JPH02109240A - イオンビーム装置およびその使用方法 - 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、イオンビーム装置に関し、特に、気体イオン
源を用いた集束イオンビーム装置に適用して好適なもの
である。

〔発明の概要〕

本発明の第１の発明は、イオンビーム装置において、イ
オンガンチャンバーとこのイオンガンチャンバーを真空
排気するための真空ポンプとの間にゲートバルブが設け
られている。これによって、イオンソースガスの消費量
を低く抑え、しかも放電を起こすことなくイオンガンの
アラインメント等の事前調整を行うことができるととも
に、イオンソースガスの流量の最適化によりエミッター
の放電を防止することができる。

本発明の第２の発明は、イオンビーム装置において、イ
オンソース供給源とイオンガンとの間に、リークバルブ
を経由するガス供給管とこのガス供給管内を真空排気す
るためのバイパス配管とが設けられている。これによっ
て、高純度のイオンソースガスをイオンガンに供給する
ことができる。

〔従来の技術〕

集束イオンビーム技術は、リソグラフィーへの応用をは
じめ、マスクレスイオン注入、マスクレスエツチング等
への幅広い応用範囲を有する技術として注目され、その
ための集束イオンビーム装置の開発が活発に行われてい
る。

第３図は、気体イオン源を用いた従来の集束イオンビー
ム装置の構成を示す。第３図に示すように、この集束イ
オンビーム装置は、イオンガンチャンバー１０１、集束
レンズチャンバー１０２及び試料チャンバー１０３を有
する。イオンガンチャンバー１０１内においては、極低
温に冷却可能な冷凍機１０４の先端にエミッターホルダ
ー１０５が取り付けられ、このエミッターホルダー１０
５にノズル１０６が取り付けられている。このノズル１
０６内にはエミッター１０７が挿入されている。また、
エミッターホルダー１０５にはガス供給管１０８が設け
られ、このガス供給管１０８の一端から供給されるイオ
ンソースガスがノズル１０６を通じてエミッター１０７
の先端付近に供給されるようになっている。このエミッ
ター１０７の先端から放射されるイオンは引き出し電極
１０９により下方に引き出され、イオンビーム１１０が
形成される。このイオンビーム１１０は、集束レンズチ
ャンバー１０２内に設けられた集束レンズ１１１により
集束された後、アラインメント電極１１２により集束レ
ンズ系の光軸に対するアラインメントが行われる。次に
、このイオンビーム１１０はアパーチャー１１３により
ビーム径が絞られた後、アラインメント電極］１４によ
り再びアラインメントが行われる。符号１１５は、イオ
ンビーム描画の際にイオンビームのカットを行うための
ブランキング電極を示す。次に、このイオンビーム１１
０は対物レンズ（第２段目の集束レンズ）１１６により
、試料チャンバー１０３内に配置された試料１１７上に
結像され、偏向電極１１８によりこの試料１１７上を走
査される。これによって、所定のイオンビーム描画が行
われる。

この集束イオンビーム装置においては、イオンガンチャ
ンバー１０１、集束レンズチャンバーＩ０２及び試料チ
ャンバー１．０３にそれぞれ真空排気用の配管１１９．
１２０．１２１が設けられている。そして、これらのイ
オンガンチャンバー１０１、集束レンズチャンバー１０
２及び試料チャンバー１０３内は、これらの配管１１９
．１２０．１２１を通じて真空ポンプ（図示せず）によ
りそれぞれ真空排気されるようになっている。符号１２
２．１２３は、中心部に小さな開口を有する隔壁を示す
。

第４図に、気体イオン源を用いた従来の集束イオンビー
ム装置におけるイオンガンへのイオンソース供給系を示
す。第４図において、符号１２４は例えばヘリウム（）
Ｉｅ）ガスのようなイオンソースガスが充填されたガス
ボンベを示す。このガスボンベ１２４には径の小さいガ
ス供給管１０８が接続されている。そして、このガス供
給管１０８は、イオンガンの先端部に設けられたラジエ
ーションシールド１２５を通ってノズル１０６に接続さ
れ、ガスボンベ１２４中のイオンソースガスがこのガス
供給管１０８を通じてエミッター１０７の先端付近に供
給されるようになっている。また、このガス供給管１０
８の途中にはリークバルブ１２６が設けられ、このリー
クバルブ１２６によりイオンガンに供給されるガス量の
調整が行われるようになっている。符号１２７は減圧針
を示す。

一方、符号１２８は、イオンガンのｘ、、ｙ、ｚ方向の
移動及び傾斜（ｔｉｌｔ）を行うためのマニピュレータ
を示し、このマニピュレータ１２８のアーム１２８ａは
冷凍機１０４のフランジ１０４ａに固定されている。符
号１２９はベローズ（蛇腹）を示す。

なお、気体イオン源を用いた集束イオンビーム装置につ
いては、例えば特開昭５９−１１７’　１．２２号公報
に記載されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

第３図に示す従来の集束イオンビーム装置においては、
エミッター１０７の交換後には、１）ビーム出し、２）
イオンガンのアラインメント、３）イオンビームの集束
等の作業に多くの時間が費やされる。この間、通常の差
動排気モードでイオンガンチャンバー１０１の真空排気
を行いながらイオンビーム１１０を出し続けた場合には
、■）イオンソースガスの消費量の増加、２）イオンソ
ースガスの圧力が高くなることによるエミッター１０７
の先端付近での放電発生の確率の増大、３）イオンソー
スガスへの不純物ガスの混入及びこの不純物ガスの付着
に起因する放電の発生、４）差動排気条件そのものの不
確定性、等の多くの問題があった。

一方、第４図に示す従来の集束イオンビーム装置におい
ては、イオンソースガスは、ガスボンベ１２４から径の
小さいガス供給管１０８を通してイオンガンに供給され
る。この場合、このガス供給管１０８のコンダクタンス
は小さいため、あらかじめこのガス供給管１０８の内部
を真空排気しても不純物ガス分子が残留しやすい。その
結果、この残留ガス分子はイオンソースガスに混入して
イオンガンに供給され、これがエミッター１０７の放電
の原因となり、最悪の場合にはエミッター１０７の損傷
が起きてしまう。また、特にガスポンベ１２４とガス供
給管１０８との継ぎ目の部分は、アウトガスのためのベ
ーキングを行うことができないため、不純物ガス分子の
残留が起きやすかった。このような状況下でイオンガン
に供給されるイオンソースガスには残留ガス（ＣＯい１
１□０等）が多く混入しており、供給ガス量の増大とと
もにイオンガンに侵入する不純物ガス量は増大する。そ
して、イオンビーム電流を増やすためにイオンソースガ
スの圧力を高くずればする程、放電の起きやすい状態に
なってしまうという問題があった。

本発明の目的は、イオンソースガスの消費量を低く抑え
、しかも放電を起こすことなくイオンガンのアラインメ
ント等の事前調整を行うことができるとともに、イオン
ソースガスの流量の最適化によりエミッターの放電を防
止することができるイオンビーム装置を提供することに
ある。

本発明の他の目的は、高純度のイオンソースガスをイオ
ンガンに供給することができるイオンビーム装置を提供
することにある。

〔課題を解決するだめの手段〕

上記第１の課題を解決するため、本発明の第１の発明に
よるイオンビーム装置は、イオンガンチャンバー（１）
とこのイオンガンチャンバー１）を真空排気するための
真空ポンプとの間にゲートバルブ（２４）が設けられて
いる。

上記第２の課題を解決するため、本発明の第２の発明に
よるイオンビーム装置は、イオンソース供給源（３２）
とイオンガンとの間に、リークバルブ（３０）を経由す
るガス供給管（８，２８）とこのガス供給管（８，２８
）内を真空排気するためのバイパス配管（３３）とが設
けられている。

〔作用〕 第１の発明の上記した手段によれば、ゲートバルブ（２
４）の作動により、イオンガンチャンバー（１）内の真
空排気を完全に停止したり排気速度を変えたりすること
ができる。この場合、ゲートバルブ（２４）を閉めてイ
オンガンチャンバー（１）内の真空排気を停止すること
によりこのイオンガンチャンバー（１）内に適度の量の
イオンソースガスを閉じ込めることができるので、この
状態でイオンビームを出してビーム出し条件の最適化、
イオンガンのアラインメント等の事前調整を行うことに
より、この事前調整の際のイオンソースガスの消費量を
低く抑えることができる。また、ゲートバルブ（２４）
を閉めてイオンガンチャンバー（１）内の真空排気を停
止することにより、このイオンガンチャンバー（１）内
に不純物ガスが流入することがなくなるため、イオンソ
ースガスへの不純物ガスの混入及びその付着に起因する
放電が発生するおそれがなくなる。さらに、ゲートバル
ブ（２４）の開閉によりイオンガンチャンバー（１）の
排気速度を変えることができるので、イオンソースガス
の流量の最適化を図ることができ、これによってエミッ
ター（７）付近のイオンソースガスの圧力が高くなり過
ぎることによる放電の発生がなくなる。

第２の発明の上記した手段によれば、バイパス配管（３
３）を通じてガス供給管（８，２８）内を真空排気する
ことができるので、イオンソースガスを流す前にあらか
じめこのガス供給管（８，２８）のアウトガスを行うこ
とができる。このため、このガス供給管（８，２８）内
に流されるイオンソースガスに残留ガスが混入するおそ
れがなくなる。これによって、残留ガス成分の少ない高
純度のイオンソースガスをイオンガンに供給することが
できる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例について図面を参照しながら説明
する。以下の実施例Ｉ及び実施例■は、いずれも気体イ
オン源を用いた集束イオンビーム装置に本発明を適用し
た実施例である。なお、実施例の全図において同一部分
には同一の符号を付ける。

尖施糎土 第１図は本発明の実施例Ｉを示す。

第１図に示すように、この実施例■による集束イオンビ
ーム装置は、イオンガンチャンバー１、集束レンズチャ
ンバー２及び試料チャンバー３を有する。イオンガンチ
ャンバー１内には、液体ヘリウム等により極低温に冷却
可能な冷凍機４、エミッターホルダー５、ノズル６、例
えばニードル状のタングステン（Ｗ）から成るエミッタ
ー７、イオンソースガス供給用のガス供給管８及び引き
出し電極９が設けられている。また、集束レンズチャン
バー２内には、集束レンズ１１、第１段目のアラインメ
ント電極１２、アパーチャー１３、第２段目のアライン
メント電極１４、ブランキング電極１５及び対物レンズ
１６が設けられている。

さらに、試料チャンバー３内には例えば半導体ウェーハ
のような試料Ｉ７が配置され、偏向電極１８によりこの
試料】７上をイオンビーム７が走査される。ごれによっ
て、所定のイオンビーム描画が行われる。

上述のイオンガンチャンバー１、集束レンズチャンバー
２及び試料チャンバー３にはそれぞれ配管１９．２０．
２１が設けられ、これらの配管１９．２０．２１を通じ
てこれらのイオンガンチャンバー１０１、集束レンズチ
ャンバー１０２及び試料チャンバー１０３内が真空ポン
プ（図示せず）によりそれぞれ真空排気されるようにな
っている。符号２２．２３は、中心部に小さな開口を有
する隔壁を示す。

この実施例Ｉにおいては、第３図に示す従来の集束イオ
ンビーム装置と同様な上述の構成に加えて、イオンガン
チャンバー１の真空排気用の配管１９の途中にゲートバ
ルブ２４が設けられている。

このように、この実施例Ｉによれば、イオンガンチャン
バー１の真空排気用の配管１９にゲートバルブ２４が設
けられているので、次のような種々の利点がある。すな
わち、ゲートバルブ２４を閉めることにより、配管１９
を通じてのイオンガンチャンバー１の真空排気を停止す
ることができる。これによって、イオンガンチャンバー
１内に適度の量のイオンソースガスを閉じ込めることが
できるので、この状態で電界イオン顕微鏡（ＦＩＭ）像
の観察や各電極に流れ込むイオンビーム電流のモニター
によって事前調整を行うことにより、この事前調整の際
のイオンソースガスの消費量を低く抑えることができる
。また、イオンガンチャンバー１内に不純物ガスが混入
するおそれがなくなるため、イオンソースガスへの不純
物ガスの混入及びその付着に起因する放電の発生がなく
なる。

さらに、ゲートバルブ２４の開閉によりイオンガンチャ
ンバー１の排気速度を変えることができるので、イオン
ソースガスの流量の最適化を図ることができる。これに
よって、エミッター７の付近のイオンソースガス圧力が
高くなり過ぎることがなくなり、エミッター７の放電が
防止される。さらにまた、従来のような差動排気条件の
不確定性もなくなる。

災施拠工 第４図は本発明の実施例■を示す。

第４図において、符号２５はラジエーションシールドを
示す。また、符号２６はイオンガンのＸ１Ｙ、Ｚ方向の
移動及び傾斜を行うためのマニピュレータを示す。この
マニピュレータ２６のアーム２６ａは冷凍機４のフラン
ジ４ａに固定されている。符号２７はベローズを示す。

一方、ガス供給管８には、より径が大きくコンダクタン
スの大きい別のガス供給管２８が接続されている。これ
らのガス供給管８．２８の間には、例えばチタンゲッタ
ーポンプ２９が設けられている。また、ガス供給管２８
の途中には、ニードルバルブのようなリークバルブ３０
及びバルブ３１が設けられている。このガス供給管２８
の先端には、例えばＨｅガスのようなイオンソースガス
が充填されたガラス製のビン３２が接続されている。

第２図に示す状態ではこのビン３２は封止されているが
、イオンガンにイオンソースガスを供給する場合には、
例えば電磁石により鉄片を吸着し、この鉄片を上方から
このビン３２に落下させることによりこのビン３２の上
部を破壊して封を破ればよい。また、符号３３はバイパ
ス配管を示す。

このバイパス配管３３の途中にはバルブ３４が設けられ
ている。また、符号３５は真空排気用の配管を示す。こ
の配管３５の一端には真空ポンプ（図示せず）が接続さ
れている。符号３６はバルブを示す。

上述のように構成されたイオンソースガス供給系により
イオンソースガスをイオンガンに供給する場合には、ま
ずリークバルブ３０、バルブ３１．３４．３６を開いた
状態で真空ポンプにより配管３５及びバイパス配管３３
を通じてガス供給管８．２８内を真空排気し、アラ］・
ガスを行う。このようにして所定の真空度になるまでガ
ス供給管８．２８内を真空排気した後、リークバルブ３
０、バルブ３１．３４．３６を閉め、真空ポンプによる
真空排気を停止する。次に、ビン３２の封を上述した方
法により破り、このビン３２内のイオンソースガスをガ
ス供給管２８内に流す。次に、バルブ３１を所定時間開
いた後、再び閉める。これによって、一定量のイオンソ
ースガスをガス供給管２８内に供給することができる。

次に、チタンゲッターポンプ２９により真空排気を行い
ながらリークバルブ３０を少しずつ開く。これによって
、ガス供給管２８．８を通じてイオンガンにイオンソー
スガスが供給される。この場合、チタンゲッターポンプ
２９によりイオンソースガス中の残留ガス成分が除去さ
れる。従って、ガス供給管２８．８内のアウトガスがあ
らかじめ行われていることと合わせて、イオンガンには
高純度のイオンソースガスが供給されることになる。な
お、Ｈｅガスはこのチタンゲッターポンプ２９によって
は排気されない。

この実施例Ｈによれば、ガス供給管８．２８に径が大き
くコンダクタンスの大きいバイパス配管３３を設け、こ
のガス供給管８．２８内にイオンソースガスを流す前に
あらかじめそのアウトガスを行っているので、残留ガス
成分が極めて少ない高純度のイオンソースガスをイオン
ガンに供給することができる。これによって、残留ガス
成分に起因する放電を大幅に低減することができる。ま
た、コンダクタンスの大きいバイパス配管３３を通じて
ガス供給管８．２８内の真空排気を行っているので、こ
のガス供給管８．２８内のアウトガスに要する時間を短
縮することができる。さらに、ガス供給管２８の途中に
バルブ３１を設けているので、このバルブ３１の開閉に
よりこのガス供給管２８内に流すイオンソースガスの流
量を区切ることができる。このため、ガス供給管２８内
に誤って多量のイオンソースガスを流すおそれがなくな
る。

以上、本発明の実施例につき具体的に説明したが、本発
明は、上述の実施例に限定されるものではなく、本発明
の技術的思想から逸脱しない範囲で各種の変形が可能で
ある。

例えば、実施例■において、イオンソース供給系の全体
構造は第２図に示すものに限定されるものではなく、例
えば配管構造は必要に応じて変更可能である。また、イ
オンソースガスの容器としてはガラス製のビン３２以外
のものを用いることも可能である。

〔発明の効果〕

以上述べたように、本発明の第１の発明によれば、イオ
ンソースガスの消費量を低く抑え、しかも放電を起こす
ことなくイオンガンのアラインメント等の事前調整を行
うことができるとともに、イオンソースガスの流量の最
適化によりエミッターの放電を防止することができる。

また、本発明の第２の発明によれば、残留ガス成分の少
ない高純度のイオンソースガスをイオンガンに供給する
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例Ｉを示す断面図、第２図は本発
明の実施例■を示ず断面図、第３図は従来の集束イオン
ビーム装置の全体構成を示す断面図、第４図は従来の集
束イオンビーム装置のイオンソースガス供給系を示す断
面図である。 図面における主要な符号の説明 １：イオンガンチャンバー　　２：集束レンズチャンバ
ー、　　３：試料チャンバー　　７：エミッター　　８
．２８：ガス供給管、　　ｌＯ：イオンビーム、　　１
７：試料、　　１９．２０．２１．３５：真空排気用の
配管、　２４：ゲートバルブ、２９：チタンゲッターポ
ンプ、　　３０：リークバルブ、　３１．３４．３６：
バルブ、　３２：ビン、　３３：バイパス配管。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、イオンガンチャンバーとこのイオンガンチャンバー
   を真空排気するための真空ポンプとの間にゲートバルブ
   が設けられていることを特徴とするイオンビーム装置。 ２、イオンソース供給源とイオンガンとの間に、リーク
   バルブを経由するガス供給管とこのガス供給管内を真空
   排気するためのバイパス配管とが設けられていることを
   特徴とするイオンビーム装置。