JPS62160648A - 集束イオンビ−ム装置 - Google Patents

集束イオンビ−ム装置

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JPS62160648A
JPS62160648A JP61002784A JP278486A JPS62160648A JP S62160648 A JPS62160648 A JP S62160648A JP 61002784 A JP61002784 A JP 61002784A JP 278486 A JP278486 A JP 278486A JP S62160648 A JPS62160648 A JP S62160648A
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ion beam
lens
voltage
deflecting
main surface
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Hiroshi Sawaragi
宏 澤良木
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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】 (産業上の利用分野) 本発明は集束イオンビーム装置に関し、更に詳しくは加
速電圧を変化させても色収差、レンズ軸外収差が増加せ
ず、又、ビームの照射位置も変化しない集束イオンビー
ム装置に関する。
(従来の技術) 集束イオンビーム装置は、原子をイオン化させ、それを
取出してビームとし、このイオンビームを物質に照射し
て物質の形や性質を変え、或いはその物質から発生する
2次イオンの質i数を測定することによりその物質を分
析しようとする装置である。第6図は従来のイオンビー
ム装置の電気的構成例を示す図である。図において、1
はイオンビーム加速用の高圧を発生する加速電圧発生回
路、2はイオンを出射するエミッタ、3はエミッタ2か
らイオンを発生させる引出し電極、4は該引出し電極3
に電位を与える引出し電圧印加用電源である。加速電圧
発生回路1の出力電圧としては例えば200KV程度が
用いられ、引出し電圧印加用電源4の供給電圧としては
、例えば5KV程度が用いられる。5はその内部を通過
するイオンビ−ムを加速する多段加速管、6は該加速管
5に多段の加速電圧を与える分圧器である。該分圧i3
6としては、例えば高耐圧用の分圧抵抗が用いられる。
7は静電型レンズで構成されイオンビームを集束させる
コンデンサレンズ、8は通過するイオンのうち質量の違
うイオンを分離する質a分1lff器である。該質m分
離器8は、通過するイオンに磁界と、該磁界に直交する
電界を印加し、不要イオンを除去するものである。即ち
、磁界中を通過するイオンは貿司の小さいイオンから順
に軌道が大きく曲げられる性質を利用し、更に必要なイ
オンビームを直進させるように11場に直交する電界を
与えて、不要イオンを除去するものである。9は同じく
静電型レンズで構成された対物レンズ、10はイオンビ
ームをX、Y2方向に走査する偏向器、11は最終的に
イオンビームが照射する試料である。22は加速電圧発
生回路1の出力電圧が印加される分圧器で、分圧器6と
同様に例えば高圧用の分圧抵抗が用いられる。分圧器2
2には図に示すようなタップ△、B tfi設けられて
おりタップAの分圧電圧は対物レンズ9に、タップBの
分圧電圧はコンデンサレンズ7に印加されている。
このように構成された装置の動作を説明すれば、以下の
通りである。
エミッタ2において発生し、引出し電極3の間口部を通
過した高輝度イオンビームは、6段の加速管5で加速さ
せられる。多段加速管5を通過した高速イオンビームは
、コンデンサレンズ7で集束された後、質量分離器8で
不要イオンが除去され、対物レンズ9で再度集束され、
偏向器10で所定方向に偏向させられた後試料(被照射
物)11を照射する。この結果試料11の表面にイオン
注入が行われる。
第7図はこのようにして形成されたイオンビームが試料
11に照射されるまでの軌跡を示す図である。図中の番
号は、第6図の構成要素の番号と対応している。印加電
圧は一例として加速電圧200KVの場合コンデンサレ
ンズ7の電圧が50KV1対物レンズ9の電圧が100
KV程度である。
以上のように集束イオンビーム装置は試料にイオン注入
を行うが、注入の深さは物質により、又はその必要性に
より一様でないので注入深さを変える必要がある。注入
深さの制御は加速電圧を変えることによって行っている
。一方性入団を一定にする必政性及び正確な描画等の見
地から、試料11上におけるイオンビームの径〈プロー
ブ径という)を損力小さくする必要があり、そのために
は特に色収差量を小さくする必要がある。集束イオンビ
ーム装置には一般に静電型レンズが用いられていて、上
記の色収差量を小さくするためにはレンズ強度を強くす
る必要があり、レンズ強度を強くづ−るとイオンビーム
の集束距離が短くなって動作距離が短くなるため、第2
図(イ)のようにレンズ13の後に偏向器10を置く方
式は出来なくなり、第2図(ロ)のようにレンズ13の
前に置いた2段偏向器12a、12bで偏向しなくては
ならなくなる。又、色収差量△WCは次式で表わされる
6w(=(CcXα)×ΔV/V   −(1)但し、 Cc:色収差係数 α:ビームの開き角 ■:加速電圧 ΔV:出射イオンのエネルギー幅 前述のように注入深さの副部のために加速電圧を変える
と(1)式のように色収差量が変化し、特に加速電圧を
下げて用いると色収差量が増加してビームが絞れなくな
ってしまう。これを解決するために次の様な静電レンズ
が使用されている。
第3図において5枚電極構成のレンズを示しである。エ
ミッタ側から電極をLl、L2.L3,1−4及びLs
とすると、Lr、Lsを接地し、L3に可変の電ffV
i 、L2 にVi /2、Llにスイッチ21によっ
て切替える50kVと25kVの電源を接続する。この
構成の対物レンズ13において前記加速電圧Vを例えば
200,100.50KVに変化させた際に、前記Vi
を変化させると共に、スイッチ21を切り換えており、
そのため対物レンズ13における電位分布は第4図に示
す通りになる。従って、レンズの主面位置が加速電圧の
低下に伴って試料11の方へ前進する。ところで、色収
差係数Ccは電界と物点の位置によって決まる常数であ
って、レンズの主面位置と集束点の距離が小さくなる程
色収差係数は小さくなる。そのため、加a電圧の低下に
伴って主面位置が試料側に移動する上記装置においては
、(1)式から明らかなように、加速電圧■が小さくな
ることによる色収差量の増加はCcの低下による色収差
量の減少によって相殺され、色収差量ΔWCは変化しな
い。
(発明が解決しようとりる問題点) 前述のようにレンズの色収差を小さくするためレンズ強
度を強くし、従って前置2段偏向器を使って第3図の5
枚構成レンズを使用すると次の問題を生ずる。第5図に
おいて加速電圧V−200kVのときの対物レンズ13
の主面位置を1311V−100kVのときの対物レン
ズ13の主面位置を132 、V−50kV(7)とき
(7)それを133とすると、V−200kVのとき偏
向器12で偏向されたイオンビームは対物レンズの主面
位置131の中心を通る。V−100kVになると対物
レンズ13の主面位置は132に移動しているが、イオ
ンビームはレンズ131の中心を通るので同じように対
物レンズ13に入ったイオンビームはレンズ主面位置1
32において中心をずれているため、レンズ作用により
結像点が試料11の中心軸寄りに移動する。V−50k
Vのときは対物レンズ13のレンズ主面位置は133に
なっておりイオンビームはレンズ131の中心を通るの
で、レンズの中心位置を更にずれることになって試料1
1上の結像点が更に中心軸寄りに移動する。従ってレン
ズ軸外収差が発生し、同時に試料11上でプロー1位置
が動いてしまう。
本発明は上記の問題点に鑑みてなされたもので、その目
的は加速電圧の変化によってレンズの主面位置がずれて
もイオンビームの試料11上のプローブ位置が変化しな
い集束イオンビーム装置を実現することである。
(問題点を解決するための手段) 前記の問題点を解決するための本発明は、被照射物に照
射されるイオンビームの加速電圧を低下させた際に複数
枚電極構成の対物レンズの電極に与える電圧を変化させ
て、被照射物に対するレンズ主面位置を被照射物寄りに
移動させることにより色収差量の増加を抑制する手段を
有し、該手段の前に2段の偏向器を設け、該2段の偏向
器による偏向により被照射物へのイオンビームの照射位
置を所定位置に制御するようにした集束イオンビーム装
置において2、前記主面位置の移動にかかわらず、常に
該主面の中心を偏向支点としてイオンビームが偏向され
るように前記加速電圧を表わす情報に基づいて前記2段
の偏向器の偏向ゲインを切り換える手段を備えたことを
特徴とするものである。
(作用) イオンの注入深さを変えるために加速電圧を変化させた
とき、対物レンズの構成電極に与える電圧が変化してレ
ンズの主面位置を移動させ、色収差量の増加を抑制する
集束イオンビーム装置において、レンズの主面位置の移
動量に応じて偏向器に直流偏向電圧を与えてイオンビー
ムにレンズの各主面位置の中心を通過させ、試料上のプ
ローブ位置を一定に保つ。
(実施例) 以下に図面を参照して本発明の実施例につき詳細に説明
する。
第1図は本発明の実施例を示ずブロック図である。図中
、14は走査信号発生器、15a、15bは掛算器、1
6は偏向ゲインメモリ、17は加速電源、18a、18
bはアンプである。偏向器12a、12bには各々掛算
器15a、15b。
OA変換器19a、19b、アンプ18a、18bを介
して走査信号が走査信号発生114から与えられる。2
0はCPU′C−あり、CPtJ20より加速電圧Vを
指定する信号が加速電源17に送られていると共に、指
定した加速電圧■に対応する偏向器12a、12bの偏
向ゲインデータQa。
Gbを偏向ゲインメモリ16より読み出すためのアドレ
ス指定信号がCPU20より偏向ゲインメモリ16に送
られるようになっている。加速電源17の出力加速電圧
をそれぞれ200kV、100kV及び50kVにする
ことによって、対物レンズの主面位置は13+ 、13
z 、133と変化する。今、CPU20よりの制御信
号を加速電源17に送ってV−200kVにすると、対
物レンズの主面位置は131になるが、この時CPU 
20は偏向ゲインメモリ16よりV−200kVに対応
した偏向ゲインデータGa I 、 Gb +を読み出
すため、走査信号発生器14よりの走査信号X。
YはIJ)i器15a、15bにおいて各々Qal。
Gb+倍された後、DA変換1519a、19bに送ら
れる。そのため、イオンビームは軌跡■を画いて対物レ
ンズの主面位置13 lの中心を通るように偏向器12
a、12bにより偏向される。加速1源17からの加速
電圧をV−100kVとすると、対物レンズの主面位置
は132になるが、この場合にはCPU20は偏向ゲイ
ンメモリ16より対応する偏向ゲインデータQa z 
、 Gb 2を読み出すため、イオンビームが軌跡■を
画き対物レンズ主面位置132の中心を通るように、偏
向器12a、12bにより偏向される。加速電圧がV−
50kVになったときも同様に、イオンビームの軌跡が
■になるように偏向ゲインメモリ16より読み出された
データに基づいて偏向器12a。
12bの偏向ゲインが変えられる。以上のように加速電
圧が変化すると対物レンズ13の主面位置が変化するが
、それに応じて偏向器12a、12bの偏向ゲインが変
えられるため、常にレンズ主面位置の中心をイオンビー
ムが通過する。そのためレンズ軸外収差を生じないと共
に試料11上のプローブの位置も変化しない。以上の偏
向ゲインの補正量は装置固有のものであり、又、今後こ
れらの集束イオンビーム装置では、制御は寸べてCPU
によって行われるものと考えられるので、偏向ゲイン量
は個々の装置についてメモリに書込んでおけばよい。
ここに挙げたのは一例であって、例えば5枚構成のレン
ズへの電圧の与え方はこれに限ったものでなく、如何よ
うにでもなし得るものである。又、上述した実施例にお
いては、5枚電橋構成の対物レンズを備えた装置に本発
明を適用したが、3枚構成の対物レンズを備えた装置に
も本発明は同様に適用できる。更に又、上述した実施例
においては、ディジタルII)算器により偏向ゲインを
切り換えるようにしたが、アナログ回路により偏向ゲイ
ンを切り換えるようにしてもよいし、ソフト的に偏向ゲ
インを切り換えるようにしてもよい。
(発明の効果) 以上詳細に説明したように本発明によれば、加速電圧を
変化さけても色収差量が増えないようにレンズ主面位置
を変化させる対物レンズにおいて、レンズ主面位置が変
化してもイオンビームがそれぞれの主面位置の中心を通
過して軌外収差を生ぜず試料面上のプローブの位置も動
かない。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例のブロック図、第2図はレンズ
強度と偏向器の位置に関する説明図、第3図は5枚構成
の対物レンズの構成図、第4図は加速電圧と対物レンズ
の電位分布の関係図、第5図は加速電圧とイオンビーム
の軌跡の関係図、第6図は従来の集束イオンビーム装置
の概略構成図、第7図はイオンビームの軌跡を示す図で
ある。 2・・・エミッタ    3・・・引出し電極5・・・
加速管     7・・・コンデンサレンズ8・・・質
量分離器   9・・・対物レンズ10.12a、12
b−・・偏向器 13・・・対物レンズ 131.132.133 ・・・対物レンズの主面位置 14・・・走査信号発生器 15a、15b−・・掛算器 16・・・偏向ゲインメモリ 17・・・加速電源   18a、18b・・・アンプ
19a 、 19b−OA変換器 20・・・CPU

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 被照射物に照射されるイオンビームの加速電圧を低下さ
    せた際に複数枚電極構成の対物レンズの電極に与える電
    圧を変化させて、被照射物に対するレンズ主面位置を被
    照射物寄りに移動させることにより色収差量の増加を抑
    制する手段を有し、該手段の前に2段の偏向器を設け、
    該2段の偏向器による偏向により被照射物へのイオンビ
    ームの照射位置を所定位置に制御するようにした集束イ
    オンビーム装置において、前記主面位置の移動にかかわ
    らず、常に該主面の中心を偏向支点としてイオンビーム
    が偏向されるように前記加速電圧を表わす情報に基づい
    て前記2段の偏向器の偏向ゲインを切り換える手段を備
    えたことを特徴とする集束イオンビーム装置。
JP61002784A 1986-01-08 1986-01-08 集束イオンビ−ム装置 Expired - Lifetime JPH063720B2 (ja)

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JPH063720B2 JPH063720B2 (ja) 1994-01-12

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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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