(57)【要約】【課題】本発明の目的は、複雑な装置構成を用いることなく、低加速電圧であってもビーム径の小さい集束イオンビームを実現し、試料ダメージを少なくすることに関する。【解決手段】本発明は、例えば、イオン源からのイオンビームをレンズによって集束させ、集束イオンビームを試料に照射する集束イオンビーム装置において、イオン源からイオンビームを引き出すための引出電極とイオンビームを加速するための加速電極との間に、４極子レンズを配置することに関する。【選択図】図１
2015032380.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオン源からのイオンビームをレンズによって集束させ、集束イオンビームを試料に照射する集束イオンビーム装置であって、
前記イオン源から前記イオンビームを引き出すための引出電極と、
前記イオンビームを加速するための加速電極と、
前記引出電極と前記加速電極との間に配置される４極子レンズと、
を有することを特徴とする集束イオンビーム装置。
【請求項２】
請求項１において、
２段以上の前記４極子レンズが前記引出電極と前記加速電極との間に配置されていることを特徴とする集束イオンビーム装置。
【請求項３】
請求項１において、
前記イオン源には、加速電圧として５ｋＶ以下の低加速電圧が印加されることを特徴とする集束イオンビーム装置。
【請求項４】
請求項１において、
前記４極子レンズは、中間像点を前記イオン源よりも上流側に生成することにより、イオンビーム軌道として対物レンズまでの間にクロスオーバーの発生を回避することを特徴と集束イオンビーム装置。
【請求項５】
イオン源からのイオンビームをレンズによって集束させ、集束イオンビームを試料に照射する集束イオンビーム装置であって、
前記イオン源から前記イオンビームを引き出すための引出電極と、
前記イオンビームを加速するための加速電極と、
前記引出電極と前記加速電極との間に配置される４極子レンズと、
前記引出電極と前記加速電極との間に配置されるアインツェルレンズと、を有し、
前記イオン源に第１の加速電圧を印加する場合には前記アインツェルレンズのみを動作させ、前記イオン源に前記第１の加速電圧よりも低い第２の加速電圧を印加する場合には前記４極子レンズのみを動作させるようにレンズを切り替えることを特徴とする集束イオンビーム装置。
【請求項６】
請求項５において、
前記第１の加速電圧は５ｋＶより高い電圧であり、前記第２の加速電圧は５ｋＶ以下の電圧であることを特徴とする集束イオンビーム装置。
【請求項７】
イオン源からイオンビームを引き出すための引出電極と、前記イオンビームを加速するための加速電極と、前記引出電極と前記加速電極との間に配置される４極子レンズと、を有する集束イオンビーム装置を用いて試料を加工する試料加工方法であって、
前記イオン源に５ｋＶ以下の低加速電圧を印加する工程と、
前記イオン源から引き出されたイオンビームを前記４極子レンズによって集束させる工程と、
集束イオンビームを前記試料に照射する工程と、
を有することを特徴とする試料加工方法。
【請求項８】
イオン源からイオンビームを引き出すための引出電極と、前記イオンビームを加速するための加速電極と、前記引出電極と前記加速電極との間に配置される４極子レンズと、前記引出電極と前記加速電極との間に配置されるアインツェルレンズと、を有し、前記イオン源に第１の加速電圧を印加する場合には前記アインツェルレンズのみを動作させ、前記イオン源に前記第１の加速電圧よりも低い第２の加速電圧を印加する場合には前記４極子レンズのみを動作させるようにレンズを切り替える集束イオンビーム装置を用いて試料を加工する試料加工方法であって、
前記第１の加速電圧でイオンビームを前記試料に照射して当該試料を加工する工程と、
前記第１の加速電圧によって引き出されたイオンビームが侵入した前記試料のダメージ層を前記第２の加速電圧によって引き出されたイオンビームで照射することにより除去する工程と、
を有することを特徴とする試料加工方法。
【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（ＦＩＢ）装置、集束イオン/電子ビーム加工観察装置、及び試料加工方法に関し、例えば、イオン源からのイオンビームをレンズによって集束させ、集束イオンビームを試料にダメージなく照射するための技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
現在、集束イオンビーム装置は透過電子顕微鏡試料作製、断面観察、半導体デバイスの修正、マイクロマシニング等、様々な用途で用いられている。この装置はイオン源から引き出したイオンビームをレンズで集束して試料に照射するものであり、微小領域での試料の加工、観察を行うことができる。しかし、透過電子顕微鏡観察のための薄片試料の作製において、集束イオンビーム照射によってダメージ層が形成されるという課題がある。
【０００３】
この課題を解決する方法としては、試料に電圧を印加するリターディング法が知られている。これによれば、試料に到達する直前で集束イオンビームのエネルギーを小さくすることができる。また、集束イオンビーム装置にアルゴンイオンビーム照射装置を備えてダメージ層の除去加工を行う方法（特許文献１）や、中間加速管を備えた集束イオンビームカラムを用いる方法が知られている（特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７-６６７１０号公報
【特許文献２】特開２００７-１０３１０８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本願発明者が、集束イオンビームを試料にダメージなく照射することを鋭意検討した結果、次の知見を得るに至った。
【０００６】
リターディング法を用いる場合、試料に正の電圧を印加することにより試料から発生する二次電子は電界によって試料側に戻されてしまう。そのため、二次電子を検出して像を形成し、イオンビームによる加工領域を指定することが極めて困難となる。また、集束イオンビームカラムと試料の間に対称な電界を形成する必要があるため、試料を傾斜させること（加工の途中でカラムを傾斜させる必要があるが、試料を傾けると軸対称でなくなるため、カラムの試料間の電界が軸対称でなくなり、ビームが曲がってしまう）や試料観察用の電子ビームカラムを備えることも困難である。
【０００７】
また、アルゴンイオンビーム照射装置や中間加速間を備える方法を用いる場合、装置構成が複雑になってしまう。
【０００８】
一方、試料のダメージを少なくするために低加速電圧を用いる方法があるが、集束イオンビーム（ＦＩＢ）装置は高加速電圧用に最適化されているため、加速電圧を一定値以下に下げるとビームを適切に絞れないという課題がある。ビームを適切に絞れないと収差が大きくなるため、試料自体を適切に加工することができなくなってしまう。
【０００９】
本発明の目的は、複雑な装置構成を用いることなく、低加速電圧であってもビーム径の小さい集束イオンビームを実現し、試料ダメージを少なくすることに関する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、例えば、イオン源からのイオンビームをレンズによって集束させ、集束イオンビームを試料に照射する集束イオンビーム装置において、イオン源からイオンビームを引き出すための引出電極とイオンビームを加速するための加速電極との間に、４極子レンズを配置することに関する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、複雑な装置構成を用いることなく低加速電圧時のイオン光学系がクロスオーバーを持つことを回避することができる。よって、低加速電圧のイオンビームの集束性能が向上し、ＦＩＢ加工で生じたダメージ層の除去加工を高精度で行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の実施形態によるイオン源部及び集束レンズ部（単に「レンズ部」ともいう）の構成を示す図である。
【図２】従来のイオン源部及び集束レンズ部の構成を示す図である。
【図３】クロスビームのビーム軌道を示す図である。
【図４】平行ビームのビーム軌道を示す図である。
【図５】クロスビーム、平行ビームそれぞれのビーム特性を示す図である。
【図６】集束イオンビーム装置の最適なビーム軌道を示す図である。
【図７】本発明の実施形態による４極子レンズの電極構成を示す図である。
【図８】本発明の実施形態による４極子レンズ配置構成を示す図である。
【図９】本発明の実施形態による集束イオンビーム装置のイオン光学系の構成を示す図である。
【図１０】本発明の実施形態による集束イオンビーム装置において、集束レンズと４極子レンズを組み合わせた構成（高加速電圧時）を示す図である。
【図１１】本発明の実施形態による集束イオンビーム装置において、集束レンズと４極子レンズを組み合わせた構成（低加速電圧時）を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
一般的にＦＩＢ装置は、イオン光学系の途中に集束点（クロスオーバー）を持たない方が最終的に試料に照射されるイオンビームを細く絞ることができる。従来のＦＩＢ装置は３０〜４０ｋＶの加速電圧（高加速電圧）で性能が得られるように、電極間寸法等の設計が最適化されている。よって、加速電圧５ｋＶ（好ましくは１〜２ｋＶ）以下の低加速電圧ではイオンビームが引出電極のレンズ作用によってカラムの途中でクロスオーバーを形成し、イオンビームを細く絞ることが困難である。そこで、本発明の実施形態にかかるＦＩＢ装置は、イオンを引出すための引出電極とイオンビームを加速するための加速電極の間に４極子レンズを備えていることを特徴としている。
【００１４】
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。添付図面では、機能的に同じ要素は同じ番号で表示される場合もある。なお、添付図面は本発明の原理に則った具体的な実施形態と実装例を示しているが、これらは本発明の理解のためのものであり、決して本発明を限定的に解釈するために用いられるものではない。
【００１５】
実施例には、イオン源からのイオンビームをレンズによって集束させ、集束イオンビームを試料に照射する集束イオンビーム装置において、イオン源からイオンビームを引き出すための引出電極と、イオンビームを加速するための加速電極と、引出電極と加速電極との間に配置される４極子レンズと、を有することを開示する。
【００１６】
また、実施例には、２段以上の４極子レンズが引出電極と加速電極との間に配置されていることを開示する。
【００１７】
また、実施例には、イオン源には、加速電圧として５ｋＶ以下の低加速電圧が印加されることを開示する。
【００１８】
また、実施例には、４極子レンズは、中間像点をイオン源よりも上流側に生成することにより、イオンビーム軌道として対物レンズまでの間にクロスオーバーの発生を回避することを開示する。
【００１９】
また、実施例には、イオン源からのイオンビームをレンズによって集束させ、集束イオンビームを試料に照射する集束イオンビーム装置において、イオン源からイオンビームを引き出すための引出電極と、イオンビームを加速するための加速電極と、引出電極と加速電極との間に配置される４極子レンズと、引出電極と加速電極との間に配置されるアインツェルレンズと、を有し、イオン源に第１の加速電圧を印加する場合にはアインツェルレンズのみを動作させ、イオン源に第１の加速電圧よりも低い第２の加速電圧を印加する場合には４極子レンズのみを動作させるようにレンズを切り替えることを開示する。また、第１の加速電圧は５ｋＶより高い電圧であり、第２の加速電圧は５ｋＶ以下の電圧であることを開示する。
【００２０】
また、実施例には、イオン源からイオンビームを引き出すための引出電極と、イオンビームを加速するための加速電極と、引出電極と加速電極との間に配置される４極子レンズと、を有する集束イオンビーム装置を用いて試料を加工する試料加工方法において、イオン源に５ｋＶ以下の低加速電圧を印加する工程と、イオン源から引き出されたイオンビームを４極子レンズによって集束させる工程と、集束イオンビームを試料に照射する工程と、を有することを開示する。
【００２１】
また、実施例には、イオン源からイオンビームを引き出すための引出電極と、イオンビームを加速するための加速電極と、引出電極と加速電極との間に配置される４極子レンズと、引出電極と加速電極との間に配置されるアインツェルレンズと、を有し、イオン源に第１の加速電圧を印加する場合にはアインツェルレンズのみを動作させ、イオン源に第１の加速電圧よりも低い第２の加速電圧を印加する場合には４極子レンズのみを動作させるようにレンズを切り替える集束イオンビーム装置を用いて試料を加工する試料加工方法において、第１の加速電圧でイオンビームを試料に照射して当該試料を加工する工程と、第１の加速電圧によって引き出されたイオンビームが侵入した試料のダメージ層を第２の加速電圧によって引き出されたイオンビームで照射することにより除去する工程と、を有することを開示する。
【００２２】
実施例では、当業者が本発明を実施するのに十分詳細にその説明がなされているが、他の実装・形態も可能で、本発明の技術的思想の範囲と精神を逸脱することなく構成・構造の変更や多様な要素の置き換えが可能であることを理解する必要がある。従って、以降の記述をこれに限定して解釈してはならない。
【実施例】
【００２３】
＜集束イオンビーム装置のレンズ部分の構成＞
（１）図１は、本発明の実施形態による集束イオンビーム装置のイオン源及びイオン源直下のレンズ部分の構成を示す図である。
【００２４】
当該レンズ部は、イオン源のエミッタ１０１と、引出電極１０２と、少なくとも２段の４極子レンズ１０３と、加速電極１０４と、各構成部へ所定電圧を印加ためのコンピュータ１１０（制御部）と、によって構成されている。
【００２５】
エミッタ１０１には正の電位である加速電圧（低加速電圧）１０５(Ｖａｃｃ)が印加され、引出電極１０２には加速電圧よりも低い電位となるように引出電圧１０６(Ｖｅｘｔ)が印加されることによってイオンビームが引き出される。引き出されたイオンビームは、２段の４極子レンズ１０３によるレンズ作用を受け、接地されている加速電極１０４によってエミッタに印加された加速電圧Ｖａｃｃまで加速される。
【００２６】
１段目の４極子レンズには上段４極子レンズ電圧１０７、２段目の４極子レンズには下段４極子レンズ電圧１０８が印加されている。また、引出電極によるレンズ作用を緩和するため、上段４極子レンズ電圧１０７及び下段４極子レンズ電圧１０８は引出電極１０２の電位を基準として与えるのが望ましい。
【００２７】
なお、通常のＦＩＢ装置においては高加速電圧（例えば、３０〜４０ｋＶ）をエミッタ１０１に印加しているが、本実施例にかかるＦＩＢ装置においてはエミッタ１０１に低加速電圧（例えば、５ｋＶ以下、好ましくは２ｋＶ以下）を印加し、イオンビームのクロスオーバーの発生を防止し、試料へのダメージを最小限に抑えるようにしている。
【００２８】
（２）一方、図２は、従来の集束イオンビーム装置のイオン源及びイオン源直下のレンズ部分の構成を示す図である。
【００２９】
エミッタ１０１側を上流とすると、引出電極１０２の下流には３枚の電極で構成されるアインツェル型の集束レンズ２０１が設置されており、中央の電極にコンデンサレンズ電圧２０２（Ｖｃｏｎ）が印加されている。
【００３０】
一般的に、集束イオンビーム装置では、イオンビームを引出すために７〜８ｋＶ程度の引出電圧１０６を印加する必要がある。例えば、加速電圧１０５を１ｋＶとした場合、引出電極１０２に印加されている電圧は接地電位を基準として-７ｋＶ程度となる。
【００３１】
従って、引き出されたイオンビームは、引出電極１０２とアインツェルレンズ２０１の接地電極との間に生じる電界によってレンズ作用を受ける。１ｋＶ程度の低加速電圧条件の場合、引出電極とアインツェルレンズの接地電極との間のレンズ作用による集束作用によって、イオンビームの軌道上にクロスオーバーが発生してしまう。
【００３２】
＜従来のＦＩＢ装置におけるビーム軌道＞
図３は、従来のＦＩＢ装置において加速電圧１０５を低加速電圧としたときのビーム軌道を示す図である。この場合、ビーム軌道にクロスオーバー３０４が発生している。また、図４は、従来のＦＩＢ装置において加速電圧１０５を高加速電圧としたときのビーム軌道を示す図である。この場合、ビーム軌道にはクロスオーバーが発生していない。
【００３３】
通常、ＦＩＢ（集束イオンビーム）装置では、図４のようにクロスオーバーを持たない平行ビームを作り、集束レンズ３０１と対物レンズ３０２の間に複数の開口径を有した絞り３０３を設置して電流量を調節する。
【００３４】
しかし、クロスオーバーを持つ場合はクロスオーバーを持たない場合と比較してイオンビームの収差が大きくなってしまう。また、クロスオーバーの位置が絞り３０３の位置と近い場合、絞りに照射されるイオンビームの強度が大きくなり、絞り３０３の摩耗を早めてしまうという不都合がある。
【００３５】
本実施例では、加速電圧１０５を低加速電圧にした場合であっても、図４のようにクロスオーバーを発生させないＦＩＢ装置のレンズ構成を実現するものである。
【００３６】
＜イオンビーム特性の比較＞
図５は、クロスオーバーを持つ光学系とクロスオーバーを持たない光学系のイオンビーム特性を示す図である。
【００３７】
クロスオーバーを持つ光学系は、クロスオーバーを持たない光学系に対して同じビーム電流におけるビーム径の値が大きくなっており、イオンビームの集束性が低下していることが分かる。つまり、図５に示されるように、クロスオーバーを持つ光学系では、絞りのサイズを大きくすることにより総イオンビーム電流量を増加させたとしても、クロスオーバーが原因でビーム径が大きくなるばかりで総イオンビーム電流量が増加しておらず、ビームの劣化が激しいことが分かる。従って、この場合、加工速度が速くなることもない。
【００３８】
このように、図５からも、クロスオーバーを生じさせない光学系を構築することが重要であることが分かる。
【００３９】
＜最適なビーム軌道＞
図６は、集束イオンビーム装置の最適なビーム軌道の一例を示す図である。図６に示すように、イオンビーム軌道はクロスオーバーを持たず、中間像点５０１がエミッタ１０１よりも上流側となる。なお、図６においても、図１と同様に、４極子レンズ５０２は、エミッタの下流側に配置されている。また、図６に示されるレンズ部の構成には、図示されてはないが、図１と同じ他の構成要素も含まれている。
【００４０】
このとき、集束イオンビーム装置のビーム径ｄｐとビーム電流Ｉｐは以下の式で定義される。
【００４１】
[式１]
2015032380.tif 000003
【００４２】
[式２]
2015032380.tif 000004
【００４３】
ここで、式１及び２において、Ｍはイオン光学系の倍率、Ｍａは角倍率、Ｃｓは球面収差係数、Ｃｃは色収差係数、ｄｓはイオン源の光源サイズ、αoは物面での開き角、ΔＶはイオンのエネルギー幅、ｄＩ/ｄΩはイオン源の単位立体角あたりの放射角電流密度を表している。
【００４４】
式２より、イオンビーム電流を増やしたい場合は開き角αoを大きくしなければならないことが分かる。クロスオーバーを持つ光学系は、クロスオーバーを持たない光学系に比較して倍率Ｍは小さくなるが角倍率Ｍａが大きくなり、収差係数Ｃｓ、Ｃｃも大きくなる。よって、クロスオーバーを持つ場合は、ビーム電流を大きくした場合のビーム径の増大量がクロスオーバーを持たない場合に比較して大きくなってしまう。
【００４５】
従来のＦＩＢ装置において、高加速電圧の場合は引出電極と集束レンズ（アインツェルレンズ）の接地電極との間のレンズ効果は小さく、円筒型の集束レンズを用いて、所望の平行ビームを得ることができる。
【００４６】
しかし、１ｋＶ程度の低加速電圧の場合はレンズ作用を受けやすく、引出電極と集束レンズの接地電極との間のレンズ効果のみでクロスオーバーを形成してしまう。
【００４７】
よって、従来のような装置構成では低加速電圧時にクロスオーバーを持つことを回避することは出来ない。
【００４８】
＜４極子レンズの構成＞
図７は、本発明の実施形態による４極子レンズの構成例を示す図である。４極子レンズは４つの電極６０１（各電極の湾曲部の形状は放物線形状に構成することが理想である）から構成されており、図に示すようにＸ方向及びＹ方向に沿って２つの電極が向かい合った配置となっている。また、各電極６０１の頂点を結んで構成される形状は正方形であることが望ましい。さらに、６０２はＹ方向に沿って向かい合った電極に印加する正の電圧であり、６０３はＸ方向に沿って向かい合った電極に印加する負の電圧である。このような場合、イオンビームはＸ方向に発散作用、Ｙ方向に集束作用を受ける。よって、２段目の４極子レンズを配置し、与える電位の極性を反転させて適切な電位を与えることにより、Ｘ方向及びＹ方向へのレンズ作用が得られる。
【００４９】
このような４極子レンズを少なくとも２段重ねることにより低加速電圧の場合であってもクロスオーバーを発生させないレンズ構成を実現することができるようになる。なお、図１においては２段の４極子レンズの構成が示されているが、３段重ねた構成を採っても良い。３段にすることにより、試料の像倍率を縦横同じに設定することができるようになる。
【００５０】
＜レンズ部におけるイオンビーム軌道の詳細＞
図８は、本発明の実施形態によるレンズ部におけるイオンビームの軌道の詳細を示す図である。
【００５１】
レンズ部は、図１と同様に、引出電極１０２と、少なくとも２段構成の４極子レンズ１０３と、加速電極１０４と、を有している。このような配置の中、イオンビーム軌道の一例は、図８に示されるようなものとなる。
【００５２】
一般的に、集束イオンビーム装置では、引出電極と同電位のビーム電流制限絞り７０１が設置されている。例えば上段の４極子レンズではＸ方向への発散作用、Ｙ方向への集束作用を受け、下段ではＸ方向への集束作用、Ｙ方向への発散作用を受ける。
【００５３】
ここで、図８に示すように、エミッタ１０１と上段４極子レンズの距離ｐ１、上段４極子レンズの長さＬ１、下段４極子レンズの長さＬ２、４極子レンズ１０３のギャップＳ、下段４極子レンズから加速電極１０４までの距離ｐ２が主要なパラメータとなる。これらのパラメータに対し、４極子レンズに与える電圧Ｖｑ１、Ｖｑ２を適当とすることでＸ方向軌道７０２とＹ方向軌道７０３の焦点を一致させることができる。例えばＶａｃｃ＝１.５ｋＶ、Ｖｅｘｔ＝７ｋＶ、ｐ１＝４０ｍｍ、Ｌ１＝２０ｍｍ、Ｌ２＝２０ｍｍ、Ｓ＝１０ｍｍ、ｐ2＝２００ｍｍである場合、Ｖｑ１＝３．０ｋＶ、Ｖｑ２＝１．３ｋＶとする。この場合、Ｘ方向軌道７０２とＹ方向軌道７０３の焦点がエミッタ先端から上流側へ約８００ｍｍとなり、クロスオーバーを回避して軌道を最適化することができる。ただし、２段の４極子レンズではＸ方向とＹ方向の倍率を一致させることはできない。よって実用上は３段以上の４極子レンズ等を用いてＸ方向とＹ方向の倍率を一致させることが望ましい。
【００５４】
このように４極子レンズを用いることにより、従来の集束イオンビーム装置で発生していた引出電極と下流の接地電極との間のレンズ作用を無くすことができる。よって、クロスオーバーを持ってしまうような低加速電圧の場合であっても、集束レンズとして４極子レンズを用いることにより、クロスオーバーの発生を回避することが可能となる。すなわち、加速電圧によらずビーム性能を最適化することが可能な集束イオンビーム装置を簡単な構成で作ることができる。
【００５５】
＜集束イオンビーム装置の全体構成＞
図９は、本発明の実施形態による集束イオンビーム装置の全体概略構成を示す図であり、基本構成のイオン光学系に本発明の実施形態による４極子レンズ１０３を適用した例を示す図である。
【００５６】
図９において、８０１はイオンビームの電流値を調整するための絞りであり、８０２はイオンビームの軸調整や非点収差補正を行うアライメント/スティグマ電極である。８０３はビームをブランキングするためのブランキング電極であり、８０４はブランキングしたイオンビームを導入するためのブランキングアパーチャである。ブランキングアパーチャ８０４に流れる電流を測定することで、イオンビームのビーム電流量を測定することが可能である。８０５はイオンビームを試料上で走査、偏向するための偏向器である。８０６はイオンビームを照射する試料に対向して設置された静電型の対物レンズであり、イオンビームを試料上でナノメートル程度の細さに絞って照射することができる。８０７はイオンビームが照射される試料、８０８は試料８０７を設置するステージである。
【００５７】
本実施形態によれば、引出電極直下に４極子レンズを設けることにより、低加速電圧時にイオンビームがクロスオーバーを持つという事態を回避することができるようになる。よって、数百Ｖ〜数十ｋＶの加速電圧に対してビーム性能を最適化することが可能となり、複雑な装置構成を用いることなく粗加工からダメージ層除去のための仕上げ加工までを精度よく行うことができるようになる。
【００５８】
本実施形態においては、イオン源として液体金属イオン源を用いる場合はＧａ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｂｉなどの金属や、Ａｕ-Ｂｅ-Ｓｉ、Ｇａ-Ｉｎなどの合金を用いることができる。合金をイオン源とする場合はＥｘＢなどの質量分析器をＦＩＢ光学系に搭載することにより、特定の質量/電荷比を持ったイオンを選択することができる。もちろん、液体金属イオン源に限らず、ガス相の電界電離型イオン源等を備えた集束イオンビーム装置にも本発明は適用可能である。
【００５９】
＜高加速電圧と低加速電圧の切り替え＞
図１０および図１１は、イオン源直下に集束レンズ及び４極子レンズを有し、加速電圧を高加速電圧と低加速電圧との間で切り替えてイオンビームを照射する集束イオンビーム装置のレンズ部の構成例を示す図である。図１０は加速電圧を高加速電圧（５ｋＶより高い加速電圧）とする場合を示し、図１１は加速電圧を低加速電圧（５ｋＶ以下の加速電圧）とする場合を示している。
【００６０】
図１０および図１１で示されるように、レンズ部は、イオン源のエミッタ１０１と、引出電極１０２と、集束レンズ２０１と、少なくとも２段の４極子レンズ１０３と、加速電極１０４と、で構成されている。なお、図１と同様に、エミッタや各電極に印加する電圧を制御するためのコンピュータ（図示せず）が接続されている。
【００６１】
集束レンズ２０１は、３枚の円筒電極で構成されており、中央の電極に電圧を印加することによって静電レンズを形成する。高加速電圧時は集束レンズ２０１を使用し、低加速電圧時は２段４極子レンズ１０３を使用することによって、ビーム性能を最適化することが可能となる。高加速電圧を用いて試料を大まかに加工した後、低加速電圧に切り替えてダメージ層を除去するようにする。加速電圧及びレンズの切り替え制御は、図示しないコンピュータからの指示（ユーザによって入力される指示）によって行われる。
【００６２】
図１０は、高加速電圧時のレンズ構成を示す図である。エミッタ１０１には正の電位である加速電圧１０５’(例えば、Ｖ’ａｃｃ＝３０ｋＶ〜４０ｋＶ)が印加され、引出電極１０２には加速電圧よりも低い電位となるように引出電圧１０６(Ｖｅｘｔ)が印加される。これによってイオンビームが引き出される。集束レンズ２０１の両端の電極は接地され、中央の電極には集束レンズ電圧２０２が印加されることによりアインツェルレンズが形成される。ビーム電流を調節する絞りの大きさに対して集束レンズ電圧２０２（Ｖｃｏｎ）を適当な値に設定することで、集束イオンビーム装置の試料上に照射されるイオンビームのビーム電流密度を最適化することが可能である。よって、集束イオンビーム装置としての最適な加工性能を得ることができる。
【００６３】
図１１は、低加速電圧時のレンズ構成を示す図である。集束レンズ２０１の電極は全て引出電圧１０６と同電位となっている。集束レンズ下流の４極子レンズ１０３には、１段目に上段４極子レンズ電圧１０７、２段目に下段４極子レンズ電圧１０８を印加することにより、イオンビームに発散効果を与えることができる。引出電圧１０６の値は一般的に約７〜８ｋＶ程度であるため、例えば加速電圧１０５（Ｖａｃｃ）の値を１ｋＶとした場合、４極子レンズ１０３直下の接地電極１０４によってイオンビームが減速される。４極子レンズ１０３に印加する電圧を適切な値とすることで、イオンビームが減速される際に受ける集束作用でイオンビームがクロスオーバーを持つことを回避することができる。本実施形態では集束レンズ６０１の下流に４極子レンズ１０３を配置している。よって図１０の構成は、従来の集束イオンビーム装置とエミッタ１０１、引出電極１０２、集束レンズ１０３それぞれの間の距離を同等にすることができる。よって高加速電圧時のビーム性能を保ちつつ、低加速電圧時にクロスオーバーを持つことを回避することが可能となる。
【００６４】
＜まとめ＞
本発明の実施形態では、集束イオンビームを形成するレンズ部において、引出電極と加速電極との間に少なくとも２段の４極子レンズを配置するようにしている。このようにすることにより、複雑な装置構成を用いることなく低加速電圧（５ｋＶ以下、好ましくは１〜２ｋＶ）時のイオン光学系がクロスオーバーを持つことを回避することができるようになる。その結果、低加速電圧のイオンビームの集束性能が向上し、ＦＩＢ加工で生じたダメージ層の除去加工を高精度で行うことが可能となる。また、４極子レンズを３段重ねた構成を採用する場合には、試料像の縦横の倍率を同一になるように設定することができる。
【００６５】
また、当該４極子レンズは、中間像点をイオン源よりも上流側に生成する。これにより、イオンビーム軌道として対物レンズまでの間にクロスオーバーの発生を回避することができるようになる。
【００６６】
本発明の変形例として、引出電極と加速電極との間に、４極子レンズ及びアインツェルレンズの両方を配置してそれぞれを切り替えながらイオンビームを試料に照射するようにしても良い。このとき、イオン源に５ｋＶより高い高加速電圧を印加する場合にはアインツェルレンズのみを動作させ、イオン源に５ｋＶ以下の低加速電圧を印加する場合には４極子レンズのみを動作させるようにレンズを切り替えて用いる。このようにすることにより、用途別に高加速電圧と低加速電圧を切り替え、適切な加速電圧で試料を加工することが可能となる。つまり、高加速電圧でイオンビームを試料に照射して試料を大まかに加工し、その後、高加速電圧による加工によって形成された試料のダメージ層を低加速電圧によるイオンビームによって除去することができるようになる。
【符号の説明】
【００６７】
１０１・・・エミッタ
１０２・・・引出電極
１０３・・・２段４極子レンズ
１０４・・・加速電極
１０５・・・加速電圧
１０６・・・引出電圧
１０７・・・上段４極子レンズ電圧
１０８・・・下段４極子レンズ電圧
１０９・・・エミッションの中心軸
１１０・・・コンピュータ
２０１・・・コンデンサレンズ
２０２・・・コンデンサレンズ電圧
３０１・・・集束レンズ
３０２・・・対物レンズ
３０３・・・可変絞り
３０４・・・クロスオーバ
５０１・・・中間像点
５０２・・・４極子レンズ
６０１・・・４極子レンズ電極
６０２・・・４極子レンズ正電圧
６０３・・・４極子レンズ負電圧
７０１・・・電流制限絞り
７０２・・・ｘ方向軌道
７０３・・・ｙ方向軌道
８０１・・・可変絞り
８０２・・・アライメント電極
８０３・・・ブランキング電極
８０４・・・ブランキングアパーチャ
８０５・・・偏向器
８０６・・・対物レンズ
【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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