JP2005317330A

JP2005317330A - 微細加工方法及び微細加工装置

Info

Publication number: JP2005317330A
Application number: JP2004133404A
Authority: JP
Inventors: Mitsutaka Inui; 光隆乾
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 2004-04-28
Filing date: 2004-04-28
Publication date: 2005-11-10

Abstract

【課題】薄膜ワークを高加工精度で作成する微細加工方法及びその装置を提供することにある。
【解決手段】イオンビーム２０の照射軸２４が加工ラインに沿って移動して得られるイオンビーム照射側面２６に、ワーク４の加工断面１０を形成する。電子ビーム３０を照射して、ワーク４の内部にある対象物８の画像を取得する。取得された画像の中で第１及び第２の部分の画像を比較して、加工断面１０から第１の部分の表面までの被覆部１６の厚みと、加工断面１０から第２の部分の表面までの被覆部１６の厚みと、のいずれが厚いかを判断する。イオンビーム照射側面２６が、第１及び第２の部分のうち被覆部１６の薄い一方への方向よりも、被覆部１６の厚い他方への方向に大きく接近するように、加工ラインの方向及び照射軸２４の角度の少なくとも一方を変更する。加工ラインを移動して、ワーク４の加工を再度行う。
【選択図】図４

Description

本発明は、微細加工方法及び微細加工装置に関する。

断面透過電子顕微鏡用ワークは、観察対象物を電子ビームの透過が可能な薄さとなるように薄片化加工を施す必要がある。従来、収束イオンビームを照射して試験・検査用ワークを適正な形状に加工することは周知である。機械研磨で数１０μｍ程度に削り込んだワークの観察箇所の両面を更に収束イオンビームによるエッチング加工で削り落とし１μｍ以下の薄い壁を残す加工を施す。この際、収束イオンビームの収束角に起因する加工面の傾き角をワーク台の傾斜設定により補正し、ワークの厚さの均一性を確保する技術については開示されている（例えば、特許文献１参照）。
特開平７−２７３０８７号公報

しかし、収束イオンビームの収束角に起因する加工面の傾き角をワーク台の傾斜設定により補正するだけでは、断面透過電子顕微鏡用ワーク加工で特に平面加工を行う際に正確な平面を出せなくなる。

本発明の目的は薄膜ワークを高加工精度で作成する微細加工方法及び微細加工装置を提供することにある。

（１）本発明に係る微細加工方法は、（ａ）収束イオンビーム法によってイオンビームをワーク上の加工ラインに沿って走査照射することで、前記ワークをスパッタエッチングして、前記イオンビームの照射軸が前記加工ラインに沿って移動して得られるイオンビーム照射側面に、前記ワークの加工断面を形成すること、
（ｂ）走査電子顕微鏡を使用して、電子ビームを前記加工断面から前記ワークの内部に至るように照射して、前記ワークの内部にある対象物の画像を取得すること、
（ｃ）前記取得された画像の中で前記対象物の第１及び第２の部分の画像を比較して、前記加工断面から前記第１の部分の表面までの被覆部の厚みと、前記加工断面から前記第２の部分の表面までの被覆部の厚みと、のいずれが厚いかを判断すること、及び、
（ｄ）前記加工ラインを移動して、前記（ａ）工程を再度行うこと、
を含み、
前記（ｄ）工程で、前記イオンビーム照射側面が、前記第１及び第２の部分のうち前記被覆部の薄い一方への方向よりも、前記被覆部の厚い他方への方向に大きく接近するように、前記加工ラインの方向及び前記照射軸の角度の少なくとも一方を変更する。本発明によれば、対象物を削ることなく対象物に平行な加工断面を形成することができ、ワークの平面加工を行う際に正確な平面を出すことができる。これにより、薄膜ワークを高加工精度で作成することが可能となる。
（２）この微細加工方法は、
前記（ｃ）工程で、
前記第１及び第２の部分の画像の比較において、明るい画像の方が、前記被覆部が薄いと判断してもよい。
（３）この微細加工方法は、
前記（ｃ）工程で、
前記第１及び第２の部分の画像の比較において、鮮明な画像の方が、前記被覆部が薄いと判断してもよい。
（４）この微細加工方法は、
前記対象物は、前記ワークの内部の予め設定された深さにある基準面よりも深い位置にあり、
前記（ａ），（ｂ），（ｃ）及び（ｄ）工程後に、前記収束イオンビーム法によって前記イオンビームを照射することで前記ワークをスパッタエッチングした後に、前記走査電子顕微鏡を使用して前記電子ビームを前記ワークの内部に至るように照射することで、前記ワークの内部の前記基準面よりも深い位置の前記対象物の画像を取得すること、
の繰り返し工程をさらに含み、
前記繰り返し工程で、後続する前記イオンビームを先行する前記イオンビームよりも小さい出力で照射し、後続する前記電子ビームを先行する前記電子ビームよりも小さい加速電圧で照射し、
前記繰り返し工程を、前記加速電圧が基準加速電圧に下がるまで行い、
前記基準加速電圧は、前記電子ビームが、前記ワークの内部を、前記基準面から前記対象物までの距離だけ進入できる最小値としてもよい。本発明によれば、基準部分までの距離を走査電子顕微鏡の加速電圧という尺度で測ることができ、基準部分を削りすぎることがなくなる。これにより、薄膜ワークを高加工精度で作成することが可能となる。
（５）本発明に係る微細加工装置は、ワーク上の加工ラインに沿って前記ワークをスパッタエッチングするために、収束イオンビーム法によってイオンビームを走査照射するイオンビーム照射器と、
前記イオンビームの照射軸が前記加工ラインに沿って移動して得られるイオンビーム照射側面に、前記ワークの加工断面を形成するために、前記イオンビームの照射軸と前記ワークの相対的位置を制御する加工断面位置制御部と、
電子ビームを照射する電子ビーム照射器を含み、前記電子ビームを前記加工断面から前記ワークの内部に至るように照射して、前記ワークの内部にある対象物の画像を取得する走査電子顕微鏡と、
前記取得された画像のうち前記対象物の第１の及び第２の部分の画像を比較して、前記加工断面から前記第１の部分の表面までの被覆部の厚みと、前記加工断面から前記第２の部分の表面までの被覆部の厚みと、のいずれが厚いかについての判断結果を出力する被覆部厚判断器と、
中央処理部と、
を有し、
前記中央処理部は、
前記判断結果の入力に対応して、前記イオンビーム照射側面が、前記第１及び第２の部分のうち前記被覆部の薄い一方への方向よりも、前記被覆部の厚い他方への方向に大きく接近するように、前記加工ラインの方向及び前記照射軸の角度の少なくとも一方を変更するように前記加工断面位置制御部を制御する。本発明によれば、対象物を削ることなく対象物に平行な加工断面を形成することができ、ワークの平面加工を行う際に正確な平面を出すことができる。これにより、薄膜ワークを高加工精度で作成することが可能な微細加工装置を提供することができる。
（６）この微細加工装置は、
前記対象物は、前記ワークの内部の予め設定された深さにある基準面よりも深い位置にあり、
前記走査電子顕微鏡の前記電子ビーム照射器を使用して、電子ビーム照射ステップと画像取得ステップとを含む観察ステップが行われ、
前記イオンビームの出力を制御するイオンビーム出力制御部と、
前記電子ビームの加速電圧を制御する電子ビーム加速電圧制御部と、
前記イオンビーム照射ステップと前記観察ステップが交互に繰り返されるように、前記イオンビーム照射器及び前記走査電子顕微鏡を制御する駆動制御部と、
前記画像取得ステップで取得した画像が、前記ワークの内部の前記基準面よりも深い位置の前記対象物を表示するか否かについての画像判断を、前記観察ステップ開始後であって前記イオンビーム照射ステップ開始前に行って、画像表示結果又は画像非表示結果を出力する画像判断器と、
前記加速電圧が、前記ワークの内部を前記電子ビームが前記基準面から前記対象物までの距離だけ進入できる最小値である基準加速電圧以下に到達したか否かについての加速電圧判断を、前記観察ステップ開始後であって前記イオンビーム照射ステップ開始前に行って、加速電圧到達結果又は加速電圧未到達結果を出力する加速電圧判断器と、
をさらに有し、
前記中央処理部は、
前記画像表示結果の入力に対応して、前記加速電圧判断器に前記加速電圧判断を行わせ、
前記加速電圧未到達結果の入力に対応して、前記加速電圧判断直後の前記イオンビーム照射ステップで、前記イオンビームの出力が直前の前記イオンビーム照射ステップよりも下がるように前記イオンビーム出力制御部を制御し、前記加速電圧判断直後の前記電子ビーム照射ステップで、前記電子ビームの前記加速電圧が直前の前記電子ビーム照射ステップよりも下がるように前記電子ビーム加速電圧制御部を制御してもよい。本発明によれば、基準部分までの距離を走査電子顕微鏡の加速電圧という尺度で測ることができ、基準部分を削りすぎることがなくなる。これにより、薄膜ワークを高加工精度で作成することが可能な微細加工装置を提供することができる。
（７）この微細加工装置は、
前記中央処理部は、前記画像非表示結果の入力に対応して、前記画像判断直後の前記イオンビーム照射ステップで、前記イオンビームの出力が直前の前記イオンビーム照射ステップと同じになるように前記イオンビーム出力制御部を制御してもよい。
（８）この微細加工装置は、
前記中央処理部は、前記加速電圧到達結果の入力に対応して、前記イオンビーム照射ステップと前記観察ステップの繰り返しを中止するように、前記駆動制御部を制御してもよい。
（９）この微細加工装置は、
前記中央処理部は、前記加速電圧到達結果の入力に対応して、最終回の前記イオンビーム照射ステップを行って、その後の前記イオンビーム照射ステップ及び前記観察ステップを行わないように前記駆動制御部を制御し、最終回の前記イオンビーム照射ステップでは、前記イオンビームの出力が直前の前記イオンビーム照射ステップよりも下がるように前記イオンビーム出力制御部を制御してもよい。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１、図２は、本実施の形態に係る微細加工方法を説明するフローチャートである。図３、図４は、本実施の形態に係るワークを説明する図である。

本実施の形態に係る微細加工方法は、収束イオンビーム法によってイオンビーム２０をワーク（例えば、試料又はサンプル）４上の加工ライン６に沿って走査照射することで、ワーク４をスパッタエッチングする方法である。まず、ステップ１００では、走査電子顕微鏡２を使用して電子ビーム３０をワーク４の内部に至るように照射し、ワーク４の内部にある対象物８の画像を取得するために、電子ビーム３０の加速電圧を電子ビーム加速電圧制御部３２により高加速電圧（例えば、１５ｋＶ）に設定する。

次に、ステップ１１０では、収束イオンビーム法によってイオンビーム照射器２２を用いて、イオンビーム出力制御部２８によって出力制御されたイオンビーム２０をワーク４に照射する。このとき、イオンビーム２０をワーク４上の加工ライン６に沿って走査照射するように偏向信号制御部６８を制御し、ワーク４をスパッタエッチングする。これにより、イオンビーム２０の照射軸２４が加工ライン６に沿って移動して得られるイオンビーム照射側面２６に、ワーク４の加工断面１０を形成する。

次に、ステップ１２０では、ステップ１１０でワーク４をスパッタエッチングした後に、走査電子顕微鏡２の電子ビーム照射器３４を使用して、電子ビーム３０を、加工断面１０からワーク４の内部に至るように照射する。これにより、ワーク４の内部にある対象物８の画像を取得する。撮像した画像は、ＣＲＴ４０に表示し、画像記憶部４２に記憶する。

次に、ステップ１３０では、ステップ１２０で取得した画像のうち対象物８の第１及び第２の部分１２，１４（図５参照）の画像を比較して、加工断面１０から第１の部分１２の表面までの被覆部１６の厚みと、加工断面１０から第２の部分１４の表面までの被覆部１６の厚みと、のいずれが厚いかについての判断結果を出力する。比較方法は、対象物８の第１及び第２の部分１２，１４の画像を比較する。第１及び第２の部分１２，１４の画像を２値化処理し、明るい部分の面積を比較する。被覆部１６の厚い方が対象物８からの二次電子７８の量が少ないため、明るい部分の面積が小さくなる。また、明るい部分の面積が同じであれば被覆部１６の厚さは均一になる。２値化処理は、数階調の明暗で構成される画像を、所定のしきい値で白黒に２値化する。しきい値は対象物８の材料、さえぎるものの材料、二次電子検出器４４の状態などの条件によって変化する。更に、また、被覆部１６の薄い方が対象物８からの二次電子７８の量が多いと、境界部分の画像が鮮明になる。

次に、ステップ１４０は、ステップ１３０の比較の結果として「第２の部分の被覆部の方が厚い」又は「被覆部厚は均一」を出力するまで、ステップ１６０と、ステップ１１０からステップ１３０までの処理を繰り返すための判定処理である。判定内容は、ステップ１３０の比較の結果として「第１の部分の被覆部の方が厚い」を出力する状態を「Ｙｅｓ」とする。この場合は、ステップ１６０へ進む。又は、ステップ１３０の比較の結果として「第２の部分の被覆部の方が厚い」又は「被覆部厚は均一」を出力する状態を「Ｎｏ」とする。この場合は、ステップ１５０へ進む。

次に、ステップ１５０は、ステップ１４０で「Ｎｏ」と判断された場合、ステップ１３０の比較の結果として「被覆部厚は均一」を出力するまで、ステップ１７０と、ステップ１１０からステップ１４０までの処理を繰り返すための判定処理である。判定内容は、ステップ１３０の比較の結果として「第２の部分の被覆部の方が厚い」の状態を「Ｙｅｓ」とする。この場合は、ステップ１７０へ進む。又は、ステップ１３０の比較の結果として「被覆部厚は均一」の状態を「Ｎｏ」とする。この場合は、処理を終了する。

次に、ステップ１６０では、ステップ１４０で「Ｙｅｓ」と判断された場合、イオンビーム照射側面２６が、対象物８の第２の部分１４よりも、第１の部分１２に大きく接近するように、加工ライン６の方向及び照射軸２４の角度の少なくとも一方を、加工断面位置制御部としての偏向信号制御部６８及びワーク移動制御部５８を制御し、変更する。

次に、ステップ１７０では、ステップ１５０で「Ｙｅｓ」と判断された場合、イオンビーム照射側面２６が、対象物８の第１の部分１２よりも、第２の部分１４に大きく接近するように、加工ライン６の方向及び照射軸２４の角度の少なくとも一方を、偏向信号制御部６８及びワーク移動制御部５８を制御し、変更する。

次に、予め設定された深さにある基準面１８（図７参照）で止めるようにワーク４をスパッタエッチングする。ステップ２１０では、走査電子顕微鏡の電子ビーム照射器３４を使用して、ステップ１００で設定した加速電圧値の電子ビーム３０をワーク４の内部に至るように照射する。これにより、撮像した画像をＣＲＴ４０に表示し、画像記憶部４２に記憶する。図７は、ワーク４と電子ビーム３０の入射方向の関係を示す。

次に、ステップ２２０では、イオンビーム２０を、イオンビーム照射器２２を用いて、ワーク４に照射させ、イオンビーム２０でワーク４をスパッタエッチングすることによりワーク４の加工を行う。図７は、ワーク４とイオンビーム２０の入射方向の関係を示す。

次に、ステップ２３０では、ステップ２２０でワーク４をスパッタエッチングした後に、電子ビーム３０を、走査電子顕微鏡の電子ビーム照射器３４を使用して、ワーク４の内部に至るように照射する。これにより、撮像した画像をＣＲＴ４０に表示し、画像記憶部４２に記憶する。

次に、ステップ２４０は、ステップ２３０で取得した画像が、ワーク４の内部の予め設定された深さにある基準面１８よりも深い位置に予め設定された対象物８を表示するか否かについての画像判断を行う。この画像判断は、観察ステップ２３０開始後であって、次のイオンビーム照射ステップ２２０開始前に行って、画像表示結果又は画像非表示結果を出力する。つまり、初回では、ステップ２１０で取得した画像とステップ２３０で取得した画像とを比較し画像表示結果又は画像非表示結果を出力する。２回目以降は、ステップ２３０で取得する後続する画像と先行する画像とを比較し画像表示結果又は画像非表示結果を出力する。比較方法は、初回又は後続する画像と先行する画像とを比較し、２つの画像の異なる部分を示す先行する画像に対する画像の差画像を抽出する。この差画像を２値化処理し、画像の２値化差画像を得る。この２値化差画像を得ることが画像表示結果になる。また、この２値化差画像が得られない場合、画像非表示結果になる。２値化処理は、数階調の明暗で構成される画像の差画像を、所定のしきい値で白黒に２値化する。しきい値は対象物８の材料、さえぎるものの材料、二次電子検出器４４の状態などの条件によって変化する。

次に、ステップ２５０は、ステップ２４０で画像表示結果を出力するまで、ステップ２２０からステップ２４０までの処理を繰り返すための判定処理である。判定内容は、ステップ２４０で画像表示結果を出力する状態を「ＹＥＳ」とする。この場合は、ステップ２６０へ進む。又は、ステップ２４０で画像非表示結果を出力する状態を「ＮＯ」とする。この場合は、ステップ２２０へ進む。この時、画像判断直後のイオンビーム照射ステップ２２０で、イオンビーム２０の出力が直前のイオンビーム照射ステップ２２０と同じになるようにイオンビーム出力制御部２８を制御する。

次に、ステップ２６０は、ステップ２５０で「ＹＥＳ」と判断された場合、ステップ２７０と、ステップ２３０からステップ２５０までの処理工程を、加速電圧が基準加速電圧に下がるまで繰り返すための判定処理である。基準加速電圧は、電子ビーム３０が、ワーク４の内部を、基準面１８から対象物８までの距離だけ進入できる最小の加速電圧値（例えば、１ｋＶ）である。判定内容は、電子ビーム３０の加速電圧が１ｋＶ以下の状態を「ＹＥＳ」とする。この場合は、ステップ２８０へ進む。又は、電子ビーム３０の加速電圧が１ｋＶ以上の状態を「ＮＯ」とする。この場合は、ステップ２７０へ進む。

次に、ステップ２７０では、ステップ２６０で「ＮＯ」と判断された場合、後続するイオンビーム２０を先行するイオンビーム２０よりも小さい出力で照射するためにイオンビーム出力制御部２８を制御することのよりイオンビーム２０の出力を小さくする。また、後続する電子ビーム３０を先行する電子ビーム３０よりも小さい加速電圧で照射するために電子ビーム加速電圧制御部３２を制御することにより電子ビーム３０の加速電圧を小さくする。例えば、イオンビーム照射器２２で、ワーク４に電流が５０００ｐＡのイオンビーム２０が照射されるようにイオンビーム出力制御部２８を制御し、イオンビーム２０の電流を５０００ｐＡに下げる。また、電子ビーム照射器３４で、ワーク４に加速電圧が３ｋＶで加速された電子ビーム３０が照射されるように電子ビーム加速電圧制御部３２を制御し、電子ビーム３０の加速電圧を３ｋＶに下げる。

次に、ステップ２８０では、ステップ２６０で「ＹＥＳ」と判断された場合、加速電圧到達結果の入力に対応して、イオンビーム照射ステップ２２０と観察ステップ２３０の繰り返しを中止するように、駆動制御部３６を制御する。さらに、最終回のイオンビーム照射ステップ２８０を行って、その後のイオンビーム照射ステップ２２０及び観察ステップ２３０を行わないように駆動制御部３６を制御する。最終回のイオンビーム照射ステップ２８０では、イオンビーム２０の出力が直前のイオンビーム照射ステップ２２０よりも下がるようにイオンビーム出力制御部２８を制御する。例えば、イオンビーム照射器２２で、ワーク４に電流が５００ｐＡのイオンビーム２０を照射させ、イオンビーム２０でワーク４をスパッタエッチングすることによりワーク４の加工を行う。

図４のようにイオンビーム２０をワーク４に照射し、スパッタエッチングにより、設定された加工量だけ加工される。ワーク４を加工断面１０と反対側からイオンビーム２０を用いて加工すれば、所定の厚さをもつ、対象物８の薄膜ワークが得られる。その反対側からのワーク４の加工は、最初の加工（表側からの加工）と同じ要領で行われる。このようにして得られた薄膜ワークは透過電子顕微鏡などにより観察され、更に必要に応じて分析も行われる。

次に、本実施の形態に係る微細加工方法により薄膜ワークを作成する微細加工装置を説明する。図６は、本実施の形態に係る微細加工装置を説明する図である。

本実施の形態に係る微細加工装置は、収束イオンビーム法によってイオンビーム２０をワーク４上の加工ライン６に沿って走査照射することで、ワーク４をスパッタエッチングする装置である。

本実施の形態に係る微細加工装置は、加工室４６を有する。加工室４６は、ワーク４を配置する。

本実施の形態に係る微細加工装置は、イオンビーム照射器２２を有する。イオンビーム照射器２２は、収束イオンビーム法によるイオンビーム２０を走査照射する。イオンビーム照射器２２は、ワーク４上の加工ライン６に沿ってワーク４をスパッタエッチングする。

本実施の形態に係る微細加工装置は、イオンビーム出力制御部２８を有する。イオンビーム出力制御部２８は、イオンビーム照射器２２のイオンビーム２０の出力を制御する。

本実施の形態に係る微細加工装置は、加工断面位置制御部としての偏向信号制御部６８を有する。偏向信号制御部６８は、イオンビーム２０の照射軸２４が加工ライン６に沿って移動して得られるイオンビーム照射側面２６に、ワーク４の加工断面１０を形成するために、イオンビーム２０の照射軸２４の移動を制御する。

本実施の形態に係る微細加工装置は、加工断面位置制御部としてのワーク移動制御部５８を有する。ワーク移動制御部５８は、イオンビーム２０の照射軸２４が加工ライン６に沿って移動して得られるイオンビーム照射側面２６に、ワーク４の加工断面１０を形成するために、ワークホルダ５２上のワーク４の配置を、チルト器５４を含むワーク移動装置５６を介して制御する。

本実施の形態に係る微細加工装置は、電子ビーム照射器３４を有する。電子ビーム照射器３４は、電子ビーム３０を照射する。電子ビーム照射器３４は、走査電子顕微鏡２に搭載されている。走査電子顕微鏡２は、電子ビーム３０を加工断面１０からワーク４の内部に至るように照射して、ワーク４の内部にある対象物８の画像を取得する。

本実施の形態に係る微細加工装置は、電子ビーム加速電圧制御部３２を有する。電子ビーム加速電圧制御部３２は、電子ビーム照射器３４の電子ビーム３０の加速電圧を制御する。

本実施の形態に係る微細加工装置は、被覆部厚判断器４８を有する。被覆部厚判断器４８は、画像取得ステップ１２０で取得した画像のうち対象物８の第１の及び第２の部分１２，１４の画像を比較して、加工断面１０から第１の部分１２の表面までの被覆部１６の厚みと、加工断面１０から第２の部分１４の表面までの被覆部１６の厚みと、のいずれが厚いかについての判断結果を出力する。

本実施の形態に係る微細加工装置は、駆動制御部３６を有する。駆動制御部３６は、イオンビーム照射ステップ２２０と観察ステップ２３０が交互に繰り返されるように、イオンビーム照射器２２及び走査電子顕微鏡２を制御する。

本実施の形態に係る微細加工装置は、画像判断器３８を有する。画像判断器３８は、画像取得ステップで取得した画像が、ワーク４の内部の予め設定された深さにある基準面１８よりも深い位置に予め設定された対象物８を表示するか否かについての画像判断を行う。画像判断器３８は、画像判断を観察ステップ２３０開始後であって、次のイオンビーム照射ステップ２２０開始前に行って、画像表示結果又は画像非表示結果を出力する。

本実施の形態に係る微細加工装置は、加速電圧判断器８０を有する。加速電圧判断器８０は、加速電圧が、ワーク４の内部を電子ビーム３０が基準面１８から対象物８までの距離だけ進入できる最小値である基準加速電圧以下に到達したか否かについての加速電圧判断を行う。加速電圧判断器８０は、加速電圧判断を観察ステップ２３０開始後であって、次のイオンビーム照射ステップ２２０開始前に行って、加速電圧到達結果又は加速電圧未到達結果を出力する。

本実施の形態に係る微細加工装置は、中央処理部５０を有する。中央処理部５０は、被覆部厚判断器４８の判断結果の入力に対応して、イオンビーム照射側面２６が、第１及び第２の部分１２，１４のうち被覆部１６の薄い一方への方向よりも、被覆部１６の厚い他方への方向に大きく接近するように偏向信号制御部６８及びワーク移動制御部５８を制御する。このとき、加工ライン６の方向及び照射軸２４の角度の少なくとも一方を変更するように偏向信号制御部６８及びワーク移動制御部５８を制御する。中央処理部５０は、画像表示結果の入力に対応して、加速電圧判断器８０に加速電圧判断を行わせる。中央処理部５０は、画像非表示結果の入力に対応して、画像判断直後のイオンビーム照射ステップ２２０で、イオンビーム２０の出力が直前のイオンビーム照射ステップ２２０と同じになるようにイオンビーム出力制御部２８を制御する。中央処理部５０は、加速電圧未到達結果の入力に対応して、加速電圧判断直後のイオンビーム照射ステップ２２０で、イオンビーム２０の出力が直前のイオンビーム照射ステップ２２０よりも下がるようにイオンビーム出力制御部２８を制御する。中央処理部５０は、加速電圧未到達結果の入力に対応して、加速電圧判断直後の電子ビーム照射ステップ２３０で、電子ビーム３０の加速電圧が直前の電子ビーム照射ステップ２３０よりも下がるように電子ビーム加速電圧制御部３２を制御する。中央処理部５０は、加速電圧到達結果の入力に対応して、イオンビーム照射ステップ２２０と観察ステップ２３０の繰り返しを中止するように、駆動制御部３６を制御する。中央処理部５０は、加速電圧到達結果の入力に対応して、最終回のイオンビーム照射ステップ２８０を行って、その後のイオンビーム照射ステップ２２０及び観察ステップ２３０を行わないように駆動制御部３６を制御する。中央処理部５０は、最終回のイオンビーム照射ステップ２８０では、イオンビーム２０の出力が直前のイオンビーム照射ステップ２２０よりも下がるようにイオンビーム出力制御部２８を制御する。

ワーク４は、２軸（イオンビーム方向に対して直交しかつ互いに直交するＸ及びＹ）方向に移動可能なワークホルダ５２に装填されている。ワーク４の移動はチルト器５４を含むワーク移動装置５６により行われ、その制御はワーク移動制御部５８により行われる。ワーク４は、図示しないワーク導入系によって加工室４６の内部に搬送され、ワークホルダ５２に装填され、ワークホルダ５２は微細加工装置の筐体に組み込まれたステージ駆動系のワーク移動装置５６によって適宜駆動されるように構成されている。ワーク移動装置５６はワーク移動制御部５８を介して中央処理部５０に接続されている。

収束イオンビーム法によってイオンビーム２０を照射することでワーク４をスパッタエッチングするイオンビーム照射器２２から照射したイオンビーム２０は、コンデンサレンズ６０と絞り６２と対物レンズ６４を通過し、ワーク４上に収束する。ワーク４に照射するイオンビーム２０を偏向し、それによってワーク４を走査する走査コイル６６及びその制御のための偏向信号制御部６８が配されている。走査コイル６６には、加工領域を制御する偏向信号制御部６８が接続されている。偏向信号制御部６８はビーム位置のデータを得るため、中央処理部５０と接続されている。

走査電子顕微鏡２は、電子ビーム照射器３４と、二次電子検出器４４と、信号増幅器７０と、コンデンサレンズ７２と、走査コイル７４と、走査電源７６とを備える。電子ビーム照射器３４は、電子ビーム３０をワーク４の内部に至るように照射する。電子ビーム３０はコンデンサレンズ７２によりワーク４面上にスポット状に収束され、コンデンサレンズ７２及びワーク４の間に配置する電子ビーム３０を偏向させる走査コイル７４によってワーク４面を走査する。走査コイル７４には走査電源７６が接続されている。ワーク４と走査コイル７４の間には、加工室４６の壁面にワーク４を向くように配置され、かつワーク４からの二次電子７８を受けて二次電子７８の電流量を検出する二次電子検出器４４が組み込まれている。二次電子検出器４４は信号増幅器７０を介して中央処理部５０に接続されている。二次電子検出器４４は電子ビーム３０によるワーク４への照射によってワーク４から放出される二次電子７８を検出して、信号増幅器７０がその二次電子信号を増幅し、中央処理部５０へ送る。中央処理部５０は、ＣＲＴ４０に表示すると共に、ワーク４の対象物８の画像を取得する。

本発明によれば、対象物８を削ることなく対象物８に平行な加工断面１０を形成することができ、ワーク４の平面加工を行う際に正確な平面を出すことができる。これにより、薄膜ワークを高加工精度で作成すること及び作成することが可能な微細加工装置を提供することができる。

本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び結果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。さらに、本発明は、実施の形態で説明した技術的事項のいずれかを限定的に除外した内容を含む。あるいは、本発明は、上述した実施の形態から公知技術を限定的に除外した内容を含む。

本実施の形態に係る微細加工方法を説明するフローチャートである。本実施の形態に係る微細加工方法を説明するフローチャートである。本実施の形態に係るワークを説明する図である。本実施の形態に係るワークを説明する図である。本実施の形態に係る対象物の第１及び第２の部分を説明する図である。本実施の形態に係る微細加工装置を説明する図である。本実施の形態に係るワークを説明する図である。

符号の説明

２…走査電子顕微鏡４…ワーク６…加工ライン８…対象物１０…加工断面１２…第１の部分１４…第２の部分１６…被覆部１８…基準面２０…イオンビーム２２…イオンビーム照射器２４…照射軸２６…イオンビーム照射側面２８…イオンビーム出力制御部３０…電子ビーム３２…電子ビーム加速電圧制御部３４…電子ビーム照射器３６…駆動制御部３８…画像判断器４０…ＣＲＴ４２…画像記憶部４４…二次電子検出器４６…加工室４８…被覆部厚判断器５０…中央処理部５２…ワークホルダ５４…チルト器５６…ワーク移動装置５８…ワーク移動制御部６０…コンデンサレンズ６２…絞り６４…対物レンズ６６…走査コイル６８…偏向信号制御部７０…信号増幅器７２…コンデンサレンズ７４…走査コイル７６…走査電源７８…二次電子８０…加速電圧判断器

Claims

（ａ）収束イオンビーム法によってイオンビームをワーク上の加工ラインに沿って走査照射することで、前記ワークをスパッタエッチングして、前記イオンビームの照射軸が前記加工ラインに沿って移動して得られるイオンビーム照射側面に、前記ワークの加工断面を形成すること、
（ｂ）走査電子顕微鏡を使用して、電子ビームを前記加工断面から前記ワークの内部に至るように照射して、前記ワークの内部にある対象物の画像を取得すること、
（ｃ）前記取得された画像の中で前記対象物の第１及び第２の部分の画像を比較して、前記加工断面から前記第１の部分の表面までの被覆部の厚みと、前記加工断面から前記第２の部分の表面までの被覆部の厚みと、のいずれが厚いかを判断すること、及び、
（ｄ）前記加工ラインを移動して、前記（ａ）工程を再度行うこと、
を含み、
前記（ｄ）工程で、前記イオンビーム照射側面が、前記第１及び第２の部分のうち前記被覆部の薄い一方への方向よりも、前記被覆部の厚い他方への方向に大きく接近するように、前記加工ラインの方向及び前記照射軸の角度の少なくとも一方を変更する微細加工方法。
請求項１記載の微細加工方法において、
前記（ｃ）工程で、
前記第１及び第２の部分の画像の比較において、明るい画像の方が、前記被覆部が薄いと判断する微細加工方法。
請求項１記載の微細加工方法において、
前記（ｃ）工程で、
前記第１及び第２の部分の画像の比較において、鮮明な画像の方が、前記被覆部が薄いと判断する微細加工方法。
請求項１から請求項３のいずれか１つに記載の微細加工方法において、
前記対象物は、前記ワークの内部の予め設定された深さにある基準面よりも深い位置にあり、
前記（ａ），（ｂ），（ｃ）及び（ｄ）工程後に、前記収束イオンビーム法によって前記イオンビームを照射することで前記ワークをスパッタエッチングした後に、前記走査電子顕微鏡を使用して前記電子ビームを前記ワークの内部に至るように照射することで、前記ワークの内部の前記基準面よりも深い位置の前記対象物の画像を取得すること、
の繰り返し工程をさらに含み、
前記繰り返し工程で、後続する前記イオンビームを先行する前記イオンビームよりも小さい出力で照射し、後続する前記電子ビームを先行する前記電子ビームよりも小さい加速電圧で照射し、
前記繰り返し工程を、前記加速電圧が基準加速電圧に下がるまで行い、
前記基準加速電圧は、前記電子ビームが、前記ワークの内部を、前記基準面から前記対象物までの距離だけ進入できる最小値である微細加工方法。
ワーク上の加工ラインに沿って前記ワークをスパッタエッチングするために、収束イオンビーム法によってイオンビームを走査照射するイオンビーム照射器と、
前記イオンビームの照射軸が前記加工ラインに沿って移動して得られるイオンビーム照射側面に、前記ワークの加工断面を形成するために、前記イオンビームの照射軸と前記ワークの相対的位置を制御する加工断面位置制御部と、
電子ビームを照射する電子ビーム照射器を含み、前記電子ビームを前記加工断面から前記ワークの内部に至るように照射して、前記ワークの内部にある対象物の画像を取得する走査電子顕微鏡と、
前記取得された画像の中で前記対象物の第１及び第２の部分の画像を比較して、前記加工断面から前記第１の部分の表面までの被覆部の厚みと、前記加工断面から前記第２の部分の表面までの被覆部の厚みと、のいずれが厚いかについての判断結果を出力する被覆部厚判断器と、
中央処理部と、
を有し、
前記中央処理部は、
前記判断結果の入力に対応して、前記イオンビーム照射側面が、前記第１及び第２の部分のうち前記被覆部の薄い一方への方向よりも、前記被覆部の厚い他方への方向に大きく接近するように、前記加工ラインの方向及び前記照射軸の角度の少なくとも一方を変更するように前記加工断面位置制御部を制御する微細加工装置。
請求項５記載の微細加工装置において、
前記対象物は、前記ワークの内部の予め設定された深さにある基準面よりも深い位置にあり、
前記走査電子顕微鏡の前記電子ビーム照射器を使用して、電子ビーム照射ステップと画像取得ステップとを含む観察ステップが行われ、
前記イオンビームの出力を制御するイオンビーム出力制御部と、
前記電子ビームの加速電圧を制御する電子ビーム加速電圧制御部と、
前記イオンビーム照射ステップと前記観察ステップが交互に繰り返されるように、前記イオンビーム照射器及び前記走査電子顕微鏡を制御する駆動制御部と、
前記画像取得ステップで取得した画像が、前記ワークの内部の前記基準面よりも深い位置の前記対象物を表示するか否かについての画像判断を、前記観察ステップ開始後であって前記イオンビーム照射ステップ開始前に行って、画像表示結果又は画像非表示結果を出力する画像判断器と、
前記加速電圧が、前記ワークの内部を前記電子ビームが前記基準面から前記対象物までの距離だけ進入できる最小値である基準加速電圧以下に到達したか否かについての加速電圧判断を、前記観察ステップ開始後であって前記イオンビーム照射ステップ開始前に行って、加速電圧到達結果又は加速電圧未到達結果を出力する加速電圧判断器と、
をさらに有し、
前記中央処理部は、
前記画像表示結果の入力に対応して、前記加速電圧判断器に前記加速電圧判断を行わせ、
前記加速電圧未到達結果の入力に対応して、前記加速電圧判断直後の前記イオンビーム照射ステップで、前記イオンビームの出力が直前の前記イオンビーム照射ステップよりも下がるように前記イオンビーム出力制御部を制御し、前記加速電圧判断直後の前記電子ビーム照射ステップで、前記電子ビームの前記加速電圧が直前の前記電子ビーム照射ステップよりも下がるように前記電子ビーム加速電圧制御部を制御する微細加工装置。
請求項６記載の微細加工装置において、
前記中央処理部は、前記画像非表示結果の入力に対応して、前記画像判断直後の前記イオンビーム照射ステップで、前記イオンビームの出力が直前の前記イオンビーム照射ステップと同じになるように前記イオンビーム出力制御部を制御する微細加工装置。
請求項６又は請求項７記載の微細加工装置において、
前記中央処理部は、前記加速電圧到達結果の入力に対応して、前記イオンビーム照射ステップと前記観察ステップの繰り返しを中止するように、前記駆動制御部を制御する微細加工装置。
請求項８記載の微細加工装置において、
前記中央処理部は、前記加速電圧到達結果の入力に対応して、最終回の前記イオンビーム照射ステップを行って、その後の前記イオンビーム照射ステップ及び前記観察ステップを行わないように前記駆動制御部を制御し、最終回の前記イオンビーム照射ステップでは、前記イオンビームの出力が直前の前記イオンビーム照射ステップよりも下がるように前記イオンビーム出力制御部を制御する微細加工装置。