(57)【要約】【課題】ブランキング電極のコンタミを低減できる集束イオンビーム装置を提供することにある。【解決手段】イオン捕集器１６は、イオンビームの入射側を頂点とする円錐状の外周をなし、中心軸に沿って非ブランキング時にイオンビームが通過する開口を有するブランキングプレート１６Ａと、ブランキングプレートのイオンビームの入射側に対向して配置され、ブランキングプレートの開口よりも大きい開口を有するカバー１６Ｃと、ブランキングプレートとカバーを支持するとともに、非磁性の導電部材からなる筒１６Ｂと、筒の外周側に対向して配置された一対のコイル１６Ｅ１，１６Ｅ２とからなる。  【選択図】図３
2008016209.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被加工物上に照射されるイオンビームをＯＮ／ＯＦＦするブランキング用偏向系と、ブランキング時にイオンを捕集するイオン捕集器とを有する集束イオンビーム装置であって、
前記イオン捕集器は、
前記イオンビームの入射側を頂点とする円錐状の外周をなし、中心軸に沿って非ブランキング時に前記イオンビームが通過する開口を有するブランキングプレートと、
前記ブランキングプレートのイオンビームの入射側に対向して配置され、前記ブランキングプレートの開口よりも大きい開口を有するカバーと、
前記ブランキングプレートと前記カバーを支持するとともに、非磁性の導電部材からなる筒と、
前記筒の外周側に対向して配置された一対のコイルとからなることを特徴とする集束イオンビーム装置。
【請求項２】
請求項１記載の集束イオンビーム装置において、
前記イオン捕集器は、絶縁支持体により収束イオンビーム装置の鏡筒に支持されていることを特徴とする集束イオンビーム装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、細く絞ったイオンビームを試料に照射して試料の微細加工を行う集束イオンビーム装置に係り、特に、イオン捕集器を有する集束イオンビーム装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、細く絞ったイオンビームを試料に照射して試料の微細加工を行う集束イオンビーム装置としては、例えば、特許文献１に記載のものが知られている。ここで、集束イオンビーム装置は、加工観察において常にビームが試料を照射する必要はなく、適宜ビームを遮断する必要がある。そのため、ビーム近傍にビームを偏向するための電極（ブランキング電極）と、ビームの光軸上に絞りとを設けてビームを遮断する。ビーム遮断は、ビームを偏向器（ブランキング電極）で光軸から偏向して外し、光軸上の絞りを通過できなくなることでなされる。
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−１６２７６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ここで、ビーム遮断時には、絞りにイオンが照射されるため、絞りから２次電子やスパッタイオンが発生する。イオンビームの場合、電子に比べ質量ｍが１０３〜１０４倍も大きく、磁場の偏向感度は１／√ｍに比例するため、質量の重いイオンは曲がりづらく、一方、電界の偏向感度は質量ｍに関係せず電荷に比例するので、イオンビームは静電偏向器でビームを偏向する。静電偏向器は、電界の強さで偏向感度が決まるので、電極に正負の電圧を印加，または、正負どちらかの電圧する必要がある。また、短い距離で有効な偏向を得るには、電極の電圧差を大きく、対面する電極の間隔を小さくする必要がある。したがって、ビームが遮断されているときは、ブランキング電極に正・負の電圧、または、正、負どちらかの電圧が印加されているので、絞りで発生し、自由空間に漏洩した２次電子やスパッタイオンは、ブランキング電極に印加された電圧で発生する電界に捉えられて加速され、ブランキング電極に衝突する。これによって、ブランキング電極に付着する分子が分解して固化して被膜を形成（コンタミ）し、スパッタ粒子と付着分子の混じった被膜を形成し、電極が汚れる。この被膜は、絶縁性で表面が帯電しやすく、帯電すると帯電の状態によってビーム径が拡がったり、照射する位置がずれたりする。つまり、像を重ねて取り込んだときに、１回目と２回目の像の位置がずれる像シフトが発生し、また、加工では加工位置精度が悪くなる。
【０００５】
ここで、集束イオン装置の性能は、ビームの電流密度の高い装置ほど性能が良い。ビーム電流密度が高いということは、大電流でもビーム径が小さく大電流で精度の良い加工ができることである。
【０００６】
近年、最大ビーム電流が６０ｎＡ程度でビーム径が１μｍφ以下のビーム、電流密度が７．６Ａ／ｃｍ２以上、ビーム電流が２０ｎＡでビーム径が０．２５μｍφ、電流密度６０Ａ／ｃｍ２以上、更に、ビーム電流１０ｎＡでビーム径が０．１２μｍφ、電流密度８８Ａ／ｃｍ２のビームが得られる装置の開発が進み、１０ｎＡ以上のビーム電流でも精度のよい加工ができるようになってきた。
【０００７】
このため、高いビーム電流密度の装置の出現によって、ブランキング電極が汚れやすくなり、大電流ビームによる高精度の加工が可能になったため、ビーム遮断によるブランキング電極の汚染で加工位置がずれる問題を無視できなくなってきている。つまり、ビーム電流が大きいために、ビーム遮断中に発生する２次電子の発生量が多く、短時間でブランキング電極等にコンタミが付いて汚染され、像シフトが起きやすくなる。更に、加工中にコンタミ表面に帯電量が増えて加工位置のずれが大きくなる。
【０００８】
高電流密度のビームとしてビーム電流１０ｎＡでビーム径が０．１２μｍφ、８８Ａ／ｃｍ２の高電流密度と従来ビームとしてビーム径が同じ０．１２μｍφ、電流密度が約半分の４４Ａ／ｃｍ２としてビーム電流５ｎＡで０．２μｍの位置精度の加工を比較すると、ビーム電流１０ｎＡでは従来のビーム電流５ｎＡで０．２μｍ精度の加工を行うより半分の時間でできるようになる。しかし、電流密度が倍になったためにブランキング電極のコンタミが従来ビームの半分の時間でついて、コンタミの汚れに倍の量の帯電が起きやすくなる点に問題があり、ブランキング電極のコンタミによる影響で０．１〜０．２μｍのビーム位置ずれがあると精度が０．２８μｍに落ちてしまう。つまり、精度と加工速度が速くなってもブランキング電極の汚れがあると加工位置がずれて加工精度が落ちる問題がある。
【０００９】
本発明の目的は、ブランキング電極のコンタミを低減できる集束イオンビーム装置を提供することにある。
【００１０】
また、イオン捕集器を絶縁支持体により支持することにより、捕集されたイオンを正確に測定することができ、イオン電流の正確なモニター測定に基づいて、正確な加工ができる装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、イオン捕集器は、イオンビームの入射側を頂点とする円錐状の外周をなし、中心軸に沿って非ブランキング時にイオンビームが通過する開口を有するブランキングプレートと、ブランキングプレートのイオンビームの入射側に対向して配置され、ブランキングプレートの開口よりも大きい開口を有するカバーと、ブランキングプレートと前記カバーを支持するとともに、非磁性の導電部材からなる筒と、前記筒の外周側に対向して配置された一対のコイルとからなるものである。  
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ブランキング電極のコンタミを低減できるものとなる。
【００１３】
また、イオン電流の正確なモニター測定が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図１〜図４を用いて、本発明の一実施形態による集束イオンビーム装置の構成について説明する。  
最初に、図１を用いて、本実施形態による集束イオンビーム装置の光学系について説明する。  
図１は、本発明の一実施形態による集束イオンビーム装置の光学系の説明図である。
【００１５】
最初に、イオンビーム微細加工法において、試料の加工位置決め，粗加工，中間加工，仕上げ加工のそれぞれの工程で利用するアパーチャの孔径とレンズ動作条件を選ぶことにより、より高スループットの加工が可能となる理由について説明する。すなわち、ビームの利用目的によって、それに最適なアパーチャ径とレンズ動作条件の組み合わせがある理由である。
【００１６】
図１は、イオンビーム照射装置においてイオンビームが生成される様子を示している。イオンビーム９による試料１０上のビームスポットは、イオン源１の像をコンデンサーレンズ２と対物レンズ８からなる光学系を用いて試料１０の上に投射する方法で作られる。光学系の結像倍率が小さいほどイオン源１は小さな像に投影されるので、試料１０上に小さなビームスポットを与える。ビームスポットの小さな細いビームは、加工位置決め工程に従うのに適している。
【００１７】
一方、加工には、スループットを上げるために電流の大きいビームを使う必要がある。そこで直径の大きいアパーチャ３を使用する。ところがアパーチャ３の径を大きくするとレンズ収差のためにビーム径が増大し、試料１０上には拡がったビームスポット２１が形成される。ただし、試料１０に投影されたイオン源像２０の大きさは変わっていない。図１に示すようにこの状態では、収差が試料１０上におけるビームスポットの大きさを決めている。
【００１８】
光学系における輝度保存則の原理によれば、結像倍率が大きいほど大きいビーム電流が得られる。この原理によれば、大きいアパーチャを使用して電流量を増やしたビームは、前述のようにすでに収差によりビーム径が増大しているので、もう少し大きい結像倍率でイオン源を図１の投影像２２として示した程度のサイズを有するように投影しても、ビーム径をそれほど増やすことなく、大きなビーム電流が得られるはずである。更に結像倍率を大きくすると電流量は更に増えるが、今度は、収差に比べてイオン源像が大きくなり、試料１０上でのビームスポット径が大きくなりすぎる。
【００１９】
ビームスポット径が比較的小さい状態で、かつ、大きな電流を含む，すなわち、細くてかつ高い電流密度を有するイオンビームは、収差によるビームの拡がりとイオン像との大きさとがバランスするような結像倍率で生成されたイオンビームである。この最適な結像倍率は、アパーチャの大きさとイオン源の大きさから計算で求めることができる。また、その最適倍率が決まれば、その倍率でイオンビームを生成するに必要なレンズ動作条件（レンズの印加電圧あるいは励磁電流）も計算により求めることができる。
【００２０】
更に大きい電流量のビームを産み出すには、更に大きなアパーチャを利用する。この場合収差も大きくなるので、このアパーチャに対する光学系の最適倍率は更に大きな倍率になる。すなわち、イオンビーム加工装置においては、加工位置決め，粗加工，中間加工，仕上げ加工のそれぞれに対して、それぞれの目的に最適なアパーチャ径と結像倍率の組み合わせがあり、その組み合わせを使ってそれぞれの作業を行うことにより、効率的に加工作業を行うことができる。すなわち、より細いビームで高精度の加工位置決めを行い、かつ、電流密度の高いビームで高スループットの加工ができる。
【００２１】
なお、図１において、符号１３は、イオン銃とレンズの間の隔壁を示している。
【００２２】
次に、図２を用いて、本実施形態による集束イオンビーム装置の構成について説明する。ここでは、集束イオンビーム装置をイオンビーム加工装置に適用した例を示している。  
図２は、本発明の一実施形態による集束イオンビーム装置の構成を示す部分断面の斜視図である。
【００２３】
イオン源１より照射されたイオンビーム９は、コンデンサーレンズ２により弱い集束作用を受け、絞り装置３を照射する。絞り装置３は、たとえば、直径５μｍ，４０μｍ，３００μｍ，６５０μｍの４個のアパーチャを有し、アパーチャ移動装置によって左右に動かされるので、任意のアパーチャを装置の中心軸上に持ち込むことができる。絞り装置３のアパーチャを通り抜けたビームは、アライナー／スティグマ４，ブランカー５，ブランキングプレートを有するイオン捕集器１６，ビーム走査器７を経て対物レンズ８に入る。イオンビーム９は、対物レンズ８により細く絞られて、試料ステージ１１に載せられた試料１０を照射する。試料１０上のイオンビーム照射位置は、ビーム走査器７により制御される。イオンビーム９を試料１０に照射することで発した信号は、検出器１２で検出され、ビーム走査器７の操作信号と同期を取って像を画面に表示する。
【００２４】
絞り装置３のアパーチャで得られるビーム９は、各アパーチャで最大電流密度になるように倍率制御されており、直径５μｍでは、ビーム電流１ｎＡでビーム径６ｎｍφ、直径４０μｍでは、ビーム電流０．２μＡでビーム径３０ｎｍφ、直径３００μｍでは、ビーム電流２０ｎＡでビーム径０．２５μｍφで電流密度６０Ａ／ｃｍ２、直径５２０μｍでは、ビーム電流６０ｎＡでビーム径１μｍφで電流密度７．６Ａ／ｃｍ２のビームが得られる。
【００２５】
集束イオンビーム装置は、加工観察において常にビーム９が試料１０に照射する必要がなく、加工中以外は適宜ビームを遮断する必要がある。遮断ができなければ常に試料１０にビーム９が照射されて余分な加工をすることになる。そのため、ブランカー５によってビームを偏向し、ブランキングプレートを有するイオン捕集器１６によって捕集する。
【００２６】
次に、図３及び図４を用いて、本実施形態による集束イオンビーム装置に用いるイオン捕集器の構成について説明する。  
図３は、本発明の一実施形態による集束イオンビーム装置に用いるイオン捕集器の構成を示す断面図である。図４は、本発明の一実施形態による集束イオンビーム装置に用いるイオン捕集器の一部を構成するコイルの構成を示す斜視図である。
【００２７】
図３に示すように、イオン捕集器１６は、ブランキングプレート１６Ａと、筒１６Ｂと、２次電子カバー１６Ｃと、支持板１６Ｄと、一対のコイル１６Ｅ１，１６Ｅ２とから構成されている。
【００２８】
ブランキングプレート１６Ａは、イオンビームの入射側を頂点とする円錐状の外周を有する筒状のアパーチャ部材であり、上部の開口が絞りとなる。ブランキングプレート１６Ａは、導電性材料で形成されている。ブランキングプレート１６Ａの上部の開口は、例えば、１ｍｍφである。筒１６Ｂは、導電性であるともに、非磁性体の材料で形成され、円筒形状である。筒１６Ｂの下部は、ブランキングプレート１６Ａの下部に接合されている。２次電子カバー１６Ｃは、円盤状であり、その中央に開口が形成されている。
【００２９】
２次電子カバー１６Ｃは、導電性材料で形成されており、筒１６Ｂの内周側に接合されている。２次電子カバー１６Ｃの開口の径は、ブランキングプレート１６Ａの上部の開口の径よりは大きくなっている。支持板１６Ｄは、筒１６Ｃの上部の外周に接合されている。なお、ブランキングプレート１６Ａと、筒１６Ｂと、２次電子カバー１６Ｃと、支持板１６Ｄの材料としては、ここでは、導電性と非磁性を有するリン青銅を用いている。支持板１６Ｄは、絶縁支持体１５を介して、鏡筒１７の内周に取り付けられた隔壁１７Ａに支持されている。
【００３０】
図４に示すように、コイル１６Ｅ１，１６Ｅ２は、サドル形偏向器コイルである。筒１６Ｃが外形８ｍｍφで長さ３０ｍｍとした場合、コイル１６Ｅ１，１６Ｅ２は、巻き数１０で、長さ６×１２ｍｍとしており、コイル１６Ｅ１，１６Ｅ２に電流を常時流してビームの光軸に対して垂直な方向に５×１０−８Ｔ程度の磁場Ｂを発生させる。コイル１６Ｅ１，１６Ｅ２は、筒１６Ｃの外周側であって、光軸方向のほぼ中央に配置している。
【００３１】
イオン捕集器１６の上部には、ビーム９を偏向するためのブランキング電極（ブランカー）５が設けられている。ビーム遮断時には、ビーム９を偏向器（ブランキング電極）５で光軸から１〜２ｍｍ偏向して外し、光軸上の絞り（ブランキングプレート）１６Ａを通過できなくなることで成される。例えば、ブランキング電極５の長さ２０ｍｍで有効な偏向を得るには、電極５間の電圧差２００Ｖ、対面する電極５の間隔２ｍｍにする。ビーム９が遮断されると、絞り（ブランキングプレート）１６Ａにイオン９が照射されるため、絞り（ブランキングプレート）１６Ａから２次電子やスパッタイオンが発生する。
【００３２】
ここで、本実施形態では、イオン捕集器１６にコイル１６Ｅ１，１６Ｅ２を追加した構成としている。コイル１６Ｅ１，１６Ｅ２に電流を常時流してビームの光軸に対して垂直な方向に５×１０−８Ｔ程度の磁場Ｂを発生させることで、２次電子のエネルギーは大部分が１０ｅＶ以下であるため、磁場Ｂに対して垂直成分の速度を持った２次電子などの荷電粒子は、速度と磁場Ｂに対して垂直の力を受けてイオン捕集器１６の内部で横方向に螺旋を描きながら進み、イオン捕集器１６の壁にトラップされる。一方、イオンは、磁場による偏向感度は質量ｍの１／√ｍでイオンの質量が電子の質量に比べ１０３〜１０４倍も大きいため磁場Ｂによるイオンの影響は電子の１／１００程度であり、更にメインビームの加速電圧が数十ｋＶであるから、捕集器１６の磁場Ｂがメインビーム９に影響を与えることはないものである。
【００３３】
２次電子などの荷電粒子は、イオン捕集器１６でトラップされるため、ブランキング電極５に付着することを防止できるため、ブランキング電極５のコンタミを低減することができる。したがって、ブランキング電極のコンタミによるチャージアップによってビーム径が拡がったり、照射する位置がずれたりすることを防止でき、像を重ねて取り込んだときに、１回目と２回目の像の位置がずれる像シフトの発生を防止でき、また、加工では加工位置精度を向上することができる。
【００３４】
また、前述したように、イオン捕集器１６の上部の支持板１６Ｄは、絶縁支持体１５を介して、鏡筒１７の内周に取り付けられた隔壁１７Ａに支持されている。一方、イオン捕集器１６の筒１６Ｃは、イオンモニター１８を介して接地されている。従って、イオン捕集器１６で捕集された荷電粒子は、イオンモニター１８で全量が計測されるため、捕集されたイオンを正確に測定することができる。この正確なイオン電流の測定により、正確な加工を行うことができる。
【００３５】
以上説明したように、本実施形態によれば、入射イオンビームに影響を与えることなくイオンが散乱されて発生した２次電子は全てイオン捕集器で捕集され、２次電子として漏洩する確率は極めて低くなり、漏洩電子による不必要な汚染を防止することができる。
【００３６】
また、イオン捕集器を絶縁支持体により支持することにより、捕集されたイオンを正確に測定することができ、イオンビーム電流の正確なモニター測定に基づいて正確な加工ができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施形態による集束イオンビーム装置の光学系の説明図である。
【図２】本発明の一実施形態による集束イオンビーム装置の構成を示す部分断面の斜視図である。
【図３】本発明の一実施形態による集束イオンビーム装置に用いるイオン捕集器の構成を示す断面図である。
【図４】本発明の一実施形態による集束イオンビーム装置に用いるイオン捕集器の一部を構成するコイルの構成を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００３８】
１…イオン源
２…コンデンサーレンズ
３…アパーチャ
４…アライナー／スティグマ
５…ブランカー
７…ビーム走査器
８…対物レンズ
９…イオンビーム
１０…試料
１１…ステージ
１２…信号検出器
１３…隔壁
１５…絶縁支持体
１６…イオン捕集器
１６Ａ…ブランキングプレート
１６Ｂ…筒
１６Ｃ…カバー
１６Ｄ…支持板
１６Ｅ１，１６Ｅ２…偏向コイル
１８…電流モニタ
【図１】
2008016209.tif 000003
【図２】
2008016209.tif 000004
【図３】
2008016209.tif 000005
【図４】
2008016209.tif 000006