(57)【要約】【課題】  本発明は、荷電粒子線加工装置において、反応性ガスが光学鏡筒内に流入することによって発生する、加工点位置ずれ，フォーカスずれ、及びビーム分解能低下に伴う像質劣化などの不良問題を解決することに関する。【解決手段】  本発明は、対物レンズ近傍にガスカーテンを形成し、光学鏡筒内への反応性ガスの流入を防ぐことに関する。本発明により、光学鏡筒内の真空度低下や、光学鏡筒内への絶縁膜形成を低減でき、加工性能や装置稼働率を向上させることができる。【選択図】図１
2010153278.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を保持する試料台と、反応性ガスを供給するガスノズルと、が配置された試料室と；
荷電粒子源と、当該荷電粒子源から引き出された荷電粒子ビームを前記試料に照射する対物レンズと、を有する光学鏡筒と；
を有し；
前記対物レンズを経由して前記反応性ガスが前記光学鏡筒に入ることを防ぐガスカーテンを形成するガスカーテン形成手段を備える荷電粒子線加工装置。
【請求項２】
請求項１記載の荷電粒子線加工装置において、
前記ガスカーテンが前記対物レンズの前面に形成されるように、前記ガスカーテン形成手段が前記対物レンズの近傍に配置されていることを特徴とする装置。
【請求項３】
請求項１記載の荷電粒子線加工装置において、
前記光学鏡筒から出射される荷電粒子ビームが実質的に前記ガスカーテンと干渉せず、且つ、試料側から光学鏡筒へ向かう反応性ガスが前記ガスカーテンにより光学鏡筒内部へ実質的に流入しないように、ガスカーテンを形成するガスの圧力、及び／又は流量を調整することを特徴とする装置。
【請求項４】
請求項１記載の荷電粒子線加工装置において、
対物レンズ部を通過するビーム外周の全周から供給されるガスにより前記ガスカーテンが形成されることを特徴とする装置。
【請求項５】
請求項１記載の荷電粒子線加工装置において、
前記ガスカーテンが、不活性ガス、又は荷電粒子生成用のガスにより形成されていることを特徴とする装置。
【請求項６】
請求項１記載の荷電粒子線加工装置において、
反応性ガスを供給しているときに、前記ガスカーテンが形成されることを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項１記載の荷電粒子線加工装置において、
前記荷電粒子ビームが、集束イオンビーム，電子ビーム、又は投射型イオンビームであることを特徴とする装置。
【請求項８】
試料を保持する試料台と、反応性ガスを供給するガスノズルと、が配置された試料室と；
荷電粒子源と、当該荷電粒子源から引き出された荷電粒子ビームを前記試料に照射する対物レンズと、を有する光学鏡筒と；
を有し；
前記対物レンズから照射された荷電粒子ビームへ向けて不活性ガスを供給する供給口と、
前記不活性ガスを排出する排気口と、を備える荷電粒子線加工装置。
【請求項９】
請求項８記載の荷電粒子線加工装置において、
前記対物レンズの前面に不活性ガスが供給されるように、前記供給口と前記排気口が前記対物レンズの近傍に配置されていることを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項８記載の荷電粒子線加工装置において、
前記供給口から供給される不活性ガスの圧力、及び／又は流量を調整する制御装置を備えることを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項８記載の荷電粒子線加工装置において、
前記排気口の真空度を、前記光学鏡筒内部の真空度より高真空度にしたことを特徴とする装置。
【請求項１２】
請求項８記載の荷電粒子線加工装置において、
前記供給口に対向する位置に前記排気口が配置されていることを特徴とする装置。
【請求項１３】
請求項８記載の荷電粒子線加工装置において、
複数の供給口を備えることを特徴とする装置。
【請求項１４】
請求項８記載の荷電粒子線加工装置において、
前記対物レンズを通過するビーム外周の全周に複数の供給口が配置されていることを特徴とする装置。
【請求項１５】
請求項８記載の荷電粒子線加工装置において、
複数の排気口を備えることを特徴とする装置。
【請求項１６】
請求項８記載の荷電粒子線加工装置において、
前記ガスノズルが反応性ガスを供給しているときに不活性ガスが前記供給口から供給されるよう、不活性ガスの供給手段を制御する制御手段を備えることを特徴とする装置。
【請求項１７】
請求項８記載の荷電粒子線加工装置において、
不活性ガスとして荷電粒子生成用のガスを用いることを特徴とする装置。
【請求項１８】
請求項８記載の荷電粒子線加工装置において、
前記荷電粒子ビームが、集束イオンビーム，電子ビーム、又は投射型イオンビームであることを特徴とする装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスなどの観察，分析、あるいは計測用微小試料作製などを行う荷電粒子線加工装置に関し、例えば、イオンビームや電子ビームを用いる装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
荷電粒子線加工装置、例えば、ＦＩＢ（Focused Ion Beam、集束イオンビーム）装置は、試料に微細加工が可能である。スパッタリングによる加工の他、試料にデポジション用ガスを照射しつつ、イオンビームを照射し、デポジション加工することができる。これは、ＧＡＤ（Gas Assisted Deposition、ガスアシストデポジション）法と呼ばれている。
【０００３】
また、エッチング用ガスを照射しつつ、同じくイオンビームを照射することにより、イオンビームスパッタリングのみと比較して、数倍のエッチング速度を得ることができる。これは、反応性ガスにより、スパッタ粒子より高い蒸気圧を有する物質が生成されることにより、試料への再付着が抑制されるためである。この方法は、ＧＡＥ（Gas Assisted Etching，ガスアシストエッチング）法と呼ばれている。
【０００４】
ＧＡＤは、チップ上の配線修正などに利用される。デポジションガスの一例に、ＷＣＯ６（タングステンヘキサカルボニル）がある。ＧＡＤにより、Ｗのデポ膜を形成し、配線間の接続を行うことができる。他のデポ膜としては、カーボン膜，白金膜、及び酸化シリコン膜などがある。酸化シリコン膜生成には、代表的には、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン，Ｓｉ(ＯＣ2Ｈ5)4））などが用いられている。
【０００５】
ＧＡＥは、層間絶縁膜に高アスペクト比の加工穴を形成する場合などに用いられる。ガスとしては、ＸｅＦ2（２フッ化キセノンガス）や塩素ガスなどの反応性ガスが使用されている。
【０００６】
ＧＡＤやＧＡＥにおいて用いる反応性ガスの供給圧力値は、ターボ分子ポンプやイオンポンプ等の排気系により高真空度となっている光学鏡筒内部の圧力値より高いため、反応性ガスの一部は、この圧力差によって光学鏡筒内に流入する場合がある。反応性ガスの流入によって、光学鏡筒内の真空度が低下する。真空度によっては、高電圧を印加している対物レンズの絶縁不良や放電が発生し、コントラストの急激な変化やフォーカスズレなどが発生する。また、光学鏡筒内の光学素子表面に反応性ガスが付着した場合、この付着物は荷電粒子ビームと光学鏡筒内の残留ガスとの衝突によって発生する電子やイオンによって分解され、絶縁膜を形成する場合がある。絶縁膜が生成されると、この絶縁膜上で電子やイオンの電荷が蓄積し、荷電粒子ビームのドリフトや、軸ずれによる収差の増大により、ビーム分解能が低下して像質劣化等が発生する。
【０００７】
これらの問題の解決に対して、下記の公知例がある。
【０００８】
例えば、特開２００５−２２２７４８号公報では、反応性ガスをガスノズルで供給し、加工点近傍において、反応性ガスが試料室内に拡散することを防止する為に、この供給用ノズルと対向する位置に排気用ノズルを設けている。また、ガスノズル表面に反応性ガスを吸着，脱離するためのヒータが設けられている。
【０００９】
また、特開２００７−２３４５８３号公報では、ガスノズルではなく、ガス供給口と排気口を有する円板状のガス供給や排出構造体を加工点近傍に配置し、反応性ガスを加工点に噴出させている。
【００１０】
また、特開２００１−３１９６１４号公報では、電子ビーム照射により発生する、試料である有機膜からの揮発性汚染物質が、電子ビーム加工装置の透過窓部に付着し、この付着膜が電子ビームエネルギーを吸収し、透過窓にダメージを与えることを防止する為に、透過窓近傍に不活性ガスを照射し、試料室に配置した排気ポンプによって、この不活性ガスを排出している。
【００１１】
【特許文献１】特開２００５−２２２７４８号公報
【特許文献２】特開２００７−２３４５８３号公報
【特許文献３】特開２００１−３１９６１４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、上記の従来技術１〜３では、下記の問題があった。
【００１３】
（１）反応性ガスをノズルで試料に噴出させる場合、反応性ガスは加工点近傍において急    激に広がり、拡散するため、排気用ノズルで完全に回収，排気することは難しく、反    応性ガスの光学鏡筒内への流入を完全に防止することは困難であった。
（２）円板などの形状を有する反応性ガス供給や排気構造体を試料と対物レンズ間に配置    する為、二次電子等が反応性ガス供給や排出構造体で遮られ、二次電子検出器に届く    二次電子量が低下し、結果として像質が劣化する。また、反応性ガスが、反応性ガス    供給，排気構造体のビーム照射穴、および、反応性ガス供給，排気構造体と試料との    隙間より流出し、光学鏡筒内に流入する可能性があった。
（３）不活性ガスが試料室内の排気ポンプで排出されるまで試料室内部を流れるため、試    料室の真空度が低下し、荷電粒子ビームと供給した残留ガスとが衝突し、電子ビーム    が運動エネルギーを失い、試料まで到達する間に次第に電流値が低下し、試料加工速    度が低下するなどの問題があった。
【００１４】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、荷電粒子線加工装置において、反応性ガスが光学鏡筒内に流入することによって発生する、加工点位置ずれ，フォーカスずれ、及びビーム分解能低下に伴う像質劣化などの不良問題を解決することに関する。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明は、対物レンズ近傍にガスカーテンを形成し、光学鏡筒内への反応性ガスの流入を防ぐことに関する。
【発明の効果】
【００１６】
本発明により、光学鏡筒内の真空度低下や、光学鏡筒内への絶縁膜形成を低減でき、加工性能や装置稼働率を向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
実施例では、試料を保持する試料台と、反応性ガスを供給するガスノズルと、が配置された試料室と；荷電粒子源と、当該荷電粒子源から引き出された荷電粒子ビームを試料に照射する対物レンズと、を有する光学鏡筒と；を有し、対物レンズを経由して反応性ガスが光学鏡筒に入ることを防ぐガスカーテンを形成するガスカーテン形成手段を備える荷電粒子線加工装置を開示する。
【００１８】
また、実施例では、ガスカーテンが対物レンズの前面に形成されるように、ガスカーテン形成手段が対物レンズの近傍に配置されていることを開示する。
【００１９】
また、実施例では、光学鏡筒から出射される荷電粒子ビームが実質的にガスカーテンと干渉せず、且つ、試料側から光学鏡筒へ向かう反応性ガスがガスカーテンにより光学鏡筒内部へ実質的に流入しないように、ガスカーテンを形成するガスの圧力、及び／又は流量を調整することを開示する。
【００２０】
また、実施例では、対物レンズ部を通過するビーム外周の全周から供給されるガスによりガスカーテンが形成されることを開示する。
【００２１】
また、実施例では、ガスカーテンが、アルゴンガス，窒素，クリプトン，キセノン，ネオンガス等の不活性ガス、又は荷電粒子生成用のガスにより形成されることを開示する。
【００２２】
また、実施例では、反応性ガスを供給しているときに、ガスカーテンが形成されることを開示する。
【００２３】
また、実施例では、荷電粒子ビームが、集束イオンビーム，電子ビーム、又は投射型イオンビームであることを開示する。
【００２４】
また、実施例では、試料を保持する試料台と、反応性ガスを供給するガスノズルと、が配置された試料室と；荷電粒子源と、当該荷電粒子源から引き出された荷電粒子ビームを試料に照射する対物レンズと、を有する光学鏡筒と；を有し、対物レンズから照射された荷電粒子ビームへ向けて不活性ガスを供給する供給口と、不活性ガスを排出する排気口と、を備える荷電粒子線加工装置を開示する。
【００２５】
また、実施例では、対物レンズの前面に不活性ガスが供給されるように、供給口と排気口が対物レンズの近傍に配置されていることを開示する。
【００２６】
また、実施例では、供給口から供給される不活性ガスの圧力、及び／又は流量を調整する制御装置を備えることを開示する。
【００２７】
また、実施例では、排気口の真空度を、光学鏡筒内部の真空度より高真空度にしたことを開示する。
【００２８】
また、実施例では、供給口に対向する位置に排気口が配置されていることを開示する。
【００２９】
また、実施例では、複数の供給口を備えることを開示する。
【００３０】
また、実施例では、対物レンズを通過するビーム外周の全周に複数の供給口が配置されていることを開示する。
【００３１】
また、実施例では、複数の排気口を備えることを開示する。
【００３２】
また、実施例では、ガスノズルが反応性ガスを供給しているときに不活性ガスが供給口から供給されるよう、不活性ガスの供給手段を制御する制御手段を備えることを開示する。
【００３３】
また、実施例では、不活性ガスとして荷電粒子生成用のガスを用いることを開示する。
【００３４】
また、実施例では、光学鏡筒内に反応性ガスを流入させないように、対物レンズ近傍にガスカーテンを形成するように反応性ガス以外の窒素ガスなどの不活性ガスを噴出させている。
【００３５】
また、本実施例では、供給したガスによって光学鏡筒内，試料室内の圧力値が上昇すること、及び、これによって荷電粒子ビームが試料に到達するまでの行程において、ガスと衝突し、試料まで到達する間に次第に電流値が低下し、荷電ビーム集束状態が変化するなどの問題を回避する為に、排気系を対物レンズ近傍に設けている。
【００３６】
また、本実施例では、ガスを排気するための排気機構部のガス吸い込み口での真空度を光学鏡筒内部の真空度より高真空度にし、供給したガスが、ガス排気管以外に漏れることを防止している。
【００３７】
また、本実施例では、ガス供給方法として１本の供給用，排気用ガスノズルを用いるのみではなく、複数のガスノズルを設け、この供給口と対向する位置にガス排出口を設けている。又は、ガスを荷電粒子ビーム全周から噴出させ、排気部を対物レンズ近傍に設けている。
【００３８】
また、本実施例では、ガス供給圧力値，流量は、荷電粒子ビームとガスとの衝突の確率と比較し、反応性ガスとガスとの衝突の確率を大きくし、反応性ガスが光学鏡筒内部に流入しないような値としている。
【００３９】
また、本実施例では、ガス種としては、Ｎ2ガスなどの不活性ガスを選択することにより、荷電粒子ビームがガスと衝突し、分解して発生するラジカル，イオンなどが試料表面に到達し、試料表面と反応することが無いようにしている。また、ガス種を荷電粒子ビーム生成用ガス種と同じくすることによって、ガスとの衝突，分解によって生成されるラジカル，イオンをビーム種と同じくし、試料に対する影響を最小限にしている。
【００４０】
また、本実施例では、荷電粒子ビームにガスが均一に噴出するように、ガスノズルでの流路抵抗値をガスノズル流路以外の抵抗値と比較して十分に大きくしている。
【００４１】
また、本実施例では、少なくとも反応性ガスを加工点に照射している間、ガスを対物レンズ近傍に噴出させることにより、反応性ガスが光学鏡筒内に侵入することを防止している。
【００４２】
以下、上記及びその他の本発明の新規な特徴と効果について、図面を参酌して説明する。尚、図面は専ら発明の理解に用いるものであり、権利範囲を減縮するものではない。また、各実施例は適宜組み合わせることが可能である。
【実施例１】
【００４３】
図１は、本実施例にかかる集束イオンビーム装置の構成を示す断面図である。
【００４４】
イオン光学鏡筒１４は、イオン源１と、イオン源１より引き出したイオンビーム２を加工点まで導く加工光学系とで構成される。試料室１３には、試料１１を搭載する試料ホルダ（図示無し），試料ホルダを移動させるステージ１２，イオンビーム２を照射した際に発生する二次電子を検出する二次電子検出器（図示無し），加工点近傍に反応性ガス２３をデポガスノズル２２から噴出させるガス銃２１などが配置されている。また、この他にも、電源（図示無し），全体の制御を行う中央制御装置（図示無し），排気系等を集束イオンビーム装置は含む。ここでいう試料１１とは、ウエーハ以外の磁気ヘッド，液晶等も含む。
【００４５】
各部位について、以下、説明する。
【００４６】
引き出し電極３によりイオン源１から引き出されたイオンビーム２は、集束レンズ４により弱い集束作用を受け、複数の穴が開いた絞り５に照射される。絞り５を通過したイオンビームは、アライナ／ステイグマ６により偏向や非点補正調整される。走査偏向電極９は、イオンビームを走査し、対物レンズ１０に入射させる。そして、対物レンズ１０は、試料１１にビームを集束し照射する。試料１１にビームが照射されると、反射電子や二次電子が放出され、二次電子検出器（図示無し）内の正電位を印加されたシンチレータ（図示無し）の電界で引き寄せられ、加速されてシンチレータを光らせる。発光した光は、ライトガイド（図示無し）により光電子倍増管に入射し、電気信号に変換される。光電子倍増管の出力は、更に増幅されて、ブラウン管（図示無し）の輝度を変化させる。スキャンと同期させることにより、加工点での二次電子像を得ている。また、ブランカー７により、イオンビームを偏向させ、ファラディーカップ８に入射させ、イオンビーム電流値を計測する。
【００４７】
ガス銃２１は、ＧＡＤやＧＡＥを行うときには、ガスノズル２２の退避位置から、試料の加工点から数百μｍの高さに、ガスノズル２２を接近させ、反応性ガス２３を加工点に照射する。反応性ガス２３として、タングステンなどの導電性膜を形成させる場合、ＷＣＯ６（タングステンカルボニル）等を使用し、酸化シリコン膜を形成する場合、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）等を使用する。
【００４８】
反応性ガス２３がイオン光学鏡筒１４内部に侵入することを防止する為に、対物レンズ１０の近傍に、ガス３２として窒素などの不活性ガスを流す。この流れによって、ガス３２のガスカーテン３４が形成される。ガス３２は、ガスボンベ２５により供給する。圧力を一定に保つ為、レギュレータ２６で減圧し、流量調整弁２７，ガス３２のＯＮ，ＯＦＦ制御を行う圧空作動バルブ２８，ガス供給管Ａ３０によって供給される。それと対向した位置に配置したガス排気管Ａ３１と真空ポンプ３３によりガス３２は排気される。ガス排気管Ａ３１を設ける理由は、ガス供給による試料室内の圧力上昇を防止する為である。試料室内の圧力が上昇すると、イオン光学鏡筒１４内の圧力値もガス流入により大きくなり、対物レンズでの耐電圧劣化や放電発生による観察像の劣化が発生する。
【００４９】
図２は、対物レンズ下流側近傍におけるガスの供給と排気の状況を示す図である。ガス排気管Ａ３１による吸い込みが、イオン光学鏡筒内の真空度より高真空度になるように、真空ポンプ３３の排気速度を設定している。これは、イオン光学鏡筒１４内部にガスが流れ、一緒に反応性ガスも流入することを防止する為である。
【００５０】
図３は、ガス分子，デポガス分子、及びイオンビーム粒子の動きを模式的に示した図である。イオンビーム２を数十ｋＶで加速する場合、供給するガス圧力値や流量などの条件にもよるが、ガス供給管Ａ３０からガス排気管Ａ３１に流入する速度と比較して、イオンビーム２の速度はケタ外れに速い。よって、イオンビーム２から観察すると、ガスカーテン３４内のガス分子３５は、その速度の差異から、ほぼ、静止したように見える。
【００５１】
一方、ガス分子３５とデポガス分子２４とは、イオンビーム２と比較して比較的、近い速度を有している。衝突頻度を考えた場合、一方が静止している場合と比較し、同程度の速度を有する場合の方が衝突頻度は大きくなる。よって、供給するガス圧力値によって異なるが、あるガス圧力範囲において、イオンビーム２は、ガスカーテン３４内のガス分子３５と殆ど衝突せず、デポガス分子２４の殆どがガスカーテン３４内のガス分子３５と衝突し、ガスカーテン３４のガス流れに乗って、ガス排気管Ａ３１内に流入することになる。イオンビーム２がガスカーテン３４内のガス分子３５と衝突する場合、ガス分子３５を電離する。元々のイオンビームは中性化し、ガスカーテン３４内のガス分子３５のイオンが形成される。試料に届くイオンビームには、ガス分子３５のイオン，中性粒子、及び電子等が含まれることになる。電離により、イオンビームはエネルギーを失うので、減速し、エネルギーを失う。また、電離に伴う電荷量の変化により、粒子間相互に働く力が変化し、ビーム形状が変化する。これにより、加工速度（デポジション速度，エッチング速度），デポジション膜形状の変化、及びエッチング加工穴形状の変化等が発生する。この為、供給ガス圧力値や流量値は、イオンビーム２とガスカーテン３４内のガス分子３５との衝突頻度が極力小さくなり、また、デポガス分子とガスカーテン３４内のガス分子３５との衝突頻度が極力大きくなり、デポガス分子２４が光学鏡筒内に流入しない値とする必要がある。
【００５２】
図４は、図１に示すＦＩＢ装置における、ガスを流すタイミングを示す図である。反応性ガス２３を流している間は、少なくとも、ガス３２を流しておく必要がある。先ずは、流量調整弁２７やレギュレータ２６によって流量や圧力値が調整されたガス３２を、圧空差動バルブ２８を閉から開にして、対物レンズ１０近傍にガスカーテン３４を形成するように供給する。次に、デポガスノズル２２を退避位置から加工点に移動させ、バルブ（図示無し）を開にして、反応性ガス２３を照射する。絞り５を所定の位置に移動させ、加工用の比較的、大きなサイズを有するイオンビームを取り出し、試料１１に結像，走査させる。ＧＡＤにより、試料表面には、デポ膜が形成される。尚、同じく、エッチング用ガスを供給し、ＧＡＥを行う場合、高速に穴加工を行う事も可能である。加工後、デポまたはエッチングノズルを退避位置に戻し、デポガスをＯＦＦにして、圧空差動バルブ２８を開から閉にする。絞り５を移動させ、比較的サイズの小さいイオンビームを取り出し、分解能の高い観察像を得て加工の仕上がり具合の観察を行う。
【００５３】
本実施例により、加工点位置ずれ、フォーカスずれなどの加工不良，ビーム分解能低下に伴う像質劣化などの不良の問題を解決し、装置の加工性能を向上させることができる。また、光学素子の長寿命化により装置稼働率を向上させるができる。これにより、高性能，高稼働率の荷電粒子線装置を提供することが可能となる。
【実施例２】
【００５４】
本実施例では、実施例１に示したような１本のガス供給管ではなく、複数のガス供給管とガス排気管によりガスカーテンを形成している。以下、実施例１との主な相違点を中心に説明する。
【００５５】
図５（ａ）は、複数のガス供給管により、イオンビーム２の外周のうち、左半分よりイオンビーム２中心に向かってガス３２を照射し、右半分よりガス３２を排気する場合を示している。５本のガスノズル４２に接続した１本のガス供給管Ｂ４０よりガスを供給している。これと対向する位置に同じく複数の排気用ガスノズル４２を配置し、１本のガス排気管Ｂ４１により集め、真空ポンプ３３により、吸引する。この時のガスの各流路でのガス流路抵抗の様子を図５（ｂ）に模式的に示す。この流路抵抗値は、ガス供給圧力値によって変化するが、ほぼ、ガス流路の形状によって決まる。
【００５６】
図６は、図５（ｂ）のガス流れの流路抵抗を簡単な電気回路に置き換えた図である。ガス供給圧力が電圧Ｖに相当する。各流路に流れるガスの流量は、図６の各抵抗に流れる電流値に相当する。各ガスノズルに流れるガス流量を均一にする（Ｉ３ａ≒Ｉ３ｂ≒Ｉ３ｃ≒Ｉ３ｄ≒Ｉ３ｅ）為には、抵抗値において、下式のようにすれば良いことがわかる。
【００５７】
Ｒ３ａ，ｂ，ｃ，ｄ，ｅ≫Ｒ１，Ｒ２ａ，ｂ，ｃ，ｄ
これは、各ガスノズル４２の管内径をガス供給管Ｂ４０の内径より十分小さくし、長さを長くする事によって実現可能である。この様な微細加工は、シリコンを用いたＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems：マイクロエレクトロメカニカルシステムズ）によって行うことができる。
【実施例３】
【００５８】
本実施例では、イオンビームの全周からガスを噴出させている。以下、上述の実施例との主な相違点を中心に説明する。
【００５９】
図７は、イオンビーム２の外周の全周からガス３２を噴出させ、ガス排気を下流に設けたガス排気管４１Ｂにより行う場合を示す図である。ガス排気管Ｂ４１にはガスノズルを設けず、ガス排気管Ｂ４１の内面よりガス排気を行っている。これにより、効率の良いガス排気が可能となる。
【実施例４】
【００６０】
本実施例では、バトラーレンズを用いたイオンビーム装置への適用例を示す。以下、上述の実施例との主な相違点を中心に説明する。
【００６１】
図８は、対物レンズ１０を３枚のバトラーレンズによって構成し、この対物レンズ１０の内部にガス供給管Ｂ４０，ガス排気管Ｂ４１を配置した図を示している。３枚のレンズ中、中間の１枚のみに電源５０により電位を与え、この電界分布により、イオンビームを集束させる。イオンビーム２の集束に主に影響するのは、イオンビームが通過する穴近傍の電界分布であり、穴近傍から離れた位置にガス供給管，排気管を配置すれば、イオンビームの集束状況に大きな影響を与えずに、その影響を最小にすることが可能となる。図８では、ガス供給方法としてガスノズルを用いているが、図５や図７に示した複数個のガスノズルによって構成しても良い。
【実施例５】
【００６２】
本実施例では、走査型電子顕微鏡装置への適用例を示す。以下、上述の実施例との主な相違点を中心に説明する。
【００６３】
図９は、本実施例にかかる走査型電子顕微鏡装置の構成を示す断面図である。ＳＥ（ショットキーエミッション）型電子源５１から、引き出し電極３と加速電極５２によって引き出された電子ビーム６０は、集束レンズ５３Ａにより、複数の穴が開けられた絞り５４近傍に集束され、絞り５４で不要部分がカットされる。この中心部のみの電子ビーム６０を集束レンズ５３Ｂでさらに集束し、非点補正器５７により電子ビーム形状を楕円から円形状にして、非点収差が補正される。走査偏向コイル５８により電磁ビームを走査し、対物レンズ５９に入射させ、試料１１の面上に結像する。直交電磁界発生器５６により、１次電子ビームは偏向されずに、電子ビームが入射ずる際に試料１１から放出される二次電子（図示無し）は、そのエネルギーが数エレクトロンボルトと比較的低い為、対物レンズの磁界によって渦巻状に回転しながら上昇する。運動方向が一次電子ビームとは逆になる為、二次電子検出器５５側に偏向し、入射する。二次電子信号は、電子ビームの走査と同期してマイクロコンピュータ（図示無し）によって処理され、像表示機（図示無し）に試料像として表示される。電子ビームによるＧＡＤは、図１で説明した内容と同じである。反応性ガスを照射している間は、ガスカーテンを形成するガスを対物レンズ５９近傍に流す。ガス分子とイオン，ガス分子と電子との衝突頻度を考えた場合、電子半径がガス分子より無視できる程度に小さいため、ガス分子と電子との衝突確率は、ガス分子とイオンとの衝突と比較して約１／４程度になる。電子ビームは、ガス層との干渉がイオンビームと比較して少なく、試料面に達することになる。
【実施例６】
【００６４】
本実施例では、励磁コイルと磁気ヨークによって構成した対物レンズへの適用例を示す。以下、上述の実施例との主な相違点を中心に説明する。
【００６５】
図１０は、対物レンズ５９を励磁コイル６１と磁気ヨーク６２によって構成し、この対物レンズの内部にガス供給管Ｂ４０，ガス排気管Ｂ４１を配置した図を示している。電子ビーム２の集束具合に主に影響するのは、電子ビーム６０が通過する磁気ヨーク６２の穴近傍の電界分布であり、穴近傍から離れた位置にガス供給管，排気管を配置すれば、電子ビームの集束状況に大きな影響を与えずに、その影響を最小にすることが可能となる。本図では、ガス供給方法としてガスノズルを用いているが、図５，図７に示した複数個のガスノズルによって構成しても良い。
【実施例７】
【００６６】
本実施例では、投射型イオンビーム加工装置への適用例を示す。以下、上述の実施例との主な相違点を中心に説明する。
【００６７】
図１１は、本実施例にかかる投射型イオンビーム加工装置の構成を示す断面図である。イオン源１としてはデュオプラズマトロンを用いた。カソード７２に酸素ガス７１を流し、数Ｔｏｒｒのガス圧にし、カソード７２とアノード電極（図示無し）間に直流電圧を印加すると、この間にグロー放電が発生し、イオンはカソード７２に衝突する。電子はアノード電極に加速される。この加速電子は、アノード電極に衝突する前にガスを電離し、イオン化する。電子やイオンが永久磁石（図示無し）による磁場によって閉じ込められる為、高密度プラマが発生する。このプラズマから、アース電位の引き出し電極７４との電界により、アノードボタン７３からイオンビーム２を引き出す。ガスとしては、上記の酸素ガス以外にもアルゴンガス，窒素，クリプトン，キセノン，ネオンガス等の不活性ガスを用いることが可能である。
【００６８】
上記のイオン源は、磁場と電界によってプラズマを閉じ込めるデュオプラズマトロンの例であったが、磁界または電界のいずれかでプラズマを閉じ込めるモノプラズマトロン，デュオプラズマトロンに反射電極を設けたデュオピガトロン，ＰＩＧ型イオン源，マイクロ波イオン源等にも同様に適用できる。
【００６９】
加工光学系は、質量分離器（図示無し），偏向器（図示無し），集束レンズ４，複数個の加工パターン穴を有する投射マスク７６，非点補正器７７，ブランカー７，ファラディーカップ８，走査偏向電極９，投射レンズ７８などで構成されている。
【００７０】
イオン源１より引き出されたイオンビーム２は、３枚のバトラーレンズによって構成される集束レンズ４により、収差を小さくする為に、投射レンズ７８の主点近傍に焦点を結ぶ。投射マスク７６を通過したイオンビームは、同じく３枚のバトラーレンズにより構成される投射レンズ７８により縮小比約１／１６で試料１１面上に結像される。走査偏向電極９によりスキャンして結像させ、観察および加工を行うことも可能である。
【００７１】
投射マスク７６には、マイクロサンプリング摘出用のコの字形をした開口穴、主にデポ用開口、主に観察用などに使用される開口穴、その他に図示しない薄膜化加工用の縦，幅のアスペクト比が比較的大きなスリット状の開口穴などが開けられており、この穴を通過したイオンビームのみが試料１１上に転写され、観察または加工を行う。
【００７２】
上述したように、反応性ガス２３がイオンビーム光学鏡筒１４内部に侵入することを防止する為に、対物レンズ１０の近傍に窒素などの不活性ガスを流し、ガス３２のカーテン３４を形成し、反応性ガス２３がイオン光学鏡筒１４内部に流入することを防止する。
【図面の簡単な説明】
【００７３】
【図１】実施例１に係る荷電粒子線装置の全体構成を示す図。
【図２】実施例１で使用されるガス供給，排気方法を示す図。
【図３】実施例１におけるガス分子，デポガス分子，イオンビーム粒子の動きを示す図。
【図４】実施例１における試料の処理フローを示す図。
【図５】実施例２で使用されるガス供給，排気方法を示す図。
【図６】実施例２におけるガス流路管内の流路抵抗を電気回路に置き換えた図。
【図７】実施例３で使用される別のガス供給，排気方法を示す図。
【図８】実施例４における対物レンズ内部にガス供給，排気手段を設けた状態を示す図。
【図９】実施例５に係る荷電粒子線装置の全体構成を示す図。
【図１０】実施例６における対物レンズ内部にガス供給，排気手段を設けた状態を示す図。
【図１１】実施例７に係る荷電粒子線装置の全体構成を示す図。
【符号の説明】
【００７４】
１  イオン源
２  イオンビーム
３，７４  引き出し電極
４，５３Ａ，５３Ｂ  集束レンズ
５，５４  絞り
６  アライナー、ステイグマ
７  ブランカー
８  ファラディーカップ
９  走査偏向電極
１０，５９  対物レンズ
１１  試料
１２  ステージ
１３  試料室
１４  イオン光学鏡筒
２１  ガス銃
２２，４２  ガスノズル
２３  反応性ガス
２４  デポガス分子
２５  ガスボンベ
２６  レギュレータ
２７  流量調整弁
２８  圧空差動バルブ
３０  ガス供給管Ａ
３１  ガス排気管Ａ
３２，７１  ガス
３３  真空ポンプ
３４  ガスカーテン
３５  ガス分子
４０  ガス供給管Ｂ
４１  ガス排気管Ｂ
５０  電源
５１  電子源
５２  加速電極
５５  二次電子検出器
５６  直交電磁界発生器
５７，７７  非点補正器
５８  走査偏向コイル
６０  電子ビーム
６１  励磁コイル
６２  磁気ヨーク
７２  カソード
７３  アノードボタン
７６  投射マスク
７８  投射レンズ
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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