JP2009142871A - ビーム加工装置、ビーム観察装置およびビームの焦点調整方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で、加工対象物を広範囲でかつ適切に加工することが可能なビーム加工装置を提供すること。
【解決手段】ビーム加工装置は、ワークの加工を行うためのビームを出射するビーム出射源３と、ビーム出射源３から出射されたビームが通過するビーム通過路８を有する真空チャンバー４と、ビーム通過路８に連通しビーム通過路８を通過したビームが通過する通過空間２０およびワークに向けてビームを出射する出射孔１７ａを有する局所真空チャンバー９と、ワークに照射されるビームの焦点を調整するために出射孔１７ａの下方に配置される被照射部材３５を有する焦点調整手段７とを備えている。このビーム加工装置１は、ビームを用いて真空チャンバー４および局所真空チャンバー９の外部の大気圧中に少なくとも一部が配置されるワークの加工を行う。
【選択図】図３

Description

本発明は、ビームを用いて加工対象物の加工を行うビーム加工装置、および、ビームを用いて観察対象物の観察を行うビーム観察装置に関する。また、本発明は、ビーム加工装置またはビーム観察装置におけるビームの焦点調整方法に関する。

従来から、加工対象物（ワーク）に対する加工を行う加工装置として、集束イオンビームでワークを加工する集束イオンビーム加工装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。また、ワークに対する加工を行う加工装置として、電子ビームでワークを加工する電子ビーム加工装置も知られている（たとえば、特許文献２参照）。

特許文献１に記載された集束イオンビーム加工装置では、集束イオンビームの散乱を防止するため、真空チャンバー内に配置されたステージ上にセットされたワークに対して集束イオンビームが照射され、ワークの加工が行われる。また、特許文献２に記載された電子ビーム加工装置でも同様に、電子ビームの散乱を防止するため、真空チャンバー内に配置されたステージ上にセットされたワークに対して電子ビームが照射され、ワークの加工が行われる。

また、集束イオンビームを用いて観察対象物の観察を行う集束イオンビーム観察装置も知られている（たとえば、特許文献３参照）。また、一般に、電子ビームを用いて観察対象物の観察を行う電子ビーム観察装置も知られている。かかる集束イオンビーム観察装置や電子ビーム観察装置でも、真空チャンバー内に配置されたステージ上にセットされた観察対象物に対して集束イオンビームや電子ビームが照射されて、観察対象物の観察が行われる。

特開２００６−３２１５４号公報 特開２００４−１６７５３６号公報 特開平１０−１６２７６６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の集束イオンビーム加工装置および特許文献２に記載の電子ビーム加工装置では、ワークがセットされるステージが真空チャンバー内に配置されているため、ステージによるワークの移動範囲には限界がある。すなわち、特許文献１に記載の集束イオンビーム加工装置や特許文献２に記載の電子ビーム加工装置では、大きなワークを広範囲で加工することは困難である。

ここで、特許文献１に記載の集束イオンビーム加工装置や特許文献２に記載の電子ビーム加工装置でも、真空チャンバーを大きくすることで、大きなワークを広範囲で加工することは可能となる。しかしながら、真空チャンバーを大きくすると加工装置が大型化するとともに、加工装置の製造コストおよびランニングコストが嵩む。また、従来の集束イオンビーム観察装置や電子ビーム観察装置においても、同様の問題が生じる。

そこで、本発明の課題は、簡易な構成で、加工対象物を広範囲でかつ適切に加工することが可能なビーム加工装置を提供することにある。また、本発明の課題は、簡易な構成で、観察対象物を広範囲でかつ適切に観察することが可能なビーム観察装置を提供することにある。さらに、本発明の課題は、簡易な構成で、加工対象物を広範囲で加工することが可能なビーム加工装置で、加工対象物を適切に加工することが可能となるビームの焦点調整方法を提供することにある。さらにまた、本発明の課題は、簡易な構成で、観察対象物を広範囲で観察することが可能なビーム観察装置で、観察対象物を適切に観察することが可能となるビームの焦点調整方法を提供することにある。

上記の課題を解決するため、本発明のビーム加工装置は、加工対象物の加工を行うためのビームを出射するビーム出射源と、ビーム出射源から出射されたビームが通過するビーム通過路を有しビーム出射源が取り付けられる真空チャンバーと、ビーム通過路に連通しビーム通過路を通過したビームが通過する通過空間および加工対象物に向けてビームを出射するための出射孔を有する局所真空チャンバーと、加工対象物に照射されるビームの焦点を調整するために、出射孔から出射されるビームの出射方向における出射孔の外側に配置される被照射部材を有する焦点調整手段とを備え、真空チャンバーおよび局所真空チャンバーの外部の大気圧中に少なくとも一部が配置される加工対象物の加工をビームを用いて行うことを特徴とする。

また、上記の課題を解決するため、本発明のビーム観察装置は、観察対象物の観察を行うためのビームを出射するビーム出射源と、ビーム出射源から出射されたビームが通過するビーム通過路を有しビーム出射源が取り付けられる真空チャンバーと、ビーム通過路に連通しビーム通過路を通過したビームが通過する通過空間および観察対象物に向けてビームを出射するための出射孔を有する局所真空チャンバーと、観察対象物に照射されるビームの焦点を調整するために、出射孔から出射されるビームの出射方向における出射孔の外側に配置される被照射部材を有する焦点調整手段とを備え、真空チャンバーおよび局所真空チャンバーの外部の大気圧中に少なくとも一部が配置される観察対象物の観察をビームを用いて行うことを特徴とする。

ここで、本明細書において、「局所真空チャンバー」とは、加工対象物あるいは観察対象物の一部分のみを真空状態とするための真空チャンバーをいう。

本発明のビーム加工装置では、真空チャンバーおよび局所真空チャンバーの外部の大気圧中に少なくとも一部が配置される加工対象物をビーム用いて加工している。そのため、真空チャンバーおよび局所真空チャンバーの外部の大気圧中に配置される所定の移動手段を用いて加工対象物を移動させる簡易な構成で、加工対象物を広範囲で加工することが可能になる。また、本発明のビーム観察装置では、真空チャンバーおよび局所真空チャンバーの外部の大気圧中に少なくとも一部が配置される観察対象物をビームを用いて観察している。そのため、真空チャンバーおよび局所真空チャンバーの外部の大気圧中に配置される所定の移動手段を用いて観察対象物を移動させる簡易な構成で、観察対象物を広範囲で観察することが可能になる。

また、本発明のビーム加工装置およびビーム観察装置は、加工対象物あるいは観察対象物に照射されるビームの焦点を調整するために、出射孔から出射されるビームの出射方向における出射孔の外側に配置される被照射部材を有する焦点調整手段を備えている。そのため、出射孔の外側に配置される被照射部材を用いて、ビームの焦点調整を行うことができる。したがって、加工対象物あるいは観察対象物が真空チャンバーおよび局所真空チャンバーの外部に配置される場合であっても、焦点の合ったビームを加工対象物あるいは観察対象物に照射することが可能になる。その結果、加工対象物の適切な加工、および、観察対象物の適切な観察が可能になる。

本発明において、被照射部材の表面には、導電性を有する導電部と絶縁性を有する絶縁部とが交互に形成され、焦点調整手段は、ビーム通過路および／または通過空間に配置され被照射部材の表面上でビームを走査させるビームの偏向手段を備えることが好ましい。このように構成すると、偏向手段によるビームの走査によって被照射部材に流れる電流は変化するが、その電流の変化の形態はビームの径に依存する。したがって、被照射部材に流れる電流の値からビームの焦点が合っているか否かを推定して、ビームの焦点調整を行うことが可能になる。

本発明において、焦点調整手段は、被照射部材に流れる電流の値である電流値とビームの偏向位置とに基づいて偏向位置に対応する電流値を示すパルス波形を生成する信号処理手段と、パルス波形を表示する表示手段とを備えることが好ましい。このように構成すると、表示手段に表示されるパルス波形を確認しながら、ビームの焦点の調整を行うことができる。すなわち、パルス波形の微妙な変化を確認しながら、ビームの焦点の調整を行うことができる。したがって、ビームの焦点の微調整が可能になり、より適切な加工対象物な加工が可能になる。

本発明において、局所真空チャンバーには、出射孔の外周側に配置される吸気口が形成されるとともに、ビーム加工装置は、吸気口から局所真空チャンバーの内部に向かって吸気を行う吸気手段を備えることが好ましい。このように構成すると、真空チャンバーおよび局所真空チャンバーの外部に加工対象物が配置される場合であっても、加工対象物の加工部位の周辺の圧力を適切に下げることができる。そのため、加工対象物への適切なビームの照射が可能になる。

さらに、上記の課題を解決するため、本発明は、加工対象物の加工を行うためのビームを出射するビーム出射源と、ビーム出射源から出射されたビームが通過するビーム通過路を有しビーム出射源が取り付けられる真空チャンバーと、ビーム通過路に連通しビーム通過路を通過したビームが通過する通過空間および加工対象物に向けてビームを出射するための出射孔を有する局所真空チャンバーとを備え、真空チャンバーおよび局所真空チャンバーの外部の大気圧中に少なくとも一部が配置される加工対象物の加工をビームを用いて行うビーム加工装置で、加工対象物に照射されるビームの焦点を調整するビームの焦点調整方法であって、導電性を有する導電部と絶縁性を有する絶縁部とが交互に形成されるとともに出射孔から出射されるビームの出射方向における出射孔の外側に配置される被照射部材にビームを走査させながら照射して、被照射部材に流れる電流の値である電流値をグラフ化し、グラフ化された電流値を確認しながら、ビームの焦点を調整することを特徴とする。

さらにまた、上記の課題を解決するため、本発明は、観察対象物の観察を行うためのビームを出射するビーム出射源と、ビーム出射源から出射されたビームが通過するビーム通過路を有しビーム出射源が取り付けられる真空チャンバーと、ビーム通過路に連通しビーム通過路を通過したビームが通過する通過空間および観察対象物に向けてビームを出射するための出射孔を有する局所真空チャンバーとを備え、真空チャンバーおよび局所真空チャンバーの外部の大気圧中に少なくとも一部が配置される観察対象物の観察をビームを用いて行うビーム観察装置で、観察対象物に照射されるビームの焦点を調整するビームの焦点調整方法であって、導電性を有する導電部と絶縁性を有する絶縁部とが交互に形成されるとともに出射孔から出射されるビームの出射方向における出射孔の外側に配置される被照射部材にビームを走査させながら照射して、被照射部材に流れる電流の値である電流値をグラフ化し、グラフ化された電流値を確認しながら、ビームの焦点を調整することを特徴とする。

本発明のビームの焦点調整方法が用いられるビーム加工装置では、真空チャンバーおよび局所真空チャンバーの外部の大気圧中に少なくとも一部が配置される加工対象物をビームを用いて加工している。そのため、真空チャンバーおよび局所真空チャンバーの外部の大気圧中に配置される所定の移動手段を用いて加工対象物を移動させる簡易な構成で、加工対象物を広範囲で加工することが可能になる。また、本発明のビームの焦点調整方法が用いられるビーム観察装置では、真空チャンバーおよび局所真空チャンバーの外部の大気圧中に少なくとも一部が配置される観察対象物をビームを用いて観察している。そのため、真空チャンバーおよび局所真空チャンバーの外部の大気圧中に配置される所定の移動手段を用いて観察対象物を移動させる簡易な構成で、観察対象物を広範囲で観察することが可能になる。

また、本発明のビームの焦点調整方法では、出射孔から出射されるビームの出射方向における出射孔の外側に配置される被照射部材にビームを走査させながら照射して、被照射部材に流れる電流の値である電流値をグラフ化し、グラフ化された電流値を確認しながら、ビームの焦点を調整している。そのため、加工対象物あるいは観察対象物が真空チャンバーおよび局所真空チャンバーの外部に配置される場合であっても、焦点が合ったビームを加工対象物あるいは観察対象物に照射することが可能になる。その結果、加工対象物を広範囲で加工することが可能なビーム加工装置での加工対象物の適切な加工、および、観察対象物を広範囲で観察することが可能なビーム観察装置での観察対象物の適切な観察が可能になる。

以上のように、本発明のビーム加工装置では、簡易な構成で、加工対象物を広範囲でかつ適切に加工することが可能になる。また、本発明のビーム観察装置では、簡易な構成で、観察対象物を広範囲でかつ適切に観察することが可能になる。さらに、本発明のビームの焦点調整方法を用いると、簡易な構成で、加工対象物を広範囲で加工することが可能なビーム加工装置において、加工対象物を適切に加工することが可能になり、また、簡易な構成で、観察対象物を広範囲で観察することが可能なビーム観察装置において、観察対象物を適切に観察することが可能になる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

（ビーム加工装置の概略構成）
図１は、本発明の実施の形態にかかるビーム加工装置１の概略構成を説明するための模式図である。なお、以下の説明では、図１の上を「上」、下を「下」、右を「右」、左を「左」、紙面手前を「前」、紙面奥を「後（後ろ）」とする。

本形態のビーム加工装置１は、所定の加工対象物（ワーク）２の加工を行うためのビームとして、集束イオンビーム（ＦＩＢ（Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ））を用いて、ワーク２に対して除去加工等の微細な加工を行う加工装置である。このビーム加工装置１は、図１に示すように、ＦＩＢを出射するためのビーム出射源３および真空チャンバー４と、ワーク２へ照射されるＦＩＢの拡散を防止するための拡散防止部５と、ワーク２が載置され固定される固定面６ａを有する固定部材６とを備えている。また、ビーム加工装置１は、ワーク２に照射されるＦＩＢの焦点を調整するための焦点調整手段７（図３参照）を備えている。なお、ビーム加工装置１は、大気圧中に配置されている。

ビーム出射源３は、ガリウム（Ｇａ）等の液体金属をイオン源としてイオンビームを出射する。また、ビーム出射源３は、真空チャンバー４の上端側に取り付けられている。真空チャンバー４の内部には、ビーム出射源３から出射されたイオンビームが通過するビーム通過路８が形成されている。ビーム通過路８には、通過するイオンビームを集束させるための所定のイオン光学系（図示省略）等が配置されている。また、ビーム通過路８には、焦点調整手段７を構成する後述の偏向装置３６の一部が配置されている（図３参照）。

本形態では、ビーム通過路８を通過したイオンビームは、真空チャンバー４の下端側から下方向に向かってＦＩＢとして出射される。たとえば、２０〜３０ｋＶに加速されたＧａイオンビーム（すなわち、ＦＩＢ）が出射され、スパッタリング現象を用いたワーク２の加工が行われる。

また、本形態のビーム加工装置１は、ビーム通過路８に配置されるイオン光学系を駆動して、ワーク２へ照射されるＦＩＢの焦点調整を行う焦点調整機構（図示省略）を備えている。焦点調整機構は、焦点調整手段７の一部を構成している。また、焦点調整機構はたとえば、イオン光学系を駆動するための電磁石等を備えており、電磁石に印加される電圧を調整することで、ＦＩＢの焦点調整を行う。

拡散防止部５は、真空チャンバー４から出射されたＦＩＢがワーク２に向かって通過する局所真空チャンバー９と、局所真空チャンバー９の内部を真空状態とするための第１ポンプ１０、第２ポンプ１１および第３ポンプ１２とを備えている。局所真空チャンバー９は、真空チャンバー４の下端側に取り付けられており、真空チャンバー４から出射されたＦＩＢは、局所真空チャンバー９の内部を通過して、拡散防止部５の下側でワーク２に照射される。拡散防止部５の詳細な構成については後述する。

固定部材６は、ワーク２を固定するためのチャック等の固定手段（図示省略）を備えている。この固定手段は、固定部材６の上面となる固定面６ａに取り付けられている。また、固定部材６は、固定部材６を移動させる移動機構（図示省略）に取り付けられおり、所定方向へ移動可能となっている。本形態の移動機構は、固定部材６を３次元方向に移動させるように構成されており、たとえば、上下方向、左右方向および前後方向のそれぞれに固定部材６を移動させるためのＺ方向移動機構（図示省略）、Ｙ方向移動機構（図示省略）およびＸ方向移動機構（図示省略）を備えるいわゆるＸＹＺステージである。

（局所真空チャンバーの構成）
図２は、図１に示す局所真空チャンバー９の下端部の拡大断面図である。

局所真空チャンバー９は、図１に示すように、底部を有する鍔付の略円筒状に形成されている。この局所真空チャンバー９は、図１、図２に示すように、略円筒状の本体部１４と、底部を形成する第１底面部１５および第２底面部１６と、ワーク２に向けてＦＩＢが出射される出射孔１７ａが形成されたビーム出射部１７と、第１底面部１５に対するビーム出射部１７の位置調整を行って、ＦＩＢの進行方向と出射孔１７ａとの位置合せを行うための位置調整手段１８とを備えている。

本体部１４は、径方向内側に配置された内筒部１４ａと、内筒部１４ａの径方向外方に配置された外筒部１４ｂとを有する二重構造となっている。本体部１４の上端には、径方向外側へ広がる鍔部１４ｃが形成されている。

本形態では、第１底面部１５と内筒部１４ａ等とによって、局所真空チャンバー９の径方向の中心部に第１空間２０が形成され、第１底面部１５、第２底面部１６、内筒部１４ａおよび外筒部１４ｂ等によって、第１空間２０の径方向外方および下方に第２空間２１が形成されている。また、第１空間２０は、真空チャンバー４のビーム通過路８に連通している。すなわち、局所真空チャンバー９には、ビーム通過路８を通過したＦＩＢが通過する通過空間としての第１空間２０と、第１空間２０の周囲に内筒部１４ａを介して配置される第２空間２１とが形成されている。

また、本体部１４には、図１に示すように、第１空間２０を真空状態とするための排気を行う第１排気孔１４ｅが、外周面から第１空間２０に連通するように形成され、第２空間２１を真空状態とするための排気を行う第２排気孔１４ｆが、外周面から第２空間２１に連通するように形成されている。

第１底面部１５は略円板状に形成されている。第１底面部１５の径方向中心位置には、ＦＩＢが通過する貫通孔１５ａが形成されている。また、第１底面部１５の下面には、ビーム出射部１７および後述の固定部材２３が配置される凹部１５ｂが形成されている。第１底面部１５は、内筒部１４ａの下端に固定されている。また、内筒部１４ａと第１底面部１５との間には、第１空間２０からの空気の漏れを防止するシール部材２２が配置されている。

位置調整手段１８は、第１底面部１５に固定される略円筒状の固定部材２３と、固定部材２３の内周側から突出してビーム出射部１７の位置調整を行う調整ネジ２４とを備えている。固定部材２３は、第１底面部１５の凹部１５ｂの中に配置された状態で、固定ネジ２５によって、第１底面部１５の下面に固定されている。調整ネジ２４は、頭部を有しない六角穴付止めネジであり、径方向に貫通するように固定部材２３に形成されたネジ孔２３ａに螺合した状態で、固定部材２３の内周側から突出している。

ビーム出射部１７は、上下方向に貫通する出射孔１７ａと上端側で径方向外側へ広がる鍔部１７ｂとを有する鍔付の略円筒状に形成されている。このビーム出射部１７は、固定部材２３の内周側に配置された状態で、第１底面部１５の凹部１５ｂの中に配置され、第１底面部１５の下面と固定部材２３の上面と間に鍔部１７ｂが挟まれた状態で、第１底面部１５に対して固定されている。出射孔１７ａは、第１底面部１５の貫通孔１５ａを介して、第１空間２０に連通している。また、第１底面部１５の下面と鍔部１７ｂの間には、第１空間２０からの空気の漏れを防止するシール部材２６が配置されている。

図２に示すように、ビーム出射部１７の外周面には調整ネジ２４が当接しており、ネジ孔２３ａへの調整ネジ２４のネジ込み量によって、ビーム出射部１７の径方向の位置調整が行われる。

第２底面部１６は、略円板状に形成されている。第２底面部１６の中心部には、ビーム出射部１７の下端側が配置される貫通孔１６ａが形成されている。また、第２底面部１６の上面は、径方向外側から内側に向かうにしたがって下方向へ緩やかに傾斜する傾斜面１６ｂとなっている。本形態では、第１底面部１５の下面および固定部材２３の下面と、傾斜面１６ｂとの間に形成された空間は、第２空間２１の一部となっている。

第２底面部１６の下面は、貫通孔１６ａの周囲に形成された第１平坦面１６ｃと、第１平坦面１６ｃから径方向外方に向かって上方向へ傾斜するように形成された傾斜面１６ｄと、傾斜面１６ｄから径方向外方に向かって形成された第２平坦面１６ｅとから構成されている。第２底面部１６は、外筒部１４ｂの下端に固定されている。また、外筒部１４ｂと第２底面部１６との間には、第２空間２１からの空気の漏れを防止するシール部材２７が配置されている。

第２底面部１６の貫通孔１６ａの径は、ビーム出射部１７の下端部の外径Ｄ１よりも大きくなっている。また、本形態では、ビーム出射部１７の底面１７ｄと、第１平坦面１６ｃとが同一平面上に配置されている。貫通孔１６ａにおけるビーム出射部１７の径方向外方には、局所真空チャンバー９の底面から第２空間２１に連通する吸気口２８が形成されている。すなわち、局所真空チャンバー９には、出射孔１７ａの外周側に配置される吸気口２８が形成されている。

なお、出射孔１７ａの径は０．１〜２ｍｍであることが好ましく、ビーム出射部１７の下端部の外径Ｄ１は１〜６０ｍｍであることが好ましく、吸気口２８の外径は５〜１００ｍｍであることが好ましく、第１平坦面１６ｃの外径Ｄ２は２５〜１２０ｍｍであることが好ましい。また、本形態では、たとえば、傾斜面１６ｄの外径Ｄ３は５７ｍｍ、内筒部１４ａの内径は５３ｍｍ、内筒部１４ａの外径は７３ｍｍ、外筒部１４ｂの内径は１００ｍｍ、外筒部１４ｂの外径は１２０ｍｍとなっている。また、第１平坦面１６ｃと第２平坦面１６ｅとの距離Ｄ４はたとえば３ｍｍとなっている。

（拡散防止部の構成）
上述のように、局所真空チャンバー９は、真空チャンバー４の下端側に取り付けられており、ワーク２の加工時には、真空チャンバー４とワーク２との間に配置される。そして、ビーム通過路８を通過したＦＩＢは、第１空間２０を通過して、出射孔１７ａから出射され、微小な隙間Ｇ（図１参照）を介してワーク２に集束する。すなわち、本形態では、第１空間２０を真空状態にするとともに、隙間Ｇを介して対向配置された局所真空チャンバー９の下面（具体的には、ビーム出射部１７の底面１７ｄ等）とワーク２との間に形成される空間３０（図１参照。以下、「局所空間３０」とする。）も真空状態とすることで、ワーク２へ向かうＦＩＢの拡散を防止している。なお、隙間Ｇはたとえば、１０μｍである。この隙間Ｇは、１０μｍ〜２００μｍであることが好ましい。

ＦＩＢの拡散を防止するために、第１空間２０および局所空間３０を、所定の真空度まで減圧する必要がある。しかしながら、第１空間２０のみを真空状態としたのでは、第１空間２０および局所空間３０を所定の真空度まで減圧することは困難である。そこで、本形態では、第２空間２１も真空状態とすることで、第１空間２０および局所空間３０を所定の真空度まで減圧することを可能としている。すなわち、本形態の拡散防止部５は、いわゆる差動排気式の真空装置である。

なお、図１に示すように、加工が行われるワーク２の加工部位を中心とするワーク２の一部分が真空状態となる局所空間３０に臨むように配置され、ワーク２のその他の部分は、局所真空チャンバー９の外部の大気圧中に配置されている。

拡散防止部５は、第１空間２０を真空状態とするための第１ポンプ１０および第２ポンプ１１と、第２空間２１を真空状態とするための第３ポンプ１２とを備えている。また、図１に示すように、第１ポンプ１０および第２ポンプ１１は、第１排気孔１４ｅに接続された配管３１を介して、第１空間２０に接続され、第３ポンプ１２は、第２排気孔１４ｆに接続された配管３２を介して、第２空間２１に接続されている。本形態では、第３ポンプ１２は、吸気口２８から局所真空チャンバー９の内部に向かって吸気を行う吸気手段となっている。

第１ポンプ１０は、吸引容量は比較的小さいが、比較的高い真空到達度を得ることが可能な（すなわち、第１空間２０を比較的低い圧力まで減圧することが可能な）ポンプであり、たとえば、ターボ分子ポンプである。また、第２ポンプ１１および第３ポンプ１２は、吸引容量は大きいが、高い真空到達度を得ることができないポンプであり、たとえば、ロータリポンプである。

本形態では、ワーク２が、隙間Ｇを介して局所真空チャンバー９の下面に対向配置された状態で、まず、第３ポンプ１２が作動して、第２空間２１が減圧される。第２空間２１が減圧されると、吸気口２８から空気が吸引され、局所空間３０も減圧される。そして、第２空間２１が所定の真空度まで減圧されると、第２ポンプ１１、第１ポンプ１０がこの順番で作動する。第３ポンプ１２の作用で、局所空間３０が減圧されているため、第２ポンプ１１および第１ポンプ１０によって、第１空間２０および局所空間３０は、ＦＩＢの拡散を防止するために必要な真空度まで短時間で減圧される。

なお、本形態では、たとえば、出射孔１７ａの径が１ｍｍ、ビーム出射部１７の下端部の外径Ｄ１が５ｍｍ、吸気口２８の外径が２０ｍｍ、第１平坦面１６ｃの外径Ｄ２が３５ｍｍ、隙間Ｇが１０μｍである場合、第１空間２０の真空度は５×１０^−３Ｐａとなり、第２空間２１の真空度は３０Ｐａとなった。

（焦点調整手段の構成）
図３は、図１のビーム加工装置１が有する焦点調整手段７の概略構成を示す図である。図４は、図３に示す被照射部材３５の平面図である。

本形態のビーム加工装置１は、上述のように、ワーク２に照射されるＦＩＢの焦点を調整するための焦点調整手段７を備えている。焦点調整手段７は、図３に示すように、ＦＩＢの焦点調整時にＦＩＢが照射される被照射部材３５と、ビーム通過路８の内部等に配置される偏向装置３６と、被照射部材３５に流れる電流に対して所定の処理を行う処理回路３７と、処理回路３７での処理結果を表示する表示手段としての表示装置３８とを備えている。なお、上述のように、ビーム通過路８に配置されるイオン光学系を駆動して、ワーク２へ照射されるＦＩＢの焦点調整を行う焦点調整機構も、焦点調整手段７の一部を構成している。

被照射部材３５は、ＦＩＢの焦点調整時に、ワーク２の代わりに固定部材６の固定面６ａに載置されて固定される。この被照射部材３５は、導電性を有する導電性材料によって形成されている。また、被照射部材３５はたとえば、板状に形成されている。被照射部材３５の表面（上面）には、図４に示すように、絶縁性を有する絶縁性材料からなる絶縁部３５ａが形成されている。具体的には、細長い矩形状（短冊状）に形成されるとともに幅Ｈが一定の複数の絶縁部３５ａが一定の間隔Ｐで、被照射部材３５の表面に形成されている。すなわち、被照射部材３５の表面には、絶縁部３５ａと導電性を有する導電部３５ｂとが交互にすだれ状に形成されている。そのため、後述のように、被照射部材３５の表面でＦＩＢを走査させると、ＦＩＢが絶縁部３５ａに照射されたときには被照射部材３５に電流が流れず、ＦＩＢが導電部３５ｂに照射されたときには被照射部材３５に電流が流れる。

本形態では、絶縁部３５ａの幅Ｈと間隔Ｐとがほぼ等しくなっている。すなわち、本形態では、絶縁部３５ａの幅Ｈと導電部３５ｂの幅とがほぼ等しくなっている。絶縁部３５ａの幅Ｈおよび間隔Ｐはたとえば、数μｍ（具体的には、５μｍ〜１０μｍ程度）となっている。また、絶縁部３５ａの長さ（図４の上下方向の長さ）はたとえば、数百μｍとなっている。なお、絶縁部３５ａの幅Ｈと導電部３５ｂの幅とは、異なっていても良い。また、ＦＩＢの径は一般に１０ｎｍ程度に絞れるため、幅Ｈおよび間隔Ｐの最小値は１０ｎｍとなる。また、サブミクロン単位の幅を有する絶縁部３５ａや導電部３５ｂは、調整済みの別のＦＩＢを用いて加工し、製作することができる。

偏向装置３６は、ビーム出射源３から出射されたイオンビームをビーム通過路８内および第１空間２０内で偏向して走査させる。この偏向装置３６は、図３に示すように、イオンビームをＸ方向（たとえば、左右方向）へ偏向して走査させるため、ビーム通過路８内に配置された一対のＸ方向偏向電極３９と、Ｘ方向偏向電極３９を制御するＸ方向走査信号を出力するＸ方向走査信号発生回路４１とを備えている。本形態では、Ｘ方向偏向電極３９は、ビーム通過路８に配置され被照射部材３５の表面上でＦＩＢを走査させる偏向手段である。

処理回路３７は、電流増幅回路４４と信号処理回路４５とを備えている。電流増幅回路４４は、被照射部材３５に接続されており、被照射部材３５に流れる電流を増幅させる。なお、電流増幅回路４４は、被照射部材３５に流れる電流を電圧に変換して増幅させても良い。

信号処理回路４５には、電流増幅回路４４で増幅された電流の信号（電流信号）と、Ｘ方向走査信号発生回路４１から出力されるＸ方向走査信号とが入力される。また、信号処理回路４５では、ＡＤ変換等の所定の処理が行われて、被照射部材３５に流れる電流の値である電流値がグラフ化される。具体的には、信号処理回路４５では、Ｘ方向走査信号に基づくＦＩＢの偏向位置と電流値とから、ＦＩＢの偏向位置に対応する電流値を示すパルス波形が生成され、パルス波形の信号が出力される。本形態では、信号処理回路４５は、電流値とＦＩＢの偏向位置とに基づいて偏向位置に対応する電流値を示すパルス波形を生成する信号処理手段である。

表示装置３８は、信号処理回路４５からの出力信号に基づいて、ＦＩＢの偏向位置に対応する電流値を示すパルス波形を表示する（図５参照）。具体的には、表示装置３８は、縦軸を電流値（Ｉ）、横軸を偏向位置（Ｘ）とするパルス波形を表示する。

（集束イオンビームの焦点調整方法）
図５は、図３に示す表示装置３８に表示されるパルス波形の例を示す図であり、（Ａ）はＦＩＢの焦点が合っているときのパルス波形を示し、（Ｂ）はＦＩＢの焦点が合っていないときのパルス波形を示す。

ワーク２に照射されるＦＩＢの焦点調整を行う際には、まず、図４に示すように、絶縁部３５ａの短手方向がＸ方向とほぼ一致するように、かつ、絶縁部３５ａが形成された側の表面が上側を向くように、固定面６ａに被照射部材３５を固定する。また、ワーク２の加工面と被照射部材３５の表面とがほぼ一致するように、固定面６ａに被照射部材３５を固定する。なお、本形態では、ＦＩＢの焦点調整時以外には、被照射部材３５は固定面６ａから取り外され所定の収納部に収納されているが、被照射部材３５は、ワーク２の加工に支障が出ない位置で固定面６ａに常時、固定されていても良い。

その後、被照射部材３５を出射孔１７ａの下方へ移動させる。すなわち、出射孔１７ａから出射されるＦＩＢの出射方向における出射孔１７ａの外側に被照射部材３５を配置する。その後、偏向装置３６によって、ＦＩＢをＸ方向へ走査させながら被照射部材３５にＦＩＢを照射して、表示装置３８に、ＦＩＢの偏向位置に対応する電流値を示すパルス波形（すなわち、グラフ化された電流値）を表示する。なお、このときには、第１空間２０、第２空間２１および局所空間３０は、真空状態となっている。

ＦＩＢを走査させながら被照射部材３５にＦＩＢを照射すると、被照射部材３５に流れる電流は変化するが、その電流の変化の形態はＦＩＢの径に依存する。そのため、被照射部材３５に照射されるＦＩＢの焦点が合っており、ＦＩＢの径が小さい場合には、表示装置３８には、図５（Ａ）に示すように、エッジがはっきりした矩形状のパルス波形が表示される。一方、被照射部材３５に照射されるＦＩＢの焦点が合っておらず、ＦＩＢの径が大きい場合には、表示装置３８には、図５（Ｂ）に示すように、エッジがはっきりしない丸みを帯びたパルス波形が表示される。

そして、表示装置３８に表示されたパルス波形を確認しながら、焦点調整機構（図示省略）でイオン光学系を駆動させてＦＩＢの焦点を調整する。具体的には、パルス波形が図５（Ａ）に示すような形状となるようにイオン光学系を駆動させて、ＦＩＢの焦点を合わせる。

（本形態の主な効果）
以上説明したように、本形態のビーム加工装置１は、局所真空チャンバー９の外部に微小な隙間Ｇを介して配置されるとともにその大半部分が大気圧中に配置されるワーク２をＦＩＢによって加工している。そのため、固定部材６を移動させる移動機構で、局所真空チャンバー９の外部の大気圧中に配置されるワーク２を移動させながら、ＦＩＢを用いてワーク２に対して広範囲の加工を行うことできる。すなわち、ワーク２が大きい場合であっても、ワーク２の全体（あるいは、ワーク２に加えて固定部材６等）を別途、真空チャンバーで覆う必要がないため、簡易な構成で、ワーク２を移動させながら、ＦＩＢを用いてワーク２に対する広範囲の加工を行うことができる。

本形態では、ワーク２へ向かうＦＩＢが通過する第１空間２０が形成された局所真空チャンバー９が真空チャンバー４の下端に取り付けられ、微小な隙間Ｇを介して対向配置されるビーム出射部１７の底面１７ｄとワーク２との間に形成される局所空間３０は真空状態とされている。そのため、ＦＩＢの散乱が抑制され、ＦＩＢによるワーク２の適切な加工が可能になる。

特に、本形態のビーム加工装置１は、ワーク２に照射されるＦＩＢの焦点を調整するための焦点調整手段７を備えており、焦点調整手段７は、出射孔１７ａの下方で固定面６ａ上に配置される被照射部材３５を備えている。また、本形態では、被照射部材３５にＦＩＢを走査させながら照射して、被照射部材３５に流れる電流の値（電流値）をグラフ化し、グラフ化された電流値を確認しながら、ＦＩＢの焦点を調整している。そのため、ワーク２が真空チャンバー４および局所真空チャンバー９の外部に配置される場合であっても、被照射部材３５を用いて焦点調整され、焦点が合ったＦＩＢをワーク２に照射することができる。その結果、ワーク２の適切な加工が可能になる。

本形態では、絶縁部３５ａと導電部３５ｂとが交互に形成された被照射部材３５の表面にＦＩＢを走査させながら照射している。そのため、上述のように、ＦＩＢの走査によって、被照射部材３５に流れる電流は変化するが、その電流の変化の形態はＦＩＢの径に依存する。したがって、被照射部材３５に流れる電流からＦＩＢの焦点が合っているか否かを推定して、ＦＩＢの焦点調整を行うことができる。

本形態では、信号処理回路４５でパルス波形が生成され、生成されたパルス波形が表示装置３８に表示される。そのため、表示装置３８に表示されるパルス波形を確認しながら、ＦＩＢの焦点の調整を行うことができる。すなわち、パルス波形の微妙な変化を確認しながら、ＦＩＢの焦点の調整を行うことができる。したがって、ＦＩＢの焦点の微調整が可能になり、より微細な加工対象物な加工が可能になる。

本形態では、局所真空チャンバー９に、出射孔１７ａの外周側に配置される吸気口２８が形成されるとともに、第３ポンプ１２で、吸気口２８から局所真空チャンバー９の内部に向かって吸気を行っている。そのため、局所真空チャンバー９の外部（具体的には、局所空間３０）にワーク２の加工部位が配置される場合であっても、局所空間３０の圧力を適切に下げることができる。その結果、ワーク２に対してＦＩＢを適切に照射することができる。

（他の実施の形態）
上述した形態では、ＦＩＢの偏向位置に対応する電流値を示すパルス波形を表示装置３８に表示して、このパルス波形を確認しながら、ＦＩＢの焦点調整を行っている。この他にもたとえば、ＦＩＢの偏向位置に対応する電流値を画像化して表示装置３８に表示し、表示された画像を確認しながら、ＦＩＢの焦点調整を行っても良い。この場合には、ＦＩＢの非点収差の補正が可能になる。また、この場合にはたとえば、ＦＩＢの偏向位置に対応する電流値の大きさが表示装置３８に濃淡によって表示される。すなわち、ＦＩＢの偏向位置に対応する電流値の大きさが明るさに変換されて表示装置３８に表示される。

なお、この場合には、偏向装置３６は、Ｘ方向に直交するＹ方向へイオンビームを偏向して走査させるため、ビーム通過路８内に配置された一対のＹ方向偏向電極と、Ｙ方向偏向電極を制御するＹ方向走査信号を出力するＹ方向走査信号発生回路とを備えている。また、信号処理回路４５には、電流増幅回路４４で増幅された電流信号とＸ方向走査信号とＹ方向走査信号とが入力され、信号処理回路４５は、Ｘ方向走査信号およびＹ方向走査信号に基づくＦＩＢの偏向位置と電流値とを対応づけた出力信号を出力する。さらに、焦点調整手段７は、画像処理回路を備えており、この画像処理回路は、信号処理回路４５からの入力される信号に基づいて、ＦＩＢの偏向位置に対応する電流値を画像化するためのＡＤ変換等の所定の処理を行う。

上述した形態では、被照射部材３５は導電性材料によって形成され、被照射部材３５の表面に絶縁性材料からなる絶縁部３５ａが形成されている。この他にもたとえば、被照射部材３５が絶縁性材料によって形成され、被照射部材３５の表面に導電性材料からなる導電部３５ｂが形成されても良い。また、上述した形態では、絶縁部３５ａは細長い矩形状に形成されているが、絶縁部３５ａは楕円形等の他の形状に形成されても良い。

上述した形態では、絶縁部３５ａの幅Ｈは一定になっている。この他にもたとえば、図６に示すように、幅Ｈが次第に狭くなるように、絶縁部３５ａが形成されても良い。この場合には、被照射部材３５の表面上でＦＩＢを１回走査させることで、ＦＩＢの径を求めることが可能になる。すなわち、絶縁部３５ａの幅Ｈが次第に狭くなっていくと、図７（Ａ）に示すように、電流値が０となる部分の幅が次第に狭くなり、やがて、ＦＩＢの径と絶縁部３５ａの幅Ｈとが一致すると、パルス波のエッジ同士が重なる。そのため、パルス波のエッジ同士が重なったときの絶縁部３５ａの幅ＨからＦＩＢの径を求めることができる。

また、焦点がずれると、図７（Ｂ）に示すように、パルス波の裾部分の重なりが大きくなり、焦点があってくると、図７（Ａ）に示すように、パルス波の裾部分の重なりが小さくなる。そのため、パルス波の裾部分の重なりを確認することで焦点調整の良否を判断することができる。

以上から、幅Ｈが次第に狭くなるように、絶縁部３５ａが形成されると、求められたＦＩＢの径に基づいて、ＦＩＢの焦点調整を行うことができ、調整作業の効率が上がる。なお、絶縁部３５ａの間隔Ｐが次第に狭くなるように絶縁部３５ａを形成することも可能である。

上述した形態では、拡散防止部５は、いわゆる差動排気式の真空装置である。この他にもたとえば、局所空間３０を適切に減圧できるのであれば、拡散防止部５は、差動排気式の真空装置でなくても良い。すなわち、局所空間３０を適切に減圧できるのであれば、拡散防止部５は、出射孔１７ａのみから吸気を行っても良い。また、上述した形態では、局所真空チャンバー９は、第１空間２０および第２空間２１を有する二重構造となっているが、局所真空チャンバー９を三重構造以上の多重構造として、拡散防止部５を差動排気式の真空装置としても良い。

上述した形態では、ビーム加工装置１は、ワーク２の加工を行うためのビームとしてＦＩＢを用いているが、ビームは電子ビームであっても良い。この場合であっても、上述した効果と同様の効果を得ることができる。

上述した形態では、本発明の実施の形態として、ビーム加工装置１の構成を説明しているが、ビーム加工装置１と同様の構成を、観察対象物の観察を行うビーム観察装置に適用することができる。すなわち、ビーム出射源３、真空チャンバー４および拡散防止部５等を用いて、局所真空チャンバー９の外部の大気圧中に少なくとも一部が配置される観察対象物の観察を行うことが可能である。なお、ビーム加工装置１と同様の構成をビーム観察装置に適用する場合には、局所空間３０に所定の検出器が配置される。

このように、ビーム加工装置１と同様の構成が適用されるビーム観察装置では、ビーム加工装置１と同様の効果を得ることができる。すなわち、局所真空チャンバー９の外部に配置される移動手段を用いて観察対象物を移動させる簡易な構成で、観察対象物を広範囲で観察することができるといった効果や、ワーク２が局所真空チャンバー９の外部に配置される場合であっても、被照射部材３５を用いて焦点調整され、焦点が合ったＦＩＢをワーク２に照射することができるため、ワーク２の適切な観察が可能になるといった効果を得ることができる。

本発明の実施の形態にかかるビーム加工装置の概略構成を説明するための模式図である。 図１に示す局所真空チャンバーの下端部の拡大断面図である。 図１のビーム加工装置が有する焦点調整手段の概略構成を示す図である。 図３に示す被照射部材の平面図である。 図３に示す表示装置に表示されるパルス波形の例を示す図であり、（Ａ）はＦＩＢの焦点が合っているときのパルス波形を示し、（Ｂ）はＦＩＢの焦点が合っていないときのパルス波形を示す。 本発明の他の実施の形態にかかる被照射部材の平面図である。 図６に示す被照射部材を用いた場合の表示装置に表示されるパルス波形の例を示す図であり、（Ａ）はＦＩＢの焦点が合っているときのパルス波形を示し、（Ｂ）はＦＩＢの焦点が合っていないときのパルス波形を示す。

符号の説明

１ ビーム加工装置
２ ワーク（加工対象物）
３ ビーム出射源
４ 真空チャンバー
７ 焦点調整手段
８ ビーム通過路
９ 局所真空チャンバー
１２ 第３ポンプ（吸気手段）
１７ａ 出射孔
２０ 第１空間（通過空間）
２８ 吸気口
３５ 被照射部材
３５ａ 絶縁部
３５ｂ 導電部
３８ 表示装置（表示手段）
３９ Ｘ方向偏向電極（偏向手段）
４５ 信号処理回路（信号処理手段）

Claims (7)

1. 加工対象物の加工を行うためのビームを出射するビーム出射源と、上記ビーム出射源から出射された上記ビームが通過するビーム通過路を有し上記ビーム出射源が取り付けられる真空チャンバーと、上記ビーム通過路に連通し上記ビーム通過路を通過した上記ビームが通過する通過空間および上記加工対象物に向けて上記ビームを出射するための出射孔を有する局所真空チャンバーと、上記加工対象物に照射される上記ビームの焦点を調整するために、上記出射孔から出射される上記ビームの出射方向における上記出射孔の外側に配置される被照射部材を有する焦点調整手段とを備え、
   上記真空チャンバーおよび上記局所真空チャンバーの外部の大気圧中に少なくとも一部が配置される上記加工対象物の加工を上記ビームを用いて行うことを特徴とするビーム加工装置。
2. 前記被照射部材の表面には、導電性を有する導電部と絶縁性を有する絶縁部とが交互に形成され、
   前記焦点調整手段は、前記ビーム通過路および／または前記通過空間に配置され前記被照射部材の表面上で前記ビームを走査させるビームの偏向手段を備えることを特徴とする請求項１記載のビーム加工装置。
3. 前記焦点調整手段は、前記被照射部材に流れる電流の値である電流値と前記ビームの偏向位置とに基づいて上記偏向位置に対応する上記電流値を示すパルス波形を生成する信号処理手段と、上記パルス波形を表示する表示手段とを備えることを特徴とする請求項２記載のビーム加工装置。
4. 前記局所真空チャンバーには、前記出射孔の外周側に配置される吸気口が形成されるとともに、上記吸気口から前記局所真空チャンバーの内部に向かって吸気を行う吸気手段を備えることを特徴とする請求項１から３いずれかに記載のビーム加工装置。
5. 観察対象物の観察を行うためのビームを出射するビーム出射源と、上記ビーム出射源から出射された上記ビームが通過するビーム通過路を有し上記ビーム出射源が取り付けられる真空チャンバーと、上記ビーム通過路に連通し上記ビーム通過路を通過した上記ビームが通過する通過空間および上記観察対象物に向けて上記ビームを出射するための出射孔を有する局所真空チャンバーと、上記観察対象物に照射される上記ビームの焦点を調整するために、上記出射孔から出射される上記ビームの出射方向における上記出射孔の外側に配置される被照射部材を有する焦点調整手段とを備え、
   上記真空チャンバーおよび上記局所真空チャンバーの外部の大気圧中に少なくとも一部が配置される上記観察対象物の観察を上記ビームを用いて行うことを特徴とするビーム観察装置。
6. 加工対象物の加工を行うためのビームを出射するビーム出射源と、上記ビーム出射源から出射された上記ビームが通過するビーム通過路を有し上記ビーム出射源が取り付けられる真空チャンバーと、上記ビーム通過路に連通し上記ビーム通過路を通過した上記ビームが通過する通過空間および上記加工対象物に向けて上記ビームを出射するための出射孔を有する局所真空チャンバーとを備え、上記真空チャンバーおよび上記局所真空チャンバーの外部の大気圧中に少なくとも一部が配置される上記加工対象物の加工を上記ビームを用いて行うビーム加工装置で、上記加工対象物に照射される上記ビームの焦点を調整するビームの焦点調整方法であって、
   導電性を有する導電部と絶縁性を有する絶縁部とが交互に形成されるとともに上記出射孔から出射される上記ビームの出射方向における上記出射孔の外側に配置される被照射部材に上記ビームを走査させながら照射して、上記被照射部材に流れる電流の値である電流値をグラフ化し、グラフ化された上記電流値を確認しながら、上記ビームの焦点を調整することを特徴とするビームの焦点調整方法。
7. 観察対象物の観察を行うためのビームを出射するビーム出射源と、上記ビーム出射源から出射された上記ビームが通過するビーム通過路を有し上記ビーム出射源が取り付けられる真空チャンバーと、上記ビーム通過路に連通し上記ビーム通過路を通過した上記ビームが通過する通過空間および上記観察対象物に向けて上記ビームを出射するための出射孔を有する局所真空チャンバーとを備え、上記真空チャンバーおよび上記局所真空チャンバーの外部の大気圧中に少なくとも一部が配置される上記観察対象物の観察を上記ビームを用いて行うビーム観察装置で、上記観察対象物に照射される上記ビームの焦点を調整するビームの焦点調整方法であって、
   導電性を有する導電部と絶縁性を有する絶縁部とが交互に形成されるとともに上記出射孔から出射される上記ビームの出射方向における上記出射孔の外側に配置される被照射部材に上記ビームを走査させながら照射して、上記被照射部材に流れる電流の値である電流値をグラフ化し、グラフ化された上記電流値を確認しながら、上記ビームの焦点を調整することを特徴とするビームの焦点調整方法。

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