JPH04196407A - 集束イオンビーム装置の軸合わせ方法 - 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】 〔概要〕 集束イオンビーム装置の軸合わせ方法に関し、ガスイオ
ン源装置と集束カラムとの軸合わせを正確に行って小さ
なイオンビーム径に集束することを目的とし、 電界電離型のガスイオン源装置と集束カラムとからなる
集束イオンビーム装置の軸合わせ方法において、前記集
束カラムの軸に対して前記ガスイオン源装置の水平方向
の位置調整と傾き角の調整を分離して行う。具体的には
、水平方向の位置調整をエミッタから放出される電子ビ
ームの観測により行い９次いて、その傾き角の調整をエ
ミッタから放出されるイオンビームの観測によって行う
ように集束イオンビーム装置の軸合わせ方法を構成する
。

〔産業上の利用分野〕

本発明は集束イオンビーム装置、と（に、高集積半導体
デバイスの製造プロセスにおいて極めて微細で高精度な
加工、たとえば、露光やデポジションあるいはエツチン
グを行うための微小径を必要とした集束イオンビーム装
置の軸合わせ方法の改良に関する。

〔従来の技術〕

電界電離型のガスイオン源を用いる集束イオンビーム装
置は、ガス種をバルブの開閉により簡単に変えることか
でき、また、露光に適した軽質量イオンを得ることがで
きるなとの利点があり注目を集めている。

たとえば、第２図は集束イオンビーム装置の例を示す模
式図である。

図中、１はガスイオン源装置でイオン源ガス導入口１２
によりイオン源ガスが供給される。

１００は集束カラムで概略下記のごとき構成のものであ
る。すなわち、３（ｊ真空排気に耐えるチャンバで、排
気口５からニーには図示してない排気装置により真空排
気されるようになっている。１０１はマイクロチャンネ
ルプレート付き蛍光スクリーンで、前記ガスイオン源装
置１から射出されるイオンビームの位置を観察するため
の蛍光スクリーンである。１０２はミラーで前記マイク
ロチャンネルプレート付き蛍光スクリーン１０１に照射
されたイオンビームの輝点を反射してビューポート４を
通してイオンビーム位置を観察し位置調整などを行なえ
るようにするだめのものである。１０３はイオンビーム
を集束するための静電レンズ、１０４はイオンビームを
一時的にずらして試料２に照射されないようにするブラ
ンキング、１０５はアパーチャ、１０６は再度イオンビ
ームを集束するための静電レンズ、１０７はイオンビー
ム偏向器て前記の経路で集束されたイオンビームを試料
２の所定の位置に正確に照射し、たとえば、その部分の
エツチングを行えるようにするためのものである。６は
移動ステージで試料２を載置して所望の照射エリヤに試
料２を移動てきるようにしている。

第３図はガスイオン源装置とエミッタからのイオン放出
を示す図で、同図（イ）はガスイオン源装置の外観図（
一部所面）、同図（ロ）はエミッタ近傍、同図（ハ）は
エミッタ先端部とイオンビーム放出状態の例の模式図で
ある。

図中、１１はエミッタで極めて細い針状をなす金属線で
ある。１２はイオン源ガス導入口、１３は冷却剤導入口
で下方に連なる金属製の冷却器を冷却してその先端に固
定されたエミッタ１１を冷却するための、たとえば、液
体ヘリウムの導入口である。

１４および１５は引き出し電極端子およびエミッタ電圧
端子で、図示してないビーム引き出し用電源の両端に接
続される。１９は引き出し電極である。いま、冷却剤に
より冷却器を冷やすと、その先端に固定されたエミッタ
１１が冷却される。この状態でイオン源ガス導入口１２
からイオン源ガス、たとえば、ヘリウムガスを導入し、
高電圧のビーム引き出し用電源でエミッタ１１と引き出
し電極との間に高電圧を印加すると、エミッタ１１近傍
に設けられたガス出口から射出されたイオン源ガスは下
方に流れてエミッタ１１に達したところで電離し、正に
帯電したガスイオン流となって、引き出し電極１９の孔
から出射していく。

しかし、このときイオンはエミッタ１１の軸を中心とし
て円錐上に放出されるのではなく、エミッタ１１の先端
形状によって決まる特定の方向に離散的に放出される。

たとえば、通常よく用いられる多結晶タングステン製の
エミッタでヘリウムイオンを放出する場合にはタングス
テンの（１１１）面が比較的突出しているため、同図（
ハ）に示したごとく主としてその部分からヘリウムイオ
ンか放出される。かりに、＜１１１　＞方向を軸とした
エミッタを加工して用いても、（１１１）面からの放出
イオンビームはエミッタの軸には正確には沿っていない
ことが多く、このためイオンビームを集束するためには
前記集束カラムの軸を通るように軸合わせする必要があ
る。

第４図は従来の軸合わせ方法の例を示す図である。図中
、１６はマイクロメータ駆動付きのシン／＜ル機構でガ
スイオン源装置基台１７の上を前後左右の水平方向の位
置移動とガスイオン源装置、正確にはエミッタ１１から
の放出イオンビームの軸の傾き角の調整ができるように
構成されている。１８はビーム引き出じ用電源、１０９
はスクリーン電圧用電源、１１０は電流計、１１１は加
速用電源である。

なお、前記の諸図面で説明したものと同等の部分につい
ては同一符号を付し、かつ、同等部分についての説明は
省略する。

実際に軸合わせを行うには、エミッタ１１からイオン放
出を行いマイクロチャンネル付き蛍光スクリーン１０１
に現れるイオン放射パターンをミラー１０２て観察して
、放射パターンの明るい部分がスクリーンの開口部にく
るようにし、かつ、ビーム電流検出用アパーチャ１０８
で電流値の大きさをモニタしながら、ジンバル機構１６
で水平方向の位置と軸の傾き角を交互に少しづ＼勤かし
て徐々に軸が合うように調整していき大きな電流値か得
られたところで、集束カラム１００の集束・加速系を作
動させて集束イオンビームを得ている。

〔発明か解決しようとした課題〕

しかし、上記従来の軸合わせ方法では、ガスイオン源装
置１の水平方向の位置合わせと軸の傾き角の調整とか、
上記のごとく放出イオンビームをモニタしながら交互に
行われる。すなわち、カット・エンド・トライで徐々に
追い込んで行く方法であり、水平方向の位置合わせと軸
の傾き角の調整が分離されていないので調整に長時間と
熟練を要し、しかも、調整の精度が必ずしもよくないと
いった問題があり、その解決が必要となっていた。

〔課題を解決するための手段〕

上記の課題は、電界電離型のガスイオン源装置１と集束
カラム１００とからなる集束イオンビーム装置の軸合わ
せ方法において、前記集束カラム１００の軸に対して前
記ガスイオン源装置ｌの水平方向の位置調整を行い９次
いて、その傾き角の調整を行う集束イオンビーム装置の
軸合わせ方法によって解決することかできる。具体的に
は、前記水平方向の位置調整を前記ガスイオン源装置１
のエミッタ１１から放出される電子ビームの観測により
行い、前記傾き角の調整を前記エミッタ１１から放出さ
れるイオンビームの観測によって行うことにより効果的
に解決することかできる。

〔作用〕

本発明によれば、軸合わせを第１段階の水平位置の調整
と第２段階の傾き角の調整の２つに分離して行う。すな
わち、先ず第１段階でガスイオン源装置を垂直にセット
してエミッタ１１がら電子を引き出す。電子はイオンに
比較して広い範囲に放出されるので垂直に立てたま＼水
平移動を行うことにより大きな電流値か容易に観測され
エミッタ１１の水平位置を容易に決めることかできる。

そのあと、すなわち、第２段階でエミッタ１１がらイオ
ンビームを放出してイオン電流値をモニタしながら傾き
角の調整を行うので、軸合わせは短時間に極めて容易に
行うことかでき、しかも、精度の高い軸合わせを行うこ
とか可能になる。

〔実施例〕

第１図は本発明の実施例方法を説明する図である。

なお、図中に示した符号は前記の諸図面で説明したもの
と同等の部分については同一符号を付してあり、同等部
分についての説明は重複を避は省略する。

エミッタ１１として、たとえば、＜１１１　＞方向の軸
を有する太さか０．２〜０．３ｍｍφ、長さ６ｍｍのタ
ングステン線の先端部を曲率半径が２０〜数１１００ｎ
の尖頭部をなすように加工して用いる。

先ず、第１段階としてガスイオン源装置基台１７を水準
器などを用いて水平にしジンバル機構１６によりガスイ
オン源装置１を垂直にセットする。この状態てイオン源
ガスを導入しないで、エミッタ１１を引き出し電極１９
に対して負電位にしてエミッタ先端から電子を引き出す
。電子の放射パターンをマイクロチャンネルプレート付
き蛍光スクリーン】０１で観測し、できるだけ広い範囲
で放射パターンか一様になるようにビーム引き出し用電
源１８の電圧を調整する。電子はイオンに比較して広い
範囲に放出されるのでこの作業は容易である。ガスイオ
ン源装置１を垂直に保ったま＼ジンバル機構１６のマイ
クロメータを用いて水平面内で移動させビーム電流検出
用アパーチャ１０８に流れる電流を電流計１１０で検出
し、その電流値か最大になったところでガスイオン源装
置ｌの水平方向の位置を決定する。

次に、第２段階としてイオン源ガス、たとえば、ヘリウ
ムガスをイオン源ガス導入口１２から導入しエミッタ１
１が引き出し電極１９に対して正電位になるように、す
なわち、ビーム引き出し用電源１８の極性を反転させて
、エミッタ先端からイオンを引き出す。エミッタ１１先
端の（１１１）面から強いイオンビームが放出されるよ
うにビーム引き出し用電源１８の電圧を調整する。そし
て、ガスイオン源装置１の傾き角をジンバル機構１６の
マイクロメータを用いて変化させる。ビーム電流検出用
アパーチャ１０８に流れる電流を電流計１１０で検出し
、その電流値が最大になったところでガスイオン源装置
ｌの傾き角の調整を終えれば、本発明の集束イオンビー
ム装置の軸合わせか完了する。

このように軸合わせされた集束イオンビーム装置ではイ
オンビームが集束カラム１００のレンズ系に対して斜め
に入射するようなことがないので、収差を小さくするこ
とができ、したがって１、従来はイオンビームを数μｍ
程度にしか集束できなかったのに比較して、０．１μｍ
以下の微小径イオンビームに集束することが可能となる
。

上記実施例ではエミッタ１１にタングステンを用いイオ
ン源ガスとしてヘリウムガスを使用したが、他の金属や
ガスを用いてもよいことは勿論である。

さらに、以上述べた実施例は一例を示したもので、本発
明の趣旨に添うものである限り、使用する素材や装置構
成、各部の形状・寸法などは適宜好ましいもの、あるい
はその組み合わせを用いてもよいことは言うまでもない
。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明方法によれば軸合わせを第
１段階の水平位置の調整と第２段階の傾き角の調整の２
つに分離して行う。すなわち、先ず第１段階でガスイオ
ン源装置を垂直にセットしてエミッタ１１から電子を引
き出す。電子はイオンに比較して広い範囲に放出される
ので垂直に立てたま〜水平移動を行うことにより大きな
電流値が容易に観測されエミッタ１１の水平位置を容易
に決めることができる。そのあと、すなわち、第２段階
でエミッタ１１からイオンビームを放出してイオン電流
値をモニタしながら傾き角の調整を行うので、軸合わせ
は短時間に極めて容易に行うことができ、しかも、精度
の高い軸合わせを行うことが可能となり、集束イオンビ
ーム装置の性能および操作性の向上に寄与するところが
極めて大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例方法を説明する図、第２図は集
束イオンビーム装置の例を示す模式第３図はガスイオン
源装置とエミッタからのイオン放出を示す図、 第４図は従来の軸合わせ方法の例を示す図である。 図において、 ｌはガスイオン源装置、 １１はエミッタ、 １２はイオン源ガス導入口、 １６はジンバル機構、 １７はガスイオン源装置基台、 １８はビーム引き出し用電源、 １００は集束カラム、 １０１はマイクロチャンネルプレート付き蛍光スクリー
ン、 １０２はミラー、 １０８はビーム電流検出用アパーチャ、１０９はスクリ
ーン電圧用電源、 （イ）木平方句位１μｍ　　　　　　　（０）（頃を調
整１１　　エミッタ、１υイオン源ガス導入口２１６　
レンバ〕し機構１７°ガスイオン源咬ｌ基台、１８°ビ
ーＡ５１を出し用電源１０１　　マイクＯＳンネルプレ
ート付きｖ尤スクリーン１０２１ミラー１０８　　と−
入電截扶を用アペーチマ、（０？　　スクリーン電工用
電源１１０　電（び十、１１１　　カロ遼用零ン東本発
明の大施伊１方織Σ説明する囚 某束イオンビーム装僅のＰ１Σ示す渠武図第　２　図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）電界電離型のガスイオン源装置（１）と集束カラ
   ム（１００）とからなる集束イオンビーム装置の軸合わ
   せ方法において、 前記集束カラム（１００）の軸に対して、前記ガスイオ
   ン源装置（１）の水平方向の位置調整を行い、次いで、
   その傾き角の調整を行うことを特徴とした集束イオンビ
   ーム装置の軸合わせ方法。
2. （２）前記水平方向の位置調整が前記ガスイオン源装置
   （１）のエミッタ（１１）から放出される電子ビームの
   観測により行われ、前記傾き角の調整が前記エミッタ（
   １１）から放出されるイオンビームの観測によって行わ
   れることを特徴とした請求項（１）記載の集束イオンビ
   ーム装置の軸合わせ方法。