荷電ビーム装置及び荷電ビーム加工方法
【課題】加速電圧を下げたＳＴＥＭ観察での電子ビームの試料透過能力の低下やイオンビームの照射により生じるダメージ層の悪影響を防ぎ、試料の所望の領域への損傷を最小限にしてダメージ層を効果的に除去すること、および薄膜試料の厚さがより薄くなっても最適な加工終了時点を検出して加工失敗を防ぐ。
【解決手段】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試料形状に合わせて最適化し、ＳＴＥＭ像の着目する要素の変化をモニタして加工の終了時点を検出する。
【解決手段】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試料形状に合わせて最適化し、ＳＴＥＭ像の着目する要素の変化をモニタして加工の終了時点を検出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば半導体デバイスの基板から取り出した微細試料に、ＦＩＢ（Focused Ion Beam：集束イオンビーム）を用いた特定個所の微細加工を利用して、その加工面を作製し、かつその加工面を走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ:Scanning Transmission Electron Microscopy）、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ:Transmission Electron Microscopy）、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ:Scanning Electron Microscopy）などで観察する荷電ビーム装置及び荷電ビーム加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＦＩＢ装置とＳＴＥＭの組み合わせに関する技術は、特許文献１に開示されている。ＦＩＢ加工により作製されたＳＴＥＭ観察用試料は、イオンビーム軸と電子ビーム軸の交点に置かれ、ＦＩＢによる追加工とＳＴＥＭ観察ができることが示されている。イオンビーム軸と電子ビーム軸は鋭角交差であり、ＦＩＢ追加工とＳＴＥＭ観察間でＳＴＥＭ試料は両軸に垂直な回転軸周辺で回転させる。
【０００３】
一方、ＴＥＭ試料作製に関する技術が、特許文献２に開示されている。そこではＦＩＢで薄膜加工するＴＥＭ試料の膜厚を調べるために、その試料断面と垂直な方向から電子ビームを照射し、電子ビーム照射強度と試料を透過した電子ビームとの強度比を検出している。ここでの透過電子ビームは、ＳＴＥＭ信号である散乱角のきわめて小さい透過ビームと透過散乱した散乱ビームとを区別した検出は行っておらず、ＳＴＥＭ観察観点からの試料膜厚モニターにはなっていない。
【０００４】
同種の技術は、特許文献３にも開示されている。また、特許文献４においては、ＴＥＭ装置の試料室にＴＥＭの電子ビーム軸と直角方向にＦＩＢ照射系を配置し、ＦＩＢ加工で作製したＴＥＭ試料を大気に取り出すことなく、そのままＴＥＭ観察できるのが特徴で、ＦＩＢ追加工時などのスループットの悪さを解決する装置として開示されている。そこでは試料膜厚の制御としてＴＥＭ像モニターについても開示されている。
【０００５】
また、特許文献５では、ＴＥＭ装置の電子ビーム照射系軸に対しＦＩＢ照射系軸を斜め方向（＜９０度）に取り付け、ＦＩＢ加工中試料のその場ＴＥＭ観察例が開示されている。しかし、ＦＩＢは試料面に対し斜め入射となっているため、ＦＩＢ入射軸とほぼ平行に加工作製する断面薄膜試料に比べ、ビーム損傷が深く形成されるという欠点がある。
【０００６】
また、ＳＴＥＭ装置の照射電子ビームのエネルギーは、従来はＴＥＭと同じく２００ｋｅＶ程度と高エネルギーであったが、最近では、非特許文献１に報告されているように、３０ｋｅＶと従来のＳＥＭと同じエネルギー領域でＳＴＥＭ観察が行われるようになった。電子ビームの照射エネルギーが低下すると薄膜試料の透過能力も低下するため、低エネルギーＳＴＥＭ装置では一般的にＦＩＢ加工で作製する薄膜試料に高精度の膜厚管理が要求されている。
【０００７】
試料の仕上げ加工に関しては、試料の加工断面を垂直に加工するための技術が特許文献６に開示されている。加工の仕上げ段階で試料を３度から６度傾斜させることで垂直な断面を得るのであるが、イオンビームの照射により生じるダメージ層への対策は言及されていない。また、特許文献７には、ビームの電流密度分布の影響を更に減らすために、試料表面位置にイオンビームの最小錯乱円がくるようにして、入射角１６は９０度に近づく（試料断面から見ると、垂直入射に近づく方向）ようにすることが示されている。
【特許文献１】特開２００４−２２８０７６号公報
【特許文献２】特開平６−２３１７２０号公報
【特許文献３】特開平８−５５２８号公報
【特許文献４】特開平６−２３１７１９号公報
【特許文献５】特開平７−９２０６２号公報
【特許文献６】特許第３４８８０７５号公報
【特許文献７】特許第３５９７７６１号公報
【非特許文献１】Ｊｏｕｒｎａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ ５１（１）：５３−５７（２００２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
これまで多くはＦＩＢ加工とＳＴＥＭ観察を別々の装置で行っており、ＦＩＢ装置で加工作製したＳＴＥＭ用薄膜試料は、一旦、ＦＩＢ装置から取り出した後にＳＴＥＭ装置に入れて観察する必要があった。そのため、ＳＴＥＭ観察とＦＩＢ追加工の繰り返しによって観察個所を更に特定しながらでの薄膜化加工のニーズにはスループットの観点から十分に応えられていなかった。しかしながら、最近はＦＩＢ加工とＳＴＥＭ観察を一体化した装置が出されスループットの改善が計られている。
【０００９】
ＳＴＥＭ像観察の観点からは、加速電圧を下げた観察が普及するにつれて電子ビームの試料に対する透過に関して課題が顕在化してきた。電子ビームのエネルギーが低下すると、電子ビームが薄膜試料を透過する能力が低下するため、この透過能力の低下を補うために薄膜試料の厚さをより薄くする必要がある。試料厚さが薄くなるほどイオンビームによる試料加工は難しくなり、加工の終了検出の失敗による所望領域の損失の危険性も高くなる。通常、イオンビームの照射によりイオンビームの照射を受けた試料表面（加工により生成した断面も同様である）近傍には結晶構造がアモルファス化したダメージ層が生じる。このダメージ層はＳＴＥＭ観察の像質の低下を招いてしまうため、より薄くなった試料の所望領域への損傷を減らした上でダメージ層を除去する必要がある。
【００１０】
本発明が解決しようとする課題は、所望の領域への損傷を最小限にしてダメージ層を効果的に除去することと、より薄膜試料の厚さが薄くなった試料の加工失敗を防ぐための加工終了ポイントの検出であり、これらの課題を解決する装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の荷電ビーム装置は、イオンビームを発生させると共に集束させ試料上を走査させるイオン光学系と、電子ビームを発生させると共に集束させ前記試料上を走査させる電子光学系と、前記試料を透過した電子を検出する透過電子検出器と、前記試料から発生する二次電子を検出する二次電子検出器と、前記試料を配置する試料保持機構と、各ユニットを制御する制御部とを具備し、仕上げ加工に用いる前記イオンビームのエネルギーは主加工に用いる前記イオンビームのエネルギーよりも低いエネルギーであり、かつ前記仕上げ加工に用いる前記イオンビームの前記試料への入射角は前記主加工に用いる前記イオンビーム前記試料への入射角とは異なる角度に設定可能であることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の荷電ビーム装置は、少なくとも走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）観察を行うことができ、前記試料に対し前記イオンビームによる加工と前記電子ビームによる観察を連続的あるいは断続的に行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、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試料形状に合わせて最適化することで効果的にダメージ層を除去できる。イオンビームのエネルギーを下げることでスパッタリング能力を減少させることができ、新たに生じるイオンビームの照射によるダメージ層の生成を減らすと共に、既に主加工で生じてしまった試料表面近傍のダメージ層に続く内部（試料表面から見ると、ダメージ層の下部分）への影響を減らして、ダメージ層を選択的かつ効率的に除去できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は、本発明の実施例１の荷電粒子ビーム装置の試料が仕上げ加工時の状態である概略構成図である。図２は、試料が主加工時の状態である荷電粒子ビーム装置の概略構成図である。主に図１を使用して説明する。図１に示された荷電ビーム装置の実施例１は、イオンビームを発生させると共に集束させ試料上を走査させるイオン光学系１と、電子ビームを発生させると共に集束させ試料上を走査させる電子光学系２と、試料を透過した電子を検出する透過電子検出器３と、試料から発生する二次電子を検出する二次電子検出器４と、試料１０を配置する試料保持機構５と、各ユニットを制御する制御部６を真空容器２０に搭載し、オペレータに各観察像、測定データや操作ＧＵＩなどを知らしめる表示部２１とを具備している。電子ビームと試料１０とが交差する位置に存在する電子ビームの光軸１３に垂直な平面１１を境として、二次電子検出器４は電子光学系２の存在する空間側に配置され、透過電子検出器３電子光学系２の存在する空間と反対側の空間に配置されている。試料保持機構５は、イオンビームの光軸１２と電子ビームの光軸１３とを含む平面に対して垂直方向の回転軸１４に従い試料１０を回転することができる。また、回転軸１４に垂直で、かつ試料１０の加工断面とほぼ平行な回転軸１５に対して試料１０を回転することができる。試料１０は仕上げ加工時の状態を示しており、仕上げ加工に用いるイオンビームの試料１０への入射角１６は、３度以上９０度以下（加工断面に対しては、ほぼ水平入射（３度）からほぼ垂直入射（９０度）の間となる）である。本実施例１ではおよそ３０度に示してある。尚、図２に示すように主加工では入射角１６はほぼ０度、すなわち試料面に対して垂直入射となる。イオン光学系１と電子光学系２（あるいはイオンビームの光軸１２と電子ビームの光軸１３）との配置角度１８は０度以上９０度以下である。０度とは、イオン光学系１と電子光学系とが同一であるハイブリッド光学系という特殊な場合である。
【００１６】
試料１０は、主加工により薄膜形状にする。この主加工は加工性能とスループットを重視しており、イオンビームのエネルギーは３０ｋＶから４０ｋＶの高いエネルギーに設定される。半導体デバイス等の内部を分析する場合には、試料面に対して垂直の断面を形成して断面観察をしたり分析をしたりすることが多く、一般に主加工のイオンビームの入射角は０度（試料面に対して垂直入射）に設定する。通常、イオンビームを照射すると、イオンビームの照射を受けた試料表面（加工により生成した断面も同様である）近傍には結晶構造がアモルファス化したダメージ層が生じる。
【００１７】
図３に、イオンビームの照射を受けた試料表面（加工により生成した断面も同様である）近傍に結晶構造がアモルファス化したダメージ層が発生した状態を概略的に示した試料１０の断面図を示す。主加工の終了した薄膜試料の内部構造は、試料１０の観察や分析などを行う所望の表面３０（ここでは加工断面に相当）から試料内部に向かってイオンビームの照射により発生したダメージ層３１が存在し、さらにその内部に表面や構造などを観察・分析したい所望の領域３２が存在する構成となっている。加速電圧が数百ｋＶのＳＴＥＭ観察では、たとえダメージ層３１が存在しても電子ビームは所望の領域３２を透過することができ、結晶構造の観察や元素分析といったことは可能である。しかし、ダメージ層３１はＳＴＥＭ像のノイズ成分となり、本質的に邪魔な存在である。また、加速電圧が数十ｋＶ以下のＳＴＥＭ観察では、電子ビームの試料透過能力が低下してしまうため、この透過能力の低下を補うために薄膜試料の厚さを更に薄くしなければならない。薄膜試料の厚さを薄くしてゆくとダメージ層３１の大きさは同じままで、所望の領域３２が薄くなってゆく。即ち、ノイズ成分の発生源の大きさは変わらないままで所望の情報源が減ってしまうのでダメージ層３１の悪影響がより大きくなってしまう。従って、所望の領域３２を傷めることを最小限にしてダメージ層３１を除去しなければならない。
【００１８】
そこで、ダメージ層３１の発生を少なくするために、仕上げ加工に用いるイオンビームのエネルギーを主加工に使用するイオンビームのエネルギーよりも低くする。本実施例１では５ｋＶ以下にする。イオンビームのエネルギーを下げるとスパッタリング能力が減少するため、試料表面のごく近傍しか加工されない。したがって、ダメージ層の下部にある所望の領域３２に影響を与えずダメージ層３１を選択的に加工、すなわち除去でき、所望の領域を傷めることなく残すことができる。ダメージ層３１の除去が進み、所望の領域３２が試料表面に接近してきてもイオンビームのエネルギーが低いため所望の領域３２への新たなダメージ層の生成は抑えられる。結果として最小限のダメージで所望の領域３２を試料表面に露出させることができる。
【００１９】
以上はイオンビームのエネルギーを低くすることで得られる利点であるが、欠点もある。それは、スパッタリング能力の低下に伴う加工スループットの低下である。この欠点を補うために、スパッタリング速度の角度依存性を利用する。エネルギーを低くしたイオンビームによる仕上げ加工では、イオンビームの入射角１６が３度以上９０度以下（加工断面に対しては、ほぼ水平入射（３度）からほぼ垂直入射（９０度））となるように試料保持機構５により試料１０を回転軸１４にそって回転し、イオンビームを基準に見て傾斜させて仕上げ加工を行うことでスループットの低下を抑える。これはまた、ビーム径が増大したイオンビームを効率的に利用すること、加工領域底部からのバックスパッタ粒子の影響低減の効果もある。ビーム径が増大したイオンビームで、従来のようにビームの裾部分のみを用いて仕上げ加工を行うのでは加工に使用しない無駄部分が多すぎて非効率である。イオンビームのエネルギーを下げるとビーム径が増大し、ビーム電流密度の分布形状も鈍り集束状態の悪いブロードビームに近づくため、ビーム全体を利用した方が効率的である。最適な入射角１６は、試料１０の加工部分の形状により加工底部から加工断面に帰ってくるバックスパッタの状態が変わるため、試料形状により変化する。
【００２０】
ビームの電流密度分布の影響を更に減らすには、特許文献７に示すように試料表面位置にイオンビームの最小錯乱円がくるようにして、入射角１６は９０度に近づく（試料断面から見ると、垂直入射に近づく方向）ようにすれば良い。例えば、試料の薄膜部の両側を加工する場合には、回転軸１４にそって試料１０を回転するか、回転軸１５にそって試料１０を回転すればよい。どちらの回転軸を使用するかは、試料形状により決まる。また、ピラー状に加工する場合には、何れかの回転軸に沿って試料１０を回転し続ければよい。
【実施例２】
【００２１】
図４は、試料保持機構５の構成を示す実施例２である。試料保持機構５は、駆動軸を具備する試料ステージ７と、試料１０を固定する試料ホルダ８と、試料１０を取り上げるマニピュレート機構９から構成される。イオンビームの光軸１２と電子ビームの光軸１３とを含む平面に対して垂直方向の回転軸１４、あるいは回転軸１４に垂直かつ試料１０の加工断面とほぼ平行な回転軸１５あるいはその両方に対して試料１０を回転することができる機能は、試料ステージ７に具備してもマニピュレート機構９に具備しても良いし、その両方に具備してもよい。本実施例２では、試料１０の回転機能は試料ステージ７に具備している。
【００２２】
高精度な仕上げ加工を実現するには、ダメージ層の削減に加えて仕上げ加工の終了時点を正確に検出する必要がある。特に、加速電圧が数十ｋＶのＳＴＥＭ観察用試料を作成する場合には、従来よりも薄片試料の薄膜部を薄くするので、必然的に所望の領域３２が減少してしまい、仕上げ加工の実行過多による試料損失の危険性が高くなる。また、試料損失を恐れる余り、確認作業を増やすために加工と観察のサイクルを過剰に行うとスループットが落ちてしまう。
【実施例３】
【００２３】
そこで、図５の実施例３では、仕上げ加工に用いるイオンビームの入射角１６を最適化し、電子ビームの試料１０の所望の観察面への入射角１７がほぼ９０度（すなわち所望の観察面（加工断面）への電子ビームの入射角はほぼ０度）となるようにイオン光学系１と電子光学系２（あるいはイオンビームの光軸１２と電子ビームの光軸１３）との配置角度１８を調整してある。一例を挙げると、従来のＴＥＭ試料形状では入射角１６は１８度から３０度、配置角度１８は６０度から７２度となる。入射角１７をほぼ９０度とするのは、基本的にＳＴＥＭ観察試料は、所望の領域あるいは観察面が電子ビームに対してほぼ垂直となるように製作するからである。したがって、注目するものが所望の格子面となった場合には、この限りではない。図５の実施例３を用いて、初めから所望のＳＴＥＭ像を観察しながら仕上げ加工を行い、ＳＴＥＭ像が理想の状態になった時点で仕上げ加工を終了すれば、たとえ薄膜試料の薄膜厚さが薄くなろうとも理想状態で仕上げ加工を終了することができる。仕上げ加工の実行過多による試料損失も過剰な加工と観察のサイクルによるスループット低下も防ぐことができる。
【００２４】
仕上げ加工時に連続的あるいは断続的にＳＴＥＭ観察をし、ＳＴＥＭ像が所望の鮮明さとなったところで仕上げ加工を終了することで、仕上げ加工の行い過ぎによる所望領域の消失あるいは不十分な加工による観察像の不明瞭化を回避できる。これにより所望領域の消失による試料の作り直しや加工不十分による余計な追加工の手間がなくなり、最短時間で所望の試料が得られる。特に、イオン光学系と電子光学系の配置角度を仕上げ加工に用いるイオンビームの入射角に合わせて配置すれば、所望の断面を所望の角度でＳＴＥＭ観察しながら仕上げ加工が行えるので、より効率的かつ高精度なものとなる。
【００２５】
ＳＴＥＭ像の変化を自動検出する場合には、ＳＴＥＭ像の輝度、コントラスト、ＳＮ比、像分解能の何れか一つあるいは任意の複数の組み合わせを用いて検出すればよい。また、オペレータがリアルタイムで確認する場合には、表示装置２１に表示されるＳＴＥＭ像を見て判断すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施例１の荷電粒子ビーム装置の概略構成図（試料は仕上げ加工の状態）である。
【図２】本発明の実施例１の荷電粒子ビーム装置の概略構成図（試料は主加工の状態）である。
【図３】仕上げ加工時の試料薄膜部の概略断面図である。
【図４】本発明の実施例２の荷電粒子ビーム装置の試料保持機構の概略構成例（試料は仕上げ加工の状態）である。
【図５】本発明の実施例３の荷電粒子ビーム装置の概略構成例（試料は仕上げ加工の状態）である。
【符号の説明】
【００２７】
１ イオン光学系
２ 電子光学系
３ 透過電子検出器
４ 二次電子検出器
５ 試料保持機構
６ 制御部
７ 試料ステージ
８ 試料ホルダ
９ マニピュレート機構
１０ 試料
１１ 電子ビームと試料とが交差する位置に存在する電子ビームの光軸に垂直な平面
１２ イオンビームの光軸
１３ 電子ビームの光軸
１４ イオンビームの光軸と電子ビームの光軸とを含む平面に対して垂直方向の回転軸
１５ イオンビームの光軸と前記電子ビームの光軸とを含む平面に対して垂直方向の回転軸に垂直かつ前記試料の加工断面とほぼ平行な回転軸
１６ 仕上げ加工に用いるイオンビームの試料への入射角
１７ 電子ビームの試料の所望の観察面への入射角
１８ 前記イオン光学系と前記電子光学系との配置角度（あるいは前記イオンビームの光軸と前記電子ビームの光軸との配置角度）
２０ 真空容器
２１ 表示部
３０ 所望の表面
３１ ダメージ層
３２ 所望の立体領域
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば半導体デバイスの基板から取り出した微細試料に、ＦＩＢ（Focused Ion Beam：集束イオンビーム）を用いた特定個所の微細加工を利用して、その加工面を作製し、かつその加工面を走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ:Scanning Transmission Electron Microscopy）、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ:Transmission Electron Microscopy）、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ:Scanning Electron Microscopy）などで観察する荷電ビーム装置及び荷電ビーム加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＦＩＢ装置とＳＴＥＭの組み合わせに関する技術は、特許文献１に開示されている。ＦＩＢ加工により作製されたＳＴＥＭ観察用試料は、イオンビーム軸と電子ビーム軸の交点に置かれ、ＦＩＢによる追加工とＳＴＥＭ観察ができることが示されている。イオンビーム軸と電子ビーム軸は鋭角交差であり、ＦＩＢ追加工とＳＴＥＭ観察間でＳＴＥＭ試料は両軸に垂直な回転軸周辺で回転させる。
【０００３】
一方、ＴＥＭ試料作製に関する技術が、特許文献２に開示されている。そこではＦＩＢで薄膜加工するＴＥＭ試料の膜厚を調べるために、その試料断面と垂直な方向から電子ビームを照射し、電子ビーム照射強度と試料を透過した電子ビームとの強度比を検出している。ここでの透過電子ビームは、ＳＴＥＭ信号である散乱角のきわめて小さい透過ビームと透過散乱した散乱ビームとを区別した検出は行っておらず、ＳＴＥＭ観察観点からの試料膜厚モニターにはなっていない。
【０００４】
同種の技術は、特許文献３にも開示されている。また、特許文献４においては、ＴＥＭ装置の試料室にＴＥＭの電子ビーム軸と直角方向にＦＩＢ照射系を配置し、ＦＩＢ加工で作製したＴＥＭ試料を大気に取り出すことなく、そのままＴＥＭ観察できるのが特徴で、ＦＩＢ追加工時などのスループットの悪さを解決する装置として開示されている。そこでは試料膜厚の制御としてＴＥＭ像モニターについても開示されている。
【０００５】
また、特許文献５では、ＴＥＭ装置の電子ビーム照射系軸に対しＦＩＢ照射系軸を斜め方向（＜９０度）に取り付け、ＦＩＢ加工中試料のその場ＴＥＭ観察例が開示されている。しかし、ＦＩＢは試料面に対し斜め入射となっているため、ＦＩＢ入射軸とほぼ平行に加工作製する断面薄膜試料に比べ、ビーム損傷が深く形成されるという欠点がある。
【０００６】
また、ＳＴＥＭ装置の照射電子ビームのエネルギーは、従来はＴＥＭと同じく２００ｋｅＶ程度と高エネルギーであったが、最近では、非特許文献１に報告されているように、３０ｋｅＶと従来のＳＥＭと同じエネルギー領域でＳＴＥＭ観察が行われるようになった。電子ビームの照射エネルギーが低下すると薄膜試料の透過能力も低下するため、低エネルギーＳＴＥＭ装置では一般的にＦＩＢ加工で作製する薄膜試料に高精度の膜厚管理が要求されている。
【０００７】
試料の仕上げ加工に関しては、試料の加工断面を垂直に加工するための技術が特許文献６に開示されている。加工の仕上げ段階で試料を３度から６度傾斜させることで垂直な断面を得るのであるが、イオンビームの照射により生じるダメージ層への対策は言及されていない。また、特許文献７には、ビームの電流密度分布の影響を更に減らすために、試料表面位置にイオンビームの最小錯乱円がくるようにして、入射角１６は９０度に近づく（試料断面から見ると、垂直入射に近づく方向）ようにすることが示されている。
【特許文献１】特開２００４−２２８０７６号公報
【特許文献２】特開平６−２３１７２０号公報
【特許文献３】特開平８−５５２８号公報
【特許文献４】特開平６−２３１７１９号公報
【特許文献５】特開平７−９２０６２号公報
【特許文献６】特許第３４８８０７５号公報
【特許文献７】特許第３５９７７６１号公報
【非特許文献１】Ｊｏｕｒｎａｌ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ ５１（１）：５３−５７（２００２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
これまで多くはＦＩＢ加工とＳＴＥＭ観察を別々の装置で行っており、ＦＩＢ装置で加工作製したＳＴＥＭ用薄膜試料は、一旦、ＦＩＢ装置から取り出した後にＳＴＥＭ装置に入れて観察する必要があった。そのため、ＳＴＥＭ観察とＦＩＢ追加工の繰り返しによって観察個所を更に特定しながらでの薄膜化加工のニーズにはスループットの観点から十分に応えられていなかった。しかしながら、最近はＦＩＢ加工とＳＴＥＭ観察を一体化した装置が出されスループットの改善が計られている。
【０００９】
ＳＴＥＭ像観察の観点からは、加速電圧を下げた観察が普及するにつれて電子ビームの試料に対する透過に関して課題が顕在化してきた。電子ビームのエネルギーが低下すると、電子ビームが薄膜試料を透過する能力が低下するため、この透過能力の低下を補うために薄膜試料の厚さをより薄くする必要がある。試料厚さが薄くなるほどイオンビームによる試料加工は難しくなり、加工の終了検出の失敗による所望領域の損失の危険性も高くなる。通常、イオンビームの照射によりイオンビームの照射を受けた試料表面（加工により生成した断面も同様である）近傍には結晶構造がアモルファス化したダメージ層が生じる。このダメージ層はＳＴＥＭ観察の像質の低下を招いてしまうため、より薄くなった試料の所望領域への損傷を減らした上でダメージ層を除去する必要がある。
【００１０】
本発明が解決しようとする課題は、所望の領域への損傷を最小限にしてダメージ層を効果的に除去することと、より薄膜試料の厚さが薄くなった試料の加工失敗を防ぐための加工終了ポイントの検出であり、これらの課題を解決する装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の荷電ビーム装置は、イオンビームを発生させると共に集束させ試料上を走査させるイオン光学系と、電子ビームを発生させると共に集束させ前記試料上を走査させる電子光学系と、前記試料を透過した電子を検出する透過電子検出器と、前記試料から発生する二次電子を検出する二次電子検出器と、前記試料を配置する試料保持機構と、各ユニットを制御する制御部とを具備し、仕上げ加工に用いる前記イオンビームのエネルギーは主加工に用いる前記イオンビームのエネルギーよりも低いエネルギーであり、かつ前記仕上げ加工に用いる前記イオンビームの前記試料への入射角は前記主加工に用いる前記イオンビーム前記試料への入射角とは異なる角度に設定可能であることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の荷電ビーム装置は、少なくとも走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）観察を行うことができ、前記試料に対し前記イオンビームによる加工と前記電子ビームによる観察を連続的あるいは断続的に行うことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、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試料形状に合わせて最適化することで効果的にダメージ層を除去できる。イオンビームのエネルギーを下げることでスパッタリング能力を減少させることができ、新たに生じるイオンビームの照射によるダメージ層の生成を減らすと共に、既に主加工で生じてしまった試料表面近傍のダメージ層に続く内部（試料表面から見ると、ダメージ層の下部分）への影響を減らして、ダメージ層を選択的かつ効率的に除去できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１は、本発明の実施例１の荷電粒子ビーム装置の試料が仕上げ加工時の状態である概略構成図である。図２は、試料が主加工時の状態である荷電粒子ビーム装置の概略構成図である。主に図１を使用して説明する。図１に示された荷電ビーム装置の実施例１は、イオンビームを発生させると共に集束させ試料上を走査させるイオン光学系１と、電子ビームを発生させると共に集束させ試料上を走査させる電子光学系２と、試料を透過した電子を検出する透過電子検出器３と、試料から発生する二次電子を検出する二次電子検出器４と、試料１０を配置する試料保持機構５と、各ユニットを制御する制御部６を真空容器２０に搭載し、オペレータに各観察像、測定データや操作ＧＵＩなどを知らしめる表示部２１とを具備している。電子ビームと試料１０とが交差する位置に存在する電子ビームの光軸１３に垂直な平面１１を境として、二次電子検出器４は電子光学系２の存在する空間側に配置され、透過電子検出器３電子光学系２の存在する空間と反対側の空間に配置されている。試料保持機構５は、イオンビームの光軸１２と電子ビームの光軸１３とを含む平面に対して垂直方向の回転軸１４に従い試料１０を回転することができる。また、回転軸１４に垂直で、かつ試料１０の加工断面とほぼ平行な回転軸１５に対して試料１０を回転することができる。試料１０は仕上げ加工時の状態を示しており、仕上げ加工に用いるイオンビームの試料１０への入射角１６は、３度以上９０度以下（加工断面に対しては、ほぼ水平入射（３度）からほぼ垂直入射（９０度）の間となる）である。本実施例１ではおよそ３０度に示してある。尚、図２に示すように主加工では入射角１６はほぼ０度、すなわち試料面に対して垂直入射となる。イオン光学系１と電子光学系２（あるいはイオンビームの光軸１２と電子ビームの光軸１３）との配置角度１８は０度以上９０度以下である。０度とは、イオン光学系１と電子光学系とが同一であるハイブリッド光学系という特殊な場合である。
【００１６】
試料１０は、主加工により薄膜形状にする。この主加工は加工性能とスループットを重視しており、イオンビームのエネルギーは３０ｋＶから４０ｋＶの高いエネルギーに設定される。半導体デバイス等の内部を分析する場合には、試料面に対して垂直の断面を形成して断面観察をしたり分析をしたりすることが多く、一般に主加工のイオンビームの入射角は０度（試料面に対して垂直入射）に設定する。通常、イオンビームを照射すると、イオンビームの照射を受けた試料表面（加工により生成した断面も同様である）近傍には結晶構造がアモルファス化したダメージ層が生じる。
【００１７】
図３に、イオンビームの照射を受けた試料表面（加工により生成した断面も同様である）近傍に結晶構造がアモルファス化したダメージ層が発生した状態を概略的に示した試料１０の断面図を示す。主加工の終了した薄膜試料の内部構造は、試料１０の観察や分析などを行う所望の表面３０（ここでは加工断面に相当）から試料内部に向かってイオンビームの照射により発生したダメージ層３１が存在し、さらにその内部に表面や構造などを観察・分析したい所望の領域３２が存在する構成となっている。加速電圧が数百ｋＶのＳＴＥＭ観察では、たとえダメージ層３１が存在しても電子ビームは所望の領域３２を透過することができ、結晶構造の観察や元素分析といったことは可能である。しかし、ダメージ層３１はＳＴＥＭ像のノイズ成分となり、本質的に邪魔な存在である。また、加速電圧が数十ｋＶ以下のＳＴＥＭ観察では、電子ビームの試料透過能力が低下してしまうため、この透過能力の低下を補うために薄膜試料の厚さを更に薄くしなければならない。薄膜試料の厚さを薄くしてゆくとダメージ層３１の大きさは同じままで、所望の領域３２が薄くなってゆく。即ち、ノイズ成分の発生源の大きさは変わらないままで所望の情報源が減ってしまうのでダメージ層３１の悪影響がより大きくなってしまう。従って、所望の領域３２を傷めることを最小限にしてダメージ層３１を除去しなければならない。
【００１８】
そこで、ダメージ層３１の発生を少なくするために、仕上げ加工に用いるイオンビームのエネルギーを主加工に使用するイオンビームのエネルギーよりも低くする。本実施例１では５ｋＶ以下にする。イオンビームのエネルギーを下げるとスパッタリング能力が減少するため、試料表面のごく近傍しか加工されない。したがって、ダメージ層の下部にある所望の領域３２に影響を与えずダメージ層３１を選択的に加工、すなわち除去でき、所望の領域を傷めることなく残すことができる。ダメージ層３１の除去が進み、所望の領域３２が試料表面に接近してきてもイオンビームのエネルギーが低いため所望の領域３２への新たなダメージ層の生成は抑えられる。結果として最小限のダメージで所望の領域３２を試料表面に露出させることができる。
【００１９】
以上はイオンビームのエネルギーを低くすることで得られる利点であるが、欠点もある。それは、スパッタリング能力の低下に伴う加工スループットの低下である。この欠点を補うために、スパッタリング速度の角度依存性を利用する。エネルギーを低くしたイオンビームによる仕上げ加工では、イオンビームの入射角１６が３度以上９０度以下（加工断面に対しては、ほぼ水平入射（３度）からほぼ垂直入射（９０度））となるように試料保持機構５により試料１０を回転軸１４にそって回転し、イオンビームを基準に見て傾斜させて仕上げ加工を行うことでスループットの低下を抑える。これはまた、ビーム径が増大したイオンビームを効率的に利用すること、加工領域底部からのバックスパッタ粒子の影響低減の効果もある。ビーム径が増大したイオンビームで、従来のようにビームの裾部分のみを用いて仕上げ加工を行うのでは加工に使用しない無駄部分が多すぎて非効率である。イオンビームのエネルギーを下げるとビーム径が増大し、ビーム電流密度の分布形状も鈍り集束状態の悪いブロードビームに近づくため、ビーム全体を利用した方が効率的である。最適な入射角１６は、試料１０の加工部分の形状により加工底部から加工断面に帰ってくるバックスパッタの状態が変わるため、試料形状により変化する。
【００２０】
ビームの電流密度分布の影響を更に減らすには、特許文献７に示すように試料表面位置にイオンビームの最小錯乱円がくるようにして、入射角１６は９０度に近づく（試料断面から見ると、垂直入射に近づく方向）ようにすれば良い。例えば、試料の薄膜部の両側を加工する場合には、回転軸１４にそって試料１０を回転するか、回転軸１５にそって試料１０を回転すればよい。どちらの回転軸を使用するかは、試料形状により決まる。また、ピラー状に加工する場合には、何れかの回転軸に沿って試料１０を回転し続ければよい。
【実施例２】
【００２１】
図４は、試料保持機構５の構成を示す実施例２である。試料保持機構５は、駆動軸を具備する試料ステージ７と、試料１０を固定する試料ホルダ８と、試料１０を取り上げるマニピュレート機構９から構成される。イオンビームの光軸１２と電子ビームの光軸１３とを含む平面に対して垂直方向の回転軸１４、あるいは回転軸１４に垂直かつ試料１０の加工断面とほぼ平行な回転軸１５あるいはその両方に対して試料１０を回転することができる機能は、試料ステージ７に具備してもマニピュレート機構９に具備しても良いし、その両方に具備してもよい。本実施例２では、試料１０の回転機能は試料ステージ７に具備している。
【００２２】
高精度な仕上げ加工を実現するには、ダメージ層の削減に加えて仕上げ加工の終了時点を正確に検出する必要がある。特に、加速電圧が数十ｋＶのＳＴＥＭ観察用試料を作成する場合には、従来よりも薄片試料の薄膜部を薄くするので、必然的に所望の領域３２が減少してしまい、仕上げ加工の実行過多による試料損失の危険性が高くなる。また、試料損失を恐れる余り、確認作業を増やすために加工と観察のサイクルを過剰に行うとスループットが落ちてしまう。
【実施例３】
【００２３】
そこで、図５の実施例３では、仕上げ加工に用いるイオンビームの入射角１６を最適化し、電子ビームの試料１０の所望の観察面への入射角１７がほぼ９０度（すなわち所望の観察面（加工断面）への電子ビームの入射角はほぼ０度）となるようにイオン光学系１と電子光学系２（あるいはイオンビームの光軸１２と電子ビームの光軸１３）との配置角度１８を調整してある。一例を挙げると、従来のＴＥＭ試料形状では入射角１６は１８度から３０度、配置角度１８は６０度から７２度となる。入射角１７をほぼ９０度とするのは、基本的にＳＴＥＭ観察試料は、所望の領域あるいは観察面が電子ビームに対してほぼ垂直となるように製作するからである。したがって、注目するものが所望の格子面となった場合には、この限りではない。図５の実施例３を用いて、初めから所望のＳＴＥＭ像を観察しながら仕上げ加工を行い、ＳＴＥＭ像が理想の状態になった時点で仕上げ加工を終了すれば、たとえ薄膜試料の薄膜厚さが薄くなろうとも理想状態で仕上げ加工を終了することができる。仕上げ加工の実行過多による試料損失も過剰な加工と観察のサイクルによるスループット低下も防ぐことができる。
【００２４】
仕上げ加工時に連続的あるいは断続的にＳＴＥＭ観察をし、ＳＴＥＭ像が所望の鮮明さとなったところで仕上げ加工を終了することで、仕上げ加工の行い過ぎによる所望領域の消失あるいは不十分な加工による観察像の不明瞭化を回避できる。これにより所望領域の消失による試料の作り直しや加工不十分による余計な追加工の手間がなくなり、最短時間で所望の試料が得られる。特に、イオン光学系と電子光学系の配置角度を仕上げ加工に用いるイオンビームの入射角に合わせて配置すれば、所望の断面を所望の角度でＳＴＥＭ観察しながら仕上げ加工が行えるので、より効率的かつ高精度なものとなる。
【００２５】
ＳＴＥＭ像の変化を自動検出する場合には、ＳＴＥＭ像の輝度、コントラスト、ＳＮ比、像分解能の何れか一つあるいは任意の複数の組み合わせを用いて検出すればよい。また、オペレータがリアルタイムで確認する場合には、表示装置２１に表示されるＳＴＥＭ像を見て判断すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の実施例１の荷電粒子ビーム装置の概略構成図（試料は仕上げ加工の状態）である。
【図２】本発明の実施例１の荷電粒子ビーム装置の概略構成図（試料は主加工の状態）である。
【図３】仕上げ加工時の試料薄膜部の概略断面図である。
【図４】本発明の実施例２の荷電粒子ビーム装置の試料保持機構の概略構成例（試料は仕上げ加工の状態）である。
【図５】本発明の実施例３の荷電粒子ビーム装置の概略構成例（試料は仕上げ加工の状態）である。
【符号の説明】
【００２７】
１ イオン光学系
２ 電子光学系
３ 透過電子検出器
４ 二次電子検出器
５ 試料保持機構
６ 制御部
７ 試料ステージ
８ 試料ホルダ
９ マニピュレート機構
１０ 試料
１１ 電子ビームと試料とが交差する位置に存在する電子ビームの光軸に垂直な平面
１２ イオンビームの光軸
１３ 電子ビームの光軸
１４ イオンビームの光軸と電子ビームの光軸とを含む平面に対して垂直方向の回転軸
１５ イオンビームの光軸と前記電子ビームの光軸とを含む平面に対して垂直方向の回転軸に垂直かつ前記試料の加工断面とほぼ平行な回転軸
１６ 仕上げ加工に用いるイオンビームの試料への入射角
１７ 電子ビームの試料の所望の観察面への入射角
１８ 前記イオン光学系と前記電子光学系との配置角度（あるいは前記イオンビームの光軸と前記電子ビームの光軸との配置角度）
２０ 真空容器
２１ 表示部
３０ 所望の表面
３１ ダメージ層
３２ 所望の立体領域
【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンビームを発生させると共に集束させ試料上を走査させるイオン光学系と、電子ビームを発生させると共に集束させ前記試料上を走査させる電子光学系と、前記試料を透過した電子を検出する透過電子検出器と、前記試料から発生する二次電子を検出する二次電子検出器と、前記試料を配置する試料保持機構と、各ユニットを制御する制御部とを具備する荷電ビーム装置において、
仕上げ加工に用いる前記イオンビームのエネルギーは主加工に用いる前記イオンビームのエネルギーよりも低いエネルギーであり、かつ前記仕上げ加工に用いる前記イオンビームの前記試料への入射角は前記主加工に用いる前記イオンビーム前記試料への入射角とは異なる角度に設定可能であることを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項２】
請求項１に記載の荷電ビーム装置において、
前記仕上げ加工に用いる前記イオンビームの前記試料への入射角は試料の加工断面に対してほぼ水平入射の３度以上から垂直入射の９０度以下であることを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項３】
請求項１に記載の荷電ビーム装置において、
前記仕上げ加工に用いる前記イオンビームのエネルギーは５ｋＶ以下であることを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項４】
請求項１に記載の荷電ビーム装置において、
少なくとも走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）観察を行うことができ、前記試料に対し前記イオンビームによる加工と前記電子ビームによる観察を連続的あるいは断続的に行うことを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項５】
請求項４に記載の荷電ビーム装置において、
前記イオンビームによる前記試料の加工の進行度合いはＳＴＥＭ像の変化を用いて検出されることを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項６】
請求項４に記載の荷電ビーム装置において、
前記イオンビームによる前記試料の加工の終了はＳＴＥＭ像の変化を用いて検出されることを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項７】
請求項５に記載の荷電ビーム装置において、
前記電子ビームによるＳＴＥＭ像の変化は輝度、コントラスト、ＳＮ比、像分解能の何れか一つあるいは任意の複数の組み合わせを用いて検出されることを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項８】
請求項１に記載の荷電ビーム装置において、
前記試料保持機構は試料ステージ、試料ホルダ、マニピュレート機構の何れか一つ以上で構成され、少なくとも前記イオンビームの光軸と前記電子ビームの光軸とを含む平面に対して垂直方向の回転軸に従い前記試料を回転することができることを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項９】
請求項８に記載の荷電ビーム装置において、
前記回転軸に加えて少なくとも前記イオンビームの光軸と前記電子ビームの光軸とを含む平面に対して垂直方向の回転軸に垂直で、かつ前記試料の加工断面とほぼ平行な回転軸に対して前記試料を回転することができることを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の荷電ビーム装置において、
仕上げ加工段階で、前記電子ビームの前記試料の所望の観察面への入射角がほぼ９０度となる、あるいは前記電子ビームの前記試料の注目する格子面への入射角がほぼ０度となるように前記電子光学系を配置することを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の荷電ビーム装置において、
前記イオン光学系と前記電子光学系との配置角度、あるいは前記イオンビームの光軸と前記電子ビームの光軸との配置角度は０度以上９０度以下であることを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項１２】
イオン光学系によりイオンビームを発生させると共に集束させ試料上を走査させ、電子光学系により電子ビームを発生させると共に集束させ前記試料上を走査させ、透過電子検出器により前記試料を透過した電子を検出し、二次電子検出器により前記試料から発生する二次電子を検出し、試料保持機構により前記試料を配置し、制御部により各ユニットを制御する荷電ビーム装置における荷電ビーム加工方法において、
仕上げ加工に用いる前記イオンビームのエネルギーを主加工に用いる前記イオンビームのエネルギーよりも低いエネルギーとし、かつ前記仕上げ加工において、前記イオンビームの前記試料への入射角を前記主加工における前記イオンビームの前記試料への入射角とは異なる角度に設定することを特徴とする荷電ビーム加工方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の荷電ビーム加工方法において、
前記仕上げ加工において、前記イオンビームの前記試料への入射角を試料の加工断面に対してほぼ水平入射の３度以上から垂直入射の９０度以下とすることを特徴とする荷電ビーム加工方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の荷電ビーム加工方法において、
前記荷電ビーム装置は、少なくとも走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）観察を行うことができ、前記試料の加工の終了はＳＴＥＭ像の変化を用いて検出されることを特徴とする荷電ビーム加工方法。
【請求項１５】
イオンビームを発生させると共に集束させ試料上を走査させるイオン光学系と、電子ビームを発生させると共に集束させ前記試料上を走査させる電子光学系と、前記試料を透過した電子を検出する透過電子検出器と、前記試料から発生する二次電子を検出する二次電子検出器と、前記試料を配置する試料保持機構と、各ユニットを制御する制御部を具備し、前記試料保持機構がステージ、試料ホルダ、マニピュレート機構の何れか一つ以上で構成され、少なくとも前記イオンビームの光軸と前記電子ビームの光軸とを含む平面に対して垂直方向の回転軸に従い前記試料を回転することができる荷電ビーム装置を用いた荷電ビーム加工方法において、
前記仕上げ加工における前記イオンビームの光軸と所望の観察面との角度は、前記試料保持機構の前記垂直方向の回転軸に従い前記試料を回転することで３度以上９０度以下にすることを特徴とする荷電ビーム加工方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の荷電ビーム加工方法において、
前記荷電ビーム装置の前記試料保持機構は、更に、前記垂直方向の回転軸に垂直で、かつ前記試料の加工断面とほぼ平行な回転軸に対して前記試料を回転することができ、前記仕上げ加工における前記イオンビームの光軸と所望の観察面との角度は、前記垂直方向の回転軸及び前記試料の加工断面とほぼ平行な回転軸とに従い前記試料を回転することで３度以上９０度以下にすることを特徴とする荷電ビーム加工方法。
【請求項１７】
請求項１５に記載の荷電ビーム加工方法において、
前記仕上げ加工に用いる前記イオンビームのエネルギーは５ｋＶ以下とすることを特徴とする荷電ビーム加工方法。
【請求項１８】
請求項１５に記載の荷電ビーム加工方法において、
少なくとも走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）観察を行い、前記試料に対し前記イオンビームによる加工と前記電子ビームによる観察を連続的あるいは断続的に行うことを特徴とする荷電ビーム加工方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の荷電ビーム加工方法において、
前記イオンビームによる前記試料の加工の進行度合いあるいは前記試料の加工の終了はＳＴＥＭ像の変化を用いて検出することを特徴とする荷電ビーム加工方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の荷電ビーム加工方法において、
前記電子ビームによるＳＴＥＭ像の変化は輝度、コントラスト、ＳＮ比、像分解能の何れか一つあるいは任意の複数の組み合わせを用いて検出することを特徴とする荷電ビーム加工方法。
【請求項１】
イオンビームを発生させると共に集束させ試料上を走査させるイオン光学系と、電子ビームを発生させると共に集束させ前記試料上を走査させる電子光学系と、前記試料を透過した電子を検出する透過電子検出器と、前記試料から発生する二次電子を検出する二次電子検出器と、前記試料を配置する試料保持機構と、各ユニットを制御する制御部とを具備する荷電ビーム装置において、
仕上げ加工に用いる前記イオンビームのエネルギーは主加工に用いる前記イオンビームのエネルギーよりも低いエネルギーであり、かつ前記仕上げ加工に用いる前記イオンビームの前記試料への入射角は前記主加工に用いる前記イオンビーム前記試料への入射角とは異なる角度に設定可能であることを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項２】
請求項１に記載の荷電ビーム装置において、
前記仕上げ加工に用いる前記イオンビームの前記試料への入射角は試料の加工断面に対してほぼ水平入射の３度以上から垂直入射の９０度以下であることを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項３】
請求項１に記載の荷電ビーム装置において、
前記仕上げ加工に用いる前記イオンビームのエネルギーは５ｋＶ以下であることを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項４】
請求項１に記載の荷電ビーム装置において、
少なくとも走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）観察を行うことができ、前記試料に対し前記イオンビームによる加工と前記電子ビームによる観察を連続的あるいは断続的に行うことを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項５】
請求項４に記載の荷電ビーム装置において、
前記イオンビームによる前記試料の加工の進行度合いはＳＴＥＭ像の変化を用いて検出されることを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項６】
請求項４に記載の荷電ビーム装置において、
前記イオンビームによる前記試料の加工の終了はＳＴＥＭ像の変化を用いて検出されることを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項７】
請求項５に記載の荷電ビーム装置において、
前記電子ビームによるＳＴＥＭ像の変化は輝度、コントラスト、ＳＮ比、像分解能の何れか一つあるいは任意の複数の組み合わせを用いて検出されることを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項８】
請求項１に記載の荷電ビーム装置において、
前記試料保持機構は試料ステージ、試料ホルダ、マニピュレート機構の何れか一つ以上で構成され、少なくとも前記イオンビームの光軸と前記電子ビームの光軸とを含む平面に対して垂直方向の回転軸に従い前記試料を回転することができることを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項９】
請求項８に記載の荷電ビーム装置において、
前記回転軸に加えて少なくとも前記イオンビームの光軸と前記電子ビームの光軸とを含む平面に対して垂直方向の回転軸に垂直で、かつ前記試料の加工断面とほぼ平行な回転軸に対して前記試料を回転することができることを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の荷電ビーム装置において、
仕上げ加工段階で、前記電子ビームの前記試料の所望の観察面への入射角がほぼ９０度となる、あるいは前記電子ビームの前記試料の注目する格子面への入射角がほぼ０度となるように前記電子光学系を配置することを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の荷電ビーム装置において、
前記イオン光学系と前記電子光学系との配置角度、あるいは前記イオンビームの光軸と前記電子ビームの光軸との配置角度は０度以上９０度以下であることを特徴とする荷電ビーム装置。
【請求項１２】
イオン光学系によりイオンビームを発生させると共に集束させ試料上を走査させ、電子光学系により電子ビームを発生させると共に集束させ前記試料上を走査させ、透過電子検出器により前記試料を透過した電子を検出し、二次電子検出器により前記試料から発生する二次電子を検出し、試料保持機構により前記試料を配置し、制御部により各ユニットを制御する荷電ビーム装置における荷電ビーム加工方法において、
仕上げ加工に用いる前記イオンビームのエネルギーを主加工に用いる前記イオンビームのエネルギーよりも低いエネルギーとし、かつ前記仕上げ加工において、前記イオンビームの前記試料への入射角を前記主加工における前記イオンビームの前記試料への入射角とは異なる角度に設定することを特徴とする荷電ビーム加工方法。
【請求項１３】
請求項１２に記載の荷電ビーム加工方法において、
前記仕上げ加工において、前記イオンビームの前記試料への入射角を試料の加工断面に対してほぼ水平入射の３度以上から垂直入射の９０度以下とすることを特徴とする荷電ビーム加工方法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の荷電ビーム加工方法において、
前記荷電ビーム装置は、少なくとも走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）観察を行うことができ、前記試料の加工の終了はＳＴＥＭ像の変化を用いて検出されることを特徴とする荷電ビーム加工方法。
【請求項１５】
イオンビームを発生させると共に集束させ試料上を走査させるイオン光学系と、電子ビームを発生させると共に集束させ前記試料上を走査させる電子光学系と、前記試料を透過した電子を検出する透過電子検出器と、前記試料から発生する二次電子を検出する二次電子検出器と、前記試料を配置する試料保持機構と、各ユニットを制御する制御部を具備し、前記試料保持機構がステージ、試料ホルダ、マニピュレート機構の何れか一つ以上で構成され、少なくとも前記イオンビームの光軸と前記電子ビームの光軸とを含む平面に対して垂直方向の回転軸に従い前記試料を回転することができる荷電ビーム装置を用いた荷電ビーム加工方法において、
前記仕上げ加工における前記イオンビームの光軸と所望の観察面との角度は、前記試料保持機構の前記垂直方向の回転軸に従い前記試料を回転することで３度以上９０度以下にすることを特徴とする荷電ビーム加工方法。
【請求項１６】
請求項１５に記載の荷電ビーム加工方法において、
前記荷電ビーム装置の前記試料保持機構は、更に、前記垂直方向の回転軸に垂直で、かつ前記試料の加工断面とほぼ平行な回転軸に対して前記試料を回転することができ、前記仕上げ加工における前記イオンビームの光軸と所望の観察面との角度は、前記垂直方向の回転軸及び前記試料の加工断面とほぼ平行な回転軸とに従い前記試料を回転することで３度以上９０度以下にすることを特徴とする荷電ビーム加工方法。
【請求項１７】
請求項１５に記載の荷電ビーム加工方法において、
前記仕上げ加工に用いる前記イオンビームのエネルギーは５ｋＶ以下とすることを特徴とする荷電ビーム加工方法。
【請求項１８】
請求項１５に記載の荷電ビーム加工方法において、
少なくとも走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）観察を行い、前記試料に対し前記イオンビームによる加工と前記電子ビームによる観察を連続的あるいは断続的に行うことを特徴とする荷電ビーム加工方法。
【請求項１９】
請求項１８に記載の荷電ビーム加工方法において、
前記イオンビームによる前記試料の加工の進行度合いあるいは前記試料の加工の終了はＳＴＥＭ像の変化を用いて検出することを特徴とする荷電ビーム加工方法。
【請求項２０】
請求項１９に記載の荷電ビーム加工方法において、
前記電子ビームによるＳＴＥＭ像の変化は輝度、コントラスト、ＳＮ比、像分解能の何れか一つあるいは任意の複数の組み合わせを用いて検出することを特徴とする荷電ビーム加工方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００７−１９３９７７（Ｐ２００７−１９３９７７Ａ）
【公開日】平成１９年８月２日（２００７．８．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−８７０２（Ｐ２００６−８７０２）
【出願日】平成１８年１月１７日（２００６．１．１７）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年８月２日（２００７．８．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年１月１７日（２００６．１．１７）
【出願人】（５０１３８７８３９）株式会社日立ハイテクノロジーズ (4,325)
【Ｆターム（参考）】
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