JPS6313250A - イオンビ−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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はイオンビーム装置に関し、さらに詳しくはイオ
ン種選択機構を有するイオンビーム装置に関する。

〔従来の技術〕

第４図は従来のイオンビーム装置の一例を示す斜視図で
ある。

イオン源は普通いろいろなイオン種を同時に放出してい
る。単体のイオン化物質であっても、多価イオンや、ク
ラスタイオンが発生する場合などがあって、単一のイオ
ン種を得るためにはイオン種選択機構（フィルタ）が必
要である。ｍ小スポットのイオンビームを発生する装置
のイオン種選択機構にはウィンフィルタが利用されてい
る（［エネルギビーム加工」精機学会エネルギビーム分
科会編、リアライズ社、１９８５年、Ｐ、　３１１−３
１２＞。

即ち、従来のイオンビーム装置は、第４図に示す如く、
液体金属イオン源５１から引き出されるイオンビーム５
２をコンデンサレンズ５３で集束し、ウィンフィルタ５
４で所定のイオン種を選択して絞り５５を通過させ、対
物レンズ５６によりターゲット５７上に集束投射してい
る。ウィンフィルタ５４では、Ｓ磁極５８とＮ磁極５９
の間の磁界によりイオンビーム５２を偏向しようとする
作用が、一対の静電偏向板６０及び６１による静電偏向
作用によりちょうど打ち消されるような特定のイオン種
が、絞り５５を通過し選択される。そして、例えば他の
Ａビオ２種６２やＢイオン種６３などは、絞り５５で遮
断される。

〔発明が解決しようとする問題点〕゛ 上述た従来のイオンビーム装置は、イオン種選択機構と
してウィンフィルタを用いているので、電磁界の作用を
受けない中性粒子も通してしまうという欠点がある０本
発明は、中性粒子を除去できるイオン種選択機構を持つ
イオンビーム装置を提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明のイオンビーム装置は、ガスを励起してイオンビ
ームを発生するイオン源と、該イオンビームを集光レン
ズ及び対物レンズを介してターゲット上に集束投射する
イオンビーム光学系とを有し、前記イオン源がら引き出
された前記イオンビームの進行方向のビーム軸を曲げる
偏向電界を発生する偏向電極系と、偏向された前記イオ
ンビームを前記ビーム軸の回りに回転させる磁気レンズ
と、回転後の前記イオンビームを受ける位置に設けられ
特定イオン種通過用の小孔を有する絞り電極とで構成す
るイオン種選択機構を備えている。

また、本発明のイオンビーム装置は、前記イオン源から
引き出された前記イオンビームの進行方向のビーム軸を
曲げる偏向電界を発生する第一偏向電極系と、偏向され
た前記イオンビームを前記ビーム軸の回りに回転させる
と共に元のビーム軸に戻す集束性磁界を発生する磁気レ
ンズと、前記ビーム軸近傍に戻った前記イオンビームの
進行方向を調整するビーム偏向電界を発生する第二偏向
電極系と、前記第一及び第二の偏向電極系の中間に設け
た特定イオン種通過用の小孔を有する絞り電極とで構成
するイオン種選択機構を備えている。

〔作用〕

本発明に用いる軸回転対称型の磁気レンズは、第３図の
断面図に示す如く、図の左方向から進行してくる最初の
イオンビーム１０５の進路であるビーム軸１０１を中心
軸とした円筒状をなし、中心軸まわりに日日があけられ
ており、その外周部と円筒両端のリング状フランジとが
磁気遮蔽用の鉄液１０２で覆われ、内部の巻線１０３に
励磁電流を供給して軸回転対称で集束性の磁力線分布１
０４を形成する。静電偏向系（図示せず）により偏向さ
れたイオンビーム１０５はこの磁力線分布１０４によっ
てビーム軸１０１の回りに回転させられる。ビーム軸１
０１の方向をＺ軸にとり、磁束密度のＺ成分をＢｚ、イ
オンの電荷をＥ、質量をＭとし、イオンビーム加速電圧
を一定値■とすると、イオンビーム１０５の区間ａ−ｂ
間における回転角θは、はぼ となることが知られている。回転角θはイオンの質量Ｍ
あるいは比電荷Ｅ／Ｍによって変るので、適当な位置に
ビーム軸１０１に垂直な板を置くとある特定な比電荷を
持つイオン種は他の比電荷のイオン種とは異なる位置に
当ることになる。

従って、ある位置に小孔を設けた絞り電極によって、対
応するイオン種のみを通過させることができる。一方、
中性粒子は電磁界の作用を受けないで直進するので、絞
り電極で阻止することができる。

また磁気レンズは、偏向されたイオンビーム１０５を元
のビーム軸１０１の方へ戻す集束作用を発揮することが
可能で、ビーム軸１０１近傍に戻ったイオンビーム１０
５を偏向する第二の静電偏向系（図示せず）により、イ
オンビーム１０５の進行方向をビーム軸１０１の方向と
一致させたり、あるいは別の方向に曲げて、ターゲット
（図示せず）上のイオンビーム衝突位置を調整する機能
を実行させることもできる。

なお、磁気レンズにより回転作用を受けるので、イオン
ビーム１０５の進路を一平面内に記すことはできないが
、第３図ではイオンビーム１゜５が回転する様子を表わ
すため、便宜的にイオンビーム１０５を投影的に描いた
。（後述する第１図と第２図における回転中あるいはそ
の後におけるイオンビームの軌跡を示す部分は、断面図
の断面を追随回転させながら描いたときのものである〉
。

〔実施例〕

次に、本発明について図面を参照して説明する。

第１図は本発明の一実施例の主要構成部の断面図、第２
図は本発明に用いるイオン種選択機構の第２の実施例の
断面図である。

本実施例は大別してイオンビーム発生部であるイオン源
１１及びイオンビーム制御部であるイオンビーム光学系
３１とからなる。

まず、電子ビーム励起型のイオン源１１について述べる
。方形または円形状の電子放出面を有するカソード１２
とグリッド１３と引出電極１４とで取り出しアノード１
５で更に加速したイオン化用電子ビーム１６は、イオン
化空間１７でガス導入装置１８により導入されたガスを
励起してイオンを発生させ、電子とイオンの共存するプ
ラズマ領域を形成する。このプラズマ領域中のイオンは
、電子の吸引力によりイオン化用電子ビーム１６の中心
軸上に多くトラップされ、アノード１５と引出電極１４
間の電位差により下方に引き出される。そして、カソー
ド１２の電子放出面の中央にあけられたイオン通過孔１
２．を通って更に下方へと放射されるイオンビーム２４
が得られる。

他方、イオン化用電子ビーム１６は電子コレクタ１９へ
流入する。真空容器２０はこれらの電極群を収容し、内
部各領域をそれぞれ所要の真空状態に保つため、真空ポ
ンプに接続する排気口２１゜２２．２３などが設けられ
る。集束コイル２５でイオン化用電子ビーム１６の通路
に沿う強い磁界を与え、イオン化用電子ビーム１６をら
せん状に動かすようにしてその走行距離を増やし、イオ
ン化効率を高めている。

イオンビーム光学系３１は、上述のイオン源１１から得
られるイオンビーム２４のうち、アパーチャ３２を通過
したイオンビーム３３を制御し、所定のイオン種のイオ
ンビーム３４を試料台３５上のターゲット３６の所要位
置に射突させるものである。すなわち、イオンビーム３
３は、二電極からなるパイポテンシャルレンズで構成す
るコンデンサレンズ３７により第一回目の集束作用を受
はビーム軸３８に沿って進行後、第一偏向電極系３つに
よりビーム軸３８から曲げられる。磁気レンズ４０の回
軸及び集束作用により、イオンビーム３３のうち所定の
イオン種は絞り電極４１の小孔４２を通過して再びビー
ム軸３８近傍に戻り、第二偏向電極系４３によりビーム
軸３８に一致されられ、三電極構成のアインツエルレン
ズ式の対物レンズ４４で最後の集束作用を受けたイオン
ビーム３４としてターゲット３６に到達する。

上記の如く第一偏向電極系３９、磁気レンズ４０、小孔
４２を有する絞り電極４１及び第二偏向電極系４３によ
り第１の実施例のイオン種選択機構４５．を構成するこ
とになる。

なお、第一偏向電極系３９や第二偏向電極系４３は単一
方向、例えばＸ方向にのみビーム偏向可能な静電偏向板
を用いてもよいが、任意方向にビーム偏向できる例えば
Ｘ方向偏向板とＹ方向偏向板とを組み合わせた複合型静
電偏向系を使用してもよい、ただし、電磁偏向系は一最
に大型構造になるので、本実施例に用いる偏向系として
は実用的でない。

また、第二偏向電極系４３は、イオンビーム３４をビー
ム軸３８に一致させるように働かせるばかりでなく、タ
ーゲット３６上でのイオンビーム３４の照射位置を制御
するため、ビーム偏向を行わせることも可能である。イ
オンビーム３４の該照射位置制御には、対物レンズ４４
とターゲット３６の間に設けた別のビーム偏向系（図示
せず）や、試料台３５の移動機構を用いることもできる
。２次電子検出器４６は、イオンビーム３４がターゲッ
ト３６を照射する際に発生する２次電子を補集して、走
査電子顕微鏡式にターゲット３６の表面状態を観測する
ためのものである。

第１図に示した構成は本発明の一実施例にすぎず、例え
ばイオン源１１として既に利用されているデュオプラズ
マトロン型イオン源、液体金属イオン源、電界電離型ガ
スイオン源、その他の知られたイオン源を用いてもよい
。また、パイポテンシャルレンズやアインツエルレンズ
で構成したコンデンサレンズ３７や対物レンズ４４など
の集束レンズ系として、他の構成や組み合わせ方式を採
用してもよく、例えば四重径レンズとしたり、非点収差
補正系を追加したりしてもよいことは勿論である。

また、第２図に示す第２の実施例のイオン種選択機構４
５ｂは、その絞り電極４１を第一偏向電極系３９で偏向
されたイオンビーム３３が磁気レンズ４０で回転作用を
受けた後ならどの位置に設けてもよく、そして第１の実
施例で用いた第二偏向電極系４３を設けない構成とした
ものである。

なお、第一偏向電極系３９の平均電位、絞り電極４１の
電位及び第二偏向電極系４３の平均電位は同じ電位にす
ることに限定する必要はなく、これらの電位に差がある
ような構成でも本実施例におけるイオン種選択機能は失
われない。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明は、イオンビーム制御部に磁
気レンズ及び絞り電極とを有するイオン種選択機構を設
けることにより、従来のウィンフィルタでは分離できな
い中性粒子を遮断することができ、ターゲットに所定の
イオン種だけを入射させることができる効果がある。す
なわち、電磁界で集束などの制御が効かない中性粒子が
混ざらないので、ターゲット入射粒子ビームのシャープ
さが向上し、ビームスポットの裾野がだらだらと大きく
拡がる程度を最小限に抑え改善できる効果がある。

また本発明は、大型の電磁偏向装置を用いないので、比
較的コンパクトなイオン種選択機構とすることができる
。これはウィンフィルタ方式だけでなく、イオン注入装
置などに用いられているセクタ磁石方式と比較しても、
実用的観点において優る点である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の主要構成部の断面図、第２
図は本発明に用いるイオン種選択機構の第２の実施例の
断面図、第３図は本実施例に用いる磁気レンズの作用説
明図、第４図は従来のイオンビーム装置の一例を示す斜
視図である。 １１・・・イオン源、１２・・・カソード、１２．・・
・イオン通過孔、１３・・・グリッド、１４・・・引出
電極、１５・・・アノード、１６・・・イオン化用電子
ビーム、１７・・・イオン化空間、１８・・・ガス導入
装置、１９・・・電子コレクタ、２０・・・真空容器、
２１，２２゜２３・・・排気口、２４・・・イオンビー
ム、２５・・・集束コイル、３１・・・イオンビーム光
学系、３２・・・アパーチャ、３３．３４・・・イオン
ビーム、３５・・・試料台、３６・・・ターゲット、３
７・・・コンデンサレンズ、３８・・・ビーム軸、３９
・・・第一偏向電極系、４０・・・磁気レンズ、４１・
・・絞り電極、４２・・・小孔、４３・・・第二偏向電
極系、４４・・・対物レンズ、４５、．４５ｂ・・・イ
オン種選択機構、４６・・・２次電子検出器、５１・・
・液体金属イオン源、５２・・・イオンビーム、５３・
・・コンデンサレンズ、５４・・・ウィンフィルタ、５
５・・・絞り、５６・・・対物レンズ、５７・・・ター
ゲット、５８・・・Ｓ磁極、５つ・・・Ｎ磁極、６０．
６１・・・静電偏向板、６２・・・Ａイオン種、６３・
・・Ｂイオン種、１０１・・・ビーム軸、１０２・・・
鉄被、１０３・・・巻線、１０４・・・磁力線分布、１
０５・・・イオンビーム。 ＋１父 半２父 不３　（支） イオレヒ゛−ハ 茅４−図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）ガスを励起してイオンビームを発生するイオン源
   と、該イオンビームを集光レンズ及び対物レンズを介し
   てターゲット上に集束投射するイオンビーム光学系とを
   有するイオンビーム装置において、前記イオン源から引
   き出された前記イオンビームの進行方向のビーム軸を曲
   げる偏向電界を発生する偏向電極系と、偏向された前記
   イオンビームを前記ビーム軸の回りに回転させる磁気レ
   ンズと、回転後の前記イオンビームを受ける位置に設け
   られ特定イオン種通過用の小孔を有する絞り電極とで構
   成するイオン種選択機構を備えることを特徴とするイオ
   ンビーム装置。
2. （２）前記イオン源から引き出された前記イオンビーム
   の進行方向のビーム軸を曲げる偏向電界を発生する第一
   偏向電極系と、偏向された前記イオンビームを前記ビー
   ム軸の回りに回転させると共に元のビーム軸に戻す集束
   性磁界を発生する磁気レンズと、前記ビーム軸近傍に戻
   った前記イオンビームの進行方向を調整するビーム偏向
   電界を発生する第二偏向電極系と、前記第一及び第二の
   偏向電極系の中間に設けた特定イオン種通過用の小孔を
   有する絞り電極とで構成するイオン種選択機構を備える
   ことを特徴とするイオンビーム装置。