(57)【要約】【課題】  本発明の目的は、荷電粒子線加工装置において、ビーム絞りから発生するスパッタ物によるチャージング現象に起因する加工不良を回避し、装置の稼働率を向上させることに関する。【解決手段】  本発明は、ビーム絞りの材料として、ビーム絞りから放出されるスパッタ粒子により生成した、ビーム絞りの下流にある光学素子表面上の付着膜が、導電性を示す材料を用いることに関する。好ましくは、ビーム絞りの材質を、カーボンまたは、その化合物とする。また、好ましくは、ビーム絞りの下流側に、電位を与えた電極を配置する。【選択図】図１
2010003596.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン源と、試料を保持する試料台と、イオン源からイオンビームを引き出し、前記試料に照射する照射光学系と、を備え、前記照射光学系が、イオンビームの中心部近傍を取り出す為の穴部を有するビーム絞りを有する荷電粒子線加工装置であって、
当該ビーム絞りの材料として、当該ビーム絞りから放出されるスパッタ粒子が当該ビーム絞りの下流にある光学素子に付着し付着膜を形成した際、当該付着膜が導電性を示す材料を用いることを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項１記載の荷電粒子線加工装置において、
前記ビーム絞りの材料が、カーボン、又はその化合物であ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、
前記イオンビームの元素種が、不活性ガス種，酸素、又は窒素であ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、
前記イオン源から引き出されたイオンビーム径を縮小して、試料に照射す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、
前記照射光学系に、開口部を有するマスクと、当該マスクの開口による像を前記試料に投影する投射レンズと、を含むことを特徴とする装置。
【請求項６】
イオン源と、試料を保持する試料台と、イオン源からイオンビームを引き出し、前記試料に照射する照射光学系と、を備え、前記照射光学系が、イオンビームの中心部近傍を取り出す為の穴部を有するビーム絞りを有する荷電粒子線加工装置であって、
前記ビーム絞りの下流にある光学素子表面に反応性ガスを照射し、当該ビーム絞りから放出されるスパッタ粒子により形成される付着膜を除去することを特徴とする装置。
【請求項７】
請求項６記載の荷電粒子線加工装置において、
前記付着膜がシリコンを含み、前記反応性ガスがフッ素を含むことを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項６記載の荷電粒子線加工装置において、
前記付着膜がカーボンを含み、前記反応性ガスが、水又は過酸化水素の蒸気を含むことを特徴とする装置。
【請求項９】
請求項６記載の荷電粒子線加工装置において、
前記付着膜に前記反応性ガスを照射し、イオンビームを偏向して、イオンビームを前記付着膜に照射することを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項６記載の荷電粒子線加工装置において、
前記イオンビームの元素種が、不活性ガス種，酸素、又は窒素であることを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項６記載の荷電粒子線加工装置において、
前記イオン源から引き出されたイオンビーム径を縮小して、試料に照射することを特徴とする装置。
【請求項１２】
請求項６記載の荷電粒子線加工装置において、
前記照射光学系に、開口部を有するマスクと、当該マスクの開口による像を前記試料に投影する投射レンズと、を含むことを特徴とする装置。
【請求項１３】
イオン源と、試料を保持する試料台と、イオン源からイオンビームを引き出し、前記試料に照射する照射光学系と、を備え、前記照射光学系が、イオンビームの中心部近傍を取り出す為の穴部を有するビーム絞りを有する荷電粒子線加工装置であって、
前記ビーム絞りと、その下流に位置する光学素子の間に電位を与える電極を配置することを特徴とする装置。
【請求項１４】
イオン源と、試料を保持する試料台と、イオン源からイオンビームを引き出し、前記試料に照射する照射光学系と、を備え、前記照射光学系が、イオンビームの中心部近傍を取り出す為の穴部を有するビーム絞りを有する荷電粒子線加工装置であって、
光学素子の上流に複数のビーム絞りを配置して、前記ビーム絞りからのスパッタ粒子が光学素子に付着しない位置に光学素子を配置することを特徴とする装置。
【請求項１５】
イオン源と、試料を保持する試料台と、イオン源からイオンビームを引き出し、前記試料に照射する照射光学系と、を備え、前記照射光学系が、イオンビームの中心部近傍を取り出す為の穴部を有するビーム絞りを有する荷電粒子線加工装置であって、
前記試料上での加工位置ズレを検出する検出機能を有し、前記ビーム絞りの下流にある光学素子上の付着膜を除去す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を行う荷電粒子線装置に関し、例えば、荷電粒子線装置として、イオンビームや電子ビームを用いた装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、マイクロプロセッサーに代表される半導体デバイス，ダイナミックランダムアクセスメモリに代表される半導体メモリ、及び磁気ヘッドなどの電子部品の製造コストを削減するための検査，解析技術が注目されている。
【０００３】
高度な検査，解析技術を用いて、プロセス条件の早期最適化や不良解析などにより開発期間短縮化や歩留まりの早期向上が実現できれば、膨大な損失削減が可能となる。
【０００４】
従来は、プロセス毎に、複数枚のウエハーのうちから少なくとも１枚を取り出し、ウエハーを割断して断面加工，検査を行っていたが、ウエハーが大口径化し、高価となった為、廃棄分の損失を無視できなくなってきている。このため、近年、断面検査を行ったウエハーを製造ラインに戻して、断面観察したチップ以外のチップを良品として製品に利用する、いわゆるインライン断面観察技術が開発されている。
【０００５】
インライン断面観察においては、穴加工時の試料へのガリウムイオン照射による金属注入による金属汚染を防止する為に、イオンビーム種をガリウムではなく、金属汚染を発生させないシリコンやゲルマニウムなどの元素や化合物，アルゴンや窒素などのガスを用いる。
【０００６】
試料の電気特性に悪影響をおよぼさないイオンビームを、マイクロ波を用いた無電極放電のイオン源より引き出し、このイオンビームを集束させて、試料に照射し、加工を行う装置が、特開平７−３２０６７０号に開示されている。
【０００７】
イオンビームを引き出すイオン源として、電界放出ガスイオン源などの低輝度イオン源を用い、加工光学系内の開口の像を試料表面上に投影し、加工を行う装置が特表２００３−５２４１８２号に開示されている。
【０００８】
イオンビームを引き出すイオン源として、誘導結合式高輝度イオン源を用い、このビームを集束させて、試料に照射し、加工を行う装置が、特表２００７−５２９０９１号に開示されている。
【０００９】
また、プロセスに問題とならない元素のイオンビームを用いてウエハーを加工し、マイクロサンプリングに使用するプローブや試料ホルダー、試料面上に投影させる投射マスクの材質を、シリコン，ゲルマニウム、又はカーボンのいずれかを含むことを特徴とする装置が、特開２００６−１３９９１７号に開示されている。
【００１０】
【特許文献１】特開平７−３２０６７０号公報
【特許文献２】特表２００３−５２４１８２号公報
【特許文献３】特表２００７−５２９０９１号公報
【特許文献４】特開２００６−１３９９１７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本願発明者がインライン断面観察に好適な装置について鋭意検討した結果、次のような知見を得るにいたった。
【００１２】
イオン源からイオンビームを引き出し、集束、及び偏向して試料に照射するための加工光学系には、ビームの一部のみを取り出すための円形の穴を有するビーム絞りがある。ビーム絞り通過後は、中心部のビームのみが取り出され、周辺部のビームはカットされる。これは、周辺部も含めたビームを用いると、周辺部でビームダレ（ビームのエネルギー密度が低下する領域）が発生し、試料面上においてシャープな断面加工形状が得られないためである。また、ビーム絞りの下流にあるレンズにビームが照射されてレンズをスパッタし、レンズ性能の劣化，短寿命化などの問題が発生するためである。
【００１３】
このビーム絞りの材質は、金属汚染を防止する為、ボロンを含むシリコンを用いていた。しかし、長時間、使用していくと、ビーム照射により、シリコン製ビーム絞りからのシリコンスパッタ物や２次イオン等が、下流に配置した偏向器などの光学素子の電極表面に付着し、シリコンスパッタ膜を形成する。この膜は、シリコンなので半導体であり、シリコンスパッタ粒子と一緒に電極に到達する２次イオン等がシリコンスパッタ膜に残留し、チャージングを発生させる。このチャージングにより、電界分布が変化し、イオンビームがドリフトし、加工位置が時間とともにドリフトし、加工不良となる不具合が発生する。
【００１４】
尚、特許文献１〜３においては、いずれも、装置の構成については記載されているが、金属汚染を防止する為の加工光学系に用いる部材の材質について考慮されておらず、照射光学系内の光学素子にイオンビームが照射され、発生する金属汚染について考慮されていない。特許文献４においては、照射光学系に複数配置されるビーム径を制限するビーム絞りの材質について考慮されていない。
【００１５】
シリコンスパッタ膜によるチャージング対策として、光学素子が収納されている真空容器を真空からリークし、大気に戻し、光学素子を交換してもよい。しかし、これらの光学素子は通常、電圧等を印加する構造となっており、交換するには、電圧印加の配線等も外す必要がある。交換作業は大変で、時間もかかり、装置の稼働率が著しく低下する。
【００１６】
本発明の目的は、荷電粒子線加工装置において、ビーム絞りから発生するスパッタ物によるチャージング現象に起因する加工不良を回避し、装置の稼働率を向上させることに関する。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明は、ビーム絞りの材料として、ビーム絞りから放出されるスパッタ粒子により生成した、ビーム絞りの下流にある光学素子表面上の付着膜が、導電性を示す材料を用いることに関する。
【００１８】
好ましくは、ビーム絞りの材質を、カーボンまたは、その化合物とする。
【００１９】
また、好ましくは、ビーム絞りの下流側に、電位を与えた電極を配置する。
【００２０】
また、好ましくは、光学素子の付着膜を除去する為に、付着膜を選択的に除去できるフッ素を含む反応性ガス、若しくは、水又は過酸化水素水の蒸気を、スパッタ膜の近傍に照射する。また、好ましくは、光学素子の付着膜を除去する為に、イオンビームを付着膜の表面上に照射させる手段を設ける。
【００２１】
また、好ましくは、加工位置ズレを検出する機能を持たせ、位置ズレを検出した場合、上記手段により、スパッタ膜を除去する手段を設ける。
【発明の効果】
【００２２】
本発明により、加工光学系内の光学素子交換までの寿命が長くなる。これにより、荷電粒子線装置の安定稼動が実現可能となり、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。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
実施例は、イオン源と、試料を保持する試料台と、イオン源からイオンビームを引き出し、試料に照射する照射光学系と、を備え、照射光学系が、イオンビームの中心部近傍を取り出す為の穴部を有するビーム絞りを有し、ビーム絞りの材料として、ビーム絞りから放出されるスパッタ粒子がビーム絞りの下流にある光学素子に付着し付着膜を形成した際、付着膜が導電性を示す材料を用いる荷電粒子線加工装置を開示する。
【００２４】
また、実施例は、ビーム絞りの材料が、カーボン、又はその化合物である荷電粒子線加工装置を開示する。
【００２５】
また、実施例は、イオンビームの元素種が、不活性ガス種，酸素、又は窒素である荷電粒子線加工装置を開示する。
【００２６】
また、実施例は、イオン源と、試料を保持する試料台と、イオン源からイオンビームを引き出し、試料に照射する照射光学系と、を備え、照射光学系が、イオンビームの中心部近傍を取り出す為の穴部を有するビーム絞りを有し、ビーム絞りの下流にある光学素子表面に反応性ガスを照射し、ビーム絞りから放出されるスパッタ粒子により形成される付着膜を除去する荷電粒子線加工装置を開示する。
【００２７】
また、実施例は、付着膜がシリコンを含み、反応性ガスがフッ素を含む荷電粒子線加工装置を開示する。
【００２８】
また、実施例は、付着膜がカーボンを含み、反応性ガスが、水又は過酸化水素の蒸気を含む荷電粒子線加工装置を開示する。
【００２９】
また、実施例は、付着膜に反応性ガスを照射し、イオンビームを偏向して、イオンビームを付着膜に照射する荷電粒子線加工装置を開示する。
【００３０】
また、実施例は、イオン源と、試料を保持する試料台と、イオン源からイオンビームを引き出し、試料に照射する照射光学系と、を備え、照射光学系が、イオンビームの中心部近傍を取り出す為の穴部を有するビーム絞りを有し、ビーム絞りと、その下流に位置する光学素子の間に電位を与える電極を配置する荷電粒子線加工装置を開示する。
【００３１】
また、実施例は、イオン源と、試料を保持する試料台と、イオン源からイオンビームを引き出し、試料に照射する照射光学系と、を備え、照射光学系が、イオンビームの中心部近傍を取り出す為の穴部を有するビーム絞りを有し、光学素子の上流に複数のビーム絞りを配置して、ビーム絞りからのスパッタ粒子が光学素子に付着しない位置に光学素子を配置する荷電粒子線加工装置を開示する。
【００３２】
また、実施例は、イオン源と、試料を保持する試料台と、イオン源からイオンビームを引き出し、試料に照射する照射光学系と、を備え、照射光学系が、イオンビームの中心部近傍を取り出す為の穴部を有するビーム絞りを有し、試料上での加工位置ズレを検出する検出機能を有し、ビーム絞りの下流にある光学素子上の付着膜を除去する荷電粒子線加工装置を開示する。
【００３３】
また、実施例は、イオン源から引き出されたイオンビーム径を縮小して、試料に照射する荷電粒子線加工装置を開示する。
【００３４】
また、実施例は、照射光学系に、開口部を有するマスクと、マスクの開口による像を試料に投影する投射レンズと、を含む荷電粒子線加工装置を開示する。
【００３５】
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。
【実施例１】
【００３６】
図１は、本実施例にかかる荷電粒子線装置の全体構成概略図である。
【００３７】
装置は、大きく分けて、イオン源１，イオン源１より出てきたイオンビーム２を加工点まで導く加工光学系を含むイオンビームカラム３，試料４を搭載する試料ホルダー５，試料ホルダー５を５軸方向に移動させるステージ６，試料室７，図示していないＦＯＵＰ（Front Opening Unified Pod），大気搬送ユニット，ロードロック室（図示無し），イオン源用ガスをイオン源１に供給するガスボンベなどのガス供給源（図示無し），イオンビームを照射した際に発生する２次電子を検出する２次電子検出器（図示無し），電源１０，全体の制御を行う中央制御装置１１，加工点近傍にＧＡＤ（ガスアシストデポジション）用ガスをガスノズルから供給するガス銃（図示無し），試料４から微小サンプルを取り出すマイクロサンプリングユニット（図示無し），排気系等によって構成されている。ここでいう試料４とは、ウエハー以外の磁気ヘッド，液晶等も含む。
【００３８】
各部位について、以下、説明する。
【００３９】
ステージ５は、Ｘ，Ｙ（水平方向），Ｚ（垂直方向），Ｒ（回転），Ｔ（チルト）軸に移動可能となっている。Ｔ軸は、イオンビームによるスパッタ加工後の断面観察、マイクロサンプリングを試料より摘出する時などに使用される。試料４としては、例えば、Φ３００のウエハーを使用する。この為、Ｘ，Ｙ軸方向の移動距離は３２０ミリメートルであり、これを数秒で移動する。ウエハー位置決め用にレーザを使用しており、精度はサブマイクロメートル程度である。Ｚ軸方向の駆動には、Ｘ，Ｙ軸と同じく、ボールネジとナット，ＤＣモータ，エンコーダを使用している。Ｚ軸方向の移動には、クサビ構造を採用しており、サブミクロン程度の位置出し精度を有する。
【００４０】
イオンビーム２を照射すると、試料４から反射電子や２次電子が放出される。これらは、２次電子検出器内の正電位を印加された図示していないシンチレータ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、図示していないライトガイドで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、ブラウン管の輝度を変化させる。スキャンと同期させることで、加工点での２次電子像を生成している。
【００４１】
マイクロサンプリングユニット（図示無し）は、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向の３軸方向に移動可能な構造となっている。試料４より欠陥部位の摘出を行う。駆動には、リニアアクチュエータやピエゾ素子等が用いられる。サブマイクロメートルの位置精度でプローブ（図示無し）は移動可能である。プローブ（図示無し）は、金属汚染を防止するためシリコン製であり、抵抗率を下げるためにボロンを含む。
【００４２】
ガス銃（図示無し）は、エアシンダーによって、ガスノズル（図示無し）を精密駆動させることができる。ＧＡＤ（ガスアシストデポジション）を行う時には、ガスノズルは、退避位置から数秒で、試料の加工点から数百μｍの高さに接近させられる。デポガスとして、ＴＥＯＳ（テトラエトキシシラン）を使用する。デポガスはイオンビームによる分解で酸化シリコン酸化膜を形成する。
【００４３】
イオン源としては、デユオプラズマトロンを用いる。カソード１２に酸素ガスを流し、数Torrのガス圧にし、カソード１２とアノード電極１５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１２に衝突する。電子はアノード電極１５に加速され、電極に衝突し、２次電子が発生する。これらの電子は、アノード電極１５に衝突する前にガスを電離し、イオン化する。中間電極１３には抵抗器（図示無し）が取り付けられており、ここに流れる電流による電圧降下により、電子の大部分はアノード電極１５に流れることになる。電子，イオンは永久磁石１４による磁場によって閉じ込められ、高密度プラズマを発生する。このプラズマよりアース電位の引き出し電極（図示無し）との電界によりアノードアパーチャ１６からイオンビーム２を引き出す。アノードアパーチャ１６には、φ０.３ミリメートルの穴が開けられている。この穴より、加速エネルギーが３０ｋＶであり、電流値が数μＡの酸素イオンビーム２を取り出す。
【００４４】
イオンビーム電流値の調整は、主に、加速電圧に対して負の電位を加えたバイアス電圧を変化させて行う。
【００４５】
ガスとしては、上記の酸素ガス以外に、アルゴンガス窒素，クリプトン，キセノン、及びネオンガス等の不活性ガスを用いることも可能である。
【００４６】
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ユ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、デユオプラズマトロンに反射電極を設けたデユオピガトロン，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。
【００４７】
加工光学系は、質量分離器（図示無し），偏向器（図示無し），ビーム絞り２０，２２，偏向器２１，集光レンズ２３，投射マスク２４，非点補正器（図示無し），ブランカー（図示無し），ファラデイ―カップ（図示無し），偏向器２５，投射レンズ２６，図示していない偏向器，アライメントコイルなどで構成されている。
【００４８】
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光レンズ２３によって収差を小さくして加工する為、投射レンズ２６の主点近傍に焦点を結ぶようにする。投射マスク２４を通過したイオンビームは、３枚のバトラーレンズによって構成される投射レンズ２６により縮小比約１／１６で試料４面上に結像させる。偏向器２５によりスキャンして結像させ、観察及び加工を行うことも可能である。
【００４９】
概略図では、２ケのビーム絞りとなっているが、実際には、もっと多くのビーム絞りを配置し、加工点に金属スパッタ粒子などが極力、到達しないようにしている。いずれのビーム絞りも、スパッタによる金属汚染を防止し、抵抗率を低下させる為に、ボロンを含むシリコン製となっている。
【００５０】
図２に、投射マスク２４の概観図を示す。投射マスクは、ビーム絞りと同じく、金属汚染を防止する為に、ボロン入りのシリコン製である。
【００５１】
投射マスク２４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３０Ａ，開口穴３０Ｂ，主にデポ用開口穴３０Ｃ，主にプローブ接着用などに使用される開口穴３０Ｄ、主に観察用などに使用される開口穴３０Ｅ、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いる。この穴を通過したイオンビームのみが、試料４上に照射される。
【００５２】
図３は、投射マスク２４にイオンビーム２が照射されている様子を示している。投射マスク２４通過後のビーム電流を最大化し、ビーム欠けを生じないようにするために、イオンビーム２は、投射マスク２４上の最大の開口部に外接するサイズ，位置に調整されている。
【００５３】
図４は、図１の光学系における一部の光学素子を省略し、判り易くした図である。イオンビームの光軸は、試料４に対して、４５°傾斜している。なお、本図は、投射型イオンビーム装置の説明図であるが、イオンビームを集束し、試料４に一筆書きのように照射し、加工するＦＩＢ（Focused Ion Beam）装置に、同様に適用することが可能である。
【００５４】
図５は、いわゆるビームドリフト不具合現象を示す図である。上記の如く、照射光学系内にボロン入りのシリコン（電気抵抗率が０.０１Ωｍ）のビーム絞り２０を複数個配置させている。しかし、長時間使用すると、シリコン製ビーム絞り２０からのシリコンスパッタ粒子、２次イオン４１が、下流に配置した偏向器２１の電極表面に付着し、シリコンスパッタ膜４２を形成する。その膜の主成分は、シリコンなので半導体であり、シリコンスパッタ粒子と一緒に電極に到達するスパッタ粒子，２次イオン４１がシリコンスパッタ膜４２に残留し、チャージングを起こす。電極面全面でチャージングが発生している為、チャージングの影響を受ける領域のビームの走行時間が長く、ビームのドリフト量は大きくなる。これによって、時間とともに加工位置はドリフトし、加工不良となる不具合が発生する。具体的には、図４に示す、コの字型の加工痕２７の形がくずれ、本来、シャープな加工形状となる所が、周囲にぼけたような加工形状となってしまう。最悪の場合、不良解析を行いたい部位も加工してしまう。このような不具合が発生すると、偏向器２１を交換する必要がある。ビーム絞り２０と異なり、偏向器２１には、電位を印加するために配線がされており、ビーム絞り２０と比較して、交換が困難であり、交換作業に多大な時間がかかり、装置の稼動率を著しく低下させてしまう。
【００５５】
図６は、一例として、カーボン製のビーム絞り２０を用いた場合のイオンビーム軌道を示す図である。ビーム絞り２０の材質を、電気抵抗率が１Ｅ−５（Ωｍ）程度の低い値となるカーボンとした。カーボンの化合物も同様に使用できるが、電気抵抗率は、１Ｅ−５（Ωｍ）程度のものを用いることが望ましい。偏向器２１の電極４０表面におけるカーボンの付着膜４５は、導電性となる。ビーム絞り２０からスパッタ原子とともに飛散し、電極表面に到達する２次イオン等の電荷は、この導電性のカーボン付着膜４５を通過し、電源１０を介して、アースに流れ、チャージングは発生しない。つまり、シリコン製のビーム絞りを用いた場合に発生していた、チャージングによるビームドリフトを防止することが可能となる。また、ビーム絞り２０と偏向器２１との間に、電位を与えた電極４６を配置し、２次イオンを偏向器２１に到達する前にビーム絞り２０側に、追い返すことが可能となり、偏向器２１に付着する電荷量を低減できる。この方法は、特に、ビーム絞りとして、付着膜が半導体となり、チャージングが発生しやすいシリコン製のビーム絞りを使用した等の場合に有効である。
【００５６】
図７は、集光レンズ２３に付着したシリコンスパッタ膜４２を除去する様子を示している。付着膜には、シリコンスパッタ膜４２のような半導電性の物、カーボン付着膜４５のような導電性の膜がある。集光レンズ２３は、ＳＵＳ製の３枚のレンズで構成されており、φ１程度のビーム通過用穴が開いている。上流側から１，３枚目の電極には、アース電位を与え、２枚目には、電源１０によって、正の数ｋＶの電位を与え、イオンビームを集束させる。シリコン製のビーム絞り２０を用いた場合、集光レンズ２３の上流側に特に、シリコンスパッタ膜４２が付着する。付着膜の近傍に、フッ素を含む二フッ化キセノンの反応性のある反応ガス５１を、ガスノズル５２を用いて局所的に照射する。図中では、ガス供給方法として、ノズルを使用しているが、電極内部にガス通路を形成し、ガスを照射することも可能である。また、イオンビーム２を追加した偏向器５３によって偏向させ、付着膜に照射させるとともに、ガスを照射させることにより、ビームアシストエッチングを行い、付着膜を選択的に除去することも可能である。このビームアシストエッチングによって、電極の材質である金属よりシリコンスパッタ膜のエッチング速度を著しく速くできるので、電極に殆ど、損傷を与えず、付着膜を除去することが可能である。この時のイオンビームとしては、開口穴３０Ｃまたは開口穴３０Ｄを通過した後の、数百ｐＡ程度の電流値が比較的低いビームを付着膜にスキャンして照射する必要がある。これは、照射ビーム電流密度が高すぎると、上記の選択エッチングが不可となり、ガス供給量が足りない為、デポよりスパッタ効果が顕著になり、電極にダメージを与えるようになるためである。上記の付着膜の除去を行うタイミングとして、一つは、予め、ビームドリフトを発生するビーム照射量（＝照射ビーム電流×照射時間）を求めておき、ビーム絞り交換後のビーム照射量を監視しておき、このしきい値を超えたタイミングに、上記の方法で除去するやり方がある。もう一つは、例えば、毎日の装置稼動前に加工位置ズレの試験を行い、位置ズレが検出された場合に、同じく除去を行うやり方がある。上記により、ビームドリフトによる加工位置不良という不具合を対策することが可能となる。反応ガス５１として、上記以外にフッ素とカーボンの化合物を用いることも可能である。
【００５７】
また、カーボン製のビーム絞り２０を用いた場合、シリコン製を用いた場合に発生するイオンビームドリフトは発生しにくいが、付着膜がある一定膜厚が超えると、剥離しやすくなり、異物となる可能性がある。そのため、定期的に除去する必要がある。ガスノズル５２から水または、過酸化水素水の蒸気を照射し、ビームアシストエッチングによって、付着したカーボン付着膜４５を選択的に除去することも可能である。
【００５８】
図８は、アノードアパーチャ１６から引き出したイオンビーム２が、ビーム絞り２０と衝突し、スパッタ粒子を放出する様子を示している。ビーム絞り２０の穴部に衝突したイオンビーム２により、衝突点において反射する方向に最も多量にスパッタ粒子は放出され、他の方向には、cosin則に従って、減少するが、あらゆる方向にスパッタ粒子，２次イオン４１は放出される。これによって、偏向器２１の内面にスパッタ膜が付着する。ビーム絞りの厚みが理想的（＝０）であるならば、ビームの最外周は、ほぼ、図中のライン５５にあり、ビーム絞りのスパッタ粒子，２次イオン４１が、偏向器２１に付着することは無いと考えられる。ところが、実際は、厚みがある為に、図に示すように、偏向器２１にスパッタ粒子が付着する。
【００５９】
図９は、図８に示す検討より、ビーム絞り２０からのスパッタ物が、下流に配置した偏向器２１などの光学素子に付着する量を減少させる為に、ビーム絞り２０の下流側にビーム絞り９５をある距離を離して配置させた様子を示している。ビーム絞り９５は、ビーム絞り２０とアノードアパーチャ１６とで求まるビーム軌跡５６より、外側にビーム絞り９５がくるようにしている。ビーム絞り２０の穴部の側面で発生したスパッタ粒子，２次イオン４１の大部分をビーム絞り９５でブロックできる。ビーム絞り２０の穴部の側面で発生したスパッタ粒子のエネルギーは、１次イオンビームエネルギーが３０ｋｅＶ程度の場合、数ｅＶ〜数十ｅＶ程度とかなり低く、ビーム絞り９５に再衝突しても、スパッタ粒子，２次イオン４１が再度、放出されることは、ほとんど無い。ビーム絞り９５を設けること、また、ビーム絞り２０と追加したビーム絞り９５で求まるスパッタ粒子の軌跡５７より、外側に偏向器２１などの光学素子を配置することで、付着するスパッタ粒子の数を著しく減らすことが可能となり、光学素子の長寿命化が可能となる。具体的に偏向器２１を配置すべき領域を、簡単な数式で表すと、α＝Arc tan（（Ｄ３−Ｄ２）／２／（Ｌ１＋Ｌ２）），β＝Arc tan（（Ｄ２／２＋Ｄ３／２）／Ｌ２）より大きくなる領域にする。
【図面の簡単な説明】
【００６０】
【図１】荷電粒子線装置の全体構成概略図。
【図２】投射マスクの概観図。
【図３】投射マスクと入射イオンビームとの位置関係を示す図。
【図４】荷電粒子線装置の全体構成概略図。
【図５】ビームドリフト現象を示す図。
【図６】ビーム絞りにカーボンを用いた場合のビーム軌道の様子を示す図。
【図７】電極の付着膜に反応性ガスとビームを照射した様子を示す図。
【図８】ビーム絞りから放出されるスパッタ粒子などの軌跡を示す図。
【図９】ビーム絞りを２ケ配置した場合のビーム，スパッタ粒子などの軌跡を示す図。
【符号の説明】
【００６１】
１  イオン源
２  イオンビーム
４  試料
５  ホルダー
６  ステージ
７  試料室
１０  電源
１１  中央制御装置
１４  永久磁石
１５  アノード電極
１６  アノードアパーチャ
２０，２２  ビーム絞り
２１，２５，５３  偏向器
２３  集光レンズ
２４  投射マスク
２６  投射レンズ
２７  加工痕
３０Ａ，３０Ｂ，３０Ｃ，３０Ｄ，３０Ｅ  開口穴
３１  投射マスク固定用穴
４０，４６  電極
４１  スパッタ粒子，２次イオン
４２  シリコンスパッタ膜
４３  ２次イオン
４４  ドリフト
４５  カーボン付着膜
５１  反応ガス
５２  ガスノズル
５５  ライン
５６  ビーム軌跡
５７  スパッタ粒子の軌跡
【図１】
2010003596.tif 000003
【図２】
2010003596.tif 000004
【図３】
2010003596.tif 000005
【図４】
2010003596.tif 000006
【図５】
2010003596.tif 000007
【図６】
2010003596.tif 000008
【図７】
2010003596.tif 000009
【図８】
2010003596.tif 000010
【図９】
2010003596.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成20年7月10日(2008.7.10)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００４５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００４５】
ガスとしては、上記の酸素ガス以外に、アルゴンガス，窒素，クリプトン，キセノン、及びネオンガス等の不活性ガスを用いることも可能である。