JP5989959B2 - 集束イオンビーム装置 - Google Patents
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Description
本発明に係る集束イオンビーム装置は、針状のチップと、チップにガスを供給するガス供給部と、チップとの間で電圧を印加し、チップ表面に吸着したガスをイオン化してイオンを引き出す引出電極と、イオンを試料に向けて加速させるカソード電極と、を有する電界電離型イオン銃部と、電界電離型イオン銃部から放出されたイオンビームの一部を通過させる開口部を有するアパーチャと、試料にイオンビームを集束させるレンズ系と、を有する。これにより電界電離型イオン銃部から放出されたイオンビームの光軸中心付近のイオンビームのみを開口部から通過させることができる。従って、集束レンズにはイオンビームの光軸中心付近のイオンビームのみを入射することができるので、イオンビームの外周成分が中心成分に混ざることがないために、試料に形状の整った良好なビームプロファイルを持つビームを照射することができる。
本実施形態の集束イオンビーム装置は、図1に示すように、針状のチップ1と、チップ1にガスを供給するイオン源用ガスノズル2とイオン源用ガス供給源3からなるガス供給部と、チップ1との間で電圧を印加し、チップ1の表面に吸着したガスをイオン化してイオンを引き出す引出電極4と、イオンを試料13に向けて加速させるカソード電極5からなるイオン銃部19を備えている。また針状のチップ1はチップ1を支持するフィラメント(図示せず)に電流を流すことにより加熱する機構を備えている。そして、イオン銃部19とレンズ系の間に配置された第二のアパーチャ10と、試料13にイオンビーム11を集束させる集束レンズ電極6と対物レンズ電極8からなるレンズ系を備えている。これによりイオン銃部19から放出されたイオンビーム11を制限することができる。また、集束レンズ電極6と対物レンズ電極8の間に開口部7aを有する第一のアパーチャ7を備えている。また、第一のアパーチャ7は開口径の異なる開口部7aを備えている(図示せず)。異なる大きさの開口径を選択し、ビーム軸の設置することで、通過するイオンビーム11のビーム量を調整することができる。そして、イオン銃部19を装置の外側からレンズ系に対して相対的に移動可能な調整機構20を備える。
電界電離型イオン源は、図3に示すように、イオン発生室21と、チップ1と、引出電極4と、冷却装置24とを備えている。
イオン銃部19は、上記電界電離型イオン源と引出電極4を通過したイオン11aを試料13に向けて加速させるカソード電極5とを備えている。そして、イオン銃部19は調整機構20と接続されている。調整機構20は真空外部からイオン銃部19をレンズ系に対して相対的に移動する。これによりレンズ系に入射するイオンビーム11の位置を調整することができる。
レンズ系は、チップ1側から試料13側に向けて順に、イオンビーム11を集束する集束レンズ電極6と、イオンビーム11を絞り込む第一のアパーチャ7と、イオンビーム11の光軸を調整するアライナ(図示せず)と、イオンビーム11の非点を調整するスティグマ(図示せず)と、イオンビーム11を試料13に対して集束する対物レンズ電極8と、試料上でイオンビーム11を走査する偏向器(図示せず)とを備えて構成される。
電界電離型イオン源では、図4に示すように、イオン11aは、チップ先端1aの微細構造、つまり先端の凸部1bを反映した方向に放出される。図4のように凸部1bが複数存在するとイオン11aは複数の方向に放出される。またイオン11aの各方向でのビームの広がり角は数度ときわめて狭い。
ガス銃18は、試料13表面にデポジション膜の原料ガス(例えば、フェナントレン、ナフタレンなどのカーボン系ガス、プラチナやタングステンなどの金属を含有する金属化合物ガスなど)を原料容器からノズルを通して供給する構成になっている。
本実施形態のビーム調整方法を説明する。第二のアパーチャ10で径が一番大きい開口部10aをイオンビーム11の照射軸に配置する。チップ1からイオン銃部19からイオンビームを照射した状態で二次電子像を見ながら、調整機構20を操作してイオンビームが試料13に多く到達するイオン銃部19のレンズ系に対する位置を探す。試料13にイオンビームが多く到達するイオン銃部19の位置において、対物レンズ電極8の印加電圧を変化させ、電圧が変化しても二次電子像が動かないようにガンアライメント電極9の印加電圧を調整する。
本実施形態の観察、加工方法を説明する。冷却装置24によって冷却されたチップ1にイオン源用ガスノズル2を介してヘリウムガスを供給し、チップ1にヘリウムガスを吸着させる。チップ1と引出電極4の間に電圧を供給して吸着したヘリウムガスをイオン化して、引出電極4の開口部からレンズ系に向けてイオン11aを射出する。ガンアライメント電極9で照射軸を偏向されたイオンビーム11のビーム中心部分は第二のアパーチャ10の開口部を通過して集束レンズの中心部に入射される。レンズ系で集束されたイオンビーム11は試料13の表面に照射される。試料13から発生した二次電子を検出器14で検出する。ここで検出器14は二次電子を検出する場合は二次電子検出器を用い、二次イオンを検出する場合は二次イオン検出器を用いることが好ましい。さらに反射イオンを検出する場合は反射イオン検出器を用いることが可能である。検出器14の検出信号とイオンビーム11を走査電極(図示せず)に入力する走査信号から制御部16内の画像形成部で二次電子像を形成する。これにより試料13表面を観察する。
2…イオン源用ガスノズル
3…イオン源用ガス供給源
4…引出電極
5…カソード電極
6…集束レンズ電極
7…第一のアパーチャ
7a…開口部
8…対物レンズ電極
9…ガンアライメント
10…第二のアパーチャ
10a…開口部
11…イオンビーム
12…試料ステージ
13…試料
14…検出器
15…試料室
16…制御部
17…表示部
18…ガス銃
19…イオン銃部
20…調整機構
21…イオン発生室
24…冷却装置
25…ガス分子
27…電源
Claims (5)
- 針状のチップと、
前記チップにガスを供給するガス供給部と、
前記チップとの間で電圧を印加し、前記チップ表面に吸着した前記ガスをイオン化してイオンを引き出す引出電極と、
前記イオンを試料に向けて加速させるカソード電極と、
を有する電界電離型イオン銃部と、
前記電界電離型イオン銃部から複数の方向に放出されたイオンビームのうち一つの方向に放出されたイオンビームのみを通過させる開口部及び当該開口部の径よりも大きい径を有する開口部を有する第二のアパーチャと、
前記第二のアパーチャよりも前記試料側に配置され、前記試料に前記イオンビームを集束させるレンズ系と、を有し、
前記レンズ系は、前記イオンビームを最初に集束させる集束レンズ電極と、対物レンズ電極と、前記集束レンズ電極と前記対物レンズ電極との間に配置された第一のアパーチャと、を有することを特徴とする集束イオンビーム装置。 - 前記第二のアパーチャは、電気的に絶縁し、前記電界電離型イオン銃部から放出されたイオンビームの電流量を測定する機能を有する請求項1に記載の集束イオンビーム装置。
- 前記電界電離型イオン銃部から放出されたイオンビームの照射方向を調整するガンアライメント電極を有する請求項1または2に記載の集束イオンビーム装置。
- 前記レンズ系は、前記ガンアライメント電極よりも前記試料側に配置する請求項3に記載の集束イオンビーム装置。
- 前記電界電離型イオン銃部は、前記レンズ系に対して移動可能な移動機構を有する請求項1から4のいずれか一つに記載の集束イオンビーム装置。
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