JPS60501828A - 集束したイオンビ−ムのコラム - 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】 集束したイオンビームのコラム 発明の背景 この発明は、レンズ１〜材料を露光して、大きなフィールドに渡って小さなスポ ットを走査するために、特に有益な集束したイオンビームの］ラムに関づる。こ のコラムは、１ミクロンより小さい露光像を発生することかでき、かつ、収差の 限定したスポットサイズが１０００オンゲスト■−ム以下に維持されでいる限り 、ターゲットの略１簡四方のフィールドを処理することかできる。

レジスト、の露光用の従来の集束したイオンビームの］ラムにおいて、収差に関 連した偏向は、軸スポラ［・サイズの１２５％以上にスポットサイズを増加させ るの−Ｃ１その走査フィールドは、とても小さい面積に制限されでいる。この限 定した走査フィール１〜は、最終のレンズに関連した短いＶ［動距離から生じる 。従って、小さいスポットサイズにより、大きなフィールドに渡って走査できる 集束したイオンビームの］ラムが必要である。

発明の概要 この発明の理解を容易にづ−るために、プラスイオン粒子を発生ずるイオン源と 、イオンビームを形成覆るように陽電気にヂャージされたイオン粒子を、抽出す る抽出電極とを備え、２個のレンズにより集束したイオンビームの］ラムの概要 を以下に説明する。第１のレンズは、アナライザスリット上に、イオンビーム内 の所望のイオン核種を集束さける。ビームを縮小する第２の加速レンズは、アナ ライザスリットから下流側に配設され、所望のイオン核種のビームをターゲット の平面に集束させる。ディフレクタは、所望の平面のパターンにビームを偏向ざ ゼるように、第２のレンズとターゲットの面との間の下流側に配設されている。

この発明の目的と利点とは、レジストを露光覆るどぎ、小ざい４ノイズのスポラ １〜が大ぎな走査フィールドに渡って走査することがＣぎる集束したイオンビー ムの１１ラムを提（１−ｇることである。

この発明の他の目的と利点とは、レンズ１〜に対１）−Ｃｆｊ利イτ露光状態で 作動し、基板をきす例（Ｊることのないイオンと、レンズ１へへの露光のとき人 さイｉＴ能出カを備えたイオンとを有づる集中したイオンビームのコラムを提供 η−ること−Ｃあ乞さらに、イオンビームのコラムにおいて、つ１−ハへの露光 を速くして、走査フィールド間の進行のロスタイムを減少刀る」；うに、人ぎ４ １走査フイールド上に小さな像を露光力ることか−Ｃきる。この大きな走査フィ ールドは、余分な１１１度の位置合せにＪ、る［コスタイムと不正確さを無くづ −ことがＣさる。

図面の簡単な説明 第１図は、この発明に従った集束したイオンし−ムの二」うｌ＼を示じ一部を欠 切して断面した側面図、第２図は、第１図の集中したイオンビーｌ＼の１ラムの 一部を１袖方向に（ｒンっ（断面し！、：ｌＩ２．大図、第３図は部材の電力供 給装置を示す集束したイオンビームの概略図である。

発明の詳細な説明 第１図は、ターゲラトチ１フンハ１２に装着されたこの発明のイオンビームコラ ム１０を示しでいる。第３図は二１ラム１０を概略的に図示し、イオンビーム、 １６を発佳りるイオン源１４を示している。加速電性１８は、３つの部材からな る第１のレンズ２０の第１の部４Ａをｉｊ４　ｒｆｉしている。第２の部イ第２ ２と第３の部十Ａ２４とが、第１図、第２図及び第３３図（こ示されている。好 ましい実施例においで第１のレンズ２０は、第１図、第２図及び第３図に図示さ れ′Ｃいるよう【こ非対称のレンズて−ある。非対称のレンズ２０は、７４７　 ｊｉ、ｉアＪ−ライザスリン１へ２６にイオンビーム１６（！：集束させる。電 陪質吊分臼Ｉ器２８は、第１図、第２図及び第３図に示されている電界プレー１ へを有づる。電界プレー１−は、図面の面（こ灼しく垂直（あ０、電界は図面に 対して傾斜しくいる。従来のように、電界プレート間の空間内には、磁界か図面 にり＝ｊ　して重直に付加的に加えられている。第３図に示すＪ、うに−１ラム の軸に治って直線的に核種か発生するように、電界と限界の強さか決定されてい る。アナライザスリン１−２６の膜は軸上で、下流側に配設され、所望の核種が このスリンｈを通過１〜、不必要ｌＩ４がスリットの膜上に集められる。所望の 核種のビーｌ＼か軸上に維持づるように、調整ブイルクタ３４は、スリンｌ＝　 ２　Ｇの下流側に配設されている。

縮小並びに加速するレンズ３６は、イオンビームの軸上の下流側に配設されＣい る。マン［−１−レンズか、適宜に図示されでいる。このレンズ３６１．ｉ、コ ラムの第２のレンズであり、第１の１ノンズ部祠３８と第２のレンズ部ＩＪ　４ ０とをイｊ？Ｊる。

マン［］−レンズ３６の■流側には、ビームを１１る装置であるティフレフタ４ ２か設けられ、このアイフレフタ４２は、第３図に承りターゲラ１〜４４上のフ ィールドを走査する。

−１ラム１０の作動位置間の相７７関係は、その厚さが５０００オンゲス１−［ １−ムまてのレジ２１〜層を露光号るＪ−うに、所望の可能出力を得るために、 制限されている。この」、うなレンズ１へ層の厚さは、２５００オンゲス［・［ １−ムの最小な形状のりイスのとき、２：１の画像比となる。このような形状の りイスは、イオンビームのリソグラフィーにより形成することができる。イオン 源１４は、液体金属のイオン源である。

液体金属のイオン源から得られるイオンの多様性は、合金、４ｇｆに金属の共融 合金に」、り近頃増加［２ている。米国１ｈ訂第４３１８０２９号及び第４３１ ８０３０号に記載、されている液体金属のイオン源は、源１４に使用覆ることが できる。シリぞ１ンは、露光用として好ましいイＡンぐある。何故ならば、シリ 」ンは二電子Ａ・−シすることができ、レンズ１〜が露光されているとき、シロ ］ンターゲツｈには、不純物か入らない。

一度ヂャージされたシリー］ンのイオンビームは、金とシリコンが８０％と２０ ％の割合である共融合金から得ることかできる。イオンビーム１６は、非対称の レンズ２０の第１部月どして作用する抽出電極１８により、源から剣山される。

。 液体金属の先端てシリコ１ンイオンを翔牛させる電位の変化は、ターグツ１〜の 最小スポットサイズを決定する主な要因を表わしている。この電位変化、即ら色 の広がりは、液イホ舎、屈の先端ての大きな電位傾度から生じ、その範囲（よ６ −１４ポル１〜であり、通常１０ポルトである。

非対称レンズ２０は、分離スリット２６に液体金属源１／１の射出先を形成する ために、使用されている。これは、抽出電圧内の変化から生じるスリッ１−２６ でのビームの属性と結合しない。質量分析器に入用する前に、４０キロポル１− の加速電位を生じるように、約４の電圧比で・非対称のレンズ２０が作動する。

この電位のとぎ、レンズの倍率か略１であり、略５０００オングストローム以下 に限定し７だスポットサイズの収差は、分離スリット２６て゛レンズ２０の焦点 となるように、レンズの形状及び間隔が決定される。

電磁質量分析器２８は、ビーム内の他のイオン核種から、二面チャージされたシ リコンイオンを分離づる。このタイプの装置は、光軸の調整に対して有利であり 、かつ簡略化した構造である。−劇チャージされたシリコンの最接近したビーｌ ＼の成分から、二面ヂャージされたシリコンを完全に分解づるように、電場及び 磁場の強度は小さくされている。質量数２９．３０のシリコンの同位体は、ター ゲット１−のフオトレジス［への露光特性を使用し、及び最低Ｍ！１９９％のシ リコン源にすることにより、区別される。これらの状態のとき、電場及び磁場に より生じる色収差は、質量分離スリット２６て略４ＱＯオングストローム以下で ｄうり、この収差は、非対称のレンズ２０の寄与と比較し−（、無視り−ること がてきる。

最後のビームの集束は、１〜４までの電圧比のとぎ作動し、縮小、並び（、看１ １速さけるマンローレンス３６により実１１される。これらの状態のとき、レン ズの倍率は０．１６１７”あり、装置全体の倍率は、略０．１７になるように、 レンズの間隔と形状が決定される。これにより、有限の源のサイズにＪ、り生じ るスポツトサイズの影響か最小と４〒る。ビームがターゲットへの軸上に位置し でいるとぎ、レンズの組合わけにより、ビームスボッ１へに限定された収差の大 きさは、通常の源の作動のとき、即ち、クロマチックスプレッドが１０ホル１〜 （ｄりるとき、約７００オングストロームであり、クロマチックスプレッドかが １４ホルトＣあるとき、即ち、最悪の場合のとき、収差の大きさは、略９８３オ ンゲスｌ−Ｄ−ムである。

第１のレンズ２０の倍率が略１であるとき、第２のレンズ３６では、レンズによ る縮小が必要であり、マン［］−レレンズ３の第２のレンズ部ＩＪ　４０とター ゲットとの間には、大きな作動距離が生じＣいる。さら（こ、第１のレンズから の小さいビームの拡散α２により、レンズ間には、長い移動ｒ［ｊ　朗を取るこ とがてぎる。第２のレンズからの長い作動距離により、略１ミリメートル四方ま Ｃ・の走査範囲を１ｑるために、長いディールクタ４２４使用することかでき、 このとき、比較的小さい偏向角は、１０ミリラジアン以下に維持され、・偏向さ μる適宜な電圧は、例えば略１５０ポル１−である。これらの要因は、場の曲率 、非点収差、及びひずみの収差に関連した走査を縮小づる。レンズ間の加速は略 等しいので、電磁フィルタと第２のレンズとの収Ｘ−は、最小にされる。表■に 示されたｌｌ’ｉ差は、ビーム内のり［ｊマチツタスブレツ１〜か１４ボルトの 場合として、計算されＣいる０、表■Ｃは、イオン源か最悪のとき、即ちクロマ チックスプレッドが１４ボルドーのとき、スポットサイズは、略１２００オング ストロームであることを示している。この割算により、最悪の状態のとき１　、 Ｊｓ平ジブ５フィールドは、スポラ１−リーイスの２ｂ％の増１ｊ（１をもｋら 寸ことを、示している。クロマチツクスゾレツ１〜が通常の１０ボルトであると き、スポラ１−リイスは、全フィールドに渡って略ｉ　ｏｏｏオンゲス「川」− ムである。

表■は、この発明の実施例の特別４１例を示している。この状態では、最悪の場 合として色収差か１４！１、ル１−である。ビームの直径の合計は、軸のビーム である。レンズ］の倍率（ま、略１である。

表ル レンズ１ 球面収差の係数　Ｃｏ　Ｓ　−９９３，１ｍｍ色収差の係数　（：ｏ　Ｃ＝３１ ０．１ｍｍ物体距離　７ｏ　’Ｆ’＝−４７、５ｍｔｎ像距Ｍ　７ｉ　＝　１６ ２．０ｍｍ ｍｍ率　Ｍｌ＝１．０４７ 第１のレンズの主平面内の収差した スポラ１〜サイス　ｄｉ−４３／１１７１ングス１へ［−１−７、 きＪｌｌｄｉ−４５／′１５；ｆｌンクス１−［１−ム 電し＝　ｔｅｌ揚 １　＝３ｃｍ：　Ｌ−−１，５ｃｍ：α＝　７．５ｒｎｒａｄレンズ２ Ｃｉｓ−＝８６５８．　１５ｔｎｍ α３−・１．４８３ｒ丁＋ｒａｄ ５・ｉ’！−０、４６’。

球面収Ｘ−のスポラ＋−Ｉｔイズ　ｄｓ２＝１４１オングストローム 色収差のツボ１１〜号イズ　ｄｃ２＝６３７．５オンゲス１へローム 合訓 レンズ２にＪ、る収差　（」２　＝６５２．９オンゲス１−［１−ム ターゲットから児たときのレンズ１からの収差１ｖ１２　Ｍｌ　ｄｌ　−７３１ ，８ ｑ　特表昭ＧＯ−：１０１８２８　（４）ｄ　ｔｏｔａｌ　＝　９ε３２．７Ｊ ングメ１ヘローム 表■は、所望の走査ツイール１−の例と、走査フィール［−から得られる収差と を示している。

表■ 走査ツイール１へ（Ｄｙ　）　−±５００ミクｌ二ｌンＪ２ 最後のレンズからの作動距離　−７，６ｃｍターゲッｌ−（１−、）までの走査 板の人目−７１ｃｒｔノ 走査数の長さく１＞　−５０ｃｍ 人口でのビームの半径（Ｒａ　＞ 一１２０ミクロン 走査フィー凡用〜の収差 軸から離れたビームのスポラ［へりイスｄ２ｓｐｏｔ　＝＜９８２．７）２＋（ ３３７）２＋　＜２２７）２　＋　（６１９）２ ｄｓｐｏｔ　＝１２３０Ａングス１−ローム△ｄ／ｄａｘｉｓ　＝２５．２％ 第３図は１表■の可変な電位を与える電力供給装置を示している。主要の大きな 電力供給装置４６は、電力供給装置５）２、電力供給装置５４、電力供給装置５ ６、電力供給装置５８、及び電力供給装置６０が装着されているフローディング フレーム４７に、１２０ＫＶの電位を供給（、でいる。供給される電力は、分離 したｉ〜ランス５０を介して供給される一偏向用電力供給装置７′Ｉ８は、ビー ムの偏向に必要な異な−）だ電圧を供給する。

電８ヨ供給芸置５２．５４．５６．６０により、分析器２８のＦ平面、レンズ部 材２２．２４．３８、及び非対称レンズ２０の加速電極１８には電位か与えられ る。両レンズに４対１の電圧比を与えることにより、レンズ間を通過するビーム には、一定の加速度が加えられる。電力供給装置００は、イオン源１４に陰極電 Ｌ「及び熱供給用の電位を供給Ｊる。

表■ 部材間の電位 イオン源１４から抽出電極１８よでの間６へ−１０ＫＶ 抽出電極１８から非対称レンズ２０の第２部（Ａまての間　５へ・／ＫＶ 第２の部材２２から第３の部材２４及びマンローレンズ３６の第１の部’ｔＡ　 ３８まての間３９〜３５ＫＶ 第１の部材３８から第２の部材４０及びターグツ１へ４４まての間　１２０ＫＶ 全体のビームの電位 　ＧＯＫＶ 第１図及び第２図は、１ラム装置の各１１［（分が直線的に吏持されている物理 的な、コラムの構造を示している。、第１図に示す」、うに、イオン源１４は− １う１１キＸ・ツブ６？に装着されている。キｔ・ツブの下端部は、絶Ｒチｗ　 −’７６４及び゛絶縁チコーブ６Ｇか係合づるＬ”Ａ状の溝を有する。、中心プ レーｉ〜６８は、その下端部にマン［］−レレンズＧの第１のレンズ部材３８を 備えたトリフトチコープ７０を右Ｊる６、中心プレー１〜６８は、レンズ部材３ ８の電位に位置しＣいる。″Ｐｉ量アノフイザスリ、ツ１〜２６を備えた分析プ レー１・もまた、中心プレー１へ６８に＠着され、かつレンズ部ｖＪ３８の電位 に位置している。

同様に、非対称レンズ２０のイ；３の部材２／ｌ及び電磁質吊分折型２８は、同 じ電位になるように中心プレートに装着されている。電磁質量分析器２８は、横 電界を与えるように、その電位に対して変動するフィールドプレートを有する。

絶縁器７２は、非対称レンズ２０の第２の部材２２を備えた支持リング７４を有 し、この第２の部材２２は、コツプを倒立させた形状である。絶縁器７６は、支 持リング７４の上端に装着され、並びに、絶縁器７Ｇの上端に位置する加速電極 １８を右する。絶縁チコーブ７８及び絶縁チューブ８０は、中心プレー１−〇８ とターグツ１〜チヤンバ１２に装着された基盤プレート８２との間に係合されて いる。これらの構造によりイオンビームの」ラムにａ３いて、物理的な直線性、 真空状態の完全性、及び人々の部材の絶縁性が維持されている。

この発明は、最良の状態とし−Ｃ記ｊホされ、熟練した技術内で、発明の機能を 失うことなく、多くの変形例、及び天施例が可能である。従って、この発明の範 囲は、後）本の請求の範囲で規定される。

待人ＢＲ６０−５０１８２８（５） 国際調査報告

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．所望のイオン核種を備えたプラスイオン粒子を発生させるイオン源と、 プラスイオン粒子を抽出して、イオンビームを形成する抽出電極と、 アナライザスリットを備えた質量分析器と、前記抽出電極と前記アナライザスリ ッ［・どの間に配設され、イオンビーム内の所望の核種を前記アナライザスリッ トに集束ざし並びに、略１の倍率の加速レンズとなるようにＶ形成された第１の レンズと、 前記アナライザスリットの下流側に配設され、ターゲットを装着ηる手段のター グツ１〜の面に、所望のイオン核種のビームを集束させ、かつ、このビームを加 速して縮小させるレンズに形成された第２のレンズと、 この第２のレンズとこのターゲットの面の間に配設され、所望の平面上の走査フ ィールド内のパターンにビームを偏向させるデフレクタと、 前記源と、前記抽出電極と、前記第１のレンズと、前記第２のレンズと、ターゲ ットを装着する手段と【こ連結され、実質的に等しい電圧比でこの第１のレンズ とこの第２のレンズとの間でビームを加速し、かつ、前記源の像を限定して、実 質的に縮小された収差が前記質量分析器に住しるように、略１８宰１の第１のレ ンズによりビームを集束させ、並びに縮小させる第２のレンズに渡って、前記質 量アシライザスリッ１〜でのイオンビームより小さいように、ビームをターゲッ トの平面に集束させる電力供給手段とを右することを特徴とする集束したイオン ビームのコラム。 ２、前記源は、二度チャージされたシリコンイオンの液体金属のイオン源である ことを特徴とする請求の範囲第１　ｒ２４記載の集束したイオンビームの」ラム 。 ３、前記液体金属のイオン源は、所望の核種になるように、この液体金属のイオ ン源でイオン化された成分を備えた合金を右づることを特徴とする請求の範囲第 ２項記載の集束したイオンビームのコラム。 ４、前記第１のレンズは非対称のレンズであり、前記抽出電極は、この非対称の レンズの第１の部祠と１．て作動づることを特徴とする請求の範囲第１項記載の 集束したイオンビームのコラム。 ５、前記源は、二瓜チャージされ１．Ｘシリ」７１′）ｊノの液１４〜金属のイ オン源であることを特徴とする請求の範囲第１１ｊｉ記載の集束したイオンビー ムのコラム。 ６　前記液体金属のイオン源は金とシリニ１ンとの合金含有し、所望の核種にな るように、シリコンは、この液体金属のイオン源で二度イオン化されることを特 徴とする請求の範囲第５項記載の集束したイオンビームのコラム。 ７、前記電力供給装置は、前記第１のレンズが略倍率１で作動づ−るように、こ の第１のレンズを作動させることを特徴とする請求の範囲第１項記載の集束した イＡンヒーＬ、のコラム。 ８“、ビーム内のエネルギースプレッドにＪ、るそれらの色収差が、偏向フィー ル１−の球面曲率によるターゲットの平面ての収差、又は電磁質量分析器により 生しる色収差より大きくなるように、第１、第２のレンズの電極及びディフレク タの夫々の物理的形状及び電位が、選択されることを特徴とする請求の範囲第１ 項記載の集束したイオンビームのコラム。 ９、前記源から、第１のレンズの中心、前記質量アブライザスリン１〜、及び前 記第２のレンズを通過して延ひる中心軸は、直線的であり、所望のイオン核種は 、実質的にこの軸にイζ）って進行し、他の核種又は電荷のイオンは、偏向され て前記アナライザスリットを通過しないような、電磁場の強度で前記質量分析器 か作動づることを特徴とする請求の範囲第１項記載の集束したイオンビームのコ ラム。