JPS6264038A

JPS6264038A - 集束粒子ビ−ム装置

Info

Publication number: JPS6264038A
Application number: JP20335285A
Authority: JP
Inventors: Shoji Yadori; 章二宿利; Masao Tamura; 田村　誠男; Yasuo Wada; 恭雄和田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1985-09-17
Filing date: 1985-09-17
Publication date: 1987-03-20

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】〔発明の利用分野〕本発明は、集束粒子ビームの評価装置を有する。

集束粒子ビーム装置に関するものである。　　　２゜〔
発明の背景〕従来の集束イオンビーム装置はＥ、　Ｍｉｙａｕｃｈｉ
ら。

のジャパニーズ・ジャーナル・オブ・アプライド・・フ
ィジックス・レターズ、２２　（５１（１９８３）　Ｌ
　２８７−に記載されているように、液体金属イオン源
から５引出したイオンを、静電レンズにより集束して半
。

導体試料表面に照射する構成になっていた。集束・イオ
ンビームを半導体素子の製造に応用する場合。

には、イオン照射によるスパッタリングを利用し。

たマスクレス加工や、マスクレスのイオン打込み、。

などが考えられるが、いずれの場合にも集束するイオン
ビームのビーム電流値やビーム内の空間的イオン密度分
布（以下ビーム径と記す）を正しく知ることが重要であ
る。特にマスクレスのイオン打込みに応用する場合には
、集束イオンビームを、５線状に走査して半導体試料内
に不純物導入を行うため、ビーム電流値あるいはビーム
径の不安定性がそのまま不純物導入領域あるいは導入量
のばらつきとして反映する。そのため、集束イオンビー
ムを照射中に、そのビーム電流値やビーム径を絶、。

えず計測しながらイオン源あるいは静電レンズ等・のビ
ーム集束系へフィードバックして、適正な制・御を行う
必要がある。従来、集束イオンビームの・ビーム電流値
あるいはビーム径を計測する方法と・してはＴ、　ｌ５
ｈｉｔａｎｉらのジャーナル・オブ・バキュ５−ム・サ
イエンス・テクノロジー、　２０　（１１，８０・（１
９８２）に記載されているようにファラデイ・力・ツブ
と金属製のナイフェツジを用いる方法が一般。

的であるが、」−記のようにイオンビーム照射中に。

常時計測できる方法や装置については全く行なわ、。

れていなかった。

〔発明の目的〕

本発明は、照射中の集束粒子ビームのビーム電。

流値やビーム径の計測を行う機能を備えた集束拉。

子ビーム装置を得ることを目的とする。　　　　１、〔
発明の概要〕上記目的を達成するために、本発明による集束。

粒子ビーム装置は、集束荷電粒子ビームを真空装。

置内の試料に照射する集束粒子ビーム装置におい。

て、照射中の集束荷電粒子ビームにレーザ光を照２゜射
する手段と、」１記集束荷電粒子ビームの粒子か・ら発
する共鳴散乱光を検出し評価する手段とを備・えたこと
を特徴とする。第４図は本発明による集・束荷電粒子ビ
ームの電流値およびビーム径をＮ１測・する手段を示す
図で、（ａｌは計測の原理図、（ｂｌは計５測装置の概
略構成図である。説明を簡単にするた・めに、評価すべ
き集束荷電粒子ビーム内における・イオンが２つのエネ
ルギ準位Ｅ／とＥｕを持ってい。

たと仮定すると、第４図（ａ）に示したエネルギ準位。

図において、上記Ｅ／とＥｕの差に等しいエネルギ、０
ΔＥ＝Ｅｕ−Ｅｌをもつ光子が上記荷電粒子ビームに。

入射すると、共鳴的に吸収がおこり、それに引続。

き荷電粒子の上の準位Ｕから下の準位ｌへの遷移。

によって再び光子が放出される。これらの光子が。

散乱光として観測されるが、１秒間に散乱される。。

光子ノ数は、入射光のスペクトル幅が上記の準位。

Ｕとｌの広がりよりも大きいとすると、単位体積。

のイオンビーム当り。

で表わされる。（１）式において、■は入射光の強度、
０・　３　・を光子数で表わしたもの、Ｊｕｌは吸収の振動予張・度
、Ｎ／とＮｕはそれぞれ準位１．ｕのイオン数密度・で
ある。通常のイオンではＮｚ＞Ｎ、であるから、・イオ
ンの基底準位を下の準位ｌに選べば、散乱光。

強度の測定により対象とするイオンの密度を知る５こと
ができる。

つぎに計測装置の構成を第４図ｆｂ）により説明す・る
。第４図（ｂｌにおいて、レーザ光源１から出るし。

−ザビーム２を収束レンズ３を用いて収束し、イ。

オンビーム４に照射して出てくる散乱光５を収束１゜レ
ンズ３′により収束して、分光器または光検出器。

６で検出し散乱光強度を測定する。例えばボロン。

（Ｂ）イオンビームを評価する場合を考えると、イ。

オン状態の最底準位である２５２準位から２５２ｐ準。

位へ励起して、共鳴吸収を起す光の波数は約　　、。

４００４８σ−１（波長０．２４９７μｍ）以上である
。したが。

ってレーザ光源としてＡｒレーザ光源を用い、レー。

ザ共振器内にＢａ２　Ｎａ　Ｎｂ５０＋ｓ等の非線形光
学結晶。

をお（ならば、最も遷移強度が大きい波長０．４８８　
。

μｍのレーザ光を高い変換効率をもって第２高調２゜・
　４　・波、すなわち波長０．２４４μｍのレーザビームを得る
・ことができるため、Ｂイオンの励起に十分使用で・き
る。散乱される光の強度は、（１）式から判るよう・に
入射光の強度に比例するから、使用する光検出・器の可
測範囲にはいるように、入射光の強度を決５めればよい
。また入射光のビーム径をイオンビー・ムのビーム径よ
り大きくするならば、散乱光の強・度はビーム電流値に
比例するため、ビーム電流を。

散乱光の強度測定から知ることができる。一方、。

入射光のビーム径をイオンビームのビーム径に比１゜較
して非常に細く収束し、イオンビームを横切る。

ように走査しながら散乱光の強度測定を行えば、。

イオンビームの空間的イオン密度分布すなわちビ。

−ム径を知ることも可能である。この場合、空間、的イ
オン密度分布測定の分解能は、入射光のビー１５ム径程
度になる。

上記のように本発明によれば、従来測定が不可。

能であった照射中の集束イオンビームのビーム径。

あるいはビーム電流値を容易に知ることができる。。

また、従来実現困難であった集束イオンビームの２゜ビ
ーム径、ビーム電流値等の自動制御が可能とな・す、集
束イオンビームを半導体製造技術として応・用する場合
の技術的効果は非常に大きい。

〔発明の実施例〕

つぎに本発明の実施例を図面とともに説明するφ第１図
は本発明による集束粒子ビーム装置の一実・施例を示す
構成図、第２図および第３図は上記実・施例による計測
例をそれぞれ示す図である。第１゜図において、真空排
気装置１８によりＩ　Ｘ　］０＝　Ｔｏｒｒ　。

以下の真空度を保った真空装置９内で、イオン引１゜出
し電極１１に５〜ｌ０ＫＶの電圧を印加して、ニッケル
・ポロン・シリコン（ＮｉＢＳｉ）合金を用いた液体金
属イオン源のエミッタチップ１０の先端から放。

出させたイオンビーム４を第１静電レンズ１２で集。

束してＷｅｉｎ型質量分離器１３へ入射させ、所望のイ
１゜オン、例えばＢイオンだけを質量分離アパチャ１４
を通過させたのち、第２静電レンズ１５で再び集束し、
ビーム径を０．１〜１μｍにする。上記集束イオ。

ンビーム４を静電偏向板１６によって走査しながら。

半導体ウェハ１７に照射する。上記したのが集束イ、。

オンビーム装置の基本構成であるが、さらにＡｒガース
を用いた気体レーザ共振器と、Ｂａ、、　Ｎａ　Ｎｂ、
　０．５を・非線形光学結晶として用いたレーザ光源１
がら放・出する波長０２４４μｍのレーザビーム２を水
晶の収・束レンズ３により収束し、アルミニウム蒸着膜
を５用いた反射鏡７で反射させ、ぶつ化リチウムあるい
はサファイヤを用いた窓８を通して上記集束Ｂ・イオン
ビーム４１こ照射し、枚１ノ）する共鳴散乱光５゜のう
ち窓８′を通過したものを収束レンズ３′で集。

束し光検出器６で検出して、強度測定を行う機能、。

を備えたのが本発明による集束粒子ビーム装置である。

」―記し−ザビーム２と共鳴散乱光５の光軸は集束Ｂイ
オンビーム４と垂直であり、がっ互い。

に直交するように配置され、散乱光の光検出器６゜へ透
過光が入射しないようになっている。光検出１゜器６と
してはボロメータを用いたが、Ｇａ　Ｐ　Ａｔ　Ａｓや
ＡｔＰ等のエネルギバンドギャップＥｇ〜５ｅＶ程度で
ある化合物半導体のホトダイオード、またはＣｓ２Ｔｅ
やＣｓＳｂの光伝導度を測定する方法を用いてもよい。

づ・第２図はビーム電流１ｎＡ、ビーム径１μｍの集・束Ｂ
イオンビームに、放出出力ＩＷのレーザビー・ムを走査
しながら照射したときに検出される、共・鳴散乱光強度
のレーザビーム位置依存性である。。

第２図中の散乱光強度の最大値と、集束イオン上５−ム
のビーム電流値との関係を、電流値を変えて。

調べた結果を第３図に示す。第３図から共鳴散乱・光強
度の最大値を測定することにより、ビーム電、流値を広
範囲にわたって計測できることが判る。。

本実施例ではＢ＋イオンビームの場合について、。

記したが、他のイオン、例えばＧａ＋、　Ｐ＋、　Ａｓ
＋等のイオンについても、それぞれのイオンの共鳴吸収
。

線のエネルギをもつレーザビームおよびその光倹。

出語を用いるならば、同様に計測が可能である。。

また、多種類のイオンを含む集束イオンビームの、５イ
オン種の同定、およびイオン種ごとのビーム電流値の測
定にも、本発明を応用することができる。

ビーム電流値に対しては±３％の精度で測定でき、ビー
ム径については、ビーム径１μｍに対シ、±５゜係位の
測定精度が得られた。　　　　　　　　　２゜・　８　
・また上記実施例では集束イオンビームの測定に・ついて
記したが、上記集束イオンビームに限られ・るものでは
なく、例えば電子ビーム、ラジカルビ。

−ム、原子ビーム等の集束粒子ビームに使用でき。

ることはいうまでもない。

〔発明の効果〕

上記のように本発明による集束ビーム装置は、・真空装
置内の試料に集束粒子ビームを照射する集。

束ビーム装置において、試料に照射中の集束粒子。

ビームにレーザを照射する手段と、上記レーザを、。

照射した集束粒子ビームから発する共鳴散乱光を検出す
る手段を備えたことにより、従来法では測定できなかっ
た照射中の集束粒子のビーム電流あるいは粒子数、また
はビーム径の計測を、高精度。

に行うことができるため、粒子ビームの制御を精１゜度
よく実現でき、半導体素子の製造上技術的効果が非常に
大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による集束粒子ビーム装置の一実施例を
示す構成図、第２図および第３図は上記±施例による計
測例をそれぞれ示す図、第４図は本発明による集束粒子
ビームの電流値およびビーム径の計測手段を示す図で、
（ａｌは計測原理を説明する図、（ｂ）は計測装置の概
略構成図である。１・・・レーザビーム発生器４・・・集束粒子ビーム５・・・共鳴散乱光６・・・光検出器９・・・真空装置１７・・・半導体試料

Claims

【特許請求の範囲】

（１）真空装置内の試料に集束粒子ビームを照射する集
束粒子ビーム装置において、試料に照射中の集束ビーム
にレーザを照射する手段と、上記レーザを照射された集
束粒子ビームから発する共鳴散乱光を検出する手段とを
備えたことを特徴とする集束粒子ビーム装置。
（２）上記集束粒子ビームの検出手段は、光検出器であ
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載した集
束粒子ビーム装置。
（３）上記集束粒子ビームはイオンビームであることを
特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項に記載し
た集束粒子ビーム装置。