JP2004087174A - イオンビーム装置およびイオンビーム加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】観察面（断面）への二次粒子の再付着を防止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】試料６の特定部位に所定の液体金属イオンビームを照射して断面を形成する液体金属イオンビーム照射装置１と、所定のビーム径に集束した気体イオンビームで上記断面の所定の領域（観察領域）を走査して、該所定の領域上のダメージ層を除去する気体イオンビーム照射装置７とを有する。
【選択図】　　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、試料の特定部位にイオンビームを照射して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。
【０００３】
図６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）、走査電極などがイオン源１００側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。）１００ａ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、この検出結果に基づいて画像処理を行うことにより走査イオン顕微鏡（ＳＩＭ：Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｉｏｎ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）による観察像（ＳＩＭ像）を得ることができる。
【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（Ｚ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１０５上へ搬入される。試料１０６は、例えばウェーハである。ガス銃１０３は、試料１０６の表面に、保護膜としてのデポジション膜を形成するための所定のガスを吹き付けるものである。
【０００６】
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７の（ａ）および（ｂ）に、ピックアップ法（あるいはリフトアウト法）と呼ばれる手法によるＴＥＭ試料の一連の作製手順を模式的に示す。以下、図６および図７を参照して、ＴＥＭ試料の作製手順を説明する。
【０００７】
まず、試料ステージ１０５上に試料１０６であるウェーハを固定し、予め与えられている欠損部位の位置情報に基づいて、イオン源１００からのＦＩＢ１００ａがその欠損部位の近傍に照射されるように大凡の位置合わせを行う。続いて、ＦＩＢ１００ａで欠損部位の近傍を走査し、この走査により得られるＳＩＭ像を見ながら欠損部位の位置を特定する（位置出し）。位置出し後、ガス銃１０３によりウェーハの表面に所定のガスを吹き付けるとともに、ＦＩＢ１００ａでウェーハの表面の、欠損部位を含む所定の範囲を走査することでデポジション膜（保護膜）を形成する。このデポジション膜の形成は、一般にはイオンアシストデポジション（あるいはイオンビームＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ））と呼ばれており、ＦＩＢ１００ａで照射した部分に選択的にデポジション膜を形成することができる。
【０００８】
続いて、図７（ａ）に示すように、ウェーハの表面の欠損部位近傍をＦＩＢ１００ａで照射して大まかに加工し、さらに、その加工部分にＦＩＢ１００ａを照射して仕上げ加工を行う。この加工では、ＦＩＢ１００ａは、ウェーハの表面に対して法線方向から照射されるので、ＦＩＢが照射された領域は表面が除々に削れ、最終的に図７（ｂ）に示すような断面１０７ａを得る。断面１０７ａ部を上部から見た厚さをどの程度まで薄くするかは試料の材質と使用するＴＥＭの加速電圧によって異なる。例えば、Ｓｉ系半導体試料を加速電圧２００ｋＶのＴＥＭで格子像の観察をする場合は０．１μｍ以下とする必要がある。また、ＴＥＭによるトモグラフィーで３Ｄ解析等を行う場合は、試料の厚みは０．５μｍ程度に仕上げる。
【０００９】
最後に、試料ステージ１０５のチルト角を制御することによりＦＩＢ１００ａのウェーハへの入射角度を調節した後、ＦＩＢ１００ａによる加工により、断面１０７ａが形成された部分の周りに図７（ｂ）に示すような切り込み１０７ｂ（図７（ｂ）中の破線で示している部分）を形成する。この切り込み１０７ｂに沿って取り出される、断面１０７ａを含む部分がＴＥＭ試料１０７となる。
【００１０】
ＴＥＭ試料１０７の取り出しでは、専用装置（マニピュレータ）を使用する。図８の（ａ）および（ｂ）に、ピックアップ法によるＴＥＭ試料の取り出しの一例を示す。
【００１１】
まず、図７の手順で作製されたＴＥＭ試料１０７の片側の断面１０７ａに、ガラス材よりなるプローブ１０８の先端を近づける。プローブ１０８の先端が断面１０７ａにある程度近づくと、図８（ａ）に示すように、ＴＥＭ試料１０７がプローブ１０８の先端に静電気によって吸着する。そして、先端にＴＥＭ試料１０７が吸着した状態のままプローブ１０８を、別に用意された粘着性を有する有機薄膜１０９上に移動し、図８（ｂ）に示すように、先端に吸着したＴＥＭ試料１０７を有機薄膜１０９上に置く。ＴＥＭ試料１０７は、有機薄膜１０９の粘着性により固定されて、プローブ１０８の先端から離れる。
【００１２】
上記のようにしてＴＥＭ試料１０７が固定された有機薄膜１０９をＦＩＢ装置とは別のＴＥＭ装置に搬入し、そこで、ＴＥＭ試料１０７の断面１０７ａの観察を行う。最近では、ＦＩＢ装置に、走査電子顕微鏡やエネルギー分散型Ｘ線検出器等の観察装置やマニピュレータなどを組み込んだ複合形ＦＩＢ装置も提供されており、試料作製から観察を１台のＦＩＢ装置で行えるようになっている。
【００１３】
以上説明したピックアップ法によるＴＥＭ試料の作製手法の他、ダイシングソーによりウェーハを割って特定箇所の小片化試料を作製し、この小片化試料を専用試料ホルダーに固定してＦＩＢにより断面加工することでＴＥＭ試料を作製する手法もある。
【００１４】
しかしながら、上述した試料作製のいずれの手法においても、ＦＩＢによる断面加工の際に、加工面（断面）にＦＩＢによるダメージを受ける。図９（ａ）は、図７（ｂ）のＴＥＭ試料１０７の部分の断面図で、図９（ｂ）はその部分拡大図である。図９中、デポジション膜１１０は、ＦＩＢによる断面加工時に形成した保護膜である。
【００１５】
ＦＩＢによる断面加工では、ＴＥＭ試料１０７の断面１０７ａの表面にＦＩＢによるダメージを受けるとともにＦＩＢに含まれているイオン（例えばＧａイオン）の一部が注入されて、図９（ｂ）に示すようなダメージ層（破砕層）１１１が形成される。ダメージ層１１１は、試料自体に元々含まれていた元素と注入されたイオン（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１０７ａ）に不要なダメージ層１１１が形成されてしまうと、そのダメージ層１１１が妨げとなって、良好なＴＥＭ観察、特に鮮明な格子像を観察することができない。このようなダメージ層の問題は、ＳＥＭ試料作製においても同様に生じる。
【００１６】
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。
【００１７】
図１０は、上記公報に記載されたＦＩＢ装置の概略構成を示す模式図である。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。
【００１８】
液体金属イオンビーム照射装置２００は、図６に示したようなイオン光学系を備え、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ことができる。液体金属イオン源は、例えばＧａイオン源である。
【００１９】
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気体イオンビームで断面加工された部分を含む所定の範囲の領域を一様に照射するものである。気体イオン源としては、例えばＡｒイオン源がある。なお、気体イオンビームはＦＩＢのように収束する必要はないため、気体イオンビーム照射装置２０１には、液体金属イオンビーム照射装置２００に備えられているようなイオンビームを十分に収束するイオン光学系は設けられていない。イオンビームを十分に収束するようなイオン光学系は、非常に高価であることから、これを使用しないことで低コスト化を実現している。
【００２０】
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、図９（ｂ）に示したようなダメージ層が断面に形成される。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一様に照射して断面上のダメージ層をエッチング除去する。
【００２１】
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における断面観察で問題になることはない。
【００２２】
【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などにおいて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。
【００２３】
ＦＩＢによる断面加工後に、気体イオンビームでダメージ層を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、以下に説明するような、気体イオンビームの照射による二次粒子の再付着という新たな問題が生じる。
【００２４】
図１１の（ａ）〜（ｃ）に、二次粒子が再付着する過程を模式的に示す。図１１（ａ）に示すように、断面に形成されたダメージ層１１１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、断面とこれに隣接する隣接面２０４を含む。Ａｒイオンビームが隣接面２０４に照射されると、図１１（ｂ）に示すように、隣接面２０４から二次粒子２０５が放出される。この隣接面２０４から放出された二次粒子２０５は、ダメージ層１１１が除去された後の断面に付着し、図１１（ｃ）に示すような再付着層２０６が形成される。再付着層２０６は成分が不明であり、良好な断面観察を妨げる。
【００２５】
本発明の目的は、上記の各問題を解決し、観察面（断面）への二次粒子の再付着を防止することのできる、イオンビーム装置およびイオンビーム加工方法を提供することにある。
【００２６】
【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、試料の特定部位に所定の液体金属イオンビームを照射して断面を形成する液体金属イオンビーム照射手段と、所定のビーム径に集束した気体イオンビームで前記断面の所定の領域を走査して、該所定の領域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することを特徴とする。
【００２７】
また、本発明のイオンビーム加工方法は、試料の特定部位に所定の液体金属イオンビームを照射して断面を形成する第１の工程と、所定のビーム径に集束した気体イオンビームで前記断面の所定の領域を走査して、該所定の領域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。
【００２８】
上記のとおりの本発明においては、所定の液体金属イオンビームを照射することで形成された断面の所定の領域、具体的にはＳＥＭ観察またはＴＥＭ観察が行われる観察領域を所定のビーム径に集束した気体イオンビームで走査することでその領域上のダメージ層が除去される。断面には側壁面および底面が隣接しているが、これらの隣接面は観察領域には隣接していない。また、気体イオンビームを所定のビーム径に集束したことで、気体イオンビームの照射範囲を観察領域に限定することが可能となっている。このようなことから、本発明では、気体イオンビームは基本的に観察領域にのみ照射され、隣接面（側壁面および底面）へは照射されない。よって、従来のように、気体イオンビームが隣接面に照射されて二次粒子が放出され、この放出された二次粒子が、ダメージ層が除去された観察領域に再付着して問題となる、といったことはない。
【００２９】
【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。
【００３０】
図１に、本発明の一実施形態であるＦＩＢ装置の主要構成を模式的に示す。このＦＩＢ装置は、液体金属イオンビーム照射装置１、二次荷電粒子検出器２、ガス銃３、試料６を固定する試料ホルダー４、試料ステージ５、気体イオンビーム照射装置７からなる。
【００３１】
液体金属イオンビーム照射装置１は、液体金属イオン源と、この液体金属イオン源から引き出された液体金属イオンビームを十分に集束するとともに試料６上で走査させるためのイオン光学系とを備える既存の装置である。イオン光学系は、図６示したイオン光学系１０１と同様のもので、液体金属イオン源側からコンデンサレンズ（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）、走査電極などが順次に配されている。液体金属イオン種としては、例えばガリウム（Ｇａ）を用いることができる。
【００３２】
気体イオンビーム照射装置７は、気体イオン源と、この気体イオン源から引き出された気体イオンビームを十分に集束するとともに試料６上で走査させるためのイオン光学系とを備える。イオン光学系は、上記液体金属イオンビーム照射装置１に用いられているイオン光学系とほぼ同様な構成のものである。気体イオン種としては、アルゴン、酸素、ヘリウム、ネオン、キセノン、クリプトン、ラドン等がある。気体イオンビーム照射装置７の光軸は、液体金属イオンビーム照射装置１の光軸と所定の位置で交わるようになっている。
【００３３】
ガス銃３、試料ホルダー４および試料ステージ５は、図６に示したものと同じである。二次荷電粒子検出器２は、液体金属イオンビームおよび気体イオンビームを試料６に照射した際に発生する二次荷電粒子を検出するものである。この検出結果に基づいて画像処理を行うことにより、液体金属イオンビームによるエッチング加工時および気体イオンビームによるエッチング除去時のそれぞれにおけるＳＩＭ像が得られる。
【００３４】
次に、本実施形態のＦＩＢ装置を用いた試料作製を具体的に説明する。以下の説明では、ピックアップ法によるＴＥＭ試料の作製手順、ダイシングソーにより作製された小片化試料からのＴＥＭ試料の作製手順の２つを例に挙げて具体的に説明する。
【００３５】
（１）ピックアップ法によるＴＥＭ試料の作製手順：
まず、液体金属イオンビーム照射装置１からの集束された液体金属イオンビームで試料６であるウェーハの特定箇所（欠損箇所）の近傍を走査して断面を形成する（断面加工）。この断面加工は、図７の（ａ）、（ｂ）に示した手順と基本的に同じであるので、ここでは、その詳細な説明は省略する。
【００３６】
断面加工（図７（ｂ）の加工）後、気体イオンビーム照射装置７からの集束された気体イオンビームで試料６の断面の所定の領域（観察領域）を走査し、その所定の領域上のダメージ層（不図示）を除去する。図２に、気体イオンビームによる断面の照射を模式的に示す。
【００３７】
図２において、断面６ａは、試料６であるウェーハの特定箇所を液体金属イオンビーム照射装置１からの集束された液体金属イオンビームで加工した部分で、その大きさは例えば１０μｍ（縦（深さ））×１０μｍ（幅）である。この断面の中央に位置する観察領域６ｂ（破線で示した斜線部）がＴＥＭ観察の行われる領域で、その大きさは例えば５μｍ（縦（深さ））×５μｍ（幅）である。断面６ａの下部（底部）には、図７（ｂ）で示した切り込み１０７ｂに対応する切り込み８（破線）が形成されており、この切り込み８によって区切られた部分がＴＥＭ試料として取り出される。
【００３８】
気体イオンビーム照射装置７からの集束された気体イオンビームは断面６ａに対して斜めに入射するようになっており、そのビームスポット７ａの大きさは、断面６ａの大きさより小さく、より望ましくは、観察領域６ｂの大きさより小さい。具体的には、観察領域６ｂの大きさが５μｍ（縦（深さ））×５μｍ（幅）である場合、集束された気体イオンビームの、断面６ａ上におけるビーム径（ガウス分布における半値幅で与えられる）は、直径３μｍ程度が望ましい。このビームスポット７ａで観察領域６ｂを走査することで、観察領域６ｂ上のダメージ層を除去する。
【００３９】
図３の（ａ）〜（ｃ）に、集束された気体イオンビームによるダメージ層の除去過程を模式的に示す。図３の（ａ）〜（ｃ）は、図２に示した断面６ａのＡ−Ａ’断面図に対応する。
【００４０】
図３（ａ）中、デポジション膜１０は、液体金属イオンビーム照射装置１からの集束された液体金属イオンビームで断面加工を行う際に形成した保護膜である。断面６ａ上にはダメージ層１１が形成されており、このダメージ層１１のうちの観察領域６ｂ上の部分を、気体イオンビーム照射装置７からの集束された気体イオンビーム（ビーム径３μｍ）で走査してエッチング除去する（図３の（ｂ）および（ｃ）参照）。同様な処理を、反対側の面に対しても行う。反対側の面への気体イオンビームの照射は、試料ステージ５を１８０°回転させることで行うことができる。
【００４１】
上記のエッチング除去では、集束された気体イオンビームで観察領域６ｂのみを照射してダメージ層１１を除去するようになっているため、ダメージ層１１を除去する際に、気体イオンビームが断面６ａに隣接する隣接面６ｃに照射されることはない。このため、隣接面６ｃにおいて、従来のような気体イオンビームの照射による二次粒子の放出は生じない。よって、ダメージ層１１が除去された観察領域６ｂの面に、従来のような隣接面６ｃからの二次粒子による再付着層が形成されることはない。
【００４２】
以上のようにして断面加工が施され、ダメージ層が除去されたＴＥＭ試料部は、図８の（ａ）および（ｂ）に示したプローブによるＴＥＭ試料の取り出しと同じ手法で、ウェーハから取り出されて有機性薄膜に粘着固定される。
【００４３】
なお、図３の例では、隣接面として断面６ａの下部（底部）に位置する隣接面６ｃのみを示したが、実際は、図２に示すように、断面６ａの両側にも隣接面が存在する。本実施形態では、気体イオンビームによるダメージ層の除去に際して、これら隣接面にも気体イオンビームが照射されることはない。
【００４４】
また、取り出されたＴＥＭ試料部は、有機性薄膜に粘着固定せずに、専用の試料ホルダーに固定するようにしてもよい。この場合は、ＴＥＭ試料部の再加工が可能となる。
【００４５】
さらに、集束された気体イオンビームの断面６ａ上におけるスポットサイズを、より大きなサイズ（ただし、断面６ａより小さい）に設定すれば、より短時間にダメージ層の除去を行うことができる。なお、この場合は、気体イオンビームの一部が隣接面に照射されて二次粒子が放出されるが、その放出量は従来における二次粒子の放出量に比べて格段に少ない。したがって、ダメージ層が除去された観察領域に再付着層が形成されても、その量（厚さ）は極わずかであるため、断面観察が妨げられることはない。
【００４６】
（２）小片化試料からのＴＥＭ試料の作製手順：
図４の（ａ）〜（ｃ）に、小片化試料からのＴＥＭ試料の作製過程を模式的に示す。
【００４７】
試料６であるウェーハの特定箇所（欠損部位）を含む部分をダイシングソーにより切り出して予備加工を施し、図４（ａ）に示すような断面形状が凸形状の小片化試料２０を作製する。小片化試料２０の凸部の面がウェーハの表面であり、以降の説明では、この凸部の面を小片化試料２０の表面と呼ぶ。
【００４８】
既存の保持部材に小片化試料２０を保持し、これを試料ホルダー４にクランプ固定して試料ステージ５上に搬入する。試料ステージ５上で、液体金属イオンビーム照射装置１からの集束された液体金属イオンビームが小片化試料２０の表面に対して略垂直に入射するように試料ステージ５の位置、チルト角を調整する。
【００４９】
続いて、ガス銃３を用いて、小片化試料２０の表面に所定のガスを吹き付けるとともに、集束された液体金属イオンビームで小片化試料２０の表面の加工領域を含む範囲を走査することで、図４（ｂ）に示すようなデポジション膜（保護膜）２１を形成する。
【００５０】
さらに続いて、集束された液体金属イオンビームで小片化試料２０の表面の加工領域を走査する。液体金属イオンビームは、小片化試料２０の表面に対して略垂直となるように照射されるので、液体金属イオンビームが照射された領域は表面が除々に削れ、最終的に図４（ｃ）に示すような断面２２を得る。この断面２２は、小片化試料２０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程度である。
【００５１】
最後に、気体イオンビーム照射装置７からの集束された気体イオンビームが断面２２に対して略垂直に入射するように試料ステージ５のチルト角を調節し、気体イオンビームで断面２２の所定の領域（ＴＥＭ観察領域）を走査することで、該ＴＥＭ観察領域上の、液体金属イオンビームによる断面加工の際に形成されたダメージ層をエッチング除去する。同様な処理を、反対側の断面に対しても行う。反対側の断面への気体イオンビームの照射は、試料ステージ５を１８０°回転させることで行うことができる。
【００５２】
本例においても、観察領域は、断面２２の中央に位置しており、断面２２に隣接する隣接面（底面および側壁面）には隣接していない。したがって、ダメージ層のエッチング除去に際して、上述したピックアップの場合と同様、集束された気体イオンビームは観察領域にのみ照射され、隣接面に照射されることはない。このため、隣接面において、従来のような気体イオンビームの照射による二次粒子の放出は生じない。よって、ダメージ層が除去された観察領域の面に、従来のような隣接面からの二次粒子による再付着層が形成されることはない。
【００５３】
また、本例においても、上述したピックアップの場合と同様、集束された気体イオンビームの断面上におけるスポットサイズを、より大きなサイズ（ただし、断面２２より小さい）に設定すれば、より短時間にダメージ層の除去を行うことができる。
【００５４】
以上説明したピックアップ法や小片化試料を用いたＴＥＭ試料の作製手法における、集束された気体イオンビームによるダメージ層の除去は、ＳＥＭ試料の作製にも適用することができる。ＳＥＭ試料の場合は、例えばウェーハの特定箇所に液体金属イオンビームにより凹状の穴をあけることで断面が形成され、その断面の所定の領域（ＳＥＭ観察する領域）を集束された気体イオンビームで走査することでダメージ層の除去が行われる。また、小片化試料からＳＥＭ試料を作製する場合は、液体金属イオンビームにより小片化試料の片面にのみ断面が形成され、その断面の所定の領域（ＳＥＭ観察する領域）を集束された気体イオンビームで走査することでダメージ層の除去が行われる。
【００５５】
ところで、液体金属イオンビーム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液体金属イオンビーム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、それら領域における加工速度（エッチング速度）の違いによるスジが生じる。このようなスジは、ＴＥＭやＳＥＭを用いた良好な断面観察を妨げる。
【００５６】
本実施形態のＦＩＢ装置では、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。
【００５７】
＜手順１＞
（１−１）集束された液体金属イオンビームを試料表面に第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。
【００５８】
（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、集束された液体金属イオンビームを第１の照射方向とは異なる第２の照射方向から照射してエッチングする。これにより、断面に形成されたスジが取り除かれる。
【００５９】
（１−３）スジが取り除かれた断面に対して、集束された気体イオンビームを第３の照射方向から照射して断面の観察領域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。
【００６０】
（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、集束された気体イオンビームを第３の照射方向とは異なる第４の照射方向から照射してエッチングする。これにより、断面に形成されたスジが取り除かれる。
【００６１】
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。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。
【００６２】
＜手順２＞
（２−１）集束された液体金属イオンビームを試料表面に第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。
【００６３】
（２−２）上記断面加工により得られた断面に対して、集束された気体イオンビームを第１の照射方向とは異なる第２の照射方向から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。
【００６４】
（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、集束された気体イオンビームを第２の照射方向とは異なる第３の照射方向から照射してエッチグする。これにより、断面に形成されたスジが取り除かれる。
【００６５】
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。
【００６６】
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ことができる。
【００６７】
以上説明したＦＩＢ装置は一例であって、装置構成および加工手順は、図示したものに限定されるものではなく、適宜変更可能である。例えば、ＦＩＢ装置にＳＥＭやＴＥＭなどの観察用の装置やマニピュレータなどを組み込むことも可能である。
【００６８】
図５に、図１に示したＦＩＢ装置にＳＥＭ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６に形成された断面を電子ビームで走査する電子ビーム照射装置３０と、その電子ビームの走査により生じる断面からの二次電子を検出する二次電子検出器３１とを加えたものである。
【００６９】
試料６の特定部位に形成された断面をＳＥＭ観察する場合は、電子ビーム照射装置３０からの電子ビームがその断面に対して所定の角度で入射するように試料ステージ５のチルト角を制御する。そして、電子ビームで断面を走査し、この走査によって断面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。
【００７０】
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。
【００７１】
また、集束された気体イオンビームは、断面に対して略垂直または斜めに入射するようになっているが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、試料の表面に対してその法線方向から液体金属イオンビームを照射して断面加工を施した場合であれば、集束された気体イオンビームを同じ法線方向から照射するようにして断面の所定の領域（ＴＥＭ観察領域またはＳＥＭ観察領域）上のダメージ層をエッチング除去することも可能である。この場合は、気体イオンビームの一部が隣接面（底面）に照射されるため、隣接面にて二次粒子が放出されるが、その放出量は従来における放出量に比べて格段に少ない。したがって、ダメージ層が除去された部分に再付着層が形成されても、その量（厚さ）は極わずかであるため、断面観察が大きく妨げられることはない。
【００７２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、ダメージ層を除去する際に、観察面（断面）に隣接面からの二次粒子の再付着層が形成されることはないので、ＳＥＭやＴＥＭにおける良好な断面観察を行うことができる、ＴＥＭ試料やＳＥＭ試料を提供することができる、という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態であるＦＩＢ装置の主要構成を示すブロック図である。
【図２】気体イオンビームによる断面の照射を示す模式図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は、集束された気体イオンビームによるダメージ層の除去過程を示す模式図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、小片化試料からのＴＥＭ試料の作製過程を示す模式図である。
【図５】図１に示すＦＩＢ装置にＳＥＭ機能を組み込んだ複合装置の概略構成を示すブロック図である。
【図６】従来のＦＩＢ装置の概略構成を示す模式図である。
【図７】（ａ）および（ｂ）は、ピックアップ法によるＴＥＭ試料の作製を説明するための模式図である。
【図８】（ａ）および（ｂ）は、ピックアップ法によるＴＥＭ試料の取り出しを説明するための模式図である。
【図９】（ａ）は、図７（ｂ）に示すＴＥＭ試料の部分の断面図、（ｂ）は（ａ）の部分拡大図である。
【図１０】特開平６−２６０１２９号公報に記載されたＦＩＢ装置の概略構成を示す模式図である。
【図１１】（ａ）〜（ｃ）は、再付着層の形成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　二次荷電粒子検出器
３　ガス銃
４　試料ホルダー
５　試料ステージ
６　試料
６ａ、２２　断面
６ｂ　観察領域
６ｃ　隣接面
７　気体イオンビーム照射装置
７ａ　気体イオンビームスポット
８　切り込み
１０、２１　デポジション膜
１１　ダメージ層
２０　小片化試料
３０　電子ビーム照射装置
３１　二次電子検出器

Claims (12)

1. 試料の特定部位に所定の液体金属イオンビームを照射して断面を形成する液体金属イオンビーム照射手段と、
   所定のビーム径に集束した気体イオンビームで前記断面の所定の領域を走査して、該所定の領域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することを特徴とするイオンビーム装置。
2. 前記気体イオンビームの前記断面上におけるビームスポットの大きさが、前記断面の大きさより小さいことを特徴とする請求項１に記載のイオンビーム装置。
3. 前記気体イオンビームの前記断面上におけるビームスポットの大きさが、前記所定の領域の大きさより小さいことを特徴とする請求項１に記載のイオンビーム装置。
4. 前記気体イオンビーム照射手段は、前記気体イオンビームが前記断面に対して略垂直または斜めに入射するように構成されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載のイオンビーム装置。
5. 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ないし４のいずれか１項に記載のイオンビーム装置。
6. 電子ビームで前記所定の領域を走査して、該所定の領域の透過電子像または二次電子像を形成する電子顕微鏡手段をさらに有することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載のイオンビーム装置。
7. 試料の特定部位に所定の液体金属イオンビームを照射して断面を形成する第１の工程と、
   所定のビーム径に集束した気体イオンビームで前記断面の所定の領域を走査して、該所定の領域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。
8. 前記第２の工程は、前記気体イオンビームの前記断面へ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７に記載のイオンビーム加工方法。
9. 前記第１の工程は、前記所定の液体金属イオンビームの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７または８に記載のイオンビーム加工方法。
10. 前記気体イオンビームの前記断面上におけるビームスポットの大きさが、前記断面の大きさより小さいことを特徴とする請求項７ないし９のいずれか１項に記載のイオンビーム加工方法。
11. 前記気体イオンビームの前記断面上におけるビームスポットの大きさが、前記所定の領域の大きさより小さいことを特徴とする請求項７ないし９のいずれか１項に記載のイオンビーム加工方法。
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７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。

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