JPS6039748A - イオンビ−ム集束装置 - Google Patents

イオンビ−ム集束装置

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JPS6039748A
JPS6039748A JP14788683A JP14788683A JPS6039748A JP S6039748 A JPS6039748 A JP S6039748A JP 14788683 A JP14788683 A JP 14788683A JP 14788683 A JP14788683 A JP 14788683A JP S6039748 A JPS6039748 A JP S6039748A
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filter
ion beam
crossover
ion
focusing lens
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JP14788683A
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Etsuo Ban
伴 悦夫
Masahiko Okunuki
昌彦 奥貫
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Jeol Ltd
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Jeol Ltd
Nihon Denshi KK
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/30Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
    • H01J37/304Controlling tubes by information coming from the objects or from the beam, e.g. correction signals

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physical Deposition Of Substances That Are Components Of Semiconductor Devices (AREA)

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】 本発明は、特定質量数のイオンビームを所定の面上に微
小に集束させる装置の改良に関Jる。
EHD (Electro Hydro Dynami
c)型の液体金属イオン源は、■ミッション電流が安定
して得られる特長があり、半導体素子等の微細加工技術
への適用が期待されているが、この型のイオン源はイ副
ン発生物質として低融点の共晶合金や同位元素を含む金
属を加熱して用いるため、イオン源から質量数の異なっ
た複数種類のイオンビームが同時に発生し、その分離の
ために質量分離フィルターを組込むと、該フィルターに
おける質量分散だ【プでなく、エネルギー分散のために
ビームを充分に集束させることが難かしくなる欠点があ
った。この問題に関し、本発明者らは互いに直交りる電
場と磁場を組合上だウィーン型フィルターの中心にイオ
ン源のクロスオーバー像を形成する。ような経路からフ
ィルターに大剣させれば、フィルター内にお番ブるイオ
ンビームのエネルギー分散量を最小にできることを理論
的に解明したく特願昭57−186919@参照)が、
実際の装置においてウィーン型フィルターの中心にクロ
スオーバー像が形成されているか否かを確認することは
容易ではなかった。
本発明は、イオンビーム集束系に組込まれたつィーン型
フィルターの中心にイオン源のクロスオーバー像を形成
するような経路からイオンビームがフィルターに入射し
ているか否かを容易に確認できるようにすることを目的
とするもので、イオン源から発散するイオンビームを集
束レンズ、ウィーン型フィルター及び対物レンズを用い
て所定の面上に前記イオン源のクロスオーバ像を形成す
るように集束させる方法において、前記所定の面上に形
成される複数のクロスオーバ像の間隔が零となるように
前記集束レンズの強度を調整づ−ることを特徴とJ−る
ものである。
第1図は、本発明によるイオンビーム集束装置の一例を
示づものである。図中一点鎖線1は真空鏡筒を示し、そ
の内部上方にはイオンビームを放射するエミッタ(電極
)2等が収納されている。
エミッタ2にはその先端部に保持される共晶合金その他
のイオン発生物質2aの液体状態を保つため、工員ツタ
に通電加熱を行う加熱電源3aが接続されており、更に
エミッタ2には加速電源3bによって+10KVから+
30KV程度の電位が印加されている。又、エミッタ2
の近傍にはエミ・ツタに対してイオン引出用の強電界を
与えるためのエクストラクタ(電極)4が配置されてお
り、該コルクストラクタ4には引出電源5によりエミッ
タ2に対して一5KV程度の電圧が印加される。
エクストラクタ4の下方に配置される接地(加速)電極
6とエクストラクタ5の間には中間電極7が配置されて
おり、これらエクストラクタ5.中間電極7及び接地電
極6は静電型の(第1)集束レンズ8を′M4成し、接
地電位から1クストラクタ5の電位の間の電位を中間電
極7に印加づる集束レンス゛電源9の出ノjを調整覆る
ことによりエミッタから(Z軸に沿って)下方に発散さ
れるイオンビームに対する集束作用を調整J−ることが
できる。
集束レンズ8の下方にはウィーン型フィルター10が配
置されており、破線で示J領域内のX軸方向に形成され
る電場EとY軸方向に形成される磁場Bの強度はフィル
ター電源11の出力によって可変される。ウィーン゛型
フィルターの下方に配置されたスリット12はフィルタ
ーによって分散されたイオンビームをカットするための
もので、該スリット12を通過したイオンビームは2つ
の接地電極13a、13bと対物レンズ電源15によっ
て正極性の電位の与えられる中間電極14から構成され
る対物(第2集束)レンズ16によって集束作用をう(
プた後、試料17を照射する。一般にエミッタ2の先端
表面から放射されるイオンビームの経路は複雑であるが
、全体とし一〇みるとあたかも特定領域から直線的に発
散するような経路をとるため、この特定領域に仮想イオ
ン源即ちクロスオーバーがあるとみなすことができる。
前記集束レンズ8と対物レンズ16は、このクロスオー
バーから発散リ−るイオンビームを順次集束して、2番
目のクロスオーバー縮小像を試料17の面上に結像で−
るためのものである。対物レンズ16と試料の間には偏
向電極18が設けられており、該偏向電極18に印加さ
れる偏向電?lP!19の出力を調整することによって
試料上のイオンビーム照射 ゛位置を任意に移動させる
ことができる。又、イオ電子は検出器20によって電気
信号として検出され、その電気信号は表示装置21と信
号測定回路22へ印加され、偏向電ff119の出力と
対応させて信号表示又は信号測定が行われる。偏向電源
19から走査信号を出力させて、イオンビームによって
試料面上の一定領域を二次元的に走査すると共に、検出
器20から供給される信号を輝度変調信号として用いる
ことにより、表示装置21の陰極線管画面に試料表面に
関する二次電子像を表示させることができる。又、信う
]測定回路22の出力信号は中央制御回路(CPU)2
3に印加され、中央制御回路23は集束レンズ電源9と
フィルター電源11に制御信号を供給づ゛る。
第1図の装置を用いてイオンビームを最適状態で集束さ
せる操作、即ち集束レンズ強度の最適調整操作は、次の
ような手順で行なわれる。
先ず、エミッタ2の先端に質量数69と72の原子から
成るガリウム(Ga )を液体状態の、まま保持し、引
出し電源10の出力を+5KV程度に72 (3aのイ
オンビームを発散させる。又、集束レンズ電源9と対物
レンズ電源15の出力を適当な値に設定してこれらのイ
オンビームが試料上に集束されるように設定し、更に表
示装置21の陰極線管画面に走査像が表示されるように
しておく。
ウィーン型フィルター10については、注目する″′G
aイオンの速度をVとしてE=vBの条件が満足される
ようにフィルター電源1′1を調整する、(’+ この調整により Gaイオンビームから72Gaイオン
ビームを分離することができ、E=vBの条件が満足さ
れればEl、Bの値を大きくする程質量分離の効果が大
きくなるが、本発明による集束レンズ調整段階において
はE、Bの値は余り大きくせずに、フィルター10によ
って分離された Gaイオンビームが十分な分離を受け
ることなしにスリット12を通過できる程度に設定して
おく。
尚、電場Eと磁場Bを弱くする代りにスリット12の間
隙を大きなものに交換してもよいが、その交換操作に高
い精度の再現性をめることは難し、いので実用的ではな
い。
このような装置の設定により、フィルターによって質量
分@された24I!類のイオンビームは試料17上に到
達し、夫々別個にイオン源のクロスオーバー像を結像す
る。第2図は、フィルター10内におけるイオンビーム
経路を表したもので、24は対物レンズ16のレンズ主
面位置を示し、フィルターに入射するイオンビームはそ
の速度に応じてla、Jb、ICに示Jような経路をど
る。
この場合、分離されたイオンビーム経路の接線Cb、C
cは必ずフィルターの中心0を通る。従って、フィルタ
ーに入射するイオンビームがフィルターの中心Oにクロ
スオ−バー像を結像するような経路から入射している場
合には、表示装置21に表示される走査画像を観察しな
がら像が鮮明になるように対物レンズ電源15の出力を
(フォーカシング)調整すれば、フィルターによって分
離されたイオンビームIbやIcも分離されないイオン
ビームIaと同じく試料面上の一点1) aにクロスオ
ーバー像を結像することができる。これに対して、フィ
ルターに入射づるイオンビームがフィルターの中心Oで
はなく、例えばフィルターの入11rJ10aにクロス
オーバー像を結像するような経路から入射しているよう
な場合には、前述した要領で対物レンズ電源15の出力
を調整すると、フィルターで分離されたイオンビームJ
b、lcは試料面上においてPaと離れた位置Pb、P
cにクロスオーバー像を結像づるようになる。このよう
な状態で試料走査を行うことは、複数本のイオンビーム
によって試料面上を走査することに相当するので表示装
置21の陰極線管画面には、第3図にその一例を示すよ
うに円形に表示されるべき試料像が二重に表示されるよ
うになる。
次に、表示装置に表示される二重像を観察しながら、集
束レンズ電源9の出力を少しづつ変化させ二重像の間隔
が短くなってついには一致するように調整する。この調
整によりイオンビームのクロスオーバー像をフィルター
の中心0に結像させることができるので、フィルター1
0内におけるエネルギー分散を最小に抑えることができ
る。そしてこの状態からフィルタ電源11の出力調整を
行い、フィルター10の電場Eと磁場Bの強度をE=v
Bの条件を満足させながら強くしてイオンビームの質量
分離を強く調整リ−れば Qaのイオンビームはスリッ
ト12を通過できなくなり、試6? 斜上には Gaのイオンビームのみによるクロスオーバ
ー像を結像させることが可能となる。
本発明による集束レンズ強度の最適調整は、以下のよう
に自動的に行うこともできる。先ず、試料17の代わり
に直線状の端部を有するナイフエッヂ等を本来の試料表
面位置にセットしておく。
次に中央制御回路23を作動させて予め記憶させておい
たプログラムに従って、フィルター電源16′1 1の出ツノを Qaと Qaのイオンビームを弱く分離
できる状態に設定し、偏向電源19の出力を二次元走査
信号から線走査信号に切換える。この状態では、試料面
位置の複数位置に結像したりI」スオーバー像がナイフ
エッチのX方向と垂直なY方向に線走査されるため、検
出器20の出力信号波形は第4図(a )に示ずような
波形となって、表示装置21の陰極線管画面に表示され
る。信号測定回路22は、先ず第4図(a >に示され
る入力信号を微分して第4図(b)に示すような波形と
し、各クロスオーバー像に対応ブる各ピーク信号の間隔
i+、j2を測定して中央制御回路23内の一時記憶回
路に記憶させる。次に、中央制御回路23は集束レンズ
の電源9の出力を増減どちらか方向に変化させ、変化後
の信号ピーク間隔を測定して前記一時記憶回路の記憶さ
れた間隔t1゜t2と比較し、その比較結果に基づいて
集束レンズ電源9の次の出ツノ変化量と極性を制御する
このような制御を繰返して最終的には各信号ピークの間
隔が略零となるように集束レンズ電源9の出力を自動設
定する。このような自動設定が行われれば、フィルター
に入射するイオンビームをフィルターの中心にクロスオ
ーバー像を結像するような経路からフィルターに入射さ
せることができる。又、第4図(b)の波形におりるピ
ークの幅Wはイオンビームのナイフエッヂ面におけるフ
ォーカス状態を表わしているので、信号幅Wを最小にす
る手順を自動化して対物レンズ電源15のフォーカス合
わせ操作を収束レンズ強度の自動設定と41(せて自動
化することも容易である。
尚、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、ウ
ィーン型フィルターを組込んだ装置であれば、例えば3
段以上のレンズを用いてイオンビームを集束する装置や
ガリウムの代わりに金(AU)とアルミくA1)からな
る共晶合金をイAン発生物質とする装置に本発明を適用
J゛ることも容易である。
以上詳述した如く、本発明によればウィーン型フィルタ
ーの中心にクロスオーバー像を結像させるような方向か
らイオンビームをフィルターに入射させることが容易に
なるので、質量分離を行うフィルター内にお()るエネ
ルギー分散の少ない状態でイオンビームを集束さぜるこ
とが容易に可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例装置を示す略図、第2図は第
1図の装置の動作を説明するための略図、第3図及び第
4図は本発明の他の実施例を説明するだめの図である。 1;真空鏡筒、2:エミッター、3a :加熱電源、3
b:加速電源、4:エクストラクタ、5:引出電源、6
:接地電極、7:中間電極、8:集束レンズ、9:集束
レンズ電源、1o:ウィーン型フィルター、11:フィ
ルター電源、12ニスリツト、13a 、13b :接
地電極、14:中間電極、15:対物レンズ電源、16
二対物レンズ、17:試料、18:偏向電極、19:偏
向電源、20:検出器、21:表示装置、22:信号測
定回路、23:中央制御回路、24:対物レンズ主面。 特許出願人 日本電子株式会社 代表者 伊藤 −夫 第1図

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)質量数の異なる複数種類のイオンビームを発生ず
    るイオン源と、該イオン源から発散づ′るイオンビーム
    を順次集束させて所定の面上にイオン源のクロスオーバ
    像を形成するための集束レンズ及び対物レンズと、該集
    束レンズと対物レンズの間に設【ノられ互に直交覆る電
    場と磁場を発生覆るウィーン型フィルターと、前記所定
    の面上に形成される複数のクロスオーバ像の間隔を測定
    する手段と、該複数像の間隔が零となるように前記集束
    レンズの強度を調整する手段を備えたことを特徴とJる
    イオンビ集束集東装置。
JP14788683A 1983-08-12 1983-08-12 イオンビ−ム集束装置 Granted JPS6039748A (ja)

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