JP2008251557A

JP2008251557A - イオンビーム加工装置

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Publication number: JP2008251557A
Application number: JP2008188040A
Authority: JP
Inventors: Hiroyuki Muto; 博幸武藤; Toru Ishitani; 亨石谷; Takeshi Onishi; 毅大西; Kaoru Umemura; 馨梅村
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2008-07-22
Filing date: 2008-07-22
Publication date: 2008-10-16
Anticipated expiration: 2019-09-13
Also published as: JP5067296B2

Abstract

【課題】
イオンビーム加工装置において、ビーム走査範囲内にある単数あるいは複数の特定箇所を所望の高さに移動調整する際、高さ情報をオペレータに伝え、高さ調整の作業効率を上げることが課題である。
【解決手段】
ビーム走査範囲内にある単数あるいは複数の特定箇所にイオンビーム照射手段のレンズ強度を調整して焦点を合せるレンズ電源と、それらレンズ強度から前記特定箇所の焦点高さを計算し、前記特定箇所の焦点高さ，前記特定箇所の相対高さ，前記焦点高さあるいは前記相対高さが許容値を含めた設定値内にあるか否かの判断結果の情報の内、少なくとも一つ以上の情報を表示する表示手段を備える。
【選択図】図１

Description

本発明はイオンビーム加工装置に関し、特に、集束イオンビーム（略してＦＩＢ）を用いるイオンビーム加工装置で、試料から微細な部分を分離する機能を備えたイオンビーム加工装置およびその加工方法に関する。

イオンビーム照射手段のレンズ強度とビーム集束位置の関係を用いた高さ設定の従来技術としては特開平８−３１５７６４号に開示されている。その従来技術を図９を用いて説明する。本開示例では、高さ設定する対象物はノズル１０３であり、対象の高さは試料１０１の表面からノズル１０３の先端部１０３ａまでの距離である。予め、集束レンズのレンズ電圧とレンズからビームの集束点までの距離との関係を求めておく。イオンビーム１００ａをビーム集束レンズのレンズ強度を調整して試料１０１の加工対象位置に集束し走査する。この時、ビーム照射部から放出される二次粒子を検出して、その信号を走査画像表示手段の輝度信号に用いる事により走査イオン像（略してＳＩＭ像）が得られる。ここでの二次粒子は、主に二次電子や二次イオンである。ビームは、試料表面高さ位置にちょうど集束されているため、試料表面が高分解能で観察される。一方、この時ノズル１０３は走査ビームが照射してもビームが集束していないために、分解能が悪いぼけた像となる。この高さ設定方の設定精度は、ビームの焦点深度で決まる。次に、先に求めた関係より所望の位置（例えば、試料表面から３００μｍ手前の高さ位置）にビームの集束点が来るようにレンズ強度を調整する。このビーム集束状態１０１で走査イオン像をモニター観察し、ノズル先端１０３ａに焦点が合うようにノズル１０３を上下に移動調整して設定する。しかし、この従来方法では所望の高さが固定値であり、一度設定すれば再設定の必要がなかったためオペレータは前もって求めたその高さからレンズ強度への換算値を用いるに留まっていた。

また、試料基板から微細な部分を分離する機能を備えたイオンビーム加工装置の従来技術としては特許公報２７７４８８４号に開示されている。その従来技術を図１０を用いて説明する。ＦＩＢ２０１による三次元微細加工技術とマイクロマニュピュレーション技術により微細な試料片（分離試料）２０９を試料基板２０２から切り出して分離する。試料基板２０２に角穴２０３を作成し、試料基板２０２を傾斜して底穴２０４を作成する。試料基板２０２を元に戻し、切り欠き溝２０５を作成してプローブ２３１を導入し、プローブ先端を試料表面に接触する。この分析対象部を含む試料の一部を分離する工程中に、外部から別個に導入したプローブ２３１と分離試料２０９をノズル２０６から導入するガス２０７にＦＩＢ２０１を照射して形成する堆積膜２０８によって機械的に接続する。接続後、ＦＩＢ２０１により分離した試料２０９はプローブ２３１で支持され、搬送される。
特開平８−３１５７６４号特許公報２７７４８８４号

試料基板から微細な部分を分離する機能を備えた従来のＦＩＢ加工装置（既述の特許公報２７７４８８４）は、プローブ２３１を試料基板２０２に接触させるには高さ方向（Ｚ方向）に数１００μｍ程度移動せねばならない。しかも、加工領域毎に移動距離は変化する。しかし、プローブ２３１と試料基板２０２の接触を検出する機能のみしか持っておらず、試料表面の高さとプローブと試料表面間の高さを計測し、オペレータにその情報を伝える機能はなかった。従って、プローブを試料表面近傍まで移動する際、プローブをどれだけ高さ方向に移動させれば良いかが分からず、もっぱらプローブと試料の衝突回避はオペレータの経験より得られた感に頼っていた。このため、プローブの移動速度が極端に遅くなり、作業効率を悪化させていた。この作業効率を改善するには、その作業のモニターに用いているＳＩＭ像の表示手段に試料基板やプローブ自体の高さ情報をも表示する事が課題である。

本発明は、ＦＩＢ走査範囲内にある単数あるいは複数の特定箇所を所望の高さに調整する必要があるイオンビーム加工装置に対して、前記イオンビーム加工装置がオペレータに前記特定箇所の高さ、又は前記特定箇所間の相対高さの少なくとも一つ以上の情報を伝え、オペレータの高さ調整作業を高効率かつ高信頼性下で行えるイオンビーム加工装置とその加工方法を提供するものである。

本発明のイオンビーム加工装置は、上記課題を解決するためにＦＩＢ走査範囲内にある単数あるいは複数の特定箇所にイオンビーム照射手段のレンズ強度を調整して焦点を合わせるレンズ電源と、それらレンズ強度から前記特定箇所の焦点位置（高さ）を計算し、前記特定箇所の焦点位置（高さ）、前記特定箇所の相対位置（相対高さ）、前記焦点位置（高さ）あるいは前記相対位置（相対高さ）が許容値を含めた設定値内にあるか否かの判断結果の情報のうち少なくとも一つ以上の情報を表示する表示手段を備えている。

本発明によって、ビーム走査範囲内にある単数あるいは複数の特定箇所を所望の高さに調整移動する際に、レンズ強度から高さを換算するオペレータの作業は不要で、オペレータは前記特定箇所の高さ情報を表示手段により直接確認できる。また、特に試料高さや所望の高さが加工対象毎に、あるいは時間毎に変化する場合および同一試料でも所望の高さが２つ以上ある場合においても、オペレータは高スループットかつ信頼性の高い高さ調整移動ができる。

特に試料基板から微細な部分を分離する機能、被接続体を移動して前記試料基板に接続する機能を備えたＦＩＢ加工装置においては、オペレータはＦＩＢ走査範囲内にある所望箇所の高さ情報を表示する表示手段により試料、移動手段および被接続体の相対高さ情報が直接確認でき、移動量を確認しながらの移動物体の調整移動が可能になる。その結果、上記の分離作業や接続作業、移動作業が高スループットで、かつ高信頼性下で行う事ができる。

以下に、本発明の実施例を図１〜図４を参照して説明する。図１は、本実施例で用いられるＦＩＢ装置の基本構成を示す。イオンビーム照射手段８はイオンビーム４の制御を行う。イオン源１から放出したイオンはコンデンサレンズ２と対物レンズ３により集束されイオンビーム４となり、このイオンビーム４は偏向器５により走査される。イオンビーム４は集束イオンビーム（ＦＩＢ）であり、そのビーム径は数ｎｍから数μｍである。このビーム径範囲のＦＩＢは、焦点深度を用いた高さ計測方法に非常に適している。このイオンビーム照射手段８によりイオンビーム４は平面移動（Ｘ，Ｙ軸）と傾斜（Ｔ軸）が可能なステージ６に配置された試料７上および平面および高さ方向（Ｘ，Ｙ，Ｚ軸）への移動が可能な移動手段９に装着されたプローブ１０に集束、走査される。イオンビーム４の走査により発生した二次粒子は二次粒子検出手段１１で検出し、その出力信号によりビーム走査像は表示手段１２に表示される。ここでの二次粒子は、負電荷を持つ二次電子もしくは正電荷を持つ二次イオンである。試料７とプローブ１０は高さが異なり、それぞれ焦点はレンズ電源１３により対物レンズ３のレンズ強度を調整することで焦点合わせを行う。この焦点合わせは、オペレータか或いは装置の持つ自動焦点合わせ手段により行う。レンズ電源１３などの制御は計算機１４を介して行う。初期状態として、プローブ１０は試料７と接触しない高さ、つまり試料より数１００μｍ上方に設定されている。対物レンズ３のレンズ電圧Ｖｏと対物レンズ３からビーム集束点までの距離Ｚとの関係式（Ｖｏ＝ｆ（Ｚ），Ｚ＝ｇ（Ｖｏ））は前もって計算により求めておく。また、この関係式は実験的にも良く合うことを確認しておく。

また、ＳＩＭ像から目視によるジャストフォーカスの試料高さ位置を探す方法による位置精度は±３０μｍである。従って、プローブ１０を試料上数１０μｍの高さ位置まで移動させる粗移動に関しては、この焦点深度を用いた高さ計測手段が有効である。

計算機１４には、対物レンズ３のレンズ電圧Ｖｏと対物レンズ３からビーム集束点までの距離Ｚｆとの関係式（Ｖｏ＝ｆ（Ｚｆ），Ｚｆ＝ｇ（Ｖｏ））を予め登録しておき、レンズ電圧Ｖｏから高さＺ（Ｚ＝ｈ−Ｚｆ：ｈは対物レンズ３からステージ６の表面まで
の距離）を計算し表示手段１２に表示する。図３はその表示の一実施例である。表示ウインドウ１５の例を（ａ）〜（ｆ）に示す。この図を参照して操作手順と表示の一実施例を説明する。

（１）初めに、試料７にイオンビーム４の焦点を合わせ、ＳＥＴボタン１６をクリックする。

（２）この時の対物レンズ３のレンズ電圧Ｖｏ１を読み取り、自動的に試料７の高さＺ１を計算し、Ｚ軸スケール１９に対して高さ表示バー１７の１番１７ａがＺ１に相当する位置に表示され、同時に高さ表示欄１８の１番１８ａに高さＺ１の計算値が表示される。

（３）次に、プローブ１０の先端部にイオンビーム４の焦点を合わせ、同様にＳＥＴボタン１６をクリックする。

（４）この時の対物レンズ３のレンズ電圧Ｖｏ２を読み取り、自動的にプローブ１０の先端部の高さＺ２を計算し、Ｚ軸スケール１９に対して高さ表示バー１７の２番１７ｂがＺ２に相当する位置に表示され、同時に高さ表示欄１８の２番１８ｂに高さＺ２の計算値が表示される。箇所１と箇所２の相対高さが相対高さ表示欄２０に表示される。

測定領域が２箇所の場合には以上で設定は終了する。設定領域が３箇所以上ある場合には（３）から（４）の操作を繰り返す。図３には便宜的に３箇所までの場合が（ｄ）〜（ｆ）に示してある。高さの表示は、（ａ）（ｃ）（ｄ）（ｆ）の例の様に各測定領域の高さを表示する方法や（ｂ）（ｅ）の例の様に最も低い高さの箇所を基準（Ｚ＝０）として各箇所の相対高さを示す方法がある。この基準はオペレータが設定できるし、また設定箇所が３箇所以上ある場合には複数の基準を設定することもできる。この場合、基準とした箇所より低い箇所は無効として無視するように制御する。また、（ｃ）（ｆ）の例の様に焦点深度を用いた高さ計測精度の限界を超えた危険範囲２１を示すこともできる。

プローブ１０の高さ方向（Ｚ方向）への動作に連動して表示バー１７も上下動し、相対高さ表示欄２０の高さ情報も変化する。焦点深度を用いた高さ計測精度は、コンピュータに予め登録しておく。プローブ１０の移動中、その相対高さが焦点深度を用いた高さ計測精度に達した時点で相対高さ表示欄２０に「VeryClose」等の表示を行い、注意をオペレータに知らせる、或いはその達したことを知らせる情報およびその越えているか否かの状態情報を色，形，大きさをを変えて表示したり、計算機から音を出す等してオペレータに知らすことも可能である。このオペレータに注意を喚起する相対高さの閾値はオペレータ自ら前もって設定することもできる。また、プローブ１０が焦点深度を用いた高さ計測精度に達する、又はオペレータが前もって設定した設定閾値に達するとプローブ１０の移動が停止するように制御することも可能である。

図２は、プローブ１０を試料表面まで降ろして接触し、試料７から分離試料２２を切り取り、プローブ１０に分離試料２２を接着し、接着された分離試料毎プローブを引き上げ被接続体２３の上まで移動し、分離試料の付いたプローブを被接続体表面近傍まで降ろし、分離試料２２と被接続体２３を接着するイオンビーム加工装置の一実施例である。この実施例の場合、高さ計測箇所は３箇所であり、更にプローブ１０を試料表面まで降ろして接触する動作と、分離試料の付いたプローブを被接続体表面近傍まで降ろして分離試料２２と被接続体２３を接着する動作で基準となる箇所が異なる。この場合の表示手段１２への各箇所の高さ表示の一実施例を図４に示す。図３に示した実施例に基準箇所登録機能であるStandardボタン２４が追加してある。前述したのと同様に、図４を参照して操作手順を説明する。

（３）この高さを第一の基準とする場合は、Standardボタン２４をクリックする。

（４）次に、被接続体２３にイオンビーム４の焦点を合わせ、ＳＥＴボタン１６をクリックする。

（５）この時の対物レンズ３のレンズ電圧Ｖｏ２を読み取り、自動的に被接続体２３の高さＺ２を計算し、Ｚ軸スケール１９に対して高さ表示バー１７の２番１７ｂがＺ２に相当する位置に表示され、同時に高さ表示欄１８の２番１８ｂに高さＺ２の計算値が表示される。

（６）この高さを第二の基準とする場合は、Standardボタン２４をクリックする。

（７）次に、プローブ１０の先端部にイオンビーム４の焦点を合わせ、同様にＳＥＴボタン１６をクリックする。

（８）この時の対物レンズ３のレンズ電圧Ｖｏ３を読み取り、自動的にプローブ１０の先端部の高さＺ３を計算し、Ｚ軸スケール１９に対して高さ表示バー１７の３番１７ｃがＺ３に相当する位置に表示され、同時に高さ表示欄１８の３番１８ｃに高さＺ３の計算値が表示される。

（９）基準箇所として登録した１番の高さ表示欄１８ａをクリックすると、図４（ａ）の実施例の様に基準箇所１と箇所３に対する関係が表示される。相対高さ表示欄２０には、箇所１と箇所３の相対高さが表示される。

（１０）基準箇所として登録した２番の高さ表示欄１８ｂをクリックすると、図４（ｂ）の実施例の様に基準箇所２と箇所３に対する関係が表示される。相対高さ表示欄２０には、箇所２と箇所３の相対高さが表示される。

動作やその他の表示例は既述のものと同様である。

次に、前記イオンビーム加工装置において、試料７の複数箇所に対してそれぞれ試料７から分離試料２２を切り取り、プローブ１０を用いてそれぞれの分離試料２２を前述の方法で単一あるいは複数の被接続体２３に接着するイオンビーム加工装置の一実施例を示す。前述したのと同様に、図５と図６を参照して操作手順を説明する。

図５は、試料７の３箇所から分離試料２５ａ，２５ｂ，２５ｃを切り取り、それぞれ３個の被接続体２３ａ，２３ｂ，２３ｃに接着する実施例である。各箇所の高さは加工前に全て登録しておく。図６は、表示手段１２に表示する一実施例である。基本構成は図４に示した実施例と同様で、３個の加工箇所に対応して３組の高さ表示が可能となっている。この数は加工数に応じて増減する。前述したのと同様に、図６を参照して操作手順を説明する。

（１）初めに、試料７の加工箇所２５ａにイオンビーム４の焦点を合わせ、ＺａのＳＥＴボタン１６ａをクリックする。

（２）この時の対物レンズ３のレンズ電圧Ｖｏ１ａを読み取り、自動的に試料７の加工箇所２５ａの高さＺ１ａを計算し、Ｚ軸スケール１９ａに対して高さ表示バー１７の１番１７ａａがＺ１ａに相当する位置に表示され、同時に高さ表示欄１８の１番１８ａに高さＺ１ａの計算値が表示される。

（３）この高さを第一の基準とする場合は、Standardボタン２４ａをクリックする。

（４）次に、被接続体２３ａにイオンビーム４の焦点を合わせ、ＳＥＴボタン１６ａをクリックする。

（５）この時の対物レンズ３のレンズ電圧Ｖｏ２ａを読み取り、自動的に被接続体２３ａの高さＺ２ａを計算し、Ｚ軸スケール１９ａに対して高さ表示バー１７の２番１７ａｂがＺ２ａに相当する位置に表示され、同時に高さ表示欄１８の２番１８ａｂに高さＺ２ａの計算値が表示される。

（６）この高さを第二の基準とする場合は、Standardボタン２４ａをクリックする。

（７）次に、プローブ１０の先端部にイオンビーム４の焦点を合せ、同様にＳＥＴボタン１６ａをクリックする。

（８）この時の対物レンズ３のレンズ電圧Ｖｏ３ａを読み取り、自動的にプローブ１０の先端部の高さＺ３ａを計算し、Ｚ軸スケール１９に対して高さ表示バー１７の３番１７ａｃがＺ３ａに相当する位置に表示され、同時に高さ表示欄１８の３番１８ａｃに高さＺ３ａの計算値が表示される。

（９）基準箇所として登録した１番の高さ表示欄１８ａａをクリックすると、図６（ａ）の実施例の様に基準箇所１（加工箇所２５ａに相当）と箇所３（プローブ１０の先端部に相当）に対する関係が表示される。相対高さ表示欄２０ａには、箇所１（加工箇所２５ａ）と箇所３（プローブ１０の先端部）の相対高さが表示される。

（１０）基準箇所として登録した２番の高さ表示欄１８ａｂをクリックすると、図６（ｂ）の実施例の様に基準箇所２（被接続体２３ａに相当）と箇所３（プローブ１０の先端部に相当）に対する関係が表示される。相対高さ表示欄２０には、箇所２（被接続体２３ａ）と箇所３（プローブ１０の先端部）の相対高さが表示される。

（１１）次に、手順（１）から（８）を加工箇所２５ｂ、被接続体２３ｂ、プローブ１０に対して行い、各々の高さをＺｂに登録する。表示の切換手順は（９）（１０）と同様である。

（１２）次に、手順（１）から（８）を加工箇所２５ｃ，被接続体２３ｃ，プローブ１０に対して行い、各々の高さをＺｃに登録する。表示の切換手順は（９）（１０）と同様である。

動作やその他の表示例は既述のものと同様である。

次に、プローブ１０を試料７に自動で粗移動させ、その後、微移動に切り替えて接触させるまでの一実施例を説明する。

（１）ＳＩＭ像を用いて予めプローブ１０の先端部の位置座標（Ｘ，Ｙ）と焦点合わせの対象としている領域の大きさを計算機１４にオペレータが登録させる。また、試料７においても高さの比較対象としている位置座標（Ｘ，Ｙ）と焦点合わせの対象としている領域の大きさを計算機１４に登録させる。

（２）上記（１）で登録した試料の特定領域の高さＺｓを自動焦点合わせ手段（走査電子顕微鏡などで用いられている通常の手段）により行い、その時のレンズ電圧Ｖｏと対物レンズ３からビーム集束点までの距離Ｚとの関係式Ｚ＝ｇ（Ｖｏ）を用いてＺｓを測定し、表示手段に表示させる。

（３）上記（１）で登録したプローブ１０の先端部の高さＺｐも上記と同様に測定し、表示手段に表示させる。

（４）ＺｐとＺｓの高さ差の大きさからプローブ１０の粗移動のスピードと粗移動を停止するためのＺｐのしきい値をオペレータが決める。

（５）Ｚｐのしきい値は、計算機１４を介して表示手段に表示する。

（６）決められたプローブの粗移動スピード情報は計算機１４を介して移動手段９に伝え、移動スタートの指示によりそのスピードでの移動を開始する。

（７）プローブ１０の先端部の高さＺｐは自動焦点合わせ手段を用いて約１秒間隔でくり返し測定し、表示手段上のＺｐ値を常に更新させる。

（８）Ｚｐが（５）のしきい値を越えた時点で、プローブの粗移動を停止するとともに、その越えたことをこれまで表示していた表示手段上の高さ情報を色，形，大きさなどを変えて目立たせ、さらには計算機からの発音でオペレータに知らせる。

（９）プローブ１０の移動を速度のより遅い微移動（速度は前もって実験的に求め計算機１４に登録しておく）に切り替える。プローブ１０の試料７への接触判定は前記特許公報２７７４８８４号に開示されている下記の方法にて行い、接触した時点でプローブ１０の微移動を停止する。導電性のプローブ１０を高抵抗を介して電圧源（電圧をＶｓとする）に接続する。プローブ１０の電位は、プローブ１０が試料７と接触していない時はほぼＶｓとなり、接触した時は試料７の電位（接地電位）となる。この電位変化は、ＳＩＭ像の電圧コントラストの変化として現れるので判定は容易である。このＳＩＭ像の電圧コントラストの変化をオペレータの目視により検出しプローブ１０の試料への接触判定を下す。

次に、前述のイオンビーム加工装置を用いて透過型電子顕微鏡（略してＴＥＭ）の観察用試料（略してＴＥＭ試料）を自動で作製する一実施例を示す。

（１）試料７で所望の加工位置に図７（ａ）に示すクロスマーク２６をイオンビーム（ここではＦＩＢ）４を走査して作製する。

（２）機械的に決まっているプローブ１０の先端部の基準位置座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）とＦＩＢ４を走査する領域の大きさを計算機１４に登録する。また、ステージ６の所望の加工位置座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）とＦＩＢ４を走査する領域の大きさおよび被接続体２３の位置座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）とＦＩＢ４を走査する領域の大きさも計算機１４に登録する。

所望の加工位置が複数ある場合には複数個分（１）（２）の登録手順を繰り返す。

以後の作業は、計算機１４が自動で行う。

（３）プローブ１０の登録情報から、ＦＩＢ４の走査位置を計算機１４が計算してイオンビーム照射手段８を制御する。また計算機１４は、登録したプローブ１０のＺ座標と、前述の関係式（Ｖｏ＝ｆ（Ｚ））からプローブ１０の先端部の焦点レンズ電圧Ｖｏ１を計算する。この電圧は、ＦＩＢ４がプローブ１０の先端部に焦点が合うレンズ電圧に極めて近い値であるが、正確に焦点を結ぶ電圧ではない。

（４）対物レンズ３のレンズ電圧をＶｏ１に設定し、Ｖｏ１を中心にΔＶｏ間隔でレンズ電圧をＶ＝Ｖｏ１±ΔＶｏ×ｎ（ｎは整数）だけ変化させ、各々のレンズ電圧でＳＩＭ像を取得する。ΔＶｏは使用するＦＩＢ４のビーム径により最適値が異なるため、予め各ビーム径毎に実験的に最適値を求め、計算機１４に登録しておく。計算機１４は、走査するＦＩＢのビーム径に合せて最適なΔＶｏを選択し適用する。

（５）取得した各々のＳＩＭ像に対して、ＳＩＭ像の輝度データを微分し、さらに微分したデータをＳＩＭ像１枚分積分する。これら各々の値に対してレンズ電圧に関する関係を求め、最小二乗法により極大値を取るレンズ電圧を求める。このレンズ電圧がプローブ１０の先端部にＦＩＢ４の焦点が合うレンズ電圧Ｖｏ１ｍａｘとなる。

（６）このレンズ電圧Ｖｏ１ｍａｘから前述の関係式（Ｚ＝ｇ（Ｖｏ））によってプローブ１０の先端部の高さを求め、プローブ１０の高さ情報として登録される。

（７）次に、計算機１４はプローブ１０の代わりに順次試料７および被接続体２３に対して（３）から（６）の処理を行い、試料７の所望の加工位置と被接続体２３の高さ情報を計算して登録する。所望の加工領域が複数ある場合には、複数個分の登録手順を繰り返す。

（８）先に登録した試料７の所望の加工位置の高さ情報からＦＩＢ４の焦点を所望の加工位置に合わせ、前記クロスマーク２６の位置を画像認識方法により検出し、正確な加工位置を算出する。

（９）図７（ｂ）に示すように、所望のＴＥＭ観察位置を保護するためにノズル２７からガス２８を導入し、ＴＥＭ観察位置にＦＩＢ４を照射して金属堆積膜２９を形成する。

（１０）図７（ｃ）に示すように、金属保護膜の周りにＦＩＢで溝３０と傾斜溝３１を作製し、分離試料２２を作製する。ここではまだ完全に試料７と分離試料２２は分離していない。

（１１）登録してあるプローブ１０の先端部の位置座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）情報と試料７の対象領域の位置座標情報からプローブ１０の移動距離を求め、プローブ１０は粗移動を開始する。Ｚ方向へは予め計算機１４に登録してある前述の閾値に達するまでプローブ１０は移動する。前述の閾値に達すると、プローブ１０は停止する。

（１２）プローブ１０の移動を速度のより遅い微移動（速度は予め実験的に求め計算機１４に登録しておく）に切り替え、再度プローブ１０は移動を開始し、試料７と接触した時点で移動を停止する。接触判定は前述のプローブ１０の電位変化を検出して行う。

（１３）図７（ｄ）に示すように、プローブ１０と分離試料２２をノズル２７から導入するガス２８にＦＩＢ４を照射して形成する金属堆積膜２９によって機械的に接続する。

（１４）図７（ｅ）に示すように、試料７と分離試料２２を完全に分離し、プローブ１０と分離試料２２を試料７から引き上げ、基準位置座標へ移動する。

（１５）図７（ｆ）に示すように、登録した被接続体２３の位置座標情報よりプローブ１０と分離試料２２を被接続体２３の上部へ水平移動する。

（１７）登録してあるプローブ１０の基準位置座標と被接続体２３の位置座標情報からプローブ１０の移動距離を求め、プローブ１０は粗移動を開始する。Ｚ方向へは予め計算機１４に登録してある前述の閾値に達するまでプローブ１０は移動する。前述の閾値に達すると、プローブ１０は停止する。

（１８）プローブ１０の移動を速度のより遅い微移動（速度は予め実験的に求め計算機１４に登録しておく）に切り替え、再度プローブ１０は移動を開始し、被接続体２３と分離試料２２が接触した時点で移動を停止する。接触判定は前述のプローブ１０の電位変化を検出して行う。

（１９）登録した被接続体２３の位置座標情報から被接続体２３にＦＩＢ４の焦点を合わせる。図７（ｇ）（ｈ）に示すように、分離試料２２と被接続体２３をノズル２７から導入するガス２８にＦＩＢ４を照射して形成する金属堆積膜２９によって機械的に接続し、その後ＦＩＢ４をプローブ１０と分離試料２２とを接続した部分に照射して、プローブ１０と分離試料２２を分離する。

所望の分離試料２２が複数ある場合には、複数個分（８）から（１９）の作業を繰り返す。

（２０）登録した被接続体２３の位置座標情報を用いて（３）から（５）の手順を実行する事により、被接続体２３に接続された分離試料２２の表面にＦＩＢ４の焦点を合わせる。

（２１）図８（ａ）に示すように、ＦＩＢ４を走査し、分離試料２２に作製したクロスマーク２６の位置を画像認識方法により検出する。

（２２）予め加工位置はクロスマーク２６の位置を基準として登録されている。前記過程（２１）で検出したクロスマーク２６の位置に対して、予め登録されている加工領域３３，３４を設定し、ＦＩＢ４を走査して図８（ｂ）（ｃ）に示すような形状に加工する。薄片部分３２がＴＥＭ観察する部分である。図８（ｂ）は薄片化した分離試料２２を上面から見た図、図８（ｃ）は薄片化した分離試料２２の鳥瞰図である。加工領域３３，３４の加工には、ＦＩＢではなく成形イオンビームを用いて加工する事も可能である。

所望の分離試料２２が複数ある場合には、複数個分（２０）から（２２）の作業を繰り返す。

（２４）全ての作業が終了した時点で、その作業が終了したことをこれまで高さ情報等の作業状況を表示していた表示手段１２上の表示を色，形，大きさなどを変えて目立たせる、あるいは新たに作業の終了を意味する表示を行う。さらには計算機１４からの発音でオペレータに作業の終了を知らせる。計算機１４にＬＡＮを接続する事で装置の設置場所から離れた別室に設置した新たな表示手段と計算機によっても同様の方法で作業の終了を知らす事ができる。

試料を切断する、穴を開ける、溝を掘る、２つの試料を接着する等の加工が容易かつ高速でできることがイオンビーム加工装置、特にイオンビームにＦＩＢや成形ビームを用いたイオンビーム加工装置の最大の特徴であり、電子顕微鏡との大きな違いである。ＦＩＢ加工装置は、単なる試料の加工に留まらず、前述したように金属を含むガスを導入して金属堆積膜を形成したり、マイクロマニピュレーション機構と組み合わせる事でデバイスを移植する等の応用が可能である。これらの応用にはガス導入用ノズルやマイクロマニピュレータ等外部から導入し、かつ高さ方向に調整移動する導入物が存在する。これら導入物を高さ方向で制御し、高効率，高精度な加工を行うためには本発明は必須である。

試料７が絶縁物の場合には、前記イオンビーム加工装置に試料の帯電を中和する帯電中和手段を追加し、試料７の表面に溜まるイオンビームの正電荷の量とほぼ同量の電子を前記帯電中和手段で電子シャワーとして試料７に供給する事で試料７の帯電を防ぐ。この場合には、二次粒子は正電荷を持つ二次イオンを用いる。本発明のビーム走査範囲内にある単数あるいは複数の特定箇所を所望の高さに調整する手法は、電子ビームやレーザービームなどの集束ビームを用いた作業にも応用展開が可能である。イオンビーム加工装置と走査型電子顕微鏡（略してＳＥＭ）をイオンビームと電子ビームの光軸が約６０度で交差するように組み合わせた複合マイクロマニピュレーション装置では、電子ビームにより本発明の手法で所望の高さを計測し、この高さ情報をＦＩＢにフィードバックさせてＦＩＢの焦点を調整し各種加工を行う事ができる。この装置では、高さ計測のために電子ビームを用いるので、電子よりも質量の大きいイオンビームを試料に照射する量が減らせ、その結果、試料への損傷を減らす事ができる。ただし、試料が絶縁物の場合には、高さ計測のビームはイオンビームを用いる方が有利である。イオンビームは正電荷を持つため、イオンビームを絶縁物試料上に照射すると試料表面には正電荷が溜まる。この正電荷とほぼ同じ電荷量のＳＥＭの電子ビームを絶縁物試料に照射する事で絶縁物試料上に溜まった電荷を中和する事ができる。したがって、イオンビームを使用すれば、電子ビームを使用した場合と比較すれば多少試料が損傷するが、試料の種類、例えば導体、半導体、絶縁体を問わずに本発明の手法が使用できる。また、イオンビーム加工装置とレーザービームを組み合わせた複合マイクロマニピュレーション装置では、イオンビームにより本発明の手法で所望の高さを計測し、この高さ情報をレーザービーム発生手段にフィードバックさせてレーザービームの焦点が試料上の所望の加工領域にくるようレーザービーム照射手段で焦点位置を調整し、レーザービームで加工を行う事ができる。レーザービームで加工を行う事でさらに高速な加工が実現できる。

イオンビーム加工装置の基本構成図。マイクロマニピュレーション機構を持つイオンビーム加工装置の基本構成図。高さ情報の表示の一実施例を示す図。高さ情報の表示の一実施例を示す図。同一試料から複数の分離試料を取り出し、複数の被接続体に接続する一実施例を示す図。同一試料から複数の分離試料を取り出し、複数の被接続体に接続する場合の高さ情報表示の一実施例を示す図。自動透過型電子顕微鏡観察試料作製方法の一実施例を示す図。自動透過型電子顕微鏡観察試料作製方法の一実施例を示す図。従来技術の説明図。従来技術の説明図。

符号の説明

１…イオン源、２…コンデンサレンズ、３…対物レンズ、４…イオンビーム、５…偏向器、６…ステージ、７…試料、８…イオンビーム照射手段、９…移動手段、１０…プローブ、１１…二次粒子検出手段、１２…表示手段、１３…レンズ電源、１４…計算機。

Claims

試料表面をイオンビームで走査するイオンビーム照射手段と、ビーム照射により被照射部から放出される二次粒子を検出する二次粒子検出手段と、前記二次粒子検出手段の出力を用いて前記被照射部のビーム走査像を表示する表示手段と、前記イオンビーム照射手段、前記二次粒子検出手段、前記表示手段を制御する計算機を含む制御手段とからなるイオンビーム加工装置において、ビーム走査範囲内にある単数あるいは複数の特定箇所にイオンビーム照射手段のレンズ強度を調整して焦点を合せるレンズ電源と、それらレンズ強度から前記特定箇所の焦点位置（高さ）を計算し、前記特定箇所の焦点位置（高さ）、前記特定箇所の相対位置（高さ）、前記焦点位置あるいは前記相対位置が許容値を含めた設定値内にあるか否かの判断結果の情報のうち少なくとも一つ以上の情報を表示する表示手段を備えることを特徴とするイオンビーム加工装置。
前記請求項１のイオンビーム加工装置において、前記ビーム照射により前記試料表面から前記試料の小片を分離したその分離試料と、前記ビーム照射により被接続体を前記試料に接続する前記被接続体との少なくとも一方を支持して移動する移動手段を含んでいることを特徴とするイオンビーム加工装置。
集束イオンビームを試料表面に照射して前記試料から小片の分離あるいは被接続体の前記試料への接続、および前記分離試料あるいは前記被接続体の移動を前記集束イオンビームの走査イオン像の表示手段でモニターを行う集束イオンビーム加工方法において、前記集束ビームの集束点位置が前記イオンビーム照射手段のビーム集束レンズのレンズ強度の関数であることを利用して、前記試料表面と前記分離試料あるいは前記被接続体に前記ビーム集束点を順次合わせ、両者のビーム集束点の位置、あるいは相対位置の情報を前記表示手段に表示し、この位置あるいは相対位置を前記表示手段でモニターしながら前記分離試料あるいは前記被接続体の移動を行うことを特徴とする集束イオンビーム加工方法。
請求項３記載の集束イオンビーム加工方法において、移動させている前記分離試料あるいは前記被接続体に前記レンズ強度を調整して前記集束イオンビームの前記ビーム集束点を追随させ、前記分離試料あるいは前記被接続体の位置、あるいは相対位置が許容値を含めて前もって設定した設定値を越えた時に、その越えたことを知らせる情報およびその越えているか否かの状態情報をも前記表示手段で表示することを特徴とした集束イオンビーム加工方法。