JPH06267468A - Electron gun for electrificatyion neutralization - Google Patents

Electron gun for electrificatyion neutralization

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Publication number
JPH06267468A
JPH06267468A JP5056780A JP5678093A JPH06267468A JP H06267468 A JPH06267468 A JP H06267468A JP 5056780 A JP5056780 A JP 5056780A JP 5678093 A JP5678093 A JP 5678093A JP H06267468 A JPH06267468 A JP H06267468A
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JP
Japan
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electron
pipe
electron gun
solenoid coil
filament
Prior art date
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Pending
Application number
JP5056780A
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Japanese (ja)
Inventor
Toru Ishitani
亨 石谷
Takeshi Onishi
毅 大西
Hiroshi Hirose
博 広瀬
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
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Abstract

PURPOSE:To reduce the leakage of light and to reduce a size in a device by providing a curved electron guiding pipe and a solenoid coil wound around the pipe. CONSTITUTION:An electron gun for electrification neutralization consists of a hot cathode filament 201, a grid electrode 202, a deriving electrode 203, a curved pipe 204 for an electron, a solenoid coil 205 wound around the pipe 204, a focusing lens 206, and a deflecting device 207. In this way, a thermion emitted from the filament 201 is accelerated by the grid electrode 202 and the deriving electrode 203 to be led to an inlet of the electron guiding pipe 204. An electron orbit inside the pipe 204 is led to an outlet of the pipe 204 by a magnetic path formed by the coil 205 wound around the pipe 204. As the pipe is bent emitted light from the filament 201 does not reach the straight line and only an extremely weak light, which is scattered for multiple times inside the pipe and has little light leakage.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は半導体や磁気記録用など
の微細素子を集束イオンビーム(Focused Ion Beam,略
してFIB)などを用いて、マスクレスで断面加工,エ
ッチング,堆積などの加工やパターン修正を行うビーム
装置における絶縁物試料の帯電中和用電子銃に関するも
のである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention uses a focused ion beam (FIB for short) or the like for fine elements such as semiconductors and magnetic recording, and performs processing such as cross-section processing, etching, and deposition without masking. The present invention relates to an electron gun for charge neutralization of an insulator sample in a beam device for pattern correction.

【0002】[0002]

【従来の技術】中和用の電子ビーム発生装置を搭載した
FIB装置の従来例の一つは特開昭61−248346号公報に
示されている。本装置は試料表面からの放出二次粒子で
ある二次電子や二次イオンの検出器としてチャンネルト
ロン、あるいはチャンネルプレートが使われている。ま
た、帯電中和用電子銃には通常の熱電子銃が採用されて
いる。電子ビームの加速電圧は1000V以下と低く、
また電子ビーム径はFIBほどシャープに絞り込む必要は
無い。
2. Description of the Related Art One example of a conventional FIB device equipped with a neutralizing electron beam generator is disclosed in Japanese Patent Laid-Open No. 61-248346. This device uses a channeltron or channel plate as a detector for secondary electrons and secondary ions that are secondary particles emitted from the sample surface. Further, a normal thermionic gun is adopted as the electron gun for neutralizing the charge. The acceleration voltage of the electron beam is as low as 1000 V or less,
Also, the electron beam diameter does not have to be narrowed down as sharply as FIB.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は加工な
どを目的とするFIB装置において、絶縁物試料におけ
る帯電中和用の小型で簡単な電子銃を提供することにあ
る。FIB装置の二次電子の検出器には上記の従来例の
チャンネルトロン、あるいはチャンネルプレートの他、
通常のシンチレータと光電子増倍管との組合せ検出器
(以下、SP検出器と略す)がよく用いられる。後者の
SP検出器を搭載したFIB装置では、光電子増倍管へ
のノイズ光を発生させないために、帯電中和用の電子銃
は光を漏らさないタイプであることが必要である。ま
た、この帯電中和用の電子銃は小型であることも必要で
ある。
SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a small and simple electron gun for neutralizing charge on an insulator sample in a FIB device for processing or the like. For the secondary electron detector of the FIB device, in addition to the above-mentioned conventional channeltron or channel plate,
A combination detector of an ordinary scintillator and a photomultiplier (hereinafter abbreviated as SP detector) is often used. In the latter FIB device equipped with the SP detector, the electron gun for charge neutralization needs to be a type that does not leak light in order to prevent generation of noise light to the photomultiplier tube. Further, the electron gun for neutralizing the charge needs to be small.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、電子銃はフィラメント,陽極,曲がった電子ガイド
用パイプ,ソレノイドコイルから構成し、ソレノイドコ
イルは電子ガイド用パイプに巻いて形成した。
In order to solve the above problems, the electron gun is composed of a filament, an anode, a bent electron guide pipe, and a solenoid coil, and the solenoid coil is formed by winding the electron guide pipe.

【0005】[0005]

【作用】上記手段により、フィラメントから放出された
熱電子は、陽極により加速され、曲がった電子ガイド用
パイプの入り口に導かれる。パイプ内での電子軌道はパ
イプに巻かれているソレノイドコイルが形成する磁路に
絡み付く。その結果、電子はパイプが曲がっているにも
かかわらずパイプ出口まで導かれる。パイプ出口には、
パイプが曲がっているのでフィラメントからの放出光は
直接に達せず、パイプ内で多数回散乱した極めて弱い光
のみが到達する。
By the above means, the thermoelectrons emitted from the filament are accelerated by the anode and guided to the entrance of the bent electron guide pipe. The electron orbit in the pipe is entangled with the magnetic path formed by the solenoid coil wound around the pipe. As a result, the electrons are guided to the pipe exit despite the bent pipe. At the pipe exit,
Since the pipe is bent, the light emitted from the filament does not reach directly, only the extremely weak light scattered many times in the pipe arrives.

【0006】[0006]

【実施例】以下、本発明の実施例を図1と図2を用いて
説明する。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS. 1 and 2.

【0007】図1は実施例で用いた帯電中和用の電子銃
の概略構成図である。熱陰極フィラメント201,グリ
ッド電極202,引き出し電極203,曲がった電子ガ
イド用パイプ204,ソレノイドコイル205,集束レ
ンズ206、および偏向器207から成る。電子ガイド
用パイプ204は内径4mmの銅製の薄肉パイプからな
り、曲率半径15mmで90度曲げてある。内面には光反
射率を落すためにカーボン塗料を塗布してある。集束レ
ンズ206と偏向器207はそれぞれ電子ビームの試料
上での集束と照射位置との調整をするものである。集束
レンズ206は3枚電極構成の静電レンズで両端の電極
はアース電位、中間電極に集束用の電位が印加される。
試料をアース電位とした場合のそれぞれの電極電位は、
試料の材質や照射FIBの強度により異なるが、おおよ
そフィラメント電位が−50〜−500V、グリッド電
極電位がフィラメントに対し−数10Vであり、引き出
し電極と電子ガイド用パイプは常にアース電位である。
また、ソレノイドコイル205により発生させる磁界の
磁束密度は数mWb/m2 である。これにより、熱フィ
ラメントから放出した電子の内、数10分の1から数1
00分の1のもの、つまり数nA〜数10nAの電子が
ソレノイドコイルを通過して試料照射に利用できる。電
子のビーム径は1mm程度以下と推定される。この電子銃
の全体長は約10cmと小型であり、構成も簡単で安価に
作成できた。
FIG. 1 is a schematic diagram of the electron gun for neutralizing charge used in the embodiment. It consists of a hot cathode filament 201, a grid electrode 202, an extraction electrode 203, a bent electron guide pipe 204, a solenoid coil 205, a focusing lens 206, and a deflector 207. The electronic guide pipe 204 is made of a thin copper pipe having an inner diameter of 4 mm, and is bent 90 degrees with a radius of curvature of 15 mm. The inner surface is coated with carbon paint to reduce the light reflectance. The focusing lens 206 and the deflector 207 are for respectively focusing the electron beam on the sample and adjusting the irradiation position. The focusing lens 206 is an electrostatic lens having a three-electrode configuration. The electrodes on both ends are grounded, and the intermediate electrode is applied with a focusing potential.
When the sample is set to earth potential, the respective electrode potentials are
Although depending on the material of the sample and the intensity of the irradiation FIB, the filament potential is approximately −50 to −500 V, the grid electrode potential is −several tens V with respect to the filament, and the extraction electrode and the electron guide pipe are always at the ground potential.
The magnetic flux density of the magnetic field generated by the solenoid coil 205 is several mWb / m 2 . As a result, among the electrons emitted from the hot filament, several tenths to ones
One-hundredths of electrons, that is, several nA to several tens of nA of electrons pass through the solenoid coil and can be used for sample irradiation. The electron beam diameter is estimated to be about 1 mm or less. The overall length of this electron gun was as small as about 10 cm, and the configuration was simple and inexpensive to make.

【0008】図2は上の実施例で用いた帯電中和用の電
子銃を搭載したFIB装置の基本構成図である。液体金
属イオン源100から放出したイオンビームはコンデン
サーレンズ101と対物レンズ106により試料200
上に集束する。レンズ間には、アパーチャー102,ア
ライナー・スティグマ103,ブランカー104,デフ
レクタ105が配されている。試料112は2軸(X,
Y)方向に移動可能なステージ111上に固定されてい
る。デポジション用ガス源110から発生したガスはガ
スノズル108によりFIB照射部近傍に導かれる。F
IB照射部を見込む近くには帯電中和用の電子銃109
を設置してある。ステージ111上の試料112からF
IB照射により発生した荷電粒子の内の二次電子は、S
P検出器107により検出される。一方、荷電粒子の内
の二次イオン(正極性)は、FIB照射点の近くに置いた
イオン−電子変換電極(図示していない)に負の数kV
の電位を印加し、そこに二次イオンを衝突させて電子に
変換する。そして、この電子をSP検出器107により
二次イオンの代わりとして検出する。二次電子と二次イ
オンとの検出モード選択は極性切り替えにより行い、同
時にシンチレータやイオン−電子変換電極に印加する電
圧も切り替え制御する。
FIG. 2 is a basic configuration diagram of the FIB device equipped with the electron gun for neutralizing the charge used in the above embodiment. The ion beam emitted from the liquid metal ion source 100 is sampled by the condenser lens 101 and the objective lens 106.
Focus on top. An aperture 102, an aligner / stigma 103, a blanker 104, and a deflector 105 are arranged between the lenses. The sample 112 has two axes (X,
It is fixed on a stage 111 movable in the Y direction. The gas generated from the deposition gas source 110 is guided to the vicinity of the FIB irradiation unit by the gas nozzle 108. F
An electron gun 109 for charge neutralization is located near the IB irradiation part.
Is installed. Sample 112 on stage 111 to F
Secondary electrons in the charged particles generated by the IB irradiation are S
It is detected by the P detector 107. On the other hand, the secondary ions (positive polarity) in the charged particles have a negative number kV in the ion-electron conversion electrode (not shown) placed near the FIB irradiation point.
The potential of is applied and secondary ions are collided there to be converted into electrons. Then, this electron is detected by the SP detector 107 as a substitute for the secondary ion. The detection modes of the secondary electrons and the secondary ions are selected by switching the polarities, and at the same time, the voltages applied to the scintillator and the ion-electron conversion electrode are also switched and controlled.

【0009】次に、絶縁物試料であるセラミックのFI
B加工の実施例について述べる。この試料の場合は、帯
電中和用の電子銃を働かせる。FIBは30keVのG
a−FIB、ビーム径は約0.3μm、ビーム電流は約
2nAであり、この時の中和用の電子ビームは、加速電
圧200V、電流は約4nAである。コンピュータのC
RT上のXY位置信号をイオンビーム1の偏向制御と同
期させ、試料からの放出荷電粒子の強度信号をCRTの
輝度(Z信号)にとることによりCRT上に走査イオン
(SIM)像を表示する。中和用電子シャワーがある時
は、通常、電子シャワー照射による試料からの二次電子
放出量がイオン照射による二次電子放出量に比べて多く
なるため、SIM像を得るための二次電子モードは使え
なくなる。そのため、荷電粒子の検出モードは二次イオ
ン(正極性)モードとする。電子照射により顕著なチャ
ージアップは起きず、安定な画像を得ることができた。
また、電子ガイド用パイプの試料側端面からの光の漏洩
は少ないため、SP検出器の光電子増倍管への影響は小
さく、バックグラウンド強度の増加は無視できた。加工
領域の位置決めにはこの二次イオンモードのSIM像を
用いて行った。
Next, the FI of ceramic, which is an insulator sample,
An example of B processing will be described. In the case of this sample, an electron gun for charge neutralization is activated. FIB is 30 keV G
a-FIB, beam diameter is about 0.3 μm, beam current is about 2 nA, and the electron beam for neutralization at this time has an acceleration voltage of 200 V and a current of about 4 nA. Computer C
The scanning ion (SIM) image is displayed on the CRT by synchronizing the XY position signal on the RT with the deflection control of the ion beam 1 and taking the intensity signal of the charged particles emitted from the sample as the brightness (Z signal) of the CRT. . When there is a neutralizing electron shower, the amount of secondary electron emission from the sample due to electron shower irradiation is usually larger than the amount of secondary electron emission due to ion irradiation, so the secondary electron mode for obtaining a SIM image is obtained. Cannot be used. Therefore, the detection mode of charged particles is set to the secondary ion (positive polarity) mode. Stable images could be obtained without significant charge-up due to electron irradiation.
In addition, since the light leakage from the end surface of the electron guide pipe on the sample side is small, the influence of the SP detector on the photomultiplier tube is small, and the increase in the background intensity can be ignored. The SIM image in the secondary ion mode was used for positioning the processing region.

【0010】[0010]

【発明の効果】本発明によれば、強い光を漏らさないタ
イプの小型電子銃を提供することができる。更にこれを
搭載したFIB装置を用いれば絶縁物試料における帯電
の中和ができ、FIB断面加工などが可能になる。この
時のFIB装置は、荷電粒子検出器としてイオン−電子
変換電極と組み合わせたSP検出器であれば良い。
According to the present invention, it is possible to provide a compact electron gun of the type that does not leak strong light. Furthermore, if an FIB device equipped with this is used, it is possible to neutralize the charge in the insulator sample and to perform FIB cross-section processing and the like. The FIB device at this time may be an SP detector combined with an ion-electron conversion electrode as a charged particle detector.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施例の帯電中和用電子銃を示す図で
ある。
FIG. 1 is a diagram showing an electron gun for charge neutralization according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の実施例の集束イオンビーム装置の概略
構成図である。
FIG. 2 is a schematic configuration diagram of a focused ion beam device according to an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

100…液体金属イオン源、101…コンデンサーレン
ズ、102…アパチャ(絞り)、103…アライナ・ス
ティグマ、104…ブランカ、105…デフレクタ(偏
向器)、106…対物レンズ、107…二次電子検出
器、108…ガスノズル、109…帯電中和用電子銃、
110…ガス源、111…試料ステージ、112…試
料、201…陰極フィラメント、202…グリッド電
極、203…引き出し電極、204…電子ガイド用パイ
プ、205…ソレノイドコイル、206…集束レンズ、
207…偏向器。
100 ... Liquid metal ion source, 101 ... Condenser lens, 102 ... Aperture (diaphragm), 103 ... Aligner stigma, 104 ... Blanker, 105 ... Deflector, 106 ... Objective lens, 107 ... Secondary electron detector, 108 ... Gas nozzle, 109 ... Electron gun for charge neutralization,
110 ... Gas source, 111 ... Sample stage, 112 ... Sample, 201 ... Cathode filament, 202 ... Grid electrode, 203 ... Extraction electrode, 204 ... Electronic guide pipe, 205 ... Solenoid coil, 206 ... Focusing lens,
207 ... A deflector.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】陰極フィラメント,陽極,電子ガイド用パ
イプ,ソレノイドコイルからなり、該ソレノイドコイル
は前記電子ガイド用パイプに巻かれたものであることを
特徴とした帯電中和用電子銃。
1. An electron gun for charge neutralization comprising a cathode filament, an anode, an electron guide pipe, and a solenoid coil, the solenoid coil being wound around the electron guide pipe.
【請求項2】イオン源からの放出イオンを複数段の静電
レンズにより集束して集束イオンビームを形成し、かつ
該集束イオンビームを偏向器により試料表面上で走査
し、試料からのビーム照射により放出される荷電粒子を
検出する検出器、帯電中和用電子銃から構成される集束
イオンビーム装置において、前記帯電中和用電子銃がフ
ィラメント,陽極,電子ガイド用パイプ,ソレノイドコ
イルからなり、該ソレノイドコイルは前記電子ガイド用
パイプに巻かれている電子銃であることを特徴とした集
束イオンビーム装置。
2. Irradiation of ions from an ion source is focused by a plurality of stages of electrostatic lenses to form a focused ion beam, and the focused ion beam is scanned on a sample surface by a deflector to irradiate the beam from the sample. In a focused ion beam device composed of a detector for detecting charged particles emitted by the above, and a charge neutralizing electron gun, the charge neutralizing electron gun comprises a filament, an anode, an electron guide pipe, and a solenoid coil, The focused ion beam device, wherein the solenoid coil is an electron gun wound around the electron guide pipe.
【請求項3】電子検出器がシンチレータと光電子像倍管
の組合せ構成からなることを特徴とした請求項2記載の
集束イオンビーム装置。
3. The focused ion beam apparatus according to claim 2, wherein the electron detector has a combination structure of a scintillator and a photomultiplier tube.
JP5056780A 1993-03-17 1993-03-17 Electron gun for electrificatyion neutralization Pending JPH06267468A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2001029872A1 (en) * 1999-10-15 2001-04-26 Philips Electron Optics B.V. Particle optical apparatus

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