(57)【要約】【課題】断面への二次粒子の再付着を簡単に抑制することのできるイオンビーム装置を提供する。【解決手段】表面側から所定の集束イオンビームが照射されて断面が形成された試料６を固定するための試料ホルダー４と、試料ホルダー４により固定された試料６の、上記断面を含む領域に気体イオンビームを照射して上記断面上のダメージ層を除去する気体イオンビーム照射装置２とを有する。気体イオンビーム照射装置２からの気体イオンビームが、試料６の裏面側から上記断面に所定の入射角度で照射される。【選択図】　　図１
2004061376.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面側から所定の集束イオンビームが照射されて断面が形成された試料を固定するためのホルダー部材と、
前記ホルダー部材により固定された試料の、前記断面を含む領域に気体イオンビームを照射して前記断面上のダメージ層を除去する気体イオンビーム照射手段とを有し、
前記気体イオンビームが、前記試料の裏面側から前記断面に所定の入射角度で照射されるように構成されていることを特徴とするイオンビーム装置。
【請求項２】
前記所定の集束イオンビームを照射する集束イオンビーム照射手段をさらに有することを特徴とする請求項１に記載のイオンビーム装置。
【請求項３】
前記気体イオンビームは、不活性ガスイオンビームであることを特徴とする請求項１または２に記載のイオンビーム装置。
【請求項４】
前記ホルダー部材は、
前記試料をその裏面側からクランプするクランプ部と、
前記気体イオンビームとのなす角度が前記所定の入射角度に等しくなるように配置される固定面を備え、前記試料の断面が前記固定面に対して平行になるように前記クランプ部が固定される固定台とからなる請求項１ないし３のいずれか１項に記載のイオンビーム装置。
【請求項５】
前記固定台は、前記クランプ部に代えて、前記集束イオンビームによる前記断面の加工のために用いられる加工用クランプ部が固定されることを特徴とする請求項４に記載のイオンビーム装置。
【請求項６】
前記クランプ部は、前記固定面に平行な軸周りに回動可能に前記固定台に固定されていることを特徴とする請求項４に記載のイオンビーム装置。
【請求項７】
前記ホルダー部材は、
前記試料をその裏面側からクランプするクランプ部と、
前記気体イオンビームとのなす角度が前記所定の入射角度に等しくなるように配置される固定面を備え、前記試料の断面が前記固定面に対して垂直で、かつ、前記試料の表面が前記固定面側に位置するように前記クランプ部が固定される固定台とからなる請求項１ないし３のいずれか１項に記載のイオンビーム装置。
【請求項８】
前記クランプ部は、前記固定面に垂直な軸周りに回動可能に前記固定台に固定されていることを特徴とする請求項７に記載のイオンビーム装置。
【請求項９】
試料の表面側から所定の集束イオンビームを照射して断面を形成する第１の工程と、
前記断面が形成された試料をその裏面側からホルダー部材で固定し、前記断面を含む領域に気体イオンビームを前記試料の裏面側から所定の入射角度で照射して前記断面上のダメージ層を除去する第２の工程とを有することを特徴とするイオンビーム加工方法。
【請求項１０】
前記第２の工程は、前記気体イオンビームの入射角度を変化させて前記ダメージ層を除去する工程を含むことを特徴とする請求項９に記載のイオンビーム加工方法。
【請求項１１】
前記第１の工程は、前記所定の集束イオンビームの、前記試料の表面に対する照射角度を変化させて、前記断面を形成する工程を含むことを特徴とする請求項９または１０に記載のイオンビーム加工方法。
【請求項１２】
前記気体イオンビームは、不活性ガスイオンビームであることを特徴とする請求項９ないし１１のいずれか１項に記載のイオンビーム加工方法。
【請求項１３】
表面側から所定の集束イオンビームが照射されて断面が形成された試料を固定するホルダー部材であって、
前記試料をその裏面側からクランプするクランプ部と、
前記断面に対して所定の入射角度で照射される気体イオンビームとのなす角度が前記所定の入射角度に等しくなるように配置される固定面を備え、前記試料の断面が前記固定面に対して平行になるように前記クランプ部が固定される固定台とを有するホルダー部材。
【請求項１４】
前記固定台は、前記クランプ部に代えて、前記集束イオンビームによる前記断面の加工のために用いられる加工用クランプ部が固定されることを特徴とする請求項１３に記載のホルダー部材。
【請求項１５】
前記クランプ部は、前記固定面に平行な軸周りに回動可能に前記固定台に固定されていることを特徴とする請求項１３に記載のホルダー部材。
【請求項１６】
表面側から所定の集束イオンビームが照射されて断面が形成された試料を固定するホルダー部材であって、
前記試料をその裏面側からクランプするクランプ部と、
前記断面に対して所定の入射角度で照射される気体イオンビームとのなす角度が前記所定の入射角度に等しくなるように配置される固定面を備え、前記試料の断面が前記固定面に対して垂直で、かつ、前記試料の表面が前記固定面側に位置するように前記クランプ部が固定される固定台とを有するホルダー部材。
【請求項１７】
前記クランプ部は、前記固定面に垂直な軸周りに回動可能に前記固定台に固定されていることを特徴とする請求項１６に記載のホルダー部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、試料の所定の部分にイオンビームを照射して断面加工を行うイオンビーム装置およびイオンビーム加工方法、さらには試料を固定するためのホルダー部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】
イオンビーム装置として、集束イオンビーム（ＦＩＢ：Ｆｏｃｕｓｅｄ　Ｉｏｎ　Ｂｅａｍ）装置やイオンミリング装置が知られている。これらの装置は、例えばウェーハの欠損箇所をＴＥＭ（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）やＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）などで断面観察する際の試料作製に用いられている。特に、ＦＩＢ装置は、十分に集束したイオンビームで試料表面を走査し、該走査時に発生する二次電子を検出して画像として観察しながら、欠陥などの特定部位を正確に断面加工できるため、半導体製造プロセスの評価装置として広く利用されている。最近では、ＦＩＢ装置と走査電子顕微鏡やエネルギー分散型Ｘ線検出器などの観察装置とを組み合せた複合形イオンビーム装置も提供されている。
【０００３】
図８に、従来のＦＩＢ装置の概略構成を示す。このＦＩＢ装置の主要部は、イオン源１００、イオン光学系１０１、二次荷電粒子検出器１０２、ガス銃１０３、試料ホルダー１０４、試料ステージ１０５からなる。
【０００４】
イオン源１００は、例えばガリウム（Ｇａ）に代表される液体金属イオン源である。イオン光学系１０１は、イオン源１００からのイオンビームを集束するとともに試料１０６上で走査させるためのもので、コンデンサレンズ（静電レンズ）、ビームブランカ、可動絞り、８極スティグメータ、対物レンズ（静電レンズ）、走査電極がイオン源１００から順に配されている。二次荷電粒子検出器１０２は、集束イオンビーム（以下、単にＦＩＢと記す。）を試料１０６上で走査した際に発生する二次荷電粒子を検出するものである。
【０００５】
試料ステージ１０５は、５軸制御が可能なステージである。５軸制御では、ＸＹＺ方向への３次元的な移動、ＸＹ平面に垂直な軸周りの回転、チルトの制御が行われる。試料ホルダー１０４は、試料１０６を固定するためのもので、ボートと呼ばれる移動台（不図示）の上に載置されて試料ステージ１０４上へ搬入される。試料１０６は、例えばウェーハから欠損部位をダイシングソーにより切り出して予備加工を施した小片試料である。
【０００６】
図９の（ａ）〜（ｄ）に、試料１０６の試料ホルダー１０４への固定手法の一例を模式的に示す。まず、図９（ａ）に示すような、略Ｅ字型に打ち抜かれた円板状の試料保持部材１１０（一般にメッシュと呼ばれている。）を用意し、この試料保持部材１１０の中爪１１１を板面に対して略垂直となるように折り曲げて図９（ｂ）に示すような段部１１２を形成する。次いで、図９（ｃ）に示すように、ダイシングソーにより略長方形のブロック状に加工された試料１０６を試料保持部材１１０の段部１１２が形成された面側に載置する。このとき、試料１０６の長辺側の一方の端面が段部１１２に当接されるようにする。この状態で、試料１０６の短辺側の両端部を試料保持部材１１０に接着剤１１３により固定する。
【０００７】
試料ホルダー１０４は、図９（ｄ）に示すような受部１０４ａと押し当て部１０４ｂからなるクランプ部と、このクランプ部が固定される固定台（不図示）からなる。試料保持部材１１０の、試料１０６が固定された部分とは反対の部分を、受部１０４ａと押し当て部１０４ｂで挟むようにしてクランプする。クランプの際、段部１１２が押し当て部１０４ｂの上面に当接されることで、試料保持部材１１０のクランプ位置が規定される。このようにして試料保持部材１１０をクランプした状態でクランプ部を固定台へ固定する。
【０００８】
クランプ部の固定台への固定は、例えば受部１０４ａの両端にそれぞれ設けられた穴１０４ｃに、固定台の所定の箇所に設けられた突起（不図示）を嵌め込むことで行う。この他、クランプ部の固定台への固定を、ラッチ機構を利用して脱着自在な構成にすることもできる。
【０００９】
試料ホルダー１０４は移動台（不図示）に載置されて、試料ステージ１０５上へ搬送される。試料ホルダー１０４の固定台が移動台を兼ねるようにすることもできる。
【００１０】
次に、上述のＦＩＢ装置を用いた具体的な試料作製手順について説明する。図１０の（ａ）〜（ｃ）は、ＴＥＭ試料の作製手順を示す工程図である。以下、図８〜図１０を参照して、ＴＥＭ試料の作製手順を説明する。
【００１１】
ウェーハの欠損部位をダイシングソーにより切り出して予備加工を施し、図１０（ａ）に示すような断面形状が凸形状の試料２００を作製する。試料２００の凸部の面がウェーハの表面であり、以降の説明では、この凸部の面を試料の表面、反対側の面を試料の裏面とする。この試料２００を、図９（ｄ）に示した試料保持部材１１０に、裏面が段部１１２に当接された状態で接着固定して試料ホルダー１０４にクランプする。そして、試料ホルダー１０４を移動台（不図示）に載置して試料ステージ１０５上に搬入し、試料ステージ１０５上で、試料２００の表面に対してイオン源１００からのＦＩＢが略垂直に照射されるように位置、角度を調整する。
【００１２】
次いで、ガス銃１０３を用いて、試料２００の表面に所定のガスを吹き付けるとともに、イオン源１００からのＦＩＢで試料２００の表面の加工領域を含む範囲を走査することで、図１０（ｂ）に示すような保護膜２０１を形成する。
【００１３】
最後に、イオン源１００からのＦＩＢで試料２００の表面の加工領域を走査する。ＦＩＢは、試料２００の表面に対して略垂直となるように照射されるので、ＦＩＢが照射された領域は表面が除々に削れ、最終的に図１０（ｃ）に示すような断面２０２を得る。図１０（ｃ）に示す断面２０２は、試料２００の凸部が両側から削り取られた状態になっており、その厚さは、０．１〜０．５μｍ程度になっている。このようにして形成した断面２０２が、ＴＥＭ試料として用いられる。
【００１４】
上記の断面加工では、ＦＩＢによる断面２０２へのダメージがある。図１１（ａ）は、イオン源にＧａイオン源を用いて図１０の（ａ）〜（ｃ）の手順で作製したＴＥＭ試料の斜視図、図１１（ｂ）はそのＡ−Ａ’断面図である。Ｇａイオン源からのＦＩＢにより断面加工を行った場合、断面２０２の表面は、ＦＩＢによるダメージを受けるとともにＦＩＢに含まれているＧａイオンの一部が注入されて、図１１（ｂ）に示すようなダメージ層（破砕層）２０３が形成される。ダメージ層２０３は、試料自体に元々含まれていた元素と注入されたＧａとが混在したアモルファスな状態になっている。このように観察したい面（断面２０２）に不要なダメージ層２０３が形成されてしまうと、ダメージ層２０３が妨げとなって、良好なＴＥＭ観察を行うことができない。
【００１５】
そこで、低エネルギーのイオンビーム、例えばアルゴン（Ａｒ）イオンビームを用いたエッチング（イオンミリング）によりダメージ層を除去する、という手法が提案されている。例えば、特許第３１１７８３６号（特開平６−２６０１２９号）の公報には、イオミリング装置が組み込まれた、ダメージ層の除去が可能なＦＩＢ装置が開示されている。
【００１６】
図１２は、上記公報に記載されたＦＩＢ装置の構成を模式的に示す断面図である。このＦＩＢ装置の主要部は、液体金属イオンビーム照射装置（集束イオンビーム照射装置）２００、気体イオンビーム照射装置２０１、試料ステージ２０２からなる。
【００１７】
液体金属イオンビーム照射装置２００は、液体金属イオン源から引き出されて十分に集束されたイオンビーム（ＦＩＢ）で試料ステージ２０２上に載置された試料２０３の表面の所定の部分を走査するものである。液体金属イオン源としては、例えばＧａイオン源がある。気体イオンビーム照射装置２０１は、気体イオン源から引き出されたイオンビームで、断面加工された部分を含む領域を一様に照射するものである。
【００１８】
上記のＦＩＢ装置では、まず、液体金属イオンビーム照射装置２００からのＦＩＢで試料２０３を断面加工する。この断面加工の際に、断面にダメージ層が形成される。断面加工後、気体イオンビーム照射装置２０１からの気体イオンビームを、断面加工部分を含む領域に照射して、エッチングにより断面上のダメージ層を除去する。
【００１９】
なお、気体イオンビームの照射によっても断面はダメージを受けるが、その量は小さい。液体金属イオンビームの場合のダメージ層の厚さが２０〜３０ｎｍであるのに対して、気体イオンビームの場合のダメージ層の厚さは数ｎｍ程度であるので、そのダメージ層がＴＥＭやＳＥＭを用いた断面観察で問題になることはない。
【００２０】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、ＦＩＢで試料を断面加工した場合、加工された断面にダメージ層ができるため、ＴＥＭやＳＥＭなどを用いた良好な断面観察を行うことができないという問題がある。
【００２１】
ＦＩＢによる断面加工後に、気体イオンビームでダメージ層除去することで、上記の問題は解決されるが、この場合には、以下に説明すような二次粒子の再付着の問題が生じる。
【００２２】
図１３の（ａ）〜（ｃ）に、断面に再付着層が形成される過程を示す。図１３（ａ）に示すように、断面に形成されたダメージ層２０３を除去するために、Ａｒイオンビームが照射される。このＡｒイオンビームの照射範囲は、断面と隣接する隣接面２０４を含む。Ａｒイオンビームが隣接面２０４に照射されると、図１３（ｂ）に示すように、隣接面２０４から二次粒子が放出される。この隣接面２０４から放出された二次粒子は、ダメージ層２０３が除去された後の断面に付着し、図１３（ｃ）に示すような再付着層２０６が形成される。この再付着層２０６も、ダメージ層と同様、ＴＥＭやＳＥＭなどを用いた良好な断面観察を妨げる。
【００２３】
上記Ａｒイオンビーム照射による隣接面からの二次粒子の再付着を解決するものとして、特開平４−１１６８４３号公報には、Ａｒイオンビームが隣接面（同公報では底面と記載されている）に照射されないように、Ａｒイオンビームの向きを設定したものが記載されている。しかし、この場合は、以下のような問題がある。
【００２４】
隣接面は底面以外にもある。例えば、図１０（ｃ）に示した断面加工が施された試料の場合、隣接面は底面の他に、断面２０２の長手方向においてその両端に位置する側壁（ＦＩＢ断面加工により形成された側壁）を含む。この側壁においても、上述した二次粒子の放出が生じる。Ａｒイオンビームは十分に集束できないビームであるため、両側壁および底面に照射されないように設定することはできない。したがって、底面に照射されないようにＡｒイオンビームの向きを設定しても、両側壁には必ずＡｒイオンビームが照射されることとなり、断面に再付着層が形成されることになる。
【００２５】
加えて、Ａｒイオンビームを底面に照射されないようにするには、試料に対するＡｒイオンビームの向きおよび位置関係を高精度に設定する必要があり、そのような設定には時間を要する。
【００２６】
なお、ＦＩＢによる加工領域をアルゴンイオンビーム径に対して十分に大きくすることにより、アルゴンイオンビームを被加工領域のみに照射することが可能であるが、この場合は、ＦＩＢによる加工時間が長くなってしまう。
【００２７】
本発明の目的は、上記の各問題を解決し、断面への二次粒子の再付着を簡単に抑制することのできる、イオンビーム装置およびイオンビーム加工方法ならびにホルダー部材を提供することにある。
【００２８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明のイオンビーム装置は、表面側から所定の集束イオンビームが照射されて断面が形成された試料を固定するためのホルダー部材と、前記ホルダー部材により固定された試料の、前記断面を含む領域に気体イオンビームを照射して前記断面上のダメージ層を除去する気体イオンビーム照射手段とを有し、前記気体イオンビームが、前記試料の裏面側から前記断面に所定の入射角度で照射されるように構成されていることを特徴とする。
【００２９】
上記のイオンビーム装置によれば、以下のような作用を奏する。
【００３０】
気体イオンビームは試料の裏面側から照射されるので、二次粒子はそのほとんどが試料の表面側の方向へ向かい、断面に向かうことはない。よって、二次粒子が断面に再付着して問題になることはない。
【００３１】
また、気体イオンビームは、断面加工が施された部分を含む領域に所定の入射角度で照射すればよいので、特開平４−１１６８４３号公報に記載されたもののように、試料に対するイオンビームの向きおよび位置関係を高精度に設定する必要はない。
【００３２】
本発明のイオンビーム加工方法は、試料の表面側から所定の集束イオンビームを照射して断面を形成する第１の工程と、前記断面が形成された試料をその裏面側からホルダー部材で固定し、前記断面を含む領域に気体イオンビームを前記試料の裏面側から所定の入射角度で照射して前記断面上のダメージ層を除去する第２の工程とを有することを特徴とする。
【００３３】
上記のイオンビーム加工方法においても、上述のイオンビーム装置の場合と同様な作用を奏する。
【００３４】
本発明のホルダー部材は、表面側から所定の集束イオンビームが照射されて断面が形成された試料を固定するホルダー部材であって、前記試料をその裏面側からクランプするクランプ部と、前記断面に対して所定の入射角度で照射される気体イオンビームとのなす角度が前記所定の入射角度に等しくなるように配置される固定面を備え、前記試料の断面が前記固定面に対して平行になるように前記クランプ部が固定される固定台とを有することを特徴とする。
【００３５】
また、本発明のホルダー部材は、表面側から所定の集束イオンビームが照射されて断面が形成された試料を固定するホルダー部材であって、前記試料をその裏面側からクランプするクランプ部と、前記断面に対して所定の入射角度で照射される気体イオンビームとのなす角度が前記所定の入射角度に等しくなるように配置される固定面を備え、前記試料の断面が前記固定面に対して垂直で、かつ、前記試料の表面が前記固定面側に位置するように前記クランプ部が固定される固定台とを有することを特徴とする。
【００３６】
上記のホルダー部材のいずれにおいても、上述のイオンビーム装置の場合と同様な作用を奏する。
【００３７】
なお、上述した各発明の構成において、試料は、後述の実施形態で説明する、試料ホルダーに固定されるものであって、試料保持部材を含む。
【００３８】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００３９】
図１に、本発明のイオンビーム装置の一実施形態であるＦＩＢ装置の概略構成を模式的に示す。図１中、斜線部は断面を表す。このＦＩＢ装置の主要部は、液体金属イオンビーム照射装置１、気体イオンビーム照射装置２、試料保持部材３、試料ホルダー４、および試料ステージ６からなる。
【００４０】
液体金属イオンビーム照射装置１は、液体金属イオン源を備える既存の装置であって、液体金属イオン源から引き出されて十分に集束されたイオンビーム（ＦＩＢ）で試料の表面を走査して加工（断面加工）することができる。液体金属イオン源には、例えばＧａイオン源が用いられる。
【００４１】
気体イオンビーム照射装置２は、気体イオン源を備える既存の装置であって、気体イオン源から引き出された気体イオンビームがＦＩＢによる断面加工が施された部分を含む領域に所定の入射角度で照射される。この気体イオンビームの照射により、ＦＩＢによる断面加工の際に形成されるダメージ層の除去が行われる。気体には、アルゴン、酸素、ヘリウム、ネオン、キセノン、クリプトン、ラドン等を用いることができる。
【００４２】
気体イオンビーム照射装置２から照射される気体イオンビームの光軸は、液体金属イオンビーム照射装置１から照射されるＦＩＢの光軸と所定の位置で交わるようになっており、両光軸のなす角度は、通常は５０°〜５５°の範囲に設定されている。ただし、この設定範囲は一例であって、これ以外の範囲に設置することも可能である。
【００４３】
試料ステージ５は、既存の５軸制御が可能なステージである。試料保持部材３は、図９に示した試料保持部材１１０と同じものであって、試料７が接着固定される。試料６は、例えばウェーハから欠損部位をダイシングソーにより切り出して予備加工を施した小片試料であって、図１には、例えば図１０の（ａ）〜（ｃ）に示した手順でＦＩＢによる断面加工が施された後の、ダメージ層除去前の状態のものを示してある。
【００４４】
試料ホルダー４は、試料保持部材３をクランプするクランプ部４１と、このクランプ部４１が固定される固定台４２とからなる。クランプ部４１は、気体イオンビームによるダメージ層の除去の際に用いられるものであって、例えばネジやラッチ機構などの脱着可能な機構により固定台４２に固定される。固定台４２は、気体イオンビームとのなす角度が上記所定の入射角度に略等しくなるように配置される固定面を有し、試料６の断面がその固定面に対して平行になるようにクランプ部４１が固定されるようになっている。また、固定台４２は、ＦＩＢ加工の際は、クランプ部４１に代えて断面加工用クランプ部（不図示）が取り付けられるようになっている。なお、本実施形態では、固定台４２は、試料を試料ステージ５上に搬送するための移動台を兼ねるものとするが、移動台を固定台４２とは別に設けることも可能である。
【００４５】
図２に、試料ホルダー４の一例を示す。クランプ部４１は、図２（ａ）に示すように押し当て部４１ａと受部４１ｂからなり、これらで試料６が保持された試料保持部材３を試料６の裏面側から挟み込むようにしてクランプする。クランプは、例えばクランプ部４１をネジ等により受部４１ｂに固定することで行う。クランプ時の試料保持部材３の位置決めは、図９（ｄ）に示した試料ホルダーと同様な段部により行う。また、押し当て部４１ａまたは受部４１ｂのクランプ面に位置決めのための所定の大きさ（試料保持部材３のクランプされる部分の大きさに相当する。）の凹部を設け、そこに試料保持部材３を嵌め込むようにしてもよい。
【００４６】
固定台４２は、図２（ｂ）に示すように、クランプ部４１の一端が当接される突き当て部４２ａと、クランプ部４１の他端を固定するための脱着機構を備える固定部４２ｂとを有する。突き当て部４２ａと固定部４２ｂは、対向するように配置されており、その間隔はクランプ部４１の長さにほぼ等しい。また、固定台４２は、クランプ部４１が固定される部分に略「コ」の字状の切り欠き部が形成されている。この切り欠き部の端面は、クランプ部４１の試料保持部材３がクランプされる部分の端面とほぼ同じ位置になっており、試料の裏面側から照射される気体イオンビームがこの切り欠き部を通過し、固定台には照射されない構造になっている。
【００４７】
脱着機構は、例えば図２（ｃ）に示すように、固定部４２ｂのクランプ部４１の他端が当接される面に設けられた板ばね部材４２ｃより構成されている。クランプ部４１を固定台４２へ固定する場合は、クランプ部４１の一端を突き当て部４２ａに当接した状態で、他端を固定部４２に嵌るように押し込むことで板ばね部材４２ｃにより固定する。クランプ部４１を固定台４２から取り外す場合は、クランプ部４１の他端を掴んで持ち上げる。
【００４８】
本実施形態では、クランプ部４１とは別に断面加工用クランプ部（不図示）が使用される。この断面加工用クランプ部は、例えば図９（ｄ）に示した試料ホルダー１０４のクランプ部と同様のもので、受部１０４ａの長さが受部４１ａと略等しくなっており、固定台４２への固定が可能である。ただし、断面加工用クランプ部の場合は、試料の裏面が固定台４２の固定面側に位置するように配置される。このように配置することで、液体金属イオンビーム照射装置１からのＦＩＢを試料の表面に対して略垂直に照射して断面加工を行うことができる。
【００４９】
次に、本実施形態のＦＩＢ装置における断面加工およびダメージ層除去の手順について図１を参照して具体的に説明する。
【００５０】
（１）断面加工：
断面加工では、断面加工用クランプ部を使用する。ダイシングソーによりブロック状に加工された試料が保持された試料保持部材３を断面加工用クランプ部でクランプし、その断面加工用クランプ部を固定台４２に固定する。そして、固定台４２を試料ステージ５上に移動し、液体金属イオンビーム照射装置１を用いて試料の表面を、例えば図１０の（ａ）〜（ｃ）に示した手順で断面加工する。この断面加工は、従来と同様であり、加工面である断面にダメージ層が形成される。
【００５１】
（２）ダメージ層除去：
まず、断面加工用クランプ部を固定台４２から取り外し、上記断面加工が施された試料を保持した試料保持部材３を断面加工用クランプ部から取り外す。この取り外した試料保持部材３を、図２に示したように試料の裏面方向からクランプ部４１でクランプし、そのクランプ部４１を固定台４２に固定する。そして、固定台４２を試料ステージ５上の所定の位置に配置し、気体イオンビーム照射装置２からの気体イオンビームで試料の断面を含む領域を一様に照射してダメージ層を除去する。このとき、気体イオンビームは、図１に示したように、試料６の断面に対してその試料６の裏面側から所定の入射角度で照射されるようになっており、これにより二次粒子の再付着が抑制される。
【００５２】
上述した本実施形態のＦＩＢ装置の最も特徴とするところは、図１に示したように、試料ホルダー４のクランプ部４１を使用して、気体イオンビームを試料６の裏面側から断面に照射するようにして、ダメージ層除去の際の断面への二次粒子の再付着を抑制した点にある。以下に、二次粒子の再付着が抑制される理由を説明する。
【００５３】
図３に、二次粒子放出分布を示す。図３（ａ）に示すように、気体イオンビーム１１が加工面に対して垂直に入射の場合は、二次粒子１２は入射ポイントから放射状に放出され、その放出分布はほぼ円を描くようになる。一方、気体イオンビーム１１が加工面に対して斜めに入射の場合は、図３（ｂ）に示すように、二次粒子１２は入射ポイントから、気体イオンビーム１１の入射方向とは反対の方向へ主に放出され、その放出分布は偏ったものとなる。このように、気体イオンビームの入射方向により二次粒子の放出方向を任意の方向へ向けることが可能である。
【００５４】
また、試料６の断面加工は、必ず試料６の表面に対してＦＩＢを垂直に入射させて、表面を削りとることで行われることから、試料６の表面側に断面と隣接する側壁は存在しない。試料６の表面側には、気体イオンビームが照射される側壁はなく、また、試料保持部材３および試料ホルダー４は気体イオンビームの進行方向に位置しないようになっている。よって、試料６の裏面側から気体イオンビームを断面に斜めに照射するようにすれば、断面以外の領域から放出された二次粒子はそのほとんどが試料６の表面側の方向へ向かい、断面に向かうことはない。なお、図１の例では、試料保持部材３の一部が気体イオンビームの進行方向に位置するように見えるが、実際は、図２（ｂ）に示すようにその部分は切り欠かれており、気体イオンビームが通過するようになっている。また、固定台４２も、切り欠き部が設けられており、これにより、気体イオンビームが当たらないようになっている。
【００５５】
本実施形態では、上記の知見に基づき、二次粒子放出分布に偏りを持たせ、かつ、断面以外の領域から放出された二次粒子が断面に向かわないように構成している。これにより、ダメージ層除去の際の断面への二次粒子の再付着を抑制している。
【００５６】
気体イオンビームの断面への入射角度は小さいほど良いが、試料６の構造上、入射角度をあまり小さくすると、断面に隣接する側壁により気体イオンビームが遮られ、断面を照射することができなくなる。よって、入射角度は、断面をある程度の範囲で照射することができるように設定する必要がある。このような加工面に対する気体イオンビームの入射角度の設定は、試料ステージ５のチルト角を制御することで行うことができる。
【００５７】
以上の説明では、試料６として、ダイシングソーにより加工が施されたものを用いたが、ＳＥＭ像など画像を見ながらＦＩＢをウェーハの欠損箇所に直接照射して断面加工を施し、形成された断面部を切出す、いわゆるピックアップ法あるいはリフトアウト法とよばれる手法により作製された試料を用いることも可能である。この場合は、試料保持部材３と同様な形状の保持部材上に予めサンプル台を作製しておき、そのサンプル台に試料を固定する。
【００５８】
また、試料ホルダーとしては、種々の形態のものが適用可能である。以下に、試料ホルダー４の変形例を示す。
【００５９】
（試料ホルダーの変形例１）
図４に、本発明のイオンビーム装置に用いられる試料ホルダーのクランプ部の変形例を示す。このクランプ部は、押し当て部５１、受部５２、支柱５３ａ、５３ｂ、台５４からなる。押し当て部５１および受部５２は、試料保持部材３をクランプする、図９（ｄ）に示した構成とほぼ同様なものである。受部５２の両端部５２ａ、５２ｂがそれぞれ支柱５３ａ、５３ｂを介して台５４に固定される。台５４は、例えば図２に示した固定台４２に、一端を突き当て部４２ａに当接し、他端を固定部４２ｂに嵌め込むことで固定される。
【００６０】
台５４が固定台４２に固定された状態において、試料保持部材３に保持された試料６の表面は固定台４の固定面側に位置する。この構成によれば、気体イオンビームは試料６の裏面側から所定の入射角度で断面に入射することになる。したがって、本例の試料ホルダーにおいても、二次粒子の断面への再付着を抑制することができる。
【００６１】
また、図５に示すように、台５４が、固定台４２の固定面に垂直な軸５５周りに回動可能に固定台４２に固定されてもよい。この場合は、試料６の一方の断面のダメージ層を除去した後、台５４を軸５５周りに１８０°回転させて、試料６の他方の断面のダメージ層を除去することができる。よって、試料６を取り外す必要がない分、処理時間が短縮されるとともに、手間を省くことができる。
【００６２】
図５に示した構成において、軸５５を回転させるための小型モータは固定台４２側に設けられる。ＦＩＢ装置では、減圧された試料室内に配置された試料ステージに試料ホルダーを固定した状態で、試料室外から小型モータを制御する。これを実現する具体的な構成を以下に簡単に説明する。
【００６３】
試料ステージの所定の部位（試料ホルダーの固定位置）に、小型モータへの入力ラインに接続される端子を設け、この端子から試料室外に引き出した線を試料室外部にある駆動制御部に接続する。これにより、駆動制御部にて、試料ホルダーの回転を制御することができる。
【００６４】
また、固定台４２に、小型モータの電源となる小型電池と、赤外線を受光すると、その受光の間、小型電池から小型モータへ電力を供給させる受光部とを設けてもよい。この場合は、試料室外に設けられた赤外線照射装置から受光部に赤外線を照射し、その照射時間を制御することで、試料ホルダーの回転を制御することができる。
【００６５】
（試料ホルダーの変形例２）
図６に、本発明のイオンビーム装置に用いられる試料ホルダーの他の変形例を示す。この試料ホルダーは、試料６が保持された試料保持部材３をクランプするクランプ部６１と、クランプ部６１が固定される固定台６２とを有する。
【００６６】
固定台６２は、試料６の断面に所定の入射角度で照射される気体イオンビームとのなす角度が、その所定の入射角度に略等しくなるように配置される固定面６２ａを備えている。クランプ部６１は、固定面６２ａに平行な軸６３周りに回動可能に固定台６２に固定されている。この構成によれば、試料６の一方の断面のダメージ層を除去した後、クランプ部６１を軸５３周りに１８０°回転させて、試料６の他方の断面のダメージ層を除去することができる。よって、試料６を取り外す必要がない分、処理時間が短縮されるとともに、手間を省くことができる。
【００６７】
以上説明した本実施形態のＦＩＢ装置において、試料ホルダーは、固定台にそれぞれが試料保持部材をクランプした複数のクランプ部が固定されるように構成してもよい。この場合、各クランプ部は予め決められた間隔で固定し、試料ステージ上における各クランプ部の位置が、基準となるクランプ部から求まるようにする。このように構成することで、気体イオンビームによるダメージ層の除去を、複数の試料に対して連続的に行うことができ、処理時間を短縮することができる。
【００６８】
また、ＦＩＢによる断面加工および気体イオンビームによるダメージ層の除去に際しては、断面に生じるスジが生じることが知られている。例えば、表面に凹凸を有する試料に対してＦＩＢをその表面に略垂直な方向から照射して断面加工を行う場合、凹凸部の境界（角部）と平坦な部分とにおける加工速度（エッチング速度）が異なるため、形成された断面に表面の凹凸に応じたスジが生じる。また、断面加工領域に、材質の異なる領域（境界）が存在する場合も、同様なスジが生じる。これらのスジは、ＴＥＭやＳＥＭを用いた良好な断面観察を妨げる。
【００６９】
本実施形態では、以下に挙げる手順１、２のうちのいずれかを採用することで、上記のようなスジを取り除き、良好な断面観察を実現するようになっている。
【００７０】
（手順１）
（１−１）ＦＩＢを試料表面に第１の照射方向（例えば、試料表面に垂直な方向）から照射して断面加工を行う。この断面加工の際に、スジが生じる。
【００７１】
（１−２）スジを取り除くために、上記断面加工により得られた断面に対して、ＦＩＢを第１の照射方向とは異なる第２の照射方向から照射する。これにより、断面に形成されたスジが取り除かれる。
【００７２】
（１−３）スジが取り除かれた断面に対して、第３の照射方向（この照射方向は試料裏面側からとなる）から気体イオンビームを照射して断面上のダメージ層を除去する。このダメージ層の除去工程で、スジが形成される。
【００７３】
（１−４）上記（１−３）の工程で形成されたスジを除去するために、断面に対して、気体イオンビームを第３の照射方向とは異なる第４の照射方向（この照射方向も試料裏面側からとなる）から照射する。これにより、断面に形成されたスジが取り除かれる。
【００７４】
上記の（１−１）の工程および（１−２）の工程は、同時に行ってもよい。すなわち、第１の照射方向と第２の照射方向とを切り替えながら断面加工を行うようにしてもよい。これと同様に、上記の（１−３）の工程および（１−４）の工程も、同時に行ってもよい。この場合は、第３の照射方向と第４の照射方向とを切り替えながらダメージ層の除去を行うことになる。
【００７５】
（手順２）
（２−１）ＦＩＢを試料表面に第１の照射方向（例えば、試料表面に垂直な方向）から照射して断面加工を行う。この断面加工の際に、スジが生じる。
【００７６】
（２−２）上記断面加工により得られた断面に対して、第１の照射方向とは異なる第２の照射方向（この照射方向は試料裏面側からとなる）から気体イオンビームを照射して断面上のダメージ層を除去する。このダメージ層の除去工程では、（２−１）で生じたスジが除去されるが、気体イオンビームの照射により新たなスジが断面に形成される。
【００７７】
（２−３）上記（２−２）の工程で形成されたスジを除去するために、断面に対して、気体イオンビームを第２の照射方向とは異なる第３の照射方向（この照射方向も試料裏面側からとなる）から照射する。これにより、断面に形成されたスジが取り除かれる。
【００７８】
上記の（２−２）の工程および（２−３）の工程は、同時に行ってもよい。すなわち、第２の照射方向と第３の照射方向とを切り替えながらダメージ層の除去を行うようにしてもよい。この場合は、断面加工時に生じたスジとダメージ層除去の際に生じるスジとを同時に取り除くことになる。
【００７９】
上述の手順１および手順２における照射方向の切り替えは、試料ステージのチルト角を制御することにより行う。
【００８０】
以上、ＦＩＢ装置を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、液体金属イオンビーム照射装置１のない構成、すなわち、ダメージ層を除去するための装置のみからなる構成としてもよい。
【００８１】
また、本発明は、ＦＩＢ加工により形成された断面上のダメージ層を気体イオンビームにより除去する機構を有する装置であれば、どのような装置にも適用することができる。例えば、ＦＩＢ装置にＳＥＭやＴＥＭなどの観察用の装置を組み合せた複合装置においても本発明の構成を適用することができる。
【００８２】
図７に、図１に示したＦＩＢ装置にＳＥＭおよびＴＥＭによる断面観察が可能な機能を組み込んだ複合装置の概略構成を示す。この複合装置は、図１に示した構成において、試料の断面部６ａに電子ビームを照射する電子ビーム照射装置７と、その電子ビームの照射により生じる断面６ａからの二次電子および透過電子をそれぞれ検出する二次電子検出器８、透過電子検出器９とを備える。図７中、斜線で示した部分が図１に示した試料ホルダー４で、クランプ部および固定台は省略してある。断面６ａは、図１に示した試料６の断面部を示す。
【００８３】
断面加工を行う場合は、試料ホルダー４のクランプ部を図９（ｄ）に示したような断面加工用クランプ部に取り替え、試料を保持した試料保持部材をこの断面加工用クランプ部でクランプする。そして、液体金属イオンビーム照射装置１からのＦＩＢで試料の表面を照射して断面加工を行う。
【００８４】
ダメージ層を除去する場合は、断面加工用クランプ部に代えて図１に示したクランプ部４１を使用する。断面が形成された試料を保持している試料保持部材を断面加工用クランプ部から外してクランプ部４１に取り付ける。そして、気体イオンビーム照射装置２からの気体イオンビームを試料の断面に裏面側から照射してダメージ層を除去する。
【００８５】
ダメージ層が除去された断面（断面部６ａ）をＳＥＭ観察する場合は、クランプ部４１に代えて断面加工用クランプ部を使用する。ダメージ層が除去された試料を保持している試料保持部材をクランプ部４１から外して断面加工用クランプ部に取り付ける。電子ビーム照射装置７からの電子ビームが断面部６ａに対して垂直に入射するように試料ステージ５のチルト角を制御する（図７中の破線で示した断面部６ａの状態）。そして、電子ビームを断面部６ａに照射し、断面部６ａから放出される二次電子を二次電子検出器８で検出する。この二次電子検出器８の出力に基づいてＳＥＭ像を得る。
【００８６】
ダメージ層が除去された断面（断面部６ａ）をＴＥＭ観察する場合も、上記のＳＥＭ観察の場合と同様な手順で電子ビームを断面部６ａに垂直な方向から照射する。そして、断面部６ａを透過した透過電子を透過電子検出器９で検出する。この透過電子検出器９の出力に基づいてＳＥＭ像を得る。
【００８７】
以上説明した本発明のイオンビーム装置において、気体イオンビームの加速電圧は数１０Ｖから１０ｋＶが一般的であるが、ダメージを少なくするために低いほどよい。ただし、低い加速電圧にすると、エッチング速度が遅くなるため、実用的な時間でエッチングの終了する加速電圧を設定することが望ましい。
【００８８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、断面への二次粒子の再付着が抑制されるので、ＴＥＭやＳＥＭによる良好な断面観察を行うことができる試料の作製が可能となる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明のイオンビーム装置の一実施形態であるＦＩＢ装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図２】図１に示す試料ホルダーの一例を示す図で、（ａ）はクランプ部の分解斜視図、（ｂ）は試料ホルダーの一部を拡大した斜視図、（ｃ）は（ｂ）の一部を拡大した断面図である。
【図３】（ａ）は垂直入射における二次粒子放出分布を示す模式図、（ｂ）は斜め入射における二次粒子放出分布を示す模式図である。
【図４】本発明のイオンビーム装置に用いられる試料ホルダーのクランプ部の一変形例を示す斜視図である。
【図５】図４に示すクランプ部の一変形例を示す斜視図である。
【図６】本発明のイオンビーム装置に用いられる試料ホルダーの一変形例を示す斜視図である。
【図７】図１に示すＦＩＢ装置にＳＥＭおよびＴＥＭによる断面観察が可能な機能を組み込んだ複合装置の概略構成を説明するための模式図である。
【図８】従来のＦＩＢ装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図９】（ａ）〜（ｄ）は、従来のＦＩＢ装置に使用されている試料ホルダーの固定形態を説明するための斜視図である。
【図１０】（ａ）〜（ｃ）は、ＴＥＭ試料の作製手順を示す工程図である。
【図１１】（ａ）は、ＴＥＭ試料の斜視図、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ’断面図である。
【図１２】特開平６−２６０１２９号公報に記載されたＦＩＢ装置の構成を模式的に示す断面図である。
【図１３】（ａ）〜（ｃ）は、断面に再付着層が形成される過程を示す模式図である。
【符号の説明】
１　液体金属イオンビーム照射装置
２　気体イオンビーム照射装置
３　試料保持部材
４　試料ホルダー
５　試料ステージ
６　試料
１１　気体イオンビーム
１２　二次粒子
４１　クランプ部
４１ａ　押し当て部
４１ｂ　受部
４２　固定台
４２ａ　突き当て部
４２ｂ　固定部
４２ｃ　板ばね部材
【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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