JPS61288363A - 収束ビ−ム装置 - 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】 本発明収束ど一ム装置を以下の項目に従って説明する。

Ａ、産業上の利用分野 Ｂ１発明の概要 Ｃ９背景技術［第２図乃至第５図コ Ｄ０発明が解決しようとする問題点 Ｅ２問題点を解決するだめの手段 Ｆ、実施例［第１図］ ａ、構造［第１図］ ｂ、アライメント Ｃ９作用 Ｇ１発明の効果 （Ａ、産業上の利用分野） 本発明は新規な収束ビーム装置に関する。より詳しくは
、ビーム源と収束レンズ系との間のアライメントを正確
に行うことのできる新規な収束ビーム装置を提供しよう
とするものである。

（Ｂ、発明の概要） 本発明収束ビーム装置は、ビーム源と上記ビーム源から
のビームを収束して被照射体に照射する収束レンズ系と
を有する収束ビーム装置において、ビーム源と収束レン
ズ系との間を正確に７ライメントすることができるよう
にするため、ビーム量検出手段と、上記ビーム源からの
ビームが垂直に通る１つの面上にて上記ビーム量検出手
段を走査させる検出手段移動機構とを設けてなることを
特徴とするものである。

（Ｃ，背景技術）［第２図乃至第５図］微細加工のため
収束イオンビームを露光用のエネルギーとして用いるよ
うにした収束ビーム装置として第２図に示すものがある
。この収束ビーム装置は、液体金属イオン源［またはＥ
　ＨＤ　（Ｅｌｅｃｔｒｏｈｙｄｒｏ−ｄｙｎａｍｉｃ
）イオン源］　ａから放射されるイオンビームｂをまず
収束レンズＣにより収束し、次いでアパーチャｄによっ
てイオンビームｂを絞り、次いでこのイオンビームｂを
収束レンズｅにより再び収束した後、この収束されたイ
オンビームｂを偏向レンズｆによって偏向させることに
より、試料ステージｇ上に載置されている試料ｈ（例え
ば、フォトレジストが塗布されたシリコンウェハー）に
所定の描画を行なうことができるようにされている。尚
、上述の収束レンズｃ、ｅ及び偏向レンズｆはいずれも
静電レンズであり、また、第２図に示す液体金属イオン
源ａ、収束レンズｃ、ｄ、偏向レンズｆ、試料ステージ
ｇ等は全て真空装置内に設けられている。

ところで、上述の収束ビーム装置において用いられてい
る液体金属イオン源ａより放射されるイオンビームｂは
第３図に示すように比較的広い放射角度分布を有してい
る。このため、この収束ビーム装置におけるイオンビー
ムｂと静電レンズ系ｄ、ｅの光軸とのアライメントは比
較的容易に行うことができる。ところが、上述の従来の
収束ビーム装置において、液体金属イオン源ａより高輝
度のイオンビームｂを得ることの可能な気体イオン源を
用いる場合、この気体イオン源より放射されるイオンビ
ームは第４図に示すように放射角度分布が小さいため、
イオンビームが静電レンズ系の光軸上にくるように正確
に７ライメントを行ってイオンビームと静電レンズ系の
光軸とが一致するようにする必要がある。しかしながら
、従来のイオンビーム装置は液体金属イオン源ａを用い
ることを前提とした構造となっているので、気体イオン
源を用いた場合にはイオンビームと静電レンズ系の光軸
との軸合せを行うのが難しかった。

そこで、第５図に示すようなイオンビームモニターｊを
設け、軸合せ時にそのイオンビームモニターｊを構成す
るチャンネルプレートにでイオンビームによる二次元の
プロフィール（二次元像）を観察し、それに基づいて収
束レンズ系ｃ、ｅを移動してアライメントする方法が試
みられた。この場合、イオンビームモニターｊはその軸
合せ時に第２図に２点鎖線で示すようにアパーチャｄの
下側に位置され、その状態でプロフィール観察が行われ
る。尚、ｔはスクリーンで、イオンビームによる二次元
像が投影される。

（Ｄ、発明が解決しようとする問題点）ところで、イオ
ンビームによる二次元像の目視によりビームの光軸を判
断し、それに基づいて軸合せするという前述の方法によ
れば軸合せ精度が充分ではなく、また、作業員により判
断結果に個人差が生じるという問題があった。

本発明は上記問題点を解決すべく為されたもので、ビー
ム源と収束レンズ系との間のアライメントを正確に行う
ことのできる新規な収束ビーム装置８を提供しようとす
るものである。

（Ｅ、問題点を解決するための手段） 本発明収束ビーム装置は上記問題を解決するため、ビー
ム源と該ビーム源からのビームを収束して被照射体に照
射する収束レンズ系とを有する収束ビーム装置において
、ビーム量検出手段と、上記ビーム源からのビームが略
垂直に通る１つの面上にて上記ビーム量検出手段を走査
させる検出手段移動機構とを設けてなることを特徴とす
るものである。

従って、本発明収束ビーム装置によれば、ビーム量検出
手段によりビーム量を検出しながら検出手段移動機構で
ビーム量検出手段を走査駆動することによりビーム源か
らのビームの光軸を正確旦つ客観的に検出することがで
きる。依って、ビーム源と収束レンズ系との間の７ライ
メントをきわめて正確に行うことができる。

（Ｆ、実施例）［第１図］ 以下に、本発明収束ビーム装置を添附図面に示した実施
例に従って説明する。

第１図は本発明収束ビーム装置の実施の一例を示すもの
である。

（ａ、構造）［＄１図］ １は気体イオン源を構成するイオン銃で、ＸＹＺステー
ジ式高精度マニピュレータ（図示せず）に固定されてい
る。そして、このイオン銃ｌのエミッター２を真空装置
外部から三次元的に移動させることができると共に、所
定の傾斜機構（図示せず）によってこのエミッター２を
傾斜させることができるようになっている。３は引出電
極で、該電極３と上記エミッター２との間にしきい値電
圧以上の電圧を加えることによりイオンビーム４をエミ
ッター２から引き出すことができる。

５はアパーチャで、引出電極３の下方に水平面内（ｘＹ
平面内）で移動可能に設けられ、さらにこのアパーチャ
５の下方には収束レンズ６、偏向レンズ７が設けられて
いる。

偏向レンズ７の下方には中心孔８を有する試料ステージ
９が設けられ、さらにこの試料ステージ９の下方には、
予め鉛直方向に軸合せが行われたＨｅ−Ｎｅレーザービ
ーム発生機１０が水平面内で移動可能に設けられている
。尚、このＨｅ−Ｎｅレーザービーム発生機１０は真空
装置の外部に設けられている。

１１はファラデーカップで、アパーチャ５と収束レンズ
６との間において水平面内（ＸＹ平面内）で移動可能な
るようにＸＹマニピュレータ１２によって支持されてい
る。ファラデーカップ１１はイオンビームのビーム量を
検出し、それを電気信号（電流）に変換する機能を有す
る。該ファラデーカップ１１は二次電子放出量の少ない
モリブデン等の金属材料からなり、例えば直径１ｍｍの
口径を有し、この口径内に入射されるビームのみが検出
され、そのビーム量に対応した電気量（電流）を有する
信号が発生する。

ＸＹマニピュレータ１２は本体部が真空装置外部に設け
られている。１３はＸステッピングモータ、１４はＹス
テッピングモータで、該２つのモータ１３．１４により
ファラデーカップ１１を支持する支持棒１５をＸ、Ｙ方
向に移動し、それによってファラデーカップ１１を一定
水平領域内において走査させる。１６はＸＹマニピュレ
ータ１２の本体部と真空装置内との間を遮ぎることによ
り真空装置内の気密性を維持するシール部である。

１７はモータコントローラで、上記ステッピングモータ
１３．１４によってファラデーカップ１１が上記水平領
域内を走査するようにモータ１３．１４をコントロール
すると共にファラデーカップ１１のＸ座標、Ｙ座標を示
す信号をプロッター１８へ出力する。

上記プロッター１８はファラデーカップ１１が各座標上
に居るときの電気信号（電流）をその強さに対応した濃
淡によって座標用紙１９上に示す。従って、この座標用
紙１９上にイオンビームのプロフィールが描かれ、その
プロフィールからイオンビームの光軸の向きをきわめて
正確に検出することができ、その検出結果を参照しなが
らイオン銃１のエミッター２も向きを調整することによ
り正確に後述する軸合せをすることができる。

尚、上記ＸＹマニピュレータ１２はステッピングモータ
１３．１４により駆動するのではなく、マニュアル操作
により駆動するようにし、ファラデーカップ１１の出力
である電流の電流値を電流計（ピコアンペアメータ）に
より検出しながらファラデーカップ１１を走査し、その
電流計の出力値をプロッターに記録し、最大の出力値が
得られたときのファラデーカップ１１のｘ、Ｙ座標をも
ってイオンビームの光軸の通る位置と判断するようにし
ても良い。

（ｂ、アライメント） 次に、アライメントをどのように行うかについて説明す
る。

先ず、レーザビーム発生機１０を利用してイオン銃１と
収束レンズ系６との位置関係を検出してその位置関係を
おおまかに調整し、その後、ファラデーカップ１１及び
ｘＹマニュピレータ１２を用いてイオンビーム４の光軸
の向きを検出し、その検出結果に基づいてエミッター２
の向きを微調整することにより軸合せをする。

そこで、先ず、レーザビーム発生機１０を利用してのイ
オン銃ｌと収束レンズ系６との位置関係の調整について
説明する。ファラデーカップ１１は予めイオンビーム４
の経路を遮ざらないところに位置させておく、そして、
　Ｈｅ−Ｈｅレーザービーム発生機１０より鉛直方向に
レーザービーム（波長６３２８人）を発生させる。この
際アパーチャ５の孔の中心が静電レンズ系の光軸からず
れている場合には、レーザービームがアパーチャ５に当
たる。この場合には、Ｈ’ｅ　−Ｎ　ｅレーザービーム
発生機１０を水平面内で種々の方向に移動する。この際
、レーザービームが収束レンズ６の孔を通過する時には
可動アパーチャ５にレーザービームが到達するが、収束
レンズ６の孔からはずれた位置にレーザービームが来た
場合には、可動アパーチャ６にレーザービームが当たら
なくなる。そこで、アパーチャ５にレーザービームが当
たる様子を観察しながら、　Ｈｅ−Ｎｅレーザービーム
発生＠１０を水平面内で移動して、レーザービームが可
動アパーチャ５に当たらなくなるときのＨｅ−Ｎｅレー
ザービーム発生機１０の位置座標をこのＨｅ−Ｎｅレー
ザービーム発生ａｌＯが取り付けられているマニピュレ
ータ（図示せず）の目盛により読み取り、この位置座標
を所定の用紙にプロットすると、収束レンズ６の孔に対
応した円が描かれる。

このようにして描かれた円の中心が静電レンズ系の幾何
学中心である。従って、この中心の座標を求め、この座
標位置にＨｅ−Ｎｅレーザービーム発生機１０を移動さ
せれば、レーザービームを静電レンズ系の幾何学中心軸
上に位置合せすることができる。

次に、イオン銃１のエミッター２を上述の幾何学中心軸
上に位置させる方法につき説明する。

先ず、アパーチャ５を水平面内で移動させてその孔の中
心をレーザービームが通ってイオン銃１のエミッター２
の近傍にこのレーザービームが到達するようにする。次
にイオン銃１のマニピュレータを移動してエミッター２
の先端がこのレーザービーム内に入るようにする。これ
は、真空装置に設けられたのぞき窓（マｉｅｗ　ｐｏｒ
ｔ　）を通して望遠鏡によりエミッター２をａ察しなが
らイオン銃ｌをそのマニピュレータで移動させ、エミッ
ター２がレーザービーム内に入った時に生ずる赤色の反
射光を検出することにより確認することができる。

次に、この位置付近でイオン銃ｌをマニピュレータを水
平面内で種々の方向に移動して種々の方向についてエミ
ッター２の先端による反射光が生じなくなるときのマニ
ピュレータの位置座標を読み取り、これを別の用紙にプ
ロットするとエミッター２の先端形状に対応する円が描
かれる。

この円の中心にエミッター２を移動すれば、エミッター
２の先端部がレーザービームの中心に位置合せされたこ
とになる。

次に、イオン銃１のエミッター２の先端から放射される
イオンビーム４の中心軸を静電レンズ系の光軸に軸合せ
する方法につき説明する。先ず、ファラデーカップ１１
を水平面内で移動させ、プロッター１８によりエミッタ
ー２から放射されるイオンビーム４のプロフィールを座
標用紙１９に描かせる。そして、そのプロフィールを観
察した結果、イオンビーム４の中心軸が静電レンズ系の
光軸（即ち、レーザービーム）からずれていることが解
った場合には、イオン銃１を傾斜させてイオンビーム４
の中心軸がファラデーカップ１１の中心に来るようにす
る。この操作によってイオン銃１のエミッター２の先端
の位置がレーザービームの中心軸からずれた場合には、
既述と同様な方法によりエミッター２の先端をレーザー
ビームの中心軸に再び位置合せする。

以上の操作を繰り返し行うことにより、イオンビーム４
と静電レンズ系の光軸との軸合せをきわめて正確に行な
うことができる。

尚、プロッター１８により座標用紙１９にイオンビーム
のプロフィールを描かせてイオンビームの軸を検出する
のではなく電流計により検出したファラデーカップ１１
の出力電流の最大値が得られるときのファラデーカップ
１１の位置座標を求めることによりイオンビームの軸を
検出するようにしても良いことは前述のとおりである。

（ｃ、作用） 図示した収束ビーム装置によれば、レーザビーム発生機
１０を用いてイオン銃１のエミッター２と収束レンズ系
との間の位置関係を検出し、その検出結果に基づいてそ
の位置関係を調整することができる。そして、その位置
合せを終えた後、ファラデーカップ１１、ＸＹマニュピ
レータ１２等を用いての測定の結果に基づいてエミッタ
ー２の向きを調整するのできわめて正確な軸合せを行う
ことができる。

そして、ビーム量検出手段としてファラデーカップ１１
を用いているので二次電子の発生を少なくすることがで
き、放電を防止できる。というのは、ビーム量検出手段
として第５図に示すようなチャンネルプレートから構成
されたものを用いた場合には二次電子の発生量が多く、
その二次電子の一部がイオン銃側に加速されて流れ、放
電を招き、エミッターの寿命が短かくなるという慣れが
ある。しかし、第１図に示した収束ビーム装置　　　−
においてはビーム量検出手段として二次電子を放出しな
いモリブデン等の金属材料からなるファラデーカップ１
１を用いているので、二次電子の放出がなく、従って、
放電の惧れもなく、エミッターは高寿命である。そして
、ファラデーカップの方がチャンネルプレートに比較し
て真空にしたときのガス放出量が少ないので、イオン銃
１付近で真空度低下によりイオンビームの安定性が低下
する惧れも少ない、そして、チャンネルプレートにはそ
れ自身が引出電極により加速されたイオンビームにより
損傷を受けるという問題があるが、ファラデーカップ１
１は衝撃に強いモリブデンからなるのでそのような問題
はない。

また、チャンネルプレートにより得たイオンビームのプ
ロフィールの二次元画像を観察してイオンビームの軸を
検出する方法では画像の観察の仕方に個人差が生じ易く
、誤差も生じ易いが、第１図の収束ビーム装置のように
ビーム量検出手段たるファラデーカップ１１を走査しな
がらそのファラデーカップ１１でイオンビームのビーム
量を検出し、プロッター１８によりイオンビームのプロ
フィールを描かせたり、あるいは各座標に対するイオン
ビームのビーム量を求めたうえで最も強いビーム量が得
られた座標を求めたりすることによりイオンビームの中
心軸を検出するので個人差の生じない客観的な検出結果
が得られる。

そして、若し従前のようにチャンネルプレートからなる
イオンビームモニターでイオンビームの中心軸を検出す
る場合には目視観察ができるようにプロフィールを示す
二次元画像の大きさを大きくしなければならない、とこ
ろで、イオンビームの拡がり角は気体イオン源を用いた
場合小さくなるので、プロフィールを示す二次元像を大
きくするためにはチャンネルプレートをイオン銃から相
当に離れた位置に配置しなかればならない、従って、収
束ビーム装置を大きくしなければならなかった。しかる
に、第１図に示した収束ビーム装置によれば、イオンビ
ームのプロフィールヲ直接目視しないのでファラデーカ
ップｌｌ上にイオンビーム４による大きなプロフィール
が描かれるようにする必要はない、従って、ファラデー
カップ１１をイオン銃１から余り遠くする必要はないの
で、収束ビーム装置は小さくて済む。

（Ｇ、発明の効果） 以上に述べたところから明らかなように、本発明収束ビ
ーム装置は、ビーム源と該ビーム源からのビームを収束
して被照射体に照射する収束レンズ系とを有する収束ビ
ーム装置であって、ビーム、量検出手段と、上記ビーム
源からのビームが略垂直に通る１つの面上にて上記ビー
ム量検出手段を走査させる検出手段移動機構とを設けて
なることを特徴とするものである。

従って、本発明収束ビーム装置によれば、ビーム量検出
手段によりビーム量を検出しながら検出手段移動機構で
ビーム量検出手段を走査駆動することによりビーム源か
らのビームの光軸を正確旦つ客観的に検出することがで
きる。依って、ビーム源と収束レンズ系との間のアライ
メントをきわめて正確に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明収束ビーム装置の実施の一例を示す縦断
面図、第２図乃至第５図は背景技術を説明するためのも
ので、第２図は従来例の−を示す縦断面図、第３図及び
第４図は液体金属イオン源及び気体イオン源により得ら
れるイオンビームの強度と放射角との関係を示すグラフ
、第５図はチャンネルプレートによるビームの軸検出方
法を示す斜視図である。 符号の説明 １・・・ビーム源、　　６・・・収束レンズ系、１１・
・φビーム量検出手段、 １２・拳・検出手段移動機構 井雀断面図 第１図 、Ｂ　ｉｔ　Ｉｌｌ　（ｍｒａｄ） ろ（酊分布回 第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）ビーム源と、 上記ビーム源からのビームを収束して被照射体に照射す
   る収束レンズ系と、 を有する収束ビーム装置であって、 ビーム量検出手段と、 上記ビーム源からのビームが略垂直に通る１つの面上に
   て上記ビーム量検出手段を走査させる検出手段移動機構
   と、 を設けてなることを特徴とする収束ビーム装置