JP2985175B2

JP2985175B2 - イオンビーム装置

Info

Publication number: JP2985175B2
Application number: JP63261208A
Authority: JP
Inventors: 守一小西; 正明滝沢
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1988-10-17
Filing date: 1988-10-17
Publication date: 1999-11-29
Anticipated expiration: 2014-11-29
Also published as: JPH02109244A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、イオンビーム装置におけるイオンビームの
アラインメント方法及びアラインメント用チャンバーに
関し、特に、気体イオン源を用いた集束イオンビーム装
置に適用して好適なものである。

〔発明の概要〕

本発明は、イオンビーム装置のイオンガンチャンバー
と集束レンズチャンバーとの間に、イオンガンで発生さ
れるイオンビームの集束レンズ系に対するアラインメン
トを行うための第１及び第２のアラインメント用板を有
するアラインメント用チャンバーを取り付け、イオンビ
ームによる第１及び第２のアラインメント用板の投影像
の中心位置が一致するようにイオンガンの調整を行うこ
とによりイオンビームの集束レンズ系に対するアライン
メントを行う。これによって、集束レンズ系に対するイ
オンビームのアラインメントを高精度で行うことができ
る。

〔従来の技術〕

集束イオンビーム技術は、リソグラフィーへの応用を
はじめ、マスクレスイオン注入、マスクレスエッチング
等への幅広い応用範囲を有する技術として注目され、そ
のための集束イオンビーム装置の開発が活発に行われて
いる。

第６図は従来の集束イオンビーム装置の構成を示す。
第６図に示すように、この集束イオンビーム装置におい
ては、イオンガンのエミッター101の先端から放射され
るイオンは引き出し電極102により下方に引き出され、
イオンビーム103が形成される。このイオンビーム103は
集束レンズ104により集束された後、アラインメント電
極105により光学系の光軸に対するアラインメントが行
われる。次に、このイオンビーム103はアパーチャー106
によりビーム径が絞られた後、アラインメント電極107
により再びアラインメントが行われる。符号108は、イ
オンビーム描画の際にイオンビームのカットを行うため
のブランキング電極を示す。次に、このイオンビーム10
3は対物レンズ（第２段目の集束レンズ）109により例え
ば半導体ウエーハのような試料110上に結像され、偏向
電極111によりこの試料110上を走査される。これによっ
て、所定のイオンビーム描画が行われる。

ところで、従来の集束イオンビーム装置においては、
イオンガンとして液体金属イオン源が多く用いられてお
り、イオンガンで発生されるイオンビーム103の電流は
１μＡのオーダーである。イオンビーム電流がこの程度
の大きさである場合には、イオンガンからのイオンビー
ム103の発生の有無は、引き出し電極102や集束レンズ10
4の電極にイオンビーム103が当たることにより流れるイ
オンビーム電流の測定から容易に確認することができ、
さらにこのイオンビーム電流の測定結果をフィードバッ
クしてイオンガンのアラインメントを行うこともでき
る。しかし、液体金属イオン源を用いた場合には、試料
110中に金属原子が打ち込まれてしまうため、例えばリ
ソグラフィーを行う場合にはレジストの汚染の問題を生
じ、実用性に欠ける。

そこで、この問題を解決するために、近年、上述の液
体金属イオン源の代わりに気体イオン源を用いた集束イ
オンビーム装置が開発されている。しかし、気体イオン
源は得られる全イオンビーム電流が少なく、イオンビー
ム103により生じる２次電子の影響を受けやすい。この
ため、特に低電流モードでイオン源を作動させる場合に
は、各電極で測定されるべきイオンビーム電流がイオン
ビーム103により発生される２次電子で中和され、その
結果イオンビーム電流の測定が不可能になるおそれがあ
る。また、気体イオン源の場合には、エミッター101が
放電により損傷を受けやすいため、集束イオンビーム装
置の使用に際しては事前にこのエミッター101の動作確
認を行う必要があるが、この確認を行うためにはイオン
ガンと集束レンズ104との間の間隔を十分に大きく（例
えば、第６図においてｚ〜10cm）とる必要がある。しか
し、このようにイオンガンと集束レンズ104との間の間
隔を大きくとると、この集束レンズ104によるイオンビ
ーム103の集束性の劣化を招いてしまう。

一方、イオンガンで発生されるイオンビームの集束レ
ンズに対するアラインメントは従来、次のようにして行
われていた。すなわち、第７図に示すように、まず先端
の中央部からイオンが放射されるエミッター101を選
ぶ。具体的には、例えば、〈111〉方位のニードル状タ
ングステン（Ｗ）から成り、先端の中央部が（111）面
により構成されているエミッター101が選ばれる。次に
第８図に示すように、この選ばれたエミッター101をノ
ズル112の内部に挿入して固定する。このノズル112は、
金属製Ｏリング113を介してエミッターホルダー114に取
り付けられる。このエミッターホルダー114には、イオ
ンソースガス供給用のガス供給管115が設けられてい
る。また、このエミッターホルダー114は電気絶縁用の
サファイアブロック116に固定され、さらにこのサファ
イアブロック116はいわゆるコールドエンドの先端部の
銅ブロック117に固定されている。

次に、この第８図に示すイオンガンを集束イオンビー
ム装置の集束レンズの上に取り付ける。第９図は、この
ようにしてイオンガンの取り付けを行った状態を示す。
第９図に示すように、銅ブロック117は例えばステンレ
ス鋼製のチューブ118に接続され、このチューブ118と銅
ブロック117とによりコールドエンド119が構成される。
また、イオンガンは、イオンガンチャンバー120の蓋121
の上に設けられているXYZモジュール及び傾斜（tilt）
モジュール122により、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向の移動及び傾斜
が可能に構成されている。一方、このイオンガンチャン
バー120は、集束レンズチャンバー123の上に設けられて
いる。この集束レンズチャンバー123内には、集束レン
ズ104及び対物レンズ109が設けられている。なお、この
場合には集束レンズ104の一番上の電極がイオンビーム
の引き出し電極を兼用する。

上述のように、イオンガンのアラインメントは、第７
図、第８図及び第９図に示す過程において行われる。し
かし、第８図に示すようにエミッター101をノズル112内
に取り付ける際には、このノズル112とエミッター101と
の間にすきまが存在することからエミッター101がノズ
ル112の中心軸に対して例えば10mrad程度傾斜してしま
うため、機械精度的にアラインメント精度に限界があ
り、さらに場合によってはエミッター101自身がわずか
に曲がっていることもある。このため、イオンガンの傾
斜及び集束レンズ系の光軸に垂直な面内のＸ、Ｙ方向の
アラインメント精度の向上には自ずから限界があった。

なお、気体イオン源を用いた集束イオンビーム装置に
ついては、例えば特開昭59−117122号公報に記載されて
いる。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上のように、従来の集束イオンビーム装置は、集束
レンズ系に対するイオンビームのアラインメントを高精
度で行うことは難しかった。

従って本発明の目的は、集束レンズ系に対するイオン
ビームのアラインメントを高精度で行うことができるイ
オンビーム装置におけるイオンビームのアラインメント
方法及びアラインメント用チャンバーを提供することに
ある。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題を解決するため、本発明の第１の発明による
イオンビーム装置におけるイオンビームのアラインメン
ト方法は、イオンガンチャンバー（１）と集束レンズチ
ャンバー（10）との間に、イオンガンで発生されるイオ
ンビームの集束レンズ系に対するアラインメントを行う
ための第１及び第２のアラインメント用板（12、13）を
有するアラインメント用チャンバー（11）を取り付け、
イオンビームによる第１及び第２のアラインメント用板
（12、13）の投影像の中心位置が一致するようにイオン
ガンの調整を行うことによりイオンビームの集束レンズ
系に対するアラインメントを行うようにしている。

本発明の第２の発明によるアラインメント用チャンバ
ーは、イオンビーム装置のイオンガンチャンバー（１）
と集束レンズチャンバー（10）との間に取り付けられ、
イオンガンで発生されるイオンビームの集束レンズ系に
対するアラインメントを行うために用いられるアライン
メント用チャンバーであって、第１及び第２のアライン
メント用板（12、13）を有し、イオンビームによる第１
及び第２のアラインメント用板（12、13）の投影像を観
察することによりアラインメントを行うようにしてい
る。

〔作用〕

本発明によれば、イオンガンチャンバーと集束レンズ
チャンバーとの間にアラインメント用チャンバーを取り
付け、第１及び第２のアラインメント用板の投影像を例
えば蛍光板で観察し、これらの第１及び第２のアライン
メント用板の中心位置が一致するようにイオンガンの調
整を行うことにより、集束レンズ系に対するイオンビー
ムのアラインメントを高精度で行うことができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説
明する。以下の実施例Ｉ及び実施例IIは、いずれも気体
イオン源を用いた集束イオンビーム装置に本発明を適用
した実施例である。なお、実施例の全図において同一部
分には同一の符号を付ける。

実施例Ｉ第１図は本発明の実施例Ｉを示す。

第１図において、符号１はイオンガンチャンバーを示
す。この実施例Ｉにおけるイオンガンの構造は第８図に
示した従来のイオンガンと同様な構造を有し、例えばニ
ードル状のＷから成るエミッター２、ノズル３、エミッ
ターホルダー（図示せず）、サファイアブロック４、銅
ブロック５及び例えばステンレス鋼製のチューブ６から
成る。これらの銅ブロック５及びチューブ６によりコー
ルドエンド７が構成される。そして、チューブ６内に供
給される液体ヘリウム等により銅ブロック５が極低温に
冷却され、これによってイオンガンの冷却が行われる。
また、このイオンガン全体は、イオンガンチャンバー１
の蓋８の上に設けられたXYZモジュール及び傾斜モジュ
ール９により、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向の移動及び傾斜が可能に
構成されている。

この実施例Ｉにおいては、集束レンズやアラインメン
ト電極（図示せず）が設けられている集束レンズチャン
バー10と上述のイオンガンチャンバー１との間にイオン
ガンのアラインメント用チャンバー11が取り付けられて
いる。このアラインメント用チャンバー11内には、例え
ばステンレス鋼製のアラインメント用円板12、13が互い
に平行に、かつこのアラインメント用チャンバー11の中
心軸とこれらのアラインメント用円板12、13の中心とが
一致するように設けられている。これらのアラインメン
ト用円板12、13の中心は、集束レンズ系の光軸と一致す
るようにあらかじめ調整されている。第２図Ａに示すよ
うに、このアラインメント用円板12は、外側の環状部12
a、内側の環状部12b及びこれらを連結する連結部12cか
ら成る。同様に、第２図Ｂに示すように、アラインメン
ト用円板13は、外側の環状部13a、内側の環状部13b及び
これらを連結する連結部13cから成る。この場合、アラ
インメント用円板12の内側の環状部12bの直径は、アラ
インメント用円板13の内側の環状部13bの直径よりも小
さい。なお、これらのアラインメント用円板12、13の厚
さは例えば5mm程度である。

第１図において、上述のアラインメント用円板12、13
の下方には蛍光板14が設けられ、その下方にミラー15が
この蛍光板14に対して傾斜して設けられている。そし
て、アラインメント用チャンバー11の壁面に設けられた
ヴューポート16の透明ガラス窓17を通してこのミラー15
を観察することにより、蛍光板14上に形成されるイオン
ビーム像を観察することができるようになっている。

この実施例Ｉにおいては、イオンガンのアラインメン
トは次のようにして行われる。

まず、イオンガンによりイオンビームを発生させる。
この段階では通常、イオンビームは集束レンズ系の光軸
からずれているため、蛍光板14上に形成されるアライン
メント用円板12、13の投影像は第３図Ａに示すようにな
り、アラインメント用円板12の内側の環状部12bの中心
位置とアラインメント用円板13の内側の環状部13bの中
心位置とは互いにずれている。そこで、次にこの蛍光板
14上の投影像を観察しながらXYZモジュール及び傾斜モ
ジュール９によりイオンガンのＸ、Ｙ、Ｚ方向の位置及
び傾斜の調整を行い、蛍光板14上でアラインメント用円
板12、13の内側環状部12b、13bの中心位置を第３図Ｂに
示すように一致させる。この第３図Ｂに示す状態が、イ
オンガンで発生されるイオンビームがアラインメント用
円板12、13の中心、従って集束レンズ系の光軸に一致し
た状態にほかならず、この光軸に対するイオンビームの
アラインメントが行われたことを意味する。このように
してイオンビームのアラインメントを行った後、アライ
ンメント用チャンバー11を取り外してイオンガンチャン
バー１を集束レンズチャンバー10の上に直接取り付け
る。実際のイオンビーム描画はこの状態で行われる。

この実施例Ｉによれば、イオンビームにより蛍光板14
上に形成されるアラインメント用円板12、13の投影像の
中心位置が一致するようにイオンガンの調整を行ってい
るので、集束レンズ系に対するイオンビームのアライン
メントを高精度で行うことができる。また、エミッター
２の先端中央部の最高輝度面を集束レンズ系の光軸に一
致させることができるので、最高輝度のイオンビームを
得ることができる。

実施例II 第４図は本発明の実施例IIを示す。

第４図において、符号18はエミッター２の先端から放
射されるイオンを下方に引き出すための引き出し電極を
示す。また、符号19は図示省略した集束レンズチャンバ
ー内に取り付けられている集束レンズを示す。上述の引
き出し電極18とこの集束レンズ19との間の間隔ｚは通常
例えば3cm程度はある。そこで、この実施例IIにおいて
は、この引き出し電極18と集束レンズ19との間の空間内
に蛍光板20が挿入されている。この蛍光板20は支持具21
の先端に取り付けられ、さらにこの支持具21は水平方向
（集束レンズ系の光軸に垂直な方向）に直線運動が可能
なリニアモーションドライブ22の先端に取り付けられて
いる。符号23はフランジを示し、このフランジ23はイオ
ンガンチャンバー１の壁面に設けられた管状部のフラン
ジ1aに接続されている。また、符号24はフランジ23に接
続されたベローズ（蛇腹）を示す。そして、リニアモー
ションドライブ22は、このベローズ24の図示省略した一
端に取り付けられた駆動装置（図示せず）により駆動さ
れるようになっている。

上記蛍光板20は例えば正方形の形状を有し、その一辺
の長さは例えば3cm程度である。また、この蛍光板20の
蛍光剤としては、例えばZnS、Mnで活性化されたZn₂SiO₄
（Zn₂SiO₄:Mn）、Pbで活性化されたCaWO₄（CaWO₄:Pb）
等を用いることができる。イオンビームの照射により発
生する蛍光の色は、ZnS及びCaWO₄:Pbは青色、Zn₂SiO₄:M
nは緑色である。また、これらの蛍光剤はいずれも例え
ばネオン（Ne）のような希ガス中で用いられ、イオンに
対する耐性は比較的強い。

この蛍光板20には、集束レンズ系の光軸との交点付近
にあらかじめ印（例えば、○印）が付けられている。そ
して、イオンビームがこの蛍光板20に当たったときにこ
の印の中にイオンビームが入っていれば、イオンビーム
は光軸に対してほぼアラインメントされていることがわ
かるようになっている。

一方、イオンガンチャンバー１の壁面にはヴューポー
ト25が設けられ、このヴューポート25の透明ガラス窓26
から上述の蛍光板20上に形成されるイオンビーム像を観
察することができるようになっている。

この実施例IIにおいては、蛍光板20上にイオンビーム
像が形成された場合にはイオンビームが確かに発生して
いることを確認することができ、一方、蛍光板20上にイ
オンビーム像が形成されなければイオンビームは発生さ
れていないことがわかる。さらに、イオンビームの発生
が確認された後には、次のようにしてイオンビームのア
ラインメントを行うことができる。すなわち、この蛍光
板20上のイオンビーム像をヴューポート25の透明ガラス
窓26から観察しながら実施例Ｉと同様にしてイオンガン
の調整を行い、蛍光板20上の印の中にイオンビーム像が
入るようにする。第５図はその状態を示す（印は図示せ
ず）。この状態が、集束レンズ系の光軸に対してイオン
ビームの大まかなアラインメント（粗調整）が行われた
状態を示す。なお、蛍光板20上のイオンビーム像の観察
は肉眼で行うこともできるが、この蛍光板20上のイオン
ビーム像の輝度は一般に低いので、例えば高感度カメラ
で観察してもよい。

上述のようにしてイオンビームの大まかなアラインメ
ントを行った後、リニアモーションドライブ22により蛍
光板20をイオンビームの経路から完全に外れる位置まで
引っ張り出す。このようにすると、イオンビームは集束
レンズ19に入射するので、イオンビーム電流の測定を行
いながらより精密なアラインメントを行うことができ
る。

このように、この実施例IIによれば、イオンガンのす
ぐ下方に挿入された蛍光板22にイオンビームが当たるこ
とにより形成されるイオンビーム像の観察から、イオン
ビームの発生の有無の確認及び集束レンズ系に対するイ
オンビームの大まかなアラインメントをその場で行うこ
とができる。

以上、本発明の実施例につき具体的に説明したが、本
発明は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発
明の技術的思想から逸脱しない範囲で各種の変形が可能
である。

例えば、実施例Ｉにおいて、アラインメント用円板1
2、13の環状部12a、12b、13a、13bの径や幅、連結部12
c、13cの幅等は必要に応じて変更することが可能であ
る。さらに、アラインメント用板は必ずしも円板である
必要はなく、例えば外形が四角形の板を用いることも可
能である。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明によれば、集束レンズ系に
対するイオンビームのアラインメントを高精度で行うこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例Ｉを示す断面図、第２図Ａ及び
第２図Ｂはアラインメント用円板の形状を示す平面図、
第３図Ａはアラインメント前の蛍光板上のイオンビーム
投影像を示す平面図、第３図Ｂはアラインメント後の蛍
光板上のイオンビーム投影像を示す平面図、第４図は本
発明の実施例IIを示す断面図、第５図は蛍光板上のイオ
ンビーム像の例を示す平面図、第６図は従来の集束イオ
ンビーム装置の概略構成図、第７図はエミッターを示す
側面図、第８図はイオンガンを示す断面図、第９図は第
８図に示すイオンガンを取り付けた集束イオンビーム装
置のイオンガン部及び集束レンズ部の構成を示す断面図
である。図面における主要な符号の説明 1:イオンガンチャンバー、2:エミッター、7:コールドエ
ンド、10:集束レンズチャンバー、11:アラインメント用
チャンバー、12、13:アラインメント用円板、14、20:蛍
光板、15:ミラー、16、25:ヴューポート、19:集束レン
ズ、22:リニアモーションドライブ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01J 37/04 H01J 37/30

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】イオンガンチャンバーと集束レンズチャン
バーとの間に、イオンガンで発生されるイオンビームの
集束レンズ系に対するアラインメントを行うための第１
及び第２のアアインメント用板を有するアラインメント
用チャンバーを取り付け、上記イオンビームによる上記第１及び第２のアラインメ
ント用板の投影像の中心位置が一致するように上記イオ
ンガンの調整を行うことにより上記イオンビームの上記
集束レンズ系に対するアラインメントを行うようにしたことを特徴とするイオンビーム装置におけるイオンビー
ムのアラインメント方法。
【請求項２】イオンビーム装置のイオンガンチャンバー
と集束レンズチャンバーとの間に取り付けられ、イオン
ガンで発生されるイオンビームの集束レンズ系に対する
アラインメントを行うために用いられるアラインメント
用チャンバーであって、第１及び第２のアラインメント用板を有し、上記イオンビームによる上記第１及び第２のアラインメ
ント用板の投影像を観察することにより上記アラインメ
ントを行うようにしたことを特徴とするアラインメント用チャンバー。