複合荷電粒子ビーム装置及び試料加工観察方法
【課題】ＴＥＭ薄片観察の能力を向上させ、かつその構成において効率よく試料の配置と姿勢を制御することを図ること。
【解決手段】ＦＩＢ鏡筒１のビーム照射軸と、ＳＥＭ鏡筒２のビーム照射軸と、回転可能な台の第一の回転軸が、試料観察位置でそれぞれが互いに略直交に交わり、回転可能な台が第一の回転軸を中心に回転可能な支持部を有し、支持部が試料５を試料観察位置に配置可能な並進機構と接続する。
【解決手段】ＦＩＢ鏡筒１のビーム照射軸と、ＳＥＭ鏡筒２のビーム照射軸と、回転可能な台の第一の回転軸が、試料観察位置でそれぞれが互いに略直交に交わり、回転可能な台が第一の回転軸を中心に回転可能な支持部を有し、支持部が試料５を試料観察位置に配置可能な並進機構と接続する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は複数の荷電粒子ビーム装置を統合した、複合荷電粒子ビーム装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）による観察で有用な知見を得るためには、観察対象の試料を数十ナノメートル程度の非常に薄い薄片（ＴＥＭ薄片）に加工することが必要である。これらの薄片を作製するために、様々な方法が用いられているが、集束イオンビーム（ＦＩＢ）装置を使用する方法は一般的に広く用いられている方法である。ＴＥＭ薄片は、電子線がある程度以上透過できるほど薄い部分があることが絶対条件であるが、できるだけ広い範囲にわたり均一に薄いことが望ましい。このため、ＦＩＢ装置でＴＥＭ薄片を作製する場合には、薄片の裏面と表面を平行に加工できることが要求される。また、均質な物質をＴＥＭ観察する場合だけではなく、欠陥や異物あるいは局所的な特定の構造などを観察したい場合は、観察対象を薄片内部に残しながら、数十ナノメートルの薄片を作製する必要がある。
【０００３】
これらの課題に対し、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）とＦＩＢを組み合わせることで、加工対象の薄片の観察を容易ならしめ、さらに試料薄片を傾斜させることで、平行度の高い薄片を加工可能にするような例が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
しかし、開示されている例では、試料および試料を設置し移動させるためのステージ機構を配置するための空間を確保する必要から、９０度より小さいはさみ角でＳＥＭとＦＩＢを配置し試料表面より上部にＳＥＭとＦＩＢが配置される構成としている。このような配置の場合、試料の大きさや配置の自由度が確保される反面、図１３に示すようにＳＥＭと試料との距離(作動距離)が一定以上縮めることができなくなっている。一般に高性能ＳＥＭ鏡筒は、作動距離が短いほど分解能をはじめとする特性が向上し、より精細な観察が可能となる。高度なＴＥＭ試料作製のためには観察能力の向上は必須であり、そのためにＳＥＭの作動距離を小さくする方法が求められている。また、特許文献１には試料を傾斜することにより平行度の高い薄片を作製することが開示されているが、実際の装置構成において効率よく正確に試料を傾斜させるための具体的な機構については開示がない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平４−７６４３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような状況を背景とし、ＳＥＭとの作動距離を縮めることでＴＥＭ薄片観察の能力を向上させ、かつその構成において効率よく試料の配置と姿勢を制御することが可能な試料保持機構を併せ持つ装置を提案することで、高度なＴＥＭ薄片作成技術に資することが本発明の課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための本発明に係る複合荷電粒子ビーム装置は、集束イオンビーム装置と、走査電子顕微鏡と、回転可能な台とを備えた複合荷電粒子ビーム装置において、集束イオンビーム装置のビーム照射軸と走査電子顕微鏡のビーム照射軸はそれぞれが互いに略直角に交わり、回転可能な台は、集束イオンビーム装置のビーム照射軸と走査電子顕微鏡のビーム照射軸と試料観察位置でそれぞれが互いに略直角に交わる回転軸を有する支持部を備え、支持部は、試料を試料観察位置に配置可能な並進機構と接続する。
【０００８】
また、本発明に係る複合荷電粒子ビーム装置は、並進機構が略直交する三つの駆動軸を有し、駆動軸の一つは、支持部の回転により集束イオンビーム装置のビーム照射軸と略平行になる方向に配置されている。
【０００９】
また、本発明に係る複合荷電粒子ビーム装置は、並進機構が回転可能な台の第一の回転軸に対し略垂直な回転軸を有する試料回転機構を備えている。
また、本発明に係る複合荷電粒子ビーム装置は、試料回転機構に接続され、走査電子顕微鏡のビーム照射軸に対し略垂直に試料の表面を傾斜可能な傾斜台を有する。
【００１０】
また、本発明に係る複合荷電粒子ビーム装置は、試料回転機構に接続され、集束イオンビーム装置のビーム照射軸に対し略垂直に試料の表面を傾斜可能な傾斜台を有する。
また、本発明に係る複合荷電粒子ビーム装置は、回転機構に接続され、集束イオンビーム装置のビーム照射軸と、走査電子顕微鏡のビーム照射軸のそれぞれに対し略垂直に試料の表面を傾斜可能な傾斜台を有する。
【００１１】
また、本発明に係る複合荷電粒子ビーム装置は、傾斜台に固定された試料の表面を回転機構により回転させ、集束イオンビーム装置のビーム照射軸と、走査電子顕微鏡のビーム照射軸のそれぞれに対し略垂直に試料の表面を傾斜可能である。
また、本発明に係る複合荷電粒子ビーム装置は、走査電子顕微鏡から試料に電子ビームを照射し、透過した電子を検出可能な透過電子検出器を有する。
【００１２】
本発明に係る試料加工観察方法は、走査電子顕微鏡のビーム照射軸に対し試料の表面を略垂直に配置し、表面を走査電子顕微鏡観察する工程と、走査電子顕微鏡のビーム照射軸と互いに略垂直に交差する集束イオンビーム装置のビーム照射軸に対し表面が略垂直になるように試料を回転する工程と、表面に集束イオンビームを照射し、表面を加工する工程と、からなる。
【００１３】
また、本発明に係る試料加工観察方法は、表面の加工により断面を形成し、さらに、集束イオンビーム装置のビーム照射軸に対し断面が略垂直になるように試料を回転する工程と、断面に集束イオンビームを照射し、断面を観察する工程と、からなる。
【００１４】
また、本発明に係る試料加工観察方法は、集束イオンビーム装置のビーム照射軸に対し試料の表面を略垂直に配置し、集束イオンビームで試料に断面を形成する工程と、集束イオンビーム装置のビーム照射軸に対し断面が略垂直になるように試料を回転する工程と、断面に集束イオンビームを照射し、断面に対し略垂直な断面を形成する工程と、からなる。
【００１５】
また、本発明に係る試料加工観察方法は、集束イオンビームを試料に照射し、観察面を形成する工程と、走査電子顕微鏡のビーム照射軸に対し観察面が略垂直になるように観察面を回転させる工程と、観察面に走査電子顕微鏡から電子ビームを照射し、観察面を透過する透過電子を観察する工程と、からなる。
【００１６】
また、本発明に係る複合荷電粒子ビーム装置は、集束イオンビーム装置と、走査電子顕微鏡と、回転可能な台とを備えた複合荷電粒子ビーム装置において、回転可能な台は、集束イオンビーム装置のビーム照射軸と走査電子顕微鏡のビーム照射軸のそれぞれに対し、試料観察位置で略直角に交わる回転軸を有する支持部を備え、支持部は、試料を試料観察位置に配置可能な並進機構と接続し、並進機構は、回転可能な台の回転軸に対し略垂直な回転軸を有する試料回転機構を備え、試料回転機構は、走査電子顕微鏡のビーム照射軸に対し略垂直に試料の表面を傾斜可能な傾斜台と接続されている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によればＳＥＭの作動距離を小さくした状態で、高精細な観察を行いながら、試料の傾斜を制御してFIB加工をすることができるので精度よくＴＥＭ薄片を作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る実施形態１の装置構成を示す図である。
【図２】本発明に係る実施形態１の装置構成を示す図である。
【図３】本発明に係る実施形態２，３の装置構成を示す図である。
【図４】本発明に係る実施形態の試料加工を示す図である。
【図５】本発明に係る実施形態の装置構成を示す図である。
【図６】本発明に係る実施形態４の装置構成を示す図である。
【図７】本発明に係る実施形態４の装置構成を示す図である。
【図８】本発明に係る実施形態４の装置構成を示す図である。
【図９】本発明に係る実施形態４の試料加工を示す図である。
【図１０】本発明に係る実施形態４の試料加工を示す図である。
【図１１】本発明に係る実施形態４の試料加工を示す図である。
【図１２】本発明に係る実施形態５の装置構成を示す図である。
【図１３】従来開示されている形態を説明する図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を用いて本発明に係る実施形態について説明する。なお、本実施形態の説明は例示であり、本発明の構成は以下の説明に限定されない。
【００２０】
＜実施形態１＞
本発明の第一の実施形態を図面に基づいて説明する。図１、図２は本発明に係る実施形態の複合荷電粒子ビーム装置に関する図である。ＳＥＭ鏡筒２を鉛直方向に設置する。ＳＥＭ鏡筒２より電子ビーム４を試料室２０内に配置した試料５に向け出射し、試料５の表面を走査し、発生する二次電子を二次電子検出器２１で検出し、各位置での２次電子信号量を輝度信号として像形成部２２で試料表面の観察像を得る。ここで、ＳＥＭ鏡筒２内部にレンズ内検出器を有しており、二次電子や反射電子を検出することができる。
【００２１】
ＦＩＢ鏡筒１を水平方向に設置する。これによりＳＥＭ鏡筒２のビーム照射軸とＦＩＢ鏡筒１のビーム照射軸は略直交する配置となる。ＦＩＢ鏡筒１からは集束イオンビーム３が試料５に向けて出射され試料５の表面、すなわちＳＥＭ鏡筒２に正対する面をイオンビームエッチッング加工により取り除くことで、試料５の厚みを次第に薄くしていくことができる。
【００２２】
従来の方法による配置を表す図１３と本発明に係る実施形態の配置を表す図５とを比較すれば明らかなように、本発明に係る実施形態の配置ではＳＥＭ鏡筒２の作動距離１０を大幅に小さくすることができる。このように作動距離１０を短くできると、作動距離１０が長い場合に比べて、ＳＥＭの分解能やレンズ内検出器の検出効率が向上し、高精細な観察像を得ることができる。
【００２３】
集束イオンビーム３で試料５の表面を削っていく場合、加工により生成される面は一般的には図４（ａ）に示したようにテーパー形状となり集束イオンビーム３と厳密には平行にはならない。そこで、テーパー形状になることを避けるために、図４（ｂ）に示すように試料５をテーパー角度相当量だけ傾けて加工する必要がある。そのため、装置には試料５を図４（ｂ）に示された状態に傾ける機構が必要である。
【００２４】
以下に傾斜のための機構の詳細を説明する。まず、基本的な構成として、傾斜のための第一の回転軸６がＦＩＢ鏡筒１のビーム照射軸とＳＥＭ鏡筒２のビーム照射軸の交点を通り、かつＦＩＢ鏡筒１とＳＥＭ鏡筒２の両者に直交するように配置する。
【００２５】
試料ステージの構成として、例えば第一の回転軸６を、ステージ全体の回転モーメントが最小になるような位置に選ぶことも考えられる。しかし、ＳＥＭ鏡筒２に対する試料５の作動距離１０を最小にした状態では、試料５とＳＥＭ鏡筒２の接触の可能性があるので、傾斜に伴う試料５の移動の軌跡が最小化されるように設計されることが望ましい。
【００２６】
そのため、前述のように、第一の回転軸６がＦＩＢ鏡筒１のビーム照射軸とＳＥＭ鏡筒２のビーム照射軸の交点を通り、かつＦＩＢ鏡筒１とＳＥＭ鏡筒２の両者に直交するように配置する。この配置を採用するため、第一の回転軸６はＦＩＢ鏡筒１とＳＥＭ鏡筒２に対して機械的に固定された状態となる。
【００２７】
このような試料ステージに実際の試料５を乗せる時には、試料５の大きさのちがいや取付け時の誤差などもあり、正確に試料５の加工・観察対象箇所を第一の回転軸６上に配置するためには何らかの位置調整機構が必要となる。この位置調整機構として、略直交する三軸の並進動作が可能な移動機構７を設置する。略直交する三軸のうち、一つの軸は、第一の回転軸６と略平行になるように配置する。このように配置すると、残りの二つの軸は、第一の回転軸６が適当な角度の時に、それぞれＦＩＢ鏡筒１およびＳＥＭ鏡筒２とそれぞれ略平行な状態となる。
【００２８】
ここで説明した移動機構７を用いて、試料５を第一の回転軸６上に配置するためには、第一の回転軸６と一体となって動作する回転台９に、想定する試料５の大きさと、移動機構７自身の大きさを考慮した分の一定距離だけ離れた位置に移動機構７を固定するための支持部８を設ける必要がある。以上が、試料５の面をテーパー形状にならないように加工するための傾斜機構の詳細の説明である。
【００２９】
以上説明したような構成の装置において、試料５を移動機構７上に設置されたホルダに設置する。第一の回転軸６が、移動機構７の略直交する三軸が、第一の回転軸６、ＦＩＢ鏡筒１、およびＳＥＭ鏡筒２に対して、それぞれ略平行となるような回転角度にした状態で、試料５の表面がＦＩＢ鏡筒１に概ね平行になるように設置する。この状態で、ＦＩＢ鏡筒１とＳＥＭ鏡筒２の両方を用いて試料５を観察し、双方の観察像で試料５の加工観察対象箇所が画面中心に来るように移動機構７を動作することで、試料５が第一の回転軸６上に配置される。
【００３０】
試料の配置後、第一の回転軸６を適当な角度動作させて、試料５を傾ける。この時の傾ける角度は、試料５の材質、使用する集束イオンビーム３のビーム電流値等により異なるが、多くの場合数度以内の角度である。試料５の傾斜が完了したら、ＦＩＢ鏡筒１で試料５が次第に薄くなるように加工していく。加工中はＳＥＭ鏡筒２を用いて適宜観察し、所望の構造が試料表面に露出する直前に加工を停止する。ここまでの工程を、試料５を裏返して繰り返し、薄片化を終了する。これにより、均一な厚みを持ちながら観察対象の微細な構造を正しく内包する高度な薄片試料の作製を行うことができる。
【００３１】
＜実施形態２＞
本発明の第二の実施形態を、図３を用いて説明する。実施形態１との差異は、移動機構７と試料５の間に、試料回転機構１２を備えることである。この試料回転機構１２が備える第二の回転軸１１は、移動機構７の略直交する三軸のうちＦＩＢ鏡筒１と略平行になることが可能な１つの並進軸と略平行に配置する。
【００３２】
この試料回転機構１２を備えることで、集束イオンビーム３に垂直な面内での回転方向の姿勢を調整できる。また、試料５の裏面を加工する際に、第２の回転軸１１を１８０度回転させることで、試料５を簡単に裏返すことが可能となる。また、電子ビーム４及び集束イオンビーム３の照射位置で試料５を回転することができるので、観察位置を見失うことなく試料５の姿勢を調整することができる。
【００３３】
また、試料５の大きさによっては、回転に際してＳＥＭ鏡筒２と干渉する場合もあるので、その場合は、移動機構７を用いて第２の回転軸１１をＳＥＭ鏡筒２から遠ざけた後、試料５を裏返し、再び移動機構７を用いて試料５を元の位置に戻すことでＳＥＭ鏡筒２と干渉することなく試料５を裏返すことができる。
【００３４】
＜実施形態３＞
本発明の第三の実施形態を、図３を用いて説明する。回転台９の支持部８が、試料５を挟んでＦＩＢ鏡筒１の反対側にある状態で、試料５の表面とＦＩＢ鏡筒１が概ね平行となるようにすることで、通常の操作において、ＳＥＭ鏡筒２から見て試料５の裏面側に空間を残すことができる。この空間に、透過電子検出器１３を配置することで、ＳＥＭ鏡筒２の観察像として２次電子像だけでなく透過電子像も得ることができるようになる。透過電子像は試料内部の情報や試料５の厚さに関する情報も含むため、観察対象を的確に内包した所望の厚さのＴＥＭ薄片を作製するのに適した像を得ることができる。
【００３５】
以上の実施形態の説明の通り、本発明による構成の装置を用いることで、高度なＴＥＭ薄片の加工工程を、効率よく行うことができる。
【００３６】
＜実施形態４＞
本発明の第四の実施形態を、図６から図１１を用いて説明する。図６に示すように、試料回転機構１２に接続された傾斜台３１に試料５を設置する。傾斜台３１は傾斜台３１に連接する傾斜機構３２により、傾斜台３１の試料５を設置した面を電子ビーム４、及び集束イオンビーム３に対し略垂直になるように傾斜することができる。
【００３７】
図７（ａ）は、回転台９により第二の回転軸１１を電子ビーム４に対し４５度の角度で交差するように設置し、傾斜台３１により試料５の表面を電子ビーム４に対し略垂直になるように傾斜した状態の図である。すなわち、傾斜台３１は試料回転機構１２に対し４５度の傾斜角になるように傾斜している。この状態では、試料５の表面に対して電子ビーム４を略垂直に照射することができるので、表面の高分解能ＳＥＭ観察を行うことができる。また、表面に対し略平行に集束イオンビーム３を照射し、表面を正確に取り除くエッチング加工を行うことができる。
【００３８】
次に回転台９及び傾斜台３１を駆動せず、そのままの状態で試料回転機構１２により試料５及び傾斜台３１を１８０度回転する。これにより、図７（ｂ）に示すように、試料５の表面を電子ビーム４に対し略平行に、かつ、集束イオンビーム３に対し略垂直に配置することができる。
【００３９】
この状態では、試料５の表面に対して集束イオンビーム３を略垂直に照射することができるので、エッチング加工により表面に略垂直な断面を形成することができる。また、形成した断面に対し略垂直に電子ビーム４を照射し、断面の高分解能ＳＥＭ観察を行うことができる。
【００４０】
また、試料回転機構１２による回転で試料５の姿勢を調整することができるので、回転中の試料５に電子ビーム４、及び集束イオンビーム３を照射し観察することができる。これにより試料５の観察位置を見失うことなく、試料５の姿勢を調整することができる。特に、電子ビーム４、及び集束イオンビーム３に対して、試料５の表面を正確に略垂直または略平行になるように、容易に調整することができる。
【００４１】
次に、傾斜台３１の傾斜動作について、図８を用いて説明する。傾斜台３１を傾斜させるためには、図８（ａ）に示すように、試料室２０内に傾斜用ロッド３３を導入する。傾斜用ロッド３３を、傾斜機構３２に接続し、回転することで、傾斜機構３２を駆動し傾斜台３１を傾斜させる。図８（ｂ）は、試料５の表面が電子ビーム４及び集束イオンビーム３に対し４５度の角度で交わる状態の図である。この状態で傾斜用ロッド３３を回転させる。これにより、図８（ｃ）に示すように、試料５の表面に対し、電子ビーム４が略垂直に、集束イオンビーム３が略平行に交わるように試料５の姿勢を変更することができる。
【００４２】
また、図８（ｄ）に示すように、傾斜台３１を図８（ｂ）と図８（ｃ）の間の状態にすることもできる。すわなち、試料５の表面を、電子ビーム４に対し、約４５度から約９０度の角度になるように調整することができる。ここで、傾斜台３１の調整を試料室２０内で実施する例を説明したが、傾斜台３１を試料室２０の外に出し、傾斜台３１を傾斜させることも可能である。
【００４３】
次に、試料回転機構１２と傾斜台３１を用いた試料加工観察方法について説明する。図９（ａ）は、回転台９により第二の回転軸１１を電子ビーム４に対し４５度の角度で交差するように設置し、傾斜台３１により試料５の表面を電子ビーム４に対し略垂直になるように傾斜した状態の図である。この状態で、集束イオンビーム３を試料５の表面に対し略平行な方向から照射し、試料５の表面の一部をエッチング加工し、加工溝５ａを形成する。この加工により加工溝５ａの側壁に断面５ｂが形成される。
【００４４】
次に、試料回転機構１２を１８０度回転し、図９（ｂ）に示すように、集束イオンビーム３を断面５ｂに対し略垂直に照射できるように試料５を配置にする。そして、集束イオンビーム３を断面５ｂの一部に照射し、加工溝５ｃを形成する。これにより、断面５ｂから連続し、かつ、断面５ｂに対し、略垂直な断面５ｄを形成することができる。これにより、試料５内部の所望位置の断面を高精度に形成することができる。
【００４５】
ところで、凹凸がある表面に集束イオンビームを照射し断面を形成すると断面に凹凸ができてしまうことが知られている。断面５ｄは集束イオンビーム３で形成した断面５ｂ側から集束イオンビーム３を照射し形成するので、表面の凹凸の影響を受けることなく平坦な断面になる。従って、凹凸のない断面で所望の観察対象を高精度に観察することができる。
【００４６】
次に、試料回転機構１２と傾斜台３１を用いたＴＥＭ試料作製方法について説明する。図１０（ａ）は回転台９により第二の回転軸１１を電子ビーム４に対し４５度の角度で交差するように設置し、傾斜台３１により試料５の表面を電子ビーム４に対し略垂直になるように傾斜した状態の図である。この状態で電子ビーム４を試料５の表面に照射し、高分解能ＳＥＭ観察を行いＴＥＭ観察対象の位置を確認する。
【００４７】
そして、試料回転機構１２を１８０度回転し、図１０（ｂ）に示すように、集束イオンビーム３を断面５ｂに対し略垂直に照射できるように試料５を配置にする。そして、集束イオンビーム３を照射し薄片部５ｆを残すように加工溝５ｅを形成する。
【００４８】
そして、傾斜機構３２により傾斜台３１を傾斜させ、薄片部５ｆの試料５との接続部部分に集束イオンビーム３を照射し、薄片部５ｆを試料５から切り離す。これにより、集束イオンビーム３で薄片部５ｆを観察しながら、集束イオンビーム３に対する姿勢を調整し、加工することができるので、微細なＴＥＭ観察対象であっても、見失うことなく高精度に加工することができる。
【００４９】
ところで、回転台９により第二の回転軸１１を電子ビーム４に対し４５度の角度で交差するように試料回転機構１２を設置した例について説明したが、試料回転機構１２と傾斜台３１の設定角度はこれに限定されるものではない。その他の例について図１１を用いて説明する。
【００５０】
図１１（ａ）は回転台９により第二の回転軸１１を電子ビーム４に対し６０度の角度、すなわち、集束イオンビーム３に対し３０度の角度で交差するように設置し、傾斜台３１により試料５の表面を集束イオンビーム３に対し略垂直になるように傾斜した状態の図である。傾斜台３１は試料回転機構１２に対し３０度の角度で傾斜している。この状態で集束イオンビーム３を照射し薄片部５ｆを残すように加工溝５ｅを形成する。
【００５１】
そして、試料回転機構１２を１８０度回転させる。図１１（ｂ）に示すように、第二の回転軸１１は電子ビーム４に対し６０度の角度であり、傾斜台３１に設置された試料５の表面の法線方向は集束イオンビーム３に対して６０度の角度をなしている。ここで、薄片部５ｆの試料５との接続部部分に集束イオンビーム３を照射し、薄片部５ｆを試料５から切り離す。これにより試料回転機構１２を１８０度回転させることで薄片部５ｆを切り出すことができる。つまり、回転台９を回転することなく薄片部５ｆの切り出し加工ができるので、試料移動に伴う位置ずれが小さくし精度良く加工することができる。
【００５２】
＜実施形態５＞
本発明の第五の実施形態を、図１２を用いて説明する。
ＳＥＭ鏡筒２を鉛直方向に設置する。ＦＩＢ鏡筒１をＳＥＭ鏡筒２に対し６０度の角度に設置する。そして、試料回転機構１２に傾斜台３１を接続する。このような構成の装置を用いることで、観察面に対し略垂直に電子ビームを照射することができるので、ＳＥＭやＳＴＥＭ観察の能力を向上させ、かつ、試料の配置と姿勢を効率よく制御することができる。
【００５３】
図１２（ａ）は、回転台９により第二の回転軸１１を電子ビーム４に対し３０度の角度で交差するように設置し、傾斜台３１により試料５の観察面を集束イオンビーム３に対し略平行になるように傾斜した状態の図である。すなわち、傾斜台３１は試料回転機構１２に対し１２０度の傾斜角になるように傾斜している。この状態では、集束イオンビーム３を照射し、観察面の表層を取り除くようにエッチング加工をすることができる。
【００５４】
次に回転台９及び傾斜台３１を駆動せず、そのままの状態で試料回転機構１２により試料５及び傾斜台３１を１８０度回転する。これにより、図１２（ｂ）に示すように、試料５の観察面を電子ビーム４に対し略垂直に配置することができる。この状態では、観察面に対し略垂直に電子ビーム４を照射し、観察面の高分解能ＳＥＭ観察や透過電子を透過電子検出器１３で検出することで高分解能ＳＴＥＭ観察を行うことができる。このように試料回転機構１２を回転させるだけで試料５を観察面の加工用の配置から観察面の観察用の配置に変更することができる。
【００５５】
上記のような構成の装置を用いることで、観察面に対し略垂直に電子ビームを照射し、ＳＥＭやＳＴＥＭ観察の能力を向上させ、かつ、試料の配置と姿勢を効率よく制御することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１…ＦＩＢ鏡筒
２…ＳＥＭ鏡筒
３…集束イオンビーム
４…電子ビーム
５…試料
６…第一の回転軸
７…移動機構
８…支持部
９…回転台
１０…作動距離
１１…第二の回転軸
１２…試料回転機構
１３…透過電子検出器
２０…試料室
２１…二次電子検出器
２２…像形成部
３１…傾斜台
３２…傾斜機構
３３…傾斜用ロッド
【技術分野】
【０００１】
本発明は複数の荷電粒子ビーム装置を統合した、複合荷電粒子ビーム装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）による観察で有用な知見を得るためには、観察対象の試料を数十ナノメートル程度の非常に薄い薄片（ＴＥＭ薄片）に加工することが必要である。これらの薄片を作製するために、様々な方法が用いられているが、集束イオンビーム（ＦＩＢ）装置を使用する方法は一般的に広く用いられている方法である。ＴＥＭ薄片は、電子線がある程度以上透過できるほど薄い部分があることが絶対条件であるが、できるだけ広い範囲にわたり均一に薄いことが望ましい。このため、ＦＩＢ装置でＴＥＭ薄片を作製する場合には、薄片の裏面と表面を平行に加工できることが要求される。また、均質な物質をＴＥＭ観察する場合だけではなく、欠陥や異物あるいは局所的な特定の構造などを観察したい場合は、観察対象を薄片内部に残しながら、数十ナノメートルの薄片を作製する必要がある。
【０００３】
これらの課題に対し、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）とＦＩＢを組み合わせることで、加工対象の薄片の観察を容易ならしめ、さらに試料薄片を傾斜させることで、平行度の高い薄片を加工可能にするような例が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
しかし、開示されている例では、試料および試料を設置し移動させるためのステージ機構を配置するための空間を確保する必要から、９０度より小さいはさみ角でＳＥＭとＦＩＢを配置し試料表面より上部にＳＥＭとＦＩＢが配置される構成としている。このような配置の場合、試料の大きさや配置の自由度が確保される反面、図１３に示すようにＳＥＭと試料との距離(作動距離)が一定以上縮めることができなくなっている。一般に高性能ＳＥＭ鏡筒は、作動距離が短いほど分解能をはじめとする特性が向上し、より精細な観察が可能となる。高度なＴＥＭ試料作製のためには観察能力の向上は必須であり、そのためにＳＥＭの作動距離を小さくする方法が求められている。また、特許文献１には試料を傾斜することにより平行度の高い薄片を作製することが開示されているが、実際の装置構成において効率よく正確に試料を傾斜させるための具体的な機構については開示がない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平４−７６４３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
このような状況を背景とし、ＳＥＭとの作動距離を縮めることでＴＥＭ薄片観察の能力を向上させ、かつその構成において効率よく試料の配置と姿勢を制御することが可能な試料保持機構を併せ持つ装置を提案することで、高度なＴＥＭ薄片作成技術に資することが本発明の課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記課題を解決するための本発明に係る複合荷電粒子ビーム装置は、集束イオンビーム装置と、走査電子顕微鏡と、回転可能な台とを備えた複合荷電粒子ビーム装置において、集束イオンビーム装置のビーム照射軸と走査電子顕微鏡のビーム照射軸はそれぞれが互いに略直角に交わり、回転可能な台は、集束イオンビーム装置のビーム照射軸と走査電子顕微鏡のビーム照射軸と試料観察位置でそれぞれが互いに略直角に交わる回転軸を有する支持部を備え、支持部は、試料を試料観察位置に配置可能な並進機構と接続する。
【０００８】
また、本発明に係る複合荷電粒子ビーム装置は、並進機構が略直交する三つの駆動軸を有し、駆動軸の一つは、支持部の回転により集束イオンビーム装置のビーム照射軸と略平行になる方向に配置されている。
【０００９】
また、本発明に係る複合荷電粒子ビーム装置は、並進機構が回転可能な台の第一の回転軸に対し略垂直な回転軸を有する試料回転機構を備えている。
また、本発明に係る複合荷電粒子ビーム装置は、試料回転機構に接続され、走査電子顕微鏡のビーム照射軸に対し略垂直に試料の表面を傾斜可能な傾斜台を有する。
【００１０】
また、本発明に係る複合荷電粒子ビーム装置は、試料回転機構に接続され、集束イオンビーム装置のビーム照射軸に対し略垂直に試料の表面を傾斜可能な傾斜台を有する。
また、本発明に係る複合荷電粒子ビーム装置は、回転機構に接続され、集束イオンビーム装置のビーム照射軸と、走査電子顕微鏡のビーム照射軸のそれぞれに対し略垂直に試料の表面を傾斜可能な傾斜台を有する。
【００１１】
また、本発明に係る複合荷電粒子ビーム装置は、傾斜台に固定された試料の表面を回転機構により回転させ、集束イオンビーム装置のビーム照射軸と、走査電子顕微鏡のビーム照射軸のそれぞれに対し略垂直に試料の表面を傾斜可能である。
また、本発明に係る複合荷電粒子ビーム装置は、走査電子顕微鏡から試料に電子ビームを照射し、透過した電子を検出可能な透過電子検出器を有する。
【００１２】
本発明に係る試料加工観察方法は、走査電子顕微鏡のビーム照射軸に対し試料の表面を略垂直に配置し、表面を走査電子顕微鏡観察する工程と、走査電子顕微鏡のビーム照射軸と互いに略垂直に交差する集束イオンビーム装置のビーム照射軸に対し表面が略垂直になるように試料を回転する工程と、表面に集束イオンビームを照射し、表面を加工する工程と、からなる。
【００１３】
また、本発明に係る試料加工観察方法は、表面の加工により断面を形成し、さらに、集束イオンビーム装置のビーム照射軸に対し断面が略垂直になるように試料を回転する工程と、断面に集束イオンビームを照射し、断面を観察する工程と、からなる。
【００１４】
また、本発明に係る試料加工観察方法は、集束イオンビーム装置のビーム照射軸に対し試料の表面を略垂直に配置し、集束イオンビームで試料に断面を形成する工程と、集束イオンビーム装置のビーム照射軸に対し断面が略垂直になるように試料を回転する工程と、断面に集束イオンビームを照射し、断面に対し略垂直な断面を形成する工程と、からなる。
【００１５】
また、本発明に係る試料加工観察方法は、集束イオンビームを試料に照射し、観察面を形成する工程と、走査電子顕微鏡のビーム照射軸に対し観察面が略垂直になるように観察面を回転させる工程と、観察面に走査電子顕微鏡から電子ビームを照射し、観察面を透過する透過電子を観察する工程と、からなる。
【００１６】
また、本発明に係る複合荷電粒子ビーム装置は、集束イオンビーム装置と、走査電子顕微鏡と、回転可能な台とを備えた複合荷電粒子ビーム装置において、回転可能な台は、集束イオンビーム装置のビーム照射軸と走査電子顕微鏡のビーム照射軸のそれぞれに対し、試料観察位置で略直角に交わる回転軸を有する支持部を備え、支持部は、試料を試料観察位置に配置可能な並進機構と接続し、並進機構は、回転可能な台の回転軸に対し略垂直な回転軸を有する試料回転機構を備え、試料回転機構は、走査電子顕微鏡のビーム照射軸に対し略垂直に試料の表面を傾斜可能な傾斜台と接続されている。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によればＳＥＭの作動距離を小さくした状態で、高精細な観察を行いながら、試料の傾斜を制御してFIB加工をすることができるので精度よくＴＥＭ薄片を作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係る実施形態１の装置構成を示す図である。
【図２】本発明に係る実施形態１の装置構成を示す図である。
【図３】本発明に係る実施形態２，３の装置構成を示す図である。
【図４】本発明に係る実施形態の試料加工を示す図である。
【図５】本発明に係る実施形態の装置構成を示す図である。
【図６】本発明に係る実施形態４の装置構成を示す図である。
【図７】本発明に係る実施形態４の装置構成を示す図である。
【図８】本発明に係る実施形態４の装置構成を示す図である。
【図９】本発明に係る実施形態４の試料加工を示す図である。
【図１０】本発明に係る実施形態４の試料加工を示す図である。
【図１１】本発明に係る実施形態４の試料加工を示す図である。
【図１２】本発明に係る実施形態５の装置構成を示す図である。
【図１３】従来開示されている形態を説明する図
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、図面を用いて本発明に係る実施形態について説明する。なお、本実施形態の説明は例示であり、本発明の構成は以下の説明に限定されない。
【００２０】
＜実施形態１＞
本発明の第一の実施形態を図面に基づいて説明する。図１、図２は本発明に係る実施形態の複合荷電粒子ビーム装置に関する図である。ＳＥＭ鏡筒２を鉛直方向に設置する。ＳＥＭ鏡筒２より電子ビーム４を試料室２０内に配置した試料５に向け出射し、試料５の表面を走査し、発生する二次電子を二次電子検出器２１で検出し、各位置での２次電子信号量を輝度信号として像形成部２２で試料表面の観察像を得る。ここで、ＳＥＭ鏡筒２内部にレンズ内検出器を有しており、二次電子や反射電子を検出することができる。
【００２１】
ＦＩＢ鏡筒１を水平方向に設置する。これによりＳＥＭ鏡筒２のビーム照射軸とＦＩＢ鏡筒１のビーム照射軸は略直交する配置となる。ＦＩＢ鏡筒１からは集束イオンビーム３が試料５に向けて出射され試料５の表面、すなわちＳＥＭ鏡筒２に正対する面をイオンビームエッチッング加工により取り除くことで、試料５の厚みを次第に薄くしていくことができる。
【００２２】
従来の方法による配置を表す図１３と本発明に係る実施形態の配置を表す図５とを比較すれば明らかなように、本発明に係る実施形態の配置ではＳＥＭ鏡筒２の作動距離１０を大幅に小さくすることができる。このように作動距離１０を短くできると、作動距離１０が長い場合に比べて、ＳＥＭの分解能やレンズ内検出器の検出効率が向上し、高精細な観察像を得ることができる。
【００２３】
集束イオンビーム３で試料５の表面を削っていく場合、加工により生成される面は一般的には図４（ａ）に示したようにテーパー形状となり集束イオンビーム３と厳密には平行にはならない。そこで、テーパー形状になることを避けるために、図４（ｂ）に示すように試料５をテーパー角度相当量だけ傾けて加工する必要がある。そのため、装置には試料５を図４（ｂ）に示された状態に傾ける機構が必要である。
【００２４】
以下に傾斜のための機構の詳細を説明する。まず、基本的な構成として、傾斜のための第一の回転軸６がＦＩＢ鏡筒１のビーム照射軸とＳＥＭ鏡筒２のビーム照射軸の交点を通り、かつＦＩＢ鏡筒１とＳＥＭ鏡筒２の両者に直交するように配置する。
【００２５】
試料ステージの構成として、例えば第一の回転軸６を、ステージ全体の回転モーメントが最小になるような位置に選ぶことも考えられる。しかし、ＳＥＭ鏡筒２に対する試料５の作動距離１０を最小にした状態では、試料５とＳＥＭ鏡筒２の接触の可能性があるので、傾斜に伴う試料５の移動の軌跡が最小化されるように設計されることが望ましい。
【００２６】
そのため、前述のように、第一の回転軸６がＦＩＢ鏡筒１のビーム照射軸とＳＥＭ鏡筒２のビーム照射軸の交点を通り、かつＦＩＢ鏡筒１とＳＥＭ鏡筒２の両者に直交するように配置する。この配置を採用するため、第一の回転軸６はＦＩＢ鏡筒１とＳＥＭ鏡筒２に対して機械的に固定された状態となる。
【００２７】
このような試料ステージに実際の試料５を乗せる時には、試料５の大きさのちがいや取付け時の誤差などもあり、正確に試料５の加工・観察対象箇所を第一の回転軸６上に配置するためには何らかの位置調整機構が必要となる。この位置調整機構として、略直交する三軸の並進動作が可能な移動機構７を設置する。略直交する三軸のうち、一つの軸は、第一の回転軸６と略平行になるように配置する。このように配置すると、残りの二つの軸は、第一の回転軸６が適当な角度の時に、それぞれＦＩＢ鏡筒１およびＳＥＭ鏡筒２とそれぞれ略平行な状態となる。
【００２８】
ここで説明した移動機構７を用いて、試料５を第一の回転軸６上に配置するためには、第一の回転軸６と一体となって動作する回転台９に、想定する試料５の大きさと、移動機構７自身の大きさを考慮した分の一定距離だけ離れた位置に移動機構７を固定するための支持部８を設ける必要がある。以上が、試料５の面をテーパー形状にならないように加工するための傾斜機構の詳細の説明である。
【００２９】
以上説明したような構成の装置において、試料５を移動機構７上に設置されたホルダに設置する。第一の回転軸６が、移動機構７の略直交する三軸が、第一の回転軸６、ＦＩＢ鏡筒１、およびＳＥＭ鏡筒２に対して、それぞれ略平行となるような回転角度にした状態で、試料５の表面がＦＩＢ鏡筒１に概ね平行になるように設置する。この状態で、ＦＩＢ鏡筒１とＳＥＭ鏡筒２の両方を用いて試料５を観察し、双方の観察像で試料５の加工観察対象箇所が画面中心に来るように移動機構７を動作することで、試料５が第一の回転軸６上に配置される。
【００３０】
試料の配置後、第一の回転軸６を適当な角度動作させて、試料５を傾ける。この時の傾ける角度は、試料５の材質、使用する集束イオンビーム３のビーム電流値等により異なるが、多くの場合数度以内の角度である。試料５の傾斜が完了したら、ＦＩＢ鏡筒１で試料５が次第に薄くなるように加工していく。加工中はＳＥＭ鏡筒２を用いて適宜観察し、所望の構造が試料表面に露出する直前に加工を停止する。ここまでの工程を、試料５を裏返して繰り返し、薄片化を終了する。これにより、均一な厚みを持ちながら観察対象の微細な構造を正しく内包する高度な薄片試料の作製を行うことができる。
【００３１】
＜実施形態２＞
本発明の第二の実施形態を、図３を用いて説明する。実施形態１との差異は、移動機構７と試料５の間に、試料回転機構１２を備えることである。この試料回転機構１２が備える第二の回転軸１１は、移動機構７の略直交する三軸のうちＦＩＢ鏡筒１と略平行になることが可能な１つの並進軸と略平行に配置する。
【００３２】
この試料回転機構１２を備えることで、集束イオンビーム３に垂直な面内での回転方向の姿勢を調整できる。また、試料５の裏面を加工する際に、第２の回転軸１１を１８０度回転させることで、試料５を簡単に裏返すことが可能となる。また、電子ビーム４及び集束イオンビーム３の照射位置で試料５を回転することができるので、観察位置を見失うことなく試料５の姿勢を調整することができる。
【００３３】
また、試料５の大きさによっては、回転に際してＳＥＭ鏡筒２と干渉する場合もあるので、その場合は、移動機構７を用いて第２の回転軸１１をＳＥＭ鏡筒２から遠ざけた後、試料５を裏返し、再び移動機構７を用いて試料５を元の位置に戻すことでＳＥＭ鏡筒２と干渉することなく試料５を裏返すことができる。
【００３４】
＜実施形態３＞
本発明の第三の実施形態を、図３を用いて説明する。回転台９の支持部８が、試料５を挟んでＦＩＢ鏡筒１の反対側にある状態で、試料５の表面とＦＩＢ鏡筒１が概ね平行となるようにすることで、通常の操作において、ＳＥＭ鏡筒２から見て試料５の裏面側に空間を残すことができる。この空間に、透過電子検出器１３を配置することで、ＳＥＭ鏡筒２の観察像として２次電子像だけでなく透過電子像も得ることができるようになる。透過電子像は試料内部の情報や試料５の厚さに関する情報も含むため、観察対象を的確に内包した所望の厚さのＴＥＭ薄片を作製するのに適した像を得ることができる。
【００３５】
以上の実施形態の説明の通り、本発明による構成の装置を用いることで、高度なＴＥＭ薄片の加工工程を、効率よく行うことができる。
【００３６】
＜実施形態４＞
本発明の第四の実施形態を、図６から図１１を用いて説明する。図６に示すように、試料回転機構１２に接続された傾斜台３１に試料５を設置する。傾斜台３１は傾斜台３１に連接する傾斜機構３２により、傾斜台３１の試料５を設置した面を電子ビーム４、及び集束イオンビーム３に対し略垂直になるように傾斜することができる。
【００３７】
図７（ａ）は、回転台９により第二の回転軸１１を電子ビーム４に対し４５度の角度で交差するように設置し、傾斜台３１により試料５の表面を電子ビーム４に対し略垂直になるように傾斜した状態の図である。すなわち、傾斜台３１は試料回転機構１２に対し４５度の傾斜角になるように傾斜している。この状態では、試料５の表面に対して電子ビーム４を略垂直に照射することができるので、表面の高分解能ＳＥＭ観察を行うことができる。また、表面に対し略平行に集束イオンビーム３を照射し、表面を正確に取り除くエッチング加工を行うことができる。
【００３８】
次に回転台９及び傾斜台３１を駆動せず、そのままの状態で試料回転機構１２により試料５及び傾斜台３１を１８０度回転する。これにより、図７（ｂ）に示すように、試料５の表面を電子ビーム４に対し略平行に、かつ、集束イオンビーム３に対し略垂直に配置することができる。
【００３９】
この状態では、試料５の表面に対して集束イオンビーム３を略垂直に照射することができるので、エッチング加工により表面に略垂直な断面を形成することができる。また、形成した断面に対し略垂直に電子ビーム４を照射し、断面の高分解能ＳＥＭ観察を行うことができる。
【００４０】
また、試料回転機構１２による回転で試料５の姿勢を調整することができるので、回転中の試料５に電子ビーム４、及び集束イオンビーム３を照射し観察することができる。これにより試料５の観察位置を見失うことなく、試料５の姿勢を調整することができる。特に、電子ビーム４、及び集束イオンビーム３に対して、試料５の表面を正確に略垂直または略平行になるように、容易に調整することができる。
【００４１】
次に、傾斜台３１の傾斜動作について、図８を用いて説明する。傾斜台３１を傾斜させるためには、図８（ａ）に示すように、試料室２０内に傾斜用ロッド３３を導入する。傾斜用ロッド３３を、傾斜機構３２に接続し、回転することで、傾斜機構３２を駆動し傾斜台３１を傾斜させる。図８（ｂ）は、試料５の表面が電子ビーム４及び集束イオンビーム３に対し４５度の角度で交わる状態の図である。この状態で傾斜用ロッド３３を回転させる。これにより、図８（ｃ）に示すように、試料５の表面に対し、電子ビーム４が略垂直に、集束イオンビーム３が略平行に交わるように試料５の姿勢を変更することができる。
【００４２】
また、図８（ｄ）に示すように、傾斜台３１を図８（ｂ）と図８（ｃ）の間の状態にすることもできる。すわなち、試料５の表面を、電子ビーム４に対し、約４５度から約９０度の角度になるように調整することができる。ここで、傾斜台３１の調整を試料室２０内で実施する例を説明したが、傾斜台３１を試料室２０の外に出し、傾斜台３１を傾斜させることも可能である。
【００４３】
次に、試料回転機構１２と傾斜台３１を用いた試料加工観察方法について説明する。図９（ａ）は、回転台９により第二の回転軸１１を電子ビーム４に対し４５度の角度で交差するように設置し、傾斜台３１により試料５の表面を電子ビーム４に対し略垂直になるように傾斜した状態の図である。この状態で、集束イオンビーム３を試料５の表面に対し略平行な方向から照射し、試料５の表面の一部をエッチング加工し、加工溝５ａを形成する。この加工により加工溝５ａの側壁に断面５ｂが形成される。
【００４４】
次に、試料回転機構１２を１８０度回転し、図９（ｂ）に示すように、集束イオンビーム３を断面５ｂに対し略垂直に照射できるように試料５を配置にする。そして、集束イオンビーム３を断面５ｂの一部に照射し、加工溝５ｃを形成する。これにより、断面５ｂから連続し、かつ、断面５ｂに対し、略垂直な断面５ｄを形成することができる。これにより、試料５内部の所望位置の断面を高精度に形成することができる。
【００４５】
ところで、凹凸がある表面に集束イオンビームを照射し断面を形成すると断面に凹凸ができてしまうことが知られている。断面５ｄは集束イオンビーム３で形成した断面５ｂ側から集束イオンビーム３を照射し形成するので、表面の凹凸の影響を受けることなく平坦な断面になる。従って、凹凸のない断面で所望の観察対象を高精度に観察することができる。
【００４６】
次に、試料回転機構１２と傾斜台３１を用いたＴＥＭ試料作製方法について説明する。図１０（ａ）は回転台９により第二の回転軸１１を電子ビーム４に対し４５度の角度で交差するように設置し、傾斜台３１により試料５の表面を電子ビーム４に対し略垂直になるように傾斜した状態の図である。この状態で電子ビーム４を試料５の表面に照射し、高分解能ＳＥＭ観察を行いＴＥＭ観察対象の位置を確認する。
【００４７】
そして、試料回転機構１２を１８０度回転し、図１０（ｂ）に示すように、集束イオンビーム３を断面５ｂに対し略垂直に照射できるように試料５を配置にする。そして、集束イオンビーム３を照射し薄片部５ｆを残すように加工溝５ｅを形成する。
【００４８】
そして、傾斜機構３２により傾斜台３１を傾斜させ、薄片部５ｆの試料５との接続部部分に集束イオンビーム３を照射し、薄片部５ｆを試料５から切り離す。これにより、集束イオンビーム３で薄片部５ｆを観察しながら、集束イオンビーム３に対する姿勢を調整し、加工することができるので、微細なＴＥＭ観察対象であっても、見失うことなく高精度に加工することができる。
【００４９】
ところで、回転台９により第二の回転軸１１を電子ビーム４に対し４５度の角度で交差するように試料回転機構１２を設置した例について説明したが、試料回転機構１２と傾斜台３１の設定角度はこれに限定されるものではない。その他の例について図１１を用いて説明する。
【００５０】
図１１（ａ）は回転台９により第二の回転軸１１を電子ビーム４に対し６０度の角度、すなわち、集束イオンビーム３に対し３０度の角度で交差するように設置し、傾斜台３１により試料５の表面を集束イオンビーム３に対し略垂直になるように傾斜した状態の図である。傾斜台３１は試料回転機構１２に対し３０度の角度で傾斜している。この状態で集束イオンビーム３を照射し薄片部５ｆを残すように加工溝５ｅを形成する。
【００５１】
そして、試料回転機構１２を１８０度回転させる。図１１（ｂ）に示すように、第二の回転軸１１は電子ビーム４に対し６０度の角度であり、傾斜台３１に設置された試料５の表面の法線方向は集束イオンビーム３に対して６０度の角度をなしている。ここで、薄片部５ｆの試料５との接続部部分に集束イオンビーム３を照射し、薄片部５ｆを試料５から切り離す。これにより試料回転機構１２を１８０度回転させることで薄片部５ｆを切り出すことができる。つまり、回転台９を回転することなく薄片部５ｆの切り出し加工ができるので、試料移動に伴う位置ずれが小さくし精度良く加工することができる。
【００５２】
＜実施形態５＞
本発明の第五の実施形態を、図１２を用いて説明する。
ＳＥＭ鏡筒２を鉛直方向に設置する。ＦＩＢ鏡筒１をＳＥＭ鏡筒２に対し６０度の角度に設置する。そして、試料回転機構１２に傾斜台３１を接続する。このような構成の装置を用いることで、観察面に対し略垂直に電子ビームを照射することができるので、ＳＥＭやＳＴＥＭ観察の能力を向上させ、かつ、試料の配置と姿勢を効率よく制御することができる。
【００５３】
図１２（ａ）は、回転台９により第二の回転軸１１を電子ビーム４に対し３０度の角度で交差するように設置し、傾斜台３１により試料５の観察面を集束イオンビーム３に対し略平行になるように傾斜した状態の図である。すなわち、傾斜台３１は試料回転機構１２に対し１２０度の傾斜角になるように傾斜している。この状態では、集束イオンビーム３を照射し、観察面の表層を取り除くようにエッチング加工をすることができる。
【００５４】
次に回転台９及び傾斜台３１を駆動せず、そのままの状態で試料回転機構１２により試料５及び傾斜台３１を１８０度回転する。これにより、図１２（ｂ）に示すように、試料５の観察面を電子ビーム４に対し略垂直に配置することができる。この状態では、観察面に対し略垂直に電子ビーム４を照射し、観察面の高分解能ＳＥＭ観察や透過電子を透過電子検出器１３で検出することで高分解能ＳＴＥＭ観察を行うことができる。このように試料回転機構１２を回転させるだけで試料５を観察面の加工用の配置から観察面の観察用の配置に変更することができる。
【００５５】
上記のような構成の装置を用いることで、観察面に対し略垂直に電子ビームを照射し、ＳＥＭやＳＴＥＭ観察の能力を向上させ、かつ、試料の配置と姿勢を効率よく制御することができる。
【符号の説明】
【００５６】
１…ＦＩＢ鏡筒
２…ＳＥＭ鏡筒
３…集束イオンビーム
４…電子ビーム
５…試料
６…第一の回転軸
７…移動機構
８…支持部
９…回転台
１０…作動距離
１１…第二の回転軸
１２…試料回転機構
１３…透過電子検出器
２０…試料室
２１…二次電子検出器
２２…像形成部
３１…傾斜台
３２…傾斜機構
３３…傾斜用ロッド
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集束イオンビーム装置と、走査電子顕微鏡と、回転可能な台とを備えた複合荷電粒子ビーム装置において、
前記集束イオンビーム装置のビーム照射軸と前記走査電子顕微鏡のビーム照射軸はそれぞれが互いに略直角に交わり、
前記回転可能な台は、前記集束イオンビーム装置のビーム照射軸と前記走査電子顕微鏡のビーム照射軸と試料観察位置でそれぞれが互いに略直角に交わる回転軸を有する支持部を備え、
前記支持部は、試料を前記試料観察位置に配置可能な並進機構と接続する複合荷電粒子ビーム装置。
【請求項２】
前記並進機構は、略直交する三つの駆動軸を有し、
前記駆動軸の一つは、前記支持部の回転により前記集束イオンビーム装置のビーム照射軸と略平行になる方向に配置された請求項１に記載の複合荷電粒子ビーム装置。
【請求項３】
前記並進機構は、前記回転可能な台の前記回転軸に対し略垂直な回転軸を有する試料回転機構を備えた請求項２に記載の複合荷電粒子ビーム装置。
【請求項４】
前記試料回転機構に接続され、前記走査電子顕微鏡のビーム照射軸に対し略垂直に前記試料の表面を傾斜可能な傾斜台を有する請求項３に記載の複合荷電粒子ビーム装置。
【請求項５】
前記試料回転機構に接続され、前記集束イオンビーム装置のビーム照射軸に対し略垂直に前記試料の表面を傾斜可能な傾斜台を有する請求項３に記載の複合荷電粒子ビーム装置。
【請求項６】
前記試料回転機構に接続され、前記集束イオンビーム装置のビーム照射軸と、前記走査電子顕微鏡のビーム照射軸のそれぞれに対し略垂直に前記試料の表面を傾斜可能な傾斜台を有する請求項３に記載の複合荷電粒子ビーム装置。
【請求項７】
前記傾斜台に固定された前記試料の表面を前記試料回転機構により回転させ、前記集束イオンビーム装置のビーム照射軸と、前記走査電子顕微鏡のビーム照射軸のそれぞれに対し略垂直に前記試料の表面を傾斜可能な請求項６に記載の複合荷電粒子ビーム装置。
【請求項８】
前記傾斜台は、装置内部で傾斜可能な傾斜機構を有する請求項４から７のいずれか一つに記載の複合荷電粒子ビーム装置。
【請求項９】
前記走査電子顕微鏡から前記試料に電子ビームを照射し、透過した電子を検出可能な透過電子検出器を有する請求項１から８のいずれか一つに記載の複合荷電粒子ビーム装置。
【請求項１０】
走査電子顕微鏡のビーム照射軸に対し試料の表面を略垂直に配置し、前記表面を走査電子顕微鏡観察する工程と、
前記走査電子顕微鏡のビーム照射軸と互いに略垂直に交差する集束イオンビーム装置のビーム照射軸に対し前記表面が略垂直になるように前記試料を回転する工程と、
前記表面に集束イオンビームを照射し、前記表面を加工する工程と、からなる試料加工観察方法。
【請求項１１】
前記表面の加工により断面を形成し、さらに、
前記集束イオンビーム装置のビーム照射軸に対し前記断面が略垂直になるように前記試料を回転する工程と、
前記断面に前記集束イオンビームを照射し、前記断面を観察する工程と、からなる請求項１０に記載の試料加工観察方法。
【請求項１２】
集束イオンビーム装置のビーム照射軸に対し試料の表面を略垂直に配置し、集束イオンビームで前記試料に断面を形成する工程と、
前記集束イオンビーム装置のビーム照射軸に対し前記断面が略垂直になるように前記試料を回転する工程と、
前記断面に前記集束イオンビームを照射し、前記断面に対し略垂直な断面を形成する工程と、からなる試料加工観察方法。
【請求項１３】
集束イオンビームを試料に照射し、観察面を形成する工程と、
走査電子顕微鏡のビーム照射軸に対し前記観察面が略垂直になるように前記観察面を回転させる工程と、
前記観察面に前記走査電子顕微鏡から電子ビームを照射し、前記観察面を透過する透過電子を観察する工程と、からなる試料加工観察方法。
【請求項１４】
集束イオンビーム装置と、走査電子顕微鏡と、回転可能な台とを備えた複合荷電粒子ビーム装置において、
前記回転可能な台は、前記集束イオンビーム装置のビーム照射軸と前記走査電子顕微鏡のビーム照射軸のそれぞれに対し、試料観察位置で略直角に交わる回転軸を有する支持部を備え、
前記支持部は、試料を前記試料観察位置に配置可能な並進機構と接続し、
前記並進機構は、前記回転可能な台の前記回転軸に対し略垂直な回転軸を有する試料回転機構を備え、
前記試料回転機構は、前記走査電子顕微鏡のビーム照射軸に対し略垂直に前記試料の表面を傾斜可能な傾斜台と接続された複合荷電粒子ビーム装置。
【請求項１】
集束イオンビーム装置と、走査電子顕微鏡と、回転可能な台とを備えた複合荷電粒子ビーム装置において、
前記集束イオンビーム装置のビーム照射軸と前記走査電子顕微鏡のビーム照射軸はそれぞれが互いに略直角に交わり、
前記回転可能な台は、前記集束イオンビーム装置のビーム照射軸と前記走査電子顕微鏡のビーム照射軸と試料観察位置でそれぞれが互いに略直角に交わる回転軸を有する支持部を備え、
前記支持部は、試料を前記試料観察位置に配置可能な並進機構と接続する複合荷電粒子ビーム装置。
【請求項２】
前記並進機構は、略直交する三つの駆動軸を有し、
前記駆動軸の一つは、前記支持部の回転により前記集束イオンビーム装置のビーム照射軸と略平行になる方向に配置された請求項１に記載の複合荷電粒子ビーム装置。
【請求項３】
前記並進機構は、前記回転可能な台の前記回転軸に対し略垂直な回転軸を有する試料回転機構を備えた請求項２に記載の複合荷電粒子ビーム装置。
【請求項４】
前記試料回転機構に接続され、前記走査電子顕微鏡のビーム照射軸に対し略垂直に前記試料の表面を傾斜可能な傾斜台を有する請求項３に記載の複合荷電粒子ビーム装置。
【請求項５】
前記試料回転機構に接続され、前記集束イオンビーム装置のビーム照射軸に対し略垂直に前記試料の表面を傾斜可能な傾斜台を有する請求項３に記載の複合荷電粒子ビーム装置。
【請求項６】
前記試料回転機構に接続され、前記集束イオンビーム装置のビーム照射軸と、前記走査電子顕微鏡のビーム照射軸のそれぞれに対し略垂直に前記試料の表面を傾斜可能な傾斜台を有する請求項３に記載の複合荷電粒子ビーム装置。
【請求項７】
前記傾斜台に固定された前記試料の表面を前記試料回転機構により回転させ、前記集束イオンビーム装置のビーム照射軸と、前記走査電子顕微鏡のビーム照射軸のそれぞれに対し略垂直に前記試料の表面を傾斜可能な請求項６に記載の複合荷電粒子ビーム装置。
【請求項８】
前記傾斜台は、装置内部で傾斜可能な傾斜機構を有する請求項４から７のいずれか一つに記載の複合荷電粒子ビーム装置。
【請求項９】
前記走査電子顕微鏡から前記試料に電子ビームを照射し、透過した電子を検出可能な透過電子検出器を有する請求項１から８のいずれか一つに記載の複合荷電粒子ビーム装置。
【請求項１０】
走査電子顕微鏡のビーム照射軸に対し試料の表面を略垂直に配置し、前記表面を走査電子顕微鏡観察する工程と、
前記走査電子顕微鏡のビーム照射軸と互いに略垂直に交差する集束イオンビーム装置のビーム照射軸に対し前記表面が略垂直になるように前記試料を回転する工程と、
前記表面に集束イオンビームを照射し、前記表面を加工する工程と、からなる試料加工観察方法。
【請求項１１】
前記表面の加工により断面を形成し、さらに、
前記集束イオンビーム装置のビーム照射軸に対し前記断面が略垂直になるように前記試料を回転する工程と、
前記断面に前記集束イオンビームを照射し、前記断面を観察する工程と、からなる請求項１０に記載の試料加工観察方法。
【請求項１２】
集束イオンビーム装置のビーム照射軸に対し試料の表面を略垂直に配置し、集束イオンビームで前記試料に断面を形成する工程と、
前記集束イオンビーム装置のビーム照射軸に対し前記断面が略垂直になるように前記試料を回転する工程と、
前記断面に前記集束イオンビームを照射し、前記断面に対し略垂直な断面を形成する工程と、からなる試料加工観察方法。
【請求項１３】
集束イオンビームを試料に照射し、観察面を形成する工程と、
走査電子顕微鏡のビーム照射軸に対し前記観察面が略垂直になるように前記観察面を回転させる工程と、
前記観察面に前記走査電子顕微鏡から電子ビームを照射し、前記観察面を透過する透過電子を観察する工程と、からなる試料加工観察方法。
【請求項１４】
集束イオンビーム装置と、走査電子顕微鏡と、回転可能な台とを備えた複合荷電粒子ビーム装置において、
前記回転可能な台は、前記集束イオンビーム装置のビーム照射軸と前記走査電子顕微鏡のビーム照射軸のそれぞれに対し、試料観察位置で略直角に交わる回転軸を有する支持部を備え、
前記支持部は、試料を前記試料観察位置に配置可能な並進機構と接続し、
前記並進機構は、前記回転可能な台の前記回転軸に対し略垂直な回転軸を有する試料回転機構を備え、
前記試料回転機構は、前記走査電子顕微鏡のビーム照射軸に対し略垂直に前記試料の表面を傾斜可能な傾斜台と接続された複合荷電粒子ビーム装置。
【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】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−２１６４６５（Ｐ２０１１−２１６４６５Ａ）
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８１８３（Ｐ２０１１−８１８３）
【出願日】平成２３年１月１８日（２０１１．１．１８）
【出願人】（５０３４６０３２３）エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社 (330)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１０月２７日（２０１１．１０．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月１８日（２０１１．１．１８）
【出願人】（５０３４６０３２３）エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社 (330)
【Ｆターム（参考）】
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