JPH0249533B2 - Kadenbiimusochi - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［技術分野］ 本発明は、電子デバイスにおいて絶縁物膜上に
被着したシリコン等からなる半導体膜を高品質化
するいわゆるSOI製作技術等に使用するためのも
ので線状荷電ビームによつて試料面上を走査する
荷電ビーム装置に関し、特に、線状荷電ビームの
電流密度分布を高精度に制御し得るようにしたも
のである。

［従来技術］ 従来、SOI膜製作用のビーム装置の一つとして
レーザアニール装置があるが、この従来装置につ
いては試料面の光による反射率の違い等によつて
アニール条件が異なるという問題点が指摘されて
いた。かかる問題点を解決するために、従来、第
１図に示すような電子ビームアニール装置が開発
されていた。図示の電子ビームアニール装置は磁
界レンズを用いて形成したスポツトビームにより
試料面を走査するようにしたものでる。１は電子
銃、２，３は磁界レンズ、４は電子ビーム偏向
器、５は試料である。かかる従来の電子ビームア
ニール装置においては、電子銃１からの電子ビー
ムを磁界レンズ２，３によつて試料５の面上に集
束し、偏向器４によつてＸ軸方向に高速走査する
とともにＹ軸方向に低速走査して、試料たる半導
体膜の結晶化を制御している。かかる構成の従来
装置においては、スポツトビームの走査条件を最
適化するのが困難であり、広い面積に亘つて十分
に結晶化を行ない難いという欠点があつた。ま
た、線状フイラメント等を用いて電子銃１からの
電子ビームを線状にし、その線状電子ビームを磁
界レンズ２，３により試料５面上に結像させて偏
向器４により一方向に走査するように作動させて
も、線状電子ビームの電流密度分布を制御できな
いために、結晶化が可能な面積や形状が制限され
るという欠点があつた。

一般に、レーザアニール装置については、1/4
波長板と複屈折板とを用いてレーザビームをスプ
リツトし、二つのビームの合成によつて得られる
双峰状のエネルギー分布を有するレーザビームを
用いたアニール装置の有効性が指摘されている
が、試料面における光の吸収特性が被照射物質に
固有のものであるために、試料面の光吸収特性に
応じて照射レーザビームに供給するエネルギーを
制御するのが困難であつた。一方、電子ビームア
ニール装置においては、線状電子ビーム発生源を
用いても双蜂状エネルギー分布の線状電子ビーム
を形成するのが困難であり、また、スポツトビー
ム走査においては電子ビーム走査用信号波形を制
御して等価的に双蜂状のエネルギー分布をもたせ
ることも試みられたが、アニール条件を高精度に
制御するには不十分であり、効率の点からも難点
があつた。

［発明の要点］ 本発明の目的は、上述した従来の欠点を除去
し、電子光学的に特異なレンズ作用を利用して線
状荷電ビーム上の電流密度分布を変化させ、双峰
状エネルギー分布など所望のエネルギー分布を有
する線状荷電ビームを試料面上に形成して高精度
な制御を可能にした荷電ビーム装置を提供するこ
とにある。

すなわち、本発明荷電ビーム装置は、荷電ビー
ム発生源と、少なくとも１組の多極子と開口電極
との組合わせまたは、２組以上の多極子の組み合
わせよりなる荷電粒子線レンズを備え、少なくと
も１箇所の電流密度の高い点を有するとともに、
その点の位置および電流密度を制御し得る線状荷
電ビームを形成するようにしたことを特徴とする
ものである。なお、本明細書中では、四極子、六
極子、八極子等を多極子とよぶ。

［実施例］ 以下の図面を参照して実施例につき本発明を詳
細に説明する。

まず、本発明荷電ビーム装置の例として、電子
ビームアニール装置の構成例を第２図に示す。図
示の構成において、１は電子銃、２は双峰状のエ
ネルギー分布を有する線状電子ビームを形成する
ための２組の電界型の四極子と閉口電極の組合わ
せからなるレンズ系であり、そのうち、２１およ
び２２はそれぞれ四極子であり、２３および２４
は、それらと四極子２１および２２をそれぞれ励
起して八極子レンズ作用をさせるための開口電極
である。３はレンズ系２によつて形成した線状電
子ビームを試料５の面上に投影して集束させるた
めの磁界レンズ、４はその線状電子ビームを試料
５の面上の任意の位置に偏向して走査するための
偏向器、５はアニールすべき試料である。

一般に、電子ビーム装置に用いられている磁界
レンズのみによつては双峰状エネルギー分布を有
する線状電子ビームを形成することはできない。
例えば、電子銃に線状陰極を用いてグリツドバイ
アスを変化させ、あるいは、非点収差補正用のス
テイグメータ等によつて電子ビーム断面形状を歪
ませたりすることによつても、双峰状の電流密度
分布を形成させ、あるいは、制御することは困難
である。

これに対し、第２図示の構成例においては、四
極子レンズ系の軸非対性を利用して線状電子ビー
ムを形成するのではなく、開口電極を併用し、あ
るいは、八極子レンズ自体を用いた八極子レンズ
作用によつてＸ方向およびＹ方向の開口収差を任
意に制御し得るようにし、その結果として、双峰
状のエネルギー密度分布を有する線状電子ビーム
を形成しており、しかも、双峰状をなして高いエ
ネルギー密度を有する２点間の距離および線状ビ
ームの長さ全体を制御することも可能にしてあ
る。

かかる長所を有する本発明装置の作用について
さらに詳述すると、電子ビームアニール装置のよ
うに、電子ビーム発生源からの電子ビームの利用
効率を高くする必要がある場合には、電子ビーム
電流は使用する電子レンズ系の特性によつて制約
を受ける。しかして、電子レンズ系の特性は、焦
点特性と収差、特に開口収差によつて決まる。す
なわち、四極子レンズ系においては、XZ面のビ
ーム開き角すなわち角口角をαとし、YZ面の開
口角をβとすると、Ｘ方向とＹ方向との開口収差
による電子ビームの広がりΔXとΔYとはそれぞ
れつぎの(1)式および(2)式のように表わされる。

ΔX＝C_A30α³＋C_A12αβ² (1) ΔY＝C_A21α²β＋C_A03β³ (2) ここに、C_A30、C_A12、C_A21、C_A03は、磁界レン
ズ等の球面レンズの球面収差係数に対応する開口
収差係数である。

一般に、四極子レンズ系によつて線状電子ビー
ムを形成する場合に、その開口収差係数が０であ
れば、点状電子源からの電子ビームは第３図ａに
示すような線状電子ビームとなる。しかしなが
ら、実際には、電子源が有限の大きさを有してい
るために、四極子レンズ系におけるＸ方向および
Ｙ方向のレンズ倍率をそれぞれ掛けた寸法に集束
されることになる。そこで、第２図に示したよう
な２段構成の電界型四極子レンズ系において、
XZ面については発散−集束レンズ作用を受け、
また、YZ面については集束−発散レンズ作用を
受けるように四極子を励起して線状電子ビームを
形成した場合には、開口収差係数C_A03、C_A21とも
に正の値をとる場合が多く、開口収差によるビー
ムの広がりを誇張して表わすと第３図ｂに示すよ
うな断面形状の電子ビームになる。一般に、多段
構成の四極子レンズ系においては、ビーム軌道値
が大きくなる方向の開口角の３乗に比例した開口
収差係数C_A30は、他の開口収差係数より大きい
が、開口収差係数C_A12、C_A21、C_A03は磁界レンズ
の球面収差係数と同程度かそれ以下である。した
がつて、実用的な電子ビームの開口角内における
線状電子ビームの線幅の変化は小さい。

上述したところに基づき、第２図示の構成例に
おけるように四極子２１，２２にそれぞれ近接し
て配置した開口電極２３，２４、あるいは、八極
子自体を用いることにより、開口収差係数C_A21が
負の値をとるように八極子レンズ作用を誘起させ
ると、多くの場合では開口収差係数C_A03はさらに
大きい値をとり、線状電子ビームの線幅は開口収
差によつて第３図ｃあるいはｄに示すように変化
する。

ここで、四極子レンズ系に入射する電子ビーム
の電流分布が一様であり、開口収差の制御を行わ
なかつた場合のビーム電流密度が第４図ａに示す
ようになつているとすると、上記の説明から明ら
かなように、それぞれの収差係数を適当な値にと
るように八極子レンズ作用を調整し、ビーム集束
を第３図ｄのようにすることによつて第４図ｂに
示すようなビーム電流密度分布を作り出すことが
できる。ここで第４図ｂの電流密度の高い２点間
の距離ｌは開口電極または八極子の励起強度によ
つて制御することができ、線状ビームの長さＬは
四極子の励起強度を制御することによつて、それ
ぞれほとんど独立して調整できることが特徴長で
ある。

なお、第２図示の構成例においては、電子銃１
に線状陰極を用いれば、アニール等の高効率化を
図るうえで極めて有効である。また、線状ビーム
形成用の四極子レンズ系は３段構成にすることも
できる。さらに、双峰状のビーム電流密度分布を
得るには、前述したように、基本的には開口収差
係数C_A03をある程度大きくするとともに、開口収
差係数C_A21が負の値をとるようし、(2)式に基づい
て開口収差によるビームの広がりが第３図ｄに示
したようになるように開口電極２３，２４あるい
は八極子の励起強度を調整することになるが、そ
の他にも、他の開口収差係数をも制御することに
よつて一層高品位の電子ビーム集束を図ることも
可能である。

また、本発明による荷電ビーム装置で使用する
四極子、八極子等の多極子は電界型、磁界型いず
れの場合でもレンズ励起強度に対する収差係数の
変化に違いはあるが同様に取り扱うことができ
る。

以上の説明においては、四極子レンズ系に入射
する電子ビームの電流密度分布が第４図ａに示す
ように一様な場合について述べたが、線状電子ビ
ームの線幅内に入射する全エネルギーについて
も、その密度分布を第４図ｂに示すような双峰状
になるように制御する場合には、電子ビーム発生
源を変えてホロービームを形成させたり、あるい
は、第２図示の構成例におけるレンズ系２のビー
ム入射側もしくは出射側に線幅方向や線の長さ方
向に制御を加える絞り手段を設けること等によつ
て所望の密度分布を容易に実現し得ることは明ら
かである。

なお、本発明による荷電ビーム装置においては
以上に説明した電子ビームのみならず、イオンビ
ームについても上述したと同様に線状ビームの密
度分布制御を行なうことができる。例えば、第２
図示の構成例における電子銃１をイオン発生源に
換えるとともに、磁界レンズ３を電界型レンズと
してのユニポテンシヤルレンズあるいは四極子レ
ンズ等に置換すれば、イオンビームを電子ビーム
と同様に制御することができる。

［効果］ 以上の説明から明らかなように、本発明によれ
ば、通常、荷電ビーム装置に使用されているレン
ズ系によつては実現が不可能なエネルギー密度分
布を有する線状荷電ビームを形成することができ
るので、高品位の結晶薄膜の製作等に適用して顕
著な効果を挙げることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の電子ビームアニール装置の概略
構成を示す線図、第２図は本発明荷電ビーム装置
の概略構成の例を示す線図、第３ａ〜ｂは同じく
その荷電ビーム集束における開口収差による荷電
ビーム断面形状の例をそれぞれ示す線図、第４図
ａおよびｂは従来および本発明によるビーム電流
密度分布の態様をそれぞれ示す特性曲線図であ
る。 １……電子銃、２，３……レンズ系、４……偏
向器、５……試料、２１，２２……四極子巻線、
２３，２４……開口電極。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 荷電ビーム発生源と、少なくとも１組の多極
   子と開口電極との組み合わせまたは、２組以上の
   多極子の組み合わせよりなる荷電粒子レンズとを
   有する荷電ビーム装置において、前記荷電粒子レ
   ンズの励起電圧または電流を制御することによつ
   て前記荷電粒子レンズを通過後に線状ビームを発
   生させると同時に線状ビーム上の電流分布に変化
   を与え、当該線状ビームを照射する試料面上に少
   なくとも１箇所の電流分布の高い点を生じさせ、
   かつ当該電流分布の高い点の位置および電流密度
   を制御するように構成したことを特徴とする荷電
   ビーム装置。