(57)【要約】【課題】電子部品などの大断面加工においても、加工精度を確保しつつ効率良く観察し、加工することが可能な集束イオンビーム装置、及び、試料の加工方法を提供する。【解決手段】集束イオンビーム装置１は、試料Ｍを載置する試料台２と、イオンビームＩ１、Ｉ２、Ｉ３となるイオンを発生させる複数のイオン源２４、イオン源２４との間に印加された電圧によってイオン源２４からイオンビームＩ１、Ｉ２、Ｉ３を引き出す引出電極２５、及び、引出電極２５と複数のイオン源２４のそれぞれとの間に独立して電圧を印加可能な電源部とを有するイオンビーム放出手段４と、イオンビーム放出手段４から放出された複数のイオンビームＩ１、Ｉ２、Ｉ３を試料Ｍ上で集束させることが可能なイオンビーム光学系５とを備える。【選択図】図１
2008053003.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料を載置する試料台と、
イオンビームとなるイオンを発生させる複数のイオン源、該イオン源との間に印加された電圧によって該イオン源から前記イオンビームを引き出す引出電極、及び、該引出電極と複数の前記イオン源のそれぞれとの間に独立して電圧を印加可能な電源部とを有するイオンビーム放出手段と、
該イオンビーム放出手段から放出された複数の前記イオンビームを前記試料上で集束させることが可能なイオンビーム光学系とを備え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に記載の集束イオンビーム装置において、
前記イオンビーム放出手段は、前記イオン源と、該イオン源のそれぞれに対応して設けられた前記引出電極とを有する複数のイオン供給部によって構成され、
複数の該イオン供給部は、それぞれから放出される前記イオンビームが前記イオンビーム光学系の入射口で略一致して入射するように、前記イオンビームの照射方向が設定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２に記載の集束イオンビーム装置において、
複数の前記イオン供給部は、前記引出電極から放出された前記イオンビームを集束させる集束レンズをそれぞれ有し、
該集束レンズによって集束される複数の前記イオンビームの焦点位置は、前記イオンビーム光学系の前記入射口で略一致するように、それぞれ設定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４】
請求項１に記載の集束イオンビーム装置において、
前記イオンビーム放出手段の前記引出電極は、複数の貫通孔が形成された略板状の部材であり、複数の前記イオン源は、前記引出電極の前記貫通孔と対応して配列していることを特徴とする集束イオンビーム装置。
【請求項５】
請求項４に記載の集束イオンビーム装置において、
前記イオン源は、直線状に配列してい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４に記載の集束イオンビーム装置において、
前記イオンビーム放出手段の前記引出電極は略球面状に形成され、複数の前記イオン源は、前記引出電極の凹面側で該凹面の半径方向に沿って放射状に配列していることを特徴とする集束イオンビーム装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載の集束イオンビーム装置において、
前記イオンビーム放出手段は、複数の前記イオン源として、ガスイオン源を備えることを特徴とする集束イオンビーム装置。
【請求項８】
請求項１から請求項６のいずれかに記載の集束イオンビーム装置において、
前記イオンビーム放出手段は、複数の前記イオン源として、液体金属イオン源と、ガスイオン源とを備えることを特徴とする集束イオンビーム装置。
【請求項９】
請求項１に記載の集束イオンビーム装置を使用した試料の加工方法であって、
複数の前記イオン源のいずれか一つのみから前記イオンビームを放出させて前記試料上に照射することによって、前記試料の表面の観察、及び、該観察に基づく加工位置の決定を行う第一の工程と、
少なくとも二つ以上の前記イオン源から前記イオンビームを放出させて前記試料上に照射することによって、前記試料の加工を行う第二の工程とを備えることを特徴とする試料の加工方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の試料の加工方法において、
前記イオンビーム放出手段の複数の前記イオン源は直線状に配列されていて、
前記第二の工程は、該配列と対応して直線状のパターンで照射される複数の前記イオンビームを、該パターンの方向と交差する方向に走査して行うことを特徴とする試料の加工方法。
【請求項１１】
請求項９に記載の試料の加工方法において、
複数の前記イオン源は、平面状に配列されていて、
前記第二の工程は、複数の前記イオン源のうち、所定の配列となるように選択的に前記イオンビームを放出させることで、該配列と対応したパターンで前記イオンビームを前記試料に照射させることを特徴とする試料の加工方法。
【請求項１２】
請求項９から請求項１１のいずれかに記載の試料の加工方法において、
前記第二の工程後に、該第二の工程の時よりも前記イオンビームを放出させる前記イオン源を少なく設定して前記試料上に照射することによって、前記試料の加工をさらに行う第三の工程を備えることを特徴とする試料の加工方法。
【請求項１３】
請求項９から請求項１２のいずれに記載の試料の加工方法において、
前記イオンビーム放出手段は、前記イオン源としてガスイオン源を備え、
前記イオンビームとして前記ガスイオン源からガスイオンビームを照射することを特徴とする試料の加工方法。
【請求項１４】
請求項１２に記載の試料の加工方法において、
前記イオンビーム放出手段は、前記イオン源としてガスイオン源と、液体金属イオン源とを備え、
前記第二の工程は、前記イオンビームとして前記液体金属イオン源から金属イオンビームを照射するとともに、
前記第一の工程及び前記第三の工程は、前記イオンビームとして前記ガスイオン源からガスイオンビームを照射することを特徴とする試料の加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料にイオンビームを照射して、試料の加工や観察を行う集束イオンビーム装置及び試料の加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、イオンビームを放出可能なイオン源と、イオン源から放出されたイオンビームを集束させるイオンビーム光学系とを有するイオンビーム鏡筒を備えた集束イオンビーム装置がある（例えば、特許文献１参照）。このような集束イオンビーム装置では、対象となる試料に集束イオンビームを照射することで、試料のエッチングを行うことが可能であり、また、特定のガスを導入することで、ガス成分を試料に成膜するデポジションを行うことが可能である。また、集束イオンビームを低加速、小電流に抑えて試料に照射し、これに伴って発生する二次電子等を検出することで試料の観察を行うことも可能である。このため、集束イオンビーム装置は様々な微細な加工、観察に適用され、一辺１０μｍ程度のサイズの加工、観察、例えば、半導体デバイスの配線変更や断面加工、ＴＥＭ試料作製、あるいは、フォトマスクの修正などに有用に利用されてきた。また、近年、電子部品など、一辺が１００μｍ程度のような大断面の加工、観察においても高精度が要求され、集束イオンビーム装置の適用が検討されてきている。
【特許文献１】特許第３１１７８３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、特許文献１のような集束イオンビーム装置による加工では、一辺１０μｍ程度の断面加工でも所要時間としては１時間程度必要なため、一辺が１００μｍのような大断面加工では、数十時間かかってしまい、一試料当たりのスループットが極端に低下してしまう問題があった。
【０００４】
この発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであって、電子部品などの大断面加工においても、加工精度を確保しつつ効率良く観察し、加工することが可能な集束イオンビーム装置、及び、試料の加工方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
本発明の集束イオンビーム装置は、試料を載置する試料台と、イオンビームとなるイオンを発生させる複数のイオン源、該イオン源との間に印加された電圧によって該イオン源から前記イオンビームを引き出す引出電極、及び、該引出電極と複数の前記イオン源のそれぞれとの間に独立して電圧を印加可能な電源部とを有するイオンビーム放出手段と、該イオンビーム放出手段から放出された複数の前記イオンビームを前記試料上で集束させることが可能なイオンビーム光学系とを備えることを特徴としている。
【０００６】
この発明に係る集束イオンビーム装置によれば、引出電極との間に印加した電圧によって、複数のイオン源のそれぞれからイオンビームを放出させることができるので、イオン源の設置数に応じて電流量を増大させて試料にイオンビームを照射することができる。また、複数のイオン源から放出されたイオンビームは、イオンビーム光学系によって試料上に集束させることができる。このため、イオンビームを照射して試料を加工する場合においては、精度を確保しつつ、スループットを向上させることができる。一方、試料観察の際には、引出電極と複数のイオン源のそれぞれとの間には、独立して電圧を印加することができるので、イオンビームを放出させるイオン源を少なくして照射されるイオンビームを小電流とすることで、試料に損傷を与えずに試料観察を好適に行うことができる。
【０００７】
また、本発明は、上記の集束イオンビーム装置を使用した試料の加工方法であって、複数の前記イオン源のいずれか一つのみから前記イオンビームを放出させて前記試料上に照射することによって、前記試料の表面の観察、及び、該観察に基づく加工位置の決定を行う第一の工程と、少なくとも二つ以上の前記イオン源から前記イオンビームを放出させて前記試料上に照射することによって、前記試料の加工を行う第二の工程とを備えることを特徴としている。
【０００８】
この発明に係る試料の加工方法によれば、上記の集束イオンビーム装置を使用することによって、第一の工程として、いずれか一つのイオン源のみからイオンビームを放出させて行うことで、試料の表面の観察、及び、観察に基づく加工位置の決定を、試料に損傷を与えず精度良く行うことができる。また、第二の工程として、少なくとも二つ以上のイオン源からイオンビームを放出させ、イオンビーム光学系によって集束させて試料を加工する。このため、イオンビームを放出させるイオン源の数に応じて、イオンビームの電流量を増大させて効率的にかつ精度良く試料の加工を行うことができる。
【０００９】
また、上記の集束イオンビーム装置において、前記イオンビーム放出手段は、前記イオン源と、該イオン源のそれぞれに対応して設けられた前記引出電極とを有する複数のイオン供給部によって構成され、複数の該イオン供給部は、それぞれから放出される前記イオンビームが前記イオンビーム光学系の入射口で略一致して入射するように、前記イオンビームの照射方向が設定されていることがより好ましいとされている。
【００１０】
この発明に係る集束イオンビーム装置によれば、イオン源からイオンビームを放出可能な複数のイオン供給部が、その照射方向を、イオンビーム光学系の入射口で略一致して入射するように設定されていることで、複数のイオンビームをイオンビーム光学系によって好適に集束させて試料に照射することができる。
【００１１】
さらに、上記の集束イオンビーム装置において、複数の前記イオン供給部は、前記引出電極から放出された前記イオンビームを集束させる集束レンズをそれぞれ有し、該集束レンズによって集束される複数の前記イオンビームの焦点位置は、前記イオンビーム光学系の前記入射口で略一致するように、それぞれ設定されていることがより好ましいとされている。
【００１２】
この発明に係る集束イオンビーム装置によれば、複数のイオン供給部から照射されるイオンビームを、集束レンズで集束させてイオンビーム光学系の入射口に入射させていることで、拡散させずに確実に入射させることができ、効率良く大電流のイオンビームを照射することができる。また、各集束レンズの焦点位置がイオンビーム光学系の入射口で略一致していることで、より好適に集束させることができる。
【００１３】
また、上記の集束イオンビーム装置において、前記イオンビーム放出手段の前記引出電極は、複数の貫通孔が形成された略板状の部材であり、複数の前記イオン源は、前記引出電極の前記貫通孔と対応して配列しているものとしても良い。
【００１４】
この発明に係る集束イオンビーム装置によれば、引出電極に対して貫通孔と対応してイオン源のみを複数配列することで、引出電極など他の部材による空間的制約を受けずにイオン源を密集して配置することができる。このため、複数のイオン源から放出されるイオンビームを密集させた状態でイオン光学系に入射させることができ、イオンビーム光学系によって好適に集束させて試料に照射することができる。
【００１５】
また、上記の集束イオンビーム装置において、前記イオン源は、直線状に配列していることがより好ましいとされている。
また、上記の試料の加工方法において、前記イオンビーム放出手段の複数の前記イオン源は直線状に配列されていて、前記第二の工程は、該配列と対応して直線状のパターンで照射される複数の前記イオンビームを、該パターンの方向と交差する方向に走査して行うことがより好ましいとされている。
【００１６】
この発明に係る集束イオンビーム装置及び試料の加工方法によれば、複数のイオン源から照射されるイオンビームを直線状のパターンで照射することができ、これをパターンの方向と交差する方向に走査することで、試料を帯状に連続して加工することができて効率的である。
【００１７】
また、上記の試料の加工方法において、複数の前記イオン源は、平面状に配列されていて、前記第二の工程は、複数の前記イオン源のうち、所定の配列となるように選択的に前記イオンビームを放出させることで、該配列と対応したパターンで前記イオンビームを前記試料に照射させるものとしても良い。
【００１８】
この発明に係る試料の加工方法によれば、複数のイオン源のうち、所定の配列となるように選択的にイオンビームを放出させることで、試料に照射されるイオンビームのパターンに応じて、所望の加工形状を効率良く作製することができる。
【００１９】
また、上記の集束イオンビーム装置において、前記イオンビーム放出手段の前記引出電極は略球面状に形成され、複数の前記イオン源は、前記引出電極の凹面側で該凹面の半径方向に沿って放射状に配列しているものとしても良い。
【００２０】
この発明に係る集束イオンビーム装置によれば、複数のイオン源が引出電極の凹面の半径方向に沿って放射状に配列していることで、複数のイオンビームは、凹面の曲率中心に配置された単一のイオン源から放出されるようにして、放出される。一方、放出されるイオンビームの電流量はイオン源の設置数と対応する。このため、大電流のイオンビームを好適に集束させて試料に照射することができる。
【００２１】
また、上記の試料の加工方法において、前記第二の工程後に、該第二の工程の時よりも前記イオンビームを放出させる前記イオン源を少なく設定して前記試料上に照射することによって、前記試料の加工をさらに行う第三の工程を備えることがより好ましいとされている。
【００２２】
この発明に係る試料の加工方法によれば、第二の工程後に、イオンビームを放出させるイオン源を少なく設定して第三の工程を行うことで、小電流のイオンビームによって仕上げ加工を行うことができ、加工の精度をより向上させることができる。
【００２３】
また、上記の集束イオンビーム装置において、前記イオンビーム放出手段は、複数の前記イオン源として、ガスイオン源を備えることがより好ましいとされている。
また、上記の試料の加工方法において、前記イオンビーム放出手段は、前記イオン源としてガスイオン源を備え、前記イオンビームとして前記ガスイオン源からガスイオンビームを照射することがより好ましいとされている。
【００２４】
この発明に係る集束イオンビーム装置及び試料の加工方法によれば、イオン源から放出されるイオンビームをガスイオンビームとすることで、照射される試料表面の損傷を抑えることができる一方、複数のイオン源とすることによってガスイオンビームとすることによるスループットの低下を抑え、効率良く加工することができる。
【００２５】
また、上記の集束イオンビーム装置において、前記イオンビーム放出手段は、複数の前記イオン源として、液体金属イオン源と、ガスイオン源とを備えるものとしても良い。
この発明に係る集束イオンビーム装置によれば、イオン源として液体金属イオン源と、ガスイオン源とを備えることで、その加工目的、要求される加工速度に応じて、金属イオンビームとガスイオンビームとを適時選択可能である。
【００２６】
また、上記の試料の加工方法において、前記イオンビーム放出手段は、前記イオン源としてガスイオン源と、液体金属イオン源とを備え、前記第二の工程は、前記イオンビームとして前記液体金属イオン源から金属イオンビームを照射するとともに、前記第一の工程及び前記第三の工程は、前記イオンビームとして前記ガスイオン源からガスイオンビームを照射することがより好ましいとされている。
この発明に係る試料の加工方法によれば、第一の工程においてはガスイオンビームを照射することで、試料を損傷させてしまうこと無く試料の観察、加工位置の決定を行い、第二の工程においては、金属イオンビームを照射することでより効率良く試料を加工することができる。また、第三の工程としてガスイオンビームで仕上げ加工することで、損傷を抑え、精度の良い断面を加工することができる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明の集束イオンビーム装置によれば、複数のイオン源を有し、各々独立してイオンビームを放出可能であることで、電子部品などの大断面加工を、加工精度を確保しつつ効率良く観察、加工することが可能である。
本発明の試料の加工方法によれば、複数のイオン源によって、第一の工程及び第二の工程として放出するイオンビームの電流量を変えて観察、加工を行うことで、加工精度を確保しつつ効率良く加工することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２８】
（第１の実施形態）
図１及び図２は、この発明に係る第１の実施形態を示している。図１に示すように、集束イオンビーム装置（ＦＩＢ）１は、試料ＭにイオンビームＩを照射することによって、試料Ｍの表面の観察、加工を行うものである。例えばウエハを試料Ｍとして配置し、ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）観察用の試料の作製、あるいは、フォトリソグラフィ技術におけるフォトマスクを試料Ｍとして、フォトマスクの修正など一辺１０μｍ程度の微細な観察、加工が可能である。あるいは、電子部品など１００μｍ程度の断面加工、観察も可能なものである。以下、本実施形態における集束イオンビーム装置１の詳細について説明する。
【００２９】
図１に示すように、集束イオンビーム装置１は、試料Ｍを配置可能な試料台２と、試料台２に配置された試料Ｍ対してイオンビームＩを照射可能なイオンビーム鏡筒３とを備える。試料台２は、図示しない真空チャンバーの内部に配置されていて、内部は真空ポンプよって高真空雰囲気まで排気可能である。また、試料台２には図示しない三軸ステージが設けられていて、試料ＭをイオンビームＩの照射方向であるＺ方向と、Ｚ方向と略直交する二軸であるＸ方向及びＹ方向に所定量移動させることが可能である。なお、これら三軸方向への移動とともにＸ、Ｙ、Ｚ軸回りに回転可能な構成としても良い。
【００３０】
イオンビーム鏡筒３は、イオン源２４を有しイオンビームを放出可能なイオンビーム放出手段４と、イオンビーム放出手段４から放出されたイオンビームを試料Ｍ上で集束させるイオンビーム光学系５とを備える。イオンビーム光学系５は、イオンビーム放出手段４側から試料Ｍ側へ順に、コンデンサレンズ６と、可動絞り７と、アライメント電極８と、ブランキング電極９と、非点補正器１０と、走査電極１１と、対物レンズ１２とを備える。
【００３１】
コンデンサレンズ６は、イオンビーム放出手段４から放出されたイオンビームを集束させるものであり、３枚の電極６ａ、６ｂ、６ｃで構成されたアインツェルレンズである。これら３枚の電極６ａ、６ｂ、６ｃには、それぞれ貫通孔が形成されていて、これにより入射口６ｄ及び出射口６ｅを形成している。なお、図１において、コンデンサレンズ６はその一部を破断して示している。そして、外側の電極６ａ、６ｃを接地させるとともに、中間の電極６ｂに電圧を印加して電場を形成することで、入射口６ｄから入射するイオンビームを集束させて出射口６ｅから出射させることが可能である。また、可動絞り７は、異なる径の複数のアパーチャ７ａを有するものであり、いずれかのアパーチャ７ａを選択してイオンビームＩの光軸と一致させるように配置させることで、アパーチャ７ａの径と対応してイオンビームＩを絞り込むことが可能なものである。
【００３２】
また、アライメント電極８は、略円筒状に配列された複数の電極８ａで構成されて、各々の電極８ａに独立して電圧を印加して電場を形成することで、通過するイオンビームＩの光軸のずれを修正するものである。また、ブランキング電極９は、対向する２枚の電極９ａで構成され、電圧を印加し電場を形成することで、通過するイオンビームＩを試料Ｍに照射されないように偏向させることが可能であり、これによりイオンビームＩの試料Ｍへの照射の有無を切替することができる。また、非点補正器１０は、略円筒状に配列された複数の電極１０ａで構成されて、各々の電極１０ａに独立して電圧を印加して電場を形成することで、通過するイオンビームＩの断面形状の歪みの修正、すなわち非点補正を行うことができる。また、走査電極１１は、略円筒状に配列された複数の電極１１ａで構成されて、各々の電極１１ａに独立して電圧を印加して電場を形成することで、試料Ｍ上におけるイオンビームＩの照射位置をＸ軸方向及びＹ軸方向に自在に走査することが可能なものである。
【００３３】
対物レンズ１２は、上記構成によって、集束、偏向、補正等されたイオンビームＩを、最終的に試料Ｍ上に集束させるものであり、コンデンサレンズ６同様、３枚の電極１２ａ、１２ｂ、１２ｃで構成されたアインツェルレンズである。なお、図１において、対物レンズ１２はその一部を破断して示している。すなわち、外側の電極１２ａ、１２ｃを接地させるとともに、中間の電極１２ｂに電圧を印加して電場を形成することで、入射口１２ｄから入射するイオンビームＩを集束させて出射口１２ｅから出射させて、試料Ｍ上に照射することが可能である。
【００３４】
次に、イオンビーム放出手段４について説明する。なお、図１において、イオンビーム放出手段４は、その一部を破断して示している。イオンビーム放出手段４は、それぞれイオンビームＩ１、Ｉ２、Ｉ３を放出可能な複数のイオン供給部２１、２２、２３を備えている。イオン供給部２１、２２、２３は、それぞれ、イオンビームＩ１、Ｉ２、Ｉ３となるイオンを発生するイオン源２４と、イオン源２４との間に電圧を印加してイオン源２４からイオンビームＩ１、Ｉ２、Ｉ３それぞれを引き出す引出電極２５と、引出電極２５によって引き出されたイオンビームＩ１、Ｉ２、Ｉ３のそれぞれを集束させる集束レンズ２６とを備える。イオン源２４としては、ガリウムイオンなどの金属イオン源やアルゴンイオンやキセノンイオンなどのガスイオン源など様々なものを選択可能であるが、本実施形態においてはアルゴンイオン源を使用している。
【００３５】
また、引出電極２５は、貫通孔２５ａを有する略板状の部材である。図２は、イオン供給部２１、２２、２３それぞれについて、イオン源２４と、引出電極２５との配線の概略を示したものである。図２に示すように、イオンビーム放出手段４は、引出電源２７ａと、引出電極２７ａに直列接続された加速電源２７ｂとを有する電源部２７を備えている。イオン供給部２１、２２、２３の各引出電極２５は、互いに並列となるようにして、引出電源２７ａと接続されている。また、イオン供給部２１、２２、２３の各イオン源２４は、互いに並列となるようにして、それぞれスイッチ２７ｃによって加速電源２７ｂに接続された状態と引出電源２７ａに接続された状態とに切替可能に接続されている。すなわち、各イオン供給部２１、２２、２３のイオン源２４と引出電極２５との間には、加速電源２７ｂによって印加する電圧と対応する電位差を各々独立させて切替可能に生じさせることができ、この電位差によってイオン源２４からイオンを発生させ、貫通孔２５ａを介して各イオンビームＩ１、Ｉ２、Ｉ３を放出させることが可能である。
【００３６】
また、各イオン供給部２１、２２、２３の集束レンズ２６は、貫通孔を有する２枚の電極２６ａ、２６ｂで構成されている。そして、例えば、試料Ｍ側に位置する電極２６ｂに、引出電極２５と同電位となるように電圧を印加するとともに、引出電極２５側に位置する電極２６ａに、電極２６ｂ及び引出電極２５と電位差が生じるように異なる電圧を印加することで、コンデンサレンズ６及び対物レンズ１２と同様の作用により各イオンビームＩ１、Ｉ２、Ｉ３のそれぞれを集束させることができる。また、各イオン供給部２１、２２、２３は、各イオンビームＩ１、Ｉ２、Ｉ３がコンデンサレンズ６の入射口６ｄで略一致して入射するように、各イオンビームＩ１、Ｉ２、Ｉ３の照射方向が設定されている。さらに、イオンビームＩ１、Ｉ２、Ｉ３は、それぞれと対応する集束レンズ２６によって集束されるが、その焦点位置は、コンデンサレンズ６の入射口６ｄで略一致するように設定されている。そして、コンデンサレンズ６の入射口６ｄに入射するイオンビームＩ１、Ｉ２、Ｉ３は集束されて、コンデンサレンズ６の出射口６ｅからイオンビームＩとして出射される。
【００３７】
また、集束イオンビーム装置１は、試料台２に載置された試料ＭにおけるイオンビームＩの照射位置にガスを導入可能なガス銃１５と、試料ＭにイオンビームＩを照射することで試料Ｍから発生する二次電子を検出可能な二次電子検出器１６とを備える。ガス銃１５から導入されるガスは、様々なものが選択されるが、その種類により選択性エッチングを行う、あるいは、そのガス成分を試料Ｍ上に成膜するデポジションを行うことなどが可能である。また、二次電子検出器１６は、図示しない制御部と接続されていて、その検出結果に基づいて試料Ｍの表面の観察像を出力することが可能である。
【００３８】
次に、集束イオンビーム装置１の作用について説明する。本実施形態において、例えば半導体装置を試料Ｍとして選択し、集束イオンビーム装置１によって半田ボールの断面観察を行う場合について説明する。このような場合、まず、第一の工程として、試料Ｍの表面の観察、及び、観察に基づく加工位置の決定を行う。より詳しくは、集束イオンビーム装置１のイオンビーム放出手段４において、イオン供給部２１、２２、２３のいずれか一つのみを選択して、電源部２７によってイオン源２４と引出電極２５との間に電圧を印加する。本実施形態の場合、イオン供給部２１のみに電圧を印加したとする。このため、コンデンサレンズ６に入射するイオンビームは、イオン供給部２１からのイオンビームＩ１のみとなり、試料Ｍに照射されるイオンビームＩの電流量は小さいものとなる。そして、イオンビームＩを試料Ｍ上で走査して、二次電子を二次電子検出器１６で検出することで、試料Ｍの観察像を取得し、この観察像によって加工位置の決定を行う。この際、イオンビームＩを小電流とすることによって、イオンビームＩの照射によって試料Ｍに損傷を与えてしまうこと無く好適に観察することができ、また、加工位置を精度良く決定することができる。
【００３９】
次に、第二の工程として、第一の工程に基づいて決定された加工位置に、断面を形成する。まず、全てのイオン供給部２１、２２、２３におけるイオン源２４と引出電極２５との間に電源部２７によって電圧を印加し、全てのイオンビームＩ１、Ｉ２、Ｉ３を放出させる。放出されたイオンビームＩ１、Ｉ２、Ｉ３は、コンデンサレンズ６によって集束されて一つのイオンビームＩとして集束させて照射することができるので、イオン源２４の数に応じて電流量を増大させることができる。このため、本実施形態のように半田ボールの断面観察における断面加工のように、一辺１００μｍ程度の断面加工においても、精度を確保しつつ、効率良く断面加工を行うことができる。なお、第二の工程においては、全てのイオン源２４からイオンビームを放出させるものとしたが、これに限るものでは無く、二つ以上のイオン源２４から放出させるようにすれば良い。少なくとも第一の工程よりも多くのイオン源２４からイオンビームを放出させることで効率化を図ることができる。
【００４０】
そして、断面加工が完了したら、この断面の観察を行う。すなわち、再びイオン供給部２１のみからイオンビームＩ１を放出ものとして、小電流としたイオンビームＩを、形成した断面に照射する。そして、発生する二次電子を二次電子検出器１６で検出することで、試料Ｍの断面を損傷させること無く、断面観察を行うことができる。
【００４１】
以上のように、集束イオンビーム装置１によって試料加工を行うことで、第一の工程として試料Ｍに損傷を与えずに観察し、精度良く加工位置を決定できるとともに、第二の工程として精度を確保しつつ、電子部品などの大断面においても効率良く加工を行うことができる。また、第一の工程及び第二の工程は、イオンビーム放出手段４において電源部２７によって電圧を印加する否かを選択するだけなので、試料の配置の変更などによるスループットの低下を防ぐことができる。また、本実施形態においては、イオン源２４をアルゴンイオン源としてアルゴンイオンビームを使用しているが、このようにイオンビームＩをガスイオンビームとすることで、形成される断面の損傷を抑えて良好な断面を作製することができる。また、イオンビームを金属イオンビーム、特にガリウムイオンビームとしてシリコンウエハなどに照射した場合、試料がガリウムによって汚染されるので、品質管理上製造ラインに戻すことができなくなってしまう。しかしながら、ガスイオンビームとすることで製造ラインに再び戻すことが可能となる。一方、ガスイオンビームの場合、金属イオンビームよりも輝度が低下してしまいスループットが低下してしまうという欠点を有するが、本実施形態のように、同時にイオンビームを放出させるイオン源を増やすことで、加工の効率化と、良好な断面形成とを同時に実現することができる。
【００４２】
また、本実施形態においては、イオン供給部２１、２２、２３から放出されるイオンビームＩ１、Ｉ２、Ｉ３がコンデンサレンズ６の入射口６ｄで略一致して入射するように設定されていることで、コンデンサレンズ６でより好適に集束させることができ、より精度良く断面加工を行うことができる。また、これらのイオンビームＩ１、Ｉ２、Ｉ３は、集束レンズ２６によってそれぞれ集束させて入射口６ｄに入射されるため、拡散させず確実に入射口６ｄに入射させることができ、大電流のイオンビームＩを効率良く照射し、エネルギー効率化、及び、スループットの向上を図ることができる。また、集束レンズ２６によって縮小比を大きくすることができるとともに、各集束レンズ２６による焦点位置が入射口６ｄで略一致していることで、イオンビームＩをより好適に集束させて試料Ｍに照射することができ、さらに精度良く断面加工を行うことが可能となる。
【００４３】
（第２の実施形態）
図３から図８は、この発明に係る第２の実施形態を示している。この実施形態において、前述した実施形態で用いた部材と共通の部材には同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００４４】
図３に示すように、本実施形態の集束イオンビーム装置３０は、イオン放出手段３１として、略板状の引出電極３２と、複数のイオン源３３とを備える。引出電極３２は、複数の貫通孔３２ａが配列して形成されている。また、イオン源３３は、貫通孔３２ａと一対一に対応して配列している。本実施形態においては、引出電極３２の貫通孔３２ａ及びイオン源３３は、４列×４列の計１６組が正方状に、互いに干渉しないように配列している。なお、本実施形態においては、イオン源３３ごとに引出電極等を設けない構成としているので、引出電極等の部材による空間的制約を受けることが無い。このため、イオン源３３を密集して配置することができ、それ故に、複数のイオン源３３は、コンデンサレンズ６の入射口６ｄと略等しい、若しくは、それよりも小さい範囲で配置されている。このため、集束レンズを設けることもなく、全てのイオンビームＩ３３を入射口６ｄに入射させることが可能であり、イオン源３３から放出されるイオンビームＩ３３をイオンビーム光学系５によって好適に集束させて試料Ｍに照射することができる。また、イオン源３３は、ガスイオン源でも金属イオン源でも良いが、例えば、第１の実施形態同様にアルゴンイオン源を使用している。また、図４に示すよう、引出電極３２は、電源部２７の引出電源２７ａと接続されている。また、複数のイオン源３３は、互いに並列するようにして、それぞれスイッチ２７ｃによって加速電源２７に接続された状態と引出電源２７ａに接続された状態とに切替可能に接続されている。
【００４５】
次に、集束イオンビーム装置３０の作用について説明する。本実施形態においても同様に、半導体装置を試料Ｍとして、半田ボールの断面観察を行う場合について説明する。まず、第一の工程として、図５に示すように、スイッチ２７ｃの切替によって一つのイオン源３３ａのみに電圧を印加してイオンビームＩ３３を放出させる。そして、図６に示すように、コンデンサレンズ６の入射口６ｄから入射して集束されることで、イオンビームＩは、小電流として、試料Ｍ上に照射される。このため、イオンビームＩを試料Ｍ上で走査させて、二次電子検出器１６によって二次電子を検出することで、試料Ｍに損傷を与えることなく好適に観察することができ、また、加工位置を精度良く決定することができる。
【００４６】
次に、第二の工程として、図７に示すように、電源部２７によって全てのイオン源３３に電圧を印加することで、全てのイオン源３３からイオンビームＩ３３を放出させる。図３に示すように、全てのイオン源３３から放出されたイオンビームＩ３３は、イオン源３３の配列と対応して略平行にコンデンサレンズ６の入射口６ｄに入射される。このため、図８に示すように、集束されて試料Ｍ上に照射されるイオンビームＩは、コンデンサレンズ６及び対物レンズ１２による縮小比に応じて集束されて、イオンビームＩ３３が重なり合ったように形成される。そして、このようなイオンビームＩを照射すれば、第１の実施形態同様にイオン源３３の設置数に応じて電流量を増大させることができるので、精度を確保しつつ効率的に断面加工を行うことができる。そして、再び電圧を印加するイオン源３３を一つとし、イオンビームＩを小電流に設定して照射して、発生する二次電子を二次電子検出器１６で検出することで、試料Ｍの断面を損傷させること無く断面観察を行うことができる。
【００４７】
ここで、上記においては、第一の工程で試料の観察及び観察に基づく加工位置の決定を行い、第二の工程で決定された加工位置で断面加工を行うものとしたが、さらに第三の工程として仕上げ加工を行うものとしても良い。すなわち、第二の工程完了後、電圧を印加するイオン源３３の数を、第二の工程の際よりも少なくして、小電流のイオンビームＩとして試料Ｍに形成された断面に照射する。このため、第二の工程で形成された断面をさらに高精度で加工することができる。なお、さらに第四の工程を設けて、第二の工程、第三の工程、第四の工程と、段階的にイオンビームを放出させるイオン源を減らすよう西手も良い。また、上記においては、複数のイオン源３３は、すべてアルゴンイオン源としたが、ガスイオン源と液体金属イオン源とが混在するものとしても良い。すなわち、イオン源３３を、アルゴンイオン源と、ガリウムイオン源とで構成するようにすれば、第二の工程においては、ガリウムイオンビームのみで加工を行うことで、加工のスループットをさらに向上させることができる。一方、第一の工程では、アルゴンイオン源のみに電圧を印加してアルゴンイオンビームのみで観察行うことで、試料を損傷させることなく好適に観察することができる。また、第三の工程では、アルゴンイオン源のみに電圧を印加してアルゴンイオンビームのみで加工を行うことで、第二の工程で損傷してしまった部分を良好な断面に仕上げることが可能となる。
【００４８】
また、図９は、本実施形態の第１の変形例の試料の加工方法を示している。図９に示すように、本実施形態の第１の変形例は、第二の工程において、全てのイオン源３３からイオンビーム３３を放出させずに、所定の配列となるように選択的にイオンビームＩ３３を放出させている。図９においては、例えば、Ｌ字状の配列となるようにイオンビームＩ３３を放出させている。この場合、イオンビーム光学系５で集束されたイオンビームＩは、図１０に示すように、この配列と対応してＬ字状の微細なパターンとして試料Ｍ上に照射することができる。このため、このような方法を選択すれば、そのパターンに応じて所望の加工形状を効率良く作製することができる。
【００４９】
また、本実施形態の第２の変形例として、図１１及び図１２に示すようなイオンビーム放出手段３５を備えるものとしても良い。すなわち、イオンビーム放出手段３５において、引出電極３６の貫通孔３６ａと、対応するイオン源３３は、直線状に配列している。そして、図１１に示すように、第一の工程においては、同様に一つのイオン源３３ａのみに電圧を印加してイオンビーム３３を放出させることで、小電流でイオンビームを試料に照射する。また、図１２に示すように、第二の工程においては、同様に全てのイオン源３３に電圧を印加してイオンビームＩ３３を放出させる。このため、図１３に示すように、イオンビーム光学系５によって集束されたイオンビームＩは、イオン源３３の配列に応じて、直線状のパターンで試料Ｍに照射されることとなる。そして、このようなイオンビームＩを直線状に形成されたパターンと交差する方向に、走査電極１１によって走査することで、帯状に連続して試料Ｍを加工することができ効率的である。
【００５０】
また、本実施形態の第３の変形例として、図１４に示すようなイオンビーム放出手段４０を備えるものとしても良い。すなわち、イオンビーム放出手段４０において、引出電極４１は、イオン源３３側に凹面４１ａとなるような略球面状に形成されている。そして、イオン源３３は、凹面４１ａ側で、凹面４１ａの半径方向に沿って放射状に配列されている。このようなイオンビーム放出手段４０によれば、それぞれのイオン源３３から照射されたイオンビームＩ３３は、凹面４１ａの曲率中心４１ｂに配置された単一のイオン源から放出されたようにして放射状に放出されるので、イオンビーム光学系５において好適に集束させて試料Ｍに照射することができる。一方、イオンビームＩの電流量は、イオン源３３の設置数と対応することで、大電流のイオンビームＩとして、試料Ｍを効率的に加工することができる。
【００５１】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】この発明の第１の実施形態の集束イオンビーム装置の構成図である。
【図２】この発明の第１の実施形態の集束イオンビーム装置のイオンビーム放出手段の詳細図である。
【図３】この発明の第２の実施形態の集束イオンビーム装置の構成図である。
【図４】この発明の第２の実施形態の集束イオンビーム装置のイオンビーム放出手段の詳細図である。
【図５】この発明の第２の実施形態の第一の工程において、イオンビーム放出手段の拡大図である。
【図６】この発明の第２の実施形態の第一の工程において、（ａ）試料の拡大した断面図、（ｂ）試料の拡大した平面図である。
【図７】この発明の第２の実施形態の第二の工程において、イオンビーム放出手段の拡大図である。
【図８】この発明の第２の実施形態の第二の工程において、（ａ）試料の拡大した断面図、（ｂ）試料の拡大した平面図である。
【図９】この発明の第２の実施形態の第１の変形例の第二の工程において、イオンビーム放出手段の拡大図である。
【図１０】この発明の第２の実施形態の第１の変形例の第二の工程において、試料の拡大した平面図である。
【図１１】この発明の第２の実施形態の第２の変形例の第一の工程において、イオンビーム放出手段の拡大図である。
【図１２】この発明の第２の実施形態の第２の変形例の第二の工程において、イオンビーム放出手段の拡大図である。
【図１３】この発明の第２の実施形態の第２の変形例の第二の工程において、試料の拡大した斜視図である。
【図１４】この発明の第２の実施形態の第３の変形例のイオンビーム放出手段の拡大図である。
【符号の説明】
【００５３】
１、３０  集束イオンビーム装置
２  試料台
４、３１、３５、４０  イオンビーム放出手段
５  イオンビーム光学系
６ｄ  入射口
２１、２２、２３  イオン供給部
２４、３３  イオン源
２５、３２、３６、４１  引出電極
２５ａ、３２ａ、３６ａ  貫通孔
４１ａ  凹面
２６  集束レンズ
２７  電源部
Ｉ、Ｉ１、Ｉ２、Ｉ３、Ｉ３３  イオンビーム
Ｍ  試料
【図１】
2008053003.tif 000003
【図２】
2008053003.tif 000004
【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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【図１３】
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【図１４】
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