JP2926426B2 - 集束イオンビーム加工方法 - Google Patents

集束イオンビーム加工方法

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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は集束イオンビーム装置の試料位置を決める方
法に関するものである。
〔発明の概要〕
試料を加工または試料表面を観察するために、試料を
イオンビーム加工装置の真空チャンバー内所定位置に移
動させる工程に際して、加工または観察中の試料表面の
上方に最も近くに位置する2次荷電粒子検出器または試
料表面に膜を形成する場合に必要なガスノズルに試料が
衝突しないようにするための方法である。まず、試料を
イオンビーム加工装置に挿入する前に、所定の試料ホル
ダに載置された試料を加工または観察(以下、単に加工
と言う)する位置を光学顕微鏡にて観察し、その観察し
たときの観察位置を試料ホルダにより決められた3次元
の座標を読み取る。次に試料を搭載した試料ホルダをイ
オンビーム加工装置のステージに載置して、光学顕微鏡
にて読み取った座標に基づいてステージを移動させる。
これにより、光学顕微鏡で確認した試料表面位置を集束
イオンビーム加工装置の所定位置に設定することができ
る。また、光学顕微鏡で読み込む試料の表面位置は1箇
所である必要はなく、試料表面の幾つかの個所を光学顕
微鏡にて観察し、その位置の3次元座標を読み取り、そ
れらのデータに基づいて順次ステージに移動させること
により、複数箇所の位置合わせができる。
〔従来の技術〕
集束イオンビーム加工装置は、その装置の真空チャン
バー内に試料を挿入し、試料を所定位置に移動して、集
束イオンビームを試料の所定に照射する装置である。ま
た、集束イオンビーム照射により発生する2次荷電粒子
を検出する2次荷電粒子検出器を集束イオンビーム照射
位置近傍に備えている。また更に、薄膜を形成するため
は有機化合物上記を、試料表面を除去するためにはエッ
チングガスを試料の集束イオンビーム照射位置に吹き付
けるガスノズルを集束イオンビーム照射位置近傍に備え
ているものある。試料を当装置の所定位置に移動すると
き、試料の厚さが厚い(高さが高い)とき、集束イオン
ビーム照射側の試料上方にある2次荷電粒子検出器71、
またはガスの吹き付けるガスノズル72に接触する危険を
さけるため、従来は第2図に示すように、集束イオンビ
ーム源およびイオンレンズ系(図示せず)を納めている
イオンビーム鏡筒30を上部に備えた真空チャンバー31の
試料取り出し口32の前方に試料位置出し用光学顕微鏡33
を備える。試料1は試料ホルダ2に載置されており、試
料ホルダ2は光学顕微鏡33の試料ステージ3に載置され
る。試料ステージ3は試料搬送装置34に取り付けられて
いる。試料搬送装置34は真空チャンバー31内の所定位置
に移動可能になっている。集束イオンビーム加工装置に
て観察または加工する試料1の位置を光学顕微鏡の試料
ステージ3をXY(平面方向)Z(高さ方向)方向に3次
元的に動かして光学顕微鏡33にて焦点を合わせて観察す
る。以上により、集束イオンビーム加工装置に試料の加
工する位置は一意的に決まる。
次に、試料ステージ3を載置している試料搬送装置34
を真空チャンバー31の所定位置に移動する。試料移動装
置の移動は、光学顕微鏡にて焦点を合わせて観察した試
料位置が、焦点イオンビーム加工装置の加工位置に位置
するようになっている。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記述来例では、真空チャンバー31の試料取り出し口
32の前に光学顕微鏡33試料移動装置を備えているため、
真空チャンバー31の試料取り出し口32の前に予備的な真
空室を取り付けることは困難である。とくに、大型の試
料1を集束イオンビーム加工装置で加工する場合、当然
ながら真空チャンバーも大きくなり、試料1を真空チャ
ンバー31に出し入れするときに行う排気にかかる排気時
間がながくなり、集束イオンビーム加工装置を使用する
効率が悪くなるばかりでなく加工するまでに時間が多大
にかかってしまう。ここでどうしても使用効率等を上げ
るため、試料取り出し口32の前に予備的な真空室を取り
付け、真空チャンバー31の真空を破ることなく試料取り
出し口32で試料1を出し入れすることが必要になる。つ
まり、光学顕微鏡があるため予備的な真空室を従来の集
束イオンビーム加工装置へ備えることはできないという
課題がある。
上記課題を解決するため本発明の目的は、集束イオン
ビーム加工装置へ試料を移動するさいに、試料上の所定
個所を速やかに集束イオンビーム加工装置の加工位置へ
移動することを目的とする。
〔課題を解決するための手段〕
本発明に係わる集束イオンビーム加工装置の試料の位
置決め方法は、集束イオンビームを試料ホルダに載置さ
れた試料の表面に走査しながら照射し、前記集束イオン
ビーム照射により試料表面から発生する2次荷電粒子を
検出する集束イオンビーム加工装置の前記試料の位置を
決める方法において、予め前記試料を試料ホルダに載置
し、光学顕微鏡にて試料の前記集束イオンビームを試料
表面に走査しながら照射する試料表面位置を観察し、前
記試料表面位置の前記ホルダのある特定位置からずれを
3次元的に検出し、検出された前記ずれ量に基づいて、
前記集束イオンビーム加工装置の前記試料を載置してい
る前記試料ホルダを保持するステージを移動させること
を特徴とする集束イオンビーム加工装置の試料の位置決
めることである。
〔作用〕
本発明においては、光学顕微鏡にて、試料上の集束イ
オンビーム加工装置で加工すべき加工位置を座標で特定
し、その加工位置の座標に基づいて、集束イオンビーム
加工装置の試料位置を移動することにより、試料位置出
しのための光学顕微鏡を集束イオンビーム加工装置の試
料取り出し口に備えることなく、それぞれを別体で試料
の位置出しを行うことができる。
〔実施例〕
以下、本発明を図面に基づいて説明する。
第1図は本発明を概略的に示したもので、本発明は、
試料ホルダ2に搭載されている試料1の加工位置の3次
元的位置を光学顕微鏡33で検出し、その位置をCPU60に
記憶させ、試料ホルダ2に搭載されている試料1を集束
イオンビーム加工装置90に移し、CPU90に記憶した加工
位置データに基づき試料ホルダ2の位置を動かすことで
ある。
更に、詳しく説明する。集束イオンビーム加工装置90
は第3図に示す構造である。イオン銃41からでたイオン
ビーム42はイオン光学系43により、集束イオンビーム44
に集束され、試料1の加工位置または加工位置近傍を走
査しながら照射する。試料1は試料ホルダ2に保持され
ており、さらに試料ホルダ2は集束イオンビーム装置の
加工試料ステージ40に載置されている。加工試料ステー
ジ40は3次元的(XYZ)に移動可能になってまり、外部
からの移動データにより移動可能になっている。集束イ
オンビーム44の試料表面照射により発生する2次荷電粒
子45を2次荷電粒子検出器46により検出する。2次荷電
粒子45を検出した2次荷電粒子検出器46はその強度信号
を画像表示装置47に出力し集束イオンビームの走査信号
と同期させて、試料表面の画像を表示する。2次荷電粒
子検出器46の検出先端は、2次荷電粒子45の採り入れ量
を多くするため、集束イオンビーム44の試料1照射位置
の近くに設けられている。また、集束イオンビーム44の
試料1照射位置に有機化合物蒸気を吹き付けるノズル48
が試料1の集束イオンビーム照射位置の極近傍に取り付
けられている。集束イオンビーム加工は真空状態になっ
ている真空チャンバー31内で行われる。試料1の出し入
れは真空チャンバー31に設けられた試料出し入れ口32の
ドアを開けておこなわれる。試料出し入れ口32の大気側
には予備真空チャンバー49が取り付けられている。予備
真空チャンバー49には試料1の出し入れのための開閉窓
50と試料1を保持している試料ホルダ2を真空チャンバ
ー31内の加工試料ステージ40を載置する移動装置34が備
えられている。
第4図は、試料1を試料ホルダ2に取り付けて光学顕
微鏡33で試料上の加工位置を特定する状況を示す側面図
である。試料1は試料ホルダ2に取り付けられており、
簡易的に固定されている。試料1を取り付けている試料
ホルダ2を光学顕微鏡33の試料ステージ3に取り付け
る。このとき、試料ホルダ2を試料ステージ3に取り付
ける位置は一意的に決まるようになっている。例えば、
試料ステージ3に試料ホルダ2の大きさに凹部を設け、
その凹部に試料ホルダ2を配置する。または、試料ステ
ージ3にL字状の凸部を設け、そのL字の内側に試料ホ
ルダ2を合わせるように載置し、L字のコーナの対角方
向から試料ホルダ2を押しつける(図示せず)。次に、
試料ホルダ2を平面方向(XY方向)に動かし試料1表面
上の加工位置を光学顕微鏡33で捜し出すと同時に、試料
ステージ3を上下方向(Z方向)に移動し、捜し出した
加工位置の光学顕微鏡33の焦点を合わせる。位置出しと
焦点合わせした状態の試料ステージ3のXYZ位置座標を
読み取る。光学顕微鏡33には、試料ステージ3の位置を
測定する座標位置検出装置(図示せず)が備えられてい
る。なお、試料1の加工位置は1箇所にかぎることはな
く、1つの試料1において複数個所の加工位置が存在す
るときは、それぞれの座標を読み取る。
次に、光学顕微鏡33にて読み取った座標データをCPU6
0に入力する。試料1は試料ホルダ2ごと光学顕微鏡か
ら取り外し、予備真空チャンバー49の開閉窓50を開き試
料ホルダ2ごと移動装置51に乗せる。開閉窓50を閉じ、
真空ポンプ(図示せず)で予備真空チャンバー49内を真
空にする。試料出し入れ口32のドアを開け試料ホルダ2
を加工試料ステージ40に載置する。ここで、集束イオン
ビーム加工装置本体の真空チャンバー31内はすでに真空
状態になっており、真空チャンバー31内の真空を破るこ
となく試料出し入れ口32のドアを開けることができる。
試料1および試料ホルダ2を載置した加工試料ステー
ジ40はCPU60に取り込んだ加工位置の座標に基づいてXYZ
方向に移動する。
所定の位置に移動した試料1は、集束イオンビーム44
をある範囲走査し、その走査により得られた画像より、
所定の加工領域を探し、加工試料ステージ40を更に動か
し試料1の位置の調整を行う。正確に位置された試料
は、集束イオンビーム44を試料1上の特定領域を走査さ
せながら照射する。試料1の特定領域はイオンスパッタ
により、除去加工される。また、有機化合物蒸気を吹き
付けながら集束イオンビーム44を照射すると試料1表面
の集束イオンビーム44照射領域のみ膜が形成される。形
成される膜は、有機化合物の種類により、金属導体膜
や、不透明膜や、不導体膜にすることができる。
次に、試料1の光学顕微鏡33での座標の求め方に付い
て説明する。試料1を取り付けた試料ホルダ2を光学顕
微鏡33の試料ステージ3に載置する。仮に、第5図およ
び第6図に示すように試料ステージ3の中心61をX1
0、Y1=0とし、光学顕微鏡の焦点が試料ステージ3表
面に結ぶ高さ位置をZ1=0とする。位置を試料ホルダ2
に固定し、その試料ホルダ2を光学顕微鏡33の試料ステ
ージ3に所定の位置に載置する。試料ステージ3をXYZ
方向に動かしながら試料1の加工位置62を探しだし、光
学顕微鏡33の焦点を試料1の加工位置62に合わせる。こ
のときの、試料ステージ3の移動量を試料1の加工位置
座標とする。次に、この位置座標のデータをCPU60に入
力し、記憶させておく。加工位置62は一個所に限らず複
数個所の位置座標を求めることも可能である。
加工位置の座標を求めた試料1は試料ホルダ2に取り
付けたまま、加工試料ステージ40に載置し、前述の予備
真空チャンバー49を介して、集束イオンビーム加工装置
本体の加工位置62の場所へ加工試料ステージ40をCPU60
に取り込んだ加工位置62の位置座標を基に移動させる。
加工試料ステージ40の移動する場所は光学顕微鏡33で求
めた位置座標の位置である。ここで、試料ホルダ2を基
準に光学顕微鏡33で求めた原点(0、0、0)位置が、
集束イオンビーム加工装置本体の集束イオンビーム44が
加工するのに、最も適切を位置と一致する点を加工試料
ステージ40の原点位置とする。また、光学顕微鏡の試料
ステージ3と集束イオンビーム加工装置本体の加工試料
ステージ40のX、Y、Z方向を試料ホルダ2の移動と一
致するようにする。
ここで、試料1は所定の位置に移動されるが、X、Y
方向(水平方向)の移動が終了する前に、Z方向(垂直
方向)の移動が終了するようにする。つまり、試料1の
表面が2次荷電粒子検出器41、及びガスノズル48に接触
することなく、諸定位置に移動される。
さらには、光学顕微鏡33にレザーマーカ(図示せず)
を取り付け、試料1の加工位置62を探し出した後、その
加工位置62の近傍にレザーマークを付ける。レザーマー
ク位置およびマークと加工位置とのズレ量をCPU60に読
み込んだ後、試料1を保持している試料ホルダ2を加工
試料ステージ40にセットし、加工試料ステージ40を、CP
U60に読み込んだレザーマーク位置とズレ量に基づき、
加工試料ステージを移動させる。所定位置に試料1を移
動させたあと、集束イオンビーム44を試料1の表面に照
射し、その2次荷電粒子45を検出し、画像検出して、目
標加工位置を確認する。さらに、確認した加工位置が集
束イオンビーム44の走査範囲の周辺部にあるばあい、加
工試料ステージ40を微動させて、走査範囲のほぼ中央に
移動させる。
〔発明の効果〕
以上の方法により、試料の加工位置の確認と設定が容
易にでき、また、装置および試料のを損傷させることが
なくなると同時に、集束イオンビーム加工装置に予備チ
ャンバーを備えることができ、生産性が向上する。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明の一実施例を示すブロック図、第2図
は従来技術を示す断面図、第3図は本発明に関わる集束
イオンビーム装置の断面図、第4図は本発明に関わる光
学顕微鏡の側面図、第5図は、試料加工位置を示す平面
図、第6図は試料加工位置を示す側面図である。 1……試料、2……試料ホルダ、3……試料ステージ、
33……光学顕微鏡、34……移動装置、40……加工試料ホ
ルダ、61……原点、60……CPU、90……集束イオンビー
ム加工装置

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】集束イオンビームを試料ホルダに載置され
    た試料の表面に走査させながら照射し、前記集束イオン
    ビーム照射により試料表面から発生する2次荷電粒子を
    検出し、前記2次電子検出強度に基づき試料表面の画像
    を表示し、前記画像に基づいて加工領域を探し、前記試
    料上の特定領域にて前記イオンビームを走査することに
    より前記試料の特定領域を集束イオンビーム装置にて加
    工するイオンビーム加工方法において、 予め前記試料を試料ホルダに載置し、前記試料を載置し
    た前記試料ホルダを光学顕微鏡の試料ステージの予め決
    められた位置に搭載し、前記試料ステージをXY方向に動
    かし前記試料上の特定領域を前記光学顕微鏡で捜し出す
    と同時に、試料ステージをZ方向に移動し、捜し出した
    特定領域を前記光学顕微鏡の焦点に合わせ、試料ステー
    ジのXYZ位置から前記試料の特定領域の前記ホルダ上の
    座標を3次元的に検出し、前記試料を載置している前記
    試料ホルダを前記集束イオンビーム装置の試料ステージ
    に載置し、前記検出した試料特定領域の前記ホルダ上の
    3次元的座標に基づいて、前記集束イオンビームの照射
    位置に前記試料の特定領域が位置するように、前記ホル
    ダを載置している前記集束イオンビーム装置のステージ
    を移動させることを特徴とする集束イオンビーム加工方
    法。
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