JP2012227140A - 大開口のウィーンe×b質量フィルタ本発明は、荷電粒子ビームシステムに関し、特に、イオンビームシステムのための質量フィルタに関する。 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】E×Bウィーン質量フィルタが、質量分離するために必要な電気双極子の電場と組み合わされた独立して調整可能な電場を提供する。独立して調整可能な電場は、より大きな光学的アパーチャを提供でき、非点収差を補正し、かつ磁場に平行及び/又は垂直な方向にビームを偏向するように使用可能である。
【選択図】図6
Description
以下に提示される四つの実施例は、本発明の質量フィルタ102における各種動作モードについて、VA、VC、VB1、VB2、VD1及びVD2の設定可能な電圧値を示す。
質量分離のみが求められ、ビームステアリング又は非点補正が必要ない場合、磁極に与えられる電圧は以下のとおり設定してよい。
VB1=VD1=(LX2/LX1)Vms
VB2=VD2=−(LX2/LX1)Vms
ここで、電極に与えられる電圧は以下のとおりである。
VA=Vms
VC=−Vms
Vmsの値は、質量分離のための電場の条件に基づいて選択される。かかる条件では、ビーム中の基板に向ける所望のイオン種に対して、イオンへの電気力及び磁気力が釣り合い、例えば、図1での中質量イオン140がレンズ108によって基板112上に集束する。
第2の実施例では、質量分離及びY軸偏向が求められ、磁極に与えられる電圧は以下のように設定してよい。
VB1=(LX2/LX1)Vms+VY
VB2=−(LX2/LX1)Vms+VY
VD1=(LX2/LX1)Vms−VY
VD2=−(LX2/LX1)Vms−VY
ここで、電極に与えられる電圧は第1の実施例と同様に以下のとおりである。
VA=Vms
VC=−Vms
この例において、ウィーンフィルタ200の通常モードの電圧は0Vに設定される。二つの磁極に印加される+−VY電圧によってY軸の静電偏向場が一つ形成される。重ね合わせによれば、Vmsに比例する(水平方向)の電場の作用は、VYに比例する(垂直方向)の電場の偏向の作用とは別々に検討できる。質量フィルタを通過するように選択された質量数のイオン種、例えば、図1の中質量イオン140の場合、(水平の)電場142(上記の方程式中のVB1、VB2、VD1及び上記VD2のはじめの用語)に起因する中質量イオン140に作用する力はX軸に沿って反対方向に向かう磁気力によって打ち消されるので、中質量イオン140に作用する真の力は+−VY電圧によって誘導されるY軸(垂直)の電場に起因する一方向である。垂直方向の静電気力は、質量分離の軸(X軸)に垂直であるので、したがって、+−VY電圧によって誘導される垂直の電場は、質量フィルタ200の質量選択動作を妨げないと考えられる。
第3の実施例では、質量分離及び非点補正が求められる。磁極への電圧は以下のとおり設定してよい。
VB1=(LX2/LX1)Vms−(LY/LX1)2Vstig
VB2=−(LX2/LX1)Vms−(LY/LX1)2Vstig
VD1=(LX2/LX1)Vms−(LY/LX1)2Vstig
VD2=−(LX2/LX1)Vms−(LY/LX1)2Vstig
ここで、電極に与えられる電圧は以下のとおりである。
VA=Vms+Vstig
VC=−Vms+Vstig
第1及び第2の実施例の場合と同様に、Vmsは質量分離のために必要な電極電圧である。この実施例では、ウィーンフィルタ全体の通常モード電圧は、0Vに設定される。非点補正の四重極子の静電場は、静電極及び磁極に印加され、Vstigに比例する電圧によって形成される。なお、電極(間隔2LX)と磁極(間隔2LY)との異なる間隔を補償するために、磁極に作用する電圧には係数(LY/LX1)2が用いられる。VB1、VB2、VD1及びVD2の方程式で非点補正の条件の乗数が「2」となるのは、ビームの非点補正に用いられる四重極子の電圧が軸からの距離の二乗にしたがって増加し、上記の第2の実施例における双極子のY軸方向への偏向のとおり線形でないからである。Vstigの値は、非点収差の極性に応じて、正又は負のいずれかである。
第4の実施例では、質量分離、XY偏向及び非点補正のすべてが同時に求められ、磁極に与えられる電圧は以下のように設定される。
VB1=(LX2/LX1)(Vms+VX)+VY−(LY/LX1)2Vstig
VB2=(LX2/LX1)(−Vms-VX)+VY−(LY/LX1)2Vstig
VD1=(LX2/LX1)(Vms+VX)−VY−(LY/LX1)2Vstig
VD2=(LX2/LX1)(−Vms−VX)−VY−(LY/LX1)2Vstig
ここで、電極に与えられる電圧は以下のとおりである。
VA=Vms+VX+Vstig
VC=−Vms−VX+Vstig
この最も包括的な場合では、電圧は以下のとおり定義される。
Vms=適切な質量分離に求められる電圧
VX=X軸偏向の電圧(質量分離の軸に対して平行)
VY=Y軸偏向の電圧(質量分離の軸に対して垂直)
図4は、従来技術におけるウィーン質量フィルタ400内の磁力線406、408及び410の例である。磁場は、上部(北)極412と下側(南)極414との間に生じる。電極402及び404が非磁性材料で製造されているとすると、図示されたように、磁力線410は、固定された電極402及び404を介して広がる。垂直方向の中心線に沿って、磁力線406は、適切な指向方向を有する(すなわち、(完全に垂直な)Y軸に正確に沿ったものとなる)。X軸に平行な磁極412と414との幅が狭いため、E×B質量フィルタの物理的アパーチャ内での磁力線408は、中心線から離れるにしたがって、外側に膨らむように観察できる。この膨らみは、磁場によってB≠0の位置での空間で積分されたB2に比例する蓄積された合計のエネルギーが低減する傾向があることから生じる。軸からもっと離れると、磁力線410の場合のように、この膨らみはさらに顕著になる。図4から、磁場の磁力線408が適切なE×B質量分離の基準を満たしていないことが明らかである。すなわち、局所的な磁場の磁力線は、局所的な電場の電気力線(図5参照)に対して垂直ではない。
本発明のいくつかの実施形態では、適切なE×B質量分離のための二つの基準を満たし、上記の問題を改善するための構造を提供する。
(1)電場及び磁場は直交し、電場がX軸に平行に向けられ、かつ磁場がY軸に平行に向けられるものでなければならない。
(2)電場及び磁場は、同一の質量電荷比のイオンに適用される磁気力によって電気力を取り消すために、すべての点で同一の強度比B/Eを有するものでなければならない。
図6は、上記の第1の実施例に従う本発明の一形態600の場合の磁力線606、608及び610の例である。上部(北)磁極612と下部(南)磁極614は、E×B質量フィルタの物理的アパーチャに比較してずっと幅広いものであることが分かる。ここで、「物理的アパーチャ」とは、電極604と電極606と磁極612と磁極614との四つの内面で囲まれた質量フィルタを介する物理的な開口部として定義される。本発明において磁極をより幅広く形成する理由が図7に示される。幅広い磁極612及び614のため、物理的アパーチャの端部付近の磁力線608は、中央のB場の線606と同様にY軸に平行である。図7との比較によれば、E×Bの垂直性の基準は、物理的アパーチャの大部分にかけて満足されることを示す。磁力線610では磁場の膨らみが依然として発生するが、この膨らみは物理的アパーチャの外側にあるため、質量フィルタ600の動作に影響を与えない。第1から第4のすべての実施例で、磁場の分布は図6のとおりである。
図8及び図9は、上記の本発明の第2の実施例のE×B質量フィルタ内に、Y軸ビーム偏向のために追加する双極子の電場の作用を示したものである。図8では、Y軸偏向の双極子の場を発生させるために追加された電場及び電圧の極性のみを示す。上記の第2の実施例で説明したように、電場の重ね合わせによれば、この追加されるY軸の双極子の電場の作用は、E×B質量フィルタの質量分離の動作に必要なX軸の電場の作用とは切り離して検討することができる。Y軸上では、電場806はY軸に平行となり、完全に垂直なビームの偏向を与える。軸から離れると、導電性の電極602及び604の作用に起因して、電場の電気力線808は図示したようにやや膨らむ。したがって、所望する完全なY軸偏向からは小さな偏りが生じる。適切な偏向電場を形成するため、電圧+VYが電気的な接続端子654及び658を介してそれぞれ磁極612の両端652及び656に印加され、かつ、電圧−VYが電気的な接続端子664及び668を介してそれぞれ磁極614の両端662及び666に印加される(上記の第2の実施例の数式参照)。Y軸の双極子の電場を形成するのみの場合(すなわち、E×BのX軸の電場を無視する場合)、電極602及び604上の電圧は0Vであってよく、電気的な接続端子644及び648を介してそれぞれ印加される。
図10及び図11は、上記の本発明の第3の実施例のE×B質量フィルタ内でのビームの非点補正のために追加する四重極子の電場の作用を示したものである。図10は、非点補正の四重極子の電場を発生させるために追加された電場及び電圧の極性のみを示す。第3の実施例で説明したように、電場の重ね合わせによれば、この追加された四重極子の電場の作用は、E×B質量フィルタの質量分離の動作に必要なX軸の電場の作用とは切り離して検討することができる。
図3は、本発明の二つのE×B質量フィルタを含むウィーン質量フィルタ304を備えたイオンカラム302を示し、上部E×Bフィルタ306U及び下部E×Bフィルタ306Lは、両方とも図1及び図2のように構成されたものである。このようなシステムは、ビームから中性物質を取り除く収差補正のウィーンE×B質量フィルタとして記述され、出願される。イオン370は、液体金属イオン源(LMIS)の先端部314から放出される。ただし、LMISイオン源は例示の目的のためのみにここに示されているのであって、本発明では、代わりに、他の種類のイオン源、例えば、誘導結合型プラズマ(ICP)イオン源も使用することができる。次いで、イオン370は、上部レンズ306によって平行又は略平行に集束され、ビーム310を形成する。完全に平行なビーム310では、ビーム310内の各イオンの軌跡は、光軸380に沿ってマイナス方向の無限遠方に置かれた仮想光源(図示せず)から外挿されたものと仮定してよい。「略平行」なビームは、マイナス方向の無限遠方に仮想光源が必要とされないビームであるが、外挿されたイオンの軌跡は、イオン源の先端部(上部又は下部)からイオンカラム302の全長に対して少なくとも数倍の位置で光軸380と交差する。上部E×Bフィルタ306Uは、電極314U、終端フィールドプレート316U、及び二つの磁極318U(一つのみ図示)を有する磁場の発生源を含む。電極314Uは、図の平面において電場を形成し、これは矢印320Uによって示される(左側の正の電極314Uから右側の負の電極314Uを指し示し、したがって、正のイオンに作用する電気力は右方向になる)。磁場の発生源は、紙面から手前に向かう磁場を形成し、これは丸印322Uで示される(正イオンに対して左側に向う磁気力を形成する)。下部E×Bフィルタ306Lは、電極314L、終端フィールドプレート316L、及び、二つの磁極318L(一つのみ図示)を有する磁場の発生源を含む。上部及び下部のE×Bの各場は、図3に示すように設定される。電極314Lは、紙面において矢印320Lによって示される電場を形成し、上部E×Bフィルタ306Uの電場320Uと大きさが等しく、方向が反対である。下部E×Bフィルタ306Lの磁場の発生源は、バツ印322Lによって示されるような紙面の向こう側に進む磁場を形成し、上部E×Bフィルタ306Uの磁場322Uと方向が反対で大きさが等しい。下部E×Bフィルタ306Lは、上部E×Bフィルタ306Uと対称であり、通常、同一の構造を有し、方向が反対で大きさが等しい電場及び磁場を形成する。
104 イオンカラム
130 電極
132 磁極
142 電場
144 磁場
Claims (17)
- フィルタ内に第1の電場を形成する第1の電極の組みと、
前記フィルタ内で前記電場に対して直交する磁場を形成する磁極の組みと、
抵抗性の導電体の組みと、
前記各抵抗性の導電体の両端の第2の電極の組みと、を備え、
前記各第2の電極によって、対応する抵抗性の導電体を流れる電流が生じ、対応する抵抗性の導電体の両端に電位勾配が生じ、
二つの抵抗性の導電体によって前記フィルタ内に第2の電場の向きが提供され、
前記第2の電場は前記第1の電場の向きとは平行でない成分を有することを特徴とする荷電粒子ビームのフィルタ。 - 前記抵抗性の導電体の組みは、前記磁極の組みを含むことを特徴とする請求項1に記載の荷電粒子ビームのフィルタ。
- 前記抵抗性の導電体の組みは、前記磁極に付着させた層の組みを含むことを特徴とする請求項1に記載の荷電粒子ビームのフィルタ。
- 前記抵抗性の導電体の組みは、前記磁極に絶縁層を介して付着させた層の組みを含むことを特徴とする請求項1に記載の荷電粒子ビームのフィルタ。
- 前記磁極の組みにおける各磁極は、前記第1の電極の組みにおける電極を超えて延びることを特徴とする請求項1乃至4の何れか1項に記載の荷電粒子ビームのフィルタ。
- 非点補正又は偏向の電場がない場合、物理的アパーチャでの第1の電極の電場の向きに沿った各座標での電位と、前記磁極の内側表面上の各点での電位とが同一であることを特徴とする請求項1乃至5の何れか1項に記載の荷電粒子ビームのフィルタ。
- 前記第2の電場は、前記磁場に対して平行に向く双極子の電場であることを特徴とする請求項1乃至6の何れか1項に記載の荷電粒子ビームのフィルタ。
- 前記第2の電場は、四重極子の電場であることを特徴とする請求項1乃至7の何れか1項に記載の荷電粒子ビームのフィルタ。
- イオン源と、
前記イオン源からのイオンを受け取る第1のレンズと、
請求項1乃至8の何れか1項に記載の質量フィルタと、
前記質量フィルタを出射してワークピースの表面に向かうイオンを集束させる第2のレンズと、を備えることを特徴とする集束イオンビームカラム。 - 前記イオン源がプラズマイオン源であることを特徴とする請求項9に記載の集束イオンビームカラム。
- 前記イオン源が液体金属イオン源であることを特徴とする請求項9に記載の集束イオンビームカラム。
- 第2の質量フィルタを備え、
前記第2の質量フィルタが前記第1の質量フィルタからの色収差を補正することを特徴とする請求項9乃至11の何れか1項に記載の集束イオンビームカラム。 - フィルタリング領域において第1の電場の発生源を準備し、
前記フィルタリング領域において前記電場に直交する磁場の発生源を準備し、
前記フィルタリング領域において前記磁場に平行な成分を有し、前記第1の電場とは独立して調整可能である第2の電場の発生源を準備し、
前記フィルタリング領域を介して各種の質量電荷比を有するイオンを、異なる質量電荷比を有するイオン毎に分離するように指向させることを含むイオンのフィルタリング方法。 - 前記フィルタリング領域において第2の電場の発生源を準備する際、前記磁場の発生源の一部である磁極片の両端に電流を供給することを含む請求項13に記載の方法。
- 前記フィルタリング領域において第2の電場の発生源を準備する際、前記磁場の発生源の一部である磁極片に取付けられた抵抗性の導電体の両端に電流を供給することを含む請求項13に記載の方法。
- 前記フィルタリング領域において第2の電場の発生源を準備する際、イオンビームを偏向させる電場を準備することを含む請求項13に記載の方法。
- 前記フィルタリング領域において第2の電場の発生源を準備する際、イオンビームの非点補正の四重極子の電場の一部を形成する第2の電場を準備することを含む請求項13乃至16の何れか1項に記載の方法。
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