(57)【要約】【課題】  本発明では、霜による保護膜作製を行うことが可能な荷電粒子線装置を提供することを課題とする。【解決手段】  これらの課題を解決するために、本発明では以下に述べる荷電粒子線装置を提供する。イオンビームを照射するイオンビーム光学システム装置であって、前記イオンビーム光学システム装置を制御する制御装置と、試料を保持する試料保持機構と、前記試料を内部に配置する試料室と、前記試料室を排気する真空ポンプと、前記真空ポンプを制御する真空ポンプ制御装置と、冷却器と、冷却器を制御する冷却器制御装置と、水供給装置と、水の供給を制御する水供給制御装置と、を備えることを特徴とするイオンビーム光学システム装置。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンビームを照射するイオンビーム光学システム装置であって、前記イオンビーム光学システム装置を制御する制御装置と、試料を保持する試料保持機構と、前記試料を内部に配置する試料室と、前記試料室を排気する真空ポンプと、前記真空ポンプを制御する真空ポンプ制御装置と、冷却器と、冷却器を制御する冷却器制御装置と、水供給装置と、水の供給を制御する水供給制御装置と、を備えることを特徴とするイオンビーム光学システム装置。
【請求項２】
請求項１のイオンビーム光学システム装置において、
前記試料の前記イオンビームによる加工範囲を設定後、前記水供給手段から水蒸気を供給し、前記試料に霜で構成される保護膜を形成し、前記試料の加工終了後、前記保護膜を蒸発させることを特徴とするイオンビーム光学システム装置。
【請求項３】
請求項２のイオンビーム光学システム装置において、
前記保護膜が気化する状態に温度及び／又は試料室内の圧力を変化させることを特徴とするイオンビーム光学システム装置。
【請求項４】
請求項２のイオンビーム光学システム装置において、
前記保護膜が液体の状態を経由せずに気化する状態に温度及び／又は試料室内の圧力を変化させることを特徴とするイオンビーム光学システム装置。
【請求項５】
請求項１のイオンビーム光学システム装置において、前記水供給制御手段による水の供給時間を設定するＧＵＩを表示する表示装置を備えることを特徴とする荷電粒子線装置
【請求項６】
請求項１のイオンビーム光学システム装置において、霜膜厚の入力が可能なGUIを有する表示装置を有することを特徴とするイオンビーム光学システム装置。
【請求項７】
請求項１のイオンビーム光学システム装置において、
さらにガス供給装置と、ガス冷却器と、ガス供給制御装置と、を備え、ＦＩＢ加工後の霜の堆積を抑制することを最も主要な特徴とする荷電粒子装置。
【請求項８】
請求項６の荷電粒子線装置において、ガスが窒素であることを特徴とする荷電粒子線装置
【請求項９】
イオンビームを照射するイオンビーム光学システム装置であって、前記イオンビーム光学システム装置を制御する制御装置と、試料を保持する試料保持機構と、前記試料を内部に配置する試料室と、前記試料室を排気する真空ポンプと、前記真空ポンプを制御する真空ポンプ制御装置と、冷却器と、冷却器を制御する冷却器制御装置と、ガス供給装置と、ガスの供給を制御するガス供給制御装置と、を備え、前記ガスにより前記試料上に保護膜を形成し、前記保護膜が固体状態から直接気体状態へ変化するように前記冷却器及び／又は真空ポンプを制御することを特徴とするイオンビーム光学システム装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子線装置に関し、特に集束イオンビームを用いて試料を加工する荷電粒子線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
正確な微細加工を行える装置として集束イオンビーム(Focused Ion Beam、以下ＦＩＢ)加工装置が使用されている。ＦＩＢ加工装置は、サブミクロンオーダーに集束したイオンビームを静電偏向走査し、試料に照射することにより、目標位置を加工することができる。
【０００３】
通常、イオンビーム照射による加工処理を実施前に、試料表面に蒸着膜やデポジション膜を成膜させ、観察したい目標試料を保護する。デポジション膜は、一般的にカーボンやタングステンなどが使われている。成膜方法としては、タングステンカルボニルなどの化合物ガスを試料面近傍に供給し、イオンビームを照射させることで、試料から発生した二次電子が化合物の結合を切断し、化合物の固体成分を試料表面に堆積させる。この時、保護膜はイオンビーム照射部のみであり、その他の部位で保護膜による汚染を抑えるようにしている。
【０００４】
しかしながら、試料冷却時に、試料面近傍に供給すると、化合物ガスがそのまま固体となり、広範囲に堆積する。そして、この後イオンビームを照射すると、保護膜の堆積範囲は、目標試料の近傍以上に広範囲となり、不必要に試料汚染を招いてしまう。
【０００５】
試料冷却時に化合物ガスを保護膜として利用する従来技術として、特許文献１がある。ここで明記されているデポジション膜形成ガスは、ピレンやタングステンカルボニル等である。これら化合物では、前記の通り試料汚染を招くことになる。
【０００６】
これらの問題を解決する化合物ガスに水がある。水は冷却することで固体（霜）になり、保護膜として利用可能であり、二次電子により結合が切断されても、水素と酸素に分かれ気化し、試料を汚染しない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００３−１２３６８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記のように霜を保護膜として使用することは、有益である。しかし、霜の成膜を制御し、保護膜として利用する装置は無かった。
【０００９】
このため、本発明では、霜による保護膜作製を行うことが可能な荷電粒子線装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
これらの課題を解決するために、本発明では以下に述べる荷電粒子線装置を提供する。イオンビームを照射するイオンビーム光学システム装置であって、前記イオンビーム光学システム装置を制御する制御装置と、試料を保持する試料保持機構と、前記試料を内部に配置する試料室と、前記試料室を排気する真空ポンプと、前記真空ポンプを制御する真空ポンプ制御装置と、冷却器と、冷却器を制御する冷却器制御装置と、水供給装置と、水の供給を制御する水供給制御装置と、を備えることを特徴とするイオンビーム光学システム装置。
【発明の効果】
【００１１】
霜による保護膜は真空度、温度を制御することで気化すること、さらに二次電子による結合部の切断が起こっても、水素と酸素に分かれ堆積しないため加工観察終了後にも異物にならないメリットがある。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明による荷電粒子線装置の構成例を示す図
【図２】原理を示す図
【図３】原理を示す図
【図４】フローチャートを示す図
【図５】ＧＵＩ画面を示す図
【図６】本発明による荷電粒子線装置の構成例を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の実施例を、図面を用いて説明する。
【実施例１】
【００１４】
本実施例では本発明による荷電粒子線装置の構成について説明する。
【００１５】
図１は、荷電粒子線装置の構成図である。荷電粒子線装置は、試料１０１を載置可能な可動の試料ステージ１０２と、試料ステージ１０２を制御する試料位置制御装置１０３と、試料１０１にイオンビーム１０４を照射するイオンビーム光学システム装置１０５と、イオンビーム光学システム装置１０５を制御するイオンビーム光学システム制御装置１０６と、試料１０１で発生する二次電子を検出する二次電子検出器１０７と、二次電子検出器１０７を制御する二次電子検出器制御装置１０８と、真空ポンプ１０９と、真空ポンプを制御する真空ポンプ制御装置１１０と、真空計１１１と、真空計を制御する真空制御装置１１２と、試料を冷却し、冷却温度を測定する冷却器１１３と、冷却器を制御する冷却器制御装置１１４と、水供給装置１１５と、水供給制御装置１１６と、上述の各機器を制御する中央処理装置１１７と、ディスプレイを備えた表示装置１１８と、試料１０１を収容し、真空雰囲気に保持する真空容器１１９とを有する。
【００１６】
試料位置制御装置１０３、イオンビーム光学システム制御装置１０５、二次電子検出器制御装置１０８、真空ポンプ制御装置１１０、真空計制御装置１１２、冷却器制御装置１１４、水供給制御装置１１６等は、中央処理装置１１７で制御される。中央処理装置１１７は、例えばパーソナルコンピュータやワークステーション等が一般的に使用される。試料ステージ１０２、イオンビーム光学システム装置１０５、二次電子検出器１０７、真空ポンプ１０９、冷却器１１３、水供給装置１１４は、真空容器１１９内に配置される。
【００１７】
以上の構成により、霜による保護膜を作製できる。
【００１８】
図２に示す水の相図及び図３に示す成膜中の様子により、霜による保護膜作製方法を以下に説明する。まずイオンビーム照射による熱的ダメージを防止するために、温度１（２０１）に冷却するとともに、試料表面の水分による霜の防止のため真空度１（２０２）にする。この状態１（２０３）は、加工したい試料部位を探索する前に、試料を霜が覆ってしまうことを防止する。加工したい試料部位が既知である場合や霜に覆われても凹凸により識別可能である場合には、状態１の真空度にする必要はない。ここで、前記真空度１とは例えば、１０−６［Ｐａ］程度の真空度であり、前記温度１とは例えば−１６０度程度である。次に、加工したい試料部位に、ＦＩＢ加工範囲を設定する。次に、真空度２（２０４）にし、状態２（２０５）する。前記真空度２とは同一温度下において、気体から固体へ状態変化する真空度であり、例えば、１０−３［Ｐａ］程度の真空度である。こうすることで、水は霜になることができる。次に図３に示すように水供給装置１１５より、水３０２を供給し、保護膜の厚みを増加させる。
【００１９】
図４は霜の保護膜を成膜から保護膜除去に至るまでの手順を示すフローチャートである。まず、作業者は試料を真空容器内に導入する（４０１）。次に装置は、真空ポンプを制御し、真空容器内を、真空度１の状態にする（４０２）。次に作業者は冷却器で、試料を冷却し、温度１にする（４０３）。次に作業者は、イオンビームを照射させ、試料の二次電子像を確認しながら、試料ステージを制御し、位置を調整する（４０４）。次に作業者は得られた二次電子像を参照し、ＦＩＢ加工範囲を指定する（４０５）。次に作業者は水供給時間を設定する（４０６）。ここで水の供給の自動停止を設定する方法は、膜厚でも良い。膜厚設定は時間と紐付けられており、装置は膜厚から停止時間を設定する。次に作業者が霜保護膜の成膜を開始の指示（４０７）をすると、装置は真空ポンプを制御し、真空容器内を真空度２の状態にする（４０８）。次に装置は、水供給装置を制御し、冷却した試料に吹き付ける（４０９）。これによって、気化した水が、霜になり、保護膜が成膜される。次に装置は、４０８で設定した時間になるまで４０９を続け（４１０）、時間経過後、水の供給を停止する（４１１）。次に装置は４０６で指定した範囲のＦＩＢ加工を行う（４１２）。次に装置は再度真空容器内を真空度１の状態にし（４１３）、フローを終了する。また試料冷却を終了する場合には、温度１よりも温度を上げ、フローを終了させても、同様結果が得られる。このとき、液体の状態を経由せず固体の状態から気体の状態へ変化させれば、試料を液体の水によるダメージから防ぐことができる。
【００２０】
前記図２をＧＵＩ上に表示しても良い。そうすることで、試料表面の環境を容易に判断することができる。
【００２１】
図５は前記４０６に関連するＧＵＩ表示である。ガス供給設定画面５０１は、例えば複数のガス供給装置がある場合には、第一タブ５０１、第二タブ５０２に分けて表示される。ガス種選択プルダウン５０４は、ガス供給装置が複数のガスを供給する場合に、任意のガスを選択できる。例えば水が選択できる。温度設定部５０５は、ガス供給にするための温度を設定できる。また温度入力部５０６によって、任意の温度を設定できる。供給制御設定部５０７はガスの供給制御を行うことができる。時間及び膜厚入力部５０８によって、任意の数値を入力できる。停止時間表示５０９は、ガス供給停止時間を表示する。開始ボタン５１０は、前記設定に従って、ガス供給を開始する。停止ボタン５１１はガス供給中に停止ができる。
【００２２】
前記図１における装置構成において、真空ポンプと真空計を独立に記載しているが、一体になっている真空ポンプでも良い。また、前記図１における装置構成において、冷却器と温度計が一体となっているように記載しているが、独立していても良い。
【００２３】
前記真空度制御は真空ポンプで行うように記載したが、リークバルブを追加し、リークバルブによって制御しても良い。
【００２４】
前記冷却は、冷却器に液体窒素などの冷媒を使用しても良いし、ペルチェ素子などを用いた電子冷却装置でも良い。
【実施例２】
【００２５】
実施例１では、霜保護膜の成膜に関して説明したが、本実施例では加工観察に関して説明する。
【００２６】
図６は、荷電粒子線装置の構成図である。実施例１の装置構成に加え、ガス供給装置６０１と、ガス供給制御装置６０２、ガス冷却器６０３を有する。
【００２７】
試料位置制御装置１０３、イオンビーム光学システム制御装置１０５、二次電子検出器制御装置１０８、真空ポンプ制御装置１１０、真空計制御装置１１２、冷却器制御装置１１４、水供給制御装置１１６、ガス供給制御装置６０２等は、中央処理装置１１７で制御される。また冷却器１１３と、ガス冷却器６０３は、冷却器制御装置１１４で制御する。
【００２８】
本構成により、前記図２に記載した状態２の環境下で、霜の再付着を抑制し、断面観察及びＦＩＢ加工を行うことができる。
【００２９】
状態２の環境下では、水供給しなくても、真空容器内の水（湿度）により霜が堆積する。ＦＩＢ加工により試料断面を出したとしても、すぐに断面にも霜が堆積し、観察することができない。そこで、試料断面に冷却されたガスを吹き付けることで、局所的に湿度を低下させることで、霜の堆積を抑制し、観察が可能となる。
【００３０】
前記供給するガスは、例えば窒素のような使用する冷却温度下において、霜が堆積した状態でも気体の状態であるガスであれば良い。
【００３１】
前記ガスの冷却温度は、試料の冷却温度と同等であれば良い。これによって霜の保護膜が気化し、消失することを防止する。
【００３２】
前記試料への霜の再付着を抑制するために、ガス供給装置、ガス供給制御装置の変わりにコールドフィンガを搭載しても良い。これによって、ランニングコストを低減できる。
【００３３】
前記、霜の保護膜を水で記載してきたが、図２のような状態変化が可能であれば、水で無くても良い。
【符号の説明】
【００３４】
１０１…試料、
１０２…試料ステージ、
１０３…試料位置制御装置、
１０４…イオンビーム、
１０５…イオンビーム光学システム装置、
１０６…イオンビーム光学システム制御装置、
１０７…二次電子検出器、
１０８…二次電子検出器制御装置、
１０９…真空ポンプ、
１１０…真空ポンプ制御装置、
１１１…真空計、 
１１２…真空計制御装置、 
１１３…冷却器、 
１１４…冷却器制御装置、
１１５…水供給装置、 
１１６…水供給装置制御装置、 
１１７…中央処理装置、 
１１８…表示装置、
１１９…真空容器、 
２０１…温度１、 
２０２…真空度１、 
２０３…状態１、 
２０４…温度２、 
２０５…状態２、 
３０１…霜、 
３０２…水、
５０１…ガス供給設定画面、
５０２…第一タブ１、 
５０３…第二タブ２、 
５０４…ガス種選択プルダウン、 
５０５…温度設定部、 
５０６…温度入力部、 
５０７…供給制御設定部、 
５０８…時間及び膜厚入力部、
５０９…停止時間表示、 
５１０…開始ボタン、
５１１…停止ボタン、
６０１…ガス供給装置、 
６０２…ガス供給制御装置、
６０３…ガス冷却器、 
【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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