JP3070345B2 - 集束イオンビーム装置 - Google Patents

集束イオンビーム装置

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JP3070345B2
JP3070345B2 JP5188458A JP18845893A JP3070345B2 JP 3070345 B2 JP3070345 B2 JP 3070345B2 JP 5188458 A JP5188458 A JP 5188458A JP 18845893 A JP18845893 A JP 18845893A JP 3070345 B2 JP3070345 B2 JP 3070345B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、イオン源からの引き出
されたイオンビームを集束させつつターゲット表面に照
射することにより、ターゲット表面にエッチングあるい
は蒸着等の微細加工を施すことのできる集束イオンビー
ム装置に関する。
【0002】
【従来の技術】イオン源から引き出されたイオンを加速
し、質量分離器によって所望のイオンを抽出して静電レ
ンズによって集束することにより、単一種のイオンから
なる集束イオンビームを作り、この集束イオンビームを
適宜に偏向させてターゲット表面に導くことにより、タ
ーゲット表面にサブミクロンオーダーでの微細加工、例
えばエッチングや蒸着等、を施す装置は、集束イオンビ
ーム装置として既に実用化されている。
【0003】このような集束イオンビーム装置を用いて
エッチングないしは蒸着を行うに際し、その加工の状況
を観察する手法としては、従来、加工の前後において、
加工に用いるイオンビームを利用したSIM(走査イオ
ン顕微鏡)による観察が専ら採用されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】ところで、この種の加
工においては、加工中にターゲットを観察することがで
きれば、加工用ビームの位置出しが容易化されるととも
に、任意の時点で加工を中止または追加することが可能
となる。
【0005】しかし、従来の集束イオンビーム装置にお
いては、加工のためのイオンビームとSIM像を得るた
めのイオンビームとが同一であるため、加工中でのター
ゲットの観察が不可能であり、加工中にその加工状況を
把握しながら、その状況に応じて適宜に加工を中止し、
あるいは加工位置を変更するとった対応を採ることがで
きず、加工における自由度が制限されるという問題があ
った。また、加工をすべきターゲットに対するイオンビ
ームの正確な位置合わせも容易ではないという問題があ
る。
【0006】本発明はこのような実情に鑑みてなされた
もので、加工中をも含めて随時にターゲットの観察が可
能で、もって加工の自由度が高く、また、ターゲットに
対するイオンビームの位置合わせも容易な集束イオンビ
ーム装置の提供を目的としている。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めの構成を、実施例図面である図1を参照しつつ説明す
ると、本発明の集束イオンビーム装置は、イオン源1
と、このイオン源1からイオンをビーム状に引きだ煤引
き出し電極2と、その引き出されたイオンビームを集束
させる複数の静電レンズからなる集束レンズ系(3,
6)と、イオン源1から引き出されたイオンのうち所定
のイオンのみを取り出す質量分離器4と、ターゲットW
を支持するターゲットホルダ7と、質量分離器4から取
り出されたイオンビームを偏向させつつターゲットホル
ダ7に導くビーム走査手段(偏向電極5)を有する装置
において、集束レンズ系はビーム走査手段5よりターゲ
ットホルダ7側に配置された静電対物レンズ6を含み、
その静電対物レンズ6に光を通過させる光学的な窓61
が設けられ、かつ、その静電対物レンズ6には同軸上に
光学式反射対物レンズ20が一体的に組み合わされてい
るとともに、その光学式反射対物レンズ20からの光を
結像するための光学系30を備えていることによって特
徴づけられる。
【0008】
【作用】イオンビームを集束するための集束光学系を構
成する複数の静電レンズのうち、ビーム走査手段(偏向
電極)5よりもターゲットホルダ7側に配置された静電
対物レンズ6に、従ってターゲットホルダ7のターゲッ
トWに近接配置された静電対物レンズ6に、光学式反射
対物レンズ20が同軸上に一体的に組み合わされ、その
光学式反射対物レンズ20に、静電対物レンズ6に設け
られた窓61を通してターゲットWからの光が光学式反
射対物レンズ20に導かれた後、結像光学系30に導か
れ、そこでターゲットWの表面空からの光が結像され
る。つまり、加工のためのイオンビームを用いずに、装
置内に形成される電場等のエネルギに実質的に影響され
ない光を用いてターゲットWを観察することができ、加
工中であるか否かを問わず、光学的にターゲットWの表
面を観察することができる。ここで、以上の本発明の構
成において特に注目すべき点は、ビーム集束光学系の静
電対物レンズを6をビーム走査手段5よりもターゲット
ホルダ7側に配置して可及的にターゲットWに接近さ
せ、しかもその静電対物レンズ6に光学式反射対物レン
ズ20を一体的に組み込んでいる点であり、これによ
り、ビームを十分集束させてターゲットWに照射できる
と同時に、光学式反射対物レンズ20もターゲットWに
可及的に接近させることが可能であるが故に、結像光学
系30の倍率の低下を招くことがなく、良質で高倍率の
ターゲット像が得られる。
【0009】
【実施例】図1は本発明実施例の全体構成を真空チャン
バを省略して示す模式図である。液体金属イオン源1に
はヒータ(図示せず)が設けられており、内部の金属を
溶融させることができる。この液体金属イオン源1に
は、加速電源11によって正の電位が与えられる。
【0010】液体金属イオン源1のイオン取り出し口に
近接して引き出し電極2が配設されているとともに、こ
の引き出し電極2と液体金属イオン源1との間には引き
出し電源12が接続されており、両者間にイオン源1内
のイオンを引き出すに十分な電位差が与えられるように
なっている。
【0011】引き出し電極2に隣接して静電レンズから
なるコンデンサレンズ3が設けられており、その次段に
はマスフィルタ4aとビームアパーチャ4bからなる質
量分離器4が配設されている。マスフィルタ4aは例え
ばE×Bフィルタであって、所望イオンのみを直進させ
てビームアパーチャ4bを通過させ、他のイオンはビー
ムアパーチャ4bによってトラップされる。
【0012】ビームアパーチャ4bの次段には偏向電極
5が配設されている。この偏向電極5は偏向制御回路
(図示せず)に接続されており、刻々のビーム走査信号
の大きさ、つまりビームの走査量に応じた電圧が印加さ
れるように構成されている。
【0013】偏向電極5の次段には静電対物レンズ6が
設けられており、この静電対物レンズ6の直後にターゲ
ットWを支持するためのターゲットホルダ7が配置され
ている。
【0014】静電対物レンズ6および前記したコンデン
サレンズ3は、いずれも3枚電極構造を持つ静電レンズ
であって、それぞれの内部電極はレンズ電源13ないし
は14に接続され、内部電極の両側に位置する各外部電
極は接地される。
【0015】ターゲットホルダ7は碍子Gを介してステ
ージ8に支持されており、ステージ8はステージ駆動回
路(図示せず)からの駆動信号によって水平面上で変位
が与えられる。また、ターゲットホルダ7には減速電極
15が接続されており、このターゲットホルダ7と静電
対物レンズ6の後段側の外部電極との間に減速電場が形
成されるようになっている。
【0016】静電対物レンズ6には、以下に詳述するよ
うに光を通過させるためのぬき窓61が形成されてお
り、ごき静電対物レンズ6には、その上方にこれと同軸
上に光学式反射対物レンズ20が一体的に組み合わされ
ている。そして、この光学式反射対物レンズ20はター
ゲットWからの入射光を直角に曲げて、真空チャンバの
外に置かれた結像光学系30に導くように構成されてい
る。
【0017】図2に本発明実施例の静電対物レンズ6の
近傍の具体的構成を示す断面図で示す。静電対物レンズ
6の3枚の各電極6a,6bおよび6cはそれぞれ略カ
ップ状の形状を有しており、その底に相当する面には、
それぞれビーム中心を通る貫通孔60のほか、この貫通
孔60を取り巻くように抜き窓61が形成されている。
この抜き窓61と貫通孔60との関係は、図3に電極6
aを例にとって図2のA−A矢視で要部拡大図を示す通
りであり、いずれも、イオンビーム中心Bを中心として
円形の貫通孔60が形成され、これを中心としてその周
囲に複数個の抜き窓61が形成された構造となってい
る。
【0018】そして、このカップ状をした静電対物レン
ズ6の内側には、光学式反射対物レンズ20が収容され
て相互に一体化されている。光学式反射対物レンズ20
は、図4にその拡大断面図を示すように、凹面鏡21
と、これに対向する凸面鏡22、およびその凸面鏡22
に対して45°の姿勢で配設された反射ミラー23を備
えており、これらの各光学要素は支持部材24,25お
よび26等によって静電対物レンズ6の中心であるビー
ム中心Bを中心として配置され、また、各光学要素並び
に各支持部材には、そのビーム中心Bを中心とする貫通
孔Hが形成されている。
【0019】この光学式反射対物レンズ2では、図中下
方から、すなわち静電対物レンズ6の抜き窓61を介し
て入射した光は凹面鏡21によって反射されて凸面鏡2
2に導かれ、この凸面鏡22によって再び反射されて反
射ミラー23に導かれた後、この反射ミラー23により
ビーム中心Bに対して直角方向に反射される。支持部材
24の側面には反射ミラー23からの反射光を取り出す
ための窓24aが形成されており、反射ミラー23から
の反射光はこの窓24aを介して以下に示すように結像
光学系30に導かれる。
【0020】図5は本発明実施例の光学系の全体構成図
である。光学式反射対物レンズ23からの光はレンズ3
1を介してミラー32によって垂直方向に反射された
後、真空チャンバに設けられた真空封止用のガラス窓3
3を経てチャンバ外に置かれた光学顕微鏡筒M内のレン
ズ34および35を通って接眼レンズ36a等を備えた
三眼鏡筒36に導かれる。レンズ34と35の間にはハ
ーフミラー37が配設されており、このハーフミラー3
7を介して光ファイバ38からの照明光が供給され、そ
の照明光は光学式反射対物レンズ2および静電対物レン
ズ6の抜き窓61を介してターゲットホルダ7上のター
ゲットWの表面に照射されるようになっている。なお、
ハーフミラー37とレンズ35の間には、変倍リング3
9aに支持された変倍レンズ39が配置されている。
【0021】以上の構成により、光ファイバ38を介し
て照明光を供給することによってターゲットWから反射
した光は、静電対物レンズ6の抜き窓61および光学式
反射対物レンズ2を介して結像光学系30に導かれて結
像され、接眼レンズ36a等によってその拡大像を観察
することができる。
【0022】ここで、液体金属イオン源1からの集束イ
オンビームは、光学式反射対物レンズ20の中心に穿た
れた貫通孔Hを通るから問題はなく、従って集束イオン
ビームによる加工中においても結像光学系30によって
随時にターゲットWの表面の観察が可能となる。
【0023】なお、以上の実施例では静電対物レンズ6
における光学的な窓として抜き窓61を採用した例を述
べたが、これに代えて、静電対物レンズ6の各電極を、
ガラスの表面にITO(インジウム錫酸化膜)等の透明
導電材料をコーティングした構造とすることにより、光
を透過させてしかも静電レンズとしての機能を持つもの
としてもよい。
【0024】また、以上実施例では、減速機能付きの集
束イオンビーム装置に本発明を適用した例を示したが、
本発明はこれに限定されることなく、減速機能を持たな
い通常の集束イオンビーム装置にも全く同様に適用し得
ることは勿論である。
【0025】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
イオンビームを集束するためのビーム集束光学系に、ビ
ーム走査手段(偏向電極)よりもターゲットホルダ側に
位置する静電対物レンズを含ませるとともに、その静電
対物レンズに光を通過させる光学的な窓を設け、その静
電対物レンズには同軸上に光学式反射対物レンズを一体
的に組み合わせ、その光学式反射対物レンズからの光を
結像するための結像光学系を備えた構造としているか
ら、加工用の集束イオンビームを照射している状態で、
随時にターゲットの表面を観察することが可能となっ
た。しかも、ビーム走査手段よりもターゲットホルダ側
に静電対物レンズを配置してターゲットの直近でイオン
ビームを集束するため、ビームを十分に集束させてター
ゲットに照射することが可能であり、かつ、その静電対
物レンズに光学式反射対物レンズを一体的に組み合わせ
ているため、ターゲットと光学式反射対物レンズとの距
離も可及的に短くすることが可能となり、高い倍率のタ
ーゲット像が得られる。以上により、集束イオンビーム
を用いた蒸着やエッチング等の微細加工に際して、常に
加工状況を観察しながらの加工ができるようになり、任
意に加工を中止したり追加工を行い、あるいは加工位置
を変更することが可能となり、微細加工の自由度が大き
く広がるとともに、イオンビームのターゲットに対する
位置合わせも容易化される。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明実施例の全体構成を示す模式図
【図2】その静電対物レンズ6の近傍の具体的構成を示
す断面図
【図3】図2のA−A矢視で示す要部拡大図
【図4】本発明実施例の光学式反射対物レンズの構成を
示す断面図
【図5】本発明実施例の光学系の全体構成図
【符号の説明】
1 液体金属イオン源 2 引き出し電極 3 コンデンサレンズ 4 質量分離器 4a マスフィルタ 4b ビームアパーチャ 5 偏向電極 6 静電対物レンズ 60 貫通孔 61 抜き窓 7 ターゲットホルダ 8 ステージ 11 加速電源 12 引き出し電源 13,14 レンズ電源 15 減速電源 20 光学式反射対物レンズ 21 凹面鏡 22 凸面鏡 23 反射ミラー 24,25,26 支持部材 H 貫通孔 30 結像光学系 M 光学顕微鏡筒 31,34,35 レンズ 32 ミラー 33 ガラス窓 36 三眼鏡筒 36a 接眼レンズ 37 ハーフミラー 38 光ファイバ W ターゲット

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 イオン源と、このイオン源からイオンを
    ビーム状に引き出す引き出し電極と、その引き出された
    イオンビームを集束させる複数の静電レンズからなる集
    束レンズ系と、上記イオン源から引き出されたイオンの
    うち所定のイオンのみを取り出す質量分離器と、ターゲ
    ットを支持するターゲットホルダと、上記質量分離器か
    ら取り出されたイオンビームを偏向させつつ上記ターゲ
    ットホルダに導くビーム走査手段を有する装置におい
    て、上記集束レンズ系は上記ビーム走査手段よりターゲ
    ットホルダ側に配置された静電対物レンズを含み、その
    静電対物レンズに光を通過させる光学的な窓が設けら
    、かつ、その静電対物レンズには同軸上に光学式反射
    対物レンズが一体的に組み合わされているとともに、そ
    の光学式反射対物レンズからの光を結像するための光学
    系を備えていることを特徴とする集束イオンビーム装
    置。
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JP2760802B2 (ja) * 1988-06-01 1998-06-04 株式会社日立製作所 集束イオンビーム処理装置
JP2890680B2 (ja) * 1990-05-31 1999-05-17 株式会社島津製作所 半導体素子製造装置

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