JP7090902B2 - Control method of focused ion beam device and focused ion beam device - Google Patents
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本発明は、集束イオンビーム装置及び集束イオンビーム装置の制御方法に関する。 The present invention relates to a focused ion beam device and a method for controlling a focused ion beam device.
従来、集束イオンビーム(FIB:Focused Ion beam)を試料室内の試料に対して照射することにより、試料を加工する集束イオンビーム装置が提案されている(例えば、特許文献1を参照。)。
集束イオンビームによるTEM試料作製に代表される試料形状の加工においては、イオンビーム照射による試料ダメージを最小に抑えたいという課題がある。この課題を解決する手段として、特許文献1には粗加工を30kVで行い、仕上げ加工を15kV以下で行うことが記載されている。
さらに特許文献2には、仕上げ加工に用いるイオンビームのエネルギーは主加工に用いるイオンビームのエネルギーよりも低い5kV以下のエネルギーであり、試料への入射角を試料形状に合わせて最適化することで効果的にダメージ層を除去できることが記載されている。
上記のようにイオンビーム照射ダメージを抑えるためには、加速電圧を下げて加工することは公知となっている。
Conventionally, a focused ion beam device for processing a sample by irradiating the sample in the sample chamber with a focused ion beam (FIB) has been proposed (see, for example, Patent Document 1).
In the processing of the sample shape represented by the preparation of the TEM sample by the focused ion beam, there is a problem that the sample damage due to the ion beam irradiation is to be minimized. As a means for solving this problem,
Further, in Patent Document 2, the energy of the ion beam used for the finishing process is 5 kV or less, which is lower than the energy of the ion beam used for the main process, and the angle of incidence on the sample is optimized according to the sample shape. It is stated that the damaged layer can be effectively removed.
As described above, it is known that processing is performed by lowering the acceleration voltage in order to suppress ion beam irradiation damage.
上述したような集束イオンビーム装置は、粗加工、中間加工、仕上加工など複数の加工ステップに分け、加工ステップに応じた加速電圧によって加工を行う。ここで、試料に照射される集束イオンビームのビーム径が小さいほど加工精度が良い。このため、集束イオンビーム装置においては、集束イオンビームのビーム径が最小になるように制御できることが望ましい。ところがイオンビーム照射ダメージを抑えるために加速電圧を下げて加工すると、特許文献3に記載されている「加速電圧を下げて用いると色収差量が増加しイオンビームが十分に絞れなくなるため、微細なイオンプローブを得ることができない。」という課題が発生する。
この課題の解決手段として、加速電圧に応じて加速レンズ動作と減速レンズ動作を選択的に作用させて、色収差量がほとんど変化しないようにすることが記載されている。
また、上記と同様の内容が特許文献4に記載されている。
ここで、集束ビームの加速電圧が低い場合には色収差の増加の他に、加速電圧が高い場合に比べてイオン間の相互作用(クーロン相互作用)による影響が顕著になる。このクーロン相互作用は、集束イオンビームのビーム径を増大させる。
しかしながら、上述した従来技術によると、クーロン相互作用によるビーム径への影響が考慮されていないため、例えば、仕上加工などの加速電圧が比較的低い場合において、集束イオンビームのビーム径が増大するという課題があった。
The focused ion beam device as described above is divided into a plurality of machining steps such as rough machining, intermediate machining, and finishing machining, and machining is performed by an acceleration voltage according to the machining step. Here, the smaller the beam diameter of the focused ion beam irradiated on the sample, the better the processing accuracy. Therefore, in the focused ion beam device, it is desirable that the beam diameter of the focused ion beam can be controlled to be minimized. However, when processing is performed by lowering the acceleration voltage in order to suppress ion beam irradiation damage, "when the acceleration voltage is lowered and used, the amount of chromatic aberration increases and the ion beam cannot be sufficiently focused, so fine ions I can't get a probe. "
As a means for solving this problem, it is described that the acceleration lens operation and the deceleration lens operation are selectively acted according to the acceleration voltage so that the amount of chromatic aberration hardly changes.
Further, the same contents as described above are described in Patent Document 4.
Here, when the acceleration voltage of the focused beam is low, in addition to the increase in chromatic aberration, the influence of the interaction between ions (Coulomb interaction) becomes more remarkable than when the acceleration voltage is high. This Coulomb interaction increases the beam diameter of the focused ion beam.
However, according to the above-mentioned prior art, the influence on the beam diameter due to the Coulomb interaction is not taken into consideration, so that the beam diameter of the focused ion beam increases when the acceleration voltage is relatively low, for example, in finishing. There was a challenge.
本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、クーロン相互作用による影響を低減して、ビーム径が最小になるように制御することができる集束イオンビーム装置及び集束イオンビーム装置の制御方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a focused ion beam device and a focused ion beam device control method capable of reducing the influence of Coulomb interaction and controlling the beam diameter to be minimized. The purpose is to do.
本発明の一態様は、イオンを放出するイオン源と、前記イオン源から放出されるイオンを集束させるコンデンサレンズと、前記コンデンサレンズによって集束されたイオンを試料台の照射位置に集束させる対物レンズと、前記イオン源と前記コンデンサレンズとの間に備えられ、絞り径が可変である可変絞りと、前記イオン源に印加される加速電圧の大きさに基づいて、前記可変絞りの絞り径を制御する絞り径制御部と、を備える集束イオンビーム装置である。 One aspect of the present invention includes an ion source that emits ions, a condenser lens that focuses the ions emitted from the ion source, and an objective lens that focuses the ions focused by the condenser lens at the irradiation position of the sample table. , The variable aperture provided between the ion source and the condenser lens and having a variable aperture diameter, and the aperture diameter of the variable aperture are controlled based on the magnitude of the acceleration voltage applied to the ion source. It is a focused ion beam device including a throttle diameter control unit.
本発明の一態様の集束イオンビーム装置において、前記コンデンサレンズと前記投影光学系との間に備えられ、絞り径が可変である第2可変絞りをさらに備え、前記絞り径制御部は、前記試料台の照射位置に集束されるイオンの集束径に基づいて、前記第2可変絞りの絞り径を制御する。 In the focused ion beam device of one aspect of the present invention, a second variable diaphragm provided between the condenser lens and the projection optical system and having a variable diaphragm diameter is further provided, and the diaphragm diameter control unit is the sample. The diaphragm diameter of the second variable diaphragm is controlled based on the diaphragm diameter of the ions focused on the irradiation position of the table.
本発明の一態様の集束イオンビーム装置において、前記絞り径制御部は、前記第2可変絞りの絞り径を前記可変絞りの絞り径よりも小さくして、絞り径を制御する。 In the focused ion beam device of one aspect of the present invention, the diaphragm diameter control unit controls the diaphragm diameter by making the diaphragm diameter of the second variable diaphragm smaller than the diaphragm diameter of the variable diaphragm.
本発明の一態様の集束イオンビーム装置において、前記絞り径制御部は、前記可変絞りの絞り径を変化させずに前記第2可変絞りの絞り径を変化させて絞り径を制御する第1制御と、前記可変絞りの絞り径及び前記第2可変絞りの絞り径をいずれも変化させて絞り径を制御する第2制御とによって、絞り径を制御する。 In the focused ion beam device of one aspect of the present invention, the throttle diameter control unit controls the diaphragm diameter by changing the diaphragm diameter of the second variable diaphragm without changing the diaphragm diameter of the variable diaphragm. The diaphragm diameter is controlled by the second control of controlling the diaphragm diameter by changing both the diaphragm diameter of the variable diaphragm and the diaphragm diameter of the second variable diaphragm.
本発明の一態様の集束イオンビーム装置において、前記イオン源に印加される加速電圧を複数の段階にして制御する加速電圧制御部をさらに備え、前記絞り径制御部は、前記可変絞りの絞り径を、前記加速電圧制御部が制御する前記印加電圧の段階に応じた絞り径にして、絞り径を制御する。 The focused ion beam device of one aspect of the present invention further includes an acceleration voltage control unit that controls the acceleration voltage applied to the ion source in a plurality of stages, and the aperture diameter control unit is the aperture diameter of the variable aperture. Is set to a throttle diameter according to the stage of the applied voltage controlled by the acceleration voltage control unit, and the throttle diameter is controlled.
本発明の一態様は、イオンを放出するイオン源と、前記イオン源から放出されるイオンを集束させるコンデンサレンズと、前記コンデンサレンズによって集束されたイオンを試料台の照射位置に集束させる対物レンズと、前記イオン源と前記コンデンサレンズとの間に備えられ、絞り径が可変である可変絞りと、前記可変絞りの絞り径を制御する絞り径制御部とを備える集束イオンビーム装置の前記絞り径制御部が、前記イオン源に印加される加速電圧の大きさに基づいて、前記可変絞りの絞り径を制御する集束イオンビーム装置の制御方法である。 One aspect of the present invention includes an ion source that emits ions, a condenser lens that focuses the ions emitted from the ion source, and an objective lens that focuses the ions focused by the condenser lens at the irradiation position of the sample table. The aperture diameter control of the focused ion beam device provided between the ion source and the condenser lens and having a variable aperture having a variable aperture diameter and an aperture diameter control unit for controlling the aperture diameter of the variable aperture. The unit is a control method of a focused ion beam device that controls the aperture diameter of the variable aperture based on the magnitude of the acceleration voltage applied to the ion source.
本発明によれば、クーロン相互作用による影響を低減して、ビーム径が最小になるように制御することができる集束イオンビーム装置を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to provide a focused ion beam device capable of reducing the influence of Coulomb interaction and controlling the beam diameter to be minimized.
以下、本発明に係る一実施形態について、図面を参照して説明する。集束イオンビーム装置1の構成について図1を参照して説明する。
Hereinafter, an embodiment according to the present invention will be described with reference to the drawings. The configuration of the focused
図1は、実施形態に係る集束イオンビーム装置1の構成例を示す図である。図1において、集束イオンビーム装置1の左右方向をx軸方向、奥行き方向をy軸方向、高さ方向をz軸方向とする。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of the focused
集束イオンビーム装置1は、内部を真空状態に維持可能な試料室11、試料室11の内部において試料Sを固定可能なステージ12(試料台)、ステージ12を駆動する駆動機構13、を備えている。また、集束イオンビーム装置1は、集束イオンビーム鏡筒14、検出器15、表示装置16、ガス供給部17、制御装置18を備える。
The focused
駆動機構13は、ステージ12に接続された状態で試料室11の内部に収容されており、制御装置18から出力される制御信号に応じてステージ12を所定軸に対して変位させる。駆動機構13は、水平面に平行かつ互いに直交するx軸およびy軸と、x軸およびy軸に直交するz軸とに沿って平行にステージ12を移動させる移動機構13aを備えている。
また、駆動機構13は、ステージ12をx軸またはy軸周りに回転させるチルト機構13b、およびステージ12をz軸周りに回転させる回転機構13cを備えている。
The
Further, the
集束イオンビーム鏡筒14は、ステージ12に固定された試料Sに集束イオンビームを照射する。集束イオンビーム鏡筒14は、試料室11の内部においてビーム出射部14Aをステージ12の鉛直方向上方の位置でステージ12に臨ませ、かつ光軸を鉛直方向に平行にして、試料室11に固定されている。これによって、ステージ12に固定された試料Sに鉛直方向に向かい集束イオンビームを照射可能である。
また、集束イオンビーム鏡筒14は、イオン源14a、イオン光学系14bを備える。
イオン光学系14bは、第1絞り141、コンデンサレンズ14c、ビームブランキング電極14d、第2絞り142、アライメント14f、対物レンズ14g、および走査電極14hを備えている。
The focused ion
Further, the focused ion
The ion
イオン源14aは、印加される引出電圧によってイオンを放出する。イオン源14aおよびイオン光学系14bは、集束イオンビームの照射位置および照射条件などが制御装置18によって制御される。
The
コンデンサレンズ14cは、イオン源から放射状に放出されたイオンを集束してビーム状にする。制御装置18は、コンデンサレンズ14cの印加電圧を制御することによってレンズ作用の大きさを調節することが可能である。
The
ビームブランキング電極14dは、コンデンサレンズ14cによって集束されたイオンビームの試料S上へ照射の制御を、制御装置18の制御に応じて行う。ビームブランキング電極14dは、偏向器として作用する。イオンビームを試料S上へ照射する場合は、ビームブランキング電極14dを動作させない。イオンビームの試料S上への照射を停止する場合は、ビームブランキング電極14dを動作させてイオンビームを光軸から偏向させる。これにより、イオンビームは第2絞り142の穴を通過せず、穴周辺に照射されて試料S上へは到達しない。
The
アライメント14fは、第2絞り142を通過したイオンビームの軌道補正を、制御装置18の制御に応じて行い、イオンビームが対物レンズ14gの中心部を通過するように調整する。
The
対物レンズ14gは、アライメント14fを通過した集束イオンビームを試料S上の所定の位置に制御装置18の制御に応じて合焦させる。つまり、対物レンズ14gは、コンデンサレンズ14cによって集束されたイオンをステージ12(試料台)の照射位置に集束させる。
The
走査電極14hは、対物レンズ14gを通過したイオンビームを制御装置18の制御に応じて試料S上で走査させる。走査電極14hは対物レンズ14gの上部に配置してもよい。
なお、図示しないがイオンビームの断面形状を円形に調整するための非点補正器をコンデンサレンズ14cと対物レンズ14gの間に備えてもよい。
The
Although not shown, an astigmatism corrector for adjusting the cross-sectional shape of the ion beam to a circular shape may be provided between the
第1絞り141及び第2絞り142は、絞り径が可変である可変絞りである。第1絞り141及び第2絞り142は、制御装置18の制御に応じて絞り径を変化させる。第1絞り141及び第2絞り142は、絞り径を変化させることにより、イオンビームの電流を絞り径に応じた電流値に制限する。
なお、これら第1絞り141及び第2絞り142は、径の異なる複数の絞りで構成し所望のビーム電流に応じて絞り径を選択できる構成にしてもよい。
The
The
第1絞り141は、イオン源14aとコンデンサレンズ14cとの間に配置される。すなわち、第1絞り141は、イオン源14aとコンデンサレンズ14cとの間に備えられ、絞り径が可変である。
The
第2絞り142は、コンデンサレンズ14cと対物レンズ14gとの間に配置される。すなわち、第2絞り142は、コンデンサレンズ14cと対物レンズ14gとの間に備えられ、絞り径が可変である。
The
検出器15は、試料Sに集束イオンビームが照射されたときに試料Sから放射される二次荷電粒子(例えば、二次電子および二次イオンなど)Rの強度(二次荷電粒子の量)を検出し、検出した二次荷電粒子Rの強度の情報を出力する。検出器15は、試料室11の内部において二次荷電粒子Rの強度を検出可能な位置、例えば試料Sの斜め上方の位置などに配置され、試料室11に固定されている。
The
表示装置16は、検出器15によって検出された二次荷電粒子Rに基づく画像データなどを表示する。
The
ガス供給部17は、試料室11の内部においてガス噴射部17aをステージ12に臨ませて、試料室11に固定されている。ガス供給部17は、集束イオンビームによる試料Sのエッチングを試料Sの材質に応じて選択的に促進するためのエッチング用ガスGと、試料Sの表面に金属または絶縁体などの堆積物によるデポジション膜を形成するためのデポジション用ガスGと、などを試料Sに供給可能である。例えば、Si系の試料Sに対するフッ化キセノンと、有機系の試料Sに対する水と、などのエッチング用ガスGを、集束イオンビームの照射と共に試料Sに供給することによって、エッチングを選択的に促進させる。また、例えば、フェナントレン、プラチナ、カーボン、またはタングステンなどを含有した化合物ガスのデポジション用ガスGを、集束イオンビームの照射と共に試料Sに供給することによって、デポジション用ガスGから分解された固体成分を試料Sの表面に堆積させる。
The
制御装置18は、試料室11の外部に配置され、操作者の入力操作に応じた信号を出力する入力部18aを備えている。
制御装置18は、入力部18aから出力される信号、または、予め設定された自動運転制御処理によって生成された信号などによって、集束イオンビーム装置1の動作を統合的に制御する。
同図に示す例では鉛直方向に向かい集束イオンビームを照射する装置を示したが、これに限らず、傾斜方向や水平方向から照射するように構成してもよい。
The
The
In the example shown in the figure, a device that irradiates a focused ion beam toward the vertical direction is shown, but the present invention is not limited to this, and the device may be configured to irradiate from an inclined direction or a horizontal direction.
図2は、本実施形態の制御装置18の機能構成の一例を示す図である。制御装置18は、加速電圧制御部181と、絞り径制御部182と、記憶部183とを備える。
FIG. 2 is a diagram showing an example of the functional configuration of the
加速電圧制御部181は、イオン源14aに印加される加速電圧を制御する。本実施形態の加速電圧制御部181は、イオン源14aに印加される加速電圧を、複数の段階にして制御する。
絞り径制御部182は、イオン源14aに印加される加速電圧の大きさに基づいて、第1絞り141の絞り径を制御する。また、絞り径制御部182は、ステージ12の照射位置に集束されるイオンの集束径に基づいて、第2絞り142の絞り径を制御する。
The acceleration
The diaphragm
ここで、図3~図6を参照して、集束イオンビーム装置1による試料Sの加工ステップの一例を説明する。この一例では、集束イオンビーム装置1は、粗加工、中加工、仕上加工の3段階の加工ステップによって、試料Sを加工する。
Here, an example of the processing step of the sample S by the focused
[(1)粗加工ステップの設定値]
図3は、本実施形態の集束イオンビーム装置1による粗加工の一例を示す図である。イオン源14aから放出されるイオンビームIB10は、第1絞り141によって絞られ、コンデンサレンズ14cによって集束される(イオンビームIB11)。コンデンサレンズ14cによって集束されたイオンビームIB11は、第2絞り142によって絞られ(イオンビームIB12)、対物レンズ14gによって集束される(イオンビームIB13)。対物レンズ14gによって集束されたイオンビームIB13は、試料Sに照射される。
ここで、図6を参照して粗加工ステップにおける加速電圧の設定値及び絞り径の設定値の一例について説明する。
[(1) Roughing step setting value]
FIG. 3 is a diagram showing an example of rough processing by the focused
Here, an example of the set value of the acceleration voltage and the set value of the throttle diameter in the roughing step will be described with reference to FIG.
図6は、本実施形態の各加工ステップにおける加速電圧の設定値及び絞り径の設定値の一例を示す図である。この一例では、粗加工ステップにおいて、加速電圧が30~40kVに、第1絞り141の絞り径(第1絞り径)が100~900μmに、第2絞り142の絞り径(第2絞り径)が150~600μmに、それぞれ設定される。この結果、イオンビームIB11の電流(第1IB電流)は、10~100nAになり、イオンビームIB12の電流(第2IB電流)は、1~60nAになる。
FIG. 6 is a diagram showing an example of a set value of an acceleration voltage and a set value of a diaphragm diameter in each processing step of the present embodiment. In this example, in the roughing step, the acceleration voltage is 30 to 40 kV, the aperture diameter of the first aperture 141 (first aperture diameter) is 100 to 900 μm, and the aperture diameter of the
[(2)中加工ステップの設定値]
図4は、本実施形態の集束イオンビーム装置1による中加工の一例を示す図である。イオン源14aから放出されるイオンビームIB20は、第1絞り141によって絞られ、コンデンサレンズ14cによって集束される(イオンビームIB21)。コンデンサレンズ14cによって集束されたイオンビームIB21は、第2絞り142によって絞られ(イオンビームIB22)、対物レンズ14gによって集束される(イオンビームIB23)。対物レンズ14gによって集束されたイオンビームIB23は、試料Sに照射される。
ここで、図6を参照して中加工ステップにおける加速電圧の設定値及び絞り径の設定値の一例について説明する。
[(2) Setting value of intermediate machining step]
FIG. 4 is a diagram showing an example of intermediate processing by the focused
Here, an example of the set value of the acceleration voltage and the set value of the throttle diameter in the intermediate machining step will be described with reference to FIG.
この一例では、中加工ステップにおいて、加速電圧が30~40kVに、第1絞り141の絞り径(第1絞り径)が100~900μmに、第2絞り142の絞り径(第2絞り径)が30~150μmに、それぞれ設定される。この結果、イオンビームIB21の電流(第1IB電流)は、10~100nAになり、イオンビームIB22の電流(第2IB電流)は、0.1~1nAになる。
In this example, in the intermediate processing step, the acceleration voltage is 30 to 40 kV, the aperture diameter of the first aperture 141 (first aperture diameter) is 100 to 900 μm, and the aperture diameter of the
この一例においては、粗加工ステップと中加工ステップとは、加速電圧及び第1絞り径が一致しており、第2絞り径が相違する。具体的には、中加工ステップにおいては、第2絞り径が粗加工ステップにおける絞り径よりも小さい(つまり、絞られている)。 In this example, the rough machining step and the medium machining step have the same acceleration voltage and the first throttle diameter, but have different second throttle diameters. Specifically, in the medium machining step, the second drawing diameter is smaller (that is, narrowed) than the drawing diameter in the rough machining step.
[(3)仕上加工ステップの設定値]
図5は、本実施形態の集束イオンビーム装置1による仕上加工の一例を示す図である。イオン源14aから放出されるイオンビームIB30は、第1絞り141によって絞られ、コンデンサレンズ14cによって集束される(イオンビームIB31)。コンデンサレンズ14cによって集束されたイオンビームIB31は、第2絞り142によって絞られ(イオンビームIB32)、対物レンズ14gによって集束される(イオンビームIB33)。対物レンズ14gによって集束されたイオンビームIB33は、試料Sに照射される。
ここで、図6を参照して仕上加工ステップにおける加速電圧の設定値及び絞り径の設定値の一例について説明する。
[(3) Setting value of finishing processing step]
FIG. 5 is a diagram showing an example of finishing by the focused
Here, an example of the set value of the acceleration voltage and the set value of the throttle diameter in the finishing processing step will be described with reference to FIG.
この一例では、仕上加工ステップにおいて、加速電圧が0.5~5kVに、第1絞り141の絞り径(第1絞り径)が10~100μmに、第2絞り142の絞り径(第2絞り径)が10~30μmに、それぞれ設定される。この結果、イオンビームIB31の電流(第1IB電流)は、5~20pAになり、イオンビームIB32の電流(第2IB電流)は、5~20pAになる。 In this example, in the finishing step, the acceleration voltage is 0.5 to 5 kV, the aperture diameter of the first aperture 141 (first aperture diameter) is 10 to 100 μm, and the aperture diameter of the second aperture 142 (second aperture diameter). ) Is set to 10 to 30 μm, respectively. As a result, the current of the ion beam IB31 (first IB current) becomes 5 to 20 pA, and the current of the ion beam IB 32 (second IB current) becomes 5 to 20 pA.
[各加工ステップにおける動作]
図2に戻り、記憶部183には、図6に示した各加工ステップにおける設定値情報が記憶されている。加速電圧制御部181及び絞り径制御部182は、記憶部183に記憶されている設定値に基づいて制御を行う。
[Operation in each machining step]
Returning to FIG. 2, the
[(1)粗加工ステップにおける動作]
一例として、集束イオンビーム装置1の操作者は、入力部18aを操作して、制御装置18に対し「粗加工」を指示する。
この場合、絞り径制御部182は、記憶部183に記憶されている第1絞り径及び第2絞り径の設定値のうち、粗加工ステップの設定値を読み出す。この一例では、絞り径制御部182は、記憶部183に記憶されている第1絞り径の設定値のうち、粗加工ステップの設定値(例えば、100~900μm)を読み出す。絞り径制御部182は、記憶部183に記憶されている第2絞り径の設定値のうち、粗加工ステップの設定値(例えば、150~600μm)を読み出す。絞り径制御部182は、読み出した設定値に基づき、第1絞り141の絞り径を100~900μmに、第2絞り142の絞り径を150~600μmにする制御を行う。
また、加速電圧制御部181は、記憶部183に記憶されている加速電圧の設定値のうち、粗加工ステップの設定値(例えば、30~40kV)を読み出す。加速電圧制御部181は、読み出した設定値に基づき、集束イオンビーム装置1に30~40kVの加速電圧を生じさせる制御を行う。
[(1) Operation in roughing step]
As an example, the operator of the focused
In this case, the aperture
Further, the acceleration
この粗加工ステップにおいて、絞り径制御部182は、第2絞り142の絞り径を第1絞り141の絞り径よりも小さくして、絞り径を制御する。
In this roughing step, the aperture
[(2)中加工ステップにおける動作]
試料Sに対する粗加工が終了すると、集束イオンビーム装置1の操作者は、入力部18aを操作して、制御装置18に対し「中加工」を指示する。
この場合、絞り径制御部182は、記憶部183に記憶されている第1絞り径及び第2絞り径の設定値のうち、中加工ステップの設定値(例えば、第1絞り141について100~900μm、第2絞り142について30~150μm)を読み出す。絞り径制御部182は、読み出した設定値に基づき、第1絞り141の絞り径を100~900μmに、第2絞り142の絞り径を30~150μmにする制御を行う。
また、加速電圧制御部181は、記憶部183に記憶されている加速電圧の設定値のうち、中加工ステップの設定値(例えば、30~40kV)を読み出す。加速電圧制御部181は、読み出した設定値に基づき、集束イオンビーム装置1に30~40kVの加速電圧を生じさせる制御を行う。
[(2) Operation in the intermediate machining step]
When the roughing of the sample S is completed, the operator of the focused
In this case, the aperture
Further, the acceleration
この中加工ステップにおいて、絞り径制御部182は、第2絞り142の絞り径を第1絞り141の絞り径よりも小さくして、絞り径を制御する。
In this intermediate processing step, the aperture
また、粗加工ステップから中加工ステップに加工ステップを進める際に、絞り径制御部182は、第1絞り141の絞り径を変化させずに第2絞り142の絞り径を変化させて絞り径を制御する。
Further, when advancing the machining step from the rough machining step to the intermediate machining step, the throttle
[(3)仕上加工ステップにおける動作]
試料Sに対する中加工が終了すると、集束イオンビーム装置1の操作者は、入力部18aを操作して、制御装置18に対し「仕上加工」を指示する。
この場合、絞り径制御部182は、記憶部183に記憶されている第1絞り径及び第2絞り径の設定値のうち、仕上加工ステップの設定値(例えば、第1絞り141について10~100μm、第2絞り142について10~30μm)を読み出す。絞り径制御部182は、読み出した設定値に基づき、第1絞り141の絞り径を10~100μmに、第2絞り142の絞り径を10~30μmにする制御を行う。
また、加速電圧制御部181は、記憶部183に記憶されている加速電圧の設定値のうち、仕上加工ステップの設定値(例えば、0.5~5kV)を読み出す。加速電圧制御部181は、読み出した設定値に基づき、集束イオンビーム装置1に0.5~5kVの加速電圧を生じさせる制御を行う。
[(3) Operation in finishing step]
When the intermediate processing for the sample S is completed, the operator of the focused
In this case, the aperture
Further, the acceleration
この仕上加工ステップにおいて、絞り径制御部182は、第2絞り142の絞り径を第1絞り141の絞り径よりも小さくして、絞り径を制御する。
なお、仕上加工ステップにおいて、絞り径制御部182は、第1絞り141の絞り径と、第2絞り142の絞り径とを同一の径(例えば、10μm)にして、絞り径を制御してもよい。
In this finishing step, the aperture
In the finishing step, the diaphragm
また、中加工ステップから仕上加工ステップに加工ステップを進める際に、絞り径制御部182は、第1絞り141の絞り径及び第2絞り142の絞り径をいずれも変化させて絞り径を制御する。
Further, when advancing the machining step from the intermediate machining step to the finishing machining step, the throttle
また、中加工ステップから仕上加工ステップに加工ステップを進める際に、絞り径制御部182は、第1絞り141及び第2絞り142の絞り径を、加速電圧制御部181が制御する印加電圧の段階に応じた絞り径にして、絞り径を制御する。
Further, when advancing the machining step from the intermediate machining step to the finishing machining step, the throttle
[実施形態のまとめ]
以上説明したように、集束イオンビーム装置1は、第1絞り141が、イオン源14aとコンデンサレンズ14cとの間に備えられている。集束イオンビーム装置1は、試料Sの加工を行う際に、粗加工ステップ、中加工ステップ、仕上加工ステップのように加工段階を踏むことにより、加工の速度と精度とを両立させる。本実施形態の集束イオンビーム装置1は、これら各加工ステップにおいて、絞り径制御部182が、イオン源14aに印加される加速電圧の大きさに基づいて、第1絞り141の絞り径を制御する。
[Summary of embodiments]
As described above, in the focused
仕上加工ステップにおいては低ダメージかつ高い加工精度が求められる。このため、仕上加工ステップにおいて試料Sに照射されるイオンビームは、エネルギーが比較的低く、ビーム径が比較的小さいことが望ましい。したがって、仕上加工ステップにおいては、加速電圧が低くされるとともに、イオンビームの電流が小さく絞られる。
ここで、イオンビームを構成するイオン間の相互作用によって集束イオンの速度(エネルギー)や軌道が変位すること(すなわち、クーロン相互作用)が知られている。加速電圧が比較的低く、かつイオンビームの電流が比較的大きい場合には、クーロン相互作用がビーム径の決定に大きく影響する。クーロン相互作用は、空間電荷効果・軌道変位効果・ベルシェ効果の3現象として観測される。このうち少なくとも軌道変位効果・ベルシェ効果については対物レンズなどによる光学的補正では補正できないため、クーロン相互作用の影響が大きい場合、ビーム径を小さくすることが困難となる。
イオンビームの電流を小さく絞るための一例として、コンデンサレンズと対物レンズとの間に可動絞りを備え、この可動絞りの絞り径を絞ることが考えられる。しかしながら、この構成によると、コンデンサレンズと可動絞りとの間には加速電圧が比較的低く、電流が比較的大きいイオンビームが流れる。このため、このような構成によると、コンデンサレンズと可動絞りとの間においてクーロン相互作用による影響が大きくなり、この影響は可動絞りを通過したイオンビームにも残る。したがって、この従来の構成によると、対物レンズを通過するイオンビームにはクーロン相互作用による影響が大きく残っており、ビーム径を小さくすることが困難になるという問題が生じる。
In the finishing processing step, low damage and high processing accuracy are required. Therefore, it is desirable that the ion beam irradiated to the sample S in the finishing step has a relatively low energy and a relatively small beam diameter. Therefore, in the finishing step, the acceleration voltage is lowered and the current of the ion beam is reduced to a small value.
Here, it is known that the velocity (energy) and orbit of focused ions are displaced by the interaction between ions constituting the ion beam (that is, Coulomb interaction). When the acceleration voltage is relatively low and the current of the ion beam is relatively large, the Coulomb interaction has a great influence on the determination of the beam diameter. Coulomb interaction is observed as three phenomena: space charge effect, orbital displacement effect, and Bersche effect. Of these, at least the orbital displacement effect and the Bersche effect cannot be corrected by optical correction using an objective lens or the like, so it is difficult to reduce the beam diameter when the influence of Coulomb interaction is large.
As an example for reducing the current of the ion beam to a small value, it is conceivable to provide a movable diaphragm between the condenser lens and the objective lens and narrow the diaphragm diameter of the movable diaphragm. However, according to this configuration, an ion beam having a relatively low acceleration voltage and a relatively large current flows between the condenser lens and the movable diaphragm. Therefore, according to such a configuration, the influence of the Coulomb interaction between the condenser lens and the movable diaphragm becomes large, and this influence remains in the ion beam passing through the movable diaphragm. Therefore, according to this conventional configuration, the ion beam passing through the objective lens is largely affected by the Coulomb interaction, which causes a problem that it is difficult to reduce the beam diameter.
本実施形態の集束イオンビーム装置1は、第1絞り141が、イオン源14aとコンデンサレンズ14cとの間に備えられている。このように構成された集束イオンビーム装置1によれば、仕上加工ステップにおいて、コンデンサレンズ14cを通過するイオンビームIBの電流を小さく絞ることができる。このため、集束イオンビーム装置1によれば、コンデンサレンズ14cを通過するイオンビームIBには、クーロン相互作用による影響が少ない。したがって、本実施形態の集束イオンビーム装置1によれば、対物レンズ14gによってビーム径を比較的容易に制御することができるため、試料Sの照射位置におけるビーム径を小さくすることができる。
In the focused
また、本実施形態の集束イオンビーム装置1は、第2絞り142が、コンデンサレンズ14c(照射光学系)と対物レンズ14g(投影光学系)との間に備えられている。
ここで、粗加工ステップや中加工ステップにおいては、加速電圧が比較的高くされる。加速電圧が高い場合には、上述したクーロン相互作用によるビーム径への影響は比較的少ない。一方で、粗加工ステップや中加工ステップにおいては、加工のエネルギーや加工速度を高めるため、イオンビームIBの電流が比較的大きいことが望ましい。
本実施形態の集束イオンビーム装置1は、粗加工ステップや中加工ステップにおいては、第1絞り141の絞り径を大きくすることにより、コンデンサレンズ14cを通過するイオンビームIBの電流値を大きくする。また、集束イオンビーム装置1は、第2絞り142の絞り径を制御することにより対物レンズ14gを通過するイオンビームIBの電流値を制御する。このように構成することにより、集束イオンビーム装置1は、粗加工ステップや中加工ステップにおいては、加速電圧が高く電流値が大きいイオンビームIBを供給し、仕上加工ステップにおいては、加速電圧が低く電流値が小さいイオンビームIBを供給する。すなわち、本実施形態の集束イオンビーム装置1によれば、クーロン相互作用による影響を低減しつつ、高加速大電流による加工と、低加速小電流による加工とを両立させることができる。
Further, in the focused
Here, in the rough machining step and the intermediate machining step, the acceleration voltage is relatively high. When the acceleration voltage is high, the above-mentioned Coulomb interaction has a relatively small effect on the beam diameter. On the other hand, in the roughing step and the intermediate machining step, it is desirable that the current of the ion beam IB is relatively large in order to increase the machining energy and the machining speed.
The focused
また、本実施形態の集束イオンビーム装置1は、絞り径制御部182が、第2絞り142の絞り径を第1絞り141の絞り径よりも小さくして、絞り径を制御する。このように構成された集束イオンビーム装置1によれば、対物レンズ14gを通過するイオンビームIBのビーム径を小さくすることができ、試料Sの照射位置におけるビーム径の制御を比較的容易にすることができる。
Further, in the focused
また、本実施形態の集束イオンビーム装置1は、絞り径制御部182が、第1絞り141の絞り径を変化させずに第2絞り142の絞り径を変化させて絞り径を制御する第1制御と、第1絞り141の絞り径及び第2絞り142の絞り径をいずれも変化させて絞り径を制御する第2制御とによって、絞り径を制御する。ここで、第1制御とは、例えば、粗加工ステップから中加工ステップに加工ステップを進める際の制御である。また、第2制御とは、例えば、中加工ステップから仕上加工ステップに加工ステップを進める際の制御である。すなわち、集束イオンビーム装置1は、粗加工ステップから中加工ステップに加工ステップを進める際には、加速電圧を変化させずに、ビーム電流を低減させる。また、集束イオンビーム装置1は、中加工ステップから仕上加工ステップに加工ステップを進める際には、加速電圧を低減させ、かつ、ビーム電流を低減させる。このように構成された集束イオンビーム装置1によれば、クーロン相互作用による影響を低減しつつ、イオンビームIBの加速電圧及び電流値を、各加工ステップにおいて求められる状態に制御することができる。
Further, in the focused
また、本実施形態の集束イオンビーム装置1は、加速電圧制御部181を備えており、絞り径制御部182が、第1絞り141の絞り径を、加速電圧制御部181によって制御される印加電圧の段階に応じた絞り径にして、絞り径を制御する。集束イオンビーム装置1は、粗加工ステップや中加工ステップにおいては、加速電圧が高く電流値が大きいイオンビームIBを供給し、仕上加工ステップにおいては、加速電圧が低く電流値が小さいイオンビームIBを供給する。
また、本実施形態の集束イオンビーム装置1は、加速電圧制御部181が、イオン源14aに印加される加速電圧を複数の段階にして制御する。一例として、加速電圧制御部181は、粗加工ステップ及び中加工ステップにおいては加速電圧を第1段階の値(例えば、30~40kV)にし、仕上加工ステップにおいては加速電圧を第2段階の値(例えば、0.5~5kV)にして制御する。このように構成された集束イオンビーム装置1によれば、クーロン相互作用による影響を低減しつつ、高加速大電流による加工と、低加速小電流による加工とを両立させることができる。
Further, the focused
Further, in the focused
以上、本発明の実施形態を、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。また、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、上述した各実施形態を適宜組み合わせることができる。 Although the embodiment of the present invention has been described in detail with reference to the drawings, the specific configuration is not limited to this embodiment and may be appropriately modified without departing from the spirit of the present invention. can. In addition, the above-described embodiments can be appropriately combined without departing from the spirit of the present invention.
なお、上述の各装置は内部にコンピュータを有している。そして、上述した各装置の各処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。ここでコンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD-ROM、DVD-ROM、半導体メモリ等をいう。また、このコンピュータプログラムを通信回線によってコンピュータに配信し、この配信を受けたコンピュータが当該プログラムを実行するようにしてもよい。 Each of the above-mentioned devices has a computer inside. The process of each process of each of the above-mentioned devices is stored in a computer-readable recording medium in the form of a program, and the process is performed by the computer reading and executing this program. Here, the computer-readable recording medium means a magnetic disk, a magneto-optical disk, a CD-ROM, a DVD-ROM, a semiconductor memory, or the like. Further, the computer program may be distributed to the computer via a communication line, and the computer receiving the distribution may execute the program.
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよい。
さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であってもよい。
Further, the above program may be for realizing a part of the above-mentioned functions.
Further, a so-called difference file (difference program) may be used, which can realize the above-mentioned function in combination with a program already recorded in the computer system.
1…集束イオンビーム装置、12…ステージ、14…集束イオンビーム鏡筒、14a…イオン源、14b…イオン光学系、14c…コンデンサレンズ(照射光学系)、14g…対物レンズ(投影光学系)、141…第1絞り、142…第2絞り、18…制御装置、181…加速電圧制御部、182…絞り径制御部、183…記憶部、IB…イオンビーム 1 ... Focused ion beam device, 12 ... Stage, 14 ... Focused ion beam lens barrel, 14a ... Ion source, 14b ... Ion optical system, 14c ... Condenser lens (irradiation optical system), 14g ... Objective lens (projection optical system), 141 ... 1st aperture, 142 ... 2nd aperture, 18 ... control device, 181 ... acceleration voltage control unit, 182 ... aperture diameter control unit, 183 ... storage unit, IB ... ion beam
Claims (6)
前記イオン源から放出されるイオンを集束させるコンデンサレンズと、
前記コンデンサレンズによって集束されたイオンを試料台の照射位置に集束させる対物レンズと、
前記イオン源と前記コンデンサレンズとの間に備えられ、絞り径が可変である可変絞りと、
前記イオン源に印加される加速電圧の大きさに基づいて、前記可変絞りの絞り径を制御する絞り径制御部と、
を備える集束イオンビーム装置。 An ion source that emits ions and
A condenser lens that focuses the ions emitted from the ion source, and
An objective lens that focuses the ions focused by the condenser lens to the irradiation position of the sample table, and
A variable diaphragm provided between the ion source and the condenser lens and having a variable diaphragm diameter,
A diaphragm diameter control unit that controls the diaphragm diameter of the variable diaphragm based on the magnitude of the acceleration voltage applied to the ion source.
Focused ion beam device equipped with.
をさらに備え、
前記絞り径制御部は、前記試料台の照射位置に集束されるイオンの集束径に基づいて、前記第2可変絞りの絞り径を制御する
請求項1に記載の集束イオンビーム装置。 A second variable diaphragm, which is provided between the condenser lens and the projection optical system and has a variable diaphragm diameter, is further provided.
The focused ion beam device according to claim 1, wherein the diaphragm diameter control unit controls the diaphragm diameter of the second variable diaphragm based on the focused diameter of ions focused at the irradiation position of the sample table.
前記第2可変絞りの絞り径を前記可変絞りの絞り径よりも小さくして、絞り径を制御する
請求項2に記載の集束イオンビーム装置。 The aperture diameter control unit is
The focused ion beam device according to claim 2, wherein the diaphragm diameter of the second variable diaphragm is made smaller than the diaphragm diameter of the variable diaphragm to control the diaphragm diameter.
前記可変絞りの絞り径を変化させずに前記第2可変絞りの絞り径を変化させて絞り径を制御する第1制御と、前記可変絞りの絞り径及び前記第2可変絞りの絞り径をいずれも変化させて絞り径を制御する第2制御とによって、絞り径を制御する
請求項2又は請求項3に記載の集束イオンビーム装置。 The aperture diameter control unit is
Either the first control that controls the aperture diameter by changing the aperture diameter of the second variable aperture without changing the aperture diameter of the variable aperture, or the aperture diameter of the variable aperture and the aperture diameter of the second variable aperture. The focused ion beam device according to claim 2 or 3, wherein the diaphragm diameter is controlled by the second control that controls the diaphragm diameter by changing the diaphragm diameter.
をさらに備え、
前記絞り径制御部は、
前記可変絞りの絞り径を、前記加速電圧制御部が制御する前記印加電圧の段階に応じた絞り径にして、絞り径を制御する
請求項2から請求項4のいずれか一項に記載の集束イオンビーム装置。 It is further equipped with an acceleration voltage control unit that controls the acceleration voltage applied to the ion source in multiple stages.
The aperture diameter control unit is
The focusing according to any one of claims 2 to 4, wherein the diaphragm diameter of the variable diaphragm is set to a diaphragm diameter according to the stage of the applied voltage controlled by the acceleration voltage control unit, and the diaphragm diameter is controlled. Ion beam device.
前記イオン源に印加される加速電圧の大きさに基づいて、前記可変絞りの絞り径を制御する
集束イオンビーム装置の制御方法。 An ion source that emits ions, a condenser lens that focuses the ions emitted from the ion source, an objective lens that focuses the ions focused by the condenser lens at the irradiation position of the sample table, the ion source and the condenser. The aperture diameter control unit of a focused ion beam device including a variable aperture provided between the lens and a variable aperture diameter and an aperture diameter control unit for controlling the aperture diameter of the variable aperture is
A control method for a focused ion beam device that controls the diaphragm diameter of the variable diaphragm based on the magnitude of the acceleration voltage applied to the ion source.
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