JP2022186456A - 試料加工装置および試料加工方法 - Google Patents

試料加工装置および試料加工方法 Download PDF

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Abstract

Figure 2022186456000001
【課題】加工の終了のタイミングを正確に判断できる試料加工装置を提供する。
【解決手段】試料にイオンビームを照射して前記試料を加工する試料加工装置であって、試料にイオンビームを照射するイオン源と、試料上に配置され、イオンビームを遮蔽する遮蔽部材と、試料を保持する試料ステージと、試料を撮影するカメラと、カメラの光軸に沿って照明光を試料に照射する同軸落射照明装置と、カメラで撮影された画像に基づいて、加工の終了を判断する処理部と、を含み、処理部は、目標加工幅の情報を取得する処理と、画像を取得する処理と、取得した画像において、加工幅を測定する処理と、測定された加工幅が目標加工幅以上になった場合に、加工を終了する処理と、を行う。
【選択図】図９

Description

本発明は、試料加工装置および試料加工方法に関する。
イオンビームを用いて試料を加工する試料加工装置として、試料の断面を加工するためのクロスセクションポリッシャ（登録商標）や、薄膜試料を作製するためのイオンスライサ（登録商標）などが知られている。
例えば、特許文献１には、バルク試料上に遮蔽ベルトを配置し、遮蔽ベルトを介して試料にイオンビームを照射し、遮蔽ベルトで遮蔽されなかった部分をイオンミリングすることによって、透過電子顕微鏡用の薄膜試料を作製する試料作製装置が開示されている。
特許文献１では、ＣＣＤカメラで試料のエッチング断面を撮影し、イオンミリング終了判定回路が試料の形状変化を監視する。イオンミリング終了判定回路が試料に貫通孔が開いたことを検出した場合、イオンビームの放出が停止される。
特開２０１２－１９３９６２号公報
このような試料加工装置において、例えば、ウエハ表面に形成された配線やトランジスタなどの構造物を断面方向から観察するための試料を作製する方法として、二段ミリング法が知られている。二段ミリング法では、試料を全体的に薄くする一次ミリングと、観察目的である構造物が形成されたウエハ表面を透過電子顕微鏡で観察可能な厚さまで薄くする二次ミリングと、を行う。
一次ミリングでは、遮蔽ベルトの下に試料を配置し、ウエハ表面側からイオンビームを照射する。二次ミリングでは、試料の上下を反転させて、ウエハ裏面側からイオンビームを照射する。このとき、遮蔽ベルトを用いずに直接試料にイオンビームを照射する。これにより、ウエハ表面側から試料が徐々に薄くなる。二次ミリングでは、目的の構造物が透過電子顕微鏡で観察可能な厚さとなるまで加工を行う。
このようにして一次ミリングと二次ミリングを行うことで、断面観察が可能な試料を作製できる。
一次ミリングでは、所望の加工幅で加工を止めなければならない。したがって、試料加工装置では、加工幅を正確に測定でき、加工を終了するタイミングを正確に判断できることが求められている。
本発明に係る試料加工装置の一態様は、
試料にイオンビームを照射して前記試料を加工する試料加工装置であって、
前記試料に前記イオンビームを照射するイオン源と、
前記試料上に配置され、前記イオンビームを遮蔽する遮蔽部材と、
前記試料を保持する試料ステージと、
前記試料を撮影するカメラと、
前記カメラの光軸に沿って照明光を前記試料に照射する同軸落射照明装置と、
前記カメラで撮影された画像に基づいて、加工の終了を判断する処理部と、
を含み、
前記処理部は、
目標加工幅の情報を取得する処理と、
前記画像を取得する処理と、
取得した前記画像において、加工幅を測定する処理と、
測定された前記加工幅が前記目標加工幅以上になった場合に、加工を終了する処理と、を行う。
このような試料加工装置では、試料を同軸落射照明することによって、画像において加工領域を挟む傾斜面を容易に特定できる。したがって、このような試料加工装置では、加工幅を正確に測定でき、加工幅に基づいて加工を終了するタイミングを正確に判断できる。
本発明に係る試料加工方法の一態様は、
試料にイオンビームを照射して前記試料を加工する試料加工装置を用いた試料加工方法であって、
目標加工幅の情報を取得する工程と、
前記試料を同軸落射照明して撮影された画像を取得する工程と、
取得した前記画像において、加工幅を測定する工程と、
測定された前記加工幅が前記目標加工幅以上になった場合に、加工を終了する工程と、を含む。
このような試料加工方法では、試料を同軸落射照明することによって、画像において加工領域を挟む傾斜面を容易に特定できる。したがって、このような試料加工装置では、加工幅を正確に測定でき、加工幅に基づいて加工を終了するタイミングを正確に判断できる。
実施形態に係る試料加工装置の構成を示す図。 一次ミリングを説明するための図。 一次ミリングを説明するための図。 一次ミリングを説明するための図。 カメラで撮影された画像の一例を示す図。 二次ミリングを説明するための図。 二次ミリングにおける試料の加工の様子を模式的に示す断面図。 加工幅を測定する位置を指定するためのカーソルを模式的に示す図。 一次ミリング処理の一例を示すフローチャート。 カメラで撮影された画像を模式的に示す図。 加工幅を測定する処理を説明するための図。 加工幅を測定する処理を説明するための図。 加工幅を測定する処理を説明するための図。 隙間の大きさを測定する処理を説明するための図。 加工の終了時間を予測する手法を説明するための図。 位置Ｐ１の座標および位置Ｐ２の座標をプロットしたグラフ。 目標位置を指定する処理を説明するための図。 情報処理装置の二次ミリング処理の一例を示すフローチャート。 カメラで撮影された画像を模式的に示す図。 加工領域の下端のエッジを検出する処理を説明するための図。 加工領域のエッジを所定の色で描画する処理を説明するための図。 加工領域に形成された孔を検出する処理を説明するための図。 加工領域に形成された孔を検出する処理を説明するための図。 孔を所定の色で描画する処理を説明するための図。 残留膜厚と加工を開始してからの経過時間との関係を示すグラフ。 情報処理装置の二次ミリング処理の変形例を示すフローチャート。 第３変形例に係る試料加工装置の構成を示す図。 カメラで撮影された、加工前の試料の画像を模式的に示す図。 試料加工処理の一例を示すフローチャート。 加工幅を測定する処理を説明するための図。 加工幅を測定する位置の設定方法の変形例を説明するための図。
以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。
１． 試料加工装置
まず、本発明の一実施形態に係る試料加工装置について図面を参照しながら説明する。図１は、本実施形態に係る試料加工装置１００の構成を示す図である。図１には、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を図示している。
試料加工装置１００は、試料２にイオンビームＩＢを照射して試料２を加工し、観察や分析用の試料を作製するための装置である。試料加工装置１００では、透過電子顕微鏡で観察可能な薄膜試料を作製できる。
試料加工装置１００は、図１に示すように、イオン源１０と、制御回路１２と、試料ステージ２０と、遮蔽部材３０と、透過照明装置４０と、照明調光回路４２と、同軸落射照明装置４４と、照明調光回路４６と、光学系５０と、カメラ６０と、情報処理装置７０（処理部の一例）と、表示部８０と、を含む。
イオン源１０は、試料２にイオンビームＩＢを照射する。イオン源１０は、不図示のチャンバーの上部に取り付けられており、チャンバー内に収容された試料２にイオンビームＩＢを照射する。チャンバー内は、真空状態である。イオン源１０は、例えば、所定の加速電圧でイオンを加速させてイオンビームＩＢを放出するイオン銃である。イオン源１０は、Ｚ軸に沿ってイオンビームＩＢを照射する。イオン源１０は、例えば、イオンビームＩＢを試料２に照射する際に、Ｘ軸に平行な軸を回転軸として揺動する。イオン源１０は、制御回路１２で制御される。
試料ステージ２０は、試料２を保持する。試料ステージ２０には、遮蔽部材３０が取り付けられている。遮蔽部材３０は、試料２上に配置されている。遮蔽部材３０の厚さは、例えば、１０μｍ程度であり、加工前の試料２の厚さは、例えば、１００μｍ程度である。遮蔽部材３０は、試料２の厚さ方向の中心に配置される。
試料ステージ２０は、試料２および遮蔽部材３０を揺動させるスイング機構を備えている。スイング機構は、試料２および遮蔽部材３０をスイング軸（傾斜軸）を回転軸として傾斜させる。スイング軸は、例えば、Ｙ軸に平行である。スイング機構は、例えば、一定の周期で、試料２および遮蔽部材３０を揺動させる。
試料ステージ２０に保持される試料２は、板状の形状を有している。試料２は、例えば、直方体である。試料２については後述する。
遮蔽部材３０は、イオンビームＩＢを遮蔽する。イオン源１０から放出されたイオンビームＩＢは、遮蔽部材３０を介して試料２に照射される。遮蔽部材３０は、例えば、帯状である。遮蔽部材３０は、例えば、遮蔽ベルトである。遮蔽部材３０は、例えば、イオンビームＩＢでミリングされ難い材料からなる。遮蔽部材３０は、試料２の上（＋Ｚ方向）に位置している。
透過照明装置４０は、試料２を透過照明する照明光を発する。すなわち、透過照明装置４０は、試料２の背後から照明光を照射する。透過照明装置４０が発する照明光の強度は、照明調光回路４２で制御される。
透過照明装置４０、試料２、光学系５０、およびカメラ６０は、この順に、Ｙ軸に沿って並んでいる。
同軸落射照明装置４４は、試料２を同軸落射照明する照明光を発する。すなわち、同軸落射照明装置４４は、カメラ６０の光軸に沿って照明光を試料２に照射する。図示の例では、光学系５０は、ハーフミラー５２を有しており、ハーフミラー５２を用いて、照明光の光軸とカメラ６０の光軸とを一致させている。同軸落射照明装置４４が発する照明光の強度は、照明調光回路４６で制御される。
カメラ６０は、光学系５０を介して、試料２および遮蔽部材３０を撮影する。カメラ６０は、例えば、ＣＣＤカメラ、ＣＭＯＳカメラなどのデジタルカメラである。光学系５０は、カメラ６０で試料２を撮影するための光学系である。
情報処理装置７０は、カメラ６０で撮影された画像を取得し、表示部８０に表示させる処理を行う。また、情報処理装置７０は、カメラ６０で撮影された画像を取得し、当該画像に基づいて加工の終了を判断する処理を行う。また、情報処理装置７０は、制御回路１２を介してイオン源１０を制御する。
情報処理装置７０は、例えば、パーソナルコンピューター（ＰＣ）等であり、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサと、ＲＡＭ（Random Access Memory）およびＲＯＭ（Read Only Memory）などの記憶装置（メモリ）と、操作部と、を含む。記憶装置には、各種画像処理や制御処理を行うためのプログラム、およびデータが記憶されている。情報処理装置７０（処理部）の機能は、プロセッサでプログラムを実行することにより実現できる。操作部は、ユーザーが操作情報を入力するためのものであり、入力された操作情報をプロセッサに出力する。操作部の機能は、例えば、キーボード、マウス、ボタン、タッチパネルなどのハードウェアにより実現することができる。
表示部８０は、情報処理装置７０で取得された画像や、情報処理装置７０で生成された画像を表示する。表示部８０の機能は、ＬＣＤ、ＣＲＴ、操作部としても機能するタッチパネルなどにより実現できる。
２． 試料加工装置の動作
２．１． 二段ミリング法
二段ミリング法は、例えば、基板上に形成された薄膜や、基板上に形成された、配線やトランジスタなどが形成された積層膜など、を断面方向から観察するための試料を作製する手法である。二段ミリング法では、試料を全体的に薄くする一次ミリングと、加工対象物である薄膜や積層膜を透過電子顕微鏡で観察可能な厚さまで薄くする二次ミリングと、
を行う。
２．２． 一次ミリング
図２～図４は、一次ミリングを説明するための図である。図２は、試料２および遮蔽部材３０を模式的に示す斜視図である。図３は、試料２の揺動動作について説明するための図である。図４は、イオン源１０の動作を説明するための図である。
図２に示すように、試料２は、基板４と、積層膜６と、保護部材８と、を含む。基板４は、例えば、シリコン基板、化合物基板などの半導体基板である。積層膜６は、例えば、基板４上に半導体製造技術によって形成された、配線やトランジスタなどを含む。図示の例では、基板４上に形成された積層膜６の断面を観察するための透過電子顕微鏡用の試料を作製することができる。保護部材８は、加工時に積層膜６を保護するための部材であり、例えば、ガラス基板である。保護部材８は、エポキシ樹脂などで積層膜６に接着されている。保護部材８の厚さは、例えば、１００μｍ程度である。
試料２は、高さ（Ｚ方向の大きさ）が５００μｍ～８００μｍ、幅（Ｙ方向の大きさ）が１００μｍ程度になるように、事前に板状に加工されている。
なお、試料２の構成は、図２に示す例に限定されず、二段ミリング法を用いて、様々な構成の試料を透過電子顕微鏡で観察可能に加工できる。
一次ミリングでは、試料２は、試料２の第１端部２ａが上、試料２の第２端部２ｂが下になるように配置される。試料２の第１端部２ａは、試料２の保護部材８側の端部であり、試料２の第２端部２ｂは、試料２の基板４側の端部である。試料２は、遮蔽部材３０の下に配置され、試料２の第１端部２ａ側からイオンビームＩＢが照射される。イオンビームＩＢは、遮蔽部材３０を介して、試料２に照射される。
イオンビームＩＢを照射して試料２を加工しているときには、図３に示すように、試料ステージ２０のスイング機構を動作させて、試料２および遮蔽部材３０を軸Ａを回転軸として揺動させる。すなわち、試料ステージ２０のスイング機構は、試料２および遮蔽部材３０を、軸Ａを傾斜軸（回転軸）として、往復傾斜（回転）運動させる。軸Ａは、例えばＹ軸に平行な軸である。軸Ａは、例えば、試料２と遮蔽部材３０の境界に位置している。
なお、図３では、試料２の傾斜角度θ１が０°のとき、試料２の傾斜角度θ１が－３０°のとき、試料２の傾斜角度θ１が＋３０°のときを図示している。なお、図３では、傾斜角度θ１は、試料２がＸ軸に平行なときをθ１＝０°として、反時計回りを「＋」、時計回りを「－」で表している。
試料２の加工時には、図４に示すように、イオン源１０も揺動させる。例えば、イオン源１０をＺ軸に対して所定の角度の範囲で傾斜させる。イオン源１０を揺動させることによって、試料２の加工面に対して斜め方向からイオンビームＩＢを照射できる。例えば、試料２の加工面に対するイオンビームＩＢの入射角度が０．４°程度になるようにイオン源１０を傾斜させる。すなわち、イオン源１０の傾斜角度θ２の範囲は、－０．４°から＋０．４°の範囲である。イオン源１０の傾斜角度θ２は、例えば、試料２の材質等に応じて適宜変更可能である。
このように、試料加工装置１００では、試料２を揺動させ、かつ、イオン源１０を揺動させながら、試料２にイオンビームＩＢを照射して、試料２の加工を行う。一次ミリングでは、加工によって、２つの傾斜面３と、２つの傾斜面３の間の加工領域５と、が形成される。一次ミリングでは、加工領域５の全体が遮蔽部材３０の厚さとほぼ同じ厚さとなる
ように加工される。なお、一次ミリングにおいて、加工領域５が遮蔽部材３０とほぼ同じ厚さであって、第１端部２ａから第２端部２ｂに向かうにしたがって膜厚が大きくなるように加工されてもよい。
一次ミリングでは、試料２の第２端部２ｂが二次ミリングに適した厚さになった場合に、加工を終了する。後述するように、二次ミリングでは、第２端部２ｂが上、第１端部２ａが下になるように試料２を配置して、第２端部２ｂ側からイオンビームＩＢを照射する。そのため、例えば、試料２の第２端部２ｂ側の厚さが大きい場合には、第２端部２ｂ側に照射されるイオンビームＩＢの量が多くなり、第２端部２ｂ側が急速に削れてしまう。この結果、目的の積層膜６が薄くなるまえに、試料２がなくなってしまう可能性がある。そのため、一次ミリングにおいて、試料２の第２端部２ｂを二次ミリングに適した厚さにしなければならない。
ここで、試料２の第２端部２ｂの厚さは、カメラ６０で撮影された画像からは確認できない。そのため、試料２の第２端部２ｂ側の加工領域５の幅、すなわち、図２に示す加工幅Ｗを目安として、一次ミリングの加工を終了するタイミングを判断する。試料加工装置１００では、加工が進むにしたがって試料２の加工領域５が薄くなり、加工幅Ｗが拡がる。そのため、加工幅Ｗから加工領域５の厚さを推定できる。
例えば、加工幅Ｗを３００μｍ～６００μｍ程度にすることによって、試料２の第２端部２ｂの厚さを、二次ミリングに適した厚さである１０μｍ程度にできる。
加工中の試料２の様子は、カメラ６０で撮影される。カメラ６０で撮影された試料２の画像は、情報処理装置７０に送られる。情報処理装置７０は、カメラ６０で撮影された画像を取得し、表示部８０に表示する。
図５は、カメラ６０で撮影された画像Ｉ２の一例を示す図である。図５に示す画像Ｉ２は、同軸落射照明および透過照明された試料２をカメラ６０で撮影して得られた画像である。
試料２は、同軸落射照明されているため、図５に示すように、画像Ｉ２では、試料２の加工領域５、試料２の未加工領域、および遮蔽部材３０が明るくなるのに対して、傾斜面３が暗くなる。これは、同軸落射照明では、観察方向（カメラ６０の光軸）に対して垂直な面のみで、カメラ６０に向かって照明光が反射するためである。傾斜面３は、観察方向に対して垂直な面ではないため、傾斜面３で反射した照明光は、カメラ６０に向かわない。そのため、画像Ｉ２では傾斜面３が暗くなる。試料加工装置１００では、試料２を揺動させても、試料２の各領域の面の向きは変化しない。そのため、同軸落射照明では、加工時に試料２を揺動させても、常に、傾斜面３が暗い画像が得られる。
また、試料２は、透過照明されているため、図５に示すように、試料２と遮蔽部材３０との間の隙間から照明光が漏れる。また、試料２の下から照明光が回り込む。したがって、画像Ｉ２では、試料２と遮蔽部材３０との間の隙間および試料２の下の空間が明るくなる。この結果、画像Ｉ２では、傾斜面３のみが暗くなる。
情報処理装置７０では、画像Ｉ２において、２つの傾斜面３のみが暗くなることを利用して、２つの傾斜面３を抽出し、抽出した２つの傾斜面３の間を測定することによって、加工幅Ｗを測定する。
２．３． 二次ミリング
図６は、二次ミリングを説明するための図である。
図６に示すように、二次ミリングでは、試料２の第２端部２ｂが上、試料２の第１端部２ａが下になるように配置される。二次ミリングでは、試料２の第２端部２ｂ側からイオンビームＩＢが照射される。二次ミリングでは、遮蔽部材３０を用いずに、直接、試料２にイオンビームＩＢを照射する。
図７は、二次ミリングにおける試料２の加工の様子を模式的に示す断面図である。
図７に示すように、二次ミリングでは、まず、保護部材８が薄膜化する。保護部材８が薄膜化する過程において、保護部材８に孔が形成されたり、保護部材８がめくれたりする場合がある。そして、保護部材８が除去されると、不図示のエポキシ樹脂の層が薄膜化して除去され、最終的に、目的の積層膜６が薄膜化する。
３． 試料加工方法
３．１． 一次ミリングの準備
３．１．１． 試料のセット
図１および図２に示すように、試料ステージ２０に試料２をセットし、試料２上に遮蔽部材３０を配置する。そして、チャンバー内を真空排気する。試料２および遮蔽部材３０を透過照明装置４０で透過照明し、同軸落射照明装置４４で同軸落射照明する。
３．１．２． ノイズレベル測定
カメラ６０で撮影された画像Ｉ２のノイズレベルを測定する。情報処理装置７０は、例えば、カメラ６０の視野内の同一箇所の輝度を複数回測定し、最大輝度から最小輝度を引いた値をノイズレベルとする。このようにして、ノイズレベルを数値化する。
ノイズレベルは、例えば、照明光の明るさや、カメラ６０の露光時間、カメラ６０のゲインの調整などによって変化する。画像Ｉ２のノイズレベルが高い場合、加工の終了を判断する処理において判断を誤ってしまう可能性が高くなってしまう。
情報処理装置７０は、測定したノイズレベルを表示部８０に表示し、ノイズレベルがあらかじめ設定された閾値よりも高い場合には、透過照明装置４０および同軸落射照明装置４４による試料２の照明条件やカメラ６０の設定を再調整させるための通知を表示部８０に表示する。
このように試料加工装置１００では、ノイズレベルを測定することによって、試料２の照明条件やカメラ６０の設定を、最適な状態にすることができる。これにより、ノイズの少ない画像Ｉ２を取得でき、加工の終了を判断する処理において判断を誤ってしまう可能性を低減できる。
３．１．３． 加工幅を測定する位置の指定
ユーザーは、画像Ｉ２において、加工幅Ｗを測定する位置を指定する。図８は、加工幅Ｗを測定する位置を指定するためのカーソルＣを模式的に示す図である。
情報処理装置７０は、図８に示すように、表示部８０に表示された画像Ｉ２上に、カーソルＣを表示させる。カーソルＣは、画像Ｉ２において加工幅Ｗを測定する位置を指定するためのものである。図示の例では、カーソルＣには、ラインＬが引かれており、ラインＬが示す位置が加工幅Ｗを測定する位置となる。カーソルＣによる加工幅Ｗを測定する位置の指定は、ユーザーが情報処理装置７０の操作部を介して、カーソルＣを移動させることで行う。
３．１．４． 目標加工幅の指定
ユーザーは、目標加工幅ＴＷを指定する。例えば、情報処理装置７０は、表示部８０にＧＵＩ（Graphical User Interface）画面を表示させる。ＧＵＩ画面は、目標加工幅ＴＷを入力するためのテキストボックスを含み、ユーザーが操作部を介してテキストボックスに目標加工幅ＴＷを入力することで、情報処理装置７０に目標加工幅ＴＷの情報が入力される。目標加工幅ＴＷが入力されると、図８に示すように、ラインＬ上に目標加工幅ＴＷに対応するマーカーＭが表示される。なお、目標加工幅ＴＷの設定方法はこれに限定されない。
３．２． 一次ミリング
３．２．１． 一次ミリングの流れ
試料加工装置１００では、情報処理装置７０が一次ミリングにより試料２を加工するための一次ミリング処理を行う。図９は、情報処理装置７０の一次ミリング処理の一例を示すフローチャートである。
ユーザーが情報処理装置７０に一次ミリングを開始する指示を入力すると、情報処理装置７０は加工幅Ｗを測定する位置の情報を取得する（Ｓ１００）。ユーザーは、操作部を介して、カーソルＣの位置を移動させることで、加工幅Ｗを測定する位置を指定できる。情報処理装置７０は、操作部を介して、カーソルＣによって指定された、加工幅Ｗを測定する位置の情報を取得する。
また、情報処理装置７０は、目標加工幅ＴＷの情報を取得する（Ｓ１０２）。ユーザーは、操作部を介して、目標加工幅ＴＷの値を入力することで、目標加工幅ＴＷを指定できる。情報処理装置７０は、操作部を介して、入力された目標加工幅ＴＷの情報を取得する。
次に、情報処理装置７０は、イオンビームＩＢの照射を開始する処理を行う（Ｓ１０４）。具体的には、情報処理装置７０は、イオンビームＩＢを照射するための制御信号を生成し、制御回路１２に送る。制御回路１２は、制御信号に基づいて駆動信号を生成し、イオン源１０に出力する。これにより、イオン源１０からイオンビームＩＢが試料２に照射される。このとき、試料ステージ２０のスイング機構は、試料２および遮蔽部材３０を揺動させる。
試料加工装置１００では、上述したように、試料２および遮蔽部材３０を揺動させながら、遮蔽部材３０を介して試料２にイオンビームＩＢを照射して、試料２を加工する。試料２の加工中には、カメラ６０が試料２を撮影する。
加工（イオンビームＩＢの照射）が開始されると、情報処理装置７０は、カメラ６０で撮影された試料２の画像Ｉ２を取得する（Ｓ１０６）。
図１０は、カメラ６０で撮影された画像Ｉ２を模式的に示す図である。
情報処理装置７０は、図１０に示すように、試料２が水平になったときにカメラ６０で撮影された画像Ｉ２を取得する。これにより、後述する画像処理において、試料２の傾斜を考慮しなくてよい。また、情報処理装置７０は、試料２の揺動動作の１周期に１回、画像Ｉ２を取得する。
例えば、図３に示す例において、傾斜角度θ１＝－３０°で試料２を傾斜させた後に、試料２を水平（傾斜角度θ１＝０°）にして画像Ｉ２を撮影した場合と、傾斜角度θ１＝＋３０°で試料２を傾斜させた後に、試料２を水平（傾斜角度θ１＝０°）にして画像Ｉ
２を撮影した場合では、スイング機構の機械的な動作ガタによって、画像間にずれが生じる場合がある。上記のように、試料２の揺動動作の１周期に１回、画像Ｉ２を取得することによって、動作ガタによる画像間のずれを低減できる。
次に、情報処理装置７０は、試料２と遮蔽部材３０との間の隙間の大きさを測定し、当該隙間が拡大しているか否かを判定する（Ｓ１０８）。なお、隙間が拡大していか否かを判定する処理Ｓ１０８の詳細については、後述する「３．２．２． 隙間が拡大しているか否かを判定する処理」で説明する。
情報処理装置７０は、隙間が拡大していると判定した場合（Ｓ１０８のＹｅｓ）、イオンビームＩＢの照射を停止させ、加工を終了する（Ｓ１２０）。
情報処理装置７０は、イオンビームＩＢの照射を停止させるための制御信号を生成し、制御回路１２に送る。制御回路１２は、制御信号に基づいて駆動信号の出力を停止する。これにより、イオン源１０においてイオンビームＩＢの照射が停止される。このとき、情報処理装置７０は、加工が正常に進んでいなかった旨の通知を表示部８０に表示させてもよい。
情報処理装置７０は、隙間が拡大していないと判定した場合（Ｓ１０８のＮｏ）、画像Ｉ２上において加工幅Ｗを測定する。
図１１～図１３は、加工幅Ｗを測定する処理を説明するための図である。
加工幅Ｗを測定する処理では、情報処理装置７０は、まず、画像Ｉ２を二値化する（Ｓ１１０）。
情報処理装置７０は、図１１に示すように、画像Ｉ２の輝度ヒストグラムから最小の輝度のピークが選択されるように閾値を設定し、画像Ｉ２を二値化する。これにより、図１２に示す二値化画像Ｉ２Ｂを生成できる。なお、画像Ｉ２を二値化する前に、画像Ｉ２のノイズを除去する画像処理を行ってもよい。
ここで、試料２は、同軸落射照明および透過照明されているため、画像Ｉ２では、傾斜面３のみが暗くなる。そのため、画像Ｉ２の輝度ヒストグラムから最小の輝度のピークを選択して二値化することによって、傾斜面３を抽出できる。図１２に示す例では、閾値未満の輝度のピクセルを白、閾値以上の輝度のピクセルを黒にして、画像Ｉ２を二値化している。
次に、情報処理装置７０は、二値化画像Ｉ２Ｂにおいて、傾斜面３に対応する白のピクセルの集合体を特定し、集合体の数が２つか否かを判定する（Ｓ１１２）。
加工の初期では、加工領域５が試料２の第２端部２ｂまで到達していないため、集合体の数は１つになる。加工領域５が試料２の第２端部２ｂに到達することで、集合体が２つになる。
また、加工の初期では、傾斜面３が小さいため、輝度ヒストグラムにおいて傾斜面３に相当するピークを選択できない場合がある。このような場合には、集合体の数が３以上になる。そのため、集合体の数が２つか否かを判定することで、傾斜面３を抽出できたか否かを判定することができる。
なお、ここでは、集合体の数が２つか否かで傾斜面３を抽出できたか否かを判定したが
、その他の条件で判断してもよい。例えば、集合体を構成するピクセル数が所定数よりも少ない場合や、加工時間が設定された時間よりも短い場合、集合体の領域の変化が大きい場合などに、傾斜面３を抽出できていないと判定してもよい。
情報処理装置７０は、集合体の数が２つではないと判定した場合（Ｓ１１２のＮｏ）、画像Ｉ２を取得する処理Ｓ１０６に戻る。
情報処理装置７０は、集合体の数が２つと判定した場合（Ｓ１１２のＹｅｓ）、図１３に示すように、２つの集合体の各々について集合体のエッジを直線近似して、近似線Ｌ１および近似線Ｌ２を引く（Ｓ１１４）。
情報処理装置７０は、処理Ｓ１００で取得した加工幅Ｗを測定する位置の情報から、二値化画像Ｉ２Ｂ上において加工幅Ｗを測定する位置Ｐを特定し、位置Ｐにおいて近似線Ｌ１と近似線Ｌ２との間の距離を測定することによって、加工幅Ｗを測定する（Ｓ１１６）。
加工幅Ｗを測定する位置Ｐは、例えば、二値化画像Ｉ２Ｂの縦方向の位置座標で特定される。
次に、情報処理装置７０は、測定された加工幅Ｗが目標加工幅ＴＷ以上になったか否かを判定する（Ｓ１１８）。すなわち、情報処理装置７０は、Ｗ≧ＴＷを満たすか否かを判定する。
情報処理装置７０は、Ｗ≧ＴＷを満たさないと判定した場合（Ｓ１１８のＮｏ）、画像Ｉ２を取得する処理Ｓ１０６に戻る。
情報処理装置７０は、Ｗ≧ＴＷを満たすと判定されるまで、または隙間が拡大していると判定されるまで、画像を取得する処理Ｓ１０６、隙間が拡大しているか否かを判定する処理Ｓ１０８、二値化処理Ｓ１１０、集合体が２つか否かを判定する処理Ｓ１１２、集合体のエッジを直線近似計算する処理Ｓ１１４、加工幅Ｗを測定する処理Ｓ１１６、Ｗ≧ＴＷを満たすか否かを判定する処理Ｓ１１８を繰り返す。
情報処理装置７０は、隙間が拡大していると判定した場合（Ｓ１０８のＹｅｓ）、またはＷ≧ＴＷを満たすと判定した場合（Ｓ１１８のＹｅｓ）、イオン源１０に対してイオンビームＩＢの照射を停止させる（Ｓ１２０）。
以上の処理により、情報処理装置７０は、一次ミリング処理を終了する。
３．２．２． 隙間が拡大しているか否かを判定する処理
一般的に加工が正常に進むと、試料２と遮蔽部材３０との間の隙間にミリングされた試料２等が付着するため、隙間が小さくなる。これに対して、加工が進むにしたがって、隙間が大きくなる場合には、試料２の加工領域５の上端が、遮蔽部材３０の直下からずれてミリングされている可能性がある。すなわち、加工が正常に進んでいない可能性が高い。
したがって、情報処理装置７０は、例えば、画像Ｉ２の各ピクセルの輝度に基づいて隙間の大きさを測定する。例えば、画像Ｉ２の縦方向の輝度プロファイルから隙間の大きさを測定する。ここで、隙間の大きさは、画像Ｉ２の縦方向における隙間の大きさである。すなわち、隙間の大きさは、試料２と遮蔽部材３０との間の距離である。
図１４は、隙間の大きさを測定する処理を説明するための図である。図１４には、画像
Ｉ２の隙間に相当する領域の輝度プロファイルを示している。
図１４に示すように、画像Ｉ２の縦方向の輝度プロファイルに基づいて、隙間の大きさを測定できる。例えば、隙間の輝度が最大となることを利用して、隙間の大きさＧを求める。具体的には、輝度がピークＰＫの輝度に対して強度Ｓ１だけ下がった位置Ｅ１と、輝度がピークＰＫの輝度に対して強度Ｓ２だけ下がった位置Ｅ２を求め、｜Ｅ２－Ｅ１｜を計算して、隙間の大きさＧを求める。強度Ｓ１および強度Ｓ２は、任意の値に設定可能である。
隙間が拡大しているか否かの判定は、以下のようにして行われる。まず、カメラ６０で撮影された基準となる第１画像と、第１画像よりも後に取得された第２画像を取得する。次に、第１画像における隙間の大きさＧ１を測定し、第２画像における隙間の大きさＧ２を測定する。次に、第２画像における隙間の大きさＧ１を第１画像における隙間の大きさＧ２と比較して、第２画像における隙間の大きさＧ２が第１画像における隙間の大きさＧ１よりも大きい場合（Ｇ２＞Ｇ１）に、隙間が拡大していると判定する。
なお、第２画像における隙間の大きさＧ２から第１画像における隙間の大きさＧ１を引いた値（Ｇ２－Ｇ１）が、所定値以上である場合に、隙間が拡大していると判定してもよい。また、例えば、隙間の大きさＧの測定結果をプロットして、隙間の大きさＧと加工の経過時間との関係を示す関数を求め、当該関数から隙間が拡大しているか否かを判定してもよい。
また、上記では、隙間の大きさが拡大しているか否かを判定したが、隙間の大きさＧが所定の範囲内か否かを判定してもよい。試料２と遮蔽部材３０との間の隙間の大きさＧは、試料作製に適した範囲がある。例えば、隙間の大きさＧは、４０μｍ以上８０μｍ以下程度が好ましい。隙間の大きさＧがこの範囲から外れる場合には、正常に加工が進まない可能性が高い。したがって、情報処理装置７０は、隙間の大きさＧが所定の範囲から外れているか否かを判定し、当該範囲から外れている場合には、その旨を通知して、加工を終了する処理を行ってもよい。
３．２．３． 加工の終了時間を予測する処理
情報処理装置７０は、上述した一次ミリング処理と並行して、加工の終了時間を予測する処理を行う。
例えば、情報処理装置７０は、加工幅Ｗを測定する処理Ｓ１１６で測定された加工幅Ｗの情報を取得し、加工幅Ｗが増加する増加速度を計算する。この増加速度から加工の終了時間を計算する。
情報処理装置７０は、加工幅Ｗが目標加工幅ＴＷに近づく様子を、プログレスバー等で表して、表示部８０に表示してもよい。これにより、ユーザーは加工の進捗状況を把握できる。
また、情報処理装置７０は、横軸を時間、縦軸を加工幅Ｗで表した加工幅Ｗの変化のグラフを作成し、表示部８０に表示してもよい。このとき、情報処理装置７０は、現在の加工幅Ｗの変化のグラフを、過去に作成した加工幅Ｗの変化のグラフと並べて表示してもよい。これにより、加工が正常に進んでいるか否かを判断できる。例えば、現在のグラフと過去のグラフを比較することで、加工速度の異常に気づくことができる。
なお、加工が開始されてから傾斜面３が２つ形成されるまでの時間は、加工幅Ｗを測定する処理Ｓ１１６で測定された加工幅Ｗの情報を得ることができない。そのため、情報処
理装置７０は、二値化画像Ｉ２Ｂにおいて集合体が１つの場合には、集合体の外側のエッジの位置の変化または集合体の内側のエッジの位置の変化から加工の終了時間を予測してもよい。
図１５は、加工の終了時間を予測する手法を説明するための図である。
二値化画像Ｉ２Ｂの集合体が１つの場合、集合体の外側のエッジの位置Ｐ２の座標をプロットし、位置Ｐ２の変化に基づいて加工の終了時間を予測する。そして、加工が進んで集合体の内側のエッジが明瞭になったら、集合体の内側のエッジの位置Ｐ１の座標をプロットし、位置Ｐ１の変化に基づいて加工の終了時間を予測する。位置Ｐ１は、例えば、集合体の内側のエッジと、目標加工幅ＴＷに対応する間隔で引かれた、縦方向に延びる２つの直線のうちの一方と、が交わった位置である。位置Ｐ２は、集合体の外側のエッジと、目標加工幅ＴＷに対応する間隔で引かれた、縦方向に延びる２つの直線のうちの一方と、が交わった位置である。
図１６は、位置Ｐ１の座標および位置Ｐ２の座標をプロットしたグラフである。図１６に示すグラフの横軸は、加工（イオンビームＩＢの照射）を開始してから経過時間であり、縦軸は、加工深さである。なお、位置Ｐ１の加工深さは、位置Ｐ１と試料２の第１端部２ａとの間の距離であり、位置Ｐ２の加工深さは、位置Ｐ２と第１端部２ａとの間の距離である。
位置Ｐ１の変化に基づいて終了時間を予測する場合には、例えば、位置Ｐ１と加工幅Ｗを測定する位置Ｐとの間の距離が減少していく速度を計算し、当該速度に基づいて位置Ｐ１が位置Ｐに到達する時間を計算して、加工の終了時間を予測する。
また、位置Ｐ２に変化に基づいて終了時間を予測する場合には、例えば、位置Ｐ２と位置Ｐとの間の距離が減少していく速度を計算する。そして、計算された速度から、位置Ｐ１と位置Ｐとの間の距離が減少していく速度を推定し、加工の終了時間を予測する。
図１６に示す例では、加工が開始されてから４０分までは、傾斜面３の内側の加工領域５が形成されていないため、位置Ｐ２の変化に基づいて加工の終了時間Ｔを予測する。これにより、加工の初期であっても、加工の終了時間Ｔを予測できる。
加工が開始されてから４０分以降は、位置Ｐ１に基づいて加工の終了時間Ｔを予測する。これにより、位置Ｐ１に基づいて加工の終了時間Ｔを予測できる。
なお、加工を開始する前の試料２の厚さが常に同じであれば、内側のエッジの位置Ｐ１と外側のエッジの位置Ｐ２との間の距離はほぼ一定である。そのため、加工中のすべての時間において、外側のエッジの位置Ｐ２から、内側のエッジの位置Ｐ１を推測して、加工の終了時間Ｔを予測してもよい。
通常、集合体の外側のエッジは、集合体の内側のエッジよりも明瞭である。これは、傾斜面３と加工領域５の境界は、イオンビームＩＢの強度の分布によってなだらかに傾斜するためである。そのため、二値化画像では、集合体の外側のエッジは集合体の内側のエッジよりも明瞭になる。すなわち、位置Ｐ２は、位置Ｐ１よりも正確に位置を特定できる。したがって、加工中のすべての時間において、位置Ｐ２に基づいて加工の終了時間Ｔを予測することによって、加工の終了時間Ｔを正確に予測できる。
３．３． 二次ミリングの準備
３．３．１． 試料のセット
一次ミリングが終了した後、二次ミリングを開始する前に、図６に示すように、試料２の上下を反転させて、試料２の第２端部２ｂを上、第１端部２ａを下にする。例えば、チャンバーを大気開放した後、ユーザーが試料ステージ２０に配置された試料２の上下を反転させる。試料２の上下を反転して試料ステージ２０に試料２を固定した後、遮蔽部材３０を取り外す。そして、チャンバー内を真空排気する。
なお、試料ステージ２０が試料２の上下を反転させる反転機構を有していてもよい。これにより、チャンバーを大気開放することなく、試料２の上下を反転させることができる。
３．３．２． 目標位置の指定
図１７は、目標位置ＴＰを指定する処理を説明するための図である。
ユーザーは、加工の目標位置ＴＰを指定する。二次ミリングでは、加工領域５のエッジまたは、加工領域５に形成された孔が指定された目標位置ＴＰに到達した場合に、加工を終了する。
情報処理装置７０は、表示部８０にＧＵＩ画面を表示させる。ＧＵＩ画面のウィンドウには画像Ｉ２、および加工の目標位置ＴＰを入力するためのカーソルＣが表示されている。また、ウィンドウには、カーソルＣとともに、加工が進む方向を示す矢印Ｃ２が表示されている。ユーザーが操作部を介してカーソルＣを移動させることで、目標位置ＴＰを指定できる。ユーザーがカーソルＣで目標位置ＴＰを指定することで、情報処理装置７０に目標位置ＴＰの情報が入力される。なお、目標位置ＴＰの設定方法はこれに限定されない。
目標位置ＴＰを指定するときの画像Ｉ２は、例えば、透過照明および同軸落射照明された試料２を撮影して得られた画像である。なお、二次ミリングによる加工時には、試料２を透過照明する。
３．４． 二次ミリング
３．４．１． 二次ミリングの流れ
試料加工装置１００では、情報処理装置７０が二次ミリングにより試料２を加工するための二次ミリング処理を行う。図１８は、情報処理装置７０の二次ミリング処理の一例を示すフローチャートである。
ユーザーが情報処理装置７０に二次ミリングを開始する指示を入力すると、情報処理装置７０は、目標位置ＴＰの情報を取得する（Ｓ２００）。ユーザーは、操作部を介して、カーソルＣの位置を移動させることで、目標位置ＴＰを指定できる。情報処理装置７０は、操作部を介して、カーソルＣによって指定された、目標位置ＴＰの情報を取得する。
次に、情報処理装置７０は、イオンビームＩＢの照射を開始する処理を行う（Ｓ２０２）。これにより、イオン源１０からイオンビームＩＢが試料２に照射される。このとき、試料ステージ２０のスイング機構は、試料２を揺動させる。
試料加工装置１００では、上述したように、試料２を揺動させながら、試料２にイオンビームＩＢを照射して、試料２を加工する。試料２の加工中には、カメラ６０が試料２を撮影する。
加工が開始されると、情報処理装置７０は、カメラ６０で撮影された試料２の画像Ｉ２を取得する（Ｓ２０４）。
図１９は、カメラ６０で撮影された画像Ｉ２を模式的に示す図である。
加工時に撮影された画像Ｉ２は、透過照明された試料２を撮影して得られた画像である。情報処理装置７０は、図１９に示すように、試料２が水平になったタイミングでカメラ６０で撮影された画像Ｉ２を取得する。これにより、後述する画像処理において、試料２の傾斜を考慮しなくてよい。また、情報処理装置７０は、試料２の揺動動作の１周期に１回、画像Ｉ２を取得する。これにより、動作ガタによる画像間のずれを低減できる。
なお、図１９に示す円形のカーソルは、後述する加工領域５のエッジを検出する処理および孔を検出する処理において、処理を行う範囲を規定するためのものである。ユーザーは、操作部を介してカーソルの位置を移動させることで、処理を行う範囲を変更できる。なお、カーソルで処理を行う範囲を規定せずに、画像Ｉ２全体で処理を行ってもよい。
次に、情報処理装置７０は、画像Ｉ２において加工領域５のエッジを検出する（Ｓ２０６）。
図２０は、加工領域５の下端のエッジＥを検出する処理を説明するための図である。図２０には、加工領域５の下端のエッジＥを検出するための輝度プロファイルを取得するラインを、破線で示している。
情報処理装置７０は、図２０に示すように、画像Ｉ２の縦方向の輝度プロファイルを複数取得し、加工領域５の下端のエッジＥの位置を特定する。画像Ｉ２の縦方向の輝度プロファイルでは、加工領域５の下端のエッジＥにおいて輝度が大きく変化するため、この輝度の変化からエッジＥを検出する。情報処理装置７０は、複数の輝度プロファイルにおけるエッジＥの検出結果から最も目標位置ＴＰとの間の距離が小さいエッジＥ０を特定する。情報処理装置７０は、エッジＥ０と目標位置ＴＰとの間の距離Ｄ１を計算する。
図２１は、エッジＥを所定の色で描画する処理を説明するための図である。
情報処理装置７０は、図２１に示すように、検出したエッジＥを強調するために、画像Ｉ２上において、エッジＥと隣接する領域９を、所定の色で描画する。これにより、エッジＥを強調することができる。図示の例では、画像Ｉ２の領域９は、試料２の下の空間に相当する領域である。
なお、エッジＥを強調する手法はこれに限定されない。例えば、エッジＥを所定の色で描画してもよい。
次に、情報処理装置７０は、画像Ｉ２において加工領域５に形成された孔を検出する（Ｓ２０８）。
図２２および図２３は、加工領域５に形成された孔Ｈを検出する処理を説明するための図である。図２２には、孔Ｈを検出するための輝度プロファイルを取得するラインを、破線で示している。図２３は、輝度プロファイルの一例を示している。
図２２に示すように、加工を進めると、加工領域５のエッジＥと目標位置ＴＰとの間に孔Ｈが形成される場合がある。
情報処理装置７０は、画像Ｉ２の横方向の輝度プロファイルを複数取得し、加工領域５に形成された孔Ｈを検出する。
例えば、画像Ｉ２の任意の第１領域Ａ１が孔Ｈか否かを判断する場合、第１領域Ａ１の輝度と、第１領域Ａ１を挟む第２領域Ａ２および第３領域Ａ３の輝度と、に基づいて、第１領域Ａ１が孔Ｈか否かを判断する。第１領域Ａ１、第２領域Ａ２、および第３領域Ａ３は、それぞれ１つのピクセルであってもよいし、複数のピクセルの集合であってもよい。また、第１領域Ａ１と第２領域Ａ２との間の距離、第１領域Ａ１と第３領域Ａ３との間の距離は、それぞれ適宜設定可能である。
図２３に示す例では、第１領域Ａ１の輝度Ｌｕ１と、第２領域Ａ２の輝度Ｌｕ２および第３領域Ａ３の輝度Ｌｕ３の平均値の差を第１領域Ａ１の信号強度とする。すなわち、第１領域Ａ１の信号強度は、信号強度＝Ｌｕ１－（Ｌｕ２＋Ｌｕ３）／２で表される。第１領域Ａ１の位置を変更して信号強度を求める処理を、画像Ｉ２の全部の領域に対して行う。この結果、画像Ｉ２の全領域の信号強度が得られる。
次に、画像Ｉ２の全領域の信号強度から、信号強度の最大値の情報を取得する。当該最大値は、例えば、透過照明された照明光が直接検出された領域の信号強度である。次に、情報処理装置７０は、信号強度が所定値以上の領域を、孔Ｈと判定する。所定値は、例えば、取得した信号強度の最大値の９０％の値とする。
ここで、ノイズなどによって局所的に信号強度が高くなった領域が孔Ｈと判定される場合がある。そのため、信号強度が所定値以上の領域の面積が、設定値よりも大きくなった場合に、孔Ｈと判定してもよい。設定値は任意に設定可能である。また、上記の輝度プロファイルを取得する前に、画像Ｉ２に対してフィルターをかけることでノイズの除去や、緩やかな明るさムラの除去を行ってもよい。
情報処理装置７０は、孔Ｈを検出した場合、孔Ｈと目標位置ＴＰとの間の距離（最短距離）Ｄ２を計算する。
また、情報処理装置７０は、検出された孔Ｈを所定の色で描画する。図２４は、エッジＥを所定の色で描画する処理を説明するための図である。
図２４に示すように、情報処理装置７０は、画像Ｉ２上において、検出された孔Ｈを所定の色で描画する。これにより、孔Ｈを強調できる。
次に、情報処理装置７０は、加工領域５のエッジＥまたは孔Ｈが目標位置ＴＰに到達したか否かを判定する（Ｓ２１０）。
情報処理装置７０は、まず、エッジＥ０と目標位置ＴＰとの間の距離と、孔Ｈと目標位置ＴＰとの間の距離を比較する。情報処理装置７０は、エッジＥ０と目標位置ＴＰとの間の距離が、孔Ｈと目標位置ＴＰとの間の距離よりも小さい場合には、画像Ｉ２におけるエッジＥ０の座標および目標位置ＴＰの座標に基づいて、エッジＥ０が目標位置ＴＰに到達したか否かを判定する。例えば、画像Ｉ２の縦方向におけるエッジＥ０の座標および目標位置ＴＰの座標から、エッジＥ０が目標位置ＴＰに到達したか否かを判定できる。
情報処理装置７０は、孔Ｈと目標位置ＴＰとの間の距離が、エッジＥ０と目標位置ＴＰとの間の距離よりも小さい場合には、画像Ｉ２における孔Ｈの座標および目標位置ＴＰの座標に基づいて、孔Ｈが目標位置ＴＰに到達したか否かを判定する。
情報処理装置７０は、加工領域５のエッジＥまたは孔Ｈが目標位置ＴＰに到達していないと判定された場合（Ｓ２１０のＮｏ）、画像Ｉ２を取得する処理Ｓ２０４に戻る。
情報処理装置７０は、加工領域５のエッジＥまたは孔Ｈが目標位置ＴＰに到達したと判定されるまで、画像を取得する処理Ｓ２０４、加工領域５のエッジＥを検出する処理Ｓ２０６、孔Ｈを検出する処理Ｓ２０８、および目標位置ＴＰに到達したか否かを判定する処理Ｓ２１０を繰り返す。
情報処理装置７０は、加工領域５のエッジＥまたは孔Ｈが目標位置ＴＰに到達したと判定した場合（Ｓ２１０のＹｅｓ）、イオン源１０に対してイオンビームＩＢの照射を停止させる（Ｓ２１２）。
以上の処理により、情報処理装置７０は、二次ミリング処理を終了する。
３．４．２． 加工の終了時間を予測する処理
情報処理装置７０は、上述した二次ミリング処理と並行して、加工の終了時間を予測する処理を行う。
例えば、情報処理装置７０は、加工領域５のエッジＥと目標位置ＴＰとの間の距離、孔Ｈと目標位置ＴＰとの間の距離のうちの小さい方の距離を残留膜厚とし、残留膜厚の変化に基づいて、加工の終了時間を予測する。
図２５は、残留膜厚と加工を開始してからの経過時間との関係を示すグラフである。
図２５に示すように、残留膜厚を計算して、横軸が経過時間、縦軸が残留膜厚を示すグラフにプロットすることで、残留膜厚と経過時間との関係を示す関数を計算できる。図２５に示す例では、直線近似計算によって、残留膜厚と経過時間との関係を示す関数を計算した。この関数を用いて、残留膜厚がゼロになる時間を計算できる。情報処理装置７０は、残留膜厚がゼロになる時間、すなわち、加工の終了予定時間をＧＵＩ画面に表示する。
情報処理装置７０は、残留膜厚がゼロに近づく様子を、プログレスバー等で表して、表示部８０に表示してもよい。これにより、ユーザーは加工の進捗状況を把握できる。
３．４．３． 目標位置の自動設定
上述した図１８に示す二次ミリング処理では、図１７に示すように、ユーザーがカーソルＣを用いて目標位置ＴＰを指定することによって目標位置ＴＰを設定した。これに対して、情報処理装置７０が自動で目標位置ＴＰを設定してもよい。例えば、情報処理装置７０は、積層膜６と保護部材８の境界に、自動で目標位置ＴＰを設定する。
図２６は、情報処理装置７０の二次ミリング処理の変形例を示すフローチャートである。
図２６に示す二次ミリング処理の変形例は、孔を検出する処理Ｓ２０８の後に、目標位置ＴＰを設定する処理Ｓ２０９を行う点で、図１８に示す二次ミリング処理と異なる。その他の処理は、図１８に示す処理と同様でありその説明を省略する。
目標位置ＴＰを設定する処理Ｓ２０９は、図２０に示す加工領域５のエッジＥを検出する処理Ｓ２０６と同様に、画像Ｉ２の縦方向の輝度プロファイルを複数取得し、積層膜６と保護部材８の境界における輝度の変化から境界を検出する。情報処理装置７０は、検出した境界を目標位置ＴＰに設定する。情報処理装置７０は、このようにして境界を設定すると、画像Ｉ２上の境界に相当する位置に、目標位置ＴＰを示すマーカーを表示する。
このようにして、情報処理装置７０は、自動で目標位置ＴＰを設定できる。
４． 効果
４．１． 一次ミリングにおける効果
試料加工装置１００では、情報処理装置７０は、目標加工幅ＴＷの情報を取得する処理と、同軸落射照明された試料２を撮影して得られた画像Ｉ２を取得する処理と、取得した画像Ｉ２において、加工幅Ｗを測定する処理と、測定された加工幅Ｗが目標加工幅ＴＷ以上になった場合に、加工を終了する処理と、を行う。
上述したように、試料２を同軸落射照明することによって、図５に示すように、画像Ｉ２では、試料２の加工領域５、試料２の未加工領域、および遮蔽部材３０が明るくなるのに対して、傾斜面３が暗くなる。そのため、画像Ｉ２において容易に傾斜面３を抽出でき、２つの傾斜面３に挟まれた加工領域５を容易に特定できる。したがって、試料加工装置１００では、加工幅Ｗを正確に測定でき、加工幅Ｗに基づいて加工を終了するタイミングを正確に判断できる。この結果、一次ミリングにおいて試料２を再現性高く、かつ、精度よく加工できるため、二次ミリングにおける試料作製の成功率を向上できる。
試料加工装置１００では、情報処理装置７０は、加工幅Ｗを測定する処理において、画像Ｉ２を二値化して二値化画像Ｉ２Ｂを生成し、二値化画像Ｉ２Ｂにおいて加工幅Ｗを測定する。同軸落射照明された試料２を撮影して得られた画像Ｉ２では、加工領域５は明るくなり、傾斜面３が暗くなるため、二値化処理によって、傾斜面３を抽出できる。したがって、２つの傾斜面３に挟まれた加工領域５を容易に特定でき、加工幅Ｗを正確に測定できる。
試料加工装置１００では、情報処理装置７０は、加工幅Ｗを測定する処理において、画像Ｉ２を二値化して加工によって形成された傾斜面３を抽出し、抽出された傾斜面３の数が２つか否かを判定し、傾斜面３が２つの場合に、２つの傾斜面３の間の距離を測定することによって加工幅Ｗを測定する。そのため、試料加工装置１００では、２つの傾斜面３に挟まれた加工領域５を容易に特定でき、加工幅Ｗを正確に測定できる。
試料加工装置１００では、情報処理装置７０は、試料２を透過照明する照明光を発する透過照明装置４０を含み、カメラ６０は、同軸落射照明および透過照明された試料２を撮影する。試料２を透過照明することによって、画像Ｉ２において試料２と遮蔽部材３０との間の隙間、および試料２の下の空間が明るくなる。この結果、画像Ｉ２では、傾斜面３のみが暗くなり、２つの傾斜面３に挟まれた加工領域５を容易に特定できる。
試料加工装置１００では、情報処理装置７０は、加工幅Ｗの測定結果に基づいて、加工の終了時間を予測する処理を行う。そのため、試料加工装置１００では、ユーザーの負担を軽減できる。
試料加工装置１００では、情報処理装置７０は、画像Ｉ２を取得する処理において、試料２が水平になったタイミングでカメラ６０で撮影された画像Ｉ２を取得する。そのため、試料加工装置１００では、画像Ｉ２に対する画像処理において、試料２の傾斜を考慮しなくてよい。
試料加工装置１００では、情報処理装置７０は、カメラ６０で撮影された画像Ｉ２を取得する処理において、第１画像および第１画像よりも後に撮影された第２画像を取得し、第１画像において、隙間の大きさを測定する処理と、第２画像において、隙間の大きさを測定する処理と、第２画像における隙間の大きさを第１画像における隙間の大きさと比較する処理と、第２画像における隙間の大きさが第１画像における隙間の大きさよりも大き
い場合に、加工を終了する処理と、を行う。そのため、試料加工装置１００では、試料２の加工が正常に進んでいない場合に、自動で加工を中止することができる。
４．２． 二次ミリングにおける効果
試料加工装置１００では、情報処理装置７０は、画像Ｉ２を取得する処理と、加工の目標位置ＴＰの情報を取得する処理と、画像Ｉ２において加工領域５のエッジＥを検出する処理と、画像Ｉ２において加工領域５に形成された孔Ｈを検出する処理と、加工領域５のエッジＥまたは孔Ｈが目標位置ＴＰに到達したか否かを判定する処理と、加工領域５のエッジＥまたは孔Ｈが目標位置ＴＰに到達したと判定した場合に、加工を終了する処理と、行う。
このように、試料加工装置１００では、加工領域５のエッジＥおよび孔Ｈを検出し、加工領域５のエッジＥまたは孔Ｈが目標位置ＴＰに到達したと判定した場合に、加工を終了する。したがって、試料加工装置１００では、加工を終了するタイミングを正確に判断できる。さらに、試料加工装置１００では、再現性高く、試料２を加工できる。
試料加工装置１００では、情報処理装置７０は、孔Ｈを検出する処理において、画像Ｉ２の第１領域Ａ１の輝度、および第１領域Ａ１を挟む第２領域Ａ２および第３領域Ａ３の輝度に基づいて、第１領域Ａ１が孔Ｈか否かを判定する。具体的には、情報処理装置７０は、第１領域Ａ１の輝度と、第２領域Ａ２の輝度と第３領域Ａ３の輝度の平均値との差を、第１領域Ａ１の信号強度とし、当該信号強度が所定値以上の場合に、第１領域Ａ１を孔Ｈと判断する。これにより、孔Ｈを特定できる。
試料加工装置１００では、情報処理装置７０は、加工領域５のエッジＥと目標位置ＴＰとの間の距離が孔Ｈと目標位置ＴＰとの間の距離よりも小さい場合には、加工領域５のエッジＥと目標位置ＴＰとの間の距離に基づいて、加工の終了時間を予測する処理を行う。また、情報処理装置７０は、孔Ｈと目標位置ＴＰとの間の距離が加工領域５のエッジＥと目標位置ＴＰとの間の距離よりも小さい場合には、孔Ｈと目標位置ＴＰとの間の距離に基づいて、加工の終了時間を予測する処理を行う。そのため、試料加工装置１００では、正確に加工の終了時間を予測できる。
試料加工装置１００では、試料２は、加工対象物である積層膜６と、加工対象物に接着された保護部材８と、を含み、情報処理装置７０は、目標位置ＴＰの情報を取得する処理において、画像Ｉ２上において積層膜６と保護部材８との境界を特定し、当該境界の位置を目標位置ＴＰに設定する。このように、試料加工装置１００では、自動で目標位置ＴＰを設定できる。
５． 変形例
５．１． 第１変形例
上述した実施形態では、二次ミリングにおいて試料２の厚さに応じて、段階的に加速電圧を変更してもよい。例えば、試料２が薄くなるにしたがって、加速電圧を下げてもよい。これにより、イオンビームＩＢの照射による試料２の損傷の影響を低減できる。
例えば、加工領域５のエッジＥと目標位置ＴＰとの間の距離、孔Ｈと目標位置ＴＰとの間の距離のうちの小さい方の距離である残留膜厚は、試料２の厚さに対応する。
そのため、測定された残留膜厚に応じて、段階的に加速電圧を変更する。すなわち、残留膜厚が小さくなるにしたがって、段階的に加速電圧を低下させる。これにより、イオンビームＩＢの照射による損傷の少ない試料を作製できる。
５．２． 第２変形例
図９に示す一次ミリング処理において、情報処理装置７０は、画像Ｉ２の位置ずれを補正する処理を行ってもよい。
例えば、イオンビームＩＢの照射によるダメージを低減するために試料２を冷却すると、試料２の温度変化や試料ステージ２０の温度変化によって、撮影された画像Ｉ２に位置ずれが生じる場合がある。また、例えば、試料ステージ２０のスイング機構の機械的な動作ガタによっても、撮影された画像Ｉ２に位置ずれが生じる場合がある。
そのため、試料加工装置１００は、最初に取得された画像Ｉ２を基準として、その後に撮影された画像Ｉ２の位置ずれを補正する。例えば、２つの画像Ｉ２のそれぞれにおいて、試料２と遮蔽部材３０との間の隙間の位置や試料２のエッジを、輝度プロファイルなどで特定し、その位置のずれを補正することで行う。なお、２つの画像Ｉ２に対してパターンマッチングを行うことで、位置ずれを補正してもよい。
画像Ｉ２の位置ずれを補正することで、加工幅Ｗを測定する位置Ｐの位置のずれを補正できる。
また、同様に、図１８に示す二次ミリング処理においても、同様に、情報処理装置７０は、画像Ｉ２の位置ずれを補正する処理を行ってもよい。画像Ｉ２の位置ずれを補正することで、目標位置ＴＰの位置ずれを補正できる。
５．３． 第３変形例
上述した実施形態では、二段ミリング法の一次ミリングにおいて、加工幅Ｗに基づいて加工の終了を判断したが、この加工の終了を判断する手法はその他の試料加工方法にも適用できる。例えば、クロスセクションポリッシャ（登録商標）で断面試料を作製する場合にも、加工幅Ｗに基づいて加工の終了を判断できる。
図２７は、第３変形例に係る試料加工装置２００の構成を示す図である。図２７に示す試料加工装置２００において、図１に示す試料加工装置１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。
試料加工装置２００では、遮蔽部材３０は、板状の遮蔽板であり、試料２の直上に配置される。イオン源１０からイオンビームＩＢが照射されると、試料２の遮蔽部材３０から突き出た部分がスパッタされ、遮蔽部材３０の端面の位置で試料２の断面が露出される。試料加工装置２００では、このようにして断面試料を作製できる。
図２８は、カメラ６０で撮影された、加工前の試料２の画像Ｉ２を模式的に示す図である。
観察対象が図２８に示す加工領域ＴＡである場合に、上述した図８に示す加工幅Ｗを測定する位置を指定する場合と同様に、カーソルＣを用いて加工幅Ｗを測定する位置を指定してもよい。
図２９は、試料加工装置２００における情報処理装置７０の試料加工処理の一例を示すフローチャートである。
図２９に示すように、試料加工装置２００では、図９に示す一次ミリング処理と、集合体が２つか否かを判定する処理Ｓ１１２および集合体のエッジを直線近似計算する処理Ｓ１１４を行わない点で異なる。さらに、試料加工装置２００では、加工幅Ｗを測定する処
理Ｓ１１６が異なる。
図３０は、試料加工装置２００における加工幅Ｗを測定する処理Ｓ１１６を説明するための図である。
図３０に示すように、加工幅Ｗは、集合体（傾斜面３）の内側のエッジの位置Ｐ３から測定する。位置Ｐ３は、加工幅Ｗを測定する位置Ｐを示す直線と、集合体の内側のエッジと、が交わる点の位置である。図３０に示すように、加工が進むと、加工幅Ｗを測定する位置Ｐを示す直線と、集合体の内側のエッジと、が交わる点が２つになり、この２つの位置Ｐ３間の距離が加工幅Ｗとなる。情報処理装置７０は、この位置Ｐ３間の距離を測定することで、加工幅Ｗを測定する。
図３１は、加工幅を測定する位置Ｐの設定方法の変形例を説明するための図である。
図３１に示すように、加工領域ＴＡを指定する枠Ｆを用いて、加工幅Ｗを測定する位置を指定してもよい。図示の例では、枠Ｆの形状は楕円であるが、枠Ｆの形状は特に限定されず、四角形や円であってもよい。情報処理装置７０は、枠Ｆを用いて加工幅Ｗが指定される場合、例えば、枠Ｆ内において複数の加工幅Ｗを測定する位置Ｐを設定する。そして、情報処理装置７０は、この複数の位置Ｐで測定された加工幅Ｗがすべて目標加工幅ＴＷ以上になれば、加工を終了すると判断する。
試料加工装置２００では、試料加工装置１００と同様に、加工幅Ｗを正確に測定でき、加工幅Ｗに基づいて加工を終了するタイミングを正確に判断できる。
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成を含む。実質的に同一の構成とは、例えば、機能、方法、及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成である。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。
２…試料、２ａ…第１端部、２ｂ…第２端部、３…傾斜面、４…基板、５…加工領域、６…積層膜、８…保護部材、１０…イオン源、１２…制御回路、２０…試料ステージ、３０…遮蔽部材、４０…透過照明装置、４２…照明調光回路、４４…同軸落射照明装置、４６…照明調光回路、５０…光学系、５２…ハーフミラー、６０…カメラ、７０…情報処理装置、８０…表示部、１００…試料加工装置、２００…試料加工装置

Claims (7)

  1. 試料にイオンビームを照射して前記試料を加工する試料加工装置であって、
    前記試料に前記イオンビームを照射するイオン源と、
    前記試料上に配置され、前記イオンビームを遮蔽する遮蔽部材と、
    前記試料を保持する試料ステージと、
    前記試料を撮影するカメラと、
    前記カメラの光軸に沿って照明光を前記試料に照射する同軸落射照明装置と、
    前記カメラで撮影された画像に基づいて、加工の終了を判断する処理部と、
    を含み、
    前記処理部は、
    目標加工幅の情報を取得する処理と、
    前記画像を取得する処理と、
    取得した前記画像において、加工幅を測定する処理と、
    測定された前記加工幅が前記目標加工幅以上になった場合に、加工を終了する処理と、を行う、試料加工装置。
  2. 請求項１において、
    前記処理部は、前記加工幅を測定する処理において、前記画像を二値化して二値化画像を生成し、前記二値化画像において前記加工幅を測定する、試料加工装置。
  3. 請求項２において、
    前記処理部は、前記加工幅を測定する処理において、
    前記画像を二値化して加工によって形成された傾斜面を抽出し、
    抽出された前記傾斜面の数が２つか否かを判定し、
    前記傾斜面が２つの場合に、２つの前記傾斜面の間の距離を測定することによって前記加工幅を測定する、試料加工装置。
  4. 請求項１ないし３のいずれか１項において、
    前記試料を透過照明する照明光を発する透過照明装置を含み、
    前記カメラは、同軸落射照明および透過照明された前記試料を撮影する、試料加工装置。
  5. 請求項１ないし４のいずれか１項において、
    前記処理部は、前記加工幅の測定結果に基づいて、加工の終了時間を予測する処理を行う、試料加工装置。
  6. 請求項１ないし５のいずれか１項において、
    前記試料ステージは、前記試料を揺動させるスイング機構を有し、
    前記処理部は、前記画像を取得する処理において、前記試料が水平になったタイミングで前記カメラで撮影された前記画像を取得する、試料加工装置。
  7. 試料にイオンビームを照射して前記試料を加工する試料加工装置を用いた試料加工方法であって、
    目標加工幅の情報を取得する工程と、
    前記試料を同軸落射照明して撮影された画像を取得する工程と、
    取得した前記画像において、加工幅を測定する工程と、
    測定された前記加工幅が前記目標加工幅以上になった場合に、加工を終了する工程と、を含む、試料加工方法。
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