JP2014225362A - 集束イオンビーム装置、集束イオンビーム装置を用いた試料加工方法、及び試料加工プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】観察又は加工のための視野範囲内に一度に収まらないような試料上の大領域に対して、加工パターンの高精度な連続反復加工や一連一体加工を可能にし、試料上の大領域での試料加工を円滑化することができる集束イオンビーム装置を用いた試料加工方法を提供する。【解決手段】大領域６０１における加工パターン２６の加工開始位置６１１を含む視野範囲６１０又は６２０内で試料加工された加工パターンから、当該加工パターンの画像を位置合わせ用の基準画像として取得し、視野範囲に、大領域内の次の加工パターンの加工位置が含まれるように、予め登録された試料加工情報に基づいて試料ステージを移動させ、移動した試料上から、加工パターンの画像を位置合わせ用の比較画像として取得し、基準画像の加工パターンの画像と、比較画像の加工パターンの画像とを対照して、視野範囲内における、大領域内の次の加工パターンの加工位置を補正する。【選択図】図７

Description

本発明は、半導体デバイス、その他の微細試料の加工や観察に用いられる集束イオンビーム装置、集束イオンビーム装置を用いた試料加工方法、及び試料加工プログラムに関する。

集束イオンビーム装置は、集束イオンビーム（ＦＩＢ；Focused Ion Beam）を真空中で試料上の観察又は加工したい部位に照射することによって、試料上の照射部位から二次電子、二次イオン、等といった二次粒子を放出させる装置である。集束イオンビーム装置（ＦＩＢ装置）は、集束イオンビームの照射によって試料上の照射部位から放出された二次粒子を検出器で検出し、この二次粒子の試料上での二次元分布を求めることにより、試料上における集束イオンビームの照射領域の試料画像を取得することができる。また、試料に照射する集束イオンビームの量を増やし、試料上の照射部位からスパッタリングによって弾き出される原子（二次イオン）の数を増やすことによって、試料を加工することもできる。そのため、集束イオンビーム装置を用いた試料加工方法では、試料上に加工パターンを作製する場合だけではなく、試料上における加工パターンの加工位置（作製位置）を特定する場合にも、集束イオンビームが利用される。

ところで、集束イオンビーム装置を用いて、試料上に微細な加工パターンを作製するため、試料上の加工位置に集束イオンビームのビーム照射を行う場合、試料ステージの移動誤差（位置再現性）やビームドリフトに起因して、集束イオンビームの実際の試料上での照射位置が当初設定した試料上の照射位置に対して位置ずれを起こしてしまうことがある。このような問題を解決するために、特許文献１には、試料加工中の集束イオンビームの照射位置のずれを自動的に補正する集束イオンビーム装置を用いた加工方法が開示されている。

この特許文献１に記載された技術では、
・ 観察及び加工のための視野範囲内の、加工パターンと干渉しない試料上の位置に、所定の加工位置補正用マークを形成し、
・ 集束イオンビームを用いた加工パターンの加工開始前に、この加工位置補正用マークの位置を検出して検出用マーク位置として記憶し、
・ 加工パターンの加工途中でも、この加工位置補正用マークの位置の検出を行い、この検出したマーク位置と先に記憶されている検出用マーク位置とから試料上おける加工パターンの加工位置の位置ずれ量を算出し、
・ この位置ずれ量に応じて、加工パターンを加工する集束イオンビームのビーム照射位置を制御する、
ようになっている。

なお、以降では、視野範囲について、試料の移動なしで集束イオンビームのビーム走査だけで観察又は加工のためのビーム照射が可能な、試料上の大きさ範囲を指し、観察画像の画像領域に対応するものとして取り扱う。

特開平９−２７４８７９号公報

ところで、試料の移動なしで観察又は加工のための視野範囲内に一度に収まらない試料上の大きさ範囲（以下では、このような試料上の大きさ範囲のことを、試料上の大領域と便宜的に称する）に対して、高精度な連続反復加工で同一形状の加工パターンを複数作製する場合や、観察又は加工のための視野範囲内に一度に収まらない大きさの加工パターンを高精度な一連一体加工で作製する場合は、その加工には集束イオンビームの走査偏向だけではなく試料自体の移動が伴うため、集束イオンビーム装置では、次のような加工方法が採用されていた。

すなわち、この加工方法では、事前に、観察及び加工のための視野範囲内に一度に収まらないような試料上の大きさ範囲を、試料の移動なしで集束イオンビームの走査偏向だけで観察及び加工可能な試料上の大きさ範囲（以下では、このような試料上の大きさ範囲のことを、試料上の部分領域と便宜的に称する）で分割して、さらに各部分領域内には、特許文献１に記載されているような加工位置補正用マークを形成しておくようになっている。その上で、部分領域毎の加工パターン若しくは加工パターン部分の加工毎に、当該部分領域に対応した加工位置補正用マークを用いて特許文献１に記載されているような位置ずれ補正方法を行い、加工パターン若しくは加工パターン部分を加工するための集束イオンビームのビーム照射位置を制御することによって、試料上の大領域における同一の加工パターンの高精度な連続反復加工や、観察及び加工のための視野範囲内に一度に収まらない大きさの加工パターンの高精度な一連一体加工に対処するようになっていた。

しかしながら、上述した加工方法では、事前に、部分領域毎にそれぞれ加工位置補正用マークを形成しておく必要があり、そのため、例えば、加工位置補正用マークの位置座標、加工位置補正用マークと加工パターン若しくは加工パターン部分の加工位置との位置座標関係、等といった補正情報の登録を、予め部分領域毎に行っておかなければならず、結果的には、集束イオンビーム装置による大領域の試料加工の全体スループットを向上させることができなかった。

本発明は、観察又は加工のための視野範囲内に一度に収まらないような試料上の大領域において、加工パターンの高精度な連続反復加工や一連一体加工を可能にし、試料上の大領域での試料加工を円滑化することができる集束イオンビーム装置、集束イオンビーム装置を用いた試料加工方法、及び試料加工プログラムを提供することを目的とする。

上記した課題を解決するために、本発明では、試料ステージに載置された試料上をイオンビームを集束して走査して試料観察及び試料加工を行う集束イオンビーム装置を用いて、イオンビームの走査による観察又は加工のための視野範囲内に一度に収まらない試料上の大領域に対して、試料ステージを移動して、同一形状の加工パターンを繰り返し加工したり、又は、視野範囲内に一度に収まらない大きさの加工パターンを加工するために、
・ 大領域における加工パターンの加工開始位置を含む視野範囲内で試料加工された加工パターン又は加工パターン部分から、当該加工パターン又は当該加工パターン部分における延設方向の先端側の加工パターン部の画像を位置合わせ用の基準画像として取得し、
・ 視野範囲に、大領域内の次の加工パターン又は次の加工パターン部分の加工位置が含まれるように、予め登録された試料加工情報に基づいて試料ステージを移動させ、
・ 移動した試料上から、加工パターン又は加工パターン部分における延設方向の先端側の加工パターン部の画像を位置合わせ用の比較画像として取得し、
・ 基準画像の加工パターン又は加工パターン部分における延設方向の先端側の加工パターン部の画像と、比較画像の加工パターン又は加工パターン部分における延設方向の先端側の加工パターン部の画像とを対照して、視野範囲内における、大領域内の次の加工パターン又は次の加工パターン部分の加工位置を補正する、
ことを特徴とする。

本発明によれば、観察又は加工のための視野範囲内に一度に収まらないような試料上の大領域において、この大領域を分割した部分領域毎に、加工位置補正用マークの形成や補正情報の登録を行っておく必要がなくなり、加工パターンの高精度な連続反復加工や一連一体加工を円滑に実行することができる。
上記した以外の、課題、構成及び効果は、以下の実施の形態の説明により明らかにされる。

本発明の第１の実施の形態に係る試料加工方法に用いられる集束イオンビーム装置の一実施例の概略構成図である。 図１に示した集束イオンビーム装置の機能構成の一実施例を示した機能ブロック図である。 試料上の大領域に微細な加工パターンを連続反復加工する前の試料、及び連続反復加工した後の試料のイメージ図である。 本実施の形態に係る集束イオンビーム装置によって実行される、加工パターンの連続反復加工による試料加工手順を示したフローチャートである。 加工パターンの連続反復加工による試料加工のイメージ図である。 本発明の別の実施の形態に係る走査型電子顕微鏡付集束イオンビーム装置の概略構成図である。 本実施の形態に係るＳＥＭ付集束イオンビーム装置により実施する断面作製と断面観察の説明図である。 本実施の形態に係るＳＥＭ付集束イオンビーム装置によって実行される、一連一体加工による加工パターンの試料加工手順を示したフローチャートである。

以下、本発明に係る、観察又は加工のための視野範囲内に一度に収まらないような試料上の大領域に対し、微細な加工パターンの高精度な連続反復加工や一連一体加工が可能な集束イオンビーム装置、及びこの集束イオンビーム装置を用いた試料加工方法の実施の形態について、図面とともに説明する。

＜第１の実施の形態＞
本実施の形態では、試料上の大領域に高精度な連続反復加工により同一の加工パターンを繰り返し複数加工する試料加工方法について、図面とともに説明する。

図１は、本実施の形態に係る試料加工方法に用いられる集束イオンビーム装置の一実施例の概略構成図である。

図２は、図１に示した集束イオンビーム装置の機能構成の一実施例を示した機能ブロック図である。

図１，図２に示すように、集束イオンビーム装置１０は、ＦＩＢカラム１１０及び試料室１２０を備えた真空筐体ブロック１００と、ＦＩＢカラム１１０及び試料室１２０に設けられた各部の作動制御を行う制御部２００と、ＦＩＢ装置全体の動作制御や観察画像の取得等を行うコンピュータ部３００とを有する。コンピュータ部３００は、ＯＳＤ（On-Screen Display）機能が備えられた表示部３１０と、キーボードやマウス等の操作機器を備えた操作入力部３２０とが付設された構成になっている。

ＦＩＢカラム１１０には、イオンビーム（ＦＩＢ）１１を発生するイオン源１１１と、イオン源１１１から発生したイオンビーム１１を加速、集束及び偏向し、試料ステージ１２１上の試料２０に導くイオンビーム光学系１１２とが設けられている。

イオン源１１１には、例えば、カリウム等の金属イオン源又はアルゴンや酸素等の不活性ガスイオン源を用いられている。

イオンビーム光学系１１２は、イオン源１１１から引き出されたイオンビーム１１を試料上に集束させるコンデンサーレンズ及び対物レンズ、これらコンデンサーレンズ及び対物レンズの間に配置されたイオンビーム制限絞り板、イオンビーム１１の軸補正及びビーム形状補正を行うアライナー・スティグマ、観察又は加工のための視野範囲に対応する試料上でイオンビーム１１の照射位置を二次元走査するブランカー及び偏向器、等を備えている。

試料室１２０は、試料２０を搭載可能な試料ステージ１２１、イオンビームの照射によって試料２０から発生した二次粒子（二次電子、二次イオン）を検出する二次粒子検出器１２２、等を有する構成になっている。

試料ステージ１２１は、例えば、Ｘ-Ｙ軸（水平面方向）、Ｚ軸（高さ方向）、Ｒ軸（回転方向）、Ｔ軸（傾斜方向）に駆動可能な５軸式のステージであり、その試料載置面がＸ，Ｙ，Ｚ方向それぞれへの平行移動に加え、回転可能及び傾動可能な構成になっている。これにより、試料ステージ１２１のＲ軸と、試料ステージ１２１に載置された試料２０の中心位置とがずれている場合であっても、試料ステージ１２１は、試料２０の中心位置を通る軸周りに試料２０を回転できるようになっている。

二次粒子検出器１２２は、シンチレータと光電子増倍管とを組み合わせた構成が採用され、二次粒子の衝突によりシンチレータが発する非常に微弱な光を、光電子増倍管が検出可能な電気信号として取り出す構成になっている。二次粒子検出器１２２の出力は、Ａ／Ｄ変換され、集束イオンビーム１１の照射によって試料２０から放出される二次粒子の検出信号としてコンピュータ部３００に供給される。

制御部２００は、イオン源１１１を制御するイオン源制御部２１１、イオンビーム光学系１１２を制御するイオンビーム制御部２１２、試料ステージ１２１の動作を制御するステージ制御部２２１を有する。

イオン源制御部２１１は、コンピュータ部３００からの指示に基づいてイオン源１１１に電圧を印加し、イオン源１１１をプラズマ化してイオンビーム１１を発生させる。イオンビーム１１は、イオン源１１１に付設された引き出し電極等により導出される。

イオンビーム制御部２１２は、イオンビーム制限絞り板を駆動する絞り駆動部、アラナイナー・スティグマを制御するアラナイナー・スティグマ制御部、ブランカーを制御するブランキング・アンプ、偏向器を制御してイオンビームを偏向・走査する偏向制御部、対物レンズに印加する電力を制御するレンズ電源、等を備えている。これらは、いずれもコンピュータ部３００からの指示に基づいて、各部の駆動を制御する。

ステージ制御部２２１は、コンピュータ部３００からの指示に基づいて、各軸部のアクチェータを駆動制御して、試料ステージ１２１の位置・姿勢を制御する。

コンピュータ部３００は、設定入力データ及び試料加工プログラムに従って、加工を行いたい試料上の範囲が観察又は加工のための視野範囲内に一度に収まらないような試料上の大きさ範囲である大領域に対して、加工パターンの試料加工を制御部２００のそれぞれ各部を介して実行制御する。また、その際、二次粒子検出器１２２からの検出信号をその信号強度に応じた輝度信号に変換し、かつ二次粒子の検出信号を偏向制御部に指令したビーム偏向信号（走査信号）と同期させることにより、試料上の視野範囲の走査型イオン顕微鏡像（ＳＩＭ(scanning ion microscope)像）を生成する。

表示部３１０は、コンピュータ部３００からの指示を基に、コンピュータ部３００で画像生成されたＳＩＭ画像、各種操作入力のためのＧＵＩ（Graphical User Interface）、、等を表示する。

操作入力部３２０は、試料加工に際して、表示部３１０にＯＳＤ機能によって表示されるＧＵＩ上で、操作入力部３２０の操作機器を用いて、試料情報、加工パターン情報、試料加工方法の種別情報、加工条件、等の試料加工情報を、設定又は登録操作する。

その上で、コンピュータ部３００は、大領域に対する加工パターンの連続反復加工用や一連一体加工を含む試料加工を実行するために、図２に示したように、画像制御部３０１、記憶部３０２、マーク検出部３０３、制御演算部３０４等を有する。

画像制御部３０１は、画像メモリや画像処理部を含み、二次粒子検出器１２２からの二次粒子の検出信号をその信号強度に応じた輝度信号に変換して画像メモリに記憶し、また、輝度信号に変換された二次粒子の検出信号を偏向制御部に指令したビーム偏向信号と同期して画像メモリから読み出すことにより、試料上の視野範囲に係るＳＩＭ像を生成する。

記憶部３０２には、試料上の大領域に対する加工パターンの連続反復加工プログラムや一連一体加工プログラムを含む各種試料加工プログラム、加工パターン検出用マークのマーク情報、等が記憶されているとともに、これら試料加工プログラムを用いた試料加工を実行する際には、その実行に際して設定又は登録された試料加工情報、その実行途中に画像制御部３０１で生成されて取得したＳＩＭ像の画像データ、等が記憶される。

マーク検出部３０３は、試料上の大領域に対する加工パターンの加工開始に当たって、必要に応じて、記憶部３０２に記憶された加工パターン検出用マークの登録情報を基に加工パターン検出用のマークを検出する。マーク検出部３０３は、試料上の大領域に対する加工パターンの加工開始に当たって、検出された加工パターン検出用のマークの位置情報とその加工パターン検出用のマークの登録された位置情報とのずれ量を算出し、イオンビームの加工開始に当たっての照射位置を補正する。

制御演算部３０４は、マーク検出部３０３からの補正値、記憶部３０２に記憶された試料加工情報、等を基に、イオン源制御部２１１、イオンビーム制御部２１２、ステージ制御部２２１、等を制御して、試料上の大領域に対する加工パターンの連続反復加工や一連一体加工を実行制御する。

次に、上述した構成からなる集束イオンビーム装置１０を用いた、試料上の大領域に対し微細な加工パターンを加工するための試料加工方法の実施例について、図面に基づき説明する。なお、ここでは、集束イオンビーム装置１０は、試料室内で試料ステージ１２１を移動位置させる際は、試料ステージ１２１の移動原点を基準としたステージ座標系で、その移動位置を管理するようになっているものとする。一方、試料上の微細な加工パターンに係る情報は、試料２０の外形を基準とした試料座標系で、管理されているものとする。これに伴い、集束イオンビーム装置１０では、試料ステージ上における試料２０の載置位置、載置方向等に基づいて、ステージ座標系と試料座標系との間のオフセットが算出されており、試料加工時は、これらオフセットを基にして、試料座標系上の座標値をステージ座標値により管理できるようになっている。

図３は、試料上の大領域に微細な加工パターンを連続反復加工する前の試料、及び連続反復加工した後の試料のイメージ図である。

図示の例では、図３（Ａ）に示すような、所定半径及び厚さの薄厚円板試料２１の周縁部に、図３（Ｂ）に示すように、その周方向に外周全域に亘って、所定間隔に、加工パターンとして同一のＶ字形状の溝パターン２２を繰り返し連続して作製して、歯車状の試料２１を作製する例を示している。なお、このＶ字形状の溝パターン２２は、微細な加工パターンの一例であって、微細な加工パターンの形状等を限定するものではない。

集束イオンビーム装置１０では、歯車状の試料２１を作製するに当たって、表示部３１０にＯＳＤ表示されたＧＵＩに従った操作入力部３２０の操作によって、試料情報、加工パターン情報、試料加工方法の種別情報、加工条件、等の試料加工情報を設定できるようになっている。

試料情報は、加工対象試料の形状データ、サイズデータ、等が該当する。図３に示した薄厚円板試料２１の場合は、形状データは、試料の厚さ方向（軸線方向）に沿って眺めた平面形状が円形、軸線に垂直な水平方向（試料の径方向）から眺めた側面形状が細長矩形、等といった試料外観に関する情報である。サイズデータは、この薄厚円板試料２１の、半径の大きさ、厚さ、回転中心位置、等といった試料寸法に関する情報である。

加工パターン情報は、加工パターンの形状データ、サイズデータ、等が該当する。図３に示したＶ字形状の溝パターン２２の場合は、形状データとしては、試料の厚さ方向（軸線方向）に沿って眺めた平面形状がＶ字形状、等といった加工パターンの外観に関する情報である。サイズデータは、このＶ字形状の溝パターン２２の、溝幅（薄厚円板試料２１の周縁部の接線方向に沿った加工長）、溝深さ（薄厚円板試料２１の径方向に沿った加工長）、溝長さ（薄厚円板試料２１の厚さ方向に沿った加工長）、等といった加工パターン寸法に関する情報である。

試料加工方法の種別情報は、試料上の大領域における加工パターンの連続反復加工、試料上の大領域における加工パターンの一連一体加工、等といった試料加工方法の種別に関する情報が該当する。図３に示した薄厚円板試料２１の場合は、試料加工方法の種別として、試料上の大領域に対する加工パターンの連続反復加工が選択される。

加工条件は、観察及び加工それぞれためのイオンビーム１１のビーム条件情報や、試料上に加工パターンを試料加工する際に利用される個別加工条件情報、等が該当する。図１に示した集束イオンビーム装置１０の場合は、ビーム条件情報としては、イオンビーム１１のビーム電流の種類、試料上の走査位置でのビーム照射時間、ビーム走査回数、等といったイオンビーム１１の照射に関する情報である。具体的には、ビーム電流の種類としては、観察ビームモード、加工ビームモード（高速加工モード／低ダメージ加工モード）がある。また、個別加工条件情報としては、図３に示した薄厚円板試料２１にＶ字形状の溝パターン２２を連続反復加工する場合は、試料ステージ上における試料の載置位置、試料上における大領域の範囲（連続反復加工範囲）、試料上の大領域における加工パターンの加工位置（作製位置）、加工間隔（作製間隔、すなわち隣り合う加工パターン間の離間距離若しくは回転角度）、加工個数（作製個数）、等がある。なお、この個別加工条件情報については、例えば、加工位置や加工間隔については、大領域の範囲（連続反復加工範囲）と加工個数（作製個数）とから導出可能することも可能であり、これら全てを有することが必須ではない。

なお、この個別加工条件情報の中には、図３に示した薄厚円板試料２１の周縁部の全周に亘って同じＶ字形状の溝パターン２２のみを形成するような場合は省略することも可能であるが、最初の加工パターンを加工するための視野範囲、すなわち試料上に最初の加工パターンを加工するための試料上の位置を調整するための加工パターン検出用のマークのマーク情報（マーク形状及びマーク位置）も必要に応じて含まれる。加工パターン検出用のマークについては、薄厚円板試料２１の表面において、加工パターンと同じ視野内に特徴的な形状があれば、その特徴的な形状を利用することもできる。

本実施例の場合、試料加工情報の中、試料情報、加工パターン情報、加工条件、等は、試料加工方法の種別で選択指定された試料加工プログラムで用いられる制御情報として取り扱われる。

次に、図３に示した歯車状の試料２１を試料加工する場合を例に、集束イオンビーム装置１０によって実行されるＶ字形状の溝パターン２２の連続反復加工処理について、図４、図５に基づいて説明する。

図４は、集束イオンビーム装置によって実行される、加工パターンの連続反復加工による試料加工手順を示したフローチャートである。
図５は、加工パターンの連続反復加工による試料加工のイメージ図である。

集束イオンビーム装置１０を用いて、試料上の大領域に対し、微細な加工パターンの高精度な連続反復加工を行う場合は、試料加工情報に含まれる試料加工方法の種別として、試料上の大領域における加工パターンの連続反復加工が選択・設定されている場合に該当する。

この場合、集束イオンビーム装置１０では、コンピュータ部３００は、試料上の大領域における加工パターンの連続反復加工による試料加工を開始するに当たり、試料情報、加工パターン情報、加工条件、等の試料加工情報の中、今回の、加工パターンの連続反復加工による試料加工で必要な、試料情報、加工パターン情報、加工条件を設定するためのＧＵＩ画面を、表示部３１０に表示する。

集束イオンビーム装置１０では、操作入力部３２０の操作によって、例えば、薄厚円板試料２１の形状データ（円形）、サイズデータ（半径の大きさ、厚さ、中心位置）が設定されると、コンピュータ部３００の制御演算部３０４は、今回の加工パターンの連続反復加工による試料加工に用いる試料情報として、記憶部３０２に登録する（図４、ステップＳ101）。

また、集束イオンビーム装置１０では、操作入力部３２０の操作によって、加工パターンのパターンデータとして、Ｖ字形状の溝パターン２２が選択されると、コンピュータ部３００の制御演算部３０４は、その設定された形状データ、サイズデータについても、今回の、加工パターンの連続反復加工による試料加工に用いる加工パターン情報として、記憶部３０２に登録する。

さらに、集束イオンビーム装置１０では、操作入力部３２０の操作によって、例えば、加工条件として、観察及び加工のためのビーム条件情報や、試料上に加工パターンを試料加工する際に利用される加工条件（試料２１の試料ステージ上における載置位置情報、試料上の大領域の範囲情報、加工パターンの加工位置や加工間隔といった個別加工条件情報、等）が設定されると、コンピュータ部３００の制御演算部３０４は、今回の、加工パターンの連続反復加工による試料加工に用いる加工条件として、記憶部３０２に登録する（ステップＳ102）。なお、試料ステージ上に、加工対象として、薄厚円板試料２１が互いの載置位置を変えて複数載置されている場合は、試料の載置位置情報としてそれぞれの薄厚円板試料２１の載置位置情報が全て登録される。

なお、これら試料加工情報の登録は、操作入力部３２０の操作による個別入力によらず、予め登録されている所望の試料加工レシピを選択設定することにより、自動的に登録するようにすることも可能である。

集束イオンビーム装置１０では、このようにして、加工パターンの連続反復加工による試料加工に用いられる、試料情報、加工パターン情報、加工条件、等の試料加工情報が登録されると、コンピュータ部３００の制御演算部３０４は、試料加工情報から、例えば、今回の加工パターンの連続反復加工における加工終了条件、等の判定情報を取得又は演算し、記憶部３０２に登録する（ステップＳ103）。この場合、加工終了条件とは、一の薄厚円板試料２１に対する試料加工の終了判定や、試料ステージ上に載置されている複数の薄厚円板試料２１全体についての試料加工についての終了判定のための、判定情報を指す。例えば、加工終了条件としては、一の薄厚円板試料２１についての加工終了を判定するためには、加工条件の加工個数（作製個数）が利用される。また、試料ステージ上に載置されている複数の薄厚円板試料２１全体についての加工終了を判定するためには、薄厚円板試料２１の載置個数が利用される。

集束イオンビーム装置１０では、このようにして加工パターンの連続反復加工の実施のための準備がなされ、加工対象としての最初の薄厚円板試料２１が載置された試料ステージ１２１が試料室内の所定位置に配置されると、この準備完了、又は操作入力部３２０の実行開始の操作入力に基づき、薄厚円板試料２１の大領域に対するＶ字形状の溝パターン２２の連続反復加工による試料加工が開始される（ステップＳ104）。

連続反復加工による試料加工の開始に当たっては、集束イオンビーム装置１０では、まず、コンピュータ部３００の制御演算部３０４が、イオン源制御部２１１、イオンビーム制御部２１２、ステージ制御部２２１を介して、イオン源１１１、イオンビーム光学系１１２、試料ステージ１２１を制御して、その観察及び加工のための視野範囲を、加工パターン検出用のマークが設けられた最初の加工パターンを加工する薄厚円板試料２１の周縁部に合わせる。

そして、集束イオンビーム装置１０では、コンピュータ部３００の制御演算部３０４が、イオン源制御部２１１、イオンビーム制御部２１２を介して、イオン源１１１、イオンビーム光学系１１２を制御して、視野範囲における、加工パターン検出用のマークが設けられた部分の試料上を観察ビームモードでイオンビーム１１を走査する。

コンピュータ部３００のマーク検出部３０３は、その際における加工パターン検出用のマークの検出位置と、予め登録されている試料上におけるマークの配置位置とに基づいて、今回の加工パターンの連続反復加工の実行開始に当たっての、試料ステージの移動誤差（位置再現性）やビームドリフトに起因する開始当初の誤差を取得する。

なお、この開始当初の誤差の補正は、図３に示した薄厚円板試料２１の周縁部の全周に亘ってＶ字形状の溝パターン２２のみを形成するような場合は、加工パターン検出用のマークの検出を行わずとも、試料加工情報の中の試料情報の特徴的な形状を利用して算出可能である。

そして、集束イオンビーム装置１０は、コンピュータ部３００の制御演算部３０４が、この開始当初の誤差を補正して、ステージ制御部２２１を介して、試料ステージ１２１を制御して試料ステージ１２１を移動させることにより、又はイオン源制御部２１１、イオンビーム制御部２１２を介して、イオン源１１１、イオンビーム光学系１１２を制御して最初のＶ字形状の溝パターン２２の加工のための視野範囲を移動させることによって、試料上の大領域における最初のＶ字形状の溝パターン２２の加工位置を正確に決定し、加工のための視野範囲を最初の加工位置に正確に合わせることができる。

その上で、集束イオンビーム装置１０は、コンピュータ部３００の制御演算部３０４が、イオン源制御部２１１、イオンビーム制御部２１２を介して、イオン源１１１、イオンビーム光学系１１２を制御して、視野範囲の試料上を、登録された試料加工情報に基づいて、加工ビームモードのイオンビーム１１をビームシフトで走査開始する。これにより、薄厚円板試料２１の周縁部にＶ字形状の溝パターン２２、すなわち、この場合は、最初のＶ字形状の溝パターン２２の試料加工が開始される。

その後、集束イオンビーム装置１０は、登録された試料加工情報に基づいて、薄厚円板試料２１の周縁部にＶ字形状の溝パターン２２、すなわち、この場合は、最初のＶ字形状の溝パターン２２の試料加工を完了させる（ステップＳ105）。

そして、集束イオンビーム装置１０は、コンピュータ部３００の制御演算部３０４が、先にステップＳ103で登録した加工終了条件を基に、この薄厚円板試料２１の大領域に対するＶ字形状の溝パターン２２の連続反復加工が全部終了したか否かを、例えば加工終了条件の加工個数を基に判定する（ステップＳ106）。

集束イオンビーム装置１０は、コンピュータ部３００の制御演算部３０４が、この薄厚円板試料２１の大領域に対するＶ字形状の溝パターン２２の連続反復加工が全部終了していない場合は、ステップＳ107〜Ｓ110の処理を実行する。これに対して、コンピュータ部３００の制御演算部３０４は、この薄厚円板試料２１の大領域に対するＶ字形状の溝パターン２２の連続反復加工が全部終了した場合は、ステップＳ111の処理を実行する。

ここで、連続反復加工が全部終了していない場合は、集束イオンビーム装置１０は、観察ビームモードで、ステップＳ105で加工完了したＶ字形状の溝パターン２２及びその近傍の画像を、Ｖ字形状の溝パターン２２の作製後の位置合わせ用の基準画像として取得する（ステップＳ107）。

図５（Ａ）は、連続反復加工による最初の加工パターンの試料加工が完了した状態のイメージ図である。
したがって、大領域に対してのＶ字形状の溝パターン２２の連続反復加工においては、この最初のＶ字形状の溝パターン２２及びその近傍の画像が最初の位置合わせ用の基準画像として取得されることになる。

すなわち、ステップＳ107の画像取得では、例えば、コンピュータ部３００の制御演算部３０４が、ステップＳ104で説明した加工のための視野範囲を変えずに今度は観察のための視野範囲で、イオン源制御部２１１、イオンビーム制御部２１２を介して、イオン源１１１、イオンビーム光学系１１２を制御して、視野範囲の試料上を観察ビームモードでイオンビーム１１を走査する。一方、コンピュータ部３００の画像制御部３０１は、その際における二次粒子検出器１２２からの検出信号を基に、ステップＳ104で説明した加工のための視野範囲を変えないままの、作製した溝パターン２２及びその近傍の画像を生成し、記憶部３０２に位置合わせ用の基準画像５１０として記憶することになる。この結果、この位置合わせ用の基準画像５１０は、ステップＳ104，ステップＳ105で示されるＶ字形状の溝パターン２２の加工時とイオンビーム光学系１１２と試料ステージ１２１との相対関係が変わらない状況で、最初のＶ字形状の溝パターン２２を加工した際のイオンビーム１１及び試料ステージ１２１の状況を反映したものになる。

その後、集束イオンビーム装置１０は、この位置合わせ用の基準画像５１０の取得後、コンピュータ部３００の制御演算部３０４が、先に登録された試料加工情報に従って、ステージ制御部２２１を介して、試料ステージ１２１を制御して、大領域内の、次のＶ字形状の溝パターン２２の加工位置である薄厚円板試料２１の周縁部を観察及び加工のための視野範囲内に位置させるように、試料ステージ１２１を移動させる（ステップＳ108）。その際、試料ステージ１２１は、薄厚円板試料２１の中心位置を通る軸周りに薄厚円板試料２１を加工間隔だけ回転させるように移動する。これに伴い、最初のＶ字形状の溝パターン２２は、ステップＳ107の画像取得時に対して、薄厚円板試料２１の試料上を加工間隔だけ回転した位置に移動したことになる。

図５（Ｂ）は、次の加工パターンの試料加工を行うに当たって、試料を加工間隔だけ回転した状態のイメージ図である。

集束イオンビーム装置１０は、次の試料上の加工位置に対しての試料ステージ１２１の移動が完了したならば、コンピュータ部３００の制御演算部３０４が、先に登録された試料加工情報に従って、イオン源制御部２１１、イオンビーム制御部２１２を介して、イオン源１１１、イオンビーム光学系１１２を制御して、ステップＳ107の画像取得時に対して、薄厚円板試料２１の試料上を加工間隔だけ回転した位置を含むように、視野範囲を移動させて、この視野範囲の試料上を観察ビームモードでイオンビーム１１を走査する。これに伴い、コンピュータ部３００の画像制御部３０１は、その際における二次粒子検出器１２２からの検出信号を基に、この移動させた視野範囲で、先に作製したＶ字形状の溝パターン２２及びその近傍の画像を生成し、記憶部３０２にＶ字形状の溝パターン２２の次の加工位置の位置合わせ用の比較画像５２０として記憶する（ステップＳ109）。すなわち、この位置合わせ用の比較画像５２０では、試料ステージ１２１はステップＳ107で示した基準画像５１０の取得時である試料加工完了時から移動しており、ステップＳ104，ステップＳ105で示されるＶ字形状の溝パターン２２の加工時とイオンビーム１１及び試料ステージ１２１の状況が変わった、次のＶ字形状の溝パターン２２の加工の際のイオンビーム１１及び試料ステージ１２１の状況を反映したものになる。

そこで、集束イオンビーム装置１０は、コンピュータ部３００の制御演算部３０４が、先に取得したＶ字形状の溝パターン２２の作製後の位置合わせ用の基準画像５１０と、次のＶ字形状の溝パターン２２の加工位置の位置合わせ用の比較画像５２０とを対照させて、最初のＶ字形状の溝パターン２２を加工する際と次のＶ字形状の溝パターン２２を加工する際との間の、試料ステージの移動誤差（位置再現性）やビームドリフトに起因する誤差を算出して、この誤差に基づき、視野範囲及び／又は試料ステージ１２１の位置をさらに補正することによって、次のＶ字形状の溝パターン２２の加工位置を決定する（ステップＳ110）。

この場合、誤差は、基準画像５１０と比較画像５２０とで観察対象のＶ字形状の溝パターン２２が同一の加工パターンであるので、例えば、両画像それぞれのＶ字形状の溝パターン２２部分の画像データの相関演算を行うことにより精度よく演算することができる。この誤差の具体的な演算は、種々の仕方がある。一例として、両画像それぞれのＶ字形状の溝パターン２２部分の画像データに係る相関ピークのずれ等に基づき、薄厚円板試料２１の試料上を加工間隔だけ回転させるように試料ステージ１２１が移動する前後の、同一のＶ字形状の溝パターン２２についての向きの違い、すなわち実際に移動させられた加工間隔を容易に算出することができる。

したがって、集束イオンビーム装置１０は、コンピュータ部３００の制御演算部３０４が、ステップＳ108で先に登録された試料加工情報に従って移動させた次のＶ字形状の溝パターン２２の加工位置に対して、ステップＳ110で算出された誤差量を補正するように、試料ステージ１２１を制御して試料ステージ１２１を移動位置させることにより、又はイオン源１１１、イオンビーム光学系１１２を制御して次のＶ字形状の溝パターン２２の加工のための視野範囲を移動させることによって、試料上の大領域における次のＶ字形状の溝パターン２２の加工位置を正確に決定することができる。

そして、これ以降の順番の次のＶ字形状の溝パターン２２の加工位置の決定については、上述したステップＳ104〜Ｓ110の処理を繰り返し行うことによって、それ以降の加工位置毎に、すなわち大領域を分割した部分領域毎に、加工位置補正用マークの形成や補正情報の登録が予め行われていなくても、試料上の大領域に高精度なＶ字形状の溝パターン２２の連続反復加工が行える。

上述したステップＳ104〜Ｓ110の処理を繰り返しにおいて、ステップＳ106で、コンピュータ部３００の制御演算部３０４が、先にステップＳ103で登録した加工終了条件を基に、この薄厚円板試料２１の大領域に対するＶ字形状の溝パターン２２の連続反復加工が全部終了したことを、例えば加工パターンの加工情報としての加工個数を基に判定すると、ステップＳ111で、試料ステージ上に載置位置を変えて載置されている別の加工が済んでいない薄厚円板試料２１が残っていないことを確認し、残っている場合には、その残っている加工が済んでいない薄厚円板試料２１それぞれについて順番に上述したステップＳ104〜Ｓ110の処理を繰り返し行って、試料ステージ上に載置位置を変えて載置されている薄厚円板試料２１全てについての加工を終了させる。

したがって、集束イオンビーム装置１０によって上述したように実行されるＶ字形状の溝パターン２２の連続反復加工によれば、観察又は加工のための視野範囲内に一度に収まらないような試料上の大領域において、この大領域を分割した部分領域毎に、加工位置補正用マークの形成や補正情報の登録を行っておくこともなく、微細な加工パターンに係る高精度な連続反復加工を円滑に実行することができる。

すなわち、本実施の形態の連続反復加工による加工パターンの試料加工手順は、
・ 試料加工によって作製された加工パターンを含む視野範囲で位置合わせ用の基準画像の取得、
・ 作製された加工パターンを、その加工位置から加工間隔だけ移動させて、次の加工パターンの加工位置をこの加工位置に位置させるための試料ステージの移動、
・ 加工間隔だけ移動させた後の加工パターンについて、加工パターンを含む視野範囲で位置合わせ用の比較画像の取得、
・ 位置合わせ用の基準画像と位置合わせ用の比較画像との対照に基づき、試料ステージの移動誤差（位置再現性）やビームドリフトがないかを確認し、誤差がある場合には、この誤差を解消するように試料ステージ又は加工のための視野範囲を移動、
・ 次の加工パターンの加工、
を、事前に登録した加工終了条件になるまで繰り返し実行することを特徴とする。

また、位置合わせ用の基準画像や比較画像を取得するための、観察のための視野範囲の大きさ、すなわち画像サイズは、できるだけ集束イオンビームによる試料面の汚染を防ぐため小さな領域とするか、加工条件の設定時に加工条件の一つとして又は加工条件と一緒に、任意の大きさに決定できるようにすることも可能である。具体的には、例えば、Ｖ字形状の溝パターン２２の場合、そのＶ字型形状全体を視野範囲に含まずとも、所定の一片若しくは一頂点を含む位置合わせ用の基準画像や比較画像を取得するだけでも、同様な効果を達成することができる。

＜第２の実施の形態＞
本実施の形態では、試料上の大領域に高精度な一連一体加工により観察又は加工のための視野範囲内に一度に収まらない大きさの加工パターンを加工する試料加工方法について、図面とともに説明する。

図６は、本実施の形態に係る試料加工方法に用いられる集束イオンビーム装置の一実施例の概略構成図である。

本実施の形態に係る試料加工方法の説明では、試料の断面作製と断面観察を連続に行うことができる走査型電子顕微鏡（scanning electron microscope、ＳＥＭ）付集束イオンビーム装置３０を用いた場合を例に、説明する。なお、その説明に当たって、図１及び図２に示した集束イオンビーム装置１０と同一若しくは同様な構成については、その説明及び図示を省略する。

図６は、走査型電子顕微鏡付集束イオンビーム装置の概略構成図である。
走査型電子顕微鏡付集束イオンビーム装置３０は、真空筐体ブロック１００に、ＦＩＢカラム１１０、試料室１２０に加えて、ＳＥＭカラム１３０が備えられ、ＦＩＢ装置部３１とＳＥＭ装置部３２とを有する集束イオンビーム装置になっている。

図示のＳＥＭ付集束イオンビーム装置３０では、ＳＥＭカラム１３０は、ＦＩＢカラム１１０からの集束イオンビーム１１と、ＳＥＭカラム１３０からの一次電子ビーム１２とが試料室内で鋭角に交差できるように、真空筐体ブロック１００に備えられてる。ＳＥＭカラム１３０には、電子ビーム１２を発生する電子源と、電子源から発生した電子ビーム１２を加速、集束及び偏向し、試料ステージ１２１上の試料２０に導く電子ビーム光学系とが設けられている。二次粒子検出器１２２は、試料上への集束イオンビーム１１の照射又は一次電子ビーム１２の照射により試料上の照射部位から放出される二次電子、二次イオンといった二次粒子を検出する。

ＳＥＭ付集束イオンビーム装置３０は、ＦＩＢカラム１１０、ＳＥＭカラム１３０及び試料室１２０を備えた真空筐体ブロック１００と、ＦＩＢカラム１１０、ＳＥＭカラム１３０及び試料室１２０に設けられた各部の作動制御を行う制御部２００と、走査型電子顕微鏡付集束イオンビーム装置全体の動作制御や観察画像の取得等を行うコンピュータ部３００とを有する。この場合、制御部２００は、イオン源制御部２１１、イオンビーム制御部２１２及びステージ制御部２２１に加えて、電子源制御部及び電子ビーム制御部を有する。

このようなＳＥＭ付集束イオンビーム装置３０は、両ビームの走査画像、すなわちＳＩＭ像とＳＥＭ像とで試料上の同じ領域の画像を表示することができるデュアルビーム装置となっている。そのため、電子ビームの視野範囲に含まれるように試料上に加工パターンをＦＩＢ加工すれば、その加工断面は、試料２０を傾斜せずに試料ステージ１２１はそのままの姿勢でＳＥＭ観察することができ、このＦＩＢ加工とＳＥＭ観察を繰り返していけば、加工面の奥行き方向に連続的な断面画像が生成できるようになっている。

図７は、図６に示したＳＥＭ付集束イオンビーム装置により実施する断面作製と断面観察の説明図である。
図７では、所定の片長さ及び厚さの薄厚正方形板試料２５の試料上に、所定の溝幅、溝深さ、溝長さを有する断面凹形状の直線溝パターン２６を、試料上の所定位置から所定方向に延設してなる加工パターンを形成する場合を例に、説明する。

図７（Ａ２）は、ＳＥＭ付集束イオンビーム装置のＦＩＢ装置部による試料観察及び試料加工についての説明図であり、図７（Ａ３）はＳＥＭ装置部による試料観察についての説明図である。

図７（Ａ２）では、試料２２の移動なしでＦＩＢ装置部３１により、観察又は加工のための視野範囲内に一度に収まらない試料上の大領域６０１に対して、ＦＩＢ装置部３１による観察又は加工のための視野範囲内に一度に収まらない大きさの加工パターンの直線溝パターン２６を作製する場合の、観察又は加工のためのＦＩＢ視野範囲（ＳＩＭ画像領域）６１０を示したものである。なお、ここでは、便宜的にＦＩＢ装置部３１による観察ための視野範囲の形状及び大きさは、加工のための視野範囲と同一のものとして説明する。６１１は、試料上における直線溝パターン２６の試料加工を開始した加工開始位置での直線溝パターン２６を示したものである。

これに対し、図７（Ａ３）では、試料２２の移動なしでＳＥＭ装置部３２により、この直線溝パターン２６の加工断面２７を断面観察する場合の、観察のためのＳＥＭ視野範囲（ＳＥＭ画像領域）６２０を示したものである。

このように、試料面上に配置した断面作製と断面観察を行う領域は、ＦＩＢ装置部３１での試料２２の移動なしでビームシフトにより加工・観察可能なＦＩＢ視野範囲６１０、ＳＥＭ装置部３２での試料２２の移動なしでビームシフトにより断面観察可能なＳＥＭ視野範囲６２０のいずれよりも、直線溝パターン２６の延設方向に係り大きくなっている。

図７（Ａ１）は、図７（Ａ２）に示したＦＩＢ視野範囲と、図７（Ａ３）に示したＳＥＭ視野範囲とを対照するために、両図を合成して表した図である。

図示の例では、ＦＩＢ視野範囲６１０とＳＥＭ視野範囲６２０との大きさが異なり、ＦＩＢ視野範囲６１０がＳＥＭ視野範囲６２０よりも、直線溝パターン２６の延設方向に係り大きくなっている。

そのため、図７（Ａ１）に示すように、まず、ＦＩＢ装置部３１による直線溝パターン２６の作製とＳＥＭ装置部３２による加工断面２７の断面観察とを、試料上の加工開始位置及び断面観察開始位置がＦＩＢ視野範囲６１０、ＳＥＭ視野範囲６２０それぞれの範囲内になるように調整し、集束イオンビーム１１や一次電子ビーム１２それぞれのイメージシフト等を用い、ＦＩＢ視野範囲６１０、ＳＥＭ視野範囲６２０それぞれの範囲内での試料加工及び断面観察を開始する。

図７（Ｂ）は、試料の加工位置や断面観察位置がＦＩＢ視野範囲やＳＥＭ視野範囲で実行可能な試料上の加工位置、観察位置にまで達した状態を表した図である。

図７（Ｂ）に示すように、試料加工や断面観察に係る試料上の加工位置や断面観察位置が、このＦＩＢ視野範囲６１０又はＳＥＭ視野範囲６２０の中のいずれかで実行可能な試料上の加工位置、観察位置にまで達したならば、試料加工及び断面観察を一旦中断して、試料ステージ１２１を移動してＦＩＢ視野範囲６１０やＳＥＭ視野範囲６２０を試料上で相対移動させて、中断する際に試料加工、断面観察されていた試料上の加工断面２７やその近傍部分からなる直近の加工済部分６１２が、ＦＩＢ視野範囲６１０やＳＥＭ視野範囲６２０のそれぞれ範囲内で試料加工や断面観察の開始位置６１１側に配置されるように位置させる。

図７（Ｃ１）は、試料ステージ１２１を移動してＦＩＢ視野範囲６１０やＳＥＭ視野範囲６２０を試料上で移動させた状態を表した図である。

このようにして、直近の加工済部分６１２がＦＩＢ視野範囲６１０やＳＥＭ視野範囲６２０のそれぞれ範囲内で試料加工や断面観察の開始位置６１１側に配置されるように、試料ステージ１２１を移動してＦＩＢ視野範囲６１０やＳＥＭ視野範囲６２０を試料上で相対移動させた後、再びＦＩＢ視野範囲６１０やＳＥＭ視野範囲６２０のそれぞれ範囲内で、ＦＩＢ装置部３１による直線溝パターン２６の試料加工やＳＥＭ装置部３２による加工断面２６の断面観察を継続して行う。

このような、ＦＩＢ視野範囲６１０やＳＥＭ視野範囲６２０で実行可能な試料上の試料加工や断面観察を繰り返すことにより、試料上の大領域６０１に対する直線溝パターン２６の一連一体加工を行う。

次に、図７に示した直線溝パターン２６を含む試料２５を試料加工する場合を例に、ＳＥＭ付集束イオンビーム装置３０によって実行される直線溝パターン２６の一連一体加工について、図８に基づいて説明する。

図８は、ＳＥＭ付集束イオンビーム装置によって実行される、一連一体加工による加工パターンの試料加工手順を示したフローチャートである。

ＳＥＭ付集束イオンビーム装置３０を用いて、試料上の大領域に対し、微細な加工パターンの高精度な一連一体加工を行う場合は、試料加工情報に含まれる試料加工方法の種別として、試料上の大領域における加工パターンの一連一体加工が選択・設定されている場合に該当する。

この場合、ＳＥＭ付集束イオンビーム装置３０では、コンピュータ部３００は、試料上の大領域における加工パターンの一連一体加工による試料加工を開始するに当たり、試料情報、加工パターン情報、加工条件、等の試料加工情報の中、今回の、加工パターンの一連一体加工による試料加工で必要な、試料情報、加工パターン情報、加工条件を設定するためのＧＵＩ画面を、表示部３１０に表示する。

ＳＥＭ付集束イオンビーム装置３０では、操作入力部３２０の操作によって、例えば、薄厚正方形板試料２５の形状データ（正方形）、サイズデータ（一辺の大きさ、厚さ、中心位置）が設定されると、コンピュータ部３００の制御演算部３０４は、今回の加工パターンの一連一体加工による試料加工に用いる試料情報として、記憶部３０２に登録する（図８では、図示略）。

また、ＳＥＭ付集束イオンビーム装置３０では、操作入力部３２０の操作によって、加工パターンのパターンデータとして、断面凹形状の直線溝パターン２６が選択されると、コンピュータ部３００の制御演算部３０４は、その設定された形状データ（矩形状断面）、サイズデータ（溝幅、溝深さ）についても、今回の、加工パターンの連続反復加工による試料加工に用いる加工パターン情報として、記憶部３０２に登録する（図８では、図示略）。

試料加工方法の種別情報は、図７に示した薄厚正方形板試料２５の場合は、試料加工方法の種別として、試料上の大領域に対する加工パターンの一連一体加工が選択される。

ＳＥＭ付集束イオンビーム装置３０の場合、加工条件は、ＦＩＢ装置部３１による観察及び加工それぞれためのイオンビーム１１のビーム条件情報や、試料上に加工パターンを試料加工する際に利用される個別加工条件情報、等が該当する。さらに、ＳＥＭ付集束イオンビーム装置３０の場合は、観察条件として、ＳＥＭ装置部３２による観察のための一次電子ビーム１２のビーム条件情報や、試料上の加工断面２７の断面観察する際に利用される個別観察条件情報、等も加わる。

そのため、ＳＥＭ付集束イオンビーム装置３０では、操作入力部３２０の操作によって、ＦＩＢ装置部３１による加工条件、及びＳＥＭ装置部３２による観察条件が設定されると、コンピュータ部３００の制御演算部３０４は、今回の、加工パターンの一連一体加工による試料加工に用いる断面加工・断面観察情報として、記憶部３０２に登録する（ステップＳ201，Ｓ202）。したがって、この断面加工・断面観察情報には、試料２５の試料ステージ上における載置位置情報、試料上の大領域の範囲情報（ＦＩＢ装置部３１・ＳＥＭ装置部３２により断面加工・断面観察を行う試料上の位置領域情報）、ＦＩＢ装置部３１による断面作製の間隔、加工パターンの加工情報、ＳＥＭ装置部３２による断面観察倍率、ＳＥＭ装置部３２による断面観察画像の取得間隔、等が含まれる。

なお、試料ステージ上に、加工対象として、薄厚正方形板試料２５が互いの載置位置を変えて複数載置されている場合は、試料の載置位置情報としてそれぞれの薄厚正方形板試料２５の載置位置情報も全て登録される。

そして、このような断面加工・断面観察情報が登録されると（ステップＳ201，Ｓ202）、コンピュータ部３００の制御演算部３０４は、断面作製の間隔から、ＦＩＢ装置部３１で試料ステージ１２１に載置された薄厚正方形板試料２５に断面凹形状の直線溝パターン２６の断面作製を行うために最適な断面加工最適倍率を導き出す（ステップＳ203）。この断面加工最適倍率は、図７に示したＦＩＢ視野範囲６１０の大きさを規定するものである。

また、コンピュータ部３００の制御演算部３０４は、このＦＩＢ装置部３１の断面加工最適倍率を導き出すと、ＳＥＭ装置部３２による断面観察倍率に基づいた試料上におけるＳＥＭ視野範囲６２０から、直線溝パターン２６の延設方向すなわち試料ステージ１２１の移動方向に係る、ＳＥＭ視野範囲６２０の分割点を決定する（ステップＳ204）。この分割点は、図７に示した直線溝パターン２６を含む薄厚正方形板試料２５を作製する場合では、直線溝パターン２６の延設方向すなわち試料ステージ１２１の移動方向に係る、点６２１が該当する。

図７において、この分割点６２１は、試料加工や断面観察に係る試料上の加工位置や断面観察位置が、直線溝パターン２６の延設方向すなわち試料ステージ１２１の移動方向に係り、ＳＥＭ視野範囲６２０で断面観察可能な限界の観察位置にまで達した際に、断面観察されていた試料上の加工断面２７やその近傍部分からなる直近の加工済部分６１２を、ＦＩＢ視野範囲６１０やＳＥＭ視野範囲６２０のそれぞれ範囲内で試料加工や断面観察の開始位置６１１側に試料加工及び断面観察可能に配置するために、ＳＥＭ視野範囲６２０を直線溝パターン２６の延設方向すなわち試料ステージ１２１の移動方向に関して分割する点である。したがって、分割点６２１は、その際におけるＦＩＢ視野範囲６１０やＳＥＭ視野範囲６２０に対する試料ステージ１２１の相対的な移動距離６２２を規定するものであり、試料ステージ１２１の移動方向に沿った試料上のＳＥＭ視野範囲６２０の長さ６２３よりも小さな値になる。

図８に戻り、ステップＳ203、Ｓ204で取得したＦＩＢ装置部３１の断面加工最適倍率、及び分割点６２１を登録して断面加工・断面観察情報に加えると、ＳＥＭ付集束イオンビーム装置３０では、コンピュータ部３００の制御演算部３０４が、ＦＩＢ装置部３１を制御して、直線溝パターン２６の加工開始位置を含むＦＩＢ視野範囲６１０の加工パターン検出用のマークが設けられた部分の試料上を観察ビームモードでイオンビーム１１を走査する。

コンピュータ部３００のマーク検出部３０３は、その際における加工パターン検出用のマークの検出位置と、予め登録されている試料上におけるマークの配置位置とに基づいて、今回の加工パターンの一連一体加工の実行開始に当たっての、試料ステージの移動誤差（位置再現性）やビームドリフトに起因する開始当初の誤差を取得する。

そして、ＳＥＭ付集束イオンビーム装置３０は、コンピュータ部３００の制御演算部３０４が、この開始当初の誤差を補正して、ステージ制御部２２１を介して、試料ステージ１２１を制御して試料ステージ１２１を移動させることにより、又はＦＩＢ装置部３１及びＳＥＭ装置部３２を制御して、最初の直線溝パターン２６の加工のためのＦＩＢ視野範囲６１０及び断面観察のためのＳＥＭ視野範囲６２０を移動させることによって、試料上の大領域における最初の直線溝パターン２６の断面加工位置及び断面観察位置を正確に決定し、ＦＩＢ視野範囲６１０及びＳＥＭ視野範囲６２０を最初の加工位置に正確に合わせることができる。

その上で、ＳＥＭ付集束イオンビーム装置３０は、コンピュータ部３００の制御演算部３０４が、ＦＩＢ装置部３１を制御して、ＦＩＢ視野範囲６１０の試料上を、登録された断面加工・断面観察情報に基づいて、加工ビームモードのイオンビーム１１をビームシフトで走査開始する。これにより、最初の直線溝パターン２６の試料加工が開始される（ステップＳ205）。

その後、ＳＥＭ付集束イオンビーム装置３０は、登録された断面加工・断面観察情報に基づいて、ＳＥＭ装置部３２による断面観察画像の取得間隔に対応するＦＩＢ装置部３１による断面作製の間隔分だけ直線溝パターン２６の試料加工を完了させる（ステップＳ206）。

そして、ＳＥＭ付集束イオンビーム装置３０は、ＳＥＭ装置部３２を制御して、直線溝パターン２６の加工断面２７の断面観察し、コンピュータ部３００の画像制御部３０１は、生成した断面観察画像を記憶部３０２に記憶して蓄積する（ステップＳ207）。

ＳＥＭ付集束イオンビーム装置３０は、ＳＥＭ装置部３２による加工断面２７の断面観察が終了すると、コンピュータ部３００の制御演算部３０４が、先にステップＳ201，Ｓ202で登録した断面加工・断面観察情報を基に、図７に示した薄厚正方形板試料２５の大領域６０１に対する直線溝パターン２６の一連一体加工が全部終了したか否かを、ＦＩＢ装置部３１・ＳＥＭ装置部３２により断面加工・断面観察を行う試料上の位置領域情報を基に判定する（ステップＳ208）。

ＳＥＭ付集束イオンビーム装置３０は、コンピュータ部３００の制御演算部３０４が、この薄厚正方形板試料２５の大領域６０１に対する直線溝パターン２６の一連一体加工が全部終了していない場合は、ステップＳ209〜Ｓ213の処理を実行する。これに対して、コンピュータ部３００の制御演算部３０４は、この薄厚正方形板試料２５の大領域６０１に対する直線溝パターン２６の一連一体加工が全部終了した場合は、ステップＳ214の処理を実行する。

ここで、一連一体加工が全部終了していない場合は、ＳＥＭ付集束イオンビーム装置３０は、コンピュータ部３００の制御演算部３０４が、試料加工や断面観察に係る試料上の加工位置や断面観察位置が、直線溝パターン２６の延設方向すなわち試料ステージ１２１の移動方向に係り、ＳＥＭ視野範囲６２０で断面観察可能な限界の観察位置にまで達したか否かを判定する（ステップＳ209）。

そして、ＳＥＭ付集束イオンビーム装置３０は、試料加工や断面観察に係る試料上の加工位置や断面観察位置が、直線溝パターン２６の延設方向すなわち試料ステージ１２１の移動方向に係り、ＳＥＭ視野範囲６２０で断面観察可能な限界の観察位置にまで達していない場合は、ステップＳ205〜Ｓ208で説明した、薄厚正方形板試料２５の大領域６０１に対する直線溝パターン２６の断面加工及び断面観察を行う。

これに対し、ＳＥＭ視野範囲６２０で断面観察可能な限界の観察位置に達した場合は、ＳＥＭ付集束イオンビーム装置３０は、コンピュータ部３００の制御演算部３０４がＦＩＢ装置部３１を制御して、観察ビームモードで、ステップＳ206で加工完了した直線溝パターン２６及びその近傍の画像を、直線溝パターン２６の一連一体加工のための作製後の位置合わせ用の基準画像として取得する（ステップＳ210）。この場合、作製後の位置合わせ用の基準画像は、図７（Ｂ）において説明した、中断する際に試料加工、断面観察されていた試料上の加工断面２７やその近傍部分からなる直近の加工済部分６１２を含む、ＦＩＢ視野範囲６１０内の直線溝パターン２６及びその周囲のＳＩＭ画像が該当する。

したがって、大領域６０１に対しての直線溝パターン２６の一連一体加工においては、ＳＥＭ視野範囲６２０で断面観察可能な限界の観察位置に達した場合の、直近の加工済部分６１２を含むＦＩＢ視野範囲６１０内の直線溝パターン２６及びその周囲のＳＩＭ画像が、随時、位置合わせ用の基準画像として取得されることになる。

その後、ＳＥＭ付集束イオンビーム装置３０は、コンピュータ部３００の制御演算部３０４が、ステップＳ204で決定した分割点６２１を基に、直線溝パターン２６の延設方向に係り、この分割点６２１で規定される相対的な移動距離６２２だけ、試料ステージ１２１を移動させる（ステップＳ211）。

そして、ＳＥＭ付集束イオンビーム装置３０は、次の試料上の継続加工位置に対しての試料ステージ１２１の移動が完了したならば、コンピュータ部３００の制御演算部３０４が、先に登録された断面加工・断面観察情報に従って、ＦＩＢ装置部３１を制御して、ステップＳ210の画像取得時に対して直線溝パターン２６の延設方向に沿って移動距離６２２だけ移動した、直近の加工済部分６１２を含む直線溝パターン２６及びその近傍のＳＩＭ画像を生成し、記憶部３０２に直線溝パターン２６の次の加工位置の位置合わせ用の比較画像として記憶する（ステップＳ212）。この取得した次の加工位置の位置合わせ用の比較画像は、図７（Ｃ１）若しくは（Ｃ２）において、直近の加工済部分６１２を含む直線溝パターン２６及びその近傍のＳＩＭ画像が該当する。

すなわち、この位置合わせ用の比較画像では、試料ステージ１２１は、ステップＳ210で示した基準画像の取得時であるステップＳ206で示した試料加工完了時から移動距離６２２だけ移動しており、ステップＳ205，ステップＳ206で示される直線溝パターン２６の加工時とイオンビーム１１及び試料ステージ１２１の状況が変わった、直線溝パターン２６の継続加工する際のイオンビーム１１及び試料ステージ１２１の状況を反映したものになる。

そこで、ＳＥＭ付集束イオンビーム装置３０は、コンピュータ部３００の制御演算部３０４が、先に取得した直線溝パターン２６の作製後の位置合わせ用の基準画像と、次の直線溝パターン２６の継続加工位置の位置合わせ用の比較画像とを対照させて、今回、直線溝パターン２６を延設した際と次に直線溝パターン２６を継続して延設する際との間の、試料ステージの移動誤差（位置再現性）やビームドリフトに起因する誤差を算出して、この誤差に基づき、視野範囲及び／又は試料ステージ１２１の位置をさらに補正することによって、次の直線溝パターン２６の継続加工位置を決定する（ステップＳ213）。

この場合、誤差は、基準画像５１０と比較画像５２０とで観察対象の直線溝パターン２６の直近の加工済部分６１２が同一であるので、例えば、両画像それぞれの同じ直近の加工済部分６１２の画像データの相関演算を行うことにより精度よく演算することができる。この誤差の具体的な演算は、種々の仕方がある。一例として、両画像それぞれの直近の加工済部分６１２の画像データに係る相関ピークのずれ等に基づき、薄厚正方形板試料２５を移動距離６２２だけ移動させるように試料ステージ１２１が移動する前後の、同一の直線溝パターン２６についての向きや実際の移動量の違い、すなわち実際に移動させられた移動方向及び移動量を容易に算出することができる。

したがって、ＳＥＭ付集束イオンビーム装置３０は、コンピュータ部３００の制御演算部３０４が、ステップＳ211で先に登録された分割点６２１を基に移動距離６２２だけ移動させた次の直線溝パターン２６の加工位置に対して、ステップＳ213で算出された誤差量を補正するように、試料ステージ１２１を制御して試料ステージ１２１を移動位置させることにより、又はイオン源１１１、イオンビーム光学系１１２を制御して次のＶ字形状の溝パターン２２の加工のための視野範囲を移動させることによって、試料上の大領域６０１における次の直線溝パターン２６の加工位置を正確に決定することができる。

そして、これ以降の次の直線溝パターン２６の加工位置の決定については、上述したステップＳ205〜Ｓ213の処理を繰り返し行うことによって、それ以降の加工位置毎に、すなわち大領域６０１を分割した部分領域毎に、加工位置補正用マークの形成や補正情報の登録が予め行われていなくても、試料上の大領域６０１に高精度な直線溝パターン２６の一連一体加工が行える。

上述したステップＳ205〜Ｓ213の処理を繰り返しにおいて、ステップＳ208で、コンピュータ部３００の制御演算部３０４が、薄厚正方形板試料２５の大領域６０１に対する直線溝パターン２６の一連一体加工が全部終了したことを判定すると、ステップＳ214で、試料ステージ上に載置位置を変えて載置されている別の加工が済んでいない薄厚正方形板試料２５が残っていないことを確認し、残っている場合には、その残っている加工が済んでいない薄厚正方形板試料２５それぞれについて順番に上述したステップＳ205〜Ｓ213の処理を繰り返し行って、試料ステージ上に載置位置を変えて載置されている薄厚円板試料２１全てについての加工を終了させる。

したがって、ＳＥＭ付集束イオンビーム装置３０によって上述したように実行される直線溝パターン２６の一連一体加工によれば、観察又は加工のための視野範囲内に一度に収まらないような試料上の大領域において、この大領域を分割した部分領域毎に、加工位置補正用マークの形成や補正情報の登録を行っておくこともなく、微細な加工パターンに係る高精度な一連一体加工を円滑に実行することができる。

本実施の形態の一連一体加工による加工パターンの試料加工手順は、前述した連続反復加工による加工パターンの試料加工手順に対し、位置合わせ用の基準画像、比較画像の取得の仕方が試料上の大領域に作製する加工パターンの性質の相違によって異なるだけである。そのため、説明では、試料上の大領域に高精度な同一の加工パターンを繰り返し複数加工する連続反復加工と、試料上の大領域に高精度な観察又は加工のための視野範囲内に一度に収まらない大きさの加工パターンを加工する一連一体加工とで、集束イオンビーム装置１０とＳＥＭ付集束イオンビーム装置３０とで集束イオンビーム装置を相違させて説明したが、集束イオンビーム装置１０で一連一体加工を行わせることも、ＳＥＭ付集束イオンビーム装置３０で連続反復加工を行わせることも可能であることは、説明するまでもない。集束イオンビーム装置１０とＥＭ付集束イオンビーム装置３０との間の相違は、ＳＥＭ視野範囲の影響を受けるか否かで、試料ステージ１２１の移動制御、すなわち試料上の部分領域の作製の仕方が変化するだけである。

なお、本発明の実施の形態は、上記した実施の形態、実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が可能である。

また、上述した集束イオンビーム装置の機能、及び集束イオンビーム装置が実行する試料加工方法の手順は、集束イオンビーム装置のコンピュータ部に上述した試料上の大領域に対しての連続反復加工及び/又は一連一体加工を実現させる試料加工プログラムとして構成することも可能である。

１０ 集束イオンビーム装置、 １１ イオンビーム、 １２ 一次電子ビーム、
２０ 試料、 ２１ 薄厚円板試料、 ２２ Ｖ字形状の溝パターン、
２５ 薄厚正方形板試料、 ２６ 直線溝パターン、 ２７ 加工断面、
３０ 走査型電子顕微鏡付集束イオンビーム装置、 ３１ ＦＩＢ装置部、
３２ ＳＥＭ装置部、 １００ 真空筐体ブロック、 １１０ ＦＩＢカラム、
１１１ イオン源、 １１２ イオンビーム光学系、 １２０ 試料室、
１２１ 試料ステージ、 １２２ 二次粒子検出器、 １３０ ＳＥＭカラム、
２００ 制御部、 ２１１ イオン源制御部、 ２１２ イオンビーム制御部、
２２１ ステージ制御部、 ３００ コンピュータ部、 ３０１ 画像制御部、
３０２ 記憶部、 ３０３ マーク検出部、 ３０４ 制御演算部、
３１０ 表示部、 ３２０ 操作入力部、 ５１０ 位置合わせ用の基準画像、
５２０ 位置合わせ用の比較画像、 ６０１ 大領域、
６１０ ＦＩＢ視野範囲、 ６１１ 加工開始位置、 ６１２ 加工済部分、
６２０ ＳＥＭ視野範囲、 ６２１ 分割点。

Claims (6)

1. 試料ステージに載置された試料上をイオンビームを集束して走査して試料観察及び試料加工を行う集束イオンビーム装置を用いて、イオンビームの走査による観察又は加工のための視野範囲内に一度に収まらない試料上の大領域に対して、試料ステージを移動して、同一形状の加工パターンを繰り返し加工したり、又は、視野範囲内に一度に収まらない大きさの加工パターンを加工するための試料加工方法であって、
   前記大領域における前記加工パターンの加工開始位置を含む視野範囲内で試料加工された加工パターン又は加工パターン部分から、当該加工パターン又は当該加工パターン部分における延設方向の先端側の加工パターン部の画像を位置合わせ用の基準画像として取得する基準画像取得工程、
   前記視野範囲に、前記大領域内の次の加工パターン又は次の加工パターン部分の加工位置が含まれるように、予め登録された試料加工情報に基づいて前記試料ステージを移動させる試料移動工程、
   前記試料移動工程の実行によって移動した試料上から、前記加工パターン又は前記加工パターン部分における延設方向の先端側の加工パターン部の画像を位置合わせ用の比較画像として取得する比較画像取得工程、
   前記基準画像の前記加工パターン又は前記加工パターン部分における延設方向の先端側の加工パターン部の画像と、前記比較画像の前記加工パターン又は前記加工パターン部分における延設方向の先端側の加工パターン部の画像とを対照して、前記試料移動工程の前記視野範囲に対しての、前記大領域内の次の加工パターン又は次の加工パターン部分の加工位置を補正する位置合わせ工程、
   を有することを特徴とする集束イオンビーム装置を用いた試料加工方法。
2. 前記集束イオンビーム装置として、試料の断面加工のための集束イオンビーム装置部と試料の断面観察のための走査形電子顕微鏡部とを備えた集束イオンビーム装置を用いる
   ことを特徴とする請求項１に記載の集束イオンビーム装置を用いた試料加工方法。
3. イオンビームの走査による観察又は加工のための視野範囲内に一度に収まらない試料上の大領域に対して、試料ステージを移動して、同一形状の加工パターンを繰り返し加工する試料加工方法では、
   前記比較画像取得工程では、前記視野範囲を予め登録された試料加工情報に基づいて移動させて位置合わせ用の比較画像を取得する
   ことを特徴とする請求項１に記載の集束イオンビーム装置を用いた試料加工方法。
4. イオンビームの走査による観察又は加工のための視野範囲内に一度に収まらない試料上の大領域に対して、視野範囲内に一度に収まらない大きさの加工パターンを加工する試料加工方法では、
   前記試料移動工程では、前記視野範囲に前記加工パターン又は前記加工パターン部分における延設方向の先端側の加工パターン部が残るようにして、予め登録された試料加工情報に基づいて前記試料ステージを移動させる
   ことを特徴とする請求項１に記載の集束イオンビーム装置を用いた試料加工方法。
5. 試料ステージに載置された試料上をイオンビームを集束して走査して試料観察及び試料加工を行う集束イオンビーム装置であって、
   イオンビームの走査による観察又は加工のための視野範囲内に一度に収まらない試料上の大領域に作製される加工パターンの、加工開始位置を含む視野範囲内で試料加工された加工パターン又は加工パターン部分から、当該加工パターン又は当該加工パターン部分における延設方向の先端側の加工パターン部の画像を位置合わせ用の基準画像として取得する基準画像取得部と、
   前記視野範囲に、前記大領域内の次の加工パターン又は次の加工パターン部分の加工位置が含まれるように、予め登録された試料加工情報に基づいて前記試料ステージを移動させる試料移動部と、
   前記試料移動部によって移動された試料上から、前記加工パターン又は前記加工パターン部分における延設方向の先端側の加工パターン部の画像を位置合わせ用の比較画像として取得する比較画像取得部と、
   前記基準画像の前記加工パターン又は前記加工パターン部分における延設方向の先端側の加工パターン部の画像と、前記比較画像の前記加工パターン又は前記加工パターン部分における延設方向の先端側の加工パターン部の画像とを対照して、前記視野範囲に対しての、前記大領域内の次の加工パターン又は次の加工パターン部分の加工位置を補正する位置合わせ部と
   を備えていることを特徴とする集束イオンビーム装置。
6. コンピュータに、請求項１に記載の集束イオンビーム装置を用いた試料加工方法を実行させるためのプログラム。

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