JPH0417247A

JPH0417247A - 電界電離型イオン源

Info

Publication number: JPH0417247A
Application number: JP12093390A
Authority: JP
Inventors: Takashi Horiuchi; 堀内　敬
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1990-05-10
Filing date: 1990-05-10
Publication date: 1992-01-22

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】〔産業上の利用分野〕本発明は、集束イオンビーム装置の光源として搭載され
、針状のエミッタによりガス又は液体をイオン化して先
端よりイオンを放出する電界電離型イオン源に関する。

半導体装置等の製造における微細なレジスト露光は、電
子ビーム露光が多用されているが、近年、より分解能の
高い集束イオンビーム装置によるイオンビーム露光が検
討されており、その光源に電界電離型ガスイオン源が用
いられる。この電界電離型イオン源より集束光学系へ高
輝度のイオンビームを容易、確実に導入できることが求
められる。このため、高輝度のイオンビームをイオン源
中心軸に沿って取り出すことが必要である。

〔従来の技術〕

第３図に、イオンビーム露光装置の側断面図を示す。第
３図のイオンビーム露光装置ｌＯにおいて、１１はイオ
ン源、１２はブランキング電極、１３は対物アパーチャ
、１４は集束レンズ、１５は偏向電極、１６は試料台、
１７は真空ポンプ、を示し、イオン源１１の下方部分は
カラムと呼称される。なお、電気系統およびその他の付
帯部は省略しである。

カラムはＩ　Ｘ　１０−’　〜１０−’Ｔｏｒｒ程度の
真空度に保たれ、イオン源１１には試料台１６との間に
例えば１００ＫＶ程度の高電圧が印加されて、イオン源
１１から放出されたイオンは、ビームとなり集束および
偏向されて試料台１６に達し描画露光する。

この場合のイオン源１１は、針状のイオン放出用エミッ
タと引き出し電極とを備えてガス又は液体をイオン化し
、エミッタの先端からイオンを放出するものである。主
に、エミッタにはタングステン・エミッタが使用され、
ガスはヘリウムが使用される。

一般に、タングステン・エミッタの先端から放出される
イオンビームの輝度は、該タングステン・エミッタの結
晶方位に強く依存し、（１１１）面（又は（１１４）面
）から高輝度のビームが得られる。従って、（１１１）
方向の単結晶でエミッタを作製すれば、（１１１）面か
らの高輝度ビームが正面に放出されて集束し易い。

しかし、単結晶は高価であることから、廉価な多結晶タ
ングステンワイヤが用いられる。そこで、第４図に、多
結晶タングステン・エミッタの先端の概念図を示す。第
４図に示すように、多結晶のタングステン・エミッタ２
１では、その先端の正面に（０１１）方向０．の面２１
．が位置し、これより照射されるビーム２２゜より輝度
の高い高輝度イオンビーム２２１　（イオン電流が大）
が得うｔ’Ｌ６　（１１１）　面２１　＋　ＩＬ、ビー
ム中心軸ＯＢより角度θが約３５度ずれた位置にある。

ここで、第５図に、従来のイオン源の要部側面図を示す
。第５図（Ａ）、（Ｂ）において、上述のように多結晶
タングステン・エミッタ２１の（１１１）面２１．から
高輝度イオンビーム２２、を垂直方向０！に取り出すた
めに、骸エミッタ２１の先端を垂直方向０．（イオン源
中心軸０）に対して前述の約３５度の角度θに折曲させ
たり（第５図（Ａ））　、又は傾斜させて（第５図（Ｂ
））　、イオン源２３に取り付けている。また、タング
ステン・エミッタが（１１１）方向の単結晶で作製して
も、必ずしも（１１１）面が正面方向になるとは限らず
、同様に折曲させたり、傾斜させなければならない場合
がある。

一方、上記エミッタ２１の折曲又は傾斜に伴い、その先
端位置（ビーム中心軸０．）がイオン源中心軸Ｏからず
れることから、第６図に示すように、該エミッタ２１の
装着位置を所定量り変えることで補正を試みていた。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、タングステン・エミッタ２１の先端がイオン源
中心軸Ｏに位置するための許容誤差ａは約０．５ｍであ
り、この範囲に折曲又は傾斜されたエミッタ２１の先端
を取付は固定することは非常に困難である。また、イオ
ン源２３側に該エミッタ２１を傾斜させる駆動部等を設
けることは空間的な制約があると共に、高電界が印加さ
れる該工ミッタ２１の装着部分に複雑な機構を設けるこ
とは放電の危険性からできない。そのため、多結晶のタ
ングステン・エミッタでは集束光学系へのイオンビーム
の導入が困難であるという問題がある。

そこで、本発明は上記課題に鑑みなされたもので、廉価
な多結晶のタングステン・エミッタにより高輝度のイオ
ンビームを容易、かつ確実に集束光学系へ導入できる電
界電離型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、イオン源に取付けられた針状のエミッタ及
び引出し電極により、所定のガス又は液体をイオン化し
、該エミッタの先端の所定面から高輝度のイオンビーム
を放射する電界電離型イオン源において、前記エミッタ
は、該エミッタにおける前記イオン源への取付は位置の
中心軸上に前記エミッタの先端の所定面を位置させるべ
く、該エミッタの胴部を所定形状に折曲して形成するこ
とにより解決される。

〔作用〕

上述のように、本発明の電界電離型イオン源は、イオン
源に取付けるエミッタの中心軸上に、その先端の所定面
を位置させるように、エミッタの胴部を所定形状に折曲
して形成する。この場合、エミッタの先端の所定面とは
、高輝度イオンビームを放射させる面である。

従って、廉価な多結晶の金属でエミッタを作製しても、
これをイオン源の中心軸上に取付けることで、イオン源
の構造を複雑にすることなく、所望の高輝度イオンビー
ムをイオン源中心軸に沿って取出すことが可能となる。

これにより、集束光学系へのイオンビームの導入が容易
、かつ確実となる。

〔実施例〕

第１図に本発明の一実施例の要部側面図を示す。

第１図において、胴部がｒ＜Ｊの字状に形成された針状
のエミッタｌがイオン源２のイオン源中心軸Ｏ上に取付
けられる。エミッタｌは、イオン源２への取付は位置の
中心軸（イオン源中心軸Ｏと同じ）上に、該エミッタ１
の先端の所定面（後述する）が、許容範囲ａ（±０．５
ｍｍ）で位置する。

そして、エミッタｌの先端部はイオン源中心軸０と角度
θて「＜」の字状に形成される。

ここで、上記エミッタ１について説明する。まず直径０
．２ｍｍφのタングステン多結晶線をＫＯＨ水溶液中で
電解研磨し、先端曲率半径が３０ｎｍ程度のエミッタを
作製する。次に、このエミッタ先端を電界蒸発により整
形する。電界蒸発には例えば電界イオン顕微鏡を用いる
。顕微鏡内に上記エミッタを取付け、１０−’Ｐａに真
空排気する。次に、エミッタに７ＫＶ程度の正電圧を印
加して表面原子を蒸発させる。印加電圧を増すにつれて
蒸発が進み、曲率半径は除々に大きくなる。例えば、１
３ＫＶまで電界蒸発を行うと平均曲率半径は約６０ｎｍ
となる。このとき、（１１１）面や（１１４）面の周辺
では、局所的曲率半径が約２０ｎｍとなり、他の領域よ
り突出した形になる。これらの突出した領域から大きな
イオン電流が放出される（第４図参照）。

一方、タングステンの多結晶線では、各結晶粒の（０１
１）方向が線の長さ方向にそろっているため、（０１１
）方向と約３５度の角度にある（１１１）方向はエミッ
タ中心軸に対して約３５度の角度をなすことになる。し
かし、各多結晶粒の方向のばらつきや、電界研磨したエ
ミッタの先端が多少的がっていたりするため、実際には
（１１１）方向は必ずしもエミッタ中心軸に対して３５
度の方向にはない。そこで、まず電界イオン顕微鏡で（
＋　１１）面の向いている方向を調べ、エミッタをどの
方向にとれだけ曲げれば（１１１）面が正面を向くかを
決定すればよい。

次に、第２図に、エミッタｌの胴部を「くＪの字状に形
成するための装置の概略図を示す。第２図において、台
座５上に、上記のように作製された直線状のエミッタｌ
を載置し、固定部６により挟持してネジ７により固定す
る。台座５のエミッタｌの胴部（長さｂ）に対応する部
分は、長さ１＋、Ｉ！ｓで傾斜角θ。の山型に形成され
ており、その谷部５ａ上にナイフェツジ８が位置し、上
下動する。すなわち、ナイフェツジ８によりエミッタｌ
を押圧し、その胴部を所望の角度で［＜」の字状に形成
するものである。この場合、所望の角度は、ナイフェツ
ジ８の移動距離をマイクロメータ等で細かく調節して行
われ、曲げ角度θ（第１図）の再現性を約３度以内にす
ることができる。

このとき、第１図におけるエミッタｌの先端位置のイオ
ン源中心軸Ｏからのずれａは、エミッタ１を該装置に装
着する際の長さｂと曲げ角度θによって定まる。例えば
、曲げ角度を３０度以内、長さｂを４關（谷部１０ａま
での長さｌ＋＝Ｉ！ｔ＝２Ｍ）とすると、ずれａｌを±
０．３Ｍ以内に抑えることができる。これにより、「＜
」の字状のエミッタｌをイオン源２に取付ける場合の許
容範囲ａ＝±０．５Ｍ以内におさめることができる。

次に、上記エミッタ及び引き出し電極により電界電離イ
オン源を構成する場合を簡単に説明する。

上記エミッタ及びその周辺に設けられた引き出し電極が
イオン化室内に配置される。そして、エミッタには引出
し電極に対して１０〜２０ＫＶ程度の正電圧が印加され
、イオン化室はｌＯ〜２０に程度に冷却される。そして
、イオン化室内にイオン化対象ガス例えばヘリウムをＩ
　Ｘ　１０−”Ｔｏｒｒ程度の圧力を保つように導入す
れば、エミッタ引出し電極間の電位差によってエミッタ
の先端に集中して生ずる高電界が導入したガスをイオン
化して、エミッタの先端（１１１）面からイオンを放出
する。なお、イオン化は、ガスに限らず液体の場合でも
同様である。

このように、廉価な多結晶のタングステン・エミッタで
、イオン源の構造を複雑にすることなく所望の高輝度イ
オンビームをイオン源中心軸に沿って取出すことができ
る。そして、集束イオンビーム装置の光源として使用し
た場合に、集束光学系へのイオンビームの導入を容易、
かつ確実に行うことができる。

なお、上記実施例では、エミッタを［くＪの字状に形成
した場合を示したが、これに限らず先端のイオン電流最
大面がイオン源中心軸上に位置させるものであれば円弧
状、台形状等何れの形状であってもよい。また、上記実
施例ては、エミッタをタングステンを用いた場合を示し
たか、これに限らずイリジウム、モリブデン等高融点の
金属であればよい。さらに、上記実施例では、エミッタ
が多結晶の場合について示したか、単結晶で（１１１面
）が正確に位置しないものでも適用することができる。

略図、第３図は従来のイオンビーム露光装置の側断面図、第４図は多結晶エミッタから放射されるビームを説明す
るための図、第５図は従来の一イオン源の要部側面図、第６図は従来
の他のイオン源の要部側面図である。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、先端がイオン源中心軸上
に位置するようにエミッタの胴部を所定形状に折曲して
形成することにより、廉価な多結晶のエミッタにより高
輝度イオンビームを、イオン源中心軸上に取出すことが
でき、容易かつ確実に集束光学系へ導入することができ
る。

図において、ｌはエミッタ、２はイオン源、５は台座、７はネジ、８はナイフェツジを示す。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の要部側面図、第２図は本発
明のエミッタを作製する装置の概本発明の一実施例の要
部側面図第図イオンビーム露光装置の側断面図第図本発明のエミッタを作製する装置の概略９第区多結晶エミッタかう放射されるビームを説明するための
９第図

Claims

【特許請求の範囲】　イオン源（２）に取付けられた針状のエミッタ（１）
及び引出し電極により、所定のガス又は液体をイオン化
し、該エミッタ（１）の先端の所定面から高輝度のイオ
ンビームを放射する電界電離型イオン源において、前記エミッタ（１）は、該エミッタ（１）における前記イオン源への取付け位置
の中心軸上に前記エミッタ（１）の先端の所定面を位置
させるべく、該エミッタ（１）の胴部を所定形状に折曲
して形成することを特徴とする電界電離型イオン源。