JP2014209450A - 集束イオンビーム装置、それを用いた試料の加工方法、及び集束イオンビーム加工用コンピュータプログラム - Google Patents
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Abstract
【課題】試料ステージを移動させて試料画像の表示範囲を超える加工領域を加工する場合であっても、加工位置ずれを補正することができる集束イオンビーム装置を提供する。【解決手段】集束イオンビーム２０Ａを試料２に照射して生じる二次荷電粒子に基づき、試料に形成された位置検出マークＭ１、Ｍ２、Ｍｄを含む試料画像を生成する画像生成手段９０Ａと、試料画像を表示する表示手段９１と、試料ステージ６０を移動させ、表示手段の表示範囲を超える加工領域２Ｗに集束イオンビームを照射して加工する場合に、試料ステージの移動前の試料画像に含まれる位置検出マークのうち、移動後の試料画像に含まれる位置検出マークを基準マークＭ２、Ｍｄとしてその位置を検出し、試料ステージの移動後の試料画像において検出した基準マークに基づいて集束イオンビームの照射位置を制御する制御手段９０と、を有する集束イオンビーム装置１００である。【選択図】図２
Description
本発明は、集束イオンビームで試料を加工する集束イオンビーム装置、それを用いた試料の加工方法、及び集束イオンビーム加工用コンピュータプログラムに関する。
従来から、集束イオンビーム（ＦＩＢ）装置は、例えば半導体デバイスをエッチング加工して観察用の断面を得たり、試料を薄片にして透過電子顕微鏡用試料片を作製するために用いられてきた（特許文献１）。又、近年では、集束イオンビーム装置を用いて試料を各種形状に加工するニーズも生じている。
ところで、加工時間が長くなると、試料の加工中に試料を載置するステージ等がドリフトしたり、試料の帯電によってビームが偏向し、試料の加工位置がずれることがある。そこで、試料に形成した位置検出マークの位置を加工前に予め登録しておき、加工中のマーク位置とのずれを補正するようにイオンビームの照射位置を調整する技術が知られている（特許文献２）。
又、加工中に何度も位置検出マークにイオンビームを照射してその位置を検出すると、イオンスパッタリング現象によりマークが損傷し、マークを認識できなくなることがある。そこで、試料に複数の位置検出マークを形成しておき、各マークの加工前の位置を予め登録し、加工中に位置補正に用いるマークを順次切り替える技術が知られている（特許文献３）。
ところで、加工時間が長くなると、試料の加工中に試料を載置するステージ等がドリフトしたり、試料の帯電によってビームが偏向し、試料の加工位置がずれることがある。そこで、試料に形成した位置検出マークの位置を加工前に予め登録しておき、加工中のマーク位置とのずれを補正するようにイオンビームの照射位置を調整する技術が知られている（特許文献２）。
又、加工中に何度も位置検出マークにイオンビームを照射してその位置を検出すると、イオンスパッタリング現象によりマークが損傷し、マークを認識できなくなることがある。そこで、試料に複数の位置検出マークを形成しておき、各マークの加工前の位置を予め登録し、加工中に位置補正に用いるマークを順次切り替える技術が知られている（特許文献３）。
ところで、試料の加工領域はディスプレイ上に表示された試料画像を用いて設定され、試料画像の画素を、イオンビームを照射するピクセルの大きさの最小単位としてイオンビームが２次元走査されて画像表示及び試料の加工が行われる。ここで、ディスプレイ上での試料画像の表示サイズ（ＦＯＶ：field of view）を示す幅Ｗと、試料上にイオンビームを照射するピクセルの幅Ｄとの比（Ｗ/Ｄ）を「加工倍率」とする。幅Ｗはディスプレイの画素数で制限されるために通常は一定であるから、加工倍率が高いほど（Ｄが小さいほど）加工精度が高くなる。但し、実際には幅Ｄはイオンビームのスポット径より小さくはならないから、加工倍率の最高倍率には限界がある。なお、加工倍率は、実際の試料の大きさに対し、ディスプレイに表示される試料の大きさを表す「表示倍率」とは異なる。
従って、試料の加工領域が広い場合、すべての加工領域を試料画像内に表示させて加工を行おうとすると加工倍率が低倍率となり、加工精度も低下してしまう。一方、加工倍率を高倍率にして加工精度を向上させようとすると、すべての加工領域を試料画像内に表示できないので、試料ステージを移動させて加工領域を画像中に順次表示させながら加工する必要がある。
ところが、試料ステージの物理的（機械的）移動の位置決め精度は、イオンビーム照射の位置決め精度よりも低く、通常、数μｍ程度の誤差が生じる。このため、試料ステージの移動前の試料画像の位置検出マークを検出して位置ずれを補正しても、試料ステージの移動によって新たな位置ズレが生じるが、試料画像の切り替えによって元の位置検出マークが見えなくなるので、試料ステージの移動後に加工位置ずれを補正することができないという問題がある。
従って、試料の加工領域が広い場合、すべての加工領域を試料画像内に表示させて加工を行おうとすると加工倍率が低倍率となり、加工精度も低下してしまう。一方、加工倍率を高倍率にして加工精度を向上させようとすると、すべての加工領域を試料画像内に表示できないので、試料ステージを移動させて加工領域を画像中に順次表示させながら加工する必要がある。
ところが、試料ステージの物理的（機械的）移動の位置決め精度は、イオンビーム照射の位置決め精度よりも低く、通常、数μｍ程度の誤差が生じる。このため、試料ステージの移動前の試料画像の位置検出マークを検出して位置ずれを補正しても、試料ステージの移動によって新たな位置ズレが生じるが、試料画像の切り替えによって元の位置検出マークが見えなくなるので、試料ステージの移動後に加工位置ずれを補正することができないという問題がある。
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、試料ステージを移動させて試料画像の表示範囲を超える加工領域を加工する場合であっても、加工位置ずれを補正することができる集束イオンビーム装置、それを用いた試料の加工方法、及び集束イオンビーム加工用コンピュータプログラムの提供を目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明の集束イオンビーム装置は、加工対象の試料を載置すると共に該試料の位置を移動させる移動機構を有する試料ステージと、集束イオンビームを前記試料に照射する集束イオンビーム照射機構と、前記集束イオンビームを前記試料に照射して生じる二次荷電粒子を検出する検出器と、前記検出器の検出データに基づき、前記試料に形成された位置検出マークを含む試料画像を生成する画像生成手段と、前記試料画像を表示する表示手段と、前記試料ステージを移動させ、前記表示手段の表示範囲を超える加工領域に前記集束イオンビームを照射して加工する場合に、前記試料ステージの移動前の前記試料画像に含まれる前記位置検出マークのうち、前記移動後の前記試料画像に含まれることとなるいずれかの位置検出マークを基準マークとしてその位置を検出し、前記試料ステージの移動後の前記試料画像において前記基準マークの位置を検出し、当該基準マークに基づいて前記集束イオンビームの照射位置を制御する制御手段と、を有する。
この集束イオンビーム装置によれば、加工精度を高めるために高い倍率の試料画像上で加工を行った後、試料ステージを移動させて試料画像の表示範囲を超える加工領域を加工する場合であっても、移動後の試料画像に含まれる基準マークを用いることにより、加工位置ずれを補正しながらすべての加工領域を高精度で加工することができる。
この集束イオンビーム装置によれば、加工精度を高めるために高い倍率の試料画像上で加工を行った後、試料ステージを移動させて試料画像の表示範囲を超える加工領域を加工する場合であっても、移動後の試料画像に含まれる基準マークを用いることにより、加工位置ずれを補正しながらすべての加工領域を高精度で加工することができる。
前記制御手段は、前記試料ステージの移動先に最も近い前記基準マークを検出してもよい。
このようにすると、移動後の試料画像に基準マークを確実に含ませることができる。
このようにすると、移動後の試料画像に基準マークを確実に含ませることができる。
前記制御手段は、予めすべての前記加工領域を設定すると共に、当該すべての加工領域と、前記表示手段に表示される前記試料画像の表示サイズを示す幅Ｗとに基づき、前記試料ステージの移動量を設定してもよい。
この集束イオンビーム装置によれば、低倍率の試料画像上で、予めすべての加工領域を設定することで、試料ステージの移動及びその後の基準マークの検出や加工を自動で行うことができる。
この集束イオンビーム装置によれば、低倍率の試料画像上で、予めすべての加工領域を設定することで、試料ステージの移動及びその後の基準マークの検出や加工を自動で行うことができる。
前記制御手段は、前記試料ステージの移動量を設定すると共に、当該移動量に基づき、前記移動前の試料画像上で前記基準マークの位置を検出してもよい。
この集束イオンビーム装置によれば、加工精度を高めるために高い倍率の試料画像内のみの加工領域を加工した後、事後的に試料ステージを移動させて試料画像の表示範囲を超える部分を加工する必要が生じた場合であっても、基準マークによる加工位置ずれを補正することができる。
この集束イオンビーム装置によれば、加工精度を高めるために高い倍率の試料画像内のみの加工領域を加工した後、事後的に試料ステージを移動させて試料画像の表示範囲を超える部分を加工する必要が生じた場合であっても、基準マークによる加工位置ずれを補正することができる。
前記制御手段は、前記移動量に基づき、前記基準マークを形成してもよい。
この集束イオンビーム装置によれば、予め位置検出マークを先に形成しなくとも、移動量が判明してから位置検出マークを形成することができる。
この集束イオンビーム装置によれば、予め位置検出マークを先に形成しなくとも、移動量が判明してから位置検出マークを形成することができる。
前記制御手段は、前記試料ステージの移動後の前記試料画像において前記加工を行った後、当該試料画像内に新たな加工領域を設定し、かつ前記試料画像内の前記基準マークと異なる位置に新たな位置検出マークを形成し、さらに前記制御手段は、前記位置検出マークを形成する前後の前記試料画像からそれぞれ特徴量を抽出し、各特徴量の間の位置ずれを補正するように前記新たな加工領域に照射してもよい。
この集束イオンビーム装置によれば、新たな加工領域を含む試料画像内に新たな位置検出マークを形成するので、既存の基準マークがイオンビームの照射により損傷していても、新たな位置検出マークを用いて加工領域を正確に加工できる。
但し、新たな位置検出マークを形成中にドリフトが発生し、当該位置検出マークが位置ズレすることがある。そこで、位置検出マークを形成する前後の試料画像からそれぞれ抽出した特徴量を位置の基準として位置ズレを補正することで、本来の加工領域の位置を正確に加工できるので、より高精度な加工ができる。
この集束イオンビーム装置によれば、新たな加工領域を含む試料画像内に新たな位置検出マークを形成するので、既存の基準マークがイオンビームの照射により損傷していても、新たな位置検出マークを用いて加工領域を正確に加工できる。
但し、新たな位置検出マークを形成中にドリフトが発生し、当該位置検出マークが位置ズレすることがある。そこで、位置検出マークを形成する前後の試料画像からそれぞれ抽出した特徴量を位置の基準として位置ズレを補正することで、本来の加工領域の位置を正確に加工できるので、より高精度な加工ができる。
本発明の集束イオンビーム装置を用いた試料の加工方法は、集束イオンビームを加工対象の試料に照射して生じる二次荷電粒子に基づき、前記試料に形成された位置検出マークを含む試料画像を生成する画像生成過程と、前記試料画像を表示する表示過程と、前記試料を載置する試料ステージを移動させ、前記表示過程における前記試料画像の表示範囲を超える加工領域に前記集束イオンビームを照射して加工する場合に、前記試料ステージの移動前の前記試料画像に含まれる前記位置検出マークのうち、前記移動後の前記試料画像に含まれることとなるいずれかの位置検出マークを基準マークとしてその位置を検出し、前記試料ステージの移動後の前記試料画像において前記基準マークの位置を検出し、当該基準マークに基づいて前記集束イオンビームの照射位置を制御する制御過程と、を有する。
本発明の集束イオンビーム加工用コンピュータプログラムは、集束イオンビームを加工対象の試料に照射して生じる二次荷電粒子に基づき、前記試料に形成された位置検出マークを含む試料画像を生成する画像生成過程と、前記試料画像を表示する表示過程と、前記試料を載置する試料ステージを移動させ、前記表示過程における前記試料画像の表示範囲を超える加工領域に前記集束イオンビームを照射して加工する場合に、前記試料ステージの移動前の前記試料画像に含まれる前記位置検出マークのうち、前記移動後の前記試料画像に含まれることとなるいずれかの位置検出マークを基準マークとしてその位置を検出し、前記試料ステージの移動後の前記試料画像において前記基準マークの位置を検出し、当該基準マークに基づいて前記集束イオンビームの照射位置を制御する制御過程と、をコンピュータに実行させる。
本発明によれば、集束イオンビーム装置を用い、試料ステージを移動させて試料画像の表示範囲を超える加工領域を加工する場合であっても、加工位置ずれを補正することができる。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は本発明の実施形態に係る集束イオンビーム装置１００の全体構成を示すブロック図である。図１において、集束イオンビーム装置１００は、真空室１０と、イオンビーム照射系（特許請求の範囲の「集束イオンビーム照射機構」）２０と、電子ビーム照射系３０と、アルゴンイオンビーム照射系４０と、試料ステージ６０と、二次荷電粒子検出器（特許請求の範囲の「検出器」）７０と、ガス銃８０と、制御部９０とを備えている。真空室１０の内部は所定の真空度まで減圧され、集束イオンビーム装置１００の各構成部分の一部又は全部が真空室１０内に配置されている。
図１は本発明の実施形態に係る集束イオンビーム装置１００の全体構成を示すブロック図である。図１において、集束イオンビーム装置１００は、真空室１０と、イオンビーム照射系（特許請求の範囲の「集束イオンビーム照射機構」）２０と、電子ビーム照射系３０と、アルゴンイオンビーム照射系４０と、試料ステージ６０と、二次荷電粒子検出器（特許請求の範囲の「検出器」）７０と、ガス銃８０と、制御部９０とを備えている。真空室１０の内部は所定の真空度まで減圧され、集束イオンビーム装置１００の各構成部分の一部又は全部が真空室１０内に配置されている。
又、試料ステージ６０は、試料台６１を移動可能に支持し、試料台６１上には試料２が載置されている。そして、試料ステージ６０は、試料台６１を５軸で変位させることができる移動機構を有している。この移動機構は、試料台６１を水平面に平行で且つ互いに直交するＸ軸及びＹ軸と、Ｘ軸及びＹ軸に直交するＺ軸とに沿ってそれぞれ移動させるＸＹＺ移動機構６０ｂと、試料台６１をＺ軸回りに回転させるローテーション機構６０ｃと、試料台６１をＸ軸（又はＹ軸）回りに回転させるチルト機構６０ａとを備えている。試料ステージ６０は、試料台６１を５軸に変位させることで、試料２をイオンビーム２０Ａの照射位置に移動させる。
制御部９０は、中央演算処理装置としてのＣＰＵと、データやプログラムなどを格納する記憶部（ＲＡＭおよびＲＯＭ）９３と、外部機器との間で信号の入出力を行う入力ポートおよび出力ポートとを備えるコンピュータで構成することができる。制御部９０は、記憶部９３に格納されたプログラムに基づいてＣＰＵが各種演算処理を実行し、集束イオンビーム装置１００の各構成部分を制御する。そして、制御部９０は、イオンビーム（以下、適宜、集束イオンビームを「イオンビーム」と略記する）照射系２０、電子ビーム照射系３０、アルゴンイオンビーム照射系４０、二次荷電粒子検出器７０、及び試料ステージ６０の制御配線等と電気的に接続されている。
制御部９０は、画像生成手段９０Ａを有する。
また制御部９０は、ソフトウェアの指令やオペレータの入力に基づいて試料ステージ６０を駆動し、試料２の位置や姿勢を調整して試料２表面へのイオンビーム２０Ａの照射位置や照射角度を調整できるようになっている。
なお、制御部９０には、オペレータの入力指示を取得するキーボード等の入力手段９２が接続されている。
制御部９０は、画像生成手段９０Ａを有する。
また制御部９０は、ソフトウェアの指令やオペレータの入力に基づいて試料ステージ６０を駆動し、試料２の位置や姿勢を調整して試料２表面へのイオンビーム２０Ａの照射位置や照射角度を調整できるようになっている。
なお、制御部９０には、オペレータの入力指示を取得するキーボード等の入力手段９２が接続されている。
画像生成手段９０Ａは、二次荷電粒子検出器７０で検出された二次荷電粒子を輝度信号に変換して試料表面を表す画像データを生成し、この画像データを基に試料画像を生成する。試料画像は、制御部９０に接続された表示装置（ディスプレイ、特許請求の範囲の「表示手段」）９１に出力され、さらに表示装置９１上で、後述する加工領域を指定できるようになっている。
この加工領域は、画像データ（ビットマップデータ）として記憶部９３に格納される。
この加工領域は、画像データ（ビットマップデータ）として記憶部９３に格納される。
制御部９０は、試料画像に含まれる位置検出マークの位置を随時検出すると共に、加工前の位置検出マークの位置を記憶部９３に初期位置として記録する。又、制御部９０は、イオン源２１及びイオンビーム照射系光学系１２を制御してイオンビーム２０Ａの照射を制御する。具体的には、制御部９０は、イオン源１１から出射されるイオンビーム２０Ａの出力を制御すると共に、偏向器２２ｂを制御して、イオンビーム２０Ａの幅Ｄ（図２参照）を制御する。又、制御部９０は、偏向器２２ｂを制御することで、試料ステージ６０を動かさずにイオンビーム２０Ａの照射位置を調整し、加工領域に沿って幅Ｄで加工を行う。さらに、制御部９０は、記憶部９３に記憶されている位置検出マークの初期位置と、加工中の位置検出マークの位置とを照合し、両者の位置のずれを補正するように偏向器２２ｂを制御してイオンビーム２０Ａの照射位置を調整し、加工時の位置ずれ（加工位置ずれ）を補償する。又、制御部９０は、イオンビーム２０Ａを照射して適宜試料の所定位置に位置検出マークを形成することもできる。
又、試料画像上で、作業者は、試料の加工領域の位置（座標）を指定し、その指定情報は入力手段９２を介して制御部９０に送信される。制御部９０は受信した位置を記憶部９３に登録する。
又、試料画像上で、作業者は、試料の加工領域の位置（座標）を指定し、その指定情報は入力手段９２を介して制御部９０に送信される。制御部９０は受信した位置を記憶部９３に登録する。
イオンビーム照射系２０は、イオンを発生させるイオン源２１と、イオン源２１から流出したイオンを集束イオンビームに成形するとともに走査させるイオン光学系２２とを備えている。イオンビーム鏡筒２３を備えたイオンビーム照射系２０から、真空室１０内の試料ステージ６０上の試料２に荷電粒子ビームであるイオンビーム２０Ａが照射される。このとき、試料２からは二次イオンや二次電子等の二次荷電粒子が発生する。この二次荷電粒子を、二次荷電粒子検出器７０で検出して試料２の像が取得される。また、イオンビーム照射系２０は、イオンビーム２０Ａの照射量を増すことで、照射範囲の試料２をエッチング加工する。
イオン光学系２２は、例えば、イオンビーム２０Ａを集束するコンデンサーレンズと、イオンビーム２０Ａを絞り込む絞りと、イオンビーム２０Ａの光軸を調整するアライナと、イオンビーム２０Ａを試料に対して集束する対物レンズと、試料上でイオンビーム２０Ａを走査する偏向器２２ｂとを備えて構成される。
イオン光学系２２は、例えば、イオンビーム２０Ａを集束するコンデンサーレンズと、イオンビーム２０Ａを絞り込む絞りと、イオンビーム２０Ａの光軸を調整するアライナと、イオンビーム２０Ａを試料に対して集束する対物レンズと、試料上でイオンビーム２０Ａを走査する偏向器２２ｂとを備えて構成される。
電子ビーム照射系３０は、電子を放出する電子源３１と、電子源３１から放出された電子をビーム状に成形するとともに走査する電子光学系３２とを備えている。電子ビーム照射系３０から射出される電子ビーム３０Ａを試料２に照射することによって、試料２からは二次電子が発生するが、この発生した二次電子を、二次荷電粒子検出器７０で検出して試料２の像を取得することができる。ここで、電子ビーム鏡筒３３から射出される電子ビーム３０Ａは、イオンビーム２０Ａと同一位置の試料２上に照射する。
アルゴンイオンビーム照射系４０は、アルゴンイオン源４１と、アルゴンイオン光学系４２と、アルゴンイオンビーム鏡筒４３とを備え、さらに、アルゴンイオンビームの照射位置を制御するビーム位置制御手段４４を備えている。アルゴンイオンビーム照射系４０からは、試料２をクリーニングするためのアルゴンイオンビームが照射される。
二次荷電粒子検出器７０は、試料２へイオンビーム２０Ａ又は電子ビーム３０Ａが照射された際に、試料２から発生する二次荷電粒子（二次電子や二次イオン）を検出する。
二次荷電粒子検出器７０は、試料２へイオンビーム２０Ａ又は電子ビーム３０Ａが照射された際に、試料２から発生する二次荷電粒子（二次電子や二次イオン）を検出する。
ガス銃８０は、試料２へエッチングガス等の所定のガスを放出する。ガス銃８０からエッチングガスを供給しながら試料２にイオンビーム２０Ａを照射することで、イオンビーム２０Ａによる試料のエッチング速度を高めることができる。又、ガス銃８０から化合物ガスを供給しながら試料２にイオンビーム２０Ａを照射することで、イオンビーム２０Ａの照射領域近傍に局所的なガス成分の析出（デポジション）を行うことができる。
次に、図２〜図４を参照し、本発明の第１の実施形態に係る集束イオンビーム装置において、試料ステージを移動させて試料の加工を行う際の位置検出マークの検出処理について説明する。第１の実施形態は、図３に示すように予め加工倍率が低倍率Ｐ２の試料画像Ｇ３ですべての加工領域Ｗ２（Ａ点〜Ｃ点）を設定すると共に、位置検出マークＭ１、Ｍ２を予め形成した後、図２に示すように加工倍率が高倍率Ｐ１の試料画像Ｇ１、Ｇ２上で位置検出マークを検出しつつ試料の加工を行う場合を想定している。
なお、上述のように、表示手段９１（ディスプレイ）上での試料画像の表示サイズ（ＦＯＶ：field of view）を示す幅Ｗと、試料上にイオンビームを照射するピクセルの幅Ｄとの比（Ｗ/Ｄ）を「加工倍率」とする。
なお、上述のように、表示手段９１（ディスプレイ）上での試料画像の表示サイズ（ＦＯＶ：field of view）を示す幅Ｗと、試料上にイオンビームを照射するピクセルの幅Ｄとの比（Ｗ/Ｄ）を「加工倍率」とする。
図２は、試料ステージ６０を移動させて試料２の加工を行う際の位置検出マークＭ１、Ｍ２の検出方法を示す図である。図２において、試料台６１上に試料２が載置され、試料ステージ６０が試料台６１を移動可能に支持している。
試料の加工は試料画像Ｇ１、Ｇ２を用いて行われ、加工精度を高めるために幅Ｄを小さく（イオンビームのスポット径と同等）するため、倍率Ｐ１＝（幅Ｗ/イオンビーム２０Ａの幅Ｄ）としている。このため、加工領域２Ｗが試料画像Ｇ１からはみ出した状態で加工を行うことになる。
このように、すべての加工領域２Ｗを試料画像Ｇ１内に表示できないので、試料画像Ｇ１内で加工領域２Ｗの一部（Ａ点からＢ点）をイオンビーム２０Ａで加工した後、試料ステージ６０を左側に移動量Ｌだけ移動させ、残りの加工領域２Ｗ（Ｂ点からＣ点）を試料画像Ｇ２内に表示させ、同様にイオンビーム２０Ａで加工する。なお、便宜上、試料画像Ｇ１、Ｇ２を別の位置に表示しているが、実際には試料ステージ６０を左側に移動させ、試料画像Ｇ１とＧ２とは同じ位置に重なることになる。
試料の加工は試料画像Ｇ１、Ｇ２を用いて行われ、加工精度を高めるために幅Ｄを小さく（イオンビームのスポット径と同等）するため、倍率Ｐ１＝（幅Ｗ/イオンビーム２０Ａの幅Ｄ）としている。このため、加工領域２Ｗが試料画像Ｇ１からはみ出した状態で加工を行うことになる。
このように、すべての加工領域２Ｗを試料画像Ｇ１内に表示できないので、試料画像Ｇ１内で加工領域２Ｗの一部（Ａ点からＢ点）をイオンビーム２０Ａで加工した後、試料ステージ６０を左側に移動量Ｌだけ移動させ、残りの加工領域２Ｗ（Ｂ点からＣ点）を試料画像Ｇ２内に表示させ、同様にイオンビーム２０Ａで加工する。なお、便宜上、試料画像Ｇ１、Ｇ２を別の位置に表示しているが、実際には試料ステージ６０を左側に移動させ、試料画像Ｇ１とＧ２とは同じ位置に重なることになる。
ここで、試料画像Ｇ１、Ｇ２のそれぞれにおける加工位置ずれを防止するため、まず、試料画像Ｇ１では、試料２の左下端（Ａ点側）に形成した位置検出マークＭ１に基づいて位置ずれを補正しながら加工を行う。次に、試料ステージ６０の移動前の試料画像Ｇ１に含まれ、かつ試料ステージ６０の移動先（試料ステージ６０の移動方向と反対向きである図２の右側）に最も近い試料画像Ｇ１の右下端（Ｂ点側）の位置検出マークＭ２の位置を検出する。位置検出マークＭ２が基準マークとなる。そして、試料ステージ６０の移動後の試料画像Ｇ２において、位置検出マーク（基準マーク）Ｍ２の位置を検出し、位置ずれを補正しながら加工を行う。
このようにして、倍率Ｐ１により加工精度を高めつつ、試料ステージ６０を移動させた場合であっても、加工位置ずれを補正しながらすべての加工領域２Ｗ（Ａ点からＣ点）を加工することができる。
なお、試料画像Ｇ２内に位置検出マークＭ２が表示されるように移動量Ｌを調整する。又、試料画像Ｇ１とＧ２でいずれも位置検出マークＭ２が表示されるよう、移動量Ｌは、幅Ｗから、試料画像Ｇ１の右下端と位置検出マークＭ２の左端との距離を引いた値Ｔより小さくする必要がある。又、位置検出マークＭ１、Ｍ２の形状は図２に示される十字状に限定されない。
このようにして、倍率Ｐ１により加工精度を高めつつ、試料ステージ６０を移動させた場合であっても、加工位置ずれを補正しながらすべての加工領域２Ｗ（Ａ点からＣ点）を加工することができる。
なお、試料画像Ｇ２内に位置検出マークＭ２が表示されるように移動量Ｌを調整する。又、試料画像Ｇ１とＧ２でいずれも位置検出マークＭ２が表示されるよう、移動量Ｌは、幅Ｗから、試料画像Ｇ１の右下端と位置検出マークＭ２の左端との距離を引いた値Ｔより小さくする必要がある。又、位置検出マークＭ１、Ｍ２の形状は図２に示される十字状に限定されない。
次に、図３を参照し、予め加工領域２Ｗ（Ａ点〜Ｃ点）を設定すると共に、位置検出マークＭ１、Ｍ２を予め形成する方法について説明する。まず、すべての加工領域２Ｗ（Ａ点〜Ｃ点）を表示させるため、試料画像Ｇ３を倍率Ｐ１より低い倍率Ｐ２で表示する。倍率Ｐ２では、イオンビーム２０Ａの幅Ｄｘは、倍率Ｐ１での幅Ｄより小さく、加工精度も低下するので、倍率Ｐ２の試料画像Ｇ３上では加工は行わず、イオンビーム２０Ａによる試料画像Ｇ３の取得及び加工領域２Ｗの設定を行う。
試料画像Ｇ３上で、すべての加工領域２Ｗ（Ａ点〜Ｃ点）を設定する。又、試料２の所定位置に位置検出マークＭ１，Ｍ２を形成する。ここで、移動方向に沿った位置検出マークＭ１，Ｍ２の間隔ＳがＷ未満である必要がある。
試料画像Ｇ３上で、すべての加工領域２Ｗ（Ａ点〜Ｃ点）を設定する。又、試料２の所定位置に位置検出マークＭ１，Ｍ２を形成する。ここで、移動方向に沿った位置検出マークＭ１，Ｍ２の間隔ＳがＷ未満である必要がある。
位置検出マークＭ１，Ｍ２の形成位置は、試料画像Ｇ３上で作業者が任意に決めてもよく、加工領域２Ｗの大きさに応じてシステム上で自動的に決めてもよい。後者の場合、例えば移動方向に沿った加工領域２Ｗ（Ａ点〜Ｃ点）の位置（座標）と、倍率Ｐ１での移動方向に沿った試料画像の幅Ｗとに応じて、幅Ｗ未満となる移動量Ｌを設定する。又、上述の値Ｔを考慮し、移動量Ｌは（Ｗ−Ｔ）に設定するが、例えば値Ｔはデフォルト値で予め決めておいてもよく、位置検出マークＭ２を操作者が任意の位置に形成した場合は位置検出マークＭ２の位置をシステム上で検出してから値Ｔを算出するようにしてもよい。
以上のようにして加工領域２Ｗを設定すると共に、適宜位置検出マークＭ１、Ｍ２を形成した後、上記した図２に示す加工を行う。なお、位置検出マークＭ１、Ｍ２の形成は、図３の段階で行わず、図２に示す試料画像Ｇ１上で行うようにしてもよい。
以上のようにして加工領域２Ｗを設定すると共に、適宜位置検出マークＭ１、Ｍ２を形成した後、上記した図２に示す加工を行う。なお、位置検出マークＭ１、Ｍ２の形成は、図３の段階で行わず、図２に示す試料画像Ｇ１上で行うようにしてもよい。
次に、図４を参照し、図２及び図３の処理のフローについて説明する。なお、以下のフローにて、画像生成手段９０Ａは、二次荷電粒子検出器７０から二次荷電粒子の検出データを取得し、試料２の表面形状を示す試料画像を生成して表示装置９１に送信し、表示装置９１は試料画像を表示する。
まず、図３に示すように、倍率Ｐ２で表示された試料画像Ｇ３上で、作業者は、すべての加工領域２Ｗ（Ａ点〜Ｃ点）の位置（座標）を指定し、その指定情報は入力手段９２を介して制御部９０に送信される。制御部９０は受信した位置を記憶部９３に登録し、加工領域２Ｗを設定する（ステップＳ２）。次に、制御部９０は、記憶部９３に登録された加工領域２Ｗの座標に基づき、倍率Ｐ１での幅Ｗに対し、Ｗ＞Ｓとなる所定間隔で位置検出マークＭ１，Ｍ２の位置を算出し、試料２の当該位置にイオンビーム２０Ａを照射して位置検出マークＭ１，Ｍ２を形成する（ステップＳ４）。なお、位置検出マークＭ１，Ｍ２の形成位置は、試料画像Ｇ３上で作業者が任意に決めてもよく、この場合に制御部９０はステップＳ４を行う代わりに、作業者が指定した位置に位置検出マークを形成する。
まず、図３に示すように、倍率Ｐ２で表示された試料画像Ｇ３上で、作業者は、すべての加工領域２Ｗ（Ａ点〜Ｃ点）の位置（座標）を指定し、その指定情報は入力手段９２を介して制御部９０に送信される。制御部９０は受信した位置を記憶部９３に登録し、加工領域２Ｗを設定する（ステップＳ２）。次に、制御部９０は、記憶部９３に登録された加工領域２Ｗの座標に基づき、倍率Ｐ１での幅Ｗに対し、Ｗ＞Ｓとなる所定間隔で位置検出マークＭ１，Ｍ２の位置を算出し、試料２の当該位置にイオンビーム２０Ａを照射して位置検出マークＭ１，Ｍ２を形成する（ステップＳ４）。なお、位置検出マークＭ１，Ｍ２の形成位置は、試料画像Ｇ３上で作業者が任意に決めてもよく、この場合に制御部９０はステップＳ４を行う代わりに、作業者が指定した位置に位置検出マークを形成する。
次に、制御部９０は、倍率Ｐ１に切り替えられた試料画像Ｇ１上で、試料画像Ｇ１の左下端（Ａ点側）の位置検出マークＭ１を検出し（ステップＳ６）、加工位置ずれを補正する（ステップＳ８）。ステップＳ６では、まず制御部９０は、位置検出マークＭ１の加工前の位置を検出して記憶部９３に予め登録する。そして、加工中にも制御部９０は、ステップＳ６で位置検出マークＭ１の検出を随時行う。制御部９０は、ステップＳ６で随時検出したマーク位置と、最初に登録したマーク位置とのずれを補正するように、偏向器２２ｂにてイオンビーム２０Ａの照射位置を調整する。
次に、制御部９０は、試料画像Ｇ１上で、加工領域２Ｗの座標に基づき、試料ステージ６０を動かさずに加工領域２Ｗの一部（Ａ点〜Ｂ点）をイオンビーム２０Ａにより加工する（ステップＳ１０）。
次に、制御部９０は、試料画像Ｇ１上で、加工領域２Ｗの座標に基づき、試料ステージ６０を動かさずに加工領域２Ｗの一部（Ａ点〜Ｂ点）をイオンビーム２０Ａにより加工する（ステップＳ１０）。
次に、ステップＳ１２では、制御部９０は、ステップＳ１０の加工が終了したか否かを判定し、ステップＳ１０で「Ｎｏ」であればステップＳ６に戻り、ステップＳ１０で「Ｙｅｓ」であれば処理を終了してステップＳ１４に移行する。又、ステップＳ１０の加工が終了したか否かの判定は、例えば、イオンビーム２０Ａの照射位置が試料画像Ｇ１中の加工領域２Ｗの右端（Ｂ点）に到達したか否かで行う。
又、ステップＳ６での位置検出マークＭ１の検出は、例えば試料画像Ｇ１内で、試料ステージ６０の移動先（図２の右側）と反対側の領域（図２の左側）の画像の中から位置検出マークＭ１を探し出してもよく、試料画像Ｇ１の中からすべての位置検出マークＭ１、Ｍ２を探し出し、これらのマークの中から試料ステージ６０の移動先（図２の右側）と反対側のマークＭ１を抽出してもよい。
なお、ステップＳ１０は、イオンビーム２０Ａの幅Ｄ毎に行われ、ステップＳ６の検出処理はステップＳ１０毎（つまり幅Ｄ毎）に行ってもよく、ステップＳ１０の加工を何回か行う毎に検出処理を行ってもよい。以下の対応する加工及び検出処理についても同様である。
又、ステップＳ６での位置検出マークＭ１の検出は、例えば試料画像Ｇ１内で、試料ステージ６０の移動先（図２の右側）と反対側の領域（図２の左側）の画像の中から位置検出マークＭ１を探し出してもよく、試料画像Ｇ１の中からすべての位置検出マークＭ１、Ｍ２を探し出し、これらのマークの中から試料ステージ６０の移動先（図２の右側）と反対側のマークＭ１を抽出してもよい。
なお、ステップＳ１０は、イオンビーム２０Ａの幅Ｄ毎に行われ、ステップＳ６の検出処理はステップＳ１０毎（つまり幅Ｄ毎）に行ってもよく、ステップＳ１０の加工を何回か行う毎に検出処理を行ってもよい。以下の対応する加工及び検出処理についても同様である。
次に、ステップＳ１４で制御部９０は、試料画像Ｇ１の右下端（Ｂ点側）の位置検出マーク（基準マーク）Ｍ２を検出して記憶部９３に予め登録する。なお、上述のように、ステップＳ１０ですべての位置検出マークＭ１、Ｍ２を探し出し、これらの位置を記憶部９３に予め登録した場合には、ステップＳ１４は不要となる。
次に制御部９０は、ステップＳ２で登録された座標と幅Ｗに基づき、上述のように試料ステージ６０の移動量Ｌを設定し、試料ステージ６０を左側に移動量Ｌだけ移動させる（ステップＳ１６）。
なお、試料ステージ６０の移動指示は作業者が行ってもよく、この場合にステップＳ１６は不要となる。
次に制御部９０は、ステップＳ２で登録された座標と幅Ｗに基づき、上述のように試料ステージ６０の移動量Ｌを設定し、試料ステージ６０を左側に移動量Ｌだけ移動させる（ステップＳ１６）。
なお、試料ステージ６０の移動指示は作業者が行ってもよく、この場合にステップＳ１６は不要となる。
次に、制御部９０は、試料ステージ６０の移動後の試料画像Ｇ２上で、試料画像Ｇ２の左下端（Ｂ点側）の基準マークＭ２を検出し（ステップＳ１８）、加工位置ずれを補正する（ステップＳ２０）。ステップＳ１８では、制御部９０は、加工中に基準マークＭ２の検出を随時行う。又、制御部９０は、ステップＳ１８で随時検出したマーク位置と、ステップＳ１４で登録したマーク位置とのずれを補正するように、偏向器２２ｂにてイオンビーム２０Ａの照射位置を調整する。
次に、制御部９０は、試料画像Ｇ２上で、加工領域２Ｗの座標に基づき、試料ステージ６０を動かさずに加工領域２Ｗの残り（Ｂ点〜Ｃ点）をイオンビーム２０Ａにより加工する（ステップＳ２２）。
次に、制御部９０は、試料画像Ｇ２上で、加工領域２Ｗの座標に基づき、試料ステージ６０を動かさずに加工領域２Ｗの残り（Ｂ点〜Ｃ点）をイオンビーム２０Ａにより加工する（ステップＳ２２）。
次に、ステップＳ２４では、制御部９０は、ステップＳ２２の加工が終了したか否かを判定し、ステップＳ２４で「Ｎｏ」であればステップＳ１８に戻り、ステップＳ２４で「Ｙｅｓ」であれば図４の処理を終了する。又、ステップＳ２２の加工が終了したか否かの判定は、例えば、イオンビーム２０Ａの照射位置が試料画像Ｇ２中の加工領域２Ｗの右端（Ｃ点）に到達したか否かで行う。
次に、図５〜図６を参照し、本発明の第２の実施形態に係る集束イオンビーム装置において、試料ステージを移動させて試料の加工を行う際の位置検出マークの検出処理について説明する。第２の実施形態は、予め低倍率の試料画像上で加工領域をすべて設定せず、高倍率Ｐ１の試料画像Ｇ１上で試料の加工を行った後で、事後的に試料ステージ６０を移動させ、試料画像Ｇ１を超えて加工を行う場合を想定している。
図５は、試料画像Ｇ１内に位置する加工領域２Ｗ（Ａ点〜Ｄ点）を加工したところ、試料画像Ｇ１の右端に不純物Ｙの一部を発見したため、不純物Ｙをすべて除去すべく、試料ステージ６０を移動させて試料画像Ｇ１より右側をさらに加工する場合を示す図である。なお、便宜上、試料画像Ｇ１、Ｇ２を別の位置に表示しているが、実際には試料ステージ６０を左側に移動させ、試料画像Ｇ１とＧ２とは同じ位置に重なることになる。
試料画像Ｇ１内での加工領域２Ｗの加工及び位置ずれの補正方法については、第１の実施形態と同様である。但し、図５では、試料２の中央上部をデフォルト位置として位置検出マークＭｄが予め自動的に形成されたものとし、試料画像Ｇ１上で位置検出マークＭｄに基づいて位置ずれを補正する。
試料画像Ｇ１内での加工領域２Ｗの加工及び位置ずれの補正方法については、第１の実施形態と同様である。但し、図５では、試料２の中央上部をデフォルト位置として位置検出マークＭｄが予め自動的に形成されたものとし、試料画像Ｇ１上で位置検出マークＭｄに基づいて位置ずれを補正する。
加工領域２Ｗの加工が終了後、不純物Ｙを除去するために試料ステージ６０の移動が設定されると、試料画像Ｇ１内で試料ステージ６０の移動先に近い位置（図５の試料画像Ｇ１右端）に位置検出マークＭ２が形成される。
その後、試料ステージ６０が移動量Ｌだけ左に移動し、試料画像Ｇ２内に不純物Ｙ（の加工領域）が表示され、試料画像Ｇ２内で位置検出マークＭ２を用いて位置ずれの補正を行いつつ、不純物Ｙの加工が行われる。これら加工及び位置ずれの補正方法については、第１の実施形態と同様である。
以上のようにして、１つの加工領域を加工後に事後的に試料ステージを移動させた場合であっても、加工精度を高めつつ、加工位置ずれを補正しながらすべての加工領域２Ｗ、Ｙを加工することができる。
その後、試料ステージ６０が移動量Ｌだけ左に移動し、試料画像Ｇ２内に不純物Ｙ（の加工領域）が表示され、試料画像Ｇ２内で位置検出マークＭ２を用いて位置ずれの補正を行いつつ、不純物Ｙの加工が行われる。これら加工及び位置ずれの補正方法については、第１の実施形態と同様である。
以上のようにして、１つの加工領域を加工後に事後的に試料ステージを移動させた場合であっても、加工精度を高めつつ、加工位置ずれを補正しながらすべての加工領域２Ｗ、Ｙを加工することができる。
次に、図６を参照し、図５の処理のフローについて説明する。
まず、図５に示すように、倍率Ｐ１で表示された試料画像Ｇ１上で、作業者は、すべての加工領域２Ｗ（Ａ点〜Ｄ点）の位置（座標）を指定し、その指定情報は入力手段９２を介して制御部９０に送信される。制御部９０は受信した位置を記憶部９３に登録し、加工領域２Ｗを設定する。次に、照射制御手段９０Ｃは、試料画像Ｇ１上の適当なデフォルト位置に位置検出マークＭｄを形成する（ステップＳ１０４）。図５の例では、試料２の中央上部をデフォルト位置として位置検出マークＭｄを自動的に形成する。なお、位置検出マークＭｄの形成位置は、試料画像Ｇ１上で作業者が任意に決めてもよく、この場合に照射制御手段９０ＣはステップＳ１０４を行う代わりに、作業者が指定した位置に位置検出マークを形成する。
まず、図５に示すように、倍率Ｐ１で表示された試料画像Ｇ１上で、作業者は、すべての加工領域２Ｗ（Ａ点〜Ｄ点）の位置（座標）を指定し、その指定情報は入力手段９２を介して制御部９０に送信される。制御部９０は受信した位置を記憶部９３に登録し、加工領域２Ｗを設定する。次に、照射制御手段９０Ｃは、試料画像Ｇ１上の適当なデフォルト位置に位置検出マークＭｄを形成する（ステップＳ１０４）。図５の例では、試料２の中央上部をデフォルト位置として位置検出マークＭｄを自動的に形成する。なお、位置検出マークＭｄの形成位置は、試料画像Ｇ１上で作業者が任意に決めてもよく、この場合に照射制御手段９０ＣはステップＳ１０４を行う代わりに、作業者が指定した位置に位置検出マークを形成する。
次に、制御部９０は、試料画像Ｇ１上で、試料画像Ｇ１の左下端（Ａ点側）の位置検出マークＭｄを検出し（ステップＳ１０６）、加工位置ずれを補正する（ステップＳ１０８）。ステップＳ１０６、Ｓ１０８の処理は、図４のステップＳ６、Ｓ８と同様であるので説明を省略する。
次に、制御部９０は、試料画像Ｇ１上で、加工領域２Ｗの座標に基づき、試料ステージ６０を動かさずに、すべての加工領域２Ｗ（Ａ点〜Ｄ点）をイオンビーム２０Ａにより加工する（ステップＳ１１０）。
次に、ステップＳ１１２では、制御部９０は、ステップＳ１１０の加工が終了したか否かを判定し、ステップＳ１１０で「Ｎｏ」であればステップＳ１０６に戻り、ステップＳ１１０で「Ｙｅｓ」であれば処理を終了してステップＳ１１４に移行する。
次に、制御部９０は、試料画像Ｇ１上で、加工領域２Ｗの座標に基づき、試料ステージ６０を動かさずに、すべての加工領域２Ｗ（Ａ点〜Ｄ点）をイオンビーム２０Ａにより加工する（ステップＳ１１０）。
次に、ステップＳ１１２では、制御部９０は、ステップＳ１１０の加工が終了したか否かを判定し、ステップＳ１１０で「Ｎｏ」であればステップＳ１０６に戻り、ステップＳ１１０で「Ｙｅｓ」であれば処理を終了してステップＳ１１４に移行する。
次に、ステップＳ１１４で制御部９０は、試料ステージ６０の移動設定の有無を判定する。上述のように、加工領域２Ｗの加工終了後、操作者は不純物Ｙを除去するため、入力手段９２を介して試料ステージ６０の移動量Ｌを入力する。その入力情報は制御部９０により、移動量Ｌとして記憶部９３に登録される。従って、制御部９０は、記憶部９３に移動量Ｌが登録されているか否かを参照し、移動設定の有無を判定することができる。
そして、ステップＳ１１４で「Ｎｏ」であれば、移動がなく加工がすべて終了したとみなして図６の処理を終了し、ステップＳ１１４で「Ｙｅｓ」であればステップＳ１１６に移行する。
そして、ステップＳ１１４で「Ｎｏ」であれば、移動がなく加工がすべて終了したとみなして図６の処理を終了し、ステップＳ１１４で「Ｙｅｓ」であればステップＳ１１６に移行する。
次に、ステップＳ１１６で、制御部９０は移動量Ｌに基づき、移動先（つまり、試料画像Ｇ１の右端）に近い所定位置に位置検出マーク（基準マーク）Ｍ２を形成する。そして、制御部９０は、基準マークＭ２を検出して記憶部９３に予め登録する。
なお、基準マークＭ２の形成指示は作業者が行ってもよく、この場合にステップＳ１１６の基準マークＭ２の形成処理は不要となる。
又、移動先に近い位置は、予め決めておけばよい。例えば、移動先が試料画像Ｇ１の右端側であれば、右端から内側へ所定距離離れた位置を設定しておけばよい。さらに、この位置が加工領域２Ｗに重なる場合には、重ならないように位置をずらせばよい。そして、制御部９０は、この設定位置のマークを探し出すようにすればよい。
なお、基準マークＭ２の形成指示は作業者が行ってもよく、この場合にステップＳ１１６の基準マークＭ２の形成処理は不要となる。
又、移動先に近い位置は、予め決めておけばよい。例えば、移動先が試料画像Ｇ１の右端側であれば、右端から内側へ所定距離離れた位置を設定しておけばよい。さらに、この位置が加工領域２Ｗに重なる場合には、重ならないように位置をずらせばよい。そして、制御部９０は、この設定位置のマークを探し出すようにすればよい。
次に、制御部９０は試料ステージ６０の移動が終了したか否かを判定し（ステップＳ１１８）、ステップＳ１１８で「Ｎｏ」であれば待機し、ステップＳ１１８で「Ｙｅｓ」であればステップＳ１２０に移行する。試料ステージ６０の移動は、移動量Ｌに基づいて制御部９０が行う。
ステップＳ１２０では、作業者は、移動後の試料画像Ｇ２上で不純物Ｙの範囲に相当する新たな加工領域Ｙの位置（座標）を指定し、その指定情報に基づき、加工領域設定手段９０Ｄは加工領域Ｙを設定する。
ステップＳ１２０では、作業者は、移動後の試料画像Ｇ２上で不純物Ｙの範囲に相当する新たな加工領域Ｙの位置（座標）を指定し、その指定情報に基づき、加工領域設定手段９０Ｄは加工領域Ｙを設定する。
次に、制御部９０は、試料画像Ｇ２の左下端（Ｄ点側）の基準マークＭ２を検出し（ステップＳ１２２）、加工位置ずれを補正する（ステップＳ１２４）。ステップＳ１２２では、制御部９０は、加工中に基準マークＭ２の検出を随時行う。又、制御部９０は、ステップＳ１２４で随時検出したマーク位置と、ステップＳ１１６で登録したマーク位置とのずれを補正するように、偏向器２２ｂにてイオンビーム２０Ａの照射位置を調整する。
次に、制御部９０は、試料画像Ｇ２上で、加工領域Ｙの座標に基づき、試料ステージ６０を動かさずに、加工領域Ｙをイオンビーム２０Ａにより加工する（ステップＳ１２６）。
次に、ステップＳ１２８では、制御部９０は、ステップＳ１２６の加工が終了したか否かを判定し、ステップＳ１２８で「Ｎｏ」であればステップＳ１２２に戻り、ステップＳ１２８で「Ｙｅｓ」であれば図６の処理を終了する。又、ステップＳ１２６の加工が終了したか否かの判定は、例えば、イオンビーム２０Ａの照射位置が試料画像Ｇ２中の加工領域Ｙの右端に到達したか否かで行う。
次に、制御部９０は、試料画像Ｇ２上で、加工領域Ｙの座標に基づき、試料ステージ６０を動かさずに、加工領域Ｙをイオンビーム２０Ａにより加工する（ステップＳ１２６）。
次に、ステップＳ１２８では、制御部９０は、ステップＳ１２６の加工が終了したか否かを判定し、ステップＳ１２８で「Ｎｏ」であればステップＳ１２２に戻り、ステップＳ１２８で「Ｙｅｓ」であれば図６の処理を終了する。又、ステップＳ１２６の加工が終了したか否かの判定は、例えば、イオンビーム２０Ａの照射位置が試料画像Ｇ２中の加工領域Ｙの右端に到達したか否かで行う。
本発明を、いわゆる「カット・アンド・シー」と呼ばれる断面加工と観察を繰り返し行う技術に適用することもできる。
図７に示すように、「カット・アンド・シー」は、イオンビーム２０Ａによる試料２の断面加工と、断面２ａ〜２ｅに電子ビーム３０Ａを照射することによるＳＥＭ像の取得とを繰り返して実行される。具体的には、イオンビーム２０Ａを一方向に移動させて試料２をエッチング加工して断面２ａを形成した後、この断面２ａのＳＥＭ像（又は反射電子像）を取得する。次に、イオンビーム２０Ａを図７の右方向へ移動して試料２をさらにエッチング加工し、断面２ａの右側に断面２ａと所定の間隔で略平行な断面２ｂを形成する。そして、断面２ｂのＳＥＭ像を取得する。以下、同様にして右方向にイオンビーム２０Ａを順次移動し、断面２ａと平行な断面２ｃ〜２ｅを順次形成し、各断面のＳＥＭ像を取得する。さらに、取得した複数の断面ＳＥＭ像を組み合わせることにより、試料内部の三次元像を構築することができる。
図７に示すように、「カット・アンド・シー」は、イオンビーム２０Ａによる試料２の断面加工と、断面２ａ〜２ｅに電子ビーム３０Ａを照射することによるＳＥＭ像の取得とを繰り返して実行される。具体的には、イオンビーム２０Ａを一方向に移動させて試料２をエッチング加工して断面２ａを形成した後、この断面２ａのＳＥＭ像（又は反射電子像）を取得する。次に、イオンビーム２０Ａを図７の右方向へ移動して試料２をさらにエッチング加工し、断面２ａの右側に断面２ａと所定の間隔で略平行な断面２ｂを形成する。そして、断面２ｂのＳＥＭ像を取得する。以下、同様にして右方向にイオンビーム２０Ａを順次移動し、断面２ａと平行な断面２ｃ〜２ｅを順次形成し、各断面のＳＥＭ像を取得する。さらに、取得した複数の断面ＳＥＭ像を組み合わせることにより、試料内部の三次元像を構築することができる。
ところで、図２と同様、図７においてもイオンビーム２０Ａによる試料２の断面加工は試料画像Ｇ１、Ｇ２を用いて行われ、加工精度を高めるために高倍率Ｐ１で行う場合を考える。この場合も、加工領域２Ｗ（断面２ａ〜２ｅの形成領域に相当）が試料画像Ｇ１からはみ出した状態で加工を行うことになる。そのため、試料画像Ｇ１内で加工領域２Ｗの一部（断面２ａ〜２ｃ）をイオンビーム２０Ａで加工した後、試料ステージ６０を左側に移動させ、残りの加工領域２Ｗ（断面２ｃ〜２ｅ）を試料画像Ｇ２内に表示させ、同様にイオンビーム２０Ａで加工する。
この際に、第１の実施形態と同様、試料画像Ｇ１、Ｇ２のそれぞれにおける加工位置ずれを防止するため、まず、試料画像Ｇ１に形成した位置検出マークＭ１、及び試料画像Ｇ２に形成した位置検出マークＭ２に基づいて位置ずれを補正しながら加工を行う。これにより、倍率Ｐ１により加工精度を高めつつ、試料ステージ６０を移動させた場合であっても、加工位置ずれを補正しながらすべての加工領域２Ｗ（断面２ａ〜２ｅ）を加工することができる。
ところで、上述の図２、図５、又は図７の「カット・アンド・シー」加工のように、試料ステージ６０を移動させて加工領域２Ｗ（断面２ａ〜２ｅ）を加工した後、その試料画像Ｇ２内に新たな加工領域Ｙを設定して加工を行いたい場合がある（図５のように、加工領域２Ｗを加工した後、不純物を除去するために加工領域Ｙを設定した場合がこれに相当する）。ここで、加工領域Ｙの設定は、加工領域２Ｗを延長するように自動で設定しても良い。
この場合、図８（ａ）に示すように、試料画像Ｇ２中の基準マークＭ２とは異なる予定位置ＰＭ３に、新たな位置検出マークＭ３（図８（ｂ）参照）を形成し、この位置検出マークＭ３に基づき、加工領域Ｙへのイオンビーム２０Ａの照射位置を制御すると、基準マークＭ２がイオンビーム２０Ａの照射により損傷していても、新たな位置検出マークＭ３を用いて加工領域Ｙを正確に加工できる。
しかしながら、イオンビーム２０Ａにより位置検出マークＭ３を形成中にドリフトが発生し、図８（ｂ）に示すように、試料画像Ｇ２２中に実際に形成された位置検出マークＭ３が予定位置ＰＭ３からズレ量ｄｖだけ、ずれる場合がある。この場合、本来の加工領域Ｙは、予定位置ＰＭ３との関係で位置決めされているため、位置検出マークＭ３を基準とした加工領域Ｙ２の位置も本来の加工領域Ｙからずれてしまう。なお、実際の位置検出マークＭ３を形成後の試料画像を、位置検出マークＭ３形成前の試料画像Ｇ２と区別するため、「試料画像Ｇ２２」と表記する。
この場合、図８（ａ）に示すように、試料画像Ｇ２中の基準マークＭ２とは異なる予定位置ＰＭ３に、新たな位置検出マークＭ３（図８（ｂ）参照）を形成し、この位置検出マークＭ３に基づき、加工領域Ｙへのイオンビーム２０Ａの照射位置を制御すると、基準マークＭ２がイオンビーム２０Ａの照射により損傷していても、新たな位置検出マークＭ３を用いて加工領域Ｙを正確に加工できる。
しかしながら、イオンビーム２０Ａにより位置検出マークＭ３を形成中にドリフトが発生し、図８（ｂ）に示すように、試料画像Ｇ２２中に実際に形成された位置検出マークＭ３が予定位置ＰＭ３からズレ量ｄｖだけ、ずれる場合がある。この場合、本来の加工領域Ｙは、予定位置ＰＭ３との関係で位置決めされているため、位置検出マークＭ３を基準とした加工領域Ｙ２の位置も本来の加工領域Ｙからずれてしまう。なお、実際の位置検出マークＭ３を形成後の試料画像を、位置検出マークＭ３形成前の試料画像Ｇ２と区別するため、「試料画像Ｇ２２」と表記する。
そこで、試料画像Ｇ２、Ｇ２２からそれぞれ特徴量ＦＶ１、ＦＶ２を抽出し、各特徴量ＦＶ１、ＦＶ２の位置のずれから、上記ズレ量ｄｖを検出する。ここで、特徴量ＦＶ１、ＦＶ２は、位置検出マークＭ３を除いた各試料画像Ｇ２、Ｇ２２内の特徴的なパターンや形状等とすることができる。例えば、特徴量ＦＶ１、ＦＶ２は、試料表面にパターンや特徴のある構造が存在する場合はその形状とすることができ、又は、既に加工した加工領域２Ｗの特徴的な形状（加工溝等）とすることもできる。又、特徴量ＦＶ１、ＦＶ２は、例えば画像処理における公知の特徴抽出アルゴリズム（エッジ検出、コーナ検出、輪郭線検出、領域分割等）を用いて抽出できる。
なお、特徴量ＦＶ１、ＦＶ２を抽出する際、各試料画像Ｇ２、Ｇ２２全体の画像データを取得してもよく、特徴量ＦＶ１、ＦＶ２付近の各試料画像Ｇ２、Ｇ２２の一部の画像データを取得してもよい。そして、各試料画像Ｇ２、Ｇ２２（又はその一部）と、各特徴量ＦＶ１、ＦＶ２との相対的な位置関係から、上記ズレ量ｄｖを検出することができる。
なお、特徴量ＦＶ１、ＦＶ２を抽出する際、各試料画像Ｇ２、Ｇ２２全体の画像データを取得してもよく、特徴量ＦＶ１、ＦＶ２付近の各試料画像Ｇ２、Ｇ２２の一部の画像データを取得してもよい。そして、各試料画像Ｇ２、Ｇ２２（又はその一部）と、各特徴量ＦＶ１、ＦＶ２との相対的な位置関係から、上記ズレ量ｄｖを検出することができる。
次に、図８（ｂ）に示すように、検出したズレ量ｄｖに基づき、試料画像Ｇ２２内の加工領域Ｙ２の位置を補正する（本来の加工領域Ｙの位置を算出する）。そして、位置を補正した本来の加工領域Ｙにイオンビーム２０Ａを照射し、加工を実施する。これにより、試料画像Ｇ２２内で位置検出マークＭ３の形成中にドリフトが発生して位置検出マークＭ３の位置がずれても、このズレを補正して本来の加工領域Ｙの位置を正確に加工できるので、より高精度な加工ができる。
なお、試料画像Ｇ２２で加工を行った後、試料ステージを移動させ、次の加工領域で加工を行う際、上記位置検出マークＭ３を移動後の試料画像に含まれるようにし、基準マークとして用いることもできる。
これにより、試料ステージを移動させた後の各試料画像において、位置検出マーク（基準マーク）自身がドリフトにより位置ズレしても、各基準マークの位置ズレに起因する加工領域の位置ズレを上述のように補正することができ、加工領域をさらに高精度で加工することができる。
これにより、試料ステージを移動させた後の各試料画像において、位置検出マーク（基準マーク）自身がドリフトにより位置ズレしても、各基準マークの位置ズレに起因する加工領域の位置ズレを上述のように補正することができ、加工領域をさらに高精度で加工することができる。
次に、図９を参照し、図８の処理のフローについて説明する。
まず、制御部９０は、倍率Ｐ１で表示された試料画像Ｇ２を取得する（ステップＳ２００）。作業者は、試料画像Ｇ２上で不純物Ｙの範囲に相当する新たな加工領域Ｙの位置（座標）を指定し、その指定情報に基づき、加工領域設定手段９０Ｄは加工領域Ｙを設定する（ステップＳ２０２）。なお、ステップＳ２０２は、図６のステップＳ１２０と同一である。
次に、照射制御手段９０Ｃは、試料画像Ｇ２上の適当なデフォルト位置（予定位置ＰＭ３に相当）に位置検出マークＭ３を形成する（ステップＳ２０４）。なお、位置検出マークＭ３の形成位置（予定位置ＰＭ３）は、試料画像Ｇ２上で作業者が任意に決めてもよく、この場合に照射制御手段９０ＣはステップＳ２０４を行う代わりに、作業者が指定した予定位置ＰＭ３に位置検出マークＭ３を形成する。
まず、制御部９０は、倍率Ｐ１で表示された試料画像Ｇ２を取得する（ステップＳ２００）。作業者は、試料画像Ｇ２上で不純物Ｙの範囲に相当する新たな加工領域Ｙの位置（座標）を指定し、その指定情報に基づき、加工領域設定手段９０Ｄは加工領域Ｙを設定する（ステップＳ２０２）。なお、ステップＳ２０２は、図６のステップＳ１２０と同一である。
次に、照射制御手段９０Ｃは、試料画像Ｇ２上の適当なデフォルト位置（予定位置ＰＭ３に相当）に位置検出マークＭ３を形成する（ステップＳ２０４）。なお、位置検出マークＭ３の形成位置（予定位置ＰＭ３）は、試料画像Ｇ２上で作業者が任意に決めてもよく、この場合に照射制御手段９０ＣはステップＳ２０４を行う代わりに、作業者が指定した予定位置ＰＭ３に位置検出マークＭ３を形成する。
次に、制御部９０は、位置検出マークＭ３が形成され、倍率Ｐ１で表示された試料画像Ｇ２２を取得する（ステップＳ２０６）。
次に、制御部９０は、試料画像Ｇ２、Ｇ２２から、それぞれ特徴量ＦＶ１、ＦＶ２を抽出するする（ステップＳ２０８）。そして、制御部９０は、各特徴量ＦＶ１、ＦＶ２の位置のずれから、上記ズレ量ｄｖを検出する（ステップＳ２１０）。
さらに、ステップＳ２１２で制御部９０は、ズレ量ｄｖに基づき、試料画像Ｇ２２内の加工領域Ｙ２の位置を補正する（本来の加工領域Ｙの位置を算出する）。次に、制御部９０は、試料画像Ｇ２２上で、本来の加工領域Ｙの座標に基づき、加工領域Ｙをイオンビーム２０Ａにより加工する（ステップＳ２１４）。
次に、制御部９０は、試料画像Ｇ２、Ｇ２２から、それぞれ特徴量ＦＶ１、ＦＶ２を抽出するする（ステップＳ２０８）。そして、制御部９０は、各特徴量ＦＶ１、ＦＶ２の位置のずれから、上記ズレ量ｄｖを検出する（ステップＳ２１０）。
さらに、ステップＳ２１２で制御部９０は、ズレ量ｄｖに基づき、試料画像Ｇ２２内の加工領域Ｙ２の位置を補正する（本来の加工領域Ｙの位置を算出する）。次に、制御部９０は、試料画像Ｇ２２上で、本来の加工領域Ｙの座標に基づき、加工領域Ｙをイオンビーム２０Ａにより加工する（ステップＳ２１４）。
本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の思想と範囲に含まれる様々な変形及び均等物に及ぶことはいうまでもない。
例えば、図２の例では、試料ステージ６０の移動前の試料画像Ｇ１内で加工時の位置ずれを補正するために検出する位置検出マークＭ１と、基準マークＭ２が異なっているが、移動前後で同一の位置検出マークを検出してもよい。例えば、図２の例で、位置検出マークＭ１を形成せず、移動先に近い位置検出マークＭ２のみを形成し、試料画像Ｇ１、Ｇ２で共に位置検出マークＭ２を検出するようにしてもよい。同様に、図５の例でも、位置検出マークＭｄのデフォルトの形成位置が偶然に位置検出マークＭ２に相当する位置であれば、移動前後で同一の位置検出マークＭ２を検出することになる。
但し、加工中に何度も位置検出マークにイオンビームを照射するとマークが損傷することがあるので、各試料画像Ｇ１、Ｇ２で異なる位置検出マークを検出するように設定することが好ましい。このため、予め各試料画像Ｇ１、Ｇ２に複数の位置検出マークを形成して記憶部９３に登録しておき、各試料画像Ｇ１、Ｇ２で異なる位置検出マークを検出するよう、試料画像Ｇ１、Ｇ２で検出するマークが重複しないように管理すればよい。
例えば、図２の例では、試料ステージ６０の移動前の試料画像Ｇ１内で加工時の位置ずれを補正するために検出する位置検出マークＭ１と、基準マークＭ２が異なっているが、移動前後で同一の位置検出マークを検出してもよい。例えば、図２の例で、位置検出マークＭ１を形成せず、移動先に近い位置検出マークＭ２のみを形成し、試料画像Ｇ１、Ｇ２で共に位置検出マークＭ２を検出するようにしてもよい。同様に、図５の例でも、位置検出マークＭｄのデフォルトの形成位置が偶然に位置検出マークＭ２に相当する位置であれば、移動前後で同一の位置検出マークＭ２を検出することになる。
但し、加工中に何度も位置検出マークにイオンビームを照射するとマークが損傷することがあるので、各試料画像Ｇ１、Ｇ２で異なる位置検出マークを検出するように設定することが好ましい。このため、予め各試料画像Ｇ１、Ｇ２に複数の位置検出マークを形成して記憶部９３に登録しておき、各試料画像Ｇ１、Ｇ２で異なる位置検出マークを検出するよう、試料画像Ｇ１、Ｇ２で検出するマークが重複しないように管理すればよい。
又、移動後の試料画像に含まれる位置検出マークＭ２は、移動前の試料画像Ｇ１中の位置検出マークのうち移動先に近いものがよく、移動先に最も近いものがよい。位置検出マークと移動先との距離は、移動前の試料画像Ｇ１において移動先に最も近い画像端との距離とすればよい。
なお、試料画像Ｇ１の斜め上に移動する場合は、試料２を斜めに回転させて横か縦に移動させればよい。
なお、試料画像Ｇ１の斜め上に移動する場合は、試料２を斜めに回転させて横か縦に移動させればよい。
２ 試料
２Ｗ，Ｙ 加工領域
２０ 集束イオンビーム照射機構
２０Ａ 集束イオンビーム
６０ 試料ステージ
７０ （二次荷電粒子）検出器
９０ 制御部
９０Ａ 画像生成手段
９１ 表示手段（表示装置）
１００ 集束イオンビーム装置
Ｇ１，Ｇ２、Ｇ２２ 所定の倍率Ｐ１の試料画像
Ｇ３ 低倍率Ｐ２の試料画像
Ｄ 倍率Ｐ１で表示された試料画像に対応した走査幅
Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍｄ 位置検出マーク
Ｍ２、Ｍ３、Ｍｄ 基準マーク（位置検出マーク）
Ｌ 試料ステージの移動量
２Ｗ，Ｙ 加工領域
２０ 集束イオンビーム照射機構
２０Ａ 集束イオンビーム
６０ 試料ステージ
７０ （二次荷電粒子）検出器
９０ 制御部
９０Ａ 画像生成手段
９１ 表示手段（表示装置）
１００ 集束イオンビーム装置
Ｇ１，Ｇ２、Ｇ２２ 所定の倍率Ｐ１の試料画像
Ｇ３ 低倍率Ｐ２の試料画像
Ｄ 倍率Ｐ１で表示された試料画像に対応した走査幅
Ｍ１、Ｍ２、Ｍ３、Ｍｄ 位置検出マーク
Ｍ２、Ｍ３、Ｍｄ 基準マーク（位置検出マーク）
Ｌ 試料ステージの移動量
Claims (8)
- 加工対象の試料を載置すると共に該試料の位置を移動させる移動機構を有する試料ステージと、
集束イオンビームを前記試料に照射する集束イオンビーム照射機構と、
前記集束イオンビームを前記試料に照射して生じる二次荷電粒子を検出する検出器と、
前記検出器の検出データに基づき、前記試料に形成された位置検出マークを含む試料画像を生成する画像生成手段と、
前記試料画像を表示する表示手段と、
前記試料ステージを移動させ、前記表示手段の表示範囲を超える加工領域に前記集束イオンビームを照射して加工する場合に、前記試料ステージの移動前の前記試料画像に含まれる前記位置検出マークのうち、前記移動後の前記試料画像に含まれることとなるいずれかの位置検出マークを基準マークとしてその位置を検出し、前記試料ステージの移動後の前記試料画像において前記基準マークの位置を検出し、当該基準マークに基づいて前記集束イオンビームの照射位置を制御する制御手段と、を有する集束イオンビーム装置。 - 前記制御手段は、前記試料ステージの移動先に最も近い前記基準マークを検出する請求項１記載の集束イオンビーム装置。
- 前記制御手段は、予めすべての前記加工領域を設定すると共に、当該すべての加工領域と、前記表示手段に表示される前記試料画像の表示サイズを示す幅Ｗとに基づき、前記試料ステージの移動量を設定する請求項１又は２記載の集束イオンビーム装置。
- 前記制御手段は、前記試料ステージの移動量を設定すると共に、当該移動量に基づき、前記移動前の試料画像上で前記基準マークの位置を検出する請求項１又は２記載の集束イオンビーム装置。
- 前記制御手段は、前記移動量に基づき、前記基準マークを形成する請求項３又は４記載の集束イオンビーム装置。
- 前記制御手段は、前記試料ステージの移動後の前記試料画像において前記加工を行った後、当該試料画像内に新たな加工領域を設定し、かつ前記試料画像内の前記基準マークと異なる位置に新たな位置検出マークを形成し、
さらに前記制御手段は、前記位置検出マークを形成する前後の前記試料画像からそれぞれ特徴量を抽出し、各特徴量の間の位置ずれを補正するように前記新たな加工領域に照射する前記集束イオンビームの照射位置を制御する請求項１〜５のいずれかに記載の集束イオンビーム装置。 - 集束イオンビームを加工対象の試料に照射して生じる二次荷電粒子に基づき、前記試料に形成された位置検出マークを含む試料画像を生成する画像生成過程と、
前記試料画像を表示する表示過程と、
前記試料を載置する試料ステージを移動させ、前記表示過程における前記試料画像の表示範囲を超える加工領域に前記集束イオンビームを照射して加工する場合に、前記試料ステージの移動前の前記試料画像に含まれる前記位置検出マークのうち、前記移動後の前記試料画像に含まれることとなるいずれかの位置検出マークを基準マークとしてその位置を検出し、前記試料ステージの移動後の前記試料画像において前記基準マークの位置を検出し、当該基準マークに基づいて前記集束イオンビームの照射位置を制御する制御過程と、を有する集束イオンビーム装置を用いた試料の加工方法。 - 集束イオンビームを加工対象の試料に照射して生じる二次荷電粒子に基づき、前記試料に形成された位置検出マークを含む試料画像を生成する画像生成過程と、
前記試料画像を表示する表示過程と、
前記試料を載置する試料ステージを移動させ、前記表示過程における前記試料画像の表示範囲を超える加工領域に前記集束イオンビームを照射して加工する場合に、前記試料ステージの移動前の前記試料画像に含まれる前記位置検出マークのうち、前記移動後の前記試料画像に含まれることとなるいずれかの位置検出マークを基準マークとしてその位置を検出し、前記試料ステージの移動後の前記試料画像において前記基準マークの位置を検出し、当該基準マークに基づいて前記集束イオンビームの照射位置を制御する制御過程と、をコンピュータに実行させる、集束イオンビーム加工用コンピュータプログラム。
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