(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
集束イオンビームを用いて試料を加工する集束イオンビーム加工方法において、
所定の時間毎に試料の走査イオン顕微鏡像を取得する工程と、
前記工程で取得した第（ｎ−１）番目の走査イオン顕微鏡像内の特定領域の画像データＤ[ｎ−１]と第ｎ番目の走査イオン顕微鏡像内の特定領域の画像データＤ[ｎ]（ただし、ｎ＝１，２，３，…）に基づいて像の変位量を求める工程と、
求められた変位量だけ集束イオンビームの照射位置をずらして加工位置を補正する工程とを含むことを特徴とする集束イオンビーム加工方法。
【請求項２】
請求項１記載の集束イオンビーム加工方法において、前記走査イオン顕微鏡像内の特定領域は、試料の加工領域外に位置する特徴あるパターンを含む領域であることを特徴とする集束イオンビーム加工方法。
【請求項３】
請求項２記載の集束イオンビーム加工方法において、前記加工領域外に位置する特徴あるパターンは、加工開始前に形成したマークパターンであることを特徴とする集束イオンビーム加工方法。
【請求項４】
請求項１記載の集束イオンビーム加工方法において、前記走査イオン顕微鏡像内の特定領域は、試料の加工領域内に位置する特徴あるパターンを含む領域であることを特徴とする集束イオンビーム加工方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項記載の集束イオンビーム加工方法において、前記像の変位量が第１の設定値より大きいときは、試料の走査イオン顕微鏡像を取得する時間間隔を短縮し、前記像の変位量が第２の設定値より小さいときは試料の走査イオン顕微鏡像を取得する時間間隔を延長することを特徴とする集束イオンビーム加工方法。
【請求項６】
集束イオンビームを用いて試料を加工する集束イオンビーム加工方法において、
所定の時間毎に試料の加工領域内に位置する特徴あるパターンを含む領域の走査イオン顕微鏡像を取得する工程と、
前記工程で取得した第（ｎ−１）番目の走査イオン顕微鏡像内の特定領域の画像データＤ[ｎ−１]と第ｎ番目の走査イオン顕微鏡像内の特定領域の画像データＤ[ｎ]（ただし、ｎ＝１，２，３，…）に基づいて前記パターンの形状変化を検出する工程と、
前記パターンの形状変化に基づいて加工終点を判定する工程とを含むことを特徴とする集束イオンビーム加工方法。
【請求項７】
イオン源と、前記イオン源から放出されるイオンビームを加速、集束、偏向するイオンビーム制御系とを含む集束イオンビーム加工装置において、
イオンビームの照射によって試料から放出される二次粒子を検出する二次粒子検出器と、前記二次粒子検出器の出力に基づいて所定の時間毎に試料の走査イオン顕微鏡像を取得する画像制御部と、前記画像制御部で取得した第（ｎ−１）番目の走査イオン顕微鏡像内の特定領域の画像データＤ[ｎ−１]と第ｎ番目の走査イオン顕微鏡像内の特定領域の画像データＤ[ｎ]（ただし、ｎ＝１，２，３，…）のマッチング処理から像変位量を求めるマッチング処理部と、前記マッチング処理部で求められた像変位量を補償するように前記イオンビーム制御系を制御する制御部とを含むことを特徴とする集束イオンビーム加工装置。
【請求項８】
イオン源と、前記イオン源から放出されるイオンビームを加速、集束、偏向するイオンビーム制御系とを含む集束イオンビーム加工装置において、
イオンビームの照射によって試料から放出される二次粒子を検出する二次粒子検出器と、前記二次粒子検出器の出力に基づいて所定の時間毎に試料の走査イオン顕微鏡像を取得する画像制御部と、前記画像制御部で取得した第（ｎ−１）番目の走査イオン顕微鏡像内の特定領域の画像データＤ[ｎ−１]と第ｎ番目の走査イオン顕微鏡像内の特定領域の画像データＤ[ｎ]（ただし、ｎ＝１，２，３，…）を比較する画像比較部とを備え、前記画像比較部で比較した２つの画像データ間のマッチング度が所定の変化量を超えたとき加工を中止することを特徴とする集束イオンビーム加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、集束イオンビーム（Focused Ion Beam：略してＦＩＢ）を利用した微細デバイスや新機能材料などの断面加工、それらの透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）用の試料作製、微細機械部品などのマイクロマシニングなどに有効なＦＩＢ加工方法及びＦＩＢ加工装置に関し、特に長時間加工時のビーム照射位置ずれを補正するＦＩＢ加工方法及びＦＩＢ加工装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＦＩＢ装置は、例えば特開平９−３０６４０２号公報に記載されている。また、このようなＦＩＢ装置を用いた加工位置補正方法が、例えば特開平９−２７４８７９号公報に記載されている。
図１２は、従来のＦＩＢ加工装置の機能ブロック図である。破線で囲んで示したＦＩＢ装置の真空筐体には、イオンを放出するイオン源部１、イオン源部１から放出されるイオンビームを加速、集束、偏向するイオンビーム制御系２、試料を装着、移動する試料室部３、試料から放出される二次電子や二次イオンを検出する二次粒子検出器６が配置されている。イオンビーム制御系２には、コンデンサーレンズ、イオンビーム制御絞り板、アライナー・スティグマ、ブランカー、偏向器、対物レンズが含まれる。イオン源部１及びイオンビーム制御系２には、それぞれにそれらを制御するイオン源制御部４及びイオンビーム制御部５が接続されている。またイオン源制御部４及びイオンビーム制御部５には、これらを統括して制御するコンピュータ部７が接続されている。コンピュータ部７には、画像メモリ、画像処理部からなり二次粒子検出器６の出力信号をもとに試料表面の走査イオン顕微鏡（Scanning Ion Microscope：略してＳＩＭ）像を取得する画像制御部９、ＳＩＭ像を表示するＣＲＴ８、キーボードやマウスなどの入力操作部１０が接続され、更にマーク検出部１２及び加工位置補正部１１を備える。
【０００３】
この従来技術では、試料ステージの移動を必要としない狭い領域内の長時間加工において、加工位置ずれ補正を以下の手段により実現している。先ず、▲１▼ビーム照射位置補正用として試料の加工開始前に選定したマークの位置をＳＩＭ像から検出し、登録する。次に、▲２▼加工途中のある設定時間毎にこの登録マークのＳＩＭ像を取得してマーク位置を検出し、この検出位置を登録マーク位置と比較参照してビーム照射位置ずれ量を算出し、加工位置ずれを補正制御するのである。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来方法では、加工途中に何度もＦＩＢを照射して登録マークのＳＩＭ像を取得し、そのマーク位置の検出を行う。しかし、マークはＳＩＭ像取得時にイオン・スパッタリング現象により削られるため、マーク検出回数が増えるとマークは次第に損傷を受け変形してくる。そのため、マーク変形が余り大きくなるとマーク検出ができなくなり、加工位置ずれを高精度に補正することができなくなるという欠点があった。
【０００５】
本発明は、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、加工位置ずれ検出用のマークがイオン・スパッタリング現象により損傷を受けてマーク形状が加工前に登録したものと大きく異なってきても、そのマークを用いて加工の位置ずれ補正を可能とするＦＩＢ加工方法及び加工装置を提供することを目的とする。
本発明は、また、ＦＩＢ加工の加工終点を自動的に検出するための新規な手法を提供することをも目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では第ｎ回目（ただし、ｎ＝１，２，３，…）の加工位置ずれ量の算出に際して、その回に取得したマークのＳＩＭ像データＤ[ｎ]と比較する参照ＳＩＭ像データとして、その直前の回、すなわち第（ｎ−１）回目に取得したマークのＳＩＭ像データＤ[ｎ−１]を採用する。そして、この２枚のＳＩＭ像データＤ[ｎ]，Ｄ[ｎ−１]のマッチング処理から像変位量を求め、加工位置ずれ量を算出する。
【０００７】
従来技術では、参照ＳＩＭ像データは常に加工前のＳＩＭ像データＤ[０]であり、更新していないため、第ｎ回目に取得したＳＩＭ像データＤ[ｎ]が加工前のＳＩＭ像データ[０]から大きく異なってしまうと、２枚のＳＩＭ像データＤ[ｎ]、Ｄ[０]のマッチング処理に際して大きな誤差が生じたり、マッチング処理が不可能になった。本発明では、ＳＩＭ像データＤ[ｎ]と比較すべき参照ＳＩＭ像データとして直前の回に取得したＳＩＭ像データＤ[ｎ−１]を採用したため、２つの像データＤ[ｎ]，Ｄ[ｎ−１]間に類似性が保たれている限り、マーク形状が加工初期のものと大きく異なってきても、更新毎の加工位置ずれ量を高精度に算出することができる。
【０００８】
マークは、典型的には試料のＦＩＢ加工領域の外に設定されるが、試料のＦＩＢ加工領域の外に設定することが絶対に必要な訳ではなく、ＦＩＢ加工領域のＳＩＭ像中の特徴的な構造を選択してそれをマークとすることもできる。選択したマークが試料中に埋もれている構造の断面であるような場合、２枚のＳＩＭ像データＤ[ｎ]，Ｄ[ｎ−１]のマッチング処理に基づいてＦＩＢ照射位置を補正することで、そのマーク（構造）を追跡するように加工領域を変化させながら加工を進めることができる。
【０００９】
また、ＦＩＢ加工領域中にマークを設定し、それをＦＩＢ加工の終点検出のために用いることも可能である。例えば、マークが試料中の構造物の一部であり、ＦＩＢ加工によってその構造物の断面を作りたい場合、ＳＩＭ像に現れるマーク（構造物）を監視しながらＦＩＢ加工を行い、ＳＩＭ像からマークが消失した時点、あるいはマークが消失してから更に所定時間経過した時点で加工を終了することで、所望の断面作製を行うことができる。
【００１０】
すなわち、本発明は、集束イオンビームを用いて試料を加工する集束イオンビーム加工方法において、所定の時間毎に試料の走査イオン顕微鏡像を取得する工程と、前記工程で取得した第（ｎ−１）番目の走査イオン顕微鏡像内の特定領域の画像データＤ[ｎ−１]と第ｎ番目の走査イオン顕微鏡像内の特定領域の画像データＤ[ｎ]（ただし、ｎ＝１，２，３，…）に基づいて像の変位量を求める工程と、求められた変位量だけ集束イオンビームの照射位置をずらして加工位置を補正する工程とを含むことを特徴とする。
【００１１】
試料の走査イオン顕微鏡像は、集束イオンビームによって試料上を走査し、試料から放出される二次電子や、二次イオンなどの二次粒子の強度を走査と同期して検出することによりＣＲＴ等の画像表示装置上に表示される。
画像データＤ[ｎ]を取得する走査イオン顕微鏡像内の特定領域は、試料の加工領域外に位置する特徴あるパターンを含む領域とすることができる。加工領域外に位置する特徴あるパターンは、加工開始前に形成したマークパターンとすることができる。あるいは、走査イオン顕微鏡像内の特定領域は、試料の加工領域内に位置する特徴あるパターンを含む領域とすることもできる。
【００１２】
像の変位量が第１の設定値より大きいときは、試料の走査イオン顕微鏡像を取得する時間間隔を短縮し、像の変位量が第２の設定値より小さいときは試料の走査イオン顕微鏡像を取得する時間間隔を延長するようにしてもよい。
本発明は、また、集束イオンビームを用いて試料を加工する集束イオンビーム加工方法において、所定の時間毎に試料の加工領域内に位置する特徴あるパターンを含む領域の走査イオン顕微鏡像を取得する工程と、前記工程で取得した第（ｎ−１）番目の走査イオン顕微鏡像内の特定領域の画像データＤ[ｎ−１]と第ｎ番目の走査イオン顕微鏡像内の特定領域の画像データＤ[ｎ]（ただし、ｎ＝１，２，３，…）に基づいてパターンの形状変化を検出する工程と、パターンの形状変化に基づいて加工終点を判定する工程とを含むことを特徴とする。パターンの形状変化には、パターンの消失も含まれる。
【００１３】
本発明の集束イオンビーム加工装置は、イオン源と、イオン源から放出されるイオンビームを加速、集束、偏向するイオンビーム制御系とを含む集束イオンビーム加工装置において、イオンビームの照射によって試料から放出される二次粒子を検出する二次粒子検出器と、二次粒子検出器の出力に基づいて所定の時間毎に試料の走査イオン顕微鏡像を取得する画像制御部と、画像制御部で取得した第（ｎ−１）番目の走査イオン顕微鏡像内の特定領域の画像データＤ[ｎ−１]と第ｎ番目の走査イオン顕微鏡像内の特定領域の画像データＤ[ｎ]（ただし、ｎ＝１，２，３，…）のマッチング処理から像変位量を求めるマッチング処理部と、マッチング処理部で求められた像変位量を補償するようにイオンビーム制御系を制御する制御部とを含むことを特徴とする。
【００１４】
本発明の集束イオンビーム加工装置は、また、イオン源と、イオン源から放出されるイオンビームを加速、集束、偏向するイオンビーム制御系とを含む集束イオンビーム加工装置において、イオンビームの照射によって試料から放出される二次粒子を検出する二次粒子検出器と、二次粒子検出器の出力に基づいて所定の時間毎に試料の走査イオン顕微鏡像を取得する画像制御部と、画像制御部で取得した第（ｎ−１）番目の走査イオン顕微鏡像内の特定領域の画像データＤ[ｎ−１]と第ｎ番目の走査イオン顕微鏡像内の特定領域の画像データＤ[ｎ]（ただし、ｎ＝１，２，３，…）を比較する画像比較部とを備え、画像比較部で比較した２つの画像データ間のマッチング度が所定の変化量を超えたとき加工を中止することを特徴とする。
【００１５】
本発明によると、長時間のＦＩＢ加工の加工位置ずれ補正が、オペレータの介在を必要とせずに行うことができ、加工位置の高精度化、加工の半自動化に貢献する。複数試料の複数箇所の加工に対しては、それらの加工位置と加工条件を前もって登録しておくことにより、これらの全加工を連続数時間にわたってオペレータを介さずに自動で行うことができる。
また、本発明によると、ＦＩＢ加工の加工終点を自動的に決定することができるので、ＦＩＢ加工装置の自動運転が可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
図１は、本発明によるＦＩＢ加工装置の一例の概略構成図である。金属イオン源１００から放出したイオンビームは、コンデンサーレンズ１０１と対物レンズ１０６により試料１０８の上に集束される。レンズ間には、イオンビーム制限絞り板１０２、アライナー・スティグマ１０３、ブランカー１０４、偏向器１０５が配置されている。試料１０８は試料ステージ１０９の上に搭載されており、ＸＹ微動が可能である。集束イオンビーム（ＦＩＢ）の照射によって試料１０８から放出される二次電子や二次イオン等の二次粒子は、荷電粒子検出器１０７により検出される。荷電粒子検出器１０７の信号強度でＣＲＴ等の画像表示器の輝度変調を行い、かつビーム偏向信号と同期した信号をＣＲＴのビーム走査信号とすることにより、試料表面のＳＩＭ像がＣＲＴ上に形成される。
【００１７】
図２は、本発明によるＦＩＢ加工装置の機能ブロック図である。本発明では図１２に示したマーク検出部１２がマッチング処理部１３に入れ替わる。ここでは、第ｎ回目（ただし、ｎ＝１，２，３，…）の加工位置ずれ量の算出に際して、（ｎ−１）回目のＳＩＭ像データＤ[ｎ−１]と現在（ｎ回目）のＳＩＭ像データＤ[ｎ]とのマッチング処理から像変位量を求め、加工位置ずれ量が算出される。マッチング処理部１３で算出されたマーク像の変位量は、加工位置補正部１１に入力される。コンピュータ部７は、加工位置補正部１１からの出力に基づいてイオンビーム制御部５に指令し、イオンビーム制御系２を駆動してイオンビームの照射位置を調整し、集束イオンビームによる加工位置を補正する。
【００１８】
図３と図４を用いて、本発明によるＦＩＢ加工方法を説明する。図３は本発明によるＦＩＢ加工方法の加工フローの一例を示す図、図４は本発明のＦＩＢ加工方法による加工例を示す図である。試料をＦＩＢ装置のビーム直下に設置してからの加工のフローは、以下のとおりである。ここで説明する例では、試料１０８上の加工領域は、図４に示した矩形領域１５１である。ビーム照射位置ずれ検出用のマーク１５２は大きさ５μｍ×５μｍの十字マーク１５２であり、加工領域１５１の外側に位置する。
【００１９】
▲１▼登録マークの加工（Ｓ１１）
加工領域１５１の近傍に、ビーム照射位置補正用の登録マーク１５２を設定し加工する。ここで、加工領域１５１と登録マーク１５２との両者は、試料ステージ１０９を動かさずに偏向器１０５によるＦＩＢ偏向のみでカバーできる領域１５０内に位置している必要がある。
【００２０】
▲２▼マーク画像データＤ[０]の登録とマーク位置Ｐ[０]及びｎの初期化（Ｓ１２）
ＣＲＴに表示されたＳＩＭ画像を用いて、マーク１５２の画像データとマーク位置を登録する。この登録画像データは、第ｎ回目のビーム照射位置補正での参照マーク画像データＤ[ｎ−１]において、ｎ＝１の参照マーク画像データＤ[０]となる。同様に、この加工開始前に取得したＳＩＭ像のマーク位置を常に原点にとって表したマーク位置の二次元（ｘ，ｙ）データＰ[ｎ]の初期データＰ[０]を（０，０）に初期化する。
【００２１】
▲３▼加工領域の設定と登録（Ｓ１３）
加工領域１５１を設定し、その位置を登録する。また、全加工時間Ｔと加工位置補正の時間間隔Δｔを設定する。
▲４▼加工位置補正用タイマーの初期化（ｔ＝０）とスタート（Ｓ１４）
▲５▼加工（Ｓ１５）
加工は累積加工時間［＝（ｎ−１）Δｔ＋ｔ］がステップ１３で設定した全加工時間Ｔに到達するまで行われる。累積加工時間が全加工時間Ｔに達すると、ステップ１６からステップ１７に進んで加工を終了する。
【００２２】
▲６▼加工中断と加工位置補正制御処理（Ｓ１６〜Ｓ２５）
ステップ１６において、累積加工時間が全加工時間Ｔに到達していないと判定されるとステップ１８に進む。ステップ１８において、加工位置補正のタイマー時間ｔがステップ１３で設定されたΔｔを越えていないと判定されると、ステップ１９に進む。ステップ１９において、加工中にモニターしているイオン源からの放出イオン電流Ｉｔの時間不安定度が予め設定してある許容値を越えていないと判定されると、ステップ１５に戻り、加工は連続して行われる。一方、イオン電流Ｉｔの時間不安定度が許容値を越えた場合には、ステップ１９からステップ２０に進んで加工を直ちに中断し、「Ｉｔ不安定」のメッセージをＣＲＴ上に表示する。
【００２３】
また、加工位置補正のタイマー時間ｔがΔｔを越えた場合には、ステップ１８からステップ２１に進んで、ｎ＝ｎ＋１によりｎをインクリメントし、第ｎ回目の加工位置補正制御処理を起動する。これが起動されると加工を中断してステップ２２に進み、登録された検出用マーク１５２の近傍をＦＩＢ走査してＳＩＭ像を取得する。次に、このＳＩＭ像データと参照マーク画像データＤ[ｎ−１]とのマッチング処理からマークを検出する。次に、ステップ２３に進んで、検出したマークの画像データをＤ[ｎ]に記録する。続いて、ステップ２４において、マークの位置ずれ量ΔＰ[ｎ]を算出する。加工開始前に取得したＳＩＭ像のマーク位置を常に原点にとって表したマーク位置データＰ[ｎ]は、次の〔数１〕で表される。
【００２４】
【数１】
0003648384.tif 000002
【００２５】
そして、ステップ２５において、マーク位置データＰ[ｎ]に基づいてＦＩＢ照射位置を更新し、ステップ１４（前記▲４▼）に戻る。
図５は、ステップ２２を実行する図２の画像制御部９とマッチング処理部１３の機能ブロック図である。画像制御部９は、荷電粒子検出器１０７の出力信号に基づいてＳＩＭ像を取得する画像取得手段３２、参照画像更新手段３４、画像取得手段３２で取得した現在画像を記憶する画像メモリ３３、参照画像を記憶する画像メモリ３５、マッチング処理部１３で検出されたマーク像Ｄ[ｎ]を記憶する検出マーク像記録手段（画像メモリ）３７を備える。画像取得手段３２は、コンピュータ部７の一部を構成する画像取得タイミング手段３１からタイミング信号を受けてＳＩＭ画像を取得する。マッチング処理部１３は、メモリ３３に記憶された現在画像Ａとメモリ３５に記憶された参照画像Ｂのマッチングにより、マーク１５２の検出とマーク像の変位量算出を行う。マッチング処理部１３で算出されたマーク像の変位量は、加工位置補正部１１に入力される。コンピュータ部７は、加工位置補正部１１からの出力に基づいてイオンビーム制御部５に指令し、イオンビーム制御系２を駆動してイオンビームの照射位置を調整し、集束イオンビームによる加工位置を補正する。
【００２６】
第ｎ回目の加工位置補正制御処理が起動すると、コンピュータ部７の画像取得タイミング制御手段３１よりタイミング信号が画像制御部９の画像取得手段３２に送られる。タイミング信号を受けて、画像取得手段３２はマーク近傍のＳＩＭ像を取得し、取得されたＳＩＭ像は画像メモリ３３に記憶される。この画像を現在画像Ａとする。一方、タイミング信号は参照画像更新手段３４にも送られ、タイミング信号を受けた参照画像更新手段３４は、検出マーク像記録手段３７から前回検出された検出マーク像Ｄ[ｎ−１]を取り込み、メモリ３５に記憶されている参照画像Ｂを第（ｎ−１）回目の検出マーク画像Ｄ[ｎ−１]に更新する。
【００２７】
次に、現在画像Ａとマークを含む参照画像Ｂとを像マッチング処理手段３６において参照比較し、現在画像Ａの中でマークを検出し、マークの位置ずれ量ΔＰ[ｎ]を算出する。そして、検出したマークの画像は検出マーク像記録手段（画像メモリ）３７に検出マーク像Ｄ[ｎ]として記録しておく。加工位置補正部１１は、マッチング処理部１３から出力されたマーク位置Ｐ[ｎ]に基づき、ビーム照射位置補正量を算出する。次の、つまり第（ｎ＋１）回目の加工位置補正制御処理が起動するまでは、このビーム照射位置補正量を用いて加工を続ける。
本実施の形態では、マークの参照画像Ｂを更新しながら現在画像Ａと比較していることがポイントである。従来は、この参照画像の更新をしておらず、参照画像として常に初期マーク画像Ｄ[０]を用いていた。
【００２８】
図６は十字マークのスパッタ損傷の経緯を表すＳＩＭ像であり、本実施の形態における代表的なｎ＝０、２０、４０、６０の十字マークのＳＩＭ画像Ｄ[ｎ]を示している。十字マーク形状はスパッタリングにより損傷を受け、ｎが増加するに従い元の形状と次第に異なってきているのがわかる。しかし、本発明の方法によると、現在の画像Ｄ[ｎ]と初期画像Ｄ[０]との間における像の類似性が低下しても、現在の画像Ｄ[ｎ]と直前の画像Ｄ[ｎ−１]との間に像の類似性が維持されている限り、マークの検出は可能である。従来方法では、例えばｎ＝６０のマークはもはや十字形状と認識できず、現在画像Ｄ[６０]とマーク参照画像Ｄ[０]との比較参照からはマークを検出することはできなかった。
【００２９】
次に、上記のマーク検出に用いた画像マッチング処理の具体例について説明する。加工前のマーク像の編集は、マークを含むＳＩＭ像を取得した後、その記録像をＣＲＴに表示し、その上でマウス・カーソルをドラッグして矩形を描き、その矩形領域内の像を参照画像として記録することで行った。矩形の位置や大きさなどの編集は、矩形の辺や角をマウスでピックしてドラッグすることにより行える。マークの原画像を画像処理（２値化、ノイズ除去、フレーム抽出など）したものを参照画像として登録してもよい。
【００３０】
加工中にＳＩＭ像から検出したマーク画像は、画像処理により明るさを２値化し、２次元配列（つまり位置）表現画像とする。そして画像特徴を抽出するために、小さな黒点や白点を消去する。こうした現在画像Ａに参照画像Ｂを重ね、最も両画像が一致する位置、つまり、両画像の画像相関係数が最大になる位置を求めてマークの位置ずれを算出した。この画像間の比較は、処理時間が長くなるが、ずれ量の算出精度が高いのが特徴である。処理時間の短縮には、画像のデータ量を減らした画像（つまりスケッチ画像）に変換して比較するのが非常に効果がある。ただし、ずれ量の算出精度は若干低下する。本実施の形態では、マーク画像を５１２×５１２ピクセルのＳＩＭ像のほぼ枠一杯に撮り、これを１２８×１２８ピクセルのスケッチ画像にしてマッチング処理をした。
【００３１】
ここでは、マークとしてＦＩＢ加工した５μｍ×５μｍの十字マーク１０２を採用したが、登録マークは“特徴ある"試料パターンであれば、異物であってもよい。ここで、“特徴ある"ということの意味は、その登録される試料パターンの形状がその取得画像の中にただ一つしか存在せず、かつＦＩＢ加工によってそのパターン形状が急変せず継続性が保たれることである。
【００３２】
また、これまで登録マークは加工領域１５１の外に設けたが、加工領域１５１の内部に登録マークを設定すると、ビーム照射位置補正とは異なる別の使い方ができる。つまり、加工領域内にマークとして登録した試料パターンが深さ方向に形状や横平面内位置が変わっても、加工領域にその登録パターンを追跡させて試料を掘り進めて行くことができる。加工終了後、このマーク像Ｄ[ｎ]をその追跡のためにずらした画像ずれ量ΔＰ[ｎ]分ずらしながら各深さに対して並べれば、そのマークの３次元構造が得られる。
【００３３】
図７により、この他の実施の形態について説明する。図７は、深さ方向に大きさも平面位置も連続的に変化している構造体を加工領域に取り込んで、それを登録マークとして用いた加工試料の断面を示す模式図である。図７（ａ）は加工前の状態を示し、図７（ｂ）、図７（ｃ）は加工が進行していく過程を示している。
【００３４】
試料２１０には深さ方向に大きさも平面位置も連続的に変化している構造体２００があり、その試料表面に露出している形状を登録マークとして用いた。所定の時間間隔で加工領域のＳＩＭ像を取得し、そのＳＩＭ像と直前の回に検出されたマーク画像（構造体２００の露出形状）Ｄ[ｎ−１]とのマッチング処理によりマーク画像Ｄ[ｎ]を検出し、マークの位置ずれ量を算出する手法は、前述の実施の形態の場合と同様である。
【００３５】
本例では、構造体２００の平面位置が変わっても加工領域の大きさは変えず、加工領域の位置を構造体２００の平面位置変化と同期させてずらしながら加工したため、図７（ｂ），図７（ｃ）に示されているように、加工側壁２３０，２４０は平坦にならない。このような加工法は、この構造体２００の試料内部での形状や位置の情報が不明でも、追跡して加工していく場合に有効である。本方法の特徴は、構造体２００の平面位置が試料内部において最初に設定した加工領域内にほぼ入っていれば、追跡加工していけることにある。加工領域の大きさや位置を固定したまま掘り進めていく従来の加工法では、構造体２００の平面位置が試料内部において最初に設定した加工領域内に必ず入っていなければならない。本実施の形態では、走査領域の加工領域から得られるＳＩＭ像の枠近傍には、加工領域をずらすとそれまでに形成された加工側壁の像が画像枠近傍に現れたり消えたりするので、登録用のマーク画像データＤ[ｎ]は、それらの影響を受けない画像の中央部のみを採用することが望ましい。
【００３６】
これまで全加工設定時間Ｔは、加工開始前に設定した固定時間としたが、例えば、加工モニター信号（二次電子、二次イオンなど）の強度の時間変化カーブが特定条件を満足するまでの時間、つまり所望の加工深さが不正確で実際に加工してみないと決まらない時間とすることもできる。
図８は、全加工時間を加工中の加工モニター信号に基づいて決定する例を示す説明図である。図８（ａ）は加工試料の断面構造の概略図であり、図８（ｂ）は二次加工モニター信号（二次電子）の強度の時間変化である。試料は基板Ａの上に膜ＢとＣが２層堆積したものである。この場合の目的の加工深さは、基板Ａと膜Ｂとの界面位置であるとする。
【００３７】
３０ｋｅＶ−Ｇａイオンビームの材質Ａ，Ｂ及びＣに対する二次電子収率はＣ，Ａ，Ｂの順で低くなり、二次電子強度の時間変化Ｉｅ(ｔ)は図８（ｂ）に示すようになった。そこで、加工終点を決める特定条件として、▲１▼二次電子強度Ｉｅがある設定値Ｋ１以上、及び▲２▼加工時間に対する二次電子強度Ｉｅのカーブの傾き（ΔＩｅ／Δｔ）がある設定値Ｋ２以上の２つを設定した。図８（ｂ）中の時間Ｔは、この両条件を満足するまでの時間に相当する。時間Ｔ後のＩｅカーブは、時間Ｔで加工を終了しなかったとして予測されるカーブを示したものである。
【００３８】
この場合の加工フロー図を図９に示す。図９の加工フロー図は、図３に示した加工フロー図のステップ１６における加工時間の判定条件を、Ｉｅ≧Ｋ１，ΔＩｅ／Δｔ≧Ｋ２に変更したものに相当する。
図３のフロー図あるいは図９のフロー図では、ステップ１３あるいはステップ３３において加工位置補正のために試料のＳＩＭ像を取得する時間間隔Δｔを設定した。すなわち、この例では時間間隔Δｔは一定である。しかし、この時間間隔Δｔは可変とすることも可能である。
【００３９】
Δｔの可変は、例えば以下のようにして行えばよい。図３のフロー図のステップ２４あるいは図９のフロー図のステップ４４で算出されたマーク位置ずれ量ΔＰ[ｎ]が予め設定されたずれ量ΔＰ１より大きい場合には、ステップ２４あるいはステップ４４において、マーク位置Ｐ[ｎ]の算出後に、Δｔから予め決められた時間ｔ１を減算した値（Δｔ−ｔ１）を新たにΔｔとして設定し直し、ＦＩＢ照射位置の補正頻度を高める。逆に、図３のフロー図のステップ２４あるいは図９のフロー図のステップ４４で算出されたマーク位置ずれ量ΔＰ[ｎ]が予め設定されたずれ量ΔＰ２より小さい場合には、ステップ２４あるいはステップ４４において、マーク位置Ｐ[ｎ]の算出後に、Δｔに予め決められた時間ｔ２（ｔ２＝ｔ１であってもよい）を加算した値（Δｔ＋ｔ２）を新たなΔｔとして設定し直し、ＦＩＢ照射位置の補正頻度を低くする。補正頻度を低くすることで、試料に加わる損傷を低減し、マークの損傷も少なくすることができる。
【００４０】
次に、図１０により、本発明の他の実施の形態を説明する。本実施の形態は、微細デバイス中の異物の断面作製に関するもので、加工終点を自動的に決定することを可能にするものである。図１０は加工終点を自動的に決定することを可能にする方法の説明図である。図１０（ａ）は試料の模式的断面図であり、異物の埋もれた試料の断面構造と加工途中時間ｔ１，ｔ２，…，ｔ６の加工底位置を示している。また、図１０（ｂ）は時間ｔ１，ｔ２，…，ｔ６での加工領域のＳＩＭ像を示している。この場合、ＦＩＢの照射位置補正は、加工領域外に設定した登録マークを用いて前述の実施の形態のようにして行うことができる。加工終点の決定のみが問題であって、ＦＩＢの照射位置精度に対する要求が緩い場合には、ＦＩＢの照射位置補正を省略することもできる。
【００４１】
試料は、図１０（ａ）に断面を模式的に示すように、異物３００の埋もれた試料３１０であり、目的の加工深さは、その加工断面において異物３００の底から更に僅かにオーバエッチした深さである。時間ｔ１は加工スタート時間であり、その時に取得したＳＩＭ像には異物３００のパターン３００ａが現れている。時間が経過して加工が進むと、加工領域のＳＩＭ像には異物の立体形状を反映して少しずつ異なった異物のパターン３００ｂ，３００ｃ，３００ｄが現れる。時間ｔ５ではＳＩＭ像に構造パターンが丁度なくなっている。加工終了は、ＳＩＭ像から構造パターンが消失した時間ｔ５から、更にオーバエッチのための時間Δｔが経過した時間ｔ６とする。加工終点条件は、構造パターンが無くなった時間に時間Δｔを加えた時間としたので、全加工時間Ｔはｔ６（＝ｔ５＋Δｔ）で決まった。
【００４２】
図１１は、加工終点を自動検出するＦＩＢ加工方法の加工フローの一例を示す図である。この例は、ＦＩＢの照射位置補正を省略した場合のフローである。まず、ステップ５１において、加工領域の設定と登録、ＳＩＭ像取得の時間間隔Δｔの設定、Ｉｔの時間不安定性の許容値及び画像間マッチング度の所定値を設定する。次に、ステップ５２において、加工領域のＳＩＭ像中に加工終点検出に用いる画像データＤ[０]を登録する。図１０に示した例では、時間ｔ１に取得したＳＩＭ像中の異物パターン３００ａがＤ[０]に相当する。次に、ステップ５３において、タイマーを初期化してスタートさせる。続いて、ステップ５４に進んで加工を開始する。ステップ５５では加工時間を監視し、タイマーで計時した加工時間ｔがΔｔ以下であれば、ステップ５６に進む。ステップ５６において、イオン源からの放出イオン電流Ｉｔの時間不安定度があらかじめ設定してある許容値を越えていないと判定されると、ステップ５４に戻り、加工が継続される。イオン電流の時間的不安定度が許容値を越えた場合には、ステップ５６からステップ５７に進んで加工を中断し、「Ｉｔ不安定」のメッセージをＣＲＴ上に表示する。
【００４３】
また、タイマーで計時した時間ｔがΔｔを越えた場合には、ステップ５５からステップ５８に進んで、ｎをインクレメントするとともに加工領域のＳＩＭ像を取得する。ＳＩＭ像中の画像データは、ステップ５９においてＤ[ｎ]に記録される。次に、ステップ６０に進んで、前回取得した画像データＤ[ｎ−１]と今回取得した画像データＤ[ｎ]を比較する。比較の結果、両画像のマッチング度が予め設定された量を越えていればステップ６０からステップ５３に戻って加工を継続する。一方、ステップ６０の判定で両画像のマッチング度が所定量以下まで落ちていると判定された場合は、ステップ６１に進み、所定時間のオーバエッチングを行った後、ステップ６２に進んでＦＩＢ加工を終了する。ここで、両画像のマッチング度には両画像データのマッチング相関係数を用いた。
【００４４】
ＦＩＢの照射位置補正を行いながら終点検出を行う場合には、例えば図１１に示したフロー図において、ステップ６０の判定からステップ５３に戻る途中で、例えば図９のステップ４２からステップ４５に相当する処理を行うようにすればよい。
本実施の形態は、例えば図５に示した機能ブロック図で、マッチング処理部１３を２つのＳＩＭ像を比較する比較処理部に置き換えたＦＩＢ加工装置、あるいはマッチング処理部１３に比較処理の機能を持たせたＦＩＢ加工装置を用いて実行することができる。ただし、比較処理の対象となる画像はビーム照射位置補正のために加工した登録マークではなく、加工領域のＳＩＭ像中の特徴あるパターンの画像である。
【００４５】
ここでは、（ｎ−１）回目に取得したＳＩＭ像中にはあった構造パターンＤ[ｎ−１]が、続くｎ回目に取得したＳＩＭ像では消失していたことを検出して加工終点を判定する例について説明した。しかし、加工終点の判定基準はパターンの消失だけとは限らない。例えば、所望の深さまで加工すると今までなかったパターン（例えば、○とか□）が出現するような試料の場合には、そのパターン（例えば、○とか□）の出現を加工終点の判定基準とすればよい。また、所望の深さまで加工すると加工面に現れているパターンの形状が急変するような試料を加工するの場合には、そのパターンの急変、つまり画像間のマッチング度の急変を加工終点の判定基準とすればよい。
【００４６】
上記２つの実施の形態では、試料構造が不明、あるいは試料構造に対する知識不正確であったりするため、また加工速度が材質、加工面積、ＦＩＢの電流や走査速度などの加工条件にも依存するため、全加工時間Ｔを前もって高精度に予測することは困難である。しかし、本発明によると、目的とする加工深さを実際に加工しながら最適に決定することができるため、加工を効率よく行うことができた。この効果は、加工の高効率化という点で、加工位置の高精度化とは別次元のものである。
【００４７】
【発明の効果】
本発明によれば、長時間のＦＩＢ加工において、加工位置ずれを検出するための登録マークがイオンスパッタリング現象などにより損傷を受け、その形状が初期のものと大きく異なってきても、加工の位置ずれ補正が可能となる。また、加工終点も最適に決定することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるＦＩＢ装置の一例を示す模式図。
【図２】本発明によるＦＩＢ加工装置の機能ブロック図。
【図３】本発明によるＦＩＢ加工方法の加工フローの一例を示す図。
【図４】本発明のＦＩＢ加工方法による加工例を示す図。
【図５】図２の画像制御部とマッチング処理部の機能ブロック図。
【図６】十字マークのスパッタ損傷の経緯を表すＳＩＭ像。
【図７】深さ方向に大きさも平面位置も連続的に変化している構造体を加工領域に取り込んでそれを登録マークとして用いた加工試料の断面例。
【図８】全加工時間を加工中の加工モニター信号に基づいて決定する例を示す説明図。
【図９】本発明によるＦＩＢ加工方法の加工フローの他の例を示す図。
【図１０】加工終点を自動的に決定することを可能にする方法の説明図。
【図１１】加工終点を自動検出するＦＩＢ加工方法の加工フローの一例を示す図。
【図１２】従来のＦＩＢ加工装置の機能ブロック図。
【符号の説明】
１…イオン源部、２…イオンビーム制御系、３…試料室部、４…イオン源制御部、５…イオンビーム制御部、６…二次粒子検出器、７…コンピュータ部、８…ＣＲＴ、９…画像制御部、１０…入力部、１１…加工位置補正部、１２…マーク検出部、１３…マッチング処理部、３１…画像取得タイミング制御部、３２…画像取得手段、３３…画像メモリ、３４…参照画像更新手段、３５…画像メモリ、３７…検出マーク像記録手段、１００…金属イオン源、１０１…コンデンサーレンズ、１０２…イオンビーム制限絞り板、１０３…アライナー・スティグマ、１０４…ブランカー、１０５…偏向器、１０６…対物レンズ、１０７…荷電粒子検出器、１０８…試料、１０９…試料ステージ、１５０…加工領域設定可能領域、１５１…加工指定領域、１５２…検出用登録マーク、２００…構造体、２１０…試料、２３０，２４０…加工側壁、３００…異物、３１０…試料、３１０ａ〜３１０ｄ…異物のパターン
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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