JPS6224545A - 荷電粒子ビーム装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は荷電粒子集束偏向光学系、とくにビーム照射状
態から速やかにビーム電流を正確に測定する状態に移行
するのに好適な光学系の構成に関する。

〔発明の背景〕

従来の荷重粒子集束偏向光学系はたとえば第８図に示す
如く、イオンビーム１１を集束してターゲット１２に照
射し、分析、加工、打ち込みなどを行なうようにしたも
のが実施されている。この装置においては、イオン源１
と引き出し電極２との間に数ＫＶの高電圧を印加するこ
とによりイオン源１からイオンビーム１１が引出された
のち、ビームディファインディングアパーｆ−ｒ　３　
ヲＡ過しレンズ４．５．６により集束され、デフレクタ
１０で偏向されてターゲット１２上に照射される。この
とき、ブランカ７に電圧を高速で印加してビーム１１の
ターゲット１２上でのオイ、オフを行なう。またブラン
キングアパーチャ８はビーム１１が破線にて示す如く曲
がったとき、これを遮断するものであり、スティグマ９
はビーム１１の形状を成形するための電極である。ここ
でブランカ７は２枚の平行平板、スティグマ９は８極の
対向電極、デフレクタ１０は４極の対向電極で形成され
、これら以外の電極はすべて軸対称の円盤状電極で形成
されている。これらを総称して以後イオン光学系と云う
０このイオン光学は真空チャンバ２７内に収納され、真
空ポンプ２８により一定の真空圧に保持されている。な
お、図示の１８は電流計・１９はヒータ電源、２０は引
き出し電源、２１は加速電極、２２はレンズ電極、２３
はステージコントローラ、２４はブランカドライバ、２
５はスティグマコントローラ、２６はデフレクタコント
ローラである。

前記のイオンビーム照射装置によりターゲット１２に照
射されるビーム電流を測定する場合には、ステージ１３
上に設けたファラデーカップ１５を使用する。これはイ
オンビーム１１からの照射によりターゲット１２かも発
生する２次電子１６の効果をなくすためで、一般には上
記２次電子１６を過い返すための電極１４を上方開口部
付近に設け、正確に入射するイオン電流のみを測定する
ように構成されている。

しかる〈従来のファラデーカップ１５はステージコント
ローラ２４により矢印方向あるいはそれと反対方向に移
動するステージ１３に固定され、電流測定の必要が生じ
たとき、イオンビーム１１をブランカ７でオフし、ファ
ラデーカップ１５をイオン光学系の軸心付近まで移動さ
せて電流測定を行なっている。そのため、イオン電流を
測定したのち、たとえターゲット１２を光軸の細心位置
に戻したとしても、実際には数μｍ乃至１０数μｍ程度
の位置ズレを発生しているので、つぎのターゲットにイ
オンビーム１１を照射する度毎に照射位置に位置決めす
る必要がある。これに加えてファラデーカップ１５によ
りイオン電流を測定する度毎にステージコントローラ２
４によりステージ１３を移動させる必要があるので、装
置のスループットを低減させる要因の一つとなる問題か
ある。なお従来の荷電粒子照射装置については、たとえ
ば日刊工業新聞社発行の電子、イオン化ハンドブックＰ
１９９〜Ｐ２６６の「ビーム系の測定」に記載されてい
る。

〔発明の目的〕

本発明は前記従来の問題点を解決１〜、ビーム照射位置
を調整することなくビーム電流測定後も同一領域でビー
ム照射を可能にしこれによってスループットの向上を可
能とする荷電粒子光学系を提供することにある。

〔発明の概要〕

本発明は前記の目的を達成するため、イオン光学系内に
ファラデーカップを組込みかあるいは光学系の電極をフ
ァラデーカップとして利用するように構成したことを特
徴とするものであるＯ 〔発明の実施例〕 以下本発明の実施例を示す第１図乃至第７図について説
明する。

〈実施例１〉 第１図は本発明の一実施例の基本的な方式を示すイオン
光学系の模式図である。同図においては、ターゲット１
２の上方のイオンビーム１１の偏向位置に、上方のイオ
ンビーム１１の軸心位置に設けたブランカ７に対向する
如く７アラデ−カップ２９を設げ、上記ブランカ７によ
りイオンビーム１１がターゲット１２上に照射するのを
オフした状態でイオンビーム１１をファラデーカップ２
９内に照射してビーム電流を測定するようにしたもので
ある。

上記の構成であるから、ターゲット１２を移動すること
なく停止した状態でブランカ７を起動すれば直ちにファ
ラデーカップ２９によりビーム電流を測定することがで
き、上記ブランカ７を起動停止すれば予じめステージ１
３上の所定位置に位置決めされたターゲット１２上にイ
オンビーム１１を照射することができる。したがってタ
ーゲット１２上にイオンビーム１１を一定時間照射する
度毎にブランカ７を起動してファラデーカップ２９によ
りビーム電流を測定しながらイオンビーム１１の入射イ
オン数を正確に把握した上でターゲット１２上に照射す
ることができる。

第２図は第１図に示す方式を実施した光学系のブランカ
付近の断面図である。同図に示す如く、円筒形状をした
ケース４１内には下方からデフレクタ１０、スティグマ
９・ファラデーカップ２９およびブランカ電極３０．３
１を順次積重している０上記ブランカ電極３０．３１は
絶縁物で形成されたブランカホルダ３６内に嵌着され１
ブランキング電圧印加ネジ３３の先端部に螺着されこの
ブランキング電圧印加ネジは外部の電圧、電流供給電源
（図示せず）とシールド３５ａ内のリード線３４ａにて
接続されている。上記ファラデーカップ２９はアパーチ
ャケース４５内のイオンビーム１１より距離Ｘ−／′！
け偏心した位置に上方部が開口する如（形成されている
。上記アパーチャケース４５はその上面にアパーチャプ
レート押えネジ３７にてアパーチャプレート３８を締着
し、かつ絶縁物で形成されたアパーチャホルダー４０内
にビーム電極取り出しネジ３９に締着されている。上記
アパーチャグレート３８はその中心位置にブランキング
アパーチャ３８ａを形成し、その外方の上記ファラデー
カップ２９の上方位置にファラデーカップアパーチャ３
８ｂを形成しているＯすなわち１枚のアパーチャプレー
ト３８にブランキングアパーチャ３８ａおよびファラデ
ーカソプアバーテヤ３８ｂを並列に形成している。上記
ビーム電流数り出しネジ３９はシールド３５ｂ内のリー
ド線３４ｂにて外方の電圧、電流供給電源（図示せず）
に接続している・、上記スティグマ９は絶縁物で形成さ
れたスティグマホルダ４３内にスティグマ電圧印加ネジ
４２で締着されている。上記スティグマ電圧印加ネジ４
２はシールド３５ｃ内りリード線３４ｃにて外部の電圧
供給電源（図示せず）に接続している。

上記デフレクタ１０は絶縁物で形成されたデフレクタホ
ルダ４４内に固定されている。

本発明による荷電粒子元学系は前記の構成をしているか
ら、今加速電圧をＶｏとし、一方のブランカ電極３０に
−ｖＤ／２、他方のブランカ電極３１に＋ＶＤ／２を印
加して両ブランカ電極３０．３１の中央部からアパーチ
ャプレート３８の上面までの距離をＬ１両ブランカ電極
３０．３１間の距離をｄとすると、両ブランカ電極３０
．３１による偏向距離Ｘは、 となる。ここで、Ｖｏ　”　３０　ＫＶＸｔ＝　５　ｍ
ｍ、Ｌ＝１２ｍｍ、ｄ＝２ｍｍ、　ｘ＝３ｍｍに設定す
ると、印加電圧ＶＤ　＝　７５０　Ｖをブランカ７に印
加することになる。ただ本実施例では加速電圧Ｖｏを変
化させたとき、ブランカ７への印加電圧ＶＤも変化させ
るため、両電圧ｖＯ，，ＶＤを連動させる必要がある。

〈実施例２〉 前記の如く、実施例１では加速電圧ＶＯと印加電圧ＶＤ
を連動させる必要があるため、連動用電源が必安どなる
だけでなく、取扱いも若干面倒になる問題がある。そこ
で実施例２ではこの問題を解決するため、加速電圧ｖＯ
が少々変化しても印加電圧ＶＤを変化させる必要のない
ように構成されている。

すなわち、第３図は実施例２０基本的な方式を示す模式
図である。同図に示す如く、ファラデーカップ５４はそ
の底部中心位置にプランキンクアパーチャ５４ａを穿設
し、上方部中心位置にファラデーカップアノく一チャ５
４ｂを穿設した力、プ状電極に形成されている０上記ブ
ランキングアパーチヤ５４ａはブランカ７を起動しない
状態のときにイオンビーム１１が通過しうる大きさに形
成され、上記ファラデーカップアノく一チャ５４ｂは加
速電圧ＶＯの変化する範囲内でブランカ７により偏向さ
れたイオンビーム１１が通過しうる大きさに形成され、
これによってブランカ７が起動したとき、イオンビーム
１１がブランキングアパーチャ５４ａからはずれてファ
ラデーカップ５４の底面に照射され、このとき発生する
２次電子１６がファラデーカップ５４内の壁面に吸収さ
れて電流計１８により正確なビーム電流が測定される。

第４図は第３図に示す方式を実施した光学系のブランカ
付近の断面図である。同図に示す如く、本実施例は前記
実施例１に比較して構成を簡単にすることができ、実用
性が高い。

〈実施例３〉 前記実施例１および２においては、イオンビーム１１を
７７ラデーカソプ２９．５４に導くためにブランカ７を
使用したが、本実施例においては、デフレクタ１０に行
なうものである。第５図はその基本的な方式を示すイオ
ン光学系の模式図である。同図に示す如く、デフレクタ
１０の下方位置にファラデーカップ２９を配置している
。なお、実施例においても、前記第２図と同様釦夫々絶
縁物で形成されたホルダ内に保持された各電極を円筒状
のケース内に積重するように組み立てられている。また
デフレクタ１０の下方位置にファラデーカップ２９を配
置するとき、第２図に示すような構成でなく第４図に示
す如くイオンビーム１１に対して軸対称なアパーチャ兼
ファラデーカップを使用して測定することも可能である
。

〈実施例４〉 前記に述べた実施例は何れも測定とビーム照射とを交互
に行なうよ５１Ｃ構成されている。これに対して本実施
例はビームが単一のイオン種で構成されていない場合に
おいて、ビーム電流をモニタしながらビームをターゲッ
トに照射するものである。

すなわち、第６図はイオンビームの７２スペクトルの一
例を示す。このビームはＡｕとＳｉとから構成され、か
つＡｕとＳｉとの構成比は引き出し電圧一定の状態では
一定である。したがってたとえば、今使用するイオン種
をＳｉ２＋とじたとき、他のＳｉ”、Ｓｉ＋ｚ、Ａｕ”
、Ａｕ”、ＡｕＳビなどのビーム電流を測定すれば、Ｓ
Ｌ　　のビーム電流の値を常にモニタすることができる
。

第７図は本実施例における構成を模式的に示したもので
ある。２種以上のイオン種の混在したビーム１１の中か
ら適当なビームを選択して使用する場合、一般に、コン
デンサレンズ４６．４７．４８と対物レンズ５１．５２
．５３の２段系とし、その間にＥＸＢマスフィルタ５０
．　　ブランカ７、等を配置する。本実施例ではＥＸＢ
マスフィルタ５０の下に実施例２で述べたファラデーカ
ップと同様のマス分離アパーチャ兼ファラデーカップ５
４を配置して、所定のイオン種のビームだけをアパーチ
ャから通し、他のイオン種のビームはファラデーカップ
で受け、その電流を正確に測定することとした。これに
より、所定のイオン種のビーム電流をビームの引き出し
条件が変わらない限り、他のイオン種のビーム電流でモ
ニタでき、特にイオン打ち込み等で要求される正確なイ
オンドーズコントロールが可能となる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、ビーム電流の測定にステージの移動を
必要としないので、ステージ移動によるビーム照射位置
のズレが生じない。このため、従来要していたビーム照
射位置の再調整が不用となる。しかも、従来では再調整
しても±０．１μｍ以下の精度で同一領域にビームを照
射することは不可能であったが、本発明によれば、ビー
ム電流測定には機械的なズレの要因が含まれないため、
ビーム電流測定後も同一領域へのビーム照射が可能であ
る。また、このため、ビーム照射量を細かく計測し、正
確に定゛めることかでキル。なお、ステージ移動、ビー
ム照射位置再調整に要する時間を省けるため、装置のス
ループットを向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の基本的な方式を示すイ
オン光学系の模式図、第２図は第１図を実施したイオン
光学系のブランカ付近の断面図、第３図は本発明の第２
の実施例の基本的な方式を示すイオン光学系の模式図、
第４図は第３図を実施したイオン光学系のブランカ付近
の断面図、第５図は本発明の第３の実施例の基本的な方
式を示す模式図、第６図はＡｕ、Ｓｉイオン源かう放出
されたイオンビームのマススペクトル、第７図は本発明
の第４の実施例の基本的な方式を示す模式図、第８図は
従来のイオンビーム装置を示す説明図である。 １・・・・・イオン源、２・・・・・引き出し電極、３
・・・・・ビームディファインディングアパーチャ、４
・・・・・レンズ電極Ａ、５・・・・・レンズ電極Ｂ、
６・・・・・レンズ電極Ｃ，７・・・・・ブランカ、８
・・・・・ブランキングアパーチャ、９・・・・・ステ
ィグマ、１０・・・・・デフレクタ、１１・・・・・ビ
ーム、１２・・・・・ターゲット、１３・・・・・ステ
ージ、１４・・・・・２次電子追い返し電極、１５・・
・・・７アラデーカソグ、１６・。 ・・・２次電子、１７・・・・・絶縁物、１８・・・・
・電流計、１９・・・・・ヒータ電源、２０・・・・・
引き出し電源、２１・・・・・加速電源、２２・・・・
・レンズ電源、２３・・・・・ステージコントローラ、
２４・・・・・ブランカドライバ、２５・・・・・ステ
ィグマコントロー／Ｆ、２６…・・デフレクタコントロ
ーラ、２７−・真空チャンバ、２８・・・・・真空ポン
プ、２９・・・・・ファラデーカップ、３０・・・・・
ブランカ電極Ａ１３１・・・・・ブランカ電極Ｂ１３２
・・・・・ブランカ押え、３３・・・・・ブランキング
電圧印加ネジ、３４−・・・・リード線、３５・・・・
・シールド、３６・・・・・ブランカホルダ、３７・・
・・・アバーチャグンート押えネジ、３８・・・・・ア
パーチャプレート、３８ａｍ−・・ブランキングアパー
チャ、３８ｂ・・・・・ファラデーカップアパーチャ３
９・・・・・ビーム電流取り出しネジ、４０−・・・ア
パーチャホルダー、４１・・・・・ケース、４２・・・
・・スティグマ電圧印加ネジ、４３・・・・・スティグ
マホルダ、４４・・・・・デフレクタホルダ、４５−・
拳・・アパーチャサポート、４６・・・・・コンデンサ
レンズ電極Ａ１４７・・・・・コンデンサレンズを極Ｂ
、４８・・・・・コンデンサレンズ電極Ｃ１４９・・・
・・マス分離アパーチャ兼ファラデーカップ、５０・・
・・・ＥＸＢマスフィルタ、５１・・・・・対物レンズ
電極Ａ、５２−・・・・対物レンズｔｆｆｌＢ、５３・
…・対物レンズ電極Ｃ１５４・・・・・ブランキングア
パーチャ兼ファラデーカップ、５４ａ・・・・・ブラン
キングアパーチャ、５４ｂ・・・・・ファラデーカップ
アパーチャ。 代理人弁理士　小　川　勝　男−゛ 第　３　ロ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、荷電粒子源、荷電粒子ビーム集束手段、および荷電
   粒子ビーム偏向手段からなる荷電粒子光学系において、
   上記荷電粒子ビーム電流を測定する電極を設けたことを
   特徴とする荷電粒子光学系。 ２、前記荷電粒子ビーム電流を測定する電極は、前記荷
   電粒子ビームの流れの方向に対して前記荷電粒子ビーム
   偏向手段の後方位置に設けたファラデーカップであるこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の荷電粒子光
   学系。 ３、前記荷電粒子ビームを測定する電極は前記荷電粒子
   光学系の光軸を囲む側面と、上記光軸に交わる方向に配
   置された上面および下面と、これら上面および下面に上
   記荷電粒子ビームを通過しうる大きさに形成されたアパ
   ーチャとを設け、前記荷電粒子ビーム偏向手段により荷
   電粒子ビームを上面および下面のアパーチャをもしくは
   上面のアパーチャのみを通過するように切換えて荷電粒
   子ビームを通過とビーム電流測定とに切換可能に構成し
   たことを特徴とする特許請求の範囲第２項または第３項
   記載の荷電子光学系。 ４、前記荷電粒子ビーム偏向手段はビームブランキング
   電極で構成されていることを特徴とする特許請求の範囲
   第２項記載の荷電子光学系。 ５、前記荷電粒子ビーム偏向手段はビームデフレクティ
   ング電極で構成されていることを特徴とする特許請求の
   範囲第２項記載の荷電子光学系。