JPS61269314A - イオンビ−ム集束照射方法 - 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】 〔概　要〕 イオンビームが入射する鏡筒の上面に鏡面を設け、イオ
ン源と鏡筒との間に挿入した螢光スクリーンに投影され
る該イオンビームの輝点を、該鏡面上に映し、該鏡面上
の輝点像を、該鏡面に設けた鏡筒の光軸位置に対応する
基準マークと一致させることによって、該イオンビーム
の光軸を該鏡筒の光軸と一致せしめるものであり、これ
によってイオン源と鏡筒間の距離の短縮を可能にし、該
イオンビームの収差を減少させるものである。

〔産業上の利用分野〕

本発明は直接イオンビーム露光等イオンビームの集束照
射方法に係り、特に電界電離型ガスイオン源を用いるイ
オンビーム照射系において、イオン源とイオンビーム集
束用光学系との距離が短縮され、イオンビームの収差の
減少が図れる、ビーム集束用光学系とイオンビームとの
光軸合わせ方法に関する。

電界電離型ガスイオン源から放射されるイオンビームを
集束し、これを半導体装置の製造プロセス等に応用する
ことに対して、近年、非常に関心が高まって来ている。

これは例えば直接イオンビーム露光において、ｉ）直接
電子ビーム露光に比べて荷電粒子の質量が大きいために
、レジスト内のビームの散乱及び後方散乱等が起きず、
近接効果が無視されて解像度が大幅に向上すること、 ｉｉ）液体イオン源を用いるイオンビーム露光に比べ、
イオン化機構の相違からイオンビームのエネルギー分布
が小さく、ビーム径をより細（絞ることが可能なので微
細加工により有利である、というような利点によるもの
である。

しかし該電界電離型ガスイオン源を用いたイオンビーム
の集束照射系においては、ビーム集束用鏡筒（カラム）
即ち光学系に対するイオンビームの光軸合わせが容易で
なく、そのためにイオン源とカラム（光学系）との距離
が大きくなって収差が増大し、ビーム径の微細化が不充
分になるという問題があり、収差を減少せしめ得るイオ
ンビームと光学系との光軸合わせ方法の開発が要望され
ている。

〔従来の技術〕

第３図は電界電離型ガスイオン源において、イオンビー
ムを発生するエミッタ・チップを模式的に示す側断面図
である。

同図に示すように電界電離型ガスイオン源においては、
ガス例えばヘリウム（Ｈｅ）のイオン化は略Ｖ字形をし
たエミッタ・チップ３１の先端表面の電界の強い場所で
行われ、他者より突出している原子（エミッタ・チップ
を構成する例えばタングステン原子）の部分や、面方位
を異にする原子層の縁部等でガスはイオン化される。（
Ｈｅ”はヘリウム・イオン、３２はタングステン原子）
その結果、イオンはエミッタ・チップの先端から疎らに
放出されることになる。

ここで第４図は上記イオンビーム放出時のエミッタ・チ
ップ先端部の電界イオン顕微鏡（ＦＩ１）像を模式的に
表したものでであり、図中、ＢｉＩ目）　　は（１１１
）面の角から発生するイオンビームに対応する輝点、Ｂ
　（１１２＋ｌ　Ｂ　（＋ｚ＋＞、　Ｂ（２１１１はそ
れぞれ（１１２）　、　（１２１）　、　（２１１）面
の角で発生するイオンビームに対応する輝点である。

これらイオンビームにおいて最も輝度の高いものが露光
に用いられ、例えばタングステン・チップの場合（１１
１）面の角から発生するイオンビームＢ（ＩＩ１）が最
も輝度が高いので、通常このイオンビームが直接露光等
の集束照射に用いられる。

上記電界電離型イオン源を露光装置等の集束カラム系の
イオン源として用いるには、上記のようにイオンビーム
がエミッタ・チップの先端部から異なる向きに疎らに放
出されるために、イオンビームとカラムの光学系との光
軸合わせは容易でな（、通常電子ビーム露光等において
用いられる方法と異なり特異な方法が用いられる。

第５図は従来の光軸合わせ方法を模式的に示す模式側断
面図である。

同図に示すように従来方法においては、電界電離型ガス
イオン源１とカラムの光学系即ち静電レンズ５の間に、
螢光スクリーン付電子増倍板２とミラー３を挿入し、螢
光スクリーン１１面における静電レンズ５の中心軸との
交点位置に予め設けられた基準マーク１２と所望のイオ
ンビームｔＢ、により同螢光スクリーン１１面に形成さ
れる輝点Ｂとを、ミラー３を介して観察しながら、ガス
イオン源１をそのエミッタ・チップの先端部を基準にし
てその向き及び位置を調節して一致させることによって
、イオンビームＩＢ＋　と静電レンズ５の光軸合わせが
なされていた。（４はアパーチャ部、１３は目の位置を
示す） 〔発明が解決しようとする問題点〕 然しこの方法では光軸合わせに際して、螢光スクリーン
付電子増倍板２とカラムの光学系即ち静電レンズ５との
間にミラー３が挿入される空間が必要になる。

そのために、ガスイオン源１と静電レンズ５との距離が
大きくなってビームの収差が増大し、それに伴ってビー
ムが拡大してアパーチャ部４を通過するイオン電流量が
減少し、該電界電離型ガスイオン源を用いる直接露光等
におけるスループットを低下せしめるという問題があっ
た。

〔問題点を解決するための手段〕

第１図は本発明に係る光軸合わせ方法の一実施例を示す
模式側断面図（ａ）及びアパーチャ上面の模式平面図（
ｂ）である。

上記問題点は同図に示すように、電界電離型ガスイオン
源１から発生するイオンビームＩＢ、と、該イオンビー
ムＩＢＩを被加工体面に集束照射する光学系５との光軸
合わせに際して、該光学系５を内蔵する鏡筒の上面に鏡
面１４を設け、該ガスイオン源１と該鏡筒との間に螢光
スクリーン１１付の電子増倍板２を挿入し、該イオンビ
ームＩＢ＋が該螢光スクリーン１１面に形成する輝点Ｂ
を、所定の位置１３から該鏡筒上の鏡面１４に映して観
察し、該イオン源１中のイオンビーム発生部を動かして
該鏡面１４上の該輝点Ｂ像を該鏡面１４上に設けた基準
マーク１６の位置に合致せしめることをにより、該イオ
ンビームＩＢ、と該鏡筒内の光学系５との光軸を一致せ
しめる本発明によるイオンビーム集束照射方法によって
解決される。

〔作用〕

即ち本発明は、アパーチャ部を鏡面研磨することにより
、螢光スクリーン付電子増倍板で見られるイオン放射パ
ターン（ＦＩＭ像）！１７１３輝点を、直接アパーチャ
の鏡面部上に映し出し、望みの輝点がアパーチャの開孔
部に合致するように、アパーチャの鏡面部に設けた基準
位置マークを介してビームの光軸合わせを行うものであ
り、基準マーク及び輝点を観察するためのミラーを除去
してイオン源と鏡筒間の距離を短縮し、イオンビームの
収差の拡大を防止する。

〔実施例〕

以下本発明を図示実施例により、具体的に説明する。

第１図（ａ）は本発明に係る光軸合わせ方法の一実施例
を示す模式側断面図、 第１回出）は同アパーチャ上面の模式平面図、第２図（
ａｌ及び（ｂｌは本発明に係る直接イオンビーム露光工
程を示す模式側断面図である。

全図を通じ同一対象物は同一符号で示す。又第３図とも
同符号を用いている。

第１図（ａ）、　（ｂｌにおいて、１は電界電離型ガス
イオン源、２は螢光スクリーン付電子増倍板、５は静電
レンズ、６は鏡面研磨アパーチャ、１１は螢光スクリー
ン、１３は目の位置、１４は鏡面部、１５は開孔、１６
は基準位置マーク、Ｂは輝点、ＩＢ及びＩＢ＋はイオン
ビーム、１ｍはアパーチャ上面に映る螢光面の虚像位置
を示す。

本発明に係るイオンビームの光軸合わせ方法においては
、例えば第１図（ａｌ及び（ｂ）に示すように、アパー
チャ６の開孔１５の中心軸を通るイオンビームが螢光ス
クリーン１１面に投影する輝点が、所定の目の位置１３
から観察して映るアパーチャ６の鏡面部１４上の所定の
場所に基準位置マーク１６を形成しておき、ガスイオン
源１のエミッタ・チップ（図示せず）先端部から放射さ
れる所望のイオンビーム、例えば最も輝度の高い（１１
１）面から放射されるイオンビームＩＢ、によって螢光
スクリーン１１面に形成される輝点Ｂ１のアパーチャ６
の鏡面部１４上の映像を、前記所定の目の位置１３から
観察して該アパーチャ６の鏡面部１４上の基準位置マー
ク１６に、ガスイオン源１の向きを前記エミッタ・チッ
プの先端部を基準にして動かして合致させることによっ
て、所望のイオンビームＩＢ、の光軸とアパーチャ６の
中心軸即ち静電レンズ５の光軸とを厳密に一致させる。

このようにすれば、輝点と基準位置マークの合致状態を
観察する手段として従来用いられていたミラーが不用に
なるので、その分、イオンビーム源１とイオンビームの
集束投影系即ち静電レンズ５の中心との距離が縮小され
、従来１５０ｆｌ程度必要であったその距離が１００ｍ
以下に縮小される。

これによって、イオンビームの加速電圧＝５０に■、ビ
ームの入射半頂角＝１ミリ・ラジアン、ビームのエネル
ギー分布Δ■＝１ｅｖルンズ中心から被加工面までの距
離””　１０（１１ｍとすると、下記第１表に示すよう
になる。

この表から明らかなように、イオン源−レンズ中心間の
距離Ｚが１５０１１であった従来に比べ、本発明による
イオン源−レンズ中心間の距離Ｚ＝１００ｍにおいては
球面収差が大幅に縮小され、これによって全収差も１／
２以下に減少される。

第２図は上記イオンビームの光軸合わせ方法を用いる直
接イオンビーム露光方法の一実施例を示す工程側断面図
で、 同図（ａｌは前記方法によりイオンビームと光学系との
光軸合わせを行っている状態を表し、同図（ｂ）は光軸
合わせを終わって実際に露光を行っている状態を表して
いる。

同図（ａ）に示すように、イオン源１と第１の集束レン
ズ１７の間に挿入して光軸合わせに用いた螢光スクリー
ン１１付電子増倍板２は、前述の方法による光軸合わせ
をおわったならば、 同図（ｂ）に示すように、イオンビームＩＢの径路から
外され、 イオンビームＩＢを直にアパーチャ６の開孔１５上に照
射し、該アパーチャ４の開孔１５、第１の集束レンズ１
７、ブランキング偏向器１８、ブランキング・アパーチ
ャ１９、第２の集束レンズ２０、偏向器２１等を介し、
ステージ２２上の被加工体２３面に集束イオンビームに
よる描画露光がなされる。

なお本発明の方法は上記直接露光に限らず、イオン注入
により不純物導入領域を形成する際にも適用される。

〔発明の効果〕

以上説明のように、本発明による電界電離型ガスイオン
源を用いるイオンビーム照射方法によれば、イオン源と
イオンビームを集束する光学系との距離を大幅に縮小す
ることが出来るので、光学系に入射するイオンビームの
収差が大幅に減少する。

従って光学系に入射するイオン電流が増大し、且つイオ
ンビームをより細く絞ることが可能になるので、前記直
接露光等のイオンビームによる加工工程のスループット
が増大し、且つより微細加工が可能でその精度も向上す
るという効果を生ずる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明に係る光軸合わせ方法の一実施例
を示す模式側断面図、 第１図（ｂｌは同アパーチャ上面の模式平面図、第２図
（ａ）及び（ｂ）は本発明に係る直接イオンビーム露光
工程を示す模式側断面図、 第３図は電界電離型ガスイオン源におけるイオンビーム
を発生するエミッタ・チップを模式的に示す側断面図、 第４図はイオンビーム放出時のエミッタ・チップ先端部
の電界イオン顕微鏡（ＦＩ１）像の模式第５図は従来の
光軸合わせ方法を示す模式側断面図である。 図において、 １は電界電離型ガスイオン源、 ２は螢光スクリーン付電子増倍板、 ５は静電レンズ、 ６は鏡面研磨アパーチャ、 １１は螢光スクリーン、 １３は目の位置、 １４は鏡面部、 １５は開孔、 １６は基準位置マーク、 Ｂは輝点、 ＩＢ及びＩＢ＋　はイオンビーム を示す。 （刀　　　　　　（ｂ） 光軸会わせ時　　　霧光時 ｍｇ亀ぐ孫ろｉ圭各イオンε−乙漬畦入大サス針（ａシ
曜責灯五テゑ１草２　コ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、電界電離型ガスイオン源（１）から発生するイオン
   ビーム（ＩＢ＿１）と、該イオンビーム（ＩＢ＿１）を
   被加工体面に集束照射する光学系（５）との光軸合わせ
   に際して、 該光学系（５）を内蔵する鏡筒の上面に鏡面（１４）を
   設け、 該ガスイオン源（１）と該鏡筒との間に螢光スクリーン
   （１１）付の電子増倍板（２）を挿入し、該イオンビー
   ム（ＩＢ＿１）が該螢光スクリーン（１１）面に形成す
   る輝点（Ｂ）を、所定の位置（１３）から該鏡筒上の鏡
   面（１４）に映して観察し、 該イオン源（１）中のイオンビーム発生部を動かして、
   該鏡面（１４）上の該輝点（Ｂ）像を該鏡面（１４）上
   に設けた基準マークの位置に合致せしめることにより、 該イオンビーム（ＩＢ＿１）と該鏡筒内の光学系（５）
   との光軸を一致せしめることを特徴とするイオンビーム
   集束照射方法。 ２、上記鏡面（１４）が該鏡筒に配設されるアパーチャ
   （６）上に形成されることを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載のイオンビーム集束照射方法。