JPH07142022A - 集束イオンビーム装置及び荷電粒子検出器 - Google Patents

集束イオンビーム装置及び荷電粒子検出器

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JPH07142022A
JPH07142022A JP29022993A JP29022993A JPH07142022A JP H07142022 A JPH07142022 A JP H07142022A JP 29022993 A JP29022993 A JP 29022993A JP 29022993 A JP29022993 A JP 29022993A JP H07142022 A JPH07142022 A JP H07142022A
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JP
Japan
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electrons
detector
mesh
ions
sample
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JP29022993A
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Toru Ishitani
亨 石谷
Hiroshi Hirose
博 広瀬
Yoshio Arima
義雄 有馬
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】FIB装置における荷電粒子検出器において、
シンチレータと光電子増倍管とを組み合わせた検出器の
特長を活かし、二次電子ばかりでなく二次イオン(正極
性)の検出モードも可能にする電子・イオン両用の荷電
粒子検出器を提供することにある。 【構成】電子・イオン両用の荷電粒子検出器をシンチレ
ータと光電子増倍管とを組み合わせた電子検出器(SP
検出器),該検出器の直前に設置したメッシュ電極、お
よび該電子検出器と該メッシュ電極との間の電界の方向
と大きさを制御する制御電源部から構成する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はマスクレス加工・観察装
置等における荷電粒子検出器及び半導体素子などの微細
素子の集束イオンビーム(Focused Ion Beam、略してF
IB)に関するものである。
【0002】
【従来の技術】試料基板にチャージされる電荷の影響を
無くして、所望の位置にイオンビームを入射させること
が可能な電子ビーム源を持つ従来の集束イオンビーム装
置(Focused Ion Beam装置、略してFIB装置)は例え
ば特公平5−47934号公報に知られている。この装置は微
細に集束されたイオンビームを形成するようにレンズに
より集束されるイオンを与えるイオン源を備えている。
この集束されたイオンビームは基板の表面上に衝突する
ように偏向板により偏向される。低エネルギー電子銃は
電子ビームを形成するようにレンズにより集束される電
子源を備えている。
【0003】イオン検出器は、表面からたたき出された
イオンを検出し、システムコンピューターへ信号を与え
る。電子及びイオン検出器は、グリッドがバイアスされ
ているときに、グリッドを通る表面からたたき出された
電子及びイオンを検出し、演算増幅器を介して信号をシ
ステムコンピューターに信号を送る。システムコンピュ
ーターはバイアス制御とアームに接続されたリレーとを
制御してバイアス制御の対応した指定の各々の端子上に
与えられたイオンあるいは電子の選択電位に選択的にグ
リッドを接続する。代表的な電子及びイオンの選択電位
はそれぞれ+300から+600ボルト、及び−300
から−2000ボルトの範囲内にある。
【0004】従来装置では電子及びイオン検出器はチャ
ンネル電子増倍管であり、シンチレータ(あるいは蛍光
板)と光電子増倍管の組合せ構成からなる電子検出器
(以下、SP検出器と呼ぶ)と比較してより高価でゲイ
ンが長時間使用に対し劣化しやすい欠点があることがわ
かった。また、後者の電子検出器は電子のみの検出器
で、イオン検出はできない。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、FI
B装置においてSP検出器の特長である低価格で、かつ
長時間使用に対しゲインが余り落ちないことを活かし、
二次電子ばかりでなく二次イオン(正極性)の検出モー
ドも可能にすることにある。なお、試料上のビーム照射
点近傍は空間的スペースが余り無いため、該検出器は小
型でもなければならない。
【0006】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明では、FIB装置において試料からの放出二
次電子,二次イオン(正極性)を検出する荷電粒子検出器
をSP検出器、該検出器の直前に設置したメッシュ電
極、および該メッシュ電極と試料との間の電界の方向と
大きさを制御する制御電源部から構成されている電子・
イオン両用の荷電粒子検出器に置き換えるようにした。
特に正イオン検出の場合にはメッシュ電極をイオン−電
子変換用電極として作用させ、二次電子,二次イオン
(正極性)のいずれの検出の場合でも、SP検出器では電
子のみを検出させるようにした。
【0007】
【作用】上記手段により、試料からの二次電子はメッシ
ュ電極方向に集めて通過させ、これをSP検出器で直接
検出する。一方、正の二次イオンはメッシュ電極に集
め、かつ加速衝撃して電子に変換し、この変換電子をS
P検出器で検出する。これにより、二次電子ばかりでな
く二次イオンの検出が可能になる。
【0008】
【実施例】以下、本発明の電子・イオン両用の荷電粒子
検出器の実施例を図1を用いて説明する。シンチレータ
(あるいは蛍光板)50の試料側の表面には厚さ10n
m程度の金属膜をつけ、ここに電位Vsを制御電源部5
4より印加する。この金属膜はシンチレータ(あるいは
蛍光板)50に入射する電子による帯電を防止するため
である。また、シンチレータ(あるいは蛍光板)50の
前方(試料側)には金属メッシュ49を置き、このメッ
シュには制御電源部54より電位Vmを印加する。試料
は通常、接地電位に保持する。
【0009】まず、二次電子検出モードの場合、試料基
板16からの放出二次電子55はメッシュ49方向に集
め、これを通過した電子を加速してシンチレータ(ある
いは蛍光板)50に衝突させる。放出二次電子55の一
部はメッシュ49に衝突し、メッシュ49から二次電子
(ここでは三次電子と呼ぶ)57を発生させる。三次電
子57も加速してシンチレータ(あるいは蛍光板)50
に衝突させる。衝突した二位および三次の電子はシンチ
レータ(あるいは蛍光板)50を発光させ、この発光信
号は光ファイバ束51,光ガイド52を通じて光電子増
倍管53に導かれて増幅され、かつ電気信号に変えられ
る。
【0010】一方、二次イオン検出モードの場合には、
試料16からの放出二次イオン(正イオン)56をメッ
シュ49方向に集めて、これに衝突させる。これにより
メッシュ49から電子(三次電子と呼ぶ)57を発生さ
せ、これをシンチレータ(あるいは蛍光板)50に加
速,衝突させる。衝突した電子はシンチレータ(あるい
は蛍光板)50を発光させる。以後の光信号から電気信
号への変換は二次電子検出モードの場合と同様である。
二次電子および二次イオンのそれぞれの検出モードの場
合におけるシンチレータ(あるいは蛍光板)の金属膜の
電位Vs,メッシュ電位Vmを表1に示す。二次電子と
二次イオン(正イオン)検出モードではメッシュ電極と
試料との電界の方向を逆にすることに注意されたい。V
sとVmの電位は、制御電源部54から制御する。ま
た、二次電子検出モードでは試料からの負の二次イオン
も検出されるが、その量は二次電子量に比べて極めて少
なく、通常、無視できる。
【0011】
【表1】
【0012】次に、この電子・イオン両用の荷電粒子検
出器を組み込んだFIB装置の実施例を説明する。図2
はその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10
5が配されている。試料200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1
08によりFIB照射部近傍に導かれる。加工ステージ
111上の試料200からFIB照射により発生した二
次電子は、電子・イオン両用の荷電粒子検出器107に
より検出される。コンピューターのCRT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、二次電子
強度信号をCRTの輝度(Z信号)にとることによりC
RT上に走査イオン(SIM)像が表示される。ここで
のFIBは30kVのGaビームあり、ビーム径は約1
μmから数10nm、ビーム電流は10nA程度から数
pAである。
【0013】また、このFIB装置には絶縁物試料に対
する帯電を防止するための帯電中和用の電子銃を組み込
んである。試料に対する電子銃の電位Veは−(100
〜300)Vである。電子銃からの電子シャワー量は、
通常、FIB電流より一桁程度多い。電子銃を働かした
時のSIM像観察にいて、二次電子の検出モードは通
常、採用できない。その理由は電子シャワーから電子量
の一部や電子シャワー照射による試料からの放出二次電
子の量がFIB照射による放出二次電子量に比べてかな
り多くなるためである。従って、この時には二次イオン
の検出モードを採用する。二次イオン検出モードでは、
電子シャワーからの電子や電子シャワー照射による試料
からの放出二次電子はメッシュ電極に追い返されシンチ
レータまで到達しない。電子シャワー照射による試料か
らの放出イオン(正イオン)については、その量がFI
B照射による放出二次イオン(正イオン)量に比べてか
なり少なく無視できる。
【0014】
【発明の効果】本発明によれば、メッシュへの印加電位
を制御電源部から制御することにより、二次電子と二次
イオン(正イオン)の選択検出が可能になった。また、
SP検出器が持つ特長、つまり低価格で、かつ長時間使
用に対しゲインが余り落ちないことも検出器性能として
そのまま維持することができた。
【0015】また、空間的占有体積に関してはSP検出
器の先端近くにメッシュ電極を配置するだけの小さいも
のであり、この電子・イオン両用の荷電粒子検出器を試
料近くに組み込んだFIB装置が実現できた。これによ
り、試料からの二次電子ばかりでなく二次イオン(正イ
オン)の検出が可能になるため、半導体や磁気記録用な
どの微細素子のマスクレス断面加工,エッチング,堆積
などの加工が、高精度,高信頼性で可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例の電子・イオン両用の荷電粒子
検出器の概略設置図。
【図2】本発明の実施例の電子・イオン両用の荷電粒子
検出器を組み込んだ集束イオンビーム装置の概略構成
図。
【符号の説明】
6…システムコンピューター、11…イオン源、12…
レンズ、14…イオンビーム、16…基板、17…電子
銃、21…電子ビーム、24…イオン検出器、26…電
子及びイオン検出器、27…グリッド、50…シンチレ
ータ(または蛍光板)、53…光電子増倍管、54…制
御電源部、104…ブランカー、106…対物レンズ、
107…荷電粒子検出器。

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】シンチレータと光電子増倍管とを組合せた
    電子検出器、該検出器の直前に設置したメッシュ電極、
    および該電子検出器と該メッシュ電極との間の電界の方
    向と大きさを制御する制御電源部から構成されたことを
    特徴とする荷電粒子検出器。
  2. 【請求項2】イオン源からの放出イオンを静電レンズに
    より集束して集束イオンビームを形成し、該集束ビーム
    を偏向器により試料表面上で走査し、ビーム照射により
    試料から放出される荷電粒子を検出する検出器を持つ集
    束イオンビーム装置において、シンチレータと光電子増
    倍管とを組合せた電子検出器、該検出器の直前に設置し
    たメッシュ電極、および該電子検出器と該メッシュ電極
    との間の電界の方向と大きさを制御する制御電源部から
    構成された荷電粒子検出器を備えたことを特徴とした集
    束イオンビーム装置。
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