JPS62172649A - 集束イオンビ−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】 （産業上の利用分野） 本発明は集束イオンビーム装置に関し、更に詳しくは、
試料にイオンビームを斜めに入射してマスクレスのイオ
ン注入を行うことのできる集束イオンビーム装置に関す
る。

〈従来の技術） 液体金属イオン源を用いた集束イオンビーム装置は、金
Ｉｉ！原子をイオン化させ、それを取出してイオンビー
ムとし、このイオンビームをＳｉ等の基板（サブストレ
ート）に照射してマスクレスイオン注入を可能にし得る
装置である。第４図は従来の集束イオンビーム装置の構
成例を示す図である。図において、１はイオンビーム加
速用の高圧を発生する加速電圧発生回路１．２はイオン
を出射するイオン源、３はイオン源２からイオンを取出
す引出し電極、４は該引出し電極３に電位を与える引出
し電圧印加用電源である。加速電圧発生回路１の出力電
圧としては例えば２００ＫＶ程度が用いられ、引出し電
圧印加用電源４の供給電圧としては、例えば５ＫＶ程度
が用いられる。

５はその内部を通過するイオンビームを加速する多段加
速管、６ｉ該加速管５に多段の加速電圧を与える分圧器
である。該分圧器６としては、例えば高耐圧用の分圧抵
抗が用いられる。７は静電型レンズで構成されイオンビ
ームを集束させるコンデンサレンズ、８は通過するイオ
ンのうらｆｊｆｆｉの違うイオンを分離する質問分離器
である。該質量分離器８は、通過するイオンに磁界と、
該ｌａ界に直交する電界を印加し、不要イオンを除去す
るものである。即ち、磁界中を通過するイオンは質層の
小さいイオンから順に軌道が大きく曲げられる性質を利
用すると共に、必要なイオンビームについては直進する
ように磁場に直交する電界を与えて不要イオンを除去す
るものである。

９はコンデンサレンズ７と同じく静電型レンズで構成さ
れた対物レンズ、１ｏはイオンビームを×、Ｙ２方向に
走査する偏向器、１１は最終的にイオンビームが照射す
る試料である。１２は加速電圧発生回路１の出力電圧が
印加される分圧器で、分圧器６と同様に例えば高圧用の
分圧抵抗が用いられる。分圧器１２には図に示す用なタ
ップＡ。

Ｂが設けられておりタップＡの分圧電圧は対物レンズ９
に、タップＢの分圧電圧はコンデンサレンズ７に印加さ
れている。このように構成された装置の動作を説明すれ
ば、以下の通りである。

イオン源２で発生し、引出し電極３の開口部を通過した
イオンビームは、多段の加速管５で加速させられる。多
段加速管５を通過して加速された高速イオンビームは、
コンデンサレンズ７で集束された侵、質量分離器８で不
要イオンが除去され、対物レンズ９で再度集束され、偏
向器１０で所定方向に偏向させられた後試料１１を照射
する。この結果試料１１の表面にイオン注入が行われる
。

第５図はこのようにして形成された集束イオンビーム装
置のビームプロファイルを示した図である。本装置はイ
オンビームを多段加速管５で例えば１５０ｋｅＶに加速
し、これをコンデンサレンズ７により質量分離器８の中
心にクロスオーバを生じさせるように集束させ、イオン
源２の中から必要な種類のイオンだけを直進させ、不必
要な種類のイオンを遮断し、直進した必要なイオンのみ
を対物レンズ９に導入して試料１１上に像を結ばせ、サ
ブミクロンのイオンプローブを形成させている。

このイオンプローブでイオン注入を行うためには試料１
１のチャネリング効果を抑えるために垂直方向に対し、
約７°の角度をつけて試料１１に注入しなければならな
い。ここで、チャネリング効果とはイオンビームが例え
ば３ｉの単結晶の格子状原子配列の格子間隔の間に入る
と、３ｉ原子に衝突しないで深（入ってしまう現象をい
う。それを避ける必要上から格子に衝突するようにイオ
ンビームを試料に斜めに照射するのである。その方法と
して、従来第６図の構成図に示す装置で斜め照射を行っ
ていた。図中Ｂｉはイオンビーム、１４は描画用偏向器
、９は対物レンズ、１５は斜め照射用偏向器である。試
料１１にイオン注入を行うため描画用偏向器１４で図形
を描かせるが、既に述べたように約７°の角度をつけて
照射する必要があるので、斜め照射用偏向器１５を設け
ている。

（発明が解決しようとする問題点） 前記のように試料１１への入射角を約７°にするために
、従来、対物レンズ９．斜め照射用偏向器１５．試料１
１の幾何学的配置から計算で斜め照射用偏向器１５に対
する入射角を決めて入射角７°を実現していた。しかし
ながら、実際の入射角は偏向器１５の両端におけるフリ
ンジ効果等のために計算による入射角とは一致しない。

チャネリング効果を抑えるため、つまり注入深さを制御
するためには、ある程度の精度でイオンビームＢｉの入
射角を検出する必要がある。又、試料１１を機械的に傾
けて注入を行う方法も考えられるが、実際には装置の制
御が複雑になるため適さない。

本発明はこのような点に鑑みてなされたもので、その目
的は、イオン注入におけるチャネリング効果を防ぐ１＝
め、正確に所望の角度傾けて斜め照射を行い得る集束イ
オンビーム装置を実現することにある。

（問題点を解決するための手段） 前記問題点を解決する本発明は、イオンビームを試料に
対して水平方向に走査する第１の偏向器とイオンビーム
を試料に対して斜め方向に走査する第２の偏向器とを具
備し、イオンビームを傾けない状態で試料上に形成され
たペデスタルマークをスキャンするに必要な偏向電圧と
イオンビームを傾けた状態でペデスタルマークをスキャ
ンするに必要な偏向電圧とから、演算によりイオンビー
ムの試料への入射角を求めるようにしたことを特徴とす
るものである。

（作用） 本発明はイオンビームを傾けない状態で試料上に形成さ
れたペデスタルマークをスキセンし求めた偏向電圧と、
イオンビームを傾【プた状態でペデスタルマークをスキ
ャンして求めた偏向電圧とから演算によりイオンビーム
の入射角を求める。

（実施例） 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。

第１図は本発明の一実施例を示す構成ブロック図である
。第６図と同じ部分には同じ符号を用いている。図にお
いて、１４ａは第１の描画用偏向器、１４ｂは第２の描
画用偏向器、１６は２次電子検出を行うマイクロチャネ
ルプレート（以下ＭＣＰという）、１７は予めその寸法
既知のペデスタルマークで試料１１より少し高くしであ
る。イオンビームがペデスタル（台座）マーク１７に当
るとその平坦部１７ａＧ、を試料１１の而と何等変りは
ないが、端部１７ｂはエツジがあるため２次電子を多く
放射する。放射した２次電子はＭＣＰ１６によって検出
される。

１８はＭＣＰ１６の出力を増幅するアンプ、１９はイオ
ンビームのスキャンに同期した信号を受けて静止状態で
イオンビームの線幅を表示する表示装置、２０は該表示
装置１９から出力される偏向電圧を受けて演算により偏
向角θを求める演算器である。このように構成された装
ｄの動作を説明すれば以下のとおりである。

まず、ビームを傾けない状態でつまり斜め照射用偏向器
１５に電圧をかけない状態で、描画用偏向器１４ａ或い
は１４ｂでペデスタルマーク１７をスキャンする。ペデ
スタルマーク１７は既に説明したようにイオンビームを
受けるとそのエツジ１７ｂで２次電子を放射する。この
結果、イオンビームがエツジを通過する度にＭＣＰ１６
は２次電子検出信号を出す。この信号をアンプ１８で増
幅させて表示装置１９に送る。表示装置１９はこの２次
電子検出信号をイオンビームのスキャンに同期した信号
によって静止画像として表示する。

第２図（ａ　）はイオンビームを傾けないで試料１１に
入射させた時の２次電子画像（ＭＣＰ信号波形）を示す
図である。（イ）は垂直入射状態を、（ロ）はＭＣＰ信
号波形を示す。今、ペデスタルマーク１７の幅がｎ　〔
μ―〕、その幅をイオンビームが通過するに要する描画
用偏向器１４ａ　（又は１４ｂ）の偏向電圧をＶｄ　　
（Ｖ）とすれば、その偏向利得ａは次式で与えられる。

ａ　−ｎ　／Ｖｄ　　［μｌ　／Ｖ］　　　　　−（１
）次にイオンビームを傾けた状態で前記と同様の方法で
ペデスタルマーク１７を検出する。第２図（ｂ）はイオ
ンビームを角θだけ傾１プて試料１１に入射させた時の
２次電子画像（ＭＣＰ信号波形）を示す図である。（イ
）は入射角θでの入射状態を、（ロ）はＭＣＰ信号波形
を示す。第２図（ａ）の場合と比較して、ＭＣＰ信号波
形のペデスタルマーク幅が狭くなっている。ここでペデ
スタルマーク１７の幅をｍ　（μ慣）、その時の偏向電
圧をＶＸ　　（Ｖ）とすると、偏向利得ａはａ　−ＩＩ
Ｉ　／ＶＸ　　［ＩＩＩ　／Ｖｌ　　　　　・（２）（
１）、（２）から ｙａ　／Ｖｘ　−ｎ　／Ｖｄ　　これから−／ｎ　−Ｖ
ｘ　／Ｖｄ　　　　　　　　・・・（３）（３）式から
イオンビームの移動距離の比ｍ／ｎは偏向電圧の比Ｖｘ
　／Ｖｄで求められることが分る。従って、イオンビー
ム入射角θは θ−ｃｏｓ　’　（Ｖｘ　／Ｖｄ　） となる。

偏向電圧Ｖｄの測定には描画用偏向器１４を用い、偏向
電圧ＶＸの測定には斜め照射用偏向器１５を用いて行っ
ているが、何れの偏向器も偏向の歪曲収差は少ない偏向
方式である。この例では斜め照射用偏向器１５から試料
１１までの距ＩＬが偏向幅ｄに比べて極めて大きい場合
（Ｌ＞＞ｄ　）の例であるが（Ｌ＞＞ｄなので前記の計
算が成立つ）、この条件を満たさなくても線幅測定機能
があれば簡単な計算式で入射角θを求めることができる
。

第３図は、本発明の他の実施例を示す構成ブロック図で
ある。第１図と同一のものは同一の番号を付して示す。

図に示す実施例は演ｔｉｌＩ器２０で求めた角度信号を
差動増幅器２１に入力し、入射角７＠に相当した基準電
圧と比較し、その差電圧を偏向電圧発生器２２ａ、２２
ｂに与えて斜め照射用偏向器１５ａ、１５ｂを駆動し、
イオンビームの試料入射角θを約７°に保たせるフィー
ドバック機構を設けたものである。

尚、ペデスタルマークとして凸状のマークを用いたが、
凹状のマーク、異なった材料を埋め込んだマーク等信の
マークを用いることができる。

（￥＠明の効果） 以上詳細に説明したように、本発明によればイオンビー
ムの斜め照射角を測定することができるので、所定の角
度で試料を照射することができ、注入のチャネリング効
果を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成ブロック図、第２
図はイオンビームの入射状態を示す図、第３図は本発明
の他の実施例を示す構成ブロック図、第４図は集束イオ
ンビーム装置の従来構成を示す図、第５図はイオンビー
ムの軌跡を示す図、第６図はイオンビームの斜め入射を
示す図である。 ２・・・イオン源　　　　３・・・引出し電極５・・・
加３［７・・・コンデンサレンズ８・・・質ａ分ｍ器　
　　９・・・対物レンズ１０・・・偏向器　　　　１１
・・・試料１３・・・絞り　　　　　１４・・・描画用
偏向器１５・・・斜め照射用偏向器 １６・・・ＭＣＰ　　　　　１７・・・ペデスタルマー
ク１８・・・アンプ　　　　１９・・・表示装置特許出
願人　　日本電子株式会社 代　理　人　　弁理士　井島藤冶 外１名 角年２ （ａ） 図 （ｂ） １７ｊペデスタルマーク 角等３　図 ９１対物レンズ １４　ｉ　ｔｉｔｉｉｉ用偏向器 １５ａ、１５ｂ　ｒ　斜め照射用偏１ ６ｉＭＣＰ １７、ペデスタルマーク １８ｉアンプ ］９；壺昂快雪 ２１ｉ差動増幅器 第５　図 ７；コンデンサレンズ ８；質量分魅６ ９；対物レンズ １０ｉ傷向器 １１；試料 角匈４　図 １０．４向器 １１ｉ試料 第６図 １４１描画用償向器 １５ｉ＃）照射用傾向器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. イオンビームを試料に対して水平方向に走査する第１の
   偏向器とイオンビームを試料に対して斜め方向に走査す
   る第２の偏向器とを具備し、イオンビームを傾けない状
   態で試料上に形成されたペデスタルマークをスキャンす
   るに必要な偏向電圧とイオンビームを傾けた状態でペデ
   スタルマークをスキャンするに必要な偏向電圧とから、
   演算によりイオンビームの試料への入射角を求めるよう
   にしたことを特徴とする集束イオンビーム装置。