JPH06310078A - 集束イオンビーム装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】加工時の帯電防止，表面の保護をすることによ
って、高精度で加工出来る高性能の集束イオンビーム装
置を提供すること。 【構成】加工位置が走査イオン顕微鏡又は光学顕微鏡で
観察，設定出来る状態で蒸着可能な蒸着源，蒸着の範囲
を規制する手段，蒸着源から光が漏れないことにより二
次粒子検出器に信号が重畳しない蒸着源，試料室の真空
を破らずに交換出来る蒸着源、などから構成される集束
イオンビーム装置。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は集束イオンビーム装置に
係わり、とくに加工の際、試料表面の保護，絶縁物試料
を加工する場合のチャージアップ防止などに好適な装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、集束イオンビーム（ＦＩＢ）装置
では絶縁物試料を加工する場合、装置外の蒸着装置で蒸
着した後、ＦＩＢ装置に導入し加工していた。また蒸着
以外の技術としては、特願昭63−304369号公報に示され
ているように加工部に金属の集束イオンビーム支援堆積
（デポ）後加工する方法、特願昭60−239266号公報に示
されているような電子ビームによる帯電中和の方法など
があった。

【０００３】走査形電子顕微鏡（ＳＥＭ）等では同一装
置内に蒸着源を有する装置もある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ＳＥＭは本来外観を観
察するものであるからその外観形状ははっきりしており
蒸着後に適当な場所を選んで観察できる。しかし、ＦＩ
Ｂの場合は表面から内部にその観察したい構造があり表
面部の構造ははっきりしないことが多い。加工場所が比
較的明確な場合でも、数μｍ程度の厚みの蒸着膜が必要
になる場合がある。このような場合、予め蒸着してしま
うと加工位置が識別出来なくなることがある。加工位置
の決定と蒸着による試料表面処理はＦＩＢにとって最も
重要な問題であり、これを解決することが望まれてい
た。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明では予めＦＩＢの
持っている走査型イオン顕微鏡，光学顕微鏡などで加工
位置，視野を決めてその場所に局部的に蒸着する手段を
提供する。

【０００６】

【作用】ＳＩＭ像を観察しながら蒸着源を動作させる
と、ＳＩＭ像を見ながら蒸着が出来る。この量はやはり
ＳＩＭ像を見ながら蒸着量を増減させることにより制御
する。但し、ＳＩＭ像の観察をフォトマルチプライアー
を用いて行う場合は、蒸着源のフィラメントからの光が
フォトマルチプライアーに入らないようになっているこ
とが必要である。

【０００７】局部的に蒸着するためには蒸着粒子の飛散
角を規制する絞りを少なくとも２枚設ければ可能とな
る。

【０００８】上記でもまだ飛散面積が広い場合は試料直
上に遮蔽板を設けることにより規制する。

【０００９】蒸着の目的は（１）試料表面のチャージア
ップ防止、（２）加工の際の加工部以外の表面をスパッ
タリング損傷から守ることである。上記（１）の場合は
なるべく薄く、（２）の場合は蒸着膜の厚みを増すと同
時にスパッタ率の小さい物質を選んで蒸着する。

【００１０】

【実施例】図１，図２，図３は本発明の一実施例を示
す。以下図１，図２，図３を用いて実施例の説明をす
る。最初に加工精度を上げるために、絶縁物試料表面に
金を薄く蒸着しチャージアップを防止する例について説
明する。イオン源１から放出されたＧａイオンは引出電
極３により３０ｋｅＶに加速され集束レンズ４、対物レ
ンズ９により試料１７上に集束される。この場合のビー
ム径は約１００ｎｍ程度である。このビームを走査電極
６でｘ，ｙに走査し、このとき試料１７表面から放出す
る二次粒子（この場合は二次電子）を二次電子検出器１
０で検出しＣＲＴ（表示なし）の輝度変調回路に、また
走査電極６のｘ，ｙの電圧をＣＲＴの偏向に同期させる
ことによりＳＩＭ像２３が記録される。このＳＩＭ像に
より加工位置を決定し加工部が中心になるように画面を
えらぶか又は、加工部に予めＦＩＢによりマークを付け
た上で、又は加工部の指定をＳＩＭ静止画像の上で行
う。その後、蒸着プローブ１３のフィラメントを加熱し
蒸着源の金２２を蒸発させる。蒸発した金の粒子は絞り
１，絞り２でその角度を規制され、試料１７の中心部に
のみ到達し蒸着される。この様子はＳＩＭ像２３′によ
り観察することができる。次に蒸着前に設定した加工位
置でそのまま加工に進む。

【００１１】加工部表面は金の薄い膜で覆われているの
で、表面に電荷の蓄積が起こらず、従って、上記電荷の
蓄積によるビームのずれも生じないので、加工は指定し
た位置で正確に行われる。加工の指定方法，加工後の断
面観察などは良く知られているのでここでは説明を省略
する。以下の(1），(2）の場合には蒸着後に加工位置を
再設定することも出来る。(1）膜厚が薄く蒸着後でもそ
の表面形状が観察出来る場合。(2）ＦＩＢによって蒸着
前に加工したマークを基準にすることが出来る場合。

【００１２】上記実施例ではＳＩＭ像２３を用いて蒸着
位置を決定したが光学顕微鏡８を用いても同様の処理が
出来る。光学顕微鏡８は光源を持っており、ここから発
射した光は反射板で９０°曲げられ試料１７上で反射し
再び光学顕微鏡に入射してここで拡大される。図示はし
てないがこの像は電子カメラを介してＣＲＴ上に表示す
ることが出来る。この像を用いることによりＳＩＭと同
様に処理することが可能である。但しこの場合は、蒸着
前でも試料表面はチャージアップすることはないこと、
表面が透明膜であれば下層の観察が可能であるなどの利
点を持っている。またこの場合は蒸着源のフィラメント
から光が漏れてもあまり影響がない。

【００１３】ＳＩＭ像をシンチレータとフォトマルチプ
ライアーを用いて記録する場合は蒸着源のフィラメント
からの光が漏れるとこの光の信号と二次粒子がシンチレ
ータに入射したとき発生する光の信号とが重なってＳＩ
Ｍ像上に現れるので、ＳＩＭ像の質が極めて悪くなる。
このため本実施例の蒸着源１３ではフィラメント１８の
光が外部に漏れないように、絞りＡ１９を含む光の漏れ
ないパイプで囲んである。蒸着粒子が通過する方向には
更に絞りＢ２０があり、この絞りでもフィラメントから
の光を制限している。

【００１４】試料上の制限された位置に蒸着するため、
本実施例の蒸着プローブには絞りＡ１９，絞りＢ２０の
二つの絞りを同軸上に配置している。この絞りの径を適
当に選ぶことにより蒸着範囲を決めることができる。本
実施例の場合は絞りＡの径は０.５mm、絞りＢの径は０.
３mmである。絞りＡ，Ｂ共その径は変えられるようにな
っている。更に本実施例では蒸着範囲以外の試料位置に
蒸着粒子が飛散しないように遮蔽板１６を備えている。
この遮蔽板は板の一部に開口部があり、その開口部のみ
に蒸着が可能である。遮蔽板の位置は除去も含めて真空
外から移動調節できる。開口部の大きさは本実施例では
固定であるがこの大きさも真空外から調節出来れば便利
である。

【００１５】蒸着粒子の飛散角度は上記絞りＡ１９，Ｂ
２０によって制限出来るが、その方向を変えるためには
絞りの位置を変えなければならない。個々の絞りの位置
を変えるのは複雑になるため、本実施例では蒸着プロー
ブ１３の軸が蒸着位置に向くように蒸着プローブ本体１
４に機械的位置調節機構（図示なし）が付いている。機
械的位置調節は蒸着プローブの軸方向距離、すなわち蒸
着源と試料との間の距離も可変出来る方が好都合であ
る。

【００１６】蒸着源の材料２２を全部蒸着した後は材料
を補給する必要がある。本実施例では蒸着プローブ１３
を蒸着プロープ本体１４から引き抜く方式である。この
場合蒸着プロープ本体１４に備えられているエアロック
バルブ，リーク弁，排気系などにより、試料室１２に空
気を入れないで引き抜き、再度挿入することが出来る。
抵抗加熱蒸着の場合、蒸着源２２は予め真空中で熔融さ
せフィラメントになじんだものを使うと失敗することが
ない。

【００１７】次に試料表面に金属膜を付着させて加工の
際生じる被加工表面のスパッタリング損傷の影響を軽減
する場合について説明する。この場合表面に蒸着する材
料はスパッタ率の小さいものが好適である。その理由は
蒸着した膜が薄くても加工途中で無くなる程度が小さ
く、保護膜として長時間作用するためである。

【００１８】次に図４を用いてこの場合の加工例につい
て説明する。図４（ａ)(ｂ）は表面にＡｕを蒸着して加
工した例を示す。この試料はＢ，Ｃ，Ｄの３層から構成
されており、蒸着したＡｕはＡ層である。この試料をＦ
ＩＢにてＤ層まで加工した後表面をＳＩＭ像で観察した
結果を（ａ）に、（ａ）の断面を（ｂ）に示す。図４
（ｂ）では層Ｂの一部が傾斜しているが、この原因は一
次イオンビームの裾によって表層がスパッタされたこと
による。このように断面が傾斜していると本来観察すべ
き断面と異なった面が表れ、加工観察装置としては好ま
しくない。図４（ｃ)(ｄ）は同様の蒸着層としてＡｌを
蒸着した場合を示す。この場合は層Ｂの断面（図４ｃ）
が傾斜していないことが判る。この理由はＡｌのスパッ
タリング収量がＡｕの半分以下であるためである。

【００１９】このように表層に蒸着する物質のスパッタ
リング収量は小さい方が有効であり、このような物質に
はＣ，Ａｌ，Ｍｇ，Ｔｉ，Ｖ，Ｚｒ，Ｎｂ，Ｗ，Ｔａな
どがある。これらの物質には融点が高く、抵抗加熱方式
の蒸着が出来ないものもあるがそのような場合には、イ
オンビーム蒸着法(S.Aisenberg ほか J.Appl.Phys.,42
(1971)2953.)など他の蒸着法を用いる必要がある。

【００２０】加工断面を二次イオン質量分析計や、Ｘ線
分析などをする場合、蒸着材料の選定基準は分析したい
元素を含まないことが重要である。このような場合蒸着
法は選択出来る元素の種類が多いため、このような観点
からも有益な手段といえる。本実施例では蒸着する位置
と加工する位置は同一であるが、両者の位置が異なって
も、位置の差が明確になっていれば実用上問題は無い。
但し、この場合は蒸着中の様子が監視出来ない欠点があ
る。ＦＩＢ装置は試料の加工部を中心に多くの装置部品
が集中することが多く、装置設計上蒸着源が配置出来な
いこともあり、このような方法を選択する場合もある。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば加工位置を決定した後に
蒸着が可能のため加工位置の正確な決定と試料表面の帯
電を防止しながら加工が出来る。その結果、加工位置の
ずれが生じにくく高精度加工が可能となった。また、蒸
着膜の厚さはＳＩＭ像を見ながら制御出来ること、加工
と蒸着を繰返し行うことが出来ることなどの効果があ
る。更に蒸着出来る物質の選択範囲は広いので、加工時
の表面保護の場合はスパッタ収率の小さい物質を、分析
の場合は分析する元素と重ならない物質を蒸着すること
によって広い応用の加工と分析にその精度を向上させる
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す説明図である。

【図２】蒸着プローブ部断面図である。

【図３】蒸着前後のＳＩＭ像を示す図である。

【図４】蒸着材料の差による加工形状を示す図である。

【符号の説明】

１…イオン源、２…シールド電極、３…引出電極、４…
集束レンズ、５…ビーム制限絞り、６…走査電極、７…
反射板、８…光学顕微鏡、９…対物レンズ、１０…二次
粒子検出器、１１…試料台、１２…試料室、１３…蒸着
プローブ、１４…蒸着プローブ本体、１５…遮蔽板微動
装置、１６…遮蔽板、１７…試料、１８…フィラメン
ト、１９…絞りＡ、２０…絞りＢ、２１…プローブ筒、
２２…蒸着源、２３…ＳＩＭ像、２３′…蒸着後のＳＩ
Ｍ像。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】一次イオンを試料上に照射し、イオンと試
   料の間の相互作用により加工や分析を行う装置におい
   て、試料の像を見て位置を確認し、その位置に蒸着が出
   来ることを特徴とする集束イオンビーム装置。
2. 【請求項２】試料の像を見る手段が光学顕微鏡であるこ
   とを特徴とする請求項１記載の集束イオンビーム装置。
3. 【請求項３】蒸着源の光が二次粒子検出器に実効的に到
   達しない蒸着源を有することを特徴とする請求項１又は
   ２記載の集束イオンビーム装置。
4. 【請求項４】蒸着範囲を規制する手段を有することを特
   徴とする請求項１，２又は３記載の集束イオンビーム装
   置。
5. 【請求項５】蒸着粒子の飛散方向を機械的に調節する手
   段を有することを特徴とする請求項１ないし４のいずれ
   か１項に記載の集束イオンビーム装置。
6. 【請求項６】蒸着源が試料室の真空を破らずに交換でき
   ることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に
   記載の集束イオンビーム装置。
7. 【請求項７】蒸着する物質がスパッター率の小さな物質
   であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１
   項に記載の集束イオンビーム装置。