JPH01124945A - 荷電ビーム装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は荷電ビーム装置に関し、更に詳しくは試料に照
射されるビーム電流を連続して測定することができるよ
うにした荷電ビーム装置に関する。

［従来の技術］ 電子ビーム描画装置又は集束イオンビーム装置等の荷電
ビーム装置は、荷電ビーム源から出射されたビーム（？
’ｆｆ子ビーム又はイオンビーム）を集束・偏向して試
料（又は材料）上に所定のパターンを描画するようにな
っている。第３図は、集束イオンビーム装置の従来構成
例を示す図でイオンビ−プ電流を測定している状態を示
している。

加速電圧発生回路１によりエミッタ２に高電圧（加速電
圧）　ＶＡ　ｃ　ｃが印加され、更に加速電圧ＶＡＣＣ
と正極性側を共通電位とする引出し電圧発生回路３によ
り引出し電極４に引出し電圧Ｖε×を印加する。この状
態で、エミッタ２から出射されたイオンは、引出し電極
４の方に引き寄せられ、集束レンズ５により集束され、
イオンビームＢｉとして出射される。

出射されたイオンビームＢｉは、マスフィルタ６により
不要イオンが除去された後、対物レンズ７により集束さ
れ、ファラデーカップ８を照射する。ファラデーカップ
８の位置には、通常は試料が請かれ、該試料上に所定の
パターンが描画される。このような実際のビーム描画を
行う時には、対物レンズ７とファラデーカップ８との間
に配されたビーム３ｉを２次元方向に走査するための曜
内電極９によりイオンビームＢｉの偏向を行う。

ファラデーカップ８により検出されたプローブ電流１ｐ
は、増幅器１０により増幅された後、メータ１１で表示
される。オペレータは、このメータ１１の指示値を観な
がら、プローブ電流１ｐが一定になるような定電流制御
を行う。試料上に高品質のパターンを描画するためには
、試料に照射されるイオンプローブ電流が常に一定であ
ることが必要となる。このためイオンプローブ電流が一
定になるような制御が行われる。定電流制御の方法とし
ては、以下に示すような３通りがある。

■　第１の方法 オペレータが、メータ１１の指示を見ながら指示値が一
定となるように分圧回路１２を調整するものである。こ
の時、スイッチＳＷの共通接点はＢ接点と接続されてい
る。分圧回路１２の分圧出力（電流設定値に対応してい
る）は、差動増幅器１３の一方の入力（正入力）に入っ
ている。差動増幅器１３は、ここでは出力と他方の入ｈ
（負入力）が接続されて単なるバッファとなっている。

従って、電流設定値は、そのままＶ／Ｆ変換器１４に入
る。

Ｖ／Ｆ変換器１４は、入力電圧に応じた周波数信号を発
生する。そして、このＶ／Ｆ変換器１４の出力は、光送
信器１５に入って光信号に変換された後、光ファイバ１
６によって光受信器１７に伝送される。光受信器１７は
光ファイバ１６からの光信号を電気信号（周波数信号）
に変換する。

この周波数信号は、続＜Ｆ／Ｖ変換器１８により元の直
流信号に変換された後、引出し電圧発生回路３に、電圧
可変の１ｌｉｌｊｌｌｌｌ信号として印加される。

この結果、引出し電圧発生回路３の発生電圧は変化し、
引出し電極４に印加される引出し電圧Ｖｔｘが変化する
。これにより、エミッタ２から出射されるイオン電流の
量が変化する。このイオン電流の変化は、プローブ電流
の変化となって表われメータ１１の表示が変わる。オペ
レータは、このメータ１１の表示を観て必要に応じて更
に分圧回路１２を調整する。

■　第２の方法 エミッタ２に直列に接続されたトータルエミッション電
流検出用抵抗１９で検出されたトータルエミッション電
流が一定になるようにフィードバックＩＩＪ　’ｔＥす
るものである。この時のスイッチＳＷ−の共通接点は、
Ｃ接点と接続されている。そして、この場合もトータル
エミッション電流の目標値は、分圧回路１２で設定され
る。エミッタ２からイオンビームＢｉが出射されると、
電流検出抵抗１９の両端には、エミッション電流に応じ
た電圧が発生する。この電圧は、ｖ／Ｆ変換器２０に入
プて周波数信号に変換され、光送信器２１に入って光信
号に変換される。この光信号は、光ファイバ２２によっ
て光受信器２３に伝送される。該光受信器２３は、光フ
ァイバ２２からの信号を電気信号（周波数信号）に変換
する。この周波数信号は、続＜Ｆ／Ｖ変換器２４に入っ
て周波数に応じた直流電圧に変換される。そして、この
Ｆ／Ｖ変換器２４の出力は差動増幅器１３の負入力に入
る。

差動増幅器１３は、エミッション電流目標値（分圧回路
１２の出力）とエミッション’；ａｍｐ定値（Ｆ／Ｖ変
換器２４の出力）との差分に応じた信号を出力する。こ
の差分信号は、Ｖ／Ｆ変換器１４→光送信器１５→光フ
ァイバ１６→光受信器１７→Ｆ／Ｖ変換器１８を経て引
出し電圧発生回路３にｔｌＮＩＤ信号として与えられる
。この結果、引出し電極４に印加する引出し電圧ＶＥＸ
が変化して工°ミッション電流が変化することは、第１
の方法について述べたとおりである。このようにして、
図に示すネガティブフィードバック回路はエミッション
電流測定値が目標値に等しくなるまで引出し電圧ＶＥＸ
を変化させる。この結果、トータルエミッション電流は
一定値に保たれることになる。

■　第３の方法 引出し電極４から集束レンズ５の方に流れるイオン１！
流をイオン電流検出器２５で検出し、このイオン電流が
一定になるようにフィードバック制御するものである。

この時のスイッチ１３の共通接点はＡ接点と接続されて
いる。この場合もイオン電流目標値は、分圧回路１２で
設定される。そして、図に示すフィードバック回路は、
イオン電流側定値がイオン電流目標値に等しくなるよう
に負帰還制御を行う。この場合において、イオン電流検
出器２５で検出された信号は増幅器２６で増幅された後
、差動増幅器１３に入っている。そして、増幅器２６の
出力は、メータ２７でモニタできるようになっている。

［発明が解決しようとする問題点］ イオンプローブ電流が常に・一定になるような制御が可
能となるためには、先ずイオンプローブ電流を正確に測
定することが前提となる。前述したように、集束イオン
ビーム装置で試料に照射されるイオンプローブ電流を測
定する方法としては、前述したように■試料位置にファ
ラデーカップ８を配置して直接イオンプローブ電流を検
出し、メータ１１で表示する方法と、■電流検出抵抗１
９でトータルエミッション電流を検出する方法及び、■
イオンＴｉ流検出器２５でイオン電流を検出しメータ２
７で表示する方法とがある。前者■は、イオンプローブ
電流を直接測定しているので、理想的な測定法といえる
。しかしながら、試料にイオンビームを照射中（例えば
露光中）には、ファラデーカップを入れることができな
いので、連続してイオンプローブ電流を測定することが
できないという不具合がある。

これに対し、侵者の■、■の方法はイオンビーム照射中
でも連続してイオン電流を検出することができる。しか
しながら、試料に直接照射される電流を測定していない
ため、測定値と、実際のイオンプローブ電流との間にず
れが生じることがある。このずれのために、正確な電流
制御が行えないという不具合がある。例えば、集束レン
ズ５を通過した後に不要イオンを除去するためのマスフ
ィルタ６が配置されているので、液体金属イオン源とし
て、ＡＬＩ　−８ｉ−３ｅ等を使用した時、イオンビー
ム電流を一定にしてもイオンプローブ電流は長時間一定
にならないことがある。例えば、マスフィルタ６でＢｅ
のみを試料に照射しようとする場合、ＡＵ　−８ｉ−Ｂ
ｅのイオン電流比が変動するとトータルのイオン電流が
一定であってもプローブ電流は変化してしまう。

本発明は、このような点に鑑みてなされたものであって
、その目的は試料に照射されるプローブ電流を、実際の
ビーム照射時においても連続して、しかも正確に測定す
ることができる荷電ビーム装置を実現することにある。

［問題点を解決するための手段］ 前記した問題点を解決する本発明は、荷電ビーム源から
出射したビームを集束・偏向して試料に照射する荷電ビ
ーム装置において、 荷電ビーム源と試料との間に上下２段以上の荷電ビーム
電流検出器を配訝し、これら荷電ビーム電流検出器の出
力を差動増幅器に入れ、その差分出力が試料に照射され
るプローブ電流に等しくなるようにしたことを特徴とし
ている。

［作用］ 荷電ビーム源と試料との間に例えば、上下２段の荷電ビ
ーム電流検出器を配置し、この２段の荷電ビーム電流検
出器の差分がプローブ電流と等しくなるように上段の荷
電ビーム電流検出器出力を調整する。このような構成と
することによって、実際の荷電ビーム描画時においても
荷電ビームのプローブ電流を連続して測定することがで
きるので、プローブ電流が一定となるような定電流制御
も可能となる。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する
。

第１図は、本発明の一実施例を示す要部構成図である。

第３図と同一のものは、同一の符号を付して示す。図に
おいて、３１．３２はそれぞれマスフィルタ６の上下に
配された上下２段のイオンビーム電流検出器である。３
３は上段のイオンビーム電流検出器３１の出力を増幅す
る増幅器、３４は下段のイオンビーム電流検出！１３２
の出力を増幅する増幅器、３５はこれら増幅器３３．３
４の出力の差を求める差動増幅器である。このように構
成された装置の動作を説明すれば、以下のとおりである
。

引出し電極４を通過したイオンビームＢｉのイオンビー
ム電流をＩｔｌとする。このイオンピ−ム３ｉは、集束
レンズ５で集束された後、上段のイオンビーム電流検出
器３１を照射する。このイオンビーム電流検出器３１は
、図に示すように円板状になっており、真中にイオンビ
ーム通通用の穴があいたアパーチャとなっている。下段
のイオンビーム電流検出器３２についても同様の構成と
なっている。

このようなアパーチャ形状のイオンビーム電流検出器３
１の穴を通過するイオン電流を１８２とすると、該イオ
ンビーム電流検出器３１で検出される電流は（１８１−
ｒｓｚ＞となる。この検出された電流は穴を通過するイ
オン電流１８２に比例するものとする。即ち、 ＩＩ　ｔ−ＩＳ　２−Ｋｔ　　Ｉｓ　２　　（Ｋｔは定
数）・・・（１） が成り立つものとする。

次に上段のイオンビーム電流検出器３１を通過したイオ
ンビームは、マスフィルタ６によって不要イオンが除去
される。不要イオンが除去されたイオンビームは下段の
イオンビーム電流検出器３２を照射する。そして、該イ
オンビーム電流検出器３２の穴を通過したイオンビーム
がファラデーカップ（又は試料）８を照射する。この時
、下段のイオンビーム電流検出器３２の出力電流をｉ。

とし、プローブ電流をＩｔ）とすると、■０は次式１式
％ そこで１．上段のイオンビーム電流検出器３１の検出電
流に１１８２がＩＩ２と等しくなるように増幅器３３の
ゲインに２を調節してやる。つまり、Ｉａ　２−に２　
　（ＫＩＩｓ　２　）＝Ｋｚ　　（Ｉｌｌ−１１１２）
　　　　・・・（３）が成り立つようにゲインに２を調
節してやる。差動増幅器３５の出力■−は、 １Ｍ＝に２　　（１ｓｔ−ＩＩ２　）−１゜−Ｉａｚ−
Ｉｏ　　　　　　−（３）式より−ＩＣ・・・（２）式
より となり、そのままプローブ電流を示すことになる。

従って、本発明によれば、試料位置にプローブ電流検出
器を配置しなくても実際のビーム照射時においても連続
してプローブ電流を検出することができ、プローブ電流
が一定になるような定電流制御を行うことができる。

第２図は、本発明の一実施例を示す構成ブロック図であ
る。第１図、第３図と同一のものは、同一の符号を付し
て示す。図に示す実施例は、第３図に示す従来例におい
てスイッチＳＷのＡ接点に接続されるイオン電流検出器
２５の代わりに、差動増幅器３５の出力を接続するよう
にしたものである。それ以外の構成は、全て第３図に示
す従来例と同じである。即ち、スイッチＳＷの共通接点
がＡ接点と接続された場合には試料８に照射されるプロ
ーブ電流が一定になるようなフィードバックＩＩＪＩＩ
ｌが行われ、Ｂ接点と接続された場合には分圧回路１２
によるマニュアル制御が行われ、Ｃ接点と接続された場
合にはトータルエミッション電流が一定になるようなフ
ィードバック制御が行われる。それぞれの動作について
は、第３図について詳細に説明したものと同一であるの
で、省略する。

上述の説明では、荷電ビーム装置として集束イオンビー
ム装置について説明した。しかしながら、本発明はこれ
に限るものではなく電子ビーム描画装置や電子顕微鏡等
の電子ビーム装置であってもよい。

尚、前記実施例では上段の荷電ビーム電流検出器の出力
を調整するようにしたが、下段の電荷ビーム電流検出器
の出力を調整するようにしてもよい。又、荷電ビーム源
と試料との間の上下方向にマスフィルタを挾んで２段以
上の荷電ビーム電流検出器を配置し、マスフィルタの上
方に配置されたものの何れかと、下方に配置されたもの
の何れかの差分が１０−ブ電流と等しくなるようにして
もよい。

［発明の効果］ 以上、詳細に説明したように、本発明によれば荷電ビー
ム源と試料との間に上下２段以上の荷電ビーム電流検出
器を配置して、これら荷電ビーム７４流検出器の差分が
試料に照射されるプローブ電流に等しくなるようにする
ことにより、実際のピ−ム照射時においても連続して、
しかも正確に測定することができる荷電ビーム装置を実
現することができ、実用上の効果が大きい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す要部構成図、第２図は
本発明の一実施例を示す構成ブロック図、第３図は従来
装置の構成例を示す図である°。 １・・・加速電圧発生回路 ２・・・エミッタ ３・・・引出し電圧発生回路 ４・・・引出し電極　　　　５・・・集束レンズ６・・
・マスフィルタ　　　７・・・対物レンズ８・・・ファ
ラデーカップ（又は試料）９・・・偏向電極　　　　　
１０・・・増幅器３１．３２・・・イオンビーム電流検
出器３３．３４・・・増幅器　　３５・・・差動増幅器
特許出願人　　日　　本　　電　　子　　株　　式　　
会　　社代　　理　　人　　　弁　　理　　士　　　井
　　島　　藤　　治外１名

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 荷電ビーム源から出射したビームを集束・偏向して試料
   に照射する荷電ビーム装置において、荷電ビーム源と試
   料との間に上下２段以上の荷電ビーム電流検出器を配置
   し、これら荷電ビーム電流検出器の出力を差動増幅器に
   入れ、その差分出力が試料に照射されるプローブ電流に
   等しくなるようにしたことを特徴とする荷電ビーム装置
   。