JPH0757676A - 荷電ビーム装置及びビーム電流制限絞り機構 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】荷電ビーム装置及びビーム電流制限絞り機構に
おいて、試料上の集束荷電ビーム径やビーム電流を任意
の大きさに変更することができ、かつ高速で再現性良く
変更することができるようにする。また、微小な径の集
束荷電ビームを得る場合においても、絞りの寿命を向上
させることができるようにする。 【構成】ビーム電流制限絞り機構３の先端部３ａにおい
て、平行板ばね１１ａ，１１ｂの先端に遮蔽板９ａ，９
ｂを取り付ける。この時、Ｖ字形の切欠き９Ａ，９Ｂが
協働して絞りとしての矩形の開口９Ｃを形成するように
重ねて配置する。遮蔽板９ａ及び９ｂは、縮小板１３と
転がり玉軸受１０ａ，１０ｂとによって矩形の開口９Ｃ
の中心に関して対称にかつ互いに同期して移動し、これ
によって矩形の開口９Ｃの大きさが変更される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電子ビームやイオンビ
ームなどを利用した電子顕微鏡、集束イオンビーム加工
観察装置、及び電子線描画装置等の荷電ビーム装置に係
り、特に、出射した集束荷電ビームの試料上での開角を
制限することが可能な荷電ビーム装置、及びこの荷電ビ
ーム装置に備えられるビーム電流制限絞り機構に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】荷電ビーム装置は、荷電粒子源から放出
される電子ビームやイオンビームなどの荷電ビームを集
束または偏向し、試料上の任意の位置へ集束荷電ビーム
として照射させ、試料上で発生したビーム電流等を用い
て分析を行うものである。このような荷電ビーム装置に
は、電子顕微鏡、集束イオンビーム加工観察装置、電子
線描画装置等がある。このうち例えば、集束イオンビー
ム装置は、主に液体金属イオン源等の光輝度イオン源
と、この光輝度イオン源から放出されるイオンビームを
集束、偏向して試料上の任意の位置に照射するイオン光
学系とを真空容器内に納めた装置である。また、この装
置の真空容器内には、上記イオンビーム（集束荷電ビー
ム）の試料上での開角を制限しビーム径及びビーム電流
を調整するビーム電流制限絞り機構が取り付けられてい
る。

【０００３】従来では、ビーム電流制限絞り機構による
試料上でのビーム径の調整は、予め決められた径の異な
る複数の穴（絞り）を持つビーム電流制限絞り板（以
下、適宜絞り板という）を用いて行われていた。即ち、
ビーム電流制限絞り板の複数の絞りから適当な径の絞り
を選択し、その都度ビームの光軸に対する位置の微調整
を行うことによりビーム径を変更していた（以下、これ
を第１の従来技術という）。

【０００４】また、特開平２−２９５０４０号公報に記
載の従来技術では、直線上に配列した幅の異なる複数の
スリットを持つ２枚のスリット板（ビーム電流制限絞り
板）を用い、同じ幅のスリットを直交して重ねて形成さ
れる矩形の開口を絞りとして利用していた。また、ビー
ム径の調整、即ち矩形の開口の大きさの変更は、スリッ
トの配列方向へスリットの中心間距離の間隔でステップ
移動させる機構によって行っていた（以下、これを第２
の従来技術という）。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記第１の従来技術に
おいては、径の異なる絞りに切り替える場合、その穴の
中心位置を位置合わせする際の再現性が悪く、切り替え
毎に絞りの位置の微調整を行う必要があった。また、予
め決められた径の絞りしか選択できず、それ以外の径の
絞りが必要な場合には、必要な径の絞りを形成した別の
ビーム電流制限絞り板に改めて交換しなければならなか
った。特に、この場合には、装置の真空容器内の真空を
一旦下げ、交換後に再び真空度を上げることが必要で、
このため多大な時間を要していた。

【０００６】また、ビーム電流制限絞り板は穴あけ加工
によって製作されるものであるが、微小な径の絞り
（穴）を加工する場合には穴あけ加工の加工限界の制約
から絞り板の板厚を薄くする必要がある。しかし、ビー
ム電流制限絞り板を薄くすると、ビームによって発生す
るスパッタ等によりその劣化が進み、寿命が短くなって
しまう。

【０００７】また、第２の従来技術では、２枚のスリッ
ト板を互いに直交して重ねたまま移動させるため、その
移動時の位置精度の確保が難しく、第１の従来技術と同
様に位置合わせの再現性が悪く、切り替え毎に微調整を
行う必要があった。また、スリットの種類が限られてい
るので形成される矩形の開口の大きさも限られてしま
い、それ以外の大きさの矩形の開口が必要な場合には、
第１の従来技術と同様に別のスリット板に改めて交換し
なければならなかった。さらに、微小な大きさの矩形の
開口が必要な場合にはスリット板のスリット幅を微小な
寸法にしなければならないが、この場合にも加工限界の
制約からスリット板の板厚を薄くする必要があり、やは
り第１の従来技術と同様の理由から寿命が短くなってし
まう。

【０００８】本発明の第１の目的は、試料上の集束荷電
ビーム径やビーム電流を任意の大きさに変更することが
でき、かつ高速で再現性良く変更することができる荷電
ビーム装置、及びこの荷電ビーム装置に備えられるビー
ム電流制限絞り機構を提供することである。

【０００９】本発明の第２の目的は、微小な径の集束荷
電ビームを得る場合においても、絞りの寿命を向上させ
ることができる荷電ビーム装置、及びこの荷電ビーム装
置に備えられるビーム電流制限絞り機構を提供すること
である。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るため、本発明によれば、荷電ビームを放出する荷電粒
子源と、この荷電粒子源から放出される荷電ビームを集
束または偏向して試料上の任意の位置へ集束荷電ビーム
として照射させる荷電光学系と、前記試料を保持し移動
せしめる試料ステージと、前記集束荷電ビームの前記試
料上での開角を制限するビーム電流制限絞り機構とを備
えた荷電ビーム装置において、前記ビーム電流制限絞り
機構は、Ｖ字形の切欠きを有する第１の遮蔽板と、この
第１の遮蔽板に重ねて配置され前記第１の遮蔽板のＶ字
形の切欠きの各辺と協働して矩形の開口を形成するＶ字
形の切欠きを有する第２の遮蔽板と、前記第１の遮蔽板
及び前記第２の遮蔽板を前記矩形の開口の対角線の交点
に関して対称にかつ互いに同期して移動させる移動手段
とを備えることを特徴とする荷電ビーム装置が提供され
る。

【００１１】また、上記第２の目的を達成するため、上
記のような荷電ビーム装置において、前記第１の遮蔽板
をＶ字形の切欠きの１つの辺を形成する第１の上部遮蔽
板とＶ字形の切欠きの他の辺を形成する第１の下部遮蔽
板とで積層して構成し、かつ前記第２の遮蔽板をＶ字形
の切欠きの１つの辺を形成する第２の上部遮蔽板とＶ字
形の切欠きの他の辺を形成する第２の下部遮蔽板とで積
層して構成し、前記第１の上部遮蔽板が形成する辺と前
記第２の上部遮蔽板が形成する辺とを平行に配置し、か
つ前記第１の下部遮蔽板が形成する辺と前記第２の下部
遮蔽板が形成する辺とを平行に配置したことを特徴とす
る荷電ビーム装置が提供される。

【００１２】上記荷電ビーム装置において、好ましく
は、前記第１の遮蔽板及び前記第２の遮蔽板のＶ字形の
切欠きのなす角は直角である。

【００１３】また、上記荷電ビーム装置において、好ま
しくは、前記荷電ビームが、イオンビーム、または電子
ビームである。

【００１４】また、上記第１の目的を達成するため、本
発明によれば、荷電粒子源から放出される荷電ビームを
集束または偏向して試料上の任意の位置へ集束荷電ビー
ムとして照射させる荷電ビーム装置に備えられ、前記集
束荷電ビームの試料上での開角を制限するビーム電流制
限絞り機構において、Ｖ字形の切欠きを有する第１の遮
蔽板と、この第１の遮蔽板に重ねて配置され前記第１の
遮蔽板のＶ字形の切欠きのそれぞれの辺と協働して矩形
の開口を形成するＶ字形の切欠きを有する第２の遮蔽板
と、前記第１の遮蔽板及び前記第２の遮蔽板を前記矩形
の開口の対角線の交点に関して対称にかつ互いに同期し
て移動させる移動手段とを備えることを特徴とするビー
ム電流制限絞り機構が提供される。

【００１５】また、上記第２の目的を達成するため、上
記のようなビーム電流制限絞り機構において、前記第１
の遮蔽板はＶ字形の切欠きの１つの辺を形成する第１の
上部遮蔽板とＶ字形の切欠きの他の辺を形成する第１の
下部遮蔽板とを積層して構成され、かつ前記第２の遮蔽
板はＶ字形の切欠きの１つの辺を形成する第２の上部遮
蔽板とＶ字形の切欠きの他の辺を形成する第２の下部遮
蔽板とを積層して構成され、前記第１の上部遮蔽板が形
成する辺と前記第２の上部遮蔽板が形成する辺とを平行
に配置し、かつ前記第１の下部遮蔽板が形成する辺と前
記第２の下部遮蔽板が形成する辺とを平行に配置したこ
とを特徴とするビーム電流制限絞り機構が提供される。

【００１６】上記ビーム電流制限絞り機構において、好
ましくは、前記移動手段が、前記第１の遮蔽板及び前記
第２の遮蔽板を近づく方向に付勢するバネ手段と、前記
バネ手段の付勢力に抗して前記第１及び前記第２の遮蔽
板を互いに離れる方向に同期して移動させる駆動手段と
を有する。

【００１７】また、好ましくは、前記駆動手段が、カム
手段である。

【００１８】

【作用】上記のように構成した本発明においては、Ｖ字
形の切欠きを有する第１の遮蔽板と第２の遮蔽板とを重
ねて配置し、両者のＶ字形の切欠きの各辺が協働して矩
形の開口を形成するようにすることにより、この矩形の
開口で絞りを構成することができる。この時、荷電ビー
ムは上記矩形の開口を垂直に通過し、そのビーム光軸
は、上記矩形の開口の対角線の交点（以下、矩形の開口
の中心または絞りの中心という）を通り２つの遮蔽板に
垂直な直線に一致する。

【００１９】また、移動手段で、第１の遮蔽板及び前記
第２の遮蔽板を上記矩形の開口の中心に関して対称にか
つ互いに同期して移動させることによって、絞りの径を
任意の大きさに連続的に高速で変更することができ、従
来のように絞り板を交換する必要がない。さらに、この
絞りの径の変更は、矩形の開口の中心に関して２つの遮
蔽板が対称移動することにより絞りの中心とビーム光軸
とが一致した状態を維持しながら行われるため、位置合
わせの再現性が従来に比べて極めて良くなり、従来のよ
うに絞りの大きさを変更する度に頻繁に絞り位置の微調
整を行う必要がない。また、従来のように一つのビーム
電流制限絞り板に複数の絞りを設ける必要がなく、常に
絞りは一つであるため、装置を小型化することができ
る。

【００２０】また、上記のようなＶ字形の切欠きを１枚
の板に切削加工等により形成する場合には、角の部分に
はどうしてもＲができてしまい、このＲを極めて小さく
なるように加工することは非常に難しい。角の部分にＲ
ができた場合、遮蔽板を比較的大きな絞りとして使用す
る場合にはあまり問題ないが、微細な絞りとして使用す
る場合にはビームが非点になり不具合が生じる。また、
角の部分のＲが極めて小さくなるように加工しようとす
ると、従来と同様に、加工限界の制約から遮蔽板の板厚
が薄く制限されてしまう。本発明においては、第１と第
２の遮蔽板をそれぞれ上部と下部の遮蔽板で積層して構
成し、それぞれの上部及び下部の遮蔽板でＶ字形の切欠
きの各辺を形成することにより、上記のようにＶ字形の
切欠きを切削加工等により形成しなくてもよく、その角
の部分にＲができることはない。これにより、遮蔽板を
微細な絞りとして使用する場合にも不具合が生じない。
また、遮蔽板の板厚が制限を受けることがないので、板
厚を厚くすることができ、２つの遮蔽板で構成される絞
りの寿命を向上させることができる。また、第１及び第
２の遮蔽板の上部の遮蔽板が形成する辺同士、及び第１
及び第２の遮蔽板の下部の遮蔽板が形成する辺同士をそ
れぞれ平行に配置することにより、両遮蔽板で矩形の開
口が形成されることになる。

【００２１】また、第１及び第２の遮蔽板のそれぞれの
Ｖ字形の切欠きのなす角を直角にすることにより、形成
される矩形の開口を正方形にできる。これにより、荷電
ビームの試料上でのビームの縦横比が一定となり、非点
収差が抑えられ、正確な分析を行うことが可能となる。

【００２２】また、移動手段に備えられたバネ手段によ
り第１及び第２の遮蔽板が互いに近づく方向に付勢さ
れ、移動手段に備えられた駆動手段により上記バネ手段
による付勢力に抗して２つの遮蔽板が互いに離れる方向
に同期して移動する。これにより、バネ手段の付勢力に
打ち勝つ一つの駆動力のみにより、２つの遮蔽板を矩形
の開口の中心に関して対称にかつ互いに同期して移動さ
せることが可能となる。

【００２３】

【実施例】以下、本発明の荷電ビーム装置及びビーム電
流制限絞り機構の一実施例について、図１から図５を用
いて説明する。但し、本実施例は荷電ビーム装置のう
ち、集束イオンビーム装置、及びこの集束イオンビーム
装置に備えられるビーム電流制限絞り機構に関するもの
である。

【００２４】まず、本実施例の集束イオンビーム装置の
概略の構成を図２により説明する。図２において、Ｇａ
の液体金属イオン源１から放出されたイオンは、２段の
静電レンズ２ａ及び２ｂにより試料ステージ６に載置さ
れた試料５上にイオンビームとして集束される。但し、
試料ステージ６は、試料５の保持及び移動を行う。この
時、イオンビームの試料５上の照射位置は、静電レンズ
２ａ及び２ｂの間に設けられた静電偏向器４によって調
整され、これによりイオンビームは試料５上の任意の位
置に照射される。さらに、試料５上のイオンビームの開
角は、ビーム電流制限絞り機構３により制限され、これ
により試料５上のビーム径及びビーム電流が調整され
る。また、試料５から放出される二次電子は二次電子検
出器７により検出される。

【００２５】次に、上記集束イオンビーム装置に備えら
れるビーム電流制限絞り機構３の機能を図３により原理
的に説明する。図３は、本実施例のビーム電流制限絞り
機構の先端部の概略構成図である。図３（ａ）及び
（ｂ）に示すように、ビーム電流制限絞り機構の先端部
３ａにおいては、ベース１２上に２つの平行板ばね１１
ａ及び１１ｂが互いに平行に取り付けられており、これ
らの間は引きばね１４で引張り方向に付勢されている。
また、平行板ばね１１ａ及び１１ｂの先端には所定の角
度をなすＶ字形の切欠き９Ａ及び９Ｂをそれぞれ有する
２つの遮蔽板９ａ及び９ｂが取り付けられており、これ
ら２つの遮蔽板９ａ及び９ｂはそれぞれのＶ字形の切欠
き９Ａ及び９Ｂが協働して矩形の開口９Ｃを形成するよ
うに重ねて配置されている。そして、図３（ａ）及び
（ｂ）において、イオンビームの光軸は矩形の開口９Ｃ
の中心位置（対角線の交点）を紙面に垂直に通過するこ
とになる。

【００２６】さらに平行板ばね１１ａ及び１１ｂには、
転がり玉軸受１０ａ及び１０ｂがそれぞれ付設されてお
り、転がり玉軸受１０ａ及び１０ｂの間には、両方に接
するようにして縮小板１３が配置されている。この縮小
板１３の転がり玉軸受１０ａ及び１０ｂに接する両側面
は軸対称に同じ勾配のテーパとなっており、縮小板１３
と転がり玉軸受１０ａ，１０ｂとによってカム機構が構
成される。また、本実施例では、２つの遮蔽板９ａ，９
ｂのＶ字形の切欠き９Ａ，９Ｂのなす角が直角であるこ
とが望ましく、その時形成される矩形の開口９Ｃを正方
形とすることができる。これにより、荷電ビームの試料
上でのビームの縦横比が一定となり、非点収差が抑えら
れ、正確な分析を行うことが可能となる。

【００２７】上記のような構成において、縮小板１３を
図３（ａ）中の矢印方向に移動すると、縮小板１３と共
にカム機構をなす転がり玉軸受１０ａ，１０ｂがそれぞ
れ外方向に押され、平行板ばね１１ａ及び１１ｂの間隔
が引きばね１４の付勢力に抗して拡がる。これにより、
図３（ｂ）のように遮蔽板９ａ，９ｂがそれぞれ外方
向、即ち互いに離れる方向に移動し、遮蔽板９ａ，９ｂ
のＶ字形の切欠き９Ａ，９Ｂで囲まれた矩形の開口９Ｃ
の大きさが変わる。この時、遮蔽板９ａ，９ｂは、矩形
の開口９Ｃの中心に関して対称にかつ互いに同期して移
動することなり、絞りの中心とビーム光軸とがずれるこ
となく一致した状態が維持される。また、この場合、引
きばね１４の付勢力に打ち勝つ一つの駆動力、即ち縮小
板１３を直線運動させる力のみにより、遮蔽板９ａ，９
ｂを矩形の開口９Ｃの中心に関して対称にかつ互いに同
期して移動させることができる。

【００２８】従来、絞りの大きさを変更する際には、絞
り板の微動機構に起因する移動誤差のために位置合わせ
の再現性が悪く、絞りの中心がビーム光軸からずれ試料
上のビーム分布が非対象に広がることが多かった。従っ
て、イオンビーム照射によって試料から放出される二次
電子の像等によりビーム分布を判断しながら、絞りの変
更毎に数十秒から数分かけて既に述べたように頻繁な絞
り位置の微調整を行っていた。しかし本実施例では、絞
り板を交換する必要がなく、絞りの径を任意の大きさに
連続的に高速で変更することができると共に、位置合わ
せの再現性が従来に比べて極めて良くなり、絞り位置の
微調整も必要なく絞りの径の変更を数秒で行うことがで
きる。

【００２９】また、従来は、予め決められた寸法以外の
径の絞りが必要な場合には、必要な径の絞りを形成した
別の絞り板に改めて交換しなければならず、この場合に
は、装置の真空容器内の真空を一旦下げ、交換後に再び
真空度を上げベーキングすることが必要で、このため１
０時間程度の多大な時間を要していた。これに対し、本
実施例では絞りの径を任意の大きさに連続的に変更でき
るため、上記のような絞り板の交換のための時間を一切
必要とせず、作業時間を大幅に短縮できる。

【００３０】ところで、遮蔽板９ａ，９ｂを比較的大き
な絞りとして使用する場合には、遮蔽板９ａ，９ｂとし
て、それぞれ１枚の板に切削加工等によってＶ字形の切
欠き９Ａ，９Ｂを形成したもの用いてもほとんど問題な
いが、微細な絞りとして使用する場合には不具合が生じ
る。その理由について説明する。

【００３１】上記のような遮蔽板９ａ，９ｂのＶ字形の
切欠き９Ａ，９Ｂをそれぞれ１枚の板に切削加工等によ
り形成する場合には、角の部分にはどうしてもＲができ
てしまい、このＲを極めて小さくなるように加工するこ
とは非常に難しい。例えば、Ｖ字形の切欠き９Ａ，９Ｂ
を１〜２μｍのＲ以下になるように加工することは非常
に困難である。また、遮蔽板９ａ，９ｂを、矩形の開口
９Ｃが正方形になるようにし、またその中心に関して対
称にかつ同期して移動できるように精度よく取り付ける
ことは非常に難しい。従って、遮蔽板９ａ，９ｂを２〜
３μｍ程度の微細な絞りとして使用する場合には、ビー
ムが非点になる恐れがある。また、角の部分のＲが極め
て小さくなるように加工しようとすると、従来と同様
に、加工限界の制約から遮蔽板の板厚が薄く制限され、
寿命が短くなってしまう。

【００３２】以上のことを考慮し、本実施例において
は、図１に示すように、遮蔽板９ａ，９ｂをそれぞれ上
部と下部の遮蔽板で積層して構成する。即ち、遮蔽板９
ａを台形の上部遮蔽板１５ａ及び台形の下部遮蔽板１５
ｂで積層して構成し、遮蔽板９ｂを台形の上部遮蔽板１
５ｃ及び台形の下部遮蔽板１５ｄで積層して構成する。
また、遮蔽板９ａ側においては、上部遮蔽板１５ａがＶ
字形の切欠き９Ａの１つの辺を、下部遮蔽板１５ｂがＶ
字形の切欠き９Ａの他の辺を形成するように重ねてそれ
ぞれ固定ねじ２９ａ，２９ｂで固定し、遮蔽板９ｂ側に
おいては、上部遮蔽板１５ｃがＶ字形の切欠き９Ｂの１
つの辺を、下部遮蔽板１５ｄがＶ字形の切欠き９Ｂの他
の辺を形成するように重ねてそれぞれ固定ねじ２９ｃ，
２９ｄで固定する。この時、上部遮蔽板１５ａが形成す
る辺と上部遮蔽板１５ｃ形成する辺が平行になるように
し、下部遮蔽板１５ｂが形成する辺と下部遮蔽板１５ｄ
形成する辺が平行になるようにして、矩形の開口９Ｃが
形成されるようにする。勿論、Ｖ字形の切欠き９Ａ，９
Ｂのなす角が直角であることが望ましい。

【００３３】これにより、Ｖ字形の切欠き９Ａ，９Ｂを
切削加工等により形成しなくてもよく、その角の部分に
Ｒができることがない。また、各遮蔽板１５ａ〜１５ｄ
を固定ねじ２９ａ〜２９ｄで平行板ばね１１ａ、１１ｂ
に別々に固定するので、容易にかつ精度よく矩形の開口
９Ｃを形成することができる。従って、微細な絞りとし
て使用する場合にも、ビームが非点になる等の不具合が
生じない。

【００３４】また、各遮蔽板１５ａ〜１５ｄの板厚が制
限を受けることがないので、板厚を厚くすることがで
き、各遮蔽板１５ａ〜１５ｄの寿命を向上させることが
できる。例えば、従来は５μｍ径の穴形の絞りを形成す
るには絞り板（遮蔽板）の板厚をせいぜい２０μｍ程度
にしか厚くできなかったが、本実施例では１００μｍ以
上にすることができ、イオンビームでスパッタされる遮
蔽板の寿命を５倍以上にできる。

【００３５】次に、本実施例のビーム電流制限絞り機構
の矩形の開口の大きさを変更させたり、矩形の開口のビ
ーム光軸に対する位置を変更させる構成について図４及
び図５により説明する。図４は、ビーム電流制限絞り機
構の全体構成を示す断面図、図５は図４のビーム電流制
限絞り機構の先端部を示す図であって、図４のV-V方向
から見た図である。図４に示すように、ビーム電流制限
絞り機構３は、真空容器８内部にビーム電流制限絞り機
構３の先端部３ａが位置するように取り付けられてお
り、取り付けフランジ２８が真空容器８外面に固定され
ている。

【００３６】また、図５に示すように、ビーム電流制限
絞り機構３の先端部３ａにおいて、前述のベース１２上
に平行板ばね１１ａ及び１１ｂが取り付けられており、
これらの間に引きばね１４が取り付けられている。ま
た、平行板ばね１１ａ及び１１ｂの先端には前述の各遮
蔽板１５ａ〜１５ｄで構成された２つの遮蔽板９ａ及び
９ｂが矩形の開口９Ｃを形成するように重ねて取り付け
られている。縮小板１３と一体の腕１３ａはベース１２
に設けられた直線案内軸受１６によって支持されてお
り、縮小板１３を押し出したり引き込めたりする。この
直線案内軸受１６はベース１２に固定される固定部１６
ａと、固定部１６ａに挟まれて直線運動をするブロック
１６ｂによって構成されており、腕１３ａの根元の部分
は摺動部１６ｂに固定されたブロック１３ｂに固定され
ている（図４参照）。また、ブロック１３ｂが固定され
た摺動部１６ｂにはピン２２が固定されており、このピ
ン２２はクランプ２１を介してシャフト１９ａに取り付
けられている（図４参照）。

【００３７】図４に戻り、真空容器８外面に固定された
取り付けフランジ２８にはロ−ラダイ２９が固定されて
おり、ロ−ラダイ２９内部には回転軸受３０を介して中
空シャフト２６が取り付けられており、さらに中空シャ
フト２６は取り付けフランジ２８の内部を貫通しその反
対側に中空シャフト先端部２６ａと一体になっている。
また、取り付けフランジ２８と中空シャフト２６との間
にはベローズ２７が設けられている。中空シャフト先端
部２６ａにはベース１２が固定されており、中空シャフ
ト２６が軸線方向に直線運動するとビーム電流制限絞り
機構３の先端部３ａ全体が直線運動するようになってい
る。

【００３８】また、中空シャフト２６の外周にはロ−ラ
軸受３１を介して送りねじ２５が取り付けられており、
この送りねじ２５の内周の一部に設けられたねじ部２５
ａがロ−ラダイ２９の外周の一部に設けられたねじ部と
係合する。さらに、送りねじ２５の外周の一部には歯車
部２５ａが設けられており、モータ２３によって回転す
る歯車２４がこの歯車部２５ａと係合している。従っ
て、モータ２３の回転によって歯車２４が回転すると、
送りねじ２５が回転し、同時に送りねじ２５はロ−ラダ
イ２９に対して軸線方向に直線運動をする。さらに、こ
の送りねじ２５にロ−ラ軸受３１を介して取り付けられ
た中空シャフト２６も軸線方向に直線運動をする。但
し、ロ−ラ軸受３１の作用により中空シャフト２６は回
転しない。

【００３９】また、中空シャフト２６の内部にはシャフ
ト１９及びこれと一体のシャフト１９ａが回転軸受３２
を介して取り付けられており、シャフト１９及びシャフ
ト１９ａの境界部と中空シャフト先端部２６ａとの間に
はベローズ２０が取り付けられている。さらに、シャフ
ト１９のベローズ２０と反対側には送りねじ１８を介し
てモータ１７が取り付けられている。

【００４０】上記構成において、矩形の開口９Ｃの大き
さを変更する方法について説明する。まず、モータ１７
が回転すると、その回転運動は送りねじ１８によりシャ
フト１９に軸線方向の直線運動として伝達される。そし
て、シャフト１９の直線運動は、中空シャフト２６に対
するシャフト１９ａの直線運動として真空容器８内に導
入される。但し、シャフト１９の中空シャフト先端部２
６ａに対する動きはベローズ２０によって吸収される。
このシャフト１９ａの直線運動は、クランプ２１、ピン
２２、直線案内軸受１６、ブロック１３ｂを介して縮小
板１３の腕１３ａ、従って縮小板１３に伝達される。次
いで、伝達された直線運動は、縮小板１３と共にカム機
構をなす転がり玉軸受１０ａ，１０ｂにより２つの平行
板ばね１１ａ，１１ｂを開いたり閉じたりするような運
動に変換され、平行板ばね１１ａ，１１ｂ先端に取り付
けられた遮蔽板９ａ，９ｂ（１５ａ〜１５ｄ）が矩形の
開口９Ｃの中心に関して対称にかつ互いに同期して移動
する。ここで、平行板ばね１１ａ，１１ｂをアルミ合金
による一体構造とすることにより、軽量かつ小型化を図
ることができる。

【００４１】次に、矩形の開口９Ｃのビーム光軸に対す
る位置を変える方法について説明する。まず、モータ２
３が回転すると、その回転運動は歯車２４を介し送りね
じ２５に伝達される。これにより、送りねじ２５は回転
すると共にロ−ラダイ２９に対して軸線方向に直線運動
をする。さらに、この送りねじ２５にロ−ラ軸受３１を
介して取り付けられた中空シャフト２６も軸線方向に直
線運動をする。中空シャフト２６の直線運動により、中
空シャフト２６と一体の中空シャフト先端部２６ａに固
定されたベース１２が真空容器８に対して直線運動す
る。但し、中空シャフト２６の取り付けフランジ２８に
対する動きはベローズ２７で吸収される。上記により、
ビーム電流制限絞り機構３の先端部３ａ全体を真空容器
８に対して移動させることができ、矩形の開口９Ｃのビ
ーム光軸に対する位置が変更される。

【００４２】以上のような本実施例においては、Ｖ字形
の切欠き９Ａ及び９Ｂを有する遮蔽板９ａ及び９ｂを、
矩形の開口９Ｃの中心に関して対称にかつ同期して移動
させるので、従来のように絞り板を交換する必要がな
く、絞りの径を任意の大きさに連続的に高速で変更する
ことができる。さらに、この絞りの径の変更は、矩形の
開口９Ｃの中心に関して遮蔽板９ａ，９ｂが対称にかつ
互いに同期して移動するので、絞りの中心とビーム光軸
とが一致した状態が維持され、位置合わせの再現性が従
来に比べて極めて良くなり、従来のように絞りの大きさ
を変更する度に頻繁に絞り位置の微調整を行う必要がな
い。また、従来のように一つのビーム電流制限絞り板に
複数の絞りを設ける必要がなく、常に絞りは一つである
ため、装置を小型化することができる。

【００４３】また、遮蔽板９ａを上部遮蔽板１５ａ及び
下部遮蔽板１５ｂを積層して構成し、遮蔽板９ｂを上部
遮蔽板１５ｃ及び下部遮蔽板１５ｄを積層して構成する
ので、Ｖ字形の切欠き９Ａ，９Ｂの角の部分にＲができ
ることがない。また、各遮蔽板１５ａ〜１５ｄを固定ね
じ２９ａ〜２９ｄで平行板ばね１１ａ、１１ｂに別々に
固定するので、容易にかつ精度よく矩形の開口９Ｃを形
成することができる。従って、微細な絞りとして使用す
る場合にも、ビームが非点になる等の不具合が生じな
い。さらに、各遮蔽板１５ａ〜１５ｄの板厚が制限を受
けることがないので、板厚を厚くすることができ、各遮
蔽板１５ａ〜１５ｄの寿命を向上させることができる。

【００４４】また、遮蔽板９ａ，９ｂのＶ字形の切欠き
９Ａ，９Ｂのなす角を直角にすることにより、形成され
る矩形の開口９Ｃを正方形とすることができ、荷電ビー
ムの試料上での非点収差が抑えられ、正確な分析を行う
ことができる。

【００４５】また、平行板ばね１１ａ及び１１ｂの間に
引きばね１４を設け、この引きばね１４の付勢力に打ち
勝つ駆動力を付与するためにカム機構をなす縮小板１３
及び転がり玉軸受１０ａ，１０ｂを設けるので、引きば
ね１４の付勢力に打ち勝つ一つの駆動力、即ち縮小板１
３を直線運動させる力のみにより、遮蔽板９ａ，９ｂを
移動させることができる。

【００４６】

【発明の効果】本発明によれば、Ｖ字形の切欠きを有す
る２つの遮蔽板を矩形の開口の中心に関して対称にかつ
互いに同期して移動させるので、絞りの径を任意の大き
さに連続的に高速で変更することができる。また、絞り
の中心とビーム光軸とが一致した状態を維持しながら絞
りの径の変更が行われるので、位置合わせの再現性が従
来に比べて極めて良くなり、絞り位置の微調整を行う必
要がない。また、常に絞りを一つにすることができるた
め、装置を小型化することができる。

【００４７】また、Ｖ字形の切欠きを有する２つの遮蔽
板を、切削加工等によらずに上部と下部の遮蔽板を積層
して構成するので、Ｖ字形の切欠きの角の部分にＲがで
きることがなく、遮蔽板を微細な絞りとして使用する場
合にも不具合が生じない。また、遮蔽板の板厚が制限を
受けることがないので、板厚を厚くすることができ、２
つの遮蔽板で構成される絞りの寿命を向上させることが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例によるビーム電流制限絞り機
構の先端部を詳細に示す俯瞰図である。

【図２】本発明の一実施例による荷電ビーム装置を示す
図であって、集束イオンビーム装置の概略構成図であ
る。

【図３】図１のビーム電流制限絞り機構の先端部の概略
構成図であって、その機能を原理的に説明する図であ
る。

【図４】図２の集束イオンビーム装置に備えられるビー
ム電流制限絞り機構の全体構成を示す断面図である。

【図５】図４のビーム電流制限絞り機構の先端部を示す
図であって、図４のV-V方向から見た図である。

【符号の説明】

１ 液体金属イオン源 ２ａ，２ｂ 静電レンズ ３ ビーム電流制限絞り機構 ４ 静電偏向器 ５ 試料 ６ 試料ステージ ７ 二次電子検出器 ８ 真空容器 ９ａ，９ｂ 遮蔽板 ９Ａ，９Ｂ Ｖ字形の切欠き ９Ｃ 矩形の開口 １０ａ，１０ｂ 転がり玉軸受 １１ａ，１１ｂ 平行板ばね １２ ベース １３ 縮小板 １４ 引きばね １５ａ 上部遮蔽板 １５ｂ 下部遮蔽板 １５ｃ 上部遮蔽板 １５ｄ 下部遮蔽板 １６ 直線案内軸受 １７ モータ １８ 送りねじ １９，１９ａ シャフト ２０ ベローズ ２１ クランプ ２２ ピン

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 荷電ビームを放出する荷電粒子源と、こ
   の荷電粒子源から放出される荷電ビームを集束または偏
   向して試料上の任意の位置へ集束荷電ビームとして照射
   させる荷電光学系と、前記試料を保持し移動せしめる試
   料ステージと、前記集束荷電ビームの前記試料上での開
   角を制限するビーム電流制限絞り機構とを備えた荷電ビ
   ーム装置において、 前記ビーム電流制限絞り機構は、Ｖ字形の切欠きを有す
   る第１の遮蔽板と、この第１の遮蔽板に重ねて配置され
   前記第１の遮蔽板のＶ字形の切欠きの各辺と協働して矩
   形の開口を形成するＶ字形の切欠きを有する第２の遮蔽
   板と、前記第１の遮蔽板及び前記第２の遮蔽板を前記矩
   形の開口の対角線の交点に関して対称にかつ互いに同期
   して移動させる移動手段とを備えることを特徴とする荷
   電ビーム装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載の荷電ビーム装置におい
   て、前記第１の遮蔽板をＶ字形の切欠きの１つの辺を形
   成する第１の上部遮蔽板とＶ字形の切欠きの他の辺を形
   成する第１の下部遮蔽板とで積層して構成し、かつ前記
   第２の遮蔽板をＶ字形の切欠きの１つの辺を形成する第
   ２の上部遮蔽板とＶ字形の切欠きの他の辺を形成する第
   ２の下部遮蔽板とで積層して構成し、前記第１の上部遮
   蔽板が形成する辺と前記第２の上部遮蔽板が形成する辺
   とを平行に配置し、かつ前記第１の下部遮蔽板が形成す
   る辺と前記第２の下部遮蔽板が形成する辺とを平行に配
   置したことを特徴とする荷電ビーム装置。
3. 【請求項３】 前記第１の遮蔽板及び前記第２の遮蔽板
   のＶ字形の切欠きのなす角は直角であることを特徴とす
   る請求項１または２記載の荷電ビーム装置。
4. 【請求項４】 請求項１記載の荷電ビーム装置におい
   て、前記荷電ビームは、イオンビームであることを特徴
   とする荷電ビーム装置。
5. 【請求項５】 請求項１記載の荷電ビーム装置におい
   て、前記荷電ビームは、電子ビームであることを特徴と
   する荷電ビーム装置。
6. 【請求項６】 荷電粒子源から放出される荷電ビームを
   集束または偏向して試料上の任意の位置へ集束荷電ビー
   ムとして照射させる荷電ビーム装置に備えられ、前記集
   束荷電ビームの試料上での開角を制限するビーム電流制
   限絞り機構において、 Ｖ字形の切欠きを有する第１の遮蔽板と、この第１の遮
   蔽板に重ねて配置され前記第１の遮蔽板のＶ字形の切欠
   きのそれぞれの辺と協働して矩形の開口を形成するＶ字
   形の切欠きを有する第２の遮蔽板と、前記第１の遮蔽板
   及び前記第２の遮蔽板を前記矩形の開口の対角線の交点
   に関して対称にかつ互いに同期して移動させる移動手段
   とを備えることを特徴とするビーム電流制限絞り機構。
7. 【請求項７】 請求項６記載のビーム電流制限絞り機構
   において、前記第１の遮蔽板をＶ字形の切欠きの１つの
   辺を形成する第１の上部遮蔽板とＶ字形の切欠きの他の
   辺を形成する第１の下部遮蔽板とで積層して構成し、か
   つ前記第２の遮蔽板をＶ字形の切欠きの１つの辺を形成
   する第２の上部遮蔽板とＶ字形の切欠きの他の辺を形成
   する第２の下部遮蔽板とで積層して構成し、前記第１の
   上部遮蔽板が形成する辺と前記第２の上部遮蔽板が形成
   する辺とを平行に配置し、かつ前記第１の下部遮蔽板が
   形成する辺と前記第２の下部遮蔽板が形成する辺とを平
   行に配置したことを特徴とするビーム電流制限絞り機
   構。
8. 【請求項８】 請求項６または７記載のビーム電流制限
   絞り機構において、前記移動手段は、前記第１の遮蔽板
   及び前記第２の遮蔽板を近づく方向に付勢するバネ手段
   と、前記バネ手段の付勢力に抗して前記第１及び前記第
   ２の遮蔽板を互いに離れる方向に同期して移動させる駆
   動手段とを有することを特徴とするビーム電流制限絞り
   機構。
9. 【請求項９】 請求項８記載の前記ビーム電流制限絞り
   機構において、前記駆動手段は、カム手段であることを
   特徴とするビーム電流制限絞り機構。