CN113436952A - 会聚离子束加工装置 - Google Patents

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Abstract

提供在利用会聚离子束进行截面加工时改善截面形状、并且提高作业效率的会聚离子束加工装置。会聚离子束加工装置(100)具有离子源(21)、保持试样(200)的试样载台(50)、会聚透镜(22)、具有一边(24t)呈直线状的狭缝(24s)的光圈(24)、以及配置于光圈与试样台之间的射束路径的投射透镜(28)，在试样加工出截面，当基于柯拉照明法会聚离子束(20A)聚焦于投射透镜的主平面时会聚透镜的施加电压是100时，将施加电压设定为小于100且为80以上，设定光圈的位置，以使所述光圈在如下状态下遮挡该会聚离子束，该状态是，所述光圈的所述一边距所述会聚离子束的中心的距离大于0μm且为500μm以下的状态，构成将狭缝的形状转印到试样的转印模式。

Description

会聚离子束加工装置
技术领域
本发明涉及进行试样的截面加工的会聚离子束加工装置。
背景技术
以往，利用会聚离子束加工装置进行试样的截面加工，进行该截面的观察。
如图12所示那样进行截面加工。首先，以与试样200的表面200a垂直的方式照射会聚离子束20A。然后，对会聚离子束20A的照射位置进行扫描，挖掘出与试样200的表面200a正交的(与会聚离子束20A的照射方向平行的)截面200c。
但是，在截面加工后对截面200c进行观察的SEM镜筒的电子束10A与会聚离子束20A之间具有角度，因此，对于与截面200c分离的部位不需要像截面附近那样深挖。因此，为了缩短蚀刻花费的时间并提高作业效率，加工成从截面200c的底面起以规定的角度θ(例如54度)向表面200a侧立起的斜(倾斜)面状。在现有技术中，如果现实地考虑加工时间，截面的尺寸为数十μm，最大也为100μm以下。
另外，近年来，在半导体器件或矿物等试样中，存在希望进行100μm以上的截面加工这样的期望，从缩短蚀刻时间的观点出发，需要尽可能地以大电流照射会聚离子束。
因此，作为会聚离子束，代替Ga的金属离子束，从等离子体引出Xe离子作为会聚离子束，由此，能够以比Ga离子束大的电流对试样照射射束。
然后，通过会聚模式对试样照射这种大电流的会聚离子束并进行加工。具体而言，在会聚模式下，在会聚透镜与物镜之间形成使射束不交叉而大致平行的轨道，利用设置于会聚透镜与物镜之间的圆孔状的光圈来调整射束的角度扩展，形成最佳的射束形状。利用射束偏转器将以此方式而得到的射束扫描出去，由此，能够制作位于期望的位置的截面。
但是，在上述会聚模式的情况下，在大电流下射束直径会增大，因此，存在如下问题：在截面的样本上表面附近产生圆角，或者在包含器件等的溅射效率不同的物质的样本中，残存有加工条纹或台阶。此外，如果为了减少该圆角和加工条纹而以小电流的射束进行精加工，其结果，加工所需要的总时间变长，作业效率降低。特别是在要求大电流射束的截面的深度(长度)较大的情况下，在利用小电流射束的精加工中需要更多的时间。
另一方面，存在如下的转印模式：在FIB镜筒的会聚透镜与物镜之间的射束路径中配置具有矩形等圆孔以外的形状的狭缝的光圈，利用该狭缝遮挡会聚离子束的一部分，由此照射成形为狭缝形状的射束。这里，在转印模式的情况下，将物镜称为投射透镜。
在转印模式中，由于使用的是利用光圈进行遮挡而得到的会聚离子束，因此，与会聚模式相比，具有能够使加工后的截面变得锐利这样的特征。
作为使用转印模式的技术，开发了使用利用光圈成形为狭缝状的射束对试样进行截面加工的技术(专利文献1)。
在专利文献1的技术中，如图13所示那样制作具有斜坡200s的截面试样。即，使用具有呈宽度较窄的条状的狭缝500s的光圈500，对距截面200c侧最远的位置照射通过了狭缝500s的会聚离子束20A，蚀刻加工出深度D1的较浅的孔。接着，使离子束的照射区域向截面200c侧依次移动并延长蚀刻时间，执行深度更深的蚀刻加工。以此方式，以逐渐加深的方式进行孔加工，最后进行用于形成截面200c的最深的深度D2的蚀刻加工，得到图13的最终形态的截面。
此外，在转印模式中，到达试样面的射束在光学轴上的变形最小，随着远离光学轴，像分辨率恶化。
因此，开发了使形成试样的挡板的一边对准离子束的光学轴的技术(专利文献2)。
由此，能够锐利地加工试样的截面。
另外，还开发了如下技术：虽然与转印模式不同没有使用投射透镜，但是，将利用掩模的开口整形得到的射束点应用于试样的截面加工中(专利文献3)。
专利文献1：日本特许第5247761号公报(图1、图9、段落0025)
专利文献2：日本特许第3531323号公报
专利文献3：日本特许第5048919号公报
但是，在使用转印模式的情况下，离子束的一部分被光圈500遮挡而未用于蚀刻，因此，一般而言存在作业效率较低这样的问题。
此外，在专利文献1的技术的情况下，如图13所示，使用由光圈500遮挡而得到的条状的离子束，需要逐次改变蚀刻时间而进行多次的蚀刻作业，这一点也会使作业效率变低。
此外，在专利文献2的技术的情况下，在转印模式下进行遮挡而得到的整形射束的电流分布是均匀(图6的阴影R1)的，会在试样表面以均匀的深度呈矩形状进行蚀刻。另一方面，如图12所示，需要的截面是与截面200c相连的斜坡200s状，比斜坡200s更深地不必要地进行挖掘会导致作业效率降低。
并且，不必要地进行蚀刻所得到的部位的溅射生成物会附着于截面，因此，用于得到锐利的截面的精加工的量会增加，由此也会导致作业效率降低。
此外，在专利文献3的技术的情况下，在挡板与试样之间没有使用以挡板的开口的形状朝向试样进行投影的投射透镜，因此，射束形状最大为数μm，较小，无法生成能够统一进行截面加工的大小的整形射束。
发明内容
本发明是为了解决上述课题而完成的，其目的在于，提供在利用会聚离子束进行截面加工时改善截面形状、并且提高作业效率的会聚离子束加工装置。
为了实现上述目的，本发明的会聚离子束加工装置具有：离子源；试样载台，其保持试样；会聚透镜，其使从离子源发出的离子会聚成会聚离子束；光圈，其遮挡由所述会聚透镜会聚而成的所述会聚离子束的一部分，具有用于将所述试样加工成所需的形状的至少一边呈直线状的狭缝；以及投射透镜，其配置于所述光圈与所述试样载台之间的射束路径，使通过了所述光圈的所述会聚离子束以该光圈为光源聚焦于所述试样的规定位置，在所述试样加工出与所述会聚离子束的照射方向平行的截面，其特征在于，当基于柯拉照明法所述会聚离子束聚焦于所述投射透镜的主平面时所述会聚透镜的施加电压是100时，将所述会聚透镜的所述施加电压设定为小于100且为80以上，设定所述光圈的位置，以使所述光圈在如下状态下遮挡该会聚离子束，该状态是，所述光圈的所述一边距所述会聚离子束的中心的距离大于0μm且为500μm以下的状态，所述投射透镜的施加电压被设定为使基于所述光圈的所述狭缝的像聚焦于所述试样表面的施加电压，构成如下的转印模式：所述会聚离子束不进行扫描，将成形为所述狭缝的形状的所述会聚离子束一次性地照射到所述试样表面，将该狭缝的形状转印到所述试样。
根据该会聚离子束加工装置，由于减小了对会聚透镜施加的电压的绝对值，因此，探针电流集中于试样的中心附近。由此，利用在会聚离子束的中心具有峰值且随着远离中心而逐渐减小的电流密度分布的探针电流对试样进行蚀刻，因此，由电流密度高的中心挖掘出最深的形状。
另一方面，需要的试样截面为具有从试样表面垂直地切出的截面和与截面相连的斜坡的大致V字形状。因此，只要利用上述电流密度分布的探针电流对试样进行蚀刻，则会以与由截面和与截面相连的斜坡形成的大致V字状近似的轮廓对试样进行蚀刻，因此，在截面加工中，能够在蚀刻中不浪费地利用离子束。并且，只要使探针电流的峰值与需要最深地进行蚀刻的截面的部分对准，则即使不进行追加的蚀刻，也能够较深地对截面进行蚀刻。由此，作业效率提高。
此外，虽然由于蚀刻而产生的溅射生成物会附着于作为观察对象的截面，但是，由于能够减少不需要的区域的蚀刻，因此，会减少溅射生成物对截面的附着，能够进一步提高作业效率。
此外，使用具有至少一边呈直线状的狭缝的光圈，使该一边稍微偏离于会聚离子束的中心而配置。
这样，上述探针电流分布中的、以中心为分界的大致一半被遮挡，只有以中心为分界的相反侧的大致一半作为探针电流发挥作用。
其结果，如上述那样，成为与大致V字形状的截面的轮廓近似的探针电流分布，因此，能够在蚀刻中不浪费地利用离子束。
此外，这样，通过了光圈的探针电流进行与大致V字形状的截面的轮廓近似的蚀刻，因此，能够在不扫描会聚离子束的情况下使用光圈一次性地制作出试样的截面加工的形状，作业效率进一步提高。
并且，利用光圈的狭缝中的直线状的一边遮挡离子束而蚀刻出了截面，因此，在截面中不容易产生圆角(台阶)，能够改善截面形状。
在本发明的会聚离子束加工装置中，也可以是，能够通过调整所述投射透镜的施加电压来调整所述会聚离子束的射束尺寸。
在转印模式中，会聚离子束的形状反映出狭缝的形状，转印出狭缝形状的投影倍率由光圈、投射透镜和试样的几何形状唯一决定。因此，在试样的截面加工中改变截面的长度时，需要改变光圈的形状。但是，例如在希望制作比目前的狭缝大(例如大10％)的截面的情况下，如果设置狭缝尺寸较大的其他光圈、或者在一个光圈中进一步设置其他狭缝，则在作业效率和装置空间上存在问题。
因此，由于改变投射透镜的施加电压可以使投影倍率变化，因此，能够容易地变更截面的长度。
另外，当改变投射透镜的施加电压时，射束会变形，因此，很难实现准确地转印狭缝形状的目的，但是，在形成截面时，如果射束的边缘笔直，则没有问题。
此外，“截面的长度”是试样的表面与截面的交叉线(棱线)的长度。
在本发明的会聚离子束加工装置中，所述光圈的所述狭缝也可以为矩形形状。
根据该会聚离子束加工装置，对试样实施矩形状的蚀刻，能够得到恰当的截面。
在本发明的会聚离子束加工装置中，所述离子源也可以是等离子体离子源。
根据该会聚离子束加工装置，与Ga等的离子源相比，得到大电流的离子束，因此，作业效率提高。
发明效果
根据本发明，能够得到在利用会聚离子束进行截面加工时改善截面形状、且提高作业效率的会聚离子束加工装置。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式的会聚离子束加工装置的整体结构的图。
图2是示出FIB镜筒的结构的图。
图3是示出FIB镜筒中的会聚透镜、光圈和投射透镜的结构的图。
图4是示出会聚透镜22的施加电压与会聚离子束的轨道的关系的图。
图5是示出图4的各轨道中的探针电流在试样的平面方向上的分布的图。
图6是示出图4的各探针电流对试样进行蚀刻的蚀刻深度的图。
图7是示出具有一边呈直线状的狭缝的光圈的图。
图8是示出使光圈的一边与会聚离子束的中心对准时的探针电流和该探针电流对试样进行蚀刻的蚀刻深度的图。
图9是示出基于光圈的一边的位置的变化的会聚离子束的轨道的图。
图10是示出图9的各轨道中的探针电流在试样的平面方向上的分布的图。
图11是示出图9的各轨道中的试样的截面蚀刻后的最终形态的平面轮廓的图。
图12是示出通过会聚离子束进行截面加工得到的试样的形状的图。
图13是示出使用光圈对图12的试样进行截面加工的现有方法的图。
标号说明
20：会聚离子束镜筒；
20A：会聚离子束；
21：离子源；
22：会聚透镜；
24：光圈；
24s：狭缝；
24t：狭缝的呈直线状的一边；
28：投射透镜；
50：试样载台；
100：会聚离子束加工装置；
200：试样；
200c：试样的截面；
S：会聚离子束的中心被光圈的自一边起的部分遮挡时一边距会聚离子束的中心的距离。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
图1是示出本发明的实施方式的会聚离子束加工装置100的整体结构的框图。在图1中，会聚离子束加工装置100具有电子束镜筒(SEM镜筒)10、会聚离子束镜筒(FIB镜筒)20、二次电子检测器4、5、控制单元6、显示部7、输入单元8和试样载台50，能够通过会聚离子束对配置于试样载台50上的试样200进行加工，并通过SEM进行观察。
另外，虽然在图1中，FIB镜筒20铅直地配置，SEM镜筒10配置成相对于铅直以规定角度倾斜，但是不限于此。
会聚离子束加工装置100的各结构部分的一部分或全部配置于真空室40内，真空室40内被减压到规定的真空度。
如上所述，在试样载台50上载置有试样200。而且，试样载台50具有能够使试样200进行5轴移位的移动机构。
控制单元6能够由计算机构成，该计算机具有作为中央运算处理装置的CPU、存储数据和程序等的存储部(RAM和ROM)、以及与外部设备之间进行信号的输入输出的输入端口和输出端口。控制单元6的CPU根据存储部中存储的程序执行各种运算处理，并且该控制单元6对会聚离子束加工装置100的各结构部分进行控制。而且，控制单元6与电子束镜筒10、会聚离子束镜筒20、二次电子检测器4、5和试样载台50的控制布线等电连接。
此外，控制单元6能够根据软件的指令或操作员的输入对试样载台50进行驱动，调整试样200的位置和姿态，并调整电子束10A和离子束20A对试样200表面照射的照射位置和照射角度。
另外，在控制单元6连接有取得操作员的输入指示的键盘等输入单元8和显示试样的图像等的显示部7。
虽然没有图示，但是，SEM镜筒10具有发出电子的电子源、以及使从电子源发出的电子成形为射束状并使其进行扫描的电子光学***。通过对试样200照射从电子束镜筒10射出的电子束10A，从试样200会产生二次电子。能够利用镜筒内的二次电子检测器5或镜筒外的二次电子检测器4检测该产生的二次电子从而取得试样200的像。此外，能够利用镜筒内的反射电子检测器检测反射电子以取得试样200的像。
电子光学***例如构成为具有使电子束10A会聚的聚光透镜、缩小电子束10A的光圈、对电子束10A的光轴进行调整的调整器、使电子束10A会聚于试样200的物镜、以及使电子束10A在试样200上扫描的偏转器。
如后所述，FIB镜筒20具有产生离子的离子源、以及使从离子源发出的离子成形为会聚离子束并使其进行扫描的离子光学***。通过从FIB镜筒20对试样200照射作为带电粒子束的会聚离子束20A并进行蚀刻加工，而加工出试样200的截面200c(参照图12)。
如图2所示，FIB镜筒20从离子源21侧朝向物镜28依次具有产生离子的离子源21、使从离子源发出的离子会聚成会聚离子束20A的会聚透镜22、接通/断开离子束的消隐器23、光圈(可动光圈)24、对准器25、像散校正器26、扫描电极27、以及使会聚离子束20A聚焦于试样200的规定位置的物镜28。此外，在物镜28的周围配置有二次电子检测器29a和***29b。
对准器25调整射束的轨道以使离子束通过物镜28的中心轴。像散校正器26、扫描电极27分别具有进行像散校正的功能、和使射束在试样上扫描的功能。
消隐器23和扫描电极27构成偏转器。
如图7所示，光圈24遮挡由会聚透镜22会聚而成的会聚离子束20A的一部分，具有用于将试样200加工成所需的形状的至少一边24t呈直线状的狭缝24s。本申请发明采用如下的转印模式，照射通过狭缝24s遮挡离子束的一部分而成形为狭缝形状的射束。
另外，如图7所示，光圈24还具有会聚模式用的圆孔24h，以使得在会聚模式下扫描离子束也能够进行试样的观察、加工。圆孔24h对离子束的角度扩展进行调整，通过未图示的驱动部使光圈24在光圈平面内移动，来选择所需的狭缝24s或圆孔24h，能够对转印模式和会聚模式进行切换。
图3示出FIB镜筒20中的会聚透镜22、光圈24和投射透镜(物镜)28。
会聚透镜22由2个透镜22a、22b构成，由此，能够对通过光圈24的狭缝24s的探针电流进行调整。当增加探针电流时，通过光圈24的射束的开角增大，因此像差增大，有时无法得到尖锐的射束形状。因此，要根据期望的射束形状设定最佳的狭缝24s的尺寸。
另外，在图3中，会聚透镜由22a、22b这2层构成，但是不限于此，也可以是一层。
会聚透镜22和投射透镜28由静电透镜构成。
另外，在采用转印模式的情况下，光圈24的投影倍率由光圈24、投射透镜28、试样200彼此间的距离的关系决定。
而且，在本发明所使用的转印模式中，设定会聚透镜22的电压，以使得通过会聚透镜22使射束会聚(聚焦)于投射透镜28的主平面。在会聚透镜22与投射透镜28之间设置有上述光圈24，以使光圈24的狭缝24s的开口形状被转印到试样200上的方式来决定投射透镜28的电压。
由此，如图3的从光圈24朝向试样200的轨道(利用粗实线图示)那样，成形为开口形的射束照射到试样上，光圈形状被转印到试样。
这里，在转印模式中，为了将光圈24的开口形状投射到试样200，需要将光圈24的狭缝24s作为光源并利用投射透镜28使光源在试样200上成像。因此，投射透镜28的施加电压以几何学的方式唯一地决定。
接着，参照图4～图11对本发明的特征部分进行说明。
这里，作为减小对会聚透镜22施加的电压的绝对值的程度，如果基于柯拉照明法在会聚离子束20A聚焦于投射透镜28的主平面时对会聚透镜22施加的电压为100，则将会聚透镜22的施加电压设定为小于100且为80以上。另外，光圈24相当于柯拉照明法中的“视野光圈”。
而且，在图4中，在基于柯拉照明法的上述条件下，相对于会聚透镜22的施加电压为100时的离子束的轨道LA，施加电压分别为89、85时的离子束的轨道LB、LC比LA更集中于试样200的中心。
此外，在图5中，在轨道LA中探针电流随着从试样200的表面的中心O朝向半径方向(面方向外侧)呈均匀(矩形)。
另一方面，在轨道LB、LC中探针电流在试样200的表面的中心O最强，随着朝向半径方向(面方向外侧)而降低。
如上所述，将会聚透镜22的施加电压设定为小于100且为80以上。
如上所述，减小对会聚透镜22施加的电压的绝对值会使探针电流集中于试样200的中心附近，由此，在制作截面试样时，能够提高作业效率。
即，如图6所示，由于在会聚透镜22的施加电压为100的轨道LA中探针电流呈均匀(矩形)，因此，在利用该轨道LA的探针电流对试样200进行蚀刻时，能够挖掘出使上述矩形反转后的形状的均匀深度。
与此相对，如图12所示，需要的截面试样为具有从试样表面垂直地切出的截面200c和与截面200c相连的斜坡200s的形状，当以均匀的深度进行蚀刻时，如图6的阴影R1所示那样会挖掘地比斜坡200s更深，R1的部位的蚀刻是不必要的，导致作业效率降低。另一方面，当以均匀的深度进行蚀刻时，在截面200c的部分会发生蚀刻不足够的情况，导致需要追加蚀刻时间，因此，这一点也会使作业效率降低。
因此，当利用在轨道LB的中心O具有波峰且随着远离中心呈逐渐减小的电流密度分布的探针电流对试样200进行蚀刻时，在电流密度高的中心O是以最深的形状进行挖掘的。
其结果，以与由截面200c和与截面200c相连的斜坡200S形成的大致V字状近似的轮廓对试样200进行蚀刻，因此，在蚀刻中能够不浪费地利用离子束。进而，只要使探针电流的波峰对准需要最深地进行蚀刻的截面200c的部分，则即使不进行追加蚀刻也能够较深地蚀刻出截面200c。
由此，作业效率提高。
此外，虽然由于蚀刻而产生的溅射生成物会附着于作为观察对象的截面，但是由于能够减少了不需要的区域的蚀刻，因此，溅射生成物对截面的附着也减少，能够进一步提高了作业效率。
此外，如图7所示，在本发明中，使用具有至少一边24t呈直线状(图6中整体为矩形状)的狭缝24s的光圈24。而且，如图8所示，使光圈24的一边大致对准会聚离子束20A的中心O。
即，在图8中，离子束的轨道LB中的探针电流为在中心O电流密度较大、且随着远离中心电流密度逐渐减小的分布，因此，当利用该轨道LB的探针电流对试样200进行蚀刻时，会挖掘出电流密度分布的形状反转后的在中心O处最深的形状。
与此相对，如图12所示，需要的试样截面为具有从试样表面垂直地切出的截面200c和与截面200c相连的斜坡200s的形状。因此，当使光圈24的一边24t对准会聚离子束20A的中心O时，轨道LB中的探针电流分布中的、以中心O为分界的一半(图8的左侧)被遮挡，只有以中心O为分界的相反侧的一半作为探针电流LM发挥作用。
其结果，蚀刻出了由截面200c和与截面200c相连的斜坡200s形成的大致V字状的试样200，这与截面200c和斜坡200s的轮廓近似，因此，能够没有浪费地在蚀刻中利用离子束。
此外，以此方式，通过了光圈24的探针电流进行与截面200c和斜坡200s的轮廓近似的蚀刻，因此，能够在不扫描会聚离子束的情况下使用光圈24一次性制作试样200的截面加工的形状，作业效率进一步提高。
并且，利用光圈24的狭缝24s中的直线状的一边24t遮挡离子束而蚀刻出截面200c，因此，在截面中不容易产生圆角(台阶)，能够改善截面形状。
图9示出基于光圈24的一边24t的位置的变化的、会聚离子束20A的轨道LD～LF。
将光圈24的狭缝24s的中心与会聚离子束20A的中心O对准得到的轨道设为LD，将光圈24的一边24t与会聚离子束20A的中心O对准而得到的轨道设为LE。此外，将光圈24的一边24t与比会聚离子束20A的中心O更靠内侧处对准(即，使光圈24的自一边24t起的部分遮挡会聚离子束20A的中心O的位置)而得到的轨道设为LF。
这里，在轨道LF中，设会聚离子束20A的中心O被光圈24的自一边24t起的部分遮挡时该一边24t距中心O的宽度(距离)为S。
如图10所示，光圈24的一边24t从会聚离子束20A的中心O偏离的轨道LD中的探针电流在中心O成为最高峰值。
与此相对，使光圈24的一边大致与会聚离子束20A的中心O对准的轨道LE、LF中的探针电流如示意图8所示，只有从中心O起的右半部分的形状，并且，在中心O的右半部分，与轨道LD相比，更向半径方向外侧扩展。
由此可知，通过使光圈24的一边24t大致与会聚离子束20A的中心O对准，在截面中不容易产生圆角(台阶)，可以改善截面形状，并且，探针电流与斜坡200s的轮廓近似，在蚀刻中能够不浪费地利用离子束。
图11是各轨道LD～LF中的试样200的截面蚀刻后的最终形态的平面轮廓(从会聚离子束的照射方向观察时的试样200的蚀刻凹部的平面形状)。
在理想的光学***中，在使光圈24的一边24t与会聚离子束20A的中心O对准的轨道LE中，能够沿着一边24t在截面200c的照射部位得到直线射束形状。但是，通常不能达到理想的条件，如图11所示，存在如下倾向：以会聚离子束20A的中心O被光圈24的自一边24t起的部分遮挡的方式设定的轨道LF在沿着一边24t的截面200c的照射部位(图11的虚线LF的沿着X方向的直线部分)处会得到直线射束形状。
因此，可以将光圈24的位置设定成，会聚离子束20A的中心O被光圈24的自一边24t起的部分遮挡时、光圈24的一边24t距中心O为500μm以下的距离(即图9的距离S<500μm)。
这里，如图12所示，优选试样200的表面200a与截面200c的交叉线(棱线)200d的长度为10μm以上且1mm以下。为了生成该棱线200d的长度，虽然光圈24的一边24t的长度根据光圈24的投影倍率而变化，但是，通常使其为1μm以上且1mm。
本发明不限于上述实施方式，当然涉及本发明的思想和范围内包含的各种变形和等同方式。
本发明的会聚离子束加工装置至少具有会聚离子束镜筒即可，电子束镜筒不是必须的结构。
在本发明的会聚离子束加工装置中，也可以通过调整投射透镜的施加电压调整会聚离子束的射束尺寸。
在转印模式中，会聚离子束的形状反映狭缝的形状，转印狭缝形状的投影倍率由光圈、投射透镜和试样的几何形状唯一决定。因此，在试样的截面加工中改变截面的长度时，需要改变光圈的形状。但是，例如在希望制作比目前的狭缝大(例如大10％)的截面的情况下，当设置狭缝尺寸较大的其他光圈、或者在一个光圈中进一步设置其他狭缝时，在作业效率和装置空间上存在问题。
因此，由于改变投射透镜的施加电压会使投影倍率变化，因此，能够容易地变更截面的长度。
另外，当改变投射透镜的施加电压时，射束变形，因此，很难实现准确地转印狭缝形状的目的，但是，在形成截面时，如果射束的边缘笔直，则没有问题。
此外，当离子源是等离子体离子源时，能够得到与Ga等离子源相比为大电流的离子束，因此，作业效率提高。

Claims (4)

1.一种会聚离子束加工装置，其具有：
离子源；
试样载台，其保持试样；
会聚透镜，其使从离子源发出的离子会聚成会聚离子束；
光圈，其遮挡由所述会聚透镜会聚而成的所述会聚离子束的一部分，具有用于将所述试样加工成所需的形状的至少一边呈直线状的狭缝；以及
投射透镜，其配置于所述光圈与所述试样载台之间的射束路径，使通过了所述光圈的所述会聚离子束以该光圈为光源聚焦于所述试样的规定位置，
在所述试样加工出与所述会聚离子束的照射方向平行的截面，
其特征在于，
当基于柯拉照明法所述会聚离子束聚焦于所述投射透镜的主平面时所述会聚透镜的施加电压是100时，将所述会聚透镜的所述施加电压设定为小于100且为80以上，
设定所述光圈的位置，以使所述光圈在如下状态下遮挡该会聚离子束，该状态是，所述光圈的所述一边距所述会聚离子束的中心的距离大于0μm且为500μm以下的状态，
所述投射透镜的施加电压被设定为使基于所述光圈的所述狭缝的像聚焦于所述试样表面的施加电压，
构成如下的转印模式：所述会聚离子束不进行扫描，而是将成形为所述狭缝的形状的所述会聚离子束一次性地照射到所述试样表面，将该狭缝的形状转印到所述试样。
2.根据权利要求1所述的会聚离子束加工装置，其中，
通过调整所述投射透镜的施加电压，能够调整所述会聚离子束的射束尺寸。
3.根据权利要求1或2所述的会聚离子束加工装置，其中，
所述光圈的所述狭缝为矩形形状。
4.根据权利要求1～3中的任意一项所述的会聚离子束加工装置，其中，
所述离子源是等离子体离子源。
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2024142280A1 (ja) * 2022-12-27 2024-07-04 株式会社日立ハイテク 試料加工方法、及び荷電粒子ビーム装置

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4137406A1 (de) 1991-11-14 1993-05-19 Basf Ag Hybridgarn aus polyamidfasern und verstaerkungsfasern
JP3531323B2 (ja) * 1995-12-06 2004-05-31 株式会社日立製作所 イオンビーム加工方法および装置
JP2001189257A (ja) * 1999-12-28 2001-07-10 Nikon Corp 荷電粒子線照明光学系の調整方法
US6977386B2 (en) 2001-01-19 2005-12-20 Fei Company Angular aperture shaped beam system and method
DE10136190A1 (de) * 2001-07-25 2003-02-06 Ceos Gmbh Schlitzlinsenanordnung für Teilchenstrahlen
JP2003077814A (ja) * 2001-09-05 2003-03-14 Nikon Corp 荷電粒子線露光装置の結像性能の計測方法及びその計測装置、荷電粒子線露光装置
DE102004019835B4 (de) * 2004-04-23 2007-08-02 Vistec Electron Beam Gmbh Beleuchtungskondensor für ein Partikeloptik-Projektionssystem
JP2006120331A (ja) * 2004-10-19 2006-05-11 Jeol Ltd 集束イオンビーム装置および収差補正集束イオンビーム装置
JP4789260B2 (ja) * 2006-08-23 2011-10-12 エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社 荷電粒子ビーム装置及びアパーチャの軸調整方法
DE102008064781B3 (de) * 2007-04-23 2016-01-07 Hitachi High-Technologies Corporation lonenstrahlbearbeitungs-/Betrachtungsvorrichtung
JP5247761B2 (ja) 2010-05-21 2013-07-24 株式会社日立ハイテクサイエンス Ｆｉｂ−ｓｅｍ複合装置
US9275817B2 (en) * 2012-04-09 2016-03-01 Frederick Wight Martin Particle-beam column corrected for both chromatic and spherical aberration
US20150146179A1 (en) * 2013-11-25 2015-05-28 Takao Utsumi Low energy electron beam lithography
EP3010031B1 (en) * 2014-10-16 2017-03-22 Fei Company Charged Particle Microscope with special aperture plate
DE102019005362A1 (de) * 2019-07-31 2021-02-04 Carl Zeiss Multisem Gmbh Verfahren zum Betreiben eines Vielzahl-Teilchenstrahlsystems unter Veränderung der numerischen Apertur, zugehöriges Computerprogrammprodukt und Vielzahl-Teilchenstrahlsystem

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