JPH05205680A

JPH05205680A - 電気流体力学的イオン源、それを用いたフッ素イオンの放出方法、二次イオン質量分析装置、それを用いた質量分析方法、加工装置及びそれを用いた加工方法

Info

Publication number: JPH05205680A
Application number: JP4011870A
Authority: JP
Inventors: Kaoru Umemura; 馨梅村; Yoshimi Kawanami; 義実川浪; Hiroyasu Shichi; 広康志知
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-01-27
Filing date: 1992-01-27
Publication date: 1993-08-13

Abstract

(57)【要約】【目的】純粋にフッ素原子のみからなるフッ素イオンを
放出することのできるＥＨＤイオン源、それを用いたフ
ッ素イオンビームの放出方法、このＥＨＤイオン源を用
いた二次イオン質量分析装置、加工装置及びこれらを用
いた分析方法、加工方法を提供すること。【構成】イオン材料として、フッ化リチウム又はフッ化
セシウム等のフッ素を含む化合物を保持するためのリザ
ーバ、イオン材料を加熱にするための加熱手段、リザー
バから供給される溶融状態の該イオン材料で表面が濡ら
されるエミッタ及びエミッタとの間に電界が与えられて
エミッタ先端から上記イオン材料のフッ素イオンを引き
出すための引出し電極からなることを特徴とする電気流
体力学的イオン源と、これを用いた二次イオン質量分析
装置、加工装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、フッ素イオンを放出す
ることができる電気流体力学的イオン源（Electro−Hyd
ro−Dynamicイオン源、以下ＥＨＤイオン源という）及
びそれを用いたフッ素イオンの放出方法並びにその電気
流体力学的イオン源を用いた二次イオン質量分析装置及
びそれを用いた質量分析方法並びにその電気流体力学的
イオン源を用いた加工装置及びそれを用いた加工方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】従来技術及び本発明の背景を明らかにす
るために、以下、イオン応用技術、ＥＨＤイオン源概
説、ＥＨＤイオン源の動作原理、フッ素イオン放出の現
状、フッ素イオンビーム応用技術の現状に分けて説明す
る。

【０００３】（イオン応用技術）近年、イオンビームが
工業面で多岐にわたり積極的に応用されている。イオン
種に注目すると、例えば、半導体素子製造プロセスの中
では、特にイオン注入プロセスではホウ素、ヒ素、リン
等、エッチングプロセスでは塩素やフッ素等が必要とさ
れている。また、二次イオン質量分析における一次イオ
ンビームとして利用する場合はセシウムや酸素等であ
り、また、材料の表面を硬化させたり耐摩耗性を向上さ
せることを目的としたイオン注入による表面改質の分野
では、ジルコニウム、チタン、クロム等の金属イオンが
用いられている。また、これらの元素のイオンを効率良
く発生させるために、種々のイオン源が開発されてき
た。その一つに、溶融状態の純金属や合金をイオン材料
として、これらから強電界によってそれら純金属や合金
の構成元素をイオンとして引出すＥＨＤイオン源があ
る。これは溶融状態の金属からイオンを引出すことから
液体金属イオン源（Liquid Metal Ion Source；略して
ＬＭＩＳ）とも呼ばれ、高電界でイオンを放出させるこ
とから電界放出型イオン源の一種である。

【０００４】（ＥＨＤイオン源概説）ＥＨＤイオン源は
高輝度であり、点状の領域からイオンが放出されるため
イオンを、最終ターゲットである試料面上で直径１ミク
ロン以下のビームに集束させること（一般に集束イオン
ビーム又はＦＩＢと呼ばれている）が可能なイオン源と
して知られている。ＥＨＤイオン源が高輝度であること
から、このＦＩＢ自体が高電流密度であるため、半導体
プロセスにおけるリソグラフィーやドーピング（打込
み）、エッチング等が、従来用いられてきたマスクを使
用せず（マスクレス）に行なえる。

【０００５】また、直径が１ミクロン以下のイオンビー
ムが得られることに注目して、ＥＨＤイオン源から得ら
れたＦＩＢを試料表面に照射し、スパッタリングにより
弾き出された二次イオンを分析する、所謂、二次イオン
質量分析方法で、その試料表面のサブミクロン領域の成
分分析が可能となる。このように、様々な分野でＦＩＢ
を用いた応用が考えられることから、ＥＨＤイオン源は
近年特に注目を浴びている。

【０００６】（ＥＨＤイオン源の動作原理）まず、ここ
ではＥＨＤイオン源について動作原理を説明する。ＥＨ
Ｄイオン源は、例えば、ジャーナル・オブ・ヴァキュー
ム・サイエンス・アンド・テクノロジー、第Ａ２巻、
（１９８４年）第１３６５頁から第１３６９頁（Journa
l of Vaccum Science and Technology Ａ２，（1984）
1365〜1369）に記載のデヴェロップメント・オブ・ボロ
ン・リクイッド・メタル・イオン・ソース（Developmen
t of boron liquid−metal−ion source）と題した論文
中でイシタニ（Ｔ．Ｉｓｈｉｔａｎｉ）らが示している
ように、次のような概略構成になっている。

【０００７】つまり、図１に示したように、イオン材料
（イオン化すべき材料）１を加熱するためのヒータ２
と、このヒータ２から供給される溶融状態の上記イオン
材料１のイオン３をその先端から放出するように配置さ
れたエミッタ４と、このエミッタの先端に高電界を集中
させることによって上記エミッタ先端からイオン３を引
出すための引出し電極５とから構成される。なお、ヒー
タ２はイオン材料の溜め部（リザーバとも呼ばれる）も
兼ねる。また、図１において６は真空容器、７、７’、
７”は電源である。イオン化すべき材料を溶融状態にす
る又は溶融状態で保持するための手段としては、イオン
材料の溜め部への通電による抵抗加熱方式や、エミッタ
の先端近傍を電子衝撃によって加熱する方式、更には、
イオン材料の溜め部のまわりにヒータを巻き付けそのヒ
ータの熱によってイオン材料を加熱する方式等種々の方
式があるが、ＥＨＤイオン源の基本構成としては大きな
相違はない。

【０００８】以上のような構成を備えた図１のようなＥ
ＨＤイオン源は次のように動作する。真空容器６内の真
空排気後、イオン材料の溜め部を兼ねたヒータ２を加熱
し、その結果熱伝導によりイオン材料１、エミッタ４が
加熱され、溶融したイオン材料１がエミッタ４先端に濡
れ伝わって供給される。ここで、引出し電極５に、エミ
ッタ４に対して負の高電圧を印加していくと、エミッタ
１の先端に電界が集中していく。更に、高電圧を印加し
ていくと、あるしきい値でエミッタ先端の溶融金属はテ
ーラーコーンと呼ばれる円錐状突起を形成し、その先端
からイオン３が引出される。引出されたイオンは、イオ
ン源の下流側に設置されたレンズ、偏向器等のイオン光
学系（図示せず）を通過して試料面上に照射される。

【０００９】ＥＨＤイオン源に用いられるイオン材料
は、比較的低融点（おおよそ１０００℃以下）で、融点
での蒸気圧が低い金属材料（Ｇａ、Ｉｎ、Ｓｎ等）が用
いられ、単体元素でこれらの条件が満たされない場合、
合金（Ａｕ−Ｓｉ、Ｎｉ−Ｂ等）にして融点や蒸気圧を
低下させて用いている。イオン放出が確認されている元
素としては大半は金属元素である。タングステン、モリ
ブデン等の高融点金属、アルゴン、ヘリウム等の不活性
ガス、水素、酸素、フッ素等の常温でガス状態の元素は
放出させることはできない。水素、ヘリウム等のガス元
素については、高電界中にこれらガスを導入し電界電離
させる、所謂、電界電離型ガスイオン源を用いてイオン
化が試みられている。

【００１０】（フッ素イオン放出の現状）フッ素イオン
ビームに関しては、電界電離型ガスイオン源を用いての
フッ素イオン放出は試みられたものの、得られる電流量
がＥＨＤイオン源に比べ遥かに少なく、ＦＩＢを形成し
ても電流密度が小さいという欠点を有している。また、
ＥＨＤイオン源からのイオン放出は困難とされて、フッ
素イオン放出は認められていない。勿論、高電流密度の
フッ素ＦＩＢの形成は未だに実現されていない。原因は
ＥＨＤイオン源に最適なイオン材料が見つからなかった
ためである。つまり、上述したように、融点が比較的低
く、融点での蒸気圧が低く、イオン放出部であるエミッ
タ、イオン材料を溶融状態で保持するリザーバと化学的
反応を起こさない材料で、かつ、溶融状態でエミッタに
対して濡れが良好で、エミッタ先端に濡れたときに電界
が集中するような導電性を示す材料でなければならず、
これらの条件を満たす材料は各種元素の物性値を示した
データ集からだけでは判断がつかず、実際に種々の材料
について試みなければ最適なイオン材料は見つからな
い。

【００１１】（フッ素イオンビーム応用技術の現状）フ
ッ素イオンを用いた応用技術のうち、ここでは二次イオ
ン質量分析と微細領域エッチング加工について、その現
状を述べる。

【００１２】まず、二次イオン質量分析について説明す
る。電気的に陽性な元素（Ｌｉ、Ｂ、Ｎａ、Ｃｒ等）に
対する分析感度を高める手段としてこれまではデュオプ
ラズマトロン型イオン源を用いて酸素イオンを照射する
方法が最も良く知られていて実施されている。

【００１３】しかし、最近、さらに分析感度を高める方
法として酸素イオンに替えてフッ素イオンの照射が注目
されている。例えば、日本応用物理学会学術講演会予稿
集（平成元年秋季）の第４９９頁に田中らが『反応性イ
オンを用いた二次イオン質量分析法による金属材料の分
析』と題して報告しているように、フッ素分子イオンを
用いた二次イオン質量分析は既に行なわれている。この
例では、分子イオンＢＦ₂+（ＢＦ₂の正の一価イオン、
以下、Ｍの正の一価イオンをＭ+、Ｍの正の二価イオン
をＭ2+のように記載する）ビームを照射したときの、
鉄、ニッケル、コバルトのイオン化率を測定したとこ
ろ、これまでのＯ₂+照射に比べて３倍以上感度が向上し
たとしている。

【００１４】しかしながら、このような分子イオンは一
次イオンビーム種としてＦのみのビームを形成すること
が困難であったため、ＢＦ₃ガスをマイクロ波でイオン
化して得たＢＦ₂+分子イオンを仕方なく用いていた。と
ころが、このような分子イオンの一次イオンビーム種を
用いると一次イオンビームが試料に照射された時に、分
子イオンが分裂し、シリコン半導体デバイスのドーパン
トとして用いられるホウ素の深さ方向の分析の場合に
は、ＢＦ₂+中のＢイオンが妨害元素として働き、正確な
ホウ素の深さ分析を阻害する。また、ガスをマイクロ波
等でイオン化するタイプのイオン源では、一次イオンビ
ームのビーム径が細くても数μｍ程度で、サブミクロン
領域の分析はできない。さらに、同様のことは、ＣＦ₃+
等の分子イオンビームを用いた場合でも生じる。従来の
サブミクロン領域の分析は、イオン種としてガリウムを
用いたＥＨＤイオン源を用いてＧａ−ＦＩＢによる分析
がなされてきたが、この場合、試料上で０．１μｍ直径
以下のビーム径が得られるものの、二次イオン化率が低
く十分な感度が得られなかった。

【００１５】次に、半導体素子製造プロセスのうちの一
工程であるエッチングに注目する。基板であるＳｉ（シ
リコン）やＧａＡｓ（ヒ化ガリウム）等を化学薬液でエ
ッチングする方法（ウェットエッチング）やイオンやラ
ジカル（活性原子や分子）、プラズマ等で気相中で行な
う方法（ドライエッチング）に大別されるが、パターン
を細く垂直にエッチングできる点でドライエッチングが
主流を占めてきた。しかし、ドライエッチングでもウェ
ットエッチングでも、ある形を形成させようとすると、
エッチング工程の前に基板上に塗布されたレジストにパ
ターンを予め形成させておき、そのパターンに忠実にド
ライエッチングする必要がある。従って、基板上に形成
できる最小線幅は、レジストに描かせることができるパ
ターンの最小線幅で決まる。その最小線幅は現在０．２
〜０．３μｍが限度である。

【００１６】なお、ＥＨＤイオン源のイオン材料として
イオン結合化合物を用いることについては、既に、特開
昭６０−１３８８３１号の『荷電粒子源』に開示されて
いる。この荷電粒子源は、イオン結合化合物の例として
ハロゲン化物（ＣｓＣｌ₂）を用いてＣｓ+イオンとＣｌ
~イオンを放出させるものである。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の技術は、フ
ッ素イオンとして他元素も含む分子イオン、例えば、Ｂ
Ｆ₂+イオン等しか得ることができず、これらの分子イオ
ンを用いるときは分析などの場合他元素が妨害元素とし
て作用するという問題があった。また、上記特開昭６０
−１３８８３１号に記載の従来の技術は、ハロゲン原子
のイオンとしてはＣｌ~イオンしか得られていないとい
う問題があった。

【００１８】本発明の第１の目的は、純粋にフッ素原子
のみからなるフッ素イオンを放出することのできるＥＨ
Ｄイオン源を提供することにある。本発明の第２の目的
は、それを用いたフッ素イオンの放出方法を提供するこ
とにある。本発明の第３の目的は、そのようなＥＨＤイ
オン源を用いた二次イオン質量分析装置を提供すること
にある。本発明の第４の目的は、それを用いた質量分析
方法を提供することにある。本発明の第５の目的は、そ
のようなＥＨＤイオン源を用いた加工装置を提供するこ
とにある。本発明の第６の目的は、それを用いた加工方
法を提供することにある。

【００１９】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的は、
（１）イオン材料としてフッ素を含む化合物を保持する
ためのリザーバ、該イオン材料を加熱にするための加熱
手段、該リザーバから供給される溶融状態の該イオン材
料で表面が濡らされるエミッタ及び該エミッタとの間に
電界が与えられて該エミッタ先端から上記イオン材料の
フッ素イオンを引き出すための引出し電極からなること
を特徴とする電気流体力学的イオン源、（２）上記１記
載の電気流体力学的イオン源において、上記フッ素を含
む化合物は、フッ素を含むイオン結合化合物であること
を特徴とする電気流体力学的イオン源、（３）上記２記
載の電気流体力学的イオン源において、上記フッ素を含
むイオン結合化合物は、フッ化リチウム又はフッ化セシ
ウムであることを特徴とする電気流体力学的イオン源、
（４）上記１から３のいずれか一に記載の電気流体力学
的イオン源において、上記リザーバは、セラミックスで
あることを特徴とする電気流体力学的イオン源、（５）
上記４記載の電気流体力学的イオン源において、上記セ
ラミックスは、炭化ケイ素又は窒化ボロンであることを
特徴とする電気流体力学的イオン源、（６）上記１から
５のいずれか一に記載の電気流体力学的イオン源におい
て、上記エミッタは、セラミックスであることを特徴と
する電気流体力学的イオン源、（７）上記６記載の電気
流体力学的イオン源において、上記セラミックスは、炭
化ケイ素又は窒化ホウ素であることを特徴とする電気流
体力学的イオン源、（８）上記１から７のいずれか一に
記載の電気流体力学的イオン源において、上記引出し電
極に与えられる電圧の電源極性を切り替えるための切替
手段を有することを特徴とする電気流体力学的イオン源
によって達成される。

【００２０】上記第２の目的は、（９）フッ素を含む化
合物を上記１から８のいずれか一に記載の電気流体力学
的イオン源に保持させ、該フッ素を含む化合物を加熱し
て溶融状態とし、引出し電極とエミッタとの間に電界を
与え、フッ素を含む化合物からフッ素イオンを放出させ
ることを特徴とするフッ素イオンの放出方法によって達
成される。

【００２１】上記第３の目的は、（１０）上記１から７
のいずれか一に記載の電気流体力学的イオン源、電気流
体力学的イオン源から放出されたフッ素イオンビームの
広がりを制御するためのビーム制限アパチャ、フッ素イ
オンビームを集束するための集束レンズ、フッ素イオン
ビームの広がりを絞るための絞り、フッ素イオンビーム
を偏向させるための偏向電極、試料を保持する試料台及
び試料がフッ素イオンビームを受けて放出する二次イオ
ンを質量分析する二次イオン分析部からなることを特徴
とする二次イオン質量分析装置、（１１）上記１０記載
の二次イオン質量分析装置において、上記ビーム制限ア
パチャは、導電性セラミックスであることを特徴とする
二次イオン質量分析装置、（１２）上記１１記載の二次
イオン質量分析装置において、上記導電性セラミックス
は、炭化ケイ素であることを特徴とする二次イオン質量
分析装置、（１３）上記１０から１２のいずれか一に記
載の二次イオン質量分析装置において、上記絞りは、導
電性セラミックスであることを特徴とする二次イオン質
量分析装置、（１４）上記１３記載の二次イオン質量分
析装置において、上記導電性セラミックスは、炭化ケイ
素であることを特徴とする二次イオン質量分析装置、
（１５）上記１から７のいずれか一に記載の電気流体力
学的イオン源、電気流体力学的イオン源から放出された
フッ素イオンビームを集束するための第１の集束レン
ズ、電子源、電子源から放出された電子ビームを集束す
るための第２の集束レンズ、フッ素イオンビーム及び電
子ビームを偏向させるための偏向電極、試料を保持する
試料台、試料がフッ素イオンビームを照射されて放出す
る二次イオンを質量分析する二次イオン分析部及び試料
が電子ビームを照射されて放出する二次電子を検出する
二次電子検出手段からなることを特徴とする二次イオン
質量分析装置、（２０）上記１から７のいずれか一に記
載の電気流体力学的イオン源、該電気流体力学的イオン
源から放出されたフッ素イオンビームを集束するための
集束レンズ、電気陽性元素のイオンを放出するための第
２の電気流体力学的イオン源、第２の電気流体力学的イ
オン源から放出された電気陽性元素のイオンビームを集
束するための集束レンズ、フッ素イオンビーム及び電気
陽性元素のイオンビームを偏向させるための偏向電極、
試料を保持する試料台及び試料がフッ素イオンビーム及
び電気陽性元素のイオンビームを受けて放出する二次イ
オンを質量分析する二次イオン分析部からなることを特
徴とする二次イオン質量分析装置によって達成される。

【００２２】上記第４の目的は、（１６）フッ素を含む
化合物を、上記１０から１５のいずれか一に記載の二次
イオン質量分析装置の電気流体力学的イオン源に保持さ
せ、該フッ素を含む化合物を加熱して溶融状態とし、電
気流体力学的イオン源の引出し電極とエミッタとの間に
電界を与え、フッ素を含む化合物からフッ素イオンを放
出させ、フッ素イオンビームを形成し、該フッ素イオン
ビームを試料に照射し、試料が放出する二次イオンを質
量分析することを特徴とする二次イオン質量分析方法、
（１７）上記１６記載の二次イオン質量分析方法におい
て、上記集束レンズは、上記フッ素イオンビームを上記
試料上で直径１μｍ以下のビームになるように集束する
ことを特徴とする二次イオン質量分析方法、（１８）フ
ッ素を含む化合物を、上記１５記載の二次イオン質量分
析装置の電気流体力学的イオン源に保持させ、該フッ素
を含む化合物を加熱して溶融状態とする工程と、上記電
子源より電子ビームを試料に照射し、試料が放出する二
次電子を検出する工程と、上記電気流体力学的イオン源
の引出し電極とエミッタとの間に電界を与え、フッ素を
含む化合物からフッ素イオンを放出させ、フッ素イオン
ビームを形成し、該フッ素イオンビームを試料に照射
し、試料が放出する二次イオンを質量分析する工程とを
有することを特徴とする二次イオン質量分析方法、（１
９）上記１８記載の二次イオン質量分析方法において、
上記電気流体力学的イオン源の集束レンズは、上記フッ
素イオンビームを上記試料上で直径１μｍ以下のビーム
になるように集束することを特徴とする二次イオン質量
分析方法、（２１）フッ素を含む化合物を、上記２０記
載の二次イオン質量分析装置の電気流体力学的イオン源
に保持させ、該フッ素を含む化合物を加熱して溶融状態
とする第１工程並びに上記電気流体力学的イオン源の引
出し電極とエミッタとの間に電界を与え、フッ素を含む
化合物からフッ素イオンを放出させ、フッ素イオンビー
ムを形成し、該フッ素イオンビームを試料に照射し、試
料が放出する二次イオンを質量分析する工程及び上記第
２の電気流体力学的イオン源の引出し電極とエミッタと
の間に電界を与え、電気陽性元素のイオンを放出させ、
電気陽性元素のイオンビームを形成し、該電気陽性元素
のイオンビームを試料に照射し、試料が放出する二次イ
オンを質量分析する工程をいずれかの工程が先の順で行
なう第２工程を有することを特徴とする二次イオン質量
分析方法、（２２）上記２１記載の二次イオン質量分析
方法において、電気陽性元素のイオンはセシウムイオン
であることを特徴とする二次イオン質量分析方法によっ
て達成される。

【００２３】上記第５の目的は、（２３）上記１から７
のいずれか一に記載の電気流体力学的イオン源、電気流
体力学的イオン源から放出されたフッ素イオンビームの
広がりを制御するためのビーム制限アパチャ、フッ素イ
オンビームを集束するための集束レンズ、フッ素イオン
ビームの広がりを絞るための絞り、フッ素イオンビーム
を偏向させるための偏向電極及びフッ素イオンビームに
よりエッチング加工される試料を保持する試料台からな
ることを特徴とする加工装置、（２４）上記２３記載の
加工装置において、上記加工装置は、さらに電子源、該
電子源から放出された電子ビームを集束するための第２
の集束レンズ、該電子ビームを偏向させるための偏向電
極及び試料が放出する二次電子を検出する二次電子検出
手段を有することを特徴とする加工装置、（２５）上記
２３又は２４記載の加工装置において、上記加工装置
は、さらに集束イオンビーム支援エッチングのための反
応性ガス導入手段を有することを特徴とする加工装置に
よって達成される。

【００２４】上記第６の目的は、（２６）フッ素を含む
化合物を、上記２３又は２４記載の加工装置の電気流体
力学的イオン源に保持させ、該フッ素を含む化合物を加
熱して溶融状態とし、電気流体力学的イオン源の引出し
電極とエミッタとの間に電界を与え、フッ素を含む化合
物からフッ素イオンを放出させ、フッ素イオンビームを
形成し、該フッ素イオンビームを試料に照射し、試料の
所望の部分をエッチングするをことを特徴とする加工方
法、（２７）フッ素を含む化合物を、上記２４記載の加
工装置の電気流体力学的イオン源に保持させ、該フッ素
を含む化合物を加熱して溶融状態とし、上記電子源より
電子ビームを試料に照射し、試料が放出する二次電子を
検出して、試料表面を観察し、上記電気流体力学的イオ
ン源の引出し電極とエミッタとの間に電界を与え、フッ
素を含む化合物からフッ素イオンを放出させ、フッ素イ
オンビームを形成し、該フッ素イオンビームを試料に照
射し、試料の所望の部分をエッチングするをことを特徴
とする加工方法、（２８）上記２６又は２７記載の加工
方法において、上記集束レンズは、上記フッ素イオンビ
ームを上記試料上で直径１μｍ以下のビームになるよう
に集束することを特徴とする加工方法、（２９）上記２
８記載の加工方法において、上記試料は、半導体装置で
あることを特徴とする加工方法、（３０）フッ素を含む
化合物を、上記２５記載の加工装置の電気流体力学的イ
オン源に保持させ、該フッ素を含む化合物を加熱して溶
融状態とし、電気流体力学的イオン源の引出し電極とエ
ミッタとの間に電界を与え、フッ素を含む化合物からフ
ッ素イオンを放出させ、フッ素イオンビームを形成し、
上記反応性ガス導入手段から反応性ガスを試料に吹き付
け、上記フッ素イオンビームを試料に照射し、試料の所
望の部分をエッチングするをことを特徴とする加工方法
によって達成される。

【００２５】

【作用】リザーバに保持されたイオン材料は、加熱溶融
されており、エミッタ先端に供給される。ここで、引出
し電極に数ｋＶの高電圧を印加すると、エミッタ先端に
付着している溶融状態のイオン材料の構成元素は高電界
によりイオンとして引出される。例えば、イオン結合し
た化合物として、フッ化リチウム（ＬｉＦ）を用いる
と、引き出されるイオンは、Ｌｉ+、Ｌｉ2+ 又はＦ~、
Ｆ₂~（フッ素の負の一価２原子イオン）等のイオンが放
出される。ただし、イオン材料は先にも述べたように、
イオン結合しているため正イオン（Ｌｉ+、Ｌｉ2+
等）、負イオン（Ｆ~、Ｆ₂~等）が放出されるが、引出
し電極に、エミッタ電位に対して正の高電圧を印加する
と負イオンが、負の高電圧を印加すると正イオンが放出
する。ここではフッ素イオンを引き出すことが最大の目
的であるので、エミッタ電位に対して正の高電圧を印加
し、負イオンＦ~、Ｆ₂~等を放出させる。

【００２６】また、これらのイオンを引出し電極以下に
設けられた質量分離器により質量分離することにより、
所望のフッ素イオンＦ~やＦ₂~のビームを得ることが出
来る。その後、イオン光学系内に設けられた集束レンズ
によって放出イオンをサブミクロンにまで集束させ、試
料面の所望の箇所に照射することができる。

【００２７】

【実施例】

実施例１ＥＨＤイオン源、特にエミッタ部の断面図を図２に示し
て説明する。図２（ａ）に示した、エミッタ５０、リザ
ーバ５１は導電性セラミックスである炭化ケイ素（Ｓｉ
Ｃ）製である。エミッタ５０は一辺が０．３ｍｍのＳｉ
Ｃ棒の先端を先端開き角約６０度、先端半径約５μｍの
針状に仕上げたものである。一方、リザーバ５１は、先
端が内径０．５ｍｍ、外径０．８ｍｍで、長さ４ｍｍ、
開き角２０度のテーパ状の円管であり、この回りに外径
０．１ｍｍのタングステン線を巻き、ヒータ５２とし
た。５５は電流導入端子であり、５６は絶縁碍子であ
る。イオン材料５３はフッ化リチウム（ＬｉＦ）であ
る。溶融したＬｉＦは活性であるので、リザーバ５１内
へのイオン材料５３の充填は、真空容器内でリザーバ５
１を加熱脱ガス後、図２（ｂ）のようにセラミック坩堝
５４内の溶融イオン材料内にリザーバ５１、エミッタ５
０を徐々に降下させ、浸漬させた。この時、溶融イオン
材料５３をタングステン線に触れぬようにして、毛細管
現象によりリザーバ５１内に吸い込ませた。イオン材料
の充填量は約３．５ｍｍ³であった。リザーバを徐冷し
たのち、引出し電極にエミッタ部を搭載し、ＥＨＤイオ
ン源とした。

【００２８】イオン源からの放出イオン種及び強度を知
るためにイオン源を質量分析計（図示せず）に搭載し
た。質量分析計のイオン源室の真空度が約１×１０~
⁹（Ｔｏｒｒ）に達したときに、イオン源のヒータに電
流を流し始め、リザーバを徐々に昇温させた。室温で乳
白色の固体であるＬｉＦは約８４０℃で溶解し始め、透
明に変化する。この時、真空容器内の真空度は約２×１
０~⁷（Ｔｏｒｒ）であった。リザーバ温度を更に上昇さ
せるとＬｉＦの蒸発が激しくなり、イオン材料の消耗を
促進するとともに、イオン源室内の真空度の悪化や、蒸
発物の絶縁物への蒸着等悪影響を生じる。そのためリザ
ーバの加熱温度を約８６０℃に維持した。

【００２９】次に、引出し電圧（Ｖ）と全放出イオン電
流（Ｉ）の関係（Ｖ−Ｉ特性）を調べるために、エミッ
タ部に徐々に高電圧を印加した。まず、引出し電極を接
地電位に保ち、エミッタに正の高電圧を印加した。しき
い電圧（Ｖｔｈ）が約６ｋＶでイオン電流が流れ始め、
この時の全放出イオン電流と引出し電圧の関係を測定し
た。また逆に、エミッタに負の高電圧を印加した場合に
ついても測定を行なった。この場合もしきい電圧は約−
６ｋＶであった。図３にＶ−Ｉ特性の典型例を示す。エ
ミッタに印加する電圧が正の場合も、負の場合もＥＨＤ
イオン源特有のしきい電圧を有する関係であることがわ
かる。

【００３０】次に、放出一次イオンの質量分析を行な
い、放出イオンのイオン種、イオン強度を測定した。用
いた分析計は扇型マグネットを有する、いわゆる、単収
束型質量分析計である。図４は測定によって得られた質
量スペクトルである。図４（ａ）は正イオンの、図４
（ｂ）は負イオンの質量スペクトルである。図４（ａ）
からＬｉ+、Ｌｉ2+の存在が確認でき、質量数６と７の
所にＬｉ+の存在が確認でき、それらが天然同位体比と
して知られている約７％と９３％の割合になっている。
Ｌｉ2+は質量数３付近にＬｉ+の約１／１０程度の強度
で放出していることが分かる。一方、図４（ｂ）からＦ
~、Ｆ²~が放出していることが確認できる。

【００３１】このようにして、ＥＨＤイオン源からフッ
素イオン放出が確認できた。図２におけるエミッタ５
０、リザーバ５１の材質の他の例としては、ＳｉＣ以外
に窒化ホウ素やアルミナ等のセラミックスでもよいし、
タングステン等の金属であっても１０００時間程度の動
作には使用可能である。

【００３２】ビーム制限アパチャについてもセラミック
スを用いた（図５）。ＦＩＢ装置内でフッ素ＦＩＢを形
成させると、殆どの電極に対して直接フッ素ＦＩＢが照
射されることはないが、図５のように引出し電極６３よ
りもビーム制限アパチャ６１のみが最も長時間フッ素イ
オン６２の照射を受ける。このため、ビーム制限アパチ
ャ６１の寿命は、従来のガリウムＦＩＢの場合と同じモ
リブデン製アパチャを用いると、１／１０程度と短命に
終わる。そこで、導電性セラミックス製アパチャ、特に
厚さ０．５ｍｍの炭化ケイ素円板を用いると、ガリウム
ＦＩＢに対するモリブデン製アパチャと同程度の寿命と
なり、実用に耐えられるようになった。

【００３３】実施例２本実施例は、実施例１で説明したイオン源を図６に示し
たような二次イオン質量分析装置に搭載して、Ｆ~を一
次イオンビーム種として照射した例である。１０１は、
エミッタ部１０２ａと引出し電極１０２ｂよりなる本発
明のＥＨＤイオン源、１０３はビーム制限アパチャ、１
０４は集束レンズ、１１１は炭化ケイ素製の絞り、１０
５は偏向電極、１０６は一次イオンビーム、１０７は試
料台１０８に設置された試料であり、二次イオン１０９
は二次イオン質量分析部１１０で質量分離される。

【００３４】先に述べたように、ＦイオンはＥＨＤモー
ドで放出されるため、集束レンズ１０４により、一次イ
オンビーム１０６は試料１０７上で直径５０ｎｍ程度に
まで集束できる。この時の電流値は約５ｐＡであり、電
流密度に換算すると約０．３Ａ／ｃｍ²と、これまでガ
スをプラズマ化してイオンを引出す形式のイオン源での
フッ素イオンビームの電流密度に比較して約２〜５桁高
電流密度であることが分かる。

【００３５】このフッ素ＦＩＢを使って、シリコン基板
上の一辺０．３μｍの微細領域のＢの深さ分析をした例
を図７に示す。Ｂは２５ｋｅＶのエネルギでイオン注入
されたものである。この図からＢのプロファイルが良好
に得られていることが分かる。従来のガリウムＦＩＢを
用いた場合に比べ感度は約２桁高い。その他、Ｆｅ、Ｃ
ｒ、Ｎｉ等のシリコン中の不純物元素についてもフッ素
ＦＩＢを用いた場合、元素によって数１０倍から数１０
０倍感度が向上することが分かった。

【００３６】ＦイオンをＥＨＤモードで放出する本発明
のＥＨＤイオン源１０１は、図６に示した二次イオン質
量分析装置１００に限らず、図８に示した走査電子顕微
鏡付きの二次イオン質量分析装置２００にも搭載可能で
ある。この二次イオン質量分析装置は、イオン源２０１
と電子源２０２が独立に搭載でき、試料２０５を電子ビ
ーム２０４を照射し、二次電子を二次電子検出手段（図
示せず）で観察した後、ＦＩＢ２０３を照射して極微小
領域の成分分析できる。なお、２０６ａ、２０６ｂは集
束レンズ、２０７は偏向電極である。

【００３７】この走査電子顕微鏡付き二次イオン質量分
析装置２００を用いることにより、Ｆイオン照射時間を
低減でき、分析試料のＦイオン照射による余分な損傷も
軽減できる。このため、半導体デバイスのようなパター
ニングされた試料についても、その特定の不良領域を走
査電子顕微鏡機能（ＳＥＭ像）で探しだし、その後のＦ
イオンビームに切り替えることにより、最表面から不純
物の分析ができるため、そのデバイスの不良原因の解析
が迅速にできる。

【００３８】また、本発明のＥＨＤイオン源は、イオン
源が独立に複数個設置された二次イオン質量分析装置に
も適用できる。図９は、ＥＨＤイオン源３０１、３０
１’が二個独立に設置された二次イオン質量分析装置３
００の模式図であり、３０１をフッ素イオン源、３０
１’をセシウム液体金属イオン源として用いる。３０
２、３０２’は集束レンズ、３０３は偏向電極である。
一次イオン種にセシウムを用いると軽元素（水素、酸
素、炭素等）や電気陰性元素の高感度分析が可能であ
り、フッ素イオンを用いると電気陽性元素の高感度分析
が可能となる。両者は、相補的な役割を果たし、一次イ
オン種を検出元素により適切に選択することにより、ほ
ぼ全元素に対して極微小領域の高感度分析ができる。

【００３９】図１０はこの二次イオン質量分析装置によ
って、０．５μｍ平方のシリコンの領域について不純物
である酸素とクロムの深さ方向分析を行なった例であ
る。酸素は一次イオンにセシウムイオンを用い、クロム
はフッ素イオンを用いて、それらを交互に照射して分析
を行なった。これらの不純物の深さ分析が正確に分かっ
たため半導体デバイスプロセスの改良を行なうことがで
きた。

【００４０】実施例３本実施例は、フッ素集束イオンビームによる極微細加工
の例を示す。フッ素イオンは他の元素イオンに比べて非
常に活性であるため、試料に対してイオン衝撃による物
理的損傷に加え、化学的にも損傷を与えることができ
る。従来から、フッ素を含むガスをプラズマ状態にして
フッ素イオンを引出し、試料に照射して所望部分をエッ
チング加工していた。具体的には、半導体素子製造工程
でシリコン基板に微細な溝状加工を施す等の工程にフッ
素イオンによるエッチングを用いていた。しかし、この
場合、エッチングしてはならない箇所にはレジストを遮
蔽物として試料面上に設けなければ、選択的なエッチン
グは成されず、所望の形状にはならない。従って、従来
のフッ素イオンによるエッチングで選択的エッチングを
行なうには、それに先立って、レジストを付ける工程、
所望の位置のレジストを除去する工程、エッチング工程
の後、残りのレジストを除去する工程等を経るため工程
が複雑で時間を要し、歩留まりが良くなかった。

【００４１】しかし、本発明によるイオン源を用いる
と、引き出されたフッ素イオンを集束イオンビーム状に
して試料面に照射させることが可能となるため、上述の
レジストを用いずに所望の加工位置にフッ素イオンを照
射でき、微細形状のエッチングが可能となる。いわゆ
る、マスクレスエッチングである。具体的にはＬｉＦを
イオン材料とした実施例１に示したＥＨＤイオン源を用
いて、直径５０ｎｍ程度までに集束させたフッ素ＦＩＢ
で、レジストを用いずに線幅１００ｎｍ、深さ５００ｎ
ｍ、長さ２μｍの溝を形成することができた。

【００４２】また、同様の形状は従来用いられているガ
リウム等のＦＩＢを用いると困難である。つまり、ガリ
ウムはフッ素に比べて質量が大きく、物理スパッタのみ
によるエッチング効果は大きいが、フッ素の場合、物理
スパッタと共に化学反応の効果が大きく、基板をエッチ
ングする速さ、つまり、エッチングレートがガリウムに
比べて約１桁高く、上述の形状をガリウム集束イオンビ
ームを用いた場合の約１／１０の時間で済んだ。

【００４３】次に別の実施例として、加工領域周辺に反
応性ガスを吹き付けつつ、フッ素ＦＩＢを照射する、所
謂、ＦＩＢアシステッドエッチング（ＦＩＢ支援エッチ
ング）について説明する。反応性ガス導入手段として、
加工試料から約１ｍｍ上方の位置に内径約５０μｍのノ
ズルを設け、このノズルから反応性ガスとして四塩化珪
素（ＳｉＣｌ₄）を流量０．５ＳＣＣＭ（標準状態にお
ける体積をｃｍ³で表した流量の単位）で流出させた。
フッ素ＦＩＢのビーム径は約０．０８μｍ、ビーム電流
は約８０ｐＡで５μｍ角の領域を走査してアシステッド
エッチングを施した。この時、照射時間（電流量）とエ
ッチングされた試料の深さから求まるエッチングレート
は、ＳｉＣｌ₄を流出させない時に比較して約５倍速い
ことが確認できた。つまり、従来のガリウムＦＩＢのみ
のエッチングに対して数１０倍から１００倍以上のエッ
チング速度で加工でき、マスク無しで、微小領域の超高
速エッチングが可能となった。

【００４４】反応性ガスは、この他、塩素（Ｃｌ₂）、
六フッ化イオウ（ＳＦ₆）、四フッ化炭素（ＣＦ₄）、四
フッ化珪素（ＳｉＦ₄）、フッ化キセノン（ＸｅＦ₂）に
ついてもほぼ同等の効果が見られた。

【００４５】つぎに、本方法の具体的実用例として、透
過型電子顕微鏡で観察するための薄片試料の作製に適用
した例を説明する。薄片試料の作製手順はＦＩＢによる
従来の手順と同じであるが、エッチング速度の遅い従来
のガリウムＦＩＢで作製した薄片試料に比べエッチング
速度が速いため、従来の数１０から１００分の１程度の
作製時間で、イオン照射による損傷が低減されるととも
に、短時間で薄片試料の作製が可能となり、良質の試料
が作製できるようになった。

【００４６】別の実施例として、本発明のフッ素イオン
源を搭載した微細加工装置を用いて半導体デバイスの配
線修正を行なった例を示す。この微細加工装置４００
は、図１１に示すように、集束イオンビームカラム４０
１と電子ビームカラム４０２からなり、試料台４１２上
の試料であるウエファ４０４を電子源４０７から放出し
た電子ビーム４０３で照射し、ウエファ４０４から放出
された二次電子を二次電子検出手段（図示せず）で観察
した後、必要個所をＥＨＤイオン源４０６から照射した
集束イオンビーム４０５で加工を施す装置である。集束
イオンビームカラム４０１は、ＥＨＤイオン源４０６、
ビーム制限アパチャ４０８、イオンビーム集束レンズ４
０９、絞り４１０、ビームを走査するための偏向電極４
１１等からなる。ビーム制限アパチャ４０８及び絞り４
１０は、導電性セラミックスであるＳｉＣ製である。

【００４７】具体的には、半導体デバイスの製造工程途
中において、デバイスの動作チェックを行なうと、配線
の短絡部がしばしば発見される。このような場合、これ
まで、ガリウムＦＩＢを用いて短絡部の配線をスパッタ
エッチングし、短絡部の絶縁を復活させていた。しか
し、この方法を用いると、ＦＩＢ成分のガリウムがデバ
イス表面上に残留し、絶縁が不完全であったり、修正領
域近辺にガリウムそのものが凝集、堆積し、新たに他の
部分で短絡を起す等問題が生じ、この方法が最良とは言
えなかった。つまり、ＦＩＢのイオン種が蒸発しにくい
金属ガリウムであるからである。

【００４８】そこで、同じ工程で従来のガリウムに代え
て、本発明のＥＨＤイオン源４０６を用いたフッ素ＦＩ
Ｂ４０５を適応した。その結果、フッ素イオンは照射後
ガス状となるため試料に残留することはなくなったた
め、加工領域を清浄に保つことができ、ＦＩＢ修正によ
る新たな問題は生じないという大きな利点が明らかとな
った。このように加工領域が清浄に保てるという利点
は、半導体プロセスにおいて非常に有効なことである。
つまり、インラインプロセスの可能性を示している。一
旦、プロセスラインから抜き出したシリコンウェハに、
フッ素ＦＩＢで製造途中のデバイスを修正し、再び製造
プロセスラインに戻し、後の工程を施すことができる。

【００４９】さらに別の実施例として、フッ素ＦＩＢは
上述の溝加工ばかりでなく、ビーム偏向を巧みに操作し
て、薄板に照射して任意形状に微細加工することができ
る。例えば厚さ２μｍのシリコン板に対して、直径１０
μｍ程度の微小歯車に切り抜く加工にも用いることがで
きた。利点は、レジストを用いないため平面以外の試料
についても製作ができ、かつ、これまでのガリウムイオ
ンに比べスパッタ効率が高いため加工速度が数倍速い点
にある。

【００５０】

【発明の効果】本発明のＥＨＤイオン源を用いることに
よりフッ素イオンを得ることができ、しかも、このイオ
ン源の構造がエミッタ先端からイオンを放出することか
ら、放出したフッ素イオンをサブミクロン径の、所謂、
ＦＩＢを形成することができた。このＥＨＤイオン源を
ガス電界電離イオン源と比較すると、イオンを引き出す
時に必要で取扱いが面倒な超冷却技術を用いることなく
フッ素イオンを引き出すことができた。また、プラズマ
を利用したイオン源と比べて、ＢＦ₂+等他元素が関与し
ない、フッ素原子のみから成るフッ素イオンを生成する
ことができ、さらに高電流密度でかつビーム径の非常に
細いフッ素イオンビームを形成することができた。

【００５１】イオン材料にフッ化セシウムを用い、二次
イオン質量分析に適用することでフッ素ＦＩＢによる電
気陰性元素、セシウムＦＩＢによる電気陽性元素の元素
分析がイオン源を交換することなく高感度で行なえた。
また、フッ素ＦＩＢを二次イオン質量分析に適用するこ
とで、サブミクロンレベルの領域で電気陽性度の高い元
素を高感度に分析することができた。さらに、フッ素Ｆ
ＩＢによって、マスク無しで所望の微細領域を高速エッ
チングでき、しかも、フッ素イオンがガス種であるた
め、ガリウムＦＩＢによるエッチングに見られた加工領
域へのガリウムの堆積という汚染問題を引き起こすこと
はない。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＥＨＤイオン源の動作原理を説明するための概
略構成図である。

【図２】本発明のＥＨＤイオン源のイオン材料の充填方
法を説明するための図である。

【図３】本発明のＥＨＤイオン源の放出イオン電流と引
出し電圧の関係を示す図である。

【図４】本発明のＥＨＤイオン源から放出したイオンの
質量スペクトル図である。

【図５】本発明のＥＨＤイオン源の動作状態を説明する
ための図である。

【図６】本発明の一実施例のＥＨＤイオン源を搭載した
二次イオン質量分析計の概略構成図である。

【図７】本発明のＥＨＤイオン源を搭載した二次イオン
質量分析計で得られたシリコン中の不純物である酸素と
クロムの深さ分析図である。

【図８】本発明の他の実施例であるＥＨＤイオン源と電
子源を搭載した二次イオン質量分析計の概略構成図であ
る。

【図９】本発明のさらに他の実施例であるＥＨＤイオン
源を二個搭載した二次イオン質量分析計の概略構成図で
ある。

【図１０】本発明のＥＨＤイオン源を二次イオン質量分
析に適用した時のシリコン中のクロムの深さ方向分布を
示す測定結果である。

【図１１】本発明のさらに他の実施例である集束イオン
ビーム光学系と電子ビーム光学系を有する微細加工装置
の概略構成図である。

【符号の説明】

１、５３イオン材料２、５２ヒーター３イオン４、５０エミッタ５、６３、１０２ｂ引出し電極６真空容器７、７’、７” 電源５１リザーバ５４坩堝５５電流導入端子５６絶縁碍子６１、１０３、４０８ビーム制限アパチャ６２フッ素イオン１００、２００、３００二次イオン質量分析装置１０１、３０１、３０１’、４０６ＥＨＤイオン源１０２ａエミッタ部１０４、２０６ａ、２０６ｂ、３０２、３０２’ 集束
レンズ１０５、２０７、３０３、４１１偏向電極１０６一次イオンビーム１０７、２０５試料１０８、４１２試料台１０９二次イオン１１０二次イオン質量分析部１１１、４１０絞り２０１イオン源２０２、４０７電子源２０３ＦＩＢ２０４、４０３電子ビーム４００微細加工装置４０１集束イオンビームカラム４０２電子ビームカラム４０４ウエファ４０５集束イオンビーム４０９イオンビーム集束レンズ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】イオン材料としてフッ素を含む化合物を保
持するためのリザーバ、該イオン材料を加熱にするため
の加熱手段、該リザーバから供給される溶融状態の該イ
オン材料で表面が濡らされるエミッタ及び該エミッタと
の間に電界が与えられて該エミッタ先端から上記イオン
材料のフッ素イオンを引き出すための引出し電極からな
ることを特徴とする電気流体力学的イオン源。
【請求項２】請求項１記載の電気流体力学的イオン源に
おいて、上記フッ素を含む化合物は、フッ素を含むイオ
ン結合化合物であることを特徴とする電気流体力学的イ
オン源。
【請求項３】請求項２記載の電気流体力学的イオン源に
おいて、上記フッ素を含むイオン結合化合物は、フッ化
リチウム又はフッ化セシウムであることを特徴とする電
気流体力学的イオン源。
【請求項４】請求項１から３のいずれか一に記載の電気
流体力学的イオン源において、上記リザーバは、セラミ
ックスであることを特徴とする電気流体力学的イオン
源。
【請求項５】請求項４記載の電気流体力学的イオン源に
おいて、上記セラミックスは、炭化ケイ素又は窒化ボロ
ンであることを特徴とする電気流体力学的イオン源。
【請求項６】請求項１から５のいずれか一に記載の電気
流体力学的イオン源において、上記エミッタは、セラミ
ックスであることを特徴とする電気流体力学的イオン
源。
【請求項７】請求項６記載の電気流体力学的イオン源に
おいて、上記セラミックスは、炭化ケイ素又は窒化ホウ
素であることを特徴とする電気流体力学的イオン源。
【請求項８】請求項１から７のいずれか一に記載の電気
流体力学的イオン源において、上記引出し電極に与えら
れる電圧の電源極性を切り替えるための切替手段を有す
ることを特徴とする電気流体力学的イオン源。
【請求項９】フッ素を含む化合物を請求項１から８のい
ずれか一に記載の電気流体力学的イオン源に保持させ、
該フッ素を含む化合物を加熱して溶融状態とし、引出し
電極とエミッタとの間に電界を与え、フッ素を含む化合
物からフッ素イオンを放出させることを特徴とするフッ
素イオンの放出方法。
【請求項１０】請求項１から７のいずれか一に記載の電
気流体力学的イオン源、電気流体力学的イオン源から放
出されたフッ素イオンビームの広がりを制御するための
ビーム制限アパチャ、フッ素イオンビームを集束するた
めの集束レンズ、フッ素イオンビームの広がりを絞るた
めの絞り、フッ素イオンビームを偏向させるための偏向
電極、試料を保持する試料台及び試料がフッ素イオンビ
ームを受けて放出する二次イオンを質量分析する二次イ
オン分析部からなることを特徴とする二次イオン質量分
析装置。
【請求項１１】請求項１０記載の二次イオン質量分析装
置において、上記ビーム制限アパチャは、導電性セラミ
ックスであることを特徴とする二次イオン質量分析装
置。
【請求項１２】請求項１１記載の二次イオン質量分析装
置において、上記導電性セラミックスは、炭化ケイ素で
あることを特徴とする二次イオン質量分析装置。
【請求項１３】請求項１０から１２のいずれか一に記載
の二次イオン質量分析装置において、上記絞りは、導電
性セラミックスであることを特徴とする二次イオン質量
分析装置。
【請求項１４】請求項１３記載の二次イオン質量分析装
置において、上記導電性セラミックスは、炭化ケイ素で
あることを特徴とする二次イオン質量分析装置。
【請求項１５】請求項１から７のいずれか一に記載の電
気流体力学的イオン源、電気流体力学的イオン源から放
出されたフッ素イオンビームを集束するための第１の集
束レンズ、電子源、電子源から放出された電子ビームを
集束するための第２の集束レンズ、フッ素イオンビーム
及び電子ビームを偏向させるための偏向電極、試料を保
持する試料台、試料がフッ素イオンビームを照射されて
放出する二次イオンを質量分析する二次イオン分析部及
び試料が電子ビームを照射されて放出する二次電子を検
出する二次電子検出手段からなることを特徴とする二次
イオン質量分析装置。
【請求項１６】フッ素を含む化合物を、請求項１０から
１５のいずれか一に記載の二次イオン質量分析装置の電
気流体力学的イオン源に保持させ、該フッ素を含む化合
物を加熱して溶融状態とし、電気流体力学的イオン源の
引出し電極とエミッタとの間に電界を与え、フッ素を含
む化合物からフッ素イオンを放出させ、フッ素イオンビ
ームを形成し、該フッ素イオンビームを試料に照射し、
試料が放出する二次イオンを質量分析することを特徴と
する二次イオン質量分析方法。
【請求項１７】請求項１６記載の二次イオン質量分析方
法において、上記集束レンズは、上記フッ素イオンビー
ムを上記試料上で直径１μｍ以下のビームになるように
集束することを特徴とする二次イオン質量分析方法。
【請求項１８】フッ素を含む化合物を、請求項１５記載
の二次イオン質量分析装置の電気流体力学的イオン源に
保持させ、該フッ素を含む化合物を加熱して溶融状態と
する工程と、上記電子源より電子ビームを試料に照射
し、試料が放出する二次電子を検出する工程と、上記電
気流体力学的イオン源の引出し電極とエミッタとの間に
電界を与え、フッ素を含む化合物からフッ素イオンを放
出させ、フッ素イオンビームを形成し、該フッ素イオン
ビームを試料に照射し、試料が放出する二次イオンを質
量分析する工程とを有することを特徴とする二次イオン
質量分析方法。
【請求項１９】請求項１８記載の二次イオン質量分析方
法において、上記電気流体力学的イオン源の集束レンズ
は、上記フッ素イオンビームを上記試料上で直径１μｍ
以下のビームになるように集束することを特徴とする二
次イオン質量分析方法。
【請求項２０】請求項１から７のいずれか一に記載の電
気流体力学的イオン源、該電気流体力学的イオン源から
放出されたフッ素イオンビームを集束するための集束レ
ンズ、電気陽性元素のイオンを放出するための第２の電
気流体力学的イオン源、第２の電気流体力学的イオン源
から放出された電気陽性元素のイオンビームを集束する
ための集束レンズ、フッ素イオンビーム及び電気陽性元
素のイオンビームを偏向させるための偏向電極、試料を
保持する試料台及び試料がフッ素イオンビーム及び電気
陽性元素のイオンビームを受けて放出する二次イオンを
質量分析する二次イオン分析部からなることを特徴とす
る二次イオン質量分析装置。
【請求項２１】フッ素を含む化合物を、請求項２０記載
の二次イオン質量分析装置の電気流体力学的イオン源に
保持させ、該フッ素を含む化合物を加熱して溶融状態と
する第１工程並びに上記電気流体力学的イオン源の引出
し電極とエミッタとの間に電界を与え、フッ素を含む化
合物からフッ素イオンを放出させ、フッ素イオンビーム
を形成し、該フッ素イオンビームを試料に照射し、試料
が放出する二次イオンを質量分析する工程及び上記第２
の電気流体力学的イオン源の引出し電極とエミッタとの
間に電界を与え、電気陽性元素のイオンを放出させ、電
気陽性元素のイオンビームを形成し、該電気陽性元素の
イオンビームを試料に照射し、試料が放出する二次イオ
ンを質量分析する工程をいずれかの工程が先の順で行な
う第２工程を有することを特徴とする二次イオン質量分
析方法。
【請求項２２】請求項２１記載の二次イオン質量分析方
法において、電気陽性元素のイオンはセシウムイオンで
あることを特徴とする二次イオン質量分析方法。
【請求項２３】請求項１から７のいずれか一に記載の電
気流体力学的イオン源、電気流体力学的イオン源から放
出されたフッ素イオンビームの広がりを制御するための
ビーム制限アパチャ、フッ素イオンビームを集束するた
めの集束レンズ、フッ素イオンビームの広がりを絞るた
めの絞り、フッ素イオンビームを偏向させるための偏向
電極及びフッ素イオンビームによりエッチング加工され
る試料を保持する試料台からなることを特徴とする加工
装置。
【請求項２４】請求項２３記載の加工装置において、上
記加工装置は、さらに電子源、該電子源から放出された
電子ビームを集束するための第２の集束レンズ、該電子
ビームを偏向させるための偏向電極及び試料が放出する
二次電子を検出する二次電子検出手段を有することを特
徴とする加工装置。
【請求項２５】請求項２３又は２４記載の加工装置にお
いて、上記加工装置は、さらに集束イオンビーム支援エ
ッチングのための反応性ガス導入手段を有することを特
徴とする加工装置。
【請求項２６】フッ素を含む化合物を、請求項２３又は
２４記載の加工装置の電気流体力学的イオン源に保持さ
せ、該フッ素を含む化合物を加熱して溶融状態とし、電
気流体力学的イオン源の引出し電極とエミッタとの間に
電界を与え、フッ素を含む化合物からフッ素イオンを放
出させ、フッ素イオンビームを形成し、該フッ素イオン
ビームを試料に照射し、試料の所望の部分をエッチング
するをことを特徴とする加工方法。
【請求項２７】フッ素を含む化合物を、請求項２４記載
の加工装置の電気流体力学的イオン源に保持させ、該フ
ッ素を含む化合物を加熱して溶融状態とし、上記電子源
より電子ビームを試料に照射し、試料が放出する二次電
子を検出して、試料表面を観察し、上記電気流体力学的
イオン源の引出し電極とエミッタとの間に電界を与え、
フッ素を含む化合物からフッ素イオンを放出させ、フッ
素イオンビームを形成し、該フッ素イオンビームを試料
に照射し、試料の所望の部分をエッチングするをことを
特徴とする加工方法。
【請求項２８】請求項２６又は２７記載の加工方法にお
いて、上記集束レンズは、上記フッ素イオンビームを上
記試料上で直径１μｍ以下のビームになるように集束す
ることを特徴とする加工方法。
【請求項２９】請求項２８記載の加工方法において、上
記試料は、半導体装置であることを特徴とする加工方
法。
【請求項３０】フッ素を含む化合物を、請求項２５記載
の加工装置の電気流体力学的イオン源に保持させ、該フ
ッ素を含む化合物を加熱して溶融状態とし、電気流体力
学的イオン源の引出し電極とエミッタとの間に電界を与
え、フッ素を含む化合物からフッ素イオンを放出させ、
フッ素イオンビームを形成し、上記反応性ガス導入手段
から反応性ガスを試料に吹き付け、上記フッ素イオンビ
ームを試料に照射し、試料の所望の部分をエッチングす
るをことを特徴とする加工方法。