JP2007311298A - 集束イオンビーム装置 - Google Patents

Abstract

【課題】イオンビームのドリフトを早期に視覚的に検出可能な集束イオンビーム装置の実現する。
【解決手段】加工位置決め画像５２上に設定した加工領域５３に対しイオンビーム８を照射することで試料９を加工していく。加工進捗画像５４は偏向制御信号に同期してリアルタイムで表示されるため加工領域５３の最表面の情報が常に表示される。加工位置決め画像５２には試料９表面上の情報である形状５５が表示され、加工進捗画像５４には加工領域５３の最表面上の情報である形状５６が表示されている。加工位置決め画像５２の形状５５と加工進捗画像５４の形状５６の位置が互いに一致し意図した領域が加工されていることが判断できる。加工位置決め画像５２の形状５５と加工進捗画像５４の形状５６の位置が互いにずれていると意図した領域とは別の領域が加工されていることが判断できる。
【選択図】図４

Description

本発明は、集束イオンビーム装置に関する。

集束イオンビーム装置は、高いビーム集束性能を有し、スパッタリング現象を利用して微細加工を行う装置である。試料表面を集束されたイオンビームで走査すると、各走査点では二次的な荷電粒子が発生し、その発生粒子量は試料表面の凹凸によって異なる。

したがって、各走査点で発生した二次的な荷電粒子の検出量を輝度変調量として各走査点の二次元位置情報に対応させることにより試料表面の加工位置決め画像が得られる。

このようにして得られた加工位置決め画像に対して、加工領域形状および範囲の設定を行い、設定した加工領域に選択的にイオンビームの照射を行って試料を加工するものである。このイオンビームの照射によって加工された部分の試料表面情報が、加工進捗画像として得られ、表示領域に表示される。

特許文献１には、光学顕微鏡による光学像から変換したデジタル画像と、上記光学像と同一箇所についてのイオンビームによる２次粒子像とを、互いに同一倍率として画像表示部で重ね合わせて表示し、イオンビーム照射位置と加工箇所の位置合わせを行なう技術が記載されている。

特開昭７−２９５３５号公報

ところで、イオンビーム加工を行なう場合、オペレータは、加工位置決め画像に対して加工領域形状及び範囲を設定した設定画像と、設定した加工領域形状及び範囲の加工進捗画像から加工状況を確認し、加工の良否を判断しながら加工を進めている。特許文献１に記載された技術を用いれば、その加工領域範囲内におけるイオンビーム照射位置と加工すべき位置との位置合わせを精度よく行なうことができる。

しかしながら、従来の技術にあっては、加工進捗画像は設定した加工形状及び範囲内の試料表面情報だけが表示され、加工形状および範囲外の情報は表示されていない。

このため、加工中の加工進捗画像と加工位置決め画像（試料表面情報）との相対的な位置関係の特定ができず、仮にイオンビームのドリフトが発生した場合に、その状態を特定することが出来ず、誤った箇所を加工してしまう可能性があった。

本発明の目的は、イオンビームのドリフトを早期に視覚的に検出可能な集束イオンビーム装置の実現に関する。

本発明は、集束イオンビーム装置において、試料画像内の加工対象領域に、集束イオンビームが照射されて生成される加工進捗画像とを重ねて表示する。

試料画像を表示すると共に、その中に加工進捗画像を重ね合わせて表示することで、それぞれの相対的な位置関係の特定を容易にし、イオンビームのドリフトを早期に視覚的に検出可能な集束イオンビーム装置、集束イオンビーム加工方法及び動作制御プログラムを実現することができる。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施形態が適用される集束イオンビーム装置の全体構成図である。図１において、カラム１の内部は排気装置１８によって真空排気されている。イオンビーム光学系は、カラム１の内部に設置されており、イオン源２と、引出し電極３と、コンデンサレンズ４と、偏向電極５と、対物レンズ６とを備えている。

イオンビーム光学系の下方には、試料９を移動する移動機構１０が設置され、イオンビーム光学系で集束されたイオンビーム８が移動機構１０に保持された試料９に照射される。このとき、試料９から出る荷電粒子である二次電子は二次電子検出器７にて検出される。

イオンビーム光学系には、イオン源制御部１１、レンズ制御部１２、偏向制御部１３が接続されており、光学系の構成要素の制御を行う。また、試料９の移動機構１０は移動機構制御部１４により駆動制御される。イオン源制御部１１、レンズ制御部１２、偏向制御部１３、移動機構制御部１４、排気装置１８は、制御処理部１７にて制御される。この制御処理部１７は、予め定められたコンピュータ制御プログラムに従って、集束イオンビーム装置の動作を制御して、集束イオンビーム加工方法を実行する。

引出し電極３はイオン源制御部１１によって印加電圧が調整され、コンデンサレンズ４、対物レンズ６はレンズ制御部１２によって印加電圧が調整されて、イオン源２から発生したイオンビーム８は細く絞られる。偏向アンプ２０は偏向電極５を駆動し、イオンビーム８の走査のための偏向信号は偏向制御部１３にて制御される。これにより、試料９にイオンビーム８が照射され、試料９の表面が走査される。

二次電子検出器７から出力される検出信号は、プリアンプ１９にて輝度電圧信号に変換され画像生成部１５に取込まれる。画像生成部１５に取込まれた輝度電圧信号はデジタル信号に変換され記憶部３０に書込まれる。デジタル信号を、偏向電極５を制御する偏向制御部１３からの制御信号に同期して記憶部３０に書込むことで、記憶部３０内に試料９の表面画像が形成される。この時点で取得した画像を加工位置決め画像５２とする。

この試料９の表面画像情報は制御処理部１７を経由して表示装置１６に転送し映像として表示される。また、画像生成部１５から直接、表示装置１６に試料９の表面画像情報を転送し映像として表示することもできる。

図２は、本発明の一実施形態における加工領域設定のための画面表示例を示す図である。図２において、表示装置１６上に表示ウィンドウ５０を表示し、さらに表示ウィンドウ５０内に加工位置決め画像表示エリア５１を表示し、この画像表示エリア５１に加工位置決め画像５２を表示する。

この加工位置決め画像５２上に、制御処理部１７内の加工領域設定手段から、任意の加工領域５３が設定される。この設定された加工領域５３に、イオンビーム８の照射を行うことでスパッタリング現象が発生し、設定した加工領域５３の形状にもとづいて試料９を加工することができる。

また、試料９をイオンビーム８が走査することで二次電子が発生し、発生した二次電子が検出器７にて検出される。二次電子検出器７から出力される検出信号は、プリアンプ１９にて輝度電圧信号に変換され記憶部３０に書込まれ、加工領域５３に該当する試料９の表面画像が形成される。この時点で取得した画像を加工進捗画像５４とする。

図３は、偏向領域と記憶部領域との対応を示す図である。図３の（Ｂ）に示す記憶部３０には、図３の（Ａ）に示す実際の偏向領域６０の各座標数に対応した記憶領域６１を有し、各座標に対応した格納場所を有する。例えば、各座標６２、６３、６４、６５、６６には、それぞれに対応した格納場所６７、６８、６９、７０、７１がある。

座標６２の画像データは格納場所６７、座標６３の画像データは格納場所６８、座標６４の画像データは格納場所６９、座標６５の画像データは格納場所７０、座標６６の画像データは格納場所７１に、それぞれ格納される。このように、記憶部３０は、偏向向領域６０の全ての座標に１対１で対応した格納場所を有する。

前述したように、記憶部３０には偏向制御部１３からの制御信号に同期してデジタル信号に変換された輝度信号が書込まれるため、偏向した座標の画像データが、記憶部３０の記憶領域６１の各格納場所に格納される。つまり、加工中においては、偏向した座標の画像データのみが更新されることになり、加工進捗画像５４がリアルタイムで画面表示されることになる。

図４は、本発明の一実施形態において正常に加工されている例を示す画面表示例を示す図であり、図５は本発明の一実施形態において加工位置にずれが発生した場合の画面表示例を示す図である。取得した加工位置決め画像５２上に設定した加工領域５３に対し、イオンビーム８を照射することで試料９を加工していく。

前述したように、加工進捗画像５４は偏向制御信号に同期してリアルタイムで表示されるため、加工領域５３の最表面の情報が常に表示されることになる。加工位置決め画像５２には、試料９表面上の情報であるパターンあるいは形状５５が表示されている。また、加工進捗画像５４には加工領域５３の最表面上の情報であるパターンあるいは形状５６が表示されている。

図４に示した例では、加工位置決め画像５２のパターンあるいは形状５５と、加工進捗画像５４のパターンあるいは形状５６の位置が互いに一致していることにより、意図した領域が加工されていることが判断できる。

一方、図５に示した例では、加工位置決め画像５２のパターンあるいは形状５５と、加工進捗画像５４のパターンあるいは形状５６の位置が互いにずれていることにより、意図した領域とは別の領域が加工されていることが判断できる。

このように、全体領域の中に、この全体領域に含まれる加工領域を表示することで、加工位置決め画像５２と加工進捗画像５４との相対的な位置関係の特定が容易になり、仮にイオンビームのドリフトが発生した場合でも、その状態と特定が容易になり、誤った箇所の加工を回避することが可能となる。

図６は、本発明の一実施形態における表示補正機能（後述する）の構成図である。図６において、記憶部３０に試料９の画像データ８０を書込む際に、画像識別部８４が、加工位置決め画像５２と加工進捗画像５４とのそれぞれに別の付属ビット８１を付加する。これらの画像データ８０を表示装置１６に転送する際に、付加されている付属ビット８１が判断され、加工位置決め画像５２の付属ビット８１であれば、加工位置決め画像用補正部８２を通り、加工進捗画像５４の付属ビット８１であれば、加工進捗画像用補正部８３を通って表示装置１６に転送される。これにより、加工位置決め画像５２と加工進捗画像５４に同じ補正、または別々の補正を適用させることができる。

図７は、本発明の一実施形態における表示補正機能の動作フローチャートである。図７において、記憶部３０に取込もうとしている画像データ８０が加工位置決め画像５２である場合（ステップＳ１）、画像識別部８４は画像データ８０に「０」という付属ビット８１を付加する（ステップＳ２）。また、ステップＳ１において、記憶部３０に取込もうとしている画像データ８０が加工進捗画像５４である場合、画像識別部８４は画像データ８０に「１」という付属ビット８１を付加する（ステップＳ３）。

加工位置決め画像及び加工進捗画像のそれぞれの画像データ８０は、付加された付属ビット８１と共に記憶部３０に書込まれる（ステップＳ４）。表示装置１６に転送するため、記憶部３０から画像データ８０を読み出し（ステップＳ５）、読み出した画像データ８０に付加されている付属ビット８１を判断する（ステップＳ６）。そして、それぞれの付属ビット８１に適応した補正部を通過させ、補正を適用させる。

付属ビット８１の値が「０」であれば、加工位置決め画像５２と判断し、加工位置決め画像用補正部８２を通過させ、加工位置決め画像用補正部８２に設定されている補正値を適用させる（ステップＳ７）。

一方、付属ビット８１の値が「１」であれば、加工進捗画像５４と判断し、工進捗画像用補正部８３を通過させ、加工進捗画像用補正部８２に設定されている補正値を適用させる（ステップＳ８）。

加工位置決め画像５２、加工進捗画像５４共に、補正処理された画像が表示装置１６に転送され（ステップＳ９）、表示される。

図８は、図６に示した補正部８２、８３における補正値の設定例を示す図であり、図９は補正前後の表示例を示す図である（図９の（Ａ）が補正前、図９の（Ｂ）が補正後）。

図８、図９において、加工位置決め画像用補正部８２には画面表示輝度を少し暗くする補正値９０を設定しておく。また、加工進捗画像用補正部８３には疑似カラーで赤色表示する補正値９１を設定しておく。

これにより、加工位置決め画像９２は加工位置決め画像用補正部８２の補正値９０が適用され、通常の輝度よりも少し暗い補正後の加工位置決め画像９４となり表示装置１６の表示ウィンドウ５０内の画像表示エリア５１に表示される。また、加工進捗画像９３は加工進捗画像用補正部８３の補正値９１が適用され、疑似カラーの赤色となった補正後の加工進捗画像９５となり表示装置１６の表示ウィンドウ５０内の画像表示エリア５１の加工領域５３に表示される。

これにより、補正後の加工位置決め画像９４に比較して、補正後の加工進捗画像９５は目立つようになり、加工領域の認識性が向上される。

図１０は、図６に示した補正部８２、８３における補正値の他の設定例を示す図であり、図１１は補正前後の表示例を示す図である（図１１の（Ａ）が補正前、図１１の（Ｂ）が補正後）。

図１０、図１１において、加工位置決め画像用補正部８２には加工位置決め画像用のガンマ補正値である補正値１００を設定しておく。また、加工進捗画像用補正部８３には加工進捗画像用のガンマ補正値である補正値１０１を設定しておく。

これにより、加工位置決め画像１０２は加工位置決め画像用補正部８２の補正値１００が適用され、ガンマ補正された補正後の加工位置決め画像１０４となり表示装置１６の表示ウィンドウ５０内の画像表示エリア５１に表示される。また、加工進捗画像１０３は加工進捗画像用補正部８３の補正値１０１が適用され、ガンマ補正された補正後の加工進捗画像１０５となり、表示装置１６の表示ウィンドウ５０内の画像表示エリア５１の加工領域５３に表示される。

補正前の加工位置決め画像１０２は記憶部３０から読み出された画像データであり、補正前の加工進捗画像１０３は偏向制御部１３からの制御信号に同期して、リアルタイムで更新される画像データであるため、表示の見え方に違いが生じる。

そこで、補正前の加工位置決め画像１０２と補正前の加工進捗画像１０４のそれぞれに別々のガンマ補正値である補正値１００、補正値１０１を適用することで、それぞれの画像の見え方が最適化され、表示の見え方の違いを緩和するという効果が得られる。

図１２は、本発明の一実施形態において、加工領域を拡大したものと拡大していないものとの２画面表示する場合の例を示す図である。表示ウィンドウ５０の画像表示エリア５１に表示されている加工位置決め画像５２と加工進捗画像５４（図１２の（Ａ））を、別の表示ウィンドウ１１２の画像表示エリア１１３に表示する（図１２の（Ｂ））。

ここでは、表示ウィンドウ１１２の画像表示エリア１１３に、加工位置決め画像５２の拡大画像１１４、加工領域５３の拡大領域１１５、加工進捗画像５４の拡大画像１１６を表示している。

これにより、表示ウィンドウ５０には、加工位置決め画像５２と加工進捗画像５４の重ね合わせた画像を表示することで、加工位置決め画像５２と加工進捗画像５４の相対的な位置関係の把握や、ビームドリフトの影響を観察しつつ、表示ウィンドウ１１２にて加工進捗画像５２の拡大画像１１６を表示することで、加工経過の詳細を観察できる。

本発明が適用される集束イオンビーム装置の全体構成図である。 本発明の一実施形態における加工領域設定のための画面表示例を示す図である。 偏向領域と記憶部領域との対応を示す図である。 本発明の一実施形態において正常に加工されている例を示す画面表示例を示す図である。 本発明の一実施形態において加工位置にずれが発生した場合の画面表示例を示す図である。 本発明の一実施形態における表示補正機能の構成図である。 本発明の一実施形態における表示補正機能の動作フローチャートである。 図６に示した補正部における補正値の設定例を示す図である。 補正前後の表示例を示す図である。 図６に示した補正部における補正値の他の設定例を示す図である。 補正前後の表示例を示す図である。 加工領域を拡大したものと拡大していないものとの２画面表示する場合の例を示す図である。

符号の説明

１ カラム
２ イオン源
３ 引出し電極
４ コンデンサレンズ
５ 偏向電極
６ 対物レンズ
７ 検出器
８ イオンビーム
９ 試料
１０ 移動機構
１１ イオン源制御部
１２ レンズ制御部
１３ 偏向制御部
１４ 移動機構制御部
１５ 画像生成部
１６ 表示装置
１７ 制御処理部
１８ 排気装置
１９ プリアンプ
３０ 記憶部
５０ 表示ウィンドウ
５１ 画像表示エリア
５２ 加工位置決め画像
５３ 加工領域
５４ 加工進捗画像
５５、５６ パターンあるいは形状

Claims (14)

1. 集束イオンビームを試料に照射して、試料を加工する集束イオンビーム装置において、
   イオンビームを集束させて試料に照射する手段と、
   試料画像内の加工対象領域に、上記集束イオンビームが照射されて生成される加工進捗画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集束イオンビーム装置。
2. 請求項１記載の集束イオンビーム装置において、上記集束イオンビームを上記試料面に走査する手段と、上記イオンビームの照射により試料から放出される荷電粒子信号を検出する手段と、上記検出器からの信号により試料画像を生成する手段と、を備え、上記表示手段は、上記試料像生成手段により生成された試料画像を表示することを特徴とする集束イオンビーム装置。
3. 請求項２記載の集束イオンビーム装置において、上記試料画像を記憶する手段を備えることを特徴とする集束イオンビーム装置。
4. 請求項２記載の集束イオンビーム装置において、上記表示手段は、上記集束イオンビームの走査に同期して、上記加工進捗画像を更新して表示することを特徴とする集束イオンビーム装置。
5. 請求項４記載の集束イオンビーム装置において、上記表示手段は、試料画像と加工進捗画像との表示色を互いに変える補正手段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４記載の集束イオンビーム装置において、上記表示手段は、試料画像と加工進捗画像に対して互いに異なるガンマ補正値を付加するガンマ補正手段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４記載の集束イオンビーム装置において、上記表示手段は、上記試料画像内に、加工対象領域を重ねて表示する画像と、上記試料画像内に、加工対象領域を拡大し、この拡大した加工対象領域を重ねて表示する画像とを表示することを特徴とする集束イオンビーム装置。
8. 集束イオンビームを試料に照射して、試料を加工する集束イオンビーム加工方法において、
   イオンビームを集束させて試料に照射し、
   上記集束イオンビームを上記試料面に走査し、
   上記イオンビームの照射により試料から放出される荷電粒子信号を検出して試料画像を生成し、
   上記生成された試料画像と、この試料画像内の加工対象領域に、上記集束イオンビームが照射されて生成される加工進捗画像とを重ねて表示することを特徴とする集束イオンビーム加工方法。
9. 請求項８記載の集束イオンビーム加工方法において、上記集束イオンビームの走査に同期して、上記加工進捗画像を更新して表示することを特徴とする集束イオンビーム加工方法。
10. 請求項９記載の集束イオンビーム加工方法において、試料画像と加工進捗画像との表示色を互いに変えることを特徴とする集束イオンビーム加工方法。
11. 請求項９記載の集束イオンビーム加工方法において、試料画像と加工進捗画像に対して互いに異なるガンマ補正値を付加することを特徴とする集束イオンビーム加工方法。
12. 請求項９記載の集束イオンビーム装置において、上記試料画像内に、加工対象領域を重ねて表示する画像と、上記試料画像内に、加工対象領域を拡大し、この拡大した加工対象領域を重ねて表示する画像とを表示することを特徴とする集束イオンビーム加工方法。
13. 集束イオンビームを試料に照射して、試料を加工する集束イオンビーム装置における動作制御プログラムにおいて、
    集束イオンビームの照射により試料から放出される荷電粒子信号を検出して試料画像を生成し、
    上記生成された試料画像と、この試料画像内の加工対象領域に、上記集束イオンビームが照射されて生成される加工進捗画像とを重ねて表示することを特徴とする集束イオンビーム装置における動作制御プログラム。
14. 請求項１３記載の集束イオンビーム装置における動作制御プログラムにおいて、上記集束イオンビームの走査に同期して、上記加工進捗画像を更新して表示することを特徴とする集束イオンビーム装置における動作制御プログラム。

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