JP2002117796A - 荷電粒子ビーム装置および集束イオンビーム装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 静電偏向電源に乗っているノイズ成分による
イオンビームへの影響を軽減して、性能のよい荷電粒子
ビーム装置およびＦＩＢ装置を提供すること。 【解決手段】 静電偏向器を多段に分割して、走査倍率
に応じて印加する静電偏向器の実効の面積を切換えるこ
とによって、偏向感度（偏向の変移距離／偏向電圧）を
変えて、ノイズ成分による影響を軽減する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、集束イオンビーム
装置等の荷電粒子ビーム装置に関し、詳しくは静電型偏
向器に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１は、最も一般的な集束イオンビーム
（focused ion beam, ＦＩＢ）装置を説明する図であ
る。図１において、１はイオンビームを放射する液体金
属イオン源のエミッタ、２はイオンの放射を制御するた
めのサプレッサ電極、３はイオンをエミッタから引き出
すための引き出し電極、４はイオンを加速するための加
速電極、５はコンデンサレンズ、６はイオンビーム電流
を制限するための絞り、Ｗは試料、７はイオンビームを
試料Ｗにフォーカスさせるための対物レンズ、８は試料
Ｗを載置する試料ステージである。コンデンサレンズ５
および対物レンズ７は、例えば、３枚の電極から成る静
電型のレンズが用いられる。更に、１０はイオンビーム
を静電的に偏向して、イオンビームを試料Ｗ上で二次元
的に走査するための偏向器、１１は偏向器１０に走査電
圧を印加するための偏向電源、１２は偏向電源１１を制
御するための制御コンピュータである。なお、エミッタ
１から試料Ｗ直前までを、一般にイオン光学系あるいは
イオン照射系と呼び、真空容器中に配置される。

【０００３】次に、このような構成の動作について簡単
に説明する。まず、図示しない加速電圧電源から加速電
圧Ｖacc（例えば５０ｋＶ）が供給され、エミッタ１と
アース間に印加される。同じく図示しない引き出し電圧
電源からエミッタ１から見て負の電圧（例えば−５ｋ
Ｖ）が供給され、引き出し電極３に印加され、エミッタ
１からイオンビームを引き出す。このとき、同じく図示
しないサプレッサ電圧電源からエミッタ１と同程度の電
圧（例えば±１ｋＶ）が供給され、サプレッサ電極２に
印加され、エミッタ１から引き出されるイオンビームＩ
Ｂの放出量(エミッション電流)を制御する。更に、アー
ス電位にある加速電極４によって、イオンビームＩＢは
所定のエネルギ（例えば５０ｋｅＶ）が与えられる。

【０００４】続いて、同じく図示しないコンデンサレン
ズ電源から所定の電圧がコンデンサレンズ５に供給さ
れ、コンデンサレンズ５はイオンビームＩＢを集束す
る。この印加する電圧を適当に選ぶことによって、絞り
６の絞りの穴径と相まって、イオンビーム電流の値が決
定される。更に、図示しない対物レンズ電源からは対物
レンズ７に所定の電圧が供給・印加され、対物レンズ７
はイオンビームを試料Ｗ上にフォーカスさせて照射す
る。

【０００５】このようなイオンビームＩＢは、偏向器１
０によって偏向され、試料Ｗ上の所望の位置に照射され
る。即ち、制御コンピュータ１２は、所望の走査倍率や
所望のシフト量に従って、偏向電源１１に指令を出す。
偏向電源１１は、制御コンピュータ１２からの指令に従
って、所定の電圧を偏向器１０に印加する。偏向器１０
は、その印加電圧に従って、イオンビームＩＢを偏向さ
せて、試料Ｗ上の所望の位置に照射する。

【０００６】なお、ここで走査倍率（あるいは単に倍
率）とは、イオンビームＩＢを試料W上で２次元的に走
査してこのとき試料Wから発生する信号を検出して形成
する走査顕微鏡像を表示する際の像の表示幅Dとその表
示幅に対応する試料上のイオンビームＩＢの走査幅Lの
比で表される（図１３参照）。偏向器１０に印加する走
査のための電圧は、通常、図１４（ａ）および図１４
（ｂ）の如き鋸歯状波を用いる。ここで、横軸は時間、
縦軸は電圧を表す。試料Ｗ上のＸ−Ｙ平面の一方向（例
えばＹ方向）には図１４（ａ）の鋸歯状波、もう一方向
には図１４（ｂ）の鋸歯状波を用いて、テレビのラスタ
の如く試料Ｗ上の一定の範囲（面積）の平面を走査す
る。走査の間、印加電圧は−ＶからＶまで周期的に変化
するが、走査のための印加電圧という場合の電圧は、ピ
ーク値のＶ（場合によってはピークツーピーク値の２・
Ｖ）を指す。

【０００７】また、シフト（あるいはイメージシフト）
とは、走査顕微鏡像の視野を偏向器によって２次元的に
移動させることをいう。図１４（ｃ）および（ｄ）に示
すように、走査のための鋸歯状波に、ある電圧Ｖsｙ、
Ｖｓｘを重畳させて偏向器に印加すればよい。一般に、
偏向器１０は、上記の如き走査機能とシフト機能を合わ
せて行わせることができる。

【０００８】試料Ｗは、図示しない試料交換室を通し
て、試料ステージ８に載置される。試料ステージ８は、
例えば少なくとも水平面内でＸおよびＹ方向に試料Ｗを
駆動・移動させることができるようになっている。この
ように試料ステージ８を駆動して、試料Ｗ上の任意の位
置をイオンビームＩＢの照射位置に移動させることがで
きる。そして一般には、おおよその位置決めには試料ス
テージ８を駆動して行い、細かな位置決めはシフト機能
即ち偏向器１０によって行う。

【０００９】図２および図３は従来の偏向器の近傍の構
成と動作を説明するための図である。図４は偏向器を構
成する偏向子（あるいは偏向電極）を説明するための図
である。図５は２段偏向方式の偏向器の動作を説明する
ための図である。図２は、対物レンズ７の下流側（以
下、イオン源側を上流と呼び、試料側を下流と呼ぶ）に
偏向器１０が配置した１段偏向方式の偏向器の例であ
る。図２において、１０は偏向器である。対物レンズ７
の主面の中心を通過したイオンビームＩＢは偏向器１０
によって偏向され、試料Ｗ上で、イオンビームＩＢの照
射位置が距離Ｌだけ移動する。図３は、対物レンズ７の
上流側に偏向器１０を配置した例であって、２段偏向方
式の偏向器の例である。図３において、１０Ｕは上流側
の偏向器であって上段偏向器と呼び、１０Ｌは下流側の
偏向器であって下段偏向器と呼ぶ。イオンビームＩＢは
上段偏向器１０Ｕで偏向され、続いて下段偏向器１０Ｌ
で上段偏向器１０Ｕでの偏向方向とは逆方向に偏向され
る。このとき、イオンビームＩＢが常に対物レンズ７の
主面の中心を通過するように、上段偏向器１０Ｕの偏向
量と下段偏向器１０Ｌの偏向量の比率を調整しておく。
この調整によって、下段偏向器１０Ｌの偏向量の絶対値
は、上段偏向器１０Ｕでの偏向量の絶対値の２倍前後の
比率となる。従って、偏向されたイオンビームＩＢは対
物レンズ７の主面の中心を通りかつ主面に対して傾いて
照射されるので、試料Ｗ上で、イオンビームＩＢの照射
位置が距離Ｌだけ移動する。

【００１０】図４（ａ）は静電４極子型の偏向器１０を
イオンビームの光軸方向から見た図である。図４（ａ）
において、ｘはＸ−Ｙ平面のＸ方向の軸を表し、ｙはＹ
方向の軸を表す。Ｘ１は光軸中心から見てＸ方向に配置
された偏向子（偏向電極）、Ｘ２は光軸中心から見てＸ
の逆方向に配置された偏向子、Ｙ１は光軸中心から見て
Ｙ方向に配置された偏向子、Ｙ２は光軸中心から見てＹ
の逆方向に配置された偏向子である。このように、静電
４極子型の場合の偏向器１０は、４つの偏向子Ｘ１、Ｘ
２、Ｙ１、Ｙ２から成っている。偏向電源１１からＸ
１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２の各偏向子に、それぞれＶｘ、−
Ｖｘ、Ｖｙ、−Ｖｙの電圧を印加する。このように、互
いに対向する偏向子（Ｘ１とＸ２あるいはＹ１とＹ２）
には電圧の絶対値は同じで極性が異なる電圧が印加され
る。このような電圧が印加されると、イオンビームＩＢ
は印加電圧ＶｘおよびＶｙに対応して偏向される。

【００１１】図４（ｂ）は静電８極子型の偏向器１０を
イオンビームの光軸方向から見た図である。図４（ｂ）
において、ｘはＸ−Ｙ平面のＸ方向の軸を表し、ｙはＹ
方向の軸を表す。Ｘ１は光軸中心から見てＸ方向に配置
された偏向子、Ｘ２は光軸中心から見てＸの逆方向に配
置された偏向子、Ｙ１は光軸中心から見てＹ方向に配置
された偏向子、Ｙ２は光軸中心から見てＹの逆方向に配
置された偏向子であり、ＸＹ１は光軸中心から見てＸと
Ｙの中間の方向に配置された偏向子、ＸＹ２は光軸中心
から見て上記ＸＹ１の逆方向に配置された偏向子、ＹＸ
１は光軸中心から見てＹと−Ｘの中間方向に配置された
偏向子、ＹＸ２は光軸中心から見て上記ＹＸ１の逆方向
に配置された偏向子である。このように、静電８極子型
の場合の偏向器１０は、８つの偏向子Ｘ１、Ｘ２、Ｙ
１、Ｙ２、ＸＹ１、ＸＹ２、ＹＸ１、ＹＸ２から成って
いる。偏向電源１１からＸ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２、ＸＹ
１、ＸＹ２、ＹＸ１、ＹＸ２の各偏向子に、それぞれＶ
ｘ、−Ｖｘ、Ｖｙ、−Ｖｙ、（Ｖｘ＋Ｖｙ）／√２、
（−Ｖｘ−Ｖｙ）／√２、（−Ｖｘ＋Ｖｙ）／√２、
（Ｖｘ−Ｖｙ）／√２の偏向電圧を印加する。この場合
も、互いに対向する偏向子には電圧の絶対値は同じで極
性が異なる電圧が印加される。このような電圧が印加さ
れると、イオンビームＩＢは印加電圧ＶｘおよびＶｙに
対応して偏向される。

【００１２】図５は、図３の２段偏向方式の偏向器の場
合のイオンビームＩＢの軌道を説明する一例である。図
５において、横軸はイオンビームＩＢの光軸に沿った距
離Ｚを表しており、上段偏向器１０Ｕの上流側の端部を
原点としている。縦軸はイオンビームＩＢの光軸を中心
として、例えばＸ方向の距離を表している。この例で
は、まず、イオンビームＩＢの光軸の−１０ｍｍの位置
に絞り６が配置されている。偏向器１０は上段偏向器１
０Ｕ、下段偏向器１０Ｌ共に内径を３ｍｍ、上段偏向器
１０Ｕおよび下段偏向器１０ＬのＺ方向の長さを共に２
０ｍｍとし、両者の間隔を１０ｍｍ空けて配置されてい
る。また、下段偏向器１０Ｌの下流側の端部から１０ｍ
ｍ離れた位置に対物レンズ７の主面がくるように配置
し、更に、１０ｍｍ下流側に試料Ｗが配置されている。
上段偏向器１０Ｕに印加する電圧をＶupper、下段偏向
器１０Ｌに印加する電圧をＶlowerと表すものとする。

【００１３】まず、図５の例において、イオンビームＩ
Ｂが光軸の中心を通って上段偏向器１０Ｕに垂直に入射
した場合について考える。この例においては、 Ｒtilt＝Ｖlower／Ｖupper＝−２．５０ （１） を満たすとき、図５で「tilt」と表した軌道をとる。こ
の軌道は、光軸の中心を通って上段偏向器１０Ｕに垂直
に入射したイオンビームＩＢが上段偏向器１０Ｕである
量の偏向を受け、下段偏向器１０Ｌで逆方向にほぼ２倍
の偏向を受けて振り戻され、対物レンズ７の主面の位置
で光軸と交差するようになっている。このようにして、
イオンビームＩＢは試料Ｗ上で光軸の中心位置から所定
の距離Ｌだけ離れた位置に照射されることになる。この
「tilt」軌道を用いることによって、走査機能とシフト
機能とを実施することができる。これが２段偏向方式の
偏向器の場合の基本的な動作である。このような偏向方
式を「振り戻し式の偏向方式」ということがある。

【００１４】次に、イオンビームＩＢが光軸とある傾斜
角をもって上段偏向器１０Ｕに斜めに入射した場合につ
いて考える。この例においては、 Ｒalign＝Ｖlower／Ｖupper＝−０．６６７ （２） を満たすとき、図５で「align」と表した軌道をとる。
この軌道は、斜めに上段偏向器１０Ｕに入射したイオン
ビームＩＢが上段偏向器１０Ｕである量の偏向を受け、
下段偏向器１０Ｌで逆方向にほぼ１／２程度の偏向を受
けて振り戻され、対物レンズ７の主面の位置で光軸と一
致するようになっている。この「align」軌道を用いる
ことによって、偏向器１０より上流のイオン光学系の光
学軸と偏向器１０より下流のイオン光学系の光学軸との
不一致を調整することができる。

【００１５】そこで一般には、上段偏向器１０Ｕと下段
偏向器１０Ｌの印加する偏向電圧ＶupperとＶlowerは、
上記走査のための印加電圧Ｖscanとシフトのための印加
電圧Ｖshiftと光学軸調整のための印加電圧Ｖalignとを
重畳するようにする。即ち、 Ｖupper＝Ｖscan＋Ｖshift＋Ｖalign （３ ） Ｖlower＝Ｒtilt・（Ｖscan＋Ｖshift）＋Ｒalign・Ｖalign （ ４） である。

【００１６】また、静電型偏向器では、偏向器の感度ｆ
を定義することができる。感度ｆは、偏向器に印加する
単位電圧当りの試料Ｗ上でのイオンビームＩＢの変移の
距離で表される。印加する電圧をＶ、試料Ｗ上で偏向さ
れる距離をＬと表せば、 ｆ＝Ｌ／Ｖ （５） である。更に、走査に用いる鋸歯状波のピークツーピー
クの電圧をＶp-p、試料Ｗ上での走査幅をＬp-pとすれ
ば、 ｆ＝Ｌ／Ｖ＝Ｌp-p／Ｖp-p （６） である。従って、走査像の表示幅をＤ、倍率をＭと表せ
ば、Ｍ＝Ｄ／Ｌp-pであるから、 ｆ＝Ｄ／（Ｍ・Ｖp-p） （７） となる。あるいは、 Ｖp-p＝Ｄ／（ｆ・Ｍ） （８） である。ただし、以下の記載においては、走査幅を単に
Ｌと表し、電圧Ｖp-pあるいはＶp-p／２を単にＶと表
す。

【００１７】さて、このようにして試料Ｗ上に照射され
るイオンビームＩＢは、コンデンサレンズや対物レンズ
によって、細く絞られその太さは１０ｎｍ以下に達す
る。このような装置において、偏向器１０に印加する偏
向電源１１の印加電圧にノイズ成分が含まれていると、
イオンビームＩＢはノイズ成分に比例して変動してしま
う。感度ｆの偏向器において、ピークツーピークで表さ
れる電圧ノイズΔＶの影響によってイオンビームＩＢの
ビーム径の劣化（ビーム径が見掛け上太くなる）量Δｄ
は、おおよそ Δｄ＝ｆ・ΔＶ／√２ （９） で表されるといってよい。従って、電圧ノイズΔＶによ
るイオンビームＩＢのビーム径の劣化を軽減するには、
偏向器の感度ｆを低くすればよいことが分かる。しか
し、単に感度ｆを低くしただけでは、低倍率の走査像が
実現できなくなるとか、低倍率の走査像の場合に異常に
高い偏向電圧を用いなければならい等の問題があり、何
らかの工夫が要求される。

【００１８】ただし、このような偏向電源１１の印加電
圧に含まれる電圧ノイズΔＶによるイオンビームＩＢの
ビーム径の劣化は、高倍率のときには問題となるが、低
倍率のときには問題とはならない。例えば、劣化が１ｎ
ｍ程度であって、画素数が１０００×１０００である走
査像を１００ｍｍ角に表示したとすると、倍率がさほど
高くはない１０００倍のとき１画素当りの試料上の大き
さは１００ｎｍ×１００ｎｍであり、１ｎｍ程度の劣化
は画素内に埋もれてしまうので十分無視できる。しか
し、倍率が高倍の１０万倍になれば、１画素の大きさと
劣化の度合いとが同等の大きさとなり無視できなくな
る。

【００１９】このようなノイズ成分によるイオンビーム
ＩＢの変動は、イオン光学系の性能向上即ちイオンビー
ムＩＢが細く絞られるに伴って無視できなくなり、ＦＩ
Ｂ装置の総合的な性能向上の隘路となってきた。

【００２０】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、かかる状況
に対処すべくなされたものであって、偏向電源からのノ
イズ成分によって、荷電粒子ビームあるいはイオンビー
ムに与える影響の少ない静電偏向器を用いることによっ
て、性能を向上させた荷電粒子ビーム照射系およびＦＩ
Ｂ照射系を提供することを目的としている。

【００２１】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
本発明の荷電粒子ビーム装置は、荷電粒子ビームを発生
し取り出す荷電粒子源と、発生し取り出した荷電粒子ビ
ームにエネルギーを与える加速手段と、加速された荷電
粒子ビームを集束して試料上に照射するレンズと、荷電
粒子ビームを前記試料上で走査するための静電偏向器と
を備える荷電粒子ビーム装置において、前記静電偏向器
は、荷電粒子ビームの軸に沿って複数段配置され、前記
静電偏向器のうちの少なくとも１段を選択する選択手段
と、前記選択された静電偏向器に所定の電圧を印加する
電源手段とを備えたことを特徴とする。

【００２２】また、本発明の集束イオンビーム装置は、
イオンビームを発生し取り出すイオン源と、発生し取り
出したイオンビームにエネルギーを与える加速電極と、
加速されたイオンビームを集束して試料上に照射するレ
ンズと、イオンビームを前記試料上で走査するための静
電偏向器とを備える集束イオンビーム装置において、前
記静電偏向器は、イオンビームの軸に沿って複数段配置
され、前記静電偏向器のうちの少なくとも１段を選択す
る選択手段と、前記選択された静電偏向器に所定の電圧
を印加する電源手段とを備えたことを特徴とする。

【００２３】あるいは、イオンビームを発生し取り出す
イオン源と、発生し取り出したイオンビームにエネルギ
ーを与える加速電極と、加速されたイオンビームを集束
して試料上に照射するレンズと、イオンビームを前記試
料上で走査するための静電偏向器とを備え、該静電偏向
器は上段と下段の２段の静電偏向器から成り、該上段静
電偏向器と該下段静電偏向器に印加する電圧の極性が互
いに異なるようになした集束イオンビーム装置におい
て、前記上段静電偏向器は、イオンビームの軸に沿って
複数段配置され、前記上段静電偏向器のうちの少なくと
も１段を選択する第１の選択手段と、前記選択された上
段静電偏向器に所定の電圧を印加する第１の電源手段
と、前記下段静電偏向器は、イオンビームの軸に沿って
複数段配置され、前記下段静電偏向器のうちの少なくと
も１段を選択する第２の選択手段と、前記選択された下
段静電偏向器に所定の電圧を印加する第２の電源手段と
を備えたことを特徴とする。

【００２４】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図を用いて
説明する。図６は本発明に係る１段偏向方式の偏向器の
場合の構成の例を説明する図、図７は本発明に係る１段
偏向方式の偏向器の寸法等の具体的な一例を説明する
図、図８は本発明に係る１段偏向方式の偏向器の他の例
を説明する図、図９は本発明に係る２段偏向方式の偏向
器の一例を説明する図である。図１０は本発明に係る２
段偏向方式の偏向器の他の例を説明する図である。図１
１は本発明に係る図６の１段偏向方式の変形の例を説明
する図、図１２は本発明に係る図９の２段偏向方式の変
形の例を説明する図である。

【００２５】（実施の形態１）図６において、１０１
は、偏向器１０の各偏向子（例えば４極子型であれば、
Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２）を、イオンビームＩＢの光軸
に対して垂直なある面のところで、上流側と下流側とに
２分割した偏向子で構成された上流側の偏向器であり、
１０２は、下流側の偏向器である。１１は偏向電源、１
２は制御コンピュータ、ＳＷはスイッチである。スイッ
チＳＷは、走査の倍率Ｍのある値を閾値Ｍｔとして、状
態「low」と状態「high」とに切換えられるように制御
コンピュータ１２によって制御される。状態「low」
は、Ｍ≦Ｍｔの場合であって、偏向器１０１と偏向器１
０２とが共に偏向電源１１と接続されている状態であ
り、状態「high」は、Ｍ＞Ｍｔの場合であって、偏向器
１０２は偏向電源１１と接続されているが、偏向器１０
１は偏向電源１１とは接続されずアースに落とされてい
る状態である。なお、偏向器をアースに落とす場合、ス
イッチを配置する位置やアースに落とす位置は、できる
だけ偏向器が配置されている近傍となるようにして、こ
の部分でノイズを拾うようなことがないようにすべきで
ある。

【００２６】更に、ここでいう「偏向器をアースに落と
す」とは、厳密にいえば、図１に示す装置のように加速
電極４がアース電位である場合に限る。従って、イオン
光学系がアースから浮かせている装置や複数の加速電極
（減速電極を含む）を有する装置などでは、厳密には、
「アースに落とすべき」偏向器は偏向器の上流の直近の
加速電極（減速電極を含む）の電位と同電位とすること
が必要である。あるいは、動作的にいえば、「アースに
落とすべき」偏向器はイオンビームＩＢに偏向を与えな
いような電位と同電位とすることが必要である。

【００２７】図７において、偏向器１０１および１０２
の内径を共に４ｍｍ、偏向器１０１のイオンビームＩＢ
の光軸方向の長さを１９．５ｍｍ、偏向器１０２のイオ
ンビームＩＢの光軸方向の長さを９．５ｍｍとしてい
る。そして、偏向器１０１と偏向器１０２とのイオンビ
ームＩＢの光軸方向の間隔を１ｍｍとして配置され、こ
れらが一体となって偏向器１０が構成されるようになっ
ている。更に、偏向器１０２の下流側の端部から１０ｍ
ｍ離れて試料Ｗが配置されている。上記の如くの構成に
おいては、スイッチＳＷを「low」とした場合の偏向器
の感度ｆlowは、 ｆlow＝０．９７３４ （１−１） スイッチＳＷを「high」とした場合の偏向器の感度ｆhi
ghは、 ｆhigh＝０．１８６８ （１−２） である。ただし、ここでの感度は、偏向器の内径を４ｍ
ｍ、偏向器のイオンビームＩＢの光軸方向の長さを３０
ｍｍ（＝１９．５ｍｍ＋９．５ｍｍ＋１ｍｍ）としたと
きの感度を１として、相対的に表した値である。

【００２８】次に、このような構成の動作について説明
する。まず、走査の倍率Ｍが閾値Ｍt以下の場合の動作
について説明する。図６において、制御コンピュータ１
２は、倍率値が閾値Ｍt以下であることを認識すると、
スイッチＳＷを「low」側に倒して、偏向器１０１と偏
向器１０２とを接続する。更に、制御コンピュータ１２
は、状態が「low」であることと倍率値あるいは電圧値
を偏向電源１１に伝える。この情報を基に偏向電源１１
は、状態が「low」である場合の倍率値に対応する偏向
電圧を発生して、偏向器１０１の各偏向子と１０２の各
偏向子とに印加する。走査のための印加電圧Ｖは、感度
ｆを考慮して、 Ｖ＝Ｄ／（ｆlow・Ｍ） （１−３） である。

【００２９】この状態は、偏向器１０１と偏向器１０２
との間隔１ｍｍを無視すれば、イオンビームＩＢの光軸
方向の長さが１９．５ｍｍ＋９．５ｍｍの、長さ約３０
ｍｍのひとつの偏向器として動作することを表してい
る。このようにして印加された電圧に従って、イオンビ
ームＩＢは偏向を受け、試料W上で所定の位置に照射さ
れる。このときの電圧ノイズΔＶの影響によるイオンビ
ームＩＢのビーム径の劣化（ビーム径が太くなる）量Δ
ｄlowは、おおよそ Δｄlow＝ｆlow・ΔＶ／√２ ＝０．９７３４・ΔＶ／√２ （１−４） である。

【００３０】次に、走査の倍率Ｍが閾値Ｍｔを超える場
合の動作について説明する。図６において、制御コンピ
ュータ１１は、倍率値が閾値Ｍｔを超えていることを認
識すると、スイッチＳＷを「high」側に倒して、偏向器
１０１と偏向器１０２とを切り離し、偏向器１０１の各
偏向子をアースに落とす。更に、制御コンピュータ１２
は、状態が「high」であることと倍率値あるいは電圧値
を偏向電源１１に伝える。この情報を基に偏向電源１１
は、状態が「high」である場合の倍率値に対応する偏向
電圧を発生して、偏向器１０２の各偏向子に印加する。
走査のための印加電圧Ｖは、感度ｆを考慮して、 Ｖ＝Ｄ／（ｆhigh・Ｍ） （１−５） である。

【００３１】この状態は、イオンビームＩＢの光軸方向
の長さが１９．５ｍｍのアース電位の単なる円筒（この
円筒はアース電位であるのでイオンビームＩＢに影響を
与えない）の下流側に間隔１ｍｍを空けて配置された、
長さ９．５ｍｍのひとつの偏向器だけが動作することを
表している。このようにして印加された電圧に従って、
イオンビームＩＢは偏向を受け、試料W上で所定の位置
に照射される。このときの電圧ノイズΔＶの影響による
イオンビームＩＢのビーム径の劣化（ビーム径が太くな
る）量Δｄhighは、おおよそ Δｄhigh＝ｆhigh・ΔＶ／√２ ＝０．１８６８・ΔＶ／√２ （１−６） である。

【００３２】従って、スイッチＳＷを状態「high」から
状態「low」に切換えることによって、電圧ノイズΔＶ
の影響によるイオンビームＩＢのビーム径の劣化（ビー
ム径が太くなる）量の比率は、 ｆhigh／ｆlow＝０．１９１９ （１−７） となり、おおよそ１／５に軽減することができる。

【００３３】ところで、上記の比ｆhigh／ｆlowは、分
割する偏向器１０１のイオンビームＩＢの光軸方向の長
さと偏向器１０２のイオンビームＩＢの光軸方向の長さ
との比を大きくすることによって、任意に小さくするこ
とができる。しかし常識的には、電圧ノイズによって劣
化の影響が現れる近傍の倍率を閾値Ｍt と設定するのが
効果的と考えられる。例えば、１万倍で劣化の影響が現
れるとして、閾値Ｍt＝１００００と設定すれば、上記
の例（図６および図７）では１万倍以上では劣化の影響
が１／５に軽減できる。しかしながら、倍率がもっと高
くなって５万倍になれば、再び劣化の影響が現れてく
る。次の実施の形態はそのような場合のための発明であ
る。

【００３４】（実施の形態２）図８は、偏向器１０を多
段に分割した実施例である。１０１は偏向器の各偏向子
（例えば４極子型であれば、Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、Ｙ２）
を、イオンビームＩＢの光軸に対して垂直な（ｎ−１）
個の面で分割したうちの最も上流側の偏向器であり、１
０２は上流側から２番目の偏向器、１０３は上流側から
３番目の偏向器、・・・、１０ｎは上流側からｎ番目即
ち最も下流側の偏向器である。

【００３５】１１は偏向電源、１２は制御コンピュータ
である。ＳＷ１は、状態「low」のとき偏向器１０１を
偏向電源１１と接続し、状態「high」のとき偏向器１０
１を偏向電源１１から切離しアースに落とす切換えスイ
ッチ、ＳＷ２は、状態「low」のとき偏向器１０２を偏
向電源１１と接続し、状態「high」のとき偏向器１０２
を偏向電源１１から切離しアースに落とす切換えスイッ
チ、・・・、ＳＷ（ｎ−１）は、状態「low」のとき偏
向器１０（ｎ−１）を偏向電源１１と接続し、状態「hi
gh」のとき偏向器１０（ｎ−１）を偏向電源１１から切
離しアースに落とす切換えスイッチである。１３は、制
御コンピュータ１２の指令に従ってスイッチＳＷ１〜Ｓ
Ｗ（ｎ−１）の状態を「low」または「high」に切換え
るスイッチコントローラである。

【００３６】更に、制御コンピュータ１２には、（ｎ−
１）個の閾値Ｍｔ１、Ｍｔ２、Ｍｔ３、・・・、Ｍt
（ｎ−１）およびｎ個の感度ｆ１、ｆ２、ｆ３、・・
・、ｆｎが設定されている。なお、ここで、 Ｍｔ１＜Ｍｔ２＜Ｍｔ３＜・・・＜Ｍt（ｎ−１） （２−１） であり、 ｆ１＞ｆ２＞ｆ３＞・・・＞ｆｎ （２−２） である。また、ｉ番目の偏向器１０ｉと、ｉ番目のスイ
ッチＳＷｉと、ｉ番目の閾値Ｍtｉと、ｉ番目の感度ｆ
ｉは互いに対応している。ただし、ｎ番目の偏向器１０
ｎと対応するスイッチと閾値は存在しない。

【００３７】このような構成の動作について説明する。
制御コンピュータ１２は、走査の倍率Ｍと閾値Ｍｔ１〜
Ｍt（ｎ−１）とを比較し、倍率値が閾値以下であるか
超えているかを認識して、各スイッチＳＷｉを倍率値Ｍ
が閾値Ｍtｉ以下であれば「low」側に倒し、倍率値Ｍが
閾値Ｍtｉを超えていれば「high」側に倒す。更に、制
御コンピュータ１２は、倍率値あるいは電圧値を偏向電
源１１に伝える。この情報を基に偏向電源１１は、倍率
値に対応する偏向電圧を発生して、各スイッチＳＷｉに
よって接続されている偏向器の各偏向子に印加する。印
加される電圧Vは、倍率MがＭ≦Ｍｔ１のとき、 V＝D／（ｆ１・M） （２−３） となり、倍率MがＭｔ（ｉ−１）＜Ｍ≦Ｍｔｉ（ｉ＝２
〜（ｎ−１））のとき、 V＝D／（ｆｉ・M） （２−４） となり、倍率MがＭｔ（ｎ−１）＜Ｍのとき、 V＝D／（ｆｎ・M） （２−５） となる。印加された電圧に従って、イオンビームＩＢは
偏向を受け、試料W上で所定の位置に照射される。

【００３８】そして、ｉ番目の感度ｆｉに対応する倍率
Ｍのときの電圧ノイズΔＶの影響によるイオンビームＩ
Ｂのビーム径の劣化（ビーム径が太くなる）量Δｄｉ
は、おおよそ Δｄｉ＝ｆｉ・ΔＶ／√２ （２−６） である。一方、感度ｆｉは、ｆ１＞ｆ２＞ｆ３＞・・・
＞ｆｎであるから、劣化量Δｄｉは、倍率が高くなるに
伴い閾値Ｍｔｉのところでステップ状に感度ｆｉに比例
して、 Δｄ１＞Δｄ２＞Δｄ３＞・・・＞Δｄｎ （２−７） と減少する。

【００３９】（実施の形態３）図９は、本発明を、振り
戻し方式の２段偏向方式の偏向器に応用した場合の構成
と動作を説明する図である。偏向器１０は上段偏向器１
０Ｕと下段偏向器１０Ｌから成り、更に、上段偏向器１
０Ｕと下段偏向器１０Ｌはそれぞれ２つの偏向器に分割
されている。即ち、１０Ｕ１は上段偏向器１０Ｕの分割
された上流側の偏向器、１０Ｕ２は上段偏向器１０Ｕの
分割された下流側の偏向器、１０Ｌ１は下段偏向器１０
Ｌの分割された上流側の偏向器、１０Ｌ２は下段偏向器
１０Ｌの分割された下流側の偏向器である。１１Ｕは上
段偏向器に偏向電圧を印加するための上段偏向電源、１
１Ｌは下段偏向器に偏向電圧を印加するための下段偏向
電源、１２は制御コンピュータ、ＳＷＵおよびＳＷＬは
スイッチである。スイッチＳＷＵおよびＳＷＬは、走査
の倍率Ｍのある値を閾値Ｍｔとして、状態「low」と状
態「high」とに切換えられるように制御コンピュータ１
２によって制御される。状態「low」は、Ｍ≦Ｍｔの場
合であって、偏向器１０Ｕ１と偏向器１０Ｕ２とが共に
上段偏向電源１１Ｕと接続され、かつ偏向器１０Ｌ１と
偏向器１０Ｌ２とが共に下段偏向電源１１Ｌと接続され
ている状態である。この状態における感度ｆはｆlowで
ある。状態「high」は、Ｍ＞Ｍｔの場合であって、偏向
器１０Ｕ２は上段偏向電源１１Ｕと接続されているが、
偏向器１０Ｕ１は上段偏向電源１１Ｕから切離されアー
スに落とされ、かつ偏向器１０Ｌ２は下段偏向電源１１
Ｌと接続されているが、偏向器１０Ｌ１は下段偏向電源
１１Ｌから切離されアースに落とされている状態であ
る。この状態における感度ｆはｆhighであって、 ｆlow＞ｆhigh （３−１） の関係にある。

【００４０】このような構成の動作について説明する。
図９において、制御コンピュータ１２は、倍率値Ｍと閾
値Ｍtとを比較し、倍率値Ｍが閾値Ｍt以下であれば、ス
イッチＳＷＵおよびＳＷＬとを共に「low」側に倒し
て、偏向器１０Ｕ１と偏向器１０Ｕ２とを接続し、かつ
偏向器１０Ｌ１と偏向器１０Ｌ２とを接続する。更に、
制御コンピュータ１２は、状態が「low」であることと
倍率値あるいは電圧値を上段偏向電源１１Ｕと下段偏向
電源１１Ｌとに伝える。この情報を基に上段偏向電源１
１Ｕは、状態が「low」である場合の倍率値に対応する
偏向電圧を発生して、偏向器１０Ｕ１の各偏向子と偏向
器１０Ｕ２の各偏向子とに印加する。走査のための印加
電圧Ｖupperは、感度ｆを考慮して、 Ｖupper＝Ｄ／（ｆlow・Ｍ） （３−２） である。ただし、シフトのための印加電圧Ｖshiftと光
学軸調整のための印加電圧Ｖalignは説明の都合上無視
している。

【００４１】同様に、この情報を基に下段偏向電源１１
Ｌは、状態が「low」である場合の倍率値に対応する偏
向電圧を発生して、偏向器１０Ｌ１の各偏向子と偏向器
１０Ｌ２の各偏向子とに印加する。走査のための印加電
圧Ｖlowerは、感度ｆを考慮して、 Ｖlower＝Ｄ・Ｒtilt(low)／（ｆlow・Ｍ） （３−３） である。ここでＲtilt(low)は、２段偏向方式におい
て、状態「low」のとき上段偏向器で偏向されたビーム
が下段偏向器で正確に「振り戻される」ための定数であ
って、偏向器の寸法によって決まる。なお、上式では、
シフトのための印加電圧Ｖshiftと光学軸調整のための
印加電圧Ｖalignは説明の都合上無視している。

【００４２】この状態は、偏向器１０Ｕ１と偏向器１０
Ｕ２とがひとつの上段偏向器１０Ｕとして動作し、かつ
偏向器１０Ｌ１と偏向器１０Ｌ２とがひとつの下段偏向
器１０Ｌとして動作することを表している。このように
して印加された電圧に従って、イオンビームＩＢは偏向
を受け、試料W上で所定の位置に照射される。

【００４３】このときの電圧ノイズΔＶの影響によるイ
オンビームＩＢのビーム径の劣化（ビーム径が太くな
る）量Δｄlowは、おおよそ Δｄlow＝ｆlow・ΔＶ／√２ （３−４） である。

【００４４】次に、走査の倍率Ｍが閾値Ｍｔを超える場
合の動作について説明する。図９において、制御コンピ
ュータ１１は、倍率値Ｍが閾値Ｍｔを超えていることを
認識すると、スイッチＳＷＵおよびＳＷＬとを共に「hi
gh」側に倒して、偏向器１０Ｕ１と偏向器１０Ｕ２とを
切り離し、偏向器１０Ｕ１の各偏向子をアースに落と
し、かつ偏向器１０Ｌ１と偏向器１０Ｌ２とを切り離
し、偏向器１０Ｌ１の各偏向子をアースに落とす。更
に、制御コンピュータ１２は、状態が「high」であるこ
とと倍率値あるいは電圧値を上段偏向電源１１Ｕと下段
偏向電源１１Ｌとに伝える。この情報を基に上段偏向電
源１１Ｕは、状態が「high」である場合の倍率値に対応
する偏向電圧を発生して、偏向器１０Ｕ２の各偏向子に
印加し、同様にこの情報を基に下段偏向電源１１Ｌは、
状態が「high」である場合の倍率値に対応する偏向電圧
を発生して、偏向器１０Ｌ２の各偏向子に印加する。走
査のための印加電圧ＶupperとＶlowerは、感度ｆを考慮
して、 Ｖupper＝Ｄ／（ｆhigh・Ｍ） （３−５） Ｖlower＝Ｄ・Ｒtilt(high)／（ｆhigh・Ｍ） （３−６ ） である。ここでもＲtilt(high)は、２段偏向方式におい
て、状態「high」のとき上段偏向器で偏向されたビーム
が下段偏向器で正確に「振り戻される」ための定数であ
って、偏向器の寸法によって決まる。また、上式では、
シフトのための印加電圧Ｖshiftと光学軸調整のための
印加電圧Ｖalignは説明の都合上無視している。

【００４５】この状態は、偏向器１０Ｕ１あるいは偏向
器１０Ｌ１はアース電位の単なる円筒（この円筒はアー
ス電位であるのでイオンビームＩＢに影響を与えない）
であり、その下流側の偏向器１０Ｕ２あるいは偏向器１
０Ｌ２がそれぞれひとつの偏向器として動作することを
表している。このようにして印加された電圧に従って、
イオンビームＩＢは偏向を受け、試料W上で所定の位置
に照射される。

【００４６】このときの電圧ノイズΔＶの影響によるイ
オンビームＩＢのビーム径の劣化（ビーム径が太くな
る）量Δｄhighは、おおよそ Δｄhigh＝ｆhigh・ΔＶ／√２ （３−７） である。

【００４７】感度ｆはｆlow＞ｆhighの関係にあるか
ら、スイッチＳＷを状態「high」から状態「low」に切
換えることによって、電圧ノイズΔＶの影響によるイオ
ンビームＩＢのビーム径の劣化（ビーム径が太くなる）
量は、 Δｄlow＞ Δｄhigh （３−８） となり、感度ｆに比例して軽減することができる。

【００４８】（実施の形態４）図１０は、振り戻し方式
の２段偏向方式の偏向器を多段に分割した場合の構成と
動作を説明する図である。偏向器１０は上段偏向器１０
Ｕと下段偏向器１０Ｌから成り、更に、上段偏向器１０
Ｕと下段偏向器１０Ｌはそれぞれ多段の偏向器に分割さ
れている。即ち、１０Ｕ１は上段偏向器１０Ｕの分割さ
れた上流側から１番目の偏向器、１０Ｕ２は上段偏向器
１０Ｕの分割された上流側から２番目の偏向器、・・
・、１０Ｕｎは上流側からｎ番目即ち上段偏向器１０Ｕ
の最も下流側の偏向器であり、１０Ｌ１は下段偏向器１
０Ｌの分割された上流側から１番目の偏向器、１０Ｌ２
は下段偏向器１０Ｌの分割された上流側から２番目の偏
向器、・・・、１０Ｌｎは上流側からｎ番目即ち下段偏
向器１０Ｌの最も下流側の偏向器である。

【００４９】１１Ｕは上段偏向電源、１１Ｌは下段偏向
電源、１２は制御コンピュータである。ＳＷＵ１は、状
態「low」のとき偏向器１０Ｕ１を上段偏向電源１１Ｕ
と接続し、状態「high」のとき偏向器１０Ｕ１を上段偏
向電源１１Ｕから切離しアースに落とす切換えスイッ
チ、ＳＷＵ２は、状態「low」のとき偏向器１０Ｕ２を
上段偏向電源１１Ｕと接続し、状態「high」のとき偏向
器１０Ｕ２を上段偏向電源１１Ｕから切離しアースに落
とす切換えスイッチ、・・・、ＳＷＵ（ｎ−１）は、状
態「low」のとき偏向器１０Ｕ（ｎ−１）を上段偏向電
源１１Ｕと接続し、状態「high」のとき偏向器１０Ｕ
（ｎ−１）を上段偏向電源１１Ｕから切離しアースに落
とす切換えスイッチである。ＳＷＬ１は、状態「low」
のとき偏向器１０Ｌ１を下段偏向電源１１Ｌと接続し、
状態「high」のとき偏向器１０Ｌ１を下段偏向電源１１
Ｌから切離しアースに落とす切換えスイッチ、ＳＷＬ２
は、状態「low」のとき偏向器１０L２を下段偏向電源１
１Ｌと接続し、状態「high」のとき偏向器１０Ｌ２を下
段偏向電源１１Ｌから切離しアースに落とす切換えスイ
ッチ、・・・、ＳＷＬ（ｎ−１）は、状態「low」のと
き偏向器１０Ｌ（ｎ−１）を下段偏向電源１１Ｌと接続
し、状態「high」のとき偏向器１０Ｌ（ｎ−１）を下段
偏向電源１１Ｌから切離しアースに落とす切換えスイッ
チである。１３は、制御コンピュータ１２の指令に従っ
てスイッチＳＷＵ１〜ＳＷＵ（ｎ−１）およびＳＷＬ１
〜ＳＷＬ（ｎ−１）の状態をそれぞれ「low」または「h
igh」に切換えるスイッチコントローラである。

【００５０】更に、制御コンピュータ１２には、（ｎ−
１）個の閾値Ｍｔ１、Ｍｔ２、Ｍｔ３、・・・、Ｍt
（ｎ−１）およびｎ個の感度ｆ１、ｆ２、ｆ３、・・
・、ｆｎが設定されている。なお、ここで、 Ｍｔ１＜Ｍｔ２＜Ｍｔ３＜・・・＜Ｍt（ｎ−１） （４−１） であり、 ｆ１＞ｆ２＞ｆ３＞・・・＞ｆｎ （４−２） である。また、ｉ番目の偏向器１０ｉと、ｉ番目のスイ
ッチＳＷＵｉおよびＳＷＬｉと、ｉ番目の閾値Ｍtｉ
と、ｉ番目の感度ｆｉは互いに対応している。ただし、
ｎ番目の偏向器１０ｎと対応するスイッチと閾値は存在
しない。

【００５１】このような構成の動作について説明する。
制御コンピュータ１２は、走査の倍率Ｍと閾値Ｍｔ１〜
Ｍt（ｎ−１）とを比較し、倍率値が閾値以下であるか
超えているかを認識して、各スイッチＳＷＵｉおよびＳ
ＷＬｉとを倍率値Ｍが閾値Ｍtｉ以下であれば「low」側
に倒し、倍率値Ｍが閾値Ｍtｉを超えていれば「high」
側に倒す。更に、制御コンピュータ１２は、倍率値ある
いは電圧値を上段偏向電源１１Ｕと下段偏向電源１１Ｌ
とに伝える。この情報を基に上段偏向電源１１Ｕは、倍
率値に対応する偏向電圧を発生して、各スイッチＳＷＵ
ｉによって接続されている偏向器の各偏向子に印加す
る。走査のための印加電圧Ｖupperは、感度ｆｉを考慮
して、 Ｖupper＝Ｄ／（ｆｉ・Ｍ） （４−３） である。ただし、シフトのための印加電圧Ｖshiftと光
学軸調整のための印加電圧Ｖalignは説明の都合上無視
している。

【００５２】同様に、この情報を基に下段偏向電源１１
Ｌは、倍率値に対応する偏向電圧を発生して、各スイッ
チＳＷＬｉによって接続されている偏向器の各偏向子に
印加する。走査のための印加電圧Ｖlowerは、感度ｆｉ
を考慮して、 Ｖlower＝Ｄ・Ｒtilt(i)／（ｆｉ・Ｍ） （４−４ ） である。ここでＲtilt(i)は、２段偏向方式において、
感度ｆｉのとき上段偏向器で偏向されたビームが下段偏
向器で正確に「振り戻される」ための定数であって、偏
向器の寸法によって決まる。なお、上式では、シフトの
ための印加電圧Ｖshiftと光学軸調整のための印加電圧
Ｖalignは説明の都合上無視している。このようにして
印加された電圧に従って、イオンビームＩＢは偏向を受
け、試料W上で所定の位置に照射される。

【００５３】そして、ｉ番目の感度ｆｉに対応する倍率
Ｍのときの電圧ノイズΔＶの影響によるイオンビームＩ
Ｂのビーム径の劣化（ビーム径が太くなる）量Δｄｉ
は、おおよそ Δｄｉ＝ｆｉ・ΔＶ／√２ （４−５） である。一方、感度ｆｉは、ｆ１＞ｆ２＞ｆ３＞・・・
＞ｆｎであるから、劣化量Δｄｉは、倍率が高くなるに
伴い閾値Ｍｔｉのところでステップ状に感度ｆｉに比例
して、 Δｄ１＞Δｄ２＞Δｄ３＞・・・＞Δｄｎ （４−６） と減少する。

【００５４】（実施の形態５）図１１は、図６の偏向器
の変形例を示す図である。図６においては、分割された
偏向器１０１の内径寸法と１０２の内径寸法とは同じで
あるとした。これに対して、図１１においては、偏向器
１０１の内径寸法と１０２の内径寸法とを異なるように
したものである。

【００５５】一般的にいえば、偏向器と試料間の距離が
同じであるとすれば、偏向器の内径寸法が小さく、偏向
器のビーム方向の長さが長いほど、偏向感度は大きくな
る。しかしながら、偏向器の内径を小さくすると、偏向
器の収差が大きくなり、偏向器のビーム方向の長さを大
きくすると装置が大きくなってしまう。一方、走査像は
低い倍率の像も観察できないと実用上不便であるから、
ある一定の低倍が実現できるように、偏向器の感度はあ
る程度の高い感度も必要である。なお、偏向器の収差と
は、走査画像を歪ませたり、イオンビームＩＢに影響を
与えて非点やビーム径の増大を招くものであり、収差の
影響は、イオンビームＩＢの軌道が偏向器の中心軸から
外れるに従い大きくなる。図１１は、このような問題を
解決するための実施の形態の例である。

【００５６】図１１において、１０１は偏向器１０の各
偏向子（例えば４極子型であれば、Ｘ１、Ｘ２、Ｙ１、
Ｙ２）を、イオンビームＩＢの光軸に対して垂直なある
面のところで、上流側と下流側とに２分割した偏向子で
構成された上流側の偏向器であり、１０２は下流側の偏
向器である。偏向器１０１の内径は偏向器１０２より小
さくしている。１１は偏向電源、１２は制御コンピュー
タ、ＳＷはスイッチである。スイッチＳＷは、走査の倍
率Ｍのある値を閾値Ｍｔとして、状態「low」と状態「h
igh」とに切換えられるように制御コンピュータ１２に
よって制御される。状態「low」は、Ｍ≦Ｍｔの場合で
あって、偏向器１０１と偏向器１０２とが共に偏向電源
１１と接続されている状態であり、状態「high」は、Ｍ
＞Ｍｔの場合であって、偏向器１０２は偏向電源１１と
接続されているが、偏向器１０１は偏向電源１１とは接
続されずアースに落とされている状態である。更に、状
態「low」のこきの感度をｆlow、状態「high」のこきの
感度をｆhighと表し、 ｆlow＞ｆhigh （５−１） の関係にある。

【００５７】このような構成の動作について説明する。
まず、走査の倍率Ｍが閾値Ｍt以下の場合の動作につい
て説明する。図１１において、制御コンピュータ１２
は、倍率値が閾値Ｍt以下であることを認識すると、ス
イッチＳＷを「low」側に倒して、径が小さく感度の高
い偏向器１０１と径が大きく感度の低い偏向器１０２と
を接続する。更に、制御コンピュータ１２は、状態が
「low」であることと倍率値あるいは電圧値を偏向電源
１１に伝える。この情報を基に偏向電源１１は、状態が
「low」である場合の倍率値に対応する偏向電圧を発生
して、偏向器１０１の各偏向子と１０２の各偏向子とに
印加する。走査のための印加電圧Ｖは、感度ｆを考慮し
て、 Ｖ＝Ｄ／（ｆlow・Ｍ） （５−２） である。

【００５８】このとき、イオンビームＩＢは、まず偏向
器１０１の中心軸に入射し偏向を受けて出射する。次い
で偏向器１０１を出射したイオンビームＩＢは偏向器１
０２に入射するが、イオンビームＩＢは偏向器１０２の
中心軸から外れて入射する。偏向器１０２に入射したイ
オンビームＩＢは偏向器１０２によって更に偏向を受け
て出射する。このように、偏向器１０１内を通過するイ
オンビームＩＢは偏向器の中心軸に近い軌道であるの
で、偏向器１０１の収差は大きくとも、その影響は小さ
い。一方、偏向器１０２内を通過するイオンビームＩＢ
は中心軸から外れているので偏向器の収差の影響は大き
くなるが、偏向器１０２の径が大きく収差は小さいの
で、結局、収差の影響は小さくできる。

【００５９】このときの電圧ノイズΔＶの影響によるイ
オンビームＩＢのビーム径の劣化（ビーム径が太くな
る）量Δｄlowは、おおよそ Δｄlow＝ｆlow・ΔＶ／√２ （５−３） である。

【００６０】次に、走査の倍率Ｍが閾値Ｍｔを超える場
合の動作について説明する。図１１において、制御コン
ピュータ１１は、倍率値が閾値Ｍｔを超えていることを
認識すると、スイッチＳＷを「high」側に倒して、偏向
器１０１と偏向器１０２とを切り離し、径が小さく感度
の高い偏向器１０１の各偏向子をアースに落とす。更
に、制御コンピュータ１２は、状態が「high」であるこ
とと倍率値あるいは電圧値を偏向電源１１に伝える。こ
の情報を基に偏向電源１１は、状態が「high」である場
合の倍率値に対応する偏向電圧を発生して、偏向器１０
２の各偏向子に印加する。走査のための印加電圧Ｖは、
感度ｆを考慮して、 Ｖ＝Ｄ／（ｆhigh・Ｍ） （５−４） である。

【００６１】このとき、イオンビームＩＢは、まず偏向
器１０１の中心軸に入射し偏向を受けずにそのまま出射
する。次いで偏向器１０１を通過したイオンビームＩＢ
は偏向器１０２に入射するが、イオンビームＩＢは偏向
器１０２の中心軸に入射する。偏向器１０２に入射した
イオンビームＩＢは偏向器１０２によって偏向を受けて
中心軸からやや外れて出射する。このように、偏向器１
０１内を通過するイオンビームＩＢは何ら影響を受け
ず、偏向器１０２内を通過するイオンビームＩＢは中心
軸に入射し、偏向を受けてやや中心軸から外れて出射す
るが、中心軸からの外れは小さくかつ偏向器１０２の径
が大きく収差は小さいので、結局、収差の影響は十分に
小さくできる。

【００６２】このときの電圧ノイズΔＶの影響によるイ
オンビームＩＢのビーム径の劣化（ビーム径が太くな
る）量Δｄhighは、おおよそ Δｄhigh＝ｆhigh・ΔＶ／√２ （５−５） である。

【００６３】このようにして、スイッチＳＷを状態「hi
gh」から状態「low」に切換えることによって、感度ｆ
はｆlow＞ｆhighの関係にあるから、電圧ノイズΔＶの
影響によるイオンビームＩＢのビーム径の劣化（ビーム
径が太くなる）量は、 Δｄlow＞ Δｄhigh （５−６） となり、感度ｆに比例してｆhigh／ｆlowと軽減するこ
とができると共に偏向器１０をコンパクトにしても、収
差の影響を小さくできる。

【００６４】（実施の形態６）図１２は、図９の振り戻
し方式の２段偏向方式の偏向器の変形例を示す図であ
る。図９においては、分割された偏向器１０Ｕ１、１０
Ｕ２、１０Ｌ１、１０Ｌ２の内径寸法は同じであるとし
た。これに対して、図１２においては、偏向器１０Ｕ１
の内径寸法と１０Ｕ２の内径寸法とを異なるようにし、
偏向器１０Ｌ１の内径寸法と１０Ｌ２の内径寸法とを異
なるようにしたものである。

【００６５】図１２において、偏向器１０は上段偏向器
１０Ｕと下段偏向器１０Ｌから成り、更に、上段偏向器
１０Ｕと下段偏向器１０Ｌはそれぞれ２つの偏向器に分
割されている。即ち、１０Ｕ１は上段偏向器１０Ｕの分
割された上流側の偏向器、１０Ｕ２は上段偏向器１０Ｕ
の分割された下流側の偏向器、１０Ｌ１は下段偏向器１
０Ｌの分割された上流側の偏向器、１０Ｌ２は下段偏向
器１０Ｌの分割された下流側の偏向器である。偏向器１
０Ｕ１の内径は偏向器１０Ｕ２より小さくし、偏向器１
０L１の内径は偏向器１０L２より大きくしている。更
に、下段偏向器１０Ｌは上段偏向器１０Ｕよりも内径お
よび長さ共に大き目にしている。即ち、偏向器１０L１
は偏向器１０Ｕ２より大きく、偏向器１０L２は偏向器
１０Ｕ１より大きくしている。下段偏向器１０Ｌの長さ
を上段偏向器１０Ｕよりも長くしている理由は、相対的
に内径を大きくしたことによって感度が低下したことを
補うことと、元来２段偏向方式では、下段偏向器の方が
高い感度を必要とするからである。

【００６６】１１Ｕは上段偏向器に偏向電圧を印加する
ための上段偏向電源、１１Ｌは下段偏向器に偏向電圧を
印加するための下段偏向電源、１２は制御コンピュー
タ、ＳＷＵおよびＳＷＬはスイッチである。スイッチＳ
ＷＵおよびＳＷＬは、走査の倍率Ｍのある値を閾値Ｍｔ
として、状態「low」と状態「high」とに切換えられる
ように制御コンピュータ１２によって制御される。状態
「low」は、Ｍ≦Ｍｔの場合であって、偏向器１０Ｕ１
と偏向器１０Ｕ２とが共に上段偏向電源１１Ｕと接続さ
れ、かつ偏向器１０Ｌ１と偏向器１０Ｌ２とが共に下段
偏向電源１１Ｌと接続されている状態である。この状態
における感度ｆはｆlowである。状態「high」は、Ｍ＞
Ｍｔの場合であって、偏向器１０Ｕ２は上段偏向電源１
１Ｕと接続されているが、偏向器１０Ｕ１は上段偏向電
源１１Ｕから切離されアースに落とされ、かつ偏向器１
０Ｌ１は下段偏向電源１１Ｌと接続されているが、偏向
器１０Ｌ２は下段偏向電源１１Ｌから切離されアースに
落とされている状態である。この状態における感度ｆは
ｆhighであって、 ｆlow＞ｆhigh （６−１） の関係にある。なお、先の図９の下段偏向器１０Ｌにお
いては、状態「high」において切離されアースに落とさ
れのは偏向器１０Ｌ１であったが、図１２においては、
状態「high」において切離されアースに落とされのは偏
向器１０Ｌ２である。

【００６７】このような構成の動作について説明する。
図１２において、制御コンピュータ１２は、倍率値Ｍと
閾値Ｍtとを比較し、倍率値Ｍが閾値Ｍt以下であれば、
スイッチＳＷＵおよびＳＷＬとを共に「low」側に倒し
て、偏向器１０Ｕ１と偏向器１０Ｕ２とを接続し、かつ
偏向器１０Ｌ１と偏向器１０Ｌ２とを接続する。更に、
制御コンピュータ１２は、状態が「low」であることと
倍率値あるいは電圧値を上段偏向電源１１Ｕと下段偏向
電源１１Ｌとに伝える。この情報を基に上段偏向電源１
１Ｕは、状態が「low」である場合の倍率値に対応する
偏向電圧を発生して、偏向器１０Ｕ１の各偏向子と偏向
器１０Ｕ２の各偏向子とに印加する。走査のための印加
電圧Ｖupperは、感度ｆを考慮して、 Ｖupper＝Ｄ／（ｆlow・Ｍ） （６−２） である。ただし、シフトのための印加電圧Ｖshiftと光
学軸調整のための印加電圧Ｖalignは説明の都合上無視
している。

【００６８】同様に、この情報を基に下段偏向電源１１
Ｌは、状態が「low」である場合の倍率値に対応する偏
向電圧を発生して、偏向器１０Ｌ１の各偏向子と偏向器
１０Ｌ２の各偏向子とに印加する。走査のための印加電
圧Ｖlowerは、感度ｆを考慮して、 Ｖlower＝Ｄ・Ｒtilt(low)／（ｆlow・Ｍ） （６−３） である。ここでＲtilt(low)は、２段偏向方式におい
て、状態「low」のとき上段偏向器で偏向されたビーム
が下段偏向器で正確に「振り戻される」ための定数であ
って、偏向器の寸法によって決まる。なお、上式では、
シフトのための印加電圧Ｖshiftと光学軸調整のための
印加電圧Ｖalignは説明の都合上無視している。

【００６９】この状態は、偏向器１０Ｕ１と偏向器１０
Ｕ２とがひとつの上段偏向器１０Ｕとして動作し、かつ
偏向器１０Ｌ１と偏向器１０Ｌ２とがひとつの下段偏向
器１０Ｌとして動作することを表している。このように
して印加された電圧に従って、イオンビームＩＢは偏向
を受け、試料W上で所定の位置に照射される。

【００７０】このときの電圧ノイズΔＶの影響によるイ
オンビームＩＢのビーム径の劣化（ビーム径が太くな
る）量Δｄlowは、おおよそ Δｄlow＝ｆlow・ΔＶ／√２ （６−４） である。

【００７１】このとき、イオンビームＩＢは、まず偏向
器１０Ｕ１の中心軸に入射し偏向を受けて出射する。次
いで偏向器１０Ｕ１を出射したイオンビームＩＢは偏向
器１０Ｕ２に入射するが、イオンビームＩＢは偏向器１
０Ｕ２の中心軸から外れて入射する。偏向器１０Ｕ２に
入射したイオンビームＩＢは偏向器１０Ｕ２によって更
に偏向を受けて出射する。偏向器１０Ｕ２を出射したイ
オンビームＩＢは偏向器１０Ｌ１に入射するが、このと
きイオンビームＩＢは偏向器１０Ｌ１の中心軸から更に
外れて入射する。偏向器１０Ｌ１に入射したイオンビー
ムＩＢは偏向器１０Ｌ１によって、逆方向に振り戻され
るように偏向されて出射する。次いで偏向器１０Ｌ１を
出射したイオンビームＩＢは偏向器１０Ｌ２に入射する
が、このときイオンビームＩＢは偏向器１０Ｌ２の中心
軸に近づくように入射する。偏向器１０Ｌ２に入射した
イオンビームＩＢは偏向器１０Ｌ２によって更に中心軸
に近づくような偏向を受けて出射する。

【００７２】このように、偏向器１０Ｕ１内を通過する
イオンビームＩＢは偏向器の中心軸に近い軌道であるの
で、偏向器１０Ｕ１の収差は大きくとも、その影響は小
さい。次いで、偏向器１０Ｕ２内を通過するイオンビー
ムＩＢは中心軸から外れているので偏向器の収差の影響
は大きくなるが、偏向器１０Ｕ２の径が大きく収差は小
さいので、結局、収差の影響は小さくできる。更に続い
て、偏向器１０Ｌ１に入射するイオンビームＩＢは偏向
器の中心軸を外れているが、偏向器１０Ｌ１の径が大き
く収差は小さいので、収差の影響は小さく、また更に続
いて、偏向器１０Ｌ２内を通過するイオンビームＩＢは
偏向器の中心軸に近づいた軌道であるので、偏向器１０
Ｌ２の収差は大きくとも、その影響は小さくできる。

【００７３】次に、走査の倍率Ｍが閾値Ｍｔを超える場
合の動作について説明する。図１２において、制御コン
ピュータ１１は、倍率値Ｍが閾値Ｍｔを超えていること
を認識すると、スイッチＳＷＵおよびＳＷＬとを共に
「high」側に倒して、偏向器１０Ｕ１と偏向器１０Ｕ２
とを切り離し、偏向器１０Ｕ１の各偏向子をアースに落
とし、かつ偏向器１０Ｌ１と偏向器１０Ｌ２とを切り離
し、偏向器１０Ｌ２の各偏向子をアースに落とす。更
に、制御コンピュータ１２は、状態が「high」であるこ
とと倍率値あるいは電圧値を上段偏向電源１１Ｕと下段
偏向電源１１Ｌとに伝える。この情報を基に上段偏向電
源１１Ｕは、状態が「high」である場合の倍率値に対応
する偏向電圧を発生して、偏向器１０Ｕ２の各偏向子に
印加し、同様にこの情報を基に下段偏向電源１１Ｌは、
状態が「high」である場合の倍率値に対応する偏向電圧
を発生して、偏向器１０Ｌ１の各偏向子に印加する。走
査のための印加電圧ＶupperとＶlowerは、感度ｆを考慮
して、 Ｖupper＝Ｄ／（ｆhigh・Ｍ） （６−５） Ｖlower＝Ｄ・Ｒtilt(high)／（ｆhigh・Ｍ） （６−６ ） である。ここでもＲtilt(high)は、２段偏向方式におい
て、状態「high」のとき上段偏向器で偏向されたビーム
が下段偏向器で正確に「振り戻される」ための定数であ
って、偏向器の寸法によって決まる。また、上式では、
シフトのための印加電圧Ｖshiftと光学軸調整のための
印加電圧Ｖalignは説明の都合上無視している。

【００７４】この状態は、偏向器１０Ｕ１あるいは偏向
器１０Ｌ２はアース電位の単なる円筒（この円筒はアー
ス電位であるのでイオンビームＩＢに影響を与えない）
であり、偏向器１０Ｕ２あるいは偏向器１０Ｌ１がそれ
ぞれひとつの偏向器として動作することを表している。
このようにして印加された電圧に従って、イオンビーム
ＩＢは偏向を受け、試料W上で所定の位置に照射され
る。

【００７５】このとき、イオンビームＩＢは、まず偏向
器１０Ｕ１の中心軸上に入射し偏向を受けずにそのまま
通過する。次いで偏向器１０Ｕ１を通過したイオンビー
ムＩＢは偏向器１０Ｕ２に入射するが、イオンビームＩ
Ｂは偏向器１０Ｕ２の中心軸に入射する。偏向器１０Ｕ
２に入射したイオンビームＩＢは偏向器１０Ｕ２によっ
て偏向を受けて中心軸からやや外れて出射する。このよ
うに、偏向器１０Ｕ１内を通過するイオンビームＩＢは
何ら影響を受けず、偏向器１０Ｕ２内を通過するイオン
ビームＩＢは中心軸に入射し、偏向を受けてやや中心軸
から外れて出射するが、中心軸からの外れは小さくかつ
偏向器１０Ｕ２の径が大きく収差は小さいので、結局、
収差の影響は十分に小さくできる。

【００７６】続いて、イオンビームＩＢは、偏向器１０
Ｌ１の中心軸から外れて入射し逆方向に振り戻されるよ
うに偏向を受けて出射する。次いで偏向器１０Ｌ１を出
射したイオンビームＩＢは偏向器１０Ｌ２に入射する
が、偏向器１０Ｌ２は稼動していないので、イオンビー
ムＩＢは偏向を受けずにそのまま通過する。このよう
に、偏向器１０Ｌ１内を通過するイオンビームＩＢは中
心軸から外れているが、偏向器１０Ｌ１の径が大きく収
差は小さいので、結局、収差の影響は十分に小さくでき
る。

【００７７】このときの電圧ノイズΔＶの影響によるイ
オンビームＩＢのビーム径の劣化（ビーム径が太くな
る）量Δｄhighは、おおよそ Δｄhigh＝ｆhigh・ΔＶ／√２ （６−７） である。

【００７８】このようにして、スイッチＳＷを状態「hi
gh」から状態「low」に切換えることによって、感度ｆ
はｆlow＞ｆhighの関係にあるから、電圧ノイズΔＶの
影響によるイオンビームＩＢのビーム径の劣化（ビーム
径が太くなる）量は、 Δｄlow＞ Δｄhigh （６−８） となり、感度ｆに比例してｆhigh／ｆlowと軽減するこ
とができると共に偏向器１０をコンパクトにしても、収
差の影響を小さくできる。

【００７９】以上のごとく本発明について詳細に記載し
たが、本発明は上記記載に限定されるものではない。例
えば、上記では、円筒形の静電偏向器について説明した
が、平行平板形の静電偏向器であってもよい。また、例
えば図８（実施の形態２）においては、説明の都合で、
倍率が高くなるに伴って分割された偏向器を上流から順
に偏向電源から切離してアースに落とすように記述して
いるが、このような偏向器の選択（偏向器を偏向電源と
接続するかアースに落とすかの選択）は、上記の逆の順
番でもランダムな選択方法であってもよい。同様に、偏
向器の選択を倍率Mと閾値Mｔとの比較で行うように説明
したが、走査幅Ｌと走査幅Ｌに基づいた閾値Ｌｔとの比
較で行うようにしてもよい。更にまた、上記では、偏向
器の内径を異にする例として、図６と図９の場合の変形
として説明したが、図８と図１０の多段分割の場合にお
いても偏向器の内径を異にする構成が可能である。

【００８０】更に、上記では、イオンビームを用いた装
置の静電偏向器について述べたが、電子ビームを用いた
電子顕微鏡、電子ビーム描画機などの装置であっても静
電型の偏向器であれば同様に応用できる。

【００８１】

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のＦＩＢ装置の一例を説明する図

【図２】従来の静電偏向器の一例を説明する図

【図３】従来の静電偏向器の他の一例を説明する図

【図４】静電偏向器を構成する偏向子の例を説明する図

【図５】２段偏向型静電偏向器の軌道を説明する図

【図６】本発明に係る静電偏向器の例を説明する図

【図７】本発明に係る図５の具体的な寸法例を説明する
図

【図８】本発明に係る他の例を説明する図

【図９】本発明に係る２段偏向方式の静電偏向器の例を
説明する図

【図１０】本発明に係る２段偏向方式の静電偏向器の他
の例を説明する図

【図１１】本発明に係る図６の変形例を説明する図

【図１２】本発明に係る図９の変形例を説明する図

【図１３】倍率を説明する図

【図１４】走査のために印加する電圧を説明する図

【符号の説明】

１…エミッタ、２…サプレッサ電極、３…引き出し電
極、４…加速電極、５…コンデンサレンズ、６…絞り、
７…対物レンズ、８…試料ステージ、１０…偏向器、Ｗ
…試料、１１…偏向電源、１２…制御コンピュータ、Ｓ
Ｗ…スイッチ、１３…スイッチコントローラ、１０Ｕ…
上段偏向器、１０Ｌ…下段偏向器、１１Ｕ…上段偏向電
源、１１Ｌ…下段偏向電源、ＳＷＵ…スイッチ、ＳＷＬ
…スイッチ

Claims (18)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】荷電粒子ビームを発生し取り出す荷電粒子
   源と、発生し取り出した荷電粒子ビームにエネルギーを
   与える加速手段と、加速された荷電粒子ビームを集束し
   て試料上に照射するレンズと、荷電粒子ビームを前記試
   料上で走査するための静電偏向器とを備える荷電粒子ビ
   ーム装置において、前記静電偏向器は、荷電粒子ビーム
   の軸に沿って複数段配置され、前記静電偏向器のうちの
   少なくとも１段を選択する選択手段と、前記選択された
   静電偏向器に所定の電圧を印加する電源手段とを備えた
   ことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
2. 【請求項２】前記選択手段は、荷電粒子ビームを前記試
   料上で走査する際の走査倍率の値あるいは走査幅の値に
   依存して、使用する静電偏向器を選択するようになした
   ことを特徴とする請求項１記載の荷電粒子ビーム装置。
3. 【請求項３】単一の電源手段から、前記選択された静電
   偏向器に電圧が供給されることを特徴とする請求項１あ
   るいは２記載の荷電粒子ビーム装置。
4. 【請求項４】前記選択された静電偏向器に印加する電圧
   値は、各選択された静電偏向器において同一であるよう
   になしたことを特徴とする請求項１あるいは２記載の荷
   電粒子ビーム装置。
5. 【請求項５】前記選択された静電偏向器は、互いに電気
   的に接続されるようになしたことを特徴とする請求項１
   あるいは２記載の荷電粒子ビーム装置。
6. 【請求項６】前記選択された静電偏向器以外の静電偏向
   器は、荷電粒子ビームを偏向しないように設定すること
   を特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載の荷電粒子
   ビーム装置。
7. 【請求項７】イオンビームを発生し取り出すイオン源
   と、発生し取り出したイオンビームにエネルギーを与え
   る加速電極と、加速されたイオンビームを集束して試料
   上に照射するレンズと、イオンビームを前記試料上で走
   査するための静電偏向器とを備える集束イオンビーム装
   置において、前記静電偏向器は、イオンビームの軸に沿
   って複数段配置され、前記静電偏向器のうちの少なくと
   も１段を選択する選択手段と、前記選択された静電偏向
   器に所定の電圧を印加する電源手段とを備えたことを特
   徴とする集束イオンビーム装置。
8. 【請求項８】前記選択手段は、イオンビームを前記試料
   上で走査する際の走査倍率の値あるいは走査幅の値に依
   存して、使用する静電偏向器を選択するようになしたこ
   とを特徴とする請求項７記載の集束イオンビーム装置。
9. 【請求項９】単一の電源手段から、前記選択された静電
   偏向器に電圧が供給されることを特徴とする請求項７あ
   るいは８記載の集束イオンビーム装置。
10. 【請求項１０】前記選択された静電偏向器に印加する電
    圧値は、各選択された静電偏向器において同一であるよ
    うになしたことを特徴とする請求項７あるいは８記載の
    集束イオンビーム装置。
11. 【請求項１１】前記選択された静電偏向器は、互いに電
    気的に接続されるようになしたことを特徴とする請求項
    ７あるいは８記載の集束イオンビーム装置。
12. 【請求項１２】前記選択された静電偏向器以外の静電偏
    向器は、荷電粒子ビームを偏向しないように設定するこ
    とを特徴とする請求項７乃至１１の何れかに記載の集束
    イオンビーム装置。
13. 【請求項１３】イオンビームを発生し取り出すイオン源
    と、発生し取り出したイオンビームにエネルギーを与え
    る加速電極と、加速されたイオンビームを集束して試料
    上に照射するレンズと、イオンビームを前記試料上で走
    査するための静電偏向器とを備え、該静電偏向器は上段
    と下段の２段の静電偏向器から成り、該上段静電偏向器
    と該下段静電偏向器に印加する電圧の極性が互いに異な
    るようになした集束イオンビーム装置において、前記上
    段静電偏向器は、イオンビームの軸に沿って複数段配置
    され、前記上段静電偏向器のうちの少なくとも１段を選
    択する第１の選択手段と、前記選択された上段静電偏向
    器に所定の電圧を印加する第１の電源手段と、前記下段
    静電偏向器は、イオンビームの軸に沿って複数段配置さ
    れ、前記下段静電偏向器のうちの少なくとも１段を選択
    する第２の選択手段と、前記選択された下段静電偏向器
    に所定の電圧を印加する第２の電源手段とを備えたこと
    を特徴とする集束イオンビーム装置。
14. 【請求項１４】前記選択手段は、イオンビームを前記試
    料上で走査する際の走査倍率の値あるいは走査幅の値に
    依存して、使用する静電偏向器を選択するようになした
    ことを特徴とする請求項１３記載の集束イオンビーム装
    置。
15. 【請求項１５】単一の電源手段から、前記選択された静
    電偏向器に電圧が供給されることを特徴とする請求項１
    ３あるいは１４記載の集束イオンビーム装置。
16. 【請求項１６】前記選択された静電偏向器に印加する電
    圧値は、各選択された静電偏向器において同一であるよ
    うになしたことを特徴とする請求項１３あるいは１４記
    載の集束イオンビーム装置。
17. 【請求項１７】前記選択された静電偏向器は、互いに電
    気的に接続されるようになしたことを特徴とする請求項
    １３あるいは１４記載の集束イオンビーム装置。
18. 【請求項１８】前記選択された静電偏向器以外の静電偏
    向器は、荷電粒子ビームを偏向しないように設定するこ
    とを特徴とする請求項１３乃至１７の何れかに記載の集
    束イオンビーム装置。