JP4431459B2 - 集束イオン・ビーム装置及び集束イオン・ビーム照射方法 - Google Patents
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Description
図1は、本発明によるFIB-SEMの構成例を示す概略図である。Ga液体金属イオン源1から放出されたGaイオンは加速電極2が発生する電場により加速され、例えば30keVの運動エネルギーを持つGaイオン・ビーム3となる。イオン・ビームは静電型コンデンサ・レンズ4で一旦クロス・オーバー5に集束され(あるいは、クロス・オーバーを持たせず、ほぼ平行状態に集束され)、更に静電型対物レンズ6で試料7上に集束される。Gaイオン・ビーム3はGa69及びGa71の2種類の同位体からなり、その含有量の比は約6:4である。
図8は、本発明によるFIB-SEMの他の構成例を示す概略図である。通常、SEM11の対物レンズ8は頻繁に励磁を変化させる必要がある。焦点距離を変化させる、或いは加速電圧を変化させる等の場合である。これに応じてFIB装置のイオン・ビーム光軸上の磁場の大きさも変化し、結果として試料7上のイオン・ビーム・スポットは変位し、この変位量に比例して同位体分離が発生する。
図9は、本発明によるFIB-SEMの更に他の構成例を示す概略図である。イオン・ビーム3を偏向させる外部磁場がSEMの対物レンズ8が発生する磁場以外にも存在し、かつ外部磁場の大きさが変化する場合には、実際に存在する磁場を測定することが有効である。本実施例では図9に示すように磁場測定子14を設け、その出力を補正磁場制御部12に入力する。ここでは磁場測定子としてHall素子を用いているが、磁気抵抗素子等の磁場測定が可能な素子であれば何を使用してもよい。SEM対物レンズ8が磁場を発生していない場合には、補正磁場制御部12は磁場測定子14が測定した磁場に比例した電流を補正磁場発生部10のコイルに流す。
図10は、本発明によるFIB-SEMの別の構成例を示す概略図である。SEM17の電子ビーム11の光軸とイオン・ビーム3の光軸とは試料7のほぼ1点20でほぼ直角に交差しており、SEM17の電子ビーム11の光軸上で前記交差点20に対して前記SEMの対物レンズ8と反対側に電子検出器19が配置されている。本実施例では、SEMを走査型透過電子顕微鏡(STEM)として使用する。試料7のSTEM観察のための所望個所が薄膜7aとして残るようにその周辺をFIB加工する。また、薄膜試料7aに対して入射してくる電子ビーム11とそこから透過して電子検出器19に向かう透過電子ビーム18の光路もFIB加工により確保する。透過電子ビーム18は入射方向とほぼ同じ方向に進む小角散乱透過電子ビーム18aと入射方向から大きく外れた広角散乱透過ビーム18bからなり、それぞれの電子検出器19a及び19bで検出する。各々の検出器の信号を入射電子の走査と同期させた走査画像の輝度信号として走査画像を形成すると、それぞれ明視野像及び暗視野像が得られる。透過電子の散乱角度分布は試料の原子番号に強く依存し、原子番号が大きいほど広角散乱の割合が多くなる。そのため、暗視野像では原子番号コントラストの強い画像が得られる。
Claims (14)
- イオン源と、前記イオン源から放出されたイオン・ビームを試料上に集束させる集束イオン・ビーム光学系とを含む集束イオン・ビーム装置において、
前記試料側に磁場を発生させる対物レンズを持つ走査電子顕微鏡と、
該走査電子顕微鏡からの磁場の影響による前記イオン・ビームの偏向を補正するために前記イオン・ビームの光軸上に補正磁場を発生させる補正磁場発生部と、
前記走査電子顕微鏡の対物レンズの励磁電流を入力信号として、前記補正磁場発生部から発生する補正磁場を制御する補正磁場制御部と、を備え、
前記イオン・ビーム光学系は、前記走査電子顕微鏡の光軸近傍の下向き(或いは上向き)の強い磁場が存在する領域と、前記対物レンズの外側の上向き(或いは下向き)の弱い磁場が存在する領域と、を前記イオン・ビームが貫通するように構成されていることを特徴とする集束イオン・ビーム装置。 - 請求項1記載の集束イオン・ビーム装置において、前記走査電子顕微鏡の光軸と前記イオン・ビームの光軸とが前記試料上の1点で交差していることを特徴とする集束イオン・ビーム装置。
- 請求項2記載の集束イオン・ビーム装置において、前記走査電子顕微鏡の光軸と前記イオン・ビームの光軸の交差角がほぼ90度であり、前記走査電子顕微鏡の光軸上で前記交差点に対して前記走査電子顕微鏡の対物レンズと反対側に電子検出器を配置したことを特徴とする集束イオン・ビーム装置。
- 請求項1〜3のいずれか1項記載の集束イオン・ビーム装置において、前記集束イオン・ビーム光学系の周辺に少なくとも一個の磁場測定子を備え、前記磁場測定子の出力を入力信号として、前記補正磁場発生部から発生する補正磁場を制御する補正磁場制御部を有することを特徴とする集束イオン・ビーム装置。
- 請求項1〜4のいずれか1項記載の集束イオン・ビーム装置において、前記集束イオン・ビーム光学系を覆う磁気遮蔽体を備えたことを特徴とする集束イオン・ビーム装置。
- 請求項1〜5のいずれか1項記載の集束イオン・ビーム装置において、前記イオン・ビームは質量電荷比の異なるイオン種を複数有することを特徴とする集束イオン・ビーム装置。
- 請求項6記載の集束イオン・ビーム装置において、前記イオン種は同位体であることを特徴とする集束イオン・ビーム装置。
- 請求項1〜7のいずれか1項記載の集束イオン・ビーム装置において、前記イオン源がGa液体金属イオン源であることを特徴とする集束イオン・ビーム装置。
- 請求項1〜8のいずれか1項記載の集束イオン・ビーム装置において、前記補正磁場発生部は前記イオン・ビームの光軸上に配置され、かつ前記イオン・ビームを全て通過させるビーム通路を備えていることを特徴とする集束イオン・ビーム装置。
- 請求項9記載の集束イオン・ビーム装置において、前記補正磁場発生部は磁気遮蔽体で覆われていることを特徴とする集束イオン・ビーム装置。
- 請求項1〜10のいずれか1項記載の集束イオン・ビーム装置において、2つの前記補正磁場発生部が2段直列に構成されていることを特徴とする集束イオン・ビーム装置。
- 請求項1〜10のいずれか1項記載の集束イオン・ビーム装置において、1段の補正磁場発生部と静電偏向器を備えることを特徴とする集束イオン・ビーム装置。
- 集束イオン・ビーム装置において、イオン源から放出されたイオン・ビームを集束イオン・ビーム光学系によって集束して試料に照射する集束イオン・ビーム照射方法であって、
前記集束イオン・ビーム装置は、
励磁電流により前記試料側に磁場を発生させる対物レンズを持つ走査電子顕微鏡と、
該走査電子顕微鏡からの磁場の影響による前記イオン・ビームの偏向を補正するために前記イオン・ビームの光軸上に補正磁場を発生させる補正磁場発生部と、を備え、
前記イオン・ビーム光学系は、前記走査電子顕微鏡の光軸近傍の下向き(或いは上向き)の強い磁場が存在する領域と、前記対物レンズの外側の上向き(或いは下向き)の弱い磁場が存在する領域と、を前記イオン・ビームが貫通するように構成されており、
前記イオン・ビーム照射方法は、
前記イオン・ビームの少なくとも一部の光路において、当該イオン・ビームの光軸に垂直な成分を有する補正磁場を印加するステップと、
前記走査電子顕微鏡の対物レンズの励磁電流を入力信号として、前記補正磁場発生部から発生する補正磁場を制御する制御ステップと、を有し、
前記走査電子顕微鏡からの磁場の影響による前記イオン・ビームの偏向の結果として生ずる試料上のイオン・ビーム・スポットのずれを前記補正磁場で相殺する結果、前記走査電子顕微鏡からの磁場が存在しない場合と同一の位置にイオン・ビーム・スポットを形成することを特徴とする集束イオン・ビーム照射方法。 - 集束イオン・ビーム装置において、イオン源から放出された複数種の質量電荷比の異なるイオン種から成るイオン・ビームを集束イオン・ビーム光学系によって集束して試料に照射する集束イオン・ビーム照射方法であって、
前記集束イオン・ビーム装置は、
励磁電流により前記試料側に磁場を発生させる対物レンズを持つ走査電子顕微鏡と、
該走査電子顕微鏡からの磁場の影響による前記イオン・ビームの偏向を補正するために前記イオン・ビームの光軸上に補正磁場を発生させる補正磁場発生部と、を備え、
前記イオン・ビーム光学系は、前記走査電子顕微鏡の光軸近傍の下向き(或いは上向き)の強い磁場が存在する領域と、前記対物レンズの外側の上向き(或いは下向き)の弱い磁場が存在する領域と、を前記イオン・ビームが貫通するように構成されており、
前記イオン・ビーム照射方法は、
前記イオン・ビームの少なくとも一部の光路において、当該イオン・ビームの光軸に垂直な成分を有する補正磁場を印加するステップと、
前記走査電子顕微鏡の対物レンズの励磁電流を入力信号として、前記補正磁場発生部から発生する補正磁場を制御する制御ステップと、を有し、
前記走査電子顕微鏡からの磁場の影響による前記イオン・ビームの偏向の結果として生ずる、試料上での前記質量電荷比の異なるイオン種のイオン・ビーム・スポットの分離を前記補正磁場で相殺する結果、前記試料上に単一のイオン・ビーム・スポットを形成することを特徴とする集束イオン・ビーム照射方法。
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