Octrooiraad
io ATerinzagelegging ® 7906913 Nederland
@
NL
@
W e r k w i j z e en inrichting voor het tot stand brengen van een ionenstroom.
fj)
Int.CI3.: H01J37/30, H01L21/425.
@
Aanvrager: Nederlandse Centrale Organisatie voor ToegepastNatuurwetenschappelijk Onderzoek te 's-Gravenhage.
@
Gem.: Ir. G.F. van der Beek c.s. NEDERLANDSCH OCTROOIBUREAU Joh. de Wittlaan 15 2 5 1 7 JR 's-Gravenhage.
@
Aanvrage Nr. 7 9 0 6 9 1 3 .
(|2)
Ingediend 17 september 1979.
Ter inzage gelegd 19 maart 1981.
De aan dit blad gehechte stukken zijn een afdruk van de oorspronkelijk ingediende beschrijving met conclusie(s) en eventuele tekening(en).
U.O. 28.195 Werkwijze en inrichting voor het tot stand brengen van een ionenstroom De uitvinding heeft "betrekking op een werkwijze voor het tot stand brengen van een ionenstroom door gas door een uitstroomopening met een diameter niet groter dan 20^um in een geëvacueerde ruimte te laten stromen en achter deze 5
opening met behulp van één of meer gefocusseerde elektronenbundels te ioniseren. Toorts heeft de uitvinding betrekking op een inrichting voor het uitvoeren van deze werkwijze. Ben werkwijze en inrichting zijn bekend uit
10
een artikel van T.D. Mark en anderen, getiteld "A simple bakeable hollow cathode device for the direct study of plasma constituents", gepubliceerd in "The Review of Scientific Instruments", volume 43» Ho. 12, december 1972, biz. 1852-1853- ID. dit artikel wordt voorgesteld een gas,
15
dat in een massaspectrometer moet worden geanalyseerd, te laten uitstromen door een opening met een diameter van 20^um aangebracht in een schijf van molybdeen. Stroomopwaarts van de schijf met de uitstroomopening en hiervan geïsoleerd bevinden zich twee ringvormige elektroden, waar-
20
tussen een spanning kan worden aangebracht teneinde het erdoorheen stromende gas gedeeltelijk te ioniseren. Stroomafwaarts van de schijf met de uitstroomopening bevindt zich een rooster van geleidend materiaal waar een spanning aan kan worden aangelegd voor het beïnvloeden van de snelheid
25
van de door de uitstroomopening uittredende geladen deeltjes. Toorts is de in het genoemde artikel beschreven inrichting voorzien van middelen voor het opwekken van één of meer elektronenbundels, die op een plaats stroomafwaarts van het rooster worden gefocusseerd en daar de gasstroom
30
die het rooster is gepasseerd ioniseren. De op deze wijze verkregen ionenstroom wordt naar een massaspectrometer geleid waar de ionen worden geanalyseerd. De uitvinding heeft ten doel het verschaffen van een ionenstroom met een grote radiantie en een kleine
35
energiespreiding (ten hoogste enkele
eV). De radiantie van
een ionenstroom, die is te vergelijken met de helderheid in de lichtoptiek, is de stroom per eenheid van oppervlak en
79 0 6 9 1 3
2
per eenheid van ruimtehoek. De radiant ie kan worden "beschreven door de formule
SJ1 waarin: I = de stroom (ampère) 2 S = het oppervlak (cm )
5
ruimteboek (ster-radiaal). De uitvinding is gebaseerd op het inzicht, dat een ionenstroom met een grote radiantie kan worden verkre10
gen indien een dichte gasstroom in een zeer klein gebied door een elektronenbundel met grote stroomdichtheid wordt geïoniseerd. De werkwijze en de inrichting "beschreven in het hierboven besproken artikel van Mark en anderen hebben
15
weliswaar betrekking op het tot' stand brengen van een ionenstroom door middel van het met behulp van een elektronenbundel ioniseren van een gasstroom, maar zijn niet geschikt voor het tot stand brengen van een ionenstroom met een grote radiantie. Bij de beschreven inrichting passeert
20
de uit de uitstroomopening tredende gasstroom immers eerst een rooster, en wordt daarna pas geïoniseerd. Doordat de uittredende gasstroom kegelvormig is, zal de doorsnede ervan stroomafwaarts van het rooster, dus op de plaats waar de ionisatie plaats vindt, reeds aanzienlijk groter zijn
25
dan vlak achter de uitstroomopening zelf. Het gebied van de ionisatie is dus niet zeer klein en de verkregen radiantie is dientengevolge niet zeer groot. Een grote radiantie kan wel worden verkregen indien de gasstroom wordt geïoniseerd op de plaats waar deze
30
stroom de kleinste doorsnede heeft, te weten onmiddellijk stroomafwaarts van de uitstroomopening. Dit is mogelijk indien het rooster wordt weggelaten. Bovendien kunnen de elektroden stroomopwaarts van de stroomopening eveneens worden weggelaten, omdat het niet noodzakelijk en zelfs
35
ongewenst is een deel van het gas vóór de uitstroming reeds te ioniseren. Het genoemde doel van de uitvinding, te weten het stand brengen van een ionenstroom met een grote radiantie en kleine energie-spreiding, kan derhalve worden bereikt met
79 0 6913
3
een werkwijze van de in de aanhef genoemde soort, welke werkwijze volgens de uitvinding hierdoor is gekenmerkt, dat de ionisatie onmiddellijk achter de uitstroomopening plaats vindt. 5
Voorts wordt het doel van de uitvinding bereikt met een inrichting voor het tot stand brengen van een ionenstroom, bestaande uit een eerste ruimte waaraan gas kan worden toegevoerd of waarin damp kan worden geproduceerd en een tweede ruimte, die kan worden geëvacueerd,
10
welke ruimten zijn gescheiden door een wand met een uitstroomopening met een diameter niet groter dan 20^um, waarbij de inrichting is voorzien van middelen voor het opwekken van één of meer elektronenbundels, die zijn gefocusseerd in een tweede ruimte, met het kenmerk, dat het focus
15
van de elektronenbundel(s) ligt in de onmiddellijke nabijheid van de uitstroomopening. De radiantie van een volgens de uitvinding tot stand gebrachte ionenstroom neemt tengevolge van plasmaen ruimteladingseffecten toe als het gebied waarin de
20
ionisatie plaats vindt kleiner wordt, dat wil zeggen als de doorsnede van de gasstroom kleiner wordt. Dit kan worden bereikt door de uitstroomopening een zeer kleine diameter te geven. Een extreem kleine uitstroomopening resulteert echter tevens in een zeer kleine stroom, hetgeen ongewenst
25
is. Proeven hebben aangetoond, dat optimale omstandigheden worden verkregen met .een uitstroomopening met een dia^ meter die kleiner is dan 10^um, bijvoorbeeld Yoor het verkrijgen van een voldoend grote radiantie is het noodzakelijk dat er een betrekkelijk groot druk-
30
verschil heerst over de uitstroomopening. Proeven hebben aangetoond, dat goede resultaten kunnen worden verkregen met een drukverschil in de grootte-orde van enige tienden bar, bijvoorbeeld 0,2 bar. Toor het ioniseren van de gasstroom direkt achter
35
uitstroomopening kan gebruik worden gemaakt van één sterk gefocusseerde elektronenbundel, maar ook van meerdere elektronenbundels die alle op de gasstroom onmiddellijk' achter de uitstroomopening zijn gericht. Het ioniseren van de gasstroom met behulp van een of meer elektronenbundels
40
gaat gepaard met een lichteffect. Hiervan kan worden ge-
79 0 6 9 1 3
4 bruik gemaakt voor het instellen van de elektronenbundel(s). Aangezien de gevormde ionen moeten worden afgezogen door een vrij sterk elektrisch veld moet de elektronenbun5
del axiaal geringe afmetingen hebben om A E klein te houden. Het is dus belangrijk een elektronenbundel met hoge stroomdichtheid te maken. Volgens een speciale uitvoering van de uitvinding wordt gebruik gemaakt van een uitstroomopening die is aan-
10
gebracht in een platinafolie die een van de wanden van een betrekkelijk klein vat vormt. Dit kleine vat (enige cm^) kan gemakkelijk worden verwarmd en maakt het zodoende mogelijk stoffen, zoals bijvoorbeeld keukenzout, die onder normale omstandigheden vast zijn, te verdampen en in gas-
15
vormige toestand door de uitstroomopening te laten uittreden. Indien een ionenstroom I een grote radiantie en een kleine energiespreiding bezit kan die stroom I met behulp van elektrostatische of magnetische lenzen op een kleiner
20
gebied worden gefocusseerd dan mogelijk is met een ionenstroom met een kleinere radiantie. Ook kan men zeggen dat de verstrooiende invloed die fouten van een elektrostatische of magnetische lens op een te focusseren ionenstroom uitoefenen, kleiner is, naarmate de radiantie van de te
25
focusseren stroom groter is en de energiespreiding kleiner. De werkwijze volgens de uitvinding maakt het derhalve mogelijk met elektrostatische of magnetische lenzen een zeer smalle ionenbundel met een relatief grote stroom tot stand te brengen waardoor de ionen op een zeer klein ge-
30
bied kunnen worden geconcentreerd. Zulk een smalle ionenbundel kan worden toegepast voor het selectief, dat wil zeggen op bepaalde plaatsen van een oppervlak, implanteren van ionen, of met behulp van ionen wegetsen van materiaal, waarbij geen masker nodig is en derhalve de fabricagestap-
35
pen voor het aanbrengen van een masker komen te vervallen. Ook kan zulk een nauwe ionenbundel worden gebruikt voor het selectief bestralen van stralingsgevoelig maskeringsmateriaal. Het is gebleken dat veel stralingsgevoelige materialen aanzienlijk gevoeliger zijn voor ionen dan
40
elektronen. Doordat de gebruikte ionenbundel zeer smal is
7906913
5
en ionen door hun grote massa aanzienlijk minder verstrooid worden dan elektronen, kan een abrupte overgang tussen "behandelde en niet-behandelde gebieden worden verkregen, hetgeen bijvoorbeeld bij de fabricage van micro5
elektronische onderdelen van groot belang kan zijn.
7906913
6 C O N C L U S I E S 1. Werkwijze voor het tot stand, brengen van een ionenstroom door gas door een uitstroomopening met een diameter niet groter dan 20^um in een geëvacueerde ruimte 5
te laten stromen en achter deze opening met behulp van één of meer gefocusseerde elektronenbundels te ioniseren, met
het
k e n m e r k ,
dat de ionisatie onmiddel-
lijk achter de uitstroomopening plaats vindt. 2. Werkwijze volgens conclusie 1, 10
k e n m e r k ,
m e t
h e t
dat de diameter van de uitstroomopening
kleiner is dan 10^um. 3. Werkwijze volgens een of meer der voorgaande conclusies,
met
het
k e n m e r k ,
dat de druk
van het gas vóór de uitstroomopening ligt in de grootte15
orde van 0,1 bar. 4. Inrichting voor het tot stand brengen van een ionenstroom volgens een of meer van de voorgaande conclusies, bestaande uit een eerste ruimte waaraan gas kan worden toegevoerd en een tweede ruimte, die kan worden ge-
20
evacueerd, welke ruimten zijn gescheiden door een wand met een uitstroomopening met een diameter niet groter dan 20^/um, waarbij de inrichting is voorzien van middelen voor het opwekken van één of meer elektronenbundels, die zijn gefocusseerd in de tweede ruimte,
25
merk,
m e t
h e t
ken-
dat het focus van de elektronenbundel(s) ligt in
de onmiddellijke nabijheid van de uitstroomopening. 5. Inrichting volgens conclusie k e n m e r k ,
m e t
het
dat de diameter van de uitstroomopening
kleiner is dan 10^um. 30
6. Werkwijze voor het selectief implanteren van ionen, het met behulp van ionen etsen, of met ionen bestralen van stralingsgevoelig materiaal, waarbij een ionenstroom met behulp van elektrostatische en/of magnetische lenzen in een zeer klein gebied op het oppervlak van het
35
te behandelen werkstuk wordt geconcentreerd, k e n m e r k ,
m e t
het
dat de ionenstroom is verkregen met de werk-
wijze volgens een of meer van de conclusies 1-3 en met behulp van de inrichting volgens conclusie 4 of 5» *
7906913
*
*
*
*
*
*
