JPH01503421A

JPH01503421A - 一体型帯電中性化撮像装置

Info

Publication number: JPH01503421A
Application number: JP63504247A
Authority: JP
Inventors: パーカー，ノーマン・ウィリアム; ターンブル，ウィリアム・ガーフィールド; ロビンソン，ウィリアム・プレストン
Original assignee: マイクロビーム・インコーポレーテッド
Priority date: 1987-05-11
Filing date: 1988-05-10
Publication date: 1989-11-16
Also published as: GB2211657B; GB2211657A; WO1988009051A1; NL8820331A; US4818872A

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】一体型帯電中性化撮像装置久更□□□宣屡１、発明の技術分野本発明は集束イオンビーム装置に関する。特に、本発明は、一体化した帯電中性化特性と撮像特性を有する集束イオンビーム装置に関するものである。

２、従来技術非導電性である材料で作られたターゲットの撮像および処理を要する種々の集束イオンビームの応用があるが、これらの用途には、パッジベイテッド集積回路、ホトレジスト被覆ウェーハ及びマスク、ベンチマーク、絶縁体、または導電性若しくは非導電性基板中の絶縁層の微量分析における撮像および処理が含まれる。

集束イオンビームの一つの特殊な応用は、ホトマスクの修復である。マスク修復においては、マスクの表面は通常極不良導電体である。このため、イオンビームはマスク材料の帯電の増大をもたらす。

従って、集束イオンビームを用いるマスク修復には、撮像および修復過程中、マスク表面の帯電を減少もしくは除去することが必須である。ターゲットの帯電はスポットのサイズを大きくし、ビームを偏向させ、また、画像形成性を変化させるので、この帯電の中性化が非常に効果的であるのが極めて望ましい。画像形成性への効果は、（１００ｅＶ未満の初期エネルーを有する）二次電子及び二次イオンの軌道がマスク表面上の比較的小さな電位差によって大きく影響を受けるために生じる。

従来のマスク修復装置の代表的なものは、Ｋ　Ｌ　Ａ　／　Ｍ　１ｃｒｏｎ　８０ｇ、セイコー　５ｒＲ１０００、およびイオン・ビーム・システム社のマイクロトリムである。これらの装置は全て、帯電中性化のための電子数出銃がマスクあるいは他の絶縁面を撮像するのに使用される二次電子若しくは二次イオンコレクタを一体化されていない。各装置の欠点は、これらの独立した機能が一体化した装置の要素ではないため、放出銃および撮像装置の操作が最適化されていないことである。一般に、これらの機能が一装置に一体的に設計されていない限り、これらの機能は実際に相互干渉する。　他の従来技術は、バキウム・ジェネレーターズ（Ｖ　ａｃｕｕｍ　Ｇ　ｅｎｅｒａｔｏｒｓ、例えば、ＭＩＱ１５６）、ライバー（Ｒ１ｂｅｒ）およびカメ力（Ｃａｍｅｃａ）　（Ｉ　Ｍ　Ｓ　−３ｆ。

ＩＭＳ−１）の各社製の装置など、微量分析機器使用分野にある。

特に適当な例は、カメ力・イオンマイクロプローブの改良型である（ジー・スロノジアン、エム・チェインドロウ、アール・デンネブーイ著、「電子ミラーとしての放出型対物レンズ作用：絶縁性試料表面での自己制御ポテンシャル」、二次イオン質量分光計Ｖ、ＳＩＭＳ　Ｖ、ｌ５ＢＮ　０−３８７−１６２６３−１．１９８６．１５８−１６０頁参照）。この改良型のカメカ製装置では、放出ビームは信号収集光学系と一体化されているが、本発明とは全（異なる方法である。

この文献は電子ビーム帯電中性化の一方法を開示しているが、スロツジアン他の記載した手段は、−次イオンビームが信号収集光学系と一体化されていないため、集束イオンビーム機器での使用には適用できないという問題がある。

発明の概要本発明は、帯電中性化電子銃を撮像光学系と結合させ、集束イオンビーム装置の非導電性ターゲットを撮像するのを可能にするものである。装置は四つの操作モードを有し得る。即ち、（１）二次電子撮像、二次イオン撮像（正の全イオン種）、二次イオン質量分光計撮像（選択されたイオン種）、スパッタエツチング、ガスからのイオンビーム補助形蒸着、イオンビームからの直接蒸着中、あるいはそれらと組み合わせてのターゲットの帯電中性化、２）二次電子撮像、３）二次イオン撮像、４）二次イオン質量分光計（ＳＩＭＳ）撮像である。

本発明には五つの主要構成要素が含まれる。即ち、第１は、内外電極共に可変電圧を有する９０度球状静電キ゛ヤパシタ（同中心の四半分の球として形成された二つの電極）からなるエネルギーアナライザがターゲット表面の真上に配設されている。フリンジ電界を制限し、かつ、ビームサイズを規制するため、円形の穴がアナライザの入口および出口に設けられている。

静電レンズは電子銃からエネルギーアナライザの虚対物面にビームを集束させるのに使用される。このレンズはエネルギーアナライザから出た二次電子若しくは二次イオンを収集し、それらを撮像光学系に集束させるのにも使用される。

偏向器は電子ビームをレンズの軸に同けるために使用される。この偏向器は二次電子若しくは二次イオンを電子／イオン検出器に向ける、あるいは二次イオンを３１ＭＳ質量フィルタの入射孔に向けるのにも使用される。

電子銃は電子のビームを発生させるのに使用され、この電子は偏向器に向けられ、次いでレンズおよびエネルギーアナライザを経て、最後にターゲット表面で終わる。

本発明で用いる撮像装置は、一つ若しくは幾つかのエレメントを含み得る。チャンネル電子増倍器を二次電子（ＳＥ）の検出に使用し、ＳＥ映像信号を得ることも可能である。また、チャンネル電子増倍器を二次イオン（ＳＩ）の検出に使用し、Ｓｌ映像像信号を得ることも可能である。チャンネル電子増倍器は、映像信号を得るため、二次電子もしくは二次イオンのいずれかの収集に使用することも可能である。二次イオン質量分光計（ＳＩＭＳ）装置はエネルギーアナライザで収集された二次イオンの質量分析および収集に使用することも可能である。これによりＳ　ＩＭＳ映像用信号（若しくは多重信号）が得られる。

本発明には幾つかの新規な特徴がある。第１は、ターゲット表面に垂直に入射する低エネルギー電子をターゲットに照射することによって、帯電中性化がターゲット表面で最適化されることである。

エネルギーアナライザ（９０度球状静電キャパシタ）は、帯電中性化を最適化させるため、帯電中性化電子ビームを水平方向から垂直方向に偏向させる。二次電子および二次イオンの撮像光学系への収集は、種々の映像信号収集器に対して、初期の垂直なイオン若しくは電子の軌道を水平方向に偏向させるエネルギーアナライザを用いて、能率的に行なわれる。

また、本発明は、複数の撮像モードの単一装置への組合わせを可能にしている。

二次電子撮像モードは一次イオンビームによる衝撃のためターゲット表面から放出される二次電子を用いて映像を形成する。また、二次イオン撮像モードは、− 次イオンビームによる衝撃のためターゲット表面から放出される二次イオンを用いて映像を形成する。二次イオン質量分光計（ＳＩＭＳ）モードは、−次イオンビームによる衝撃のためターゲット表面から放出される二次イオンを収集し、− 以上のイオン種を選択するため質量分析を行う。これらのイオン種はＳＩＭＳ信号を発生させるために検出され、この信号はターゲットのマススペクトル、深層プロフィール若しくは元素マツプを作るのに利用できる。

本発明の他の構成要素は、−次イオンビームが出るのと同じ孔を介して帯電中性化電子ビームを発出させるエネルギーアナライザの使用である。また、撮像用二次電子若しくは二次イオンを収集するため、この同じ孔が使用されることである。

装置には本質的に四つの独立したビーム、即ち、−次イオンビーム、帯電中性化用電子ビーム、ターゲットからの二次電子、およびターゲットからの二次イオンがある。これらの四つのビームは、ターゲツト面とエネルギーアナライザーの入射孔間の領域で全て相互に平行である。エネルギーアナライザーは一次イオンビームを電子ビーム、二次電子および二次イオンから分離する。次いで、レンズおよび偏向器が連合して、電子ビームを電子銃から選び出し、二次電子および二次イオンをそれらの検出器に向かわせる。マスク修復用、リングラフィ用、微量分析用その他の用途用の機器は、本発明に含まれるようなこれらの全機能を全く結合し得ない。

この発明によれば、ターゲｙ）が極子良導電体であっても、ターゲットを高空間解像度で撮像することができる。四つの操作モードの各々の性能は、装置全体の性能を殆ど損なうことなく、独立して最適化し得る。

特に、帯電中性化のためターゲットに注ぐのに使用される電子は、その方向（ターゲツト面に垂直）およびエネルギー（Ｏ〜１５０ｅＶ）を最適化される。また、種々の二次電子および二次イオン信号は、ターゲットの真上に配設され、かつ、−次ビームを包囲する円形の入射孔を有するエネルギーアナライザーにより大きな立体角に亙って極めて効率良く収集される。

図面の簡単な説明第１図ａは帯電中性化モードで動作中の本発明に従って構成された装置の平面図、第１図すは帯電中性化モードで動作中の本発明に従って構成された装置の側面図、第２図ａは二次電子撮像モードで動作中の本発明に従って構成された装置の側面図、第２図すは二次電子撮像モードで動作中の本発明に従って構成された装置の平面図、第３図ａは二次イオン撮像モードで動作中の本発明に従って構成された装置の側面図、第３図すは二次イオン撮像モードで動作中の本発明に従って構成された装置の平面図、第４図ａは二次イオン質１分光計モードで動作中の本発明に従って構成された装置の側面図、第３図すは二次イオン質雪分光計モードで動作中の本発明に従って構成された装置の平面図である。

最良の実施形態の詳細な説明第１図〜第４図は本装置の最良の実施形態の四つの動作モードを示す。第１表は第１図〜第４図に示す装置の代表的な動作パラメータを規定し、第２表は第１表の動作パラメータが適用可能な物理的設計パラメータを規定している。

第１図ａは帯電中性化モードでの動作を示す本発明品２の平面図で、電子銃４（表層部を切って内部を示しである。）はハウジング８に装着され、加熱されたフィラメント６を含む。フィラメント６と抽出孔プレート１２との間に電圧が印加され、フィラメント６から抽出孔プレート１２の方へ電子ビーム１０が放出される。ビーム１゜の一部は抽出孔プレート１２の中央孔を通ってレンズ１４に入る。

レンズ１４は電子銃シールド１８の射出孔１６の平面で焦点１７に電子ビーム１０を集束させる。

本発明品の正しい性能は、ターゲットへ輸送できる電流を最大にするため、電子流が焦点１７に集中されることを必要とする。電子銃４の精密な設計は、本発明の一部ではないが、一般には、焦点１７を形成するためには図示のようなデザインの電子銃が必要である。

電子銃設計の原理は当該技術分野の通常の知識を有する者に良く知られているところである。

電子ビーム１０は電子銃４から偏向器２０の軸線に対して水平方向に角度１９で出てくる。偏向器２０（表層部を切って内部を示しである。）は、標準的な四極配列の四つの電極、即ち、上部電極２１（第１図すに示す。）、側部電極２２、底部電極２３、および側部電極２４を包含する。電極２２に電圧＋Ｖが印加され、電極２４に電圧−■が印加される。これらの電圧は、電子ビーム１ｏを偏向器２゜の軸上に偏向させる電界を生じさせる。電極２１（上部、第１図すに示す。

）および電極２３（底部）は、電子ビーム１０の方向づけを最適化するため、正または負の低電圧を持っていても良い。第１表にこれらの電圧の代表的な値を示す。

第２表は装置を物理的設計パラメータを示す。第１表中の電圧および電流は、これらの寸法の装置に適用される。寸法が異なれば、装置はそれに応じてその動作パラメータについて異なる要件を持つことになる。

（以　下　余　白）第１表（帯電中性化兼撮像装置の動作パラメータ）−−一−−−−−−動作モードーーーーー−一−−−−−−パラメータ　帯電中性化　ＳＥ撮像　Ｓｌ撮像　Ｓ　ＩＭＳフイラメン）６　ｈｔｒ　２．６Ａ　２．６Ａ　２．６Ａ　２．６Ａハウジング８　−１３５Ｖ　−３７０Ｖ　−３７０Ｖ　−３７０Ｖ抽出８１２　 −１３５Ｖ　−３７０Ｖ　−３７０Ｖ　−３７０Ｖレンズ１４　−２５３Ｖ　− ２５３Ｖ　−２５３Ｖ　−２５３Ｖシールド１８　０Ｖ　ｏｖ　ｏＶ　ｏｖ電極２１　小＊　小　小　小電極２２　；６１Ｖ　−４５Ｖ　＋７１Ｖ　小電極２３　小　小　小　小電極２４　−６１Ｖ　−１−４５Ｖ　−７１Ｖ　小電極２８　０Ｖ’ＯＶ　ＯＶ　ＯＶ電極３０　−２０４Ｖ　−２０４Ｖ　＋３１０Ｖ　＋２８４Ｖ電極３２　０Ｖ　ＯＶ　ＯＶ　ＱＶ電極４６　＋１７６Ｖ　＋１７６Ｖ　−２８３Ｖ　、２８３Ｖ電極４８　−１１８Ｖ　−１１８Ｖ　＋１８１Ｖ　＋１８１Ｖ孔５０，５２　０Ｖ　ＯＶ　ＯＶ　ＯＶターゲ−Ｉ）５６　−２５０Ｖ　−２５０Ｖ　＋４００Ｖ　＋４００Ｖ収集器６４　０Ｖ　Ｏ〜１００Ｖ　−２〜−，５ＫＶ　０Ｖｓｒｓｔｓｔｓｓ　ｏｖ　ｏｖ　ｏｖ　ｏｖ小＊　＝　−１５Ｖ〜−ｉ−１５Ｖ第２表（設計パラメータ）エネルギーアナライザー入射孔５２直径　２．５ｍｍ厚さ　Ｑ、５ｍｍターゲットからの距離　４　ｍｍ湾曲電極からの距離　１ｆｆｌＩ１１エネルギーアナライザー射出孔５０直径　４　ｍｍ厚さ　０．５ａ＋ｍ湾曲電極からの距離　０．４５ｍｍ湾曲電極内側湾曲電極４６　半径　７　ｍｍ外側湾曲電極４８　半径　１２ｍｍ映像／虚像対物面４０射出孔５０からの距離　１０−１１ｍｍ円筒形レンズ３４電極３２　ボア径　３　ｍｍ厚さ　３　ｍｍ電極３０　ボア径　８龍厚さ　５　ｍｍ電極２８　ボア径　８ｍｍ厚さ　７．２５ｍｍエネルギーアナライザー射出孔からレンズ３４の中心までの距離　３９ｍｍ偏向器２０ボア径　８　ｍａ＋全長　２５．４龍円錐角　２０度円筒長さ　１２．７ｍｎ＋レンズ３４の中心から偏向器２０の中心までの距離射出孔直径　２．５ｍｍ電子軌跡に沿ってのフラッド銃射出孔から軸までの距離４２＋ｎｍ軸に対する軌跡の角度　２０度ＳＩＭＳ管８４ボア径　７．９ｍｍ偏向器の軸からの距離　２６開チヤンネルトロン６６軌跡に沿っての軸から収集器６４までの距離　３６ｍｍ軸に対する軌跡の角度　１５．３度帯電中性化モードでは、電子ビーム１０が射出孔１６から偏向器２０に移動する際に起こりうる何等かの電子ビーム１０の偏向を避けるため、Ｓ　１ＭＳシールド管８４およびチャンネルトロン収集器６４は共にｏＶでなければならない。

偏向器２０を構成する画電極は、支持電極２８（ＯＶである。）に取り付けられた絶縁体２６に装着されている。円形電極２８．３０゜３２は、円筒形静電レンズ３４を意味し、電極３２もＯＶである。

電極３０の電圧は電極２８と電極３０との間および電極３ｏと電極３２との間の電界強度を決定する。レンズ３４の焦点距離はこれらの二つの電界の強さに反比例する。静電偏向器およびレンズの設計は、当業者に一般に理解されているところである。偏向器２ｏおよびレンズ３４の細部設計は本発明の一部ではない。

レンズ３４は、電子ビーム１０をエネルギーアナライザーの虚対物面４０の焦点４２に合わせる。エネルギーアナライザー４４は、からなり、電子ビーム１０は焦点４２を出て側部孔５０に入りが、さらに水平方向に移動する。帯電中性化モードでは、エネルギーアナライザー４４は電極４６に正電圧を、電極４８に負電圧を有する。

これらの電圧は放射状電界を発生させ、この電界は電子ビーム１０をその初期の水平方向から底部孔５２に向けて下方向へ９０度湾曲させる。

フラッド銃４、ＳＩＭＳシールド管８４管上４チャンネルトロン６４の相対的配列状態は本発明の一部ではない。本発明の二者択一的な実施態様においては、フラッド銃４若しくはチャンネルトロン６４のいづれかが偏向器２０の軸線上に配置される。どの構成要素も正確に偏向器２０の軸線上にある必要は少しもない。

さらに、これら三つの構成要素（フラッド銃４、ＳＩＭＳ管８４およびチャンネルトロン６４）の総ての存在は本発明品の機能にとって必要ではない。

第１図すは帯電中性化モードの残部を示す。第１図すは、第１図ａと同じく帯電中性化モードで動作している本発明品２の側面図である。エネルギーアナライザー４４の球状の放射状電界は、焦点４２の像５４を（ターゲット表面５６に）形成する。電子ビーム１０が底孔５２を出るときのエネルギー（２００〜３００ｅＶ）からターゲット表面に垂直な角度で領域５４のターゲット表面に到達するときの概略Ｏ〜５０ｅＶにまで減速されるように、底孔５２（ＯＶである。）に対し−２００〜−３００ｖの電圧がターゲット表面５６に印加される。電子ビーム１０がターゲット表面５６に到達するときの電子ビーム１０のエネルギーは、最良の（即ち、ターゲット表面５６に帯電のない）映像を生じさせるため調節される。それと共に、電子ビーム１０のエネルギーおよび角度が帯電中性化処理の効率を最大る。二次電子は一部イオンビーム９０の衝突によりターゲット表面５６の領域９２から放出される。ターゲットでのイオンビーム９０の電流密度を最大にするため、ビームを発生する光学カラムの最終レンズはターゲット表面にできるだめ接近させるべきである。従って、フラッド銃４および撮像光学系は物理的に最終レンズとターゲット間の小空間に配置しなければならない。

二次電子は垂直軸に関しほぼ余弦分布状態（ランバートの法則）で発生し、従って、それらの大部分はエネルギーアナライザーの底部孔５２の軸（ターゲット表面に垂直である。）の近くに集中する。

底部孔５２は、最も望ましくは一部イオンビームが衝突するターゲット上の点の真上に配設され、ＱＶであるが、ターゲット表面５６は−２００〜−３００Ｖである。これはターゲット表面５６と底部孔５２との間に垂直電界を生じさせ、この電界が初期の低エネルギー（０〜５０ｅＶ）の二次電子を底部孔５２に入るときの２００〜３ＱＱｅＶにまで加速する。これにより、軸から外れた初期方向を有する電子でも底部孔５２の方へ引き抜かれるので、二次電子の効率的な収集を可能にする。内部電極４６の電圧は正で、外部電極４８の電圧は負である。これらの電圧は、二次電子ビーム６０をその初期の（底部孔５２に入る）垂直方向から水平方向に９０度、側部孔５０の方へ曲げる、球状のラジアルな電界を生じさせる。また、エネルギーアナライザー４４は、領域９２の像６２を（面４０に）形成するレンズとしても働く。

第２図すは二次電子撮像モードの残部を示す。第２図すは第２図ａと同じく二次電子撮像モードで動作中の本発明品の平面図である。

二次電子ビーム６０はエネルギーアナライザーの像面４０に焦点６２を結ばされる。帯電粒子（ｉ１子またはイオン）が底部孔５２を通ってエネルギーアナライザー４４に入り側部孔５０から出ていく三つの撮像モードでは、対物面はターゲット表面５６であり、像面ば面４０である。電子ビーム１０が側部孔５０に入り底部孔５２を通って出ていく帯電中性化モードでは、虚対物面は面４０であり、像面はターゲット表面５６である。

電極２８．３０および３２は、第１図と同じく、静電ラウンドレンズ３４を形成する。電極３０の電圧は電極３２．３０間、電極３０．２８間の電界強度、および電圧、焦点距離を決定する。レンズ３４の焦点距離はこれらの電界強度に反比例して変化する。電極３０の電圧は、焦点６２の像をチャンネル電子増倍器６６の収集器６４（断面を示しである。）に形成するため調節される。

レンズ３４を通過した後、電子ビーム６０は偏向器２０に入る。

第１表に示すように、負電圧が偏向器の電極２２に、また、正電圧が電極２４に印加され、電子ビーム６０を偏向器２０の軸から外へ偏向させＣＥＭ収集器６４に向かわせる電界を生じさせである。電極２１（上部電極、第２図ａに示す。）および電極２３（底部電極）は、電子ビーム６０の方向性を最適化するため、５０Ｖ未満の正または負の小電圧を帯びていても良い。

電子ビーム６０が収集器６４に達すると、ＣＥＭ　６６の中央チャンネルに入り、そこで二次電子信号増倍作用が起こる。ＣＥＭの出力信号６８は、図示しない画像形成装置に進む。ＯＥＭの機能は、当業者に良く理解されているところであり、また、本発明の一部ではない。ＣＥＭ６６はファラテイカップあるいはシンチレータ−・ホトマルチプライヤ−のような、任意の他の形式の電子検出器で置換することかできる。

この撮像モードては、ＳＩＭＳシールド管８４管上４電子銃シールド１８は、偏向器２０とＣＥＭ収集器６４間での電子ビーム６０の偏向を避けるために、共にＯＶてなければならない。また、フラッド銃４には、その電子放出をオフさせるため、バイアスされていなければならない。

この動作モードで得られた二次電子像は、電子ビーム６０が表面の平面から真上に収集されるため、ターゲット表面５６の地形的細部に比較的拘束されない。像コントラストの大部分はターゲット表面５６の種々の材料の二次電子放出係数の差による。

第３図ａは二次イオン撮像モードで動作中の本発明品の側面図である。二次イオンは一次イオンビーム９０の衝突によりターゲット表面５６の領域９２から放出される。これらの二次イオンは、垂直軸に関しほぼ余弦分布状態（ランバートの法則）で発生し、従って、二次イオンの大部分はエネルギーアナライザーの底部孔５２の（ターゲット表面に垂直である）軸の近（に集中する。

底部孔５２はＯＶであるが、ターゲット表面５６は＋２００〜＋５００Ｖである。このため、ターゲット表面５６と底部孔５２との間に垂直電界を生じ、この電界が初期の低エネルギーの（正の）二次イオン（Ｃ）−５０ｅＶ）を、底部孔５２に入るときの２００〜５５０ｅＶにまで加速する。これにより、初期方向が軸から外れている二次イオンでも底部孔５２の方へ引っ張られるので、二次イオンの効率的な収集が可能である。内部電極４６の電圧は負で、外部電極４８の電圧は正である。これらの電圧は球状に放射状電界を生じさせ、この電界が二次イオンビーム７０をその初期の（底部孔５２に入る）垂直方向から側部孔５０の方へ水平方向に９０度曲げる。エネルギーアナライザー４４は、領域９２の像７２を（面４０に）形成するレンズとしても作用する。

第３図すは二次イオン撮像モードの残部を示す。第３図すは、第３図ａと同じく二次イオン撮像°モードで動作中の本発明品の平面図である。エネルギーアナライザーは、二次イオンビーム７０を像面４゜の焦点４２に合わせるレンズとして機能する。ターゲット表面５６の領域９２はエネルギーアナライザーのレンズの対象である。

電極２８．３０および３２は、第１図と同じく、静電ラウンドレンズ３４を形成する。電極３０の電圧は、電極３２．３０問および３０．２８間の電界強度を決定する。レンズ３４の焦点距離はこれらの電界強度に反比例して変化する。電極３０の電圧は、焦点７２の像をチャンネル電子増倍器６６の収集器６４（断面を示しである。）に形成するために調節される。

レンズ３４を通過した後、イオンビーム７ｏは偏向器２０に入る。

正電圧が偏向器電極２２に、負電圧が電極２４に印加され、イオンビーム７０を偏向器２０の軸外へ、かつ、収集器６４の方へ偏向させる電界を生じさせている。電極２１（上部電極、第３図ａに示す。）および電極２３（底部電極）は、イオンビーム７０の方向性を最適化するため、正または負の小電圧を印加してあっても良い。

ＣＥＭ収集器６４は、二次イオンビームが図示のように収集器６４の内面に達するとき、それを２〜５　ｋｅＶのエネルギーに加速させるため、−２ＫＶ〜−５ｋＶにしである。この高エネルギーが要求されるのは、二次イオンビーム７０が収集器６４で多数の二次電子を発生させなければならないからである。これらの二次電子はＣＥＭ６４の中央チャンネルに入り、そこで二次電子信号増倍作用が起こる。ＣＥＭの出力信号７８は、図示しない画像形成装置に進む。ＣＥ　＞、１６６の機能は、当業者に良く理解されているところであり、また、本発明の一部ではない。ＣＥ　Ｍ　６６はファラデイカ６．プあるいはシンチレータ−・ホトマルチプライヤ−のような、任意の他の形式のイオン検出器で置換することができる。

この撮像モードでは、偏向器２０とＯＥＭ収集器６４間で起こりうる何等かのイオンビーム７０の偏向を避けるために、ＳＩＭＳシールド管８４管上４電子銃シールド１８は、共にＱＶでなければならない。また、フラッド銃４には、このモードでの電子放出を停止させるため、バイアスされていなければならない。

このモードで得られた二次イオン像は、イオンビーム７０が表面の平面から真上に収集されるため、ターゲット表面５６の地形的細部に比較的拘束されない。像フントラストの大部分はターゲット表面５６の種々の材料の二次イオン放出係数の差による。

第４図ａは二次イオン質量分光計（Ｓ　ＩＭＳ）モードで動作中の本発明品の側面図である。二次イオンは一次イオンビーム９０の衝突によりターゲット表面５６の領域９２から放出される。これらの二次イオンは、垂直軸に関してほぼ余弦分布状態（ランバートの法則）で発生し、従って、二次イオンの大部分はエネルギーアナライザーの底部孔５２の（ターゲット表面に垂直である）軸の近くに集中する。

底部孔５２はＯｖであるが、ターゲット表面５６は正イオンのＳＩＭＳでは＋２００〜＋５００ｖ（負イｔンノｓ　ＩＭＳｔ’１２−２００〜−５００Ｖ）である。このため、ターゲット表面５６と底部孔５２との間に垂直電界を生じ、この電界が初期の低エネルギー二次イオン（Ｏ〜５０ｅＶ）を底部孔５２に入るとき０２００〜５５０ｅＶにまで加速する。これにより、初期方向が軸から外れている二次イオンでも底゛部孔５２の方へ引っ張られるので、二次イオンの効率的な収集が可能となる。正イオンのＳＩＭＳについては、内部電極４６の電圧は負で、外部電極４８の電圧は正である。負イオンのＳＩＭＳについては、電圧の極性は逆となる。これらの電圧は球状に放射状電界を生じさせ、この電界が二次イオンビーム８ｏをその初期の（底部孔５２に入る）垂直方向から側部孔５０に向けて水平方向に９０度曲げる。エネルギーアナライザー４４は、領域９２の像８２を（面４０Ｈ）形成するレンズとしても働く。

第４図すはＳ１ＭＳ撮像モードの残部を示す。第４図すは、第４図ａと同じ＜３１ＭＳモードで動作中の本発明品の平面図である。エネルギーアナライザーは、二次イオンビーム８ｏを像面４ｏの焦点８２に結像させるレンズとして機能する。ターゲット表面５６の領域９２はエネルギーアナライザーレンズの対象である。

電極２８．３０および３２は、第１図と同じ（、静電ラウンドレンズ３４を形成する。電極３ｏの電圧は、電極３２．３０間および３０．２８間の電界強度を決定する。レンズ３４の焦点距離はこれらの電界強度に反比例して変化する。電極 ’３０の電圧は、焦点８２の像を質量分光計（正確に図示せず。）に形成させるために調節される。

レンズ３４を通過した後、イオンビーム８ｏは偏向器２ｏに入る。

イオンビーム８０を質量分光計に適切に方向づけるため、正若しくは負の小電圧を電極２１（上部）、２２（側部）、２３（底部）および２４（側部）に印加しても良い。

質量分光計の具体的な例は、当業者に良く知られているウィーン（交差型電磁界）フィルターである。この場合、偏向器２ｏはイオンビーム８０をウィーンフィルターの入射孔に方向づけるのに使用される。レンズ３４はイオンビーム８ｏをウィーンフィルターの’Ｊｌｔｌ１分離孔の面結像させるために調節される。ウィーンフィルターの電磁界は、当業者に良く知られているように、所望のイオン種を質量分離孔に送るために調節される。質量フィルターについての他の可能性には無線周波数四極若しくは磁気分光計が含まれる。質量分光計の特定の、選択は本発明の一部ではない。

ＦＩＧＵＲＥ　ＩＡ、’ ＦＩＧＵＰ！Ｅ　ＩＢ、’ ＦＩＧＵＲＥ２Ａ。

ＦＩＧＵＲＥ　３Ａ。

ＦＩＧＵＲＥ４Ａ。

ＦＩＧＵＲＥ４Ｂ。

国際調査報告

Claims

【特許請求の範囲】

１．同心の四半分球体として形成された二つの電極を含む９０度球状コンパンダーからなり、ターゲットの表面の真上に配設されたエネルギーアナライザーと、静電レンズと、二次粒子を検出器に向かわせる偏向器と、前記レンズとエネルギーアナライザーを介して前記偏向器に向けられた電子のビームを前記ターゲット表面に供給し、発出するビームが一次イオンビームと実質上平行であるように位置を定められた電子銃とを含む、集束イオンビームをターゲットへ放射する装置に使用する一体型帯電中性化撮像装置。