JPH0378739B2 - - Google Patents

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JPH0378739B2
JPH0378739B2 JP14788683A JP14788683A JPH0378739B2 JP H0378739 B2 JPH0378739 B2 JP H0378739B2 JP 14788683 A JP14788683 A JP 14788683A JP 14788683 A JP14788683 A JP 14788683A JP H0378739 B2 JPH0378739 B2 JP H0378739B2
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JP
Japan
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filter
ion beam
ion
focusing
lens
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JP14788683A
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JPS6039748A (ja
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Etsuo Ban
Masahiko Okunuki
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Jeol Ltd
Original Assignee
Nihon Denshi KK
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Publication date
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Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/30Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
    • H01J37/304Controlling tubes by information coming from the objects or from the beam, e.g. correction signals

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、特定質量数のイオンビームを所定の
面上に微小に集束させる装置の改良に関する。
EHD(Electro Hydro Dynamic)型の液体金
属イオン源は、エミツシヨン電流が安定して得ら
れる特長があり、半導体素子等の微細加工技術へ
の適用が期待されているが、この型のイオン源は
イオン発生物質として低融点の共晶合金や同位元
素を含む金属を加熱して用いるため、イオン源か
ら質量数の異なった複数種類のイオンビームが同
時に発生し、その分離のために質量分離フイルタ
ーを組込むと、該フイルターにおける質量分散だ
けでなく、エネルギー分散のためにビームを充分
に集束させることが難かしくなる欠点があった。
この問題に関し、本発明者らは互いに直交する電
場と磁場を組合せたウイーン型フイルターの中心
にイオン源のクロスオーバー像を形成するような
経路からフイルターに入射させれば、フイルター
内におけるイオンビームのエネルギー分散量を最
少にできることを理論的に解明した(特願昭57−
186919号参照)が、実際の装置においてウイーン
型フイルターの中心にクロスオーバー像が形成さ
れているか否かを確認することは容易ではなかつ
た。
本発明は、イオンビーム集束系に組込まれたウ
イーン型フイルターの中心にイオン源のクロスオ
ーバー像を形成するような経路からイオンビーム
がフイルターに入射してるか否かを容易に確認で
きるようにすることを目的とするもので、イオン
源から発散するイオンビームを集束レンズ、ウイ
ーン型フイルター及び対物レンズを用いて所定の
面上に前記イオン源のクロスオーバ像を形成する
ように集束させる装置において、前記所定面上に
形成される複数のクロスオーバ像の間隔を測定す
る手段を設けたものである。
第1図は、本発明によるイオンビーム集束装置
の一例を示すものである。図中一点鎖線1は真空
鏡筒を示し、その内部上方にはイオンビームを放
射するエミツタ(電極)2等が収納されている。
エミツタ2にはその先端部に保持される共晶合金
その他のイオン発生物質2aの液体状態を保つた
め、エミツタに通電加熱を行う加熱電源3aが接
続されており、更にエミツタ2には加速電源3b
によつて+10KVから+30KV程度の電位が印加
されている。又、エミツタ2の近傍にはエミツタ
に対してイオン引出用の強電界を与えるためのエ
クストラクタ(電極)4が配置されており、該エ
クストラクタ4には引出電源5によりエミツタ2
に対して−5KV程度の電圧が印加される。エク
ストラクタ4の下方に配置される接地(加速)電
極6とエクストラクタ5の間には中間電極7が配
置されており、これらエクストラクタ5、中間電
極7及び接地電極6は静電型の(第1)集束レン
ズ8を構成し、接地電位からエクストラクタ5の
電位の間の電位を中間電極7に印加する集束レン
ズ電源9の出力を調整することによりエミツタか
ら(Z軸に沿つて)下方に発散されるイオンビー
ムに対する集束作用を調整することができる。集
束レンズ8の下方にはウイーン型フイルター10
が配置されており、破線で示す領域内のX軸方向
に形成される電場EとY軸方向に形成される磁場
Bの強度はフイルター電源11の出力によつて可
変される。ウイーン型フイルターの下方に配置さ
れたスリツト12はフイルターによつて分散され
たイオンビームをカツトするためのもので、該ス
リツト12を通過したイオンビームは2つの接地
電極13a,13bと対物レンズ電源15によつ
て正極性の電位の与えられる中間電極14から構
成される対物(第2集束)レンズ16によつて集
束作用をうけた後、試料17を照射する。一般に
エミツタ2の先端表面から放射されるイオンビー
ムの経路は複雑であるが、全体としてみるとあた
かも特定領域から直線的に発散するような経路を
とるため、この特定領域に仮想イオン源即ちクロ
スオーバーがあるとみなすことができる。前記集
束レンズ8と対物レンズ16は、このクロスオー
バーから発散するイオンビームを順次集束して、
2番目のクロスオーバー縮小像を試料17の面上
に結像するためのものである。対物レンズ16と
試料の間には偏向電極18が設けられており、該
偏向電極18に印加される偏向電源19の出力を
調整することによつて試料上のイオンビーム照射
位置を任意に移動させることができる。又、イオ
ンビーム照射によつて試料16から発生する二次
電子は検出器20によつて電気信号として検出さ
れ、その電気信号は表示装置21と信号測定回路
22へ印加され、偏向電源19の出力と対応させ
て信号表示又は信号測定が行われる。偏向電源1
9から走査信号を出力させて、イオンビームによ
つて試料面上の一定領域を二次元的に走査すると
共に、検出器20から供給される信号を輝度変調
信号として用いることにより、表示装置21の陰
極線管画面に試料表面に関する二次電子像を表示
させることができる。又、信号測定回路22の出
力信号は中央制御回路(CPU)23に印加され、
中央制御回路23は集束レンズ電源9とフイルタ
ー電源11に制御信号を供給する。
第1図の装置を用いてイオンビームを最適状態
で集束させる操作、即ち集束レンズ強度の最適調
整操作は、次のような手順で行なわれる。
先ず、エミツタ2の先端に質量数69と72の
原子から成るガリウム(Ga)を液体状態のまま
保持し、引出し電源10の出力を+5KV程度に
してエミツターから69Gaの陽イオンビームと
72Gaのイオンビームを発散させる。又、集束
レンズ電源9と対物レンズ電源15の出力を適当
な値に設定してこれらのイオンビームが試料上に
集束されるように設定し、更に表示装置21の陰
極線管画面に走査像が表示されるようにしてお
く。ウイーン型フイルター10については、注目
する69Gaイオンの速度をvとしてE=vBの条
件が満足されるようにフイルター電源11を調整
する。この調整により69Gaイオンビームから
72Gaイオンビームを分離することができ、E
=vBの条件が満足されればE,Bの値を大きく
する程質量分離の効果が大きくなるが、本発明に
よる集束レンズ調整段階においてはE,Bの値は
余り大きくせずに、フイルター10によつて分離
された72Gaイオンビームが十分な分離を受け
ることなしにスリツト12を通過できる程度に設
定しておく。尚、電場Eと磁場Bを弱くする代り
にスリツト12の間隙を大きなものに交換しても
よいが、その交換操作に高い精度の再現性を求め
ることは難しいので実用的ではない。
このような装置の設定により、フイルターによ
つて質量分離された2種類のイオンビームは試料
17上に到達し、夫々別個にイオン源のクロスオ
ーバー像を結像する。第2図は、フイルター10
内におけるイオンビーム経路を表したもので、2
4は対物レンズ16のレンズ主面位置を示し、フ
イルターに入射するイオンビームはその速度に応
じてIa,Ib,Icに示すような経路をとる。この場
合、分離されたイオンビーム経路の接線Cb,Cc
は必ずフイルターの中心Oを通る。従つて、フイ
ルターに入射するイオンビームがフイルターの中
心Oにクロスオーバー像を結像するような経路か
ら入射している場合には、表示装置21に表示さ
れる走査画像を観察しながら像が鮮明になるよう
に対物レンズ電源15の出力を(フオーカシン
グ)調整すれば、フイルターによつて分離された
イオンビームIbやIcも分離されないイオンビーム
Iaと同じく試料面上の一点Paにクロスオーバー
像を結像することができる。これに対して、フイ
ルターに入射するイオンビームがフイルターの中
心Oではなく、例えばフイルターの入射端10a
にクロスオーバー像を結像するような経路から入
射しているような場合には、前述した要領で対物
レンズ電源15の出力を調整すると、フイルター
で分離されたイオンビームIb,Icは試料面上にお
いてPaと離れた位置Pb,Pcにクロスオーバー像
を結像するようになる。このような状態で試料走
査を行うことは、複数本のイオンビームによつて
試料面上を走査することに相当するので表示装置
21の陰極線管画面には、第3図にその一例を示
すように円形に表示されるべき試料像が二重に表
示されるようになる。
次に、表示装置に表示される二重像を観察しな
がら、集束レンズ電源9の出力を少しづつ変化さ
せ二重像の間隔が短くなつてついには一致するよ
うに調整する。この調整によりイオンビームのク
ロスオーバー像をフイルターの中心Oに結像させ
ることができるので、フイルター10内における
エネルギー分散を最小に抑えることができる。そ
してこの状態からフイルタ電源11の出力調整を
行い、フイルター10の電場Eと磁場Bの強度を
E=vBの条件を満足させながら強くしてイオン
ビームの質量分離を強く調整すれば72Gaのイ
オンビームはスリツト12を通過できなくなり、
試料上には69Gaのイオンビームのみによるク
ロスオーバー像を結像させることが可能となる。
本発明による集束レンズ強度の最適調整は、以
下のように自動的に行うこともできる。先ず、試
料17の代わりに直線状の端部を有するナイフエ
ツヂ等を本来の試料表面位置にセツトしておく。
次に中央制御回路23を作動させて予め記憶させ
ておいたプログラムに従つて、フイルター電源1
1の出力を69Gaと72Gaのイオンビームを弱
く分離できる状態に設定し、偏向電源19の出力
を二次元走査信号から線走査信号に切換える。こ
の状態では、試料面位置の複数位置に結像したク
ロスオーバー像がナイフエツヂのX方向と垂直な
Y方向に線走査されるため、検出器20の出力信
号波形は第4図aに示すような波形となつて、表
示装置21の陰極線管画面に表示される。信号測
定回路22は、先ず第4図aに示される入力信号
を微分して第4図bに示すような波形とし、各ク
ロスオーバー像に対応する各ピーク信号の間隔
t1,t2を測定して中央制御回路23内の一時記憶
回路に記録させる。次に、中央制御回路23は集
束レンズの電源9の出力を増減どちらか方向に変
化させ、変化後の信号ピーク間隔を測定して前記
一時記憶回路の記憶された間隔t1,t2と比較し、
その比較結果に基づいて集束レンズ電源9の次の
出力変化量と極性を制御する。
このような制御を繰返して最終的には各信号ピ
ークの間隔が略零となるように集束レンズ電源9
の出力を自動設定する。このような自動設定が行
われれば、フイルターに入射するイオンビームを
フイルターの中心にクロスオーバー像を結像する
ような経路からフイルターに入射させることがで
きる。又、第4図bの波形におけるピークの幅w
はイオンビームのナイフエツヂ面におけるフオー
カス状態を表わしているので、信号幅wを最小に
する手順を自動化して対物レンズ電源15のフオ
ーカス合わせ操作を収束レンズ強度の自動設定と
併せて自動化することも容易である。
尚、本発明は上記実施例に限定されるものでは
なく、ウイーン型フイルターを組込んだ装置であ
れば、例えば3段以上のレンズを用いてイオンビ
ームを集束する装置やガリウムの代わりに金Au
とアルミAIからなる共晶合金をイオン発生物質
とする装置に本発明を適用することも容易であ
る。
以上詳述した如く、本発明は、所定面上に形成
される複数のクロスオーバ像の間隔を測定する手
段を設けたので、ウイーン型フイルターの中心に
イオン源のクロスオーバー像を形成する様な経路
からイオンビームがフイルターに入射しているか
否かが容易に確認出来る。そして、該複数像の間
隔が零となる様に集束レンズの強度を調整してい
るので、ウイーン型フイルターの中心にクロスオ
ーバー像を結像させるような方向からイオンビー
ムをフイルターに入射させることが容易になるの
で、質量分離を行うフイルター内におけるエネル
ギー分散の少ない状態でイオンビームを集束させ
ることが容易に可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例装置を示す略図、第
2図は第1図の装置の動作を説明するための略
図、第3図及び第4図は本発明の他の実施例を説
明するための図である。 1……真空鏡筒、2……エミツター、3a……
加熱電源、3b……加速電源、4……エクストラ
クタ、5……引出電源、6……接地電極、7……
中間電極、8……集束レンズ、9……集束レンズ
電源、10……ウイーン型フイルター、11……
フイルター電源、12……スリツト、13a,1
3b……接地電極、14……中間電極、15……
対物レンズ電源、16……対物レンズ、17……
試料、18……偏向電極、19……偏向電源、2
0……検出器、21……表示装置、22……信号
測定回路、23……中央制御回路、24……対物
レンズ主面。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 質量数の異なる複数種類のイオンビームを発
    生するインオ源と、該イオン源から発散するイオ
    ンビームを順次集束させて所定の面上にイオン源
    のクロスオーバ像を形成するための集束レンズ及
    び対物レンズと、該集束レンズと対物レンズの間
    に設けられ互に直交する電場と磁場を発生するウ
    イーン型フイルターと、前記所定の面上に形成さ
    れる複数のクロスオーバ像の間隔を測定する手段
    と、該複数像の間隔が零となるように前記集束レ
    ンズの強度を調整する手段を備えたことを特徴と
    するイオンビーム集束装置。
JP14788683A 1983-08-12 1983-08-12 イオンビ−ム集束装置 Granted JPS6039748A (ja)

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JP14788683A JPS6039748A (ja) 1983-08-12 1983-08-12 イオンビ−ム集束装置

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JPS6039748A JPS6039748A (ja) 1985-03-01
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