JPS59139539A - 空間変調密度を有する粒子ビ−ムを得るための方法および装置 - 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】 本発明は、空間的に変調された密度をもつ粒子のビーム
を得るための方法および装置に関する。

本発明は更に詳しくは、イオン・インプランテーション
およびそれを用いた特に局部的なドーピングだけでなく
、マイクロエレクトロニクスの分野においてイオンエツ
チングおよび特に微細で局所的なエツチングに応用され
るものである。

１粒子」という用語は、原子、原子グループ、分子、負
イオンおよび正イオンを意味するものと理解される。

「空間的に変調された密度を有する粒子のビーム」とい
う用語は、ビームの所定の横断面において、粒子の密度
がそのＭ面の考慮された点によって変る粒子のビームを
意味するものと理解される。

「全あるいは零」空間変調すなわち不連続空間変調、い
いかえれば、ビームのどの横断面も粒子を含みかつお互
いに離れている領域で形成されるような空間変調をもつ
ことが可能である。また、連続空間変調すなわち、ビー
ムのどの横断面においても粒子の密度がその断面の個々
の点の間で連続する態様で変化するような空間変調をも
っことも可能である。

空間変調された密度をもつ粒子ビームを得る方法は公知
であって、そこにおいてはビームを網目状または格子状
のマスクを通過させ、それからビームは当該応用によっ
て要求されるとき集束させる。格子状マスクは、適当な
大きさの画数の穴をあけられ不連続変調を与える板でつ
くることができ、また入射ビームに対する吸収が、板の
考慮された点の関数として変化し連続的変調を与える板
によってもつくることができる。

この方法はある一定の変調を実現できない欠点がある。

加うるに、この方法において用いられた格子状マスクは
入射粒子ビームによってすぐにダメになる。

空間変調された密度を有する粒子ビームを得る別の方法
も公知である。この方法においては、微細ビームによっ
て空間の所定部分を急速に走査しながらビームの強度を
時間関数として変調して、ビームによって走査された空
間部分における所望の空間変調を得る。この方法は長い
時間がががり、完全に制御された微細ビームをｉ要とす
る欠点がある。

本発明の目的は、上記した欠点を除き、空間変調された
密度を有する粒子ビームを得る為の方法および装置を提
供することである。

本発明は、第１に、空間変調された密度をもつするため
に主粒子ビームをその第１の高エネルギ状態に移すこと
、空間変調された強度を有し、前記第１の高エネルギ状
態Ｅ工にある粒子ビームに向けられた光束によって第１
の高エネルギ状ＭＥ工にある粒子を第２の高エネルギ状
態Ｅ２に移すことおよび第１の高エネルギ状ａＥ工にあ
る粒子から第２の高エネルギ状態Ｅ２にある粒子を分離
して第１の高エネルギ状態Ｅｌにある粒子によって形成
されるビームと第２の高エネルギ状態Ｅ２にある粒子に
ょつて形成されるビームを得ることを含み、前記ビーム
は離れていてかつ空間変調された密度を有し、前記第１
および第２の高エネルギ状態Ｊ　＋　Ｂｉ１２の一方は
長寿命高エネルギ状態で、他方はイオン化状態でそのイ
オン化程度は前記長寿命高エネルギ状態のそれとは異な
っている、ような方法である。

したがって、長寿命高エネルギ状態は中性かもしくはイ
オン化状態とは反対の極性が望ましいが、同じ極性でも
異なったイオン増倍率をもっていればよい（例えば、電
場および／又は磁場によってエネルイ状態Ｅユ、Ｅ２に
あるそれぞれの粒子ビームを分離できるように）。

それ故に、本発明による方法の第１の実施例は、長寿命
高エネルギ状態にある粒子ビームを形成するために主粒
子ビームをその長寿命高エネルギ状態に移すこと、空間
変調された強度を有し、前記長寿命高エネルギ状態にあ
る粒子ビームに向けられた光束によって、前記長特命昼
エネルギ状態にある粒子を、そのイオン化状態が長寿命
高エネルギ状態のそれとは異なっているイオン状態に選
択的に移すこと、および最後に長寿命高エネルギ状態に
ある粒子からイオン化状態にある粒子を分離して、イオ
ン化状態にある粒子によって形成されるビームと長寿命
高エネルギ状態にある粒子によって形成されるビームを
得ることを含み、前記光束は光子によって形成され、そ
のエネルギは、直接遷移の場合は、イオン化状態のエネ
ルギと長寿命高エネルギ状態のエネルギとの差に少なく
とも等しいか、間接遷移の場合は中間準位に合致し、そ
して前記ビームは離れていてかつ空間変調された密度を
有する、ようなものである。

この第１の実施例の場合には、「長寿命高エネルギ状態
」という用語は、その寿命が、粒子をイオン化状態に選
択的に移すことが望まれる時点においても尚、粒子がこ
の状態にあることができるような高エネルギ状態を意味
するものと理解される。したがって、その寿命が１μＳ
を越え、たとえば約数１０（２０μ〜５０μｓ）である
高エネルギ状態が長寿命高エネルギ状態として適当であ
る。

第２の実施例によれば、本発明による方法は、第１の粒
子ビームの粒子をイオン化状態に移してそのイオン化状
態にあるビームを形成すること、空間変調された強度を
有し、イオン化状態にある粒子ビームに向けられた光束
によって、そのイオン化程度が前記イオン化状態のそれ
とは異なっている長寿命高エネルギ状態に前ピ・イオン
化状態にある粒子を選択的に移すこと、お二び長り、金
高エネルギ状態にある粒子からイオン化状態にある粒子
を分離して、イオン化状態にある粒子によって形成され
るビームと長寿命高エネルギ状態にある電子によって形
成されるビームを得ることを含み、Ｆｉｌ記光束は光子
によって形成され、そのエネルギｒ’ｌ、直接遷移の場
合は、イオン化状態のエネルギと長寿命高エネルギ状態
のエネルギとの差に少なくとも等しいか、間接遷移の場
合は中間樵位に合致し、そして前記ビームは離れていて
かつ空間変調された密度を有する、ようなものである。

第２の実Ｊ旭例の場合には、「長寿命高エネルギ」とい
う用語は、その寿命が、粒子をイオン化状態に選択的に
移すことが望まれる時点においても尚、粒子がこの状態
にあることができるような高エネルギ状態を意味するも
のと理解される。「粒子のイオン化状態」は粒子が１つ
以上の電子を失なうか、得た状態を意味するものと理解
される。

第１および第２の実施例は、ともに、２．つの分離した
集団（すなわちイオン化状態にある粒子および長寿命高
エネルギ状態にある粒子）がビーム内で発生し、空間変
調はこれら２．つの集団の分離の結果として生じる、と
いうことを特徴としている。第１実施例と第２実施例の
着実は、第１実施例においてはイオン化状態は用いられ
た光束から生じるのに対し、第２実施例においてはイオ
ン化状態は初期状態であって、長持金高エネルギ状態が
光束の附加によって生じることにあるにすぎな′い。

それ故に、これら２つの実施例の全体的な類似性は明白
である。明確のために、以下においては第１実施例につ
いてのみ言及するにとどめるが、第２の実施例についも
対応した結論が導かれうろことに注意する必要がある。

光束としては、長寿命高エネルギ状態にある粒子♂−ム
に、異なった場所でまたは同じ場所ではあるが異なった
方向で衝突する１つ以上の光ビームを用いることができ
る。光ビームの強度は、光ビームの横断面の個々の点の
間で連続する態様で変化するようにして、連続的な空間
変調をなしうる。しかし、光ビームの強度は不連続的に
も空間変調され得、その場合には光束のどの横断面も分
離した領域で形成され、その外では光の強度は零である
。

長寿命高エネルギ状態にある粒子ビームに対する入射光
束の強度の変調によって、その粒子ビームの密度の空間
変調が生じる。光束の光子の作用によって、ある粒子は
イオン化状態に移り、光子がとどかなかった他の粒子は
長寿命高エネルギ状態に留まる。そしてこれに、イオン
化状態にある粒子ビームと長寿命高エネルギ状態に粒子
ビームを形成するために粒子を蓄積することが続く。し
たがって、・空間変調された密度を有するこれら２つの
ビームのうち一方もしくは他方またはその両方を用いる
ことができる。明らかに、長寿命高エネルギ状態にある
粒子ビームは、寿命は無限ではない基底状態に落ちた粒
子を含むことができる。

更に、本発明による方法を、長寿命高エネルギ状態に留
まっている粒子ビームについて、あるものをイオン化し
他のものを分離しながら繰り返すこともできる。また、
光束の強度の変調は、イオン化状態にある粒子ビームの
密度または長寿金高エネルだ状態に留まっている粒子ビ
ームの密度に対する所望の空間変調の関数として決定さ
れることにも注意すべきである。

本発明は次の利点をもっている。すなわち、長寿命高エ
ネルギ状態を用いることによって、２段階イオン化（前
記長寿命高エネルギ状態および実際のイオン化にもち込
む）を容易に得ることができる。更に、イオン化状態に
接近した長寿命高エネルギ状態を選択することによって
、イオン化のために可視または近紫外線スペクトルに属
する光子を用いることが可能で、それ故に光束として用
いられる光ビームを処理するための従来の光学装置を用
いることができる。最後に、光ビームの強度を変調する
ことによって直接に上記長寿命高エネルギ状態にある粒
子ビームを空間変調でき、したがって空間変調について
は光学表示において行なわれ得る全てのものを実施する
ことが可能となる。

また、本発明の場合は、マスクが全く使用されていない
から、粒子ビームによるマスクの劣化の問題はない。加
うるに、本発明によれば、完全に制御される必要もなく
微細でなくともよいビームから、空間変調された密度を
もつビームを急速に得ることができる。

本発明による方法においては、長寿命高エネルギ状態は
準安定状態であるのが好ましい特徴である。したがって
、他の励起状態または基底状態への遷移が双極放射（ｄ
ｉｐｏｌｅ　ｒａｄｉａｔｉｏｎ　）の選択側によって
決まる原子のような粒子の励起状態は、非常に短かい寿
命をもっている。反対に、その遷移が確定されていない
準安定状態は上に述べたものよりもかなり長い寿命をも
ち、考慮された原子の関数として１秒を越えることがで
き、たとえば１０５秒である。

電子または光子の衝突によって粒子の基底状態から準安
定状態へ直接に移すことが可能で、電子の方が光子より
もより効果がある。この準安定状態はまた放射状態から
も達せられ、その息下によって一連の放射遷移によって
準安定状態が生じる。

本発明による方法の固有の特徴によれば、主ビームの粒
子は電気的に中性で基底状態にあり、その粒子は成子衝
突によって基底状態から準安定励起状態に移される（上
記第１の高エネルギ状態Ｅ工は準安定励起状態によって
つくられ、第２の高エネルギ状Ｍｇ、はイオン化状態で
ある）。

他の固有の特徴によれば、主ビームの粒子は帯電され、
これらの粒子は同じ極性の粒子ガスにおける電荷変換に
よって中性化された後で電子ｉ突によって準安定励起状
態に移される（第１の高エネルギ状態は準安定励起状態
によってつくられ、第２の高エネルギ状態はイオン化状
態によってつくられる）。帯電された粒子の主ビームを
使用する利点は、これらの粒子はビームの空間変調に先
だって加速されうることにある。

他の固有の特徴によれば、イオン化状態は第１のイオン
化状態である。

他の固有の特徴によれば、イオン化状態にある粒子は、
′電場および磁場のうちの少なくとも１つで長寿命高エ
ネルギ状態にある粒子から分離される。

他の固有の特徴によれば、光束の強度は、光束を光学マ
スク（単にマスクという）を通すことによって空間変調
される。

他の固有の特徴によれば、−光束強度の空間変調は光の
波動性を基礎とした方法たとえば干渉またはホログラフ
ィによって得られる。

他の固有の特徴によれば、変調強度光束は、同一の主光
ビームからの２つの可干渉光ビームヲ第１の高エネルギ
状態にある粒子ビーム軸の方へ向けることによって得ら
れ、それによって、これが、第１の高エネルギ状態Ｅｌ
にある粒子ビーム軸に関して対称的に起り、それと平行
な明領域と暗領域が交互に得られる。

他の固有の特徴によれば、粒子は少なくとも１つの希ガ
スの原子である。次の表は一定の希ガスの準安定状態を
示し、エネルギＥｍはｅＶで、寿命Ｔは秒で表示されて
おり、各希がス原子に対して、第１のイオン化エネルキ
Ｅ１はｅｖで、Ｅｌ−ＥｍはｅＶで、準安定状態から第
１−のイオン化状態への遷移を許す光子の波長λはμｍ
で表示されている。

τ−ｌＩＮ　　　　　で−で１　　　　　で−豐　　　
　　　　　　で１慨 柵 Ｋ　　　　■　　　　　　　Φ 筆　　圓　　　２　　　　＜　　　　１．４　　　　Ｘ
田 このような波長の光子を放射する源は公知であることが
注意される。更に、ヘリウム、アルデンのような希ガス
の準安定状態の光子による有効な励起断面積もまた公知
である。たとえば、アルゴンの準安定状態の電子（光の
運動エネルギは２２ｅＶである）による有効励起断面積
は大体２　Ｘ　１０−１７０ｍ２　で比較的高い値であ
る。希ガスの準安定状態の有効イオン化断面積もまた公
知である。

本発明はまた空間変調された密度を有する粒子のビーム
を得る装置に関するものであって、その装置は、主粒子
ビームを発生する手段、主ビーム粒子を第１の高エネル
ギ状態Ｅｌに移し、その状態にある粒子ビームを形成す
る手段、第１の高エネルギ状態Ｅｌにある粒子を第２の
高エネルギ状態Ｅ２に移すことのできる光子からつくら
れた光束を発生し、かつその光束を第１の高エネルギ状
態Ｅｌにある粒子ビームに向ける手段、その光束の強度
を空間変調し、光束を発生し、向ける手段と第１の高エ
ネルギ状態Ｅｌにある粒子ビームとの間に配置され、第
１の高エネルギ状態Ｅ工にある粒子を第２の高エネルギ
状態Ｅ２に選択的に移すための手段、および第１の高エ
ネルギ状態Ｅ１にある粒子から第２の高エネルギ状ＭＥ
２にある粒子を分離し、第１の高エネルギ状態Ｅ工にあ
る粒子から形成されるビームと第２の高エネルギ状態に
ある粒子から形成されるビームを得るための手段を含み
、前記ビームは離れていて、空間変調された密度を有し
、前記高エネルギ状態Ｅ□、Ｅ２の一方は長寿命高エネ
ルギ状態であり、他方はイオン化状態でそのイオン化程
度は長寿命高エネルギ状態のそれとは異なっている、よ
うなものである。

第１の実施例によれば、本発明による装置は、主粒子ビ
ームを発生する手段、その主ビーム粒子を長寿命高エネ
ルギ状態に移し、その状態にある粒子ビームを形成する
手段、長寿命高エネルギ状態にある粒子をイオン化する
ことのできる光子からつくられた光束を発生し、かつそ
の光束を長寿命高エネルギ状態にある粒子ビームに向け
る手段、その光束の強度を空間変調し、前記光束を発生
し、向ける手段と長寿命高エネルギ状態にある粒子ビー
ムとの間に配置され、長寿命高エネルギ状態にある粒子
をイオン化状態に選択的に移すための手段、および長寿
合間エネルギ状態に留まっている粒子からイオン化状態
にある粒子を分離し、イオン化状態にある粒子で形成さ
れるビームと長寿金部エネルギ状態にある粒子から形成
されるビームを得るための手段を含み、前記ビームは離
れていて、空間変調された密度を有し、上記イオン化状
態は長寿命高エネルギ状態のそれとは異なるイオン化程
度をもっている、ようなものである。

本発明による装置の第１実施例は、本発明による方法の
第１実施例に対応する。

本発明に固有の一実施例によれば、光束は少なくとも１
つの光ビームによって構成され、それは長寿命高エネル
ギ状態にある粒子ビームの方へそれを横切るように向け
られる。

他の実施例によれば、光束は光ビームであり、光ビーム
と長寿命高エネルギ状態にある粒子ビームは共線形にあ
り、反対の伝繻向きを有する。また装置は引続き、イオ
ン化手段、加速手段および長寿命高エネルギ状態にある
粒子ビームを偏向させる手段を有する。

他の実施例によれば、光束は光ビームであり、長寿命高
エネルギ状態にある粒子ビームと光ビームは同じ方向で
反対の向きで伝播し、長寿命高エネルギ状態にある粒子
ビームは角度αに従がって収束性にされ、光ビームは同
じ角度αで発散性にされかつ長寿命高エネルギ状態にあ
る粒子ビームと−散し、上記分離手段はイオン化状態に
ある粒子を偏向させるための手段を含んでいる。望まし
くは、光ビームの強度を空間変調するための手段は、複
数のパターンを備えたマスクからなり、その大きさは、
それらのパターンはわずかの光の回折を生じるにすぎな
いようなものである。まだ長寿命高エネルギ状態にある
粒子ビームの収電によって、変調をともなうそのビーム
に存在する「パターンｊの大きさを減少することができ
る。

当業酋が本発明の方法の第２の実施例を実施するための
装置をつくることが可能なことは明らかである。

以下、本発明を図面を参照して実施例（それに限定され
るものではない）について説明する。

第１図は、本発明による装置の固有の一実施例である。

装置は主として、主粒子ビーム３を発生するための手段
２、主ビーム３の粒子を長寿命高エネルギ状態（好適に
は準安定状態）に移し、その準安定状態にある粒子ビー
ム５を形成する手段４、準安定状態にある粒子をイオン
化することのできる光子からつくられた光ビーム７を発
生し、その光ビーム７を準安定状態にある粒子ビーム５
に向ける手段６、光ビーム７の強度を空間変調し、その
光ビーム７を発生し、向ける手段Ｔと準安定状態にある
粒子ビーム５との間に配置され、準安定状態にある粒子
をイオン化状態に選択的に移すための手段８、および準
安定励起状態に留まっている粒子からイオン化状態にあ
る粒子を分離するための手段９を含んでいる。

主ビーム３の粒子は、たとえば、ヘリウムのような希ガ
スの電気的に中性な原子である。この主ビーム３を発生
するための手段２は、ヘリウム原子流出装置であって、
、ノズル１１を備えたガス状ヘリウム貯蔵容器１０と主
ヘリウム原子ビーム３を規定するコリメータ１２を有し
ている。

ヘリウム原子を準安定励起状態、たとえば、２３Ｓ１状
態に移すための手段４は、電流発生器１４で加熱された
時、電子を放射するフィラメント１３およびフィラメン
ト１３からの電子源によって横切られる穴あき電極１５
を有する電子源である。電極１゛５は、直流電圧発生器
によって、フィラメント１３に対して約２０Ｖの正電位
に高められ、フィラメント１３からの電子を加速する。

電子源４は、発生した加速′電子を主ビーム３に送るよ
うな方向に置かれている。

光ビーム７を発生し、向けるための手段６は、０．２６
０μｍの波長をもつ光子を放射する光源１７および光ビ
ーム７を形成しそれを準安定状態にあるヘリウム原子ビ
ーム５に直角に向けるべく光源１７に引続いて置かれた
光学系１８を含む。

光ビームＩの強度を空間変調するための手段８は以下に
述べるマスクによってつくられる。最後に、分離手段９
は２枚の偏向板１９　、２０からなり、一方は正の高電
圧に、他方は負の高電圧に印加される。

したがって、流出源２からのヘリウム原子は、まず、電
子源４によって放射された電子によって励起され、準安
定状態に移される。次に、光ビーム７からの光子が準安
定状態にあるこれらのヘリウム原子を選択的にイオン化
する。マスク８の形によって、これら準安定原子のある
ものはＨ＋原子となり、他のものは準安定Ｈ書状態に留
まる。

次にイオンＨ＋および準安定原子、４は板１９．２０の
間に通される。板１９．２０の間の電場はＨ＋８イオン
を偏向するが、Ｈ”ｅ準安定原子を偏向しない。こうし
て、　Ｈｅイオンビーム２１およびＨ。

ヘリウム原子ビーム２２が得られ、これらビームは両方
とも空間変調された強度を有する。

たと゛えば、集積回路２３のエツチングまたはその集積
回路２３へのイオン打込を実施するためにＨｔ原子のビ
ーム２２を用いることが望まれるときには、電子源４と
同様の別の電子源２３ａを使用して、′成子衝撃によっ
てｄ、準安定原子をイオン化することもできる。次に、
形成されたＨ％イオンを通過させるために間隔を置かれ
た２枚の板２４゜２５の間につくられた電場によって、
形成されたイオンの加速を行なう。その通路の第１の板
２４は、次の板２５に対して、たとえば約３３　ＫＶの
負電位にされる。明らかに、集積回路２３は第２、　の
板２５に引き続いてビーム２２の通路に配置されている
。空間変調された密度をもつＨ＋ｅイオンビーム２１を
、偏向板１９　、２０による偏向に続いて適当に加速す
るようにして同様の用途に用いることもできる。

公知の態様で、主ビーム３は、ポンプ（示されていない
）によって真空にされている囲い２６内で放射され、囲
い２６内の圧力はたとえば約１Ｑ−’　Ｐａである。池
方、源４による電子衝撃、光ビーム７による照射、Ｈｅ
準安定原子のＨ＋ｅイオンからの分離、他の電子源２３
．による電子衝撃および板２４．２５による加速も明ら
かに囲い２６内で行なわれ、またターゲットとしての集
積回路２３．２６囲い内に含まれる。生産性および利用
性を高める窄めに、光源１７、光学系１８およびマスク
８を囲い２６の外に配置して、光源１γがらの光をたと
えば石英窓２７を介して囲い２６を通過させることが２
できる。ａ　％イオンを浮遊電位にさらさないために、
電気接続をコリメータ１２と穴あき電極１５の間、穴あ
き電極１５と電子源２３ａの対応電極の間、その対応電
極と第１の板２４の間、および第２の板２５と回路２３
の間に形成し、回路２３は接地する。

第２図はマスク８の概略図である。マスク８は複数個の
縦方向で平行な穴２８を有し、それらの穴はたとえば長
方形であって、使用光を通さない部材２９に形成される
。この部材２９は平坦な支持体３０の上に配置され、こ
の支持体は光を通す。

マスク８は光ビームの通路にそれと直角に配置され、ま
た穴２８が準安定状態にあるＨ九ヘリウム原子のビーム
５に平行になるように方向づけされている。マスク８を
通った後で、ビーム７は空間変調される。それは複数個
の平行なサブビーム３１に分割され、これらサブビーム
の通過の間にぶつかる準安定Ｈ，原子をイオン化するこ
とによって、サブビームと準安定Ｈ８原子ビーム５が相
互作用する。偏向板１９．２０（第１図）によってｓ％
　　イオンを除去した後には、複数個の縦方向で平行な
断面３２（第２図においてハンチングで示されている）
で形成、される準安定Ｈ九原子ビームが残る。

準安定Ｈ８原子ビームの他の空間変調をおこなうために
、単一の光ビームの代りに複数の光ビームを用いること
もできる。たとえば、別の光ビーム３３（第６ａ図）を
用いることができるが、その強度はマスク８（第２図）
に類似したマスク（示されていない）によって変調され
、そのビームは手段６（第１図）に類似した手段によっ
て放射される。放射手段およびマスクは、光ビーム７お
よび３３が準安定ヘリウム原子のビーム５とそれと直角
に、同じ部分で（また異なった部分で）衝突するように
、すなわちお互いが直角にぶつかるように配列されてい
る。マスクは、それらの穴が準安定ヘリウム原子のビー
ム５と平行であるように配列されている。先に述べたよ
うに、各光ビームγまたは３３は、それらの対応したマ
スクを通過した後でサブビーム３１または３４にされる
。

これらのサブビームはそれらの通過の間にぶつかるａｉ
準安定原子をイオン化する。そして形成されたＨｅイオ
ンを除去した後には、空間変調された密度をもち、複数
個の平行で分離したサシビーム（第６ｂ図のハツチング
）によって構成されるＨ１準安定原子のビームが残る。

第４図は、本発明による装置の他の実施例の概略図であ
る。問題となっている粒子は前と同様たとえばヘリウム
原子である。第４図に示された本発明の装置は、ポンプ
（示されていない）によって真空にされて、その中で約
１３’Ｐａの圧力が得られる囲い３７内で準安定状態に
あるヘリウム原子のビーム３６を発生するための装置を
含んでいる。準安定ヘリウム原子のビーム３６を発生す
る装置は示されていないが、第１図について述べたよう
に、ヘリウム原子流出源および電子源によって構成され
る。

第４図に示された本発明による装置はまた、平行な光ビ
ーム４０をつくるために、第１図の光源１７および光学
系１８にそれぞれ対応する光源３８および光学系３９に
よって構成される手段を有している。光源３８および光
学系３９は、放射される光ビーム４０が準安定ヘリウム
原子のビーム３６と共線型であるがお互いに出会うよう
に反対の向きで伝播するように配列されている。マスク
４１は、上記光ビームが準安定ヘリウム原子ビーム３６
と相互作用する前に、光ビームの強度を変調するために
光ビームの通路に置かれる。装置の製産性および利用性
を高めるために、光源３８、光学系３９およびマスク４
１は囲い３７の外に置かれ、光ビーム４０はたとえば石
英窓４２を介して囲い３７に入るようにする。先に述べ
たように、一定のヘリウム原子は準安定状態からイオン
化状態へ移る。こうして得られたＨ％イオンは、準安定
ヘリウム原子ビームの両側に配置された偏向板４３．４
４によって偏向され、それぞれ負の高電圧および正の高
電圧にさらされ、こうしてＨＱ　イオンビーム４５が形
成されるが、それは、加速された後でたとえばイオン打
込のために必要に応じて用いることができる。

偏向板４３．４４を過ぎると、空間変調された密度を有
するビーム４６が得られるが、これはヘリウム原子でつ
くられ、それらには光ビーム４０の光子が達しないので
これらヘリウム原子は準安定状態に留まる。たとえば、
それらは、イオン化手段４８（たとえば高エネルギ′電
子源）によってイオン化され、加速手段４９（たとえば
、約６０ＸＶの電圧がその間に印加される第１図の板２
４゜２５に類似した板によって得られる電場）に加速さ
れた後で、ターゲットとしての集積回路４７へのイオン
打込みに用いることができる。これの原子は、集積回路
４７の方向へ最終的には偏向されるが、それは、たとえ
ば２つの磁極をもつ磁石からなる偏向手段５０の為であ
る。磁極の間をイオン打込のために向けられたイオンが
通過する。磁極の１つだけが５１で第４図に示されてい
る。

Ｈ−イオンが浮遊電位にさらされないためには、穴あき
電極を備えた電子源４８と板２４（第１図）に対応する
加速手段４９の一部の間および板２５（′４１図）に対
応する刀０速手段４９の一部と回路４７の間に電気接続
を形成する。

第５ａ図は、第４図のマスク４１の固有の実施例の概略
図である。マスク４１は複数個の分離領域５２をもって
いるが、それらは光源３８（ｉ能４図）からの光を通さ
ない物質でできており、支持体５３上に被着されている
。支持体５３はその光を通す。したがって、マスク４１
は光を通す領域５２ａによって分離された複数個の不透
明領域５２を有することになる。第４図に戻ると、マス
ク４１の構成は、直接に準安定ヘリウム原子ビーム３６
に附加されることがわかる。準安定状態に留まるヘリウ
ム原子でできたビーム４６の空間変調はマスク４１のそ
のま＼の映像である。第５図はビーム４６の横断面を示
しているが、それはマスク４１の領域５２に対応した複
数個の分離領域５４を実際にもっている。

第６図は本発明による装置の他の実施例の概略を示して
いるが、この実施例では粒子は帯電されている。たとえ
ば、既にイオン化されたヘリウム原子すな６ぢａ＋イオ
ンである。第６図に示された本発明の装置はＨ十ｅイオ
ンの主ビームを発生するための手段５５を有しており、
その手段はそれ自体公知のＨ＋ｅイオン源からなる。主
ビーム５６はＨ＋ｅイオン源５５を離れると主ビームを
通過させる穴あき電極５７によって加速され、電圧発生
器５８によってイオン源５５に対して負電位（たとえば
約３０　ＫＶ　）に上げられる。主ビーム５６は明らか
に囲い５９内で放射させられるが、その囲いの中では示
されていないポンプによって真空状態がつくりだされ、
囲い内における残りのヘリウム圧力は約ｉＱ’Ｐａであ
る。源５５を離れると発散する主ビーム５６は、磁石に
よってつくられた磁気集束場によって角度αで収束され
る。磁石の磁極の一つ６０が第６図に示されている。

第６図に示された本発明の装置はまた主ビーム５６のＨ
＋Ｑイオンを準安定状態にあるＨ；ヘリウム原子の状態
に移す手段を有し、この手段はＨ−イオン中性化手段６
１とＨｔイオンの中性化から生じるヘリウム原子の励起
手段６２からなる。

Ｈｔイオンの中性化はがス状ヘリウム内で起る。

中性化手段６１は、囲い５９内で主ビーム５６の（２）
路に置かれたチャンバ６３を有するが、それは集束化手
段に引続いて置かれるものである。チャンバ６３は７ラ
ンゾ６４を介して囲い５９内に維持され、７ランゾ６４
は、その両側で約１３’Ｐａの同じ圧力を保つために両
側において穴があけられている。７ランジ６４はクリッ
プ６４ａによって囲い５９に結合されている。チャンバ
６３は約１３−ＩＰａの圧力下でガス状ヘリウムを含ん
でおり、そのガス状ヘリウムはバイブロ５を介してチャ
ンバ６３内に導入される。チャンバ６３は、チャンバの
対向側において開孔６７および６８を有するが、これら
の開孔はそれらが主ビームの通路に位置するようになっ
ている。二つの開孔６７および６８の大きさは主ビーム
の大きさに合わせられる。

開孔６７．６８の大きさをできるだけ限定し、囲い５９
に高速のポンピング速度を与える手段を附加することに
よって、囲い５９の残りの部分で良好な真空状態が維持
される。

Ｈ＋ｅイオンの中性化のためにできるヘリウム原子を励
起するための手段６２は、第１図の電子源４に似た′電
子源を有するが、それによってヘリウム原子を電子に衝
突させて準安定状態に移すことが可能となる。こうして
、準安定状態にあるヘリウム原子のビーム６９が得られ
るが、このビームは角度αで収束する。Ｈ＋ｅ＋イオン
が浮遊電位にさらされないために、穴あき電極５７と電
子源６２に備えられた穴あき電極の間に形成される。

本発明による装置はまた、光ビーム７２を発生するため
の光学系７１に関連した光源７０によって構成される手
段を含む。光ビーム７２は光学系７１から角度αで発散
する。マスク７３（第４図のマスク４１に類似）を光学
系Ｔ１の後に配置して光ビームの強度を変調する。光源
７０によって放射される光は０．２６０μｍの波長を有
する。光源７０および光学系７１は、変調強度光ビーム
７２と準安定ヘリウム原子６９が同じ方向でかつ反対の
向きで伝播ししたがって一致するように配置されている
（一方の収束角と他方の発散角が等しいが故に可能であ
る）。

装置の製産、利用を単純にするために、光源７０、光学
系７１およびマスク７３が囲い５９の外に配置−される
。囲い５９はたとえば石英窓を備えていて、光ビーム７
２を通過させる。光ビーム７２は、準安定Ｈｅ原子のビ
ーム６９とそれをイオン化することによって相互作用す
る。

第６図に示された装置はまたこうして形成されたＨ−イ
オンを偏向するための手段７５を有している。これらの
手段７５は第６図において、混合線内で表示されており
、たとえば磁石を含み、偏向磁場を発生する。

第７図は、偏向が起る領域を拡大して示している。その
強度がマスクγ３によって空間変調される光ビーム７２
は複数個のサブビームを含む。これらのサブビームは、
これらの通過の間にぶつかる準安定ヘリウム原子ビーム
６９の準安定原子をイオン化し、Ｈ＋ｅイオンチャネル
７７を形成し、光ビーム７２の光子が達しないで結局準
安定状態に留まるＨ＊ｅＱ安定原子でできた他のチャン
ネル７８を分離する。磁石７５は形成されたＨ＋６１イ
オンを偏向するが、準安定原子の通路は変らない。

こうして、空間変調された密度のＨ−イオンビーム６９
が得られるが、集積回路のようなターゲットに到達させ
て、イオン打込またはこの回路上に被着された樹脂の感
光を行なって１μｍ以下の集積回路パターンを形成する
ことができる。空間変調された密度のビー　ム７１も得
られるが、それは準安定状態に留まるＨｔ原子でつくら
れるので、このビームはイオン化、偏向の後に用いるこ
とができる。

マスク７３のパターンの大きさ、すなわちこの場合は、
マスクの不透明領域を分離する透明領域の大きさは、好
適には、わずかの光の回折を引起すだけの大きさが選ば
れる。この目的のために、光源７０からの光の波長を越
える大きさのもつパターン、すなわち０．２６０μｍの
波長の光が用いられている本実施例の場合は約１μｍ以
上のパターンをマスク７３の上に使用することができる
。マスクγ３に課せられたこの条件にもがかわらず、パ
ターン８０上につくられるパターンハ、Ｈ＋ｅイオンビ
ーム７９の収束性を考慮するとマスク７３のパターンよ
りもずっと小さくすることができる。

これは主ビーム５６に与えられる収束性のためである（
第６図）。この収束性は、回路８ｏ上につくることが望
まれるモチーフ（パターン）の大きさによって決定でき
る。

明らかに、第６図に示された本発明の装置は負イオン装
置を使用する際に用いることができた。

さらに、イオンの中性化はこのイオンと同じ化学的属性
の原子との接触による以外にもたとえばイオンと同じ速
度をもつ電子束との接触によっても実権できた。

本発明は、用いた光を通さず、かつそれを通す透明領域
によって分離された′領域をもつマスクによって、不連
続した態様で、空間変調された密度を有する粒子のビー
ムを得ることに限定されない。

本発明はまた、これらマスク上の考慮された点の関数と
して変化する不透明度をもつマスクを用いて連続的に空
間変調される密度をもつ粒子ビームを得ることも可能に
する。

それを通過する光ビームの強度の不連続的空間変調を可
能にするマスクは、たとえば、透明基板上に吸収性の薄
膜を被着し、その後周知のポ）ＩＪソクラフィによって
所望の部分を除去することによって得られる。

それを通過する光ビームの強度の連続的空間変調を可能
にするマスクは、たとえば、透明の支持体に傾斜したｆ
ｌｕを被着し、次にホトリソグラフィを行うことによっ
て得られる。ホトリングラフィの間、被着された膜のエ
ツチングはそれが完全に消滅する前に停止される。

明らかに、希ガス原子以外の多くの粒子を本発明に用い
ることができる。たとえば、水銀原子の主ビームを用い
ることが可能で、水銀原子は２つの準安定状態（第１は
４，６７　ｅＶ、　第２は５．４６　ｅＶ）と１０．４
３　ｅＶのイオン化レベルを有している。

最後に、図面に表示され得、限定されない態様で、本発
明による方法の第２の実施例を実現する１つの例を提供
することができる。負イオンのビームたとえばＨ−イオ
ンビームが発生される。適当に空間変調された強度をも
つ光子のビームは、その負イオンビームに供給され、負
イオンの一部を中性状態（準安定または基底）に、いわ
ゆる光分離（ｐｈｏｔｏ　ｄｅｔａｃｈｍｅｎｔ　）に
よって、選択的に移される（空間の意味で）。光子のエ
ネルギはＨ原子とそれに付加された電子の結合を破壊す
る。残っているＨ−イオンは中性状態にある水素原子か
ら分離される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による装置の固有の実施例の概略図で
ある。 第２図は、第１図による装置において用いられる光ビー
ムの強度を変調するためのマスクの概略図である。 第６ａ図は、空間変調された強度をもつ２つの光ビーム
に対する第１図の装置において用いられた粒子ビームの
相互作用の概略図である。 第６ｂ図は、上記相互作用によって得られた空間変調さ
れた密度をも粒子ビームの横断面の概略図である。 第４崗は本発明による装置の他の固有の実施例の概略図
である。 第５ａ図は第４図の装置において用いられた光ビームの
強度を変調するためのマスクの概略図である。 第５ｂ図は、上記変調された強度をもつ光ビームの結果
として得られる、空間変調された密度をもつ粒子ビーム
の横断面の概略図である。 第６図は本発明による装置の他の実施例の概略図である
。 第７図は第６図の装置の一部拡大図である。 （参照番号の説明） ２：主粒子ビーム発生手段 ３：主粒子ビーム ４：準安定状態にある粒子ビーム発生手段５：準安定状
態にある粒子ビーム ６：光ビームを準安定状態にある粒子ビームに向ける手
段 ７：光ビーム ８：準安定状態にある粒子をイオン化状態に選択的に移
すための手段 ９：分離手段 ２１：Ｈ＋ｅイオンビーム ２２：Ｈ＊８ヘリウム原子ビーム ２３：集積回路 ２３ａ＝電子源 ２６：囲い。 代理人　浅　村　　皓 手続補正書（睦） 昭和５９年１月２０日 特許庁長官殿 １、事件の表示 昭和５８　年特許願第２５０７２１　　号２、　発明（
７）名称　　　ゆ６工イ度を有すう粒子、−４を得るた
めの方法および装置 ３、補正をする者 事件との関係　￥３ｉＦＦ出願人 住　　所 氏名　　　　　　コミツサリア　タ　レネルギー　アト
ミーク（名　称） ４、代理人 ５、補正命令の日刊 昭和　　年　　月　　日 ８、補正の内容　　別紙のとおり 明細書の浄書（内容に変更なし） ２２３−

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 （１）空間変調密度を有する粒子ビームを得る方法′で
   あって、第１の高エネルギ状態Ｅ１にある粒子ビームを
   形成するために主粒子ビームをその第１の高エネルギ状
   態に移すこと、空間変調された強度を有し、前記第１の
   高エネルギ状態Ｅ工にある粒子ビームに向けられた光束
   によって第１の高エネルギ状態Ｅ工にある粒子を第２の
   高エネルギ状態Ｅ２に移すこと、および第１の高エネル
   ギ状態Ｅ１にある粒子から第２の高エネルギ状ｆｆ４ｇ
   ２にある粒子を分離して第１の高エネルギ状態Ｅ工にあ
   る粒子によって形成されるビームと第２の扁エネルギ状
   ＫＱＥ２にある粒子によって形成されるビームを得るこ
   とを含み、前記ビームは離れていてかつ空間変調された
   密度を有し、前記第１および第２の高エネルギ状ｄＥよ
   、Ｅ２の一方は播寿命高エネルギ状態で他方はイオン化
   状態でそのイオン化程度は前記長寿命高エネルギ状態の
   それとは異なっている、前記方法 （２、特許請求の範囲第１項に記載された方法であって
   、前記長寿命高エネルギ状態は準安定励起状態である方
   法。 （３）特許請求の範囲第２項に記載された方法であって
   、主ビーム粒子は電気的に中性で、基底状態にあり、こ
   れら粒子は電子衝突によってその基底状態から前記励起
   状態に移され、前記第１のエネルギ状態Ｅ工は前記準安
   定励起状態によってつくられ、前記第２の高エネルギ状
   態Ｅ２は前記イオン化状態によってつくられることを特
   徴とする前・記方法。 （４）特許請求の範囲第２項に記載された方法であって
   、前記主ビーム粒子は帯′醋され、これら粒子は同じ極
   性の粒子ガスにおける電荷交換によって中性化された後
   で、電子衝突によって前記準安定励起状態に移され、前
   記第１の高エネルギ状態Ｅ１は前記準安定励起状態によ
   ってつくられ、前記第２の高エネルギ状態Ｅ２はイオン
   化状態によってつくられることを特徴とする、前記方法
   。 （５）特許請求の範囲第１項記載の方法であって、前記
   イオン化状態は第１のイオン化状態であることを特徴と
   する、前記方法。 （６）特許請求の範囲第１項記載の方法であって、前記
   イオン化状態にある粒子は、電場および磁場の少なくと
   も１つで、前記長寿命高エネルギ状態にある粒子から分
   離されることを特徴とする、前記方法。 （７）特許請求の範囲第１項記載の方法であって、前記
   光束の強度は、それをマスクを通過させることによって
   空間変調されることを特徴とする、前記方法。 （８）特許請求の範囲第１項記載の方法であって、前記
   光束の強度の空間変調は、元の波動性に基づく方法によ
   って得らｎることを特徴とする、前記方法。 （９）特許請求の範囲第８項記載の方法であって、前記
   変調強度光束は、同一の主光ビームからの２つの可干渉
   光ビームを前記第１の高エネルギ状態にある粒子ビーム
   軸に向けることによって得られ、それによって、これが
   、前記第１の高エネルギ状態Ｅ１にある粒子ビーム軸に
   関して対称的に起り、それと平行な明領域と暗領域が交
   互に得られることを特徴とする、前記方法。 （１０）特許請求の範囲第１項記載の方法であって、前
   記粒子は、少なくとも１つの希ガスの原子であることを
   特徴とする、前記方法。 （１υ　空間変調帯ｉを有する粒子ビームを得る装置で
   あって、主粒子ビームを発生する手段、その主ビーム粒
   子を第１の高エネルギ状態Ｅ１に移し、その状態にある
   粒子ビームを形成する手段、第１の高エネルギ状態Ｅｌ
   にある粒子を第２の高エネルギ状態Ｅ２に移すことので
   きる光子から作られた光束を発生し、かつその光束を第
   １の高エネルギ状態Ｅ１にある粒子ビームに向ける手段
   、その光束の強度を空間変調し、前記光束を発生し、向
   ける手段と第１の高エネルギ状ｔＱｇ１にある粒子ビー
   ムとの間に配置され、第１の高エネルギ状態Ｅ工にある
   粒子を第２の高エネルで状態Ｅ２に選択的に移すための
   手段、および第１の高エネルギ状態Ｅｌにある粒子から
   第２の高エネルギ状態Ｅ２にある粒子を分離し、第１の
   高エネルギ状ＭＥよにある粒子から形成されるビームと
   第２の高エネルギ状態Ｅ２にある粒子から形成されるビ
   ームを得るための手段を含み、前記ビームは離れていて
   、空間変調された密度を有し、前記高エネルギ状態Ｅよ
   、Ｅ２の一方は長寿命高エネルギ状態であり、他方はイ
   オン化状態でそのイオン化程度は前記長寿命高エネルギ
   状態のそれとは異なっている、前記装置。 （ロ）特許請求の範囲第１１項記載の装置であって、前
   記主ビーム粒子を長寿命高エネルギ状態に移してその状
   態にある粒子ビームを形成する手段、前記長寿命高エネ
   ルギ状態にある粒子をイオン化することのできる光子か
   ら形成された光束を発生し、かつこの光束を前記長寿命
   高エネルギ状態にある粒子ビームに向けるための手段、
   その光束の強度を空間変調し、前記光束を発生し、向け
   ゛る手段と前記長寿命高エネルギ状態にある粒子ビーム
   との間に配置され、前記長寿命高エネルギ状態にある粒
   子をイオン化状態に選択的に移すための手段、および前
   記長寿命高エネルギ状態にある粒子から前記イオン化状
   態にある粒子を分離し、前記イオン化状態にある粒子に
   よって形成されるビームと前記長寿命高エネルギ状態に
   ある粒子から形成されるビームを得るための手段を含み
   、前記ビームは離れていて、空間変調された密度を有し
   、前記イオン化状態は前記長寿命高エネルギ状態のそれ
   とは異なったイオン化程度を有することを特徴とする前
   記装置。 （１３）特許請求の範囲第１２項記載の装置であって、
   前記光束は少なくとも１つの光ビームによって構成され
   、前記長寿命高エネルギ状態にある粒子ビームに向かっ
   てそれを横切るように向けられることを特徴とする、前
   記装置。 ０番）特許請求の範囲第１２項記載の装置であって、前
   記光束は光ビームであり、前記長寿命高エネルギ状態に
   ある粒子ビームとともに前記光ビームは共線形にあり、
   反対の伝播向きを有し、更に・イオン化手段と前記長寿
   命高エネルギ状態にある粒子のビームを偏向させるため
   の加速手段が含まれていることを特徴とする、前記装置
   。 （１５）特許請求の範囲第１２項記載の装置であって、
   前記光束は光ビームであり、前記長寿命高エネルギ状態
   にある粒子ビームと光ビームは同じ方向で反対の向きで
   伝播し、前記長寿命高エネルギ状態にある粒子ビームは
   角度αに従がって収束性にされ、前記光ビームは同じ角
   度αで発散性にされかつ前記長寿命高エネルギ状態にあ
   る粒子ビームと一致し、前記分離手段は前記イオン化状
   態にある粒子を偏向させるための手段を含むことを特徴
   とする、前記装置。 （１６）特許請求の範囲第１５項記載の装置であって、
   光ビームの強度を空間変調するための前記装置は、複数
   のパターンを備えたマスクからなり、その大きさは、そ
   れらパターンだけがわずかの光の回折を生じるようなも
   のであることを特徴とする、前記装置 （１７）特許請求の範囲第１項記載のイオン・インプラ
   ンテーションおよびエツチングへの応用。