JP5087366B2 - 多目的用途用ガス電界イオン源 - Google Patents

Description

発明の分野

本発明は荷電粒子ビーム装置及び荷電粒子ビーム装置の操作方法に関する。特には、本発明は試料の照射、とりわけ検査及び構造化のための荷電粒子ビーム装置に関する。更に、本発明は多目的用途のガス電界イオン源に関する。より詳細には、本発明は集束イオンビーム装置及び集束イオンビーム装置の操作方法に関する。

発明の背景

ナノメートルスケールでの試料の構造化及びプロービングは、マイクロエレクトロニクス、マイクロメカニクス及びバイオテクノロジーといったテクノロジーに高い需要をもたらしてきた。マイクロメートル及びナノメートルスケールの処理制御、検査又は構造化は荷電粒子ビームを用いて行われることが多い。また、プロービング又は構造化は荷電粒子ビーム装置で発生・集束された荷電粒子ビームで行うことが多い。荷電粒子ビーム装置の例としては、イオンビームパターン発生装置はもとより、電子顕微鏡、電子ビームパターン発生装置、イオン顕微鏡が挙げられる。荷電粒子ビーム、特にイオンビームは、光子ビームと比較すると同等の粒子エネルギーでのその波長の短さから空間分解能に優れている。

半導体装置等の製造においては、通常、複数の観察工程及び試料加工工程を行う。一般的なシステムには試料の観察、画像化、試験又は検査用の電子ビームカラム、及び試料のパターン形成又は材料加工用のイオンビームカラムが含まれる。これらの「二重ビーム」システムは非常に複雑かつそれ故に高価である。

発明の概要

上記を踏まえ、本発明は独立請求項１及び１７に記載の集束イオンビーム装置と、独立請求項２０に記載の集束イオンビーム装置の操作方法を提供する。

一実施形態においては集束イオンビーム装置を提供する。集束イオンビームは、イオンを発生させるためのエミッタ領域を備えたエミッタを収容する閉鎖空間を含むイオンビームカラムと、第１ガスをエミッタ領域に導入するよう適合された第１ガス流入口と、第１ガスとは異なる第２ガスをエミッタ領域に導入するよう適合された第２ガス流入口と、第１ガス導入と第２ガス導入とを切り替えるよう適合された切替ユニットを含む。

上記の実施形態と併用可能な更なる利点、構成、態様及び詳細は従属請求項、本文、及び図面により明白である。

別の実施形態においては集束イオンビーム装置を提供する。集束イオンビーム装置はイオンを発生させるためのエミッタ領域を備えたエミッタを収容する閉鎖空間を含むイオンビームカラムと、観察モードでの軽比重ガスのエミッタ領域への導入と加工モードでの重比重ガスのエミッタ領域への導入とを切り替えるための手段を含み、軽比重ガスは水素及びヘリウムから成る群から選択され、重比重ガスは１０ｇ／モル以上の原子質量を有する。

別の実施形態においては集束イオンビーム装置の操作方法を提供する。本方法はイオンを発生させるエミッタ領域内でエミッタにバイアス印加し、軽比重ガスのエミッタ領域への導入と重比重ガスのエミッタ領域への導入とを切り換えることを含み、軽比重ガスは水素及びヘリウムから成る群から選択され、重比重ガスは１０ｇ／モル以上の原子質量を有する。

実施形態は開示した方法を実施するための装置も対象としており、記載の各方法工程を実行するための装置部品を含む。これらの方法工程はハードウェアコンポーネント、適当なソフトウェアによりプログラムされたコンピュータ、この２つのいずれの組合せ又はその他のやり方で実行することができる。更に、本発明の実施形態は記載の装置の操作方法も対象としており、装置の全機能を実行するための方法工程を含む。

発明の詳細な説明

ここで本発明の様々な実施形態に詳細に言及し、その１つ以上の実施例を図面にて示す。各実施例は本発明の説明のためのものであり、本発明を制限することを意図するものではない。例えば、一実施形態の一部として説明又は記載した構成を別の実施形態で使用する又は併用することで、更に別の実施形態とすることが可能である。本発明はこのような改変や変形を含む。

本願の保護範囲を制限することなく、以下において、荷電粒子ビーム装置又はそのコンポーネントを例示的に二次電子の検出を含む荷電粒子ビーム装置と称する。本発明は電子又はイオン、光子、Ｘ線の形態の二次及び／又は後方散乱粒子又はその他の信号を検出して試料の像を得る装置及びコンポーネントにも応用可能である。

通常、微粒子と言う場合、イオン、原子、電子又はその他の粒子であるところの粒子のみならず光信号として理解され、この場合、微粒子は光子である。

図面についての以下の説明において、同一の参照番号は同一のコンポーネントを示す。概して、個々の実施形態についての差異のみを記載する。

本願で称するところの「試料」とは半導体ウェハ、半導体加工対象物、及びメモリディスク等のその他の加工対象物を含むがこれらに限定されない。本発明の実施形態はその上に材料を堆積する又は構造化するいずれの加工対象物にも応用することができる。試料には構造化する、又はその上に層を堆積するところの表面、縁部、及び典型的にはベベルが含まれる。

本願に記載の実施形態においては、高分解能の画像化と試料加工が可能な単一カラム荷電粒子ビーム装置を提供する。これにより、カラムを１つ省略可能であるという観点から、コスト削減が達成可能である。更に、観察用ビームと加工用ビームの入射点との間での自動調芯がより容易に実現可能である。

図１ａに図示されるように、集束イオンビーム装置１００という形式での荷電粒子ビーム装置の一実施形態は電子銃チャンバ１４を含む。電子銃チャンバ内には、保持体１０に取り付けられたガス電界イオン源エミッタ１２が設置されている。軸１０２に沿って放射されたイオンビームは開口部１８を通ってイオンビームカラム１６に進入する。

通常、集束イオンビーム装置は、例えば、液体金属イオン源又はガスイオン源を基本とすることが可能である。ガスイオンは電子、原子又はイオンとガス原子又は分子との衝突、又はガス原子又は分子を高電場又は照射に曝露することで発生させることが可能である。このため、希ガスイオン源が集束イオンビームＦＩＢアプリケーションにおける有力なイオン源候補として判明している。電界イオン化過程に基づくイオン源はガス電界イオン源（ＧＦＩＳ）として知られている。イオン化過程は１０^１０Ｖ／ｍより高い高電場で生じる。電場は、例えば、エミッタ先端部とバイアス印加した抽出開口部との間に印加される。

エミッタ先端部を下流側の抽出開口部に対し例えば１０ｋＶの正の電荷にバイアス印加し、エミッタユニットの近傍におけるガス原子をイオン化するに十分な強度の電界を発生させる。所望の電界が発生する、又はより一般的にはイオン発生が行われるエミッタ近傍の領域をエミッタ領域と称する。エミッタユニット先端部付近のガス圧は１０^−６ｍｂａｒ、１０^−２ｍｂａｒが望ましい。集束イオンビームカラム全体がガス分子で汚染される可能性を考慮し、本願に記載の一部の実施形態では閉鎖空間又は別個のチャンバを設けることでガスイオン源用のガスを局所的にエミッタ領域に局所的に供給する。

図１ａにおいては、第１ガス流入口１１０及び第２ガス流入口１１２が設置されている。一動作モードでは水素又はヘリウム等の軽比重ガスを第１ガス流入口１１０を介してチャンバ／閉鎖空間１４に導入し、イオン化した軽比重ガスのイオンビームを発生させる。軽比重ガスイオンは試料を損傷することなく観察又は画像化に使用することが可能である。

別の動作モードにおいてはより比重の重いガスである別のガス、例えばアルゴン、ネオン、キセノン又はクリプトンを第２ガス流入口１２０を通してチャンバに導入する。電子銃チャンバ／閉鎖空間１４内で発生した、イオン化された重比重ガスのイオンビームは材料のスパッタリング用の標準的な集束イオンビームカラムのイオンビームに類似している。従って、重比重イオンガスビームは材料加工又は試料への切断部又はトレンチの形成、又は深さについての情報取得に使用することが可能である。

本願に記載の実施形態において、その内部にエミッタ１２が設置されている閉鎖空間１４はイオンビームカラム１６の一部であってもよい。或いは、イオンビームカラム内に形成されたチャンバであってもよい。イオンビームカラムそれ自体で閉鎖空間を構成し、その内部にエミッタを位置させ、かつガスを導入することも可能である。

軽比重ガスイオンは試料材料をスパッタリングしないため、画像化、試験、観察等に使用することが可能である。従って、軽比重ガスイオンでは電子ビームと比較してイオンビームの波長は短いことから、電子ビームより更に良好な分解能が得られる可能性がある。

図１ｂに図示の別の実施形態においては、第１ガス流入口１１０及び第２ガス流入口１１２は共通ガス流入口１１４に接続されている。一実施形態において、第１ガス流入口及び第２ガス流入口は弁１１６を介して共通ガス流入口に接続されている。共通ガス流入口１１４を用いる実施形態については、軽比重ガスと重比重ガスとを切り替えるために排気又はパージしなくてはならない空間が最小限となるように注意しなくてはならない。このため、共通ガス流入口１１４は典型的には短く、その直径は小さい。更に、弁１１６を含む実施形態に関し、弁は典型的には共通ガス流入口の開放部に近接して位置される。一実施形態において、弁１１６はマイクロバルブであってもよい。

通常、図２に示されるように、集束イオンビーム装置２００は以下のように概略的に説明することができる。バイアス印加されたガス電界イオン源エミッタ先端部１２を備えた閉鎖空間２１４が設置されている。更に、第１（軽比重）ガス流入口１１０及び第２（重比重）ガス流入口１１２が設けられている。このため第１ガス及び第２ガスはエミッタ１２及びエミッタ近傍のエミッタ領域に向かって閉鎖空間２１４内に供給され、所望の励起状況が作り出される。一実施形態において、２つのガス流入口は２つのノズル、ガスチャネル、又はその他の独立したガス流入手段の形式で設置される。別の実施形態においては、２つのガス流入口により２種類のガスを共通ノズル、ガスチャネル、又はその他のガス流入手段に供給する。

図２に図示されるように、ガス流出口１２０が設置されている。ガス流出口１２０を２種類のガスのうちの一方の排気を支援するための真空ポンプ、別の真空チャンバ、又はその他の手段に接続し、少なくとも２つの運転モード間の切り替えを行うことが可能である。ガス流出口１２０及び流出口に接続された真空システムを用いて閉鎖空間２１４内の真空状態を制御することもできるため、イオン発生についての処理パラメータが制御可能である。

図２には制御装置等の形式の切替ユニット２１０が図示されている。制御装置２１０は軽比重ガスの閉鎖空間２１４への供給と重比重ガスの閉鎖空間２１４への供給との切り替えを制御する。別個のガス流出口１２０を含む実施形態に関しては、制御装置はガス流出口、真空システム、真空ポンプ、又はそれに対応する弁も制御することができる。更なる実施形態では制御装置２１０、２１１、２１２及び２２０が設置される。これらの制御装置は個々の流入口、流出口、弁、ポンプ等用の制御装置である。点線で示すように、これらの制御装置は制御装置２１０が全コンポーネントを直接制御可能な場合は余分となることから省略してもよい。本願に記載の更なる実施形態において、切替ユニットは単一の制御装置、複数の制御装置、単一の弁、複数の弁、真空発生コンポーネント（ポンプ、弁、受取容器等）及びその組合せから成る群の少なくとも１つのコンポーネントを含むことが可能である。

イオンビームはレンズ２０により試料２４上に集束される。一実施形態において、レンズ２０は静電レンズである。その他の実施形態において、レンズ２０は磁気レンズ又は磁気・静電複合レンズであってもよい。用途に応じて、静電レンズ、磁気レンズ、磁気・静電複合レンズ、ウィーンフィルタ、集光装置、アライナ、コリメータ、偏向装置、加速装置、減速装置、開口部等の１つ以上の光学装置を集束イオンビーム装置内に追加して配置することができる。

通常、イオンビームを走査偏向器２６で偏向し、試料２４上をイオンビームでラスター走査する、又はイオンビームを試料位置に位置決めする。特に単一カラム集束イオンビーム装置を観察モードで運転する際には、二次又は後方散乱粒子、例えば二次電子を検出装置２２により検出する。

図２には制御装置２３０が図示されている。制御装置２３０が走査偏向器２６と検出装置２２を制御する。集束イオンビームカラム２００が観察モード中、装置は電子顕微鏡と同様に機能する。直径数ナノメートル以下（例えば、１ｎｍ以下）のイオンビームを試料２４上でパターン状にラスター走査する。二次電子又はその他の微粒子は検出装置で検出可能である。時間分解信号が生成され、制御装置２３０が所定の時間のインスタンスで信号を対応する偏向値と相関させる。従って、信号と位置とを相関させることでラスターパターンを像へと組み立てることが可能である。典型的な時間分解能（２つの後続する準連続測定点又は画素間の時間間隔）は５００ｎｓ〜５００μｓである。画素毎の時間はその他の実施形態において１０μｓ、１μｓ又はそれ未満である。

図３には荷電粒子ビーム装置３００が図示されている。荷電粒子ビーム装置はエミッタ１２、閉鎖空間／電子銃チャンバ１４、及びイオンビームカラム１６を含む。閉鎖空間１４内に存在するガスのイオンはバイアス印加したエミッタ１２の高電場により発生する。

一実施形態においては、第１ガス流入口１１０、第２ガス流入口１１２、及び第３ガス流入口３１３が設置される。このため、３つのタイプのイオンビーム間での切り替えが可能である。例えば、水素又はヘリウム等の軽比重ガスを第１ガス流入口１１０を介して閉鎖空間１４に導入し、試料を損傷することなくその観察を行う。別の動作モードでは、アルゴン、ネオン、キセノン又はクリプトン等の第２ガスを第２ガス流入口１１２を介して閉鎖空間１４に導入し、試料のスパッタリングを行う。

更なる実施形態ではフォトレジスト等の材料をエッチングする場合の更に別の動作モードで水素を使用する。水素の還元特性を利用して、酸素含有材料をエッチングすることができる。いずれにせよ、水素はＳｉ、金属等の複数の材料について画像化モードで使用することができる。

更に別の実施形態においては第４ガス流入口を設置することができる。これにより、調整ガス、例えば酸素をエミッタ先端部周囲の閉鎖空間に導入することで第４の動作モードを実行することが可能である。この実施形態では、酸素を用いて先端部の調整を行うことが可能である。エミッタの先端部を整形又は再整形するこの更なる調整動作モードは酸素の導入により支援される。

通常、本願に記載の実施形態においては、少なくとも２つの異なるイオンビーム発生ガスを閉鎖空間内に導入可能である。本願に記載の実施形態においては、この少なくとも２つの異なるイオンビーム発生ガスを閉鎖空間内に連続的に導入し、上述したように、軽比重ガスと重比重ガスを使用する。更なる実施形態では、少なくとも１つの更に別のイオン発生ガスを閉鎖空間内に導入する。従って、エッチング用のイオン発生ガス又は第２のスパッタリング選択肢用のイオン発生ガス（例えば、スパッタリング第１選択肢としてのアルゴン及びスパッタリング第２選択肢としてのネオン又はキセノン）を導入可能である。これらの実施形態においては、少なくとも第３のガス流入口を設置する。スパッタリングに１つ以上のイオンビーム発生ガスを、或いはエッチングに１つ以上のイオンビーム発生ガスを使用する場合は、第４、第５等のガス流入口も設置可能である。

更に別の実施形態においては、上記記載のエミッタ先端部調整ガス（酸素）、キャリアガス、パージガス等の形態の処理ガスを導入してもよい。処理ガスはイオンビーム発生には使用しないが処理を支援するガスとして理解される。

図３に関連して説明する別の実施形態においては、追加としてガス流出口３２０を設置可能である。ガス流出口３２０は真空ポンプ及び／又は真空受取容器を含む真空システムに接続してもよい。閉鎖空間１４の排気により空間内の圧力を制御し、これによりイオン発生の処理パラメータを制御することが可能である。典型的には、イオン化するガスの分圧はエミッタ領域内で１０^−６〜１０^−２ｍｂａｒの範囲内に制御される。別の実施形態では、第１動作モードと別の（第２又は第３）動作モードとの切り替え中に閉鎖空間１４の排気を利用することが可能である。従って、第１動作モードに使用するガスをイオン発生領域からより迅速に除去可能である。この結果、ある動作モードと別の動作モードとの切り替えが、例えば５秒以下でより迅速に実行可能である。

図４ａには荷電粒子ビーム装置４００が図示されている。荷電粒子ビーム装置はエミッタ１２、閉鎖空間／電子銃チャンバ１４、及びイオンビームカラム１６を含む。閉鎖空間１４中に存在するガスのイオンはバイアス印加されたエミッタ１２の高電場により発生する。

一実施形態では、第１ガス流入口１１０と第２ガス流入口１１２が設置されている。これに追加して、弁４１８が第１ガス流入口１１０内に設置されている。更に、弁４１９が第２ガス流入口１１２内に設置されている。弁は第１ガスの閉鎖空間１４内への導入と第２ガスの閉鎖空間への導入とを切り替えるよう適合された制御装置によって制御される。

一実施形態において、弁４１８及び４１９はガス流入口の流出開放部に近接して位置される。これにより、第２又は第３動作モードへの切り替えに先立って排除しなくてはならない、先行の動作モードの残留ガスの量が低下する。弁の１つを閉鎖した場合、弁がガス流入口の流出開放部に近接して位置していると先行の動作モードのガスが滞留する容積が最小限に抑えられる。ガス流入口の死容積は、例えば１ｃｍ^３以下の範囲である。典型的には、マイクロバルブを用いて死容積の縮小を実現することができる。ここで、死容積とは材料又はガスがそこに滞留して続く流溶媒を汚染するところの流路の一部と定義することができる。動作モードの切り替え中に先行のガスが後続のガスを汚染する場合がる。

図４ａに関連して言及するその他の実施形態では、ガス流出口３２０も設置可能である。ガス流出口３２０は真空ポンプ又は真空受取容器を含む真空システムに接続することができる。上述したように、閉鎖空間１４の排気により閉鎖空間内の圧力を制御可能である。閉鎖空間１４の排気は、第１動作モードと別の（第２又は第３）動作モードとの切り替え中の閉鎖空間の排気にも用いることが可能である。従って、第１動作モードに用いたガスをイオン発生領域からより迅速に除去可能である。

図４ｂにおいて、荷電粒子ビーム装置はエミッタ１２、閉鎖空間／電子銃チャンバ１４、及びイオンビームカラム１６を含む。閉鎖空間１４内に存在するガスのイオンはバイアス印加したエミッタ１２の高電場により発生する。ガスは本願に記載の実施形態のいずれによっても閉鎖空間に導入可能である。

別の実施形態において、例えば図４ｂに関連して説明するように、弁４２８がガス流出口３２０内に設置されている。ガス流出口内の弁４２８を閉鎖することで、閉鎖空間１４に対向する弁側に低い圧力がかかる。これにより、第１動作モードと別の動作モードとの切り替え中に弁を開放し、対向する側の低圧力を利用して、動作モードの切り替えに伴って除去しなくてはならない閉鎖空間中のガスをより迅速に除去することが可能である。

更に別の実施形態において、この態様は図５に図示の集束イオンビーム装置５００に図示されるように、真空受取容器５２２と組合せてもよい。図５に荷電粒子ビーム装置５００を図示する。荷電粒子ビーム装置はエミッタ１２と、閉鎖空間／電子銃チャンバ１４及びイオンビームカラム１６を含む。閉鎖空間１４内に存在するガスイオンはバイアス印加したエミッタ１２の高電場により発生する。これに加え、弁４１８が第１ガス流入口１１０内に設置されている。更に、弁４１９が第２ガス流入口１１２内に設置されている。弁は閉鎖空間１４内への第１ガスの導入と閉鎖空間内への第２ガスの導入とを切り替えるよう適合された制御装置により制御される。弁の１つを閉鎖した場合、弁がガス流入口の流出開放部に近接して位置していると、別の動作モードへの切り替えの際に排気しなくてはならない先行の動作モードのガスが滞留する容積が最小限に抑えられる。

図５において、ガス流出口３２０の導管は真空ポンプに接続されている。真空ポンプにより真空受取容器５２２を排気する。つまり、容積に対して低圧となる。弁４２８の開放中、受取容器５２２の容積が加わることで、閉鎖空間１４の容積をより迅速に排気可能となる。閉鎖空間の排気時間の短縮により、２つの動作モード間での切り替えをより速やかに行うことが可能となる。

図６は集束イオンビーム装置６００を図示する。荷電粒子ビーム装置６００はエミッタ１２と、閉鎖空間／電子銃チャンバ１４と、イオンビームカラム１６を含む。閉鎖空間１４内に存在しているガスのイオンはバイアス印加したエミッタ１２の高電場により発生する。

一実施形態では、導管を備えた第１ガス流入口１１０と導管を備えた第２ガス流入口１１２が設置されている。これに加え、弁６１８が第１ガス流入口１１０内に設置されている。更に、弁６１９が第２ガス流入口１１２内に設置されている。弁は、閉鎖空間１４内への第１ガスの導入と閉鎖空間への第２ガスの導入とを切り替えるよう適合された制御装置によって制御される。一実施形態において、弁６１８及び６１９はガス流入口の流出開放部に近接して位置される。これにより、第２又は第３動作モードへの切り替えに先立って排気しなくてはならない、先行の動作モードで残留するガス量が低下する。

図６において、弁６１８及び６１９は二方弁である。弁の別の接続部は真空受取容器６２２、６２３にそれぞれ接続されている。真空受取容器６２２及び６２３は真空ポンプ等により排気される。これにより、第１動作モードと別の動作モードとの切り替え作業が向上する。例えば弁６１８を閉鎖した場合、一方では、第１ガス流入口１１０により導入されていた第１ガスの供給が停止する。他方では、真空受取容器６２２がガス流入口の流出開放部に接続されている。これにより、ガス流入口の流出開放部に残留しているガスが除去され、閉鎖空間１４が排気される。その時点又はその後、第２ガス流入口１１２内の弁６１９を開放すると、第２ガス流入口を通して導入されたガスが閉鎖空間１４内に供給可能となる。

別の実施形態では、弁６１８及び６１９を各自の導管により共通真空受取容器に接続してもよい。

一実施形態では、図６に図示されるように、弁４２８を含む更なるガス流出口３２０を設置する。ガス流出口内の弁４２８を閉鎖すると、閉鎖空間１４に対向する弁側に低い圧力がかかる。従って、第１動作モードと別の動作モードとの切り替え中に弁を開放し、低圧力を利用して、動作モードの切り替えに伴って除去しなくてはならない閉鎖空間中のガスをより迅速に除去することが可能である。

別の実施形態ではガス流出口３２０を省略してもよい。その場合は閉鎖空間１４を各弁６１８及び６１９の１つを通して排気する。これにより、弁の１つがエミッタ１２の領域内にガスを導入する位置にある際、もう一方の弁は対応する弁に接続された真空受取容器を介して閉鎖空間１４を排気する位置にある。通常、二方弁を用いることで、ガスとエミッタチャンバ、つまり閉鎖空間との間の接続部を閉鎖してガス流を遮断し、エミッタチャンバと真空受取容器又は真空ポンプとの間の接続部を開放する。この結果、エミッタ内のガス圧が急激に低下する。

更に別の動作モード及び更なる実施形態を図７に関連して説明する。図７に図示の集束イオンビーム装置７００はエミッタ１２、閉鎖空間／電子銃チャンバ１４、及びイオンビームカラム１６を含む。閉鎖空間１４内に存在するガスイオンはバイアス印加したエミッタ１２の高電場により発生する。第１ガス流入口１１０及び第２ガス流入口１１２が設置される。一動作モードにおいては、水素又はヘリウム等の軽比重イオン発生ガスがチャンバ／閉鎖空間１４に第１ガス流入口１１０を介して導入され、イオン化された軽比重ガスのイオンビームが発生する。軽比重ガスイオンは試料を損傷することなく観察又は画像化に使用可能である。第２動作モードでは重比重イオンビーム発生ガスを導入してスパッタリングモードに用いる。更に、材料よっては例えば水素であるエッチングガスを用いるモード、及び／又は調整アプリケーションによっては例えば酸素である調整ガスを用いるモードを設定可能である。

上述した動作モードに加え、重比重ガスイオンビームは材料の分析にも使用可能である。従って、二次イオン質量分析ＳＩＭＳに適した検出装置７２２を設置する。検出装置７２２はスパッタリングにより生じた試料２４のイオンを検出及び分析する。スパッタリング時に試料は粒子を放出し、その一部はそれ自体イオンである。これらの二次イオンを質量分析装置により測定し、表面の定量元素又は同位体組成分析を行う。

一実施形態において、スパッタリングはエミッタ１２により放射されたイオンビームにより実現される。別の実施形態においては、図７に図示されるように、追加の電子フラッド源７３２を設置してもよい。これにより、エミッタ１２からのイオンビームの衝突時に試料２４から放出される、イオン化された二次粒子の数が増大する。イオン化された二次粒子の量が増大することにより、検出装置７２２の検出精度は向上する。

イオンビーム装置の更なる実施形態を図８に示す。図８において、エミッタ１２はチャンバ又はカラム内に設置されている。参照番号１４を参照のこと。第１ガス流入口１１０及び第２ガス流入口１１２により軽比重ガスと重比重ガスを導入することで、単一のカラムで２つの動作モードが可能となる。上述の実施形態と比較すると、異なるガスはカラム又はチャンバに直接的に導入されており、閉鎖空間を別個には設置していない。

異なる実施形態では、図９に図示されるように、閉鎖空間１４の容積を縮小することで導入するガス量を削減することもできる。閉鎖空間のサイズを縮小することで、エミッタ領域内における所望の分圧をより少ないガス量で実現することができる。更に、モード切り替えのための排気又はパージがより迅速に実行可能となる。

図９においては、エミッタ保持体１０及びエミッタ１２が閉鎖空間１４内に設置されている。第１ガス流入口は第１ガス流入管９１０ａ及びチャネル９１０ｂをエミッタ保持体１０と閉鎖空間１４の壁部との間に含む。同様のチャネル９１０ｂはコンポーネント保持用、バイアス印加用のその他の部品間、或いは装置中のその他の構造部品間にも設置することができる。第２ガス流入口は第２ガス流入管９１２ａ及びガス流入チャネル９１２ｂを含む。図９において、２つのチャネル９１０ｂ及び９１２ｂは互いに離間されている。別の実施形態において、チャネルは少なくとも部分的に共通路を有している。

図９には、ガス流出口９２０が設置されている。上述したように、ガス流出口を用いて閉鎖空間１４内の圧力を制御する及び／又は異なるモード間での切り替えを行うために閉鎖空間の排気を行うことが可能である。

ガス流出口９２０を真空ポンプ、更なる真空チャンバ、又は軽比重ガス及び重比重ガスである２つのガスのうちの一方の排気を支援するその他の手段に接続することで、少なくとも２つの動作モード間の切り替えを行うことが可能である。ガス流出口９２０及び流出口に接続された真空システムを用いて閉鎖空間１４内の真空状態を制御することもできる。これにより、イオン発生用の処理パラメータを制御可能である。

上述したように、高分解能の画像化と試料加工を可能とする、集束イオンビーム装置の形態の単一カラム荷電粒子ビーム装置を提供可能である。このため、カラムを１つしか使用していないという観点から、コストの削減が達成可能である。更に、観察ビームと加工ビームの入射点の自動調芯が容易に実現可能となる。

上記は本発明の実施形態についてのものであるが、本発明の基本的な範囲から逸脱することなく本発明のその他および更に別の実施形態を考案することができ、本発明の範囲は特許請求の範囲に基づいて定められる。

本発明の上記の態様及びその他のより詳細な態様の一部は発明の詳細な説明に記載され、部分的に図面を参照して説明される。
本願に記載の実施形態による、第１ガス流入口と第２ガス流入口を備えた集束イオンビーム装置の形式の荷電粒子ビーム装置の一部の概略図である。 本願に記載の実施形態による、第１ガス流入口、第２ガス流入口、及び共通ガス流入口を備えた集束イオンビーム装置の形式の荷電粒子ビーム装置の一部の概略図である。 本願に記載の実施形態による、観察モードを制御し、かつ軽比重ガス及び重比重ガスとの切り替えを制御するための制御装置を含む荷電粒子ビーム装置の概略図である。 本願に記載の実施形態による、第１ガス流入口、第２ガス流入口、及び第３ガス流入口を備えた集束イオンビーム装置の形式の荷電粒子ビーム装置の一部の概略図である。 本願に記載の実施形態による、ガス流入口と弁を備えた集束イオンビーム装置の形式の荷電粒子ビーム装置の一部の概略図である。 本願に記載の実施形態による、ガス流入口と弁を備えた集束イオンビーム装置の形式の荷電粒子ビーム装置の一部の概略図である。 本願に記載の実施形態による、ガス流入口、弁、及び真空受取容器を備えた集束イオンビーム装置の形式の荷電粒子ビーム装置の一部の概略図である。 本願に記載の実施形態による、ガス流入口、弁、及び真空受取容器を備えた集束イオンビーム装置の形式の荷電粒子ビーム装置の一部の概略図である。 本願に記載の実施形態による、ガス流入口とＳＩＭＳ測定を実行するための手段とを備えた集束イオンビーム装置の形式の荷電粒子ビーム装置の一部の概略図である。 本願に記載の実施形態による、ガス流入口とイオンビームカラムにより構成された閉鎖空間を備えた集束イオンビーム装置の形式の荷電粒子ビーム装置の一部の概略図である。 本願に記載の実施形態による、ガス流入口とイオンビームカラムの電子銃チャンバ内の縮小された閉鎖空間とを備える集束イオンビーム装置の形式の荷電粒子ビーム装置の一部の概略図である。

Claims (31)

1. イオン発生用のエミッタ領域を備えたガス電界イオン源エミッタを収容するための閉鎖
   空間を含むイオンビームカラムと、
   第１イオンビームを発生させるために、第１ガスをエミッタ領域に導入するよう構成さ
   れた第１ガス流入口と、
   第１イオンビームとは異なる第２イオンビームを発生させるために、第１ガスとは異な
   る第２ガスをエミッタ領域に導入するよう構成された第２ガス流入口と、
   第１ガス又は第２ガスから発生したイオンビームを集束するための対物レンズと、
   第１ガスの導入と第２ガスの導入との切り替えを行うよう適合された切替ユニットを備
   える集束イオンビーム装置。
2. 第１ガスの導入と第２ガスの導入との切り替え中に閉鎖空間を排気するよう適合された
   真空システムに接続されたガス流出口を更に備える請求項１記載の集束イオンビーム装置
   。
3. 第１ガス流入口内に設置された第１弁と、第２ガス流入口内に設置された第２弁を更に
   備え、第１弁及び第２弁が切替ユニットにより制御される請求項１〜２のいずれか１項記
   載の集束イオンビーム装置。
4. 第１弁が第１ガス供給源へと続く第１ガス供給導管と、第１ガスをチャンバに導入する
   ための第１ガス流入導管と、少なくとも１つの真空受取容器に接続するための第１排気導
   管を有し、第２弁が第２ガス供給源へと続く第２ガス供給導管と、第２ガスをチャンバに
   導入するための第２ガス流入導管と、少なくとも１つの真空受取容器に接続するための第
   ２排気導管を有する請求項３記載の集束イオンビーム装置。
5. 第１ガス流入口が第１ガス流入管と第１ガス流入チャネルを有し、第２ガス流入口が第
   ２ガス流入管と第２ガス流入チャネルを有する請求項１〜４のいずれか１項記載の集束イ
   オンビーム装置。
6. 真空システムが真空受取容器を含む請求項２〜５のいずれか１項記載の集束イオンビー
   ム装置。
7. イオンビームカラム内に設置され、かつ試料上をイオンビームでラスター走査するよう
   適合された走査偏向器と、
   イオンビームカラム内に設置され、かつイオンビーム衝突時に試料から放出される微粒
   子の時間分解検出用に適合された検出装置と、
   走査偏向器と検出装置に接続された制御装置を更に備える請求項１〜６のいずれか１項
   記載の集束イオンビーム装置。
8. 時間分解測定が時間分解能２μｓ又は２μｓ以下に適合される請求項７記載の集束イオ
   ンビーム装置。
9. 閉鎖空間がイオンビームカラム内に設置されている請求項１〜８のいずれか１項記載の
   集束イオンビーム装置。
10. 閉鎖空間の容積が５ｃｍ^３以下である請求項１〜９のいずれか１項記載の集束イオンビ
    ーム装置。
11. 試料から放出されたイオン又はイオン化粒子を同定するための質量分析装置を更に備え
    る請求項１〜１０のいずれか１項記載の集束イオンビーム装置。
12. 試料領域に隣接した領域内に設置された電子フラッド銃を更に備える請求項１１記載の
    集束イオンビーム装置。
13. 少なくとも第３のガスを閉鎖空間内に導入するための少なくとも第３のガス流入口を更
    に備える請求項１〜１２のいずれか１項記載の集束イオンビーム装置。
14. 切替ユニットにより制御される、少なくとも第三ガス流入口内に設置された少なくとも
    第三弁を更に備える請求項１３記載の集束イオンビーム装置。
15. 少なくとも第三ガス流入口が少なくとも第三ガス流入管と少なくとも第三ガス流入口チ
    ャンネルを有する請求項１４記載の集束イオンビーム装置。
16. 第１ガスが水素とヘリウムからなる群から選択された軽比重ガスであり、第２ガスがア
    ルゴン、ネオン、クリプトン、及びその組合せからなる群から選択された重比重ガスであ
    る請求項１〜１５のいずれか１項記載の集束イオンビーム装置。
17. 軽比重ガスと重比重ガスのイオン発生用エミッタ領域を備えたエミッタを収容するため
    の閉鎖空間を含むイオンビームカラムと、
    観察モードでの軽比重ガスのエミッタ領域への導入と加工モードでの重比重ガスのエミ
    ッタ領域への導入とを切り替えるための手段を備え、
    軽比重ガスは水素とヘリウムからなる群から選択され、重比重ガスは１０ｇ／モル以上
    の原子質量を有する集束イオンビーム装置。
18. 重比重ガスがアルゴン、ネオン、クリプトン、及びその組合せからなる群から選択され
    る請求項１７記載の集束イオンビーム装置。
19. 請求項１〜１６のいずれか１項記載の構成を更に備える請求項１７〜１９のいずれか１
    項記載の集束イオンビーム装置。
20. イオンを発生させるエミッタ領域内でエミッタにバイアス印加し、
    軽比重イオンビーム発生ガスのエミッタ領域への導入と重比重イオンビーム発生ガスの
    エミッタ領域への導入とを切り換えることを含み、
    軽比重ガスは水素とヘリウムからなる群から選択され、重比重ガスは１０ｇ／モル以上
    の原子質量を有する集束イオンビーム装置の操作方法。
21. エミッタ領域を取り巻く閉鎖空間を排気することを更に含む請求項２０記載の集束イオ
    ンビーム装置の操作方法。
22. 動作モードの切り替えが第１ガス流入口内に設置された第１弁と第２ガス流入口内に設
    置された第２弁を制御することを含む請求項２０〜２１のいずれか１項記載の集束イオン
    ビーム装置の操作方法。
23. 観察モードで軽比重イオンビーム発生ガスから発生させたイオンビームを試料上で走査
    し、軽比重イオンビーム発生ガスからのイオンビームの衝突時に試料から放出される微粒
    子を検出して試料を観察し、
    重比重イオンビーム発生ガスをエミッタ領域に導入しながら加工モード中に試料を加工
    することを更に含む、請求項２０〜２２のいずれか１項記載の集束イオンビーム装置の操
    作方法。
24. 加工がスパッタリングとエッチングからなる群から選択された少なくとも一工程を含む
    請求項２３記載の集束イオンビーム装置の操作方法。
25. 重比重イオンビーム発生ガスのエミッタ領域導入中に、試料から放出されたイオン化粒
    子の質量検出を行うことを更に含む請求項２０〜２４のいずれか１項記載の集束イオンビ
    ーム装置の操作方法。
26. 重比重イオンビーム発生ガスのエミッタ領域導入中に試料から放出された粒子をイオン
    化することを更に含む請求項２５記載の集束イオンビーム装置の操作方法。
27. 重比重イオンビーム発生ガスがアルゴン、ネオン、クリプトン、及びその組合せからな
    る群から選択される請求項２０〜２６のいずれか１項記載の集束イオンビーム装置の操作
    方法。
28. 処理ガスをエミッタ領域に導入することを更に含む請求項２０〜２７のいずれか１項記
    載の集束イオンビーム装置の操作方法。
29. 処理ガスが酸素である請求項２８記載の集束イオンビーム装置の操作方法。
30. 別の重比重イオンビーム発生ガスをエミッタ領域に導入することを更に含み、この別の
    イオンビーム発生重比重ガスの原子質量が１０ｇ／モル以上である請求項２０〜２９のい
    ずれか１項記載の集束イオンビーム装置の操作方法。
31. エッチング動作モードのためにエミッタ領域に水素を導入することを更に含む請求項２
    ０〜３０のいずれか１項記載の集束イオンビーム装置の操作方法。

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