JPH0218852A - 荷電粒子ビーム装置 - 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、ターゲットに細く集束した荷電粒子ビームを
照（ト）するようにした荷電粒子ビーム装置に関し、特
に、ターゲットに照射される荷電粒子ビームの集束特性
を向上させたイオンビーム装置に関する。

（従来の技術） 第５図は、従来の高加速型荷電粒子ビーム装置べの一例
どしてのイオンビーム１ｉｆｆを示している。

図中、１はイオンエミッタであり、イオンエミッタ１に
は高圧電源２から２００ｋＶｆ！ｉ！度の高い加速電圧
が印Ｉｔ口されている。３は引出し電極であり、この引
出し電極とエミッタ１との間には、図示していない電源
から引出し電圧が印加されている。

４は複数のｈ０速電極から成る加速管であり、最終の加
速電極４ｎは接地電位となっている。、最終の加速電極
４ｎの上段の各加速電極には、図示していないが、高圧
′！ｉ源２からの高電圧を低抗分υ１した電圧が印加さ
れている。この加速管４によって加速されたイオンビー
ムは、収束レンズ５．対物レンズ６によって集束され、
ターゲット７に照Ｉｎされる。収束レンズ５は、電源８
からレンズ電圧が印加される中心電極５ａと、接地電位
の外側電極５ｂから構成されている。対物レンズ６は、
電源９からレンズ電圧が印加される中心電極６ａど、接
地電位の外側電極６ｂと、更に、レンズ電圧が抵抗によ
って分割された電圧が印加される中間電極６Ｃとより構
成されている。収束レンズ５によってイオンビームのク
ロスオーバが形成される位置には、不要なイオンを除去
するためのＥＸＢフィルター１０が配置されている。

このように構成されたイオンビーム装置では、イオンエ
ミッタ１から発生し、引出し電極３によって引出された
イオンビームは、加速管４によって高いエネルギーに加
速される。この加速されたイオンビームＩＢは、収束レ
ンズ５と対物レンズ６とによってターゲット７上に細く
集束される。

図示してはいないが、このイオンビームＩＢは静電偏向
器によって偏向され、所望の領域を走査することにより
、ターゲット７上で任意のパターンの描画等を行なう。

（発明が解決しようとする課題） このようなイオンビーム装置の実際の使用に当っては、
その使用目的に応じ、エミッタ１に印加される加速電圧
は、数十ｋＶから・２００ｋＶのかなり広い範囲で変化
させられる。通常、イオンビーム装置の各種の構成部分
くレンズや偏向器）の設計は、最大加速電圧に応じてな
されている。すなわら、イオンビームが最大加速エネル
ギーの下で良好な集束特性を有するように設計される。

従って、イオンビームが最大のエネルギーを有している
場合には、良好な集束特性を有していても、加速電圧が
低くされてイオンビームのエネルギーが低くなると、こ
の特性は劣化することになる。

これは、ビームの径を決定する最も大きな原因は、ビー
ムのエネルギー分散によるビームのボケであり、色収差
量は、ビームのエネルギー幅がΔＶ。

加速電圧がｖａとすると、八Ｖ／Ｖａに比例するからで
ある。

又、この高エネルギーのイオンビームをターゲット７上
で集束するための対物レンズ６の中心電極６ａには、電
源９からレンズ電圧が印加されるが、イオンビームＩＢ
の加速電圧が２００ｋＶの場合、この中心電極に印加す
る電圧は十１１００ｋｖＦｌｒ、の高電圧となる。この
ような高電圧を対物レンズ６の中心電極６ａに印加する
場合には、各電極間の輿空絶縁を考慮しなければならな
い。この高い電圧を印加する中心電極の外側に接地電位
の外側電極を配置すると、絶縁破壊によってｔｌｌＭが
発生し、対物レンズ６の安定性が損われる。従って、図
示したように、中心電極６ａと外側Ｍｔｍ６ｂとの間に
中間電極６Ｃを配置するようにして、放電を防止するよ
うにしている。しかしながら、５枚電極の対物レンズで
は、レンズポテンシャルが広くなり、それがために良好
なイオンビームの集束特性が得られない欠点を有する。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであって、
その目的はターゲットに照射される荷電粒子ビームのエ
ネルギーを変化させても、常に良好な集束特性を有した
荷電粒子ビーム装置を実現することにある。

（課題を解決するための手段） 本発明の荷電粒子ビーム装置は、荷電粒子ビーム発生源
と、該発生源から発生し、加速された荷電粒子ビームを
集束するレンズと、該荷電粒子ビームが照射されるター
ゲットとを備えており、該ターゲットと最終段集束レン
ズとの間に、該最終段集束レンズを通過して該ターゲッ
トに向かう荷電粒子ビームを加速あるいは減速する電圧
を選択的に印加し１りるように構成したことを特徴とし
ている。

（作用） 最終段集束レンズとターゲットとの間に、最終段集束レ
ンズを通過したイオンビームを加速あるいは減速する電
圧を選択的に印加する。

（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図は本発明に基づくイオンビーム装置を示してお
り、１１はイオンエミッタ１２゜引出し電極１３．レン
ズ電ｌ４ｉｌ　４．加速電極１５から成るイオン源であ
る。エミッタ１２には加速電源１６から、例えば、１０
０ｋＶの加速電圧が印加され、引出し′Ｉａ極１３には
電源１７から引出し電圧が印加され、レンズ電源１４に
は電源１８からレンズ電圧が印加されている。引出し電
極１３、レンズ電極１４．加速電極１５は収束レンズを
構成し、このレンズによってエミッタ１２から引出され
たイオンビームは集束される。イオン源１１から発生し
加速されたイオンビームは、中心電極１９ａと外側電極
１９ｂより成る３枚電極禍成の対物レンズ１９によって
ターゲット２０上に集束される。この中心電極１９ａに
は、電源２１からレンズ電圧が印加されている。ターゲ
ット２０は、ステージ２２の上に、絶縁碍子２３を介し
て配置されている。このターゲット２０には、高圧電源
２４から、正あるいは角の電圧が、２ｋＶステツプで、
スイッチ回路２５を介して供給できるようになっている
。高圧電源２４とスイッチ回路２５は、ビームエネルギ
ー制御回路２６によって制御される。なお、イオン源１
１と対物レンズ１つとの間には、ＥｘＢフィルター２７
やブランキング電極２８が配置されている。

このような構成のＩＡＭの動作は次の通りである。

イオン？Ｉ！１１からは、１００ｋＶの加速電圧で加速
されたイオンビームが得られるが、このイオンビームは
、引出し電極１３．レンズ電極１４．加速電極１５から
成るレンズによって一旦集束された後、対物レンズ１９
に入射して再び集束され、ターゲット２０に照射される
。このターゲット２０に照射されるイオンビームのエネ
ルギーは、ターゲット２０が接地電位とされているとき
には、１００ｋＶのエネルギーとなる。

ここで、ターゲットに２００ｋＶのエネルギーのイオン
ビームを照射する場合には、制御回路２６によって高圧
電源２４とスイッチ回路２５をＩ制御し、ターゲット２
０に一１００ｋＶが印加される。この結果、対物レンズ
１９を通過したイオンビームは、更に加速され、ターゲ
ット２０には２００ｋＶのエネルギーのイオンビームが
照射されることになる。

又、１０ｋｖの弱いエネルギーのイオンビームをターゲ
ット２０に照射する場合には、制御回路２６によって高
圧電源２４とスイッチ回路２５を制御し、ターゲット２
０に＋９０ｋＶの電圧が印加される。この結果、対物レ
ンズ１９を通過したイオンビームは、対物レンズ１９と
ターゲット２０との間の減速電場によって減速され、タ
ーゲット２０には、１０ｋＶの弱いエネルギーのイオン
ビームが照射される。

この結果、イオンビームの加速電圧（イオンビームのタ
ーゲットへの照射エネルギー）を変化させる場合、ター
ゲット２０への印加電圧を変化させるだけであり、イオ
ン源への高電圧は変化させないので、対物レンズ１９ま
では、イオンビームのターゲットへの照射エネルギーに
無関係に常に定のエネルギーのイオンビームが通過する
ことになる。従って、対物レンズまでの各構成要素を特
定のエネルギー、例えば、１００ｋＶのエネルギーのイ
オンビームが最適に集束されるように設計することがで
き、集束特性の極めて浸れたイオンビームをターゲット
２０に照射することができる。

又、対物レンズ１９は一１００ｋＶの加速電圧のイオン
ビームを集束すれば良いので、１！１Ｉｉ２１から中心
電極１９ａに印加されるレンズ電圧は５０ｋＶ程度で良
いことになる。従って、この対物レンズ１９は第３図の
従来の対物レンズに比べて耐圧によるＩ！ｌ造上の制限
は著しく緩和される。

例えば、対物レンズ１９としては、従来の５枚電極構造
とする必要はなく、中心電極と外側電極の３枚電極構造
とすることができ、それに伴って、対物レンズ１９のレ
ンズポテンシャルの広がりを少なくすることができ、結
果として、イオンビームをターゲット２０上に極めて細
く集束することができる。

更に、イオン源１１におけるイオンビームの加速電圧は
、１００ｋＶとなるので、加速管を使用することなく、
イオンビームを加速することかて゛きる。このことは、
イオンエミッタ１２と加速型１ｒｉ１５との間の距離を
短くできることであり、段目の集束レンズの倍率を高く
できるため、イオンエミッタから見たイオンビームの開
き角を広くすることができ、その結果、充分なビーム電
流を得ることができる。

第２図、第３図、第４図は、第１図の構成のイオンビー
ム装置におけるイオンビームの集束特性を示している。

第２図はターゲット２０に加速電圧−５０ｋＶを印加し
てターゲット２０に１５０ｋＶのエネルギーのイオンビ
ームを照射した場合、第３図はターゲット２０を接地電
位としてターゲットに１００ｋＶのエネルギーのイオン
ビームを照射した場合、第４図は、ターゲット２０に＋
５０ｋＶの減速電圧を印加してターゲット２０に５０ｋ
Ｖのエネルギーのイオンビームを照射した場合である。

各図中、縦軸はターゲット２０に集束されたイオンビー
ムの径（ｎｍ）であり、横軸はビーム電流である。これ
らの図から明らかなように、ビーム径０．１μｍで、い
ずれの場合も約１５０ｐ△〜１４０ｐＡの電流が得られ
、イオンビームのエネルギーにかかわらず、優れた集束
特性とすることができる。すなわち、大きなビーム電流
のイオンビームを、ターゲット２０に極めて細く集束す
ることができる。

更に、第１図の装置では、ターゲット２０の直前までイ
オンビームのエネルギーは１００ｋＶであるので、従来
装置に比べ、装置全体の信頼性を向」ニさせることがで
きる。又、ＥＸ８フィルターやブランキング等のユニッ
トに印加する電圧も、第５図に示した従来装置に比べ、
少なくて良いことになり、電源等をコンパクトにするこ
とができると共に、コストも低下させることができる。

以上本発明を詳述したが、本発明は上記実施例に限定さ
れない。例えば、イオンビーム装置を例に説明したが、
電子ビーム装置にも本発明を適用することができる。又
、ターゲットに電圧を印加するようにしたが、ターゲッ
トは接地電位とし、最終段集束レンズ側に正あるいは負
の電圧を任意に印加するように構成しても良い。

（発明の効果） 以上説明したように、ターゲットと最終段集束レンズと
の間に、最終段集束レンズを通過してターゲットに向か
う荷電粒子ビームを加速および減速する電圧を選択的に
印加し得るように構成したので、ターゲットに照射され
るイオンビームのエネルギーを任意に変化させても、常
に一定の優れた集束特性でイオンビームをターゲットに
照射することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例であるイオンビーム装置を
示す図、第２図、第３図、第４図番よ、第１図の装置に
おけるイオンビームの集束特性を示す図、第５図は、加
速管を用いた従来のイオンビーム装置を示す図である・ ２７・・・ＥｘＢフィルター ２８・・・ブランキング電極 特許出願人　　日　　本　　電　　子　　株　　式　　
会　　礼式　　理　　人　　　弁　　理　　士　　　井
　　島　　藤　　治外１名 １・・・イオンエミッタ ３・・・引出し電極 ５・・・収束レンズ ７・・・ターゲラ（− ９・・・Ｎ源 １１・・・イオン源 １３・・・引出し電極 １５・・・加速電極 １７・・・電源 １９・・・対物レンズ ２１・・・電源 ２３・・・絶縁碍子 ２５・・・スイッチ回路 ２・・・加速電源 ４・・・加速管 ６・・・対物レンズ ８・・・電源 １０・・・ＥＸＢフィルター １２・・・イオンエミッタ １４・・・レンズ電極 １６・・・加速電源 １８・・・電源 ２０・・・ターゲット ２２・・・ステージ ２４・・・高圧電源 ２６・・・制御回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 　荷電粒子ビーム発生源と、該発生源から発生し、加速
   された荷電粒子ビームを集束するレンズと、該荷電粒子
   ビームが照射されるターゲットとを備えており、該ター
   ゲットと最終段集束レンズとの間に、該最終段集束レン
   ズを通過して該ターゲットに向かう荷電粒子ビームを加
   速あるいは減速する電圧を選択的に印加し得るように構
   成したことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。