JP2743399B2 - 集束イオンビーム装置 - Google Patents
集束イオンビーム装置Info
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- JP2743399B2 JP2743399B2 JP63239245A JP23924588A JP2743399B2 JP 2743399 B2 JP2743399 B2 JP 2743399B2 JP 63239245 A JP63239245 A JP 63239245A JP 23924588 A JP23924588 A JP 23924588A JP 2743399 B2 JP2743399 B2 JP 2743399B2
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Description
【発明の詳細な説明】 以下の順序に従って本発明を説明する。
A.産業上の利用分野 B.発明の概要 C.背景技術［第１図］ D.発明が解決しようとする問題点［第３図］ E.問題点を解決するための手段 F.作用 G.実施例［第１図、第２図］ H.発明の効果 （A.産業上の利用分野） 本発明は集束イオンビーム装置、特にエミッター先端
側に電界を形成することにより気体イオン源をイオン化
する集束イオンビーム装置に関する。
側に電界を形成することにより気体イオン源をイオン化
する集束イオンビーム装置に関する。
（B.発明の概要） 本発明は、上記の集束イオンビーム装置において、 エミッターのイオンビームレンズ系に対する位置合せ
を容易にするため、 エミッターの先端側に形成する電界をエミッターの先
端面から全面的にイオンビームが放射される強さである
4V/Å以上にしてイオンビーム放射角を半角で1000mrad
以上に広くしたものである。
を容易にするため、 エミッターの先端側に形成する電界をエミッターの先
端面から全面的にイオンビームが放射される強さである
4V/Å以上にしてイオンビーム放射角を半角で1000mrad
以上に広くしたものである。
（C.背景技術）［第１図］ IC、LSIの製造に不可欠な露光、半導体基板のイオン
エッチングによる加工、リベアのための半導体膜、導電
膜、絶縁膜の成長には集束イオンビーム装置が多く用い
られるようになっている。そして、集束イオンビーム装
置の性能向上のための技術開発も盛んで、その成果の一
つが例えば特開昭63−43249号公報等により公表されて
いる。
エッチングによる加工、リベアのための半導体膜、導電
膜、絶縁膜の成長には集束イオンビーム装置が多く用い
られるようになっている。そして、集束イオンビーム装
置の性能向上のための技術開発も盛んで、その成果の一
つが例えば特開昭63−43249号公報等により公表されて
いる。
第１図は集束イオンビーム装置の一例を示す断面図で
あり、１はイオンガンで、真空槽２の天井に垂設されて
いる。３は冷凍機、４は該冷凍機３の下端に取り付けら
れた絶縁サファイア、５は該絶縁サファイア４に形成さ
れたガス導入孔、６は該ガス導入孔５に連結されたパイ
プで、真空槽２の外部からガス導入孔５へイオン源であ
るヘリウムHeガスを供給する。７はヘリウムHeガスを下
方に噴出するノズルで、絶縁サファイア４下端面中央部
に開口するガス導入孔５の下端に形成されている。８は
該ノズル７内に取り付けられたエミッターで、このエミ
ッター８の先端はノズル７の先端から稍突出せしめられ
ている。９は冷凍機３、絶縁サファイア４、ノズル７及
びエミッター８を囲繞して外部から放射される熱をさえ
ぎるラディエーションシールド、10はドーナツ状の引き
出し電極で、該電極10と上記エミッター８との間に電圧
を印加することによりエミッター８の先端面からイオン
ビームを引き出すことができる。以上がイオンガン１の
構造の説明である。
あり、１はイオンガンで、真空槽２の天井に垂設されて
いる。３は冷凍機、４は該冷凍機３の下端に取り付けら
れた絶縁サファイア、５は該絶縁サファイア４に形成さ
れたガス導入孔、６は該ガス導入孔５に連結されたパイ
プで、真空槽２の外部からガス導入孔５へイオン源であ
るヘリウムHeガスを供給する。７はヘリウムHeガスを下
方に噴出するノズルで、絶縁サファイア４下端面中央部
に開口するガス導入孔５の下端に形成されている。８は
該ノズル７内に取り付けられたエミッターで、このエミ
ッター８の先端はノズル７の先端から稍突出せしめられ
ている。９は冷凍機３、絶縁サファイア４、ノズル７及
びエミッター８を囲繞して外部から放射される熱をさえ
ぎるラディエーションシールド、10はドーナツ状の引き
出し電極で、該電極10と上記エミッター８との間に電圧
を印加することによりエミッター８の先端面からイオン
ビームを引き出すことができる。以上がイオンガン１の
構造の説明である。
次に、該イオンガン１から出射されるイオンビームを
集束し、ブランキングし、偏向するレンズ系について説
明する。
集束し、ブランキングし、偏向するレンズ系について説
明する。
11はイオンビームを集束するコンデンサレンズ、12は
アライメントレンズ、13はブランキング電極、14はアパ
ーチャー、15はアライメント電極、16は対物レンズ、17
は偏向レンズであり、これ等の部材によりレンズ系が構
成されている。18はイオンビームが照射される半導体ウ
エハである。
アライメントレンズ、13はブランキング電極、14はアパ
ーチャー、15はアライメント電極、16は対物レンズ、17
は偏向レンズであり、これ等の部材によりレンズ系が構
成されている。18はイオンビームが照射される半導体ウ
エハである。
ところで、イオンガン１の冷凍機３、ラジエーション
シールド９は電気的には接地されている。そして、エミ
ッター８には接地に対して＋50KVの電位を与え、引き出
し電極10にはそれより例えば10KV低い＋40KVの電位を与
え、エミッター８に対して引き出し電極10が−10KVの電
位になるようにしてエミッター８表面側に強電界を生ぜ
しめてエミッター８からのイオンビームの引き出しを行
う。
シールド９は電気的には接地されている。そして、エミ
ッター８には接地に対して＋50KVの電位を与え、引き出
し電極10にはそれより例えば10KV低い＋40KVの電位を与
え、エミッター８に対して引き出し電極10が−10KVの電
位になるようにしてエミッター８表面側に強電界を生ぜ
しめてエミッター８からのイオンビームの引き出しを行
う。
そして、従来においてイオンビームの引き出しを行う
ために生ぜしめる電界はヘリウムHeガスのガス圧が１×
10-3Torrの下で２〜3VÅ程度であった。
ために生ぜしめる電界はヘリウムHeガスのガス圧が１×
10-3Torrの下で２〜3VÅ程度であった。
（D.発明が解決しようとする問題点）［第３図］ ところで、従来においては上述のようにヘリウムHeガ
スのガス圧が１×10-3Torrの下で3V/Å程度の電界がエ
ミッター８の表面側に生じるように引き出し電極10とエ
ミッター８との間に加える電圧を設定しており、この場
合のイオンビームの電流密度分布は第３図に示すように
なっていた。即ち、イオンビームの放射角は半角で約20
mradと非常に狭かった。尤も、エミッターから放射され
るイオンビームのうち露光等に用いられるもとは開き角
が半角で10〜20mradの範囲内のものであり、ビームの拡
がりとしては充分に大きいといえなくはない。従って、
イオンビームの放射角が半角で20mradと狭いままでイオ
ンビームの照射が行われてきたのである。
スのガス圧が１×10-3Torrの下で3V/Å程度の電界がエ
ミッター８の表面側に生じるように引き出し電極10とエ
ミッター８との間に加える電圧を設定しており、この場
合のイオンビームの電流密度分布は第３図に示すように
なっていた。即ち、イオンビームの放射角は半角で約20
mradと非常に狭かった。尤も、エミッターから放射され
るイオンビームのうち露光等に用いられるもとは開き角
が半角で10〜20mradの範囲内のものであり、ビームの拡
がりとしては充分に大きいといえなくはない。従って、
イオンビームの放射角が半角で20mradと狭いままでイオ
ンビームの照射が行われてきたのである。
しかし、イオンビームの放射角が狭いとエミッターを
それから放射されるイオンビームがレンズ系の光軸上を
通るように位置合せ（アライメント）することが非常に
難しい。従って、位置合せに要する時間が長くなりエミ
ッターの交換に例えば１〜２時間の長い時間を要すると
いう問題がある。これは集束イオンビーム装置の稼動率
の低下を招くので看過できない。この点について詳しく
説明すると次のとおりである。
それから放射されるイオンビームがレンズ系の光軸上を
通るように位置合せ（アライメント）することが非常に
難しい。従って、位置合せに要する時間が長くなりエミ
ッターの交換に例えば１〜２時間の長い時間を要すると
いう問題がある。これは集束イオンビーム装置の稼動率
の低下を招くので看過できない。この点について詳しく
説明すると次のとおりである。
エミッター８と引き出し電極10の間隔が例えば1mm以
下と非常に狭いのに対してその間に10KV程度の非常に高
い電圧が加えられるので、その間に放電が生じることが
少なくない。そして、放電が生じるとエミッター８（例
えばタングステンＷからなる）の表面が損傷を受け、使
用できなくなり交換しなければならない。そして、交換
したならば新しいエミッター８をそれから放射されるイ
オンビームが集束イオンビーム装置のレンズ系の光軸と
一致するようにしなければならない。もし、一致しない
とビーム径を所定の細さに絞れないし、ビーム電流を充
分な値にすることができないからである。しかし、上述
したようにエミッター８から放射されるイオンビームの
電流密度分布を示す第３図から明らかなように、従来に
おいてイオンビームの放射角は40mrad程度と非常に狭い
のでこのイオンビームがレンズ系の光軸と一致するよう
にエミッターを位置合せすることが非常に難しいのであ
り、調整作業に要する時間が長くなる大きな原因となっ
ていた。
下と非常に狭いのに対してその間に10KV程度の非常に高
い電圧が加えられるので、その間に放電が生じることが
少なくない。そして、放電が生じるとエミッター８（例
えばタングステンＷからなる）の表面が損傷を受け、使
用できなくなり交換しなければならない。そして、交換
したならば新しいエミッター８をそれから放射されるイ
オンビームが集束イオンビーム装置のレンズ系の光軸と
一致するようにしなければならない。もし、一致しない
とビーム径を所定の細さに絞れないし、ビーム電流を充
分な値にすることができないからである。しかし、上述
したようにエミッター８から放射されるイオンビームの
電流密度分布を示す第３図から明らかなように、従来に
おいてイオンビームの放射角は40mrad程度と非常に狭い
のでこのイオンビームがレンズ系の光軸と一致するよう
にエミッターを位置合せすることが非常に難しいのであ
り、調整作業に要する時間が長くなる大きな原因となっ
ていた。
本発明はこのような問題点を解決すべく為されたもの
であり、エミッターのレンズ系に対する位置合せ（アラ
イメント）を容易にすることを目的とする。
であり、エミッターのレンズ系に対する位置合せ（アラ
イメント）を容易にすることを目的とする。
（E.問題点を解決するための手段） 本発明集束イオンビーム装置は上記問題点を解決する
ため、イオンビームの引き出しのためにエミッターの先
端側に形成する電界の強さを、エミッター先端面から全
面的にイオンビームが放射されるような強さである4V/
Å以上にしたことを特徴とする。
ため、イオンビームの引き出しのためにエミッターの先
端側に形成する電界の強さを、エミッター先端面から全
面的にイオンビームが放射されるような強さである4V/
Å以上にしたことを特徴とする。
（F.作用） 本発明集束イオンビーム装置によれば、イオンビーム
がエミッター先端面から全面的に放射するようになるの
で放射角が第２図に示すように半角で1000mrad以上に広
くなり、エミッターをイオンビームがレンズ系の光軸上
を通るように位置合せすることが容易となる。
がエミッター先端面から全面的に放射するようになるの
で放射角が第２図に示すように半角で1000mrad以上に広
くなり、エミッターをイオンビームがレンズ系の光軸上
を通るように位置合せすることが容易となる。
（G.実施例）［第１図、第２図］ 以下、本発明集束イオンビーム装置を図示実施例に従
って詳細に説明する。
って詳細に説明する。
本実施例の集束イオンビーム装置は既に説明した第１
図の集束イオンビーム装置と構造的に全く変りはなく、
引き出し電極10に与える電位が異なるのである。そし
て、集束イオンビーム装置の構造は既に説明済なので重
ねて説明しない。
図の集束イオンビーム装置と構造的に全く変りはなく、
引き出し電極10に与える電位が異なるのである。そし
て、集束イオンビーム装置の構造は既に説明済なので重
ねて説明しない。
本実施例においては引き出し電極10に与える電位を従
来よりも低くして引き出し電極10とエミッター８との間
の電位差を高めることによりエミッター８先端側の電界
強度を従来の２〜3V/Åから4V/Å以上例えば5V/Å程度
に高くする。すると、針状のエミッター８の先端面から
略全面的にイオンビームが放射される状態になり、イオ
ンビームの電流密度分布は第２図に示すようになる。即
ち、イオンビームの放射角が従来の20〜40mradから半角
で1rad程度まで拡がるのである。
来よりも低くして引き出し電極10とエミッター８との間
の電位差を高めることによりエミッター８先端側の電界
強度を従来の２〜3V/Åから4V/Å以上例えば5V/Å程度
に高くする。すると、針状のエミッター８の先端面から
略全面的にイオンビームが放射される状態になり、イオ
ンビームの電流密度分布は第２図に示すようになる。即
ち、イオンビームの放射角が従来の20〜40mradから半角
で1rad程度まで拡がるのである。
このようにイオンビームの放射角が拡がるのは次の理
由による。元来針状エミッター８の先端面には（111）
面、（001）面、（114）面等多くの異なる結晶面が突起
状に露出しているが、各結晶面の面積は互いに異なり、
例えば（111）面は非常に面積が小さいが、他の結晶面
の面積はそれよりも大きく、そして、エミッターの先端
側の電界強度が例えば２〜3V/Åであっても、エミッタ
ー表面側の電界強度をミクロ的に見ると結晶面によって
その表面における電界強度が微妙に異なり、（111）面
のように結晶面の面積が小さな方が大きなものより表面
の電界強度が大きくなる。そして、エミッター表面側の
電界強度の平均的な値が例えば２〜3V/Å程度の値だと
（111）面を始めとする比較的少ない種類の結晶面だけ
がイオンビーム発生に必要な電界強度になる。しかる
に、電界強度を４〜5V/Å程度に高くすると、多くの結
晶面において表面の電界強度がイオンビームの発生に必
要な値を越える。その結果、エミッター先端面から全面
的にイオンビームが発生する状態になり、延いては第２
図に示すようにイオンビーム放射角が数十倍広くなるの
である。
由による。元来針状エミッター８の先端面には（111）
面、（001）面、（114）面等多くの異なる結晶面が突起
状に露出しているが、各結晶面の面積は互いに異なり、
例えば（111）面は非常に面積が小さいが、他の結晶面
の面積はそれよりも大きく、そして、エミッターの先端
側の電界強度が例えば２〜3V/Åであっても、エミッタ
ー表面側の電界強度をミクロ的に見ると結晶面によって
その表面における電界強度が微妙に異なり、（111）面
のように結晶面の面積が小さな方が大きなものより表面
の電界強度が大きくなる。そして、エミッター表面側の
電界強度の平均的な値が例えば２〜3V/Å程度の値だと
（111）面を始めとする比較的少ない種類の結晶面だけ
がイオンビーム発生に必要な電界強度になる。しかる
に、電界強度を４〜5V/Å程度に高くすると、多くの結
晶面において表面の電界強度がイオンビームの発生に必
要な値を越える。その結果、エミッター先端面から全面
的にイオンビームが発生する状態になり、延いては第２
図に示すようにイオンビーム放射角が数十倍広くなるの
である。
そして、イオンビーム放射角が広くなると、エミッタ
ー８の向きをイオンビームが集束イオンビーム装置のレ
ンズ系の光軸に一致するように位置合せ（アライメン
ト）することが非常に容易になる。従って、エミッター
の交換作業に要する時間を短くすることができる。
ー８の向きをイオンビームが集束イオンビーム装置のレ
ンズ系の光軸に一致するように位置合せ（アライメン
ト）することが非常に容易になる。従って、エミッター
の交換作業に要する時間を短くすることができる。
ちなみに、放射角をこのように大きくしてもビーム電
流を最大１μＡという大きな値にすることができた（0.
7μA/sr）。そして、ビーム取り出し角を10mradに絞っ
た場合でも40pA程度のプローグ電流がとれることが確認
できた。これは0.2〜0.3μΦのプローブ径に相当し、本
発明の実用性の高いことを証明している。
流を最大１μＡという大きな値にすることができた（0.
7μA/sr）。そして、ビーム取り出し角を10mradに絞っ
た場合でも40pA程度のプローグ電流がとれることが確認
できた。これは0.2〜0.3μΦのプローブ径に相当し、本
発明の実用性の高いことを証明している。
また、本発明のように電界強度を高くすると残留汚染
分子の付着防止効果が高まる。この点について詳しく説
明すると、残留汚染分子は、真空槽２を所定の真空度に
しても真空槽２に残留してエミッターを汚染する分子
で、エミッター表面に付着するとビーム特性が劣化す
る。しかし、電界強度を高くすると分子がその高い電界
面でイオン化されてエミッターに付着する前に恰かもイ
オンビームのようにして下側に飛ばされてしまうように
することができ、汚染の防止効果を高めることができ
る。
分子の付着防止効果が高まる。この点について詳しく説
明すると、残留汚染分子は、真空槽２を所定の真空度に
しても真空槽２に残留してエミッターを汚染する分子
で、エミッター表面に付着するとビーム特性が劣化す
る。しかし、電界強度を高くすると分子がその高い電界
面でイオン化されてエミッターに付着する前に恰かもイ
オンビームのようにして下側に飛ばされてしまうように
することができ、汚染の防止効果を高めることができ
る。
（H.発明の効果） 以上に述べたように、本発明集束イオンビーム装置
は、エミッター先端側に電界を形成することにより気体
イオン源をイオン化する集束イオンビーム装置におい
て、上記電界の強度を4V/Å以上にしてエミッター先端
面から全面的にイオンビームが放射されその発散角が半
角で約1000mrad以上になるようにしてなることを特徴と
するものである。
は、エミッター先端側に電界を形成することにより気体
イオン源をイオン化する集束イオンビーム装置におい
て、上記電界の強度を4V/Å以上にしてエミッター先端
面から全面的にイオンビームが放射されその発散角が半
角で約1000mrad以上になるようにしてなることを特徴と
するものである。
従って、本発明集束イオンビーム装置によれば、イオ
ンビームがエミッター先端面から全面的に放射するよう
にするので放射角が第２図に示すように半角で1000mrad
以上に広くなり、エミッターをイオンビームがレンズ系
の光軸上を通るように位置合せすることが容易となる。
ンビームがエミッター先端面から全面的に放射するよう
にするので放射角が第２図に示すように半角で1000mrad
以上に広くなり、エミッターをイオンビームがレンズ系
の光軸上を通るように位置合せすることが容易となる。
第１図は集束イオンビームの装置の断面図、第２図は本
発明の一つの実施例におけるイオンビームの電流密度分
布図、第３図は従来の場合におけるイオンビームの電流
密度分布図である。 符号の説明 ８……エミッター。
発明の一つの実施例におけるイオンビームの電流密度分
布図、第３図は従来の場合におけるイオンビームの電流
密度分布図である。 符号の説明 ８……エミッター。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/265 Ｆ
Claims (1)
- 【請求項１】エミッター先端面に電界を形成することに
より気体イオン源をイオン化する集束イオンビーム装置
において、 上記電界の強度を4V/Å以上にしてエミッター先端面か
ら全面的にイオンビームが放射されその発散角が半角で
約1000mrad以上になるようにしてなる ことを特徴とする集束イオンビーム装置
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63239245A JP2743399B2 (ja) | 1988-09-24 | 1988-09-24 | 集束イオンビーム装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63239245A JP2743399B2 (ja) | 1988-09-24 | 1988-09-24 | 集束イオンビーム装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0287454A JPH0287454A (ja) | 1990-03-28 |
| JP2743399B2 true JP2743399B2 (ja) | 1998-04-22 |
Family
ID=17041896
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63239245A Expired - Fee Related JP2743399B2 (ja) | 1988-09-24 | 1988-09-24 | 集束イオンビーム装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2743399B2 (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH088245B2 (ja) * | 1990-09-28 | 1996-01-29 | 株式会社島津製作所 | 集束イオンビームエッチング装置 |
| JP4728173B2 (ja) * | 2006-06-08 | 2011-07-20 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | 走査電子顕微鏡の電子ビーム軸調整方法および走査電子顕微鏡 |
| JP5809890B2 (ja) * | 2011-09-05 | 2015-11-11 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | イオンビーム装置 |
| WO2013150861A1 (ja) * | 2012-04-03 | 2013-10-10 | 株式会社 日立ハイテクノロジーズ | ガス電界電離イオン源およびイオンビーム装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS56133824A (en) * | 1980-03-21 | 1981-10-20 | Toshiba Corp | Electron beam device |
-
1988
- 1988-09-24 JP JP63239245A patent/JP2743399B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0287454A (ja) | 1990-03-28 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |