(57)【要約】【課題】引出電圧の設定値を簡便に算出する。【解決手段】荷電粒子ビーム装置は、原料ガスが導入されるガス導入室と、ガス導入室に接続されたプラズマ生成室と、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、プラズマ生成室の出口のプラズマアパーチャから流出するプラズマに対して引出電圧を与える引出電極と、プラズマアパーチャから引き出されるプラズマによるプラズマ電流の大きさを測定する電流測定部と、引出電圧の変化に対する電流測定部が測定するプラズマ電流の大きさの変化に基づいて、引出電圧の設定値である引出電圧設定値を算出する引出電圧算出部と、引出電圧算出部が算出する引出電圧設定値に基づいて、引出電圧を制御する制御部とを備える。【選択図】図４
2020071904.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
原料ガスが導入されるガス導入室と、
ガス導入室に接続されたプラズマ生成室と、
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、
前記プラズマ生成室の出口のプラズマアパーチャから流出するプラズマに対して引出電圧を与える引出電極と、
前記プラズマアパーチャから引き出されるプラズマによるプラズマ電流の大きさを測定する電流測定部と、
前記引出電圧の変化に対する前記電流測定部が測定する前記プラズマ電流の大きさの変化に基づいて、前記引出電圧の設定値である引出電圧設定値を算出する引出電圧算出部と、
前記引出電圧算出部が算出する前記引出電圧設定値に基づいて、前記引出電圧を制御する制御部と、
を備える荷電粒子ビーム装置。
【請求項２】
前記電流測定部は、前記プラズマ電流のうち、前記プラズマアパーチャから加速電極に向けて流れるプラズマによる加速電流を測定し、
前記引出電圧算出部は、前記引出電圧の変化に対して前記加速電流が飽和する変曲点における前記引出電圧を、前記引出電圧設定値として算出する
請求項１に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項３】
前記電流測定部は、前記プラズマ電流のうち、前記プラズマアパーチャから前記引出電極に流れるプラズマによる引出電極流入電流を測定し、
前記引出電圧算出部は、前記引出電圧の変化に対して前記引出電極流入電流が飽和する変曲点における前記引出電圧を、前記引出電圧設定値として算出する
請求項１に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項４】
前記引出電圧算出部は、前記引出電圧の変化に対する前記プラズマ電流の増加量に基づいて変曲点を求めることにより、前記引出電圧設定値を算出する
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項５】
前記引出電圧設定値は、プラズマの生成条件毎に算出され、
前記制御部は、
前記引出電圧設定値に基づいて、前記引出電圧と、プラズマの生成条件とを対応づけて制御する
請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子ビーム装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、集束イオンビームなどの荷電粒子ビームを試料室内の照射対象に対して照射する荷電粒子ビーム装置が提案されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１７−１７４７３０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述したような荷電粒子ビーム装置は、荷電粒子源の開口部（例えば、プラズマアパーチャの開口部）に対して電界を与えることにより、荷電粒子源から荷電粒子を引き出す引出電極を備えている。荷電粒子ビーム装置は、この引出電極の電圧（つまり、引出電圧）を適切に制御することにより、荷電粒子ビームの角度広がりを制御する。
ところが、荷電粒子ビーム装置によっては、荷電粒子源の開口部の径が比較的小さく、荷電粒子ビームの角度広がりと引出電圧との相関が低い場合がある。このような場合においては、引出電圧の設定値を決定しにくいという問題があった。
本発明は、上述の事情に鑑みてなされたものであり、引出電圧の設定値を簡便に算出することができる荷電粒子ビーム装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様は、原料ガスが導入されるガス導入室と、ガス導入室に接続されたプラズマ生成室と、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、前記プラズマ生成室の出口のプラズマアパーチャから流出するプラズマに対して引出電圧を与える引出電極と、前記プラズマアパーチャから引き出されるプラズマによるプラズマ電流の大きさを測定する電流測定部と、前記引出電圧の変化に対する前記電流測定部が測定する前記プラズマ電流の大きさの変化に基づいて、前記引出電圧の設定値である引出電圧設定値を算出する引出電圧算出部と、前記引出電圧算出部が算出する前記引出電圧設定値に基づいて、前記引出電圧を制御する制御部と、を備える荷電粒子ビーム装置である。
【０００６】
また、本発明の一態様の荷電粒子ビーム装置において、前記電流測定部は、前記プラズマ電流のうち、前記プラズマアパーチャから加速電極に向けて流れるプラズマによる加速電流を測定し、前記引出電圧算出部は、前記引出電圧の変化に対して前記加速電流が飽和する変曲点における前記引出電圧を、前記引出電圧設定値として算出する。
【０００７】
また、本発明の一態様の荷電粒子ビーム装置において、前記電流測定部は、前記プラズマ電流のうち、前記プラズマアパーチャから前記引出電極に流れるプラズマによる引出電極流入電流を測定し、前記引出電圧算出部は、前記引出電圧の変化に対して前記引出電極流入電流が飽和する変曲点における前記引出電圧を、前記引出電圧設定値として算出する。
【０００８】
また、本発明の一態様の荷電粒子ビーム装置において、前記引出電圧算出部は、前記引出電圧の変化に対する前記プラズマ電流の増加量に基づいて変曲点を求めることにより、前記引出電圧設定値を算出する。
【０００９】
また、本発明の一態様の荷電粒子ビーム装置において、前記引出電圧設定値は、プラズマの生成条件毎に算出され、前記制御部は、前記引出電圧設定値に基づいて、前記引出電圧と、プラズマの生成条件とを対応づけて制御する。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、引出電圧の設定値を簡便に算出することができる荷電粒子ビーム装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本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図である。
【図２】本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図である。
【図３】本実施形態のプラズマアパーチャと引出電極との位置関係の一例を示す図である。
【図４】本実施形態の制御装置の機能構成の一例を示す図である。
【図５】本実施形態の引出電圧に対するプラズマ電流の変化特性の一例を示す図である。
【図６】本実施形態の引出電圧設定情報の一例を示す図である。
【図７】従来の引出電圧設定値の決定手順の一例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
［実施形態］
以下、本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置１０について図面を参照しながら説明する。
【００１３】
図１は、本実施形態に係る荷電粒子ビーム装置１０の構成を模式的に示す図である。
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。
【００１４】
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、照射対象の表面にアシストガス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、制御装置２１と、入力デバイス２２と、を備えている。
【００１５】
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。
【００１６】
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、制御装置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。
【００１７】
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、制御装置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装置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。
【００１８】
図２は、本実施形態に係るプラズマイオン源１４ａの構成を模式的に示す図である。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、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、プラズマアパーチャ３７と、絶縁部材３８と、コイル３９と、ファラデーシールド４０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。
【００１９】
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（すなわち、プラズマの出口）に配置されるプラズマアパーチャ３７とによって形成されている。末端電極３６およびプラズマアパーチャ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およびプラズマアパーチャ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。
【００２０】
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。
【００２１】
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、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。
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。
プラズマアパーチャ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。
【００２２】
図１に戻り、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、制御装置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装置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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
制御装置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。
制御装置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。
【００２７】
制御装置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。制御装置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。制御装置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。
【００２８】
図３は、本実施形態のプラズマアパーチャ３７と引出電極４１との位置関係の一例を示す図である。
上述したように、プラズマアパーチャ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。引出電極４１は、プラズマアパーチャ３７の開口部３７ａのプラズマに対して引出電圧Ｖｅｘｔを与え、開口部３７ａからプラズマを引き出す。
同図に示す直径ａとは、プラズマアパーチャ３７の開口部３７ａの直径である。距離ｄとは、開口部３７ａと引出電極４１との間の距離である。
【００２９】
ところで、プラズマ生成室３４から外部に引き出されたイオンビームの角度広がりは、引出電極４１に印加される引出電圧Ｖｅｘｔに依存する。このイオンビームの角度広がりの引出電圧Ｖｅｘｔに対する依存度は、直径ａと距離ｄとの比（直径ａ／距離ｄ）が大きいほど高い。すなわち、直径ａと距離ｄとの比が大きいほど、引出電圧Ｖｅｘｔの変化に対するイオンビームの角度広がりの変化が鋭敏になる。本実施形態の荷電粒子ビーム装置１０においては、直径ａが比較的小さい。したがって、本実施形態の荷電粒子ビーム装置１０においては、引出電圧Ｖｅｘｔの変化に対するイオンビームの角度広がりの変化が鋭敏でない（鈍い）ため、引出電圧Ｖｅｘｔの設定値（引出電圧設定値Ｖｓ）を決定しにくい。この場合において、図７を参照して従来の引出電圧設定値Ｖｓの決定手順について説明する。
【００３０】
［従来の引出電圧設定値Ｖｓの決定手順］
図７は、従来の引出電圧設定値Ｖｓの決定手順の一例を示す図である。プラズマアパーチャ３７の開口部３７ａから引出電極４１に向けてイオンビームが流れる。このイオンビームのうち、一部のイオンビーム（イオンビームＩＢ１）は、絞りＩＲの絞り孔ＩＲａを通過してファラデーカップＦＣに入射する。また、このイオンビームのうち、一部のイオンビーム（イオンビームＩＢ２）は、絞り孔ＩＲａを通過せず、ファラデーカップＦＣに入射しない。
ファラデーカップＦＣに到達するイオンビームの量（例えば、輝度）が大きいことは、小さな絞り孔ＩＲａを通過するイオンビームの量が大きいことを示しており、すなわち、イオンビームの角度広がりが小さいことを示している。絞り孔ＩＲａを通過してファラデーカップＦＣに到達するイオンビームＩＢ１の量は、引出電極４１の引出電圧Ｖｅｘｔに依存する。例えば、引出電圧Ｖｅｘｔを変化させた場合にファラデーカップＦＣに到達するイオンビームの量が大きくなれば、絞り孔ＩＲａを通過するイオンビームが増加し、絞り孔ＩＲａを通過しないイオンビームが減少していることを示す。引出電圧Ｖｅｘｔと、ファラデーカップＦＣに到達するイオンビームＩＢ１の量との関係を測定し、イオンビームＩＢ１の量が飽和する引出電圧Ｖｅｘｔを見出すことにより、イオンビームの角度広がりが小さい、適切な引出電圧設定値Ｖｓを求めることができる。
ところが、この従来の引出電圧設定値Ｖｓの決定手順によると、イオンビームが照射されることにより絞りＩＲが消耗する、測定に時間がかかるなどの問題があった。
【００３１】
［本実施形態の引出電圧設定値Ｖｓの決定手順］
図４は、本実施形態の制御装置２１の機能構成の一例を示す図である。制御装置２１は、電流測定部２１０と、引出電圧算出部２２０と、記憶部２３０と、制御部２４０とを備える。
【００３２】
この具体例においては、集束イオンビーム鏡筒１４には、プラズマ生成室３４、プラズマアパーチャ３７（開口部３７ａ）、引出電極４１、加速電極４２とが記載順に配置される。加速電極４２には接地電位が与えられる。加速電源４３は、プラズマアパーチャ３７と加速電極４２との間に加速電圧Ｖａｃｃを印加する。引出電源４４は、引出電極４１と加速電極４２との間に引出電圧Ｖｅｘｔを印加する。
プラズマアパーチャ３７の開口部３７ａから引き出されるプラズマは、加速電圧Ｖａｃｃによって加速されてイオンビームとなり、一部が引出電極４１に流入し、他が加速電極４２に到達する。以下の説明において、開口部３７ａから引き出されたプラズマによるプラズマ電流のうち、引出電極４１に流入するプラズマ電流を引出電極流入電流Ｉｅｘｔといい、引出電極４１に流入せずに加速電極４２に到達するプラズマ電流を加速電流Ｉａｃｃという。
【００３３】
電流測定部２１０は、プラズマアパーチャ３７から引き出されるプラズマのプラズマ電流の大きさを測定する。具体的には、電流測定部２１０は、加速電流検出信号ＳＩａｃｃを取得する。加速電流検出信号ＳＩａｃｃは、加速電流Ｉａｃｃの大きさを示す。電流測定部２１０は、取得した加速電流検出信号ＳＩａｃｃに基づいて、加速電流Ｉａｃｃの大きさを測定する。
【００３４】
すなわち、電流測定部２１０は、プラズマ電流のうち、プラズマアパーチャ３７から加速電極４２に向けて流れるプラズマによる加速電流Ｉａｃｃを測定する。
【００３５】
なお、電流測定部２１０は、加速電流検出信号ＳＩａｃｃに代えて、又は加速電流検出信号ＳＩａｃｃに加えて、引出電極流入電流検出信号ＳＩｅｘｔを取得してもよい。この引出電極流入電流検出信号ＳＩｅｘｔは、引出電極流入電流Ｉｅｘｔの大きさを示す。この場合、電流測定部２１０は、取得した引出電極流入電流検出信号ＳＩｅｘｔに基づいて、引出電極流入電流Ｉｅｘｔの大きさを測定する。
すなわち、電流測定部２１０は、プラズマ電流のうち、プラズマアパーチャ３７から引出電極４１に流れるプラズマによる引出電極流入電流Ｉｅｘｔを測定する。
【００３６】
引出電圧算出部２２０は、引出電圧Ｖｅｘｔの変化に対するプラズマ電流の大きさの変化に基づいて、引出電圧Ｖｅｘｔの設定値である引出電圧設定値Ｖｓを算出する。この引出電圧算出部２２０による引出電圧設定値Ｖｓの算出の具体例について、図５を参照して説明する。
【００３７】
図５は、本実施形態の引出電圧Ｖｅｘｔに対するプラズマ電流の変化特性の一例を示す図である。同図において横軸は引出電圧Ｖｅｘｔを示し、縦軸はプラズマ電流（加速電流Ｉａｃｃ及び引出電極流入電流Ｉｅｘｔ）の大きさを示す。ここで、プラズマアパーチャ３７から引き出されるプラズマによる全電流（エミッション電流Ｉｅｍｉ）と、加速電流Ｉａｃｃ及び引出電極流入電流Ｉｅｘｔとの間には、式（１）に示す関係が成立する。
【００３８】
Ｉｅｍｉ  ＝  Ｉａｃｃ  ＋  Ｉｅｘｔ  …（１）
【００３９】
同図に示すように、引出電圧Ｖｅｘｔを大きく（電圧を低く）すると、加速電流Ｉａｃｃが増加し、引出電極流入電流Ｉｅｘｔが減少する。さらに引出電圧Ｖｅｘｔを大きく（電圧を低く）すると、加速電流Ｉａｃｃの増加が飽和し、引出電極流入電流Ｉｅｘｔの減少が飽和する。
引出電圧算出部２２０は、加速電流Ｉａｃｃの増加が飽和する（又は、引出電極流入電流Ｉｅｘｔの減少が飽和する）際の引出電圧Ｖｅｘｔを引出電圧設定値Ｖｓとして算出する。引出電圧算出部２２０は、算出した引出電圧設定値Ｖｓを記憶部２３０に記憶させる。
【００４０】
制御部２４０は、引出電圧算出部２２０が算出する引出電圧設定値Ｖｓに基づいて、引出電源４４が出力する引出電圧Ｖｅｘｔを制御する。具体的には、制御部２４０は、記憶部２３０に記憶されている引出電圧設定値Ｖｓを読み出し、読み出した引出電圧設定値Ｖｓに基づいて引出電圧制御信号ＳＶｅｘｔを生成する。制御部２４０は、生成した引出電圧制御信号ＳＶｅｘｔを引出電源４４に対して出力する。この引出電圧制御信号ＳＶｅｘｔとは、引出電圧Ｖｅｘｔを制御する信号である。引出電源４４は、制御部２４０が出力する引出電圧制御信号ＳＶｅｘｔに基づいて、引出電圧Ｖｅｘｔを生成する。
ここで、図６を参照して記憶部２３０に記憶されている引出電圧設定値Ｖｓの一例について説明する。
【００４１】
図６は、本実施形態の引出電圧設定情報ＤＶｓの一例を示す図である。
引出電圧設定値Ｖｓは、プラズマの生成条件によって変化する場合がある。ここで、プラズマの生成条件には、プラズマのイオン種、プラズマ密度などが含まれる。引出電圧算出部２２０は、プラズマの生成条件ごとに引出電圧設定値Ｖｓを算出する。引出電圧算出部２２０は、プラズマの生成条件と算出した引出電圧設定値Ｖｓとを対応付けて、引出電圧設定情報ＤＶｓとして記憶部２３０に記憶させる。
同図の具体例では、プラズマのイオン種が「Ａ」であり、プラズマ密度が「α」である場合において、引出電圧算出部２２０は、引出電圧設定値Ｖｓを変化させた場合のプラズマ電流の変化特性から、引出電圧設定値Ｖｓ１を引出電圧設定値Ｖｓとして算出する。引出電圧算出部２２０は、プラズマのイオン種が「Ａ」及びプラズマ密度が「α」と、算出した引出電圧設定値Ｖｓ１とを対応付けて、引出電圧設定情報ＤＶｓとして記憶部２３０に記憶させる。
また、プラズマのイオン種が「Ａ」であり、プラズマ密度が「β」である場合において、引出電圧算出部２２０は、引出電圧設定値Ｖｓを変化させた場合のプラズマ電流の変化特性から、引出電圧設定値Ｖｓ２を引出電圧設定値Ｖｓとして算出する。引出電圧算出部２２０は、プラズマのイオン種が「Ａ」及びプラズマ密度が「β」と、算出した引出電圧設定値Ｖｓ２とを対応付けて、引出電圧設定情報ＤＶｓとして記憶部２３０に記憶させる。
引出電圧算出部２２０は、他のプラズマの生成条件においても同様にしてプラズマのイオン種及びプラズマ密度と、算出した引出電圧設定値Ｖｓとを対応付けて、引出電圧設定情報ＤＶｓとして記憶部２３０に記憶させる。
【００４２】
図３に戻り、荷電粒子ビーム装置１０の操作者は、入力デバイス２２に対して、プラズマの生成条件（例えば、プラズマのイオン種及びプラズマ密度）の入力操作を行う。入力デバイス２２は、この入力操作に基づいて、プラズマの生成条件を示す情報を制御部２４０に対して出力する。制御部２４０は、操作者が入力したプラズマの生成条件を示す情報を入力デバイス２２から取得する。制御部２４０は、取得したプラズマの生成条件を示す情報を検索キーにして、記憶部２３０に記憶されている引出電圧設定情報ＤＶｓを検索する。制御部２４０は、引出電圧設定情報ＤＶｓのうち、取得したプラズマの生成条件に対応付けられている引出電圧設定値Ｖｓを記憶部２３０から取得する。
【００４３】
ここで、荷電粒子ビーム装置１０の操作者が、プラズマのイオン種「Ａ」及びプラズマ密度「β」として入力操作した場合を一例にして説明する。この場合、制御部２４０は、図６に示した引出電圧設定情報ＤＶｓのうち、プラズマのイオン種「Ａ」及びプラズマ密度「β」に対応付けられている引出電圧設定値Ｖｓ（すなわち、引出電圧設定値Ｖｓ２）を取得する。制御部２４０は、取得した引出電圧設定値Ｖｓ２に基づいて引出電源４４を制御する。
【００４４】
すなわち、引出電圧設定値Ｖｓは、プラズマの生成条件毎に算出されている。制御部２４０は、引出電圧設定値Ｖｓに基づいて、引出電圧Ｖｅｘｔと、プラズマの生成条件とを対応づけて制御する。
【００４５】
［引出電圧設定値Ｖｓの算出］
ここで、引出電圧算出部２２０による引出電圧設定値Ｖｓの算出の具体例について説明する。図５を参照して説明したように、引出電圧算出部２２０は、引出電圧Ｖｅｘｔの変化に対する電流測定部２１０が測定するプラズマ電流の大きさの変化に基づいて、引出電圧設定値Ｖｓを算出する。
【００４６】
［引出電圧設定値Ｖｓの算出手順（１）］
引出電圧算出部２２０は、引出電圧Ｖｅｘｔの変化に対して加速電流Ｉａｃｃが飽和する変曲点における引出電圧Ｖｅｘｔを、引出電圧設定値Ｖｓとして算出する。図５に示す一例において、引出電圧算出部２２０は、引出電圧Ｖｅｘｔが大きく（電圧が低く）なるにつれて加速電流Ｉａｃｃが増加する範囲において、加速電流Ｉａｃｃの傾きを算出して、加速電流Ｉａｃｃの接線Ｔｇ１１を求める。引出電圧算出部２２０は、さらに引出電圧Ｖｅｘｔが大きく（電圧が低く）なり、加速電流Ｉａｃｃが飽和した場合の加速電流Ｉａｃｃの傾きを算出して、加速電流Ｉａｃｃの接線Ｔｇ１２を求める。引出電圧算出部２２０は、接線Ｔｇ１１と接線Ｔｇ１２との交点Ｎｐ１を求める。引出電圧算出部２２０は、求めた交点Ｎｐ１の引出電圧Ｖｅｘｔを引出電圧設定値Ｖｓとして算出する。
【００４７】
つまり、引出電圧算出部２２０は、引出電圧Ｖｅｘｔの変化に対するプラズマ電流の増加量に基づいて変曲点を求めることにより、引出電圧設定値Ｖｓを算出する。
【００４８】
ここで、加速電流Ｉａｃｃは、引出電圧Ｖｅｘｔの（３／２）乗に比例し、引出電圧Ｖｅｘｔの増加により単調増加する。つまり、加速電流Ｉａｃｃは、変曲点近傍において正の傾きが最大になる。この場合、引出電圧算出部２２０は、加速電流Ｉａｃｃの傾きの最大値を接線Ｔｇ１１の傾きとして、接線Ｔｇ１１を求めてもよい。
【００４９】
［引出電圧設定値Ｖｓの算出手順（２）］
引出電圧算出部２２０は、引出電圧Ｖｅｘｔの変化に対して引出電極流入電流Ｉｅｘｔが飽和する変曲点における引出電圧Ｖｅｘｔを、引出電圧設定値Ｖｓとして算出する。図５に示す一例において、引出電圧算出部２２０は、引出電圧Ｖｅｘｔが大きく（電圧が低く）なるにつれて引出電極流入電流Ｉｅｘｔが減少する範囲において、引出電極流入電流Ｉｅｘｔの傾きを算出して、引出電極流入電流Ｉｅｘｔの接線Ｔｇ２１を求める。引出電圧算出部２２０は、さらに引出電圧Ｖｅｘｔが大きく（電圧が低く）なり、引出電極流入電流Ｉｅｘｔが飽和した場合の引出電極流入電流Ｉｅｘｔの傾きを算出して、引出電極流入電流Ｉｅｘｔの接線Ｔｇ２２を求める。引出電圧算出部２２０は、接線Ｔｇ２１と接線Ｔｇ２２との交点Ｎｐ２を求める。引出電圧算出部２２０は、求めた交点Ｎｐ２の引出電圧Ｖｅｘｔを引出電圧設定値Ｖｓとして算出する。
【００５０】
つまり、引出電圧算出部２２０は、引出電圧Ｖｅｘｔの変化に対するプラズマ電流の増加量に基づいて変曲点を求めることにより、引出電圧設定値Ｖｓを算出する。
【００５１】
ここで、引出電極流入電流Ｉｅｘｔは、引出電圧Ｖｅｘｔの（３／２）乗に比例し、引出電圧Ｖｅｘｔの増加により単調減少する。つまり、引出電極流入電流Ｉｅｘｔは、変曲点近傍において負の傾きが最大になる。この場合、引出電圧算出部２２０は、引出電極流入電流Ｉｅｘｔの傾きの最大値を接線Ｔｇ２１の傾きとして、接線Ｔｇ２１を求めてもよい。
【００５２】
［実施形態のまとめ］
以上説明したように、荷電粒子ビーム装置１０は、引出電圧算出部２２０を備える。この引出電圧算出部２２０は、引出電圧Ｖｅｘｔの変化に対するプラズマ電流の大きさの変化に基づいて、引出電圧設定値Ｖｓを算出する。このように構成された荷電粒子ビーム装置１０によれば、絞りＩＲを用いずに引出電圧設定値Ｖｓを算出するため、従来技術において生じる絞りＩＲなどの消耗が生じさせることなく、引出電圧設定値Ｖｓを算出することができる。
つまり、本実施形態の荷電粒子ビーム装置１０によれば、引出電圧設定値Ｖｓを簡便に算出することができる。
【００５３】
また、本実施形態の荷電粒子ビーム装置１０は、引出電圧Ｖｅｘｔの変化に対するプラズマ電流の変化特性を測定することにより、引出電圧設定値Ｖｓを算出する。
上述したように、従来技術においては、引出電圧Ｖｅｘｔとイオンビームの角度広がりとの相関が高いことを前提にして、絞りＩＲを通過するイオンビームの量を検出しながら引出電圧Ｖｅｘｔを調整することにより、イオンビームの角度広がりを調整する。ところが、上述したようにプラズマアパーチャ３７と引出電極４１との距離ｄと、プラズマアパーチャ３７の開口部３７ａの直径ａとの比（ａ／ｄ）が小さい場合には、引出電圧Ｖｅｘｔとイオンビームの角度広がりとの相関が小さい。開口部３７ａの直径ａが小さい場合には、上述した従来技術のように絞りＩＲを通過するイオンビームの量を検出したとしても、イオンビームの角度広がりと引出電圧Ｖｅｘｔとの相関が低いため、引出電圧設定値Ｖｓを決定しづらい。
一方、本実施形態の荷電粒子ビーム装置１０は、引出電圧Ｖｅｘｔの変化に対するプラズマ電流の変化特性を測定するため、開口部３７ａの開口径（直径ａ）が小さい場合であっても、開口部３７ａの開口径の小ささによらず、引出電圧設定値Ｖｓを算出することができる。つまり、本実施形態の荷電粒子ビーム装置１０によれば、引出電圧設定値Ｖｓを簡便に算出することができる。
【００５４】
また、本実施形態の荷電粒子ビーム装置１０によれば、加速電流Ｉａｃｃ又は引出電極流入電流Ｉｅｘｔのいずれか一方のプラズマ電流を検出すれば、引出電圧設定値Ｖｓを算出することができる。つまり、本実施形態の荷電粒子ビーム装置１０によれば、引出電圧設定値Ｖｓを簡便に算出することができる。
【００５５】
また、本実施形態の荷電粒子ビーム装置１０によれば、引出電圧Ｖｅｘｔの変化に対するプラズマ電流の変曲点を求めることにより、引出電圧設定値Ｖｓを算出するため、幾何学的演算によって簡便に引出電圧設定値Ｖｓを算出することができる。つまり、本実施形態の荷電粒子ビーム装置１０によれば、引出電圧設定値Ｖｓを簡便に算出することができる。
【００５６】
また、本実施形態の荷電粒子ビーム装置１０は、プラズマ生成条件ごとに引出電圧設定値Ｖｓを算出する。このように構成された荷電粒子ビーム装置１０によれば、プラズマ生成条件が変化しても、引出電圧設定値Ｖｓをそれぞれ算出することができる。例えば、荷電粒子ビーム装置１０は、様々なプラズマ生成条件について、それぞれ引出電圧設定値Ｖｓを算出しておき、算出結果を記憶部２３０に引出電圧設定情報ＤＶｓとして記憶させる。この場合、荷電粒子ビーム装置１０は、プラズマ生成条件が変化するごとに、記憶部２３０に記憶されている引出電圧設定情報ＤＶｓの中から、プラズマ生成条件に合致する引出電圧設定値Ｖｓを読み出して、引出電圧Ｖｅｘｔを制御することができる。
また、荷電粒子ビーム装置１０は、引出電圧算出部２２０を備えている。このため、荷電粒子ビーム装置１０によれば、引出電圧設定情報ＤＶｓには含まれない新たなプラズマ生成条件によってイオンビームを生成する場合であっても、引出電圧Ｖｅｘｔの変化に対するプラズマ電流の変化特性を測定することにより、このプラズマ生成条件に適した引出電圧設定値Ｖｓを算出することができる。
【００５７】
以上、本発明の実施形態を、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。また、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上述した各実施形態を適宜組み合わせることができる。
【００５８】
なお、上述の各装置は内部にコンピュータを有している。そして、上述した各装置の各処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、ＣＤ−ＲＯＭ、ＤＶＤ−ＲＯＭ、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしてもよい。
【００５９】
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。
さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であってもよい。
【符号の説明】
【００６０】
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…制御装置、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…プラズマアパーチャ、３８…絶縁部材、３９…コイル、４０…ファラデーシールド、４１…引出電極、４２…加速電極、２１０…電流測定部、２２０…引出電圧算出部、２３０…記憶部、２４０…制御部、Ｉｅｘｔ…引出電極流入電流、Ｉａｃｃ…加速電流
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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