集束イオンビーム装置
【課題】本発明は集束イオンビーム装置に関し、中性粒子を除去してイオン照射が可能なようにした集束イオンビーム装置に関する。
【解決手段】デフレクタを４段構成とし、上２段によりイオンビームをある距離だけ平行移動をさせ、下２段により再びイオンビームを上２段により元の軌道に戻すように平行移動をさせる各電圧成分をそれぞれ各段の電極に重畳させ、印加できる機能を持つデフレクタ電源と、及び上の２段電極と下の２段電極の間に、前記中性粒子を遮断する遮蔽板１１を設け、前記デフレクタの上２段と下２段には本来の２段偏向器の役割を実行させるためのデフレクタ電圧を印加する場合に、上２段の内の何れか１段と、下２段の内の何れか１段にのみ本来の２段偏向器を実現させるためのデフレクタ電圧を印加することを特徴とする集束イオンビーム装置。
【解決手段】デフレクタを４段構成とし、上２段によりイオンビームをある距離だけ平行移動をさせ、下２段により再びイオンビームを上２段により元の軌道に戻すように平行移動をさせる各電圧成分をそれぞれ各段の電極に重畳させ、印加できる機能を持つデフレクタ電源と、及び上の２段電極と下の２段電極の間に、前記中性粒子を遮断する遮蔽板１１を設け、前記デフレクタの上２段と下２段には本来の２段偏向器の役割を実行させるためのデフレクタ電圧を印加する場合に、上２段の内の何れか１段と、下２段の内の何れか１段にのみ本来の２段偏向器を実現させるためのデフレクタ電圧を印加することを特徴とする集束イオンビーム装置。
【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装置に関し、更に詳しくは中性粒子を除去してイオン照射が可能なようにした集束イオンビーム装置（ＦＩＢ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
図５は本発明の前提となる集束イオンビーム装置の概略構成図である。図において、１は正の電位である加速電圧が印加されるイオン源である。該イオン源としては、液体金属イオン源（ＬＭＩＳ）、又はプラズマ、ガスフィールド等のガスイオン源が用いられる。２は前記イオン源１からイオンビームを引き出すために加速電圧より低い電位が印加されている引出電極、３は引き出されたイオンビームの開き角を制御する開き角制御レンズである。図では、引出電極２と開き角制御レンズ３は一体として表示されている。
【０００３】
４は前記開き角制御レンズ３と共にビーム電流を制限するビーム電流制限絞り、５はイオンビームを試料上で走査・偏向するために使用されるデフレクタ（偏向器）である。６はイオンビームを試料上に集束するための対物レンズである。集束イオンビーム装置は、最低限、イオン源１，引出電極２，開き角制御レンズ３，ビーム電流制限絞り４，デフレクタ５及び対物レンズ６の６つの光学要素から構成される。８はイオンビーム７が照射される試料、９は該試料８を載置するステージである。試料８とステージ９は試料室内に設置される。
【０００４】
本発明はこれら集束イオンビーム装置のうち、デフレクタに関するものであるため、この機能についての従来技術を説明する。デフレクタ５が対物レンズ６よりも上部にある場合、通常２段のデフレクタが用いられる。通常、２段のデフレクタには以下に示すような３項目の全て、又は２つか１つのビーム偏向機能を持たせている。それぞれの機能は、それぞれの上段・下段の印加電圧配分で決まる。これらを統合してビーム偏向機能と言う。
【０００５】
１）Ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ（平行移動）機能
ビームを平行移動する機能
２）Ｓｈｉｆｔ（アライメント）機能
偏向系にｏｆｆ−ａｘｉｓ位置に傾斜して入射したビームをｏｎ−ａｘｉｓ上に戻す機能。図６はデフレクタの基本機能の説明図である。同図のｓｈｉｆｔがこの機能を示している。図において、１１は上段電極、１２は下段電極、１３はレンズである。横軸はｚ方向を、縦軸はｚ方向に垂直な方向をそれぞれ示している。電極１１と対向する電極１１’間の距離は約３ｍｍである。
【０００６】
３）Ｔｉｌｔ（傾斜）機能
偏向系にｏｎ−ａｘｉｓで入射したビームを、下にある光学要素（例えばレンズ１３）の中心を通しながら曲げる機能である。同図のｔｉｌｔがこの機能を示している。
【０００７】
これらの２段偏向器は、そのＴｒａｎｓｌａｔｉｏｎとＳｈｉｆｔ機能を利用して、軸外収差を無くすため、ビームがその中心を通る必要のある光学要素（例えばレンズ，収差補正機，可動アパーチャ等）の前におき、ビームの試料上での走査やイメージシフトに利用される。なお、これらの機能は、通常２つの方向Ｘ，Ｙ方向に独立して持たせられている。
【０００８】
図７は４極子２段偏向器の例と印加電圧の定義の説明図である。（ａ）が２段偏向器の例、（ｂ）が印加電圧の定義である。５Ａが上段デフレクタ、５Ｂが下段デフレクタである。上段デフレクタ５Ａへの印加電圧をＶUP、下段デフレクタ５Ｂへの印加電圧をＶLOWとする。（ｂ）において、１５〜１８はデフレクタを構成する４個の電極である。
【０００９】
この場合、電極数は上下段に各４つ、計８つあり、通常８つの異なった電圧が印加される。（ｂ）において、電極１５には電圧Ｖ+yが、電極１６には電圧Ｖ-xが、電極１７には電圧Ｖ-yが、電極１８には電圧Ｖ+xが印加される。
【００１０】
上段には“ｕｐ”、下段には“ｌｏｗ”、Ｘ，Ｙ方向にはそれぞれｘ，ｙ、−Ｘ，−Ｙ方向にはそれぞれ−ｘ，−ｙのインデクスを付けて、これらの印加電圧を表記すると、それぞれＶup,x、Ｖup,y、Ｖup,-x、Ｖup,-y、Ｖlow,x、Ｖlow,y、Ｖlow,-x、Ｖlow,-yとなる。Ｘ，Ｙ方向と、−Ｘ，−Ｙ方向に印加する電圧を、通常以下のように設定する（＋／−どちらかの方向をグランドに落とす方法もあるが一般的ではない）。
【００１１】
Ｖup,-x＝−Ｖup,+x、Ｖup,-y＝−Ｖup,+y、Ｖlow,-x＝−Ｖlow,+x、
Ｖlow,-y＝−Ｖlow,+y （１）
これより、デフレクタに印加する電圧を考慮する場合は、＋／−のどちらか一方向だけ決定すればよいことが分かる。そのため、以下“＋”方向のみ注目する。更に４極子の場合はＸ，Ｙ方向それぞれ無関係に電圧を印加するため、特に方向にこだわる必要がない。なお、“ｔｉｌｔ”軌道を使う走査電圧だけは、その走査形状により、周波数、最大電圧、位相にそれぞれ関係を持つが、一度それを決定すれば、それぞれ無関係に電圧を印加できる。そのため、以下、Ｘ，Ｙともに同じ形式で表現可能なため、以下インデクスｘ，ｙも省略して記載する。そうすると、残るインデクスは、“ｕｐ”と“ｌｏｗ”、注目する電圧はＶupとＶlowのみになる。
【００１２】
一方、８極子の場合、電極数は上下段に各８個、計１６個あり、通常１６個の異なった電圧が印加される。この電圧を、インデクス“ｕｐ”と“ｌｏｗ”を無視して図８のように定義するとする。そうすると、各電圧は、通常以下のように設定する（＋／−どちらかの方向をグランドに落とす方法もあるが一般的ではない）。
【００１３】
Ｖ-x＝−Ｖ+x、Ｖ-y＝−Ｖ+y、Ｖ+x+y＝（Ｖ+x＋Ｖ+y）／√２
Ｖ+x-y＝（Ｖ+x＋Ｖ-y）／√２、Ｖ-x+y＝（Ｖ-x＋Ｖ+y）／√２
Ｖ-x-y＝（Ｖ-x＋Ｖ-y）／√２ （２）
これより８極子の場合でも４極子と同様、電圧Ｖｘ，Ｖｙを決定すれば、残りの６電圧は自動的に決定される。このことは上下段ともに成り立つ。更に４極子同様Ｘ，Ｙ方向それぞれ無関係に電圧を印加してＸ，Ｙ方向ともに同じ形式で表現可能なため、以下インデクスｘ，ｙも省略して記載する。そうすると、残るインデクスは“ｕｐ”と“ｌｏｗ”、注目する電圧はＶupとＶlowのみになる。
【００１４】
一方、各偏向機能を実行するためには、上段と下段の電圧比は一定でなければならない。この電圧比を、電圧連動比と呼び、その値は光学系（偏向器本体の機械的構成、及びその他の光学要素の機能・位置関係等をいう）固有の値となる。この電圧連動比Ｖlow／Ｖupをそれぞれ偏向機能毎にＲtrans、Ｒshift、Ｒtiltと定義する。上段に印加するそれぞれの偏向電圧をＶtrans、Ｖshift、Ｖtiltとすると、下段の電圧も自動的に決定されて、以下のようになる。
【００１５】
Ｖｕｐ＝Ｖtrans＋Ｖshift＋Ｖtilt
Ｖlow＝Ｒtrans・Ｖtrans＋Ｒshift・Ｒshift＋Ｒtilt・Ｖtilt （３）
なお、Ｖtrans、Ｖshift、Ｖtiltの値は光学系の要求から決定される。
【００１６】
従来のこの種の装置としては、偏向電極系と発散性静電レンズ系と電磁コイルとからなるイオン種選択機構を用いて、中性粒子を遮断してターゲットに所定のイオン種だけを入射させるようにした装置が知られている（例えば特許文献１参照）。
【００１７】
また、イオンを偏向電場電極群に進入させてイオンを偏向して質量分析装置に導入されるようにすると共に、電荷を持たない中性粒子は偏向電場電極群の内壁面に衝突して拡散するようにした装置が知られている（例えば特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開昭６３−４０２４１号公報（第４頁左下欄第５行〜第１６行）
【特許文献２】特開平１０−３０２７０９号公報（段落００２９〜００３１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
集束イオンビーム装置を利用してある試料の微細加工を実行する際の最も大きな問題は、加工領域周辺の、本来は加工領域でない部分の試料ダメージ、及び試料汚染である。例えば試料に１μｍ角の穴を開けようとしたとする。通常、ビーム径に応じた加工精度で１μｍの穴が開けられる。しかしながら、同時に本来照射されていないはずの前記加工部分領域周辺数μｍから数１０μｍ、場合によってはｍｍオーダの広い範囲で試料にダメージや汚染が生じることが確認できる。
【００２０】
この一つの理由は以下によるものと考えられている。即ち、イオンビーム内には様々な要因により発生した原子、分子、クラスタ等の中性粒子が含まれている。このうち、イオンビームは対物レンズにより非常に狭い範囲に収束される。これをある領域に走査することにより、走査領域の加工や観察が可能になる。しかしながら、中性粒子は対物レンズに影響されずに最終段の電流を制限する絞り内径とビーム開き角に応じた領域に照射される。これが加工領域周辺のダメージと汚染の原因になる。
【００２１】
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、中性粒子による加工領域周辺のダメージと汚染を完全に抑制すると同時に、高分解能観察も行なうことができる収束イオンビーム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】
【００２２】
上記の問題を解決するために、本発明は以下のように構成される。
（１）請求項１記載の発明は、正の電位である加速電圧が印加されているイオン源と、該イオン源からイオンビームを引き出すために加速電圧より低い電圧が印加されている引出電極と、引き出されたイオンビームの開き角を制御する開き角制御レンズと、該開き角制御レンズと共にビーム電流を制限するビーム電流制限絞りと、ビームを試料上で走査・偏向するために使用されるデフレクタと、ビームを試料上に集束するための対物レンズを備えた集束イオンビーム装置において、イオンビーム内に含まれる中性粒子が試料に到達することを抑制できるように前記デフレクタを４段構成とし、上２段と下２段にはビームの走査やアラインメントを実行する本来の２段偏向器の役割を実行させるためのデフレクタ電圧を印加し、更に上２段によりイオンビームをある距離だけ平行、又は平行に準ずる移動をさせ、下２段により再びイオンビームを上２段により平行移動されていない場合の軌道に戻すように平行、または平行に準ずる移動をさせ得る各電圧成分をそれぞれ各段の電極に、本来のデフレクタ電圧の上に重畳させ印加できる機能を持つデフレクタ電源と、及び上の２段電極と下の２段電極の間に、前記中性粒子をほぼ完全に遮断し、イオンビームはほぼ全て通過させ得る大きさと構造を持った遮蔽板を設置したものであって、前記デフレクタの上２段と下２段に本来の２段偏向器の役割を実行させるためのデフレクタ電圧を印加する場合に、上２段の内の何れか１段と、下２段の内の何れか１段にのみ本来の２段偏向器を実現させるためのデフレクタ電圧を印加することを特徴とする。
【００２３】
（２）請求項２記載の発明は、前記デフレクタを用いてイオンビームを平行移動させる方向をＸ方向またはＹ方向の何れか一方向に限定したことを特徴とする。
（３）請求項３記載の発明は、前記デフレクタの上の２段電極と下の２段電極の間に配置する遮蔽板を可動にし、イオンビームによる高分解能観察時には、前記遮蔽板を光軸からイオンビームに衝突しない距離まで遠ざけるようにしたことを特徴とする。
【００２４】
（４）請求項４記載の発明は、前記遮蔽板を避けるための平行移動に要する電圧を与える平行移動電圧電源の上に、ビームの走査やアライメントを実行する本来の２段偏向器の役割を実行させるための偏向電圧を与える通常偏向電源電圧を重畳させることを特徴とする。
【００２５】
（５）請求項５記載の発明は、前記上２段の上下段電極の長さと対向電極間距離、又は下２段の上下段電極の長さと対向電極間距離、又は全４段全ての電極の長さと対向電極間距離を同じにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、以下のような効果を奏する。
（１）請求項１記載の発明によれば、中性粒子による加工領域周辺のダメージと汚染を完全に抑制することができ、また、上２段の内の１段、下２段の内の１段にデフレクタ電圧を印加することで、本来のイオンビーム偏向を行わせることができる。
【００２７】
（２）請求項２記載の発明によれば、イオンビームの平行移動をＸ方向又はＹ方向の何れか一方向のみに行わせることができる。
（３）請求項３記載の発明によれば、遮蔽板を光軸から遠ざけてイオンビームが遮蔽板に衝突しないようにして、本来のイオンビームを試料に照射するようにすることで、イオンビームを平行移動させることにより発生する偏向収差増大等のビーム径劣化の影響を無くすことができる。
【００２８】
（４）請求項４記載の発明によれば、デフレクタ電圧電源の高圧化、高圧での高速化を避け、高速・高電圧電源により大きく発現するノイズ電圧を低減させることができ、ノイズ電圧によるビーム径（分解能）劣化も低減することができる。
【００２９】
（５）請求項５記載の発明によれば、平行移動電圧電源の数を必要最小限の数に減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】従来方法と本発明方法の比較説明図である。
【図２】本発明の実施例１の模式図である。
【図３】本発明の実施例２の模式図である。
【図４】本発明の実施例３の模式図である。
【図５】本発明の前提となる集束イオンビーム装置の概略構成図である。
【図６】デフレクタの基本機能の説明図である。
【図７】４極子２段偏向器の例と印加電圧の定義の説明図である。
【図８】８極子と印加電圧の定義の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は従来方法と本発明方法との比較説明図である。図５と同一のものは、同一の符号を付して示す。（ａ）が従来の方法、（ｂ）が本発明の方法である。（ａ）において、５Ａは上段デフレクタ（Ｕ）、５Ｂは下段デフレクタ（Ｌ）である。４は電流制限絞り（アパーチャー）、Ｂｉはイオンと中性粒子の混合ビームである。６は対物レンズ、８は試料である。Ｂｉ２は中性粒子ビームである。
【００３２】
（ｂ）において、５Ａ１は上段デフレクタの第１のデフレクタ（Ｕｕ）、５Ａ２は上段デフレクタの第２のデフレクタ（Ｕｌ）、５Ｂ１は下段デフレクタの第１のデフレクタ（Ｌｕ）、５Ｂ２は下段デフレクタの第２のデフレクタ（Ｌｌ）である。４は電流制限絞り（アパーチャー）、Ｂｉはイオンと中性粒子の混合ビームである。６は対物レンズ、８は試料である。Ｂｉはイオンと中性粒子の混合ビーム、Ｂｉ２は中性粒子ビーム、Ｂｉ１はイオンビームである。１１は中性粒子を遮蔽する遮蔽板（ブラインド）である。
【００３３】
ここでは、発明の本質である電流制限絞り４と、その下部に設置されるデフレクタ（偏向器）５及び対物レンズ６のみ記載してある。デフレクタ５は４極子又は８極子どちらでもよく、（ａ）では上段のデフレクタをＵ、下段をＬとして定義してある。また、対物レンズ６は、静電型コンデンサレンズを用いている。なお、この図では、説明の簡略化のため、ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ、ｓｈｉｆｔ、ｔｉｌｔ等の全ての偏向電圧をゼロとしてある。
【００３４】
この場合、従来の方法では、電流制限絞り４を通過したイオンと中性粒子（原子、分子、クラスター等）の混合ビームＢｉは、対物レンズ６の上部にある２段偏向器５Ａ，５Ｂに曲げられることなく、ある開き角をもって直進し対物レンズ６まで到達する。対物レンズ６によりイオンは試料８上に結像するが、中性粒子は対物レンズ６に影響されずにそのまま試料８まで到達する。従来の装置では、この中性粒子Ｂｉ２がＦＩＢ観察や加工等の際に、ビーム照射領域周辺の試料ダメージや試料汚染の大きな原因の一つになっている。
【００３５】
以下、本発明の動作について説明する。本発明では、対物レンズ６の上部にある２段偏向器をそれぞれ２分割し全４段にしてある。図１の（ｂ）では、上段のデフレクタの上部をＵｕ、下部をＵｌ、下段のデフレクタの上部をＬｕ、下部をＬｌと定義してある。以下の説明では、各段に印加する電圧のインデクスとしてこの定義を使用する。上段の各電極ではイオンと中性粒子を分離するために、イオンビームのみ大きく平行、又はそれに準ずる移動（以下、両者ともに平行移動と記載する）をさせるように電極Ｕｕ、Ｕｌに電圧を印加する。
【００３６】
更に、下段の各電極では、イオンビームを再び平行移動させて元の軌道に戻るように電極Ｌｕ、Ｌｌに電圧を印加する。一方、中性粒子Ｂｉ２はデフレクタ上段５Ａ１，５Ａ２で曲げられることなく直進し、デフレクタ上段５Ａと下段５Ｂの中間部にある遮蔽板（ブラインド）１１により遮蔽される。なお、この遮蔽板１１は、上記中性粒子Ｂｉ２をほぼ完全に遮断し、イオンビームはほぼ全て通過させ得る大きさと構造を持ったものとする。これにより、この中性粒子Ｂｉ２によるビーム照射領域周辺の試料ダメージや試料汚染の無い装置の実現が可能となる。
【００３７】
本発明に関する上記説明では、従来の偏向機能であるｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ，ｓｈｉｆｔ，ｔｉｌｔを実現するために、各段にどのような電圧を印加させるかについては記載していない。これには大きく分けて２つの印加方法がある。
（ａ）従来の偏向機能を実現するための偏向電圧を、上段２段、下段２段にそれぞれ印加する方法
ＶUu＝Ｖtrans＋Ｖshift＋Ｖtilt＋Ｖutrl＝ＶDEF,U＋Ｖutr1
ＶUl＝Ｖtrans＋Ｖshift＋Ｖtilt＋Ｖutr2＝ＶDEF,U＋Ｖutr2
ＶLu＝Ｒtrans・Ｖtrans＋Ｒshift・Ｖshift＋Ｒtilt・Ｖtilt＋Ｖltrl
＝ＶDEF,L＋Ｖutr1
ＶLl＝Ｒtrans・Ｖtrans＋Ｒshift・Ｖshift＋Ｒtilt・Ｖtilt＋Ｖutr2
＝ＶDEF,L＋Ｖutr2
（４）
（ｂ）従来の偏向機能を実現するための偏向電圧を、上段２段、下段２段のそれぞれどれか１段にのみ印加する方法
ＶUu＝Ｖtrans＋Ｖshift＋Ｖtilt＋Ｖutrl＝ＶDEF,U＋Ｖutr1
ＶUl＝Ｖutr2
ＶLu＝Ｖltr1
ＶLl＝Ｒtrans・Ｖtrans＋Ｒshift・Ｖshift＋Ｒtilt・Ｖtilt＋Ｖltr2
＝ＶDEF,L＋Ｖltr2
（５）
上式のうち、Ｖutr1、Ｖutr2は、上段の各電極でイオンと中性粒子を分離するためにイオンビームのみ平行移動させるために電極Ｕｕ、Ｕｌに印加する電圧であり、Ｖltr1、
Ｖltr2は、下段の各電極でイオンビームを再び平行移動させて元の軌道に戻るように電極Ｌｕ、Ｌｌに印加する電圧である。若し、各段電極の感度（電極長及び対向電極間距離又は内径）が同じなら以下の式が成り立つ。
【００３８】
Ｖutr1＝−Ｖutr2＝−Ｖltr1＝Ｖltr2 （６）
請求項１では、（４）、（５）式どちらの方法で電圧を印加するかは明示していないが、これを（５）式の方法で印加する方法、すなわち、「上２段と下２段には本来の２段偏光器の役割を実行させるためのデフレクタ電圧を印加する方法において、上２段のうち１段と下２段のうち１段にのみ本来の２段偏向器の役割を実行させるためのデフレクタ電圧を印加する方法をとった上記収束イオンビーム装置（図２）」は以下の利点を得る（請求項１）。
【００３９】
１）一部の電源を低圧化でき、更に電源構成を簡単にできるため、電源の価格を抑制することができる。
２）電圧リップル（ノイズ）値は、電源の最大定格電圧に依存して大きくなる傾向がある。従って、偏向電源を高圧化すると電圧リップル（ノイズ）値を大きくし最大分解能を劣化させる。１）項により最大分解能の劣化を抑えることができる。
【００４０】
図２は本発明の実施例１の模式図である。電極Ｕｕには可変のＶDEF,U＋Ｖutr1を印加する電源２１の電圧が、電極Ｕｌには固定のＶutr2を印加する電源２２の電圧がそれぞれ印加される。電極Ｌｕには固定のＶltr1を印加する電源２３の電圧が、電極Ｌｌには可変の電圧ＶDEF,L＋Ｖltr2を印加する電源２４の電圧がそれぞれ印加される。１１は固定の遮蔽板（固定ブラインド）である。
【００４１】
上記（４）式、（５）式では、平行移動させる方向をＸ方向又はＹ方向のどちらにするかを特定していない。これをＸ方向又はＹ方向のどちらか一方向に限定した場合、上記１），２）項の利点を更に大きく受けることができる（請求項２）。
【００４２】
図３は本発明の実施例２の模式図である。図において、図２と同一のものは、同一の符号を付して示す。Ｕｕは上段電極の上の段の電極、Ｕｌは上段電極の下の段の電極、Ｌｕは下段電極の上の段の電極、Ｌｌは下段電極の下の段の電極である。１１’は可動式の遮蔽板（可動ブラインド）である。２１は電極Ｕｕに印加される可変電圧印加用電源、２２は電極Ｕｌに印加される固定電圧印加用電源、２３は電極Ｌｕに印加される固定電圧印加用電源、２４は電極Ｌｌに印加される可変電圧印加用電源である。
【００４３】
ＳＷ１は電極Ｕｌに印加する電圧として、固定電圧をＬＤ端子又は接地電位をＨＲ端子から選択するスイッチ、ＳＷ２は電極Ｌｕに印加する電圧として、固定電圧をＬＤ端子又は接地電位をＨＲ端子から選択するスイッチである。この実施例２は、請求項１又は２に示した装置に対して以下の特徴を有する。
【００４４】
１）遮蔽板を可動にして、その遮蔽板位置により偏向モードを以下の２つに分類する。
・遮蔽板１１’が光軸上にあり、中性粒子を遮断できる。ここではこれをＬＤ（ｌｏｗ ｄａｍａｇｅ）モードという。
【００４５】
・遮蔽板１１’が光軸上から十分遠ざかった位置にあり、デフレクタに電圧がかけられない場合、イオンと中性粒子の混合ビームを遮断しない。ここではこれをＨＲ（ｈｉｇｈ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）モードという。
【００４６】
２）ＬＤモードでは４段の電極に例えば（４）式、（５）式に相当する電圧を印加する。即ち、この時は請求項１，２で示す装置と同じ機能を有する。
３）ＨＲモードでは、４段の電極に以下のような電圧を印加する。
【００４７】
・ＬＤモードで各電極に（４）式のように電圧を印加した場合
ＶUu＝ＶDEF,U，ＶUl＝ＶDEF,U，ＶLu＝ＶDEF,L，ＶLl＝ＶDEF,L
・ＬＤモードで各電極に（５）式のように電圧を印加した場合
ＶUu＝ＶDEF,U，ＶUl＝０，ＶLu＝０，ＶLl＝ＶDEF,L
本電圧の印加方法は従来の装置と同じである。
【００４８】
本実施例は、以下のように言い表すことができる。請求項１，２に示す装置において、上の２段電極と下の２段電極の間に置く遮蔽板を可動にし、必要により上記平行移動のための電圧成分を各電極に加えない時にも、イオンビームを遮断しないように、遮蔽板を十分光軸から遠ざけることを可能にして、中性粒子の影響が問題にならないような場合、例えばビーム電流を小さくした高分解能観察時に、イオンビームを平行移動させることにより発生する偏向収差増大等、ビーム径劣化の原因の影響を無くすようにすることができる（請求項３）。
【００４９】
一般に、イオンと中性粒子を分離するために、イオンビームのみ平行移動させるために必要な電圧、Ｖutr1，Ｖutr2，Ｖltr1，Ｖltr2は、従来の偏向機能を実行するための偏向電圧ＶDEF,U、ＶDEF,Lに比べて高圧となる。一方、既に述べたように電圧リップル（ノイズ）値は、電源の最大定格電圧に依存して大きくなる傾向がある。
【００５０】
従って、偏向電源を高圧化すると電圧リップル値を大きくして最大分解能を劣化させる。即ち請求項３で示す装置も、ＬＤモードで高圧を印加する必要があるため、高電圧偏向電源が必要になるため、ＨＲモードでも電圧ノイズによる最大分解能の劣化を抑えられない。この欠点を改良したのが、図４に示す模式図である。図２，図３と同一のものは、同一の符号を付して示す。
【００５１】
図４において、Ｕｕは上の段の電極の上段の電極、Ｕｌは上の段の電極の下段の電極、Ｌｕは下の段の電極の上段の電極、Ｌｌは下の段の電極の下段の電極である。これら電極は、上下段電極の長さと対向電極間距離、又は下２段の上下段電極の長さと対向電極間距離、又は全４段全ての電極の長さと対向電極間距離が同じになるようにしてある。２１は電極Ｕｕに印加される可変電源、２４は電極Ｌｌに印加される可変電源である。
【００５２】
３０，３１は固定電源である。電源３０は固定電圧Ｖutr1としてスイッチＳＷ３のＬＤ端子に接続され、固定電圧Ｕltr1としてスイッチＳＷ２のＬＤ端子に接続されている。電源３１は固定電圧Ｕutr2としてスイッチＳＷ１のＬＤ端子に接続され、固定電圧Ｖltr2としてスイッチＳＷ４のＬＤ端子に与えられている。
【００５３】
スイッチＳＷ１の他端であるＨＲ端子には接地電位が接続され、スイッチＳＷ３の他端であるＨＲ端子には接地電位が接続されている。スイッチＳＷ２の他端であるＨＲ端子には接地電位が接続され、スイッチＳＷ４の他端であるＨＲ端子には接地電位が接続されている。
【００５４】
スイッチＳＷ３において、スイッチＳＷ３の共通接点がＬＤ端子に接続された場合、電源２１の可変電圧ＶDEF,UとＶutr1が直列に接続された電圧が電極Ｕuに与えられるようになっている。スイッチＳＷ４において、スイッチＳＷ４の共通接点がＬＤ端子に接続された場合、電源２４の可変電圧ＶDEF,LとＶutr2が直列に接続された電圧が電極Ｌｌに与えられるようになっている。
【００５５】
図４に示す装置の場合、平行移動に要する電圧を与える低速な平行移動電圧電源の上に、ビームの走査やアライメント等を実行する本来の２段偏向器の役割を実行させるための偏向電圧を与える高速の通常偏向電圧を乗せることにより、デフレクタ電圧電源の高圧化、高圧での高速化を避け、高速・高電圧電源により大きく発現するノイズ電圧を低減させることができ、ノイズ電圧によるビーム径（分解能）劣化も低減することが可能なデフレクタ電圧電源を備えた集束イオンビーム装置である（請求項４）。
【００５６】
イオンと中性粒子を分離するために、イオンビームのみ平行移動させるために必要な電圧Ｖutr1，Ｖutr2，Ｖltr1，Ｖltr2の値は、デフレクタ本体の機械的構成固有の値となる。しかしながら、全４段偏向器の電極長さ及び対向電極間距離を同じにし各段の偏向感度を同じにした場合、（６）式が成り立つ。従って、これにより平行移動電圧電源の数を図４に示すように半分の数に減らすことが可能になり、偏向電源の簡略化・低価格化が実現できる（請求項５）。
【００５７】
（６）式から以下のことが分かる。（６）式は電源の種類が２種類必要なことを示している。例えば、Ｖutr1は−Ｖutr2と等しい。このことは、Ｖutr1のプラスとマイナスを逆にして接続すれば、Ｖutr1の電圧となることを示している。そこで、電源を浮かせて、
Ｖutr1はそのまま印加し、Ｖutr2の場合は正負を逆にして接続すればいいことになる。このような接続法を用いると、電源の種類は一つで済むことになり、装置の簡略化に寄与する。
【００５８】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば集束イオンビーム装置（ＦＩＢ）を利用してある試料の微細加工を実行する際の最も大きな問題は、加工領域周辺の、本来は加工領域でない部分の試料ダメージ及び試料汚染である。例えば、試料に１μｍ角の穴を開けようとしたとする。通常、ビーム径に応じた加工精度で１μｍの穴が開けられる。しかしながら、同時に本来ビームを照射していないはずの加工部分領域周辺から数μｍから数１０μｍ、場合によってはｍｍオーダの広い範囲で試料にダメージや汚染を与えてしまう。
【００５９】
この一つの理由は以下によるものと考えられている。即ち、イオンビーム内にはさまざまな要因により発生した原子，分子，クラスター等の中性粒子が含まれている。このうちイオンビームは対物レンズにより非常に狭い範囲に収束される。これをある領域に走査することにより、走査領域の加工や観察が可能になる。しかしながら、中性粒子は対物レンズに影響されずに最終段の電流を制限する絞り内径とビーム開き角に応じた領域に照射される。これが加工領域周辺のダメージと汚染の原因になるということである。本発明により、上記中性粒子による加工領域周辺のダメージと汚染を完全に抑制する装置が実現されることになる。
【符号の説明】
【００６０】
４ 電流制限絞り
５Ａ１ 上の段のデフレクタの上段の電極
５Ａ２ 上の段のデフレクタの下段の電極
５Ｂ１ 下の段のデフレクタの上段の電極
５Ｂ２ 下の段のデフレクタの下段の電極
６ 対物レンズ
８ 試料
１１ 遮蔽板
Ｂｉ イオンと中性粒子の混合ビーム
Ｂｉ１ イオンビーム
Ｂｉ２ 中性粒子ビーム
【技術分野】
【０００１】
本発明は集束イオンビーム装置に関し、更に詳しくは中性粒子を除去してイオン照射が可能なようにした集束イオンビーム装置（ＦＩＢ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
図５は本発明の前提となる集束イオンビーム装置の概略構成図である。図において、１は正の電位である加速電圧が印加されるイオン源である。該イオン源としては、液体金属イオン源（ＬＭＩＳ）、又はプラズマ、ガスフィールド等のガスイオン源が用いられる。２は前記イオン源１からイオンビームを引き出すために加速電圧より低い電位が印加されている引出電極、３は引き出されたイオンビームの開き角を制御する開き角制御レンズである。図では、引出電極２と開き角制御レンズ３は一体として表示されている。
【０００３】
４は前記開き角制御レンズ３と共にビーム電流を制限するビーム電流制限絞り、５はイオンビームを試料上で走査・偏向するために使用されるデフレクタ（偏向器）である。６はイオンビームを試料上に集束するための対物レンズである。集束イオンビーム装置は、最低限、イオン源１，引出電極２，開き角制御レンズ３，ビーム電流制限絞り４，デフレクタ５及び対物レンズ６の６つの光学要素から構成される。８はイオンビーム７が照射される試料、９は該試料８を載置するステージである。試料８とステージ９は試料室内に設置される。
【０００４】
本発明はこれら集束イオンビーム装置のうち、デフレクタに関するものであるため、この機能についての従来技術を説明する。デフレクタ５が対物レンズ６よりも上部にある場合、通常２段のデフレクタが用いられる。通常、２段のデフレクタには以下に示すような３項目の全て、又は２つか１つのビーム偏向機能を持たせている。それぞれの機能は、それぞれの上段・下段の印加電圧配分で決まる。これらを統合してビーム偏向機能と言う。
【０００５】
１）Ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ（平行移動）機能
ビームを平行移動する機能
２）Ｓｈｉｆｔ（アライメント）機能
偏向系にｏｆｆ−ａｘｉｓ位置に傾斜して入射したビームをｏｎ−ａｘｉｓ上に戻す機能。図６はデフレクタの基本機能の説明図である。同図のｓｈｉｆｔがこの機能を示している。図において、１１は上段電極、１２は下段電極、１３はレンズである。横軸はｚ方向を、縦軸はｚ方向に垂直な方向をそれぞれ示している。電極１１と対向する電極１１’間の距離は約３ｍｍである。
【０００６】
３）Ｔｉｌｔ（傾斜）機能
偏向系にｏｎ−ａｘｉｓで入射したビームを、下にある光学要素（例えばレンズ１３）の中心を通しながら曲げる機能である。同図のｔｉｌｔがこの機能を示している。
【０００７】
これらの２段偏向器は、そのＴｒａｎｓｌａｔｉｏｎとＳｈｉｆｔ機能を利用して、軸外収差を無くすため、ビームがその中心を通る必要のある光学要素（例えばレンズ，収差補正機，可動アパーチャ等）の前におき、ビームの試料上での走査やイメージシフトに利用される。なお、これらの機能は、通常２つの方向Ｘ，Ｙ方向に独立して持たせられている。
【０００８】
図７は４極子２段偏向器の例と印加電圧の定義の説明図である。（ａ）が２段偏向器の例、（ｂ）が印加電圧の定義である。５Ａが上段デフレクタ、５Ｂが下段デフレクタである。上段デフレクタ５Ａへの印加電圧をＶUP、下段デフレクタ５Ｂへの印加電圧をＶLOWとする。（ｂ）において、１５〜１８はデフレクタを構成する４個の電極である。
【０００９】
この場合、電極数は上下段に各４つ、計８つあり、通常８つの異なった電圧が印加される。（ｂ）において、電極１５には電圧Ｖ+yが、電極１６には電圧Ｖ-xが、電極１７には電圧Ｖ-yが、電極１８には電圧Ｖ+xが印加される。
【００１０】
上段には“ｕｐ”、下段には“ｌｏｗ”、Ｘ，Ｙ方向にはそれぞれｘ，ｙ、−Ｘ，−Ｙ方向にはそれぞれ−ｘ，−ｙのインデクスを付けて、これらの印加電圧を表記すると、それぞれＶup,x、Ｖup,y、Ｖup,-x、Ｖup,-y、Ｖlow,x、Ｖlow,y、Ｖlow,-x、Ｖlow,-yとなる。Ｘ，Ｙ方向と、−Ｘ，−Ｙ方向に印加する電圧を、通常以下のように設定する（＋／−どちらかの方向をグランドに落とす方法もあるが一般的ではない）。
【００１１】
Ｖup,-x＝−Ｖup,+x、Ｖup,-y＝−Ｖup,+y、Ｖlow,-x＝−Ｖlow,+x、
Ｖlow,-y＝−Ｖlow,+y （１）
これより、デフレクタに印加する電圧を考慮する場合は、＋／−のどちらか一方向だけ決定すればよいことが分かる。そのため、以下“＋”方向のみ注目する。更に４極子の場合はＸ，Ｙ方向それぞれ無関係に電圧を印加するため、特に方向にこだわる必要がない。なお、“ｔｉｌｔ”軌道を使う走査電圧だけは、その走査形状により、周波数、最大電圧、位相にそれぞれ関係を持つが、一度それを決定すれば、それぞれ無関係に電圧を印加できる。そのため、以下、Ｘ，Ｙともに同じ形式で表現可能なため、以下インデクスｘ，ｙも省略して記載する。そうすると、残るインデクスは、“ｕｐ”と“ｌｏｗ”、注目する電圧はＶupとＶlowのみになる。
【００１２】
一方、８極子の場合、電極数は上下段に各８個、計１６個あり、通常１６個の異なった電圧が印加される。この電圧を、インデクス“ｕｐ”と“ｌｏｗ”を無視して図８のように定義するとする。そうすると、各電圧は、通常以下のように設定する（＋／−どちらかの方向をグランドに落とす方法もあるが一般的ではない）。
【００１３】
Ｖ-x＝−Ｖ+x、Ｖ-y＝−Ｖ+y、Ｖ+x+y＝（Ｖ+x＋Ｖ+y）／√２
Ｖ+x-y＝（Ｖ+x＋Ｖ-y）／√２、Ｖ-x+y＝（Ｖ-x＋Ｖ+y）／√２
Ｖ-x-y＝（Ｖ-x＋Ｖ-y）／√２ （２）
これより８極子の場合でも４極子と同様、電圧Ｖｘ，Ｖｙを決定すれば、残りの６電圧は自動的に決定される。このことは上下段ともに成り立つ。更に４極子同様Ｘ，Ｙ方向それぞれ無関係に電圧を印加してＸ，Ｙ方向ともに同じ形式で表現可能なため、以下インデクスｘ，ｙも省略して記載する。そうすると、残るインデクスは“ｕｐ”と“ｌｏｗ”、注目する電圧はＶupとＶlowのみになる。
【００１４】
一方、各偏向機能を実行するためには、上段と下段の電圧比は一定でなければならない。この電圧比を、電圧連動比と呼び、その値は光学系（偏向器本体の機械的構成、及びその他の光学要素の機能・位置関係等をいう）固有の値となる。この電圧連動比Ｖlow／Ｖupをそれぞれ偏向機能毎にＲtrans、Ｒshift、Ｒtiltと定義する。上段に印加するそれぞれの偏向電圧をＶtrans、Ｖshift、Ｖtiltとすると、下段の電圧も自動的に決定されて、以下のようになる。
【００１５】
Ｖｕｐ＝Ｖtrans＋Ｖshift＋Ｖtilt
Ｖlow＝Ｒtrans・Ｖtrans＋Ｒshift・Ｒshift＋Ｒtilt・Ｖtilt （３）
なお、Ｖtrans、Ｖshift、Ｖtiltの値は光学系の要求から決定される。
【００１６】
従来のこの種の装置としては、偏向電極系と発散性静電レンズ系と電磁コイルとからなるイオン種選択機構を用いて、中性粒子を遮断してターゲットに所定のイオン種だけを入射させるようにした装置が知られている（例えば特許文献１参照）。
【００１７】
また、イオンを偏向電場電極群に進入させてイオンを偏向して質量分析装置に導入されるようにすると共に、電荷を持たない中性粒子は偏向電場電極群の内壁面に衝突して拡散するようにした装置が知られている（例えば特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１８】
【特許文献１】特開昭６３−４０２４１号公報（第４頁左下欄第５行〜第１６行）
【特許文献２】特開平１０−３０２７０９号公報（段落００２９〜００３１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
集束イオンビーム装置を利用してある試料の微細加工を実行する際の最も大きな問題は、加工領域周辺の、本来は加工領域でない部分の試料ダメージ、及び試料汚染である。例えば試料に１μｍ角の穴を開けようとしたとする。通常、ビーム径に応じた加工精度で１μｍの穴が開けられる。しかしながら、同時に本来照射されていないはずの前記加工部分領域周辺数μｍから数１０μｍ、場合によってはｍｍオーダの広い範囲で試料にダメージや汚染が生じることが確認できる。
【００２０】
この一つの理由は以下によるものと考えられている。即ち、イオンビーム内には様々な要因により発生した原子、分子、クラスタ等の中性粒子が含まれている。このうち、イオンビームは対物レンズにより非常に狭い範囲に収束される。これをある領域に走査することにより、走査領域の加工や観察が可能になる。しかしながら、中性粒子は対物レンズに影響されずに最終段の電流を制限する絞り内径とビーム開き角に応じた領域に照射される。これが加工領域周辺のダメージと汚染の原因になる。
【００２１】
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、中性粒子による加工領域周辺のダメージと汚染を完全に抑制すると同時に、高分解能観察も行なうことができる収束イオンビーム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】
【００２２】
上記の問題を解決するために、本発明は以下のように構成される。
（１）請求項１記載の発明は、正の電位である加速電圧が印加されているイオン源と、該イオン源からイオンビームを引き出すために加速電圧より低い電圧が印加されている引出電極と、引き出されたイオンビームの開き角を制御する開き角制御レンズと、該開き角制御レンズと共にビーム電流を制限するビーム電流制限絞りと、ビームを試料上で走査・偏向するために使用されるデフレクタと、ビームを試料上に集束するための対物レンズを備えた集束イオンビーム装置において、イオンビーム内に含まれる中性粒子が試料に到達することを抑制できるように前記デフレクタを４段構成とし、上２段と下２段にはビームの走査やアラインメントを実行する本来の２段偏向器の役割を実行させるためのデフレクタ電圧を印加し、更に上２段によりイオンビームをある距離だけ平行、又は平行に準ずる移動をさせ、下２段により再びイオンビームを上２段により平行移動されていない場合の軌道に戻すように平行、または平行に準ずる移動をさせ得る各電圧成分をそれぞれ各段の電極に、本来のデフレクタ電圧の上に重畳させ印加できる機能を持つデフレクタ電源と、及び上の２段電極と下の２段電極の間に、前記中性粒子をほぼ完全に遮断し、イオンビームはほぼ全て通過させ得る大きさと構造を持った遮蔽板を設置したものであって、前記デフレクタの上２段と下２段に本来の２段偏向器の役割を実行させるためのデフレクタ電圧を印加する場合に、上２段の内の何れか１段と、下２段の内の何れか１段にのみ本来の２段偏向器を実現させるためのデフレクタ電圧を印加することを特徴とする。
【００２３】
（２）請求項２記載の発明は、前記デフレクタを用いてイオンビームを平行移動させる方向をＸ方向またはＹ方向の何れか一方向に限定したことを特徴とする。
（３）請求項３記載の発明は、前記デフレクタの上の２段電極と下の２段電極の間に配置する遮蔽板を可動にし、イオンビームによる高分解能観察時には、前記遮蔽板を光軸からイオンビームに衝突しない距離まで遠ざけるようにしたことを特徴とする。
【００２４】
（４）請求項４記載の発明は、前記遮蔽板を避けるための平行移動に要する電圧を与える平行移動電圧電源の上に、ビームの走査やアライメントを実行する本来の２段偏向器の役割を実行させるための偏向電圧を与える通常偏向電源電圧を重畳させることを特徴とする。
【００２５】
（５）請求項５記載の発明は、前記上２段の上下段電極の長さと対向電極間距離、又は下２段の上下段電極の長さと対向電極間距離、又は全４段全ての電極の長さと対向電極間距離を同じにしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、以下のような効果を奏する。
（１）請求項１記載の発明によれば、中性粒子による加工領域周辺のダメージと汚染を完全に抑制することができ、また、上２段の内の１段、下２段の内の１段にデフレクタ電圧を印加することで、本来のイオンビーム偏向を行わせることができる。
【００２７】
（２）請求項２記載の発明によれば、イオンビームの平行移動をＸ方向又はＹ方向の何れか一方向のみに行わせることができる。
（３）請求項３記載の発明によれば、遮蔽板を光軸から遠ざけてイオンビームが遮蔽板に衝突しないようにして、本来のイオンビームを試料に照射するようにすることで、イオンビームを平行移動させることにより発生する偏向収差増大等のビーム径劣化の影響を無くすことができる。
【００２８】
（４）請求項４記載の発明によれば、デフレクタ電圧電源の高圧化、高圧での高速化を避け、高速・高電圧電源により大きく発現するノイズ電圧を低減させることができ、ノイズ電圧によるビーム径（分解能）劣化も低減することができる。
【００２９】
（５）請求項５記載の発明によれば、平行移動電圧電源の数を必要最小限の数に減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】従来方法と本発明方法の比較説明図である。
【図２】本発明の実施例１の模式図である。
【図３】本発明の実施例２の模式図である。
【図４】本発明の実施例３の模式図である。
【図５】本発明の前提となる集束イオンビーム装置の概略構成図である。
【図６】デフレクタの基本機能の説明図である。
【図７】４極子２段偏向器の例と印加電圧の定義の説明図である。
【図８】８極子と印加電圧の定義の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は従来方法と本発明方法との比較説明図である。図５と同一のものは、同一の符号を付して示す。（ａ）が従来の方法、（ｂ）が本発明の方法である。（ａ）において、５Ａは上段デフレクタ（Ｕ）、５Ｂは下段デフレクタ（Ｌ）である。４は電流制限絞り（アパーチャー）、Ｂｉはイオンと中性粒子の混合ビームである。６は対物レンズ、８は試料である。Ｂｉ２は中性粒子ビームである。
【００３２】
（ｂ）において、５Ａ１は上段デフレクタの第１のデフレクタ（Ｕｕ）、５Ａ２は上段デフレクタの第２のデフレクタ（Ｕｌ）、５Ｂ１は下段デフレクタの第１のデフレクタ（Ｌｕ）、５Ｂ２は下段デフレクタの第２のデフレクタ（Ｌｌ）である。４は電流制限絞り（アパーチャー）、Ｂｉはイオンと中性粒子の混合ビームである。６は対物レンズ、８は試料である。Ｂｉはイオンと中性粒子の混合ビーム、Ｂｉ２は中性粒子ビーム、Ｂｉ１はイオンビームである。１１は中性粒子を遮蔽する遮蔽板（ブラインド）である。
【００３３】
ここでは、発明の本質である電流制限絞り４と、その下部に設置されるデフレクタ（偏向器）５及び対物レンズ６のみ記載してある。デフレクタ５は４極子又は８極子どちらでもよく、（ａ）では上段のデフレクタをＵ、下段をＬとして定義してある。また、対物レンズ６は、静電型コンデンサレンズを用いている。なお、この図では、説明の簡略化のため、ｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ、ｓｈｉｆｔ、ｔｉｌｔ等の全ての偏向電圧をゼロとしてある。
【００３４】
この場合、従来の方法では、電流制限絞り４を通過したイオンと中性粒子（原子、分子、クラスター等）の混合ビームＢｉは、対物レンズ６の上部にある２段偏向器５Ａ，５Ｂに曲げられることなく、ある開き角をもって直進し対物レンズ６まで到達する。対物レンズ６によりイオンは試料８上に結像するが、中性粒子は対物レンズ６に影響されずにそのまま試料８まで到達する。従来の装置では、この中性粒子Ｂｉ２がＦＩＢ観察や加工等の際に、ビーム照射領域周辺の試料ダメージや試料汚染の大きな原因の一つになっている。
【００３５】
以下、本発明の動作について説明する。本発明では、対物レンズ６の上部にある２段偏向器をそれぞれ２分割し全４段にしてある。図１の（ｂ）では、上段のデフレクタの上部をＵｕ、下部をＵｌ、下段のデフレクタの上部をＬｕ、下部をＬｌと定義してある。以下の説明では、各段に印加する電圧のインデクスとしてこの定義を使用する。上段の各電極ではイオンと中性粒子を分離するために、イオンビームのみ大きく平行、又はそれに準ずる移動（以下、両者ともに平行移動と記載する）をさせるように電極Ｕｕ、Ｕｌに電圧を印加する。
【００３６】
更に、下段の各電極では、イオンビームを再び平行移動させて元の軌道に戻るように電極Ｌｕ、Ｌｌに電圧を印加する。一方、中性粒子Ｂｉ２はデフレクタ上段５Ａ１，５Ａ２で曲げられることなく直進し、デフレクタ上段５Ａと下段５Ｂの中間部にある遮蔽板（ブラインド）１１により遮蔽される。なお、この遮蔽板１１は、上記中性粒子Ｂｉ２をほぼ完全に遮断し、イオンビームはほぼ全て通過させ得る大きさと構造を持ったものとする。これにより、この中性粒子Ｂｉ２によるビーム照射領域周辺の試料ダメージや試料汚染の無い装置の実現が可能となる。
【００３７】
本発明に関する上記説明では、従来の偏向機能であるｔｒａｎｓｌａｔｉｏｎ，ｓｈｉｆｔ，ｔｉｌｔを実現するために、各段にどのような電圧を印加させるかについては記載していない。これには大きく分けて２つの印加方法がある。
（ａ）従来の偏向機能を実現するための偏向電圧を、上段２段、下段２段にそれぞれ印加する方法
ＶUu＝Ｖtrans＋Ｖshift＋Ｖtilt＋Ｖutrl＝ＶDEF,U＋Ｖutr1
ＶUl＝Ｖtrans＋Ｖshift＋Ｖtilt＋Ｖutr2＝ＶDEF,U＋Ｖutr2
ＶLu＝Ｒtrans・Ｖtrans＋Ｒshift・Ｖshift＋Ｒtilt・Ｖtilt＋Ｖltrl
＝ＶDEF,L＋Ｖutr1
ＶLl＝Ｒtrans・Ｖtrans＋Ｒshift・Ｖshift＋Ｒtilt・Ｖtilt＋Ｖutr2
＝ＶDEF,L＋Ｖutr2
（４）
（ｂ）従来の偏向機能を実現するための偏向電圧を、上段２段、下段２段のそれぞれどれか１段にのみ印加する方法
ＶUu＝Ｖtrans＋Ｖshift＋Ｖtilt＋Ｖutrl＝ＶDEF,U＋Ｖutr1
ＶUl＝Ｖutr2
ＶLu＝Ｖltr1
ＶLl＝Ｒtrans・Ｖtrans＋Ｒshift・Ｖshift＋Ｒtilt・Ｖtilt＋Ｖltr2
＝ＶDEF,L＋Ｖltr2
（５）
上式のうち、Ｖutr1、Ｖutr2は、上段の各電極でイオンと中性粒子を分離するためにイオンビームのみ平行移動させるために電極Ｕｕ、Ｕｌに印加する電圧であり、Ｖltr1、
Ｖltr2は、下段の各電極でイオンビームを再び平行移動させて元の軌道に戻るように電極Ｌｕ、Ｌｌに印加する電圧である。若し、各段電極の感度（電極長及び対向電極間距離又は内径）が同じなら以下の式が成り立つ。
【００３８】
Ｖutr1＝−Ｖutr2＝−Ｖltr1＝Ｖltr2 （６）
請求項１では、（４）、（５）式どちらの方法で電圧を印加するかは明示していないが、これを（５）式の方法で印加する方法、すなわち、「上２段と下２段には本来の２段偏光器の役割を実行させるためのデフレクタ電圧を印加する方法において、上２段のうち１段と下２段のうち１段にのみ本来の２段偏向器の役割を実行させるためのデフレクタ電圧を印加する方法をとった上記収束イオンビーム装置（図２）」は以下の利点を得る（請求項１）。
【００３９】
１）一部の電源を低圧化でき、更に電源構成を簡単にできるため、電源の価格を抑制することができる。
２）電圧リップル（ノイズ）値は、電源の最大定格電圧に依存して大きくなる傾向がある。従って、偏向電源を高圧化すると電圧リップル（ノイズ）値を大きくし最大分解能を劣化させる。１）項により最大分解能の劣化を抑えることができる。
【００４０】
図２は本発明の実施例１の模式図である。電極Ｕｕには可変のＶDEF,U＋Ｖutr1を印加する電源２１の電圧が、電極Ｕｌには固定のＶutr2を印加する電源２２の電圧がそれぞれ印加される。電極Ｌｕには固定のＶltr1を印加する電源２３の電圧が、電極Ｌｌには可変の電圧ＶDEF,L＋Ｖltr2を印加する電源２４の電圧がそれぞれ印加される。１１は固定の遮蔽板（固定ブラインド）である。
【００４１】
上記（４）式、（５）式では、平行移動させる方向をＸ方向又はＹ方向のどちらにするかを特定していない。これをＸ方向又はＹ方向のどちらか一方向に限定した場合、上記１），２）項の利点を更に大きく受けることができる（請求項２）。
【００４２】
図３は本発明の実施例２の模式図である。図において、図２と同一のものは、同一の符号を付して示す。Ｕｕは上段電極の上の段の電極、Ｕｌは上段電極の下の段の電極、Ｌｕは下段電極の上の段の電極、Ｌｌは下段電極の下の段の電極である。１１’は可動式の遮蔽板（可動ブラインド）である。２１は電極Ｕｕに印加される可変電圧印加用電源、２２は電極Ｕｌに印加される固定電圧印加用電源、２３は電極Ｌｕに印加される固定電圧印加用電源、２４は電極Ｌｌに印加される可変電圧印加用電源である。
【００４３】
ＳＷ１は電極Ｕｌに印加する電圧として、固定電圧をＬＤ端子又は接地電位をＨＲ端子から選択するスイッチ、ＳＷ２は電極Ｌｕに印加する電圧として、固定電圧をＬＤ端子又は接地電位をＨＲ端子から選択するスイッチである。この実施例２は、請求項１又は２に示した装置に対して以下の特徴を有する。
【００４４】
１）遮蔽板を可動にして、その遮蔽板位置により偏向モードを以下の２つに分類する。
・遮蔽板１１’が光軸上にあり、中性粒子を遮断できる。ここではこれをＬＤ（ｌｏｗ ｄａｍａｇｅ）モードという。
【００４５】
・遮蔽板１１’が光軸上から十分遠ざかった位置にあり、デフレクタに電圧がかけられない場合、イオンと中性粒子の混合ビームを遮断しない。ここではこれをＨＲ（ｈｉｇｈ ｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）モードという。
【００４６】
２）ＬＤモードでは４段の電極に例えば（４）式、（５）式に相当する電圧を印加する。即ち、この時は請求項１，２で示す装置と同じ機能を有する。
３）ＨＲモードでは、４段の電極に以下のような電圧を印加する。
【００４７】
・ＬＤモードで各電極に（４）式のように電圧を印加した場合
ＶUu＝ＶDEF,U，ＶUl＝ＶDEF,U，ＶLu＝ＶDEF,L，ＶLl＝ＶDEF,L
・ＬＤモードで各電極に（５）式のように電圧を印加した場合
ＶUu＝ＶDEF,U，ＶUl＝０，ＶLu＝０，ＶLl＝ＶDEF,L
本電圧の印加方法は従来の装置と同じである。
【００４８】
本実施例は、以下のように言い表すことができる。請求項１，２に示す装置において、上の２段電極と下の２段電極の間に置く遮蔽板を可動にし、必要により上記平行移動のための電圧成分を各電極に加えない時にも、イオンビームを遮断しないように、遮蔽板を十分光軸から遠ざけることを可能にして、中性粒子の影響が問題にならないような場合、例えばビーム電流を小さくした高分解能観察時に、イオンビームを平行移動させることにより発生する偏向収差増大等、ビーム径劣化の原因の影響を無くすようにすることができる（請求項３）。
【００４９】
一般に、イオンと中性粒子を分離するために、イオンビームのみ平行移動させるために必要な電圧、Ｖutr1，Ｖutr2，Ｖltr1，Ｖltr2は、従来の偏向機能を実行するための偏向電圧ＶDEF,U、ＶDEF,Lに比べて高圧となる。一方、既に述べたように電圧リップル（ノイズ）値は、電源の最大定格電圧に依存して大きくなる傾向がある。
【００５０】
従って、偏向電源を高圧化すると電圧リップル値を大きくして最大分解能を劣化させる。即ち請求項３で示す装置も、ＬＤモードで高圧を印加する必要があるため、高電圧偏向電源が必要になるため、ＨＲモードでも電圧ノイズによる最大分解能の劣化を抑えられない。この欠点を改良したのが、図４に示す模式図である。図２，図３と同一のものは、同一の符号を付して示す。
【００５１】
図４において、Ｕｕは上の段の電極の上段の電極、Ｕｌは上の段の電極の下段の電極、Ｌｕは下の段の電極の上段の電極、Ｌｌは下の段の電極の下段の電極である。これら電極は、上下段電極の長さと対向電極間距離、又は下２段の上下段電極の長さと対向電極間距離、又は全４段全ての電極の長さと対向電極間距離が同じになるようにしてある。２１は電極Ｕｕに印加される可変電源、２４は電極Ｌｌに印加される可変電源である。
【００５２】
３０，３１は固定電源である。電源３０は固定電圧Ｖutr1としてスイッチＳＷ３のＬＤ端子に接続され、固定電圧Ｕltr1としてスイッチＳＷ２のＬＤ端子に接続されている。電源３１は固定電圧Ｕutr2としてスイッチＳＷ１のＬＤ端子に接続され、固定電圧Ｖltr2としてスイッチＳＷ４のＬＤ端子に与えられている。
【００５３】
スイッチＳＷ１の他端であるＨＲ端子には接地電位が接続され、スイッチＳＷ３の他端であるＨＲ端子には接地電位が接続されている。スイッチＳＷ２の他端であるＨＲ端子には接地電位が接続され、スイッチＳＷ４の他端であるＨＲ端子には接地電位が接続されている。
【００５４】
スイッチＳＷ３において、スイッチＳＷ３の共通接点がＬＤ端子に接続された場合、電源２１の可変電圧ＶDEF,UとＶutr1が直列に接続された電圧が電極Ｕuに与えられるようになっている。スイッチＳＷ４において、スイッチＳＷ４の共通接点がＬＤ端子に接続された場合、電源２４の可変電圧ＶDEF,LとＶutr2が直列に接続された電圧が電極Ｌｌに与えられるようになっている。
【００５５】
図４に示す装置の場合、平行移動に要する電圧を与える低速な平行移動電圧電源の上に、ビームの走査やアライメント等を実行する本来の２段偏向器の役割を実行させるための偏向電圧を与える高速の通常偏向電圧を乗せることにより、デフレクタ電圧電源の高圧化、高圧での高速化を避け、高速・高電圧電源により大きく発現するノイズ電圧を低減させることができ、ノイズ電圧によるビーム径（分解能）劣化も低減することが可能なデフレクタ電圧電源を備えた集束イオンビーム装置である（請求項４）。
【００５６】
イオンと中性粒子を分離するために、イオンビームのみ平行移動させるために必要な電圧Ｖutr1，Ｖutr2，Ｖltr1，Ｖltr2の値は、デフレクタ本体の機械的構成固有の値となる。しかしながら、全４段偏向器の電極長さ及び対向電極間距離を同じにし各段の偏向感度を同じにした場合、（６）式が成り立つ。従って、これにより平行移動電圧電源の数を図４に示すように半分の数に減らすことが可能になり、偏向電源の簡略化・低価格化が実現できる（請求項５）。
【００５７】
（６）式から以下のことが分かる。（６）式は電源の種類が２種類必要なことを示している。例えば、Ｖutr1は−Ｖutr2と等しい。このことは、Ｖutr1のプラスとマイナスを逆にして接続すれば、Ｖutr1の電圧となることを示している。そこで、電源を浮かせて、
Ｖutr1はそのまま印加し、Ｖutr2の場合は正負を逆にして接続すればいいことになる。このような接続法を用いると、電源の種類は一つで済むことになり、装置の簡略化に寄与する。
【００５８】
以上、詳細に説明したように、本発明によれば集束イオンビーム装置（ＦＩＢ）を利用してある試料の微細加工を実行する際の最も大きな問題は、加工領域周辺の、本来は加工領域でない部分の試料ダメージ及び試料汚染である。例えば、試料に１μｍ角の穴を開けようとしたとする。通常、ビーム径に応じた加工精度で１μｍの穴が開けられる。しかしながら、同時に本来ビームを照射していないはずの加工部分領域周辺から数μｍから数１０μｍ、場合によってはｍｍオーダの広い範囲で試料にダメージや汚染を与えてしまう。
【００５９】
この一つの理由は以下によるものと考えられている。即ち、イオンビーム内にはさまざまな要因により発生した原子，分子，クラスター等の中性粒子が含まれている。このうちイオンビームは対物レンズにより非常に狭い範囲に収束される。これをある領域に走査することにより、走査領域の加工や観察が可能になる。しかしながら、中性粒子は対物レンズに影響されずに最終段の電流を制限する絞り内径とビーム開き角に応じた領域に照射される。これが加工領域周辺のダメージと汚染の原因になるということである。本発明により、上記中性粒子による加工領域周辺のダメージと汚染を完全に抑制する装置が実現されることになる。
【符号の説明】
【００６０】
４ 電流制限絞り
５Ａ１ 上の段のデフレクタの上段の電極
５Ａ２ 上の段のデフレクタの下段の電極
５Ｂ１ 下の段のデフレクタの上段の電極
５Ｂ２ 下の段のデフレクタの下段の電極
６ 対物レンズ
８ 試料
１１ 遮蔽板
Ｂｉ イオンと中性粒子の混合ビーム
Ｂｉ１ イオンビーム
Ｂｉ２ 中性粒子ビーム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正の電位である加速電圧が印加されているイオン源と、該イオン源からイオンビームを引き出すために加速電圧より低い電圧が印加されている引出電極と、引き出されたイオンビームの開き角を制御する開き角制御レンズと、該開き角制御レンズと共にビーム電流を制限するビーム電流制限絞りと、ビームを試料上で走査・偏向するために使用されるデフレクタと、ビームを試料上に集束するための対物レンズを備えた集束イオンビーム装置において、
イオンビーム内に含まれる中性粒子が試料に到達することを抑制できるように前記デフレクタを４段構成とし、上２段と下２段にはビームの走査やアラインメントを実行する本来の２段偏向器の役割を実行させるためのデフレクタ電圧を印加し、更に上２段によりイオンビームをある距離だけ平行、又は平行に準ずる移動をさせ、下２段により再びイオンビームを上２段により平行移動されていない場合の軌道に戻すように平行、または平行に準ずる移動をさせ得る各電圧成分をそれぞれ各段の電極に、本来のデフレクタ電圧の上に重畳させ印加できる機能を持つデフレクタ電源と、及び上の２段電極と下の２段電極の間に、前記中性粒子をほぼ完全に遮断し、イオンビームはほぼ全て通過させ得る大きさと構造を持った遮蔽板を設置したものであって、
前記デフレクタの上２段と下２段に本来の２段偏向器の役割を実行させるためのデフレクタ電圧を印加する場合に、上２段の内の何れか１段と、下２段の内の何れか１段にのみ本来の２段偏向器を実現させるためのデフレクタ電圧を印加することを特徴とする集束イオンビーム装置。
【請求項２】
前記デフレクタを用いてイオンビームを平行移動させる方向をＸ方向またはＹ方向の何れか一方向に限定したことを特徴とする請求項１記載の集束イオンビーム装置。
【請求項３】
前記デフレクタの上の２段電極と下の２段電極の間に配置する遮蔽板を可動にし、イオンビームによる高分解能観察時には、前記遮蔽板を光軸からイオンビームに衝突しない距離まで遠ざけるようにしたことを特徴とする請求項１又は２記載の集束イオンビーム装置。
【請求項４】
前記遮蔽板を避けるための平行移動に要する電圧を与える平行移動電圧電源の上に、ビームの走査やアライメントを実行する本来の２段偏向器の役割を実行させるための偏向電圧を与える通常偏向電源電圧を重畳させることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の集束イオンビーム装置。
【請求項５】
前記上２段の上下段電極の長さと対向電極間距離、又は下２段の上下段電極の長さと対向電極間距離、又は全４段全ての電極の長さと対向電極間距離を同じにしたことを特徴とする請求項４記載の集束イオンビーム装置。
【請求項１】
正の電位である加速電圧が印加されているイオン源と、該イオン源からイオンビームを引き出すために加速電圧より低い電圧が印加されている引出電極と、引き出されたイオンビームの開き角を制御する開き角制御レンズと、該開き角制御レンズと共にビーム電流を制限するビーム電流制限絞りと、ビームを試料上で走査・偏向するために使用されるデフレクタと、ビームを試料上に集束するための対物レンズを備えた集束イオンビーム装置において、
イオンビーム内に含まれる中性粒子が試料に到達することを抑制できるように前記デフレクタを４段構成とし、上２段と下２段にはビームの走査やアラインメントを実行する本来の２段偏向器の役割を実行させるためのデフレクタ電圧を印加し、更に上２段によりイオンビームをある距離だけ平行、又は平行に準ずる移動をさせ、下２段により再びイオンビームを上２段により平行移動されていない場合の軌道に戻すように平行、または平行に準ずる移動をさせ得る各電圧成分をそれぞれ各段の電極に、本来のデフレクタ電圧の上に重畳させ印加できる機能を持つデフレクタ電源と、及び上の２段電極と下の２段電極の間に、前記中性粒子をほぼ完全に遮断し、イオンビームはほぼ全て通過させ得る大きさと構造を持った遮蔽板を設置したものであって、
前記デフレクタの上２段と下２段に本来の２段偏向器の役割を実行させるためのデフレクタ電圧を印加する場合に、上２段の内の何れか１段と、下２段の内の何れか１段にのみ本来の２段偏向器を実現させるためのデフレクタ電圧を印加することを特徴とする集束イオンビーム装置。
【請求項２】
前記デフレクタを用いてイオンビームを平行移動させる方向をＸ方向またはＹ方向の何れか一方向に限定したことを特徴とする請求項１記載の集束イオンビーム装置。
【請求項３】
前記デフレクタの上の２段電極と下の２段電極の間に配置する遮蔽板を可動にし、イオンビームによる高分解能観察時には、前記遮蔽板を光軸からイオンビームに衝突しない距離まで遠ざけるようにしたことを特徴とする請求項１又は２記載の集束イオンビーム装置。
【請求項４】
前記遮蔽板を避けるための平行移動に要する電圧を与える平行移動電圧電源の上に、ビームの走査やアライメントを実行する本来の２段偏向器の役割を実行させるための偏向電圧を与える通常偏向電源電圧を重畳させることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載の集束イオンビーム装置。
【請求項５】
前記上２段の上下段電極の長さと対向電極間距離、又は下２段の上下段電極の長さと対向電極間距離、又は全４段全ての電極の長さと対向電極間距離を同じにしたことを特徴とする請求項４記載の集束イオンビーム装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−６５９０４（Ｐ２０１１−６５９０４Ａ）
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２１６４１３（Ｐ２００９−２１６４１３）
【出願日】平成２１年９月１８日（２００９．９．１８）
【出願人】（５０４１７３４７１）国立大学法人北海道大学 (971)
【出願人】（０００００４２７１）日本電子株式会社 (811)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月３１日（２０１１．３．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年９月１８日（２００９．９．１８）
【出願人】（５０４１７３４７１）国立大学法人北海道大学 (971)
【出願人】（０００００４２７１）日本電子株式会社 (811)
【Ｆターム（参考）】
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