JPS61214341A - 荷電ビームの集束方法 - 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１ 本発明は、半導体素子製造の基本工程であるリングラフ
ィやスパッタリングにおいて、或いは実用材料の評価手
段として近年とみに利用されている物理分析装置におい
て、重要な構成要素としての位置を占めるイオン・電子
ビーム（以下、荷電ビームと総称する）の集束装置に関
する。

［発明の概要］ 本発明は、リングラフィやスパッタリング等に利用され
る荷電ビーム（イオン・電子ビーム）の集束装置に関し
、絶縁性物質のチャージアップ現象を荷電ビームの集束
作用に利用することにより、簡単な部品構成で高圧電源
の必要なく、木質的に放電等のトラブルが生じずに指定
のビーム形状を得られるようにしたものである。

［従来の技術］ 半導体素子の高密度化、或いは製造物質の高純度化の流
れの中で、ビーム露光やエツチングなどの反応を誘起す
るプローブとしても、また高分解能ＳＩＭＳ、ＳＥＭ、
Ａｕｇｅｒ−ＳＥＸ装置などの物理分析用プローブとし
て−も、荷電ビームの電波密度を希望する形状に高める
ことへの要請は、近年ますます強くなっている。

この要請を実現するために、これまで試みられできた荷
電ビーム集束装置は、大別すると、（ａ）複数の金属製
電極を荷電ビームの進路中に配置し、これらの電極に独
立に電圧を印加して集束電界を作る静電レンズ型のもの
、および（ｂ）荷電ビームの軌道の回りに電磁石を配置
して磁界の集束作用を利用する磁気レンズ型のもの、 とに分類できる。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、上述の従来装置ではそれぞれ次の様な欠
点がある。

（ａ）の静電レンズ型のものでは、第１図に示すように
、荷電ビーム１、静電レンズ２、電極保持部品（通常絶
縁物質）３．真空装置外壁４、電圧導入用端子５および
高電圧電源６から構成されて　　　　　　−いる、この
ように従来の静電レンズ型装置では希望する電位勾配を
実現するために、１（１のレンズでも必然的に複数の電
極が必要であり、しかもこの電極２を電極保持部品３に
よりすべて電気的に独立に保持しなければならない、従
って、その絶縁等を考えれば構造が複雑になる上に、レ
ンズを構成する電極数だけ高圧電源が必要になるという
欠点がある。（但し、電極の一部をアース電位にして、
必要な電源の台数を減らす方式も一般にとられている。

）最近用途の多い大型の荷電ビーム装置では、複数個の
組合せレンズによる集束方式が採用されると同時に、荷
電ビームの加速電圧も益々高くなっており、そのため放
電のトラブル等を考慮に入れたレンズの構造・保持方式
を考える事は、今後ますます難しい問題になると考えら
れる。

（ｂ）の磁界レンズ型のものでは、電磁石を荷電、ビー
ム軌道の回りに配置するので、レンズ機構が大がかりに
なりすぎて簡単な荷電ビーム装置には使いにくいという
欠点がある。これに加えて、磁界は荷電粒子の質量の逆
数に比例して作用するので、イオンに対しては集束効果
が小さく利用しにくいという問題がある。更に（ａ）、
（ｂ）の静電層。

磁界形レンズのどちらも、期待する形状に荷電ビームを
集束しようとするこ−とは、必要となる偏向板電極、或
いはマグネットの形状を考慮すれば極めて困難と考えら
れる。

そこで、本発明の目的は静電レンズ型の長所である、 （１）イオンビームの集束作用にも適用できるという特
色を失うことなく、従来の静電レンズ型と異なって、 （２）簡単な部品構成で高圧電源の必要性なく集束作用
を行わせることができること。

（３）木質的に放電等のトラブルが生じないこと、およ
び （４）期待するビーム形状に荷電ビームを集束すること
の特色とを付加して荷電ビーム集束器としての機能を格
段に高めようとするものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は、荷電ビームの通過用の空孔を備えた絶縁性物
質を荷電ビームの進路中に配置したことを特徴とする。

また本発明は、空孔は指定のビーム集束形状に対°応し
た断面を有し、荷電ビームの照射に伴う絶縁性物質のチ
ャージアップ効果を利用して空孔内を通過する前記荷電
ビームの空間密度を指定のビーム集束形状で高めること
を特徴とする。

［作　用］ 本発明は、絶縁性物質で形成された荷電ビーム集束器を
用いているので、絶縁性物質のチャージアップ現象によ
り、荷電ビームの集束作用が得られ、これにより放電の
トラブル等がなく構造が簡潔となる等の利点が得られる
。

［実施例］ 以下、図面を参照して本発明の詳細な説明する。

本発明は、絶縁性物質のチャージアップ現象を荷電ビー
ムの集束作用に利用する点において本質的な特徴を有し
ている０本発明荷電ビーム集束器の配置構成例を第２図
（Ａ）に示す、第２図（Ｂ）は本集束器の集束作用を模
式的に示したものである。第２図において、７は絶縁性
物質で形成された円筒（絶縁物集束器）であり、上流側
端部に横方向の円形のフランジ（鍔部）　７ａを有する
。また、フランジ７ａは真空装置外壁４に接着等で固定
しである。この円筒７に荷電ビーム１が当たると１円筒
７の絶縁性物質のチャージアップにより、第２図（Ｂ）
の破線８で示すような荷電ビームに対する阻止電界がで
きる。この阻止電界８は。

もともと円筒７のフランジ７ａの部分に当たっていた荷
電ビーム１の一部をその円筒の内部の方向に曲げる０円
筒７の内部に曲げられた荷電ビームｌｂともともと円筒
内部を通過していた荷電ビーム１ａとは、円筒７の内筒
部７ｂにできるチャージアップ作用により１円筒７の中
心部に集束させられるので、空間密度の高い荷電ビーム
ｌｃが得られる。

この本発明集束装置では、絶縁性物質による入射荷電ビ
ームｌの作るチャージアップ現象を利用しているので、
従来の静電レンズ型で必要とじた真空内への電圧導入端
子や高圧電源は不要になり、構成が極めて簡潔となる。

しかも、チャージアップ電位は、入射荷電ビーム１の加
速エネルギーに自動的に対応して一定値に定まるので、
任意の荷電ビーム加速電圧で希望する集束効果を有する
集束器の設計をすることが可能である。また、集束器７
は真空容器壁４と直接接続が可能なので、集束器の保持
手段が簡単となる上に、放電等のトラブルが起こり得な
いという利点がある。

フランジ付円筒形状を有する絶縁物（以下、集束器と称
する）７を用いてイオンビームに対する集束作用を実際
に調べた所、この集束器７の前方（上流）でビーム径は
ぼ５＋＋＋ｓ　（電流密度５０　ｋ　Ａ／ｃ＋ａ２）の
イオンビーム１が、内円筒部直径はぼ４．２ｍｍを有す
る絶縁物集束器７により集束器７の後方（下流）でビー
ム径はぼ２＋＋＋ｍ　（電流密度はぼ３００　ｇ　Ａ／
ｃｍ２）に集束されることが確認できた。

上述の実施例では円筒型空孔部を有する荷電ビーム集束
器７を例示したが、チャージアップに伴う荷電ビームの
阻止電界が絶縁物集束器の形状に大きく依存する事を利
用すれば、その集束器の形状を変えて種々の所望する特
性を備えた荷電ビームを作ることも可能である０例えば
■　第３図（Ａ）〜（Ｄ）に示すように絶縁物集束器７
の空孔部７ｅを円形、楕円、双曲線、放物線などの曲線
で囲ったもの、更に第３図（Ｅ）〜（）Ｉ）に示すよう
にその空孔部を三角形、矩形、多角形およびそれらを変
形したものにして、その空孔部の形状に対応するビーム
形状を得ることが可能である。また、荷電ビーム１が照
射される絶縁物集束器７の端面７ａの形状も希望するビ
ーム特性を得る上で重要であり、端面、空孔部の形状に
は上に例示した色々なものの組合せが考えられる０例え
ば、円形の端面形状の絶縁物内に四則形の空孔部を形成
した場合がその一例である。

■　第３図（Ｉ）に示すように絶縁物集束器７の筒の部
分を長くとって、−ドリフトチューブとして用いること
も可能である。

■　第３図（Ｊ）〜（Ｌ）に示すように、絶縁物集束器
７の筒部の両端または一部、或いは中央部を絞ったり広
げたり段付きにしたりして、入射荷電ビームの発散角に
対応した集束作用を与えたり、また希望するビームの発
散特性を得ることも可能である。

■　第３図（Ｍ）、（Ｎ）に示すように、絶縁物集束器
７の両端または一部にフランジを有する構造のものでは
フランジの部分を皿型にしたり曲率をもたせたりして、
集束作用を更に高めることも可能である。

■　また、上述の■〜■の構造を組合わせて希望するビ
ーム特性を得るようにすることが可能である。

上述の■〜■の空孔形集束器の構成例を実現する上で、
絶縁性物質は一般に加工性の点で難点があるが、その場
合には、例えば第４図（Ａ）に示すように適当な形状に
加工した絶縁物部品１１Ａ、１１Ｂを組合せて作製した
り、或いは第３図（Ｂ）に示すように希望する形状に加
工した金属１２の上に絶縁性物質を塗布後焼結したり、
化成蒸着（ＣＶＯ；化学反応を伴う気相成長）、プラズ
マＣＶＯ，スパッタ蒸着（スパッタリング）法等の製造
方法で絶縁物物質１１を堆積させて作成することにより
対処できる。

このような製造方法で金属の上に作った絶縁物１１も、
荷電ビームに対して本発明の原理に従って集束作用する
ものと期待できる。逆に、第４図（Ｃ）に示すように、
絶縁物物質１１の一部（例えば、絶縁物円筒内部など）
に導電性物質１４を堆積させて空間的に一様電位のチャ
ージアップ現象を誘起する事も、場合においては本発明
の集束器の機能を高める変形例となる。なお、このよう
な導電性物質部品や金属部分が、外部接続端子１４を有
してしれば、チャージアップをリフレッシュし、別の加
速電圧に対する最適条件をす早く実現する際に役立つと
考えられる。更に、第４図（Ｄ）に示すように数種の絶
縁物１１Ｇ、１１０を組合せて本発明の集束器を作成す
るのも有効である。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば絶縁性物質のチャ
ージアップ現象を荷電ビームの集束作用に利用している
ので、所期の目的が達成され、レンズ構造や保持方式が
格段に簡単になり、荷電ビーム装置の製造工程の簡潔化
や製造コストの低減化に非常に大きく寄与できると期待
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の静電レンズ型荷電ビーム集束装置の配置
構成例を示す断面図、 第２図（Ａ）は本発明荷電ビーム集束器の配置構成例を
示す断面図、 第２図（Ｂ）はその動作原理を示す態様図、第３図（Ａ
）〜（Ｎ）は、それぞれ本発明集束器の空孔部の加工形
状の一例を示したものであって、同図（Ａ）〜（Ｈ）は
その空孔部の正面図、同図（Ｉ）〜（Ｎ）は筒部の断面
図、 第４図（Ａ）〜（Ｄ）はそれぞれ本発明集束器の作成方
式の一例を示した断面図である。 １・・・荷電ビーム、 ２・・・静電レンズ電極、 ３・・・電極保持部品、 ４・・・真空装置外壁、 ５・・・電圧導入用端子、 Ｂ・・・高電圧電源。 ７・・・絶縁物製集束器、 ８・・・チャージアップに伴う阻止電位（阻止電界）。 １１、ＩＩＡ、ＩＩＢ、ｔｉＧ、１１０・・・絶縁物、
１２．１３・・・金属、 １４・・・外部接続端子。 第１図 第２図 ’１５　　　８　　風土電界 第３図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）荷電ビームの進路中に該ビームと同一方向に貫通し
   た空孔を中央に備えた絶縁物体を配置たことを特徴とす
   る荷電ビーム集束器。 ２）前記空孔は期待するビーム形状に対応した断面形状
   を有し、前記空孔を介して前記荷電ビームを前記期待す
   るビーム形状に整形することを特徴とする特許請求の範
   囲第１項記載の荷電ビーム集束器。 ３）前記荷電ビームの照射による前記絶縁物体のチャー
   ジアップ現象を利用して前記空孔内を通過する前記荷電
   ビームの空間密度を前記空孔の断面形状で高めることを
   特徴とする特許請求の範囲第２項記載の荷電ビーム集束
   器。 ４）前記絶縁物体は中央に小孔を有する薄い円板である
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項ないし第３項の
   いずれかの項に記載の荷電ビーム集束器。