JP2008098232A - Gas introducing device for focused ion beam - Google Patents
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Abstract
Description
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。 The present invention relates to a focused ion beam gas introducing device, and more particularly to a focused ion beam gas introducing device which performs correction / repair (repair), wiring correction, and fine processing of a mask used in a semiconductor manufacturing process.
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)。 Ion beam assisted etching or beam assisted deposition techniques called GAE (Gas Assist Etching) and MDU (Metal Deposition Unit) are becoming increasingly important as ion beam related businesses. As a conventional apparatus of this type, a technique is known in which a compound vapor having a relatively low vapor pressure is ejected in a beam shape using a nozzle (see, for example, Patent Document 1). Some nozzles are arranged such that a plurality of nozzles are arranged on the circumference so that the gas beam is ejected uniformly. In addition, when the vapor pressure of the workpiece is high, a technique is known in which the entire sample is covered with gas and a hole for allowing the beam to pass only at the entrance of the ion beam is provided (for example, see Non-Patent Document 1).
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)。
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。 When the gas inlet tube (hereinafter abbreviated as nozzle) is moved three-dimensionally on the sample surface, it is difficult to make fine adjustments at micrometer or less due to minute vibration at the tip, and the nozzle and sample surface collide. Things are happening too. This is because the tip of a nozzle having a length of several tens of centimeters is moved horizontally and perpendicularly to the sample surface by several μm or less when the wafer is generally adjusted from the outside of the sample chamber. It is thought that this is caused by requesting. Further, there is a problem that it is difficult to use because the height of the nozzle once adjusted is not readjusted due to distortion or deformation of the sample through various processes.
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。 In particular, in order to effectively perform drilling of a sample or formation of a repair (pattern repair) film, it is necessary that the ion beam focus conditions are also appropriate, and the introduced gas is isotropic around the ion beam. It is well known to those skilled in the art that the high atmospheric concentration greatly contributes to the performance under widely spread conditions. In the invention described in Patent Document 2 and the invention described in Patent Document 3, the coincidence between the introduction gas restriction region integrated with the nozzle tip and the axis of the ion beam is confirmed on the horizontal axis, It is necessary to confirm the gap.
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。 This is because the performance cannot be fully satisfied unless the gas can be introduced at an appropriate height and horizontal position, which is a necessary work. However, a series of routine work operations require reciprocation between the test processing area and the desired processing area of the sample and adjustment of the nozzle height. First, a place where the test can be processed with minimum damage on the sample is selected, and ion beam irradiation conditions and nozzle position adjustment are performed. Next, the gap between the nozzle and the sample is increased, and the sample as the stage or workpiece is moved to the processing position of the sample. Here, if the height of the nozzle is changed during the movement or the place where processing is desired is specified by an image, the nozzle is appropriately moved up and down in response to the change in the height of the wafer surface, and the reproducibility is not high. It is easily assumed that it is difficult to improve work quality.
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。 In particular, if the operation of raising or lowering the nozzle is inappropriate, a contact accident will occur somewhere on the routine work. The three-dimensional movement of the nozzle means that the tip of the nozzle is used dexterously as if the STM needle is moving independently on the sample surface. When the shaft length is long, it is very difficult to move the tip position stably due to various vibrations and thermal deformation.
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。 In the inventions described in Patent Document 2 and Patent Document 3, the gas nozzle is basically composed of one side. Samples to be processed have various shapes and do not always make isotropically deep grooves. In such a case, it can be dealt with by shortening the irradiation time of the primary ion beam to the part which is not desired to be cut, but if gas assist (accelerating etching or the like by introducing gas) is reduced, it will be less. There is an adverse effect that the direction you want to cut is too much. Although it is conceivable that exposure is performed with the nozzle tilted slightly obliquely, it is difficult to make fine adjustment movements to avoid collisions because it is in a delicate position. This is not realistic in such cases. That is, processing is performed with irradiation time control using only the primary ion beam without performing gas assist etching.
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。 Stage tilt is indispensable for complex sample processing. The tilt of the stage is a function necessary for the depth recognition of the machining amount and the desired tilt machining. For the depth recognition, the nozzle is raised and the operation is performed under the conditions that do not hinder the image observation. However, if the nozzle moves in the same direction as the ion beam axis of the lens barrel, However, there is a problem that the nozzle becomes inaccessible.
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。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a focused ion beam gas introducing device capable of improving the processing performance of a sample.
(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。
(1) The invention according to claim 1 is an apparatus capable of performing ion beam assisted etching or beam assisted deposition using a focused ion beam, wherein a plurality of pipes as fluid delivery systems are provided under the ion beam column. A plurality of nozzles that are outlets of the pipe are symmetrical with respect to the axis of the main ion beam and the fluid passing through the nozzle is directed to the sample surface, and the injection conditions of the introduced gas into the pipe can be individually controlled. It is a structure and has a mechanism which connects between these pipes, It is characterized by the above-mentioned.
(2) The invention described in claim 2 is characterized in that the tip of the nozzle has an S-shape.
(3) The invention described in claim 3 further includes a pipe tip heating section for heating the introduced gas under the pipe, and a lower surface adjusting plate that enables proper arrangement of the spatial positional relationship between the nozzles. It is characterized by that.
(4) In the invention according to claim 4, the temperature of the bottom adjustment plate by the heater of the pipe tip heating section is set to 50 ° C. to 90 ° C., and heating up to 200 ° C. can be performed according to the operator's request. It is configured.
(5) The invention described in claim 5 is characterized in that the nozzle at the tip of the pipe moves up and down as a unit, and the height between the nozzle and the sample is at least 10 μm apart.
(6) The invention according to claim 6 limits the determination of the movable range of the pipe by the height determined by the conversion condition from the focus condition of the laser beam, the capacitance height detection device, or the objective lens. Features.
(7) The invention according to claim 7 is characterized in that it has a pipe coupling mechanism which does not have an acute angle portion on the lower surface of the pipe.
(8) The invention according to
(9) The invention according to claim 9 is characterized in that the passage of the primary ion beam of the lower surface adjusting plate is an ellipse, a rectangle or a slit.
(10) The invention according to claim 10 is characterized in that the pipe connection mechanism on the lower surface of the pipe has an inclined surface at a portion facing the lower signal detector.
(11) The invention according to claim 11 is characterized in that the angle of the inclined surface is in the range of 20 ° to 50 °.
(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。
(1) According to the invention described in claim 1, ion beam assisted etching or beam assisted deposition called GAE or MDU of isotropic and anisotropy can be performed by ion beam axis symmetrical arrangement of a plurality of nozzles, and operation performance And improvement of processing performance can be expected.
(2) According to the invention described in claim 2, the flow rate of the introduced gas can be appropriately ensured by making the tip of the nozzle into an S shape.
(3) According to the invention described in claim 3, by providing the lower surface adjusting plate, it is possible to appropriately arrange the spatial positional relationship between the nozzles. In addition, by incorporating a heater in the bottom adjustment plate and controlling its temperature, it is possible to properly supply gas flow from the nozzle in a stable manner and to take into account heat radiation sensitive to the temperature.
(4) According to the invention described in claim 4, the introduction gas can be made uniform by setting the temperature of the lower surface adjusting plate by the pipe tip heating portion to 50 ° C. to 90 ° C. Further, if necessary, the temperature of the bottom adjustment plate can be freely set up to a maximum of 200 ° C.
(5) According to the fifth aspect of the present invention, since the nozzle moves up and down as a unit, the height of the nozzle and the sample can be separated by at least 10 μm, so that the nozzle is prevented from contacting the sample. can do.
(6) According to the invention described in claim 6, the height of the nozzle can be limited by determining the movable range of the nozzle by a predetermined procedure.
(7) According to the seventh aspect of the present invention, it is possible to stabilize the trajectory of the generated secondary electrons and the like by providing the pipe coupling mechanism having no acute angle portion on the lower surface of the nozzle.
(8) According to the invention described in
(9) According to the ninth aspect of the present invention, the passage of the primary ion beam is an ellipse or rectangular slit, so that the sample can be irradiated with the ion beam even when the sample surface is inclined.
(10) According to the invention described in claim 10, image signal deterioration due to the proximity of the bottom adjustment plate to the sample is prevented by providing a moderately inclined surface in the diffusion control unit and assisting in reaching the signal to the detector. can do.
(11) According to the invention described in claim 11, image signal deterioration can be effectively prevented by setting the tilt angle in the range of 20 ° to 50 °.
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。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a main part of the present invention. In the figure, 18 is a sample, 17 is a primary ion beam irradiated to the
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。
The
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。
The introduced gas flows from the
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。
Here, the lower
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。
Further, according to the present invention, the
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。
In addition, according to the present invention, the determination of the movable range of the
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。
When the apparatus having the configuration shown in FIG. 1 is used, isotropic processing and anisotropic processing can be performed. FIG. 2 is an explanatory diagram of isotropic processing. The same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. In this embodiment, by arranging the
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。
FIG. 3 is an explanatory diagram of anisotropic processing. The same components as those in FIG. 2 are denoted by the same reference numerals. For example, gas injection is stopped for one of the two
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。
FIG. 4 is an explanatory diagram of foreign matter removal by anisotropic etching.
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。
FIG. 5 is a view showing a cross section taken along line XX of FIG. The same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. (A) is the case where there are two
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。
Hereinafter, the operation of the focused ion beam apparatus (FIB) will be described. FIG. 6 is a block diagram showing an embodiment of the focused ion beam apparatus according to the present invention. The same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. In the figure, reference numeral 40 denotes a lens barrel, and most of the elements constituting the focused ion beam device are included in the lens barrel. Reference numeral 1 denotes an ion source, 17 denotes an ion beam emitted from the ion source 1, 3 denotes a gun aperture, 4 denotes a focusing lens for focusing the
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。
The apparatus shown in the figure is a two-stage lens system including a focusing lens 4 and an objective lens 7. In the case of an ion beam apparatus, an electrostatic lens is used as the electron lens. This is because ions with heavy mass cannot be bent well by electromagnetic coils. 9 is a heater, 10 is a container, 11 is a gas source, 12 is a valve connected to the
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。
Although the two-stage lens system is used in FIG. 6 as described above, the basic ion optical system is not limited to this. An appropriate acceleration voltage is applied to the ion source 1 to extract ions to be a primary ion beam from the ion source 1 such as a liquid metal ion source. The extracted ions are subjected to beam diffusion restriction by the gun aperture 3, and a desired irradiation beam is extracted from the aperture 5. The primary ion beam emitted from the ion source 1 forms a necessary imaging system by the focusing lens 4, deflects this with the scanning electrode 6, performs beam scanning, and the necessary primary on the
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。
Secondary electrons and the like emitted from the
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。
Here, as shown in FIG. 1, a plurality of nozzles are arranged symmetrically with the primary ion beam, and the introduced gas or fluid is ejected uniformly from here to achieve the function of homogeneous ion beam assisted etching or beam assisted deposition. It is to provide. The symmetry of this arrangement is not limited to the rotationally symmetric system, and may be axially symmetric with respect to the stage moving axis of the sample to be processed. The plurality of nozzles are preferably as close to the sample as possible. However, as shown in FIG. 2 or FIG. 3, the
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。
The tangent line seen from the center at the end of the arc at the tip of the nozzle tube can be assumed to be the direction in which the fluid directly travels, and the portion where this direction and the primary beam directly intersect is the part to be processed. It can be the most appropriate condition. That is, the distance between the nozzle tip and the sample surface is as close as possible, and the closer the
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。
When the tip of the
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。 FIG. 2 shows the positional relationship between two nozzles of isotropic ion beam assisted etching or beam assisted deposition with symmetrical configurations as shown in FIG. FIG. 3 shows the positional relationship of two nozzles for anisotropic ion beam assisted etching or beam assisted deposition. A gas or fluid is irradiated on the sample surface with only one nozzle.
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。 By the way, stage tilt is indispensable for complex processing of samples. The tilt of the stage is a function necessary for confirming the depth of machining and for desired tilt machining. In order to confirm the depth, it is preferable to raise the nozzle and carry out under conditions that do not hinder the image observation.However, if the movement of the nozzle is in the same direction as the ion beam axis of the lens barrel, it is inclined at a wide angle. The nozzle for processing cannot be approached. Therefore, as shown in FIG. 7 or FIG. 8, there is a useful effect in a configuration in which the base plate and the nozzle of the tilt corresponding stage are integrally tilted. The optimum height adjustment of the nozzle is determined only by the sample surface, which is advantageous in that the height can be adjusted regardless of the inclination.
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。
FIG. 7 is a view showing a state when the stage is tilted. The same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. FIG. 7 shows a yz section. In the figure, 50 is a base plate, 51 is a stage mounted on the
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。 FIG. 8 is a diagram showing the state when the stage is not tilted. The same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. FIG. 8 shows an xz cross section. The same parts as those in FIGS. 1 and 7 are denoted by the same reference numerals. As described above, according to the present invention, the operability can be improved by allowing the nozzle and the lower surface adjusting plate to be tilted integrally with the tilt of the sample stage. FIG. 9 is an enlarged view of the vicinity of the bottom adjustment plate, and shows a view from above. The same components as those in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals. In the figure, A indicates the horizontal primary ion beam irradiation position, and B indicates the gas irradiation region when the stage is horizontal.
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。
As shown in FIG. 10 or FIG. 11, if the shape of the primary ion beam passage hole is an ellipse, a slit, or a rectangle, even if the lower
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。
Although there may be a case where the
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。
FIG. 12 is an explanatory diagram of movement amount calculation. In the figure, 18 is a sample, 23 is a lower surface adjustment plate, L is a reference height position, ΔH is a deviation of the
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。
In addition, since the reference height deviation of the lower
If the length of the ellipse is ensured by (ΔD−ΔH) · tan θ, interference between the primary ion beam and the lower
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。 As described above, according to the present invention, an ion beam assisted etching called GAE or MDU having isotropic and anisotropy due to an arrangement in which ion beams of a plurality of nozzles are symmetrical with respect to the optical axis. Alternatively, beam-assisted deposition or the like can be performed, and improvement in operation performance and processing performance can be expected.
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。 As already explained, there is an appropriate geometric relationship between the nozzle and the primary ion beam and the sample surface, and what is important for realizing this relationship is the relationship between the height of the sample surface and the lower surface of the nozzle. Distance relationship. The nozzle and the lower surface are configured as a single unit, and the center of the lower surface needs to be arranged coaxially with the axis of the ion beam column. Moreover, the movement of this lower surface only moves up and down appropriately.
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。 The amount of movement should be limited by the height of the sample surface. For detection of the height of the sample surface, the focus of the ion beam with a laser height detector, a capacitance height detector, or an objective lens is used. It is appropriate to determine the conditions. To calculate the sample surface from the objective lens conditions, prepare a function table for the appropriate objective lens voltage conditions and sample surface height based on conditions such as a predetermined irradiation current, and adjust the height according to the actual focus conditions. This is a method of performing conversion. However, with this method, if the focus in a deep groove or the like is automatically used as a reference, an incorrect result will be obtained in terms of height, so an instruction to perform this height calculation under conditions deemed appropriate by the operator It is necessary to do this automatically or manually. Thus, according to the present invention, the nozzle height can be limited by obtaining the movable range of the nozzle by a predetermined procedure.
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。 A normal apparatus having this nozzle is singular. For example, the invention described in Patent Document 2 is a type in which the tip is flattened and the beam passes through the upper and lower small holes, and the invention described in Patent Document 3 is an inverted funnel shape at the tip. It is a type that has Such a type can be used only for isotropic etching, but in the case where the content to be processed is an oblique groove, an inclination of the sample surface is required. When the sample is moved, a positional shift caused by the stage moving accuracy leads to a reduction in processing accuracy. Therefore, it is useful that the anisotropic gas or fluid as described in the present invention can be appropriately introduced easily.
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。 There is also a method in which the nozzle tip is not deformed. This method is already well known. The present invention has a plurality of nozzles that do not deform the tip, and these nozzles are arranged so as to be symmetric with respect to the main axis of the ion beam (see FIG. 5). There is a gas or fluid supply source at the root of the nozzle. By making the conductance (reciprocal of the fluid resistance) of the nozzle tip and the fluid control unit formed by this pipe the same, multiple nozzles from one supply source The same amount of fluid can be supplied to the sample surface via. Here, even when the fluid to be supplied is different, it can be dealt with by preparing a gas selection switching unit in the middle of the supply unit. However, since mixing of fluids or gases in the pipe piping may be a problem, when there are four nozzles, it is desirable that the two symmetrical ones be independent fluid supply units.
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。
In the present invention, the
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
7
Claims (11)
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。 In an apparatus capable of performing ion beam assisted etching or beam assisted deposition using a focused ion beam,
A plurality of pipes as a plurality of fluid delivery systems are provided under the ion beam column, and the nozzles that are outlets of the pipes are configured symmetrically with the axis of the main ion beam and the fluid passing through the inside faces the sample surface The focused ion beam gas introducing device is characterized in that the injection conditions of the introduced gas into the pipe can be individually controlled and has a mechanism for connecting the pipes to each other.
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