JPS6364254A

JPS6364254A - 荷電粒子光学系

Info

Publication number: JPS6364254A
Application number: JP61207856A
Authority: JP
Inventors: Sumio Hosaka; 純男保坂; Hifumi Tamura; 田村　一二三
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1986-09-05
Filing date: 1986-09-05
Publication date: 1988-03-22
Anticipated expiration: 2013-01-19
Also published as: JP2700002B2

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〕本発明はイオンあるいは電子を取り扱うことができる荷
電ビーム装置に係り、特に、同−光学系及び同一真空内
で特定のイオンあるいは電子を選択及び変調するのに好
適な荷電粒子光学系に関する。

〔従来の技術〕

従来、−質量分離及びブランキング（変調）機能を有す
る装置については、応用物理、第５３巻第８号（１９８
４年）第７０４頁から第７０８において質量分難器付マ
スクレスイオン注入装置が論じられている。従来装置で
は、特定のイオンのみ質量分１１及びブランキングを行
なうため、ＥＸＲ（電界・磁界直交）型質量分離器を使
用し、磁場は一定にして電場のみ変えることにより上記
の機能を実ｇＩ　Ｌでいる。しかし、イオンに力■えて
、質量が極めて小さい電子まで含めた光学系については
配慮されていなかった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来技術はイオン、電子を質旦分離し、かつ、ブラ
ンキング（変調）する機能の点について配慮がされてお
らず、従来技術ではイオン、＠子の両者を質量分離及び
ブランキングすることが困難であるという問題があった
。

本発明の目的は同−放出源から正、負の荷電粒子を取り
出すことができる荷電粒子源を用いて、特定のイオン、
電子を質量分離（選択）及びブランキング（変調）でき
る荷電粒子光学系を得ることにある。

〔問題点を解決するだめの手段〕

上記目的は、従来技術で使用されているＥＸｌ’３型貿
量分は器にみられるように電界制御ばかりでなく、磁場
の強さの制御をも同時に行ない、イオンのみならず電子
の質量分離（選択）及びブランキング（変調）を可能に
することによし）、述、成される。

〔作用〕

イオン、電子を共用できろ荷電粒子光学系によりいてｊ
６量分離Ｚ；はイオンから電子まで質量分離する必要が
ある。現在、最もＥｘＢ型質歌分離器が使用されており
、質ｕｎは荷電粒子のエネルギｃＶより次のように表わ
される。

ただし、Ｅ：電界の強さ、Ｂ：磁束密度である。

例えば、電子とＧａイオンとの質量比は７．８Ｘ１０−
６となる。この場合、丁・〕、Ｂ各々を一定にした場合
の電界、磁束密度の比、Ｅｓ／　Ｆ：ａａ　（Ｅ。

：電子を用いた場合の電界、ＥＯａ　：　Ｇ　ａイオン
を用いた場合の電界）　、　Ｂｅ／　Ｂａａ　（ｒ３ｅ
　：　電子を用いた場合の磁束密度、Ｂａａ：Ｇａ＋を
用いた場合の磁束密度）は次の様に与えられる。

（１）　　１１が一定の場合、ｅ（２）　ト：が一定の場合、（１）の場合、Ｇａイオンを質は分離する際の電界を作
るための平行平板に印加するＹＩＪ、極電圧ｖ１を１０
Ｖとすると、電子の場合ではＶｐが３．５ＫＶとなる。

この値は、ブランキングまで行なうとすると制御困難な
電圧である。また、（２）の場合、ＧａイオンでのｎＧ
ａを１０００　Ｇａｕｓｓとすると、１１ｅは２　、８
　Ｇ　ａｕｓｓとなる。磁束密度は電子になると小さく
なるので容易に得られる。従って、Ｂを可変とし制御す
ることは可能である。即ち、（２）のような制御法で、
電界によるブランキングを行なえば、イオン、電子を共
用した荷電粒子光学系の質量分離及びブランキングを可
能とすることができる。また、質量分離を行なう手段と
して、磁場及び電場を制御する方法も考えられ、これに
ブランキング０脂を付加しても本「１的を構成すること
ができろ。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。図は
液体金属イオン電子源２５よりイオンビｌｓｌ’７を引
き出し、イオンエツチングやイオン注入等を行なえろ荷
電粒子光学系を示している。

本発明の荷電粒子光学系は液体金属イオン゛七子源２５
．１ζｘｎ型質量分雛器、対物レンズ２６および偏向電
極１５から構成されている。液体金属イオン電子源２５
は針状チップ１、るつぼ２、イオン種の原料４．１７ｐ
料４の蒸発切土のための蓋３、引き出し電極５、中間電
極６、後段加速・減速電極７から構成されている。尚、
ここでは、チップ加熱機能を省略している。ＥＸＴＢ型
質量分離器は鉄等の材質で作られた磁路９と砒東を発生
するためのコイル８より成る磁石とこれと「ム交方向に
電界を発生する平行平板電極１０より；Ｉ’！成されて
いる。また、不用のイオンあるいは電子を除去するため
に分：殖器の直下にブランキング用アパチャ〕〕を設け
た。

さらに、対物レンズ２６には３枚？ｌ極１２，１３゜１
４を、偏向電極１５には平行平板型２次元偏向器を設け
ている。１８，１９，２．０の電源により引き出された
イオンビーム１７はＥｘｎＪｌｊｄ場制御回路２３及び
Ｅ　Ｘ　Ｔ’、用電場制御回路兼ブランキング回路２２
より所望の電流、電圧が印加され、所望のイオンのみ、
ブランキング用アパチャ１１を通過し、対物レンズ２６
及び偏向電極１５により試料］６上の所望の位ｒにスポ
ットを結像する。

この時の電場、磁場の値は前記式（］）を満足するよう
に制御される。ブランキング（変調）は平行平板電極１
０に別なイオンがアパチャ１１から放射されないような
電圧を印加することにより実行される。この場合、＠場
による方法も考えられるが、高速駆！ＦＩＪが可能な５
電ブランキングが望しく為。

次に、電子ビームを得ろ場合、電源１日、１９゜２０の
極性を図と反対符号に切り換え、電子ビームを引き出し
、式（１）を満足するように、磁場、電場を制御し、ア
パチャ１１を通過させる。この時、磁場、電場を制御す
る方法と、イオンを分離した際の電場を一定として磁場
を制御する方法とが考えられ、どちらでも実現可能であ
る。アパチャ１１を通過した電子は対物レンズ２６、偏
向電極１５により試料上の所望の位置にスポットを結ぶ
ことができ、像観察や分析等を可能ならしめる。

この際、レンズ２６、偏向器１５が静電型であるのでイ
オンと同じ場所にスポットを結ぶ。ブランキング機能は
Ｔ・：　Ｘ　Ｂ型質量分離器の電場をＥＸＢ型電場制御
回路兼ブランキング回１２２で制御することにより、所
望のタイミングで変調することができろ。

尚、上記説明のような磁場を制御する際、基準電流を設
け、常に基＄電流値より所望の電流値に増加あるいは減
少させて制御し、磁場のヒステリシスの影響を防止する
よう制御するのが望しい。

さらに、磁場のヒステリシスの影響を完全に除去するた
めに、磁場変化の際に交番磁界を加え。

徐々に減衰するとともに所望の磁場に収束することによ
り、所望の磁場・に設定する方法が考えられる。第２図
に、上記の方法を具体化するための一実施例を示す。第
３図は第２図の回路構成を説明するための各部の波形を
示す。第２図及び第３図において、制御回路３６から磁
場強度を変化する信号が磁場強度設定回路３５に入力す
ると、該出力電圧は第３図（ａ）のように変化する。即
ち、時刻ｔ１でイオン選択モードから電子選択モードに
変化している。この場合、電子選択モードは磁場強度、
零の場合を示し、電子ビーＩｓ　”　ＯＮ　”では電界
も零とする必要がある。即ち、この場合は、通常の電子
線装置の光学系と等価な光学系となっている。上述の出
力電圧は微分回路３４及び加算回路３２に入力する。微
分回路３・１では第３回（ｂ）のような波形を発生する
。さらに、該出力波形は発振器３０からの出力信号（第
３図（Ｃ））と共に掛算器３１に入力され、第３図（ｄ
）の出力信号を得る。該出力信号を力１算器３２に入力
することにより、第３図（ｅ）の電圧波形を形成し。

定電流回路を経て、（ｅ）と同様な電流がコイル８に入
力する。該コイル電流（第３図（ｆ））がコイルに入力
すると、第４図の様に、磁束密度が（イ）から（ロ）の
状態に変化する。これは、あたかも交番磁束を減衰させ
ながら所望の磁場強度に収束するように振舞う。第３図
、第４図はイオン選択モードから電子選択モードを示し
ているが、電子選択モードからイオン選択モードに、あ
るいはイオン選択モードからの別のイオン選択モードへ
の切換えでも、上記の説明と同様に磁場強度が変化し、
全く磁場のヒステリシスの影響を受けない磁気回路が実
現できる。また、磁場強度が零以外の場合、電界が式（
１）を満足すると特定のイオンがアパチャ１１を通過す
ることができろ。尚。

第２図は一実施例を示したものであるが、第３図（ｆ）
の様な電流波形をコイル８に与えるようなト１１路は本
発明を逸脱するものではない。また、コイル８を使用せ
ず永久磁石を組み合せて磁場強度を制御する方法も考え
られるがこの方法も本発明の範囲である。さらに、制御
回路系を計算機により制御を行なっても本発明と同等で
ある。イオン、電子源についてもデイオプラズマトロン
等のイオン源でも本発明と同様な機能が得られ、液体金
属イオン、電子源以外のものでも本発明を逸脱しない。

以上、説明のように本発明によれば、特定のイオンや電
子を選択することができ、荷ｔビームの変調をも同時に
可能とする荷電粒子光学系を実現することができる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、イオンと電子とを同一光学系から得る
ことができ、次の様な新たな効果を得ることができろ。

（１）特定のイオン及び電子が同−源より交互に、かつ
、独立に引き出され、各々の特長を利用することにより
、装置の高性能化が実現できる。

（２）上記（１）の効果として、イオンにより加工及び
分析が可能となると同時に、を子ビームにより走査型電
子顕微鏡像を得ろことができ、無損傷で、かつ、高精度
に加工及び分析場所の決定や形状のｌｌ′１６を可能な
らしめる。

（３）イオン、電子を交互に使用した３次元観察や；３
次元分析が可能となる。

（４）イオン、電子を利用した、半導体不良解析の手段
として応用でき、表面、’＞７下の電極等にも、イオン
エツチングにより、穴を開は電子プローブを照射し、素
子の性能評価を行なうことやビット救済の修正が可能と
なる。

（５）電］１ビーム合せ機能をも一ンたマスクレスイオ
ン注入’Ａ　ｔｉ’ｆ　”、’ｉへの応用がｉＪ能とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の全体構成を示す模式図、第
２図は＠場のヒステリシスを除去し、磁場強度を制御す
る一実施例の装置構成を示すブロック図、第７３図は第
２図の各部の出力波形、第４図は第：３図の惇ｌに磁場
をらり御した際のコイル１匝流に対する磁束訃、゛度の
変化を示す。１−・・・針状チップ、２・・ろつｌ甲、：３・・蓋、
４・・・イオン種の原料、５・・・引き出し？！極、６
・・中１１１１電極、７・・・後々加速・減速；；！極
、８・・コイル、９・・・磁路。１０・・牢行平扱電極、１１・・アパチャ、１５・・偏
向″心棒、】（５・試料、１７・・イオンビー１ｚ、２
２・・・ＥＸＢ用電場制御回路兼ブランキング回路、２
３・・・ＥＸＢ用磁場制御回路、３０・・・発振器、３
１・・・＃）算器、３２・・・加算器、３３・・・定電
流回路、３４・・・微分回路、３５・・・磁場強度設定
回路、；３６・・・制御回路。・−＼代ア１１人　弁理士　小川涛ｊＩＳ第　／　」毛２０第４　皿磁果饗１．Ｂ

Claims

【特許請求の範囲】１、同一放出源から正、負の荷電粒子を取り出すことが
できる荷電粒子源を有する荷電粒子光学系において、光
学系内に磁場強度を制御できる手段及び磁束に直交した
方向に電界強度を制御できる手段を有し、特定のイオン
あるいは電子の選択及びビーム変調の機能を有すること
を特徴とした荷電粒子光学系。２、質量分離を磁場のみで制御することを特徴とした第
１項記載の荷電粒子光学系。３、基準磁場を基点として磁場を増加、減少させて、磁
場制御することを特徴とした第１項および第２項記載の
荷電粒子光学系。４、磁場設定の際に交番磁界を加え、徐々に該交番磁界
を減衰するとともに所望の磁場に収束せしめる手段を設
けてなることを特徴とした第１項および第２項記載の荷
電粒子光学系。５、電子ビームの選択を磁場の強度零と設定したことを
特徴とする第４項記載の荷電粒子光学系。６、荷電ビームのブランキング（変調）を電場で制御す
ることを特徴とした第１乃至第５項記載の荷電粒子光学
系。