集束イオンビーム用ガス導入装置
【課題】本発明は集束イオンビーム用ガス導入装置に関し、試料への加工性能を向上させることができる集束イオンビーム用ガス導入装置を提供することを目的としている。
【解決手段】集束イオンビームを用いてイオンビーム支援エッチング又はビーム支援堆積を行なうことが可能な装置において、イオンビーム鏡筒の下に複数の流体送出システムとしてのパイプ８を複数有し、該パイプ８の出口であるノズル８ａ同士が１次イオンビーム１７の軸と対称で内部を通過する流体が試料１８面に向かう形状で構成され、該パイプ８への導入ガスの噴射条件を個別に制御できる構成であり、該パイプ同士間を連結する機構を有して構成される。
【解決手段】集束イオンビームを用いてイオンビーム支援エッチング又はビーム支援堆積を行なうことが可能な装置において、イオンビーム鏡筒の下に複数の流体送出システムとしてのパイプ８を複数有し、該パイプ８の出口であるノズル８ａ同士が１次イオンビーム１７の軸と対称で内部を通過する流体が試料１８面に向かう形状で構成され、該パイプ８への導入ガスの噴射条件を個別に制御できる構成であり、該パイプ同士間を連結する機構を有して構成される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は集束イオンビーム用ガス導入装置に関し、更に詳しくは半導体製造工程で使用されるマスクの修正・修復（リペア）や配線修正、微細加工を行なう集束イオンビーム用ガス導入装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧＡＥ（Ｇａｓ Ａｓｓｉｓｔ Ｅｔｃｈｉｎｇ）やＭＤＵ（Ｍｅｔａｌ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｕｎｉｔ）と呼ばれるイオンビーム支援エッチング又はビーム支援堆積の技術は、イオンビーム関連事業としてますます重要になってきている。従来のこの種の装置としては、比較的蒸気圧の低い化合物蒸気をノズルを用いてビーム状に噴出させるようにした技術が知られている（例えば特許文献１参照）。ノズルを円周上に複数個配置してガスビームが均一に噴出されるように構成されているものもある。また、加工物の蒸気圧が高い場合には、試料全体をガスで覆いイオンビームの入り口のみにビームを通過させるための穴を設けた技術が知られている（例えば非特許文献１参照）。
【０００３】
また、イオンビームの先にガス導入パイプを設け、そのパイプに上下の穴を設け、２つの穴の一方から１次イオンビームが通過する際にパイプから導入されたガスをイオン化し、もう一方の穴から１次イオンと２次イオンの複合ビームを照射してより加工性能を向上させるものが知られている（例えば特許文献２参照）。また、導入ガスを運ぶ流体導入管システムとして、先端が漏斗状の器の逆さ形状をなし、その狭い上端側から集束イオンビームを導入し、加工性能の反応促進等に流体導入管の運動時の分子エネルギーを利用する技術も知られている（例えば特許文献３参照）。
【特許文献１】特公平２−２５４２５号公報（第２頁第４段４行目〜同段第４４行目、第１図）
【特許文献２】特開平８−１７３８５号公報（段落０００７〜０００８、図１、図４）。
【特許文献３】特許第３６４０２６１号公報（第６頁〜第７頁、図１、図２）
【非特許文献１】理化学研究所第１５回シンポジウム「イオン注入とサブミクロン加工」（１９８４）１２１−１２４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ガス導入管（以下ノズルと略す）を試料（サンプル）面上で３次元として微小に動かす場合は、先端の微小振動からμｍ以下での微細調整は困難であり、ノズルと試料面とが衝突することも起きている。これはウエハ等の試料平面において試料室の外から一般的に調整する場合には、数１０ｃｍの長さがあるノズルの先端を、数μｍかそれ以下で試料面に対する水平な移動と垂直な移動を要求することに起因していると考えられる。また、各種工程を経る中で試料が歪みや変形により、一度調整したノズルの高さを再調整しないので使用は難しい等の課題がある。
【０００５】
また、特に試料の穴加工乃至リペア（パターンの修復）膜の形成を効果的に実施するには、イオンビームのフォーカス条件も適切であることが必要であり、導入ガスがイオンビーム周辺で等方的に広がった条件で雰囲気濃度の高さが性能に大きく寄与することは、当業者であればよく知られたことである。前記した特許文献２記載の発明や、特許文献３記載の発明では、ノズル先端に一体化した導入ガス制限領域とイオンビームの軸との一致を水平軸上で確認し、次に試料面とのギャップを確認する必要がある。
【０００６】
これは適切な高さ及び水平位置でのガス導入ができないと性能を十分満足できなくなるからであり、必要な作業である。しかしながら、一連のルーチンワークでの操作は、テスト加工領域と試料の加工所望域との往復及びノズルの高さ調整を必要とする。先ず、試料でのダメージが最小でテスト加工が可能な場所を選択して、イオンビームの照射条件とノズル位置調整等を行なう。次に、ノズルの試料とのギャップを増加させ、試料の加工位置へステージ乃至ワークとなる試料を移動させる。ここで、移動時にノズルの高さを変えるか加工を所望する場所を画像で特定し、ウエハ面の高さ変化に対応してノズルを適正に上下させ、かつその再現性も高くないと全体の作業品質の向上が困難になるのは容易に想定される内容である。
【０００７】
特に、ノズル上昇乃至下降の操作が不適切であれば、ルーチンワーク上のどこかの場所で接触事故が起こるということになる。ノズルの３次元移動とは、さながらＳＴＭの針が試料表面で単独に移動するが如くノズル先端を器用に動かすことなので、各種自動化機構により微小移動ができたとしても移動軸が多い場合や、パイプの軸の長さが長い場合には各種振動や熱変形等の影響で、先端の位置を安定的に移動させるのは非常に困難な作業である。
【０００８】
また、前記特許文献２及び特許文献３記載の発明では、ガスノズルが基本的には一方から構成されている。加工する試料は様々な形状があり、常に等方位的な深い溝を作るばかりではない。このような場合には、削りたくない部位への１次イオンビームの照射時間を短かくすることで対応することができるが、ガスアシスト（ガスの導入でエッチング等を速める）してしまうと少な目に削りたい方向もやや削りすぎてしまう弊害がある。ノズルをやや斜めに傾斜させて露光する場合も考えられるが、微妙な位置にあるので、衝突を回避しての微調整移動は困難であり、上下二つの穴位置の両方を意識しての調整が必要であるので、このような場合は現実的ではない。つまり、ガスアシストエッチングをせずに、１次イオンビームだけでの照射時間制御での加工を行なうことになる。
【０００９】
試料の複雑な加工にはステージ傾斜は欠かせない。ステージの傾斜は、加工量の深さ認識と所望傾斜加工のために必要な機能である。深さ認識のためにはノズルを上昇させ、画像観察に支障のない条件で実施することで問題はないが、ノズルの移動が鏡筒のイオンビーム軸と同一方向である場合は、加工のためにノズルが接近できなくなるという問題がある。
【００１０】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、試料への加工性能を向上させることができる集束イオンビーム用ガス導入装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
（１）請求項１記載の発明は、集束イオンビームを用いてイオンビーム支援エッチング又はビーム支援堆積を行なうことが可能な装置において、イオンビーム鏡筒の下に複数の流体送出システムとしてのパイプを複数有し、該パイプの出口であるノズル同士が主イオンビームの軸と対称で内部を通過する流体が試料面に向かう形状で構成され、該パイプへの導入ガスの噴射条件を個別に制御できる構成であり、該パイプ同士間を連結する機構を有することを特徴とする。
（２）請求項２記載の発明は、前記ノズルの先端はＳ字形状をなしていることを特徴とする。
（３）請求項３記載の発明は、前記パイプの下に導入ガスを加熱するためのパイプ先端部加熱部と、ノズル相互の空間位置関係の適正配置を可能とする下面調整板を更に設けたことを特徴とする。
（４）請求項４記載の発明は、前記パイプ先端加熱部のヒータによる下面調整板の温度を５０゜Ｃ〜９０゜Ｃとし、作業者の要望により２００゜Ｃまでの加熱が行なえるように構成されていることを特徴とする。
（５）請求項５記載の発明は、前記パイプ先端であるノズルが一体として上下移動し、ノズルと試料との高さが最小でも１０μｍ以上離れることを特徴とする。
（６）請求項６記載の発明は、前記パイプの移動可能範囲の判定をレーザー光乃至静電容量高さ検出装置乃至対物レンズのフォーカス条件からの換算条件により判定した高さで制限することを特徴とする。
（７）請求項７記載の発明は、前記パイプの下面に鋭角部を持たないパイプ連結機構を有することを特徴とする。
（８）請求項８記載の発明は、試料ステージを傾斜可能な試料傾斜ステージに対応してノズル及び下面調整板もステージ部と一体で傾斜するように構成されていることを特徴とする。
（９）請求項９記載の発明は、前記下面調整板の１次イオンビームの通過部を楕円乃至長方形乃至スリットとすることを特徴とする。
（１０）請求項１０記載の発明は、前記パイプの下面のパイプ連結機構は下部信号検出器に向けた部位が傾斜面をもつことを特徴とする。
（１１）請求項１１記載の発明は、前記傾斜面の角度は２０°から５０°の範囲であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
（１）請求項１記載の発明によれば、複数ノズルのイオンビーム軸対称配置により等方性と異方性とのＧＡＥやＭＤＵと呼ばれるイオンビーム支援エッチング又はビーム支援堆積等が行なえ、操作性能と加工性能の向上を期待することができる。
（２）請求項２記載の発明によれば、ノズル先端の形状をＳ字形状とすることにより、導入ガスの流速を適切に確保することができる。
（３）請求項３記載の発明によれば、下面調整板を設けることによりノズル相互の空間位置関係の適正配置が可能になる。また、下面調整板へのヒータ組み込みとその温度管理により、ノズルからのガス流量の安定供給及び温度に鋭敏な試料への熱輻射も考慮した適正対応が可能になる。
（４）請求項４記載の発明によれば、パイプ先端加熱部による下面調整板の温度を５０℃から９０℃とすることにより、導入ガスの均一化を図ることができる。更に必要な場合には、下面調整板の温度を最大２００℃まで自由に設定することができる。
（５）請求項５記載の発明によれば、ノズルが一体として上下移動することにより、ノズルと試料との高さを最小でも１０μｍ以上離すことができるので、ノズルが試料に接触することを防止することができる。
（６）請求項６記載の発明によれば、前記ノズルの移動可能範囲の判定を所定の手続きにより求めることで、ノズルの高さ制限を行なうことができる。
（７）請求項７記載の発明によれば、ノズルの下面に鋭角部を持たないパイプ連結機構を設けることで、発生する２次電子等の軌道を安定化させることができる。
（８）請求項８記載の発明によれば、試料ステージの傾斜と一体となってノズル及び下面調整板が傾斜するようにすることで、操作性を向上させることができる。
（９）請求項９記載の発明によれば、１次イオンビームの通過部を楕円乃至長方形スリットとすることで、試料面が傾斜した時にも試料にイオンビームを照射することが可能となる。
（１０）請求項１０記載の発明によれば、適度な傾斜面を拡散制御部に設け、検出器への信号到達を補助することで、下面調整板の試料への近傍による画像信号劣化を防止することができる。
（１１）請求項１１記載の発明によれば、前記傾斜角を２０°から５０°の範囲とすることで、画像信号劣化を有効に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態例を詳細に説明する。図１は本発明の要部の構成例を示す図である。図において、１８は試料、１７は該試料１８に照射される１次イオンビーム、７は対物レンズ、８は１次イオンビーム１７に反応性のガスを導入するためのパイプであり、その先端はＳ字状のノズル８ａになっている。パイプ８は、図に示すように光軸に対して対称に複数設けられている。２３はノズル８ａの下に設けられた下面調整板、２５はノズル８ａと下面調整板２３との間に設けられたノズル部下面ヒータ（以下単にヒータという）である。
【００１４】
ノズル８ａは下面調整板２３と接触しており、固着されている。この接触面でノズル８ａ同士間は連結されている。そして、各ノズル８ａへの導入ガスの噴射条件を個別に制御できるようになっている。１４は下面調整板２３と一体形成されたノズル８ａを上下に移動させる微動装置である。ＷＤは下面調整板２３と試料間の距離（ワークディスタンス）である。このように、構成された装置の動作を説明すれば、以下の通りである。
【００１５】
パイプ８から導入ガスが流入し、ノズル８ａ先端から導入ガスが噴出される。この噴出されたガスの中を１次イオンビーム１７が通ることにより、ガスがイオン化され、試料１８のエッチング又はリペア処理を促進させる。ここで、用いられるガスとしては、例えば試料１８に金属薄膜を堆積させる場合には、例えばＷ（ＣＯ）6ガス、絶縁膜を堆積させる場合には、例えばシリコン化合物ガスが用いられる。
【００１６】
ここで、下面調整板２３は導入ガスの均一性を保ち、拡散領域を制限するために用いられる。ヒータ２５は導入ガスの均一化を図るために用いられる。ここで、ヒータ２５による下面調整板２３の温度を５０℃から９０℃とすることにより、導入ガスの均一化を図ることができる。更に、必要な場合には下面調整板２３の温度を２００℃まで自由に設定することができる。また、ノズル８ａの先端部をＳ字状としているため、導入ガスの流速を適切に確保することができる。
【００１７】
また、本発明によれば、ノズル８ａ及び下面調整板２３を微動装置１４により一体として上下移動させることにより、ノズル８ａと試料１８との高さを最小でも１０μｍ以上離すことができるので、ノズルが試料に接触することを防止することができる。
【００１８】
また、本発明によれば、ノズル８ａの移動可能範囲の判定をレーザー光乃至静電容量高さ検出装置乃至対物レンズのフォーカス条件からの換算条件により判定した高さで制限することができる。このようにすれば、ノズル８ａの高さ制限を確実に行なうことができる。また、本発明によれば、ノズル８ａの下面に鋭角部を持たないパイプ連結機構を設けることができる。このようにすれば、イオンビームが試料に当たって発生する２次電子等の軌道を安定化させることができ、画像ノイズが減少する。これは、鋭角部が存在する時は、その表面への反射電子等の衝突で余分に２次電子が発生したり、鋭角部の表面電界により検出されるべき２次電子の軌道が曲げられ、検出率が低下することを回避するということである。
【００１９】
図１に示す構成の装置を用いると、等方加工と異方加工を行なうことができる。図２は等方加工の説明図である。図１と同一のものは、同一の符号を付して示す。この実施の形態例では、光軸との対称性を維持しつつノズル８ａを配置することにより、全てのノズル８ａから均等にガスを噴射することにより試料１８の表面を対称性を保持しつつエッチングし、或いはリペアすることができる。図２において、３０はノズル８ａから噴射されるガスが拡散しすぎないように規制するための規制部材である。θは、ノズル８ａの光軸に対する傾斜角である。
【００２０】
図３は異方加工の説明図である。図２と同一のものは、同一の符号を付して示す。例えば２本あるノズル８ａの内の１本をガスの噴射を停止し、残りのノズル８ａからのみガスを噴射させるようにする。このようにすることで、ガスの拡散領域は片方のみに形成され、当該片方のみのエッチング処理を促すことができる。
【００２１】
図４は異方性エッチングによる異物除去の説明図である。３１〜３３は配線パターン、３４は配線パターン３２に付着した異物である。この異物３４のために配線パターン３２と３３が導通してしまう。そこで、この異物を除去する場合、異方性エッチングを行なう。例えば、異物３４が付着している面のみにガスが拡散するように、ノズル８ａを調整する。この結果、異物３４付近のみがガスにより満たされ、（ａ）に示すような状態であったのが（ｂ）に示すように異物３４が除去されることになる。
【００２２】
図５は図１のＸ−Ｘ断面を示す図である。図１と同一のものは、同一の符号を付して示す。（ａ）はノズル８ａが２本の場合、（ｂ）は３本の場合、（ｃ）は４本の場合である。図に示すように、ノズルは光軸に対して軸対称である必要はなく、光軸に対して対称性があればよい。例えば、（ｂ）の場合は軸対称ではないが、３個のノズル８ａが光軸に対してそれぞれ１２０度の角度をもって対称に配置されている。
【００２３】
以下、集束イオンビーム装置（ＦＩＢ）の動作について説明する。図６は本発明に係る集束イオンビーム装置の一実施の形態例を示す構成図である。図１と同一のものは、同一の符号を付して示す。図において、４０は鏡筒で、該鏡筒内に集束イオンビーム装置を構成する要素の殆どが含まれる。１はイオン源、１７は該イオン源１から放出されるイオンビーム、３はガンアパーチャ、４はイオンビーム１７を集束する集束レンズ、５はイオンビーム１７の通過量を絞り込むアパーチャ、６は試料上を走査するための走査電極、７はイオンビーム１７を細かく絞って試料に当てるための対物レンズ、８ａは対物レンズ７の下面に設けられたノズル、２３は該ノズル８ａの下面に設けられた下面調整板である。
【００２４】
図に示す装置は、集束レンズ４と対物レンズ７よりなる２段のレンズ系となっている。なお、イオンビーム装置の場合、電子レンズは静電レンズが用いられる。質量の重いイオンは電磁コイルではうまく曲がりきれないからである。９はヒータ、１０は容器、１１はガス源、１２はノズル８ａと接続され、ガスを注入するためのバルブ、１３はバルブ１２の開き角を調整するバルブ制御機構、１４はノズル８ａを微小量だけ上下に移動させるための微動装置、１５は試料から放出される粒子を検出する検出器、１６は試料を移動させる試料微動装置、１８は試料である。このように構成された装置の動作を説明すれば、以下の通りである。
【００２５】
図６では、前述したように２段レンズ系としているが、基本的イオン光学システムはこれに限定されない。イオン源１に適切な加速電圧を与えて液体金属イオン源等のイオン源１から１次イオンビームとなるイオンを取り出す。そして、取り出したイオンをガンアパーチャ３でビームの拡散制限を行ない、所望する照射ビームをアパーチャ５から取り出す。イオン源１から出た１次イオンビームは、集束レンズ４により必要な結像系を作り、これを走査電極６で偏向してビーム走査をし、対物レンズ７で試料１８上に必要な１次ビームの結像をさせる。
【００２６】
試料１８から出た２次電子等は検出器１５で検出され、画像信号として鏡筒４０の制御システムに出力され、モニター（図示せず）に表示される。このようなイオンビーム光学系において、試料１８に長時間イオンビームを照射し続けると、電子ビームとは異なり、イオンの質量及び電離作用等によって試料を削り取る加工ができる。この加工反応を促進する触媒的な役割の流体やガスを導入することが、イオンビーム支援エッチング又はビーム支援堆積という技術として注目されている。
【００２７】
ここでは、図１に示すように複数のノズルを１次イオンビームと対称的に配置し、導入ガス又は流体をここから均等に噴出させることで均質なイオンビーム支援エッチング又はビーム支援堆積の機能を提供するものである。この配置の対称性は、回転対称系に限らず、加工すべきサンプルのステージ移動軸に対しての軸対称でもよい。複数のノズルは、試料にできるだけ接近するのが好ましいが、図２又は図３にに示すように、導入流体が試料表面で描くガウス分布的形状の中心に１次イオンビーム１７が来るのが最も好ましい。これは、ノズル８ａの先端の形状に依存し、ノズル先端の形状は導入流体の流速が適切に確保される必要があるので、先端がＳ字型の形状を有することが好ましい。
【００２８】
そして、ノズル管先端の弧の端点での中央から見た接線が流体の直接進む方向と想定でき、この方向と１次ビームとの直接交差する部分が試料の加工すべき部位であることが一番適当な条件になりうる。つまり、ノズル先端と試料表面との距離ができるだけ近く、一次ビームの軸にこのノズル８ａが近い方が深い加工支援により貢献する。
【００２９】
このようにしてノズル８ａの先端とそのパイプの接線を決定すると、直線のパイプの場合は対物レンズ７のケーシングと干渉が起こる。それを避けるために曲線が優位であり、先端での形状の乱れが急激だと流体の乱流の正確が強まり、導入流体の試料照射時に不均一な照射広がりが考えられる。よって、最も好ましいのが連続的な変化であるがためにＳ字型となる。また、Ｓ字型とする場合には、下面調整板２３との結合が楽になる点や下面調整板２３へのヒータ組み込みによりノズル温度の適正化が可能になる等の利点が挙げられる。
【００３０】
図２のような構成が対称な等方性のイオンビーム支援エッチング又はビーム支援堆積の２ノズルでの位置関係である。図３は異方性のイオンビーム支援エッチング又はビーム支援堆積の２ノズルの位置関係であり、一方のノズルのみでガス又は流体を試料面に照射する。
【００３１】
ところで、試料の複雑な加工にはステージ傾斜は欠かせない。ステージの傾斜は加工量の深さ確認と所望する傾斜加工に必要な機能である。深さ確認のためにはノズルを上昇させ、画像観察に支障のない条件で実施することが好ましいが、ノズルの移動が鏡筒のイオンビーム軸と同一方向である場合は広角度傾斜をすると、加工のためのノズルの接近ができなくなる。そこで、図７又は図８に示すように傾斜対応ステージのベースプレートとノズルが一体で傾斜する構成に有用な効果がある。ノズルの最適高さ調整は試料面のみで決定され、傾斜とは無関係に高さ調整できる点に優位性がある。
【００３２】
図７はステージ傾斜時のようすを示す図である。図１と同一のものは、同一の符号を付して示す。図７はｙｚ断面を示している。図において、５０はベースプレート、５１は該ベースプレート５０上に取り付けられたステージ、５２は該ステージ５１を駆動するステージ駆動装置、１８はステージ４１上に載置された試料、７は対物レンズである。このように試料を傾斜した状態でイオンビームによるエッチングを行なうと、試料１８の斜め方向にエッチングを行なうことができる。
【００３３】
図８はステージ非傾斜時のようすを示す図である。図１と同一のものは、同一の符号を付して示す。図８はｘｚ断面を示している。図１及び図７と同一の部分は同一の符号を付して示す。このように、本発明によれば、試料ステージの傾斜と一体となってノズル及び下面調整板が傾斜するようにすることで、操作性を向上させることができる。図９は下面調整板近傍拡大図で、上面から見た図を示す。図１と同一のものは、同一の符号を付して示す。図において、Ａは水平時１次イオンビーム照射位置を、Ｂはステージ水平時のガス照射の領域を示す。
【００３４】
図１０又は図１１に示すように、１次イオンビーム通過孔の形状が、楕円やスリット或いは長方形等であれば、下面調整板２３がステージと一体で傾斜しても、１次イオンビームの照射を損なうことなく、ノズルでのイオンビーム支援エッチング又はビーム支援堆積の機能を実現することができる。図１０は下面調整板と１次イオンビームの拡大図である。１７は１次イオンビーム、２３は下面調整板、４５は前記した１次ビーム通過孔である。図では、下面調整板２３が平坦な状態を示している。これに対して図１１に示す例は、下面調整板２３が傾斜している状態を示している。
【００３５】
なお、試料高さの微妙な違いで１次イオンビーム１７と流体照射中心とがずれる場合がありえるが、本発明装置では、ノズル８ａは上下動のみとして対応することがステージとの関係で好ましいので、イオンビームの軸を鏡筒４０側でわずかにずらす対応が適当である。このような位置調整は、試料面高さと傾斜量に依存して発生する。イオンビームの移動量算出について説明する。
【００３６】
図１２は移動量算出の説明図である。図において、１８は試料、２３は下面調整板、Ｌは基準高さ位置、ΔＨは試料１８の基準高さ位置Ｌからのずれ、ΔＤは試料１８と下面調整板２３間の距離である。θはステージ（とりもなおさず試料）の傾斜角である。図に示すようなユーセントリックステージで、試料高さが最適な基準高さＬからΔＨだけ低い位置にある場合に、ステージの傾斜角θから、ΔＨ・ｓｉｎθ分の１次イオンビームのＹ座標をずらすことで、同一位置照射を実現することができる。標準的な試料の場合、ΔＨは±５０μｍ以下なので、移動補正量も同じく±５０μｍ未満に充分に収まる。この程度の量は、１次ビームのイメージシフトで対応可能であるので標準的な装置で充分実現することができる。
【００３７】
また、ノズルの下面調整板２３の基準高さズレはΔＤ−ΔＨなので、
（ΔＤ−ΔＨ）・ｔａｎθ分だけ楕円の長さが確保されていれば、１次イオンビームと下面調整板２３との干渉が発生しない。現実的な制約からステージ傾斜量は最大６０°程度であり、ユーセントリックステージの傾斜基準高さＬからのノズル最大離脱範囲が３ｍｍなら、長方形又は楕円等の最小形状は前記式から３×ｔａｎθ＝５．２ｍｍであり、ビームの広がりを考慮しても楕円又は長方形等の長さは前記最大離脱範囲の２倍程度の長さであり、かつ水平状態での軸中心が長方形又は楕円等の端面から０．３から０．５ｍｍ程度の位置が、装置の実質的制約条件となる。この実施の形態例によれば、１次イオンビームの通過部を楕円乃至長方形スリットとすることで、試料面が傾斜した時にも試料にイオンビームを照射することが可能となる。
【００３８】
以上、説明したように、本発明によれば、複数ノズルのイオンビームを光軸に対して対称性を持たせた配置により等方性と異方性とのＧＡＥやＭＤＵと呼ばれるイオンビーム支援エッチング又はビーム支援堆積等が行なえ、操作性能と加工性能の向上を期待することができる。
【００３９】
さて既に説明したように、ノズルと１次イオンビーム及び試料面との間で適切な幾何学的関係があり、この関係を実現するのに重要なことは、試料面の高さとノズル下面との距離関係である。ノズル及びこの下面は一体のものとして構成され、イオンビーム鏡筒の軸と同軸に下面の中心が配置されることが必要である。また、この下面の移動は適切に上下動のみする。
【００４０】
この移動量は、試料面の高さで制限されるべきであり、この試料面高さの検出には、レーザー高さ検出器乃至静電容量高さ検出器乃至対物レンズでのイオンビームのフォーカス条件で決定するのが適当である。対物レンズ条件からの試料面算出は、予め決められた照射電流等の条件から適切な対物レンズの電圧条件と試料面高さについての関数テーブルを用意し、実際のフォーカス条件に応じてこの高さ換算を実施する方法である。但し、この方法では、深い溝等でのフォーカスを自動的に基準とすると、高さ換算で誤った結果を得ることになるので、作業者がほぼ適当とみなす条件でこの高さ演算をする指示を自動又は手動ですることが必要となる。このように、本発明によれば、前記ノズルの移動可能範囲を所定の手続きにより求めることで、ノズルの高さ制限を行なうことができる。
【００４１】
このノズルを有する通常の装置は単数のものである。例えば、前記特許文献２記載の発明では、この先端を扁平にし、上下の小孔をビームが通過するようなタイプであり、また前記特許文献３記載の発明は、この先端に反転型の漏斗形状を有するようなタイプである。このようなタイプは、等方的なエッチングのみには利用できるが、加工すべき内容が斜め溝になるような場合は試料面の傾斜等が必要になる。試料移動を行なうと、ステージ移動精度に起因する位置ずれが加工の精度低下につながるので、本発明で示すような異方性のガス又は流体の適切導入が簡単に行えることは有用である。
【００４２】
なお、ノズル先端の変形加工しない方式もある。この方式は、既に周知となっている。本発明はこの先端を変形加工をしないノズルを複数有し、それらがイオンビームの主軸に対して対称性を持つように配置されている（図５参照）。ノズルの根元部分には、ガス又は流体供給源があり、ノズル先端とこのパイプで形成された流体制御部のコンダクタンス（流体抵抗の逆数）を同一にすることで、一つの供給源から複数のノズルを経由して同一量の流体を試料表面に供給することができる。ここで、供給する流体が別の場合でも供給部の途中にガス選択の切替部を用意することで対応することができる。但し、パイプ配管での流体又はガスの混合が問題となる場合もあり得るので、４本のノズルを有している場合、対称となる２本をそれぞれ独立した流体供給部とすることが望ましい。
【００４３】
本発明では、ノズル８ａを図１３に示すように光軸に対して傾斜させている。図に示す例では傾斜角θとなっている。３０はノズル８ａから噴射されるガスの拡散を防ぐための規制部材である。このように、光軸に対して角度θだけ傾けて噴射させることにより、下面調整板２３の試料１８への近接による画像信号の劣化要因を除去することができる。ここで、傾斜角θはガス又は流体の拡散と深い溝加工への関与を考え、２０°以下になるのが好ましいが、実用的には２０°から５０°の範囲である。このような傾斜角の範囲とすることで、画像信号の劣化を有効に防止することができる。図１４はノズルと下面調整板の配置を示す図である。光軸に対してノズル８ａが傾斜してガスを噴出しているようすを示している。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の要部の構成例を示す図である。
【図２】等方加工の説明図である。
【図３】異方加工の説明図である。
【図４】異方性エッチングによる異物除去の説明図である。
【図５】図１のＸ−Ｘ断面を示す図である。
【図６】本発明に係る集束イオンビーム装置の構成例を示す図である。
【図７】ステージ傾斜時のようすを示す図である。
【図８】ステージ非傾斜時のようすを示す図である。
【図９】下面調整板近傍拡大図である。
【図１０】下面調整板と１次ビームの拡大図である。
【図１１】下面調整板と１次ビームの近傍拡大図である。
【図１２】移動量算出の説明図である。
【図１３】ノズルの入射角を示す図である。
【図１４】ノズルと下面調整板の配置を示す図である。
【符号の説明】
【００４５】
７ 対物レンズ
８ パイプ
８ａ ノズル
１７ １次イオンビーム
２３ 下面調整板
２５ ノズル部下面ヒータ
【技術分野】
【０００１】
本発明は集束イオンビーム用ガス導入装置に関し、更に詳しくは半導体製造工程で使用されるマスクの修正・修復（リペア）や配線修正、微細加工を行なう集束イオンビーム用ガス導入装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＧＡＥ（Ｇａｓ Ａｓｓｉｓｔ Ｅｔｃｈｉｎｇ）やＭＤＵ（Ｍｅｔａｌ Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ Ｕｎｉｔ）と呼ばれるイオンビーム支援エッチング又はビーム支援堆積の技術は、イオンビーム関連事業としてますます重要になってきている。従来のこの種の装置としては、比較的蒸気圧の低い化合物蒸気をノズルを用いてビーム状に噴出させるようにした技術が知られている（例えば特許文献１参照）。ノズルを円周上に複数個配置してガスビームが均一に噴出されるように構成されているものもある。また、加工物の蒸気圧が高い場合には、試料全体をガスで覆いイオンビームの入り口のみにビームを通過させるための穴を設けた技術が知られている（例えば非特許文献１参照）。
【０００３】
また、イオンビームの先にガス導入パイプを設け、そのパイプに上下の穴を設け、２つの穴の一方から１次イオンビームが通過する際にパイプから導入されたガスをイオン化し、もう一方の穴から１次イオンと２次イオンの複合ビームを照射してより加工性能を向上させるものが知られている（例えば特許文献２参照）。また、導入ガスを運ぶ流体導入管システムとして、先端が漏斗状の器の逆さ形状をなし、その狭い上端側から集束イオンビームを導入し、加工性能の反応促進等に流体導入管の運動時の分子エネルギーを利用する技術も知られている（例えば特許文献３参照）。
【特許文献１】特公平２−２５４２５号公報（第２頁第４段４行目〜同段第４４行目、第１図）
【特許文献２】特開平８−１７３８５号公報（段落０００７〜０００８、図１、図４）。
【特許文献３】特許第３６４０２６１号公報（第６頁〜第７頁、図１、図２）
【非特許文献１】理化学研究所第１５回シンポジウム「イオン注入とサブミクロン加工」（１９８４）１２１−１２４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ガス導入管（以下ノズルと略す）を試料（サンプル）面上で３次元として微小に動かす場合は、先端の微小振動からμｍ以下での微細調整は困難であり、ノズルと試料面とが衝突することも起きている。これはウエハ等の試料平面において試料室の外から一般的に調整する場合には、数１０ｃｍの長さがあるノズルの先端を、数μｍかそれ以下で試料面に対する水平な移動と垂直な移動を要求することに起因していると考えられる。また、各種工程を経る中で試料が歪みや変形により、一度調整したノズルの高さを再調整しないので使用は難しい等の課題がある。
【０００５】
また、特に試料の穴加工乃至リペア（パターンの修復）膜の形成を効果的に実施するには、イオンビームのフォーカス条件も適切であることが必要であり、導入ガスがイオンビーム周辺で等方的に広がった条件で雰囲気濃度の高さが性能に大きく寄与することは、当業者であればよく知られたことである。前記した特許文献２記載の発明や、特許文献３記載の発明では、ノズル先端に一体化した導入ガス制限領域とイオンビームの軸との一致を水平軸上で確認し、次に試料面とのギャップを確認する必要がある。
【０００６】
これは適切な高さ及び水平位置でのガス導入ができないと性能を十分満足できなくなるからであり、必要な作業である。しかしながら、一連のルーチンワークでの操作は、テスト加工領域と試料の加工所望域との往復及びノズルの高さ調整を必要とする。先ず、試料でのダメージが最小でテスト加工が可能な場所を選択して、イオンビームの照射条件とノズル位置調整等を行なう。次に、ノズルの試料とのギャップを増加させ、試料の加工位置へステージ乃至ワークとなる試料を移動させる。ここで、移動時にノズルの高さを変えるか加工を所望する場所を画像で特定し、ウエハ面の高さ変化に対応してノズルを適正に上下させ、かつその再現性も高くないと全体の作業品質の向上が困難になるのは容易に想定される内容である。
【０００７】
特に、ノズル上昇乃至下降の操作が不適切であれば、ルーチンワーク上のどこかの場所で接触事故が起こるということになる。ノズルの３次元移動とは、さながらＳＴＭの針が試料表面で単独に移動するが如くノズル先端を器用に動かすことなので、各種自動化機構により微小移動ができたとしても移動軸が多い場合や、パイプの軸の長さが長い場合には各種振動や熱変形等の影響で、先端の位置を安定的に移動させるのは非常に困難な作業である。
【０００８】
また、前記特許文献２及び特許文献３記載の発明では、ガスノズルが基本的には一方から構成されている。加工する試料は様々な形状があり、常に等方位的な深い溝を作るばかりではない。このような場合には、削りたくない部位への１次イオンビームの照射時間を短かくすることで対応することができるが、ガスアシスト（ガスの導入でエッチング等を速める）してしまうと少な目に削りたい方向もやや削りすぎてしまう弊害がある。ノズルをやや斜めに傾斜させて露光する場合も考えられるが、微妙な位置にあるので、衝突を回避しての微調整移動は困難であり、上下二つの穴位置の両方を意識しての調整が必要であるので、このような場合は現実的ではない。つまり、ガスアシストエッチングをせずに、１次イオンビームだけでの照射時間制御での加工を行なうことになる。
【０００９】
試料の複雑な加工にはステージ傾斜は欠かせない。ステージの傾斜は、加工量の深さ認識と所望傾斜加工のために必要な機能である。深さ認識のためにはノズルを上昇させ、画像観察に支障のない条件で実施することで問題はないが、ノズルの移動が鏡筒のイオンビーム軸と同一方向である場合は、加工のためにノズルが接近できなくなるという問題がある。
【００１０】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、試料への加工性能を向上させることができる集束イオンビーム用ガス導入装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
（１）請求項１記載の発明は、集束イオンビームを用いてイオンビーム支援エッチング又はビーム支援堆積を行なうことが可能な装置において、イオンビーム鏡筒の下に複数の流体送出システムとしてのパイプを複数有し、該パイプの出口であるノズル同士が主イオンビームの軸と対称で内部を通過する流体が試料面に向かう形状で構成され、該パイプへの導入ガスの噴射条件を個別に制御できる構成であり、該パイプ同士間を連結する機構を有することを特徴とする。
（２）請求項２記載の発明は、前記ノズルの先端はＳ字形状をなしていることを特徴とする。
（３）請求項３記載の発明は、前記パイプの下に導入ガスを加熱するためのパイプ先端部加熱部と、ノズル相互の空間位置関係の適正配置を可能とする下面調整板を更に設けたことを特徴とする。
（４）請求項４記載の発明は、前記パイプ先端加熱部のヒータによる下面調整板の温度を５０゜Ｃ〜９０゜Ｃとし、作業者の要望により２００゜Ｃまでの加熱が行なえるように構成されていることを特徴とする。
（５）請求項５記載の発明は、前記パイプ先端であるノズルが一体として上下移動し、ノズルと試料との高さが最小でも１０μｍ以上離れることを特徴とする。
（６）請求項６記載の発明は、前記パイプの移動可能範囲の判定をレーザー光乃至静電容量高さ検出装置乃至対物レンズのフォーカス条件からの換算条件により判定した高さで制限することを特徴とする。
（７）請求項７記載の発明は、前記パイプの下面に鋭角部を持たないパイプ連結機構を有することを特徴とする。
（８）請求項８記載の発明は、試料ステージを傾斜可能な試料傾斜ステージに対応してノズル及び下面調整板もステージ部と一体で傾斜するように構成されていることを特徴とする。
（９）請求項９記載の発明は、前記下面調整板の１次イオンビームの通過部を楕円乃至長方形乃至スリットとすることを特徴とする。
（１０）請求項１０記載の発明は、前記パイプの下面のパイプ連結機構は下部信号検出器に向けた部位が傾斜面をもつことを特徴とする。
（１１）請求項１１記載の発明は、前記傾斜面の角度は２０°から５０°の範囲であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１２】
（１）請求項１記載の発明によれば、複数ノズルのイオンビーム軸対称配置により等方性と異方性とのＧＡＥやＭＤＵと呼ばれるイオンビーム支援エッチング又はビーム支援堆積等が行なえ、操作性能と加工性能の向上を期待することができる。
（２）請求項２記載の発明によれば、ノズル先端の形状をＳ字形状とすることにより、導入ガスの流速を適切に確保することができる。
（３）請求項３記載の発明によれば、下面調整板を設けることによりノズル相互の空間位置関係の適正配置が可能になる。また、下面調整板へのヒータ組み込みとその温度管理により、ノズルからのガス流量の安定供給及び温度に鋭敏な試料への熱輻射も考慮した適正対応が可能になる。
（４）請求項４記載の発明によれば、パイプ先端加熱部による下面調整板の温度を５０℃から９０℃とすることにより、導入ガスの均一化を図ることができる。更に必要な場合には、下面調整板の温度を最大２００℃まで自由に設定することができる。
（５）請求項５記載の発明によれば、ノズルが一体として上下移動することにより、ノズルと試料との高さを最小でも１０μｍ以上離すことができるので、ノズルが試料に接触することを防止することができる。
（６）請求項６記載の発明によれば、前記ノズルの移動可能範囲の判定を所定の手続きにより求めることで、ノズルの高さ制限を行なうことができる。
（７）請求項７記載の発明によれば、ノズルの下面に鋭角部を持たないパイプ連結機構を設けることで、発生する２次電子等の軌道を安定化させることができる。
（８）請求項８記載の発明によれば、試料ステージの傾斜と一体となってノズル及び下面調整板が傾斜するようにすることで、操作性を向上させることができる。
（９）請求項９記載の発明によれば、１次イオンビームの通過部を楕円乃至長方形スリットとすることで、試料面が傾斜した時にも試料にイオンビームを照射することが可能となる。
（１０）請求項１０記載の発明によれば、適度な傾斜面を拡散制御部に設け、検出器への信号到達を補助することで、下面調整板の試料への近傍による画像信号劣化を防止することができる。
（１１）請求項１１記載の発明によれば、前記傾斜角を２０°から５０°の範囲とすることで、画像信号劣化を有効に防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態例を詳細に説明する。図１は本発明の要部の構成例を示す図である。図において、１８は試料、１７は該試料１８に照射される１次イオンビーム、７は対物レンズ、８は１次イオンビーム１７に反応性のガスを導入するためのパイプであり、その先端はＳ字状のノズル８ａになっている。パイプ８は、図に示すように光軸に対して対称に複数設けられている。２３はノズル８ａの下に設けられた下面調整板、２５はノズル８ａと下面調整板２３との間に設けられたノズル部下面ヒータ（以下単にヒータという）である。
【００１４】
ノズル８ａは下面調整板２３と接触しており、固着されている。この接触面でノズル８ａ同士間は連結されている。そして、各ノズル８ａへの導入ガスの噴射条件を個別に制御できるようになっている。１４は下面調整板２３と一体形成されたノズル８ａを上下に移動させる微動装置である。ＷＤは下面調整板２３と試料間の距離（ワークディスタンス）である。このように、構成された装置の動作を説明すれば、以下の通りである。
【００１５】
パイプ８から導入ガスが流入し、ノズル８ａ先端から導入ガスが噴出される。この噴出されたガスの中を１次イオンビーム１７が通ることにより、ガスがイオン化され、試料１８のエッチング又はリペア処理を促進させる。ここで、用いられるガスとしては、例えば試料１８に金属薄膜を堆積させる場合には、例えばＷ（ＣＯ）6ガス、絶縁膜を堆積させる場合には、例えばシリコン化合物ガスが用いられる。
【００１６】
ここで、下面調整板２３は導入ガスの均一性を保ち、拡散領域を制限するために用いられる。ヒータ２５は導入ガスの均一化を図るために用いられる。ここで、ヒータ２５による下面調整板２３の温度を５０℃から９０℃とすることにより、導入ガスの均一化を図ることができる。更に、必要な場合には下面調整板２３の温度を２００℃まで自由に設定することができる。また、ノズル８ａの先端部をＳ字状としているため、導入ガスの流速を適切に確保することができる。
【００１７】
また、本発明によれば、ノズル８ａ及び下面調整板２３を微動装置１４により一体として上下移動させることにより、ノズル８ａと試料１８との高さを最小でも１０μｍ以上離すことができるので、ノズルが試料に接触することを防止することができる。
【００１８】
また、本発明によれば、ノズル８ａの移動可能範囲の判定をレーザー光乃至静電容量高さ検出装置乃至対物レンズのフォーカス条件からの換算条件により判定した高さで制限することができる。このようにすれば、ノズル８ａの高さ制限を確実に行なうことができる。また、本発明によれば、ノズル８ａの下面に鋭角部を持たないパイプ連結機構を設けることができる。このようにすれば、イオンビームが試料に当たって発生する２次電子等の軌道を安定化させることができ、画像ノイズが減少する。これは、鋭角部が存在する時は、その表面への反射電子等の衝突で余分に２次電子が発生したり、鋭角部の表面電界により検出されるべき２次電子の軌道が曲げられ、検出率が低下することを回避するということである。
【００１９】
図１に示す構成の装置を用いると、等方加工と異方加工を行なうことができる。図２は等方加工の説明図である。図１と同一のものは、同一の符号を付して示す。この実施の形態例では、光軸との対称性を維持しつつノズル８ａを配置することにより、全てのノズル８ａから均等にガスを噴射することにより試料１８の表面を対称性を保持しつつエッチングし、或いはリペアすることができる。図２において、３０はノズル８ａから噴射されるガスが拡散しすぎないように規制するための規制部材である。θは、ノズル８ａの光軸に対する傾斜角である。
【００２０】
図３は異方加工の説明図である。図２と同一のものは、同一の符号を付して示す。例えば２本あるノズル８ａの内の１本をガスの噴射を停止し、残りのノズル８ａからのみガスを噴射させるようにする。このようにすることで、ガスの拡散領域は片方のみに形成され、当該片方のみのエッチング処理を促すことができる。
【００２１】
図４は異方性エッチングによる異物除去の説明図である。３１〜３３は配線パターン、３４は配線パターン３２に付着した異物である。この異物３４のために配線パターン３２と３３が導通してしまう。そこで、この異物を除去する場合、異方性エッチングを行なう。例えば、異物３４が付着している面のみにガスが拡散するように、ノズル８ａを調整する。この結果、異物３４付近のみがガスにより満たされ、（ａ）に示すような状態であったのが（ｂ）に示すように異物３４が除去されることになる。
【００２２】
図５は図１のＸ−Ｘ断面を示す図である。図１と同一のものは、同一の符号を付して示す。（ａ）はノズル８ａが２本の場合、（ｂ）は３本の場合、（ｃ）は４本の場合である。図に示すように、ノズルは光軸に対して軸対称である必要はなく、光軸に対して対称性があればよい。例えば、（ｂ）の場合は軸対称ではないが、３個のノズル８ａが光軸に対してそれぞれ１２０度の角度をもって対称に配置されている。
【００２３】
以下、集束イオンビーム装置（ＦＩＢ）の動作について説明する。図６は本発明に係る集束イオンビーム装置の一実施の形態例を示す構成図である。図１と同一のものは、同一の符号を付して示す。図において、４０は鏡筒で、該鏡筒内に集束イオンビーム装置を構成する要素の殆どが含まれる。１はイオン源、１７は該イオン源１から放出されるイオンビーム、３はガンアパーチャ、４はイオンビーム１７を集束する集束レンズ、５はイオンビーム１７の通過量を絞り込むアパーチャ、６は試料上を走査するための走査電極、７はイオンビーム１７を細かく絞って試料に当てるための対物レンズ、８ａは対物レンズ７の下面に設けられたノズル、２３は該ノズル８ａの下面に設けられた下面調整板である。
【００２４】
図に示す装置は、集束レンズ４と対物レンズ７よりなる２段のレンズ系となっている。なお、イオンビーム装置の場合、電子レンズは静電レンズが用いられる。質量の重いイオンは電磁コイルではうまく曲がりきれないからである。９はヒータ、１０は容器、１１はガス源、１２はノズル８ａと接続され、ガスを注入するためのバルブ、１３はバルブ１２の開き角を調整するバルブ制御機構、１４はノズル８ａを微小量だけ上下に移動させるための微動装置、１５は試料から放出される粒子を検出する検出器、１６は試料を移動させる試料微動装置、１８は試料である。このように構成された装置の動作を説明すれば、以下の通りである。
【００２５】
図６では、前述したように２段レンズ系としているが、基本的イオン光学システムはこれに限定されない。イオン源１に適切な加速電圧を与えて液体金属イオン源等のイオン源１から１次イオンビームとなるイオンを取り出す。そして、取り出したイオンをガンアパーチャ３でビームの拡散制限を行ない、所望する照射ビームをアパーチャ５から取り出す。イオン源１から出た１次イオンビームは、集束レンズ４により必要な結像系を作り、これを走査電極６で偏向してビーム走査をし、対物レンズ７で試料１８上に必要な１次ビームの結像をさせる。
【００２６】
試料１８から出た２次電子等は検出器１５で検出され、画像信号として鏡筒４０の制御システムに出力され、モニター（図示せず）に表示される。このようなイオンビーム光学系において、試料１８に長時間イオンビームを照射し続けると、電子ビームとは異なり、イオンの質量及び電離作用等によって試料を削り取る加工ができる。この加工反応を促進する触媒的な役割の流体やガスを導入することが、イオンビーム支援エッチング又はビーム支援堆積という技術として注目されている。
【００２７】
ここでは、図１に示すように複数のノズルを１次イオンビームと対称的に配置し、導入ガス又は流体をここから均等に噴出させることで均質なイオンビーム支援エッチング又はビーム支援堆積の機能を提供するものである。この配置の対称性は、回転対称系に限らず、加工すべきサンプルのステージ移動軸に対しての軸対称でもよい。複数のノズルは、試料にできるだけ接近するのが好ましいが、図２又は図３にに示すように、導入流体が試料表面で描くガウス分布的形状の中心に１次イオンビーム１７が来るのが最も好ましい。これは、ノズル８ａの先端の形状に依存し、ノズル先端の形状は導入流体の流速が適切に確保される必要があるので、先端がＳ字型の形状を有することが好ましい。
【００２８】
そして、ノズル管先端の弧の端点での中央から見た接線が流体の直接進む方向と想定でき、この方向と１次ビームとの直接交差する部分が試料の加工すべき部位であることが一番適当な条件になりうる。つまり、ノズル先端と試料表面との距離ができるだけ近く、一次ビームの軸にこのノズル８ａが近い方が深い加工支援により貢献する。
【００２９】
このようにしてノズル８ａの先端とそのパイプの接線を決定すると、直線のパイプの場合は対物レンズ７のケーシングと干渉が起こる。それを避けるために曲線が優位であり、先端での形状の乱れが急激だと流体の乱流の正確が強まり、導入流体の試料照射時に不均一な照射広がりが考えられる。よって、最も好ましいのが連続的な変化であるがためにＳ字型となる。また、Ｓ字型とする場合には、下面調整板２３との結合が楽になる点や下面調整板２３へのヒータ組み込みによりノズル温度の適正化が可能になる等の利点が挙げられる。
【００３０】
図２のような構成が対称な等方性のイオンビーム支援エッチング又はビーム支援堆積の２ノズルでの位置関係である。図３は異方性のイオンビーム支援エッチング又はビーム支援堆積の２ノズルの位置関係であり、一方のノズルのみでガス又は流体を試料面に照射する。
【００３１】
ところで、試料の複雑な加工にはステージ傾斜は欠かせない。ステージの傾斜は加工量の深さ確認と所望する傾斜加工に必要な機能である。深さ確認のためにはノズルを上昇させ、画像観察に支障のない条件で実施することが好ましいが、ノズルの移動が鏡筒のイオンビーム軸と同一方向である場合は広角度傾斜をすると、加工のためのノズルの接近ができなくなる。そこで、図７又は図８に示すように傾斜対応ステージのベースプレートとノズルが一体で傾斜する構成に有用な効果がある。ノズルの最適高さ調整は試料面のみで決定され、傾斜とは無関係に高さ調整できる点に優位性がある。
【００３２】
図７はステージ傾斜時のようすを示す図である。図１と同一のものは、同一の符号を付して示す。図７はｙｚ断面を示している。図において、５０はベースプレート、５１は該ベースプレート５０上に取り付けられたステージ、５２は該ステージ５１を駆動するステージ駆動装置、１８はステージ４１上に載置された試料、７は対物レンズである。このように試料を傾斜した状態でイオンビームによるエッチングを行なうと、試料１８の斜め方向にエッチングを行なうことができる。
【００３３】
図８はステージ非傾斜時のようすを示す図である。図１と同一のものは、同一の符号を付して示す。図８はｘｚ断面を示している。図１及び図７と同一の部分は同一の符号を付して示す。このように、本発明によれば、試料ステージの傾斜と一体となってノズル及び下面調整板が傾斜するようにすることで、操作性を向上させることができる。図９は下面調整板近傍拡大図で、上面から見た図を示す。図１と同一のものは、同一の符号を付して示す。図において、Ａは水平時１次イオンビーム照射位置を、Ｂはステージ水平時のガス照射の領域を示す。
【００３４】
図１０又は図１１に示すように、１次イオンビーム通過孔の形状が、楕円やスリット或いは長方形等であれば、下面調整板２３がステージと一体で傾斜しても、１次イオンビームの照射を損なうことなく、ノズルでのイオンビーム支援エッチング又はビーム支援堆積の機能を実現することができる。図１０は下面調整板と１次イオンビームの拡大図である。１７は１次イオンビーム、２３は下面調整板、４５は前記した１次ビーム通過孔である。図では、下面調整板２３が平坦な状態を示している。これに対して図１１に示す例は、下面調整板２３が傾斜している状態を示している。
【００３５】
なお、試料高さの微妙な違いで１次イオンビーム１７と流体照射中心とがずれる場合がありえるが、本発明装置では、ノズル８ａは上下動のみとして対応することがステージとの関係で好ましいので、イオンビームの軸を鏡筒４０側でわずかにずらす対応が適当である。このような位置調整は、試料面高さと傾斜量に依存して発生する。イオンビームの移動量算出について説明する。
【００３６】
図１２は移動量算出の説明図である。図において、１８は試料、２３は下面調整板、Ｌは基準高さ位置、ΔＨは試料１８の基準高さ位置Ｌからのずれ、ΔＤは試料１８と下面調整板２３間の距離である。θはステージ（とりもなおさず試料）の傾斜角である。図に示すようなユーセントリックステージで、試料高さが最適な基準高さＬからΔＨだけ低い位置にある場合に、ステージの傾斜角θから、ΔＨ・ｓｉｎθ分の１次イオンビームのＹ座標をずらすことで、同一位置照射を実現することができる。標準的な試料の場合、ΔＨは±５０μｍ以下なので、移動補正量も同じく±５０μｍ未満に充分に収まる。この程度の量は、１次ビームのイメージシフトで対応可能であるので標準的な装置で充分実現することができる。
【００３７】
また、ノズルの下面調整板２３の基準高さズレはΔＤ−ΔＨなので、
（ΔＤ−ΔＨ）・ｔａｎθ分だけ楕円の長さが確保されていれば、１次イオンビームと下面調整板２３との干渉が発生しない。現実的な制約からステージ傾斜量は最大６０°程度であり、ユーセントリックステージの傾斜基準高さＬからのノズル最大離脱範囲が３ｍｍなら、長方形又は楕円等の最小形状は前記式から３×ｔａｎθ＝５．２ｍｍであり、ビームの広がりを考慮しても楕円又は長方形等の長さは前記最大離脱範囲の２倍程度の長さであり、かつ水平状態での軸中心が長方形又は楕円等の端面から０．３から０．５ｍｍ程度の位置が、装置の実質的制約条件となる。この実施の形態例によれば、１次イオンビームの通過部を楕円乃至長方形スリットとすることで、試料面が傾斜した時にも試料にイオンビームを照射することが可能となる。
【００３８】
以上、説明したように、本発明によれば、複数ノズルのイオンビームを光軸に対して対称性を持たせた配置により等方性と異方性とのＧＡＥやＭＤＵと呼ばれるイオンビーム支援エッチング又はビーム支援堆積等が行なえ、操作性能と加工性能の向上を期待することができる。
【００３９】
さて既に説明したように、ノズルと１次イオンビーム及び試料面との間で適切な幾何学的関係があり、この関係を実現するのに重要なことは、試料面の高さとノズル下面との距離関係である。ノズル及びこの下面は一体のものとして構成され、イオンビーム鏡筒の軸と同軸に下面の中心が配置されることが必要である。また、この下面の移動は適切に上下動のみする。
【００４０】
この移動量は、試料面の高さで制限されるべきであり、この試料面高さの検出には、レーザー高さ検出器乃至静電容量高さ検出器乃至対物レンズでのイオンビームのフォーカス条件で決定するのが適当である。対物レンズ条件からの試料面算出は、予め決められた照射電流等の条件から適切な対物レンズの電圧条件と試料面高さについての関数テーブルを用意し、実際のフォーカス条件に応じてこの高さ換算を実施する方法である。但し、この方法では、深い溝等でのフォーカスを自動的に基準とすると、高さ換算で誤った結果を得ることになるので、作業者がほぼ適当とみなす条件でこの高さ演算をする指示を自動又は手動ですることが必要となる。このように、本発明によれば、前記ノズルの移動可能範囲を所定の手続きにより求めることで、ノズルの高さ制限を行なうことができる。
【００４１】
このノズルを有する通常の装置は単数のものである。例えば、前記特許文献２記載の発明では、この先端を扁平にし、上下の小孔をビームが通過するようなタイプであり、また前記特許文献３記載の発明は、この先端に反転型の漏斗形状を有するようなタイプである。このようなタイプは、等方的なエッチングのみには利用できるが、加工すべき内容が斜め溝になるような場合は試料面の傾斜等が必要になる。試料移動を行なうと、ステージ移動精度に起因する位置ずれが加工の精度低下につながるので、本発明で示すような異方性のガス又は流体の適切導入が簡単に行えることは有用である。
【００４２】
なお、ノズル先端の変形加工しない方式もある。この方式は、既に周知となっている。本発明はこの先端を変形加工をしないノズルを複数有し、それらがイオンビームの主軸に対して対称性を持つように配置されている（図５参照）。ノズルの根元部分には、ガス又は流体供給源があり、ノズル先端とこのパイプで形成された流体制御部のコンダクタンス（流体抵抗の逆数）を同一にすることで、一つの供給源から複数のノズルを経由して同一量の流体を試料表面に供給することができる。ここで、供給する流体が別の場合でも供給部の途中にガス選択の切替部を用意することで対応することができる。但し、パイプ配管での流体又はガスの混合が問題となる場合もあり得るので、４本のノズルを有している場合、対称となる２本をそれぞれ独立した流体供給部とすることが望ましい。
【００４３】
本発明では、ノズル８ａを図１３に示すように光軸に対して傾斜させている。図に示す例では傾斜角θとなっている。３０はノズル８ａから噴射されるガスの拡散を防ぐための規制部材である。このように、光軸に対して角度θだけ傾けて噴射させることにより、下面調整板２３の試料１８への近接による画像信号の劣化要因を除去することができる。ここで、傾斜角θはガス又は流体の拡散と深い溝加工への関与を考え、２０°以下になるのが好ましいが、実用的には２０°から５０°の範囲である。このような傾斜角の範囲とすることで、画像信号の劣化を有効に防止することができる。図１４はノズルと下面調整板の配置を示す図である。光軸に対してノズル８ａが傾斜してガスを噴出しているようすを示している。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明の要部の構成例を示す図である。
【図２】等方加工の説明図である。
【図３】異方加工の説明図である。
【図４】異方性エッチングによる異物除去の説明図である。
【図５】図１のＸ−Ｘ断面を示す図である。
【図６】本発明に係る集束イオンビーム装置の構成例を示す図である。
【図７】ステージ傾斜時のようすを示す図である。
【図８】ステージ非傾斜時のようすを示す図である。
【図９】下面調整板近傍拡大図である。
【図１０】下面調整板と１次ビームの拡大図である。
【図１１】下面調整板と１次ビームの近傍拡大図である。
【図１２】移動量算出の説明図である。
【図１３】ノズルの入射角を示す図である。
【図１４】ノズルと下面調整板の配置を示す図である。
【符号の説明】
【００４５】
７ 対物レンズ
８ パイプ
８ａ ノズル
１７ １次イオンビーム
２３ 下面調整板
２５ ノズル部下面ヒータ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集束イオンビームを用いてイオンビーム支援エッチング又はビーム支援堆積を行なうことが可能な装置において、
イオンビーム鏡筒の下に複数の流体送出システムとしてのパイプを複数有し、該パイプの出口であるノズル同士が主イオンビームの軸と対称で内部を通過する流体が試料面に向かう形状で構成され、該パイプへの導入ガスの噴射条件を個別に制御できる構成であり、該パイプ同士間を連結する機構を有することを特徴とする集束イオンビーム用ガス導入装置。
【請求項２】
前記ノズルの先端はＳ字形状をなしていることを特徴とする請求項１記載の集束イオンビーム用ガス導入装置。
【請求項３】
前記パイプの下に導入ガスを加熱するためのパイプ先端部加熱部と、ノズル相互の空間位置関係の適正配置を可能とする下面調整板を更に設けたことを特徴とする請求項１記載の集束イオンビーム用ガス導入装置。
【請求項４】
前記パイプ先端加熱部のヒータによる下面調整板の温度を５０゜Ｃ〜９０゜Ｃとし、作業者の要望により２００゜Ｃまでの加熱が行なえるように構成されていることを特徴とする請求項３記載の集束イオンビーム用ガス導入装置。
【請求項５】
前記パイプ先端であるノズルが一体として上下移動し、ノズルと試料との高さが最小でも１０μｍ以上離れることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の集束イオンビーム用ガス導入装置。
【請求項６】
前記ノズルの移動可能範囲の判定をレーザー光乃至静電容量高さ検出装置乃至対物レンズのフォーカス条件からの換算条件により判定した高さで制限することを特徴とする請求項４記載の集束イオンビーム用ガス導入装置。
【請求項７】
前記ノズルの下面に鋭角部を持たないパイプ連結機構を有することを特徴とする請求項１記載の集束イオンビーム用ガス導入装置。
【請求項８】
試料ステージを傾斜可能な試料傾斜ステージに対応してノズル及び下面調整板もステージ部と一体で傾斜するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の集束イオンビーム用ガス導入装置。
【請求項９】
前記下面調整板の１次イオンビームの通過部を楕円乃至長方形乃至スリットとすることを特徴とする請求項８記載の集束イオンビーム用ガス導入装置。
【請求項１０】
前記パイプの下面のパイプ連結機構は下部信号検出器に向けた部位が傾斜面をもつことを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の集束イオンビーム用ガス導入装置。
【請求項１１】
前記傾斜面の角度は２０°から５０°の範囲であることを特徴とする請求項１０記載の集束イオンビーム用ガス導入装置。
【請求項１】
集束イオンビームを用いてイオンビーム支援エッチング又はビーム支援堆積を行なうことが可能な装置において、
イオンビーム鏡筒の下に複数の流体送出システムとしてのパイプを複数有し、該パイプの出口であるノズル同士が主イオンビームの軸と対称で内部を通過する流体が試料面に向かう形状で構成され、該パイプへの導入ガスの噴射条件を個別に制御できる構成であり、該パイプ同士間を連結する機構を有することを特徴とする集束イオンビーム用ガス導入装置。
【請求項２】
前記ノズルの先端はＳ字形状をなしていることを特徴とする請求項１記載の集束イオンビーム用ガス導入装置。
【請求項３】
前記パイプの下に導入ガスを加熱するためのパイプ先端部加熱部と、ノズル相互の空間位置関係の適正配置を可能とする下面調整板を更に設けたことを特徴とする請求項１記載の集束イオンビーム用ガス導入装置。
【請求項４】
前記パイプ先端加熱部のヒータによる下面調整板の温度を５０゜Ｃ〜９０゜Ｃとし、作業者の要望により２００゜Ｃまでの加熱が行なえるように構成されていることを特徴とする請求項３記載の集束イオンビーム用ガス導入装置。
【請求項５】
前記パイプ先端であるノズルが一体として上下移動し、ノズルと試料との高さが最小でも１０μｍ以上離れることを特徴とする請求項１乃至４の何れかに記載の集束イオンビーム用ガス導入装置。
【請求項６】
前記ノズルの移動可能範囲の判定をレーザー光乃至静電容量高さ検出装置乃至対物レンズのフォーカス条件からの換算条件により判定した高さで制限することを特徴とする請求項４記載の集束イオンビーム用ガス導入装置。
【請求項７】
前記ノズルの下面に鋭角部を持たないパイプ連結機構を有することを特徴とする請求項１記載の集束イオンビーム用ガス導入装置。
【請求項８】
試料ステージを傾斜可能な試料傾斜ステージに対応してノズル及び下面調整板もステージ部と一体で傾斜するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の集束イオンビーム用ガス導入装置。
【請求項９】
前記下面調整板の１次イオンビームの通過部を楕円乃至長方形乃至スリットとすることを特徴とする請求項８記載の集束イオンビーム用ガス導入装置。
【請求項１０】
前記パイプの下面のパイプ連結機構は下部信号検出器に向けた部位が傾斜面をもつことを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載の集束イオンビーム用ガス導入装置。
【請求項１１】
前記傾斜面の角度は２０°から５０°の範囲であることを特徴とする請求項１０記載の集束イオンビーム用ガス導入装置。
【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】
【公開番号】特開２００８−９８２３２（Ｐ２００８−９８２３２Ａ）
【公開日】平成２０年４月２４日（２００８．４．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２７５００９（Ｐ２００６−２７５００９）
【出願日】平成１８年１０月６日（２００６．１０．６）
【出願人】（０００００４２７１）日本電子株式会社 (811)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年４月２４日（２００８．４．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１０月６日（２００６．１０．６）
【出願人】（０００００４２７１）日本電子株式会社 (811)
【Ｆターム（参考）】
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