1底部の細孔5を通り、針
状部材先端部にまで引出される。The alloy that has become liquid inside the reservoir 1 passes through the pore 5 at the bottom of the reservoir 1 by a strong electric field at the tip of the needle-like member 6 and is drawn out to the tip of the needle-like member.
該先端部の液状合金は強電界によってテーラ−の円錐(
Ta1or Cone )と称される円錐突起を形成す
る。The liquid alloy at the tip becomes a Taylor cone (
It forms a conical protrusion called Ta1or Cone).
この円錐突起の先端部の径は0.03μm程度と極めて
細く、従ってその先端部近傍には著しく電界が集中する
ことになる。The diameter of the tip of this conical protrusion is extremely thin, about 0.03 μm, and therefore the electric field is extremely concentrated near the tip.
該先端部の合金はこの強電界によって電界蒸発し、イオ
ン化され、PtイオンとBイオンとが発生し陰極14に
よって加速される。The alloy at the tip is evaporated and ionized by this strong electric field, and Pt ions and B ions are generated and accelerated by the cathode 14.
該加速されたイオンは該陰極13の下部に配置された、
例えばウィーン型の質量分離器(図示せず)に導かれて
Bイオンのみが選別され、イオン注入等のために使用さ
れる。the accelerated ions are placed below the cathode 13;
For example, only B ions are selected by being guided to a Wien type mass separator (not shown) and used for ion implantation or the like.
このようなイオン源はイオンの発生部の径が針状部材6
の先端部の合金による円錐突起先端の径に略等しいこと
から極めて細く収束することができると共に、該円錐突
起先端近傍には強電界が形成されるため、高輝度のイオ
ンビームを得ることかでき、超LSI製造過程のイオン
ビーム露光、イオン注入等の処理工程に使用して好適で
ある。In such an ion source, the diameter of the ion generating part is the needle-like member 6.
Since the diameter is approximately equal to the diameter of the tip of the conical protrusion made of alloy at the tip of the ion beam, the ion beam can be focused very narrowly, and a strong electric field is formed near the tip of the conical protrusion, making it possible to obtain a high-intensity ion beam. It is suitable for use in processing steps such as ion beam exposure and ion implantation in the VLSI manufacturing process.
ここで、上述した実施例においては、針状部材6として
白金を使用しているため、該白金が基となっている共晶
合金Pt−Bが液状となっても、該部材表面の白金は該
液状合金に溶けることはない。Here, in the above-mentioned embodiment, since platinum is used as the needle member 6, even if the eutectic alloy Pt-B on which the platinum is based becomes liquid, the platinum on the surface of the member is It does not dissolve in the liquid alloy.
従って液状合金の構成比は長時間の使用によっても変化
せず、加熱温度が一定温度以上である限り、合金は固化
することなく安定に針状部材6先端に供給される。Therefore, the composition ratio of the liquid alloy does not change even after long-term use, and as long as the heating temperature is above a certain temperature, the alloy is stably supplied to the tip of the needle member 6 without solidifying.
尚この実施例では合金として白金と硼素との共晶合金を
使用し、針状部材として白金を用いたが、他の組み合せ
、例えば合金として金とシリコンとの共晶合金(Au−
8i)を使用し、針状部材として金を使用しても良く、
又他の合金例えばPd −Ni −B−As も使用目
的に応じて用いることができる。In this example, a eutectic alloy of platinum and boron was used as the alloy, and platinum was used as the needle member, but other combinations, such as a eutectic alloy of gold and silicon (Au-
8i) and gold may be used as the needle-like member,
Other alloys such as Pd-Ni-B-As may also be used depending on the purpose of use.
更に上述した実施例ではリザーバ1の材料としてセラミ
ックを用いていることから、リザーバ材料と液状合金と
が反応し、該材料が合金中に溶は込むことはなく、合金
の成分及び構成比は長時間に渡って一定に維持される。Furthermore, in the above embodiment, since ceramic is used as the material for the reservoir 1, the reservoir material and the liquid alloy will not react and the material will not melt into the alloy, and the components and composition ratio of the alloy will be long. remains constant over time.
又タングステンフィラメント8,90表面にはセラミッ
クコーティングが施されているので、該フィラメント部
分にま:で熱拡散によって到達した液状合金と該タンゲ
ス□テンフィラメントとが反応してタングステンが合金
に溶は込み、その結果フィラメントの径が細くなり、そ
の部分がより加熱されて断線する如き恐れは無い。Furthermore, since the surfaces of the tungsten filaments 8 and 90 are coated with ceramic, the liquid alloy that has reached the filament portion through thermal diffusion reacts with the tungsten filament, causing the tungsten to melt into the alloy. As a result, the diameter of the filament becomes thinner, and there is no risk of that part being heated more and breaking.
又金属板3,4もセラミックコーティングされているの
で、金属板材料が液状合金に溶は込むことは防止される
。Furthermore, since the metal plates 3 and 4 are also coated with ceramic, the metal plate material is prevented from melting into the liquid alloy.
以上詳述した如く、本発明に基づくイオン源は長時間に
渡って安定したイオンビームを発生し得るものである。As described in detail above, the ion source based on the present invention is capable of generating a stable ion beam over a long period of time.
湖水発明は上述した実施例に限定されることなく幾多の
変形が可能である。The lake water invention is not limited to the embodiments described above and can be modified in many ways.
例えば、針状部材全体を白金等のイオン化される合金を
構成する金属によって形成したが、該針状部材の中心部
分は他の金属あるいはセラミックの如き物質で形成し、
その物質表面に白金等のイオン化される合金を構成する
金属を蒸着するようにしても良い。For example, although the entire needle-like member is made of a metal constituting an ionized alloy such as platinum, the central portion of the needle-like member may be made of another metal or a substance such as ceramic;
A metal constituting an ionized alloy, such as platinum, may be deposited on the surface of the material.
又リザーバとして容器状のものを用いず、例えば針状部
材あるいはフィラメントの一部をコイル状に巻回し、該
コイル部分をリザーバとして合金を保持するようにして
も良い。Alternatively, instead of using a container-like reservoir, for example, a needle-shaped member or a part of a filament may be wound into a coil, and the coil portion may be used as a reservoir to hold the alloy.
更に加熱手段としてリザーバの周囲にヒータを巻回し、
該ヒータからの輻射熱によってリザーバ更にはイオン化
される合金を間接的に加熱するようにしても良い。Furthermore, as a heating means, a heater is wound around the reservoir,
The reservoir and further the alloy to be ionized may be indirectly heated by radiant heat from the heater.
第1図は本発明の実施例であるイオン源の断面図であり
、第2図は第1図のA−A’断面図である。
1:リザーバ、2:合金、3,4:金属板、5:細孔、
6:針状部材、γ:引き出し電極、8゜9:フィラメン
ト、10:碍子、11.12:ステム、13:セラミッ
クコーティング、14:陰極。FIG. 1 is a sectional view of an ion source according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a sectional view taken along line AA' in FIG. 1: Reservoir, 2: Alloy, 3, 4: Metal plate, 5: Pore,
6: needle-like member, γ: extraction electrode, 8°9: filament, 10: insulator, 11.12: stem, 13: ceramic coating, 14: cathode.
Claims (1)
液状合金を針状部材の針状先端部に導き、該針状先端部
近傍に形成された強電界によってイオン化するようにし
たイオン源において、該針状部材は少くともその表面部
分が該合金を構成する金属によって形成されていること
を特徴とするイオン源。1. An ion source in which the alloy is liquefied by heating the alloy, the liquid alloy is guided to the needle-like tip of a needle-like member, and ionized by a strong electric field formed near the needle-like tip, An ion source characterized in that at least a surface portion of the needle-shaped member is formed of a metal constituting the alloy.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57020408A JPS593815B2 (en) | 1982-02-10 | 1982-02-10 | ion source |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP57020408A JPS593815B2 (en) | 1982-02-10 | 1982-02-10 | ion source |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS58137942A JPS58137942A (en) | 1983-08-16 |
| JPS593815B2 true JPS593815B2 (en) | 1984-01-26 |
Family
ID=12026203
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP57020408A Expired JPS593815B2 (en) | 1982-02-10 | 1982-02-10 | ion source |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS593815B2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62165206U (en) * | 1986-03-03 | 1987-10-20 |
-
1982
- 1982-02-10 JP JP57020408A patent/JPS593815B2/en not_active Expired
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS62165206U (en) * | 1986-03-03 | 1987-10-20 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS58137942A (en) | 1983-08-16 |
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