特許 7440483 試料加工装置および試料加工方法

(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】2024-02-19

(45)【発行日】2024-02-28

(54)【発明の名称】試料加工装置および試料加工方法

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/317 20060101AFI20240220BHJP

   H01J 37/08 20060101ALI20240220BHJP

   H01J 37/20 20060101ALI20240220BHJP

   G01N 1/28 20060101ALI20240220BHJP

【ＦＩ】

H01J37/317 D

H01J37/08

H01J37/20 A

G01N1/28 G

G01N1/28 F

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2021205944

(22)【出願日】2021-12-20

(65)【公開番号】P2023091280

(43)【公開日】2023-06-30

【審査請求日】2023-02-27

(73)【特許権者】

【識別番号】000004271

【氏名又は名称】日本電子株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100090387

【弁理士】

【氏名又は名称】布施 行夫

(74)【代理人】

【識別番号】100090398

【弁理士】

【氏名又は名称】大渕 美千栄

(74)【代理人】

【識別番号】100161540

【弁理士】

【氏名又は名称】吉田 良伸

(72)【発明者】

【氏名】小塚 心尋

【審査官】藤本 加代子

(56)【参考文献】

【文献】中国特許出願公開第１１０６７６１４８（ＣＮ，Ａ）

【文献】特開２０１９－０２１４４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－０３０７９９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２０１３－５２４４６７（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許出願公開第２０１１／０２４８１７９（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｊ ３７／００－３７／３６

Ｇ０１Ｎ １／００－１／４４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

試料にイオンビームを照射して前記試料を加工する試料加工装置であって、
アノードと、
カソードと、
前記カソードから放出された電子がガスに衝突することによって生成されたイオンを引き出す引出電極と、
前記カソードと前記引出電極との間に配置されたフォーカス電極と、
前記試料をスイングさせるスイング機構と、
前記フォーカス電極に印加されるフォーカス電圧および前記試料をスイング動作させるときのスイング角度を制御する制御部と、
を含み、
前記フォーカス電圧を変化させることによって、前記イオンビームの空間プロファイルを制御し、
前記制御部は、
目標加工領域の指定を受け付け、指定された前記目標加工領域の形状に基づいて、前記フォーカス電圧および前記スイング角度を組み合わせた加工条件を設定し、
前記加工条件に応じた前記フォーカス電圧を前記フォーカス電極に印加して空間プロファイルが制御された前記イオンビームを前記試料に照射しながら、前記加工条件に応じた前記スイング角度で前記試料が連続して往復傾斜するように前記スイング機構を制御する、試料加工装置。

【請求項2】

請求項１において、
前記加工条件と加工形状とに関するデータベースを含み、
前記制御部は、指定された前記目標加工領域の形状に基づき前記データベースを検索して前記加工条件を設定する、試料加工装置。

【請求項3】

請求項２において、
前記制御部は、設定された前記加工条件で前記試料を加工したときの加工形状を求めて
、求めた加工形状を表示部に表示させる、試料加工装置。

【請求項4】

請求項１ないし３のいずれか１項において、
前記制御部が前記目標加工領域の形状に基づいて、複数の前記加工条件の組み合わせを設定した場合に、前記複数の加工条件のうちの第１加工条件の前記スイング角度は、前記複数の加工条件のうちの第２加工条件の前記スイング角度とは異なる、試料加工装置。

【請求項5】

アノードと、
カソードと、
前記カソードから放出された電子がガスに衝突することによって生成されたイオンを引き出す引出電極と、
前記カソードと前記引出電極との間に配置されたフォーカス電極と、
試料をスイングさせるスイング機構と、
を含み、前記試料にイオンビームを照射して前記試料を加工する試料加工装置を用いた試料加工方法であって、
前記試料の目標加工領域の形状に基づいて、前記フォーカス電極に印加されるフォーカス電圧および前記試料をスイング動作させるときのスイング角度を組み合わせた加工条件を設定する工程と、
前記加工条件に応じた前記フォーカス電圧を前記フォーカス電極に印加して空間プロファイルが制御された前記イオンビームを前記試料に照射しながら、前記加工条件に応じた前記スイング角度で前記試料が連続して往復傾斜するように前記スイング機構を制御する工程と、
を含む、試料加工方法。

【請求項6】

請求項５において、
前記加工条件を設定する工程では、前記目標加工領域の形状に基づいて、前記加工条件と加工形状とに関するデータベースを検索して前記加工条件を設定する、試料加工方法。

【請求項7】

請求項５または６において、
前記フォーカス電圧を第１電圧に設定して、前記イオンビームを前記試料に照射して前記試料を加工する工程と、
前記フォーカス電圧を前記第１電圧とは異なる第２電圧に設定して、前記イオンビームを前記試料に照射して前記試料を加工する工程と、
を含む、試料加工方法。

【請求項8】

請求項５ないし７のいずれか１項において、
設定された前記加工条件で前記試料を加工したときの加工形状を求めて、求めた加工形状を表示部に表示させる工程を含む、試料加工方法。

【請求項9】

請求項５ないし８のいずれか１項において、
前記スイング角度を第１スイング角度に設定し、前記イオンビームを前記試料に照射しながら、前記第１スイング角度で前記試料を連続して往復傾斜させて、前記試料を加工する工程と、
前記スイング角度を前記第１スイング角度とは異なる第２スイング角度に設定し、前記イオンビームを前記試料に照射しながら、前記第２スイング角度で前記試料を連続して往復傾斜させて、前記試料を加工する工程と、
を含む、試料加工方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、試料加工装置および試料加工方法に関する。

【背景技術】

【0002】

イオンビームを用いて試料を加工する試料加工装置として、試料の断面を加工するためのクロスセクションポリッシャ（登録商標）や、薄膜試料を作製するためのイオンスライサ（登録商標）などが知られている。

【0003】

このような試料加工装置では、イオン源として、ペニング型イオン源が用いられている。例えば、特許文献１には、筒状のアノードと、対向する２つのカソードと、引出電極と、を含むペニング型イオン源が開示されている。ペニング型イオン源では、アノードと引出電極との間には加速電圧が印加され、アノードとカソードとの間には、放電電圧が印加される。

【0004】

特許文献１のイオン源では、筒状のアノードが形成する空間（イオン化室）にアルゴンガスが供給されると、アルゴンガスはカソードから放出された電子と衝突し、イオン化する。発生したイオンは、アノードと引出電極との間に印加された加速電圧によって加速し、カソードに設けられた電極穴からイオンビームとして放出される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２０２０－１３５９７２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

試料加工装置において、加工対象となる試料は、材質や、目標物の大きさ、目標物の深さなど様々である。そのため、このような様々な試料に対して、効率よく加工できる試料加工装置が求められている。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明に係る試料加工装置の一態様は、
試料にイオンビームを照射して前記試料を加工する試料加工装置であって、
アノードと、
カソードと、
前記カソードから放出された電子がガスに衝突することによって生成されたイオンを引き出す引出電極と、
前記カソードと前記引出電極との間に配置されたフォーカス電極と、
前記試料をスイングさせるスイング機構と、
前記フォーカス電極に印加されるフォーカス電圧および前記試料をスイング動作させるときのスイング角度を制御する制御部と、
を含み、
前記フォーカス電圧を変化させることによって、前記イオンビームの空間プロファイルを制御し、
前記制御部は、
目標加工領域の指定を受け付け、指定された前記目標加工領域の形状に基づいて、前記フォーカス電圧および前記スイング角度を組み合わせた加工条件を設定し、
前記加工条件に応じた前記フォーカス電圧を前記フォーカス電極に印加して空間プロファイルが制御された前記イオンビームを前記試料に照射しながら、前記加工条件に応じた前記スイング角度で前記試料が連続して往復傾斜するように前記スイング機構を制御する。

【0008】

このような試料加工装置では、フォーカス電極に印加されるフォーカス電圧を変化させることによってイオンビームの空間プロファイルを制御できるため、材質や、目標物の大きさ、目標物の深さなどが異なる様々な試料を効率よく加工できる。

【0009】

本発明に係る試料加工方法の一態様は、
アノードと、
カソードと、
前記カソードから放出された電子がガスに衝突することによって生成されたイオンを引き出す引出電極と、
前記カソードと前記引出電極との間に配置されたフォーカス電極と、
試料をスイングさせるスイング機構と、
を含み、前記試料にイオンビームを照射して前記試料を加工する試料加工装置を用いた試料加工方法であって、
前記試料の目標加工領域の形状に基づいて、前記フォーカス電極に印加されるフォーカス電圧および前記試料をスイング動作させるときのスイング角度を組み合わせた加工条件を設定する工程と、
前記加工条件に応じた前記フォーカス電圧を前記フォーカス電極に印加して空間プロファイルが制御された前記イオンビームを前記試料に照射しながら、前記加工条件に応じた前記スイング角度で前記試料が連続して往復傾斜するように前記スイング機構を制御する工程と、
を含む。

【0010】

このような試料加工方法では、フォーカス電極に印加されるフォーカス電圧を変化させることによってイオンビームの空間プロファイルを制御するため、材質や、目標物の大きさ、目標物の深さなどが異なる様々な試料を効率よく加工できる。

【図面の簡単な説明】

【0011】

【図1】第１実施形態に係る試料加工装置の構成を示す図。

【図2】第１実施形態に係る試料加工装置の構成を示す図。

【図3】イオン源の構成を示す図。

【図4】フォーカス電極の動作を説明するための図。

【図5】フォーカス電極の動作を説明するための図。

【図6】フォーカス電極の動作を説明するための図。

【図7】フォーカス電極の動作を説明するための図。

【図8】フォーカス電極の動作を説明するための図。

【図9】フォーカス電極の動作を説明するための図。

【図10】試料の加工断面の走査電子顕微鏡像。

【図11】試料の加工断面の走査電子顕微鏡像。

【図12】試料の加工断面の走査電子顕微鏡像。

【図13】試料の加工断面の走査電子顕微鏡像。

【図14】試料の加工断面の走査電子顕微鏡像。

【図15】試料の加工断面の走査電子顕微鏡像。

【図16】第１実施形態に係る試料加工装置で加工された試料の加工断面を模式的に示す図。

【図17】参考例に係る試料加工装置で加工された試料の加工断面を模式的に示す図。

【図18】第１実施形態に係る試料加工装置で加工された試料の加工断面を模式的に示す図。

【図19】参考例に係る試料加工装置で加工された試料の加工断面を模式的に示す図。

【図20】第１実施形態に係る試料加工装置で加工された試料の加工断面を模式的に示す図。

【図21】参考例に係る試料加工装置で加工された試料の加工断面を模式的に示す図。

【図22】第１実施形態に係る試料加工装置で加工された試料の加工断面の走査電子顕微鏡像。

【図23】フォーカス電極を用いて径を大きくしたイオンビームを用いた加工と、フォーカス電極を用いて径を小さくしたイオンビームを用いた加工を組み合わせて作製された試料の加工断面を模式的に示す図。

【図24】第１実施形態に係る試料加工装置で加工された試料の加工断面を模式的に示す図。

【図25】参考例に係る試料加工装置で加工された試料の加工断面を模式的に示す図。

【図26】第１実施形態に係る試料加工装置で試料を平面加工する様子を模式的に示す図。

【図27】参考例に係る試料加工装置で試料を平面加工する様子を模式的に示す図。

【図28】加速電圧２ｋＶで加工された試料の走査電子顕微鏡像。

【図29】加速電圧３ｋＶで加工された試料の走査電子顕微鏡像。

【図30】第１実施形態に係る試料加工装置を用いた仕上げ加工の一例を説明するための図。

【図31】参考例に係る試料加工装置を用いた仕上げ加工の一例を説明するための図。

【図32】第１実施形態に係る試料加工装置において、スイング動作させた試料を加工する手法を説明するための図。

【図33】第１実施形態に係る試料加工装置において、スイング動作させた試料を加工する手法を説明するための図。

【図34】参考例に係る試料加工装置において、スイング動作させた試料を加工する手法を説明するための図。

【図35】第１実施形態に係る試料加工装置において、スイング動作させた試料を加工する手法を説明するための図。

【図36】データベースの作成方法を説明するための図。

【図37】画像処理装置の処理を説明するための図。

【図38】第２実施形態に係る試料加工装置の構成を示す図。

【図39】制御部の処理の一例を説明するための図。

【図40】制御部の処理の一例を説明するための図。

【図41】制御部の処理の一例を説明するための図。

【発明を実施するための形態】

【0012】

以下、本発明の好適な実施形態について図面を用いて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではない。また、以下で説明される構成の全てが本発明の必須構成要件であるとは限らない。

【0013】

１． 第１実施形態
１．１． 試料加工装置
第１実施形態に係る試料加工装置について図面を参照しながら説明する。図１および図２は、第１実施形態に係る試料加工装置１００の構成を示す図である。図１および図２には、互いに直交する３つの軸として、Ｘ軸、Ｙ軸、およびＺ軸を図示している。

【0014】

試料加工装置１００は、試料Ｓにイオンビームを照射して試料Ｓを加工し、観察や分析用の試料を作製するイオンビーム加工装置である。試料加工装置１００は、例えば、試料の断面を加工するためのクロスセクションポリッシャ（登録商標）である。

【0015】

試料加工装置１００は、例えば、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）や、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）、走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）などの電子顕微鏡用の試料を作製するために用いられる。また、試料加工装置１００は、例えば、電子プローブマイクロアナライザー（ＥＰＭＡ）やオージェマイクロプローブなどの電子顕微鏡以外の分析装置用の試料を作製するためにも用いられる。

【0016】

試料加工装置１００は、図１および図２に示すように、イオン源１０と、試料ステージ引出機構２０と、試料ステージ３０と、スイング機構４０と、位置合わせ用カメラ５０と、加工観察用カメラ６０と、試料室チャンバー７０と、画像処理装置８０と、を含む。なお、図１は、試料ステージ引出機構２０を閉じて試料室７２に試料ステージ３０を押し入れている状態を図示し、図２は、試料ステージ引出機構２０を開いて試料室７２から試料
ステージ３０を引き出している状態を図示している。

【0017】

イオン源１０は、イオンビームを発生させる。イオン源１０は、試料Ｓにイオンビームを照射する。イオン源１０は、試料室チャンバー７０の上部に取り付けられている。イオン源１０から放出されるイオンビームの光軸は、Ｚ軸に平行である。イオン源１０の詳細については後述する。

【0018】

試料ステージ引出機構２０は、試料室チャンバー７０に開閉可能に取り付けられている。試料ステージ引出機構２０は、試料室チャンバー７０の蓋を構成している。試料ステージ引出機構２０には試料ステージ３０が取り付けられている。試料ステージ引出機構２０を開くことで、図２に示すように、試料室７２から試料ステージ３０を引き出すことができる。これにより、試料室チャンバー７０内を大気開放できる。また、試料ステージ引出機構２０を開くことで、位置合わせ用カメラ５０が試料Ｓの上に位置し、位置合わせ用カメラ５０で試料Ｓを観察できる。

【0019】

試料ステージ引出機構２０を閉じることで、図１に示すように、試料ステージ３０を試料室７２に押し入れることができる。これにより、試料室チャンバー７０を気密にすることができる。この状態で、不図示の排気装置を動作させることによって試料室７２は真空排気され、試料室７２を真空状態（減圧状態）にできる。また、試料ステージ引出機構２０を閉じることで、イオン源１０が試料Ｓの上に位置し、イオン源１０から放出されたイオンビームで試料Ｓを加工できる。

【0020】

試料ステージ３０は、スイング機構４０に取り付けられている。試料ステージ３０は、加工対象となる試料Ｓを支持する。試料ステージ３０は、Ｘ移動機構３２と、Ｙ移動機構３４と、を有している。Ｘ移動機構３２は、試料ＳをＸ軸に沿って移動させることができる。Ｙ移動機構３４は、試料ＳをＹ軸に沿って移動させることができる。Ｘ移動機構３２およびＹ移動機構３４によって、試料Ｓを水平方向に２次元的に移動させることができる。これにより、試料Ｓの位置合わせを行うことができる。図示はしないが、試料加工装置１００は、イオンビームを遮蔽する遮蔽板を備えており、試料ステージ３０で支持された試料Ｓは、遮蔽板から突き出た部分がスパッタリングされる。

【0021】

スイング機構４０は、試料ステージ引出機構２０に取り付けられている。試料ステージ引出機構２０を開くことで、スイング機構４０が引き出され、試料ステージ３０が引き出される。

【0022】

スイング機構４０は、試料ステージ３０をスイング軸Ａ（傾斜軸）まわりに傾斜させる。スイング機構４０は、例えば、一定の周期で、試料ステージ３０をスイング軸Ａまわりに傾斜させることで、試料Ｓをスイングさせる。図示の例では、スイング軸Ａは、Ｙ軸に平行な軸である。

【0023】

位置合わせ用カメラ５０は、試料ステージ引出機構２０の上端部に取り付けられている。位置合わせ用カメラ５０は、例えば、光学顕微鏡に取り付けられたカメラである。すなわち、位置合わせ用カメラ５０が取得した画像は、光学顕微鏡で観察された画像である。位置合わせ用カメラ５０は、イオンビームの照射位置に試料Ｓの目標加工位置を合わせるためのカメラである。位置合わせ用カメラ５０で取得された画像は、画像処理装置８０に送られる。例えば、位置合わせ用カメラ５０で取得された画像の中心に、目標加工位置を合わせることで、イオン源１０から放出されたイオンビームで目標加工位置を加工できる。

【0024】

位置合わせ用カメラ５０は、試料ステージ引出機構２０が開いた状態で、試料Ｓを観察
可能な位置に配置される。試料ステージ引出機構２０が開いた状態で、位置合わせ用カメラ５０の光軸は、Ｚ軸に平行である。位置合わせ用カメラ５０は、試料ステージ引出機構２０が閉じた状態では、カメラ傾倒機構５２によって試料室７２の外に配置される。

【0025】

加工観察用カメラ６０は、試料室７２の外に配置されている。加工観察用カメラ６０は、試料室チャンバー７０に設けられた観察窓７４を通して試料室７２内の試料Ｓを観察可能である。加工観察用カメラ６０は、加工中の試料Ｓを観察するためのカメラである。加工観察用カメラ６０では、加工中の試料Ｓの断面を観察できる。加工観察用カメラ６０の光軸は、Ｙ軸に平行である。加工観察用カメラ６０で撮影された画像は、画像処理装置８０に送られる。

【0026】

試料室チャンバー７０内には、試料ステージ３０が配置されている。試料室７２は、試料室チャンバー７０内の空間である。試料室７２において、試料Ｓにイオンビームが照射される。

【0027】

画像処理装置８０は、位置合わせ用カメラ５０で撮影された画像を表示部に表示させる処理を行う。また、画像処理装置８０は、加工観察用カメラ６０で撮影された画像を表示部に表示させる処理を行う。

【0028】

図３は、イオン源１０の構成を示す図である。

【0029】

イオン源１０は、ペニング型イオン源である。イオン源１０は、図３に示すように、アノード１１０と、カソード１２０と、引出電極１３０と、フォーカス電極１４０と、アノード用電源１５０と、カソード用電源１６０と、フォーカス電源１７０と、を含む。

【0030】

アノード１１０は、筒状である。アノード１１０の内側の空間は、イオンを発生させるためのイオン化室１１２となる。図示はしないが、イオン化室１１２には、ガス供給部からガスが導入される。イオン化室１１２に導入されるガスは、例えば、アルゴンガスである。

【0031】

カソード１２０は、電子を放出する。また、カソード１２０は、イオン化室１１２に磁場を発生させるポールピースを構成する。カソード１２０から放出された電子は、ポールピースが発生させる磁場によって旋回運動を行う。カソード１２０は、第１電極１２２と、第２電極１２４と、を含む。第１電極１２２と第２電極１２４は、対向して配置されており、第１電極１２２と第２電極１２４との間にイオン化室１１２が設けられている。第２電極１２４には、イオン化室１１２で発生したイオンを通過させるための孔１２５が設けられている。

【0032】

引出電極１３０は、イオン化室１１２で発生したイオンを引き出す。引出電極１３０がつくる電界によって、イオンが加速し、イオン源１０からイオンビームＩＢとして放出される。引出電極１３０は、第２電極１２４の後段に配置されている。図示の例では、引出電極１３０は、フォーカス電極１４０の後段に配置されている。引出電極１３０には、イオン化室１１２で発生したイオンを通過させるための孔１３２が設けられている。

【0033】

フォーカス電極１４０は、カソード１２０（第２電極１２４）と引出電極１３０との間に配置されている。フォーカス電極１４０は、イオンビームＩＢの空間プロファイルを制御するための電極である。ここで、イオンビームＩＢの空間プロファイルとは、イオンビームＩＢの空間的な強度分布をいう。フォーカス電極１４０には、イオン化室１１２で発生したイオンを通過させるための孔１４２が設けられている。

【0034】

アノード用電源１５０は、アノード１１０と引出電極１３０との間に、イオンを加速させるための加速電圧を印加するための電源である。アノード用電源１５０のプラス側端子はアノード１１０に電気的に接続され、アノード用電源１５０のマイナス側端子はグラウンドに電気的に接続されている。

【0035】

カソード用電源１６０は、アノード１１０とカソード１２０との間に、放電を起こすための放電電圧を印加するための電源である。カソード用電源１６０のマイナス側端子はカソード１２０に電気的に接続され、カソード用電源１６０のプラス側端子はアノード用電源１５０のプラス側端子に電気的に接続されている。すなわち、カソード用電源１６０は、プラス側の出力がアノード用電源１５０に接続されたフローティング電源であり、アノード１１０とカソード１２０との間に電位差を設けている。

【0036】

引出電極１３０は、グラウンドに電気的に接続されている。

【0037】

フォーカス電源１７０は、フォーカス電極１４０に、イオンビームＩＢの空間プロファイルを制御するためのフォーカス電圧を印加する。

【0038】

ここで、フォーカス電極１４０には、イオンが衝突するため、電荷がたまってしまう。そのため、フォーカス電源１７０は、フォーカス電極１４０に電荷がたまることを防ぐための電流シンク機能を有している。これにより、フォーカス電極１４０は、設定された電圧を維持できる。

【0039】

図示の例では、フォーカス電源１７０は、電源１７２と、電源１７４と、抵抗１７６と、を含む。電源１７２のプラス側端子は、フォーカス電極１４０に電気的に接続され、電源１７２のマイナス側端子はグラウンドに電気的に接続されている。また、電源１７４のマイナス側端子は、抵抗１７６を介してフォーカス電極１４０に電気的に接続され、電源１７４のプラス側端子は、グラウンドに電気的に接続されている。そのため、電源１７２でフォーカス電極１４０にフォーカス電圧を印加するとともに、フォーカス電極１４０にたまった電荷を抵抗１７６を介してグラウンドに流すことができる。

【0040】

なお、フォーカス電源１７０は、電流シンク機能を有さなくてもよい。この場合、図示はしないが、フォーカス電源１７０のプラス側端子はフォーカス電極１４０に電気的に接続され、フォーカス電源１７０のマイナス側端子はグラウンドに電気的に接続される。

【0041】

１．２． 動作
１．２．１． イオンビームの放出
イオン源１０では、アノード１１０とカソード１２０との間に印加された放電電圧によってカソード１２０から電子が放出され、カソード１２０から放出された電子はアノード１１０に向かって加速する。このとき、カソード１２０から放出された電子は、カソード１２０（ポールピース）が発生させる磁場によって、旋回運動する。イオン化室１１２に導入されたガスがイオン化室１１２を旋回運動する電子と衝突すると、当該ガスがイオン化する。このイオン化によってイオン化室１１２に陽イオンが発生する。

【0042】

イオン化室１１２で発生した陽イオンは、アノード１１０と引出電極１３０との間に印加された加速電圧によってイオン化室１１２から引き出され、加速する。イオン化室１１２で発生した陽イオンは、カソード１２０の孔１２５、フォーカス電極１４０の孔１４２、および引出電極１３０の孔１３２を通ってイオン源１０から放出される。このようにして、イオン源１０からイオンビームＩＢが放出される。

【0043】

１．２．２． フォーカス電極の動作
試料加工装置１００では、イオンビームＩＢの空間プロファイルが試料Ｓの加工断面の形状や加工レートに直接的に関係している。試料加工装置１００では、イオンビームＩＢの軸とスイング軸Ａが直交する位置に試料Ｓと遮蔽板を配置して断面を加工するため、イオンビームＩＢの空間プロファイルが、作製される試料Ｓの加工断面の形状を顕著に表す。

【0044】

具体的には、試料加工装置１００では、イオンビームＩＢで加工された試料Ｓの加工断面の形状は、イオンビームＩＢの断面プロファイルを反映する。イオンビームＩＢの断面プロファイルは、イオンビームＩＢの断面における、イオンビームの強度分布である。

【0045】

試料加工装置１００では、フォーカス電極１４０に印加されるフォーカス電圧を変更することによって、イオンビームＩＢの断面プロファイルを制御できる。

【0046】

図４～図９は、フォーカス電極１４０の動作を説明するための図である。図４では、参考例に係る試料加工装置で試料Ｓを加工している様子を図示している。参考例に係る試料加工装置は、図４に示すように、イオン源１０がフォーカス電極１４０を有していない。図５～図９では、試料加工装置１００で試料Ｓを加工している様子を図示している。図５～図９では、加速電圧を一定とし、放電電圧を一定とし、イオン化室１１２に導入されるガスの流量を一定とした状態で、フォーカス電極１４０に印加されるフォーカス電圧を変更した場合を図示している。

【0047】

図４に示す試料加工装置１００では、加速電圧を設定し、設定された加速電圧で安定したイオンビームＩＢを照射できる放電電圧およびイオン化室１１２に導入されるガスの流量を調整して照射条件を決定し、イオンビームＩＢを試料Ｓに照射する。

【0048】

図４の照射条件から、フォーカス電圧Ｖ_Ｆを初期値Ｖ_Ｆ＝Ｖ０とし、アノード１１０とカソード１２０との間に印加される放電電圧を高くする。放電電圧を高くすることによって、図５に示すように、イオンビームＩＢの径は大きくなり、イオンビームＩＢの出力電流は増加する。この結果、図５に示す加工断面Ｃ２の幅は、図４に示す加工断面Ｃ１の幅よりも大きくなる。

【0049】

図５の照射条件からフォーカス電圧を上げてフォーカス電圧Ｖ_Ｆ＝Ｖ１（Ｖ１＞Ｖ０）を印加する。これにより、図６に示すように、フォーカス電極１４０の孔１４２を規定する内面１４１に近い軌道のイオン、すなわち、イオンビームＩＢの外縁付近を通るイオンが、フォーカス電極１４０がつくる電界の影響を強く受ける。そのため、イオンビームＩＢの外縁付近を通るイオンがイオンビームＩＢの中心に寄る。したがって、イオンビームＩＢにおいて、３つのピークを持つ断面プロファイルが得られる。この結果、図６に示すように、断面プロファイルの３つのピークに対応する３つの凹部を有する加工断面Ｃ３が得られる。

【0050】

図６の照射条件からフォーカス電圧を上げてフォーカス電圧Ｖ_Ｆ＝Ｖ２（Ｖ２＞Ｖ１）を印加する。これにより、図６に示す例と比べて、イオンビームＩＢの外縁付近を通るイオンが、よりイオンビームＩＢの中心に寄る。そのため、イオンビームＩＢの断面プロファイルにおいて、３つのピークが重なりあって矩形状のプロファイルが得られる。すなわち、強度が均一なビームが得られる。この結果、図７に示すように、矩形状の加工断面Ｃ４が得られる。

【0051】

図７の照射条件からフォーカス電圧を上げてフォーカス電圧Ｖ_Ｆ＝Ｖ３（Ｖ３＞Ｖ２）を印加する。これにより、断面プロファイルの３つのピークがビームの中心に集まる。この結果、図８に示すように、半円状の加工断面Ｃ５が得られる。

【0052】

図８の照射条件からフォーカス電圧を上げてフォーカス電圧Ｖ＝Ｖ４（Ｖ４＞Ｖ３）を印加する。これにより、図９に示すように、イオンビームＩＢの径が最小となり、ビームの電流密度が最大となる。これにより、加工幅が最も小さい加工断面Ｃ６が得られる。

【0053】

図１０～図１５は、試料の加工断面の走査電子顕微鏡像である。なお、図１０～図１５に示す各ＳＥＭ写真は、加速電圧および放電電圧を一定とし、フォーカス電圧を変更して加工された試料の加工断面を撮影したものである。

【0054】

具体的には、加速電圧を８．０ｋＶとし、放電電圧を０．９ｋＶとした。また、図１０に示すＳＥＭ写真は、フォーカス電極１４０がないイオン源で得られたイオンビームＩＢ（図４参照）で加工された試料の加工断面を撮影したものである。図１１に示すＳＥＭ写真は、フォーカス電圧Ｖ_Ｆ＝４．０ｋＶで加工された試料の加工断面を撮影したものである。図１２に示すＳＥＭ写真は、フォーカス電圧Ｖ_Ｆ＝５．６ｋＶで加工された試料の加工断面を撮影したものである。図１３に示すＳＥＭ写真は、フォーカス電圧Ｖ_Ｆ＝６．２ｋＶで加工された試料の加工断面を撮影したものである。図１４に示すＳＥＭ写真は、フォーカス電圧Ｖ_Ｆ＝６．４ｋＶで加工された試料の加工断面を撮影したものである。図１５に示すＳＥＭ写真は、フォーカス電圧Ｖ_Ｆ＝６．６ｋＶで加工された試料の加工断面を撮影したものである。

【0055】

このように、フォーカス電極１４０に印加されるフォーカス電圧を制御することによって、イオンビームＩＢの空間プロファイルを制御できる。この結果、加速電圧や、放電電圧、ガスの流量などを変更することなく、試料Ｓの加工断面を様々な形状に加工できる。

【0056】

１．３． 加工方法
試料加工装置１００では、上述したように、フォーカス電極１４０に印加されるフォーカス電圧を変化させることによって、イオンビームＩＢの空間プロファイルを制御することができる。試料加工装置１００における試料加工方法は、フォーカス電極１４０に印加されるフォーカス電圧を変化させることによって、イオンビームＩＢの空間プロファイルを制御する工程を含む。

【0057】

（１）フォーカス電極を用いて径を小さくしたイオンビームを用いた加工
図９および図１５に示すように、フォーカス電極１４０を用いることによって、イオンビームＩＢの径を小さくできる。この状態では、イオンビームＩＢの電流密度が高いため、加工レートを高くできる。したがって、目標物が深さ方向に長く、かつ、幅が狭い場合や、目標物が小さい場合に、効率よく加工を行うことができる。

【0058】

図１６は、試料加工装置１００で加工された試料Ｓの加工断面を模式的に示す図である。図１７は、図４に示す参考例に係る試料加工装置で加工された試料Ｓの加工断面を模式的に示す図である。図１６および図１７では、同じ試料Ｓを加工している。

【0059】

試料加工装置１００では、図１６に示すように、フォーカス電極１４０を用いてイオンビームＩＢの径を小さくできる。これにより、図１７に示す参考例に係る試料加工装置で加工した場合と比べて、深さ方向に長く、かつ、幅が狭い目標物Ｐ１を短時間で加工できる。

【0060】

図１８は、試料加工装置１００で加工された試料Ｓの加工断面を模式的に示す図である。図１９は、図４に示す参考例に係る試料加工装置で加工された試料Ｓの加工断面を模式的に示す図である。図１８および図１９では、同じ試料Ｓを加工している。

【0061】

試料加工装置１００では、図１８に示すように、フォーカス電極１４０を用いてイオンビームＩＢの径を小さくできる。これにより、図１９に示す参考例に係る試料加工装置で加工した場合と比べて、小さい目標物Ｐ２を短時間で断面加工できる。さらに、図１８に示すように、フォーカス電極１４０を用いてイオンビームＩＢの径を小さくすることで、加工幅を狭くできる。そのため、目標物Ｐ２の周囲に存在する異なる材質の構造物２が加工されない。したがって、構造物２が加工されることによって、目標物Ｐ２にスパッタ粒子が付着することを防ぐことができる。

【0062】

（２）フォーカス電極を用いて径を大きくしたイオンビームを用いた加工
図６および図１２に示すように、フォーカス電極１４０を用いることによって、イオンビームＩＢの径を大きくできる。

【0063】

図２０は、試料加工装置１００で加工された試料Ｓの加工断面を模式的に示す図である。図２１は、図４に示す参考例に係る試料加工装置で加工された試料Ｓの加工断面を模式的に示す図である。

【0064】

図２０に示す試料加工装置１００では、フォーカス電極１４０を用いてイオンビームＩＢの径を大きくした。これに対して、図２１に示す参考例に係る試料加工装置では、加速電圧、放電電圧、およびガスの流量を調整することによってイオンビームＩＢの径を大きくした。

【0065】

図２１に示すように、加速電圧、放電電圧、およびガスの流量を調整してイオンビームＩＢの径を大きくしても、ビームの中心の強度が高く、ビームの外側に向かうにしたがって強度が低下する。したがって、加工断面の深さの半分の位置での加工幅Ｗは、イオンビームＩＢの径Ｄの半分程度になる。

【0066】

これに対して、図２０に示すように、フォーカス電極１４０を用いて径を大きくした場合、加工断面の深さの半分の位置での加工幅Ｗを、イオンビームＩＢの径Ｄと同程度にできる。

【0067】

図２２は、試料加工装置１００で加工された試料Ｓの加工断面のＳＥＭ写真である。

【0068】

図２２のＳＥＭ像に示すように、フォーカス電極１４０を用いることによって、深さが５００μｍの加工断面において、加工断面の深さの半分の位置（深さ２５０μｍ）での加工幅を、２ｍｍ以上にできる。

【0069】

（３）フォーカス電極を用いて径を大きくしたイオンビームとフォーカス電極を用いて径を小さくしたイオンビームを組み合わせた加工
試料加工装置１００では、フォーカス電圧Ｖ_Ｆを第１電圧に設定してイオンビームＩＢを試料Ｓに照射して試料Ｓを加工した後、フォーカス電圧Ｖ_Ｆを第１電圧とは異なる第２電圧に設定してイオンビームＩＢを試料Ｓに照射して試料Ｓを加工することができる。

【0070】

図２３は、フォーカス電極１４０を用いて径を大きくしたイオンビームＩＢを用いた加工と、フォーカス電極１４０を用いて径を小さくしたイオンビームＩＢを用いた加工を組み合わせて作製された試料Ｓの加工断面を模式的に示す図である。

【0071】

図２３に示すように、フォーカス電圧Ｖ_Ｆ＝Ｖ１として、径を大きくしたイオンビームＩＢで試料Ｓを加工した後（図６参照）、フォーカス電圧Ｖ_Ｆ＝Ｖ４として、径を小さくしたイオンビームＩＢで試料Ｓを加工する（図９参照）。これにより、試料表面近傍の広い領域と試料の深い領域を効率よく断面加工できる。

【0072】

このように、加工中にフォーカス電圧を切り替えることによって、試料Ｓの深さ方向において、加工幅を大きく変化させることができる。

【0073】

（４）フォーカス電極を用いて強度を均一にしたイオンビームを用いた加工
図７および図１３に示すように、フォーカス電極１４０を用いることによって、強度が均一なイオンビームＩＢ（断面プロファイルが矩形状のイオンビームＩＢ）を得ることができる。

【0074】

図２４は、試料加工装置１００で加工された試料Ｓの加工断面を模式的に示す図である。図２５は、図４に示す参考例に係る試料加工装置で加工された試料Ｓの加工断面を模式的に示す図である。

【0075】

図２５に示す参考例に係る試料加工装置で試料Ｓを加工した場合には、目標物Ｐ３の深さよりも２倍程度深く加工しなければ、目標物Ｐ３を断面加工できない場合がある。このように目標物Ｐ３を加工するために深い領域まで加工すると、目標物Ｐ３よりも深い位置にある金属層Ｂまで加工されてしまう。金属層Ｂのような異種材料が加工されると、スパッタ粒子が目標物Ｐ３に付着してしまう場合がある。また、目標物Ｐ３にスパッタ粒子を付着することを防ぐためには、金属層Ｂよりも深く加工する必要がある。

【0076】

これに対して、図２４に示すように、試料加工装置１００では、フォーカス電極１４０を用いてイオンビームＩＢの強度を均一にできる。強度を均一にしたイオンビームＩＢを用いることによって、加工幅の深さ方向の変化を小さくできる。そのため、目標物Ｐ３と同じ深さ、あるいは目標物Ｐ３よりも少し深い位置まで加工すれば、目標物Ｐ３を断面加工できる。したがって、図２４に示すように、目標物Ｐ３よりも深い位置に金属層Ｂなどの異種の材料の層がある場合に、目標物Ｐ３にスパッタ粒子が付着することを防ぐことができる。

【0077】

図２６は、試料加工装置１００で試料Ｓを平面加工する様子を模式的に示す図である。図２７は、図４に示す参考例に係る試料加工装置で試料Ｓを平面加工する様子を模式的に示す図である。

【0078】

イオンビームＩＢに対して傾斜させた試料Ｓを、回転させながらイオンビームＩＢを照射することで、試料Ｓの表面を加工することができる。このとき、図２７の（Ａ）に示すように、試料Ｓの回転中心にイオンビームＩＢの中心を合わせると、加工された試料Ｓの表面の平坦な領域が狭くなる。

【0079】

そのため、試料Ｓの回転中心と、イオンビームＩＢの中心をずらすと、図２７の（Ｂ）に示すように、比較的平坦な領域を大きくすることができる。しかしながら、試料Ｓの回転中心とイオンビームＩＢの中心との間の距離が大きくなると、図２７の（Ｃ）に示すように、平坦な領域を大きくできない。そのため、試料Ｓの回転中心とイオンビームＩＢの中心との間の距離を適切な大きさに調整する必要がある。

【0080】

これに対して、図２６に示すように、試料加工装置１００では、フォーカス電極１４０を用いてイオンビームＩＢの強度を均一にできる。強度を均一にしたイオンビームＩＢを用いて試料Ｓを平面加工することによって、試料Ｓの回転中心にイオンビームＩＢの中心を合わせることで、容易に、平坦な領域を大きくできる。

【0081】

（５）低加速のイオンビームを用いた加工
試料加工装置１００では、アノード１１０の電位に近いフォーカス電極１４０を有する
ため、プラズマ生成に必要な放電電圧を維持した状態で、アノード１１０の電位を低下させても（加速電圧を低下させても）、プラズマ生成に必要な電子をイオン化室１１２に閉じ込めることができる。また、フォーカス電極１４０と引出電極１３０との間の電位差により、イオンを引き出すための引出電圧を維持できるため、低加速電圧でもイオン源１０から試料Ｓの加工が可能なイオンビームＩＢを放出できる。

【0082】

図２８は、試料加工装置１００を用いて加速電圧２ｋＶで加工された試料のＳＥＭ写真である。図２９は、試料加工装置１００を用いて加速電圧３ｋＶで加工された試料のＳＥＭ写真である。

【0083】

図２８および図２９に示すように、試料加工装置１００では、フォーカス電極１４０を有するため、加速電圧を２～３ｋＶ（イオンエネルギー２～３ＫｅＶ）でも、試料Ｓを断面加工できる。このように、試料加工装置１００では、低加速電圧で試料Ｓを加工できるため、イオンダメージや熱ダメージを受けやすいため加工が困難であった試料を加工できる。

【0084】

（６）仕上げ加工
図３０は、試料加工装置１００を用いた仕上げ加工の一例を説明するための図である。図３１は、図４に示す参考例に係る試料加工装置を用いた仕上げ加工の一例を説明するための図である。

【0085】

目標物Ｐ４が試料Ｓの表面近くにある場合や、スパッタレートの高い試料の断面加工を行う場合には、試料Ｓからスパッタされて弾き出されたスパッタ粒子が、加工断面に再付着してしまう。

【0086】

図３１に示すように、加工断面と未加工の領域との境界部分から放出されたスパッタ粒子が再付着の主な原因となる。そのため、境界部分からのスパッタ粒子の放出がなくなり、かつ、加工断面に再付着したスパッタ粒子がなくなるまで、時間をかけて加工することで、再付着の影響が低減された加工断面を得ることができる。しかしながら、この手法では、加工に時間がかかるという問題がある。

【0087】

これに対して、試料加工装置１００では、図３０に示すように、加工断面が試料Ｓを厚さ方向に貫通した段階で、フォーカス電極１４０を用いてイオンビームＩＢの径を小さくできる。これにより、加工断面と未加工の領域との境界部分にイオンビームＩＢがあたらないため、再付着の影響が低減された加工断面を短時間で効率よく作製できる。

【0088】

（７）スイング動作を組み合わせた加工
図９および図１５に示すように、フォーカス電極１４０を用いることによって、イオンビームＩＢの径を小さくできる。この状態では、イオンビームＩＢの電流密度が高いため、加工レートを高くできる。したがって、加工断面のアスペクト比（加工幅に対する加工深さ）を大きくできる。

【0089】

ここで、試料Ｓをスイング動作させるときのスイング角度を制御することによって、加工断面の形状を制御できる。試料加工装置１００では、目標加工領域に基づいて、イオンビームＩＢの空間プロファイルおよびスイング角度を制御することによって、様々な試料を効率よく加工できる。

【0090】

図３２および図３３は、試料加工装置１００において、スイング動作させた試料Ｓを加工する手法を説明するための図である。図３４は、図４に示す参考例に係る試料加工装置において、スイング動作させた試料Ｓを加工する手法を説明するための図である。図３２
～図３４には、加工中の試料Ｓの様子、および加工後の試料ＳのＳＥＭ写真を示している。

【0091】

図３４に示す例では、試料Ｓを±３０°の角度でスイング動作させている。このとき、図３４に示すように、加工幅Ｗは、イオンビームＩＢの径Ｄと同程度になる。

【0092】

これに対して、試料加工装置１００では、図３２に示すように、フォーカス電極１４０を用いて径を小さくしたイオンビームＩＢを用いることによって、試料Ｓを±３０°の角度でスイング動作させた場合に、試料Ｓの深い位置で、加工幅ＷをイオンビームＩＢの径Ｄよりも大きくできる。図３２に示す例では、試料Ｓの深い位置での加工幅Ｗが試料Ｓの浅い位置での加工幅Ｗよりも大きい。

【0093】

図３３に示す例では、試料Ｓを±１５°の角度でスイング動作させている。さらに、図３３に示す例では、最大スイング角度となる位置（＋１５°の位置および－１５°の位置）でスイング動作を一時停止している。これにより、加工幅ＷをイオンビームＩＢの径Ｄと同程度にできる。なお、最大スイング角度となる位置で、試料Ｓのスイング動作の速度を低下させてもよい。この場合も、最大スイング角度となる位置でスイング動作を一時停止させた場合と同様に、加工幅ＷをイオンビームＩＢの径Ｄと同程度にできる。この結果、例えば、深さ方向の加工速度を向上できる。

【0094】

このように、試料加工装置１００では、スイング角度とフォーカス電圧を変更することができるため、様々な試料を効率よく加工できる。

【0095】

図３５は、試料加工装置１００において、スイング動作させた試料Ｓを加工する手法を説明するための図である。図３５に示す例では、目標加工領域として、目標物Ｐ５の全体を含む領域が設定されている。

【0096】

図３５に示すように、加工の初期段階では、スイング角度を小さくし、アスペクト比が高くなる条件で加工を進め、目標物Ｐ５の一部を露出させる。その後、スイング角度を大きくし、最大スイング角度でスイング動作を停止させたり、最大スイング角度となる位置でスイング動作の速度を低下させたりして、試料Ｓの深い位置での加工幅を大きくする。これにより、目標物Ｐ５の全体を露出させる。このように加工中にスイング角度を変更することによって、試料Ｓの深い位置にある目標物Ｐ５を効率よく加工できる。

【0097】

１．４． ユーザーインターフェース
試料加工装置１００では、位置合わせ用カメラ５０で取得された画像上に、設定されたフォーカス電圧や、加速電圧、放電電圧、ガスの流量などの照射条件に応じたイオンビームＩＢの径（照射領域）およびイオンビームＩＢの照射位置を示す画像を表示させることができる。これにより、ユーザーは、容易に、加工目標位置をイオンビームＩＢの照射位置に合わせることができる。

【0098】

試料加工装置１００では、イオンビームＩＢの照射条件によって、イオンビームＩＢの径および照射位置が変わる。例えば、加速電圧が高いほど、イオンビームＩＢの径が小さくなる。また、フォーカス電極１４０に印加されるフォーカス電圧を変更することで、イオンビームの径が変わる。また、加速電圧およびフォーカス電圧を変更することで、イオンビームＩＢの照射位置が変わる。

【0099】

画像処理装置８０は、イオンビームＩＢの照射条件と、イオンビームＩＢの径および照射位置の情報と、が関連付けて記憶されたデータベースを有している。画像処理装置８０は、データベースから、設定された照射条件に対応するイオンビームＩＢの径および照射
位置の情報を取得し、イオンビームＩＢの径およびイオンビームＩＢの照射位置を示す画像を表示させる。

【0100】

図３６は、データベースの作成方法を説明するための図である。図３６には、位置合わせ用カメラ５０で試料Ｓを撮影している様子、および撮影された画像Ｉ２を図示している。

【0101】

例えば、照射条件を任意に設定し、テスト用試料ＳにイオンビームＩＢを照射する。これにより、図３６に示すように、テスト用試料Ｓ上にイオンビームＩＢの照射痕Ｔが形成される。

【0102】

次に、位置合わせ用カメラ５０でテスト用試料Ｓを撮影し、画像Ｉ２を取得する。次に、取得した画像Ｉ２から、照射痕Ｔの大きさ（輪郭）の情報および照射痕Ｔの位置の情報を取得する。ここで、照射痕Ｔの大きさは、イオンビームＩＢの径に対応し、照射痕Ｔの位置はイオンビームＩＢの照射位置に対応する。したがって、設定された照射条件と、イオンビームＩＢの径およびイオンビームＩＢの照射位置の情報を関連付けることができる。

【0103】

これらの処理を照射条件を変更しながら繰り返すことで、データベースを作成できる。

【0104】

図３７は、画像処理装置８０の処理を説明するための図である。

【0105】

画像処理装置８０は、イオンビームＩＢの照射条件が設定されると、データベースを参照して、設定された照射条件に応じたイオンビームＩＢの径および照射位置の情報を取得する。画像処理装置８０は、取得したイオンビームＩＢの径および照射位置の情報に基づいて位置合わせ用カメラ５０で取得された画像Ｉ２上に、イオンビームＩＢの径および照射位置を示す画像Ｉ４を表示させる。図３７に示す例では、画像処理装置８０は、画像Ｉ４として、イオンビームＩＢの照射位置に、イオンビームＩＢの径と同じ大きさの径を持つ円を表示させている。なお、画像Ｉ４は、図３７に示す例に限定されず、イオンビームＩＢの径および照射位置を示すことができればよい。

【0106】

試料加工装置１００では、上述したように、画像処理装置８０が、位置合わせ用カメラ５０で撮影された画像Ｉ２上に、イオンビームＩＢの径と照射位置を示す画像Ｉ４を表示させる。この結果、画像Ｉ４の位置に、目標加工位置を合わせれば、イオンビームの照射位置に目標加工位置を合わせることができる。したがって、試料加工装置１００では、容易に、イオンビームＩＢの照射位置に目標加工位置を合わせることができる。

【0107】

１．５． 効果
試料加工装置１００は、カソード１２０と引出電極１３０との間に配置されたフォーカス電極１４０を含み、フォーカス電極１４０に印加されるフォーカス電圧を変化させることによって、イオンビームＩＢの空間プロファイルを制御する。そのため、試料加工装置１００では、様々な空間プロファイルを持つイオンビームＩＢで試料Ｓを加工できる。すなわち、試料加工装置１００では、径が小さいイオンビームＩＢや、径が大きいイオンビームＩＢ、強度が均一なイオンビームＩＢなどを用いて、試料Ｓを加工できる。したがって、試料加工装置１００では、材質や、目標物の大きさ、目標物の深さなどが異なる様々な試料を効率よく加工できる。

【0108】

例えば、試料加工装置１００では、上述したように、加速電圧や、放電電圧、導入されるガスの流量を変更することなく、イオンビームＩＢの空間プロファイルを制御できる。したがって、試料加工装置１００では、２～３ｋＶの極めて低い加速電圧の場合でも、フ
ォーカス電極１４０を用いてイオンビームＩＢを集束することができ、試料Ｓを加工できる。

【0109】

試料加工装置１００における試料加工方法は、フォーカス電極１４０に印加されるフォーカス電圧を変化させることによって、イオンビームＩＢの空間プロファイルを制御する工程を含む。そのため、試料加工装置１００における試料加工方法では、材質や、目標物の大きさ、目標物の深さなどが異なる様々な試料を効率よく加工できる。

【0110】

試料加工装置１００における試料加工方法は、フォーカス電圧を第１電圧に設定して、イオンビームＩＢを試料Ｓに照射して試料Ｓを加工する工程と、フォーカス電圧を第１電圧とは異なる第２電圧に設定して、イオンビームＩＢを試料Ｓに照射して試料Ｓを加工する工程と、を含む。そのため、試料加工装置１００における試料加工方法では、様々な試料を効率よく加工できる。

【0111】

２． 第２実施形態
２．１． 試料加工装置
次に、第２実施形態に係る試料加工装置について、図面を参照しながら説明する。図３８は、第２実施形態に係る試料加工装置２００の構成を示す図である。以下、第２実施形態に係る試料加工装置２００において、第１実施形態に係る試料加工装置１００の構成部材と同様の機能を有する部材については同一の符号を付し、その詳細な説明を省略する。

【0112】

試料加工装置２００は、図３８に示すように、イオン源１０を制御する制御部２１０を含む。制御部２１０は、イオン源１０を制御する。制御部２１０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）および記憶装置（ＲＡＭ（Random Access Memory）およびＲＯＭ（Read Only Memory）など）を含む。制御部２１０では、ＣＰＵで記憶装置に記憶されたプログラムを実行することにより、各種計算処理、各種制御処理を行う。

【0113】

２．２． 動作
図３９～図４１は、制御部２１０の処理の一例を説明するための図である。

【0114】

試料加工装置２００では、画像処理装置８０が、目標加工領域を指定するためのＧＵＩ（Graphical User Interface）を表示させる。例えば、ＧＵＩ画面には、図３９に示すように、加工観察用カメラ６０で撮影された画像Ｉ６上に、目標加工領域の位置と大きさを指定するため画像Ｉ８が表示される。画像Ｉ８は、例えば、目標加工領域の位置と大きさを示す枠であり、当該枠の内側が目標加工領域として指定される。図示の例では、目標物Ｐ６を含む領域が画像Ｉ８によって目標加工領域に指定されている。

【0115】

制御部２１０は、目標加工領域が指定されると、指定された目標加工領域の位置と大きさに基づいて加工条件を決定する。加工条件は、例えば、フォーカス電圧、加速電圧、放電電圧、およびスイング条件（スイング角度、スイング速度など）を含む。

【0116】

制御部２１０は、あらかじめ種々の加工条件での加工形状および加工時間に関するデータベースを有しており、指定された目標加工領域の幅および深さに基づきデータベースを検索し、加工条件を決定する。例えば、制御部２１０は、指定された目標加工領域を断面加工するためにかかる時間が最短となる加工条件をデータベースから導く。制御部２１０は、図４０に示すように、決定した加工条件で試料Ｓを加工したときの加工断面の形状および加工時間を求めて、求めた加工断面の形状および予想加工時間をＧＵＩ画面に表示させる。

【0117】

ユーザーは、ＧＵＩ画面に表示された加工条件が適切でないと判断した場合には、ＧＵ
Ｉ画面において別の加工条件を提示する操作を行うことができる。制御部２１０は、当該操作に基づいて、図４１に示すように、別の加工条件を提示する。

【0118】

制御部２１０は、あらかじめ複数の加工条件の候補をＧＵＩ画面に表示して、複数の加工条件の候補から１つを指定できるようにしてもよい。例えば、制御部２１０は、加工条件の候補ごとに、加工断面の形状および予想加工時間をＧＵＩ画面に表示させる。ユーザーは、ＧＵＩ画面に表示された、複数の加工条件の候補から、１つの加工条件を指定してもよい。

【0119】

ユーザーが加工条件を指定すると、制御部２１０は、指定された加工条件に基づいてイオン源１０およびスイング機構４０を制御する。例えば、制御部２１０は、加工条件としてフォーカス電圧が指定されると、フォーカス電極１４０に指定されたフォーカス電圧が印加されるようにフォーカス電源１７０を制御する。

【0120】

なお、図４０に示すように、２つの加工条件を組み合わせて加工を行う場合には、制御部２１０は、加工観察用カメラ６０で撮影された画像Ｉ６に基づいて、加工条件を切り替える。例えば、制御部２１０は、試料Ｓをスイング角度を第１角度として加工を行った後、画像Ｉ６において加工断面があらかじめ設定された加工幅となったタイミングで試料Ｓのスイング角度を第２角度に切り替える。そして、制御部２１０は、指定された目標加工領域の全体が露出するまで、加工を行う。

【0121】

ここで、イオンビームＩＢで加工された加工断面と未加工領域との境界に形成される傾斜領域は、試料Ｓを同軸落射照明することによって、加工観察用カメラ６０で撮影された画像において他の部分と区別できる。そのため、制御部２１０は、同軸落射照明された試料Ｓを加工観察用カメラ６０で撮影することによって、傾斜領域を特定できる画像を取得する。制御部２１０は、この画像から加工断面の形状（加工幅や加工断面の大きさ等）を特定して加工状況をモニターし、加工条件を切り替えるタイミングや加工を終了するタイミングを判断する。

【0122】

上記では、目標加工領域を指定して加工条件を決定する場合について説明したが、加工したくない領域を指定して加工条件を決定してもよい。

【0123】

また、上記では、制御部２１０が加工条件の候補を提示し、提示された加工条件の候補からユーザーが加工条件を指定する場合について説明したが、制御部２１０は、指定された目標加工領域に基づいてイオン源１０およびスイング機構４０を制御してもよい。この場合、制御部２１０は、加工時間が最短となる加工条件を採用して、加工を行ってもよい。

【0124】

２．３． 効果
試料加工装置２００では、フォーカス電源１７０を制御する制御部２１０を含む。また、制御部２１０は、試料Ｓの目標加工領域の指定を受け付け、指定された目標加工領域に基づいてフォーカス電源１７０を制御する。そのため、試料加工装置２００では、最適な空間プロファイルのイオンビームＩＢで試料Ｓを加工できる。例えば、加工時間が最短となる空間プロファイルのイオンビームＩＢで試料Ｓを加工できる。

【0125】

試料加工装置２００では、制御部２１０は指定された目標加工領域に基づいてスイング機構４０を制御する。そのため、試料加工装置２００では、効率よく試料Ｓを加工できる。

【0126】

３． 変形例
上述した第１実施形態および第２実施形態では、試料加工装置が断面試料を作製するためのクロスセクションポリッシャ（登録商標）である場合について説明したが、試料加工装置は薄膜試料を作製するためのイオンスライサ（登録商標）であってもよい。イオンスライサ（登録商標）は、イオンビームを遮蔽するためのシールドベルトを備えており、シールドベルトでイオンビームを遮蔽することで試料を薄片化できる。

【0127】

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、さらに種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施形態で説明した構成と実質的に同一の構成を含む。実質的に同一の構成とは、例えば、機能、方法、及び結果が同一の構成、あるいは目的及び効果が同一の構成である。また、本発明は、実施形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。

【符号の説明】

【0128】

１０…イオン源、２０…試料ステージ引出機構、３０…試料ステージ、３２…Ｘ移動機構、３４…Ｙ移動機構、４０…スイング機構、５０…位置合わせ用カメラ、５２…カメラ傾倒機構、６０…加工観察用カメラ、７０…試料室チャンバー、７２…試料室、７４…観察窓、８０…画像処理装置、１００…試料加工装置、１１０…アノード、１１２…イオン化室、１２０…カソード、１２２…第１電極、１２４…第２電極、１２５…孔、１３０…引出電極、１３２…孔、１４０…フォーカス電極、１４２…孔、１５０…アノード用電源、１６０…カソード用電源、１７０…フォーカス電源、１７２…電源、１７４…電源、１７６…抵抗、２００…試料加工装置、２１０…制御部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

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【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31】

【図32】

【図33】

【図34】

【図35】

【図36】

【図37】

【図38】

【図39】

【図40】

【図41】