JPH04275414A - 電子ビーム照射装置及び電子ビーム照射方法 - 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】

［発明の目的］

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子ビーム照射装置及
び電子ビーム照射方法に係わり、特に電子ビーム発生源
で発生し、加速された１次電子ビームを、２次電子放出
用のターゲットに照射し、そこから放出される２次電子
を利用する電子ビーム照射装置及び電子ビーム照射方法
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、半導体装置の製造技術におい
て、電子ビーム照射量を高精度に制御するために、低速
でかつエネルギー分布の狭い電子ビームを得ることが要
求されており、そのための装置として二次電子を利用し
た電子ビーム照射装置がある。図４は、この電子ビーム
照射装置の構成を示す概略図である。

【０００３】フェラメント４１は、直径０．１ｍｍのタ
ングステンワイヤーでできている。このフィラメト４１
にフィラメント電源（電圧Ｖ１　）４２より数ｍＡの直
流電流を流して、約２０００℃に通電加熱する。この通
電加熱によってフィラメント４１からは熱電子が生じる
。容器壁はアース電位になっている。フィラメント部は
高真空を保つ必要があるので、真空排気口４５より真空
排気されている。

【０００４】一方、フィラメント４１には加速電圧電源
（電圧Ｖ２　）４３より８００Ｖの負電圧が印加され、
これによって生ずるフィラメント４１とアノード４４間
の電界により前記熱電子は電子ビームとして引き出され
る。このようにして、電子ビーム発生源が構成される。

【０００５】上記電子ビームは、電源（電圧Ｖ３　）４
７により−６００Ｖに印加された静電レンズ４６により
絞られ、ターゲット４８表面部で焦点を結ぶように該タ
ーゲット４８に照射される。ターゲット４８はＡｕが使
用されていて、電源（電圧Ｖ４　）４９により−１０Ｖ
に設定されている。

【０００６】このターゲット４８からは上記した電子ビ
ームの照射により２次電子が放出される。この２次電子
は、電源（電圧Ｖ５　）５０により２００Ｖに印加され
た引き出し電極５１の電界によって引き込まれ集束する
。 集束された２次電子のビームは平行平板型エネルギー分
析器５２，５３によって高エネルギー成分が除去され、
低エネルギー成分のみが電極５４に開けられたスリット
を通過する。通過した電子ビームは、電極５４及び５５
により形成される無電界空間を経た後、減速電極５６，
５７によって減速され集束する。なお、この無電界空間
は、後段の減速電極の焦点の整合性をとるためのもので
ある。以上の構成により減速された２次電子のビームは
２０ｅＶ以下の低エネルギーで減速電極５７より出射さ
れる。

【０００７】しかしながら、上述した構成の電子ビーム
照射装置には以下に示す問題がある。即ち、ターゲット
部近傍の空間電荷効果により２次電子放出量が制限され
るので、２次電子放出効率を増加させることは非常に困
難となる。このため、空間電荷により制限される２次電
子総量よりも多くの電子ビームを利用したい場合には、
２次電子の通過する２次光学系の開口部を拡げる必要が
ある。ところが、２次光学系に差圧を持たせる必要のあ
る装置においては、２次光学系がオリフィスの役割もし
ていて、むやみに開口部を広げるわけにはいかない。ま
た、差圧を保ちながら開口部を拡げるためには、真空排
気能力を向上させなければならず、真空排気系の変更を
しなければならない。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】以上述べたように、従
来の２次電子を利用する電子ビーム照射装置及び電子ビ
ーム照射方法は、ターゲット部近傍の空間電荷効果によ
り２次電子放出量が制限され、２次電子の放出効率を増
加させることが困難であった。従って、試料に照射する
電子ビーム量を増加させることは非常に困難であった。 また、空間電荷効果により制限される２次電子放出量よ
りも多くの量の電子ビームを利用しようとする場合には
、装置設計の大幅な変更を行わなければならず、コスト
が増加してしまうという問題があった。

【０００９】本発明は上記実情に鑑みてなされたもので
あり、極めて容易に２次電子の放出効果を増加せしめる
ことのできる電子ビーム照射装置及び電子ビーム照射方
法を提供することを目的とする。［発明の構成］

【００
１０】

【課題を解決するための手段】前述した問題を解決する
ため本発明は、電子ビームを発生する電子ビーム発生手
段と、この電子ビーム発生手段において発生した電子ビ
ームが照射され、この照射により２次電子を発生するタ
ーゲット部と、このターゲット部に電子ビームにより解
離するガスを導入するガス導入手段と、試料を設置する
試料設置部と、前記２次電子を前記試料に対して照射す
る照射手段と備えたことを特徴とする電子ビーム照射装
置を提供する。

【００１１】また本発明は、電子ビームを発生せしめ、
発生せしめた電子ビームをターゲット部に対して照射す
るとともに、このターゲット部に電子ビームにより解離
するガスを導入することにより、前記ターゲット部から
２次電子を発生せしめ、この２次電子を試料に対して照
射することを特徴とする電子ビーム照射方法を提供する
。

【００１２】

【作用】本発明による電子ビーム照射装置であれば、電
子ビーム発生手段において発生した電子ビームがターゲ
ット部に照射されることにより、このターゲット部から
２次電子が発生する。この際、ガス導入手段によりター
ゲット部に導入されたガスが、前記電子ビームにより解
離し正に帯電することによって、空間電荷効果が緩和さ
れるので、照射手段により前記２次電子を効率良く引き
出して、これを試料設置部に設置された試料に対して十
分な照射量で照射することが可能となる。即ち、タ−ゲ
ットからの２次電子の放出効率を上げ、これにより試料
に照射する２次電子のビーム量をコストの増加なく極め
て容易に増加せしめることができる。

【００１３】また、本発明による電子ビーム照射方法で
あれば電子ビームを発生せしめ、この電子ビームをター
ゲット部に対して照射するとともに、このターゲット部
に電子ビームにより解離するガスを導入するので、前述
したように空間電荷効果を緩和することができ、これに
よって２次電子の放出効率を上げ、試料に照射する２次
電子ビーム量を極めて容易に増加することができる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明による電子ビーム照射装置及び
電子ビーム照射方法を図面を参照しつつ詳細に説明する
。図１は本発明による電子ビーム照射装置の一実施例の
構成を示す概略図である。

【００１５】まず、電子ビーム発生手段について説明す
る。フィラメントは直径０．１ｍｍのタングステンワイ
ヤーでできており、このフィラメント１にはフィラメン
ト電源（電圧Ｖ１　）２により数ｍＡの直流電流を流す
ことができる。この直流電流によりフィラメント１は約
２０００℃に通電加熱され、該フィラメント１から熱電
子が生ずる。また、容器壁はアース電位になっている。 フィラメント部は高真空を保つ必要性があるので、真空
排気口５より真空排気されている。

【００１６】一方、フィラメント１には加速電圧電源（
電圧Ｖ２　）３より８００Ｖの負電圧が印加され、これ
によってフィラメント１とアノード４間に電界が生じ、
この電界により、前記熱電子は電子ビームとして引き出
される。

【００１７】上述した電子ビームは、電源（電圧Ｖ３　
）７により−６００Ｖに印加された静電レンズ６により
絞られ、ターゲット室８ａ中のターゲット８表面部、若
しくはその近傍で焦点を結ぶように該ターゲット８に照
射される。ターゲット８はＡｕが使用されており、電源
（電圧Ｖ４　）９により−１０Ｖに設定されている。

【００１８】このターゲット８からは上記した電子ビー
ムの照射により２次電子が放出される。この２次電子は
、電源（電圧Ｖ５　）１０により２００Ｖに印加された
引き出し電極１１の電界によって引き込まれ集束する。

【００１９】ターゲット８の付近には、ガス導入口１２
からガスを導入する。また、ターゲット部真空排気口１
３により排気することで、ターゲット８付近の真空度を
局所的に下げている。導入ガスとしては、三弗化窒素、
窒素、不活性ガス等を用いるとよい。このようなガスを
ターゲット８付近に導入しながらターゲット８に１次電
子ビームを照射することにより、ターゲット８から放出
される２次電子の量を効果的に増加させることができた
。

【００２０】ここで、ターゲット８付近の真空度と１次
電子ビームの電流量、ターゲットより放出される２次電
子の放出量の関係を示す。図２は、三弗化窒素を導入ガ
スとした場合の関係である。

【００２１】図２によると、ターゲットに照射される１
次電子ビームの電流量は、ターゲット８付近の真空度、
即ちターゲット室８ａの真空度が４×１０−５Ｔｏｒｒ
から７×１０−５Ｔｏｒｒ付近において最大となり、７
×１０−５Ｔｏｒｒよりも真空度が下がるに従い減少し
ていった。２次電子の放出量は２×１０−４Ｔｏｒｒで
最大となる。このときの電流量は３．７ｍＡであり、ガ
スを導入しないとき（１×１０−５Ｔｏｒｒ）の約１．
８倍まで増加した。この現象には次のメカニズムが考え
られる。

【００２２】ターゲット８付近に導入されたガスは、１
次電子ビームあるいは２次電子ビームによりイオン化さ
れて、正イオンになる。この正イオンはターゲット８付
近に局在し、これによって空間電荷効果が緩和される。 従って、ターゲット８より放出される２次電子の分布が
広がり、引き出し電極によってこの放出された電子を２
次電子ビームとして取り出しやすくなる。ところが、無
制限にガスを導入すれば良いというわけではなく、例え
ば本実施例において２×１０−４Ｔｏｒｒより真空度が
悪くなると、逆にガスにより散乱され、引き出し電極１
１に到達できる電子ビームの量が減少する。

【００２３】１次電子ビームも同様にして、ターゲット
８付近にガスを導入し空間電荷効果を緩和することによ
って、一旦は増加するが、ガスの導入量を増すと、例え
ば本実施例において７×１０−５Ｔｏｒｒよりも真空度
が下がると、逆にガスにより散乱され、ターゲットに到
達できる電子ビーム量が減少する。このようなことから
、三弗化窒素ガスを用いる場合は、ターゲット部近傍の
真空度は１×１０−４Ｔｏｒｒ以上５×１０−４Ｔｏｒ
ｒ以下とするのが好ましい。

【００２４】次に、窒素を導入したときの、ターゲット
室８ａの真空度と１次電子ビームの電流量、ターゲット
より放出される２次電子の放出量の関係を図３に示す。 この場合にも、三弗化窒素と同様、２次電子放出量の増
加の効果が得られた。また、前記したのと同じ理由から
、窒素ガスを用いる場合は、ターゲット部近傍の真空度
を８×１０−６Ｔｏｒｒ以上７×１０−５Ｔｏｒｒ以下
に設定することが好ましい。

【００２５】最後に２次電子の照射手段について述べる
。引き出し電極１１の電界によって引き出された２次電
子は、平行平板型エネルギー分析器１４、１５によって
高エネルギー成分が除去される。電極１４、１５には、
それぞれ電源（電圧Ｖ６　）１６及び電源（電圧Ｖ７　
）１７により＋１０Ｖ、＋１９０Ｖが印加されている。 低エネルギーの２次電子のみが、電極１８のスリットを
通過し、電極１８、１９により構成される無電界空間に
入射される。この空間は、後段の減速電極２１，２３の
焦点の整合性をとるためのものである。電極１８，１９
は、ともに電源（電圧Ｖ８　）２０により＋７０Ｖに印
加されている。無電界空間を通過した２次電子は、減速
電極２１、２３によって減速され集束する。電極２１は
電源（電圧Ｖ９　）２２により＋２０Ｖに印加されてお
り、電極２３はアース電位になっている。この構成によ
り、２０ｅＶ以下のエネルギー分布の狭い低エネルギー
の２次電子が、電極２３より十分大きな照射量で出射さ
れる。

【００２６】この低エネルギー２次電子は、試料設置部
上の試料（図示せず）に対して照射される。試料として
は、例えば表面にイオン注入が施されたシリコン基板等
が挙げられ、イオン注入による電荷を制御性良く高精度
に中和することができる。

【００２７】以上述べたように、電子ビーム発生手段よ
り加速された１次電子ビームを、２次電子放出用のター
ゲットに照射し、そこから放出される２次電子を利用す
る電子ビーム照射装置において、ターゲットの設置され
ている部分にガスを適量導入することによって、ターゲ
ットより放出される２次電子量を増加させることができ
る。

【００２８】導入するガスも三弗化窒素や窒素に限らず
、不活性ガスを用いることができる。要は電子ビーム照
射によって解離し、正に帯電するガスであれば、適宜選
択可能である。即ち、装置を構成する部品や、使用目的
に合わせて、導入するガスを変えてもよい。また、ガス
を導入するガス導入口の位置も、ターゲット付近に限ら
ず、何らかの方法でターゲット付近の真空度を悪化する
ことができるような位置であれば良い。更に、導入ガス
を排気するための真空排気口の位置も適宜変更して良い
。更にまた、ターゲット付近の真空度も、必要とする２
次電子放出量に基づいて適当に設定して良い。即ち、本
発明の主旨を逸脱しない範囲において適宜実施すること
ができる。

【００２９】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明のよる電子
ビーム照射装置及び電子ビーム照射方法によれば、２次
電子の放出効率を上げ、これにより試料に照射される２
次電子のビーム量をコストの増加なく極めて容易に増加
せしめることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　本発明による電子ビーム照射装置の一実施
例の構成を示す概略図。

【図２】　　三弗化窒素を導入ガスとして用いた時の、
ターゲット近傍の真空度と、１次電子ビームの電流量、
２次電子放出量との関係を示した特性図。

【図３】　　窒素を導入ガスとして用いた時の、ターゲ
ット近傍の真空度と１次電子ビームの電流量、２次電子
放出量との関係を示した特性図。

【図４】　　従来の電子ビーム照射装置の構成を示す概
略図。

【符号の説明】

１，４１…フィラメント、　　　　２，４２…フィラメ
ント電源、 ３，４３…加速電圧電源、　　　　４，４４…アノード
、５，４５…真空排気口、　　　　　　６，４６…静電
レンズ、７，４７…静電レンズ用電源、８，４８…ター
ゲット、８ａ…ターゲット室、 ９，４９…ターゲット電源、　　１０，５０…引き出し
電極用電源、 １１，５１…引き出し電極、　　　　　　１２…ガス導
入口、１３…ターゲット部真空排気口、 １４，１５，５２，５３…平行平板型エネルギー分析器
の電極、 １６，１７…電極１４，１５に対する電源、１８，１９
，５４，５５…無電界空間形成用の電極、２０…電極１
８，１９に対する電源、２１，２３，５６，５７…減速
電極、 ２２…減速電極２１用の電源。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　電子ビームを発生する電子ビーム発生
   手段と、この電子ビーム発生手段において発生した電子
   ビームが照射され、この照射により２次電子を発生する
   ターゲット部と、このターゲット部に電子ビームにより
   解離するガスを導入するガス導入手段と、試料を設置す
   る試料設置部と、前記２次電子を前記試料に対して照射
   する照射手段とを備えたことを特徴とする電子ビーム照
   射装置。
2. 【請求項２】　　前記ガスとして三弗化窒素が用いられ
   、前記ターゲット部近傍の真空度は１×１０−４Ｔｏｒ
   ｒ以上５×１０−４Ｔｏｒｒ以下に設定されたことを特
   徴とする請求項１記載の電子ビーム照射装置。
3. 【請求項３】　　前記ガスとして窒素が用いられ、前記
   ターゲット部近傍の真空度は８×１０−６Ｔｏｒｒ以上
   ７×１０−５Ｔｏｒｒ以下に設定されたことを特徴とす
   る請求項１記載の電子ビーム照射装置。
4. 【請求項４】　　電子ビームを発生せしめ、発生せしめ
   た電子ビームをターゲット部に対して照射するとともに
   、このターゲット部に電子ビームにより解離するガスを
   導入することにより、前記ターゲット部から２次電子を
   発生せしめ、この２次電子を試料に対して照射すること
   を特徴とする電子ビーム照射方法。