JPS647457B2 - - Google Patents

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JPS647457B2
JPS647457B2 JP58011753A JP1175383A JPS647457B2 JP S647457 B2 JPS647457 B2 JP S647457B2 JP 58011753 A JP58011753 A JP 58011753A JP 1175383 A JP1175383 A JP 1175383A JP S647457 B2 JPS647457 B2 JP S647457B2
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JP
Japan
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ion
magnetic field
ions
mass
sample
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Application number
JP58011753A
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JPS59138044A (ja
Inventor
Masanori Komuro
Hiroshi Hiroshima
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology
Original Assignee
Agency of Industrial Science and Technology
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Publication date
Application filed by Agency of Industrial Science and Technology filed Critical Agency of Industrial Science and Technology
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、液体金属イオン源やガス電界電離型
イオン源等の高輝度点状イオン源を用い、イオン
ビームを微小に集束し、イオン注入やエツチング
或いはレジストの露光をなすことを目的とした集
束イオンビーム装置に関し、殊に、イオンの電荷
数や質量の違いによるビーム径の増加の補正、及
び/或いは効率の良い微小集束を行なうことを可
能にする集束イオンビーム装置に関する。
従来、超LSIに代表される半導体回路やジヨセ
フソン素子のような微小寸法を必要とする素子製
作においては、光露光や電子ビーム露光技術によ
り基板上のレジスト膜にパターンを形成し、これ
をマスクとしてイオン注入、エツチングや薄膜堆
積等の処理を行なつている。然し、最近になつ
て、上記したような高輝度イオン源を用いること
により各種の元素の1μm以下の微小径イオンビー
ムが得られるようになつて来たため、これを用い
てのレジストレスでのイオン注入やエツチング、
或いはまた電子ビームに代わるものとしてこのイ
オンビームによるレジストへのパターン形成を行
なうプロセスが注目されるようになつて来てい
る。
然し一方、ビームに絞ることによる新たな問題
が起きて来たことも事実である。ここで、イオン
源として完成度が高く、多くの元素をイオンとし
て取出すことのできる液体金属イオン源を用いた
集束イオンビーム装置の構成上の特徴を挙げ、こ
の問題点に言及ぶ。
装置の構成は用いるイオン源の種類及び目的と
するプロセス毎に要求される基板へ入射させるイ
オン種組成の純度によつて異なつてくる。例え
ば、Li、Al、Ga、In、Sn、Cs、Au、Pb、Bi等、
融点での蒸気圧の低い元素は単体でイオン化する
ことができ、各元素によりその比率は異なるが一
価、二価の原子イオンや分子イオンが引出され
る。目的とするプロセスにおいて、これらのイオ
ン種を選別する必要がない場合には、装置は、適
当な静電型レンズをビーム集束用に用いることに
より構成される。
一方、これらのイオン種を選別する必要が有る
場合とか、B、Be、Ge、As、Sb等のように、他
の元素と合金を作らないとイオン化できないよう
な試料を用いたイオン源を使う場合には、質量分
離機能を持つような構成とすることが不可欠とな
る。
然して、これらの装置には、現在、なるべく高
いイオン電流で、数百Å〜1μm程度のビーム直径
を得る要求がなされている。そのため、昔ならば
問題ともならなかつたような地磁気や装置を構成
する材料の残留磁化の存在、或いはまた、質量分
離器を通すこと自体が効率の良い集束を妨げる本
質的な要因となつて来たのである。実感としてこ
の問題の大きさを知るために、液体金属イオン源
として最も良く使われているGaイオン源の場合
に就き具体的数値例を挙げて考察して見よう。
Gaには同位元素として 71Gaが40%、 69Gaが
60%存在し、放出イオンの組成は約99%が一価の
原子イオン、残りの1%が二価の原子イオンや分
子イオンであることが知られている。従つて、通
常の応用技術では、特に質量分離をしなくても十
分に純度の高いイオンビームを得ることができ
る。こうした場合の集束イオンビーム装置の構成
を第1図に示す。
イオン源1から引出電極2に印加する負の電圧
により、発生したイオンは接地電極3までに所望
の電圧まで加速され、イオン4により試料5に集
束される。全く磁場の影響がない時の軌道6aに
対して、地磁気が例えば紙面に垂直な方向に存在
していたとすると、イオンの質量・電荷比に対応
して軌道は符号6bや6cに示すようにずれ、ビ
ーム径にこの方向の拡がりwを生ずる。Gaイオ
ン源では上述したように、 69Ga+と 71Ga+イオ
ンが主であるから、この二つが軌道6b,6cに
載つているものとして両者の試料上でのずれを評
価して見る。
サイクロトロン半径r0(cm)は、一様な磁場を
B(ガウス)、質量・電荷比をk、加速電圧をV
(ボルト)とすると、下式(1)で与えられる。
r0=(144/B)・√ (kV) ………(1) そして、イオン源先端から試料までの距離をL
(cm)とすると、磁場のない時の軌道6aからの
ずれSは次式(2)となる。
S=L2/2r0 ………(2) ここで、一般的、且つ妥当な値として、 B=0.5ガウス V=50000ボルト L=15cm なる値を代入して見ると、軌道6cに沿う
69Ga+ではS=2.103μm、軌道6bに沿う 71Ga+
ではS=2.073μmとなるので、ビーム径の拡がり
wは約300Åとなる。この程度の値でも、数百Å
のビーム径を得る要求のなされた場合には問題と
なつて来る。
ここで例に挙げたGaイオン源では二価イオン
や分子イオンの強度は弱いが、Sn、Pb、Au等の
イオン源では一価と二価のイオンが略ゞ等しい比
率で引出され、これ等イオン種での軌道のずれw
は上記(1)、(2)式から数千Åにもなり、このような
オーダになつて来ると、例え1μm径のビームを得
る場合にさえ問題となつて来る。
一方、質量分離器を持つ集束型イオン源を用い
る時にも同様な問題が起きて来る。
第2図はこのような装置の構成例を示すもの
で、第1図と対応する構成子には同一の符号を付
して説明すると、レンズ4を通つたイオンはイオ
ンの進行方向に垂直面内で直効電場と磁場を持つ
所謂E×B質量分離器11により質量・電荷比毎
に分離され、絞り7で所望のイオンをのみ通した
後に、軌道9aで示すようにレンズ8で試料5に
集束される。
このように、或る質量・電荷比のイオンの軌道
9aのみを絞り7により選別し、集束した場合に
は地磁気等の影響によるビーム径の拡がりは起こ
らないが、イオン電流の効率はかなり落ることに
なる。というのも、イオン注入やエツチング等の
応用では同位体による化学的、物理的性質は全く
無視でき、従つて、できればこれ等同位体は纒め
て集束した方がビームの効率からすれば望まし
い。然し、この第2図示の装置のように異なるイ
オン種を選別する目的で質量分離器が用いられて
いるようなものにあつては、同図中に軌道9bに
て示すように、同位体のイオンまでもが当該質量
分離器の影響を受け、絞り7での集束位置にずれ
Dが起こつてしまい、これは試料5上ではビーム
径の拡がりwとなつてしまう。絞り7でのずれD
は、軌道9aに対する質量・電荷比をk0、同位イ
オン元素に対してのそれをk、質量分離器の長さ
をLm、分離器の出口と絞り7との距離をL0、サ
イクロトロン半径をr0とすると、次式(3)で与えら
れる。
D (1/2)・(|k−k0|/k0)・(Lm2/r0)・[(1/2
)
+(L0/Lm)] ………(3) 例えば、k0として 69Ga+と、kとして 71Ga+
を採り、L0=5cm、Lm=5cm、r0=1000cmとす
ると、D4μmとなり、試料上ではこの値と同程
度にまでビーム径は拡がるものとなる。
そうかといつて、 69Ga+のみを集束した場合
には約40%の 71Ga+の電流が無駄になる。こう
した点はSnイオン源を使う場合にはもつと深刻
になる。Snは 112Snから 124Snまでに多くの同位
体が有り、最も比率の大きなものは 120Snであつ
て約33%を占める。然し、いくら比率が大きいか
らといつて、この 120Snをのみを取出した場合に
は、実質的に約70%程度の電流を無駄にしている
のと同じである。
本発明は、このような実情に鑑みてなされたも
ので、地磁気や装置の残留磁化等の外部磁界の影
響によるビーム径の拡がりを修正し、効率良くイ
オンを微小径に集束できる集束イオンビーム装置
を提供せんとして成されたものである。
以下、第3図以降に即し本発明の実施例に就き
詳説する。
第3図の実施例は、地磁気等の外部磁気の影響
を打消す機能を持つ実施例であつて、第1図示従
来例の改良に関するものである。対応する構成子
には第1図中と同一の符号を付して説明するもの
とし、改変の必要のない部分に就いては説明を省
略する場合もある。
本装置で特徴的なのは、地磁気等、望ましくな
い磁場とは逆向きの磁場を発生する磁場発生部1
0がビーム進行路の周りに設けられていること
で、この実施例ではレンズ4の下側に位置して設
けられている。
このような構成に依れば、質量・電荷比のより
小さなイオンの軌道6cは、この磁場発生部10
において軌道6bのイオン寄りに大きく曲げるこ
とができ、従つて、磁場の強度を適当に選ぶこと
によつて試料5上での集束位置を軌道6bのそれ
と一致させることができる。
必要な磁場の大きさは、イオンの加速電圧、質
量・電荷比、磁場発生部の面積、試料5に対する
位置関係等で変わつて来るが、凡そ数十ガウス程
度で十分であり、空芯コイル或いは永久磁石等を
磁場発生部として利用することができる。勿論、
磁場発生部の位置は図示の位置に限定されるもの
ではなく、レンズの上方、或いは軌道全体に亘つ
て磁界を作用させるようなものでも構わない。即
ち、ずれの起きた後で補正をするかずれを見込ん
で予め逆方向にずらして置くか、或いはまた両者
を組合わせた補正とするかのいずれでも良いとい
うことである。
また、磁場の方向が不明である場合には、第5
図のように、イオンビームの進行方向Xと略ゞ直
交する平面Y内に、各一対、計4個の空芯コイル
12a,12b,13a,13bを一般には略ゞ
直交するように配し、各対のコイルの発生する磁
気力を印加電流の調整により適当に選べば任意の
方向の磁場を発生させることができるので、ビー
ム径の拡がりが最小になるようにこれらコイル対
への印加電流値を調整すれば良いことになる。因
に、第5図中ではこの様子を模式的に示してい
て、第一のコイル対による磁気力の方向及び大き
さが第一ベクトルf12で示すようであり、第二
のコイル対によるそれが第二ベクトルf13で示
すようであつたとすると、ビームの進行方向に対
して印加される合成磁気力の方向及び大きさはベ
クトルで示すようになる。
従来からも、地磁気の影響を打消す方法として
電子顕微鏡の分野では、装置全体を磁気シールド
材で囲む方法であつたが、この方法は非常に大掛
りで高価なものとなり、また、装置構成材料の残
留磁化までは打消し得るものではない。これに比
し、本発明に拠れば、装置として非常に簡単、且
つ安価な装置でこうした望ましくない磁場の影響
を打消し得る大きな利点を得ることができる。
次に、既述した第2図示の装置を持つ質量分離
器の介在に起因する問題点を解消するための本発
明装置の実施例を第4図に即して説明する。
第一実施例同様に、対応する構成子には同一の
符号を付して説明するが、ここでは質量分離器1
1における磁場の向きと逆向きの磁場発生部10
が絞り7とレンズ8との間に付加され、これの発
生する磁場の強さを制御することにより、試料5
上に全ての同位対元素を一点に集束させるように
図つている。勿論、この実施例においても、磁場
発生部の位置は先の実施例と同様に図示の位置に
限定されるものではなく、先の実施例と同様の配
慮によつて良いし、第5図示の構成も任意に採用
して差支えない。また、磁場の強度もやはり数十
ガウス程度のもので足りる。
ともかくも、以上詳記のように、本発明によれ
ば、昨今、特に要請の高まつている1μm以下にま
でビームを集束させなければならない装置におい
ても、ビームのボケを最小に留めることができる
と共に、イオンの利用効率を高め得る、という顕
著な効果を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、従来のイオンビーム装置の概略的な
構成図、第2図は、質量分離器を持つ従来イオン
ビーム装置の概略構成図、第3図及び第4図は、
夫々本発明実施例としての集束イオンビーム装置
の概略構成図、第5図は、本発明を実施するため
に用いられる磁場発生装置である。 図中、1はイオン源、4はレンズ、5は試料、
7は絞り、10は補正用磁場発生部、11は質量
分離器、12a,b,13a,bは各々対の磁場
発生用コイル、Xは紙面に垂直なイオンビーム進
行方向、Yはこれに垂直な平面、f12,f13はコイ
ル12,13により発生される磁気力のベクト
ル、fTはこれらの合成磁気力ベクトルである。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 イオン源から引出したイオンビームを試料上
    に集束させる集束イオンビーム装置において、 上記イオンビームの進行方向と略ゞ直交する平
    面内に、質量・電荷比の相違による異なるイオン
    ビーム軌道の修正をし、上記試料上の一点に、上
    記異なる軌道に載るイオンビームを共に集束させ
    る補正用の磁場発生部が設けられていることを特
    徴とする集束イオンビーム装置。
JP58011753A 1983-01-27 1983-01-27 集束イオンビ−ム装置 Granted JPS59138044A (ja)

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JP58011753A JPS59138044A (ja) 1983-01-27 1983-01-27 集束イオンビ−ム装置

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JP58011753A JPS59138044A (ja) 1983-01-27 1983-01-27 集束イオンビ−ム装置

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JPS59138044A JPS59138044A (ja) 1984-08-08
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH03171838A (ja) * 1989-11-29 1991-07-25 Alpine Electron Inc 自動車電話装置のパワーセーブ方法

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