JPH01124948A - 集束イオンビーム注入装置 - Google Patents

集束イオンビーム注入装置

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JPH01124948A
JPH01124948A JP62284823A JP28482387A JPH01124948A JP H01124948 A JPH01124948 A JP H01124948A JP 62284823 A JP62284823 A JP 62284823A JP 28482387 A JP28482387 A JP 28482387A JP H01124948 A JPH01124948 A JP H01124948A
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JP
Japan
Prior art keywords
ion beam
signal
focused ion
lens
deflection
Prior art date
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Application number
JP62284823A
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English (en)
Inventor
Hiroshi Sawaragi
宏 澤良木
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Jeol Ltd
Original Assignee
Jeol Ltd
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Publication date
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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、集束イオンビーム注入装置に関し、更に詳し
くは、ビーム照射点における焦点の動的補正を可能とし
た集束イオンビーム注入装置に関する。
(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、そ
のイオン源から、Ga、Jnを始めS;。
Be、B、P、As、2口等の金属イオンを得ることが
できる。それらの金属イオンは、Si或いは■−v族半
導体基板(、サブストレイトという)に対して、P型、
N型の不純物となる。そこで、イオン源から出射された
これらのイオンをサブストレート(以下単に材料という
)に注入することができればマスクレスのイオン注入が
可能となる。
このような集束イオンビーム(FIB)技術を用いたイ
オン注入装置を集束イオンビーム注入装置という。
この種の不純物となるイオンを加速して単結晶Siウェ
ハ等に打込上場合、ビームをウェハ而に垂直(<110
>方向能)に照射すると、イオンは原子と衝突せずに奥
深く打込まれる。第6図はイオン注入の様子を示す図で
ある。ウェハ1内には原子2が図に示すように規則正し
く並んでいる。
この状態でイオンビームB1をウェハ1面に垂直に照射
すると図に示すようにイオンは原子と衝突しないで奥深
く打込まれる。このような現象はチャネル効果と呼ばれ
る。
特に深いイオン打込みを意識的に行う場合を除き、この
チャネル効果を防止するためにイオンビームを図に示す
ようにウェハ1面に対して斜めに傾けたビームB2とな
してウェハ1而に照射する。
ここで、0はイオンビームB2が光軸Kに対して垂直な
面となす傾き角である。傾き角θとしては7°程度が用
いられる。このようなイオンビームの斜め照射を行うと
イオンは図に示すようにウェハ1の表面近くの原子2と
衝突して表面近くにとどまる。
第7図はこのようなイオンビームの斜め照射機構をもつ
集束イオンビーム装置の構成概念図である。イオン源(
図示せず)から出射したイオンビーム[3iは走査用(
スキャン用)偏向器11でX。
V各方向に2次元の偏向を受けて対物レンズ12に入る
。対物レンズ12は電子レンズで構成されており、通過
するイオンビームB1を収束する。
対物レンズ12を通過したイオンビームBiは、上下2
段の斜め照射用偏向器13.14により斜め照射用の偏
向を受け、ウェハ1に斜め照射を行う。この場合におい
て、斜め照射用偏向器を13゜14と2段構成にしてい
るのは、偏向による色収差を補正するためである。
(発明が解決しようとする問題点) ところで、このような斜め照射機構をもつ集束イオンビ
ーム注入装置では、光軸に対して7°傾けたイオンビー
ムBiをウェハ1に照射する。従って、その照射部では
第8図に示すように走査用偏向器11のもつ平面(X−
Y而)と、ウェハ1のもつ平面(x−y面)が異なる。
従って、傾き角θによってビームが照射される点の高さ
が異なってくるため、イオンビームの焦点がずれてしま
う。今、図に示すように偏向幅が1mm四方であるもの
とすると、その両端ではX−Y面と実際に描画されるx
−y面との高さの差Δh−61μmとなる。これにより
、イオンビーム3iは約0.12μm程度焦点がぼけて
しまう(但°シ、ビーム開き角= l l1radの時
)。
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであって、
その目的は、走査用偏向器のもつ描画面と材料のもつ描
画面との差に基づく高さの差を補正して材料面に常に焦
点の合ったビーム描画を行うことができる集束イオンビ
ーム注入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) 前記した問題点を解決する本発明は、斜め照射機構をも
つ集束イオンビーム注入装置において、図形走査用の偏
向信号(Vx 、 vy )を受けてKx + y な
るダイナミック焦点補正信号(但し、Kは補正係@)を
得る演算回路を設けたことを特徴とするものである。
(作用) 図形走査用の偏向信号(Vx 、 Vy )からダイナ
ミック焦点補正信号を得るためのハードの演算回路を設
ける。これにより、ビーム照射点における焦点の動的補
正を高速で行うことが可能となる。
(実施例) 以下、図面を参照して本発明の実施例について詳細に説
明する。
第1図は本発明の一実施例を示す構成図である。
図において、21は対・物レンズ(主レンズ)、22a
、22bは2次元方向にイオンビームを走査する走査用
偏向器、23a 、23bはそれぞれ走査用偏向器22
a、22bを駆動する偏向アンプ、24は対物レンズ2
1の上部に配されビーム焦点補正用のサブレンズ、25
は該サブレンズ24を駆動するアンプである。
26a、26bは斜め照射用偏向器、27a。
27bはそれぞれ斜め照射用偏向器26a、26bを駆
動するアンプ、28はイオンビームBiが斜め照射され
る材料である。29はパターンデータ及び斜め照射用信
号を出力するCPU、30はパターンデータ及び斜め照
射用信号をアナログ信号に変換するD/A変換器である
。31は該D/A変換器30の出力を受けて偏向アンプ
23a。
23bにパターンデータに基づく走査用信号を、演算回
路22に偏向アンプ入力信号と斜め照射用信号を与える
分配器である。
演算回路32はハード回路で構成されており、偏向アン
プ入力信号と斜め照射用信号を受けてイオンビームBi
の焦点補正のためのダイナミック焦点補正信号を出力し
、アンプ25に印加される。
33は斜め照射用信号をアナログ信号に変換するD/A
変換器、34は該D/A変換器33の出力を受けてアン
プ27a、27bにそれぞれ斜め照射用信号を与える分
配器である。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。
CPLJ29から出力された描画パターンデータは、D
/A変換器30によりアナログ信号に変換される。この
アナログ描画信号は分配器31を介して偏向アンプ23
a 、23bに入る。これら偏向アンプ23a 、23
bは、入力信号に応じて走査用偏向器22a、22bを
駆動し、これによりイオンビームBiは2次元方向に偏
向を受ける。
この偏向を受けたイオンビーム3iは対物レンズ21に
入って収束される。
一方、CPU29からは光軸に対してビームを所定角傾
けて照射するための斜め照射用信号も併せて出力され、
D/A変換器30.33に入っている。この内、D/A
変換器33に入った分はアナログ信号に変換された後、
分配器34に入る。
分配器34からは、それぞれ2段偏向用のアンプ27a
、27bに斜め照射用信号が印加され、アンプ27a、
27bは入力信号に応じて対応する斜め照射用偏向器2
6a 、26bを駆動する。これにより、対物レンズ2
1により収束されたイオンビームBiは光軸に対して角
θ(例えば7°)だけ傾いて、材料28を照射する。従
って、材料28に対するイオン注入がチャネル効果を排
した状態で行われる。
このような斜め照射を行うと走査用偏向器228.22
bのX−Y面と、実際の材料のx−y面とが相異して、
焦点ぼけが生じることは第8図について説明した。本発
明では、この照射位置における2つの平面の高さの差Δ
hに基づく動的焦点補正をサブレンズ24によって行っ
ている。
第2図は、サブレンズ24の特性を示す図である。ここ
で、用いるサブレンズは第3図に示すような電極構造を
もっているものとする。第3図において、斜線で示した
部分は電極である。第2図において、横軸はレンズ電圧
(KV) 、縦軸は焦点距離ΔZ(+U+)である。レ
ンズ電圧0〜10Kv間を単純に直線(図中のX中間を
直線で結んだもの)で近似すると、このサブレンズの感
度は2μa+/Vとなる。つまり、1■のレンズ電圧で
焦点位置が2μ−変化することになる。従って、7°傾
けた場合のΔ2の最大値は第8図の場合的60μmであ
るから、焦点補正に必要なレンズ電圧は約30Vとなる
。尚、第2図の特性は略直線状となっているので、直線
近似しても誤差は殆ど無視できる。
そこで、第1図に示す実施例においては、演算回路32
が分配器31から図形走査用の偏向信号と斜め照射用信
号を受けて、焦点を補正するためのダイナミック焦点補
正信号を演算により求め、アンプ25に出力する。アン
プ25は入力信号に応じてサブレンズ24を駆動し、こ
れにより走査用偏向器22a、22bのX−Y面と材料
28のx−y面との相異に基づく高さの差Δhに対する
動的焦点補正を行う。この結果、斜め照射の場合でも材
料28上に焦点の合ったイオンビームBiを照射するこ
とができる。
演算回路32に入力される図形走査用信号は、X方向の
信号v×とy方向の信号Vyよりなり、理論的には  
× + y の値がビーム偏向された距離に比例する値
となる。又、ビームを7゜傾けた場合のフィールド内偏
向(11II11四方)距離ΔXと、2つの面の高さの
差Δhの関係は第4図に示すようなものとなる(第8図
参照)。この図からビームの偏向による高さの差Δhも
直線近似が可能となる。
ここで、x、y各方向の偏向信号VX 、vyに基づく
偏向距離dは次式で表わされる。
d =Kt Cv77”箇T「7      −(1)
K1 +係数 一方、ダイナミック焦点補正に基づく焦点補正量ΔZは
、アンプ25の出力をVjとして次式で表わされる。
ΔZ −K 2 ・■オ           ・・・
(2)K21係数 一方、偏向距離dに基づく高さの差Δhは次式で表わさ
れる。
Δh=Kx ・d           ・・・(3)
K3;係数 ビームの焦点が合うための条件はΔ2=Δhであるので
、(1)〜(3)式より次式が成立する。
K2・v1=に1・K3r■rτ+Vy’・・・(4) これから、アンプ25の出力■オを求めると、以下のよ
うになる。
VJ−(Kl  ・Kx/Kz)    x   + 
 yT=K   x   +vyT       −r
s>K;補正係数(=Kt ・Kl /に2 )以上よ
り、演算回路32に(5)式をハード的に演算させるこ
とにより、偏向距離dに応じた動的焦点補正が可能とな
る。本発明によれば、動的焦点補正Iをハード的に求め
ているので、ソフトウェアを用いた動的補正に比べてコ
ストが低く、且つ高速の自動焦点補正が可能となる。更
に、本発明によれば、傾き角θ(最大7°)に応じて演
算の係数をハード的に自動で変えてやることにより、す
べての傾き角θに対応することができる。
上述の実施例では、対物レンズ21の外部に設けられた
サブレンズ24に補正信号を送ってダイナミック焦点補
正を行う場合について説明した。
しかしながら、本発明はこれに限るものではない。
例えば、第5図に示すように、1個の対物レンズ21(
第1図参照)を用いて、その中心電極の印加電圧をコン
トロールするようにしてもよい。図に示すように、レン
ズ高圧電源40内の最大50KVを発生する電圧電源4
1の高圧側に、浮いた高速アンプ(例えば最大出力50
V)42を直列に接続する。そして、演算回路32(第
1図参照)の出力を光信号に変換して、光ファイバ43
で高速アンプ42に伝える。高速アンプ42は演算回路
32の制御出力によりその出力を変化させて対物レンズ
21の中心電極21bに与える。この結果、対物レンズ
21の収束量を変化させて、材料への焦点位置を動的に
変化させる。これにより、イオンビームの材料上への自
動焦点調節が可能となる。
(発明の効果) ゛以上詳細に説明したように、本発明によれば、図形走
査用の偏向信号(VX 、 vy >からダイナミック
焦点補正信号を1qるためのハードの演算回路を設ける
ことにより、走査用偏向器のもつ描画面と材料のもつ描
画面との差に基づく高さの差を補正して材料面に常に焦
点の合ったビーム描画を行うことができるようにした集
束イオンビーム注入装置を実現することができる。
【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図、第2図はサブ
レンズの特性を示す図、第3図はサブレンズの電極構造
を示す図、第4図はフィールド内偏向距離と2つの面の
高さの差の関係を示す図、第5図は本発明の他の実施例
の要部構成図、第6図はイオン注入の様子を示す図、第
7図は斜め照射機構をもつ集束イオンビーム装置の構成
概念図、第8図は走査用偏向器に基づ<X−Y面と材料
のもつx−y面との関係を示す図である。 21・・・対物レンズ 213.21b、21C−・・対物レンズ電極22a、
22b・・・走査用偏向器 23a 、23b・・・偏向アンプ 24・・・サブレンズ 25.27a 、27b ・7ンプ 26a、26b・・・斜め照射用偏向器28・・・材料
       29・・・CPU30.33・・・D/
A変換器 31.34・・・分配器   32・・・演算回路40
・・・レンズ高圧電源  41・・・高圧電源42・・
・高速アンプ    43・・・光フアイバ特許出願人
  日  本  電  子  株  式  会  礼式
  理  人   弁  理  士   井  島  
藤  治外1名 第2図 第3図 鋼6に 第7図

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)斜め照射機構をもつ集束イオンビーム注入装置に
    おいて、図形走査用の偏向信号(Vx、Vy)を受けて
    K√(Vx^2Vy^2)なるダイナミック焦点補正信
    号(但し、Kは補正係数)を得る演算回路を設けたこと
    を特徴とする集束イオンビーム注入装置。
  2. (2)前記ダイナミック焦点補正信号で主レンズ外部に
    設けられた焦点補正用のサブレンズを駆動するようにし
    たことを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の集束イ
    オンビーム注入装置。
  3. (3)前記ダイナミック焦点補正信号で主レンズに接続
    された高速アンプを駆動するようにしたことを特徴とす
    る特許請求の範囲第1項記載の集束イオンビーム注入装
    置。
JP62284823A 1987-11-10 1987-11-10 集束イオンビーム注入装置 Pending JPH01124948A (ja)

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Cited By (2)

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WO2006049817A3 (en) * 2004-10-18 2006-08-03 Axcelis Tech Inc Systems and methods for ion beam focusing
JP2008503067A (ja) * 2004-06-10 2008-01-31 アクセリス テクノロジーズ インコーポレーテッド 改良したイオン注入均一化のためのイオンビーム走査システム及び方法

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