JPH02244547A

JPH02244547A - 組立式高精度四重極磁気レンズ

Info

Publication number: JPH02244547A
Application number: JP1065654A
Authority: JP
Inventors: Kenichi Inoue; 憲一井上; Yutaka Kawada; 豊川田; Kiyotaka Ishibashi; 清隆石橋; Akira Kobayashi; 明小林; Koji Inoue; 浩司井上
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 1989-03-16
Filing date: 1989-03-16
Publication date: 1990-09-28

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）本発明は半導体産業分野等で荷電粒子ビムを用いて物性
分析、微細加工等をする装置に使用される四重極磁気レ
ンズの高精度化のための改良組立式構造に関する。

（従来の技術）膨大な量の情報をコンピュータ〜で処理する場合、記憶
容量を増大し処理速度を高速化することが求められる。

そのためＩＣの高集積化がｒ−ｓｉからＶｌ、Ｓ■へ３
次元ｒｃΔ、と進められている。これに伴って１素子、
配線等は極微小化し、また表面から極めて浅い領域が使
われつつある。このような素子の開発、プロセス研究に
おいては、ミクロな領域における原子の分析が極めて重
要でありそのためには、高エネルギー（ＭｅＶ）の集束
イオンビームを使ってｎｍの分解能を持つラグフォード
後方散乱法（ＲＢＳ）や粒子励起Ｘ線法（Ｐ　Ｉ　ＸＥ
）などの分析手法が有効である。

ところが、高エネルギー（ＭｅＶ）のイオンビームの収
束には、普通の電子顕微鏡に比べて、１０００倍以上の
強いレンズ系が必要となる。そのために四重極レンズの
ような非軸対称レンズの利用が考慮される。（例えばＮ
ｕｃｌｅａｒ　ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ　ａｒｅａ　Ｍ
ｅｔｈｏｃｌｓ　１９７（１９８２）ＰＰ６５〜７７参
照）。

第６図は従来の四重極レンズの１例を示し、４つの磁極
（ａ）を円筒形のリーンヨーク（）））に取付ボルト（
Ｃ）により固定する構造である。第７図はその分解され
た状態を示す。

一般に、四重極レンズによるイオンビームの収束力には
、（ここに、ｅ：イオンの電荷、Ｅ：ビームエネルギー、
Ｍ：イオンの質量、Ｎ：コイル巻数、Ｉ：コイル電流、
ｒ８　：ボーア半径）で表わされ、ボーア半径ｒｌ、す
なわち４磁極の内接円の半径に反比例する。従ってボー
ア半径を小さくするほど、非常に強い収束力が得られる
。

高エネルギーのマイクロイオンビームの形成などの目的
で、高精度で収束力の強いボア半径５嗣以下のＱレンズ
の必要が住して来たのは最近であって、第６図の従来構
造ではボーア半径１０ｍｍ以上が一般的な限度であった
。

（発明が解決しようとする問題点）四重極レンズに関してイオンビームの強い収束力を得る
ため、リターンヨーク半径に較べて非常に小さなボーア
半径にしようとすると、第６図の従来の構造では例えば
リターンヨーク半径は充分な起磁力すなわちコイル断面
積を与える必要から１５（ｂｗ以上のままでボーア半径
だけ１０ｍｍ以下にしようとすると、磁極は細長い形状
になってしまい、磁極先端の位置精度はリターンヨーク
との接合精度に微妙に依存するようになるので、構造精
度上、所定の磁極関係精度（半径方向±１μｍ、相対角
０．０１’以下）を確保できない３゜従来構造では、磁
極配置精度が不良のため、磁場分布が双曲線分布よりず
れ、収差が大きくなり、微小スポットの形成が困難であ
る。

例えば、２．５闘φのボーア半径のレンズの１μｍのマ
イクロビームを得る光学系においては、磁極先端の僅か
数μｍのずれがビームスポットを数μｍ以上にぼかして
しまう。　四重極レンズの磁極配置を高精度にする他の
構造としては、第８図に示すように、一体の磁性材（ｄ
）から磁極およびリターンヨークをワイヤーソー（ｅ）
による放電加工により制り抜く精密加工技術を用いて製
作することが考慮される。この加工法、構造は、従来技
術によって満足できる精度を確保できる唯一・−の可能
性があるが、加工自体に高い費用がかかるのにもまして
、コイルの巻線作業が手巻きを余儀なくされることから
、非常にコスト・の高いものになる。

本発明は、上記従来技術の諸問題を解決し、製作が容易
で極めて精度良く磁極配置を定めることができ、従って
双曲線磁界に極めて近い磁場分布を形成し得る構造の四
電極レンズを創作することを目的とする。

（問題点を解決するための手段）前記ｌ」的達成のため、本発明においては、次の諸手段
から成立つ構造とする。

Ｈ）磁極を先端部とリターンヨークに固定される後部と
の２つに分割する。

（■）４つの磁極先端部は、（！ｌ−１）非磁性材料製
の円筒状のスペーサに外接し、かつ（ＩＩ−２）非磁性
材料製の４つの角度位置決めはめあい■字形山まに溝の
形成された円盤により端面から押さえて組立てる。その
」−で、（ＩＩＩ）分割された２つの磁極が、テーバー
壱持つ接合面で、片面から挿入する磁極後部と結合され
るようにする。

これらを総合し７て、本発明の組立式高精度四重極磁気
レンズは、構成」二、四重極磁気レンズの４つの磁極を
それぞれ磁極先端部と磁極後部とに２分割し、４つの磁
極先端部を先端で非磁性材料製の円筒形のスペーサ部材
に外接させ、かつ両端で非磁性材料製の原板形の固定盤
部材に相互間の■字形の山と溝とのはめあいにより角度
位置決めをして結合固定して内部アセンブリを形成し、
磁極後部を外周のリターンヨーク部材に結合固定して外
部アセンブリを形成し、前記内部アセンブリと外部アセ
ンブリとをテーパーめあいの加工後にはめあわせて磁極
先端部と磁極後部とが結合されるように組立てたことを
特徴とする。

（作用）本発明によると、次の詩作用が生ずる。

２分割された磁極の４つの磁極先端部の固定に際して、
（ＩＩ−１）円筒形スペーサに外接させるので半径方向
に精度よく位置が決まり、（［−２）端部の円盤に設け
る４つのＶ字形山または溝と磁極先端部に設ける対応す
るＶ字形溝または山とをはめあわせるので、磁極相互の
相対角が精度良く直角に固定されるので、精度のよい双
曲線磁場が生ずるようになる。

そして磁極先端部アセンブリとリターンヨークに固定さ
れた磁極後部アセンブリとは、接合前に旋盤加工等によ
りテーパー接合面を仕上加工できるので、密着性良（結
合でき、非対称な磁気抵抗が生じ難いので、磁場の対称
性が確保される。

そして組立式としたことにより、各部品単位で精密加工
することができコイルもボビン巻で磁極後部に装着可能
であるので、精度が高くしかも製作コストが安価となる
。

（実施例）以下、本発明を実施例により第１〜５図を参照して製作
の順序に従って組立て構造をさらに具体的に明らかにす
る。

第１図は２分割した磁極の先端部の形成過程を示し、一
体の磁性素材（１゛）にＮＣフライス等により双曲線形
プロフィル面を削り出したのち４本に切断し、この４つ
の断片の両端面の双曲線の軸位置にそれぞれＶ字形溝（
ｌａ）を掘ることによって、第２図の内部アセンブリ（
八）の分解図中に示すような、磁極先端部（１）に形成
する。４つの磁極先端部（１）をボーア半径と同じ半径
を持つ円筒形の非磁性材料製のスペーサ部材（２）に４
方向から先端を外接させ、またその両端面にはＶ字形溝
（１ａ）に適合する４つの■字形山（３ａ）を形成した
非磁性材料製の円環形の固定盤部材（３）を接して押さ
え込み、４つの磁極先端部（１）を■字形内溝のはめあ
いにより精度良く角度位置決めした上で、ボルト孔（４
）に非磁性ボルト（図示せず）等を適用して結合固定し
、第３図に示すような内部アセンブリ（Ａ）　とする。

第４図の外部アセンブリ（Ｂ）の分解図に示すように、
４つの２分割の磁極後部（５）はリターンヨーク部材（
６）の内部に角度位置決めして結合固定し、第５図に示
す外部アセンブリ（Ｂ）とする。

上記の内部アセンブリ（八）の磁極先端（１）の外周面
および外部アセンブリ（Ｂ）の磁極後部（５）の内周面
は、アセンブリの組上げ後、旋盤等により円錐状にテー
パーはめあい面の仕上加工を行い、一端からの挿入によ
り組合せて結合することにより本発明の四重極硼気レン
ズを完成する。

このようにして得られる本発明の四重極磁気レンズの磁
極先端部（１）の位置精度は、精度良く形成できる円筒
スペーサ部材（２）の真円性と■字形内溝（ｌａ）　（
３ａ）の加工精度により決まり、磁極のリターンヨーク
部材への取付精度とは無関係に晶精度にすることができ
、磁極後部（５）とはデーバーにより密着接合できるこ
とになる。

（発明の効果）以」−のように、本発明によると、製作が容易で、極め
て精度良く磁極配置を定めることができ、従って双曲線
磁界に極めて近い磁場分布を形成し、収束力が強く収差
が小さい荷電粒子ビーム四重極磁気レンズを構成するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例の組立式高精度四重極磁気レンズ
の６イｌ極先端部の形成過程を示す斜視図、第２図は磁
極先端部を含む内部アセンブリの分解斜視図、第３図は
組立状態の内部アセンブリの斜視図、第４図はその磁極
後部を含む外部アセンブリの分解斜視図、第５図は組立
状態の外部アセンブリの斜視図、第６図は従来技術の四
重極磁気レンズの１例の斜視図、第７図はその分解斜視
図、第８図は考慮される他の加工方法を示す斜視図であ
る。（１）・・・磁極先端部、（１“）・・・磁性素材、（
１ａ）・・・■字形溝、（２）・・・スペーサ部材、（
３）・・・固定盤部材、（３８）・・・Ｖ字形中、（４
）・・・ボルト札、（５）・・・磁極後部、（６）・・
・リターンヨーク部材、（Ａ）・・・内部アセンブリ、
（Ｂ）・・・外部アセンブリ、（ａ）・・・磁極、０〕
）・・・リターンヨーク、（Ｃ）・・・取付ボルト、（
ｄ）・・・磁性材、（ｅ）・・・ワイヤーソー、（ｒ、
）・・・ボーア半径。第４タト部アセンアリ第５

Claims

【特許請求の範囲】四重極磁気レンズの４つの磁極をそれぞれ磁極先端部と磁極後部とに２分割し、４つの磁極先端部
を先端で非磁性材料製の円筒形のスペーサ部材に外接さ
せ、かつ両端で非磁性材料製の環板形の固定盤部材に相
互間のＶ字形の山と溝とのはめあいにより角度位置決め
をして結合固定して内部アセンブリを形成し、磁極後部
を外周のリターンヨーク部材に結合固定して外部アセン
ブリを形成し、前記内部アセンブリと外部アセンブリと
をテーパーはめあいの加工後にはめあわせて磁極先端部
と磁極後部とが結合されるように組立てたことを特徴と
する組立式高精度四重極磁気レンズ。