集束イオンビーム装置
【課題】
アパーチャの寿命を長くでき、カラムバルブを閉じた際にも、コンタミの増加を防止し、また、再起動も短時間で行える集束イオンビーム装置を提供することにある。
【解決手段】
高圧電源制御器１８１は、カラムバルブ１４の閉動作時に、引出電極１７に印加する引出電圧を下げ、または、制御電極１６に印加する制御電圧を下げて、エミッションを０μＡにする。また、カラムバルブ１４の開動作時に、引出電極１７に印加する引出電圧を元に戻し、または、制御電極１６に印加する制御電圧を元の電圧に戻す。
アパーチャの寿命を長くでき、カラムバルブを閉じた際にも、コンタミの増加を防止し、また、再起動も短時間で行える集束イオンビーム装置を提供することにある。
【解決手段】
高圧電源制御器１８１は、カラムバルブ１４の閉動作時に、引出電極１７に印加する引出電圧を下げ、または、制御電極１６に印加する制御電圧を下げて、エミッションを０μＡにする。また、カラムバルブ１４の開動作時に、引出電極１７に印加する引出電圧を元に戻し、または、制御電極１６に印加する制御電圧を元の電圧に戻す。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、細く絞ったイオンビームを試料に照射して試料の微細加工を行う集束イオンビーム装置に係り、特に、カラムバルブを有する集束イオンビーム装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、細く絞ったイオンビームを試料に照射して試料の微細加工を行う集束イオンビーム装置としては、例えば、特許文献１に記載のものが知られている。
【０００３】
このような集束イオンビーム装置では、加工精度（仕上がり形状の精度）は、イオンビームの細さ、すなわち試料上でのビームスポットの大きさで決まり、スループット（加工速度）はビームの電流量で決まる。そこで、高精度，高スループット加工を行うにはなるべく細く、かつ、大電流のビームを使用する必要がある。
【０００４】
集束イオンビーム装置は、種々の大きさの電流量のビームが産み出せるように種々の大きさの細孔（アパーチャ）を有し、かつ、所望の大きさのアパーチャを光学系の中心軸上に持ち込めるように構成した絞り装置が装着されている。すなわち、より大きいアパーチャを使うことで大電流のビームが得られる。ところが、荷電粒子ビーム応用装置の特性として、大きなアパーチャを使用すること荷電粒子ビームを集束する光学系のレンズ収差のためにビームスポットが大きくなり、高精度の加工ができなくなるという問題がある。一方、収差の小さい小孔径のアパーチャを使用すると、ビームスポットは小さくできるがビーム電流が少なくスループットが低下する。
【０００５】
そこで、加工を極力高精度で、かつ、高スループットで行うために、大電流ビームと微細ビームとを使い分けた複数工程の加工を行っている。すなわち、まず、加工領域全体を大きなアパーチャを使って得られる大電流ビームを用いて粗い精度で加工し（粗加工）、次に加工領域の境界付近を中程度の大きさのビームスポットと電流量を有するビームで加工し（中間加工）、さらに、小さなアパーチャを使った微細ビームで境界部の狭い領域を高精度で仕上げ加工する。
【０００６】
この複数工程の加工に使用されるイオンビームの一例を挙げると、粗加工ビームとしては６５０μｍφのアパーチャを用いて得られる電流量３０ｎＡ、ビームスポット径１μｍのビーム、中間加工用のビームとしては３００μｍφのアパーチャを用いて得られる電流量６ｎＡ、ビームスポット径０.１５μｍ のビーム、仕上げ加工用のビームとしては４０μｍφのアパーチャを用いて得られる電流量０.１ｎＡ、ビームスポット径０.０２μｍのビームである。
【０００７】
また、集束イオンビーム装置では、一般に、イオン銃と試料室の間に設けられたカラムバルブを備えている。カラムバルブは、真空を封じするバルブで、カラムバルブが閉じられている状態では、試料室が大気圧であっても、イオン銃は真空度１０-6Ｐａ程度を保持することができ、長時間装置を放置するような場合や試料交換では突発的真空リークがおきても良いように、安全のためカラムバルブは閉められる。
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−１６２７６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、アパーチャは、集束イオンビーム装置にあるイオン源のエミッションが止まらない限り常にビームの照射を受けて、アパーチャを通過するビームを制限して遮断している。イオンビームは、電子線に比べて１０3〜１０4重いためスパッタリング作用があり、アパーチャの部材はビームの照射によってスパッタされて、部材表面や細孔の側壁が削られて薄くなり細孔が拡がる。このため、アパーチャ径が大きくなり、所望のビームの電流量とビーム径が得られないので荷電粒子ビーム照射装置としての性能が悪くなる。回復するにはアパーチャの交換が必要になり、この時期までがアパーチャの寿命となる。このアパーチャの寿命は、単位面積当たりに蓄積されたビームの照射量（照射電流密度×照射時間）で略決まる。
【００１０】
イオンビームを用いる微細加工において、加工の高精度性と高スループット性を評価するビーム性能の指標はビームの電流密度である。同じビームスポット径のイオンビームで比較すると、ビーム電流密度が高いほどより大きい電流のビームが照射されるので、同じ加工精度でより速い加工ができる。上記のイオンビームの例では、粗加工用ビーム、中間加工用ビーム、及び仕上げ加工用ビームのビームスポット上での電流密度は、それぞれ３.８Ａ／cm2，３４Ａ／cm2，３１.８Ａ／cm2 であり、粗加工用ビームの電流密度は、中間加工用ビームと仕上げ加工用ビームに比べて著しく低い。
【００１１】
集束イオンビームでＴＥＭ試料を作製する場合、薄膜にする仕上げ加工に時間を要し、仕上げビームの電流密度を更に高くすることが望まれる。
【００１２】
今後、微細加工に利用されるビーム全範囲に亘って高い電流密度のビームを発生することのできるイオンビーム応用微小加工装置の開発が進み、ますますビームの電流密度が高くなってきている。このため、絞り機構のアパーチャに照射されるビームも狭い照射領域にビームが集中して電流密度が高くなってきているため、アパーチャ寿命の判断の目安になる単位面積当たりに蓄積されたビームの照射量（照射電流密度×照射時間）が上限に達するまでの時間（照射された領域が薄くなり開口径が変化し始める時間）が短くなってきているという問題がある。
【００１３】
また、前述のようなカラムバルブを備えた集束イオンビーム装置では、カラムバルブを閉じた際に、イオン源からエミッションがでていれば、カラムバルブはビームで照射され、スパッタ粒子や２次電子が発生する。このため、カラムバルブのある真空容器の表面壁にあたり、表面壁のハイドロカーボンなどの吸着分子が分解して固化し、高抵抗または絶縁性の膜を堆積してコンタミが増加するという問題が生じる。そこで、例えば、カラムバルブを閉じた際、高圧電源を切ることでエミッションを出さなくすることはできるが、高圧電源を再度オンした際、エミッションが安定化するまで時間がかかるため、再起動に時間がかかるという問題が生じる。
【００１４】
本発明の目的は、アパーチャの寿命を長くでき、カラムバルブを閉じた際にも、コンタミの増加を防止し、また、再起動も短時間で行える集束イオンビーム装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、カラムバルブの開閉動作に応じて、引出電極に印加する引出電圧を制御し、または、制御電極に印加する制御電圧を制御し、または、コンデンサ電極の印加電圧を制御することに関する。
【００１６】
また、本発明は、引出電極に印加する引出電圧を下げ、または、制御電極に印加する制御電圧を下げてエミッションを０μＡにするか、または、コンデンサ電極の印加電圧を下げて前記イオンビームのビーム径を広げることに関する。好ましくは、引出電極に印加する引出電圧、または、コンデンサ電極の印加電圧を元の電圧に戻す。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、適宜必要なときにエミッションを出すことができる為、イオン源とアパーチャの寿命を長くでき、カラムバルブを閉じた際にも、コンタミの増加を防止し、また、再起動も短時間で行えるものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、上記及びその他の新規な特徴と効果について、図面を参酌して説明する。尚、図面はもっぱら説明のために用いるものであり、権利範囲を減縮するものではない。
【実施例１】
【００１９】
以下、図１〜図５を用いて、本発明の第１の実施形態による集束イオンビーム装置の構成について説明する。最初に、図１を用いて、本実施形態による集束イオンビーム装置の光学系について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態による集束イオンビーム装置の光学系の説明図である。
【００２０】
最初に、イオンビーム微細加工法において、試料の加工位置決め，粗加工，中間加工，仕上げ加工のそれぞれの工程で利用するアパーチャの孔径とレンズ動作条件を選ぶことにより、より高スループットの加工が可能となる理由について説明する。すなわち、ビームの利用目的によって、それに最適なアパーチャ径とレンズ動作条件の組み合わせがある理由である。
【００２１】
図１は、イオンビーム照射装置においてイオンビームが生成される様子を示している。ビーム９による試料１０上のビームスポットは、イオン源１の像をコンデンサレンズ２と対物レンズ８からなる光学系を用いて試料１０の上に投射する方法で作られる。光学系の結像倍率が小さいほどイオン源１は小さな像２０に投影されるので、試料１０上に小さなビームスポットを与える。ビームスポットの小さな細いビームは、加工位置決め工程に従うのに適している。
【００２２】
一方、加工には、スループットを上げるために電流の大きいビームを使う必要がある。そこで直径の大きい絞り装置３を使用する。ところが絞り装置３の径を大きくするとレンズ収差のためにビーム径が増大し、試料１０上には拡がったビームスポット２１が形成される。ただし、試料１０に投影されたイオン源像２０の大きさは変わっていない。図１に示すようにこの状態では、収差が試料１０上におけるビームスポットの大きさを決めている。
【００２３】
光学系における輝度保存則の原理によれば、結像倍率が大きいほど大きいビーム電流が得られる。この原理によれば、大きいアパーチャを使用して電流量を増やしたビームは、前述のようにすでに収差によりビーム径が増大しているので、もう少し大きい結像倍率でイオン源を図１の投影像２２として示した程度のサイズを有するように投影しても、ビーム径をそれほど増やすことなく、大きなビーム電流が得られるはずである。更に結像倍率を大きくすると電流量は更に増えるが、今度は、収差に比べてイオン源像が大きくなり、試料１０上でのビームスポット径が大きくなりすぎる。
【００２４】
ビームスポット径が比較的小さい状態で、かつ、大きな電流を含む，すなわち、細くてかつ高い電流密度を有するイオンビームは、収差によるビームの拡がりとイオン像との大きさとがバランスするような結像倍率で生成されたイオンビームである。この最適な結像倍率は、アパーチャの大きさとイオン源の大きさから計算で求めることができる。また、その最適倍率が決まれば、その倍率でイオンビームを生成するに必要なレンズ動作条件（
レンズの印加電圧あるいは励磁電流）も計算により求めることができる。
【００２５】
更に大きい電流量のビームを産み出すには、更に大きなアパーチャを利用する。この場合収差も大きくなるので、このアパーチャに対する光学系の最適倍率は更に大きな倍率になる。すなわち、イオンビーム加工装置においては、加工位置決め，粗加工，中間加工，仕上げ加工のそれぞれに対して、それぞれの目的に最適なアパーチャ径と結像倍率の組み合わせがあり、その組み合わせを使ってそれぞれの作業を行うことにより、効率的に加工作業を行うことができる。すなわち、より細いビームで高精度の加工位置決めを行い、かつ、電流密度の高いビームで高スループットの加工ができる。
【００２６】
なお、図１において、符号１３は、イオン銃とレンズの間の隔壁を示している。
【００２７】
次に、図２を用いて、本実施形態による集束イオンビーム装置の構成について説明する
。ここでは、集束イオンビーム装置をイオンビーム加工装置に適用した例を示している。
【００２８】
図２は、本発明の第１の実施形態による集束イオンビーム装置の構成を示す部分断面の斜視図である。
【００２９】
イオン源１より照射されたビーム９は、コンデンサレンズ２により弱い集束作用を受け、絞り装置３を照射する。絞り装置３は、たとえば、直径５μｍ，４０μｍ，３００μｍ，６５０μｍの４個のアパーチャを有し、アパーチャ移動装置によって左右に動かされるので、任意のアパーチャを装置の中心軸上に持ち込むことができる。絞り装置３のアパーチャを通り抜けたビームは、アライナー／スティグマ４，ブランカー５，ブランキングプレート６，ビーム走査器７を経て対物レンズ８に入る。ビーム９は、対物レンズ８により細く絞られて、試料ステージ１１に載せられた試料１０を照射する。試料１０上のイオンビーム照射位置は、ビーム走査器７により制御される。ビーム９を試料１０に照射することで発した信号は、検出器１２で検出され、ビーム走査器７の操作信号と同期を取って像を画面に表示する。
【００３０】
絞り装置３のアパーチャで得られるビーム９は、各アパーチャで最大電流密度になるように倍率制御されており、直径５μｍでは、ビーム電流１ｐＡでビーム径６ｎｍφ、直径４０μｍでは、ビーム電流０.２μＡでビーム径３０ｎｍφ、直径３００μｍでは、ビーム電流２０ｎＡでビーム径０.２５μｍφで電流密度６０Ａ／cm2、直径５２０μｍでは、ビーム電流６０ｎＡでビーム径１μｍφで電流密度７.６Ａ／cm2のビームが得られる。
【００３１】
図２を用いて集束イオンビーム装置の各構成要素の位置関係を説明する。
【００３２】
高電流密度のビームを作るために引出，コンデンサレンズ２は、イオン源１にできるだけ近くする必要がある。また、絞り装置３のアパーチャで制限されたビームを偏向しないと偏向収差の影響を大きく受けるので、絞り装置３のアパーチャ（対物絞り）は、偏向器の前に置く。また、対物レンズ８は、分解能を良くするためにイオン源１から離して設置し、像縮小率を高くする必要がある。ブランキングプレート（ファラディーカップ）６は、ブランカー５のブランカーの下流（以下、位置関係でよりイオン源側を上流、試料側を下流とする）に、かつ、加工ビームの電流を測る目的から絞り装置３のアパーチャの下流に設置する必要がある。これらの位置関係において、カラムバルブは、各構成要素の真空度を守る目的から絞り装置３のアパーチャと対物レンズ８の間に設置される。図２においては、ブランキングプレート（ファラディーカップ）６の直ぐ上流にカラムバルブを設置する。
【００３３】
集束イオンビーム装置は、加工観察において常にビーム９が試料１０に照射する必要がなく、加工中以外は適宜ビームを遮断する必要がある。遮断ができなければ常に試料１０にビーム９が照射されて余分な加工をすることになる。そのため、ブランカー５によってビームを偏向し、ブランキングプレート６によって捕集する。
【００３４】
次に、図３を用いて、本実施形態による集束イオンビーム装置に用いるカラムバルブの構成について説明する。
【００３５】
図３は、本発明の第１の実施形態による集束イオンビーム装置に用いるカラムバルブの構成を示す要部断面図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。
【００３６】
隔壁２３は、イオン銃と試料室との間に配置されている。隔壁２３の近傍にカラムバルブ１４が設けられている。図３（Ａ）に示すように、カラムバルブ１４が開いている状態では、ビーム９は、隔壁１３に形成された開口を経て、試料室に導かれ、試料の微細加工が行われる。
【００３７】
試料の加工終了後、必要に応じて、図３（Ｂ）に示すように、カラムバルブ１４が閉じられる。カラムバルブ１４は、真空を封じするバルブで、カラムバルブ１４が閉じられている状態では、試料室が大気圧であっても、イオン銃は真空度１０-6Ｐａ程度を保持することができる。
【００３８】
カラムバルブ１４が閉まるとき、カラムバルブ１４はビーム９通路を塞ぐ形で真空を封じるので、カラムバルブ１４を閉にすることは、エミッションが出ている状態では、カラムバルブ１４にビーム９が照射されてスパッタ粒子や２次電子１５が発生するためカラムバルブのある真空容器の表面壁にあたり、表面壁のハイドロカーボンなどの吸着分子が分解して固化し堆積して汚すことになる。この汚れのためビームドリフトが大きくなり加工位置がずれたり、ビームを細く絞れなくなったりする。更にまた、カラムバルブ１４が閉まっている状態でも絞り装置３のアパーチャにはビームが照射しているので、アパーチャはスパッタを受けて消耗して交換する周期を短くする。これを回避する方法として、カラムバルブ１４の閉じ動作に連動して高圧電源を切ることも考えられるが、これでは、高圧電源の再起動に時間がかかり、使い勝手が悪いことになる。
【００３９】
そこで、本実施形態では、カラムバルブ１４が閉まるのに連動して高圧電源を切ることなくビーム９をＯＦＦするように、また、カラムバルブ１４が開く場合は高圧電源がＯＮであればビーム９をＯＮするようにした。このように、高圧電源を切ることなくビームをＯＮ／ＯＦＦして、ビームをオフすることでコンタミを低減し、また、ビームがＯＦＦからＯＮの場合は再現性良く元のエミッション状態に戻すことができる。
【００４０】
次に、図４及び図５を用いて、本実施形態による集束イオンビーム装置のシステム構成について説明する。
【００４１】
図４は、本発明の第１の実施形態による集束イオンビーム装置のシステム構成図である
。図５は、本発明の第１の実施形態による集束イオンビーム装置の制御動作の説明図である。なお、図４において、図１〜図３と同一符号は、同一部分を示している。
【００４２】
図４に示すように、イオン源１には、イオン源１からエミッションを引き出す引出電極１７と、エミッションを一定に制御する制御電極１６と、コンデンサ電極１９とが備えられている。また、イオン源１の下流には、ビームを制限する絞り装置３と、隔壁２３に備えられたカラムバルブ１４が設けられている。
【００４３】
また、イオン源１からエミッションを引き出す引出電極１７には、引出電源Ｖｅから電力が供給される。エミッションを一定に制御する制御電極１６には、制御電極電源Ｖｓから電力が供給される。その他に、エミッションを加速する電源Ｖａや、コンデンサ電極１９の制御電源Ｖｃを備えている。
【００４４】
高圧電源制御器１８１は、高圧電源Ｖｓ，Ｖｅ，Ｖａ，Ｖｃを制御する。カラムバルブ制御器１８２は、カラムバルブ１４の開閉を制御する。主制御器１８は、高圧電源制御器１８１やカラムバルブ制御器１８２などを含め、装置全体を制御する。
【００４５】
カラムバルブ制御器１８２は、制御器１８からのカラムバルブ１４を閉める指令に基づいて、カラムバルブ１４を閉める。また、カラムバルブ１４が閉まると、制御器１８は、エミッションを０μＡにするように高圧電源制御器１８１に指令を出力する。高圧電源制御器１８１は、引出電源Ｖｅの電圧を下げて、高圧電源を切ることなくビームをＯＦＦする。
【００４６】
ここで、図５を用いて、液化金属イオン源(Liquid Metal Ion Source：ＬＭＩＳ) のエミッション特性を表す指標として、Ｉｅ／Ｖｅ特性（電圧変化に対するエミッション電流の変化特性）について説明する。
【００４７】
Ｇａ ＬＭＩＳでは、代表的な値として、Ｉｅ／Ｖｅ特性≒０.１μＡ／Ｖ である。したがって、引出電圧（約８ｋＶ）を±５０Ｖ変化させるとエミッションが±５μＡ変化する。エミッション電流が、引出電圧Ａのとき２.４μＡ であれば、引出電圧を５０Ｖ下げると、エミッションが０μＡになり、ビームをＯＦＦする。ビームをＯＮするときは、引出電圧５０Ｖ高めると、ビームをＯＦＦする前のエミッション電流２.４μＡ になる。Ｇａ ＬＭＩＳは、エミッションが止まっている間にＧａ表面が酸化や２次電照射などで汚れがなければＩｅ／Ｖｅ特性の変化はないものである。イオン銃の真空度は１０-6Ｐａ程度であり、エミッションが出ていない状態ではスパッタ粒子や２次電子の発生がないので、元の引出電圧にすると再現性良く元のエミッション状態になる。これによって、高圧電源をオフした後オンした場合のように、ビームが元の状態に戻る待ち時間がなく、スムーズに休止状態から実行状態に移行できる。ただし、制御電圧±５０Ｖは、ＬＭＩＳとエミッションを引き出す電源の構成によって変わる。たとえば、引出電源にバイアス抵抗ＲとしてＲ＝３００ＭΩの抵抗が入っている場合を考えると、引出電圧Ｖｅｘｔ＝８ｋＶでエミッションＩｅ＝３.２μＡが出ている場合、実際にＬＭＩＳにかかる引出電圧Ｖｅは、Ｖｅ＝Ｖｅｘｔ−Ｒ×Ｉｅ＝７.０４ｋＶ である。このとき、エミッションを０にするため、引出電圧を１ｋＶ下げたとしてＶｅ＝７ｋＶであるから、実際の引出電圧の変化は４０Ｖである。このような意味において見かけの制御電圧は装置によって異なる。
【００４８】
加工終了後、ビームをＯＮの状態のままにするかＯＦＦの状態にするかは、制御画面から選択できるようにする。加工終了後、しばらく装置を使わない場合は、カラムバルブの閉を選択して、直ぐ使う場合は選択しない。ビームがＯＦＦに選択された場合は、加工終了後カラムバルブが閉まり、それと連動してイオン源のエミッションを制御する。
【００４９】
また、エミッション引出系（引出電極またはエミッション制御電極）に一定の電圧（例えば、＋５０Ｖ）を加えて、引出電圧を下げて、エミッションを０μＡにすることで、アパーチャに蓄積する照射量を抑えてビームが必要な時に元の引出電圧に戻してビームを元の状態に戻すことができ、かつ、アパーチャの寿命を延ばすことができる。ここで、アパーチャの寿命に関するならば、カラムバルブとの連動を考えずにエミッションを０μＡにしてもよいものである。
【００５０】
以上説明したように、本実施形態によれば、カラムバルブの閉鎖に連動して、引出電源Ｖｅの電圧を下げて、高圧電源を切ることなくビームをＯＦＦすることができるので、アパーチャに蓄積する照射量を抑えてアパーチャの寿命を延ばすことができる。
【実施例２】
【００５１】
次に、図６を用いて、本発明の第２の実施形態による集束イオンビーム装置のシステム構成について説明する。なお、本実施形態による集束イオンビーム装置の光学系は、図１に示したものと同様である。また、本実施形態による集束イオンビーム装置の構成は、図２に示したものと同様である。さらに、本実施形態による集束イオンビーム装置に用いるカラムバルブの構成は、図３に示したものと同様である。
【００５２】
図６は、本発明の第２の実施形態による集束イオンビーム装置のシステム構成図である。なお、図６において、図５と同一符号は、同一部分を示している。
【００５３】
本実施形態では、図４に示した構成に加えて、バイアス電源ＶBと切替手段ＳＷを備えている。バイアス電源ＶBは、例えば、−５０Ｖの一定電圧の電源である。高圧電源制御器１８１Ａは、切替手段ＳＷを制御して、バイアス電源ＶBを引出電源Ｖｅに直列に接続したり、接続しなかったりを切り替えることができる。
【００５４】
カラムバルブ制御器１８２が、制御器１８からのカラムバルブ１４を閉める指令に基づいて、カラムバルブ１４を閉めると、制御器１８は、エミッションを０μＡにするように高圧制御器１８１Ａに指令を出力する。高圧制御器１８１Ａは、切替手段ＳＷを制御して、バイアス電源ＶBを引出電源Ｖｅに直列に接続することで、引出電源Ｖｅの電圧を下げて、エミッションを０μＡにすることで、高圧電源を切ることなくビームをＯＦＦする。
【００５５】
また、カラムバルブ１４を開いたときは、高圧制御器１８１Ａは、切替手段ＳＷを制御して、バイアス電源ＶBを引出電源Ｖｅから切り離すことで、引出電極１７には、元の引出電圧を印加できるため、正確に元のエミッション状態に戻すことができる。
【００５６】
バイアス電源ＶBによるバイアス電圧は、液化金属イオン源（ＬＭＩＳ）のエミッション開始電圧（閾値電圧：約８ｋＶ）に対して−５０Ｖ程度の電圧としている。加速電圧と引出電圧は、基本的に変えないでバイアス電源を引出電源に浮かして電圧を重畳して印加して引出電圧を制御している。
【００５７】
なお、バイアス電圧を−５０Ｖの定格としたが、可変にして制御してもよいものである。ただし、Ｇａ ＬＭＩＳは、エミッションが止まっている間にＧａ表面が酸化や２次電照射などで汚れがなければ特性の変化はない。イオン銃の真空度は１０-6Ｐａ程度でありバイアス電圧がかかってエミッションが出ていない状態では２次電子の発生がないので、バイアス電圧を０にすると再現性良くもとのエミッション状態になるので基本的には定格のバイアス電圧でよいものである。
【００５８】
本実施形態によれば、カラムバルブの閉鎖に連動して、引出電源Ｖｅの電圧にバイアス電圧を加えることで、高圧電源を切ることなくビームをＯＦＦすることができるので、アパーチャに蓄積する照射量を抑えてアパーチャの寿命を延ばすことができる。
【００５９】
また、バイアス電圧を加えないようにすることで、正確に元のエミッション状態に戻すことができる。
【実施例３】
【００６０】
次に、図４を用いて、本発明の第３の実施形態による集束イオンビーム装置のシステム構成について説明する。なお、本実施形態による集束イオンビーム装置の光学系は、図１に示したものと同様である。また、本実施形態による集束イオンビーム装置の構成は、図２に示したものと同様である。さらに、本実施形態による集束イオンビーム装置に用いるカラムバルブの構成は、図３に示したものと同様である。
【００６１】
図４に示した実施形態では、引出電圧Ｖｅを下げることで、エミッションを０μＡにして、高圧電源を切ることなくビームをＯＦＦしているのに対して、本実施形態では、高圧電源制御器１８１は、制御電圧Ｖｓを下げることで、エミッションを０μＡにして、高圧電源を切ることなくビームをＯＦＦする。
【００６２】
このとき、図６にて説明したように、制御電圧Ｖｓにバイアス電源からバイアス電圧を重畳するようにしてもよいものである。
【００６３】
本実施形態によっても、高圧電源を切ることなくビームをＯＦＦすることができるので、アパーチャに蓄積する照射量を抑えてアパーチャの寿命を延ばすことができる。
【実施例４】
【００６４】
次に、図４を用いて、本発明の第４の実施形態による集束イオンビーム装置のシステム構成について説明する。なお、本実施形態による集束イオンビーム装置の光学系は、図１に示したものと同様である。また、本実施形態による集束イオンビーム装置の構成は、図２に示したものと同様である。さらに、本実施形態による集束イオンビーム装置に用いるカラムバルブの構成は、図３に示したものと同様である。
【００６５】
図４に示した実施形態では、引出電圧Ｖｅを下げることで、エミッションを０μＡにして、高圧電源を切ることなくビームをＯＦＦしているのに対して、本実施形態では、高圧電源制御器１８１は、コンデンサ電圧Ｖｃを下げる。コンデンサ電圧Ｖｃが下がることで、ビーム９のビーム径が広がり、アパーチャの単位面積当たりのビーム照射量が低下するので、アパーチャの寿命を長くすることができる。
【００６６】
このとき、図６にて説明したように、コンデンサ電圧Ｖｃにバイアス電源からバイアス電圧を重畳するようにしてもよいものである。
【００６７】
本実施形態によっても、アパーチャに蓄積する照射量を抑えてアパーチャの寿命を延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の第１の実施形態による集束イオンビーム装置の光学系の説明図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による集束イオンビーム装置の構成を示す部分断面の斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施形態による集束イオンビーム装置に用いるカラムバルブの構成を示す要部断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態による集束イオンビーム装置のシステム構成図である。
【図５】本発明の第１の実施形態による集束イオンビーム装置の制御動作の説明図である。
【図６】本発明の第２の実施形態による集束イオンビーム装置のシステム構成図である。
【符号の説明】
【００６９】
１ イオン源
２ コンデンサレンズ
３ 絞り装置
４ アライナー／スティグマ
５ ブランカー
６ ブランキングプレート
７ ビーム走査器
８ 対物レンズ
９ ビーム
１０ 試料
１１ ステージ
１２ 検出器
１４ カラムバルブ
１６ 制御電極
１７ 引出電極
１８ 制御器
１９ コンデンサ電極
２３ 隔壁
１８１ 高圧電源制御器
１８２ カラムバルブ制御器
【技術分野】
【０００１】
本発明は、細く絞ったイオンビームを試料に照射して試料の微細加工を行う集束イオンビーム装置に係り、特に、カラムバルブを有する集束イオンビーム装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、細く絞ったイオンビームを試料に照射して試料の微細加工を行う集束イオンビーム装置としては、例えば、特許文献１に記載のものが知られている。
【０００３】
このような集束イオンビーム装置では、加工精度（仕上がり形状の精度）は、イオンビームの細さ、すなわち試料上でのビームスポットの大きさで決まり、スループット（加工速度）はビームの電流量で決まる。そこで、高精度，高スループット加工を行うにはなるべく細く、かつ、大電流のビームを使用する必要がある。
【０００４】
集束イオンビーム装置は、種々の大きさの電流量のビームが産み出せるように種々の大きさの細孔（アパーチャ）を有し、かつ、所望の大きさのアパーチャを光学系の中心軸上に持ち込めるように構成した絞り装置が装着されている。すなわち、より大きいアパーチャを使うことで大電流のビームが得られる。ところが、荷電粒子ビーム応用装置の特性として、大きなアパーチャを使用すること荷電粒子ビームを集束する光学系のレンズ収差のためにビームスポットが大きくなり、高精度の加工ができなくなるという問題がある。一方、収差の小さい小孔径のアパーチャを使用すると、ビームスポットは小さくできるがビーム電流が少なくスループットが低下する。
【０００５】
そこで、加工を極力高精度で、かつ、高スループットで行うために、大電流ビームと微細ビームとを使い分けた複数工程の加工を行っている。すなわち、まず、加工領域全体を大きなアパーチャを使って得られる大電流ビームを用いて粗い精度で加工し（粗加工）、次に加工領域の境界付近を中程度の大きさのビームスポットと電流量を有するビームで加工し（中間加工）、さらに、小さなアパーチャを使った微細ビームで境界部の狭い領域を高精度で仕上げ加工する。
【０００６】
この複数工程の加工に使用されるイオンビームの一例を挙げると、粗加工ビームとしては６５０μｍφのアパーチャを用いて得られる電流量３０ｎＡ、ビームスポット径１μｍのビーム、中間加工用のビームとしては３００μｍφのアパーチャを用いて得られる電流量６ｎＡ、ビームスポット径０.１５μｍ のビーム、仕上げ加工用のビームとしては４０μｍφのアパーチャを用いて得られる電流量０.１ｎＡ、ビームスポット径０.０２μｍのビームである。
【０００７】
また、集束イオンビーム装置では、一般に、イオン銃と試料室の間に設けられたカラムバルブを備えている。カラムバルブは、真空を封じするバルブで、カラムバルブが閉じられている状態では、試料室が大気圧であっても、イオン銃は真空度１０-6Ｐａ程度を保持することができ、長時間装置を放置するような場合や試料交換では突発的真空リークがおきても良いように、安全のためカラムバルブは閉められる。
【０００８】
【特許文献１】特開平１０−１６２７６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、アパーチャは、集束イオンビーム装置にあるイオン源のエミッションが止まらない限り常にビームの照射を受けて、アパーチャを通過するビームを制限して遮断している。イオンビームは、電子線に比べて１０3〜１０4重いためスパッタリング作用があり、アパーチャの部材はビームの照射によってスパッタされて、部材表面や細孔の側壁が削られて薄くなり細孔が拡がる。このため、アパーチャ径が大きくなり、所望のビームの電流量とビーム径が得られないので荷電粒子ビーム照射装置としての性能が悪くなる。回復するにはアパーチャの交換が必要になり、この時期までがアパーチャの寿命となる。このアパーチャの寿命は、単位面積当たりに蓄積されたビームの照射量（照射電流密度×照射時間）で略決まる。
【００１０】
イオンビームを用いる微細加工において、加工の高精度性と高スループット性を評価するビーム性能の指標はビームの電流密度である。同じビームスポット径のイオンビームで比較すると、ビーム電流密度が高いほどより大きい電流のビームが照射されるので、同じ加工精度でより速い加工ができる。上記のイオンビームの例では、粗加工用ビーム、中間加工用ビーム、及び仕上げ加工用ビームのビームスポット上での電流密度は、それぞれ３.８Ａ／cm2，３４Ａ／cm2，３１.８Ａ／cm2 であり、粗加工用ビームの電流密度は、中間加工用ビームと仕上げ加工用ビームに比べて著しく低い。
【００１１】
集束イオンビームでＴＥＭ試料を作製する場合、薄膜にする仕上げ加工に時間を要し、仕上げビームの電流密度を更に高くすることが望まれる。
【００１２】
今後、微細加工に利用されるビーム全範囲に亘って高い電流密度のビームを発生することのできるイオンビーム応用微小加工装置の開発が進み、ますますビームの電流密度が高くなってきている。このため、絞り機構のアパーチャに照射されるビームも狭い照射領域にビームが集中して電流密度が高くなってきているため、アパーチャ寿命の判断の目安になる単位面積当たりに蓄積されたビームの照射量（照射電流密度×照射時間）が上限に達するまでの時間（照射された領域が薄くなり開口径が変化し始める時間）が短くなってきているという問題がある。
【００１３】
また、前述のようなカラムバルブを備えた集束イオンビーム装置では、カラムバルブを閉じた際に、イオン源からエミッションがでていれば、カラムバルブはビームで照射され、スパッタ粒子や２次電子が発生する。このため、カラムバルブのある真空容器の表面壁にあたり、表面壁のハイドロカーボンなどの吸着分子が分解して固化し、高抵抗または絶縁性の膜を堆積してコンタミが増加するという問題が生じる。そこで、例えば、カラムバルブを閉じた際、高圧電源を切ることでエミッションを出さなくすることはできるが、高圧電源を再度オンした際、エミッションが安定化するまで時間がかかるため、再起動に時間がかかるという問題が生じる。
【００１４】
本発明の目的は、アパーチャの寿命を長くでき、カラムバルブを閉じた際にも、コンタミの増加を防止し、また、再起動も短時間で行える集束イオンビーム装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、カラムバルブの開閉動作に応じて、引出電極に印加する引出電圧を制御し、または、制御電極に印加する制御電圧を制御し、または、コンデンサ電極の印加電圧を制御することに関する。
【００１６】
また、本発明は、引出電極に印加する引出電圧を下げ、または、制御電極に印加する制御電圧を下げてエミッションを０μＡにするか、または、コンデンサ電極の印加電圧を下げて前記イオンビームのビーム径を広げることに関する。好ましくは、引出電極に印加する引出電圧、または、コンデンサ電極の印加電圧を元の電圧に戻す。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、適宜必要なときにエミッションを出すことができる為、イオン源とアパーチャの寿命を長くでき、カラムバルブを閉じた際にも、コンタミの増加を防止し、また、再起動も短時間で行えるものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、上記及びその他の新規な特徴と効果について、図面を参酌して説明する。尚、図面はもっぱら説明のために用いるものであり、権利範囲を減縮するものではない。
【実施例１】
【００１９】
以下、図１〜図５を用いて、本発明の第１の実施形態による集束イオンビーム装置の構成について説明する。最初に、図１を用いて、本実施形態による集束イオンビーム装置の光学系について説明する。図１は、本発明の第１の実施形態による集束イオンビーム装置の光学系の説明図である。
【００２０】
最初に、イオンビーム微細加工法において、試料の加工位置決め，粗加工，中間加工，仕上げ加工のそれぞれの工程で利用するアパーチャの孔径とレンズ動作条件を選ぶことにより、より高スループットの加工が可能となる理由について説明する。すなわち、ビームの利用目的によって、それに最適なアパーチャ径とレンズ動作条件の組み合わせがある理由である。
【００２１】
図１は、イオンビーム照射装置においてイオンビームが生成される様子を示している。ビーム９による試料１０上のビームスポットは、イオン源１の像をコンデンサレンズ２と対物レンズ８からなる光学系を用いて試料１０の上に投射する方法で作られる。光学系の結像倍率が小さいほどイオン源１は小さな像２０に投影されるので、試料１０上に小さなビームスポットを与える。ビームスポットの小さな細いビームは、加工位置決め工程に従うのに適している。
【００２２】
一方、加工には、スループットを上げるために電流の大きいビームを使う必要がある。そこで直径の大きい絞り装置３を使用する。ところが絞り装置３の径を大きくするとレンズ収差のためにビーム径が増大し、試料１０上には拡がったビームスポット２１が形成される。ただし、試料１０に投影されたイオン源像２０の大きさは変わっていない。図１に示すようにこの状態では、収差が試料１０上におけるビームスポットの大きさを決めている。
【００２３】
光学系における輝度保存則の原理によれば、結像倍率が大きいほど大きいビーム電流が得られる。この原理によれば、大きいアパーチャを使用して電流量を増やしたビームは、前述のようにすでに収差によりビーム径が増大しているので、もう少し大きい結像倍率でイオン源を図１の投影像２２として示した程度のサイズを有するように投影しても、ビーム径をそれほど増やすことなく、大きなビーム電流が得られるはずである。更に結像倍率を大きくすると電流量は更に増えるが、今度は、収差に比べてイオン源像が大きくなり、試料１０上でのビームスポット径が大きくなりすぎる。
【００２４】
ビームスポット径が比較的小さい状態で、かつ、大きな電流を含む，すなわち、細くてかつ高い電流密度を有するイオンビームは、収差によるビームの拡がりとイオン像との大きさとがバランスするような結像倍率で生成されたイオンビームである。この最適な結像倍率は、アパーチャの大きさとイオン源の大きさから計算で求めることができる。また、その最適倍率が決まれば、その倍率でイオンビームを生成するに必要なレンズ動作条件（
レンズの印加電圧あるいは励磁電流）も計算により求めることができる。
【００２５】
更に大きい電流量のビームを産み出すには、更に大きなアパーチャを利用する。この場合収差も大きくなるので、このアパーチャに対する光学系の最適倍率は更に大きな倍率になる。すなわち、イオンビーム加工装置においては、加工位置決め，粗加工，中間加工，仕上げ加工のそれぞれに対して、それぞれの目的に最適なアパーチャ径と結像倍率の組み合わせがあり、その組み合わせを使ってそれぞれの作業を行うことにより、効率的に加工作業を行うことができる。すなわち、より細いビームで高精度の加工位置決めを行い、かつ、電流密度の高いビームで高スループットの加工ができる。
【００２６】
なお、図１において、符号１３は、イオン銃とレンズの間の隔壁を示している。
【００２７】
次に、図２を用いて、本実施形態による集束イオンビーム装置の構成について説明する
。ここでは、集束イオンビーム装置をイオンビーム加工装置に適用した例を示している。
【００２８】
図２は、本発明の第１の実施形態による集束イオンビーム装置の構成を示す部分断面の斜視図である。
【００２９】
イオン源１より照射されたビーム９は、コンデンサレンズ２により弱い集束作用を受け、絞り装置３を照射する。絞り装置３は、たとえば、直径５μｍ，４０μｍ，３００μｍ，６５０μｍの４個のアパーチャを有し、アパーチャ移動装置によって左右に動かされるので、任意のアパーチャを装置の中心軸上に持ち込むことができる。絞り装置３のアパーチャを通り抜けたビームは、アライナー／スティグマ４，ブランカー５，ブランキングプレート６，ビーム走査器７を経て対物レンズ８に入る。ビーム９は、対物レンズ８により細く絞られて、試料ステージ１１に載せられた試料１０を照射する。試料１０上のイオンビーム照射位置は、ビーム走査器７により制御される。ビーム９を試料１０に照射することで発した信号は、検出器１２で検出され、ビーム走査器７の操作信号と同期を取って像を画面に表示する。
【００３０】
絞り装置３のアパーチャで得られるビーム９は、各アパーチャで最大電流密度になるように倍率制御されており、直径５μｍでは、ビーム電流１ｐＡでビーム径６ｎｍφ、直径４０μｍでは、ビーム電流０.２μＡでビーム径３０ｎｍφ、直径３００μｍでは、ビーム電流２０ｎＡでビーム径０.２５μｍφで電流密度６０Ａ／cm2、直径５２０μｍでは、ビーム電流６０ｎＡでビーム径１μｍφで電流密度７.６Ａ／cm2のビームが得られる。
【００３１】
図２を用いて集束イオンビーム装置の各構成要素の位置関係を説明する。
【００３２】
高電流密度のビームを作るために引出，コンデンサレンズ２は、イオン源１にできるだけ近くする必要がある。また、絞り装置３のアパーチャで制限されたビームを偏向しないと偏向収差の影響を大きく受けるので、絞り装置３のアパーチャ（対物絞り）は、偏向器の前に置く。また、対物レンズ８は、分解能を良くするためにイオン源１から離して設置し、像縮小率を高くする必要がある。ブランキングプレート（ファラディーカップ）６は、ブランカー５のブランカーの下流（以下、位置関係でよりイオン源側を上流、試料側を下流とする）に、かつ、加工ビームの電流を測る目的から絞り装置３のアパーチャの下流に設置する必要がある。これらの位置関係において、カラムバルブは、各構成要素の真空度を守る目的から絞り装置３のアパーチャと対物レンズ８の間に設置される。図２においては、ブランキングプレート（ファラディーカップ）６の直ぐ上流にカラムバルブを設置する。
【００３３】
集束イオンビーム装置は、加工観察において常にビーム９が試料１０に照射する必要がなく、加工中以外は適宜ビームを遮断する必要がある。遮断ができなければ常に試料１０にビーム９が照射されて余分な加工をすることになる。そのため、ブランカー５によってビームを偏向し、ブランキングプレート６によって捕集する。
【００３４】
次に、図３を用いて、本実施形態による集束イオンビーム装置に用いるカラムバルブの構成について説明する。
【００３５】
図３は、本発明の第１の実施形態による集束イオンビーム装置に用いるカラムバルブの構成を示す要部断面図である。なお、図１と同一符号は、同一部分を示している。
【００３６】
隔壁２３は、イオン銃と試料室との間に配置されている。隔壁２３の近傍にカラムバルブ１４が設けられている。図３（Ａ）に示すように、カラムバルブ１４が開いている状態では、ビーム９は、隔壁１３に形成された開口を経て、試料室に導かれ、試料の微細加工が行われる。
【００３７】
試料の加工終了後、必要に応じて、図３（Ｂ）に示すように、カラムバルブ１４が閉じられる。カラムバルブ１４は、真空を封じするバルブで、カラムバルブ１４が閉じられている状態では、試料室が大気圧であっても、イオン銃は真空度１０-6Ｐａ程度を保持することができる。
【００３８】
カラムバルブ１４が閉まるとき、カラムバルブ１４はビーム９通路を塞ぐ形で真空を封じるので、カラムバルブ１４を閉にすることは、エミッションが出ている状態では、カラムバルブ１４にビーム９が照射されてスパッタ粒子や２次電子１５が発生するためカラムバルブのある真空容器の表面壁にあたり、表面壁のハイドロカーボンなどの吸着分子が分解して固化し堆積して汚すことになる。この汚れのためビームドリフトが大きくなり加工位置がずれたり、ビームを細く絞れなくなったりする。更にまた、カラムバルブ１４が閉まっている状態でも絞り装置３のアパーチャにはビームが照射しているので、アパーチャはスパッタを受けて消耗して交換する周期を短くする。これを回避する方法として、カラムバルブ１４の閉じ動作に連動して高圧電源を切ることも考えられるが、これでは、高圧電源の再起動に時間がかかり、使い勝手が悪いことになる。
【００３９】
そこで、本実施形態では、カラムバルブ１４が閉まるのに連動して高圧電源を切ることなくビーム９をＯＦＦするように、また、カラムバルブ１４が開く場合は高圧電源がＯＮであればビーム９をＯＮするようにした。このように、高圧電源を切ることなくビームをＯＮ／ＯＦＦして、ビームをオフすることでコンタミを低減し、また、ビームがＯＦＦからＯＮの場合は再現性良く元のエミッション状態に戻すことができる。
【００４０】
次に、図４及び図５を用いて、本実施形態による集束イオンビーム装置のシステム構成について説明する。
【００４１】
図４は、本発明の第１の実施形態による集束イオンビーム装置のシステム構成図である
。図５は、本発明の第１の実施形態による集束イオンビーム装置の制御動作の説明図である。なお、図４において、図１〜図３と同一符号は、同一部分を示している。
【００４２】
図４に示すように、イオン源１には、イオン源１からエミッションを引き出す引出電極１７と、エミッションを一定に制御する制御電極１６と、コンデンサ電極１９とが備えられている。また、イオン源１の下流には、ビームを制限する絞り装置３と、隔壁２３に備えられたカラムバルブ１４が設けられている。
【００４３】
また、イオン源１からエミッションを引き出す引出電極１７には、引出電源Ｖｅから電力が供給される。エミッションを一定に制御する制御電極１６には、制御電極電源Ｖｓから電力が供給される。その他に、エミッションを加速する電源Ｖａや、コンデンサ電極１９の制御電源Ｖｃを備えている。
【００４４】
高圧電源制御器１８１は、高圧電源Ｖｓ，Ｖｅ，Ｖａ，Ｖｃを制御する。カラムバルブ制御器１８２は、カラムバルブ１４の開閉を制御する。主制御器１８は、高圧電源制御器１８１やカラムバルブ制御器１８２などを含め、装置全体を制御する。
【００４５】
カラムバルブ制御器１８２は、制御器１８からのカラムバルブ１４を閉める指令に基づいて、カラムバルブ１４を閉める。また、カラムバルブ１４が閉まると、制御器１８は、エミッションを０μＡにするように高圧電源制御器１８１に指令を出力する。高圧電源制御器１８１は、引出電源Ｖｅの電圧を下げて、高圧電源を切ることなくビームをＯＦＦする。
【００４６】
ここで、図５を用いて、液化金属イオン源(Liquid Metal Ion Source：ＬＭＩＳ) のエミッション特性を表す指標として、Ｉｅ／Ｖｅ特性（電圧変化に対するエミッション電流の変化特性）について説明する。
【００４７】
Ｇａ ＬＭＩＳでは、代表的な値として、Ｉｅ／Ｖｅ特性≒０.１μＡ／Ｖ である。したがって、引出電圧（約８ｋＶ）を±５０Ｖ変化させるとエミッションが±５μＡ変化する。エミッション電流が、引出電圧Ａのとき２.４μＡ であれば、引出電圧を５０Ｖ下げると、エミッションが０μＡになり、ビームをＯＦＦする。ビームをＯＮするときは、引出電圧５０Ｖ高めると、ビームをＯＦＦする前のエミッション電流２.４μＡ になる。Ｇａ ＬＭＩＳは、エミッションが止まっている間にＧａ表面が酸化や２次電照射などで汚れがなければＩｅ／Ｖｅ特性の変化はないものである。イオン銃の真空度は１０-6Ｐａ程度であり、エミッションが出ていない状態ではスパッタ粒子や２次電子の発生がないので、元の引出電圧にすると再現性良く元のエミッション状態になる。これによって、高圧電源をオフした後オンした場合のように、ビームが元の状態に戻る待ち時間がなく、スムーズに休止状態から実行状態に移行できる。ただし、制御電圧±５０Ｖは、ＬＭＩＳとエミッションを引き出す電源の構成によって変わる。たとえば、引出電源にバイアス抵抗ＲとしてＲ＝３００ＭΩの抵抗が入っている場合を考えると、引出電圧Ｖｅｘｔ＝８ｋＶでエミッションＩｅ＝３.２μＡが出ている場合、実際にＬＭＩＳにかかる引出電圧Ｖｅは、Ｖｅ＝Ｖｅｘｔ−Ｒ×Ｉｅ＝７.０４ｋＶ である。このとき、エミッションを０にするため、引出電圧を１ｋＶ下げたとしてＶｅ＝７ｋＶであるから、実際の引出電圧の変化は４０Ｖである。このような意味において見かけの制御電圧は装置によって異なる。
【００４８】
加工終了後、ビームをＯＮの状態のままにするかＯＦＦの状態にするかは、制御画面から選択できるようにする。加工終了後、しばらく装置を使わない場合は、カラムバルブの閉を選択して、直ぐ使う場合は選択しない。ビームがＯＦＦに選択された場合は、加工終了後カラムバルブが閉まり、それと連動してイオン源のエミッションを制御する。
【００４９】
また、エミッション引出系（引出電極またはエミッション制御電極）に一定の電圧（例えば、＋５０Ｖ）を加えて、引出電圧を下げて、エミッションを０μＡにすることで、アパーチャに蓄積する照射量を抑えてビームが必要な時に元の引出電圧に戻してビームを元の状態に戻すことができ、かつ、アパーチャの寿命を延ばすことができる。ここで、アパーチャの寿命に関するならば、カラムバルブとの連動を考えずにエミッションを０μＡにしてもよいものである。
【００５０】
以上説明したように、本実施形態によれば、カラムバルブの閉鎖に連動して、引出電源Ｖｅの電圧を下げて、高圧電源を切ることなくビームをＯＦＦすることができるので、アパーチャに蓄積する照射量を抑えてアパーチャの寿命を延ばすことができる。
【実施例２】
【００５１】
次に、図６を用いて、本発明の第２の実施形態による集束イオンビーム装置のシステム構成について説明する。なお、本実施形態による集束イオンビーム装置の光学系は、図１に示したものと同様である。また、本実施形態による集束イオンビーム装置の構成は、図２に示したものと同様である。さらに、本実施形態による集束イオンビーム装置に用いるカラムバルブの構成は、図３に示したものと同様である。
【００５２】
図６は、本発明の第２の実施形態による集束イオンビーム装置のシステム構成図である。なお、図６において、図５と同一符号は、同一部分を示している。
【００５３】
本実施形態では、図４に示した構成に加えて、バイアス電源ＶBと切替手段ＳＷを備えている。バイアス電源ＶBは、例えば、−５０Ｖの一定電圧の電源である。高圧電源制御器１８１Ａは、切替手段ＳＷを制御して、バイアス電源ＶBを引出電源Ｖｅに直列に接続したり、接続しなかったりを切り替えることができる。
【００５４】
カラムバルブ制御器１８２が、制御器１８からのカラムバルブ１４を閉める指令に基づいて、カラムバルブ１４を閉めると、制御器１８は、エミッションを０μＡにするように高圧制御器１８１Ａに指令を出力する。高圧制御器１８１Ａは、切替手段ＳＷを制御して、バイアス電源ＶBを引出電源Ｖｅに直列に接続することで、引出電源Ｖｅの電圧を下げて、エミッションを０μＡにすることで、高圧電源を切ることなくビームをＯＦＦする。
【００５５】
また、カラムバルブ１４を開いたときは、高圧制御器１８１Ａは、切替手段ＳＷを制御して、バイアス電源ＶBを引出電源Ｖｅから切り離すことで、引出電極１７には、元の引出電圧を印加できるため、正確に元のエミッション状態に戻すことができる。
【００５６】
バイアス電源ＶBによるバイアス電圧は、液化金属イオン源（ＬＭＩＳ）のエミッション開始電圧（閾値電圧：約８ｋＶ）に対して−５０Ｖ程度の電圧としている。加速電圧と引出電圧は、基本的に変えないでバイアス電源を引出電源に浮かして電圧を重畳して印加して引出電圧を制御している。
【００５７】
なお、バイアス電圧を−５０Ｖの定格としたが、可変にして制御してもよいものである。ただし、Ｇａ ＬＭＩＳは、エミッションが止まっている間にＧａ表面が酸化や２次電照射などで汚れがなければ特性の変化はない。イオン銃の真空度は１０-6Ｐａ程度でありバイアス電圧がかかってエミッションが出ていない状態では２次電子の発生がないので、バイアス電圧を０にすると再現性良くもとのエミッション状態になるので基本的には定格のバイアス電圧でよいものである。
【００５８】
本実施形態によれば、カラムバルブの閉鎖に連動して、引出電源Ｖｅの電圧にバイアス電圧を加えることで、高圧電源を切ることなくビームをＯＦＦすることができるので、アパーチャに蓄積する照射量を抑えてアパーチャの寿命を延ばすことができる。
【００５９】
また、バイアス電圧を加えないようにすることで、正確に元のエミッション状態に戻すことができる。
【実施例３】
【００６０】
次に、図４を用いて、本発明の第３の実施形態による集束イオンビーム装置のシステム構成について説明する。なお、本実施形態による集束イオンビーム装置の光学系は、図１に示したものと同様である。また、本実施形態による集束イオンビーム装置の構成は、図２に示したものと同様である。さらに、本実施形態による集束イオンビーム装置に用いるカラムバルブの構成は、図３に示したものと同様である。
【００６１】
図４に示した実施形態では、引出電圧Ｖｅを下げることで、エミッションを０μＡにして、高圧電源を切ることなくビームをＯＦＦしているのに対して、本実施形態では、高圧電源制御器１８１は、制御電圧Ｖｓを下げることで、エミッションを０μＡにして、高圧電源を切ることなくビームをＯＦＦする。
【００６２】
このとき、図６にて説明したように、制御電圧Ｖｓにバイアス電源からバイアス電圧を重畳するようにしてもよいものである。
【００６３】
本実施形態によっても、高圧電源を切ることなくビームをＯＦＦすることができるので、アパーチャに蓄積する照射量を抑えてアパーチャの寿命を延ばすことができる。
【実施例４】
【００６４】
次に、図４を用いて、本発明の第４の実施形態による集束イオンビーム装置のシステム構成について説明する。なお、本実施形態による集束イオンビーム装置の光学系は、図１に示したものと同様である。また、本実施形態による集束イオンビーム装置の構成は、図２に示したものと同様である。さらに、本実施形態による集束イオンビーム装置に用いるカラムバルブの構成は、図３に示したものと同様である。
【００６５】
図４に示した実施形態では、引出電圧Ｖｅを下げることで、エミッションを０μＡにして、高圧電源を切ることなくビームをＯＦＦしているのに対して、本実施形態では、高圧電源制御器１８１は、コンデンサ電圧Ｖｃを下げる。コンデンサ電圧Ｖｃが下がることで、ビーム９のビーム径が広がり、アパーチャの単位面積当たりのビーム照射量が低下するので、アパーチャの寿命を長くすることができる。
【００６６】
このとき、図６にて説明したように、コンデンサ電圧Ｖｃにバイアス電源からバイアス電圧を重畳するようにしてもよいものである。
【００６７】
本実施形態によっても、アパーチャに蓄積する照射量を抑えてアパーチャの寿命を延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００６８】
【図１】本発明の第１の実施形態による集束イオンビーム装置の光学系の説明図である。
【図２】本発明の第１の実施形態による集束イオンビーム装置の構成を示す部分断面の斜視図である。
【図３】本発明の第１の実施形態による集束イオンビーム装置に用いるカラムバルブの構成を示す要部断面図である。
【図４】本発明の第１の実施形態による集束イオンビーム装置のシステム構成図である。
【図５】本発明の第１の実施形態による集束イオンビーム装置の制御動作の説明図である。
【図６】本発明の第２の実施形態による集束イオンビーム装置のシステム構成図である。
【符号の説明】
【００６９】
１ イオン源
２ コンデンサレンズ
３ 絞り装置
４ アライナー／スティグマ
５ ブランカー
６ ブランキングプレート
７ ビーム走査器
８ 対物レンズ
９ ビーム
１０ 試料
１１ ステージ
１２ 検出器
１４ カラムバルブ
１６ 制御電極
１７ 引出電極
１８ 制御器
１９ コンデンサ電極
２３ 隔壁
１８１ 高圧電源制御器
１８２ カラムバルブ制御器
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン源と、前記イオン源からエミッションを引き出す引出電極と、前記引出電極により前記イオン源から引き出されたイオンビームを収束するレンズと、このレンズを形成するコンデンサ電極と、前記イオンビームのビーム電流を制限するアパーチャと、真空度を保持するカラムバルブとを有する集束イオンビーム装置であって、
前記カラムバルブの開閉動作に応じて、前記引出電極に印加する引出電圧を制御し、または、前記コンデンサ電極の印加電圧を制御する制御手段を備えたことを特徴とする集束イオンビーム装置。
【請求項２】
請求項１記載の集束イオンビーム装置において、
前記制御手段は、前記カラムバルブの閉動作時に、前記引出電極に印加する引出電圧を、または、前記コンデンサ電極の印加電圧を下げるとともに、前記カラムバルブの開動作時に、前記引出電極に印加する引出電圧、または、前記コンデンサ電極の印加電圧を元の電圧に戻すことを特徴とする集束イオンビーム装置。
【請求項３】
請求項２記載の集束イオンビーム装置において、さらに、
バイアス電圧を発生するバイアス電源を備え、
前記制御手段は、前記カラムバルブの閉動作時に、前記引出電極、または、前記コンデンサ電極に前記バイアス電源を接続するとともに、前記カラムバルブの開動作時に、前記引出電極、または、前記コンデンサ電極から前記バイアス電源の接続を切り離すことを特徴とする集束イオンビーム装置。
【請求項４】
イオン源と、前記イオン源から引き出されるエミッションを一定に制御する制御電極と、前記引出電極及び前記制御電極により前記イオン源から引き出されたイオンビームを収束するレンズと、このレンズを形成するコンデンサ電極と、前記イオンビームのビーム電流を制限するアパーチャと、真空度を保持するカラムバルブとを有する集束イオンビーム装置であって、
前記カラムバルブの開閉動作に応じて、前記制御電極に印加する制御電圧を制御し、または、前記コンデンサ電極の印加電圧を制御する制御手段を備えたことを特徴とする集束イオンビーム装置。
【請求項５】
請求項３記載の集束イオンビーム装置において、
前記制御手段は、前記カラムバルブの閉動作時に、前記制御電極に印加する制御電圧を、または、前記コンデンサ電極の印加電圧を下げるとともに、前記カラムバルブの開動作時に、前記制御電極に印加する制御電圧、または、前記コンデンサ電極の印加電圧を元の電圧に戻すことを特徴とする集束イオンビーム装置。
【請求項６】
請求項５記載の集束イオンビーム装置において、さらに、
バイアス電圧を発生するバイアス電源を備え、
前記制御手段は、前記カラムバルブの閉動作時に、前記制御電極、または、前記コンデンサ電極に前記バイアス電源を接続するとともに、前記カラムバルブの開動作時に、前記制御電極、または、前記コンデンサ電極から前記バイアス電源の接続を切り離すことを特徴とする集束イオンビーム装置。
【請求項７】
イオン源と、前記イオン源からエミッションを引き出す引出電極と、前記引出電極により前記イオン源から引き出されたイオンビームを収束するレンズと、このレンズを形成するコンデンサ電極と、前記イオンビームのビーム電流を制限するアパーチャとを有する集束イオンビーム装置であって、
前記引出電極に印加する引出電圧を、または、前記コンデンサ電極の印加電圧を下げるとともに、前記引出電極に印加する引出電圧、または、前記コンデンサ電極の印加電圧を元の電圧に戻す制御手段を備えたことを特徴とする集束イオンビーム装置。
【請求項８】
請求項７記載の集束イオンビーム装置において、さらに、
バイアス電圧を発生するバイアス電源を備え、
前記制御手段は、前記引出電極、または、前記コンデンサ電極に前記バイアス電源を接続するとともに、前記引出電極、または、前記コンデンサ電極から前記バイアス電源の接続を切り離すことを特徴とする集束イオンビーム装置。
【請求項９】
イオン源と、前記イオン源から引き出されるエミッションを一定に制御する制御電極と、前記制御電極により前記イオン源から引き出されたイオンビームを収束するレンズと、このレンズを形成するコンデンサ電極と、前記イオンビームのビーム電流を制限するアパーチャとを有する集束イオンビーム装置であって、
前記制御電極に印加する制御電圧を、または、前記コンデンサ電極の印加電圧を下げるとともに、前記制御電極に印加する制御電圧、または、前記コンデンサ電極の印加電圧を元の電圧に戻す制御手段を備えたことを特徴とする集束イオンビーム装置。
【請求項１０】
請求項９記載の集束イオンビーム装置において、さらに、
バイアス電圧を発生するバイアス電源を備え、
前記制御手段は、前記制御電極、または、前記コンデンサ電極に前記バイアス電源を接続するとともに、前記制御電極、または、前記コンデンサ電極から前記バイアス電源の接続を切り離すことを特徴とする集束イオンビーム装置。
【請求項１】
イオン源と、前記イオン源からエミッションを引き出す引出電極と、前記引出電極により前記イオン源から引き出されたイオンビームを収束するレンズと、このレンズを形成するコンデンサ電極と、前記イオンビームのビーム電流を制限するアパーチャと、真空度を保持するカラムバルブとを有する集束イオンビーム装置であって、
前記カラムバルブの開閉動作に応じて、前記引出電極に印加する引出電圧を制御し、または、前記コンデンサ電極の印加電圧を制御する制御手段を備えたことを特徴とする集束イオンビーム装置。
【請求項２】
請求項１記載の集束イオンビーム装置において、
前記制御手段は、前記カラムバルブの閉動作時に、前記引出電極に印加する引出電圧を、または、前記コンデンサ電極の印加電圧を下げるとともに、前記カラムバルブの開動作時に、前記引出電極に印加する引出電圧、または、前記コンデンサ電極の印加電圧を元の電圧に戻すことを特徴とする集束イオンビーム装置。
【請求項３】
請求項２記載の集束イオンビーム装置において、さらに、
バイアス電圧を発生するバイアス電源を備え、
前記制御手段は、前記カラムバルブの閉動作時に、前記引出電極、または、前記コンデンサ電極に前記バイアス電源を接続するとともに、前記カラムバルブの開動作時に、前記引出電極、または、前記コンデンサ電極から前記バイアス電源の接続を切り離すことを特徴とする集束イオンビーム装置。
【請求項４】
イオン源と、前記イオン源から引き出されるエミッションを一定に制御する制御電極と、前記引出電極及び前記制御電極により前記イオン源から引き出されたイオンビームを収束するレンズと、このレンズを形成するコンデンサ電極と、前記イオンビームのビーム電流を制限するアパーチャと、真空度を保持するカラムバルブとを有する集束イオンビーム装置であって、
前記カラムバルブの開閉動作に応じて、前記制御電極に印加する制御電圧を制御し、または、前記コンデンサ電極の印加電圧を制御する制御手段を備えたことを特徴とする集束イオンビーム装置。
【請求項５】
請求項３記載の集束イオンビーム装置において、
前記制御手段は、前記カラムバルブの閉動作時に、前記制御電極に印加する制御電圧を、または、前記コンデンサ電極の印加電圧を下げるとともに、前記カラムバルブの開動作時に、前記制御電極に印加する制御電圧、または、前記コンデンサ電極の印加電圧を元の電圧に戻すことを特徴とする集束イオンビーム装置。
【請求項６】
請求項５記載の集束イオンビーム装置において、さらに、
バイアス電圧を発生するバイアス電源を備え、
前記制御手段は、前記カラムバルブの閉動作時に、前記制御電極、または、前記コンデンサ電極に前記バイアス電源を接続するとともに、前記カラムバルブの開動作時に、前記制御電極、または、前記コンデンサ電極から前記バイアス電源の接続を切り離すことを特徴とする集束イオンビーム装置。
【請求項７】
イオン源と、前記イオン源からエミッションを引き出す引出電極と、前記引出電極により前記イオン源から引き出されたイオンビームを収束するレンズと、このレンズを形成するコンデンサ電極と、前記イオンビームのビーム電流を制限するアパーチャとを有する集束イオンビーム装置であって、
前記引出電極に印加する引出電圧を、または、前記コンデンサ電極の印加電圧を下げるとともに、前記引出電極に印加する引出電圧、または、前記コンデンサ電極の印加電圧を元の電圧に戻す制御手段を備えたことを特徴とする集束イオンビーム装置。
【請求項８】
請求項７記載の集束イオンビーム装置において、さらに、
バイアス電圧を発生するバイアス電源を備え、
前記制御手段は、前記引出電極、または、前記コンデンサ電極に前記バイアス電源を接続するとともに、前記引出電極、または、前記コンデンサ電極から前記バイアス電源の接続を切り離すことを特徴とする集束イオンビーム装置。
【請求項９】
イオン源と、前記イオン源から引き出されるエミッションを一定に制御する制御電極と、前記制御電極により前記イオン源から引き出されたイオンビームを収束するレンズと、このレンズを形成するコンデンサ電極と、前記イオンビームのビーム電流を制限するアパーチャとを有する集束イオンビーム装置であって、
前記制御電極に印加する制御電圧を、または、前記コンデンサ電極の印加電圧を下げるとともに、前記制御電極に印加する制御電圧、または、前記コンデンサ電極の印加電圧を元の電圧に戻す制御手段を備えたことを特徴とする集束イオンビーム装置。
【請求項１０】
請求項９記載の集束イオンビーム装置において、さらに、
バイアス電圧を発生するバイアス電源を備え、
前記制御手段は、前記制御電極、または、前記コンデンサ電極に前記バイアス電源を接続するとともに、前記制御電極、または、前記コンデンサ電極から前記バイアス電源の接続を切り離すことを特徴とする集束イオンビーム装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２００８−３４３７１（Ｐ２００８−３４３７１Ａ）
【公開日】平成２０年２月１４日（２００８．２．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１６７０６７（Ｐ２００７−１６７０６７）
【出願日】平成１９年６月２６日（２００７．６．２６）
【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２０年２月１４日（２００８．２．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月２６日（２００７．６．２６）
【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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