JP2700002B2 - 荷電粒子光学系 - Google Patents

荷電粒子光学系

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JP2700002B2 JP61207856A JP20785686A JP2700002B2 JP 2700002 B2 JP2700002 B2 JP 2700002B2 JP 61207856 A JP61207856 A JP 61207856A JP 20785686 A JP20785686 A JP 20785686A JP 2700002 B2 JP2700002 B2 JP 2700002B2
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、イオンあるいは電子を取り扱うことができ
る荷電ビーム装置に係り、特に、同一光学系及び同一真
空内で特定のイオンあるいは電子を選択及び変調するの
に好適な荷電粒子光学系に関する。 〔従来の技術〕 従来、質量分離及びブランキング(変調)機能を有す
る装置については、応用物理、第53巻第8号(1984年)
第704頁から第708において質量分離器付マスクレスイオ
ン注入装置が論じられている。従来装置では、特定のイ
オンのみ質量分離及びブランキングを行なうため、E×
B(電界・磁界直交)型質量分離器を使用し、磁場は一
定にして電場のみ変えることにより上記の機能を実現し
ている。しかし、イオンに加えて、質量が極めて小さい
電子まで含めた光学系については配慮されていなかつ
た。 〔発明が解決しようとする問題点〕 上記従来技術はイオン、電子を質量分離し、かつ、ブ
ランキング(変調)する機能の点について配慮がされて
おらず、従来技術ではイオン、電子の両者を質量分離及
びブランキングすることが困難であるという問題点があ
つた。 本発明の目的は同一放出源から正、負の荷電粒子を取
り出すことができる荷電粒子源を用いて、特定のイオ
ン、電子を質量分離(選択)及びブランキング(変調)
できる荷電粒子光学系を得ることにある。 〔問題点を解決するための手段〕 上記目的は、従来技術で使用されているE×B型質量
分離器にみられるように電界制御ばかりでなく、磁場の
強さの制御をも同時に行ない、イオンのみならず電子の
質量分離(選択)及びブランキング(変調)を可能にす
ることにより、達成される。 〔作用〕 イオン、電子を共用できる荷電粒子光学系において質
量分離器はイオンから電子まで質量分離する必要があ
る。現在、最もE×B型質量分離器が使用されており、
質量mは荷電粒子のエネルギeVより次のように表わされ
る。 ただし、E:電界の強さ、B:磁束密度である。 例えば、電子とGaイオンとの質量比は7.8×10-6とな
る。この場合、E,B各々を一定にした場合の電界、磁束
密度の比、Ee/EGa(Ee:電子を用いた場合の電界、EGa:G
aイオンを用いた場合の電界)、Be/BGa(Be:電子を用い
た場合の磁束密度、BGa:Ba +を用いた場合の磁束密度)
は次の様に与えられる。 (1)Bが一定の場合、 (2)Eが一定の場合、 (1)の場合、Gaイオンを質量分離する際の電界を作
るための平行平板に印加する電極電位VPを10Vとする
と、電子の場合ではVPが3.5KVとなる。この値は、ブラ
ンキングまで行なうとすると制御困難な電圧である。ま
た、(2)の場合、GaイオンでのBGaを1000Gaussとする
と、Beは2.8Gaussとなる。磁束密度は電子になると小さ
くなるので容易に得られる。従つて、Bを可変とし制御
することは可能である。即ち、(2)のような制御法
で、電界によるブランキングを行なえば、イオン、電子
を共用した荷電粒子光学系の質量分離及びブランキング
を可能とすることができる。また、質量分離を行なう手
段として、磁場及び電場を制御する方法も考えられ、こ
れにブランキング機能を付加しても本目的を達成するこ
とができる。 〔実施例〕 以下、本発明の一実施例を第1図により説明する。図
は液体金属イオン電子源25によりイオンビーム17を引き
出し、イオンエツチングやイオン注入等を行なえる荷電
粒子光学系を示している。本発明の荷電粒子光学系は液
体金属イオン電子源25、E×B型質量分離器、対物レン
ズ26および偏向電極15から構成されている。液体金属イ
オン電子源25は針状チツプ1、るつぼ2、イオン種の原
料4、原料4の蒸発防止のための蓋3、引き出し電極
5、中間電極6、後段加速・減速電極7から構成されて
いる。尚、ここでは、チツプ加熱機能を省略している。
E×B型質量分離器は鉄等の材質で作られた磁路9と磁
束を発生するためのコイル8より成る磁石とこれと直交
方向に電界を発生する平行平板電極10より構成されてい
る。また不用のイオンあるいは電子を除去するために分
離器の直下にブランキング用アパチヤ11を設けた。 さらに、対物レンズ26には3枚電極12,13,14を、偏向
電極15には平行平板型2次元偏向器を設けている。18,1
9,20の電源により引き出されたイオンビーム17はE×B
用磁場制御回路23及びE×B用電場制御回路兼ブランキ
ング回路22より所望の電流、電圧が印加され、所望のイ
オンのみ、ブランキング用アパチヤ11を通過し、対物レ
ンズ26及び偏向電極15により試料16上の所望の位置にス
ポツトを結像する。この時の電場、磁場の値は前記式
(1)を満足するように制御される。ブランキング(変
調)は平行平板電極10に別なイオンがアパチヤ11から放
射されないような電圧を印加することにより実行され
る。この場合、磁場による方法も考えられるが、高速駆
動が可能な静電ブランキングが望しい。 次に、電子ビームを得る場合、電源18,19,20の極性を
図と反対符号に切り換え、電子ビームを引き出し、式
(1)を満足するように、磁場、電場を制御し、アパチ
ヤ11を通過させる。この時、磁場、電場を制御する方法
と、イオンを分離した際の電場を一定として磁場を制御
する方法とが考えられ、どちらでも実現可能である。ア
パチヤ11を通過した電子は対物レンズ26、偏向電極15に
より試料上の所望の位置にスポツトを結ぶことができ、
像観察や分析等を可能ならしめる。この際、レンズ26、
偏向器15が静電型であるのでイオンと同じ場所にスポツ
トを結ぶ。ブランキング機能はE×B型質量分離器の電
場をE×B型電場制御回路兼ブランキング回路22で制御
することにより、所望のタイミングで変調することがで
きる。 尚、上記説明のような磁場を制御する際、基準電流を
設け、常に基準電流値より所望の電流値に増加あるいは
減少させて制御し、磁場のヒステリシスの影響を防止す
るよう制御するのが望しい。 さらに、磁場のヒステリシスの影響を完全に除去する
ために、磁場変化の際に交番磁界を加え、徐々に減衰す
るとともに所望の磁場に収束することにより、所望の磁
場に設定する方法が考えられる。第2図に、上記の方法
を具体化するための一実施例を示す。第3図は第2図の
回路構成を説明するための各部の波形を示す。第2図及
び第3図において、制御回路36から磁場強度を変化する
信号が磁場強度設定回路35に入力すると、該出力電圧は
第3図(a)のように変化する。即ち、時刻t1でイオン
選択モードから電子選択モードに変化している。この場
合、電子選択モードは磁場強度、零の場合を示し、電子
ビーム“ON"では電界も零とする必要がある。即ち、こ
の場合は、通常の電子線装置の光学系と等価な光学系と
なつている。上述の出力電圧は微分回路34及び加算回路
32に入力する。微分回路34では第3図(b)のような波
形を発生する。さらに、該出力波形は発振器30からの出
力信号(第3図(c))と共に掛算器31に入力され、第
3図(d)の出力信号を得る。該出力信号を加算器32に
入力することにより、第3図(e)の電圧波形を形成
し、定電流回路を経て、(e)と同様な電流がコイル8
に入力する。該コイル電流(第3図(f))がコイルに
入力すると、第4図の様に、磁束密度が(イ)から
(ロ)の状態に変化する。これは、あたかも交番磁束を
減衰させながら所望の磁場強度に収束するように振舞
う。第3図,第4図はイオン選択モードから電子選択モ
ードを示しているが、電子選択モードからイオン選択モ
ードに、あるいはイオン選択モードからの別のイオン選
択モードへの切換えでも、上記の説明と同様に磁場強度
が変化し、全く磁場のヒステリシスの影響を受けない磁
気回路が実現できる。また、磁場強度が零以外の場合、
電界が式(1)を満足すると特定のイオンがアパチヤ11
を通過することができる。尚、第2図は一実施例を示し
たものであるが、第3図(f)の様な電流波形をコイル
8に与えるような回路は本発明を逸脱するものではな
い。さらに、制御回路系を計算機により制御を行なつて
も本発明と同等である。イオン、電子源についてもデイ
オプラズマトロン等のイオン源でも本発明と同等な機能
が得られ、液体金属イオン、電子源以外のものでも本発
明を逸脱しない。 以上、説明のように本発明によれば、特定のイオンや
電子を選択することができ、荷電ビームの変調をも同時
に可能とする荷電粒子光学系を実現することができる。 〔発明の効果〕 本発明によれば、イオンと電子とを同一光学系から得
ることができ、次の様な新たな効果を得ることができ
る。 (1)特定のイオン及び電子が同一源より交互に、か
つ、独立に引き出され、各々の特長を利用することによ
り、装置の高性能化が実現できる。 (2)上記(1)の効果として、イオンにより加工及び
分析が可能となると同時に、電子ビームにより走査型電
子顕微鏡像を得ることができ、無損傷で、かつ、高精度
に加工及び分析場所の決定や形状の観察を可能ならしめ
る。 (3)イオン、電子を交互に使用した3次元観察や3次
元分析が可能となる。 (4)イオン、電子を利用した、半導体不良解析の手段
として応用でき、表面層下の電極等にも、イオンエツチ
ングにより、穴を開け電子プローブを照射し、素子の性
能評価を行なうことやビツト救済の修正が可能となる。 (5)電子ビーム合せ機能をもつたマスクレスイオン注
入装置等への応用が可能となる。
【図面の簡単な説明】 第1図は本発明の一実施例の全体構成を示す模式図、第
2図は磁場のヒステリシスを除去し、磁場強度を制御す
る一実施例の装置構成を示すブロツク図、第3図は第2
図の各部の出力波形、第4図は第3図の様に磁場を制御
した際のコイル電流に対する磁束密度の変化を示す。 1……針状チツプ、2……るつぼ、3……蓋、4……イ
オン種の原料、5……引き出し電極、6……中間電極、
7……後段加速・減速電極、8……コイル、9……磁
路、10……平行平板電極、11……アパチヤ、15……偏向
電極、16……試料、17……イオンビーム、22……E×B
用電場制御回路兼ブランキング回路、23……E×B用磁
場制御回路、30……発振器、31……掛算器、32……加算
器、33……定電流回路、34……微分回路、35……磁場強
度設定回路、36……制御回路。

Claims (1)

  1. (57)【特許請求の範囲】 1.同一放出源から正、負の荷電粒子を取り出すことが
    できる荷電粒子源、該荷電粒子源の放出する荷電粒子線
    の特定のイオンまたは電子を照射される試料、該荷電粒
    子源と試料との間に配置され前記荷電粒子線の特定のイ
    オンおよび電子を選択する磁場および電場を同時に前記
    荷電粒子線に加えられるフイルタ手段、該選択されたイ
    オンおよび電子のみを透過させるためのアパーチャおよ
    び該選択されたイオンおよび電子を試料表面に収束させ
    るための手段よりなり、前記選択されたイオンおよび電
    子を交互に照射して前記試料の処理および計測を並行し
    て行うとともに、前記フイルタ手段は特定のイオンを選
    択する場合は前記荷電粒子線に前記磁場および電場を同
    時に加え、特定の電子を選択する場合は前記荷電粒子線
    に前記電場のみを加えることを特徴とした荷電粒子光学
    系。 2.前記フイルタ手段はイオンおよび電子に対して前記
    電場を変化させてブランキングを行わせることを特徴と
    した第1項記載の荷電粒子光学系。 3.質量分離を磁場のみで制御することを特徴とした第
    1項記載の荷電粒子光学系。 4.基準磁場を基点として磁場を増加、減少させて磁場
    制御することを特徴とした第1項記載の荷電粒子光学
    系。 5.磁場設定の際に交番磁界を加え、徐々に該交番磁界
    を減衰するとともに所定の磁場に収束させる手段を設け
    てなることを特徴とした第1項記載の荷電粒子光学系。
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