(57)【要約】【課題】短時間で容易に、かつ、精度良く荷電粒子光学系の調整が可能な荷電粒子ビーム装置、及び、荷電粒子光学系の調整方法を提供する。【解決手段】荷電粒子ビーム装置１は、荷電粒子源９と、荷電粒子ビームＩを入力値と対応するビーム特性値に設定して試料に照射させる荷電粒子光学系１２、１６と、荷電粒子ビームＩの照射位置を相対移動させることが可能な走査手段１７と、画像を取得可能な観察手段３２と、制御部３０とを備え、制御部３０は、入力値を異なる値に設定し、試料に位置を異なるものとして荷電粒子ビームＩを複数回照射させて、複数のスポットパターンを形成させるスポットパターン形成手段３３と、スポット特性値が最小値を示すスポットパターンを選択するスポットパターン解析手段３４とを有し、選択されたスポットパターンと対応する入力値にと等しい値に荷電粒子光学系１２、１６の入力値を設定する。【選択図】図１
2008204722.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビームを放出する荷電粒子源と、
入力値に基づいて電磁的に作用して前記荷電粒子ビームを前記入力値と対応するビーム特性値に設定して試料に照射させる荷電粒子光学系と、
前記荷電粒子ビームの照射位置を前記試料に対して相対移動させることが可能な走査手段と、
前記試料の表面の画像を取得可能な観察手段と、
前記荷電粒子光学系の前記入力値を、前記荷電粒子ビームの前記ビーム特性値が所望の値となるように調整可能な制御部とを備え、
該制御部は、前記荷電粒子光学系の前記入力値を異なる値に設定し、前記走査手段によって試料に位置を異なるものとして前記荷電粒子ビームを複数回照射させて、前記試料の表面に複数のスポットパターンを形成させるスポットパターン形成手段と、前記観察手段によって取得した画像から、前記試料に形成された各前記スポットパターンの形状を表わすスポット特性値が最小値を示す前記スポットパターンを選択するスポットパターン解析手段とを有し、該スポットパターン解析手段によって選択された前記スポットパターンを形成する際に照射した前記荷電粒子ビームと対応する前記入力値と等しい値に、前記荷電粒子光学系の前記入力値を設定することを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項２】
請求項１に記載の荷電粒子ビーム装置において、
前記制御部の前記スポットパターン形成手段は、前記入力値を異なる値に設定して試料に前記荷電粒子ビームを照射させる毎に、前記入力値の変化量に所定の係数を乗じた分だけ、前記走査手段によって前記荷電粒子ビームの照射位置を前記試料に対して相対移動させることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の荷電粒子ビーム装置において、
前記制御部の前記スポットパターン解析手段は、予め設定されたスポット基準値に対して最小値を示した前記スポット特性値が大きいかどうか判断し、
前記制御部の前記スポットパターン形成手段は、最小値を示した前記スポット特性値が前記スポット基準値よりも大きい場合には、前回、前記荷電粒子光学系の前記入力値を変化させて前記荷電粒子ビームを照射させた際の前記入力値の変化量よりも、小さい変化量で前記入力値を変化させて前記スポットパターンを再度形成させることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の荷電粒子ビーム装置において、
前記制御部の前記スポットパターン解析手段は、前記スポット特性値が最小値である前記スポットパターンと対応する前記入力値が、他の前記スポットパターンと対応する前記入力値と比較して最小または最大であるか判断し、
前記制御部の前記スポットパターン形成手段は、前記スポット特性値が最小値である前記スポットパターンと対応する前記入力値が最小である場合には、該入力値より小さい値を含む範囲で、前記入力値が最大である場合には該入力値より大きい値を含む範囲で、前記入力値を変化させて前記スポットパターンを再度形成させることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかに記載の荷電粒子ビーム装置において、
前記スポットパターン解析手段は、前記観察手段から取得した前記画像を二値化処理した二値化データとするとともに、該二値化データから前記スポット特性値が最小値を示す前記スポットパターンを選択することを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項６】
請求項１に記載の荷電粒子ビーム装置において、
前記荷電粒子光学系として、電極に電圧を印加することで前記荷電粒子ビームを集束させて前記試料に照射させる静電レンズを有し、
前記制御部は、前記スポットパターン形成手段で、前記静電レンズの前記電極に印加する電圧値を前記入力値として、異なる値に設定して前記スポットパターンを形成させ、前記スポットパターン解析手段で、前記スポットパターンの外径を前記スポット特性値として、最小値を示す前記スポットパターンを選択し、最小値を示す該スポットパターンと対応する前記電圧値に設定することで、前記ビーム特性値として前記静電レンズの焦点距離を調整することを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項７】
請求項１に記載の荷電粒子ビーム装置において、
前記荷電粒子光学系として、対向する一対の正極、及び、該正極の配列方向と略直交して対向する一対の負極とを有する少なくとも一組の多極子で構成され、該多極子の前記正極と前記負極との間に電圧を印加して、前記荷電粒子ビームの断面形状を略円形に補正して試料に照射させるスティグマを有し、
前記制御部は、前記スポットパターン形成手段で、前記スティグマの前記正極と前記負極との間に印加する電圧値を前記入力値として、異なる値に設定して前記スポットパターンを形成させ、前記スポットパターン解析手段で、前記スポットパターンの直交する二方向の外径について短径に対する長径の比を前記スポット特性値として、最小値を示す前記スポットパターンを選択し、最小値を示す該スポットパターンと対応する前記電圧値に設定することで、前記ビーム特性値として前記荷電粒子ビームの直交する二方向のビーム径比を調整することを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項８】
請求項７に記載の荷電粒子ビーム装置において、
前記制御部の前記スポットパターン形成手段は、前記荷電粒子ビームを前記試料に対して過焦点の状態にさせて、前記電圧値を異なるものとして前記試料の表面に複数の前記スポットパターンを形成させ、さらに、前記荷電粒子ビームを前記試料に対して不足焦点の状態にさせて、前記電圧値を、前記過焦点の状態の時のそれぞれの前記電圧値と同じくして、前記試料の表面に複数の前記スポットパターンを形成させ、
前記制御部の前記スポットパターン解析手段は、前記過焦点の状態の時と前記不足焦点の状態の時とで同じ前記電圧値で形成された前記スポットパターン同士をパターンマッチングして、パターンマッチング要素の一致する割合が最大となる前記スポットパターンの組を選択することを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項９】
請求項８に記載の荷電粒子ビーム装置において、
前記制御部の前記スポットパターン形成手段は、前記過焦点の状態の時と、前記不足焦点の状態の時とで、複数の前記スポットパターンの配置と、対応する前記電圧値とを一致させて、前記スポットパターンを形成させることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項１０】
請求項７に記載の荷電粒子ビーム装置において、
前記スティグマは、第一の多極子と第二の多極子との二組の前記多極子で構成され、
前記電圧値は、前記第一の多極子の前記正極と前記負極との間に印加する第一の電圧値と、前記第二の多極子の前記正極と前記負極との間に印加する第二の電圧値との組で構成され、
前記制御部の前記スポットパターン形成手段は、前記第一の電圧値と前記第二の電圧値との組み合わせを異なるものとするとともに、前記第一の電圧値の変化量に所定の係数を乗じた分だけ第一の方向に、また、前記第二の電圧値の変化量に該係数を乗じた分だけ前記第一の方向と交差する第二の方向に、前記走査手段によって前記試料に対して相対移動させて前記荷電粒子ビームを複数回照射させることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のいずれかに記載の荷電粒子ビーム装置において、
少なくとも二つの前記試料を配置可能であるとともに、少なくとも前記荷電粒子ビームを照射する方向に対して略直交する平面内で前記試料を移動可能な試料台を備えることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項１２】
入力値に基づいて電磁的に作用して荷電粒子ビームを前記入力値と対応するビーム特性値に設定する荷電粒子光学系を有し、前記荷電粒子ビームを試料に照射させる荷電粒子ビーム装置について、前記荷電粒子ビームの前記ビーム特性値が所望の値となるように前記荷電粒子ビームの前記入力値の調整を行う荷電粒子光学系の調整方法であって、
前記荷電粒子光学系の前記入力値を異なる値に設定し、予め用意した試料に位置を異なるものとして前記荷電粒子ビームを複数回照射して、前記試料の表面に複数のスポットパターンを形成するスポットパターン形成工程と、
各該スポットパターンの形状を表わすスポット特性値が最小値を示す前記スポットパターンを選択するスポットパターン解析工程と、
該スポットパターン解析工程で選択された前記スポットパターンを形成する際に照射した前記荷電粒子ビームと対応する前記入力値と等しい値に、前記荷電粒子光学系の前記入力値を設定する入力値設定工程とを備えることを特徴とする荷電粒子光学系の調整方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の荷電粒子光学系の調整方法において、
前記スポットパターン形成工程は、前記入力値を異なる値に設定して前記試料に前記荷電粒子ビームを照射する毎に、前記入力値の変化量に所定の係数を乗じた分だけ、前記荷電粒子ビームの照射位置を前記試料に対して相対移動させることを特徴とする荷電粒子光学系の調整方法。
【請求項１４】
請求項１２または請求項１３に記載の荷電粒子光学系の調整方法において、
前記スポットパターン解析工程は、最小値を示した前記スポット特性値と、予め設定されたスポット基準値とを比較して、前記スポット特性値が前記スポット基準値よりも大きい場合には前記スポットパターン形成工程に再度移行し、
前記スポットパターン形成工程は、前回の前記スポットパターン形成工程で前記荷電粒子光学系の前記入力値を変化させた際の変化量よりも小さい変化量で前記入力値を変化させて前記スポットパターンを形成することを特徴とする荷電粒子光学系の調整方法。
【請求項１５】
請求項１２から請求項１４のいずれかに記載の荷電粒子光学系の調整方法において、
前記スポットパターン解析工程は、前記スポット特性値が最小値である前記スポットパターンと対応する前記入力値と、他の前記スポットパターンと対応する前記入力値とを比較し、前記スポット特性値が最小値である前記スポットパターンと対応する前記入力値が最小または最大である場合には前記スポットパターン形成工程に再度移行し、
前記スポットパターン形成工程は、前記スポット特性値が最小値である前記スポットパターンと対応する前記入力値が最小であった場合には該入力値より小さい値を含む範囲で、前記入力値が最大であった場合には該入力値より大きい値を含む範囲で、前記入力値を変化させて前記スポットパターンを再度形成することを特徴とする荷電粒子光学系の調整方法。
【請求項１６】
請求項１２から請求項１５のいずれかに記載の荷電粒子光学系の調整方法において、
前記スポットパターン解析工程は、前記スポットパターンが形成された前記試料の画像を二値化処理したに二値化データを作成し、該二値化データから前記スポット特性値が最小値を示す前記スポットパターンを選択することを特徴とする荷電粒子光学系の調整方法。
【請求項１７】
請求項１２に記載の荷電粒子光学系の調整方法において、
前記荷電粒子ビーム装置は、前記荷電粒子光学系として、電極に電圧を印加することで前記荷電粒子ビームを集束させて前記試料に照射させる静電レンズを有し、
前記スポットパターン形成工程は、前記静電レンズの前記電極に印加する電圧値を前記入力値として、異なる値に設定して前記スポットパターンを形成し、
前記スポットパターン解析工程は、前記スポットパターンの外径を前記スポット特性値として、最小値を示す前記スポットパターンを選択し、
前記入力値設定工程によって前記電圧値を設定することで、前記ビーム特性値として前記静電レンズの焦点距離を調整することを特徴とする荷電粒子光学系の調整方法。
【請求項１８】
請求項１２に記載の荷電粒子光学系の調整方法において、
前記荷電粒子ビーム装置は、前記荷電粒子光学系として、対向する一対の正極、及び、該正極の配列方向と略直交して対向する一対の負極とを有する少なくとも一組の多極子で構成され、該多極子の前記正極と前記負極との間に電圧を印加して、前記荷電粒子ビームの断面形状を略円形に補正して試料に照射させるスティグマを有し、
前記スポットパターン形成工程では、前記スティグマの前記正極と前記負極との間に印加する電圧値を前記入力値として、異なる値に設定して前記スポットパターンを形成し、
前記スポットパターン解析工程では、前記スポットパターンの直交する二方向の外径について短径に対する長径の比を前記スポット特性値として、最小値を示す前記スポットパターンを選択し、
前記入力値設定工程は、前記電圧値を設定することで、前記ビーム特性値として前記荷電粒子ビームの直交する二方向のビーム径比を調整することを特徴とする荷電粒子光学系の調整方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の荷電粒子光学系の調整方法において、
前記スポットパターン形成工程は、前記荷電粒子ビームを前記試料に対して過焦点の状態にして、前記電圧値を異なるものとして前記試料の表面に複数の前記スポットパターンを形成する第一の工程と、前記荷電粒子ビームを前記試料に対して不足焦点の状態にして、前記電圧値を、前記第一の工程におけるそれぞれの前記電圧値と同じくして、前記試料の表面に複数の前記スポットパターンを形成する第二の工程とを有し、
前記スポットパターン解析工程は、前記第一の工程と前記第二の工程とで同じ前記電圧値で形成された前記スポットパターン同士をパターンマッチングして、パターンマッチング要素の一致する割合が最大となる前記スポットパターンの組を選択することを特徴とする荷電粒子光学系の調整方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の荷電粒子光学系の調整方法において、
前記スポットパターン形成工程の前記第一の工程及び前記第二の工程は、複数の前記スポットパターンの配置と、対応する前記電圧値とを一致させて、前記スポットパターンを形成することを特徴とする荷電粒子光学系の調整方法。
【請求項２１】
請求項１８に記載の荷電粒子光学系の調整方法において、
前記荷電粒子ビーム装置の前記スティグマは、第一の多極子と第二の多極子との二組の前記多極子で構成され、
前記電圧値は、前記第一の多極子の前記正極と前記負極との間に印加する第一の電圧値と、前記第二の多極子の前記正極と前記負極との間に印加する第二の電圧値との組で構成され、
前記スポットパターン形成工程は、前記第一の電圧値と前記第二の電圧値との組み合わせを異なるものとするとともに、前記第一の電圧値の変化量に所定の係数を乗じた分だけ第一の方向に、また、前記第二の電圧値の変化量に該係数を乗じた分だけ前記第一の方向と交差する第二の方向に、前記試料に対して相対移動させて前記荷電粒子ビームを複数回照射することを特徴とする荷電粒子光学系の調整方法。
【請求項２２】
請求項１２から請求項２１のいずれかに記載の荷電粒子光学系の調整方法において、
前記試料として、標準試料と対象試料とを配置する調整準備工程と、
前記対象試料を前記荷電粒子ビームの照射位置に対して位置調整する加工・観察準備工程とを備え、
前記調整準備工程後に、前記標準試料について前記スポットパターン形成工程、前記スポットパターン解析工程、及び、前記入力値設定工程を行い、該入力値設定工程後に、前記加工・観察準備工程に移行することを特徴とする荷電粒子光学系の調整方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、試料に荷電粒子ビームを照射して、試料の加工、観察を行う荷電粒子ビーム装置及び荷電粒子ビーム装置における荷電粒子光学系の調整方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、イオンビームや電子ビームなどの荷電粒子ビームを所定位置に照射させて、加工、観察などを行う荷電粒子ビーム装置が様々な分野で用いられている。荷電粒子ビーム装置としては、例えば、荷電粒子ビームとして電子ビームを照射可能な走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）、あるいは、荷電粒子ビームとして集束イオンビームを照射可能な集束イオンビーム装置（ＦＩＢ）などがある。走査型電子顕微鏡では、試料表面上で電子ビームを走査しながら試料表面から発生する二次電子を検出することで試料表面の状態を観察することが可能である。また、集束イオンビーム装置では、走査型電子顕微鏡同様に二次電子を検出して試料表面を観察可能であるとともに、加速電圧を高くすることで試料のエッチングやデポジションを行うことが可能であり、ＴＥＭ（透過電子顕微鏡）の試料作成やフォトマスクの修正などにも使用されている。また、近年、集束イオンビーム装置においては、集束イオンビームの加速電圧を１００Ｖから５０００Ｖ程度とする低加速領域で使用することで、低ダメージ加工を実現する方法が注目されている。また、加速電圧が３０００Ｖ程度の範囲で、集束イオンビームの照射量を１ｎＡ以上とする大電流領域で使用することでワイヤボンディングや半田バンプなどの大面積加工を実現する方法なども注目されてきている。
【０００３】
ところで、これらの荷電粒子ビーム装置においては、正確な観察や加工を実施するために、照射される荷電粒子ビームに電磁的に作用して、焦点距離や非点収差など、荷電粒子ビームの有するビーム特性値を調整する荷電粒子光学系が備えられている。すなわち、例えば、集束イオンビーム装置では、荷電粒子光学系として、印加される電圧によって電場を形成して集束イオンビームを集束させる対物レンズである静電レンズが使用されている。そして、入力値として静電レンズに印加する電圧値を設定することで、焦点距離を調整し、集束イオンビームが試料の表面上で焦点となるようにする。また、このような静電レンズは、回転対称に形成されていて、周方向に一様に集束イオンビームを集束させるものであるが、レンズ電極の工作精度、組立て時の軸ずれに起因して非点収差が発生し、集束イオンビームの断面形状が真円とならない場合がある。このため、荷電粒子光学系として、集束イオンビームの非点収差を補正する非点補正機構（スティグマ）が使用されている。非点補正機構は、例えば、四極子を二組使用し、入力値としてそれぞれの四極子に印加される電圧値を設定することによって、電場を形成して集束イオンビームの非点収差を補正する。これは、走査型電子顕微鏡などでも同様であり、対物レンズとしての磁界レンズや、非点補正機構を備え、それぞれ磁界を形成して電子ビームに作用して焦点距離を調整し、また、非点収差を補正する。    
【０００４】
従来、このような焦点位置のずれや非点収差は、具体的には、上記の荷電粒子光学系を使用して以下の方法によって調整、補正してきた。すなわち、試料に荷電粒子ビームを照射して、二次電子を検出することで試料の像を取得する。そして、取得された像の状況から非点収差の向きを判断し、非点収差の向きに応じて非点補正機に入力する入力値を調整する。さらに、試料の像を取得し、その像の状況から焦点が合っているか否かを判断し、その状況に応じて対物レンズに入力する入力値を調整する。そして、取得された像から、さらに、非点収差が確認できる場合には、再度、非点収差の補正、及び、焦点位置の調整を行う。そして、所得された像が歪みなく鮮明なものとなったところで、調整が完了する（例えば、非特許文献１参照）。
【０００５】
また、荷電粒子ビーム装置として、電子ビーム露光装置では、上記のような手法でフィールド上の各格子点での最適な入力値を決定してリニア補完するに際して、非点収差を補正する入力値が急激に変化することによって誤差が生じてしまうのを防ぐ技術が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【非特許文献１】「走査電子顕微鏡の基礎と応用」、共立出版株式会社、１９９１年１０月２５日、ｐ．８０−８２
【特許文献１】特開平８−８３５８５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、非特許文献１及び特許文献１による方法では、作業者が、取得される像の状況を定性的に判断して、各荷電粒子光学系の入力値として最適な値を決定するものである。このため、各荷電粒子光学系の調整には、作業者の技量と、多大な時間とを必要としてしまう問題があった。また、作業者毎に調整精度にばらつきが生じてしまい、また、同じ作業者が調整したとしても、異なる装置間で調整精度を統一させることは困難であり、装置間で性能のばらつきが生じてしまう問題があった。また、上述のような集束イオンビーム装置において、大電流領域での使用では加工速度が速いので、試料の像を取得し調整する間に試料が損傷してしまう。さらに、大電流領域や低加速領域での使用では、低電流領域、高加速領域での使用に比べてイオンビームを効果的に集束させることができないので、調整するための試料の像として、鮮明な像を得ることができず、正確に調整することができない。
【０００７】
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、短時間で容易に、かつ、精度良く荷電粒子光学系の調整が可能な荷電粒子ビーム装置、及び、荷電粒子光学系の調整方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
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。
本発明の荷電粒子ビーム装置は、荷電粒子ビームを放出する荷電粒子源と、入力値に基づいて電磁的に作用して前記荷電粒子ビームを前記入力値と対応するビーム特性値に設定して試料に照射させる荷電粒子光学系と、前記荷電粒子ビームの照射位置を前記試料に対して相対移動させることが可能な走査手段と、前記試料の表面の画像を取得可能な観察手段と、前記荷電粒子光学系の前記入力値を、前記荷電粒子ビームの前記ビーム特性値が所望の値となるように調整可能な制御部とを備え、該制御部は、前記荷電粒子光学系の前記入力値を異なる値に設定し、前記走査手段によって試料に位置を異なるものとして前記荷電粒子ビームを複数回照射させて、前記試料の表面に複数のスポットパターンを形成させるスポットパターン形成手段と、前記観察手段によって取得した画像から、前記試料に形成された各前記スポットパターンの形状を表わすスポット特性値が最小値を示す前記スポットパターンを選択するスポットパターン解析手段とを有し、該スポットパターン解析手段によって選択された前記スポットパターンを形成する際に照射した前記荷電粒子ビームと対応する前記入力値と等しい値に、前記荷電粒子光学系の前記入力値を設定することを特徴としている。
【０００９】
また、本発明は、入力値に基づいて電磁的に作用して荷電粒子ビームを前記入力値と対応するビーム特性値に設定する荷電粒子光学系を有し、前記荷電粒子ビームを試料に照射させる荷電粒子ビーム装置について、前記荷電粒子ビームの前記ビーム特性値が所望の値となるように前記荷電粒子ビームの前記入力値の調整を行う荷電粒子光学系の調整方法であって、前記荷電粒子光学系の前記入力値を異なる値に設定し、予め用意した試料に位置を異なるものとして前記荷電粒子ビームを複数回照射して、前記試料の表面に複数のスポットパターンを形成するスポットパターン形成工程と、各該スポットパターンの形状を表わすスポット特性値が最小値を示す前記スポットパターンを選択するスポットパターン解析工程と、該スポットパターン解析工程で選択された前記スポットパターンを形成する際に照射した前記荷電粒子ビームと対応する前記入力値と等しい値に、前記荷電粒子光学系の前記入力値を設定する入力値設定工程とを備えることを特徴としている。
【００１０】
この発明に係る荷電粒子ビーム装置及び荷電粒子光学系の調整方法によれば、スポットパターン形成工程として、試料の表面に複数のスポットパターンを形成する。すなわち、制御部のスポットパターン形成手段は、荷電粒子源から荷電粒子ビームを放出させる。そして、この荷電粒子ビームに、荷電粒子光学系によって入力値に基づいて電磁的に作用させることで、あるビーム特性値を有した状態で荷電粒子ビームを試料の表面に照射させる。これにより、試料の表面には、照射された荷電粒子ビームのビーム特性値に応じて、あるスポット特性値を有した形状のスポットパターンが形成される。次に、制御部のスポットパターン形成手段は、荷電粒子光学系の入力値を異なる値に設定し、また、走査手段によって前回の照射位置と異なる位置として再び荷電粒子ビームを照射させる。このようにして、試料の表面において、それぞれ異なる位置に、異なるスポット特性値を有した複数のスポットパターンを形成する。
【００１１】
次に、スポットパターン解析工程として、形成された複数のスポットパターンの解析を行う。すなわち、制御部のスポットパターン解析手段は、観察手段によって取得した画像から各スポットパターンのスポット特性値を測定し、スポット特性値が最小値を示すスポットパターンを選択する。そして、入力値設定工程として、制御部は、選択されたスポットパターンを形成するに際して照射した荷電粒子ビームと対応する入力値を抽出し、これと等しい値に荷電粒子光学系の入力値を設定する。これにより、荷電粒子光学系によって電磁的に作用される荷電粒子ビームは、試料に形成されるスポットパターンのスポット特性値が最小となるように、すなわちビーム特性値を所望の値として試料に照射することができるようになる。
【００１２】
また、上記の荷電粒子ビーム装置において、前記制御部の前記スポットパターン形成手段は、前記入力値を異なる値に設定して試料に前記荷電粒子ビームを照射させる毎に、前記入力値の変化量に所定の係数を乗じた分だけ、前記走査手段によって前記荷電粒子ビームの照射位置を前記試料に対して相対移動させることがより好ましいとされている。
【００１３】
また、上記の荷電粒子光学系の調整方法において、前記スポットパターン形成工程は、前記入力値を異なる値に設定して前記試料に前記荷電粒子ビームを照射する毎に、前記入力値の変化量に所定の係数を乗じた分だけ、前記荷電粒子ビームの照射位置を前記試料に対して相対移動させることがより好ましいとされている。
【００１４】
この発明に係る荷電粒子ビーム装置及び荷電粒子光学系の調整方法によれば、スポットパターン形成工程において、制御部のスポットパターン形成手段は、荷電粒子ビームを照射させる毎に、入力値の変化量に所定の係数を乗じた分だけ、荷電粒子ビームの照射位置を相対的に移動させる。これにより、試料の表面には、入力値の変化量と対応する間隔で、複数のスポットパターンが形成されることとなる。このため、スポットパターンの形状及び配列の状態から、スポット特性値が最小となるスポットパターンをより容易に選択することができ、これに基づいて、荷電粒子ビームのビーム特性値が所望の値となるように荷電粒子光学系の入力値を設定することができる。
【００１５】
また、上記の荷電粒子ビーム装置において、前記制御部の前記スポットパターン解析手段は、予め設定されたスポット基準値に対して最小値を示した前記スポット特性値が大きいかどうか判断し、前記制御部の前記スポットパターン形成手段は、最小値を示した前記スポット特性値が前記スポット基準値よりも大きい場合には、前回、前記荷電粒子光学系の前記入力値を変化させて前記荷電粒子ビームを照射させた際の前記入力値の変化量よりも、小さい変化量で前記入力値を変化させて前記スポットパターンを再度形成させることがより好ましいとされている。
【００１６】
また、上記の荷電粒子光学系の調整方法において、前記スポットパターン解析工程は、最小値を示した前記スポット特性値と、予め設定されたスポット基準値とを比較して、前記スポット特性値が前記スポット基準値よりも大きい場合には前記スポットパターン形成工程に再度移行し、前記スポットパターン形成工程は、前回の前記スポットパターン形成工程で前記荷電粒子光学系の前記入力値を変化させた際の変化量よりも小さい変化量で前記入力値を変化させて前記スポットパターンを形成することがより好ましいとされている。
【００１７】
この発明に係る荷電粒子ビーム装置及び荷電粒子光学系の調整方法によれば、スポットパターン解析工程において、制御部のスポットパターン解析手段は、最小値を示したスポット特性値と、予め設定されたスポット基準値を比較する。そして、スポット特性値が、スポット基準値より大きい場合、すなわち、スポット特性値が最小値を示すものの、スポットパターン形成手段で設定した複数の入力値間の変化量が大きく、スポット特性値がより小さい値を示すこととなる入力値が中間値として存在する場合には、再度スポットパターン形成工程を行わせる。そして、スポットパターン形成工程では、スポットパターン形成手段によって、前回のスポットパターン形成工程よりも変化量を小さくして入力値を変化させることで、形成されたスポットパターンのスポット特性値に基づいて、より精度良くビーム特性値が所望の値となる入力値を検索し、調整することができる。
【００１８】
また、上記の荷電粒子ビーム装置において、前記制御部の前記スポットパターン解析手段は、前記スポット特性値が最小値である前記スポットパターンと対応する前記入力値が、他の前記スポットパターンと対応する前記入力値と比較して最小または最大であるか判断し、前記制御部の前記スポットパターン形成手段は、前記スポット特性値が最小値である前記スポットパターンと対応する前記入力値が最小である場合には、該入力値より小さい値を含む範囲で、前記入力値が最大である場合には該入力値より大きい値を含む範囲で、前記入力値を変化させて前記スポットパターンを再度形成させることがより好ましいとされている。
【００１９】
また、上記の荷電粒子光学系の調整方法において、前記スポットパターン解析工程は、前記スポット特性値が最小値である前記スポットパターンと対応する前記入力値と、他の前記スポットパターンと対応する前記入力値とを比較し、前記スポット特性値が最小値である前記スポットパターンと対応する前記入力値が最小または最大である場合には前記スポットパターン形成工程に再度移行し、前記スポットパターン形成工程は、前記スポット特性値が最小値である前記スポットパターンと対応する前記入力値が最小であった場合には該入力値より小さい値を含む範囲で、前記入力値が最大であった場合には該入力値より大きい値を含む範囲で、前記入力値を変化させて前記スポットパターンを再度形成することがより好ましいとされている。
【００２０】
この発明に係る荷電粒子ビーム装置及び荷電粒子光学系の調整方法によれば、スポットパターン解析工程において、制御部のスポットパターン解析手段は、最小値を示したスポット特性値を有するスポットパターンを形成する際に設定した荷電粒子光学系の入力値と、他のスポットパターンを形成する際に設定した荷電粒子光学系の入力値とを比較する。そして、スポット特性値が最小値であるスポットパターンと対応する入力値が、他のスポットパターンと対応する入力値と比較して最小または最大である、すなわちスポット特性値が最小値を示すものの、スポットパターン形成手段で変化させた入力値の範囲外に、スポット特性値がより小さい値を示すこととなる入力値が存在する場合には、再度スポットパターン形成工程を行わせる。そして、スポットパターン形成工程では、スポットパターン形成手段によって、スポット特性値が最小値であるスポットパターンと対応する入力値が最小であった場合には、より小さい値を含む範囲で、入力値が最大であった場合には、より大きい値を含む範囲で、入力値を変化させることで、形成されたスポットパターンのスポット特性値に基づいて、より精度良くビーム特性値が所望の値となる入力値を検索し、調整することができる。
【００２１】
また、上記の荷電粒子ビーム装置において、前記スポットパターン解析手段は、前記観察手段から取得した前記画像を二値化処理した二値化データとするとともに、該二値化データから前記スポット特性値が最小値を示す前記スポットパターンを選択することがより好ましいとされている。
【００２２】
また、上記の荷電粒子光学系の調整方法において、前記スポットパターン解析工程は、前記スポットパターンが形成された前記試料の画像を二値化処理したに二値化データを作成し、該二値化データから前記スポット特性値が最小値を示す前記スポットパターンを選択することがより好ましいとされている。
【００２３】
この発明に係る荷電粒子ビーム装置及び荷電粒子光学系の調整方法によれば、スポットパターン解析工程において、制御部のスポットパターン解析手段によって画像を二値化処理した二値化データとすることで、画像に表示されたスポットパターンをより明確に識別することができ、スポットパターンのスポット特性値に基づいて、より精度良く入力値の調整が可能となる。
【００２４】
また、上記の荷電粒子ビーム装置において、前記荷電粒子光学系として、電極に電圧を印加することで前記荷電粒子ビームを集束させて前記試料に照射させる静電レンズを有し、前記制御部は、前記スポットパターン形成手段で、前記静電レンズの前記電極に印加する電圧値を前記入力値として、異なる値に設定して前記スポットパターンを形成させ、前記スポットパターン解析手段で、前記スポットパターンの外径を前記スポット特性値として、最小値を示す前記スポットパターンを選択し、最小値を示す該スポットパターンと対応する前記電圧値に設定することで、前記ビーム特性値として前記静電レンズの焦点距離を調整することがより好ましいとされている。
【００２５】
また、上記の荷電粒子光学系の調整方法において、前記荷電粒子ビーム装置は、前記荷電粒子光学系として、電極に電圧を印加することで前記荷電粒子ビームを集束させて前記試料に照射させる静電レンズを有し、前記スポットパターン形成工程は、前記静電レンズの前記電極に印加する電圧値を前記入力値として、異なる値に設定して前記スポットパターンを形成し、前記スポットパターン解析工程は、前記スポットパターンの外径を前記スポット特性値として、最小値を示す前記スポットパターンを選択し、前記入力値設定工程によって前記電圧値を設定することで、前記ビーム特性値として前記静電レンズの焦点距離を調整することがより好ましいとされている。
【００２６】
この発明に係る荷電粒子ビーム装置及び荷電粒子光学系の調整方法によれば、スポットパターン形成工程として、制御部のスポットパターン形成手段は、静電レンズの電極に印加する電圧値を異なる値に変化させ、これにより焦点距離を変化させて荷電粒子ビームを照射し、複数のスポットパターンを形成する。そして、制御部のスポットパターン解析手段は、外径が最小値を示す、すなわち荷電粒子ビームが試料の表面上で最も集束されて照射され形成されたスポットパターンを選択する。このため、入力値設定工程として、制御部が、このスポットパターンと対応する入力値に設定することで、荷電粒子ビームのビーム特性値である焦点距離を静電レンズと試料の表面との離間距離と略等しくなるように調整することができ、最小のビーム径を得ることができる。
【００２７】
また、上記の荷電粒子ビーム装置において、前記荷電粒子光学系として、対向する一対の正極、及び、該正極の配列方向と略直交して対向する一対の負極とを有する少なくとも一組の多極子で構成され、該多極子の前記正極と前記負極との間に電圧を印加して、前記荷電粒子ビームの断面形状を略円形に補正して試料に照射させるスティグマを有し、前記制御部は、前記スポットパターン形成手段で、前記スティグマの前記正極と前記負極との間に印加する電圧値を前記入力値として、異なる値に設定して前記スポットパターンを形成させ、前記スポットパターン解析手段で、前記スポットパターンの直交する二方向の外径について短径に対する長径の比を前記スポット特性値として、最小値を示す前記スポットパターンを選択し、最小値を示す該スポットパターンと対応する前記電圧値に設定することで、前記ビーム特性値として前記荷電粒子ビームの直交する二方向のビーム径比を調整するものとしても良い。
【００２８】
また、上記の荷電粒子光学系の調整方法において、前記荷電粒子ビーム装置は、前記荷電粒子光学系として、対向する一対の正極、及び、該正極の配列方向と略直交して対向する一対の負極とを有する少なくとも一組の多極子で構成され、該多極子の前記正極と前記負極との間に電圧を印加して、前記荷電粒子ビームの断面形状を略円形に補正して試料に照射させるスティグマを有し、前記スポットパターン形成工程では、前記スティグマの前記正極と前記負極との間に印加する電圧値を前記入力値として、異なる値に設定して前記スポットパターンを形成し、前記スポットパターン解析工程では、前記スポットパターンの直交する二方向の外径について短径に対する長径の比を前記スポット特性値として、最小値を示す前記スポットパターンを選択し、前記入力値設定工程は、前記電圧値を設定することで、前記ビーム特性値として前記荷電粒子ビームの直交する二方向のビーム径比を調整するものとしても良い。
【００２９】
この発明に係る荷電粒子ビーム装置及び荷電粒子光学系の調整方法によれば、スポットパターン形成工程として、制御部のスポットパターン形成手段は、スティグマの多極子の正極と負極との間に印加する電圧値を異なる値に変化させ、これにより荷電粒子ビームの断面形状を変化させて荷電粒子ビームを照射し、複数のスポットパターンを形成する。そして、スポットパターン解析工程として、制御部のスポットパターン解析手段は、直交する二方向の外径について短径に対する長径の比が最小値を示す、すなわち荷電粒子ビームが最も真円に近い断面形状で照射され形成されたスポットパターンを選択する。このため、入力値設定工程として、制御部が、このスポットパターンと対応する入力値に設定することで、荷電粒子ビームのビーム特性値である直交する二方向のビーム径比を真円となる１に略等しくなるように調整することができる。
【００３０】
また、上記の荷電粒子ビーム装置において、前記制御部の前記スポットパターン形成手段は、前記荷電粒子ビームを前記試料に対して過焦点の状態にさせて、前記電圧値を異なるものとして前記試料の表面に複数の前記スポットパターンを形成させ、さらに、前記荷電粒子ビームを前記試料に対して不足焦点の状態にさせて、前記電圧値を、前記過焦点の状態の時のそれぞれの前記電圧値と同じくして、前記試料の表面に複数の前記スポットパターンを形成させ、前記制御部の前記スポットパターン解析手段は、前記過焦点の状態の時と前記不足焦点の状態の時とで同じ前記電圧値で形成された前記スポットパターン同士をパターンマッチングして、パターンマッチング要素の一致する割合が最大となる前記スポットパターンの組を選択することがより好ましいとされている。
【００３１】
また、上記の荷電粒子光学系の調整方法において、前記スポットパターン形成工程は、前記荷電粒子ビームを前記試料に対して過焦点の状態にして、前記電圧値を異なるものとして前記試料の表面に複数の前記スポットパターンを形成する第一の工程と、前記荷電粒子ビームを前記試料に対して不足焦点の状態にして、前記電圧値を、前記第一の工程におけるそれぞれの前記電圧値と同じくして、前記試料の表面に複数の前記スポットパターンを形成する第二の工程とを有し、前記スポットパターン解析工程は、前記第一の工程と前記第二の工程とで同じ前記電圧値で形成された前記スポットパターン同士をパターンマッチングして、パターンマッチング要素の一致する割合が最大となる前記スポットパターンの組を選択することがより好ましいとされている。
【００３２】
この発明に係る荷電粒子ビーム装置及び荷電粒子光学系の調整方法によれば、スポットパターン形成工程において、第一の工程として、制御部のスポットパターン形成手段は、荷電粒子ビームを試料に対して過焦点の状態とし、スティグマの多極子に印加する電圧値を異なるものとして複数のスポットパターンを形成する。さらに、第二の工程として、荷電粒子ビームを試料に対して不足焦点の状態とし、第一の工程におけるそれぞれの電圧値と同じくしてスポットパターンを形成する。ここで、電圧値が同じで焦点状態が過焦点と不足焦点と異なると、荷電粒子ビームの向きは９０度異なり、すなわち形成されるスポットパターンの向きも９０度異なる。このため、スポットパターン解析工程として、スポットパターン解析手段が同じ電圧値で形成されたスポットパターン同士をパターンマッチングすれば、荷電粒子ビームの断面形状が楕円形状である場合に両者は適合しない。一方、真円である場合に両者は適合する。すなわち、スポットパターン解析工程において、パターンマッチング要素の一致する割合が最大となるスポットパターンの組を選択することにより、直交する二方向の外径について短径に対する長径の比が最小値を示すスポットパターンをより容易に選択することができる。
【００３３】
さらに、上記の荷電粒子ビーム装置において、前記制御部の前記スポットパターン形成手段は、前記過焦点の状態の時と、前記不足焦点の状態の時とで、複数の前記スポットパターンの配置と、対応する前記電圧値とを一致させて、前記スポットパターンを形成させることがより好ましいとされている。
【００３４】
さらに、上記の荷電粒子光学系の調整方法において、前記スポットパターン形成工程の前記第一の工程及び前記第二の工程は、複数の前記スポットパターンの配置と、対応する前記電圧値とを一致させて、前記スポットパターンを形成することがより好ましいとされている。
【００３５】
この発明に係る荷電粒子ビーム装置及び荷電粒子光学系の調整方法によれば、スポット形成工程において、第一の工程の過焦点の状態の時と、第二の工程の不足焦点の状態の時とで、制御部のスポットパターン形成手段は、複数のスポットパターンの配置と、対応する電圧値とを一致させてスポットパターンを形成する。そして、スポットパターン解析工程では、同じ電圧値で形成されたスポットパターン同士をパターンマッチングする。ここで、第一の工程の過焦点の状態の時と、第二の工程の不足焦点の状態の時とのそれぞれで形成されたスポットパターンの配置及び対応する電圧値とが一致している。このため、過焦点の状態の時と不足焦点の状態とのそれぞれにおいて、観察手段によって複数のスポットパターンが含まれる画像を取得することで、全てのスポットパターンの組について一括してパターンマッチングして、スポット特性値が最小値を示すスポットパターンをより容易に選択することができる。
【００３６】
また、上記の荷電粒子ビーム装置において、前記スティグマは、第一の多極子と第二の多極子との二組の前記多極子で構成され、前記電圧値は、前記第一の多極子の前記正極と前記負極との間に印加する第一の電圧値と、前記第二の多極子の前記正極と前記負極との間に印加する第二の電圧値との組で構成され、前記制御部の前記スポットパターン形成手段は、前記第一の電圧値と前記第二の電圧値との組み合わせを異なるものとするとともに、前記第一の電圧値の変化量に所定の係数を乗じた分だけ第一の方向に、また、前記第二の電圧値の変化量に該係数を乗じた分だけ前記第一の方向と交差する第二の方向に、前記走査手段によって前記試料に対して相対移動させて前記荷電粒子ビームを複数回照射させるものとしても良い。
【００３７】
また、上記の荷電粒子光学系の調整方法において、前記荷電粒子ビーム装置の前記スティグマは、第一の多極子と第二の多極子との二組の前記多極子で構成され、前記電圧値は、前記第一の多極子の前記正極と前記負極との間に印加する第一の電圧値と、前記第二の多極子の前記正極と前記負極との間に印加する第二の電圧値との組で構成され、前記スポットパターン形成工程は、前記第一の電圧値と前記第二の電圧値との組み合わせを異なるものとするとともに、前記第一の電圧値の変化量に所定の係数を乗じた分だけ第一の方向に、また、前記第二の電圧値の変化量に該係数を乗じた分だけ前記第一の方向と交差する第二の方向に、前記試料に対して相対移動させて前記荷電粒子ビームを複数回照射するものとしても良い。
【００３８】
この発明に係る荷電粒子ビーム装置及び荷電粒子光学系の調整方法によれば、スポットパターン形成工程として、制御部のスポットパターン形成手段は、スティグマの第一の極子における第一の電圧値と、第二の多極子における第二の電圧値との組み合わせを異なるものとして荷電粒子ビームを照射して複数のスポットパターンを形成する。ここで、第一の電圧値と第二の電圧値とを変化させてスポットパターンを形成する際に、走査手段によって照射位置を、第一の方向に第一の電圧値の変化量に所定の係数を乗じた分だけ移動し、第二の方向に第二の電圧値の変化量に同じ係数を乗じた分だけ移動させる。このため、スポットパターンの形状及び配列の状態から、直交する二方向の外径について短径に対する長径の比が最小となるスポットパターンをより容易に選択し、これに基づいて直交する二方向のビーム径比を真円となる１に略等しくなるように、第一の多極子の第一の電圧値及び第二の多極子の第二の電圧値を設定することができる。
【００３９】
また、上記の荷電粒子ビーム装置において、少なくとも二つの前記試料を配置可能であるとともに、少なくとも前記荷電粒子ビームを照射する方向に対して略直交する平面内で前記試料を移動可能な試料台を備えることがより好ましいとされている。
【００４０】
また、上記の荷電粒子光学系の調整方法において、前記試料として、標準試料と対象試料とを配置する調整準備工程と、前記対象試料を前記荷電粒子ビームの照射位置に対して位置調整する加工・観察準備工程とを備え、前記調整準備工程後に、前記標準試料について前記スポットパターン形成工程、前記スポットパターン解析工程、及び、前記入力値設定工程を行い、該入力値設定工程後に、前記加工・観察準備工程に移行することがより好ましいとされている。
【００４１】
この発明に係る荷電粒子ビーム装置及び荷電粒子光学系の調整方法によれば、調整準備工程として、試料台に標準試料と対象試料とを配置し、スポットパターン形成工程、スポットパターン解析工程、入力値設定工程を行うことで、標準試料を使用して荷電粒子光学系の調整を行うことができるとともに、調整後は、観察・加工準備工程として、試料の交換などの必要無く、速やかに対象試料を荷電粒子ビームの照射位置に移動させて、対象試料の加工・観察を行うことができる。
【発明の効果】
【００４２】
本発明の荷電粒子ビーム装置によれば、制御部として、スポットパターン形成手段と、スポットパターン解析手段とを有し、複数のスポットパターンを試料に形成するだけで、自動的に、短時間で容易に、かつ、精度良く荷電粒子ビームのビーム特性値が所望の値になるように、荷電粒子光学系の入力値の調整を行うことができる。
また、本発明の荷電粒子光学系の調整方法によれば、スポットパターン形成工程と、スポットパターン解析工程と、入力値決定工程とを備えて、複数のスポットパターンを試料に形成するだけで、短時間で容易に、かつ、精度良く荷電粒子ビームのビーム特性値が所望の値になるように、荷電粒子光学系の入力値の調整を行うことができ、自動化の適用も可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４３】
（第１の実施形態）
図１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、荷電粒子ビーム装置である集束イオンビーム装置（ＦＩＢ）１は、試料に荷電粒子ビームであるイオンビームＩを照射することによって、試料の表面の加工等を行うものである。例えばウエハを試料として配置し、ＴＥＭ（透過型電子顕微鏡）観察用の試料を作製することが可能であり、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として、フォトマスクの修正などが可能である。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。
【００４４】
図１に示すように、集束イオンビーム装置１は、対象試料Ｍと標準試料Ｎと少なくとも二つの試料を配置可能な試料台２と、試料台２に配置された対象試料Ｍ及び標準試料Ｎに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。ここで、対象試料Ｍとは、集束イオンビーム装置１によって加工または観察する対象となる試料のことをいい、標準試料Ｎとは後述する荷電粒子光学系の調整に使用する試料のことをいう。試料台２は、真空チャンバー４の内部４ａに配置されている。真空チャンバー４には、真空ポンプ５が設けられていて、内部４ａを高真空雰囲気まで排気可能である。また、試料台２には五軸ステージ６が設けられていて、対象試料Ｍ及び標準試料Ｎ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方向に移動させることが可能であるとともに、Ｘ方向及びＺ方向に略平行な軸回りに傾斜させることが可能である。
【００４５】
イオンビーム鏡筒３は、先端に真空チャンバー４と連通する照射口７が形成された筒体８と、筒体８の内部８ａにおいて、基端側に収容された荷電粒子源であるイオン源９とを備える。イオン源９を構成するイオンとしては、例えばガリウムイオン（Ｇａ＋）などである。イオン源９は、イオン源制御電源１０と接続されている。そして、イオン源制御電源１０によって加速電圧及び引き出し電圧を印加することで、イオン源９から引き出されたイオンを加速させてイオンビームＩとして放出することが可能である。
【００４６】
また、筒体８の内部８ａにおいて、イオン源９よりも先端側には、イオンビームＩに電磁的に作用する荷電粒子光学系として、イオン源９から放出されたイオンビームＩを集束させるコンデンサレンズ１１及び対物レンズ１２が設けられている。コンデンサレンズ１１及び対物レンズ１２は、それぞれの中心軸がＺ方向と略平行な状態で互いに一致するように調整されている。コンデンサレンズ１１及び対物レンズ１２は、静電レンズであり、貫通孔１１ａ、１２ａが形成された３枚の電極で形成されていて、コンデンサレンズ制御電源１３、対物レンズ制御電源１４とそれぞれ接続されている。コンデンサレンズ制御電源１３よってコンデンサレンズ１１に電圧を印加することで、貫通孔１１ａを通過する拡散状態にあるイオンビームＩを集束させることができる。さらに、対物レンズ制御電源１４によって対物レンズ１２に、入力値として、ある電圧値で電圧を印加することで、貫通孔１２ａを通過するイオンビームＩをさらに集束させて、ビーム特性値である焦点距離を設定して、対象試料Ｍ及び標準試料Ｎに照射させることが可能である。
【００４７】
また、コンデンサレンズ１１と対物レンズ１２との間には、基端側から順に可動絞り１５と、スティグマ１６と、走査手段である走査電極１７とが設けられている。可動絞り１５は、所定の径を有する貫通孔であるアパーチャ１８と、アパーチャ１８をＸ方向及びＹ方向に移動させるアパーチャ駆動部１９とを備える。アパーチャ１８は、コンデンサレンズ１１から照射されるイオンビームＩを自身の径に応じて絞り込むものである。本実施形態においては、アパーチャ１８は一つ設けられているのみであるが、径を異なるものとして複数有し、アパーチャ駆動部１９で移動させて好適な径のものを選択可能な構成としても良い。
【００４８】
また、スティグマ１６は、イオンビームＩに電磁的に作用する荷電粒子光学系として、通過するイオンビームＩの非点補正を行うものであり、スティグマ制御電源２０から電圧を印加することで行われる。より詳しくは、スティグマ１６は、第一の多極子２１と、第二の多極子２２とで構成されている。図２に示すように、スティグマ１６の第一の多極子２１は、対向する一対の正極２１ａ、２１ａと、一対の正極２１ａ、２１ａの配列方向と略直交して対向する一対の負極２１ｂ、２１ｂとを有する四極で構成された多極子である。また、第二の多極子２２も同様に、対向する一対の正極２２ａ、２２ａと、一対の正極２２ａ、２２ａの配列方向と略直交して対向する一対の負極２２ｂ、２２ｂとを有する四極で構成された多極子である。そして、第二の多極子２２の正極２２ａ及び負極２２ｂの配列方向は、第一の多極子２１の対応する正極２１ａ及び負極２１ｂの配列方向に対して略４５度ずれていて、互いの正極２１ａ、２２ａ、及び、負極２１ｂ、２２ｂが交互にＸＹ平面上で略円形状に配列することで、八極子を構成している。
【００４９】
より具体的には、本実施形態では、第一の多極子２１の正極２１ａ及び負極２１ｂがそれぞれＸ方向及びＹ方向に配列しており、また、第二の多極子２２の正極２２ａ及び負極２２ｂがそれぞれＸ方向及びＹ方向と略４５度ずれたＸ´方向及びＹ´方向に配列している。そして、スティグマ１６において、第一の多極子２１の正極２１ａと負極２１ｂとの間に、第一の電圧値で電圧を印加することで電場が形成され、正極２１ａ及び負極２１ｂの間を通過するイオンビームＩの断面形状を、配列するＸ方向及びＹ方向に補正することができる。また、第二の多極子２２の正極２２ａと負極２２ｂとの間に、第二の電圧値で電圧を印加することで電場が形成され、正極２２ａ及び負極２２ｂの間を通過するイオンビームＩの断面形状を、配列するＸ´方向及びＹ´方向に補正することができる。そして、第一の多極子２１に印加する第一の電圧値と、第二の多極子２２に印加する第二の電圧値とによって、荷電粒子光学系に入力する入力値である電圧値を構成している。また、走査電極１７は、走査電極制御電源２３によって電圧を印加することで、通過するイオンビームＩをＸ方向及びＹ方向に所定量だけ偏向させることが可能であり、これにより対象試料Ｍ及び標準試料Ｎ上でイオンビームIを走査させる、あるいは、所定の位置に照射するように照射位置をシフトさせることができる。
【００５０】
また、上記の五軸ステージ６、イオン源制御電源１０、コンデンサレンズ制御電源１３、対物レンズ制御電源１４、アパーチャ駆動部１９、スティグマ制御電源２０、及び走査電極制御電源２３は、制御部３０と接続されている。さらに、集束イオンビーム装置１は、対象試料Ｍ及び標準試料ＮにイオンビームＩを照射した際に対象試料Ｍ及び標準試料Ｎから発生する二次電子を検出可能な二次電子検出器２４を備えていて、制御部３０の画像処理手段３１に検出結果を出力可能である。画像処理手段３１では、検出結果から対象試料Ｍ及び標準試料Ｎの表面の状態を画像として取得することが可能であり、すなわち、二次電子検出器２４及び画像処理手段３１によって観察手段３２を構成している。なお、観察手段３２で取得した画像データは、端末２５でモニタリングすることが可能である。また、制御部３０は、イオン源９から放出されたイオンビームＩの非点収差の補正と、焦点距離の調整を自動的に行って対象試料Ｍに照射するために、スポットパターン形成手段３３と、スポットパターン解析手段３４とを備え、また、各種設定した入力値を記憶する記憶部３５を備えている。そして、制御部３０は、各構成を制御して、所定の加速電圧及び電流でイオンビームＩを放出させ、非点収差の補正及び焦点距離の調整を行って、対象試料Ｍに照射し、対象試料Ｍの加工及び観察を行うことが可能である。なお、制御部３０に接続された端末２５によって各種条件を手動設定して対象試料ＭにイオンビームＩを照射することも可能である。次に、スティグマ１６によって非点収差を補正し、また、対物レンズ１２の焦点距離を調整する手順とともに、制御部３０の各構成の作用の詳細について、図３及び図４のフロー図に基づいて説明する。
【００５１】
まず、調整準備工程Ｓ１として、予め用意した対象試料Ｍ及び標準試料Ｎを試料台２に配置する。標準試料Ｎは、イオンビームＩの照射によって表面にスポットパターンと呼ばれる照射痕が形成可能な材質であれば良いが、対物レンズ１２及びスティグマ１６の調整を行うものであるため、平坦面を有しているものが好ましい。なお、試料表面にスポットパターンが形成されても観察、加工時に差し支えなければ、実際に観察、加工する対象試料Ｍを標準試料Ｎとしても良い。
【００５２】
そして、対物レンズ調整工程Ｓ１０として、対物レンズ１２の焦点距離の調整を行う。すなわち、まず、スポットパターン形成工程Ｓ１１として、標準試料Ｎの表面Ｎ１の複数箇所にイオンビームＩを照射して、複数のスポットパターンを形成する。まず、制御部３０のスポットパターン形成手段３３は、初期値として、対物レンズ１２の電圧値Ａ１を設定し（ステップＳ１１ａ）、走査電極１７によって標準試料ＮへのイオンビームＩの照射位置Ｂ１を設定する（ステップＳ１１ｂ）。ここで、設定された対物レンズ１２の電圧値Ａ１、及び、イオンビームＩの照射位置Ｂ１の座標情報は、記憶部３５に対応付けられて記憶される。なお、スティグマ１６に印加する電圧値についても初期値に設定してある。次に、標準試料Ｎの表面Ｎ１にイオンビームＩを一定時間照射して、図５に示すように、スポットパターンＰ１を形成する（ステップＳ１１ｃ）。なお、図５においては、各スポットパターンは、説明を明確なものとするために略円形状に形成されているが、スティグマ１６の調整が行われていない現段階では楕円形状を呈していても良い。少なくとも、以下の工程において、スティグマ１６の電圧値を一定として対物レンズ１２の調整を行えば良い。そして、制御部３０のスポットパターン形成手段３３は、予め設定した箇所数だけスポットパターンＰ１を形成した場合には、次工程に移行させ、形成していない場合には、再度ステップＳ１１ａに戻る。なお、本実施形態において、制御部３０のスポットパターン形成手段３３には、スポットパターンを計６箇所形成するように設定されているものとする。このため、全てのスポットパターンを形成していないものとしてステップＳ１１ａに戻る。
【００５３】
すなわち、制御部３０のスポットパターン形成手段３３は、対物レンズ１２の電圧値を電圧値Ａ２に再設定する（ステップＳ１１ａ）。ここで、対物レンズ１２の電圧値Ａ２は、前回の電圧値Ａ１に対して予め設定された変化量＋ΔＡ１だけ変化させた値に設定する。次に、イオンビームＩの照射位置を照射位置Ｂ２に再設定する（ステップＳ１１ｂ）。ここで、イオンビームＩの照射位置Ｂ２は、以下のように決定する。すなわち、電圧値の変化量＋ΔＡ１に、予め設定された係数αを乗じた変位量＋ΔＢ１（＝α×（＋ΔＡ１））を求める。そして、前回の照射位置Ｂ１に対してＸ方向にこの変位量＋ΔＢ１だけ変位した位置を、今回の照射位置Ｂ２に設定する。そして、標準試料Ｎの表面Ｎ１にイオンビームＩを一定時間照射して、図５に示すように、スポットパターンＰ２を形成する（ステップＳ１１ｃ）。これを繰り返すことで、照射位置Ｂ１〜Ｂ６において、対物レンズ１２の電圧値Ａ１〜Ａ６でイオンビームＩを照射して、計６箇所のスポットパターンＰ１〜Ｐ６を形成する。なお、本実施形態において、電圧値の変化量は変化量＋ΔＡ１で一定としていて、これにより照射位置の変位量も変位量＋ΔＢ１で一定であるが、電圧値の変化量を変化させるものとしても良い。
【００５４】
ここで、対物レンズ１２の電圧値を増大させていくと、形成される電場の作用が大きくなって対物レンズ１２の焦点距離は短くなり、すなわち、対物レンズ１２の焦点の状態は、標準試料Ｎの表面Ｎ１との位置関係により、過焦点の状態から、不足焦点の状態に移行していく。図６に示すように、過焦点の状態では、イオンビームＩ５１の焦点距離Ｌ５１は、対物レンズ１２の中心Ｏ１２から標準試料Ｎの表面Ｎ１までの離間距離Ｈに対して大きくなる。このため、イオンビームＩ５１の照射範囲は大きくなり、形成されるスポットパターンＰ５１の外径も大きくなる。一方、焦点が合っている状態では、イオンビームＩ５２の焦点距離Ｌ５２は、離間距離Ｈと略等しくなる。このため、イオンビームＩ５２の照射範囲は小さくなり、形成されるスポットパターンＰ５２の外径も小さくなる。また、不足焦点の状態では、イオンビームＩ５２の焦点距離Ｌ５３は、離間距離Ｈよりも小さくなる。このため、イオンビームＩ５３の照射範囲は再び大きくなり、形成されるスポットパターンＰ５３の外径も大きくなる。すなわち、図５に示すように、電圧値Ａ１でイオンビームＩを照射して形成されたスポットパターンＰ１から、電圧値を変化させることで、電圧値に応じて徐々にスポットパターンの外径は小さくなり、ある位置から再び大きくなるように形成されることとなる。
【００５５】
次に、スポットパターン解析工程Ｓ１２として、スポットパターン形成工程Ｓ１１で複数形成されたスポットパターンＰ１〜Ｐ６の解析を行う。まず、観察手段３２によって標準試料Ｎの表面Ｎ１の画像を取得する（ステップＳ１２ａ）。すなわち、制御部３０は、イオン源制御電源１０によって加速電圧を低く設定してイオン源９からイオンビームＩを照射させ、走査電極１７によって標準試料Ｎの表面Ｎ１上全体に走査させる。そして、照射に応じて標準試料Ｎの表面Ｎ１から放出される二次電子を順次観察手段３２の二次電子検出器２４で検出し、その結果を画像処理手段３１で画像化することで、標準試料Ｎの表面Ｎ１の画像を取得することができる。そして、制御部３０のスポットパターン解析手段３４は、取得した画像を二値化処理し、二値化データを作成し（ステップＳ１２ｂ）、これにより図５に示すような画像となる。
【００５６】
そして、制御部３０のスポットパターン解析手段３４は、スポットパターンの形状を表わすスポット特性値として、取得された画像から、各スポットパターンＰ１〜Ｐ６の外径Ｖ１〜Ｖ６を計測する（ステップＳ１２ｃ）。なお、本実施形態において、外径の計測は、Ｘ方向に統一して行われる。この際、画像が二値化されていることから、スポットパターンＰ１〜Ｐ６の外縁を明確に識別することができ、より正確に計測を行うことができる。そして、制御部３０のスポットパターン解析手段３４は、計測された外径Ｖ１〜Ｖ６の内、最小値を示すスポットパターンを選択する（ステップＳ１２ｄ）。本実施形態の場合、スポットパターンＰ４の外径Ｖ４が最小値を示し、制御部３０のスポットパターン解析手段３４は、スポットパターンＰ４を選択したとする。なお、スポットパターン形成工程Ｓ１１では、ステップＳ１１ｂにおいて照射位置同士の間隔を表す変位量＋ΔＢ１を係数αによって電圧値と対応するものとし、これによりスポットパターンを形成させている。このため、スポットパターンＰ１〜Ｐ６の形状及び配列の状態から、詳細な計測によらずとも、外径が最小となるスポットパターンを容易に選択することができる。
【００５７】
次に、制御部３０のスポットパターン解析手段３４は、記憶部３５から各スポットパターンＰ１〜Ｐ６を形成した際に設定した対物レンズ１２の電圧値Ａ１〜Ａ６を読み出す。そして、選択されたスポットパターンＰ４と対応する電圧値Ａ４が、他のスポットパターンＰ１〜Ｐ３、Ｐ５、Ｐ６と対応する電圧値Ａ１〜Ａ３、Ａ５、Ａ６と比較して、最小または最大かどうかを判断する（ステップＳ１２ｅ）。本実施形態では、選択したスポットパターンＰ４と対応する電圧値Ａ４は、電圧値Ａ１〜Ａ３よりも大きく、電圧値Ａ５、Ａ６よりも小さいので、次工程に移行する。次に、選択されたスポットパターンＰ４の外径Ｖ４が、予め設定されたスポット基準値である外径基準値Ｖ０以下かどうか判断する（ステップＳ１２ｆ）。ここでは、選択されたスポットパターンＰ４の外径Ｖ４は、外径基準値Ｖ０よりも小さいものとし、次工程、すなわち、入力値設定工程Ｓ１３に移行する。
【００５８】
入力値設定工程Ｓ１３では、制御部３０は、再度、スポットパターン解析工程Ｓ１２で選択されたスポットパターンＰ４と対応する対物レンズ１２の電圧値Ａ４を、記憶部３５から抽出する。そして、制御部３０は、この抽出した電圧値Ａ４に、対物レンズ１２の電圧値を設定する。ここで、上記のように、対物レンズ１２の焦点距離と、対物レンズ１２と標準試料Ｎの表面Ｎ１との離間距離Ｈが略等しく、焦点が合っている場合には、スポットパターンの外径も小さくなる。このため、外径が最小値を示すスポットパターンＰ４を選択し、対応する電圧値Ａ４に設定することで、ビーム特性値である対物レンズ１２の焦点距離を、対物レンズ１２と標準試料Ｎの表面Ｎ１との離間距離Ｈに調整して、焦点を合わせることができる。
【００５９】
なお、スポットパターン解析工程Ｓ１２のステップＳ１２ｅにおいて、選択されたスポットパターンと対応する電圧値が、他のスポットパターンと対応する電圧値と比較して、最小または最大である場合がある。すなわち、例えば、図７に示すように、電圧値Ａ１〜Ａ６で電圧値を変化させて、スポットパターンＰａ１〜Ｐａ６が形成され、外径が最小となるものとしてスポットパターンＰａ６が選択されたとする。スポットパターンＰａ６と対応する対物レンズ１２の電圧値Ａ６は、他の電圧値Ａ１〜Ａ５と比較して最大である。このため、電圧値Ａ６よりも大きい電圧値で、より小さい外径のスポットパターンが形成される可能性がある。このため、制御部３０のスポットパターン解析手段３４は、再度、スポットパターン形成工程Ｓ１１を行わせる。そして、この場合制御部３０のスポットパターン形成手段３３は、スポットパターン解析工程Ｓ１２で選択されたスポットパターンＰａ６と対応する電圧値Ａ６よりも大きい電圧値を含む範囲で、電圧値を変化させてスポットパターンを形成させる。例えば、電圧値Ａ６よりも大きい範囲において、電圧値Ａ６よりも変化量＋ΔＡ１だけ大きい電圧値Ａ７及び、さらに変化量＋ΔＡ１だけ大きい電圧値Ａ８で、それぞれスポットパターンＰａ７、Ｐａ８を形成したとする。なお、照射位置については上記同様なので説明を省略する。このようにすることで、再度スポットパターン解析工程Ｓ１２において、最初に選択したスポットパターンＰａ６よりも小さい外径を有するスポットパターンＰａ７を選択することができ、対物レンズ１２の電圧値をスポットパターンＰ７ａと対応する電圧値Ａ７に設定することで、より精度良く焦点距離を離間距離Ｈに略等しく調整することができる。なお、スポットパターン解析工程Ｓ１２のステップＳ１２ｅにおいて、選択されたスポットパターンと対応する電圧値が、他のスポットパターンと対応する電圧値と比較して最小である場合には、選択されたスポットパターンと対応する電圧値よりも小さい範囲で電圧値を変化させれば良い。
【００６０】
また、スポットパターン解析工程Ｓ１２のステップＳ１２ｆにおいて、選択されたスポットパターンの外径が予め設定された外径基準値Ｖ０よりも大きい場合がある。すなわち、例えば、図８（ａ）に示すように、電圧値Ａ１〜Ａ６で電圧値を変化させて、スポットパターンＰｂ１〜Ｐｂ６が形成されたとする。そして、外径が最小となるものとして対物レンズ１２の電圧値を電圧値Ａ４として形成されたスポットパターンＰｂ４が選択され、対応する外径Ｖｂ４が外径基準値Ｖ０より大きかったとする。この場合、スポットパターン形成手段３３で設定した電圧値の変化量＋ΔＡ１が大きく、外径がより小さい値を示すこととなる電圧値が中間値として存在する可能性がある。このため、制御部３０のスポットパターン解析手段３４は、再度、スポットパターン形成工程Ｓ１１を行わせる。そして、この場合制御部３０のスポットパターン形成手段３３は、現在設定されている変化量＋ΔＡ１を、これよりも小さい変化量＋ΔＡ２に再設定する。そして、スポットパターン解析工程Ｓ１２で選択されたスポットパターンＰｂ４と対応する電圧値Ａ４の前後の範囲を含む範囲、すなわち、電圧値Ａ３〜Ａ５の範囲で、変化量＋ΔＡ２で電圧値を変化させ、電圧値Ａ３、Ａ９〜Ａ１２、Ａ５でスポットパターンＰｂ３、Ｐｂ９〜Ｐ１１、Ｐ５を形成する。これより、外径が外径基準値Ｖ０以下となるスポットパターンＰｂ１０を選択することができ、より精度良く焦点距離が離間距離と略等しくなるように、対物レンズ１２の電圧値を、電圧値Ａ１０に調整することができる。なお、ステップＳ１１ｃにおいて係数αの設定も変更することで、電圧値の変化量を変化量＋ΔＡ１から変化量＋ΔＡ２に小さくしても、スポットパターンを互いに重ならず明確に形成させることができる。
【００６１】
以上により、対物レンズ１２によるイオンビームＩの焦点距離の調整が終了したら、次にスティグマ調整工程Ｓ２０として、スティグマ１６によるイオンビームＩの非点収差の補正を行う。すなわち、まず、スポットパターン形成工程Ｓ２１として、標準試料Ｎの表面Ｎ１において、対物レンズ調整工程Ｓ１０の時と異なる範囲で複数箇所にイオンビームＩを照射して、複数のスポットパターンを形成する。なお、対物レンズ１２の電圧値を、対物レンズ調整工程Ｓ１０で設定された電圧値よりも大きいまたは小さい値で一定として以下の工程を行うことがより好ましい。このようにすることで、イオンビームＩが過焦点または不足焦点の状態となり、スポットパターンが大きく形成されることから、後述するスポットパターン解析工程Ｓ２２においてスポットパターンの識別が容易となるからである。
【００６２】
制御部３０のスポットパターン形成手段３３は、初期値として、スティグマ１６の電圧値Ｃ１を設定する（ステップＳ２１ａ）。ここで、電圧値Ｃ１は、第一の多極子２１の正極２１ａと負極２１ｂとの間に印加される第一の電圧値Ｄ１と、第二の多極子２２の正極２２ａと負極２２ｂとの間に印加される第二の電圧値Ｅ１とで構成されていて、以下電圧値Ｃ１（Ｄ１、Ｅ１）と表記する。次に、走査電極１７によって標準試料ＮへのイオンビームＩの照射位置を照射位置Ｆ１を設定する（ステップＳ２１ｂ）。ここで、照射位置Ｆ１は、Ｘ方向の位置を表すＸ座標Ｘ１と、Ｙ方向の位置を表すＹ座標Ｙ１とで構成され、以下照射位置Ｆ１（Ｘ１、Ｙ１）と表記する。次に、標準試料Ｎの表面Ｎ１にイオンビームＩを一定時間照射して、図９に示すように、スポットパターンＱ１を形成する（ステップＳ２１ｃ）。ここで、スポットパターンＱ１の形状は、第一の電圧値Ｄ１に応じてＸ方向及びＹ方向に変形し、また、第二の電圧値Ｅ１に応じてＸ方向及びＹ方向と４５度ずれたＸ´方向及びＹ´方向に変形した楕円形状を呈している。そして、制御部３０のスポットパターン形成手段３３は、予め設定した箇所数だけスポットパターンを形成した場合には、次工程に移行させ、形成していない場合には再度ステップＳ２１ａに戻る（ステップＳ２１ｄ）。なお、本実施形態において、制御部３０のスポットパターン形成手段３３には、スポットパターンを計１６箇所形成するように設定されているものとする。このため、まだ全てのスポットパターンを形成していないものとしてステップＳ２１ａに戻る。
【００６３】
すなわち、制御部３０のスポットパターン形成手段３３は、スティグマ１６の電圧値を電圧値Ｃ２（Ｄ１、Ｅ２）に再設定する（ステップＳ２１ａ）。ここで、スティグマ１６の電圧値を変化させる変化量＋ΔＣ１として、第一の電圧値について第一の変化量＋ΔＤ１と、第二の電圧値について第二の変化量＋ΔＥ１とが予め設定されている。また、スティグマ１６の電圧値は、設定されている変化量に基づいて第一の電圧値及び第二の電圧値を同時に変化させても良いが、本実施形態では明確化のため、第一の変化量＋ΔＤ１によって第一の電圧値Ｄ１〜Ｄ４、また、第二の変化量＋ΔＥ１によって第二の電圧値Ｅ１〜Ｅ４と、各々４つの値を組み合わせて、異なる１６組の電圧値Ｃ１〜Ｃ１６を構成している。
【００６４】
次に、イオンビームＩの照射位置を照射位置Ｆ２（Ｘ２、Ｙ１）に再設定する（ステップＳ２１ｂ）。ここで、イオンビームＩの照射位置は、電圧値の変化量に予め設定された係数βを乗じた変位量だけ変位した位置に設定する。すなわち、第一の変化量＋ΔＤ１と対応させて第一の変位量＋ΔＸ１（＝β×（＋ΔＤ１））を求める。また、第二の変化量＋ΔＥ１と対応させて第二の変位量＋ΔＹ１（＝β×（＋ΔＥ１））を求める。そして、第一の電圧値及び第二の電圧値と対応させて、Ｘ座標Ｘ１〜Ｘ４、また、Ｙ座標Ｙ１〜Ｙ４と、各々４つ値を組み合わせて、異なる１６組の照射位置Ｆ１〜Ｆ１６を構成する。これらの電圧値Ｃ１〜Ｃ１６及び対応する照射位置Ｆ１〜Ｆ１６について、標準試料Ｎの表面Ｎ１にイオンビームＩを一定時間照射する作業を繰り返して、図９に示すように、計１６箇所の対応するスポットパターンＱ１〜Ｑ１６を形成する（ステップＳ２１ｃ）。そして、これらのスポットパターンＱ１〜Ｑ１６は、対応する電圧値Ｃ１〜Ｃ１６（Ｄ１〜Ｄ４、Ｅ１〜Ｅ４）に応じて略円形状、若しくは、いずれかの方向に細長の楕円形状を呈している。
【００６５】
次に、スポットパターン解析工程Ｓ２２として、スポットパターン形成工程Ｓ２１で複数形成されたスポットパターンＱ１〜Ｑ１６の解析を行う。まず、観察手段３２によって標準試料Ｎの表面Ｎ１の画像を取得し（ステップＳ２２ａ）、制御部３０のスポットパターン解析手段３４によって画像を二値化処理する（ステップＳ２２ｂ）ことで、図９に示すような画像となる。
【００６６】
そして、制御部３０のスポットパターン解析手段３４は、スポットパターンの形状を表わすスポット特性値として、取得された画像から、各スポットパターンＱ１〜Ｑ１６について最小となる外径（短径）及び最大となる外径（長径）を計測し、短径に対する長径の比（以下、外径比と称す）Ｗ１〜Ｗ１６を算出する（ステップＳ２２ｃ）。そして、制御部３０のスポットパターン解析手段３４は、外径比が最小値を示す、すなわち最も円形状を呈しているスポットパターンを選択する（ステップＳ２２ｄ）。本実施形態の場合、スポットパターンＱ７の外径比Ｗ７が最小値を示し、制御部３０のスポットパターン解析手段３４は、スポットパターンＱ７を選択したとする。なお、スポットパターン形成工程Ｓ２１では、ステップＳ２１ｂにおいて照射位置の間隔を表す変位量＋ΔＦ１を係数βによって電圧値と対応するものとし、これによりスポットパターンを形成している。このため、スポットパターンＱ１〜Ｑ１６の形状及び配列の状態から、詳細な計測によらずとも、外径比が最小で略円形状を呈しているスポットパターンを容易に選択することができる。
【００６７】
次に、制御部３０のスポットパターン解析手段３４は、記憶部３５から各スポットパターンＱ１〜Ｑ１６を形成した際に設定したスティグマ１６の電圧値Ｃ１〜Ｃ１６を抽出する。そして、選択されたスポットパターンＱ７と対応する電圧値Ｃ７を構成する第一の電圧値Ｄ３及び第二の電圧値Ｅ２のそれぞれが、他のスポットパターンＱ１〜Ｑ６、Ｑ８〜Ｑ１６と対応する第一の電圧値Ｄ１〜Ｄ４、及び、第二の電圧値Ｅ１〜Ｅ４とそれぞれ比較して、最小または最大かどうかを判断する（ステップＳ２２ｅ）。本実施形態では、選択したスポットパターンＱ７と対応する電圧値Ｃ７において、第一の電圧値Ｄ３は、他の第一の電圧値Ｄ１、Ｄ２よりも大きく第一の電圧値Ｄ４よりも小さい、また、第二の電圧値Ｅ２は、他の第二の電圧値Ｅ１よりも大きく第二の電圧値Ｅ３、Ｅ４よりも小さい。このため、次工程に移行する。次に、選択されたスポットパターンＱ７の外径比Ｗ７が、予め設定されたスポット基準値である外径比基準値Ｗ０以下かどうか判断する（ステップＳ２２ｆ）。ここでは、選択されたスポットパターンＱ７の外径比Ｗ７は、外径比基準値Ｗ０よりも小さいものとし、次工程、すなわち、入力値設定工程Ｓ２３に移行する。
【００６８】
入力値設定工程Ｓ２３では、制御部３０は、再度、スポットパターン解析工程Ｓ２２で選択されたスポットパターンＱ７と対応するスティグマ１６の電圧値Ｃ７（Ｄ３、Ｅ２）を、記憶部３５から抽出する（ステップＳ２３ａ）。そして、制御部３０は、この抽出した電圧値Ｃ７に、スティグマ１６の第一の多極子２１の第一の電圧値と、第二の多極子の第二の電圧値を設定する（ステップＳ２３ｂ）。ここで、イオンビームＩの直交する二方向のビーム径比が１に略等しく断面形状が略円形状を呈している場合、スポットパターンの外径比も小さくなる。このため、外径比が最小値を示すスポットパターンＱ７を選択し、対応する電圧値Ｃ７に設定することで、ビーム特性値であるイオンビームＩのビーム径を１に略等しく、すなわち略円形状となるように調整して、非点収差を補正することができる。
【００６９】
なお、スポットパターン解析工程Ｓ２２のステップＳ２２ｅにおいて、選択されたスポットパターンと対応する電圧値を構成する第一の電圧値または第二の電圧値が、他のスポットパターンと対応する電圧値を構成する第一の電圧値または第二の電圧値と比較して、最小または最大である場合がある。この場合も、対物レンズ調整工程Ｓ１０におけるスポットパターン形成工程Ｓ１１のステップＳ１１ａと同様に行えば良い。すなわち、第一の電圧値または第二の電圧値のいずれか若しくは両方について最小であった場合、該当する第一の電圧値または第二の電圧値よりも小さい値を含む範囲で、第一の電圧値または第二の電圧値を変化させれば良い。また、また、最大であった場合には該当する第一の電圧値または第二の電圧値よりも大きい値を含む範囲で、第一の電圧値または第二の電圧値を変化させれば良い。これにより、形成されたスポットパターンの外径比に基づいて、より精度良くビーム径比が１に略等しく略円形状の断面形状のイオンビームＩを照射可能に調整することができる。
【００７０】
また、スポットパターン解析工程Ｓ２２のステップＳ２２ｆにおいて、選択されたスポットパターンの外径比が予め設定された外径比基準値Ｗ０よりも大きい場合がある。この場合も、対物レンズ調整工程Ｓ１０におけるスポットパターン形成工程Ｓ１１のステップＳ１１ａと同様に行えばよい。すなわち、現在設定されている変化量＋ΔＣ１（＋ΔＤ１、＋ΔＥ１）を、これよりも小さい変化量＋ΔＣ２（＋ΔＤ２、＋ΔＥ２）に再設定する。そして、スポットパターン解析工程Ｓ２２で選択されたスポットパターンと対応する第一の電圧値及び第二の電圧値のそれぞれについて前後の値を含む範囲で、上記変化量で電圧値を変化させれば良い。これにより、形成されたスポットパターンの外径比に基づいて、より精度良くビーム径比が１に略等しく略円形状の断面形状のイオンビームＩを照射可能に調整することができる。最後に、加工・観察準備工程として、制御部３０は、試料台２に設けられた五軸ステージ６を駆動させて、対象試料Ｍの位置をＸＹ平面上で調整することで、イオンビームＩの照射位置に対象試料Ｍを移動させてイオンビームＩによる加工または観察が可能となる。
【００７１】
以上のように、本実施形態の集束イオンビーム装置１においては、制御部３０がスポットパターン形成手段３３と、スポットパターン解析手段３４とを備えていることで、対物レンズ１２及びスティグマ１６のそれぞれについて、複数のスポットパターンを試料に形成するだけで、自動的に、短時間で容易に、かつ、精度良くイオンビームＩの焦点距離及びビーム径比が所望の値になるように、対物レンズ１２及びスティグマ１６それぞれの電圧値を調整することができる。なお、本実施形態においては制御部３０によって自動的に行うものとして説明したが、手動作業によるものとしても、本手順により短時間で容易に、かつ、精度良く対物レンズ１２及びスティグマ１６の調整を行うことが可能となる。また、本実施形態では、対物レンズ１２及びスティグマ１６の調整について、対物レンズ１２の調整を先に行うものとしたが、これに限ることは無い。さらに、対物レンズ１２及びスティグマ１６の調整に関する一連の工程が完了した後、繰り返し調整を行うものとしても良い。このようにすることで、例えば、対物レンズ１２の調整後にスティグマ１６を調整することで、形成されるスポットパターンは略円形状となるが、この状態で再度対物レンズ１２の調整を行うことで、より精度良く焦点を合わせることができる。また、本実施形態では、試料台２に対象試料Ｍと標準試料Ｎと少なくとも二つの試料を配置可能としているので、荷電粒子光学系の調整後に、真空チャンバー４を開放して試料の交換をする必要など無く、速やかに対象試料ＭをイオンビームＩの照射位置に移動させて、対象試料Ｍの加工・観察を行うことができる。
【００７２】
また、本実施形態において、スティグマ１６は、正極及び負極としてそれぞれ四極有する第一の多極子と第二の多極子とで構成されるものとしたが、これに限るものでは無い。例えば、第一の多極子のみの構成としても良い。あるいは、第一の多極子及び第二の多極子の電極の構成について、六極、八極、十極・・・・と四極以上の構成としても、同様の方法により調整可能である。さらに、複数組の多極子をＺ方向に配列するようにしても同様の方法を適用することができる。
【００７３】
図９から図１１は、この実施形態におけるスティグマ調整工程の変形例を示している。図１０に示すように、この変形例のスティグマ調整工程Ｓ３０では、準備工程Ｓ３１として、対物レンズ１２の焦点状態を過焦点の状態にする。そして、スポットパターン形成工程Ｓ２１（第一の工程）を行う。スポットパターン形成工程Ｓ２１における詳細は、上記同様とし、すなわち図９に示すように、標準試料Ｎの表面Ｎ１上に複数のスポットパターンＱ１〜Ｑ１６が形成されることとなる。そして、過焦点の状態と不足焦点の状態との両方で本工程を行ったかどうか判断する（ステップＳ２１ｅ）。そして、不足焦点の状態で行っていないので、再度準備工程Ｓ３１に移行して、対物レンズ１２の焦点状態を過焦点の状態から不足焦点の状態に変更する。そして、再びスポットパターン形成工程Ｓ２１（第二の工程）を行う。この際、図１１に示すように、スティグマ１６の電圧値Ｃ１〜Ｃ１６の条件を一致させて、同じ配列でスポットパターンＱ´１〜Ｑ´１６を形成する。そして、過焦点の状態と不足焦点の状態との両方でスポットパターンを形成したので、次工程に移行する（ステップＳ２１ｅ）。
【００７４】
次に、スポットパターン解析工程Ｓ３２として、スポットパターン形成工程Ｓ２１の第一の工程及び第二の工程で複数形成されたスポットパターンＱ１〜Ｑ１６及びスポットパターンＱ´１〜Ｑ´１６の解析を行う。まず、観察手段３２によって標準試料Ｎの表面Ｎ１において、第一の工程におけるスポットパターンＱ１〜Ｑ１６を一群とする画像と、第二の工程におけるスポットパターンＱ´１〜Ｑ´１６を一群とする画像をそれぞれ取得し（ステップＳ３２ａ）、制御部３０のスポットパターン解析手段３４によって二値化処理する（ステップＳ３２ｂ）ことで、図９及び図１１に示すような画像となる。
【００７５】
そして、電圧値を同じくする第一の工程のスポットパターンＱ１〜Ｑ１６と、第二の工程のスポットパターンＱ´１〜Ｑ１６同士のパターンマッチングを行う（ステップＳ３２ｃ）。そして、パターンマッチング要素が一致する割合が最大となるスポットパターンの組を選択する（ステップＳ３２ｄ）。ここで、第二の工程のスポットパターンＱ´１〜Ｑ´１６は、第一の工程のスポットパターンＱ１〜Ｑ１６の対応するそれぞれと比較すると、それぞれ電圧値Ｃ１〜Ｃ１６で同じであるので略等しい形状を示す。一方、焦点状態が過焦点と不足焦点とで異なるので荷電粒子ビームの向きは略９０度異なり、すなわちそれぞれのスポットパターンの向きは略９０度異なったものとなる。従って、楕円形状を呈するスポットパターン同士においては、パターンマッチング要素の一致する割合が小さいものの、略円形状のスポットパターン同士では、パターンマッチング要素の一致する割合が大きくなる。このため、パターンマッチング要素の一致する割合が最大となるスポットパターンの組を選択することで、真円に近い、すなわちスポット特性値である外径比Ｗが１に略等しく最小値を示すスポットパターンＱ７、Ｑ´７の組を選択することができる。ここで、スポットパターンＱ１〜Ｑ１６と、スポットパターンＱ´１〜Ｑ１６とは、電圧値Ｃ１〜Ｃ１６の条件を一致させて、また、同じ配列で形成しているので、スポットパターンＱ１〜Ｑ１６に関する画像と、スポットパターンＱ´１〜Ｑ´１６に関する画像とで一括してパターンマッチングを行うことができる。このため、より効率的で、かつ、より容易に、外径比が最小値を示すスポットパターンＱ７、Ｑ´７の組を選択することができる。そして、入力値設定工程Ｓ２３で、選択されたスポットパターンＱ７、Ｑ´７と対応する電圧値Ｃ７にスティグマ１６の電圧値を設定することで、ビーム径比が１に略等しく略円形状の断面形状のイオンビームＩを照射可能に調整することができる。
【００７６】
（第２の実施形態）
図１２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。
【００７７】
図１２に示すように、本実施形態の集束イオンビーム装置４０は、観察手段４１としてＳＥＭ鏡筒４２を備えている。そして、スポットパターン解析工程Ｓ１２、Ｓ２２において使用する画像を取得する手段としてＳＥＭ鏡筒４２及び二次電子検出器２４を用いることで、より精度良い画像に基づいて荷電粒子光学系である対物レンズ１２及びスティグマ１６の調整を行うことができる。この場合、五軸ステージ６をチルトさせ、ＳＥＭ鏡筒４２の中心軸に対して対象試料Ｍまたは標準試料Ｎの表面が略垂直となるように対象試料Ｍまたは標準試料Ｎを配置する。なお、イオンビーム鏡筒３に限らず、ＳＥＭ鏡筒４２においても、荷電粒子光学系として、図示しない対物レンズ及びスティグマの調整を同様の方法で行うことが可能である。ここで、ＳＥＭ鏡筒４２において、対物レンズはコイルで構成されていて、コイルによって形成される磁界の作用によって電子ビームを集束させている。このため、入力値として対物レンズのコイルの電流値を設定して焦点距離を調整することなる。同様に、スティグマにおいても、構成するコイルの電流値を設定することで、作用する磁界の強さを変化させ、ビーム径比を調整することとなる。
【００７８】
（第３の実施形態）
図１３は、この発明に係る第３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。
【００７９】
図１３に示すように、本実施形態の集束イオンビーム装置５０は、さらに希ガスイオンビーム鏡筒５１を備えている。希ガスイオンビーム鏡筒５１は、例えばアルゴンイオンなどの希ガスイオンをイオンビームとして低加速で照射可能なもので、試料を損傷させること無く加工することが可能であり、通常のイオンビームによる加工の仕上げ加工などにも好適に使用される。このような集束イオンビーム装置５０においても、イオンビームイオンビーム鏡筒３のみならず、ＳＥＭ鏡筒４２や希ガスイオンビーム鏡筒５１の荷電粒子光学系として、図示しない対物レンズやスティグマの調整を同様の方法で行うことができる。
【００８０】
（第４の実施形態）
図１４及び図１５は、この発明に係る第４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。
【００８１】
図１４に示すように、本実施形態の集束イオンビーム装置６０は、さらにガス導入機構６１を備えている。集束イオンビーム装置６０では、イオンビームＩを照射するとともに、ガス導入機構６１によって有機ガスを試料表面に導入することでデポジションを行うことが可能である。このため、本実施形態の集束イオンビーム装置６０においては、スポットパターン形成工程において、試料のエッチングによってスポットパターンを形成するのではなく、デポジションによってスポットパターンを形成するものとしても良い。すなわち、ガス導入機構６１によって有機ガスＧを導入するとともに、イオンビームＩを照射することで、照射位置には図１５に示すような凸状のスポットパターンＲが形成されることとなる。このような凸状のスポットパターンＲにおいても観察手段によって取得された画像から識別できることで、同様にスポットパターンＲに基づいて荷電粒子光学系である対物レンズやスティグマの調整を行うことができる。
【００８２】
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。
【００８３】
なお、荷電粒子ビーム装置として、集束イオンビーム装置を各実施形態で例に挙げたがこれらに限られるものは無い。例えば、同様に荷電粒子ビームとしてイオンビームを用いるものとしては、イオンビーム露光装置などが挙げられる。また、荷電粒子ビームとして電子ビームを用いるものとしては、走査型電子顕微鏡や、電子線露光装置などが挙げられる。これらにおいても、制御部として同様の構成を有することで、内蔵された荷電粒子光学系である対物レンズやスティグマを自動的に短時間で容易に、かつ、精度良く調整することができる。また、標準試料としては、エッチングやデポジションによってスポットパターンを形成可能なものが選択されるが、これ以外にも、レジスト膜なども選択される。この場合には、標準試料となるレジスト膜に荷電粒子ビームを照射して露光することで、露光パターンによって同様の調整を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００８４】
【図１】この発明の第１の実施形態の荷電粒子ビーム装置の構成図である。
【図２】この発明の第１の実施形態の荷電粒子ビーム装置において、スティグマの詳細図である。
【図３】この発明の第１の実施形態の対物レンズ調整工程のフロー図である。
【図４】この発明の第１の実施形態のスティグマ調整工程のフロー図である。
【図５】この発明の第１の実施形態の対物レンズ調整工程において、スポットパターンが形成された標準試料の表面の画像の第一の例を示す平面図である。
【図６】この発明の第１の実施形態の対物レンズ調整工程において、スポットパターン形成工程で形成されるスポットパターンの原理図である。
【図７】この発明の第１の実施形態の対物レンズ調整工程において、スポットパターンが形成された標準試料の表面の画像の第二の例を示す平面図である。
【図８】この発明の第１の実施形態の対物レンズ調整工程において、スポットパターンが形成された標準試料の表面の画像の第三の例を示す平面図である。
【図９】この発明の第１の実施形態のスティグマ調整工程において、スポットパターンが形成された標準試料の表面の画像の例を示す平面図である。
【図１０】この発明の第１の実施形態の変形例のスティグマ調整工程のフロー図である。
【図１１】この発明の第１の実施形態の変形例のスティグマ調整工程において、第二の工程でスポットパターンが形成された標準試料の表面の画像の例を示す平面図である。
【図１２】この発明の第２の実施形態の荷電粒子ビーム装置の構成図である。
【図１３】この発明の第３の実施形態の荷電粒子ビーム装置の構成図である。
【図１４】この発明の第４の実施形態の荷電粒子ビーム装置の構成図である。
【図１５】この発明の第４の実施形態のスポットパターン形成工程で形成されるスポットパターンの詳細図である。
【符号の説明】
【００８５】
１、  ４０、５０、６０  集束イオンビーム装置（荷電粒子ビーム装置）
２  試料台
９  イオン源（荷電粒子源）
１２  対物レンズ（荷電粒子光学系）
１７  走査電極（走査手段）
２１  第一の多極子（多極子）
２２  第二の多極子（多極子）
２１ａ、２２ａ  正極
２１ｂ、２２ｂ  負極
３０  制御部
３２  観察手段
３３  スポットパターン形成手段
３４  スポットパターン解析手段
Ｉ  イオンビーム（荷電粒子ビーム）
Ｍ  対象試料（試料）
Ｎ  標準試料（試料）
Ｎ１  表面
Ａ１〜Ａ１２  電圧値（入力値）
Ｃ１〜Ｃ１６  電圧値（入力値）
Ｄ１〜Ｄ１６  第一の電圧値
Ｅ１〜Ｅ１６  第二の電圧値
Ｆ１〜Ｆ１６  照射位置
Ｐ１〜Ｐ６、Ｐａ１〜Ｐａ８、Ｐｂ９〜Ｐｂ１２、Ｑ１〜Ｑ１６、Ｑ´１〜Ｑ´１６、Ｒ  スポットパターン
Ｖ１〜Ｖ６、Ｖｂ４  外径
Ｗ１〜Ｗ１６  外径比（短径に対する長径の比）
Ｓ１  調整準備工程
Ｓ１１  スポットパターン形成工程
Ｓ１２  スポットパターン解析工程
Ｓ１３  入力値設定工程
Ｓ２１  スポットパターン形成工程
Ｓ２２、Ｓ３２  スポットパターン解析工程
Ｓ２３  入力値設定工程
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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