KR20160100237A - 플라즈마 이온원 및 하전 입자 빔 장치 - Google Patents

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Abstract

(과제) 원하는 절연성을 확보하기 위해서 플라즈마 이온원 전체의 크기가 증대되는 것을 방지한다.
(해결 수단) 실시형태의 플라즈마 이온원 (14a) 은 가스 도입실 (33) 과, 절연 부재 (38) 와, 플라즈마 생성실 (34) 과, 코일 (39) 과, 말단 전극 (36) 을 구비한다. 가스 도입실 (33) 은 원료 가스가 도입된다. 절연 부재 (38) 는 가스 도입실 (33) 의 내부에 형성된다. 플라즈마 생성실 (34) 은 가스 도입실 (33) 에 접속된다. 코일 (39) 은 플라즈마 생성실 (34) 의 외주를 따라 감기고 고주파 전력이 인가된다. 복수의 관통공 (36a) 이 형성된 말단 전극 (36) 은 가스 도입실 (33) 및 플라즈마 생성실 (34) 의 경계에 배치된다. 관통공 (36a) 의 크기는 플라즈마 시스 길이보다 작게 형성되어 있다.

Description

플라즈마 이온원 및 하전 입자 빔 장치{PLASMA ION SOURCE AND CHARGED PARTICLE BEAM APPARATUS}
이 발명은, 플라즈마 이온원 및 하전 입자 빔 장치에 관한 것이다.
종래, 플라즈마실에 도입되는 가스의 유량을 제한하는 유량 제한기를 구비하고, 가스 공급기와 플라즈마 사이의 전압 강하를 고압으로 유지된 가스에 있어서 발생시키고, 아크 방전을 억제하는 플라즈마 이온원이 알려져 있다 (예를 들어 특허문헌 1 참조).
종래, 복수의 상이한 종류의 가스를 사용하여, 상이한 이온종을 생성시키는 플라즈마 이온원이 알려져 있다 (예를 들어 특허문헌 2 참조).
일본 공개특허공보 2011-142081호 일본 공개특허공보 2013-120750호
그런데, 상기 종래 기술에 관련된 플라즈마 이온원은, 원료가 되는 가스를 플라즈마 생성실에 도입하고, 플라즈마 생성실의 주위에 설치한 워크 코일에 고주파를 인가함으로써 플라즈마를 생성시킨다. 그리고, 플라즈마 이온원은, 플라즈마로부터 인출되는 이온에 가속 에너지를 부여하기 위해서, 플라즈마에 가속 전압을 인가한다.
그런데, 플라즈마 생성실의 압력은 0.1 ㎩ ∼ 10 ㎩ 정도이고, 가스 도입 절연부도 그 압력 이상이며, 방전되기 쉬운 압력 영역이 된다. 또, 플라즈마가 도전성을 갖기 때문에 가스 도입 절연부 내에 플라즈마가 침입하면, 즉시 방전이 발생할 우려가 있다.
이에 대하여 상기 종래 기술에 관련된 플라즈마 이온원은, 가스의 압력을 높게 하거나, 또는 전극간 거리를 크게 함으로써 절연을 확보한다.
그러나, 전극간 거리를 크게 하면 플라즈마 이온원이 커져, 구성에 필요로 하는 비용이 커진다는 문제가 발생한다. 한편, 가스의 압력을 높게 하면 컨덕턴스가 저하되므로, 플라즈마 이온원의 가스 배출 후의 진공화에 필요로 하는 시간, 또는 복수의 상이한 종류의 가스를 사용하는 경우의 가스 치환에 필요로 하는 시간이 길어진다는 문제가 발생한다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 원하는 절연성을 확보하기 위해서 플라즈마 이온원 전체의 크기가 증대되는 것을 방지하는 것이 가능한 플라즈마 이온원 및 하전 입자 빔 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
상기 과제를 해결하여 이러한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 이하의 양태를 채용하였다.
(1) 본 발명의 일 양태에 관련된 플라즈마 이온원은, 원료 가스가 도입되는 가스 도입실과, 상기 가스 도입실의 내부에 형성되는 절연 부재와, 상기 가스 도입실에 접속된 플라즈마 생성실과, 상기 플라즈마 생성실의 외주를 따라 감기고 고주파 전력이 인가되는 코일과, 상기 가스 도입실 및 상기 플라즈마 생성실의 경계에 배치되고 복수의 관통공이 형성된 전극을 구비하고, 상기 관통공의 크기는 플라즈마 시스 길이보다 작게 형성되어 있다.
상기 (1) 에 기재된 양태에 관련된 플라즈마 이온원에 의하면, 복수의 관통공이 형성된 전극을 가스 도입실 및 플라즈마 생성실의 경계에 배치하여 컨덕턴스를 증대시킴으로써, 파셴의 법칙에 있어서의 (압력 × 전극간 거리) 가 작은 영역측에서의 고내전압 영역을 사용하여 원하는 절연성을 확보할 수 있다. 이로써 원하는 절연성을 확보하기 위해서 플라즈마 이온원 전체의 크기를 증대시킬 필요가 없고, 플라즈마 이온원의 가스 배출 후의 진공화에 필요로 하는 시간 및 복수의 상이한 종류의 가스를 사용하는 경우의 가스 치환에 필요로 하는 시간 등이 길어지는 것을 방지할 수 있다.
또한, 관통공의 크기는 플라즈마 시스 길이보다 작게 형성되어 있으므로, 가스 도입실에 대한 플라즈마의 침입을 억제할 수 있고, 방전의 발생을 억제할 수 있다. 이로써 원하는 절연성을 확보하기 위해서 플라즈마 이온원 전체의 크기가 증대되는 것을 더욱 방지할 수 있다.
(2) 상기 (1) 에 기재된 플라즈마 이온원에서는, 상기 절연 부재 및 상기 전극은, 상기 절연 부재와 상기 전극 사이에, 상기 관통공에 접속됨과 함께 플라즈마 시스 길이보다 작은 간격의 공극을 형성한다.
상기 (2) 의 경우, 절연 부재 및 전극은 플라즈마 시스 길이보다 작은 간격의 공극을 형성하므로, 가스 도입실에 대한 플라즈마의 침입을 더욱 억제할 수 있다.
(3) 상기 (2) 에 기재된 플라즈마 이온원에서는, 상기 공극은, 상기 절연 부재 및 상기 전극의 각각의 대향면 중 적어도 어느 것에 형성되는 오목부에 의해 형성되어도 된다.
(4) 상기 (3) 에 기재된 플라즈마 이온원에서는, 상기 절연 부재 및 상기 전극을 접속하는 접속 부재를 구비하여도 된다.
(5) 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 기재된 플라즈마 이온원은, 상기 가스 도입실에 상기 원료 가스를 도입하는 개구가 형성된 접지 전위 부재를 구비하고, 상기 절연 부재는, 상기 접지 전위 부재와 상기 전극 사이에 있어서의 하전 입자의 직접적인 이동을 방해하는 형상으로 형성되어도 된다.
(6) 본 발명의 일 양태에 관련된 하전 입자 빔 장치는, 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 하나에 기재된 플라즈마 이온원과, 상기 플라즈마 이온원에 있어서 발생한 상기 원료 가스의 이온에 의해 이온 빔을 형성하는 이온 빔 형성부와, 시료를 고정시키는 스테이지와, 상기 이온 빔 형성부에 의해 형성된 상기 이온 빔을 상기 시료에 조사하고, 상기 시료의 조사 영역의 관찰, 가공 및 분석 중 적어도 어느 것을 실시하는 제어부를 구비한다.
상기 (6) 에 기재된 양태에 관련된 하전 입자 빔 장치에 의하면, 장치 전체의 크기가 증대되는 것을 방지할 수 있다.
(7) 상기 (6) 에 기재된 하전 입자 빔 장치는, 전자 빔을 형성하는 전자 빔 형성부를 구비하고, 상기 제어부는, 상기 이온 빔 및 상기 전자 빔을 상기 시료의 동일 영역에 조사하고, 상기 시료의 조사 영역의 관찰, 가공 및 분석 중 적어도 어느 것을 실시해도 된다.
본 발명의 플라즈마 이온원에 의하면, 원하는 절연성을 확보하기 위해서 플라즈마 이온원 전체의 크기를 증대시킬 필요가 없고, 플라즈마 이온원의 가스 배출 후의 진공화에 필요로 하는 시간 및 복수의 상이한 종류의 가스를 사용하는 경우의 가스 치환에 필요로 하는 시간 등이 길어지는 것을 방지할 수 있다.
또한, 관통공의 크기는 플라즈마 시스 길이보다 작게 형성되어 있으므로, 가스 도입실에 대한 플라즈마의 침입을 억제할 수 있고, 방전의 발생을 억제할 수 있다. 이로써 원하는 절연성을 확보하기 위해서 플라즈마 이온원 전체의 크기가 증대되는 것을 더욱 방지할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 실시형태에 관련된 하전 입자 빔 장치의 구성을 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 2 는 본 발명의 실시형태에 관련된 플라즈마 이온원의 구성을 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 3 은 본 발명의 실시형태에 관련된 플라즈마 이온원의 절연 부재를 플라즈마 생성실측에서 본 평면도이다.
도 4 는 도 3 에 나타내는 IV-IV 단면을 포함하는 절연 부재 및 말단 전극의 단면도이다.
도 5 는 본 발명의 실시형태에 관련된 파셴의 법칙에 따른 스파크 전압과 (압력 × 전극간 거리) 의 관계를 나타내는 도면이다.
도 6 은 본 발명의 실시형태의 제 1 변형예에 관련된 플라즈마 이온원의 절연 부재 및 말단 전극의 단면도이다.
도 7 은 본 발명의 실시형태의 제 2 변형예에 관련된 플라즈마 이온원의 절연 부재 및 말단 전극의 단면도이다.
도 8 은 본 발명의 실시형태의 제 3 변형예에 관련된 플라즈마 이온원의 절연 부재 및 말단 전극의 단면도이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 관련된 플라즈마 이온원 및 하전 입자 빔 장치에 대해 첨부 도면을 참조하면서 설명한다.
실시형태에 관련된 하전 입자 빔 장치 (10) 는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 내부를 진공 상태로 유지 가능한 시료실 (11) 과, 시료실 (11) 의 내부에 있어서 시료 (S) 를 고정 가능한 스테이지 (12) 와, 스테이지 (12) 를 구동시키는 구동 기구 (13) 를 구비하고 있다. 하전 입자 빔 장치 (10) 는, 시료실 (11) 의 내부에 있어서의 소정의 조사 영역 (요컨대 주사 범위) 내의 조사 대상에 집속 이온 빔 (FIB) 을 조사하는 집속 이온 빔 경통 (14) 을 구비하고 있다. 하전 입자 빔 장치 (10) 는, 시료실 (11) 의 내부에 있어서의 소정의 조사 영역 내의 조사 대상에 전자 빔 (EB) 을 조사하는 전자 빔 경통 (15) 을 구비하고 있다. 하전 입자 빔 장치 (10) 는, 집속 이온 빔 또는 전자 빔의 조사에 의해 조사 대상으로부터 발생하는 2 차 하전 입자 (2 차 전자 및 2 차 이온 등) (R) 를 검출하는 검출기 (16) 를 구비하고 있다. 또, 하전 입자 빔 장치 (10) 는, 전자 빔 경통 (15) 내부에 전자 빔의 조사에 의해 조사 대상으로부터 발생하는 2 차 하전 입자 (반사 전자) 를 검출하는 검출기를 구비하고 있다. 하전 입자 빔 장치 (10) 는, 조사 대상의 표면에 가스 (Ga) 를 공급하는 가스 공급부 (17) 를 구비하고 있다. 하전 입자 빔 장치 (10) 는, 검출기 (16) 에 의해 검출된 2 차 하전 입자에 기초하는 화상 데이터 등을 표시하는 표시 장치 (20) 와, 제어부 (21) 와, 입력 디바이스 (22) 를 구비하고 있다.
하전 입자 빔 장치 (10) 는, 조사 대상의 표면에 집속 이온 빔을 주사하면서 조사함으로써, 스퍼터링에 의한 각종의 가공 (에칭 가공 등) 과 디포지션막의 형성을 실행 가능하다. 하전 입자 빔 장치 (10) 는, 시료 (S) 에 주사형 전자 현미경 등에 의한 단면 관찰용의 단면을 형성하는 가공과, 시료 (S) 로부터 투과형 전자 현미경에 의한 투과 관찰용의 시료편 (예를 들어 박편 시료, 침상 시료 등) 을 형성하는 가공 등을 실행 가능하다. 하전 입자 빔 장치 (10) 는, 시료 (S) 등의 조사 대상의 표면에 집속 이온 빔 또는 전자 빔을 주사하면서 조사함으로써, 조사 대상의 표면의 관찰을 실행 가능하다.
시료실 (11) 은, 배기 장치에 의해 내부를 원하는 진공 상태가 될 때까지 배기 가능함과 함께 원하는 진공 상태를 유지 가능하게 구성되어 있다.
스테이지 (12) 는 시료 (S) 를 유지한다.
구동 기구 (13) 는, 스테이지 (12) 에 접속된 상태에서 시료실 (11) 의 내부에 수용되어 있고, 제어부 (21) 로부터 출력되는 제어 신호에 따라 스테이지 (12) 를 소정축에 대해 변위시킨다. 구동 기구 (13) 는, 수평면에 평행하거나 또한 서로 직교하는 X 축 및 Y 축과, X 축 및 Y 축에 직교하는 연직 방향의 Z 축을 따라 평행하게 스테이지 (12) 를 이동시키는 이동 기구 (13a) 를 구비하고 있다. 구동 기구 (13) 는, 스테이지 (12) 를 X 축 또는 Y 축 둘레로 회전시키는 틸트 기구 (13b) 와, 스테이지 (12) 를 Z 축 둘레로 회전시키는 회전 기구 (13c) 를 구비하고 있다.
집속 이온 빔 경통 (14) 은, 시료실 (11) 의 내부에 있어서 빔 출사부를, 조사 영역 내의 스테이지 (12) 의 연직 방향 상방의 위치에서 스테이지 (12) 에 면하게 함과 함께, 광축을 연직 방향에 평행하게 하여, 시료실 (11) 에 고정되어 있다. 이로써, 스테이지 (12) 에 고정된 시료 (S) 등의 조사 대상에 연직 방향 상방으로부터 하방을 향하여 집속 이온 빔을 조사 가능하다.
집속 이온 빔 경통 (14) 은, 이온을 발생시키는 플라즈마 이온원 (14a) 과, 플라즈마 이온원 (14a) 으로부터 인출된 이온을 집속 및 편향시키는 이온 광학계 (14b) 를 구비하고 있다. 플라즈마 이온원 (14a) 및 이온 광학계 (14b) 는, 제어부 (21) 로부터 출력되는 제어 신호에 따라 제어되고, 집속 이온 빔의 조사 위치 및 조사 조건 등이 제어부 (21) 에 의해 제어된다. 이온 광학계 (14b) 는, 예를 들어 콘덴서 렌즈 등의 제 1 정전 렌즈와, 정전 편향기와, 대물 렌즈 등의 제 2 정전 렌즈 등을 구비하고 있다. 또한, 도 1 에서는 정전 렌즈는 2 세트이지만, 3 세트 이상 구비해도 된다. 이 경우, 이온 광학계 (14b) 는 각 렌즈 사이에 애퍼처를 형성한다.
플라즈마 이온원 (14a) 은 고주파 유도 결합 플라즈마 이온원이다. 플라즈마 이온원 (14a) 은, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 토치 (30) 와, 제 1 접지 전위 플랜지 (31) 및 제 2 접지 전위 플랜지 (32) 와, 가스 도입실 (33) 과, 플라즈마 생성실 (34) 과, 가스 도입실재 (35) 와, 말단 전극 (36) 과, 플라즈마 전극 (37) 과, 절연 부재 (38) 와, 코일 (39) 을 구비하고 있다.
토치 (30) 의 형상은 통상으로 형성되어 있다. 토치 (30) 는 유전체 재료에 의해 형성되어 있다. 유전체 재료는, 예를 들어 석영 유리, 알루미나 및 질화알루미늄 중 어느 것 등이다. 토치 (30) 의 제 1 단부에는, 제 1 접지 전위 플랜지 (31) 가 형성되어 있다. 토치 (30) 의 제 2 단부에는, 제 2 접지 전위 플랜지 (32) 가 형성되어 있다. 제 1 접지 전위 플랜지 (31) 및 제 2 접지 전위 플랜지 (32) 는 접지 전위에 유지되어 있다. 제 1 접지 전위 플랜지 (31) 및 제 2 접지 전위 플랜지 (32) 는, 비자성 금속, 예를 들어, 구리나 알루미늄 등이다.
토치 (30) 는, 가스 도입실 (33) 및 플라즈마 생성실 (34) 을 형성하고 있다. 가스 도입실 (33) 은 제 1 접지 전위 플랜지 (31) 에 접속되는 가스 도입실재 (35) 와, 토치 (30) 의 내부에 배치되는 말단 전극 (36) 에 의해 형성되어 있다. 플라즈마 생성실 (34) 은 말단 전극 (36) 과, 토치 (30) 의 제 2 단부에 배치되는 플라즈마 전극 (37) 에 의해 형성되어 있다. 말단 전극 (36) 및 플라즈마 전극 (37) 은, 비자성 금속, 예를 들어 구리나 텅스텐이나 몰리브덴 등이다. 플라즈마가 말단 전극 (36) 및 플라즈마 전극 (37) 을 스퍼터하여 토치 (30) 의 내벽에 부착되기 때문에, 스퍼터에 필요한 에너지가 높은 텅스텐이나 몰리브덴쪽이 바람직하다. 가스 도입실 (33) 의 내부에는, 절연 부재 (38) 가 수용되어 있다. 토치 (30) 의 외부에는 플라즈마 생성실 (34) 의 외주를 따라 감겨지는 코일 (39) 이 배치되어 있다. 코일 (39) 에는, RF 전원 (39a) 으로부터 고주파 전력이 공급된다.
가스 도입실재 (35) 에는, 가스 공급원으로부터 유량 조정기를 통하여 공급되는 원료 가스를, 가스 도입실 (33) 의 내부에 도입하는 개구부 (35a) 가 형성되어 있다.
가스 도입실 (33) 및 플라즈마 생성실 (34) 의 경계에 배치되는 말단 전극 (36) 에는, 가스 도입실 (33) 로부터 플라즈마 생성실 (34) 에 원료 가스를 도입하는 복수의 관통공 (36a) 이 형성되어 있다. 복수의 관통공 (36a) 의 각각의 크기 (R) (예를 들어 원형의 관통공 (36a) 의 직경 등) 는 플라즈마 시스 길이보다 작게 형성되어 있다. 플라즈마 시스 길이는, 예를 들어 수십 ㎛ ∼ 수백 ㎛ 이다.
플라즈마 전극 (37) 에는, 플라즈마 생성실 (34) 로부터 외부로 이온을 인출하는 개구부 (37a) 가 형성되어 있다.
가스 도입실 (33) 내의 절연 부재 (38) 는 볼트 등의 접속 부재에 의해 말단 전극 (36) 에 고정되어 있다. 절연 부재 (38) 에는, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 접속 부재가 장착되는 장착공 (38a) 이 형성되어 있다. 말단 전극 (36) 의 표면 (36A) 에 대향하는 절연 부재 (38) 의 대향면 (38A) 에는, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 오목홈 (38b) 이 형성되어 있다. 오목홈 (38b) 의 깊이 (D1) 는, 플라즈마 시스 길이보다 작게 형성되어 있다. 오목홈 (38b) 의 폭 (W) 은, 깊이 (D1) 보다 크게 형성되어 있다. 절연 부재 (38) 에는, 오목홈 (38b) 에 형성되는 복수의 관통공 (38c) 이 형성되어 있다. 복수의 관통공 (38c) 의 각각의 크기 (예를 들어 원형의 관통공 (38c) 의 직경 등) 는, 플라즈마 시스 길이보다 작게 형성되어 있다. 복수의 관통공 (38c) 의 각각의 크기는 예를 들어 플라즈마 전극 (37) 에 있어서의 복수의 관통공 (36a) 의 크기 (R) 와 동일하게 형성되어 있다. 복수의 관통공 (38c) 의 각각은, 예를 들어 플라즈마 전극 (37) 에 있어서의 복수의 관통공 (36a) 의 각각에 면하도록 배치되어 있다.
또한, 플라즈마 전극 (37) 에는, 접속 부재가 장착되는 장착공 (36b) 이 절연 부재 (38) 의 장착공 (38a) 에 면하도록 형성되어 있다.
절연 부재 (38) 의 형상은, 가스 도입실재 (35) 와 말단 전극 (36) 사이에 있어서의 하전 입자의 직접적인 이동을 방해하는 형상으로 형성되어 있다. 절연 부재 (38) 의 형상은, 가스 도입실재 (35) 와 말단 전극 (36) 이 서로 직접 보이지 않는 형상으로 형성되어 있다. 절연 부재 (38) 의 형상은, 예를 들어 수나사 형상 등으로 형성되어 있다.
플라즈마 생성실 (34) 의 압력은, 0.1 ㎩ ∼ 10 ㎩ 정도로 설정되어 있다. 플라즈마 생성실 (34) 과 가스 도입실 (33) 사이에는, 복수의 관통공 (36a) 이 형성된 말단 전극 (36) 에 의해 컨덕턴스가 높아지도록 설정되어 있으므로, 가스 도입실 (33) 의 압력은 플라즈마 생성실 (34) 의 압력과 동일한 정도이다. 플라즈마 생성실 (34) 의 압력은, 가스 공급원으로부터 가스 도입실 (33) 에 도입되는 원료 가스의 유량에 따라 조정된다. 유량 조정기는, 가스 도입실 (33) 에 도입되는 원료 가스의 유량을 조정함으로써, 플라즈마 생성실 (34) 의 압력을 원하는 압력으로 설정한다.
플라즈마 생성실 (34) 의 압력은, 가스 도입실 (33) 이 파셴의 법칙에 있어서의 (압력 × 전극간 거리) 가 작은 영역측에서의 고내전압 영역을 사용하여 원하는 절연성을 확보하도록 설정된다. 파셴의 법칙은, 도 5 에 나타내는 바와 같이, (압력 × 전극간 거리) 가 큰 영역측 및 작은 영역측의 각각에 있어서 고내전압 영역을 갖고 있다. 가스 도입실 (33) 은 (압력 × 전극간 거리) 가 작은 영역측의 고내전압 영역 (A) 이 형성되도록, 플라즈마 생성실 (34) 의 압력 및 가스 도입실 (33) 의 전극간 거리가 설정되어 있다. 예를 들어 플라즈마 생성실 (34) 의 압력이 0.1 ㎩ 로 되고, 가스 도입실 (33) 의 가스 도입실재 (35) 와 말단 전극 (36) 의 연면 거리가 30 ㎜ 로 된 경우, (압력 × 전극간 거리) 는 3e-3 ㎩·m 으로 되어, 가스 도입실 (33) 은 고내전압 영역 (A) 의 상태가 된다.
전자 빔 경통 (15) 은, 시료실 (11) 의 내부에 있어서 빔 출사부를, 조사 영역 내의 스테이지 (12) 의 연직 방향으로 소정 각도 경사진 경사 방향에서 스테이지 (12) 에 면하게 함과 함께, 광축을 경사 방향에 평행하게 하여, 시료실 (11) 에 고정되어 있다. 이로써, 스테이지 (12) 에 고정된 시료 (S) 등의 조사 대상에 경사 방향의 상방으로부터 하방을 향하여 전자 빔을 조사 가능하다.
전자 빔 경통 (15) 은, 전자를 발생시키는 전자원 (15a) 과, 전자원 (15a) 으로부터 사출된 전자를 집속 및 편향시키는 전자 광학계 (15b) 를 구비하고 있다. 전자원 (15a) 및 전자 광학계 (15b) 는, 제어부 (21) 로부터 출력되는 제어 신호에 따라 제어되고, 전자 빔의 조사 위치 및 조사 조건 등이 제어부 (21) 에 의해 제어된다. 전자 광학계 (15b) 는, 예를 들어 전자 렌즈와 편향기 등을 구비하고 있다.
또한, 전자 빔 경통 (15) 과 집속 이온 빔 경통 (14) 의 배치를 바꿔, 전자 빔 경통 (15) 을 연직 방향으로, 집속 이온 빔 경통 (14) 을 연직 방향에 소정 각도 경사진 경사 방향으로 배치해도 된다.
검출기 (16) 는, 시료 (S) 등의 조사 대상에 집속 이온 빔 또는 전자 빔이 조사되었을 때에 조사 대상으로부터 방사되는 2 차 하전 입자 (2 차 전자 및 2 차 이온 등) (R) 의 강도 (요컨대, 2 차 하전 입자의 양) 를 검출하고, 2 차 하전 입자 (R) 의 검출량의 정보를 출력한다. 검출기 (16) 는, 시료실 (11) 의 내부에 있어서 2 차 하전 입자 (R) 의 양을 검출 가능한 위치, 예를 들어 조사 영역 내의 시료 (S) 등의 조사 대상에 대해 경사진 상방의 위치 등에 배치되고, 시료실 (11) 에 고정되어 있다.
가스 공급부 (17) 는, 시료실 (11) 의 내부에 있어서 가스 분사부를 스테이지 (12) 에 면하게 하고, 시료실 (11) 에 고정되어 있다. 가스 공급부 (17) 는, 집속 이온 빔에 의한 시료 (S) 의 에칭을 시료 (S) 의 재질에 따라 선택적으로 촉진시키기 위한 에칭용 가스와, 시료 (S) 의 표면에 금속 또는 절연체 등의 퇴적물에 의한 디포지션막을 형성하기 위한 디포지션용 가스 등을 시료 (S) 에 공급 가능하다. 예를 들어 Si 계의 시료 (S) 에 대한 불화크세논과 유기계의 시료 (S) 에 대한 물 등의 에칭용 가스를, 집속 이온 빔의 조사와 함께 시료 (S) 에 공급함으로써, 에칭을 선택적으로 촉진시킨다. 또, 예를 들어 페난트렌, 플라티나, 카본 또는 텅스텐 등을 함유한 화합물 가스의 디포지션용 가스를, 집속 이온 빔의 조사와 함께 시료 (S) 에 공급함으로써, 디포지션용 가스로부터 분해된 고체 성분을 시료 (S) 의 표면에 퇴적시킨다.
제어부 (21) 는, 시료실 (11) 의 외부에 배치되고, 표시 장치 (20) 와 조작자의 입력 조작에 따른 신호를 출력하는 마우스 및 키보드 등의 입력 디바이스 (22) 가 접속되어 있다.
제어부 (21) 는, 입력 디바이스 (22) 로부터 출력되는 신호 또는 미리 설정된 자동 운전 제어 처리에 의해 생성되는 신호 등에 의해, 하전 입자 빔 장치 (10) 의 동작을 통합적으로 제어한다.
제어부 (21) 는, 하전 입자 빔의 조사 위치를 주사하면서 검출기 (16) 에 의해 검출되는 2 차 하전 입자의 검출량을, 조사 위치에 대응시킨 휘도 신호로 변환하여, 2 차 하전 입자의 검출량의 2 차원 위치 분포에 의해 조사 대상의 형상을 나타내는 화상 데이터를 생성시킨다. 제어부 (21) 는, 생성된 각 화상 데이터와 함께 각 화상 데이터의 확대, 축소, 이동 및 회전 등의 조작을 실행하기 위한 화면을 표시 장치 (20) 에 표시시킨다. 제어부 (21) 는, 가공 설정 등의 각종 설정을 실시하기 위한 화면을 표시 장치 (20) 에 표시시킨다.
상기 서술한 바와 같이, 본 발명의 실시형태에 의한 플라즈마 이온원 (14a) 에 의하면, 복수의 관통공 (36a) 이 형성된 말단 전극 (36) 을 가스 도입실 (33) 및 플라즈마 생성실 (34) 의 경계에 배치하고 컨덕턴스를 증대시킴으로써, 파셴의 법칙에 있어서의 (압력 × 전극간 거리) 가 작은 영역측에서의 고내전압 영역 (A) 을 사용하여 원하는 절연성을 확보할 수 있다. 이로써 원하는 절연성을 확보하기 위해서 플라즈마 이온원 (14a) 전체의 크기를 증대시킬 필요가 없고, 플라즈마 이온원 (14a) 의 가스 배출 후의 진공화에 필요로 하는 시간 및 복수의 상이한 종류의 가스를 사용하는 경우의 가스 치환에 필요로 하는 시간 등이 길어지는 것을 방지할 수 있다.
또한, 관통공 (36a) 의 크기는 플라즈마 시스 길이보다 작게 형성되어 있으므로, 가스 도입실 (33) 에 대한 플라즈마의 침입을 억제할 수 있고, 방전의 발생을 억제할 수 있다. 이로써 원하는 절연성을 확보하기 위해서 플라즈마 이온원 (14a) 전체의 크기가 증대되는 것을 더욱 방지할 수 있다.
또한, 절연 부재 (38) 및 말단 전극 (36) 은 플라즈마 시스 길이보다 작은 간격의 공극을 형성하므로, 가스 도입실 (33) 에 대한 플라즈마의 침입을 더욱 억제할 수 있다.
상기 서술한 바와 같이, 본 발명의 실시형태에 의한 하전 입자 빔 장치 (10) 에 의하면, 장치 전체의 크기가 증대되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 상기 서술한 실시형태에서는, 절연 부재 (38) 가 오목홈 (38b) 을 구비하는 것으로 했지만, 이것에 한정되지 않는다.
상기 서술한 실시형태의 제 1 변형예에서는, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 말단 전극 (36) 의 표면 (36A) 에 오목홈 (36c) 이 형성되어도 된다. 오목홈 (36c) 의 깊이 (D2) 는 플라즈마 시스 길이보다 작게 형성되어 있다. 오목홈 (36c) 의 폭은 깊이 (D2) 보다 크게 형성되어 있다.
상기 서술한 실시형태의 제 2 변형예에서는, 도 7 에 나타내는 바와 같이, 절연 부재 (38) 의 오목홈 (38b) 에 추가하여, 말단 전극 (36) 의 표면 (36A) 에 오목홈 (36c) 이 형성되어도 된다. 오목홈 (38b) 및 오목홈 (36c) 은, 서로 면하도록 형성되어 있다. 오목홈 (38b) 의 깊이와 오목홈 (36c) 의 깊이를 누적한 값 (D3) 은, 플라즈마 시스 길이보다 작게 형성되어 있다. 오목홈 (38b) 및 오목홈 (36c) 의 각각의 폭은 값 (D3) 보다 크게 형성되어 있다.
상기 서술한 실시형태의 제 3 변형예에서는, 도 8 에 나타내는 바와 같이, 절연 부재 (38) 의 오목홈 (38b) 이 생략되고, 말단 전극 (36) 의 표면 (36A) 과 절연 부재 (38) 의 대향면 (38A) 사이에, 플라즈마 시스 길이보다 작은 간격 (D4) 의 공극이 형성되어도 된다.
또한, 상기 서술한 실시형태에서는, 전자 빔 경통 (15) 은 생략되어도 된다.
또한, 상기 서술한 실시형태에서는, 제어부 (21) 는, 소프트웨어 기능부, 또는 LSI 등의 하드웨어 기능부여도 된다.
10 : 하전 입자 빔 장치,
11 : 시료실,
12 : 스테이지,
13 : 구동 기구,
14 : 집속 이온 빔 경통,
14a : 플라즈마 이온원,
15 : 전자 빔 경통,
16 : 검출기,
17 : 가스 공급부,
20 : 표시 장치,
21 : 제어부,
22 : 입력 디바이스,
30 : 토치,
31 : 제 1 접지 전위 플랜지,
32 : 제 2 접지 전위 플랜지,
33 : 가스 도입실,
34 : 플라즈마 생성실,
35 : 가스 도입실재,
36 : 말단 전극,
37 : 플라즈마 전극,
38 : 절연 부재,
39 : 코일.

Claims (7)

  1. 원료 가스가 도입되는 가스 도입실과,
    상기 가스 도입실의 내부에 형성되는 절연 부재와,
    상기 가스 도입실에 접속된 플라즈마 생성실과,
    상기 플라즈마 생성실의 외주를 따라 감기고 고주파 전력이 인가되는 코일과,
    상기 가스 도입실 및 상기 플라즈마 생성실의 경계에 배치되고 복수의 관통공이 형성된 전극을 구비하고,
    상기 관통공의 크기는 플라즈마 시스 길이보다 작게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 이온원.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 절연 부재 및 상기 전극은, 상기 절연 부재와 상기 전극 사이에, 상기 관통공에 접속됨과 함께 플라즈마 시스 길이보다 작은 간격의 공극을 형성하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 이온원.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 공극은, 상기 절연 부재 및 상기 전극의 각각의 대향면 중 적어도 어느 것에 형성되는 오목부에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 플라즈마 이온원.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 절연 부재 및 상기 전극을 접속하는 접속 부재를 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 이온원.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 가스 도입실에 상기 원료 가스를 도입하는 개구가 형성된 접지 전위 부재를 구비하고,
    상기 절연 부재는, 상기 접지 전위 부재와 상기 전극 사이에 있어서의 하전 입자의 직접적인 이동을 방해하는 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 이온원.
  6. 제 1 항에 기재된 플라즈마 이온원과,
    상기 플라즈마 이온원에 있어서 발생한 상기 원료 가스의 이온에 의해 이온 빔을 형성하는 이온 빔 형성부와,
    시료를 고정시키는 스테이지와,
    상기 이온 빔 형성부에 의해 형성된 상기 이온 빔을 상기 시료에 조사하고, 상기 시료의 조사 영역의 관찰, 가공 및 분석 중 적어도 어느 것을 실시하는 제어부를 구비하는 것을 특징으로 하는 하전 입자 빔 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    전자 빔을 형성하는 전자 빔 형성부를 구비하고,
    상기 제어부는, 상기 이온 빔 및 상기 전자 빔을 상기 시료의 동일 영역에 조사하고, 상기 시료의 조사 영역의 관찰, 가공 및 분석 중 적어도 어느 것을 실시하는 것을 특징으로 하는 하전 입자 빔 장치.
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