JPH0644940A - 集束イオン・ビームのグリッド構造 - Google Patents
集束イオン・ビームのグリッド構造Info
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- JPH0644940A JPH0644940A JP4099146A JP9914692A JPH0644940A JP H0644940 A JPH0644940 A JP H0644940A JP 4099146 A JP4099146 A JP 4099146A JP 9914692 A JP9914692 A JP 9914692A JP H0644940 A JPH0644940 A JP H0644940A
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Classifications
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
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- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
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- Plasma & Fusion (AREA)
- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
Abstract
(57)【要約】
【目的】本発明の目的は、イオン・ビーム付着システム
のイオン・ビーム経路中に挿入して、ビーム直径やビー
ム位置などイオン・ビームの他の特性に影響を与えずに
ビームの電流密度を減少させる、イオン透過率の低い、
ファイン・メッシュの受動素子としてのグリッド構造の
透過マスクを提供することにある。 【構成】従来の収束イオン・ビーム・システム中のイオ
ン銃とターゲットの間のイオン・ビーム経路中に、微細
なメッシュの透過グリッドを挿入し、イオン・ビームの
電流密度を所望の値だけ減少させる。透過グリッドは、
電流密度をガス及び実行しようとする付着の種類に応じ
て異なる増分で調節できるように、異なる様々な透過率
で構成することができる。
のイオン・ビーム経路中に挿入して、ビーム直径やビー
ム位置などイオン・ビームの他の特性に影響を与えずに
ビームの電流密度を減少させる、イオン透過率の低い、
ファイン・メッシュの受動素子としてのグリッド構造の
透過マスクを提供することにある。 【構成】従来の収束イオン・ビーム・システム中のイオ
ン銃とターゲットの間のイオン・ビーム経路中に、微細
なメッシュの透過グリッドを挿入し、イオン・ビームの
電流密度を所望の値だけ減少させる。透過グリッドは、
電流密度をガス及び実行しようとする付着の種類に応じ
て異なる増分で調節できるように、異なる様々な透過率
で構成することができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、イオン・エッチング・
システムに関する。より具体的には、集束イオン・ビー
ム付着システムにおける電流密度を減少させる構造に関
する。
システムに関する。より具体的には、集束イオン・ビー
ム付着システムにおける電流密度を減少させる構造に関
する。
【０００２】
【従来の技術】米国特許第４６０７３３３号明細書に
は、電界偏向器を用いて電子ビームの磁界偏向の誤差を
補償する方法が記載されている。しかしながら、電流密
度を減少させる方法は記載されておらず、グリッド構造
の記載もない。
は、電界偏向器を用いて電子ビームの磁界偏向の誤差を
補償する方法が記載されている。しかしながら、電流密
度を減少させる方法は記載されておらず、グリッド構造
の記載もない。
【０００３】米国特許第４４１６７２４号明細書では、
イオン・ビームを用いて、絶縁体を形成している。しか
しながら、電流密度を変更する方法は記載されていな
い。グリッドを使ってイオン電流を測定することは記載
されているが、上記特許ではイオン電流を変更するのに
グリッドを使用していない。また、本発明におけるグリ
ッドの構造はずっと微細なグリッドを使用する点で異な
っている。
イオン・ビームを用いて、絶縁体を形成している。しか
しながら、電流密度を変更する方法は記載されていな
い。グリッドを使ってイオン電流を測定することは記載
されているが、上記特許ではイオン電流を変更するのに
グリッドを使用していない。また、本発明におけるグリ
ッドの構造はずっと微細なグリッドを使用する点で異な
っている。
【０００４】米国特許第３６２２７４１号明細書では、
グリッドは、残留ガスをイオン化し、これをイオン・ビ
ームの進路から偏向させるのに用いられるアセンブリの
一部分である。電流密度を減少させる方法は記載されて
おらず、グリッドの構造及び機能が本発明とは異なる。
グリッドは、残留ガスをイオン化し、これをイオン・ビ
ームの進路から偏向させるのに用いられるアセンブリの
一部分である。電流密度を減少させる方法は記載されて
おらず、グリッドの構造及び機能が本発明とは異なる。
【０００５】米国特許第４５２３９７１号明細書では、
プログラマブルな印加電圧のグリッドを用いて、基板上
にパターンを生成している。このグリッドは広面積のイ
オン供給源で用いられ、集束ビーム・システムでの使用
には適していない。本発明のグリッドは微細構造をもつ
受動的なエレメントであるが、上記特許のグリッドは電
気的に能動的であって、より粗大な構造のものである。
プログラマブルな印加電圧のグリッドを用いて、基板上
にパターンを生成している。このグリッドは広面積のイ
オン供給源で用いられ、集束ビーム・システムでの使用
には適していない。本発明のグリッドは微細構造をもつ
受動的なエレメントであるが、上記特許のグリッドは電
気的に能動的であって、より粗大な構造のものである。
【０００６】米国特許第４５２７０４４号明細書には、
電流密度を減少させる方法は記載されていない。グリッ
ドは単純な標準型の抽出電極として用いられている。こ
のグリッドも本発明のグリッドの構造をもっていない。
電流密度を減少させる方法は記載されていない。グリッ
ドは単純な標準型の抽出電極として用いられている。こ
のグリッドも本発明のグリッドの構造をもっていない。
【０００７】米国特許第２９２５４９６号明細書では、
イオン・ビームに成型されたホールを通過させている。
試料を動かすことにより、不均一なイオン・ビームから
均一な照射が得られる。グリッドは使用されていず、電
流密度を減少させる方法は記載されていない。
イオン・ビームに成型されたホールを通過させている。
試料を動かすことにより、不均一なイオン・ビームから
均一な照射が得られる。グリッドは使用されていず、電
流密度を減少させる方法は記載されていない。
【０００８】米国特許第３４４０４６６号明細書では、
グリッドが熱伝導体として用いられている。電流を減少
させる方法は記載されていない。
グリッドが熱伝導体として用いられている。電流を減少
させる方法は記載されていない。
【０００９】米国特許第４４５００３１号明細書では、
グリッドがプラズマ供給源における単純な標準型の抽出
装置として用いられ、プラズマ供給源の能動部分となっ
ている。このグリッドの構造は、変動する電流密度には
適していない。
グリッドがプラズマ供給源における単純な標準型の抽出
装置として用いられ、プラズマ供給源の能動部分となっ
ている。このグリッドの構造は、変動する電流密度には
適していない。
【００１０】米国特許第４７５８３０４号明細書では、
グリッドが単純なプラズマ型イオン供給源で用いられて
いる。このグリッドは、イオン供給源の電気的な能動的
な部分であって、受動的低透過なエレメントではない。
上記特許におけるグリッドの構造は、電流密度の変動す
る集束イオン・ビームで使用するには粗大すぎる。
グリッドが単純なプラズマ型イオン供給源で用いられて
いる。このグリッドは、イオン供給源の電気的な能動的
な部分であって、受動的低透過なエレメントではない。
上記特許におけるグリッドの構造は、電流密度の変動す
る集束イオン・ビームで使用するには粗大すぎる。
【００１１】米国特許第４０８７６９５号明細書には、
電流密度を変更する方法は記載されていない。
電流密度を変更する方法は記載されていない。
【００１２】米国特許第４３８９５７３号明細書では、
グリッドを用いて電子ビーム密度を増大させることが記
載されている。グリッドは、供給源の能動的な部分であ
り、やはり粗大すぎる。
グリッドを用いて電子ビーム密度を増大させることが記
載されている。グリッドは、供給源の能動的な部分であ
り、やはり粗大すぎる。
【００１３】米国特許第４４５７８０３号明細書には、
グリッドも電流密度を減少させる方法も記載されていな
い。
グリッドも電流密度を減少させる方法も記載されていな
い。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、電流
密度を減少させるため、イオン・ビーム付着システムの
イオン・ビームの経路中にグリッド構造の透過マスクを
提供することにある。
密度を減少させるため、イオン・ビーム付着システムの
イオン・ビームの経路中にグリッド構造の透過マスクを
提供することにある。
【００１５】本発明の他の目的は、グリッドによる電流
密度の減少が、ビーム直径やビーム位置などイオン・ビ
ームの他の特性に影響しないような、グリッド構造を提
供することにある。
密度の減少が、ビーム直径やビーム位置などイオン・ビ
ームの他の特性に影響しないような、グリッド構造を提
供することにある。
【００１６】本発明の他の目的は、グリッドが低イオン
透過特性をもつ微細なメッシュの受動的なエレメントと
して実施される、イオン・ビーム・システム用のグリッ
ド構造を提供することにある。
透過特性をもつ微細なメッシュの受動的なエレメントと
して実施される、イオン・ビーム・システム用のグリッ
ド構造を提供することにある。
【００１７】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、従来の
集束イオン・ビーム・システムで、透過グリッドをイオ
ン・ビーム放出源とターゲットの間のイオン・ビーム経
路に挿入して、ビームの電流密度をグリッドの透過率に
比例して減少させることができる。
集束イオン・ビーム・システムで、透過グリッドをイオ
ン・ビーム放出源とターゲットの間のイオン・ビーム経
路に挿入して、ビームの電流密度をグリッドの透過率に
比例して減少させることができる。
【００１８】透過グリッドは、イオン・ビームの電流密
度、したがってイオンの到着速度を所望の値だけ減少さ
せ、イオン到着速度に匹敵する速度で付着用ガスをシス
テム中に供給することを可能とする、微細なメッシュの
受動的エレメントである。こうして、材料ガス及び実行
しようとする付着の種類に応じて、電流密度を異なる増
分で調節することが可能となる。
度、したがってイオンの到着速度を所望の値だけ減少さ
せ、イオン到着速度に匹敵する速度で付着用ガスをシス
テム中に供給することを可能とする、微細なメッシュの
受動的エレメントである。こうして、材料ガス及び実行
しようとする付着の種類に応じて、電流密度を異なる増
分で調節することが可能となる。
【００１９】
【実施例】集束イオン・システムは、通常、電流密度が
１ｃｍ2当り０．５〜５．０アンペアのビームを発生す
る。こうした強いイオン・ビームを使った付着法により
材料を付着させる場合、イオン到着速度に匹敵する速度
で付着用ガスを供給することは不可能である。このた
め、付着速度の低下、付着の空間分解能の不良、スパッ
タリング／再付着の増加、器具の偏向及びブランキング
（blanking）速度に関する要件の非常な増大などの望ま
しくない結果がもたらされる。本発明は、試料表面にお
ける気体の空乏化を避けて、上記の問題をなくす、ビー
ムの電流密度を減少させる手段を提供する。
１ｃｍ2当り０．５〜５．０アンペアのビームを発生す
る。こうした強いイオン・ビームを使った付着法により
材料を付着させる場合、イオン到着速度に匹敵する速度
で付着用ガスを供給することは不可能である。このた
め、付着速度の低下、付着の空間分解能の不良、スパッ
タリング／再付着の増加、器具の偏向及びブランキング
（blanking）速度に関する要件の非常な増大などの望ま
しくない結果がもたらされる。本発明は、試料表面にお
ける気体の空乏化を避けて、上記の問題をなくす、ビー
ムの電流密度を減少させる手段を提供する。
【００２０】図１のイオン・ビーム・システムに示され
ているように、本発明では、グリッド１０をイオン・ビ
ーム経路中に挿入することにより、電流密度を減少させ
る。選択したグリッドの透過率に正比例して、電流密度
を変更し減少させることができる。
ているように、本発明では、グリッド１０をイオン・ビ
ーム経路中に挿入することにより、電流密度を減少させ
る。選択したグリッドの透過率に正比例して、電流密度
を変更し減少させることができる。
【００２１】図１では、透過グリッド１０が従来の集束
イオン・ビーム・システム中に配置されている。当業者
なら理解できるように、イオン・ビーム・システムは、
イオン放出源２０すなわちイオン銃、イオン・ビーム１
００をオン・オフする電極３０、ビームを絞る開口４
０、イオン・ビーム１００をターゲット６０上に収束さ
せる静電レンズ５０を含んでいる。
イオン・ビーム・システム中に配置されている。当業者
なら理解できるように、イオン・ビーム・システムは、
イオン放出源２０すなわちイオン銃、イオン・ビーム１
００をオン・オフする電極３０、ビームを絞る開口４
０、イオン・ビーム１００をターゲット６０上に収束さ
せる静電レンズ５０を含んでいる。
【００２２】上記のように、高い電流密度をもつ強いイ
オン・ビームの場合、ビームからの速いイオン到着速度
に匹敵する充分に速い速度で付着用ガスを導入すること
は実際上不可能である。
オン・ビームの場合、ビームからの速いイオン到着速度
に匹敵する充分に速い速度で付着用ガスを導入すること
は実際上不可能である。
【００２３】従って、イオン・ビームの電流密度、した
がってイオン到着速度を所望の値だけ減少させる、微細
なメッシュの受動的エレメントである透過グリッド１０
を挿入する。グリッド１０は、異なる様々な透過率で構
成することができ、従って電流密度がガス及び実行しよ
うとする付着の種類に応じた、異なる増分で調節され
る。本発明の重要な特徴は、ビーム直径やビーム位置な
どイオン・ビームの他の特性に影響を与えずに、電流密
度の減少が達成されることにある。図２Ａには、網目を
形成する孔をその中に有する薄い膜を含む透過グリッド
１０構造の典型的な実施例の概略側面図が示されてい
る。
がってイオン到着速度を所望の値だけ減少させる、微細
なメッシュの受動的エレメントである透過グリッド１０
を挿入する。グリッド１０は、異なる様々な透過率で構
成することができ、従って電流密度がガス及び実行しよ
うとする付着の種類に応じた、異なる増分で調節され
る。本発明の重要な特徴は、ビーム直径やビーム位置な
どイオン・ビームの他の特性に影響を与えずに、電流密
度の減少が達成されることにある。図２Ａには、網目を
形成する孔をその中に有する薄い膜を含む透過グリッド
１０構造の典型的な実施例の概略側面図が示されてい
る。
【００２４】図２Ｂは、約２５％のイオン・ビームが透
過できるような孔の密度及び間隔をもつ膜の網目の一断
片の平面図を示す。
過できるような孔の密度及び間隔をもつ膜の網目の一断
片の平面図を示す。
【００２５】図２Ｃは、約１１％のイオン・ビームが透
過できるような、孔の密度がより小さくなった網目の同
様な図を示す。
過できるような、孔の密度がより小さくなった網目の同
様な図を示す。
【００２６】典型的な応用例では、透過グリッド１０
は、図２Ａに示すように、５ミリ角で厚さ１〜１０ミク
ロンの薄いシリコン膜である。ただし、一般的には２〜
３ミクロンの厚さである。シリコン膜は、面積が１×１
ミクロン以下の四角い穴など、エッチングによって開口
を形成させた複数の孔を有する。グリッド中の開口密度
は、所望のイオン透過率に依存する。開口間の典型的な
間隔は、２〜１０ミクロンである。図２Ｂに示すような
透過率が２５％のグリッドは、３ミクロンの間隔の開口
をもつ。図２Ｃに示すような透過率が１１％のグリッド
は、１ミクロン以下の開口間隔をもつ。
は、図２Ａに示すように、５ミリ角で厚さ１〜１０ミク
ロンの薄いシリコン膜である。ただし、一般的には２〜
３ミクロンの厚さである。シリコン膜は、面積が１×１
ミクロン以下の四角い穴など、エッチングによって開口
を形成させた複数の孔を有する。グリッド中の開口密度
は、所望のイオン透過率に依存する。開口間の典型的な
間隔は、２〜１０ミクロンである。図２Ｂに示すような
透過率が２５％のグリッドは、３ミクロンの間隔の開口
をもつ。図２Ｃに示すような透過率が１１％のグリッド
は、１ミクロン以下の開口間隔をもつ。
【００２７】グリッドが覆う面積は円形でもよく、シリ
コン膜にタングステンなどスパッタ速度の低い材料を追
加することもできる。また、炭化シリコンや窒化シリコ
ンも使用できる。
コン膜にタングステンなどスパッタ速度の低い材料を追
加することもできる。また、炭化シリコンや窒化シリコ
ンも使用できる。
【００２８】図３は、集束イオン・ビーム中の電流を径
方向距離の関数として示したものである。この曲線は、
本集束イオン・ビーム・システムにとって典型的なガウ
ス形状である。最大電流密度は１ｃｍ2当り１〜５アン
ペア程度であって、「グリッドなし」と記した曲線のピ
ークに対応する。径方向距離が０．１ミクロン程度にな
ると、電流密度は急速に減少する。透過グリッドを挿入
することにより、「グリッド付き」と記した曲線で示さ
れるように、ビーム中の電流密度はグリッドの透過率に
正比例して減少する。ビームのガウス形状は維持され、
電流密度だけがグリッドによって減少していることに留
意されたい。このため、記載されているように、イオン
・ビーム付着法及びエッチング法を改良しながら、集束
イオン・ビームの高い空間分解能が維持される。
方向距離の関数として示したものである。この曲線は、
本集束イオン・ビーム・システムにとって典型的なガウ
ス形状である。最大電流密度は１ｃｍ2当り１〜５アン
ペア程度であって、「グリッドなし」と記した曲線のピ
ークに対応する。径方向距離が０．１ミクロン程度にな
ると、電流密度は急速に減少する。透過グリッドを挿入
することにより、「グリッド付き」と記した曲線で示さ
れるように、ビーム中の電流密度はグリッドの透過率に
正比例して減少する。ビームのガウス形状は維持され、
電流密度だけがグリッドによって減少していることに留
意されたい。このため、記載されているように、イオン
・ビーム付着法及びエッチング法を改良しながら、集束
イオン・ビームの高い空間分解能が維持される。
【００２９】
【発明の効果】本発明によれば、ビーム直径やビーム位
置などイオン・ビームの他の特性に影響を与えず、しか
も集束イオン・ビームの高い空間分解能を維持しなが
ら、イオン・ビームの電流密度を所望の値だけ減少させ
ることができ、したがって、イオン・ビーム付着法によ
り材料をターゲット上に付着させる場合、イオン到着速
度に匹敵する速度で付着用ガスを供給することが可能と
なる。
置などイオン・ビームの他の特性に影響を与えず、しか
も集束イオン・ビームの高い空間分解能を維持しなが
ら、イオン・ビームの電流密度を所望の値だけ減少させ
ることができ、したがって、イオン・ビーム付着法によ
り材料をターゲット上に付着させる場合、イオン到着速
度に匹敵する速度で付着用ガスを供給することが可能と
なる。
【図１】本発明によるグリッド構造を含む、集束イオン
・ビーム・システムの概略図である。
・ビーム・システムの概略図である。
【図２Ａ】本発明によるイオン・ビーム・グリッド装置
の側面図である。
の側面図である。
【図２Ｂ】約２５％のイオン・ビームを透過させるよう
に設計されているイオン・ビーム・グリッド装置の最上
部の一部分の実施例の概略図である。
に設計されているイオン・ビーム・グリッド装置の最上
部の一部分の実施例の概略図である。
【図２Ｃ】約１１％のイオン・ビームを透過させるよう
に設計されているイオン・ビーム・グリッド装置の最上
部の別の部分の実施例の概略図である。
に設計されているイオン・ビーム・グリッド装置の最上
部の別の部分の実施例の概略図である。
【図３】電流密度のイオン・ビーム空間分布をターゲッ
ト上での径方向距離の関数として示したグラフである。
ト上での径方向距離の関数として示したグラフである。
１０ 透過グリッド ２０ イオン放出源（イオン銃） ３０ 電極 ４０ 開口 ５０ 静電レンズ ６０ ターゲット １００ イオン・ビーム
フロントページの続き (72)発明者 アルフレッド・ワグナー アメリカ合衆国10509、ニューヨーク州ブ ルースター、オーバールック・ドライブ
Claims (5)
- 【請求項１】所定の電流密度直径をもつイオン・ビーム
を発生する手段と、イオン・ビームをターゲット上に導
く位置及び集束制御手段とを含む型式の集束イオン・ビ
ーム・システムにおいて、上記ビーム発生手段と上記タ
ーゲットの間に置かれ、上記イオン・ビーム経路中に配
置された、上記ビームの電流密度直径及びビームの位置
を変えずに上記電流密度を減少させる微細なメッシュの
透過マスクを含むことを特徴とする、改良された集束イ
オン・ビーム・システム。 - 【請求項２】上記微細なメッシュの透過マスクが、近接
した間隔で比較的小さな直径の孔を有する薄膜から構成
され、上記ビーム供給源から上記ターゲットに向かう上
記イオン・ビームの３０％未満を透過させることを特徴
とする、請求項１の集束イオン・ビーム・システム。 - 【請求項３】上記微細なメッシュの透過マスクが、上記
イオン・ビームを偏向させず、上記イオン・ビームの直
径も変化させずに上記イオン・ビームの電流密度を変え
る受動的エレメントであることを特徴とする、請求項２
の集束イオン・ビーム・システム。 - 【請求項４】上記集束イオン・ビーム・システムが、さ
らに上記ターゲットに付着させる粒子を含むガスを導入
する手段を含み、上記イオン・ビームが上記ガスと相互
作用して上記粒子を上記ターゲット上に付着させ、上記
微細なメッシュの透過マスクが、上記ガスが上記集束イ
オン・ビーム・システムに導入される速度に応じて、上
記イオン・ビームの電流密度を減少させることを特徴と
する、請求項３の集束イオン・ビーム・システム。 - 【請求項５】上記微細なメッシュの透過マスクが、１ミ
クロン角程度の複数の開口を有する薄膜から構成され、
上記開口が２〜１０ミクロンの間の選択された間隔で離
隔され、上記の選択された開口間隔が上記電流密度の上
記減少を決定することを特徴とする、請求項３の集束イ
オン・ビーム・システム。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US692105 | 1991-04-26 | ||
| US07/692,105 US5159170A (en) | 1991-04-26 | 1991-04-26 | Grid structure for reducing current density in focussed ion beam |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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