JPH08212950A - 荷電粒子ビーム装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 荷電粒子源から放出した荷電粒子ビームの、
荷電粒子ビーム光学中心への軸合わせが迅速に行なえる
荷電粒子ビーム装置を提供する。 【構成】 荷電粒子ビームのクロスオーバ地点にアパチ
ャ７，１３を有する荷電粒子ビーム装置１において、ア
パチャ直下に可動式の電流検出器１８，１８′を配置す
る。 【効果】 荷電粒子源から放出した荷電粒子ビームを、
荷電粒子ビーム光学中心への軸合わせが迅速に行なえ
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、イオンや電子を用いた
荷電粒子ビーム装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】荷電粒子ビーム装置は、イオンや電子の
荷電粒子ビームを試料に照射し、試料表面で生じる荷電
粒子ビームと試料との作用によって、試料に変化を与え
たり、試料からの情報を得ようとする装置である。具体
例として、走査型電子顕微鏡、透過型電子顕微鏡、電子
線露光装置、集束イオンビーム加工装置などがある。

【０００３】このような荷電粒子ビーム装置は、一般
に、ビームを集束させるためのレンズ、不要なビームを
遮断するアパチャ、ビーム軌道を調整するためのアライ
ナ、ビームを軌道外へ遠ざけるブランカなど多くの荷電
粒子光学部品から構成される。荷電粒子源から放出した
荷電粒子ビームを所望のビーム軌道上に乗せ、試料上で
収差や歪を最小にするためには、上記荷電粒子光学部品
に与える電界や磁界、その他、光学部品の位置を正確に
設定しなければならない。

【０００４】従来の荷電粒子ビーム装置におけるビーム
形状、電流値、集束性などの調整は、荷電粒子ビームを
一旦試料まで到達させて、電流強度を測定するか、この
試料から放出する二次粒子で形成される像の歪みや分解
能を見るか、または、光学系の途中でブランキングを施
して荷電粒子ビーム軌道を変え、軌道外の電流検出器で
ビーム電流測定を行なっていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記の如く、荷電粒子
ビームを所定のビーム軌道上に乗せ、所定の特性を持つ
ビームにして試料上に到達させるためには、上記荷電粒
子光学部品に与える電界や磁界、光学部品の位置など多
くの調整個所を正確に制御しなければならない。荷電粒
子ビームを試料面まで到達させ、所望の特性得ること
は、これらの調整個所を一度に満足させることであり時
間と経験を要する。また、ビームが試料上に到達して
も、その所望のビーム特性を得るための全体調整に時間
を費すると、試料が荷電粒子によって不必要な損傷を受
けるなど問題を有していた。

【０００６】さらに、例えば、試料室などビーム経路の
一部が所定の真空度に達していない場合、ビーム特性が
劣化するため、ビームを試料面で調整することは不利で
あり、真空度が所定の値になるまで、ビーム調整を待た
なければ成らないという問題点も有している。

【０００７】本発明の目的は、効率的に短時間でビーム
の軸合わせのできる荷電粒子ビーム装置を提供すること
にある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記の問題を克服するた
めには、荷電粒子ビームが試料に至るまでの途中でビー
ム電流測定をし、荷電粒子ビームが所定の軌道から離れ
ていないことを確認して、また、離れている場合は所定
の軌道に乗るように電極や磁極の位置、それらに与える
電圧や電流を調整しつつ、試料まで導くのが得策であ
る。具体的に、上記目的は、（１）荷電粒子ビームのク
ロスオーバ地点にアパチャを有する荷電粒子ビーム装置
において、上記アパチャ直下に可動式のビーム電流検出
器を配するか、（２）上記（１）記載の荷電粒子ビーム
装置における電流検出器はアパチャ直下の真空遮断手段
に装着するか、（３）上記（１）または（２）記載の荷
電粒子ビーム装置における電流検出器はファラデーカッ
プであるか、（４）上記（２）記載の荷電粒子ビーム装
置における真空遮断手段がゲートバルブである荷電粒子
ビーム装置、更に具体的には、（５）上記（１）から
（４）のいずれかに記載の荷電粒子ビーム装置におい
て、特に、荷電粒子ビーム装置が、ドーパントイオンを
放出するイオン源と、上記イオン源から放出したイオン
ビームを質量分離する質量分離器と、上記イオンビーム
を集束させるレンズと、所望のドーパントイオンビーム
のみを通過させる質量分離アパチャと、所望のイオン注
入領域と略相似形の開口を有するステンシルマスクにイ
オンビームを照射するイオン照射光学系と、上記ステン
シルマスクを通過したパターンイオンビームを、イオン
注入領域制限用マスクを被覆しない試料に投射するイオ
ン投射光学系と、上記試料を保持して微動するサンプル
ステージを備えた投影型イオン注入装置であり、前記可
動式電流検出器は、少なくとも上記質量分離アパチャの
直下に配置したことを特徴とする荷電粒子ビーム装置に
よって達成される。

【０００９】

【作用】アパチャを荷電粒子ビームがクロスオーバを形
成する地点に設置することは、光軸外の不要なビームを
下流に導かないという役割を持つ。つまり、（１）ビー
ムの外周部の裾を下流に導かないのでビームの質が向上
する、（２）光軸外の所望としない迷走ビームを下流に
導かない、（３）ビームを軸合わせされたアパチャに通
過させることにより、結果的にはビームを光軸と一致で
きるという効果をもたらす。従って、アパチャの直下に
ファラデーカップなど電流検出器を設置し、電流強度を
測定することで、上記アパチャの上段にある光学系の軸
調整を迅速に行なうことができる。光学系の途中で軸合
わせすることは、荷電粒子源から試料台までの光学部品
を一度に調整することに比べて、調整箇所が少なくて調
整に時間を要しない。逆に、不良箇所が短時間に見つけ
だすこともできる。

【００１０】この電流検出器は不用時は軸外に待機でき
る機構に設置されている。具体的には、光軸と垂直に光
軸を横切る方向に微動できる直線運動機構に取付けるこ
とによって、電流測定時（ビーム調整時）に電流検出器
をアパチャ直下に移動させることができる。検出器自体
は、例えばファラデーカップを用いる。

【００１１】また、上記電流検出器をゲートバルブに設
置し、アパチャを保持するアパチャホルダ面とゲートバ
ルブを接触させることで、ビーム調整時にアパチャ上段
の真空維持ができる。これは下流の真空度に影響を受け
ないために、試料室で試料の交換を行なっている時で
も、アパチャ上段の真空は維持したまま、ビーム調整を
行なうことができる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明に係る荷電粒子ビーム装置の実
施例の詳細を図１から４を用いて説明する。本実施例
は、荷電粒子ビーム装置のなかで、ステンシルマスクを
用いた投影型イオン注入装置である。

【００１３】図１は投影型イオン注入装置の概略構成で
ある。１は本発明による投影型イオン注入装置、２はホ
ウ素イオンを放出するイオン源である。３は質量分離器
であり、放出したイオン４を所望のドーパントイオン５
（本実施例ではホウ素１価イオン）と不要イオン６（本
実施例ではホウ素１価イオン以外のイオン）に選別する
ものである。７はドーパントイオンのみを通過させ、不
要イオン６を下流へ送らないための質量分離アパチャで
ある。８は質量分離アパチャ７を通過して広がりを持つ
イオンをマスク９にほぼ垂直入射するように軌道を曲げ
るレンズである。導電性のマスクホルダ１０に保持され
たステンシルマスク９は所望のイオン注入領域と略相似
形の開口パターンを有するステンシルマスクである。ス
テンシルマスク９を通過して得られるドーパントイオン
によるパターンイオンビーム１１は集束レンズ１２によ
って集束され、アパチャ１３を通過して、投影レンズ１
４によってパターンイオンビーム１１を試料１５にほぼ
垂直に入射する。これにより、ステンシルマスク９の開
口パターンは試料１５面で縮小されイオン注入される。
試料１５はサンプルステージ１６上に保持されたシリコ
ンウエハであり、表面にはレジストが塗布されていな
い。試料１５を保持するサンプルステージ１６はあるイ
オン注入領域から次の領域にステップアンドリピート方
式に正確に移動できる。これらのイオン光学部品は真空
容器１７内にある。

【００１４】質量分離アパチャ７とアパチャ１３の直下
には電流検出器１８、１８’を有する。電流検出器１
８、１８’は直線運動機構１９、１９’によってイオン
光学軸に垂直に移動できる。図１では電流検出器１８、
１８’が待機状態にあり、イオンビームが下流に通され
ている状態を示している。

【００１５】図２は質量分離アパチャ７付近の拡大図
で、ビーム電流の測定状態にある。図２において、質量
分離アパチャ７は中央にビームを通過させるための小開
口２０を有し、アパチャホルダー２１に保持され、小開
口２０の中心が光学軸に一致するように設置されてい
る。電流検出器１８はファラデーカップであり、絶縁性
のホルダ２２に保持され、電流検出器１８で得られる電
流はリード線２３によって真空容器外の電流計（図示せ
ず）に導かれる。ホルダ２１は直線運動機構につながる
支持棒２４によって支えられ、光軸に垂直に移動でき、
ホルダ２１にあるストッパ２５によって電流検出器１８
を小開口２０直下に設置することができる。

【００１６】電流検出器１８を質量分離アパチャ７直下
に移動した状態で、イオン放出させ、質量分離器３を動
作させると、電流検出器１８には放出イオンが質量数ご
とに分離導入され質量スペクトルが得られる。この質量
スペクトルから所望のドーパントイオンのみが電流検出
器１８に流入するように質量分離器に与える電圧または
電流値を設定する。ここで、電流検出器１８から得られ
るビーム電流値が所定の電流値より低く測定されると、
イオン源２もしくはレンズ１９の位置を微動させるか、
レンズ１９に印加されている電圧を調整し、所定の電流
値になるように調整する。この作業によって、質量分離
アパチャ７を通過するイオンは所望のイオン５のみが選
択され、不要イオン６をアパチャ７の下流に通すことは
なく、特に、試料１５に照射する危険性はない。しか
も、イオン源２位置やレンズ電圧調整などを行なうた
め、アパチャ７を通過するドーパントイオンビームはイ
オン光学軸上にあり、理想的な状態になっている。同様
の作業をアパチャ１３直下の電流検出器１８’について
も行なうことができる。

【００１７】次に上記実施例の改変例を示す。本例の場
合、電流検出器１８、１８’は真空遮断手段に搭載され
ており、真空遮断手段よって、イオン源２のあるイオン
源室、照射レンズ８やステンシルマスク９などがある光
学系室、試料１５のある試料室の３室に真空が分割でき
る。これにより、試料室や光学系室にトラブルが生じて
室内の真空を開放しなければならない時でも、イオン源
室の真空は維持できる。従って、真空を開放する必要の
ない部分は真空が維持でき、余分な真空立ち上げをする
必要はない。また、この真空遮断手段はイオン光学軸上
にあるため、真空遮断時には、ビームをも遮断でき、ビ
ームが下流へ導入されることを阻害することができる。

【００１８】図３は真空遮断手段の拡大図である。本構
造の特徴は真空遮断手段とビーム電流測定手段を兼ねて
いる点にある。中央に小開口３０を有する質量分離アパ
チャ７（またはアパチャ１３）はアパチャホルダ３１に
保持され、イオン光学軸中心に設置されている。アパチ
ャホルダ３１は真空容器（図１における１７）に保持さ
れ、アパチャホルダ３１を境に真空遮断できる。図３は
アパチャホルダ３１を境に、上下に真空遮断された状態
を示している。真空遮断手段、所謂ゲートバルブ３３は
質量分離アパチャ７（またはアパチャ１３）直下に位置
し、アパチャホルダ３１にＯリング３４を介して密着し
ている。絶縁性材料で作られたゲートバルブ３３には、
小開口３０と同一中心状に、コップ状の金属で作られた
電流検出器３５が設置されている。小開口３０を通過し
たイオンビーム３２は電流検出器３５に流入し、端子３
６に接続されたリード線３７を通じて、真空容器外の電
流計でイオンビーム電流が計測される。電流検出器３５
とゲートバルブ３３との間には更にＯリング３８があり
真空遮断を確実にしている。また、ゲートバルブ３３は
支持棒３９によって支えられ、真空容器外の直線移動機
構により、図面上では左右に移動可能である。図３のよ
うに電流計測時、もしくは真空遮断時にはゲートバルブ
３３はアパチャホルダ３１の爪部４０によって、図面上
ではこれ以上右に行くことは無く、小開口３０と正確に
軸が一致し、また下方向へズレることもない。電流検出
器の開口はアパチャの小開口３０より大きくし、アパチ
ャを通過したイオンビームを全て計測できるようにして
いる。

【００１９】次に、電流測定値が所定の値であることを
確認の後、図４のようにゲートバルブ３３を開放（図面
上左へ移動）することで、光軸上のイオンビーム３２を
下流へ導くことができる。

【００２０】このように、イオンビーム３２は真空遮断
手段によって下流へ通過させることなく電流測定ができ
る。つまり、この真空遮断部より上流にあるイオン光学
系の位置調整、印加電圧調整によって所望のイオンビー
ム形状に調整することができる。イオン光学系全体では
なく、真空遮断手段によって区切られた部分についての
調整であるため、調整箇所が少なく、確実に迅速に調整
でき、しかも、下流にあるイオン光学部品や試料は不必
要にイオンビームにさらされることはない。特に、図１
において、質量分離アパチャ１８の直下に電流検出器付
きの真空遮断手段を設置することにより、所望のイオン
以外のイオンを下流に導いてしまう危険性はなく、イオ
ン光学軸に垂直面に微動可能なイオン源ステージ（図示
せず）に設置されたイオン源２は所定のイオン光学軸上
に設置することができる。さらに、真空遮断の役割もす
るため、試料１５の設置された試料室、ステンシルマス
ク９の設置されたイオン光学系室の真空度に影響される
こと無く、常に高真空が維持しながらビーム調整ができ
るという効果をもたらす。

【００２１】上記の説明では、投影型イオン注入装置を
例にして説明したが、本例に限ることは無く、走査型電
子顕微鏡、透過型電子顕微鏡、電子線露光装置などの電
子ビーム応用装置、集束イオンビーム加工装置などのイ
オンビーム応用装置においても同様の効果をもたらす。

【００２２】

【発明の効果】荷電粒子源から放出した荷電粒子ビーム
を、荷電粒子ビーム光学中心へ迅速に軸合わせができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による荷電粒子ビーム装置の一実施例で
ある。

【図２】本発明による荷電粒子ビーム装置の一部で、ア
パチャの直下に可動式の電流検出器を設置した基本的構
成を説明するための図である。

【図３】本発明による荷電粒子ビーム装置の一部で、真
空遮断と荷電粒子ビーム測定を兼ねた部分を説明するた
めの図で、特に、真空遮断およびビーム遮断（荷電粒子
ビーム測定）状態を説明するための図である。

【図４】ビーム通過状態を示す図である。

【符号の説明】

１…投影型イオン注入装置、 ７…質量分離アパチャ、
１３…アパチャ、１８、１８’…電流検出器、 ２１
…ホルダー、３０…小開口、 ３１…アパチャ
ホルダ、 ３２…イオンビーム、３３…ゲートバル
ブ、 ３４、３８…Ｏリング、 ３５…電流検出
器、３６…端子、 ３７…リード線、 ３９…
支持棒、 ４０…爪部。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｊ 37/317 Ｚ 9508−2Ｇ Ｈ０１Ｌ 21/265 21/027 21/3065 Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｄ

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】荷電粒子ビームのクロスオーバ地点にアパ
   チャを有する荷電粒子ビーム装置において、上記アパチ
   ャ直下に可動式の電流検出器を配したことを特徴とする
   荷電粒子ビーム装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の荷電粒子ビーム装置におい
   て、特に、上記電流検出器は真空遮断手段に装着されて
   いることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
3. 【請求項３】請求項１または２に記載の荷電粒子ビーム
   装置において、特に、上記電流検出器がファラデーカッ
   プであることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
4. 【請求項４】請求項２記載の荷電粒子ビーム装置におい
   て、特に、上記真空遮断手段がゲートバルブであること
   を特徴とする荷電粒子ビーム装置。
5. 【請求項５】請求項１から４のいずれかに記載の荷電粒
   子ビーム装置において、特に、荷電粒子ビーム装置が、 ドーパントイオンを放出するイオン源と、 上記イオン源から放出したイオンビームを質量分離する
   質量分離器と、 上記イオンビームを集束させるレンズと、 所望のドーパントイオンビームのみを通過させる質量分
   離アパチャと、 所望のイオン注入領域と略相似形の開口を有するステン
   シルマスクにイオンビームを照射するイオン照射光学系
   と、 上記ステンシルマスクを通過したパターンイオンビーム
   を、イオン注入領域制限用マスクを被覆しない試料に投
   射するイオン投射光学系と、 上記試料を保持して微動するサンプルステージを備えた
   投影型イオン注入装置であり、前記可動式電流検出器
   は、少なくとも上記質量分離アパチャの直下に配置した
   ことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。