JPH0550267A - Electron beam working device - Google Patents
Electron beam working deviceInfo
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- JPH0550267A JPH0550267A JP3196329A JP19632991A JPH0550267A JP H0550267 A JPH0550267 A JP H0550267A JP 3196329 A JP3196329 A JP 3196329A JP 19632991 A JP19632991 A JP 19632991A JP H0550267 A JPH0550267 A JP H0550267A
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- electron beam
- processing apparatus
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- electron
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- Electron Sources, Ion Sources (AREA)
- Drying Of Semiconductors (AREA)
- Welding Or Cutting Using Electron Beams (AREA)
Abstract
Description
【0001】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、半導体膜のエッチン
グ、成膜、アニールまたは機械部品の溶接、加工に用い
る電子ビーム加工装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an electron beam processing apparatus used for etching, film forming, annealing of semiconductor films or welding and processing of mechanical parts.
【0002】[0002]
【従来の技術】電子ビーム装置を用いて半導体膜のエッ
チング、成膜、アニール、または機械部品の溶接、加工
等をおこなう際、処理したい試料の領域内をできる限り
均一に電子ビーム照射するのが望ましい。そのため、従
来、電流密度がガウス分布状のスポットビームを高速に
往復走査したり、あるいは線状カソードを用いて直接に
均一な電流密度分布の線状ビームを形成し、この線状ビ
ームを走査し、試料を処理してきた(精機学界エネルギ
ービーム分科会編:エネルギビーム加工(リアライズ
社、1985)p.268)。2. Description of the Related Art When a semiconductor film is etched, formed, annealed, or mechanical parts are welded or processed by using an electron beam apparatus, it is necessary to irradiate an area of a sample to be processed with an electron beam as uniformly as possible. desirable. Therefore, conventionally, a spot beam with a current density of Gaussian distribution was reciprocally scanned at high speed, or a linear cathode was directly used to form a linear beam with a uniform current density distribution, and this linear beam was scanned. , A sample has been processed (edited by Seikagakukai Energy Beam Subcommittee: Energy Beam Processing (Realize Co., 1985) p. 268).
【0003】[0003]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、一般に
エッチングにおける溝加工等の異方性が要求される加工
においては、電子ビームが試料に垂直に入射することが
必要となるが、従来の電子ビーム加工装置では、ビーム
を収束あるいは走査するためビームの入射が必ずしも垂
直にはならず高異方性の加工ができなかった。また、ビ
ームの加速もkeVオーダーであったため、ビーム照射
により試料に損傷が生ずるという問題があった。However, in general, in the processing which requires anisotropy such as groove processing in etching, it is necessary that the electron beam is perpendicularly incident on the sample. Since the apparatus converges or scans the beam, the beam incidence is not always vertical and high anisotropic processing cannot be performed. Further, since the beam acceleration is also in the keV order, there is a problem that the sample is damaged by the beam irradiation.
【0004】本発明の目的は、このような問題を解決
し、電子ビームを広い領域に均一に、また、試料に対し
て垂直に照射することのできる電子ビーム加工装置を提
供することにある。An object of the present invention is to solve such problems and to provide an electron beam processing apparatus capable of irradiating an electron beam uniformly over a wide area and perpendicularly to a sample.
【0005】[0005]
【課題を解決するための手段】本発明によれば、カソー
ドとウェネルト電極と引き出し電極とアノードとビーム
集束系と偏向系と試料台およびその駆動系を基本構成と
する電子ビーム加工装置に於いて、ウェネルト電極に複
数の略矩形状穴を並列に有し、それぞれに線状のカソー
ドを有することを特徴とする電子ビーム加工装置、また
は、上記の電子ビーム加工装置に於いて、ビーム軸と同
軸上に試料外周に磁気コイルを有することを特徴とする
電子ビーム加工装置、または、上記電子ビーム加工装置
に於いて、試料直下に試料面積以上の磁極面積を有する
磁石を有することを特徴とする電子ビーム加工装置が得
られる。According to the present invention, there is provided an electron beam processing apparatus having a cathode, a Wehnelt electrode, an extraction electrode, an anode, a beam focusing system, a deflection system, a sample stage, and a drive system thereof as basic components. , An electron beam processing apparatus having a plurality of substantially rectangular holes in parallel in the Wehnelt electrode, each having a linear cathode, or in the above electron beam processing apparatus, coaxial with the beam axis An electron beam processing apparatus characterized by having a magnetic coil on the outer circumference of the sample, or an electron characterized by having a magnet having a magnetic pole area equal to or larger than the sample area directly below the sample in the electron beam processing apparatus. A beam processing device is obtained.
【0006】[0006]
【作用】一般に、高融点金属のカソードを加熱して電子
を放出させるカソードは、カソードの温度が均一ならば
カソード面に印加される電圧の3/2乗に比例して電子
ビームが引き出される。また、引き出されたビームは互
いの電荷による反発によって広がりガウス分布状にな
る。In general, in a cathode that emits electrons by heating a high melting point metal cathode, an electron beam is extracted in proportion to the 3/2 power of the voltage applied to the cathode surface if the temperature of the cathode is uniform. In addition, the extracted beams expand due to repulsion caused by mutual charges and become a Gaussian distribution.
【0007】大面積のビームを照射するには、カソード
を大面積にしビームの発生源を大面積にするか、あるい
はカソードから大電流のビームを引き出した後ビームを
広げるのが一般的であるが、大面積のカソードはカソー
ド前面にかかる電圧がウェネルト電極の影響により中心
が強くなり、また、大電流のビームを広げるのは電子同
士の反発により、上記理由から両者ともガウス分布状に
なる。To irradiate a large-area beam, it is general to make the cathode a large area and to make the beam generation source a large area, or to draw the beam of a large current from the cathode and then spread the beam. In the case of a large-area cathode, the voltage applied to the front surface of the cathode becomes strong at the center due to the influence of the Wehnelt electrode, and the reason for spreading the large-current beam is the repulsion of electrons, and both of them have a Gaussian distribution for the above reason.
【0008】そこで、本発明の請求項1の電子ビーム加
工装置によれば、図1に示すように、ウェネルト電極に
並列に略矩形状穴を有し、そこに線状カソードを有する
構造とする。線状カソードから放出される電子ビームは
図1(b)に示すように、単体のビームでは短辺方向の
ビーム電流はガウス分布状であるものの、長辺方向は均
一な電流密度となる。そこで線状カソードを適度な間隔
をおいて並列に並べ、ビームを放出するとビームの長辺
方向に関しては、隣接するビームの影響は受けず、ま
た、同一形状同一条件のカソードであるため照射される
ビームは均一となる。これに対し、短辺方向は隣接する
ビームとの和となり、ビーム間の間隔を適切にすること
により、均一なビーム電流密度とすることができる。こ
のようにして、複数のビームの組み合わせによって、ビ
ーム電流密度が均一で大面積のビームが形成される。Therefore, according to the electron beam processing apparatus of the first aspect of the present invention, as shown in FIG. 1, the Wehnelt electrode has a substantially rectangular hole in parallel therewith, and a linear cathode is provided therein. . As shown in FIG. 1 (b), the electron beam emitted from the linear cathode has a uniform Gaussian distribution in the short-side direction, but a uniform current density in the long-side direction. Therefore, when the linear cathodes are arranged in parallel at an appropriate interval and the beam is emitted, the beam is not affected by the adjacent beams in the direction of the long side of the beam, and it is irradiated because the cathodes have the same shape and the same conditions. The beam will be uniform. On the other hand, the short-side direction is the sum of the adjacent beams, and a proper beam current density can be obtained by appropriately setting the interval between the beams. In this way, a beam having a uniform beam current density and a large area is formed by combining a plurality of beams.
【0009】さらに、本発明による電子ビーム加工装置
は、引き出し電極とアノードを設けているため、カソー
ドに負の電位、引き出し電極に正の電位、アノードにア
ース電位を印加することにより、ビームの光学系は加速
−減速方式となり、高電圧で大電流を引き出し、その後
低加速に減速させることができ、これによりビーム照射
による試料損傷を低く抑えることができる。Further, since the electron beam processing apparatus according to the present invention is provided with the extraction electrode and the anode, by applying a negative potential to the cathode, a positive potential to the extraction electrode, and a ground potential to the anode, the beam optical is processed. The system is an acceleration-deceleration system, and a large current can be drawn at a high voltage and then decelerated to a low acceleration, whereby the sample damage due to beam irradiation can be suppressed to a low level.
【0010】また、本発明の請求項2の電子ビーム加工
装置によれば、上記のようにして引き出された電子ビー
ムが照射される試料外周に磁気コイルを有した構造とす
る。電子は質量が軽く電荷が大きいため、電磁界によっ
て容易に運動方向が変化する。電子が磁界中を運動する
ときは磁力線に巻き付くようなサイクロトロン運動をお
こなう。電子ビームの出射時に平行ビームであっても電
子同士の電荷によって反発し、ある広がり角を持つよう
になる。そこで試料に対して垂直な磁力線を持つ磁界を
形成すると、電子はその磁界に巻き付くような運動を行
い、全体的にまみると電子の広がりは抑えられるように
なる。この垂直な磁界を形成するのにビームと同一軸上
の磁気コイルを使用する。磁気コイルの磁力線は、コイ
ルが十分長い場合やコイル中心付近では軸に対して平行
とみなすことができ、この領域に試料を置くことによっ
て試料に入射する電子ビームの広がりを抑えることがで
きる。一般にサイクロトロン運動の半径は次式で表され
る。According to the electron beam processing apparatus of the second aspect of the present invention, the structure is such that the outer periphery of the sample irradiated with the electron beam extracted as described above has a magnetic coil. Since the electron has a small mass and a large electric charge, the direction of motion is easily changed by the electromagnetic field. When an electron moves in a magnetic field, it performs a cyclotron motion that wraps around the magnetic field line. When the electron beam is emitted, even if it is a parallel beam, the electrons repel each other due to the charges of the electrons, and a certain spread angle is obtained. Therefore, when a magnetic field having a line of magnetic force perpendicular to the sample is formed, the electrons make a motion that wraps around the magnetic field, and as a whole, the spread of the electrons can be suppressed. A magnetic coil on the same axis as the beam is used to create this perpendicular magnetic field. The magnetic lines of force of the magnetic coil can be regarded as parallel to the axis when the coil is sufficiently long or near the center of the coil, and the spread of the electron beam incident on the sample can be suppressed by placing the sample in this region. Generally, the radius of cyclotron motion is expressed by the following equation.
【0011】a=mv/|q|B ここで、aは円運動半径,mは電子の質量,qは電子の
電荷,Bは磁界強度,vは電子の磁場に垂直な速度であ
る。A = mv / | q | B where a is the radius of circular motion, m is the mass of the electron, q is the charge of the electron, B is the magnetic field strength, and v is the velocity perpendicular to the magnetic field of the electron.
【0012】式から、半径を小さくするには電子を低加
速にし、磁力を大きくすればよいことがわかる。From the equation, it can be seen that in order to reduce the radius, the electrons should be accelerated to a low degree and the magnetic force should be increased.
【0013】本発明の請求項3も請求項2と同等な効果
を持つ磁界の形成方法である。ここでは、試料面積と同
等以上の大きさを持つ磁極(N極でもS極でも可)を試
料直下に置く。磁力線はそれ自体で閉じた系であり、N
極から出た磁力はS極に入る。このとき極の面に対して
垂直に入射するため、試料直下に試料と平行な平面を持
つ磁極を置くことによって、試料面に対して垂直な磁力
線が形成されることになり、試料に入射する電子ビーム
の広がりを抑えることができる。A third aspect of the present invention is also a method of forming a magnetic field having the same effect as the second aspect. Here, a magnetic pole (N-pole or S-pole) having a size equal to or larger than the sample area is placed immediately below the sample. A magnetic field line is a system closed by itself, and N
The magnetic force emitted from the pole enters the S pole. At this time, since the light enters perpendicularly to the surface of the pole, by placing a magnetic pole having a plane parallel to the sample just below the sample, a magnetic force line perpendicular to the surface of the sample is formed, which is incident on the sample. The spread of the electron beam can be suppressed.
【0014】[0014]
【実施例】次に本発明について図面を参照して説明す
る。図1(a)は本発明の第1の実施例の電子ビーム加
工装置の構成を示す図である。複数個並列に取り付けら
れた線状カソード1から引き出し電極3との電位差によ
り電子ビームが放出される。ビーム電流はウェネルト電
極2に印加されるバイアス電圧によって調整される。引
き出し電極3を通過した電子ビームはアース電位のアノ
ード4によって減速される。引き出されたビームの電流
密度は図1(b)に示すように長辺方向、短辺方向とも
に均一なビームとなる。ビームはビーム集束系6によっ
て試料8上に集束し、ビーム偏向系7によって走査され
る。試料は試料ホルダ9に固定され、試料ホルダ9は試
料ホルダ駆動系10によって平面内を移動できる。電子
ビームは集束系を使わずに発散させたままにし、より大
面積のビームを形成することもでき、実験によれば1k
Vの加速電圧で1/20以下の広がり角を持つ。The present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1A is a diagram showing the configuration of an electron beam processing apparatus according to the first embodiment of the present invention. An electron beam is emitted from a plurality of linear cathodes 1 mounted in parallel due to the potential difference between the linear cathodes 1 and the extraction electrode 3. The beam current is adjusted by the bias voltage applied to the Wehnelt electrode 2. The electron beam that has passed through the extraction electrode 3 is decelerated by the anode 4 having the ground potential. The current density of the extracted beam is uniform in the long-side direction and the short-side direction as shown in FIG. The beam is focused on the sample 8 by the beam focusing system 6 and scanned by the beam deflecting system 7. The sample is fixed to the sample holder 9, and the sample holder 9 can be moved in a plane by the sample holder drive system 10. The electron beam can also be made to diverge without using a focusing system to form a larger area beam, and experiments have shown that
The accelerating voltage of V has a spread angle of 1/20 or less.
【0015】図2は本発明による線状カソードの並び方
をウェネルト電極とともに示した図である。線状カソー
ドは並列に並んでおり、それぞれウェネルト電極に囲ま
れているため、カソードに印加される電圧はそれぞれ同
一となり、同一のビームが出射される。FIG. 2 is a view showing the arrangement of linear cathodes according to the present invention together with Wehnelt electrodes. Since the linear cathodes are arranged in parallel and surrounded by the Wehnelt electrodes, the voltages applied to the cathodes are the same and the same beam is emitted.
【0016】図3は本発明の第2の実施例の電子ビーム
加工装置の構成を示す図である。図1で示した構成図に
試料外周部に磁気コイル11を設けたものである。磁気
コイルによって形成される磁界により、ある広がり角を
持った電子ビームが試料に垂直に入射する。FIG. 3 is a view showing the arrangement of an electron beam processing apparatus according to the second embodiment of the present invention. A magnetic coil 11 is provided on the outer peripheral portion of the sample in the configuration diagram shown in FIG. Due to the magnetic field formed by the magnetic coil, an electron beam having a certain divergence angle is vertically incident on the sample.
【0017】図4は本発明の第3の実施例の電子ビーム
加工装置の構成を示す図である。図1で示した構成図の
試料直下に磁石12を設けたものである。図3と同様に
ある広がり角を持った電子ビームが磁界によって試料に
垂直に入射する。FIG. 4 is a view showing the arrangement of an electron beam processing apparatus according to the third embodiment of the present invention. The magnet 12 is provided immediately below the sample in the configuration diagram shown in FIG. As in FIG. 3, an electron beam having a certain divergence angle is vertically incident on the sample by the magnetic field.
【0018】[0018]
【発明の効果】以上述べたとおり、本発明の電子ビーム
加工装置によれば、均一な電流密度で大面積の電子ビー
ムを試料に対して垂直に照射でき、従って、エッチング
等の高異方性の加工が可能になる。As described above, according to the electron beam processing apparatus of the present invention, it is possible to vertically irradiate a sample with an electron beam of a large area with a uniform current density. Can be processed.
【図1】本発明の第1の実施例を示す図で、(a)図は
電子ビーム加工装置の構成図、(b)図は本発明の第1
の実施例の電子ビーム加工装置によって照射される電子
ビームの長辺方向および短辺方向のプロファイルの概略
図である。1A and 1B are views showing a first embodiment of the present invention, wherein FIG. 1A is a configuration diagram of an electron beam processing apparatus, and FIG. 1B is a first embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a schematic view of a long-side direction and a short-side direction profile of an electron beam emitted by the electron beam processing apparatus of the embodiment of FIG.
【図2】本発明による線状カソードの並び方をウェネル
ト電極とともに示した図である。FIG. 2 is a view showing how to arrange linear cathodes according to the present invention together with Wehnelt electrodes.
【図3】本発明の第2の実施例の電子ビーム加工装置の
構成図である。FIG. 3 is a configuration diagram of an electron beam processing apparatus according to a second embodiment of the present invention.
【図4】本発明の第3の実施例の電子ビーム加工装置を
示した図である。FIG. 4 is a diagram showing an electron beam processing apparatus according to a third embodiment of the present invention.
1 線状カソード 2 ウェネルト電極 3 引き出し電極 4 アノード 5 電子ビーム 6 ビーム集束系 7 ビーム偏向系 8 試料 9 試料ホルダ 10 試料ホルダ駆動系 11 磁気コイル 12 磁石 1 linear cathode 2 Wehnelt electrode 3 extraction electrode 4 anode 5 electron beam 6 beam focusing system 7 beam deflection system 8 sample 9 sample holder 10 sample holder drive system 11 magnetic coil 12 magnet
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 // B23K 101:40 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 5 Identification code Office reference number FI technical display area // B23K 101: 40
Claims (3)
極とアノードとビーム集束系とビーム偏向系と試料台お
よびその駆動系を基板構成とする電子ビーム加工装置に
於いて、ウェネルト電極に複数の略矩形状穴を並列に有
し、それぞれに線状のカソードを有することを特徴とす
る電子ビーム加工装置。1. An electron beam processing apparatus comprising a cathode, a Wehnelt electrode, an extraction electrode, an anode, a beam focusing system, a beam deflecting system, a sample stage and its driving system as a substrate structure. An electron beam processing apparatus having holes in parallel, each having a linear cathode.
いて、ビーム軸と同軸上に試料外周に磁気コイルを有す
ることを特徴とする電子ビーム加工装置。2. The electron beam processing apparatus according to claim 1, wherein a magnetic coil is provided on the outer circumference of the sample coaxially with the beam axis.
いて、試料直下に試料面積以上の磁極面積を有する磁石
を有することを特徴とする電子ビーム加工装置。3. The electron beam processing apparatus according to claim 1, further comprising a magnet having a magnetic pole area equal to or larger than the sample area immediately below the sample.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3196329A JPH0550267A (en) | 1991-08-06 | 1991-08-06 | Electron beam working device |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP3196329A JPH0550267A (en) | 1991-08-06 | 1991-08-06 | Electron beam working device |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0550267A true JPH0550267A (en) | 1993-03-02 |
Family
ID=16356017
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP3196329A Pending JPH0550267A (en) | 1991-08-06 | 1991-08-06 | Electron beam working device |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH0550267A (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006120431A (en) * | 2004-10-21 | 2006-05-11 | Yyl:Kk | Electron beam equipment |
CN110587101A (en) * | 2019-10-17 | 2019-12-20 | 太仓束捍机电科技有限公司 | Vacuum electron beam welding machine convenient to switch weldment |
-
1991
- 1991-08-06 JP JP3196329A patent/JPH0550267A/en active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2006120431A (en) * | 2004-10-21 | 2006-05-11 | Yyl:Kk | Electron beam equipment |
CN110587101A (en) * | 2019-10-17 | 2019-12-20 | 太仓束捍机电科技有限公司 | Vacuum electron beam welding machine convenient to switch weldment |
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