JPS62163246A - イオンビ−ム発生装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、針状電極近傍の気体を高電圧によりイオン化
するいわゆる集束イオンビームＷｉＺ（ＦＩＢ）等のイ
オンビーム発生装置に関する。

〔発明の１既要〕 本発明は、針状電極近傍の気体を高電圧によりイオン化
するイオンビーム発生装置において、イオンビーム発生
装置内の気体の圧力を測定する手段及び当該気体を制御
する手段を設けることにより、針状電極近傍の気体の圧
力を正確に制御して針状電極の寿命を長期化させるもの
である。

〔従来の技術〕

半導体装置の製造工程に用いるイオンビーム発生装置と
して、第５図に示すようなイオンビーム発生装置５１が
知られている。

従来のイオンビーム発生装置５１は、例えばタングステ
ン等の高融点金属材料で形成され気体をイオン化するた
めのエミッタ電極である針状ｆｆ１ｉ５２及び該針状電
極５２との間で高電界を形成するための引き出し電極５
３からなるイオンガン部５４と、発生したイオンビーム
を校るためのアパーチャー５５と、レンズ系によってイ
オンビームを集束させるための集束レンズ部５６と、イ
オンビームを走査するための例えば対向する電極等から
なる走査部５７及び半導体基板等を＠置するためのステ
ージ部５８からなっている。

これら各部よりなるイオンビーム発生装置５１は、装面
全体を真空状態にするだめの真空子＾ンハー５９内に配
設され、更にこの真空チャンバー５９には真空ポンプ６
０が接続し、上記イオンガン部５４と接続しヘリウムガ
スを供給するためのヘリウムガス供給管６１も接続して
いる。またζ真空チャンバー５９内の真空度を測定する
ための真空ゲージ６２も取り付けられ、排気系をコント
ロールするだめのバルブ６３も取り付けられている。

このようなイオンビーム発生装置５１のイオンガン部５
４については、詳しくは第６図に示す構造になっている
。すなわち、上記針状電極５２と引き出し電極５３から
なるイオンガン部５４は、冷凍ＪＩｊ６４の下部に、ヘ
リウムガス供給管６１と接続し且つ該ヘリウムガスを針
状電極５２近傍に供給するための絶縁サファイヤ台６５
を介して取り付けられている。そして、上記針状電極５
２は、先端が尖鋭化され、効率よくイオンと−ムを発生
させるために極低温（４に程度）に維持される。

ところで、このような構造を有するイオンビーム発生装
置５１の真空度の測定は、上記真空ゲージ６２によって
行われている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかしながら、上述のような構造のイオンビーム発生装
置５１は、真空チャンバー５９の側壁に設けられた真空
ゲージ６２によって、真空度を測定する機構であるため
、針状電極５２近傍の気体の圧力を正確に把握すること
ができず、このため針状電極の損傷等の弊害が生じてい
る。

即ち、真空ゲージ６２の測定データによって、真空度が
適正か否かを判断するが、この真空ゲージ６２の測定デ
ータは、当該真空ゲージ６２近傍の値であって、直接に
針状電極５２近傍の気体の圧力の値とならない。このた
めヘリウムガス等の気体の圧力が変動した場合には、安
定したイオンビームを発生させることができず、また、
ガス圧を一定値以上にすると針状電極５２と引き出し電
極５３との間で放電が生じて、当該針状電極５２の先端
部が損傷したりする。

そこで、本発明は上述の問題点に鑑み、針状電極の長寿
命化、イオンビームの安定化を実現するイオンビーム発
生装置の提供を目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は、針状電橋近傍の気体を高電圧によりイオン化
するイオンビーム発生装置において、上記気体の圧力を
測定する手段と上記測定した圧力により上記イオンビー
ム発生装置内の圧力を制御する手段とををするイオンビ
ーム発生装置により上述の問題点を解決する。

ここで、気体の圧力を測定する手段は、例えばイオンビ
ーム電流を測定するファラデーカップを用いることがで
きる。

〔作用〕

本発明者等は、上述の如き目的を達成せんと鋭意検討の
結果、第３図に示すようなガス圧力と放電開始電圧の相
関関係及び第４図に示すようなガス圧力とイオンビーム
電流の相関関係をＬｙ２識するに至り、本発明のイオン
ビーム発生装置は、この関係を利用して針状電極の長寿
命化等を実現するものである。

先ず、第３図に示すように、縦軸の針状電極と引き出し
電極との間の放電が始まる電圧である放電開始電圧■Ｓ
と横軸のヘリウムガスの圧力Ｐｈの関係は、ヘリウムガ
スの圧力Ｐｈが高くなるに従って放電開始電圧Ｖｓが低
くなるような関係になっており、その関係は、略右下が
りの直線Ａで表すことができる６針状電穫と引き出し電
掻間の印加電圧は、針状電極の破損防止のため、上記放
電開始電圧Ｖｓ以下に抑える必要があり、結局ヘリウム
ガスの圧力Ｐｈとの関係で、該ヘリウムガスの圧力ｐｈ
が高くなった場合には、上記印加電圧を低く＜シなけれ
ば、針状電極の損傷につながる。尚、第３図は針状電極
と引き出し電極との距離を１ｍｍとした場合のデータで
ある。

また、第４図に示すように、縦軸のイオンビーム電流＋
ｉと横軸のヘリウムガスの圧力ｐｈとの関係は、ヘリウ
ムガスの圧力Ｐｈが高くなるに従ってイオンビーム電流
■１も線形関係をもって大きくなり、この相関関係は、
右上がりの直線Ｂで表される。このためイオンビーム電
流１ｉから直接にヘリウムガスの圧力Ｐｈを求めること
ができる。

したがって、上記印加電圧を好適なイオンビームの発生
が可能な一定の値とした場合に、イオンビームを流ｒｉ
を測定することでヘリウムガスの圧力ｐｈを特定するこ
とができ、上記印加電圧が放電開始電圧Ｖｓ以下に常に
制御されるように、ヘリウムガスの圧力ｐｈをコントロ
ールすれば良い。そして、このように制御することで針
状電極の長寿命化を図ることができる。

そこで、本発明は、これらのガス圧力と放電開始電圧の
相関関係及びガス圧力とイオンビーム電流の相関関係を
それぞれ認識するに至った結果なされたものであり、ガ
ス圧力の正確な把握からガス圧の制御を行って針状電極
と引き出し電極の放電を防止する。

即ち、上記気体の圧力を測定する手段は、イオンビーム
？１ｔ２ｉｔＩ　ｉを測定して直接にヘリウムガスの圧
力Ｐｈ）ｆ−検出する手段であり、例えはイオンビーム
電流を測定するファラデーカップを用いることによって
、正確なヘリウムガスの圧力Ｐｈの値を得ることができ
る。従来は真空チャンバー等の側壁等に配設された真空
ゲージを用いて真空度を測定し、これをヘリウムガスの
圧力Ｐｈの値として取り扱っていたが、イオンビームＴ
４’１Ｍ、　Ｉ　ｉの値は、第４図に示すガス圧力とイ
オンビーム電流の関係から正確にモニターすることがで
きる。

また、上記測定した圧力により上記イオンビーム発生装
置内の圧力を制御する手段によって、ヘリウムガスの圧
力を放電現象が生じないような圧力に維持する。これは
上記測定した圧力のθ１１定値が上述のように正確なた
め、確実なコントロールを実現することが可能であり、
針状電極の損傷等は有効に防止されることになる。

〔実施例〕

本発明の好適な実施例を図面を参照しながら説明する。

本実施例のイオンビーム発生装置は、気体の圧力を測定
する手段としてイオンビーム電流を測定するファラデー
カップを用いている。また、上記測定した圧力により上
記イオンビーム発生装置内の圧力を制御する手段には、
コントローラーおよびバルブ駆動装置を用いており、ガ
スの圧力を放電が生じないような圧力に制御している。

即ち、第１図および第２図に示すように、本実施例のイ
オンビーム発生装置１は、気体の圧力を測定する手段と
してイオンビーム電流１ｉを測定するファラデーカップ
２と、イオンビーム発生装置内の圧力を制御する手段と
してファラデーカップ２からのデータによってコントロ
ール信号を発生させるコントローラー３と、該コントロ
ーラー３からの信号に応じてヘリウムガスの供給管４及
び排気管５に設けられたパルプ６ａ、６ｂを制御するバ
ルブ駆動装置７を有している。

上記ファラデーカップ２は、針状電極８及び引き出し電
極９からなるイオンガン部１０の下部に配されている。

ここで針状電極８は、上記ヘリウムガスの供給管４によ
って供給されたヘリウムガスを高電界によってイオン化
するためのものであり、タングステン等の高融点材料で
形成され、その先端部が尖鋭化されている。また、引き
出し電極９は、高電圧を印加して高電界を咳針状電極８
との間で形成するためのものである。上記ファラデーカ
ップ２は、さらに上記イオンガン部ＩＯで発生したイオ
ンビームを絞るためのアパーチャー１１の上部に配され
ており、またイオンビームの照射径に対して半径方向に
移動自在に配されている。

尚、レンズ系によってイオンビームを集束させるための
集束レンズ部１２と、イオンビームを走査するための例
えば対向する電極等からなる走査部１３及び半導体基板
等を載置するためのステージ部１４が上記イオンガン部
１ｏの下部に配設されている。また、以上の構成を有す
るイオンビーム発生装置１の各部は、好適なイオンビー
ムを発生させるための所定の低圧に維持するための真空
チャンバー１５に配設されている。そして、この真空チ
ャンバー１５には、上記差動排気のガスの経路となり上
記コントローラー３の信号によって作動するバルブ駆動
装置７にそれぞれ制御される上記ヘリウムガスの供給管
４及び排気管５がそれぞれ外部より接読されている。

上記コントローラー３は、上記ファラデーカップ２から
のデータによってコントロール信号を発生させるもので
ある。上記ファラデーカップ２はイオンビーム電流１ｉ
の値をＪＩＩ定することができるため、先ず、当該コン
トローラー３内でヘリウムガスの圧力Ｐｈを上述の相関
関係に基づいて計算する。そして、コントローラー３は
、この計算されたヘリウムガスの圧力ｐｈに基づいて上
記針状電極８と引き出し電極９に印加されている電圧に
おいて放電が生じないような方向にバルブを駆動させる
ための信号をバルブ駆動装置７に供給する。

上記バルブ駆動装置７は、上記コントローラー３からの
信号に応してヘリウムガスの供給管４に設けられたバル
ブ６ａや、排気管５に設けられたハルプロｂを制御する
ものである。このようにハルプロａ、６ｂをコントロー
ルすることによって上記供給管４及び排気管５を有して
なる差動排気形のイオンビーム発生装置１においてもヘ
リウムガスの圧力を所望の値にすることができる。

以上のような構成を有する本実施例のイオンビーム発生
装面１は、上記ファラデーカップ２によって測定された
イオンビーム電流１ｉの値からヘリウムガスの圧力Ｐｈ
を直接に特定し、上記コントローラー３及びバルブ駆動
装置７によって針状電極８と引き出し電極９との間の放
電が生しないようにヘリウムガスの供給管４に設けられ
たハルプロａや、排気管５に設けられたハルプロｂを制
御する機構になっている。例えば、一定の印加電圧でイ
オンビームを発生させている場合に、ヘリウムガスの圧
力Ｐｈが高くなった場合には、放電による針状電極９の
損傷などの弊害が生ずるおそれがあり、このため上記コ
ントローラー３からの信号を上記バルブ駆動装置７に送
りバルブ６ｂを一層開くように操作して、ヘリウムガス
の圧力Ｐｈを下げて所定の圧力に維持するように制御す
ることができる。また、供給管４に設けられたハルプロ
ａを操作するようにしても良く、共に駆動操作するよう
にしても良い。

以上の動作によって、本実施例のイオンビーム発生値で
１は、確実にイオンビームの発生時のヘリウムガスの圧
力をコントロールすることができる。このため、針状電
極８と引き出し電極９の放電等の弊害は除去され、当該
針状電極８の長寿命化を図ることができる。また、イオ
ンビーム発生については、ヘリウムガスの圧力が一定と
なるため、安定した強度で半導体装置等へ当該イオンビ
ームを照射し得る。

尚、上述の実施例においては、イオンビームを発生させ
るための気体をヘリウムガスとしたが他のイオン源とな
るガスでも良い。また、制御の手段はコントローラー３
及びバルブ駆動装置７に限定されない。

また、第２図に示すような真空ゲージ１６との組み合わ
せによる圧力の測定も可能である。

〔発明の効果〕

本発明のイオンビーム発生装置は、気体の圧力を測定す
る手段によって正確な針状電極近傍の気体圧力を測定す
ることができ、このデータに基づいてバルブ等を制御す
るため、確実に針状電極と引き出し電極の間の電圧を放
電開始電圧以下にコントロールすることができる。この
ため、針状電極の長寿命化を実現することができる。ま
た、気体の圧力が一定値に制御されるため、イオンビー
ムは安定して発生し、信顛性の高い処理を図ることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のイオンビーム発生装置の構造を示す模
式図、第２図はその部分拡大図、第３図は放電開始電圧
Ｖｓとガス圧Ｐｈの相関関係を示す特性図、第４図はイ
オンビーム電’／ｋ　Ｉ　ｉとガス圧Ｐｈの相関関係を
示す特性図である。 また、第５図は従来のイオンビーム発生装置の構造の一
例を示す模式図、第６図は従来のイオンビーム発生装置
のイオンガン部の拡大図である。 １・・・イオンビーム発生ＷＩＺ ２・・・ファラデーカップ ３・・・コントローラー ４・・・供給管 ５・・・排気管 ６ａ、６ｂ・・・バルブ ７・・・バルブ駆動装置 ８・・・針状電極 ９・・・引き出し電極 １０・・・イオンガン部 １５・・・真空チャンバー

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 針状電極近傍の気体を高電圧によりイオン化するイオン
   ビーム発生装置において、上記気体の圧力を測定する手
   段と上記測定した圧力により上記イオンビーム発生装置
   内の圧力を制御する手段とを有するイオンビーム発生装
   置。