JPH02284335A - ガスフェーズ型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】 以下の順序に従って本発明を説明する。

Ａ、産業上の利用分野 Ｂ１発明の概要 Ｃ０背景技術［第５図、第６図］ Ｂ１発明が解決しようとする問題点 Ｅ０問題点を解決するための手段 Ｆ０作用 Ｇ、実施例［第１図乃至第４図］ Ｈ０発明の効果 （Ａ、産業上の利用分野） 本発明はガスフェーズ型集束イオンビーム装置、特にエ
ミッタと引出し電極との間に引出し電圧を印加してエミ
ッタ先端側に高電界を生ぜしめてエミッタ先端上にて気
体イオン源をイオン化してイオンビームを引出すガスフ
ェーズ型集束イオンビーム装置に関する。

（Ｂ、発明の概要） 本発明は、上記のガスフェーズ型集束イオンビーム装置
において、 イオン電流の安定化を図り且つその値を大きくするため
、 エミッタ先端上における電界強度を３／Å以上にし、且
つエミッタ先端側の温度をｌＯ〜１３Ｋにしてイオンビ
ーム照射をするようにしたものである。

（Ｃ，従来技術）［第５図、第６図］ ＩＣ，ＬＳＩの製造に不可欠な露光、半導体基盤のイオ
ンエツチングによる加工、リペアのための半導体膜、導
電膜、絶縁膜の成長には集束イオンビーム装置が多く用
いられるようになっている。そして、集束イオンビーム
装置の性能の向上のための技術開発も盛んで、その成果
の一つが例えば特開昭６３−４３２４９号公報等により
公表されている。

第５図は集束イオンビーム装置の一例を示す模式的な断
面図であり、ｌはイオンガンで、真空槽２の天井に垂設
されている。３は冷凍機、４は該冷凍機３の下端に取り
付けられた絶縁サファイア、５は該絶縁サファイア４に
形成されたガス導入孔、６は該ガス導入孔５に連結され
たパイプで真空槽２の外部からガス導入孔５ヘイオン源
であるヘリウムＨｅガスを供給する。７はヘリウムＨｅ
ガスを下方に噴出するノズルで、絶縁サファイア４の下
端面中央部に開口するガス導入孔５の下端部に形成され
ている。８は該ノズル７内に取り付けられたエミッタで
、このエミッタ８の先端はノズル７の先端から稍突出せ
しめられている。

９は冷凍機３、絶縁サファイア４、ノズル７及びエミッ
タ８を囲繞して外部から放射される熱を遮ぎるラディエ
ーションシールド、１０はドーナツ状の引出し電極で、
該電極１０と上記エミッタ８との間に電圧を印加するこ
とによりエミッタ８の先端面からイオンビームな引出す
ことができる。以上がイオンガン１の構造の説明である
。次に、該イオンガン１から出射されたイオンビームを
収束し、ブランキングし、偏向するレンズ系について説
明する。

１１はイオンビームを集束するコンデンサレンズ、１２
はアライメントレンズ、１３はブランキング電極、１４
はアパーチャー　１５はアライメント電極、１６は対物
レンズ、１７は偏向レンズであり、これ等の部材により
レンズ系が構成されている。１８はイオンビームが照射
されるワークである半導体ウェハである。

１９は上記イオンガンｌを各方向に移動してエミッタ８
のレンズ系に対する位置合わせを行うためのマニュピレ
ータである。この集束イオンビーム装置を使用する場合
にはマニュピレータ１９でイオンガン１をＸ方向、Ｙ方
向、Ｚ方向及びθ方向に位置調整し、イオンビームの軸
がレンズ系の光軸に一致するようにすることが必要であ
る。

ところで、従来においてはエミッタの温度（具体的には
エミッタ先端近傍にて熱電対によって測定した温度）を
ＩＯＫにして２．ＴＶ／人程度のイオン化電界の下でイ
オンビームの照射を行っていた。

第６図は温度をＩＯＫにした場合おける電界・イオン電
流特性を示すものである。温度を２６７Ｖ／人にするの
は温度１０にの下ではイオン電流がピーク値になるから
である。

（Ｄ、発明が解決しようとする問題点）ところで、従来
におけるように２．７Ｖ／入程度のイオン化電界でイオ
ンビーム照射を行った場合には、ガスフェーズ型集束イ
オンビーム装置の真空チャンバ内あるいはイオン源ガス
内の残留ガスによりイオン電流が不安定になるという問
題があった。というのは、真空チャンバあるいはイオン
ソースガス内にはＨｇＯとかＣＯ２等の残留ガスが僅か
ではあっても含まれており、かかる残留ガスがエミッタ
先端上に吸着された場合２゜ＴＶ／人程度の電界ではイ
オン化することなくエミッタ先端のイオン化ゾーンに付
着してイオン化効率を変化させるからである。また、エ
ミッタ先端のイオン化ゾーンに吸着された残留ガスがエ
ミッタ上を移動してイオン化ゾーンの表面状態を変化さ
せてイオン化効率を変化させる場合もある。いずれにせ
よ、イオン化効率の変化はイオン電流を乱れさすので好
ましくない。

そこで、本願発明者はエミッタ先端側における電界を３
．ＯＶ／八以へにすることを試みた。というのは、イオ
ン電界を３．ＯＶ／λ以上にすると残留ガスをイオン化
することができ、残留ガスのエミッタへの吸着によるイ
オン化効率の変動、イオン電流の変動を防止することが
できることが実験の積み重ねで明らかになったからであ
る。しかしながら、第６図から明らかなようにＩＯＫと
いう温度下では、２．７Ｖ／人のときがイオン電流の値
がピークになり３．ＯＶ／人ではピークより小さくなる
。イオンビーム電流の大きさがどの程度であるかはイオ
ンビーム装置の最も重要な性能の一つであり、この値が
小さいことはスルーブツトを低下させることになり好ま
しくない。

本発明はこのような問題点を解決すべく為されたもので
あり、イオン電流を低下させることな（残留ガスのエミ
ッタへの吸着によるイオン化効率の変動を防止してイオ
ン電流の安定性を高めることを目的とする。

（Ｅ、問題点を解決するための手段） 本発明ガスフェーズ型集束イオンビーム装置は上記問題
点を解決するため、エミッタ先端上における電界強度を
３／Å以上にし、且つエミッタの温度を１０〜１３Ｋに
してイオンビーム照射をするようにしたことを特徴とす
る。

（Ｆ、作用） 本発明ガスフェーズ型集束イオンビーム装置によれば、
エミッタ先端側における温度を１０〜１３にへと上げる
ことにより第１図に示すように電界・電流特性曲線が電
界が高くなる方向に移動し、３Ｖ／入あるいはそれより
稍高くしてもイオン電流を大きくすることができる。従
って、イオン電流を低下させることな（エミッタ先端上
に達した残留ガスのイオン化が可能になり、延いてはイ
オン化効率の変動を防止することができる。

（Ｇ、実施例）［第１図乃至第４図］ 以下、本発明ガスフェーズ型集束イオンビーム装置を図
示実施例に従って詳細に説明する。

本ガスフェーズ型集束イオンビーム装置においては、エ
ミッタの温度（エミッタ先端近傍にて熱電対にて測定し
た温度）が１３Ｋ、エミッタ先端上の電界３．３Ｖ／人
、エミッタ先端上におけるヘリウムガス圧５Ｘ１０−’
Ｔｏｒｒという条件下でイオンビーム照射を行うように
されている。第１図はエミッタの温度が１３Ｋ、ヘリウ
ムガス圧が５Ｘ１０−’Ｔｏｒｒの場合における電界・
イオン電流特性を示すものである。この図と第６図とを
比較すると明らかなように、温度の上昇に伴い特性曲線
が高電界側にシフトしており、イオン電流がピークとな
る電界が高（なり、約３．３Ｖ／人でイオン電流がピー
クになる。従って、電界を３．３Ｖ／人にして残留ガス
のエミッタ先端への吸着を確実に防止しつつイオン電流
の値を最大限太き（しているといえるのである。

ところで、エミッタの温度はヘリウムガス圧によりコン
トロールすることができ、る。

第２図はヘリウムガス圧とエミッタ先端側における温度
との関係図である。この図から明らかなように、エミッ
タ先端上におけるヘリウムガス圧をコントロールするこ
とによりエミッタの温度をコントロールすることができ
、従って、メイッタ先端温度を１３Ｋに保つ温度コント
ロールはヘリウムガス圧の調節することにより行うこと
ができるのである。

尚、第３図（Ａ）、（Ｂ）はヘリウムガス圧をパラメー
タとする電界・イオン電流特性図で、同図（Ａ）はエミ
ッタ温度が１３にの場合を示し、同図（Ｂ）はエミッタ
温度がＩＯＫの場合を示している。

また、第４図（Ａ）、（Ｂ）はヘリウムガス圧と、イオ
ン電流のピーク値との関係をガス圧をパラメータとして
示すもので、同図（Ａ）はエミッタ温度が１３にの場合
を示し、同図（Ｂ）はエミッタ温度がＩＯＫの場合を示
す。この場合ヘリウムＨｅのフローレートは１．５Ｘ１
０−”Ｔｏｒｒ−Ｉ２／ｓｅｃである。

元来、ヘリウムガス圧が高くなるとそれに比例してイオ
ン電流のピーク値も増大し、ヘリウムガス圧とイオン電
流のピーク値との関係にリニアリティがあるが、しかし
、第４図から明らかなようにリニアリティにも限界があ
る。具体的には１ｘ１０−’ＰａとｌＸｌ０−”Ｐａの
間のある圧力でリニアリティがなくなるようであり、ヘ
リウムガス圧が太き（なってもイオン電流のピーク値は
さほど太き（ならなくなる。

（Ｈ，発明の効果） 以上に述べたように、本発明ガスフェーズ型集束イオン
ビーム装置は、エミッタ先端上における電界強度が３Ｖ
／λ以上で、エミッタ先端側における温度が１０〜１３
にでイオンビーム照射を行うようにしてなることを特徴
とする 従って、本発明ガスフェーズ型集束イオンビーム装置に
よれば、エミッタ先端側における温度をｌＯ〜１３にへ
と上げることにより第１図に示すように電界・電流特性
曲線が電界が高くなる方向に移動し、３Ｖ／人あるいは
それより稍高くしてもイオン電流を大きくすることがで
きる。従って、イオン電流を低下させることなくエミッ
タ先端上に達した残留ガスのイオン化が可能になり、延
いてはイオン化効率の変動そしてイオン電流の変動を防
止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明ガスフェーズ型集束イオンビーム装置の
一つの実施例における電界・イオン電流特性図、第２図
はヘリウムガス圧・温度特性図、第３図（Ａ）、（Ｂ）
は電界・イオン電流特性図で、同図（Ａ）はエミッタ温
度１３にの場合を示し、同図（Ｂ）はエミッタ温度１０
にの場合を示し、第４図（Ａ）、（Ｂ）はヘリウムガス
圧・イオン電流ピーク値関係図で、同図（Ａ）はエミッ
タ温度１３にの場合を示し、同図（Ｂ）はエミッタ温度
１０にの場合を示し、第５図は背景技術を示すところの
ガスフェーズ型集束イオンビーム装置の断面図、第６図
は従来例における電界・イオン電流特性図である。 符号の説明 ８・・・エミッタ、 ９． １０　・ ・引出電極。 出 願 人 ソニ 株 式 −一◆温 度 →イオン電流 （Ａ） ヘリウムガス圧・イオン電流ピーフイ直関佳図第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）エミッタと引出し電極との間に引出し電圧を印加
   してエミッタ先端側に高電界を生ぜしめてエミッタ先端
   上にて気体イオン源をイオン化してイオンビームを引出
   すガスフェーズ型集束イオンビーム装置において、 上記エミッタ先端上における電界強度が３Ｖ／Å以上で
   、エミッタ温度が１０〜１３Ｋでイオンビーム照射を行
   うようにしてなる ことを特徴とするガスフェーズ型集束イオンビーム装置