JPH0268844A - 荷電粒子ビーム位置・形状測定装置 - 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） この発明は、分析機器（電子顕微鏡、Ｓ［ＭＳ）や、半
導体製造装置くイオン注入装置）などの機器に利用され
ている荷電粒子ビームの位置・形状を測定する荷電粒子
ビーム位置・形状測定装置に関する。

（従来の技術とその問題点） 電子ビームやイオンビーム等の荷電粒子ビームを応用す
る上で、ビームの位置・形状を知ることは非常に重要で
ある。このため、ビームの位置・形状を正確に測定でき
るように、従来より多くの測定装置が提供されている。

一般に、これらの装置は、ビーム電流を直接測定する方
法と、ビームに起因する信号を利用して測定する方法と
に大別される。前者の例として、ナイフェツジ式のもの
く応用物理第５２巻、第４号（１９８３）、　Ｐ３４８
−３５３）がある。これはビームの流れを、鋭利なナイ
フェツジでさえぎり、ナイフェツジとビームの相対的な
位置関係の変化にともなった電流の変化量から、ビーム
の位置・形状を求めるようにしている。また前者の他の
例として多線式のものく放射線ＶＯ１，９、ｆｉｏ、３
　、　（１９ｇ３）、　Ｐ５６−６１）がある。これは
数十ミクロン径の金属細線を等間隔に平行に張り、各々
の線に衝突した荷電粒子を電気信号としてとらえ、各線
に対して得られる電気信号の大きさからビームの位置・
形状を求めるようにしている。

しかしながら、これらの方法は、ビーム自体に接触した
測定、つまり破壊型測定であるため、ビームを利用しつ
つモニタするような用途には全く使えないという問題が
あった。しかも、センサー自体にビームが直接照射され
るため、センサーの損傷が激しく、寿命が短いという問
題もあった。

一方、後者、すなわちビームに起因する信号を利用して
測定する方法には、静電誘導を利用する方法と、ビーム
の残留ガスへの照射により発生する２次電子を利用する
方法とがある。静電誘導を利用する方法（Ｔｎｓｔ、　
Ｐｈｙｓ、Ｃｏｎｆ、Ｓｅｒ、　Ｎ（１３８，１９７８
、Ｃｈａｐｔｅｒ３．　Ｐ１２５−１３０）は、ビーム
の通過経路をはさんで１対の電極を設置し、各電極に誘
起される電荷量からビームの電流の重心位置を求めるよ
うにしている。

しかしながら、この方法では、単に重心位置を求めてい
るだけにすぎず、ビームの位置・形状を測定するには適
していないという問題があった。

マタ、２次電子を利用する方法（ＩＥＥＥ　　Ｔｒａｎ
ｓａ−ｃｔｉｏｎｓ　ｏｎ　Ｎｕｃｌｅａｒ　５ｃｉｅ
ｎｃｅ　、　　Ｖｏｌ、Ｎ５−２６．　ｋ３（１９７９
））は、ビーム軸と平行に等間隔に並べた平行電極板に
より２次電子を捕集し、各電極に流れる電流値に基づい
てビームの位置・形状を求めるようにしている。

しかしながら、ビームの残留ガスへの照射により発生す
る２次電子は非常に少ないため、この方法では、感度が
低いという問題があった。十分な感度を得るためには、
２次電子を捕集する電極幅を広くすればよいが、そうす
ると、空間分解能が低くなるという別の問題が発生する
。

（発明の目的） この発明は、上記従来技術の問題を解消し、非破壊型で
、感度とともに空間分解能に優れる荷電粒子ビーム位置
・形状測定装置を提供することを目的とする。

（目的を達成するための手段） この発明は、荷電粒子ビームのビーム位置・形状を測定
する荷電粒子ビーム位置・形状測定装置であって、上記
目的を達成するため、前記荷電粒子ビームの残留ガスへ
の照射により発生する２次電子を加速させる加速電極と
、加速された電子束を拡大する電子レンズと、拡大され
た電子束のそれぞれの入射点における電子流を増幅させ
る電子流増幅手段と、増幅されたそれぞれの位置におけ
る電子流に基づいて前記荷電粒子ビームの位置・形状を
求める検出手段とを備えている。

（実施例） 第１図はこの発明の一実施例である荷電粒子ビーム位置
・形状測定装置を示す断面間であり、第２図はその要部
拡大斜視図である。図に示すように、本体１の上部には
、接地された真空ダクト２が設けられ、この真空ダクト
２のほぼ中央を荷電粒子ビームＢ（以下、単に「ビーム
Ｂ」と称する。

）が第１図紙面垂直方向に通過するように構成されてい
る。真空ダクト２内は真空排気ポンプにより排気が行な
われ、真空排気ポンプによっても排気されない残留ガス
が残留している。残留ガスの成分は、ビームＢと同じ成
分のもの（例えば水素イオンビームならばＨ２）や真空
ダクト２の表面より放出されるＨ２Ｏ，Ｃｏ、Ｈ２等で
ある。この真空ダクト２内にビームＢが照射されると、
ビームＢの一部が残留ガスに衝突して電離作用により２
次電子が発生する。このとき発生する２次電子の分布は
、ビームＢの荷電粒子密度と相関関係をもつため、２次
電子の分布を測定してビームＢの位置・形状を求めるこ
とが原理的に可能である。

そこでこの原理を応用して、この装置ではビームＢの残
留ガスへの照射により発生する２次電子の電子束を拡大
し、かつそれぞれの位置における電多数を増倍させた後
、得られた電子流に基づいてビームＢの位置・形状を求
めるように構成している。

具体的には、本体１と真空ダクト２との間に電子束の絞
りとして機能するアパーチャー３が設けられる。またア
パーチャ３の下方位置には、加速電１ｆｌ’ｌｉ源１１
により正の高電圧（１〜数ＫＶ）が与えられて、真空ダ
クト２内で発生した２次電子を本体１側へ加速する加速
電極４と、静電レンズ電源１２により電力供給されて上
記加速電極４により加速された電子束Ｅを拡大する電子
レンズ５とが設けられる。

電子レンズ５による電子束Ｅの結像位置には、電子流増
幅手段としてのマイクロチャネルプレート６が配置され
る。このマイクロチャネルプレート６は、管径がそれぞ
れ１０μｍ程度の多数の二次電子増倍管６ａにより構成
されており、それぞれの二次電子増倍管６ａに入射され
た電子は、その電子数が増倍管６ａを出射する時点で１
０７倍程度に増倍される。

マイクロチャネルプレート６の出射側には蛍光板７が配
置される。この蛍光板７にマイクロチャネルプレート６
に対して約４ＫＶの正の電位を与えておくとそれぞれの
二次電子増倍管６ａより出射された電子流ｅが十分に加
速されて入射したときに、それぞれの入射位置で対応す
る電子流ｅの電子数に応じた強さの発光が行なわれる。

この蛍光板７に対応させて、半導体装置検出器８が配置
される。半導体装置検出器８は、ビームＢの照射方向と
直交する方向に一列に配列されており、それぞれの受光
素子８ａを画素単位としてそれぞれの画素位置に対応す
る蛍光板７上での発光強度を検出してそれぞれの位置ご
との発行強度に関連した出力信号として取出されるよう
に構成されている。この半導体装置検出器８の出力信号
は信号処理回路９に送られ、信号処理回路９では、上記
出力信号に基づきビーム８の位置・形状が算出される。

上記の蛍光板７．半導体装置検出器８および信号処理回
路９により検出手段が構成される。

なお、マイクロチャネルプレート６、蛍光板７および半
導体装置検出器８への電力供給は、本体１外部の検出器
電源１０により行なわれる。

次に、上記荷電粒子ビーム位置・形状装置の動作につい
て説明する。真空ダクト２内にビームＢが照射されると
、真空ダクト２内の残留ガスにビームＢが衝突し、電離
作用によって２次電子が発生する。発生した２次電子は
アパーチャー３を通過し、加速電極４により加速された
侵、静電レンズ５により電子束Ｅが拡大されてマイクロ
チャネルプレート６に導かれる。このとき、マイクロチ
ャネルプレート６の各二次電子増倍管６ａに入射される
電子の数は、それぞれの位置に対応するビームＢの荷電
粒子密度と比例した関係にある。マイクロチャネルプレ
ート６に入射された電子束Ｅは、それぞれの２次電子増
倍管６ａにより１０７倍程度に増幅されて電子流ｅとし
て蛍光板７に向は出射される。電子流ｅは蛍光板７を発
光させるのに十分なエネルギーにまで加速され、蛍光板
７におけるそれぞれの電子ｉｅの入射位置において、対
応する電子流ｅのそれぞれの電子数に応じた強さの発光
が行なわれる。そして蛍光板７上でのそれぞれの位置で
の発光強度が半導体装置検出器８により検出されてそれ
ぞれの位置ごとの発光強度に関連した出力信号として取
り出され、信号処理回路９において上記出力信号に基づ
きビームＢの位置・形状が算出される。

この荷電粒子ビーム位置・形状測定装置によれば、静電
レンズ５により電子束Ｅを拡大しているため、径の微細
なビームＢの位置や形状の測定も可能となり、空間分解
能に優れる。例えば２次電子増倍管６ａの管径が１０μ
ｍ程度のマイクロチャネルプレート６を使用し、静電レ
ンズ５の拡大率をＭとすると、ビーム径測定の分解能は
、１０／Ｍ（μｍ）と非常に小さ（なる。したがって、
ビームＢの径が数十μｍ以下の微細なビームＢであって
も、数（−１０／Ｍ）μｍの分解精度で位置・形状を測
定できる。また、マイクロチャネルプレート６を用い、
２次電子を増幅させて検出するようにしているため、電
子束Ｅを拡大しているにもかかわらず測定感度が向上す
る。たとえば数百ｎＡの微少電流のビームＢであってｂ
、発生する２次電子をマイクロチャネルプレート６によ
り１０７倍程変転増幅することにより、ビームＢの位置
・形状を正確に測定することができる。また、非破壊方
式であるため、ビームＢを本来の目的に使用しながら、
ビームＢの位置・形状を測定でき、オンライン制御用セ
ンサとして使用できる。

なお、上記実施例においては、マイクロチャネルプレー
ト６により増幅された電子流ｅを加速させながら蛍光板
７に導いて光に変換し、半導体装置検出器８により蛍光
板７．Ｆでのそれぞれの位置での発光強度を検出してビ
ームＢの位置・形状を求めるようにしているが、これら
蛍光板７および半導体装置検出器８に代えて、ビーム軸
と平行に等間隔に並べた平行電極板を配し、これら平行
電極板によりマイクロチャネルプレート６で増幅された
それぞれの位置における電子流ｅを捕集し、各電極に流
れる電流値に基づいてビームＢの位置・形状を求めてる
ようにしてもよい。また、電子レンズとして静電レンズ
５の代わりに磁界レンズを用いてもよい。さらにビーム
Ｂ電流が小さい場合には、上記実施例のような発光強度
分布に対応した信号を出力する半導体装置検出器８のか
わりに、ＰＳＤと呼ばれる、発光強度の重心位置を検出
するタイプの検出器を用いてもよい。

（発明の効果） 以上のように、この発明の荷電粒子ビーム位置・形状測
定装置によれば、ビームの残留ガスへの照射により発生
する２次電子の電子束を電子レンズにより拡大１ノ、電
子流増幅手段により増幅して得られた電子流に基づきビ
ームの位置・形状を測定するようにしているため、ビー
ム及びセンサーに影響を与えることなく、極めて高い空
間分解能と感度で荷電粒子ビームの位置・形状を測定で
きるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例である荷電粒子ビーム位置
・形状測定装置を示す断面図、第２図はその要部斜視図
である。 ４・・・加速電極、　　　５・・・静電レンズ、６・・
・マイクロチャネルプレート、

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）荷電粒子ビームのビーム位置・形状を測定する荷
   電粒子ビーム位置・形状測定装置であつて、 前記荷電粒子ビームの残留ガスへの照射により発生する
   ２次電子を加速させる加速電極と、加速された電子束を
   拡大する電子レンズと、拡大された電子束のそれぞれの
   入射点における電子流を増幅させる電子流増幅手段と、 増幅されたそれぞれの位置における電子流に基づいて前
   記荷電粒子ビームの位置・形状を求める検出手段とを備
   えた荷電粒子ビーム位置・形状測定装置。
2. （２）前記検出手段は、前記電子流増幅手段の出射側に
   配置された蛍光板と、前記蛍光板上での発光強度分布に
   関連した信号を出力する半導体位置検出器と、前記半導
   体位置検出器の出力信号に基づき前記荷電粒子ビームの
   位置・形状を求める信号処理回路とからなる請求項１記
   載の荷電粒子ビーム位置・形状測定装置。