(57)【要約】【課題】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。【解決手段】集束イオンビーム装置は、イオンを放出するイオン源と、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、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、イオン源と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、イオン源に印加される加速電圧の大きさに基づいて、可変絞りの絞り径を制御する絞り径制御部とを備える。【選択図】図２
2020064788.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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。
【請求項２】
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
請求項１に記載の集束イオンビーム装置。
【請求項３】
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
請求項２に記載の集束イオンビーム装置。
【請求項４】
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
請求項２又は請求項３に記載の集束イオンビーム装置。
【請求項５】
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
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。
【請求項６】
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。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２２３５８８号公報
【特許文献２】特開２００７−１９３９７７号公報
【特許文献３】特開昭６２−１８４７５４号公報
【特許文献４】特開２００９−２７２２９３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
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。
【０００５】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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。
【０００７】
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。
【０００８】
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。
【０００９】
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。
【００１０】
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。
【００１１】
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。
【発明の効果】
【００１２】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施形態に係る集束イオンビーム装置の構成例を示す図である。
【図２】本実施形態の制御装置の機能構成の一例を示す図である。
【図３】本実施形態の集束イオンビーム装置による粗加工の一例を示す図である。
【図４】本実施形態の集束イオンビーム装置による中加工の一例を示す図である。
【図５】本実施形態の集束イオンビーム装置による仕上加工の一例を示す図である。
【図６】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。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
［（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。
【００３６】
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。
【００３７】
［（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。
【００３８】
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。
【００３９】
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）。
【００４０】
［（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。
【００４１】
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。
【００４２】
［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。
【００４３】
［（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。
【００４４】
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。
【００４５】
［（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。
【００４６】
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。
【００４７】
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。
【００４８】
［（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。
【００４９】
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。
【００５０】
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。
【００５１】
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。
【００５２】
［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。
【００５３】
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。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。
【００６１】
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。
【符号の説明】
【００６２】
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
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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