JPH02229418A

JPH02229418A - 集束されたイオンビームコラム

Info

Publication number: JPH02229418A
Application number: JP1266054A
Authority: JP
Inventors: Norman W Parker; ノーマン・ウィリアム・パーカー; William P Robinson; ウィリアム・プレストン・ロビンソン
Original assignee: MicroBeam Inc
Current assignee: MicroBeam Inc
Priority date: 1988-10-11
Filing date: 1989-10-11
Publication date: 1990-09-12
Also published as: DE3933317A1; US4929839A; NL8902450A

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、集束されたイオンビームシステムに関する。

特に、ターゲットの表面にイオンの集束されたビームを
作り出し、ビームをオン／オフし、ターゲット表面を横
切ってビームを制御して偏向させるために用いられる光
学コラムの設計に関する。

（従来の技術）従来、集束されたイオンビームを用いて実施できる種々
のプロセス、例えば、イオン注入、レジスト露光（ｒｅ
ｓｉｓｔ　ｅｘｐｏｓｕｒｅ）、Ｘ線およびフォトマス
クの補修、マイクロ加工、走査イオンの顕微鏡検査、お
よび微量分析等がある。

米国特許第４，５６３，５８７号に記載の「フォーカス
ド・イオン・ビーム・マイクロフアプリケーション・コ
ラム」はこの種の技術の典型的な例である。これによる
と、ビームのエネルギーは低収差集束手段によっては実
質的に増加しないということがこの文献の一つの重要な
要件である。事実、この文献では質量フィルタによる収
差は、質量フィルタを通過して、低いビーム電圧を用い
ることによって減少すると記載されており、その逆も事
実である。この文献のもう一つの特徴は、ビーム交差部
におけるエネルギー制御手段の位置決め（ｐｏｓｉｔｉ
ｏｎｉｎｇ）である。距離を隔てた一対の電極が最終の
静電集束／加速手段として機能し、そこでは要求される
集束動作を行うためにビームは充分に加速されなければ
ならない。

先行技術の第２の例は、米国特許第４，５５６，７９８
号に記載されている「フォーカスド・イオン・ビーム・
コラム」である。この文献の要件の一つは常に加速され
ている第２レンズの使用である。さらに、ビームの偏向
角はＩＯｍｒａｄを越えないように特定され、ビームの
エネルギーが、第１レンズ、第２レンズを実質的に等し
い作用比で通過することによって増加することが要求さ
れている。

米国特許第４，４７９，０６０号「アパレイタス・フォ
ー・イラジエイション・ウイズ・チャージド・パーティ
クルボード」には、少なくとも一つの磁気レンズを含む
イオンコラムが記載されている。米国特許第４，４５７
，８０３号「プロセッシング・メソッド・ユージング・
ア・フォーカスド・イオンビーム」には、エッチングの
深さが制御装置において予めセットされるシステムが記
載されている。

（発明の概要）本発明によれば、集束されたイオンビームがターゲット
の表面に形成される。ビームは迅速にオン／オフされ、
また、種々のマスクレス（ｍａｓ　ｋｌｅｓｓ）工程の
中の何れかを行うためにターゲットの表面を横切って所
定の方法でビームを偏向することができる。典型的な適
応例としては、マスクを用いずにドーパント種（ｄｏｐ
ａｎｔ　ｓｐｅｃｉｅｓ）を挿入するための半導体への
イオン注入、フォトマスクの表面または半導体ウェーハ
の表面にパターンを形成するために用いられるレジスト
（ｒｅｓｉｓｔ）の露光、スパッタリングを行って過剰
な吸収材を除去することによるマスクに生じた不透明な
欠陥の修正、化学的蒸着プロセスに触媒作用を及ぼして
付加的な吸収材を蒸着させる集束されたイオンビームの
使用によるマスクの透明な欠陥の修正、物理的なスパッ
タリングまたはイオンビームを用いたエッチングによる
表面マイクロ加工、像の形成または他のタイプのデータ
表示の形成のために集められる種々の二次粒子の放出を
誘発させるイオンビームをラスターパターン（ｒａｓｔ
ｅｒ　ｐａｔｔｅｒｎ）状に走査することによる、材料
の微量分析等である。

本発明は、約４ＫＶから１５０ＫＶにわたる広い電圧範
囲にわたって集束されたビームを形成する能力を有する
集束されたイオンビームコラムに関するものである。一
価帯電されたイオンに対しては、この電圧範囲はターゲ
ットでの約４ＫｅＶから１５０ＫｅＶのエネルギーに相
当し、２価帯電されたイオンの場合は、約８ＫｅＶから
３００ＫｅＶのエネルギーに相当する。

本発明の第２の特徴は、コラムより下方の長い動作距離
であり、これにより、像形成および／または帯電中和を
行うための付加的な光学エレメント（図示せず、また本
発明の構成エレメントではない）の挿入を許容するのに
十分となっている。

この長い動作距離は光学コラム内の下部レンズを正しく
設計することによって達成される。

本発明の第３の特徴は、上部レンズの出口および下部レ
ンズの入口との間に、一定、かつ相対的に高電圧のイオ
ンビームを使用していることである。質量フィルタ（ｍ
ａｓｓ　ｆｉｌｔｅｒ）やプランカー（ｂｌａｎｋｅｒ
）のような二つ以上の付加的な非集束性の光学エレメン
トは一定の電圧領域内に配置することができる。この付
加的な光学エレメントの働きは一定の高電圧の使用によ
って簡素化される。

さらに、質量フィルタの収差は△Ｖ／Ｖに比例するので
質量フィルタを介してＶを最大にすることが望ましい。

ここで、△■はビーム中のイオンの電圧分布で、■はビ
ームの平均電圧である。

本発明の第４の特徴は、コラム内の三つの簡単な成分だ
けの寸法を変更することにより、最適化されたコラムの
動作電圧域を容易に変更できることである。このコラム
はマスクの修正に適応可能な低電圧（≦６０ＫＶ）動作
、またはマスクを用いないイオン注入、またはイオンビ
ームによる石版印刷（Ｉｉｔｈｏｇｒａｌ）ｂｙ）に適
応可能な高電圧（≦１５０ＫＶ）動作に対して最適化さ
れる。

本発明の第５の特徴は、ＸＦ方向の正確な移動を使って
、下部レンズの第３エレメントと主偏向部がコラムの残
部と機械的に一直線に並ぶようになっていることである
。従来の集束されたイオンビーム・システムのあるもの
においては、イオン発生源を含む上部コラム全体が固定
されたレンズの電極に対して移動し、設計がより複雑で
あった。

また、他の従来のシステムにおいては、充分な電圧絶縁
（ｓｔａｎｄｏｆＴ）を達成するために最終電極を長い
絶縁体に取りつけており、そのために本発明よりも設計
がより複雑になっている。

本発明においては、ｌ２の主要構成エレメントが設けら
れている。先ず、液体金属イオン発生源がコラムの最上
部に装着されている。このイオン発生源は、堅固な支持
部、電気的および冷却用接続部、および抽出用電極を有
するイ才ンガン構造中に装着されている。発生源チップ
（ｓｏｕｒｃｅ　ｔｉｐ）に対して約−５から−１５Ｋ
Ｖまでの抽出電圧を抽出電極に、印加すれば、この発生
源チップから電界のイオン化が誘発される。イオン発生
源およびイオンガンの詳細は本発明の構成要件ではない
。

詳細な構成は図示しない。イ才ンガンは移動可能なアセ
ンブリ内に設けられており、コラムの光軸とｘｙ平面内
において機械的に一直線に並ぶことができる。

ビーム形成用開口部は、ガンにより放出され、光学コラ
ムの残部に入射するイオンビームの一部分（ｆｒａｃｔ
ｉｏｎ）を決定するイオンガンの下方に装着される。小
さな開口部はビーム電流を減少させ、またターゲットに
おいてビームの直径も減少させる。より大きな開口部は
より大きなビーム径を犠牲にしてビーム電流を増加させ
る。少なくとも二つの技術が開口部のサイズを変化させ
るために使える。その中の一つの技術によれば、所望の
動作範囲のために選ばれた一つの開口部とともに、コラ
ムを構成することができる。もし、引き続いて異なった
動作範囲が必要となれば、その開口部はコラムから除去
され、他の開口部と取り替えられる。別の技術では、い
くつかの開口部を移動可能な構造上に装着することがで
き、その中の何れか一つが光軸上に配置され、ビーム形
成用開口部として機能する。開口部の選択方法は本発明
の構成要件ではない。

上部静電レンズは、３個の不均一に配置された、等しい
ボア径の電極を有する。上部レンズに入射するビームの
電圧は抽出電圧（約５ＫＶからｉ５ＫＶ）に相当し、出
口電圧は約３０ＫＶに固定されている。上部レンズの焦
点距離は質量分離開口部（ｔｈｅ　＠ａｓｓ　ｓｅｐａ
ｒａｔｉｏｎ　ａｐｅｒｔｕｒｅ）の平面内で中間ビー
ムの交差を形成するように調整される。

質量フィルタは第１静電レンズの下部に設けられる。こ
の質量フィルタは交差した電界および磁界を利用して異
なった質量のイオン種を一連の分離したビームに分散さ
せる。磁界と電界の強さを正しく選択することにより、
所望のイオン種のみがコラムの光軸に沿うように方向づ
けることかでき、他の全てのイオン種は光軸から遠ざけ
られる。

静電ビームプランカー（ｂｌａｎｋｅｒ）は質量フィル
タの直下に装着される。このビームプランカーは２個の
電極からなり、イオンビームを質量開口部（ｎ＋ａｓｓ
　ａｐｅｒｔｕｒｅ）から偏向させる双極電界を形成す
るために用いられる。このプランカー電極は低いキャパ
シタンスを有し、達成可能なビームのオン／オフ比を最
大にする。

質量分離開口部はビームブランカーの下方に取り付けら
れる。この質量開口部は光軸上で中心合わせされ、この
先軸に平行なビームのみを通過させる。質量フィルタま
たはブランカーによって光軸から偏向されたビームは質
量分離開口部を通過しないのでターゲットに到達しない
。

上部偏向部は質量分離開口部の下方に取り付けられ、こ
れは強さが可変で、かつビームの光軸に対して横切る方
向の双極電界を発生させるために用いられる静電八極子
からなる。直流電圧は八極子電極に印加されてビームを
中間ターゲットニ向かって偏向させ、ビームを下部のレ
ンズと一直線に並ばせる。

中間ターゲットは上部偏向部の下方に装着され、コラム
の光軸にその中心が一致した開口部からなる。正常な動
作では、ビーム全体が中間ターゲット開口部を通過する
。質量フィルタおよびプランカーが初期配置（ｓｅｔ　
ｕｐ）の間は、ビームが中間ターゲット開口部を通過せ
ず、開口部プレートに衝突するようにビームを軸から偏
向させるために上部偏光部が用いられる。

ビームが中間ターゲットと衝突することによって発生す
る二次電子を集めるために中間ターゲットの真上にチャ
ネル電子マルチプライア（Ｏ　Ｅ　Ｍ）が装着される。

そして、このＯＥＭは質量フィルタおよびブランカーの
セッティングを調整するプロセスの間、像形成する信号
を供給する。

中間ターゲット開口部を通過するイオンはビームチュー
ブへ入る。このチューブは磁性物質で作られ、中間ター
ゲットと下部レンズとの間の距離にわたってイオンビー
ムを磁界と電界からシールドする。

次の構成エレメントは、等しいボア径の不均一に配置さ
れた電極を有する下部静電レンズである。

下部レンズに入射するビーム電圧は上部レンズからの出
口電圧と常に等しく、約３０ＫＶであり、一方出口電圧
は所望の最終ビーム電圧に依存して約４ＫＶからＶ　ｍ
ａｘ’まで変わる。低電圧コラムではＶａ＋ａｘ＝　６
　０　ＫＶか最高で、一方高電圧コラムではＶｒａａｘ
＝　１　５　０ＫＶである。最終ターゲットの表面にビ
ームを集束させるために下部レンズの焦点距離が調整さ
れる。機械的な位置決めは上部レンズの第３エレメント
の軸を光学コラムの軸に一致させるために行われる。

静電八極子偏光板は下部レンズの第３１！極の低部に装
着され、強さが可変で、ビームの軸に対し横切る方向の
電界を作りだす。この電界は制御されてターゲット表面
を横切ってイオンビームを偏向させる。

（実施例）次に、本発明の一実施例を図面にしたがって説明する。

第１図は光学コラム全体、コラムの真空包囲体（ｅｎｃ
ｌｏｓｕｒｅ）および支持構造の側方からみた断面図で
あり、また、全てのエレメント間の関係を示す。明確を
期すため、まず本発明の種々の態様を示す第２図から第
５図を参照してコラムについて詳細に説明する。

第２図は集束されたイオンビームコラムの第１実施例に
おけるビームを集束させる主偏向エレメントの側面図で
ある。第１実施例においては、低い最終ビーム電圧に対
して最適であるようにコラムは設計されており、それ故
に、第１実施例は以下、低電圧コラムと称する。イオン
はイオン発生源ｌ００によってチップ１０２から放出さ
れる。

イオン発生源１００の詳細な構成は本発明の構成要件で
はない。

抽出開口部（明確を期すため図示せず）を通過後、イオ
ンビームのサイズはビーム形成開口部１０４によって定
められる。イオンビームはチップにおいて半角αに対す
るが、このαは下記の式によって決定される。

ｄチップ〜開口部上記式において　ｒ開口部はビーム形成開口部の半径で
、ｄチップ〜開口部は発生源チップｌ０２からビーム形
成開口部１０４までの距離である。ある角度以内で発生
源チップ！０２から放出されたイオンのみがビーム形成
開口部１０４を通過する。ビーム内の全電流はα２に比
例する。ターゲットにおけるビーム径はαと複雑な関係
で依存し、収差の支配的なタイプによって決定され、当
業者には一般的に知られている。

光軸角度がα以内のイオンがビーム形成開口部１０４を
通過し、第１電極１０８、第２電極ｌ１０、および第３
電極１１２からなる上部静電レンズ１０６へ入射する。

上部レンズに関する好適な設計データは第２表に与えら
れている。上部レンズ１０６は質量分離開口部１２０に
おいて発生源チップ１０２の像を形成する。この像は中
間交差と称される。

下部レンズ１２２は、第１電極１２４、第２電極１２６
、および第３電極１２８からなる。下部レンズ１２２は
中間交差の像をターゲットの表面１３２に形成する。下
部レンズの好適な設計データは第３表に与えられている
。発生源チップｌ０２からターゲットの表面１３２まで
の全体の倍率は第１表から第３表に載っているデータか
ら周知の方法によって決定することのできる上部レンズ
の倍率と下部レンズの倍率との積である。

主偏光部１３０は静電八極子である。偏向電子工学手段
（図示せず、本発明の構成要件でない）によって、横方
向の双極子と四極子電界を形成するために、制御電圧を
８個の八極子電極に印加する。

双極子電界がターゲットの表面１３２を横切るビームの
偏向量を決定する。四極子の電界が光学エレメントの不
完全さと軸からそれたビームの偏向とによって引き起こ
された非点収差を補正する。

ターゲット１３２はターゲットステージ１３４（本発明
の構成要件ではない。）によって支持されて、イオンビ
ームの下方を移動させられる。

第３図は低電圧コラム２００の側方からみた断面図であ
る。イオン発生源、下部レンズの第３電極、主偏向部お
よびターゲットは図示されていない。ビーム形成開口部
１０４は開口部装着具（ａｐｅｒｔｕｒｅ　ａｍｏｕｎ
ｔ）　１　４　０によって支持されている。

イオンビームのビーム形成開口部１０４との衝突により
二次電子が放出する。開口部シールド１４２は、二次電
子の、このシステムの他の部材の表面への衝突を防止す
る。開口部装着具１４０は上部レンズ１０６の第１電極
１０８に取り付けられている。第１電極！０８は高電圧
の絶縁破壊を避ける円いエッジを有する支持エレメント
１４４に装着されている。３個の絶縁体１４８によって
少なくとも３０ＫＶまでの電圧絶縁状態がコラム支持リ
ング１５４および第１電極ｌ０８との間で与えられる。

３個のスベーサ１４６によって第１′ｒ４極１０８の正
しい垂直方向の位置が決定される。

３個の支持アセンブリはそれぞれ１個の絶縁体１４８と
１個のスペーサ１４６からなる。各支持アセンブリはシ
ールドエレメント１５０によってイオンビームからシー
ルドされる。この支持アセンブリは第１電極１０Ｂがコ
ラムの軸と一直線に並んだ状態を維持するよう極めて安
定し、堅固でなければならない。

上部レンズ１０６の第２電極１１０は高電圧の絶縁破壊
を避けるための円いエッジを有する支持エレメント１５
１に装着されている。３個の絶縁体１４８によりコラム
支持リング１５４と第２電極ｌＩＯとの間に少なくとも
３０ＫＶの電圧の絶縁状態が与えられる。３個のスペー
サ１５２によって第２電極１１０の垂直方向の正しい位
置が決定される。３個の支持アセンブリはそれぞれ！個
の絶縁体１４８と【個のスペーサ１５２とからなる。

各支持アセンブリはそれぞれシールドエレメント１５３
によってイオンビームからシールドされる。

各支持アセンブリは第２電極１１０が約２ミクロン以内
でコラムの軸と一直線で並ぶように極めて安定し、堅固
でなければならない。

上部レンズ１０６の第３電極１１２は質量フィルタ・ア
センブリ（ｍａｓｓ　ｆｉｌｔｅｒ　ａｓｓｅｍｂｌｙ
）　ｌ　５　６の一集合部分である。支持エレメント１
５７によって質量フィルタ・アセンブリ１５６がコラム
支持リング１５４に取り付けられ、コラム軸に関して第
３電極１１２と質量フィルタ・アセンブリ１５６を適切
に一直線に並べ、維持する。ビーム・プランカー１５８
もまた、支持エレメント１５７に装着されている。この
プランカーは２個の電極からなり、この電極にイオンビ
ームを質量分離開口部から偏向させる横方向の双極子電
界を発生させる逆極性の電圧が印加される。シールド部
１５９はプランカー１５８から質量分離開口部＋２０へ
突き抜ける電界を弱める。質量フィルタとプランカーの
詳細は本発明の構成要件ではない。

イオンビームは、絶縁体１６１によってコラム支持リン
グ１５４から絶縁された開口部装着具１６０によって支
持された質量分離開口部１２０の平面に上部レンズ１０
６によって集束される。質量分離開口部１２０を通過し
ないイオンビームの部分をモニター可能にするためにワ
イヤ（図示せず）を開口部装着具１６０に取り付けても
よい。

上部偏向部１６２は静電八極子からなり、コラム支持リ
ング１５４の下方に取り付けられている。

制御電子工学手段（図示せず、本発明の構成要件でない
。）は、イオンビームを光軸から偏向させ、中間ターゲ
ット１６Ｂへと導くための横方向の双極子電界を発生さ
せるために８個の八極子に電圧を供給する。この横電界
もイオンビームを下部レンズ１２２の軸と一直線に並べ
るために用いることができる。シールド板１６４は中間
ターゲット１６８の近辺に位置する上部偏向部１６２か
らその電界を弱める。

中間ターゲット１６８は、コラム軸上に中心合わされた
大径の開口部（＞２５０ミクロン）を有する板からなる
。中間ターゲット１６Ｂはターゲット装着具１６６によ
って支持されていおり、このターゲット装着具１６６は
中間ターゲット開口部と光軸とを一直線に並べた状聾を
保つ。チャネル電子マルチプライヤ（ＯＥＭ）ｌ　７　
０は中間ターゲット１６８の上方に装着されている。電
圧が上部偏向部１６２に印加されると、イオンビームを
中間ターゲットへ偏向させる電界が誘発され、これによ
り二次電子が放出される。この二次電子はＣＥＭ１７０
によって集められ、質量フィルタ１５６とプラン力−１
５８が初期配置の間、用いられる像形成信号を供給する
。

イオンビームは中間ターゲット開口部を通過した後、ビ
ームを標遊（ｓｔｒａｙ）電界および標遊磁界からシー
ルドするビームチューブ１７２へ入射する。標遊電界お
よび標遊磁界へビームをさらすことにより、受入れ難い
ビームの偏向および分解能のロスがターゲットの表面１
３２で引き起こされるであろうからこのシールドは必要
である。ビームチューブ１７２の出口は下部レンズ１２
２の第１電極１２４のボアに位置している。下部レンズ
１２２の第１電極１２４と第２電極１２６は高電圧下部
レンズアセンブリ１７４と称されている。

下部レンズ１２２の第３電極１２Ｂは地電位（ＯＶ）に
あり、これは第３図に示されたコラムのアセンブリの構
成要件ではない。下部レンズ！２２の好適な設計データ
は第３表に与えられている。

第１電極１２４はスベーサリング１７６に取付けられて
おり、そしてこれは下部レンズ支持シリンダ１７７上に
装着されている。第１電極１２４にはコラム支持リング
１５４と等電位であり、したがって絶縁体は不要である
。

高電圧下部レンズアセンブリ１７４の第２電極１２６に
は、３個の絶縁体１７８によって電圧絶縁状態にある少
なくとも３０ＫＶが印加される。

高電圧絶縁破壊が起こることを避けるために円いエッジ
を有する３個のスベーサ１８０によって垂直方向の正し
い位置決めが行われる。電子シールド部！８２によって
、絶縁体１７８の表面からガスの放出を引き起こし、高
電圧絶縁破壊に導く絶縁体１７８への標遊電子の衝突が
避けられる。

第４図は集束されたイオンビームコラムの第２実施例に
係るビーム集束および主偏向エレメントを示す側面図で
ある。第２実施例において、コラムの設計は高最終ビー
ム電圧に対して最適化されており、第２実施例は以下高
電圧コラムと称する。

下部レンズに至るまで、高電圧コラムの動作は第２図の
低電圧コラムの動作と同一である。第２図と第４図のコ
ラムとの唯一の光学的な相異は下部レンズの第２電極と
第３電極（第２図の１２２，第４図の２２２）との間の
間隔である。高電圧コラムの下部レンズ２２２における
より大きな間隔によって、第２図に示される低電圧コラ
ムの下部レンズにおける第２電極１２６と第３電極１２
８間で可能なものよりも、第２電極２２６と第３電極１
２８との間のより高い電圧絶縁状態が許容されている全
てのレンズの電極間の間隔は、各コラム毎に定められ、
コラムを真空包囲体から除去することにより、また、下
記のように異なった部材で下部レンズを再構成すること
によってのみ変えることができる。上部レンズに関する
好適な設計のデータは第２表に与えられており、下部レ
ンズに関する好適なデータは第３表に与えられている。

光学部材の位置に関する好適なデータは第１表に与えら
れている。

第５図は高電圧イオンコラム３００の横方向からみた断
面図である。第２図に示された下部電圧コラムのスベー
サリング１７６よりも薄いスペーサリング２７６の厚さ
によって、第１電極２２４と第２レンズ電極２２６の垂
直方向の位置が定められる。高電圧コラムと第３図に実
施例として示された低電圧コラムとの間の唯一の相異は
第１表から第３表に記載されており、それは、スペーサ
リング２７６がスペーサリング１７６より２２１ＩＩＩ
Ｉ薄く、ビームチューブ２７２はビームチューブ１７２
より２２ｍ＋＋ｓ短く、電子シールド郎２８２は電子シ
ールド郎１８２より２２龍短いということである。他の
最終ビーム電圧に対して最適化された実施例においては
、当業者には理解されるように、許容最大電界の強度に
よって、上記距離は異なり、かつ決定されよう。本発明
の重要な特徴はコラム内の３個の構成エレメントのみを
変える簡単な方法によって最適コラム作業範囲に適合さ
せ得ることである。この特徴は本発明を設計するために
用いられた光学的な設計プロセスの結果である。一連の
計算によって下部レンズにおける第２電極と第３電極間
のスペースを変えるだけで最終ビーム電圧の全範囲にわ
たってそれぞれ最適化された作業をもたらすことが示さ
れている。従来のコラムはこのような能力を持っておら
ず、その理由は広範囲の最終ビーム電圧が決定的な設計
の必要条件と考えられていなかったからである。特に細
密な半導体デバイスの幾何学的配置の進歩によってドー
パントの許容注入深さが減少した。より浅い注入深さの
ためにイオンエネルギーが低くて済み、それ故、本発明
によると、使用電圧は低くて済み、望ましい。ある場合
には、より高い電圧が要求され、そして高電圧のビーム
形成能力はやはり必要とされる。集束された単一イオン
ビームシステムを用いてこの二つの要件を満たす唯一の
方法は、広い最終ビーム電圧域を備えた光学設計をする
ことである。

第１図は集束されたイオンビーム・コラム、コラム支持
構造、および真空包囲体の横方向からみた断面図である
。イオン発生源１００が抽出開口部３０４を備えたイオ
ンガン・アセンブリ内に装着されて示されている。イオ
ンガン・アセンブリ３０２は位置決めアセンブリ３０８
によって支持されている。位置決めアセンブリ３０８は
３個のスラストベアリング３０６とトッププレート３１
０とによって支持されている。２個のモータギアボック
ス・アセンブリ３１１によって位置決めアセンブリ３０
８のＸｙ方向の移動が可能になり、イオン発生源１００
と光軸とが一直線に並ぶのを許容する。このようなギア
ボックスの設計は周知で、本発明の範囲外である。トッ
ププレート３１０は上部絶縁体３１２によって支持され
ており、この絶縁体３１２は真空包囲体の一部で、少な
くとも３０ＫＶの電圧絶縁状態も作り出す。６個の絶縁
体３１４によってプレート３１０がフィードスル（ｆ　
ｉｅｌｄｔｈｒｏｕｇｈ）　・カラー・アセンブリ３１
６に取り付けられている。

低電圧コラム２００は、下部絶縁体３１８に支持された
フィードスルー・カラー・アセンブリ３１６によって堅
固に支持されており、そしてこれは真空包囲体の一部で
、また、少なくとも１２０ＫＶの電圧絶縁状態を与える
下部絶縁体３１８によって支持されている。６個の絶繊
体３２０によってフィードスルー・カラー・アセンブリ
がターゲット室のトッププレート３２８に取り付けられ
ている。

下部レンズの第３電極１２８は２台のモータギアボック
ス・アセンブリ３２２によってｘｙ方向の横移動を行い
、おのおのはロータリ・フィールドスルー３２４を介し
て作用し、カム／カムフォロワ・アセンブリ３２６を駆
動する。主偏向郎！３０は第３電極１２８の低部に取り
付けられている。

ターゲット１３２は主偏向部の下部に示されている。

第１図は下部電圧コラム２００を示しているが、高電圧
コラム３００も図示されたシステムとともに使用できる
。コラム２００および３００の双方はフィードスルー・
カラー・アセンブリ３１６内に装着される。

第６図は、高電圧光学コラム用に計算された種々のビー
ム半角αに対するビーム電圧の関数としてターゲットに
おけるビームの直径を示している。

α＜　１　ｍｒａｄの場合は、ターゲットにおけるビー
ムの直径は、約１．５ＫＶから２０ＫＶまでは、ほぼビ
ームの電圧には依存せず、約２０ＫＶを越えるビーム電
圧に対しては徐々に減少する。α〉ｌｍｒａｄに対して
は、ビーム径は２０ＫＶに近いビーム電圧に対して最大
で、ビーム電圧が減少するにつれて、または増大するに
つれて改善されている。

低電圧での動作においては、基板の格子に与える損傷を
最小にして非常に浅いイオン注入を許容している。１５
０ＫＶ近くでの二価のイオンの動作については、非常に
深いイオンの注入を引起こす約３　０　０　ＫｅＶまで
のエネルギーを有するイオンが与えられる。。

数々の特徴を有する集束されたイオンビームコラムが示
され、記述されてきた。先行技術の光学コラムにおいて
は、必要とされる発生源抽出電圧または最終ビームエネ
ルギの変更が質量フィルタを含む全ての光学エレメント
の配置を変更する。

本発明においては、質量フィルタの配置が発生源および
ターゲットビーム電圧の双方に依存しないので、コラム
の配置を簡単にできる。従来の光学コラムにおいては、
全般的に最終レンズの集束範囲に制限があるために最終
ビームの電圧に制限があった。本発明は最終ビーム電圧
に殆ど依存することなくターゲットにビームを集束させ
得る下部レンズの設計によって、広い電圧域を有してい
る。

本発明におけるコラムは３個の簡単な構成エレメントを
適宜選択することにより、ある所定の最終ビームの電圧
に対し最適化することを許容する。

（以下余白）第１表第２表コラムにおける光学エレメントの位置光学要素イオン発生源ビーム形成開口部上部レンズ（第！電極の上面）質量フィルタ（中央）ビームプランカー（中央）質量分離開口部中間ターゲット低郎レンズ（第ｌｉｍ極の前面）主偏向部（中央）ターゲット表面低電圧コラム位置３０ｍｍＯ＋ｕｍ４＋ｎ＋ｎ４９＋＋ｍ８５．８＋ｎｎ＋１００１１ｌｌｌ１５２．５ｍｍ３９８ａ＋ａ４３２ｍｍ４５８ｍｍ高電圧コラム位置 −３０ｍａ＋Ｏｎｏｎ４ａ＋ｍ４９ｍｍ８５８ｍｍ１００ａｕｎ１５２．５ｍｍ３７６ｆｆｌＩＩ１４３２＋ｎｎ＋４５８ｍ［Ｉ１上部レンズの設計開口部（低電圧コラムおよび高電圧コラム用）第１電極位置＊厚さボア径材料策主夷極位置＊厚さボア径材料策３１１掻位置＊厚さボア径材料４ｍｍ３ｍｍ３ｍｓ＋３０４ステンレススチール１２ｍｍ３ｎ＋＋ａ３ｍｍ３０４ステンレススチール１９ｍｍ３ＩｌｌＩＩ１３ｍｍ３０４ステンレススチール１重皿旦皿渦第１電極から第２電極まで第２電極から第３電極まで５ｍｍ４ｌ！ＩｌＩｌ＊：　ビーム形成開口部（第１表参照）に対する電極前
面の位置第３表下部レンズの設計パラメータ低電圧コラム高電圧コラム匿工二員位置＊厚さボア径材料第２電極位置＊厚さボア径材料第３電極位置＊厚さボア径材料電極間の間隔第１電極と第２電極間第２電極と第３電極間３９８＋ｎｍ　　　　　　　　３７６ｍｍ５ｍＩＩ１５
Ｉｌａ１６　ｍｍ　　　　　　　　　　　６　ａｍ３０４ステン
レススチール４０７ｍｍ　　　　　　　　３８５ｍｍ６ＩＩＩＩ１６
ＩＩｌｌ６　ｍｍ　　　　　　　　　　　６　ｎｕａ３０４ステ
ンレススチール４１８ｍｍ　　　　　　　　４１８ｍａ＋４　ｍｍ　　
　　　　　　　　　４　ａｍ６　ｍｍ　　　　　　　　
　　　　６　ｆｆｉｍ３０４ステンレススチール４ｍｍ５ｍｍ４ｍｍ２７ｏ＋ａ＋＊：ビーム形成開口部（第１表参照）に関する電極の前
面の位置第４表低電圧コラムの動作パラメータイオン発生源チップ抽出電極＊上部レンズの電極第１電極第２電極第３電極下部レンズの電極第１電極第２電極第３電極ターゲット電極の対地電圧（ＫＶ）２ｌ１９．１ターゲットにおけるビームの電圧　　　３０＊：　発生
源チップに関する９ＫＶの抽出電圧とする。全体的に抽
出電極は約５ＫＶから１５ＫＶの範囲にわたっており、
これにより上部レンズ内において必要とされる第２電極
の電圧を少し変化させる。

第５表高電圧コラムの動作パラメータ電極の対地電圧（ＫＶ）イオン発生源チップ　　５　　　１０　　３０　　　５
０　　１１０　　１５０抽出電極＊　　　　　　−４　
　　１　　　２１　　　４１　　１０１　　１４１上部
レンズの電極第１電極　　　　　−５　　　０　　　２０　　　４０
　　１００　　１４０第２電極　　　　　−５．９　　
−０．９　　１９．１　　３９．１　　９９．１　１３
９．１第３電極　　　　　−２５　　−２０　　　０　
　　２０　　　８０　　１２０下部レンズの電極第１電極　　　　　−２５−２０　　　０　　　２０第
２電極　　　　　−９．４　　−１．８　　１６．８　
　３４．３第３電極　　　　　　００００ターゲット　　　　　　１０００＊：　発生源チップに対して９ＫＶの抽出電圧とする。

抽出電極は約５ＫＶから１５ＫＶの範囲にわたっており
、これにより上部レンズ内において必要とされる第２電
極の電圧を少し変化させる。

【図面の簡単な説明】

第１図は完全な集束されたイオンビームコラム、コラム
支持構造、および真空包囲体（ｅｎｃｌｏｓｕｒｅ）の
側方からの断面図、第２図は第１図の集束されたイオン
ビームコラムの第１実施例に係る光学エレメントの側面
図、第３図は第１図の集束されたイオンビームコラムの
第１実施例の側方からの側面図、第４図は第１図の集束
されたイオンビームコラムの第２実施例の光学エレメン
トの側面図、第５図は第ｌ図の集束されたイオンビーム
コラムの第２実施例の側方からの断面図、第６図は第１
図の集束されたイオンビームコラムの第２実施例の光学
的機能のグラフで、種々のビーム形成開口部のためのビ
ーム電圧の機能としてターゲットにおけるビーム径を示
している。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）特有の動作範囲がコラムの設計の簡単な変更によ
って変更でき、コラムとターゲットの表面との間の大き
な動作距離が像形成および／または帯電中和光学の装置
を許容し、最終ビームの電圧範囲にわたって動作可能な
集束されたイオンビームコラムであって、複数のイオン
種を含むことのできる第１イオンビームを上記コラムの
光軸に沿って放出する高強度のイオン発生源と、上記イ
オン発生源に隣接し、上記イオン発生源からイオンを抽
出する第１電極と、上記イオンビームが集束させられ、
制御下で走査が行われるターゲットと、上記開口部を越
えてコラムの部分に入る上記イオンの受け入れ角を決定
するビーム形成開口部と、上記イオン発生源を中間交差
内へ結像させ、上記イオン発生源に対して出口ビーム電
圧が一定に維持され、上記入口ビーム電圧の変化に依存
せずに入口ビーム電圧を越えて実質的に増加する上部集
束手段と、上記ターゲットの表面に上記中間交差を結像
させ、そこでは上記イオン発生源に対する入口ビーム電
圧は一定に維持されると共に上記上部集束手段からの出
口電圧に等しく、上記出口ビーム電圧は最終ビームのエ
ネルギーに対する要件によって上記入口ビーム電圧より
高いか、低いか、または上記入口ビーム電圧に等しい下
部集束手段と、上記上部集束手段の出口と上記下部集束
手段の入口との間に設けられ、上記イオン発生源に対し
上記ビームの電圧が一定であるとともに上記上部集束手
段からの上記出口電圧に等しい定高電圧包囲体と、上記
イオンを制御下で上記ターゲットの表面を横切って偏向
させる主偏向手段とからなることを特徴とする集束され
たイオンビームコラム。
（２）上記定高電圧包囲体が、中間交差の平面に位置し
、上記イオンコラムの光軸上に中心合わせされた質量分
離開口部を有することを特徴とする請求項（１）に記載
の装置。
（３）上記定高電圧包囲体が、上記イオン発生源から放
射された上記イオンビームにおける複数のイオン種を分
離し、上記イオン種のうちの一つのみを偏光させること
なく上記質量分離開口部を通過させ、上記分離開口部よ
り上方に配置された質量フィルタ手段を有することを特
徴とする請求項（２）に記載の装置。
（４）上記定高電圧包囲体が上記複数のイオン種全てを
上記光軸から偏向させ、上記イオン種が上記質量分離開
口部を通過させず、上記質量分離開口部より上方に配置
されたブランカー手段を有することを特徴とする請求項
（２）に記載の装置。
（５）上記定高電圧包囲体が上記質量分離開口部を通過
する全てのイオンを偏向させ、上記質量分離開口部より
下方に配置された上部偏向手段を有することを特徴とす
る請求項（２）に記載の装置。
（６）上記高電圧包囲体が、上記上部偏向板が上記イオ
ンを偏向させることがある中間ターゲットを有すること
を特徴とする請求項（５）に記載の装置。
（７）上記高電圧包囲体が、上記イオンが上記上部偏向
手段によって上記中間ターゲットへと偏向されたとき、
像形成信号を供給する上記中間ターゲットより上方に装
着された像形成手段を有することを特徴とする請求項（
６）に記載の装置。
（８）上記上部集束手段が第１、第２、第３電極を有す
る円い静電レンズからなることを特徴とする請求項（１
）に記載の装置。
（９）上記第１電極と第２電極間の間隔が上記第２電極
と第３電極間の間隔と異なることを特徴とする請求項（
８）に記載の装置。
（１０）上記円い静電レンズの第２電極の電圧がその焦
点距離を制御するために変えられることを特徴とする請
求項（８）に記載の装置。
（１１）上記円い静電レンズからの出口ビーム電圧が上
記イオン発生源に対し約３０ＫＶの一定電圧に維持され
る一方、要求される発生源抽出電圧によって定められる
ように、上記入口電圧の範囲が上記イオン発生源に対し
約５ＫＶから１５ＫＶにわたることを特徴とする請求項
（８）に記載の装置。
（１２）上記質量フィルタ手段が交差した電気と磁気（
ウィーン）フィルタからなることを特徴とする請求項（
３）に記載の装置。
（１３）上記ブランカー手段が、上記光軸に関し対称に
位置する二つの電極からなり、上記電極のそれぞれが上
記イオンビームを質量分離開口部から偏向させる横方向
の双極子電界を誘発させる逆極性の電圧が印加されるも
のであることを特徴とする請求項（４）に記載の装置。
（１４）上記上部偏向手段が、上記光軸に中心合わせさ
れた静電八極子からなり、上記イオンビームを偏向させ
る横方向の双極子電界を誘発させる８個の八極子電極に
電圧が印加されたものであることを特徴とする請求項（
１）に記載の装置。
（１５）上記中間ターゲットが、上記光軸に中心合わせ
された大きな開口部（≧２５０ミクロン直径）を有する
プレートからなることを特徴とする請求項（６）に記載
の装置。
（１６）上記像形成手段が、チャネル電子マルチプライ
ヤからなることを特徴とする請求項（７）に記載に装置
。
（１７）上記下部集束手段が第１、第２、第３電極を有
する円い静電レンズからなることを特徴とする請求項（
１）に記載の装置。
（１８）上記第１電極と第２電極間の間隔と第２電極と
第３電極間の間隔が異なることを特徴とする請求項（１
７）に記載の装置。
（１９）上記３個の電極を有する円い静電レンズの第２
電極の電圧が焦点距離を制御するために変化させられる
ことを特徴とする請求項（１７）に記載の装置。
（２０）上記円形の静電レンズへの入口電圧が、上記イ
オン発生源に対し約３０ＫＶの一定電圧に維持され、一
方ターゲットにおいて要求されるビームの最高エネルギ
に依存して、上記出口電圧の範囲が上記イオン発生源に
関し約４ＫＶからＶｍａｘにわたり、そこでは上記第２
電極と第３電極間の最高許容電界の強度に基づいてＶｍ
ａｘは上記下部レンズの第２電極と第３電極間の間隔に
よって定められることを特徴とする請求項（１７）に記
載の装置。
（２１）上記第２電極と第３電極間の間隔が、Ｖｍａｘ
＝１５０ＫＶを許容するのに十分な２７ｍｍであること
を特徴とする請求項（２０）に記載の装置。
（２２）上記第２電極と第３電極間の間隔がＶｍａｘ＝
６０ＫＶを許容するのに十分な５ｍｍであることを特徴
とする請求項（２０）に記載の装置。
（２３）上記下部レンズの第３電極が、上記第３電極を
上記下部レンズの第１および第２電極と一直線に並ばせ
るために上記光軸に対してｘｙ方向に横移動可能である
ことを特徴とする請求項（１７）に記載の装置。
（２４）上記主偏向手段が、上記コラムの軸に中心合わ
せされた静電八極子からなり、横方向の双極子および四
極子電界を誘発させるために電圧が８個の八極子電極に
印加されることを特徴とする請求項（１）に記載の装置
。
（２５）特有の動作範囲がコラムの設計の簡単な変更に
よって変更でき、コラムとターゲットの表面との間の大
きな動作距離が像形成および／または帯電中和光学の装
置を許容し、最終ビームの電圧範囲にわたって動作可能
な集束されたイオンビームコラムであって、複数のイオ
ン種を含むことのできる第１イオンビームを上記コラム
の光軸に沿って放出する高強度のイオン発生源と、上記
イオン発生源に隣接し、上記イオン発生源からイオンを
抽出する第１電極と、上記イオンビームが集束させられ
、制御下で走査が行われるターゲットと、上記開口部を
越えてコラムの部分に入る上記イオンの受け入れ角を決
定する第１ビーム形成開口部と、第１、第２、第３電極
を備えて、上部レンズと称され、上記イオン発生源を中
間交差内へ結像させ、上記イオン発生源に対して出口ビ
ーム電圧が一定に維持され、上記入口ビーム電圧の変化
に依存せずに入口ビーム電圧を越えて実質的に増加し、
上記上部レンズの中間電極上の電圧が焦点距離を制御す
るために変えられる円い第１静電レンズと、中間交差の
平面内に位置し、上記イオンコラムの光軸上に中心合わ
せされた第２質量分離開口部と、第１、第２、第３電極
を備えて、下部レンズと称され、上記ターゲットの表面
に上記中間交差を結像させ、そこでは上記イオン発生源
に対する入口ビーム電圧は一定に維持されると共に上記
上部レンズからの出口電圧に等しく、上記出口ビーム電
圧は最終ビームのエネルギーに対する要件によって上記
入口ビーム電圧より高いか、低いか、または上記入口ビ
ーム電圧に等しく、上記下部レンズの中間電極上の電圧
が焦点距離を制御するために変えられる円い第２静電レ
ンズと、上記上部レンズの出口と上記下部レンズの入口
との間に設けられ、上記イオン発生源に対し上記ビーム
の電圧が一定であるとともに上記上部レンズからの上記
出口電圧に等しい定高電圧包囲体と、上記イオンを制御
下で上記ターゲットの表面を横切って偏向させる静電八
極子主偏向手段とからなることを特徴とする集束された
イオンビームコラム。
（２６）上記上部レンズにおいて第１電極と第２電極間
の間隔が第２電極と第３電極間の間隔と異なることを特
徴とする請求項（２５）に記載の装置。
（２７）上記上部レンズからの出口ビーム電圧が上記イ
オン発生源に対し約３０ＫＶの一定電圧に維持される一
方、要求される発生源抽出電圧に依存して上記入口ビー
ム電圧の範囲が上記イオン発生源に対し約５ＫＶから１
５ＫＶにわたることを特徴とする請求項（８）に記載の
装置。
（２８）上記定高電圧包囲体が、上記質量分離開口部の
上方に以下の光学エレメント、即ち上記イオン発生源か
ら放射された上記イオンビームにおける複数のイオン種
を分離して、上記イオン種の中から一つのみを偏向させ
ることなく上記質量分離開口部を通過させる質量フィル
タ手段と、上記複数のイオン種の全てを上記光軸から偏
向させて、上記質量分離開口部を上記イオン種が通過す
るのを防ぐブランカー手段とが装着されていることを特
徴とする請求項（２５）に記載の装置。
（２９）上記質量フィルタ手段が、交差した電気・磁気
ウィーンフィルタからなることを特徴とする請求項（２
８）に記載の装置。
（３０）上記定高電圧包囲体が、上記質量分離開口部の
下方に以下の光学エレメント、即ち上記質量分離開口部
を通過する全てのイオンを偏向させる上部偏向手段と、
上記上部偏向手段が上記イオンを偏向させる中間ターゲ
ットと、上記イオンが上記上部偏向手段によって上記中
間ターゲットへと偏向されるとき、像形成信号を供給す
るための上記中間ターゲットの上方に装着された像形成
手段とを含むことを特徴とする請求項（２５）に記載の
装置。
（３１）ターゲットエレメント上に荷電粒子のビームを
集束させる光学コラムであって、上記ビームの発生源と
、第１、第２、第３電極を備え、そこでは上記第３電極
が上記発生源に対し定高電圧に維持され、上記第２電極
の電圧が上記第１電極の電圧に依存しない固定された焦
点位置を維持するように変化させられる円い第１静電レ
ンズと、第１、第２、第３電極を備え、そこでは上記第
１電極が上記定高電圧であって、上記第３電極が上記第
１電極の電圧より低いか、高いか、または上記第１電極
の電圧と等しく、上記第２電極の電圧が固定された焦点
位置を維持するために変化させられる円い第２静電レン
ズとからなることを特徴とする光学コラム。