荷電粒子線装置及び荷電粒子線照射方法
【課題】荷電粒子線を試料表面に対して、所望の領域に広範囲の角度で照射可能な荷電粒子線装置を実現する。
【解決手段】イオンビームカラム２０１ａの中心軸の延長線に沿う方向の位置、直交する方向の位置）や傾斜角度（イオンビームカラム２０１ａの中心軸の延長線と直交する面に対する傾斜角度）を調整可能な電極を有する電極部２０４を、試料室２０３内に配置し、電極等により、曲げられたイオンビーム２０１ｂを試料２０２の表面に照射するように構成する。イオンビーム２０１ｂを試料２０２の表面の所望の領域に、試料表面に対して広範囲の角度で照射可能となる。
【解決手段】イオンビームカラム２０１ａの中心軸の延長線に沿う方向の位置、直交する方向の位置）や傾斜角度（イオンビームカラム２０１ａの中心軸の延長線と直交する面に対する傾斜角度）を調整可能な電極を有する電極部２０４を、試料室２０３内に配置し、電極等により、曲げられたイオンビーム２０１ｂを試料２０２の表面に照射するように構成する。イオンビーム２０１ｂを試料２０２の表面の所望の領域に、試料表面に対して広範囲の角度で照射可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、イオンビームを用いる荷電粒子線装置及び荷電粒子線照射方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、（走査）透過電子顕微鏡（（Ｓ）ＴＥＭ）観察用の薄膜試料作製には、集束イオンビーム（ＦＩＢ）装置が用いられている。特に、半導体デバイス不良解析用の薄膜試料作製において、ＦＩＢ装置は必須のツールとなっている。
【０００３】
近年、半導体産業を筆頭に、燃料電池や太陽電池といったエネルギー産業や、有機エレクトロルミネッセンス（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ：ＥＬ）ディスプレイなどのように有機材料を用いた産業など、様々な産業において、構造物の微細化が進み、観察試料や分析試料の加工技術向上が望まれている。例えば、最先端デバイスではノードサイズが３０ｎｍ以下のデバイスが適用されつつあり、このようなデバイスの（Ｓ）ＴＥＭ用薄膜試料作製では、ナノメートルオーダーの加工精度が要求される。その上、構造物の微細化・複雑化にともない、軽元素や重元素が混在することによる加工断面の荒れ（カーテニング模様）も（Ｓ）ＴＥＭ観察用試料としてより一層大きな問題となっている。そのため、（Ｓ）ＴＥＭ観察用薄膜試料の最終仕上げにおいては、所望領域のダメージ層およびカーテニング模様を的確に除去することが要求される。
【０００４】
上記問題を解決するために、特許文献１には、薄膜加工に用いる第１のイオンビーム（ガリウムイオン）とは異なる第２のイオンビーム（アルゴンイオン）をダメージ層除去に用いる方法が示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、イオンミリング装置を用いてアルゴンイオンを薄片試料に照射することでダメージ層を除去する方法が示されている。
【０００６】
また、特許文献３には、ダメージ層を低減するために、仕上げ加工に用いるイオンビームのエネルギーを主加工に使用するイオンビームのエネルギーよりも低くする方法が示されている。また、イオンビームを基準に見て、試料を傾斜させて仕上げ加工を行うことでスループットの低下を抑えられることについても示されている。
【０００７】
また、ダメージ層とは別の問題として、集束イオンビームを試料の表面に対して垂直にビームを照射しても垂直な断面は得られない。これは、集束イオンビームはフォーカス位置に集束する形状となっているためであり、試料の表面に対して垂直な断面を有していなければ、（Ｓ）ＴＥＭ観察用の薄膜試料として適切ではない。
【０００８】
この問題を回避する方法として、特許文献４には、試料を所定の角度だけ傾けて、イオンビームを照射することにより、垂直な断面を得る方法が示されている。一般的には、試料表面をイオンビームの中心軸に対して３〜５度程度の角度だけ傾斜させて加工が行なわれている。
【０００９】
さらに、特許文献５には、角度変更用電極を用いて、イオンビオームを試料表面に対する角度を７５度から９０度まで変更可能な技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００４‐２６４１４５号公報
【特許文献２】特開２００２‐２７７３６４号公報
【特許文献３】特開２００７‐１９３９７７号公報
【特許文献４】特開平８‐５５２８号公報
【特許文献５】特開２００２−１４８１５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記特許文献１〜３に記載の技術では、イオンビームの照射方位に大きな制約が存在している。そのため、イオンビームを試料の所望の領域のみに照射することや、最適な角度で照射することが困難であった。
【００１２】
特許文献４に記載の技術のように、イオンビームに対して試料を傾斜させる技術においても、試料傾斜のみではイオンビームを所望の領域に、所望の角度で照射することは困難である。
【００１３】
さらに、特許文献５に記載の技術では、イオンビオームの試料表面に対する角度を変更可能ではあるが、それ以上の角度でイオンビームを試料に照射させることはできず、所望の領域に、所望の角度で照射することは困難である。
【００１４】
本発明の目的は、荷電粒子線を試料表面に対して、所望の領域に広範囲の角度で照射可能な荷電粒子線装置及び荷電粒子線照射方法を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明における荷電粒子線装置は、イオンビームカラムと、イオンビームカラムが取り付けられた試料室と、試料室内に配置された試料ステージと、試料室内に配置され、イオンビームの軌道を変更し、試料ステージに支持された試料に照射させる電極部と、この電極部を移動させる電極部移動制御部とを備えている。
【００１６】
イオンビームカラムから発生されたイオンビームの軌道は、電極部により、イオンビームカラムの中心軸の延長線となす角度を変更し、上記イオンビームを上記試料ステージに支持される試料に照射することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、荷電粒子線を試料表面に対して、所望の領域に広範囲の角度で照射可能な荷電粒子線装置及び荷電粒子線照射方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施例による荷電粒子線装置の概略構成図である。
【図２】本発明の第１の実施例におけるイオンビームの軌道を示す一例を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施例におけるイオンビームの軌道を示す他の例を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施例におけるイオンビームの軌道を示す他の例を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施例におけるイオンビームの軌道を示す他の例を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施例によるダメージ層除去方法と本発明と異なる例によるダメージ層除去方法との比較説明図である。
【図７】本発明の第２の実施例による荷電粒子線装置の概略構成図である。
【図８】本発明の第２の実施例における電子ビームの軌道を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明は、イオンビームカラムを備える荷電粒子線装置の試料室内に、荷電粒子の軌道を曲げるための電極部を備えている。そして、この電極部が生成する電場によって荷電粒子線が曲げられ、試料に照射される。
【００２０】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。ただし、以下に説明する実施形態は、本発明を実現するための一例に過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【実施例】
【００２１】
（第１の実施例）
（荷電粒子線装置の構成の説明）
図１は、本発明の第１の実施例が適用された荷電粒子線装置の全体の概略構成図である。
【００２２】
図１において、荷電粒子線装置は、イオンビームカラム２０１ａと、試料室２０３と、試料室２０３内に設けられ、電圧印加が可能で、任意の方向に移動可能であり、かつ、傾斜角度が調整可能な電極部２０４と、この電極部２０４の位置や角度を制御する電極制御器２１１と、電極部２０４に電圧を印加するための電圧供給装置２０５と、電圧供給装置２０５を制御する電圧制御器２１２と、荷電粒子線装置全体の動作を制御する統合コンピュータ２１３とを備える。
【００２３】
さらに、荷電粒子線装置は、イオンビームカラム２０１ａか発生されるイオンビーム２０１ｂの走査を制御するためのイオンビームスキャン制御器２１４と、走査型イオン顕微鏡（ＳＩＭ）像を得るための検出器２０６と、検出した情報を統合コンピュータ２１３に提供する検出器用制御器２１５と、オペレータが照射条件や電極の電圧条件や位置条件といった各種指示等を入力するコントローラ（キーボード、マウスなど）２１６と、取得したＳＩＭ像を表示するディスプレイ２１７とを備えている。
【００２４】
さらに、荷電粒子線装置は、電極部２０４を第２の検出器として用いるための電流計測器２０７と、電流計測器２０７が検出した電流値を増幅等の処理を行う電流計測装置用制御装置２１８とを備えている。電流計測装置用制御装置２１８からの電流計測信号は、統合コンピュータ２１３に供給される。
【００２５】
イオンビームカラム２０１ａは、イオンビーム２０１ｂを発生するためのイオン源や、イオンビーム２０１ｂを集束するためのレンズ、イオンビームを走査、シフトするための偏向系など、ＦＩＢに必要な構成要素を全て含んだ系である。そして、イオンビームカラム２０１ａは、試料室２０３に搭載される。また、イオンビーム２０１ｂは、一般にガリウムイオンが使用されるが、加工する目的においてイオン種は問わない。
【００２６】
また、イオンビーム２０１ｂは、集束イオンビームに限られず、ブロードなイオンビームでもよい。なお、本発明の第１の実施例では、１つのＦＩＢカラム２０１ａを配置しているが、２つ以上のイオンビームカラムを配置してもよい。例えば、Ｇａ集束イオンビームカラムとＡｒ集束イオンビームカラムとを備えた構成としてもよい。
【００２７】
なお、電極部２０４に電圧を供給する電圧供給装置２０５は、変調可能である。また、各制御器は互いに通信可能であり、統合コンピュータ２１３によってコントロールされる。
【００２８】
また、第１の実施例では、ＳＩＭ像を取得するための検出器２０６を１つ配置したが、２つ以上の同一または異なる検出器を備えた構成としてもよい。例えば、二次電子検出器と二次イオン検出器を搭載してもよい。
【００２９】
さらに、試料室２０３には、上述した構成以外にも、試料ステージ、ガスデポジションユニット、マイクロサンプリングユニットなどが搭載されている。試料を搬送するための試料ステージ２１９（図２に示す）は、試料２０２を載置することが可能であり、平面移動や回転、傾斜が可能である。また、試料ステージ２１９は、イオンビームの加工や観察に必要な箇所をイオンビーム照射位置に移動させることもできる。
【００３０】
試料２０２としては、半導体試料の他、鉄鋼、軽金属、及びポリマー系高分子等も想定される。保護膜作製やマーキングに使用されるガスデポジッションユニットは、荷電粒子ビームの照射により堆積膜を形成するデポガスを貯蔵し、必要に応じてノズル先端から供給することができる。
【００３１】
ＦＩＢによる試料２０２の加工や切断との併用により、試料２０２の特定箇所をピックアップするマイクロサンプリングユニットは、プローブ駆動部によって試料室２０３内を移動できるプローブを含む。プローブは、試料２０２に形成された微小な試料片を摘出したり、試料表面に接触させて試料へ電位を供給したりすることに利用される。
【００３２】
また、検出器用制御器２１５は、検出器２０６からの検出信号を演算処理し、画像化する回路または演算処理部を備えていてもよい。また、試料ステージ、デポジションユニット、及びマイクロサンプリングユニットといった各駆動機構も制御回路を各々に持つ。そして、それらの制御回路は互いに通信可能であり、１つまたは複数のコンピュータによって統合的にコントロールされる。
【００３３】
図２、図３、図４は、図１に示した試料２０２付近の拡大図である。
【００３４】
図２は、電極部２０４が有する電極の形状が平板電極である場合を示しており、電圧が印加された平板電極３０４によって、イオンビームカラム２０１ａの先端部３０１ａからのイオン（Ｉｏｎ）のビーム３０１ｃが曲げられ、試料ステージ２１９に支持された試料２０２に照射されることを示している。この場合、平板電極３０４の位置（イオンビームカラム２０１ａの中心軸の延長線に沿う方向の位置、イオンビームカラム２０１ａの中心軸の延長線に直交する方向の位置）や傾斜角度α（イオンビームカラム２０１ａの中心軸の延長線と直交する面に対する傾斜角度）を変更することで試料２０２上でのイオンビーム３０１ｃの照射位置や照射角度を変更することが可能である。図２の（Ａ）は、傾斜角度がαＡの場合であり、図２の（Ｂ）は、傾斜角度がαＢの場合である。
【００３５】
また、図３は、電極部２０４が有する電極の形状が球状電極４０４である場合を示している。この場合、球状電極４０４を水平移動（イオンビームカラム２０１ａの中心軸の延長線と直交する方向への移動）することで、試料２０２へのイオンビーム照射位置や照射角度が変更可能である。図３の（Ａ）は、イオンビームカラム２０１ａの中心軸の延長線と球状電極４０４の中心との距離がＬＡの場合であり、図３の（Ｂ）は、イオンビームカラム２０１ａの中心軸の延長線と球状電極４０４の中心との距離がＬＢの場合である。ただし、距離ＬＡはＬＢより大である。
【００３６】
また、図４は、電極部２０４が有する電極の形状がパラボラ形状（方物曲面形状）の電極５０４を用いる場合を示している。このパラボラ形状の電極５０４を用いることにより、イオンビーム３０１ｃの照射位置の広がりを抑えることができることが示されている。
【００３７】
また、図２、図３、図４に示したような形状の電極を複合した電極（複数の電極）を用いれば、電極の位置や傾斜角度、回転角度を変更することで様々な照射位置および照射角度を実現することができる。また、電極に印加する電圧を変調することによっても照射位置や照射角度を変更することができる。即ち、電極形状や電極電圧、電極の位置、イオンビームの照射方位、試料の移動を組み合わせることで所望の照射位置に所望の照射角度でイオンビームを照射することができる。具体的には、平行電極３０４を、イオンビームカラム２０１ａの中心軸の延長線と垂直な状態から水平な状態まで角度を変更することにより、広範囲の角度でイオンビームを試料表面に照射することができる。
【００３８】
または、電極部２０４により、イオンビーム３０１ｃをイオンビームカラム２０１ａの中心軸の延長線となす角度を変更し、その変更したビームの角度を維持した状態で、電極部２０４を上下左右方向に移動させることにより、試料２０２の一表面に渡ってイオンビームを照射することができる。
【００３９】
また、図５に示すように、複数の電極６０４ａ（球状電極）、６０４ｂ（平板状電極）を同時に使用して、試料２０２の所望の照射位置や照射角度を実現してもよい。例えば、球状電極６０４ａ（第１の電極部）をイオンビームカラム２０１ａの先端部３０１ａの近傍に位置させ、平板電極６０４ｂ（第２の電極部）を試料２０２の近傍に位置させることも可能である。
【００４０】
なお、イオンビーム３０１ｃの軌道を曲げるという目的において電極部２０４の支持方法は問わない。例えば、電極支持用のユニットを新規に用意してもよいし、マイクロサンプリングプローブの代わりに電極を取り付けてもよい。もちろん、マイクロサンプリングプローブ自体を電極の代わりしてもよい。また、複数の試料ステージ２１９が備えつけられている場合には、試料ステージ２１９の１つに電極部２０４を支持してもよい。例えば、ＸＹＺの駆動機構、傾斜機構、および回転機構を備えた試料ステージ（ユーセントリックステージ）と（Ｓ）ＴＥＭ共用試料ホルダとを備えた荷電粒子線装置において、イオンの軌道を曲げるための電極部２０４をユーセントリックステージに支持し、試料を（Ｓ）ＴＥＭ共用試料ホルダに支持してもよい。この場合、電極部２０４を支持するステージの動作を電極制御器２１１で制御するように構成できる。
【００４１】
また、上述した電極の例として、平板電極、球状電極、パラボラ形状電極の他に、多面体電極も適用可能である。
【００４２】
（イオンビームの任意方向照射についての説明）
以上のような構成を有し、イオンビームが照射できる荷電粒子線装置に、イオンの軌道を曲げる電極を試料室に搭載する効果は、イオンビームを任意の方向から照射できることであり、以下、その説明を行う。
【００４３】
重元素と軽元素が混在した試料をイオンビームで加工すると、スパッタレートの違いにより加工不均一になり、断面に筋ができる。例えば、重元素と軽元素が交互に試料の上部に存在する部分では、その部分のスパッタレートが低下し加工断面に筋ができる。この筋は、スパッタレートが均一になるようにイオンビームの照射方向を任意に変更することにより除去または軽減することが可能になる。
【００４４】
また、（Ｓ）ＴＥＭ用薄膜試料作製においては、試料の観察領域の下方に重元素の領域がくるようなイオンビーム照射方位をとることで、観察領域の表面荒れを防ぐことが可能である。
【００４５】
本発明の第１の実施例によれば、このような照射方位からイオンビームを照射することが可能となる。
【００４６】
また、イオンビーム照射によるダメージ層の除去を高効率で行うことが可能となる。
【００４７】
図６の（Ａ）は、本発明を採用しない場合のダメージ層の除去方法を示す。イオンビーム３０１ｂを用いて、試料２０２の表面２０２ａを加工した場合、イオンビーム照射により、試料２０２には、ダメージ層７２１が形成される。このダメージ層７２１の除去に用いるイオンビーム３０１ｂは、主加工ビームと同一方向から照射するイオンビーム３０１ｂである。そのため、図６の（Ａ）に示すように、イオンビーム３０１ｂの極々一部（イオンビーム３０１ｂの側部の一部）を用いてダメージ層２２１を除去することになる。そのため、非常に効率が悪い。
【００４８】
これに対して、図６の（Ｂ）に示す本発明を適用した場合に例においては、平板電極３０４を図示した位置から移動した状態で、イオンビーム３０１ｂにより、試料２０２の表面２０２ａを加工した後、試料２０２を移動し、かつ、平板電極３０４を図示した位置に移動して、イオンビーム３０１ｂを平板電極３０４で曲げて、ダメージ層７２１の照射することで、イオンビーム３０１ｂを無駄なく利用し効率よくダメージ層７２１を除去することができる。
【００４９】
また、電極３０４の位置や傾きをコントロールし、試料２０２上の所望の領域に所望の角度で照射することで、表面の凹凸を除去することもできる。例えば、イオンビーム照射によって生成された表面荒れを効率よく除去することができる。その際、電極３０４の位置や傾きに加え、試料２０２の位置や傾きも合わせて調整してもよい。
【００５０】
また、（Ｓ）ＴＥＭ用薄膜試料作製において、特許文献４に示されているように垂直な加工断面を得るために試料を傾斜させてイオンビームを照射する方法が取られるが、イオンビームの照射方位を任意に選択することができれば、試料を傾斜させなくても垂直な加工断面を得ることができる。さらに、下方からイオンビームを照射することで、薄膜試料の厚くなっている部分（裾の部分）を集中的に除去することができ効率的である。
【００５１】
さらに、イオンビームを任意方位から照射できる点は、観察面においても大きな利点である。例えば、傾斜機構や回転機構を持たない試料ステージにおいても様々な方向からのＳＩＭ像を取得することができる。例えば、カラム下方から観察したＳＩＭ像や、光軸に対して水平な方向から観察したＳＩＭ像の取得も可能である。その結果、試料の立体構造をより正確に分析することが可能になる。尚、ＳＩＭ像取得方法として電極を検出器として用いてもよい。
【００５２】
ところで、図１において、正の電圧を印加した電極２０４を試料２０２の近傍に配置した場合、試料２０２から放出された二次電子の多くは、電極２０４の電圧に引き寄せられ、検出器２０６に到達しない。そのため、検出器２０６ではＳＩＭ像の取得が困難となる。
【００５３】
そこで、電流計測装置２０７を用いて、電極部２０４に到達する電流を測定し、測定された電流信号が電流計測装置用制御装置２１８を介して、統合コンピュータ２１３に供給される。そして、統合コンピュータ２１３が、電流計測装置用制御装置２１８から供給された電流信号に基づいて、ＳＩＭ像を取得する。したがって、試料２０２の近傍に電極２０４を配置した場合においてもＳＩＭ像を取得することができる。
【００５４】
また、負の電圧を印加した電極２０４を試料２０２の近傍に配置した場合には、試料２０２から放出された二次イオンにおいて上述と同様なことが言える。
【００５５】
このように、本発明を用いることで、集束イオンビーム照射によって形成される非晶質層や観察断面の荒れを効率よく除去し、かつ加工状況をより正確に知ることが可能となる。
【００５６】
（低倍率観察）
次に、本発明の第１の実施例により、低倍率の観察可能範囲を拡大可能であることを説明する。
【００５７】
本発明の第１の実施例のように、イオンビームを迂回させて試料２０２に照射することで、イオンビームの移動距離を伸ばすことができる。イオンビームの走査可能範囲は、イオンビームカラム２０１ａを出射してから試料２０２に到達するまでの距離に依存し、距離が長くなるほど観察領域は広くなる。
【００５８】
従って、本発明の第１の実施例によれば、集束イオンビームの走査範囲を広げることができる。即ち、低倍率の観察可能範囲を広げることができる。この点は、視野探しを行なう上で優位である。また、より広範囲を加工したい場合にも利用可能である。
【００５９】
以上のように、本発明の第１の実施例によれば、イオンビームカラム２０１ａの中心軸の延長線に沿う方向の位置、直交する方向の位置や傾斜角度α（イオンビームカラム２０１ａの中心軸の延長線と直交する面に対する傾斜角度）を調整可能な電極３０４、４０４、５０４などの電極２０４を、試料室２０３内に配置し、電極３０４等により、曲げられたイオンビーム３０１ｃを試料２０２の表面に照射するように構成したので、イオンビームを試料表面の所望の領域に、試料表面に対して広範囲の任意の角度で照射可能な荷電粒子線装置及び荷電粒子線照射方法を実現することができる。
【００６０】
以上のように、本発明の第１の実施例によれば、ＦＩＢ加工時にイオンビーム照射面に形成されるダメージ層や表面荒れを効率よく除去できる装置を提供することができる。
【００６１】
さらに、イオンビームカラム２０１ａから出射されたイオンビームの試料表面に到達するまでの距離を延長することが可能であり、走査範囲を拡大して、低倍率の観察範囲を拡大することができる。
【００６２】
（第２の実施例）
（荷電粒子線装置の構成の説明）
図７は、本発明の第２の実施例が適用される荷電粒子線装置全体の概略構成図である。
【００６３】
なお、第２の実施例における荷電粒子線装置は、第１の実施例の装置構成に加え、ＳＥＭカラム８０７ａと、このＳＥＭカラム８０７ａの電子ビーム８０７ｂの走査を制御するための電子ビームスキャン制御器８１８とを備えており、他の構成は第１の実施例と同等となっている。
【００６４】
また、ＳＥＭカラム８０７ａは、電子ビームを発生するための電子源や、電子ビームを集束するためのレンズ、電子ビームを走査、シフトするための偏向系など、ＳＥＭに必要な構成要素を全て含んだ系である。
【００６５】
本発明の第２の実施例による荷電粒子線装置は、ＦＩＢ加工した試料２０２の断面をその場でＳＥＭ観察できる装置である。
【００６６】
なお、本発明の第２の実施例では、イオンビームカラム２０１ａを垂直配置し、ＳＥＭカラム８０７ａを傾斜配置しているが、これに限られず、イオンビームカラム２０１ａを傾斜配置し、ＳＥＭカラム８０７ａを垂直配置してもよい。また、イオンビームカラム２０１ａとＳＥＭカラム８０７ａの双方を傾斜配置してもよい。
【００６７】
また、Ｇａ集束イオンビームカラム、Ａｒ集束イオンビームカラム、及び電子ビームカラムを備えた、トリプルカラム構成としてもよい。また、本発明の第２の実施例では、ＳＥＭ像を得るための検出器と、検出した情報を統合コンピュータに提供する検出器用制御器と、検出信号に基づいて生成されたＳＥＭ画像を表示するディスプレイは、ＳＩＭ像用のものと同一のものを用いる構成としているが、ＳＥＭ像を取得・表示する機構として、１つまたは複数の検出器、検出器用制御器、ディスプレイを備えてもよい。
【００６８】
（加工状況のＳＥＭ観察）
本発明の第２の実施例における加工状況のＳＥＭ観察について説明する。
【００６９】
ＳＥＭカラム８０７ａを備えた荷電粒子線装置である本発明の第２の実施例においては、電子の軌道を曲げて試料２０２に照射することでイオンビーム２０１ｂの加工状況を様々な方位からＳＥＭ観察することができる。
【００７０】
試料２０２の表側の面を観察する場合は、図７に示すように、ＳＥＭカラム８０７ａからの電子ビーム８０７ｂを試料２０２の表側面に照射して、加工状況をＳＥＭ観察することができる。
【００７１】
また、例えば、図８に示すように、パラボラ形状電極９０４をＳＥＭカラム８０７ａからの電子線８０７ｃの軌道を曲げて、イオンビームカラム２０１ａの先端部３０１ａから出射されたイオンビーム３０１ｃが照射される位置に配置された試料２０２に向かうように配置する。これにより、ＳＥＭカラム８０７ａから見て、試料２０２の裏側の面９２３を観察することができ、薄膜試料２０２の両面において加工状況をより正確に把握することができ、試料加工精度を向上させることができる。
【００７２】
ただし、イオンビーム２０１ｂ照射による試料加工中に、ＳＥＭカラム８０７ａから見て裏側の試料面９２３をＳＥＭ観察する場合には、イオンビーム３０１ｃの加速電圧を電子ビーム８０７ｃの加速電圧より高くする方が望ましい。そうすることで、イオンビーム３０１ｃには殆んど影響を及ぼすことなく、図８に示すような電子の軌道を実現することができる。
【００７３】
一方、電極２０４によって軌道を曲げられたイオンビーム２０１ｂを用いて加工を行っている最中にＳＥＭ観察を行う場合には、イオンビーム２０１ｂの加速電圧よりも電子ビーム８０７ｂの加速電圧を高く設定する方が望ましい。そうすることで、電子ビーム８０７ｂには殆んど影響を及ぼすことなくイオンビーム加工中のＳＥＭ観察を実現することができる。
【００７４】
また、電子ビーム８０７ｂを迂回させて試料２０２に照射することで、電子ビーム８０７ｂの移動距離を伸ばすことができる。これにより、ＳＩＭ観察の場合と同様、ＳＥＭ観察においても低倍率の観察可能範囲を拡大することができる。
【００７５】
本発明の第２の実施例によれば、第１の実施例と同様の効果を得ることができる他、上述したように、イオンビームによる加工中の試料表面の所望位置をＳＥＭにより観察することができる。
【００７６】
なお、本発明の第１、第２の実施例ともに、荷電粒子の軌道を変えるために電場を用いたが、磁場を用いても荷電粒子の軌道を変えることができる。例えば、コイルや永久磁石を試料室に設置することで荷電粒子の軌道を変えることもできる。
【００７７】
また、最先端デバイスや機能材料の高品位な薄膜試料作製が可能となり、加工効率が飛躍的に向上するとともに、（Ｓ）ＴＥＭにおける解析精度も飛躍的に向上する。
【００７８】
さらに、ＦＩＢ−ＳＥＭ装置では、試料の表面だけでなく、裏面もＳＥＭ観察できる装置を提供する。薄膜試料作製において、試料を動かすことなく両面を観察することが可能となり、薄膜試料の加工精度および加工再現性が飛躍的に向上する。
【符号の説明】
【００７９】
２０１ａ：イオンビームカラム、２０１ｂ、３０１ｂ、３０１ｃ：イオンビーム、２０２：試料、２０２ａ：試料表面、２０３：試料室、２０４：電極部、２０５：電圧供給装置、２０６：検出器、２０７：電流計測器、２１１：電極制御器、２１２：電圧制御器、２１３：統合コンピュータ、２１４：イオンビームスキャン制御器、２１５：検出器用制御器、２１６：コントローラ、２１７：ディスプレイ、２１８：電流計測装置用制御装置、２１９：試料ステージ、７２１：ダメージ層、３０１ａ：イオンビームカラムの先端部、３０１ｂ、３０１ｃ：イオンビーム、３０４、６０４ａ：平板電極、４０４、６０４ａ：球状電極、５０４、９０４：パラボラ電極、８０７ａ：走査電子顕微鏡カラム、８０７ｂ：電子ビーム、８０７ｃ：電子ビーム、８１８：電子ビームスキャン制御器、９２３：試料裏面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、イオンビームを用いる荷電粒子線装置及び荷電粒子線照射方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、（走査）透過電子顕微鏡（（Ｓ）ＴＥＭ）観察用の薄膜試料作製には、集束イオンビーム（ＦＩＢ）装置が用いられている。特に、半導体デバイス不良解析用の薄膜試料作製において、ＦＩＢ装置は必須のツールとなっている。
【０００３】
近年、半導体産業を筆頭に、燃料電池や太陽電池といったエネルギー産業や、有機エレクトロルミネッセンス（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ：ＥＬ）ディスプレイなどのように有機材料を用いた産業など、様々な産業において、構造物の微細化が進み、観察試料や分析試料の加工技術向上が望まれている。例えば、最先端デバイスではノードサイズが３０ｎｍ以下のデバイスが適用されつつあり、このようなデバイスの（Ｓ）ＴＥＭ用薄膜試料作製では、ナノメートルオーダーの加工精度が要求される。その上、構造物の微細化・複雑化にともない、軽元素や重元素が混在することによる加工断面の荒れ（カーテニング模様）も（Ｓ）ＴＥＭ観察用試料としてより一層大きな問題となっている。そのため、（Ｓ）ＴＥＭ観察用薄膜試料の最終仕上げにおいては、所望領域のダメージ層およびカーテニング模様を的確に除去することが要求される。
【０００４】
上記問題を解決するために、特許文献１には、薄膜加工に用いる第１のイオンビーム（ガリウムイオン）とは異なる第２のイオンビーム（アルゴンイオン）をダメージ層除去に用いる方法が示されている。
【０００５】
また、特許文献２には、イオンミリング装置を用いてアルゴンイオンを薄片試料に照射することでダメージ層を除去する方法が示されている。
【０００６】
また、特許文献３には、ダメージ層を低減するために、仕上げ加工に用いるイオンビームのエネルギーを主加工に使用するイオンビームのエネルギーよりも低くする方法が示されている。また、イオンビームを基準に見て、試料を傾斜させて仕上げ加工を行うことでスループットの低下を抑えられることについても示されている。
【０００７】
また、ダメージ層とは別の問題として、集束イオンビームを試料の表面に対して垂直にビームを照射しても垂直な断面は得られない。これは、集束イオンビームはフォーカス位置に集束する形状となっているためであり、試料の表面に対して垂直な断面を有していなければ、（Ｓ）ＴＥＭ観察用の薄膜試料として適切ではない。
【０００８】
この問題を回避する方法として、特許文献４には、試料を所定の角度だけ傾けて、イオンビームを照射することにより、垂直な断面を得る方法が示されている。一般的には、試料表面をイオンビームの中心軸に対して３〜５度程度の角度だけ傾斜させて加工が行なわれている。
【０００９】
さらに、特許文献５には、角度変更用電極を用いて、イオンビオームを試料表面に対する角度を７５度から９０度まで変更可能な技術が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００４‐２６４１４５号公報
【特許文献２】特開２００２‐２７７３６４号公報
【特許文献３】特開２００７‐１９３９７７号公報
【特許文献４】特開平８‐５５２８号公報
【特許文献５】特開２００２−１４８１５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記特許文献１〜３に記載の技術では、イオンビームの照射方位に大きな制約が存在している。そのため、イオンビームを試料の所望の領域のみに照射することや、最適な角度で照射することが困難であった。
【００１２】
特許文献４に記載の技術のように、イオンビームに対して試料を傾斜させる技術においても、試料傾斜のみではイオンビームを所望の領域に、所望の角度で照射することは困難である。
【００１３】
さらに、特許文献５に記載の技術では、イオンビオームの試料表面に対する角度を変更可能ではあるが、それ以上の角度でイオンビームを試料に照射させることはできず、所望の領域に、所望の角度で照射することは困難である。
【００１４】
本発明の目的は、荷電粒子線を試料表面に対して、所望の領域に広範囲の角度で照射可能な荷電粒子線装置及び荷電粒子線照射方法を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明における荷電粒子線装置は、イオンビームカラムと、イオンビームカラムが取り付けられた試料室と、試料室内に配置された試料ステージと、試料室内に配置され、イオンビームの軌道を変更し、試料ステージに支持された試料に照射させる電極部と、この電極部を移動させる電極部移動制御部とを備えている。
【００１６】
イオンビームカラムから発生されたイオンビームの軌道は、電極部により、イオンビームカラムの中心軸の延長線となす角度を変更し、上記イオンビームを上記試料ステージに支持される試料に照射することができる。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、荷電粒子線を試料表面に対して、所望の領域に広範囲の角度で照射可能な荷電粒子線装置及び荷電粒子線照射方法を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の第１の実施例による荷電粒子線装置の概略構成図である。
【図２】本発明の第１の実施例におけるイオンビームの軌道を示す一例を示す図である。
【図３】本発明の第１の実施例におけるイオンビームの軌道を示す他の例を示す図である。
【図４】本発明の第１の実施例におけるイオンビームの軌道を示す他の例を示す図である。
【図５】本発明の第１の実施例におけるイオンビームの軌道を示す他の例を示す図である。
【図６】本発明の第１の実施例によるダメージ層除去方法と本発明と異なる例によるダメージ層除去方法との比較説明図である。
【図７】本発明の第２の実施例による荷電粒子線装置の概略構成図である。
【図８】本発明の第２の実施例における電子ビームの軌道を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明は、イオンビームカラムを備える荷電粒子線装置の試料室内に、荷電粒子の軌道を曲げるための電極部を備えている。そして、この電極部が生成する電場によって荷電粒子線が曲げられ、試料に照射される。
【００２０】
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。ただし、以下に説明する実施形態は、本発明を実現するための一例に過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
【実施例】
【００２１】
（第１の実施例）
（荷電粒子線装置の構成の説明）
図１は、本発明の第１の実施例が適用された荷電粒子線装置の全体の概略構成図である。
【００２２】
図１において、荷電粒子線装置は、イオンビームカラム２０１ａと、試料室２０３と、試料室２０３内に設けられ、電圧印加が可能で、任意の方向に移動可能であり、かつ、傾斜角度が調整可能な電極部２０４と、この電極部２０４の位置や角度を制御する電極制御器２１１と、電極部２０４に電圧を印加するための電圧供給装置２０５と、電圧供給装置２０５を制御する電圧制御器２１２と、荷電粒子線装置全体の動作を制御する統合コンピュータ２１３とを備える。
【００２３】
さらに、荷電粒子線装置は、イオンビームカラム２０１ａか発生されるイオンビーム２０１ｂの走査を制御するためのイオンビームスキャン制御器２１４と、走査型イオン顕微鏡（ＳＩＭ）像を得るための検出器２０６と、検出した情報を統合コンピュータ２１３に提供する検出器用制御器２１５と、オペレータが照射条件や電極の電圧条件や位置条件といった各種指示等を入力するコントローラ（キーボード、マウスなど）２１６と、取得したＳＩＭ像を表示するディスプレイ２１７とを備えている。
【００２４】
さらに、荷電粒子線装置は、電極部２０４を第２の検出器として用いるための電流計測器２０７と、電流計測器２０７が検出した電流値を増幅等の処理を行う電流計測装置用制御装置２１８とを備えている。電流計測装置用制御装置２１８からの電流計測信号は、統合コンピュータ２１３に供給される。
【００２５】
イオンビームカラム２０１ａは、イオンビーム２０１ｂを発生するためのイオン源や、イオンビーム２０１ｂを集束するためのレンズ、イオンビームを走査、シフトするための偏向系など、ＦＩＢに必要な構成要素を全て含んだ系である。そして、イオンビームカラム２０１ａは、試料室２０３に搭載される。また、イオンビーム２０１ｂは、一般にガリウムイオンが使用されるが、加工する目的においてイオン種は問わない。
【００２６】
また、イオンビーム２０１ｂは、集束イオンビームに限られず、ブロードなイオンビームでもよい。なお、本発明の第１の実施例では、１つのＦＩＢカラム２０１ａを配置しているが、２つ以上のイオンビームカラムを配置してもよい。例えば、Ｇａ集束イオンビームカラムとＡｒ集束イオンビームカラムとを備えた構成としてもよい。
【００２７】
なお、電極部２０４に電圧を供給する電圧供給装置２０５は、変調可能である。また、各制御器は互いに通信可能であり、統合コンピュータ２１３によってコントロールされる。
【００２８】
また、第１の実施例では、ＳＩＭ像を取得するための検出器２０６を１つ配置したが、２つ以上の同一または異なる検出器を備えた構成としてもよい。例えば、二次電子検出器と二次イオン検出器を搭載してもよい。
【００２９】
さらに、試料室２０３には、上述した構成以外にも、試料ステージ、ガスデポジションユニット、マイクロサンプリングユニットなどが搭載されている。試料を搬送するための試料ステージ２１９（図２に示す）は、試料２０２を載置することが可能であり、平面移動や回転、傾斜が可能である。また、試料ステージ２１９は、イオンビームの加工や観察に必要な箇所をイオンビーム照射位置に移動させることもできる。
【００３０】
試料２０２としては、半導体試料の他、鉄鋼、軽金属、及びポリマー系高分子等も想定される。保護膜作製やマーキングに使用されるガスデポジッションユニットは、荷電粒子ビームの照射により堆積膜を形成するデポガスを貯蔵し、必要に応じてノズル先端から供給することができる。
【００３１】
ＦＩＢによる試料２０２の加工や切断との併用により、試料２０２の特定箇所をピックアップするマイクロサンプリングユニットは、プローブ駆動部によって試料室２０３内を移動できるプローブを含む。プローブは、試料２０２に形成された微小な試料片を摘出したり、試料表面に接触させて試料へ電位を供給したりすることに利用される。
【００３２】
また、検出器用制御器２１５は、検出器２０６からの検出信号を演算処理し、画像化する回路または演算処理部を備えていてもよい。また、試料ステージ、デポジションユニット、及びマイクロサンプリングユニットといった各駆動機構も制御回路を各々に持つ。そして、それらの制御回路は互いに通信可能であり、１つまたは複数のコンピュータによって統合的にコントロールされる。
【００３３】
図２、図３、図４は、図１に示した試料２０２付近の拡大図である。
【００３４】
図２は、電極部２０４が有する電極の形状が平板電極である場合を示しており、電圧が印加された平板電極３０４によって、イオンビームカラム２０１ａの先端部３０１ａからのイオン（Ｉｏｎ）のビーム３０１ｃが曲げられ、試料ステージ２１９に支持された試料２０２に照射されることを示している。この場合、平板電極３０４の位置（イオンビームカラム２０１ａの中心軸の延長線に沿う方向の位置、イオンビームカラム２０１ａの中心軸の延長線に直交する方向の位置）や傾斜角度α（イオンビームカラム２０１ａの中心軸の延長線と直交する面に対する傾斜角度）を変更することで試料２０２上でのイオンビーム３０１ｃの照射位置や照射角度を変更することが可能である。図２の（Ａ）は、傾斜角度がαＡの場合であり、図２の（Ｂ）は、傾斜角度がαＢの場合である。
【００３５】
また、図３は、電極部２０４が有する電極の形状が球状電極４０４である場合を示している。この場合、球状電極４０４を水平移動（イオンビームカラム２０１ａの中心軸の延長線と直交する方向への移動）することで、試料２０２へのイオンビーム照射位置や照射角度が変更可能である。図３の（Ａ）は、イオンビームカラム２０１ａの中心軸の延長線と球状電極４０４の中心との距離がＬＡの場合であり、図３の（Ｂ）は、イオンビームカラム２０１ａの中心軸の延長線と球状電極４０４の中心との距離がＬＢの場合である。ただし、距離ＬＡはＬＢより大である。
【００３６】
また、図４は、電極部２０４が有する電極の形状がパラボラ形状（方物曲面形状）の電極５０４を用いる場合を示している。このパラボラ形状の電極５０４を用いることにより、イオンビーム３０１ｃの照射位置の広がりを抑えることができることが示されている。
【００３７】
また、図２、図３、図４に示したような形状の電極を複合した電極（複数の電極）を用いれば、電極の位置や傾斜角度、回転角度を変更することで様々な照射位置および照射角度を実現することができる。また、電極に印加する電圧を変調することによっても照射位置や照射角度を変更することができる。即ち、電極形状や電極電圧、電極の位置、イオンビームの照射方位、試料の移動を組み合わせることで所望の照射位置に所望の照射角度でイオンビームを照射することができる。具体的には、平行電極３０４を、イオンビームカラム２０１ａの中心軸の延長線と垂直な状態から水平な状態まで角度を変更することにより、広範囲の角度でイオンビームを試料表面に照射することができる。
【００３８】
または、電極部２０４により、イオンビーム３０１ｃをイオンビームカラム２０１ａの中心軸の延長線となす角度を変更し、その変更したビームの角度を維持した状態で、電極部２０４を上下左右方向に移動させることにより、試料２０２の一表面に渡ってイオンビームを照射することができる。
【００３９】
また、図５に示すように、複数の電極６０４ａ（球状電極）、６０４ｂ（平板状電極）を同時に使用して、試料２０２の所望の照射位置や照射角度を実現してもよい。例えば、球状電極６０４ａ（第１の電極部）をイオンビームカラム２０１ａの先端部３０１ａの近傍に位置させ、平板電極６０４ｂ（第２の電極部）を試料２０２の近傍に位置させることも可能である。
【００４０】
なお、イオンビーム３０１ｃの軌道を曲げるという目的において電極部２０４の支持方法は問わない。例えば、電極支持用のユニットを新規に用意してもよいし、マイクロサンプリングプローブの代わりに電極を取り付けてもよい。もちろん、マイクロサンプリングプローブ自体を電極の代わりしてもよい。また、複数の試料ステージ２１９が備えつけられている場合には、試料ステージ２１９の１つに電極部２０４を支持してもよい。例えば、ＸＹＺの駆動機構、傾斜機構、および回転機構を備えた試料ステージ（ユーセントリックステージ）と（Ｓ）ＴＥＭ共用試料ホルダとを備えた荷電粒子線装置において、イオンの軌道を曲げるための電極部２０４をユーセントリックステージに支持し、試料を（Ｓ）ＴＥＭ共用試料ホルダに支持してもよい。この場合、電極部２０４を支持するステージの動作を電極制御器２１１で制御するように構成できる。
【００４１】
また、上述した電極の例として、平板電極、球状電極、パラボラ形状電極の他に、多面体電極も適用可能である。
【００４２】
（イオンビームの任意方向照射についての説明）
以上のような構成を有し、イオンビームが照射できる荷電粒子線装置に、イオンの軌道を曲げる電極を試料室に搭載する効果は、イオンビームを任意の方向から照射できることであり、以下、その説明を行う。
【００４３】
重元素と軽元素が混在した試料をイオンビームで加工すると、スパッタレートの違いにより加工不均一になり、断面に筋ができる。例えば、重元素と軽元素が交互に試料の上部に存在する部分では、その部分のスパッタレートが低下し加工断面に筋ができる。この筋は、スパッタレートが均一になるようにイオンビームの照射方向を任意に変更することにより除去または軽減することが可能になる。
【００４４】
また、（Ｓ）ＴＥＭ用薄膜試料作製においては、試料の観察領域の下方に重元素の領域がくるようなイオンビーム照射方位をとることで、観察領域の表面荒れを防ぐことが可能である。
【００４５】
本発明の第１の実施例によれば、このような照射方位からイオンビームを照射することが可能となる。
【００４６】
また、イオンビーム照射によるダメージ層の除去を高効率で行うことが可能となる。
【００４７】
図６の（Ａ）は、本発明を採用しない場合のダメージ層の除去方法を示す。イオンビーム３０１ｂを用いて、試料２０２の表面２０２ａを加工した場合、イオンビーム照射により、試料２０２には、ダメージ層７２１が形成される。このダメージ層７２１の除去に用いるイオンビーム３０１ｂは、主加工ビームと同一方向から照射するイオンビーム３０１ｂである。そのため、図６の（Ａ）に示すように、イオンビーム３０１ｂの極々一部（イオンビーム３０１ｂの側部の一部）を用いてダメージ層２２１を除去することになる。そのため、非常に効率が悪い。
【００４８】
これに対して、図６の（Ｂ）に示す本発明を適用した場合に例においては、平板電極３０４を図示した位置から移動した状態で、イオンビーム３０１ｂにより、試料２０２の表面２０２ａを加工した後、試料２０２を移動し、かつ、平板電極３０４を図示した位置に移動して、イオンビーム３０１ｂを平板電極３０４で曲げて、ダメージ層７２１の照射することで、イオンビーム３０１ｂを無駄なく利用し効率よくダメージ層７２１を除去することができる。
【００４９】
また、電極３０４の位置や傾きをコントロールし、試料２０２上の所望の領域に所望の角度で照射することで、表面の凹凸を除去することもできる。例えば、イオンビーム照射によって生成された表面荒れを効率よく除去することができる。その際、電極３０４の位置や傾きに加え、試料２０２の位置や傾きも合わせて調整してもよい。
【００５０】
また、（Ｓ）ＴＥＭ用薄膜試料作製において、特許文献４に示されているように垂直な加工断面を得るために試料を傾斜させてイオンビームを照射する方法が取られるが、イオンビームの照射方位を任意に選択することができれば、試料を傾斜させなくても垂直な加工断面を得ることができる。さらに、下方からイオンビームを照射することで、薄膜試料の厚くなっている部分（裾の部分）を集中的に除去することができ効率的である。
【００５１】
さらに、イオンビームを任意方位から照射できる点は、観察面においても大きな利点である。例えば、傾斜機構や回転機構を持たない試料ステージにおいても様々な方向からのＳＩＭ像を取得することができる。例えば、カラム下方から観察したＳＩＭ像や、光軸に対して水平な方向から観察したＳＩＭ像の取得も可能である。その結果、試料の立体構造をより正確に分析することが可能になる。尚、ＳＩＭ像取得方法として電極を検出器として用いてもよい。
【００５２】
ところで、図１において、正の電圧を印加した電極２０４を試料２０２の近傍に配置した場合、試料２０２から放出された二次電子の多くは、電極２０４の電圧に引き寄せられ、検出器２０６に到達しない。そのため、検出器２０６ではＳＩＭ像の取得が困難となる。
【００５３】
そこで、電流計測装置２０７を用いて、電極部２０４に到達する電流を測定し、測定された電流信号が電流計測装置用制御装置２１８を介して、統合コンピュータ２１３に供給される。そして、統合コンピュータ２１３が、電流計測装置用制御装置２１８から供給された電流信号に基づいて、ＳＩＭ像を取得する。したがって、試料２０２の近傍に電極２０４を配置した場合においてもＳＩＭ像を取得することができる。
【００５４】
また、負の電圧を印加した電極２０４を試料２０２の近傍に配置した場合には、試料２０２から放出された二次イオンにおいて上述と同様なことが言える。
【００５５】
このように、本発明を用いることで、集束イオンビーム照射によって形成される非晶質層や観察断面の荒れを効率よく除去し、かつ加工状況をより正確に知ることが可能となる。
【００５６】
（低倍率観察）
次に、本発明の第１の実施例により、低倍率の観察可能範囲を拡大可能であることを説明する。
【００５７】
本発明の第１の実施例のように、イオンビームを迂回させて試料２０２に照射することで、イオンビームの移動距離を伸ばすことができる。イオンビームの走査可能範囲は、イオンビームカラム２０１ａを出射してから試料２０２に到達するまでの距離に依存し、距離が長くなるほど観察領域は広くなる。
【００５８】
従って、本発明の第１の実施例によれば、集束イオンビームの走査範囲を広げることができる。即ち、低倍率の観察可能範囲を広げることができる。この点は、視野探しを行なう上で優位である。また、より広範囲を加工したい場合にも利用可能である。
【００５９】
以上のように、本発明の第１の実施例によれば、イオンビームカラム２０１ａの中心軸の延長線に沿う方向の位置、直交する方向の位置や傾斜角度α（イオンビームカラム２０１ａの中心軸の延長線と直交する面に対する傾斜角度）を調整可能な電極３０４、４０４、５０４などの電極２０４を、試料室２０３内に配置し、電極３０４等により、曲げられたイオンビーム３０１ｃを試料２０２の表面に照射するように構成したので、イオンビームを試料表面の所望の領域に、試料表面に対して広範囲の任意の角度で照射可能な荷電粒子線装置及び荷電粒子線照射方法を実現することができる。
【００６０】
以上のように、本発明の第１の実施例によれば、ＦＩＢ加工時にイオンビーム照射面に形成されるダメージ層や表面荒れを効率よく除去できる装置を提供することができる。
【００６１】
さらに、イオンビームカラム２０１ａから出射されたイオンビームの試料表面に到達するまでの距離を延長することが可能であり、走査範囲を拡大して、低倍率の観察範囲を拡大することができる。
【００６２】
（第２の実施例）
（荷電粒子線装置の構成の説明）
図７は、本発明の第２の実施例が適用される荷電粒子線装置全体の概略構成図である。
【００６３】
なお、第２の実施例における荷電粒子線装置は、第１の実施例の装置構成に加え、ＳＥＭカラム８０７ａと、このＳＥＭカラム８０７ａの電子ビーム８０７ｂの走査を制御するための電子ビームスキャン制御器８１８とを備えており、他の構成は第１の実施例と同等となっている。
【００６４】
また、ＳＥＭカラム８０７ａは、電子ビームを発生するための電子源や、電子ビームを集束するためのレンズ、電子ビームを走査、シフトするための偏向系など、ＳＥＭに必要な構成要素を全て含んだ系である。
【００６５】
本発明の第２の実施例による荷電粒子線装置は、ＦＩＢ加工した試料２０２の断面をその場でＳＥＭ観察できる装置である。
【００６６】
なお、本発明の第２の実施例では、イオンビームカラム２０１ａを垂直配置し、ＳＥＭカラム８０７ａを傾斜配置しているが、これに限られず、イオンビームカラム２０１ａを傾斜配置し、ＳＥＭカラム８０７ａを垂直配置してもよい。また、イオンビームカラム２０１ａとＳＥＭカラム８０７ａの双方を傾斜配置してもよい。
【００６７】
また、Ｇａ集束イオンビームカラム、Ａｒ集束イオンビームカラム、及び電子ビームカラムを備えた、トリプルカラム構成としてもよい。また、本発明の第２の実施例では、ＳＥＭ像を得るための検出器と、検出した情報を統合コンピュータに提供する検出器用制御器と、検出信号に基づいて生成されたＳＥＭ画像を表示するディスプレイは、ＳＩＭ像用のものと同一のものを用いる構成としているが、ＳＥＭ像を取得・表示する機構として、１つまたは複数の検出器、検出器用制御器、ディスプレイを備えてもよい。
【００６８】
（加工状況のＳＥＭ観察）
本発明の第２の実施例における加工状況のＳＥＭ観察について説明する。
【００６９】
ＳＥＭカラム８０７ａを備えた荷電粒子線装置である本発明の第２の実施例においては、電子の軌道を曲げて試料２０２に照射することでイオンビーム２０１ｂの加工状況を様々な方位からＳＥＭ観察することができる。
【００７０】
試料２０２の表側の面を観察する場合は、図７に示すように、ＳＥＭカラム８０７ａからの電子ビーム８０７ｂを試料２０２の表側面に照射して、加工状況をＳＥＭ観察することができる。
【００７１】
また、例えば、図８に示すように、パラボラ形状電極９０４をＳＥＭカラム８０７ａからの電子線８０７ｃの軌道を曲げて、イオンビームカラム２０１ａの先端部３０１ａから出射されたイオンビーム３０１ｃが照射される位置に配置された試料２０２に向かうように配置する。これにより、ＳＥＭカラム８０７ａから見て、試料２０２の裏側の面９２３を観察することができ、薄膜試料２０２の両面において加工状況をより正確に把握することができ、試料加工精度を向上させることができる。
【００７２】
ただし、イオンビーム２０１ｂ照射による試料加工中に、ＳＥＭカラム８０７ａから見て裏側の試料面９２３をＳＥＭ観察する場合には、イオンビーム３０１ｃの加速電圧を電子ビーム８０７ｃの加速電圧より高くする方が望ましい。そうすることで、イオンビーム３０１ｃには殆んど影響を及ぼすことなく、図８に示すような電子の軌道を実現することができる。
【００７３】
一方、電極２０４によって軌道を曲げられたイオンビーム２０１ｂを用いて加工を行っている最中にＳＥＭ観察を行う場合には、イオンビーム２０１ｂの加速電圧よりも電子ビーム８０７ｂの加速電圧を高く設定する方が望ましい。そうすることで、電子ビーム８０７ｂには殆んど影響を及ぼすことなくイオンビーム加工中のＳＥＭ観察を実現することができる。
【００７４】
また、電子ビーム８０７ｂを迂回させて試料２０２に照射することで、電子ビーム８０７ｂの移動距離を伸ばすことができる。これにより、ＳＩＭ観察の場合と同様、ＳＥＭ観察においても低倍率の観察可能範囲を拡大することができる。
【００７５】
本発明の第２の実施例によれば、第１の実施例と同様の効果を得ることができる他、上述したように、イオンビームによる加工中の試料表面の所望位置をＳＥＭにより観察することができる。
【００７６】
なお、本発明の第１、第２の実施例ともに、荷電粒子の軌道を変えるために電場を用いたが、磁場を用いても荷電粒子の軌道を変えることができる。例えば、コイルや永久磁石を試料室に設置することで荷電粒子の軌道を変えることもできる。
【００７７】
また、最先端デバイスや機能材料の高品位な薄膜試料作製が可能となり、加工効率が飛躍的に向上するとともに、（Ｓ）ＴＥＭにおける解析精度も飛躍的に向上する。
【００７８】
さらに、ＦＩＢ−ＳＥＭ装置では、試料の表面だけでなく、裏面もＳＥＭ観察できる装置を提供する。薄膜試料作製において、試料を動かすことなく両面を観察することが可能となり、薄膜試料の加工精度および加工再現性が飛躍的に向上する。
【符号の説明】
【００７９】
２０１ａ：イオンビームカラム、２０１ｂ、３０１ｂ、３０１ｃ：イオンビーム、２０２：試料、２０２ａ：試料表面、２０３：試料室、２０４：電極部、２０５：電圧供給装置、２０６：検出器、２０７：電流計測器、２１１：電極制御器、２１２：電圧制御器、２１３：統合コンピュータ、２１４：イオンビームスキャン制御器、２１５：検出器用制御器、２１６：コントローラ、２１７：ディスプレイ、２１８：電流計測装置用制御装置、２１９：試料ステージ、７２１：ダメージ層、３０１ａ：イオンビームカラムの先端部、３０１ｂ、３０１ｃ：イオンビーム、３０４、６０４ａ：平板電極、４０４、６０４ａ：球状電極、５０４、９０４：パラボラ電極、８０７ａ：走査電子顕微鏡カラム、８０７ｂ：電子ビーム、８０７ｃ：電子ビーム、８１８：電子ビームスキャン制御器、９２３：試料裏面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試 イオンビームを照射するイオンビームカラムと、
上記イオンビームカラムが取り付けられた試料室と、
上記試料室内に配置され、試料を支持する試料ステージと、
上記試料室内に配置され、上記イオンビームカラムから発生されたイオンビームの軌道を変更し、上記試料ステージに支持される試料に照射させる電極部と、
上記電極部を上記試料室内で移動させる電極部移動制御部と、
上記電極部に電圧を供給する電圧供給部と、
を備えることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２】
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
上記電極部移動制御部は、上記電極部の位置及び傾斜角度を制御することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項３】
請求項２に記載の荷電粒子線装置において、
上記電極部は、上記電極部が、上記イオンビームカラムから見て、上記試料ステージに支持される試料よりも下方に位置させて、イオンビームを上記試料に照射させることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項４】
請求項２に記載の荷電粒子線装置において、
上記電極部は、平板状の電極を有することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項５】
請求項２に記載の荷電粒子線装置において、
上記電極部は、球状の電極を有することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項６】
請求項２に記載の荷電粒子線装置において、
上記電極部は、放物曲面形状の電極を有することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項７】
請求項２に記載の荷電粒子線装置において、
上記電極部は、多面体の電極を有することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項８】
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
上記電極部は、上記イオンビームカラムの近傍に位置する第１の電極部と、上記試料ステージの近傍に位置する第２の電極部とを有することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項９】
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
上記電極部に到達する二次イオン又は二次電子を検出する電流計測部と、この電流計測部により計測された二次イオン又は二次電子に基づいて、走査型イオン顕微鏡像を形成する統合コンピュータとを備えることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１０】
イオンビームを照射するイオンビームカラムと、
上記イオンビームカラムが取り付けられた試料室と、
上記試料室内に配置され、試料を支持する複数の試料ステージと、
上記試料室内に配置された上記複数の試料ステージのうちの一つに配置され、上記イオンビームカラムから発生されたイオンビームの軌道を変更し、上記複数の試料ステージのうちの他のステージに支持される試料に照射させる電極部と、
上記電極部を上記試料室内で移動させる電極部移動制御部と、
上記電極部に電圧を供給する電圧供給部と、
を備えることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の荷電粒子線装置において、
上記電極部移動制御部は、上記電極部の位置及び傾斜角度を制御することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１２】
請求項１０に記載の荷電粒子線装置において、
上記電極部移動制御部は、上記電極部が、上記イオンビームカラムから見て、上記試料ステージに支持される試料よりも下方に位置させて、イオンビームを上記試料に照射させることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１３】
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
電子ビームを上記試料ステージに支持される試料又は上記電極部に照射する走査電子顕微鏡カラムと、この走査電子顕微鏡カラムから照射される電子ビームの走査を制御する電子ビームスキャン制御部とを備えることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１４】
イオンビームを照射するイオンビームカラムと、上記イオンビームカラムが取り付けられた試料室と、上記試料室内に配置され、試料を支持する試料ステージとを有する荷電粒子線装置における荷電粒子線照射方法において、
上記イオンビームカラムから発生されたイオンビームの軌道を、上記試料室内に配置され、電圧が供給される移動可能な電極部により、上記イオンビームカラムの中心軸の延長線となす角度を変更し、上記イオンビームを上記試料ステージに支持される試料に照射することを特徴とする荷電粒子線照射方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の荷電粒子線照射方法において、
上記電極部の位置及び傾斜角度を制御することを特徴とする荷電粒子線照射方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の荷電粒子線照射方法において、
上記電極部移動制御部は、上記電極部が、上記イオンビームカラムから見て、上記試料ステージに支持される試料よりも下方に位置させて、イオンビームを上記試料に照射させることを特徴とする荷電粒子線照射方法。
【請求項１７】
請求項１５に記載の荷電粒子線照射方法において、
上記イオンビームカラムの近傍に位置する第１の電極部と、上記試料ステージの近傍に位置する第２の電極部とを用いて、上記イオンビームの照射方向を変更することを特徴とする荷電粒子線照射方法。
【請求項１８】
請求項１４記載の荷電粒子線照射方法において、
上記電極部に到達する二次イオン又は二次電子を電流計測部により検出し、この電流計測部により計測された二次イオン又は二次電子に基づいて、走査型イオン顕微鏡像を形成することを特徴とする荷電粒子線照射方法。
【請求項１】
試 イオンビームを照射するイオンビームカラムと、
上記イオンビームカラムが取り付けられた試料室と、
上記試料室内に配置され、試料を支持する試料ステージと、
上記試料室内に配置され、上記イオンビームカラムから発生されたイオンビームの軌道を変更し、上記試料ステージに支持される試料に照射させる電極部と、
上記電極部を上記試料室内で移動させる電極部移動制御部と、
上記電極部に電圧を供給する電圧供給部と、
を備えることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２】
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
上記電極部移動制御部は、上記電極部の位置及び傾斜角度を制御することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項３】
請求項２に記載の荷電粒子線装置において、
上記電極部は、上記電極部が、上記イオンビームカラムから見て、上記試料ステージに支持される試料よりも下方に位置させて、イオンビームを上記試料に照射させることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項４】
請求項２に記載の荷電粒子線装置において、
上記電極部は、平板状の電極を有することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項５】
請求項２に記載の荷電粒子線装置において、
上記電極部は、球状の電極を有することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項６】
請求項２に記載の荷電粒子線装置において、
上記電極部は、放物曲面形状の電極を有することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項７】
請求項２に記載の荷電粒子線装置において、
上記電極部は、多面体の電極を有することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項８】
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
上記電極部は、上記イオンビームカラムの近傍に位置する第１の電極部と、上記試料ステージの近傍に位置する第２の電極部とを有することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項９】
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
上記電極部に到達する二次イオン又は二次電子を検出する電流計測部と、この電流計測部により計測された二次イオン又は二次電子に基づいて、走査型イオン顕微鏡像を形成する統合コンピュータとを備えることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１０】
イオンビームを照射するイオンビームカラムと、
上記イオンビームカラムが取り付けられた試料室と、
上記試料室内に配置され、試料を支持する複数の試料ステージと、
上記試料室内に配置された上記複数の試料ステージのうちの一つに配置され、上記イオンビームカラムから発生されたイオンビームの軌道を変更し、上記複数の試料ステージのうちの他のステージに支持される試料に照射させる電極部と、
上記電極部を上記試料室内で移動させる電極部移動制御部と、
上記電極部に電圧を供給する電圧供給部と、
を備えることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の荷電粒子線装置において、
上記電極部移動制御部は、上記電極部の位置及び傾斜角度を制御することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１２】
請求項１０に記載の荷電粒子線装置において、
上記電極部移動制御部は、上記電極部が、上記イオンビームカラムから見て、上記試料ステージに支持される試料よりも下方に位置させて、イオンビームを上記試料に照射させることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１３】
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
電子ビームを上記試料ステージに支持される試料又は上記電極部に照射する走査電子顕微鏡カラムと、この走査電子顕微鏡カラムから照射される電子ビームの走査を制御する電子ビームスキャン制御部とを備えることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１４】
イオンビームを照射するイオンビームカラムと、上記イオンビームカラムが取り付けられた試料室と、上記試料室内に配置され、試料を支持する試料ステージとを有する荷電粒子線装置における荷電粒子線照射方法において、
上記イオンビームカラムから発生されたイオンビームの軌道を、上記試料室内に配置され、電圧が供給される移動可能な電極部により、上記イオンビームカラムの中心軸の延長線となす角度を変更し、上記イオンビームを上記試料ステージに支持される試料に照射することを特徴とする荷電粒子線照射方法。
【請求項１５】
請求項１４に記載の荷電粒子線照射方法において、
上記電極部の位置及び傾斜角度を制御することを特徴とする荷電粒子線照射方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の荷電粒子線照射方法において、
上記電極部移動制御部は、上記電極部が、上記イオンビームカラムから見て、上記試料ステージに支持される試料よりも下方に位置させて、イオンビームを上記試料に照射させることを特徴とする荷電粒子線照射方法。
【請求項１７】
請求項１５に記載の荷電粒子線照射方法において、
上記イオンビームカラムの近傍に位置する第１の電極部と、上記試料ステージの近傍に位置する第２の電極部とを用いて、上記イオンビームの照射方向を変更することを特徴とする荷電粒子線照射方法。
【請求項１８】
請求項１４記載の荷電粒子線照射方法において、
上記電極部に到達する二次イオン又は二次電子を電流計測部により検出し、この電流計測部により計測された二次イオン又は二次電子に基づいて、走査型イオン顕微鏡像を形成することを特徴とする荷電粒子線照射方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１２−１２３９４２（Ｐ２０１２−１２３９４２Ａ）
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２７１８０６（Ｐ２０１０−２７１８０６）
【出願日】平成２２年１２月６日（２０１０．１２．６）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年６月２８日（２０１２．６．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１２月６日（２０１０．１２．６）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
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