JP2014191982A - 集束イオンビーム装置及びその制御方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】イオン源室40における原料ガスに接する壁面の温度を、原料ガスが凍りつく温度よりも高い温度に保つべく、冷却装置42を作動制御すること、及び、原料ガスの置換時に、エミッタ41を一時的に加熱するべく、ヒータ45を作動制御すること、の少なくとも一方を行う。
【選択図】図1
Description
任意の位置を加工する装置としては、液体金属イオン源(LIMS)から放出されたガリウムイオンを用いた加工装置がよく知られている。この装置は、サンプル任意箇所の断面観察、TEMサンプル作製、半導体の配線変更、半導体リソグラフィ用マスクのパターン修正などに利用されている。また、近年、前記マスクの修正に電子ビームを用いた加工装置が実用化されている。
一方、電子ビームやヘリウムイオンビームは試料の損傷が少ないが、エッチング促進作用のあるガスを併用する必要があるため、適切なガスが存在しない場合は加工が困難である。
実際に加工装置を運用する上では、大小質量のイオンを両方使用することが必要な場合がある。まず、数種の試料が存在し、これらに最適なイオンが各々異なる場合である。次に、加工には一方のイオンが最適だが、観察には他方のイオンが最適で、単一イオン種では加工性能と像分解能とを両立しない場合である。
イオン種の切り換え方法としては、イオン源室へ導入する原料ガスを置換することの他、複数の原料ガスをイオン源室へ同時に導入して引出電圧を切り換えることで放出イオン種を切り換える、または同時に放出されたイオンからE×B(二次電子検出器)で所望のイオンのみを取り出す、という手法が考えられる。
前者のものは、使用するガスのイオン化する電界強度が互いに近い場合に、複数イオン種が常時混在したビームになってしまうため、質量の小さいイオンでの加工を要する際に質量の大きいイオンが混入する場合には試料の損傷が大きくなってしまう。
後者のものは、単一イオン種のビームを得られるものの、イオン光学系が複雑かつ大型化し、ビーム径が絞れなくなってしまう。
請求項2に記載した発明は、イオンビームを放出するエミッタと、前記エミッタを収容するとともに原料ガスが導入されるイオン源室と、前記イオン源室を冷却する冷却装置と、装置全体を制御する制御部と、を備えた集束イオンビーム装置の制御方法において、前記イオン源室における前記原料ガスに接する壁面の温度を、前記原料ガスが凍りつく温度よりも高い温度に保つべく、前記冷却装置を作動制御する温度保持工程を有することを特徴とする。
請求項3に記載した発明は、イオンビームを放出するエミッタと、前記エミッタを収容するとともに原料ガスが導入されるイオン源室と、前記エミッタを加熱するヒータと、装置全体を制御する制御部と、を備えた集束イオンビーム装置において、前記制御部が、前記原料ガスの置換時に、前記エミッタを一時的に加熱するべく、前記ヒータを作動制御する温度制御部を有することを特徴とする。
請求項4に記載した発明は、イオンビームを放出するエミッタと、前記エミッタを収容するとともに原料ガスが導入されるイオン源室と、前記エミッタを加熱するヒータと、装置全体を制御する制御部と、を備えた集束イオンビーム装置の制御方法において、前記原料ガスの置換時に、前記エミッタを一時的に加熱するべく、前記ヒータを作動制御する一時加熱工程を有することを特徴とする。
図1は、本実施形態のガス電界電離イオン源を備えた集束イオンビーム装置を示す。ガス電界電離イオン源は、イオン源ガスが供給されたイオン源室40内において、原子レベルで尖鋭化されたエミッタ41の先端周辺に高電界を形成することにより、先端に吸着したイオン源ガスをイオン化してイオンビーム1を放出する。エミッタ41先端から放出されたイオンビーム1は、光源径が数オングストロームと微小であるため、ビーム径が小さくかつ高輝度なイオンビーム1を試料2に照射することができる。
そこで、本実施形態の集束イオンビーム装置では、イオン源室40内の壁面温度を、原料ガスが凝固しない温度に保つことで、置換前のガスの表面への吸着量を減らし、置換後のガスの純度を高めるとともに、イオン種切り換え時間の短縮を図っている。
試料室20は、イオンビーム鏡筒10から照射されるイオンビーム1の照射位置に試料2を移動させる試料ステージ3を収容する。
試料ステージ3は、作業者に指示に基づいて動作し、5軸に変位することができる。すなわち、試料ステージ3は、同一面内で互いに直交するX軸及びY軸、並びにこれらに直交するZ軸に沿って試料ステージ3を移動させるXYZ軸機構と、X軸又はY軸回りで試料ステージ3を回転させて傾斜させるチルト軸機構と、Z軸回りで試料ステージ3を回転させる回転機構と、を含む変位機構により支持されている。
試料室20は、その室内を真空状態にするための真空ポンプ6を備える。この真空ポンプ6により、試料室20内の真空度を調整することができる。
また、イオン源室40は、エミッタ41近傍にイオンビーム1を引き出すための電界を形成する引出電極49を備える。引出電極49への印加電圧は、制御部30の引出電圧制御部32により制御される。
イオン源室40には、イオン源ガス供給部46から窒素ガスが供給され、エミッタ41周辺に窒素分子51を存在させる。エミッタ41は、冷却装置42により冷却され、エミッタ41周辺の窒素分子51を吸着する。電源50は、引出電圧制御部32からの信号により、エミッタ41と引出電極49との間に電圧を印加する。これにより、エミッタ41先端の周辺に高電界が発生し、エミッタ41に吸着した窒素分子51が先端に移動する。この窒素分子51は、エミッタ41の先端でイオン化され、引出電圧によりイオンビーム1が放出される。
エミッタ41の温度が低いと、窒素分子の吸着密度が高くなる。したがって、エミッタ41の温度を低くすることで、イオンビーム1の電流量を大きくすることができる。しかし、エミッタ41の温度を低くするには、冷却装置42やイオン源室40の壁部44や冷却装置42とイオン源室40との接続部43の温度が低くなり、その結果、壁部44や接続部43に窒素ガスが吸着し、凍りついて凝固してしまう。
壁部44や接続部43に窒素が凝固すると、原料ガスを置換した後も凝固した窒素がガス供給源となってしまう。例えば、窒素ガスを原料ガスとするイオンビームで試料のフォトマスクを加工し、その後、前記フォトマスクよりも照射ダメージの影響を受けやすいEUVLマスクを、質量の小さい水素ガスを原料ガスとするイオンビームで加工する場合において、窒素ガスを水素ガスに置換すると、水素をイオン化する電界強度が窒素をイオン化する電界強度に近く、水素をイオン化すると窒素もイオン化されてしまうため、水素イオンに質量の大きい窒素イオンを混入させる原因となり、EUVLマスクを損傷させてしまうという問題がある。
このような温度保持工程により、置換前ガスの壁面への吸着を抑え、置換後のガス純度を高めることができる。
次に、本発明の第二実施形態について説明する。
この実施形態は、前記第一実施形態に対して、壁面温度を所定温度に保つ代わりに、ガス置換時にエミッタ41を加熱する点で特に異なる。その他の、前記実施形態と同一構成には同一符号を付して詳細説明は省略する。
その後、ステップS24でヒータ45をOFFにし、続くステップS25で置換ガスであるガスBを導入した後、処理を終了する。
エミッタ41は、その形状や材料の設定により、熱容量が小さく熱伝導率は高いものとされ、ガスBを導入してイオン源室40に充填させる間に所定の動作温度に戻る。
そして、上記実施形態における構成は本発明の一例であり、当該発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。
30 制御部
34 温度制御部
40 イオン源室
41 エミッタ
42 冷却装置
45 ヒータ
Claims (4)
- イオンビームを放出するエミッタと、
前記エミッタを収容するとともに原料ガスが導入されるイオン源室と、
前記イオン源室を冷却する冷却装置と、
装置全体を制御する制御部と、を備えた集束イオンビーム装置において、
前記制御部が、前記イオン源室における前記原料ガスに接する壁面の温度を、前記原料ガスが凍りつく温度よりも高い温度に保つべく、前記冷却装置を作動制御する温度制御部を有することを特徴とする集束イオンビーム装置。 - イオンビームを放出するエミッタと、
前記エミッタを収容するとともに原料ガスが導入されるイオン源室と、
前記イオン源室を冷却する冷却装置と、
装置全体を制御する制御部と、を備えた集束イオンビーム装置の制御方法において、
前記イオン源室における前記原料ガスに接する壁面の温度を、前記原料ガスが凍りつく温度よりも高い温度に保つべく、前記冷却装置を作動制御する温度保持工程を有することを特徴とする集束イオンビーム装置の制御方法。 - イオンビームを放出するエミッタと、
前記エミッタを収容するとともに原料ガスが導入されるイオン源室と、
前記エミッタを加熱するヒータと、
装置全体を制御する制御部と、を備えた集束イオンビーム装置において、
前記制御部が、前記原料ガスの置換時に、前記エミッタを一時的に加熱するべく、前記ヒータを作動制御する温度制御部を有することを特徴とする集束イオンビーム装置。 - イオンビームを放出するエミッタと、
前記エミッタを収容するとともに原料ガスが導入されるイオン源室と、
前記エミッタを加熱するヒータと、
装置全体を制御する制御部と、を備えた集束イオンビーム装置の制御方法において、
前記原料ガスの置換時に、前記エミッタを一時的に加熱するべく、前記ヒータを作動制御する一時加熱工程を有することを特徴とする集束イオンビーム装置の制御方法。
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