JPH0287454A

JPH0287454A - 集束イオンビーム装置

Info

Publication number: JPH0287454A
Application number: JP23924588A
Authority: JP
Inventors: Morikazu Konishi; 守一小西
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1988-09-24
Filing date: 1988-09-24
Publication date: 1990-03-28
Anticipated expiration: 2013-04-22
Also published as: JP2743399B2

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Ｂ、発明の概要Ｃ６背景技術［第１図］Ｄ９発明が解決しようとする問題点［第３図］（Ａ、産
業上の利用分野）本発明は集束イオンビーム装置、特にエミッター先端側
に電界を形成することにより気体イオン源をイオン化す
る集束イオンビーム装置に関する。

（Ｂ、発明の概要）本発明は、上記の集束イオンビーム装置において、エミッターのイオンビームレンズ系に対する位置合せを
容易にするため、エミッターの先端側に形成する電界をエミッターの先端
面から全面的にイオンビームが放射される強さに強くし
てイオンビーム放射角を広くしたものである。

（Ｃ，背景技術）［第１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、１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は註絶縁サファイア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内に取り付けられたエミッターで、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ョンシールド、１０はドーナツ状の
引き出し電極で、該電極１０と上記エミッター８との間
に電圧を印加するこ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かできる。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
される半導体ウェハである。

ところで、イオンガン１の冷凍機３、ラジエーン；１ン
シールド９は電気的には接地されている。

そして、エミッター８には接地に対して＋５０にＶの電
位を学え、引き出し電極１０にはそれより例えばｌ０Ｋ
Ｖ低い＋４０にＶの電位を与え、エミッター８に対°し
て引き出し電極１０が−ＩＯＫＶの電位になるようにし
てエミッター８表面側に強電界を生ぜしめてエミッター
８からのイオンビームの引き出しを行う。

そして、従来においてイオンビームの引き出しを行うた
めに生ぜしめる電界はヘリウムＨｅガスのガス圧が１ｘ
ｌＯ−３Ｔｏｒｒの下で２〜３Ｖ／八程度でへった。

（Ｄ、発明が解決しようとする問題点）［第３図］ところで、従来においては上述のようにヘリウムＨｅガ
スのガス圧がＩ　Ｘ　１０−３Ｔ　ｏ　ｒ　ｒの下で３
Ｖ／人程度の電界がエミッター８の表面側に生しるよう
に引き出し電極１０とエミッター８との間に加える′１
「圧を設定しており、この場合のイオンビームの電流密
度分布は第３図に示すようになっていた。即ち、イオン
ビームの放射角は約２０ｍｒａｄと非常に狭かった。尤
も、エミッターから放射されるイオンビームのうち露光
等に用いられるものは開き角１０〜２０ｍｒａｄの範囲
内のものであり、ビームの拡がりとしては充分に大きい
といえなくはない。従って、イオンビームの放射角が２
０ｍｒａｄと狭いままでイオンビームの照射が行われて
きたのである。

しかし、イオンビームの放射角が狭いとエミッターをそ
わから放射されるイオンビームがレンズ系の光軸上を通
るように位置合せ（アライメント）することが非常に難
しい。従って、位置合せに要する時間が長くなりエミッ
ターの交換に例えば１〜２時間の長い時間を要するとい
う問題がある。これは集束イオンビーム装置の稼動率の
低下を招くので看過できない。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８と引き出し電極１０の間隔が例えば１ｍｍ
以下と非常に狭いのに対してその間に１０ＫＶ程度の非
常に高い′ｉミニが加えらえるので、その間に放電が生
じることが少なくない。そして、放電か生じるとエミッ
ター８（例えばタングステンＷかうなる）の表面が損傷
を受け、使用できなくなり交換しなければならない。そ
して、交換したならば新しいエミッター８をそれから放
射されるイオンビームが集束イオンビーム装置のレンズ
系の光軸と一致するようにしなければならない。もし、
一致しないとビーム径を所定の細さに絞れないし、ビー
ム電流を充分な値にすることかできないからである。し
かし、上述したようにエミッター８から放射されるイオ
ンビームの電流密度分布を示す第３図から明らかなよう
に、従来においてイオンビームの放射角は４０ｍｒａｄ
程度と非常に狭いのでこのイオンビームがレンズ系の光
軸と−・致するようにエミッターを位置合せすることが
非常に難しいのであり、調整作業に要する時間が長くな
る大きな原因となっていた。

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、エミッターのレンズ系に対する位置合せ（アライ
メント）を容易に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は上記問題点を解決するた
め、イオンビームの引き出しのためにエミッターの先端
側に形成する電界の強さを、エミッター先端面から全面
的にイオンビームが放射されるような強さにしたことを
特徴とする。

（Ｆ、作用）本発明集束イオンビーム装置によれば、イオンビームが
エミッター先端面から全面的に放射するようになるので
放射色が第２図に示すように広くなり、エミッターをイ
オンビームがレンズ系の光軸上を通るように位置合せす
ることが容易となる。

（Ｇ、実施例）［第１図、第２図］以下、本発明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。

本実施例の集束イオンビーム装置は既に説明した第１図
の集束イオンビーム装置と構造的に全く変りはなく、引
き出し電極１０に与える電位が異なるのである。そして
、集束イオンビーム装置の構造は既に説明済なので川ね
て説明しない。

本実施例においては引き出し電極１０に与える電位を従
来よりも低くして引き出し電極１０とエミッター８との
間の電位差を高めることによりエミッター８先端側の゛
電界強度を従来の２〜３Ｖ／人から４Ｖ１Å以上例えば
５Ｖ／人程度に高くする。すると、針状のエミッター８
の先端面から略全面的にイオンビームが放射される状態
になり、イオンビームの電流密度分布は第２図に示すよ
うになる。即ち、イオンビームの放射角が従来の２０〜
４０ｍｒａｄから１　ｒａｄ程度まで拡がるのである。

このようにイオンビームの放射角が拡がるのは次の理由
による。元来針状エミッター８の先端面には（１１１）
面、（００１）面、（１１４）面等多くの異なる結晶面
か突起状に露出しているが、詐結晶面の面積は互いに異
なり、例えば（１１１）而は非常に面ｈ１が小さいが、
他の結晶面の面積はそわよりも大きく、そして、エミッ
ターの先端側の電界強度が例えば２〜３Ｖ／入てあって
も、エミッター表面側の電界強度をミクロ的に見ると結
晶面によってその表面における電界強度が微妙に異なり
、（１１１）面のように結晶面の面積が小さな方が大き
なものより表面の電界強度か大きくなる。そして、エミ
ッター表面側の電界強度の乎均的な値が例えば２〜３Ｖ
／入程度の値だと（１１１）面を始めとする比較的少な
い袖類の結晶面だけがイオンビーム発生に必要な電界強
度になる。しかるに、電界強度を４〜５Ｖ／入程度に高
くすると、多くの結晶面において表面の電界強度がイオ
ンビームの発生に必要な値を趙える。その結果、エミッ
ター先端面から全面的にイオンビームが発生する状態に
なり、延いては第２図に示すようにイオンビーム放射角
が数十倍広くなるのである。

そして、イオンビーム放射角が広くなると、エミッター
８の向きをイオンビームが集束イオンビーム装置のレン
ズ系の光軸に一致するように位置合せ（アライメント）
することが非常に容易になる。従って、エミッターの交
換作業に要する時間を短くすることができる。

ちなみに、放射角をこのように大きくしてもビーム電流
を最大１μＡという大きな値にすることができたく０．
７μＡ　／　ｓ　ｒ　）。そして、ビーム取り出し角を
１０ｍｒａｄに絞った場合でも４０ｐＡ程度のプローグ
電流がとれることが確認てきた。これは０．２〜０６３
μΦのプローブ径に相当し、本発明の実用性の高いこと
を証明している。

また、本発明のように電界強度を高くすると残留汚染分
子の付着防止効果が高まる。この点について詳しく説明
すると、残留汚染分子は、真空槽２を所定の真空度にし
ても真空Ｎ！２に残留してエミッターを！す染する分子
で、エミッター表面に付着するとビーム特性が劣化する
。しかし、電界強度を高くすると分子がその高い電界内
でイオン化されてエミッターに付着する前に恰かもイオ
ンビームのようにして下側に飛ばされてしまうようにす
ることができ、汚染の防止効果を高めることができる。

（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は、
エミッター先端側に電界を形成することにより気体イオ
ン源をイオン化する集束イオンビーム装置において、上
記電界の強度をエミッター先端面から全面的にイオンビ
ームが放射されるような強さにしてなることを特徴とす
るものである。

従って、本発明集束イオンビーム装置によれば、イオン
ビームがエミッター先端面から全面的に放射するように
するので放射角が第２図に示すように広くなり、エミッ
ターをイオンビームがレンズ系の光軸上を通るように位
置合せすることが容易となる。

８−エミ０．．ター

【図面の簡単な説明】

第１図は集束イオンビーム装置の断面図、第２図は本発
明の一つの実施例におけるイオンビームの電流密度分布
図、第３図は従来の場合におけるイオンビームの電流密
度分布図である。符号の説明８・・・エミッタービーム装置の断面図第１図電密流度一手も２ネ市−正置（自発）実施例の電流百度分布図第２図１、事件の表示昭和６３年特許願第２３９２４５号２、発明の名称集束イオンビーム装置３、補正をする者事件との関係　　特許出願人住所　東京部品用区北品用６丁目７番３５号名称　（２
１８）　　　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号発散角（
ｍｒａｄ　）従来の’ｌ流官度分布図第３図６゜補正の内容（１）明細書第９頁４行目、「放射角は」と「約」との
間に「半角で」を挿入する。（２）明細書第９頁７行目、「開き角」と「１０〜２０
」との間に「が半角で」を挿入する。（３）明細書第９頁１０行目、「放射角が」とｒ２０ｍ
ｒａｄ」との間に「半角で」を挿入する。（４）明細書第９頁３行目、「加えうえる」を「加えら
れる」に訂正する。（５）明細書第９頁下から３行目、「から」とｒｌ　ｒ
ａｃｌＢとの間に「半角で」を挿入する。

Claims

【特許請求の範囲】

（１）エミッター先端側に電界を形成することにより気
体イオン源をイオン化する集束イオンビーム装置におい
て、上記電界の強度をエミッター先端面から全面的にイオン
ビームが放射されるような強さにしてなることを特徴とする集束イオンビーム装置