JP2007329043A

JP2007329043A - 荷電粒子線用絞りプレート及びその作製方法

Info

Publication number: JP2007329043A
Application number: JP2006159892A
Authority: JP
Inventors: Yoichi Shibuki; 木洋一渋; Shigeru Nishimura; 村滋西; Shunji Deguchi; 口俊二出; Yusuke Ishida; 田裕介石
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 2006-06-08
Filing date: 2006-06-08
Publication date: 2007-12-20

Abstract

【課題】帯電やコンタミネーションの影響を長期間にわたって有効に防止できる荷電粒子線用絞りプレートを供給する。
【解決手段】集束したイオンビームＩＢを穿孔部１６に照射し、イオンエッチングの作用により絞り基体２ａに絞り孔を形成する。また、絞り孔を形成する前に絞り基体２ａの表面にイオンビームを照射することにより絞り基体の表面を清浄化する処理及び／又は絞り孔を形成した後に絞りプレートの表面にデポジション用ガスの吹き付けとイオンビーム照射行うことによって絞りプレートの表面に導電性薄膜を形成する処理を行う。
【選択図】図５

Description

本発明は、電子顕微鏡等の荷電粒子線装置において、荷電粒子線の開き角を調整するために使用される絞りプレート及びその作製方法に関する。

透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）等の電子線装置（荷電粒子線装置）においては、電子ビームの加速電圧、試料への照射電流等の電子光学条件によって電子ビームの最適なビーム径を得るために、電子光学系の所定の位置に絞りプレートが配置されている。図１は、例えば試料の直上に配置された絞りプレートの働きを説明するための概念図である。図１において、絞りプレート２の絞り基体２aは、白金、タンタル、モリブデン等の金属からなり、電子ビームＥＢのビーム開き角を調整するための絞り孔２ｂが開けられている。電子ビームＥＢは絞り孔２ｂの開口径によって決められた開き角で試料３を照射し、電子ビームＥＢの絞り孔２ｂの開口径より大きな部分は絞り基体２ａによって遮断される。

ＴＥＭやＳＥＭ等に用いられる絞り装置には、絞り孔径が固定されている固定絞り装置と、複数の絞り孔を切り換え可能な構造を持つ可動絞り装置がある。図２は、可動絞り装置に装着された絞りプレートの例である。図２（ａ）は、図１に示すような複数個の絞りプレート２を絞りホルダ４に装着した例である。図２（ｂ）は、一つの絞り基体５に複数個の絞り孔５ａを直接形成した例である。両者とも、使用目的に応じて異なる絞り孔径を設ける場合と、同じ絞り孔径の絞りを複数個設ける場合とがある。図２（ａ）及び（ｂ）とも、それぞれの絞り孔を選択するための移動機構（図示せず）及び絞り孔中心と電子プローブの光軸を一致させる調整機構（図示せず）を備えている。

絞り孔を形成する技術としては、機械加工による場合も有るが、より精密な孔開け加工法として、半導体プロセス技術を応用したエッチング法が広く用いられている（例えば、特許文献１及び特許文献２を参照）。また、電子線ＥＢが絞り基体に長時間照射されてハイドロカーボン等の汚れ（コンタミネーションとも呼ばれる）が付着する問題や、エッチングによる絞り孔形成時にレジストが残留することによって絞り孔近傍で帯電が生じる問題を避けるため、絞り表面に貴金属等をコーティングする技術が知られている（例えば特許文献３及び特許文献２を参照）。

特開平２−４９３３８号公報特開２０００−２９９０７６号公報特開平４−２０６２４４号公報

絞り孔は電子ビームの断面形状を直接形作るため、できるだけ滑らかな鏡面に近い面であることが望まれる。しかし図３に模式的に示すように、従来の方法で製作された絞りプレートにおいては、機械加工は勿論のこと、エッチングによって形成された絞り孔でも、その内壁に細かい凹凸やバリが生じている場合がある。その場合は、ビーム形状が歪むだけでなく、内壁にコンタミネーションが付着しやすいという問題が有る。また、機械加工で絞り基体を作製するときに付着する汚れや、圧延等で生じた表面のキズに入り込んだ汚れや異物によって帯電を引き起こすという問題がある。また、絞り基体の材料である金属板をエッチングする場合のレジストは、通常の半導体製造等に用いるレジストとは異なり、耐熱性、耐蝕性、耐酸性に富んだものを使用しているため、エッチング時に使用したレジストを完全に除去することは容易ではない。そのため、レジストが残留した絞りプレートを電子顕微鏡に装着して使用すると、絶縁物であるレジストの表面が帯電して電子ビームに悪影響を及ぼし、分解能が低下するという問題がある。絞り基体の表面に残留しているレジストの上に白金等の貴金属をコーティングしても、レジストが電子ビーム照射による熱ダメージを受けることによって、コーティング膜が剥離しやすくなるため根本的な解決にならないという問題もある。本発明は上述の問題を解決し、帯電やコンタミネーションの影響を長期間にわたって有効に防止できる荷電粒子線用絞りプレートの供給を目的とする。

上記の問題を解決するために、
本発明は、荷電粒子線装置において粒子線のビーム開き角を調節するために使用される絞りプレートであって、集束したイオンビームを用いて穿孔された絞り孔が絞り基体に形成されていることを特徴とする。

また本発明の絞りプレートは、絞り基体に絞り孔を形成する前に、絞り基体の表面にイオンビームを照射することによって、絞り基体の表面を清浄化する処理が施されていることを特徴とする。

また本発明の絞りプレートは、絞り基体に絞り孔を形成した後に、絞りプレートの表面にデポジション用ガスの吹き付けとイオンビーム照射行うことによって、絞りプレートの表面に導電性薄膜を形成する処理が施されていることを特徴とする。

また本発明の絞りプレートは、絞り基体が、白金、タンタル、モリブデンのうちの何れかの金属板からなることを特徴とする。

また本発明の絞りプレートは、絞りプレートの表面に形成された導電性薄膜が、カーボン、タングステンのうちの何れかの物質からなることを特徴とする。

また本発明は、荷電粒子線装置において粒子線のビーム開き角を調節するために使用される絞りプレートの作製方法であって、
集束したイオンビームを用いて絞り基体に絞り孔を形成する工程を有することを特徴とする。

また本発明の絞りプレートの作製方法は、絞り基体に絞り孔を形成する工程の前に、絞り基体の表面にイオンビームを照射することによって、絞り基体表面を清浄化する処理を施す工程を有することを特徴とする。

また本発明の絞りプレートの作製方法は、絞り基体に絞り孔を形成する工程の後に、絞り基体の表面にデポジション用ガスの吹き付けとイオンビーム照射行うことによって、絞り基体の表面に導電性薄膜を形成する処理を施す工程を有することを特徴とする。

本発明によれば、荷電粒子線装置において粒子線のビーム開き角を調節するために使用される絞りプレートを作製するとき、集束したイオンビームを用いて絞り基体に絞り孔を開けるようにしたので、
内壁に細かい凹凸やバリが無い鏡面に近い状態で絞り孔を形成することができる。また、半導体プロセス技術を応用したエッチング法を用いないので、絞りプレート表面にレジストが残留することが無い。そのため、荷電粒子線装置に装着して使用したとき、長期間にわたって帯電やコンタミネーションの影響を防止できる。

また本発明によれば、絞り基体に絞り孔を形成する前に、絞り基体の表面にイオンビームを照射することによって、絞り基体の表面を清浄化する処理を施すようにしたので、
イオンによるエッチング作用により、機械加工によるキズや汚れを除去できるため、イオンビームによる孔開け加工の前に絞り基体を清浄に保つことができる。

また本発明によれば、前記絞り基体に前記絞り孔を形成した後に、前記絞り基体の表面にデポジション用ガスの吹き付けとイオンビーム照射行うことによって、前記絞り基体の表面に導電性薄膜を形成する処理を施すようにしたので、
荷電粒子線装置に装着して使用したとき、長期間にわたって帯電やコンタミネーションの影響を防止できる。

以下図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。但し、この例示によって本発明の技術範囲が制限されるものでは無い。各図において、同一または類似の動作を行うものには共通の符号を付し、詳しい説明の重複を避ける。

はじめに、図４を参照しながら、絞り基体２ａの表面をイオンビームＩＢの照射によって清浄化を行う方法について説明する。図４（ａ）において、１０はＧａ（ガリウム）等のイオン源、１１は集束したイオンビームＩＢを形成するためのイオン光学系、１２はイオンビームの偏向器、１３はインターフェース、１４はイオン源１０とイオン光学系１１と偏向器１２を制御するための制御装置である。制御装置１４として例えばコンピュータが用いられ、そのコンピュータはキーボード、マウス等の入力装置と液晶や陰極線管等の表示装置を備えている。なお、実際の装置ではこの他に電源やＤ／Ａ変換器などが備えられているが図示を省略している。また、イオンビームの通路及び加工対象となる絞りプレートが装着される加工室の真空を保持するための真空排気装置が備えられているが図示を省略している。以下の説明において、絞りプレート２を図中に示しているがこれに限定されるわけではなく、絞りプレート５のように一つの絞り基体に複数の絞り孔を配置する絞りプレートであってもよい。

図４において、制御装置１４はイオンビームＩＢが絞り基体２ａの表面を照射するように偏向器１２を制御する。イオンビームＩＢのイオンエッチング作用により絞り基体２ａの表面が清浄化される。清浄化のためのイオンエッチング深さは通常１００ｎｍ程度あれば十分であるが、状況に応じて最適なイオンビームのエネルギー、電流量、照射時間及び走査範囲を制御装置１４により制御することができる。

絞り基体２ａの表面清浄化を行う場合、イオンビームＩＢの走査方法は図４（ａ）に示すような矩形に限定される必要は無い。例えば図４（ｂ）に示すように、円形をした絞り基体２ａのみにイオンビームＩＢが照射されるように制御してもよい。走査面積を減少させることによって、清浄化処理にかかる時間を減らすことができる。

また、絞りプレート５のように複数の絞り孔を備える絞りプレートは大きな形状のものが多いので、イオンビームＩＢの走査のみでは全領域を被うことができない場合がある。その場合は、図４（ｃ）に示すように試料移動機構１５を併用し、イオンビームＩＢで走査可能な領域をステップ的に移動させて繋ぎ合わせることにより、絞りプレート全体をイオンビーム走査で被うようにすればよい。なお、試料移動機構１５はインターフェース１３を経て制御装置１４に接続されているものとする。

次に、図５参照しながら、絞り孔の穿孔加工方法について説明する。イオンビームＩＢは制御装置１４によって、穿孔部１６の部分のみを走査するように制御される。穿孔部１６の内壁をできるだけ鏡面に近くなるようにイオンエッチングするためには、イオンビームＩＢのエネルギーとイオン電流値を小さくして、イオンビームＩＢを細くするほうがよいが、それだけ加工時間が長くなる。そのため、制御装置１４により、穿孔部１６の開口径や内壁の加工精度に合わせて最適なイオンビームのエネルギー、電流量、照射時間の制御が行えるようになっている。

また、穿孔部１６の加工方法としては図５（ａ）に示したような、穿孔部１６の全面を走査する方法に限られるわけではない。例えば穿孔部１６がイオンビームＩＢのビーム径より十分大きい場合は、図５（ｂ）に示すように、穿孔部１６の内周部のみを円状に走査する方法を採ってもよい。図５（ｃ）は図５（ｂ）のＡ−Ａ断面図である。イオンによるエッチング部１６ａが絞り基体２ａの底部に達すれば、穿孔部１６の残部１６ｂは脱落する。

次に、図６を参照しながら、絞りプレート２の表面に導電性薄膜を形成する処理について説明する。図６は、絞り基体２ａに絞り孔２ｂを形成した後に、絞りプレート２の表面にデポジション用ガスの吹き付けとイオンビーム照射行うことによって、絞りプレート２の表面に導電性薄膜を形成する処理方法を示している。図６において、１７はデポジション用のガス供給装置、１７ａはガスを吹き出すためのノズルである。

イオンビームＩＢを絞りプレート２の表面に照射しながら、ノズル１７ａからデポジション用の原料ガスを吹き付けると、イオンビームＩＢと原料ガス１８との相互作用により、原料ガス中の導電性物質が絞りプレート表面に析出堆積し、導電性膜１９が形成される。カーボン、タングステン等のデポジション膜は良好な導電性膜となる。なお、絞り孔を開ける加工を行った後、イオンビームＩＢを用いて再度絞りプレート表面を清浄化した後に上記デポジションによる導電性膜を形成する処理を行うことが好ましい。

絞り基体２ａの表面に導電性膜の形成処理を行う場合、イオンビームＩＢの走査方法は図６（ａ）に示す矩形に限定される必要は無い。例えば図６（ｂ）に示すように、円形の部分のみにイオンビームＩＢが照射されるように制御してもよい。走査面積を減少させることによって、導電性膜の形成処理にかかる時間を減らすことができる。

また、イオンビームＩＢの走査のみで全領域を被うことができない場合にも、図６（ｃ）に示すように試料移動機構１５を併用し、イオンビームＩＢで走査可能な領域をステップ的に移動させながら全体をイオンビーム走査で被うようにすればよい。なお、試料移動機構１５はインターフェース１３を経て制御装置１４に接続されているものとする。

以上のように、本発明の実施の形態について詳述した。上記の説明において、イオンビームにより絞り孔を開ける加工の前に絞り基体表面のイオンエッチングによる清浄化を行う処理と、絞り孔を開ける加工の後に絞りプレート表面に導電性膜を形成する処理を行う例を説明したが、必ずしも清浄化と導電性膜の形成処理を行う必要は無い。しかし、単にイオンビームにより絞り孔の穿孔加工を行うだけでなく、穿孔加工前に絞り基体表面のイオンエッチングによる清浄化処理を行う及び／又は孔開け後に絞りプレート表面に導電性膜を形成する処理を行うようにすれば、より帯電やコンタミネーションの影響を受けにくい、優れた荷電粒子線用絞りプレートを得ることができる。

試料の直上に配置された絞りプレートの働きを説明するための概念図。複数の絞り孔を備える可動絞り装置の例。絞り孔内壁のバリ、絞りプレート表面のキズや残留レジストを説明するための模式図。本発明において、イオンビームの照射によって清浄化を行う方法を説明するための図。本発明において、イオンビームの照射によって絞り孔の加工方法を説明するための図。本発明において、絞りプレートの表面に導電性薄膜を形成する処理方法を説明するための図。

符号の説明

（同一または類似の動作を行うものには共通の符号を付す。）
ＥＢ電子ビーム（荷電粒子線）ＩＢイオンビーム
２、５絞りプレート２ａ、５ａ絞り基体
２ｂ、５ｂ絞り孔３試料
４、６絞りホルダ６ａビス穴
７ビス１０イオン源
１１イオン光学系１２偏向器
１３インターフェース１４制御装置
１５試料移動機構１６穿孔部
１６ａエッチング部１６ｂ残部
１７ガス供給装置１７ａノズル
１８原料ガス１９導電性膜

Claims

荷電粒子線装置において粒子線のビーム開き角を調節するために使用される絞りプレートであって、
集束したイオンビームを用いて穿孔された絞り孔が絞り基体に形成されていることを特徴とする絞りプレート。
前記絞り基体に前記絞り孔を形成する前に、前記絞り基体の表面にイオンビームを照射することによって、絞り基体の表面を清浄化する処理が施されていることを特徴とする請求項１に記載の絞りプレート。
前記絞り基体に前記絞り孔を形成した後に、前記絞りプレートの表面にデポジション用ガスの吹き付けとイオンビーム照射行うことによって、前記絞りプレートの表面に導電性薄膜を形成する処理が施されていることを特徴とする請求項１乃至２の何れかに記載の絞りプレート。
前記絞り基体が、白金、タンタル、モリブデンのうちの何れかの金属板からなることを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載の絞りプレート。
前記導電性薄膜がカーボン、タングステンのうちの何れかの物質からなることを特徴とする請求項３に記載の絞りプレート。
荷電粒子線装置において粒子線のビーム開き角を調節するために使用される絞りプレートの作製方法であって、
集束したイオンビームを用いて絞り基体に絞り孔を形成する工程を有することを特徴とする絞りプレート作製方法。
前記絞り基体に前記絞り孔を形成する工程の前に、前記絞り基体の表面にイオンビームを照射することによって、絞り基体表面を清浄化する処理を施す工程を有することを特徴とする請求項６に記載の絞りプレート作製方法。
前記絞り基体に前記絞り孔を形成する工程の後に、前記絞り基体の表面にデポジション用ガスの吹き付けとイオンビーム照射行うことによって、前記絞り基体の表面に導電性薄膜を形成する処理を施す工程を有することを特徴とする請求項６乃至７のいずれかに記載の絞りプレート作製方法。