JP2012212616A - イオンビーム装置および加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高い装置操作スキルを必要とせず、試料、プローブや試料台等の加工対象物を加工することができる装置および方法を提供する。
【解決手段】先ず、イオンビームの走査信号と加工対象物の吸収電流に基づいて加工対象物の形状を求める形状生成処理を行い、次に、加工対象物の像に加工パターンを配置する加工パターン配置処理を行い、更に、イオンビーム照射による加工対象物の加工中に加工対象物の像と加工パターンの比較結果から、イオンビーム照射を停止するイオンビーム停止処理を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、イオンビームを用いて加工対象物を加工する機能を有するイオンビーム装置及びイオンビーム加工方法に関する。

分析装置に用いる微小試料片作製を容易にする試料作製装置として、集束イオンビーム（Focused Ion BEAM：以下ＦＩＢと略す）加工とマイクロマニピュレーション技術を組み合わせて微小試料を試料基板から摘出する装置が提案されている。この手法に関しては、特開平５−５２７２１号公報に記載されている。この試料作製装置では、荷電粒子線装置にプローブが導入されている。試料作製装置はＦＩＢ加工することで、試料基板から分析用の微小試料を分離する。またプローブによりこの分析用の微小試料を保持、運搬することができる。プローブの形状はイオンビーム走査と二次電子検出による走査イオン顕微鏡像（Scanning Ion Microscope：以下ＳＩＭ像）により認識される。

またプローブの流入電流と荷電粒子線の走査信号とを同期させて得られる流入電流像よりプローブの形状および先端を認識する手法もある。この手法については特開２０００−１７１３６４号公報に記載されている。

摘出した微小試料を円柱または角柱状の試料台に設置することで、ＦＩＢ加工時に発生する試料汚染やイオンビーム損傷を最小限に抑える手法もある。この手法については特開２００４−１９９９６９号に記載されている。

特開平５−５２７２１号公報 特開２０００−１７１３６４号公報 特開２００４−１９９９６９号公報

イオンビーム装置では、試料を加工する際にSIM像を頼りに加工パターンを配置していた。そのため試料の加工を自動化することは不可能である。微小試料片を載置するためのニードル型試料台では、試料台の試料接接着面が試料底面と同等の面積であることが望まれる。そのため作業者は載置する微小試料の大きさに合わせて試料接着面を整形する必要がある。試料、及び、試料台等の加工では、作業者がイオンビーム装置と駆動機構を操作する必要がある。このため、作業者には高レベルな装置操作スキルが必要とされる。

本発明の目的は、高い装置操作スキルを必要とせず、試料、プローブや試料台等の加工対象物を加工することができる装置および方法を提供する。

本発明によると、先ず、イオンビームの走査信号と加工対象物の吸収電流に基づいて加工対象物の形状を求める形状生成処理を行い、次に、加工対象物の像に加工パターンを配置する加工パターン配置処理を行い、更に、イオンビーム照射による加工対象物の加工中に加工対象物の像と加工パターンの比較結果から、イオンビーム照射を停止するイオンビーム停止処理を行う。

本発明によると、高い装置操作スキルを必要とせず、試料、プローブや試料台等の加工対象物を加工することができる装置および方法を提供する。

本発明によるイオンビーム装置の第１の例の全体概略構成図。 本発明による本発明によるイオンビーム装置において試料加工のための機能ブロック図。 本発明の試料加工の手順説明図。 本発明の試料加工の手順説明図。 本発明の試料加工の手順説明図。 本発明の試料加工の手順説明図。 本発明の試料加工の手順説明図。 本発明の試料加工のイオンビーム停止処理の第１の例の説明図。 本発明の試料加工のイオンビーム停止処理の第１の例の説明図。 本発明の試料加工のイオンビーム停止処理の第１の例の説明図。 本発明の試料加工のイオンビーム停止処理の第２の例の説明図。 本発明の試料加工のイオンビーム停止処理の第２の例の説明図。 本発明の試料加工のイオンビーム停止処理の第２の例の説明図。 本発明の試料加工のイオンビーム停止処理の第２の例の説明図。 本発明による試料加工の処理の流れを示すフローチャート図。 本発明によるイオンビーム装置の第２の例の全体概略構成図。 本発明によるイオンビーム装置を用いて、試料にイオンビームを照射し、観察部位を含む微小試料を摘出する工程を説明する図。 本発明によるイオンビーム装置を用いて、試料にイオンビームを照射し、観察部位を含む微小試料を摘出する工程を説明する図。 本発明によるイオンビーム装置を用いて、試料にイオンビームを照射し、観察部位を含む微小試料を摘出する工程を説明する図。 本発明によるイオンビーム装置を用いて、観察部位を含む微小試料を摘出する工程を説明する図。 本発明によるイオンビーム装置を用いて、ニードル型試料台の先端を加工する工程を示す図。 本発明によるイオンビーム装置を用いて、ニードル型試料台の先端を加工する工程を示す図。 本発明によるイオンビーム装置を用いて、ニードル型試料台の先端を加工する工程を示す図。 本発明によるイオンビーム装置を用いて、微小試料をニードル型試料台の先端に固定する工程を示す図。 本発明によるイオンビーム装置を用いて、微小試料をニードル型試料台の先端に固定する工程を示す図。 本発明によるイオンビーム装置を用いて、微小試料をニードル型試料台の先端に固定する工程を示す図。 本発明によるイオンビーム装置を用いて、微小試料を摘出した状態を示す図。 本発明によるイオンビーム装置におけるニードル型試料台の先端を示す図。 本発明によるイオンビーム装置におけるニードル型試料台用の加工パターンの例を示す図。 本発明によるイオンビーム装置において試料を載置した試料台を示す斜視図。 本発明によるイオンビーム装置において、加工開始前に、加工パターンをニードル型試料台の先端像に重ね合わせた状態を示す図。 本発明によるイオンビーム装置において、ＦＩＢ加工により、ニードル型試料台の先端像の頂点が削れた状態を示す図。 本発明によるイオンビーム装置において、ＦＩＢ加工によりニードル型試料台の先端像が小さくなり、頂点が更に削れた状態を示す図。 本発明によるイオンビーム装置において、加工前の加工パターンを示す図。 本発明によるイオンビーム装置において、加工開始後の加工パターンを示す図。 本発明によるイオンビーム装置において、加工が進んだ状態の加工パターンを示す図。 加工対象物像の先端を検出する方法の例を説明する図。 加工対象物像の先端を検出する方法の例を説明する図。 加工対象物像の先端を検出する方法の例を説明する図。 加工対象物像の先端を検出する方法の例を説明する図。 加工対象物像の先端を検出する方法の例を説明する図。 加工対象物像の先端を検出する方法の例を説明する図。 加工対象物像の先端を検出する方法の例を説明する図。

図１に本発明によるイオンビーム装置の第１例の基本構成を示す。本例のイオンビーム装置は、試料２にイオンビーム９を照射するイオンビーム光学システム１と、試料２を載置する試料ステージ３Ａと、試料２の吸収電流を検出する吸収電流検出装置６と、試料２からの二次電子を検出する二次電子検出器８と、表示装置１０と、入力装置１３と、中央処理装置１１を有する。イオンビーム光学システム１は、試料２上にイオンビーム９を走査する偏向器１２を有する。試料ステージ３Ａは、真空排気された試料室２０に配置され、イオンビーム９による加工や観察に必要な箇所をイオンビーム照射位置に移動させることができる。二次電子検出器８によって検出された二次電子検出信号によって、画像が得られ表示装置１０によって表示される。中央処理装置１１は、イオンビーム光学システム１、試料ステージ３Ａ、表示装置１０等を制御する。

吸収電流検出装置６は、加工対象物の形状を検出するために加工対象物の吸収電流を検出する。本例では、加工対象物は、試料ステージ３Ａに装着された試料２である。従って、吸収電流検出装置６は試料２の吸収電流を検出する。吸収電流検出装置６は試料２の吸収電流を増幅し、吸収電流検出信号を生成し、それを中央処理装置１１に送る。中央処理装置１１は、試料２の吸収電流検出信号から試料像を生成し、試料像の先端の位置（座標）を検出する。試料像の先端位置に予め登録している加工パターンを配置する。イオンビーム光学システム１は加工パターンに基づいて試料の先端を加工する。本例によると、加工パターンを配置するために、試料の吸収電流から生成した画像を用いる。それによって簡単に且つ正確に加工パターンを配置することができる。しかしながら、加工パターンを配置するために走査イオン顕微鏡像（SIM像）を用いても良い。

図２を参照して、本発明のイオンビーム装置における処理の流れを説明する。図２は、イオンビーム装置のうち、吸収電流検出装置６、中央処理装置１１、偏向器１２、表示装置１０、入力装置１３、及びイオンビーム光学システム１からなるブロック図である。吸収電流検出装置６は、試料２への吸収電流（Ｉｐ）を検出し、それを増幅し、画像信号（Ｓｐ）を生成し、中央処理装置１１に供給する。偏向器１２はイオンビーム走査信号（Ｓｄ）を生成し、それを中央処理装置１１に供給する。入力装置１３を介して、加工パターン情報（Ｓｉ）を中央処理装置１１に供給する。加工パターン情報（Ｓｉ）は、作業者が、入力装置１３を介して入力してもよいが、予めメモリに格納しておき、それを読み出してもよい。中央処理装置１１は、試料形状生成処理２１、試料画像格納処理２２、試料先端座標抽出処理２３、加工パターン配置処理２４、及び、イオンビーム停止処理２５を実行する。

図３Ａ〜図３Ｅを参照して、本発明のイオンビーム装置における処理を説明する。試料形状生成処理２１では、画像信号（Ｓｐ）とイオンビーム走査信号（Ｓｄ）から、試料の形状を検出する。図１に示すように、試料２の先端の下側には試料室２０の底がある。イオンビーム９を試料２に走査すると、試料２の先端の下側にある試料室２０にもイオンビームが走査される。イオンビーム９が試料２上を走査しているときには、吸収電流検出信号（Ｉｐ）はゼロとならない。従って、画像信号（Ｓｐ）はゼロとならない。Ｓｐ≠０である。イオンビーム９が試料２上を通り過ぎて、試料室２０の底を走査しているときは、吸収電流検出信号（Ｉｐ）はゼロとなる。従って、画像信号（Ｓｐ）はゼロとなる。Ｓｐ＝０である。画像信号（Ｓｐ）を検出することによって、イオンビーム９が試料２上を走査しているのか、試料２上を通り過ぎて試料室２０の底を走査しているのかが判る。画像信号（Ｓｐ）がＳｐ≠０からＳｐ＝０に変化する点を結ぶことによって、試料２の外形を描くことができる。本例では、２値化した画像信号（Ｓｐ）を用いるため、ノイズの混入を防止することができる。図３Ａは、試料形状生成処理２１によって得られた試料像３１を示す。試料像３１は、試料２の外形の輪郭線の座標として得られる。

次に、試料画像格納処理２２では、試料形状生成処理２１にて得られた試料像３１を、メモリに格納する。メモリに格納された試料像３１は、表示装置１０にて表示される。尚、試料像３１をメモリに保存しないで、表示装置１０に直接表示することも可能である。

試料先端座標抽出処理２３では、試料像３１から試料像の先端３２の位置を検出し、その座標を読み取る。試料像３１から試料像の先端３２の位置（座標）を検出する方法は後に説明する。図３Ｂは、試料先端座標抽出処理２３によって、試料像３１の先端３２が検出された状態を示す。

加工パターン配置処理２４では、試料像３１に加工パターン２０１を配置する。入力装置１３にて登録された加工パターン情報Siに基づいて、加工パターン２０１の目標点２０２を設定する。図３Ｃは、加工パターン２０１と目標点２０２を示す。加工パターン２０１は、イオンビーム９を照射し、それによって試料２を除去すべき領域を示す。目標点２０２と試料像３１の先端３２の位置（座標）が一致するように、加工パターン２０１を配置する。図３Ｄは、試料像３１に加工パターン２０１が配置された状態を示す。

イオンビーム光学システム１は、中央処理装置１１によって設定された加工パターン２０１に基づいて、ＦＩＢ加工を行う。図３Ｅは、ＦＩＢ加工によって得られた試料の先端の例を示す。加工パターン２０１の領域をＦＩＢ加工することによって除去すると、予め登録された加工パターン２０１に沿った形状の試料像３１が得られる。

中央処理装置１１は、次に、イオンビーム停止処理２５を行う。本例によると、イオンビーム停止処理２５は２つの場合を含む。以下に、イオンビーム停止処理２５の例を説明する。

図４Ａ、図４Ｂ及び図４Ｃを参照して、イオンビーム停止処理２５の第１の場合を説明する。本例では、加工中に試料像３１をモニタし、試料像３１の外形を検出する。試料像３１の外形の検出方法は、試料形状生成処理２１にて説明した。こうして試料像３１の外形の輪郭の座標が得られる。試料像３１と加工パターン２０１を比較し、加工パターン２０１を表す矩形の内側の長辺と試料像３１の外形の間の寸法が所定の値より小さくなったときに、自動的にイオンビーム照射を停止する。図４Ａは、加工開始前における加工パターン２０１の中の試料像３１の外形３１ａを示す。図４Ｂは、ＦＩＢ加工により、試料像の外形３１ａが変形した状態を示す。ＦＩＢ加工を行うと、加工パターン２０１を表す矩形の内側の長辺２０１ａと試料像の外形３１ａの間の寸法が小さくなる。図４Ｃは、ＦＩＢ加工により試料像が小さくなり、試料像の外形３１ａが変化した状態を示す。ＦＩＢ加工が進み、加工パターン２０１を表す矩形の内側の長辺２０１ａと試料像の外形３１ａの間の寸法３１ｂが所定の値より小さくなったら、イオンビーム照射を停止する。

本例では、試料像３１をモニタしながらＦＩＢ加工するので、高精度にて、加工パターンの部分を除去することができる。しかしながら、本例では、加工パターンの形状と位置は固定されている。そのため、図４Ｃに示すように、試料像が小さくなると、加工パターン２０１における試料像以外の空間が大きくなる。ＦＩＢ加工では、加工パターン２０１の範囲にイオンビーム９を照射する。即ち、加工パターン２０１内なら、試料２が存在してもしなくてもイオンビーム９を照射する。従って、試料２が存在しない領域では、イオンビーム９の照射は無駄となる。そこで、次の例では、ＦＩＢ加工が進むにつれて、加工パターン２０１を変化させる。

図５Ａ〜図５Ｄを参照して、イオンビーム停止処理２５の第２の場合を説明する。本例では、加工中に試料像３１をモニタし、試料像３１の外形を検出する。試料像３１の外形の検出方法は、試料形状生成処理２１にて説明した。こうして試料像３１の外形の輪郭の座標が得られる。試料像３１の外形が変化したら、それに従って加工パターン２０１を変化させる。例えば、試料像３１の変化量を計測し、それが所定値になったら、加工パターン２０１を修正してよい。それによって、加工パターン２０１は、試料像３１の変化に追従して変化する。ＦＩＢ加工が進むほど、加工パターン２０１の寸法、特に、幅が小さくなる。加工パターン２０１の幅が所定の値より小さくなったときに、自動的にイオンビーム照射を停止する。

図５Ａは、加工前の加工パターン２０１を示す。加工パターン２０１の横の寸法をＸ_０、縦の寸法をＹ_０とする。図５Ｂは、加工開始後の加工パターン２０１を示す。試料像３１が小さくなっており、更に、その外形は平坦となっている。加工パターンの横の寸法をＸ_１、縦の寸法をＹ_１とする。加工パターンの横の寸法Ｘ_１は変化していないが、縦の寸法Ｙ_１は小さくなっている。図５Ｃは、更に、加工が進んだ状態の加工パターン２０１を示す。試料像３１が更に小さくなっている。加工パターン２０１の横の寸法をＸ_２、縦の寸法をＹ_２とする。加工パターン２０１の横の寸法Ｘ_２は変化していないが、縦の寸法Ｙ_２は更に小さくなっている。図５Ｄは、更に、加工が進んだ状態の加工パターン２０１を示す。試料像３１が更に小さくなっている。加工パターン２０１の横の寸法をＸ_３、縦の寸法をＹ_３とする。加工パターン２０１の横の寸法Ｘ_３は変化していないが、縦の寸法Ｙ_３は極めて小さくなっている。そこで加工パターン２０１の縦の寸法Ｙ_３が所定の値より小さくなったら、自動的にイオンビーム照射を停止する。

本例では、加工が進行し、試料像３１が小さくなると、それに応じて、加工パターン２０１の縦の寸法Ｙを小さくする。加工パターン２０１は、加工パターン２０１内の試料像３１の割合は一定になるように、加工パターン２０１の２本の長辺のうち、内側の長辺の位置は固定され、外側の長辺の位置が変化する。

図６を参照して、本発明による試料の自動加工の処理を説明する。ステップＳ１０１にて、試料の吸収電流を画像信号へ変換する。ステップＳ１０２にて、試料形状生成処理２１を実行する。即ち、画像信号と走査信号より試料形状情報を生成する。ステップＳ１０３にて、試料画像格納処理２２を実行する。即ち、試料形状情報をメモリに貯える。ステップＳ１０４にて、試料先端座標抽出処理２３を実行する。即ち、試料形状情報から試料の先端の座標を抽出する。ステップＳ１０５にて、登録してある加工パターンを呼び出す。ステップＳ１０６にて、加工パターン配置処理２４を実行する。即ち、試料の先端の座標と加工パターンの目標点が整合するように、加工パターンを配置する。ステップＳ１０７にて、加工パターンに基づいて、試料をＦＩＢ加工する。ステップＳ１０８にて、イオンビーム照射を停止するか否かを判定する。上述のように本例では、２つの場合がある。イオンビーム照射を停止すべきであると判定したときは、ステップＳ１０９に進み、イオンビーム停止処理２５を行う。

本発明によると、試料自動加工は、中央処理装置１１において、ソフトウェアで実行させてもよい。

以上のように、本例のイオンビーム装置では、試料形状生成処理２１、試料画像格納処理２２、試料先端座標抽出処理２３、加工パターン配置処理２４、及び、イオンビーム停止処理２５を自動的に実行する。本例では、作業者の高い作業スキルを必要とせずに容易かつ高速、確実に試料を加工することができる。

また試料をプローブに、試料ステージをプローブ駆動装置に、加工パターンをプローブ整形用の加工パターンに置き換えることで、プローブの整形を容易にかつ高速、確実に行うことができる。

図７に本発明によるイオンビーム装置の第２例の基本構成を示す。本例のイオンビーム装置は、図１の第１例と比較して、第２試料ステージ３Ｂと、プローブ４を備えたマニピュレータ（プローブ駆動装置）５と、デポジションガス源７とが追加されている点が異なる。第２試料ステージ３Ｂは、回転軸を有し、その先端にニードル型試料台３Ｃが搭載されている。回転軸は、中心軸線周りの回転と直進運動が可能である。従って、ニードル型試料台３Ｃに装着された試料は、回転運動と直進運動が可能である。

吸収電流検出装置６は、加工対象物の形状を検出するために加工対象物の吸収電流を検出する。本例では、ニードル型試料台３Ｃの先端を加工する。従って、吸収電流検出装置６は、ニードル型試料台３Ｃの吸収電流を検出する。尚、ニードル型試料台３Ｃの先端に接着された試料の形状を検出する場合には、ニードル型試料台３Ｃの先端に接着された試料の吸収電流を検出し、プローブの先端を加工する場合には、プローブの吸収電流を検出する。

マニピュレータ（プローブ駆動装置）５は、プローブ４を任意の位置に移動させるように構成されている。デポジションガス源７からはイオンビームアシストデポジション用ガスが供給される。

本例のイオンビーム装置は、試料にイオンビームを照射して、観察部位を含む微小試料を摘出（マイクロサンプリング）することができる。

図８Ａ〜図８Ｄ、図９Ａ〜図９Ｃ、図１０Ａ〜図１０Ｃを参照して、本例のイオンビーム装置を用いたマイクロサンプリングの例を説明する。図８Ａ〜図８Ｄは、試料２にイオンビーム９を照射し、観察部位を含む微小試料を摘出する工程を示し、図９Ａ〜図９Ｃは、ニードル型試料台３Ｃの先端を加工する工程を示し、図１０Ａ〜図１０Ｃは、微小試料をニードル型試料台３Ｃの先端に固定する工程を示す。尚、これらの図は、表示装置１０に表示される画像を表すが、説明の便宜上、試料像、ニードル型試料台像、プローブ像等の参照符号として、試料、ニードル型試料台、プローブ等の参照符号と同一のものが用いられている。以下に、順に説明する。

（１）図８Ａは、試料２の上の観察部位７１を示す。試料２の観察部位７１がイオンビーム９の光軸に整合するように、第１試料ステージ３Ａに装着された試料２を移動させる。

（２）図８Ｂに示すように、試料２の観察部位７１を含む領域にデポジションガス源７を用いたビームアシストデポジションにより堆積膜７２を形成する。この膜は摘出する微小試料の保護膜として機能する。

（３）図８Ｃに示すように、少なくとも２方向からイオンビームを照射し、観察部位７１の周囲を、その一部を残して削り取る。こうして、微小試料７４が形成される。但し、微小試料７４は、周囲の一部の接続箇所により、試料２に接続されており、試料から完全に分離されていない。観察部位７１の周囲に形成された溝７３の少なくとも一部は、深さ方向に対して傾斜している。次に、プローブ４の先端を微小試料７４に接触又は近接させる。ビームアシストデポジションにより、プローブ４の先端を覆うように、微小試料７４上に堆積膜７５を形成し、微小試料７４とプローブを接続する。

（４）図８Ｄに示すように、試料２と微小試料７４の接続箇所をイオンビーム照射で除去する。観察部位７１の周囲を囲むように、溝７３が形成される。微小試料７４は、試料２から完全に分離される。

（５）図９Ａに示すように、第２試料ステージ３Ｂを回転軸周りに回転させて、第２試料ステージ３Ｂのニードル型試料台３Ｃの中心軸線がイオンビーム９の光軸に対して直交するように配置する。ニードル型試料台３Ｃの先端７７の座標を検出する。ニードル型試料台３Ｃの先端７７の座標を検出する方法の例は後に説明する。

（６）図９Ｂに示すように、ニードル型試料台３Ｃの先端７７の座標に、加工パターン２０３の目標点が整合するように、加工パターン２０３を配置する。加工パターン２０３については後に詳細に説明する。

（７）図９Ｃに示すように、ニードル型試料台３Ｃの先端を加工パターン２０３に基づいて、イオンビーム９で除去する。ニードル型試料台３Ｃの先端に、平坦な試料接着面が形成される。

（８）図１０Ａに示すように、第２試料ステージ３Ｂを回転軸周りに回転させて、第２試料ステージ３Ｂのニードル型試料台３Ｃの中心軸線がイオンビーム９の光軸に整合するように配置する。プローブ４を移動させて、プローブ４の先端に接続された微小試料７４を、ニードル型試料台３Ｃの試料接着面に接触させる。

（９）図１０Ｂに示すように、ビームアシストデポジションにより、微小試料７４とニードル型試料台３Ｃが接続するように、堆積膜７９を形成する。

（１０）図１０Ｃに示すように、プローブ４の先端にイオンビーム９を照射し、プローブ４と微小試料７４を分離する。

図１１Ａ、図１１Ｂ、及び、図１１Ｃを参照して、ニードル型試料台３Ｃの先端を加工するために使用する加工パターンの形状を説明する。図１１Ａは、試料２の観察部位の周囲を削り取り、微小試料７４を摘出した状態を示す。微小試料７４を囲むように溝７３が形成されている。微小試料７４の一辺の長さＬ１とする。図１１Ｂは、ニードル型試料台３Ｃの先端を示す。ニードル型試料台３Ｃの先端の角度をθ１とする。図１１Ｃは、ニードル型試料台用の加工パターン２０３を示す。加工パターンの形状は、微小試料７４の寸法Ｌ１とニードル型試料台３Ｃの先端の角度θ１を用いて作成される。加工パターン２０３の目標点２０４の位置座標を設定する。本例では、加工パターン２０３は三角形であるが、その頂点は尖がっていていてもよいが、僅かに削られた形状であってもよい。加工パターン２０３を表す三角形の底辺の寸法は、微小試料７４の寸法Ｌ１に基づいて設定されるが、微小試料７４の寸法Ｌ１と同一である必要はなく、例えば、それより所定の寸法だけ大きくてよい。

微小試料７４の一辺の長さＬ１は、イオンビーム９を照射し、観察部位を含む微小試料７４を試料２から分離する時の加工データから得られる。微小試料７４の一辺の長さL１は、このような加工データを用いて自動的に入力されてもよいし、作業者が入力してもよい。ニードル型試料台３Ｃの形状及び寸法は規格化されているため、ニードル型試料台の先端の角度θ１は一定である。

図１２は、ニードル型試料台３Ｃの先端の試料接着面に微小試料７４が固定された状態を示す。ニードル型試料台３Ｃの試料接着面と微小試料７４の底面の大きさが同等であるため、イオンビームによってニードル型試料台３Ｃがスパッタされて微小試料７４表面が汚染されるのを防ぐことができる。ニードル型試料台に搭載された微小試料は、集束イオンビーム（ＦＩＢ）加工により薄膜化する。この微小試料の搭載した、第２試料ステージを引き抜き、第２試料ステージごと透過電子顕微鏡や走査電子顕微鏡に装着する。こうして高分解能観察および微小領域の元素分析を行うことが可能となる。

本例では、ニードル型試料台の先端の加工を、微小試料の大きさに合わせて自動加工されるので、作業スキルを必要とせず容易に行うことができる。

ニードル型試料台３Ｃの先端の試料接着面を形成するには、図２及び図３Ａ〜図３Ｅを参照して説明した試料の先端の加工方法と同様な方法が用いられる。ここでは、ニードル型試料台３Ｃの先端の試料接着面を形成する場合のイオンビーム停止処理２５について説明する。

図１３Ａ、図１３Ｂ、及び、図１３Ｃを参照して、ニードル型試料台３Ｃの先端の試料接着面を形成する場合のイオンビーム停止処理２５の第１の場合を説明する。本例では、加工中のニードル型試料台３Ｃの先端像をモニタし、先端像３３と加工パターン２０３を比較し、加工パターン２０３を表す三角形の底辺と試料像３１の先端の外形の間の差が所定の値より小さくなったときに、自動的にイオンビーム照射を停止する。図１３Ａは、加工開始前に、加工パターン２０３をニードル型試料台３Ｃの先端像３３に重ね合わせた状態を示す。加工パターン２０３の目標点２０４が、ニードル型試料台３Ｃの先端に整合するように、加工パターン２０３を配置する。図１３Ｂは、ＦＩＢ加工により、ニードル型試料台３Ｃの先端像３３の頂点３３ａが削れた状態を示す。ＦＩＢ加工を行うと、加工パターン２０３を表す三角形の底辺とニードル型試料台３Ｃの先端像３３の頂点３３ａの間の寸法が小さくなる。図１３Ｃは、ＦＩＢ加工によりニードル型試料台３Ｃの先端像３３が小さくなり、頂点３３ａが更に削れた状態を示す。ＦＩＢ加工が進み、加工パターン２０３を表す三角形の底辺とニードル型試料台３Ｃの先端像３３の頂点３３ａの間の寸法３３ｂが所定の値より小さくなったら、イオンビーム照射を停止する。

図１４Ａ、図１４Ｂ、及び、図１４Ｃを参照して、ニードル型試料台３Ｃの先端の試料接着面を形成する場合のイオンビーム停止処理２５の第２の場合を説明する。本例では、加工中のニードル型試料台３Ｃの先端像３３をモニタし、先端像３３が変化したら、それに従って加工パターン２０３を変化させる。ＦＩＢ加工が進むほど、加工パターン２０３の寸法、特に、幅が小さくなる。加工パターン２０３の幅が所定の値より小さくなったときに、自動的にイオンビーム照射を停止する。

図１４Ａは、加工前の加工パターン２０３を示す。加工パターン２０３の横の寸法をＸ_０とする。図１４Ｂは、加工開始後の加工パターン２０３を示す。ニードル型試料台３Ｃの先端像３３が削られ、その先端が平坦となっている。加工パターンの横の寸法をＸ_１とする。加工パターンを表す三角形の底辺の寸法は変化していないが、横の寸法Ｘ_１は小さくなっている。図１４Ｃは、更に、加工が進んだ状態の加工パターン２０３を示す。ニードル型試料台３Ｃの先端像３３が更に平坦になっている。加工パターンを表す三角形の底辺の寸法は変化していないが、横の寸法Ｘ_１は極めて小さくなっている。そこで加工パターン２０３の横の寸法Ｘ_１が所定の値より小さくなったら、自動的にイオンビーム照射を停止する。

図１５Ａ、図１５Ｂ、及び、図１５Ｃを参照して、試料像の先端を検出する方法の例を説明する。図１５Ａは、2値化（0と1とする）した画像信号Spによって表示された試料の画像を表す。白い部分は試料像を表し、画像信号Sp＝１であり、暗い部分は、試料像でないことを表し、画像信号Sp＝０である。

図１５Ｂは図１５Ａの画像を格納したメモリの内容を模式的に示した図である。この画像は、N×M個の画素によって構成されている。画素の座標は（Xi，Yj）（i，jは整数）で表される。但し、ｉ＝０〜Ｎ、ｊ＝０〜Ｍである。NはX方向の視野のデジタル分割数であり、MはY方向の視野のデジタル分割数である。

図１５Ｃは、所定のYについて、Ｘ方向に沿って画像信号Spを読み出した結果を模式的に示す。高いレベルは、Sp＝１、低いレベルは、Sp＝０である。例えば、Y＝Y0〜Ym−1までは、全てのXに対して画像信号Sp＝0である。Y＝Ym〜YMでは、所定のXの範囲に対して画像信号Sp＝1である。この情報から、試料像の先端を検出することができる。例えば、Y＝Y0〜Ymにおいて、各行の画像信号Spを読み出し、立ち上がり（0→1）と立ち下がり（1→0）のX間隔が最も小さいところが先端であると判断してよい。図示の例では、座標（Xn，Ym）が試料像の先端座標と判定する。

図１６Ａに示すように、試料像が横向きの場合には、上述のような方法では、試料像の先端を検出することができない。図１６Ｂは、図１６Ａの画像を格納したメモリの内容を模式的に示したものである。この場合、各Ｙ値についてＸ方向に沿って画像信号Spを読み出すと、立ち上がり（0→1）を検出することはできるが、立ち下がり（1→0）を検出することはできない。そこで、図１６Ｃ及び図１６Ｄに示すように、各Ｘ値に対してＹ方向に沿って画像信号Spを読み出せばよい。立ち上がりと立ち下がりのＹ間隔が最も小さいところを取出せば、その座標が試料像の先端の座標となる。

本例の試料像の先端位置同定法は、吸収電流検出信号（Ｉｐ）に基づく画像信号（Ｓｐ）を用いて試料像を生成している。従って、試料像以外の領域にて画像信号Sp＝１となることはない。そのため、高精度にて、試料像を得ることができる。従って、SIM像から画像パターン認識によって試料像を得る場合と比較して、高精度にて試料像を得ることができる。

本例では、画像信号Spを2値化することにより、ノイズを除去することができる。しかしながら、試料像以外の領域にSp＝1の特異点が存在し、上述の方法では先端位置を検出することができない場合には、メモリ内の全画素に対して各画素の周辺の画素との平均をとり、スムージング化を行うことで特異点を除去することができる。

ここでは、試料像の先端を検出する場合を説明したが、ニードル型試料台３Ｃの先端像の頂点を検出する場合も同様である。

上述の例では、試料を加工する場合及びニードル型試料台３Ｃの先端を加工する場合を説明した。しかしながら、プローブの先端を加工する場合も同様に本発明を適用することができることは当業者であれば容易に理解されよう。また、上述の例では、加工パターンを生成するために、吸収電流検出信号（Ｉｐ）を用いる場合を説明した。しかしながら、吸収電流検出信号（Ｉｐ）の代わりに走査イオン顕微鏡像（ＳＩＭ像）を用いてもよい。

以上本発明の例を説明したが本発明は上述の例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変更が可能であることは、当業者によって容易に理解されよう。

１…イオンビーム光学システム、２…試料、３Ａ…第１試料ステージ、３Ｂ…第２試料ステージ、３Ｃ…ニードル型試料台、４…プローブ、５…マニピュレータ（プローブ駆動装置）、６…吸収電流検出装置、７…デポジションガス源、８…二次電子検出器、９…イオンビーム、１０…表示装置、１１…中央処理装置、１２…偏向器、１３…入力装置、２０…試料室、２１…試料形状生成処理、２２…試料画像格納処理、２３…試料先端座標抽出処理、２４…加工パターン配置処理、２５…イオンビーム停止処理、３１…試料像、３１ａ…試料像の外形、３１ｂ…寸法、３２…試料像の先端、３３…先端像、７１…試料の観察部位、７２…堆積膜、７３…加工溝、７４…微小試料、７５…堆積膜、７７…ニードル型試料台の先端、７９…堆積膜、２０１…加工パターン、２０２…目標点、２０３…加工パターン、２０４…目標点

Claims (14)

1. 加工対象物にイオンビームを照射するイオンビーム光学システムと、
   イオンビームの照射によって前記加工対象物に流れる吸収電流を検出する吸収電流検出装置と、
   前記イオンビーム光学システムを制御する中央処理装置と、
   前記イオンビームの走査信号と前記加工対象物の吸収電流に基づいて前記加工対象物の形状を求める形状生成処理部と、
   前記形状生成処理部によって得られた前記加工対象物の像に加工パターンを配置する加工パターン配置処理部と、
   前記イオンビーム照射による前記加工対象物の加工中に前記加工対象物の像と前記加工パターンの比較結果から、前記イオンビーム照射を停止するイオンビーム停止処理部と、
   を備えることを特徴とするイオンビーム装置。
2. 請求項１のイオンビーム装置において、
   前記イオンビーム停止処理部は、前記加工対象物の像の外形と前記加工パターンの外形の間の寸法が所定の値より小さくなったときに、前記イオンビーム照射を停止することを特徴とするイオンビーム装置。
3. 請求項１のイオンビーム装置において、
   前記イオンビーム停止処理部は、前記加工対象物の像の外形の変化に従って前記加工パターンの外形を変化させ、該加工パターンの寸法が所定の値より小さくなったときに、前記イオンビーム照射を停止することを特徴とするイオンビーム装置。
4. 請求項１のイオンビーム装置において、
   微小試料を取り付けることができるニードル型試料台と、該ニードル型試料台を回転移動及び直線移動させる回転軸を備えた試料ステージが設けられ、
   前記加工対象物は、前記ニードル型試料台の先端であることを特徴とするイオンビーム装置。
5. 請求項１のイオンビーム装置において、
   前記加工対象物は、試料、試料台又はプローブであることを特徴とするイオンビーム装置。
6. 試料を保持する試料ステージと、
   試料にイオンビームを照射するイオンビーム光学システムと、
   イオンビームの照射によって試料に流入する電流を検出する吸収電流検出装置と、
   前記イオンビーム光学システムを制御する中央処理装置と、
   を有し、
   前記中央処理装置は、
   前記吸収電流検出装置によって検出した吸収電流に基づいて試料の形状を検出する試料形状生成処理と、前記試料の形状より試料の先端位置を検出する試料先端座標抽出処理と、前記試料形状生成処理によって得られた試料像に加工パターンを配置する加工パターン配置処理と、前記イオンビーム照射による前記試料の加工中に前記試料像と前記加工パターンの比較結果からイオンビーム照射の停止を行うイオンビーム停止処理と、を実行することを特徴とするイオンビーム装置。
7. 請求項６記載のイオンビーム装置において、
   前記イオンビーム停止処理では、加工中の試料像をモニタし、試料像と加工パターンを比較し、加工パターンと試料像の外形の間の寸法が所定の値より小さくなったときに、イオンビーム照射を停止するように構成されているイオンビーム装置。
8. 請求項６記載のイオンビーム装置において、
   前記イオンビーム停止処理では、加工中の試料像をモニタし、試料像が変化したら、それに従って加工パターンを変化させ、加工パターンの幅が所定の値より小さくなったときに、イオンビーム照射を停止するように構成されているイオンビーム装置。
9. 請求項６記載のイオンビーム装置において、
   前記試料形状生成処理では、前記吸収電流に基づいて２値化した画像信号を生成し、該２値化した画像信号から試料の形状を検出することを特徴とするイオンビーム装置。
10. 請求項６記載のイオンビーム装置において、
    前記試料ステージは、微小試料を装着することができるニードル型試料台を有し、
    前記吸収電流検出装置は、イオンビームの照射によってニードル型試料台に流入する電流を検出し、
    前記中央処理装置は、
    前記吸収電流検出装置によって検出した吸収電流に基づいてニードル型試料台の先端の形状を検出する形状生成処理と、前記ニードル型試料台の形状よりニードル型試料台の先端位置を検出する先端座標抽出処理と、前記形状生成処理によって得られたニードル型試料台像に加工パターンを配置する加工パターン配置処理と、前記ニードル型試料台像と前記加工パターンの比較結果からイオンビーム照射の停止を行うイオンビーム停止処理と、を実行することを特徴とするイオンビーム装置。
11. 加工対象物の形状を生成する加工対象物形状生成ステップと、
    前記加工対象物形状から加工対象物先端を検出する加工対象物先端検出ステップと、
    前記加工対象物先端に加工パターンを配置する加工パターン配置ステップと、
    前記加工パターンに基づいてイオンビームを照射し、該加工パターンの領域にある加工対象物を除去するイオンビーム照射ステップと、
    前記加工対象物の加工中に前記加工対象物の像と前記加工パターンを比較し、比較結果から、前記イオンビーム照射を停止するイオンビーム停止ステップと、
    を有するイオンビーム加工方法。
12. 請求項１１のイオンビーム加工方法において、
    前記加工対象物形状生成ステップでは、前記イオンビームの走査信号と前記加工対象物の吸収電流を同期して得られた画像信号に基づいて、加工対象物の形状を検出することを特徴とするイオンビーム加工方法。
13. 請求項１１記載のイオンビーム加工方法において、
    前記イオンビーム停止ステップでは、前記加工対象物の像の外形と前記加工パターンの外形の間の寸法が所定の値より小さくなったときに、イオンビーム照射を停止するように構成されているイオンビーム加工方法。
14. 請求項１１記載のイオンビーム加工方法において、
    前記イオンビーム停止ステップでは、前記加工対象物の像が変化したら、それに従って前記加工パターンを変化させ、前記加工パターンの幅が所定の値より小さくなったときに、イオンビーム照射を停止するように構成されているイオンビーム加工方法。

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