JPH01143124A - 集束イオンビーム装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は集束イオンビーム装置に関し、更に詳しくは、
複数の液体金属イオン源を用いた集束イオンビーム装置
に関する。

（従来の技術） 集束イオンビーム装置は、イオン源により出射したイオ
ンビームを加速・集束して試料乃至は材料に照射し、所
定のパターン露光を行ったり、又はウェハ等にイオン注
入を行うようにした装置である。第７図は集束イオンビ
ーム装置の従来構成例を示１図である。エミッタアライ
メント１により支持される液体金属イオン源（ＬＭＩＳ
）から電界放射作用により出射されたイオンは、引出し
電極３により引き出され、多段構成の加速管４に入る。

加速管４を通過する間に加速されたイオンビームＢｉは
光軸１１整用アライメント５を経てコンデンサレンズ６
で集束されている。集束されたイオンビームはアパーチ
ャアにより周辺ビームがカットされ、ＥＸＢマスフィル
タ８に入る。該ＥＸＢマスフィルタ８で不要イオンが除
去されたイオンビームは、光軸調整用の第２のアライメ
ント９を経て対物レンズ１０に入り集束される。集束さ
れたイオンビームは、アパーチャ１１により周辺ビーム
がカットされた後、偏向器１２により所定方向の偏向を
受はステージ１３上に載置された材料１４を照射する。

ステージ１５の周辺には、ハーフミラ−Ｍ１〜Ｍ３が配
されており、シー１ｆｉｌＩｌ長器１６から出射したレ
ーザビームを受けて、ステージ１５の各辺に照射すると
共に、各辺からの反射光を受けてレーザ測長器１６に与
える。レーザ測長器１６は出射光と入射光を用いて光干
渉を利用してステージ１５の×、ｙ各方向の位置を検出
する。検出結果は、制御部１７に与えられる。制御部１
７はレーザ測長器１６から与えられるステージ１５の位
置に応じてステージ駆動機構１８に駆動信号を与え、ス
テージ１５を所定方向に移動させる。尚、コンデンサレ
ンズ６、対物レンズ１０及び偏向器１２等に与えられる
信号も制御部１７により制御される。

第８図は液体金属イオン源２の詳細構成を示す図である
。図において、２０は引出し電圧を発生する引出し電源
で、その正側電圧はフィラメント２１に印加されている
。２２はフィラメント２１に加熱用の電流を流す加熱用
電源で、その負極側が引出し電圧源２０の正極側と共通
接続されている。フィラメント２１の加熱ループには電
流計２３が直列に挿入されており、フィラメント回路に
流れる電流をモニタできるようになっている。

２４はフィラメント２１と接続された液体金属貯蔵用の
容器（リザーバ）で、その内部には図に示すように液体
金属２５が蓄えられている。リザーバ２４の底部には穴
がおいており、この穴の中心を針（ニードル）２６が貫
通している。そして、この針２６は液体金属２５を通っ
てリザーバ２４と接続されている。引出し電圧源２０の
０極性側は引出し電極３と接続されている。

このように構成された金属イオン源において、フィラメ
ント２１に電流が流れている状態では液体金属２５はフ
ィラメントの発熱により溶解状態を維持している。この
状態で、針２６には図示しない加速電源より高電圧（加
速電圧）がかかつているので、針２６の周辺は高電界と
なり、電界放射作用により液体金属がイオン化されイオ
ンが発生する。発生したイオンは引出し電極３の方に引
き寄せられ中央に設けた開口から出ていく（周辺部のイ
オンは開口を通れずカットされる）。

このような構成の液体金属イオン源は、レジストのマス
クレス露光だけではなく、半導体にｐ型。

ｐ型のドーパント（不純物のこと）を注入するような用
途にも用いられる。種々のイオン種を得るために、各種
の合金イオン源が開発研究されている。第９図は、これ
までに開発された合金イオン源と得られるイオン種との
関係を示す図である。

例えば、同図よりＡＵ　−３＋−３ｅを例に□とれば、
この合金よりＱａ　Ａｓへのドーパントとしてｐ型（ｓ
＋＞、ｐ型（Ｂｅ　’）の両方のイオン種を得ることが
できる。他にもこのような合金がえられているが、例え
ば材料をＱａ　ＡｓウェハからＳｉウェハに変えて注入
を行う場合、１１人するイオン種を変える必要からこの
合金をエミッタ毎交換する必要がある。

（発明が解決しようとする問題点） イオン種をエミッタ毎、即ら液体金属イオン源毎に交換
する場合、安定にイオンを発生していたエミッタでも、
−度大気に触れるとその表面が酸化してその侵のエミッ
ション特性が悪化することがある。又、液体金属イオン
源を交換するには、少なくともエミッタ周辺（Ｑｕｎ部
）を大気圧に戻し、交換後再び排気を行う必要がある。

従って、液体金属イオン源の交換と吸排気操作に時間と
人出を必要とし、鏡筒内を清浄に保つのにも支障となる
。このような不具合を除去するために、複数の液体金属
イオ・電源を回転円板に設直し、リボルバ式に交換する
方式も考えられているが（例えば特開昭５９　１０１７
４９＠公報）、エミッタの移動の際の撮動やＩＩ撃によ
るエミッタの劣化が発生するおそれがあり、又、構造も
複雑になってしまう。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであって、
その目的は、複数のイオン種を安定に得ることができる
集束イオンビーム装置を実現することにある。

（問題点を解決するための手段） 前記した問題点を解決する本発明は、複数の液体金属イ
オン源を用いた集束イオンビーム装置において、光軸に
対して対称に配された複数の液体金属イオン源と、こ、
れら液体金属イオン源をマウントするマウント部と、各
液体金属イオン源のエミッタへ流す電流を切換えて、使
用されるエミッタにのみ流すようにした切換スイッチと
、エミッタから出射したイオンビームを加速する加速電
極と、該加速されたイオンビームを光軸に合わせ込むた
めのビーム補正手段を置端したことを特徴としている。

（作用） 複数の液体金属イオン源を真空室内にマウントし、エミ
ッタ本体く液体金属イオン源）を移動することなく、電
気的にイオン源を切換える。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。

第１図、第２図は本発明の一実施例を示す構成図で、第
１図は電気的構成を、第２図は機械的構成をそれぞれ示
している。先ず、第１図の構成について説明する。第８
図と同一のものは同一の符号を付して示す。図において
、３１．３２はそれぞれ異った種類のイオンオ種を有す
る液体金属イオン源（エミッタ）で、これらエミッタの
フィラメントの一方は加熱電源２２の負極側に共通接続
されている。ＳＷｌ　、ＳＷ２はそれぞれエミッタ３１
．３２に供給するフィラメント電流を切換える切換スイ
ッチである。引出し電極３３には、それぞれのエミッタ
と対向した位置にイオン通過用の開口が形成されている
。

次に第２図の構成について説明する。第１図と同一のも
のは同一の符号を付して示す。図において、３４．３５
はそれぞれエミッタ３１．３２のフィラメントにフィラ
メント電流を流す電線、３６は引出し電極３３に引出し
電源２０から引出し電位ｙｅｘを与えるＶｅｘ用電線で
ある。３１ａ、３２ａはそれぞれエミッタ３１．３２の
フィラメントを接続すると共にこれらエミッタ３１．３
２を保持するホルダである。そして、該ホルダ３１ａ。

３２ａの上部には突起が形成されており、これら突起と
前記電線３４．３５の凹状になった先端が嵌合し、着脱
可能になっている。従って、この嵌合部のためにエミッ
タ３１．３２は着脱可能となる。このように構成された
装置の動作を説明すれば、以下の通りである。

第１図に示すように切換スイッチをＳＷｌがオフ、ＳＷ
２がオンとすると、加熱用電源２２からエミッタ３１に
フィラメント電流が供給され、エミッタ３１から発生し
たイオンは引出し電極３３にエミッタと対向して設けら
れた開口から出て行く。逆に切換スイッチＳＷ１がオン
、ＳＷ２がオフになると、今度はエミッタ３２から発生
したイオンが、引出し電極３３にこれと対向して設けら
れた開口から出て行く。本発明によれば、各エミッタの
位置は動かさないでそれぞれのエミッタ位置からイオン
ビームが発生するので、集束イオンビーム装置の光軸と
の関係が問題となる。

第３図は、複数のエミッタからのイオンビームの軌道を
示す図である。図では、エミッタを３個搭載した例を示
している。図では、光軸Ｚを取り囲むようにエミッタが
配置され、それぞれのエミッタの先端の位置に開口を持
つ引出し電極３３が配置されている。引出し電極３３の
下方には、多段構成の加速管４．アパーチャア、光軸調
整用のアライメント９．電流検出アパーチャ４０．検出
電流モニタ用の電流計４１が配されている。

第４図はこのように光軸２とずれた位置からイオンビー
ムが出射される場合の、液体金属イオン源（エミッタ）
のエミッションの角痕依存特性を示す図である。ｐｂ　
、ＡＬＩ　、Ｑａそれぞれの場合について示している。

何れも横軸はエミッション角（ｒａｄ）、縦軸は角電流
密度（μＡ／Ｓｒ　）である。図より、広い範囲にわた
って均一に或いは釣鐘状にエミッション分布が得られる
ことがわかる。

従って、第３図に示すように、エミッタを光軸Ｚから数
ｍｍ程麿離した場合でも、第５図に示すような軌道をと
るビームが得られ、又、光軸Ｚ上にエミッタを配置した
場合と同程度の電流値を期待することができる。この場
合、ビームはおよそ放物線を描くから、アパーチャアを
通過したビームは光軸２に対しである角度６を以て出射
する。このビームの傾きはアライメント電極９〈第３図
参照）により電気的に光軸Ｚに合わせ込むことができる
が、角度θが小さい稈アライメント電極９に印加する電
圧は低くすることができる。例えば、加速管４の長さを
２０ＣＩ１１．エミッタの軸からの距離を１０１１１１
と仮定すると、角θは３°弱となり、２０＋１１１１良
の７ライメント電極９には調整用に±１ＫＶ程度印加す
れば良い。このようにエミッタとアライメント電極まで
の距離が長くなる程角度θは小さくなり、アライメント
電極９に印加する電圧が小さくなるが、逆に装置として
は大型となる。

尚、エミッション電流は、液体金属の温度によっても変
化する。その特性はエミッタや合金によっても異なるが
、常温（フィラメント電流オフ）の場合は、比較的低融
点で知られるＱａにおいてもエミッションは出ない。従
って、第１図に示したように、フィラメント電流の切換
えスイッチを用いれば、引出し電圧をかけた時、フィラ
メント電流オンのエミッタだけが動作し、これによりイ
オン源を切換えることができる。

複数のイオン源を同時に動作させる場合は、第６図に示
すように、加速管下部に集束レンズ（アインツエルレン
ズ）５０を置けば、それぞれのビームを対称的に光軸２
方向に集束させることができる。

次に、第２図に示すエミッタ支持部について説明する。

前記したように本発明によればエミッタ及び引出し電極
３３の開口が光軸から離れる。そこで、エミッタ３１．
３２と引出し３３０開口との軸合わせを容易にするため
、引出し電極３３はエミッタ支持部３３ａに固定されて
いる。又、各エミッタ３１．３２の周囲にはフード３７
８．３８ａが設けられているが、これらフード３７ａ。

３８ａは一方のエミッタから発生したイオンが他方のエ
ミッタに付着したりする等の不具合を防止するためのも
のである。

上述の説明ではエミッタを２乃至３個設けた場合を例に
とったが、本発明はこれに限るものではなく、任意の数
のエミッタを用いることができる。

（発明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明によれば、光軸に対
して対称に複数の液体金属イオン源（エミッタ）を配し
、切換えスイッチでこれらエミッタに流す電流を切換え
るように構成することにより、複数のイオン種を安定に
得ることができる集束イオンビーム装置を実現すること
ができる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図は本発明の一実施例を示す構成図、第３
図は複数のエミッタからのイオンビームの軌道を示す図
、第４図はエミッタのエミッションの角度依存特性を示
す図、第５図はイオンビームの軌道を示す図、第６図は
複数のイオン源を同時に動作させた場合の軌道を示す図
、第７図は集束イオンビーム装置の従来構成例を示す図
、第８図は液体金属イオン源の詳細構成を示す図、第９
図は合金イオン源と得られるイオン種との関係を示す図
である。 ４・・・加速管　　　　　７・・・アパーチャ９・・・
アライメント　　２０・・・引出し電源２２・・・加熱
用電源　　３１．３２・・・エミッタ３１ａ　、３１ｂ
−＊／Ｌ、ダ ３３・・・引出し電極　　３３ａ・・・エミッタ支持部
３４、．３５・・・電線　　　３６−Ｖ　ＱＸｆｆｌ電
線３７．３８・・・保持部材 ３７ａ、３８ａ・・・フード ３９・・・絶縁物 特許出願人　　日　　本　　電　　子　　株　　式　　
会　　礼式　　叩　　人　　　弁　　理　　士　　　井
　　島　　藤　　冶外１名 筒１　図 角）２　図 第３　図 ＺＭ自 驚 第４　図 エミッション角（ｒａｄ） 筒５図　　　　　　　第６図 第７図 筒８図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）複数の液体金属イオン源を用いた集束イオンビー
   ム装置において、光軸に対して対称に配された複数の液
   体金属イオン源と、これら液体金属イオン源をマウント
   するマウント部と、各液体金属イオン源のエミッタへ流
   す電流を切換えて、使用されるエミッタにのみ流すよう
   にした切換スイッチと、エミッタから出射したイオンビ
   ームを加速する加速電極と、該加速されたイオンビーム
   を光軸に合わせ込むためのビーム補正手段を具備したこ
   とを特徴とする集束イオンビーム装置。
2. （２）前記ビーム補正手段としてアライメント又は電子
   レンズを用いたことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の集束イオンビーム装置。