JPH0337948A - 集束イオンビーム装置 - 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を材料上に照射する集束イオ
ンビーム装置に関し、特に、イオンビームの光軸を前記
材料表面に直交する軸に対し任意の角度傾斜させる事の
出来る集束イオンビーム装置に関する。

［従来の技術］ 半導体分野等において、所定のイオンを材料に衝突させ
て該材料中に浸入させ、これにより材料の物性を制御し
たり、新しい材料を作成したりするイオン注入技術が使
用されている。

この様なイオン注入を行なう場合、通常、−度に材料全
体若しくは広い領域にイオンを注入する場合と、所定の
微小箇所にイオンを注入する場合があり、前者は非集束
イオンビームを用い、後者は集束イオンビームが用いら
れる。

さて、後者の集束イオンビームを使用する装置は、集束
イオンビーム装置と称し、イオン源からのイオンビーム
を集束して、例えば、シリコンウェハの如き材料上の任
意の位置に該イオンビームを照射する装置であるが、こ
の様な集束イオンビーム装置は、前記イオン注入丈では
なく、極めて微小な箇所にイオンを照射出来る事から、
微小パターン描画を目的としたレジスト露光等にも使用
されている。

所で、前記の様に材料にイオン注入を行なう場合、材料
面に垂直にイオンを照射すると、該イオンが材料の原子
と衝突せずに奥深く打ち込まれてしまう。この様な現象
をチャンネル効果と呼んでいるが、特に、意識的に深い
イオン打ち込みを行う場合を除き、この様なチャンネル
効果は出来るだけ小さくする必要がある。その為に、イ
オンビームを材料面に対し斜めに照射する事により、イ
オンを材料原子と衝突させ、材料表面の近くに止まる様
にしている。

そこで、本発明者は、前記イオン注入や微小パターン描
画を目的としたレジスト露光等を行なう集束イオンビー
ム装置において、イオン注入モードに切換えた時に、該
イオンを斜め照射する為の対策を考えた。

その１つ目の対策として、第４図（ａ）に示す様に、材
料Ｍは水平にし、上下２段の偏向器Ｄａ。

Ｄｂから成る斜め照射用偏向器によって、集束レンズＬ
により集束されたイオンビームを光軸Ｏに対し角度θ（
７°）傾けて材料に照射する。しかし、集束イオンビー
ム装置においては、通常、１５０ＫＶ程度の高加速電圧
が使用されており、加速電圧１５０ＫＶ程度で加速され
たイオンビームを７°傾ける為には、大略±２０ＫＶ程
度の大偏向電圧が必要となり、この対策は非現実的であ
る。

又、その２つ目の対策は、第４図（ｂ）に示す様に、光
軸Ｏに対し、材料Ｍを角度θ（７″）傾け、集束レンズ
Ｌにより集束されたイオンビームを材料に照射する。し
かし、イオンビームの偏向幅には偏向歪の関係から限界
があり、集束イオンビーム装置においては、通常、所定
の範囲イオンビームを偏向したら材料を載置したステー
ジを所定量水平方向に移動させ、又イオンビームの偏向
を行う工程を繰返しくステップアンドリピート方式と称
す）でおり、その為に、該ステージの移動の度に材料へ
のビーム照射点の高さが大きく変化してしまう。その為
に、ダイナミック焦点調整機構を設けて光軸方向の焦点
の補正が必要となる。

又、この様なビーム照射点の高さ変化により、イオンビ
ームの偏向幅もステージの移動の度に調整高直さねばな
らない。従って、この様な対策の場合、ビーム制御系が
複雑化し、操作も厄介となる。

［発明が解決しようとする課題］ 本発明はこの様な各対策の問題点を解決した新規な傾斜
機構を備えた集束イオンビーム装置を提供する事を目的
としたものである。

本発明者は微小パターン描画を目的としたレジスト露光
やイオン注入等を行なえる集束イオンビーム装置におい
て、前記各対策が持つ問題点を解決出来る対策を更に練
った結果、イオン注入モードに切換えた時に、非現実的
な偏向電圧が不必要で、且つイオンビーム照射点の高さ
変化によるステージ移動毎の光軸方向の焦点補正やイオ
ンビーム偏向幅補正の不必要な新規な対策を考えたので
ある。

［課題を解決するための手段］ 本発明の集束イオンビーム装置は、イオンビーム発生手
段、該イオンビーム発生手段からのイオンビームを集束
させる集束レンズ、及び該イオンビームを材料上の所定
位置にショットさせる為の偏向器を具備した筐筒と、前
記材料が配置されたチャンバーとを備えた集束イオンビ
ーム装置において、イオンビームの光軸が前記材料表面
に垂直な軸に対し任意の角度傾斜する様に前記筐筒を耐
真空的に傾斜させる為の機構を設けた。

［実施例］ 第２図は、本発明の一実施例として示した集束イオンビ
ーム装置の概略図である。

図中、１はイオン源、２は集束レンズ、３Ｘ。

３Ｙは各々Ｘ方向、Ｙ方向偏向器、４はステージ、５は
材料、６は制御装置、７Ｘ、７ＹはＤＡ変換器、８はス
テージ移動駆動機構である。尚、９は筐筒、１０はチャ
ンバーである。

第１図（ａ）、　　（ｂ）は本発明の要部を示したもの
で、筐筒９とチャンバー１０の接続と筐筒傾斜機構を示
している。尚、第１図（ｂ）は第１図（ａ）を、紙面に
垂直な方向を含む水平面上で該垂直な方向に対し９０度
隔てた方向から見た図である。図に示す様に、チャンバ
ー１０の上蓋に互いに１８０度隔てて軸受け１１Ａ、１
１Ｂが取り付けられており、筐筒９に該各軸受けＩＩＡ
、１１Ｂを夫々声道させたシャフト１２Ａ、１２Ｂが取
り付けられている。又、筐筒の前記シャフト１２Ａ、１
２Ｂの夫々に対し９０度隔てた所にブラケット１３Ａ、
１３Ｂが取り付けられており、該ブラケット１３Ａ、１
３Ｂに捩じ込まれた押し捩子１４Ａ、１４Ｂが前記チャ
ンバー１０の上蓋に当たっている。前記区部９の下部と
前記チャンバー１０の上蓋の鍔部とはベローズ１５によ
って、例えば、ロー付は等により耐真空的に接続されて
いる。

さて、この様な集束イオンビーム装置により微小パター
ン描画を目的としたレジスト露光を行なう場合には、両
押し捩子１４Ａ、１４Ｂを同程度に締め付けておき、イ
オンビームの光軸が材料表面（水平面）に垂直な軸に対
し平行に成る様にしておく。即ち、区部９を全く傾斜さ
せない状態にしておく。この状態において、制御装置６
は照射すべき位置データをＤＡ変換器７Ｘ、７Ｙに送る
。

而して、イオン源１からのイオンビームは集束レンズ２
により材料面上で集束され、該集束イオンビームは材料
上に塗布されたレジスト上の所定位置に照射され、所定
のレジスト露光が行なわれる。

又、この様な集束イオンビーム装置によりイオン注入を
行なう場合には、イオンビームの光軸が材料表面に垂直
な軸に対し７度傾斜する様に、先ず、押し捩子１４Ａを
チャンバー１０の上蓋表面から離れる方向に所定量回転
移動させ、次に、押し捩子１４Ｂを該チャンバー１０の
上蓋表面に向けて所定量回転移動させ、該移動に基づい
て区部９を傾斜させる。尚、イオンビーム光軸の材料表
面に直交する軸に対する傾斜角度に応じて、これら押し
捩子を基準（筐筒の傾斜角度が０度の場合の押し捩子の
位置）からどの程度回転移動させれば良いかを予め求め
ておく。又、この様にして、イオンビームの光軸が材料
表面に直交する軸に対し７度傾斜する様に区部９を傾斜
させる場合、材料表面に直交する光軸と材料表面の交点
を中心に傾けておらずに、シャフト１２Ａの中心軸と１
２Ｂの中心軸を結んだ軸を中心として傾けているので、
材料上でのイオンビームの照射位置が、該傾斜中心の隔
たり分に対応した分（一定量）ずれるが、このずれ分は
予め分かっているので、イオン注入モードへの切換えに
連動して、制御装置６はこのずれ分に対応した９丈ステ
ージを水平方向に自動的に移動させる。又、上記傾斜に
伴なってイオンビームが材料上にフォーカスしなくなる
が、このフォーカスのずれも予め分かっているので、同
じ様に、該制御装置６は前記モードへの切換えに連動し
て自動的に集束レンズ２を制御し、材料５上にフォーカ
スが合わされるようにする。尚、これら何れの自動的調
整はイオン注入モードへ切換えた時に１回丈行なえば良
い。而して、イオン源１からのイオンビームは集束レン
ズ２により材料面上で集束され、該集束イオンビームは
材料上の所定位置に照射され、所定のイオン注入が行な
われる。

第３図は筐筒を傾斜させる事の出来る機構の他の例を示
したもので、チャンバー１０の上蓋の中央部分１６を半
球状に形成し、区部９の下部が該半球状部分に沿って摺
動する様に該筐筒下部を傘状に形成し、チャンバー１０
の上蓋に互いに１８０度隔てて支持体１７Ａ、１７Ｂを
取り付け、該支持体１７Ａと筐筒の間にダンパー１８を
入れ、先端部が区部９に当る様に支持体１７Ｂに押し捩
子１９を捩じ込んだ構造を成している。尚、チャンバー
１０の上蓋の中央部分１６と接触している筐筒下部の間
にはオーリング２０が挿入されており、これらの間のシ
ール性が保たれている。この様な機構において、押し捩
子１つの回転移動量に基づいた角度、筐筒を傾ける事が
出来る。尚、この第２の実施例において、半球上部分を
その球の中心が材料表面上に位置する様に形成すれば、
イオン注入モードに切換えた時に、前記した様なステー
ジ位置やフォーカスの調整を省く事が出来る。

所で、本発明者は、前記第４図（ａ）、　　（ｂ）に示
す如き対策の問題点を解決出来る対策として、第５図に
示す様に、光軸Ｏに対し、ステージＳに載置された材料
Ｍが角度θ（７°）傾いた状態となる様に、筐筒Ｋに対
し、該材料Ｍが配置されたチャンバーＣを傾ける対策も
同時に考えて見た。

この対策であれば、非現実的な偏向電圧も必要なく、且
つ、ステージが移動しても、材料へのビーム照射点の高
さが変化しないので、ステージ移動毎の光軸方向の焦点
補正やイオンビーム偏向幅補正も必要なくなる。しかし
、この対策では重力方向に対し垂直な方向に全体がフラ
ットにない場合、重力がチャンバー全体に均等に掛から
ないので、該チャンバーが不安定となる。その為に、該
チャンバーを安定化する為の機構が必要となる。又、該
チャンバー内のステージが傾きにより移動しないように
する為の機構も必要となる。又、それらの機構の操作も
厄介である。従って、この対策は微小パターン描画を目
的としたレジスト露光をモード切換えで行なう集束イオ
ンビーム装置には実現性が乏しい。

［発明の効果］ 本発明はイオンビームの光軸が材料表面に垂直な軸に対
し任意の角度傾斜する様に筐筒を耐真空的に傾斜させる
為の機構を設けたので、例えば、イオンビーム注入を行
なう場合に筐筒を傾斜させても、従来の対策の様に、非
現実的な大偏向電圧が必要となることはない。又、ステ
ージを移動させる度に光軸方向の焦点補正を行なう必要
や、イオンビームの偏向幅の再調整も必要ないので、ビ
ーム制御系が複雑化して、操作が厄介となることはない
。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）は本発明の要部の一実施例を示す
図、第２図は本発明の一実施例として示した集束イオン
ビーム装置の概略図、第３図は本発明の要部の他の実施
例を示したもの、第４図（ａ）、　　（ｂ）は従来の対
策を説明する為に用いたもの、第５図は従来の対策を解
決する為に考えられた他の対策を示したものである。 １・・・イオン源　　　　　２・・・集束レンズ３Ｘ、
３Ｙ・・・Ｘ方向、Ｙ方向偏向器４・・・ステージ　　
　　　５・・・材料６・・・制御装置 ７Ｘ、７Ｙ・・・ＤＡ変換器 ８・・・ステージ移動駆動機構 ９・・・筐筒　　　　　　　１０・・・チャンバー１１
Ａ、ＩＩＢ・・・軸受け １２Ａ、１２Ｂ・・・シャフト １３Ａ、１３Ｂ・・・ブラケット １４Ａ、１４Ｂ・・・押し捩子 １５・・・ベローズ １６・・・チャンバー上蓋中央部 １７Ａ、１７Ｂ・・・支持体

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. イオンビーム発生手段、該イオンビーム発生手段からの
   イオンビームを集束させる集束レンズ、及び該イオンビ
   ームを材料上の所定位置にショットさせる為の偏向器を
   具備した筐筒と、前記材料が配置されたチャンバーとを
   備えた集束イオンビーム装置において、イオンビームの
   光軸が前記材料表面に垂直な軸に対し任意の角度傾斜す
   る様に前記筐筒を耐真空的に傾斜させる為の機構を設け
   た事を特徴とする集束イオンビーム装置。