【手続補正書】
【提出日】平成18年10月5日(2006.10.5)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【書類名】        明細書
【発明の名称】    ターゲット上への材料の蒸着とモニタリングとを同時に行なう方法及び装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの荷電粒子ビームを結合させる方法であって
（ａ）第１のビームを第１の軸線に沿って所定の電場及び磁場の双方又はいずれか一方中へ指向させる工程と、
（ｂ）第２のビームを第２の軸線に沿って前記電場及び磁場の双方又はいずれか一方中へ指向させる工程と、
（ｃ）前記第１のビーム及び前記第２のビームを、前記電場及び磁場の双方又はいずれか一方との相互作用を通じて偏向させ、第３の軸線に沿った第３のビームにする工程と
を含むことを特徴とする結合方法。
【請求項２】
前記電場及び磁場の双方又はいずれか一方は、幾何学的な中心部を有する磁場であることを特徴とする、請求項１に記載の結合方法。
【請求項３】
前記第１のビームは、前記幾何学的な中心部に焦点されることを特徴とする、請求項２に記載の結合方法。
【請求項４】
前記第２のビームは、前記幾何学的な中心部に焦点されることを特徴とする、請求項３に記載の結合方法。
【請求項５】
前記第３のビームは、同一直線上及び同軸上の少なくとも一方に存在することを特徴とする、請求項４に記載の結合方法。
【請求項６】
前記電場及び磁場の双方又はいずれか一方は、円筒形の磁場であることを特徴とする、請求項１に記載の結合方法。
【請求項７】
前記電場及び磁場の双方又はいずれか一方は、実質的に円筒対称形の磁場であって、前記ビームが焦点する幾何学的な中心部を有する当該磁場であることを特徴とする、請求項１に記載の結合方法。
【請求項８】
（ａ）前記第１のビームは正電荷イオン粒子を含み、
（ｂ）前記第２のビームは負電荷イオン粒子を含み、
（ｃ）前記第１のビームからの前記正電荷イオン粒子をターゲット上に堆積する工程と、
（ｄ）前記第２のビームからの前記負電荷イオン粒子を前記ターゲットから前記磁場へ向けて反射させる工程と、
（ｅ）前記ターゲットから反射された前記負電荷イオンをモニタリングする工程と、
を含むことを特徴とする、請求項７に記載の結合方法。
【請求項９】
前記モニタリングする工程が、前記電荷イオン粒子の堆積工程をモニタリングする処理を有することを特徴とする、請求項８に記載の結合方法。
【請求項１０】
少なくとも２つの荷電粒子ビームの分離方法であって、
（ａ）混合荷電粒子を含む第１のビームを第１の軸線に沿って電場及び磁場の双方又はいずれか一方に指向させる工程と、
（ｂ）この電場及び磁場の双方又はいずれか一方へ前記第１のビームを焦点させる工程と、
（ｃ）前記混合荷電粒子を、前記第１のビームと前記電場及び磁場の双方又はいずれか一方との相互作用を通じて少なくとも第２のビームと第３のビームとに分離する工程と、
を含むことを特徴とする分離方法。
【請求項１１】
前記電場及び磁場の双方又はいずれか一方は、幾何学的な中心部を有する磁場であることを特徴とする、請求項１０に記載の分離方法。
【請求項１２】
前記第１のビームは、前記幾何学的な中心部に焦点されることを特徴とする、請求項１１に記載の分離方法。
【請求項１３】
前記第１のビームは、同軸上に存在する混合荷電粒子を含むことを特徴とする、請求項１２に記載の分離方法。
【請求項１４】
前記第１のビームは、同一直線上に存在する混合荷電粒子を含むことを特徴とする、請求項１２に記載の分離方法。
【請求項１５】
前記混合荷電粒子は、
（ａ）電荷／質量比、
（ｂ）電荷、及び
（ｃ）エネルギーの少なくとも１つにおいて異なる粒子から構成されていることを特徴とする、請求項１０の記載の分離方法。
【請求項１６】
前記電場及び磁場の双方又はいずれか一方は、円筒形の磁場であることを特徴とする、請求項１０に記載の分離方法。
【請求項１７】
前記電場及び磁場の双方又はいずれか一方は、実質的に円筒対称形であり、前記ビームを焦点させる幾何学的な中心部を有する磁場であることを特徴とする、請求項１０に記載の分離方法。
【請求項１８】
（ａ）前記第１のビームは電荷／質量比の異なる混合荷電粒子を含み、
（ｂ）前記混合荷電粒子の少なくとも１つは正電荷イオン粒子であって、所定のターゲット上に蒸着されるものであり、
（ｃ）前記混合荷電粒子の少なくとも１つは電子であって、前記ターゲットから反射されるものであり、
（ｄ）前記ターゲットから反射された前記電子をモニタリングする、
ことを特徴とする、請求項１７に記載の分離方法。
【請求項１９】
前記正電荷イオン粒子の堆積過程をモニタリングすることを特徴とする、請求項１８に記載の分離方法。
【請求項２０】
少なくとも２つの荷電粒子ビームを偏向させる方法であって、
（ａ）第１のビームを第１の軸線に沿って所定の電場及び磁場の双方又はいずれか一方へ導入し、第２の軸線に沿って当該電場及び磁場の双方又はいずれか一方から出射させる工程と、
（ｂ）第２のビームを第３の軸線に沿って前記電場及び磁場の双方又はいずれか一方へ導入し、第４の軸線に沿って前記電場及び磁場の双方又はいずれか一方から出射させる工程と
を含み、
前記第３の軸線は、前記第２の軸線に対して同一直線上又は同一軸上に存在し、
前記第３の軸認に沿った前記第２のビームは、前記第２の軸線に沿った前記第１のビームと異なる方向に進行することを特徴とする偏向方法。
【請求項２１】
前記電場及び磁場の双方又はいずれか一方は、幾何学的な中心部を有する磁場であることを特徴とする、請求項２０に記載の偏向方法。
【請求項２２】
前記第１のビームは、前記幾何学的な中心部に焦点されることを特徴とする、請求項２１に記載の偏向方法。
【請求項２３】
前記第２のビームは、前記幾何学的な中心部に焦点されることを特徴とする、請求項２２に記載の偏向方法。
【請求項２４】
前記第１の軸線及び前記第４の軸線は、同一軸上に存在しないことを特徴とする、請求項２３に記載の偏向方法。
【請求項２５】
前記第１の軸線及び前記第４の軸線は、同一直線上に存在しないことを特徴とする、請求項２３に記載の偏向方法。
【請求項２６】
前記第２の軸線及び前記第３の軸線は、同一軸上に存在することを特徴とする、請求項２０に記載の偏向方法。
【請求項２７】
前記第２の軸線及び前記第３の軸線は、同一直線上に存在することを特徴とする、請求項２０に記載の偏向方法。
【請求項２８】
前記電場及び／磁場は、円筒形の磁場であることを特徴とする、請求項２０に記載の偏向方法。
【請求項２９】
前記電場及び／磁場は、実質的に円筒対称形であり、前記ビームが焦点する幾何学的な中心部を有する磁場であることを特徴とする、請求項２０に記載の偏向方法。
【請求項３０】
少なくとも２つの荷電粒子を結合する装置であって、
（ａ）電場及び／磁場と、
（ｂ）第１の軸線に沿って前記電場及び／磁場へ導かれる第１のビームと、
（ｃ）第２の軸線に沿って前記電場及び／磁場へ導かれる第２のビームと
を具え、
（ｄ）前記第１のビームと前記第２のビームとが、前記電場及び／磁場との相互作用を通じて結合し、第３の軸線に沿って導かれる第３のビームとなるようにすることを特徴とする装置。
【請求項３１】
前記電場及び／磁場は、幾何学的な中心部を有する磁場であることを特徴とする、請求項３０に記載の装置。
【請求項３２】
前記第１のビームは、前記幾何学的な中心部に焦点されることを特徴とする、請求項３１に記載の装置。
【請求項３３】
前記第２のビームは、前記幾何学的な中心部に焦点されることを特徴とする、請求項３２に記載の装置。
【請求項３４】
前記第３のビームは、同一直線上又は同一軸上に存在することを特徴とする、請求項３３に記載の装置。
【請求項３５】
前記電場及び／磁場は、円筒形の磁場であることを特徴とする、請求項３４に記載の装置。
【請求項３６】
前記電場及び／磁場は、実質的に円筒対称形であり、前記ビームが焦点する幾何学的な中心部を有する磁場であることを特徴とする、請求項３０に記載の装置。
【請求項３７】
（ａ）前記第１のビームは、所定のターゲット上に堆積される正電荷イオン粒子を含み、
（ｂ）前記第２のビームは、前記ターゲットから前記磁場中へ反射される電子を含み、
（ｃ）前記ターゲットから反射された前記電子をモニタリングするモニタリング装置を具えることを特徴とする、請求項３６に記載の装置。
【請求項３８】
前記モニタリング装置は前記イオン粒子の堆積過程をモニタリングすることを特徴とする、請求項３７に記載の装置。
【請求項３９】
前記第１の軸線及び前記第２の軸線は、約１２７度の角度をなしていることを特徴とする、請求項３０に記載の装置。
【請求項４０】
少なくとも２つの荷電粒子を分離する装置であって、
（ａ）電場及び磁場の双方又はいずれか一方と、
（ｂ）第１の軸線に沿って前記電場及び磁場の双方又はいずれか一方へ導かれ当該電場及び磁場の双方又はいずれか一方に焦点される、混合荷電粒子を有する第１のビームと、
（ｃ）前記電場及び磁場の双方又はいずれか一方場と前記第１のビームとの相互作用によって、前記第１の荷電粒子より生成された第２のビーム及び第３のビームと
を具えることを特徴とする装置。
【請求項４１】
前記電場及び磁場の双方又はいずれか一方は、幾何学的な中心部を有する磁場であることを特徴とする、請求項４０に記載の装置。
【請求項４２】
前記第１のビームは、前記幾何学的な中心部に焦点されることを特徴とする、請求項４１に記載の装置。
【請求項４３】
前記第１のビームは、同一軸上に存在する混合荷電粒子を有することを特徴とする、請求項４２に記載の装置。
【請求項４４】
前記第１のビームは、同一直線上に存在する混合荷電粒子を有することを特徴とする、請求項４２に記載の装置。
【請求項４５】
前記混合荷電粒子は、
（ａ）電荷／質量比、
（ｂ）電荷、及び
（ｃ）エネルギー
の少なくとも１つにおいて異なる粒子から構成されていることを特徴とする、請求項４０の記載の装置。
【請求項４６】
前記電場及び磁場の双方又はいずれか一方は、円筒形の磁場であることを特徴とする、請求項４０に記載の装置。
【請求項４７】
前記電場及び磁場の双方又はいずれか一方は、実質的に円筒対称形であり、前記ビームが焦点する幾何学的な中心部を有する磁場であることを特徴とする、請求項４０に記載の装置。
【請求項４８】
（ａ）前記第１のビームは、異なる電荷／質量比を有する混合荷電粒子を含み、
（ｂ）前記混合荷電粒子の少なくとも１つは正電荷イオン粒子であって、所定のターゲット上に堆積されるものであり、
（ｃ）前記混合荷電粒子の少なくとも１つは電子であって、前記ターゲットから反射されるものであり、
（ｄ）前記ターゲットから反射された前記電子をモニタリングするためのモニタリング装置を具える
ことを特徴とする、請求項４７に記載の装置。
【請求項４９】
前記モニタリング装置は、記正電荷イオン粒子の堆積過程をモニタリングすることを特徴とする、請求項４８に記載の装置。
【請求項５０】
少なくとも２つの荷電粒子ビームを偏向する装置であって、
（ａ）第１の軸線に沿って所定の電場及び磁場の双方又はいずれか一方中に導入され、第２の軸線に沿って前記電場及び磁場の双方又はいずれか一方場より出射される第１のビームと、
（ｂ）第３の軸線に沿って所定の電場及び磁場の双方又はいずれか一方に導入され、第４の軸線に沿って前記電場及び磁場の双方又はいずれか一方より出射される第２のビームと
を具え、
前記第３の軸線は、前記第２の軸線と同一直線上又は同一軸上に存在し、
前記第３の軸線に沿った前記第２のビームは、前記第２の軸線に沿った前記第１のビームと異なる方向に進行することを特徴とする装置。
【請求項５１】
前記電場及び磁場の双方又はいずれか一方は、幾何学的な中心部を有する磁場であることを特徴とする、請求項５０に記載の装置。
【請求項５２】
前記第１のビームは、前記幾何学的な中心部に焦点されることを特徴とする、請求項５１に記載の装置。
【請求項５３】
前記第２のビームは、前記幾何学的な中心部に焦点されることを特徴とする、請求項５２に記載の装置。
【請求項５４】
前記第１の軸線及び前記第４の軸線は、同一軸上に存在しないことを特徴とする、請求項５３に記載の装置。
【請求項５５】
前記第１の軸線及び前記第４の軸線は、同一直線上に存在しないことを特徴とする、請求項５３に記載の装置。
【請求項５６】
前記第２の軸線及び前記第３の軸線は、同一軸上に存在することを特徴とする、請求項５０に記載の装置。
【請求項５７】
前記第２の軸線及び前記第３の軸線は、同一直線上に存在することを特徴とする、請求項５０に記載の装置。
【請求項５８】
前記電場及び磁場の双方又はいずれか一方は、円筒形の磁場であることを特徴とする、請求項５０に記載の装置。
【請求項５９】
少なくとも２つのビームの焦点方法であって、
（ａ）互いに同一軸上に存在するととともに、互いに異なる電荷の第１のビーム及び第２のビームを提供する工程と、
（ｂ）前記第１のビーム及び前記第２のビームを、同一平面上に焦点させるようにレンズ内を通過させる工程と
を含むことを特徴とする焦点方法。
【請求項６０】
（ａ）前記第１のビームを第１の軸線に沿って所定の磁場中に導入する工程と、
（ｂ）前記第２のビームを、前記第１の軸線と異なる第２の軸線に沿って前記磁場中へ導入する工程と、
を含むことを特徴とする、請求項５９に記載の焦点方法。
【請求項６１】
前記第１のビーム及び前記第２のビームを、前記磁場との相互作用を通じて、同一軸上に存在させるようにすることを特徴とする、請求項６０に記載の焦点方法。
【請求項６２】
前記第１のビームは、第１の電荷／質量比を有する荷電粒子を含み、前記第２のビームは、前記第１の電荷／質量比と異なる第２の電荷／質量比を有する荷電粒子を含むことを特徴とする、請求項６１に記載の焦点方法。
【請求項６３】
前記磁場は、静電レンズによって生成された静電場であることを特徴とする、請求項５９に記載の焦点方法。
【請求項６４】
前記第１のビーム及び前記第２のビームは同時に焦点させることを特徴とする、請求項６１に記載の焦点方法。
【請求項６５】
３電極ユニポテンシャルレンズを具える静電レンズを用いて焦点させることを特徴とする、請求項５９に記載の焦点方法。
【請求項６６】
前記ユニポテンシャルレンズは、正電荷イオン粒子を加速させ、電子を減速させるような電圧が印加される中心電極を有することを特徴とする、請求項６５に記載の焦点方法。
【請求項６７】
前記正電荷イオン粒子は、前記中心電極電圧の実質上１４０％の電圧によって加速され、前記電子は、前記中心電極電圧の実質上５０％の電圧によって減速されることを特徴とする、請求項６６に記載の焦点方法。
【請求項６８】
前記磁場は、実質的に円筒対称形であり、前記ビームが焦点する幾何学的な中心部を有することを特徴とする、請求項６１に記載の焦点方法。
【請求項６９】
少なくとも２つのビームを焦点させる装置であって、
（ａ）互いに同一軸上に存在するととともに、互いに反対の電荷を有する第１のビーム及び第２のビームと、
（ｂ）前記第１のビーム及び前記第２のビームが同一面に焦点するように指向させるレンズと、
を具えることを特徴とする装置。
【請求項７０】
（ａ）前記第１のビームが第１の軸線に沿って所定の磁場中に導入されるようにし、
（ｂ）前記第２のビームが、前記第１の軸線と異なる第２の軸線に沿って前記磁場中へ導入されるようにする、
ことを含むことを特徴とする、請求項６９に記載の装置。
【請求項７１】
前記第１のビーム及び前記第２のビームを、前記磁場との相互作用を通じて同一軸上に存在させるようにすることを特徴とする、請求項７０に記載の装置。
【請求項７２】
前記第１のビームは、第１の電荷／質量比を有する荷電粒子を含み、前記第２のビームは、前記第１の電荷／質量比と異なる第２の電荷／質量比を有する荷電粒子を含むことを特徴とする、請求項７１に記載の装置。
【請求項７３】
静電レンズによって生成された静電場によって焦点させる処理を行うことを特徴とする、請求項６９に記載の装置。
【請求項７４】
前記第１のビーム及び前記第２のビームは同時に焦点させることを特徴とする、請求項７１に記載の装置。
【請求項７５】
３電極ユニポテンシャルレンズを具える静電レンズを用いて焦点させることを特徴とする、請求項６９に記載の装置。
【請求項７６】
前記ユニポテンシャルレンズは、正電荷イオン粒子を加速させ、電子を減速させるような電圧を印加される中心電極を有することを特徴とする、請求項７５に記載の装置。
【請求項７７】
前記正電荷イオン粒子は、前記中心電極電圧の実質上１４０％の電圧によって加速され、前記電子は、前記中心電極電圧の実質上５０％の電圧によって減速されることを特徴とする、請求項７６に記載の装置。
【請求項７８】       
前記磁場は、実質的に円筒対称形であり、前記ビームが焦点する幾何学的な中心部を有することを特徴とする、請求項７１に記載の装置。
【請求項７９】
荷電粒子ビームの収差低減方法であって、
（ａ）所定のビームを第１の軸線に沿って所定の電場及び磁場の双方又はいずれか一方に導入し、前記第１の軸線と同一直線上に存在しない第２の軸線に沿って前記ビームを前記電場及び磁場の双方又はいずれか一方から出射させる工程と、
（ｂ）前記第２の軸線を所定のミラーへ向けて方向づける工程と、
（ｃ）前記ビームを前記ミラーから第３の軸線に沿って反射させる工程と、
（ｄ）前記ビームを前記第３の軸線に沿って前記電場及び磁場の双方又はいずれか一方へ導入し、前記第１の軸線と同一直線上に存在しない第４の軸線に沿って前記ビームを前記電場及び磁場の双方又はいずれか一方から出射させる工程と、
を含むことを特徴とする収差低減方法。
【請求項８０】
前記第２の軸線及び前記第３の軸線は、同一軸上に存在することを特徴とする、請求項７９に記載の収差低減方法。
【請求項８１】
前記第２の軸線及び前記第３の軸線は、同一直線上に存在することを特徴とする、請求項７９に記載の収差低減方法。
【請求項８２】
前記第１の軸線と前記第４の軸線とは、互いに鈍角をなして位置することを特徴とする、請求項７９に記載の収差低減方法。
【請求項８３】
前記鈍角は、約１２７度であることを特徴とする、請求項８２に記載の収差低減方法。
【請求項８４】
前記電場及び磁場の双方又はいずれか一方は、実質的に円筒対称形の磁場であることを特徴とする、請求項７９に記載の収差低減方法。
【請求項８５】
前記磁場は幾何学的な中心部を有することを特徴とする、請求項８４に記載の収差低減方法。
【請求項８６】
前記ビームは、前記幾何学的中心部に焦点されることを特徴とする、請求項８５に記載の収差低減方法。
【請求項８７】
前記ミラーは、静電ミラーであることを特徴とする、請求項８６に記載の収差低減方法。
【請求項８８】
前記ミラーによって生成される球面収差が低減されることを特徴とする、請求項８６に記載の収差低減方法。
【請求項８９】
前記ミラーによって生成される色収差が低減されることを特徴とする、請求項８６に記載の収差低減方法。
【請求項９０】
前記ミラーによって生成される色収差が低減されることを特徴とする、請求項８８に記載の収差低減方法。
【請求項９１】
荷電粒子ビームの収差低減装置であって、
（ａ）所定のビームを第１の軸線に沿って所定の電場及び磁場の双方又はいずれか一方に導入し、前記第１の軸線と同一直線上に存在しない第２の軸線に沿って前記ビームを前記電場及び磁場の双方又はいずれか一方から出射させ、
（ｂ）前記第２の軸線を所定のミラーへ向けて方向づけ、
（ｃ）前記ビームを前記ミラーから第３の軸線に沿って反射させ、
（ｄ）前記ビームを前記第３の軸線に沿って前記電場及び磁場の双方又はいずれか一方へ導入し、前記第１の軸線と同一直線上に存在しない第４の軸線に沿って前記ビームを前記電場及び磁場の双方又はいずれか一方から出射させる、
ことを特徴とする収差低減装置。
【請求項９２】
前記第２の軸線及び前記第３の軸線は、同一軸上に存在することを特徴とする、請求項９１に記載の装置。
【請求項９３】
前記第２の軸線及び前記第３の軸線は、同一直線上に存在することを特徴とする、請求項９１に記載の装置。
【請求項９４】
前記第１の軸線と前記第４の軸線とは、互いに鈍角をなして位置することを特徴とする、請求項９１に記載の装置。
【請求項９５】
前記鈍角は、約１２７度であることを特徴とする、請求項９４に記載の装置。
【請求項９６】
前記電場及び磁場の双方又はいずれか一方は、実質的に円筒対称形の磁場であることを特徴とする、請求項９１に記載の装置。
【請求項９７】
前記磁場は幾何学的な中心部を有することを特徴とする、請求項９６に記載の装置。
【請求項９８】
前記ビームは、前記幾何学的中心部に焦点されることを特徴とする、請求項９７に記載の装置。
【請求項９９】
前記ミラーは、静電ミラーであることを特徴とする、請求項９１に記載の装置。
【請求項１００】
前記ミラーによって生成される球面収差が低減されることを特徴とする、請求項９１に記載の装置。
【請求項１０１】
前記ミラーによって生成される色収差が低減されることを特徴とする、請求項９１に記載の装置。
【請求項１０２】
前記ミラーによって生成される色収差が低減されることを特徴とする、請求項１０１に記載の装置。
【請求項１０３】
ターゲットへの粒子堆積及び堆積モニタリング方法であって、
（ａ）イオンから構成される第１のビームを提供する工程と、
（ｂ）電子から構成される第２のビームを提供する工程と、
（ｃ）前記第１のビーム及び前記第２のビームと、電場及び磁場の双方又はいずれか一方との相互作用を通じてこれらのビームを結合させ同軸状の第３のビームを形成する工程と、
（ｄ）前記第３のビームを構成するイオンを所定のターゲット上に堆積する工程と、
（ｅ）前記ターゲットから発せられた粒子によって、工程（ｄ）における堆積をモニタリングする工程と
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１０４】
前記堆積されたイオンを前記第３のビームの電子によって走査する工程を含むことを特徴とする、請求項１０３に記載の方法。
【請求項１０５】
前記ターゲットから発せられた電子を前記同軸状の第３のビームに反射させる工程を含むことを特徴とする、請求項１０３に記載の方法。
【請求項１０６】
前記反射された電子は、前記電場及び磁場の双方又はいずれか一方との相互作用を通じて前記同軸状の第３のビームから第４のビームに分離されることを特徴とする、請求項１０５に記載の方法。
【請求項１０７】
前記堆積のモニタリングは、前記第４のビームを構成する前記電子を用いて行なうことを特徴とする、請求項１０６に記載の方法。
【請求項１０８】
前記モニタリングにより、前記イオン堆積を視覚的に表示することを特徴とする、請求項１０７に記載の方法。
【請求項１０９】
前記堆積と前記モニタリングとは同時に行なうことを特徴とする、請求項１０３に記載の方法。
【請求項１１０】
前記電場及び磁場の双方又はいずれか一方は、実質的に円筒対称形の磁場であり、前記第１のビーム及び前記第２のビームが焦点する幾何学的な中心部を具えることを特徴とする、請求項１０３に記載の方法。
【請求項１１１】
前記第１のビームはイオンソースから提供され、第１の焦点レンズによって前記幾何学的な中心部に焦点されることを特徴とする、請求項１１０に記載の方法。
【請求項１１２】
前記第２のビームは電子ソースから提供され、第２の焦点レンズによって前記幾何学的な中心部に焦点されることを特徴とする、請求項１１１に記載の方法。
【請求項１１３】
少なくとも１つのイオン化原子を堆積させて、このイオン化原子を所望の位置に移動させる方法であって、
（ａ）第１のソースから少なくとも１つのイオン化原子を得る工程と、
（ｂ）前記少なくとも１つのイオン化原子を第１の軸線に沿って所定の電場及び磁場の双方又はいずれか一方中に導く工程と、
（ｃ）前記少なくとも１つのイオン化原子を、前記電場及び磁場の双方又はいずれか一方との相互作用を通じて前記第１の軸線と異なる第２の軸線に沿って所定のターゲットへ導く工程と、
（ｄ）第２のソースから少なくとも１つの電子を得る工程と、
（ｅ）前記少なくとも１つの電子を、第３の軸線に沿って前記電場及び磁場の双方又はいずれか一方へ導く工程と、
（ｆ）前記少なくとも１つの電子を前記電場及び磁場の双方又はいずれか一方との相互作用を通じて、第４の軸線に沿って前記ターゲットへ導く工程と、
（ｇ）前記少なくとも１つのイオン化原子を前記ターゲット上へ堆積させる工程と、
（ｈ）前記少なくとも１つの電子を、前記ターゲット上に蒸着された前記少なくとも１つのイオン化原子が所望の位置に移動するように導く工程と
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１１４】
前記少なくとも１つの電子は、複数の電子を含む電子ビームであることを特徴とする、請求項１１３に記載の方法。
【請求項１１５】
前記電子ビームは、前記ターゲット上に焦点されることを特徴とする、請求項１１４に記載の方法。
【請求項１１６】
前記電場及び磁場の双方又はいずれか一方は、実質的に円筒対称形であり、前記電子ビームが焦点すべき幾何学的な中心部を有していることを特徴とする、請求項１１４に記載の方法。
【請求項１１７】
前記少なくとも１つのイオン化原子は、実質的に前記幾何学的中心部を通過することを特徴とする、請求項１１６に記載の方法。
【請求項１１８】
前記電子は、堆積された前記少なくとも１つのイオン化原子との衝突によって散乱することを特徴とする、請求項１１４の記載の方法。
【請求項１１９】
前記散乱された電子の少なくとも一部は、前記第４の軸線に沿って前記電場及び磁場の双方又はいずれか一方中へ導入されることを特徴とする、請求項１１８に記載の方法。
【請求項１２０】
前記堆積は、前記散乱電子をモニタリングすることによってモニタリングすることを特徴とする、請求項１１９に記載の方法。
【請求項１２１】
（ａ）所定の荷電粒子ビームを、第１の軸線に沿って磁場の幾何学的中心部に焦点させるレンズと、
（ｂ）前記ビームをミラーに向いている第２の軸線に沿って偏向させる磁場とを具え、
（ｃ）前記ミラーは、前記ビームを前記第２の軸線に沿って、前記磁場の幾何学的な中心部に反射させるように配置されており、
（ｄ）前記磁場は、前記ビームを所定のレンズへ向いている第３の軸線に沿って偏向させる、
ことを特徴とする、装置。
【請求項１２２】
前記第１の軸線及び前記第３の軸線は、同一直線上に存在することを特徴とする、請求項１２１に記載の装置。
【請求項１２３】
前記第１の軸線及び前記第３の軸線は同一軸上に存在することを特徴とする、請求項１２２の記載の装置。
【請求項１２４】
前記電場及び磁場の双方又はいずれか一方は、電場であることを特徴とする、請求項１に記載の結合方法。
【請求項１２５】
前記電場及び磁場の双方又はいずれか一方は、電磁場であることを特徴とする、請求項１に記載の結合方法。
【請求項１２６】
前記電場及び磁場の双方又はいずれか一方は、磁場であることを特徴とする、請求項１に記載の結合方法。
【請求項１２７】
前記第１のビーム及び前記第２のビームの少なくとも一方は、前記電場中に焦点されることを特徴とする、請求項１２４に記載の結合方法。
【請求項１２８】
前記第１のビーム及び前記第２のビームの少なくとも一方は、前記電磁場中に焦点されることを特徴とする、請求項１２５に記載の結合方法。
【請求項１２９】
前記電場及び磁場の双方又はいずれか一方は、電場であることを特徴とする、請求項１０に記載の分離方法。
【請求項１３０】
前記電場及び磁場の双方又はいずれか一方は、電磁場であることを特徴とする、請求項１０に記載の分離方法。
【請求項１３１】
前記電場及び磁場の双方又はいずれか一方は、磁場であることを特徴とする、請求項１０に記載の分離方法。
【請求項１３２】
前記第１のビームは、前記電場内に焦点されることを特徴とする、請求項１２９に記載の分離方法。
【請求項１３３】
前記第１のビームは、前記電磁場中に焦点されることを特徴とする、請求項１３０に記載の分離方法。
【請求項１３４】
前記電場及び磁場の双方又はいずれか一方は、電場であることを特徴とする、請求項２０に記載の偏向方法。
【請求項１３５】
前記電場及び磁場の双方又はいずれか一方は、電磁場であることを特徴とする、請求項２０に記載の偏向方法。
【請求項１３６】
前記電場及び磁場の双方又はいずれか一方は、磁場であることを特徴とする、請求項２０に記載の偏向方法。
【請求項１３７】
前記第１のビームは、前記電場中に焦点されることを特徴とする、請求項１３４に記載の偏向方法。
【請求項１３８】
前記第１のビームは、前記電磁場中に焦点されることを特徴とする、請求項１３５に記載の偏向方法。
【請求項１３９】
前記静電レンズは、テレセントリック絞りを含むことを特徴とする、請求項６３に記載の焦点方法。
【請求項１４０】
前記静電レンズは、テレセントリック絞りを含むことを特徴とする、請求項７３に記載の装置。
【請求項１４１】
（ａ）第１の軸線に沿って第１の電場及び磁場の双方又はいずれか一方へ導かれるとともに、前記第１の電場及び磁場の双方又はいずれか一方に焦点される荷電粒子ビームと、
（ｂ）前記荷電粒子ビームを、前記第１の軸線に対して同一直線上に存在しない第２の軸線に沿って所定のレンズに導く前記第１の電場及び磁場の双方又はいずれか一方と、
（ｃ）前記荷電粒子ビームを、第３の軸線に沿って第２の電場及び磁場の双方又はいずれか一方へ導かれるとともに、前記第２の電場及び磁場の双方又はいずれか一方に焦点させる前記レンズと、
（ｄ）前記荷電粒子ビームを、前記第３の軸線に対して同一直線上に存在しない第４の軸線に沿って導く前記第２の電場及び磁場の双方又はいずれか一方と、
を具えることを特徴とする、装置。
【請求項１４２】
前記レンズは、静電的偏向作用を有することを特徴とする、請求項１４１に記載の装置。
【請求項１４３】
前記第１の軸線と前記第４の軸線とは、互いに実質上１２７度の角度をなして存在することを特徴とする、請求項１４１に記載の装置。
【請求項１４４】
前記第１の電場及び磁場の双方又はいずれか一方は、磁場であることを特徴とする、請求項１４１に記載の装置。
【請求項１４５】
前記第２の電場及び磁場の双方又はいずれか一方は、磁場であることを特徴とする、請求項１４４に記載の装置。
【請求項１４６】
前記第１の軸線と前記第４の軸線とは、互いに実質上１２７度の角度をなして存在することを特徴とする、請求項１４５に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
（発明の属する技術分野）
本発明は、所定のターゲット上に材料を堆積する際に、その堆積工程をモニタリングしながら前記材料の堆積を行なう（例えば、書き込みと読みだしとを同時に行なうような）システムに関する。
【０００２】
（背景技術）
（磁場中におけるビーム結合）
荷電粒子からなる非焦点のビームが所定の磁場中を通過すると、粒子の電荷／質量比及び／又は速度に応じて、前記ビームを構成する前記荷電粒子は分離する。これは、質量分析の基本原理である。このようなビームが磁場中を通過することによって生成される副生成物は、前記ビーム中における任意の連続したイメージに対して回復することのできない解像度限界上のずれを生じさせる。
【０００３】
ラムファー及びマックは、“Correction of Chromatic Aberration with an Electron Mirror”, Optic, Vol. 92, No. 1 (1992)の論文中において、実際のイメージが磁場の中心部において形成される場合、解像度が制限されることなく、所定のイメージが円筒形の偏向磁場（ＣＭＴＦ）中を通過することができるということを開示している。換言すれば、前記ＣＭＴＦ中に入射したビームは、その中心部に焦点され、解像度の劣化を生じることなく、後方のレンズによって単一のイメージに再度焦点される。
【０００４】
このような構成は、ビーム中の連続したイメージがシステム中の実質的に平行な磁場中を通過しても、イオン質量によって簡単に分離することができないので、質量分析に用いることはできない。換言すれば、質量分析システムにおいては、磁場中に非焦点のビームが入射することが要求される。前記ビームはレンズを通過して異なるイオン質量に分離される。
【０００５】
ＦＥＩなる企業は、表面を侵食、すなわち加工するためのイオンビームと、侵食の度合いを探査し、モニタリングするための電子ビームを用いたXL800全ウエハ走査型顕微鏡を販売している。これらのビーム形成手段は、互いに分離してはいるが、近接して配置されている。
【０００６】
（色収差及び球面収差補正）
光学レンズ中を通過した光学ビームは、色収差及び球面収差によって解像度上の制約を受ける。したがって、静電レンズ及び電磁レンズ中を通過した荷電粒子からなるビームは、原理的に２つの要因によってこれらの収差の影響を受ける。
【０００７】
１．球面収差は、軸線の横方向における異なる位置に存在する粒子を、前記軸線の長さ方向の同一点上に焦点させるためのレンズの欠陥に起因するものである。すなわち、軸線に対して平行に配置された収束レンズに粒子が入射した場合、軸線から離隔した粒子は、軸線に近接した粒子よりもよりレンズに近づくように焦点される。
【０００８】
２．色収差は、異なるエネルギーの粒子を軸線上の同一点に収束させるためのレンズの欠陥に起因するものである。
【０００９】
色収差及び球面収差は、ビーム源から電子光学システム中へ導かれる場合もある。エネルギー収差が重要となる場合、ビーム強度を犠牲にすることにはなるが、所定のエネルギーフィルター中を通過させることによって、前記色収差及び前記球面収差を抑制することができる。
【００１０】
ヘンネバーグは、USP2,161,466において、静電ミラーの収差は、静電レンズ及び電磁レンズの収差に対して反対の符合を有することを教示しており、そして、そのようなミラーは、基本的にレンズ系及びビーム源の球面収差及び色収差を補正するために用いることができることを教示している。ラムファー及びマックは、１９９２年の”Optik”において、荷電粒子からなる入射ビーム及び反射ビームは、その単一かつ均質なビームが実質的に対称な円筒形の磁場中の中心部に焦点されるととともに、前記中心部を通過することによって、分離することができることを見出した。
【００１１】
但し、前記磁場は粒子ビームレンズのイメージ面内に位置させる。このようなシステムおいては、イメージを各偏向場間にリレーさせるために２つのレンズが用いられ、磁場の歪み効果を抑制するために微小な磁場ビーム偏向角が採用されていた。不幸にも、そのようなシステムは複雑であり、偏向角も小さい。さらには、偏向角が小さいと、ビーム出口においてマグネットを歪ませてしまう。ここにおいて、入射ビームは、これを何らかの方法で変更する素子に向けられた荷電粒子からなるビームを意味するものである。
【００１２】
（１２７度又は１３５度の磁気偏向）
ルボテットらは、USP3,660,658において、荷電粒子ビームを最初の軸線方向に対して９０度偏向させるとともに、前記ビームを１２７度偏向させる磁気偏向器を具えた磁気偏向システムを用いた質量分離器を開示している。ルボテットらの粒子ビームは非焦点の偏向磁場中を通過する。前述したルボテットらの装置は、ビームの非収束性に基づくものであり、これによって質量分離を遂行するものである。
【００１３】
ローズらは、USP4,760,261において、１１５度の好ましい角度で操作する電子エネルギーフィルターを開示している。ローズらの態様においては、三角形状の磁石が用いられる。ルボテットらと同様に、ローズらも広範囲のエネルギースペクトルを有する荷電粒子ビームからある狭い選択的なエネルギー範囲内にある粒子を除く総てを分離する。このような装置は、非焦点ビームを用いた場合にのみ効果がある。
【００１４】
クリーエは、USP5,336,891において、収差のないイメージを得るべく、磁性的な構成要素と静電的な構成要素とを含む収差フリーレンズシステムを開示している。クリーエによって開示された総ての実施例（第３ａ図から第３ｉ図）では、４５度、９０度、及び１８０度の偏向のみしか示されていない。
【００１５】
ローズらは、USP5,449,914において、ビームを４回に亘って１３５度偏向させるエネルギーフィルターを開示している。ローズらは、そのような機能を得るために非焦点のビームを用いている。
【００１６】
（磁気偏光器とともに用いる静電ミラー）
和田は、USP5,254,417において、基板表面からの反射電子を所望のパターン状に形成するための反射マスクを開示している。電子ビームは電磁場によって静電ミラー中に偏向され、次いで、前記電磁場中に戻されるとともに、再度偏向されることによって同じ工程を繰り返す。しかしながら、和田は入射ビーム又は反射ビームを対応する磁気偏向場の幾何学上の中心部に焦点させていない。
【００１７】
ローズらは、USP5,319,207において、磁気偏向場Ｂ１及びＢ２を通過した電子ビームをミラー内に９０度偏向させた後、磁気偏向器で後方へ反射させ、走査すべき物体上へ向けて９０度偏向させることを開示している。ローズらによって教示された磁気偏向器は複雑な装置であって、１又は２以上の荷電粒子ビームが通過することができるように、互いの距離を十分に取った１対の円形磁極から構成されている。ローズらは、入射ビームを偏向器３の仮想斜め対称面３ｇ上に焦点させ、反射ビームを仮想斜め対称面３ｈ上に焦点させている。
【００１８】
（静電ミラーと円筒形偏向磁場との組み合わせ）
ローズらは、USP5,319,207において、磁気偏向場Ｂ１及びＢ２を通過した電子ビームを静電ミラー内に９０度偏向させた後、正方形状の磁気偏向器で後方へ反射させ、走査すべき物体上へ向けて９０度偏向させることを開示している。ローズは、入射ビーム及び反射ビームを仮想斜め対称面上に焦点させている。さらに、ローズらの偏向器は正方形であり、強度的に調整しバランスさせなければならない２つの磁場を有している。
【００１９】
そして、ターゲット上に材料を堆積する際に、その堆積工程を同時にモニタリングしながら、前記材料の堆積を行なうことのできるような（書き込みと読み出しとを同時に行なうような）システムが望まれる。
【００２０】
（発明の開示）
本発明は、第１のビームを第１の軸線に沿って所定の磁場中に導く工程を含む、少なくとも２つの荷電粒子ビームを結合させるためのシステムを提供することによって、前述したような欠点を克服する。第２のビームは、第２の軸線に沿って前記磁場中に導かれる。前記第１のビーム及び前記第２のビームは、前記磁場とこれらビームとの相互作用によって第３の軸線に沿って導かれる第３のビームとなる。
【００２１】
本発明は、第１の軸線に沿って、混合荷電粒子を含む第１のビームを所定の磁場中に導くことによって、少なくとも２つの荷電粒子ビームを分離するシステムに関する。前記混合荷電粒子は、前記磁場と前記第１のビームとの相互作用によって、少なくとも第２のビームと第３のビームとに分離される。
【００２２】
また、本発明は、少なくとも２つの荷電粒子ビームの方向を変えるシステムに関する。このシステムにおいては、第１のビームを第１の軸線に沿って所定の磁場中に導く。前記第１のビームは前記磁場中から第２の軸線に沿って出射される。第２のビームは、第３の軸線に沿って前記磁場中に導かれる。前記第２のビームは、前記磁場から第４の軸線に沿って出射される。前記第３の軸線は、前記第２の軸線と同一直線上又は同軸上に存在し、前記第３の軸線に沿った前記第２のビームは前記第２の軸線に沿った前記第１のビームと異なる方向に伝播される。
【００２３】
本発明は、互いに同一軸上にあって、電荷符号の異なる第１のビーム及び第２のビームを提供することによって、少なくとも２つのビームを焦点させるシステムに関する。前記第１のビーム及び前記第２のビームは所定のレンズを介して導かれ、同一の平面上に焦点される。
【００２４】
本発明においては、荷電粒子ビームを第１の軸線に沿って所定の磁場に導くことによって、前記荷電粒子ビーム中の収差を低減する。前記磁場中において、前記荷電粒子ビームは、前記第１の軸線と同軸上に存在しない第２の軸線に沿って、前記磁場中から射出される。前記第２の軸線は、所定のミラーへ方向づけられている。前記荷電粒子ビームは、第３の軸線に沿って前記ミラーから反射される。次いで、前記荷電粒子ビームは、前記第３の軸線に沿って前記磁場中に導かれ、前記第１の軸線と同一軸上に存在しない第４の軸線に沿って前記磁場中から射出される。
【００２５】
本発明は、所定のターゲット上へ粒子を堆積し、その堆積過程をモニタリングするシステムに関する。このシステムは、第１のイオンビーム及び第２の電子ビームを提供する工程と、磁場とこれらビームとの相互作用を通じて、前記第１のイオンビーム及び前記第２の電子ビームを結合させて、同軸の第３のビームを形成する工程とを含む。イオンが前記第３のビームよりターゲット上へ堆積される。この堆積過程は、前記第３のビームの電子によってモニタリングされる。
【００２６】
本発明は、少なくとも１つのイオン化原子をターゲット上に堆積し、前記イオン化原子を所望の位置に移動させるためのシステムに関する。この少なくとも１つのイオン化原子は、第１のソースから得られ、第１の軸線に沿って所定の磁場中に導入され、この磁場との相互作用を通じて前記第１の軸線と異なる第２の軸線に沿ってターゲット上に導入される。第２のソースからの少なくとも１つの電子は、第３の軸線に沿って前記磁場中に導入され、前記磁場との相互作用により、第４の軸線に沿って前記ターゲット上に導かれる。前記少なくとも１つのイオン化原子は、前記ターゲット上に堆積される。前記少なくとも１つの電子は、前記ターゲット上の前記イオン化原子が所望の位置に移動するように前記ターゲット上に導かれる。
【００２７】
（発明を実施するための最良の形態）
光学の分野においては、ビームを結合させたり分離させたりするに際してビームスプリッタが用いられている。このビームスプリッタは、部分的に透過及び反射させる機能を有する面を具えた透明基板から構成される。ビームスプリッタは、所定のビームに対して、このビームが２つに分離するような角度で配置することができる。前記ビームスプリッタに対しては、必要に応じて異なる波長、異なる強度、及び／又は異なる偏光状態のビームに分離すべく、所定のコーティングを施すこともできる。ビームの方向は、分離したビームが同一軸線上で結合するように設定することができる。
【００２８】
電子光学の分野では、ビームスプリッタに相当するような素子は存在しないようである。したがって、共通の軸線に沿ってビームを結合し分離することを必要とする荷電粒子光学システムを実現することはできない。
【００２９】
本発明のシステムを最も効果的に機能する好ましい態様において対処する必要のある収差による制限を説明するために、対物ソースＳからの荷電粒子ビームに対する静電ミラーＭの作用を検討する。前記荷電粒子ビームは、拡大倍率ｍ１の対物レンズＬ１及び拡大倍率ｍ２の補償レンズＬ２中を通過し静電ミラーＭへ到達する。対物レンズＬ１及び補償レンズＬ２は、前記荷電粒子ビームの入射光路において、及び、ミラーＭから補償レンズＬ２を通って対物レンズＬ１のイメージ面に戻る反射光路において、ソースＳのイメージに対して色収差及び球面収差を生じさせる。色収差は、拡大倍率ｍ１及びｍ２の２乗に比例し、球面収差は、拡大倍率ｍ１及びｍ２の４乗に比例する。
【００３０】
静電ミラーＭもソースＳからの反射イメージ中に色収差及び球面収差を生じさせるが、これらの極性は対物レンズＬ１及び補償レンズＬ２に起因した色収差及び球面収差と反対である。したがって、ミラーＭのパラメータ及び拡大倍率ｍ１及びｍ２を適宜に選択することによって、ミラーＭによる色収差及び球面収差をレンズＬ１及びＬ２による色収差及び球面収差と大きさを同じくするとともに、極性を反対にすることによって、これらをキャンセルすることができる。
【００３１】
結果として、ミラーＭによって対物レンズＬ１のイメージ面に反射されたソースＳのイメージには、実質的に収差が存在しなくなる。また、ミラーパラメータは、対物レンズＬ１において実質的にオーバー補整されたイメージが存在するように調整することができる。このオーバー補整は対物レンズＬ１の前方又は後方のレンズ系の収差によって正しく補整される。
【００３２】
本発明の異なる態様、特に帯電粒子ビームの進路を偏向するための円筒形磁場に関する説明を簡略化すべく、図１Ａ−図２Ｄには、いくつかの異なる態様が示されている。
【００３３】
電気素子、静電素子、磁性素子、又は電磁素子中に入出する粒子ビームは、何らかの方法で修正され、区別される。例えば、入射ビームを出射ビームとより明確に区別するために、出射ビームは前記入射ビームに対して反射ビームなどと呼ぶ場合がある。前記電気素子などは、包括的に同一のものとして扱われる。
【００３４】
次に、荷電粒子の、磁場との相互作用を詳細に述べる。ビームＥは電子ビームを表し、ビームＩは正又は負のイオンビームを表す。これらのビームは、好ましくは対称な円筒形の偏向磁場Ｆの幾何学的な中心Ｏに焦点され、磁場  Ｆ中を横断した後中心Ｏから出射される。磁場Ｆは、以下に述べるように、実質的に円筒形であり、かつ実質的に対称であって、さらには実質的に均一とすることができる。
【００３５】
前記ビームは、以下で述べるように、幾何学的な中心Ｏに焦点させることができる。さらに、以下に述べるように、磁場のタイプ、磁場及び／又は電荷の分布状態は如何なる態様にも設定することができる。また、前記ビームは、焦点されていても良いし、されていなくとも良く、中心のみならず他の部分へ導入することもできる。また、図面の多くにおいては、１又は２以上のビームを示しているが、ビームの数は必要に応じて変化させることができる。
【００３６】
ビームの幾つかは、本来的に同一軸上に存在させることができる。加えて、ビームの幾つかは同一の直線上に存在させることもできる。構成粒子が同じ方向に移動するビームは、以下の図面において簡便化のために付加的な表示で示され、例えば、Ｅ１＋Ｅ２、Ｉ＋Ｅなどのように表示される。構成粒子が反対の方向に移動するビームは、以下の図面において簡便化のために差分的な表示で表され、例えば、Ｉ−Ｅ、Ｉ１−Ｉ２などのように表示される。
【００３７】
電荷及び／又は移動方向の異なる同軸上又は同一直線上のビームは、極めて強いビーム状態において電荷を空間的に中和する場合を除いては、互いに計測できる程度の影響を与えることはない。高強度の荷電粒子ビームは、粒子−粒子間の相互作用をもたらし、縦方向及び横方向のビーム拡大収差を生じさせる。この装置における共通の軸に沿って反対符号の荷電粒子ビームを通過させることにより、これらの収差を低減又は除去することができる。
【００３８】
図１Ａは、２つの荷電粒子ビームＥ及びＩが磁場Ｆ中を通過する際の動作を示す図である。なお、磁場Ｆの範囲は符号Ｐによって示されている。ビームＥは光線“Ａ”、“Ｂ”、“Ｃ”を含み、これらの磁場Ｆ中の光路は“Ａ”−“Ａ”、“Ｂ”−“Ｂ”、及び“Ｃ”−“Ｃ”で表される。ビームＩは光線Ａ’”、Ｂ’”及びＣ’”を含み、これらの磁場Ｆ中の光路はＡ’”−Ａ’”、Ｂ’”−Ｂ’”及びＣ’”−Ｃ’”で表される。
【００３９】
ビームＥ及びビームＩは、中心Ｏにおいて集束させ、所望に応じて同軸又は共直線上で結合させた双方の粒子を含む結合ビームＥ＋Ｉとして磁場Ｆ中から出射させるのが好ましい。前記結合ビームＥ＋Ｉは、磁場Ｆの中心Ｏから出射されるように見える。
【００４０】
ビームＥがビームＩよりも磁場Ｆを通じてより大きな角度で偏向されていることから、ビームＥの構成粒子の質量及び／又は速度は、ビームＩの構成粒子よりも小さいことが分かる。本質的に、図１Ａは、２つの反対の極性を有する荷電粒子ビームを１つのビームに結合する状態を示している。
【００４１】
図１Ｂは、同軸上（又は同一直線上）の入射ビームＥ＋Ｉを示す線図である。このビームは、好ましくは磁場Ｆの幾何学的な中心部Ｏに焦点される。なお、前記ビームは、特に、磁場Ｆの幾何学的な状態に応じて磁場Ｆの他の部分へ焦点させることもできる。磁場Ｆは図１Ａに示された磁場Ｆと極性が逆向きとなっている。前記ビームは、例えば、質量に対して種々に帯電させる等した混合荷電粒子、異なる電荷、及び／又は異なるエネルギーを有する粒子が混合して構成されていることが好ましい。
【００４２】
ビームＥを構成する光線“Ａ”、“Ｂ”、及び“Ｃ”の光路は、それぞれ“Ａ”−“Ａ”、“Ｂ”−“Ｂ”、及び“Ｃ”−“Ｃ”で表される。ビームＩを構成する光線Ａ’”、Ｂ’”及びＣ’”の光路は、それぞれＡ’”−Ａ’”、Ｂ’”−Ｂ’”及びＣ’”−Ｃ’”で表される。個々の粒子は、磁場Ｆ中を通過する際に公知の物理的原理によって分離される。本質的に、図１Ｂは、反対の極性を有する荷電粒子から構成される混合ビームが、２つの異なる荷電粒子ビームに分離される状態を表している。
【００４３】
図１Ｃは、同極性の荷電粒子、例えば電子から構成されるビームＥ１−Ｅ２が、異なる方向、例えば反対の方向に進行する状態を表したものである。磁場Ｆの極性は、図１Ｂに示したものと同じに設定されている。ビームＥ１は、下側から入射して、左上側から出射される。ビームＥ２は、右上側から入射してビームＥ１と同様に下側から出射されるが、このビームＥ２の方向はビームＥ１の方向と逆になる。ビームＥ１−Ｅ２は、同軸ビームとするのが好ましいが、同一直線のものとすることもできる。これら両ビームは、磁場Ｆに入る際には当該磁場Ｆの中心Ｏに集束され、磁場Ｆからでる際にはこの中心Ｏから出射されるようにするのが好ましい。
【００４４】
ビームＥ１を構成する光線“Ａ”、“Ｂ”、及び“Ｃ”は、下側から入射して光路“Ａ”−“Ａ”、“Ｂ”−“Ｂ”及び“Ｃ”−“Ｃ”に沿って磁場Ｆを通過する。ビームＥ２を構成する光線Ａ’”、Ｂ’”及びＣ’”は、右上側から入射し、光路Ａ’”−Ａ’”、Ｂ’”−Ｂ’”及びＣ’”−Ｃ’”に沿って磁場中を通過する。本質的に、図１Ｃは、３つのビームが混合した状態を示している。
【００４５】
図１Ｅは、同極性、異なる電荷／質量比、及び／又は異なる速度を有する荷電粒子から構成されるビームＩ１＋Ｉ２を表したものである。ビームＩ１＋Ｉ２は、下側から入射し、磁場Ｆ中を通過する際にビームＩ１の構成粒子がビームＩ２の構成粒子から分離される。その理由は、ビームＩ１の構成粒子は、ビームＩ２の構成粒子よりも質量又は速度が小さいためより急峻に向きが変わるためである。
【００４６】
ビームＩ１＋Ｉ２は、光線“Ａ”、“Ｂ”、及び“Ｃ”を含んでいる。ビームＩ１は磁場Ｆ中を光路“Ａ”−“Ａ”、“Ｂ”−“Ｂ”、及び“Ｃ”−“Ｃ”に従って進行する。ビームＩ２は磁場Ｆ中を光路Ａ’”−Ａ’”、Ｂ’”−Ｂ’”及びＣ’”−Ｃ’”に従って進行する。図１Ｄ及び図１Ｅは、それぞれビームＩ１及びＩ２の挙動を示しているが、ビームの方向は逆であり、粒子速度が反対になっているので、各ビームの偏向が逆になっている。本質的に、図１Ｅは、複数の同一極性の荷電粒子ビームから構成される１つの粒子ビームが、複数のビームの分離される状態を示している。
【００４７】
図１Ｆは、同一符号の荷電／質量比を有するが、質量が異なり反対方向に進行する２つのビームＩ及びＥを示すものである。前記２つのビームの結合及び分離は同時に行われる。ビームＩは磁場Ｆ中に右上側から入射し、ビームＥは、磁場Ｆ中に下側から入射する。この磁場ＦにおいてビームＩ−Ｅは、好ましくは同一軸線又は同一直線上に存在し、構成粒子が反対方向に進行する。ビームＩ−Ｅは、光線“Ａ”、“Ｂ”、及び“Ｃ”を含んでいる。ビームＩは磁場Ｆ中を光路“Ａ”−“Ａ”、“Ｂ”−“Ｂ”、及び“Ｃ”−“Ｃ”に従って進行する。ビームＥは磁場Ｆ中を光路“Ａ’”−“Ａ’”、“Ｂ’”−“Ｂ’”及び“Ｃ’”−“Ｃ’”に従って進行する。本質的に、図１Ｆは、３つの同様に荷電した粒子ビームが混合した状態を示している。
【００４８】
次に、荷電粒子ビームと、円筒形均一偏向磁場などの磁場Ｆ及び静電ミラーＭとの相互作用について詳述する。ビームＥは電子から構成し、ビームＩは正の電荷を有するイオンから構成する。また、これらのビームは好ましくは磁場Ｆの中心部Ｏに焦点され、中心部Ｏから出射される。ミラーＭで反射されたビームは、好ましくは磁場Ｆの中心部Ｏに焦点される。
【００４９】
図９は、電場及び／又は磁場と複数のビームとが相互作用する状態を示したものである。荷電粒子の進行方向は必要に応じて変更することができる。
【００５０】
図８は、１対の場、例えば１対の磁場中、及びレンズを通過するビームの経路を示すものである。ビームは、好ましくは磁場の幾何学的な中心部に焦点され、これによって偏向される。前記ビームは、レンズ上に入射する。前記ビームは、前記レンズによって、再度他方の磁場中の好ましくは幾何学的中心部に焦点される。最終的に得られるビームは、入射ビームと同一になる。好ましい偏向角度は、６３．５度（実質的に６３．５度）であり、全体の偏向角度は１２７度（実質的に１２７度）である。
【００５１】
図２Ａは、入射ビームＥｉと磁場Ｆ及び静電ミラーＭとの相互作用における理想的な状態を示す図である。ミラーＭの表面は、前記入射ビームＥｉの影響を及ぼす球面収差及び色収差の補整度合いに応じて、平坦面又は凹面などの適切な表面に形成することができる。ビームＥｉは、実効領域が符号Ｐで示された磁場Ｆに、左上側から入射し、中心部Ｏに焦点される。ビームＥｉは、磁場Ｆによって（ビームの進行方向に沿って見た場合）右方向に偏向され、ミラーＭに入射される。次いで、ミラーＭからビームＥｒとして反射された後、磁場Ｆの幾何学的な中心部Ｏに焦点される。
【００５２】
ミラーＭと磁界Ｆとの間ではビームＥｉ−Ｅｒの構成粒子は反対方向に進行するが、入射ビームＥｉ及び反射ビームＥｒは、同一軸線及び／又は同一直線上に存在することが好ましい。反射ビームＥｒは、磁場Ｆによって再度右方向（反射ビームＥｒの進行方向に沿って見た場合）に偏向され、入射ビームＥｉと分離されて以降のビーム操作が行われる。入射ビームＥｉの偏向角度は、反射ビームＥｒの偏向角度と同じである。このような偏向角度によって、前記装置中を通過するビームに対して有効な光学的性質が付与される。
【００５３】
図２Ｂは、入射ビームＥと磁場Ｆ及び静電ミラーＭとの相互作用における理想的な状態を示す図である。図２Ａ及び図２Ｂは、それぞれ、ビームＥがミラーＭで反射される際に生じるイメージの反転した状態を示すものである。
【００５４】
入射ビームＥｉを構成する光線“Ａ”、“Ｂ”、及び“Ｃ”は、矢印で示されるイメージＱとして、磁場Ｆの幾何学的な中心部Ｏに焦点される。しかしながら、入射ビームＥｉは、ミラーＭへ向けて右方向に偏向されると、前記イメージは、磁場Ｆの中心部Ｏから出射される。この入射ビームＥｉが反射ビームＥｒとしてミラーＭから反射されると、イメージＱは反転し磁場Ｆの中心部Ｏに焦点される。
【００５５】
図２Ｂにおいて、最初の偏向角度は（約）６３．５度であり、２回目の偏向角度は（約）６３．５であり、結果的に反射ビームＥｒは入射ビームＥｉに対して（約）１２７度偏向されていることになる。このような偏向角度により、拡大したイメージからの一次光線が、入射ビーム及び反射ビームの軸線と平行な磁場Ｆ／ミラーＭ構造に入出射するという利点が得られる。前述した以外の角度が設定されると、ビームを構成する光束がビーム軸から逸れてしまい、前記ビームの外側を構成する光線が後の光学素子や光学システム中を通過することができなくなってしまうことから、光学システム全体の視野を狭めてしまうことになる。
【００５６】
前述したような角度を設定することによって、非偏向ビームを磁場Ｆの中心部Ｏに焦点させて偏向させ、ビーム歪みを最小限に抑えるとともに解像度の劣化を伴うことなく、この磁場Ｆ中を通過させることができる。このような特徴は、前述したように、ターゲットの最終的なイメージに焦点されるビームを独立に操作しうるように、個々のビームを結合して単一の同軸ビームを形成する前に、前記個々のビームを独立に偏向させる場合に有用である。
【００５７】
結果的に、図２Ｂに示されたようなミラー配置によって、入射ビームＥｉはそのイメージＱが反転されることなく、磁場Ｆによって左方向に１２７度偏向される。この配置の利点は、図２Ｂに示すような偏向及び反射の前及び／又は後において、焦点レンズ中を通過することによって生じる色収差及び球面収差を補整できるように、ミラーＭを調節できることである。
【００５８】
図２Ｃは、図２Ｂにおいて、偏向角度が１２７度より小さい場合の光線の進行状態を示す図である。ここでは、光束はビーム軸に向けて進行している。図２Ｄは、図２Ｂにおいて、偏向角度が１２７度より大きい場合の光線の進行状態を示す図である。ここでは、光束はビーム軸から離れるようにして進行している。
【００５９】
図３は、ターゲット上へのイオン化された分子材料の蒸着、すなわち書き込み、及びその際のモニタリング、すなわち読み出しを行なうための完全なシステムの好ましい態様を簡略化して示す線図である。図面においては、電圧供給源、支持構造、制御系、空間的及び角度的な関係事項については簡略化するとともに、個々の要素はシステムに対して望ましい形態で描いている。簡略化のために、荷電粒子ビームは、その移動方法に沿って見た場合において、右又は左に偏向されたというように記載する。
【００６０】
イオンソース２４は、蒸着されるべき材料のイオンビーム２６ａを出射する。この性質は、達成すべき最終的な機能により決定される。イオンソース２４は、必要に応じて液体金属イオンソースとすることができる。ビーム２６ａは、レンズ２８によって平行にされ、マスフィルタ３０によって特定のイオンビームのみが選択される。
【００６１】
レンズ３２は、ビーム２６ａを質量選択開口部３４中に焦点させる。マスフィルタ３０及び質量選択開口部３４は、使用する前記イオンソースを、単原子アイソマから構成する場合には、必要とされない。残りのビーム２６ａはレンズ３６によって焦点され、このレンズは選択されたイオンにより、第１の偏向磁場４０の中心部３８において、イオンソース２４からの実イメージを生成する。
【００６２】
ビーム２６は、第１の偏向磁場４０によって左方向の偏向され、第１の静電ミラー４２中へ導入される。このミラー４２に対してイオンソース２４の拡大又は縮小されたイメージを提供するために第１のリレーレンズ４４が必要とされる場合がある。
【００６３】
説明を分り易くするために、入射ビーム２６ａは、ミラー４２による反射後の反射ビーム２６ｂと同一として扱う。入射ビーム２６ａには、レンズ２８、３２、３６及び４４を通過することによって生じる色収差及び球面収差のミラー４２による補整（オーバー補整）と、イメージの反転とを除いて実質的な変化が起こることはない。
【００６４】
ミラー４２によって、第１の偏向磁場４０の中心部３８には、イオンソース２４の実際の但し反転したイメージが（レンズ４４の影響の如何を問わず）生成され、それにより、図４及び図５で詳述するように、反射ビーム２６ｂは左方向に偏向され、コリメータレンズ４６を通ってビーム偏向機構４８内に導入される。偏向されたビーム２６ｂは、第２の磁気及び電磁素子の幾何学的な中心部５２に再度焦点される。前記第２の磁気及び電磁素子は、高度に制御されたスムーズな高電流電源装置を必要とするため、静電素子よりお大きな空間が必要になり、装置が著しく大型化し技術的なコストが大きくなる。
【００６５】
しかしながら、電磁レンズ及び偏向器を用いても本発明の範疇を逸脱するものではない。
【００６６】
反射ビーム２６ｂは、円筒対称形の偏向磁場４０の幾何学的な中心３８に焦点される。次いで、反射ビーム２６ｂは、ビーム偏向器４８に入射する以前にレンズ４６によって平行にされ、その後、レンズ５０によって偏向磁場５４の幾何学的な中心５２に焦点される。次いで、ビーム２６ｂは、所望の方向、例えば個々の集積回路のダイや大型ウエハなどの任意の種類の装置としうるターゲット６２に指向される。
【００６７】
リレーレンズアセンブリ４５によって、ビーム２６ｂは偏向磁場４０及び５４のそれぞれの幾何学的な中心３８及び５２に焦点される。第２の偏向磁場５４は結合磁場であって、イオンビーム２６ｂを電子ビーム６６ｂと後に詳述するような好ましい態様で結合する。
【００６８】
ビーム２６ｂは、第２の偏向磁場５４を通過することによって左方向に偏向され、共通の開口絞り６０を有する焦点レンズ５６及び５８を通じて導入される。開口絞り６０、並びにレンズ５６及び５８は、以下で詳述するように、テレセントリックストップと一般に称される好適な結合ビーム焦点システム５８を構成する。ビーム２６ｂは、ビーム６６ｂと同軸上に結合し、レンズ５６及び５８によって好ましくはターゲット６２に垂直に導入され、焦点される。ターゲット６２上では、ビーム中のイオンを所望の位置に蒸着される。
【００６９】
本発明の好ましい態様においては、電子ビーム６６を制御し、配列し、操作し、修正するための第２のビーム形成操作機構を含む。説明を明確にすべく、読み出しビーム６６（図１Ａ−図１Ｆ並びに図２Ａ−図２ＤでビームＥとされているもの）は、ミラー６８に向けられる以前は入射ビーム６６ａとして記載し、ミラー６８で反射された後は反射ビーム６６ｂとして記載される。入射ビーム６６ａは、好ましくは公知のポイントソースである、例えば電界放出カソードや熱イオン電界エミッタなどの電子ソース６４から射出される。入射ビーム６６ａはレンズ７０により平行にされて第３の偏向磁場７４の幾何学的な中心部７２に焦点される。
【００７０】
次いで、このビーム６６は右方向に偏向されて第２の静電ミラー６８中に導入される。ミラー６８は、色収差及び球面収差を大きく補整するために凹面状に形成することができる。反射ビーム６６ｂは、ミラー６８によって第３の偏向磁場７４の幾何学的な中心部７２に焦点され、再度右方向に偏向されて好適な偏向焦点機構７６内に導入される。この偏向焦点機構７６は、後に図４及び図５と関連づけて詳細に説明するように、コリメータレンズ７８及び８０、偏向板８２を有している。レンズ７８は、第３の偏向磁場７４の幾何学的な中心部７２に対して焦点が定められている。
【００７１】
また、レンズ８０は、第２の偏向磁場５４の幾何学的な中心部５２に焦点が定められている。ビーム６６ｂは、偏向磁場５４によって右方向に偏向され、イオンビーム２６ｂと同軸上に存在するようになり、ターゲット６２上に垂直に焦点されて入射される。
【００７２】
偏向磁場４０、５４、及び７４は、好ましくはビーム２６ａ、２６ｂ、６６ａ及び６６ｂを６３．５度偏向させるように設計する。
【００７３】
反射ビーム６６ｂは、円筒対称形の偏向磁場７４の幾何学的な中心部７２に焦点される。次いで、反射ビーム６６ｂは、レンズ７８で平行にされた後、ビーム偏向器８２中を通過し、次いで、レンズ８０によって偏向磁場５４の幾何学的な中心部５２上に焦点される。ビーム６６ｂは、ビーム２６ｂと同軸上に結合し、所望する方向、例えばターゲット６２へ導かれる。
【００７４】
図４は、リレーレンズ機構４５及び７６の好ましい態様を詳細に示すものである。双方ともに同一の構造を有するが、明確化のために個別に説明する。リレーレンズ４５はビーム偏向器４８を含んでいる。これによって、ビーム２６ｂはビーム６６ｂと独立に焦点されるとともに操作され、ターゲット６２上にμｍオーダの精度で位置決めして前述したような機能を達成することができる。
【００７５】
反射ビーム２６ｂは、円筒形の対称偏向磁場４０の幾何学的な中心部３８に焦点される。次いで、レンズ４６によって平行にされた後、ビーム偏向器４８を通過し、次いで、レンズ５０によって偏向磁場５４の幾何学的な中心部５２に焦点される。そして、ビーム２６ｂはビーム２６ｂと同軸上で結合され、所望の方向、例えば、図３のターゲット６２へ導かれる。
【００７６】
反射ビーム６６ｂは、円筒形の対称偏向磁場７４の幾何学的な中心部７２に焦点される。次いで、レンズ７８によって平行にされた後、ビーム偏向器８２を通過し、次いで、レンズ８０によって偏向磁場５４の幾何学的な中心部５２に焦点される。そして、ビーム６６ｂはビーム２６ｂと同軸上で結合され、所望の方向、例えば、図３のターゲット６２へ導かれる。
【００７７】
合成リレーレンズ機構４５は、ビーム２６ｂがこのリレーレンズ機構４５を通過する際にこれを平行なものとしながら、このビーム２６ｂを偏向磁場４０及び５４のそれぞれの幾何学的な中心部３８及び５２に焦点しうることは当業者にとって当然に理解できることである。リレーレンズ機構７６は、ビーム６６ｂが偏向構造体８２を通過する際にこれを平行なものとしながら、このビーム６６を偏向磁場７４及び５４のそれぞれの幾何学的な中心部７２及び５２に焦点させることができる。
【００７８】
リレーレンズ機構４５及び７６を組合わせることで、これらが共通の偏向磁場を有するようにすることになり、所望に応じて荷電粒子ビームを同軸上で結合させて他の部分に記載した所定の機能を実現しうるが、このことは他の方法ではなし得ないものである。図１Ａ−１Ｆで示したように、これらのビームが同一の極性の電荷を有するか反対の極性の電荷を有するかは問題ではない。同様に、同一の方向に進行するか異なる方向に進行するかについても問題ではない。
【００７９】
図４は、リレーレンズ機構４５及び７６の好ましい態様におけるビーム偏向器４８及び８２の位置を開示している。ビーム２６ｂ及び６６ｂはビームを偏向させる必要のない場合で平行にされている。前記リレーレンズ機構は、参照数字３８で示される位置において物点を有し、参照数字５４で示される位置において像点を有する単純なレンズで置き換えることができる。図４に示すリレーレンズ機構の好ましい態様において、各偏向磁場はビームを６３．５度偏向させ、合計で１２７度偏向させる。
【００８０】
図５Ａ−５Ｃは、図３及び図４に示したビーム偏向器４８及び８２をより詳細に示したものである。このような構成を採ることによって、モニタリングビームと蒸着ビームとを別々に偏向させることができる。ビーム偏向器４８及び８２は同一の構成を有するので、図５Ａ−５Ｃにおける説明によって双方の偏向器の構成を説明することになる。なお、説明は必要に応じて図５Ａ−５Ｃの各図面を用いて適宜に行なわれる。
【００８１】
図５Ａ及び図５Ｂに示す絶縁性ハウジング８２は、図５Ａ及び図５Ｂにおいて線図的に示すような、均質な電気抵抗性の矩形状の４つの偏向板８８ａ−８８ｄの２つの組８４及び８６を保持する。これらは、互いに離角されて、図５Ａに示すように、四角形状又は矩形状のトンネル９２を形成する。
【００８２】
偏向板８８ａ−８８ｄは、図５Ａ及び図５Ｃに示すように、導電性の接触体９０ａ−９０ｄによって４つの角部において結合されている。接触体９０ａ−９０ｄは、それらの２面において２つの偏向板８８ａ−８８ｄと結合している。例えば、接触体９０ａは一面において偏向板８８ａと結合し、隣接した面において偏向板８８ｄと結合している。また、接触体９０ｂは一面において偏向板８８ａと結合し、隣接した面において偏向板８８ｂと結合している。偏向板８８ａ−８８ｄ及び接触体９０ａ−９０ｄによって形成された構造によって、図５Ａに示すように、双方の端部から見て四角形のトンネルが形成される。
【００８３】
２組の偏向器８４及び８６は端面同士が結合されているが電気的には絶縁されている。これらの偏向器は当業者において公知の技術手段を用いることによって、前記偏向板によって形成されたトンネル９２内に均一な電気的偏向場を形成できるように、所定の制御系及び電源に接続される。
【００８４】
前述したような構造は、その特異な構造に依存して数々の利点を有する。前述した偏光器内を横断する荷電粒子ビームは、２回対称である電場内を通過することになる。この電場は、前記荷電粒子ビームを歪めたり、又はビーム内に収差を加えたりすることはない。さらに、前記荷電粒子ビームが通過する部分において電場が直線的になるように、前記電場は偏光板のエッジ部分において直線になっている。その結果、直線的なビーム偏向／電圧が得られ、正確なビーム制御が可能になる。最終的に、抵抗性の偏向板は、付着した分散電子及びイオンを消散させ、この結果、再現性を得るために必要な偏向環境における浮遊電荷が除去される。
【００８５】
偏向板８８ａ−８８ｃには、制御回路を簡単化するためにトンネル９２の中心部が接地電位となるような電圧を印加してもよいし、或いは他の任意の電位となるような電圧を印加してもよい。得られた均一な電場を用いて、荷電粒子ビームに実質的に直線の偏向を生じさせることができる。偏向板の２つの組８４及び８６を用いて、ビームの偏向の中心を必要とする任意の点に固定することができる。
【００８６】
さらに、上述したような偏向電圧に加えて、前記荷電粒子ビームに対して４重極モーメントを付加するための電圧を印加することもできる。このためには、平均垂直分極電位を、水平偏向電極のものより正又は負の電位になるようにする。これによって、荷電粒子ビームの異なる部分が異なる平均電圧、つまり異なる速度で偏向器内を横断し、偏向方向におけるビームが集束するため、いわゆる偏向収差を補償することができる。このような補償を行う場合、他の種の偏向器における別個の構成で実現する必要がある。
【００８７】
例えば先に図３と関連させて述べたように、２以上の荷電粒子ビームをシステム中の同一点で結合させる場合において、個々の分離した荷電粒子ビームを独立して同時に偏向させるのであれば、先に図４と関連させて述べたように偏向器を結合磁場の前、すなわち「上流」に設ける必要がある。
【００８８】
図６は、前述したような、互いに異なる電荷／質量比を有する２つの別個の荷電粒子ビーム２６ｂ及び６６ｂを結合させるための円筒対称形の偏向磁場５４と、ターゲット６２の共通点において荷電粒子ビーム２６ｂ及び６６ｂを同軸ビーム６１として焦点させるための２つの別個の静電レンズ５６及び５８との空間的な配置５４を示すものである。
【００８９】
３つの電極と本例ではレンズ５６及び５８とした静電レンズ（アインゼル（Einzel）レンズとも称される）とにより、正電荷若しくは負電荷のイオン又は電子が当該レンズ５６及び５８のそれぞれの中心電極５７及び５９に焦点される。これらレンズ５６及び５８のそれぞれの中心電極５７及び５９に印加して、所定のエネルギーを有する電子とこれと異なるエネルギーを有する正電荷イオンとを同一面上の同一点に焦点させうる特定の電圧が存在することはこれまで知られていなかった。
【００９０】
好ましい態様においては、電子ビーム及びイオンビームを同一のレンズを用いて同時に焦点させる。その結果、同一のエネルギーを有する全てのイオンビームが同様に焦点されるので、任意の種類のイオンを電子ビームとともに用いることができる。さらに、前述したように、これらのビームは同一の結果を得るためにレンズを通じて同じ方向に進行させる必要がない。
【００９１】
さらに、実際の操作においてはユニポテンシャルレンズに限られず、加速静電レンズ又は減速静電レンズの多くも同じ特性を呈する。これらのレンズは、任意の数の電極を有することができるとともに、これらの電極は任意の形状を有することができる。これにより、図６に示したようなテレセントリックストップとともに複合レンズを用いることもできるようになる。
【００９２】
例えば、図６に示す光学系は、２つの静電レンズから構成することができる。各静電レンズは互いに異なる電荷／質量比及び互いに異なるエネルギーを有する２つの荷電粒子ビームを焦点させる特徴がある。ユニポテンシャルレンズ５６及び５８は、偏向磁場５４の幾何学的な中心部５２から出射された、１５ｋＶの電子からなるビーム２６ｂと、５ｋＶの正電荷ガリウムイオンからなるビーム６６ｂとを同時にイメージ化させ、テレセントリック開口絞り６０を通る同軸ビーム２６ｂ＋６６ｂに結合する。
【００９３】
双方のビームに対して同一のレンズ強度を付与するために、テレセントリック開口絞り６０を通過するビーム２６ｂ＋６６ｂに対して負電圧が印加される。双方のビームに対して同一のレンズ強度を付与するために、−１０．５ｋＶの負電圧がレンズ５６及び５８のそれぞれの中心電極５７及び５９に印加され、同軸ビームの２６ｂ＋６６ｂの正電荷成分及び負電荷成分が等しい強度になる。この電圧は、ビーム２６ｂが有する電圧−１５ｋＶの７０％に相当し、ビーム６６ｂが有する電圧の−２１０％に相当する。
【００９４】
前述したレンズは、イオンビームに対してはいわゆる加速モードとして作用し、電子ビームに対しては減速モードとして作用し、その結果、同軸ビーム２６ｂ＋６６ｂの２成分に対して同一のレンズ強度が付与される（静電レンズは、一般的に加速モードにおいては減速モードにおけるよりも強度が減少する）。
【００９５】
レンズ５８は、結合された同軸平行ビーム２６ｂ＋６６ｂを絞り６０から受光し、イオンビーム２６ｂ及び電子ビーム６６ｂの一致したイメージをターゲット面６２上に同時に生成する。絞り６０を、レンズ５８の焦点面上に配置すれば、図６に示す光学系は、ターゲット面６２に垂直（実質的に垂直）な電子ビーム６６ｂ及びイオンビーム２６ｂを走査させたい場合に、これらビームを独立に制御することができる。図４に示すような偏向光学形態を用いることによって、他の面倒な収差を防止することができる。
【００９６】
また、このような構造は、図１Ａに示すような円筒対称形の結合磁場と組み合わせて用いることもできる。前記磁場は、荷電粒子ビームを荷電／質量比の平方根に比例した角度で偏向させるので、それぞれ反対符号の荷電／質量比を有する２つの荷電粒子ビームのみならず、それぞれ同符号の荷電／質量比を有する２以上の荷電粒子ビームを結合させるのにも用いることができる。
【００９７】
大きさが異なるが符号が同じ荷電／質量比を有する一致ビームは、これらビームのエネルギーが同じである限り、その後に設けた任意の静電レンズによって同じ様に焦点される。２以上の結合磁石を縦続接続させることにより、複数のイオンをターゲット面に供給することができる。これは、複数種の元素を同時に蒸着するのが望ましい合金の蒸着処理に有効である。
【００９８】
また、円筒形結合磁石は、正電荷イオン及び負電荷イオンを結合させて単一のビームを形成する際に用いることができ、このことは、絶縁体や所定の薬品を製造する際に重要となることがある。
【００９９】
ターゲットから出射される荷電粒子ビームは変化させることができる。例えば、粒子を、反射ビーム及び／又は粒子、２次電子、２次イオンなどとすることができる。
【０１００】
（１）両方向におけるビームの通過と焦点とを同時に行なうためのレンズ、及び（２）結合と分離とを同時に行ないうる円筒形磁石の双方を用いることができる。イオンビームが所定の表面上に蒸着されている際、これと同時に電子ビームによってその蒸着過程を探査する。処理から追い出された電子及びイオンの双方は、前記レンズ及び前記磁石を通過して戻り分離され、その結果、これら粒子を個々に検出することができるようになる。これは、個々の原子又は分子の配列、モニタリング、及び操作する際に有用であるとともに、解析する際にも有用である。
【０１０１】
図７は、２つの静電レンズＸ及びＹと、円筒対称形の偏向磁場Ｚと、及び静電ミラーＭとを互いの角度が９０度となるように配置した状態を示す図である。静電レンズＸ及びＹ並びに静電ミラーＭの軸線は、偏向磁場Ｚの幾何学的な中心部Ｏを通っており、これら３つの素子を通過するビームも中心部Ｏに焦点される。この結果、小さいスペースにおいて、図３に示すようなシステムを製造することができる。静電ミラーＭは外部焦点Ｏを有するように付勢されており、さらに前記システム中のレンズＸ及びＹ、さらにはその他のレンズによってビーム２６ｂ＋６６ｂに生成された球面収差及び色収差を、反対符号のオーバー補整された球面収差及び色収差をビームに導入することにより、解消するようになっている。
【０１０２】
この場合は、単一の偏向磁場Ｚのみが使用されるので、総ての軸線は共通の面内に存在するようになり、図３に示す場合よりも経済的で物理的にコンパクトにすることができる。好ましい角度は９０度であるが、必要に応じてその他の角度に設定することもできる。
【０１０３】
次に、先にも提案したように、適当な条件下においては、分子的及び原子的ディメンションの作業を行なうことができる。次に示す議論によって、可能な解像度レベルに対する指針が与えられる。
【０１０４】
イオンビーム及び電子ビームに対して球面収差及び色収差が完全に補整された状態において、２ｋＶの電子エネルギーは０．２７Åの電子波長を生ずる。収差補整電子光学系における、このような電子ビームの理論的解析限界は、１００ｍｒａｄの開口角に対しては１．６７Åであり、１０ｍｒａｄの開口角に対しては１６．７Åである。
【０１０５】
本発明者らによって先に実施された公表の実験結果によれば、３５ｍｒａｄの開口角からの電子ビームを完全に補整することができた。また、後に実施された非公表の実験結果によれば、所定の状況下において、１００ｍｒａｄの開口角からのビームを完全に補整することができた。８ｋＶの電子ビームは、上述した値の半分のレベルの解像度を有する。
【０１０６】
イオン波長は電子波長よりもはるかに短いので、比較的小さいビームエネルギーを用いることによって、原子レベルの解像度を得ることができる。例えば、３３０ｅＶのガリウムイオンは０．００２Åの波長を有するので、１０ｍｒａｄの開口角に対しては０．１２Åの解像度が得られる。３００ｅＶ以下のイオンビームを用いた場合は、相当な確率でターゲット、例えば基板に付着し、最も小さい原子に対してその０．１倍の解像度を得ることができる。この場合、イオンによるサブ原子的な置換が可能となり、いわゆる“デザイナー”分子を形成することができる。
【０１０７】
本発明の装置は、イオンなどの単一の原子を基板上に蒸着し、電子流によって前記原子を移動させると同時にその過程を同時に観察する場合に用いることができる。また、本発明の装置は、化合物の表面を化学的にマッピングするための、スパッタリングなどに用いることもできる。
【０１０８】
さらに、図３において言及したように、その焦点機能及び偏向機能によれば、イオンビーム２６ａ及び２６ｂを用いて、分子レベルの大きさのあるいは単一イオンを堆積させると同時に、電子ビーム６６ａ及び６６ｂを用いて、堆積されているものをスキャンし読み出すことができる。
【０１０９】
さらに、電子ビームは、分子レベルの大きさの堆積物を侵食して所望の形状にするために、及び／又は単一のイオン堆積物を得るために用いることができる。
【０１１０】
書き込みビーム及び読み出しビームにおける色収差及び球面収差を補整することによって、個々の集積半導体デバイスの大きさを数桁程度縮小することができ、集積回路の密度及び又は速度を大幅に増大させることができる。
【０１１１】
ナノエレクトロニクスの分野においては、微小なデバイスを製造する方法及びそのようなデバイスを評価するための装置が存在しないことが、研究開発及びその進歩を阻害する要因となっていた。図３に線図的に示され、これと関係付けて説明したシステムを用いることによって、ｎｍオーダの大きさの電子回路をその構成材料から直接的に作製することができる。
【０１１２】
導電線路は、リソグラフィなどの技術を用いることなく、直接的に蒸着によって形成することができる。絶縁体は、基板上に形成されたシリコン膜から必要な箇所に成長させて、その後、酸素イオンビームを用いて酸化物に転換することができる。ダイレクトドープは、所定の位置にイオンを直接に打ち込むことにより、又は所望の表面上にイオンを蒸着させて指向性の電子ビームによりイオンを「打ち込む」すなわち溶融させることによって行なうことができる。【０１１３】
ここで述べたように、回路又は装置を作製するに際して必要とされる材料のみを蒸着するので、半導体電子デバイスの製造に際して、有害かつ無駄な副生成物の発生を抑制することができ、製造処理が著しく改善される。したがって、このような副生成物をエッチングしたり溶解したりする工程は殆ど又は全く行われない。
【０１１４】
デバイスや材料は、前述したようなシステムを用いて完成させることができる。所定の回路が完成したら、接続を確立して前記システム内で製造した機器の端子に電力を供給して試験を行い、その場でその回路を評価することができる。試験中において診断モードにある回路のイメージ化は、例えば、ミラーモードの低エネルギー電子ビーム又はイオンビームを用いて行なうことができる。前記回路の修正は、イオンビームを用いてその場で行なうことができる。最終的に要求の満たされた回路特性及び形態が得られたら、ステップ・アンド・リピート工程によって、自動的かつ無限に再生産を行うことができる。
【０１１５】
ナノデバイスの評価及び製造を行なうに際しては、ある工程から次の工程へ移る際の整列が著しい障害となる。これは、同軸上に存在する光軸に沿って読み出しと書き込みとを同時に行なうことによって克服される。これによって、サブ原子の精度をもって不明確なアレイの構造をスティッチすることができる。図３及びこれと関連して説明された同時読み出し／書き込みシステムによれば、あらゆる種類のデバイスを自動で作製することができる。
【０１１６】
整列や記録を自動的に制御しうるので、磁場を結合させることにより、サイズや構成に制限されずにデバイスを製造することができる。分子サイズのデバイスは、生物、医薬、機械、環境、化学、物理、及び電子分野において注目されている。
【０１１７】
デバイスの大きさはある範囲を超えて縮小されれば、デバイスの連続的な製造が可能となるばかりでなく、平行生産と比較して経済的にも望ましくなることはあまり知られていない。液体金属及びガスイオンソースは極めて有用であって、これらソースからのビームにおいて球面収差及び色収差が補整された場合においては、ナノデバイスを経済的に作製するのに必要十分な流れが得られる。
【０１１８】
前述したように解像度を改善することに加えて、好適例では、収差が補整されたビームを操作しうることを利用して、ビームの開口角を増大させて、ビームの流れ及びスループットを増大させる。この特徴は、走査型電子顕微鏡、透過型電子顕微鏡、光電子放出顕微鏡、低エネルギー放出顕微鏡、その他の分析機器の速度及び解像度を増大させるのに用いる。また、これにより、光学リソグラフィマスクの作製及び補修についても利点が得られる。
【０１１９】
上述した明細書中に記載された用語や表現は、何ら限定されるものではなく、これらの使用において特別な意図はない。そして、本発明の範疇はクレイムにおいて規定され限定されており、これと均等なものを排除するものでもない。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】  荷電粒子と磁場との相互作用を示す線図である。
【図１Ｂ】  荷電粒子と磁場との相互作用を示す線図である。
【図１Ｃ】  荷電粒子と磁場との相互作用を示す線図である。
【図１Ｄ】  荷電粒子と磁場との相互作用を示す線図である。
【図１Ｅ】  荷電粒子と磁場との相互作用を示す線図である。
【図１Ｆ】  荷電粒子と磁場との相互作用を示す線図である。
【図２Ａ】  磁場とミラーとの幾何学的な配置を簡略化して示す線図である。
【図２Ｂ】  図２Ａの荷電粒子の線路を示す線図である。
【図２Ｃ】  図２Ｂに示す荷電粒子線路において、１２７度以下のものを示す線図である。
【図２Ｄ】  図２Ｂに示す荷電粒子線路において、１２７度以上のものを示す線図である。
【図３】  ターゲット上へイオン材料を蒸着し、蒸着されたイオン材料を電子ビームによって検知するシステムを簡略化して示す線図である。
【図４】  図３で示すシステムで用いられる、“読み出し”ビームと“書き込み”ビームとをそれぞれ分離して偏向されるリレーレンズを簡略化して示す線図である。
【図５】  図３で示すシステムで用いられる、ビーム偏向器を簡略化して示す線図である。
【図６】  ２つの静電ミラー、磁場及びミラーの集約した空間配置を示す図である。
【図７】  分離した荷電粒子ビームを結合させるための磁場と、ターゲット上へビームを焦点させるための２つのレンズとを示す図である。
【図８】  ビームと静電場又は磁場との相互作用を示す図である。
【図９】  多重ビームと相互作用する一般的な磁場及び／又は電場を示す図である。