JPH09199072A - Ion beam projecting method and apparatus - Google Patents

Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an ion beam projecting method and apparatus to give an ion beam projection image with high quality which is scarcely strained and being out if focus on the surface of a sample. SOLUTION: This apparatus irradiation ion beam 4 from an ion source 1 to a stencil mask 8 having an open pattern through an irradiation lens 2 and projects the ion beam 4 which passes through the stencil mask 8 to the surface of a sample 9 by a projection lens 3. At that time, the lens strength of the projection lens 3 is swung, the image position swinging of an image of the open pattern following the swing of the projection lens strength is measured, by a beam detector 14 and the ion beam trajectory from the ion source 1 is so corrected as to minimize the image position swinging amount by aligning apparatuses 12, 12'. Consequently, since the ion beam is led to the center axis of the projection lens, an ion beam projected image with high quality can be obtained.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【０００１】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ステンシルマスク
を用いてパターン成形したイオンビームを被加工試料の
表面に投射して、該試料表面の微細加工を行なうように
したイオンビーム投射方法およびそのための装置の改良
に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an ion beam projection method for projecting an ion beam pattern-formed using a stencil mask onto the surface of a sample to be processed and performing fine processing on the sample surface, and an ion beam projection method therefor. Regarding the improvement of the device.

【０００２】[0002]

【従来の技術】本発明で対象としているイオンビーム投
射装置は、イオンビームを通過させるための開口パター
ンを有するステンシルマスク上にイオンビームを照射し
て、該ステンシルマスクを通過したイオンビームをレン
ズで縮小して試料表面上に投射することによって、該試
料表面上に上記開口パターンの縮小像を形成する装置で
ある。このパターン成形されたイオンビームの投射によ
って試料表面上で生じる物理的または化学的な変化を利
用して、試料表面上に微細なパターン加工を施すことが
できる。2. Description of the Related Art An ion beam projection apparatus of the present invention irradiates an ion beam onto a stencil mask having an opening pattern for passing the ion beam, and the ion beam passing through the stencil mask is projected by a lens. It is an apparatus for forming a reduced image of the opening pattern on the sample surface by reducing and projecting it on the sample surface. By utilizing the physical or chemical changes generated on the sample surface by the projection of the patterned ion beam, it is possible to perform fine pattern processing on the sample surface.

【０００３】従来例として、ステンシルマスク上の開口
パターンを通過したイオンビームを試料(表面にホトレ
ジスト膜を塗布したウエハ)上に投射して、上記開口パ
ターンの縮小像を上記ホトレジスト膜上に焼付けるよう
にしたイオン投射リソグラフィ装置が、例えば特開平２
−６５１１７号公報に開示されている。As a conventional example, an ion beam passing through an opening pattern on a stencil mask is projected onto a sample (a wafer whose surface is coated with a photoresist film), and a reduced image of the opening pattern is printed on the photoresist film. Such an ion projection lithography apparatus is disclosed in, for example, Japanese Unexamined Patent Publication
-65117 gazette.

【０００４】この種のイオンビーム投射装置の一構成例
を説明する。図１７は半導体製造時のイオン露光に用い
られる投射型イオンリソグラフィー装置１７０の概略構
成図である。イオン源１７１より引出したイオンビーム
１７２を、照射レンズ１７３を介してマスクステージ１
７５上に保持された開口パターンを有するステンシルマ
スク１７４上に照射する。ステンシルマスク１７４の開
口部を通過したイオンビーム１７２は、投射光学系１７
６により試料１７９表面上に投射される。本例では、投
射光学系１７６は集束レンズ１７７と投射レンズ１７８
とで構成されていて、ステンシルマスク１７４に設けら
れた開口パターンの像を試料１７９表面上に縮小投射す
る。試料１７９は、精密移動可能な試料ステージ１８０
上に保持されている。A configuration example of this type of ion beam projection apparatus will be described. FIG. 17 is a schematic configuration diagram of a projection type ion lithography apparatus 170 used for ion exposure during semiconductor manufacturing. An ion beam 172 extracted from an ion source 171 is passed through an irradiation lens 173 and mask stage 1
Irradiate on a stencil mask 174 having an opening pattern held on 75. The ion beam 172 passing through the opening of the stencil mask 174 is projected by the projection optical system 17
6 onto the surface of the sample 179. In this example, the projection optical system 176 includes a focusing lens 177 and a projection lens 178.
The image of the opening pattern provided on the stencil mask 174 is reduced and projected onto the surface of the sample 179. The sample 179 is a sample stage 180 that can be precisely moved.
Is held on.

【０００５】[0005]

【発明が解決しようとする課題】まず、本発明に関係す
るイオンビーム投射装置３０の概略構成を図２に示す。
図２において、イオン源３１より引き出されたイオンビ
ーム３２は、照射光学系３３を介してマスクステージ３
５上に保持されたステンシルマスク３４上に照射され
る。ステンシルマスク３４にはイオンビームを通過させ
るための開口パターンが設けられていて、ステンシルマ
スク３４を通過したイオンビーム３２は投射光学系３６
により試料３７上に縮小投射される。これにより、試料
３７表面上にはステンシルマスク３４の開口パターンの
縮小像が形成される。試料３７は移動可能な試料ステー
ジ３８上に保持されている。First, FIG. 2 shows a schematic configuration of an ion beam projection apparatus 30 related to the present invention.
In FIG. 2, the ion beam 32 extracted from the ion source 31 is transmitted through the irradiation optical system 33 to the mask stage 3
The stencil mask 34 held on the surface 5 is irradiated. The stencil mask 34 is provided with an opening pattern for passing the ion beam, and the ion beam 32 passing through the stencil mask 34 is projected by the projection optical system 36.
Is reduced and projected onto the sample 37. As a result, a reduced image of the opening pattern of the stencil mask 34 is formed on the surface of the sample 37. The sample 37 is held on a movable sample stage 38.

【０００６】照射光学系３３は、照射レンズ４０（３枚
電極の静電レンズ）と、引出レンズ４１（２枚電極の静
電レンズ）と、制限アパーチャ４２とから構成されてい
る。引出レンズ４１はイオン源３１からイオンビーム３
２を必要十分な強度で引出すためのもので、引出された
イオンビームのうち引出角度の大きな不要部分は制限ア
パーチャ４２でカットされる。照射レンズ４０はイオン
源の像を約１倍で結像するようにイオンビーム３２を集
束しながらステンシルマスク３４上に照射している。The irradiation optical system 33 is composed of an irradiation lens 40 (electrostatic lens having three electrodes), a drawing lens 41 (electrostatic lens having two electrodes), and a limiting aperture 42. The extraction lens 41 moves from the ion source 31 to the ion beam 3
2 is to be extracted with a necessary and sufficient intensity, and an unnecessary portion of the extracted ion beam having a large extraction angle is cut by the limiting aperture 42. The irradiation lens 40 irradiates the stencil mask 34 while focusing the ion beam 32 so as to form an image of the ion source at about 1 time.

【０００７】投射光学系３６は、投射レンズ４３（３枚
電極の静電レンズ）と、ブランキング偏向器４４（２極
の静電偏向器）と、ブランキングアパーチャ４５とから
構成されている。ブランキング偏向器４４によりイオン
ビーム３２を偏向してブランキングアパーチャ４５でイ
オンビーム３２を遮断することによって、試料３７上へ
のイオンビームの投射を中断させることができ、それに
より、試料３７上へのイオンビームの間歇的な投射を可
能にしている。投射レンズ４３は、ステンシルマスク３
４の開口パターンの像を試料３７上に１／２に縮小して
結像するようにイオンビーム３２を集束する。The projection optical system 36 is composed of a projection lens 43 (a three-electrode electrostatic lens), a blanking deflector 44 (a two-pole electrostatic deflector), and a blanking aperture 45. By projecting the ion beam 32 by the blanking deflector 44 and blocking the ion beam 32 by the blanking aperture 45, the projection of the ion beam on the sample 37 can be interrupted, and thereby, the ion beam 32 can be projected on the sample 37. It enables the intermittent projection of the ion beam. The projection lens 43 is the stencil mask 3
The ion beam 32 is focused so that the image of the opening pattern of No. 4 is reduced to 1/2 and formed on the sample 37.

【０００８】本例で特徴的なことは、投射光学系３６に
１段のみの投射レンズ４３を設けると共に、照射光学系
３３に照射レンズ４０を設けてステンシルマスク３４を
通過したイオンビーム３２を投射レンズ４３のほぼ中心
位置に集束させるようにしている点である。これによ
り、試料３７表面上に投射されるステンシルマスク３４
の開口パターン像は、従来例(図１７)の場合に比べて像
歪みが格段に小さくなるので、試料３７表面の微細加工
の精度が向上する。A characteristic of this example is that the projection optical system 36 is provided with a projection lens 43 having only one stage and the irradiation optical system 33 is provided with an irradiation lens 40 to project the ion beam 32 passing through the stencil mask 34. The point is that the lens 43 is focused almost at the center position. Thereby, the stencil mask 34 projected on the surface of the sample 37
The image distortion of the opening pattern image is markedly smaller than that of the conventional example (FIG. 17), so that the precision of the fine processing on the surface of the sample 37 is improved.

【０００９】上記のような構成のイオンビーム投射装置
３０を用いて、試料３７表面上へのイオンビーム３２の
間歇的な投射と試料ステージ３８のステップ・アンド・
リピート方式での移動動作とによって、試料(例えばウ
エハ)３７の表面全体に同一の開口パターン像を多数個
並べて形成することができる。By using the ion beam projection device 30 having the above-described structure, the ion beam 32 is intermittently projected onto the surface of the sample 37 and the step and step of the sample stage 38 is performed.
A large number of the same opening pattern images can be formed side by side on the entire surface of the sample (for example, wafer) 37 by the moving operation in the repeat system.

【００１０】図３は、図２における重要な構成要素だけ
を抽出して模式的に示したもので、ここでは、イオンビ
ーム投射装置として一般化して説明する。５１はイオン
源、５２は照射レンズ、５３はステンシルマスク、５４
は投射レンズ、５５は試料である。イオン源５１から引
出されたイオンビーム５６は照射レンズ５２によって集
束されステンシルマスク５３に照射される。ステンシル
マスク５３を通過したイオンビーム５６は、投射レンズ
５４の中心位置(光学軸５７上)にクロスオーバ５８を形
成した後、投射レンズ５４によって試料５５の表面に縮
小投射される。これによって、ステンシルマスク５３に
設けられた開口パターンの縮小像が試料５５表面上に形
成される。FIG. 3 schematically shows only the important constituent elements shown in FIG. 2 and is shown here in a generalized manner as an ion beam projection apparatus. 51 is an ion source, 52 is an irradiation lens, 53 is a stencil mask, 54
Is a projection lens, and 55 is a sample. The ion beam 56 extracted from the ion source 51 is focused by the irradiation lens 52 and irradiated on the stencil mask 53. The ion beam 56 that has passed through the stencil mask 53 forms a crossover 58 at the center position (on the optical axis 57) of the projection lens 54, and then is reduced and projected onto the surface of the sample 55 by the projection lens 54. As a result, a reduced image of the opening pattern provided on the stencil mask 53 is formed on the surface of the sample 55.

【００１１】上述したような構成のイオンビーム投射装
置おいて、試料面５５表面上にボケや歪みの少ない所望
の開口パターン像を得るためには、照射レンズ５２から
出たイオンビーム５６が投射レンズ５４の中心軸上を通
り、かつ該投射レンズ５４の中心位置にクロスオーバ５
８を形成するようにしなければならない。照射レンズ５
２からのイオンビーム５６が、投射レンズ５４の中心軸
上を通らなかったり、投射レンズ５４の中心位置でクロ
スオーバを形成せずに試料５５表面に到達した場合に
は、試料表面上に形成される開口パターン像は大きな歪
みやボケを有するものとなり、また、所望の縮小率の開
口パターン像を得ることができなくなる。In order to obtain a desired aperture pattern image with less blurring and distortion on the surface of the sample surface 55 in the ion beam projection apparatus having the above-described structure, the ion beam 56 emitted from the irradiation lens 52 is used as the projection lens. The crossover 5 passes through the center axis of the projection lens 54 and at the center position of the projection lens 54.
8 must be formed. Irradiation lens 5
When the ion beam 56 from 2 does not pass on the central axis of the projection lens 54 or reaches the surface of the sample 55 without forming a crossover at the central position of the projection lens 54, it is formed on the sample surface. The aperture pattern image has large distortion and blurring, and it becomes impossible to obtain an aperture pattern image with a desired reduction ratio.

【００１２】照射レンズ５２からのビームが投射レンズ
５４の中心軸上を通らない原因は、照射レンズ５２の中
心が光学軸上に正確に設置されていると仮定した場合、
次の２点である。一つは、イオン源５１の設置位置不良
のため、イオン源軸が光学軸からズレている場合
（）。もう一つは、投射レンズ５４設置位置不良のた
め、投射レンズ軸が光学軸と一致していない場合（）
である。The reason why the beam from the irradiation lens 52 does not pass on the central axis of the projection lens 54 is that it is assumed that the center of the irradiation lens 52 is accurately installed on the optical axis.
There are two points. One is when the ion source axis is misaligned from the optical axis due to a defective installation position of the ion source 51 (). The other is when the projection lens 54 does not match the optical axis due to a defective installation position of the projection lens 54 ().
It is.

【００１３】また、照射レンズ５２からのビームが投射
レンズ５４の中心でクロスオーバを作らない直接の原因
は、照射レンズ強度が適正でないこと（）であるが、
照射レンズへの印加電圧に対して試料表面に投射される
ビーム形状が適正か不適正であるかの判断手段がないた
めに、照射レンズへの厳密には正確でない印加電圧によ
って形成される像で満足せざるを得なかった。The direct cause of the beam from the irradiation lens 52 not forming a crossover at the center of the projection lens 54 is that the irradiation lens strength is not appropriate (),
Since there is no means to judge whether the beam shape projected on the sample surface is appropriate or not appropriate for the applied voltage to the irradiation lens, the image formed by the applied voltage to the irradiation lens is not strictly accurate. I had to be satisfied.

【００１４】上記、およびの場合のビーム軌道を
図示して説明する。まず、の場合のビーム軌道の概略
を図４に示す。光学軸５７からズレて設置されているイ
オン源５１’から放出されたイオンビーム５６’は、照
射レンズ５２により集束されて投射レンズ５４内におい
てクロスオーバ５８’を形成するが、照射レンズ５２の
ピントが正確であっても、このクロスオーバ５８’の位
置は投射レンズ５４のレンズ中心（光学軸５７上）から
外れた地点となる。このため、試料表面に投射される像
の歪みやボケが大きくなり、所望の像を得ることができ
ない。The beam trajectories in the above and cases will be illustrated and described. First, FIG. 4 shows an outline of the beam trajectory in the case of. The ion beam 56 ′ emitted from the ion source 51 ′ which is placed away from the optical axis 57 is focused by the irradiation lens 52 to form a crossover 58 ′ in the projection lens 54, but the focus of the irradiation lens 52 is reduced. However, the position of this crossover 58 ′ is a point deviated from the lens center (on the optical axis 57) of the projection lens 54. Therefore, the distortion and blurring of the image projected on the sample surface become large, and the desired image cannot be obtained.

【００１５】次に、の場合のビーム軌道を図５に示
す。イオン源５１の軸が光学軸５７と一致してはいる
が、投射レンズ軸５９が光学軸５７に一致していない場
合には、照射レンズ５２からのイオンビーム５６”のク
ロスオーバ５８”は投射レンズ軸５９からズレた位置で
形成され、この場合も、形成される像に大きな歪みやボ
ケが生じる。Next, FIG. 5 shows beam trajectories in the case of. When the axis of the ion source 51 coincides with the optical axis 57 but the projection lens axis 59 does not coincide with the optical axis 57, the crossover 58 ″ of the ion beam 56 ″ from the irradiation lens 52 is projected. It is formed at a position deviated from the lens axis 59, and in this case as well, large distortion and blurring occur in the formed image.

【００１６】また、上記の場合のビーム軌道を図６、
図７に示す。図６は照射レンズ５２がオーバフォーカス
の場合であり、イオン源６０からのイオンビーム６１は
照射レンズ５２で集束されてステンシルマスク５３を照
射し、ステンシルマスク５３を通過したイオンビーム６
１は投射レンズ５４の中心位置６７よりも上方の光学軸
６４上でクロスオーバ６５を形成した上で、投射レンズ
５４によって試料５５表面上に投射される。また、図７
は照射レンズ５２がアンダーフォーカス状態であって、
イオンビーム６１が投射レンズ５４の中心位置６７より
も下方においてクロスオーバ６９を形成している様子を
示している。いずれも、照射レンズ強度が最適ではない
ため、クロスオーバの形成位置が投射レンズの中心位置
から光軸方向にズレてしまっている。これらの場合も、
試料表面上に形成される像は歪みを持つと共に、所望の
縮小率の像を形成できない。The beam trajectory in the above case is shown in FIG.
As shown in FIG. FIG. 6 shows the case where the irradiation lens 52 is overfocused, and the ion beam 61 from the ion source 60 is focused by the irradiation lens 52 to irradiate the stencil mask 53, and the ion beam 6 that has passed through the stencil mask 53.
1 forms a crossover 65 on the optical axis 64 above the center position 67 of the projection lens 54, and then is projected onto the surface of the sample 55 by the projection lens 54. FIG.
Is when the irradiation lens 52 is under focus,
It is shown that the ion beam 61 forms a crossover 69 below the center position 67 of the projection lens 54. In both cases, the irradiation lens strength is not optimal, and therefore the crossover formation position deviates from the center position of the projection lens in the optical axis direction. In these cases too,
The image formed on the sample surface has distortion and cannot form an image with a desired reduction ratio.

【００１７】従って、上記問題点、を解決するため
には、照射レンズ５２からのビームが投射レンズ５４の
中心軸上を通るようにビーム軌道を修正してやることが
必要である。照射レンズ５２からのイオンビームを正確
に投射レンズの中心軸上に通すためには、試料面上に形
成される投射像のパターン形状と、照射レンズ強度、投
射レンズ強度、さらには、上記両レンズやイオン源のそ
れぞれの軸の相対位置関係を検知し、最適条件を見つけ
出さなければならない。この作業は非常に経験を必要と
すると共に多くの時間を要する。従って、照射レンズ５
２からのイオンビームを容易かつ正確に投射レンズ５４
の中心軸上に通す方法が望まれていた。また、上記問題
点を解決するためには、照射レンズ５２からのイオン
ビームのクロスオーバが投射レンズ５４の中心位置に形
成されるように、照射レンズ強度を調整してやる必要が
ある。従って、照射レンズ５２からのイオンビームを容
易かつ正確に投射レンズ５４の中心位置に集束させる方
法が望まれていた。Therefore, in order to solve the above problems, it is necessary to correct the beam trajectory so that the beam from the irradiation lens 52 passes on the central axis of the projection lens 54. In order to accurately pass the ion beam from the irradiation lens 52 on the central axis of the projection lens, the pattern shape of the projection image formed on the sample surface, the irradiation lens strength, the projection lens strength, and the above both lenses It is necessary to find out the optimum condition by detecting the relative positional relationship between the respective axes of the ion source and the ion source. This work is very experienced and time consuming. Therefore, the irradiation lens 5
A projection lens 54 for easily and accurately projecting the ion beam from 2
The method of passing it on the central axis of was desired. Further, in order to solve the above problems, it is necessary to adjust the irradiation lens intensity so that the crossover of the ion beam from the irradiation lens 52 is formed at the center position of the projection lens 54. Therefore, a method for easily and accurately focusing the ion beam from the irradiation lens 52 at the central position of the projection lens 54 has been desired.

【００１８】従って、本発明の第１の目的は、歪やボケ
の小さい投射像を容易に得るためのイオンビーム投射方
法を提供することにあり、また、本発明の第２の目的
は、上記第１の目的を実現するための装置を提供するこ
とである。Therefore, a first object of the present invention is to provide an ion beam projection method for easily obtaining a projection image with less distortion and blurring, and a second object of the present invention is to provide the above-mentioned method. An object is to provide a device for achieving the first object.

【００１９】[0019]

【課題を解決するための手段】上記第１の目的は、
(１)．イオン源からのイオンビームを照射レンズを介し
て開口パターンを有するステンシルマスク上に照射し、
上記のステンシルマスクを通過したイオンビームを投射
レンズの略中心位置に集束させて、上記投射レンズによ
って形成される上記開口パターンの像を試料表面上に投
射するイオンビーム投射方法において、上記投射レンズ
の強度を揺動させて、この投射レンズ強度の揺動に伴う
上記開口パターン像の像位置の揺動量を測定する工程を
含ませることにより達成され得る。なお、(２)．上記
(１)のイオンビーム投射方法において、さらに、上記の
開口パターン像の像位置の揺動量がより小さくなるよう
に、上記イオン源から上記照射レンズへのイオンビーム
の軌道を修正する工程を含ませることができる。さら
に、(３)．上記(２)のイオンビーム投射方法において、
上記のイオンビーム軌道を修正する工程は、上記イオン
源と上記照射レンズとの間に設置されたアライナを用い
て行なわれるものとすることができる。Means for Solving the Problems The first object is as follows.
(1). Irradiate the ion beam from the ion source through the irradiation lens onto the stencil mask having an opening pattern,
In the ion beam projection method of focusing the ion beam that has passed through the stencil mask at a substantially central position of the projection lens and projecting the image of the aperture pattern formed by the projection lens onto a sample surface, This can be achieved by swinging the intensity and including the step of measuring the swing amount of the image position of the aperture pattern image accompanying the swing of the projection lens intensity. In addition, (2). the above
The ion beam projection method of (1) further includes a step of correcting the trajectory of the ion beam from the ion source to the irradiation lens so that the amount of swing of the image position of the aperture pattern image becomes smaller. be able to. Furthermore, (3). In the ion beam projection method of (2) above,
The step of correcting the ion beam trajectory may be performed by using an aligner installed between the ion source and the irradiation lens.

【００２０】また、上記第１の目的は、(４)．イオン源
からのイオンビームを照射レンズを介して開口パターン
を有するステンシルマスク上に照射し、上記のステンシ
ルマスクを通過したイオンビームを投射レンズの略中心
位置に集束させて、上記投射レンズによって形成される
上記開口パターンの像を試料表面上に投射するイオンビ
ーム投射方法において、上記投射レンズの強度を揺動さ
せて、この投射レンズ強度の揺動に伴う上記開口パター
ン像の像中心位置付近における像倍率の変動量を計測す
る工程を含ませることにより達成される。なお、(５)．
上記(４)のイオンビーム投射方法において、上記の開口
パターン像の像中心位置付近における像倍率の変動量が
より小さくなるように、上記照射レンズの強度を調整す
る工程をさらに含ませることができる。The first purpose is (4). The ion beam from the ion source is irradiated onto a stencil mask having an opening pattern through an irradiation lens, and the ion beam that has passed through the stencil mask is focused at a substantially central position of the projection lens and formed by the projection lens. In the ion beam projection method of projecting the image of the aperture pattern on the sample surface, the intensity of the projection lens is oscillated, and an image near the image center position of the aperture pattern image accompanying the oscillation of the intensity of the projection lens. This is achieved by including a step of measuring the variation amount of the magnification. In addition, (5).
In the ion beam projection method of (4) above, a step of adjusting the intensity of the irradiation lens can be further included so that the variation amount of the image magnification near the image center position of the aperture pattern image becomes smaller. .

【００２１】さらに、上記第１の目的は、(６)．イオン
源からのイオンビームを照射レンズを介して開口パター
ンを有するステンシルマスク上に照射し、上記ステンシ
ルマスクを通過したイオンビームを投射レンズの略中心
位置に集束させて、上記投射レンズによって形成される
上記開口パターンの像を試料表面上に投射するイオンビ
ーム投射方法において、上記投射レンズの強度を揺動さ
せて、この投射レンズ強度の揺動に伴う上記開口パター
ン像の像中心位置近傍における像位置の揺動量を検出
し、この像位置揺動量が予め定められた像位置揺動量の
許容範囲内に入るように、上記イオン源から上記照射レ
ンズに向かうイオンビームの軌道を修正する工程と、上
記投射レンズの強度を揺動させて、この投射レンズ強度
の揺動に伴う上記開口パターン像の像中心位置近傍にお
ける像倍率の変動量を計測し、この像倍率変動量が予め
定められた像倍率変動量の許容範囲内に入るように上記
照射レンズの強度を調整する工程とを含ませることによ
り達成される。なお、(７)．上記(１)〜(６)のいずれか
のイオンビーム投射方法において、さらに、上記の試料
表面上に投射されるべき開口パターン像をイオンビーム
検出器上に投射して、該イオンビーム検出器からの検出
信号に基づいて上記開口パターン像を画像表示する工程
を含ませることができる。Further, the first purpose is (6). Formed by the projection lens by irradiating the stencil mask having an opening pattern with an ion beam from an ion source through an irradiation lens, focusing the ion beam passing through the stencil mask at a substantially central position of the projection lens. In the ion beam projection method of projecting the image of the aperture pattern on the sample surface, the intensity of the projection lens is swung, and the image position near the image center position of the aperture pattern image accompanying the swing of the intensity of the projection lens. Detecting the amount of swing of the ion beam and correcting the trajectory of the ion beam from the ion source to the irradiation lens so that the image position swing amount falls within a predetermined allowable range of the image position swing amount; By swinging the intensity of the projection lens, the image magnification near the image center position of the aperture pattern image accompanying the swing of the projection lens intensity is changed. The rotation amount is measured, it is achieved by including a step of adjusting the intensity of the illumination lens to fall within the allowable range of the image magnification variation amount the image magnification variation is predetermined. In addition, (7). In the ion beam projection method according to any one of (1) to (6), further, an aperture pattern image to be projected on the sample surface is projected on an ion beam detector, It is possible to include a step of displaying the image of the opening pattern image based on the detection signal of.

【００２２】また、上記第２の目的は、(８)．イオンビ
ームを生成するためのイオン源と、上記イオン源からの
イオンビームを通過させ得る開口パターンを有するステ
ンシルマスクと、上記イオン源からのイオンビームを上
記ステンシルマスク上に照射するための少なくとも照射
レンズを含むイオンビーム照射光学系と、上記ステンシ
ルマスクを通過したイオンビームを試料表面上に投射す
るための一段の投射レンズを含むイオンビーム投射光学
系とを備え、上記ステンシルマスクを通過したイオンビ
ームを上記投射レンズのほぼ中心位置に集束させて上記
試料表面上に上記開口パターンの像を投射させるイオン
ビーム投射装置において、上記試料表面上に投射される
上記開口パターン像を検出するためのイオンビーム検出
手段と、上記投射レンズのレンズ強度を揺動させるため
のレンズ強度揺動手段と、上記ステンシルマスクを通過
したイオンビームが上記投射レンズの中心軸上を通るよ
うに、上記イオン源から上記投射レンズに到る間のイオ
ンビームの軌道を修正するためのイオンビーム軌道修正
手段とをさらに付加させることにより達成される。な
お、(９)．上記(８)のイオンビーム投射装置において、
上記のイオンビーム検出手段は蛍光板とＣＣＤとの組み
合わせからなるイオンビーム検出器を含んだものとする
ことができる。また、(１０)．上記(８)のイオンビーム
投射装置において、上記のイオンビーム検出手段は微小
なファラデーカップをアレイ状に配列してなるイオンビ
ーム検出器を含んだものとすることもできる。さらに、
(１１)．上記(８)のイオンビーム投射装置において、上
記のレンズ強度揺動手段は、上記投射レンズに供給され
るレンズ電圧に変動電圧を重畳させるための変動電圧供
給用電源を含んだものとすることができる。さらにま
た、(１２)．上記(８)のイオンビーム投射装置におい
て、上記のイオンビーム軌道修正手段は、上記イオン源
と上記投射レンズとの間に設置されたアライナを含んで
なるものとすることができる。(１３)．上記(８)のイオ
ンビーム投射装置において、上記のイオンビーム軌道修
正手段は、上記投射レンズおよびまたは上記イオン源を
光学軸に対して垂直な面内で微動させるための微動手段
を含んでなるものとすることができる。さらに、(１
４)．上記(８)〜(１３)のいずれかのイオンビーム投射
装置において、上記イオンビーム検出手段からの検出信
号を取り込んで上記開口パターン像の像形状および像位
置を検知するための信号処理を行なう信号処理手段をさ
らに付加させることができる。さらには、(１５)．上記
(８)〜(１４)のいずれかのイオンビーム投射装置におい
て、上記イオンビーム検出手段からの検出信号に基づい
て上記開口パターン像を画像表示するための画像表示手
段をさらに付加させることができる。さらにはまた、
(１６)．上記(８)〜(１５)のいずれかのイオンビーム投
射装置において、上記のイオン源として、液体金属イオ
ン源、電界電離イオン源、および微小放出点を持つプラ
ズマイオン源のうちいずれか一つを用いることができ
る。The second object is (8). An ion source for generating an ion beam, a stencil mask having an opening pattern through which the ion beam from the ion source can pass, and at least an irradiation lens for irradiating the stencil mask with the ion beam from the ion source And an ion beam irradiation optical system including an ion beam projection optical system including a one-step projection lens for projecting an ion beam that has passed through the stencil mask onto the sample surface, and an ion beam that has passed through the stencil mask. An ion beam projector for focusing an image of the aperture pattern on the surface of the sample by focusing on the center of the projection lens, and ion beam detection for detecting the image of the aperture pattern projected on the surface of the sample. Means and lens for swinging the lens strength of the projection lens And an ion beam for correcting the trajectory of the ion beam from the ion source to the projection lens so that the ion beam passing through the stencil mask passes through the central axis of the projection lens. This is achieved by further adding a trajectory correcting means. In addition, (9). In the ion beam projection apparatus of (8) above,
The above-mentioned ion beam detecting means may include an ion beam detector composed of a combination of a fluorescent plate and a CCD. Also, (10). In the ion beam projection apparatus of (8), the ion beam detection means may include an ion beam detector in which minute Faraday cups are arranged in an array. further,
(11). In the ion beam projection apparatus of (8), the lens strength oscillating means may include a variable voltage supply power source for superposing the variable voltage on the lens voltage supplied to the projection lens. it can. Furthermore, (12). In the ion beam projection apparatus of (8) above, the ion beam trajectory correction means may include an aligner installed between the ion source and the projection lens. (13). In the ion beam projection apparatus of (8), the ion beam trajectory correction means includes fine movement means for finely moving the projection lens and / or the ion source in a plane perpendicular to an optical axis. Can be In addition, (1
4). In the ion beam projection apparatus according to any one of (8) to (13) above, a signal that takes in a detection signal from the ion beam detection means and performs signal processing for detecting the image shape and image position of the aperture pattern image. Further processing means can be added. Furthermore, (15). the above
In the ion beam projection apparatus of any one of (8) to (14), image display means for displaying an image of the aperture pattern image based on the detection signal from the ion beam detection means can be further added. And also
(16). In the ion beam projector according to any one of (8) to (15) above, as the ion source, any one of a liquid metal ion source, a field ionization ion source, and a plasma ion source having a minute emission point is used. Can be used.

【００２３】上記した本願発明の構成原理およびそれに
よって得られる作用効果について、以下に説明する。先
ず、照射レンズからのイオンビームを投射レンズの中心
軸上に通す方法について説明し、次に、投射レンズの中
心位置でクロスオーバを形成する方法について説明す
る。The above-described principle of the present invention and the function and effect obtained thereby will be described below. First, a method for passing the ion beam from the irradiation lens on the central axis of the projection lens will be described, and then a method for forming a crossover at the central position of the projection lens will be described.

【００２４】１．投射レンズの中心軸上にイオンビーム
を通す方法 図８は、イオン源軸と投射レンズ軸が光学軸に一致した
理想的な場合におけるステンシルマスクの光軸上の一点
を基準にしたイオンビーム軌道を示している。光学軸８
４上のイオン源８１から放出したイオンビーム８２は、
照射レンズ８３が最適レンズ強度の時に、ステンシルマ
スク８５の光学軸８４上の一点に集束する。ステンシル
マスク８５を通過したイオンビーム８２は、あたかもス
テンシルマスク８５上の一点から放出したかのような軌
道を通り投射レンズ８６によって試料面８７上に投射さ
れる。この投射レンズ強度が最適な時、イオンビーム８
２は試料面８７の光学軸８４上の一点Ａにピントが合
う。ここで、投射レンズ強度をその最適値を中心に強，
弱させると、投射レンズ８６のピントは試料面８７を挾
んで光軸上の上，下で形成される。つまり、投射レンズ
強度が最適値より弱い場合にはピントは試料面の下方の
一点Ｂで形成され、強い場合には試料面の上方の一点Ｃ
でピントが合う。試料面上に形成される像の形状は、図
の最下段に示す如くであり、照射レンズ強度が適正強度
の時には一点８８に集束した像が形成され、それよりも
弱い時には領域８９、強い時には領域９０のように拡が
った像が形成される。何れの場合にも像は一点８８を中
心にしており、これより、ビームが光学軸上を通ってい
れば、投射レンズ強度を強，弱させても、像の中心部分
は試料面内で移動しないことがわかる。1. Method of letting the ion beam pass through the central axis of the projection lens FIG. 8 shows an ion beam trajectory based on a point on the optical axis of the stencil mask in the ideal case where the ion source axis and the projection lens axis coincide with the optical axis. Shows. Optical axis 8
The ion beam 82 emitted from the ion source 81 on
When the irradiation lens 83 has the optimum lens strength, it is focused on a point on the optical axis 84 of the stencil mask 85. The ion beam 82 that has passed through the stencil mask 85 travels as if it was emitted from one point on the stencil mask 85 and is projected onto the sample surface 87 by the projection lens 86. When this projection lens strength is optimal, the ion beam 8
2 is focused on a point A on the optical axis 84 of the sample surface 87. Here, the projection lens strength is increased around its optimum value,
When weakened, the focus of the projection lens 86 is formed above and below the optical axis across the sample surface 87. That is, when the projection lens strength is weaker than the optimum value, the focus is formed at one point B below the sample surface, and when it is strong, one point C above the sample surface.
It comes into focus. The shape of the image formed on the sample surface is as shown in the lowermost part of the figure. When the irradiation lens intensity is proper, an image focused on one point 88 is formed. A spread image is formed like the region 90. In either case, the image is centered on one point 88. Therefore, if the beam passes through the optical axis, the central part of the image will move within the sample plane even if the intensity of the projection lens is increased or decreased. I know I won't.

【００２５】一方、イオン源が光学軸からズレて設置さ
れている場合、図９に示すように、イオン源の一点９１
から放出したイオンビーム９２が、照射レンズ８３によ
ってステンシルマスク８５の光学軸８４上の一点に焦点
を合わされ、ステンシルマスク８５を通過したイオンビ
ーム９２が、投射レンズ８６によって試料面８７上に投
射される。この時、投射レンズ強度が最適の場合、イオ
ンビーム９２は試料面８７上の一点Ｄにピントが合う。
ここで、投射レンズの強度を最適値を中心にして強，弱
させると、投射レンズ８６によるクロスオーバは試料面
８７の上，下で形成されるが、ビームが投射レンズ８６
の中心を通っていないため、投射レンズ強度の強，弱に
よってビームは大きく屈折し、投射レンズ強度が弱い時
には点Ｅで、強い時には点Ｆでクロスオーバを形成す
る。この時、試料面上に形成される像は、図の最下段に
示すように、最適レンズ強度の時に一点９３に集束し、
レンズ強度が弱い時には領域９４で、強い時には領域９
５で示すように拡がって形成される。このように、イオ
ン源９１が光学軸８４からズレて設置されている場合に
は、試料面８７上に形成される像は、投射レンズ強度の
搖動に呼応して試料面内で移動し、それぞれの像の中心
位置は一致しないことがわかる。On the other hand, when the ion source is installed displaced from the optical axis, as shown in FIG.
The ion beam 92 emitted from is focused on a point on the optical axis 84 of the stencil mask 85 by the irradiation lens 83, and the ion beam 92 passing through the stencil mask 85 is projected onto the sample surface 87 by the projection lens 86. . At this time, when the intensity of the projection lens is optimum, the ion beam 92 is focused on a point D on the sample surface 87.
Here, when the intensity of the projection lens is increased or decreased around the optimum value, the crossover by the projection lens 86 is formed above and below the sample surface 87, but the beam is projected onto the projection lens 86.
Since it does not pass through the center of the beam, the beam is largely refracted due to the strength of the projection lens, and a crossover is formed at point E when the projection lens strength is weak and at point F when it is strong. At this time, the image formed on the sample surface is focused on one point 93 at the optimum lens strength, as shown in the bottom of the figure,
Area 94 is used when the lens strength is weak, and area 9 is used when the lens strength is strong.
It is formed so as to spread as shown by 5. In this way, when the ion source 91 is installed displaced from the optical axis 84, the image formed on the sample surface 87 moves in the sample surface in response to the fluctuation of the projection lens intensity, It can be seen that the center positions of the images do not match.

【００２６】また、照射レンズ軸と投射レンズ軸が一致
していない場合には、図１０により説明できる。ここ
で、イオン源軸と照射レンズ軸とは、共に光学軸１０２
に一致せしめられている。イオン源の一点１０１から放
出したイオンビーム１０４は、適正強度に調節された照
射レンズ８３によってステンシルマスク８５の光学軸上
の一点に集束される。ステンシルマスク８５を通過した
イオンビーム１０４は、投射レンズ８６によって試料面
８７上に投射される。この時、投射レンズ８６が最適強
度ならば、イオンビーム１０４は試料面８７上の一点Ｇ
にピントが合う。ここで、投射レンズ強度をその最適値
を中心に強，弱させると、投射レンズ８６によるクロス
オーバは試料面８７の上，下に形成されるが、投射レン
ズ軸１０５が光学軸（照射レンズ軸）１０２と一致して
いないため、投射レンズ強度が強い時には点Ｊで、弱い
時には点Ｈで示す位置となる。この時、試料面上に形成
される像は、図の最下段に示すように、投射レンズ強度
が最適の場合には一点１０６で示すような集束像となる
が、強い時には領域１０８で、弱い時には領域１０７で
示すような拡がった像となる。このように、照射レンズ
軸１０２と投射レンズ軸１０５が一致していない場合に
も、試料面８７上に投射される像は、投射レンズ強度の
揺動に呼応して試料面内で移動し、それぞれの像中心は
一致しないことになる。If the irradiation lens axis and the projection lens axis do not coincide with each other, this can be explained with reference to FIG. Here, the ion source axis and the irradiation lens axis are both the optical axis 102.
Is matched with. The ion beam 104 emitted from one point 101 of the ion source is focused on one point on the optical axis of the stencil mask 85 by the irradiation lens 83 adjusted to have an appropriate intensity. The ion beam 104 that has passed through the stencil mask 85 is projected onto the sample surface 87 by the projection lens 86. At this time, if the projection lens 86 has the optimum intensity, the ion beam 104 will move to a point G on the sample surface 87.
Is in focus. Here, when the projection lens strength is increased or decreased around the optimum value, the crossover by the projection lens 86 is formed above and below the sample surface 87, but the projection lens axis 105 is the optical axis (irradiation lens axis). ) 102, the position is indicated by point J when the projection lens strength is strong, and the position is indicated by point H when the projection lens strength is weak. At this time, the image formed on the sample surface is a focused image as shown by a point 106 when the projection lens strength is optimum, as shown in the bottom of the figure, but when it is strong, it is a region 108 and weak. At times, it becomes a spread image as shown by the area 107. Thus, even when the irradiation lens axis 102 and the projection lens axis 105 do not match, the image projected on the sample surface 87 moves in the sample surface in response to the fluctuation of the projection lens intensity, The center of each image will not match.

【００２７】上述したように、照射レンズからのイオン
ビームが投射レンズの中心軸上を通っていれば、投射レ
ンズ強度を揺動させても投射像の中心位置は動かないた
め、試料面上に形成される投射像を観察しながら投射レ
ンズ強度を揺動させて、投射像の中心位置が移動するか
どうかを識別することによって、イオンビームが投射レ
ンズの中心軸上を通っているか否かを容易に判定するこ
とができる。As described above, if the ion beam from the irradiation lens passes through the center axis of the projection lens, the center position of the projected image does not move even if the projection lens intensity is swung, so that the position of the projection image on the sample surface is reduced. By observing the formed projection image and oscillating the projection lens intensity to identify whether or not the center position of the projection image moves, it is possible to determine whether the ion beam passes through the center axis of the projection lens. It can be easily determined.

【００２８】次に、図９，図１０を用いて説明したよう
な投射レンズ強度の揺動に呼応しての像移動、つまり、
光学軸とイオン源軸との不一致、照射レンズ軸と投射レ
ンズ軸との不一致を無くすためのビーム軌道の修正方法
について、図１１，図１２を用いて具体的に説明する。Next, the image movement in response to the fluctuation of the projection lens intensity as described with reference to FIGS. 9 and 10, that is,
A method of correcting the beam trajectory for eliminating the mismatch between the optical axis and the ion source axis and the mismatch between the irradiation lens axis and the projection lens axis will be specifically described with reference to FIGS. 11 and 12.

【００２９】図１１は光学軸とイオン源軸とが一致して
いない場合のビーム軌道の修正方法を説明する図であ
る。イオン源の実放出部９１から放出したイオンビーム
１１２は、アライナ１１３，１１４によってそのビーム
中心軸１１５が光学軸１１６に一致するように軌道修正
され、あたかも光学軸上の仮想放出部１１１から放出し
たかのようなビーム軌道を通って、照射レンズ８３の中
心軸上に導かれる。この照射レンズ８３の中心軸(光学
軸)に軸合わせされたビーム１１２が、適正レンズ強度
の照射レンズ８３によって、ステンシルマスク８５上に
焦点を合わせて照射される。ステンシルマスク８５を通
過したビームは投射レンズ８６によって試料面８７上に
焦点を合わせて投射される。図中のＡ’，Ｂ’，Ｃ’
は、投射レンズ強度の違いによる投射ビームのクロスオ
ーバ位置の変化を示している。アライナ１１３，１１４
によって、照射レンズ８３に入射する前のイオンビーム
が光学軸１１６上に乗るように軌道修正された結果、照
射レンズ８３以下では、ビームは常に光学軸上を通るた
め、図８の場合と全く同様になる。投射レンズ８６によ
る投射ビームのクロスオーバは、投射レンズが最適レン
ズ強度の時にはＡ’点に、それよりも強度が小さい場合
にはＢ’点に、強度が大きい場合にはＣ’点にそれぞれ
形成されるが、いずれの場合も、試料面上に投射される
像は、点１１７や領域１１９，１１８で示されるよう
に、光学軸１１６上の一点を像中心にして形成され、こ
の像中心が試料面内で動き回ることはない。FIG. 11 is a diagram for explaining a method of correcting the beam trajectory when the optical axis and the ion source axis do not coincide with each other. The ion beam 112 emitted from the actual emission part 91 of the ion source is trajectory-corrected by the aligners 113 and 114 so that the beam central axis 115 thereof coincides with the optical axis 116, and is emitted from the virtual emission part 111 on the optical axis. It is guided to the center axis of the irradiation lens 83 through such a beam trajectory. The beam 112 axially aligned with the central axis (optical axis) of the irradiation lens 83 is focused and irradiated onto the stencil mask 85 by the irradiation lens 83 having an appropriate lens strength. The beam that has passed through the stencil mask 85 is focused and projected onto the sample surface 87 by the projection lens 86. A ', B', C'in the figure
Shows the change in the crossover position of the projection beam due to the difference in the projection lens strength. Aligner 113,114
As a result of the trajectory being corrected so that the ion beam before entering the irradiation lens 83 is placed on the optical axis 116, the beam always passes on the optical axis below the irradiation lens 83, and therefore, it is exactly the same as in the case of FIG. become. The crossover of the projection beam by the projection lens 86 is formed at the point A'when the projection lens has the optimum lens strength, at the point B'when the strength is lower than that, and at the point C'when the strength is higher than that. However, in any case, the image projected on the sample surface is formed with one point on the optical axis 116 as the image center, as shown by the points 117 and the regions 119 and 118. It does not move around in the sample plane.

【００３０】次に、図１２に照射レンズ軸と投射レンズ
軸とが一致していない場合のビーム軌道の修正方法を示
す。イオン放出部１２１から放出したイオンビーム１２
２はアライナ１１３，１１４によりそのビーム中心軸１
２３が照射レンズ８３の中心１２４と投射レンズ８６の
中心１２５の双方を通るように軌道修正される。照射レ
ンズ８３は、イオンビーム１２２がステンシルマスク８
５上で焦点が合うように、そのレンズ強度を調整され
る。投射レンズ８６は、ステンシルマスク８５を通過し
たイオンビームが投射レンズ８６の中心１２５を通って
試料面８７上で焦点を結ぶように、そのレンズ強度を調
整される。Ｄ’，Ｅ’，Ｆ’は投射レンズ８６のレンズ
強度を揺動させた時の投射ビームのクロスオーバ位置の
変化を示している。アライナ１１３，１１４によってビ
ーム中心軸１２３が照射レンズ中心と投射レンズ中心と
の双方を通るように軌道修正されたため、試料面８７上
に形成される投射ビームの像は、点１２６や領域１２
７，１２８で示されるように、いずれもビーム中心軸１
２３上の一点を像中心にして形成され、該像中心が試料
面上で動き回ることはない。Next, FIG. 12 shows a method of correcting the beam trajectory when the irradiation lens axis and the projection lens axis do not coincide with each other. Ion beam 12 emitted from the ion emission unit 121
2 is the beam center axis 1 by the aligners 113 and 114.
The trajectory is corrected so that 23 passes through both the center 124 of the irradiation lens 83 and the center 125 of the projection lens 86. The irradiation lens 83 uses the stencil mask 8 for the ion beam 122.
The lens strength is adjusted so that it is in focus on 5. The projection lens 86 has its lens intensity adjusted so that the ion beam that has passed through the stencil mask 85 passes through the center 125 of the projection lens 86 and is focused on the sample surface 87. D ′, E ′, and F ′ represent changes in the crossover position of the projection beam when the lens strength of the projection lens 86 is swung. Since the beam center axis 123 is corrected by the aligners 113 and 114 so that the beam center axis 123 passes through both the irradiation lens center and the projection lens center, the image of the projection beam formed on the sample surface 87 is a point 126 or a region 12.
In both cases, the beam center axis 1
It is formed with one point on 23 as the image center, and the image center does not move around on the sample surface.

【００３１】このように、試料面８７上に投射される像
を観察しながら、投射レンズ強度を揺動させた時に、像
中心が投射レンズ強度の揺動に呼応して移動する場合に
は、イオン源と照射レンズとの間に設けたアライナを動
作させてイオンビーム軌道を修正して上記した像中心の
移動量が最小になるようにアライナ電圧を設定した上
で、さらに試料面上での投射像のボケが最小になるよう
に投射レンズ強度を調整すれば、ボケや歪が極めて小さ
いパターン投射像を得ることができる。As described above, when the projection lens intensity is swung while observing the image projected on the sample surface 87, if the image center moves in response to the swing of the projection lens intensity, The aligner provided between the ion source and the irradiation lens is operated to correct the ion beam trajectory and the aligner voltage is set so that the amount of movement of the image center described above is minimized. By adjusting the projection lens strength so that the blur of the projected image is minimized, it is possible to obtain a pattern projected image with extremely small blur and distortion.

【００３２】２．投射レンズ中心にクロスオーバを作る
方法 次に、投射レンズの中心位置に照射レンズからのイオン
ビームのクロスオーバを形成する方法について説明す
る。ビームが投射レンズの中心軸上を通っていても、ク
ロスオーバがレンズ中心に形成されてなければ、試料面
上に投射される像は大きな歪を有し、また所望の縮小率
の像とはならない。2. Method of Creating Crossover in Center of Projection Lens Next, a method of forming a crossover of the ion beam from the irradiation lens at the center position of the projection lens will be described. Even if the beam passes through the central axis of the projection lens, if the crossover is not formed in the center of the lens, the image projected on the sample surface has a large distortion, and the image with the desired reduction ratio is I won't.

【００３３】図６は、照射レンズ５２の強度が強すぎて
イオンビーム６１が投射レンズ５４の中心位置６７より
も上方でクロスオーバ６５を形成している、所謂、オー
バーフォーカスの状態のビーム軌道を示している。ま
た、図７は逆に照射レンズ強度が弱すぎて投射レンズ５
４の中心位置６７よりも下方でクロスオーバ６９を形成
しているアンダーフォーカスの状態のビーム軌道を示し
ている。これらの場合、投射レンズ強度が変動すると、
試料面上に形成される投射像の歪が大きくなると共に、
投射像の大きさそのものが変わり、ステンシルマスク５
３の開口パターンに対する縮小率自体が変動することに
なる。FIG. 6 shows a so-called overfocused beam trajectory in which the irradiation lens 52 is so strong that the ion beam 61 forms a crossover 65 above the center position 67 of the projection lens 54. Shows. In contrast, in FIG. 7, the irradiation lens strength is too weak and the projection lens 5
4 shows a beam trajectory in an underfocus state in which a crossover 69 is formed below the center position 67 of No. 4. In these cases, if the projection lens strength changes,
As the distortion of the projected image formed on the sample surface increases,
The size of the projected image changes, and the stencil mask 5
The reduction ratio itself for the opening pattern of No. 3 changes.

【００３４】図３に示したように、イオンビーム５６が
適正に投射レンズ５４の中心軸５７上を通り、かつレン
ズ中心でクロスオーバを形成する場合に、投射レンズ強
度を揺動させると、試料面上に形成される投射像には、
投射レンズ強度の揺動に対応してボケが発生するが、像
の縮小率自体は変わらない。このことを図１３，１４を
用いて説明する。図１３はビームが投射レンズの中心軸
上を通る場合、図１４はビームが投射レンズの中心軸上
を通らずにステンシルマスクの最外部から投射レンズ中
心に入射する場合について、それぞれ投射レンズ強度を
最適値を中心に揺動（強弱）させた場合における、ビー
ム軌道および試料面上での投射像位置の変化を示してい
る。As shown in FIG. 3, when the ion beam 56 properly passes on the central axis 57 of the projection lens 54 and a crossover is formed at the lens center, when the projection lens intensity is swung, the sample In the projected image formed on the surface,
Blurring occurs corresponding to the fluctuation of the projection lens strength, but the image reduction rate itself does not change. This will be described with reference to FIGS. FIG. 13 shows the projection lens intensity when the beam passes through the center axis of the projection lens, and FIG. 14 shows the projection lens intensity when the beam enters the projection lens center from the outermost portion of the stencil mask without passing through the center axis of the projection lens. The figure shows changes in the beam trajectory and the projected image position on the sample surface when the optical axis is swung (strong or weak) around the optimum value.

【００３５】図１３，１４において、最適照射レンズ強
度でステンシルマスク１３０に照射されたイオンビーム
は、該マスクの開口部を通過後に、投射レンズ１３３の
中心位置に入射する。ステンシルマスク１３０上の一点
１３１，１４０から出射したイオンビーム１３２，１４
１は、投射レンズ１３３によって集束されて、試料面１
３４上にそれぞれ投射される。この時に、投射レンズ強
度が最適値であれば、イオンビーム１３２，１４１は、
試料面１３４上の一点１３５，１４２においてそれぞれ
焦点を結び、従って投射像にボケは生じない。ここで、
投射レンズ強度を揺動（強弱）させると、投射レンズ強
度が強い時には、試料面よりも上方の点１３６，１４３
で、弱い時には試料面よりも下方の点１３７，１４４で
それぞれ焦点を結び、いずれの場合にも試料面上形成さ
れる投射像にボケが生じる。両図の最下段に、試料面上
の投射像を試料面の上方から見た様子を図示したよう
に、投射レンズ強度が最適値の時の投射像はいずれも点
１３５，１４５で示すような集束像となり、レンズ強度
が強い時の投射像は円形領域１３６，１４６で、逆に弱
い時の投射像は円形領域１３７，１４７で示すような拡
がった（ボケた）像となるが、これら投射像の像中心は
点１３５，１４５と同じである。つまり、投射レンズ強
度を揺動させても、投射像にボケは生じるものの、投射
像の縮小率自体は変わらないことが判る。In FIGS. 13 and 14, the ion beam with which the stencil mask 130 is irradiated with the optimum irradiation lens intensity enters the center position of the projection lens 133 after passing through the opening of the mask. Ion beams 132, 14 emitted from one point 131, 140 on the stencil mask 130
1 is focused by the projection lens 133 to form a sample surface 1
It is projected on 34 respectively. At this time, if the projection lens strength is the optimum value, the ion beams 132 and 141 are
The points 135 and 142 on the sample surface 134 are focused respectively, so that the projected image is not blurred. here,
When the projection lens strength is oscillated (strengthened), when the projection lens strength is high, points 136 and 143 above the sample surface.
Then, when it is weak, the points are focused at points 137 and 144 below the sample surface, and in any case, the projection image formed on the sample surface is blurred. As shown at the bottom of both figures, the projection image on the sample surface is viewed from above the sample surface, and the projection images when the projection lens strength has the optimum value are as shown by points 135 and 145. It becomes a focused image, and the projected image when the lens strength is strong is the circular areas 136 and 146, and conversely when the lens strength is weak, the projected images are spread (blurred) images as shown by the circular areas 137 and 147. The image center of the image is the same as the points 135 and 145. That is, it can be seen that even if the projection lens strength is swung, the projection image is blurred, but the reduction ratio of the projection image itself does not change.

【００３６】このように、照射レンズからのイオンビー
ムのクロスオーバが投射レンズ中心に形成されていれ
ば、投射レンズ強度を揺動させても、ステンシルマスク
上の各開口部に対応する投射像部分の中心位置は変動せ
ず、従って開口パターン像全体としての倍率（縮小率）
は変動しない。このことを利用して、照射レンズからの
イオンビームのクロスオーバが投射レンズ中心に正確に
形成されているか否かを判断できる。つまり、試料面上
に投射される開口パターン像の中心近傍を観察しながら
投射レンズ強度を揺動させて、この投射レンズ強度の揺
動に伴う投射像の中心近傍の位置変動が最小になるよう
に照射レンズ強度を調整してやれば、投射レンズ中心に
クロスオーバを形成させることができる。As described above, if the crossover of the ion beam from the irradiation lens is formed at the center of the projection lens, the projection image portion corresponding to each opening on the stencil mask can be formed even if the projection lens intensity is varied. The center position of does not change, so the magnification (reduction rate) of the entire aperture pattern image
Does not change. By utilizing this, it can be judged whether or not the crossover of the ion beam from the irradiation lens is accurately formed at the center of the projection lens. That is, while observing the vicinity of the center of the aperture pattern image projected on the sample surface, the projection lens intensity is oscillated so that the position variation near the center of the projection image due to the oscillation of the projection lens intensity is minimized. If the irradiation lens strength is adjusted, a crossover can be formed at the center of the projection lens.

【００３７】なお、上記した投射レンズ強度を揺動させ
るには、投射レンズ電圧の直流成分を供給するための可
変直流電源からの出力直流電圧に、該投射レンズ電圧の
揺動成分を供給するための適当な振幅を持った変動電圧
源からの出力変動電圧を重畳し、この重畳された電圧を
投射レンズ電圧としてやればよい。また、試料面上に形
成される投射像の観察手段としては、試料表面と同一面
内に配置した蛍光板とその直下に配置したＣＣＤカメラ
との組合せを用いて、蛍光板上にイオンビームが投射さ
れて発生する蛍光像をＣＣＤカメラで画像として検出・
表示させる方式が採用できる。これにより、試料面上に
形成される投射像を明確に目視観察することができ、該
投射像位置が投射レンズ強度の揺動に呼応して変動する
か否かを容易に検知することができる。In order to oscillate the projection lens strength, the oscillating component of the projection lens voltage is supplied to the output DC voltage from the variable DC power source for supplying the dc component of the projection lens voltage. The output fluctuating voltage from the fluctuating voltage source having an appropriate amplitude is superposed, and the superposed voltage may be used as the projection lens voltage. Further, as a means for observing the projection image formed on the sample surface, a combination of a fluorescent plate arranged in the same plane as the sample surface and a CCD camera arranged directly below it is used to project an ion beam on the fluorescent plate. The generated fluorescence image is detected as an image with a CCD camera.
A display method can be adopted. Thereby, the projection image formed on the sample surface can be clearly observed visually, and it can be easily detected whether or not the projection image position fluctuates in response to the fluctuation of the projection lens strength. .

【００３８】[0038]

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につ
き、図面を参照して詳細に説明する。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

【００３９】＜実施例１＞図１５に本発明が適用される
イオンビーム投射装置の基本構成を示す。図中、１はイ
オン源、２は照射レンズ、３は投射レンズであり、イオ
ン源１にはイオンビーム４を引出して加速するための電
圧を供給するための電源５が、照射レンズ２には照射レ
ンズ電圧を供給するための電源６が、投射レンズ３には
投射レンズ電圧を供給するための電源７が、それぞれ接
続されており、イオン源１から放出したイオンビーム４
は照射レンズ２によってステンシルマスク８上に照射さ
れ、ステンシルマスク８の開口パターンを通過したイオ
ンビーム４は投射レンズ３の中心付近にクロスオーバＰ
を形成して、試料９上に投射される。これによって、ス
テンシルマスク８の開口パターンが試料１０の表面に縮
小投射される。ステンシルマスク８はマスクステージ１
０上に保持され、試料９は微動可能な試料ステージ１１
上に保持されている。<Embodiment 1> FIG. 15 shows the basic construction of an ion beam projection apparatus to which the present invention is applied. In the figure, 1 is an ion source, 2 is an irradiation lens, 3 is a projection lens, a power source 5 for supplying a voltage for extracting and accelerating the ion beam 4 is provided to the ion source 1, and an irradiation lens 2 is provided. A power source 6 for supplying the irradiation lens voltage and a power source 7 for supplying the projection lens voltage are connected to the projection lens 3 respectively, and the ion beam 4 emitted from the ion source 1 is connected.
Is irradiated onto the stencil mask 8 by the irradiation lens 2, and the ion beam 4 that has passed through the opening pattern of the stencil mask 8 crosses over near the center of the projection lens 3.
Are formed and projected onto the sample 9. As a result, the opening pattern of the stencil mask 8 is reduced and projected onto the surface of the sample 10. Stencil mask 8 is mask stage 1
0, and the sample 9 can be finely moved.
Is held on.

【００４０】図１に、本発明を適用したイオンビーム投
射装置の構成を示す。本構成では、図１５に示した基本
構成に対し、さらに、イオン源１から放出したイオンビ
ーム４の軌道を修正するためのアライナ１２，１２’
と、アライナ１２，１２’の各電極にアライナ電圧を供
給するための電源１３，１３’と、試料９上に形成され
る投射ビーム像の形状および位置を検出するためのビー
ム検出器１４とが付加されている。FIG. 1 shows the configuration of an ion beam projection apparatus to which the present invention is applied. In this configuration, in addition to the basic configuration shown in FIG. 15, aligners 12, 12 ′ for correcting the trajectory of the ion beam 4 emitted from the ion source 1 are further added.
A power source 13, 13 'for supplying an aligner voltage to each electrode of the aligners 12, 12', and a beam detector 14 for detecting the shape and position of the projected beam image formed on the sample 9. Has been added.

【００４１】アライナ１２，１２’としては、８電極構
成のものを上下２段に配列したものをイオン源１と照射
レンズ２との間に設置して用いているが、これは４電極
構成や１６電極構成等他の構成のものでもよい。ビーム
検出器１４は、例えば蛍光板とＣＣＤとの組み合わせか
らなっており、蛍光板上へのビーム投射によって発生さ
れる蛍光をＣＣＤで検出・増幅することによって、投射
ビーム像の形状および位置を知ることができる。なお、
投射レンズ３に投射レンズ電圧を供給するための電源と
して、図１５では直流電圧電源７のみを用いているが、
図１では直流電圧を発生するための直流電圧電源７’と
変動電圧を発生するための変動電圧電源７”とを直列接
続して用いている。ただし、電源そのものを別々に設け
る必要はなく、直流電圧とそれに重畳する変動電圧とを
出力できるものであれば単一構成の電源であってもよ
い。また、必要に応じて検出器１４上に投射されるビー
ム像を画像表示するための画像表示手段１５が付加され
得る。信号処理装置１６は、電源５，６，７’，７”，
１３，１３’の制御、ビーム検出器１４からの検出信号
の受信、該受信信号に基づいての種々の信号処理、さら
には画像表示手段１５への画像信号の供給などを行なう
ためのものである。As the aligners 12 and 12 ', an eight-electrode structure having two upper and lower stages is installed between the ion source 1 and the irradiation lens 2 and is used. Other configurations such as a 16-electrode configuration may be used. The beam detector 14 is composed of, for example, a combination of a fluorescent screen and a CCD, and the shape and position of the projected beam image can be known by detecting and amplifying the fluorescent light generated by the beam projection onto the fluorescent screen by the CCD. it can. In addition,
As the power supply for supplying the projection lens voltage to the projection lens 3, only the DC voltage power supply 7 is used in FIG.
1, a DC voltage power supply 7'for generating a DC voltage and a variable voltage power supply 7 "for generating a fluctuation voltage are connected in series. However, it is not necessary to provide the power supplies themselves separately, A single-structure power source may be used as long as it can output a DC voltage and a variable voltage superimposed on it, and an image for displaying a beam image projected on the detector 14 as necessary. Display means 15 may be added.The signal processing device 16 includes power supplies 5, 6, 7 ', 7 ",
Controls 13, 13 ', reception of a detection signal from the beam detector 14, various signal processing based on the reception signal, and further supply of an image signal to the image display means 15. .

【００４２】イオン源１としては、ステンシルマスク８
を通過後のイオンビーム４の広がりが投射像のシャープ
さに大きく影響するためできるだけ良好な点源であるこ
とが望ましく、従って液体金属イオン源、電界電離イオ
ン源、もしくは微細放出部を有するプラズマイオン源の
いずれかを用いるのが良い。本実施例では、金(Ａｕ)を
イオン源材料とした液体金属イオン源を用いた。ただ
し、イオン源材料を加熱溶融させるための加熱電源等
は、図１では図示省略されている。As the ion source 1, a stencil mask 8 is used.
Since the spread of the ion beam 4 after passing through the beam greatly affects the sharpness of the projected image, it is desirable that the point source is as good as possible. Therefore, a liquid metal ion source, a field ionization ion source, or a plasma ion having a fine emission part It is better to use one of the sources. In this example, a liquid metal ion source using gold (Au) as an ion source material was used. However, a heating power source and the like for heating and melting the ion source material are not shown in FIG.

【００４３】次に、照射レンズ２からのイオンビーム４
を投射レンズ３の中心に通す手順について、図１，図１
６を用いて説明する。図１において、まず、アライナ１
２，１２’は動作させずに、イオン源１から引出したイ
オンビーム４を照射レンズ２によってステンシルマスク
８上に照射し、ステンシルマスク８を通過したイオンビ
ーム４をレンズ電圧を大凡に調整された投射レンズ３に
よって検出器１４上に投射する。検出器１４の検出面は
試料９の表面と同一平面内に設定されている。検出器１
４からの検出信号を信号処理装置１６で信号処理して画
像表示手段１５に投射像パターンを表示させる。この表
示パターンを観察しながら、照射レンズ２および投射レ
ンズ３の強度を粗調整する。次に、像中心付近の特徴的
な１点に注目しながら投射レンズ電圧に時間とともに変
動する電圧を重畳させる。図１６の上段は、この時の投
射レンズ電圧を時間軸を横軸にして模式的に示したグラ
フである。画像表示手段１５に表示された投射像パター
ンは、この投射レンズ強度の揺動に同期してボケを生じ
る。ここで、パターンにボケは生じるが、その位置が移
動しなければ照射レンズ２からのイオンビーム４が投射
レンズ３の中心位置を通っていることが確認でき、パタ
ーン位置が移動すればビーム４が投射レンズ３の中心を
通っていないことが判る。Next, the ion beam 4 from the irradiation lens 2
1 and 1 for the procedure of passing the lens through the center of the projection lens 3.
6 will be described. In FIG. 1, first, the aligner 1
The ion beams 4 extracted from the ion source 1 were irradiated onto the stencil mask 8 by the irradiation lens 2 without operating 2, 12 ′, and the lens voltage of the ion beam 4 passing through the stencil mask 8 was roughly adjusted. The projection lens 3 projects the light onto the detector 14. The detection surface of the detector 14 is set in the same plane as the surface of the sample 9. Detector 1
The signal processing device 16 performs signal processing on the detection signal from the signal No. 4 and causes the image display means 15 to display a projected image pattern. The intensity of the irradiation lens 2 and the projection lens 3 is roughly adjusted while observing this display pattern. Next, a voltage that changes with time is superimposed on the projection lens voltage while paying attention to one characteristic point near the center of the image. The upper part of FIG. 16 is a graph schematically showing the projection lens voltage at this time with the time axis as the horizontal axis. The projection image pattern displayed on the image display unit 15 is blurred in synchronization with the swing of the projection lens strength. Here, although the pattern is blurred, it can be confirmed that the ion beam 4 from the irradiation lens 2 passes through the center position of the projection lens 3 if the position does not move, and if the pattern position moves, the beam 4 moves. It can be seen that it does not pass through the center of the projection lens 3.

【００４４】次いで、イオンビーム４が投射レンズ３の
中心を通っていない場合には、アライナ１２，１２’に
緩やかに電圧を印加する。まず、アライナ１２のうちの
対向する一対の電極に対して、図１６の中段に示すよう
に、一方の電極に正電圧Ｖ１を０(Ｖ)から徐々に印加す
る。他方の電極には負電圧Ｖ２を０(Ｖ)から徐々に印加
する。この時、他の電極対には電圧を印加しない。これ
と同時に、下段のアライナ１２’には、上段のアライナ
１２で電圧を印加した電極対と同じ面内位置にある電極
対に対して、上記とは逆に、一方の電極に負電圧Ｖ２
を、他方の電極には正電圧Ｖ１をそれぞれ０(Ｖ)から徐
々に印加して行く。その際、画像表示手段１５に表示さ
れるパターン像の中心付近に注目していると、像中心の
移動量は、図１６の下段に示すように投射レンズ強度に
依存して変動するが、上記したアライナ１２，１２’の
動作によって、像中心の移動量が無くなるか、あるいは
予め定めた許容範囲内に入ってくる。Next, when the ion beam 4 does not pass through the center of the projection lens 3, a voltage is gently applied to the aligners 12 and 12 '. First, as shown in the middle part of FIG. 16, a positive voltage V1 is gradually applied from 0 (V) to a pair of electrodes of the aligner 12 which face each other. The negative voltage V2 is gradually applied to the other electrode from 0 (V). At this time, no voltage is applied to the other electrode pairs. At the same time, the lower aligner 12 ′ has a negative voltage V 2 applied to one electrode in the opposite direction to the electrode pair located in the same plane as the electrode pair to which the voltage is applied by the upper aligner 12.
The positive voltage V1 is gradually applied to the other electrode from 0 (V). At that time, if attention is paid to the vicinity of the center of the pattern image displayed on the image display means 15, the movement amount of the image center fluctuates depending on the projection lens intensity as shown in the lower part of FIG. Due to the operation of the aligners 12 and 12 ', the movement amount of the image center disappears or falls within a predetermined allowable range.

【００４５】上記のような手順によって像中心の移動量
が許容範囲内に収まった時、イオンビーム４が投射レン
ズ３の中心位置を通るように軌道修正されたことにな
る。ここで、アライナ１２，１２’のそれぞれの電極対
に印加するアライナ電圧の調整を停止し、その時のアラ
イナ電圧Ｖａ、−Ｖａを維持するとともに、投射レンズ
３への変動電圧の印加も停止して、その時のレンズ電圧
を維持する。このような手順によって、投射レンズ３の
ピントが正確に設定され、シャープなパターン像を試料
面上に形成することが可能となる。When the amount of movement of the image center falls within the allowable range by the above procedure, the trajectory is corrected so that the ion beam 4 passes through the center position of the projection lens 3. Here, the adjustment of the aligner voltage applied to each electrode pair of the aligners 12 and 12 'is stopped, the aligner voltages Va and -Va at that time are maintained, and the application of the fluctuating voltage to the projection lens 3 is also stopped. , Maintain the lens voltage at that time. By such a procedure, the focus of the projection lens 3 is accurately set, and a sharp pattern image can be formed on the sample surface.

【００４６】上記のような操作手順を予めプログラムと
して定めておき、信号処理装置１６による各部の制御を
このプログラムに従って自動的に行なわせるようにすれ
ば、イオンビームの軌道修正を短時間で済ませることが
できるので、効率的である。また、上記説明ではイオン
ビームの軌道修正をアライナによる電気的作用のみによ
って行なったが、例えばイオン源１を光学軸に対して垂
直な面内で微動できるステージ上に設置し、上記した投
射レンズ強度の揺動に伴う像移動が小さくなるようにこ
のステージを微動させてイオンビーム軌道を粗調整した
後に、上記したアライナによる高精度のビーム軌道補正
を行うようにしても良い。さらに、投射レンズ３を光学
軸に対して垂直な面内で微動できるステージ上に設置
し、該ステージを微動させて、逆に投射レンズ中心をイ
オンビーム軌道上に合わせることによってイオンビーム
が投射レンズ中心を通るようにしても良い。If the operation procedure as described above is set in advance as a program and the control of each part by the signal processing device 16 is automatically performed according to this program, the trajectory of the ion beam can be corrected in a short time. Because it can be done, it is efficient. Further, in the above description, the trajectory of the ion beam was corrected only by the electrical action of the aligner. However, for example, the ion source 1 is set on a stage that can be finely moved in a plane perpendicular to the optical axis, and the projection lens intensity described above is set. The ion beam trajectory may be roughly adjusted by finely moving the stage so that the image movement due to the rocking of the beam may be reduced, and then the beam trajectory may be corrected with high accuracy by the aligner described above. Further, the projection lens 3 is installed on a stage that can be finely moved in a plane perpendicular to the optical axis, the stage is finely moved, and on the contrary, the center of the projection lens is aligned with the ion beam trajectory, whereby the ion beam is projected onto the projection lens. You may pass through the center.

【００４７】このように、照射レンズからのイオンビー
ムが投射レンズの中心位置を通っていれば投射レンズの
強度を変動させても投射像全体の中心が動かないことを
利用して、イオンビームが投射レンズの中心を通ってい
るか否かを知ることができるという本発明の基本思想が
開示された以上、この基本思想を上記以外の光学系に適
用することは当業者なら容易である。また、上記の如き
イオンビーム投射方法を用いることで、例えば試料とし
てシリコンウエハ、試料に投射すべきイオン種をホウ
素、ヒ素、リンのいずれかを用いて、イオンの加速電圧
を適当に設定することによって、試料（ウエハ）表面上
に所望の開口パターンのイオン注入領域を形成すること
ができる。また、ウエハ表面のイオンビーム投射部に反
応性ガスを導入することにより、開口パターンの縮小図
形状に試料をエッチングすることができ、さらに、有機
金属ガスを導入することで開口パターンの縮小図形状に
金属デポジションすることができるため、半導体素子上
の配線の削除や追加も可能である。さらには、マイクロ
マシンの作成などにも用いることができる。As described above, if the ion beam from the irradiation lens passes through the center position of the projection lens, the center of the entire projected image does not move even if the intensity of the projection lens is changed. Since the basic idea of the present invention that it is possible to know whether or not it passes through the center of the projection lens has been disclosed, those skilled in the art can easily apply this basic idea to optical systems other than the above. In addition, by using the ion beam projection method as described above, for example, a silicon wafer as a sample, an ion species to be projected on the sample is selected from boron, arsenic, and phosphorus, and the ion acceleration voltage is appropriately set. Thus, the ion implantation region having a desired opening pattern can be formed on the surface of the sample (wafer). In addition, by introducing a reactive gas into the ion beam projection part on the wafer surface, the sample can be etched into a reduced view shape of the opening pattern, and further by introducing an organometallic gas, a reduced view shape of the opening pattern can be obtained. Since metal deposition can be performed on the wiring, it is possible to delete or add wiring on the semiconductor element. Furthermore, it can be used for making a micromachine.

【００４８】＜実施例２＞本実施例は、特に、照射レン
ズからのイオンビームを投射レンズの中心位置にフォー
カスさせる手法に関する。使用する装置の概略構成は図
１と同じである。以下、投射レンズ中心に照射レンズか
らのイオンビームをフォーカスさせる手順について、図
１を参照して説明する。<Embodiment 2> This embodiment relates to a method for focusing the ion beam from the irradiation lens on the center position of the projection lens. The schematic configuration of the apparatus used is the same as in FIG. The procedure for focusing the ion beam from the irradiation lens on the center of the projection lens will be described below with reference to FIG.

【００４９】実施例１で説明した照射レンズ２からのイ
オンビーム４を投射レンズ３の中心軸上に通すための一
連の手順を経た後、再度イオンビーム４をビーム検出器
１４上に投射する。ビーム検出器１４は、実施例１の場
合と同様に蛍光板とＣＣＤとの組み合わせで構成してビ
ーム電流強度分布を測定するようにしたものでも良い
し、微小なファラデーカップをアレイ状に集積して構成
したビーム電流強度分布測定器でも良い。このようにビ
ーム電流強度分布を測定して画像化表示することで投射
像の形状や歪、倍率を明確に確認することができる。こ
こでは、この時点ではまだ、照射レンズ２の強度と投射
レンズ３の強度は、厳密には適正ではないものとして説
明を進める。After the series of procedures for passing the ion beam 4 from the irradiation lens 2 on the central axis of the projection lens 3 described in the first embodiment, the ion beam 4 is projected onto the beam detector 14 again. The beam detector 14 may be a combination of a fluorescent plate and a CCD so as to measure the beam current intensity distribution as in the case of the first embodiment, or a fine Faraday cup may be integrated in an array. The configured beam current intensity distribution measuring device may be used. By thus measuring the beam current intensity distribution and displaying it in an image, the shape, distortion, and magnification of the projected image can be clearly confirmed. Here, the description will proceed assuming that the strength of the irradiation lens 2 and the strength of the projection lens 3 are not strictly appropriate at this point.

【００５０】ビーム検出器１４からの検出信号を信号処
理装置１６に導いて投射像の画像化信号処理を行ない、
得られた画像信号を画像表示手段１５に送ってイオンビ
ーム投射像を映像表示させる。この状態で、投射レンズ
３に前述した変動電圧を重畳し、その時のビーム投射像
の変化を観測する。その際、特に像の中心部分の変動に
注目し、上記した投射レンズ電圧の変動にも拘らず、像
がステンシルマスク８のパターンに対して所望の縮小率
となるように、照射レンズ２のレンズ強度を微調整す
る。所望の像縮小率が得られたら、その時の照射レンズ
強度を一定に維持した上で、投射レンズ電圧の変動速度
を鈍速にして、像のシャープさが最も良好となった時に
投射レンズへの変動電圧の印加をやめて、投射レンズ電
圧を一定に維持する。このような手順により、イオンビ
ーム４を投射レンズ３の中心位置にフォーカスさせるこ
とができる。The detection signal from the beam detector 14 is guided to the signal processing device 16 for image signal processing of the projected image,
The obtained image signal is sent to the image display means 15 to display the ion beam projection image as an image. In this state, the above-mentioned fluctuating voltage is superimposed on the projection lens 3 and the change in the beam projection image at that time is observed. At that time, paying particular attention to the fluctuation of the central portion of the image, the lens of the irradiation lens 2 is adjusted so that the image has a desired reduction ratio with respect to the pattern of the stencil mask 8 in spite of the fluctuation of the projection lens voltage described above. Fine-tune the strength. When the desired image reduction ratio is obtained, the irradiation lens strength at that time is kept constant, the fluctuation speed of the projection lens voltage is made slow, and when the image sharpness becomes the best, the projection lens The application of the fluctuating voltage is stopped and the projection lens voltage is maintained constant. By such a procedure, the ion beam 4 can be focused on the center position of the projection lens 3.

【００５１】イオンビーム投射像の倍率測定で、さらに
詳細な計測を行なうためには、投射像のほぼ中央と思わ
れる地点を含んでこの地点を端点とする直線上の３点に
注目する。そして、上記した投射レンズ強度の揺動に伴
なうこれら３点間での距離比と、マスク８上の対応する
３点間での距離比とを比較する。投射像の倍率が変動す
ると投射像上での上記３点間での距離比は著しく変化す
るため、像倍率の変動を容易に定量的に確認することが
できる。In order to perform more detailed measurement in the magnification measurement of the ion beam projection image, attention is paid to three points on a straight line including the point considered to be substantially the center of the projection image and having these points as end points. Then, the distance ratio between these three points due to the fluctuation of the projection lens strength described above is compared with the distance ratio between the corresponding three points on the mask 8. When the magnification of the projected image changes, the distance ratio between the three points on the projected image changes significantly, so that the change of the image magnification can be easily and quantitatively confirmed.

【００５２】上記したような、投射レンズ３の中心にイ
オンビーム４のクロスオーバを形成するための操作手順
や実施例１で示した投射レンズ３の中心軸上にイオンビ
ーム４を通すための操作手順、および、投射レンズ強度
の揺動に伴なうイオンビーム投射像の像位置変動量の許
容範囲、レンズ電圧の調節に際しての昇圧速度、降圧速
度、投射レンズ電圧に重畳させる変動電圧の振幅および
中心電圧などの諸条件を、信号処理装置１６内に予めプ
ログラムとして入力しておき、このプログラムに従って
装置各部の制御を自動的に行なわせるようにすれば、目
的とするイオンビームの軌道修正を短時間で自動的に行
なわせることができ、より一層効率的である。The operation procedure for forming the crossover of the ion beam 4 at the center of the projection lens 3 and the operation for passing the ion beam 4 on the central axis of the projection lens 3 shown in the first embodiment as described above. Procedure, allowable range of image position fluctuation amount of ion beam projection image due to fluctuation of projection lens strength, step-up speed, step-down speed when adjusting lens voltage, amplitude of fluctuating voltage to be superimposed on projection lens voltage, and By inputting various conditions such as the central voltage into the signal processing device 16 as a program in advance and automatically controlling each part of the device in accordance with this program, the target ion beam trajectory correction can be shortened. It can be done automatically in time, which is even more efficient.

【００５３】[0053]

【発明の効果】本発明によれば、照射レンズからのイオ
ンビームを投射レンズ中心軸上に容易かつ正確に通し、
かつ、投射レンズ中心位置に容易かつ正確に照射レンズ
からのイオンビームのクロスオーバを形成させることが
できるため、試料表面上にボケや歪の小さな高精度のパ
ターン投射像を容易に形成することができる。According to the present invention, the ion beam from the irradiation lens can be easily and accurately passed through the central axis of the projection lens,
In addition, since the ion beam crossover from the irradiation lens can be formed easily and accurately at the center position of the projection lens, it is possible to easily form a highly accurate pattern projection image with little blurring or distortion on the sample surface. it can.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図１】本発明を適用してなるイオンビーム投射装置の
概略構成を示す図である。FIG. 1 is a diagram showing a schematic configuration of an ion beam projection apparatus to which the present invention is applied.

【図２】本発明によるイオンビーム投射装置のイオン光
学系部分の概略構成を示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a schematic configuration of an ion optical system portion of an ion beam projection apparatus according to the present invention.

【図３】図２のイオン光学系において、イオン源軸と投
射レンズ軸との双方が光学軸に一致していて試料面への
イオンビーム投射が理想的な場合のイオンビーム軌道を
示す図である。FIG. 3 is a diagram showing an ion beam trajectory in the ion optical system of FIG. 2 when both the ion source axis and the projection lens axis coincide with the optical axis and the ion beam projection onto the sample surface is ideal. is there.

【図４】図２のイオン光学系において、イオン源軸が光
学軸(照射レンズ軸)からズレている場合のイオンビーム
軌道を示す図である。4 is a diagram showing an ion beam trajectory when the ion source axis is deviated from the optical axis (irradiation lens axis) in the ion optical system of FIG.

【図５】図２のイオン光学系において、投射レンズ軸が
光学軸(照射レンズ軸)からズレている場合のイオンビー
ム軌道を示す図である。5 is a diagram showing an ion beam trajectory when the projection lens axis is displaced from the optical axis (irradiation lens axis) in the ion optical system of FIG.

【図６】図２のイオン光学系において、照射レンズがオ
ーバーフォーカス状態の場合のイオンビーム軌道を示す
図である。6 is a diagram showing an ion beam trajectory when the irradiation lens is in an overfocus state in the ion optical system of FIG.

【図７】図２のイオン光学系において、照射レンズがア
ンダーフォーカス状態の場合のイオンビーム軌道を示す
図である。7 is a diagram showing an ion beam trajectory when the irradiation lens is in an underfocus state in the ion optical system of FIG.

【図８】図３に示したイオン源軸と投射レンズ軸との双
方が光学軸に一致している理想的な光学系において、投
射レンズ強度を揺動させた時のイオンビーム軌道および
投射像の変化を示す図である。8 is an ideal optical system in which both the ion source axis and the projection lens axis shown in FIG. 3 coincide with the optical axis, and the ion beam trajectory and projected image when the projection lens intensity is swung. It is a figure which shows the change of.

【図９】図４に示したイオン源軸が光学軸からズレてい
る光学系において、投射レンズ強度を揺動させた時のイ
オンビーム軌道および投射像の変化を示す図である。9 is a diagram showing changes in ion beam trajectory and projected image when the projection lens intensity is swung in the optical system in which the ion source axis shown in FIG. 4 is displaced from the optical axis.

【図１０】図５に示した投射レンズ軸が光学軸からズレ
ている光学系において、投射レンズ強度を揺動させた時
のイオンビーム軌道および投射像の変化を示す図であ
る。10 is a diagram showing changes in the ion beam trajectory and projected image when the projection lens intensity is swung in the optical system shown in FIG. 5 in which the projection lens axis is displaced from the optical axis.

【図１１】図９における問題点を解決するための本発明
による方法を説明するための図である。11 is a diagram for explaining a method according to the present invention for solving the problem in FIG. 9. FIG.

【図１２】図１０における問題点を解決するための本発
明による方法を説明するための図である。FIG. 12 is a view for explaining a method according to the present invention for solving the problem in FIG.

【図１３】図３に示したイオン源軸と投射レンズ軸との
双方が光学軸に一致している理想的なイオン光学系にお
いて、照射レンズ強度が適正である場合に投射レンズ強
度を揺動させた時の、光学軸上を通るイオンビームの軌
道およびその像位置の変化を示す図である。FIG. 13: In the ideal ion optical system in which both the ion source axis and the projection lens axis shown in FIG. 3 coincide with the optical axis, the projection lens strength is oscillated when the irradiation lens strength is appropriate. FIG. 6 is a diagram showing a trajectory of an ion beam passing along an optical axis and a change in its image position when the irradiation is performed.

【図１４】図３に示したイオン源軸と投射レンズ軸との
双方が光学軸に一致している理想的なイオン光学系にお
いて、照射レンズ強度が適正である場合に投射レンズ強
度を揺動させた時の、ステンシルマスクの最外部から投
射レンズに入射するイオンビームの軌道およびその像位
置の変化を示す図である。14 is an ideal ion optical system in which both the ion source axis and the projection lens axis shown in FIG. 3 coincide with the optical axis, and the projection lens strength is oscillated when the irradiation lens strength is appropriate. It is a figure which shows the track | orbit of the ion beam which injects into a projection lens from the outermost part of a stencil mask, and the change of the image position when it is made to do.

【図１５】本発明が適用されるべきイオンビーム投射装
置の従来の基本構成を示す図である。FIG. 15 is a diagram showing a conventional basic configuration of an ion beam projection apparatus to which the present invention is applied.

【図１６】本発明の実施例をより明瞭に理解するため
に、投射レンズ電圧，アライナ電圧および像移動量の変
化の関係を示した図である。FIG. 16 is a diagram showing a relationship among changes in a projection lens voltage, an aligner voltage, and an image movement amount in order to more clearly understand the example of the present invention.

【図１７】従来のイオンビーム投射装置の一構成例を示
す図である。FIG. 17 is a diagram showing a configuration example of a conventional ion beam projection apparatus.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

１，３１，５１，５１’，６０，１７１……イオン源、 ２，４０，５２，８３，１７３……照射レンズ、 ３，４３，５４，８６，１３３，１７８……投射レン
ズ、 ４，３２，５６，５６’，５６”，６１……イオンビー
ム、 ８２，９２，１０２，１１２，１２２……イオンビー
ム、 １３２，１４１，１７２……イオンビーム、 ５……加速電源、 ６……照射レンズ電源、 ７，７’７”……投射レンズ電源、 ８，３４，５３，８５，１３０，１７４……ステンシル
マスク、 ９，３７，５５，１７９……試料、 ８７，１３４……試料面、 １０，１７５……マスクステージ、 １１，１８０……試料ステージ、 １２，１２’，１１３，１１４……アライナ、 １４……ビーム検出器、 １５……画像表示手段、 １６……信号処理装置。1, 31, 51, 51 ', 60, 171 ... Ion source, 2, 40, 52, 83, 173 ... Irradiation lens, 3, 43, 54, 86, 133, 178 ... Projection lens, 4, 32 , 56, 56 ', 56 ", 61 ... Ion beam, 82, 92, 102, 112, 122 ... Ion beam, 132, 141, 172 ... Ion beam, 5 ... Accelerating power supply, 6 ... Irradiation lens Power supply, 7, 7'7 "... Projection lens power supply, 8, 34, 53, 85, 130, 174 ... Stencil mask, 9, 37, 55, 179 ... Sample, 87, 134 ... Sample surface, 10 , 175 ... Mask stage, 11, 180 ... Sample stage, 12, 12 ', 113, 114 ... Aligner, 14 ... Beam detector, 15 ... Image display means, 16 ... Signal processing device.

Claims (16)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項１】イオン源からのイオンビームを照射レンズ
を介して開口パターンを有するステンシルマスク上に照
射し、上記ステンシルマスクを通過したイオンビームを
投射レンズの略中心位置に集束させて、上記投射レンズ
によって形成される上記開口パターンの像を試料表面上
に投射するイオンビーム投射方法において、上記投射レ
ンズの強度を揺動させて、この投射レンズ強度の揺動に
伴う上記開口パターン像の像位置の揺動量を測定する工
程を含んでなることを特徴とするイオンビーム投射方
法。1. A stencil mask having an aperture pattern is irradiated with an ion beam from an ion source through an irradiation lens, and the ion beam passing through the stencil mask is focused on a substantially central position of a projection lens to be projected. In the ion beam projection method of projecting the image of the aperture pattern formed by the lens on the surface of the sample, the intensity of the projection lens is oscillated, and the image position of the aperture pattern image accompanying the oscillation of the intensity of the projection lens. An ion beam projection method comprising the step of measuring the fluctuation amount of the ion beam. 【請求項２】上記の開口パターン像の像位置揺動量がよ
り小さくなるように、上記イオン源から上記照射レンズ
へのイオンビームの軌道を修正する工程をさらに含んで
なることを特徴とする請求項１に記載のイオンビーム投
射方法。2. The method further comprising the step of correcting the trajectory of the ion beam from the ion source to the irradiation lens so that the image position fluctuation amount of the aperture pattern image becomes smaller. Item 1. The ion beam projection method according to Item 1. 【請求項３】上記のイオンビーム軌道を修正する工程
が、上記イオン源と上記照射レンズとの間に設置された
アライナを用いて行なわれることを特徴とする請求項２
に記載のイオンビーム投射方法。3. The ion beam trajectory correction step is performed using an aligner installed between the ion source and the irradiation lens.
The ion beam projection method described in 1. 【請求項４】イオン源からのイオンビームを照射レンズ
を介して開口パターンを有するステンシルマスク上に照
射し、上記ステンシルマスクを通過したイオンビームを
投射レンズの略中心位置に集束させて、上記投射レンズ
によって形成される上記開口パターンの像を試料表面上
に投射するイオンビーム投射方法において、上記投射レ
ンズの強度を揺動させて、この投射レンズ強度の揺動に
伴う上記開口パターン像の像中心位置付近における像倍
率の変動量を計測する工程を含んでなることを特徴とす
るイオンビーム投射方法。4. The stencil mask having an opening pattern is irradiated with an ion beam from an ion source through an irradiation lens, and the ion beam passing through the stencil mask is focused at a substantially central position of a projection lens to be projected. In the ion beam projection method of projecting the image of the aperture pattern formed by the lens on the surface of the sample, the intensity of the projection lens is oscillated, and the image center of the aperture pattern image accompanying the oscillation of the intensity of the projection lens An ion beam projection method comprising a step of measuring a variation amount of an image magnification near a position. 【請求項５】上記の開口パターン像の像中心位置付近に
おける像倍率の変動量がより小さくなるように上記照射
レンズの強度を調整する工程をさらに含んでなることを
特徴とする請求項４に記載のイオンビーム投射方法。5. The method according to claim 4, further comprising the step of adjusting the intensity of the irradiation lens so that the variation of the image magnification near the image center position of the aperture pattern image becomes smaller. The described ion beam projection method. 【請求項６】イオン源からのイオンビームを照射レンズ
を介して開口パターンを有するステンシルマスク上に照
射し、上記ステンシルマスクを通過したイオンビームを
投射レンズの略中心位置に集束させて、上記投射レンズ
によって形成される上記開口パターンの像を試料表面上
に投射するイオンビーム投射方法において、上記投射レ
ンズの強度を揺動させて、この投射レンズ強度の揺動に
伴う上記開口パターン像の像中心位置近傍における像位
置の揺動量を検出し、この像位置揺動量が予め定められ
た像位置揺動量の許容範囲内に入るように、上記イオン
源から上記照射レンズに向かうイオンビームの軌道を修
正する工程と、上記投射レンズの強度を揺動させて、こ
の投射レンズ強度の揺動に伴う上記開口パターン像の像
中心位置近傍における像倍率の変動量を計測し、この像
倍率変動量が予め定められた像倍率変動量の許容範囲内
に入るように上記照射レンズの強度を調整する工程とを
含んでなることを特徴とするイオンビーム投射方法。6. A stencil mask having an opening pattern is irradiated with an ion beam from an ion source through an irradiation lens, the ion beam passing through the stencil mask is focused on a substantially central position of a projection lens, and the projection is performed. In the ion beam projection method of projecting the image of the aperture pattern formed by the lens on the surface of the sample, the intensity of the projection lens is oscillated, and the image center of the aperture pattern image accompanying the oscillation of the intensity of the projection lens The amount of fluctuation of the image position near the position is detected, and the trajectory of the ion beam traveling from the ion source to the irradiation lens is corrected so that the amount of fluctuation of the image position falls within a predetermined allowable range of the amount of fluctuation of the image position. And the intensity of the projection lens is oscillated, and the intensity of the projection lens is oscillated in the vicinity of the image center position of the aperture pattern image. Measuring a variation amount of the image magnification, and adjusting the intensity of the irradiation lens so that the variation amount of the image magnification falls within a predetermined allowable range of the variation amount of the image magnification. Ion beam projection method. 【請求項７】上記の試料表面上に投射されるべき開口パ
ターン像をイオンビーム検出器上に投射し、該イオンビ
ーム検出器からの検出信号に基づいて上記開口パターン
像を画像表示する工程をさらに含んでなることを特徴と
する請求項１〜６のいずれかに記載のイオンビーム投射
方法。7. A step of projecting an aperture pattern image to be projected on the sample surface onto an ion beam detector, and displaying the aperture pattern image as an image based on a detection signal from the ion beam detector. The ion beam projection method according to any one of claims 1 to 6, further comprising: 【請求項８】イオンビームを生成するためのイオン源
と、上記イオン源からのイオンビームを通過させ得る開
口パターンを有するステンシルマスクと、上記イオン源
からのイオンビームを上記ステンシルマスク上に照射す
るための少なくとも照射レンズを含むイオンビーム照射
光学系と、上記ステンシルマスクを通過したイオンビー
ムを試料表面上に投射するための一段の投射レンズを含
むイオンビーム投射光学系とを備え、上記ステンシルマ
スクを通過したイオンビームを上記投射レンズのほぼ中
心位置に集束させて上記試料表面上に上記開口パターン
の像を投射させるイオンビーム投射装置において、上記
試料表面上に投射される上記開口パターンの像を検出す
るためのイオンビーム検出手段と、上記投射レンズのレ
ンズ強度を揺動させるためのレンズ強度揺動手段と、上
記ステンシルマスクを通過したイオンビームが上記投射
レンズの中心軸上を通るように上記イオン源から上記投
射レンズに到る間のイオンビームの軌道を修正するため
のイオンビーム軌道修正手段とがさらに付加されてなる
ことを特徴とするイオンビーム投射装置。8. An ion source for generating an ion beam, a stencil mask having an opening pattern through which the ion beam from the ion source can pass, and an ion beam from the ion source are irradiated onto the stencil mask. An ion beam irradiation optical system including at least an irradiation lens for, and an ion beam projection optical system including a one-step projection lens for projecting the ion beam that has passed through the stencil mask onto the sample surface. In an ion beam projection device that focuses the passing ion beam at a substantially central position of the projection lens and projects the image of the aperture pattern on the surface of the sample, the image of the aperture pattern projected on the surface of the sample is detected. And the ion beam detection means for moving the lens strength of the projection lens. A lens strength oscillating means for correcting the trajectory of the ion beam from the ion source to the projection lens so that the ion beam passing through the stencil mask passes on the central axis of the projection lens. An ion beam projection apparatus further comprising ion beam trajectory correcting means. 【請求項９】上記イオンビーム検出手段が、蛍光板とＣ
ＣＤとの組み合わせからなるイオンビーム検出器を含ん
でなることを特徴とする請求項８に記載のイオンビーム
投射装置。9. The ion beam detecting means comprises a fluorescent plate and C
9. The ion beam projection apparatus according to claim 8, further comprising an ion beam detector which is a combination with a CD. 【請求項１０】上記イオンビーム検出手段が、微小なフ
ァラデーカップをアレイ状に配列してなるイオンビーム
検出器を含んでなることを特徴とする請求項８に記載の
イオンビーム投射装置。10. The ion beam projection apparatus according to claim 8, wherein the ion beam detection means includes an ion beam detector in which minute Faraday cups are arranged in an array. 【請求項１１】上記のレンズ強度揺動手段が、上記投射
レンズに供給されるレンズ電圧に変動電圧を重畳させる
ための変動電圧供給用電源を含んでなることを特徴とす
る請求項８に記載のイオンビーム投射装置。11. The lens strength oscillating means includes a variable voltage supply power source for superposing a variable voltage on a lens voltage supplied to the projection lens. Ion beam projection device. 【請求項１２】上記のイオンビーム軌道修正手段が、上
記イオン源と上記投射レンズとの間に設置されたアライ
ナを含んでなることを特徴とする請求項８に記載のイオ
ンビーム投射装置。12. The ion beam projection apparatus according to claim 8, wherein the ion beam trajectory correcting means includes an aligner installed between the ion source and the projection lens. 【請求項１３】上記のイオンビーム軌道修正手段が、上
記投射レンズおよびまたは上記イオン源を光学軸に対し
て垂直な面内で微動させるための微動手段であることを
特徴とする請求項８に記載のイオンビーム投射装置。13. The ion beam trajectory correcting means is a fine movement means for finely moving the projection lens and / or the ion source in a plane perpendicular to the optical axis. The described ion beam projection apparatus. 【請求項１４】上記イオンビーム検出手段からの検出信
号を取り込んで上記開口パターン像の像形状および像位
置を検知するための信号処理を行なう信号処理手段がさ
らに付加されてなることを特徴とする請求項８〜１３の
いずれかに記載のイオンビーム投射装置。14. A signal processing means is further added for receiving a detection signal from said ion beam detecting means and performing signal processing for detecting an image shape and an image position of said aperture pattern image. The ion beam projection device according to any one of claims 8 to 13. 【請求項１５】上記のイオンビーム検出手段からの検出
信号に基づいて上記開口パターン像を画像表示するため
の画像表示手段がさらに付加されてなることを特徴とす
る請求項８〜１４のいずれかに記載のイオンビーム投射
装置。15. An image display means for displaying the image of the aperture pattern image based on a detection signal from the ion beam detection means is further added. Ion beam projection apparatus according to item 1. 【請求項１６】上記イオン源が、液体金属イオン源、電
界電離イオン源、および微小放出点を持つプラズマイオ
ン源のうちのいずれかであることを特徴とする請求項８
〜１５のいずれかに記載のイオンビーム投射装置。16. The ion source is any one of a liquid metal ion source, a field ionization ion source, and a plasma ion source having a minute emission point.
15. The ion beam projection device according to any one of to 15.