JP2007220344A - 集束イオンビーム装置及び試料の加工・観察方法 - Google Patents

Abstract

【課題】筋引きの少ない良好な観察用断面を作製することができるとともに、スループットを向上させることが可能な集束イオンビーム装置、及び、良好な観察用断面を作製して、正確な観察像を得ることができる試料の断面加工・観察方法を提供する。
【解決手段】集束イオンビーム装置１は、試料Ｓを載置する試料台２と、試料台２を水平面上の二軸及び鉛直軸の三方向に移動させることが可能な三軸ステージ３と、試料Ｓに対して集束イオンビームＩ１、Ｉ２を照射する第一の集束イオンビーム鏡筒１１及び第二の集束イオンビーム鏡筒１２とを備え、第一の集束イオンビーム鏡筒１１及び第二の集束イオンビーム鏡筒１２は、互いの集束イオンビームＩ１、Ｉ２の照射方向が、平面視略対向するとともに、側方視鉛直軸に対して略線対称に傾斜するように配置されている
【選択図】図２

Description

本発明は、集束イオンビーム鏡筒から集束イオンビームを試料に照射して試料の加工などを行う集束イオンビーム装置、及び、試料の断面加工・観察方法に関する。

従来から、積層構造をなす半導体デバイスや薄膜磁気ヘッドの製造工程においては、その製造工程の評価手法として集束イオンビーム装置が利用されている。例えば、集束イオンビーム装置によって、試料の所定位置に集束イオンビームを照射してエッチングを行うことで観察用断面を作製する。そして、この観察用断面を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）などによって観察することが行われていた（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。あるいは、同様に集束イオンビームを照射してエッチングを行うことで、試料を薄切りする。そして、この薄切りした試料を透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）によって観察することが行われていた。しかしながら、このような集束イオンビームを照射して観察用断面を作製する方法では、試料の照射表面における凹凸に起因して、集束イオンビームの照射方向である上下方向に筋引きが形成されてしまう問題がある。このような問題を解決して、良好な観察用断面を作製する方法としては、例えば、試料を傾斜させて集束イオンビームを照射する方法が提案されている（例えば、特許文献３参照）。このような方法によれば、集束イオンビームが試料に対して斜めに照射されるので、上記のように試料に対して上下方向の筋引きが形成されず、影響が出たとしても斜め方向の筋引きが僅かに残る程度にすることができ、良好な観察用断面を作製することができるとされている。
特許第２９３５１８０号公報 特開２００２−３６７１１５号公報 特許第２９７３２１１号公報

しかしながら、例えば特許文献２のように薄膜磁気ヘッドを試料として観察用断面を作製する場合には、試料のアスペクト比が非常に高いため、その凹凸形状に依存して、筋引きが集束イオンビームの照射方向に顕著に形成されてしまう問題があった。特許文献３による方法では、筋引きを軽減させる効果は認められるものの、このようなアスペクト比が高い試料においては、依然観察に適した良好な断面を得ることはできなく、また、試料を傾斜させて向きを調整する必要があるため、スループットが低下してしまう問題があった。

この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、筋引きの少ない良好な観察用断面を作製することができるとともに、スループットを向上させることが可能な集束イオンビーム装置、及び、良好な観察用断面を作製して、正確な観察像を得ることができる試料の断面加工・観察方法を提供するものである。

上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の集束イオンビーム装置は、試料を載置する試料台と、該試料台を水平面上の二軸及び鉛直軸の三方向に移動させることが可能な三軸ステージと、前記試料に対して集束イオンビームを照射する第一の集束イオンビーム鏡筒及び第二の集束イオンビーム鏡筒とを備え、前記第一の集束イオンビーム鏡筒及び前記第二の集束イオンビーム鏡筒は、互いの集束イオンビームの照射方向が、平面視略対向するとともに、側方視前記鉛直軸に対して略線対称に傾斜するように配置されていることを特徴としている。

この発明に係る集束イオンビーム装置によれば、試料台に載置した試料を三軸ステージで所定位置となるように位置調整して、第一の集束イオンビーム鏡筒及び第二の集束イオンビーム鏡筒のそれぞれから集束イオンビームを照射する。第一の集束イオンビーム鏡筒及び第二の集束イオンビーム鏡筒のそれぞれの集束イオンビームの照射方向は、平面視略対向しているので、試料の観察用断面を両側から同時にエッチングして作製することができ、観察用断面作製におけるスループットを向上させることができる。また、第一の集束イオンビーム鏡筒及び第二の集束イオンビーム鏡筒のそれぞれからは鉛直軸に対して傾斜して集束イオンビームが照射されるので、試料の観察用断面には筋引きが斜め方向に形成される。このため、試料を傾斜させるなどの調整によってスループットが低下してしまうことなく、筋引きを軽減することができる。さらに、この際、互いの集束イオンビームが互いに形成する筋引きを削り取るので、結果として筋引きを軽減して、さらに良好な観察用断面を作製することができる。なお、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）の観察用試料を作製する場合には、母体である試料を薄切りして作製する必要があるが、第一の集束イオンビーム鏡筒と第二の集束イオンビーム鏡筒とによって、観察用試料の両観察面を同時に加工することも可能である。

また、本発明は、試料に集束イオンビームを照射してエッチングを行うことで、前記試料の所定位置に観察用断面を作製し、該観察用断面の観察を行う試料の断面加工・観察方法であって、試料台に載置された前記試料に対して、平面視略対向し、側方視鉛直軸に対して略線対称に傾斜した異なる二つの照射方向から集束イオンビームを照射して前記観察用断面を作製し、作製された該観察用断面に対向する照射方向から電子ビームを照射して、前記試料の前記観察用断面から二次電子を発生させるとともに、該二次電子を検出することで前記観察用断面を観察することを特徴としている。

この発明に係る試料の加工・観察方法によれば、側方視鉛直軸に対して略線対称に傾斜した異なる二つの照射方向から集束イオンビームを照射することで、筋引きを軽減して、良好な観察用断面を得ることができる。また、観察用断面に電子ビームを照射し、発生する二次電子を検出することで、良好な観察像を得ることができるとともに、試料の加工から観察までのスループットを向上させることができる。

また、上記の集束イオンビーム装置において、前記試料台を前記鉛直軸回りに回転させることが可能な回転ステージと、前記試料台を前記第一の集束イオンビーム鏡筒及び前記第二の集束イオンビーム鏡筒の照射方向と略平行な軸回りに回転させることが可能な傾斜ステージとを備えることがより好ましいとされている。

この発明に係る集束イオンビーム装置によれば、試料台に載置された試料を三軸ステージによって水平面上の二軸及び鉛直軸の三方向に位置調整可能であるだけでなく、さらに回転ステージ及び傾斜ステージによって、鉛直軸回りに回転可能であるとともに、集束イオンビームの照射方向と略平行な軸回りに回転可能である。このため、試料に対して様々な角度で集束イオンビームを照射して、観察用断面を作製することが可能である。

また、上記の集束イオンビーム装置において、前記第一の集束イオンビーム鏡筒及び前記第二の集束イオンビーム鏡筒のそれぞれの集束イオンビームの照射方向は、共に前記鉛直軸に対して２０度以上７０度以下の傾斜角を有していることがより好ましいとされている。
この発明に係る集束イオンビーム装置によれば、第一の集束イオンビーム鏡筒及び第二の集束イオンビーム鏡筒のそれぞれの集束イオンビームの照射方向を、鉛直軸に対して２０度以上７０度以下とすることで、互いに、また、試料とも干渉すること無く、試料に集束イオンビームを照射することができる。

また、上記の集束イオンビーム装置において、前記試料に対して電子ビームを照射する第一の電子ビーム鏡筒と、該第一の電子ビーム鏡筒から前記試料に電子ビームが照射されることで、前記試料から発生する二次電子を検出する第一の二次電子検出器とを備え、前記第一の電子ビーム鏡筒は、電子ビームの照射方向が前記第一の集束イオンビーム鏡筒及び前記第二の集束イオンビーム鏡筒のそれぞれの集束イオンビームの照射方向と平面視略直交するように配置されていることがより好ましいとされている。

この発明に係る集束イオンビーム装置によれば、作製された観察用断面と対向する位置から第一の電子ビーム鏡筒によって電子ビームを照射し、試料の観察用断面から発生する二次電子を二次電子検出器で検出することで、観察用断面を観察することができる。この際、第一の電子ビーム鏡筒から照射される電子ビームの照射方向が、第一の集束イオンビーム鏡筒及び第二の集束イオンビーム鏡筒のそれぞれの集束イオンビームの照射方向と平面視略直交しているので、第一の集束イオンビーム鏡筒及び第二の集束イオンビーム鏡筒で観察用断面を作製した後、試料の向きを変えること無く、観察用断面を観察することができる。このため、試料の加工から観察に至るまでのスループットをさらに向上させることができる。

また、上記の集束イオンビーム装置において、前記第一の電子ビーム鏡筒の電子ビームの照射方向と平面視略対向するように、前記試料に対して電子ビームを照射する第二の電子ビーム鏡筒と、該第二の電子ビーム鏡筒から前記試料に電子ビームが照射されることで、前記試料から発生する二次電子を検出する第二の二次電子検出器とを備えることがより好ましいとされている。

さらに、上記の試料の断面加工・観察方法において、異なる二つの照射方向から照射される前記集束イオンビームと対応して、前記電子ビームも平面視略対向する二つの照射方向から照射され、該電子ビームのそれぞれと対応して発生する二次電子をそれぞれ検出することがより好ましいとされている。

この発明に係る集束イオンビーム装置及び試料の断面加工・観察方法によれば、第一の電子ビーム鏡筒によって電子ビームを照射し、第一の二次電子検出器で二次電子を検出することで一観察面を観察可能であると同時に、第二の電子ビーム鏡筒から電子ビームを照射し、第二の二次電子検出器で二次電子を検出することで、一観察面と反対側の他の観察面の観察も行うことができる。すなわち、例えば透過電子顕微鏡の観察用試料の作製においては、第一の集束イオンビーム鏡筒と第二の集束イオンビーム鏡筒とで、異なる二つの照射方向から集束イオンビームを照射して観察用試料の両観察面を同時に加工する。さらに、作製された観察用試料の向きを変えずに、第一の電子ビーム鏡筒と第二の電子ビーム鏡筒とよって異なる二つ照射方向から観察用試料の両面に電子ビームを照射して、第一の二次電子検出器及び第二の二次電子検出器によって発生する二次電子を検出することで、観察用試料の両観察面を同時に観察することができる。このため、試料の加工から観察に至るまでのスループットをさらに向上させることができる。

また、上記の集束イオンビーム装置において、前記第一の集束イオンビーム鏡筒及び前記第二の集束イオンビーム鏡筒のそれぞれと対応して、集束イオンビームが照射されるのと同時にデポジションガスを噴出させる第一のガス銃及び第二のガス銃を備えることがより好ましいとされている。

さらに、上記の試料の断面加工・観察方法において、前記集束イオンビームによって前記試料をエッチングする前工程として、異なる二つの照射方向から前記集束イオンビームを照射するのと同時に、それぞれの該集束イオンビームと対応してデポジションガスを噴出させて、前記試料の表面にデポジションを行うことがより好ましいとされている。

この発明に係る集束イオンビーム装置及び試料の断面加工・観察方法によれば、第一の集束イオンビーム鏡筒及び第二の集束イオンビーム鏡筒から集束イオンビームを照射するとともに、第一のガス銃及び第二のガス銃からデポジションガスを噴出させることで、試料の両側から同時にデポジションを行い、試料の表面に成膜することができる。このため、アスペクト比の高い試料においても試料を傾斜させることなく均一に成膜することができるとともに、デポジションにおけるスループットを向上させることができる。また、試料の観察用断面の作製においては、試料を集束イオンビームでエッチングする前に、試料の表面に均一な膜を成膜することで、試料の凹凸に起因する筋引きを軽減させることができ、さらに良好な観察用断面を作製することができる。

また、上記の集束イオンビーム装置において、前記試料に対して前記鉛直軸方向からアルゴンイオンビームを照射するアルゴンイオンビーム鏡筒を備えることがより好ましいとされている。

さらに、上記の試料の断面加工・観察方法において、前記集束イオンビームを照射して前記観察用断面を作製した後に、さらに、前記観察用断面にアルゴンイオンビームを照射して前記観察用断面の仕上げ加工を行ってから、前記観察用断面を観察することがより好ましいとされている。

この発明に係る集束イオンビーム装置及び試料の断面加工・観察方法によれば、第一の集束イオンビーム鏡筒及び第二の集束イオンビーム鏡筒によって、異なる二つの照射方向から集束イオンビームを照射して観察用断面を作製した後に、アルゴンビーム鏡筒から観察用断面にアルゴンビームを照射して観察用断面を仕上げ加工することができることで、さらに良好な観察用断面を作製することができる。

また、上記の集束イオンビーム装置において、前記鉛直軸方向から前記試料を光学的に観察可能な光学顕微鏡を備えるものとしても良い。
この発明に係る集束イオンビーム装置によれば、光学顕微鏡を有することで、作製される観察用断面を光学的に観察しながら試料の加工を行うことができる。このため、試料をさらに正確に加工することできる。

また、上記の試料の断面加工・観察方法において、前記電子ビームを前記試料に照射して、前記試料から発生する前記二次電子を検出することで前記観察用断面の観察像を取得し、該観察像の色調差によって所定の二つの境界線を識別して該境界線間の距離を測定することで、前記観察用断面の断面測長を行うことがより好ましいとされている。

この発明に係る断面加工・観察方法によれば、観察用断面の筋引きが軽減され、形成されたとしても斜め方向の筋引きとなる。このため、得られた観察像の色調差によって、測長しようとする断面の境界線を容易に、かつ正確に識別することができ、正確な断面測長を可能とさせる。

本発明の集束イオンビーム装置及び試料の断面加工・観察方法によれば、平面視対向する異なる二方向から鉛直軸に対して傾斜して試料に集束イオンビームを照射することで、観察用断面に形成される筋引きを軽減することができる。このため、良好な観察用断面を作製して観察を行うことができる。また、異なる二方向から同時に集束イオンビームを照射することで、観察用断面作製におけるスループットの向上も同時に図ることができる。

（第１の実施形態）
図１から図３は、この発明に係る第１の実施形態を示している。図１に示すように、集束イオンビーム装置１は、試料Ｓを載置する試料台２と、試料台２に載置された試料Ｓに対してそれぞれ集束イオンビームＩ１、Ｉ２を照射可能な第一の集束イオンビーム鏡筒１１及び第二の集束イオンビーム鏡筒１２とを備える。第一の集束イオンビーム鏡筒１１及び第二の集束イオンビーム鏡筒１２は、共に内部に図示しない例えばガリウムイオンなどのイオン源を有し、電圧を印加することによってイオンビームを引き出して加速させるとともに、図示しない静電レンズなどで集束させて、集束イオンビームＩ１、Ｉ２を照射可能なものである。また、第一の集束イオンビーム鏡筒１１及び第二の集束イオンビーム鏡筒１２は、内部に図示しない偏向電極を有しており、偏向電極で偏向させることで所定の範囲を照射することが可能である。その他、可変絞り、ブランキング電極など公知の構成を有しているものである。

図１に示すように、第一の集束イオンビーム鏡筒１１と第二の集束イオンビーム鏡筒１２とは、それぞれから照射される集束イオンビームＩ１、Ｉ２の照射方向が平面視略対向し、また、図２に示すように、側方視鉛直軸であるＺ軸に対して略線対称に傾斜するように配置されている。なお、第一の集束イオンビーム鏡筒１１の集束イオンビームＩ１の照射方向及び第二の集束イオンビーム鏡筒１２の集束イオンビームＩ２の照射方向は、共に鉛直軸に対する傾斜角θが２０度以上７０度以下となるように設定されている。このため、第一の集束イオンビーム鏡筒１１及び第二の集束イオンビーム鏡筒１２は、互いに、また、試料Ｓとも干渉すること無く、試料Ｓに集束イオンビームＩ１、Ｉ２を照射することができる。

また、図１に示すように、集束イオンビーム装置１は、試料Ｓに対して電子ビームＥ１を照射する電子ビーム鏡筒２１と、電子ビーム鏡筒２１から試料Ｓに電子ビームＥ１が照射されることで、試料Ｓから発生する二次電子Ｆ１を検出する二次電子検出器３１とを備えている。電子ビーム鏡筒２１は、内部に図示しない電子源を有し、電圧を印加することによって電子ビームを引き出して加速させるとともに、図示しない電磁レンズなどで集束させて電子ビームＥ１を照射可能なものである。また、電子ビーム鏡筒２１は、内部に図示しない偏向電極を有しており、偏向電極によって偏向させることで所定の範囲を照射することが可能である。その他、可変絞り、ブランキング電極など公知の構成を有しているものである。電子ビーム鏡筒２１は、電子ビームＥ１の照射方向が第一の集束イオンビーム及び第二の集束イオンビーム鏡筒１２のそれぞれの集束イオンビームＩ１、Ｉ２の照射方向と平面視略直交するように配置されている。また、試料Ｓの被観察部分で電子ビームＥ１を走査することで、二次電子検出器３１で検出された二次電子Ｆ１の強度分布は、画像処理部４１で画像化され、表示部４２において輝度変調像として表示される。なお、画像処理部４１においては、二次電子Ｆ１の検出結果を画像化するとともに、その色調差から境界を識別することが可能であり、任意の距離の測定が可能である。

また、図１及び図２に示すように、集束イオンビーム装置１は、試料台２を水面上の二軸であるＸ軸及びＹ軸並びに鉛直軸であるＺ軸の三方向に移動させることが可能な三軸ステージ３を備える。ここで、Ｘ軸は、第一の集束イオンビーム鏡筒１１及び第二の集束イオンビーム鏡筒１２のそれぞれの集束イオンビームＩ１、Ｉ２の照射方向と平面視略一致する軸であり、Ｙ軸は、Ｘ軸と直交し、電子ビーム鏡筒２１の電子ビームＥ１の照射方向と平面視略一致する軸である。また、集束イオンビーム装置１は、さらに、試料台２をＸ軸回りに回転可能な傾斜ステージ４と、試料台２をＺ軸回りに回転可能な回転ステージ５とを備える。

次に、集束イオンビーム装置１の作用、及び、集束イオンビーム装置１を使用した試料の断面加工・観察方法について説明する。図１及び図２に示すように、本実施形態においては、試料Ｓとしてウエハ上に形成される薄膜磁気ヘッド７を例に挙げている。このような薄膜磁気ヘッド７は、図３に示すように、基板７ａ、基板下地７ｂ、下部シールド膜７ｃ、絶縁層７ｄ、第一の磁性層７ｅ、ギャップ層７ｆ及び第二の磁性層７ｇの積層構造を有しており、絶縁層７ｄにＭＲ素子７ｈが埋め込まれたものである。本実施形態においては、この試料Ｓである薄膜磁気ヘッド７の範囲Ａに集束イオンビームを照射する断面加工を行い、観察用断面Ｓ１を作製して観察することで、その積層構造及び断面形状について検査する場合を例として説明する。

図１及び図２に示すように、まず、三軸ステージ３、傾斜ステージ４、及び回転ステージ５を駆動させて、試料Ｓの範囲Ａに集束イオンビームＩ１、Ｉ２が照射可能となるように、試料Ｓの位置及び向きの調整を行う。そして、第一の集束イオンビーム鏡筒１１及び第二の集束イオンビーム鏡筒１２から集束イオンビームＩ１、Ｉ２を照射する。必要に応じて、図示しない偏向電極によって各集束イオンビームＩ１、Ｉ２を走査するとともに、三軸ステージ３をＹ軸方向に送って、試料Ｓの範囲Ａにおいてエッチングを行っていく。上述のように、第一の集束イオンビーム鏡筒１１及び第二の集束イオンビーム鏡筒１２のそれぞれの集束イオンビームＩ１、Ｉ２の照射方向は、平面視略対向している。このため、第一の集束イオンビーム鏡筒１１及び第二の集束イオンビーム鏡筒１２によって、試料Ｓを両側から同時にエッチングして観察用断面Ｓ１を作製することができ、観察用断面Ｓ１の作製におけるスループットを向上させることができる。また、図３に示すように、集束イオンビームＩ１、Ｉ２は、鉛直軸であるＺ軸に対して傾斜して照射される。このため、観察用断面Ｓ１には、試料Ｓの表面の凹凸などに起因して筋引きＢ（Ｂ１、Ｂ２）が形成されるが、その方向が集束イオンビームＩ１、Ｉ２の照射方向と一致する斜め方向とすることができる。すなわち、試料Ｓを傾斜させるなどの調整によってスループットが低下してしまうことなどなく、筋引きＢを軽減させることができる。さらに、この際、集束イオンビームＩ１、Ｉ２が、互いに形成する筋引きＢ１、Ｂ２を削り取るので、結果的としてさらに筋引きＢを軽減して、良好な観察用断面Ｓ１を作製することができる。また、三軸ステージ３によってＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の三方向に、試料Ｓを位置調整可能であるだけでなく、さらに傾斜ステージ４及び回転ステージ５によって、試料ＳをＸ軸回りに傾斜させ、また、Ｘ軸回りに回転させることが可能である。このため、試料Ｓに対して様々な角度から集束イオンビームＩ１、Ｉ２を照射して、観察用断面Ｓ１を作製することが可能である。

次に、作製された観察用断面Ｓ１の観察を行う。すなわち、図１に示すように、電子ビーム鏡筒２１によって観察用断面Ｓ１に電子ビームＥ１を照射する。そして、図示しない偏向電極によって電子ビームＥ１を観察用断面Ｓ１上で走査するとともに、電子ビームＥ１が照射されることで観察用断面Ｓ１から発生する二次電子Ｆ１を二次電子検出器３１で検出する。そして、その検出結果に基いて、二次電子Ｆ１の強度分布を画像処理部４１によって画像化し、観察用断面Ｓ１の観察像を表示部４２に表示することができる。この際、第一の集束イオンビーム鏡筒１１と、第二の集束イオンビーム鏡筒１２とで、筋引きＢの少ない良好な観察用断面Ｓ１を作製することができるので、明瞭で、正確な観察像を得ることができる。また、電子ビーム鏡筒２１から照射される電子ビームＥ１の照射方向が、第一の集束イオンビーム鏡筒１１及び第二の集束イオンビーム鏡筒１２のそれぞれの集束イオンビームＩ１、Ｉ２の照射方向と平面視略直交しているので、観察用断面Ｓ１を作製した後、試料Ｓの向きを変えること無く、観察用断面Ｓ１と対向する位置から電子ビームＥ１を照射して、観察用断面Ｓ１を観察することができる。このため、試料Ｓの加工から観察に至るまでのスループットを向上させることができる。

次に、図３に示すような集束イオンビーム装置１によって得られた観察像を利用する例として、試料Ｓの第二の磁性層７ｇの幅Ｗを測定する場合を例に挙げる。まず、画像処理部４１は、二次電子検出器３１から入力された二次電子Ｆ１の検出結果に基いて、輝度変調画像を構築する。そして、図示しない操作部による指示に従って、第一の磁性層７ｅの幅Ｗ方向の二つの境界線Ｌ１、Ｌ２を識別する。より具体的には、得られた画像の色調差に基いて識別を行う。この際、上述のように、筋引きＢの少ない良好な観察用断面Ｓ１の観察像を得ることができるとともに、形成される筋引きＢも測定の対象である境界線Ｌ１、Ｌ２に対して斜め方向に形成されているので、境界線Ｌ１、Ｌ２の識別が容易であり、正確な断面測長が可能となる。

以上のように、集束イオンビーム装置１は、平面視略対向する異なる二方向から鉛直軸に対して傾斜して同時に集束イオンビームＩ１、Ｉ２を照射可能であることで、試料Ｓを傾斜させたり、反転させたりすることなく、筋引きの少ない良好な観察用断面を効率的に作製することができる。また、集束イオンビームＩ１、Ｉ２と平面視直交する方向から電子ビームＥ１を照射可能であることで、作製された観察用断面Ｓ１の位置及び向きを調整すること無く、観察することができる。このため、観察用断面の作製から観察までのスループットの向上を図ることもできる。

（第２の実施形態）
図４及び図５は、この発明に係る第２の実施形態を示している。この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と共通の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。

図４に示すように、この実施形態の集束イオンビーム装置５０においては、さらに、第一の集束イオンビーム鏡筒１１及び第二の集束イオンビーム鏡筒１２のそれぞれと対応して、同時にデポジションガスＧ１、Ｇ２を噴出させる第一のガス銃５１及び第二のガス銃５２を備える。ここで、デポジションガスＧ１、Ｇ２は、例えば、Ｗ（ＣＯ）_６であり、集束イオンビームＩ１、Ｉ２の照射とともに、試料Ｓに噴出させることで、試料Ｓの表面にタングステンで形成された膜５３を成膜することができる。なお、デポジションガスＧ１、Ｇ２は、上記に限るもので無く、膜５３を形成するものによって適時選択可能なものである。

このような集束イオンビーム装置５０においては、第一の集束イオンビーム鏡筒１１及び第二の集束イオンビーム鏡筒１２から集束イオンビームＩ１、Ｉ２を照射するとともに、第一のガス銃５１及び第二のガス銃５２からデポジションガスＧ１、Ｇ２を噴出させることで、試料Ｓの両側から同時にデポジションを行い、試料Ｓの表面に成膜することができる。薄膜磁気ヘッド７のようなアスペクト比が高い試料Ｓにおいては、上方からデポジションを行うと、上部７ｉが成膜されていく一方、上部７ｉが先行して成膜されることで、成膜された膜が影となって基部７ｊに成膜されず、均一に成膜できない場合がある。しかしながら、Ｚ軸に対して傾斜して集束イオンビームＩ１、Ｉ２を照射して、また、デポジションガスＧ１、Ｇ２を噴出させることで、上記のような現象を抑え、両側を同時に、かつ均一に成膜することができる。さらに、両側から同時にデポジションを行うことができることで、試料を傾斜させる必要や、反転させる必要も無く、デポジションにおけるスループットを向上させることができる。また、試料Ｓの観察用断面Ｓ１の作製においては、試料Ｓを集束イオンビームＩ１、Ｉ２でエッチングする前工程として、試料Ｓの表面に均一に膜５３を成膜することで、試料Ｓの凹凸に起因する筋引きＢを軽減させることができ、さらに良好な観察用断面Ｓ１を作製することができる。

（第３の実施形態）
図６から図８は、この発明に係る第３の実施形態を示している。この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と共通の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。

図６及び図７に示すように、この実施形態の集束イオンビーム装置６０は、試料Ｓに対して電子ビームＥ１、Ｅ２を照射する第一の電子ビーム鏡筒６１及び第二の電子ビーム鏡筒６２と、電子ビームＥ１、Ｅ２が試料Ｓに照射されることで、試料Ｓから発生する二次電子Ｆ１、Ｆ２をそれぞれ検出する第一の二次電子検出器７１及び第二の二次電子検出器７２とを備える。第一の電子ビーム鏡筒６１及び第二の電子ビーム鏡筒６２は、それぞれの電子ビームＥ１、Ｅ２の照射方向が平面視略対向しているとともに、これらの照射方向が第一の集束イオンビーム鏡筒１１及び第二の集束イオンビーム鏡筒１２のそれぞれから照射される集束イオンビームＩ１、Ｉ２の照射方向と平面視略直交するように配置されている。また、第一の二次電子検出器７１及び第二の二次電子検出器７２で検出された二次電子Ｆ１、Ｆ２の強度分布のそれぞれは、画像処理部４１で画像化されて、表示部４２に別々に表示される。また、集束イオンビーム装置６０は、さらに、試料Ｓに対して、Ｚ軸方向からアルゴンイオンビームＩ３を照射可能なアルゴンイオンビーム鏡筒６３を備える。第一の集束イオンビーム鏡筒１１及び第二の集束イオンビーム鏡筒１２が５ｋＶから３０ｋＶ程度の加速電圧で集束イオンビームＩ１、Ｉ２を照射するのに対して、アルゴンイオンビーム鏡筒６３は、０．５ｋＶから１５ｋＶ程度の低エネルギーでアルゴンイオンビームＩ３を照射することが可能である。

次に、このような集束イオンビーム装置６０の作用について、薄膜磁気ヘッド７である試料Ｓから透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）用の観察用試料を作製する場合を例として説明する。透過電子顕微鏡においては、観察用試料に電子ビームを透過させて観察するため、母体となる試料Ｓから観察用試料を、電子ビームが透過可能な厚さで薄切して作製する必要がある。図８に示すように、まず、第一の集束イオンビーム鏡筒１１と第二の集束イオンビーム鏡筒１２とで、試料Ｓの両側から集束イオンビームＩ１、Ｉ２を照射する。この際、図示しない偏向電極によって集束イオンビームＩ１、Ｉ２の照射方向を微調整し、試料Ｓのうち観察用試料Ｓ２の一観察面Ｓ３となる部分に第一の集束イオンビーム鏡筒１１の集束イオンビームＩ１を照射し、他の観察面Ｓ４となる部分に第二の集束イオンビーム鏡筒１２の集束イオンビームＩ２を照射する。このように、第一の集束イオンビーム鏡筒１１及び第二の集束イオンビーム鏡筒１２によって観察用試料Ｓ２の両観察面Ｓ３、Ｓ４を同時に加工することができ、観察用試料Ｓ２作製におけるスループット向上を図ることができる。また、第一の電子ビーム鏡筒６１及び第二の電子ビーム鏡筒６２によって、加工された観察用試料Ｓ２の両観察面Ｓ３、Ｓ４を試料Ｓの向きを変えずに観察することができる。このため、試料Ｓの加工から観察までのスループットをさらに向上させることができる。また、観察の前工程において、第一の集束イオンビーム鏡筒１１及び第二の集束イオンビーム鏡筒１２によって作製された観察用試料Ｓ２の両観察面Ｓ３、Ｓ４に、アルゴンイオンビーム鏡筒６３からアルゴンイオンビームＩ３を照射することで、両観察面Ｓ３、Ｓ４の仕上げ加工を行うことができる。このため、観察面Ｓ３、Ｓ４をさらに良好なものとすることができる。

（第４の実施形態）
図９及び図１０は、この発明に係る第４の実施形態を示している。この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と共通の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。この実施形態の集束イオンビーム装置８０においては、Ｚ軸方向から試料Ｓを光学的に観察可能な光学顕微鏡８１を備えている。このような集束イオンビーム装置８０においては、試料Ｓを効率的に加工することができるとともに、光学的に試料Ｓを観察することができることで、試料Ｓをより正確に加工することができる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。

なお、各実施形態において、試料Ｓは、三軸ステージ３、傾斜ステージ４、及び回転ステージ５によって位置及び向きを調整することが可能であるとしたが、少なくとも三軸ステージ３を有していれば、筋引きの少ない良好な観察用断面を作製することが可能である。また、各実施形態において、作製された観察用断面、または、観察用試料Ｓ２の両観察面Ｓ３、Ｓ４は、電子ビームを照射して、二次電子を検出することにより観察像を得るものとしたが、第一の集束イオンビーム鏡筒１１及び第二の集束イオンビーム鏡筒１２による集束イオンビームＩ１、Ｉ２を照射した際に試料Ｓから発生する二次電子あるいは二次イオンを検出して観察像を得ることも可能である。

この発明の第１の実施形態の集束イオンビーム装置の平面視した概略図である。 この発明の第１の実施形態の集束イオンビーム装置の側方視した概略図である。 この発明の第１の実施形態の集束イオンビーム装置の説明図である。 この発明の第２の実施形態の集束イオンビーム装置の側方視した概略図である。 この発明の第２の実施形態の集束イオンビーム装置の説明図である。 この発明の第３の実施形態の集束イオンビーム装置の平面視した概略図である。 この発明の第３の実施形態の集束イオンビーム装置の側方視した概略図である。 この発明の第３の実施形態の集束イオンビーム装置の説明図である。 この発明の第４の実施形態の集束イオンビーム装置の平面視した概略図である。 この発明の第４の実施形態の集束イオンビーム装置の側方視した概略図である。

符号の説明

１、５０、６０、８０ 集束イオンビーム装置
２ 試料台
３ 三軸ステージ
４ 傾斜ステージ
５ 回転ステージ
１１ 第一の集束イオンビーム鏡筒
１２ 第二の集束イオンビーム鏡筒
２１ 電子ビーム鏡筒（第一の電子ビーム鏡筒）
３１ 二次電子検出器（第一の二次電子検出器）
５１ 第一のガス銃
５２ 第二のガス銃
６１ 第一の電子ビーム鏡筒
６２ 第二の電子ビーム鏡筒
６３ アルゴンイオンビーム鏡筒
７１ 第一の二次電子検出器
７２ 第二の二次電子検出器
８１ 光学顕微鏡
Ｂ、Ｂ１、Ｂ２ 筋引き
Ｅ１、Ｅ２ 電子ビーム
Ｆ１、Ｆ２ 二次電子
Ｇ１、Ｇ２ デポジションガス
Ｉ１、Ｉ２ 集束イオンビーム
Ｉ３ アルゴンイオンビーム
Ｌ１、Ｌ２ 境界線
Ｓ 試料
Ｓ１ 観察用断面
Ｓ２ 観察用試料
Ｓ３ 一観察面
Ｓ４ 他の観察面
Ｘ、Ｙ 水平面上の軸
Ｚ 鉛直軸
θ 傾斜角

Claims (13)

1. 試料を載置する試料台と、
   該試料台を水平面上の二軸及び鉛直軸の三方向に移動させることが可能な三軸ステージと、
   前記試料に対して集束イオンビームを照射する第一の集束イオンビーム鏡筒及び第二の集束イオンビーム鏡筒とを備え、
   前記第一の集束イオンビーム鏡筒及び前記第二の集束イオンビーム鏡筒は、互いの集束イオンビームの照射方向が、平面視略対向するとともに、側方視前記鉛直軸に対して略線対称に傾斜するように配置されていることを特徴とする集束イオンビーム装置。
2. 請求項１に記載の集束イオンビーム装置において、
   前記試料台を前記鉛直軸回りに回転させることが可能な回転ステージと、
   前記試料台を前記第一の集束イオンビーム鏡筒及び前記第二の集束イオンビーム鏡筒の照射方向と略平行な軸回りに回転させることが可能な傾斜ステージとを備えることを特徴とする集束イオンビーム装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の集束イオンビーム装置において、
   前記第一の集束イオンビーム鏡筒及び前記第二の集束イオンビーム鏡筒のそれぞれの集束イオンビームの照射方向は、共に前記鉛直軸に対して２０度以上７０度以下の傾斜角を有していることを特徴とする集束イオンビーム装置。
4. 請求項１から請求項３のいずれかに記載の集束イオンビーム装置において、
   前記試料に対して電子ビームを照射する第一の電子ビーム鏡筒と、
   該第一の電子ビーム鏡筒から前記試料に電子ビームが照射されることで、前記試料から発生する二次電子を検出する第一の二次電子検出器とを備え、
   前記第一の電子ビーム鏡筒は、電子ビームの照射方向が前記第一の集束イオンビーム鏡筒及び前記第二の集束イオンビーム鏡筒のそれぞれの集束イオンビームの照射方向と平面視略直交するように配置されていることを特徴とする集束イオンビーム装置。
5. 請求項４に記載の集束イオンビーム装置において、
   前記第一の電子ビーム鏡筒の電子ビームの照射方向と平面視略対向するように、前記試料に対して電子ビームを照射する第二の電子ビーム鏡筒と、
   該第二の電子ビーム鏡筒から前記試料に電子ビームが照射されることで、前記試料から発生する二次電子を検出する第二の二次電子検出器とを備えることを特徴とする集束イオンビーム装置。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の集束イオンビーム装置において、
   前記第一の集束イオンビーム鏡筒及び前記第二の集束イオンビーム鏡筒のそれぞれと対応して、集束イオンビームが照射されるのと同時にデポジションガスを噴出させる第一のガス銃及び第二のガス銃を備えることを特徴とする集束イオンビーム装置。
7. 請求項１から請求項６のいずれかに記載の集束イオンビーム装置において、
   前記試料に対して前記鉛直軸方向からアルゴンイオンビームを照射するアルゴンイオンビーム鏡筒を備えることを特徴とする集束イオンビーム装置。
8. 請求項１から請求項６のいずれかに記載の集束イオンビーム装置において、
   前記鉛直軸方向から前記試料を光学的に観察可能な光学顕微鏡を備えることを特徴とする集束イオンビーム装置。
9. 試料に集束イオンビームを照射してエッチングを行うことで、前記試料の所定位置に観察用断面を作製し、該観察用断面の観察を行う試料の断面加工・観察方法であって、
   試料台に載置された前記試料に対して、平面視略対向し、側方視鉛直軸に対して略線対称に傾斜した異なる二つの照射方向から集束イオンビームを照射して前記観察用断面を作製し、
   作製された該観察用断面に対向する照射方向から電子ビームを照射して、前記試料の前記観察用断面から二次電子を発生させるとともに、該二次電子を検出することで前記観察用断面を観察することを特徴とする試料の断面加工・観察方法。
10. 請求項９に記載の試料の断面加工・観察方法において、
    異なる二つの照射方向から照射される前記集束イオンビームと対応して、前記電子ビームも平面視略対向する二つの照射方向から照射され、
    該電子ビームのそれぞれと対応して発生する二次電子をそれぞれ検出することを特徴とする試料の断面加工・観察方法。
11. 請求項９または請求項１０に記載の断面加工・観察方法において、
    前記集束イオンビームによって前記試料をエッチングする前工程として、異なる二つの照射方向から前記集束イオンビームを照射するのと同時に、それぞれの該集束イオンビームと対応してデポジションガスを噴出させて、前記試料の表面にデポジションを行うことを特徴とする試料の断面加工・観察方法。
12. 請求項９から請求項１１のいずれかに記載の試料の断面加工・観察方法において、
    前記集束イオンビームを照射して前記観察用断面を作製した後に、さらに、前記観察用断面にアルゴンイオンビームを照射して前記観察用断面の仕上げ加工を行ってから、前記観察用断面を観察することを特徴とする試料の断面加工・観察方法。
13. 請求項９から請求項１２のいずれかに記載の試料の断面加工・観察方法において、
    前記電子ビームを前記試料に照射して、前記試料から発生する前記二次電子を検出することで前記観察用断面の観察像を取得し、該観察像の色調差によって所定の二つの境界線を識別して該境界線間の距離を測定することで、前記観察用断面の断面測長を行うことを特徴とする試料の断面加工・観察方法。

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