JP4354657B2 - 集束イオンビーム装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、試料表面に集束したイオンビームを照射し、試料表面から発生する二次電子や二次イオンなどの荷電粒子を検出し、試料表面の形状を観察したり、試料表面の特定領域をスパッタエッチング加工したり、原料化合物ガス吹き付けと同時にイオンビームを照射することによる試料表面の特定領域に原料化合物ガスに含まれる元素から成る薄膜を堆積したりする集束イオンビーム装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
集束イオンビーム装置は、ガリウムイオンを高圧電源で試料に照射し、観察、加工を行なうが、ガリウムが試料表面に注入されガリウムが残っているガリウム残存層や、ガリウムが試料表面をスパッタエッチグしたときに試料側に結晶構造の傷ついた破砕層ができる。そのため、特願平05-041560「集束イオンビーム装置」に示されるように、集束イオンビーム装置に不活性元素イオンビーム装置などを装着し、試料表面のガリウム残存層や破砕層を除去する装置、方法が提案されてきた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
特願平05-041560「集束イオンビーム装置」に示されるように、ガリウム残存層や破砕層を除去するため、アルゴンイオンビーム照射装置が有効であると考えられている。アルゴンイオンビーム照射装置は、発生したイオンビームを集束し、偏向する装置が標準的である。しかし、構造が複雑で高価であるという課題がある。また、アルゴンイオンビーム照射装置が大きくなるため、集束イオンビーム装置側を予めアルゴンイオンビーム照射装置取付を考慮して設計、製作しなければならないという課題もある。そのため、機能に大幅な制約があるものの、小型で構造の簡単なペニング型アルゴンイオンビーム照射装置の採用が検討されてきた。ところが、ペニング型アルゴンイオンビーム照射装置は、アルゴンイオンビーム発生に永久磁石を使用する。そのため、永久磁石からの漏れ磁場により集束イオンビームが影響を受け、集束イオンビーム装置の観察像分解能や加工精度が劣化すると言う課題があった。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は上記の問題点を解決するために発明されたものである。その手段は、集束イオンビーム発生部、上記の集束イオンビームを偏向走査するための偏向電極、上記集束イオンビームを照射する試料を載置する試料ステージ、試料の集束イオンビーム照射位置表面に不活性元素イオンビームを照射する不活性元素イオンビーム照射部と、集束イオンビームを照射することにより発生する二次荷電粒子を検出する二次荷電粒子検出器とから構成されている。そして、不活性元素イオンビーム照射部は、試料表面に近接して試料表面に不活性元素イオンビームを照射する操作状態と、試料表面から離れて不活性元素イオンビームを試料に照射しない待避状態の二つの動作状態がある。
【０００５】
上記構成の主要手段の作用は、イオンビーム発生部、偏向電極、走査制御部、イオンビーム走査領域設定部などによって集束及び走査制御された集束イオンビームが試料表面に照射される。集束イオンビームをパターン状に繰り返し走査・照射をすることにより、試料表面の観察や加工を行なう。このとき、不活性元素イオンビーム照射装置は試料表面から離れた待避状態にある。そして、集束イオンビームによる試料表面への照射が終了すると、不活性元素イオンビーム照射装置は、試料に近づく操作状態になる。集束イオンビームの照射された試料表面領域を含むように不活性元素イオンビームが試料表面に照射され、集束イオンビーム照射により形成されたイオン元素残存層や破砕層がエッチングされ、試料表面から除去される。
【０００６】
【実施例】
以下に本発明の実施例を図面に基づき詳細に説明する。
【０００７】
まず、不活性元素イオンビーム照射部７が待避状態にある集束イオンビーム装置を第1図にて説明する。
【０００８】
試料室６に集束イオンビーム発生部２、不活性元素イオンビーム照射部７、二次荷電粒子検出器３が取り付けられている。図示しないが、ガス供給装置が取り付けられることもある。試料室６及び集束イオンビーム発生部２などは図示されていないが、真空ポンプにより高真空に保たれている。集束イオンビーム発生部２は、イオンビーム発生部、集束レンズ、対物レンズ、偏向電極などからなる。集束イオンビーム発生部２から発生する集束イオンビーム１は試料ステージ５に載置された試料４の表面に照射される。このとき、試料表面から発生した二次荷電粒子は二次荷電粒子検出器３によって検出される。不活性元素イオンビーム照射装置は、集束イオンビーム１に影響を及ぼすことのないよう試料表面から離れた待避状態にある。
【０００９】
続いて、不活性元素イオンビーム照射部７が操作状態にある集束イオンビーム装置を第2図にて説明する。
【００１０】
不活性元素イオンビーム照射部７は、試料表面に近付いた操作状態にある。そして、試料表面に不活性元素イオンビーム８が照射されている。
【００１１】
ペニング型不活性元素イオンビーム照射部を第3図によって説明する。
【００１２】
ペニング型不活性元素イオンビーム照射部は永久磁石３５、高電圧電極、不活性元素ガス導入部からなる。反応室３３に導入された不活性元素ガスは、永久磁石３５と高電圧電極３２，３６から形成される電磁場によりイオンとなり、射出孔３７から射出される。ペニング型不活性元素イオンビーム照射部で用いられる永久磁石３５から発生する磁場が、集束イオンビームに大きく影響することを回避するため、ペニング型不活性元素イオンビーム照射部の周囲を磁気シールド３１が取り囲んでいる。
【００１３】
このとき、磁気シールド３１はペニング型不活性元素イオンビーム照射部と一緒に移動しない。ペニング型不活性元素イオンビーム照射部が待避状態になると、磁石部分が磁気シールド３１の奥に納まるようになる。また、図示していないが、磁気シールド３１に蓋があり、待避状態となって奥に下がったペニング型不活性元素イオンビーム照射部が磁気シールド３１によって包まれるようにすることもできる。
【００１４】
集束イオンビーム装置によって観察、加工された試料の表面には、集束イオンビームの元素が残るイオン元素残存層や、集束イオンビームは衝突しスパッタエッチングしたことにより形成される破砕層ができる。不活性元素イオンビームの照射により、この残存層や破砕層をスパッタエッチングする。このとき、第4図に示すように、不活性元素イオンビーム８はスパッタエッチングする残存層、破砕層９の存在する試料４の表面に対して可能な限り浅い角度で照射する。
【００１５】
そして、そのとき、第5図や第6図で示すように不活性元素イオンビーム８の試料表面への入射角度が浅い角度である状態を保持しながら、試料ステージを回転させる。このように、試料４を不活性元素イオンビーム８に対して回転させることにより、試料４の表面を均一にスパッタエッチングすることができる。試料ステージの回転速度は、少なくとも照射時間の間に1回転以上する必要がある。
【００１６】
また、図示していないが、不活性元素イオンビーム８を照射しながら、試料４を構成する元素と反応し、化合物ガスになる元素や分子を含むガスを試料表面に吹き付け、不活性元素イオンビーム８によってスパッタエッチングされた試料表面の物質が、再び試料表面に堆積してしまうことを回避することもできる。
【００１７】
【発明の効果】
以上本発明によれば、集束イオンビーム照射によって試料表面に形成される残存層や破砕層を、集束イオンビーム装置に取り付けられた小型で安価な不活性元素イオンビーム装置で取り除くことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による集束イオンビーム装置のうち、不活性元素イオンビーム装置が待避状態である場合を説明するものである。
【図２】本発明による集束イオンビーム装置のうち、不活性元素イオンビーム装置が操作状態である場合を説明するものである。
【図３】本発明に用いる不活性元素イオンビーム装置を説明するものである。
【図４】試料表面の残存層または破砕層に照射される不活性元素イオンビームの照射角度を説明するものである。
【図５】不活性元素イオンビームを照射するときの、試料の移動方法を説明するものである。
【図６】不活性元素イオンビームを照射するときの、試料の移動方法を説明するものである。
【符号の説明】
１ 集束イオンビーム
２ 集束イオンビーム発生部
３ 二次荷電粒子検出器
５ 試料ステージ
６ 試料室
７ 不活性元素イオンビーム照射部

Claims (3)

1. イオンビーム発生部と、前記イオンビーム発生部から引き出されたイオンビームを集束するための集束レンズ系と、前記集束レンズ系で集束された集束イオンビームを偏向走査するための偏向電極とからなる集束イオンビーム発生部と、前記集束イオンビームが照射される試料を載置して移動可能な試料ステージと、前記試料ステージに載置した試料表面の前記集束イオンビームの照射領域を含んだ領域に不活性元素イオンビームを照射する不活性元素イオンビーム照射部からなる集束イオンビーム装置において、前記不活性元素イオンビーム照射部は、永久磁石を備え、かつ、前記試料表面近傍に近づいて不活性元素イオンビームを試料に照射する操作状態と、前記試料表面近傍から離れて不活性元素イオンビームを試料に照射しない待避状態の二つの動作状態を持つことを特徴とする集束イオンビーム装置。
2. 請求項1記載の集束イオンビーム装置において、不活性元素イオンビーム照射の際に、前記試料ステージは前記試料を前記不活性元素イオンビームが前記試料表面に浅い角度で照射される状態で保持しながら、回転することを特徴とする集束イオンビーム装置。
3. 請求項２記載の集束イオンビーム装置において、前記不活性元素イオンビームの照射時間は、前記試料ステージが１回転する時間よりも長い時間であることを特徴とする集束イオンビーム装置。

Images