特許 7154593 複合荷電粒子ビーム装置、及び制御方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-10-07

(45)【発行日】2022-10-18

(54)【発明の名称】複合荷電粒子ビーム装置、及び制御方法

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/21 20060101AFI20221011BHJP

   H01J 37/28 20060101ALI20221011BHJP

   H01J 37/30 20060101ALI20221011BHJP

   H01J 37/305 20060101ALI20221011BHJP

   H01J 37/317 20060101ALI20221011BHJP

【ＦＩ】

H01J37/21 Z

H01J37/28 B

H01J37/30 A

H01J37/305 A

H01J37/317 D

【請求項の数】 4

(21)【出願番号】P 2019025928

(22)【出願日】2019-02-15

(65)【公開番号】P2020136002

(43)【公開日】2020-08-31

【審査請求日】2021-11-12

(73)【特許権者】

【識別番号】503460323

【氏名又は名称】株式会社日立ハイテクサイエンス

(74)【代理人】

【識別番号】100165179

【弁理士】

【氏名又は名称】田▲崎▼ 聡

(74)【代理人】

【識別番号】100126664

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 慎吾

(74)【代理人】

【識別番号】100161207

【弁理士】

【氏名又は名称】西澤 和純

(74)【代理人】

【識別番号】100175824

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 淳一

(72)【発明者】

【氏名】杉山 安彦

(72)【発明者】

【氏名】廣瀬 菜緒子

(72)【発明者】

【氏名】大庭 弘

【審査官】鳥居 祐樹

(56)【参考文献】

【文献】国際公開第２０１６／１２５８４４（ＷＯ，Ａ１）

【文献】特開２０１４－１６５１７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１２５５８３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｊ ３７／０９－３７／１０

Ｈ０１Ｊ ３７／３１７

Ｈ０１Ｊ ３７／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

イオンビームを供給するイオン供給部と、
前記イオン供給部が供給する前記イオンビームに加速電圧を印加することによって加速させる加速電圧印加部と、
前記加速電圧印加部が加速させた前記イオンビームを集束させる第１集束部と、
前記第１集束部が集束させた前記イオンビームにビームブースター電圧を印加するビームブースター電圧印加部と、
前記ビームブースター電圧印加部が前記ビームブースター電圧を印加した前記イオンビームを集束させて試料に照射させる第２集束部と、
電子ビームを前記試料に照射する電子ビーム照射部と、
前記ビームブースター電圧印加部が前記イオンビームに印加する前記ビームブースター電圧の値を、前記加速電圧印加部が前記イオンビームに印加する前記加速電圧の値と、集束させた前記イオンビームの焦点距離とに応じて予め決められた設定値に基づいて設定する制御部と
を備える複合荷電粒子ビーム装置。

【請求項2】

集束した前記イオンビームの照射点および焦点と、前記電子ビームの照射点とは前記試料上の同一の点である
請求項１に記載の複合荷電粒子ビーム装置。

【請求項3】

前記制御部は、前記加速電圧の値と前記設定値との組を記憶する記憶部から読み出した前記組に基づいて、前記ビームブースター電圧の値を前記設定値に設定する
請求項１または請求項２に記載の複合荷電粒子ビーム装置。

【請求項4】

イオンビームを供給するイオン供給部と、
前記イオン供給部が供給する前記イオンビームに加速電圧を印加することによって加速させる加速電圧印加部と、
前記加速電圧印加部が加速させた前記イオンビームを集束させる第１集束部と、
前記第１集束部が集束させた前記イオンビームにビームブースター電圧を印加するビームブースター電圧印加部と、
前記ビームブースター電圧印加部が前記ビームブースター電圧を印加した前記イオンビームを集束させて試料に照射させる第２集束部と、
電子ビームを前記試料に照射する電子ビーム照射部と、
を備える複合荷電粒子ビーム装置における制御方法おいて、
前記ビームブースター電圧印加部が前記イオンビームに印加する前記ビームブースター電圧の値を、前記加速電圧印加部が前記イオンビームに印加する前記加速電圧の値と、集束させた前記イオンビームの焦点距離とに応じて予め決められた設定値に基づいて設定する制御過程
を有する制御方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複合荷電粒子ビーム装置、及び制御方法に関する。

【背景技術】

【0002】

電子ビーム（ＥＢ：Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｂｅａｍ）と集束イオンビーム（ＦＩＢ：Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ）を備える複合荷電粒子ビーム装置を使用した透過電子顕微鏡（ＴＥＭ：Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）試料作製に代表される試料形状の加工においては、イオンビーム照射による試料へのダメージを最小限に抑えたいという要求がある。そのため、複合荷電粒子ビーム装置を使用した加工においては、イオンビームの加速エネルギーを数ｋｅＶ以下に下げて試料を加工している。

【0003】

例えば、粗加工を３０ｋｅＶで行い、仕上げ加工を１０ｋｅＶで行う集束イオンビームを用いたＴＥＭ試料の作成方法が知られている（特許文献１）。また、仕上げ加工に使用するイオンビームのエネルギーを低くすると共に、試料への入射角度を当該試料の形状に合わせて最適化することによって効果的にダメージ層を除去する加工方法が知られている（特許文献２）。また、ダメージ層を減らすためには、集束イオンビーム装置の加速電圧を低くする必要があることが知られている（特許文献３）。このように、集束イオンビーム装置を用いた加工において加速電圧を低くすることは周知の事実となっている。

【0004】

しかし、集束イオンビームの加速電圧を低くすると、色収差によるビームボケ量の増大やクーロン相互作用によるビームプロファイルの広がりが顕著となる。ビームボケ量の増大やビームプロファイルの広がりへの対策としてビームブースター技術が用いられている（特許文献４、非特許文献１）。ビームブースター技術では、光学系の中間部のポテンシャルエネルギーを上げた後、対物レンズによって当該ポテンシャルエネルギーを低下させる。
また、電子ビームにおいてもビームブースターを使用することは周知されている（特許文献５）。

【0005】

電子ビームと集束イオンビームとが試料上の同一点に照射される複合荷電粒子ビーム装置が知られている（特許文献６）。複合荷電粒子ビーム装置では、電子ビームと集束イオンビームとを試料上の同一点に照射し、かつ電子ビームの焦点と集束イオンビームの焦点とが前記試料上の同一点に合わせられることが要求される。この電子ビームと集束イオンビームが照射される試料上の同一点をコインシデンスポイント（Ｃｏｉｎｃｉｄｅｎｃｅ Ｐｏｉｎｔ：ＣＰ）と定義する。
集束イオンビームの制御方法として、イオンビームの電流量に対応してレンズの設定、非点補正値、アパーチャ径、ビームアライメントへの印加電圧、および対物レンズへの印加電圧等のイオンビーム光学条件と、複数個の加工内容とをコンピュータに記憶させておき、加工内容に従って光学条件を選択、設定し複数個の加工を行うことが開示されている（特許文献７）。
集束イオンビームのレンズの制御として、集束電圧テーブルを作成し、この集束電圧テーブルに基づいて集束電圧を設定することによってビーム電流値を基準値または任意値に合わせることが開示されている（特許文献８）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【文献】特開平１１－２２３５８８号公報

【文献】特開２００７－１９３９７７号公報

【文献】特開２００９－２７２２９３号公報

【文献】特開２００７－１０３１０８号公報

【文献】特開２０００－１７３５２０号公報

【文献】特開２００６－２３６８３６号公報

【文献】特開平１０－１０６４７４号公報

【文献】特開２０１３－１９６８２６号公報

【非特許文献】

【0007】

【文献】Ｍｉｃｈａｅｌ Ｒａｕｓｃｈｅｒ ａｎｄ Ｅｒｉｃｈ Ｐｌｉｅｓ、「Ｌｏｗ Ｅｎｅｒｇｙ ｆｏｃｕｓｅｄ ｉｏｎ ｂｅａｍ ｓｙｓｔｅｍ ｄｅｓｉｇｎ」、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｖａｃｕｕｍ Ｓｃｉｅｎｃｅ ＆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ａ、Ａｍｅｒｉｃａｎ Ｖａｃｕｕｍ Ｓｏｃｉｅｔｙ、２００６、２４（４）、ｐ．１０５５－１０６６

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、集束イオンビーム装置にビームブースターを使用した場合、ビームブースター電圧によって集束イオンビームの焦点距離が制限される。この制限によって、集束イオンビームの焦点が試料の上方のみにしか合わせられず、従ってＣＰに焦点を合わせることができない状況が発生する。

【0009】

ここで図１０を参照し、集束イオンビームの焦点をＣＰに合わせることができない状況について説明する。図１０は、従来の複合荷電粒子ビーム装置におけるビーム軌道の一例を示す図である。図１０では、集束イオンビーム鏡筒Ａ０から集束イオンビームが試料ＳＰ０に照射されるとともに、電子ビーム鏡筒Ｂ０から電子ビームが試料ＳＰ０に照射されている。

【0010】

ビーム軌道Ｔ１は、ビームブースター電圧が印加されない場合の集束イオンビームの軌道である。ビーム軌道Ｔ２は、ビームブースター電圧が印加された場合の集束イオンビームの軌道である。ビーム軌道Ｔ３は、電子ビームの軌道である。

【0011】

ビームブースター電圧が印加されない場合には、ビーム軌道Ｔ１は試料ＳＰ０の表面上の点ＦＰ１に焦点を結ぶ。ここで点ＦＰ１はＣＰであり、電子ビームの焦点でもある。一方、ビームブースター電圧が印加された場合、集束イオンビームの焦点は点ＦＰ１には合わせられず、ビーム軌道Ｔ１は試料ＳＰ０の上方の点ＦＰ０に焦点を結ぶ場合がある。つまり、集束イオンビームにビームブースター電圧が印加された場合には、集束イオンビームの焦点をＣＰに合わせることができない状況が発生する。

【0012】

上述の集束イオンビームにビームブースターを使用した場合に発生する合焦可能な範囲の制限は、加速電圧によって変化する。またビームブースターを使用した場合に発生する合焦可能な範囲の制限は、ビームブースターの電圧によっても変化する。そのため、ビームブースターの電圧の範囲によっては、集束イオンビームの焦点距離を、ＣＰに設定できない場合がある。集束イオンビームの焦点距離を、ＣＰに設定できないビームブースターの電圧を使用した条件では、集束イオンビーム装置の対物レンズの印加電圧を調整して、レンズ強度を調整してもＣＰに焦点を合わせることは困難である。

【0013】

上述のように本課題は、電子ビームと集束イオンビームとから構成される複合荷電粒子ビーム装置において、集束イオンビーム鏡筒にビームブースターが搭載されている場合かつ集束イオンビームの作動距離が電子ビームの作動距離より長い場合に発生し、電子ビームと集束イオンビームとを試料上の同一点に照射し、かつ電子ビームの焦点と集束イオンビームの焦点とが前記試料上の同一点に合わせることができない状況が発生することである。

【0014】

本課題に特許文献７に記載の方法を適用しても解決策にならない。特許文献７には集束イオンビームのビームブースターの記載がなく、また複合荷電粒子ビームについての記載もなく、ＣＰが存在しない。そのためどのように課題が発生し、どのようにビームブースター電圧を設定すれは良いかを類推することはできない。

【0015】

また、本課題の特許文献８に記載の方法を適用しても解決策にならない。特許文献８における制御対象は集束レンズの集束電圧であり、特許文献８では集束電圧を設定することよってビーム電流を調整することを目的としている。特許文献８には集束イオンビームのビームブースターの記載がなく、また複合荷電粒子ビームについての記載もなく、ＣＰが存在しない。そのためどのように課題が発生し、どのようにビームブースター電圧を設定すれは良いかを類推することはできない。

【0016】

そこで複合荷電粒子ビーム装置において、集束イオンビーム鏡筒にビームブースターが搭載されている場合、集束イオンビームの所望の加速電圧に応じてビームブースターの電圧を設定できることが求められている。

【0017】

本発明は上記の点に鑑みてなされたものであり、集束イオンビームの所望の加速電圧に応じてビームブースターの電圧の値を設定できる複合荷電粒子ビーム装置、及び制御方法を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0018】

上記課題を解決して係る目的を達成するために、本発明は以下の態様を採用した。
（１）本発明の一態様に係る複合荷電粒子ビーム装置は、イオンビームを供給するイオン供給部と、前記イオン供給部が供給する前記イオンビームに加速電圧を印加することによって加速させる加速電圧印加部と、前記加速電圧印加部が加速させた前記イオンビームを集束させる第１集束部と、前記第１集束部が集束させた前記イオンビームにビームブースター電圧を印加するビームブースター電圧印加部と、前記ビームブースター電圧印加部が前記ビームブースター電圧を印加した前記イオンビームを集束させて試料に照射させる第２集束部と、電子ビームを前記試料に照射する電子ビーム照射部と、前記ビームブースター電圧印加部が前記イオンビームに印加する前記ビームブースター電圧の値を、前記加速電圧印加部が前記イオンビームに印加する前記加速電圧の値と、集束させた前記イオンビームの焦点距離とに応じて予め決められた設定値に基づいて設定する制御部とを備える。

【0019】

上記（１）に記載の態様に係る複合荷電粒子ビーム装置では、集束した前記イオンビームの照射点および焦点と、前記電子ビームの照射点とは前記試料上の同一の点である。

【0020】

（２）上記（１）に記載の複合荷電粒子ビーム装置では、前記集束イオンビームの焦点がＣＰに合わせられる。

【0021】

上記（２）に記載の態様に係る複合荷電粒子ビーム装置では、電子ビームによる観察が可能な試料の範囲で、集束イオンビームを所定の電圧より低い加速電圧において加速した場合のイオンビームの広がりをビームブースターによって抑えることができ、微細なイオンプローブを形成して加工及び観察が可能となる。上記（２）に記載の態様に係る複合荷電粒子ビーム装置では、試料の同一箇所を試料ステージの位置調整をすることなく、電子ビームによる観察と、ビームブースター機能を備えた集束イオンビームによる加工及び観察が可能となる。

【0022】

（３）上記（１）または（２）に記載の複合荷電粒子ビーム装置では、前記制御部は、前記加速電圧の値と前記設定値との組を記憶する記憶部から読み出した前記組に基づいて、前記ビームブースター電圧の値を前記設定値に設定する。

【0023】

上記（３）に記載の態様に係る複合荷電粒子ビーム装置では、加速電圧の値と、ビームブースター電圧の値との組を記憶部から読み出して、集束イオンビームの所望の加速電圧に応じてビームブースターの電圧の値を制限し、前記制限の範囲内で設定できる。

【0024】

（４）本発明の一態様に係る制御方法は、イオンビームを供給するイオン供給部と、前記イオン供給部が供給する前記イオンビームに加速電圧を印加することによって加速させる加速電圧印加部と、前記加速電圧印加部が加速させた前記イオンビームを集束させる第１束部と、前記第１集束部が集束させた前記イオンビームにビームブースター電圧を印加するビームブースター電圧印加部と、前記ビームブースター電圧印加部が前記ビームブースター電圧を印加した前記イオンビームを集束させて試料に照射させる第２集束部と、電子ビームを前記試料に照射する電子ビーム照射部と、を備える複合荷電粒子ビーム装置における制御方法おいて、前記ビームブースター電圧印加部が前記イオンビームに印加する前記ビームブースター電圧の値を、前記加速電圧印加部が前記イオンビームに印加する前記加速電圧の値と、集束させた前記イオンビームの焦点距離とに応じて予め決められた設定値に基づいて設定する制御過程を有する。

【発明の効果】

【0025】

本発明によれば、集束イオンビームの所望の加速電圧に応じて集束イオンビームのビームブースターの電圧の値を設定できる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】本発明の実施形態に係る複合荷電粒子ビーム装置の構成の一例を示す図である。

【図2】本発明の実施形態に係る走査系の絶縁の一例を示す図である。

【図3】本発明の実施形態に係る制御部の構成の一例を示す図である。

【図4】本発明の実施形態に係る加速電圧値に対するビームブースター電圧値の範囲の一例を示す図である。

【図5】本発明の実施形態に係るＦＩＢ作動距離とＳＥＭ作動距離との一例を示す図である。

【図6】本発明の実施形態に係るＦＩＢ作動距離とビームブースター電圧との関係の一例を示す図である。

【図7】本発明の実施形態に係るビームブースター電圧値の設定処理の一例を示す図である。

【図8】本発明の実施形態の変形例に係る集束イオンビーム鏡筒、及び電子ビーム鏡筒の配置の第１の例を示す図である。

【図9】本発明の実施形態の変形例に係る集束イオンビーム鏡筒、及び電子ビーム鏡筒の配置の第２の例を示す図である。

【図10】従来の複合荷電粒子ビーム装置におけるビーム軌道の一例を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0027】

（実施形態）
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について詳しく説明する。図１は、本実施形態に係る複合荷電粒子ビーム装置Ｄの構成の一例を示す図である。
複合荷電粒子ビーム装置Ｄは、集束イオンビーム装置Ｄ１と、ビームブースター制御部６と、ビームブースター電源部７と、レンズ電源部８と、制御部９と、タンク制御モジュール１２と、ホストＰＢ部１３と、真空制御部１４と、ステージ制御部１５と、スキャンボード１６と、パーソナルコンピュータ（ＰＣ：Ｐｅｒｓｏｎａｌ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ）１７と、走査型電子顕微鏡Ｄ２（不図示）とを備える。

【0028】

集束イオンビーム装置Ｄ１は、イオン源制御部１と、イオンエミッタＥと、引出電極２と、コンデンサレンズ３と、ビームブースター４と、対物レンズ５とを備える。集束イオンビーム装置Ｄ１は、イオンビームＢに、加速電圧Ｖａｃｃを印加した後、コンデンサレンズ３、ビームブースター４、及び対物レンズ５によって集束させて、試料ＳＰ１に照射する。試料ＳＰ１は、接地された状態において配置される。

【0029】

イオン源制御部１（イオン供給部の一例）は、荷電粒子ビームとしてイオンビームＢの放出を制御する。イオン源制御部１は、引き出し電源１１と、加速電源１０とを備える。イオンエミッタＥは、鋭利な先端をもつ金属を有し、この金属の先端を、例えば液体金属ガリウムで濡らした液体金属イオン源とする。あるいは液体金属の代わりにヘリウム、ネオン、酸素、窒素、水素等のガスを供給してガス電界電離型イオン源としてもよい。または、荷電粒子供給部として誘導結合プラズマイオン源や電子サイクロトロン共鳴プラズマイオン源を利用することもできる。
引き出し電源１１は、イオンエミッタＥの先端と、引出電極２との間に引き出し電圧Ｖｅｘｔを印加することによって、当該先端から荷電粒子としてガリウムイオンを引き出す。

【0030】

加速電源１０（加速電圧印加部の一例）は、イオン源制御部１が供給するイオンビームＢに加速電圧Ｖａｃｃを印加することによって加速させる。加速電圧は一例として、最大３０ｋＶであるが、イオンビーム照射による試料へのダメージを最小限に抑えるためには、集束イオンビームの加工ステップ毎に加速電圧を設定して使用する。例えば粗加工では加速電圧を３０ｋＶに設定し、仕上げ加工では加速電圧を１ｋＶ、０．５ｋＶと低い値に設定して加工を行う。

【0031】

コンデンサレンズ３（第１集束部の一例）は、加速電源１０が加速させたイオンビームＢを集束させる。ここでコンデンサレンズ３は、レンズ電源部８のコンデンサレンズ電源８０によってコンデンサレンズ電圧Ｖｃｌを印加されて形成される電場によって、通過するイオンビームＢを集束させる。

【0032】

ビームブースター４（ビームブースター電圧印加部の一例）は、コンデンサレンズ３が集束させたイオンビームＢにビームブースター電圧Ｖｂを印加する。ビームブースター４は、コンデンサレンズ３と、対物レンズ５との間に備えられる。ビームブースター４は、コンデンサレンズ３を通過したイオンビームＢのポテンシャルエネルギーを上げることによって、色収差によるビームのボケ量の増大や、クーロン相互作用によるビームプロファイルの広がりを抑制する。ビームブースター４は、アライメント電極４１と、スティグマ電極４２と、ブランキング電極４３と、デフレクション電極４４とを備える。

【0033】

アライメント電極４１は、ビームブースター制御部６のアライメント電源６１と接続され、イオンビームＢに電圧を印加することによって、通過するイオンビームＢの光軸のずれを修正する。
スティグマ電極４２は、ビームブースター制御部６のスティグマ電源６２と接続され、イオンビームＢに電圧を印加することによって、通過するイオンビームＢを断面形状の歪みを補正し、真円に形成する。
ブランキング電極４３は、ビームブースター制御部６のブランキング電源６３と接続され、イオンビームＢに電圧を印加することによって、通過するイオンビームＢを試料ＳＰ１に照射されないように偏向させる。
デフレクション電極４４は、ビームブースター制御部６のデフレクション電源６４と接続され、イオンビームＢに電圧を印加することによって、通過するイオンビームＢを試料ＳＰ１上に走査する。

【0034】

対物レンズ５（第２集束部の一例）は、ビームブースター４がビームブースター電圧Ｖｂを印加したイオンビームＢを集束させて試料ＳＰ１に照射させる。ここで対物レンズ５は、レンズ電源部８の対物レンズ電源８１によって対物レンズ電圧Ｖｏｌを印加されて形成される電場によって、通過するイオンビームＢを集束させる。また、対物レンズ５は、加速電圧Ｖａｃｃと、対物レンズ電圧Ｖｏｌとの電位差によってイオンビームＢを減速させる。

【0035】

ビームブースター制御部６は、ビームブースター４を制御する。ビームブースター制御部６は、ＭＣＵ６０と、アライメント電源６１と、スティグマ電源６２と、ブランキング電源６３と、デフレクション電源６４と、高圧フローティング部６６とを備える。
メモリコントロールユニット（ＭＣＵ：Ｍｅｍｏｒｙ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）６０は、ビームブースター電源部７によって設定されるビームブースター電圧Ｖｂに基づいて、アライメント電源６１と、スティグマ電源６２と、ブランキング電源６３と、デフレクション電源６４とを制御する。

【0036】

アライメント電源６１は、アライメント電極４１に電圧を印加する。スティグマ電源６２は、スティグマ電極４２に電圧を印加する。ブランキング電源６３は、ブランキング電極４３に電圧を印加する。デフレクション電源６４は、デフレクション電極４４の電圧、及び走査電極４５に電圧を印加する。

【0037】

高圧フローティング部６６は、スキャンボード１６によって制御されて走査信号をデフレクション電源６４に供給する。当該走査信号は、イオンビームＢの試料ＳＰ１に照射される位置を調整するための信号である。高圧フローティング部６６は、スキャンボード１６とともに走査系ＳＳを構成する。走査系ＳＳの詳細については後述する。

【0038】

ビームブースター電源部７は、制御部９に制御されてビームブースター電圧Ｖｂを設定する。
レンズ電源部８は、コンデンサレンズ電源８０と、対物レンズ電源８１とを備える。コンデンサレンズ電源８０は、コンデンサレンズ３に電圧を印加する。対物レンズ電源８１は、対物レンズ５に電圧を印加する。

【0039】

制御部９は、ＰＣ１７から供給される加速電圧値Ｅａｃｃに基づいてビームブースター電源部７を制御する。ここで加速電圧値Ｅａｃｃは、ＰＣ１７からホストＰＢ１３を介して制御部９に供給される。制御部９の詳細については後述する。

【0040】

ＰＣ１７は、複合荷電粒子ビーム装置Ｄの使用者からの各種の操作を受け付ける。ＰＣ１７は、タンク制御モジュール１２を介してイオン源制御部１に操作信号を供給する。ＰＣ１７は、ホストＰＢ１３を介してビームブースター制御部６及び制御部９に操作信号を供給する。ここで操作信号には、例えば、加速電圧Ｖａｃｃの値である加速電圧値Ｅａｃｃを示す情報が含まれる。また、ＰＣ１７は、複合荷電粒子ビーム装置Ｄの真空状態を制御する真空制御部１４、及び試料ＳＰ１が載置されるステージを制御するステージ制御部１５を制御する。

【0041】

走査型電子顕微鏡Ｄ２（不図示、電子ビーム照射部の一例）は、電子ビームを試料ＳＰ１に照射し、試料ＳＰ１から放出される二次電子や反射電子を検出することによって試料ＳＰ１の表面や断面を観察する。

【0042】

ここで図２を参照し、走査系の絶縁について説明する。図２は、本実施形態に係る走査系ＳＳの絶縁の一例を示す図である。走査系ＳＳは、スキャンボード１６と、高圧フローティング部６６と、光絶縁Ｐを備える。

【0043】

スキャンボード１６はスキャン制御部１６０を備える。スキャン制御部１６０は、デジタル走査信号であるＸデジタル走査信号１Ｓ、Ｙデジタル走査信号２Ｓ、及びＣＬＫ信号３Ｓを高圧フローティング部６６に供給する。ここでＣＬＫ信号３Ｓは、Ｘデジタル走査信号１ＳとＹデジタル走査信号２Ｓとの同期、及びＤ／Ａ変換の同期に用いられる。Ｘデジタル走査信号１Ｓ、Ｙデジタル走査信号２Ｓ、及びＣＬＫ信号は、光絶縁Ｐによって絶縁され高圧フローティング部６６に供給される。光絶縁Ｐは、一例として、フォトカプラであり、スキャンボード１６と高圧フローティング部６６との間に備えられる。

【0044】

高圧フローティング部６６の電位は、ビームブースター電圧Ｖｂに対応する高圧であるビームブースター電位に等しい。高圧フローティング部６６は、Ｄ／Ａ変換部６７を備える。Ｄ／Ａ変換部６７は、ＣＬＫ信号３Ｓに同期させてＸデジタル走査信号１ＳをＸアナログ走査信号４Ｓへ変換し、Ｙデジタル走査信号２ＳをＹアナログ走査信号５Ｓへ変換する。
なお、光絶縁Ｐは、スキャンボード１６と高圧フローティング部６６との間に備えられる代わりに、高圧フローティング部６６内に備えられて、Ｄ／Ａ変換部６７によって変換されたＸアナログ走査信号４Ｓ及びＹアナログ走査信号５Ｓを絶縁アンプ等を用いて絶縁してもよい。

【0045】

次に図３を参照し、制御部９の構成の詳細について説明する。図３は、本実施形態に係る制御部９の構成の一例を示す図である。制御部９は、処理部９０と、記憶部９１とを備える。
処理部９０は、ＰＣ１７から供給される加速電圧値Ｅａｃｃと、記憶部９１から読み出す電圧テーブルＴとに基づいてビームブースター電圧Ｖｂの値であるビームブースター電圧値Ｅｂを算出する。処理部９０は、算出したビームブースター電圧値Ｅｂをビームブースター電源部７に供給する。

【0046】

ここで電圧テーブルＴは、加速電圧値Ｅａｃｃと、所望の焦点距離に応じて予め算出されたビームブースター電圧設定値ＴＥｂとの組を示すテーブルである。イオンビームＢにビームブースター４を使用した場合に発生するイオンビームＢの焦点距離ＦＢの制限範囲は、加速電圧値Ｅａｃｃにより変化する。またイオンビームＢの合焦可能な範囲はビームブースター電圧値Ｅｂによっても変化する。

【0047】

複合荷電粒子ビーム装置Ｄでは、電圧テーブルＴは、加速電圧値Ｅａｃｃと、加速電圧値Ｅａｃｃにおいて電子ビームと集束イオンビームとが照射される試料上の同一点すなわちＣＰに合焦可能なビームブースター電圧設定値ＴＥｂとの組見合せが予め求められたテーブルである。複合荷電粒子ビーム装置Ｄでは、電圧テーブルＴに基づいてビームブースター電圧設定値ＴＥｂが設定されることによって、イオンビームBの照射点および焦点と、電子ビームの照射点とは試料ＳＰ１上の同一の点となる。

【0048】

記憶部９１は、電圧テーブルＴを記憶する。つまり、記憶部９１は、加速電圧値Ｅａｃｃと、ビームブースター電圧設定値ＴＥｂとの組を記憶する。本実施形態では、記憶部９１は、加速電圧値Ｅａｃｃと、ビームブースター電圧設定値ＴＥｂとの複数の組を電圧テーブルＴとして記憶する。

【0049】

ここで図４を参照し、合焦可能なビームブースター電圧Ｖｂの範囲について説明する。図４は、本実施形態に係る加速電圧値Ｅａｃｃに対するビームブースター電圧値Ｅｂの範囲の一例を示す図である。
処理部９０は、加速電圧Ｖａｃｃの切り替え時には、電圧テーブルＴが示すビームブースター電圧設定値ＴＥｂより等しいか低い電圧値に、ビームブースター電圧値Ｅｂを変化させる。すなわち電圧テーブルＴにはビームブースター電圧Ｖｂの上限を与えるビームブースター電圧設定値ＴＥｂが記憶されている。ビームブースター電圧値Ｅｂを設定した後は、電圧テーブルＴには加速電圧値Ｅａｃｃと設定したビームブースター電圧値Ｅｂとの組が記憶されてもよい。次回ビームブースター電圧Ｖｂを設定する際は、処理部９０は、加速電圧値Ｅａｃｃに対応する記憶されたビームブースター電圧値Ｅｂを使用してもよい。

【0050】

ここで図５及び図６を参照し、集束イオンビーム装置Ｄ１の作動距離であるＦＩＢ作動距離ＷＤａ１と、ビームブースター電圧Ｖｂとの関係について説明する。図５は、本実施形態に係るＦＩＢ作動距離ＷＤａ１と、ＳＥＭ作動距離ＷＤｂ１との一例を示す図である。

【0051】

Ｘ軸およびＹ軸は水平面に平行かつ互いに直交し、Ｚ軸はＸ軸およびＹ軸に直交する鉛直方向を示す。図５では、集束イオンビーム装置Ｄ１に備えられる集束イオンビーム鏡筒Ａ１は、Ｚ軸と平行、つまり鉛直方向に備えられる。イオンビームＢは、集束イオンビーム鏡筒Ａ１からＺ軸の負の向きに試料ＳＰ１に照射される。
一方、走査型電子顕微鏡Ｄ２に備えられる電子ビーム鏡筒Ｂ１は、Ｚ軸から所定の角度だけ傾いて備えられる。電子ビームＥＢは、電子ビーム鏡筒Ｂ１から当該所定の角度だけ傾いて試料ＳＰ１に照射される。当該所定の角度は、例えば水平面から３０～６０°の範囲で設定される。

【0052】

ここでＦＩＢ作動距離ＷＤａ１は、集束イオンビーム鏡筒Ａ１の先端と、試料ＳＰ１の表面との間の距離である。ＳＥＭ作動距離ＷＤｂ１は、走査型電子顕微鏡Ｄ２の作動距離であり、電子ビーム鏡筒Ｂ１の先端と、試料ＳＰ１の表面との間の距離である。
走査型電子顕微鏡Ｄ２の像分解能を確保するため、ＦＩＢ作動距離ＷＤａ１の方がＳＥＭ作動距離ＷＤｂ1よりも長い。ＦＩＢ作動距離ＷＤａ１は、例えば８～１６ｍｍの範囲で設定される。ＳＥＭ作動距離ＷＤｂ１は、例えば２～７ｍｍの範囲で設定される。

【0053】

図６は、本実施形態に係るＦＩＢ作動距離ＷＤａ１とビームブースター電圧Ｖｂとの関係の一例を示す図である。グラフＧは、加速電圧が１ｋＶの場合に、ビームブースター電圧Ｖｂの値（ビームブースター電圧値Ｅｂ）に対するＣＰに合焦可能なＦＩＢ作動距離ＷＤａ１を示すグラフである。グラフＧの左上の領域は合焦不可能なＦＩＢ作動距離ＷＤａ１に対応し、グラフＧの右下の領域は合焦可能なＦＩＢ作動距離ＷＤａ１に対応する。つまりグラフＧはＣＰに合焦可能か不可能かの境界を表している。グラフＧによれば、ビームブースター電圧Ｖｂの絶対値が大きくなるほど、合焦可能なＦＩＢ作動距離ＷＤａ１は短くなる傾向がある。

【0054】

例えば、点Ｐ１に着目すると、ＦＩＢ作動距離ＷＤａ１が１６ｍｍの場合には、合焦可能であるためには、ビームブースター電圧Ｖｂの値の絶対値を６ｋＶ以下とする必要があることがわかる。

【0055】

ここで図７を参照し、制御部９がビームブースター電圧値Ｅｂを設定する処理について説明する。図７は、本実施形態に係るビームブースター電圧値Ｅｂの設定処理の一例を示す図である。
ステップＳ１０：処理部９０は、ＰＣ１７から加速電圧値Ｅａｃｃを取得する。
ステップＳ２０：処理部９０は、記憶部９１から電圧テーブルＴを読み出す。

【0056】

ステップＳ３０：処理部９０は、読み出した電圧テーブルＴに基づいて、加速電圧値Ｅａｃｃに応じたビームブースター電圧値Ｅｂを設定する。ここで処理部９０は、ビームブースター電圧値Ｅｂとして、電圧テーブルＴに基づいて加速電圧値Ｅａｃｃに対応するビームブースター電圧設定値ＴＥｂに等しいか所定の値だけ低いビームブースター電圧値Ｅｂを算出する。処理部９０は、算出したビームブースター電圧値Ｅｂをビームブースター電源部７に供給することによって、ビームブースター電圧値Ｅｂを設定する。

【0057】

したがって、制御部９は、加速電源１０がイオンビームＢに印加する加速電圧Ｖａｃｃの値である加速電圧値Ｅａｃｃと、ビームブースター４がイオンビームＢに印加するビームブースター電圧Ｖｂの値であるビームブースター電圧値Ｅｂを、イオンビームＢの焦点距離ＦＢとに応じて予め決められた設定値であるビームブースター電圧設定値ＴＥｂに基づいて設定する。
ここで、電圧テーブルＴとは、加速電圧値Ｅａｃｃとビームブースター電圧設定値ＴＥｂとの組である。したがって、制御部９は、加速電圧値Ｅａｃｃとビームブースター電圧設定値ＴＥｂとの組を記憶する記憶部９１から読み出した組に基づいて、ビームブースター電圧値Ｅｂをビームブースター電圧設定値ＴＥｂに設定する。

【0058】

なお、本実施形態では、制御部９が記憶部９１を備える場合について説明したが、これに限らない。記憶部９１は、複合荷電粒子ビーム装置Ｄの外部に備えられてもよい。記憶部９１が複合荷電粒子ビーム装置Ｄの外部に備えられる場合、例えば、記憶部９１は、外部記憶装置や、クラウドサーバーとして備えられる。
また記憶部９１が電圧テーブルＴを記憶する代わりに、記憶部９１が加速電圧値Ｅａｃｃからビームブースター電圧値Ｅｂを算出する演算式を記憶し、制御部９はこの演算式に基づいてビームブースター電圧値Ｅｂを算出して設定してもよい。

【0059】

なお、本実施形態では、集束イオンビーム鏡筒Ａ１が鉛直方向に備えられ、電子ビーム鏡筒Ｂ１が鉛直方向から所定の角度だけ傾いて備えられる場合について説明したが、これに限らない。
ここで図８及び図９を参照し、集束イオンビーム鏡筒Ａ１、及び電子ビーム鏡筒Ｂ１の配置の変形例について説明する。

【0060】

図８は、本実施形態の変形例に係る集束イオンビーム鏡筒Ａ２、及び電子ビーム鏡筒Ｂ２の配置の第１の例を示す図である。図８では、集束イオンビーム鏡筒Ａ２は、Ｚ軸から所定の角度だけ傾いて備えられる。イオンビームＢは、集束イオンビーム鏡筒Ａ２から当該所定の角度だけ傾いて試料ＳＰ２に照射される。
一方、電子ビーム鏡筒Ｂ２は、Ｚ軸と平行、つまり鉛直方向に備えられる。電子ビームＥＢは、電子ビーム鏡筒Ｂ２からＺ軸の負の向きに試料ＳＰ２に照射される。
ＦＩＢ作動距離ＷＤａ２の方がＳＥＭ作動距離ＷＤｂ２よりも長い。

【0061】

図９は、本実施形態の変形例に係る集束イオンビーム鏡筒Ａ３、及び電子ビーム鏡筒Ｂ３の配置の第２の例を示す図である。図９では、集束イオンビーム鏡筒Ａ３は、Ｘ軸と平行、つまり水平方向に備えられる。イオンビームＢは、集束イオンビーム鏡筒Ａ２からＸ軸の負の向きに試料ＳＰ３に照射される。
一方、電子ビーム鏡筒Ｂ３は、Ｚ軸と平行、つまり鉛直方向に備えられる。電子ビームＥＢは、電子ビーム鏡筒Ｂ３からＺ軸の負の向きに試料ＳＰ３に照射される。
ＦＩＢ作動距離ＷＤａ３の方がＳＥＭ作動距離ＷＤｂ３よりも長い。

【0062】

以上に説明したように、本実施形態に係る複合荷電粒子ビーム装置Ｄでは、荷電粒子ビーム（イオンビームＢ）の所望の加速電圧に応じて集束イオンビームをＣＰに合焦可能なビームブースター４のビームブースター電圧Ｖｂの値（ビームブースター電圧値Ｅｂ）を設定できる。

【0063】

本発明の効果を、Ｇａ（ガリウム）集束イオンビームによる透過電子顕微鏡用薄片試料作製を例に説明する。加工は以下の３ステップで実施する。
（１）粗加工
集束イオンビームの加速電圧を３０ｋＶ、ビーム電流を１０ｎＡとして薄片の周辺部の加工を行う。薄片の周辺部を高加速電圧、及び大電流により加工レートの大きな条件で加工を行うことは公知である（特許文献１）。加速電圧３０ｋＶでは色収差やクーロン相互作用によるビームボケは顕著ではないため、ビームブースターの設定電圧は０Vとする。本粗加工により薄片の幅を０．７μｍまで削り込む。薄片の幅は、薄片加工部と同一点に照射されている電子ビームによる走査電子顕微鏡像により、加工の進行状況をほぼリアルタイムで観察することで確認する。但し加速電圧が３０ｋＶのため、Ｓｉ層においてはＧａ注入および原子間の衝突カスケードにより２５ｎｍの深さのダメージ層が形成される。薄片の両面にそれぞれ表面から２５ｎｍの深さのダメージ層が形成される。

【0064】

（２）中間加工
集束イオンビームの加速電圧を１ｋＶ、ビーム電流を２００ｐＡとして、上述した粗加工で形成されたダメージ層をエッチングする。その際に新たに形成されるダメージ層の厚みを極力薄くするために、加速電圧を下げて加工を行う。加速電圧１ｋＶでは色収差やクーロン相互作用によるビームボケは顕著になるため、ビームブースターの設定電圧は図４を参照して－７ｋＶを設定する。本中間加工により薄片の幅を０．３μｍまで削り込む。薄片の幅は、粗加工と同様に、薄片加工部と同一点に照射されている電子ビームによる走査電子顕微鏡像により、加工の進行状況をほぼリアルタイムで観察することで確認する。但し加速電圧が１ｋＶのため、Ｓｉ層においてはＧａ注入および原子間の衝突カスケードにより３ｎｍのダメージ層が形成される。薄片の両面にそれぞれ表面から３ｎｍの深さのダメージ層が形成される。

【0065】

（３）仕上げ加工
集束イオンビームの加速電圧を０．５ｋＶ、ビーム電流を５０ｐＡとして、上述した中間加工で形成されたダメージ層をエッチングしてダメージ層を薄くしつつ、薄片の厚さも薄く仕上げる。その際に新たに形成されるダメージ層の厚みを極力薄くするために、加速電圧をさらに下げて加工を行う。加速電圧０．５ｋＶでは色収差やクーロン相互作用によるビームボケはさらに顕著になるため、ビームブースターの設定電圧は図４を参照して－４ｋＶを設定する。このとき、本発明によるビームブースターの設定方法を使用しない場合、例えば上述した中間仕上げの条件であるビームブースターの設定電圧と同じ－７ｋＶを設定すると、集束イオンビームの焦点を薄片試料に合わせることができない。本仕上げ加工により薄片の幅を０．１μｍ（＝１００ｎｍ）まで削り込む。薄片の幅は、上述した加工と同様に、薄片加工部と同一点に照射されている電子ビームによる走査電子顕微鏡像により、加工の進行状況をほぼリアルタイムで観察することで確認する。但し加速電圧が０．５ｋＶのため、Ｓｉ層においてはＧａ注入および原子間の衝突カスケードにより２ｎｍのダメージ層が形成される。薄片の両面にそれぞれ表面から２ｎｍの深さのダメージ層が形成される。

【0066】

以上の手順により厚さ０．１μｍ（＝１００ｎｍ）、薄膜表面のダメージ層４ｎｍ（２ｎｍ×２）の薄片を得る。薄片厚さに対するダメージ層の厚さは４/１００（＝４％）であり、高品位の薄片加工が可能である。

【0067】

上述したように一般に複合荷電粒子ビーム装置では、集束イオンビームの焦点がＣＰに合わせられることが要求される。本実施形態に係る複合荷電粒子ビーム装置Ｄでは、電圧テーブルＴは、ＣＰに合焦可能な加速電圧値Ｅａｃｃとビームブースター電圧設定値ＴＥｂとの組合せが予め求められたテーブルであり、集束イオンビームの所望の加速電圧に応じてＣＰに合焦可能なビームブースター電圧Ｖｂの値（ビームブースター電圧値Ｅｂ）を設定できる。

【0068】

なお、ビームブースターを搭載した走査型電子顕微鏡においても、電子ビームの焦点位置がブースター電圧の印加により制限される課題が発生するが、電子ビームでは作動距離が短いためこの課題は顕在化していない。集束イオンビームにおいても、集束イオンビームの作動距離を短くすればこの課題は顕在化しないが、走査型電子顕微鏡との配置の関係上、集束イオンビームの作動距離が電子ビームの作動距離に比べて長くなる。上述したように、これは走査型電子顕微鏡の像分解能を確保するためである。

【0069】

上述した実施形態における複合荷電粒子ビーム装置Ｄは集束イオンビームと電子ビームとの２本の荷電粒子ビームを備えるものである。複合荷電粒子ビーム装置Ｄにさらにアルゴンイオンビーム等の第三の荷電粒子ビームを設置した場合、３本の荷電粒子ビームが試料上の同一点に照射可能な構成となっていれば、上述と同様の方法で集束イオンビームのブースター電圧を制御することで、集束イオンビームの所望の加速電圧に応じてＣＰに合焦可能なビームブースター電圧Ｖｂの値（ビームブースター電圧値Ｅｂ）を設定できる。
３本の荷電粒子ビームが試料上の同一点に照射できない場合、例えば集束イオンビームと電子ビームとの試料上の同一照射点ＣＰ１と、集束イオンビームとアルゴンイオンビームとの試料上の同一照射点ＣＰ２を定義し、それぞれに対応する電圧テーブルＴ－１およびＴ－２を用意して集束イオンビームのビームブースター電圧Ｖｂを設定する。試料に集束イオンビームと電子ビームとの照射を行うプロセスでは電圧テーブルＴ－１を使用して集束イオンビームのビームブースター電圧Ｖｂを設定し、試料に集束イオンビームとアルゴンイオンビームの照射を行うプロセスでは電圧テーブルＴ－２を使用して集束イオンビームのビームブースター電圧Ｖｂを設定する。
さらに荷電粒子ビームが増えた場合は上記の方法を拡張して、対応する電圧テーブルＴ－ｎを用意することで、ＣＰｎに合焦可能なビームブースター電圧Ｖｂの値（ビームブースター電圧値Ｅｂ）を設定できる。

【0070】

なお、上述した実施形態における複合荷電粒子ビーム装置Ｄの一部、例えば、制御部９をコンピュータで実現するようにしてもよい。その場合、この制御機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することによって実現してもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、複合荷電粒子ビーム装置Ｄに内蔵されたコンピュータシステムであって、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含んでもよい。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。
また、上述した実施形態における制御部９の一部、または全部を、ＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）等の集積回路として実現してもよい。制御部９の各機能ブロックは個別にプロセッサ化してもよいし、一部、または全部を集積してプロセッサ化してもよい。また、集積回路化の手法はＬＳＩに限らず専用回路、または汎用プロセッサで実現してもよい。また、半導体技術の進歩によりＬＳＩに代替する集積回路化の技術が出現した場合、当該技術による集積回路を用いてもよい。

【0071】

以上、図面を参照してこの発明の一実施形態について詳しく説明してきたが、具体的な構成は上述のものに限られることはなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において様々な設計変更等をすることが可能である。

【符号の説明】

【0072】

Ｄ…複合荷電粒子ビーム装置、Ｄ１…集束イオンビーム装置、Ｄ２…走査型電子顕微鏡、１…イオン源制御部、１０…加速電源、３…コンデンサレンズ、４…ビームブースター、５…対物レンズ、９…制御部、９１…記憶部、Ｔ…電圧テーブル、Ｅｂ…ビームブースター電圧値、ＴＥｂ…ビームブースター電圧設定値、Ｅａｃｃ…加速電圧値

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】