JPS61126753A - 高エネルギ−線束照射装置 - Google Patents

高エネルギ−線束照射装置

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JPS61126753A
JPS61126753A JP24630984A JP24630984A JPS61126753A JP S61126753 A JPS61126753 A JP S61126753A JP 24630984 A JP24630984 A JP 24630984A JP 24630984 A JP24630984 A JP 24630984A JP S61126753 A JPS61126753 A JP S61126753A
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JP
Japan
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correction
optical system
focus
energy beam
irradiation device
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JP24630984A
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English (en)
Inventor
Koichi Kugimiya
公一 釘宮
Shinichi Ogawa
真一 小川
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
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Publication date
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02Details
    • H01J37/21Means for adjusting the focus

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)

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】 産業上の利用分野 本発明は、電子などの荷電粒子を照射することにより、
材料表面層を変成せしめることに利用でき、半導体その
他の一般的な電子部品材料に広く適用できる。
従来例の構成とその問題点 従来より荷電粒子の照射装置として、例えば、イオン注
入装置がある0この装置においては、面均−性を出すた
めに、先ず焦点距離を非常に長くとり、かつ焦点ぼけを
生じしめている。このため、試料面でのエネルギー密度
を高くすることはできず、又、装置が大型化する。
又、電子線アニール装置として知られる照射装置におい
ては、エネルギー密度を非常に高くとれ、瞬時に表面層
を加熱、融解できるなどの能力を有しているが、焦点位
置で使用するために、いわゆる球面収差などにより試料
位置によって大巾にエネルギー密度及び分布が異なって
いる。一般的には中心軸より2〜3圃内で均一性が保、
たれているにすぎない。これと類似の装置で電子線露光
装置がある。最近10w11径での均一性を得ることが
静電光学系などの改良で実現されているが、これ以上の
大面積には対応できていない。さらに電流としては数μ
Aに対応し得るのみであり、本発明の意図する数mA程
度には使用し得ない。又、大電流のため、種々の非対称
性により歪が生じ、光学系の調整では対処し得ない。さ
らに、パルス電子線照射装置があり、数備径にわたって
電子線を照射することができる。しかし、その中でのエ
ネルギー密度は一般的にはガウス分布をしており、均一
性は悪く、かつパルス放出の特性により照射される電子
線のエネルギー分布が非常に広いといった大きな欠点が
ある。
発明の目的 本発明は上述のような欠点がなく、大電流がとれ、広域
にわたってエネルギー密度の一定した、かつエネルギー
分布の巾の狭い一様な照射特性を有する高エネルギー線
束照射装置を提供するものである。
発明の構成 本発明は、線源、収束発散光学系及び線束走査光学系な
どの電子光学系を備えた高エネルギー線束照射装置にお
いて、光学系中心位置から周辺へのずれ量に対応して生
ずる焦点変動を、必要な補正を重畳して補正する焦点補
正光学系を具備せしめる0又、焦点補正回路系において
、位置に対応した補正量をMa t r i x状に保
持せしめる。また、加速電圧や使用条件によって補正値
は異なるので、対応するMa t r i xを数レベ
ル用意する。
実施例の説明 本発明の装置は、第1図に示すように、少なくとも線源
1、収束ないしは発散光学系2及び線束走査光学系3を
備えている。又、アパチャー4によって線束の外形を整
える。この時、線束走査光学系3によって線束を、テレ
ビのブラウン管上の電子ビームの走査のように偏向させ
ると、点線6のように球面収差が生じ焦点ずれが生ずる
と共に、試料6の面上での線束の形状及びエネルギー密
度が変化する。これを防ぐために、本発明では、中心7
からの5ずれ量正によって、相応する焦点の変化量Δd
をあらかじめ求め、その位置に対応して焦点を補正する
焦点補正光学系8の動的光学補正で試料面に常に焦点が
あるよう構成されている0この時、線束走査光学系3に
走査信号を送る走査回路3′と同期して、補正回路8′
よりずれ量に相応した補正信号を焦点補正光学系8に送
り、その位置と対応させる。なお同図においては、線束
走査系や焦点補正光学系及び回路系を別々に画いである
が、以上の動的補正を一体に組み込んだ一体型光学系で
あってもよいことはいうまでもない。
又、補正回路8としては、ずれ量iと変位量Δdが、図
のように球面状に変化することから、このような球面に
相応する補正出力を出す。さらに、厳密には、光学系全
体が必らずしも軸対象になく歪が実際に生じており、焦
点ずれは必らずしも図のような球面上に生じない場合が
多い。これに対して、ずれ量i(平面上ではx、y)に
対しての変位量Δdを網目状に多数測定し、その補正値
を求めておき、この値を一旦たとえばMa t r i
 x状に補正回路8′に記憶させておく。従って、実際
の使用にあたっては、ずれ量iに相応する補正値をその
網目状の補正点から取り出し補正を行う〇なお、この補
正値は、加速電圧にも依存するので、加速電圧に対して
も補正値を入れておく。
次に、具体的な実施例を説明する。加速電圧1oKV、
電流s o mA 、走査中60簡の電子線束走査装置
における電子線束強度を測定した所、第2図に示すよう
な強度むらを有していた。平面的にはタマゴ型をした少
し歪んだ分布である。ファラデーカップを用い、最大強
度に対して規格化しである。同図より、約50%の強度
差のあることが判る。
次に、この相対強度が1になるように、各点(6III
I網目状)の焦点補正光学系への補正出力を求めた◇こ
の一例を第3図に示す(データ一点計121点)0 この網目状に形成した補正点をたとえばFROMからな
る記憶回路に入力し、走査回路3の走査信号に同期して
補正出力を出す補正回路8′を駆動させた所、第4図に
示すように、はぼ相対強度を1にすることができた。最
外域において少し急変がみられるが、それでも変動は7
%と非常に少ないものであった。これは出力回路の能力
限界によるものであり、一つには大きな電源を使用すれ
ば良いと思われる。なお補正出力を出す際には、網目の
中間に対応して補間値を出すのではなく、走査開始側の
網目点での補正値を用いた。上記変動をおさえるには従
って、さらに細かい、2.6III+の網目を用いるこ
とによっても半減できると思われる。
次に、走査速度依存性を調べた。速度を0.1m/S。
0.5m/S 、 1 m/S 、 5m/S  と変
化させて、強度を調べたが、はぼ第4図と同じ結果を得
、5 rn/Sの高速度走査にも十分使用できることが
判明した0次に加速電圧依存性を検討した。加速電圧’
d。
KVからsKVまで変化させた時の、各加速電圧の相対
強度の最大変動値(4)をみたのが、第5図である。図
の実線のように、実験により補正した加速電圧(1oK
V)より遠ざかるに従って%動が大きくなることが判る
。この時、y、sKVで実際に補正し、その補正値を用
いて、同じ実験をしたのが、同図破線で示されている。
このことより、例えば、最大変動の誤差を7−以下にし
ようとすれば、5 、7.5.10KV 03点テノ補
正しておけば十分であることが判明した。従って、例え
ばPROMに入れるデータ点数も高密度の点数1.0■
間隔で50■口をとり、2.5KV毎にデータ点をとっ
ても、各加速電圧毎に2600点2合計8000点にす
ぎず十分に対処できる。前述の説明では計121点に対
しては非常に多いが、その分精度が向上している。又、
この方法は、中間の平均値や補正値をとるとその演算に
時間がとるのに対して、瞬時に対応できる点で優れてい
る。
以上の説明は全て、電子線について行ったが、同じこと
は荷電粒子を用いる装置全体についていえることは電磁
論から明らかである。
本発明の高エネルギー線束照射装置により、従来10m
口の均一性がやっと取れる位のものが、最大50 +m
口に拡大することができた。本発明の装置をさらに進め
れば、当然1OoIIIII口にも適用できる。
従来方式であれば、101m110内の小さなものしか
均一な照射ができず、大試料のものに対しては、試料1
01DI毎に移動させる。そのため、10m+毎の不均
一性が必らず生じていた。これに対して、本発明の装置
により、このような不均一性は解消し、大面積に渡って
均一な照射ができるようになった。さらに、光学系に非
称性があっても、上述のごとく問題なく修正できた。
次に、1oKV3mAの電子線を約160pmの径に絞
り1 fn/5tICの速度で、90μmのステップを
もって50 m径の半導体シリコン基板(ウェハ)表面
を全面走査した結果を第6,7図に示す。
なお、基板(ウェハ)を550℃に加熱した。試料はシ
リコンウェハ10上に熱酸化膜1μmをつけ、さらic
o、5μm厚の多結晶シリコン層を形成したものである
。先ず、位置補正の状態で、全面走査後の多結晶シリコ
ンの熔融再結晶化状態を観察した所、第6図に示すよう
に、多結晶シリコンが球状などになり、切れた状態部分
A、過熱しすドで部分的に薄くなり所により下の酸化膜
が露出している部分B、良好に再結晶化し、200〜6
0o/Jmの結晶成長をしている部分C1さらに、全面
が熔けず部分的に多結晶シリコンが残った部分D、全く
変化のない部分Eが認められた。次に。
特殊補正を施した所(種々の検討の結果、前述の位置補
正、即ち第2,3図に示された相対補正出力のさらにA
部90%、8部95%、D部107%、E部114%の
補正)、第7図に示すように、非常に良好な結果を得た
。第6図の非対称性や、バラツキなどの不良の原因につ
いては、加熱のバラツキなどの他熔融再結晶化における
特殊な要因によると思われるが、その原因は今の所、不
明である。しかしながら本発明の補正を施すことによっ
て、従来できなかった非常に良好な結果を得ることがで
き、非常に有力な方法である事が判明した。
特に本発明の装置は、半導体装置の三次元化に伴なう、
単結晶シリコン薄膜を絶縁物上に育成する上で大きな効
果を発揮すると思われる。即ち、現在の装置においては
、装置的に、単結晶シリコン薄膜の連続した育成は10
+w口内に制限されているが1本発明の装置により、こ
れが、現在使用されている4“〜5“(10Q〜125
5mφ)のウェハ全体に適用し得る。
発明の効果 本発明によれば、大電流がとれ、被照射領域の広い範囲
にわたってエネルギー密度の一定したかつエネルギー分
布巾の狭い一様な高エネルギー照射を行うことが可能と
なるすぐれた効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の電子線照射装置の概略構成
図、第2図、第4図は、ずれ量に対する電子線束エネル
ギーの相対強度を、それぞれ従来例、本発明例について
示す図、第3図は本発明に使用した相対補正出力を示す
図、第5図は、加速電圧に対する最大の変動値を示す図
、第6図、第7図は電子銃によるシリコン表面を走査し
た結果を示す図である。 1・・・・・・線源、2・・−・・・収束ないし発散光
学系、3・・・・・・線束走査系、3′・・・・・・走
査回路、6・・・・・・試料、7・・・・・・中心、8
・・・・・・焦点補正光学系、8′・・・・・・補正回
路。 特許出願人 工業技術院長 等々力   達第1図 第2f!1 −25      θ      ↑251’歳tmm 第3図 ψパれ量 第4図 第5図    ず゛載量 と 5              /ρ 、!70a4LX(tq) 第6図 第7図

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)電子光学系において少なくとも線源、収束発散光
    学系及び線束走査光学系を備え、光学系中心位置から周
    辺へのずれ量に対して生じる焦点変動を動的に補正しそ
    の他の不安定性による補正を重畳してなす焦点補正光学
    系を有し、大面積に渡って均等なエネルギ線束を照射し
    得ることを特徴とした高エネルギー線束照射装置。
  2. (2)中心位置からのずれ量に相応した補正出力回路を
    有することを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の高
    エネルギー線束照射装置。
  3. (3)中心位置からのずれ量に対しての補正値を一定間
    隔で記憶せしめ、ずれ量に対して相応する補正値を出力
    せしめる回路を有することを特徴とした特許請求の範囲
    1項記載の高エネルギー線束照射装置。
  4. (4)焦点補正光学系が、全電子光学系の最終段の光学
    系に含まれていることを特徴とした特許請求の範囲第1
    項記載の高エネルギー線束照射装置。
  5. (5)補正値を加速電圧に相応して複数レベル記憶させ
    、ずれ量、加速電圧に相応して補正値を出力せしめるこ
    とを特徴とした特許請求の範囲第1項記載の高エネルギ
    ー線束照射装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6332848A (ja) * 1986-07-25 1988-02-12 Jeol Ltd 荷電粒子アニ−リング装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5577144A (en) * 1978-12-07 1980-06-10 Jeol Ltd Electron beam exposure method
JPS585954A (ja) * 1981-07-03 1983-01-13 Hitachi Ltd 動的焦点補正装置

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