KR20170113161A

KR20170113161A - 제어 장치, 하전 입자 빔 장치, 프로그램 및 가공품을 생산하는 방법

Info

Publication number: KR20170113161A
Application number: KR1020170035439A
Authority: KR
Inventors: 사토시 도미마츠; 츠요시 오오니시; 히로키 가와다; 히데오 사카이
Original assignee: 가부시키가이샤 히다치 하이테크 사이언스
Priority date: 2016-03-25
Filing date: 2017-03-21
Publication date: 2017-10-12
Also published as: JP2017174748A; KR102254547B1; US9934940B2; TW201802858A; JP6753679B2; TWI713670B; US20170278673A1

Abstract

(과제) 이온빔 가공의 가공면의 형성 방향의 제약을 완화하면서, 커트닝을 억제할 수 있다.
(해결 수단) 제어 장치는, 서로 평행하지 않은 적어도 2 개의 회전축을 갖는 가공 스테이지와, 소정의 방향으로부터 하전 입자 빔을 조사함으로써 가공 스테이지 상의 가공 대상물을 가공하는 조사부를 구비하는 하전 입자 빔 장치를 제어하는 제어 장치로서, 어느 회전축에도 평행하지 않은 법선을 갖는 가공면이 조사부에 의해 가공 대상물에 생성되는 제 1 가공의 방향과, 제 1 가공에 의해 생성되는 가공면에 대해, 제 1 가공의 방향과는 상이한 방향으로부터 조사부에 의해 가공되는 제 2 가공의 방향에 기초하여, 제 1 가공의 방향으로부터 제 2 가공의 방향으로 가공 스테이지의 방향을 변화시키는 회전축 둘레의 회전각을 산출하는 각도 산출부를 구비한다.

Description

제어 장치, 하전 입자 빔 장치, 프로그램 및 가공품을 생산하는 방법{CONTROL DEVICE, CHARGED PARTICLE BEAM APPARATUS, PROGRAM AND METHOD FOR PRODUCING PROCESSED PRODUCT}

본 발명은, 제어 장치, 하전 입자 빔 장치, 프로그램 및 가공품을 생산하는 방법에 관한 것이다.

예를 들어, 반도체 디바이스 등의 시료의 내부 구조를 해석하거나 입체적인 관찰을 실시하거나 하는 수법의 하나로서, 집속 이온빔 (Focused Ion Beam ; FIB) 을 이용한 단면 형성 가공 (에칭 가공) 이 알려져 있다. 이와 같은 단면 형성 가공에 있어서, 반도체 디바이스 등의 구조물이 박편 시료의 가공면에 노출되어 있는 경우에는, 구조물에 따라 이온빔의 에칭 레이트가 상이하기 때문에, 가공면에 요철이 형성되어 줄무늬가 되어 나타나는 현상, 이른바 커튼 효과가 발생하는 경우가 있다. 이 커튼 효과가 발생하면, 가공면의 관찰 이미지에, 본래의 디바이스 구조 이외에 이온빔 가공에 의해 형성된 줄무늬도 나타난다. 종래, 커튼 효과를 억제하고, 이온빔 가공으로 형성된 줄무늬가 적은 관찰 이미지를 취득할 수 있는 복합 하전 입자 빔 장치가 알려져 있다 (예를 들어, 특허문헌 1).

일본 공개특허공보 2014-63726호

그러나, 특허문헌 1 에 의하면, 스테이지의 경사축의 방향에 의해 가공면의 형성 방향이 제약된다는 과제가 있었다.

본 발명은, 상기 서술한 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 그 목적은, 이온빔 가공의 가공면의 형성 방향의 제약을 완화하면서, 커트닝을 억제할 수 있는 제어 장치, 하전 입자 빔 장치, 프로그램 및 가공품을 생산하는 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 양태는, 서로 평행하지 않은 적어도 2 개의 회전축을 갖는 가공 스테이지와, 소정의 방향으로부터 하전 입자 빔을 조사함으로써 상기 가공 스테이지 상의 가공 대상물을 가공하는 조사부를 구비하는 하전 입자 빔 장치를 제어하는 제어 장치로서, 어느 상기 회전축에도 평행하지 않은 법선을 갖는 가공면이 상기 조사부에 의해 상기 가공 대상물에 생성되는 제 1 가공의 방향과, 상기 제 1 가공에 의해 생성되는 상기 가공면에 대해, 상기 제 1 가공의 방향과는 상이한 방향으로부터 상기 조사부에 의해 가공되는 제 2 가공의 방향에 기초하여, 상기 제 1 가공의 방향으로부터 상기 제 2 가공의 방향으로 상기 가공 스테이지의 방향을 변화시키는 상기 회전축 둘레의 회전각을 산출하는 각도 산출부를 구비하는 제어 장치이다.

또, 본 발명의 일 양태는, 상기 회전축에는, 상기 가공 스테이지의 상기 하전 입자 빔이 조사되는 조사 위치에 있어서 서로 직교하는 2 축이 포함되고, 상기 각도 산출부는, 상기 2 축 각각의 축 둘레의 회전각을, 상기 회전각으로서 산출한다.

또, 본 발명의 일 양태는, 상기 회전축에는, 상기 가공 스테이지의 상기 하전 입자 빔이 조사되는 조사 위치를 통과하고 상기 하전 입자 빔이 조사되는 방향에 대해 직교하는 틸트축과, 상기 조사 위치를 통과하고 상기 틸트축에 대해 직교하는 로테이션축이 포함되고, 상기 각도 산출부는, 상기 틸트축 둘레의 회전각과 상기 로테이션축 둘레의 회전각을, 상기 회전각으로서 산출한다.

또, 본 발명의 일 양태의 제어 장치에 있어서, 상기 각도 산출부는, 상기 제 1 가공에 있어서 상기 하전 입자 빔의 조사축과 상기 로테이션축이 이루는 제 1 각도와 상기 제 1 가공의 방향과 상기 제 2 가공의 방향의 차를 나타내는 제 2 각도에 기초하여, 상기 틸트축 둘레의 회전각인 제 3 각도를, 상기 회전각으로서 산출한다.

또, 본 발명의 일 양태의 제어 장치에 있어서, 상기 각도 산출부는, 상기 제 1 각도와 상기 제 3 각도에 기초하여, 상기 로테이션축 둘레의 회전각인 제 4 각도를, 상기 회전각으로서 산출한다.

또, 본 발명의 일 양태는, 상기 서술한 어느 제어 장치를 구비하는 하전 입자 빔 장치이다.

또, 본 발명의 일 양태는, 서로 평행하지 않은 적어도 2 개의 회전축을 갖는 가공 스테이지와, 소정의 방향으로부터 하전 입자 빔을 조사함으로써 상기 가공 스테이지 상의 가공 대상물을 가공하는 조사부를 구비하는 하전 입자 빔 장치를 제어하는 컴퓨터에, 제 1 방향으로부터 가공함으로써, 어느 상기 회전축에도 평행하지 않은 법선을 갖는 가공면을 상기 가공 대상물에 생성하는 제 1 가공 스텝과, 상기 회전축 둘레로 상기 가공 스테이지를 회전시킴으로써, 상기 제 1 가공 스텝에 있어서 생성된 상기 가공면을 상기 제 1 방향과는 방향이 상이한 제 2 방향으로부터 가공하는 제 2 가공 스텝을 실행시키기 위한 프로그램이다.

또, 본 발명의 일 양태는, 서로 평행하지 않은 적어도 2 개의 회전축을 갖는 가공 스테이지와, 소정의 방향으로부터 하전 입자 빔을 조사함으로써 상기 가공 스테이지 상의 가공 대상물을 가공하는 조사부를 구비하는 하전 입자 빔 장치에 의해, 제 1 방향으로부터 가공함으로써, 어느 상기 회전축에도 평행하지 않은 법선을 갖는 가공면을 상기 가공 대상물에 생성하는 제 1 가공 스텝과, 상기 회전축 둘레로 상기 가공 스테이지를 회전시킴으로써, 상기 제 1 가공 스텝에 있어서 생성된 상기 가공면을 상기 제 1 방향과는 방향이 상이한 제 2 방향으로부터 가공하는 제 2 가공 스텝을 실시하는 것에 의해 가공품을 생산하는 방법이다.

본 발명에 의하면, 이온빔 가공의 가공면의 형성 방향의 제약을 완화하면서, 커트닝을 억제할 수 있다.

도 1 은 하전 입자 빔 장치의 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 2 는 본 실시형태의 스캔 좌표계의 일례를 나타내는 도면이다.
도 3 은 본 실시형태의 스테이지 좌표계의 일례를 나타내는 도면이다.
도 4 는 본 실시형태의 가공 전의 가공 대상물의 단면의 일례를 나타내는 도면이다.
도 5 는 본 실시형태의 가공 후의 가공 대상물의 단면의 일례를 나타내는 도면이다.
도 6 은 본 실시형태의 각도 산출부에 의한 회전각의 산출 순서의 일례를 나타내는 도면이다.
도 7 은 본 실시형태의 1 회째의 FIB 가공 결과의 일례를 나타내는 도면이다.
도 8 은 본 실시형태의 1 회째의 FIB 가공에 의한 가공 대상물의 단면의 일례를 나타내는 도면이다.
도 9 는 본 실시형태의 스캔 각도의 일례를 나타내는 도면이다.
도 10 은 본 실시형태의 2 회째의 FIB 가공에 있어서의 가공 대상물의 방향을 나타내는 도면이다.
도 11 은 본 실시형태의 하전 입자 빔 장치에 의한 가공예를 나타내는 도면이다.

[실시형태]

이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 실시형태에 대해 설명한다. 또한, 도면 중에 나타내는 벡터의 화살표에 대해, 이하의 설명에 있어서는 생략하는 경우가 있다.

[하전 입자 빔 장치 (10) 의 구성]

도 1 은, 하전 입자 빔 장치 (10) 의 구성의 일례를 나타내는 도면이다. 본 발명의 하전 입자 빔 장치 (10) 는, 집속 이온빔 (FIB) 경통 (11) 과, 전자빔 (EB) 경통 (12) 과, 시료실 (13) 을 구비하고 있다.

집속 이온빔 경통 (11) 과 전자빔 경통 (12) 은, 시료실 (13) 에 장착되어 있고, 가공 스테이지 (시료대) (14) 에 재치 (載置) 된 가공 대상물 (S) 을 향하여 집속 이온빔 (FIB) 과 전자빔 (EB) 을 조사 가능하게 배치되어 있다. 집속 이온빔 경통 (11) 은 조사부라고도 칭한다. 이 집속 이온빔 경통 (11) 은, 스캔 회전 각도의 변경이 가능하다.

가공 스테이지 (14) 는 각 방향의 이동, 회전, 경사가 가능하고, 이로써, 가공 대상물 (S) 을 임의의 방향으로 조정할 수 있다.

또한, 2 차 전자 검출기 (17) 대신에, 반사 전자 검출기를 형성하는 구성도 바람직하다. 반사 전자 검출기는, 전자빔이 가공 대상물 (S) 에서 반사된 반사 전자를 검출한다. 이러한 반사 전자에 의해, 단면 이미지를 취득할 수 있다.

하전 입자 빔 장치 (10) 는, 제어 장치 (100) 를 구비하고 있다. 이 제어 장치 (100) 는, 집속 이온빔 (FIB) 제어부 (15) 와, 전자빔 (EB) 제어부 (16) 과, 이미지 형성부 (23) 와, 제어부 (25) 와, 스테이지 제어부 (28) 를 구비하고 있다. 집속 이온빔 제어부 (15) 는, 집속 이온빔 경통 (11) 을 제어하고, 집속 이온빔을 임의의 타이밍으로 조사시킨다. 전자빔 제어부 (16) 은, 전자빔 경통 (12) 을 제어하고, 전자빔을 임의의 타이밍으로 조사시킨다.

이미지 형성부 (23) 는, 2 차 전자 검출기 (17) 나 EDS 검출기 (18) 의 검출 결과에 기초하여, 가공 대상물 (S) 의 단면의 관찰 이미지를 형성한다. 구체적으로는, 이미지 형성부 (23) 는, 전자빔 (22) 을 주사시키는 신호와, 2 차 전자 검출기 (17) 에서 검출된 2 차 전자의 신호로부터 SEM 이미지를 형성한다. 이미지 형성부 (23) 는, 집속 이온빔 (21) 을 주사시키는 신호와, 2 차 전자 검출기 (17) 에서 검출한 2 차 전자의 신호에 기초하여 SIM 이미지를 형성한다.

스테이지 제어부 (28) 는, 가공 스테이지 (14) 의 각도를 변화시키는 모터 등의 액추에이터를 제어한다. 이 가공 스테이지 (14) 의 각도는, 집속 이온빔 (21) 에 의한 가공 대상물 (S) 의 가공이나, 가공 후의 가공 대상물 (S) 의 관찰 등에 따라 설정된다.

하전 입자 빔 장치 (10) 는, 추가로, 표시부 (24) 와 입력부 (26) 를 구비하고 있다.

표시부 (24) 는, 디스플레이 장치를 구비하고 있고, 관찰 이미지를 표시한다. 표시부 (24) 는, 이미지 형성부 (23) 에서 얻어진 SEM 이미지나 SIM 이미지를 표시한다.

오퍼레이터는 하전 입자 빔 장치 (10) 의 각종 제어 조건을, 입력부 (26) 를 통하여 입력한다. 입력부 (26) 는, 입력된 정보를 제어부 (25) 에 송신한다.

제어부 (25) 는, 집속 이온빔 제어부 (15), 전자빔 제어부 (16), 이미지 형성부 (23), 및 스테이지 제어부 (28) 에 제어 신호를 출력하고, 하전 입자 빔 장치 (10) 전체의 동작을 제어한다. 또, 제어부 (25) 는, 각도 산출부 (27) 를 그 기능부로서 구비하고 있다.

각도 산출부 (27) 는, 입력부 (26) 를 통하여 입력된 정보에 기초하여, 가공 스테이지 (14) 의 각도를 산출한다. 제어부 (25) 는, 각도 산출부 (27) 가 산출한 각도를 나타내는 제어 신호를, 스테이지 제어부 (28) 에 출력함으로써, 가공 스테이지 (14) 의 각도를 제어한다.

다음으로, 이 각도 산출부 (27) 가 산출하는 가공 스테이지 (14) 의 각도에 대해 설명한다. 먼저, 가공 스테이지 (14) 의 각도를 설명하기 위한 좌표계에 대해 설명한다. 이 좌표계에는, 스테이지 좌표계와 스캔 좌표계의 2 종류의 좌표계가 있다. 이하, 도 2 를 참조하여 스캔 좌표계에 대해, 도 3 을 참조하여 스테이지 좌표계에 대해, 각각 설명한다.

[스캔 좌표계 및 스테이지 좌표계에 대해]

도 2 는, 본 실시형태의 스캔 좌표계의 일례를 나타내는 도면이다. 스캔 좌표계는, 가공 스테이지 (14) 에 재치된 가공 대상물 (S) 의 방향을 X 축, Y 축, Z 축의 3 축 직교 좌표에 의해 나타내는 좌표계이다. X 축이란, 가공 스테이지 (14) 의 회전축 중, 틸트축에 일치하는 축이다. 이하, X 축 둘레의 각도를, 틸트 각도라고도 기재한다. Y 축이란, 틸트 각도가 0 도인 상태에 있어서, 가공 스테이지 (14) 에 재치된 가공 대상물 (S) 의 표면 (SF) 에 평행한 축이다. X 축과 Y 축이 이루는 평면 (PL_XY) 은, 틸트 각도가 0 도인 상태에 있어서, 가공 대상물 (S) 의 표면 (SF) 에 평행이다.

Z 축이란, 집속 이온빔 (21) 의 방향, 요컨대 집속 이온빔 경통 (11) 의 광축과 일치하고, 가공 대상물 (S) 로부터 집속 이온빔 경통 (11) 을 향하는 방향을 정 (正) 으로 하는 축이다. 틸트 각도가 0 도인 상태에 있어서, 가공 스테이지 (14) 에 재치된 가공 대상물 (S) 의 표면 (SF) 의 법선의 방향은, Z 축에 일치한다. Z 축은, 가공 대상물 (S) 의 표면 (SF) 의 점 (Po) 에 있어서, X 축 및 Y 축과 교차한다.

이 표면 (SF) 의 법선의 방향은, 가공 스테이지 (14) 의 틸트 각도가 변화함으로써, 평면 (PL_YZ) 내에 있어서 변화한다. 이 평면 (PL_YZ) 이란, Y 축과 Z 축이 이루는 평면이다. 예를 들어, 틸트 각도가 각도 (Ψ) 인 경우, 표면 (SF) 의 법선의 방향은, 동 도면에 나타내는 방향 (z1) 이다. 또, 틸트 각도가 각도 (Ψ) 인 경우, 표면 (SF) 은, 동 도면에 나타내는 방향 (y1) 에 평행이다. 이 틸트 각도가 각도 (Ψ) 인 경우의 가공 스테이지 (14) 의 방향, 즉 가공 대상물 (S) 의 표면 (SF) 의 방향을 나타내기 위해서는, 스테이지 좌표계가 사용된다.

도 3 은, 본 실시형태의 스테이지 좌표계의 일례를 나타내는 도면이다. 스테이지 좌표계는, 가공 스테이지 (14) 에 재치된 가공 대상물 (S) 의 방향을 x 축, y 축, z 축의 3 축 직교 좌표에 의해 나타내는 좌표계이다. z 축은, 가공 대상물 (S) 의 표면 (SF) 의 법선 방향을 나타낸다. 요컨대, z 축은, 평면 (PL_yz) 내에 있어서, Z 축에 대해 틸트 각도 (도 3 의 예에서는, 각도 (Ψ)) 만큼 경사진 방향을 나타낸다. 또, z 축은, 가공 스테이지 (14) 의 회전축 중, 로테이션축에 일치하는 축이다. 이하, z 축 둘레의 각도를 로테이션 각도라고도 기재한다. x 축은, 틸트축, 즉, X 축에 일치하는 축이다. y 축은, 가공 스테이지 (14) 에 재치된 가공 대상물 (S) 의 표면 (SF) 에 평행한 축이다. y 축은, z 축의 오른나사 방향으로 우수계를 만든다. x 축과 y 축이 이루는 평면 (PL_xy) 은, 틸트 각도에 상관없이 가공 대상물 (S) 의 표면 (SF) 에 평행이다. 또한, x 축 중, 틸트 각도 0 [도] 인 경우를 x0 축으로, 틸트 각도 Ψ 인 경우를 x1 축으로도 기재한다. 또, y 축 중, 틸트 각도 0 [도] 인 경우를 y0 축으로, 틸트 각도 Ψ 인 경우를 y1 축으로도 기재한다. z 축 중, 틸트 각도 0 [도] 인 경우를 z0 축으로, 틸트 각도 (Ψ) 의 경우를 z1 축으로도 기재한다.

[가공 대상물 (S) 및 커트닝의 억제에 대해]

다음으로, 도 4 및 도 5 를 참조하여, 본 실시형태의 가공 대상물 (S) 의 일례에 대해 설명한다.

도 4 는, 본 실시형태의 가공 전의 가공 대상물 (S) 의 단면의 일례를 나타내는 도면이다.

도 5 는, 본 실시형태의 가공 후의 가공 대상물 (S) 의 단면의 일례를 나타내는 도면이다.

본 실시형태의 가공 대상물 (S) 이란, 일례로서 반도체의 웨이퍼이다. 이 반도체의 웨이퍼에는, 회로 패턴 (S1 ∼ S3) 이 형성되어 있다. 이 회로 패턴 (S1 ∼ S3) 중, 예를 들어, 회로 패턴 (S2) 의 두께 (d) 를 측정하는 경우에 대해 설명한다. 이 두께 (d) 는, 회로 패턴 (S2) 의 경사 단면을 수직 방향에서 본 길이 (l2) 를 측정함으로써, 측정한 길이 (l2) 와 경사 단면의 각도 (예를 들어, 각도 (Ψ)) 에 기초하여 구할 수 있다. 여기서, 하전 입자 빔 장치 (10) 는, 회로 패턴 (S2) 의 일부를 절삭하여, 단면 (CS) 을 형성한다. 이 일례의 경우, 하전 입자 빔 장치 (10) 는, 가공 스테이지 (14) 의 틸트 각도를 각도 (Ψ) 로 한 상태에서, 집속 이온빔 경통 (11) 으로부터 집속 이온빔 (21) 을 가공 대상물 (S) 에 조사함으로써, 경사 단면의 각도를 각도 (Ψ) 로 할 수 있다.

또한, 이하의 설명에 있어서, 집속 이온빔 경통 (11) 으로부터 집속 이온빔 (21) 을 가공 대상물 (S) 에 조사함으로써, 가공 대상물 (S) 의 형상을 변경하는 가공을, 간단히 FIB 가공으로도 기재한다.

여기서, FIB 가공에 의해 경사 단면을 제작하는 경우, 웨이퍼의 디바이스 표면 구조의 영향을 받은 줄무늬가 형성되는 경우가 있다. 이 디바이스 표면 구조의 영향을 받은 줄무늬가 형성되는 현상을, 커트닝이라고 한다. 이 커트닝은, 측장 정밀도를 악화시키는 원인이 된다. 이 커트닝을 억제하기 위해서는, 다음의 수법이 알려져 있다. 즉, 제 1 회째의 FIB 가공에 의해 가공 대상물 (S) 에 생성된 단면 (CS) 에 대해, 제 1 회째의 FIB 가공에 의한 집속 이온빔 (21) 의 조사 방향과는 상이한 방향으로부터, 제 2 회째의 FIB 가공에서 제 2 회째의 집속 이온빔 (21) 을 조사한다. 요컨대, 단면 (CS) 에 대해 복수의 상이한 방향으로부터 집속 이온빔 (21) 을 조사함으로써, 커트닝을 억제할 수 있다.

단면 (CS) 에 대해 복수의 상이한 방향으로부터 집속 이온빔 (21) 을 조사하기 위해서는, 제 1 회째의 가공으로부터 제 2 회째의 가공으로 옮길 때의 가공 스테이지 (14) 의 틸트축의 회전각 및 로테이션축의 회전각을 적절히 산출하는 것이 요구된다. 이하, 각도 산출부 (27) 에 의한 가공 스테이지 (14) 의 틸트축의 회전각 및 로테이션축의 회전각의 산출 순서에 대해 도 6 이후를 참조하여 설명한다.

[가공 스테이지 (14) 의 회전각의 산출 순서]

도 6 은, 본 실시형태의 각도 산출부 (27) 에 의한 회전각의 산출 순서의 일례를 나타내는 도면이다. 이 일례에서는, 1 회째의 가공에 있어서, 가공 대상물 (S) 에 대해, 틸트 각도 Ψ, 로테이션 각도 0 도로 하여, FIB 가공이 실시된다. 여기서는 간략화를 위하여 1 회째의 가공의 로테이션 각도를 0 도로 가정하고 있지만, 실제는 로테이션 각도의 절대치는 시료를 어느 회전 각도로 스테이지에 고정했는지에 따라 결정된다. 여기서 중요한 것은, 1 회째의 가공과 2 회째의 가공의 로테이션 각도의 상대차이기 때문에, 1 회째의 가공의 로테이션 각도가 0°가 아닌 경우에도, 본 설명에서 논의하는 각도를 2 회째의 가공의 로테이션 각도의 상대차로 생각하면 되는 것은 말할 필요도 없다. 이 1 회째의 FIB 가공에 의해, 가공 대상물 (S) 에는 틸트 각도 (Ψ) 에 따른 단면 (CS) 이 생성된다. 또, 2 회째의 가공에 있어서, 가공 대상물 (S) 의 단면 (CS) 에 대해, 1 회째의 가공 방향으로부터 각도 (ω) 만큼 어긋난 방향으로부터 FIB 가공이 실시된다. 이 각도 (ω) 를, 2 회째 가공시의 가공 줄무늬 각도 (ω) 라고도 기재한다.

각도 산출부 (27) 는, 1 회째 가공시의 틸트 각도 (Ψ) 를 취득한다 (스텝 S10). 각도 산출부 (27) 는, 2 회째 가공시의 가공 줄무늬 각도 (ω) 를 취득한다 (스텝 S20). 여기서, 틸트 각도 (Ψ) 및 가공 줄무늬 각도 (ω) 는, 입력부 (26) 를 통하여 각각 입력된다.

도 7 은, 본 실시형태의 1 회째의 FIB 가공 결과의 일례를 나타내는 도면이다. 동 도면에 나타내는 바와 같이, FIB 가공에 의해 단면 (CS) 에는, 커트닝에 의해 가공 줄무늬가 발생한다. 이 1 회째의 FIB 가공에 의한 가공 줄무늬의 방향 벡터를 방향 벡터 (f_1T) 로 한다. 또, 1 회째의 FIB 가공의 스캔 방향을 나타내는 방향 벡터를 방향 벡터 (e_1T) 로 한다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 방향 벡터의 길이를 1 로 한다.

도 8 은, 본 실시형태의 1 회째의 FIB 가공에 의한 가공 대상물 (S) 의 단면의 일례를 나타내는 도면이다. 가공 대상물 (S) 의 표면 (SF) 의 법선은, z 축에 일치한다. 따라서, 가공 스테이지 (14) 의 틸트 각도가 각도 (Ψ) 인 경우, FIB 가공의 방향, 요컨대 Z 축과 z 축이 이루는 각은 각도 (Ψ) 이다.

도 7 로 되돌아와, 가공 스테이지 (14) 의 틸트 각도가 각도 (Ψ) 인 경우, 다음의 식 (1) 및 식 (2) 가 성립된다.

다음으로, 각도 산출부 (27) 는, 2 회째 가공시의 틸트 각도 (φ) 및 로테이션 각도 (R) 를 산출한다 (스텝 S30, 스텝 S40). 여기서, 각도 산출부 (27) 는, 스텝 S10 에 있어서 취득한 틸트 각도 (Ψ) 와, 스텝 S20 에 있어서 취득한 가공 줄무늬 각도 (ω) 에 기초하여, 틸트 각도 (φ) 및 로테이션 각도 (R) 를 산출한다. 이 각도 산출부 (27) 가 틸트 각도 (φ) 및 로테이션 각도 (R) 를 산출하는 순서에 대해 설명한다.

각도 산출부 (27) 는, 1 회째의 FIB 가공 후에 로테이션축 둘레로 가공 스테이지 (14) 를 회전시키는 각도를 산출한다. 로테이션 회전 전의 벡터 (x₁, y₁, z₁) 를 각도 (R) 만큼 회전시킨 후의 벡터 (Xr, Yr, Zr) 는, 공지된 식 (3) 에 의해 구해진다.

이 식 (3) 을 사용하여, 방향 벡터 (f_1T) 와 방향 벡터 (e_1T) 를 z 축 둘레로, 즉, 로테이션축 둘레로 각각 각도 (R) 만큼 회전시킨 후의 방향 벡터 (f_1TR) 와 방향 벡터 (e_1TR) 가, 식 (4) 및 식 (5) 에 나타난다.

여기서, 스테이지 좌표계 (x 축, y 축, z 축) 로부터 스캔 좌표계 (X 축, Y 축, Z 축) 로의 변환은, 식 (6) 에 나타난다.

이 식 (6) 을 사용하여, 스테이지 좌표계에 의한 방향 벡터 (f_1TR) 및 방향 벡터 (e_1TR) 를, 스캔 좌표계에 의한 방향 벡터 (F_1TR) 및 방향 벡터 (E_1TR) 로 변환한다. 이 변환 과정을, 식 (7) 및 식 (8) 에 나타낸다.

여기서, 2 회째의 FIB 가공시의 커트닝에 의해 발생하는 가공 줄무늬의 방향을 방향 벡터 (F₂) 로, 가공면 (즉, 단면 (CS)) 에 수직인 법선 벡터를 법선 벡터 (N₂) 로 한다. 스캔 좌표계에 있어서, 방향 벡터 (F₂) 는, Z 축 상의 부 (負) 의 방향을 향한 길이 1 의 벡터이다. 이 방향 벡터 (F₂) 를 식 (9) 에 나타낸다.

2 회째의 FIB 가공에 있어서는, 각도 (α) 만큼 스캔 각도를 변경한다. 이 각도 (α) 의 일례에 대해, 도 9 에 나타낸다.

도 9 는, 본 실시형태의 스캔 각도 (α) 의 일례를 나타내는 도면이다.

법선 벡터 (N₂) 는, 평면 (PL_XY) 에 있어서, Y 축으로부터 각도 (α) 만큼 회전한 길이 1 의 벡터이다. 이 법선 벡터 (N₂) 를 식 (10) 에 나타낸다.

도 10 은, 본 실시형태의 2 회째의 FIB 가공에 있어서의 가공 대상물 (S) 의 방향을 나타내는 도면이다.

동 도면에 나타내는 바와 같이, 2 회째의 FIB 가공에 있어서의 집속 이온빔 (21) 의 조사 방향은, 1 회째의 FIB 가공에 의한 가공면인 단면 (CS) 에 대해 앙각 0 도 근방으로 하고, 또한 단면 (CS) 의 면 내에서 각도 (ω) 만큼 회전한 방향이다. 요컨대, 2 회째의 FIB 가공에 있어서는, 1 회째의 FIB 가공에 있어서의 가공면의 경사를 변경하는 일없이, 가공 줄무늬의 방향만이 각도 (ω) 만큼 회전한 상태가 되도록, 가공 스테이지 (14) 의 각도를 변화시킨다. 요컨대, 2 회째의 FIB 가공에 있어서, 다음의 2 개 조건이 성립하면 된다.

조건 A : 가공 스테이지 (14) 의 각도의 변경에 의해 이동한 1 회째의 가공면 (단면 (CS)) 이, 2 회째의 가공면과 동일한 방향을 향하고 있는 것.

조건 B : 1 회째의 가공 줄무늬의 방향과 2 회째의 가공 줄무늬의 방향이, 각도 (ω) 를 이루는 것.

이들의 조건을, 식 (7) ∼ 식 (10) 을 사용하여 나타내면, 다음과 같이 된다.

조건 A 가 성립하기 위해서는, 1 회째의 FIB 가공에 의해 형성된 방향 벡터 (F_1TR) 및 방향 벡터 (E_1TR) 가, 2 회째의 FIB 가공에 의한 가공면의 법선 벡터 (N₂) 와 직교해야 한다. 이것을 벡터의 내적을 사용하여, 식 (11) 및 식 (12) 에 나타낸다.

조건 B 가 성립하기 위해서는, 1 회째의 FIB 가공에 의해 형성된 가공 줄무늬와 2 회째의 FIB 가공에 의해 형성된 가공 줄무늬의 내적이, 식 (13) 에 나타내는 조건을 만족하는 필요가 있다.

이들 식 (11) ∼ 식 (13) 의 연립 방정식의 해답을 구함으로써, 조건 A 와 조건 B 가 양립하는 경우의 각 파라미터를 산출할 수 있다.

또, 2 회째의 FIB 가공에 있어서의 로테이션 각도 (R) 가 식 (14) 에 의해 구해진다.

또, 식 (15) 가 얻어진다.

또한, 식 (16) 이 얻어진다.

즉, 각도 산출부 (27) 는, 스텝 S10 에 있어서 취득한 틸트 각도 (Ψ) 와 스텝 S20 에 있어서 취득한 가공 줄무늬 각도 (ω) 를 식 (16) 에 대입함으로써, 2 회째의 FIB 가공의 틸트 각도 (φ) 를 산출한다. 또, 각도 산출부 (27) 는, 스텝 S10 에 있어서 취득한 틸트 각도 (Ψ) 와 산출한 틸트 각도 (φ) 를 식 (14) 에 대입함으로써, 2 회째의 FIB 가공의 로테이션 각도 (R) 를 산출한다. 또한, 각도 산출부 (27) 는, 산출한 틸트 각도 (φ) 및 로테이션 각도 (R) 를 식 (15) 에 대입함으로써, 스캔 각도 (α) 를 산출한다.

이상 설명한 바와 같이, 본 실시형태의 하전 입자 빔 장치 (10) 는, 틸트축과 로테이션축을 구비하고 있다. 요컨대, 하전 입자 빔 장치 (10) 는, 서로 평행하지 않은 적어도 2 개의 회전축을 갖는 가공 스테이지 (14) 를 구비하고 있다. 또, 하전 입자 빔 장치 (10) 는, 소정의 방향으로부터 하전 입자 빔을 조사함으로써 가공 스테이지 (14) 상의 가공 대상물 (S) 을 가공하는 조사부를 구비하고 있다.

하전 입자 빔 장치 (10) 의 제어 장치 (100) 는, 제 1 가공의 방향과 제 2 가공의 방향에 기초하여, 제 1 가공의 방향으로부터 제 2 가공의 방향으로 가공 스테이지 (14) 의 방향을 변화시키는 회전축 둘레의 회전각을 산출한다. 여기서, 제 1 가공이란, 가공 스테이지 (14) 의 틸트 각도가 각도 Ψ 인 경우의 가공, 즉 1 회째의 가공이다. 이 1 회째의 가공에 있어서, 어느 회전축에도 평행하지 않은 법선을 갖는 가공면 (단면 (CS)) 이 조사부에 의해 가공 대상물 (S) 에 생성된다. 제 2 가공이란, 가공 스테이지 (14) 의 틸트 각도가 각도 φ 인 경우의 가공, 즉 2 회째의 가공이다. 이 2 회째의 가공에 있어서, 1 회째의 가공에 의해 생성되는 가공면 (단면 (CS)) 에 대해, 제 1 가공의 방향과는 상이한 방향으로부터 조사부에 의해 가공된다. 제어 장치 (100) 는, 1 회째의 가공의 방향 (틸트 각도 (Ψ)) 과 2 회째의 가공의 방향 (가공 줄무늬 각도 (ω)) 에 기초하여, 틸트 각도 (φ) 와 로테이션 각도 (R) 를 산출한다.

즉, 제어 장치 (100) 는, 어느 회전축에도 평행하지 않은 법선을 갖는 가공면이 조사부에 의해 가공 대상물 (S) 에 생성되는 제 1 가공의 방향과, 제 1 가공에 의해 생성되는 가공면에 대해, 제 1 가공의 방향과는 상이한 방향으로부터 조사부에 의해 가공되는 제 2 가공의 방향에 기초하여, 제 1 가공의 방향으로부터 제 2 가공의 방향으로 가공 스테이지 (14) 의 방향을 변화시키는 회전축 둘레의 회전각을 산출한다.

이와 같이 구성함으로써, 제어 장치 (100) 는, 가공 스테이지 (14) 가 틸트축과 로테이션축의 2 축을 갖고 있으면, 1 회째의 FIB 가공에 있어서, 단면 (CS) 의 방향을 어떠한 방향으로 했다고 하더라도 커트닝을 억제할 수 있다. 구체적으로는, 제어 장치 (100) 는, 1 회째의 FIB 가공에 있어서, 단면 (CS) 의 방향을 어떠한 방향으로 했다고 하더라도, 2 회째의 FIB 가공의 조건인 상기 서술한 조건 A 및 조건 B 를 만족하는 각도를 산출할 수 있다.

요컨대, 제어 장치 (100) 에 의하면, 이온빔 가공의 가공면의 형성 방향의 제약을 완화하면서, 커트닝을 억제할 수 있다.

또, 제어 장치 (100) 는, 가공 스테이지 (14) 의 하전 입자 빔이 조사되는 조사 위치에 있어서 서로 직교하는 2 축이 회전축인 경우에 있어서, 2 축 각각의 축 둘레의 회전각을, 회전각으로서 산출한다. 상기 서술한 틸트축과 로테이션축과 같이 2 축이 직교하고 있는 경우에는, 직교하고 있지 않은 경우에 비하여, 회전 각도의 산출식이 간소해진다. 요컨대, 제어 장치 (100) 는, 간소한 산출식에 기초하여, 가공 스테이지 (14) 의 회전 각도를 산출할 수 있다.

또, 각도 산출부 (27) 는, 제 1 가공에 있어서 하전 입자 빔의 조사축과 로테이션축이 이루는 제 1 각도와, 제 1 가공의 방향과 제 2 가공의 방향의 차를 나타내는 제 2 각도에 기초하여, 틸트축 둘레의 회전각인 제 3 각도를, 회전각으로서 산출한다. 상기 서술한 일례에 있어서, 제 1 각도란, Z 축과 z 축이 이루는 각이다. 요컨대, 제 1 각도란, 상기 서술한 일례에서는 틸트 각도 (Ψ) 이다. 또, 상기 서술한 일례에 있어서, 제 2 각도란, 가공 줄무늬 각도 (ω) 이다. 또, 상기 서술한 일례에 있어서, 제 3 각도란, 틸트 각도 (φ) 이다. 즉, 각도 산출부 (27) 는, 틸트 각도 (Ψ) 와 가공 줄무늬 각도 (ω) 에 기초하여, 틸트 각도 (φ) 를 산출한다.

여기서, 제 1 각도 및 제 2 각도는, 모두 입력부 (26) 를 통하여 입력된다. 각도 산출부 (27) 에 의하면, 하전 입자 빔 장치 (10) 의 조작원 (오퍼레이터) 이 틸트 각도 (Ψ) 와 가공 줄무늬 각도 (ω) 를 입력하면, 2 회째의 FIB 가공의 틸트 각도 (φ) 를 산출한다. 요컨대, 각도 산출부 (27) 에 의하면, 2 회째의 FIB 가공을 위한 가공 스테이지 (14) 의 각도를, 오퍼레이터의 수계산에 의하지 않고 산출할 수 있다. 즉, 제어 장치 (100) 에 의하면, 커트닝을 저감시키는 가공을 위한 가공 스테이지 (14) 의 각도를 오퍼레이터가 계산하는 수고를 저감시킬 수 있다.

또, 각도 산출부 (27) 는, 제 1 각도와 제 3 각도에 기초하여, 로테이션축 둘레의 회전각인 제 4 각도를 회전각으로서 산출한다. 상기 서술한 일례에 있어서, 제 4 각도란, 로테이션 각도 (R) 이다. 여기서, 제 3 각도는, 상기 서술한 제 1 각도 및 제 2 각도에 기초하여 각도 산출부 (27) 에 의해 산출된다. 하전 입자 빔 장치 (10) 에 의하면, 조작원 (오퍼레이터) 이 틸트 각도 (Ψ) 와 가공 줄무늬 각도 (ω) 를 입력하면, 2 회째의 FIB 가공의 로테이션 각도 (R) 를 산출한다. 요컨대, 각도 산출부 (27) 에 의하면, 2 회째의 FIB 가공을 위한 가공 스테이지 (14) 의 각도 중, 틸트 각도에 더하여 로테이션 각도에 대해서도, 오퍼레이터의 수계산에 의하지 않고 산출할 수 있다. 즉, 제어 장치 (100) 에 의하면, 커트닝을 저감시키는 가공을 위한 가공 스테이지 (14) 의 각도를 오퍼레이터가 계산하는 수고를 저감시킬 수 있다.

또한, 커트닝을 저감시키기 위한 가공 횟수는, 임의로 선택 가능하다. 예를 들어, 1 회째의 FIB 가공에 의해 형성된 단면 (CS) 에 대해, 추가로 2 회의 추가 가공을 실시하는 것에 의해서도, 커트닝을 저감시킬 수 있다. 각도 산출부 (27) 는, 복수 회의 추가 가공에 대해서도, 틸트 각도, 로테이션 각도, 및 스캔 각도를 산출할 수 있다. 하전 입자 빔 장치 (10) 가 복수 회의 추가 가공을 실시한 경우의 가공예를 도 11 에 나타낸다.

도 11 은, 본 실시형태의 하전 입자 빔 장치 (10) 에 의한 가공예를 나타내는 도면이다. 하전 입자 빔 장치 (10) 는, 가공 대상물 (S) 의 1 회째의 FIB 가공에 의한 단면 (CS1) 에 대해, 2 회째의 FIB 가공에 의한 단면 (CS2), 및 3 회째의 FIB 가공에 의한 단면 (CS3) 을 형성한다. 이와 같이, 하전 입자 빔 장치 (10) 는, 2 회 뿐만 아니라 3 회 이상의 FIB 가공을 실시하는 것에 의해서도, 커트닝을 억제할 수 있다.

이상, 본 발명의 실시형태를, 도면을 참조하여 상세히 서술해 왔지만, 구체적인 구성은 이 실시형태에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 적절히 변경을 부가할 수 있다. 또, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서, 상기 서술한 각 실시형태를 적절히 조합할 수 있다.

또한, 상기 서술한 각 장치는 내부에 컴퓨터를 갖고 있다. 그리고, 상기 서술한 각 장치의 각 처리의 과정은, 프로그램의 형식으로 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기억되어 있고, 이 프로그램을 컴퓨터가 판독 출력하여 실행함으로써, 상기 처리가 실시된다. 여기서 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체란, 자기 디스크, 광자기 디스크, CD-ROM, DVD-ROM, 반도체 메모리 등을 말한다. 또, 이 컴퓨터 프로그램을 통신 회선에 의해 컴퓨터에 배신하고, 이 배신을 받은 컴퓨터가 당해 프로그램을 실행하도록 해도 된다.

또, 상기 프로그램은, 상기 서술한 기능의 일부를 실현하기 위한 것이어도 된다. 또한, 상기 서술한 기능을 컴퓨터 시스템에 이미 기록되어 있는 프로그램과의 조합으로 실현할 수 있는 것, 소위 차분 파일 (차분 프로그램) 이어도 된다.

10 : 하전 입자 빔 장치,
11 : 집속 이온빔 경통,
12 : 전자빔 경통,
13 : 시료실,
14 : 가공 스테이지,
15 : 집속 이온빔 제어부,
16 : 전자빔 제어부,
17 : 2 차 전자 검출기,
18 : EDS 검출기,
100 : 제어 장치,
21 : 집속 이온빔,
22 : 전자빔,
23 : 이미지 형성부,
24 : 표시부,
25 : 제어부,
26 : 입력부,
27 : 각도 산출부,
28 : 스테이지 제어부,
S : 가공 대상물

Claims

서로 평행하지 않은 적어도 2 개의 회전축을 갖는 가공 스테이지와, 소정의 방향으로부터 하전 입자 빔을 조사함으로써 상기 가공 스테이지 상의 가공 대상물을 가공하는 조사부를 구비하는 하전 입자 빔 장치를 제어하는 제어 장치로서,
어느 상기 회전축에도 평행하지 않은 법선을 갖는 가공면이 상기 조사부에 의해 상기 가공 대상물에 생성되는 제 1 가공의 방향과, 상기 제 1 가공에 의해 생성되는 상기 가공면에 대해, 상기 제 1 가공의 방향과는 상이한 방향으로부터 상기 조사부에 의해 가공되는 제 2 가공의 방향에 기초하여, 상기 제 1 가공의 방향으로부터 상기 제 2 가공의 방향으로 상기 가공 스테이지의 방향을 변화시키는 상기 회전축 둘레의 회전각을 산출하는 각도 산출부를 구비하는, 제어 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 회전축에는, 상기 가공 스테이지의 상기 하전 입자 빔이 조사되는 조사 위치에 있어서 서로 직교하는 2 축이 포함되고,
상기 각도 산출부는,
상기 2 축 각각의 축 둘레의 회전각을, 상기 회전각으로서 산출하는, 제어 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 회전축에는, 상기 가공 스테이지의 상기 하전 입자 빔이 조사되는 조사 위치를 통과하고 상기 하전 입자 빔이 조사되는 방향에 대해 직교하는 틸트축과, 상기 조사 위치를 통과하고 상기 틸트축에 대해 직교하는 로테이션축이 포함되고,
상기 각도 산출부는,
상기 틸트축 둘레의 회전각과 상기 로테이션축 둘레의 회전각을, 상기 회전각으로서 산출하는, 제어 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 각도 산출부는,
상기 제 1 가공에 있어서 상기 하전 입자 빔의 조사축과 상기 로테이션축이 이루는 제 1 각도와, 상기 제 1 가공의 방향과 상기 제 2 가공의 방향의 차를 나타내는 제 2 각도에 기초하여, 상기 틸트축 둘레의 회전각인 제 3 각도를, 상기 회전각으로서 산출하는, 제어 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 각도 산출부는,
상기 제 1 각도와 상기 제 3 각도에 기초하여, 상기 로테이션축 둘레의 회전각인 제 4 각도를, 상기 회전각으로서 산출하는, 제어 장치.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 기재된 제어 장치를 구비하는, 하전 입자 빔 장치.
서로 평행하지 않은 적어도 2 개의 회전축을 갖는 가공 스테이지와, 소정의 방향으로부터 하전 입자 빔을 조사함으로써 상기 가공 스테이지 상의 가공 대상물을 가공하는 조사부를 구비하는 하전 입자 빔 장치를 제어하는 컴퓨터에,
제 1 방향으로부터 가공함으로써, 어느 상기 회전축에도 평행하지 않은 법선을 갖는 가공면을 상기 가공 대상물에 생성하는 제 1 가공 스텝과,
상기 회전축 둘레로 상기 가공 스테이지를 회전시킴으로써, 상기 제 1 가공 스텝에 있어서 생성된 상기 가공면을 상기 제 1 방향과는 방향이 상이한 제 2 방향으로부터 가공하는 제 2 가공 스텝을 실행시키기 위한, 프로그램.
서로 평행하지 않은 적어도 2 개의 회전축을 갖는 가공 스테이지와, 소정의 방향으로부터 하전 입자 빔을 조사함으로써 상기 가공 스테이지 상의 가공 대상물을 가공하는 조사부를 구비하는 하전 입자 빔 장치에 의해,
제 1 방향으로부터 가공함으로써, 어느 상기 회전축에도 평행하지 않은 법선을 갖는 가공면을 상기 가공 대상물에 생성하는 제 1 가공 스텝과,
상기 회전축 둘레로 상기 가공 스테이지를 회전시킴으로써, 상기 제 1 가공 스텝에 있어서 생성된 상기 가공면을 상기 제 1 방향과는 방향이 상이한 제 2 방향으로부터 가공하는 제 2 가공 스텝을 실시하는 것에 의해, 가공품을 생산하는 방법.