JP4560272B2 - 試料加工方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、集束イオンビーム（Focused Ion Beam：ＦＩＢ）を用いた加工方法及び加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
微細デバイスや新機能材料などの断面加工、透過電子顕微鏡用試料の作製、微細機械部品などのマイクロマシニングなどにＦＩＢ装置が利用されている（例えば、特許文献１参照）。例えば、試料からサンプルを切り出すＦＩＢ加工には、試料上の異なる場所を加工するためのステージ移動、異なる方向から加工するためのステージ回転、ビーム電流やビーム径の変更、スパッタからデポジションへの変更などを含む複数の工程が必要とされる。サンプリング加工のための方式としては、試料上の所望する位置に所望する形状を所望する条件で個別に加工する単純加工方式、個別の加工を複数組み合わせて１つのサンプルを切り出す処理として続けて実行するサンプリング加工方式、あるいはサンプリング加工を複数用意し、これらを一括して実行する自動加工方式がある。
【０００３】
【特許文献１】
特公平７−７１７５５号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
単純加工方式、サンプリング加工方式及び自動加工方式のいずれの場合も、オペレータが設定した加工手順に従って加工することになる。従って、装置の機構・性能から見て無駄な動きを強いることがあり、これが原因でトータル加工時間の浪費、加工精度の不安定化をまねいていた。
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑み、加工対象試料上に散在する加工箇所の加工順序を適正化するＦＩＢ加工方法を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、複数の工程を必要とするＦＩＢ加工において、加工の順序を適切なものに並べ替えて実行することにより、ステージ移動距離の短縮、ステージ回転回数の削減及び加工の種類選択のための機構切換え回数削減を実現し、トータル加工時間の短縮と加工精度の向上を図る。
【０００６】
すなわち、本発明による試料加工方法は、集束イオンビームをステージに載置した試料に対して斜め方向から照射して試料を加工する試料加工方法において、試料の加工を、同じ前提条件のもとにステージの移動、ビーム種別の変更及び加工種別の変更を行わずに加工できる最小加工単位の集合に分割し、未加工である複数の最小加工単位の中から、現在のステージ、ビーム種別及び加工種別の状態との関係をもとに次に加工すべき最小加工単位を探索し、探索された最小加工単位の加工を行うことを特徴とする。
【０００７】
次に加工すべき最小加工単位を順次探索して最初に加工の順番だけを決定しておき、その後、決定された順番に従って試料の加工を連続して行うようにすることもできる。
【０００８】
ステージ移動にはステージの並進及び回転が含まれ、ビーム種別にはビーム径及びビーム電流が大きい粗加工用ビーム、中くらいの中加工用ビーム及びビーム径が細く電流も小さな仕上げ加工用ビームがある。また、加工種別にはスパッタリングとデポジションがある。
【０００９】
次に加工すべき最小加工単位の探索は加工効率を考慮して行う。具体的には、次に加工すべき最小加工単位として、現在の状態から最短時間で加工開始できる最小加工単位を探索するのが好ましい。また、次に加工すべき最小加工単位の探索は、各最小加工単位の加工開始の前提条件を考慮して行う必要がある。
【００１０】
本発明による試料加工方法は、また、集束イオンビームをステージに載置した試料に対して斜め方向から照射して試料を加工する試料加工方法において、試料の加工を、同じ前提条件のもとにステージの移動、ビーム種別の変更及び加工種別の変更を行わずに加工できる最小加工単位の集合に分割し、最小加工単位毎に、加工場所に関する情報、ビーム照射の向きに関する情報、ビーム種別に関する情報、及び加工種別に関する情報を含む情報を記述した加工情報テーブルを作成し、ステージの並進移動、ステージの回転、ビーム種別の変更及び加工種別の変更に対してそれぞれペナルティを設定し、現在のステージ、ビーム種別及び加工種別の状態と加工情報テーブルとを照合し、現在の状態からの移行に際してペナルティの小さい最小加工単位を次の加工として選択することを特徴とする。通常は、もっともペナルティの小さな最小加工単位が次の加工として選択される。
加工情報には、加工済みか否かを示すフラグ、加工開始の前提条件に関する情報を含ませるのが好ましい。
【００１１】
本発明による試料加工方法は、集束イオンビームをステージに載置した試料に対して斜め方向から照射して試料を加工する試料加工方法において、試料の加工を、同じ前提条件のもとにステージの移動、ビーム種別の変更及び加工種別の変更を行わずに加工できる最小加工単位の集合に分割し、最小加工単位毎に、加工場所に関する情報、ビーム照射の向きに関する情報、ビーム種別に関する情報、加工種別に関する情報を含む情報を記述した加工情報テーブルを作成し、ステージの移動、ステージの回転、ビーム種別の変更及び加工種別の変更に対してそれぞれ与えられた係数を元に、現在のステージ、ビーム種別及び加工種別の状態と加工情報テーブルとを照合し、現在の状態から各最小加工単位への移行にかかるトータルコストを計算し、トータルコストの小さな最小加工単位を次の加工として選択することを特徴とする。通常は、トータルコストの最も小さな最小加工単位が次の加工として選択される。
【００１２】
加工情報テーブルに各最小加工単位の加工開始の前提条件についての情報を含ませ、トータルコストの計算は前提条件が満たされている最小加工単位を対象として行うようにするのが好ましい。
【００１３】
上記係数は、ステージの移動、ステージの回転、ビーム種別の変更及び加工種別の変更があった時それに要した時間のデータを蓄積しておき、そのデータに基づいて導出するようにしてもよいし、装置のスペック等を元に予め設定されたものを用いてもかまわない。
【００１４】
本発明によると、ＦＩＢ装置の機構切換え時間とステージの位置合わせ時間の見合いにより、より効率の良い経路で加工を行うことが可能となる。さらに、機構切換えとステージ位置合わせの時間を計測し、これを保存・再利用することで経路選択の有効性を高めることができる。機構切り替えの回数が減るため、加工精度が向上する。また、ビームの再調整のため加工の途中で一時的にステージ移動してビームを加工箇所と異なる箇所に移動した場合でも、加工再開指示によって加工箇所と異なる現在位置からみて最も効率のよい加工箇所から加工を再開することが可能となる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
被加工試料に対する加工の手順と条件に関するデータをレシピといい、オペレータはレシピを新規に作成し、あるいは既に作成済みのレシピを再利用して装置に加工の指示を与える。オペレータからの指示でＦＩＢ装置がレシピを実行するとき、ＦＩＢ装置はまずレシピの内容を解釈する。このとき、集束イオンビームを連続的にかつ所望する範囲に偏向照射して実行される最小の加工を一つの加工箇所（最小加工単位）と捉え、レシピをこの加工箇所の集合になるように細分化し、各々の加工箇所毎に加工情報テーブルを作成する。加工情報テーブルは、加工済フラグ、加工前提条件、加工場所（試料上の座標）、加工の向き、集束イオンビームの種別（粗加工、中加工、仕上げ加工）、及び加工の種別（スパッタリング又はデポジション）の情報を含む。レシピ解釈では、現在の装置状態を入手し、各加工情報テーブルと照合して、現在の装置状態から見て最も効率の良い加工箇所を決定する。ただし、個別の加工には他の加工と前後関係がある場合があるため、前提条件にそぐわない場合は選択候補から外す。こうして決定したその時点での最優先加工箇所の加工が終了すると、その箇所の加工情報テーブルの加工済みフラグをオンにする。こうして、現在の加工箇所の状態と加工情報テーブルの内容からその都度適切な加工箇所を導出しながら、すべての加工箇所に対する加工処理を実行する。
【００１６】
加工情報の項目自体に比較の優先順位をつけることで、優先された項目が現在と同じ条件である加工を優先的に選択するようにもできる。また、項目ごとに加工に移るときの煩雑さを表す係数を用意しておき、現在の状態から外れる度合いをこの係数を使って表し、その合計が最も小さな加工箇所を次の候補とすることもできる。このときの係数は、加工情報テーブルに保存する方式と項目をキーに外部参照する方式を用意する。
【００１７】
加工順序を決定するタイミングは、レシピ開始時に一括して加工処理スケジュールを決める一括方式と、加工しながら次の加工候補を決める逐次方式を用意する。前者は、加工前にスケジュールを前もってオペレータに通知することができる利点があり、後者は、加工途中での例外処理、例えばオペレータによるステージ移動やビーム調整の必要などが発生したときにも柔軟に対応できる利点がある。現在の状態に適した次の加工箇所を動的に導出する機能は、コンピュータによって実行されるソフトウエアとして実装する。
【００１８】
図１は、本発明によるＦＩＢ加工装置の構成例を示す模式図である。加工対象試料の表面に対して垂直な方向から４５°傾斜した集束イオンビーム（ＦＩＢ）２が、アパーチャ５を通過し、集束イオンビーム光学系６により集束され、試料１に照射される。試料１を搭載した試料ステージは、Ｘ，Ｙ，Ｚの三軸移動可能なＸＹＺステージ３と、試料の水平方向回転が可能なＲステージ４で構成されており、実質的に試料のあらゆる部位を試料らかみて仰角４５度の角度から観察し、かつ集束イオンビームで加工することが可能である。
【００１９】
試料の観察は、試料から発生する二次荷電粒子を検出器８で検出し、コンピュータ１０を介して表示装置１３上に試料像を表示することにより行う。表示装置１３に表示された試料画像を見ながら、試料の観察領域、加工領域を決定していき、連動させたビーム偏向制御装置１４を介して、集束イオンビーム光学系６及びアパーチャ５の制御を行う。ＸＹＺステージ３の上方には、ステージ上の試料の高さを検出するＺセンサ１６が設けられている。コンピュータ１０には、装置全体を制御する装置制御プログラム、現在の装置状態を認識する状態監視プログラム及びレシピに関する処理や制御を行うレシピ実行プログラムが搭載されている。
【００２０】
加工には、集束イオンビーム光学系６から集束されたイオンビーム２を試料１の任意の位置に照射することで試料１を削るスパッタリングと、ガス源としてタングステン化合物ガスや炭素化合物ガスを用い、デポジション銃７により試料近傍へガスを放出し、試料１へ膜を形成するデポジションとがある。加工の設定は、表示装置１３に表示された試料像を見ながら情報入力装置１１より加工設定情報を入力することにより行う。すなわち、画像化された試料の二次電子像を見ながら、試料ステージ３，４を移動させ、ビーム２の偏向領域を指定し、表示装置１３の試料像上に重ねて表示される図形を使ってビームを当てる位置を決定する。加工領域が決定されたならば、加工に使うビーム、径、時間、スパッタリング／デポジション等の条件を指定し、加工を行う。
【００２１】
このＦＩＢ加工装置の特徴として、マイクロサンプリングと称する集束イオンビームによる加工を利用した試料からの小片切り出し機能がある。このマイクロサンプリングは取り出すべきサンプルの周囲をスパッタリングにより切削し、デポジションによりプローブ９をサンプルに接着し、カートリッジ１５と呼ばれる専用台に移設する機能である。
【００２２】
本装置では、予め試料上のどの場所でどのような加工をどういう条件で実施するかを、表示装置１３及び情報入力装置１１を用いデータ化してレシピと呼ばれる加工プロシージャを作り、記憶装置１２に保持することができる。
【００２３】
図２は、レシピを実行するとき画面表示装置１３に表示されるレシピ実行操作画面２０の一例を示す図である。加工の方式には、逐次適切な加工箇所を導出しながら加工処理を進める「One by One」、あるいは加工処理開始指示時点ですべての加工の経路を導出する「Batch」がある。オペレータは、レシピ実行操作画面２０のメニューボタン２１によって加工方式を選択する。機構動作データベースを選択するメニューボタン２２を用いると、予め装置で定義された機構動作データベースを使用する「Default」と、装置を動作させた結果を反映させた機構動作データベースを使用する「Flexible」のいずれかを選択することができる。
「Top Start」ボタン２３はレシピの先頭からの実行を指示する指示ボタンであり、「Continue」ボタン２４はレシピを途中で止めたときそこから再開することを指示するボタンである。「Pause」ボタン２５はレシピを途中で中断させるボタンであり、「Continue」ボタン２４により再開が可能となる。「Stop」ボタン２６はレシピを完全に停止させるボタンであり、このボタンを押してレシピを停止させたあとでは「Continue」ボタン２４によるレシピ処理の継続はできない。
【００２４】
最初に、図３から図５を用いて、図１に示したＦＩＢ加工装置の有するマイクロサンプリング機能を用いて試料から１つのサンプルを切り出すときの加工処理について説明する。図３は試料からサンプルを切り出すための典型的な加工部位を示した図であり、図３（ａ）は試料のサンプル加工領域の略平面図、図３（ｂ）はそのＡＡ断面図、図３（ｃ）はＢＢ断面図である。図４は、試料から切り出したサンプルを立体的に示した図である。図５は、サンプリングのための加工処理手順を示したフローチャートである。
【００２５】
図３において、３１はサンプル３９を薄膜加工するときの目安となるマーカーであり、この鉛直方向が観察面３８となる。マーカー３１は、集束イオンビーム２の試料面への照射によるスパッタリング現象を利用しマークする。３６はプローブを接着する際の電気的導通を検知するための金属デポジション膜である。プローブに接続されたサンプルが試料から離れることでサンプルと試料本体の間の電気的導通がなくなることを利用して、サンプルが試料から取り出されたことを検知する。３２は試料表面を保護するためのデポジション膜である。この膜は、サンプルを削り出すとき、サンプルの周辺加工の影響で試料の削りカスがサンプル表面に堆積したり、近傍加工の影響でサンプル表面が削り取られることを防いだりする役目がある。周辺３辺である横溝大３３、横溝小３４及び垂直溝３５は、集束イオンビームの鉛直方向の照射角を利用して加工する。また、斜め溝３７は、集束イオンビームが４５°傾斜していることを利用して切削する。ビーム照射方向が固定であるため、１つのサンプルを切り出すに当たって、ステージを回転することによって照射方向を変える。このように１つのサンプリングを実施するには、サンプル周りの加工、デポジション、ステージの移動、回転、使用ビームの変更などを考慮する必要がある。また場合によっては、ビームの調整、加工位置の補正などの工程を加工処理の途中に挿入することがある。
図４には、図３で説明したようにして試料からサンプルを切り出すときの、周りの切削とデポジション膜の付着状態を模式的に示してある。
【００２６】
次に、図５のフローチャートを参照して、試料から１つのサンプル３９を切り出すときの手順について説明する。まず、試料１の観察面の向きを判断し（Ｓ１１）、集束イオンビーム２を含む鉛直面と平行になるようにする。向きが直交する場合、ステージ４を９０°右回転させることになる（Ｓ１２）。また、９０°回転した後、ＸＹＺステージ３を移動させ、サンプルが集束イオンビームの偏向領域に入るようにする。Ｒステージの回転を実施した場合、正確な加工位置を決めるため加工位置合わせ（アライメント）が必要となる。アライメントはＲステージ回転後に発生する。このアライメント処理には数分の時間を要す場合がある。また、ステージ３のＸＹ移動により発生するＺ方向のぶれを補正する。Ｚ方向のぶれは、レーザビームを試料上にあてその反射光を受光することでＺ位置を検出するＺセンサ１６によって検出する。Ｚ補正は、ＸＹＺステージ３あるいはＲステージ４が移動する度に必要となる。
【００２７】
次に、観察面の印としてマーカー３１を２箇所描画する（Ｓ１３）。この２つマーカーは集束イオンビーム２の偏向領域内に収まるため、このときステージ移動は発生しない。同位置で、サンプル表面がビームで侵食することを防ぐため保護膜を生成する。この膜の付着にはデポジション機能を使う。デポジション銃７は通常そのノズルが試料と干渉しないように退避位置にあり、デポジション機能が必要なときビーム近傍にノズル先端を近づける（Ｓ１４）。デポジション銃７からガスを噴出させながら集束イオンビームを照射することで保護膜を形成する（Ｓ１５）。デポジションにより膜が形成されたあとノズルを退避位置に戻す（Ｓ１６）。デポジション銃７の出し入れはデポジション機能に含まれた処理であり、デポジション加工実行指示によりノズルの出し入れまで制御する。マーカーの描画、保護膜の形成など個々の加工ではそれに使用するビームを使い分けることが多く、ビームの切換えにはアパーチャ５などの機構切換えを伴う。
【００２８】
次に、横溝を切削するためにＲステージ４を９０°左に回転させる（Ｓ１７）。サンプルの横溝面を垂直にするためである。続いて横溝大、横溝小を切削する（Ｓ１８，Ｓ１９）。この後、Ｒステージ４を右に９０°回転させ（Ｓ２０）、垂直溝を切削する（Ｓ２１）。ここで試料表面が絶縁物か導電体かを判断する（Ｓ２２）。絶縁物の場合、試料からサンプルが分離したことを検知するための金属デポジション膜である接触パッドを形成する（Ｓ２３，Ｓ２４，Ｓ２５）。デポジション膜はサンプル壁面にも形成するようにオフセットさせている。
【００２９】
このあと再びＲステージ４を９０°回転させる（Ｓ２６）。プローブ９の先端を接触パッド表面に接地させ（Ｓ２７）、接地部近傍にデポジションすることでプローブ９とサンプルを接着する（Ｓ２８，Ｓ２９，Ｓ３０）。接着後、斜溝を切削する（Ｓ３１）。これでサンプルが試料から切り離され、サンプルをプローブ９とともに退避位置まで引き上げる（Ｓ３２）。
【００３０】
この状態で、サンプル移設箇所であるカートリッジ１５がプローブ９の下方に位置するようにＸＹＺステージ３をＸＹ移動させる（Ｓ３３）。サンプル付きのプローブ９をカートリッジ１５の所定位置まで下降させ（Ｓ３４）、デポジションによりサンプルを接着する（Ｓ３５，Ｓ３６，Ｓ３７）。接着後、プローブ９の先端にビームを照射し、切断する（Ｓ３８）。プローブは切断の度にその先端が太くなるため、ビームを照射してプローブの先端を研磨する（Ｓ３９）。このあとプローブを退避させる（Ｓ４０）。
【００３１】
以上が試料から１つのサンプルを取り出すときの１サイクルであり、従来の方法では、１つの試料上にサンプルが複数個存在するときはこれを繰り返すことになる。１サイクルでは最低３回のＲステージ回転処理と位置合わせ処理が必要になる。ステージの回転処理は、回転だけでなくＸＹ移動、アライメント、Ｚ補正などの処理を伴うため、トータルの加工時間や精度に大きく影響する。従って極力その処理回数を減らすことが望ましい。
【００３２】
試料上から２つ以上のサンプルを切り出すときには、同一方向で加工可能であれば、例えＸＹステージの移動を伴ったとしても続けて加工する方が、一つのサンプル周辺の加工を逐次実施するより効率がよい。同一方向を連続して加工する方法は、ＸＹステージの移動量が増加するが、サンプル周辺を逐次加工する方法ではＲステージ回転がサンプル単位で３回発生する。この回転に伴いＲステージ中心から離れると元の試料位置からずれるため、ＸＹステージを移動させ元の位置へ戻さなければならない。このアライメント、Ｚ補正及びＸＹステージ戻しを考慮すると、同一方向で加工可能な箇所は連続して加工する方式が有効となる。
また、同一方向の加工であっても加工の条件が異なる場合がある。例えば保護膜のデポ加工やマーカーの加工ではビームの種類や加工方法が異なる。これらの条件の違いは機構の切替えに関係するため、この機構切替えができるだけ少なくなるよう、同一条件での加工は連続的に実施する方式を採用するのが望ましい。
次に、加工順序を決定する本発明のアルゴリズムについて説明する。加工順序を決定する本発明のアルゴリズムは動的である。
【００３３】
図６は、加工順序を決定するときに使用する加工情報テーブルの例を説明する図である。加工情報テーブルは、加工箇所ごとに保持する個別要素Ｅ１〜Ｅ９の集合である。加工情報テーブルを構成するデータは、加工の名称、加工実施済みフラグ、前提条件、加工するときのステージの向き、ステージ位置、ビーム種別、スパッタリングやデポジションなどの加工種別からなり、これらのデータを１つの加工箇所単位で保持している。このテーブルは、現在の装置状態に対して最も適した条件を持つ加工箇所から処理を進めるために使用する。なお、図に示した個別要素Ｅ１〜Ｅ９に記述されている「向き」は、図示した状態で見て図のどの方向から加工すべきかを表現している。例えば、図示の状態で図の下方からビームを当てて加工すべき箇所には「下から」と表記し、図の左側からビームを当てて加工すべき箇所には「左から」と表記している。
【００３４】
加工の優先順位は、一例として、現在の装置状態とも言うべき最終加工状態から見て、(1)加工実施済みフラグが未実施であることを示し、かつ加工可能状態であることつまり前提条件を満たしていることが最も優先順位が高く、次いで、(2)ステージ向きが同一方向である（ステージ回転を発生させない）、(3)ステージ移動を発生させない、(4)デポジション銃の制御を伴わない、(5)ビーム制御を伴わない、の順とする。この条件にできるだけマッチする加工を、次に処理する加工箇所に決定する。
【００３５】
また、優先順位そのものを動的に変更する機構を設けた。これは予め各処理の優先順位を定義テーブルに記述しておき、この記述にあわせた処理から実施する方法である。例えば、通常、ビーム切換え処理は、ステージ回転処理に較べて機構の制御処理上軽量であるため、ビーム切換え処理を低減することは重要視されない、つまり優先順位はステージ回転処理に較べ低い設定である。従って、図７（ａ）に示すように、優先順位定義テーブルの上位レコードにはステージ回転処理（を伴わない）、下位にはビーム切換え処理（を伴わない）の順で記述しておく。この優先順位定義テーブルで、例えば図７（ｂ）に示すように、ステージ回転処理とビーム切換え処理の記述順を入れ替えると、処理の優先順位が変更され、ビーム切換えの回数を極力低減するように加工順序が設定される。このように処理手順を動的にすることで、サンプル取得数が増加した場合も、複雑な処理手順を記述することなく自律的に処理を進めることができる。
【００３６】
次に、前記アルゴリズムに従って試料から２つのサンプルを取り出す場合の処理の例について説明する。図８は、試料１上における２つのサンプルの位置関係を示す模式図である。Ｃ１は観察面が集束イオンビームに対して平行である縦型サンプル、Ｃ２は観察面が集束イオンビームに対して垂直な横型サンプルである。この例を用いて、図７（ａ）に示した優先順位テーブルに従って、Ｒステージ回転回数を削減する処理の手順を図９に示す。
【００３７】
まず、Ｃ２の横溝大をスパッタリング加工する（Ｓ４１）。ステージ移動させること無く、集束イオンビームの同一偏向領域内でＣ２の横溝小を加工する（Ｓ４２）。現在のステージ位置において加工可能な部位は斜め溝加工であるが、この加工はプローブを接着した後に切り離す処理なので、今のタイミングで加工することはできない。あとの部位は集束イオンビームの向きが本来の加工方向と異なるため、このサンプルで現在加工できる部位はないと判断する。従ってＸＹステージ３をＣ１サンプル位置までＸＹ移動させる（Ｓ４３）。Ｃ１加工箇所において、この状態で加工可能な部位は２つのマーカーとなる（Ｓ４４）。また保護膜デポジションも可能であるため、ここで処理する（Ｓ４５）。この後は、この向きで処理できる箇所がないため、Ｒステージ４を左に９０°回転させる（Ｓ４６）。
【００３８】
回転した結果、現在のビーム直下から見て近いサンプル位置へステージをＸＹ移動させる。この場合Ｃ１がＣ２より近いため、Ｃ１の横溝大の加工に入る（Ｓ４７）。その後、Ｃ１の横溝小を加工する（Ｓ４８）。現在の方向でＣ１での加工箇所がないため、ＸＹステージ３をＣ２へ移動する（Ｓ４９）。Ｃ２では２つのマーカーを描画し（Ｓ５０）、保護膜のデポジションを実施する（Ｓ５１）。
また、Ｃ２の横溝は既に加工済みであるため、垂直溝を加工する（Ｓ５２）。Ｃ２の保護デポジションの前に垂直溝を加工するほうがデポジション銃の出し入れを伴わないため効率的ではあるが、垂直溝を保護デポジション前に実施すると試料表面に削りカスが堆積するため保護デポジションは先に実施する。
【００３９】
次にＣ２の接触パッドをデポジションするが、Ｃ１の接触パッド位置と相対的に反対位置としている（Ｓ５３）。これは現在の向きすなわち横溝大から見てサンプル方向に集束イオンビームが照射され、サンプル横壁面に効率よくデポジション膜が形成されることを考慮している。この後、この状態で加工可能な箇所としてＣ１の斜め溝があるが、Ｃ１の垂直溝が加工されていないため後回しとなる。従ってこの状態で加工可能な箇所はなくＲステージ４を９０°右回転させる（Ｓ５４）。
【００４０】
現在のビーム直下から見て最も近い加工可能な箇所はＣ１の垂直溝となるため、ＸＹステージ３によってＸＹ移動し（Ｓ５５）、これを加工する（Ｓ５６）。
次に、Ｃ１の接触パッドを形成する（Ｓ５７）。Ｃ１ではステージ回転なしで加工可能な箇所が存在しないため、Ｃ２近傍にステージ移動し（Ｓ５８）、接触パッドにプローブ９をデポジションして接着する（Ｓ５９）。接着後、Ｃ２の斜め溝を加工することで試料１からサンプルを切り離す。その後、プローブ９を引き上げ、ＸＹステージ３をカートリッジ１５まで移動させる。カートリッジの接着位置までプローブ９を下ろし、サンプルとカートリッジが接触したところでデポジションにより接着する。デポジション完了後、プローブ９を集束イオンビームで切り取る（Ｓ６０）。
【００４１】
プローブ９を退避位置まで引き上げた後、Ｃ１サンプルを取り出すためＲステージ４を９０°左回転させ（Ｓ６１）、ＸＹステージ３をＣ１近傍まで移動させる（Ｓ６２）。Ｃ１の接触パッド位置にプローブ９を下ろし、デポジションによりサンプルを接着する（Ｓ６３）。接着後、Ｃ１の斜め溝を切削し、試料からサンプルを切り離す。このあとはＣ２サンプルをカートリッジに取り付けた方法と同じ要領でステージ移動とプローブ操作、デポジションの制御を行う（Ｓ６４）。
【００４２】
本処理の特徴は、現在のステージ位置と向き及びサンプリング工程を考慮しており、３回のステージ回転で２つのサンプルを取得可能となる。この方法は、１つの試料から採取するサンプルの個数が３個以上のときにも適用できる。
【００４３】
従来、ＦＩＢ加工装置で加工する場所が１つの試料上に複数個あるとき、その加工はオペレータが作成したレシピに記載された順序で処理を進めていたため、装置制御上無駄な動きがあって加工に時間がかかったり、ハードウエア機構切換えが頻発して加工精度が低下したりするなどの問題があった。本発明の方法によれば、これらの装置の無駄な動きや機構の切換え回数を削減でき、トータル加工時間の短縮、加工精度の向上を図ることができる。例えばＲステージ回転処理回数を見ると、試料から１つのサンプルを取得するのに３回必要となり、従来の方法ではｎ個のサンプルを取り出すと３ｎ回のＲステージ回転処理が必要となる。
これに対して、本方式では、サンプル数ｎが増加してもＲステージ回転回数は３回で済む。回転に伴うアライメント処理は数分を要する場合もあるため、複数サンプルを取得する場合、本発明の方法によるとトータル加工時間は著しく減少する。
【００４４】
次に、加工順序を決定するアルゴリズムの他の例について説明する。ここで説明する例は、重み付けに時間の要素を考慮する方法であり、この方法によると、ステージ移動距離が大きい場合はビーム切換えを優先したり、アパーチャ切換え距離が長いときステージ移動を優先したりすることが可能となる。
【００４５】
図１０は、加工情報テーブルに記載した要素のうち機構制御に関連するものに係数を割り当て、そのトータルコストを比較して次の加工を決定する方法を示す説明図である。図示した例では、換算係数表Ｆ２に示すように、単位（９０゜）当たりのステージの回転に５０ポイント、単位距離当たりのステージ移動に１ポイント、隣接アパーチャへのビーム切換えに６ポイント、加工位置へのデポジション銃の移動又は加工位置からのデポジション銃の退避に１８ポイントを割り当て、現在の状態Ｆ１から各加工箇所へ移行するのに必要な機構制御の総ポイントをトータルコストとして算出し、比較する。図示の例では、現在の状態Ｆ１と候補群Ｆ３，Ｆ４，Ｆ５の差を数値化した結果、加工名「１保護デポジション」（Ｆ３）がトータルコスト“５４”で最も低コストになるため、これを次の加工とする。
【００４６】
図１０に示した換算係数表Ｆ２は、実際に装置機構が働いたときの時間をもとに算出する。具体的には、装置に働きかけるコマンドを情報入力装置１１から入力し、装置が完了の応答を返すまでの時間を計測する。この時間を各制御機構の単位に換算する。例えば、ステージは単位時間当たりの移動量（速度）として記憶装置１２に保存する。この方法では、装置が動作するごとに最新のデータを次の経路導出に利用することができる。これとは別に、レシピ実行前の装置スペックデータを持たせ、この２つを切替えて利用する仕掛けを用意する。ステージ移動及びビームの切換えは、その移動量によって所要時間が異なる。一方、向きの変更及びデポジション銃の出し入れはリニアな値を採らないため、トータルの時間で保持する。
【００４７】
装置の機構上、同時に制御可能な系については、その組合せにより一方が他方の制御時間に事実上隠れてしまうこともある。並列処理可能な系は組合せをテーブル化し、事実上隠れてしまう系の制御時間を０として扱うことで、トータルコストを下げ、優先順位を上げることができる。
【００４８】
図１１は、コンピュータ１０に搭載した状態監視プログラムの処理例を説明する図である。状態監視プログラムは、現在の装置状態を取得する処理４１及び装置のステージ、アパーチャなどの機構が動作したときの距離と時間を収集し機構動作データベース４３を更新する処理４２から成る。前者はステージの向き、ステージの位置、ビームの種類及びスパッタリング又はデポジションなど加工の種別を取得する。この取得データは、レシピ実行プログラムにて次に加工すべき適切な加工箇所を導出するために使われる。後者はステージの移動速度、アパーチャ切替え速度、デポジション銃出し入れ速度、アライメント所要時間及びＺ補正時間などを装置から取得する。これらの情報は、取得したタイミングで機構動作データベース４３に最新データとして上書きされる。なお、機構動作データベースは、これとは別に予め設定したデフォルトの値を保持したデフォルト機構動作データベースを用意しておき、オペレータの指示でどちらを使ってレシピを実行するか選択できる。
【００４９】
図１２は、レシピ実行プログラムの処理例を示すフローチャートである。レシピを実行する際、オペレータは図２に示したレシピ実行操作画面２０にて実行方式を選択する（Ｓ７１）。一括方式はレシピ実行前に予め全加工のシーケンスを組んでおく方式であり、逐次方式は一箇所の加工が終わった時に次の加工箇所を決定する方式である。実行方式を決定した後、指定されたレシピを最小加工単位に分割する（Ｓ７２）。次に、分割した最小加工単位で加工情報テーブルを作成する（Ｓ７３）。次に、最適候補選択処理に移る（Ｓ７４）。最適候補選択処理（Ｓ７４）は適切な加工箇所を見出す処理で、現在の装置状態９０及び前もってレシピ実行操作画面から指定した機構動作データベース９１の情報を基準に、加工情報テーブルから最も適した加工箇所を導出する。実行方式を判定し（Ｓ７５）、指定された実行方式が逐次方式であるときには、導出した適切加工箇所の加工を実行する（Ｓ７６）。一方、一括方式の場合には、導出した最適加工箇所の加工情報は処理順テーブルへ順次保持する（Ｓ７７）。
【００５０】
ステップ７６を経由した場合、現在の加工情報テーブル内容が現在の装置状態となる。また、ステップ７７を経由した場合、仮に当該加工箇所を加工したとして加工情報テーブルの内容を現在の装置状態とする（Ｓ７８）。いずれの方式でも、現在の加工箇所を加工済みとし、次の加工候補としないために実施済みフラグをＯＮにし（Ｓ７９）、次の適切候補選択を実行する（Ｓ７４）。こうして、ステップ７４からステップ８０までの処理を加工候補がなくなるまで繰り返す。
【００５１】
次に、実行モードの判定を行い（Ｓ８１）、実行モードが逐次方式の場合には、加工候補がなくなった時点で処理は終了となる。実行モードが一括方式の場合、処理順テーブルに保持された順番に従って加工処理を連続的に実行する（Ｓ８２）。なお、逐次方式での加工処理中に集束イオンビームの調整等の例外処理をする必要が生じた場合、オペレータは図２のレシピ実行操作画面２０において「Pause」ボタンを押す。すると、ステップ７６の単一加工実行の後、レシピに従う処理が一時中断されるので、例えばオペレータはマニュアル操作でステージ移動してビームをサンプルから離れた場所に持っていき、そこでビーム調整を行う。その後、「Continue」ボタンを押すと、ステップ７８の処理において、直前の加工箇所の加工情報テーブルの内容に代えて現在の装置状態を取り込み、レシピに従った加工処理に戻る。そのため、レシピ中断直後の最適候補選択（Ｓ７４）では、例外処理を行った後の装置状態から検索して最適な加工候補が選択される。
【００５２】
【発明の効果】
本発明によると、ＦＩＢ加工装置の無駄な動きや機構の切換え回数を削減でき、トータル加工時間の短縮と加工精度の向上を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるＦＩＢ加工装置の構成例を示す模式図。
【図２】レシピ実行操作画面の一例を示す図。
【図３】試料からサンプルを切り出すための典型的な加工部位を示した図。
【図４】試料から切り出したサンプルを立体的に示した図。
【図５】サンプリングのための加工処理手順を示したフローチャート。
【図６】加工情報テーブルの例を説明する図。
【図７】優先順位定義テーブルの例を示す図。
【図８】試料上における２つのサンプルの位置関係を示す模式図。
【図９】複数サンプリングを適切な処理順で加工を進めるときのフロー
【図１０】機構切換え時間をデータベースに保持し、次回の加工時に適切な処理順を導出するためにパラメータ化する方法の説明図。
【図１１】状態監視プログラムの処理例を説明する図。
【図１２】レシピ実行プログラムの処理例を示すフローチャート。
【符号の説明】
１…加工対象試料、２…集束イオンビーム、３…ＸＹＺ三軸ステージ、４…Ｒステージ、５…アパーチャ、６…集束イオンビーム光学系、７…ガス噴出ノズル、８…検出器、９…サンプリングプローブ、１０…コンピュータ、１１…情報入力装置、１２…記憶装置、１３…表示装置、１４…ビーム偏向制御装置、１５…カートリッジ、１６…Ｚセンサ、２０…レシピ実行操作画面、３１…マーカー、３２…保護膜、３３…横溝大、３４…横溝小、３５…垂直溝、３６…接触パッド、３７…斜め溝、３８…観察面位置、３９…サンプル、Ｃ１…縦型サンプル、Ｃ２…横型サンプル

Claims (6)

1. 集束イオンビームをステージに載置した試料に対して斜め方向から照射して試料を加工する試料加工方法において、
   前記試料を最小加工単位の集合に分割し、
   前記最小加工単位毎に、加工可能な前提条件、加工の向き、加工位置、加工に使用する集束イオンビーム、及び加工種別のパラメータを記述した加工情報テーブルを作成し、
   現在の状態を表す加工情報テーブルと、前記最小加工単位毎の加工情報テーブルとの差分値を算出し、
   予め用意された換算係数テーブルに保持された、前記ステージの９０度向き替え時間、前記集束イオンビームの変更に伴う隣接アパーチャの切り替え時間及びデポジション機構切り替え時間、及び単位ステージ並進移動量時間の各種時間パラメータを、前記差分値に掛け合わせ、前記最小加工単位毎の合計時間を算出し、
   前記最小加工単位毎の合計時間のうち前記合計時間が最小となる最小加工単位を次の加工箇所として決定することを特徴とする試料加工方法。
2. 集束イオンビームをステージに載置した試料に対して斜め方向から照射して試料を加工する試料加工方法において、
   前記試料を最小加工単位の集合に分割し、
   集束イオンビームの切り替え処理、ステージ併進処理、ステージ回転処理、及びデポジション銃制御処理の各処理毎に、該処理の所要時間に応じて優先順位を付けた優先順位定義テーブルを作成し、
   現在の集束イオンビーム、ステージ位置、ステージ回転状態、及びデポジション銃状態と、前記最小加工単位毎の、集束イオンビーム、ステージ位置、ステージ回転状態、及びデポジション銃状態とを比較し、
   前記比較の結果、一致したパラメータのうち、前記優先順位定義テーブルに記載された順位が最も高いパラメータを有する最小加工単位を、次の加工箇所として決定し、
   前記決定した加工箇所の順番に基づいて前記試料を加工することを特徴とする試料加工方法。
3. 請求項１記載の試料加工方法において、前記加工情報テーブルに含まれる前提条件が満たされている最小加工単位を次の加工箇所として決定することを特徴とする試料加工方法。
4. 請求項１記載の試料加工方法において、さらに、ステージの移動、ステージの回転、ビーム種別の変更及び加工種別の変更があった時それに要した時間のデータを算出し、前記換算係数テーブルに保存することを特徴とする試料加工方法。
5. 請求項１〜３記載の試料加工方法において、さらに、予め全加工のシーケンスを組む方式か、一箇所の加工が終わった時に次の加工箇所を決定する方式かの加工方式を選択することを特徴とする試料加工方法。
6. 請求項４記載の試料加工方法において、さらに、予め定義したデータベースで実行するか、前記各処理を実行した結果を反映した換算係数テーブルで実行するかを選択することを特徴とする試料加工方法。

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