JPH012786A - イオンビ−ム加工機 - 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〕 この発明は、イオンビーム加工機に関し、さらに詳しく
いうと、イオン注入あるいはイオンビームｊ リングなどをＸうもので、特に質鈑分離手段を備えたイ
オンビーム加工機に関するものである。

〔従来の技術〕

第９図は従来のイオンビーム加工機であり、例えば液体
金属イオン源などの高輝度なイオン源（１）から出射し
たイオンビーム（２）は、第１の集束レン。

ンズ（３）、ブラフキング装置（４）、質量分離器（５
）、分離用アパチャ（６）、第２の集束レンズ（７）お
よび偏向器（幻を経て試料（９）に至る。イオン源（１
）から放出されたイオンビーム（２）　＋！ｉ　１　ノ
集束し／ンズ（３）で質量分離器（５）の中心に結像さ
れ、イオンビームの集束点であるクロスオーバ（ｌｏ）
が形成される。さらに第２の集束レンズ（７）で縮小さ
れて、試料（９）上に照射される。試料（９）に照射さ
れたイオンビーム（２）は、試料（９）に注入されたり
あるいは試料（９）をスパッタする。

質量分離器（５）は、イオンビーム（２）を形成する質
量数（ｍ／ｅ）が異なる数種類のイオン種から、希望す
るイオン種を選択する役割を果たす。例えば、Ａｕ−８
ｉという共晶合金を用いた場合には、Ａｕ”　、　Ｓｉ
＋、　Ａｕ”、　Ｓｉ２＋などが放出されるので、これ
らのイオン種からＡｕ＋あるいはＳｉ＋のみを取り出す
役割を果たす。また、Ｇａなとの単一金属を用いる場合
には、　Ｇａ　　、　　Ｇａ　　なとの同位体を分離す
るのに使われる。

次に、質量分離器（５）の構成を第１０図に示す。

この質量分離器（５）は、ｇＸＢマスフィルタト呼ばれ
るもので、希望するイオン種は直進する。

（Ｌｌａ）、（ｌｌｂ）はポールピース、（１２ａ）、
（１２ｂ）はＥ電極である。いま、ビーム軌道軸（２軸
）に対して直交し、かつ、互いに直交する磁界Ｂ０（ｘ
方向）と電界Ｅ０（ｙ方向）が存在するとする。中心軸
（２軸）上を直進する荷電粒子（質ｆｆｉｍ）に作用す
る力は次式で与えられる。

ｍ餐＝０　　　　　・・・・・・（１）ｍｙ＝ｑ（Ｅｏ
−２Ｂｏ）・・！・・・（２）ｍｚ＝ｑｙＢｏ　　　・
・・・・・（３）（２）式より、ｚ　＝Ｅｏ／　Ｂｏ　
　の条件な満たす荷電粒子は直進し、この条件を満たさ
ない粒子は分離用アパチャ（６）にあたシフィルタアウ
トされる。第１０図において、（２）は質量分離される
前のトータルイオンビーム、　　（１３）は上記の直進
条件を満たすイオンビーム、（１４）はフィルタアウト
されたイオンビームな示す。質量分離器（５）の中心に
クロスオーバ（１０）が位置しているのは、イオン源の
有するエネルギ分散によって、質量分離器通過後発生す
る非点状の分散を見掛上ゼロにするためである。

この発明は、このＥＸＢマスフィルタの設ｉユされたイ
オンビーム加工機におけるブランキングに関するもので
あるので、従来のブランキング装置を説明する前に、ブ
ランキングの一般論を述べる。

第９図において、（４）は最も一般的なブランキング装
置であり、その構造を第１１図に示す。（ｌＳａ）。

（１ｓｂ）はイオンビーム（２）の軸に平行におかれた
ブランキング電極、（ｔｓｄ）　、　（ｔａｂ）はブラ
ンキング電源である。

ブランキング電源（１６ａ）　、　（ｔａｂ）に電圧が
発生していないと、ビーム（２）は直進するので、ビー
ム（２）のＯＮの゛状態となシ、電圧が発生するとビー
ム（２）はあたかもブランキング電極（４ｓａ）　、　
（ｔａｂ）の中心で折シ曲げられたように偏向されるの
でフィルタアクトされ、ビームＯＦＦの状態がそれぞれ
つくりだされる。このとき、必要なブランキング電圧（
ＶＢ）は１寸法Ａ、Ｂ、Ｃ，Ｄを図示ノヨうＫとると、
次式で与えられる。

この式かられかるように、■、を小さくするためには寸
ｉＡを大きくすればよい。ところで、ブランキング装置
ではＯＮ・ＯＦＦを切り換える際、ビームの試料上での
位置変動が問題になることが多い。

第１２図はこの状況を示している。図中↓はブランキン
グ電極の中心、０はクロスオーバ（１０）の位置、＜０
．は試料（９）の位置、実線はビーム軌道軸のビーム軌
道、点線は切り換え時のビーム軌道を示す。ブランキン
グをかけるとビームは↓で示された点から折れ曲がるの
で、クロスオーバ（１０）が中心軸から離れる。このた
めクロスオーバ（ｌＯ）の結像点は、同図（ａ）のよう
に、中心軸上から離れた点に移る。ところがこの現象は
、クロスオーバ（ｌＯ）の位置とブランキングの中心が
一致する場合にはみられない。この理由は、同図（ｂｌ
に示されているように、ブランキングをかげても、クロ
スオーバ（ｒｏ）は常に中心軸上に存在するからである
。したがってビームの位置変動を防止するためにはクロ
スオーバ（ｌＯ）の位置とブランキングの中心とを一致
させる必要がある。

そこでクロスオーバの位置とブランキングの中心とを一
致させることのできる、従来のブランキング装置を第１
３図について説明する。第１３図において、　（１５ａ
）　〜（ｔｓｄ）はポールピース（ｈａ）。

（ｌｌｂ）の前後に設けられた２組の平行平板からなる
ブランキング電極である。図中にはビームＯＦＦのとき
のビーム軌道のみ示されている。この装［ａでは２度偏
向されるため、図中実線で示されたような軌道を通る。

この軌道は、仮想的に、ａ、ｔＪで示されるように、ポ
ールピース（１ｔａ）　、　（ｔ　ｔｂ）の中心で一度
だけ偏向された軌道と同等だと考えることができる。し
たがってこの装置によればビームの位置変動を発生させ
ることなくブランキングすることが可能である。

しかしこの装置は構成部品が多いため、製作。

調整（軸合せ）が繁雑である。さらに第１のレンズ（３
）から分離用アパチャ（６）までの距離は制約されてい
るため、ブランキング電極（ｌＳａ）〜（１５ｄ）の長
さも制限される。このため、ブランキング電圧（ｖＢ）
を低くすることは雛かしく１例えば、１００〜２００ｖ
程度必要である。このため、電圧発生あるいは消滅に要
する時間は、例えば、２００ｍ５も要するので、非常に
高速度なブランキングが要求されるイオンビーム加工機
には適用しにくい。

また、例えば、ＦＥＴなとの高電圧用半導体を使用しな
ければならないため、ブランキング電源は高価になる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

以上のような従来のイオンビーム加工機は、ブランキン
グ装置が以上のように構成されているので、構成が複雑
なため、製作、調整が繁雑で、また、ブランキング電圧
が高いためにブランキングの高速化に対応できないなど
の問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになされ
たもので、製作・調整が容易で、ブランキングの高速化
に対応できるブランキング装置を備えたイオンビーム加
工機を得ることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この発明に係るイオンビーム加工機は、希望するイオン
種を直交する磁界と電界を用いて質量分離する手段が、
ブランキングする機能を兼ねている。

〔作用〕

この発明においては、ブランキング電源がブランキング
電圧を発生、消滅することにより、質量分離する機能に
何ら障害を生むことなくブランキングする機能を果たす
。

〔実施例〕

第１図はこの発明の一実施例における質、！５＋離手段
を示し１図妬おいて平行に対峙して設けられたＢｆｉ極
（１２ａ）、（１２ｂ）に対して垂直に１例えば純鉄な
どの透磁率の大きな材料でな□るポールピース（ｘｔａ
）、（ｏｂ）が配設され、同じく透磁率の大きな材料で
なシ磁路な形成するヨーク（１７）が設けられている。

ポールピース（ｌｔａ）、（ｔｔｂ）にはコイル（ｔｅ
ａ）、（ｔａｂ）　カ巻かれている。

ヨーク（１７）は、磁場の対称性および機械的強度を重
視して所謂Ｈ型のものとしたが、第２図に示すような、
所謂、Ｃ型のものでもよい。

また、漏洩磁束を考慮してポールピース（ｌｌａ）。

（ｌｘｂ）にコイル（ｔｅａ）、（ｔａｂ）を巻きつけ
たものを示したが、第３図（ａ）　、　（ｂ）にそれぞ
れ示すように、Ｅ−り（１７）　Ｋ　：２イ＃　（ｔｅ
ａ）、（ｔａｂ）または（工８）を巻きつけたものであ
っても、この発明の効果に全く差違はない。

第４図はＥ電極（１２ａ）、（ｔｚｂ）に関連する部分
を示したもので、（ｚｏａ）、　（２ｏｂ）　ハＥ　［
Ｒテｈ　Ｆ）、ブランキング電極（１６）がＥ電源（２
０ｂ）に直列に接続されている。

またこの実施例では、ブランキング電極が存在しないた
め、調整（軸合せ）を行う必要がない。

次に動作について説明する。例えば６９Ｇａ＋と７１　
Ｇａ＋を分離することを考える。６９　Ｇａ＋を直進さ
せ？ＩＧａ＋をフィルタアウトするのに必要な磁束密度
（Ｂｏ）と電界強度（Ｅｏ）は、加速電圧が１００ｋＶ
ノとき、例えば８０００ガウスと４．４ｋＶ／ｃｍであ
る。このような磁界および電界を与えると、第４図（ａ
）のように、ビームＯＮの状態がつくシだされ、ビーム
（１３）が６９　Ｇａ　＋、ビーム（１４）が７１Ｇａ
＋に相当する。同図（ｂ）のビームＯＦＦの状態をつく
るには、Ｅ電極（ｒｚｂ）にＥ電圧（−５上−）の他に
、ブランキング電圧（ＶＢ）を加えればよい。ビームは
Ｅ電極の中心で折り曲げられたように偏向され。

この偏向はフィルタアウトされたビーム（１４）が中心
軸より離れる方向に行う必要がある。逆方向に行うとビ
ーム（１４）が分離用アパチャ（６）を通過することが
ある。

Ｅ電極（ｔｚａ）　、　（ｔｚｂ）の中心にはクロスオ
ーパ（１０）が形成されているため、０Ｎ−ＯＦＦを切
り換えても、試料上でビームの位置変動はみられない。

この装置で、ブランキング電極の長さ（Ａ）　Ｋ相当す
るのは、Ｅ電極（１２ａ）、（ｔ２ｂ）の長さであるが
。

この長さはブランキング電極を設ける必要がないため長
くできる。このため、ブランキング電圧ＶＢは例えば２
０〜３０ボルトで済む。このように電圧が低くなると１
例えばオペアンプなどの低電圧動作に向き、スルーレー
トの速い半導体が使用できるため、ブランキング速度を
上げることができる。またこのような半導体を供給でき
るメーカは多いので、電源設計をする際の制約が少なく
、電源を安価にすることが可能である。

なお、上記実施例ではブランキング電源（１６）をＥＴ
ＩＩ源のプラス側に乗せたものを示したが、ブランキン
グ電源（１６）＋７）極性を換え、第５図（ａ）に示す
ように、マイナス側に乗せてもよいことはいうまでもな
い。また、第５開山）のように、極性の異なるブランキ
ング電源（１６）を２つ使用しても同様の効果を奏する
。こうすれば、１つの電源に必要なブランキング電圧が
半分になるので、よシ高速なブランキングが可能となる
。

さらに、第５図（Ｃ）　、　（ｄ）および（ｅｌに示す
ように、ブランキング電源（１６）の片端を接地し、そ
の上にＥ電源を乗せるようにしてもよい。こうすれば、
ブランキング電源（１６）の制御をすべて接地側で行う
ことができるので、電源の設計が容易になる。

また、第６図に他の実施例として示すように、絶縁物（
１９）をはさみ、ポールピース（１ｔａ）　、　（ｕｂ
）を絶縁すれば、ポールピース（Ｈａ）、（ｔｔｂ）に
ブランキング機能を兼ねさせることもできる。こうすれ
ば、ブランキングは同図（ａ）のＸ軸方向に行われるの
で、フィルタアウトされたビームがＯＮ状態になること
がなくなる。

なお、この発明は、クロスオーバ（１０）が質量分離器
の真中に位置している場合のみに限るものではない。エ
ネルギ分散の見掛上ゼロにすることはできないが、質量
分離に必要な磁界および電界を最小にするため、第７図
に示すように、クロスオーバ（１０）は、分離用アパチ
ャ（６）の位置に結ばれることも多い。また、第１のレ
ンズ（３）の倍率を無限大にして、第８図に示すように
、クロスオーバを形成しない方式もとられる。このよう
な場合でも、この発°明は同様な効果を奏する。

〔発明の効果〕

以上のようＫ、この発明によれば、質量分離手段がブラ
ンキングする機能も兼ねるようにしたので、構造を簡単
にでき、また、ブランキング電圧を低くすることができ
るので、ブランキング速度を上げたシ、ブランキング電
源を安価にすることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例で、同図（ａ）は要部平面
図、同図（ｂ）は同図（ａ）のｂ−ｂ線Ｋ　ｒｒ３う平
面での断面図、第２図は第１図のヨークの変形を示す平
面図、第３図（ａ）　、　（ｂ）はそれぞれ第１図のコ
イルの変形を示す平面図、第４図は第１図のものの動作
を説明するための要部概略正面図、第５図は第１図のも
のにおけるブランキング？！ｔＩ２＠の種々の接続を示
す部分結線図、第６図（ａ）および（ｂ）は他の実施例
の平面図および正断面図、第７図、第８図はそれぞれ第
１図のものの他の動作を説明するための要部正面図であ
る。 第９図は従来のイオンビーム加工機の要部概略正面図、
第１０図は第９図のものにおけるＥＸＢマスフィルタの
原理を説明するための要部斜視図、第１１図（ａ）およ
び（ｂ）は第９図のものの動作を説明するための一部平
面図および一部正面図、第１２図（ａ）　、　（ｂ）は
それぞれ第９図のものの動作を説明するための一部概略
正面図、第１３図は従来装置におけるブランキング機能
を説明するための要部概略正面図である。 （１）・・イオン源、（３）、（７）・・第１．第２の
集束レンズ（イオン集束手段）、（５）・・質量分離器
（質量分離手段）、（ｌＯ）・・クロスオーバ。 （ｘｘａ）、（ｔｘｂ）　、　、ポールピース（磁界発
生手段）、（１２ａ）、（１２ｂ）　−−Ｅ電極（電界
発生手段’）　、　（１６）・・ブランキング電源、（
２０ａ）　、　（２０ｂ）・・Ｅ電源。 なお、各図中、同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）イオン源と、このイオン源から放出されるイオン
   を集束するイオン集束手段と、質量数の異なるイオン種
   から所定のイオン種を直交する磁界と電界を用いて質量
   分離する手段を備えてなり、しかも前記質量分離する手
   段はブランキングする機能も兼ねているイオンビーム加
   工機。
2. （２）ブランキングする機能は電界発生手段が兼ねてい
   る特許請求の範囲第１項記載のイオンビーム加工機。
3. （３）ブランキングする機能は磁界発生手段が兼ねてい
   る特許請求の範囲第１項記載のイオンビーム加工機。
4. （４）質量分離する手段の中心にイオンビームの集束点
   が形成されている特許請求の範囲第１項記載のイオンビ
   ーム加工機。