JPH0721958A - 荷電粒子ビーム用対物スリット - Google Patents

荷電粒子ビーム用対物スリット

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JPH0721958A
JPH0721958A JP5157391A JP15739193A JPH0721958A JP H0721958 A JPH0721958 A JP H0721958A JP 5157391 A JP5157391 A JP 5157391A JP 15739193 A JP15739193 A JP 15739193A JP H0721958 A JPH0721958 A JP H0721958A
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JP
Japan
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slit
charged particle
particle beam
objective
ammeter
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JP5157391A
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English (en)
Inventor
Tatsuya Noguchi
達也 野口
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Kobe Steel Ltd
Original Assignee
Kobe Steel Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 スリットの開き幅の精度を向上させ、ひいて
は測定試料上のビームスポットのサイズを精度よく決定
し、分析精度を向上し得る荷電粒子ビーム用対物スリッ
トを提供する。 【構成】 スリット間隙を通過する荷電粒子ビームd1の
電流値を検出する電流計19を設け、この電流計19とパル
ス発生器14とに接続して制御器18を設け、この制御器18
により電流計19からの荷電粒子ビーム電流値を基にパル
ス発生器14を操作して、スリット間隙を通過する荷電粒
子ビームd1のビーム中心軸およびスリットの開き幅を調
整する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体産業分野をはじ
め医療・バイオなどの分野で用いられる、高エネルギー
荷電粒子ビームを用いて微小領域の物性・組成分析、微
細加工などを行う装置の対物スリットに関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】膨大な量の情報をコンピュータで処理す
る場合、記憶容量を増大し処理速度を高速化することが
求められる。そのため、ICの高集積化がLSIからV
LSIへ、また3次元ICへと開発が進められている。
これに伴って、個々の素子やその配線などは極微小化・
多層化し、また表面から極めて浅い領域が使われつつあ
る。このようなICの開発、プロセス研究においては、
ミクロな領域における原子分布の分析が極めて重要であ
り、そのためには、高エネルギー(MeV)の集束イオ
ンビームを使ったラザフォード後方散乱法(RBS)や
粒子線励起X線分光法(PIXE)などの分析手法が有
効である。
【0003】図3は、上記分析手法に使用される高エネ
ルギー荷電粒子ビーム装置の一般的な構成配置の1例を
示す。図において、静電型加速器 (a)のイオン源 (b)で
発生し加速管 (c)で加速されたイオンビーム (d)は、偏
向分析電磁石 (e)によって所定角度(通常15°以上)を
振ってイオン種・エネルギーを選別され、対物スリット
(f)によって数十μmに絞られた後、 2〜 5mのドリフ
ト空間を経て、2連または3連の四重極電磁石レンズ
(g)に入り集束され、試料チャンバー (h)内の測定試料
(i)上にスポットを結び、後方散乱されたイオンは検出
器 (j)で検出される。なお、図中 (k)は偏向分析電磁石
のコイルである。
【0004】対物スリット (f)から四重極電磁石レンズ
(g)までの距離を物面距離、同レンズ (g)から測定試料
(i)までの距離を像面距離と呼び、このビーム光学系
は、この2つの距離の比に大約等しい縮小率で対物スリ
ット (f)の口径を測定試料 (i)上に縮小投影する機能を
持つ。ところで縮小率は大約 1/5 〜 1/30なので、測
定試料 (i)上に最小ビームスポットとして 1μm径を得
るためには、ビームは対物スリット (f)において 5〜30
μm径に絞る必要があり、対物スリット (f)のエッジの
位置決め精度としては 1μmが要求される。
【0005】そこで、本出願人は、上記の要求に応えう
る対物スリット (f)として、それまでに知られている対
物スリット (f)では不十分なことから新たに開発を行い
先に提案した(特開平 3−210744号公報参照)。
【0006】図4は先に提案した対物スリットの要部を
示すもので、図では、上下一対とその前後のいずれかに
配置される左右一対とで構成される対物スリット (f)の
内の上下一対の対物スリット(f1)のみを示す。図におい
て、円筒型の上下1対のエッジ(1), (1)は、荷電粒子ビ
ームライト(BL)を挟んで開き幅 (W)のスリット間隙をそ
の間に形成するように対向させてビームライト(BL)と直
角の中心軸線(x), (x)の方向に並進するように、且つそ
れぞれの中心軸線(x), (x)がビームライト(BL)の上下流
方向に僅かのずれ距離 (e)を有するように設置されてい
る。また、エッジ (1)は、熱伝導の良い金属で構成され
たエッジ保持金具 (2)に保持されてアーム部 (3)の先端
に取付けられている。前記アーム部 (3)は2重パイプ構
造のステンレス鋼製で、真空ダクト壁 (4)を貫通しOリ
ング (5)によりシールされ、且つ進退をガイドされる一
方、大気側で冷却水入口 (6)および同出口 (7)につなが
る冷却水路機構が内部に形成されている。
【0007】図5を用いて上記対物スリット(f1)の制御
系について説明する。エッジ (1)を駆動するためのステ
ップモータ(10)、モータドライバー(11)はそれぞれ正転
用OR素子(12)および逆転用OR素子(13)を介して4台
のパルス発生器(14)に接続され、各パルス発生器(14)は
それぞれ開き幅 (W)の開閉および開き中心の位置移動の
機能になるよう各操作スイッチ(15)に和合してつながっ
ている。それらの信号はまた開き幅表示カウンター(16)
および開き中心表示カウンター(17)にもつながってお
り、それぞれの値を表示するようになっている。なお、
図中、 (8)は回転・並進変換機構、 (9)はカップリング
を示す。
【0008】上記構成の対物スリット (f)では、上下お
よび左右の対物スリット(f1)の開き幅制御と開き中心位
置制御とを、装置の運転者がスリット間隙を通過するイ
オンビームの電流値を電流計で測定しながら、上記操作
スイッチ(15)を手動操作することにより行ってきた。
【0009】
【発明が解決しようとする課題】ところで、前述したよ
うに荷電粒子(イオン)ビームを 1μm径まで絞るため
には、上下および左右の対物スリット(f1)を 3〜30μm
幅に開く必要があり、スリット(f1)のエッジ (1)の位置
決め精度としては 1μmが要求され、またスリット(f1)
の開き幅ゼロの位置を決定する必要がある。しかし、上
記構成の対物スリット (f)では、上述したように、エッ
ジ(1), (1)を、中心軸線(x), (x)がビームライト(BL)の
上下流方向に僅かのずれ距離 (e)を有するように設置し
たこと、エッジ (1)を支持するアーム部 (3)に冷却水路
機構を設けたこと、さらに上下および左右の対物スリッ
ト(f1)の開き幅と開き中心位置とを、ステップモータ(1
0)、モータドライバー(11)およびパルス発生器(14)によ
り制御するようにしたこと、によりスリット(f1)のエッ
ジ (1)の位置決め精度は 1μm以内に制御し得るように
なったが、スリットを完全閉鎖して開き幅ゼロの位置を
見つける場合、運転者がスリット間隙を通過するビーム
電流量を電流計から読み取り、電流値がゼロになる所ま
でスリット幅を狭めることにより行っているため、電流
計の精度、磁場変動により生じる微弱電流、運転者の電
流計のデータ読み取りのバラツキなどにより、ビーム電
流値ゼロの所を決定することができない。そのため、結
果的にスリットの開き幅ゼロを厳密に決定することがで
きないことがある。
【0010】本発明は上記問題点を解決するためになし
たもので、その目的は、スリットの開き幅の精度を向上
させ、ひいては測定試料上のビームスポットのサイズを
精度よく決定し、分析精度を向上し得る荷電粒子ビーム
用対物スリットを提供することである。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明に係わる荷電粒子ビーム用対物スリット
は、対向してスリット間隙を形成する1対のエッジの位
置を荷電粒子ビームの上下流方向にわずかにずらせて配
置し、対向する1対のエッジの進退駆動をそれぞれステ
ップモータおよびパルス発生器により駆動させて行う荷
電粒子ビーム用対物スリットにおいて、スリット間隙を
通過する荷電粒子ビームの電流値を検出する電流計を設
け、この電流計と前記パルス発生器とに接続して制御器
を設け、この制御器により電流計からの荷電粒子ビーム
電流値を基にパルス発生器を操作して、荷電粒子ビーム
が通過するスリット間隙の開き幅を調整するものであ
る。
【0012】
【作用】上記構成からなる本発明においては、制御器に
よりパルス発生器を操作してスリット間隙を任意に変動
させ、その変動に応じてスリット間隙を通過する荷電粒
子ビーム電流を電流計により検出させ、その電流値デー
タを制御器に取り込み、スリット間隙のデータと電流値
データを用いて演算(望ましくは最小二乗法)すること
により、対物スリットの厳密なスリット開き幅ゼロの位
置を決定することができ、ひいては測定試料上のビーム
スポットのサイズを精度よく決定することができる。
【0013】また、制御器によりパルス発生器を操作し
てスリットの中心位置を変動させ(スリットの開き幅を
一定にした状態で平行移動する)、その変動に応じてス
リット間隙を通過する荷電粒子ビーム電流を電流計によ
り検出させ、その電流値データを制御器に取り込み、ス
リットの中心位置のデータと電流値データを用いて演算
することにより、(望ましくは、電流密度の分布を求
め、ガウス分布でフィッティングする)ビームの中心軸
も精度よく決定することができる。
【0014】また、上記のように、対物スリットの厳密
なスリット開き幅ゼロの位置およびビームの中心軸を精
度よく決定することができることから、荷電粒子ビーム
を高精度に絞り込むことができ、運転者のスリット調整
操作を大幅に軽減することができる。
【0015】
【実施例】以下、本発明の実施例を図1乃至図2を用い
て説明する。図1は本発明に係わる荷電粒子ビーム用対
物スリットの制御系を併記して示す説明図である。図1
が図5と異なるところは、制御器(計算機)(18)を採用
したこと、測定試料 (i)に接続して電流計(19)を設けた
こと、およびこの電流計(19)とパルス発生器(14)とを制
御器(18)に接続したことである。また、図2は制御器(1
8)における制御アルゴリズムを示す。
【0016】まず、図1を用いて制御系の構成を説明す
る。対物スリット(f1)は、ステップモータ(10)、パルス
発生器(14)、制御器(18)により制御されている。対物ス
リット(f1)により切り出されたイオンビーム(d1)は測定
試料 (i)に照射され、測定試料 (i)に接続されている電
流計(19)によりビーム電流が測定される。電流計(19)か
らの電流値データは制御器(18)に送られる。
【0017】次に、対物スリット(f1)の調整方法につい
て図2のアルゴリズムに従って説明する。まず、対物ス
リット(f1)の中心位置の調整を行う。対物スリット(f1)
の中心位置を−Lに移動する。その位置でのビーム電流
値を測定する。対物スリット(f1)の中心位置を+2L/
n移動し、その位置でのビーム電流値を測定する。これ
をn回行う。得られたビーム電流値のデータをガウス分
布でフィッティングし、ビームの中心軸を決定する。対
物スリット(f1)の中心位置をビームの中心軸まで移動さ
せる。
【0018】次に、対物スリット(f1)のスリット開き幅
ゼロの調整を行う。まず始めに中心位置移動後の電流値
0 を測定する。このときのスリットの開き幅は未知の
値であり、これを便宜的にX0 と置く。第1回目とし
て、スリットを微小幅X(1) 狭めた時の電流値I(1) を
測定する。第2回目として、スリットをさらに微小幅X
(2) 狭めた時の電流値I(2) を測定する。この操作をm
回繰り返し行う。この操作を表1に表す。
【0019】
【表1】
【0020】ただし、電流計(19)の測定精度などによ
り、測定途中で電流値が検出されないか、ある値を中心
にふらついている場合は、測定を終了し、ここまでの測
定データにより、以下の処理を行う。すなわち、スリッ
トの開き幅(数1)とビーム電流値I(i) の関係は、
(数2)と見なすことができ、最小二乗法よりa,bを
求める。
【数1】
【数2】 ビーム電流値I=0になるように、さらにスリットの開
き幅をX狭めるとすると、数2は数3となり、X狭める
ことによりスリットの開き幅ゼロを決定する。
【数3】
【0021】なお、上記実施例では図1に示す上下方向
の対物スリット(f1)の調整方法について説明したが、図
示省略している水平方向の対物スリットについても同要
領で対物スリットの中心位置をビームの中心軸まで移動
させること、およびスリットの開き幅ゼロを決定するこ
とができる。
【0022】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係わる荷
電粒子ビーム用対物スリットによれば、スリットの開き
幅の精度を向上させ、ひいては測定試料上のビームスポ
ットのサイズを精度よく決定し、分析精度を向上するこ
とができる。また、対物スリットの厳密なスリット開き
幅ゼロの位置およびビームの中心軸を精度よく決定する
ことができることから、荷電粒子ビームを高精度に絞り
込むことができ、運転者のスリット調整操作を大幅に軽
減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わる荷電粒子ビーム用対物スリット
の制御系を併記して示す説明図である。
【図2】本発明に係わる荷電粒子ビーム用対物スリット
の制御器における制御アルゴリズムの説明図である。
【図3】従来の高エネルギー荷電粒子ビーム装置の一般
的な構成配置を示す説明図である。
【図4】従来の荷電粒子ビーム用対物スリットの上下方
向対物スリットを下部を代表させ上部を部分省略して示
す縦断側面図である。
【図5】従来の荷電粒子ビーム用対物スリットの制御系
を併記して示す説明図である。
【符号の説明】
1:円筒型エッジ 2:エッジ保持金具
3:アーム部 4:真空ダクト壁 5:Oリング
6:冷却水入口 7:冷却水出口 10:ステップモータ 1
1:モータドライバー 12:正転用OR素子 13:逆転用OR素子 1
4:パルス発生器 18:制御器 19:電流計 d1:イオンビーム f1:対物スリット
i:測定試料

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 対向してスリット間隙を形成する1対の
    エッジの位置を荷電粒子ビームの上下流方向にわずかに
    ずらせて配置し、対向する1対のエッジの進退駆動をそ
    れぞれステップモータおよびパルス発生器により駆動さ
    せて行う荷電粒子ビーム用対物スリットにおいて、スリ
    ット間隙を通過する荷電粒子ビームの電流値を検出する
    電流計を設け、この電流計と前記パルス発生器とに接続
    して制御器を設け、この制御器により電流計からの荷電
    粒子ビーム電流値を基にパルス発生器を操作して、荷電
    粒子ビームが通過するスリット間隙の開き幅を調整する
    ことを特徴とする荷電粒子ビーム用対物スリット。
JP5157391A 1993-06-28 1993-06-28 荷電粒子ビーム用対物スリット Pending JPH0721958A (ja)

Priority Applications (1)

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JP5157391A Pending JPH0721958A (ja) 1993-06-28 1993-06-28 荷電粒子ビーム用対物スリット

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20150145476A (ko) * 2014-06-19 2015-12-30 한국원자력연구원 펄스 발생장치

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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02

Effective date: 20010605