JPS62108442A - 静電レンズ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、集束イオンビームによる打込みや露光などに
使用する集束イオンビーム装置などにおいて、試料上で
ビーム走査する時に動的焦点補正を行うに好適な静電レ
ンズに関する。

〔発明の背景〕

従来の静電レンズは集束イオンビーム装置などに組込ま
れて使用されている。集束イオンビーム装置の概略を第
１図に示し、従来の静電レンズについて説明する。イオ
ン源のエミッタ１と引出し電極２との間に例えば１０Ｋ
ｖ程度の電圧を引出し電源３により印加し、それにより
エミッタ１より引出されたイオンを加速電源４により例
えば１００ＫＶ程度に加速する。イオンは静電レンズ５
により試料７上に集束される。その集束ビームは偏向電
極８により走査される。静電レンズ５は。

２枚以上の電極で構成されるものであるが、ここでは３
枚電極でるη成されているアインツェル・レンズが用い
られている。この静電レンズ５は両端電極６．６′が接
地電位であり、中央電極６′に約８０ＫＶの高電圧がレ
ンズ電源９より印加される。試料７からはイオンビーム
照射により２次電子１１が放出して２次電子検知器１２
より検知され、２次電子像ＮＩ！測部１３により、試料
表面に関する情報が観測されたり、ビーム径がモニター
されたりする。イオンマイクロビーム装置では、ビーム
径を細くする。つまり、試料７上の所定の場所にビーム
を偏向電極８で偏向し、かつレンズ５により正確に焦点
を合わせてよく用いられる。そのためにはイオン打込み
、露光などの作業に先立ちレンズ電圧ＶＬを最適レンズ
電圧の前後約１００ｖの間を走査し、ビーム径をモニタ
ーしながらそのビーム径の最小値を前もって探索するこ
とになる。しかし、この従来静電レンズでは、１００Ｋ
Ｖ程度の高電圧のレンズな源９で、わずか±１００ｖ程
度の範囲を、、０．５Ｖ以下の精度で走査するには、時
定数が大きいため１．０秒程度以上が必要となる。焦点
合わせの短時間化という点で欠点があった。

また、厳密には試料７上でのビーム偏向の中心とその周
辺とではそれらのビーム照射点とレンズ５の中心までの
距離がわずか異なっている。従って、ビーム径を０．１
μｍ程度と非常に集束してイオン打込み、露光などの作
業をする場合は、レンズ５の焦点を偏向位置の関数とし
て補正する６つまり動的焦点補正をする必要がある。こ
の従来静電レンズでは、１００ＫＶ程度の高電圧のレン
ズ電源９で、±１００ｖ程度の範囲を±２Ｖｖ１度の精
度で変化させるには数ＩＱｍｓｅｃの時定数が必要であ
り、高速のビーム偏向に対しては応答性の点で問題があ
った。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、焦点合せも富めてビーム径の調整が正
確に、かつ敏速に行える静電レンズを捉供することにあ
る。

〔発明の概要〕

上記目的も達成するために、本発明においては。

共軸に並べたｎ（ただし、ｎは４以上の整数）枚の円孔
をもつ電極からなるレンズにおい′Ｃ、ビーム軸の片側
から順に数えて、両端の第１と第ｎ番目の電極は接地、
第２あるいは第（ｎ−１，）番目のいずれかの電極の電
位は、他の残りの電極の電位より接地電位に近く、かつ
、その電位は高速に可変できる制御電源から印加され、
他の残りの電極は所定の電位が印加されるよう高圧電源
に接続されていることを特徴としている。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第２図によ゛り説明する。第
２図は集束イオンビーム装置の概略図であり、本発明の
実施例の静電レンズ５ａを示している。イオン源のエミ
ッタ１から放出されたイオンは静電レンズ５ａにより試
料７上に集束される。

レンズ５ａは４枚電極６．６’　、６’　、６″′で構
成されており、共軸で円孔を持っている。これらの４枚
電極を６．６’　、６“、　６”’　をイオン源側から
数えて、第１番目と第４番目の電極、６゜６″は接地電
位である。第３１１ｉ極６″′にレンズ電源９．より最
適電位にほぼ近い電位を与え、焦点合わせに関して粗調
整を行う。第２電極に補助レンズ電源１４より電位ΔＶ
　＋、を与える。ビーム径は試料７から放出される二次
電子１１を検知器１２で検知し、ビーム走査信号と対応
させることにより、ビーム制御部１５で計測する。補助
レンズ電源１４の出力電圧ΔＶＬは、所定のビーム偏向
位置に対して、ビーム制御部１５からのビーム径に応じ
た制御信号によりビーム径が最小あるいは所定の値にな
るように設定する。イオン打込み。

霧光などの作業に先立ち、前もって試料７上のビーム走
査範囲内の全てのビーム偏向位置に対して。

ビーム制御部１５でΔｖ１、の設定値を求め、メモリー
に書込む。

実際の作字時にはビーム制御部１５内のメモリーから偏
向電源１０からの走査信号に対応してΔＶＬの制御信号
を読み出し、この制御信号を補助レンズ電源１４に送り
、ビームを照射すればよい。ビーム照射をオン、オフす
るためにビームをビーム軸から偏向するブランギング用
電極が必要であるが、これは第２図に示していない。

本実施例では、Ｇａ液体金属イオン源を用い、１００Ｋ
Ｖで加速したＧａ＋ビームの焦点合わせに対して、静電
レンズ５ａの第３ｆｉ目のレンズ電極６′の電位は８１
ＫＶに粗調整し、その後、第２番目のレンズ電極６′の
電位Δｖしを補助レンズ電源１４から与え、偏向中心場
所で最小ビーム径となるΔｖしの最適値５４０Ｖを得た
。この時の最小ビーム径は０．５μｍ、ビーム電流は約
０．４ｎＡであった。補助レンズ電源１４に最高電圧Ｉ
ＫＶの電源を用いて±２ｖの精度で調整するには数１、
Ｑｍｓｅｃで可能となり、高速のビーム径の調整つまり
動的焦点補正が可能となった。

次に本発明の別の実施例を第３図を用いて説明する。第
３（ａ）は、本発明の静電レンズの概略構成の側面図で
あり第２図の静電レンズ５ａに対応するものである。第
３図（ｂ）は第３図（ａ）の第２番目電極６′を取り出
し、この概略構成の正面図である。電極６′は円孔を持
つ板状電極が８等分に分割されたものから構成されてお
り、それぞれの電極■〜■には第３図（ｂ）に書き込ん
だ電位が補助レンズ電源１４′　（図示されていない）
から与えられる。ここで、 Ｖａ＝Ｖｓ−ｃｏｓ（２θ＋　）、Ｖｂ＝Ｖｓ−ｃｏｓ
（２θ−一）でＶｓは０〜２ｏＯｖの可変ＤＣ，θはＯ
〜２７ｃの可変量である。又、ΔＶｏは第２図の場合と
同様に０〜ＩＫＶの可変ＤＣである。この第３図の静電
レンズを第２図の集束イオンビーム装置の静電レンズ５
ａに組み込むことにより、動的焦点補正ばかりでなく非
点補正も可能になった。ここで、非点補正とは、レンズ
電極などの絹み立てにおけるビーム軸に対するずれ、レ
ンズ電極の円孔の形状の軸対称からのずれなどによるビ
ーム軸に対する非対称成分のビームの拡がりを補正する
ものである。

さらに本発明の静電レンズはその構成電極の両端が必ら
ず接地電位となるため、静電レンズの特性が設置される
周囲の電界分布の影響を受けないという長所をもってい
る。

〔発明の効果〕

本発明によれば、焦点合わせを含めたビー１１径調整が
正確に、かつ敏速に行え、焦束イオンビーム装置などに
組み込むことにより、イオン打込みや露光などが高能率
で行えるようになった。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の静電レンズを用いた焦束イオンビーム装
置の基本構成図、第２図は本発明の一実施例を示す静電
レンズを用いた焦束イオンビーム装置の基本構成図、第
３図は本発明の静電レンズの他の実施例である。 １・・エミッタ、２・・・引出し電極、３・・・引出し
電源、４・・・加速電源、５ａ・・・静電レンズ、６．
６’　、６’　。 ６″′・・・レンズ電極、７・・・試料、８・・・偏向
電極、９・・・レンズ電源、１０・・・偏向電源、１１
・・・２次電子、１２・・・２次電子検知器、１３・・
・２次電子像観側部、１４・・・補助レンズ電源、１５
・・・ビーム制御部、１６・・・真空容器。 第　ｊ　口

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、共軸の並べたｎ枚（ただし、ｎは４以上の整数）の
   円孔をもつ電極からなる静電レンズにおいて、ビーム軸
   の片側から順に数えて、第１と第ｎ番目の電極は接地、
   第２あるいは第（ｎ−１）番目のいずれかの電極の電位
   は、他の残りの電極の電位より接地電位に近く、かつそ
   の電位は高速に可変できる制御装置から印加され、他の
   残りの電極は所定の高電位が印加されるよう高圧電源に
   接続されていることを特徴とする静電レンズ。 ２、第２あるいは第（ｎ−１）番目のいずれかの電極が
   ビーム軸を中心に８等分に分割され、それぞれの電極に
   独立に電位を印加する制御電源が接続されていることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載の静電レンズ。