JPH0575280B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、Ｅ×Ｂ速度選別器に関する。

（従来の技術） 近年、電界放出型イオンソースを用いたイオン
ビーム装置が開発されて、微小プローブの形成が
なされ、半導体基板等の超微細加工に用いられて
いる。ウイーンフイルターとも呼ばれるＥ×Ｂ速
度選別器は、このようなイオンビーム装置に搭載
され、イオンソースから放出されたイオンの電
荷、質量等に応じて様々の速度分布を持つイオン
ビームの中から、所望の速度のみを有するイオン
ビームを取り出す目的に用いられている。

ところでイオンビームを超微細加工等に用いよ
うとする場合には、当該Ｅ×Ｂ速度選別器の他、
イオンビームの照射位置を制御するための偏向
器、イオンビームを集束させるためのレンズ等の
構成部材がイオンビーム装置には必要不可欠であ
る。

そして、イオンビーム装置においては、高品
質、即ち低収差のビームを得ようとすれば、集束
レンズをはじめ、アライナー、偏向器等、装置の
構成部材の中心軸（光軸）は、現密に一致させる
ことが必要であるが、イオンビームのドリフト長
の数10cmに対し、光軸は数μｍのオーダーで一致
させなければならないため、理想的な機械的組立
は、現実には非常に困難であり、例えば、非点補
正器と偏向器を双方が軸ズレを起こしていれば、
非点補正が不能となつたり、偏向収差の増大を招
くといつた不具合を生じる。

また、装置の構成部材が多くなると、その分だ
け空間が占領され、イオンビームのドリフト長が
長くなるという欠点が生じる。

即ち、ドリフト長が長くなると、外乱の影響
や、イオンビーム自身の有する空間電荷の影響を
受け易く、さらに、集束レンズにおいても長いド
リフ長に見合う焦点距離の長いレンズを要求さ
れ、光学特性にも悪影響を及ぼし、結果的にイオ
ンビームの品質低下をくと招いつた問題を生じ
る。

しかして、構成部材が少なければ、軸ズレの問
題の発生チヤンスも減り、且つ、ドリフト長を短
くすることが出来るので、上述した外乱等の影響
を受け難く、また、光学特性を向上させることが
出来る。

従つて構成部材は小数且つ小型であることが強
く望まれる。

（発明の目的） 本発明は、上記の問題を解決し、イオンビーム
のドリフト長を短くし、高品質のイオンビームを
提供することを目的とする。

（問題点を解決するための手段） 本願の第１の発明は、相互に対向して配設され
て静電界を形成する電極と：相互に対向して配設
されて前記静電界と交叉する静電界を形成する磁
極と：を具備して四極子以上の電磁多極子を構成
し、かかる電磁多極子の少なくとも２個を光軸お
よび光軸城に配設された絞り孔を共通にして従属
接続的に配置し、かかる電磁多極子の全ての電
極、磁極のそれぞれに各独立に電圧印加が可能で
あり、前記電極多極子の一つは光軸に垂直な平面
内において他の電磁多極子とは逆向きの静電界を
形成することが可能とされているＥ×Ｂ速度選別
器によつて前記目的を達成したものである。

また、本願の第２の発明は、相互に対向して配
設されて静電界を形成する電極と：相互に対向し
て配設されて前記静電界と交叉する静磁界を形成
する磁極と：を具備して四極子以上の電磁多極子
を構成し、当該電極多極子の全ての電極、磁極の
それぞれに各独立に電圧印加が可能とされてお
り、更に相互に対向して配設されて静電界を形成
する電極を具備して四極子以上の電気多極子を構
成し、かかる電気多極子を前記電磁多極子と共に
光軸および光軸上に配設された絞り孔を共通にし
て従属接続的に配置するとともに、この電気多極
子と光軸に垂直な平面内において前記電極多極子
とは逆向きの静電界を形成することが可能とされ
ているＥ×Ｂ速度選別器によつて前記目的を達成
したものである。

（実施例） 第１図は本発明の実施例を示したものである。

先ずイオンビーム進行方向（光軸）をＺ軸１と
し、光軸を狭むようにして２枚の平行平板非磁性
電極２，３により電極対を構成し、Ｙ軸方向に電
界Ｅ１を形成する。さらに光軸を狭むようにし
て、２枚の平行平板磁性電極４，５により磁極対
を構成し、Ｘ軸方向に磁界Ｂ１を形成する。

この場合、磁界Ｂ１は前述の電界Ｅ１と直交し
ており、電極対、磁極対により電磁四極子が構成
されている。

６は絞り部材であり、６０は、絞り部材６が光
軸Ｚ１と交わる位置に配設されて絞り孔である。

ここで当該電磁四極子と絞り部材６の中間に、
光軸および絞り孔６０を共通にして、当該電磁四
極子と同一構成の電磁四極子を配置することで、
従属接続された２段の電磁四極子をによる本発明
のＥ×Ｂ速度選別器が構成されている。

７，８は２段目の電磁四極子における電極対、
９，１０は磁極対であり、電極対７，８により電
界Ｅ２がＹ軸方向に形成され、磁極相９，１０に
より磁界Ｂ２がＸ軸方向に形成される。１１はイ
オンビームが照射されるべき試料である。

また、第２図ａは、第１図においてＺ軸（光
軸）１を含むYZ平面での、当該Ｅ×Ｂ速度選別
器の要部の断面を示したものである。

動作原理は次の如くである。

第２図ｂにおいて、−Ｘ方向に作用する磁界Ｂ
１のため、初段の電磁四極子内でばイオンビーム
，は−Ｙ方向に偏向され、イオンビーム，
の速度の差により図に示す所く軌道に異にして
偏向される。

ここで、イオンビームの速度をｖ、イオン
ビームの速度ｖとして、ｖ＞ｖであれ
ば、イオンビームが大きく偏向される。さら
に、−Ｙ方向に作用する電界Ｅ１が印加されれば、
イオンビーム，はこの電界Ｅ１によつて一層
大きく−Ｙ方向に偏向される。

イオンビーム，は初段の電磁四極子により
−Ｙ方向に偏向されたまま２段目の電磁四極子に
入射する。当該電磁四極子において＋Ｙ方向に作
用する電界Ｅ２が印加されれば、イオンビーム
，は＋Ｙ方向に偏向される。

ここで、−Ｘ方向に作用する磁界Ｂ２があれば、
さらにイオンビームとの偏向の度合の違いは
大きくなり、イオンビームとを分離し易くな
る。

次に適当なＥ２を選択すれば、図に示す如く、
イオンビームのみを絞り孔６を通過せしめ、試
料１１上を照射することが出来る。

第２図ｃにおいては、イオンビームの速度ｖ
が、ｖ＝（０、０、Ｅ１／Ｂ１）＝（０、０、Ｅ
２／Ｂ２）なる関係を満たすとき、イオンビーム
のみが直進して絞り孔６０を通過し、試料１１
上を照射出来る。

第２図ｄにおいては、初段の電磁四極子の電界
Ｅ１が＋Ｙ方向に作用し、磁界Ｂ１によつて速度
の差によつて分離して、−Ｙ方向に偏向したイオ
ンビーム，が、電界Ｅ１により＋Ｙ方向に偏
向されている。

この場合も第２図ｂと同様に考えることが出
来、イオンビーム，は、初段の電磁四極子に
よつて＋Ｙ方向に偏向されたまま２段目の電磁四
極子に入射する。２段目の四極子において、−Ｙ
方向に作用する電界Ｅ２が印加されれば、イオン
ビーム，は−Ｙに偏向される。

ここで適当な電界Ｅ２を選択すれば、図に示す
沿くイオンビームのみを絞り孔６０を通過せし
め、試料１１上を照射することができる。

以上のように、初段の電磁四極子の磁界Ｂ１、
または磁界Ｂ１と２段目の電磁四極子の磁界Ｂ２
の双方を基準として、当該２段の電磁四極子のＹ
方向の電界Ｅ１およびＥ２を制御することで、所
望の速度を有したイオンビームのみを絞り孔６０
を通過せしめ、試料１１上をＹ方向に走査するこ
とができる。

従つて当該２段の電磁四極子のＸ方向に位置す
る磁性電極にも電圧を印加してＸ方向に電界を形
成すれば、同様に試料１１上をＸ方向に走査する
ことができ、双方を組み合わせることで、試料１
１上を所望の速度を有したイオンビームでXY平
面方向に走査することができる。

本実施例では多極子を四極子として説明してい
るが、八極子でも効果は同様である。また、磁極
が絶縁物であるなどで磁極に対して電圧印加が不
可能である場合には、第３図に示す如く、磁極を
構成する磁性体の前方光軸側に非磁性電極を配置
して、これに電圧を引火することによつて電界を
設けても、その効果は同じである。

本願の第２の発明については、その構成が前述
の第２の発明と同様であり、その動作は前述の実
施例の説明にて、第２段の電磁四極子から磁界を
除き、それに関する説明を省けばよいのでその動
作は容易に類推できる。従つて説明を省略する。
尚、第２段の電磁四極子から磁界を除いたものを
電気四極子と呼ぶこととする。

この場合電磁四極子と電気四極子の従属接続
の、前、後段が逆に接続されていてもその動作原
理は同じである。

更に、これらの電磁多極子又は電気多極子を八
極子として電圧印加を制御すれば、非点補正を可
能であるし、かかる多極子を３段以上の従属接続
としてもよい。

（発明の効果） 本発明のＥ×Ｂ速度選別器は、偏向器、非点補
正器、光軸調整用アライナーもしくはそれらの任
意の組合せを兼用一化出来、光学系構成時に空間
が節約でき、光学特性向上の効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明のＥ×Ｂ速度選別器の実施例
の説明用斜視図。第２図ａ，ｂ，ｃ，ｄは、第１
図の要部断面図で、動作の原理を説明するための
もの。第３図は、本発明のＥ×Ｂ速度選別器の別
の実施例の要部断面図。 １……光軸（Ｚ軸）、２，３，７，８……非磁
性電極、４，５，９，１０……磁性電極、６……
絞り孔、１１……試料、６０……絞り部材。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 相互に対向して配設されて静電界を形成する
   電極と：相互に対向して配設されて前記静電界と
   交叉する静電界を形成する磁極と：を具備して四
   極子以上の電磁多極子を構成し、かかる電磁多極
   子の少なくとも２個を光軸および光軸上に配設さ
   れた絞り孔を共通にして従属接続的に配置し、か
   かる電磁多極子の全ての電極、磁極のそれぞれに
   各独立に電圧印加が可能であり、前記電極多極子
   の一つは光軸に垂直な平面内において他の電磁多
   極子とは逆向きの静電界を形成することが可能と
   されていることを特徴とするＥ×Ｂ速度選別器。 ２ 相互に対向して配設されて静電界を形成する
   電極と：相互に対向して配設されて前記静電界と
   交叉する静磁界を形成する磁極と：を具備して四
   極子以上の電磁多極子を構成し、当該電極多極子
   の全ての電極、磁極のそれぞれに各独立に電圧印
   加が可能とされており、更に相互に対向して配設
   されて静電界を形成する電極を具備して四極子以
   上の電気多極子を構成し、かかる電気多極子を前
   記電磁多極子と共に光軸および光軸上に配設され
   た絞り孔を共通にして従属接続的に配置するとと
   もに、この電気多極子は光軸に垂直な平面内にお
   いて前記電極多極子とは逆向きの静電界を形成す
   ることが可能とされていることを特徴とするＥ×
   Ｂ速度選別器。