JP2867389B2

JP2867389B2 - イオンビーム装置およびその使用方法

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Publication number: JP2867389B2
Application number: JP63261209A
Authority: JP
Inventors: 守一小西; 正明滝沢
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Sony Corp
Priority date: 1988-10-17
Filing date: 1988-10-17
Publication date: 1999-03-08
Anticipated expiration: 2014-03-08
Also published as: JPH02109240A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、イオンビーム装置およびその使用方法に関
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、イオンビーム装置の使用方法
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、ゲートバルブを閉めてイオンガンチ
ャンバー内の真空排気を停止した状態でイオンガンの事
前調整を行うようにしている。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。

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、ガス供給管とバ
イパス配管との接続部に、ガス供給管及びバイパス配管
内を真空排気するための真空ポンプが接続されている。
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、マスクレスエッチング
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105にノズル106が取
り付けられている。このノズル106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、アライメント電極114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110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102及び試料チャン
バー103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102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122、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（H
e）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12
4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108の途中にはリークバルブ1
26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は減圧計を示す。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59−117122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、１）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を通じ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、特にガスボンベ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、H₂O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すれ
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イオンビーム装
置の使用方法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。

〔課題を解決するための手段〕

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の使用方法は、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、
ガス供給管（８、28）とバイパス配管（33）との接続部
に、ガス供給管（８、28）及びバイパス配管（33）内を
真空排気するための真空ポンプが接続されている。

〔作用〕

第１の発明の上記した手段によれば、ゲートバルブ
（24）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。

第２の発明の上記した手段によれば、バイパス配管
（33）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II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。

実施例Ｉ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Ｉ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
導体ウエーハのような試料17が配置され、偏向電極18に
よりこの試料17上をイオンビーム７が走査される。これ
によって、所定のイオンビーム描画が行われる。

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。

実施例II 第２図は本発明の実施例IIを示す。

第２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Ｘ、Ｙ、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、アウトガスを行う。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30、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II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II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。

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IIを示す断面図、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、1
0:イオンビーム、17: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。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01J 27/00 - 27/26 H01J 37/08 H01J 37/18

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項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、上記ゲートバルブを閉めて上記イ
オンガンチャンバー内の真空排気を停止した状態で、イ
オンガンの事前調整を行うようにしたことを特徴とする
イオンビーム装置の使用方法。
【請求項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、
上記ガス供給管と上記バイパス配管との接続部に、上記
ガス供給管及び上記バイパス配管内を真空排気するため
の真空ポンプが接続されていることを特徴とするイオン
ビーム装置。