JP5969229B2 - 集束イオンビーム装置およびイオンビーム光学系の調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、集束イオンビーム装置およびイオンビーム光学系の調整方法に関するものである。

従来から、ＴＥＭ（透過電子顕微鏡）の試料作成やフォトマスクの修正等のため、集束イオンビーム装置で対象箇所に集束イオンビームを照射して加工を行う方法が提案されている。

一般に集束イオンビーム装置は、イオンビームを発生させるイオン源と、イオンビームを集束させる集束レンズ（コンデンサレンズ）と、イオンビーム径を絞るアパーチャと、イオンビームを対象物に合焦（フォーカス）する対物レンズとを備えている。一般に、集束レンズとしてアインツェルレンズが採用されている。アインツェルレンズは、イオンビームの照射経路に沿って３枚の電極（入射側電極、中間電極および出射側電極）を配置し、入射側電極および出射側電極を接地するとともに、中間電極に集束電圧を印加するものである。また集束イオンビーム装置は、イオン源と集束レンズとの間に引出電極を備え、イオン源と引出電極との間に引出電圧を印加して、イオン源からイオンを引き出している。

近時では、イオンビーム径をより小さく絞るため、集束レンズとしてバイポテンシャルレンズを採用したものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。バイポテンシャルレンズは、イオンビームの照射経路に沿って３枚の電極（入射側電極、中間電極および出射側電極）を配置し、イオン源と入射側電極との間に引出電圧を印加して、入射側電極を引出電極として機能させるものである。なお、中間電極に集束電圧を印加し、出射側電極を接地する点は、アインツェルレンズと同様である。

国際公開第２０１０／０１６３９４号

ところで、イオン源を長時間使用した場合には、イオンビームの発生が不安定になる。イオンビームの発生を安定化させるためには、引出電圧の変更が必要になる。
しかしながら、バイポテンシャルレンズの入射側電極は、引出電極として機能するとともに、集束レンズの一部としても機能する。そのため、引出電圧を変更するとレンズ電界も変更され、イオンビームの集束状態が変化する。イオンビームの集束状態を維持するためには、引出電圧を変更するたび集束電圧の調整を行う必要がある。しかも、絞り径の異なる複数種類のアパーチャを備えている場合には、アパーチャごとに集束電圧の設定を行う必要があり、多大な工数を必要とする問題がある。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、集束電圧の設定を簡単かつ精度良く実施することが可能な、集束イオンビーム装置およびイオンビーム光学系の調整方法を提供することを目的とする。

上記の問題を解決するために、本発明の集束イオンビーム装置は、イオンを供給するイオン源と、前記イオン源から引き出されたイオンビームを集束させる集束レンズと、集束されたイオンビームを絞るための絞り径が異なる複数種類のアパーチャと、を備え、前記集束レンズは、前記イオン源との間に引出電圧を印加して前記イオン源からイオンビームを引き出す第１電極と、前記イオン源との間に集束電圧を印加して前記イオン源から引き出されたイオンビームを集束させる第２電極と、を少なくとも備えたバイポテンシャルレンズであり、前記集束電圧を設定する制御部をさらに備え、前記制御部は、前記引出電圧の大きさおよび前記アパーチャの種類に対応して、イオンビーム径が極小となる基準イオンビーム電流が得られる前記集束電圧の設定値が記録された集束電圧テーブルを備え、前記集束電圧テーブルに基づいて前記集束電圧を設定し、前記制御部は、複数種類の前記アパーチャについて、前記基準イオンビーム電流が得られる前記集束電圧の計算値を、予め前記集束電圧テーブルに記録しておき、基準となる前記アパーチャについて、前記基準イオンビーム電流が得られる前記集束電圧の実験値を求め、前記実験値から、前記基準アパーチャについて記録された前記計算値を減算して、前記集束電圧の補正値を求め、複数種類の前記アパーチャについて記録された前記計算値に、それぞれ前記補正値を加算して前記設定値を求め、前記集束電圧テーブルに記録する、ことを特徴とする。
集束電圧の計算値からの実験値のずれは、イオン源と集束レンズとの距離が設計値から寸法誤差によりずれることや、集束レンズ制御信号のオフセット等で発生する。イオン源と集束レンズとの寸法誤差や制御信号のオフセットは、アパーチャの種類によらず一定であるから、集束電圧の計算値と実験値とのずれ量である補正値も、アパーチャの種類によらず一定になる。
そこで本発明は、複数種類のアパーチャについて記録された計算値に、それぞれ補正値を加算して集束電圧の設定値を求め、集束電圧テーブルに記録する構成とした。これにより、基準アパーチャのみについて基準イオンビーム電流が得られる集束電圧の実験値を求めるだけで、他のアパーチャについての集束電圧の設定値を求めることができる。したがって、集束電圧テーブルを簡単かつ精度良く作成することができる。この集束電圧テーブルに基づいて集束電圧を設定することにより、集束電圧の設定を簡単かつ精度良く実施することができる。

また前記制御部は、特定の前記引出電圧において前記基準アパーチャについて求めた前記補正値を、前記特定引出電圧とは異なる前記引出電圧において複数種類の前記アパーチャについて記録された前記計算値に、それぞれ加算して前記設定値を求め、前記集束電圧テーブルに記録してもよい。
これにより、特定の引出電圧において基準アパーチャのみについて集束電圧の実験値を求めるだけで、全ての引出電圧において全てのアパーチャについて集束電圧の設定値を求めることができる。したがって、集束電圧テーブルを極めて簡単に作成することができる。

また前記制御部は、前記引出電圧ごとに、前記実験値を求め、前記引出電圧ごとに、前記実験値から、前記基準アパーチャについて記録された前記計算値を減算して、前記補正値を求め、前記引出電圧ごとに、複数種類の前記アパーチャについて記録された前記計算値に、それぞれ前記補正値を加算して前記設定値を求め、前記集束電圧テーブルに記録してもよい。
イオン源の長時間使用により針先形状が変化した場合には、イオンビームの発生が不安定になるため、引出電圧の変更が必要になる。ここで、イオン源の針先形状の変化により、イオン源と集束レンズとの距離が変化していれば、集束電圧の補正値も変化することになる。
そこで本発明は、引出電圧ごとに補正値を求めて集束電圧の設定値を算出する構成とした。これにより、集束電圧テーブルを精度良く作成することができる。

また前記集束電圧テーブルには、任意のイオンビーム電流が得られる前記集束電圧の任意設定値が記録され、前記制御部は、前記イオン源および前記集束レンズの第１セットについて、第１の前記補正値を求めた後に、前記任意イオンビーム電流が得られる前記集束電圧の第１実験値を求め、前記第１実験値から、前記第１補正値を減算して、前記任意イオンビーム電流が得られる前記集束電圧の第１計算値を求め、前記イオン源および前記集束レンズのうち少なくとも一方が前記第１セットとは異なる第２セットについて、第２の前記補正値を求め、前記第１計算値に、前記第２補正値を加算して、前記任意設定値を求め、前記集束電圧テーブルに記録することが好ましい。
任意イオンビーム電流を得るための集束電圧の計算値は、基準イオンビーム電流を得るための集束電圧の計算値とは異なり、計算式から求めることが困難である。一方で、イオン源と集束レンズとの距離は、イオンビーム電流によらず一定であるから、集束電圧の補正値もイオンビーム電流によらず一定になる。すなわち、任意イオンビーム電流を得る場合の補正値は、基準イオンビーム電流を得る場合の補正値に一致する。
そこで本発明は、第１セットについて、任意イオンビーム電流が得られる第１実験値から、基準イオンビーム電流を得る場合の第１補正値を減算して、任意イオンビーム電流が得られる第１計算値を求める構成とした。第１計算値が既知であれば、第２セットについて、その第１計算値に、基準イオンビーム電流を得る場合の第２補正値を加算するだけで、任意イオンビーム電流が得られる集束電圧の任意設定値を求めることができる。したがって、集束電圧の任意設定値が記録された集束電圧テーブルを簡単に作成することができる。

一方、本発明のイオンビーム光学系の調整方法は、イオンを供給するイオン源と、前記イオン源から引き出されたイオンビームを集束させる集束レンズと、集束されたイオンビームを絞るための絞り径が異なる複数種類のアパーチャと、を備え、前記集束レンズは、前記イオン源との間に引出電圧を印加して前記イオン源からイオンビームを引き出す第１電極と、前記イオン源との間に集束電圧を印加して前記イオン源から引き出されたイオンビームを集束させる第２電極と、を少なくとも備えたバイポテンシャルレンズであり、前記引出電圧の大きさおよび前記アパーチャの種類に対応して、イオンビーム径が極小となる基準イオンビーム電流が得られる前記集束電圧の設定値が記録された集束電圧テーブルをさらに備え、前記集束電圧テーブルに基づいて前記集束電圧を設定する集束イオンビーム装置についての、イオンビーム光学系の調整方法であって、前記集束電圧テーブルを作成する際に、複数種類の前記アパーチャについて、前記基準イオンビーム電流が得られる前記集束電圧の計算値を、予め前記集束電圧テーブルに記録しておき、基準となる前記アパーチャについて、前記基準イオンビーム電流が得られる前記集束電圧の実験値を求め、前記実験値から、前記基準アパーチャについて記録された前記計算値を減算して、前記集束電圧の補正値を求め、複数種類の前記アパーチャについて記録された前記計算値に、それぞれ前記補正値を加算して前記設定値を求め、前記集束電圧テーブルに記録する、ことを特徴とする。
これにより、基準アパーチャのみについて基準イオンビーム電流が得られる集束電圧の実験値を求めるだけで、他のアパーチャについての集束電圧の設定値を求めることができる。したがって、集束電圧テーブルを簡単かつ精度良く作成することができる。

本発明は、複数種類のアパーチャについて記録された計算値に、それぞれ補正値を加算して集束電圧の設定値を求め、集束電圧テーブルに記録する構成とした。これにより、基準アパーチャのみについて基準イオンビーム電流が得られる集束電圧の実験値を求めるだけで、他のアパーチャについての集束電圧の設定値を求めることができる。したがって、集束電圧テーブルを簡単かつ精度良く作成することができる。この集束電圧テーブルに基づいて集束電圧を設定することにより、集束電圧の設定を簡単かつ精度良く実施することができる。

実施形態に係る集束イオンビーム装置の概略構成図である。 バイポテンシャルレンズの説明図である。 ビーム電流とビーム径との関係を示すグラフである。 第１実施形態の集束電圧テーブルの説明図である。 第１実施形態に係るイオンビーム光学系の調整方法のフローチャートである。 （ａ）は集束電圧設定処理サブルーチンのフローチャートであり、（ｂ）は集束電圧調整処理サブルーチンのフローチャートである。 集束電圧設定処理における制御端末の表示画面である。 集束電圧調整処理における制御端末の表示画面である。 第２実施形態の集束電圧テーブルの説明図である。 第２実施形態に係るイオンビーム光学系の調整方法のフローチャートである。 第３実施形態の集束電圧テーブルの説明図である。 第３実施形態に係るイオンビーム光学系の調整方法のフローチャートである。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。
（第１実施形態、集束イオンビーム装置）
図１は、実施形態に係る集束イオンビーム装置の概略構成図である。荷電粒子ビーム装置である集束イオンビーム装置（ＦＩＢ）１は、試料Ｍに荷電粒子ビームであるイオンビームＩを照射することによって、試料Ｍの表面の加工等を行うものである。例えばウエハを試料Ｍとして配置し、ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）観察用の試料を作製することが可能であり、あるいは、フォトリソグラフィ技術におけるフォトマスクを試料Ｍとして、フォトマスクを修正することなどが可能である。以下、本実施形態における集束イオンビーム装置１の詳細について説明する。

図１に示すように、集束イオンビーム装置１は、試料Ｍが収容される真空チャンバー３と、試料Ｍに対してイオンビームＩを照射するイオンビーム鏡筒６とを備えている。
真空チャンバー３には、試料Ｍが載置される試料台２と、試料Ｍから放出された二次電子を検出する二次電子検出器４と、試料Ｍの表面に加工用ガスを供給するガス銃５とが設けられている。試料台２は、３軸ステージ（不図示）により試料Ｍを各方向に移動させることができる。また試料台２には、後述する集束電圧設定処理で使用するファラデーカップ（不図示）が設けられている。二次電子検出器４は、イオンビームＩの照射により試料Ｍから放出された２次電子を検出して、試料Ｍの状態観察を可能にする。ガス銃５は、試料Ｍの加工内容に応じて、エッチング用ガスやデポジション用ガスを供給する。なお真空チャンバー３には真空ポンプ（不図示）が接続されていて、内部３ａを高真空雰囲気まで排気可能である。

イオンビーム鏡筒６は、先端側に真空チャンバー３と連通する照射口７が形成された筒体８を備えている。筒体８の内部８ａには、基端側から先端側にかけて順番に、イオンを供給してイオンビームＩを発生させるイオン源１０と、イオンビームＩの状態を制御するイオンビーム光学系とが配置されている。イオンビーム光学系として、筒体８の基端側から先端側にかけて順番に、イオンビームＩを集束させる集束レンズ２０と、イオンビームＩを絞るアパーチャ３０と、イオンビームＩを試料Ｍに合焦（フォーカス）する対物レンズ４０とが配置されている。

イオン源１０は、例えばガリウムイオン（Ｇａ⁺）などのイオンを供給する。イオン源１０は、加速電圧電源１０ａに接続されている。
集束レンズ（コンデンサレンズ：ＣＬ）２０は、イオンビームＩが通過する貫通孔を備えた３枚の電極を、イオンビームＩの照射経路に沿って配置したものである。３枚の電極として、筒体８の基端側から先端側にかけて順番に、入射側電極２２、中間電極２４および出射側電極２６が配置されている。

（バイポテンシャルレンズ）
本実施形態では、集束レンズ２０としてバイポテンシャルレンズが採用されている。
図２は、バイポテンシャルレンズの説明図である。バイポテンシャルレンズでは、イオン源１０と集束レンズ２０の入射側電極２２との間に引出電圧電源２２ａが接続されている。この引出電圧電源２２ａで引出電圧を印加することにより、イオン源１０からイオンを引き出してイオンビームＩを発生させることができる。また、中間電極２４には集束電圧電源２４ａが接続されている。この集束電圧電源２４ａで集束電圧を印加することにより、発散状態のイオンビームＩを略平行に集束させることができる。一方、出射側電極２６は接地されている。なお上述したように、イオン源１０は加速電圧電源１０ａに接続されている。この加速電圧電源１０ａで加速電圧を印加することにより、イオンビームＩを加速させることができる。

図１に戻り、アパーチャ３０は、所定の絞り径の開口が形成された平板部材である。本実施形態では、絞り径の異なる複数種類のアパーチャ３０を備えている。アパーチャ３０を交換することにより、試料Ｍに照射されるイオンビームＩのビーム電流（イオンビーム電流）およびビーム径（イオンビーム径）を変更することができる。

対物レンズ４０は、集束レンズ２０と同様に、イオンビームＩが通過する貫通孔を備えた３枚の電極を、イオンビームＩの照射経路に沿って配置したものである。３枚の電極として、筒体８の基端側から先端側にかけて順番に、入射側電極４２、中間電極４４および出射側電極４６が配置されている。対物レンズ４０として、アインツェルレンズが採用されている。アインツェルレンズでは、入射側電極４２および出射側電極４６が接地され、中間電極４４に対物電圧電源４４ａが接続されている。この対物電圧電源４４ａで対物電圧を印加することにより、イオンビームＩを試料Ｍに合焦することができる。

集束イオンビーム装置１は、パーソナルコンピュータ等の制御端末５０を備えている。制御端末５０は、集束イオンビーム装置１の各部の動作を制御するものである。
試料Ｍの加工レートや加工精度は、イオンビームＩのビーム電流やビーム径などに依存する。イオンビームＩのビーム電流やビーム径は、アパーチャ３０の絞り径や集束電圧の大きさ等によって決まる。そこで制御端末５０は、オペレータの指示に基づいて、アパーチャ制御部３０ｃを制御してアパーチャ３０の種類（絞り径）を選択するとともに、集束電圧電源２４ａを制御して集束電圧を設定する。

図３は、ビーム電流とビーム径との関係を示すグラフである。アパーチャ３０の種類を選択して集束電圧の大きさを変化させた場合、集束電圧の絶対値が大きいほどビーム電流が大きくなり、あるビーム電流でビーム径が極小となる。例えば図３では、アパーチャ（ＡＰ）として後述する＃１を選択した場合に、ビーム電流Ａ₁₀でビーム径が極小となる。このように、ビーム径が極小となる基準ビーム電流で集束イオンビーム装置１を使用するのが一般的である。
なおビーム電流が大きいイオンビームＩは、ガス銃５から供給された加工用ガスを飛散させ、十分なガスアシスト効果が得られない恐れがある。そこで、ビーム径が極小となる基準ビーム電流（例えば図３のＡ₁₀）よりも小さいビーム電流（例えば図３のＡ₁₁）をユーザーが設定して、集束イオンビーム装置１を使用する場合もある。

ところで、イオン源１０および集束レンズ２０は、長時間の使用により劣化するため、定期的に交換する必要がある。イオン源１０および集束レンズ２０の少なくとも一方を交換すると、両者間の距離が変化する。なおイオン源１０の交換前でも、長時間の使用によりイオン源１０の針先形状が変化して、両者間の距離が変化する場合がある。このような両者間の距離の変化に起因して、イオンビームＩの発生が不安定になることがある。イオンビームＩの発生を安定化させるためには、両者間の距離に応じて引出電圧を変更する必要がある。そこで制御端末５０は、引出電圧電源２２ａを制御して、引出電圧を設定する。

ところが、本実施形態では集束レンズ２０としてバイポテンシャルレンズを採用している。バイポテンシャルレンズの入射側電極２２は、引出電極として機能するとともに、集束レンズ２０の一部としても機能する。そのため引出電圧を変更すると、レンズ電界が変化してイオンビームＩの集束状態が変化する。これにより、イオンビームＩのビーム電流も変化することになる。所望のビーム電流を得るためには、引出電圧の大きさおよびアパーチャの種類ごとに、集束電圧を設定する必要がある。
本実施形態の制御端末５０は、集束電圧を設定するための集束電圧テーブルを備えている。集束電圧テーブルには、引出電圧の大きさおよびアパーチャの種類ごとに、集束電圧の設定値が記録されている。以下、集束電圧テーブルについて詳述する。

（集束電圧テーブル）
図４は、集束電圧テーブルの説明図である。集束電圧テーブルは、引出電圧ごとに記録されている。例えば図４の集束電圧テーブルでは、引出電圧が６．９ｋＶの場合と７．０ｋＶの場合とが記録されている。集束電圧テーブルには、引出電圧ごとに、各アパーチャ（ＡＰ）＃１−＃５について、集束電圧の計算値、設定値および補正値が記録されている。

アパーチャ３０の種類として、集束イオンビーム装置１が備える全てのアパーチャ３０が記録されている。例えば図４では、絞り径が大きい方から順番に、＃１から＃５まで５種類のアパーチャが記録されている。各アパーチャ３０について、ビーム径が極小となる基準ビーム電流が記録されている。例えば図４では、アパーチャ＃１の基準ビーム電流として、上述したＡ₁₀が記録されている。

集束電圧の計算値は、特定の引出電圧およびアパーチャ３０について、基準ビーム電流が得られる集束電圧を、予め計算式によって求めたものである。集束電圧の設定値は、特定の引出電圧およびアパーチャ３０について、基準ビーム電流が得られるように実機上で設定すべき集束電圧である。一般に、イオン源１０と集束レンズ２０との距離は、設計値から寸法誤差によりずれる。そのため、集束電圧の計算値から設定値がずれることになる。また、集束レンズ制御信号がオフセットした場合にも、集束電圧の計算値から設定値がずれることになる。集束電圧の補正値は、計算値と設定値との差（ずれ量）である。例えば図４では、引出電圧６．９ｋＶのときアパーチャ＃１について、計算値−１７．９ｋＶ、設定値−１７．５３ｋＶ、および補正値０．３７ｋＶが記録されている。

図１に示す制御端末５０は、イオン源１０および集束レンズ２０のうち少なくとも一方が交換された場合に、後述する集束電圧設定処理を実施して、上述した集束電圧テーブルを更新するとともに集束電圧を設定する。また制御端末５０は、引出電圧が再設定された場合に、後述する集束電圧調整処理を実施して、集束電圧を再設定する。なお、制御端末５０のメモリーには、集束電圧設定処理および集束電圧調整処理を実施するプログラムが記録されており、このプログラムを実行することで集束電圧設定処理および集束電圧調整処理を実施する。以下、集束電圧設定処理および集束電圧調整処理を含むイオンビーム光学系の調整方法について説明する。

（イオンビーム光学系の調整方法）
図５は第１実施形態に係るイオンビーム光学系の調整方法のフローチャートである。
図６（ａ）は集束電圧設定処理サブルーチンのフローチャートであり、図６（ｂ）は集束電圧調整処理サブルーチンのフローチャートである。
図７は集束電圧設定処理における制御端末の表示画面であり、図８は集束電圧調整処理における制御端末の表示画面である。

図５において、イオン源１０および集束レンズ２０のうち少なくとも一方が交換されたか判断する（Ｓ２）。Ｓ２の判断がＹｅｓの場合は、イオン源１０と集束レンズ２０との距離が従前から変化している可能性が高い。この場合には、集束電圧の計算値に対する設定値のずれ量も、従前から変化することになる。そこで、集束電圧テーブルを更新し集束電圧を再設定するため、Ｓ１０に進んで集束電圧設定処理を実施する。

（集束電圧設定処理）
図６（ａ）に示す集束電圧設定処理（Ｓ１０）は、制御端末５０のメモリーに記録された集束電圧設定処理プログラムを実行することで開始する。
集束電圧設定処理プログラムを実行すると、制御端末５０のディスプレイに図７の画面６０が表示される。画面中でスタートボタン６２を押下げると、集束イオンビーム装置１の試料台２が移動して、試料台２に形成されたファラデーカップがイオンビーム鏡筒６の照射口７に対向配置される。画面中のモニタ部６０ａには、ファラデーカップ近傍の走査イオン顕微鏡像が表示される。

また、画面中でのスタートボタン６２の押下げに連動して、制御端末５０は引出電圧の値を読み込む（Ｓ１２）。ここでは、引出電圧が６．９ｋＶの場合を例にして説明する。また制御端末５０は、基準アパーチャを選択してセットする（Ｓ１４）。基準アパーチャとして、何れのアパーチャを選択することも可能であるが、ここではアパーチャ＃１を選択した場合を例にして説明する。この場合、ビーム径が極小となる基準ビーム電流はＡ₁₀である（図３および図４参照）。

次に、ビーム電流の調整を行う（Ｓ１６）。具体的には、図７に示す画面中で計測ボタン６４を押下げる。これにより、イオンビーム鏡筒６からファラデーカップに向かってイオンビームＩが照射され、ファラデーカップによりビーム電流が計測される。計測されたビーム電流は、画面中のビーム電流表示部６６に表示される。画面中には集束電圧調整ボタン６５が設けられている。集束イオンビーム装置１のオペレータは、この集束電圧調整ボタン６５を使用して集束電圧を増減させることで、ビーム電流を調整する。そして本実施形態では、ビーム電流を基準ビーム電流Ａ₁₀に略一致させる。なお画面中のモニタ部６０ａには、ファラデーカップ近傍の走査イオン顕微鏡像が表示される。

次に、集束電圧テーブルを更新（または新規作成）する（Ｓ１８）。具体的には、画面中で設定ボタン６７を押下げる。すると、ビーム電流が基準ビーム電流Ａ₁₀に略一致した時点での集束電圧が、集束電圧の実験値として記録される。
図４に示す集束電圧テーブルには、予め各引出電圧および各アパーチャ３０について集束電圧の計算値が記録されている。例えば、引出電圧６．９ｋＶでアパーチャ＃１の場合には、集束電圧の計算値として−１７．９ｋＶが記録されている。ここで画面中の設定ボタン６７の押下げにより、集束電圧の実験値として−１７．５３ｋＶが設定値の欄に記録される。これと同時に、集束電圧の実験値から計算値が減算され、集束電圧の補正値として０．３７ｋＶが記録される。

集束電圧の計算値からの設定値のずれは、イオン源１０と集束レンズ２０との距離が設計値から寸法誤差によりずれることや、集束レンズ制御信号のオフセット等で発生する。イオン源１０と集束レンズ２０との寸法誤差や制御信号のオフセットは、アパーチャ３０の種類によらず一定であるから、集束電圧の計算値からの設定値のずれ量である補正値も、アパーチャ３０の種類によらず一定になる。そこで図４に示す集束電圧テーブルでは、引出電圧６．９ｋＶの全てのアパーチャ＃１−＃５について、集束電圧の補正値として０．３７を記録する。さらに本実施形態では、他の引出電圧（例えば７．０ｋＶ）の全てのアパーチャ＃１−＃５についても、集束電圧の補正値として０．３７を記録する。そして、全ての引出電圧および全てのアパーチャ３０について、集束電圧の計算値に補正値を加算して集束電圧の設定値を求め、集束電圧テーブルに記録する。以上により、集束電圧テーブルが更新される。

次に、各アパーチャ３０の集束電圧を設定する（Ｓ２０）。具体的には、アパーチャ３０を交換したとき自動的に集束電圧が設定されるように、アパーチャ３０と集束電圧の設定値との対応付けを行う。
以上により、集束電圧設定処理が完了する。

図５に戻り、Ｓ２の判断がＮｏの場合はＳ４に進み、引出電圧が再設定されたか判断する（Ｓ４）。イオン源１０を長時間使用してイオンビームＩの発生が不安定になった場合には、イオンビームＩの発生を安定化させるため引出電圧の再設定が必要になる。引出電圧が再設定された場合は、基準ビーム電流が得られる集束電圧の大きさも変化することになる。そこで集束電圧を調整するため、Ｓ３０に進んで集束電圧調整処理を実施する。

（集束電圧調整処理）
集束電圧調整処理（Ｓ３０）は、制御端末５０のメモリーに記録された集束電圧調整処理プログラムを実行することで開始する。
集束電圧調整処理プログラムを実行すると、制御端末５０のディスプレイに図８の画面８０が表示される。画面中でスタートボタン８１を押下げると、制御端末５０は引出電圧の値を読み込む（Ｓ３２）。次に、画面中で設定ボタン８２を押下げると、制御端末５０は各アパーチャ３０の集束電圧を再設定する（Ｓ３４）。具体的には、制御端末５０が集束電圧テーブルを参照し、当該引出電圧の各アパーチャ３０に対応する集束電圧の設定値を読み出す。そして、アパーチャ３０を交換したとき自動的に集束電圧が設定されるように、アパーチャ３０と集束電圧の設定値との対応付けを行う。
以上により、集束電圧調整処理が完了する。

以上に詳述したように、本実施形態では、図４の集束電圧テーブルを作成する際に、全てのアパーチャ＃１−＃５について基準ビーム電流Ａ₁₀−Ａ₅₀が得られる集束電圧の計算値を、予め集束電圧テーブルに記録しておき、基準アパーチャ＃１について基準ビーム電流Ａ₁₀が得られる集束電圧の実験値を求め、その実験値から、基準アパーチャ＃１について記録された計算値を減算して、集束電圧の補正値を求め、全てのアパーチャ＃１−＃５について記録された計算値に、それぞれ補正値を加算して、集束電圧の設定値を求め、集束電圧テーブルに記録する構成とした。
集束電圧の計算値からの実験値のずれは、イオン源１０と集束レンズ２０との距離が設計値から寸法誤差によりずれることや、集束レンズ制御信号のオフセット等で発生する。イオン源１０と集束レンズ２０との寸法誤差や制御信号のオフセットは、アパーチャ３０の種類によらず一定であるから、集束電圧の計算値と実験値とのずれ量である補正値も、アパーチャ３０の種類によらず一定になる。
そこで、全てのアパーチャ＃１−＃５について記録された計算値に、それぞれ補正値を加算して集束電圧の設定値を求め、集束電圧テーブルに記録する構成とした。これにより、基準アパーチャ＃１のみについて基準ビーム電流Ａ₁₀が得られる集束電圧の実験値を求めるだけで、他のアパーチャについて集束電圧の設定値を求めることができる。したがって、集束電圧テーブルを簡単かつ精度良く作成することができる。この集束電圧テーブルに基づいて集束電圧を設定することにより、集束電圧の設定を簡単かつ精度良く実施することができる。なお、集束電圧の計算値をそのまま設定値とする場合に比べて、本実施形態では集束電圧の実験値から補正値を求めて設定値を算出するので、基準ビーム電流を精度良く得ることができる。

また本実施形態では、図４の集束電圧テーブルを作成する際に、特定の引出電圧において基準アパーチャ＃１について求めた補正値を、特定引出電圧とは異なる引出電圧において全てのアパーチャ＃１−＃５について記録された計算値に、それぞれ加算して集束電圧の設定値を求め、集束電圧テーブルに記録する構成とした。
これにより、特定の引出電圧において基準アパーチャ＃１のみについて集束電圧の実験値を求めるだけで、全ての引出電圧において全てのアパーチャ＃１−＃５について集束電圧の設定値を求めることができる。したがって、集束電圧テーブルを極めて簡単に作成することができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る集束イオンビーム装置およびイオンビーム光学系の調整方法について説明する。
第１実施形態では、特定の引出電圧において求めた補正値を、異なる引出電圧において記録された計算値に加算して、集束電圧の設定値を求めた。これに対して第２実施形態では、引出電圧ごとに求めた補正値を、引出電圧ごとに記録された計算値に加算して、集束電圧の設定値を求める点で異なっている。なお第１実施形態と同様の構成となる部分については、その詳細な説明を省略する。

第１実施形態で述べたように、イオン源１０を長時間使用してイオンビームＩの発生が不安定になった場合には、イオンビームＩの発生を安定化させるため引出電圧の再設定が必要になる。ここで、イオンビームＩの発生が不安定になった場合には、イオン源１０の針先形状が長時間使用により変化していると考えられる。この場合には、イオン源１０と集束レンズ２０との距離が、従前から変化していると考えられるため、集束電圧の計算値からの設定値のずれ量（補正値の大きさ）も、従前から変化していると考えられる。なお、イオン源１０の長時間使用による針先形状の変化は僅かであるから、第１実施形態では補正値の変化量が十分に小さいとみなして、全ての引出電圧において同じ補正値を適用して集束電圧の設定値を求めた。これに対して第２実施形態では、補正値の変化量を厳格に判断し、引出電圧ごとに異なる補正値を適用して集束電圧の設定値を求める。

図４に示す第１実施形態の集束電圧テーブルでは、引出電圧が６．９ｋＶおよび７．０ｋＶの両方の場合において、補正値として０．３７ｋＶを適用した。
図９は、第２実施形態の集束電圧テーブルの説明図である。第２実施形態の集束電圧テーブルでは、引出電圧が６．９ｋＶの場合には補正値として０．３７ｋＶを適用し、引出電圧が７．０ｋＶの場合には補正値として０．４ｋＶを適用している。

図１０は、第２実施形態に係るイオンビーム光学系の調整方法のフローチャートである。まずＳ６において、引出電圧が再設定されたか判断する。Ｓ６の判断がＮｏの場合は、集束電圧を再設定する必要がないので処理を終了する。なお、イオン源１０または集束レンズ２０が交換された場合には、当然に引出電圧が再設定されるから、Ｓ６の判断はＹｅｓになる。Ｓ６の判断がＹｅｓの場合はＳ８に進む。

Ｓ８では、再設定された引出電圧における集束電圧の設定値が、既に集束電圧テーブルに記録されているか判断する。なお、イオン源１０または集束レンズ２０が交換された場合には、集束電圧テーブルの更新が必要になるから、Ｓ８の判断はＮｏになる。Ｓ８の判断がＮｏの場合は、その引出電圧における集束電圧の設定値を求める必要があるため、Ｓ１０に進んで集束電圧設定処理を行う。

図６（ａ）に示す集束電圧設定処理は、第１実施形態と同様に図７の画面に沿って実施する。まず、引出電圧の値を読み込む（Ｓ１２）。ここでは引出電圧が７．０ｋＶの場合を例にして説明する。次に、基準アパーチャを選択してセットする（Ｓ１４）。ここではアパーチャ＃１を選択した場合を例にして説明する。図９に示す集束電圧テーブルには、予め全ての引出電圧および全てのアパーチャ３０について集束電圧の計算値が記録されている。例えば図９では、引出電圧７．０ｋＶのアパーチャ＃１について、計算値として−１８．５ｋＶが記録されている。

次に、ビーム電流の調整を行い（Ｓ１６）、集束電圧テーブルを更新する（Ｓ１８）。これにより、引出電圧７．０ｋＶのアパーチャ＃１について、集束電圧の実験値として−１８．１ｋＶが設定値の欄に記録される。これと同時に、実験値から計算値が減算され、集束電圧の補正値として０．４ｋＶが記録される。次に、集束電圧テーブルの引出電圧７．０ｋＶのみにつき、全てのアパーチャ＃１−５について、補正値として０．４ｋＶを記録する。次に、引出電圧７．０ｋＶのみにつき、全てのアパーチャ＃１−５について、計算値に補正値を加算して集束電圧の設定値を求め、集束電圧テーブルに記録する。以上により、集束電圧テーブルが更新される。その後、各アパーチャ３０の集束電圧を設定し（Ｓ２０）、集束電圧設定処理を完了する。

図１０に戻り、Ｓ８の判断がＹｅｓの場合は、集束電圧テーブルを参照して集束電圧の再設定が可能であるため、Ｓ３０に進んで集束電圧調整処理を行う。集束電圧調整処理の具体的な内容は第１実施形態と同様である。

以上に詳述したように、本実施形態では、制御端末５０が、引出電圧ごとに基準アパーチャ＃１について実験値を求め、引出電圧ごとに実験値から基準アパーチャ＃１について記録された計算値を減算して補正値を求め、引出電圧ごとに全てのアパーチャ＃１−＃５について記録された計算値にそれぞれ補正値を加算して集束電圧の設定値を求める構成とした。
これにより、イオン源の長時間使用により針先形状が変化し、イオン源と集束レンズとの距離が変化した場合でも、引出電圧ごとに補正値を求めて集束電圧の設定値を算出することで、集束電圧テーブルを精度良く作成することができる。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態に係る集束イオンビーム装置およびイオンビーム光学系の調整方法について説明する。
第１および第２実施形態の集束電圧テーブルには、基準ビーム電流が得られる集束電圧の設定値のみが記録されていた。これに加えて、第３実施形態の集束電圧テーブルには、任意ビーム電流が得られる集束電圧の設定値が記録されている点で異なっている。なお、第１および第２実施形態と同様の構成となる部分については、その詳細な説明を省略する。

第１実施形態で述べたように、集束イオンビーム装置１は、ビーム径が極小となる基準ビーム電流で使用するのが一般的である。ただし、ビーム電流が大きいイオンビームＩは、ガス銃５から供給された加工用ガスを飛散させ、十分なガスアシスト効果が得られない恐れがある。そこで、基準ビーム電流（例えば図３のＡ₁₀）よりも小さい任意ビーム電流（例えば図３のＡ₁₁）をユーザーが設定して、集束イオンビーム装置１を使用する場合がある。そこで、第３実施形態の集束電圧テーブルには、基準ビーム電流が得られる集束電圧の設定値に加えて、任意ビーム電流が得られる集束電圧の設定値が記録されている。

図１１は、第３実施形態における集束電圧テーブルの説明図である。第３実施形態では、従前のイオン源１０および集束レンズ２０の組み合わせを第１セットと呼び、イオン源１０および集束レンズ２０のうち少なくとも一方が交換された後の両者の組み合わせを第２セットと呼ぶ。図１１（ａ）は第１セットに関する第１集束電圧テーブルであり、図１１（ｂ）は第２セットに関する第２集束電圧テーブルである。

図１１の各集束電圧テーブルでは、例えば引出電圧６．９ｋＶのアパーチャ＃１について、集束電圧の各値（計算値、設定値および補正値）が記録されている。ここでは、基準ビーム電流Ａ₁₀が得られる集束電圧の各値のほか、任意ビーム電流Ａ₁₁，Ａ₁₂が得られる集束電圧の各値が記録されている。
図１１（ａ）に示す第１集束電圧テーブルでは、全てのビーム電流についての集束電圧の補正値として０．３７ｋＶが記録されている。これに対して、図１１（ｂ）に示す第２集束電圧テーブルでは、全てのビーム電流についての集束電圧の補正値として０．３９ｋＶが記録されている。

図１２は第３実施形態に係るイオンビーム光学系の調整方法のフローチャートである。以下には、任意ビーム電流Ａ₁₁が得られる集束電圧の任意設定値を求める場合を例にして説明する。
第３実施形態では、図１１（ａ）に示す第１集束電圧テーブルにおいて、基準ビーム電流Ａ₁₀が得られる集束電圧の各値のみが記録され、任意ビーム電流Ａ₁₁が得られる集束電圧の各値が記録されていない状態からスタートする。ここで、第１セットに関して基準ビーム電流Ａ₁₀を得る場合の集束電圧の補正値を第１補正値とする。例えば図１１（ａ）の第１集束電圧テーブルでは、第１補正値として０．３７ｋＶが記録されている。

第１実施形態で述べたように、集束電圧の計算値からの設定値のずれ量（補正値の大きさ）は、イオン源１０と集束レンズ２０との距離が、設計値から寸法誤差によりずれた量に対応する。ここで、イオン源１０と集束レンズ２０との距離は、ビーム電流によらず一定であるから、集束電圧の補正値もビーム電流によらず一定になる。すなわち、基準ビーム電流Ａ₁₀を得る場合の第１補正値は、任意ビーム電流Ａ₁₁を得る場合の補正値に一致する。そこで、基準ビーム電流Ａ₁₀を得る場合の第１補正値を、任意ビーム電流Ａ₁₁を得る場合の補正値として展開し、第１集束電圧テーブルに記録する（Ｓ４０）。

第１実施形態で述べたように、基準ビーム電流Ａ₁₀を得るための集束電圧の計算値は、計算式から求めることが可能である。これに対して、任意ビーム電流Ａ₁₁を得るための集束電圧の計算値は、計算式から求めることが困難である。そのため、第１および第２実施形態と同様に集束電圧テーブルを作成することは困難であり、まずは任意ビーム電流Ａ₁₁を得るための集束電圧のデータを蓄積する必要がある。

そこで第３実施形態では、再びビーム電流の調整を行う（Ｓ４２）。具体的には、集束電圧設定処理のビーム電流調整（Ｓ１６）と同様に、集束イオンビーム装置１のオペレータが、図６の画面中の集束電圧調整ボタン６５を使用して集束電圧を増減させることで、ビーム電流を調整する。そして第３実施形態では、ビーム電流を任意ビーム電流Ａ₁₁に略一致させる。

次に、第１集束電圧テーブルへの追記を行う（Ｓ４４）。具体的には、図６の画面中で設定ボタン６７を押下げる。すると、ビーム電流が任意ビーム電流Ａ₁₁に略一致した時点での集束電圧が、集束電圧の第１実験値として、第１集束電圧テーブルの設定値の欄に記録される。例えば図１１（ａ）では、第１実験値として−１７．５１ｋＶが記録される。次に、第１実験値から第１補正値を減算し、任意ビーム電流Ａ₁₁が得られる集束電圧の第１計算値を逆算して、第１集束電圧テーブルに記録する。例えば図１１（ａ）では、第１計算値として−１７．８８ｋＶが記録される。以上により、第１集束電圧テーブルが完成する。

図１２に戻り、その後、イオン源１０および集束レンズ２０のうち少なくとも一方が交換されたか判断する（Ｓ５０）。Ｓ５０の判断がＮｏの場合は処理を終了する。Ｓ５０の判断がＹｅｓの場合は、集束電圧テーブルを更新する必要があるから、Ｓ１０に進んで集束電圧設定処理を行う。Ｓ１０の集束電圧設定処理により、図１１（ｂ）に示す第２集束電圧テーブルでは、基準ビーム電流Ａ₁₀が得られる集束電圧の各値が記録された状態になる。ここで、第２セットに関して基準ビーム電流Ａ₁₀を得る場合の集束電圧の補正値を第２補正値とする。例えば図１１（ｂ）の第２集束電圧テーブルでは、第２補正値として０．３９ｋＶが記録されている。
次に、基準ビーム電流Ａ₁₀を得る場合の第２補正値を、任意ビーム電流Ａ₁₁を得る場合の補正値として展開し、第２集束電圧テーブルに記録する（Ｓ５２）。

イオン源１０および集束レンズ２０のうち少なくとも一方が交換された場合には、引出電圧が再設定されている。そこで、交換前の第１集束電圧テーブルに、再設定された引出電圧において任意ビーム電流Ａ₁₁が得られる集束電圧の各値が記録されているか判断する（Ｓ５４）。Ｓ５４の判断がＮｏの場合は、第１セットの場合と同様に、任意ビーム電流を得るための集束電圧のデータを蓄積する必要がある。そこで、Ｓ４２と同様にビーム電流の調整を行ない（Ｓ５６）、Ｓ５８と同様に第２集束電圧テーブルへの追記を行なって（Ｓ５８）、処理を終了する。

一方、Ｓ５４の判断がＹｅｓの場合には、直ちに第２集束電圧テーブルへの追記を行う（Ｓ６０）。Ｓ５４の判断がＹｅｓの場合には、交換前の第１集束電圧テーブルに、再設定された引出電圧において任意ビーム電流Ａ₁₁が得られる集束電圧の第１計算値が記録されている。この集束電圧の第１計算値は、第２セットへの交換後でも引出電圧が同じであれば、任意ビーム電流Ａ₁₁が得られる集束電圧の計算値として機能する。そこで第１計算値を、任意ビーム電流Ａ₁₁が得られる集束電圧の計算値として、第２集束電圧テーブルに記録する。例えば図１１（ｂ）では、任意ビーム電流Ａ₁₁が得られる集束電圧の計算値として、第１計算値である−１７．８８ｋＶを記録する。さらに、第１計算値に第２補正値を加算して、任意ビーム電流Ａ₁₁が得られる集束電圧の任意設定値を求め、第２集束電圧テーブルに記録する。例えば図１１（ｂ）では、集束電圧の任意設定値として−１７．４９ｋＶを記録する。
以上で第２集束電圧テーブルが完成する。

以上に詳述したように、本実施形態では、イオン源１０および集束レンズ２０の第１セットについて第１補正値を求めた後に、任意ビーム電流Ａ₁₁が得られる集束電圧の第１実験値を求め、第１実験値から第１補正値を減算して任意ビーム電流Ａ₁₁が得られる集束電圧の第１計算値を求め、イオン源１０および集束レンズ２０のうち少なくとも一方が第１セットとは異なる第２セットについて第２補正値を求め、第１計算値に第２補正値を加算して任意ビーム電流Ａ₁₁が得られる集束電圧の任意設定値を求める構成とした。
これにより、任意ビーム電流Ａ₁₁が得られる集束電圧の任意設定値を効率的に求めて、集束電圧テーブルを簡単に作成することができる。

なお、本発明の技術範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な材料や層構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
例えば、実施形態の集束イオンビーム装置には、必要に応じて様々な構成要素を付加することが可能である。

１…集束イオンビーム装置 １０…イオン源 ２０…集束レンズ ２２…入射側電極（第１電極） ２４…中間電極（第２電極） ３０…アパーチャ ５０…制御端末 ＃１…基準アパーチャ Ａ₁₀…基準ビーム電流 Ａ₁₁…任意ビーム電流 Ｉ…イオンビーム

Claims (5)

1. イオンを供給するイオン源と、
   前記イオン源から引き出されたイオンビームを集束させる集束レンズと、
   集束されたイオンビームを絞るための絞り径が異なる複数種類のアパーチャと、を備え、
   前記集束レンズは、前記イオン源との間に引出電圧を印加して前記イオン源からイオンビームを引き出す第１電極と、前記イオン源との間に集束電圧を印加して前記イオン源から引き出されたイオンビームを集束させる第２電極と、を少なくとも備えたバイポテンシャルレンズであり、
   前記集束電圧を設定する制御部をさらに備え、
   前記制御部は、前記引出電圧の大きさおよび前記アパーチャの種類に対応して、イオンビーム径が極小となる基準イオンビーム電流が得られる前記集束電圧の設定値が記録された集束電圧テーブルを備え、前記集束電圧テーブルに基づいて前記集束電圧を設定し、
   前記制御部は、
   複数種類の前記アパーチャについて、前記基準イオンビーム電流が得られる前記集束電圧の計算値を、予め前記集束電圧テーブルに記録しておき、
   基準となる前記アパーチャについて、前記基準イオンビーム電流が得られる前記集束電圧の実験値を求め、
   前記実験値から、前記基準アパーチャについて記録された前記計算値を減算して、前記集束電圧の補正値を求め、
   複数種類の前記アパーチャについて記録された前記計算値に、それぞれ前記補正値を加算して前記設定値を求め、前記集束電圧テーブルに記録する、
   ことを特徴とする集束イオンビーム装置。
2. 前記制御部は、
   特定の前記引出電圧において前記基準アパーチャについて求めた前記補正値を、前記特定引出電圧とは異なる前記引出電圧において複数種類の前記アパーチャについて記録された前記計算値に、それぞれ加算して前記設定値を求め、前記集束電圧テーブルに記録する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の集束イオンビーム装置。
3. 前記制御部は、
   前記引出電圧ごとに、前記実験値を求め、
   前記引出電圧ごとに、前記実験値から、前記基準アパーチャについて記録された前記計算値を減算して、前記補正値を求め、
   前記引出電圧ごとに、複数種類の前記アパーチャについて記録された前記計算値に、それぞれ前記補正値を加算して前記設定値を求め、前記集束電圧テーブルに記録する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の集束イオンビーム装置。
4. 前記集束電圧テーブルには、任意のイオンビーム電流が得られる前記集束電圧の任意設定値が記録され、
   前記制御部は、
   前記イオン源および前記集束レンズの第１セットについて、第１の前記補正値を求めた後に、
   前記任意イオンビーム電流が得られる前記集束電圧の第１実験値を求め、
   前記第１実験値から、前記第１補正値を減算して、前記任意イオンビーム電流が得られる前記集束電圧の第１計算値を求め、
   前記イオン源および前記集束レンズのうち少なくとも一方が前記第１セットとは異なる第２セットについて、第２の前記補正値を求め、
   前記第１計算値に、前記第２補正値を加算して、前記任意設定値を求め、前記集束電圧テーブルに記録する、
   ことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の集束イオンビーム装置。
5. イオンを供給するイオン源と、
   前記イオン源から引き出されたイオンビームを集束させる集束レンズと、
   集束されたイオンビームを絞るための絞り径が異なる複数種類のアパーチャと、を備え、
   前記集束レンズは、前記イオン源との間に引出電圧を印加して前記イオン源からイオンビームを引き出す第１電極と、前記イオン源との間に集束電圧を印加して前記イオン源から引き出されたイオンビームを集束させる第２電極と、を少なくとも備えたバイポテンシャルレンズであり、
   前記引出電圧の大きさおよび前記アパーチャの種類に対応して、イオンビーム径が極小となる基準イオンビーム電流が得られる前記集束電圧の設定値が記録された集束電圧テーブルをさらに備え、
   前記集束電圧テーブルに基づいて前記集束電圧を設定する集束イオンビーム装置についての、イオンビーム光学系の調整方法であって、
   前記集束電圧テーブルを作成する際に、
   複数種類の前記アパーチャについて、前記基準イオンビーム電流が得られる前記集束電圧の計算値を、予め前記集束電圧テーブルに記録しておき、
   基準となる前記アパーチャについて、前記基準イオンビーム電流が得られる前記集束電圧の実験値を求め、
   前記実験値から、前記基準アパーチャについて記録された前記計算値を減算して、前記集束電圧の補正値を求め、
   複数種類の前記アパーチャについて記録された前記計算値に、それぞれ前記補正値を加算して前記設定値を求め、前記集束電圧テーブルに記録する、
   ことを特徴とするイオンビーム光学系の調整方法。

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