JPH0618120B2

JPH0618120B2 - 荷電粒子ビーム装置

Info

Publication number: JPH0618120B2
Application number: JP60161810A
Authority: JP
Inventors: 朗嶋瀬; 聡原市; 博司山口; 建興宮内
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1985-07-24
Filing date: 1985-07-24
Publication date: 1994-03-09
Anticipated expiration: 2009-03-09
Also published as: JPS6224545A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の利用分野〕本発明は荷電粒子ビームを用いて試料を処理する装置に
係り、特に荷電粒子ビームを照射中に、該荷電粒子ビー
ム電流値を正確に測定するに好適な荷電粒子ビーム偏向
光学系を有する荷電粒子ビーム装置に関する。

〔発明の背景〕

従来の荷電粒子ビーム装置における荷電粒子集束偏向光
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き引出されたのち、ビームディファイン
ディングアパーチヤ３６を通過しレンズ電極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
ン、オフを行なう。またブランキングアパーチヤ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粒の対向電極、デフレクタ１
０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。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１７は絶縁
物、１８は電流計、１９はヒータ電源、２０は引き出し
電源、２１は加速電源、２２はレンズ電源、２３はステ
ージコントローラ、２４はブランカドライバ、２５はス
テイグマコントローラ、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から発
生する２次電子１６の効果をなくためで、一般には上記
２次電子１６を追い返すための電極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。

しかるに従来のブァラデーカップ１５はステージコント
ローラ２３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を光軸の軸心位置
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
３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が
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し、ビーム照射位置を
調整することなくビーム電源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有する荷電粒子ビーム装置を提
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む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。

〔発明の実施例〕

以下本発明の実施例を第１図乃至第７図に基づいて説明
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
如くファラデーカップ２９を設け、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。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、
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の先軸より距離Ｘだ
け偏心した位置に上方部が開口する如く形成されてい
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
記アパーチャプレート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、その外方の上方ファラデ
ーカップ２９の上方位置にファラデーカップアパーチャ
３８ｂを形成している。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
デーカップアパーチャ３８ｂを並列に形成している。上
記ビーム電流取り出しネジ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４
２で締着されている。上記スティグマ電圧印加ネジ４２
はシールド３５ｃ内のリード線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１
０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。また、第２図において、３２はブランカ押
さえ、４５はアパーチャサポートである。

本発明による荷電粒子光学系は前記の構成をしているか
ら、今加速電圧をＶ₀とし、一方のブランカ電極３０に
−Ｖ_D／２、他方のブランカ電極３１に＋Ｖ_D／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Ｌ、両ブランカ電極３
０、３１の幅をｌ、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、Ｖ₀＝３０ＫＶ、ｌ＝５mm、Ｌ＝１２m
m、ｄ＝２mm、ｘ＝３mmに設定すると、印加電圧Ｖ_D＝７
５０Ｖをブランカ電極３０と３１との間に印加すること
になる。ただ本実施例では加速電圧Ｖ₀を変化させたと
き、ブランカ電極３０と３１との間への印加電圧Ｖ_Dも
変化させるため、両電圧Ｖ₀、Ｖ_D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Ｖ₀と印加電圧Ｖ_Dを
連動させる必要があるため、連動用電源が必要となるだ
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Ｖ₀が
少々変化しても印加電圧Ｖ_D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２の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
の底部中心位置にブランキングアパーチャ５４ａを穿設
し、上方部中心位置にファラデーカップアパーチャ５４
ｂを穿設したカッフ状電極に形成されている。上記ブラ
ンキングアパーチャ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パーチャ５４ｂは印加電
圧Ｖ₀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からばずれてファラデ
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１及び２の応用例＞前記実施例１および２においては、イオンビーム１１を
ファラデーカップ２９、５４に導くためにブランカ７を
使用したが、本発明の応用例として、デフレクタ１０を
使用する場合を示す。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、応用例においても、前記第２図と同様に夫
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３＞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
に行なうように構成されている。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た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マススペクトルの一
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
したとき、他のSi⁺、Si⁺ ₂、Au²⁺、Au⁺、AuSi⁺などのビ
ーム電流を測定すれば、Si²⁺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
デンサレンズ電極４６、４７、４８と対物レンズ電極５
１、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Ｅ
ＸＢ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４９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
確に定めることができる。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図は本発明の応用例を示す模式図、第６
図はAu、Siイオン源から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３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……引き出し電源、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……イオンビーム、１２
……ターゲット、１３……ステージ、１４……２次電子
追い返し電極、１５……ファラデーカップ、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
ローラ、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Ａ、３１……ブランカ電
極Ｂ、３２……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、３
６……ブランカホルダ、３７……アパーチャプレート押
えネジ、３８……アパーチャプレート、３８ａ……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、３９……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……アパーチャサポート、４６
……コンデンサレンズ電極Ａ、４７……コンデンサレン
ズ電極Ｂ、４８……コンデンサレンズ電極Ｃ、４９……
マス分離アパーチャ兼ファラデーカップ、５０……ＥＸ
Ｂマスフィルタ、５１……対物レンズ電極Ａ、５２……
対物レンズ電極Ｂ、５３……対物レンズ電極Ｃ、５４…
…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。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者宮内建興神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内 (56)参考文献特開昭54−97357（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料の表面に集束した荷電粒子ビームを照
射する荷電粒子ビーム装置であって、該荷電粒子ビーム
装置は、荷電粒子ビームを発生させる荷電粒子発生手段
と、前記発生した荷電粒子ビームを集束させる集束手段
と、前記集束した荷電粒子ビームを偏向させる第１の偏
向手段と、該第１の偏向手段で前記集束した荷電粒子ビ
ームを偏向させて照射することにより前記集束した荷電
粒子ビームの電流値を測定するビーム電流測定手段と、
前記第１の偏向手段で偏向させずに通過させた前記集束
した荷電粒子ビームを偏向させて前記試料へ照射する第
２の偏向手段とからなる荷電粒子光学系を有することを
特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項２】前記ビーム電流測定手段は、ファラデーカ
ップよりなることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項３】前記ビーム電流測定手段は、前記荷電粒子
光学系の光軸を囲む側壁と、該側壁に接し、かつ前記光
軸に交わる方向に配置された上壁と下壁とから構成さ
れ、該下壁には前記集束した荷電粒子ビームが通過しう
る大きさに形成された第１のアパーチャを上記光軸と交
わる部分に有し、前記上壁には該第１のアパーチャより
大きく形成された第２のアパーチャを上記光軸と交わる
部分に有することを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項４】前記第１の偏向手段は、ビームブランキン
グ電極よりなり、該ビームブランキング電極で前記集束
した荷電粒子ビームを偏向して前記ビーム電流測定手段
に照射することにより、前記荷電粒子ビームの電流値を
測定することを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
荷電粒子ビーム装置。