JP5792509B2 - 荷電粒子ビーム装置及び試料加工方法 - Google Patents
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Description
これによれば、集束イオンビーム照射により形成されたダメージ層に、アルゴンイオンビームを適切な角度から照射し、除去加工することができる。
これによれば、光学系の色収差を小さくし、かつ、エネルギーの小さい集束イオンビームを試料に到達させることができる。
また、別の手法として、試料に電圧を印加するリターディング法が知られている。これによれば、試料に到達する直前で集束イオンビームのエネルギーを小さくので、収差を小さくすることができる。
すなわち、アルゴンイオンビーム照射装置を備えると装置が複雑になる。また、中間加速管を有する集束イオンビーム鏡筒を備えると装置が複雑になる。また、リターディン法を用いる場合、集束イオンビーム鏡筒と試料の間に集束イオンビームに対して対称な電界を形成しなければならない。しかし、試料観察用の電子ビーム鏡筒を備えると、試料付近の電界は非対称になってしまう。そのため、リダーディング効果を奏することができない。
本発明は、試料を収容する試料室と、イオンビームを加速電圧で加速させ、該試料上に集束するように照射するイオンビーム鏡筒と、を備えた荷電粒子ビーム装置であって、イオンビーム鏡筒は、イオンビーム鏡筒の基端側に収容され、イオンビームを発生させるイオン源と、イオンビームを試料に照射するイオン光学系を備え、イオン光学系は、試料に第一の加速電圧で加速されたイオンビームを集束させる第一の対物レンズ電極と、第一の加速電圧より低い第二の加速電圧で加速されたイオンビームを試料に集束させる第二の対物レンズ電極と、を備えることを特徴としている。このため、イオンビームの加速電圧に合わせて、最適な対物レンズを形成し、ビーム径の小さいイオンビームを試料に集束させることができる。
本実施形態の荷電粒子ビーム装置は、図1に示すように、イオンビーム11を発生するイオン源2と、集束レンズを形成する集束レンズ電極3と、偏向電極4と、非点補正電極5と、走査電極26と、第一の対物レンズを形成する第一の対物レンズ電極6、7、8と、第二の対物レンズを形成する第二の対物レンズ電極9とからなるイオンビーム鏡筒10を備えている。イオンビーム鏡筒10は、接地されたイオンビーム鏡筒外壁1を有し、イオンビーム11の光軸は真空状態になっている。
本実施形態の荷電粒子ビーム装置により分解能が向上した実施例について説明する。試料13を精密な形状に加工するための仕上げ加工で用いるビーム電流量において、加速電圧30kVで加速したイオンビーム11を第一の対物レンズにより試料13に集束させたときのビーム径は数十nm程度であった。このときイオンビーム11が試料13に形成したダメージ層の厚さは20nm程度であった。また、加速電圧2kVで加速したイオンビーム11を第一の対物レンズにより試料13に集束させたときのビーム径は200nm程度であった。このときイオンビーム11が試料13に形成したダメージ層の厚さは20nm程度であった。加速電圧が低い方がイオンビーム11の試料13への侵入深さは小さくなるので、イオンビーム照射による試料に生じるダメージ層の厚さは加速電圧が低い方が小さくなる。しかし、第一の対物レンズにより試料13に集束させた場合では、ビーム径は200nm程度になってしまう。そのため分解能の低い観察になるので、イオンビームの照射位置を正確に決定することが困難であった。
ここで、加速電圧を2kVとしたが、第二の対物レンズ電極9で放電が発生しない範囲内で加速電圧の値は設定可能である。
図4を用いて、電子ビーム鏡筒を備えた荷電粒子ビーム装置の実施例について説明する。電子源42と、電子ビーム用対物レンズ43とを有する電子ビーム鏡筒41を備えている。電子ビーム44は試料13上のイオンビーム11の照射領域に照射可能である。電子ビーム44をイオンビーム11の照射領域に走査照射することにより、イオンビーム11で試料13の所望位置を加工している様子をSEM観察することができた。
本実施形態の試料加工方法について図5と6を説明する。図5は、本発明に係る試料加工方法の試料加工の概略図である。また、図6は、本発明に係る試料加工方法のフローチャートである。試料13からダメージ層の少ないTEM試料を作製する。
次に図5(b)に示すようにイオンビーム11をダメージ層54、55に照射し、除去加工する(S3)。これによりダメージ領域の少ない薄片試料部53を切り出すことができた。
1a…先端部
2…イオン源
3…集束レンズ電極
4…偏向電極
5…非点補正電極
6…第一の対物レンズ電極
7…第一の対物レンズ電極
8…第一の対物レンズ電極
9…第二の対物レンズ電極
9a…孔部
9b…平板部
9c…筒部
10…イオンビーム鏡筒
11…イオンビーム
12…試料台
13…試料
14…二次電子検出器
15…ガス銃
16…ガス源容器
17…第一の切替部
18…第一の対物レンズ電源
19…第二の切替部
20…第二の対物レンズ電源
21…制御部
22…表示部
23…入力部
24…対物レンズ電圧制御部
25…試料室
26…走査電極
27…記憶部
34…電子ビーム用二次電子検出器
41…電子ビーム鏡筒
42…電子源
43…電子ビーム用対物レンズコイル
44…電子ビーム
45…電子ビーム用対物レンズ中心位置と電子ビーム照射位置との距離
46…電子ビーム用対物レンズ中心位置
47…電子ビーム照射位置
48…第二の対物レンズ中心位置とイオンビーム照射位置との距離
49…第二の対物レンズ中心位置
50…イオンビーム照射位置
51…加工溝
52…加工溝
53…薄片試料部
54…ダメージ層
55…ダメージ層
70…中心軸
71…第一の対物レンズ電界
71a…レンズ中心
71b…イオンビーム
72…第二の対物レンズ電界
72a…レンズ中心
72b…イオンビーム
80…走査幅
81b…イオンビーム
82b…イオンビーム
Claims (13)
- 試料を収容する試料室と、イオンビームを加速電圧で加速させ、該試料上に集束するように照射するイオンビーム鏡筒と、を備えた荷電粒子ビーム装置であって、
前記イオンビーム鏡筒は、前記イオンビーム鏡筒の基端側に収容され、イオンビームを発生させるイオン源と、前記イオンビームを前記試料に照射するイオン光学系を備え、
前記イオン光学系は、前記試料に第一の加速電圧で加速されたイオンビームを集束させる第一の対物レンズ電極と、前記第一の加速電圧より低い第二の加速電圧で加速されたイオンビームを前記試料に集束させる第二の対物レンズ電極と、を備える荷電粒子ビーム装置。 - 前記第二の対物レンズ電極は、前記第一の対物レンズ電極より前記イオンビーム鏡筒の先端側に配置された請求項1に記載の荷電粒子ビーム装置。
- 前記第一の対物レンズ電極は、複数の電極からなり、
前記複数の電極は、少なくとも前記第二の対物レンズ電極に隣接し、接地された電極を備え、
前記接地された電極と、
前記第二の対物レンズ電極と、
接地された前記イオンビーム鏡筒の先端部と、により前記第二の加速電圧で加速されたイオンビームを集束させるレンズ電界を形成する請求項1または2に記載の荷電粒子ビーム装置。 - 前記イオン光学系は、前記第一の対物レンズ電極より前記イオンビーム鏡筒の基端側に前記イオンビームを偏向する偏向電極を備え、
前記偏向電極は、前記第一の加速電圧で加速されたイオンビームを前記第一の対物レンズ電極のレンズ中心を通過するように偏向し、前記第二の加速電圧で加速されたイオンビームを前記第二の対物レンズ電極のレンズ中心を通過するように偏向する請求項1から3のいずれか一つに記載の荷電粒子ビーム装置。 - 前記イオン光学系は、前記第一の対物レンズ電極より前記イオンビーム鏡筒の基端側に前記イオンビームを走査する走査電極を備え、
前記走査電極は、前記第一の加速電圧で加速されたイオンビームを前記第一の対物レンズ電極のレンズ中心を通過するように走査し、前記第二の加速電圧で加速されたイオンビームを前記第二の対物レンズ電極のレンズ中心を通過するように走査する請求項1から3のいずれか一つに記載の荷電粒子ビーム装置。 - 前記イオン光学系は、前記イオン源で発生した前記イオンビームを集束させる集束レンズ電極と、
前記イオンビームの非点を補正する非点補正電極と、を備える請求項1から5のいずれか一つに記載の荷電粒子ビーム装置。 - 前記第一の加速電圧と前記第二の加速電圧を入力する入力部と、
前記第一の加速電圧と前記第二の加速電圧に対応した前記イオン光学系の設定値を記憶する記憶部と、
前記設定値を前記イオン光学系に設定する制御部と、を備え、
前記記憶部は、前記第一の加速電圧に対応する第一の設定値と、前記第二の加速電圧に対応する第二の設定値とを記憶し、
前記制御部は、前記入力部で前記第一の加速電圧を入力した場合、前記第一の設定値を前記イオン光学系に設定し、前記入力部で前記第二の加速電圧を入力した場合、前記第二の設定値を前記イオン光学系に設定する請求項1から6のいずれか一つに記載の荷電粒子ビーム装置。 - 前記第一の設定値は、前記第一の対物レンズ電極の設定値が一定の電圧値で、前記第二の対物レンズ電極の設定値が0であり、
前記第二の設定値は、前記第一の対物レンズ電極の設定値が0で、前記第二の対物レンズ電極の設定値が一定の電圧値である請求項7に記載の荷電粒子ビーム装置。 - 前記第一の設定値と第二の設定値は、前記第一の加速電圧で加速されたイオンビームと前記第二の加速電圧で加速されたイオンビームとが同じ領域を照射するように設定された設定値である請求項7に記載の荷電粒子ビーム装置。
- 前記第二の対物レンズ電極は、前記イオンビームが通過可能な孔部を有し、前記イオンビームに対して略垂直な平面を有する平板部と、前記イオンビームが通過可能な筒部と、からなる請求項1から9のいずれか一つに記載の荷電粒子ビーム装置。
- 前記試料の前記イオンビームの照射領域に電子ビームを照射可能な電子ビーム鏡筒を備え、
前記電子ビーム鏡筒は、前記電子ビームを前記試料に集束させる電子ビーム用対物レンズコイルを有し、
前記電子ビーム用対物レンズコイルの中心と前記試料との距離は、前記イオンビーム鏡筒の前記第二の対物レンズ電極の中心と前記試料との距離より大きい請求項1から10のいずれか一つに記載の荷電粒子ビーム装置。 - 第一の加速電圧でイオンビームを加速させ、第一の対物レンズ電界で集束させ試料を加工する第一の加工工程と、
前記第一の加速電圧よりも低い第二の加速電圧でイオンビームを加速させ、前記第一の対物レンズ電界よりも前記試料に近い第二の対物レンズ電界で集束させ、前記試料を加工する第二の加工工程とからなる試料加工方法。 - 前記第二の加工工程は、前記第一の加工工程で前記試料に形成されたダメージ部分を除去する加工工程である請求項12に記載の試料加工方法。
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