JPH08222168A

JPH08222168A - イオンビーム装置

Info

Publication number: JPH08222168A
Application number: JP7030410A
Authority: JP
Inventors: Hiroyasu Shichi; 広康志知; Satoshi Osabe; 敏長部; Yoshimi Kawanami; 義実川浪; Mitsuhiro Tachibana; 光広立花; Toru Habu; 徹土生; Keiichi Kanebori; 恵一兼堀
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-02-20
Filing date: 1995-02-20
Publication date: 1996-08-30

Abstract

(57)【要約】【目的】イオンビームをパルス化する場合に、試料を照
射するイオンビームの位置変動やレンズ収差によるビー
ムの広がりの発生を防止でき、イオンビームを細束化し
て試料上の極微小部の分析が可能なイオンビーム装置を
実現する。【構成】本装置は、イオン源１、一対の平行平板２、こ
れとは直交する方向の８段からなる静電偏向電極とアパ
ーチャとを有するイオンビームパルス化機構３、イオン
ビーム走査機構４、レンズ５、試料６、レーザ７、飛行
時間型質量分析計８などで構成され、上記偏向電極の
２、３、５、８段目に印加する電場方向と、１、４、
６、７段目に印加する電場方向とを逆向きにする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、イオンビームを試料に
パルス的に照射して試料の分析、あるいは加工を行うイ
オンビーム装置に係り、特に、極微小部の分析あるいは
加工に好適なイオンビーム装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】イオンビームを試料にパルス的に照射し
て試料の分析を行う装置の例としては、イオンビーム照
射によって試料から放出される二次イオンを飛行時間型
質量分析計で検出するＴＯＦ−ＳＩＭＳ装置や、同じ
く、イオンビーム照射によって試料から放出される中性
粒子にレーザ光を照射して、中性粒子をイオン化して検
出するスパッタ粒子質量分析装置（ＳＮＭＳ）、などが
ある。

【０００３】このような装置の従来例としては、たとえ
ば、ＳＮＭＳの場合には、特公平５−７４１８５号公報
に記載されている。ここで、従来の装置の動作原理を、
図２を用いて説明する。まず、一次イオン源１からイオ
ンビーム９を引き出し、イオンビームパルス化機構
３′、イオンビーム走査機構４、およびイオンビームレ
ンズ５を通して、試料６に照射する。そして、試料６か
ら放出された二次イオン１２を、飛行時間型質量分析計
８で検出する。また、中性粒子１０を分析する場合は、
中性粒子１０にレーザビーム１１を照射して、イオン化
して検出する。なお、ここでは、イオンビームパルス化
機構３′は、静電偏向板とアパーチャとで構成され、イ
オンビーム走査機構４は、直交する２組の静電偏向板で
構成されている。

【０００４】この例で示した装置で、イオンビーム９を
パルス化するのは、次のような理由による。まず、ＴＯ
Ｆ−ＳＩＭＳのように飛行時間型質量分析計を信号の検
出器とする場合には、質量分析の原理が、ある時刻から
の質量数に応じた粒子の検出器までの飛行時間を測定す
るものであることから、連続的に分析することができ
ず、飛行時間計測開始から終了までを一回のサイクルと
する繰返し測定となる。したがって、イオンビームを試
料に対し、飛行時間計測開始時刻に同期させてパルス照
射することになる。また、中性粒子をレーザビームでイ
オン化するＳＮＭＳの場合、高出力のレーザが必要であ
るが、現在では、これはパルスレーザに限られている。
したがって、レーザビームが照射されない時間にイオン
ビームによって試料を照射しても、スパッタされた中性
粒子はイオン化できず、分析できない。このため、試料
の消費効率、つまり検出効率を高めるために、イオンビ
ームをパルスレーザビームと同期させて、試料をパルス
照射することになる。この場合、用いる質量分析計の種
類には制限はないが、この場合でも、上記の飛行時間型
質量分析計が用いられることが多い。

【０００５】次に、従来のイオンビームパルス化機構
３′について説明する。図２の例では、パルス化機構
３′は平行平板からなる静電偏向器とアパーチャとから
構成されている。静電偏向器の電極に、図３に示すよう
に、電圧をパルス状に印加する。この場合、対向する電
極の電圧が接地電位で等しくなった場合には、イオンビ
ームはアパーチャを通過して試料に照射され、一方、電
極に電圧が印加されて偏向電場が生じている場合には、
イオンビームはアパーチャに遮られて試料６に到達しな
い。ここで、図３に示すｔ１からｔ２の間や、ｔ３から
ｔ４の間のように、印加電圧が変化している状態を考え
ると、電極に印加する電圧が接地電位から次第に大きく
なるにつれて、イオンビームは、電極長の中点を支点と
して偏向されていくことになる。これは、偏向に従っ
て、イオンビームの試料照射位置が移動することを意味
する。これでは、本来の分析場所以外の領域をイオンビ
ームが照射することになり、目的とする分析位置以外の
信号が、ノイズとして本来の信号に加わってしまう問題
が生じる。従来、この問題の解決のためには、次のよう
な方法が採られている。すなわち、図２に示す電極長の
中点Ａを光源と考えて、これがイオンビームレンズ５に
よって試料６上に集束するように、レンズ条件を設定す
る。静電偏向器の偏向支点は電極長の中点Ａにあり、偏
向されたイオンビームの軌道は、いずれも、偏向支点か
ら直線的に放出されたかのようにみなすことができるの
で、このレンズ条件では、イオンビームは常に試料上で
同じ点に集束することになる。したがって、電極に印加
する電圧が変化している状態でも、イオンビームの試料
照射位置は移動しないことになる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このような分
析用のイオンビーム装置においては、次のような問題点
があった。すなわち、偏向電極に印加する電圧が変化し
ている状態でも、イオンビームの試料照射位置が移動し
ないように、イオンビームレンズ５で静電偏向器の電極
長の中点Ａを試料６上に集束するようにしても、イオン
ビームはイオンビームレンズ５の中心から外れた位置Ｂ
を通過することになる。一般に、イオンビームレンズ５
の中心から外れた位置をイオンビームが通過すると、球
面収差によってイオンビーム径に広がりが生じる。イオ
ンビームを細束化して試料６の微小部分を高分解能で分
析する場合、このイオンビーム径の広がりは深刻な問題
となる。また、イオンビームを微細化して試料の極微小
部を加工する場合にも、上記のようにイオンビーム径に
広がりが生じると、加工精度が低下する。

【０００７】本発明は、このような課題を解決するため
になされたもので、イオンビームをパルス化する場合で
もイオンビームを細束化することが可能で、極微小部の
分析あるいは加工に好適なイオンビーム装置を提供する
ことを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明においては、分析用、あるいは加工用のイオ
ンビーム装置において、一対の静電偏向板からなるサイ
ズの同一の偏向電極をイオンビーム集束系のイオン光軸
に沿って８段シリーズに配置し、イオン源に近い方から
数えて、２段目、３段目、５段目、および８段目の各偏
向電極の電場方向を１段目のそれとは逆方向にし、か
つ、４段目、６段目、および７段目の各偏向電極の電場
方向を１段目のそれと同じ向きにし、そして、これらの
８段の偏向電極のいずれかの間にスリット、あるいはア
パーチャを設け、かつ、これらの各偏向電極に連続的に
変化する電圧を印加して、試料を照射するイオンビーム
をパルス化する。

【０００９】また、上記の８段の偏向電極の代わりに、
４段のサイズの等しい偏向電極をシリーズに配置し、イ
オン源の方から２段目と３段目の偏向電極の電場方向を
１段目のそれとは逆方向にし、４段目の電場方向を１段
目のそれと同じ向きにしてもよい。そして、このとき、
８段偏向電極系の場合には、２段目と３段目、あるいは
６段目と７段目の各偏向電極を、また、４段偏向電極系
の場合には、２段目と３段目の偏向電極を、それぞれ１
つの偏向電極で置き換えることもできる。ただし、上記
４段、あるいは３段の偏向電極系の場合には、少なくと
もそのうちの１つの偏向電極に時間的に一定の電圧を重
畳させるか、あるいは、これらの偏向電極系とは別個
に、イオンビームの照射軸を平行移動させることのでき
る偏向電極を設け、イオンビームの光軸合せができるよ
うにする。

【００１０】また、各偏向電極に印加する連続的に変化
する電圧は、ある設定電圧から逆極性で同じ値の設定電
圧まで直線的に変化させる電圧であり、この直線的に変
化する電圧の変化速度を変えることで、試料に照射する
イオンビームのパルス幅を変えることができる。

【００１１】また、上記の多段の偏向電極系に加えて、
これらの偏向電極系に対して直交する方向にイオンビー
ムを偏向させる偏向電極を設け、この偏向電極には、上
記の多段偏向電極系に印加する直線的に変化する電圧が
ある一定方向に変化する場合には電圧を印加せず、その
逆方向に変化する場合にのみ、ある一定の電圧を印加し
てイオンビームを光軸から外し、イオンビームが試料に
照射しないようにする。

【００１２】

【作用】長さＬの平行平板からなる電極を間隔ｇで８段
配置して、各電極に連続的に変化する電圧を印加した場
合のイオンビームの軌道について、図４を用いて、説明
する。ここでは、質量ｍ、電荷ｑのイオンが速度ｖで、
時刻ｔ₀で、点ＡからＸ軸方向に入射する。また１段目
の偏向電極の電場Ｅは、時間ｔに対してＥ＝ｋｔの関係
で変化する。そして、２段目、３段目、５段目、８段目
の電場の方向は、１段目の電場の方向の逆向きであり、
かつ、４段目、６段目、７段目の電場の方向は、１段の
電場の方向と同じ向きである。

【００１３】以上の条件では、イオンビームはＸ軸方向
には等速運動をするが、Ｙ方向にはその位置と速度を変
えながら飛行する。このＹ方向での位置ｙおよび速度ｄ
ｙ／ｄｔを、図中の各点で求めると、まず２段目の電極
を出射するＢ点では、

【００１４】となる。すなわちイオンビームは、イオン
ビーム入射軸からはずれた位置から、Ｘ軸とはある角度
をもって出射することになる。また、イオンの速度は有
限であるため、出射位置はイオンが点Ａから入射する時
刻ｔ₀に依存する。

【００１５】次に４段目の電極を出射するＣ点では、

【００１６】となる。すなわちイオンビームは、イオン
ビーム入射軸からはずれた位置から、イオンビーム入射
軸と平行に出射することになる。また、出射位置はイオ
ンが点Ａから入射する時刻ｔ₀に依存しない。

【００１７】最後に、８段目の電極を出射するＤ点で
は、

【００１８】となる。すなわちイオンビームは、イオン
ビーム入射軸上で、かつ、同軸方向に出射することにな
る。

【００１９】同じように、他の電極間でのイオンビーム
の軌道を求めると、上記の４段目をイオンが出射する場
合を除いて、イオンは、点Ａから入射する時刻ｔ₀に依
存して入射軸からはずれた位置を通過する。したがっ
て、これらの電極のいずれかの間に、イオンビーム入射
軸上を飛行するイオンは通過させ、これからはずれるイ
オンは通過させないようなスリット、もしくはアパーチ
ャを設けて、各電極に連続的に変化する電場を印加すれ
ば、ある時間にのみイオンは、この８段の偏向電極を通
過することになる。つまり、イオンビームをパルス化で
きることになる。さらに、８段目の偏向電極を出射する
イオンは、イオンビーム入射軸上で、かつ、その軸に対
して、常に、同軸方向に出射されるため、試料に照射さ
れるイオンは、試料上を移動することなく、パルス化さ
れることになる。

【００２０】次に、一対の平行平板からなる偏向電極を
４段配置して、各電極に連続的に変化する電圧を印加し
た場合を考える。この場合のイオンビームの軌道は、上
記で説明した電極を８段配置した場合の４段目までと全
く同じである。したがって、これらの電極のいずれかの
間に、同じようにスリット、もしくはアパーチャを設け
て、各電極に連続的に変化する電場を印加すれば、イオ
ンビームをパルス化できることになる。さらに、４段目
の電極を出射するイオンは、イオンビーム入射軸と平行
に出射して、出射位置はイオンが点Ａから入射する時刻
ｔ₀に依存しないため、試料に照射されるイオンは試料
上を移動することなくパルス化されることになる。ただ
し、この場合、各偏向電極に電場を印加しない場合に比
べて、イオンビーム照射軸がずれる。つまり、イオンビ
ームをパルス化しない場合とパルス化する場合とではイ
オンビームの試料照射位置がずれることになるので、そ
の補正が必要になる。

【００２１】

【実施例】

（実施例１）図１は、本発明に係るイオンビーム装置の
一実施例であり、試料表面の微小部を分析する装置の概
略構成図である。

【００２２】まず、本装置は、液体金属イオン源１、一
対の平行平板２、この平行平板２とは直交する方向の平
行平板からなる偏向電極を８段配置して、１段目と２段
目の電極の間にアパーチャを設けたイオンビームパルス
化機構３、互いに直交する二組の平行平板で構成される
イオンビームを走査機構４、イオンビームレンズ５、試
料６、レーザ装置７、飛行時間型質量分析計８などから
構成されている。次に、本装置の動作原理は、次の通り
である。まず、液体金属イオン源１からイオンビーム９
を引き出す。なお、あらかじめ一対の平行平板２には、
図５（ａ）に示す電圧が印加されるようにしておく。ま
た、イオンビームパルス化機構３の１段目の電極間に
は、図５（ｂ）に示す電圧が印加されるようにしてお
き、さらに、前記イオン源１から数えて２段目、３段
目、５段目、８段目の電場を１段目の電場方向とは逆向
きにし、かつ、４段目、６段目、７段目の電場は１段目
の電場と同じ向きになるように結線しておく。すると、
イオンビーム９は、イオンビーム照射方向から見ると、
図６に示すようにアパーチャ上を動く。この図でイオン
ビーム９がアパーチャの穴を通過する場合にのみ、イオ
ンビーム９はイオンビームパルス化機構３を通過する。
つまり、イオンビーム９はパルス化される。さらに、
〔作用〕で述べたように、８段目の偏向電極を出射する
イオンは、イオンビーム入射軸上で、かつ、これに対し
て常に同軸方向に出射するため、試料に照射されるイオ
ンは試料上を移動することなくパルス化されることにな
る。なお、イオンビームパルス幅は、上記の電場の変化
割合を変えることによって、変えることができる。次
に、パルス化されたイオンビーム９は、イオンビーム走
査機構４によって、パルス毎に試料上を移動するように
走査され、さらに、イオンビームレンズ５によって細束
化されて、最後に試料に照射される。そして、試料６か
ら放出された中性粒子１０にレーザ装置７から放出され
たレーザビーム１１を照射することによって、これをイ
オン化して飛行時間型質量分析計８によって検出する。
イオンビームパルス化機構３、およびイオンビーム走査
機構４、およびレーザ装置７は、互いに同期を取って働
くように、コンピュータによって制御されている。

【００２３】次に、この実施例において、二次元元素分
析をする場合について説明する。まず、レーザビーム１
１にはエキシマレーザを用い、繰返し周波数１００Ｈｚ
とした。また、イオンビーム９にはＧａイオンビームを
用い、パルス幅は０．５マイクロ秒とした。この例で
は、既に述べたように、イオンビーム９はパルス照射
中、試料上を移動することがない。また、イオンビーム
の照射軸も移動することがないので、イオンビームレン
ズの収差によるイオンビームの広がりが生じることがな
い。この条件で、試料上で、Ｇａイオンビーム径は５０
ｎｍφを得ることができた。このイオンビーム９を、イ
オンビーム走査機構４によってパルス毎に試料上を移動
するように走査して、各々のレーザ照射によって発生し
た光励起イオンを質量分析して、Ｆｅの信号を検出し
た。その結果、試料上のＦｅの二次元元素分布を、面分
解能５０ｎｍで得ることができた。

【００２４】なお本実施例では、イオン源１から数えて
２段目と３段目の電場、６段目と７段目の電場はそれぞ
れ同じであるため、２段目と３段目の電極を１つの電極
に置き換えることや、あるいは、６段目と７段目の電極
を一つの電極に置き換えることが可能である。つまり、
一対の偏向電極を６段、あるいは７段配置しても、本実
施例と同じ効果を得ることができる。

【００２５】（実施例２）次に、一対の平行平板からな
る偏向電極を４段配置して、電極に連続的に変化する電
圧を印加した場合の実施例を、図７を用いて説明する。
まず、本装置は、表面電離型イオン源１３、２段になっ
た二対の平行平板１４、この平行平板１４とは平行方向
の平行平板からなる偏向電極を４段配置して、１段目と
２段目の電極の間にアパーチャを設けたイオンビームパ
ルス化機構３″、互いに直交する二組の平行平板で構成
されるイオンビーム走査機構４、イオンビームレンズ
５、試料６、飛行時間型質量分析計８などから構成され
ている。本装置の動作原理は、次の通りである。まず、
表面電離型イオン源１３からイオンビーム９を引き出
す。なお、あらかじめイオンビームパルス化機構３″の
各電極には、図５（ｂ）に示す電圧が印加されるように
しておく。すると、イオンビーム９は、イオンビーム照
射方向から見ると、アパーチャ上を往復するように動
く。そして、イオンビーム９がアパーチャの穴を通過す
る場合にのみ、イオンビーム９はイオンビームパルス化
機構３″を通過する。つまり、イオンビーム９はパルス
化される。さらに、４段目の偏向電極を出射するイオン
は、常に、イオンビーム入射軸に平行に、かつ、同一点
から出射するため、試料に照射されるイオンは、試料上
を移動することがなく、パルス化されることになる。た
だし、この場合、電極に電場を印加しない場合に比べ
て、イオンビーム照射幅がずれる。つまり、イオンビー
ムをパルス化しない場合とパルス化する場合とでは、イ
オンビームの試料照射位置がずれることになる。次に、
パルス化されたイオンビーム９は、イオンビーム走査機
構４によってパルス毎に試料上を移動するように走査さ
れ、さらに、イオンビームレンズ５によって細束化され
て、最後に試料に照射される。そして、試料６から放出
された二次イオン１２を飛行時間型質量分析計８によっ
て検出する。

【００２６】この実施例では、イオンビーム９はパルス
照射中、試料上を移動することがない。また、イオンビ
ームの照射軸も移動することがないので、イオンビーム
レンズの収差によるイオンビームの広がりが生じること
はない。ただし、この場合、偏向電極に電場を印加しな
い場合に比べて、イオンビーム照射軸がずれる問題が残
る。つまり、イオンビームをパルス化しない場合とパル
ス化した場合とでは、イオンビームの試料照射位置がず
れることになる。このずれは、あらかじめ、２段になっ
た二対の平行平板１４に電圧を印加して、イオンビーム
照射軸を平行移動させることによって、消去することが
できる。あるいは、この補正電圧を４段の偏向電極に重
畳してもよい。この条件では、試料上で、Ｃｓイオンビ
ーム径を１００ｎｍφにすることができた。また、この
実施例で、酸素の二次イオンを検出したところ、試料上
の酸素の二次元元素分布を面分解能１００ｎｍで得るこ
とができた。

【００２７】なお本実施例では、イオン源１から数えて
２段目と３段目の電場は同じであるため、２段目と３段
目の電極を１つの電極に置き換えることも可能である。
つまり、偏向電極を３段に配置しても、本実施例と同じ
効果を得ることができる。

【００２８】（実施例３）図８は、本発明に係るイオン
ビーム装置の他の実施例であり、試料表面の微少部を加
工する装置の概略構成図である。

【００２９】本装置は、液体金属イオン源１、一対の平
行平板２、この平行平板２とは直交方向の平行平板から
なる電極を８段配置して、１段目と２段目の電極の間に
アパーチャを設けたイオンビームパルス化機構３、互い
に直交する二組の平行平板で構成されるイオンビーム走
査機構４、イオンビームレンズ５、試料６などから構成
される。本装置の動作原理は、実施例１で述べた分析イ
オンビーム装置におけるイオンビーム照射の動作原理と
同様である。すなわち、まず液体金属イオン源１からイ
オンビーム９を引出す。なお、あらかじめ一対の平行平
板２には、図５（ａ）に示すような電場が形成されるよ
うにしておく。また、イオンビームパルス化機構３の一
段目の電極間には、図５（ｂ）に示すような電場が形成
されるようにしておく。そして、イオンビームパルス化
機構３の各段の電場方向は、分析用イオンビーム装置の
場合と全く同じとする。すると、イオンビーム９は、図
６でイオンビーム９がアパーチャの穴を通過する場合に
のみ、イオンビームパルス化機構３を通過する。この結
果、試料６に照射されるイオンは、試料６上を移動する
ことなくパルス化されることになる。

【００３０】なお、イオンビームパルス幅は、上記の電
場の変化の割合を変えることによって、変えることがで
きる。次に、パルス化されたイオンビーム９は、イオン
ビーム走査機構４によってパルス毎に試料６上に移動す
るように走査され、さらに、イオンビームレンズ５によ
って細束化されて、最後に試料６に照射される。イオン
ビーム９が照射された試料６は、スパッタリング現象に
よって表面原子がはぎ取られる。すなわち、イオンビー
ム９の照射によって、試料６の表面に微細なパターン１
５を加工することができる。

【００３１】この実施例３において、繰返し周波数を１
０ｋＨｚとし、イオンビーム９には、Ｇａイオンビーム
を用い、パルス幅は１．０マイクロ秒として、シリコン
ウエハの表面に微細加工を行なった。この例では、既に
述べたように、イオンビーム９はパルス照射中、試料６
上を移動することがない。また、イオンビーム９の照射
軸も移動することがないので、イオンレンズ収差による
イオンビーム径の広がりが生じることもない。したがっ
て、設計に忠実に高精度な加工を行なうことができた。

【００３２】以上では、幅がマイクロ秒程度のパルス照
射について述べたが、図５（ｂ）の電場の変化の割合を
ゆるやかにすることによって、秒以上の連続したイオン
ビーム照射も可能である。この場合、従来では、イオン
ビームの照射開始時と終了時に、イオンビームが試料上
を移動してしまったり、イオンビーム径が広がってしま
うという問題が生じたが、本発明によればこのような問
題が生ぜず、試料上の所望の個所を高精度に加工するこ
とが可能になる。

【００３３】なお、本実施例３でも、分析用イオンビー
ム装置の場合と同じように、イオン源１から数えて２段
目と３段目の電場、６段目と７段目の電場はそれぞれ同
じであるため、２段目と３段目の電極を１つの電極に置
き換えることや、あるいは、６段目と７段目の電極を１
つの電極に置き換えることが可能であることや、実施例
２のように、一対の平行平板からなる電極を４段配置し
て、電極に連続的に変化する電圧を印加しても、同じ効
果を得られることは言うまでもない。

【００３４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に係るイオ
ンビーム装置においては、イオンビーム集束系内に８段
ないし４段の多段の偏向電極をシリーズに設けることに
より、イオンビームの試料照射位置を変動させることな
く、また、イオンビームレンズの収差によるイオンビー
ムの広がりを生じさせることなく、イオンビームをパル
ス化することができ、試料の極微小領域の質量分析、あ
るいは、表面の微細加工をすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る分析用のイオンビーム装置の一実
施例を示す装置構成の概略図である。

【図２】従来技術によるイオンビームのパルス化機構を
示す図である。

【図３】静電偏向器に印加する電圧を説明する図であ
る。

【図４】長さＬの平行平板からなる偏向電極を間隔ｇで
８段配置した場合の、イオンビームの軌道について説明
する図である。

【図５】（ａ）一対の平行平板に印加される電圧の時間
的変化を示す図である。（ｂ）イオンビームパルス化機
構の偏向電極に印加する電圧の時間的変化を示す図であ
る。

【図６】アパーチャ上のイオンビームの動きを示す図で
ある。

【図７】本発明に係る分析用のイオンビーム装置の一実
施例を示す装置構成の概略図である。

【図８】本発明に係る加工用のイオンビーム装置の一実
施例を示す装置構成の概略図である。

【符号の説明】１液体金属イオン源２一対の平行平板３、３′、３″ イオンビームパルス化機構４イオンビーム走査機構５イオンビームレンズ６試料７レーザ装置８飛行時間型質量分析計９イオンビーム１０中性粒子１１レーザビーム１２二次イオン１３表面電離型イオン源１４二対の平行平板１５加工パターン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者立花光広東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者土生徹東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者兼堀恵一東京都国分寺市東恋ケ窪１丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】イオン源と、該イオン源から放出されたイ
オンを加速して集束するイオンビーム集束系と、該イオ
ンビームを照射すべき試料を設置する試料台とで構成さ
れたイオンビーム装置において、一対の静電偏向板より
なる静電偏向電極を、上記イオンビーム集束系のイオン
光軸に沿って８段シリーズに配置し、上記イオン源に近
い方から数えて２段目、３段目、５段目、８段目の各偏
向電極の電場方向を１段目の偏向電極の逆向き方向と
し、かつ、４段目、６段目、７段目の各偏向電極の電場
方向を１段目の偏向電極と同じ向きにし、上記８段の偏
向電極のいずれかの間にスリット、もしくはアパーチャ
を設け、上記８段の各偏向電極に連続的に変化する電圧
を印加するようにしたことを特徴とするイオンビーム装
置。
【請求項２】上記８段の偏向電極のうち、２段目と３段
目、あるいは６段目と７段目の各偏向電極を１つの偏向
電極で置き換え、合計６段、あるいは７段の偏向電極の
配置構成としたことを特徴とする請求項１に記載のイオ
ンビーム装置。
【請求項３】イオン源と、該イオン源から放出されたイ
オンを加速して集束するイオンビーム集束系と、該イオ
ンビームを照射すべき試料を設置する試料台とで構成さ
れたイオンビーム装置において、一対の静電偏向板より
なる静電偏向電極を、上記イオンビーム集束系のイオン
光軸に沿って４段シリーズに配置し、上記イオン源に近
い方から数えて２段目と３段目の偏向電極の電場方向を
１段目とは逆向き方向とし、かつ、４段目の偏向電極の
電場方向を１段目と同じ向きにし、上記４段の偏向電極
のいずれかの間にスリット、もしくはアパーチャを設
け、上記４段の各偏向電極に連続的に変化する電圧を印
加するようにしたことを特徴とするイオンビーム装置。
【請求項４】上記４段の偏向電極のうち、２段目と３段
目の偏向電極を１つの偏向電極で置き換え、合計３段の
偏向電極の配置構成としたことを特徴とする請求項３に
記載のイオンビーム装置。
【請求項５】上記４段の偏向電極のうち、少なくとも１
つの偏向電極には、上記の連続的に変化する電圧以外
に、時間的に一定の電圧を重畳することを特徴とする請
求項３に記載のイオンビーム装置。
【請求項６】上記３段の偏向電極のうち、少なくとも１
つの偏向電極には、上記の連続的に変化する電圧以外
に、時間的に一定の電圧を重畳することを特徴とする請
求項４に記載のイオンビーム装置。
【請求項７】上記４段の偏向電極以外に、イオンビーム
の照射軸を平行移動させることが可能な偏向電極を設け
たことを特徴とする請求項３に記載のイオンビーム装
置。
【請求項８】上記３段の偏向電極以外に、イオンビーム
の照射軸を平行移動させることが可能な偏向電極を設け
たことを特徴とする請求項４に記載のイオンビーム装
置。
【請求項９】上記４段または８段の偏向電極において、
各偏向電極の偏向板のサイズが同一であることを特徴と
する請求項１または請求項３に記載のイオンビーム装
置。
【請求項１０】上記の連続的に変化する電圧が、ある設
定電圧から逆極性で同じ値の設定電圧まで直線的に変化
する電圧であることを特徴とする請求項１、２、３また
は４に記載のイオンビーム装置。
【請求項１１】上記の連続的に、かつ、直線的に変化す
る電圧の変化速度を変えることによって、上記試料に照
射するイオンビームのパルス幅を変えることを特徴とす
る請求項１０に記載のイオンビーム装置。
【請求項１２】上記の多段偏向電極に加えて、上記の多
段偏向電極に対して直交する方向に、少なくとも１対の
偏向電極を設けたことを特徴とする請求項１、２、３ま
たは４に記載のイオンビーム装置。
【請求項１３】上記の多段偏向電極に、ある設定電圧か
ら逆極性で同じ値の設定電圧まで直線的に変化する電圧
を印加した後、上記多段偏向電極に対して直交する方向
に設けた偏向電極に、上記多段偏向電極に印加した電圧
をもとの極性の設定電圧に戻すまでの時間、ある一定の
電圧を印加し、上記時間内には上記イオンビームが試料
を照射しないようにすることを特徴とする請求項１２に
記載のイオンビーム装置。