JP7246744B2 - 集束イオンビーム装置 - Google Patents

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Description

本発明は、試料の加工等を行う集束イオンビーム装置に関する。
従来から、集束イオンビーム装置で試料の加工や観察が行われている。
又、集束イオンビーム鏡筒や検出器の３次元データを記憶しておき、試料を測定ポイントに移動させたときに試料の３次元データに基づき、これら機器が試料と干渉するか否かをシミュレートして判断する技術が開発されている（特許文献１）。
特開２００８－２７００７２号公報
ところで、半導体デバイス等の微細構造物に集束イオンビームを照射して加工する際、構造物の影によってエッチングレートが異なるため、カーテン効果により試料に加工スジが生じることがある。
そこで、例えば試料を載置した試料ステージを水平面上で回転させたり、チルトする（傾ける）ことで、試料の構造物に対して斜めに集束イオンビームを照射してカーテン効果を抑制している。しかしながら、実際に集束イオンビームを照射して加工しながら、その都度カーテン効果の有無を観察するため、試料を傾け過ぎて加工に不具合が生じたり、試料の傾きが少なくてカーテン効果を十分に抑制できない等、カーテン効果を適切に抑制する加工を行うことが困難な場合がある。
本発明は上記の課題を解決するためになされたものであり、実際に集束イオンビームを照射する前に、少なくとも試料を固定する試料台にどのような向きでビームが当たるかを把握できる集束イオンビーム装置の提供を目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明の集束イオンビーム装置は、試料に集束イオンビームを照射するための集束イオンビーム鏡筒と、前記試料が載置される試料台と、前記試料台が載置され、少なくとも水平方向及び高さ方向に移動可能な試料ステージと、を有する集束イオンビーム装置において、前記試料台及び前記集束イオンビームの照射軸の３次元データであって、前記試料ステージのステージ座標に関連付けられた３次元データを予め記憶する記憶部と、表示部と、前記試料台及び前記集束イオンビームの照射軸の３次元データに基づき、前記試料ステージを動作させて前記試料台を所定の位置に移動させた際の仮想的な前記試料台と前記集束イオンビームの照射軸との位置関係を、前記表示部に表示させる表示制御部と、をさらに有することを特徴とする。
この集束イオンビーム装置によれば、仮想的な試料台、集束イオンビームの照射軸の位置関係を表示するので、実際に集束イオンビームを照射する前に、少なくとも試料を固定する試料台にどのような向きでビームが当たるかを把握することができる。その結果、例えば試料の構造物の影によってカーテン効果により加工スジが生じる度合を判定することができ、例えば試料をどの程度傾けたらカーテン効果を抑制できるかを把握して適切な加工を行うことができる。
又、３次元データが既知の試料台に対し、集束イオンビームの照射軸との位置関係を表示するので、個別に形状等が異なる試料の３次元データを測定の毎に取得する代わりに、試料との相対的な位置関係をおおよそ把握できる試料台に対する集束イオンビームの向きを簡便に表示することができ、作業効率が向上する。
本発明の集束イオンビーム装置は、前記試料台に載置後の前記試料の姿勢及び載置位置に基づいて、予め入力された前記試料の３次元データを前記ステージ座標に変換する変換部をさらに有し、前記表示制御部は、前記変換部によって変換された前記試料の３次元データに基づき、試料ステージを動作させて前記試料を照射位置に移動させた際の仮想的な前記試料、前記試料台及び前記集束イオンビームの照射軸の位置関係を、前記表示部に表示させてもよい。
この集束イオンビーム装置によれば、仮想的な試料台に加え、仮想的な試料の位置関係も重畳表示するので、実際に試料にどのような向きでビームが当たるかをより正確に把握することができる。
ここで、仮想的な試料と、集束イオンビームの照射軸との位置関係を表示させることができるので、照射位置に試料が位置するよう、試料ステージを画面上で仮想的に移動させてもよい。
本発明の集束イオンビーム装置において、前記試料ステージは、前記水平方向に平行で、かつ前記高さ方向に直交するチルト軸を中心にチルト可能であり、前記試料台に載置後の前記試料の平面画像を取得する画像取得部と、ユーセントリック高さZsに前記試料ステージを移動させる移動量を算出し、前記試料の３次元データを生成する３次元データ生成部と、をさらに有し、前記変換部は、前記３次元データ生成部が生成した前記試料の３次元データを前記ステージ座標に変換してもよい。
試料の３次元データが既知である場合は、この既知のデータを取り込めばよいが、試料の形状は個々に異なることが多く、その都度３次元データを生成することは作業負担が大きい場合がある。そこで、この集束イオンビーム装置によれば、ユーセントリック高さＺｓを算出することで、試料の厚みの平面方向の分布（高さプロファイル）が得られるので、試料の３次元データを生成することができる。
本発明の集束イオンビーム装置において、前記記憶部は、前記試料に前記集束イオンビームが照射されたときのエッチングレートまたはデポレートを記憶し、前記表示制御部は、試料ステージを動作させて前記試料を照射位置に移動させた際の仮想的な前記試料と前記集束イオンビームの照射軸との位置関係に基づき、所定のエッチングまたはデポジション時間におけるエッチングまたはデポジション後の仮想的な前記試料の輪郭を前記表示部に表示させてもよい。
この集束イオンビーム装置によれば、所定のエッチングまたはデポジション時間におけるエッチングまたはデポジション後の仮想的な試料の輪郭を表示することで、エッチングまたはデポジション後の試料の形状を把握することができる。
又、エッチング後又はデポジション後の試料の構造物の影によるカーテン効果等についても、輪郭２に、仮想的な集束イオンビームの照射軸の位置関係を表示することができることは言うまでもない。これにより、エッチング後又はデポジション後の試料に、どのような向きでビームが当たるかを把握することができる。
本発明の集束イオンビーム装置は、前記集束イオンビーム鏡筒よりも加速電圧が低く設定され、前記試料に気体イオンビーム又はレーザを照射するための気体イオンビーム鏡筒又はレーザ鏡筒をさらに有し、前記記憶部は、前記気体イオンビーム又はレーザの照射軸の３次元データであって、前記試料ステージのステージ座標に関連付けられた３次元データを予め記憶し、前記表示制御部は、さらに、前記気体イオンビーム又はレーザの照射軸の３次元データに基づき、試料ステージを動作させて前記試料台を所定の位置に移動させた際の仮想的な前記試料台と前記集束イオンビームの照射軸と前記気体イオンビーム又はレーザの照射軸との位置関係を、前記表示部に表示させてもよい。
この集束イオンビーム装置によれば、集束イオンビームに比べてブロードで進行方向が把握し難い気体イオンビームやレーザビームの向きを把握でき、気体イオンビームやレーザビームにて例えばカーテン効果を抑制する際に有用である。
請求項２に従属する請求項５の集束イオンビーム装置において、前記表示制御部は、前記変換部によって変換された前記試料の３次元データに基づき、試料ステージを動作させて前記試料を照射位置に移動させた際の仮想的な前記試料、前記試料台、前記集束イオンビームの照射軸及び前記気体イオンビーム又は前記レーザの照射軸の位置関係を、前記表示部に表示させてもよい。
この集束イオンビーム装置によれば、エッチング後又はデポジション後の試料の構造物の影によるカーテン効果等についても、輪郭に、仮想的な集束イオンビームの照射軸の位置関係を表示することができる。これにより、エッチング後又はデポジション後の試料に、どのような向きでビームが当たるかを把握することができる。
本発明の集束イオンビーム装置において、前記表示制御部は、前記集束イオンビームによる前記試料への照射範囲を前記表示部に重畳表示させる請求項２～６のいずれか一項に記載の集束イオンビーム装置。
この集束イオンビーム装置によれば、試料への集束イオンビームの照射範囲を、例えば加工枠として容易に把握することができ、試料が集束イオンビームでどのように加工できるか等を理解できる。
本発明によれば、実際に集束イオンビームを照射する前に、少なくとも試料を固定する試料台にどのような向きでビームが当たるかを把握できる集束イオンビーム装置が得られる。
本発明の第１の実施形態に係る集束イオンビーム装置の全体構成を示す図である。 試料ステージの拡大斜視図である。 仮想的な試料台、集束イオンビームの照射軸及び気体イオンビームの照射軸の位置関係をを示す図である。 ＳＥＭ鏡筒により取得した試料の平面画像（ＳＥＭ画像）の一例を示す図である。 ユーセントリック高さに試料の照射位置が一致するよう、試料台を高さ方向に移動させる移動量を算出する方法を示す図である。 第２の実施形態におけるユーセントリック高さＺｓの算出方法の一例を示す図である。 チルト前後の照射位置を示す図である。 所定のエッチング時間におけるエッチング後の仮想的な試料の輪郭を示す図である。 試料毎のエッチングレートをテーブルとして記憶する態様を示す図である。 集束イオンビームによる試料への照射範囲（加工枠）を示す図である。 集束イオンビームや電子ビームを試料表面に走査した際、最新の走査位置を表示する態様を示す図である。 所定のデポジション時間におけるデポジション後の仮想的な試料の輪郭を示す図である。 加工状態の良否と集束イオンビームの照射条件とを関連付けた照射データの構造の一例を示す図である。 試料の断面と、当該断面２００に表出する仮想的な内部構造とを表示部に表示させる態様を示す図である。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
図１は本発明の実施形態に係る集束イオンビーム装置１００の全体構成を示すブロック図である。図１において、集束イオンビーム装置１００は、電子ビーム鏡筒（ＳＥＭ鏡筒）１０と、集束イオンビーム鏡筒（ＦＩＢ鏡筒）２０と、気体イオンビーム鏡筒３０と、二次電子検出器４と、ガス銃５と、制御手段６と、表示部７と、入力手段８と、試料ステージ５０及びその上に配置された試料台（試料ホルダ）５１と、を備えている。
なお、図１において、ＦＩＢ鏡筒２０と電子ビーム鏡筒１０を入れ替え、ＦＩＢ鏡筒２０が垂直になるよう配置してもよい。
集束イオンビーム装置１００の各構成部分の一部又は全部は真空室４０内に配置され、真空室４０内は所定の真空度まで減圧されている。
試料ステージ５０は、試料台５１を移動可能に支持し、試料台５１上には試料２００が載置されている。そして、試料ステージ５０は、試料台５１を５軸で変位させることができる移動機構を有している。
具体的には、図２に示すように、この移動機構は、試料台５１を水平面に平行で且つ互いに直交するＸ軸及びＹ軸とに沿ってそれぞれ移動させるＸＹ移動機構５０ｘｙと、Ｘ軸及びＹ軸に直交するＺ軸（高さ方向）に沿って移動させるＺ移動機構５０ｚと、試料台５１をＺ軸回りに回転させるローテーション機構５０ｒと、試料台５１をＸ軸に平行なチルト軸ＴＡ周りに回転させるチルト機構５０ｔとを備えている。なお、チルト軸ＴＡは、電子ビーム１０Ａ及び集束イオンビーム２０Ａの照射方向に直交する
上記移動機構は、ピアゾ素子、ステッピングモータ等の各種アクチュエータにより実現することができる。
試料ステージ５０は、試料台５１を５軸に変位させることで、試料２００を電子ビーム１０Ａ、イオンビーム２０Ａ、及び気体イオンビーム３０Ａの照射位置（図２に示す各照射ビーム１０Ａ～３０Ａが交差する照射点Ｐ１）に移動させる。
照射点Ｐ１にて試料２００の表面（断面）に、電子ビーム１０Ａ、集束イオンビーム２０Ａ、及び気体イオンビーム３０Ａ（図２では、電子ビーム１０Ａ、集束イオンビーム２０Ａのみ表示）が照射され、加工やＳＥＭ観察が行われる。
制御手段６は、中央演算処理装置としてのＣＰＵと、データやプログラムなどを格納する記憶部６Ｍ（ＲＡＭおよびＲＯＭ）と、外部機器との間で信号の入出力を行う入力ポートおよび出力ポートとを備えるコンピュータで構成することができる。制御手段６は、記憶部６Ｍに格納されたプログラムに基づいてＣＰＵが各種演算処理を実行し、集束イオンビーム装置１００の各構成部分を制御する。そして、制御手段６は、電子ビーム鏡筒１、集束イオンビーム鏡筒２、気体イオンビーム鏡筒３０、二次電子検出器４、及び試料ステージ５０の制御配線等と電気的に接続されている。
制御手段６は、後述する表示制御部６Ａ、変換部６Ｂ、及び３次元データ生成部６Ｃを有する。
また制御手段６は、ソフトウェアの指令やオペレータの入力に基づいて試料ステージ５０を駆動し、試料２００の位置や姿勢を調整して試料２００表面への電子ビーム１０Ａ、イオンビーム２０Ａ、及び気体イオンビーム３０Ａの照射位置や照射角度を調整できるようになっている。
なお、制御手段６には、オペレータの入力指示を取得するキーボード等の入力手段８と、試料の画像等を表示する表示部７とが接続されている。
ＳＥＭ鏡筒１０は、図示はしないが、電子を放出する電子源と、電子源から放出された電子をビーム状に成形するとともに走査する電子光学系とを備えている。電子ビーム鏡筒１０から射出される電子ビーム１０Ａを試料２００に照射することによって、試料２００からは二次電子が発生する。この発生した二次電子を、鏡筒内の二次電子検出器（図示せず）、又は鏡筒外の二次電子検出器４で検出して試料２００の像を取得することができる。又、鏡筒内の反射電子検出器で反射電子を検出して試料２００の像を取得することができる。
電子光学系は、例えば、電子ビーム１０Ａを集束するコンデンサーレンズと、電子ビーム１０Ａを絞り込む絞りと、電子ビーム１０Ａの光軸を調整するアライナと、電子ビーム１０Ａを試料２００に対して集束する対物レンズと、試料２００上で電子ビーム１０Ａを走査する偏向器とを備えて構成される。
二次電子検出器４又はＳＥＭ鏡筒１０内の反射電子検出器が特許請求の範囲の「画像取得部」に相当する。
ＦＩＢ鏡筒２０は、図示はしないが、イオンを発生させるイオン源と、イオン源から放出したイオンを集束イオンビームに成形するとともに走査させるイオン光学系とを備えている。ＦＩＢ鏡筒２０から荷電粒子ビームである集束イオンビーム２０Ａを、試料２００に照射すると、試料２００からは二次イオンや二次電子等の二次荷電粒子が発生する。この二次荷電粒子を二次電子検出器４で検出して試料２００の像が取得される。また、ＦＩＢ鏡筒２０は、集束イオンビーム２０Ａの照射量を増すことで、照射範囲の試料２００をエッチング加工（断面加工）する。
イオン光学系は公知の構成を有し、例えば、集束イオンビーム２０Ａを集束するコンデンサーレンズと、集束イオンビーム２０Ａを絞り込む絞りと、集束イオンビーム２０Ａの光軸を調整するアライナと、集束イオンビーム２０Ａを試料に対して集束する対物レンズと、試料上で集束イオンビーム２０Ａを走査する偏向器とを備えて構成される。
気体イオンビーム鏡筒３０は、図示はしないが、例えばアルゴンイオンを発生させるイオン源と、イオン源からの気体イオンビーム３０Ａを集束するコンデンサーレンズと、ブランキングと、イオンビームを絞り込むアパーチャと、イオンビームを集束する対物レンズと、を備えている。
気体イオンビーム鏡筒３０は、集束イオンビーム鏡筒２０よりも加速電圧が低く設定されており、例えば集束イオンビームによる加工で生じたカーテン効果（試料の加工スジ）を除去するために用いられる。
気体イオンビーム３０Ａとしては、アルゴン、キセノン等の希ガスまたは酸素等のイオンビームが挙げられる。
又、気体イオンビーム鏡筒３０に代えて、レーザー鏡筒を用いても同様の効果が得られ、この場合はイオンビーム３０Ａの代わりにレーザビームが照射される。
ガス銃５は、試料２００へエッチングガス等の所定のガスを放出する。ガス銃５からエッチングガスを供給しながら試料２００に電子ビーム１０Ａ、集束イオンビーム２０Ａまたは気体イオンビーム３０Ａを照射することで、ビーム照射による試料のエッチング速度を高めることができる。又、ガス銃５から化合物ガスを供給しながら試料２００に電子ビーム１０Ａ、集束イオンビーム２０Ａ又は気体イオンビーム３０Ａを照射することで、ビームの照射領域近傍に局所的なガス成分の析出（デポジション）を行うことができる。
＜第１の実施形態＞
次に、図３を参照し、本発明の第１の実施形態に係る集束イオンビーム装置１００による表示処理について説明する。
記憶部６Ｍは、試料台５１、集束イオンビーム２０Ａの照射軸、及び気体イオンビーム３０Ａの照射軸の３次元データであって、試料ステージ５０のステージ座標に関連付けられた３次元データを予め記憶する。
そして、図３（ａ）に示すように、表示制御部６Ａは、記憶部６Ｍの試料台５１、集束イオンビーム２０Ａの照射軸、及び気体イオンビーム３０Ａの照射軸の３次元データに基づき、試料ステージ５０を動作させて試料台５１を所定の位置に移動させた際の仮想的な試料台５１ｖ、集束イオンビーム２０Ａの照射軸２０Ａｖ及び気体イオンビーム３０Ａの照射軸３０Ａｖとの位置関係を、表示部７に表示させる。
ここで、「仮想的な」とは、実際の試料台５１、集束イオンビーム２０Ａ等の画像（例えばＳＥＭ鏡筒１０で観察した画像）でなく、上述の３次元データからコンピュータ上で生成した画像であり、実際の試料台５１ｖ、集束イオンビーム２０Ａｖのように、符号の末尾に「ｖ」を付して「仮想的」であることを表す。なお、図３（ａ）では、矢印に示すように、試料ステージ５０がＸＹ方向に移動したものとしている。
また、「試料台５１を所定の位置に移動させる」とは、試料台５１に対して試料２００を載置した際に、集束イオンビーム２０Ａが照射される照射位置に試料２００がおおまかに位置するよう、試料台５１の位置に移動させることをいう。試料台５１の形状等は既知であり、ユーザは試料２００との相対的な位置関係をおおよそ把握できる。
なお、本実施形態では、「照射位置」は後述するユーセントリック高さＺｓに一致させられている。又、電子ビーム１０Ａ、イオンビーム２０Ａ、及び気体イオンビーム３０Ａが交わる交差位置もユーセントリック高さＺｓに一致させられている。ユーセントリック高さは、試料ステージ上に試料を載置した状態で、試料をチルトさせても試料上の特定の観察点が動かない試料ステージ５０の高さである。
又、図３（ａ）の位置から、図３（ｂ）に示すように試料ステージ５０をチルト軸ＴＡ周りに傾けると、試料台５１ｖと、集束イオンビーム２０Ａの照射軸２０Ａｖ及び気体イオンビーム３０Ａの照射軸３０Ａｖとの位置関係が変わり、試料台５１へのビーム２０Ａ、３０Ａの当たり方の変化を把握できる。
このように、仮想的な試料台５１ｖ、集束イオンビーム２０Ａの照射軸２０Ａｖの位置関係を表示するので、実際に集束イオンビーム２０Ａを照射する前に、少なくとも試料を固定する試料台５１にどのような向きでビーム２０Ａが当たるかを把握することができる。
その結果、例えば試料２００の構造物の影によってカーテン効果により加工スジが生じる度合を判定することができ、例えば試料をどの程度傾けたらカーテン効果を抑制できるかを把握して適切な加工を行うことができる。
又、３次元データが既知の試料台５１に対し、集束イオンビーム２０Ａの照射軸との位置関係を表示するので、個別に形状等が異なる試料２００の３次元データを測定の毎に取得する代わりに、試料２００との相対的な位置関係をおおよそ把握できる試料台５１に対する集束イオンビーム２０Ａの向きを簡便に表示することができ、作業効率が向上する。
なお、この点から、試料台５１の３次元形状が既知であるとともに、試料台５１は試料ステージ５０の所定位置にブレずにきっちり固定されることを前提とする。
又、本例では、仮想的な気体イオンビーム３０Ａの照射軸３０Ａｖの位置関係も重畳表示することもできるので、試料台５１にどのような向きで気体イオンビーム３０Ａが当たるかも認識できる。
その結果、集束イオンビーム２０Ａに比べてブロードで進行方向が把握し難い気体イオンビーム３０Ａの向きを把握でき、気体イオンビーム３０Ａにて例えばカーテン効果を抑制する際に有用である。レーザビームについても同様である。
なお、もちろん、気体イオンビーム３０Ａの照射軸３０Ａｖを表示することは必須ではなく、仮想的な試料台５１ｖと集束イオンビーム２０Ａの照射軸２０Ａｖの位置関係を少なくとも表示すればよい。
＜第２の実施形態＞
次に、図３～図７を参照し、本発明の第２の実施形態に係る集束イオンビーム装置１００による表示処理について説明する。
第２の実施形態では、仮想的な試料台５１ｖに加え、図３の破線に示す仮想的な試料２００ｖの位置関係も重畳表示するので、実際に試料２００にどのような向きでビーム２０Ａが当たるかをより正確に把握することができる。
ここで、第２の実施形態では、仮想的な試料２００ｖと、集束イオンビーム２０Ａの照射軸２０Ａｖとの位置関係を表示させることができるので、照射位置に試料２００が位置するよう、試料ステージ５０を画面上で仮想的に移動させればよい。
仮想的な試料２００ｖは、変換部６Ｂが、予め入力された試料の３次元データを、試料台５１に載置後の試料２００の姿勢及び載置位置に試料台５１に載置後の試料２００の姿勢及び載置位置基づいて、ステージ座標に変換することで、表示することができる。
ここで、試料の３次元データをステージ座標に変換する方法の一例を説明する。
まず、ユーザは、実際の試料２００を試料台５１上に載置する。次に、「試料台５１に載置後の試料２００の姿勢及び載置位置」を求めるため、試料２００表面の少なくとも３点以上のポイント（アライメントポイント）に電子ビーム１０Ａ又は集束イオンビーム２０Ａを照射して、試料像によりこれら各ポイントのステージ座標系の座標データを取得する。
一方、例えば記憶部６Ｍに記憶された試料２００の３次元データの座標系によりこれら各ポイントの座標データも予めわかっているので、両座標データを比較することで、尺度を補正しながら変換処理を行うことができる。また、３点以上のポイントで測定を行っているので、傾き補正を行うこともできる。その結果、試料２００の３次元データをステージ座標系にリンクさせることができ、実際に試料台５１上に試料２００を載置した様子を３次元データとして正確に認識することができる。
なお、試料の３次元データが既知である場合は、この既知のデータを取り込めばよいが、試料の形状は個々に異なることが多く、その都度３次元データを生成することは作業負担が大きい場合がある。
そこで、ユーザが実際の試料２００を試料台５１上に載置した後、図４に示すように、ＳＥＭ鏡筒１０から電子ビーム１０Ａを照射し、二次電子検出器４又は反射電子検出器により試料２００の平面画像（ＳＥＭ画像）２００ｐｉを取得する。平面画像２００ｐｉはＸＹ平面に沿った画像である。又、平面画像２００ｐｉ中のＰ１、Ｐ２は試料２００表面の異なる照射位置（測定点）を示す。
次に、図５に示すように、３次元データ生成部６Ｃは、ユーセントリック高さＺｓ１、Ｚｓ２に試料２００の照射位置Ｐ１，Ｐ２がそれぞれ一致するよう、試料ステージ５０を高さ方向Ｚに移動させる移動量を算出する。
次いで、３次元データ生成部６Ｃは、試料２００が存在しない試料台５１の表面の位置Ｐｘにおけるユーセントリック高さＺｓｘとなる、試料ステージ５０の移動量を算出する。
このとき、試料２００の表面の高さであるユーセントリック位置がほぼ同一と近似し、試料台５１の厚みをｔｘ、Ｐ１，Ｐ２の厚みをそれぞれｔ１、ｔ２とすると、
位置Ｐ１のユーセントリック位置＝Ｚｓ１＋ｔｘ＋ｔ１＝Ｚｓｘ＋ｔｘ
これより、ｔ１＝Ｚｓｘ－Ｚｓ１で求めることができる。ｔ２も同様である。従って、試料２００の表面を走査して、複数の照射位置においてユーセントリック高さＺｓを算出すれば、試料２００の厚みのＸＹ方向の分布（高さプロファイル）が得られるので、試料２００の３次元データを生成することができる。
ここで、図６を参照し、各照射位置Ｐ１でのユーセントリック高さＺｓの算出方法の一例について説明する。
図６において、まず、チルト前の試料表面Ｓ０において、所定方向（図６では垂直方向）から電子ビーム１０Ａを照射して照射位置Ｐ１のＹ座標（Ｙ０）を取得する。
次に、制御手段６はチルト軸ＴＡに沿って試料を角度Θ傾けさせ、試料表面がＳ０ｔに傾く。このとき、照射位置Ｐ１のＹ座標はＹΘ０にΔＹだけ移動する（図６では右側へ移動）。
このときの移動量は、
式２：ΔＹ＝Ｙ０－ＹΘ０≒Ｚｓ×ｓｉｎΘ
、で近似でき、Ｙ０、ＹΘ０、Θは既知である。従って、
式３：Ｚｓ＝（Ｙ０－ＹΘ０）/ｓｉｎΘ
、でＺｓを求めることができる。なお、式２は記憶部６Ｍに記録されているか、ユーセントリック高さＺｓの算出プログラムに記録されており、制御手段６はこの式を読み出す。
そして、制御手段６は、試料ステージ５０の高さを制御して試料表面Ｓ０を高さ方向に＋Ｚｓ移動させた試料表面Ｓ１（照射位置Ｐ１）をユーセントリック高さＺｓに一致させる。
なお、ＹΘ０そのものはＳＥＭ像を見ても通常は判別できない。そこで、Ｐ１そのものに特徴量（周囲と区別できる凹み、影など）がある場合はその特徴量のチルト前後のＹ軸方向の変位を算出すればよい。
又、図７に示すように、Ｐ１そのものに特徴量が無い場合は、Ｐ１付近の特徴量ＰＦのチルト前後のＹ軸方向の変位を算出すればよい。
＜第３の実施形態＞
次に、図８、図９を参照し、本発明の第３の実施形態に係る集束イオンビーム装置１００による表示処理について説明する。
第３の実施形態では、第２の実施形態に加え、図８に示すように、集束イオンビーム２０Ａによる所定のエッチング時間におけるエッチング後の仮想的な試料２００ｖの輪郭２００Ｅｖをも重畳表示するので、実際に試料２００がどのようにエッチングされるかを把握することができる。
このとき、例えば図９に示すように、表示制御部６Ａは、記憶部６Ｍに記憶されたテーブルに基づき、所定の種類の試料Ａに対する単位時間当たりのエッチングレートを読み出す。
一方、図８に示すように、例えば記憶部６Ｍに、照射軸２０Ａｖを中心として図９のエッチングレートで有効にエッチングするビーム径２０ｄを記憶しておく。
そして、表示制御部６Ａは、上述のエッチングレートを読み出すとともに、図８に示す照射軸２０Ａｖの仮想的な試料２００ｖに対する向きと、照射軸２０Ａｖが試料２００ｖの表面に当たる照射位置Ｐ１に基づき、所定のエッチング時間におけるエッチング量を算出する。
そして、表示制御部６Ａは、このエッチング量からエッチング後の仮想的な試料２００ｖの輪郭２００Ｅｖを算出して表示する。
このように、所定のエッチング時間におけるエッチング後の仮想的な試料２００ｖの輪郭２００Ｅｖを表示することで、エッチング後の試料の形状を把握することができる。
図１２に示すように、第３の実施形態として、エッチングに代えて、集束イオンビーム２０Ａによりデポジションする場合の、仮想的な試料２００ｖの輪郭２００Ｔを重畳表示してもよい。
なお、デポジションする場合、エッチングレート、エッチング時間をそれぞれ、デポレート、デポジション時間と読み替える。又、図９のテーブルには、単位時間当たりのデポレートが記憶されることになる。
又、エッチング後又はデポジション後の試料２００の構造物の影によるカーテン効果等についても、輪郭２００Ｅｖ又は２００Ｔに、仮想的な集束イオンビーム２０Ａの照射軸２０Ａｖの位置関係を表示することができることは言うまでもない。これにより、エッチング後又はデポジション後の試料２００に、どのような向きでビーム２０Ａが当たるかを把握することができる。
本発明は上記実施形態に限定されず、本発明の思想と範囲に含まれる様々な変形及び均等物に及ぶことはいうまでもない。
図１０に示すように、表示制御部６Ａは、集束イオンビーム２０Ａによる試料２００への照射範囲（加工枠）２００Ｒを表示部７に重畳表示させてもよい。このようにすると、試料２００ｖへの集束イオンビーム２０Ａの照射範囲２００Ｒを容易に把握することができ、試料２００が集束イオンビーム２０Ａでどのように加工できるか等を理解できる。
又、図１１に示すように、表示制御部６Ａは、集束イオンビーム２０Ａや電子ビーム１０Ａを試料２００表面に走査した際、最新の走査位置ＳＲを表示してもよい。このようにすると、現在集束イオンビーム２０Ａや電子ビーム１０Ａが試料２００ｖに照射されている位置を容易に把握することができる。
本発明の集束イオンビーム装置は、少なくとも集束イオンビーム鏡筒を備えていればよく、電子ビーム鏡筒や気体イオンビーム鏡筒は必須の構成ではない。
又、ユーセントリック高さの算出方法は上記に限定されない。
画像取得部は、例えば電子ビーム鏡筒１０内の反射電子検出器や二次電子検出器４に限らず光学カメラの検出部等であってもよい。
又、集束イオンビーム２０Ａを試料２００に照射し、試料２００をエッチング加工（断面加工）する際、適切なビームの照射条件を設定したいという要望があるが、新規な試料２００に適する照射条件を見極めるのは難しい。
そこで、過去の加工データをもとに照射条件を設定することもできる。
つまり、図１３に示すように、記憶部６Ｍは、過去のデータとして、所定の試料を集束イオンビームにより加工した際の、加工状態の良否と集束イオンビームの照射条件とを関連付けた照射データを複数記憶する。
具体的には、図１３の例では、照射データとなる過去のデータとして、加工状態が良好であった「正解データセット」と、加工状態が劣った「非正解データセット」を記憶する。
ここで、加工状態が良好な場合とは、例えば試料が半導体素子である場合に、加工後の断面にカーテン効果による段差が生じない場合が該当する。一方、加工状態が劣った場合とは、加工後の断面にカーテン効果による段差が生じた場合が該当する。
「正解データセット」は、加工状態が良好であった試料の画像データＡ１～Ａ５と、各画像データにおける集束イオンビーム２０Ａの照射条件とを関連付ける。
照射条件（パラメータ）としては、加速電圧、エミッション電流、プローブ電流、印加電圧、Ｆｏｃｕｓ調整、Ｓｔｉｇｍａ調整、照射時間、Ｓｃａｎ方法、試料の組成、材質及び種類、加工状態の良否を判断したユーザ名、画像データを取得した検出器の種別が挙げられる。
一方、「非正解データセット」は、加工状態が劣った試料の画像データＢ１～Ｂ５と、各画像デーにおける集束イオンビーム２０Ａの照射条件とを関連付ける。
そして、表示制御部６Ａは、図１３の照射データのうち、予め設定された集束イオンビーム２０Ａの初期照射条件に近い照射条件を有すると共に加工状態が良好なデータに基づき、試料を加工するための集束イオンビームの照射条件として最適な条件を推定し、実際の照射条件として設定する。
例えば、本発明の実施形態に係る集束イオンビーム装置１００が、集束イオンビーム２０Ａの初期照射条件として、「加速電圧：２０ｋＶ、エミッション電流：１０Ａ」が設定されていると仮定する。又、照射条件として最適な条件を推定する際、照射条件である「加速電圧、エミッション電流」のうち、エミッション電流の重みづけが大きいと仮定する。
表示制御部６Ａは、重みづけが大きい照射条件である「エミッション電流」につき、加工状態が良好な「正解データセット」の中から、データ初期照射条件「１０Ａ」に近い条件を持つデータを抽出する。
図１３の例では、エミッション電流「１０Ａ」の画像データ（試料）は、Ａ１～Ａ４の４つある。そして、そのうち、もう１つの照射条件である「加速電圧」については、画像データＡ１，Ａ２が５０ｋＶ（ｎ数２）、画像データＡ３、Ａ４がそれぞれ３０、２０ｋＶ（それぞれｎ数１）であり、加速電圧：５０ｋＶが最も頻度が高い。
従って、表示制御部６Ａは、エミッション電流「１０Ａ」の場合は加速電圧が高いほど、加工状態が良好になると推定し、最適な条件として「加速電圧：５０ｋＶ、エミッション電流：１０Ａ」を実際の照射条件として設定する。
ここで、表示制御部６Ａは、最適な条件を推定する際、照射データのうち、初期照射条件に近い照射条件を有すると共に加工状態が劣ったデータを考慮してもよい。
図１３の例では、加工状態が劣った「非正解データセット」のうち、初期照射条件のエミッション電流「１０Ａ」に近い値「８Ａ」の画像データ（試料）は、Ｂ１～Ｂ４の４つある。そして、そのうち、もう１つの照射条件である「加速電圧」については、画像データＢ１，Ｂ２が１０ｋＶ（ｎ数２）、画像データＢ３、Ｂ４がそれぞれ２０、３０ｋＶ（それぞれｎ数１）であり、加速電圧：１０ｋＶが最も頻度が高い。
従って、表示制御部６Ａは、エミッション電流「１０Ａ」の場合は加速電圧が低いほど、加工状態が劣ると推定し、最適な条件として加速電圧なるべくを高くしたもの（例えば、加速電圧を６０ｋＶに上昇）を実際の照射条件として設定してもよい。
表示制御部６Ａが、上述の最適な条件を推定する方法は、加工状態が良好なデータに基づいて初期照射条件に近い照射条件を見出す（類似度を算出する）アルゴリズム等のモデルを用いる方法であれば特に限定されない。そして、このアルゴリズム（モデル）を人手で構築してもよいが、その代わりに例えば機械学習を用いてモデルを構築することができる。
例えば、「正解データセット」を教師とし、加工状態が良好な新たなデータを用いて、「正解データセット」を生成するための照射条件の特徴を学習させる。そして、学習したモデルを用いて、初期照射条件に近い照射条件を推定する。推定した照射条件により実際に加工した試料の加工状態が良好とユーザが判断すれば、このデータも学習に用いてモデルをより精緻化することもできる。
なお、図１３の例では、照射データは、加工状態の良否（「正解データセット」又は「非正解データセット」）と集束イオンビームの照射条件とを関連付けるだけでなく、加工状態の実際の画像データＡ１～Ａ５，Ｂ１～Ｂ５をも照射条件と関連付けている。
これにより、表示制御部６Ａは、最適な条件「加速電圧：５０ｋＶ、エミッション電流：１０Ａ」に最も近い（最も類似度が高い）画像データ（図１３では画像データＡ１又はＡ２）を表示部７に表示させることができ、ユーザは、最適な条件で加工（エッチング）したときの加工状態を画像として推定（把握）できるという利点がある。
ところで、集束イオンビーム２０Ａで加工した画像は、特定の検出器により検出された画像である。例えば、この検出器（画像取得部）として、二次電子検出器４とＳＥＭ鏡筒１０内の反射電子検出器があるが、試料の種類などによって、最適な画像が得られる検出器の種別も異なる。
そこで、表示制御部６Ａは、最適な条件に最も近い画像データを表示部７に表示させる際、この条件で試料を加工する際に予め設定された検出器の種別、又はユーザが指定した検出器の種別に該当する画像データを表示部に表示させてもよい。
例えば、加工対象の試料が特定の半導体素子であり、この半導体素子のエッチング後の加工面（断面）の画像を取得するには反射電子検出器が適する場合に、表示制御部６Ａは、図１３の「正解データセット」から、照射条件として検出器の種別が「反射電子検出器」である画像データを抽出することができる。
これにより、ユーザは、最適な条件で加工（エッチング）したときの加工状態を推定するものとしてさらに適切な画像を参照できる。
一方、図８、図９の第３の実施形態において、エッチング後の仮想的な試料２００ｖの輪郭２００Ｅｖを重畳表示したが、この輪郭（断面）２００Ｅｖに、試料２００ｖの内部構造を表示させたいという要望がある。例えば、試料２００ｖが半導体素子である場合に、その内部配線が断面２００Ｅｖにどのように現れるかを、加工前に判断し、所望の配線が見える位置に、断面２００Ｅｖの位置を設定したい場合がある。
そこで、図１４に示すように、記憶部６Ｍは、試料の内部構造３００の３次元データを記憶してもよい。そして、変換部６Ｂは内部構造３００の３次元データをステージ座標に変換し、表示制御部６Ａは、変換部によって変換された試料及び内部構造の３次元データに基づき、断面２００Ｅｖと、当該断面２００Ｅｖに表出する仮想的な内部構造３００ｖとを表示部７に表示させてもよい。
なお、図１４において、表示制御部６Ａは、ステージ座標に変換された内部構造３００の３次元データにおいて、断面２００Ｅｖに相当する位置Ｃ１の３次元データを取得する。
４ 二次電子検出器（画像取得部）
６ 制御手段
６Ａ 表示制御部
６Ｂ 変換部
６Ｃ ３次元データ生成部
６Ｍ 記憶部
７ 表示部
１０Ａ 電子ビーム
２０ 集束イオンビーム鏡筒
２０Ａ 集束イオンビーム
２０Ａｖ 仮想的な集束イオンビームの照射軸
３０ 気体イオンビーム鏡筒
３０Ａ 気体イオンビームの照射軸
３０Ａｖ 仮想的な気体イオンビームの照射軸
５０ 試料ステージ
５１ 試料台
５１ｖ 仮想的な試料台
１００ 集束イオンビーム装置
２００ 試料
２００ｖ 仮想的な試料
２００Ｅｖ エッチング後の仮想的な試料の輪郭
２００Ｒ 集束イオンビームによる照射範囲
Ｐ１，Ｐ２ 照射位置
ＴＡ チルト軸

Claims (12)

  1. 試料に集束イオンビームを照射するための集束イオンビーム鏡筒と、
    前記試料が載置される試料台と、
    前記試料台が載置され、少なくとも水平方向及び高さ方向に移動可能な試料ステージと、
    を有する集束イオンビーム装置において、
    前記試料台及び前記集束イオンビームの照射軸の３次元データであって、前記試料ステージのステージ座標に関連付けられた３次元データを予め記憶する記憶部と、
    表示部と、
    前記試料台及び前記集束イオンビームの照射軸の３次元データに基づき、前記試料ステージを動作させて前記試料台を所定の位置に移動させた際の仮想的な前記試料台と前記集束イオンビームの照射軸との位置関係を、前記表示部に表示させる表示制御部と、
    をさらに有することを特徴とする集束イオンビーム装置。
  2. 前記試料台に載置後の前記試料の姿勢及び載置位置に基づいて、予め入力された前記試料の３次元データを前記ステージ座標に変換する変換部をさらに有し、
    前記表示制御部は、前記変換部によって変換された前記試料の３次元データに基づき、試料ステージを動作させて前記試料を照射位置に移動させた際の仮想的な前記試料、前記試料台及び前記集束イオンビームの照射軸の位置関係を、前記表示部に表示させる請求項１に記載の集束イオンビーム装置。
  3. 前記試料ステージは、前記水平方向に平行で、かつ前記高さ方向に直交するチルト軸を中心にチルト可能であり、
    前記試料台に載置後の前記試料の平面画像を取得する画像取得部と、
    ユーセントリック高さZsに前記試料ステージを移動させる移動量を算出し、前記試料の３次元データを生成する３次元データ生成部と、
    をさらに有し、
    前記変換部は、前記３次元データ生成部が生成した前記試料の３次元データを前記ステージ座標に変換する請求項２に記載の集束イオンビーム装置。
  4. 前記記憶部は、前記試料に前記集束イオンビームが照射されたときのエッチングレートまたはデポレートを記憶し、
    前記表示制御部は、試料ステージを動作させて前記試料を照射位置に移動させた際の仮想的な前記試料と前記集束イオンビームの照射軸との位置関係に基づき、所定のエッチングまたはデポジション時間におけるエッチングまたはデポジション後の仮想的な前記試料の輪郭を前記表示部に表示させる請求項２又は３に記載の集束イオンビーム装置。
  5. 前記集束イオンビーム鏡筒よりも加速電圧が低く設定され、前記試料に気体イオンビーム又はレーザを照射するための気体イオンビーム鏡筒又はレーザ鏡筒をさらに有し、
    前記記憶部は、前記気体イオンビーム又はレーザの照射軸の３次元データであって、前記試料ステージのステージ座標に関連付けられた３次元データを予め記憶し、
    前記表示制御部は、さらに、前記気体イオンビーム又はレーザの照射軸の３次元データに基づき、試料ステージを動作させて前記試料台を所定の位置に移動させた際の仮想的な前記試料台と前記集束イオンビームの照射軸と前記気体イオンビーム又はレーザの照射軸との位置関係を、前記表示部に表示させる請求項１～４のいずれか一項に記載の集束イオンビーム装置。
  6. 前記表示制御部は、前記変換部によって変換された前記試料の３次元データに基づき、試料ステージを動作させて前記試料を照射位置に移動させた際の仮想的な前記試料、前記試料台、前記集束イオンビームの照射軸及び前記気体イオンビーム又は前記レーザの照射軸の位置関係を、前記表示部に表示させる請求項２に従属する請求項５に記載の集束イオンビーム装置。
  7. 前記表示制御部は、前記集束イオンビームによる前記試料への照射範囲を前記表示部に重畳表示させる請求項２～６のいずれか一項に記載の集束イオンビーム装置。
  8. 前記記憶部は、前記試料を前記集束イオンビームにより加工した際の、加工状態の良否と前記集束イオンビームの照射条件とを関連付けた照射データを複数記憶し、
    前記表示制御部は、前記照射データのうち、予め設定された前記集束イオンビームの初期照射条件に近い前記照射条件を有すると共に前記加工状態が良好なデータに基づき、前記試料を加工するための前記集束イオンビームの照射条件として最適な条件を推定し、実際の照射条件として設定する請求項２～７のいずれか一項に記載の集束イオンビーム装置。
  9. 前記表示制御部は、前記最適な条件を推定する際、前記照射データのうち、予め設定された前記集束イオンビームの初期照射条件に近い前記照射条件を有すると共に前記加工状態が劣ったデータを考慮する請求項８に記載の集束イオンビーム装置。
  10. 前記記憶部は、前記照射データを、前記加工状態の実際の画像データに関連付けて記憶し、
    前記表示制御部は、前記最適な条件に最も近い前記画像データを前記表示部に表示させる請求項８又は９に記載の集束イオンビーム装置。
  11. 前記記憶部は、前記画像データを、前記画像データを取得した検出器の種別に関連付けて記憶し、
    前記表示制御部は、前記最適な条件に最も近い前記画像データとして、前記試料を加工する際に予め設定された前記検出器の種別、又はユーザが指定した前記検出器の種別に該当する画像データを前記表示部に表示させる請求項１０に記載の集束イオンビーム装置。
  12. 前記記憶部は、前記試料の内部構造の３次元データを記憶し、前記変換部は前記内部構造の３次元データを前記ステージ座標に変換し、
    前記表示制御部は、前記変換部によって変換された前記試料及び前記内部構造の３次元データに基づき、前記エッチング後の仮想的な前記試料の輪郭と、当該輪郭に表出する仮想的な前記内部構造とを前記表示部に表示させる、請求項４に従属する請求項８～１１のいずれか一項に記載の集束イオンビーム装置。
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