JP2002033070A - イオンビーム装置及び試料加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高スループットかつ高加工位置精度を実現す
る。 【解決手段】 加工用のイオンビームとして、像分解能
が高い集束イオンビーム１１と、大電流ビームに用いる
断面エッジ部がシャープに加工できるエッジ加工用イオ
ンビーム１２の２種類用意し、大電流イオンビームでも
高加工位置精度を実現する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はイオンビーム装置に
関し、特に、試料の加工に用いるイオンビーム装置及び
試料加工方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の集束イオンビームを用いるイオン
ビーム装置の代表的な例として、特許２７６５８２９号
に記載されている集束イオンビーム加工装置がある。そ
の装置の概要を図２３に示す。イオン発生手段２０１か
ら放出されたイオンは集束手段２０２及び照射手段２０
３により試料２０６上に集束される。制限絞り２０４は
ビーム径を決めるものである。この装置では集束手段と
照射手段のレンズ強度の組み合わせにより３つのモー
ド、つまりＡ、Ｂ及びＣモードを設定し、その時のそれ
ぞれのレンズ電圧をレンズ制御手段２０８に記憶して使
用する。ビーム偏向手段２０５により集束ビームＡ、Ｂ
及びＣの試料２０６上での照射位置ずれを補正する。本
装置は、試料２０６の加工に使用する集束イオンビーム
のビーム径及びビーム電流を選択することは可能である
が、加工用イオンビームとしては像分解能が最大となる
ビーム集束状態の集束イオンビーム一本であった。

【０００３】また、集束イオンビームのビーム分布に着
目した加工方法の代表的な例として、特開平２−６１９
５４号公報に記載されている加工方法がある。この方法
は、ターゲットに焦点を合わせた集束イオンビームのビ
ーム分布をナイフエッジ法により測定し、この測定デー
タに従ってシミュレーションを行い、イオンのドーズ量
を補正することで加工深さを安定させて加工の信頼性を
向上させる加工方法である。加工速度はイオンビームの
ビーム分布に依存する。従って、静電レンズへの電圧設
定のばらつきによるビーム分布の変動に起因する加工深
さのばらつきに配慮し、加工深さを加工毎に同じになる
ようにして加工歩留まりを向上させている。

【０００４】成形イオンビームを用いたイオンビーム装
置の代表的な例として、特開平９−１８６１３８号公報
に記載されているイオンビーム加工装置がある。この装
置の概要を図２４に示す。引き出し電極３０２によりイ
オン発生手段３０１から放出されたイオンは、ビーム制
限アパーチャ３０３によりビーム発散角を変えられる。
成形イオンビーム３１３は集束点が投射レンズ３０７の
中心付近に来るように集束手段３０４のレンズ強度を調
整し、かつマスク３０６を試料３０９に投射するように
照射手段３０７のレンズ強度を調整する。集束イオンビ
ーム３１２は、イオンビームをビーム偏向手段３０５で
マスク３０６上を走査し、かつビーム偏向手段３０８で
試料３０９上を走査することで試料３０９上に投影した
マスク３０６の像から、集束イオンビーム３１２の中間
集束点がマスク３０６上に来るように集束手段３０４の
レンズ強度を再調整することで得られる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の集束イオンビー
ム加工装置では、ビーム電流は最大で十数ｎＡであった
ため、イオンビームの分布の裾広がりの影響は実用上問
題とはならなかった。加工スループットを向上させるに
は、より大きな電流のイオンビームが必要であるが、加
工用イオンビームの電流が大きくなるにつれてビーム分
布の裾広がりが大きくなり、加工領域の断面エッジ部の
だれが顕著になり高加工位置精度が実現できなくなると
いう問題がある。

【０００６】特開平２−６１９５４号公報に記載されて
いる加工方法では、ビーム分布の測定結果に基づいてビ
ーム分布の変更、即ちレンズ電圧の変更は行わない。ま
た、加工領域の断面エッジ部の形状を所望の加工に応じ
て最適化するビーム分布については明記されていない。
従って、断面エッジ部をシャープに加工できるビーム分
布が得られないため断面エッジ部の最適加工及び高加工
位置精度の実現はできなかった。また、シミュレーショ
ンを用いるため計算時間が掛かり、応答の速い制御がで
きないという問題もあった。

【０００７】また、従来の成形イオンビームを用いたイ
オンビーム装置は、加工に成形イオンビームを用いるこ
とで集束イオンビームと同等、又はそれ以上の断面エッ
ジシャープネスを持ちながら、大電流による高スループ
ットを実現したが、観察用の集束イオンビームが絞れな
い、また観察用の集束イオンビームと加工用の成形イオ
ンビームの位置ずれが生じる問題があった。観察用の集
束イオンビームが絞れない、すなわちビーム切り替え時
の集束ビーム径が大きくなる問題は、ビーム制限アパー
チャの挿入でビーム発散角を変えることで回避した。ま
た観察用の集束イオンビームと加工用の成形イオンビー
ムとの位置ずれ問題は、集束イオンビームの集束点をス
テンシルマスク上にして、かつマスクの移動により集束
イオンビームと加工用の成形イオンビームとの位置ずれ
を補正することで回避した。しかし、ビーム制限アパー
チャの設定精度、つまりアパーチャがイオンビーム光学
系の光軸上に来ているのかどうかの確認が困難であり、
この設定精度に起因する観察用集束イオンビームと加工
用成形イオンビームとの位置ずれ問題が残っていた。ま
た、機械駆動部がビーム制限アパーチャとマスクの２箇
所となることで上記両イオンビームの位置ずれが大きく
なる問題が生じた。また、ビーム制限アパーチャとビー
ム偏向手段の２つの機構が装置構成要素として必要であ
った。

【０００８】このように、従来の集束イオンビームを用
いたイオンビーム装置及びイオンビーム加工方法では、
ビーム電流を大電流化してスループットを高くすると加
工位置精度（断面エッジシャープネスも含める）が低下
し、ビーム電流を減少させて加工位置精度を高くすると
スループットが低下するという問題があった。また、従
来の成形イオンビームを用いたイオンビーム装置でも、
観察用の集束イオンビームと加工用の成形イオンビーム
の照射位置を高精度で一致させられないため、高スルー
プットではあるが加工位置精度が低下する問題があっ
た。また、装置構成要素が多いという問題もあった。本
発明の目的はこれらの問題を解決し、高スループットと
高加工位置精度の両者を実現するイオンビーム装置及び
試料加工方法を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明では、加工に用い
るイオンビームを走査イオン顕微鏡（Scanning Ion Mic
roscope：ＳＩＭ）像の分解能（以後、像分解能と呼
ぶ）が高いビーム集束状態のイオンビーム（以後、集束
加工用イオンビームと呼ぶ）と加工領域の断面エッジ部
がシャープに加工できるイオンビーム（以後、エッジ加
工用イオンビームと呼ぶ）の二種類を用意し、これら二
種類の加工用イオンビームを加工対象、ビーム電流に応
じて使い分けることにより、高スループットと高加工位
置精度を両立させる。

【００１０】本発明の対象となるイオンビーム装置に
は、（１）開口部の形状が円である制限アパーチャを具
備し、エッジ加工用イオンビームは、最小錯乱円の位置
が試料の表面にほぼ一致するビーム集束状態の集束イオ
ンビームであるイオンビーム装置と、（２）開口部の形
状が円を含む任意形状であるマスクを具備し、エッジ加
工用イオンビームは、その断面がマスクの開口形状をし
た成形イオンビームであるイオンビーム装置とがある。
次に、この２つの装置についてそれぞれ説明する。

【００１１】１．開口部の形状が円である制限アパーチ
ャを具備するイオンビーム装置 図２に、本発明の一形態によるイオンビーム加工装置の
概略構成図を示す。集束手段２によりイオン発生手段１
からイオンを引き出し、集束して形成したイオンビーム
は制限絞り３により所望のビーム電流が選択され、照射
手段５により試料ステージ８に載置された試料１６に照
射される。イオンビームをビーム偏向手段４により走査
し、試料１６から発生する二次粒子１３を二次粒子検出
手段６で検出し、その検出した信号を制御手段７でイオ
ンビームの走査と同期させることで、表示装置２８上に
試料１６の表面のＳＩＭ像を表示できる。試料１６の加
工は、制御手段７によりイオンビームを加工用イオンビ
ームに切り替えて行う。

【００１２】ここで、加工による断面エッジ部のだれの
最小化の観点からは、同じビーム電流の加工用イオンビ
ームであってもビーム径（あるいはビーム半値幅）が増
大してもビーム分布の裾広がりが小さいイオンビームを
用いる方が望ましい。従って、加工用イオンビームとし
ては、制御手段７により集束手段２と照射手段５、ある
いは照射手段５のみを制御して、像分解能が高いビーム
集束状態の集束加工用イオンビーム１１とビーム分布の
裾広がりを抑えて加工試料の断面エッジ部をシャープに
加工できるエッジ加工用イオンビーム１２の二種類を用
いる。この二種類の加工用イオンビームをビーム電流に
応じて制御手段７により切り替えて使用する。

【００１３】ビーム分布の裾広がりの影響が実用上無視
できなくなるビーム電流の値は光学系により変化し、例
えば、前記した特許第２７６５８２９号に記載されてい
る集束手段の静電レンズと照射手段の静電レンズによる
２段レンズ構成の光学系では、この値は１０〜２０ｎＡ
の間に存在する。イオンビーム加工において前記したビ
ーム分布の裾広がりの影響が実用上無視できなくなるビ
ーム電流値を特定値として予め制御手段７に記憶し、こ
の特定値以上の大電流イオンビームに対してはエッジ加
工用イオンビーム１２を使用することでビーム分布の裾
広がりを大きく抑えることができ、高加工位置精度を確
保できる。また、エッジ加工用イオンビーム１２の採用
により、１００ｎＡ程度までの大電流のイオンビームが
使用可能となり、更なる高スループットを実現できる。

【００１４】図２に示すように、ＳＩＭ像観察は主にビ
ーム電流が１００ｐＡ以下に制限された像分解能が最大
となるビーム集束状態の観察用イオンビーム９を使用す
る。制限絞り３よりイオン発生手段１側のイオンビーム
に着目すると、加工用イオンビーム（集束加工用イオン
ビーム１１及びエッジ加工用イオンビーム１２）は集束
手段２によりイオンビームを制限絞りの開口部へと集束
しているが、観察用イオンビーム９は集束手段２でイオ
ンビームを集束せずに発散状態のままである。従って、
制限絞り３の開口部の面積が同一であっても、この開口
部を通過するイオンビームは、集束加工用イオンビーム
１１よりも観察用イオンビームの方が遥かに少なくな
る。適切な開口径を選択することで、１００ｐＡ以下の
観察用イオンビーム９が形成できる。

【００１５】図３に、加工用イオンビームが集束イオン
ビームである本発明のイオンビーム装置の概略構成図を
示す。照射手段５は静電レンズで構成された対物レンズ
であり、集束加工用イオンビーム１１とエッジ加工用イ
オンビーム１２の切り替えは対物レンズのレンズ電圧を
切り替えることで行う。イオンビームの切り替えをレン
ズ電圧の切り替えで行うのは、応答性の優れた制御を行
うためである。制限絞り３には加工用イオンビームのビ
ーム電流が前記した特定値（イオンビーム加工において
ビーム分布の裾広がりの影響が実用上無視できなくなる
ビーム電流値）以上得られる開口面積を持った開口部１
４を少なくとも一つ以上具備している。

【００１６】図４を用いて、本発明のイオンビーム装置
における加工用イオンビームについて説明する。図４
は、集束イオンビームの試料表面１８近傍でのビーム軌
道を示す。集束加工用イオンビーム１１とエッジ加工用
イオンビーム１２とでは、試料１６の表面１８でのビー
ム集束状態が異なる。集束イオンビームの光軸１０を垂
直に横切る面のうち、像分解能が最大となるガウス像面
１７と、ビーム径が最小となる最小錯乱円を形成する面
１５とに着目する。ここでの集束加工用イオンビーム１
１は図４（ａ）に示すように試料表面１８とガウス像面
１７とがほぼ一致するイオンビームであり、エッジ加工
用イオンビーム１２は図４（ｂ）に示すように試料表面
１８と最小錯乱円を形成する面１５とがほぼ一致するイ
オンビームである。従来装置で使用されていた加工用イ
オンビームは、集束加工用イオンビーム１１に相当す
る。

【００１７】ガウス像面１７では、イオンビームの光軸
１０近傍はイオン電流密度が高いが、その周辺にはイオ
ン電流密度の低い収差に起因するイオンビームの裾が広
がっている。ビーム電流が少ない場合にはこの裾による
悪影響は無視できたが、ビーム電流が増加するにつれ裾
の影響が顕著になり、加工領域の断面エッジ部のだれと
なって現れてくる。この裾の影響が最も少ないのが最小
錯乱円を形成する面１５であり、試料表面１８と最小錯
乱円を形成する面１５とをほぼ一致させて加工すると、
加工領域の断面エッジ部のだれを最小にすることが可能
である。このビーム集束状態のイオンビームをエッジ加
工用イオンビームとして採用することにより、加工領域
の断面エッジ部のだれの問題に応える。この効果が顕著
に現れてくるビーム電流の境界は、前記したように例え
ば１０〜２０ｎＡの間に存在し、前記した特許第２７６
５８２９号に記載されている集束手段の静電レンズと照
射手段の静電レンズによる２段レンズ構成の光学系で
は、ビーム電流が１５ｎＡ近傍である。

【００１８】このエッジ加工用イオンビーム１２は、像
分解能が最大となる対物レンズのレンズ電圧から電圧を
少し下げる方向に補正することで形成できる。この電圧
補正量は、イオンビーム光学系を構成する各要素の配置
寸法と開口部１４の大きさ、あるいはビーム電流、ある
いはビーム開き角、あるいはビーム径との間にある関係
から（例えば、関数として）求められる。具体的な関係
は後で述べる。この関係を予め求めておき、制御手段７
に記憶しておく。例えば、ビーム電流に着目すると、ビ
ーム電流は図３に示すようにビーム電流計測手段２３を
具備することで容易に、かつリアルタイムで測定でき
る。この測定値を基に、制御手段７で予め記憶した関係
から電圧補正量を算出し、対物レンズ５のレンズ電圧を
補正してエッジ加工用イオンビーム１２を容易に、かつ
リアルタイムで形成できる。

【００１９】試料表面のＳＩＭ像は、制御手段７を経由
して表示手段２８に表示する。従来のビーム電流が大き
くないイオンビームでは、ＳＩＭ像を観察した際の試料
表面の損傷は無視できる程度であったため、加工領域の
設定に利用するＳＩＭ像の取得に用いるイオンビーム
は、実加工のイオンビームと同一であった。従って、設
定した加工領域と実際の加工との間には実用上無視でき
ないずれは生じなかった。しかし、イオンビームの大電
流化に伴い、大電流イオンビームでＳＩＭ像を観察した
際の試料表面の損傷が実用上無視できなくなり、同一の
イオンビームで加工領域の設定に利用するＳＩＭ像の取
得と実加工を行うことができなくなった。結果として、
設定した加工領域と実際の加工との間に実用上無視でき
ないずれが生じた。また、エッジ加工用イオンビーム１
２はビーム分布の裾広がりを最小化した代わりに像分解
能が劣化しているため、このエッジ加工用イオンビーム
１２でＳＩＭ像観察を行っても必要な像分解能が得られ
ず、同一のエッジ加工用イオンビーム１２で加工領域の
設定に利用するＳＩＭ像の取得と実加工を行ったとして
も位置合わせ精度が出ないという問題が生じた。

【００２０】ＳＩＭ像を観察した際の試料表面の損傷問
題及び像分解能の問題に対しては、加工領域の設定に利
用するＳＩＭ像の観察をビーム電流が少なく、かつ像分
解能の高い観察用イオンビーム９を用いれば解決でき
る。しかしながら、観察用イオンビーム９とエッジ加工
用イオンビーム１２とはレンズ電圧、制限絞り開口径等
のビーム照射条件が大きく異なるため、試料上での照射
位置ずれが生じる問題が残った。この問題は、以下のよ
うにして解決する。同一のビーム電流を持つ加工用イオ
ンビームに対して、集束加工用イオンビーム１１とエッ
ジ加工用イオンビーム１２とでは照射手段５の対物レン
ズ電圧が僅かに異なるだけであるから、試料上での照射
位置ずれは実用上無視できる。これを利用して、観察用
イオンビーム９とエッジ加工用イオンビーム１２との試
料上での照射位置合わせには加工用イオンビームに像分
解能の高い集束加工用イオンビーム１１を使用する。

【００２１】図５を用いて、その位置合わせ補正の方法
について説明する。予め、試料１６上の任意の目標物を
観察用イオンビーム９と集束加工用イオンビーム１１と
により各々ＳＩＭ像観察し、この目標物の各々のＳＩＭ
像間にあるずれ量から観察用イオンビーム９と集束加工
用イオンビーム１１とのずれ補正量２４を測定する。こ
のずれ補正量２４を予め制御手段７に記憶し、このずれ
補正量２４を基にイオンビームの照射位置を図５（ａ）
から図５（ｂ）のように観察用イオンビーム９と集束加
工用イオンビーム１１との試料上での照射位置が同一と
なるように制御手段７で補正する。これにより、観察用
イオンビーム９と集束加工用イオンビーム１１との試料
上での照射位置を一致させれば、観察用イオンビーム９
とエッジ加工用イオンビーム１２との試料上での照射位
置も一致する訳である。

【００２２】以上説明してきた、試料表面１８と最小錯
乱円を形成する面１５とがほぼ一致するエッジ加工用イ
オンビーム１２の形成は、像分解能が最大となる対物レ
ンズのレンズ電圧から電圧を少し下げる方向に補正する
代わりに、集束手段２（静電レンズで構成された集束レ
ンズ）を用いて、像分解能が最大となる集束レンズのレ
ンズ電圧から電圧を少し下げる方向に補正することでも
形成できる。

【００２３】また、観察用イオンビーム９とエッジ加工
用イオンビーム１２との試料上での照射位置合わせも、
同一のビーム電流を持つ加工用イオンビームに対して、
集束加工用イオンビーム１１とエッジ加工用イオンビー
ム１２とでは集束手段２の集束レンズ電圧が僅かに異な
るだけであるから、試料上での照射位置ずれは実用上無
視できることを利用して、上記と同様に照射位置合わせ
ができる。

【００２４】図６を用いて加工領域の設定を説明する。
観察用イオンビーム９を用いて観察したＳＩＭ像１０１
を画像メモリに保存する。このＳＩＭ像１０１を表示手
段２８であるＣＲＴ上に表示し、所望の加工領域１０２
を設定する。保存したＳＩＭ像１０１と加工領域１０２
とを重ねて表示する。加工したい領域は加工領域１０２
であるが、エッジ加工用イオンビーム１２は像分解能を
犠牲にして断面エッジの加工を最適化しているためビー
ム径が通常の集束イオンビームよりも太く、このビーム
径の大きさが加工位置精度の観点からは無視できない。
加工領域をそのままエッジ加工用イオンビーム１２で走
査すると、エッジ加工用イオンビーム１２のビーム半径
の長さ１０４ａだけ大きな領域を加工してしまい、加工
位置が外側にずれる。

【００２５】この問題は、以下のようにして解決する。
エッジ加工用イオンビーム１２で加工する場合には、自
動的に、設定された加工領域１０２に対してビーム半径
の長さ１０４ａに相当する量を差し引いた領域１０３を
エッジ加工用イオンビーム１２で走査するのである。手
続としては、予めエッジ加工用イオンビーム１２のビー
ム半径１０４ａを測定して、その測定値を制御手段７に
記憶しておく。加工に使用するイオンビームにエッジ加
工用イオンビームが選択された場合には、この測定値を
用いて設定された加工領域１０２に対してビーム半径１
０４ａに相当する量を差し引いたエッジ加工用イオンビ
ーム１２の走査領域１０３を設定し、エッジ加工用イオ
ンビーム１２を走査領域１０３で走査することで所望の
高加工位置精度が達成できる。オペレータは、集束加工
用イオンビーム１１、あるいはエッジ加工用イオンビー
ム１２に関わらず、ＣＲＴ上に表示したＳＩＭ像に所望
の加工領域１０２を設定するだけでよく、従来装置と同
等の操作性を維持できる。

【００２６】このイオンビーム装置では、加工用のイオ
ンビームに集束加工用イオンビーム１１とエッジ加工用
イオンビーム１２との二種類を用いるため、混同する可
能性がある。従って、表示手段２８に図７に示すような
ビームタイプを表すメッセージ４１を表示して、今設定
されているイオンビームが観察用イオンビームなのか加
工用イオンビームなのか、もし加工用イオンビームであ
れば集束加工用イオンビーム１１なのかエッジ加工用イ
オンビーム１２なのかをオペレータに知らしめ、誤操作
を防ぐ。

【００２７】２．開口部の形状が任意形状であるマスク
を具備するイオンビーム装置 次に、装置構成は図２を用いて説明したイオンビーム装
置とほぼ同じで、制限絞り３がマスク１９に、エッジ加
工用イオンビーム１２がそのマスク１９の開口形状を投
射する成形イオンビームであるエッジ加工用イオンビー
ム２１に入れ代わっている本発明のイオンビーム装置に
ついて説明する。装置の概略構成を図８（ａ）に示し、
マスク１９の一例の上面図を図８（ｂ）に示す。

【００２８】集束手段２は静電レンズで構成された集束
レンズであり、かつ照射手段５は静電レンズで構成され
た投射レンズである。集束加工用イオンビーム１１は２
本あり、小電流での加工に用いる集束加工用イオンビー
ム１１ａ、及びエッジ加工用イオンビーム２１の軸合わ
せに使用する軸合わせ集束加工用イオンビーム１１ｂで
ある。集束加工用イオンビーム１１ａとエッジ加工用イ
オンビーム２１の切り替えは、集束レンズと投射レンズ
の両レンズ電圧を切り替えることで行う。また、軸合わ
せ集束加工用イオンビーム１１ｂとエッジ加工用イオン
ビーム２１の切り替えは、投射レンズのレンズ電圧を切
り替えることで行う。マスク１９は、加工用イオンビー
ムの電流が収差に起因したイオンビームの裾の影響が顕
著になる値以上となる開口面積を持った開口部２０を少
なくとも一つ具備している。

【００２９】小電流での加工に用いる集束加工用イオン
ビーム１１ａは、イオン発生手段１の像が試料面上に形
成されるようにイオンビーム光学系の条件を制御するこ
とで得られる。エッジ加工用イオンビーム２１は、マス
ク１９の開口の像が試料面上に形成されるようにイオン
ビーム光学系の条件を制御することで得られる。エッジ
加工用イオンビーム２１を形成するレンズ電圧は、イオ
ンビーム光学系を構成する各要素の配置寸法から決ま
る。このレンズ電圧を予め求めておき、制御手段７に記
憶しておく。エッジ加工用イオンビーム２１の形成の際
は、制御手段７で予め記憶したレンズ電圧を呼び出し
て、それを設定すればよい。また、軸合わせ集束加工用
イオンビーム１１ｂは、後述するように、エッジ加工用
イオンビーム２１を投射レンズのレンズ電圧を制御して
試料表面に集束させることで得られる。

【００３０】ＳＩＭ像は、制御手段７を経由して表示手
段２８に表示される。エッジ加工用イオンビーム２１を
加工領域の設定に用いるＳＩＭ像の取得に使用すると、
二つの問題が発生した。その一つは、エッジ加工用イオ
ンビーム２１は大電流イオンビームであるため、ＳＩＭ
像を観察した際のビーム照射による試料表面の損傷が実
用上無視できないことである。もう一つは、エッジ加工
用イオンビーム２１は成形イオンビームであるためビー
ム幅が大きく、ＳＩＭ像観察を行っても必要な像分解能
が得られず位置合わせ精度が出ないことである。これら
の問題の解決策は、ビーム電流が少なく、かつ像分解能
の高い観察用イオンビーム９を用いることである。しか
し、観察用イオンビーム９とエッジ加工用イオンビーム
２１とではレンズ電圧、制限絞り開口径等のビーム照射
条件が大きく異なるため、試料上での両ビームの照射位
置がずれる。

【００３１】この問題は、以下のようにして解決する。
エッジ加工用イオンビーム２１は、その集束点４２が図
９（ａ）に示すように、投射レンズ５の中心面４０と試
料１６との間にあるため、投射レンズ５のレンズ電圧を
少し下げることで、ビーム集束点４２を試料１６に合せ
られる（図９（ｂ））。このビームを、軸合わせ集束加
工用イオンビーム１１ｂにするのである。軸合わせ集束
加工用イオンビーム１１ｂとエッジ加工用イオンビーム
２１とでは投射レンズ電圧が僅かに異なるだけであり、
試料上での両ビームの照射位置ずれは実用上無視でき
る。よって、観察用イオンビーム９とエッジ加工用イオ
ンビーム２１との試料上での照射位置合わせには、後者
ビームの代わりに軸合わせ集束加工用イオンビーム１１
ｂを使用する。

【００３２】図１０を用いて、その位置合わせ補正の方
法を説明する。試料上の任意の目標物６０を観察用イオ
ンビーム９と軸合わせ集束加工用イオンビーム１１ｂと
により各々ＳＩＭ像観察した時の試料１６の側面方向か
ら見た目標物６０と両ビームとの関係を図１０（ａ）に
示す。図１０（ｃ）及び（ｄ）は、それぞれ観察用イオ
ンビーム９と軸合わせ集束加工用イオンビーム１１ｂに
より観察したＳＩＭ像である。この目標物６０の各々の
ＳＩＭ像上での位置座標の差から、両ビーム間のずれ補
正量２４を測定する。このずれ補正量２４を予め制御手
段７に記憶し、このずれ補正量２４を基に図１０（ｂ）
のように観察用イオンビーム９の照射位置に軸合わせ集
束加工用イオンビーム１１ｂの照射位置が同一となるよ
うに制御手段７で補正する。これにより、観察用イオン
ビーム９とエッジ加工用イオンビーム２１との試料上で
の照射位置も一致するのである。

【００３３】図２４に示した特開平９−１８６１３８号
公報に記載の従来例では、集束イオンビーム３１２と成
形イオンビーム３１３との間に試料への照射位置のずれ
が生じないように、集束イオンビーム３１２を以下のよ
うにして形成している。照射手段３０７のレンズ強度
は、成形ビーム３１３を形成するレンズ強度である。初
めに、イオンビームのビーム径は、ビーム制限アパーチ
ャ３０３により調整する。次に、イオンビームをマスク
３０６上に走査して、マスク３０６が明瞭に観察できる
ように集束手段３０４のレンズ強度を調整し、マスク３
０６上にイオンビームを集束させる。従って、制限アパ
ーチャ３０３とビーム偏向手段３０５が必要であった。
本発明のイオンビーム装置では、上記の説明から制限ア
パーチャ３０３とビーム偏向手段３０５は必要ない。従
来装置例と比較してビーム偏向手段と可変アパーチャを
なくすことができる。

【００３４】図１１を用いて加工領域の設定手順を説明
する。図１１（ａ）は、矩形開口のマスクを投射するエ
ッジ加工用イオンビーム２１を走査して、所望の加工領
域１０２を加工する場合の設定である。観察用イオンビ
ーム９を用いて観察したＳＩＭ像１０１を画像メモリに
保存する。このＳＩＭ像１０１を表示手段２８であるＣ
ＲＴ上に表示し、その上に所望の加工領域１０２をマウ
スなどで設定する。加工したい領域は加工領域１０２で
あるが、エッジ加工用イオンビーム２１は試料１６上に
マスク１９の開口部を投射レンズの縮小率で縮小した形
状（投射開口１０７）のイオンビームを形成しているた
め、加工領域１０２をそのままエッジ加工用イオンビー
ム２１で走査すると、加工領域１０２を超えて加工して
しまい、加工位置が外側にずれる。

【００３５】この問題は、以下のようにして解決する。
予めエッジ加工用イオンビーム２１の投射開口１０７の
縦辺の半分の長さ１０４ｂ及び横辺の半分の長さ１０４
ｃを計算、あるいは測定して、それらの値を制御手段７
に記憶しておく。エッジ加工用イオンビーム２１を選択
した加工には、設定された加工領域１０２から投射開口
１０７の縦辺及び横辺の半分の長さ１０４ｂ及び１０４
ｃを差し引いたエッジ加工用イオンビーム２１の走査領
域１０３を新たに設定し、この走査領域１０３を走査し
加工する。オペレータは、集束加工用イオンビーム１１
ａとエッジ加工用イオンビーム２１とを区別することな
く、ＣＲＴ上のＳＩＭ像に所望の加工領域１０２を設定
するだけでよく、従来装置と同等の操作性を維持でき
る。

【００３６】図１１（ｂ）は、投射開口１０７と同一の
大きさの加工領域１０５を加工する場合の設定である
（この場合、投射開口１０７が加工予定領域に相当す
る）。ここでは、矩形開口のマスクを投射すると仮定し
て図示してある。この場合は、エッジ加工用イオンビー
ム２１の走査は行わず、このイオンビームを所望の投射
点に投射することで加工領域１０５を加工する。

【００３７】表示手段２８であるＣＲＴ上に、観察用イ
オンビーム９を用いて観察し、画像メモリに保存したＳ
ＩＭ像１０１を表示して、その上にマウスなどで所望の
投射点を設定する。投射点は、エッジ加工用イオンビー
ム２１の光軸１０６とし、その光軸１０６を基準位置と
した投射開口１０７の投射位置を計算、あるいは測定し
て、その値を制御手段７に記憶しておく。ＣＲＴ上に表
示したＳＩＭ像１０１上には光軸１０６と投射開口１０
７とを影を付けて表示する。光軸１０６の位置を移動す
ると、その移動と同期して投射開口１０７の影も一緒に
移動する。投射点、すなわち光軸１０６の位置の指定
は、投射開口１０７と所望の加工領域１０５とが一致す
るように光軸１０６の位置をマウスなどでＣＲＴ上に表
示したＳＩＭ像１０１上に指定する。投射開口１０７を
可視化することで、加工領域１０５の設定操作を容易に
した。

【００３８】また、エッジ加工用イオンビーム２１を走
査して加工するか、あるいは投射点に投射して加工する
かを選択する選択手段５１０を設け、選択手段５１０で
選択された加工タイプに合せて加工領域設定画面として
図１１（ａ）あるいは図１１（ｂ）の画面が表示手段２
８に表示されるようにした。

【００３９】このイオンビーム装置では、加工用のイオ
ンビームとして集束加工用イオンビーム１１ａ、軸合わ
せ集束加工用イオンビーム１１ｂ、エッジ加工用イオン
ビーム２１の三種類を用いるため、混同する可能性があ
る。従って、表示手段２８に図７に示すようなビームタ
イプを表すメッセージ４１を表示して、今設定されてい
るイオンビームが観察用イオンビームなのか加工用イオ
ンビームなのか、もし加工用イオンビームであれば集束
加工用イオンビーム１１ａなのか軸合わせ集束加工用イ
オンビーム１１ｂなのか、あるいはエッジ加工用イオン
ビーム１２なのかをオペレータに知らしめ、誤操作を防
ぐ。

【００４０】本発明の一態様によるイオンビーム装置
は、イオンを発生するイオン発生手段、イオン発生手段
から発生したイオンを集束してイオンビームを形成する
集束手段、イオンビームの電流を制限する開口部を持つ
制限絞り、イオンビームを試料上で走査するためのビー
ム偏向手段、及びイオンビームを試料に照射する照射手
段を含むイオンビーム光学系と、試料を載置する試料ス
テージと、イオンビームの照射によって試料から発生す
る二次粒子を検出する二次粒子検出手段と、イオンビー
ム光学系を制御する制御手段とを具備し、制御手段は、
試料の走査イオン顕微鏡像を形成するための観察用イオ
ンビームあるいは試料を加工するための加工用イオンビ
ームが形成されるようにイオンビーム光学系を制御し、
加工用イオンビームのビーム電流が所定の値より小さい
ときは像分解能が高いビーム集束状態の集束加工用イオ
ンビームが形成され、加工用イオンビームのビーム電流
が所定の値以上のときは加工試料の断面エッジ部がシャ
ープに加工できるビーム集束状態のエッジ加工用イオン
ビームが形成されるようにイオンビーム光学系を制御す
ることを特徴とする。

【００４１】観察用イオンビームは、試料を走査しても
試料を損傷することがないように小さなビーム電流とさ
れる。制御手段は、試料加工用イオンビームのビーム電
流がイオンビーム光学系の収差に起因してイオンビーム
の裾の影響が顕著になる値以上の時はエッジ加工用イオ
ンビームを形成するようにイオンビーム光学系を制御
し、その値未満の時は集束加工用イオンビームを形成す
るようにイオンビーム光学系を制御するのがよい。

【００４２】集束手段及び照射手段は静電レンズで構成
し、制御手段は、集束手段と照射手段の少なくとも一方
の静電レンズのレンズ電圧の切り替えによって集束加工
用イオンビームとエッジ加工用イオンビームとを切り替
えるものとすることができる。

【００４３】制限絞りは、開口部の形状が円である制限
アパーチャ、あるいは開口部の形状が円を含む任意形状
であるマスクであり、加工用イオンビームの電流が所定
の値以上得られる開口面積を持つ開口部を具備する。制
限絞りを開口部の形状が円である制限アパーチャとし、
エッジ加工用イオンビームを当該イオンビームの最小錯
乱円の位置が試料の表面にほぼ一致するイオンビームと
することができる。

【００４４】また、制限絞りを開口部の形状が円を含む
任意形状であるマスク、エッジ加工用イオンビームを試
料表面位置での光軸に垂直方向の断面形状がマスクの開
口部の形状と相似形であるイオンビームとし、制御手段
は、集束手段の静電レンズ及び照射手段の静電レンズの
レンズ電圧を制御してエッジ加工用イオンビームを形成
する機能と、エッジ加工用イオンビームの形成条件から
照射手段の静電レンズのレンズ電圧を変えて像分解能の
高い軸合わせ集束加工用イオンビームを形成する機能と
を有するものとすることができる。

【００４５】制御手段は、試料の観察時及び加工領域の
設定時には観察用イオンビームが形成され、試料加工時
にはエッジ加工用イオンビームが形成されるようにイオ
ンビーム光学系を制御するのが好ましい。制御手段は、
加工用イオンビームの特性値とイオンビーム光学系の制
御値との間の関係を記憶する記憶手段を備えることがで
きる。加工用イオンビームの特性値は加工用イオンビー
ムのビーム電流、ビーム径、ビーム開き角のうちの少な
くとも一つとすることができる。

【００４６】制御手段は、エッジ加工用イオンビームと
観察用イオンビームの試料上での照射位置のずれをずれ
補正量として記憶しており、そのずれ補正量を用いてエ
ッジ加工用イオンビームと観察用イオンビームの試料上
での照射位置が同一となるようにイオンビームの照射位
置を補正する機能を有することが好ましい。

【００４７】また、観察用イオンビームを用いて観察し
た試料の観察像を保存する画像メモリと、画像メモリに
保存した観察像を用いて試料の所望位置に加工領域を設
定する手段と、設定した加工領域と保存した観察像とを
重ねて表示する表示手段とを備えることができる。

【００４８】制限絞りが開口部の形状が円である制限ア
パーチャであり、エッジ加工用イオンビームが最小錯乱
円の位置が試料表面にほぼ一致するイオンビームである
とき、設定された加工領域から予め求めておいたエッジ
加工用イオンビームのビーム半径に相当する量を差し引
いてエッジ加工用イオンビームの走査領域を設定する手
段を具備するのが好ましい。

【００４９】また、試料に照射されているイオンビーム
が観察用イオンビームであるか加工用イオンビームであ
るかを表示する表示手段と、試料に照射されているイオ
ンビームが加工用イオンビームである場合にそれが集束
加工用イオンビームであるかエッジ加工用イオンビーム
であるかを表示する表示手段とを有することが好まし
い。

【００５０】制限絞りが任意形状の開口を含むマスクで
あり、エッジ加工用イオンビームが成形イオンビームで
あるとき、観察用イオンビームを用いて観察した試料の
観察像を保存する画像メモリと、エッジ加工用イオンビ
ームの光軸の位置及びその光軸を基準位置としたエッジ
加工用イオンビームの試料上への投射による加工予定領
域を保存した観察像に重ねて表示する手段と、加工予定
領域が所望の位置に来るようにエッジ加工用イオンビー
ムの光軸の位置を指定することで加工領域を設定する手
段を具備するのが好ましい。

【００５１】本発明の他の態様のイオンビーム装置は、
前記特徴に加え、試料の一部を分離した摘出試料を摘出
位置とは異なる位置に移し変える移送手段と、移送手段
により移送された摘出試料を載置する摘出試料ステージ
とを具備する。制御手段は、摘出試料の形状を短冊状の
薄片、直方体、三角柱、歯車の少なくとも一つを含む任
意形状に加工する任意形状加工制御手段を具備する。

【００５２】試料上のイオンビーム照射領域にデポジシ
ョン膜を形成する原料ガスを供給するデポジションガス
源を有し、制御手段は、エッジ加工用イオンビームと同
様のビーム集束状態であるエッジデポジション加工用イ
オンビームを形成するビーム調整手段を具備することが
できる。

【００５３】前記イオンビーム装置は、集束手段と制限
絞りとの間にイオンビームを集束する上部中間集束手段
を少なくとも一つ具備してもよい。制限絞りと照射手段
との間にイオンビームを集束する下部中間集束手段を少
なくとも一つ具備してよい。

【００５４】制御手段は、加工中に観察されるイオン顕
微鏡像の輝度の変化を検出する輝度変化検出手段と、輝
度の変化を検出した時点で加工を停止する終点検出手段
を具備することもできる。加工用イオンビームのビーム
電流の大きさに応じて二次粒子検出手段の出力ゲインを
調整する出力ゲイン調整手段を具備することが好まし
い。この出力ゲイン調整手段を設けることによりＳＩＭ
像の輝度飽和を防止することができる。

【００５５】また、少なくとも２つのイオンビーム光学
系の光軸が１点で交差している複数のイオンビーム光学
系を備えてもよい。その一例として、エッジ加工用イオ
ンビームのみを形成するイオンビーム光学系と、観察用
イオンビームと集束加工用イオンビームとを形成するイ
オンビーム光学系とを備えてもよい。

【００５６】本発明の一態様による試料加工方法は、イ
オン発生手段から発生したイオンをイオンビーム光学系
を介して試料に照射して試料の加工を行う試料加工方法
において、イオンビーム電流が所定値より小さなときは
イオンビーム光学系をイオン発生手段の像が試料上にシ
ャープに形成される条件にして加工を行い、イオンビー
ム電流が所定値以上のときはイオンビーム光学系をイオ
ンビームの最小錯乱円の位置が試料表面にほぼ一致する
条件にして加工を行うことを特徴とする。

【００５７】本発明の他の態様による試料加工方法は、
イオン発生手段から発生したイオンを任意形状の開口を
有するマスクを含むイオンビーム光学系を介して試料に
照射して試料の加工を行う試料加工方法において、イオ
ンビーム電流が所定値より小さなときはイオンビーム光
学系をイオン発生手段の像が試料上にシャープに形成さ
れる条件にして加工を行い、イオンビーム電流が所定値
以上のときはイオンビーム光学系をマスクの開口の像が
試料上にシャープに形成される条件にして加工を行うこ
とを特徴とする。

【００５８】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。 〔実施の形態１〕図１は、本発明によるイオンビーム装
置の一例の概略図である。このイオンビーム装置は、ガ
リウム液体金属イオン源を使用するイオン発生手段１、
バトラー型静電アインツェルレンズを使用する集束手段
２及び照射手段５、開口径の異なる複数のアパーチャを
持ち、その少なくとも一つが、ビーム電流がビーム分布
の裾広がりの影響が実用上無視できなくなるビーム電流
値以上得られる開口径１４である可変アパーチャを使用
する制限絞り３、２段型８極偏向器を使用するビーム偏
向手段４、試料１６を載置する試料ステージ８、二次粒
子１３が二次電子の場合にはシンチレータを、二次イオ
ンの場合にはマイクロチャンネルプレート（ＭＣＰと略
す）を使用する二次粒子検出器６、コンピュータを使用
する制御手段７、ＣＲＴを使用する表示手段２８を備え
る。イオンビームの種類は、ビーム電流の小さな観察用
イオンビーム９、集束加工用イオンビーム１１、そして
エッジ加工用イオンビーム１２（試料１６でのビーム集
束状態が最小錯乱円近傍であるイオンビーム）である。
可変アパーチャ３及び試料ステージ８には、コンピュー
タ制御のＸＹの二軸駆動機構及びＸＹＺＴＲの５軸駆動
機構もそれぞれ備えている。

【００５９】また、ビーム偏向手段４と照射手段５の間
に、簡易ファラディーカップを使用するビーム電流計測
手段２３を設置した。通常、イオンビームはビーム電流
計測手段２３の底部にある開口部を通過し、試料１６ま
で到達する。制御手段７のコンピュータからビーム電流
の計測命令が出た場合には、イオンビームを底部開口部
からビーム偏向手段４により偏向し（偏向したイオンビ
ーム５０）、ビーム電流計測手段内部にイオンビームを
照射してビーム電流を計測する。図２１に示すように、
ビーム電流計測手段２３は、内部深さ寸法５２と上部開
口径寸法５１の比、即ち（内部深さ寸法５２）／（上部
開口径寸法５１）が５以上となるように設計されてい
る。これは、ビーム電流計測手段２３に入射したイオン
ビームにより発生する二次粒子のビーム電流計測手段２
３の外部への放出確立を下げて、計測するビーム電流の
精度を高めるためである。

【００６０】なお、ビーム電流は、ビーム電流計測手段
２３を具備しなくても試料ステージ８に電流計を接続し
て、試料１６及び試料ステージ８に流れる吸収電流を計
測することでも得られる。ただし、その場合、計測精度
はビーム電流計測手段２３を使用するよりも悪化してし
まう。

【００６１】各種イオンビームの可変アパーチャ３の開
口のＸＹ位置と集束手段２と照射手段５のレンズ電圧の
設定値とをコンピュータに入力、記憶させ、更に、可変
アパーチャ駆動機構もコンピュータで制御することでイ
オンビームを切り替えた時の各パラメータ設定を自動的
に行うことができる。イオンビームの調整は、従来装置
と同様に必要なイオンビームに対して、オートフォーカ
ス機能を使用する、あるいは直接オペレータがＳＩＭ像
観察を行うことで、像分解能が最大となるようにレンズ
強度を調整し、この時のレンズ電圧と可変アパーチャ３
の開口のＸＹ位置とをコンピュータに入力、記憶させ
る。ビーム電流が前記した特定値（イオンビーム加工に
おいてビーム分布の裾広がりの影響が実用上無視できな
くなるビーム電流値）以上の加工用イオンビームは、こ
の記憶したレンズ電圧を利用して、自動的にエッジ加工
用イオンビーム１２に設定される。従って、イオンビー
ムの設定も従来装置と同等の操作性を実現した。また、
加工データ、試料ステージ８の座標、加工に使用するイ
オンビームの種類を予めコンピュータに入力、記憶して
おくことで自動加工も行うことができる。

【００６２】これにより作業効率を向上すると共に、エ
ッジ加工用イオンビームを採用したことで加工断面のエ
ッジ部のシャープさを従来の数ｎＡ程度のイオンビーム
で加工した場合と同程度に維持したまま従来にない大電
流（＞１５〜２５ｎＡ）のイオンビーム加工を行ってス
ループットの向上を実現した。

【００６３】エッジ加工用イオンビーム１２は、像分解
能が最大となる対物レンズのレンズ電圧から最小錯乱円
近傍が試料表面と一致するビーム集束状態となる補正量
分だけレンズ電圧を下げることで形成できる。次に、こ
の電圧補正量を求める方法について説明する。

【００６４】最初に、ビーム電流と光学系との間にある
関係から電圧補正量を求める例について説明する。図１
２に示すように、図１のイオンビーム装置の光学系構成
は寸法Ａ１〜Ａ４によって特徴付けられる。ここで、寸
法Ａ１はイオン発生手段１のチップから集束手段２のレ
ンズ中心までの距離、寸法Ａ２は集束手段２のレンズ中
心から制限絞り３までの距離、寸法Ａ３は制限絞り３か
ら照射手段５のレンズ中心までの距離、寸法Ａ４は照射
手段５のレンズ中心から試料表面までの距離である。こ
のような構成のイオンビーム光学系を用い、イオンビー
ムの加速電圧が３０ｋＶ、ビーム電流はイオンビーム加
工においてビーム分布の裾広がりの影響が実用上無視で
きなくなる値（例えば１５ｎＡ）以上、試料１６の表面
位置は高さ方向、すなわち光軸方向に変化しないという
条件のとき、試料１６に照射されているイオンビームの
ビーム集束状態を像分解能が最大となるビーム集束状態
から最小錯乱円近傍が試料表面と一致するビーム集束状
態に変更するために対物レンズのレンズ電圧に加えるべ
き電圧補正量は次の〔数１〕で与えられる。

【００６５】

【数１】

【００６６】ここで、ΔＶは像分解能が最大となる対物
レンズのレンズ電圧から、エッジ加工用イオンビーム１
２を形成するためのレンズ電圧への電圧補正量（単位：
Ｖ）、Ｉｂはイオンビームのビーム電流（単位ｎＡ）、
係数Ｂ１，Ｂ２，Ｂ３は光学系の寸法Ａ１，Ａ２，Ａ
３，Ａ４から決まる値である。電圧補正量の算出式は、
光学系が決まれば一意に決められる。従って、使用する
光学系に対応する算出式を予め求めておき、これをコン
ピュータに記憶しておくことで任意の光学系に対してエ
ッジ加工用イオンビーム１２を形成することができる。

【００６７】ここでは加工用イオンビームの特性値とし
てビーム電流Ｉｂを用いたが、ビーム電流Ｉｂは制限絞
り３のアパーチャ開口径により決まり、またアパーチャ
開口径が決まればビーム開き角も決まることから、〔数
１〕の特性値としてビーム電流Ｉｂの代わりにアパーチ
ャ開口径あるいはビーム開き角を用いてもよい。

【００６８】また、集束加工用イオンビーム１１とエッ
ジ加工用イオンビーム１２との切り替えは、図２２に示
すように、試料１６の表面位置を高さ方向、すなわち光
軸方向に移動させ、高さ位置をそれぞれガウス像面１７
及び最小錯乱円を形成する面１５に設定することでも実
行できる。ガウス像面１７と最小錯乱円を形成する面１
５との高さ位置の差ΔＺは、〔数１〕と同様に次の〔数
２〕で与えられる。

【００６９】

【数２】

【００７０】ここで、係数Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３は、図１２
に示す光学系構成の寸法Ａ１，Ａ２，Ａ３，Ａ４から決
まる値である。〔数２〕においても、加工用イオンビー
ムの特性値としてビーム電流Ｉｂの代わりにアパーチャ
開口径あるいはビーム開き角を用いることができる。

【００７１】〔実施の形態２〕図１３は、本発明による
イオンビーム装置の他の例を示す概略図である。このイ
オンビーム装置は、図１３（ａ）に概略を示すように、
制限絞り３の代わりにマスク１９を用いた装置で、エッ
ジ加工用イオンビームに成形イオンビーム（マスクの開
口部の像を試料表面に形成するビーム）を使用するもの
である。図１３（ｂ）は、マスク１９の一例を示す上面
図である。装置構成は実施の形態１とほぼ同じである。
マスク１９は、例えば矩形の開口部２０、長方形二つ穴
の開口部５０１、円形開口部５０２等を含む任意形状の
開口部を有し、その開口部の少なくとも一つはイオンビ
ーム加工においてビーム分布の裾広がりの影響が実用上
無視できなくなるビーム電流値（例えば１５ｎＡ以上）
が得られる面積の開口部となっている。

【００７２】図１３（ａ）では、イオンビームは観察用
イオンビーム９、集束加工用イオンビーム１１ａ、及び
エッジ加工用イオンビーム２１（成形イオンビーム）の
み示してあり、軸合わせ集束加工用イオンビーム１１ｂ
は省略してある。実施の形態１と同様に、成形イオンビ
ームを含めた各種イオンビームの光学系パラメータをコ
ンピュータに入力、記憶させ、更に、マスク駆動機構も
コンピュータで制御することでイオンビームを切り替え
た時の各パラメータ設定を自動的に行うことができる。
ビーム電流が例えば１５ｎＡ以上の加工用イオンビーム
は、この記憶したレンズ電圧を利用して、自動的にエッ
ジ加工用イオンビーム２１に設定される。従って、イオ
ンビームの設定も従来装置と同等の操作性を実現した。
加工データ、試料ステージ８の座標、加工に使用するイ
オンビームの種類を予めコンピュータに入力、記憶して
おくことで自動加工も行うことができ、作業効率を向上
すると共に、成形イオンビームとしてエッジ加工用イオ
ンビームを採用したことで加工断面のエッジ部のシャー
プさを従来の数百ｐＡ程度のイオンビームで加工したと
きと同程度以下に維持したまま従来にない大電流（最大
約１５０ｎＡまで使用できることを確認）のイオンビー
ムを使用して加工でき、スループットの向上を実現し
た。

【００７３】エッジ加工用イオンビームに成形イオンビ
ームを使用するため、集束イオンビームを用いる場合と
比較すると加工形状に対する自由度は落ちる。しかし、
図１３（ａ）に示す集束加工用イオンビーム１１ａとエ
ッジ加工用イオンビーム２１から分かるように、成形イ
オンビームは集束イオンビームよりも集束手段２により
マスク１９上でイオンビームを集束しているため、マス
ク１９と制限絞り３の開口部の面積が等しいと仮定する
と、ビーム電流は成形イオンビームの方が多く得られ
る、すなわち加工速度が速いというメリットがある。

【００７４】また、加工領域の断面エッジ部のエッジシ
ャープネスは、制限絞り３（マスク１９も含む）の開口
部の面積が大きくなるに従い劣化してゆくが、この開口
部の面積の増大に対する劣化率は、試料１６でのビーム
集束状態が最小錯乱円近傍である集束イオンビームより
も成形イオンビームの方が小さい。従って、加工領域の
断面エッジ部のエッジシャープネスを同一とした場合、
成形イオンビームの方が大きな開口部を具備することが
できる。これは同じエッジシャープネスのエッジ加工用
イオンビームにおいて、成形イオンビームの方がより大
電流のイオンビームを得ることができ、より高速加工が
できることを意味する。従って、所望の加工面積、加工
形状、加工速度に合わせてエッジ加工用イオンビームに
試料１６でのビーム集束状態が最小錯乱円近傍であるイ
オンビームを用いた装置と成形イオンビームを用いた装
置とを選択することで更に効率的な加工が行える。

【００７５】また、エッジ加工用イオンビームに試料１
６でのビーム集束状態が最小錯乱円近傍であるイオンビ
ームと成形イオンビームとを両方具備する装置では、加
工形状の自由度を失わないため、加工に合わせた加工用
イオンビームの選択範囲が増し、更なる最適加工が実現
できる。

【００７６】〔実施の形態３〕図１４の装置は、実施の
形態１及び２と同じイオンビーム光学系７０と７１とを
２本具備するイオンビーム装置の例である。２本のイオ
ンビーム光学系７０及び７１は制御手段７で制御する。
イオンビーム光学系の数は２本に限らず、３以上具備す
る構成でもよい。各々のイオンビーム光学系の光軸は、
試料１６上の一点で交差するように配置されている。

【００７７】複数のイオンビーム光学系を具備する利点
として、以下のことが挙げられる。試料に対して傾斜軸
方向にイオンビーム光学系を配置すると、試料ステージ
８を傾斜させることなく傾斜加工を行えるため、試料ス
テージの傾斜軸を省くことができ、ステージ構成が簡単
になる。また、２本のイオンビーム光学系を具備する
と、同時に２箇所を加工できるため、スループットが向
上する。また、傾斜方向から観察しながら断面を加工す
るその場観察加工が行えるため、加工の終点検出が容易
となる。また、２本のイオンビーム光学系のうち、一つ
がエッジ加工用イオンビーム１２専用の光学系で、残り
の一つが観察用イオンビーム９と集束加工用イオンビー
ム１１との専用の光学系という構成にすれば、加工用イ
オンビームの切り替えが不要となり、イオンビームの切
り替えによるレンズ電圧の再現性、及び制限絞り３の位
置再現性等に起因する加工位置精度の劣化を排除でき
る。複数本のイオンビーム光学系のうちの１本を電子ビ
ーム光学系に換えた構成としてもよい。

【００７８】〔実施の形態４〕例えば特許２７７４８８
４号あるいは特開平１１−２５８１３０号公報に記載の
ように、試料の一部を摘出試料として分離して、異なる
試料等に接着する加工を行うイオンビーム装置の例を説
明する。イオンビーム装置の構成は、図１あるいは図１
３に示した構成と同様である。

【００７９】このイオンビーム装置は、実施の形態１か
ら３で説明した装置構成に、試料１６の一部を分離した
摘出試料３２を試料ホルダに移し変える移送手段３０
と、試料１６を載置する試料ステージ８及び移送手段３
０により移送された摘出試料３２を載置する摘出試料ス
テージ３１と、イオンビームの照射領域にデポジション
膜を形成する原料ガスを供給するデポジションガス源３
４とを新たに具備する。試料１６から摘出試料３２を分
離する作業に大電流化により高速加工を実現したエッジ
加工用イオンビームを用いることで、従来よりも遥かに
短時間で摘出試料を分離できる。結果として、スループ
ットの大幅な向上を可能とした。

【００８０】また、前記従来技術の文献に記載されてい
るように、摘出試料の表面保護、及び分離した摘出試料
の異なる試料等への接着は、イオンビームの照射領域に
デポジション膜を形成して行う。本実施の形態では、デ
ポジション膜の形成専用のイオンビームとして、ビーム
電流が１ｎＡ以下のエッジ加工用イオンビーム１２（あ
るいは２１）を使用する。

【００８１】図１５を用いて、エッジデポジション加工
用イオンビームを使用することによる効果を説明する。
従来装置でのデポジション膜の形成には、ＳＩＭ像の分
解能が高いビーム集束状態の集束イオンビームが用いら
れていた。図１５（ａ）に示すように、従来装置でのデ
ポジション膜の形成は、デポジション膜を形成したい領
域４００に対してイオンビームを間隔４０３でディジタ
ル的に走査するディジタル走査４０１により行ってい
た。このイオンビームでは、図４（ａ）で説明したよう
にイオンビームの光軸１０近傍に収差に起因するイオン
ビームの裾が広がっている。図１５（ｃ）に示すよう
に、このイオンビームの裾によりデポジション膜４０２
の断面エッジ部が鈍ってしまう。また、イオンビームの
裾の広がり具合のばらつきにより、若干指定領域よりも
大きな領域までデポジション膜を形成してしまうことも
まれに起こった。

【００８２】本発明の装置では、従来装置のイオンビー
ムよりもイオンビームの裾の広がりが小さく、ビーム径
が大きいエッジデポジション加工用イオンビームを採用
している。このため、図１５（ｂ）に示すように、イオ
ンビームを従来の間隔４０３よりも広い間隔４０４でデ
ィジタル走査４０１できる。従って、従来装置とイオン
ビームの照射時間は同じであるが、照射点数を減少で
き、同じ面積にデポジション膜を形成する場合、本発明
の装置の方が短時間でデポジション膜を形成できる。こ
れより、スループットを向上できる。また、イオンビー
ムの裾が小さいため、図１５（ｄ）に示すように、デポ
ジション膜４０２の断面エッジ部がシャープなデポジシ
ョン膜を形成することができ、イオンビームの裾による
デポジション膜の形成領域の増大も防ぐことができる。

【００８３】〔実施の形態５〕また、実施の形態４の装
置構成に加えて、制御手段７にイオンビームの試料１６
上への照射を点としてディジタル的に制御するディジタ
ル走査により任意形状を加工できる任意形状加工制御手
段を追加することで、摘出試料３２は前記従来技術の文
献に示されている形状に留まらず、図１６（ａ）に示す
ようなマイクロマシニングに使用する歯車４９等の任意
形状に加工して分離し、所望の箇所に接続することが可
能である。この場合も、エッジ加工用イオンビームを使
用することで、従来装置よりもスループットを向上でき
た。

【００８４】図１６（ｂ）〜（ｆ）に歯車４９を作製す
る工程例を示す。試料１６でのビーム集束状態が最小錯
乱円近傍であるエッジ加工用イオンビームでは、図１６
（ｂ）に示すように、歯車形成領域５０に対してエッジ
加工用イオンビームを歯車４９が残るようにディジタル
走査５１する。一方、成形イオンビームであるエッジ加
工用イオンビームでは、図１６（ｃ）に示す歯車外形の
開口部５３を具備するマスク５２と、図１６（ｄ）に示
す歯車切断用の開口部５５ｂと軸部の開口部５５ａを具
備するマスク５４とを用意する。初めに、図１６（ｅ）
に示すように歯車外形を一括で加工し、仕上げ図１６
（ｆ）に示すように歯車軸穴加工と切断を一括で行う。

【００８５】また、デバイスの切断、不良箇所の切断分
離除去、電気的又は機械的接続を含むデバイス移植等の
作業に対しても、エッジ加工用イオンビームとエッジデ
ポジション加工用イオンビームを使用することで従来装
置よりもスループットを向上できる。

【００８６】〔実施の形態６〕図１７（ａ）に示すよう
な多層膜試料３３の所望の層５２０を含む薄片を摘出試
料として、例えば特許２７７４８８４号あるいは特開平
１１−２５８１３０号公報に記載のように試料の一部を
摘出試料として分離して、異なる試料等に接着する加工
を行うイオンビーム装置について説明する。この場合、
図１７（ｂ）に示す各層の組成に依存するＳＩＭ像の輝
度信号１１１の変化を捉える輝度変化検出手段と、所望
の回数だけ輝度が変化した時点で加工を停止する終点検
出機能があると便利である。そこで、実施の形態４，５
の装置構成に加えて、制御手段７に輝度変化検出手段と
終点検出手段とを具備することで、以下の（ａ）〜
（ｄ）の工程の高スループット化、及び自動化を図っ
た。

【００８７】（ａ）所望の層５２０を覆っている不要層
を除去し、所望層表面を露出させる。 （ｂ）所望の層５２０の表面を保護するために、所望層
表面にデポジション膜を形成する。 （ｃ）所望の層５２０から、所望の層を含む試料の一部
を摘出試料として分離して、異なる試料等に接着する。 （ｄ）異なる試料等に接着した摘出試料の所望位置に断
面あるいは薄片を形成する。

【００８８】予め輝度信号１１１の閾値１１０と、その
閾値の通過回数を制御手段７に記憶しておく。輝度の変
化は、二次粒子検出手段で輝度信号１１１を検出し、制
御手段７で輝度信号１１１が閾値１１０を通過するのを
モニタするか、閾値の通過回数をモニタする。予め記憶
しておいた条件を満たした場合、終点に到達したと判断
して試料表面の除去加工を停止する。

【００８９】二次粒子検出手段６の出力ゲインは、ビー
ム電流により最適値が異なる。従来は、加工に使うイオ
ンビーム電流の変動範囲は約一桁であったため、二次粒
子検出手段６の出力ゲインをビーム電流毎に調整し直す
必要はなかった。しかし、従来の出力ゲイン固定方式で
は、本発明のイオンビーム装置におけるビーム電流の変
動範囲約二桁には対応できず、ビーム電流が大きい領域
ではＳＩＭ像の輝度が飽和してしまう問題が生じた。こ
の問題は、以下のようにして解決した。予め各ビーム電
流の値に対する出力ゲインの最適値を求めておき、制御
手段７に記憶しておく。イオンビームを切り替えた際に
は、そのビーム電流に合わせて二次粒子検出器６の出力
ゲインを出力ゲイン調整手段でその最適値に切り換える
ことでＳＩＭ像の輝度飽和を防ぐ。

【００９０】〔実施の形態７〕図１８は、本発明による
イオンビーム装置の他の例を示す模式図である。このイ
オンビーム装置は、実施の形態１〜６で説明した装置構
成に加えて、集束手段２と制限絞り３（あるいはマスク
１９）との間にバトラー型静電アインツェルレンズを使
用した上部中間集束手段３５を具備し、制限絞り３（あ
るいはマスク１９）と照射手段５との間にバトラー型静
電アインツェルレンズを使用した下部中間集束手段３６
を具備する。

【００９１】上部中間集束手段３５を追加することで、
制限絞り３に照射するイオンビームの電流密度を上げる
ことができ、更に加工スループットを向上できる。この
静電レンズの数は複数でもよい。下部中間集束手段３６
に静電レンズを追加することで、マスク１９の開口部の
縮小率を変化させることができる。成形イオンビームに
おいては、縮小率を上げることで従来よりも大きな面積
を持つ開口部を使用でき、イオンビームのビーム電流を
上げることができる。このため、加工速度が上げて、ス
ループットの更なる向上が可能となる。この静電レンズ
の数は複数でもよい。また、上部中間集束手段３５、あ
るいは上部中間集束手段３５のいずれか一方のみ具備し
ても上記で説明した効果が各々得られる。

【００９２】〔実施の形態８〕図１９は、上記実施の形
態で説明した本発明のイオンビーム装置を用いたイオン
ビーム加工の例を示している。試料１６に断面５０ある
いは薄片５１を加工している。この断面あるいは薄片面
は、試料表面１８に立てた垂線に対して垂直方向を９０
°として右回りに０°から１８０°の範囲５３であるよ
うに加工する。この断面５０あるいは薄片５１は、摘出
試料３２に加工する場合もある。

【００９３】図２０（ａ）は、本発明のイオンビーム装
置を用いたイオンビーム加工の他の例を示している。本
例は、例えば特開平５−５２７２１号公報や特許２７０
８５４７号に示されているようなデバイス試料５４の配
線５５を切断及び接続したり、移植したりするイオンビ
ーム加工の概略を示した加工例である。また、図２０
（ｂ）のように、本発明のイオンビーム装置は不良箇所
５６を分離除去するイオンビーム加工にも使用できる。

【００９４】実施の形態４で説明した、試料の一部を摘
出試料として分離して、異なる試料等に接着する加工に
おいて、試料の一部を摘出試料として分離する作業時間
に着目し、複数のオペレータに対してストレスなく作業
が続けられる最長の作業時間を調査した結果、平均約３
０分という結果が得られた。本発明のイオンビーム装置
を用いることで、従来は６０分以上かかっていた試料か
ら摘出試料を分離する作業時間を３０分以下に短縮する
ことができ、オペレータの受けるストレスを軽減でき
た。

【００９５】

【発明の効果】本発明によれば、加工に用いる加工用イ
オンビームに像分解能が高いビーム集束状態の集束加工
用イオンビームと加工領域の断面エッジ部がシャープに
加工できるエッジ加工用イオンビームとの二種類を備
え、大電流イオンビームに対してはエッジ加工用イオン
ビームを使用することによって、高スループットと高加
工位置精度の両立ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】試料表面が最小錯乱円近傍となるビーム集束状
態のエッジ加工用イオンビームを具備する本発明のイオ
ンビーム装置の一例を示す概略構成図。

【図２】本発明によるイオンビーム加工装置の一例を示
す概略構成図。

【図３】加工用イオンビームが集束イオンビームである
本発明のイオンビーム装置の一例を示す概略構成図。

【図４】集束イオンビームの試料表面近傍でのビーム軌
道とガウス像面及び最小錯乱円の位置を示す説明図。

【図５】観察用イオンビームとエッジ加工用イオンビー
ムとの軸合わせ説明図。

【図６】エッジ加工用イオンビームの加工領域設定の説
明図。

【図７】イオンビームの種類を示す表示例の図。

【図８】加工用イオンビームが成形イオンビームである
本発明のイオンビーム装置の一例を示す概略構成図。

【図９】エッジ加工用イオンビームと軸合わせ集束加工
用イオンビームの説明図。

【図１０】観察用イオンビームとエッジ加工用イオンビ
ームとの軸合わせ説明図。

【図１１】エッジ加工用イオンビームの加工領域設定の
説明図。

【図１２】イオンビーム装置の光学系構成要素間寸法の
説明図。

【図１３】成形イオンビームのエッジ加工用イオンビー
ムを具備する本発明のイオンビーム装置の一例を示す概
略構成図。

【図１４】イオンビーム光学系を２本具備するイオンビ
ーム装置の一例を示す概略図。

【図１５】エッジデポジション加工用イオンビームによ
るデポジション膜の形成の説明図。

【図１６】任意形状加工の一例を示す説明図。

【図１７】終点検出の一例の説明図。

【図１８】上部中間集束手段及び下部中間集束手段を具
備する本発明のイオンビーム装置の一例を示す説明図。

【図１９】本発明のイオンビーム装置を用いたイオンビ
ーム加工の例を示す図。

【図２０】本発明のイオンビーム装置を用いたイオンビ
ーム加工の例を示す図。

【図２１】ビーム電流計測手段の一例を示す図。

【図２２】試料ステージの移動によるエッジ加工用イオ
ンビームの形成説明図。

【図２３】従来のイオンビームを用いたイオンビーム装
置の概略図。

【図２４】従来の成形イオンビームを用いたイオンビー
ム装置の概略図。

【符号の説明】 １…イオン発生手段、２…集束手段、３…制限絞り、４
…ビーム偏向手段、５…照射手段、６…二次粒子検出手
段、７…制御手段、８…試料ステージ、９…観察用イオ
ンビーム、１１…集束加工用イオンビーム、１１ａ…集
束加工用イオンビーム、１１ｂ…軸合わせ集束加工用イ
オンビーム、１２…エッジ加工用イオンビーム、１３…
二次粒子、１５…最小錯乱円を形成する面、１６…試
料、１７…像分解能が最大となる面、１９…マスク、２
０…開口部、２１…エッジ加工用イオンビーム、２３…
ビーム電流計測手段、２８…表示手段、３０…移送手
段、３１…摘出試料ステージ、３２…摘出試料、３４…
デポジションガス源、１０１…ＳＩＭ像、１０２…加工
領域、１０３…エッジ加工用イオンビームの走査領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 間所 祐一 茨城県ひたちなか市大字市毛882番地 株 式会社日立製作所計測器グループ内 Ｆターム(参考） 4K057 DA11 DA14 DA19 DD04 DD08 DG17 DG18 DJ07 DM12 DM13 DM17 DM21 DM35 DM36 DM37 DN01 5C034 AA02 AA03 AB02 AB04 DD03 DD06 5F004 AA16 BA17 CB05 EA39

Claims (24)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 イオンを発生するイオン発生手段、前記
   イオン発生手段から発生したイオンを集束してイオンビ
   ームを形成する集束手段、前記イオンビームの電流を制
   限する開口部を持つ制限絞り、前記イオンビームを試料
   上で走査するためのビーム偏向手段、及び前記イオンビ
   ームを試料に照射する照射手段を含むイオンビーム光学
   系と、試料を載置する試料ステージと、前記イオンビー
   ムの照射によって試料から発生する二次粒子を検出する
   二次粒子検出手段と、前記イオンビーム光学系を制御す
   る制御手段とを具備し、 前記制御手段は、試料の走査イオン顕微鏡像を形成する
   ための観察用イオンビームあるいは試料を加工するため
   の加工用イオンビームが形成されるように前記イオンビ
   ーム光学系を制御し、加工用イオンビームのビーム電流
   が所定の値より小さいときは像分解能が高いビーム集束
   状態の集束加工用イオンビームが形成され、加工用イオ
   ンビームのビーム電流が所定の値以上のときは加工試料
   の断面エッジ部がシャープに加工できるビーム集束状態
   のエッジ加工用イオンビームが形成されるように前記イ
   オンビーム光学系を制御することを特徴とするイオンビ
   ーム装置。
2. 【請求項２】 請求項１記載のイオンビーム装置におい
   て、前記集束手段及び前記照射手段は静電レンズで構成
   され、前記制御手段は、前記集束手段と前記照射手段の
   少なくとも一方の静電レンズのレンズ電圧の切り替えに
   よって前記集束加工用イオンビームと前記エッジ加工用
   イオンビームとを切り替えることを特徴とするイオンビ
   ーム装置。
3. 【請求項３】 請求項１又は２記載のイオンビーム装置
   において、前記制限絞りは、開口部の形状が円である制
   限アパーチャ、あるいは開口部の形状が円を含む任意形
   状であるマスクであり、前記加工用イオンビームの電流
   が前記所定の値以上得られる開口面積を持つ開口部を具
   備することを特徴とするイオンビーム装置。
4. 【請求項４】 請求項１又は２記載のイオンビーム装置
   において、前記制限絞りは開口部の形状が円である制限
   アパーチャであり、前記エッジ加工用イオンビームは当
   該イオンビームの最小錯乱円の位置が前記試料の表面に
   ほぼ一致するイオンビームであることを特徴とするイオ
   ンビーム装置。
5. 【請求項５】 請求項１又は２記載のイオンビーム装置
   において、前記制限絞りは開口部の形状が円を含む任意
   形状であるマスクであり、前記エッジ加工用イオンビー
   ムは試料表面位置での光軸に垂直方向の断面形状が前記
   マスクの開口部の形状と相似形であるイオンビームであ
   り、前記制御手段は、前記集束手段の静電レンズ及び前
   記照射手段の静電レンズのレンズ電圧を制御して前記エ
   ッジ加工用イオンビームを形成する機能と、前記エッジ
   加工用イオンビームの形成条件から前記照射手段の静電
   レンズのレンズ電圧を変えて像分解能の高い軸合わせ集
   束加工用イオンビームを形成する機能とを有することを
   特徴とするイオンビーム装置。
6. 【請求項６】 請求項１〜５のいずれか１項記載のイオ
   ンビーム装置において、前記制御手段は、試料の観察時
   及び加工領域の設定時には前記観察用イオンビームが形
   成され、試料加工時には前記エッジ加工用イオンビーム
   が形成されるように前記イオンビーム光学系を制御する
   ことを特徴とするイオンビーム装置。
7. 【請求項７】 請求項１〜６のいずれか１項記載のイオ
   ンビーム装置において、前記制御手段は、前記加工用イ
   オンビームの特性値と前記イオンビーム光学系の制御値
   との間の関係を記憶する記憶手段を備えることを特徴と
   するイオンビーム装置。
8. 【請求項８】 請求項７記載のイオンビーム装置におい
   て、前記加工用イオンビームの特性値は前記加工用イオ
   ンビームのビーム電流、ビーム径、ビーム開き角のうち
   の少なくとも一つであることを特徴とするイオンビーム
   装置。
9. 【請求項９】 請求項１〜８のいずれか１項記載のイオ
   ンビーム装置において、前記制御手段は、前記エッジ加
   工用イオンビームと前記観察用イオンビームの試料上で
   の照射位置のずれをずれ補正量として記憶しており、前
   記ずれ補正量を用いて前記エッジ加工用イオンビームと
   前記観察用イオンビームの試料上での照射位置が同一と
   なるようにイオンビームの照射位置を補正する機能を有
   することを特徴とするイオンビーム装置。
10. 【請求項１０】 請求項１〜９のいずれか１項記載のイ
    オンビーム装置において、前記観察用イオンビームを用
    いて観察した試料の観察像を保存する画像メモリと、前
    記画像メモリに保存した観察像を用いて試料の所望位置
    に加工領域を設定する手段と、前記設定した加工領域と
    前記保存した観察像とを重ねて表示する表示手段とを備
    えることを特徴とするイオンビーム装置。
11. 【請求項１１】 請求項４記載のイオンビーム装置にお
    いて、設定された加工領域から予め求めておいた前記エ
    ッジ加工用イオンビームのビーム半径に相当する量を差
    し引いて前記エッジ加工用イオンビームの走査領域を設
    定する手段を具備することを特徴とするイオンビーム装
    置。
12. 【請求項１２】 請求項１〜１１のいずれか１項記載の
    イオンビーム装置において、試料に照射されているイオ
    ンビームが前記観察用イオンビームであるか前記加工用
    イオンビームであるかを表示する表示手段と、試料に照
    射されているイオンビームが前記加工用イオンビームで
    ある場合にそれが前記集束加工用イオンビームであるか
    前記エッジ加工用イオンビームであるかを表示する表示
    手段とを有することを特徴とするイオンビーム装置。
13. 【請求項１３】 請求項５記載のイオンビーム装置にお
    いて、前記観察用イオンビームを用いて観察した試料の
    観察像を保存する画像メモリと、前記エッジ加工用イオ
    ンビームの光軸の位置及びその光軸を基準位置とした前
    記エッジ加工用イオンビームの試料上への投射による加
    工予定領域を前記保存した観察像に重ねて表示する手段
    と、前記加工予定領域が所望の位置に来るように前記エ
    ッジ加工用イオンビームの光軸の位置を指定することで
    加工領域を設定する手段を具備することを特徴とするイ
    オンビーム装置。
14. 【請求項１４】 請求項１〜１３のいずれか１項記載の
    イオンビーム装置において、試料の一部を分離した摘出
    試料を摘出位置とは異なる位置に移し変える移送手段
    と、前記移送手段により移送された前記摘出試料を載置
    する摘出試料ステージとを具備することを特徴とするイ
    オンビーム装置。
15. 【請求項１５】 請求項１４記載のイオンビーム装置に
    おいて、前記制御手段は、前記摘出試料の形状を短冊状
    の薄片、直方体、三角柱、歯車の少なくとも一つを含む
    任意形状に加工する任意形状加工制御手段を具備するこ
    とを特徴とするイオンビーム装置。
16. 【請求項１６】 請求項１〜１５のいずれか１項記載の
    イオンビーム装置において、試料上の前記イオンビーム
    照射領域にデポジション膜を形成する原料ガスを供給す
    るデポジションガス源を有し、前記制御手段は、前記エ
    ッジ加工用イオンビームと同様のビーム集束状態である
    エッジデポジション加工用イオンビームを形成するビー
    ム調整手段を具備することを特徴とするイオンビーム装
    置。
17. 【請求項１７】 請求項１〜１６のいずれか１項記載の
    イオンビーム装置において、前記集束手段と前記制限絞
    りとの間に前記イオンビームを集束する上部中間集束手
    段を少なくとも一つ具備することを特徴とするイオンビ
    ーム装置。
18. 【請求項１８】 請求項１〜１７のいずれか１項記載の
    イオンビーム装置において、前記制限絞りと前記照射手
    段との間に前記イオンビームを集束する下部中間集束手
    段を少なくとも一つ具備することを特徴とするイオンビ
    ーム装置。
19. 【請求項１９】 請求項１〜１８のいずれか１項記載の
    イオンビーム装置において、前記制御手段は、加工中に
    観察されるイオン顕微鏡像の輝度の変化を検出する輝度
    変化検出手段と、前記輝度の変化を検出した時点で加工
    を停止する終点検出手段を具備することを特徴とするイ
    オンビーム装置。
20. 【請求項２０】 請求項１〜１９のいずれか１項記載の
    イオンビーム装置において、前記加工用イオンビームの
    ビーム電流の大きさに応じて前記二次粒子検出手段の出
    力ゲインを調整する出力ゲイン調整手段を具備すること
    を特徴とするイオンビーム装置。
21. 【請求項２１】 請求項１〜２０のいずれか１項記載の
    イオンビーム装置において、複数のイオンビーム光学系
    を備え、少なくとも２つのイオンビーム光学系の光軸が
    １点で交差していることを特徴とするイオンビーム装
    置。
22. 【請求項２２】 請求項２１記載のイオンビーム装置に
    おいて、前記エッジ加工用イオンビームのみを形成する
    イオンビーム光学系と、前記観察用イオンビームと前記
    集束加工用イオンビームとを形成するイオンビーム光学
    系とを備えることを特徴とするイオンビーム装置。
23. 【請求項２３】 イオン発生手段から発生したイオンを
    イオンビーム光学系を介して試料に照射して試料の加工
    を行う試料加工方法において、イオンビーム電流が所定
    値より小さなときは前記イオンビーム光学系を前記イオ
    ン発生手段の像が試料上にシャープに形成される条件に
    して加工を行い、イオンビーム電流が前記所定値以上の
    ときは前記イオンビーム光学系をイオンビームの最小錯
    乱円の位置が試料表面にほぼ一致する条件にして加工を
    行うことを特徴とする試料加工方法。
24. 【請求項２４】 イオン発生手段から発生したイオンを
    任意形状の開口を有するマスクを含むイオンビーム光学
    系を介して試料に照射して試料の加工を行う試料加工方
    法において、イオンビーム電流が所定値より小さなとき
    は前記イオンビーム光学系を前記イオン発生手段の像が
    試料上にシャープに形成される条件にして加工を行い、
    イオンビーム電流が前記所定値以上のときは前記イオン
    ビーム光学系を前記マスクの開口の像が試料上にシャー
    プに形成される条件にして加工を行うことを特徴とする
    試料加工方法。