TW200818230A - Charged particle beam apparatus - Google Patents

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200818230 九、發明說明 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於對試料照射荷電粒子光束，實施試料之 加工及觀察之荷電粒子光束裝置。 【先前技術】 傳統以來，對既定位置照射離子束及電子光束等之荷 電粒子光束，來實施加工及觀察等之荷電粒子光束裝置， 被應用於各種分野。荷電粒子光束裝置，例如，有人提出 具有液體金屬離子源、及用以集中液體金屬離子源所釋放 之離子束之離子束光學系之集光離子束裝置（例如，參照 專利文獻1 )。此種集光離子束裝置時，對試料之既定位 置照射集光離子束，可實施試料之蝕刻，或者，以檢測因 爲照射而從試料所發生之二次電子等，亦可觀察試料表面 。此外，具備氣體導入機構，藉由照射集光離子束且對試 料表面噴出既定之氣體，亦可促進蝕刻，或者，實施以氣 體成分形成之膜之成膜之堆積。 此外，如上述之荷電粒子光束裝置時，將荷電粒子光 束集束照射於試料之接物鏡係使用例如單透鏡（例如，參 照非專利文獻1 )。單透鏡係由3個電極所構成，2個外 側電極進行接地，且對夾於外側電極之中間電極施加正或 負之電壓來形成電場，可以利用該電場來實施通過之荷電 粒子光束之集束。施加與荷電粒子光束之加速電壓極性不 同之極性之電壓時，具有利用中間電極使荷電粒子光束加 -4- 200818230 速之加速透鏡之機能。此外，施加與荷電粒子光束之加速 電壓極性相同之極性之電壓時，具有利用中間電極使荷電 粒子光束減速之減速透鏡之機能。無論選擇施加於中間電 極之電壓之極性爲正或負’皆可實施荷電粒子光束之集束 ，然而，施加與荷電粒子光束不同之極性之電壓之加速透 鏡時，可縮小色像差，近年來，在進一步要求精密化下， 被廣泛採用。 [專利文獻1]日本特開2002-25 1 976號公報 [非專利文獻1]「電子ION HANDBOOK」，日刊工業 新聞社，1986年9月25日，ρ·68 【發明內容】 然而，如專利文獻1所示之荷電粒子光束裝置時，採 用單透鏡做爲接物鏡，當做加速透鏡來使用時，與當做減 速透鏡來使用時相比，施加電壓之絕對値非常高。因此， 如上面所述，照射荷電粒子光束且對試料表面導入氣體時 ，可能會因爲氣體而導致放電。尤其是，近年來，在要求 進一步之精密化下，使施加於接物鏡之電壓之絕對値更高 且將試料及接物鏡之距離設定成更短’其構成上’有進一 步提高導入氣體時之放電可能性之問題，其特徵爲具備： 具有使前述荷電粒子光束集束並照射試料之接物鏡之荷電 粒子光束光學系；及以相對於前述外側電極產生正負任一 之電位差之方式，切換電壓並施加於該荷電粒子光束光學 系之前述接物鏡之前述中間電極之接物鏡控制電源。 -5 - 200818230 依據本發明之荷電粒子光束裝置，未對試料之表面導 入氣體等，於無放電之疑慮時，利用接物鏡控制電源，對 中間電極施加能夠產生相對於外側電極與荷電粒子光束之 極性不同之極性之電位差之極性之電壓來做爲加速透鏡， 可以減輕像差而有效地實施荷電粒子光束之集束。另一方 面，導入氣體等時，利用接物鏡控制電源對中間電極施加 能夠產生相對於外側電極與荷電粒子光束之極性相同之極 性之電位差極性之電壓來做爲減速透鏡，可以在無放電之 疑慮下，實施荷電粒子光束之集束。 此外，上述之荷電粒子光束裝置時，前述接物鏡控制 電源最好具有：能夠施加相對於前述外側電極會產生負之 電位差之負電壓之第1電源；能夠施加相對於前述外側電 極會產生正之電位差之正電壓之第2電源；以及用以將前 述第1電源及前述第2電源之其中任一方切換連結至前述 接物鏡之前述中間電極之切換手段。 依據本發明之荷電粒子光束裝置，接物鏡控制電源具 有第1電源、第2電源、以及切換手段，能夠切換正負任 一之電壓並施加於接物鏡之中間電極。因此，未對試料之 表面導入氣體等而無放電之疑慮時，可以利用接物鏡做爲 加速透鏡，此外，導入氣體等時，可以利用接物鏡做爲減 速透鏡。 此外，上述之荷電粒子光束裝置時，前述接物鏡控制 電源亦可以爲可對前述外側電極施加會產生正負任一之電 位差，能夠切換負電壓及正電壓並施加之兩極性高壓電源 -6- 200818230 依據本發明之荷電粒子光束裝置’藉由接物鏡控制電 源爲兩極性高壓電源’能夠切換正負任一之電壓並施加於 接物鏡之中間電極。因此’未對試料表面導入氣體等而無 放電之疑慮時，可以當做加速透鏡來使用，此外，導入氣 體等時，可以當做減速透鏡來使用。 此外，上述之荷電粒子光束裝置時，前述接物鏡之前 述中間電極具有第1電極、及配置於比該第1電極更靠近 前述試料側之第2電極，前述接物鏡控制電源亦可具有： 連結於前述第1電極，以可相對於前述外側電極產生與前 述荷電粒子光束之極性不同之極性之電位差之方式，施加 與前述荷電粒子光束之極性不同之極性之電壓之第1電源 ;以及連結前述第2電極，以可相對於前述外側電極產生 與前述荷電粒子光束之極性相同之極性之電位差之方式， 施加與前述荷電粒子光束之極性相同之極性之電壓之第2 電源。 依據本發明之荷電粒子光束裝置，接物鏡控制電源具 有第1電源及第2電源，可對接物鏡之中間電極之第1電 極及第2電極施加正負互相不同之電壓。因此，未對試料 表面導入氣體等而無放電之疑慮時，以能夠相對於外側電 極產生與荷電粒子光束之極性不同之極性之電位差之方式 ’對第1電極施加與荷電粒子光束之極性不同之極性之電 壓’而做爲加速透鏡來實施荷電粒子光束之集束。此外， 導入氣體等時，以能夠相對於外側電極產生與荷電粒子光 200818230 束之極性相同之極性之電位差之方式，對第2電極施加與 荷電粒子光束之極性相同之極性之電壓，而做爲減速透鏡 來實施荷電粒子光束之集束。此外，做爲加速透鏡而施加 於第1電極之電壓之絕對値，高於做爲減速透鏡而施加於 第2電極之電壓之絕對値，然而，因爲第2電極配置於試 料側，第1電極配置於距離試料較遠之位置，也可降低做 爲加速透鏡使用時之放電之可能性。此外，施加電壓之極 性不同之第1電源及第2電源，分別連結於不同之電極， 無需配設以不會發生高電壓之極性短路而可安全切換爲目 的之複雜絕緣構造，而可實現裝置之簡化、及成本之降低 〇 此外，上述之荷電粒子光束裝置時，前述荷電粒子光 束光學系亦可以爲，前述接物鏡具有第丨接物鏡、及配置 於比該第1接物鏡更靠近前述試料側之第2接物鏡之二個 前述接物鏡，前述接物鏡控制電源係連結於前述第1接物 鏡之前述中間電極，具有：以可相對於前述第1接物鏡之 前述外側電極產生與前述荷電粒子光束之極性不同之極性 之電位差之方式，施加與前述荷電粒子光束之極性不同之 極性之電壓之第1電源；及連結於前述第2接物鏡之前述 中間電極，可相對於前述第2接物鏡之前述外側電極產生 與前述荷電粒子光束之極性相同之極性之電位差，施加與 前述荷電粒子光束之極性相同之極性之電壓之第2電源。 依據本發明之荷電粒子光束裝置，接物鏡控制電源具 有第1電源及第2電源，可對第1接物鏡之中間電極及第 -8 - 200818230 2接物鏡之中間電極施加正負互相不同之電壓。因此，未 對試料之表面導入氣體等而無放電之疑慮時，於第1接物 鏡，以可相對於外側電極產生與荷電粒子光束之極性不同 之極性之電位差之方式，對中間電極施加與荷電粒子光束 之極性不同之極性之電壓，而做爲加速透鏡來實施荷電粒 子光束之集束。此外，導入氣體等時，於第2接物鏡，以 可相對於外側電極產生與荷電粒子光束之極性相同之極性 之電位差之方式，對中間電極施加與荷電粒子光束之極性 相同之極性之電壓，而做爲減速透鏡來實施荷電粒子光束 之集束。此外，做爲加速透鏡而施加於第1接物鏡之中間 電極之電壓之絕對値高於做爲減速透鏡而施加於第2接物 鏡之中間電極之電壓之絕對値，然而，因爲第2接物鏡配 置於試料側，第1接物鏡配置於距離試料較遠之位置，也 可降低做爲加速透鏡使用時之放電之可能性。此外，施加 電壓之極性不同之第1電源及第2電源，分別連結於不同 之接物鏡，無需配設以不會發生高電壓之極性短路而可安 全切換爲目的之複雜絕緣構造，而可實現裝置之簡化、及 成本之降低。 此外，上述之荷電粒子光束裝置時，亦可具有：用以 驅動前述荷電粒子光束光學系之前述補正·偏向手段之控 制電源部；及利用前述接物鏡控制電源對前述接物鏡之前 述中間電極施加電壓，分別在與前述外側電極之間產生正 負任一之電位差時，用以預先設定以最適條件使前述荷電 粒子光束照射前述試料之前述荷電粒子光束光學系之前述 -9 - 200818230 補正·偏向手段之調整値之控制部；該控制部依據利用前 述接物鏡控制電源使前述中間電極及前述外側電極之間所 產生之電位差爲正或負，選擇前述調整値，並利用前述控 制電源部驅動前述荷電粒子光束光學系之前述補正·偏向 手段。 依據本發明之荷電粒子光束裝置，分別使中間電極及 外側電極之間產生正負任一之電位差時，控制部可利用控 制電源部驅動補正·偏向手段，以預先設定之調整値自動 調整荷電粒子光束。因此，即使施加於中間電極之電壓產 生變化，亦可保持以最適條件照射荷電粒子光束。 此外，上述之荷電粒子光束裝置時，最好具有：將氣 體導入前述荷電粒子光束照射於前述試料之照射位置之氣 體導入機構；及依據該氣體導入機構之驅動、未驅動，利 用前述接物鏡控制電源切換施加於前述接物鏡之前述中間 電極之電壓之極性之控制部。 依據本發明之荷電粒子光束裝置，未驅動氣體導入機 構時，對接物鏡之中間電極施加與荷電粒子光束之極性不 同之電壓來做爲加速透鏡，另一方面，驅動氣體導入機構 時，利用控制部自動切換施加於接物鏡之中間電極之電壓 來做爲減速透鏡，可以在無放電之疑慮下照射荷電粒子光 束。 [發明效果] 依據本發明之荷電粒子光束裝置，因爲具備接物鏡控 -10- 200818230 制電源，可減輕像差來對試料照射荷電粒子光束，且 料表面導入氣體時等’亦可以在無放電之疑慮下照射 粒子光束。 【實施方式】 (第1實施形態） 第1圖係本發明之第1實施形態。如第1圖所示 電粒子光束裝置之集光離子束裝置（fib)：[，係藉由 料Μ照射荷電粒子光束離子束丨，來實施試料Μ表面 工寺。例如’可配置晶圓做爲試料Μ，來製作ΤΕΜ( 型電子顯微鏡）觀察用之試料，或者，以光刻技術之 做爲試料Μ，實施光罩之修正等。以下，針對本實施 之集光離子束裝置1進行詳細說明。 如桌1圖所不’集光離子束裝置1具備：可配置 Μ之試料台2 ;及可對配置於試料台2之試料Μ照射 束I之離子束鏡筒3。試料台2係配置於真空腔室4 部4a。於真空腔室4，配設著真空泵5，可實施使內: 成爲高真空環境之排氣。此外，於試料台2，配設著 工作台6。五軸工作台6，連結著五軸工作台控制電 ’藉由五軸工作台控制電源3 8進行驅動，試料M可 離子束I照射方向之Z方向、及大致正交於z方向之 之X方向及Y方向以既定量移動。此外，試料亦可 未圖示之XY平面內之旋轉、及以χ軸爲中心之傾斜 離子束鏡筒3具備：前端形成與真空腔室4連通 對試 荷電 ，荷 對試 之加 透射 光罩 形態 試料 離子 之內 犯4a 五軸 氧38 以於 二軸 進行 〇 之照 -11 - 200818230 射口 7之筒體8 ;及收容於筒體8之內部8 a之基端側之荷 電粒子源之離子源9。構成離子源9之離子，係利用例如 鎵離子（Ga+ )等。離子源9係連結於離子源控制電源3 1 。其次，利用離子源控制電源3丨施加加速電壓及引出電 壓，使從離子源9引出之離子進行加速並釋放離子束I。 此外，於筒體8之內部8a，在比離子源9更爲前端側 ，配設著實施荷電粒子光束之集束之光學系離子束光學系 1 1，係配合需要對離子源9所釋放之離子束I實施補正· 偏向。離子束光學系1 1從基端側依序具有聚光鏡1 2、活 動孔徑1 3、柱頭14、掃描電極1 5、以及接物鏡1 6。 聚光鏡12係由外側電極12a、12b、及外側電極12a 、12b所夾之中間電極12c而具有分別貫通前述之貫通孔 1 2d之3片電極所構成之透鏡，中間電極12c係連結於聚 光鏡控制電源3 2。其次，外側電極1 2b進行接地，且利用 聚光鏡控制電源32對中間電極1 2c施加電壓來形成電場 ，可實施離子源9所釋放之擴散狀態之通過貫通孔1 2d之 離子束I之集束。 此外，活動孔徑1 3具備：具有既定口徑之貫通孔之 孔徑1 7、及使孔徑1 7在X方向及Y方向移動之孔徑驅動 部1 8。孔徑1 7係自身之口徑，收束聚光鏡1 2所照射之離 子束I。孔徑驅動部1 8連結著孔徑位置控制電源3 3，利 用孔徑位置控制電源3 3所供應之電力調整孔徑1 7之位置 。此外，圖上並未標示孔徑1 7，然而，係以具有不同口徑 之複數方式配設。因此，可利用孔徑驅動部1 8選擇最適 -12- 200818230 口徑之孔徑1 7，且將孔徑1 7之軸調整成與離子束I之軸 大致一致，而將離子束I收束成可抑制彗形像差之既定光 束徑。 柱頭（stigma ) 14係對通過之離子束I實施散像補正 之電極，利用柱頭控制電源3 4施加電壓來實施。此外， 掃描電極1 5係利用掃描電極控制電源3 5施加電壓來形成 平行電場，可使通過之離子束I於X方向及Y方向以既定 量偏向。其次，藉此使離子束I掃描試料Μ上，或者，以 照射既定之位置之方式移動照射位置。此外，照射位置之 移動，亦可以爲另外配設電極之構成。 如以上所示，本實施形態時，係利用聚光鏡1 2、活動 孔徑1 3、柱頭14、以及掃描電極1 5來構成補正·偏向手 段1 9，可配合需要，實施離子源9所釋放之離子束I之補 正·偏向。此外，用以構成補正·偏向手段19者，並未 受限於上述，此外，並無具有上述全部構成之必要。 此外，接物鏡1 6利用上述補正·偏向手段1 9將經過 補正·偏向之離子束I集中於試料Μ表面Μ1上之焦點位 置，而照射於試料Μ之既定位置。具體而言，接物鏡16 係單透鏡，由外側電極16a、16b、及外側電極16a、16b 所夾之中間電極16c而分別具有貫通孔16d之3片電極所 構成。該等電極係由具有導電性之金屬所形成，然而，以 對氟化氙（XeF2 )或氯（Cl2 )等之腐鈾性氣體具有高耐 腐蝕性之金屬爲佳，例如，可以從SUS3 161、哈斯特合金 、鎳等選取。此外，外側電極1 6 a、1 6 b進行接地，另一 -13- 200818230 方面，中間電極1 6 c連結於接物鏡控制電源3 6。 制電源3 6具備：可以相對於外側電極1 8 a、1 8 b 以形成離子束Ϊ之鎵離子之極性（正）不同之極 之電位差之方式，施加負電壓之第1電源36a ; 與鎵離子之極性（正）相同之極性（正）之電位 ，施加正電壓之第2電源3 6 b。可以利用切換手 行該等之切換連結。 此外，集光離子束裝置1，於試料Μ之表面 具備對離子束I之照射位置噴出氣體之氣體導入; 氣體導入機構20之氣體，對應其種類可以促進 束I之蝕刻，或者，可實施氣體成分之成膜堆積 入機構20，連結著氣體導入機構控制電源3 7， 體導入機構控制電源3 7進行驅動並噴出氣體。 此外，集光離子束裝置1，具備控制部2 1， 離子源控制電源3 1、聚光鏡控制電源3 2、孔徑 3 3、柱頭控制電源3 4、掃描電極控制電源3 5、 制電源3 6、氣體導入機構控制電源3 7、以及五 控制電源3 8所構成之控制電源部3 0之各輸出， 制部21所控制。亦即，藉由控制部21之控制， 子源控制電源3 1，而以既定之電流量、既定之加 離子源9釋放離子束I，可驅動聚光鏡控制電源 聚光鏡12以既定之縮小比實施離子束I之集束 可驅動孔徑位置控制電源3 3，調整孔徑1 7之口 ，可驅動柱頭控制電源3 3，實施離子束I之散像 接物鏡控 產生與用 性（負） 及可產生 差之方式 段36c進 Ml上， 機構2 0。 利用離子 。氣體導 可利用氣 由上述之 控制電源 接物鏡控 軸工作台 係由該控 可驅動離 速電壓使 3 2，利用 。此外， 徑及位置 補正。此 -14- 200818230 外，可驅動掃描電極控制電源3 4，利用掃描電極1 離子束I之掃描。此外，可驅動接物鏡控制電源3 6 切換手段3 6c實施正電壓及負電壓之極性切換，且 絕對値來調整焦點位置。此外，可驅動氣體導入機 電源37，導入既定量之氣體。此外，可驅動五軸工 制電源3 8，於X軸、Y軸、及Z軸之各方向實施; 之位置調整。 因此，利用接物鏡控制電源3 6之切換手段3 6 極性時，爲了於相同焦點位置及照射位置，將光束 成最適並照射，必須調整補正·偏向手段1 9之各 聚光鏡1 2、活動孔徑1 3、柱頭1 4、以及掃描電極 次，預先測定該等補正·偏向手段1 9之各構成之 並設定於控制部2 1。亦即，控制部2 1，利用接物 電源3 6改變施加於接物鏡1 6之中間電極1 6c之電 性時，依據預先設定之調整値，驅動控制電源部3 電源，調整補正·偏向手段1 9，而以最適條件照射 I。此外，控制部21，連結著終端機22，操作者可 機22實施各種調整。 此外，控制部21，可依據氣體導入機構20之 未驅動，切換施加於中間電極1 6c之電壓之極性。 控制部2 1，使氣體導入機構20處於未驅動之狀態 導入氣體下照射離子束I時，驅動切換手段3 6c， 1電源36a及接物鏡16之中間電極16c。因此，在 氣體而在無放電疑慮之環境下，將接物鏡1 6當做 5實施 ，利用 可改變 構控制 作台控 試料Μ c切換 徑調整 構成之 15。其 調整値 鏡控制 壓之極 〇之各 離子束 從終端 驅動、 亦即， ’在未 連結第 未導入 加速透 -15- 200818230 鏡使用，可減輕像差而有效地實施離子束I之集束來照射 試料Μ。 此外，例如，操作者藉由終端機26進行輸入，指示 利用氣體導入機構20導入氣體並照射離子束I時。此時 ，控制部21，先驅動接物鏡控制電源36之切換手段36c ，將連結於接物鏡16之中間電極16c之電源從第1電源 36a切換成第2電源36b，使施加之電壓成爲負電壓，而 發揮減速透鏡之機能。此外，控制部2 1，對應電壓之切換 ，驅動各控制電源部3 0，依據預先設定之各調整値調整補 正·偏向手段1 9之各構成。亦即，以既定量改變聚光鏡 控制電源3 2施加於聚光鏡1 2之電壓。此外，孔徑位置控 制電源3 3對孔徑驅動部1 8供應電力，以既定量移動孔徑 1 7。此外，改變柱頭控制電源3 4對柱頭1 4施加之既定電 壓，實施散像補正之再調整。此外，改變掃描電極控制電 源3 5施加於掃描電極1 5之既定電壓，實施照射位置之再 調整。 其次，完成全部調整後，控制部2 1，驅動氣體導入機 構控制電源3 7，使氣體導入機構20噴出氣體，且驅動離 子源控制電源3 1，使離子源9釋放離子束I並照射於試料 Μ。此時，因爲接物鏡1 6爲減速透鏡，可以抑制施加於中 間電極1 6 c之電壓之絕對値，藉此，可以防止氣體所導致 之放電。因此，在無氣體所導致之放電之疑慮下，實施離 子束I之集束並照射於試料Μ，可促進蝕刻，或者，可實 施堆積。此外，在無放電之疑慮下，可提高耐久性，提高 -16- 200818230 氣體使用時之離子束鏡筒3之壽命。此外，如上面所述， 依據調整値將補正·偏向手段1 9之各構成自動地調整成 最適條件，實施像差等之補正而照射於正確位置。 其次，輸入停止對試料Μ照射離子束I之指示時，控 制部2 1，停止驅動離子源控制電源31及氣體導入機構控 制電源3 7，停止離子束I之照射及氣體之噴出。此外，控 制部2 1，利用真空泵5實施真空腔室4之內部4a之氣體 之排氣。其次，完成排氣階段時，控制部21，驅動接物鏡 控制電源36之切換手段36c，連結第1電源36a，且依據 各調整値實施補正·偏向手段1 9之各構成之再調整，再 度使接物鏡1 6成爲加速透鏡，此外，可以對應其之最適 條件照射離子束I。 此外，上述時，藉由接物鏡控制電源3 6所施加之電 壓之極性切換、補正·偏向手段1 9之各構成之調整，係 利用控制部21自動執行，然而，並未受限於此。亦可以 於終端機22，依據操作者之輸入作業來執行。此外，接物 鏡16係由外側電極16a、16b、及中間電極16c所構成之 單透鏡，然而，並未受限於此。例如，亦可以爲一方之外 側電極16a、及另一方之外側電極16b之間產生電位差之 構成。此時，以相對於外側電極1 6a、1 6b產生相對極性 不同之電位差之方式，切換施加之電壓，亦可得到相同之 效果。 此外，接物鏡控制電源並未限制爲上述構成者。第2 圖係本實施形態之變形例。如第2圖所示，本變形例之本 -17· 200818230 實施形態之集光離子束裝置40，具備能夠切換負電壓及正 電壓並施加之兩極性高壓電源4 1做爲接物鏡控制電源。 利用本集光離子束裝置40，亦可得到相同之效果。亦即， 可以利用兩極性高壓電源41對接物鏡16之中間電極16c 施加正負不同之電壓，未對試料Μ之表面Ml導入氣體等 而無放電之疑慮時，以相對於外側電極1 6a、1 6b產生與 離子束I之極性（正）不同之極性（負）之電位差之方式 ，對中間電極16c施加負電壓，可將接物鏡16當做加速 透鏡來使用，可有效地減輕像差並實施離子束I之集束。 此外，利用氣體導入機構20導入氣體等時，切換極性而 對中間電極16c施加正電壓，將接物鏡16當做減速透鏡 來使用，沒有氣體等所導致之放電之疑慮來實施離子束I 之集束。 (第2實施形態） 第3圖係本發明之第2實施形態。本實施形態時，與 前述實施形態所使用之構件相同之構件賦予相同之符號， 並省略其說明。 如第3圖所示，本實施形態之集光離子束裝置5 0時 ，接物鏡 5 1具備二個外側電極 5 1 a、5 1 b、及外側電極 5 1 a、5 1 b所夾之中間電極5 1 c。中間電極5 1 c具有第1電 極5 1 d、及配置於比第1電極5 1 d更靠近試料Μ側之第2 電極5 1 e之二片電極。於該等外側電極5 1 a、5 1 b及中間 電極51c，形成著貫通孔51f，可實施通過之離子束I之集 -18- 200818230 束。此外，中間電極5 1 c連結著控制電源部3 0之接物鏡 控制電源52。具體而言，接物鏡控制電源52，具備可施 加與離子束I之極性（正）不同之負電壓之第1電源52a 、及可施加與離子束I之極性（正）相同之正電壓之第2 電源5 2 b。第1電源5 2 a連結於中間電極5 1 c之第1電極 51d。此外，第2電源52b連結於中間電極51c之第2電 極 5 1 e 〇 本實施形態之集光離子束裝置5 0，於氣體導入機構 20爲未驅動之狀態照射離子束I時，控制部2 1於接物鏡 控制電源52，利用第1電源52a對接物鏡5 1之第1電極 51d施加負電壓，另一方面，停止第2電源52b之驅動。 因此，於接物鏡5 1，相對於外側電極5 1 a、5 1 b，中間電 極51c之第1電極51d產生與離子束I之極性（正）不同 之負之電位差。亦即，接物鏡5 1具有加速透鏡之機能， 可減輕像差並有效地實施離子束I之集束。此外，驅動氣 體導入機構2 0之狀態照射離子束I時，控制部21，於接 物鏡控制電源52，利用第2電源52b對接物鏡5 1之第2 電極51e施加正電壓，另一方面，停止第1電源52a之驅 動。因此，於接物鏡5 1，相對於外側電極5 1 a、5 1 b，中 間電極5 1 c之第2電極5 1 e產生與離子束I之極性（正） 相同之正之電位差。亦即，接物鏡5 1具有減速透鏡之機 能，無利用氣體導入機構20導入氣體所導致之放電之疑 慮而實施離子束I之集束。此外，以做爲加速透鏡而施加 於第1電極5 1 d之電壓之絕對値，高於以當做減速透鏡而 -19- 200818230 施加於第2電極5 1 e之電壓之絕對値，然而，第2電極配 置於試料Μ側，第1電極5 1 d配置於距離試料Μ較遠之 位置，故亦可降低當做加速透鏡使用時之放電之可能性。 此外，如上面所述，切換利用接物鏡控制電源52施 加之電壓之極性時，第1電源52a及第2電源52b係分別 連結於不同之電極，而只單純地實施各電源之驅動、未驅 動之切換。因此，接物鏡控制電源5 2，無需配設以高電壓 之極性不會短路而可安全切換爲目的之複雜絕緣構造，可 實現裝置之簡化及成本之降低。 (第3實施形態） 第4圖係本發明之第3實施形態。本實施形態時，與 前述實施形態所使用之構件相同之構件賦予相同之符號， 並省略其說明。 如第4圖所示，本實施形態之集光離子束裝置60時 ，接物鏡61具有第1接物鏡62及第2接物鏡63之二個 接物鏡。第1接物鏡62係由二個外側電極62a、62b、及 一個中間電極62c而分別具有貫通孔62d之3片電極所構 成之單透鏡。同樣地，第2接物鏡6 3係由外側電極6 3 a、 63b、及中間電極63c而分別具有貫通孔63d之3片電極 所構成之單透鏡。此外，第2接物鏡6 3配置於比第1接 物鏡62更靠近試料μ側。 此外，第1接物鏡62及第2接物鏡63之各中間電極 62c、63c，連結著控制電源部3〇之接物鏡控制電源64。 -20- 200818230 具體而言，接物鏡控制電源64，具備：可施加與離子束I 之極性（正）不同之負電壓之第1電源64a ;及可施加與 離子束I之極性（正）相同之正電壓之第2電源64b。第 1電源6 4 a連結於第1接物鏡6 2之中間電極6 2 c。此外， 第2電源64b連結於第2接物鏡63之中間電極63c。 本實施形態之集光離子束裝置60時，也與第2實施 形態相同，於未驅動氣體導入機構2 0之狀態照射離子束I 時，控制部21，於接物鏡控制電源6 4，利用第1電源6 4 a 對第1接物鏡62之中間電極62c施加負電壓，另一方面 ，停止第2電源6 4 b之驅動。因此，於第1接物鏡6 2，相 對於外側電極6 2 a、6 2 b，中間電極6 2 c產生與離子束I之 極性（正）不同之負之電位差。亦即，第1接物鏡6 2具 有加速透鏡之機能，可減輕像差而有效地實施離子束I之 集束。 此外，驅動氣體導入機構20之狀態照射離子束I時 ，控制部21，於接物鏡控制電源64，利用第2電源64b 對第2接物鏡63之中間電極63c施加正電壓，另一方面 ，停止第1電源64a之驅動。因此，於第2接物鏡63，相 對於外側電極6 3 a、6 3 b，中間電極6 3 c產生與離子束I之 極性（正）相同之正之電位差。亦即，第2接物鏡63具 有減速透鏡之機能，無利用氣體導入機構20導入氣體所 導致之放電之疑慮而實施離子束I之集束。 此外，以做爲加速透鏡而施加於第1接物鏡62之中 間電極62c之電壓之絕對値，高於以做爲減速透鏡而施加 -21 - 200818230 於第2接物鏡63之中間電極63c之電壓之絕對値，然而 ，第2接物鏡63配置於試料側，第1接物鏡62配置於距 離試料Μ較遠之位置，故亦可降低使用第1接物鏡62時 之放電之可能性。此外，與第2實施形態相同，接物鏡控 制電源64，無需配設以高電壓之極性不會短路而可安全切 換爲目的之複雜絕緣構造，可實現裝置之簡化及成本之降 低。 以上，係參照圖式，針對本發明之實施形態進行詳細 說明，具體之構成並未受限於該等實施形態，只要未背離 本發明之要旨範圍之設計變更等皆包含於本發明。 此外，各實施形態之集光離子束裝置時，離子源9係 以鎵離子爲例，然而，並未受限於此。例如，亦可以使用 稀有氣體（Ar)及鹼金屬（Cs)等之陰離子。此外，各實 施形態時，荷電粒子光束裝置係以集光離子束裝置爲例， 然而，並未受限於此。例如，可照射電子光束做爲荷電粒 子光束之掃描型電子顯微鏡（SEM )等，亦可期待相同之 效果。此外，如上面所述，選擇陰離子做爲集光離子束裝 置之離子源時、或照射如掃描型電子顯微鏡所照射之電子 光束之具有負之極性之荷電粒子光束時，藉由使施加於接 物鏡之中間電極之電壓之極性成爲相反，亦可期待相同之 效果。 依據本發明之荷電粒子光束裝置，藉由具備接物鏡控 制電源，可以減輕像差來對試料照射荷電粒子光束，不但 可進行高分解能觀察，對試料之表面導入氣體時等，也可 -22- 200818230 無放電之疑慮而照射荷電粒子光束。 【圖式簡單說明】 第1圖係本發明之第1實施形態之荷電粒子光束裝置 之構成圖。 第2圖係本發明之第1實施形態之變形例之荷電粒子 光束裝置之構成圖。 第3圖係本發明之第2實施形態之荷電粒子光束裝置 之構成圖。 第4圖係本發明之第3實施形態之荷電粒子光束裝置 之構成圖。 【主要元件符號說明】 1、40、50、60:集光離子束裝置（荷電粒子光束裝 置） 9 :離子源（荷電粒子源） 11 :離子束光學系（荷電粒子光束光學系） 16、5 1、61 :接物鏡 1 6 a、1 6 b、5 1 a、5 1 b :外側電極 1 6 c、5 1 c :中間電極 19 :補正·偏向手段 2〇 :氣體導入機構 21 :控制部 3 〇 :控制電源部 -23- 200818230 36、52、64 :接物鏡控制電源 36a、 52a、 64a ：第 1 電源 36b 、 52b 、 64b :第 2 電源 3 6 c :切換手段 4 1 :兩極性高壓電源（接物鏡控制電源） 5 1 d :第1電極 5 1 e :第2電極 62 :第1接物鏡 62a、62b ：外側電極 62c :中間電極 6 3 :第2接物鏡 6 3a、63b:夕f側電極 6 3 c :中間電極 Μ :試料 I:離子束（荷電粒子光束） -24-

Claims (1)

1. 200818230 十、申請專利範圍 1· 一種荷電粒子光束裝置，其特徵爲具備： 荷電粒子源，用以釋放荷電粒子光束； 荷電粒子光束光學系，由配列於照射方向之配合需要 實施該荷電粒子光束之補正·偏向之補正·偏向手段、二 個外側電極、以及夾於該外側電極之至少一個中間電極所 構成’並且具有用以集中前述荷電粒子光束並照射於試料 之接物鏡；以及 接物鏡控制電源，以相對於前述外側電極產生正負任 一之電位差之方式，切換電壓並施加於該荷電粒子光束光 學系之前述接物鏡之前述中間電極。 2.如申請專利範圍第1項所記載之荷電粒子光束裝置 ，其中 前述接物鏡控制電源具有= 第1電源，能夠以相對於前述外側電極產生負之電位 差之方式施加負電壓； 第2電源，能夠以相對於前述外側電極產生正之電位 差之方式施加正電壓；以及 切換手段，能夠以將前述第1電源及前述第2電源中 之任一方連結於前述接物鏡之前述中間電極的方式予以切 換。 3 .如申請專利範圍第1項所記載之荷電粒子光束裝置 ，其中 前述接物鏡控制電源，係能夠以相對於前述外側電極 -25- 200818230 產生正負任一之電位差之方式，切換並施加負電壓及正電 壓之兩極性高壓電源。 4.如申請專利範圍第1項所記載之荷電粒子光束裝置 ，其中 前述接物鏡之前述中間電極，係具有第1電極、及配 置於比該第1電極更靠近前述試料側之第2電極， 前述接物鏡控制電源具有：連結於前述第1電極，以 可相對於前述外側電極產生與前述荷電粒子光束之極性不 同之極性之電位差之方式，施加與前述荷電粒子光束之極 性不同之極性之電壓之第1電源；以及連結前述第2電極 ，以可相對於前述外側電極產生與前述荷電粒子光束之極 性相同之極性之電位差之方式，施加與前述荷電粒子光束 之極性相同之極性之電壓之第2電源。 5 .如申請專利範圍第1項所記載之荷電粒子光束裝置 ，其中 前述荷電粒子光束光學系，前述接物鏡係具有：第1 接物鏡；及配置於比該第1接物鏡更靠近前述試料側之第 2接物鏡之二個前述接物鏡， 前述接物鏡控制電源具有： 第1電源，連結於前述第1接物鏡之前述中間電極， 以可相對於前述第1接物鏡之前述外側電極產生與前述荷 電粒子光束之極性不同之極性之電位差之方式，施加與前 述荷電粒子光束之極性不同之極性之電壓；及 第2電源，連結於前述第2接物鏡之前述中間電極， -26- 200818230 以可相對於前述第2接物鏡之前述外側電極產生與前述荷 電粒子光束之極性相同之極性之電位差之方式，施加與前 述荷電粒子光束之極性相同之極性之電壓。 6 ·如申請專利範圍第1至5項中之任一項所記載之荷 電粒子光束裝置，其中 具備： 控制電源部》用以驅動前述荷電粒子光束光學系之前 述補正·偏向手段；及 控制部，利用前述接物鏡控制電源對前述接物鏡之前 述中間電極施加電壓，分別在與前述外側電極之間產生正 負任一之電位差時，用以預先設定以最適條件使前述荷電 粒子光束照射前述試料之前述荷電粒子光束光學系之前述 補正·偏向手段之調整値； 該控制部依據利用前述接物鏡控制電源使前述中間電 極及前述外側電極之間所產生之電位差爲正或負，選擇前 述調整値’並利用前述控制電源部驅動前述荷電粒子光束 光學系之前述補正·偏向手段。 7 ·如申請專利範圍第1至5項中之任一項所記載之荷 電粒子光束裝置，其中 具備： 氣體導入機構’用以導入氣體於前述荷電粒子光束照 射前述試料之照射位置；及 控制部’依據該氣體導入機構之驅動及未驅動，利用 前述接物鏡控制電源切換對前述接物鏡之前述中間電極所 -27- 200818230 施加之電壓之極性。 -28