JPH02278810A - 電界電離型イオン源および該イオン源を備えたイオンビーム露光装置 - 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】 ［概　要］ 液体ヘリウムにより冷却されるエミッタを有する電界電
離型イオン源および該イオン源を備えたイオンビーム露
光装置に関し。

従来の電界電離型イオン源より簡単な構造でエミッタ近
傍における真空度を向上可能とすることにより、輝度が
高く、かつ、放出イオン電流の安定なイオン源ならびに
イオンビーム露光装置を提供することを目的とし。

液体ヘリウムによって冷却されるエミッタと。

該エミッタを包囲し且つ該エミッタに対向する開。

口が設けられており、該エミッタと電気的に絶縁された
引出し電極と、該引出し電極を包囲し且つ該引出し電極
に設けられた前記開口に対向する開口を有する放射シー
ルドと、該エミッタを冷却したヘリウムを該放射シール
ドに導くための導管と。

該放射シールドに導かれたヘリウムを系外に排出するた
めの第２の導管とを少なくとも備え、さらに、該引出し
電極と放射シールド間にチタン蒸発源が配置されている
ことから構成される。

［産業上の利用分野〕 本発明は、液体ヘリウムにより冷却されるエミッタを有
する電界電離型イオン源および該イオン源を備えたイオ
ンビーム露光装置に係り、とくにその輝度と動作の安定
性向上に関する。

〔従来の技術〕

電界電離型イオン源は、集束イオンビーム装置に搭載し
、微細パターンの露光を行うことを目的として開発が進
められている。このイオン源は。

針状のイオン放出用エミッタと引出し電極とを備え、エ
ミッタと引出し電極との間に印加された高電圧によりヘ
リウム等のガスを電界電離することによりイオンを取り
出すものである。

上記電界電離型イオン源における輝度と動作特性の安定
性の向上のために、エミッタは、液体ヘリウム（Ｈｅ）
で冷却されるとともに、超高真空仕様にもとづいて製作
され、イオン化ガスも高純度のものが用いられる。

イオン放出用エミッタの温度が低いほどイオン源輝度が
高くなる。このエミッタ温度の低下による輝度の増加は
、低温はどエミッタ表面におけるイオン化ガスの密度が
増大するためであると考えられている。しかし、同時に
エミッタ表面に不純物ガスが吸着しやすくなり、その結
果、放出イオン電流の変動が大きくなるため、イオン源
は超高真空まで排気され、ここに導入されるイオン化ガ
スも高純度であることが必要とされる。

〔発明が解決しようとする課題〕

第４図に従来の上記電界電離型のイオン源の構成例を示
す０例えばタングステンから成る電解研廖された針状の
エミッタｌは液体ヘリウム（Ｈｅ）が供給される冷却器
２の先端に取り付けられた金属フロック３に固定されて
いる。金属ブロック３は。

例えばサファイアのような高熱伝導性の絶縁材料ブロッ
ク４により、冷却器２から電気的に絶縁されている。符
号５は引出し電極であって、エミッタｌに対向する開口
５Ａを有し、また、冷却器２と接触した構造とされてお
り、これにより、　１０〜３０に近傍に冷却される。

上記のような構成部材が超高真空槽６内に設置されてい
る。そして１例えば引出し電極５を接地電位としてエミ
ッタｌに正の高電圧を印加し、ガス導入管７を通じて引
出し電極５内部にＨｅガスを導入する。その結果、エミ
ッタ１表面に吸着したＨｅガスが高電界によりイオン化
し、　Ｈｅイオン８として放出される。このＨｅイオン
を図示しないイオン光学系により集束および偏向し、レ
ジストが塗布された半導体ウェハ等の被露光物体に照射
する。

上記電界電離型イオン源には１通常、外部からの放射熱
の侵入を防ぐために、引出し電極の周囲に放射シールド
９が設けられている。放射シールド９は引出し電極５を
覆う構造を有する。従来。

放射シールド９は液体窒素（Ｎｇ）により冷却されてい
た。すなわち１図示のように９例えば放射シールド９の
周囲には蛇管９１が巻き付けられており。

この蛇管９１中に液体Ｎ２を供給して冷却する。気化し
た液体Ｎ２は排出管９２を経て大気中に放出される。

このような液体Ｎ２冷却のために９次のような欠点があ
った。

■液体Ｎ２温度は７７にであり、液体Ｈｅで冷却される
エミッタ１の温度（１０〜３０Ｋ）より高い、このため
、不純物ガスに対する放射シールド９の吸着効果が充分
でなく、とくに、残留ガスとして最後に残る水素（Ｈｚ
）を除去することができない。その結果、エミッタ１表
面における不純物ガスの吸着による輝度の低下ならびに
放出イオン電流の変動が大きい ■エミッタ１を冷却するための液体Ｈｅ供給系とは別に
、液体Ｎ２供給系を設ける必要があり、システムの構成
が複雑になり、また、システムの運転。

保守の操作が複雑になる。

本発明は、上記従来の電界電離型イオン源より簡単な構
造でエミッタ近傍における真空度を向上可能とすること
により、輝度および放出イオン電流の安定なイオン源な
らびにイオンビーム露光装置を提供することを目的とす
る。

〔課題を解決するための手段］ 上記目的は、液体ヘリウムによって冷却されるエミッタ
と、該エミッタを包囲し且つ該エミッタに対向する開口
が設けられており、該エミッタと電気的に絶縁された引
出し電極と、該引出し電極を包囲し且つ該引出し電極に
設けられた前記開口に対向する開口を有する放射シール
ドと、該エミッタを冷却したヘリウムを該放射シールド
に導くための導管と、該放射シールドに導かれたへりラ
ムを系外に排出するための第２の導管とを備えたことを
特徴とする電界電離型イオン源、および。

上記イオン源における引出し電極と放射シールド間にチ
タン蒸発源が配置されていることを特徴とする電界電離
型イオン源、さらに、上記イオン源と、該イオン源から
放出されたイオンを集束ならびに偏向して被露光物体に
照射するためのイオン光学系と、該イオン源と被露光物
体とイオン光学系を収容する真空槽とを備えたことを特
徴とする本発明のイオンビーム露光装置によって達成さ
れる。

（作　用） 従来はエミッタを冷却した液体Ｈｅは大気中に放出して
いたが、この液体Ｈｅもしくはその気化した低温１１ｅ
ガスを放射シールドに導くことにより、放射シールドを
温度を液体Ｎ２温度より低温に冷却し。

放射シールドによる不純物ガスの吸着除去効果を高め、
エミッタ近傍における真空度を向上する。

さらに、引出し電極と放射シールド間の空間にチタン蒸
発源を設け、放射シールド等の壁面にチタン膜を堆積可
能とし、このチタン膜の吸着により不純物ガスの吸着除
去効果をより高める。その結果、従来のイオン源よりも
註度の向上ならびにイオン電流の安定性向上が可能とな
る。

（実施例〕 以下本発明の実施例を図面を参照して説明する。

以下の図面において、既出の図面におけるのと同じ部分
には同一符号を付しである。

第１図は本発明のイオン源の一実施例を示し。

従来の電界電諦型イオン源と同様に、真空槽６内に、エ
ミッタｌと引出し電極５と放射シールド１０が設置され
ている。エミッタ１は冷却器２を流れる液体ｌｉｅによ
り冷却される。なお、エミッタ１は。

絶縁材料ブロック４を介して冷却器２に取り付けられた
金属ブロック３の先端に固定されていることも従来と同
様である。

本発明においては１例えば放射シールド１０を二重壁を
有する中空構造とし、導管１１によって冷却器２と接続
する。これにより、冷却器２を出た低温ｔｉｅガスが、
導管１１を通じて放射シールド１０内に導かれ、放射シ
ールド１０を４０に近くまで冷却する。

放射シールド１０を冷却したＨｅガスは、排出管１２を
通じて大気中に放出される。さらに、放射シールド１０
は、引出し電極５を包み込む構造を有し、引出し電極５
に設けられた開口５Ａに対向する位置に。

放出ｌｉｅイオン８を取り出すための開口１０Ａが設け
られている。

放射シールド１０は鏡面研磨されたステンレス鋼板から
成る。また、導管１１および排出管１２は直径６ｍ＋ａ
程度のステンレス鋼管から成り、放射シールド１０の支
持機構を兼ねている。

上記本発明のイオン源において、エミッタ１の代わりに
熱電対を取り付け、冷却器２に液体Ｈｅを供給して放射
シールドＩＯを冷却した状態で温度を測定したところ、
約１５にであり、従来よりも数ないし１５に近く低下す
ることが分かった。次ぎにエミッタ１を取り付けてイオ
ン源輝度を測定したところ、輝度はエミッタごとに異な
るが、従来のイオン源の約２倍の値が得られた。

第２図は本発明のイオン源の別の実施例を示す。

本実施例のイオン源は、第１図の構造において。

引出し電極５と放射シールド１０の間の空間に、チタン
フィラメント３が追加して設置されている点が異なる。

チタンフィラメント１３は導線１４に接続されている。

冷却器２に液体Ｈｅを供給するとともに、導線１４を通
じて電流加熱することによりチタンフィラメント１３を
蒸発させる。その結果、引出し電極５およびチタンフィ
ラメント１３壁面に清浄で活性なチタン膜が形成される
。引出し電極５は液体ｌｉｅにより、また、放射シール
ド１０は低温１１ｅガスにより冷却されているため、そ
れぞれの壁面に形成されたチタン膜は良好な吸着作用を
有する。

通常、上記イオン源は、　１０−’Ｐａ程度の到達圧力
を有する真空装置に装着される。この程度の到達圧力に
おける残留ガスの主成分は、一般にＨ！０とＮ２である
。液体Ｈｅや低温Ｈｅガスにより冷却された引出し電極
５および放射シールドｌＯの壁面は吸着ポンプとして働
き、ガス導入管７から導入されたイオン化１１ｅガス中
の不純物ガスおよび真空装置内の上記残留ガスが選択的
に吸着除去される。

従来のイオン源においては１時間とともにエミッタ表面
に吸着される不純物ガス量が減少し、これにともなって
イオン電流が増大する。そして。

吸着不純物が離脱すると、イオン電流が増大する。

その結果１大きなイオン電流の変動が生じていた。

これに対し１本発明のイオン源では、放射シールドｌＯ
を低温ｔｉｅガスにより冷却したこと、さらに。

この放射シールドｌＯの壁面に活性チタン膜を形成する
ことにより、イオン源近傍における到達圧力が１０−’
Ｐａに低減され、その結果、エミッタ表面に吸着する不
純物ガス量が減少し、イオン電流の変動は従来の１５％
に対し、５％に改善された。

第３図は上記本発明のイオン源を用いて構成されたイオ
ンビーム露光装置の概要構造を示し、低温Ｈｅガスによ
り冷却された放射シールドｌＯを備えたイオン源２０は
集束イオンビーム装置３０に装着される。集束イオンビ
ーム装置３０は、アパーチャ３１゜静電レンズ３２．偏
向電極３３から成るイオン光学系と、これらを被露光物
体３４とともに収容する真空槽６１を有する。放射シー
ルド１０から放出されたＨｅイオン８は、アパーチャ３
１により成形されたのち。

静電レンズ３２により集束される。この集束Ｈｅイオン
ビームは、偏向電極３３により偏向され５例えばレジス
トが塗布された半導体ウェハのような被露光物体３４表
面の所定位置に投射される。

なお、上記本発明の電界電離型イオン源は、走査型イオ
ン顕微鏡の光源としても適用可能である。

〔発明の効果〕

本発明によれば、電界電離型イオン源の放射シールドが
液体Ｈｅが気化した極低温ガス（５０に以下）によって
冷却されるため、従来の液体Ｎ２冷却の放射シールドを
有するイオン源に比べて、外部の放射熱に対する断熱効
果が大きく、エミッタがより低温化され、その結果、イ
オン源の輝度が従来の約２倍に向上され、また、放射シ
ールドの不純物ガスに対する吸着除去効果が大きくなり
、エミッタ表面における不純物ガスの吸着が減少し。

その結果、イオン電界の変動率が従来の１５％から５％
に改善される等の効果がある。また、放射シールドの冷
却のための液体Ｎ２供給系が不要となり。

システムの構造が面素化され、また運転および保守の操
作も簡略化される効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のイオン源の一実施例。 第２図は本発明のイオン源の別の実施例。 第３図は本発明のイオン源を用いたイオンビーム露光装
置の概要構成図。 第４図は従来の電界電離型イオン源の構成図である。 図において。 ■はエミッタ、　　２は冷却器。 ３は金属ブロック、４は絶縁材料ブロック。 ５は引出し電極、　　５ＡとＩＯＡは開口。 ６と６１は真空槽、　　７はガス導入管。 ８はＨｅイオン、　　９とＩＯは放射シールド。 １１は導管、　　１２は排出管。 １３はチタンフィラメント、１４は導線。 ２０はイオン源、３０は集束イオンビーム装置。 ３１はアパーチャ、３２は静電レンズ ３３は偏向電極、３４は被露光物体。 である。 合合朗のイオン源の７ソリの害た堡ｊ 鶏　２　回 液体Ｈｅ 全合明のイオ′／漣の−ｒｆＡイクｊ 第　１　図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）液体ヘリウムによって冷却されるエミッタと、該
   エミッタを包囲し且つ該エミッタに対向する開口が設け
   られており、該エミッタと電気的に絶縁された引出し電
   極と、 該引出し電極を包囲し且つ該引出し電極に設けられた前
   記開口に対向する開口を有する放射シールドと、 該エミッタを冷却したヘリウムを該放射シールドに導く
   ための導管と、 該放射シールドに導かれたヘリウムを系外に排出するた
   めの第２の導管 とを備えたことを特徴とする電界電離型イオン源。
2. （２）該引出し電極と放射シールド間にチタン蒸発源が
   配置されていることを特徴とする請求項１記載の電界電
   離型イオン源。
3. （３）請求項１もしくは２に記載のイオン源と、該イオ
   ン源から放出されたイオンを集束ならびに偏向して被露
   光物体に照射するためのイオン光学系と、 該イオン源と被露光物体とイオン光学系を収容する真空
   槽 とを備えたことを特徴とするイオンビーム露光装置。