JPH0992196A - 走査イオン顕微鏡 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】試料ダメージの少ない走査イオン顕微鏡像を、
操作性良く、かつ時間効率良く得る。 【解決手段】イオンを細く集束させて試料上を走査し、
試料から放出される二次粒子信号により観察像を形成す
る走査イオン顕微鏡であって、走査速度可変機能及び画
像積算機能を有しており、走査の終了方法を（１）フレ
ームの途中でも強制的に走査を中止する。（２）現在走
査中のフレームを終了した時点で走査を中止する。のう
ちから選択できるようにした走査イオン顕微鏡。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は試料を集束イオンビ
ーム（Focused Ion Beam：以下ＦＩＢと略す）を利用し
て加工及び観察する走査イオン顕微鏡に関する。

【０００２】

【従来の技術】コンピュータ画面上のコマンドボタン等
により走査制御を行うＦＩＢ装置の従来技術が、日本学
術振興会荷電粒子ビームの工業への応用第１３２委員会
第125回研究会資料（電子ビームテスティングシンポジ
ウム），平成５年１２月９日から１０日，第４８頁から
５１頁、に記載されている。

【０００３】この従来技術では、グラフィカルユーザイ
ンターフェイス（Graphical UserInterface：以下ＧＵ
Ｉと略す)を利用した制御画面が紹介されており、画面
上のボタンやスケールにより、走査の開始／終了やフォ
ーカス調整等が行われる。しかし、走査の終了方法に関
する記述は無い。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】従来から、微細構造の
観察を行う装置として、走査型電子顕微鏡(Scanning El
ectron Microscope：以下ＳＥＭと略す)が利用されてい
る。ＳＥＭでは微小ビーム径が実現でき、高分解能の構
造観察が可能であるが、試料表面の観察に限定される欠
点があった。そこで近年、例えば半導体の内部構造を観
察する手段として、走査型イオン顕微鏡(Scanning Ion
Microscope：以下ＳＩＭと略す）により試料に断面加工
を行い、その後、試料を傾斜させて加工断面の像観察を
行うSIM装置が開発された。ＦＩＢで試料を観察する場
合、試料を加工する場合と比較してビーム電流を小さく
して観察するものの、スパッタリング現象により試料は
加工損傷を受ける。従って、連続的なＦＩＢ走査によ
り、ＳＩＭ像観察を続けると、試料が加工され、観察し
たい構造が破壊されてしまう。試料に不必要な加工損傷
を与えないため、ＳＩＭ観察時はＳＥＭ観察時と比較し
て走査を停止させる頻度が高い。

【０００５】近年、ディジタル回路技術の進歩により、
ディジタル信号処理や画像メモリの技術を活用して、コ
ンピュータ画面上にＳＥＭ像やＳＩＭ像を動画・静止画
を問わず表示できるようになった。微細ビームにより高
分解能画像を得ようとすると、ビーム電流が微弱となる
ため、画像のＳ／Ｎを向上させる手段が一般的にとられ
る。これには、例えば、画像データの積算処理や走査を
ゆっくり行う（スロースキャン）手法等がある。

【０００６】ＳＥＭでは、試料ダメージが比較的少ない
事を前提としているため、走査停止命令が発生した場
合、現在実行中の走査を完了してから終了する手法が一
般的にとられている。従って、スロースキャンが起動さ
れている場合、走査停止命令を出しても、走査中のフレ
ームが終了するまでビーム照射が行われる。また、画像
積算機能を利用している場合、設定されている積算回数
だけ走査を行ってから終了する。

【０００７】ＦＩＢ装置でも、ＳＥＭと同様に画像積算
やスロースキャンの手法が用いられるが、前述したとお
り、試料ダメージが大きいため、走査を即時停止してビ
ーム照射を最小限に留める必要がある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】ビーム走査の終了を、即
時終了する方法と、現在走査中のフレームを走査してか
ら終了する方法とを選択的に利用できるようにする。

【０００９】ビーム走査を即時停止する方法により、走
査条件等を変更設定するために走査を中断したい場合、
不必要な残り走査時間の排除と試料加工損傷の軽減が図
れる。また、現在走査中のフレームを走査してから終了
する方法により、画面の途中で不連続性が無い、良好な
画面を得る事ができる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図を用い
て説明する。図５は実施例で用いたＦＩＢカラムの構成
図である。液体金属イオン源１００から放出したイオン
はコンデンサレンズ１０１と対物レンズ１０７により、
試料１１２上に集束する。ビーム加速電圧は３０ｋＶで
ある。レンズ間には可変ファパーチャ１０２，アライナ
／スティグマ１０３，ブランカ１０４，ブランキング・
アパーチャ１０５，デフレクタ１０６が配置されてい
る。試料１１２はステージ１０８により移動できる。ス
テージはｘ，ｙ，ｚ，チルト，回転の５軸方向に制御さ
れる。ＦＩＢ照射により、試料１１２から発生した二次
電子は、二次電子検出器１０９により検出される。図６
は実施例で用いたＦＩＢ制御系の構成図である。ＦＩＢ
カラム２００の制御は制御コンピュータ２１３から制御
バス２１２を介して行う。高電圧電源201は光学系に高
電圧を供給し、ビームの加速及び集束を行う。イオン源
制御２０２はイオン源の加熱及び引き出し電流制御を行
う。絞り制御２０３は絞りの中心位置及び大きさを制御
する。ブランキング制御２０４は試料への余計なビーム
照射をなくすために用いる。アライナ／スティグマ制御
２０５はアライメント及び非点補正を行う。偏向アンプ
２０６はスキャナ２０７からの信号を増幅・演算し、デ
フレクタ１０６を駆動する。スキャナ２０７は走査制御
回路２２１とアナログ走査信号発生回路２２０及びディ
ジタル走査信号発生回路２２２（Ｄ／Ａ変換回路を含
む）から構成されており、走査制御回路２２１により、
走査の起動及び終了、走査フレーム数の管理及びスキャ
ナの切り替えが行われ、それらの制御信号によりｘ，ｙ
２軸の信号が出力される。また、ブランキング制御信号
も同時に出力され、ブランキング制御電源２０４に供給
される。プリアンプ２０８は二次電子検出器１０９の信
号を電流／電圧変換し輝度信号を作る。また、内部にロ
ーパスフィルタが内臓されている。画像メモリ２０９は
プリアンプ出力をディジタル値に変換するＡ／Ｄ変換器
２２３と画像メモリ２２５、そして、データを積算処理
する積算制御回路２２４から構成されている。画像メモ
リに記憶された情報はインポーザ（制御コンピュータ２
１３の内部バスに実装されている。）を介してCRT211上
のイメ−ジ・モニタ１にＳＩＭ像として表示される。こ
れは主に連続走査でのリアルタイム像観察に利用され
る。また、画像メモリ２０９の情報は制御バス２１２を
介して制御コンピュータ２１３に転送でき、静止画像表
示に活用する。コンピュータ内にデータがあるため、デ
ィジタルズーム等の機能が実現できる他、この画像を下
地として領域を指定し、その部分のみを限定して走査す
るＦＩＢ加工に利用できる。ディジタル・スキャナ２０
７は主に加工の下地となる静止画像取得と領域を限定し
ての加工に使用され、アナログ・スキャナは主に連続走
査でのリアルタイム像観察，高精細画像形成に利用され
る。ステージ制御２１０は試料上の所望位置をＦＩＢ偏
向可能領域内に移動するために用いる。また、ＦＩＢに
よる試料の断面加工後、その断面をＦＩＢにより観察す
るために試料を傾斜する制御も行う。

【００１１】本発明の第一の実施例のフローチャートを
図１に、対応するＧＵＩ画面を図２に示す。図２の画面
はコンピュータ画面上に表示される複数のウインドウの
うち、ＳＩＭ画像の表示と走査モードの選択を行うウイ
ンドウを示すものである。イメージ・モニタ画面１内に
はＳＩＭ像表示エリア２が配置され、ＳＩＭ像のリアル
タイム表示が行われる。ビーム走査の起動を行うスター
トボタン３，走査の停止を行うストップボタン４，走査
速度の設定を行うオプションメニュー５，積算回数の設
定を行うオプションメニュー６が配置されている。

【００１２】画面上のマウス操作と図６に示すＦＩＢ装
置のハードウエアとの関係を次に説明する。

【００１３】オプションメニュー５によって、走査速度
を選択すると走査制御回路２２１により走査速度が変更
される。アナログ走査信号発生回路は走査波形のスロー
プが変更され、ディジタル走査信号発生回路ではビーム
静止時間を規定するクロック周波数が変更される。ま
た、走査速度の変更に伴い、プリアンプ２０８内にある
フィルタのカットオフ周波数が変更される。つまり、Ａ
／Ｄ変換器２２３前段での信号処理と走査速度選択とは
連動させる。オプションメニュー６によって、画像積算
回数を選択すると積算制御回路２２４の積算回数が設定
される。積算処理は２種類あり、現在データの加算と蓄
積平均データの減算処理を同時に行うリカーシブモード
と、一定回数の走査を前提にして単純加算を行い、走査
終了時に適正輝度の画像にする単純加算モードがある。
前者は動画像観察時のＳ／Ｎ向上を目的としており、従
来の残光性ＣＲＴの機能に対応している。後者はきれい
な静止画像を撮影する際に利用できる。これらの処理は
積算制御回路２２４と画像メモリ回路２２５との回路動
作により実施される。

【００１４】スタートボタン３をマウス２１４でシング
ルクリックすると、図１（ａ）の処理が起動される。連
続走査は走査制御回路２２１によりアナログ走査信号発
生回路を連続走査モードで起動することにより行われ
る。この信号はスイッチ回路を経て偏向アンプ２０６に
送られ、ＦＩＢカラム２００内の偏向器１０６を駆動し
てＦＩＢが偏向制御される。ストップボタン４をマウス
２１４でシングルクリックすると図１（ｃ）の処理が起
動される。この処理は走査がフレームの途中であっても
走査終了するものであり、これも走査制御回路２２１を
介して制御される。ストップボタン４をダブルクリック
すると図１（ｄ）の処理が起動される。この場合、走査
制御回路２２１は現在走査中のフレームが終了するまで
待ち、フレーム終了時に走査終了するように制御を行
う。これら２種類の走査終了方法を一つのボタンのクリ
ック操作により選択できるようにしたことで、操作性良
く、試料ダメージや無駄時間が少ないＳＩＭ像観察作業
が行えるようになった。図１（ｂ）はスタートボタン３
をダブルクリックした場合の処理であり、これは１回走
査を起動する。１回走査は静止画像を撮影するために用
いる手法であり、直前までにフォーカスや走査速度等の
諸条件を調整しておく必要がある。画像積算回数に１以
外が設定されている場合、積算回数分のフレームが走査
される。

【００１５】本発明の第二の実施例のフローチャートを
図３に、対応するＧＵＩ画面を図４に示す。図４の画面
は図２の画面のスタートボタン３とストップボタン４を
スタート／ストップ兼用ボタン７としたものである。走
査速度と積算回数の設定は図２と同じである。

【００１６】走査のスタートとストップを一つのボタン
とした場合、図３のフローチャートに示すように、マウ
スのクリックイベントに対して、現在の走査状況（走査
中か走査停止中か）により処理を変える必要がある。こ
の図３の処理構成により、一つのボタンとマウスクリッ
クの手法により複数のスキャンの開始方法と終了方法が
選択使用でき、試料ダメージや無駄時間が少ないＳＩＭ
観察作業が操作性良く行えるようになった。

【００１７】ＦＩＢで試料を観察する場合、照射するＦ
ＩＢにより試料表面層を除去し、その下層のＳＩＭ像を
観察する。これには連続走査で画像積算処理をしながら
画像観察し、画質の良い所で走査を終了する手法を用い
る。ＳＥＭでは、ビームによる試料ダメージが少ない事
から、走査停止命令後、再び登録された積算回数走査し
て画像形成を行う手法がとられている。しかし、ＳＩＭ
でこれを行うと、試料が加工されてしまい、良いと判断
した時点の画像が失われてしまう。このため、連続走査
で画像積算処理がある場合の停止（フレーム走査後の停
止方法：例えば図１（ｄ））は、走査中のフレームが終
了した時点で画像観察を行うのが望ましい。

【００１８】

【発明の効果】本発明により、走査中の画像を保存等の
目的で使用しない場合と使用する場合に応じて、走査の
終了方法を、即時停止とフレーム終了時停止の２方法か
ら選択できるため、試料ダメージの少ないＳＩＭ像観察
作業が、操作性良く，時間効率良く行えるようになっ
た。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における第一の実施例のフローチャー
ト。

【図２】第一の実施例で用いたイメージ・モニタ画面の
説明図。

【図３】本発明における第二の実施例のフローチャー
ト。

【図４】第二の実施例で用いたイメージ・モニタ画面の
説明図。

【図５】実施例で用いたＦＩＢカラムの斜視図。

【図６】実施例で用いたＦＩＢ制御系のブロック図。

【符号の説明】

１…イメージ・モニタ画面、２…ＳＩＭ像表示領域、３
…スタートボタン、４…ストップボタン。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】イオンビームを細く集束させて試料上を走
   査し、試料から放出される二次粒子信号により観察像を
   形成する走査イオン顕微鏡であって、走査速度可変機能
   及び画像積算機能を有しており、フレーム走査の終了方
   法を （１）フレームの途中でも強制的に走査を中止する。 （２）現在走査中のフレームを終了した時点で走査を中
   止する。 のうちから選択して使用できる事を特徴とする走査イオ
   ン顕微鏡。
2. 【請求項２】前記フレーム走査の終了を、コンピュータ
   画面上に配置されたボタンにより制御する装置であっ
   て、前記ボタンをマウスによりシングルクリックする場
   合とダブルクリックする場合とで走査の終了方法を選択
   できる請求項１に記載の走査イオン顕微鏡。