JP4336025B2 - 荷電粒子ビーム装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する分野】
本発明は、被照射物チャンバー内にガスを供給する機構を備えた荷電粒子ビーム装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
イオン源からのイオンビームを被照射物上で集束して照射する集束イオンビーム装置の中に、被照射物のエッチングやデポジション等を行う為に、被照射物のイオンビーム照射点に適宜なガスを吹き付ける為のガス導入機構を備えたものがある。
【０００３】
図１はこの様なガス導入機構を備えた集束イオンビーム装置の概略を示したものである。図中１は集束イオンビーム光学系鏡筒で、内部には、イオン源、イオン源からのイオンビームを被照射物上で集束させるための集束レンズ、該イオンビームの被照射物上での照射位置をコントロールするための偏向器、該イオンビームの被照射物方向への照射／非照射（オン／オフ）を行うためのブランキング機構等が設けられている。
【０００４】
図中２は前記集束イオンビーム光学系鏡筒１を載置している被照射物チャンバーで、内部に、被照射物３を載置したステージ４及びガス導入機構５が設けられている。
【０００５】
該ガス導入機構５はチャンバー２の上部壁に取り付けられ、二重管構造になっており、外側の管がガス化するための材料（ガス化材料と称す）を収納するためのガス化材料収納部６に成っており、内側の管、即ち、中心軸Ｏ上の管がガス導入管７となっている。このガス導入管はそのまま前記二重管構造の部材から被照射物側に延びており、先端部がノズル状になっている。前記ガス化材料収納部６とガス導入管７とは上部空間部８で繋がっており、この空間部に、中心軸Ｏに沿って移動するガス供給コントロール用バルブ９が設けられている。１０は該バルブの移動を制御するアクチュエータである。前記二重管構造部材及びガス導入管が延びた単管部の外側には加熱用ヒータ１１が設けられている。
【０００６】
この様な集束イオンビーム装置において、例えば、デポジションを行う場合、外部からの指令に基づいてアクチュエータ１０を作動させ、ガス供給コントロール用バルブ９を被照射物方向に移動させガス化材料収納部６とガス導入管７との間を遮断した状態にしておき、排気手段（図示せず）により被照射物チャンバー２内を所定の真空度にした後、加熱用ヒータ１１をオンの状態にしてガス化材料収納部６に収容されたガス化材料（例えば、デポジション等の場合には、有機金属）を加熱し昇華（ガス化）させる。この時、外部からの指令に基づいてアクチュエータ１０を作動させ、前記ガス供給コントロール用バルブ９を反被照射物方向に移動させガス化材料収納部６とガス導入管７との間を連通した状態する。この結果、前記収納部６で昇華したガス化材料はガス導入管７を通り、その先端のノズル部から被照射物３上に向け吹き出される。このガス化材料の被照射物上への噴射と共に、集束イオンビーム光学系鏡筒１のイオン源（図示せず）からの集束イオンビームを被照射物上の所定の位置に照射することにより、その位置にガス化材料が堆積する。
さて、被照射物にエッチングを施す場合、エッチング向上に最適な腐食性ガスはエッチング対象物の種類により異なる。又、被照射物上に複数種類の被照射物のデポジションを行う場合があり、この様なデポジションを行う場合や、前記最適なエッチングを行うような場合、それぞれガス化材料の異なった複数のガス導入機構を被照射物チャンバー２に取り付け、使用する種類のガス化材料が収容されたガス導入機構の少なくとも被照射物に対向するガス導入管を被照射物に近づけ、他のガス導入機構のガス導入管を使用中のガス導入機構と干渉しないように被照射物から離すようにしている。又、台数に関係なくガス導入機構が取り付けられた集束イオンビーム装置において、エッチングやデポジションを行わずに、被照射物上にパターンを描画したり、被照射物上の微小箇所に集束イオンビームを照射する事により検出された微小箇所からのイオンに基づいて微小箇所の分析など行う場合にはガス導入機構のガス導入管を被照射物から離すようにしている。
図２はこの様にガス導入機構の少なくともガス導入管を被照射物に近づけたり離したりする為のリトラクタブル機構を備えた集束イオンビーム装置の概略を示したものである。図中前記図１にて使用した記号と同一記号の付されたものは同一構成要素である。
【０００７】
図中２１はガス導入機構で、被照射物チャンバー２の上部壁に取り付けられている。２２は径の大きい管部（大径管部）２２Ｂと細管部（ガス導入管）２２Ｓから成るガス導入系ケーシングで、大径管部２２Ｂの先端に細管部（ガス導入管）２２Ｓが取り付けられている。尚、前記細管部２２Ｓの先端はノズル状に成っている。
【０００８】
２３はガス導入機構取り付け用フランジで、前記ガス導入系ケーシング２２の細管部２２Ｓの外周一部を支持するようにチャンバー２の外壁に取り付けられている。
【０００９】
２４は前記ガス導入系ケーシング２２を駆動するためのエアシリンダの如きアクチュエーター、２５は該アクチュエーターにより中心軸Ｏに沿って往復移動するピストンの如きアクチュエーター出力棒である。該アクチュエーター出力棒２５は前記大径管部２２Ｂの反被照射物側に接続されている。２６は前記アクチュエータ２４を支持するアクチュエーター支持枠で、ガス導入機構取り付け用フランジ２３に取り付けられている。
【００１０】
２７は一端部が前記細管（ガス導入管）２２Ｓの孔２８に繋がり、他端部が前記大径管部２２Ｂに開けられた長孔２９及びアクチュエーター支持枠２６に開けられた長孔３０を介してガス流コントローラー３１に繋がったガス配管である。該ガス配管は、金属製であり、ガス導入系ケーシング２２が中心軸Ｏに沿って移動した時に、該移動に柔軟に対応出来るように大径管２２Ｂ部に位置する部分はコイル状になっており、更に、ガス配管２７を貫通させている前記大径管部２２Ｂの孔２９及びアクチュエーター支持枠２６に開けられた孔３０は中心軸Ｏ方向に長くなるように形成されている。
【００１１】
前記ガス流コントローラ３１は、ガス化材料を加熱してガス化する様に成したガス源３２から前記ガス配管２７へのガス量をコントロールする（ガスの遮断も含む）もので、前記アクチュエーター支持枠２６の外側に取り付けられている。
尚、前記ガス導入系ケーシング２２は直線移動のみして回転しないように、該ガス導入系ケーシング２２の細管部２２Ｓの肉厚部には中心軸Ｏに平行な長穴３３が開けられており、且つ、前記ガス導入系機構取り付けフランジ２３と該長穴３３との間には回転止め用ピン３４が設けられている。
【００１２】
この様な集束イオンビーム装置において、例えば、デポジションを行う場合についてその動作を以下に説明する。
【００１３】
最初の状態、即ち、被照射物上へのガス材料を供給しない時の状態においては、ガス流コントローラ３１はガス配管２７へのガスを遮断しており、又、アクチュエーター２４によりアクチュエーター出力棒２５は最も被照射物７から離れた位置に移動しており、その為、ガス導入系ケーシング２２の細管部２２Ｓの最先端も被照射物３から最も離れた位置（ガス非供給位置）にある。
【００１４】
この様な状態において、被照射物３上にガス化材料を供給する場合、外部からの指令に基づいてアクチュエータ２４を作動させ、アクチュエーター出力棒２５を中心軸Ｏに沿って被照射物３方向に所定量移動させる。該移動に同期してガス導入系ケーシング２２が中心軸Ｏに沿って被照射物３方向に所定量移動する。この時、ガス配管２７の少なくともコイル状部分が該移動に対応して中心軸Ｏに沿って被照射物３方向に伸びる。この移動により、細管部２２Ｓの先端がガス供給位置に来る。この時、外部からの指令に基づいて前記ガス流コントローラ３１を作動させ、ガス源３２からのガスをガス配管２７へ所定量流す。該ガスはガス配管２７を通って前記細管部２２Ｓの孔内に入り、被照射物３上に吹き出される。
【００１５】
このガスの被照射物上への噴射と共に、集束イオンビーム光学系鏡筒１のイオン源（図示せず）からの集束イオンビームを被照射物上の所定の位置に照射することにより、その位置にガス材料が堆積する。
【００１６】
次に、この様なデポジションを止める場合には、外部からの指令に基づいて前記ガス流コントローラ３１を作動させガス源３２からガス配管２７へのガス供給を遮断する。同時に、外部からの指令に基づいてアクチュエータ２４を作動させ、アクチュエーター出力棒２５を中心軸Ｏに沿って反被照射物方向に所定量移動させる。該移動に同期してガス導入系ケーシング２２が中心軸Ｏに沿って反被照射物３方向に所定量移動する。この時、ガス配管２７の少なくともコイル状部分が該移動に対応して中心軸Ｏに沿って反被照射物方向に縮む。この移動により、該ガス導入系ケーシング２２の細管部２２Ｓの最先端が被照射物３から最も離れた最初の状態になる。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
さて、この様に、アクチュエータ２４によりアクチュエーター出力棒２５を中心軸Ｏに沿って移動させることにより、ガス導入系ケーシング２２の細管部２２Ｓの最先端をガス供給位置とガス非供給位置に持って来るようにしている。この際、前記移動に対応出来るように、ガス流コントローラー３１とガス導入系ケーシングの細管部２２Ｓの孔を繋ぐガス管２７に可撓性を持たせている。即ち、ガス配管２７の中間部をコイル状に形成することにより、前記移動時にガス配管２７の少なくとも中間部が中心軸Ｏ方向に伸縮するようにしている。
【００１８】
この様に、ガス配管２７の中間部をコイル状に形成すると、ガス配管自体が極めて長いものとなり、その為に、ガス配管２７全体の流路体積が極めて大きなものとなる。その為、ガス流の応答性が悪化し、ガス流量のコントロールが難しくなる。そこで、ガス配管を、変形し易い樹脂チューブで形成し、コイル状に形成される部分を少なくする方法も考えられるが、樹脂チューブは金属製の管に比べ放出ガス量が多く且つ金属製の管に比べ密封性が劣るため、真空を必要とする被照射物チャンバーにとって問題となる。
【００１９】
本発明は、この様な問題点を解決する為になされたもので、新規な荷電粒子ビーム装置を提供することを目的とするものである。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
本発明の荷電粒子ビーム装置は、被照射物に荷電粒子ビームを照射するための荷電粒子ビーム照射系と、前記被照射物上の荷電粒子ビーム照射箇所にガスを吹き付けるためのガス導入機構が被照射物チャンバーに取り付けられており、前記ガス導入機構は、アクチュエーター，該アクチュエーターの駆動により移動するアクチュエーター出力棒，該出力棒の移動に基づいてガスを吹き付ける時の位置と吹き付けない時の位置の間で移動するガス導入系ケーシング，ガス源，該ガス源からのガスを前記ガス導入系ケーシングのガス導入管内に導くためのガス配管，及び前記ガス源とガス配管の間にあって該ガス配管へのガスの流れをコントロールするためのガス流コントローラーから成る荷電粒子ビーム装置であって、前記ガス源とガス流コントローラーは前記被照射物チャンバー外に設けられており、前記ガス流コントローラーを前記アクチュエーターの駆動により移動する部材に取り付けたことを特徴とする。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【００２２】
図３は本発明の荷電粒子ビーム装置として、例えば、集束イオンビーム装置の１概略例を示したもので、図中前記図２と同一記号の付されたものは同一構成要素を示す。
【００２３】
図３に示す装置と図２に示す装置の構造上の差異は次の通りである。
【００２４】
図３に示す装置においては、ガス流コントローラー３１が、アクチュエーター２４により中心軸Ｏに沿って移動するアクチュエーター出力棒２５に同期して移動する可動性のガス導入系ケーシング２２の大径管部２２Ｂの外側に取り付けられている。又、ガス流コントローラー３１とガス導入系ケーシング２２の細管部２２Ｓの孔を結ぶガス配管２７´は可撓性を持たせる必要が無いので、ガス導入系ケーシング２２の移動に対応して部分的に伸縮する様に形成されておらず、例えば、最短距離でガス流コントローラー３１と細管部２２Ｓの孔を結ぶ長さの金属製管で形成されている。
この様な構成の集束イオンビーム装置において、例えば、デポジションを行う場合についてその動作を以下に説明する。
【００２５】
最初の状態、即ち、被照射物上へのガス材料を供給しない時の状態においては、ガス流コントローラ３１はガス配管２７´へのガスを遮断しており、又、アクチュエーター２４によりアクチュエーター出力棒２５は最も被照射物７から離れた位置に移動しており、ガス導入系ケーシング２２の細管部２２Ｓの最先端が被照射物３から最も離れた位置（ガス非供給位置）にある。
【００２６】
この様な状態において、被照射物３上にガス化材料を供給する場合、外部からの指令に基づいてアクチュエータ２４を作動させ、アクチュエーター出力棒２５を中心軸Ｏに沿って被照射物３方向に所定量移動させる。該移動に同期して、一体化されたガス導入系ケーシング２２，ガス流コントローラ３１及びガス配管２７´が共に中心軸Ｏに沿って被照射物３方向に所定量移動する。この結果、細管部２２Ｓの先端がガス供給位置に来る。この時、外部からの指令に基づいて前記ガス流コントローラ３１を作動させ、ガス源３２からのガスをガス配管２７´へ所定量流す。該ガスはガス配管２７´を通って前記細管部２２Ｓの孔内に入り、被照射物３上に吹き出される。
【００２７】
このガスの被照射物上への噴射と共に、集束イオンビーム光学系鏡筒１のイオン源（図示せず）からの集束イオンビームを被照射物上の所定の位置に照射することにより、その位置にガス材料が堆積する。
【００２８】
次に、この様なデポジションを止める場合には、外部からの指令に基づいて前記ガス流コントローラ３１を作動させガス源３２からガス配管２７´へのガス供給を遮断する。同時に、外部からの指令に基づいてアクチュエータ２４を作動させ、アクチュエーター出力棒２５を中心軸Ｏに沿って反被照射物方向に所定量移動させる。該移動に同期して、一体化されたガス導入系ケーシング２２，ガス流コントローラー３１及びガス配管２７が中心軸Ｏに沿って反被照射物３方向に所定量移動し、その結果、該ガス導入系ケーシング２２の細管部２２Ｓの最先端が被照射物３から最も離れた最初の状態になる。
【００２９】
以上説明したように、ガス流コントローラー３１が、アクチュエーター２４により中心軸Ｏに沿って移動するアクチュエーター出力棒２５に同期して移動する可動性の部材に取り付けられているので、ガス流コントローラー３１とガス導入系ケーシング２２の細管部２２Ｓの孔を結ぶガス配管２７´は可撓性が不要となり、長さの短い金属で形成可能となる。従って、ガス配管全体の流路体積が極めて小さくなり、その為に、ガス流の応答性が向上し、ガス流量のコントロールが著しく容易となる。
【００３０】
尚、アクチュエータとアクチュエーター出力棒は前記例のものに限定されない。例えば、モーターと該モータの軸の回転により直線移動する棒から成しても良い。
【００３１】
又、ガス流コントローラーをガス導入系ケーシング２２の大径管部２２Ｂの外側に取り付けるようにしたが、アクチュエーター出力棒の移動に同期して移動する可動性のものなら別のものに取り付けても良い。例えば、細管部２２Ｓの外側に取り付けるようにしても良い。
【００３２】
又、前記例ではデポジションを行う場合を説明したが、エッチング等を行う場合にも当然のことながら応用可能である。
【００３３】
又、前記例では１つのガス導入機構を備えた場合を説明したが、複数のガス導入機構を備えた場合にも応用可能である。
【００３４】
又、前記例で説明したガス導入機構は図３に示したものに限定されないことは言うまでもない。例えば、被照射物の近傍にガスを供給し、電子ビームを所定の箇所に照射することにより、被照射物の所定箇所を加工するようにした電子ビーム加工装置等のガス導入機構にも応用可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来の集束イオンビーム装置の１概略例を示している。
【図２】 従来のリトラクタブル機構を備えた集束イオンビーム装置の１概略例を示している。
【図３】 本発明のリトラクタブル機構を備えた集束イオンビーム装置の一概略例を示している。
【符号の説明】
１…集束イオンビーム光学鏡筒
２…被照射物チャンバー
３…被照射物
４…ステージ
２１…ガス導入機構
２２…ガス導入系ケーシング
２２Ｂ…大径管部
２２Ｓ…細管部（ガス導入管）
２３…ガス導入系機構取り付けフランジ
２４…アクチュエーター
２５…アクチュエーター出力棒
２６…アクチュエーター支持枠
２７…ガス配管
２８…孔
２９…長孔
３０…長孔
３１…ガス流コントローラー
３２…ガス源
３３…長穴
３４…回転止め用ピン

Claims (7)

1. 被照射物に荷電粒子ビームを照射するための荷電粒子ビーム照射系と、前記被照射物上の荷電粒子ビーム照射箇所にガスを吹き付けるためのガス導入機構が被照射物チャンバーに取り付けられており、前記ガス導入機構は、アクチュエーター，該アクチュエーターの駆動により移動するアクチュエーター出力棒，該出力棒の移動に基づいてガスを吹き付ける時の位置と吹き付けない時の位置の間で移動するガス導入系ケーシング，ガス源，該ガス源からのガスを前記ガス導入系ケーシングのガス導入管内に導くためのガス配管，及び前記ガス源とガス配管の間にあって該ガス配管へのガスの流れをコントロールするためのガス流コントローラーから成る荷電粒子ビーム装置であって、前記ガス源とガス流コントローラーは前記被照射物チャンバー外に設けられており、前記ガス流コントローラーを前記アクチュエーターの駆動により移動する部材に取り付けた荷電粒子ビーム装置。
2. 前記荷電粒子ビームは集束イオンビームである請求項１記載の荷電粒子ビーム装置。
3. 前記ガス配管は前記ガス流コントローラーとガス導入管を最短距離で結ぶ長さを有している請求項１記載の荷電粒子ビーム装置。
4. 前記ガス配管は金属製である請求項１記載の荷電粒子ビーム装置。
5. 前記アクチュエーターを支えた支持体を前記被照射物チャンバーに取り付けた請求項１記載の荷電粒子ビーム装置。
6. 前記ガス導入系ケーシングは、前記アクチュエーター出力棒に繋がった大径管部と、該大径管部に繋がった前記ガス導入管から成り、前記ガス配管が前記大径管部を介して前記ガス導入管に繋がっている請求項１記載の荷電粒子ビーム装置。
7. 前記ガス流コントローラーは前記ガス導入系ケーシングの大径管部に取り付けられている請求項６記載の荷電粒子ビーム装置。

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