JPS6347226B2

JPS6347226B2 -

Info

Publication number: JPS6347226B2
Application number: JP57041520A
Authority: JP
Inventors: Ryuzo Aihara
Original assignee: Nihon Denshi KK
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 1982-03-16
Filing date: 1982-03-16
Publication date: 1988-09-21
Also published as: JPS58158843A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、引出し電極と接地カソードの電極の
構造を改良したイオン銃に関する。

エレクトロハイドロダイナミクス（Electro−
hydrodynamics；以下単にEHDと略す）による
液体金属（例えばGa等）のイオン源が、超LSIの
サブミクロン・ドライ・プロセス（Submicron
Dry Process）、例えば、マスクレスドーピング
（Maskless Doping）、リゾグラフイ
（Lithography）、マスクレススパツタリング
（Maskless Sputtering）などで注目をあびてい
る。そこで、このような目的のために、50KV級
の加速電圧のイオン銃等が必要とされている。

第１図は、このような従来のEHD形イオン銃
の構成断面を示す図である。図において、１は
Ga等の液体金属を貯えるリザーバ、２はイオン
ビームが発生するエミツタ、３はリザーバ加熱用
ヒータ、４は該ヒータ３を固定するステム、５は
円板状の絶縁物である。６はイオン銃真空側にエ
ミツタ電位及びリザーバ加熱用電流を導入する高
電圧耐真空導入リード、７はエミツタ２より金属
イオンが発生するに足りる高電界を与えるための
引出し電極、８は該引出し電極に高電圧を供給す
るための高電圧耐真空導入リードである。９は高
電圧碍子、１０は接地カソード（接地電極）、１
１はその内部が真空引きされたイオン銃室容器で
ある。１２はリザーバ１を加熱するための加熱用
電源、１３はエミツタ２から出るイオンビームの
量を制御する引出し電圧を与えるための引出し電
源、１４はイオンビームを加速するための加速電
圧を与える加速用電源である。１５は接地カソー
ド１０中に設けられたイオンビームを通すための
開口である。

このように構成されたイオン銃において、ヒー
タ３によりリザーバ１が加熱されると、該リザー
バ中の液体金属がエミツタ２に溶出してくる。こ
の状態でエミツタ２に加速電圧、引出し電極７に
引出し電圧、接地カソード１０に接地電位がそれ
ぞれ与えられると、エミツタ２の先端にはテーラ
ーコーンが形成され、イオンビームが発生する。
このエミツタ２から放出される金属イオン（例え
ばGa⁺）は、接地カソード１０の開口１５を通り
抜けてイオンビームの収束系に導かれるイオンビ
ームの他に、接地カソード１０の面に衝突するイ
オンビームがあり、後者のイオンビームがエミツ
タ２から放出されるイオンビームの大半を占めて
いる。

Ga⁺等のEHD形イオン銃では、エミツタ２か
ら15°乃至20゜の半角の範囲に円錐状にイオンビー
ムが放出される。開口１５を通過しないイオンビ
ームは、接地カソード１０に衝突する際に入射イ
オンビーム電流（一次イオンビーム電流）にほぼ
等しい量の二次電子ｅを放出する。尚、二次電子
と同時に二次イオンも放出されるが、本発明には
直接関係がないのでその説明はここでは省略す
る。この二次電子ｅは、引出し電圧Eexが加速電
圧Eacより低い場合、大半は引出し電極７の表面
に向けて加速され該表面に衝突する。この時、引
出し電極７の表面から二次電子が発生するが、該
二次電子が有するエネルギーは低く、しかも発生
面が接地カソード１０及び容器１１に対して正で
あるので、微小放電（詳細は後述）には直接関与
しない。そこで、引出し電極７の表面に衝突し背
面散乱した電子について述べる。この背面散乱電
子は、接地カソード１０の面から加速され引出し
電極７の面に衝突した際、若干のエネルギー損失
をうける。即ち、１回の散乱によつて数十乃至数
百eVのエネルギーを失う。背面散乱電子は、引
出し電極７の面から接地カソード１０の面に向け
てはね返るが、引出し電極７の電位が接地カソー
ド１０の電位よりも正であるので、図の矢印に示
すように再び引出し電極７の面に向けて押し戻さ
れ、再び引出し電極面に衝突する。衝突した電子
はある確率で再び背面散乱を起こし一定のエネル
ギーを失つて、再び接地カソード１０或いは容器
１１の面に向かつてはね返るが、前回と同様、引
出し電極７の面が接地カソード１０及び容器１１
に対して正であるので、引出し電極７の面に向か
つて再び押し戻される。このような過程を何回も
繰り返しながら、図示のような経路をたどり接地
カソード１０の面上で発生した二次電子ｅは、つ
いには散乱回数に応じたエネルギーを失つて碍子
面に衝突する。

碍子９の16部分には、加速電圧Eaccと引出し
電圧Eexとの差電圧（Eacc−Eex）が印加されて
おり、表面電位分布は該表面にそつて零から
（Eacc−Eex）の間の分布となつており、前記散
乱電子は、最初に接地カソード１０の面より引出
し電極７の面に向けて加速された二次電子の持つ
エネルギーから、前述したような引出し電極表面
で繰り返す数回の弾性散乱によつて失つたエネル
ギーを差し引いたエネルギーに等しい碍子表面電
位点に、最初に入射する。

一般に碍子（例えばAl₂O₃の場合）表面は、電
子ビームの入射があると二次電子が放出する割合
は、入射電子のエネルギーに依存する。この入射
電子に対する二次電子の発生効率が１以下になる
電圧は100eV以下、3KeV以上のエネルギーを有
する電子の場合である。ここでは散乱電子の持つ
エネルギーは100eV以下の低いエネルギーである
ので、前述の電子が最初に入射する碍子表面上の
点は負に帯電することになる。

この結果、碍子表面の電位分布が元のそれより
も若干変化する。即ち、散乱電子が最初に入射し
た碍子表面電位は引出し電極７と等電位になる傾
向を示す。更に、接地カソード１０の面から引き
続き発生する他の二次電子も前述のようにして引
出し電極７の表面で数回の散乱を繰り返して碍子
表面に衝突する。この散乱電子の碍子表面におけ
る衝突点は、今度は最初に碍子表面に衝突した電
子によつて変歪した新しい電位分布に基づいて、
更に碍子表面の接地電位側に若干シフトした点に
衝突しこの点を負に帯電させる。

このような過程が接地カソード１０にイオンビ
ームが衝突する際に発生する二次電子ｅの数だけ
起こる結果、碍子表面の電位分布はイオンビーム
電流量と碍子９の固有抵抗値に依存し変化する。
その変化する方向は、引出し電極７と等しい電位
が徐々に碍子９の接地電位側に移動し延びてゆく
様相となる。即ち、碍子表面の引出し電極７側部
分X₁と接地電位点１７側部分X₂との間の碍子表
面電位は、イオンビーム発生後の時間の経過と共
に、第２図のf₁，f₂，f₃，f₄のような分布に移る。
このために碍子９の接地電位点１７部の電界強度
が高くなり、この部分から放出される電界放出電
子は碍子９の面に沿つて引出し電極７に向けて流
れ始める臨界値が存在する。この電界放出電子は
接地電位点１７の接地部金属表面が必ずしも清浄
でないので、非常に不規則、不安定な電子線電流
となる。これが、イオン銃において発生するイオ
ンビーム発生中の微小放電である。この微小放電
は、加速電圧の変動を引き起こし、このためイオ
ンビームの安定な集束を得ることができなくな
る。

本発明は、このような点に鑑みてなされたもの
で、一次イオンビームによつて発生する二次電子
が引出し電極側に加速されないように引出し電極
に対向する先端部分が絞られた筒状の突出電極を
接地カソードに設けると共に、前記引出し電極の
前記突出電極に対向する部分に筒状の突出部を設
け、接地カソード側より加速される二次電子が引
出し電極に衝突し発生する弾性散乱電子を閉じ込
めて微小放電をなくし、安定なイオンビームを得
ることができるイオン銃を実現したものである。

以下、図面を参照して本発明を詳細に説明す
る。

第３図は、本発明の一実施例の要部を示す断面
図である。第１図と同一部分には同一の符号を付
し、その説明は省略する。図において、７′は引
出し電極で、円筒状の突出部２０を有している。
１０′は接地カソードで、先端部が絞られた円筒
状の突出電極２１を有している。該突出電極２１
は前記突出部２０に対向して配置されている。

このように構成された本発明イオン銃の動作を
次に説明する。

エミツタ２から放出されるイオンビームは、接
地カソード１０′の表面Ａに衝突し二次電子ｅを
放出するが、突出電極２１が表面Ａを覆う形状と
なつているため、Ａ表面の引出し電極７′による
電界は弱まり、引出し電極７′側に引き出され加
速される二次電子は表面Ａで発生する二次電子の
総数に比べると著しく減少する。更に、引出し電
極７′側に加速される分の二次電子は、前述した
従来のイオン銃と同様に、引出し電極７′の表面
Ｂに衝突し弾性散乱電子となるが、引出し電極
７′側には突出部２０があるために、該突出部２
０内で背面散乱を繰り返すだけで、突出部２０と
突出電極２１との間の間隙Ｄを通り抜けること
は、ほとんどできなくなる。従つて、前述したよ
うに、背面散乱を繰り返しながら碍子表面１６ま
で到達する電子の数は激減し、イオンビーム量を
増加させても微小放電の発生は極めて少ない。こ
のため、安定なイオンビームを得ることができ
る。

以上詳細に説明したように、本発明によれば、
一次イオンビームによつて発生する二次電子のほ
とんどは引出し電極側に加速されず、又、加速さ
れた一部の二次電子が引出し電極に衝突した際に
発生する弾性散乱電子は閉じ込められるので、微
小放電が激減し、安定なイオンビームが得られ
る。しかも、その構成は極めて簡単であるため、
実用上の効果が大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のEHD型イオン銃の構成断面図、
第２図は碍子表面の電位分布を示す図、第３図は
本発明の一実施例の要部を示す断面図である。１…リザーバ、２…エミツタ、３…ヒータ、４
…ステム、５…絶縁物、６，８…導入リード、
７，７′…引出し電極、９…碍子、１０，１０′…
接地カソード、１１…容器、１２…加熱用電源、
１３…引出し電源、１４…加速用電源、１５…開
口、１６…碍子表面、１７…接地電位点、２０…
突出部、２１…突出電極。

Claims

【特許請求の範囲】

１引出し電極７′に対向する先端部分が絞られ
た筒状の突出電極２１を接地カソード１０′に設
けると共に、前記引出し電極７′の前記突出電極
２１に対向する部分に筒状の突出部２０を設けた
電極構造を有するイオン銃。