荷電粒子線加工装置
【課題】
昨今の高速加工を目的とした荷電粒子線装置では、荷電粒子線の電流値の増大化するため、開口を有するマスクの寿命が益々短くなってくる。マスク交換周期が短くなると、荷電粒子線装置のスループットの低下が問題となってくる。本発明の目的は、荷電粒子線加工装置において、照射ビームの電流増加によるマスク寿命の問題を解決し、装置のスループットを向上させることに関する。
【解決手段】
本発明は、開口を有するマスクに、荷電粒子源の加速電圧とアース電位の間の電位を印加することに関する。また、該マスクを電気的に絶縁して配置することに関する。マスクに入射するエネルギーを低下させ、ビームによるマスクの損傷の程度を小さくすることで、長寿命化が可能となる。本発明により、開口部を有するマスクの交換周期が長くなって荷電粒子線装置の安定稼動が実現可能となり、高スループットの荷電粒子線装置を提供することが可能となる。
昨今の高速加工を目的とした荷電粒子線装置では、荷電粒子線の電流値の増大化するため、開口を有するマスクの寿命が益々短くなってくる。マスク交換周期が短くなると、荷電粒子線装置のスループットの低下が問題となってくる。本発明の目的は、荷電粒子線加工装置において、照射ビームの電流増加によるマスク寿命の問題を解決し、装置のスループットを向上させることに関する。
【解決手段】
本発明は、開口を有するマスクに、荷電粒子源の加速電圧とアース電位の間の電位を印加することに関する。また、該マスクを電気的に絶縁して配置することに関する。マスクに入射するエネルギーを低下させ、ビームによるマスクの損傷の程度を小さくすることで、長寿命化が可能となる。本発明により、開口部を有するマスクの交換周期が長くなって荷電粒子線装置の安定稼動が実現可能となり、高スループットの荷電粒子線装置を提供することが可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスなどの観察，分析、あるいは計測用の微小試料作製を行う荷電粒子線装置に関する。例えば、荷電粒子線として、イオンビームや電子ビームを用いる装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、マイクロプロセッサーに代表される半導体デバイス，ダイナミックランダムアクセスメモリに代表される半導体メモリ、および磁気ヘッドなどの電子部品の製造コストを削減するための検査，解析技術が注目されている。
【０００３】
高度な検査，解析技術を用いて、プロセス条件の早期最適化や不良解析などにより開発期間短縮化や歩留まりの早期向上が実現できれば、膨大な損失削減を期待できる。
【０００４】
従来は、プロセス毎に複数枚のうちから少なくとも１枚を取り出し、ウエーハを割断して断面加工，検査を行っていたが、ウエーハが大口径化し、高価となった為、廃棄分の損失を無視出来なくなってきている。このため、近年、断面検査を行ったウエーハを製造ラインに戻して、断面観察したチップ以外のチップを良品として製品に利用する、いわゆるインライン断面検査技術が開発されている。
【０００５】
従来の正確な断面加工を行う装置として使用されてきた装置は集束イオンビーム（Focused Ion Beam、以下、ＦＩＢと略する。）であり、サブミクロンオーダーに集束したイオンビームを静電偏向走査し試料に照射し、目標位置を正確に加工する。
【０００６】
この他に、特許第３５４２１４０号公報に記載されている投射型イオンビーム装置（Projection Ion Beam、以下、ＰＪＩＢと略する。）がある。これは、上記のＦＩＢのように集束したイオンビームを走査し、断面加工するのではなく、加工形状と相対形状のアパーチャを有するマスクを通過したイオンビームのみを試料に照射して加工するという装置である。
【０００７】
液体金属イオン源を用いるＦＩＢのイオン源の輝度は、ガスイオン源を用いるＰＪＩＢと比較して一般的に高いため、分解能が高く、微細加工に適している。一方、ＰＪＩＢのイオンソースサイズは、数百マイクロメートルと、ＦＩＢの数十ナノメートルと比較して桁違いに大きい。ＰＪＩＢの輝度は低いが、ビーム電流値は比較的大きくすることが可能であり、大面積を高速に加工できる。
【０００８】
ＦＩＢにしても、ＰＪＩＢにしても、開口部を有するマスクが有り、このマスクを通過したビームを用いて、試料の加工を行っている。
【０００９】
【特許文献１】特許第３５４２１４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本願発明者が、イオンビーム装置のマスクについて鋭意検討した結果、以下のような知見を得た。
【００１１】
開口を有するマスクにイオンビームが照射されると、照射領域でスパッタを生じ、マスクが削られ、開口部の面積が大きくなる。開口部の形状が変化することにより、所定の加工形状が得られなくなる。また、ビームが広がる為、中心部以外の外周部のビームは、軸外収差などの収差が大きくなり、加工形状が歪む等の問題が発生する。
【００１２】
また、マスクにスリット状の開口を設け、このスリットにイオンビームを投射し、マイクロサンプリングしたサンプルに薄膜化加工する場合、イオンビームを照射し始めた段階において、スリットの短軸方向について、ビーム照射とともに開口部の短軸方向の長さ（幅）が特に大きくなり、シャープだった試料加工面にだれが発生する。シャープな加工が出来なくなると、ＴＥＭ（Transmission electron microscope：透過電子顕微鏡），ＳＴＥＭ（Scanning transmission electron microscope：走査型透過電子顕微鏡）などによる高分解能な分析，解析が不可能となる。
【００１３】
上記の内容を、図１４，図１５を用いて説明する。スリット状の開口４１Ｆ〜４１Ｈを有する投射マスク２４にイオンビーム２を照射すると、スパッタリングにより、削られ、時間の経過とともに図に示すように開口部の面積が大きくなる（（１）→（２）→（３））。開口部の周辺ではエッチング加工などで発生した歪みが残留しているが、この領域にイオンビームを照射すると、スパッタリング現象により凹凸が顕著になる。ＳＥＭ（Scanning electron microscope：走査電子顕微鏡）で観察すると、開口部周辺はコントラストが高く、白い変色部５６として観察されるようになる。
【００１４】
イオンビーム２の試料に対する入射角とスパッタ率との関係より、スリット状の開口４１Ｈの短軸方向５０に開口が広がる速度４４が、投射マスク２４の厚みが薄くなる速度より早くなる。この為、図１４の最右側の図に示すように、入射ビームと同じ穴形状になる前に、開口はどんどん大きくなる。照射開始時にシャープであったビーム強度分布（（１））は、照射時間とともに、ブロードな強度分布（（２），（３））となる。そして、最終的には、（３）に示すように入射ビームと同じ形状の穴となる。通常、（３）の状態になる前に、メンテナンスによって、当該、マスクは交換する。
【００１５】
図１５の（１）は、ビーム照射時間が少ない場合における、試料面上でのビーム強度分布（上）と、このビームで加工した場合の加工断面図（下）を示す。（２）は、（１）と比較して、経過時間が大きい場合を示す。ビーム照射時間とともに、開口部の短軸方向５０の長さ（スリットの幅）が大きくなり、軸外収差等の収差が大きくなる為に、図１５の（２）に示すように、試料面上でのビーム強度分布は段々ブロードになる。シャープな加工断面を得ることが不可能となり、マイクロサンプルなどの薄膜化加工が困難になる。
【００１６】
昨今の高速加工を目的とした荷電粒子線装置では、荷電粒子線の電流値が増大化するため、開口を有するマスクの寿命が益々短くなってくる。マスク交換周期が短くなると、荷電粒子線装置のスループットの低下が問題となってくる。
【００１７】
本発明の目的は、荷電粒子線加工装置において、照射ビームの電流増加によるマスクの短寿命化の問題を解決し、装置のスループットを向上させることに関する。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、開口を有するマスクに、荷電粒子源の加速電圧とアース電位の間の電位を印加することに関する。また、該マスクを電気的に絶縁して配置することに関する。マスクに入射するエネルギーを低下させ、ビームによるマスクの損傷の程度を小さくすることで、長寿命化が可能となる。
【００１９】
好ましくは、開口を有するマスクを囲むように、荷電粒子線の進行方向に対して、上流側，下流側に凹凸の無い平板状のカバーを配置する。マスク回りの電界の分布を均一とし、入射ビームがマスク通過後に偏向することを防止し、マスク下流の偏向器によるビーム調整が容易となる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明により、開口部を有するマスクの交換周期が長くなって荷電粒子線装置の安定稼動が実現可能となり、高スループットの荷電粒子線装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本実施例は、試料を保持する試料ステージと、荷電粒子線発生源と、荷電粒子線の一部を通過させる開口を有するマスクと、を有し、該試料ステージに保持される試料に対して荷電粒子線を照射する荷電粒子線装置において、荷電粒子発生源の加速電圧とアース電位との間の電位を、該マスクに対して印加することを特徴とする荷電粒子線加工装置を開示する。
【００２２】
また、試料を保持する試料ステージと、荷電粒子線発生源と、荷電粒子線の一部を通過させる開口を有するマスクと、を有し、該試料ステージに保持される試料に対して荷電粒子線を照射する荷電粒子線装置において、該マスクを電気的に絶縁して配置し、該マスクを所定の電位とすることを特徴とする荷電粒子線加工装置を開示する。
【００２３】
また、前記マスクを囲むように、荷電粒子線が進行する方向に対して上流側と下流側に、平板のカバーを配置したことを特徴とする荷電粒子線加工装置を開示する。
【００２４】
また、前記開口が円形であり、円形の開口を通過したビームを集束させ、偏向走査することを特徴とする荷電粒子線加工装置を開示する。
【００２５】
また、開口を通過したビームを投射し、試料に一括照射することを特徴とする荷電粒子線加工装置を開示する。
【００２６】
また、前記マスクが複数種類の開口を有することを特徴とする荷電粒子線加工装置を開示する。
【００２７】
また、前記マスクが、荷電粒子線の中心部のみを通過させる光源制限マスクと、所定の加工形状と相似形状を有する投射マスクと、を有することを特徴とする荷電粒子線加工装置を開示する。
【００２８】
以下、上記及びその他の本発明の新規な特徴と効果を説明する。尚、図面は発明の理解の為に用いており、権利範囲を限定解釈するものではない。
【実施例】
【００２９】
図１は、本実施例におけるイオンビームカラムの断面構造図である。装置は、大きく分けて、イオン源１，イオン源１より引き出したイオンビーム２を加工点まで導く加工光学系に分けられる。
【００３０】
加工光学系は、アノード電極９から引き出したイオンビーム２から中心部のみのイオンビームを取りだす光源制限マスク２６，質量分離器２０，３°偏向器２１，絞り２２，集光レンズ２３，投射マスク２４，ブランカー３０，ファラディーカップ３１，偏向器３２，２段ディフレクター３４，対物レンズ３３などで構成されている。
【００３１】
光源制限マスク２６，投射マスク２４は、絶縁物１２を介して、マスク保持部材２５によって固定されている。光源制限マスク２６，投射マスク２４は、２軸方向に移動可能であり、マイクロメートルの位置精度でビーム光軸上に移動できる。また、マスク保持部材２５に、電流導入端子２８を中継して、電圧を印加できる。
【００３２】
イオン源１内から発生する金属スパッタ物などの中性粒子が、直接、試料４に到達しないようにする為、イオン源１を一方向に数度傾斜させている。中性粒子等は、絞り２２で遮断される。
【００３３】
質量分離器２０によって、イオン源１から引きだされたイオンビーム２の中から必要なイオンビームのみを取り出し、３°偏向器２１によって曲げる。
【００３４】
絞り２２を通過したイオンビーム２は、収差を小さくして加工する為、３枚のバトラーレンズによって構成される集光レンズ２３によって、対物レンズ３３の主点近傍に焦点を結ぶように調整されている。投射マスク２４を通過したイオンビームは、３枚のバトラーレンズによって構成される対物レンズ３３により、縮小比約１／１６で、試料４面上に結像される。尚、２段ディフレクター３４により、走査偏向して結像させることもある。
【００３５】
イオンビームカラム３，試料室（図示無し）の排気系は、ターボ分子ポンプ，ドライポンプなどの排気ポンプ，排気バルブ等で構成される。
【００３６】
試料室には、図示していないロードロック室，大気搬送ロボットなどが有り、これによって試料４などを試料室に搬入，搬出する。
【００３７】
イオンビーム２を照射すると試料４から反射電子や２次電子が放出され、２次電子検出器（図示無し）内の正電位を印加されたシンチレータの電界で引き寄せられ、加速されてシンチレータを光らせる。発光した光は、図示していないライトガイドにより光電子倍増管に入射し、電気信号に変換される。光電子倍増管の出力は、更に増幅されて、ブラウン管の輝度を変化させる。スキャンと同期させることにより、加工点での２次電子像を生成している。
【００３８】
マイクロサンプリングユニット（図示無し）は、縦，横，高さが十数マイクロメートルの大きさのマイクロサンプルを摘出できるプローブを有し、このプローブを、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向の３軸方向に移動可能な構造となっている。マイクロサンプリングユニットは、試料４より欠陥部を含むマイクロサンプルとして摘出し、これをメッシュ（図示無し）に搭載する。駆動には、リニアアクチュエータ，ピエゾ素子等が用いられ、サブマイクロメートルの位置精度でプローブ（図示無し）を移動可能である。プローブ（図示無し）の先端部は、１マイクロメータ以下程度の曲率を有する先鋭な形状をしている。尚、プローブの替わりに、マイクロピンセットやマイクロフォークを用いてもよい。
【００３９】
ガス銃（図示無し）は、ガスノズル（図示無し）を、エアシンダーにより移動できる構造となっている。ＧＡＤ（Gas assisted deposition：ガスアシストデポジション）を行う際には、ガスノズル（図示無し）を、退避位置から、試料の加工点から数百μｍの高さに接近させる。デポガスとして、タングステンカルボニル Ｗ（ＣＯ）６を使用する。これは、固体からガス化する温度（昇華温度）以上に加熱され、このガスが加工点に照射され、ＦＩＢによる分解でタングステンの膜を形成する。
【００４０】
図２に、イオン源の断面構造図を示す。イオン源１としては、デュオプラズマトロンを用いる。カソード６にガス１４を流し、数Torrのガス圧にする。カソード６とアノード電極９との間に、カソード電源１５によって負の直流電圧を印加すると、この間にグロー放電が発生し、イオンはカソード６に衝突する。電子はアノード電極９に加速され、電極に衝突し、２次電子が発生する。これらの電子は、アノード電極９に衝突する前にガスを電離し、イオン化する。中間電極７には抵抗器１８が取付られており、ここに流れる電流による電圧降下により、電子の大部分はアノード電極に流れる。電子，イオンは、アノード電極９に存在する磁石８による磁場によって閉じ込められ、高密度プラズマを発生する。このプラズマより、アース電位の引き出し電極１１との電界により、イオンビーム２を引き出す。イオンビーム電流値の調整は、バイアス電源１７によって印加される負の電位を加えたバイアス電圧をバイアス電極１０に与え、これを変化させて行う。
【００４１】
約３０ｋＶの加速電圧が印加されるイオン源１と気中絶縁を行うために、イオン源１とアース電位のイオン源カバー１９の間は、空間で最低４０mm程度空けられている。
【００４２】
ガス１４としては、酸素ガス，アルゴンガスを用いた。その他に窒素，クリプトン，キセノン，ネオンガス等の不活性ガスを用いる事も可能である。
【００４３】
上記のイオン源は、磁場と電界によってプラズマを閉じ込めるデュオプラズマトロンの例であったが、磁界または電界のいずれかでプラズマを閉じ込めるモノプラズマトロン，デュオプラズマトロンに反射電極を設けたデュオピガトロン，ＰＩＧ型イオン源，マイクロ波イオン源，誘導結合型イオン源（ＩＣＰ）等にも同様に適用できる。
【００４４】
図３に、光源制限マスク２６，投射マスク２４の上視図を示す。光源制限マスク２６は、イオンビーム２の中心部のみのビームを取り出すために使用される。中心部のみのビームを加工に使用することにより、軸外収差等の収差が低減できる為、加工面がシャープな加工断面が得られる。光源制限マスク２６には、入射ビームを素通しできる入射ビーム径より大きな穴径を有する開口４０Ａ、および長方形状となる４０Ｂ，４０Ｃ，４０Ｄなどがある。投射マスク２４には、マイクロサンプリング摘出用のコの字形をした開口４１Ａ，開口４１Ｂ、主にデポ用開口４１Ｃ、主にプローブ接着用などに使用される開口４１Ｄ、主に観察用などに使用される開口４１Ｅ、薄膜化加工用のスリット状の開口４１Ｆ，４１Ｇ，４１Ｈなどがある。
【００４５】
図４は、投射マスク２４にイオンビーム２が照射されている様子を示している。投射マスク２４通過後のビーム電流を最大化し、ビーム欠けを生じないようにするために、イオンビーム２は、投射マスク２４中の最大の開口に外接するサイズ，位置に調整されている。勿論、各開口部の形状に合わせて、集光レンズ２３を調整して投射マスク２４に入射するイオンビーム径を変化させ、マスク通過後のビーム電流の増大を図ることも可能である。
【００４６】
図５は、シリコン板にアルゴンイオンを入射させた場合のビームエネルギーＥ（加速電圧に比例）とスパッタ率Ｓとの関係を示す図である。ここで、スパッタリング率Ｓとは、１個のイオン入射によって、飛び出てきた原子数を表す。ＥとＳとの関係は、イオン入射材料，入射イオン，入射エネルギー等によって異なるが、今回のような３０ｋｅＶ程度の加速電圧においては、ほぼ、ＥとともにＳは単調増加する。よって、マスクに入射するイオンエネルギーを低下させる事によって、Ｓを小さく出来、ビームによるマスクの損傷の程度を小さく出来、長寿命化が可能となる。
【００４７】
図６は、マスク部の概略図である。投射マスク２４は、イオンビームが通過できるような穴部を有するマスク保持部材２５にピン４５によって、正確に位置決めされ、固定ボルト４２によって固定される。マスク保持部材２５の上下には板状のカバー４６が付いている。この凹凸の無い平坦なカバー４６によって、マスク部周囲の電界分布を滑らかにし、局部的な電界の乱れによるイオンビーム２の偏向を防止している。このカバー４６が無いとビームの偏向角が大きく、マスク下流にある偏向器３２の調整代を越え、調整しきれなくなることがある。
【００４８】
マスク保持部材２５は、絶縁物１２を介して、マスク移動機構２７に取り付けられている。マスク移動機構２７は２軸方向にマスクを移動，調整可能で、ビーム光軸３５に対して、マスクの位置をマイクロメートルの精度で調整可能である。マスク保持部材２５には、電流導入端子２８を経由し、ＤＣ電源３６により電位を印加する。同様な構造は、光源制限マスク２６に対しても適用できる。
【００４９】
図７は、光源制限マスク２６をイオン源１内部に配置した場合を示している。アノード電極９とバイアス電極１０の間に、光源制限マスク２６を配置している。加速電圧を越えた電圧を光源制限マスク２６に印加すると、イオンビーム２が光源制限マスク２６に照射されなくなる為、光源制限マスク２６には、電流導入端子２８を介して、ＤＣ電源３６により、イオン源の加速電位を越えない範囲で電位を与える。
【００５０】
図８は、横軸をアノード電極９からの光軸上の距離とした場合における、各位置でのビーム光軸上の電位を示している。簡略化の為、集光レンズ２３，対物レンズ３３等は省略している。図８（１）は、従来の光源制限マスク２６、及び投射マスク２４をアース電位としている場合を示す。光源制限マスク２６、及び投射マスク２４には、加速電位Ｖａのエネルギーを持つイオンが入射する。一方、図８（２）に示すように、光源制限マスク２６、及び投射マスク２４にＶｍの電位を与えると（図１の場合に相当）、各マスクには、Ｖａ−Ｖｍ（マスクへの印加電位）のエネルギーのイオンが入射する。当然ながら、Ｖａ＞Ｖａ−Ｖｍなので、図８（２）の場合のマスクへ入射するビームエネルギーは小さくなり、図５で説明したように、スパッタ率が減少し、マスクの長寿命化が可能となる。
【００５１】
図９は、図８（２）の別の例を示しており、図９（１）は、図７に示すように光源制限マスク２６をイオン源１に配置した場合であり、Ｖｍ１の電位を与えている。図７では、光源制限マスクに積極的に電位をＤＣ電源３６によって与えたが、与えなくとも、光源制限マスクは絶縁物１２によって、電位的に浮いており、イオン源内の電位分布によって決まる電位とする事も可能である。光源制限マスク２６、及び投射マスク２４に与えた電位を各々、Ｖｍ１，Ｖｍ２とすると、入射ビームのエネルギーは、Ｖａ−Ｖｍ１，Ｖａ−Ｖｍ２に比例する。図９（２）は、電源の台数を減らす為、光源制限マスク２６に印加する電位をバイアス電源１７から与えた場合を示す。前述のように、Ｅ（イオン入射エネルギー）とＳ（スパッタ率）とは、イオン入射材料，イオン種，加速電圧等によって異なるので、Ｓが十分、小さくなるようにマスクに印加する電位を選択する必要がある。
【００５２】
図１０は、各モードでのビーム軌跡を示している。
【００５３】
図１０Ａにおいて、イオンビームが入射する光源制限マスク２６の開口は、図３に示す４０Ａになっており、ビームは、マスクの開口部には一切干渉せずに素通しになっている。集光レンズ２３によって、対物レンズ３３の主点に集光させる。投射マスク２４の開口は４１Ａに位置調整されており、４１Ａを通過したビームは対物レンズ３３によって、試料４の面上に結像し、コの字の加工を行う。ステージの回転，傾斜，マイクロサンプリング用プローブ，ガス銃等を利用して試料からマイクロサンプル５７を摘出して、メッシュ６０に搭載する。
【００５４】
図１０Ｂにおいては、光源制限マスク２６の開口を、図３に示す４０Ｄに合わせ、集光レンズ２３の印加電圧をＡと比較して大きくしている。投射マスク２４の上流側で光源制限マスク２６の像を結像させ、この像を対物レンズ３３によって、試料４に投射，結像している。この時、投射マスクの開口は４１Ｆから４１Ｈとなっており、試料４の面上はスリット状のビームが照射される。スリットの短軸方向５０には、分解能が高いビームとなる。
【００５５】
図１０Ｃは、集光レンズ２３に印加する電圧を図１０Ｂより低下させた場合であり、図１０Ａと同じように、集光レンズにより対物レンズ３３の主点に集光する。図１０Ｃの場合、図１０Ｂと比較して、縮小比（試料４での像のサイズ／光源制限マスクを通過したビームサイズ）が大きい為、分解能は低い。しかし、図１０Ｂに示すようなビームが投射マスクに衝突する量が少なくなる為、試料に届くビーム電流値は大きく、加工に適したビームとなる。図１０Ｂ、及び図１０Ｃでは、マスク２４，２６の移動がなく、集光レンズ２３，対物レンズ３３の印加電圧の変更だけで、モードが切り替わる。ビーム光軸のずれは基本的にはない為、マイクロサンプル５７の薄膜化作業において、先ず図１０Ｂの微細ビームで高分解能な観察，高精度な加工位置決めを行い、次に、図１０Ｃでの大電流での加工モードで行う。
【００５６】
図１１は、メッシュ６０にデポ膜６１によって接着したマイクロサンプル５７に薄膜化加工を行った状態を示す図である。図１０Ｃのモードで投射マスク２４の開口を、図３に示す４１Ｆに合わせ、大電流での粗加工５８を行い、次に、投射マスク２４の開口を４１Ｈに合わせ、仕上げ加工５９を行っている。スリット状の開口４１Ｈを使用すると、ビーム中心部を通過したビームを使用する為、加工断面は最もシャープな形状となる。
【００５７】
図１２は、液体金属イオン源を用いたＦＩＢに適用した図を示している。ＬＭＩＳ（液体金属イオン源）６３より出射したガリウムイオンは加速レンズ６４，コンデンサレンズ６５を通過する。可変アパーチャ６６には、数マイクロメートルから数百マイクロメートルの円形の開口部５８Ａから５８Ｄがあり、これを通過したビームを偏向器３２によって、ビーム形状，ビームの位置調整を行う。２段ディフレクター３４によって、ビームを走査偏向して、対物レンズ３３によって、試料４上に結像させ、自由な形状に穴加工などを行うことが可能である。前述のように、この可変アパーチャ５８に電圧を印加することにより、長寿命化が可能となる。
【００５８】
図１３は、可変アパーチャの概観図を示す。アパーチャ径は、数百マイクロメートルから数マイクロメートルで数種の穴が開けられている。大電流を必要とする加工時には５８Ａ等を使用し、観察などの微細なビームが必要な場合、５８Ｄ等を使用する。アパーチャ毎に、コンデンサレンズ６５，対物レンズ６８への印加電圧は、図示しない中央制御器により制御され印加され、必要なビーム形状を得ている。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】荷電粒子線カラムの断面構成図。
【図２】イオン源の断面構成図。
【図３】マスクの概観図。
【図４】投射マスクへのビーム入射の様子を示す図。
【図５】入射イオンビームエネルギーとスパッタ率との関係を示す図。
【図６】マスクユニットの概略図。
【図７】イオン源内に配置した光源制限マスク部を示す図。
【図８】電位分布を示す図。
【図９】別の電位分布を示す図。
【図１０】観察，加工モードを示す図。
【図１１】マイクロサンプルの薄膜化加工を示す図。
【図１２】別の荷電粒子線カラムの断面構成図。
【図１３】可変アパーチャを示す図。
【図１４】ビーム照射に伴うマスク損傷の進行状況を示す図。
【図１５】ビーム照射に伴う加工断面の変化を示す図。
【符号の説明】
【００６０】
１ イオン源
２ イオンビーム
３ イオンビームカラム
４ 試料
６ カソード
７ 中間電極
８ 磁石
９ アノード電極
１０ バイアス電極
１１ 引き出し電極
１２Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ 絶縁物
１３ ガス配管
１４，４９ ガス
１５ カソード電源
１６ 加速電源
１７ バイアス電源
１８ 抵抗器
１９ イオン源カバー
２０ 質量分離器
２１，３２ 偏向器
２２ 絞り
２３ 集光レンズ
２４ 投射マスク
２５ マスク保持部材
２６ 光源制限マスク
２７ マスク移動機構
２８ 電流導入端子
２９ ケーブル
３０ ブランカー
３１ ファラディーカップ
３３，６８ 対物レンズ
３４ ２段ディフレクター
３５ ビーム光軸
３６ ＤＣ電源
４０Ａ〜４０Ｅ，４１Ａ〜４１Ｅ 開口
４１Ｆ，Ｇ，Ｈ スリット状の開口
４２ 固定ボルト
４３ 通過ビーム
４４ 速度
４６ カバー
４７ カバー固定板
４８ ガス通路
５０ 短軸方向
５１ 長軸方向
５２ ビーム強度
５５ ＬＭＩＳ（液体金属イオン源）
５６ 変色部
５７ マイクロサンプル
５８ 粗加工
５９ 仕上げ加工
６０ メッシュ
６１ デポ膜
６３ ＬＭＩＳ（液体金属イオン源）
６４ 加速レンズ
６５ コンデンサレンズ
６６ 可変アパーチャ
６７ 加工穴
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスなどの観察，分析、あるいは計測用の微小試料作製を行う荷電粒子線装置に関する。例えば、荷電粒子線として、イオンビームや電子ビームを用いる装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、マイクロプロセッサーに代表される半導体デバイス，ダイナミックランダムアクセスメモリに代表される半導体メモリ、および磁気ヘッドなどの電子部品の製造コストを削減するための検査，解析技術が注目されている。
【０００３】
高度な検査，解析技術を用いて、プロセス条件の早期最適化や不良解析などにより開発期間短縮化や歩留まりの早期向上が実現できれば、膨大な損失削減を期待できる。
【０００４】
従来は、プロセス毎に複数枚のうちから少なくとも１枚を取り出し、ウエーハを割断して断面加工，検査を行っていたが、ウエーハが大口径化し、高価となった為、廃棄分の損失を無視出来なくなってきている。このため、近年、断面検査を行ったウエーハを製造ラインに戻して、断面観察したチップ以外のチップを良品として製品に利用する、いわゆるインライン断面検査技術が開発されている。
【０００５】
従来の正確な断面加工を行う装置として使用されてきた装置は集束イオンビーム（Focused Ion Beam、以下、ＦＩＢと略する。）であり、サブミクロンオーダーに集束したイオンビームを静電偏向走査し試料に照射し、目標位置を正確に加工する。
【０００６】
この他に、特許第３５４２１４０号公報に記載されている投射型イオンビーム装置（Projection Ion Beam、以下、ＰＪＩＢと略する。）がある。これは、上記のＦＩＢのように集束したイオンビームを走査し、断面加工するのではなく、加工形状と相対形状のアパーチャを有するマスクを通過したイオンビームのみを試料に照射して加工するという装置である。
【０００７】
液体金属イオン源を用いるＦＩＢのイオン源の輝度は、ガスイオン源を用いるＰＪＩＢと比較して一般的に高いため、分解能が高く、微細加工に適している。一方、ＰＪＩＢのイオンソースサイズは、数百マイクロメートルと、ＦＩＢの数十ナノメートルと比較して桁違いに大きい。ＰＪＩＢの輝度は低いが、ビーム電流値は比較的大きくすることが可能であり、大面積を高速に加工できる。
【０００８】
ＦＩＢにしても、ＰＪＩＢにしても、開口部を有するマスクが有り、このマスクを通過したビームを用いて、試料の加工を行っている。
【０００９】
【特許文献１】特許第３５４２１４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本願発明者が、イオンビーム装置のマスクについて鋭意検討した結果、以下のような知見を得た。
【００１１】
開口を有するマスクにイオンビームが照射されると、照射領域でスパッタを生じ、マスクが削られ、開口部の面積が大きくなる。開口部の形状が変化することにより、所定の加工形状が得られなくなる。また、ビームが広がる為、中心部以外の外周部のビームは、軸外収差などの収差が大きくなり、加工形状が歪む等の問題が発生する。
【００１２】
また、マスクにスリット状の開口を設け、このスリットにイオンビームを投射し、マイクロサンプリングしたサンプルに薄膜化加工する場合、イオンビームを照射し始めた段階において、スリットの短軸方向について、ビーム照射とともに開口部の短軸方向の長さ（幅）が特に大きくなり、シャープだった試料加工面にだれが発生する。シャープな加工が出来なくなると、ＴＥＭ（Transmission electron microscope：透過電子顕微鏡），ＳＴＥＭ（Scanning transmission electron microscope：走査型透過電子顕微鏡）などによる高分解能な分析，解析が不可能となる。
【００１３】
上記の内容を、図１４，図１５を用いて説明する。スリット状の開口４１Ｆ〜４１Ｈを有する投射マスク２４にイオンビーム２を照射すると、スパッタリングにより、削られ、時間の経過とともに図に示すように開口部の面積が大きくなる（（１）→（２）→（３））。開口部の周辺ではエッチング加工などで発生した歪みが残留しているが、この領域にイオンビームを照射すると、スパッタリング現象により凹凸が顕著になる。ＳＥＭ（Scanning electron microscope：走査電子顕微鏡）で観察すると、開口部周辺はコントラストが高く、白い変色部５６として観察されるようになる。
【００１４】
イオンビーム２の試料に対する入射角とスパッタ率との関係より、スリット状の開口４１Ｈの短軸方向５０に開口が広がる速度４４が、投射マスク２４の厚みが薄くなる速度より早くなる。この為、図１４の最右側の図に示すように、入射ビームと同じ穴形状になる前に、開口はどんどん大きくなる。照射開始時にシャープであったビーム強度分布（（１））は、照射時間とともに、ブロードな強度分布（（２），（３））となる。そして、最終的には、（３）に示すように入射ビームと同じ形状の穴となる。通常、（３）の状態になる前に、メンテナンスによって、当該、マスクは交換する。
【００１５】
図１５の（１）は、ビーム照射時間が少ない場合における、試料面上でのビーム強度分布（上）と、このビームで加工した場合の加工断面図（下）を示す。（２）は、（１）と比較して、経過時間が大きい場合を示す。ビーム照射時間とともに、開口部の短軸方向５０の長さ（スリットの幅）が大きくなり、軸外収差等の収差が大きくなる為に、図１５の（２）に示すように、試料面上でのビーム強度分布は段々ブロードになる。シャープな加工断面を得ることが不可能となり、マイクロサンプルなどの薄膜化加工が困難になる。
【００１６】
昨今の高速加工を目的とした荷電粒子線装置では、荷電粒子線の電流値が増大化するため、開口を有するマスクの寿命が益々短くなってくる。マスク交換周期が短くなると、荷電粒子線装置のスループットの低下が問題となってくる。
【００１７】
本発明の目的は、荷電粒子線加工装置において、照射ビームの電流増加によるマスクの短寿命化の問題を解決し、装置のスループットを向上させることに関する。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、開口を有するマスクに、荷電粒子源の加速電圧とアース電位の間の電位を印加することに関する。また、該マスクを電気的に絶縁して配置することに関する。マスクに入射するエネルギーを低下させ、ビームによるマスクの損傷の程度を小さくすることで、長寿命化が可能となる。
【００１９】
好ましくは、開口を有するマスクを囲むように、荷電粒子線の進行方向に対して、上流側，下流側に凹凸の無い平板状のカバーを配置する。マスク回りの電界の分布を均一とし、入射ビームがマスク通過後に偏向することを防止し、マスク下流の偏向器によるビーム調整が容易となる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明により、開口部を有するマスクの交換周期が長くなって荷電粒子線装置の安定稼動が実現可能となり、高スループットの荷電粒子線装置を提供することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本実施例は、試料を保持する試料ステージと、荷電粒子線発生源と、荷電粒子線の一部を通過させる開口を有するマスクと、を有し、該試料ステージに保持される試料に対して荷電粒子線を照射する荷電粒子線装置において、荷電粒子発生源の加速電圧とアース電位との間の電位を、該マスクに対して印加することを特徴とする荷電粒子線加工装置を開示する。
【００２２】
また、試料を保持する試料ステージと、荷電粒子線発生源と、荷電粒子線の一部を通過させる開口を有するマスクと、を有し、該試料ステージに保持される試料に対して荷電粒子線を照射する荷電粒子線装置において、該マスクを電気的に絶縁して配置し、該マスクを所定の電位とすることを特徴とする荷電粒子線加工装置を開示する。
【００２３】
また、前記マスクを囲むように、荷電粒子線が進行する方向に対して上流側と下流側に、平板のカバーを配置したことを特徴とする荷電粒子線加工装置を開示する。
【００２４】
また、前記開口が円形であり、円形の開口を通過したビームを集束させ、偏向走査することを特徴とする荷電粒子線加工装置を開示する。
【００２５】
また、開口を通過したビームを投射し、試料に一括照射することを特徴とする荷電粒子線加工装置を開示する。
【００２６】
また、前記マスクが複数種類の開口を有することを特徴とする荷電粒子線加工装置を開示する。
【００２７】
また、前記マスクが、荷電粒子線の中心部のみを通過させる光源制限マスクと、所定の加工形状と相似形状を有する投射マスクと、を有することを特徴とする荷電粒子線加工装置を開示する。
【００２８】
以下、上記及びその他の本発明の新規な特徴と効果を説明する。尚、図面は発明の理解の為に用いており、権利範囲を限定解釈するものではない。
【実施例】
【００２９】
図１は、本実施例におけるイオンビームカラムの断面構造図である。装置は、大きく分けて、イオン源１，イオン源１より引き出したイオンビーム２を加工点まで導く加工光学系に分けられる。
【００３０】
加工光学系は、アノード電極９から引き出したイオンビーム２から中心部のみのイオンビームを取りだす光源制限マスク２６，質量分離器２０，３°偏向器２１，絞り２２，集光レンズ２３，投射マスク２４，ブランカー３０，ファラディーカップ３１，偏向器３２，２段ディフレクター３４，対物レンズ３３などで構成されている。
【００３１】
光源制限マスク２６，投射マスク２４は、絶縁物１２を介して、マスク保持部材２５によって固定されている。光源制限マスク２６，投射マスク２４は、２軸方向に移動可能であり、マイクロメートルの位置精度でビーム光軸上に移動できる。また、マスク保持部材２５に、電流導入端子２８を中継して、電圧を印加できる。
【００３２】
イオン源１内から発生する金属スパッタ物などの中性粒子が、直接、試料４に到達しないようにする為、イオン源１を一方向に数度傾斜させている。中性粒子等は、絞り２２で遮断される。
【００３３】
質量分離器２０によって、イオン源１から引きだされたイオンビーム２の中から必要なイオンビームのみを取り出し、３°偏向器２１によって曲げる。
【００３４】
絞り２２を通過したイオンビーム２は、収差を小さくして加工する為、３枚のバトラーレンズによって構成される集光レンズ２３によって、対物レンズ３３の主点近傍に焦点を結ぶように調整されている。投射マスク２４を通過したイオンビームは、３枚のバトラーレンズによって構成される対物レンズ３３により、縮小比約１／１６で、試料４面上に結像される。尚、２段ディフレクター３４により、走査偏向して結像させることもある。
【００３５】
イオンビームカラム３，試料室（図示無し）の排気系は、ターボ分子ポンプ，ドライポンプなどの排気ポンプ，排気バルブ等で構成される。
【００３６】
試料室には、図示していないロードロック室，大気搬送ロボットなどが有り、これによって試料４などを試料室に搬入，搬出する。
【００３７】
イオンビーム２を照射すると試料４から反射電子や２次電子が放出され、２次電子検出器（図示無し）内の正電位を印加されたシンチレータの電界で引き寄せられ、加速されてシンチレータを光らせる。発光した光は、図示していないライトガイドにより光電子倍増管に入射し、電気信号に変換される。光電子倍増管の出力は、更に増幅されて、ブラウン管の輝度を変化させる。スキャンと同期させることにより、加工点での２次電子像を生成している。
【００３８】
マイクロサンプリングユニット（図示無し）は、縦，横，高さが十数マイクロメートルの大きさのマイクロサンプルを摘出できるプローブを有し、このプローブを、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向の３軸方向に移動可能な構造となっている。マイクロサンプリングユニットは、試料４より欠陥部を含むマイクロサンプルとして摘出し、これをメッシュ（図示無し）に搭載する。駆動には、リニアアクチュエータ，ピエゾ素子等が用いられ、サブマイクロメートルの位置精度でプローブ（図示無し）を移動可能である。プローブ（図示無し）の先端部は、１マイクロメータ以下程度の曲率を有する先鋭な形状をしている。尚、プローブの替わりに、マイクロピンセットやマイクロフォークを用いてもよい。
【００３９】
ガス銃（図示無し）は、ガスノズル（図示無し）を、エアシンダーにより移動できる構造となっている。ＧＡＤ（Gas assisted deposition：ガスアシストデポジション）を行う際には、ガスノズル（図示無し）を、退避位置から、試料の加工点から数百μｍの高さに接近させる。デポガスとして、タングステンカルボニル Ｗ（ＣＯ）６を使用する。これは、固体からガス化する温度（昇華温度）以上に加熱され、このガスが加工点に照射され、ＦＩＢによる分解でタングステンの膜を形成する。
【００４０】
図２に、イオン源の断面構造図を示す。イオン源１としては、デュオプラズマトロンを用いる。カソード６にガス１４を流し、数Torrのガス圧にする。カソード６とアノード電極９との間に、カソード電源１５によって負の直流電圧を印加すると、この間にグロー放電が発生し、イオンはカソード６に衝突する。電子はアノード電極９に加速され、電極に衝突し、２次電子が発生する。これらの電子は、アノード電極９に衝突する前にガスを電離し、イオン化する。中間電極７には抵抗器１８が取付られており、ここに流れる電流による電圧降下により、電子の大部分はアノード電極に流れる。電子，イオンは、アノード電極９に存在する磁石８による磁場によって閉じ込められ、高密度プラズマを発生する。このプラズマより、アース電位の引き出し電極１１との電界により、イオンビーム２を引き出す。イオンビーム電流値の調整は、バイアス電源１７によって印加される負の電位を加えたバイアス電圧をバイアス電極１０に与え、これを変化させて行う。
【００４１】
約３０ｋＶの加速電圧が印加されるイオン源１と気中絶縁を行うために、イオン源１とアース電位のイオン源カバー１９の間は、空間で最低４０mm程度空けられている。
【００４２】
ガス１４としては、酸素ガス，アルゴンガスを用いた。その他に窒素，クリプトン，キセノン，ネオンガス等の不活性ガスを用いる事も可能である。
【００４３】
上記のイオン源は、磁場と電界によってプラズマを閉じ込めるデュオプラズマトロンの例であったが、磁界または電界のいずれかでプラズマを閉じ込めるモノプラズマトロン，デュオプラズマトロンに反射電極を設けたデュオピガトロン，ＰＩＧ型イオン源，マイクロ波イオン源，誘導結合型イオン源（ＩＣＰ）等にも同様に適用できる。
【００４４】
図３に、光源制限マスク２６，投射マスク２４の上視図を示す。光源制限マスク２６は、イオンビーム２の中心部のみのビームを取り出すために使用される。中心部のみのビームを加工に使用することにより、軸外収差等の収差が低減できる為、加工面がシャープな加工断面が得られる。光源制限マスク２６には、入射ビームを素通しできる入射ビーム径より大きな穴径を有する開口４０Ａ、および長方形状となる４０Ｂ，４０Ｃ，４０Ｄなどがある。投射マスク２４には、マイクロサンプリング摘出用のコの字形をした開口４１Ａ，開口４１Ｂ、主にデポ用開口４１Ｃ、主にプローブ接着用などに使用される開口４１Ｄ、主に観察用などに使用される開口４１Ｅ、薄膜化加工用のスリット状の開口４１Ｆ，４１Ｇ，４１Ｈなどがある。
【００４５】
図４は、投射マスク２４にイオンビーム２が照射されている様子を示している。投射マスク２４通過後のビーム電流を最大化し、ビーム欠けを生じないようにするために、イオンビーム２は、投射マスク２４中の最大の開口に外接するサイズ，位置に調整されている。勿論、各開口部の形状に合わせて、集光レンズ２３を調整して投射マスク２４に入射するイオンビーム径を変化させ、マスク通過後のビーム電流の増大を図ることも可能である。
【００４６】
図５は、シリコン板にアルゴンイオンを入射させた場合のビームエネルギーＥ（加速電圧に比例）とスパッタ率Ｓとの関係を示す図である。ここで、スパッタリング率Ｓとは、１個のイオン入射によって、飛び出てきた原子数を表す。ＥとＳとの関係は、イオン入射材料，入射イオン，入射エネルギー等によって異なるが、今回のような３０ｋｅＶ程度の加速電圧においては、ほぼ、ＥとともにＳは単調増加する。よって、マスクに入射するイオンエネルギーを低下させる事によって、Ｓを小さく出来、ビームによるマスクの損傷の程度を小さく出来、長寿命化が可能となる。
【００４７】
図６は、マスク部の概略図である。投射マスク２４は、イオンビームが通過できるような穴部を有するマスク保持部材２５にピン４５によって、正確に位置決めされ、固定ボルト４２によって固定される。マスク保持部材２５の上下には板状のカバー４６が付いている。この凹凸の無い平坦なカバー４６によって、マスク部周囲の電界分布を滑らかにし、局部的な電界の乱れによるイオンビーム２の偏向を防止している。このカバー４６が無いとビームの偏向角が大きく、マスク下流にある偏向器３２の調整代を越え、調整しきれなくなることがある。
【００４８】
マスク保持部材２５は、絶縁物１２を介して、マスク移動機構２７に取り付けられている。マスク移動機構２７は２軸方向にマスクを移動，調整可能で、ビーム光軸３５に対して、マスクの位置をマイクロメートルの精度で調整可能である。マスク保持部材２５には、電流導入端子２８を経由し、ＤＣ電源３６により電位を印加する。同様な構造は、光源制限マスク２６に対しても適用できる。
【００４９】
図７は、光源制限マスク２６をイオン源１内部に配置した場合を示している。アノード電極９とバイアス電極１０の間に、光源制限マスク２６を配置している。加速電圧を越えた電圧を光源制限マスク２６に印加すると、イオンビーム２が光源制限マスク２６に照射されなくなる為、光源制限マスク２６には、電流導入端子２８を介して、ＤＣ電源３６により、イオン源の加速電位を越えない範囲で電位を与える。
【００５０】
図８は、横軸をアノード電極９からの光軸上の距離とした場合における、各位置でのビーム光軸上の電位を示している。簡略化の為、集光レンズ２３，対物レンズ３３等は省略している。図８（１）は、従来の光源制限マスク２６、及び投射マスク２４をアース電位としている場合を示す。光源制限マスク２６、及び投射マスク２４には、加速電位Ｖａのエネルギーを持つイオンが入射する。一方、図８（２）に示すように、光源制限マスク２６、及び投射マスク２４にＶｍの電位を与えると（図１の場合に相当）、各マスクには、Ｖａ−Ｖｍ（マスクへの印加電位）のエネルギーのイオンが入射する。当然ながら、Ｖａ＞Ｖａ−Ｖｍなので、図８（２）の場合のマスクへ入射するビームエネルギーは小さくなり、図５で説明したように、スパッタ率が減少し、マスクの長寿命化が可能となる。
【００５１】
図９は、図８（２）の別の例を示しており、図９（１）は、図７に示すように光源制限マスク２６をイオン源１に配置した場合であり、Ｖｍ１の電位を与えている。図７では、光源制限マスクに積極的に電位をＤＣ電源３６によって与えたが、与えなくとも、光源制限マスクは絶縁物１２によって、電位的に浮いており、イオン源内の電位分布によって決まる電位とする事も可能である。光源制限マスク２６、及び投射マスク２４に与えた電位を各々、Ｖｍ１，Ｖｍ２とすると、入射ビームのエネルギーは、Ｖａ−Ｖｍ１，Ｖａ−Ｖｍ２に比例する。図９（２）は、電源の台数を減らす為、光源制限マスク２６に印加する電位をバイアス電源１７から与えた場合を示す。前述のように、Ｅ（イオン入射エネルギー）とＳ（スパッタ率）とは、イオン入射材料，イオン種，加速電圧等によって異なるので、Ｓが十分、小さくなるようにマスクに印加する電位を選択する必要がある。
【００５２】
図１０は、各モードでのビーム軌跡を示している。
【００５３】
図１０Ａにおいて、イオンビームが入射する光源制限マスク２６の開口は、図３に示す４０Ａになっており、ビームは、マスクの開口部には一切干渉せずに素通しになっている。集光レンズ２３によって、対物レンズ３３の主点に集光させる。投射マスク２４の開口は４１Ａに位置調整されており、４１Ａを通過したビームは対物レンズ３３によって、試料４の面上に結像し、コの字の加工を行う。ステージの回転，傾斜，マイクロサンプリング用プローブ，ガス銃等を利用して試料からマイクロサンプル５７を摘出して、メッシュ６０に搭載する。
【００５４】
図１０Ｂにおいては、光源制限マスク２６の開口を、図３に示す４０Ｄに合わせ、集光レンズ２３の印加電圧をＡと比較して大きくしている。投射マスク２４の上流側で光源制限マスク２６の像を結像させ、この像を対物レンズ３３によって、試料４に投射，結像している。この時、投射マスクの開口は４１Ｆから４１Ｈとなっており、試料４の面上はスリット状のビームが照射される。スリットの短軸方向５０には、分解能が高いビームとなる。
【００５５】
図１０Ｃは、集光レンズ２３に印加する電圧を図１０Ｂより低下させた場合であり、図１０Ａと同じように、集光レンズにより対物レンズ３３の主点に集光する。図１０Ｃの場合、図１０Ｂと比較して、縮小比（試料４での像のサイズ／光源制限マスクを通過したビームサイズ）が大きい為、分解能は低い。しかし、図１０Ｂに示すようなビームが投射マスクに衝突する量が少なくなる為、試料に届くビーム電流値は大きく、加工に適したビームとなる。図１０Ｂ、及び図１０Ｃでは、マスク２４，２６の移動がなく、集光レンズ２３，対物レンズ３３の印加電圧の変更だけで、モードが切り替わる。ビーム光軸のずれは基本的にはない為、マイクロサンプル５７の薄膜化作業において、先ず図１０Ｂの微細ビームで高分解能な観察，高精度な加工位置決めを行い、次に、図１０Ｃでの大電流での加工モードで行う。
【００５６】
図１１は、メッシュ６０にデポ膜６１によって接着したマイクロサンプル５７に薄膜化加工を行った状態を示す図である。図１０Ｃのモードで投射マスク２４の開口を、図３に示す４１Ｆに合わせ、大電流での粗加工５８を行い、次に、投射マスク２４の開口を４１Ｈに合わせ、仕上げ加工５９を行っている。スリット状の開口４１Ｈを使用すると、ビーム中心部を通過したビームを使用する為、加工断面は最もシャープな形状となる。
【００５７】
図１２は、液体金属イオン源を用いたＦＩＢに適用した図を示している。ＬＭＩＳ（液体金属イオン源）６３より出射したガリウムイオンは加速レンズ６４，コンデンサレンズ６５を通過する。可変アパーチャ６６には、数マイクロメートルから数百マイクロメートルの円形の開口部５８Ａから５８Ｄがあり、これを通過したビームを偏向器３２によって、ビーム形状，ビームの位置調整を行う。２段ディフレクター３４によって、ビームを走査偏向して、対物レンズ３３によって、試料４上に結像させ、自由な形状に穴加工などを行うことが可能である。前述のように、この可変アパーチャ５８に電圧を印加することにより、長寿命化が可能となる。
【００５８】
図１３は、可変アパーチャの概観図を示す。アパーチャ径は、数百マイクロメートルから数マイクロメートルで数種の穴が開けられている。大電流を必要とする加工時には５８Ａ等を使用し、観察などの微細なビームが必要な場合、５８Ｄ等を使用する。アパーチャ毎に、コンデンサレンズ６５，対物レンズ６８への印加電圧は、図示しない中央制御器により制御され印加され、必要なビーム形状を得ている。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】荷電粒子線カラムの断面構成図。
【図２】イオン源の断面構成図。
【図３】マスクの概観図。
【図４】投射マスクへのビーム入射の様子を示す図。
【図５】入射イオンビームエネルギーとスパッタ率との関係を示す図。
【図６】マスクユニットの概略図。
【図７】イオン源内に配置した光源制限マスク部を示す図。
【図８】電位分布を示す図。
【図９】別の電位分布を示す図。
【図１０】観察，加工モードを示す図。
【図１１】マイクロサンプルの薄膜化加工を示す図。
【図１２】別の荷電粒子線カラムの断面構成図。
【図１３】可変アパーチャを示す図。
【図１４】ビーム照射に伴うマスク損傷の進行状況を示す図。
【図１５】ビーム照射に伴う加工断面の変化を示す図。
【符号の説明】
【００６０】
１ イオン源
２ イオンビーム
３ イオンビームカラム
４ 試料
６ カソード
７ 中間電極
８ 磁石
９ アノード電極
１０ バイアス電極
１１ 引き出し電極
１２Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ 絶縁物
１３ ガス配管
１４，４９ ガス
１５ カソード電源
１６ 加速電源
１７ バイアス電源
１８ 抵抗器
１９ イオン源カバー
２０ 質量分離器
２１，３２ 偏向器
２２ 絞り
２３ 集光レンズ
２４ 投射マスク
２５ マスク保持部材
２６ 光源制限マスク
２７ マスク移動機構
２８ 電流導入端子
２９ ケーブル
３０ ブランカー
３１ ファラディーカップ
３３，６８ 対物レンズ
３４ ２段ディフレクター
３５ ビーム光軸
３６ ＤＣ電源
４０Ａ〜４０Ｅ，４１Ａ〜４１Ｅ 開口
４１Ｆ，Ｇ，Ｈ スリット状の開口
４２ 固定ボルト
４３ 通過ビーム
４４ 速度
４６ カバー
４７ カバー固定板
４８ ガス通路
５０ 短軸方向
５１ 長軸方向
５２ ビーム強度
５５ ＬＭＩＳ（液体金属イオン源）
５６ 変色部
５７ マイクロサンプル
５８ 粗加工
５９ 仕上げ加工
６０ メッシュ
６１ デポ膜
６３ ＬＭＩＳ（液体金属イオン源）
６４ 加速レンズ
６５ コンデンサレンズ
６６ 可変アパーチャ
６７ 加工穴
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を保持する試料ステージと、荷電粒子線発生源と、荷電粒子線の一部を通過させる開口を有するマスクと、を有し、該試料ステージに保持される試料に対して荷電粒子線を照射する荷電粒子線装置において、
荷電粒子発生源の加速電圧とアース電位との間の電位を、該マスクに対して印加することを特徴とする荷電粒子線加工装置。
【請求項２】
請求項１記載の荷電粒子線加工装置において、
前記マスクを囲むように、荷電粒子線が進行する方向に対して上流側と下流側に、平板のカバーを配置したことを特徴とする荷電粒子線加工装置。
【請求項３】
請求項１記載の荷電粒子線加工装置において、
前記開口が円形であり、円形の開口を通過したビームを集束させ、偏向走査することを特徴とする荷電粒子線加工装置。
【請求項４】
請求項１記載の荷電粒子線加工装置において、
開口を通過したビームを投射し、試料に一括照射することを特徴とする荷電粒子線加工装置。
【請求項５】
請求項１記載の荷電粒子線加工装置において、
前記マスクが複数種類の開口を有することを特徴とする荷電粒子線加工装置。
【請求項６】
請求項５記載の荷電粒子線加工装置において、
前記マスクが、荷電粒子線の中心部のみを通過させる光源制限マスクと、所定の加工形状と相似形状を有する投射マスクと、を有することを特徴とする荷電粒子線加工装置。
【請求項７】
試料を保持する試料ステージと、荷電粒子線発生源と、荷電粒子線の一部を通過させる開口を有するマスクと、を有し、該試料ステージに保持される試料に対して荷電粒子線を照射する荷電粒子線装置において、
該マスクを電気的に絶縁して配置し、該マスクを所定の電位とすることを特徴とする荷電粒子線加工装置。
【請求項８】
請求項７記載の荷電粒子線加工装置において、
前記マスクを囲むように、荷電粒子線が進行する方向に対して上流側と下流側に、平板のカバーを配置したことを特徴とする荷電粒子線加工装置。
【請求項９】
請求項７記載の荷電粒子線加工装置において、
前記開口が円形であり、円形の開口を通過したビームを集束させ、偏向走査することを特徴とする荷電粒子線加工装置。
【請求項１０】
請求項７記載の荷電粒子線加工装置において、
開口を通過したビームを投射し、試料に一括照射することを特徴とする荷電粒子線加工装置。
【請求項１１】
請求項１記載の荷電粒子線加工装置において、
前記マスクが複数種類の開口を有することを特徴とする荷電粒子線加工装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の荷電粒子線加工装置において、
前記マスクが、荷電粒子線の中心部のみを通過させる光源制限マスクと、所定の加工形状と相似形状を有する投射マスクと、を有することを特徴とする荷電粒子線加工装置。
【請求項１】
試料を保持する試料ステージと、荷電粒子線発生源と、荷電粒子線の一部を通過させる開口を有するマスクと、を有し、該試料ステージに保持される試料に対して荷電粒子線を照射する荷電粒子線装置において、
荷電粒子発生源の加速電圧とアース電位との間の電位を、該マスクに対して印加することを特徴とする荷電粒子線加工装置。
【請求項２】
請求項１記載の荷電粒子線加工装置において、
前記マスクを囲むように、荷電粒子線が進行する方向に対して上流側と下流側に、平板のカバーを配置したことを特徴とする荷電粒子線加工装置。
【請求項３】
請求項１記載の荷電粒子線加工装置において、
前記開口が円形であり、円形の開口を通過したビームを集束させ、偏向走査することを特徴とする荷電粒子線加工装置。
【請求項４】
請求項１記載の荷電粒子線加工装置において、
開口を通過したビームを投射し、試料に一括照射することを特徴とする荷電粒子線加工装置。
【請求項５】
請求項１記載の荷電粒子線加工装置において、
前記マスクが複数種類の開口を有することを特徴とする荷電粒子線加工装置。
【請求項６】
請求項５記載の荷電粒子線加工装置において、
前記マスクが、荷電粒子線の中心部のみを通過させる光源制限マスクと、所定の加工形状と相似形状を有する投射マスクと、を有することを特徴とする荷電粒子線加工装置。
【請求項７】
試料を保持する試料ステージと、荷電粒子線発生源と、荷電粒子線の一部を通過させる開口を有するマスクと、を有し、該試料ステージに保持される試料に対して荷電粒子線を照射する荷電粒子線装置において、
該マスクを電気的に絶縁して配置し、該マスクを所定の電位とすることを特徴とする荷電粒子線加工装置。
【請求項８】
請求項７記載の荷電粒子線加工装置において、
前記マスクを囲むように、荷電粒子線が進行する方向に対して上流側と下流側に、平板のカバーを配置したことを特徴とする荷電粒子線加工装置。
【請求項９】
請求項７記載の荷電粒子線加工装置において、
前記開口が円形であり、円形の開口を通過したビームを集束させ、偏向走査することを特徴とする荷電粒子線加工装置。
【請求項１０】
請求項７記載の荷電粒子線加工装置において、
開口を通過したビームを投射し、試料に一括照射することを特徴とする荷電粒子線加工装置。
【請求項１１】
請求項１記載の荷電粒子線加工装置において、
前記マスクが複数種類の開口を有することを特徴とする荷電粒子線加工装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の荷電粒子線加工装置において、
前記マスクが、荷電粒子線の中心部のみを通過させる光源制限マスクと、所定の加工形状と相似形状を有する投射マスクと、を有することを特徴とする荷電粒子線加工装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【公開番号】特開２００９−１８７８５２（Ｐ２００９−１８７８５２Ａ）
【公開日】平成２１年８月２０日（２００９．８．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２８３０２（Ｐ２００８−２８３０２）
【出願日】平成２０年２月８日（２００８．２．８）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年８月２０日（２００９．８．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月８日（２００８．２．８）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
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