JPH08250403A - パターンイオンビーム投射方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 パターンイオンビーム投射方法において、イ
オン源からの放出イオンの中心を敏速に光学軸に軸合わ
せする方法及びこれを実現させるパターンイオンビーム
装置を提供することを目的とする。 【構成】 ステンシルマスク面、もしくは、イオン源と
ステンシルマスクの間に、光学軸から等距離に複数個の
電流検出器を設置し、それら電流検出器で得られる電流
信号がほぼ同一になるように、イオン源位置、または、
イオン照射光学系のアライナもしくはレンズへの供給電
圧を変化させることで、イオン源から放出したイオンビ
ーム中心と、ステンシルマスクの中心の軸合わせができ
る。 【効果】 歪やボケ等、変形の少ないパターンイオンビ
ーム投射領域を効率よく試料に形成することができるパ
ターンイオンビーム投射方法およびパターンイオンビー
ム投射装置が提供できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、イオンリソグラフィな
どに用いられるパターンイオンビーム投射方法およびそ
の装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】まず、パターンイオンビーム投射装置の
概略構成例を説明する。図２に示したパターンイオンビ
ーム投射装置３１は、イオン源３２と、開口パターンを
有するステンシルマスク３３を保持するマスクステージ
３４と、少なくとも上記イオン源３２から放出したイオ
ンビーム３５を上記ステンシルマスク３３に照射する照
射レンズ３６等を有するイオン照射光学系３７と、上記
ステンシルマスク３３を通過したパターンイオンビーム
３８を集束する集束レンズ３９と試料４０に投射して上
記ステンシルマスク３３の開口パターンと略相似形のイ
オン投射領域を形成する投射レンズ４１等を有するイオ
ン投射光学系４２と、上記試料４０を保持して移動する
試料ステージ４３などから構成される。このような構成
のパターンイオンビーム投射装置のパターンイオンビー
ムの間欠的な投射とサンプルステージのステップ・アン
ド・リピート式の動作によって、試料面上に同じイオン
投射領域を多数個形成することができる。例えば、半導
体や液晶デバイスの製造時のイオンリソグラフィなどに
用いることができる。

【０００３】公知例としてイオンリソグラフィのための
投影型イオン縮小露光装置があり、例えば論文集『マイ
クロエレクトロニック・エンジニアリング』第17巻、(19
92年)第229から240頁においてエイ・チャルプカらによる
『プログレス・イン・イオン・プロジェクション・リソグラ
フィ』と題する論文がある。

【０００４】(A.Chalupka et al., "Progress in ion p
rojection lithography",Microelectronic Engineerin
g, 17 (1992) 229-240.)

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記のようなパターン
イオンビーム装置において、イオン源からの放出イオン
の中心軸を正確にステンシルマスク中心に合わせなけれ
ば、試料に投射されるパターンは歪やボケを伴って、所
望の形状のパターン投射することができない。従って、
放出イオンの軸とステンシルマスク中心軸を正確に合わ
せることがこの種のイオンビーム装置にとって非常に大
切である。しかし、所望の形状のイオンビームを得るた
めには、イオンビームをステンシルマスク中心軸に正確
に合致するように各光学部品を調整することが大切であ
るが、イオンビームを試料面に投射させ、パターン形状
を補正すると、イオンビーム経路にある光学部品すべて
について調整を行ない、すべての条件が満たされたとき
に所望のビームが得られるため、すべての条件を満足さ
せるためには時間を要した。イオン源から放出するイオ
ンビームの中心軸をイオン光学軸に敏速に合わせてパタ
ーンイオンビームを投射する方法およびこれを実現する
投射装置が望まれていた。

【０００６】上記問題点に鑑み、本発明の第１の目的
は、パターンイオンビーム装置において、イオン源から
放出したイオンビームの中心を敏速にイオン光学軸に軸
合わせする方法を提供することにあり、また、第２の目
的は、上記第１の目的を実現するパターンイオンビーム
装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的は、
（１）イオン源から引出したイオンビームをイオン照射
光学系によって開口パターンを有するステンシルマスク
に照射し、該ステンシルマスクを透過したパターンイオ
ンビームをイオン投射光学系によって試料に投射するこ
とで、該試料面に上記開口パターンと略相似形のイオン
投射領域を形成するパターンイオンビーム投射方法にお
いて、上記ステンシルマスクを照射するイオンビームの
一部を、上記ステンシルマスク中心から等距離に位置す
る複数の電流検出器によって計測し、該計測された電流
値が略同一になるように上記イオンビームのステンシル
マスクへの照射領域を変化させることで、上記イオン源
から引出されるイオンビームの中心と上記ステンシルマ
スク中心を軸合わせするパターンイオンビーム投射方
法、または、（２）イオン源から引出したイオンビーム
をイオン照射光学系によって開口パターンを有するステ
ンシルマスクに照射し、該ステンシルマスクを透過した
パターンイオンビームをイオン投射光学系によって試料
に投射することで、該試料面に上記開口パターンと略相
似形のイオン投射領域を形成するパターンイオンビーム
投射方法において、上記イオン源と上記ステンシルマス
クの間の同一平面に位置して光学軸から等距離に位置す
る複数の第１電流検出器によって照射イオンビームの一
部の電流を計測し、該計測された電流値が略同一になる
ように上記イオンビームのステンシルマスクへの照射領
域を変化させ、上記第１電流検出器が作る面を通過する
イオンビームの一部を上記ステンシルマスク中心から等
距離に位置する複数の第２電流検出器によって計測し、
該計測した電流値が略同一になるように上記ステンシル
マスク位置を調整することで、上記イオン源から引出さ
れるイオンビームの中心と上記ステンシルマスク中心の
軸合わせを行なうパターンイオンビーム投射方法によっ
て達成される。特に、（３）上記（１）のパターンイオ
ンビーム投射方法における上記ステンシルマスクの中心
から等距離ある電流検出器、又は、上記（２）のパター
ンイオンビーム投射方法における第１電流検出器で計測
される電流を略同一にする方法が、上記イオン源の位置
を移動させるか、上記イオン源と上記ステンシルマスク
の間に設けたアライナへの印加電圧を変化させるか、上
記イオン照射光学系に設けた照射レンズへの印加電圧を
変化させるかの、少なくともいずれかによってなされる
パターンイオンビーム投射方法、また、（４）上記
（１）からまたは（２）のパターンイオンビーム投射方
法において、前記ステンシルマスクの直前に設置した可
動遮蔽手段によって前記ステンシルマスクをイオンビー
ム照射から遮蔽しながら、上記イオン源から引出される
イオンビームの中心と上記ステンシルマスク中心の軸合
わせを行なうパターンイオンビーム投射方法によっても
達成される。

【０００８】また、上記第２の目的は、（５）イオン源
と、開口パターンを有するステンシルマスクを保持する
マスクステージと、上記イオンビームを上記ステンシル
マスクに照射するための照射レンズを有するイオン照射
光学系と、上記ステンシルマスクを通過したパターンイ
オンビームを試料に投射する投射レンズを有するイオン
投射光学系とから構成されたパターンイオンビーム投射
装置において、上記イオン源を搭載して光学軸に対して
垂直またはティルトに微動可能なイオン源ステージか、
上記イオン源と上記ステンシルマスクの間に位置するア
ライナかのうちの少なくともいずれかと、更に光学軸を
中心とするステンシルマスクを搭載するマスクステージ
に該ステンシルマスク中心から等距離に位置する複数の
電流検出器とを備えたパターンイオンビーム投射装置に
よって達成される。特に、（６）上記（５）のパターン
イオンビーム装置において、上記マスクステージに設置
された電流検出器からの電流信号を取り込み、かつ、上
記イオン源ステージの光学軸に対して垂直もしくはティ
ルト方向の微動をさせるための信号、上記アライナへの
印加電圧を変化させるための信号、上記照射レンズへの
印加電圧を変化させるための信号のうち少なくともいず
れかを発生する制御装置を有するパターンイオンビーム
投射装置によっても達成される。また、（７）イオン源
と、開口パターンを有するステンシルマスクを保持する
マスクステージと、上記イオンビームを上記ステンシル
マスクに照射するための照射レンズを有するイオン照射
光学系と、上記ステンシルマスクを通過したパターンイ
オンビームを試料に投射する投射レンズを有するイオン
投射光学系とから構成されたパターンイオンビーム投射
装置において、上記イオン源と上記ステンシルマスクの
間の同一平面に位置して光学軸から等距離の位置に複数
の第１電流検出器と、ステンシルマスクの中心から等距
離に位置する複数の第２電流検出器を有するマスクステ
ージが光学軸に対して垂直方向の位置調整用の微動機構
を有するパターンイオンビーム投射装置によってもよ
い。特に、（８）上記（７）のパターンイオンビーム装
置において、上記第１電流検出器からの電気信号及び、
上記第２電流検出器からの電気信号を取り込んで、上記
イオン源ステージ、もしくは、上記マスクステージの位
置調整をするための信号、または、上記アライナの印加
電圧を変化させるための信号、上記照射レンズへの印加
電圧を変化させるための信号のうちの少なくともいずれ
かを発生する制御装置を有するパターンイオンビーム投
射装置か、または、（９）上記（７）または（８）のパ
ターンイオンビーム装置において、さらに、上記イオン
源と上記第１電流検出器の間、もしくは、上記第１電流
検出器と上記ステンシルマスクの間にあって、上記ステ
ンシルマスクへのイオンビームの照射および遮蔽を行な
う可動遮蔽手段を備えたパターンイオンビーム投射装置
か、（１０）上記（５）または（６）のパターンイオン
ビーム投射装置における電流検出器、または、上記
（７）から（９）のいずれかのパターンイオンビーム投
射装置における第１電流検出器および第２電流検出器が
ファラデーカップであるパターンイオンビーム投射装置
か、（１１）上記（５）から（１０）のいずれかのパタ
ーンイオンビーム装置において、上記ステンシルマスク
のイオン源側に上記イオンビームの上記ステンシルマス
クへの照射領域を限定する入射領域制限手段を備えたパ
ターンイオンビーム投射装置か、（１２）上記（１１）
のパターンイオンビーム投射装置において、上記入射領
域制限手段を介して上記ステンシルマスクに照射される
領域は、上記ステンシルマスクに設けられた開口パター
ンの最外縁をつなぐ閉領域と略相似形で、かつ、上記閉
領域より１から２０％広い面積の領域であるパターンイ
オンビーム投射装置によっても達成される。特に、（１
３）上記（４）から（１２）のいずれかに記載のパター
ンイオンビーム投射装置が、特に、パターンイオンビー
ムによってレジストレスで試料にイオン注入領域を形成
する装置であるパターンイオンビーム投射装置によって
その効果が示される。

【０００９】

【作用】本発明の中心となる部分の作用について図３お
よび図４を用いて説明する。

【００１０】図３はステンシルマスク部をイオン源側か
ら見た図である。図３において、マスクステージ１０１
に搭載され、所望のイオン投射領域と略相似形の開口パ
ターン１０２を持つステンシルマスク１０３は、イオン
ビームの照射を受ける。ステンシルマスク１０３の中心
は光学軸に正確に設置されている。ステンシルマスク中
心１００は、１回の投射で形成される投射領域に対応す
る開口パターンの集合の中心を指す。ンシルマスク１０
３には照射イオンビームの位置調整用にイオンビームの
一部を取り込むための開口１０４が複数個設けてある。
本例では約９０°ピッチで４個で、それらの位置はステ
ンシルマスク中心から開口パターン１０２の最も遠い所
までの距離と略同じ距離で、参考のために図中１０５で
示した開口１０４の中心を通る円上に開口１０４が位置
する。１０６はイオンビームの照射領域で、ここでは、
イオンビーム照射領域１０６がステンシルマスクの中心
からずれている状態を示している。

【００１１】図４(ａ)は、イオンビーム中心１０８がス
テンシルマスク中心１０９とずれて照射されていること
を明瞭に示すための断面図である。理想的な位置にある
イオンビーム１０７’（１０８’はイオンビーム中心）
は開口パターン１０２を通過してパターンイオンビーム
１１０となり、下流の投射光学系によって試料面に開口
パターンと略相似形の縮小図形が投射されるが、中心ず
れしているイオンビーム１０７では試料面に形成される
パターンイオンビーム投射領域には一部が欠けたり、投
射電流量が少なかったり、歪を生じたりして所望の投射
領域を形成することができない。この時、ステンシルマ
スクでのイオンビーム１０７は電流計測用の開口１０４
には通過して、その直下の電流検出器１１１に流入し電
流計１１２で計測されるが、一部の開口１０４’にはイ
オンビーム１０７は通過せず、その直下の電流検出器１
１１’には流入せずに電流計１１２’で計測されないこ
とになる。または、計測されてもその電流値は非常に小
さく、他方の電流値とは大きく異なって測定される。

【００１２】つまり、光学中心から等距離に設置された
複数の電流計によって照射されるイオンビーム電流を検
知しておくことで照射イオンビームの中心ずれが検出で
きる。このように各電流計での測定値が大きく異なる場
合は、照射イオンビームの位置を移動させ、電流計測値
が略同じになるように調整する。照射イオンビームを位
置させる方法としては、イオン源位置を移動させるか、
イオン照射光学系に設置したアライナの電圧調整によっ
て、イオンビーム軌道を変えることができる。また、複
数の電流計で計測される電流値が略同じであっても、予
め予想された電流値よりも極端に少ない場合や、どの電
流計でも計測されない場合、例えば、図４(ｂ)に示した
ように、ステンシルマスクを照射するイオンビーム形状
が理想的な形状１１４ではなく、異常に広いビーム１１
５であったり、細いビーム１１６である場合、これらは
イオン照射系でのイオンビーム形成が不適当であること
がわかる。この場合は、イオン照射系内の照射レンズ
（図示せず）の印加電圧を調整するなど対処しなければ
ならないことになる。

【００１３】以上のように、光学中心から等距離に設置
された複数の電流計で計測される電流信号を検知し、そ
れら電流信号が略同一になるように、イオン源の位置、
イオン照射光学系に設置したアライナ、又は、照射レン
ズの電圧を調整することが必要となる。また、電流検出
器からの電流信号の取り込み、イオン源位置やアライ
ナ、レンズなどの電圧調整のための制御信号を信号処理
装置によって自動的に行なうことができる。

【００１４】

【実施例】本発明によるパターンイオンビーム投射装置
の実施例を、図１では全体構成を、図５から図１１を用
いてステンシルマスク周辺の詳細について説明する。

【００１５】（実施例１）図１において、パターンイオ
ンビーム投射装置５０は、イオンを発生するイオン源
１、イオン源１から放出したイオンビーム２をステンシ
ルマスク３に照射するためのイオン照射光学系４、マス
クステージ５に設置したステンシルマスク３を通過した
パターンイオンビーム６はイオン投射光学系７によって
縮小されたパターンイオンビーム６’に成形され、サン
プルステージ８に搭載された試料９にステンシルマスク
３の開口パターンとほぼ相似形の縮小図形が投射され
る。

【００１６】イオン照射光学系４に設置された照射レン
ズ（図示せず）とステンシルマスク３の間には、イオン
ビームの電流を測定するための第１電流検出器１０が設
置されている。この第１電流検出器１０は光軸１１に垂
直面で、かつ、光軸から等距離に、複数個設置されてい
る。本実施例では、光学軸に垂直で中央部にイオンビー
ムの通過孔１２を有する円板１３に小開口１４を４個設
け、その直下にファラディカップを設置して第１電流検
出器１０とした。イオン照射系４を通過したイオンビー
ム２の周辺部が第１電流検出器１０に流入し、その電流
値は信号処理装置１５でモニタされる。

【００１７】４個の第１電流検出器１０で測定される電
流値が大きく異なる場合、イオンビームは光学軸からの
ずれを生じており、何らかの手段で光学軸に戻さなけれ
ばならない。ここでは、以下の方法の少なくともいずれ
かを用いて、４個の電流値が略同一になるようにした。

【００１８】第１の方法は、イオン源１を設置したイオ
ン源ステージ１６を光学軸に対して垂直またはティルト
方向に移動させる。イオン源ステージ１６の駆動部１７
は信号処理装置１５から制御できる。第２の方法は、イ
オン照射光学系にある照射レンズ（図示せず）強度を変
える。照射レンズの強度は信号処理装置１５からの信号
によって電源１８を制御し、供給電圧を変化させること
ができる。更に第３の方法は、イオン照射光学系にある
アライナ（図示せず）への供給電圧を信号処理装置１５
からの信号によって電源１９を制御する。

【００１９】遮蔽板２０は第１電流検出器とステンシル
マスクの間に設置されている。イオンビームの大半が通
過孔１２を通してステンシルマスク３を照射するため、
試料９への投射時以外にもステンシルマスクへの照射が
なされ、ステンシルマスク３の余分な損傷を受けるた
め、これを避ける役割を果たす。可動遮蔽板２０は信号
処理装置１５から駆動部２１への信号によって光学軸に
対して垂直方向に駆動でき、イオンビームを遮断した
り、ステンシルマスクに照射させたりできる。

【００２０】ステンシルマスク３には、開口パターン中
心から等距離の位置に、ステンシルマスク３とマスクス
テージ５を貫通する開口２２を設け、その直下にファラ
ディカップを第２電流検出器２３として４個設けた。円
板１３を通過したイオンビーム２の周辺部が第２電流検
出器２３に流入し、その電流値は信号処理装置１５でモ
ニタされる。ステンシルマスク３を搭載したマスクステ
ージ５は信号処理装置１５から駆動部２２の信号によっ
て光学軸に対して略垂直方向に微動でき、４個の第２電
流検出器２３の電流値が略同じになるように位置調整で
きる。位置調整されたステンシルマスク３を通過したパ
ターンイオンビーム６は変形の少ないビームとしてイオ
ン投射光学系に入射され、イオン投射光学系７の制御に
より試料９面に所望の縮小されたパターンイオンビーム
６’を投射させることができる。

【００２１】このようなパターンイオンビーム投射装置
の構成、投射方法によって、変形の少ないパターンイオ
ンビームを効率よく試料に形成することができる。ま
た、遮蔽板の設置により、ステンシルマスクの余分な損
傷を防止することもできる。

【００２２】図１において、２５はイオン源１に供給す
るイオン加速用の電源およびイオン引出し電極、２６は
イオン投射光学系に供給する電圧の電源である。

【００２３】（実施例２）図５は、ステンシルマスク周
辺の別の実施構成例で、詳細に説明するための断面図で
ある。２００はステンシルマスク、２０１は所望のパタ
ーンイオンビーム投射領域と略相似形の開口パターン、
２０２はステンシルマスク２００を保持するマスクステ
ージ、２０３はファラデーカップからなる第２電流検出
器、２０４は電流検出器２０３を保持する絶縁物であ
り、２０５はイオンビームの一部を第２電流検出器２０
３へ到達させるためにステンシルマスク２００に設けた
開口、２０６は開口２０５と同一中心を持つマスクステ
ージ２０２に設けた開口であり、電流検出器２０３に達
したイオン電流は電流計２０７によって測定できる。２
０８は開口パターン２０１を通過したパターンイオンビ
ームをさらに下流のイオン投射光学系へ送るためにマス
クステージに設けた開口である。

【００２４】マスクステージ２０２の直上(イオン源側)
には、イオンビームのステンシルマスク２００への照射
を遮断する遮蔽板２０９と、ステンシルマスクに入射す
るイオンビーム軸とステンシルマスク２００の中心の正
確なアラインメントを行なうための開口を有する基準板
２１０が設置されている。

【００２５】基準板２１０は二重構造になっており、可
動遮蔽板２０９はこの間に入る。基準板２１０の中心は
事前にイオン光学軸に正確に位置合わせされて固定され
ている。（設置例については図１１に示す。） 可動遮蔽板２０９はイオン光学軸に対して垂直面内（紙
面に垂直方向）でスライドでき、また、基準板２１０の
上下面には大開口２１１、２１２が設けてあり、ステン
シルマスクにビームを照射状態と、遮断状態に設定でき
る。さらに、基準板２１０には、イオンビームの外周近
傍のイオンを通過させるために、上下面にそれぞれ８個
の開口が略同一中心となるように設置されている。（開
口の配置例は図６で説明する）このうち４個の開口、例
えば、開口２１３は、開口２１３’とステンシルマスク
の開口２０５と、マスクステージの開口２０６と対応し
ており、基準板２１０の上面に達したイオンビームの一
部は、ステンシルマスクの中心２１８が基準板の中心２
１９と合致していれば、第２電流検出器２０３に到達す
ることができる。基準板２１０の残りの開口２１４等
は、開口２１４’と、その直下に設置した絶縁性保持具
２１５で保持された第１電流検出器２１６と同一中心で
対応している。第１電流検出器２１６に達したイオン電
流は電流計２１７によってイオン電流が計測される。

【００２６】図６は、可動遮蔽板２０９が基準板２１０
内に完全に挿入された状態をイオン源側から見た図で、
イオンビームのステンシルマスク２００への照射を遮断
している状態である。開口２１３は略９０°ピッチで４
個あり、開口２１４は、開口２１３から僅か隔てて設置
され、これも略９０°ピッチで４個設置されている。こ
れら開口２１３、２１４は、照射イオンビームの外周部
に位置し、例えば、イオンビームの最外縁を２２０とす
ると、図のような位置関係にある。また、開口２１１は
ステンシルマスク２００の余分なところにイオン照射さ
せないために設けた入射領域制限用の開口で、ステンシ
ルマスクの設けた開口パターン領域（開口パターンの最
外縁を結ぶ領域）とほぼ相似形で、各辺１０％大きく開
口した。

【００２７】図７(ａ)は、基準板２１０から抜き出した
可動遮蔽板２０９を示す。可動遮蔽板２０９には、イオ
ンビームの外周部を通過させるための切欠き２１８と開
口２２１を有する。従って、イオンビームの中央部を遮
断した状態で第１、第２電流検出器に流入するビーム電
流の計測に影響を与えない。また、切欠き２１８と開口
２２１は基準板２１０上面の開口２１３、２１４より大
きいため、挿入時のシールド位置を非常に厳密に設定す
る必要はなく、可動遮蔽板２０９自体は真空容器外の駆
動装置によってスライドさせることができ、開口２１２
の開閉操作が行なえる。

【００２８】図７(ｂ)はステンシルマスク２００を保持
したマスクステージ２０２をイオン源側から見た図であ
る。２５１は軸合わせ用にイオン電流を計測するために
照射される領域、２５２は基準板２１０の入射領域制限
用の開口２１１を通過したイオンビームによる照射領域
である。２０５はイオン電流を第２電流検出器に導入す
るための開口である。２５３は所望のイオンビーム投射
領域と略相似形で拡大された開口パターン２０１の集合
であるパターンブロックであり、この場合パターンブロ
ック１個が製造すべき素子１個に対応する。この場合、
パターンの１単位であるパターンブロック２５３が２個
設けてあり、一回のパターンイオンビーム照射によって
同時に２個の同じパターンをイオン注入できる。ステン
シルマスク２００には正確に刻まれた基準マーカ２５４
を有し、これを基準にパターンブロック２５３、開口パ
ターン２０１が設けられ、かつ、マスクステージ２０２
との位置的整合がとられる。電流測定用の開口２０５は
パターンブロック２５０の中心から四角までの距離と略
等距離に位置して４箇所に設けられている。マスクステ
ージ２０２はイオン光学軸に対して垂直面（紙面）内で
真空容器外の駆動措置によって微動調整でき、基準板２
１０の開口２１３を通過したイオンビームを開口２０５
に通過するよう位置微調整できる。

【００２９】次に、図８、図９を用いてステンシルマス
ク２００とイオンビームとの軸合わせ方法について説明
する。

【００３０】図８（ａ）は、可動遮蔽板２０９がステン
シルマスク２００へのイオンビーム２５９の照射を遮断
している状態を示している。この時、イオンビーム２５
９の一部は開口２１４、開口２１４’を通過して第１電
流検出器２１６に到達している。開口２１４は約９０°
ピッチで４個設置されており、これに対応して電流を計
測する。もし、照射するイオンビームが軸対称であり、
イオンビーム軸がイオン光学軸（基準板２１０の中心）
と一致していれば、４個の電流計２１７で計測される電
流値は同じである。大きく異なる場合、イオン源を保持
するイオン源ステージ（図示せず）をイオン光学軸に対
して垂直面内で微動させるか、イオン照射光学系内のレ
ンズ、アライナ電圧を補正し、４個の電流値が同じにな
るようにする。（この工程を、ここでは第１工程と呼
ぶ） 次に、図８(ａ)と図８(ｂ)を別々に示したが、図６から
明らかなように、開口２１３と２１４は隣接して、略同
一円周上に設置されており、図８(ａ)と８(ｂ)は同じ時
点で断面を替えて見た状態を示している。従って、図８
(ａ)の状態で、第１電流検出器２１６で電流計測してい
る時、第２電流検出器２０３でも計測はできる。

【００３１】さて、上記の第１工程でイオンビーム軸は
基準板２１０の略中央に調整されたため、ステンシルマ
スク２００中心（マスクステージ２０２中心）軸が基準
板２１０中心軸と一致していれば、４個の電流計２０７
の電流値は同じである。同じでない場合、マスクステー
ジ２０２をイオンビーム軸に垂直な面内で位置微動さ
せ、４個の電流計２０７の電流値が同じになるようにマ
スクステージを微調整する。（この工程を第２工程と呼
ぶ）この第２工程が完了することで、イオンビーム軸
は、ステンシルマスク２００の中心に一致させることが
できる。

【００３２】また、この第２工程が完了するまで、可動
遮蔽板２０９は基準板２１０に挿入されたままであるた
め、イオンビーム２５９はステンシルマスク２００を照
射せず、たとえ第１工程、第２工程に時間を要しても、
イオンビーム照射によるステンシルマスクの損傷はな
い。

【００３３】上記第１、第２工程が完了したのを確認し
て、可動遮蔽板２０９を基準板２１０から抜き、イオン
ビーム２５９をステンシルマスク２００に照射させる。
図９は、イオンビーム２５９が、基準板２１０およびス
テンシルマスク２００を通過して、パターンイオンビー
ム２９１が形成されている状態を示している。この状態
で、下流にあるイオン投射光学系（図示せず）に導入で
き、パターンイオンビームを試料に照射している時のビ
ーム強度のふらつきや電流変動をモニタできる。

【００３４】本実施例では、同一の２個のパターンブロ
ックが設置されたステンシルマスクが１枚の例を示した
(図７(ｂ))が、これに限ることはなく、図１０に示した
ような複数枚または複数種のパターンブロックを設置し
ても問題はない。図１０は基準板２１０とマスクステー
ジ２０２の関係を、イオン源側から見た図である。基準
板２１０には上述のごとき開口２１１、２１３、２１４
が設けてある。マスクステージ２０２には、３枚のステ
ンシルマスク２００が設置されている。２０５は開口で
あり、２５１はイオン照射領域である。

【００３５】また、上述の基準板２１０は、上流側にあ
るイオン照射系内のレンズ電極と組合せることによっ
て、正確に設置することができる。図１１は、レンズ電
極で最もステンシルマスクに近い電極（アース電位）の
外周を円管状に仕上げて基準板２１０を組み込んだ例で
ある。図１１において、２６０は電極部であり、２６１
は基準板２１０との結合部である。電極部２６０、接合
部２６１及び円管部２６３は一体形成されるため、電極
部２６０の中心、結合部２６１の中心、基準板２１０が
勘合状態で組み込まれる結合部２６１の凹部２６４の中
心とは非常に良く一致する。従って、電極部２６０の中
心２６２に基準板２１０の開口２１１の中心２６５を正
確に一致できる。

【００３６】上記実施例により、イオン源から放出した
イオンビームの軸とステンシルマスクの中心をイオン光
学軸とを正確に合致させることができる。また、ビーム
歪を限りなく小さくした状態で下流の光学系へ送ること
ができ、歪やボケ、変形の少ないパターンイオンビーム
投射領域を効率良く試料に形成することができる。

【００３７】（実施例３）実施例１及び２で示したパタ
ーンイオンビーム投射装置の説明では、特に具体的使用
方法を示さずに装置構成と、投射方法を説明した。本実
施例では、具体的使用例として半導体素子製造工程にお
ける例を示す。

【００３８】本発明によるパターンイオンビーム投射装
置では、ステンシルマスクに形成されている開口パター
ンの略相似形の形状に試料にイオン投射領域が形成でき
るので、従来半導体素子製造工程においてホトレジスト
を用いてなされていたイオン注入工程を、ホトレジスト
を塗布することなくイオン注入することができる。イオ
ン注入装置として用いる場合、イオン源にはホウ素、リ
ンやヒ素イオン等を放出する液体金属イオン源、電界放
出型ガスイオン源などを用いる。このパターンイオンビ
ームを用いたイオン注入装置によって、従来のイオン注
入工程で必ず行なわれていたレジスト工程（レジスト塗
布、パターン露光、現像、レジスト除去）という煩雑な
工程を経ることなく、達成することができる。これによ
って、レジスト工程を含む従来のイオン注入工程に関わ
る人的、時間的節約が実現するととともに、製品の歩留
が向上する。

【００３９】

【発明の効果】歪やボケ等、変形の少ないパターンイオ
ンビーム投射領域を効率よく試料に形成することができ
るパターンイオンビーム投射方法およびパターンイオン
ビーム投射装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるパターンイオンビーム装置の一実
施例の概略構成図である。

【図２】パターンイオンビーム投射装置の概略構成の一
例である。

【図３】本発明の中心となる部分の作用を説明するため
の図で、特に、マスクステージに搭載したステンシルマ
スクをイオン源側から見た図である。

【図４】本発明の中心となる部分の作用を説明するため
の図で、特に、(ａ)はステンシルマスク周辺の断面図、
(ｂ)は照射イオンビーム形状が不適当な場合を説明する
ための図である。

【図５】本発明によるパターンイオンビーム装置の一実
施例のうち、特に、基準板、シールド板、ステンシルマ
スク、マスクステージの概略構成を説明するための断面
図である。

【図６】図５で、特に基準板にシールド板が挿入された
状態をイオン源側から見た図である。

【図７】図(ａ)はシールド板をイオン源側から見た図、
図(ｂ)はステンシルマスクがマスクホルダに保持されて
いる状態をイオン源側から見た図である。

【図８】イオン源軸とステンシルマスクの中心軸を合わ
せる方法を説明する図であり、特に、図(ａ)はイオンビ
ーム軸を基準板の中心に合わせる手順を、図(ｂ)はステ
ンシルマスク中心を基準板の中心に合わせる手順を説明
するための図である。

【図９】イオン源軸とステンシルマスクの中心軸を合わ
せる方法を説明する図であり、特に、シールドを除去
し、イオンビームをステンシルマスクに照射し、パター
ンイオンビームを形成している状態を説明するための図
である。

【図１０】マスクステージに複数個のステンシルマスク
を搭載した例を示す図である。

【図１１】第１電流検出器を搭載した円板を電極の一部
に組込んだ実施例を示す図である。

【符号の説明】

１…イオン源、３…ステンシルマスク、４…イオン照射
光学系、５…マスクステージ、７…イオン投射光学系、
９…試料、１０…第１電流検出器、２０…可動遮蔽板、
２３…第２電流検出器、５０…パターンイオンビーム装
置。

Claims (13)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】イオン源から引出したイオンビームをイオ
   ン照射光学系によって開口パターンを有するステンシル
   マスクに照射し、該ステンシルマスクを透過したパター
   ンイオンビームをイオン投射光学系によって試料に投射
   することで、該試料面に上記開口パターンと略相似形の
   イオン投射領域を形成するパターンイオンビーム投射方
   法において、 上記ステンシルマスクを照射するイオンビームの一部
   を、上記ステンシルマスク中心から等距離に位置する複
   数の電流検出器によって計測し、該計測された電流値が
   略同一になるように上記イオンビームのステンシルマス
   クへの照射領域を変化させることで、上記イオン源から
   引出されるイオンビームの中心と上記ステンシルマスク
   中心を軸合わせすることを特徴とするパターンイオンビ
   ーム投射方法。
2. 【請求項２】イオン源から引出したイオンビームをイオ
   ン照射光学系によって開口パターンを有するステンシル
   マスクに照射し、該ステンシルマスクを透過したパター
   ンイオンビームをイオン投射光学系によって試料に投射
   することで、該試料面に上記開口パターンと略相似形の
   イオン投射領域を形成するパターンイオンビーム投射方
   法において、 上記イオン源と上記ステンシルマスクの間の同一平面に
   位置して光学軸から等距離に位置する複数の第１電流検
   出器によってイオン源から引出したイオンビームの一部
   を計測し、該計測された電流値が略同一になるように上
   記イオンビームの上記第１電流検出器が作る面への照射
   領域を変化させ、上記第１電流検出器が作る面を通過す
   るイオンビームの一部を上記ステンシルマスク中心から
   等距離に位置する複数の第２電流検出器によって計測
   し、該計測した電流値が略同一になるように上記ステン
   シルマスク位置を調整することで、上記イオン源から引
   出されるイオンビームの中心と上記ステンシルマスク中
   心の軸合わせを行なうことを特徴とするパターンイオン
   ビーム投射方法。
3. 【請求項３】請求項１記載のパターンイオンビーム投射
   方法における上記ステンシルマスクの中心から等距離あ
   る電流検出器、又は、請求項２記載のパターンイオンビ
   ーム投射方法における第１電流検出器で計測される電流
   を略同一にする方法が、上記イオン源の位置を移動させ
   るか、上記イオン源と上記ステンシルマスクの間に設け
   たアライナへの印加電圧を変化させるか、上記イオン照
   射光学系に設けた照射レンズへの印加電圧を変化させる
   かの、少なくともいずれかであることを特徴とするパタ
   ーンイオンビーム投射方法。
4. 【請求項４】請求項１または２記載のパターンイオンビ
   ーム投射方法において、前記ステンシルマスクの直前に
   可動遮蔽手段を設置し、該可動遮蔽手段によって前記ス
   テンシルマスクをイオンビーム照射から遮蔽しながら、
   上記イオン源から引出されるイオンビームの中心と上記
   ステンシルマスク中心の軸合わせを行なうことを特徴と
   するパターンイオンビーム投射方法。
5. 【請求項５】イオン源と、開口パターンを有するステン
   シルマスクを保持するマスクステージと、少なくとも上
   記イオンビームを上記ステンシルマスクに照射するため
   の照射レンズを有するイオン照射光学系と、少なくとも
   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
   を試料に投射する投射レンズを有するイオン投射光学系
   とから構成されたパターンイオンビーム投射装置におい
   て、 上記イオン源を搭載して光学軸に対して垂直またはティ
   ルトに微動可能なイオン源ステージか、上記イオン源と
   上記ステンシルマスクの間に位置するアライナかのうち
   の少なくともいずれかと、更に光学軸を中心とするステ
   ンシルマスクを搭載するマスクステージに該ステンシル
   マスク中心から等距離に位置する複数の電流検出器とを
   備えたことを特徴とするパターンイオンビーム投射装
   置。
6. 【請求項６】請求項５記載のパターンイオンビーム装置
   において、上記マスクステージに設置された電流検出器
   からの電流信号を取り込み、かつ、上記イオン源ステー
   ジの光学軸に対して垂直もしくはティルト方向の微動を
   させるための信号、上記イオン照射光学系に含まれるア
   ライナへの印加電圧を変化させるための信号、上記照射
   レンズへの印加電圧を変化させるための信号のうち少な
   くともいずれかを発生する制御装置を有することを特徴
   とするパターンイオンビーム投射装置。
7. 【請求項７】イオン源と、開口パターンを有するステン
   シルマスクを保持するマスクステージと、少なくとも上
   記イオンビームを上記ステンシルマスクに照射するため
   の照射レンズを有するイオン照射光学系と、少なくとも
   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
   を試料に投射する投射レンズを有するイオン投射光学系
   とから構成されたパターンイオンビーム投射装置におい
   て、 上記イオン源と上記ステンシルマスクの間の同一平面に
   位置して光学軸から等距離の位置に複数の第１電流検出
   器を有し、上記マスクステージは、ステンシルマスクの
   中心から等距離に位置する複数の第２電流検出器と、光
   学軸に対して垂直方向の位置調整を行なう微動機構を備
   えたことを特徴とするパターンイオンビーム投射装置。
8. 【請求項８】請求項７記載のパターンイオンビーム装置
   において、上記第１電流検出器からの電気信号及び、上
   記第２電流検出器からの電気信号を取り込んで、上記イ
   オン源ステージ、もしくは、上記マスクステージの位置
   調整をするための信号と、または、上記イオン照射光学
   系に含まれるアライナの印加電圧を変化させるための信
   号と、上記照射レンズへの印加電圧を変化させるための
   信号のうちの少なくともいずれかを発生する信号処理装
   置を有することを特徴とするパターンイオンビーム投射
   装置。
9. 【請求項９】請求項７または８記載のパターンイオンビ
   ーム装置において、さらに、上記イオン源と上記第１電
   流検出器の間、もしくは、上記第１電流検出器と上記ス
   テンシルマスクの間にあって、上記ステンシルマスクへ
   のイオンビームの照射および遮蔽を行なう可動遮蔽手段
   を備えたことを特徴とするパターンイオンビーム投射装
   置。
10. 【請求項１０】請求項５または６に記載のパターンイオ
    ンビーム投射装置における電流検出器、または、請求項
    ７から９のいずれかに記載のパターンイオンビーム投射
    装置における第１電流検出器および第２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パターンイオン
    ビーム投射装置。
11. 【請求項１１】請求項５から１０のいずれかに記載のパ
    ターンイオンビーム装置において、上記ステンシルマス
    クのイオン源側に上記イオンビームの上記ステンシルマ
    スクへの照射領域を限定する入射領域制限手段を備えた
    ことを特徴とするパターンイオンビーム投射装置。
12. 【請求項１２】請求項１１記載のパターンイオンビーム
    投射装置において、上記入射領域制限手段を介して上記
    ステンシルマスクに照射される領域は、上記ステンシル
    マスクに設けられた開口パターンの最外縁をつなぐ閉領
    域と略相似形で、かつ、上記閉領域より１から２０％広
    い面積の領域であることを特徴とするパターンイオンビ
    ーム投射装置。
13. 【請求項１３】請求項４から１２のいずれかに記載のパ
    ターンイオンビーム投射装置が、特に、パターンイオン
    ビームによってレジストレスで試料にイオン注入領域を
    形成する装置であることを特徴とするパターンイオンビ
    ーム投射装置。