JPS6316537A - イオンビ−ム発生装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は例えば半導体基体に対するイオン注入やりソグ
ラフィに使用されるイオンビーム装置に使用して好適な
イオンビーム発生装置に関する。

〔発明の概要〕

本発明は、例えば半導体基体に対するイオン注入やりソ
グラフィに使用されるイオンと一ム装置に使用して好適
なイオンビーム発生装置であって、ノズルと、このノズ
ル内に配されたエミッタとを有し、このエミッタに沿っ
て供給されるイオン源をエミッタの先端に形成する高電
界によってイオン化してイオンビームを発生させる様に
なされたイオンビーム発生装置において、エミッタとし
てエミッタ電極素材を電解研摩加工してエミッタ柄部を
所定径にすると共にこのエミッタ柄部面を粗面化したも
のを使用する様にしたことにより、エミッタに沿って供
給されるイオン源の流れを安定化させ、輝度の安定化を
図ることができる様にしたものである。

〔従来の技術〕

従来、リソグラフィに使用されるイオンビーム装置とし
て第６図にその要部を示す様なものが提案されており、
この第６図において（１１がこのイオンビーム装置にお
けるイオンビーム発生装置を示し、本例においては、こ
のイオンビーム発生装置（１１の下方に絞り（２）、集
束レンズ（３）及び偏向電極（４）等が設けられること
によってイオンビーム装置が構成されている。

この場合、このイオンビーム発生装置（１）には外部か
ら液体ヘリウム等の冷却剤が供給される冷凍機（５）が
設けられると共にこの冷凍機（５）の先端部（６）に高
熱伝導率を有する絶縁部材である絶縁サファイヤ（７）
を介してこのイオンビーム発生装置（１）の高電圧電極
を構成する針状に形成されたエミッタ（８）が設けられ
ている。また、このイオンビーム発生装置（１）におい
ては、冷凍機先端部（６）、絶縁サファイヤ（７）及び
エミッタ（８）はチェンバ（９）内に配される様になさ
れている。この場合、このチェンバ（９）は、蓋体部（
１０ａ）を有すると共にイオン源となるヘリウムガス等
の供給路（１１）を有する円筒状の熱輻射シールド部材
（１０）と、この熱輻射シールド部材（１０）の下部に
設けられた中央部にエミッタ（８）に対向した孔部（１
２ａ）を有する環状の引出電極（１２）とから構成され
、ガス供給路（１１）を通してチェンバ（９）内に供給
されるガスを低温のまま引出電極（１２）の孔部（１２
ａ）に送り得る様になされている。この場合、チェンバ
（９）内のガス圧は引出電極（１２）の孔部（１２ａ）
を通して行われる差動排気によって制御される。またエ
ミッタ（８）と引出電極（１２）との間には高電圧電源
装置（１３）により高電圧、例えば３０ｋＶ〜１００ｋ
Ｖが供給され、引出電極（１２）の孔部（１２ａ）に低
温のまま送り込まれてくるガスをエミッタ（８）の先端
部に生ずる高電界によりイオン化することができる様に
なされている。

この様に構成された本例のイオンビーム発生装置（１）
を有するイオンビーム装置において、例えばりソグラフ
ィを行う場合には、エミッタ（８）の先端部に生ずる高
電界によってイオン化させたガスイオンビーム（１４）
を集束レンズ（３）によって集束させると共に偏向電極
（４）によってｘ、ｙ方向に偏向させて半導体基体（１
５）上に配したレジスト８Ｍ（１６）上を走査させ、こ
の様にしてレジスｌ−１ｆｆ（１６）に直接、所要パタ
ーンの描写を行うことができる。

ここに本例においては、上述した様に引出電極（１２）
の孔部（１２ａ）を通してのみ差動排気を行う様になさ
れているので、この孔部（１２ａ）をより小径にするこ
とにより差動排気を有効に行わせることができ、イオン
源の高輝度化を図ることが可能となる。しかしながら、
この引出電極（１２）の孔部（１２ａ）を余りに小径に
すると、エミッタ（８）の先端との位置合せが難しくな
り、例えば１１ＩＩｍφ程度がこの限界となる。このた
め第６図例のイオンビーム発生装置（１）においては、
差動排気を有効に行うことができず、イオン源の高輝度
化を図ることができないという不都合があった。

そこで近時、第７図に示す様なイオンビーム発生装置（
１７）が提案されている。この第７図例のイオンビーム
発生装置（１７）においては、絶縁ナファイヤ（７）を
介して冷凍機先端部（６）にガス溜室（１８）を構成す
るガス溜室体（１９）が装着されており、このガス溜室
体（１９）の側面にはガス供給路となるガス供給管（２
０）が接続されると共にこのガス溜室体（１９）の下面
にはガス取り出し口となるノズル（２１）が設けられて
いる。このノズル（２１）は、その上部がニッケル管（
２２）で形成され、このニッケル管（２２）にセラミッ
クス管（２３）が接続される様にして構成されており、
この場合、ニッケル管（２２）には内側には凸状となる
４（１ｉｔの突子（図では２個の突子（２４ａ　）　　
（２４ｂ　）のみを記載する）が等角的に９０°の間隔
で設けられ、この突子（２４ａ　）　　（２４ｂ　）に
圧接する様にしてタングステンよりなるエミッタ（２５
）がノズル（２１）の内側に固定されている。この場合
、このエミ・７り（２５）は柄部（２５ａ　）を径一様
な円柱形状となし、また先端部（２５ｂ　）を円錐形状
となす様な針状に形成され、先端をノズル（２１）の開
口面に一致させる様に固定されている。尚、（２６）は
熱輻射シールド部材、（２７）は引出電極を示し、本例
においては、図示しないが、第１図例と同様にエミッタ
（２５）と引出電極（２７）との間に高電圧電源装置に
より所定の高電圧が供給される様になされている。

斯る第７図例のイオンビーム発生装置（１７）において
は、ガス溜室体（１９）を設けると共にこのガス溜室体
（１９）の下面にノズル（２１）を設け、このノズル（
２１）内にエミッタ（２５）を固定する様になされてい
るので、このノズル（２１）とエミッタ（２５）との間
隙を介してガスをノズル（２１）の開口部（２１ａ　）
に供給することができる。そこで、この第７図例のイオ
ンビーム発生装置（１７）においては、このノズル（２
１）の開口部（２１ａ　）の開口面積を小さくすること
で、有効な差動排気を行い、イオン源の高輝度化を図ろ
うとする。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ここに第７図に示す様なイオンビーム発生装置（１７）
において、安定した輝度を得るようにするためには、エ
ミッタ（２５）に沿ってノズル（２１）の開口部（２１
ａ　）に供給するガスの流れを安定化させることが必要
となり、このためにはノズル（２１）の内径に応じてノ
ズル（２１）の内壁とエミッタ（２５）面との間隔を所
定間隔、例えばノズル（２１）の内径が１００μｌのと
きは、エミッタ（２５）の柄部（２５ａ　）を８０μｍ
〜９０μｍの径となし、ノズル（２１）の内壁とエミッ
タ柄部（２５ａ　）面との間隔を１０μｍ２０μｍとす
る様にすると共にエミッタ（２５）の柄部（２５ａ　）
の表面を粗面化することが要求される。

しかしながら、第７図に示す様なイオンビーム発生装置
（１７）においては、引き抜き加工により得られるタン
グステン棒を用意し、このタングステン棒の先端部のみ
を電解研摩して針状のエミッタ（２５）を得る様にされ
ているので、このイオンビーム発生装置（１７）におけ
るエミッタ（２５）は、その柄部（２５ａ）が粗面化さ
れていない。また第７図従来例においては、エミッタ（
２５）に合わせて所定の内径を有するノズル（２１）を
製造する様にされており、この場合、所定の内径を有す
るノズル（２１）を製造することは相当に難しく、エミ
ッタ（２５）とノズル（２１）との間隔を最適値とする
イオンビーム発生装置（１７）を得ることが難しいとい
う不都合があった。

本発明は、斯る点に鑑み、ガスの流れを安定化させ、輝
度の安定化を図り得る様にしたイオンビーム発生装置を
提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明イオンビーム発生装置は、第１図〜第５図に示す
様に、ノズル（２１）と、このノズル（２１）内に配さ
れたエミッタ　（２８）とを有し、この１三１．ダ（２
Ｂ）に沿って供給されるイオン源をエミ・ツタ（２８）
の先端に形成する高電界によってイオンイヒしてイオン
ビームを発生させる様になされたイオンビーム発生装置
において、エミ・ツタ（２８）としてエミッタ電極素材
（２９）を電解研摩加工してエミッタ柄部（２８ａ　）
を所定径にすると共にこのエミ・７タ柄部（２８ａ　）
面を粗面化したものを使用する様にしたものである。

（作用） 斯る本発明に依れば、エミ・ツタとしてエミッタ電極素
材（２９）を電解研摩加工してエミッタ柄部（２８ａ　
）を所定径にすると共にこのエミッタ柄部（２８ａ）面
を粗面化したものを使用する様にされているので、エミ
ッタ（２Ｂ）に沿ったイオン源の流れを安定化させるこ
とができる。

〔実施例〕

以下、第１図〜第５図を参照して本発明イオンビーム発
生値！（３７）の一実施例につき説明しよう、尚、この
第１図において、第７図にり１応する部分には同一符号
を付し、その詳細説明Ｇ′１省ｊ＠する。

本例においては、エミッタ（２８）として引き抜き加工
により得られるタングステン棒を電解研摩加工してエミ
ッタ柄部（２８ａ　）を所定径とすると共にエミッタ柄
部（２８ａ）の表面を粗面化したものを用意し、このエ
ミッタ（２日）をノズル（２１）に設けられた突子（２
４ａ　）　　（２４ｂ　）によって圧接する様にしてノ
ズル（２１）内に装着し、その他については第７図例と
同様に構成し、第１図に示す様なイオンビーム発生装置
（３７）を構成する様番こする。

そこで次に斯るエミッタ（２８）を製造する場合につき
説明しよう。

先ず第２図に示す様に引き抜き加工により得られる円柱
形状のタングステン棒（２９）と電解研摩装置（３０）
とを用意する。ここに（３１）は電解液槽、（３２）は
水酸化ナトリウム（Ｎａ０）ｌ）水溶液、水酸化カリウ
ム（ＫＯＨ”）水溶液等の電解液、（３３）は電極板を
示し、また本例においては電源としてパルス電圧を発生
するパルス電圧電源装面（３４）を使用する様にする。

そして、本例においては、用意したタングステン棒（２
９）のエミッタ（２８）として加工する部分を電解液（
３２）中に浸すと共にタングステン棒（２９）の上部を
接続線（３５）を介してパルス電圧電源装置（３４）の
パルス電圧出力端子（３４ａ）に接続すると共に電極板
（３３）を接続線（３６）を介してパルス電圧電源装置
（３４）の接地端子（３４ｂ）に接続し、このタングス
テン棒（２９）の電解液（３２）中に浸した部分を電解
研摩する様にする。この様にすると、タングステン棒（
２９）は第３図に示す様に電解液（３２）中に浸した部
分の径が略一様になる様に、しかも、その部分が粗面に
なる様に電解研摩される。この様に電解研摩面が粗面化
するのは、結晶格子面による電解研摩速度の相違に起因
するものと考えられる。

また、この場合、電解時間を制御することにより電解研
摩部分の径を所要径とすることができることは勿１余で
ある。

次に第４図に示す様に先端部分を電解液（３２）中に残
す様にタングステン棒（２９）を引き上げ、更に電解研
摩を続行する様にする。この様にすると、第５図に示す
様にタングステン棒（２９）の先端部は鋭い円錐形状に
電解研摩される。

次にこのタングステン棒（２９）を電解液槽（３１）か
ら引き上げタングステン棒（２９）の上部の非加工部分
を切断することによって、柄部（２８ａ　）を所要径と
すると共にその表面を粗面とし、先端部＜２９ｂ　）を
鋭い円錐形状とする針状のエミ７り（２８）を得ること
ができる。

斯る本実施例に依れば、第２図〜第５図に示す様に、タ
ングステン棒（２９）を電解研摩加工してエミッタ（２
８）を形成する様にされているので、ノズル（２１）の
内径に応じた最適径のエミッタ柄部（２８ａ）を得るの
に、電解研摩時間を制御すれば足り、しかも、この場合
、併せてエミッタ柄部（２８ａ）の表面を粗面化するこ
とができる。またエミッタ先端部も簡単に鋭い円錐形状
に加工することができる。因みに本発明者は、内径１０
０μ鴎のノズル（２１）に装着すべきエミッタ（２８）
を製造するに際し、径１２８μｍのタングステン棒（２
９）を用意し、これを第２図〜第５図に示す方法で電解
研摩し、柄部（２８ａ）の表面を粗面化した針状のエミ
ッタ（２８）を製造することができた。

この様に本実施例に依れば、エミッタ（２８）としてタ
ングステン棒（２９）を電解研摩加工しエミッタ柄部（
２８ａ　）を所定径とすると共にエミッタ柄部（２８ａ
　）面を粗面化したものを使用する様にされているので
、エミッタ（２日）に沿って供給されるイオン源の流れ
を安定化することができ、輝度の安定化を図ることがで
きるという利益がある。

特にイオン源として液体金属を使用する場合に有効とな
る。

尚、上述実施例においてはエミッタ電極素材としてタン
グステン棒を使用した場合につき述べたが、この代わり
に、ニオブ等種々の金属が使用することができ、この場
合にも上述同様の作用効果を得ることができることは勿
論である。

また本発明は上述実施例に限らず、本発明の要旨を逸脱
することなく、その他種々の構成が取り得ることは勿論
である。

〔発明の効果〕

本発明に依れば、エミッタに沿って供給されるイオン源
の流れを安定化する様になされているので、輝度の安定
化を図ることができるという利益がある。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明イオンビーム発生装置の一実施例の要部
を示す断面図、第２図、第３図、第４図及び第５図は本
発明の一実施例で使用するエミッタ（２８）の製造工程
を示す線図、第６図は従来のイオンビーム発生装置を有
するイオンビーム装置を示す構成図、第７図は従来のイ
オンビーム発生装置の他の例の要部を示す断面図である
。 （２１）はノズル、（２８）はエミッタ、（２８ａ　）
はエミッタ柄部、（２８ｂ）はエミッタ先端部、（２９
）はタングステン棒である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ノズルと、該ノズル内に配されたエミッタとを有し、該
   エミッタに沿って供給されるイオン源を上記エミッタの
   先端に形成する高電界によってイオン化してイオンビー
   ムを発生させる様になされたイオンビーム発生装置にお
   いて、上記エミッタとしてエミッタ電極素材を電解研摩
   加工してエミッタ柄部を所定径にすると共に該エミッタ
   柄部面を粗面化したものを使用する様にしたことを特徴
   とするイオンビーム発生装置。