JPH07312190A - 電界電離型イオン源 - Google Patents
電界電離型イオン源Info
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- JPH07312190A JPH07312190A JP6102435A JP10243594A JPH07312190A JP H07312190 A JPH07312190 A JP H07312190A JP 6102435 A JP6102435 A JP 6102435A JP 10243594 A JP10243594 A JP 10243594A JP H07312190 A JPH07312190 A JP H07312190A
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Landscapes
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【構成】強電界を生じるエミッタ1と、これと独立した
イオン源3並びにこのイオン源3から放出された正イオ
ンをガスとの電荷交換により中性化し中性粒子ビーム7
を供給する機構、または、エミッタ1に負イオンを供給
する機構から構成される。 【効果】電界電離型イオン源の放射角電流密度を数倍に
向上させ、これにより、細束化したイオンビームの電流
密度を数倍に向上させる。これにより微細集束イオンビ
ームによる高速微細加工を実現する。または、イオン投
影露光の解像度、スループットが数倍に向上する。
イオン源3並びにこのイオン源3から放出された正イオ
ンをガスとの電荷交換により中性化し中性粒子ビーム7
を供給する機構、または、エミッタ1に負イオンを供給
する機構から構成される。 【効果】電界電離型イオン源の放射角電流密度を数倍に
向上させ、これにより、細束化したイオンビームの電流
密度を数倍に向上させる。これにより微細集束イオンビ
ームによる高速微細加工を実現する。または、イオン投
影露光の解像度、スループットが数倍に向上する。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は集積回路の配線修正,製
造段階でのプロセス成否の検査等に用いられる集束イオ
ンビーム加工装置,高解像度のイオン投影露光装置、並
びに、微細領域の分析に用いられる二次イオン質量分析
装置等に用いて好適な電解電離型イオン源に関する。
造段階でのプロセス成否の検査等に用いられる集束イオ
ンビーム加工装置,高解像度のイオン投影露光装置、並
びに、微細領域の分析に用いられる二次イオン質量分析
装置等に用いて好適な電解電離型イオン源に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、直径数μ以下の微細イオンビーム
形成,イオン投影露光装置のイオン源としては、デュオ
プラズマトロンイオン源,液体金属イオン源などが利用
されてきた。この理由は、これらのイオン源では、イオ
ンが放出される領域が実効的に直径1mm以下と小さ
く、他のプラズマ放電型イオン源,スパッタ型イオン源
などと異なり、実用上、点状のイオン源として利用でき
るため、平行性の高いビームを形成するのに好適である
ためである。また、単位時間,単位立体角当りのイオン
放出数、即ち、イオン源の放射角電流密度が高く、高密
度のイオンビームを形成するのに適している。
形成,イオン投影露光装置のイオン源としては、デュオ
プラズマトロンイオン源,液体金属イオン源などが利用
されてきた。この理由は、これらのイオン源では、イオ
ンが放出される領域が実効的に直径1mm以下と小さ
く、他のプラズマ放電型イオン源,スパッタ型イオン源
などと異なり、実用上、点状のイオン源として利用でき
るため、平行性の高いビームを形成するのに好適である
ためである。また、単位時間,単位立体角当りのイオン
放出数、即ち、イオン源の放射角電流密度が高く、高密
度のイオンビームを形成するのに適している。
【0003】しかし、近年、集積回路製造,微小部分析
への応用から、直径数10nm程度、かつ、電流密度数
A/cm2 程度の極微細イオンビームに対する要求が生
じ、またイオン投影露光でも数十nm程度の高分解能が
必要になってきた。このため、前述のイオン源の代わり
に、点状,高放射角電流密度であり、加えて、放出イオ
ンのエネルギのばらつき、即ち、エネルギ幅が小さいと
いう特長を持つ電界電離型イオン源が利用され始めた。
への応用から、直径数10nm程度、かつ、電流密度数
A/cm2 程度の極微細イオンビームに対する要求が生
じ、またイオン投影露光でも数十nm程度の高分解能が
必要になってきた。このため、前述のイオン源の代わり
に、点状,高放射角電流密度であり、加えて、放出イオ
ンのエネルギのばらつき、即ち、エネルギ幅が小さいと
いう特長を持つ電界電離型イオン源が利用され始めた。
【0004】電界電離型イオン源は放出イオンのエネル
ギ幅が液体金属イオン源と比較して数分の1であるた
め、光学系を通したときに生じる色収差が小さい。この
ため、微細ビームにした場合の集束性が良く、イオン投
影露光などで結像した場合のぼけも小さいという利点を
持っている。また、この他に液体金属イオン源ではイオ
ン化が困難な、常温で気体状態の物質をイオン化できる
という特長を持ち、応用範囲が広い。
ギ幅が液体金属イオン源と比較して数分の1であるた
め、光学系を通したときに生じる色収差が小さい。この
ため、微細ビームにした場合の集束性が良く、イオン投
影露光などで結像した場合のぼけも小さいという利点を
持っている。また、この他に液体金属イオン源ではイオ
ン化が困難な、常温で気体状態の物質をイオン化できる
という特長を持ち、応用範囲が広い。
【0005】しかし、電界電離型イオン源を、前述の液
体金属イオン源と比較した場合、エネルギ幅は小さく、
微細ビーム形成には適しているものの、総放射電流が小
さく、これに比例して放射角電流密度が低いため、十分
なビーム電流密度が得られないという問題点があった。
この問題に関して、エミッタ先端の形状を工夫してイオ
ンの放射角を狭め、単位立体角当りの放射電流、即ち放
射角電流密度を向上させた例が知られている(ニューク
リア インスツルメンツ アンド メソッズイン フィ
ジックス リサーチ(Nuclear Instruments and Method
s in PhysicsResearch)B80/81 (1993) p.p.1288−129
1)。しかし、総放射電流を増やすことはできなかったた
め、集束してビーム化する場合にはよいが、全放射電流
を利用するイオン露光のような応用には適さないという
問題があった。また、微細ビームを形成する場合にも光
学軸の合わせに対する余裕が小さくなるという問題があ
った。
体金属イオン源と比較した場合、エネルギ幅は小さく、
微細ビーム形成には適しているものの、総放射電流が小
さく、これに比例して放射角電流密度が低いため、十分
なビーム電流密度が得られないという問題点があった。
この問題に関して、エミッタ先端の形状を工夫してイオ
ンの放射角を狭め、単位立体角当りの放射電流、即ち放
射角電流密度を向上させた例が知られている(ニューク
リア インスツルメンツ アンド メソッズイン フィ
ジックス リサーチ(Nuclear Instruments and Method
s in PhysicsResearch)B80/81 (1993) p.p.1288−129
1)。しかし、総放射電流を増やすことはできなかったた
め、集束してビーム化する場合にはよいが、全放射電流
を利用するイオン露光のような応用には適さないという
問題があった。また、微細ビームを形成する場合にも光
学軸の合わせに対する余裕が小さくなるという問題があ
った。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、電界
電離型イオン源における低放射電流の問題を解消し、大
放射電流の電界電離型イオン源を実現する方法を提供す
ることにある。
電離型イオン源における低放射電流の問題を解消し、大
放射電流の電界電離型イオン源を実現する方法を提供す
ることにある。
【0007】
【課題を解決するための手段】従来の電界電離型イオン
源は、イオン化物質であるガス分子の供給を、エミッタ
先端へのガスの吹付け,ガス分子の自発的吸着により行
っていた。この方法では、供給量がガス圧力,吸着確率
により制限される。ガス分子の吸着確率は、エミッタを
十分低温にすることで高められているが、引出し電極と
エミッタ先端の間にはイオン化のための強電界を形成す
べく数kVの高電圧がかけられており、放電を起こさな
いためには、エミッタ近傍のガス圧力を低く保たねばな
らない。このように、エミッタ表面への入射ガス分子の
密度は制限され、エミッタ先端での十分な分子密度が得
られない。このように、従来の電界電離型イオン源は、
イオン化物質分子の供給量により放射電流が決められて
いた。
源は、イオン化物質であるガス分子の供給を、エミッタ
先端へのガスの吹付け,ガス分子の自発的吸着により行
っていた。この方法では、供給量がガス圧力,吸着確率
により制限される。ガス分子の吸着確率は、エミッタを
十分低温にすることで高められているが、引出し電極と
エミッタ先端の間にはイオン化のための強電界を形成す
べく数kVの高電圧がかけられており、放電を起こさな
いためには、エミッタ近傍のガス圧力を低く保たねばな
らない。このように、エミッタ表面への入射ガス分子の
密度は制限され、エミッタ先端での十分な分子密度が得
られない。このように、従来の電界電離型イオン源は、
イオン化物質分子の供給量により放射電流が決められて
いた。
【0008】ガス分子をエミッタ表面に供給するに際し
て、エミッタ先端には吸着分子をイオン化させる強い外
向きの電界がかけられているため、正の電荷を持った粒
子は反発され、近づくことができない。また、最初から
電荷を持たない粒子はこれを制御してエミッタ先端に集
中的に照射することが非常に困難であるため、正にイオ
ン化した粒子をビーム化し、この電荷を中和して中性粒
子ビームとするか、または、逆の電荷を持つ粒子、即ち
負イオンを形成する必要がある。
て、エミッタ先端には吸着分子をイオン化させる強い外
向きの電界がかけられているため、正の電荷を持った粒
子は反発され、近づくことができない。また、最初から
電荷を持たない粒子はこれを制御してエミッタ先端に集
中的に照射することが非常に困難であるため、正にイオ
ン化した粒子をビーム化し、この電荷を中和して中性粒
子ビームとするか、または、逆の電荷を持つ粒子、即ち
負イオンを形成する必要がある。
【0009】本発明では、エミッタ先端近傍へ中性粒子
ビームまたは負イオンビームを照射、あるいはプラズマ
からの負イオン,中性粒子のエミッタ先端への集中を利
用することにより、十分なイオン化物質分子の供給を実
現し、放射角電流密度を向上させる。
ビームまたは負イオンビームを照射、あるいはプラズマ
からの負イオン,中性粒子のエミッタ先端への集中を利
用することにより、十分なイオン化物質分子の供給を実
現し、放射角電流密度を向上させる。
【0010】まず、中性粒子ビームを利用する方法につ
いて述べる。中性粒子ビームは正イオンを中性化して形
成する。正イオンを生成するには、プラズマ中から電界
でイオンを引き出す、物質表面でイオン化するなど様々
な方法があるが、mA程度の電流が必要な場合はプラズ
マ放電を利用するのが良い。本発明の場合、エミッタ先
端に集中的に供給することが重要なため、デュオプラズ
マトロン等、イオン源の実効的な大きさが小さいものが
望ましい。こうして得られた正イオンは静電レンズによ
り集束,ビーム化することが可能である。ビーム化した
場合の電流密度は典型的な値として10mA/cm2 で、
これは流束に換算すると、一価イオンの場合約6×10
16ion/cm2/s に相当する。中性化は、ガス分子と
の衝突による電荷交換を用いるのが最も簡便である。反
応を式で示すと、例えば、アルゴンイオンをアルゴンガ
スで中性化する場合、 Ar(+イオン)+Ar(ガス) → Ar(中性粒子)
+Ar(+ガス) のように表される。ガスとイオン間の電荷交換確率は高
く、ガスの圧力を適当に設定し、イオンのガス中の通過
距離をイオンの平均自由行程の数倍程度にすれば大部分
のイオンを中性化できる。イオンの方向性はガス分子と
の衝突によって若干乱れるが、すでにビーム化して高密
度になっているので問題にならない。このようにして、
エミッタ先端へ指向性のある中性粒子ビームを照射する
ことができる。
いて述べる。中性粒子ビームは正イオンを中性化して形
成する。正イオンを生成するには、プラズマ中から電界
でイオンを引き出す、物質表面でイオン化するなど様々
な方法があるが、mA程度の電流が必要な場合はプラズ
マ放電を利用するのが良い。本発明の場合、エミッタ先
端に集中的に供給することが重要なため、デュオプラズ
マトロン等、イオン源の実効的な大きさが小さいものが
望ましい。こうして得られた正イオンは静電レンズによ
り集束,ビーム化することが可能である。ビーム化した
場合の電流密度は典型的な値として10mA/cm2 で、
これは流束に換算すると、一価イオンの場合約6×10
16ion/cm2/s に相当する。中性化は、ガス分子と
の衝突による電荷交換を用いるのが最も簡便である。反
応を式で示すと、例えば、アルゴンイオンをアルゴンガ
スで中性化する場合、 Ar(+イオン)+Ar(ガス) → Ar(中性粒子)
+Ar(+ガス) のように表される。ガスとイオン間の電荷交換確率は高
く、ガスの圧力を適当に設定し、イオンのガス中の通過
距離をイオンの平均自由行程の数倍程度にすれば大部分
のイオンを中性化できる。イオンの方向性はガス分子と
の衝突によって若干乱れるが、すでにビーム化して高密
度になっているので問題にならない。このようにして、
エミッタ先端へ指向性のある中性粒子ビームを照射する
ことができる。
【0011】第2の方法は負イオンを利用する方法であ
る。負イオンはエミッタ近傍の電界により、正イオンと
は逆に引き寄せられる。負イオンの生成方法も正イオン
と同じく、プラズマから引き出す方法と表面との相互作
用を使う方法の2種類がある。前者はプラズマ放電中に
大量に存在する負イオンを電界で引き出すものであり、
後者はセシウムなどのアルカリ金属のイオンをを表面イ
オン化で形成し、このイオンを固体に衝突させてスパッ
タリングの際に負イオンを生じさせるものである。プラ
ズマから抽出する方がイオン電流の絶対値を大きくでき
るという利点があるが、スパッタ型の方は固体イオン源
も使えるという長所がある。通常の負イオン源として利
用する場合は負イオンと電子は分別しなければならない
が、本発明の場合、エミッタに電子が入射しても問題は
無いため、この必要はない。
る。負イオンはエミッタ近傍の電界により、正イオンと
は逆に引き寄せられる。負イオンの生成方法も正イオン
と同じく、プラズマから引き出す方法と表面との相互作
用を使う方法の2種類がある。前者はプラズマ放電中に
大量に存在する負イオンを電界で引き出すものであり、
後者はセシウムなどのアルカリ金属のイオンをを表面イ
オン化で形成し、このイオンを固体に衝突させてスパッ
タリングの際に負イオンを生じさせるものである。プラ
ズマから抽出する方がイオン電流の絶対値を大きくでき
るという利点があるが、スパッタ型の方は固体イオン源
も使えるという長所がある。通常の負イオン源として利
用する場合は負イオンと電子は分別しなければならない
が、本発明の場合、エミッタに電子が入射しても問題は
無いため、この必要はない。
【0012】上述の二つの方法はいずれも電界電離型イ
オン源と、これにイオン化物質粒子を供給する粒子源を
独立に使用するものだが、これを一体化する事も可能で
ある。即ち、プラズマ放電を起こし、この中に含まれる
負イオンを電界でエミッタに供給するものである。この
場合、プラズマ中のガスがエミッタ近傍に漏れ、放電を
起こす可能性があるので構造が重要になる。例えば、低
ガス圧でプラズマを形成し、狭い隙間から電界により負
イオンを抽出する等の構造が望ましい。
オン源と、これにイオン化物質粒子を供給する粒子源を
独立に使用するものだが、これを一体化する事も可能で
ある。即ち、プラズマ放電を起こし、この中に含まれる
負イオンを電界でエミッタに供給するものである。この
場合、プラズマ中のガスがエミッタ近傍に漏れ、放電を
起こす可能性があるので構造が重要になる。例えば、低
ガス圧でプラズマを形成し、狭い隙間から電界により負
イオンを抽出する等の構造が望ましい。
【0013】
【作用】中性粒子、或いは負イオンは電界に妨害される
事なく、電界電離型イオン源のエミッタに到達し、ここ
で強電界により正の電荷を持つイオンとなって放出され
る。通常のガスによる供給と比較して、このようにする
と供給量が数倍に増加し、これによりイオン源の放射電
流が数倍に向上する。
事なく、電界電離型イオン源のエミッタに到達し、ここ
で強電界により正の電荷を持つイオンとなって放出され
る。通常のガスによる供給と比較して、このようにする
と供給量が数倍に増加し、これによりイオン源の放射電
流が数倍に向上する。
【0014】
(実施例1)本実施例ではイオン化物質分子として希ガ
スの一種であるアルゴンを使用し、イオン化物質分子の
供給は中性粒子として行った。図1はこのイオン源の構
成を示している。イオン化物質分子であるアルゴンは、
デュオプラズマトロン型のイオン源3に入り、ここでイ
オン化される。デュオプラズマトロン型のイオン源から
の全放出イオン電流は、引出し電圧8kVで、約10m
Aであった。これを静電レンズ4で集束、イオンビーム
6を形成する。このビームは中性化を行う電荷交換器5
を経て、エミッタ1に照射される。電荷交換器にガスを
充填しなかった場合のビーム径はエミッタ位置で約0.
3mmφ であり、電流密度は約200mA/cm2 であっ
た。
スの一種であるアルゴンを使用し、イオン化物質分子の
供給は中性粒子として行った。図1はこのイオン源の構
成を示している。イオン化物質分子であるアルゴンは、
デュオプラズマトロン型のイオン源3に入り、ここでイ
オン化される。デュオプラズマトロン型のイオン源から
の全放出イオン電流は、引出し電圧8kVで、約10m
Aであった。これを静電レンズ4で集束、イオンビーム
6を形成する。このビームは中性化を行う電荷交換器5
を経て、エミッタ1に照射される。電荷交換器にガスを
充填しなかった場合のビーム径はエミッタ位置で約0.
3mmφ であり、電流密度は約200mA/cm2 であっ
た。
【0015】電荷交換器5は長さ10cmの円筒で形成さ
れており、中のアルゴンガスの圧力は1mTorrに保たれ
ている。この中をイオンが通過する時に電荷交換がお
き、中性アルゴン分子(原子)ビーム7が形成される。
中性粒子の検出は困難なため、直接の粒子密度は不明だ
が、エミッタ1を引出し電極2に対して+5kVの電位
に設定した時に、アルゴンイオンの放出が認められた。
この時の全放出電流は0.1μA であり、エミッタ方向
に設置したファラデーカップ9で収集,測定したイオン
電流から算出したイオン源の放射角電流密度は、約40
μA/srであった。この値は液体金属イオン源とほぼ
同じであり、従来の電界電離型イオン源と比較すると、
数倍高い。これを集束ビーム化した場合、電界電離型イ
オン源のエネルギ幅は液体金属イオン源の約1/3であ
るため、光学系を最適化すれば、理論上のビーム電流密
度は約9倍になる。
れており、中のアルゴンガスの圧力は1mTorrに保たれ
ている。この中をイオンが通過する時に電荷交換がお
き、中性アルゴン分子(原子)ビーム7が形成される。
中性粒子の検出は困難なため、直接の粒子密度は不明だ
が、エミッタ1を引出し電極2に対して+5kVの電位
に設定した時に、アルゴンイオンの放出が認められた。
この時の全放出電流は0.1μA であり、エミッタ方向
に設置したファラデーカップ9で収集,測定したイオン
電流から算出したイオン源の放射角電流密度は、約40
μA/srであった。この値は液体金属イオン源とほぼ
同じであり、従来の電界電離型イオン源と比較すると、
数倍高い。これを集束ビーム化した場合、電界電離型イ
オン源のエネルギ幅は液体金属イオン源の約1/3であ
るため、光学系を最適化すれば、理論上のビーム電流密
度は約9倍になる。
【0016】(実施例2)本実施例は負イオンをエミッ
タに対して供給し、放射電流を向上したものである。図
2にこの構成を示す。負イオンを使う場合、電界により
エミッタ先端に引き付けられるため、中性粒子の場合の
様に高密度に集束する必要はない。従って、イオン源の
形式に特に制限は無い。前述のように、負イオン源には
いくつかの形式があるが、本実施例ではデュオプラズマ
トロン型の水素負イオン源を使用した。イオン源10か
らの負イオンは電流として約10mA得られた。負イオ
ンをより効率的にエミッタに供給するためにエミッタと
負イオン源の間には静電レンズ4を置き、ビーム11と
して負イオンをエミッタ1の近傍に導いた。永久磁石な
どの磁界を用いれば、負イオンと同時に引き出される電
子は容易にビームから除くことができるが、装置構成が
複雑になるためここでは行わなかった。エミッタ1に単
位時間当り直接入射する負イオンの密度は高くないが、
引き出し電極2に対して電位をかけた場合には電界によ
りイオンが吸引されるため、供給量は大きい。
タに対して供給し、放射電流を向上したものである。図
2にこの構成を示す。負イオンを使う場合、電界により
エミッタ先端に引き付けられるため、中性粒子の場合の
様に高密度に集束する必要はない。従って、イオン源の
形式に特に制限は無い。前述のように、負イオン源には
いくつかの形式があるが、本実施例ではデュオプラズマ
トロン型の水素負イオン源を使用した。イオン源10か
らの負イオンは電流として約10mA得られた。負イオ
ンをより効率的にエミッタに供給するためにエミッタと
負イオン源の間には静電レンズ4を置き、ビーム11と
して負イオンをエミッタ1の近傍に導いた。永久磁石な
どの磁界を用いれば、負イオンと同時に引き出される電
子は容易にビームから除くことができるが、装置構成が
複雑になるためここでは行わなかった。エミッタ1に単
位時間当り直接入射する負イオンの密度は高くないが、
引き出し電極2に対して電位をかけた場合には電界によ
りイオンが吸引されるため、供給量は大きい。
【0017】エミッタからの全放射電流は約40μA、
放射角電流密度としては約100μA/srであった。
この場合、全電流量に対して放射角電流密度があまり高
くないのは、負イオンがエミッタ表面でなく、輸送中に
強電界で正イオンと電子に電離して放出されているた
め、放出角が広がったためと思われる。しかし、従来型
の電界電離イオン源と比較すると、放射角電流密度は約
10倍になっている。この場合、全電流量が大きいた
め、細束ビーム化するよりも、露光など投影型の応用に
適している。
放射角電流密度としては約100μA/srであった。
この場合、全電流量に対して放射角電流密度があまり高
くないのは、負イオンがエミッタ表面でなく、輸送中に
強電界で正イオンと電子に電離して放出されているた
め、放出角が広がったためと思われる。しかし、従来型
の電界電離イオン源と比較すると、放射角電流密度は約
10倍になっている。この場合、全電流量が大きいた
め、細束ビーム化するよりも、露光など投影型の応用に
適している。
【0018】(実施例3)図3はスパッタ型負イオン源
を利用した、電界電離型イオン源の構造である。スパッ
タ型負イオン源はセシウムイオンが固体表面に衝突、ス
パッタリングを起こす際に、固体原子の負イオンを生成
することを利用したものである。このため、本形式のイ
オン源では、常温で固体の物質でも電界電離型イオン源
から引き出せるという利点がある。セシウム13はリザ
ーバ14から表面イオン化を起こすためにヒータ16で
加熱されたタングステンチューブ15を経てイオンとし
て引き出される。セシウムイオンはターゲットチャンバ
17とイオン源の間で、5keVに加速され、イオン化
物質のターゲット18に衝突する。ターゲット18は、
ここではケイ素を用いたが、ホウ素,炭素等、銅,チタ
ンなどの金属、あるいは合金でもよい。また、例えば、
酸素雰囲気中でチタンターゲットにイオンを当てると、
酸素等の気体の負イオンビームを得ることもできる。生
成したケイ素の負イオンはターゲットチャンバの出口に
設置した静電レンズ4で集束されエミッタに到達する。
途中で電荷が変わったため、ここでの加速エネルギは1
0keVになっている。イオンのエネルギが大きすぎると
エミッタ近傍の電界で引き付けられないため、引き出し
電極とターゲットチャンバの電位は同程度に設定する。
を利用した、電界電離型イオン源の構造である。スパッ
タ型負イオン源はセシウムイオンが固体表面に衝突、ス
パッタリングを起こす際に、固体原子の負イオンを生成
することを利用したものである。このため、本形式のイ
オン源では、常温で固体の物質でも電界電離型イオン源
から引き出せるという利点がある。セシウム13はリザ
ーバ14から表面イオン化を起こすためにヒータ16で
加熱されたタングステンチューブ15を経てイオンとし
て引き出される。セシウムイオンはターゲットチャンバ
17とイオン源の間で、5keVに加速され、イオン化
物質のターゲット18に衝突する。ターゲット18は、
ここではケイ素を用いたが、ホウ素,炭素等、銅,チタ
ンなどの金属、あるいは合金でもよい。また、例えば、
酸素雰囲気中でチタンターゲットにイオンを当てると、
酸素等の気体の負イオンビームを得ることもできる。生
成したケイ素の負イオンはターゲットチャンバの出口に
設置した静電レンズ4で集束されエミッタに到達する。
途中で電荷が変わったため、ここでの加速エネルギは1
0keVになっている。イオンのエネルギが大きすぎると
エミッタ近傍の電界で引き付けられないため、引き出し
電極とターゲットチャンバの電位は同程度に設定する。
【0019】負イオンの全電流は20μAであった。エ
ミッタ1と引き出し電極2の間に5kVの電圧をかけた
ところ、0.5μA の電流がファラデーカップ9で検出
され、放射角電流密度は10μA/srであった。ガリ
ウムヒ素ウェハにこのイオンを打ち込み、二次イオン質
量分析を行い、ターゲットのケイ素イオンが打ち込まれ
ていることを確かめた。
ミッタ1と引き出し電極2の間に5kVの電圧をかけた
ところ、0.5μA の電流がファラデーカップ9で検出
され、放射角電流密度は10μA/srであった。ガリ
ウムヒ素ウェハにこのイオンを打ち込み、二次イオン質
量分析を行い、ターゲットのケイ素イオンが打ち込まれ
ていることを確かめた。
【0020】(実施例4)図4はプラズマから直接、負
イオンまたは中性粒子を引き出してエミッタに供給する
方式の電界電離型イオン源の構造である。ここではネオ
ンプラズマを用いた。ネオンガスはガス供給口24から
フィラメント22に導入される。フィラメントは通電加
熱により熱電子を発生し、中間電極25との間でプラズ
マ放電を起こす。プラズマはコイル21により小孔20
の近傍に局在するが、23からもネオンガスが導入され
ているため、19と25の間にもプラズマを形成する。
このように小孔20の近傍にはプラズマに含まれる正負
のイオンが高密度に存在する。この場合、不要な電子の
放出はフィラメント22を電極19の中心軸からずらす
と減少する。
イオンまたは中性粒子を引き出してエミッタに供給する
方式の電界電離型イオン源の構造である。ここではネオ
ンプラズマを用いた。ネオンガスはガス供給口24から
フィラメント22に導入される。フィラメントは通電加
熱により熱電子を発生し、中間電極25との間でプラズ
マ放電を起こす。プラズマはコイル21により小孔20
の近傍に局在するが、23からもネオンガスが導入され
ているため、19と25の間にもプラズマを形成する。
このように小孔20の近傍にはプラズマに含まれる正負
のイオンが高密度に存在する。この場合、不要な電子の
放出はフィラメント22を電極19の中心軸からずらす
と減少する。
【0021】エミッタ1には7kVの高電圧がかけられ
ているため、プラズマ中の負イオンはエミッタに引き寄
せられる。この際、負イオンと同時にプラズマ中の電子
も引き出され、エミッタに入射するが、大きな問題とは
ならない。正イオンは反発されるためエミッタには近づ
かない。この構造ではエミッタに供給される中性ネオン
分子、及び負イオンの量は正確にはわからない。しか
し、フィラメントを加熱せずにエミッタに高電圧をかけ
ても、イオン放射がほとんど認められないのに対して、
プラズマを形成した場合、約10μAのイオン電流が検
出されたため、イオン化物質分子の供給が行われている
ことがわかった。
ているため、プラズマ中の負イオンはエミッタに引き寄
せられる。この際、負イオンと同時にプラズマ中の電子
も引き出され、エミッタに入射するが、大きな問題とは
ならない。正イオンは反発されるためエミッタには近づ
かない。この構造ではエミッタに供給される中性ネオン
分子、及び負イオンの量は正確にはわからない。しか
し、フィラメントを加熱せずにエミッタに高電圧をかけ
ても、イオン放射がほとんど認められないのに対して、
プラズマを形成した場合、約10μAのイオン電流が検
出されたため、イオン化物質分子の供給が行われている
ことがわかった。
【0022】
【発明の効果】本発明により、電界電離型イオン源を高
放射角電流密度化できる。これにより、このイオン源を
用いて形成する微細イオンビームの電流密度を高め、ス
パッタ加工速度を高められる。また、イオン投影露光に
おいて、スループットが向上する。
放射角電流密度化できる。これにより、このイオン源を
用いて形成する微細イオンビームの電流密度を高め、ス
パッタ加工速度を高められる。また、イオン投影露光に
おいて、スループットが向上する。
【図1】中性粒子供給による電界電離型イオン源の説明
図。
図。
【図2】プラズマイオン源からの負イオン供給による電
界電離型イオン源の説明図。
界電離型イオン源の説明図。
【図3】スパッタイオン源からの負イオン供給による電
界電離型イオン源の説明図。
界電離型イオン源の説明図。
【図4】プラズマからのイオン化物質分子供給による電
界電離型イオン源の説明図。
界電離型イオン源の説明図。
1…エミッタ、2…引き出し電極、3…イオン源、4…
静電レンズ、5…電荷交換器、6…イオンビーム、7…
中性粒子ビーム、8…イオンビーム、9…ファラデーカ
ップ。
静電レンズ、5…電荷交換器、6…イオンビーム、7…
中性粒子ビーム、8…イオンビーム、9…ファラデーカ
ップ。
Claims (7)
- 【請求項1】イオン化物質分子を、中性粒子ビーム、ま
たは、負イオンビームとして供給する事を特徴とする電
界電離型イオン源。 - 【請求項2】請求項1において、前記中性粒子ビームを
正イオンをガス中で電荷交換して生成する電界電離型イ
オン源。 - 【請求項3】請求項1において、負イオンをプラズマか
らの抽出により生成する電界電離型イオン源。 - 【請求項4】請求項1において、加速されたセシウムイ
オンにより固体表面をスパッタすることより負イオンを
生成する電界電離型イオン源。 - 【請求項5】負イオンまたは中性粒子を、エミッタをプ
ラズマ近傍におくことにより供給する電界電離型イオン
源。 - 【請求項6】請求項1または5に記載の電界電離型イオ
ン源を搭載した集束イオンビーム装置。 - 【請求項7】請求項1または5に記載の電界電離型イオ
ン源を搭載したイオン投影露光装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6102435A JPH07312190A (ja) | 1994-05-17 | 1994-05-17 | 電界電離型イオン源 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6102435A JPH07312190A (ja) | 1994-05-17 | 1994-05-17 | 電界電離型イオン源 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07312190A true JPH07312190A (ja) | 1995-11-28 |
Family
ID=14327395
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6102435A Pending JPH07312190A (ja) | 1994-05-17 | 1994-05-17 | 電界電離型イオン源 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH07312190A (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008270039A (ja) * | 2007-04-23 | 2008-11-06 | Hitachi High-Technologies Corp | イオン源、イオンビーム加工・観察装置、及び試料断面観察方法 |
WO2009020150A1 (ja) * | 2007-08-08 | 2009-02-12 | Sii Nanotechnology Inc. | 複合集束イオンビーム装置及びそれを用いた加工観察方法、加工方法 |
US8481980B2 (en) | 2007-04-23 | 2013-07-09 | Hitachi High-Technologies Corporation | Ion source, ion beam processing/observation apparatus, charged particle beam apparatus, and method for observing cross section of sample |
US20180187298A1 (en) * | 2015-09-02 | 2018-07-05 | Tokyo Electron Limited | Method for Manufacturing Graphene and Apparatus for Manufacturing Graphene |
-
1994
- 1994-05-17 JP JP6102435A patent/JPH07312190A/ja active Pending
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008270039A (ja) * | 2007-04-23 | 2008-11-06 | Hitachi High-Technologies Corp | イオン源、イオンビーム加工・観察装置、及び試料断面観察方法 |
US8481980B2 (en) | 2007-04-23 | 2013-07-09 | Hitachi High-Technologies Corporation | Ion source, ion beam processing/observation apparatus, charged particle beam apparatus, and method for observing cross section of sample |
US8779400B2 (en) | 2007-04-23 | 2014-07-15 | Hitachi High-Technologies Corporation | Ion source, ion beam processing/observation apparatus, charged particle beam apparatus, and method for observing cross section of sample |
WO2009020150A1 (ja) * | 2007-08-08 | 2009-02-12 | Sii Nanotechnology Inc. | 複合集束イオンビーム装置及びそれを用いた加工観察方法、加工方法 |
JPWO2009020150A1 (ja) * | 2007-08-08 | 2010-11-04 | エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社 | 複合集束イオンビーム装置及びそれを用いた加工観察方法、加工方法 |
US20180187298A1 (en) * | 2015-09-02 | 2018-07-05 | Tokyo Electron Limited | Method for Manufacturing Graphene and Apparatus for Manufacturing Graphene |
US10738377B2 (en) * | 2015-09-02 | 2020-08-11 | Tokyo Electron Limited | Method for manufacturing graphene and apparatus for manufacturing graphene |
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