KR20160100238A - 플라즈마 이온원 및 하전 입자 빔 장치 - Google Patents

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Abstract

(과제) 원하는 냉각성을 확보하기 위해서 플라즈마 이온원 전체의 크기가 증대되는 것을 방지한다.
(해결 수단) 실시형태의 플라즈마 이온원 (14a) 은 가스 도입실 (33) 과, 플라즈마 생성실 (34) 과, 코일 (39) 과, 외위기 (40) 와, 절연성 액체 (41) 를 구비한다. 가스 도입실 (33) 은 원료 가스가 도입된다. 유전체 재료에 의해 형성된 플라즈마 생성실 (34) 은 가스 도입실 (33) 에 접속된다. 코일 (39) 은 플라즈마 생성실 (34) 의 외주를 따라 감기고 고주파 전력이 인가된다. 외위기 (40) 는 가스 도입실 (33), 플라즈마 생성실 (34) 및 코일 (39) 을 둘러싼다. 절연성 액체 (41) 는 가스 도입실 (33) 및 플라즈마 생성실 (34) 과 외위기 (40) 사이에 충전되고 코일 (39) 을 침지한다. 절연성 액체 (41) 는 외위기 (40) 의 절연 내압보다 상대적으로 큰 절연 내압 및 플라즈마 생성실 (34) 과 동일한 정도의 유전 정접을 갖는다.

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, 절연성의 냉각 유체를 냉각 장치에 의해 냉각시키면서, 펌프에 의해 플라즈마 생성실의 외벽을 따라 순환시키는 플라즈마 이온원이 알려져 있다 (예를 들어 특허문헌 1 참조).
일본 공개특허공보 2011-142081호
그런데, 상기 종래 기술에 관련된 플라즈마 이온원에 있어서는, 고밀도인 플라즈마에 접함으로써 온도가 쉽게 상승되는 플라즈마 생성실의 벽부 및 고주파 전력이 인가됨으로써 발열하기 쉬운 코일을 냉각시키도록, 냉각 유체의 유로가 플라즈마 생성실의 주위에 형성되어 있다. 이로써 플라즈마 이온원 전체의 크기가 플라즈마 생성실의 수 배 정도로 증대된다는 문제가 발생한다.
본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 원하는 냉각성을 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 도입실에 접속되고 유전체 재료에 의해 형성된 플라즈마 생성실과, 상기 플라즈마 생성실의 외주를 따라 감기고 고주파 전력이 인가되는 코일과, 상기 가스 도입실, 상기 플라즈마 생성실 및 상기 코일을 둘러싸는 외위기와, 상기 가스 도입실 및 상기 플라즈마 생성실과 상기 외위기 사이에 충전됨으로써 상기 코일을 침지함과 함께, 상기 외위기의 절연 내압보다 상대적으로 큰 절연 내압 및 상기 플라즈마 생성실과 동일한 정도의 유전 정접을 갖는 절연성 액체를 구비한다.
상기 (1) 에 기재된 양태에 관련된 플라즈마 이온원에 의하면, 외위기의 내부에 충전되는 절연성 액체에 의해 플라즈마 생성실 및 코일을 냉각시킬 수 있기 때문에, 예를 들어 플라즈마 생성실 및 코일의 주위에 히트 파이프 등의 절연성 액체의 유로를 형성하는 경우에 비하여, 플라즈마 이온원 전체의 크기가 증대되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 외위기의 내부에 있어서 코일을 플라즈마 생성실에 가능한 한 접근시켜 배치할 수 있기 때문에, 고주파 전력을 효율적으로 플라즈마에 전달할 수 있다.
(2) 상기 (1) 에 기재된 플라즈마 이온원에서는, 상기 외위기는 구리 또는 알루미늄에 의해 형성되어 있다.
상기 (2) 의 경우, 외위기는 열전도율이 높은 재료에 의해 형성되어 있으므로, 절연성 액체의 대류 등에 의해 플라즈마 생성실 및 코일로부터 외위기에 전달되는 열은 외위기로부터 효율적으로 방열된다.
또, 외위기는 전기 전도율이 높은 비자성 금속에 의해 형성되어 있으므로, 코일의 주변에서 유도 전류가 발생하는 경우라도, 쓸데없는 전력 손실의 증대를 방지할 수 있다.
(3) 상기 (1) 또는 (2) 에 기재된 플라즈마 이온원에서는, 상기 절연성 액체는 불소계 불활성 액체여도 된다.
(4) 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 하나에 기재된 플라즈마 이온원에서는, 상기 플라즈마 생성실은 석영 유리, 알루미나 및 질화알루미늄 중 어느 것에 의해 형성되어도 된다.
(5) 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 하나에 기재된 플라즈마 이온원에서는, 상기 외위기에 형성되는 방열 핀을 구비하여도 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, 외위기의 내부에 충전되는 절연성 액체에 의해 플라즈마 생성실 및 코일을 냉각할 수 있기 때문에, 플라즈마 이온원 전체의 크기가 증대되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 플라즈마 이온원에 의하면, 외위기의 내부에 있어서 코일을 플라즈마 생성실에 가능한 한 접근시켜 배치할 수 있기 때문에, 고주파 전력을 효율적으로 플라즈마에 전달할 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.
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) 과, 외위기 (40) 와, 절연성 액체 (41) 를 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.
외위기 (40) 는, 가스 도입실 (33), 플라즈마 생성실 (34) 및 코일 (39) 을 둘러싸도록 하여, 제 1 접지 전위 플랜지 (31) 및 제 2 접지 전위 플랜지 (32) 에 접속되어 있다. 가스 도입실 (33) 및 플라즈마 생성실 (34) 과, 외위기 (40) 사이에는, 코일 (39) 을 침지하는 절연성 액체 (41) 가 충전되어 있다.
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 (D) 는, 플라즈마 시스 길이보다 작게 형성되어 있다. 오목홈 (38b) 의 폭 (W) 은, 깊이 (D) 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.
외위기 (40) 는, 예를 들어 구리 또는 알루미늄 등의 방열성 (열전도율) 이 높은 재료에 의해 형성되어 있다.
절연성 액체 (41) 는, 외위기 (40) 의 절연 내압보다 상대적으로 큰 절연 내압 및 플라즈마 생성실 (34) 과 동일한 정도의 유전 정접을 갖는다. 절연성 액체 (41) 는, 예를 들어 불소계 불활성 액체이다.
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, 외위기 (40) 의 내부에 충전되는 절연성 액체 (41) 에 의해 플라즈마 생성실 (34) 및 코일 (39) 을 냉각시킬 수 있으므로, 예를 들어 플라즈마 생성실 (34) 및 코일 (39) 의 주위에 히트 파이프 등의 절연성 액체의 유로를 형성하는 경우에 비하여, 플라즈마 이온원 (14a) 전체의 크기가 증대되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 외위기 (40) 의 내부에 있어서 코일 (39) 을 플라즈마 생성실 (34) 에 가능한 한 접근시켜 배치할 수 있으므로, 고주파 전력을 효율적으로 플라즈마에 전달할 수 있다.
또한, 외위기 (40) 는 열전도율이 높은 재료에 의해 형성되어 있으므로, 절연성 액체 (41) 의 대류 등에 의해 플라즈마 생성실 (34) 및 코일 (39) 로부터 외위기 (40) 에 전달되는 열은 외위기 (40) 로부터 효율적으로 방열된다.
또, 외위기 (40) 는 전기 전도율이 높은 비자성 금속에 의해 형성되어 있으므로, 코일 (39) 의 주변에서 유도 전류가 발생하는 경우라도, 쓸데없는 전력 손실의 증대를 방지할 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, 외위기 (40) 에 형성되는 방열 핀을 구비해도 된다.
또한, 상기 서술한 실시형태에서는, 외위기 (40) 의 내부의 절연성 액체 (41) 를 뽑아내어, 냉각시킨 후에 다시 외위기 (40) 의 내부에 공급하는 장치 (냉각 장치 및 펌프 등) 를 구비해도 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,
40 : 외위기,
41 : 절연성 액체.

Claims (7)

  1. 원료 가스가 도입되는 가스 도입실과,
    상기 가스 도입실에 접속되고 유전체 재료에 의해 형성된 플라즈마 생성실과,
    상기 플라즈마 생성실의 외주를 따라 감기고 고주파 전력이 인가되는 코일과,
    상기 가스 도입실, 상기 플라즈마 생성실 및 상기 코일을 둘러싸는 외위기와,
    상기 가스 도입실 및 상기 플라즈마 생성실과 상기 외위기 사이에 충전됨으로써 상기 코일을 침지함과 함께, 상기 외위기의 절연 내압보다 상대적으로 큰 절연 내압 및 상기 플라즈마 생성실과 동일한 정도의 유전 정접을 갖는 절연성 액체를 구비하는 것을 특징으로 하는 플라즈마 이온원.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 외위기는 구리 또는 알루미늄에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 이온원.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 절연성 액체는 불소계 불활성 액체인 것을 특징으로 하는 플라즈마 이온원.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 플라즈마 생성실은 석영 유리, 알루미나 및 질화알루미늄 중 어느 것에 의해 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 플라즈마 이온원.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 외위기에 형성되는 방열 핀을 구비하는 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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