JPS6297242A - 集束イオンビ−ム装置用のイオンガン - 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】 本発明集束イオンビーム装置用のイオンガンを以下の項
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従来技術［第３図、第４図］ Ｂ０発明が解決しようとする問題点 Ｅ３問題点を解決するための手段 Ｆ９作用 Ｇ、実施例［第１図、第２図］ Ｈ８発明の効果 （Ａ、産業上の利用分野） 本発明は集束イオンビーム装置用のイオンガン、特に、
気体イオン源方式の集束イオンビーム装置に用いるイオ
ンガンに関するものである。

（Ｂ、発明の概要） 本発明は、冷却手段により冷却される熱良導体に絶縁体
を介してエミッター保持手段を取り付け、該保持手段に
エミッターを取り付けてなる集束イオンビーム装置用の
イオンガンにおいて、エミッターと熱良導体との間でガ
ス通路を通して放電が起るのを防、止するため、エミッ
ター先端近傍へのイオン源ガスの導入を、熱シールドの
側方からエミッターの向きに対して略直角な方向に沿っ
てエミッターの基部へ導く経路とエミッターの基部付近
からエミッターに沿ってエミッター先端側へ導く経路と
を少なくとも有するガス通路によって行なうようにした
ものであり、従って、熱良導体とエミッターとの間にガ
ス通路が形成されないのでガス通路を通して熱良導体と
エミッターとの間で放電が生じることを回避することが
できる。

（Ｃ，従来技術）［第３図、第４図］ ＶＬＳＩ等の製造に不可欠なフォトリングラフィにはフ
ォトレジスト膜に対して選択的に感光させる露光処理が
必要であり、その露光処理には露光源としてイオンビー
ムが多く用いられる傾向にある。

そして、イオンビームを発生する装置として例えば第３
図に示すものが用いられる。同図において、ａはイオン
ガンで、イオンビームを放射するエミッターｂと、該エ
ミッターｂからイオンビームを加速して引き出す引き出
し電極Ｃとからなる。ｄはイオンビームを収束する収束
レンズ系、ｅはイオンビームを偏向させる偏向用静電レ
ンズ系、ｆは試料ステージｇ上に載置されたところのレ
ジストが塗布された半導体ウェハである。これ等はすべ
て図示しない真空装置内に設けられている。

第４図は第３図に示す集束イオンビーム装置の従来のイ
オンガンａの具体例を示すものである。

第４図において、ｈｔ１冷凍機で、その下端部に冷たさ
を効果的に伝えるため銅等からなる熱伝導性の良い金属
体ｉが取り付けられている。ｊは該金属体ｉの下端面に
固着された絶縁サファイアからなる絶縁体で、該絶縁体
ｊの下端面略中夫に上記エミッターｂがエミッターホル
ダーｋを介して垂直に取り付けられている。そして、絶
縁体ｊの下端面には無底筒状の熱シールドｔの上端面が
同定されており、該熱シールドｔによってエミッターｂ
が囲繞され、外部から熱的に遮蔽される。そして、該熱
シールド１の下端にその開口を塞ぐように引き出し電極
Ｃが設けられており、該引き出し電極Ｃの略中夫にアパ
ーチャｍが形成されている。該アパーチャｍの稍上方に
エミッターｂの先端が位置している。該引き出し電極Ｃ
は接地されており、一方、上記エミッターｂを保持する
エミッターホルダーには接地に対してプラス３０ＫＶの
電位が与えられているので、引き出し電極Ｃがエミッタ
ーｂに対してマイナス３０ＫＶの電位を有している。従
って、エミッターｂから放射されたイオンビームを加速
して引き出し、アパーチャｍから下側へ投射されるよう
にすることができる。

ｎは金属体ｉ及び絶縁体ｊにそれを上下方向に貫通する
ように形成されたガス通孔で、その下端は絶縁体ｊの下
端面中央に取り付けられたエミッターホルダーｋから稍
ずれた位置に開口している。そして、ガス通孔ｎの上端
は冷凍機りの下端部に形成されたガス通孔０の下端と連
通されている。該ガス通孔０の上端は冷凍機りの周面に
開口され、その開口にステンレス製のガス管ｐが連結さ
れている。そして、そのガス管ｐ及びガス通孔ｏ、ｎを
通して熱シールドを内へイオン源ガスたるヘリウムガス
が供給されるようになっている。

イオンガンａにおいて冷凍機りにより冷却するのは、エ
ミッターｂの温度を例えば４〜５”Ｋ程度に低くするこ
とによりイオン源ガスのイオン化効率を高め、延いては
イオンビームの輝度を高めるためである。また、イオン
源ガスを冷凍機りを通して供給するのもイーオン源ガス
をイオン化するに先立って冷却しておくためである。尚
、熱シールドを内に供給されたイオン源ガスは引き出し
電極Ｃの７パ一チヤｍを通して差動排気により真空ポン
プで排気される。

（Ｄ、発明が解決しようとする問題点）ところで、第４
図に示すような従来のイオンガンａには絶縁サファイア
からなる絶縁体ｉのガス通孔ｎを通してエミッターｂと
熱伝導性の良い金属体ｉとの間で放電が生じる可能性が
あると問題かあった。即ち、エミッターｂはプラス３０
ＫＶという非常に高い電位が与えられているのに対して
冷凍機りと接している金属体ｉは接地されている。従っ
て、エミッターホルダーにと金属体ｉとの間には３０Ｋ
Ｖという高い電位差が生じている。そして、従来のイオ
ンガンａにおいてはその高い電位差が生じている金属体
ｉとエミッターホルダーにの近傍との間にガス通孔ｎが
設けられ、そこをイオン源ガスが通るようになっている
のでイオン源ガスを通すガス通路ｎを通じて放電が生じ
る慣れがある。尤も、絶縁体ｊを厚くすることにより放
電が生じにくくすることができるが、絶縁体ｊを厚くす
るとそれに伴なって冷却効果が弱くなり、イオンビーム
の高輝度化ができなくなるので絶縁体ｊを厚くすること
に限界がある。

本発明はこのような問題点を解決すべく為されたもので
、エミッターと伝熱体との間の放電を冷却効果の低下を
伴なうことなく有効に防止することを目的とするもので
ある。

（Ｅ、問題点を解決するための手段） 本発明集束イオンビーム装置用のイオンガンは、上記問
題点を解決するため、エミッター先端部近傍へのイオン
源ガスの導入を、熱シールドの外側からエミッターの向
きに対して略直角な方向に沿ってエミッターの基部付近
へ導く経路とエミッターの基部付近からエミッターに沿
ってエミッター先端側へ導く経路とを少なくとも有する
ガス通路によって行なうようにしたことを特徴とするも
のである。

（Ｆ、作用） 本発明集束イオンビーム装置用のイオンガンによれば、
熱良導体とエミッターとの間にガス通路が形成されない
のでガス通路を通して熱良導体とエミッターとの間で放
電が生じることを回避することができる。

（Ｇ、実施例）［第１図、第２図］ 以下に、本発明集束イオンビーム装置用のイオンガンを
添附図面に示した実施例に従って説明する。

第１図及び第２図は本発明集束イオンビーム装置用のイ
オンガンの実施の一例を示すものである。

図面においては、ｌは冷凍機、２は冷凍機ｌの下端面に
固着された鋼部熱良伝導性のよい材料からなり、冷たさ
を効果的に伝える金属体で、安全性の面から接地されて
いる。３は金属体２の下端面に固着された絶縁サファイ
アからなる絶縁体で、該絶縁体３の端面の略中央部に中
空のリザーバ４を介して無底筒状のエミッターホルダー
５が垂下されている。絶縁体３は高い電位が与えらるエ
ミッター５と接地されている冷凍機ｌ側とを電気的に絶
縁するためのものである。６はエミッター５に垂下状に
保持されたエミッターである。

リザーバ４及びエミッターホルダー５は共にステンレス
等からなり、互いに一体乃至一体的に形成されている。

そして、このリザーバ４及びエミッターホルダー５は接
地に対して＋３０ＫＶの電位が与えられている。

７はリザーバ４に設けられたエミッターホルダー４によ
って支持されたエミッター６を囲繞する略無底筒状の熱
シールドであり、断熱機能を果す、８は円板状の引き出
し電極で、中央部にアパーチャ９が形成されており、該
アパーチャ９はエミッター６の先端の稍下方に位置して
いる。該引き出し電極８は接地されており、１０は図示
しないボンベに連結されたガス管で、下側部分は水平方
向に延びるように形成されている。１０ａはその水平部
分を示すもので、その水平部分１０ａは熱シールド７の
外側から熱シールド７の内部を貫通し、その端部が上記
リザーバ４に一体に連結されている。該ガス管１０はボ
ンベ側の部分は例えばテフロン等絶縁材料により形成さ
れており、リザーバ４側の部分はステンレスから形成さ
れている。

上記リザーバ４の中空部１１は渦状に形成され、その中
空部１１の外端はガス管ｌＯの水平方向の部分１０ａに
連通され、空中部１１の内端は無底筒状のエミッターホ
ルダー５のエミッター６が取り付けられた孔１２と連通
されている。

図示した集束イオンビーム装置用のイオンガンにおいて
は、ボンベ内のイオン源ガスたるヘリウムガスはガス管
１０を通してリザーバ４の渦状の中空部１１に供給され
る。そして、その中空部１１に供給されたヘリウムガス
はリザーバ４に垂直に設けられた筒状のエミッターホル
ダー５の孔１２を通りエミッター６に沿って下方に進み
、エミッターホルダー５の孔１２の下端から熱シールド
７内に噴出される。そして、このようにして熱シールド
７内に噴出されたヘリウムガスは上記引き出し電極８の
アパーチャ９を通してイオンガン外部に排気される。こ
のヘリウムガスは絶縁体３の下端面に固定された冷凍機
２により冷却されるリザーバ４の渦状の中空部１１を・
通り、エミッター６の付は根にあたる部分を略−周する
ので、その過程でリザーバ４により有効に旦つ充分に冷
却される。また、中空部ｌｌの径はガス管のｌＯの径よ
りも大径にされているので、ガスがガス管ｌＯの水平部
分１０ａからリザーバ４の中空部１１に入るときに断熱
膨張するので、その断熱膨張によってもガスの温度が低
下する。そして、このリザーバ４により充分に冷却され
たヘリウムガスは渦状の中空部１１から筒状のエミッタ
ーホルダー５によってエミッター６の先端側に向けられ
るので、ガス原子（分子）がエミッター６の先端に触れ
る前に他の温度の高い部分に触れて温度が上昇せしめら
れる惧れもない、従って、ヘリウムガスが効率良くイオ
ン化されるので、高輝度化を図ることができる。

そして、ヘリウムガスのエミッター６の基部（付は根）
付近への供給は、第４図に示したイオンガンａにおける
ような陰極体ｉ、絶縁体ｊのガス通孔ｎを通して行うの
ではなく、エミッター６の基部へその側方から導くとこ
ろのガス管１０の水平方向の部分１０ａを通して行うの
で、大きな電位差（例えば３０ＫＶ）は生じるエミッタ
ー６保持用のリザーバ４と金属体２との間にガス通路が
存在しない。従って、ガス通路を通して金属体２とリザ
ーバ４との間で放電する慣れがなく、放電防止のために
絶縁体３の厚さを厚くして冷凍機１によるところのエミ
ッター６に対する冷却効果を多少犠牲するということは
必要ではなくなる。

゛即ち、無放電でイオン化効率の向上を図ることができ
る。依ってイオンビームの高輝度化を図ることができる
。

尚、上記実施例においては、リザー／く４とエミッター
６との間の電位差がＯであったが、リザーバ４とエミッ
ター　６との間に多少の電位差が生じているような態様
であっても本発明を実施することができる。

また、イオン化されるガスの温度をより低くするため、
ガス管ｌＯのテフロンからなる部分の一部を第１図にお
いて２点鎖線で示すように冷却機ｌに通す等して冷却機
ｌで有効にガス管１０内のガスを冷却するようにしても
良い。

（Ｈ，発明の効果） 以上に述べたところから明らかなように、本発明集束イ
オンビーム装置用のイオンガンは、冷却手段の一端に熱
良導体を介して絶縁体が取り付けられ、該絶縁体の反熱
良導体側の端面に針状のエミッターが保持手段を介して
略垂直に取り付けられ、上記絶縁体のエミッターが取付
けられた側に上記エミッターを囲繞して外部から熱的に
遮蔽する熱シールドと、上記エミッターに対して負の電
位が与えられエミッターの先端からイオンビームを引き
出す引き出し電極が設けられ、上記エミッター先端部近
傍ヘイ手ン源ガスを供給するようにしてなる集束イオン
ビーム装置用のイオンガンにおいて、上記イオン源ガス
がガスを熱シールドの外側からエミッターの向きに対し
て略直角な方向に沿ってそのエミッターの基部付近に導
く経路とエミッターの基部付近からエミッターに沿って
エミッター先端側へ導く経路とを少なくとも経てエミッ
ター先端近傍に供給されるようにしてなることを特徴と
する。

従って１本発明集束イオンビーム装置用のイオンガンに
よれば、熱良導体とエミッターとの間にガス通路が形成
されないのでガス通路を通して熱良導体とエミッターと
の間で放電が生じることを回避することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は本発明集束イオンビーム装置用のイ
オンガンの実施の一例を示すもので、第１図は縦断面図
、第２図は第１図の２−２線に沿う断面図、第３図及び
第４図は従来技術を説明するためのもので、第３図は集
束イオンビーム装設の断面図、第４図は集束イオンビー
ム装置用のイオンガンの従来例の−を示す断面図である
。 符号の説明 ｌｅｅ・冷却手段、　　２・・・熱良導体、３・舎・絶
縁体、　　４．５・・・保持手段、６・・・エミッター
、　　７・・・熱シールド、８・・・引き出し電極、 １０ａ＠・・イオン源ガスをエミッターの基部へ導く経
路、 １２・・Φイオン源ガスをエミッターの基部から先端側
へ導く経路 薯

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）冷却手段の一端に熱良導体を介して絶縁体が取り
   付けられ、 上記絶縁体の反熱良導体側の端面に高電位が与えられる
   針状のエミッターが保持手段を介して略垂直に取り付け
   られ、 上記絶縁体のエミッターが取付けられた側に上記エミッ
   ターを囲繞して外部から熱的に遮蔽する熱シールドと、
   上記エミッターに対して負の電位が与えられエミッター
   の先端からイオンビームを引き出す引き出し電極が設け
   られ、 上記エミッターの先端近傍にイオン源ガスを供給するよ
   うにしてなる集束イオンビーム装置用のイオンガンにお
   いて、 上記イオン源ガスがガスを熱シールドの外側からエミッ
   ターの向きに対して略直角な方向に沿ってそのエミッタ
   ーの基部付近に導く経路とエミッターの基部付近からエ
   ミッターに沿ってエミッター先端側へ導く経路とを少な
   くとも経てエミッター先端部近傍に供給されるようにし
   てなることを特徴とする集束イオンビーム装置用のイオ
   ンガン