JPH02253548A - Gas ion source and ion beam machining device using it - Google Patents

Gas ion source and ion beam machining device using it

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JPH02253548A
JPH02253548A JP7579889A JP7579889A JPH02253548A JP H02253548 A JPH02253548 A JP H02253548A JP 7579889 A JP7579889 A JP 7579889A JP 7579889 A JP7579889 A JP 7579889A JP H02253548 A JPH02253548 A JP H02253548A
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JP
Japan
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gas
opening
insulator
ion beam
electrode
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Application number
JP7579889A
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Japanese (ja)
Inventor
Masaaki Matsuzaka
昌明 松坂
Masaaki Ando
安東 正昭
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NSK Ltd
Original Assignee
NSK Ltd
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Publication date
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Publication of JPH02253548A publication Critical patent/JPH02253548A/en
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Abstract

PURPOSE:To heighten resolution so as to prevent an emitter electrode from being eroded by setting the diameter of an opening in the emitter electrode to a given value and cooling it. CONSTITUTION:A gas introduced via a gas introducing tube 3 is ionized in the vicinity of an opening 6a in an emitter electrode 6 and then is used as an ion beam for a machining device via a lead-out electrode 8. A cooling reservoir 2 is formed by a casing body 1 and a wall 2c, and a refrigerant is circulated via an injection port 2a and an exhaust port 2b so that the emitter electrode 6 is cooled to a given temperature, whereby resolution is improved. The diameter of the opening 6a in the emitter electrode 6 is rendered equal to or larger than the diameter of an opening 7a in an insulator 7 arranged to be concentric to the opening 6a. Thus, the emitter electrode is prevented from its exposure to any strong electric field, and therefore there is no erosion of it by such an active gas as water vapor or the like.

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、ガスをイオン化することによりイオンビーム
を発生するガスイオン源及びガスイオン源からのイオン
ビームを用いて半導体ウェハ等に微細パターンを描画し
たり、イオンを直接注入(イオン・インプランテーショ
ン)するイオンビーム加工装置に関する。
Detailed Description of the Invention (Field of Industrial Application) The present invention is directed to a gas ion source that generates an ion beam by ionizing gas, and a method for forming fine patterns on semiconductor wafers, etc. using the ion beam from the gas ion source. The present invention relates to an ion beam processing device that performs drawing and direct ion implantation.

(従来の技術) イオン注入あるいは微細パターン描画等に用いるイオン
ビーム源として、ガス(例えばアルゴン、ヘリウム等)
をイオン化することによってイオンビームを発生させる
ガスイオン源が従来より知られている。
(Prior art) Gas (e.g. argon, helium, etc.) is used as an ion beam source for ion implantation or fine pattern drawing.
A gas ion source that generates an ion beam by ionizing gas is conventionally known.

第6図は、第1の従来例(特開昭57−132654号
公報)に係るガスイオン源を示し、このガスイオン源は
、イオン化すべきガスが通過する通路102を有するニ
ードル状の第1の電極101と、該第1の電極のすぐ前
面に間隔をあけて配置され、前記通路102の出口に対
向するように設けられた貫通孔104を有する第2の電
極103とから成る。第1と第2の電極の間には、5,
000〜10,0OOV(7)電圧が印加され、第1の
電極101の通路102から出るガスがこの電場により
励起される電子によってイオン化される。
FIG. 6 shows a gas ion source according to a first conventional example (Japanese Unexamined Patent Publication No. 57-132654). and a second electrode 103 having a through hole 104 disposed immediately in front of the first electrode at a distance and facing the outlet of the passage 102. Between the first and second electrodes, 5,
A voltage of 000 to 10,0 OOV (7) is applied and the gas exiting from the passage 102 of the first electrode 101 is ionized by the electrons excited by this electric field.

第7図は、第2の従来例(特開昭63−174243号
公報)に係るガスイオン源を示す、このガスイオン源は
、ガスを導入する管105、先端が尖っている多孔質チ
ップ106、引出し電極!07等より成り、多孔質チッ
プ106と引出し電極107との間に電圧が印加され、
多孔質チップ106の先端部から流出するガスがイオン
化してイオンビーム108を得るようになっている。ま
た、導入するガスを冷却するために冷却槽109が設け
られており、この冷却槽109内には液体窒素又は液体
ヘリウムが入れられている。
FIG. 7 shows a gas ion source according to a second conventional example (Japanese Unexamined Patent Publication No. 63-174243). , extraction electrode! 07, etc., and a voltage is applied between the porous chip 106 and the extraction electrode 107,
Gas flowing out from the tip of the porous tip 106 is ionized to obtain an ion beam 108. Further, a cooling tank 109 is provided to cool the gas to be introduced, and liquid nitrogen or liquid helium is placed in the cooling tank 109.

尚、上記第1の電極101及び多孔質チップ+06はエ
ミッタと総称される。
Note that the first electrode 101 and the porous tip +06 are collectively referred to as an emitter.

(IA明が解決しようとする課題) 一般に集束イオンビーム露光装置の解像度δ(この値が
小さいほど分解能が高い)は光学系の収差を無視すると
次式(1)で与えられ、イオン源の半径rtが小さいほ
ど高い分解能が得られる。
(The problem that IA Ming is trying to solve) In general, the resolution δ of a focused ion beam exposure system (the smaller this value is, the higher the resolution) is given by the following equation (1), ignoring the aberrations of the optical system, and the radius of the ion source. The smaller rt is, the higher the resolution can be obtained.

δ=Mrt          ・・・(1)ここでM
は光学系の倍率である。
δ=Mrt...(1) where M
is the magnification of the optical system.

一方、半導体ウェハ上への微細パターンの描画に必要な
高い分解能(解像度)を得るためには、エミッタ先端部
の直径は1,000オングストローム(0,1μm)程
度とする必要があるが、第1の従来例における第1の電
極の先端部の直径は75μ層程度であり、高い分解能を
必要とする用途には適さない、さらに、高い分解能のイ
オン源を得るためには、イオン源から出力されるエネル
ギー分布が第8図の実線で示すように比較的狭い範囲内
におさまることが必要であるが、第1の従来例における
ガスイオン源から出力されるイオンのエネルギー分布は
第8図の破線で示すように±10eV程度の拡がりを持
つと推定され(第8図のEOはイオンの平均エネルギー
)、高い分解能が得られないという課題がある。
On the other hand, in order to obtain the high resolution required for drawing fine patterns on semiconductor wafers, the diameter of the emitter tip must be approximately 1,000 angstroms (0.1 μm). The diameter of the tip of the first electrode in the conventional example is about 75μ layer, which is not suitable for applications requiring high resolution.Furthermore, in order to obtain a high resolution ion source, It is necessary that the energy distribution of the ions output from the gas ion source in the first conventional example falls within a relatively narrow range as shown by the solid line in Figure 8. As shown in Figure 8, it is estimated to have a spread of about ±10 eV (EO in Fig. 8 is the average energy of the ions), and there is a problem that high resolution cannot be obtained.

また、第2の従来例においてはエミッタ(多孔質チップ
106)先端部の直径は1000〜2000オングスト
ローム程度とされるため、必要とされる分解能を得るこ
とができるが、水蒸気等の活性ガスが存在すると比較的
低い電界強度でもエミッタの蒸発が起り、エミッタが侵
食されるという課題がある。
In addition, in the second conventional example, the diameter of the tip of the emitter (porous tip 106) is about 1000 to 2000 angstroms, so the required resolution can be obtained, but active gas such as water vapor is present. Then, there is a problem that evaporation of the emitter occurs even at a relatively low electric field strength, and the emitter is eroded.

また、引出し電界が同じである時エミッタの温度が低け
れば低い程、取り出せるイオン電流が多くなる。ところ
が第2の従来例における冷却槽9はガスの冷却を目的と
するものであり、多孔質チップ106(エミッタ)の冷
却は十分に行われない。
Furthermore, when the extraction electric field is the same, the lower the temperature of the emitter, the more ion current can be extracted. However, the purpose of the cooling tank 9 in the second conventional example is to cool the gas, and the porous chip 106 (emitter) is not sufficiently cooled.

従って、この点においても改普の余地が残されていた。Therefore, there was still room for reform on this point as well.

本発明は上述の点に鑑みてなされたものであり、微細パ
ターンの描画、イオン注入等の用途に適した分解能(解
像度)の高い電界電離型イオン源であって、しかもエミ
ッタの侵食を防止し得るガスイオン源及び高解像度のパ
ターン描画、イオン注入等を長期間安定して行うことが
できるイオンビーム加工装置を提供することを目的とす
る。
The present invention has been made in view of the above points, and is a field ionization type ion source with high resolution (resolution) suitable for applications such as fine pattern drawing and ion implantation, and which also prevents emitter erosion. It is an object of the present invention to provide a gas ion source and an ion beam processing apparatus capable of stably performing high-resolution pattern drawing, ion implantation, etc. over a long period of time.

(課題を解決するための手段) 上記目的を達成するため本発明は、ガスが導入され、エ
ミッタと引出し電極との間に所定の電圧を印加すること
により前記ガスをイオン化するガスイオン源において、
mノ記エミッタは前記ガスが導入される側が引出し電極
側より広く開口した金属電極より成り、該金属電極を取
り付けた絶縁体と、該絶縁体を介して前記金属電極を冷
却する冷却手段とを設けるようにしたものである。
(Means for Solving the Problems) In order to achieve the above object, the present invention provides a gas ion source in which a gas is introduced and the gas is ionized by applying a predetermined voltage between an emitter and an extraction electrode.
The emitter is composed of a metal electrode having a wider opening on the side into which the gas is introduced than the extraction electrode side, and includes an insulator to which the metal electrode is attached, and a cooling means for cooling the metal electrode through the insulator. It was designed to be provided.

また、前記エミッタは前記絶縁体のガス導入側に位置し
、引出し電極側の開口部の直径が前記絶縁体の開口部の
直径以上とすることが望ましい。
Further, it is preferable that the emitter is located on the gas introduction side of the insulator, and that the diameter of the opening on the extraction electrode side is greater than or equal to the diameter of the opening of the insulator.

更に本発明は上記目的を達成するため、イオンビーム源
を備え、該イオンビーム源から射出されるイオンビーム
を被加工物に照射することにより被加工物の加工を行う
イオンビーム加工装置において、前記イオンビーム源は
ガスが導入され、エミッタと引出し電極との間に所定の
電圧を印加することにより前記ガスをイオン化するガス
イオン源であって、前記エミッタは前記ガスが導入され
る側が引出し電極側より広く開口した金属電極より成り
、該金属電極を取り付けた絶縁体と、該絶縁体を介して
が1記金属電極を冷却する冷却手段とを備えたガスイオ
ン源としたものである。
Furthermore, in order to achieve the above object, the present invention provides an ion beam processing apparatus that includes an ion beam source and processes a workpiece by irradiating the workpiece with an ion beam emitted from the ion beam source. The ion beam source is a gas ion source into which a gas is introduced and ionizes the gas by applying a predetermined voltage between an emitter and an extraction electrode, and the emitter has a side where the gas is introduced is the extraction electrode side. This gas ion source is made up of a metal electrode with a wider opening, and includes an insulator to which the metal electrode is attached, and a cooling means for cooling the metal electrode through the insulator.

(作用) エミッタの冷却が効果的に行われ、エネルギーのばらつ
きの小さいイオンが得られる。また、エミッタの引出し
電極側の開口部の直径を所定値以下とすることにより、
イオンのエネルギーのばらつきが更に小さくなる。また
、エミッタを絶縁体のガス導入側に設け、引出しmmの
開口部の直径を絶縁体の開口部の直径以上とすることに
より、エミッタが強電界中に露出されなくなり、エミッ
タが水蒸気などの活性ガスの影響を受けなくなる。
(Function) The emitter is effectively cooled, and ions with small energy variations can be obtained. In addition, by setting the diameter of the opening on the extraction electrode side of the emitter to a predetermined value or less,
The variation in ion energy is further reduced. In addition, by providing the emitter on the gas introduction side of the insulator and making the diameter of the opening of the drawer mm larger than the diameter of the opening of the insulator, the emitter will not be exposed to a strong electric field, and the emitter will be exposed to active materials such as water vapor. No longer affected by gas.

(実施例) 以下本発明の実施例を添付図面に基づいて詳述する。(Example) Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the accompanying drawings.

第1図は本発明の第1の実施例に係るガスイオン源の模
式図であり、同図中1は円筒状の筐体である。筐体lは
冷媒(例えば液体窒素、液体ヘリウム等)を貯蔵する冷
却槽2を画成し、該冷却槽2には槽内の冷媒を循環させ
るために注入口2a及び排出口2bが設けられている。
FIG. 1 is a schematic diagram of a gas ion source according to a first embodiment of the present invention, in which reference numeral 1 represents a cylindrical housing. The housing l defines a cooling tank 2 for storing a refrigerant (for example, liquid nitrogen, liquid helium, etc.), and the cooling tank 2 is provided with an inlet 2a and an outlet 2b for circulating the refrigerant in the tank. ing.

筺体lの上部開口部にはガス導入管3が嵌押された遮蔽
部材4が螺合されている。また開口部7aを有する絶縁
体7が冷却槽2の下部と密着して設けられ、冷却槽2の
Ji!!2cとともにガス導入室5を画成する。
A shielding member 4 into which a gas introduction pipe 3 is fitted is screwed into the upper opening of the housing l. Further, an insulator 7 having an opening 7a is provided in close contact with the lower part of the cooling tank 2, and the Ji! ! Together with 2c, a gas introduction chamber 5 is defined.

絶縁体7としては、熱導伝性のよい酸化アルミニウム(
llz(h)、炭化シリコン(SiC) 、窒化アルミ
ニウム(八〇N)、サファイア等を用いる。これら以外
でも例えばポリイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテ
ルエーテルケトン、ポリエーテルサルファイド等の合成
樹脂を用いてもよい、また絶縁体7の開口部7aの直径
は所定値(例えば1.000オングストローム)以下と
する。
The insulator 7 is made of aluminum oxide (
llz(h), silicon carbide (SiC), aluminum nitride (80N), sapphire, etc. are used. Other than these, synthetic resins such as polyimide, polyamideimide, polyether ether ketone, and polyether sulfide may also be used, and the diameter of the opening 7a of the insulator 7 should be less than or equal to a predetermined value (for example, 1.000 angstroms). .

絶縁体7のガス導入室5側に、エミッタとしての金属の
電極6(例えばタングステン(W)、イリジウム(Ir
)等の電極)が設けられており、該金属電極6は絶縁体
7の開口部7aに対応して開口部6aを有する。この開
口部6aの直径は、第2図(a)に示すように絶縁体7
の開口部7aの直径と等しいか又は該直径より大となる
ように形成される。絶縁体7の下方には、前記開口部7
aと対向する位置に直径1〜2IITII程度の孔8a
を有する引出し電極8が、絶縁体7と数關程度以下の間
隔をあけて設けられている。
A metal electrode 6 (for example, tungsten (W), iridium (Ir)) as an emitter is placed on the gas introduction chamber 5 side of the insulator 7.
) etc. are provided, and the metal electrode 6 has an opening 6a corresponding to the opening 7a of the insulator 7. The diameter of this opening 6a is determined by the diameter of the insulator 7 as shown in FIG. 2(a).
The diameter of the opening 7a is equal to or larger than the diameter of the opening 7a. Below the insulator 7, the opening 7
A hole 8a with a diameter of about 1 to 2 IITII is located opposite to a.
An extraction electrode 8 having a diameter is provided with an interval of several degrees or less from the insulator 7.

筐体1の下方は、例えば後述のイオンビーム加工装置等
の真空チェンバに直結され、10−〇〜10−” [T
orr]程度まで排気される。
The lower part of the housing 1 is directly connected to a vacuum chamber such as an ion beam processing device, which will be described later, and is connected to a vacuum chamber of 10-" to 10-" [T
orr].

前記金属電極6と引出し電極8との間に金属電極6側を
正電位とする電圧(例えば数10KV程度)を印加する
ことにより、ガス導入管3を介してガス導入室5内に導
入されるガス(例えばアルゴン、ヘリウム等)が金属電
極6の開口部6a近傍でイオン化して正電荷のイオンと
なり、引出し電極8の孔8aを介して第1図の下方へイ
オンビームとして出力される。
By applying a voltage (for example, about several tens of kilovolts) that makes the metal electrode 6 side a positive potential between the metal electrode 6 and the extraction electrode 8, the gas is introduced into the gas introduction chamber 5 through the gas introduction pipe 3. Gas (for example, argon, helium, etc.) is ionized near the opening 6a of the metal electrode 6 to become positively charged ions, which are outputted as an ion beam downward in FIG. 1 through the hole 8a of the extraction electrode 8.

絶縁体7及び金属電極6の開口部7a、6aはt、oo
oオングストローム程度以下とされ、且つ金属電極6は
絶縁体7を介して冷却槽2内の冷媒により効果的に冷却
されるので、イオンのエネルギーのばらつきが少ない、
即ち、分解能の高いイオンビームを得ることができる。
The openings 7a and 6a of the insulator 7 and the metal electrode 6 are t, oo
o angstrom or less, and the metal electrode 6 is effectively cooled by the coolant in the cooling tank 2 via the insulator 7, so there is little variation in the energy of the ions.
That is, an ion beam with high resolution can be obtained.

また、金属電極6の開口部6aの直径を絶縁体7の開口
部7aの直径以上としているので、金属電極6が強電界
中に露出されず、水蒸気などの活性ガスが存在しても、
スパッタ、吸着による電極の侵食がなく、また異常な放
電を生ずることもない。
Furthermore, since the diameter of the opening 6a of the metal electrode 6 is greater than the diameter of the opening 7a of the insulator 7, the metal electrode 6 is not exposed to a strong electric field, and even if active gas such as water vapor is present,
There is no corrosion of the electrode due to sputtering or adsorption, and no abnormal discharge occurs.

また、第2図(b)に示すように金属電極6の開口部6
aの開口端6bが絶縁体7の引出し電極8側の端面7b
と而−か又は端面7bよりガス導入側に上がった状態で
あることも望ましく、前記電極の侵食及び放電を生ずる
こともない。
Further, as shown in FIG. 2(b), the opening 6 of the metal electrode 6
The open end 6b of a is the end surface 7b of the insulator 7 on the extraction electrode 8 side.
Alternatively, it is also desirable that the electrode be raised toward the gas introduction side from the end surface 7b, so that erosion and discharge of the electrode will not occur.

また、第1図、第2図において、金属電極6を、円錐状
に図示しているが、必ずしも円錐状の連続・体でなくて
も、いくつかのセグメントに分割されていてもよい。
Furthermore, although the metal electrode 6 is shown in a conical shape in FIGS. 1 and 2, it does not necessarily have to be a conical continuous body, and may be divided into several segments.

第3図は本発明の第2の実施例に係るガスイオン源の模
式図であり、このガスイオン源は第1図に示すものと略
同様に構成されるが、以下の点のみ異なる。即ち、ガス
導入室5は冷却槽2の壁2cによって画成され、該壁2
Cに密着して絶縁体7が設けられている。これにより絶
縁体7及び金属[t16をより効果的に冷却することが
できる。
FIG. 3 is a schematic diagram of a gas ion source according to a second embodiment of the present invention, and this gas ion source is constructed almost the same as that shown in FIG. 1, except for the following points. That is, the gas introduction chamber 5 is defined by the wall 2c of the cooling tank 2;
An insulator 7 is provided in close contact with C. Thereby, the insulator 7 and the metal [t16] can be cooled more effectively.

第4図は1,000オングストロ一ム程度の開口部6a
を有する金属電極6の製造方法の一例を示す図である。
Figure 4 shows an opening 6a of approximately 1,000 angstroms.
FIG. 3 is a diagram showing an example of a method for manufacturing a metal electrode 6 having the following steps.

水酸化ナトリウム(NaOII)水溶液lOの中に、ス
パッタリング又は蒸着により金属膜部6′が形成された
絶縁体7′を侵し、金属膜部6′と水酸化ナトリウム水
溶液10との間に数V〜数10Vの電圧をかけることに
より、金属膜部6′の表面が電解研磨される。これによ
り、前述の金属型t16を得ることができる。
The insulator 7' on which the metal film part 6' is formed by sputtering or vapor deposition is eroded into the sodium hydroxide (NaOII) aqueous solution 10, and the voltage between the metal film part 6' and the sodium hydroxide aqueous solution 10 is increased by several V. By applying a voltage of several tens of volts, the surface of the metal film portion 6' is electrolytically polished. Thereby, the aforementioned metal type t16 can be obtained.

また、半導体パターンエツチングのように第4図に示し
た絶縁体7′と金属膜部6′を用い、金属膜部6′をシ
ャドウマスク等を用いて選択的に繰り返しエツチングし
て作ってもよい。
Alternatively, as in semiconductor pattern etching, the insulator 7' and metal film part 6' shown in FIG. 4 may be used, and the metal film part 6' may be selectively and repeatedly etched using a shadow mask or the like. .

更にSiウェハのような基板にSiと異なる導電物イオ
ンを打込み、母材と異なる部分を形成し、この部分を選
択的にエツチングして作ってもよい。
Furthermore, a conductive material ion different from Si may be implanted into a substrate such as a Si wafer to form a portion different from the base material, and this portion may be selectively etched.

更にまた、Siウェハのような基板に、1,000オー
ムストロングより大きい貫通穴をビーム加工により形成
し、この穴を酸化させ、縮少させた後、この穴に導電物
質をスパッタ等でちりつけてもよい。
Furthermore, a through hole larger than 1,000 ohms is formed in a substrate such as a Si wafer by beam machining, and after this hole is oxidized and reduced, a conductive material is sprinkled into the hole by sputtering or the like. It's okay.

第5図は前述したガスイオン源を用いたイオンビーム加
工装置の概略構成図である。同図中11は前述のガスイ
オン源であり、イオンビーム32を出力する。ガスイオ
ン源11の下方にはブランカ12、アインツエルレンズ
13、偏向器14、及びファラデイーカップ15がこの
順序で配されている。イオンビーム32は、ブランカ1
2、アインツエルレンズ13、及び偏向器14を介して
XYステージ17上の試料(被加工物、例えばシリコン
ウェハ)16に照射され、該試料16の加工を行う。尚
、ファラデイーカップ15は加工を行う前にイオンビー
ムの強度(?!流値)を確認するための進退可能な検出
器であり、加工中は、図示した位置ではなく、イオンビ
ーム32に影響を与えない場所に位置する。
FIG. 5 is a schematic diagram of an ion beam processing apparatus using the aforementioned gas ion source. In the figure, reference numeral 11 denotes the aforementioned gas ion source, which outputs an ion beam 32. Below the gas ion source 11, a blanker 12, an Einzel lens 13, a deflector 14, and a Faraday cup 15 are arranged in this order. The ion beam 32 is connected to the blanker 1
2. The light is irradiated onto a sample (workpiece, for example, a silicon wafer) 16 on the XY stage 17 through the Einzel lens 13 and the deflector 14, and the sample 16 is processed. Note that the Faraday cup 15 is a detector that can move forward and backward to check the intensity (?!flow value) of the ion beam before processing. Located in a place that does not give

ブランカ12は一種の偏向器であり、必要に応じてイオ
ンビーム32を偏向させ、イオンビーム32がアインツ
エルレンズ13を通過しないようにして、イオンビーム
32のオン(試料16への照射)、オフ(遮断)を行う
。アインツエルレンズ13は、3つの71111で構成
される静電レンズであり、最上段の電極と最下段の電極
とは零電位とされ、中段の電極を正電位とすることによ
ってイオンビーム32を集束させ、いわゆるオブジェク
トアパーチャと同等の機能を有する。偏向器14は、第
1の電極14aと第2の電極14bとにより構成され、
試料16上のビーム結像位置を調整するために使用され
る。
The blanker 12 is a type of deflector, and deflects the ion beam 32 as necessary to prevent the ion beam 32 from passing through the Einzel lens 13, turning the ion beam 32 on (irradiating the sample 16) and off. (interruption). The Einzel lens 13 is an electrostatic lens composed of three 71111s, the top electrode and the bottom electrode are set to zero potential, and the middle electrode is set to a positive potential to focus the ion beam 32. It has the same function as a so-called object aperture. The deflector 14 includes a first electrode 14a and a second electrode 14b,
It is used to adjust the beam imaging position on the sample 16.

XYステージ17は、ステージ駆動用モータ23により
、互いに直交するX軸とY軸の方向に移動可能なテーブ
ルであり、試料16を所定の照射位置に移動させる。こ
のXYステージ17上には側長用ミラー18が設けられ
、該測長用ミラー18とレーザ測長器22とによりXY
ステージ17の位置が高精度に測定される。
The XY stage 17 is a table that can be moved by a stage drive motor 23 in the X-axis and Y-axis directions that are orthogonal to each other, and moves the sample 16 to a predetermined irradiation position. A side length mirror 18 is provided on the XY stage 17, and the length measuring mirror 18 and the laser length measuring device 22
The position of stage 17 is measured with high precision.

上述した各構成要素のうち11−18は、真空チェンバ
19内に収容され、該真空チェンバ19は排気装置20
により所定圧力(例えば10−”〜10−’ [Tor
rl )まで排気される。
Of the above-mentioned components 11-18 are housed in a vacuum chamber 19, and the vacuum chamber 19 is connected to an exhaust device 20.
to a predetermined pressure (for example, 10-” to 10-’ [Tor
rl).

ガスイオン源11及びファラデイーカップ15は、ガス
イオン源コントローラ24に接続されており、該ガスイ
オン源コントローラ24はガスイオン源11のガス圧の
検出及び制御、エミッタと引出し電極間の電圧制御、エ
ミッタの温度検出、冷却槽の冷媒供給制御、及びファラ
デイーカップ15によるイオン電流検出を行う。
The gas ion source 11 and the Faraday cup 15 are connected to a gas ion source controller 24, which detects and controls the gas pressure of the gas ion source 11, controls the voltage between the emitter and the extraction electrode, Emitter temperature detection, cooling tank coolant supply control, and Faraday cup 15 detects ion current.

ブランカI2、アインツエルレンズ13、偏向器14、
及び排気装置20には、ブランカコントローラ25、ア
インツエルレンズ電圧コントローラ26、ビーム偏向コ
ントローラ27、及び排気コントローラ28がそれぞれ
接続されており、これらのコントローラ25〜28は、
ブランカI2、アインツエルレンズ13、偏向器14、
及び排気装置20をそれぞれ制御する。
Blanka I2, Einzel lens 13, deflector 14,
A blanker controller 25, an Einzel lens voltage controller 26, a beam deflection controller 27, and an exhaust controller 28 are connected to the exhaust device 20, and these controllers 25 to 28 are
Blanka I2, Einzel lens 13, deflector 14,
and the exhaust device 20, respectively.

前記レーザ測長器22及びステージ駆動用モータ15は
、ステージ駆動装置21に接続されておりステージ駆動
装置21により、XYステージ17の位置の検出及び駆
動が行われる。
The laser length measuring device 22 and the stage drive motor 15 are connected to a stage drive device 21, and the stage drive device 21 detects the position of the XY stage 17 and drives it.

前記各コントローラ24〜28及びステージ駆動装置2
1は、CPUインタフェース制御回路29を介して制御
用計算機30に接続されており、該制御用計算機30に
より加工装置全体の作動が制御される。制御用計算機3
0には入出力装置31が接続され、照射位置データ、バ
イアス電圧等の制御データが入力される。
Each of the controllers 24 to 28 and the stage driving device 2
1 is connected to a control computer 30 via a CPU interface control circuit 29, and the control computer 30 controls the operation of the entire processing apparatus. Control computer 3
An input/output device 31 is connected to 0, and control data such as irradiation position data and bias voltage is input.

ガスイオン源llによれば、長期間安定に分解能の高い
(色収差の少ない)イオンビームが得られるので、上述
の加工装置により高解像度のパターン描画やイオン注入
等を長期に亘って安定して行うことができる。
According to the gas ion source II, an ion beam with high resolution (with little chromatic aberration) can be obtained stably over a long period of time, so the above-mentioned processing equipment can stably perform high-resolution pattern drawing, ion implantation, etc. over a long period of time. be able to.

(発明の効果) 以上詳述したように、本発明の請求項1のガスイオン源
によれば、エミッタ(金属電極)の冷却が効果的に行わ
れ、分解能の高いイオンビームを得ることができる。
(Effects of the Invention) As detailed above, according to the gas ion source of claim 1 of the present invention, the emitter (metal electrode) is effectively cooled, and an ion beam with high resolution can be obtained. .

また請求項2のガスイオン源によれば、エミッタが強電
界中に請出されないので水蒸気などの活性ガスが存在し
てもスパッタ、吸着によってエミッタが侵食されること
を防止することができる。
Further, according to the gas ion source of the second aspect, since the emitter is not exposed to a strong electric field, it is possible to prevent the emitter from being eroded by sputtering or adsorption even if an active gas such as water vapor is present.

その結果、長期間に亘って安定したイオンビームを得る
ことができる。
As a result, a stable ion beam can be obtained over a long period of time.

また請求項3のイオンビーム加工装置によれば、高解像
度のパターン描画やイオン注入等の加工を長期に亘って
安定して行うことができる。
Further, according to the ion beam processing apparatus of the third aspect, processing such as high-resolution pattern drawing and ion implantation can be performed stably over a long period of time.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の第1の実施例に係るガスイオン源の模
式図、第2図は第1図のガスイオン源の一部を拡大して
示す図、第3図は本発明の第2の実施例に係るガスイオ
ン源の模式図、第4図はエミッタ(金属電極)の製造方
法を説明する図、第5図はガスイオン源を用いたイオン
ビーム加工装置の概略構成図、第6図は第1の従来例に
係るガスイオン源の模式図、第7図は第2の従来例に係
るガスイオン源の模式図、第8図はイオンのエネルギー
分布を示す図である。 1・・・筐体、2・・・冷却槽、3・・・ガス導入管、
5・・・ガス導入室、6・・・金属電極(エミッタ)、
7・・・絶縁体、8・・・引出し電極。 漉3図 稟4図
FIG. 1 is a schematic diagram of a gas ion source according to a first embodiment of the present invention, FIG. 2 is an enlarged view of a part of the gas ion source of FIG. 1, and FIG. FIG. 4 is a schematic diagram of the gas ion source according to Example 2, FIG. 4 is a diagram explaining the method of manufacturing the emitter (metal electrode), FIG. FIG. 6 is a schematic diagram of a gas ion source according to the first conventional example, FIG. 7 is a schematic diagram of a gas ion source according to the second conventional example, and FIG. 8 is a diagram showing the energy distribution of ions. 1... Housing, 2... Cooling tank, 3... Gas introduction pipe,
5... Gas introduction chamber, 6... Metal electrode (emitter),
7... Insulator, 8... Extraction electrode. 3 drawings, 4 drawings

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1、ガスが導入され、エミッタと引出し電極との間に所
定の電圧を印加することにより前記ガスをイオン化する
ガスイオン源において、前記エミッタは前記ガスが導入
される側が引出し電極側より広く開口した金属電極より
成り、該金属電極を取り付けた絶縁体と、該絶縁体を介
して前記金属電極を冷却する冷却手段とを設けたことを
特徴とするガスイオン源。 2、前記エミッタは前記絶縁体のガス導入側に位置し、
引出し電極側の開口部の直径が前記絶縁体の開口部の直
径以上であることを特徴とする請求項1記載のガスイオ
ン源。 3、イオンビーム源を備え、該イオンビーム源から射出
されるイオンビームを被加工物に照射することにより被
加工物の加工を行うイオンビーム加工装置において、前
記イオンビーム源はガスが導入され、エミッタと引出し
電極との間に所定の電圧を印加することにより前記ガス
をイオン化するガスイオン源であって、前記エミッタは
前記ガスが導入される側が引出し電極側より広く開口し
た金属電極より成り、該金属電極を取り付けた絶縁体と
、該絶縁体を介して前記金属電極を冷却する冷却手段と
を備えたガスイオン源であることを特徴とするイオンビ
ーム加工装置。
[Claims] 1. In a gas ion source in which a gas is introduced and the gas is ionized by applying a predetermined voltage between an emitter and an extraction electrode, the emitter has an extraction side on the side into which the gas is introduced. A gas ion source comprising a metal electrode having a wider opening than the electrode side, an insulator to which the metal electrode is attached, and a cooling means for cooling the metal electrode through the insulator. 2. The emitter is located on the gas introduction side of the insulator,
2. The gas ion source according to claim 1, wherein the diameter of the opening on the extraction electrode side is greater than or equal to the diameter of the opening in the insulator. 3. In an ion beam processing apparatus that includes an ion beam source and processes a workpiece by irradiating the workpiece with an ion beam emitted from the ion beam source, a gas is introduced into the ion beam source, A gas ion source that ionizes the gas by applying a predetermined voltage between an emitter and an extraction electrode, the emitter comprising a metal electrode with a wider opening on the side into which the gas is introduced than on the extraction electrode side, An ion beam processing apparatus characterized in that it is a gas ion source including an insulator to which the metal electrode is attached, and a cooling means for cooling the metal electrode via the insulator.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR100517150B1 (en) * 2003-02-04 2005-09-26 동부아남반도체 주식회사 Bushing cooling device
JP2009163981A (en) * 2008-01-07 2009-07-23 Hitachi High-Technologies Corp Gas field ionization ion source, charged particle microscope, and device
JP2017533542A (en) * 2014-09-10 2017-11-09 ヴァリアン セミコンダクター イクイップメント アソシエイツ インコーポレイテッド Control of ion angle distribution of ion beam using hidden deflection electrode

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