JPH02291650A - 電界電離型ガスイオン源 - 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〕 電界電離型ガスイオン源、例えば露光等の半導体の微細
加工に用いるイオン源に関し、電界電離型ガスイオン源
として用いられるタングステンなどで作られたエミッタ
部の構造において、エミッタおよびそれから放射される
イオンビームの特性を改良するためにエミッタを加熱す
る手段を設けたガスイオン源を提供することを目的とし
、 冷却部上に配置された絶縁台と押え部材との間に保持さ
れたエミッタを含む電界電離型ガスイオン源において、
エミッタに電流を流すための電極をエミッタに接触せし
めて固定してなることを特徴とする電界電離型ガスイオ
ン源を含み構成する。

〔産業上の利用分野］ 本発明は電界電離型ガスイオン源、例えば露光等の半導
体の微細加工に用いるイオン源に関する。

近年、半導体デバイスの高集積化に伴い、より微細な加
工のできる技術への要求が高まってきている。その中で
も、０．１μｍレベルの露光に関しては、マスク無しで
直接露光ができ、しかも近接効果のない集束イオンビー
ムへの期待が大きい。

〔従来の技術〕

露光等を行う集束イオンビーム用のイオン源として、電
界電離型ガスイオン源がある。この電界電離型ガスイオ
ン源を動作させるには、イオン原料のガス雰囲気中でエ
ミッタが引き出し電極に対して正になるように電圧を印
加する。こうするとガスはイオン化されて放出されるが
、ビームはエミッタの中心軸のまわりに放射状に分布す
るのではなく、エミッタの表面の特定の場所から離散的
に放出される。イオン源の矧度を上げるために、通常エ
ミッタを冷却して使用する。

このようなイオン源のエミッタ部の構造には、第２図に
示されるもののようにエミッタをそのまま取付けたもの
と、第３図に示されるもののようにヘヤビン型ループに
エミッタを取付けたものとがある。第２図において、１
１はエミッタ、１２はエミッタ電極、ｌ３は金属製の押
え部材、１４は例えばサファイアで作った絶縁台（以下
サファイア台という。）、１５は冷却部、１６は冷媒通
路、１７と１８はねじを示し、第３図において第２図に
示した部品と同じ部品は同一符号を付して表示し、２１
は加熱用ループ、２２はセラミック基板を示し、第２図
と第３図において矢印は冷媒の進路を示す。

第２図（ａ）はイオン源エミッタ配置部を示す斜視図で
、同．図（ｂ）はエミッタ１１の取付けを示す断面図で
ある。エミッタ１ｌの絶縁用サファイア台１４の上部に
は段部が形成され、段部に押え部材１３が配置される。

サファイア台１４にはエミッタ電極１２を固定しそれと
接続をとるねじ１７を通すための貫通孔１４ａが形成さ
れ、他方、押え部材１３には貫通孔１４ａと同一線上に
並ぶねじ穴１３ａが形成されている。

サファイア台１４の段部と押え部材１３との間にエミッ
タ１１を配置し、次いでねじ１７を回して押え部材１３
をサファイア台１４に接近させ、これらの間にエミッタ
１１を固く押えてエミッタ１１を固定するとともに、ね
じ１７でエミッタ電極１２も固定し、それによってエミ
ッタ電極１２とエミッタ１１を電気的に接続する。

〔発明が解決しようとする課題〕

電界電離型ガスイオン源から放出されたイオンビームを
集束するためには、イオンビームとレンズ等の光学系の
軸を合わせなければならない。このため電界電離型ガス
イオン源を集束するためのカラムには、軸合わせのため
にイオン源を傾ける機構が備わっている。しかしイオン
源の軸合わせをこの機構だけで行えるように、大きく傾
けることは非常にむずかしい。このため、イオッ放射パ
ターンを観察してからエミンタを曲げ、あらかじめ粗く
軸合わせしたエミッタを第２図に示すように固定する方
法がある。しかし第２図のエミッタ取付け方法では、電
流を流してエミッタを加熱することができないため、エ
ミッタ表面の吸着不純物原子を取り除く等の熱処理をす
ることができない。エミッタ表面の不純物を取り除かな
いとイオン源動作が不安定になる。

上記をやや詳しく説明すると、エミッタは一般にタング
ステン（一）を用いて形成される。エミッタを示す第５
図を参照すると、エミッタ１１は電源１９の正側に接続
され、電源１９の負側は接地部２ｏに接続されている。

ここでエミッタ１１に正の高電圧を．かけると、エミッ
タ１１がら単一のイオンビームが放射されるのではなく
て、複数のイオンビーム３１が第５図に模式的に示され
るように出てくる。

その理由を第６図を参照して説明すると、タングステン
で作られたエミッタ１１の先端部には、タングステン原
子３２が同図に模式的に示すように配列されている。エ
ミッタ１１に正電圧を加え、エミッタの配置された真空
室にヘリウム（ｔｌｅ）ガスを導入し、ｌｉｅ原子がエ
ミッタ１１に接触すると、ｔｌｅの負の電荷はエミッタ
１１にとられ、正電荷のみをもった１１ｅがイオンとな
ってエミッタ１１の正の電界に弾かれて飛び出しイオン
ビーム３ｌとなる。電界はエミッタ１１のタングステン
の尖った部分（エッジ）に集中し、エミッタ１１の先端
部分にはタングステンのエッジが複数個存在するので、
複数のイオンビームが第６図に模式的に示されるように
出てくるのである。

第４図（ａ）はエミッタ１１から出る４本のイオンビー
ム３ｌと光軸３３との関係を示す。イオン放射パターン
を観察し、イオンが第４図（ａ）のように放射されてい
ることが判明すると、同図（ｂ）に示すようにエミッタ
１１を曲げて、イオンビーム３１の最も強い１本を光軸
に合致させるのである。工・ミッタがらのイオンの放射
状態を良くするには、エミッタに電流を流し、エミッタ
を加熱し、エミッタを構成するタングステン原子の配列
を整えて安定な結晶状態にして、イオンビームが放射さ
れるようにすると良いのであるが、第２図に示した構造
ではエミッタを力■熱することができない。なお、エミ
ッタの加熱はエミッタ表面の吸着不純物原子の除去のた
めにも必要である。加熱によってエミッタ先端部のタン
グステンの配置を整え、少数のＨｅイオンビームが出さ
れるようにしても、エミッタ先端部に他の原子が接触す
ると、そこで別のイオンビームが発生する。ところで、
エミッタに加えられる電界の強さは、それが高すぎると
イオンビームが多数本放射される。そこで、電界を弱め
ることによって少数のエッジからｌｉｅイオンビームが
放射されるようにするのであるが、このような状態で他
の原子がイオンビームを発生すると、初めの少数のエッ
ジに供給されていたＨｅ原子の数が減少し、前記のよう
にして得られた少数のＨｅのイオンビームの電流強度が
減少する問題がある。そこで、エミッタ表面１２に付着
した不純物原子を、エミッタの加熱によってその都度除
去することも必要になるのである。

これに対して、第３図のエミッタ取付け方法では、ルー
プに電流を流してエミッタを加熱することはできるが、
エミッタをあらかじめ曲げて、粗く軸合わせをしておく
ことはむずかしい。これは第４図に示されるあらかじめ
曲げておいたエミッタをループに溶接しようとすると、
溶接作業の過程でエミッタの先端を何か他の物に当てた
り、熔接の熱が加わったりして先端部を傷めることが多
いためと、エミッタをループに対して望みの方向にきち
んと同図（ｂ）に示されるように溶接することが困難だ
からである。第３図の装置のエミッタ取付けを示す第７
図を参照すると、同図（ａ）に示されるように、エミッ
タ１ｌを加熱゛ループ２１に溶接してから電解研磨して
先端を尖らせた場合（同図（ｂ））には、粗く軸合わせ
をするために同図（Ｃ）に示されるようにエミッタを曲
げようとすると溶接部がはずれてしまう。さらに第３図
の構造では、エミッタはループを通して冷却されるため
、冷却効果があまり良くない。

そこで本発明は、電界電離型ガスイオン源として用いら
れるタングステンなどで作られたエミッタ部の構造にお
いて、エミッタおよびそれから放射されるイオンビーム
の特性を改良するためにエミッタを加熱する手段を設け
たガスイオン源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〕

上記課題は、冷却部上に配置された絶縁台と押え部材と
の間に保持されたエミッタを含む電界電離型ガスイオン
源において、エミッタに電流を流すための電極をエミッ
タに接触せしめて固定してなることを特徴とする電界電
離型ガスイオン源によって解決される。

〔作用〕

本発明は、第１図に示されるような構造で取付けられて
いるエミッタ１１に直接電流を流す構造をつけ加えるも
のである。曲げることにより粗く軸合わせを行ったエミ
ッタを取付けたあと、このエミンタに電流を流すための
電極２３をエミッタ１１の軸途中に触れさせる。これに
より、エミック１１を加熱して吸着不純物を取り除き、
かつ軸合わせを行えるようにしたものである。エミッタ
表面の吸着原子を取り除く等、エミッタ１１の表面を熱
処理する必要が起こった場合には、この電極２３を用い
てエミッタ１１に直接電流を短時間流すと、この電流に
より、エミッタ１ｌは加熱され、前記の処理が行われる
ものである。

〔実施例〕

以下、本発明を図示の実施例により具体的に説明する。

本発明の実施例は第１図に示され、同図において、既に
図示し説明した部品と同じ部品は同一符号を用いて表示
し、２３はエミッタに電流を流すための電極、２４は電
極固定部材、２５は電気導線を示す。同図（ａ）に示さ
れるようにあらかじめ粗く軸合わせをしたエミッタ１１
をサファイア台１４と金属押え部材１３の間に取付けた
あと、エミッタ１１に電流を流すための電極２３をエミ
ッタ軸に触れさせる。

エミッタ１１およびエミッタ電極１２は第２図（ｂ）に
示したと同様に取付けられ、冷却部１５には第２図（ａ
）と同様に冷媒通路１６が設けられていて、イオン源を
１０（Ｋ）程度の低温に保つ。なお、サファイアを用い
る理由は、それが絶縁性と熱伝導率が高く、エミッタ１
１を絶縁すると同時に冷却効果を高めるからである。冷
却部ｌ５は必要な部材であって、エミッタ１１を冷却し
、それに接近するＨｅ原子を長時間エミッタのまわりに
滞在させるからである。エミッタ１１が高温になると、
Ｈｅ原子が遠くへ飛ばされ、エミッタ近傍のイオン化領
域内に留まる時間が短くなり、イオンビームの放射率を
低下させるが、エミッタを冷却すると、Ｈｅ原子がエミ
ッタ近傍のイオン化領域内に滞在する時間を長くし、イ
オンビームの放射率が高められるのである。

電極固定部材２４は、その図に見て上方端でエミッタに
電流を流すための電極２３を保持し、その下方端部でサ
ファイア台１４を包囲する構造とし、ねじ２６で締めつ
ける。このようにしてエミンタに電流を流すための電極
２３をサファイア台１４に固定しておくと、随時電流を
流してエミッタ１ｌを加熱し、エミッタ表面上の不純物
原子を除去することが可能になる。

エミッタを加熱する必要が生じた場合には、この電極２
３とエミッタ１１の間にＩＯＡ程度の電流を短時間（例
えば１〜２秒）＠シて、エミッタ１１を加熱する。

〔発明の効果］ 以上のように本発明によれば、エミッタを粗く軸合わせ
することができ、かつエミッタを加熱することができる
。さらにエミンタはループを通して加熱されたり、冷却
されたりするのではなく、直接加熱・冷却が行われるた
め、その効率も良い。

この結果、本発明の機構を備えたイオン源は、扱いやす
くかつ安定に動作する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例斜視図、 第２図は従来例の図で、その（ａ）は斜視図、その（ｂ
）はエミッタの取付けを示す断面図、第３図は従来例斜
視図、 第４図はエミッタの軸合わせを示す図、第５図はエミッ
タ正面図、 第６図はエミッタ先端部拡大図、 第７図は第３図のエミッタの取付けを示す図である。 図中、 １１はエミッタ、 １２はエミッタ電極、 １３は押え部材、 １３ａはねじ穴、 １４は絶縁台（サファイア台）、 １４ａは貫通孔、 １５は冷却部、 １６は冷媒通路、 １７と１８はねじ、 １９は電源、 ２０は接地部、 ２１は加熱用ループ、 ２２はセラミック基板、 ２３はエミッタに電流を流すための電極、２４は電極固
定部材、 ２５は電気導線、 ２６はねじ、 ３１はイオンビーム、 ３２はタングステン原子 を示す。 特許出願人　　　富士通株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 　冷却部（１５）上に配置された絶縁台（１４）と押え
   部材（１３）との間に保持されたエミッタ（１１）を含
   む電界電離型ガスイオン源において、 エミッタに電流を流すための電極（２３）をエミッタ（
   １１）に接触せしめて固定してなることを特徴とする電
   界電離型ガスイオン源。