JP2827959B2 - 集束イオンビーム装置とパターン形成方法 - Google Patents

集束イオンビーム装置とパターン形成方法

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、集束イオンビーム装
置、特に真空槽の天井からイオンガンが垂下された集束
イオンビーム装置と、それを用いるパターン形成方法に
関する。
【0002】
【背景技術】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、リペアのための
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の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。
【0003】図3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
の下端面中央部に開口するガス導入孔5の下端部に形成
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、このエミッターの8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
射される熱を遮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。
【0004】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。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、1
6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。19は上記イオン
ガンを各方向に移動してイオンガン1のエミッター8の
レンズ系に対する位置合せを行うためのマニュピレータ
である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、集束イオン
ビーム装置のイオンガンは、エミッター8の温度を低く
することによってイオンビームの電流密度を大きくする
ため、冷凍機3の下端部に宙吊りにされた構造になって
おり、冷凍機3より下側の部分の重量が重く、イオンガ
ン1は自己が持つ固有振動数(低い周波数)で振動す
る。この振動の振幅は50μm以上になる場合もある。
そして、このように振動が生じると最終段の対物レンズ
16を通過したイオンビームの位置がドリフトすること
になるのでイオンビームにより露光することによりパタ
ーニングを行う場合にはパターンが歪んでしまうという
問題をもたらす。そして、振動の振幅が大きい場合には
例えば初段レンズ11の次のアパーチャーでその孔から
ビームが外れてしまい、その結果ビームが切れてしまう
ということも生じ得る。
【0006】しかるに、集束イオンビーム装置はビーム
径を0.2μm程度に絞って例えば0.35μmあるい
はそれ以下の微細ルールでのパターニングを可能にする
ことが期待されており、その期待に応えるためにはイオ
ンガン1の振動の振幅を極力小さくする必要がある。そ
こで、本願発明者は図3において破線で示したようにボ
ルトとナットを組み合せた支持具20を複数個(例えば
4個)用いて真空槽2内壁面の複数箇所からイオンガン
1(具体的にラディエーションシールド9)を抑えてそ
の位置を固定することにより振動を小さくするという着
想を得てそれを試してみた。
【0007】しかし、支持具20を用いて固定しても冷
却すると支持具20が収縮するので支持具20による抑
えが効かなくなり、結局、振動抑制効果は得られなかっ
た。というのは、支持具20を固定する作業は真空槽2
が常温状態のときに行うが、実際に集束イオンビーム装
置を使用するときは真空槽2を真空排気し且つ−200
℃以下に冷却した状態にする。その結果、肝心の使用時
には支持具20が収縮してしまい、イオンガン1を抑え
ることができないのである。そこで、本願発明者は冷却
した状態であってもイオンガンの位置を固定できるよう
にすべく思索して本発明を試すに至ったのであり、本発
明は集束イオンビーム装置のイオンガンの振動を、外部
からイオンガンへの熱の侵入を許容することなく有効に
防止することを目的とする。
【0008】
【課題を解決するための手段】請求項1の集束イオンビ
ーム装置は、真空槽の側壁の周方向に離間した位置に、
イオンガンに向けて延びる、長さを外部にて調整可能な
振動防止用の複数の支持具を貫設し、該支持具の内端に
て支持面との間に熱絶縁性材料を挟んで上記イオンガン
を抑えてなることを特徴とする。請求項2パターン形成
方法は、請求項1記載の集束イオンビーム装置を用いる
ことを特徴とする。
【0009】
【作用】請求項1の集束イオンビーム装置によれば、冷
却後イオンガンを固定するように各支持具を外部から調
整できるので、各支持具によってイオンガンの振動を有
効に防止することができる。そして、上記各支持具とイ
オンガンとの間に熱絶縁性材料が存在しているので、集
束イオンビーム装置外部からイオンガンへの熱の侵入を
該熱絶縁性材料により阻むことができ、延いては、イオ
ンガンの温度が上昇しそれによってイオンビーム電流が
減少して良好なパターン形成に支障をきたすというおそ
れをなくすことができる。
【0010】請求項2のパターン形成方法によれば、振
動のない状態のイオンガンからのイオンビームによりパ
ターンを形成することができるので、加工精度、成膜精
度を高め、微細なルールでのパターニングをすることが
できる。そして、イオンガンとそれを支持する各支持具
との間には熱絶縁性材料が介在するので、外部からイオ
ンガンへ熱が侵入するのを防止することができ、従っ
て、パターン形成時にイオンビーム電流が低下するとい
うおそれがなく、安定なイオンビーム発生条件下で良好
にパターン形成を行うことができる。
【0011】
【実施例】以下、本発明を図示実施例に従って詳細に説
明する。図1及び図2は本発明集束イオンビーム装置の
一つの実施例を示すもので、図1は装置全体を示す断面
図、図2は支持具を示す拡大断面図である。本集束イオ
ンビーム装置は図3に示した従来の集束イオンビーム装
置とは真空槽2内壁面から内側へ延びる長さを真空槽2
外部にて調整することができる支持具21を4個用いて
イオンガン1(具体的にはラディエーションシールド
9)の下部を抑えるようにした点で異なっているが、そ
れ以外の点では共通しており、その共通した点について
は既に説明済みなので図1及び図2において図3に使用
したと同じ符号を付して説明は省略し、相違する点につ
いてのみ説明する。
【0012】図面において、22、22は真空槽2の側
壁に形成した治具取付孔で、ラジエーションシールド9
の下部と略同じ高さのところにおいて本実施例では4個
中心角で90°ずつ間隔をおいて形成されているが、図
1には2個の治具取付孔22、22のみが現れる。勿
論、治具取付孔22に取り付けられる支持具21につい
ても同様である。23は治具取付孔22の外周部に一体
に形成された支持具取付フランジで、該フランジ23に
パッキング24を介して支持具21のフランジ25がね
じ27によって固定されている。26はベアリングで、
U字状のベアリング取付片27によってフランジ25に
組み付けられている。28、28はベアリング取付片2
7をフランジ25に固定するねじである。
【0013】29は筒状体で、その一端部がフランジ2
5の中心孔に嵌合せしめられている。30は上記筒状体
29、ベアリング26を通された移動軸で、周面に少な
くとも部分的にねじ溝が形成され、このねじ溝がベアリ
ング取付片27あるいは筒状体29の中心孔に形成され
た雌ねじに螺合している。しかして、該移動軸30を外
端部31において回すと該移動軸30は回す方向に応じ
て前進あるいは後退する。32は移動軸29の内端部に
固着されたテフロンからなる抑え部分で、該抑え部分3
2にてイオンガン1のラジエーションシール9を抑え
る。テフロンは熱絶縁性が高くイオンガン1への外部か
らの熱侵入を防止できるので抑え部分32に用いられ
る。33は上記抑え部分32と筒状体30との間に介在
せしめられた蛇腹である。
【0014】本集束イオンビーム装置によれば真空排
気、冷却を終えた後イオンガン1の下部を4個の支持具
21によって抑えることによってイオンガン1の下部を
固定することができる。というのは、各支持具21は移
動軸30を真空槽2外部からまわすことによって前進、
後退することができるからである。従って、イオンガン
の振動をきわめて小さくすることができる。実際には支
持具を全く用いない場合に存在していた6Hz、50μ
mの振動を10分の1(即ち5μm)以下の振幅に抑え
ることができた。尚、この支持具21による抑えはマニ
ピュレータ19により調整したイオンガン1の位置、向
きを狂わさないように行うことが必要であることはいう
までもない。尚、上記実施例において、支持具21の数
は4個であったが、必ずしも4個にすることは必要では
なく、例えば3個でも良いし、逆に4個よりも多くして
も良い。
【0015】そして、抑え部分32をテフロンの如き熱
絶縁性を有する材料により形成したので、イオンガン1
の振動を複数の支持具21によって抑えるようにしても
集束イオンビーム装置外部からイオンガン1へ熱が侵入
することを該抑え部分32によって阻むことができる。
従って、イオンガン1の温度が上昇してイオンビーム電
流が減少するというおそれはなく、安定にイオンビーム
の発生を継続させることができる。
【0016】そして、このような集束イオンビーム装置
を用いてIC、LSIの製造に不可欠な例えば露光、半
導体基板のイオンエッチングによる加工、リペアのため
の半導体膜、導電膜、絶縁膜の成長を行うことによりパ
ターン形成する。すると、イオンガン1が振動しないの
で、従来生じていたイオンガンの振動によりパターンが
歪むという問題がなくなり、例えば0.35μm或いは
それ以下という微細なルールでのパターニングが可能と
なる。しかも、イオンガン1とそれを支持する各支持具
21との間には熱絶縁性材料からなる抑え部分32が介
在するので、外部からイオンガン1へ熱が侵入するのを
防止することができ、延いては、安定なイオンビーム発
生条件下でパターン形成を行うことができる。
【0017】
【発明の効果】請求項1の集束イオンビーム装置によれ
ば、冷却後イオンガンを固定するように各支持具を外部
から調整できるので、各支持具によってイオンガンの振
動を有効に防止することができる。具体的には、従来に
おいて生じていた6Hz、50μmの振動を本集束イオ
ンビーム装置によれば10分の1(5μm)以下の振幅
に抑えることができた。そして、上記各支持具とイオン
ガンとの間に熱絶縁性材料が存在しているので、集束イ
オンビーム装置外部からイオンガンへの熱の侵入を該熱
絶縁性材料により阻むことができ、延いては、イオンガ
ンを所定温度以上に上昇して良好なイオンビーム電流が
減少し良好なパターン形成に支障をきたすというおそれ
をなくすことができる。
【0018】請求項2のパターン形成方法によれば、振
動のない状態のイオンガンからのイオンビームによりパ
ターンを形成することができるので、加工精度、成膜精
度を高め、微細なルールでのパターニングをすることが
できる。そして、イオンガンとそれを支持する各支持具
との間には熱絶縁性材料が介在するので、外部からイオ
ンガンへ熱が侵入するのを防止することができ、延いて
は、安定なイオンビーム発生条件下でパターン形成を行
うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明集束イオンビーム装置の一つの実施例を
示す、装置全体の断面図である。
【図2】上記実施例の支持具の断面図である。
【図3】背景技術を示す集束イオンビーム装置の断面図
である。
【符号の説明】 1 イオンガン 2 真空槽 21 支持具 32 熱絶縁性材料
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 FI H01L 21/027 H01L 21/30 551 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01J 27/00 - 27/26 H01J 37/08 H01J 37/305 H01J 37/317

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 真空槽の天井からイオンガンが垂下され
    た集束イオンビーム装置において、 真空槽の側壁の周方向に離間した位置に、該側壁内面か
    ら上記イオンガンに向けて延びる、長さを外部にて調整
    可能な振動防止用の複数の支持具を貫設し、 上記支持具の内端にて支持面との間に熱絶縁性材料を挟
    んで上記イオンガンを抑えてなることを特徴とする集束
    イオンビーム装置
  2. 【請求項2】 請求項1記載の集束イオンビーム装置を
    用いて、被処理基板へイオンビームを露光して該被処理
    基板上にイオンビームの露光によるパターンを形成する
    ことを特徴とするパターン形成方法
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WO2009020150A1 (ja) * 2007-08-08 2009-02-12 Sii Nanotechnology Inc. 複合集束イオンビーム装置及びそれを用いた加工観察方法、加工方法
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