JP4873425B2 - 集束イオンビーム装置、それを用いた試料の加工方法、及び集束イオンビーム加工用コンピュータプログラム - Google Patents
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Description
本発明は、集束イオンビームで試料を加工する集束イオンビーム装置、それを用いた試料の加工方法、及び集束イオンビーム加工用コンピュータプログラムに関する。
従来から、集束イオンビーム装置は、例えば半導体デバイスをエッチング加工して観察用の断面を得たり、試料を薄片にして透過電子顕微鏡用試料片を作製するために用いられてきた（特許文献１）。又、近年では、集束イオンビーム装置を用いて試料をレンズや半田ボール状等の複雑形状に加工するニーズも生じている。
集束イオンビームによる加工は、集束イオンビームを照射する部分（加工領域）を、試料画像上でポインティングデバイス等により指定して行われる（特許文献２）。
集束イオンビームによる加工は、集束イオンビームを照射する部分（加工領域）を、試料画像上でポインティングデバイス等により指定して行われる（特許文献２）。
一方、集束イオンビームにより、曲線や曲面を有する複雑形状を効率よく加工するためには、加工領域を単純な線状や矩形でなく、任意の形状に設定する必要がある。
そこで、集束イオンビーム装置の制御部に予め種々の形状の画像データ（ビットマップデータ）を記憶しておき、所望の画像データを加工領域として指定することで、画像データの複雑形状に沿ってビームを照射することが行われている。
この技術は、試料画像上に指定された画像データ（加工領域）に含まれるピクセルの座標を制御部側で読取り、ピクセル毎に集束イオンビームを照射することで画像データに沿った複雑形状の加工ができるようになっている。
そこで、集束イオンビーム装置の制御部に予め種々の形状の画像データ（ビットマップデータ）を記憶しておき、所望の画像データを加工領域として指定することで、画像データの複雑形状に沿ってビームを照射することが行われている。
この技術は、試料画像上に指定された画像データ（加工領域）に含まれるピクセルの座標を制御部側で読取り、ピクセル毎に集束イオンビームを照射することで画像データに沿った複雑形状の加工ができるようになっている。
ところで、画像データにより加工領域を設定してビームを照射する際、加工領域を縮小拡大（変形）したい場合がある。例えば、加工領域の上半分が凸状で下半分がほぼ平坦な場合、所定の加工が進んだ段階で、凸状の上半分のみを集中してエッチングできれば加工速度や加工効率が向上する。又、加工途中で加工領域の大きさを変えれば、ビームの照射方向に垂直に径の異なる（斜めの）エッチング孔が得られる。
しかしながら、ピクセルを含む画像データを試料画像上で縮小した場合、画像データの縮小率に応じてピクセル数が減少し（間引かれ）、画像データが粗くなるという問題がある。この場合、集束イオンビームの照射位置も少なくなるので、画像データの縮小後の加工領域は、もとの画像データの形状を再現できないことになる。又、画像データを拡大した場合にはピクセル数が増えるが、ピクセルの輝度を適切に設定しないと、やはり画像が劣化し、もとの画像データの形状を再現できない。
しかしながら、ピクセルを含む画像データを試料画像上で縮小した場合、画像データの縮小率に応じてピクセル数が減少し（間引かれ）、画像データが粗くなるという問題がある。この場合、集束イオンビームの照射位置も少なくなるので、画像データの縮小後の加工領域は、もとの画像データの形状を再現できないことになる。又、画像データを拡大した場合にはピクセル数が増えるが、ピクセルの輝度を適切に設定しないと、やはり画像が劣化し、もとの画像データの形状を再現できない。
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、ピクセルを複数含む加工領域画像を変形しても、もとの画像を再現した加工を行うことができる集束イオンビーム装置、それを用いた試料の加工方法、及び集束イオンビーム加工用コンピュータプログラムの提供を目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明の集束イオンビーム装置は、試料を載置すると共に該試料の位置を移動させる移動機構を有する試料ステージと、集束イオンビームを前記試料に照射する集束イオンビーム照射機構と、前記集束イオンビーム又は他の電子ビームを前記試料に照射して生じる二次荷電粒子を検出する検出器と、前記検出器の検出データに基づき、前記試料の試料画像を生成する画像生成手段と、前記試料画像を表示する表示手段と、前記集束イオンビームの照射位置に対応したピクセルを複数含み、前記ピクセル毎に定められた輝度に応じて、前記集束イオンビーム照射機構から照射される前記集束イオンビームのドーズ量が決められた加工領域画像を、予め少なくとも１つ格納する記憶部と、前記表示手段に表示された前記試料画像上で、前記加工領域画像とその位置を設定する加工領域設定手段と、前記加工領域画像に含まれる前記ピクセルの座標を、前記試料への前記照射位置として設定する照射位置設定手段と、前記ピクセル毎に定められた前記輝度に応じて、前記ドーズ量を設定するビーム設定手段と、前記集束イオンビームを前記試料に照射する前、又は照射の途中で、前記加工領域設定手段によって前記加工領域画像が変形された場合に、該加工領域画像のピクセルを補間処理すると共に、当該補間されたピクセルの輝度をも補間処理する補間手段とを備えている。
このような構成とすると、加工領域画像が変形されても補間処理によってピクセルの輝度の変化が平滑化されるので、輝度に応じたイオンビームのドーズ量の変化（つまり、加工の程度の変化）も変形前後で平滑化され、もとの画像を再現した加工を行うことができる。
又、イオンビームの照射中に加工領域画像を変形した場合には、イオンビームの照射方向に垂直な方向に径の異なる孔（エッチング加工の場合）や、径の異なる析出物（デポジションの場合）を形成することができる。
又、イオンビームの照射中に加工領域画像を変形した場合には、イオンビームの照射方向に垂直な方向に径の異なる孔（エッチング加工の場合）や、径の異なる析出物（デポジションの場合）を形成することができる。
さらに、前記ピクセル毎の輝度を２値化する２値化手段を備え、前記ビーム設定手段は、前記２値化された輝度に応じて、一定ドーズ量で集束イオンビームの照射をオンするか、又は集束イオンビームの照射をオフしてもよい。
このような構成とすると、イオンビームのドーズ量は一定となり、加工の程度も一定となるが、制御部の処理負担が軽減され、加工処理時間が短縮できる。
このような構成とすると、イオンビームのドーズ量は一定となり、加工の程度も一定となるが、制御部の処理負担が軽減され、加工処理時間が短縮できる。
前記集束イオンビームの照射による前記試料の加工は、前記試料のエッチング又は前記試料へのデポジションであってもよい。
本発明の集束イオンビーム装置を用いた試料の加工方法は、集束イオンビーム装置を用いて集束イオンビームを試料に照射して加工を行う方法であって、前記集束イオンビームの照射位置に対応したピクセルを複数含み、前記ピクセル毎に定められた輝度に応じて、前記集束イオンビーム照射機構から照射される前記集束イオンビームのドーズ量が決められた加工領域画像を、予め少なくとも１つ格納する記憶過程と、前記試料の試料画像上で、前記加工領域画像とその位置を設定する加工領域設定過程と、前記加工領域画像に含まれる前記ピクセルの座標を、前記試料への前記照射位置として設定する照射位置設定過程と、前記ピクセル毎に定められた前記輝度に応じて、前記ドーズ量を設定するビーム設定過程と、前記集束イオンビームを前記試料に照射する前、又は照射の途中で、前記加工領域画像が変形された場合に、該加工領域画像のピクセルを補間処理すると共に、当該補間されたピクセルの輝度をも補間処理する補間過程とを有する。
さらに、前記ピクセル毎の輝度を２値化する２値化過程を有し、前記ビーム設定過程において、前記２値化された輝度に応じて、一定ドーズ量で集束イオンビームの照射をオンするか、又は集束イオンビームの照射をオフしてもよい。
前記集束イオンビームの照射による前記試料の加工は、前記試料のエッチング又は前記試料へのデポジションであってもよい。
前記集束イオンビームの照射による前記試料の加工は、前記試料のエッチング又は前記試料へのデポジションであってもよい。
本発明の集束イオンビーム加工用コンピュータプログラムは、集束イオンビーム装置を用いて集束イオンビームを試料に照射して加工を行うコンピュータプログラムであって、前記集束イオンビームの照射位置に対応したピクセルを複数含み、前記ピクセル毎に定められた輝度に応じて、前記集束イオンビーム照射機構から照射される前記集束イオンビームのドーズ量が決められた加工領域画像を、予め少なくとも１つ格納する記憶過程と、前記試料の試料画像上で、前記加工領域画像とその位置を設定する加工領域設定過程と、前記加工領域画像に含まれる前記ピクセルの座標を、前記試料への前記照射位置として設定する照射位置設定過程と、前記ピクセル毎に定められた前記輝度に応じて、前記ドーズ量を設定するビーム設定過程と、前記集束イオンビームを前記試料に照射する前、又は照射の途中で、前記加工領域画像が変形された場合に、該加工領域画像のピクセルを補間処理すると共に、当該補間されたピクセルの輝度をも補間処理する補間過程をコンピュータに実行させる。
本発明によれば、集束イオンビーム装置による加工の際、ピクセルを複数含む加工領域画像を変形しても、もとの画像を再現した加工を行うことができる。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は本発明の実施形態に係る集束イオンビーム装置１００の全体構成を示すブロック図である。図１において、集束イオンビーム装置１００は、真空室１０と、イオンビーム照射系（特許請求の範囲の「集束イオンビーム照射機構」）２０と、電子ビーム照射系３０と、アルゴンイオンビーム照射系４０と、ナノピンセット５０と、試料ステージ６０と、二次荷電粒子検出器（特許請求の範囲の「検出器」）７０と、ガス銃８０と、制御部９０とを備えている。真空室１０の内部は所定の真空度まで減圧され、集束イオンビーム装置１００の各構成部分の一部又は全部が真空室１０内に配置されている。
図１は本発明の実施形態に係る集束イオンビーム装置１００の全体構成を示すブロック図である。図１において、集束イオンビーム装置１００は、真空室１０と、イオンビーム照射系（特許請求の範囲の「集束イオンビーム照射機構」）２０と、電子ビーム照射系３０と、アルゴンイオンビーム照射系４０と、ナノピンセット５０と、試料ステージ６０と、二次荷電粒子検出器（特許請求の範囲の「検出器」）７０と、ガス銃８０と、制御部９０とを備えている。真空室１０の内部は所定の真空度まで減圧され、集束イオンビーム装置１００の各構成部分の一部又は全部が真空室１０内に配置されている。
又、試料ステージ６０は、試料台６１を移動可能に支持し、試料台６１上には試料２が載置されている。そして、試料ステージ６０は、試料台６１を５軸で変位させることができる移動機構を有している。この移動機構は、試料台６１を水平面に平行で且つ互いに直交するＸ軸及びＹ軸と、Ｘ軸及びＹ軸に直交するＺ軸とに沿ってそれぞれ移動させるＸＹＺ移動機構６０ｂと、試料台６１をＺ軸回りに回転させるローテーション機構６０ｃと、試料台６１をＸ軸（又はＹ軸）回りに回転させるチルト機構６０ａとを備えている。試料ステージ６０は、試料台６１を５軸に変位させることで、試料２をイオンビーム２０Ａの照射位置に移動させる。
制御部９０は、中央演算処理装置としてのＣＰＵと、データやプログラムなどを格納する記憶部（ＲＡＭおよびＲＯＭ）９３と、外部機器との間で信号の入出力を行う入力ポートおよび出力ポートとを備えるコンピュータで構成することができる。制御部９０は、記憶部９３に格納されたプログラムに基づいてＣＰＵが各種演算処理を実行し、集束イオンビーム装置１００の各構成部分を制御する。そして、制御部９０は、イオンビーム（以下、適宜、集束イオンビームを「イオンビーム」と略記する）照射系２０、電子ビーム照射系３０、アルゴンイオンビーム照射系４０、ナノピンセット５０、二次荷電粒子検出器７０、及び試料ステージ６０の制御配線等と電気的に接続されている。
又、制御部９０は、二次荷電粒子検出器７０で検出された二次荷電粒子を輝度信号に変換して試料表面を表す画像データを生成し、この画像データを基に試料画像を生成する。試料画像は、制御部９０に接続された表示装置（ディスプレイ、特許請求の範囲の「表示手段」）９１に出力され、さらに表示装置９１上で、後述する加工領域画像を指定できるようになっている。
この加工領域画像は、画像データ（ビットマップデータ）として記憶部９３に格納されている。
又、制御部９０は、二次荷電粒子検出器７０で検出された二次荷電粒子を輝度信号に変換して試料表面を表す画像データを生成し、この画像データを基に試料画像を生成する。試料画像は、制御部９０に接続された表示装置（ディスプレイ、特許請求の範囲の「表示手段」）９１に出力され、さらに表示装置９１上で、後述する加工領域画像を指定できるようになっている。
この加工領域画像は、画像データ（ビットマップデータ）として記憶部９３に格納されている。
また制御部９０は、ソフトウェアの指令やオペレータの入力に基づいて試料ステージ６０を駆動し、試料２の位置や姿勢を調整して試料２表面へのイオンビーム２０Ａの照射位置や照射角度を調整できるようになっている。また制御部９０は、ピンセットステージ５１及び挟持機構５３を駆動し、ナノピンセット５０の位置や姿勢を調整してナノピンセット５０により試料２の把持を行えるようになっている。
なお、制御部９０には、オペレータの入力指示を取得するキーボード等の入力手段９２が接続されている。
なお、制御部９０には、オペレータの入力指示を取得するキーボード等の入力手段９２が接続されている。
また、詳しくは後述するが、制御部９０は、試料画像上でイオンビーム２０Ａの照射位置を示す加工領域画像を設定し、加工領域画像に応じて試料ステージ６０を駆動し、加工領域画像に含まれるピクセルに応じて、イオンビーム２０Ａのドーズ量を設定して、加工領域画像に応じたイオンビームによる加工を行う。又、制御部９０は、加工領域画像が縮小拡大（変形）された場合に、加工領域画像を補間処理する機能を有する。又、必要に応じ、制御部９０は、加工領域画像に含まれるピクセルの輝度を２値化する。
なお、制御部９０は、特許請求の範囲の「画像生成手段」、「加工領域設定手段」、「照射位置設定手段」、「ビーム設定手段」、「補間手段」、「２値化手段」、に相当する。
なお、制御部９０は、特許請求の範囲の「画像生成手段」、「加工領域設定手段」、「照射位置設定手段」、「ビーム設定手段」、「補間手段」、「２値化手段」、に相当する。
イオンビーム照射系２０は、イオンを発生させるイオン源２１と、イオン源２１から流出したイオンを集束イオンビームに成形するとともに走査させるイオン光学系２２とを備えている。イオンビーム鏡筒２３を備えたイオンビーム照射系２０から、真空室１０内の試料ステージ６０上の試料２に荷電粒子ビームであるイオンビーム２０Ａが照射される。このとき、試料２からは二次イオンや二次電子等の二次荷電粒子が発生する。この二次荷電粒子を、二次荷電粒子検出器７０で検出して試料２の像が取得される。また、イオンビーム照射系２０は、イオンビーム２０Ａの照射量を増すことで、照射範囲の試料２をエッチング加工することも可能である。
イオン光学系２２は、例えば、イオンビーム２０Ａを集束するコンデンサーレンズと、イオンビーム２０Ａを絞り込む絞りと、イオンビーム２０Ａの光軸を調整するアライナと、イオンビーム２０Ａを試料に対して集束する対物レンズと、試料上でイオンビーム２０Ａを走査する偏向器とを備えて構成される。
イオン光学系２２は、例えば、イオンビーム２０Ａを集束するコンデンサーレンズと、イオンビーム２０Ａを絞り込む絞りと、イオンビーム２０Ａの光軸を調整するアライナと、イオンビーム２０Ａを試料に対して集束する対物レンズと、試料上でイオンビーム２０Ａを走査する偏向器とを備えて構成される。
電子ビーム照射系３０は、電子を放出する電子源３１と、電子源３１から放出された電子をビーム状に成形するとともに走査する電子光学系３２とを備えている。電子ビーム照射系３０から射出される電子ビーム３０Ａを試料２に照射することによって、試料２からは二次電子が発生するが、この発生した二次電子を、二次荷電粒子検出器７０で検出して試料２の像を取得することができる。ここで、電子ビーム鏡筒３３から射出される電子ビーム３０Ａは、イオンビーム２０Ａと同一位置の試料２上に照射する。
以上のように、本発明においては、試料表面を表す試料画像を取得するため、イオンビーム２０Ａの照射による二次荷電粒子（二次イオンや二次電子）を用いてもよく、電子ビーム３０Ａの照射による二次荷電粒子（二次電子）を用いてもよい。なお、本発明においては、電子ビーム照射系３０を備えていない荷電粒子ビーム装置を用いてもかまわない。
以上のように、本発明においては、試料表面を表す試料画像を取得するため、イオンビーム２０Ａの照射による二次荷電粒子（二次イオンや二次電子）を用いてもよく、電子ビーム３０Ａの照射による二次荷電粒子（二次電子）を用いてもよい。なお、本発明においては、電子ビーム照射系３０を備えていない荷電粒子ビーム装置を用いてもかまわない。
アルゴンイオンビーム照射系４０は、アルゴンイオン源４１と、アルゴンイオン光学系４２と、アルゴンイオンビーム鏡筒４３とを備え、さらに、アルゴンイオンビームの照射位置を制御するビーム位置制御手段４４を備えている。アルゴンイオンビーム照射系４０からは、試料２をクリーニングするためのアルゴンイオンビームが照射される。
二次荷電粒子検出器７０は、試料２へイオンビーム２０Ａ又は電子ビーム３０Ａが照射された際に、試料２から発生する二次荷電粒子（二次電子や二次イオン）を検出する。
二次荷電粒子検出器７０は、試料２へイオンビーム２０Ａ又は電子ビーム３０Ａが照射された際に、試料２から発生する二次荷電粒子（二次電子や二次イオン）を検出する。
ガス銃８０は、試料２へエッチングガス等の所定のガスを放出する。ガス銃８０からエッチングガスを供給しながら試料２にイオンビーム２０Ａを照射することで、イオンビーム２０Ａによる試料のエッチング速度を高めることができる。又、ガス銃８０から化合物ガスを供給しながら試料２にイオンビーム２０Ａを照射することで、イオンビーム２０Ａの照射領域近傍に局所的なガス成分の析出（デポジション）を行うことができる。
次に、本発明の特徴部分である加工領域画像の設定、変形等の処理について説明する。
図２は、加工領域画像の設定、変形及びイオンビーム２０Ａによる加工処理を示すフローである。まず、制御部９０は、二次荷電粒子検出器７０から二次荷電粒子の検出データを取得し（ステップＳ２００）、試料２の表面形状を示す試料画像を生成する（ステップＳ２０２）。制御部９０は試料画像を表示装置９１に送信し、表示装置９１は試料画像を表示する（ステップＳ３００）。
オペレータは、表示装置９１に表示された試料画像上で、イオンビームを照射したい位置に対応する加工領域画像を指定し、その指定情報は入力手段９２を介して（ステップＳ４００）、制御部９０に送信される。
図２は、加工領域画像の設定、変形及びイオンビーム２０Ａによる加工処理を示すフローである。まず、制御部９０は、二次荷電粒子検出器７０から二次荷電粒子の検出データを取得し（ステップＳ２００）、試料２の表面形状を示す試料画像を生成する（ステップＳ２０２）。制御部９０は試料画像を表示装置９１に送信し、表示装置９１は試料画像を表示する（ステップＳ３００）。
オペレータは、表示装置９１に表示された試料画像上で、イオンビームを照射したい位置に対応する加工領域画像を指定し、その指定情報は入力手段９２を介して（ステップＳ４００）、制御部９０に送信される。
なお、加工領域画像は、画像データ（ビットマップデータ）として予め記憶部９３に格納され、画像データは複数のピクセルを含んで構成されている。又、ピクセル毎に輝度が定められている。そして、本発明においては、各ピクセルの座標がイオンビームの照射位置に対応すると共に、各ピクセルの輝度に応じてイオンビームのドーズ量（ビーム照射時間×電流）が設定されている。例えば、輝度が高いほどイオンビームのドーズ量を多くしてエッチング加工を深くすることができる。
又、後述するように、ピクセル毎の輝度を２値化し、その値に応じてイオンビームの照射をオン・オフするように設定してもよい。この場合、例えば、ピクセルの輝度が２値化の閾値未満であればイオンビームを照射せず（エッチングせず）、ピクセルの輝度が２値化の閾値以上であればイオンビームを照射する（エッチングする）よう設定することができる。
又、後述するように、ピクセル毎の輝度を２値化し、その値に応じてイオンビームの照射をオン・オフするように設定してもよい。この場合、例えば、ピクセルの輝度が２値化の閾値未満であればイオンビームを照射せず（エッチングせず）、ピクセルの輝度が２値化の閾値以上であればイオンビームを照射する（エッチングする）よう設定することができる。
次に、制御部９０は、ステップＳ４００で入力手段９２から加工領域画像の指定情報を受信すると、さらにステップＳ４０２で加工領域画像の変形指示を入力手段９２から受信したか否かを判定する（ステップＳ２０４）。この判定は、ステップＳ４００で一旦指定された加工領域画像の大きさが、イオンビームの照射前（加工前）に変形されたか否かを判断するものである。
ステップＳ２０４で「Ｎｏ」であれば、制御部９０は、加工領域画像に含まれる各ピクセルの試料画像上での座標及び輝度を取得する（ステップＳ２０６）。一方、ステップＳ２０４で「Ｙｅｓ」であれば、制御部９０は、後述する加工領域画像の補間処理を行う（ステップＳ２２０）。
ステップＳ２０４で「Ｎｏ」であれば、制御部９０は、加工領域画像に含まれる各ピクセルの試料画像上での座標及び輝度を取得する（ステップＳ２０６）。一方、ステップＳ２０４で「Ｙｅｓ」であれば、制御部９０は、後述する加工領域画像の補間処理を行う（ステップＳ２２０）。
ステップＳ２０６を行った後、制御部９０は、ラスタースキャンにより各ピクセルの座標に応じたイオンビーム２０Ａの走査を行う（ステップＳ２０８）。ラスタースキャンでは、制御部９０は、走査線上に存在する加工領域画像のピクセルの座標をそれぞれイオンビームの照射位置として設定し、個々のピクセルの座標に応じた位置にイオンビーム２０Ａが照射されるよう、偏向器を制御する。さらに、制御部９０は、ステップＳ２０８で設定したピクセルの輝度に応じてイオンビームのドーズ量を設定する（ステップＳ２１０）。具体的には、ステップＳ２１０で制御部９０は、イオン源２１のビーム照射時間及び／又は電流を制御し、照射されるイオンビーム２０Ａのドーズ量を制御し、イオンビームによる加工の程度（エッチング深さやデポジション膜の厚み）を調整する。
つまり、制御部９０は、ラスタースキャンにより１個のピクセルの座標を設定する毎に、ステップＳ２０８、Ｓ２１０の処理を行い、ステップＳ２１０の処理に応じて試料２の表面に、所定ドーズ量のイオンビーム２０Ａを照射する。このラスタースキャンによるイオンビーム照射は、以下のステップＳ２１４で「Ｙｅｓ」と判定されない限り、走査は繰り返される。
なお、ステップＳ２０８で、必要に応じてローテーション機構６０ｃやチルト機構６０ａを制御してもよい。
つまり、制御部９０は、ラスタースキャンにより１個のピクセルの座標を設定する毎に、ステップＳ２０８、Ｓ２１０の処理を行い、ステップＳ２１０の処理に応じて試料２の表面に、所定ドーズ量のイオンビーム２０Ａを照射する。このラスタースキャンによるイオンビーム照射は、以下のステップＳ２１４で「Ｙｅｓ」と判定されない限り、走査は繰り返される。
なお、ステップＳ２０８で、必要に応じてローテーション機構６０ｃやチルト機構６０ａを制御してもよい。
次に、ステップＳ２１４で、制御部９０はステップＳ２０４と同様に加工領域画像の変形指示を入力手段９２から受信したか否かを判定する。ステップＳ２１４で「Ｎｏ」であれば、ステップＳ２１６へ移行し、制御部９０はラスタースキャンが終了したか否か（最後の走査線の最後のピクセル位置を読取ったか否か）を判定する。ステップＳ２１４の判定は、加工領域画像の大きさが、イオンビームの照射中（加工中）に変形されたか否かを判断するものである。
ステップＳ２１６で「Ｎｏ」であれば、ステップＳ２１０へ移行し、ラスタースキャンによる処理Ｓ２０８、Ｓ２１０を繰り返す。一方、ステップＳ２１６で「Ｙｅｓ」であればラスタースキャンを終了し、処理全体を終了する。
ステップＳ２１６で「Ｎｏ」であれば、ステップＳ２１０へ移行し、ラスタースキャンによる処理Ｓ２０８、Ｓ２１０を繰り返す。一方、ステップＳ２１６で「Ｙｅｓ」であればラスタースキャンを終了し、処理全体を終了する。
次に、ステップＳ２０４及び／又はステップＳ２１４で「Ｙｅｓ」の場合、制御部９０は、加工領域画像の補間処理を行う（ステップＳ２２０）。この実施形態では、ステップＳ２１４で「Ｙｅｓ」の場合、つまり、イオンビームで加工している途中で、オペレータが加工領域画像を変形し、入力手段９２から加工領域画像の変形指示を受信した（ステップＳ４０４）場合について説明する。
制御部９０は、ステップＳ４０４で加工領域画像の変形指示を受信すると（ステップＳ２１４で「Ｙｅｓ」）、ステップＳ２２０で加工領域画像の補間処理を行う。加工領域画像は画像データ（ビットマップデータ）であり、変形（縮小拡大）によってピクセル数も増減し、画像品質が劣化する。補間処理は、予め記憶部９３に格納されたもとの加工領域画像を縮小拡大した際に、画像の品質低下を防止する処理であり、本発明ではあらゆる公知の補間処理を適用することができる。公知の補間処理として、例えば、バイリニア方式、バイキュービック方式、ニアレストネイバー方式が挙げられ、これらに限定されるものではないが、バイリニア方式を好適に用いることができる。
本実施形態においては、上述したように、ステップＳ２１０で、ピクセルの輝度に応じてイオンビームのドーズ量を設定する。そして、例えばバイリニア方式によれば、加工領域画像の縮小拡大の前後で、座標の近い4個のピクセルの平均値を採用し、輝度の変化が平均化される。そのため、画像を縮小拡大しても輝度の変化が平滑化されるので、輝度に応じたイオンビームのドーズ量（つまり、エッチング深さ）の変化も縮小拡大前後で少なくなり、もとの画像を再現した加工を行うことができる。加工領域画像の一方向を拡大縮小した場合も同様であり、これにより加工領域の縦横比を変更することもできる。
本実施形態においては、上述したように、ステップＳ２１０で、ピクセルの輝度に応じてイオンビームのドーズ量を設定する。そして、例えばバイリニア方式によれば、加工領域画像の縮小拡大の前後で、座標の近い4個のピクセルの平均値を採用し、輝度の変化が平均化される。そのため、画像を縮小拡大しても輝度の変化が平滑化されるので、輝度に応じたイオンビームのドーズ量（つまり、エッチング深さ）の変化も縮小拡大前後で少なくなり、もとの画像を再現した加工を行うことができる。加工領域画像の一方向を拡大縮小した場合も同様であり、これにより加工領域の縦横比を変更することもできる。
次に、図２のステップＳ２０２〜Ｓ２１０（但し、ステップＳ２０４で「Ｎｏ」の場合）の処理に伴う、表示装置９２上の画面遷移について図３、図４を参照して説明する。
図３は、表示装置９２上の画面５００を示し、画面５００の左側には、ステップＳ２０２で生成した試料画像５０２が表示されている。一方、画面５００の右上には集束イオンビーム装置１００の各種操作をオペレータが指示するための指示画面５０４が表示されている。そして、画面５００の右下には、画像データ（ビットマップデータ）として予め記憶部９３に記憶されている加工領域画像５０６が一覧表示されている（図２では、加工領域画像の一部のみを表示）。
図３で、オペレータが加工領域画像５０６として星形５０６ａを選択し、図４に示すように試料画像５０２上で星形５０６ａを指定する（ステップＳ４００に対応）。この指定は、例えば加工領域画像５０６上で星形５０６ａを選択し、マウス等のポインティングデバイスでドラッグして試料画像５０２上の所定位置でドロップして行うことができる。なお、この例では、図４に示す星形５０６ａの内部がエッチング加工される。
図３は、表示装置９２上の画面５００を示し、画面５００の左側には、ステップＳ２０２で生成した試料画像５０２が表示されている。一方、画面５００の右上には集束イオンビーム装置１００の各種操作をオペレータが指示するための指示画面５０４が表示されている。そして、画面５００の右下には、画像データ（ビットマップデータ）として予め記憶部９３に記憶されている加工領域画像５０６が一覧表示されている（図２では、加工領域画像の一部のみを表示）。
図３で、オペレータが加工領域画像５０６として星形５０６ａを選択し、図４に示すように試料画像５０２上で星形５０６ａを指定する（ステップＳ４００に対応）。この指定は、例えば加工領域画像５０６上で星形５０６ａを選択し、マウス等のポインティングデバイスでドラッグして試料画像５０２上の所定位置でドロップして行うことができる。なお、この例では、図４に示す星形５０６ａの内部がエッチング加工される。
図５は、図２のステップＳ２０８、Ｓ２１０のラスタースキャンによるイオンビームの照射方法を示す。図５において、走査線Ｒ１上には加工領域画像（星形）５０６ａのピクセルａが位置する。同様に、走査線Ｒ２上には星形５０６ａのピクセルｂ、ｃが位置し、走査線Ｒ３上には星形５０６ａのピクセルｄ、ｅが位置する。
なお、図５の各ピクセルの符号のカッコ内は輝度を表す。例えば、ピクセルａ（10）は、ピクセルａの輝度が10であることを表す。
走査線Ｒ１に沿ってラスタースキャンを行い、ピクセルａに相当する位置で、輝度10に対応したドーズ量のイオンビームを照射する。次に走査線Ｒ２に移り、それぞれピクセルｂ、ｃに相当する位置で、輝度50に対応したドーズ量のイオンビームを照射する。次に走査線Ｒ３に移り、それぞれピクセルｄ、ｅ、ｆに相当する位置で、それぞれ輝度100、200,100に対応したドーズ量のイオンビームを照射する。
つまり、この例では、星形５０６ａの先端から中心に向かって輝度が高くなり、エッチング深さも深くなっている。
なお、図５の各ピクセルの符号のカッコ内は輝度を表す。例えば、ピクセルａ（10）は、ピクセルａの輝度が10であることを表す。
走査線Ｒ１に沿ってラスタースキャンを行い、ピクセルａに相当する位置で、輝度10に対応したドーズ量のイオンビームを照射する。次に走査線Ｒ２に移り、それぞれピクセルｂ、ｃに相当する位置で、輝度50に対応したドーズ量のイオンビームを照射する。次に走査線Ｒ３に移り、それぞれピクセルｄ、ｅ、ｆに相当する位置で、それぞれ輝度100、200,100に対応したドーズ量のイオンビームを照射する。
つまり、この例では、星形５０６ａの先端から中心に向かって輝度が高くなり、エッチング深さも深くなっている。
次に、図２のステップＳ４０４、Ｓ２１４の補間処理における、表示装置９２上の画面遷移について図６を参照して説明する。
表示装置９２上の試料画像５０２上で、オペレータが加工領域画像（星形）５０６ａを変形（拡大）した場合、試料画像５０２上には拡大画像５０６ｂが表示され、この変形指示が入力手段９２を介して制御部９０に送信される（ステップＳ４０４）。この変形指示は、例えば試料画像５０２上で星形５０６ａを選択し、マウス等のポインティングデバイスでドラッグして画像を拡大しドロップして行うことができる。
制御部９０は、拡大画像５０６ｂの試料画像５０２上での座標と、もとの星形５０６ａの試料画像５０２上での座標とを比較し、星形５０６ａの縦横の拡大率を算出し、公知の補間処理を行い、拡大画像５０６ｂのピクセルの座標及び輝度を設定する。
表示装置９２上の試料画像５０２上で、オペレータが加工領域画像（星形）５０６ａを変形（拡大）した場合、試料画像５０２上には拡大画像５０６ｂが表示され、この変形指示が入力手段９２を介して制御部９０に送信される（ステップＳ４０４）。この変形指示は、例えば試料画像５０２上で星形５０６ａを選択し、マウス等のポインティングデバイスでドラッグして画像を拡大しドロップして行うことができる。
制御部９０は、拡大画像５０６ｂの試料画像５０２上での座標と、もとの星形５０６ａの試料画像５０２上での座標とを比較し、星形５０６ａの縦横の拡大率を算出し、公知の補間処理を行い、拡大画像５０６ｂのピクセルの座標及び輝度を設定する。
図７は、補間処理後のラスタースキャンによるイオンビームの照射方法を示す。拡大画像５０６ｂではもとの画像５０６ａに比べて走査線が増えている。（Ｒ１〜Ｒ４）そして、補間処理により、もとのピクセルａ、ｂの間にピクセルｂ１が補間され、もとのピクセルａ、ｃの間にピクセルｃ１が補間されている。同様に、ピクセルｂ２、ｃ２、ｅ１、ｅ２、ｆが補間されている。
そして、例えば、ピクセルｂ１の輝度がもとのピクセルａ（10）、ｂ（50）の輝度の間の値を採るように補間処理されている。このため、ピクセルの輝度の変化も平滑化され、輝度に応じてイオンビームで加工する際、加工の程度の変化も平滑になり、加工領域画像を変形しても、もとの画像を再現した加工を行うことができる。例えば、この例では、もとの画像５０６ａでは、星形の先端から中心に向かって深くなる加工が行われるが、拡大画像５０６ｂにおいても、星形の先端から中心に向かう輝度の変化が平滑化され、もとの画像５０６ａと同様に星形の先端から中心に向かって深くなる加工が再現される。
そして、例えば、ピクセルｂ１の輝度がもとのピクセルａ（10）、ｂ（50）の輝度の間の値を採るように補間処理されている。このため、ピクセルの輝度の変化も平滑化され、輝度に応じてイオンビームで加工する際、加工の程度の変化も平滑になり、加工領域画像を変形しても、もとの画像を再現した加工を行うことができる。例えば、この例では、もとの画像５０６ａでは、星形の先端から中心に向かって深くなる加工が行われるが、拡大画像５０６ｂにおいても、星形の先端から中心に向かう輝度の変化が平滑化され、もとの画像５０６ａと同様に星形の先端から中心に向かって深くなる加工が再現される。
本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の思想と範囲に含まれる様々な変形及び均等物に及ぶことはいうまでもない。
例えば、上記実施形態では、加工領域画像のピクセルの輝度に応じてイオンビームのドーズ量を連続的に変化させ、エッチング加工の深さを連続的に変化させたが、ピクセル毎の輝度を２値化してもよい。この場合、制御部９０は図２のステップＳ２０６で読取ったピクセル毎の輝度を２値化し、ステップＳ２１０においてドーズ量の設定をせず、輝度の２値化の閾値に応じ、集束イオンビームの照射をオン・オフすればよい。具体的には、星形５０６ａの内側に位置するピクセルは輝度の閾値を超えるので、星形５０６ａの内側に一定ドーズ量で集束イオンビームが照射される一方、星形５０６ａの外側のピクセルは輝度の閾値以下であるのでイオンビームの照射がオフとなる。
ピクセル毎の輝度を２値化した場合、イオンビームのドーズ量は一定となり、エッチング加工の深さも一定となるが、制御部９０の処理負担が軽減され、加工速度が速くなる。一方、ピクセルの輝度に応じてイオンビームのドーズ量を連続的に変化させる場合、エッチング深さを連続的に変えることができ、断面が斜めの加工や、凸レンズの作成等が容易に行える。
例えば、上記実施形態では、加工領域画像のピクセルの輝度に応じてイオンビームのドーズ量を連続的に変化させ、エッチング加工の深さを連続的に変化させたが、ピクセル毎の輝度を２値化してもよい。この場合、制御部９０は図２のステップＳ２０６で読取ったピクセル毎の輝度を２値化し、ステップＳ２１０においてドーズ量の設定をせず、輝度の２値化の閾値に応じ、集束イオンビームの照射をオン・オフすればよい。具体的には、星形５０６ａの内側に位置するピクセルは輝度の閾値を超えるので、星形５０６ａの内側に一定ドーズ量で集束イオンビームが照射される一方、星形５０６ａの外側のピクセルは輝度の閾値以下であるのでイオンビームの照射がオフとなる。
ピクセル毎の輝度を２値化した場合、イオンビームのドーズ量は一定となり、エッチング加工の深さも一定となるが、制御部９０の処理負担が軽減され、加工速度が速くなる。一方、ピクセルの輝度に応じてイオンビームのドーズ量を連続的に変化させる場合、エッチング深さを連続的に変えることができ、断面が斜めの加工や、凸レンズの作成等が容易に行える。
又、本発明において、図２のステップＳ２１４の処理のように、イオンビームの照射中に加工領域（照射領域）を変更した場合には、イオンビームの照射方向に垂直な方向に径の異なる孔（エッチング加工の場合）や、径の異なる析出物（デポジションの場合）を形成することができる。
又、上記実施形態では、ステップＳ２０８で、ラスタースキャンにより各ピクセルの座標に応じてイオンビーム２０Ａの走査を行ったが、ベクタースキャンによってイオンビーム２０Ａを照射してもよい。ベクタースキャンを用いる場合、走査方向を制限せず、加工領域画像が有するピクセルの座標を制御部９０が読取り、それぞれイオンビームの照射位置として設定する。そして、個々のピクセルの座標毎にイオンビーム２０Ａを照射するよう、偏向器を制御する。
２ 試料
２０ 集束イオンビーム照射機構
２０Ａ 集束イオンビーム
６０ 試料ステージ
６０ｂ 移動機構
７０ （二次荷電粒子）検出器
９０ 制御部（画像生成手段、加工領域設定手段、照射位置設定手段、ビーム設定手段、補間手段、２値化手段）
９１ 表示手段（表示装置）
１００ 集束イオンビーム装置
５０２ 試料画像
５０６、５０６ａ 加工領域画像
５０６ｂ 変形された加工領域画像
ａ〜ｆ ピクセル
２０ 集束イオンビーム照射機構
２０Ａ 集束イオンビーム
６０ 試料ステージ
６０ｂ 移動機構
７０ （二次荷電粒子）検出器
９０ 制御部（画像生成手段、加工領域設定手段、照射位置設定手段、ビーム設定手段、補間手段、２値化手段）
９１ 表示手段（表示装置）
１００ 集束イオンビーム装置
５０２ 試料画像
５０６、５０６ａ 加工領域画像
５０６ｂ 変形された加工領域画像
ａ〜ｆ ピクセル
Claims (7)
- 試料を載置すると共に該試料の位置を移動させる移動機構を有する試料ステージと、
集束イオンビームを前記試料に照射する集束イオンビーム照射機構と、
前記集束イオンビーム又は他の電子ビームを前記試料に照射して生じる二次荷電粒子を検出する検出器と、
前記検出器の検出データに基づき、前記試料の試料画像を生成する画像生成手段と、
前記試料画像を表示する表示手段と、
前記集束イオンビームの照射位置に対応したピクセルを複数含み、前記ピクセル毎に定められた輝度に応じて、前記集束イオンビーム照射機構から照射される前記集束イオンビームのドーズ量が決められた加工領域画像を、予め少なくとも１つ格納する記憶部と、
前記表示手段に表示された前記試料画像上で、前記加工領域画像とその位置を設定する加工領域設定手段と、
前記加工領域画像に含まれる前記ピクセルの座標を、前記試料への前記照射位置として設定する照射位置設定手段と、
前記ピクセル毎に定められた前記輝度に応じて、前記ドーズ量を設定するビーム設定手段と、
前記集束イオンビームを前記試料に照射する前、又は照射の途中で、前記加工領域設定手段によって前記加工領域画像が変形された場合に、該加工領域画像のピクセルを補間処理すると共に、当該補間されたピクセルの輝度をも補間処理する補間手段とを備えた集束イオンビーム装置。 - さらに、前記ピクセル毎の輝度を２値化する２値化手段を備え、
前記ビーム設定手段は、前記２値化された輝度に応じて、一定ドーズ量で集束イオンビームの照射をオンするか、又は集束イオンビームの照射をオフする請求項１記載の集束イオンビーム装置。 - 前記集束イオンビームの照射による前記試料の加工は、前記試料のエッチング又は前記試料へのデポジションである請求項１又は２記載の集束イオンビーム装置。
- 集束イオンビーム装置を用いて集束イオンビームを試料に照射して加工を行う方法であって、
前記集束イオンビームの照射位置に対応したピクセルを複数含み、前記ピクセル毎に定められた輝度に応じて、前記集束イオンビーム照射機構から照射される前記集束イオンビームのドーズ量が決められた加工領域画像を、予め少なくとも１つ格納する記憶過程と、
前記試料の試料画像上で、前記加工領域画像とその位置を設定する加工領域設定過程と、
前記加工領域画像に含まれる前記ピクセルの座標を、前記試料への前記照射位置として設定する照射位置設定過程と、
前記ピクセル毎に定められた前記輝度に応じて、前記ドーズ量を設定するビーム設定過程と、
前記集束イオンビームを前記試料に照射する前、又は照射の途中で、前記加工領域画像が変形された場合に、該加工領域画像のピクセルを補間処理すると共に、当該補間されたピクセルの輝度をも補間処理する補間過程とを有する集束イオンビーム装置を用いた試料の加工方法。 - さらに、前記ピクセル毎の輝度を２値化する２値化過程を有し、
前記ビーム設定過程において、前記２値化された輝度に応じて、一定ドーズ量で集束イオンビームの照射をオンするか、又は集束イオンビームの照射をオフする請求項４記載の集束イオンビーム装置を用いた試料の加工方法。 - 前記集束イオンビームの照射による前記試料の加工は、前記試料のエッチング又は前記試料へのデポジションである請求項４又は５記載の集束イオンビーム装置を用いた試料の加工方法。
- 集束イオンビーム装置を用いて集束イオンビームを試料に照射して加工を行うコンピュータプログラムであって、
前記集束イオンビームの照射位置に対応したピクセルを複数含み、前記ピクセル毎に定められた輝度に応じて、前記集束イオンビーム照射機構から照射される前記集束イオンビームのドーズ量が決められた加工領域画像を、予め少なくとも１つ格納する記憶過程と、
前記試料の試料画像上で、前記加工領域画像とその位置を設定する加工領域設定過程と、
前記加工領域画像に含まれる前記ピクセルの座標を、前記試料への前記照射位置として設定する照射位置設定過程と、
前記ピクセル毎に定められた前記輝度に応じて、前記ドーズ量を設定するビーム設定過程と、
前記集束イオンビームを前記試料に照射する前、又は照射の途中で、前記加工領域画像が変形された場合に、該加工領域画像のピクセルを補間処理すると共に、当該補間されたピクセルの輝度をも補間処理する補間過程をコンピュータに実行させる集束イオンビーム加工用コンピュータプログラム。
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