JPH0287440A - 集束イオンビーム装置のエミッターの加工方法 - 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】 以上の順序に従って本発明を説明する。

Ａ、Ａ業トの利用分野 Ｂ１発明の概要 Ｃ１背）；」技術［第３図、第４図］ Ｄ１発明が解決しようとする問題点 Ｅ１問題点を解決するための手段 Ｆ２作用 Ｇ、実ｈｊｐｓ例［第１図、第２図］ Ｈ１発明の効果 （Ａ、産業上の利用分野） 本発明は集束イオンビーム装置のエミッターの加−［方
法、特に針状のエミッターと引き出し電極との間に引き
出し電圧を印加するごとによりエミッター表面−ヒのイ
オン源をイオン化してエミッター先端からイオンビーム
を出射させる集束イオンビーム装置のエミッターの加工
方法に関する。

（Ｂ、発明の概要） 本発明は、上記の集束イオンビーム装置のエミッターの
加工方法において、 セツティングした針状のエミッターを集束イオンビーム
装置内において所定の引き出し電圧で正常にイオンビー
ムを発生できるように加工するため、 引き出し電圧を当初低い値にしておいて徐々にその引き
出し電圧を所定値まで高めるようにするものである。

（Ｃ，背景技術）　［第３図、第４図］ＩＣ，ＬＳＩの
製造に不可欠な露光、半導体基板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１図は集束イオンビーム装置の一例を示す断面図であ
り、ｌはイオンガンで、真空槽２の天井にｉβ没されて
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１４Ｈｅ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下端面
中央部に開口するガス導入孔５の下端に形成されている
。８は該ノズル７内に取り付けら才１だエミッターで、
このエミッター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及びエミッター８を囲繞して外部から放射される
熱をさえぎるラディエーシジンシールド、１０はドーナ
ツ状の引き出し電極で、註電極９と上記エミッター８と
の間に電圧を印加するごとによりエミッター８の先端面
からイオンビームを引き出すことができる。以上がイオ
ンガン１の構造の説明である。次に、１咳イオンガン１
から出射されるイオンビームを集束し、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ｔ導体ウェハである。

ところで、エミッター８としては一般にタングステンＷ
を針状にしたものが使用され、第４図（Ａ）、（Ｂ）は
その−例を示すものである。このエミッター８は、特定
の結晶面例えば（１１１）面が中心軸上に位置ししかも
中心軸がその結晶面に対して垂直になるように形成した
細いタングステン線材を適宜な長さ（１，５〜３　ｍ　
ｍ　）に切断し、その先端部を電界研磨によって円錐状
に加工するごとにより形成される。そして、エミッター
８には例えば５０ＫＶという高い電位を与え、引き出し
電極１０にはそれよりち例えばｌ０ＫＶ程度低い電位４
０にＶを与えることによりエミッター８と引き出し電圧
１０との間に例えばｌ０ＫＶの引き出し電圧を印加して
イオンビームを発生させる。

（Ｄ、発明が解決しようとする問題点）ところで、エミ
ッター８を集束イオンビーム装置にセツティングして、
引き出し電圧をエミッター８と引き出し電極１０との間
に印加したときエミッター８の先端部と引き出し電極１
０との間で放電が生じてエミッター８の表面が損傷を受
けたり、あるいはエミッター８の一部のダレインがとれ
てしまったりすることが少なくなかった。そして、エミ
ッター８がこのようになると使用できず、別のエミッタ
ー８と交換しなければならなくなる。というのはエミッ
ター８の先端面が損傷を受けたり、大きく欠けたりする
と所定の放射角を有するイオンビームを安定に発生する
ことが不可能だからである。そして、交換したばかりの
エミッター８を取り換えなければならないということは
非常に大きな損失をもたらす。なぜならば、集束イオン
ビーム装置を一旦開放すると次に使用するまでに２乃至
３日間２００℃程度の温度でベーキングする必要がある
からであり、集束イオンビーム装置においても他の半導
体製造装置と同様に稼動率が低下することは好ましくな
いのである。従って、交換したエミッターをすぐに交換
しなければならなくなるということはできるだけ避ける
必要性があった。

ところで、このようにエミッター８が損傷を受けるのは
エミッター８の先端の曲率半径ｒに大きなバラツキがあ
り、そして、その曲率半径ｒが弓き出し電圧と見合った
値よりも小さいと放電や原子の過剰のどれが生じるから
である。この点について詳しく説明すると次のとおりで
ある。エミッターは前述のとおり例えばタングステンＷ
からなる例えば２ｍｍ程度の長さの細い棒（直径０゜Ｉ
　ｍｍ）の先端部を電界研磨するごとにより円錐状に加
工するという方法で製造される。これは、電界研磨がタ
ングステンＷの結晶に対して方向性（異方性）を有する
ことを巧みに活かした方法であるが、しかし、エミッタ
ー８の先端の曲率半径ｒを完全にコントロールすること
まではできない。電界研磨時における微妙な条件の違い
によってエミッター８先端の曲率半径は大きく異なり、
イオンガンを動作させるに最小限必要な引き出し電圧の
値Ｖはこの曲率半径ｒに正比例する。即ち、■＝αｒと
いう関係式が成立する。尚、αは定数である。ところで
、イオンガンを動作させるに最小限必要な値よりも相当
に高い値の引き出し電圧をかけた場合にはエミッターの
先端が損傷を受ける。つまり、曲率半径が小さく従って
イオンガンを動作せるに必要な引き出し電圧が低いにも
拘らずそれよりも相当に高い値の電圧を引き出し電極と
エミッターとの間にかけた場合にエミッターの先端が大
きく剥れたり放電により損傷を受けたりするのである。

しかも、エミッターは一般に曲率！ｒ−径が小さすぎる
場合がほとんどである。

そして、問題なのはエミッターの先端の曲率半径は例え
ば５００人あるいはそれ以下というように非常に小さく
顕微鏡で観察しても測定することができないということ
である。というのは、観察して曲十判径が所定の範囲内
にあるか否かを判断し、範囲内にあるエミッターのみを
使用するということかできないからである。尤も、電界
イオン顕微鏡によれば曲率半径を測定することは可能で
ある。しかし、電界イオン顕微鏡は集束イオンビーム装
置に複雑なモニター機構を設けた大掛りな装置であり、
そのようなものを用いてわざわざエミッターの先端を曲
率半径の測定を行うことは実際的ではなかった。

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、エミッターを集束イオンビーム装置にセツティン
グした後所定の引き出し電圧で正常にイオンビームを発
生できるように加工することのできる新規なエミッター
の加工方法を提供することを目的とする。

（Ｅ、問題点を解決するための手段） 本発明集束イオンビーム装置のエミッターの加［に方法
はＪ−記問題点を解決するため、引き出し電圧を当初低
い値にしておいて徐々にその引き出し電圧を所定値まで
高めるようにすることを特徴とする。

（Ｆ、作用） 本発明集束イオンビーム装置のエミッターの加工方法に
よれば、引き出し電圧を当初低くしておいて徐々に上げ
ていけば、引き出し電圧がエミッターの曲率半径に対応
した値に達したところでイオンビームが発生する。そし
て、更にその引き出し電圧を所定値まで徐々に高めてゆ
くとエミッターの先端面の原子が徐々にではあるがとれ
て曲率半径が引き出し電圧の上昇に応じて少しずつ大き
くなり、最後にその曲率半径が引き出し電圧の所定値に
対応した大きさになり、以後、エミッターにその所定値
に達した引き出し電圧下での安定したイオンビームの放
射を維持させることができる。

（Ｇ、実施例）［第１図、第２図］ 以下１本発明集束イオンビーム装置のエミッターの加工
方法を図示実施例に従って詳細に説明する。

第１図はエミッターを使用してイオンビームの放射を行
う集束イオンビーム装置の一例を示す断面図、第２図は
エミッターの先端部の曲率半径と引き出し電圧との相関
関係の一例を示す相関図である。

第１図に示した集束イオンビーム装置は第４図東イオン
ビーム装置とは引き出し電極 １し　　　ｒる電圧を５０ＫＶから徐々に低下して４０
Ｋ　にするごとにより引き出し電圧を０にＶからｌ０Ｋ
Ｖまで徐々に上昇させることができるように電圧可変に
なっている点で異なる。

しかし、それ以外の点では特に異なるところはないので
集束イオンビーム装置についての説明は省略する。

先ず、新しいエミッター８を第１図に示す集束イオンビ
ーム装置にセツティングする。そして、真空排気を行う
と共に引き出し電極に加える電圧を５０ＫＶにする。尚
、このときエミッター８にも５０にＶの電圧を加える。

このエミッター８に加える電圧（５０にＶ）の値は一定
に保つ。すると、引き出し電極は０にＶである。

次に、１秒あたり０．０１にＶ以下の上昇速度で引き出
し電圧Ｖを上昇させる。若し、そのエミッターの曲率半
径が例えば２００人であれば（尚、便宜上曲率半径が２
００人のエミッターを８ａ、５００人のエミッターを８
ｂ、８００人のエミッターを８０．１０００人のエミッ
ターを８ｄとする。）、第２図から明らかなように、弓
き出し電圧Ｖが２にＶのときにイオンビームが発生ずる
。そして、その後も０．０１にＶ／秒の速度で引き出し
電圧Ｖを上昇させるとそれに応じてエミッター８８の先
端部の曲率半径も第２図の直線に従って大きくなる。と
いうのは、ある引き出し電圧■でイオンビームが発生し
ているときにその引き出し電圧Ｖを少し上ｙ−させると
エミッターの表面部の原子がとね、曲率半径が引き出し
電圧Ｖに対応した値の大きさになるからであり、そして
第２図は本集束イオンビーム装置におけるエミッターの
先端部の曲率半径と引き出し電圧との関係を示している
のである。この関係は引き出し電圧Ｖ＝０．０１　ｒ　
［ＫＶ／入で表わされるが、この式の定数（α）である
０、０１は集束イオンビーム装置によっであるいはエミ
ッターの取付条件（エミッターの引き出し電極との距離
環ンによって決まる値で、絶対的、谷部的な値ではなＱ
ｌ。

そして、引き出し電圧Ｖが所定値である１０にＶに達し
たときはエミッター８ａの曲率半径はやはり所定値であ
る１０００人になる。

若し、セツティングしたエミッターが先端部の曲率半径
が５００人のもの８ｂであれば、０にＶから徐々に上昇
した引き出し電圧Ｖが５にＶのところでイオンビーム８
ｂからイオンビームが発生し、その後、引き出し電圧Ｖ
の上昇に伴ってエミッター先端部の曲率！ｈ径ｒが増大
し、やはり、引き出し電圧Ｖが１０にＶになったときに
１０００人になる。また、セツティングしたエミッター
か先端部の曲率半径が８００人のもの８Ｃであれば、引
き出し電圧Ｖが８にＶのところでイオンビーム８Ｃから
イオンビームが発生し、その後、引き出し電圧Ｖが１０
にＶになったときに曲率２ｒ−径が１０００人になる。

エミッター８はその先端部を電界研磨した段階では曲キ
、゛４径か必要とする値（例えば１０００人）よりも一
般に小さく、その曲率半径は不明である。しかし、引き
出し電圧を当初放電が絶対に起きないように低くしてお
き、それを０．ＯｌにＶ／秒あるいはそれ以下というよ
うに遅い速度で上昇させておけば放電は生ぜず、またエ
ミッター８先端か大きく剥れる虞れはない。そして、引
き出し電圧Ｖがエミッタ−８先端部の曲率半径に対応し
た値になったときにエミッター８からイオンビームが発
生する。ちなみに、これはとりもなおさずイオンビーム
を発生し始めたときの引き出し電圧からエミッター８の
先端の曲率半径ｒが判断できるということでもある。そ
して、なおも引き出し電圧Ｖを徐々に上昇するとエミッ
ター８の先端はその曲率半径ｒが引き出し電圧■に対応
した値になるように加工されるのである。即ち、引き出
し電圧Ｖを所定値にすることによってエミッターをその
先端の曲率半径が所定値になるように加工することがで
きるのである。従って、セツティングしたエミッター８
の先端部の曲率半径「が所定値に達していなくてもその
エミッター８を交換する必要はない。そして、交換する
必要がないので折角真空にした真空）ｌｆＩ２を開放し
て別のエミッター８をセツティングしてベーキングし直
すという大きな無駄がなくなる。

尚、引き出し電圧Ｖの上昇速度を０．０ＩＫＶ／秒以Ｆ
にするのは、放電の生じる可能付がほとんど０であるか
らであり、その上昇速度を速める程放電等の不都合の生
じるｉｒ能性が高くなる。

尚、たまたま、セツティングしたエミッターの先端の曲
率半径が所定値である１０００人であった場合（エミッ
ターが８ｄの場合）、引き出し電圧Ｖが所定値である１
０にＶに達したときにイオンビームが発生することにな
る。

尚、エミッター８の先端部の曲率半径ｒによってイオン
ビームを発生するに必要最小限の引き出し電圧の値が決
まるので、この原理を活用してイオンビーム発生開始時
における引き出し電圧の値からセツティングしたエミッ
ター８の先端部の曲率゛ｒユ径を測定するようにしても
良い。この測定結果は、例えばエミッター先端部の電界
研磨技術の改良をするにあたっての試料として活用する
ことができる。

（Ｈ，発明の効果） 以上に述べたように、本発明集束イオンビーム装置のエ
ミッターの加工方法は、集束イオンビーム装置にエミッ
ターをセツティングした後、当初上記引き出し電圧をイ
オンビーム発生に要すると予想される値よりも適宜低い
値にし、その後、上記用き出し電圧を所定の値まで徐々
にト昇させることを特徴とするものである。

従って、本発明集束イオンビーム装置のエミッターの加
工方法によれば、引き出し電圧を当初低くシ゛〔おいて
徐々に上げていけば、引き出し電圧がエミッターの曲率
半径に対応した値に達したところでイオンビームが発生
する。そして、更にその引き出し電圧を所定値まで徐々
に高めてゆくとエミッターの先端面の原子が徐々にでは
あるがとれて曲率半径が引き出し電圧の一ヒ昇に応じて
少しずつ大きくなり、最後にその曲率半径が引き出し電
圧の所定値に対応した大きさになり、以後、エミッター
にその所定値を有する引き出し電圧下での安定したイオ
ンビームの放射を維持させることが、できる。

４図（Ａ）はエミッターのＩＥ血図、同図（Ｂ）は先端
部の拡大ＩＥ面図である。

符号の説明 ８・・・エミッター １０・・・引き出し電極、 ■・・・引き出し電圧。

出　願　人　　ソニー株式会社

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明の一実施例を説明するための
もので、第１図は集束イオンビーム装置の断面図、第２
図はエミッターの先端部の曲率半径と引き出し電圧の関
係図、第３図及びｉ４図（Ａ）、（Ｂ）は背景技術を説
明するためのもので第３図は集束イオンビーム装置の断
面図、第ビームｖ装置の断面図 ビーム装置の断面図（背景Ｆ！ｊＬ術）引き出Ｌ／電圧
（ＫＶ　）　− 〜　　　＾　　　Φ　　　Ｑ）（） 手腕？ネｒｌＴ−正書（自発） ！、小事件表示 昭和６３年特許願第２３９２４６号 ２、発明の名称 集束イオンビーム装置のエミッターの加工方法３、補正
をする者 ・１１件との関係　　特許出願人 イ」：所　東京部品用区北品用６　’：ｒ　［＋　７番
３５号名称　（２１８）　　　ソニー株式会社４、代理
人 住所　東京都荒川区西日暮里２丁目５３番５号ｌＱｎ　
ｉ！Ｆの発明の名称の欄及び明細書の発明の詳細６、補
正の内容 （１）願書の発明の名称を　＝１．：　％）Ｑ、オンビ
ームＷｈのエミッターの７１１１　、Ｉ’　”ｌｌｊ”
；ｉ　Ｊに訂正する。 （２）明細書第３頁最下行「第１図」を「第３図」に、
訂正する。 （３）明細書第４真上から５行目、「電極９」を「電極
１０」に訂正する。 （４ン明細書第１０頁Ｆから７行目、「とれて」と１曲
」との間に「、即ち電界蒸発して」を挿入する。 （５）明細書第１２員５行目、「引き出し電極」を「引
き出し電圧」に訂正する。 （６）明細書第１２員５ｒ行、「原子が」と「と九」と
の間に、「電界蒸発して」を挿入する。 （７）明細書第１２員５行目、ｒ［ＫＶ／入」と「で表
わされる」との間に、「］」を挿入する。 （８）明細書第１３頁下から４行目、「イオンビーム８
ｂＪを「エミッター８ｂＪに訂正する。 （９）明細書第１３頁４行目、「イオンビーム８ＣＪを
「エミッター８Ｃ」に訂＋Ｅする。 （ｌＯ）明細、！）第１４１；ｔ７行口、「電界研磨」
を「に述したように電界蒸発加「」に訂正する。 （１１）明細書第１７員６行Ｌ１、「あるが」と「と」
との間に、「電界蒸発により」を挿入する。 ７、添付古顔の１」録 （１）訂正前−１１通

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）針状のエミッターと引き出し電極との間に引き出
   し電圧を印加するごとによりエミッター表面上のイオン
   源をイオン化してエミッター先端からイオンビームを出
   射させる集束イオンビーム装置のエミッターの加工方法
   において、 上記集束イオンビーム装置にエミッターをセッティング
   した後、 当初上記引き出し電圧をイオンビーム発生に要すると予
   想される値よりも適宜低い値にし、その後、上記引き出
   し電圧を所定の値まで徐々に上昇させる ことを特徴とする集束イオンビーム装置のエミッターの
   加工方法