JP2019024026A

JP2019024026A - Ion beam apparatus and method for analyzing three-dimensional structure of sample

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Publication number: JP2019024026A
Application number: JP2018219623A
Authority: JP
Inventors: 杉山　安彦; Yasuhiko Sugiyama; 安彦杉山; 弘大庭; Hiroshi Oba
Original assignee: Hitachi High Tech Science Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Science Corp
Priority date: 2018-11-22
Filing date: 2018-11-22
Publication date: 2019-02-14
Anticipated expiration: 2035-02-03
Also published as: JP6637146B2

Abstract

To provide an ion beam apparatus which enables effective use of both of a monomer ion and a cluster ion.SOLUTION: A focused ion beam apparatus 1 comprises: an ion source 20 having a material gas introduction part 60 for introducing an argon gas, a cluster generation chamber 30 having a cluster generation mechanism (a nozzle 31 and the material gas introduction part 60) for generating clusters from the argon gas, to which the material gas introduction part 60 is connected, and a plasma generation chamber 40 including a plasma-generating mechanism(RF coil 43 and RF power supply 71) for generating plasma, to which the material gas introduction part 60 and the cluster generation chamber 30 are connected; a sample chamber 10 in which a sample is placed, where an ion beam extracted from the plasma generation chamber 40 is applied to the sample; and a secondary-electron detector for detecting secondary electrons produced from the sample when the ion beam is applied to the sample.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、イオンビーム装置および試料の３次元構造解析方法に関するものである。 The present invention relates to an ion beam apparatus and a sample three-dimensional structure analysis method.

従来、試料を微細加工する装置として、イオン源を備えたイオンビーム装置が知られている。イオンビーム装置は、イオン源から放出されたイオンビームを試料に照射して試料表面をスパッタリングすることで試料を削ることができ、試料の断面を作製することができる。 Conventionally, an ion beam apparatus provided with an ion source is known as an apparatus for finely processing a sample. The ion beam apparatus can cut the sample by irradiating the sample with the ion beam emitted from the ion source and sputtering the sample surface, and can produce a cross section of the sample.

近年、試料加工のスループット向上を図るため、イオンビームのビーム電流の大電流化が要求されている。この要求に伴い、イオン源として従来の液体金属イオン源と比較して１μＡ以上の大きなビーム電流が得られるプラズマイオン源が搭載されたイオンビーム装置がある（例えば、特許文献１参照）。このようなイオンビーム装置では、単体の気体原子または分子がイオン化されたモノマーイオンビームが照射される。しかしながら、モノマーイオンビームを照射することにより作製された試料の断面には、試料の形状や構造の局所的な変化によるエッチングレートの差により、凹凸形状が発生することが知られている（カーテン効果）。また、モノマーイオンビームが照射された試料の断面は、高エネルギーを有するアルゴン原子が試料内部に侵入することにより、ダメージを受けた状態となる場合がある。 In recent years, in order to improve the throughput of sample processing, it is required to increase the beam current of the ion beam. In response to this demand, there is an ion beam apparatus equipped with a plasma ion source capable of obtaining a large beam current of 1 μA or more compared with a conventional liquid metal ion source as an ion source (see, for example, Patent Document 1). In such an ion beam apparatus, a monomer ion beam in which a single gas atom or molecule is ionized is irradiated. However, it is known that the cross-section of a sample prepared by irradiation with a monomer ion beam has an uneven shape due to a difference in etching rate due to local changes in the shape and structure of the sample (curtain effect). ). In addition, the cross section of the sample irradiated with the monomer ion beam may be in a damaged state when argon atoms having high energy enter the sample.

また、近年では、複数個の塊となった気体原子または分子がイオン化されたクラスターイオンを放出するクラスターイオン源を備えたイオンビーム装置が開発されている。例えば、特許文献２には、クラスター発生機構、クラスター発生機構で発生させたクラスターのイオン化機構、イオン化機構でイオン化させたクラスターイオンの加速機構を備えたガスクラスターイオンビーム照射装置が開示されている。特許文献２に記載のガスクラスターイオンビーム照射装置によれば、モノマーイオンビームでは実現し得ない低損傷での平坦化加工が可能とされている。 In recent years, an ion beam apparatus including a cluster ion source that emits cluster ions in which a plurality of gas atoms or molecules are ionized has been developed. For example, Patent Document 2 discloses a gas cluster ion beam irradiation apparatus including a cluster generation mechanism, an ionization mechanism of a cluster generated by the cluster generation mechanism, and an acceleration mechanism of cluster ions ionized by the ionization mechanism. According to the gas cluster ion beam irradiation apparatus described in Patent Document 2, it is possible to perform flattening with low damage that cannot be achieved with a monomer ion beam.

特開２０１１−２０４６７２号公報JP 2011-204672 A 特開２００６−１５６０６５号公報JP 2006-156065 A

ところで、モノマーイオンビームの照射により形成された試料の断面の凹凸形状は、試料に対するモノマーイオンビームの入射方向を変化させながら試料を加工することで、試料の断面の凹凸形状を軽減させることができる。しかしながら、モノマーイオンビームの入射方向を変化させて加工する場合には、試料の傾斜を適宜変更しながら照射しなければならず、作業量が増大するという課題がある。また、モノマーイオンビームの入射方向を変化させても、試料内部へのアルゴン原子の侵入を抑制することは困難である。 By the way, the uneven shape of the cross section of the sample formed by irradiation with the monomer ion beam can reduce the uneven shape of the cross section of the sample by processing the sample while changing the incident direction of the monomer ion beam to the sample. . However, when processing by changing the incident direction of the monomer ion beam, it is necessary to irradiate the sample while changing the inclination of the sample as appropriate, and there is a problem that the amount of work increases. Moreover, even if the incident direction of the monomer ion beam is changed, it is difficult to suppress the penetration of argon atoms into the sample.

また、ガスクラスターイオンは、試料表面を低損傷で平坦化することが可能である一方で、モノマーイオンと比較して大きな質量分布を持つため、小さなビーム径に集束させることが困難であり、モノマーイオン程の大きなビーム電流密度は達成できない。このため、クラスターイオンビームを用いるイオンビーム装置は、試料の断面を作製するにあたって、モノマーイオンビームを用いる場合と比較して効率が低いという課題がある。 In addition, gas cluster ions can flatten the sample surface with low damage, but have a large mass distribution compared to monomer ions, making it difficult to focus on a small beam diameter. A beam current density as large as ions cannot be achieved. For this reason, the ion beam apparatus using the cluster ion beam has a problem that the efficiency of the ion beam apparatus is lower than that in the case of using the monomer ion beam in producing the cross section of the sample.

そこで、モノマーイオンおよびクラスターイオンを併用して、試料の加工の効率を向上させることも考えられる。しかしながら、従来のクラスターイオン源からはモノマーイオンも放出されるが、クラスターイオン源から放出されるモノマーイオンビームは、プラズマイオン源から放出されるモノマーイオンビームと比較してビーム電流が小さい。このため、従来のクラスターイオン源をモノマーイオンのイオン源として併用し、試料の断面の作製における効率を向上させることは困難である。したがって、従来のイオン源およびイオンビーム装置にあっては、モノマーイオンおよびクラスターイオンを有効的に併用して、試料の加工を効率よく行うという点で改善の余地がある。 Therefore, it is also conceivable to improve the efficiency of sample processing by using monomer ions and cluster ions in combination. However, although monomer ions are also emitted from the conventional cluster ion source, the monomer ion beam emitted from the cluster ion source has a smaller beam current than the monomer ion beam emitted from the plasma ion source. For this reason, it is difficult to improve the efficiency in producing a cross section of a sample by using a conventional cluster ion source in combination as an ion source for monomer ions. Therefore, the conventional ion source and ion beam apparatus have room for improvement in that the sample is efficiently processed by effectively using monomer ions and cluster ions together.

そこで本発明は、モノマーイオンおよびクラスターイオンを有効的に併用できるイオンビーム装置および試料の３次元構造解析方法を提供するものである。 Therefore, the present invention provides an ion beam apparatus and a sample three-dimensional structure analysis method capable of effectively using monomer ions and cluster ions together.

本発明のイオンビーム装置は、原料ガスを導入する原料ガス導入部と、前記原料ガス導入部が接続され、前記原料ガスからクラスターを生成するクラスター生成機構を備えるクラスター生成室と、前記原料ガス導入部および前記クラスター生成室が接続され、プラズマを生成するプラズマ生成機構を備えるプラズマ生成室と、を有するイオン源と、前記プラズマ生成室から引き出されたイオンビームが照射される試料が配置される試料室と、前記イオンビームを前記試料に照射した際に前記試料から生じる二次電子を検出する二次電子検出器と、を有することを特徴とする。 The ion beam apparatus of the present invention includes a source gas introduction unit that introduces a source gas, a cluster generation chamber that is connected to the source gas introduction unit and generates a cluster from the source gas, and the source gas introduction And a cluster generation chamber connected to each other and a plasma generation chamber having a plasma generation mechanism for generating plasma, and a sample on which a sample irradiated with an ion beam extracted from the plasma generation chamber is disposed And a secondary electron detector for detecting secondary electrons generated from the sample when the sample is irradiated with the ion beam.

本発明の試料の３次元構造解析方法は、イオンビーム装置を用いた試料の３次元構造解析方法であって、クラスターイオンを照射し、前記試料の断面を微小エッチングすることによりスライス加工するステップと、前記スライス加工により生じた断面の断面像を取得するステップと、を繰り返し実行することにより前記試料の３次元構造を解析することを特徴とする。 A sample three-dimensional structure analysis method according to the present invention is a sample three-dimensional structure analysis method using an ion beam device, and includes a step of slicing by irradiating cluster ions and micro-etching a cross section of the sample; The step of acquiring a cross-sectional image of a cross-section generated by the slicing process is repeatedly executed to analyze the three-dimensional structure of the sample.

本発明の試料の３次元構造解析方法は、イオンビーム装置を用いた試料の３次元構造解析方法であって、モノマーイオンを前記試料に照射し、断面を形成するステップと、クラスターイオンを前記断面に照射し、前記断面を平坦化加工するステップと、を有し、さらに、クラスターイオンを照射し、前記断面を微小エッチングすることによりスライス加工するステップと、前記スライス加工により生じた断面の断面像を取得するステップと、を繰り返し実行することにより前記試料の３次元構造を解析することを特徴とする。 The sample three-dimensional structure analysis method of the present invention is a sample three-dimensional structure analysis method using an ion beam apparatus, the step of irradiating the sample with monomer ions to form a cross section, and a cluster ion of the cross section. And slicing the cluster by irradiating with cluster ions and micro-etching the cross-section, and a cross-sectional image of the cross-section generated by the slicing And a step of repeatedly acquiring and analyzing the three-dimensional structure of the sample.

本発明によれば、イオンビーム装置は、プラズマ生成室において、原料ガスをプラズマ化してモノマーイオンを生成できるとともに、クラスター生成室において生成されたクラスターをプラズマ化してクラスターイオンを生成できる。このため、イオン源は、クラスターイオンビームを放出できるとともに、従来のプラズマイオン源と同様に１μＡ以上のモノマーイオンビームも放出できる。したがって、モノマーイオンおよびクラスターイオンを有効的に併用できるイオンビーム装置とすることができる。 According to the present invention, in the plasma generation chamber, the ion beam apparatus can generate monomer ions by converting the raw material gas into plasma, and can also generate cluster ions by converting the clusters generated in the cluster generation chamber into plasma. For this reason, the ion source can emit a cluster ion beam, and can emit a monomer ion beam of 1 μA or more as well as a conventional plasma ion source. Therefore, an ion beam device that can effectively use monomer ions and cluster ions can be provided.

集束イオンビーム装置の構成図である。It is a block diagram of a focused ion beam apparatus. 試料の加工方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the processing method of a sample. 変形例の集束イオンビーム装置の構成図である。It is a block diagram of the focused ion beam apparatus of a modification.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本実施形態では、イオンビーム装置として、集束イオンビーム装置１を例に挙げて説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In this embodiment, the focused ion beam apparatus 1 will be described as an example of the ion beam apparatus.

（集束イオンビーム装置の構成）
最初に、集束イオンビーム装置１の構成について説明する。
図１は、集束イオンビーム装置の構成図である。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の寸法や比率などは適宜変更している。
図１に示すように、集束イオンビーム装置１は、試料が配置される試料室１０と、イオンビームを放出するイオン源２０と、イオンビーム光学系５０と、制御部７０と、を備える。 (Configuration of focused ion beam device)
First, the configuration of the focused ion beam apparatus 1 will be described.
FIG. 1 is a configuration diagram of a focused ion beam apparatus. In all the following drawings, the dimensions and ratios of the respective components are appropriately changed to make the drawings easy to see.
As shown in FIG. 1, the focused ion beam apparatus 1 includes a sample chamber 10 in which a sample is placed, an ion source 20 that emits an ion beam, an ion beam optical system 50, and a control unit 70.

（試料室）
試料室１０は、イオン源２０から照射されるイオンビームの照射位置に試料を移動させる試料ステージ１１を収容する。
試料ステージ１１は、５軸に変位することができる。すなわち、試料ステージ１１は、同一面内で互いに直交するＸ軸およびＹ軸、並びにこれらＸ軸およびＹ軸に直交するＺ軸に沿って試料ステージ１１を移動させるＸＹＺ軸機構と、Ｘ軸またはＹ軸回りで試料ステージ１１を回転させて傾斜させるチルト軸機構と、Ｚ軸回りで試料ステージ１１を回転させる回転機構と、を含む変位機構により支持されている。 (Sample chamber)
The sample chamber 10 accommodates a sample stage 11 that moves the sample to the irradiation position of the ion beam irradiated from the ion source 20.
The sample stage 11 can be displaced in five axes. That is, the sample stage 11 includes an X-axis and a Y-axis that are orthogonal to each other in the same plane, and an XYZ-axis mechanism that moves the sample stage 11 along the Z-axis that is orthogonal to the X-axis and the Y-axis, and the X-axis or Y-axis. It is supported by a displacement mechanism that includes a tilt axis mechanism that rotates and tilts the sample stage 11 around the axis, and a rotation mechanism that rotates the sample stage 11 around the Z axis.

試料室１０には、試料室１０内を真空状態にするための第１排気ユニット１３が接続されている。第１排気ユニット１３は、ロータリーポンプ１３ａと、ターボ分子ポンプ１３ｂと、を有している。ターボ分子ポンプ１３ｂは、ロータリーポンプ１３ａと試料室１０との間に配置されている。試料室１０は、第１排気ユニット１３により、真空度を調整することができる。 The sample chamber 10 is connected with a first exhaust unit 13 for making the sample chamber 10 in a vacuum state. The first exhaust unit 13 includes a rotary pump 13a and a turbo molecular pump 13b. The turbo molecular pump 13 b is disposed between the rotary pump 13 a and the sample chamber 10. The degree of vacuum of the sample chamber 10 can be adjusted by the first exhaust unit 13.

（イオン源）
イオン源２０は、試料室１０に取り付けられている。イオン源２０は、鏡筒２１の内部に形成されたクラスター生成室３０およびプラズマ生成室４０と、原料ガス導入部６０と、引出電極２６と、ウィーン（Ｅ×Ｂ）フィルタ２７と、を備えている。鏡筒２１は、一端部が開口した有底筒状に形成されている。鏡筒２１は、一端部の開口において試料室１０と連通している。 (Ion source)
The ion source 20 is attached to the sample chamber 10. The ion source 20 includes a cluster generation chamber 30 and a plasma generation chamber 40 formed inside the lens barrel 21, a source gas introduction unit 60, an extraction electrode 26, and a Wien (E × B) filter 27. Yes. The lens barrel 21 is formed in a bottomed cylindrical shape with one end opened. The lens barrel 21 communicates with the sample chamber 10 at an opening at one end.

原料ガス導入部６０は、不図示のアルゴンガス供給源から、クラスター生成室３０およびプラズマ生成室４０にアルゴンガス（請求項の「原料ガス」に相当。）を導入する。原料ガス導入部６０は、切替弁６１と、切替弁６１に接続される第１導入管６２および第２導入管６３と、を有している。原料ガス導入部６０は、アルゴンガス供給源から供給されたアルゴンガスを、切替弁６１において第１導入管６２および第２導入管６３の２つの流路に切り替えて通流させることが可能となっている。 The source gas introduction unit 60 introduces argon gas (corresponding to “source gas” in the claims) into the cluster generation chamber 30 and the plasma generation chamber 40 from an argon gas supply source (not shown). The source gas introduction unit 60 includes a switching valve 61, and a first introduction pipe 62 and a second introduction pipe 63 connected to the switching valve 61. The source gas introduction unit 60 can switch the argon gas supplied from the argon gas supply source to the two flow paths of the first introduction pipe 62 and the second introduction pipe 63 in the switching valve 61 to flow therethrough. ing.

クラスター生成室３０は、鏡筒２１の底部と、鏡筒２１の内部に配置されたスキマー２３と、に挟まれるように形成されている。スキマー２３は、クラスター生成室３０内の中央部に向かって突き出た円錐状に形成されている。スキマー２３の頂部には、クラスター生成室３０の内外を連通する孔部が形成されている。 The cluster generation chamber 30 is formed so as to be sandwiched between a bottom portion of the lens barrel 21 and a skimmer 23 disposed inside the lens barrel 21. The skimmer 23 is formed in a conical shape protruding toward the central portion in the cluster generation chamber 30. At the top of the skimmer 23, a hole that communicates the inside and outside of the cluster generation chamber 30 is formed.

クラスター生成室３０には、ノズル３１が配置されている。ノズル３１は、鏡筒２１の底部からスキマー２３側に向かって突出するように設けられている。ノズル３１の先端は、クラスター生成室３０内の中央部に位置し、円錐状に広がるように形成されている。ノズル３１の基端には、原料ガス導入部６０の第１導入管６２が接続されている。これにより、クラスター生成室３０は、アルゴンガスを導入可能とされている。ノズル３１は、原料ガス導入部６０とともに、後述するクラスターを生成するクラスター生成機構として機能する。 A nozzle 31 is disposed in the cluster generation chamber 30. The nozzle 31 is provided so as to protrude from the bottom of the lens barrel 21 toward the skimmer 23 side. The tip of the nozzle 31 is located in the center of the cluster generation chamber 30 and is formed so as to spread in a conical shape. A first introduction pipe 62 of the source gas introduction unit 60 is connected to the proximal end of the nozzle 31. Thereby, the cluster generation chamber 30 can introduce argon gas. The nozzle 31 functions as a cluster generation mechanism that generates a cluster, which will be described later, together with the source gas introduction unit 60.

また、クラスター生成室３０には、クラスター生成室３０内を真空状態にするための第２排気ユニット３３が接続されている。第２排気ユニット３３は、ロータリーポンプ３３ａと、ターボ分子ポンプ３３ｂと、を有している。ターボ分子ポンプ３３ｂは、ロータリーポンプ３３ａとクラスター生成室３０との間に配置されている。クラスター生成室３０は、第２排気ユニット３３により、真空度を調整することができる。 The cluster generation chamber 30 is connected to a second exhaust unit 33 for evacuating the cluster generation chamber 30. The second exhaust unit 33 includes a rotary pump 33a and a turbo molecular pump 33b. The turbo molecular pump 33 b is disposed between the rotary pump 33 a and the cluster generation chamber 30. The cluster generation chamber 30 can adjust the degree of vacuum by the second exhaust unit 33.

プラズマ生成室４０は、クラスター生成室３０よりも試料室１０側において、クラスター生成室３０に隣接して形成されている。プラズマ生成室４０は、スキマー２３と、スキマー２３よりも試料室１０側に配置されたプラズマ電極２５と、に挟まれるように形成されている。プラズマ電極２５は、プラズマに加速電位を与える。プラズマ生成室４０は、スキマー２３の孔部を通じてクラスター生成室３０と連通している。プラズマ生成室４０には、原料ガス導入部６０の第２導入管６３が接続されている。これにより、プラズマ生成室４０は、アルゴンガスを導入可能とされている。 The plasma generation chamber 40 is formed adjacent to the cluster generation chamber 30 on the sample chamber 10 side of the cluster generation chamber 30. The plasma generation chamber 40 is formed so as to be sandwiched between the skimmer 23 and the plasma electrode 25 disposed closer to the sample chamber 10 than the skimmer 23. The plasma electrode 25 gives an acceleration potential to the plasma. The plasma generation chamber 40 communicates with the cluster generation chamber 30 through the hole of the skimmer 23. The plasma generation chamber 40 is connected to the second introduction pipe 63 of the source gas introduction unit 60. Thereby, the plasma generation chamber 40 can introduce argon gas.

プラズマ生成室４０の外周（鏡筒２１の外周）には、ＲＦコイル４３が巻回されている。ＲＦコイル４３は、制御部７０が備えるＲＦ電源７１に接続されている。ＲＦコイル４３は、制御部７０のＲＦ電源７１とともに、誘導結合プラズマを生成するプラズマ生成機構として機能する。 An RF coil 43 is wound around the outer periphery of the plasma generation chamber 40 (the outer periphery of the lens barrel 21). The RF coil 43 is connected to an RF power source 71 provided in the control unit 70. The RF coil 43 functions as a plasma generation mechanism that generates inductively coupled plasma together with the RF power source 71 of the control unit 70.

引出電極２６は、プラズマ電極２５よりも試料室１０側に配置されている。引出電極２６は、プラズマ電極２５近傍にイオンビームを引き出すための電界を形成する。プラズマ電極２５と引出電極２６への印加電圧は、制御部７０が備える加速−引出電圧制御部７２により制御される。 The extraction electrode 26 is disposed closer to the sample chamber 10 than the plasma electrode 25. The extraction electrode 26 forms an electric field for extracting an ion beam in the vicinity of the plasma electrode 25. The voltage applied to the plasma electrode 25 and the extraction electrode 26 is controlled by an acceleration-extraction voltage control unit 72 provided in the control unit 70.

ウィーン（Ｅ×Ｂ）フィルタ２７は、引出電極２６よりも試料室１０側に配置されている。ウィーン（Ｅ×Ｂ）フィルタ２７は、入射したイオンを電場および電場に垂直な磁場により偏向させることで、設定された質量またはエネルギーを有するイオンのみを通過させる質量フィルタである。ウィーン（Ｅ×Ｂ）フィルタ２７は、制御部７０が備えるフィルタ制御部７３に接続され、通過させるイオンの質量またはエネルギーを適宜設定可能となっている。 The Wien (E × B) filter 27 is disposed closer to the sample chamber 10 than the extraction electrode 26. The Wien (E × B) filter 27 is a mass filter that passes only ions having a set mass or energy by deflecting incident ions by an electric field and a magnetic field perpendicular to the electric field. The Wien (E × B) filter 27 is connected to a filter control unit 73 provided in the control unit 70, and can appropriately set the mass or energy of ions to be passed.

（イオンビーム光学系）
イオンビーム光学系５０は、プラズマ生成室４０よりも試料室１０側に配置されている。イオンビーム光学系５０は、イオン源２０において生成されたイオンビーム（詳細は後述）を試料に照射する。イオンビーム光学系５０は、イオンビームを集束させるコンデンサレンズ電極５１と、イオンビームを試料ステージ１１上の試料にフォーカスさせる対物レンズ電極５２と、を備える。コンデンサレンズ電極５１は、引出電極２６とウィーン（Ｅ×Ｂ）フィルタ２７との間に配置されている。対物レンズ電極５２は、ウィーン（Ｅ×Ｂ）フィルタ２７よりも試料室１０側に配置されている。 (Ion beam optics)
The ion beam optical system 50 is disposed closer to the sample chamber 10 than the plasma generation chamber 40. The ion beam optical system 50 irradiates the sample with an ion beam generated in the ion source 20 (details will be described later). The ion beam optical system 50 includes a condenser lens electrode 51 that focuses the ion beam and an objective lens electrode 52 that focuses the ion beam on the sample on the sample stage 11. The condenser lens electrode 51 is disposed between the extraction electrode 26 and the Wien (E × B) filter 27. The objective lens electrode 52 is disposed closer to the sample chamber 10 than the Wien (E × B) filter 27.

（制御部）
制御部７０は、上述したＲＦ電源７１、加速−引出電圧制御部７２およびフィルタ制御部７３を備えるとともに、切替弁６１や第１排気ユニット１３、第２排気ユニット３３、試料ステージ１１等を制御可能となっている。 (Control part)
The control unit 70 includes the RF power source 71, the acceleration-extraction voltage control unit 72, and the filter control unit 73 described above, and can control the switching valve 61, the first exhaust unit 13, the second exhaust unit 33, the sample stage 11, and the like. It has become.

（集束イオンビーム装置のイオンビーム照射原理）
次に、集束イオンビーム装置１のイオンビーム照射原理について説明する。
本実施形態の集束イオンビーム装置１は、モノマーイオンビームと、クラスターイオンビームと、を照射可能となっている。 (Ion beam irradiation principle of focused ion beam device)
Next, the ion beam irradiation principle of the focused ion beam apparatus 1 will be described.
The focused ion beam apparatus 1 of this embodiment can irradiate a monomer ion beam and a cluster ion beam.

最初に、モノマーイオンビームの照射原理について説明する。
モノマーイオンビームを照射する際には、アルゴンガスを原料ガス導入部６０の第２導入管６３を通してプラズマ生成室４０に導入する。次いで、制御部７０が備えるＲＦ電源７１からＲＦコイル４３に高周波の電力を供給してプラズマ生成室４０内に高周波磁場を発生させる。これにより、プラズマ生成室４０内のアルゴンガスはプラズマ化する。このとき、プラズマ生成室４０内には、アルゴン原子が単体の状態で存在しているため、アルゴンのモノマーイオンが生成される。 First, the principle of irradiation with a monomer ion beam will be described.
When the monomer ion beam is irradiated, argon gas is introduced into the plasma generation chamber 40 through the second introduction pipe 63 of the source gas introduction unit 60. Next, high frequency power is supplied from the RF power supply 71 provided in the control unit 70 to the RF coil 43 to generate a high frequency magnetic field in the plasma generation chamber 40. Thereby, the argon gas in the plasma generation chamber 40 is turned into plasma. At this time, since argon atoms exist in a single state in the plasma generation chamber 40, argon monomer ions are generated.

次いで、プラズマ生成室４０内のモノマーイオンを、プラズマ電極２５の孔部を通じて、引出電極２６により引き出す。プラズマ生成室４０から引き出されたモノマーイオンは、モノマーイオンビームとして放出され、コンデンサレンズ電極５１により集束される。次いで、モノマーイオンビームは、ウィーン（Ｅ×Ｂ）フィルタ２７を通過する。この際、モノマーイオンビームが単一のイオンにより構成されているため、制御部７０は、ウィーン（Ｅ×Ｂ）フィルタ２７の制御を行わずにモノマーイオンビームを通過させる。次いで、モノマーイオンビームは、対物レンズ電極５２により、試料室１０内の試料ステージ１１上の試料にフォーカスされ、試料に照射される。 Next, monomer ions in the plasma generation chamber 40 are extracted by the extraction electrode 26 through the hole of the plasma electrode 25. Monomer ions extracted from the plasma generation chamber 40 are emitted as a monomer ion beam and focused by the condenser lens electrode 51. The monomer ion beam then passes through a Wien (E × B) filter 27. At this time, since the monomer ion beam is composed of a single ion, the control unit 70 allows the monomer ion beam to pass without controlling the Wien (E × B) filter 27. Next, the monomer ion beam is focused on the sample on the sample stage 11 in the sample chamber 10 by the objective lens electrode 52 and irradiated onto the sample.

次に、クラスターイオンビームの照射原理について説明する。
クラスターイオンビームを照射する際には、アルゴンガスを原料ガス導入部６０の第１導入管６２を通してクラスター生成室３０に導入する。このとき、クラスター生成室３０は、第２排気ユニット３３により、クラスターが生成する所定の圧力以下に排気されている。ノズル３１から噴出されたアルゴンガスは、断熱膨張により凝集温度以下まで冷却される。冷却されたアルゴンガスの一部は、アルゴン原子同士がファンデルワールス力により結合し、複数個のアルゴン原子が塊となったクラスターとなる。この際、クラスター生成室３０内には、様々な個数の原子により構成されたクラスターが存在している。クラスターを構成する原子の個数（以下、「クラスターサイズ」という。）は、例えば大きいもので３０００程度となっている。 Next, the principle of cluster ion beam irradiation will be described.
When irradiating the cluster ion beam, argon gas is introduced into the cluster generation chamber 30 through the first introduction pipe 62 of the source gas introduction unit 60. At this time, the cluster generation chamber 30 is exhausted by the second exhaust unit 33 below a predetermined pressure generated by the cluster. The argon gas ejected from the nozzle 31 is cooled to below the aggregation temperature by adiabatic expansion. A part of the cooled argon gas becomes a cluster in which argon atoms are bonded to each other by van der Waals force and a plurality of argon atoms are clustered. At this time, clusters composed of various numbers of atoms exist in the cluster generation chamber 30. The number of atoms constituting the cluster (hereinafter referred to as “cluster size”) is, for example, about 3000, which is large.

クラスターを含むクラスター生成室３０内のアルゴンガスは、スキマー２３の孔部を通してプラズマ生成室４０内に導入される。プラズマ生成室４０内のアルゴンガスは、上記モノマーイオンビーム照射時と同様に、ＲＦコイル４３によりプラズマ化させる。これにより、プラズマ生成室４０内において、アルゴンのモノマーイオンおよびクラスターイオンが生成される。 Argon gas in the cluster generation chamber 30 including the clusters is introduced into the plasma generation chamber 40 through the holes of the skimmer 23. The argon gas in the plasma generation chamber 40 is turned into plasma by the RF coil 43 as in the case of the monomer ion beam irradiation. As a result, argon monomer ions and cluster ions are generated in the plasma generation chamber 40.

次いで、上記モノマーイオンビーム照射時と同様に、プラズマ生成室４０内のモノマーイオンおよびクラスターイオンを、プラズマ電極２５の孔部を通じて、引出電極２６により引き出す。プラズマ生成室４０から放出されたイオンビームは、コンデンサレンズ電極５１により集束される。なお、イオンビームは、プラズマ生成室４０から放出された時点で、モノマーイオンとクラスターイオンの両方を含んでいる。次いで、イオンビームは、ウィーン（Ｅ×Ｂ）フィルタ２７を通過する。この際、制御部７０は、ウィーン（Ｅ×Ｂ）フィルタ２７の電場および磁場を制御して、所定のクラスターサイズ以上のクラスターイオンのみがウィーン（Ｅ×Ｂ）フィルタ２７を通過するように制御する。これにより、イオンビームは、クラスターイオンのみを含むクラスターイオンビームとなる。次いで、クラスターイオンビームは、対物レンズ電極５２により、試料室１０内の試料ステージ１１上の試料にフォーカスされ、試料に照射される。 Next, as in the monomer ion beam irradiation, monomer ions and cluster ions in the plasma generation chamber 40 are extracted by the extraction electrode 26 through the holes of the plasma electrode 25. The ion beam emitted from the plasma generation chamber 40 is focused by the condenser lens electrode 51. The ion beam contains both monomer ions and cluster ions when it is emitted from the plasma generation chamber 40. The ion beam then passes through a Wien (E × B) filter 27. At this time, the control unit 70 controls the electric field and magnetic field of the Wien (E × B) filter 27 so that only cluster ions having a predetermined cluster size or larger pass through the Wien (E × B) filter 27. . Thereby, an ion beam turns into a cluster ion beam containing only cluster ions. Next, the cluster ion beam is focused on the sample on the sample stage 11 in the sample chamber 10 by the objective lens electrode 52 and irradiated to the sample.

（集束イオンビーム装置を用いた試料の加工方法）
次に、集束イオンビーム装置１を用いた試料の加工方法について説明する。本実施形態では、例えば走査型電子顕微鏡で観察する試料の断面を作製する方法について説明する。なお、以下の説明における集束イオンビーム装置１の各構成部品の符号については、図１を参照されたい。 (Sample processing method using a focused ion beam device)
Next, a sample processing method using the focused ion beam apparatus 1 will be described. In the present embodiment, a method for producing a cross section of a sample observed with a scanning electron microscope, for example, will be described. In addition, please refer FIG. 1 about the code | symbol of each component of the focused ion beam apparatus 1 in the following description.

図２は、試料の加工方法を示すフローチャートである。
図２に示すように、本実施形態の試料の加工方法は、アルゴンガスからプラズマ生成機構（ＲＦコイル４３およびＲＦ電源７１）によりプラズマ化してモノマーイオンを生成するモノマーイオン生成ステップＳ１０と、モノマーイオンを試料に照射するモノマーイオン照射ステップＳ２０と、アルゴンガスからクラスター生成機構（ノズル３１および原料ガス導入部６０）によりクラスターを生成するクラスター生成ステップＳ３０と、クラスターをプラズマ生成機構によりプラズマ化してクラスターイオンを生成するクラスターイオン生成ステップＳ４０と、クラスターイオンを試料に照射するクラスターイオン照射ステップＳ５０と、を有する。 FIG. 2 is a flowchart showing a sample processing method.
As shown in FIG. 2, the sample processing method of this embodiment includes a monomer ion generation step S 10 for generating monomer ions by generating plasma from argon gas using a plasma generation mechanism (RF coil 43 and RF power supply 71), and monomer ions. Ion irradiation step S20 for irradiating the sample to the sample, cluster generation step S30 for generating a cluster from the argon gas by the cluster generation mechanism (nozzle 31 and raw material gas introduction unit 60), and the cluster is converted to plasma by the plasma generation mechanism to obtain cluster ions. A cluster ion generation step S40 for generating the sample, and a cluster ion irradiation step S50 for irradiating the sample with cluster ions.

まず、モノマーイオン生成ステップＳ１０を行う。
モノマーイオン生成ステップＳ１０では、まず制御部７０が、原料ガス導入部６０の切替弁６１により、第１導入管６２へのアルゴンガスの供給を遮断し、第２導入管６３を通してプラズマ生成室４０にアルゴンガスを導入させる。次いで、制御部７０は、制御部７０が備えるＲＦ電源７１からＲＦコイル４３に高周波の電力を供給させてプラズマ生成室４０内に高周波磁場を発生させ、アルゴンガスをプラズマ化させ、アルゴンのモノマーイオンを生成させる。 First, monomer ion generation step S10 is performed.
In the monomer ion generation step S 10, the control unit 70 first shuts off the supply of argon gas to the first introduction pipe 62 by the switching valve 61 of the raw material gas introduction section 60 and enters the plasma generation chamber 40 through the second introduction pipe 63. Argon gas is introduced. Next, the control unit 70 supplies high-frequency power to the RF coil 43 from the RF power supply 71 provided in the control unit 70 to generate a high-frequency magnetic field in the plasma generation chamber 40, thereby converting argon gas into plasma, and argon monomer ions Is generated.

次に、モノマーイオン照射ステップＳ２０を行う。
モノマーイオン照射ステップＳ２０では、試料の加工を行う。モノマーイオン照射ステップＳ２０では、制御部７０は、引出電極２６によりプラズマ生成室４０内のモノマーイオンをモノマーイオンビームとして引き出す。この際、モノマーイオンビームの加速電圧（プラズマ電極２５の電位）は、例えば５００Ｖ以上とする。また、モノマーイオンビームのビーム電流は、例えば１μＡ以上とする。引出電極２６により引き出されたイオンビームは、イオンビーム光学系５０により試料室１０内の試料ステージ１１上に固定された試料の所定箇所に照射される。このとき、試料はモノマーイオンビームの照射方向に沿ってエッチングされるため、観察したい試料の断面の面方向に沿うように、モノマーイオンビームを照射させる。これにより、試料表面の所定箇所には断面が露出する。なお、この時点で試料の断面は、カーテン効果により凹凸形状となる場合があるとともに、高エネルギーを有するアルゴン原子が試料内部に侵入することによりアモルファス化されてダメージを受けた状態となる場合がある。 Next, monomer ion irradiation step S20 is performed.
In the monomer ion irradiation step S20, the sample is processed. In the monomer ion irradiation step S 20, the control unit 70 extracts monomer ions in the plasma generation chamber 40 as a monomer ion beam by the extraction electrode 26. At this time, the acceleration voltage of the monomer ion beam (potential of the plasma electrode 25) is set to 500 V or more, for example. The beam current of the monomer ion beam is set to 1 μA or more, for example. The ion beam extracted by the extraction electrode 26 is irradiated to a predetermined portion of the sample fixed on the sample stage 11 in the sample chamber 10 by the ion beam optical system 50. At this time, since the sample is etched along the irradiation direction of the monomer ion beam, the monomer ion beam is irradiated along the surface direction of the cross section of the sample to be observed. Thereby, a cross section is exposed at a predetermined location on the sample surface. At this point, the cross section of the sample may have an uneven shape due to the curtain effect, and may become amorphous due to high-energy argon atoms entering the sample and be damaged. .

次に、クラスター生成ステップＳ３０を行う。
クラスター生成ステップＳ３０では、制御部７０が、原料ガス導入部６０の切替弁６１により、第２導入管６３へのアルゴンガスの供給を遮断し、第１導入管６２を通してクラスター生成室３０にアルゴンガスを導入させる。このとき、アルゴンガスは、ノズル３１から噴出し、その一部が断熱膨張により凝集し、クラスターサイズが１０００から３０００程度のクラスターとなる。 Next, cluster generation step S30 is performed.
In the cluster generation step S 30, the control unit 70 shuts off the supply of argon gas to the second introduction pipe 63 by the switching valve 61 of the source gas introduction unit 60 and enters the cluster generation chamber 30 through the first introduction pipe 62. To introduce. At this time, the argon gas is ejected from the nozzle 31, and a part of the argon gas is aggregated by adiabatic expansion to form a cluster having a cluster size of about 1000 to 3000.

次に、クラスターイオン生成ステップＳ４０を行う。
クラスターイオン生成ステップＳ４０では、まず、クラスター生成ステップＳ３０で生成されたクラスターを含むアルゴンガスを、スキマー２３の孔部を通してプラズマ生成室４０内に導入する。次いで、制御部７０は、制御部７０が備えるＲＦ電源７１からＲＦコイル４３に高周波の電力を供給させてプラズマ生成室４０内に高周波磁場を発生させ、クラスターを含むアルゴンガスをプラズマ化させる。このとき、プラズマ生成室４０内のアルゴンガスには、単体のアルゴン原子およびアルゴンのクラスターが両方存在している。このため、プラズマ生成室４０では、アルゴンのモノマーイオンおよびクラスターイオンの両方が生成される。 Next, cluster ion generation step S40 is performed.
In the cluster ion generation step S 40, first, argon gas including the cluster generated in the cluster generation step S 30 is introduced into the plasma generation chamber 40 through the hole of the skimmer 23. Next, the control unit 70 supplies high-frequency power to the RF coil 43 from the RF power supply 71 provided in the control unit 70 to generate a high-frequency magnetic field in the plasma generation chamber 40, thereby converting the argon gas containing clusters into plasma. At this time, the argon gas in the plasma generation chamber 40 has both single argon atoms and argon clusters. Therefore, in the plasma generation chamber 40, both argon monomer ions and cluster ions are generated.

次に、クラスターイオン照射ステップＳ５０を行う。
クラスターイオン照射ステップＳ５０では、試料の仕上げ加工として、モノマーイオン照射ステップＳ２０で形成された試料の断面の平坦化加工を行う。クラスターイオン照射ステップＳ５０では、まず制御部７０が、引出電極２６によりプラズマ生成室４０内のモノマーイオンおよびクラスターイオンをイオンビームとして引き出す。このとき、イオンビームの加速電圧（プラズマ電極２５の電位）は、例えば５００Ｖとする。 Next, cluster ion irradiation step S50 is performed.
In the cluster ion irradiation step S50, as a sample finishing process, the cross section of the sample formed in the monomer ion irradiation step S20 is flattened. In the cluster ion irradiation step S50, the control unit 70 first extracts monomer ions and cluster ions in the plasma generation chamber 40 as an ion beam by the extraction electrode 26. At this time, the acceleration voltage of the ion beam (potential of the plasma electrode 25) is, for example, 500V.

引出電極２６により引き出されたイオンビームは、コンデンサレンズ電極５１に集束された後、ウィーン（Ｅ×Ｂ）フィルタ２７を通過する。このとき、制御部７０は、ウィーン（Ｅ×Ｂ）フィルタ２７を制御して、クラスターサイズが例えば１００以上のクラスターイオンのみを通過させる。これにより、イオンビームに含まれていたモノマーイオンおよびクラスターサイズの小さなクラスターイオンは除去され、イオンビームは、クラスターサイズが例えば１００以上のクラスターイオンのみにより構成されるクラスターイオンビームとなる。ウィーン（Ｅ×Ｂ）フィルタ２７を通過したクラスターイオンビームは、対物レンズ電極５２により試料室１０内の試料ステージ１１上の試料にフォーカスされ、モノマーイオン照射ステップＳ２０で形成された試料の断面に照射される。これにより、モノマーイオンビームにより形成された試料の断面を平坦化できる。 The ion beam extracted by the extraction electrode 26 is focused on the condenser lens electrode 51 and then passes through the Wien (E × B) filter 27. At this time, the control unit 70 controls the Wien (E × B) filter 27 to pass only cluster ions having a cluster size of, for example, 100 or more. Thereby, the monomer ions and the cluster ions having a small cluster size contained in the ion beam are removed, and the ion beam becomes a cluster ion beam composed only of cluster ions having a cluster size of 100 or more, for example. The cluster ion beam that has passed through the Wien (E × B) filter 27 is focused on the sample on the sample stage 11 in the sample chamber 10 by the objective lens electrode 52, and irradiated to the cross section of the sample formed in the monomer ion irradiation step S20. Is done. Thereby, the cross section of the sample formed by the monomer ion beam can be flattened.

また、クラスターイオン照射ステップＳ５０では、クラスターサイズが大きなクラスターイオンのみを照射している。このため、クラスターイオンを構成する各アルゴン原子が有するエネルギーは、同じ加速電圧で加速されたモノマーイオンのアルゴン原子が有するエネルギーよりも十分に小さくなる。これにより、クラスターイオンビームは、試料の断面に衝突したアルゴン原子の試料内部への侵入を抑制できる。しかも、クラスターイオンは、試料に衝突した際に崩壊して、試料に対してアルゴン原子を多重衝突させる。これにより、クラスターイオンビームは、モノマーイオンビームと比較して高いスパッタ率が得られる。このため、クラスターイオンビームは、試料に新たなダメージを加えることを抑制しつつ、モノマーイオンビームの照射により形成された試料断面の被ダメージ領域を除去することができる。
以上により、試料の加工は終了する。 In the cluster ion irradiation step S50, only cluster ions having a large cluster size are irradiated. For this reason, the energy which each argon atom which comprises cluster ion has is sufficiently smaller than the energy which the argon atom of the monomer ion accelerated by the same acceleration voltage has. Thereby, the cluster ion beam can suppress the penetration of argon atoms colliding with the cross section of the sample into the sample. In addition, the cluster ions collapse when colliding with the sample, causing multiple collisions of argon atoms with the sample. As a result, the cluster ion beam has a higher sputtering rate than the monomer ion beam. For this reason, the cluster ion beam can remove the damaged region of the sample cross section formed by irradiation with the monomer ion beam while suppressing new damage to the sample.
This completes the processing of the sample.

このように、本実施形態のイオン源２０は、アルゴンガスを導入する原料ガス導入部６０と、原料ガス導入部６０が接続され、アルゴンガスからクラスターを生成するクラスター生成機構（ノズル３１および原料ガス導入部６０）を備えるクラスター生成室３０と、原料ガス導入部６０およびクラスター生成室３０が接続され、プラズマを生成するプラズマ生成機構（ＲＦコイル４３およびＲＦ電源７１）を備えるプラズマ生成室４０と、を有する。
この構成によれば、イオン源２０は、プラズマ生成室４０において、アルゴンガスをプラズマ化してモノマーイオンを生成できるとともに、クラスター生成室３０において生成されたクラスターをプラズマ化してクラスターイオンを生成できる。このため、イオン源２０は、クラスターイオンビームを放出できるとともに、従来のプラズマイオン源と同様に１μＡ以上のモノマーイオンビームも放出できる。したがって、モノマーイオンおよびクラスターイオンを有効的に併用できるイオン源とすることができる。 As described above, the ion source 20 of the present embodiment includes the source gas introduction unit 60 that introduces argon gas and the source gas introduction unit 60 connected to each other, and a cluster generation mechanism (nozzle 31 and source gas) that generates clusters from the argon gas. A cluster generation chamber 30 including an introduction unit 60), a plasma generation chamber 40 including a plasma generation mechanism (RF coil 43 and RF power supply 71) that connects the source gas introduction unit 60 and the cluster generation chamber 30 and generates plasma; Have
According to this configuration, the ion source 20 can generate monomer ions by converting the argon gas into plasma in the plasma generation chamber 40, and can generate cluster ions by converting the clusters generated in the cluster generation chamber 30 into plasma. For this reason, the ion source 20 can emit a cluster ion beam, and can emit a monomer ion beam of 1 μA or more as well as a conventional plasma ion source. Therefore, an ion source capable of effectively using monomer ions and cluster ions can be provided.

また、本実施形態の集束イオンビーム装置１は、モノマーイオンおよびクラスターイオンを生成できるイオン源２０を有するため、試料室１０に配置された試料にモノマーイオンビームおよびクラスターイオンビームを照射できる。これにより集束イオンビーム装置１は、高レートでエッチング可能なモノマーイオンにより試料室１０内の試料を加工した後、モノマーイオンにより加工された部分を連続してクラスターイオンにより仕上げ加工することができる。したがって、モノマーイオンおよびクラスターイオンを有効的に併用でき、試料の加工を効率よく行うことができる。 Moreover, since the focused ion beam apparatus 1 of this embodiment has the ion source 20 which can produce | generate a monomer ion and a cluster ion, it can irradiate a monomer ion beam and a cluster ion beam to the sample arrange | positioned in the sample chamber 10. FIG. As a result, the focused ion beam apparatus 1 can process the sample in the sample chamber 10 with monomer ions that can be etched at a high rate, and then continuously finish the portion processed with the monomer ions with cluster ions. Therefore, monomer ions and cluster ions can be effectively used together, and the sample can be processed efficiently.

また、集束イオンビーム装置１は、モノマーイオンおよびクラスターイオンを生成できるイオン源２０を有する。このため、モノマーイオンビームのイオン源と、クラスターイオンビームのイオン源と、を別に設ける装置構成と比較して、装置サイズを小さくすることができる。したがって、集束イオンビーム装置１の配置スペースを省スペース化できるとともに、装置コストを低減させることができる。 The focused ion beam apparatus 1 has an ion source 20 that can generate monomer ions and cluster ions. Therefore, the apparatus size can be reduced as compared with an apparatus configuration in which a monomer ion beam ion source and a cluster ion beam ion source are separately provided. Therefore, the space for arranging the focused ion beam apparatus 1 can be saved and the apparatus cost can be reduced.

また、本実施形態の試料の加工方法は、アルゴンガスからプラズマ生成機構（ＲＦコイル４３およびＲＦ電源７１）によりプラズマ化してモノマーイオンを生成するモノマーイオン生成ステップＳ１０と、モノマーイオンを試料に照射するモノマーイオン照射ステップＳ２０と、アルゴンガスからクラスター生成機構（ノズル３１および原料ガス導入部６０）によりクラスターを生成するクラスター生成ステップＳ３０と、クラスターをプラズマ生成機構によりプラズマ化してクラスターイオンを生成するクラスターイオン生成ステップＳ４０と、クラスターイオンを試料に照射するクラスターイオン照射ステップＳ５０と、を有する。
この方法によれば、モノマーイオン照射ステップＳ２０と、クラスターイオン照射ステップＳ５０と、を有するため、モノマーイオンビームによる試料の加工と、クラスターイオンビームによる試料の仕上げ加工と、を連続して行うことができる。したがって、モノマーイオンおよびクラスターイオンを有効的に併用でき、試料の加工を効率よく行うことができる試料の加工方法を提供できる。 Further, in the sample processing method of the present embodiment, monomer ion generation step S10 for generating monomer ions by generating plasma from argon gas using a plasma generation mechanism (RF coil 43 and RF power source 71), and irradiating the sample with monomer ions. Monomer ion irradiation step S20, cluster generation step S30 for generating a cluster from an argon gas by a cluster generation mechanism (nozzle 31 and source gas introduction unit 60), and cluster ions for generating a cluster ion by converting the cluster into a plasma by a plasma generation mechanism A generation step S40 and a cluster ion irradiation step S50 for irradiating the sample with cluster ions are included.
According to this method, since the method includes the monomer ion irradiation step S20 and the cluster ion irradiation step S50, the sample processing using the monomer ion beam and the sample finishing processing using the cluster ion beam can be continuously performed. it can. Therefore, it is possible to provide a sample processing method in which monomer ions and cluster ions can be effectively used together and the sample can be processed efficiently.

なお、図１に示す集束イオンビーム装置１では、プラズマ生成室４０においてＲＦコイル４３が形成する高周波磁場によりプラズマを生成していたが、これに限定されない。
図３は、変形例の集束イオンビーム装置の構成図である。図３に示すように、プラズマ生成室４０の周囲に、例えばネオジム磁石等の磁石４５を配置して、プラズマ生成室４０内に直流磁場を形成する構成としてもよい。これにより、プラズマ生成室４０内において電子がらせん運動を行い、クラスターとの衝突確率が大きくなり、イオン化効率を向上させることができる。 In the focused ion beam apparatus 1 shown in FIG. 1, the plasma is generated by the high frequency magnetic field formed by the RF coil 43 in the plasma generation chamber 40, but the present invention is not limited to this.
FIG. 3 is a configuration diagram of a modified focused ion beam apparatus. As shown in FIG. 3, a magnet 45 such as a neodymium magnet may be disposed around the plasma generation chamber 40 to form a DC magnetic field in the plasma generation chamber 40. Thereby, electrons perform a spiral motion in the plasma generation chamber 40, the probability of collision with the cluster increases, and ionization efficiency can be improved.

なお、本発明は、図面を参照して説明した上述の実施形態に限定されるものではなく、その技術的範囲において様々な変形例が考えられる。
例えば、上記実施形態においては、原料ガスとしてアルゴンを用いているが、これに限定されず、例えばネオン、クリプトン、キセノン等であってもよい。 The present invention is not limited to the above-described embodiment described with reference to the drawings, and various modifications can be considered within the technical scope thereof.
For example, in the above embodiment, argon is used as the source gas. However, the present invention is not limited to this, and may be neon, krypton, xenon, or the like.

また、上記実施形態のイオン源２０は、プラズマ生成室４０においてＲＦコイル４３およびＲＦ電源７１により誘導結合プラズマを生成していたが、これに限定されず、例えばプラズマ生成室において容量結合プラズマを生成する構成であってもよい。 In the ion source 20 of the above embodiment, the inductively coupled plasma is generated by the RF coil 43 and the RF power source 71 in the plasma generation chamber 40. However, the present invention is not limited to this. For example, capacitively coupled plasma is generated in the plasma generation chamber. It may be configured to.

また、上記実施形態のイオン源２０は、モノマーイオン生成時に、第２導入管６３を通してアルゴンガスをプラズマ生成室４０に導入していたが、これに限定されるものではない。例えば、イオン源２０は、モノマーイオン生成時に、クラスター生成室３０を介してアルゴンガスをプラズマ生成室４０に導入する構成とされてもよい。この際には、第２排気ユニット３３によりクラスター生成室３０の真空度を調整してアルゴンガスの断熱膨張を抑制することで、クラスター生成室３０内でアルゴンガスのクラスターが生成されることを抑制できる。これにより、単体の状態のアルゴン原子をプラズマ生成室４０に導入できる。 Moreover, although the ion source 20 of the said embodiment introduce | transduced argon gas into the plasma production | generation chamber 40 through the 2nd inlet tube 63 at the time of monomer ion production | generation, it is not limited to this. For example, the ion source 20 may be configured to introduce argon gas into the plasma generation chamber 40 through the cluster generation chamber 30 when monomer ions are generated. At this time, the second exhaust unit 33 adjusts the degree of vacuum of the cluster generation chamber 30 to suppress the adiabatic expansion of argon gas, thereby suppressing the generation of argon gas clusters in the cluster generation chamber 30. it can. Thereby, argon atoms in a single state can be introduced into the plasma generation chamber 40.

また、上記実施形態の集束イオンビーム装置１は、イオンビーム光学系５０によりイオンビームを試料にフォーカスさせる構成とされていた。しかしながらこれに限定されず、集束イオンビーム装置は、試料上に遮蔽板を配置して、遮蔽板に遮蔽されていない領域をエッチングすることにより試料の断面を作製する構成とされてもよい。 Further, the focused ion beam apparatus 1 of the above embodiment is configured to focus the ion beam on the sample by the ion beam optical system 50. However, the present invention is not limited to this, and the focused ion beam apparatus may be configured such that a shield plate is disposed on the sample, and a cross section of the sample is produced by etching a region not shielded by the shield plate.

また、上記実施形態においては、集束イオンビーム装置１は、試料の断面の平坦化に用いられていたが、これに限定されるものではない。例えば、クラスターイオンビームは、試料をナノメートルオーダーでエッチングすることが可能である特性を利用して、集束イオンビーム装置１を３次元構造解析に用いることも可能である。具体的には、集束イオンビーム装置１に対して、イオンビームを試料に照射した際に試料から生じる二次電子を検出する二次電子検出器を設けて、イオン顕微鏡像を取得可能とする。そして、上記実施形態における試料の仕上げ加工後に、試料の断面像の取得と、クラスターイオンビームの照射による試料の断面の微小エッチングと、を繰り返して行う。これにより、従来の集束イオンビーム装置と同様の試料のスライス加工を低ダメージで行うことができ、より精密な試料の３次元構造解析が可能となる。 Moreover, in the said embodiment, although the focused ion beam apparatus 1 was used for planarization of the cross section of a sample, it is not limited to this. For example, the cluster ion beam can use the focused ion beam apparatus 1 for three-dimensional structural analysis by utilizing a characteristic that a sample can be etched on the order of nanometers. Specifically, the focused ion beam apparatus 1 is provided with a secondary electron detector that detects secondary electrons generated from the sample when the sample is irradiated with the ion beam so that an ion microscope image can be acquired. Then, after finishing the sample in the above-described embodiment, acquisition of a cross-sectional image of the sample and micro-etching of the cross-section of the sample by irradiation with a cluster ion beam are repeatedly performed. Thereby, the slice processing of the sample similar to the conventional focused ion beam apparatus can be performed with low damage, and more accurate three-dimensional structure analysis of the sample becomes possible.

その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上記した実施の形態における構成要素を周知の構成要素に置き換えることは適宜可能である。 In addition, it is possible to appropriately replace the components in the above-described embodiments with known components without departing from the spirit of the present invention.

１…集束イオンビーム装置１０…試料室２０…イオン源３０…クラスター生成室３１…ノズル（クラスター生成機構）４０…プラズマ生成室４３…ＲＦコイル（プラズマ生成機構）６０…原料ガス導入部（クラスター生成機構）７１…ＲＦ電源（プラズマ生成機構） DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Focused ion beam apparatus 10 ... Sample chamber 20 ... Ion source 30 ... Cluster generation chamber 31 ... Nozzle (cluster generation mechanism) 40 ... Plasma generation chamber 43 ... RF coil (plasma generation mechanism) 60 ... Raw material gas introduction part (cluster generation) Mechanism) 71 ... RF power supply (plasma generation mechanism)

Claims

A source gas introduction section for introducing source gas;
A cluster generation chamber having a cluster generation mechanism connected to the source gas introduction unit and generating a cluster from the source gas;
A plasma generation chamber comprising a plasma generation mechanism for connecting the source gas introduction section and the cluster generation chamber and generating plasma;
An ion source having
A sample chamber in which a sample irradiated with an ion beam extracted from the plasma generation chamber is disposed;
A secondary electron detector that detects secondary electrons generated from the sample when the sample is irradiated with the ion beam;
An ion beam apparatus comprising:

A method for analyzing a three-dimensional structure of a sample using an ion beam device,
Slicing by irradiating cluster ions and micro-etching the cross section of the sample; and
Obtaining a cross-sectional image of a cross-section generated by the slice processing;
The method for analyzing the three-dimensional structure of a sample is characterized in that the three-dimensional structure of the sample is analyzed by repeatedly executing.

A method for analyzing a three-dimensional structure of a sample using an ion beam device,
Irradiating the sample with monomer ions to form a cross-section;
Irradiating the cross section with cluster ions and flattening the cross section; and
Furthermore, the step of slicing by irradiating cluster ions and micro-etching the cross-section,
Obtaining a cross-sectional image of a cross-section generated by the slice processing;
The method for analyzing the three-dimensional structure of a sample is characterized in that the three-dimensional structure of the sample is analyzed by repeatedly executing.