JPH02109244A - 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、イオンビーム装置に関し、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〔発明の概要〕 本発明の第１の発明は、イオンビーム装置において、イ
オンガンの下方に蛍光板が挿入され、上記イオンガンで
発生されるイオンビームが上記蛍光板によりモニターさ
れるように構成されている。

これによって、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。

本発明の第２の発明は、イオンビーム装置において、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
ト用チャンバーが取り付けられ、イオンガンで発生され
る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集束レンズ系に対
する上記イオンビームのアラインメントが行われる。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、マスクレスエツチング等
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、１゛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１０３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ェーハのよ
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
１μへのオーダーである。

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１０４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
２〜ｌｏｃｍ）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、Ｈ１１＞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１０
１をノズル１１．２の内部に挿入して固定する。このノ
ズル１１２は、金属製０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１１
８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Ｍ】２１の上に設けられているｘｙｚモジュ
ール及ヒ傾斜（ｌｉｔ）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１．０４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１１
２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１０ｍｒ
ａｄ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ｘＳｙ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５９−１１７］、２２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、イオン
ビームの発生の有無を確認することも、集束レンズに対
するイオンビームのアラインメントを行うことも難しか
った。

従って本発明の目的は、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イオンビーム
装置を提供することにある。

本発明の他の目的は、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
ビーム装置を提供するごとにある。

〔課題を解決するための手段〕 上記第１の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は、イオンガンの下方に蛍光板（
２０）が設けられ、イオンガンで発生されるイオンビー
ムが蛍光板（２０）によりモニターされるように構成さ
れている。

上記第２の課題を解決するため、本発明の第２の発明に
よるイオンビーム装置は、イオンガンチャンバー（１）
と集束レンズチャンバー（１０）との間に第１及び第２
のアラインメント用板（１２、］３）を有するアライン
メント用チャンバー（１１）が取り付けられ、イオンガ
ンで発生される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
により集束レンズ系に対するイオンビームのアラインメ
ントが行われる。

〔作用〕

第１の発明の上記した手段によれば、蛍光板（２０）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
ム像を観察することによりイオンビームの発生の有無を
確認することができる。

さらに、この蛍光板（２０）上のイオンビーム像の位置
から、集束レンズ系の光軸からのイオンビームのずれを
知ることができるので、このずれをなくすようにイオン
ガンの位置を調整することによりイオンビームのアライ
ンメントを行うことができる。しかも、これらのイオン
ビームの発生の有無の確認及びアラインメン］・はいず
れもイオンビーム装置内においてその場（ｉｎ　５ｉｔ
ｕ）で行うことができる。

第２の発明の上記した手段によれば、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
精度で行つことができる。

〔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ｒ及び実施例Ｈ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１朋ユ 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ｒ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ヲ有し、例えばニー
ドル状のＷから成るエミ・ンター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」二連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ＩＩ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ＩＩ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１
２．１３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１２ａ、内側の環状部１２ｂ及
びこれらを連結する連結部１２　ｃ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１．３　ａ、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
、Ｉ３の厚さは例えば５ｒＩＩｍ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１２．１
３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
けられたヴユーボト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　、ＪＴ。

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１
２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Ｉ４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。

裏腹佐ｌ 第４図は本発明の実施例■を示す。

第４図において、符号１日はエミッター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Ｉ９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２
は通常例えば３ｃＩＩｌ程度はある。そこで、この実施
例Ｈにおいては、この引き出し電極１８と集束レンズ１
９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−辺
の長さは例えば３ｃｍ程度である。また、この蛍光板２
０の蛍光剤としては、例えばＺｎＳ、Ｍｎで活性化され
たＺｎ、５ｉＯ４（Ｚｎ、ＳｉＯ，：Ｍｎ）　、Ｐｂで
活性化されたＣａ　Ｗ　Ｏ４（Ｃａ　Ｗ　Ｏ４：　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ＣａＷＯ，：Ｐｂは青
色、ＺｎｚＳ）Ｏａ：Ｈｎ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
にあらかしめ印（例えば、Ｏ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の壁面にはヴユーボート
２５が設けられ、このヴユーボ−１・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■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ユーボート２５の透明
ガラス窓２６から観察しながら実施例■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）。ごの状態が
、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■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１２
．１３の環状部１２ａ、１２ｂ、１３ａ、１３ｂの径や
幅、連結部１２ｃ、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、本発明の第１の発明によれば、イオ
ンビームの発生のを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。

また、本発明の第２の発明によれば、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■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■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。 ューボート、　　１９；集束レンズ、 アモーションドライブ。 ２２：リニ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、イオンガンの下方に蛍光板が挿入され、上記イオン
   ガンで発生されるイオンビームが上記蛍光板によりモニ
   ターされるように構成されていることを特徴とするイオ
   ンビーム装置。 ２、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が取り付けられ、イオンガンで発
   生される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集束レンズ
   系に対する上記イオンビームのアラインメントが行われ
   ることを特徴とするイオンビーム装置。