JP2009231036A - 収差補正集束イオンビーム装置 - Google Patents

Abstract

【課題】本発明は収差補正集束イオンビーム装置に関し、色収差拡大時にエミッション電流の変動を抑制することができる収差補正集束イオンビーム装置を提供することを目的としている。
【解決手段】正の加速電圧が印加されているイオン源１５と、加速電圧よりも低い電位が印加されている引出電極４と、引き出されたイオンビームの開き角を制御する開き角制御レンズと、色収差や球面収差等を補正するための収差補正装置と、イオンビームを試料上に集束するための対物レンズを備えた収差補正集束イオンビーム装置において、加速電圧の変化に伴いイオン源１５と引出電極４間の電圧を一定にするように、又は少なくとも加速電圧を変化させた場合よりもイオン源１５と引出電極４間の電圧変化が小さくなる方向に加速電圧と引出電圧の２電圧を同時に変化させ、色収差を拡大させるように構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は収差補正集束イオンビーム装置に関し、更に詳しくは色収差を拡大させるようにした収差補正集束イオンビーム装置に関する。

走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）においてその分解能を制限する要素は、近似的には光学系が持つ一次の色収差、三次の球面収差及び回折収差の３つである。その中で、色収差は電子源（エミッタ）から放出され、加速電圧で加速された電子の持つエネルギーが一定ではなく、加速電圧絶対値を中心にある程度の幅を持っていることにより発生する。荷電粒子レンズの作用は荷電粒子のエネルギーが大きくなるほど減少するため、像点位置（焦点距離）に幅が発生することに起因するものである。

焦点距離に幅が発生することに起因する色収差の大きさを、可視光での１レンズ光学系を例とし、図４で説明する。図４は色収差の発生原因の説明図である。ここでは、色収差の大きさをω_chrと定義してある。このレンズには、さまざまな波長の光が混合した白色平面光がレンズに垂直に入射するとする。

可視光での光学レンズの屈折率は波長が短いほど大きくなるため、波長の短い光成分はレンズから短い距離で焦点を結び、波長の長い光成分はレンズから遠い距離で焦点を結ぶ。そのため、焦点位置での光の大きさは点ではなく、有限の大きさを持ってしまう。図４では、この大きさはｄ_cと記載され、色収差の大きさを示す。

荷電粒子光学系では、Ｋ１に相当するものがエネルギーの高い粒子であり、Ｋ２に相当するものがエネルギーの低い粒子に相当する。荷電粒子が持つエネルギー分布の拡がり幅（例えば半値幅）をエネルギー拡がりΔＥ（Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｐｒｅａｄ）といい、熱電界電子源（ＴＦＥ）で０．４５ｅＶ程度、電界電子源（ＦＥ）で０．２〜０．３ｅＶを示す。なお、一次の色収差係数Ｃ_cと色収差ｄ_cの関係は、αを試料への開き角、Ｖ_accを加速電圧絶対値とした時、ｄ_c＝Ｃ_c・α・（ΔＥ／Ｖ_acc）で表される。

荷電粒子光学系に用いられる収差補正装置とは、負（−）の色収差係数、球面収差係数を与えることが可能な装置で、その他の光学要素が持つ正（＋）の収差係数を打ち消すことが可能なため、分解能を制限しているこれら収差の値を最小にできる。このような収差補正装置を搭載したＳＥＭは２００３年に初めて市場に導入された。

このような装置においては、色収差補正のために収差補正装置を調整する際に、色収差を拡大して観測する必要がある。色収差を拡大する最も簡単な方法は、加速電圧絶対値
Ｖ_accを現在使用している加速電圧Ｖ_acc,₀を中心にして大きさΔＶ（＞０）だけ、上下片方向（Ｖ_acc→Ｖ_acc,0＋ΔＶ、又はＶ_acc,0→Ｖ_acc−ΔＶ）、又は上下両方向
（Ｖ_acc→Ｖ_acc,0±ΔＶ）に振ることにより疑似的に大きなエネルギー拡がり
ΔＥ_aqv＝ΔＶ＞＞ΔＥを作り出すことである。通常の装置では、これは加速電圧の上に乗っている電子源（エミッタ）先端（ｅｍｉｔｔｅｒ ｔｉｐ）の電位だけをΔＶ変化させることを意味する。この原理を図５を使用して説明する。

図５は色収差拡大の原理を示す図である。（ａ）に示すように、いま加速電圧絶対値
Ｖ_cc＝Ｖ_acc,0で全ての光学要素が過渡的に最適設定され、試料上でのビームスポットの大きさが最小である状態（ジャストフォーカス）にあるとする。次に、（ｂ）に示すように加速電圧を除く他の設定を全てそのままにして、加速電圧絶対値だけをＶ_acc＝Ｖ_arc,0＋ΔＶ（ΔＶ＞０）と設定すると、電子の運動エネルギーはΔＶだけ大きくなるため、像点位置は試料表面位置よりも遠くになり、試料上のスポット径は大きくなる（ボケが発生する）。

又は加速電圧絶対値だけをＶ_acc＝Ｖ_acc,0−ΔＶと設定すると、像点位置は試料表面位置よりも近くになり、同様に試料上のスポット径は大きくなる。この時の疑似的なエネルギー拡がりΔＥ_acq＝ΔＶを、本来のエネルギー拡がりΔＥ（Ｅｎｅｒｇｙ Ｓｐｒｅａｄ）より大きく取れば色収差は拡大されて観察されることが可能になる。即ち、ΔＥ_aqv＝ΔＶを大きくすればするほど、色収差は拡大されることが可能になる。

現在市場に出ている収差補正装置を搭載した走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）では、上記方法で色収差を拡大して色収差補正の調整を実行している。一方、収差補正装置搭載の集束イオンビーム装置（ＦＩＢ）は、２００６年時点では市場に出ていない。これはＳＥＭのために開発された電磁場重畳型収差補正装置は、電子よりもはるかに質量の大きなイオンを用いた光学系には簡単に適用できない理由による。しかしながら、現在イオン光学系にも適用可能な全静電型収差補正装置が一部で研究されている。このような装置においても、色収差補正のために収差補正装置を調整する際に、色収差を拡大して観測する必要がある。

従来のこの種の装置としては、第１のレンズと第２のレンズを有し、集束イオンビーム装置のイオン照射系の第１のレンズは発散モードで使用し、小イオンビーム電流値領域において最高の分解能を得るようにした時、前記第１のレンズの倍率が設定可能な最低倍率となるように、第１と第２のレンズ間の距離を設定することによって、幅広いイオンビーム電流値領域で最小のビーム径が得られるようにした技術が知られている（例えば特許文献１参照）。
特開平１１−２７３６０１号公報（段落００１１〜００２１、図１〜図３）

既に述べたように、色収差補正のために収差補正装置を調整する際に、色収差を拡大して観測する必要がある。色収差を拡大する最も簡単な方法は、加速電圧Ｖ_acc＝Ｖ_acc,0で全ての光学要素が過渡期に最適設定され、試料上でのビームスポットの大きさが最小である状態（ジャストフォーカス）から、他の設定はそのままにしてて加速電圧（実際には加速電圧上に乗っている電子源（エミッタ）先端の電位）だけを、現在使用している加速電圧Ｖ_acc,0を中心にして、大きさΔＶ（＞０）だけ、上下片方向、又は上下両方向に振ることにより疑似的に大きなエネルギー拡がりΔＥ_aqv＝ΔＶ＞＞ΔＥを作り出すことである。

しかしながら、他の設定の一つである引出電極電位をそのままにして、加速電圧だけを振るということは、実質的な引出電圧を変化させることを意味する。このことを、図６を例にして示す。図６は走査型電子顕微鏡顕微鏡の電子源周辺の光学要素とその電源の関係を示す図である。（ａ）は引出電圧電源、及びレンズ電圧電源がグランド上に乗っている場合を、（ｂ）は引出電圧電源、及びレンズ電圧電源が加速電圧電源上に乗っている場合を示している。

図６において、１は加速電圧電源、２はレンズ電圧電源、３は引出電圧電源、４は引出電圧電源３と接続された引出電極、５はレンズ電圧電源２と接続されたレンズ電極、６はグランド（ＧＮＤ）と接続されたグランド電極である。１０は加速電圧電源１が接続されるヒータ電源、１１は該ヒータ電源１０で加熱させられ、熱電子を発生するエミッタである。ヒータ電源１０とエミッタ１１とで電子源１２を構成している。ここではエミッタ１１が電子銃となり、電子ビームＥＢが放出される。２０はその内部にエミッタ１１,引出電極４,レンズ電極５及びグランド電極が内蔵されるる鏡筒である。

（ａ）において、ＳＥＭの電子源（エミッタ）１１は負（−）の値の加速電圧Ｖ_acc（＜０）に乗っている。この時、電子ビームＥＢが得る運動エネルギーは加速電圧絶対値と等しくなる。ＴＦＦ又はＦＥ電子源では、エミッタ先端に向かう方向に高電場を生成させ、電子をエミッタ１１より電界放出させる。

このため、引出電極４にはエミッタ１１に印加されている加速電圧より高い電位
Ｖ_ext（＜Ｖ_acc）を与える。いま色収差拡大のため、エミッタ１１先端の電位Ｖ_acc（＜０）だけをΔＶ（＞０）だけ変化させることは、エミッタ１１先端の電位と引出電極４の電位の差をΔＶだけ変化させることを意味する。

電子源１２からのエミッション電流大きさはエミッタ１１の先端の電場大きさ、即ちエミッタ１１先端の電位と引出電極４の電位差（Ｖ_ext−Ｖ_acc）に依存するため、色収差拡大のために加速電圧を振ることはエミッション電流を変化させることを意味する。

一部の装置では、図６の（ｂ）に示すように、加速電圧を変化させてもエミッション電流が変化しないように、引出電圧電源３は加速電圧電源１の上に乗っている。この場合、エミッタ先端と引出電極の電位の差は、引出電圧の値と同じになる。このような構成の場合、加速電圧を変えることによりエミッタ１１先端の電位だけでなく、引出電極４の電位も同じ方向に同じ量だけ変化する。

そのため色収差を拡大させるために、エミッタ１１先端の電位ＶａｃｃだけをΔＶ（＞０）変化させるには、加速電圧変化と同時に、引出電圧を逆の方向に同じ量だけ変化させなければならない。即ち、引出電圧を大きくしなければならない。即ち、図６の（ｂ）の構成でも、図６の（ａ）と同じように色収差拡大のために加速電圧を振ることはエミッション電流を変化させることを意味する。

次に、色収差拡大のためにエミッタ１１先端の電位のみ振る時、エミッション電流がどのように変化するかを考える。色収差補正の調整の際には、色収差は経験的にその最大分解能の通常５００〜２０００倍に拡大されて観察される必要がある。若し、収差補正を実行しない場合の熱電界電子源（ＴＦＥ）を搭載した走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の分解能が例えば加速電圧１ｋＶで５ｎｍとする。この時、色収差を１０００倍拡大（色収差は約５μｍ）したい時、ΔＶの値は光学系に依存するが、大体２．５Ｖから１０Ｖに相当する。

一方、ＬＭＩＳ（Ｌｉｑｕｉｄ Ｍｅｔａｌ Ｉｏｎ Ｓｏｕｒｃｅ）Ｇａイオン源搭載の現状集束イオンビーム（ＦＩＢ）装置の最大分解能も、加速電圧３０ｋＶで約５ｎｍとなる。この色収差を約１０００倍に拡大（色収差は約５μｍ）するためのΔＶの値は、光学系に依存するが、大体３０Ｖから１００Ｖとなる。即ち、色収差を拡大するために実質的な引き出し電圧を、ＳＥＭの場合は±２．５Ｖから±１０Ｖ、ＦＩＢの場合は±３０Ｖから±１００Ｖ変化させなければならないことを意味する。

ＳＥＭで使用される図６の（ｂ）で示される構成を持った熱電界電子源（ＴＦＥ）のエミッション電流Ｉ_emission−引出電圧Ｖ_ext特性を図８の（ａ）に、集束イオンビーム装置に搭載される図７の構成を持ったＬＭＩＳ Ｇａイオン源のエミッション電流Ｉ_emission−引出電圧Ｖ_ext特性を図８の（ｂ）に示す。

図７は収束イオンビーム（ＦＩＢ）の液体金属イオン源（ＬＭＩＳ）周辺の光学要素とその電源を示す図である。図６に示すものと同一のものは、同一の符号を付して示す。この例は、イオン源が液体金属イオン源１５に変わっただけである。図８は、電子源とイオン源のエミッション電流Ｉ_emission−引出電圧Ｖ_ext特性を示す図である。図８において、（ａ）がＴＦＥ電子源の場合を、（ｂ）がＬＭＩＳ Ｇａ−イオン源の場合をそれぞれ示す。何れも横軸が引き出し電圧Ｖ_extを、縦軸がエミッション電流Ｉ_emissionをそれぞれ示す。

なお、図７の構成は、取り扱っている荷電粒子がイオンのため各電源の電圧値正負が全て図６の（ｂ）の場合の逆になっていることに注意を要する。なお、エミッション電流安定性、エミッタ寿命及び到達可能な最大分解能等を考慮して、通常ＳＥＭではＩ_emission≒１００μＡ、ＦＩＢではＩ_emission≒２μＡ近傍の値が用いられる。Ｉ_emission＝１００μＡとおいたＳＥＭの場合、色収差拡大のため実質的な引出電圧を２．５〜１０Ｖ振ったとしても、エミッション電流は傾きΔＩ_emission／ΔＶ_ext≒０．０５μＡ／Ｖより、せいぜい０．１３〜０．５μＡ（０．１３〜０．５％）しか変化しないため問題は発生しない。

しかしながらＦＩＢの場合、色収差拡大のため実質的な引出電圧を３０〜１００Ｖ振ることは、下方に振った場合はエミッションの停止、上方に振る場合はエミッション電流の２００〜５００％の増大を意味する。これは像輝度の大幅な変化又は像喪失のせいで、収差補正装置調整の際に必要な値の色収差拡大が困難であることを意味する。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、色収差拡大時にエミッション電流が遮断されたり、極端に大きな値になることを防ぐことができる収差補正集束イオンビーム装置を提供することを目的としている。

（１）請求項１記載の発明は、正の加速電圧が印加されているイオン源と、加速電圧よりも低い電位が印加されている引出電極と、引き出されたイオンビームの開き角を制御する開き角制御レンズと、色収差や球面収差等を補正するための収差補正装置と、イオンビームを試料上に集束するための対物レンズを備えた収差補正集束イオンビーム装置において、加速電圧の変化に伴いイオン源と引出電極間の電圧を一定にするように、又は少なくとも加速電圧を変化させた場合よりもイオン源と引出電極間の電圧変化が小さくなる方向に加速電圧と引出電圧の２電圧を同時に変化させ、色収差を拡大させるようにしたことを特徴とする。

（２）請求項２記載の発明は、色収差補正のための収差補正装置調整の際に色収差を拡大する手段として、加速電圧だけを使用する基準加速電圧に対して上下に変化させる第１の方法、又はイオン源と引出電極間の電圧変化が小さくなる方向に加速電圧と引出電圧を同時に変化させる第２の方法のうち、何れか一方を選択する選択手段を設けたことを特徴とする。

（３）請求項３記載の発明は、色収差補正のための収差補正装置調整の際に色収差を拡大する手段として、加速電圧を使用する基準加速電圧に対して上下に振る際に、イオン源と引出電極間の電圧が加速電圧のみを変化させた場合と、加速電圧と引出電圧を同じ方向に同じ量だけ変化させた場合との間の任意の値に設定できるように加速電圧変化時での引出電圧変化量の調整を可能にしたことを特徴とする。

（４）請求項４記載の発明は、正の加速電圧が印加されているイオン源と、加速電圧よりも低い電位が印加されている引出電極と、引き出されたイオンビームの開き角を制御する開き角制御レンズと、色収差や球面収差等を補正するための収差補正装置と、イオンビームを試料上に集束するための対物レンズを備えた収差補正集束イオンビーム装置において、加速電圧の変化に伴いイオン源とサプレッサ電極間の電圧を一定にするように、又は少なくとも加速電圧を変化させた場合よりもイオン源とサプレッサ電極間の電圧変化が小さくなる方向に加速電圧とサプレッサ電圧の２電圧を同時に変化させ、色収差を拡大させるようにしたことを特徴とする。

（５）請求項５記載の発明は、色収差補正のための収差補正装置調整の際に色収差を拡大する手段として、加速電圧だけを使用する基準加速電圧に対して上下に変化させる第１の方法、又はイオン源とサプレッサ電極間の電圧変化が小さくなる方向に加速電圧とサプレッサ電圧を同時に変化させる第２の方法のうち、何れか一方を選択する選択手段を設けたことを特徴とする。

（６）請求項６記載の発明は、色収差補正のための収差補正装置調整の際に色収差を拡大する手段として、加速電圧を使用する基準加速電圧に対して上下に振る際に、イオン源とサプレッサ電極間の電圧が加速電圧のみを変化させた場合と、加速電圧とサプレッサ電圧を同じ方向に同じ量だけ変化させた場合との間の任意の値に設定できるように加速電圧変化時でのサプレッサ電圧変化量の調整を可能にしたことを特徴とする。

（１）請求項１記載の発明によれば、色収差拡大時にエミッション電流が遮断されたり、極端に大きな値になることを防ぐことができる。
（２）請求項２記載の発明によれば、加速電圧だけを使用する基準加速電圧に対して上下に変化させる第１の方法、又はイオン源と引出電極間の電圧変化が小さくなる方向に加速電圧と引出電圧を同時に変化させる第２の方法のうち、何れか一方を選択することができる。

（３）請求項３記載の発明によれば、加速電圧を使用する基準加速電圧に対して上下に振る際に、イオン源と引出電極間の電圧が加速電圧のみを変化させた場合と、加速電圧と引出電圧を同じ方向に同じ量だけ変化させた場合との間の任意の値に設定できるように加速電圧変化時での引出電圧変化量の調整を可能とすることができる。

（４）請求項４記載の発明によれば、色収差拡大時にエミッション電流が遮断されたり、極端に大きな値になることを防ぐことができる。
（５）請求項２記載の発明によれば、加速電圧だけを使用する基準加速電圧に対して上下に変化させる第１の方法、又はイオン源とサプレッサ電極間の電圧変化が小さくなる方向に加速電圧とサプレッサ電圧を同時に変化させる第２の方法のうち、何れか一方を選択することができる。

（６）請求項３記載の発明によれば、加速電圧を使用する基準加速電圧に対して上下に振る際に、イオン源とサプレッサ電極間の電圧が加速電圧のみを変化させた場合と、加速電圧とサプレッサ電圧を同じ方向に同じ量だけ変化させた場合との間の任意の値に設定できるように加速電圧変化時でのサプレッサ電圧変化量の調整を可能とすることができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
本発明は、収差補正装置が搭載されたイオン光学系の色収差補正調整法に関する。このような光学系には集束イオンビーム装置又はイオン・リソグラフィー装置等があり、搭載されるイオン源はガリウム（Ｇａ）で代表されるような液体イオン源（ＬＭＩＳ）、さらに最近研究が進んでいるガス電界イオン源（ＧＦＩＳ）等がある。

本発明の本質は、収差補正装置が搭載された集束イオンビーム装置、又はイオン・リソグラフィー装置等のような装置において、色収差補正のための収差補正装置調整の際に色収差を拡大する手段として、対グランド電位に対してイオン源の電位を与える加速電圧だけを、使用する基準加速電圧を中心にして変化させる方法の代わりに、加速電圧の変化だけでなく、イオン源−引出電極間の電圧を一定にするように、又は少なくとも加速電圧だけを変化させた場合よりもイオン源−引出電極間の電圧変化が小さくなる方向に加速電圧と引出電圧の２電圧を同時に変化させるという手段を用いることである。この手段を用いることにより、色収差拡大時に、エミッション電流が遮断されたり、極端に大きな値になったりすることを防ぐことができる。

この手段により発生する像ボケの原因には、色収差の拡大だけでなく、引出電圧変化によるデフォーカスも含むことになる。しかしながら、実際にはデフォーカス量は小さい。即ち、本発明は荷電粒子光学系において、その引出電圧Ｖ_ext、若しくはサプレッサ電圧Ｖ_supの変化が荷電粒子のレイパスに与える影響、即ちビーム径変化に与える影響は少ないという理論的及び実験的事実に基づいている。この手段が有効なことは、これを色収差だけの拡大と判断して収差補正装置の色収差補正の調整を実行しても得られる最小ビーム径に殆ど変化が無いことが計算により導かれることにより証明される。

いま、加速電圧Ｖａｃｃ＝３０ｋＶ、引出電圧Ｖｅｘｔ＝６ｋＶ、ビーム電流Ｉｐ＝１ｐＡで、イオン源電位（加速電圧）の変化、ΔＶ＝１００（Ｖ）だけで色収差を拡大し、色収差補正の調整を実行した場合、２．５ｎｍのビーム径が得られる収差補正イオン光学系を考察する。この光学系の色収差補正の調整を、イオン源電位だけでなく、イオン源と引出電極間の電圧を一定にするように、引出電圧も同時に変化させて実行した場合得られるビーム径は、計算では２．６２ｎｍ程度が予想される。

これは、最悪の条件で通常考えられるΔＶ＝３０（Ｖ）での場合、２．５５ｎｍ程度が得られると推察される。これらの値の相違は実際上区別できない範囲であり、この手段による色収差補正の調整はなんら問題ないと判断できる。なお、加速電圧を変えた時の劣化値は、率では同程度、サプレッサ電極を使用した場合の劣化値は引出電極制御のみよりもはるかに小さいことを付け加えておく。

なお、上記方法で加速電圧を変更して色収差を拡大する方法を以下の２つの名前で呼ぶことにする。
１）ＡＣＣステッピング（ＡＣＣ−ｓｔｅｐｐｉｎｇ）：色修正補正の調整実行者の命令により、色収差を拡大するために加速電圧を変更する。変更された電圧は、次の命令が来るまで保持される。
２）ＡＣＣウォブリング（ＡＣＣ−ｗｏｂｂｌｉｎｇ）：色修正補正の調整実行者の命令により、色収差を拡大するために加速電圧を設定された周期、振幅により継続的に変更する。この動作は次の命令が来るまで保持される。

以下、本発明の実施の形態を、下記２種類のガンレンズの構成に従い説明する。
１）イオン源から放出されるエミッション電流の制御が引出電極のみで実行される場合。
２）イオン源から放出されるエミッション電流の制御がサプレッサ電極と引出電極の組で実行される場合。
（実施の形態１）
本実施の形態では、イオン源から放出されるエミッション電流の制御が、引出電極のみで実行される場合について説明する。この実施の形態は、請求項１〜請求項３に相当している。
（I）構成
色収差補正のための収差補正装置調整の際に色収差を拡大する手段として、対グランド電位に対してイオン源の電位を与える加速電圧だけを、使用する基準加速電圧を中心にして変化させる方法の代わりに加速電圧の変化だけでなく、イオン源と引出電極間の電圧を一定にするよう、又は少なくとも加速電圧だけを変化させた場合よりもイオン源と引出電極間の電圧変化が小さくなる方向に加速電圧と引出電圧の２電圧を同時に変化させる手段を実現するためには、特別の構成は必要としない。

即ち、加速電圧と引出電圧を独自に設定できれば、原則的にはＡＣＣ−ｓｔｅｐｐｉｎｇも、ＡＣＣ−ｗｏｂｂｌｉｎｇもソフトウェア的に対応可能となる。しかしながら、ｓｔｅｐｐｉｎｇ又はｗｏｂｂｌｉｎｇ電圧電源を持つことによりソフトウェア的対応を減らすことも可能になる。これらの構成例を下記のように分類して、その動作を説明する。
１）ソフトウェア的対応
ａ）引出電圧電源が加速電圧上に乗っている場合
この機械的構成は、図７に既に示されている。今、イオン源、引出電極のみに限定した場合には、この構成は図１の（ａ）に示すように簡単になる。図１は設定値変更によるＡＣＣ−ｓｔｅｐｐｉｎｇ実施のための構成例を示す図である。図６と同一のものは、同一の符号を付して示す。図において、１５は液体金属イオン源である。このような構成は、ソフトウェア的負担の少ないＡＣＣ−ｓｔｅｐｐｉｎｇに適応していると思われるが、ＡＣＣ−ｗｏｂｂｌｉｎｇにも対応可能である。
ｂ）引出電圧電源がＧＮＤラインに乗っている場合
イオン源、引出電極のみに限定した場合の機械的構成図は図１の（ｂ）に示すようになる。通常のＦＩＢの場合、引出電圧電源３がＧＮＤラインに乗っていると、加速電圧だけを変えると、エミッション電流が変化してしまうため、通常は用いられないが対応は可能である。
２）ハードウェア的対応
ａ）引出電圧電源が加速電圧上に乗っている場合
この場合の特性は、図２の（ａ）のようになる。この場合は、ΔＶ_acc電圧電源、
ΔＶ_ext電圧電源の２電源が必要になる。この電源を周波数、振幅が設定できるようにするとＡＣＣ−ｗｏｂｂｌｉｎｇに適した構成になる。この場合は、周波数をゼロにすれば、ＡＣＣ−ｓｔｅｐｐｉｎｇも可能になる。

図２は電圧電源追加によるＡＣＣ−ｗｏｂｂｌｉｎｇ実施のための構成例を示す図である。図１と同一のものは、同一の符号を付して示す。図において、１は加速電圧電源、３は引出電圧電源、７は加速電圧電源１の上に乗り、エミッタ１１にΔＶ_acc電圧を与えるΔＶ_acc電圧電源、８は加速電圧電源１と引出電圧電源３の上に乗り、引出電極にその電圧が印加されるΔＶ_ext電圧電源である。
ｂ）引出電圧電源がグランドラインに乗っている場合
この場合の構成図は図２の（ｂ）のようになる。この場合も、ΔＶ_acc電圧電源、ΔＶ_ext電圧電源の２電源が必要となる。図２の（ｂ）は引出電圧電源３とΔＶ_ext電圧電源８がグランドからの電位として与えられている。図２の（ａ）と同一のものは、同一の符号を付して示す。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。
（II）動作
ここでは、本実施の形態の動作を構成毎に分類して説明する。
１）ソフトウェア的対応
ａ）引出電圧電源が加速電圧上に乗っている場合
最初にＡＣＣ−ｓｔｅｐｐｉｎｇについての発明の動作を図１の（ａ）ではなく、レンズ電極も考慮してある機械的構成図である図７によって説明する。いまＡＣＣステッピング電圧をΔＶ_acc、このとき同時に変化させる引出電圧の値をΔＶ_extと定義する。いま、オペレータにより電圧ΔＶ_acc（＞０）のＡＣＣ−ｓｔｅｐｐｉｎｇ指令が出たとする。

この時、ソフトウェア的方法により、各電圧Ｖ_acc、Ｖ_ext、Ｖ_CL（レンズ電圧）が下記のように自動的に変更されれば、これは従来の方法で、イオン源電位のみを変化させることになる。

Ｖ_acc→Ｖ_acc＋ΔＶ_acc （１）
Ｖ_ext→Ｖ_ext−ΔＶ_acc （２）
Ｖ_CL→Ｖ_CL−ΔＶ_acc （３）
ここでの発明は、対グランド電位に対してイオン源の電位を与える加速電圧だけを、使用する基準加速電圧を中心にして変化させる方法の代わりに、加速電圧の変化だけでなくイオン源と引出電極間の電圧を一定にするよう、又は少なくとも加速電圧だけを変化させた場合よりもイオン源と引出電極間の電圧変化が小さくなる方向に加速電圧と引出電圧の２電圧を同時に変化させる手段を実現することである。

この時、ΔＶ_extの値を、０≦ΔＶ_ext≦ΔＶ_accと定義しておき、オペレータにより電圧ΔＶ_acc（＞０）のＡＣＣステッピング指令が出たとき、各電圧Ｖ_acc、Ｖ_ext、Ｖ_CLが下記のように自動的に変更されれば、本発明の手段が実現される。

Ｖ_acc→Ｖ_acc＋ΔＶ_acc （４）
Ｖ_ext→Ｖ_ext−ΔＶ_acc （５）
Ｖ_CL→Ｖ_CL−ΔＶ_CL （６）
いま、ΔＶｅｘｔ＝０の時は、ＡＣＣ−ｓｔｅｐｐｉｎｇ時も、イオン源と引出電極間の電圧変化は無く、ΔＶ_ext＝ΔＶ_accの時は従来のＡＣＣ−ｓｔｅｐｐｉｎｇ法になる。なお、この例はＡＣＣステッピングの方法を示すが、ソフトウェア的にΔＶ_accの値を、ある周期、振幅をもって変化させれば、ＡＣＣ−ｗｏｂｂｌｉｎｇも可能である。この場合も、０≦ΔＶ_ext≦ΔＶ_accの条件は守る必要がある。以下の説明では、簡単のためレンズ電圧の設定について説明を省く。
ｂ）引出電圧電源がグランドラインに乗っている場合
ここではＡＣＣ−ｓｔｅｐｐｉｎｇについての発明の動作を、図１の（ｂ）によって説明する。今、オペレータにより電圧ΔＶ_acc（＞０）のＡＣＣ−ｓｔｅｐｐｉｎｇの指令が出たとする。この時、ソフトウェア的方法により、各電圧Ｖ_acc、Ｖ_ext、Ｖ_CL（レンズ電圧）が下記のように自動的に変更されれば、これは従来の方法でイオン源電位のみを変化させることになる。

Ｖ_acc→Ｖ_acc＋ΔＶ_acc （７）
Ｖ_ext＝Ｖ_ext（変化なし） （８）
この時、各電圧Ｖ_acc、Ｖ_ext（０≦ΔＶ_ext≦ΔＶ_acc）を、下記のように自動的に変化させれば、本発明の手段が実現される。

Ｖ_acc→Ｖ_acc＋ΔＶ_acc
Ｖ_ext→Ｖ_ext＋ΔＶ_ext
いま、ΔＶ_ext＝０の時は、ＡＣＣ−ｓｔｅｐｐｉｎｇ時も、イオン源と引出電極間の電圧変化は無く、ΔＶ_ext＝ΔＶ_accの時は従来のＡＣＣ−ｓｔｅｐｐｉｎｇ法になる。なお、この例はＡＣＣステッピングの方法を示すが、ソフトウェア的にΔＶ_accの値を、ある周期、振幅をもって変化させれば、ＡＣＣ−ｗｏｂｂｌｉｎｇも可能である。この場合も、０≦ΔＶ_ext≦ΔＶ_accの条件は守られる必要がある。
２）ハードウェア的対応
ａ）引出電圧電源が加速電圧上に乗っている場合
最初にＡＣＣ−ｗｏｂｂｌｉｎｇについての発明の動作を、図２の（ａ）によって説明する。通常の状態では、ΔＶ_acc、ΔＶ_ext両電源の出力はゼロとする。いまＡＣＣ−ｗｏｂｂｌｉｎｇ電圧振幅をΔＶ_acc,0、この時同時に変化させる引出電圧振幅の値を
ΔＶ_ext，０と定義する。

今、オペレータにより振幅ΔＶ_acc,0、周期ｆのＡＣＣ−ｗｏｂｂｌｉｎｇ指令が出たとする。このときｗｏｂｂｌｉｎｇ波形は矩形波、正弦波、又は階段波等、どのような場合でも構わない。ここでは簡単のため正弦波で説明する。この時、ΔＶ_acc、ΔＶ_ext両電源の出力が以下のように変化すれば、これは従来の方法で、イオン源電位のみを変化させることになる。

ΔＶ_acc＝ΔＶ_acc,0・ｃｏｓ（２πｆｔ） （９）
ΔＶ_ext＝−ΔＶ_acc,0・ｃｏｓ（２πｆｔ） （１０）
この時、ΔＶ_acc、ΔＶ_ext両電源の出力が、下記のように自動的に変更されれば、本発明の手段が実現される（０≦ΔＶ_ext,0≦ΔＶ_acc，０）。

ΔＶ_acc＝ΔＶ_ext,0・ｃｏｓ（２πｆｔ） （１１）
ΔＶ_ext＝−ΔＶ_ext,0・ｃｏｓ（２πｆｔ） （１２）
ここでの説明は、ＡＣＣ−ｗｏｂｂｌｉｎｇについてであるが、周期ｆ＝０に設定すれば、ＡＣＣ−ｓｔｅｐｐｉｎｇになる。
ｂ）引出電圧がグランドラインに乗っている場合
ここでも最初にＡＣＣ−ｗｏｂｂｌｉｎｇについての発明の動作を図２の（ｂ）によって説明する。いま、オペレータにより振幅ΔＶ_acc,0、周期ｆのＡＣＣ−ｗｏｂｂｌｉｎｇ指令が出たとする。この時、ΔＶ_acc、ΔＶ_ext両電源の出力が以下のように変化すれば、これは従来の方法で、イオン源電位のみを変化させることになる。

ΔＶ_acc＝ΔＶ_acc,0・ｃｏｓ（２πｆｔ） （１３）
ΔＶ_ext＝ΔＶ_acc,0・ｃｏｓ（２πｆｔ） （１４）
この時、ΔＶ_acc、ΔＶ_ext両電源の出力が、下記のように自動的に変更されれば、本発明の手段が実現される（０≦ΔＶ_ext,0≦ΔＶ_acc,0）。

ΔＶ_acc＝ΔＶ_acc,0・ｃｏｓ（２πｆｔ） （１５）
ΔＶ_ext＝ΔＶ_ext,0・ｃｏｓ（２πｆｔ） （１６）
ここでの説明は、ＡＣＣ−ｗｏｂｂｌｉｎｇについてであるが、周期ｆ＝０に設定すれば、ＡＣＣ−ｓｔｅｐｐｉｎｇになる。

以上、詳細に説明したように、実施の形態１によれば、色収差拡大時にエミッション電流が遮断されたり、極端に大きな値になることを防ぐことができる。また、加速電圧だけを使用する基準加速電圧に対して上下に変化させる第１の方法、又はイオン源と引出電極間の電圧変化が小さくなる方向に加速電圧と引出電圧を同時に変化させる第２の方法のうち、何れか一方を選択することができる。また、加速電圧を使用する基準加速電圧に対して上下に振る際に、イオン源と引出電極間の電圧が加速電圧のみを変化させた場合と、加速電圧と引出電圧を同じ方向に同じ量だけ変化させた場合との間の任意の値に設定できるように加速電圧変化時での引出電圧変化量の調整を可能とすることができる。
（実施の形態２）
実施の形態２では、イオン源から放出されるエミッション電流の制御が、サプレッサ電極と引出電極の組みで実行される場合について説明する。なお、この実施の形態は、請求項３〜６に相当する。
（I）構成
実施の形態２を示す代表的な構成を図３に示す。図３はサプレッサ電極搭載時での設定値変更によるＡＣＣ−ｓｔｅｐｐｉｎｇ実施のための構成例を示す図である。この実施の形態２は通常のサプレッサ電極を搭載したイオン光学系と同等である。図において、１は加速電圧電源、３は該加速電圧電源１の上に乗った引出電圧電源、３１は同じく加速電圧電源１の上に乗ったサプレッサ電圧電源である。３２は該サプレッサ電圧電源３１が印加されるサプレッサ電極である。このような装置でも、本発明はソフトウェア的に実行可能である。

ガリウムに代表される液体金属イオン源（ＬＭＩＳ）の場合、図６の（ｂ）が示すように、エミッション電流はエミッション時間と引出電圧により変化する。そのため、ビーム電流を時間的に一定にするためには常に引出電圧を変化させなければならない。既に述べたように、その引出電圧Ｖ_extの変化が荷電粒子のレイパスに与える影響は少ないが、それでも引出電圧Ｖ_extの変化は、像デフォーカスにより対物レンズ電圧や収差補正条件の変化を必要とする。

この現象は、引出電極とイオン源との間にサプレッサ電極を設置することにより大幅に減少させ得る。サプレッサ電極が搭載された場合、引出電圧は通常１０〜１２ｋＶ間の固定値に設定され、エミッション電流の制御はサプレッサ電圧Ｖ_supにより実行される。通常、サプレッサ電圧電源３１は、図３に示すように加速電圧電源１の上に乗っている。この場合、サプレッサ電圧か加速電圧より数１００Ｖ〜１．５ｋＶの間で変化させられる。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。
（II）動作
最初にＡＣＣ−ｓｔｅｐｐｉｎｇについての発明の動作を図３によって説明する。いまＡＣＣステッピング電圧をΔＶ_acc、この時同時に変化させるサプレッサ電圧の値を
ΔＶ_sup、引出電圧の値をΔＶ_supと定義する。いま、オペレータにより電圧Ｖ_acc（＞０）のＡＣＣ−ｓｔｅｐｐｉｎｇ指令が出たとする。この時、ソフトウェア的方法により、各電圧Ｖ_acc、Ｖ_ext、Ｖ_CL（レンズ電圧）が下記のように自動的に変更されれば、これは従来の方法でイオン源電位のみを変化させることになる。

Ｖ_acc→Ｖ_acc＋ΔＶ_acc （１７）
Ｖ_sup→Ｖ_sup−ΔＶ_acc （１８）
Ｖ_ext→Ｖ_ext−ΔＶ_acc （１９）
ここでの発明は、対グランド電位に対してイオン源の電位を与える加速電圧だけを、使用する基準加速電圧を中心にして変化させる方法の代わりに、加速電圧の変化だけでなく、イオン源とサプレッサ電極間の電圧を一定にするよう、又は少なくとも加速電圧だけを変化させた場合よりもイオン源とサプレッサ電極間の電圧変化が小さくなる方向に加速電圧と引出電圧の２電圧を同時に変化させる手段を実現することである。

この時、ΔＶ_supの値を、０≦ΔＶ_sup≦ΔＶ_accと定義しておき、オペレータにより電圧ΔＶ_acc（＞０）のＡＣＣステッピング指令が出た時、各電圧Ｖ_acc、Ｖ_sup、Ｖ_extが下記のように自動的に変更されれば、本発明の手段が実現される。

Ｖ_acc→Ｖ_acc＋ΔＶ_acc （２０）
Ｖ_sup→Ｖ_sup−ΔＶ_sup （２１）
Ｖ_ext→Ｖ_ext−ΔＶ_acc （２２）
いま、ΔＶ_sup＝０の時は、ＡＣＣ−ｓｔｅｐｐｉｎｇ時も、イオン源とサプレッサ電極間の電圧変化は無く、ΔＶ_sup＝ΔＶ_accの時は従来のＡＣＣ−ｓｔｅｐｐｉｎｇ法になる。なお、この例はＡＣＣステッピングの方法を示すが、ソフトウェア的にΔＶ_accの値を、ある周期、振幅をもって変化させれば、ＡＣＣ−ｗｏｂｂｌｉｎｇも可能である。この場合も、０≦ΔＶ_sup≦ΔＶ_accの条件は守る必要がある。

なお、本発明の実施の形態では、ソフトウェア的手段での構成のみ示すが、実施の形態１の２）ハードウェア的対応で示したように、ΔＶ_acc電圧電源、ΔＶ_sup電圧電源の２電源を追加してハードウェア的に本発明の手段を実行させることも可能になる。しかしながら、この方法は実施の形態１の引出電圧（電源）をサプレッサ電圧（電源）に置き換えれば同様に実施できりるため、説明は省略する。

この実施の形態２では、色収差拡大時にエミッション電流が遮断されたり、極端に大きな値になることを防ぐことができる。また、加速電圧だけを使用する基準加速電圧に対して上下に変化させる第１の方法、又はイオン源とサプレッサ電極間の電圧変化が小さくなる方向に加速電圧とサプレッサ電圧を同時に変化させる第２の方法のうち、何れか一方を選択することができる。

更に、加速電圧を使用する基準加速電圧に対して上下に振る際に、イオン源とサプレッサ電極間の電圧が加速電圧のみを変化させた場合と、加速電圧とサプレッサ電圧を同じ方向に同じ量だけ変化させた場合との間の任意の値に設定できるように加速電圧変化時でのサプレッサ電圧変化量の調整を可能とすることができる。

上述の実施の形態では、収差補正集束イオンビーム装置について説明したが、本発明は、これに限るものではなく、収差補正イオン・リソグラフィ装置についても等しく適用することができる。

本発明によれば、以下のような効果が得られる。
ＦＩＢの場合、色収差拡大のため実質的な引出電極を３０〜１００Ｖ振るということは、下方に振った場合はエミッションの停止、上方に振る場合はエミッション電流の２００〜５００％の増大を意味する。これは収差補正装置調整の際に必要な値の色収差拡大ができないということを意味し、大問題となる。この場合に、本発明の手段を実行することにより、色収差拡大時に、エミッション電流が遮断されたり、極端に大きな値になったりすることを防ぐことができるため、正確な色収差補正が可能となる。

設定値変更によるＡＣＣ−ｓｔｅｐｐｉｎｇ実施のための構成例を示す図である。 電圧電源追加によるＡＣＣ−ｗｏｂｂｌｉｎｇ実施のための構成例を示す図である。 サプレッサ電極搭載時での設定値変更によるＡＣＣ−ｓｔｅｐｐｉｎｇ実施のための構成例を示す図である。 色収差の発生原因の説明図である。 色収差拡大の原理を示す図である。 走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の電子源周辺の光学要素とその電源の関係を示す図である。 集束イオンビーム（ＦＩＢ）の液体金属イオン源（ＬＭＩＳ）周辺の光学要素とその電源を示す図である。 電子源とイオン源のエミッション電流Ｉ_emission−引出電圧Ｖ_ext特性を示す図である。

符号の説明

１ 加速電圧電源
２ 引出電圧電源
１０ ヒータ電源
１１ 液体金属イオン源
１３ イオン源
２５ ＳＩＭ鏡筒

Claims (6)

1. 正の加速電圧が印加されているイオン源と、加速電圧よりも低い電位が印加されている引出電極と、引き出されたイオンビームの開き角を制御する開き角制御レンズと、色収差や球面収差等を補正するための収差補正装置と、イオンビームを試料上に集束するための対物レンズを備えた収差補正集束イオンビーム装置において、
   加速電圧の変化に伴いイオン源と引出電極間の電圧を一定にするように、又は少なくとも加速電圧を変化させた場合よりもイオン源と引出電極間の電圧変化が小さくなる方向に加速電圧と引出電圧の２電圧を同時に変化させ、色収差を拡大させるようにしたことを特徴とする収差補正集束イオンビーム装置。
2. 色収差補正のための収差補正装置調整の際に色収差を拡大する手段として、加速電圧だけを使用する基準加速電圧に対して上下に変化させる第１の方法、又はイオン源と引出電極間の電圧変化が小さくなる方向に加速電圧と引出電圧を同時に変化させる第２の方法のうち、何れか一方を選択する選択手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の収差補正集束イオンビーム装置。
3. 色収差補正のための収差補正装置調整の際に色収差を拡大する手段として、加速電圧を使用する基準加速電圧に対して上下に振る際に、イオン源と引出電極間の電圧が加速電圧のみを変化させた場合と、加速電圧と引出電圧を同じ方向に同じ量だけ変化させた場合との間の任意の値に設定できるように加速電圧変化時での引出電圧変化量の調整を可能にしたことを特徴とする請求項１又は２記載の収差補正集束イオンビーム装置。
4. 正の加速電圧が印加されているイオン源と、加速電圧よりも低い電位が印加されている引出電極と、引き出されたイオンビームの開き角を制御する開き角制御レンズと、色収差や球面収差等を補正するための収差補正装置と、イオンビームを試料上に集束するための対物レンズを備えた収差補正集束イオンビーム装置において、
   加速電圧の変化に伴いイオン源とサプレッサ電極間の電圧を一定にするように、又は少なくとも加速電圧を変化させた場合よりもイオン源とサプレッサ電極間の電圧変化が小さくなる方向に加速電圧とサプレッサ電圧の２電圧を同時に変化させ、色収差を拡大させるようにしたことを特徴とする収差補正集束イオンビーム装置。
5. 色収差補正のための収差補正装置調整の際に色収差を拡大する手段として、加速電圧だけを使用する基準加速電圧に対して上下に変化させる第１の方法、又はイオン源とサプレッサ電極間の電圧変化が小さくなる方向に加速電圧とサプレッサ電圧を同時に変化させる第２の方法のうち、何れか一方を選択する選択手段を設けたことを特徴とする請求項１記載の収差補正集束イオンビーム装置。
6. 色収差補正のための収差補正装置調整の際に色収差を拡大する手段として、加速電圧を使用する基準加速電圧に対して上下に振る際に、イオン源とサプレッサ電極間の電圧が加速電圧のみを変化させた場合と、加速電圧とサプレッサ電圧を同じ方向に同じ量だけ変化させた場合との間の任意の値に設定できるように加速電圧変化時でのサプレッサ電圧変化量の調整を可能にしたことを特徴とする請求項１又は２記載の収差補正集束イオンビーム装置。

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