KR20230034290A - 집속 이온빔 장치 - Google Patents
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Abstract
경통 안에 집속 이온빔 광학계를 내장해서 집속 이온빔을 상기 경통의 선단부로부터 출사하는 집속 이온빔 컬럼을 구비하는 집속 이온빔 장치로서, 상기 집속 이온빔 광학계로부터 출사되는 상기 집속 이온빔의 진로 근방에, 피처리 기판의 표면으로 전자를 공급하는 금속침, 금속편 등의 전자 공급부나, 2차 하전 입자를 포착하는 검출부를 구비하는 마이크로채널 플레이트 등이 배치되고, 이와 같은 간이한 구성으로 하는 것에 의해 집속 이온빔 장치의 저코스트화를 달성할 수 있으며, 게다가 효율적으로 차지업을 방지할 수 있는 집속 이온빔 장치를 제공할 수 있다.
Description
본 발명은, 집속 이온빔 장치에 관한 것이다.
집속 이온빔 장치는, 진공 중에서 이온을 발생시키고, 정전장(靜電場)에서 집광해서 집속 이온빔으로 하고 있다. 집속 이온빔 장치에서는, 집속한 이온빔이 조사된 위치로부터 발생하는 2차 하전 입자(2차 전자, 2차 이온 등)를 포착해서, 그 강도 정보를 기초로 이온빔을 스캔하면서 화상으로서 데이터를 취득한다. 이 데이터에 기초하여, 빔 조사 위치에서의 강도 정보를 표시하면, 이온빔이 조사되고 있던 샘플의 표면 형상을 확인할 수 있다.
한편으로, 집속 이온빔 장치에서는, 이온빔 전류를 증가해서 샘플 표면을 스퍼터링하여 가공할 수도 있다. 이 현상을 이용해서, 집속 이온빔 장치를, 포토마스크 등의 수정 장치로서 사용할 수도 있다. 포토마스크의 패턴은, 크로뮴(Cr)으로 형성되어 있다. 이 패턴의 불량(흑결함(黑缺陷)) 개소에 집속 이온빔을 조사해서, 패턴을 스퍼터링하여 제거할 수 있다. 집속 이온빔 장치에서는, 상술한 샘플의 표면 형상의 확인 및 에칭(스퍼터링)의 기능에 더하여, 집속 이온빔과 성막용 가스에 의해 CVD(화학 기상 성장)를 행하는 기능 등이 있다.
그렇지만, 집속 이온빔은 단극성의 갈륨 양이온으로 이루어지기 때문에, 계속 조사하면 샘플 표면에 양의 전하가 축적된다. 샘플 자체가 절연체인 경우는, 샘플 표면이 차지업해서, 조사하는 집속 이온빔이 흔들리거나 조사할 수 없게 되거나 한다고 하는 문제가 있었다.
샘플 표면의 차지업을 방지하는 종래 기술로서는, 이온빔이 조사되는 샘플 표면을 향해 전자빔을 출사하는 중화용 전자총을 구비하는 하전 빔 처리 장치가 알려져 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조). 상기한 중화용 전자총은, 진공 배기되는 통체 안에, 전자원과, 전자 광학계를 구비한다. 이 하전 빔 처리 장치에서는, 전자원으로부터 전자빔을 인출하고, 전자빔을 전자총 컨트롤러로 제어하여, 선단부로부터 전자빔을 출사한다. 그리고, 이 중화용 전자총의 선단부는, 샘플 표면의 근방에 배치되고, 전자빔이 샘플 표면에 조사되도록 설정되어 있다.
상기한 종래 기술에 있어서는, 통체의 선단부를 샘플 표면의 근방에 배치하도록, 집속 이온빔 장치의 측방으로부터 샘플 표면의 근방에 걸친 영역에 중화용 전자총을 설치할 필요가 있기 때문에, 장치 전체가 복잡하게 됨과 함께 대형화되어 코스트가 증대한다고 하는 과제가 있다.
본 발명은, 상기한 과제를 감안해서 이루어진 것으로서, 간이한 구성으로 저코스트화를 달성할 수 있으며, 게다가 효율적으로 차지업을 방지할 수 있는 집속 이온빔 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 과제를 해결하여, 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 양태는, 경통 안에 집속 이온빔 광학계를 내장해서 집속 이온빔을 상기 경통의 선단부로부터 출사하는 집속 이온빔 컬럼을 구비하는 집속 이온빔 장치로서, 상기 집속 이온빔 광학계로부터 출사되는 상기 집속 이온빔의 진로 근방에, 피처리 기판의 표면으로 전자를 공급하는 전자 공급부가 배치되는 것이 바람직하다.
상기 양태로서는, 상기 전자 공급부는, 상기 집속 이온빔이 조사되는 것에 의해 2차 전자를 발생시키는 것이 바람직하다.
상기 양태로서는, 상기 전자 공급부는, 금속침(金屬針) 또는 금속편(金屬片)인 것이 바람직하다.
상기 양태로서는, 상기 전자 공급부는, 상기 집속 이온빔을 통과시켜 상기 피처리 기판에 입사시키는 이온빔 통과구를 가지고, 이온빔 통과구의 외측에, 피처리 기판에서 발생한 2차 하전 입자를 포착 가능한 검출부를 가지는 마이크로채널 플레이트인 것이 바람직하다.
상기 양태로서는, 상기 집속 이온빔 광학계는, 상기 집속 이온빔을 상기 마이크로채널 플레이트의 이온빔 통과구를 통과하는 진로와, 상기 집속 이온빔을 상기 마이크로채널 플레이트에 조사하는 진로를 선택 가능하고, 상기 마이크로채널 플레이트는, 상기 집속 이온빔이 조사될 때에 역바이어스가 인가되도록 설정되어 있는 것이 바람직하다.
상기 양태로서는, UV광 조사 수단을 구비하고, 상기 전자 공급부는, 상기 UV광 조사 수단으로부터 UV광이 조사되는 것에 의해 광전자를 발생시키는 것이 바람직하다.
상기 양태로서는, 상기 전자 공급부는, 상기 집속 이온빔을 통과시켜 상기 피처리 기판에 입사시키는 이온빔 통과구를 가지고, 상기 이온빔 통과구의 외측에 피처리 기판에서 발생한 2차 하전 입자를 포착 가능한 검출부를 가지는 마이크로채널 플레이트인 것이 바람직하다.
상기 양태로서는, 상기 마이크로채널 플레이트는, 상기 UV광이 조사될 때에 역바이어스가 인가되도록 설정되어 있는 것이 바람직하다.
상기 양태로서는, 상기 전자 공급부는, 상기 집속 이온빔 광학계의 선단측에 배치된, 열전자를 발생하는 필라멘트인 것이 바람직하다.
상기 양태로서는, 집속 이온빔 컬럼의 선단부에, 차동 배기 장치를 구비하는 것이 바람직하다.
본 발명에 의하면, 간이한 구성으로 저코스트화를 달성할 수 있으며, 게다가 효율적으로 차지업을 방지할 수 있는 집속 이온빔 장치를 실현할 수 있다.
도 1a는, 본 발명의 제1의 실시 형태에 관계된 집속 이온빔 장치의 주요부 단면 설명도이고, 피처리 기판의 표면을 관찰하고 있는 상태를 나타낸다.
도 1b는, 본 발명의 제1의 실시 형태에 관계된 집속 이온빔 장치의 주요부 단면 설명도이고, 피처리 기판의 표면의 차지업을 2차 전자로 중화하고 있는 상태를 나타낸다.
도 1c는, 본 발명의 제1의 실시 형태에 관계된 집속 이온빔 장치로 이온빔을 스캔하고 있는 상태를 나타내는 평면 설명도이다.
도 2는, 본 발명의 제2의 실시 형태에 관계된 집속 이온빔 장치의 주요부 단면 설명도이다.
도 3a는, 본 발명의 제3의 실시 형태에 관계된 집속 이온빔 장치의 주요부 단면 설명도이고, 피처리 기판의 표면을 관찰하고 있는 상태를 나타낸다.
도 3b는, 본 발명의 제3의 실시 형태에 관계된 집속 이온빔 장치의 주요부 단면 설명도이고, 피처리 기판의 표면의 차지업을 중화하고 있는 상태를 나타낸다.
도 4는, 본 발명의 제4의 실시 형태에 관계된 집속 이온빔 장치의 주요부 단면 설명도이다.
도 5는, 본 발명의 제5의 실시 형태에 관계된 집속 이온빔 장치의 주요부 단면 설명도이다.
도 6은, 본 발명의 제6의 실시 형태에 관계된 집속 이온빔 장치의 주요부 단면 설명도이다.
도 1b는, 본 발명의 제1의 실시 형태에 관계된 집속 이온빔 장치의 주요부 단면 설명도이고, 피처리 기판의 표면의 차지업을 2차 전자로 중화하고 있는 상태를 나타낸다.
도 1c는, 본 발명의 제1의 실시 형태에 관계된 집속 이온빔 장치로 이온빔을 스캔하고 있는 상태를 나타내는 평면 설명도이다.
도 2는, 본 발명의 제2의 실시 형태에 관계된 집속 이온빔 장치의 주요부 단면 설명도이다.
도 3a는, 본 발명의 제3의 실시 형태에 관계된 집속 이온빔 장치의 주요부 단면 설명도이고, 피처리 기판의 표면을 관찰하고 있는 상태를 나타낸다.
도 3b는, 본 발명의 제3의 실시 형태에 관계된 집속 이온빔 장치의 주요부 단면 설명도이고, 피처리 기판의 표면의 차지업을 중화하고 있는 상태를 나타낸다.
도 4는, 본 발명의 제4의 실시 형태에 관계된 집속 이온빔 장치의 주요부 단면 설명도이다.
도 5는, 본 발명의 제5의 실시 형태에 관계된 집속 이온빔 장치의 주요부 단면 설명도이다.
도 6은, 본 발명의 제6의 실시 형태에 관계된 집속 이온빔 장치의 주요부 단면 설명도이다.
이하, 본 발명의 실시 형태에 관계된 집속 이온빔 장치의 상세를 도면에 기초하여 설명한다. 한편, 도면은 모식적인 것이고, 각 부재의 치수나 치수의 비율이나 수, 형상 등은 현실의 것과 다른 점에 유의해야 한다. 또, 도면 상호 간에 있어서도 서로의 치수 관계나 비율이나 형상이 다른 부분이 포함되어 있다.
[제1의 실시 형태](집속 이온빔 장치의 개략 구성)
도 1a는, 제1의 실시 형태에 관계된 집속 이온빔 장치(1A)의 개략 구성을 나타내고 있다. 집속 이온빔 장치(1A)는, 도시하지 않는, X－Y 방향으로 이동 가능한 기판 지지대와, 집속 이온빔 컬럼(이하, FIB 컬럼이라고 한다)(10)과, 신틸레이터에 라이트 가이드를 광학적으로 접속해서 이루어지는 신틸레이터·라이트 가이드(14)와, 전자 공급부로서의 텅스텐침(20)을 구비한다. 본 실시 형태에 관계된 집속 이온빔 장치(1A)는, 예를 들어 석영 유리 위에 형성된 Cr 패턴을 가지는 포토마스크의 표면 상태의 관찰이나, Cr 패턴의 결함 개소의 에칭(스퍼터링)이나, 패턴 수정막의 CVD 성막 등의, 각종 패턴 수정을 목적으로 하는 처리에 사용할 수가 있다.
(FIB 컬럼)
FIB 컬럼(10)은, 경통(11) 내에 집속 이온빔 광학계(12)가 내장되어 있다. FIB 컬럼(10)의 선단부(선단 벽부)(11A)의 중앙에는, 선단 개구부(11B)가 형성되어 있다. FIB 컬럼(10)에서는, 집속 이온빔(Ib)을, 선단 개구부(11B)를 통과시키는 것에 의해, 피처리 기판(S)의 표면을 향해 출사하도록 되어 있다.
(집속 이온빔 광학계)
집속 이온빔 광학계(12)는, 이온빔을 발생시키는 도시하지 않는 이온원과, 발생한 이온빔을 집속시키는 도시하지 않는 콘덴서 렌즈와, 집속 이온빔(Ib)을 주사하는 도시하지 않는 편향기와, 집속 이온빔(Ib)을 집속시키는 대물 정전(靜電) 렌즈(13)를 구비한다. 이온원으로서는, 주로 갈륨(Ga) 이온원을 사용하지만, 아르곤(Ar) 등 희가스를 유도 결합 플라즈마(ICP)화하거나, 가스 전계 이온화하거나 한, 희가스 이온원을 사용하거나 하는 것도 가능하다. 집속 이온빔(Ib)의 렌즈로서는, 전계 렌즈를 사용하는 것이 바람직하다. 본 실시 형태에서는, 편향기나 대물 정전 렌즈(13) 등을 조정하는 것에 의해, 도 1c에 나타내는 바와 같은 궤적 T로 집속 이온빔(Ib)을 래스터 스캔하거나, 집속 이온빔(Ib)을 임의의 방향으로 이동시키거나 할 수 있다.
(신틸레이터·라이트 가이드)
도 1a 및 도 1b에 나타내는 바와 같이, 신틸레이터·라이트 가이드(14)는, 경통(11)의 선단부(11A) 근방에 FIB 컬럼(10)과 일체적으로 마련되어 있다. 신틸레이터·라이트 가이드(14)는, FIB 컬럼(10)으로부터 출사된 집속 이온빔(Ib)이 조사되는 영역의 피처리 기판(S)에 대향하도록 배치되어 있다. 신틸레이터·라이트 가이드(14)는, 피처리 기판(S)측으로부터 발생한 2차 전자나 반사 전자 등의 2차 하전 입자를 받아서 이 전자들을 광으로 변환한다(이 신틸레이터에는 도시하지 않는 고전압 전원으로부터 10 ㎸ 정도의 가속 전압이 인가되고 있다). 또, 이 신틸레이터·라이트 가이드(14)에는, 도시하지 않는 광전자 배증관(포토멀： PMT)이 접속되어 있다. 도시하지 않는 광전자 배증관은, 신틸레이터·라이트 가이드(14)에서의 미약한 발광을 검출해서 전기 신호로서 출력한다. 이 전기 신호의 양에 기초하여, 피처리 기판(S)의 표면 상태를 관찰하는 것이 가능하다.
(텅스텐침： 금속침)
텅스텐침(20)은, 지지부(21)의 선단부로 돌출하도록, FIB 컬럼(10)과 일체적으로 마련되어 있다. 본 실시 형태에서는, 금속침의 금속으로서 텅스텐(W)을 적용했지만, 집속 이온빔(Ib)이 조사되었을 때에, 2차 전자를 발생시킴과 함께, 스퍼터링되기 어려운 금속 재료라면 다른 재료를 적용해도 된다. 도 1a 및 도 1b에 나타내는 바와 같이, 텅스텐침(20)의 선단부는, FIB 컬럼(10)으로부터 출사되는 집속 이온빔(Ib)의 진로 근방이며, 게다가 피처리 기판(S)에 대해서 근접한 위치로 되도록 설정되어 있다.
스퍼터링되기 어려운 금속 재료로서는, 끓는점이 높은 것이 바람직하다. 끓는점이 2000℃ 이상인 금속이 바람직하고, 끓는점이 5000℃ 이상인 금속이 보다 바람직하다. 금속의 대표예로서는, 알루미늄, 구리, 은, 금, 철, 크로뮴, 주석, 이리듐, 백금, 니켈, 타이타늄, 팔라듐, 텅스텐 등을 들 수 있다. 텅스텐은 끓는점이 높고 바람직하다. 또, 단체(單體)의 금속이 아니라, 합금이어도 된다.
(집속 이온빔 장치의 작용·동작)
도 1a는, 집속 이온빔 장치(1A)를 사용하여 피처리 기판(S)의 표면 상태를 관찰하는 공정을 나타내고 있다.
우선, 집속 이온빔 장치(1A)의 도시하지 않는 기판 지지대 상에 피처리 기판(S)을 올려놓고(싣고) 세팅한다. 그리고, 피처리 기판(S)을 X－Y 방향으로 주사해서, 피처리 기판(S)의 소정 영역이 FIB 컬럼(10)의 선단 개구부(11B)와 대향하도록 배치시킨다.
도 1a에 나타내는 바와 같이, 집속 이온빔(Ib)을 피처리 기판(S)의 표면에 조사한다. 이 때, 집속 이온빔 장치(1A)에서는, 집속 이온빔(Ib)을, 도 1c에 나타내는 바와 같은 궤적 T를 그리도록 래스터 스캔시킨다. 한편, 도 1c에 나타내는 해칭(빗금친) 영역은, 예를 들어 Cr 마스크 패턴(Sf)이다. 한편, 해칭 영역 이외는 Cr 마스크의 경우는 유리면이다.
이와 같이, 집속 이온빔(Ib)을 피처리 기판(S)에 조사하는 것에 의해, Ga+ 이온의 충돌에 의해 피처리 기판(S)으로부터는 2차 하전 입자가 방출된다. 피처리 기판(S)으로부터 방출된 2차 하전 입자는, 신틸레이터·라이트 가이드(14)에 입사해서 2차 하전 입자의 양(量)에 따른 광으로 변환된다. 도시하지 않는 광전자 배증관은, 신틸레이터·라이트 가이드(14)에서의 미약한 발광을 검출해서 전기 신호로서 출력한다. 이 전기 신호의 양에 기초하여, 피처리 기판(S)의 표면 상태를 관찰하는 것이 가능하다.
이와 같은 집속 이온빔(Ib)의 조사를 행하면, 시간의 경과와 함께 Ga＋ 이온의 충돌에 의해 피처리 기판(S)에 정전하가 축적되어 대전한다. 집속 이온빔 장치(1A)에서는, 피처리 기판(S)이 차지업하기 전에, 도 1b에 나타내는 바와 같이, 정기적으로 집속 이온빔(Ib)의 진로를 변경해서 텅스텐침(20)에 조사하도록 설정되어 있다.
도 1b에 나타내는 바와 같이, 텅스텐침(20)에 집속 이온빔(Ib)이 조사되면, 텅스텐침(20)에서 2차 전자가 방출된다. 텅스텐침(20)의 선단부는, 피처리 기판(S)에 있어서의 집속 이온빔(Ib)이 조사된 영역에 근접한 위치로 설정되어 있기 때문에, 방출된 2차 전자는 피처리 기판(S)의 대전을 중화해서 차지업을 방지한다.
한편, 텅스텐침(20)은 장치의 어스(earth)·커먼 그라운드(common ground)에 접속되어 있다. 이 때문에, 이 집속 이온빔 장치(1A)에서는, 차지업에 의해, 집속 이온빔(Ib)의 위치 어긋남이나 샘플의 절연 파괴를 방지할 수 있어, 집속 이온빔(Ib)에 의한 관찰을 정상적으로 행할 수 있다.
도 1c에 나타내는 바와 같이, 집속 이온빔(Ib)을 텅스텐침(20)에 조사한 후에는, 집속 이온빔(Ib)을 관찰 예정 위치로 되돌려서 다음의 래스터 스캔을 계속하도록 설정되어 있다.
한편, 도 1c에 나타내는 바와 같이, 피처리 기판(S)의 표면을 관찰하는 공정에 이 집속 이온빔 장치(1A)를 적용해서 설명했지만, 집속 이온빔(Ib)을 피처리 기판(S)의 패턴의 불량(흑결함) 개소에 조사해서, 패턴을 스퍼터링하여 제거하는 공정에도 물론 적용할 수 있다. 이 경우에 있어서도, 집속 이온빔(Ib)의 조사에 의해 피처리 기판(S)이 국소적으로 대전해도, 피처리 기판(S)이 차지업하기 전에, 대전을 중화할 수가 있다. 이 때문에, 패턴의 불량 개소의 에칭(스퍼터링)을 위치 어긋남 없이, 정상적으로 행할 수가 있다.
이 집속 이온빔 장치(1A)에서는, 금속침에 의한 전자 공급부를, 상술한 피처리 기판(S)의 표면 관찰 및 에칭(스퍼터링)에 더하여, 집속 이온빔(Ib)과 성막용 가스에 의해 CVD(화학 기상 성장) 성막을 행하는 경우에도 적용할 수 있다. 집속 이온빔 장치(1A)에 의한 CVD 성막에 있어서는, 집속 이온빔(Ib)의 움직임을 정상적으로 유지할 수 있기 때문에, 양호한 CVD 성막을 행할 수 있다.
한편, 본 실시 형태에서는, 전자 공급부로서 금속침인 텅스텐침(20)을 적용했지만, 텅스텐판 등의 금속판이더라도 된다. 또, 금속으로서는, 상술한 바와 같이, 집속 이온빔(Ib)이 조사되었을 때에, 2차 전자를 발생시킴과 함께, 스퍼터링 되기 어려운 금속 재료라면 텅스텐 이외의 재료를 적용해도 된다. 한편, 금속침은, 도전성 재료이기 때문에, 어스에 접속해 두면, 이온빔이 조사된 침이 차지업하지 않아, 바람직하다.
상술한 바와 같이, 본 실시 형태에서는, 텅스텐침(20)을 집속 이온빔(Ib)의 진로 근방에 배치한다고 하는 간이한 구성으로, 차지업을 효율적으로 방지할 수 있다. 이 때문에, 본 실시 형태에 관계된 집속 이온빔 장치(1A)에 의하면, 저코스트화를 달성할 수 있다.
[제2의 실시 형태](집속 이온빔 장치의 개략 구성)
도 2는, 본 발명의 제2의 실시 형태에 관계된 집속 이온빔 장치(1B)의 개략 구성을 나타내고 있다. 본 실시 형태의 집속 이온빔 장치(1B)는, FIB 컬럼(10)의 선단부(11A)에, 차동 배기 장치(30)가 마련되어 있다. FIB 컬럼(10)의 선단부(11A) 근방에는, 경통(11)에 대해서, 신틸레이터·라이트 가이드(14)와, 텅스텐침(20)을 구비한 지지부(21)가 관통한 상태로 마련되어 있다.
본 실시 형태에 관계된 집속 이온빔 장치(1B)는, 상기한 제1의 실시 형태에 관계된 집속 이온빔 장치(1A)와 마찬가지로, 신틸레이터·라이트 가이드(14)는, FIB 컬럼(10)으로부터 출사된 집속 이온빔(Ib)이 조사되는 영역의 피처리 기판(S)과 대향하도록 설정되어 있다.
또, 텅스텐침(20)의 선단부는, FIB 컬럼(10)으로부터 출사되는 집속 이온빔(Ib)의 진로 근방이며, 게다가 피처리 기판(S)에 대해서 근접한 위치로 되도록 설정되어 있다.
차동 배기 장치(30)는, 함께 도시하지 않는 진공 펌프와, 도 2에 나타내는 헤드부(31)를 구비한다.
헤드부(31)는, 피처리 기판(S)의 표면의 면적과 비교해서 아주(극히) 작은 면적의 원반 형상의 금속 플레이트에 의해서 구성되어 있다. 헤드부(31)는, 도시하지 않는 기판 지지대가 X－Y 방향으로 이동하는 것에 의해, 피처리 기판(S)의 임의 영역과 대향할 수 있도록 되어 있다.
도 2에 나타내는 바와 같이, 헤드부(31)의 중앙에는, 경통(11)의 선단부(11A)에 형성된 선단 개구부(11B)와 연통하는 헤드 개구부(32)가 형성되어 있다. 이 선단 개구부(11B)들과 헤드 개구부(32)는, 대략 동일한 지름 치수로 설정되어 있다. 헤드부(31)는, 경통(11)의 단부에 마련된 플랜지형의 구조를 이루고 있다. 헤드부(31)의 하면에는, 헤드 개구부(32)의 중심을 기준으로 해서 동심원형으로 배치된 4개의 고리형 홈(33, 34A, 34B, 34C)이 형성되어 있다.
이 복수의 고리형 홈(33, 34A, 34B, 34C)들 중 적어도 하나 이상(본 실시 형태에서는 3개)의 고리형 홈(34A, 34B, 34C)은, 도시하지 않는 진공 펌프에 접속되어 있다. 가장 내측의 고리형 홈(33)은, 디포짓 가스(퇴적용 가스, CVD용 가스)를 공급하는 도시하지 않는 디포짓 가스 공급원에 접속되어 있다.
헤드부(31)는, 피처리 기판(S)의 표면과 소정의 갭을 거쳐 하면을 대향시킨 상태에서, 고리형 홈(34A, 34B, 34C)으로부터의 공기 흡인 작용에 의해, 헤드 개구부(32) 내의 공간 및 경통(11) 내의 공간을 고진공도로 하는 기능을 구비한다. 한편, 경통(11)은, 별도로, 도시하지 않는 진공 펌프로 공기 흡인되도록 되어 있다.
헤드부(31)는, 이와 같이 고진공도로 조정된 피처리 기판(S)의 표면으로, 가장 내측의 고리형 홈(33)으로부터 퇴적용 가스를 확실하게 공급해서, 집속 이온빔(Ib)이 조사되는 영역에 CVD 성막을 행하는 것을 가능하게 하고 있다. CVD의 디포지션용 가스로서는, 예를 들어 W(CO)6을 사용할 수가 있다. 기판 근방의 W(CO)6에 집속 이온빔(Ib)이 조사되면, W와 CO로 분해되어, W가 기판 상에 디포지션된다. 이와 같이, 집속 이온빔 장치(1B)를 사용하여, CVD 성막을 행하는 경우에, 집속 이온빔(Ib)이 조사되는 피처리 기판(S)의 표면에 차지업이 발생하기 전에, 텅스텐침(20)에 집속 이온빔(Ib)을 조사함으로써, 2차 전자를 발생시켜 대전을 중화할 수가 있다.
집속 이온빔 장치(1B)는, 텅스텐침(20)에 집속 이온빔(Ib)을 조사시키지 않는 통상의 조사에 의해, 피처리 기판(S)의 표면의 에칭(스퍼터링)을 행할 수가 있다. 그리고, 피처리 기판(S)의 표면에 정전하가 대전해서 차지업하기 전에, 텅스텐침(20)에 집속 이온빔(Ib)을 조사하는 것에 의해, 대전을 중화하도록 되어 있다.
도 2는, 집속 이온빔 장치(1B)를 사용하여 피처리 기판(S)의 표면 상태를 관찰하는 공정을 나타내고 있다. 이 경우, 차동 배기 장치(30)를 가동시켜, 경통(11) 내부와 헤드 개구부(32) 내의 공간을 고진공으로 설정하고 있다. 한편, 이와 같은 관찰을 행하는 공정에서는, 고리형 홈(33)으로의 디포짓 가스의 공급은 정지시켜 둔다.
이상, 본 실시 형태에 관계된 집속 이온빔 장치(1B)의 구성에 대하여 설명했지만, 차동 배기 장치(30) 이외의 구성은, 상기한 제1의 실시 형태에 관계된 집속 이온빔 장치(1A)와 대략 마찬가지이기 때문에, 설명을 생략한다.
이 집속 이온빔 장치(1B)에 의하면, 큰 진공 챔버를 필요로 하지 않기 때문에, 컴팩트하면서도 간이한 구성으로 저코스트화를 달성할 수 있으며, 게다가 효율적으로 차지업을 방지할 수 있다. 이 결과, 본 실시 형태에 관계된 집속 이온빔 장치(1B)에 의하면, 피처리 기판(S)의 표면의 정확한 관찰, 확실한 가공을 행할 수 있는 에칭(스퍼터링), 및 양질의 CVD 성막이 가능해진다.
[제3의 실시 형태]
도 3a는, 본 발명의 제3의 실시 형태에 관계된 집속 이온빔 장치(2A)의 개략 구성을 나타내고 있다. 특히, 본 실시 형태에서는, 경통(11)의 선단부(11A)의 아래쪽 근방에 마이크로채널 플레이트(40)를 구비하고 있다.
마이크로채널 플레이트(40)에는, 도 3a에 나타내는 바와 같이, 중앙에 비교적 지름 치수가 큰 이온빔 통과구(41)가 뚫려 있고, 그 주변부는, 피처리 기판(S)으로부터 발생한 2차 하전 입자를 포착 가능한 검출부(42)가 마련되어 있다. 즉, 마이크로채널 플레이트(40)는, 이온빔 통과구(41)의 외측에 검출부(42)를 가진다. 마이크로채널 플레이트(40)에는, 전압원(43)이나 전류계(44)가 적당히 접속되어 있다. 마이크로채널 플레이트(40)는, 높은 절연성의 재료인 유리로 형성되어 있다. 검출부(42)는, 다수의 가는 관(마이크로채널)이 한쪽 면으로부터 다른쪽 면으로 관통해서 형성되어 있다.
도 3a에 나타내는 바와 같이, 집속 이온빔 장치(2A)를 사용하여 피처리 기판(S)의 표면을 관찰하는 경우는, 디포짓 가스의 공급을 정지시킨 상태에서 집속 이온빔(Ib)을 조사한다. 이 때, 전압원(43)은, 집속 이온빔(Ib)이 입사하는 면에 고전압을 인가한다. 그리고, 집속 이온빔(Ib)이 입사한 피처리 기판(S)의 표면으로부터 발생한 2차 하전 입자가 입사하는 것에 의해 검출부(42)에서 전자가 발생한다. 이와 같이, 발생한 전자를 애벌란시 전류에 의해 증폭해서 전류계(44)로 측정하는 것에 의해, 피처리 기판(S)의 표면의 정보를 얻는 것이 가능해진다.
도 3b는, 이 집속 이온빔 장치(2A)를 사용하여, 피처리 기판(S)의 대전을 중화하는 경우의 동작을 나타내고 있다. 집속 이온빔(Ib)을, 집속 이온빔 광학계(12)를 조작하는 것에 의해 진로 변경시킨다. 구체적으로는, 집속 이온빔(Ib)이 마이크로채널 플레이트(40)의 이온빔 통과구(41)의 내벽(41A)을 주기적으로 조사하도록 진로 변경시킨다. 이 때, 전압원(43)으로부터 마이크로채널 플레이트(40)에 인가하는 전압은, 역바이어스로 되도록 설정해 둔다. 그러면, 도 3b에 나타내는 바와 같이, 집속 이온빔(Ib)이 마이크로채널 플레이트(40)의 이온빔 통과구(41)의 내벽(41A)이나 가는 관(마이크로채널) 내에서 전자로 변환되며, 또한 수십 배로 증폭시킨 2차 전자를, 피처리 기판(S)에 있어서의 집속 이온빔(Ib)을 조사한 위치로 공급함으로써 차지업을 방지한다.
본 실시 형태에 관계된 집속 이온빔 장치(2A)에 의하면, 표면 관찰에 사용하는 마이크로채널 플레이트(40)를 이용해서 2차 전자를 발생시킬 수 있기 때문에, 간이한 구성으로 저코스트화를 달성하며, 게다가 효율적으로 차지업을 방지할 수 있다. 이 때문에, 집속 이온빔 장치(2A)에 의하면, 집속 이온빔(Ib)을 사용한 처리를 정상적으로 행할 수 있다는 효과가 있다.
또, 이 집속 이온빔 장치(2A)에 의하면, 각종 처리 작업을 중단하는 일 없이, 계속해서 행할 수 있다는 효과가 있다. 이 때문에, 본 실시 형태에 관계된 집속 이온빔 장치(2A)에 의하면, 작업성을 향상시킬 수 있다.
[제4의 실시 형태]
도 4는, 본 발명의 제4의 실시 형태에 관계된 집속 이온빔 장치(2B)의 개략 구성을 나타내고 있다. 이 집속 이온빔 장치(2B)의 구성은, 상기 제3의 실시 형태에 관계된 집속 이온빔 장치(2A)에 차동 배기 장치(30)를 구비하는 구성이다.
집속 이온빔 장치(2B)에서는, 고리형 홈(33)이 디포짓 가스를 공급하고, 고리형 홈(34)이 배기를 행한다. 또, 본 실시 형태에서는, 마이크로채널 플레이트(40)가 경통(11) 내에서 대물 정전 렌즈(13)의 아래쪽에 배치되어 있다. 본 실시 형태에 관계된 집속 이온빔 장치(2B)에 있어서의 그밖의 구성은, 상기 제3의 실시 형태에 관계된 집속 이온빔 장치(2A)와 대략 마찬가지이기 때문에, 설명을 생략한다.
본 실시 형태에 관계된 집속 이온빔 장치(2B)의 작용·동작은, 상기 제3의 실시 형태에 관계된 집속 이온빔 장치(2A)와 대략 마찬가지이고, 피처리 기판(S)이 차지업하기 전에 대전을 중화할 수가 있다. 이 집속 이온빔 장치(2B)에 의하면, 각종 처리 작업을 중단하는 일 없이, 계속해서 행할 수 있다는 효과가 있다. 본 실시 형태에 관계된 집속 이온빔 장치(2B)에 의하면, 컴팩트한 구조이기 때문에, 작업성을 향상시킬 수 있다.
도 4에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태에 관계된 집속 이온빔 장치(2B)에 의하면, 대물 정전 렌즈(13)의 워킹 디스턴스(WD)를 접근시키는 것이 가능해진다. 일반적으로, 이와 같이 대물 정전 렌즈(13)의 워킹 디스턴스를 짧게 하면 경통(11)의 선단부 근방에 디포짓 가스의 노즐 등의 구조물을 별도로 배치하기 어려워진다. 그러나, 본 실시 형태에서는, 디포짓 가스를 공급하는 고리형 홈(33)도 경통(11)의 선단부에 마련되어 있기 때문에, 피처리 기판(S)으로 디포짓 가스를 확실하게 공급하면서 집속 이온빔(Ib)을 조사할 수가 있다. 따라서, 본 실시 형태에 의하면, 워킹 디스턴스가 짧아지는 것에 기인해서 디포짓 가스를 공급하기 어려워진다고 하는 문제는 발생하지 않는다.
상술한 바와 같이, 본 실시 형태에 의하면, 결과적으로는, 대물 정전 렌즈(13)의 워킹 디스턴스를 짧게 할 수 있으므로, 집속 이온빔 광학계(12)의 집속 효율도 향상되고, 미세한 집속 이온빔(Ib)을 조사하는 것도 가능해진다. 또, 본 실시 형태에서는, 집속 이온빔(Ib)에 의한 표면 상태의 관찰을 행하는 피처리 기판(S)의 위치와, CVD 성막을 행할 때의 피처리 기판(S)의 위치는 동일하기 때문에, 피처리 기판(S)을 이동시킬 필요가 없다. 이 때문에, 피처리 기판(S)의 이동에 수반하여 처리 위치가 어긋난다고 하는 문제를 회피할 수 있다.
[제5의 실시 형태]
도 5는, 본 발명의 제5의 실시 형태에 관계된 집속 이온빔 장치(3)의 개략 구성을 나타내고 있다. 이 집속 이온빔 장치(3)는, 상기한 제3의 실시 형태에 관계된 집속 이온빔 장치(2A)와 마찬가지로, 마이크로채널 플레이트(40)를 구비하는 구성이다. 본 실시 형태에 관계된 집속 이온빔 장치(3)에 있어서, 제3의 실시 형태에 관계된 집속 이온빔 장치(2A)와 다른 구성은, 마이크로채널 플레이트(40)에, 도시하지 않는 UV광 조사 수단으로부터 UV광을 정기적으로 조사해서, 2차 전자를 발생시킨다고 하는 점이다. 집속 이온빔 장치(3)는, UV광을 마이크로채널 플레이트(40)로 인도하기 위해서, 렌즈(50)를 구비하고 있다.
본 실시 형태에서는, UV광에 의해 2차 전자를 발생시키기 위해, 집속 이온빔(Ib)의 궤도를 통상의 처리를 행하는 궤도로부터 일탈시킬 필요가 없기 때문에, 보다 효율적인 차지업의 방지를 행할 수 있다. 즉, 집속 이온빔 장치(3)에 의하면, 집속 이온빔(Ib)에 의한 처리 중에도, 피처리 기판(S)의 대전을 중화할 수 있기 때문에, 작업을 중단하는 일 없이 작업 효율을 향상시킬 수 있다.
한편, 이 집속 이온빔 장치(3)에 있어서는, UV광을 반사하는 미러를 배치해서 피처리 기판(S)과 경통(11)의 선단부(11A) 사이의 거리를 짧게 한 경우라도, UV광을 마이크로채널 플레이트(40)로 인도할 수 있도록 UV광의 진입 각도를 얕게 설정해도 된다.
[제6의 실시 형태]
도 6은, 본 발명의 제6의 실시 형태에 관계된 집속 이온빔 장치(4)의 개략 구성을 나타내고 있다. 집속 이온빔 장치(4)는, 도시하지 않는, X－Y 방향으로 이동 가능한 기판 지지대와, FIB 컬럼(10)과, 집속 이온빔(Ib)을 둘러싸는 링형의 필라멘트(60)를 구비한다. 필라멘트(60)는, 텅스텐으로 형성되고, 열전자 발생 장치(61)에 접속되어 있다. 한편, 열전자 발생 장치(61)에는, 가열 전원으로서 바이어스 전원이 접속되어 있어, 차지업 전압에 대해서 최적인 전위 구배(句配)를 만들 수 있도록 되어 있다.
한편, 본 실시 형태에 관계된 집속 이온빔 장치(4)에 있어서의 그밖의 구성은, 제1의 실시 형태에 관계된 집속 이온빔 장치(1A)와 마찬가지이다.
본 실시 형태에 있어서는, 경통(11)의 선단부(11A) 바로 아래에, 열전자를 발생시키는 필라멘트(60)를 배치하고 있다. 이 때문에, 집속 이온빔 장치(4)에서는, 피처리 기판(S)의 대전을 필라멘트(60)로부터 발생하는 열전자로 확실하게 중화할 수 있다. 이 실시 형태에서는, 필라멘트(60)를 집속 이온빔(Ib)의 진로를 둘러싸도록 배치하기 때문에, 집속 이온빔(Ib)이 조사되는 영역에 있어서 확실하면서도 효율적으로 차지업을 방지할 수 있다. 본 실시 형태에 관계된 집속 이온빔 장치(4)에 의하면, 저코스트화를 달성할 수 있다.
본 실시 형태에서는, 필라멘트(60)로부터 열전자를 공급할 수 있기 때문에, 집속 이온빔(Ib)의 궤도를 통상의 처리를 행하는 궤도로부터 일탈시킬 필요가 없으므로, 보다 효율적인 차지업의 방지를 행할 수 있다.
[그밖의 실시 형태]
이상, 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명했지만, 이 실시 형태의 개시의 일부를 이루는 논술 및 도면은 본 발명을 한정하는 것이라고 이해해서는 안된다. 이 개시로부터 당업자에게는 여러가지 대체 실시 형태, 실시예 및 운용 기술이 명확해질 것이다.
한편, 본 실시 형태에서는, 집속 이온빔 장치(1A, 1B, 2A, 2B, 3, 4)를 포토마스크의 수정을 목적으로 해서 사용하는 예에 대하여 설명했지만, 이것에 한정되는 것은 아니다.
상기한 제1의 실시 형태에 관계된 집속 이온빔 장치(1A)에 있어서는, 텅스텐침(20)을 집속 이온빔(Ib)의 근방에 배치했지만, 집속 이온빔(Ib)의 진로를 둘러싸도록 링형의 텅스텐 고리를 배치하는 구성으로 해도 된다. 그리고, 피처리 기판(S)의 집속 이온빔(Ib)이 조사되는 영역이 대전한 것에 의해, 집속 이온빔(Ib)의 위치가 어긋났을 때에, 집속 이온빔(Ib)이 텅스텐 고리에 조사해서, 2차 전자를 자동적으로 발생시키는 구성도, 본 발명의 적용 범위이다.
상기한 제5 및 제6의 실시 형태에 관계된 집속 이온빔 장치(3, 4)에, 차동 배기 장치를 구비하는 구성으로 하는 것도, 본 발명의 적용 범위이다.
상기의 제5의 실시 형태에 관계된 집속 이온빔 장치(3)에 있어서, 마이크로채널 플레이트(40)을 경통(11)의 내부에 수납해도 된다. 이 경우, UV광을 통과시키는 광섬유를, 경통(11)에 대해서 관통시켜 배치하는 것에 의해, 마이크로채널 플레이트(40)로 UV광을 도입할 수 있다.
Ib: 집속 이온빔
S: 피처리 기판
Sf: Cr 마스크 패턴
1A, 1B, 2A, 2B, 3, 4: 집속 이온빔 장치
10: 집속 이온빔 컬럼(FIB 컬럼)
11: 경통
11A: 선단부
11B: 선단 개구부
12: 집속 이온빔 광학계
13: 대물 정전 렌즈
14: 신틸레이터·라이트 가이드
20: 텅스텐침(전자 공급부)
21: 지지부
30: 차동 배기 장치
31: 헤드부
32: 헤드 개구부
33, 34A, 34B, 34C: 고리형 홈
40: 마이크로채널 플레이트
41: 이온빔 통과구
41A: 내벽
42: 검출부
43: 전압원
44: 전류계
50: 렌즈
60: 필라멘트
61: 열전자 발생 장치
S: 피처리 기판
Sf: Cr 마스크 패턴
1A, 1B, 2A, 2B, 3, 4: 집속 이온빔 장치
10: 집속 이온빔 컬럼(FIB 컬럼)
11: 경통
11A: 선단부
11B: 선단 개구부
12: 집속 이온빔 광학계
13: 대물 정전 렌즈
14: 신틸레이터·라이트 가이드
20: 텅스텐침(전자 공급부)
21: 지지부
30: 차동 배기 장치
31: 헤드부
32: 헤드 개구부
33, 34A, 34B, 34C: 고리형 홈
40: 마이크로채널 플레이트
41: 이온빔 통과구
41A: 내벽
42: 검출부
43: 전압원
44: 전류계
50: 렌즈
60: 필라멘트
61: 열전자 발생 장치
Claims (10)
- 경통 안에 집속 이온빔 광학계를 내장해서 집속 이온빔을 상기 경통의 선단부로부터 출사하는 집속 이온빔 컬럼을 구비하는 집속 이온빔 장치로서,
상기 집속 이온빔 광학계로부터 출사되는 상기 집속 이온빔의 진로 근방에, 피처리 기판의 표면으로 전자를 공급하는 전자 공급부가 배치되는, 집속 이온빔 장치. - 제1항에 있어서,
상기 전자 공급부는, 상기 집속 이온빔이 조사되는 것에 의해 2차 전자를 발생시키는, 집속 이온빔 장치. - 제2항에 있어서,
상기 전자 공급부는, 금속침 또는 금속편인, 집속 이온빔 장치. - 제2항에 있어서,
상기 전자 공급부는, 상기 집속 이온빔을 통과시켜 상기 피처리 기판에 입사시키는 이온빔 통과구를 가지고, 이온빔 통과구의 외측에, 상기 피처리 기판에서 발생한 2차 하전 입자를 포착 가능한 검출부를 가지는 마이크로채널 플레이트인, 집속 이온빔 장치. - 제4항에 있어서,
상기 집속 이온빔 광학계는, 상기 집속 이온빔을 상기 마이크로채널 플레이트의 이온빔 통과구를 통과하는 진로와, 상기 집속 이온빔을 상기 마이크로채널 플레이트에 조사하는 진로를 선택 가능하고,
상기 마이크로채널 플레이트는, 상기 집속 이온빔이 조사될 때에 역바이어스가 인가되도록 설정되어 있는, 집속 이온빔 장치. - 제1항에 있어서,
UV광 조사 수단을 구비하고,
상기 전자 공급부는, 상기 UV광 조사 수단으로부터 UV광이 조사되는 것에 의해 광전자를 발생시키는, 집속 이온빔 장치. - 제6항에 있어서,
상기 전자 공급부는, 상기 집속 이온빔을 통과시켜 상기 피처리 기판에 입사시키는 이온빔 통과구를 가지고, 상기 이온빔 통과구의 외측에 상기 피처리 기판에서 발생한 2차 하전 입자를 포착 가능한 검출부를 가지는 마이크로채널 플레이트인, 집속 이온빔 장치. - 제7항에 있어서,
상기 마이크로채널 플레이트는, 상기 UV광이 조사될 때에 역바이어스가 인가되도록 설정되어 있는, 집속 이온빔 장치. - 제1항에 있어서,
상기 전자 공급부는, 상기 집속 이온빔 광학계의 선단측에 배치된, 열전자를 발생하는 필라멘트인, 집속 이온빔 장치. - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
집속 이온빔 컬럼의 선단부에, 차동 배기 장치를 구비하는, 집속 이온빔 장치.
Applications Claiming Priority (3)
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|---|---|---|---|
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| JPH08138617A (ja) | 1994-11-10 | 1996-05-31 | Hitachi Ltd | 荷電ビーム処理装置およびその方法 |
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Patent Citations (1)
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