JP6753678B2 - 荷電粒子ビーム装置及びプラズマ点火方法 - Google Patents

Description

本発明は、荷電粒子ビーム装置及びプラズマ点火方法に関する。

従来、誘導結合プラズマイオン源内において、パルス電圧波形を用いてプラズマに点火するための点火装置が提案されている（例えば、特許文献１）。

特開２０１１−２０４６７２号公報

従来の誘導結合プラズマイオン源用のプラズマ点火装置では、パルス電圧波形を用いてプラズマに点火をしている（例えば、特許文献１参照）。
パルス電圧波形を用いることにより、振動波形の初期電圧が非常に高い電圧であっても、パルスあたりの全電力は小さいものである。しかし、パルスの振動波形の初期電圧として高い電圧を印加する必要があった。
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、プラズマが点火されるために必要な電圧を低く抑えることを目的とする。

本発明の一態様は、原料ガスが導入されるガス導入室と、前記ガス導入室に接続されたプラズマ生成室と、前記プラズマ生成室の外周に沿って巻かれ、高周波電力が印加されるコイルと、前記ガス導入室および前記プラズマ生成室の境界に配置され、複数の貫通孔が設けられた電極と、前記電極と離間して設けられたプラズマ電極と、前記プラズマ生成室にプラズマが点火されたか否かを検出する検出部と、前記検出部が検出する結果に基づいて、プラズマが点火される前は、前記プラズマ電極に対して供給する電圧を点火電圧に制御し、かつ前記原料ガスを点火圧に制御し、プラズマが点火された後は、前記プラズマ電極に対して供給する電圧を所定の加速電圧に制御し、かつ前記原料ガスを前記点火圧より低い運転圧に制御する制御部と、を備えることを特徴とする荷電粒子ビーム装置である。

また、本発明の一態様の荷電粒子ビーム装置において、前記所定の圧力には、プラズマが点火されたと前記検出部が検出した場合の第１圧力と、前記第１圧力よりも圧力が低い第２圧力とが含まれ、前記制御部は、プラズマが点火したと前記検出部が検出した場合に、前記第１圧力から前記第２圧力に圧力を変化させて制御する。

また、本発明の一態様の荷電粒子ビーム装置において、前記第２圧力とは、前記プラズマが点火する際に前記プラズマ電極に対して供給される電圧が、点火前の前記原料ガスに対して前記プラズマ電極から印加された場合に、前記原料ガスの点火条件が成立しない範囲の圧力である。

また、本発明の一態様の荷電粒子ビーム装置において、前記制御部は、前記電圧をパッシェンの法則における火花電圧の下限値以上から下限値の２倍の値以下の範囲にして、前記電圧と前記所定の圧力とを対応づけて制御する。

また、本発明の一態様の荷電粒子ビーム装置において、前記プラズマ生成室と、前記コ
イルとの間に設けられるシールドとを更に備え、前記電極はフローティング電極である。
また、本発明の一態様の荷電粒子ビーム装置において、前記検出部は、前記コイルのインピーダンスの変化を検出することにより、前記プラズマ生成室にプラズマが点火されたことを検出する。

また、本発明の一態様は、原料ガスが導入されるガス導入室と、前記ガス導入室に接続されたプラズマ生成室と、前記プラズマ生成室の外周に沿って巻かれ、高周波電力が印加されるコイルと、前記ガス導入室および前記プラズマ生成室の境界に配置され、複数の貫通孔が設けられた電極と、前記電極と離間して設けられたプラズマ電極とを備える荷電粒子ビーム装置において、前記プラズマ生成室にプラズマが点火されたか否かを検出する検出ステップと、前記検出ステップから検出される結果に基づいて、プラズマが点火される前は、前記プラズマ電極に対して供給する電圧を点火電圧に制御し、かつ前記原料ガスを点火圧に制御し、プラズマが点火された後は、前記プラズマ電極に対して供給する電圧を所定の加速電圧に制御し、かつ前記原料ガスを前記点火圧より低い運転圧に制御する制御ステップと、を有することを特徴とする荷電粒子ビーム装置を用いたプラズマ点火方法である。

本発明によれば、プラズマが点火されるために必要な電圧を低く抑えることができる。

本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置の構成を模式的に示す断面図である。 本発明の実施形態に係るプラズマイオン源の構成を模式的に示す断面図である。 本発明の実施形態に係るプラズマイオン源の絶縁部材をプラズマ生成室側から見た平面図である。 図３に示すＩＶ−ＩＶ断面を含む絶縁部材および末端電極の断面図である。 本発明の実施形態に係る点火制御部の構成を模式的に示すブロック図である。 図５に示す記憶部が記憶するプラズマが点火される前後のガス圧の一例を示す図である。 本発明の実施形態に係るパッシェンの法則に応じた火花電圧と（圧力×電極間距離）との関係を示す図である。 本発明の実施形態に係る点火制御部の処理の一例を示す流れ図である。 本発明の実施形態に係る圧力制御部が制御する圧力の範囲を示す図である。

以下、本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置及びプラズマ点火方法について添付図面を参照しながら説明する。

実施形態に係る荷電粒子ビーム装置１０は、図１に示すように、内部を真空状態に維持可能な試料室１１と、試料室１１の内部において試料Ｓを固定可能なステージ１２と、ステージ１２を駆動する駆動機構１３と、を備えている。荷電粒子ビーム装置１０は、試料室１１の内部における所定の照射領域（つまり走査範囲）内の照射対象に集束イオンビーム（ＦＩＢ）を照射する集束イオンビーム鏡筒１４を備えている。荷電粒子ビーム装置１０は、試料室１１の内部における所定の照射領域内の照射対象に電子ビーム（ＥＢ）を照射する電子ビーム鏡筒１５を備えている。荷電粒子ビーム装置１０は、集束イオンビームまたは電子ビームの照射によって照射対象から発生する二次荷電粒子（二次電子および二次イオンなど）Ｒを検出する検出器１６を備えている。また、荷電粒子ビーム装置１０は、電子ビーム鏡筒１５内部に電子ビームの照射によって照射対象から発生する二次荷電粒子（反射電子）を検出する検出器（図示略）を備えている。荷電粒子ビーム装置１０は、照射対象の表面にガスＧａを供給するガス供給部１７を備えている。荷電粒子ビーム装置１０は、検出器１６によって検出された二次荷電粒子に基づく画像データなどを表示する表示装置２０と、制御部２１と、入力デバイス２２と、を備えている。

荷電粒子ビーム装置１０は、照射対象の表面に集束イオンビームを走査しながら照射することによって、スパッタリングによる各種の加工（エッチング加工など）と、デポジション膜の形成とを実行可能である。荷電粒子ビーム装置１０は、試料Ｓに走査型電子顕微鏡などによる断面観察用の断面を形成する加工と、試料Ｓから透過型電子顕微鏡による透過観察用の試料片（例えば、薄片試料、針状試料など）を形成する加工となどを実行可能である。荷電粒子ビーム装置１０は、試料Ｓなどの照射対象の表面に集束イオンビームまたは電子ビームを走査しながら照射することによって、照射対象の表面の観察を実行可能である。

試料室１１は、排気装置（図示略）によって内部を所望の真空状態になるまで排気可能であるとともに、所望の真空状態を維持可能に構成されている。
ステージ１２は、試料Ｓを保持する。
駆動機構１３は、ステージ１２に接続された状態で試料室１１の内部に収容されており、制御部２１から出力される制御信号に応じてステージ１２を所定軸に対して変位させる。駆動機構１３は、水平面に平行かつ互いに直交するＸ軸およびＹ軸と、Ｘ軸およびＹ軸に直交する鉛直方向のＺ軸とに沿って平行にステージ１２を移動させる移動機構１３ａを備えている。駆動機構１３は、ステージ１２をＸ軸またはＹ軸周りに回転させるチルト機構１３ｂと、ステージ１２をＺ軸周りに回転させる回転機構１３ｃと、を備えている。

集束イオンビーム鏡筒１４は、試料室１１の内部においてビーム出射部（図示略）を、照射領域内のステージ１２の鉛直方向上方の位置でステージ１２に臨ませるとともに、光軸を鉛直方向に平行にして、試料室１１に固定されている。これによって、ステージ１２に固定された試料Ｓなどの照射対象に鉛直方向上方から下方に向かい集束イオンビームを照射可能である。
集束イオンビーム鏡筒１４は、イオンを発生させるプラズマイオン源１４ａと、プラズマイオン源１４ａから引き出されたイオンを集束および偏向させるイオン光学系１４ｂと、を備えている。プラズマイオン源１４ａおよびイオン光学系１４ｂは、制御部２１から出力される制御信号に応じて制御され、集束イオンビームの照射位置および照射条件などが制御部２１によって制御される。イオン光学系１４ｂは、例えば、コンデンサレンズなどの第１静電レンズと、静電偏向器と、対物レンズなどの第２静電レンズと、などを備えている。なお、図１では静電レンズは２組であるが、３組以上備えてもよい。この場合、各レンズ間にアパーチャを設ける。

プラズマイオン源１４ａは、高周波誘導結合プラズマイオン源である。プラズマイオン源１４ａは、図２に示すように、トーチ３０と、第１接地電位フランジ３１および第２接地電位フランジ３２と、ガス導入室３３と、プラズマ生成室３４と、ガス導入室材３５と、末端電極３６と、プラズマ電極３７と、絶縁部材３８と、コイル３９と、ファラデーシールド４０と、図５に示すように、点火制御部５０と、記憶部６０とを備えている。
トーチ３０の形状は、筒状に形成されている。トーチ３０は、誘電体材料によって形成されている。誘電体材料は、例えば、石英ガラス、アルミナ、および窒化アルミニウムの何れかなどである。トーチ３０の第１端部には、第１接地電位フランジ３１が設けられている。トーチ３０の第２端部には、第２接地電位フランジ３２が設けられている。第１接地電位フランジ３１および第２接地電位フランジ３２は、接地電位に維持されている。第１接地電位フランジ３１および第２接地電位フランジ３２は、非磁性金属、例えば、銅やアルミなど、である。
トーチ３０は、ガス導入室３３およびプラズマ生成室３４を形成している。ガス導入室３３は、第１接地電位フランジ３１に接続されるガス導入室材３５と、トーチ３０の内部に配置される末端電極３６とによって形成されている。プラズマ生成室３４は、末端電極３６と、トーチ３０の第２端部に配置されるプラズマ電極３７とによって形成されている。末端電極３６およびプラズマ電極３７は、非磁性金属、例えば、銅やタングステンやモリブデンなど、である。プラズマが末端電極３６およびプラズマ電極３７をスパッタしてトーチ３０の内壁に付着するため、スパッタに必要なエネルギーが高いタングステンやモリブデンの方が好ましい。また、末端電極３６は、フローティング電極である。ガス導入室３３の内部には、絶縁部材３８が収容されている。
トーチ３０の外部には、プラズマ生成室３４の外周に沿って巻かれるコイル３９が配置されている。コイル３９には、ＲＦ電源３９ａから高周波電力が供給される。また、コイル３９には、図５に示すように検出部３９ｂが接続される。検出部３９ｂは、プラズマ生成室３４の内部にプラズマが点火されたか否かを検出する。検出部３９ｂは、コイル３９のインピーダンスの変化を検出することにより、プラズマが点火されたことを検出する。
ファラデーシールド４０は、トーチ３０とコイル３９との間に設けられる。ファラデーシールド４０とは、側面にスリットが設けられた電導性があり且つ非磁性の円筒状の部材である。ファラデーシールド４０は、コイル３９とプラズマの容量結合成分を小さくできる。そのため、ファラデーシールド４０は、イオンビームのエネルギーの広がりを低減することができる。つまり、ファラデーシールド４０を用いることにより、荷電粒子ビーム装置１０はイオンビームを細く絞ることが可能である。

ガス導入室材３５には、ガス供給源（図示略）から流量調整器（図示略）や、図５に示す圧力調整装置３５ｂを介して供給される原料ガスを、ガス導入室３３の内部に導入する開口部３５ａが設けられている。圧力調整装置３５ｂとは、原料ガスの圧力を調整する装置である。具体的には、圧力調整装置３５ｂとは、マスフローコントローラーや、バリアブルリークバルブのことである。
ガス導入室３３およびプラズマ生成室３４の境界に配置される末端電極３６には、ガス導入室３３からプラズマ生成室３４に原料ガスを導入する複数の貫通孔３６ａが設けられている。複数の貫通孔３６ａの各々の大きさＲ（例えば、円形の貫通孔３６ａの直径など）は、プラズマシース長よりも小さく形成されている。プラズマシース長は、例えば、数１０μｍ〜数１００μｍである。
プラズマ電極３７には、プラズマ生成室３４から外部にイオンを引き出す開口部３７ａが設けられている。

ガス導入室３３内の絶縁部材３８は、ボルトなどの接続部材によって末端電極３６に固定されている。絶縁部材３８には、図３に示すように、接続部材（図示略）が装着される装着孔３８ａが形成されている。末端電極３６の表面３６Ａに対向する絶縁部材３８の対向面３８Ａには、図４に示すように、凹溝３８ｂが形成されている。凹溝３８ｂの深さＤ１は、プラズマシース長よりも小さく形成されている。凹溝３８ｂの幅Ｗは、深さＤ１よりも大きく形成されている。絶縁部材３８には、凹溝３８ｂに設けられる複数の貫通孔３８ｃが形成されている。複数の貫通孔３８ｃの各々の大きさ（例えば、円形の貫通孔３８ｃの直径など）は、プラズマシース長よりも小さく形成されている。複数の貫通孔３８ｃの各々の大きさは、例えば、プラズマ電極３７における複数の貫通孔３６ａの大きさＲと同一に形成されている。複数の貫通孔３８ｃの各々は、例えば、プラズマ電極３７における複数の貫通孔３６ａの各々に臨むように配置されている。
なお、プラズマ電極３７には、接続部材（図示略）が装着される装着孔３６ｂが絶縁部材３８の装着孔３８ａに臨むように形成されている。

絶縁部材３８の形状は、ガス導入室材３５と末端電極３６との間における荷電粒子の直接的な移動を妨げる形状に形成されている。絶縁部材３８の形状は、ガス導入室材３５と末端電極３６とが相互に直接見えない形状に形成されている。絶縁部材３８の形状は、例えば、雄ねじ形状などに形成されている。

プラズマ生成室３４の圧力は、０．１Ｐａ〜１０Ｐａ程度に設定されている。プラズマ生成室３４とガス導入室３３との間は、複数の貫通孔３６ａが設けられた末端電極３６によってコンダクタンスが高くなるように設定されているので、ガス導入室３３の圧力はプラズマ生成室３４の圧力と同程度である。プラズマ生成室３４の圧力は、ガス供給源（図示略）からガス導入室３３に導入される原料ガスの流量に応じて調整される。流量調整器（図示略）は、ガス導入室３３に導入される原料ガスの流量を調整することによって、プラズマ生成室３４の圧力を所望の圧力に設定する。

図５に示すように、点火制御部５０は、圧力制御部５１を有する。圧力制御部５１は、検出部３９ｂと接続される。また、圧力制御部５１は、記憶部６０と接続される。さらに、圧力制御部５１は、圧力調整装置３５ｂと接続される。
記憶部６０には、図６に示すように、ガス圧の情報が記憶されている。ガス圧の情報には検出部３９ｂが、プラズマが点火されたことを検出する前と、プラズマが点火されたことを検出した後とで設定するガス圧の情報がある。また、ガス圧の情報には、ガス供給源から供給される原料ガスの種類に応じたガス圧の情報がある。具体的には、記憶部６０には、点火圧Ｐ１が記憶されている。点火圧Ｐ１とは、圧力調整装置３５ｂがプラズマが点火されたことを検出する前に供給するガス圧である。また、記憶部６０には、運転圧Ｐ２が記憶されている。運転圧Ｐ２とは、圧力調整装置３５ｂがプラズマが点火されたことを検出した後に供給するガス圧である。
点火圧Ｐ１及び運転圧Ｐ２は、パッシェンの法則に基づいて予め決められている。パッシェンの法則は、火花電圧と（圧力×電極間距離）との関係を示している。電極間距離は、荷電粒子ビーム装置１０の部品配置によって予め決まっている。

圧力制御部５１は、プラズマが点火される前は、記憶部６０から点火圧Ｐ１を取得する。圧力制御部５１は、圧力調整装置３５ｂに対して、供給する原料ガスの圧力を点火圧Ｐ１に調整する指示を出す。
圧力調整装置３５ｂは、供給する原料ガスの圧力を点火圧Ｐ１に調整する。プラズマ生成室３４の圧力は、点火圧Ｐ１に調整される。
点火圧Ｐ１とは、高圧力領域ＰＴ１（火花電圧Ｖ１，点火圧Ｐ１）が示す、所望の火花電圧Ｖ１によってプラズマを点火できる圧力である。高圧力領域ＰＴ１とは、具体的には、図７に示すようにパッシェンの法則における火花電圧が小さい領域側の圧力である。
なお、上述した説明では、圧力制御部５１が記憶部６０から点火圧Ｐ１及び運転圧Ｐ２を取得した。しかし、圧力制御部５１は点火圧Ｐ１及び運転圧Ｐ２を記憶部６０から取得せずに算出するようにしてもよい。点火圧Ｐ１及び運転圧Ｐ２を言い換えると、圧力制御部５１は、原料ガスの種類と、プラズマ電極３７に印加される電圧（火花電圧）とから、パッシェンの法則に基づいて、供給する原料ガスの圧力を算出してもよい。

プラズマイオン源１４ａは、プラズマ電極３７に所望の電圧を印加する。所望の電圧を印加されたプラズマ電極３７と、末端電極３６との間に火花が飛ぶことにより、プラズマが点火される。

電子ビーム鏡筒１５は、試料室１１の内部においてビーム出射部（図示略）を、照射領域内のステージ１２の鉛直方向に所定角度傾斜した傾斜方向でステージ１２に臨ませるとともに、光軸を傾斜方向に平行にして、試料室１１に固定されている。これによって、ステージ１２に固定された試料Ｓなどの照射対象に傾斜方向の上方から下方に向かい電子ビームを照射可能である。
電子ビーム鏡筒１５は、電子を発生させる電子源１５ａと、電子源１５ａから射出された電子を集束および偏向させる電子光学系１５ｂと、を備えている。電子源１５ａおよび電子光学系１５ｂは、制御部２１から出力される制御信号に応じて制御され、電子ビームの照射位置および照射条件などが制御部２１によって制御される。電子光学系１５ｂは、例えば、電磁レンズと偏向器となどを備えている。

なお、電子ビーム鏡筒１５と集束イオンビーム鏡筒１４の配置を入れ替え、電子ビーム鏡筒１５を鉛直方向に、集束イオンビーム鏡筒１４を鉛直方向に所定角度傾斜した傾斜方向に配置してもよい。

検出器１６は、試料Ｓなどの照射対象に集束イオンビームまたは電子ビームが照射されたときに照射対象から放射される二次荷電粒子（二次電子および二次イオンなど）Ｒの強度（つまり、二次荷電粒子の量）を検出し、二次荷電粒子Ｒの検出量の情報を出力する。
検出器１６は、試料室１１の内部において二次荷電粒子Ｒの量を検出可能な位置、例えば照射領域内の試料Ｓなどの照射対象に対して斜め上方の位置などに配置され、試料室１１に固定されている。

ガス供給部１７は、試料室１１の内部においてガス噴射部（図示略）をステージ１２に臨ませて、試料室１１に固定されている。ガス供給部１７は、集束イオンビームによる試料Ｓのエッチングを試料Ｓの材質に応じて選択的に促進するためのエッチング用ガスと、試料Ｓの表面に金属または絶縁体などの堆積物によるデポジション膜を形成するためのデポジション用ガスと、などを試料Ｓに供給可能である。例えば、Ｓｉ系の試料Ｓに対するフッ化キセノンと、有機系の試料Ｓに対する水と、などのエッチング用ガスを、集束イオンビームの照射と共に試料Ｓに供給することによって、エッチングを選択的に促進させる。また、例えば、フェナントレン、プラチナ、カーボン、またはタングステンなどを含有した化合物ガスのデポジション用ガスを、集束イオンビームの照射と共に試料Ｓに供給することによって、デポジション用ガスから分解された固体成分を試料Ｓの表面に堆積させる。

制御部２１は、試料室１１の外部に配置され、表示装置２０と、操作者の入力操作に応じた信号を出力するマウスおよびキーボードなどの入力デバイス２２とが接続されている。
制御部２１は、入力デバイス２２から出力される信号または予め設定された自動運転制御処理によって生成される信号などによって、荷電粒子ビーム装置１０の動作を統合的に制御する。

制御部２１は、荷電粒子ビームの照射位置を走査しながら検出器１６によって検出される二次荷電粒子の検出量を、照射位置に対応付けた輝度信号に変換して、二次荷電粒子の検出量の２次元位置分布によって照射対象の形状を示す画像データを生成する。制御部２１は、生成した各画像データとともに、各画像データの拡大、縮小、移動、および回転などの操作を実行するための画面を、表示装置２０に表示させる。制御部２１は、加工設定などの各種の設定を行なうための画面を、表示装置２０に表示させる。

上述したように、本発明の実施形態による荷電粒子ビーム装置１０によれば、点火制御部５０が、プラズマ電極３７に印加される電圧に応じて、供給する原料ガスの圧力を点火圧Ｐ１に制御する。点火圧Ｐ１は、パッシェンの法則における火花電圧が小さい領域側の圧力である。したがって、プラズマが点火されるために必要な電圧を低く抑えることができる。

なお、上述した実施形態では、プラズマイオン源１４ａがファラデーシールド４０を備えるとしたが、ファラデーシールド４０は必須ではない。また、上述した実施形態では、末端電極３６はフローティング電極であるとしたが、これに限られず、末端電極３６は、電位がある電位に固定された電極であってもよい。つまり、末端電極３６はフローティング電極であることは必須ではない。

［プラズマが点火した後の点火制御部５０の動作例］
ここまでは、プラズマが点火される前の点火制御部５０の動作の一例について説明したが、次に、プラズマが点火された後の点火制御部５０の動作の一例について説明する。

上述したように、荷電粒子ビーム装置１０は、プラズマの点火前には点火圧Ｐ１に調整された原料ガスを供給する。荷電粒子ビーム装置１０は、プラズマ電極３７に電圧を印加して、プラズマを点火する。荷電粒子ビーム装置１０は、プラズマが点火した後、プラズマ電極３７に印加する電圧は、火花電圧Ｖ１から変化させない。
検出部３９ｂがプラズマの点火を検出すると、点火制御部５０は、記憶部６０から運転圧Ｐ２を取得する。運転圧Ｐ２とは、図６に示すように、プラズマが点火されたことを検出した後のガス圧である。圧力制御部５１は圧力調整装置３５ｂに、原料ガスを供給する圧力を変更する指示を出す。圧力調整装置３５ｂは、供給する原料ガスの圧力を運転圧Ｐ２に調整する。プラズマ生成室３４の圧力は、運転圧Ｐ２に調整される。運転圧Ｐ２とは、より具体的には、図７に示すような、低圧力領域ＰＴ２（火花電圧Ｖ２，運転圧Ｐ２）が示す運転圧Ｐ２である。なお、運転圧Ｐ２は、点火圧Ｐ１よりも低い圧力である。
その後、プラズマ電極３７にはイオンビームの加速エネルギーとなる所定の電圧を印加してプラズマに加速電圧を印加する。プラズマからイオンを引き出すための引出電極（不図示）に電圧を印加して、後段の集束レンズにより集束イオンビームを生成する。
つまり、荷電粒子ビーム装置１０は、運転圧Ｐ２の圧力によって原料ガスを供給する。荷電粒子ビーム装置１０は、運転圧Ｐ２の圧力によって原料ガスを供給することにより、点火されたプラズマを維持する。荷電粒子ビーム装置１０は、点火圧Ｐ１の圧力によって原料ガスを供給すると、プラズマ電極３７に印加する加速電圧を維持できない等、集束イオンビームの性能が低下する（点火されたプラズマは安定せず消える）。

［点火制御部５０の動作手順］
次に、点火制御部５０の動作手順について、図８を参照して説明する。
点火制御部５０は、検出部３９ｂからプラズマが点火されたか否かの検出結果を取得する（ステップＳ１１０）。点火制御部５０は、プラズマが点火されたか否かによって記憶部６０から取得する圧力を判断する（ステップＳ１２０）。プラズマが点火された場合、点火制御部５０は、運転圧Ｐ２を取得する（ステップＳ１３０）。プラズマが点火されていない場合、点火制御部５０は、点火圧Ｐ１を取得する（ステップＳ１４０）。点火制御部５０は、圧力調整装置３５ｂに対して、ガス圧を指示する。圧力調整装置３５ｂは、供給する原料ガスの圧力を、点火制御部５０から指示された圧力に調整する（ステップＳ１５０）。

なお、圧力制御部５１は、プラズマが点火する前に供給する原料ガスの圧力が、パッシェンの法則における火花電圧の下限値以上から下限値の２倍の値以下の範囲に収まるように圧力を調節する。具体的には、図９に示すように、圧力制御部５１は、パッシェンの法則における火花電圧の下限値である高圧力領域ＰＴ１ｍｉｎ（火花電圧Ｖｍｉｎ，点火圧Ｐ１ｍａｘ）以上且つ高圧力領域ＰＴ１ｍａｘ（火花電圧Ｖｍａｘ，点火圧Ｐ１ｍｉｎ）以下の範囲に収まるように調整する。つまり、圧力制御部５１は、供給する原料ガスの圧力が点火圧Ｐ１ｍａｘ以上且つ点火圧Ｐ１ｍｉｎ以下の範囲に収まるように調節する。

なお、上述した実施形態では、点火制御部５０は、プラズマ電極３７に印加する電圧が一定であって、原料ガスの圧力を調整する場合について述べた。点火制御部５０は、原料ガスの圧力が一定であって、プラズマ電極３７に印加する電圧を調整する電圧制御部（不図示）を有する構成であってもよい。

また、ファラデーシールド４０には、電位を切り替えるためのスイッチ（不図示）が設けられてもよい。スイッチは、ファラデーシールド４０の電位を、グランド電位とプラズマ電極３７に印加される電位とを切り替える。この場合には、ファラデーシールド４０の電位がグランド電位の場合には、シールドとして機能する。ファラデーシールド４０の電位がプラズマ電極３７に印加される電位の場合には、プラズマ電極３７として機能する。

また、トーチ３０にレーザーを照射することにより、プラズマを点火させてもよい。

上述したように、本発明の実施形態による荷電粒子ビーム装置１０によれば、プラズマが点火された後に、点火制御部５０は、プラズマ電極３７に印加される電圧に応じて、供給する原料ガスの圧力を運転圧Ｐ２に制御する。運転圧Ｐ２は、パッシェンの法則における火花電圧が大きい領域側の圧力である。したがって、プラズマが点火された後も、プラズマを維持することができる。

なお、上述した実施形態では、電子ビーム鏡筒１５は省略されてもよい。

なお、上述した実施形態では、制御部２１は、ソフトウェア機能部、またはＬＳＩなどのハードウェア機能部であってもよい。

なお、上記の実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０…荷電粒子ビーム装置、１１…試料室、１２…ステージ、１３…駆動機構、１４…集束イオンビーム鏡筒、１４ａ…プラズマイオン源、１５…電子ビーム鏡筒、１６…検出器、１７…ガス供給部、２０…表示装置、２１…制御部、２２…入力デバイス、３０…トーチ、３１…第１接地電位フランジ、３２…第２接地電位フランジ、３３…ガス導入室、３４…プラズマ生成室、３５…ガス導入室材、３６…末端電極、３７…プラズマ電極、３８…絶縁部材、３９…コイル、４０…ファラデーシールド

Claims (7)

1. 原料ガスが導入されるガス導入室と、
   前記ガス導入室に接続されたプラズマ生成室と、
   前記プラズマ生成室の外周に沿って巻かれ、高周波電力が印加されるコイルと、
   前記ガス導入室および前記プラズマ生成室の境界に配置され、複数の貫通孔が設けられた電極と、
   前記電極と離間して設けられたプラズマ電極と、
   前記プラズマ生成室にプラズマが点火されたか否かを検出する検出部と、
   前記検出部が検出する結果に基づいて、プラズマが点火される前は、前記プラズマ電極に対して供給する電圧を点火電圧に制御し、かつ前記原料ガスを点火圧に制御し、プラズマが点火された後は、前記プラズマ電極に対して供給する電圧を所定の加速電圧に制御し、かつ前記原料ガスを前記点火圧より低い運転圧に制御する制御部と、
   を備える
   ことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
2. 前記所定の圧力には、
   プラズマが点火されたと前記検出部が検出した場合の第１圧力と、前記第１圧力よりも圧力が低い第２圧力とが含まれ、
   前記制御部は、プラズマが点火したと前記検出部が検出した場合に、前記第１圧力から前記第２圧力に圧力を変化させて制御する
   ことを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子ビーム装置。
3. 前記第２圧力とは、
   前記プラズマが点火する際に前記プラズマ電極に対して供給される電圧が、点火前の前記原料ガスに対して前記プラズマ電極から印加された場合に、前記原料ガスの点火条件が成立しない範囲の圧力である
   ことを特徴とする請求項２に記載の荷電粒子ビーム装置。
4. 前記制御部は、前記電圧をパッシェンの法則における火花電圧の下限値以上から下限値の２倍の値以下の範囲にして、前記電圧と前記所定の圧力とを対応づけて制御する
   ことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１つに記載の荷電粒子ビーム装置。
5. 前記プラズマ生成室と、前記コイルとの間に設けられるシールドとを更に備え、
   前記電極はフローティング電極である
   ことを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１つに記載の荷電粒子ビーム装置。
6. 前記検出部は、前記コイルのインピーダンスの変化を検出することにより、前記プラズマ生成室にプラズマが点火されたことを検出する
   ことを特徴とする請求項１から請求項５の何れか１つに記載の荷電粒子ビーム装置。
7. 原料ガスが導入されるガス導入室と、
   前記ガス導入室に接続されたプラズマ生成室と、
   前記プラズマ生成室の外周に沿って巻かれ、高周波電力が印加されるコイルと、
   前記ガス導入室および前記プラズマ生成室の境界に配置され、複数の貫通孔が設けられた電極と、
   前記電極と離間して設けられたプラズマ電極と
   を備える荷電粒子ビーム装置において、
   前記プラズマ生成室にプラズマが点火されたか否かを検出する検出ステップと、
   前記検出ステップから検出される結果に基づいて、プラズマが点火される前は、前記プラズマ電極に対して供給する電圧を点火電圧に制御し、かつ前記原料ガスを点火圧に制御し、プラズマが点火された後は、前記プラズマ電極に対して供給する電圧を所定の加速電圧に制御し、かつ前記原料ガスを前記点火圧より低い運転圧に制御する制御ステップと、
   を有することを特徴とする荷電粒子ビーム装置を用いたプラズマ点火方法。

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