JPWO2019220543A1 - 荷電粒子線装置、試料加工方法及び観察方法 - Google Patents

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Abstract

様々な装置間の移動を必要とする試料の観察において、装置間の移動が容易となる荷電粒子線装置、試料加工方法及び観察方法を提供する。荷電粒子線を用いて試料上の観察対象を加工する荷電粒子線装置において、前記試料を載置する試料ステージと、前記観察対象を観察する観察部と、前記試料の書き込み位置に前記観察対象の情報を書き込む書き込み部と、を備える。

Description

本発明は、荷電粒子線装置、試料加工方法及び観察方法に関する。
透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）や走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）で観察する試料の前処理を集束イオンビーム（ＦＩＢ）装置やイオンミリング装置を用いて行うことは、半導体分野をはじめ様々な分野で広く行われている。この際、前処理を実施する装置から観察を行う装置へ試料を移動させる必要があり、前処理を施した箇所の位置情報といった観察対象の情報を装置間で容易に共有する方法が望まれている。このような技術として、例えば特許文献１には、装置間で共用可能な試料ホルダを準備し、該試料ホルダに観察対象の情報を記録する記憶媒体を備えることで、観察対象の情報を共有する方法が開示されている。特許文献２には、試料を支持する試料カートリッジに、試料に関するデータを記憶する記憶媒体を設けた荷電粒子線装置用試料保持装置が開示されている。
特開２００６−１５６２６３号公報 特開２００１−２９１４８３号公報
しかしながら、特許文献１及び２に記載の方法においては、情報の書き換えが可能な記憶媒体を用いていることから、書き込まれた観察対象の情報が消失してしまう可能性がある。また、試料ホルダ又は試料カートリッジから試料を着脱する際に、取り違いが起こってしまう可能性がある。さらに、試料を着脱する度にユーザーが情報の移動又は書き換えを行わなければならないため、手間である。
そこで、本発明は、複数の装置間の移動を必要とする試料の観察において、装置間の移動が容易となる荷電粒子線装置、試料加工方法及び観察方法を提供する。
代表的な本発明の荷電粒子線装置の一つは、荷電粒子線を用いて試料上の観察対象を加工する荷電粒子線装置において、前記試料を載置する試料ステージと、前記観察対象を観察する観察部と、前記試料の書き込み位置に前記観察対象の情報を書き込む書き込み部と、を備えることを特徴とする。
また、本発明の荷電粒子線装置の一つは、荷電粒子線を用いて試料上の観察対象を観察する荷電粒子線装置において、前記試料を載置する試料ステージと、前記荷電粒子線を用いて前記試料を観察する観察部と、前記観察対象の情報を読み取る制御部と、を備え、前記観察部は、前記試料の書き込み位置に書き込まれた前記観察対象の情報を観察し、前記制御部は、前記観察対象の情報から、前記観察対象の位置と前記書き込み位置との位置関係を読み取り、前記試料ステージは、前記位置関係に基づいて、前記観察対象を前記荷電粒子線の照射位置に移動させ、前記観察部は、前記観察対象を観察することを特徴とする。
代表的な本発明の試料加工方法の一つは、荷電粒子線装置を用いて試料を加工する方法において、前記荷電粒子線装置に前記試料を挿入するステップと、前記試料上の観察対象を観察するステップと、前記試料の書き込み位置に前記観察対象の情報を書き込むステップと、を備えることを特徴とする。
代表的な本発明の観察方法の一つは、荷電粒子線装置を用いて試料上の観察対象を観察する観察方法において、前記試料に書き込まれた前記観察対象の情報を観察するステップと、前記観察対象の情報から、前記観察対象の位置を判断するステップと、前記判断された前記観察対象の位置を観察できるように前記試料を移動するステップと、前記観察対象を観察するステップと、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、複数の装置間の移動を必要とする試料の観察において、装置間の移動を容易にすることができる。
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
第１の実施形態に係る荷電粒子線装置を示す概略図。 第１の実施形態に係る試料の加工方法を示すフローチャート。 試料の加工時における荷電粒子線装置１の動作を示す概略図。 試料の加工時における荷電粒子線装置１の動作を示す概略図。 試料の加工時における荷電粒子線装置１の動作を示す概略図。 試料の加工時における荷電粒子線装置１の動作を示す概略図。 試料の加工時における荷電粒子線装置１の動作を示す概略図。 試料の加工時における荷電粒子線装置１の動作を示す概略図。 試料に書き込まれるパターンの一例を示す概略図。 試料に書き込まれるパターンの一例を示す概略図。 試料に書き込まれるパターンの一例を示す概略図。 ＧＵＩ画面の一例を示す概略図。 第１の実施形態に係るＴＥＭ装置を示す概略図。 第１の実施形態に係る試料の観察方法を示すフローチャート。 ＧＵＩ画面の一例を示す概略図。 第２の実施形態に係る荷電粒子線装置を示す概略図。 第２の実施形態に係る試料の観察方法を示すフローチャート。 書き込み位置の一例を示す概略図。 書き込み位置の一例を示す概略図。 書き込み位置の一例を示す概略図。 書き込み位置の一例を示す概略図。
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。なお、図面は専ら発明の理解のために用いるものであり、権利範囲を減縮するものではない。また、各図において共通の構成については同一の参照番号が付されている。
（１）第１の実施形態
＜試料を加工する荷電粒子線装置の構成例＞
図１を参照して、第１の実施形態に係る荷電粒子線装置１の構成について説明する。図１は、本実施形態に係る荷電粒子線装置１を示す概略図である。
荷電粒子線装置１は、図１に示すように、イオンビームカラム１０１ａ（書き込み部）、イオンビームカラム制御器１３１、電子ビームカラム１０２ａ、電子ビームカラム制御器１３２、試料１０３が載置される試料ステージ１０４、試料ステージ制御器１３４、試料室１０５、荷電粒子検出器１０６（観察部）、荷電粒子検出器１０７、検出器制御器１３６及び１３７、Ｘ線検出器１０９、Ｘ線検出器制御器１３９、統合コンピュータ１３０（制御部）、入力デバイス１５１、並びにディスプレイ１５２（表示部）を備える。
イオンビームカラム１０１ａは、イオンビーム１０１ｂを発生するためのイオン源、イオンビーム１０１ｂを集束するためのレンズ、イオンビーム１０１ｂを走査し、シフトするための偏向系など、ＦＩＢ装置として必要な構成要素を全て含んだ系である。イオンビーム１０１ｂとして、一般にガリウムイオンが使用されるが、加工や観察の目的に応じてイオン種は適宜変更することができる。また、イオンビーム１０１ｂは、集束イオンビームに限られず、ブロードなイオンビームでもよい。
イオンビームカラム制御器１３１は、イオンビームカラム１０１ａを制御する。例えば、イオンビームカラム１０１ａのイオン源によるイオンビーム１０１ｂの発生、偏向系の駆動等を制御する。
電子ビームカラム１０２ａは、電子ビーム１０２ｂを発生するための電子源、電子ビーム１０２ｂを集束するためのレンズ、電子ビーム１０２ｂを走査し、シフトするための偏向系など、ＳＥＭ装置として必要な構成要素を全て含んだ系である。
電子ビームカラム制御器１３２は、電子ビームカラム１０２ａを制御する。例えば、電子ビームカラム１０２ａの電子源による電子ビーム１０２ｂの発生や、偏向系の駆動等を制御する。
イオンビームカラム１０１ａを通過したイオンビーム１０１ｂ及び電子ビームカラム１０２ａを通過した電子ビーム１０２ｂは、主にイオンビームカラムの光軸１０１ｃと電子ビームカラムの光軸１０２ｃとの交点であるクロスポイント１７１にフォーカスされる。
本実施形態においては、図１に示すように、イオンビームカラム１０１ａを垂直配置し、電子ビームカラム１０２ａを傾斜配置しているが、これに限られず、イオンビームカラム１０１ａを傾斜配置し、電子ビームカラム１０２ａを垂直配置してもよい。また、イオンビームカラム１０１ａと電子ビームカラム１０２ａの双方を傾斜配置してもよい。イオンビームカラム１０１ａ及び電子ビームカラム１０２ａの代わりに、ガリウム集束イオンビームカラム、アルゴン集束イオンビームカラム及び電子ビームカラムを備えたトリプルカラム構成としてもよい。また、荷電粒子線装置１は、イオンビームカラム１０１ａのみを備えていてもよいし、電子ビームカラム１０２ａのみを備えていてもよい。すなわち、イオンビームカラム１０１ａのみ、あるいは電子ビームカラム１０２ａのみにより、試料１０３の加工及び観察を行うことができる。また、電子ビームカラム１０２ａは、ＳＥＭ装置に限られず、試料を透過した電子を用いて観察を行うＴＥＭ装置やＳＴＥＭ装置とすることもできる。
試料ステージ１０４は、試料室１０５内において、試料１０３にイオンビーム１０１ｂ及び電子ビーム１０２ｂを照射できる位置に設けられる。試料ステージ１０４は、試料ステージ制御器１３４によりその駆動が制御され、平面移動や垂直移動、回転移動が可能である。試料ステージ１０４を駆動することにより、試料１０３の位置や向きを変更することができる。試料ステージ１０４は、例えば、イオンビーム１０１ｂの照射位置や電子ビーム１０２ｂの照射位置に試料１０３上の所望の箇所が位置するように移動させる。
荷電粒子検出器１０６は、電子ビーム１０２ｂを試料１０３に照射した際に発生する荷電粒子を検出する。荷電粒子検出器１０７は、イオンビーム１０１ｂを試料１０３に照射した際に発生する荷電粒子を検出する。荷電粒子検出器１０６及び１０７として、電子だけでなくイオンの検出も可能な複合荷電粒子検出器を用いてもよい。
検出器制御器１３６は、荷電粒子検出器１０６を制御する。検出器制御器１３７は、荷電粒子検出器を制御する。検出器制御器１３６及び１３７は、それぞれ荷電粒子検出器１０６及び１０７からの検出信号を演算処理し、画像化する回路又は演算処理部（図示せず）を備える。
Ｘ線検出器１０９は、試料１０３が発するＸ線を検出する。Ｘ線検出器１０９の代わりに、質量分析器などを搭載してもよい。
Ｘ線検出器制御器１３９は、Ｘ線検出器１０９を制御する。Ｘ線検出器制御器１３９は、Ｘ線検出器１０９からの検出信号を演算処理し、画像化する回路又は演算処理部（図示せず）を備える。
統合コンピュータ１３０は、イオンビームカラム制御器１３１、電子ビームカラム制御器１３２、試料ステージ制御器１３４、検出器制御器１３６及び１３７、並びにＸ線検出器制御器１３９のそれぞれと互いに通信可能であり、荷電粒子線装置１全体の動作を制御する。統合コンピュータ１３０は、入力デバイス１５１によるユーザーからの指示により、あるいは予め設定された条件に従い、上記の各制御器を制御し、試料１０３へのパターンの書き込みや、パターンに基づく観察対象の情報の読み取り、観察対象の観察等を行わせる。また、統合コンピュータ１３０は、荷電粒子線装置１の各制御器から受信した情報等を記憶するための記憶部（図示せず）を備える。
入力デバイス１５１は、例えば観察対象の情報の入力、イオンビーム１０１ｂや電子ビーム１０２ｂの照射条件の変更、試料ステージ１０４の位置の変更といった各種指示をユーザーが入力するためのデバイスである。例えば、キーボード、マウス等を入力デバイスとすることができる。
ディスプレイ１５２は、ＧＵＩ画面１５３等を表示する。ＧＵＩ画面１５３は、荷電粒子線装置１の各構成を制御するための画面であり、ＧＵＩ画面１５３に各種指示が入力されると、該指示を統合コンピュータ１３０に送信する。ディスプレイ１５２は、ＧＵＩ画面１５３として、例えば、観察対象の情報を入力する画面、荷電粒子線装置１の各構成の状態を示す画面、観察により取得された観察対象の情報（画像を含む）を表示する画面、イオンビーム１０１ｂ及び電子ビーム１０２ｂの照射条件を変更するための指示画面、試料ステージ１０４の位置を変更するための指示画面等を表示することができる。ディスプレイ１５２は、１つであっても複数設けられてもよい。
試料室１０５には、上記以外にも、ガスデポジションユニット（図示せず）、マイクロプローブ１１０が搭載されていてもよい。ガスデポジションユニット、マイクロプローブ１１０は、それぞれその駆動を制御する制御器を有する。
ガスデポジションユニットは、試料１０３への保護膜の作製やマーキングに使用され、荷電粒子線の照射により堆積膜を形成するデポガスを貯蔵する。デポガスは、必要に応じてノズル先端から供給することができる。
マイクロプローブ１１０は、プローブ駆動部によって試料室１０５内を移動できるプローブを含む。マイクロプローブ１１０は、イオンビームカラム１０１ａにより加工又は切断された試料１０３の特定箇所をピックアップする。プローブは、試料１０３に形成された微小な試料片を摘出したり、試料１０３の表面に接触することで試料へ電位を供給したりすることにも使用することができる。
試料室１０５には、真空排気するための減圧装置、コールドトラップ、光学顕微鏡などを搭載してもよい。また、試料室１０５には、三次電子検出器やＳＴＥＭ検出器、後方散乱電子検出器、低エネルギー損失電子検出器などの検出器を搭載してもよい。
＜試料の加工方法＞
次に、図２〜５を参照して、本実施形態に係る荷電粒子線装置１による試料の加工方法について説明する。以下において、荷電粒子線装置１のイオンビームカラム１０１ａをＦＩＢ装置とし、電子ビームカラム１０２ａをＳＥＭ装置としたＦＩＢ−ＳＥＭ装置を用いて、ＴＥＭ（又はＳＴＥＭ）用試料を加工する場合を想定する。
本実施形態において、第１の試料１０３は、観察対象となる箇所を有する試料であり、例えばウエハ、半導体材料、プリント基板等である。第２の試料１１３は、第１の試料１０３から採取された観察対象１７３と、観察対象１７３の支持部材１８３を含むＴＥＭ（又はＳＴＥＭ）用試料である。支持部材１８３は、例えば、切欠きメッシュやメッシュである。
図２は、本実施形態に係る試料の加工方法を示すフローチャートである。図３Ａ〜３Ｆは、本実施形態に係る試料の加工時における荷電粒子線装置１の動作を示す概略図である。図３において、図示の簡略化のため、荷電粒子線装置１のイオンビームカラム１０１ａ、試料ステージ１０４及びマイクロプローブ１１０以外の構成は図示を省略している。図４Ａ〜４Ｃは、試料に書き込まれるパターンの一例を示す図である。図５は、ＧＵＩ画面の一例を示す図である。
まず、ステップＳ１において、ユーザーは、荷電粒子線装置１の試料室１０５に第１の試料１０３を挿入し、試料ステージ１０４上に載置する（図３Ａ）。
ステップＳ２において、試料ステージ制御器１３４は、ユーザーによりＧＵＩ画面１５３から入力された指示、あるいは予め設定された観察対象となる位置１７２を統合コンピュータ１３０から受信し、試料ステージ１０４を移動する。ユーザーは、イオンビームカラム１０１ａ又は電子ビームカラム１０２ａを用いて、第１の試料１０３において観察対象となる位置１７２を確認する（図３Ｂ）。位置１７２は、ユーザーが本ステップＳ２において任意に決定してもよいし、予め設定した箇所でもよい。位置１７２が予め設定されている場合、ユーザーは、ＧＵＩ画面１５３から指示を入力することにより、位置１７２を微調整してもよい。確認された位置１７２は、統合コンピュータ１３０に送信される。
ステップＳ３において、統合コンピュータ１３０は、ステップＳ２において確認された位置１７２をイオンビームカラム制御器１３１に送信する。イオンビームカラム制御器１３１は、イオンビームカラム１０１ａを駆動して、イオンビーム１０１ｂにより位置１７２から観察対象１７３を切り取る（図３Ｃ）。統合コンピュータ１３０は、位置１７２をプローブ駆動部に送信して、プローブ駆動部は、マイクロプローブ１１０を駆動し、位置１７２から観察対象１７３をピックアップする（図３Ｄ）。
ステップＳ４において、ユーザーは、第１の試料１０３を試料ステージ１０４から退避させ、観察対象１７３を支持するための支持部材１８３を荷電粒子線装置１に挿入する。図３Ａ〜３Ｆにおいては、支持部材１８３が切欠きメッシュである例を示す。支持部材１８３は、試料ステージ１０４に支持されても構わないし、異なる試料ステージに支持されても構わない。
ステップＳ５において、ユーザーは、観察対象１７３の位置と、観察対象１７３が搭載される支持部材１８３上の搭載位置とをイオンビームカラム１０１ａ又は電子ビームカラム１０２ａで確認する（図３Ｅ）。このとき、ユーザーは、観察対象１７３の位置と、支持部材１８３の搭載位置とを、ＧＵＩ画面１５３へ入力することにより、統合コンピュータ１３０に指示する。
ステップＳ６において、プローブ駆動部は、統合コンピュータ１３０から観察対象１７３の位置と、支持部材１８３の搭載位置とを受信する。そしてプローブ駆動部は、マイクロプローブ１１０を駆動して、ステップＳ５において確認した支持部材１８３上の搭載位置に、ピックアップした観察対象１７３を搭載し、第２の試料１１３とする（図３Ｅ）。このとき、例えば固定用のガスを用いて観察対象１７３を支持部材１８３に固定させることが好ましい。固定用のガスとして、例えばフェナントレン（Ｃ１４Ｈ１０）やヘキサカルボニルタングステン（Ｗ（ＣＯ）６）等を用いることができる。
ステップＳ７において、ユーザーは、支持部材１８３上の観察対象１７３が搭載位置に搭載されているかどうかをイオンビームカラム１０１ａ又は電子ビームカラム１０２ａで確認する。
ステップＳ８において、試料ステージ制御器１３４は、観察対象１７３に関する情報を書き込むための書き込み位置１７４がイオンビーム１０１ｂの照射位置に位置するように試料ステージ１０４を駆動し、第２の試料１１３を移動させる。このとき、統合コンピュータ１３０は、観察対象１７３の位置と書き込み位置１７４との位置関係を記憶する。該位置関係は、例えば、観察対象１７３から書き込み位置１７４への移動距離及び移動方向を示すベクトルや、Ｘ座標及びＹ座標の変位等とすることができる。また、統合コンピュータ１３０は、書き込み位置１７４の座標をさらに記憶してもよい。
ステップＳ９において、ユーザーは、入力デバイス１５１を用いて、図５に示すＧＵＩ画面１５３に、その他観察対象１７３の情報を適宜入力する。ＧＵＩ画面１５３は、観察対象１７３の情報として、観察対象１７３の識別番号（名前やロット番号など）、観察対象１７３の位置、大きさ、組成、コメント、作業日等を入力する箇所を有していてもよい。ユーザーが観察対象１７３の情報を入力後、ＧＵＩ画面１５３上の「Ｗｒｉｔｅ」ボタンをクリックすることで、統合コンピュータ１３０は、入力された観察対象１７３の情報を受信する。
統合コンピュータ１３０は、ステップＳ８において記憶された観察対象１７３の位置と書き込み位置１７４との位置関係、及びステップＳ９において入力された観察対象１７３の情報に基づいて、第２の試料１１３に書き込むパターンを生成する。ユーザーが観察対象１７３の情報を入力せずに「Ｗｒｉｔｅ」ボタンをクリックした場合は、ステップＳ８において記憶された観察対象１７３の位置と書き込み位置１７４との位置関係のみに基づいてパターンを生成する。パターンは、文字（図４Ａ）でも構わないし、バーコード（図４Ｂ）、ＱＲコード（登録商標）（図４Ｃ）などのような２次元パターンでも構わない。書き込まれるパターンの形状は目的に応じて適宜変更することができる。
ステップＳ１０において、イオンビームカラム制御器１３１は、統合コンピュータ１３０が生成したパターンを受信して、イオンビームカラム１０１ａを駆動してイオンビーム１０１ｂを照射させ、書き込み位置１７４にパターンを書き込む（図３Ｆ）。図３Ｆに示すように、パターンを書き込みやすいように、第２の試料１１３の向きを変更して、支持部材１８３における観察対象１７３の載置面でない面にパターンを書き込むこともできる。パターンの書き込み位置は、支持部材１８３における観察対象１７３の載置面とすることもできる。
なお、パターンの書き込み手段は、イオンビーム１０１ｂの照射に限定されず、適宜変更可能である。例えば、電子ビーム１０２ｂとガスデポジションユニットを用いた堆積膜、プレス、レーザー加工、エッチング等によりパターンを書き込むこともできる。また、書き込まれるパターンは、第２の試料１１３を貫通していてもよいし、貫通していなくても良い。
本実施形態においては、観察対象１７３と書き込み位置１７４との位置関係を書き込むこととしたが、図１１Ａ〜１１Ｄにおいて後述するように、書き込み位置１７４とは別に基準位置を設け、該基準位置と観察対象１７３との位置関係を書き込み位置１７４に書き込んでも構わない。基準位置は、支持部材１８３に予め備えられている特徴的な形状でも構わないし、支持部材１８３の中心や端部などのように特定可能な位置でも構わない。また、書き込みの後に、ＦＩＢ装置を用いた加工痕や、電子ビームを用いて作られた堆積膜などを形成して、基準位置とすることもできる。さらに、書き込み位置１７４を基準位置とすることもできる。
最後に、ステップＳ１１において、ユーザーは、第２の試料１１３を荷電粒子線装置１から取り出し、保管する。
本実施形態においては、第２の試料１１３を荷電粒子線装置１（ＦＩＢ−ＳＥＭ装置）で加工した後、ＴＥＭ装置へ移動させて観察することを想定しているため、第２の試料１１３を荷電粒子線装置１から取り出したが、必ずしも第２の試料１１３を取り出すとは限らない。例えば、荷電粒子線装置に複数の分析器が備えられている場合には、第１の分析位置から、第２の分析位置へ第２の試料１１３を移動させるプロセスとなるかもしれない。また、荷電粒子線装置が、複数の試料が待機又は保管できる空間を備える場合は、待機場所又は保管場所に第２の試料１１３を移動するプロセスとなるかもしれない。
以上のように、本実施形態においては、支持部材１８３上に載せる観察対象１７３が１つの場合を例として示したが、観察対象１７３は複数あっても構わない。
＜試料を観察する荷電粒子線装置の構成例＞
次に、図６を参照して、本実施形態に係る試料を観察する荷電粒子線装置の構成について説明する。本実施形態においては、ＴＥＭ装置６による観察を例として説明する。図６は、本実施形態に係るＴＥＭ装置６の概略図である。
ＴＥＭ装置６は、荷電粒子線装置１により観察対象１７３の情報が書き込まれた第２の試料１１３を観察するための装置である。ＴＥＭ装置６は、図６に示すように、電子ビームカラム６０２ａ（観察部）、電子ビームカラム制御器６３２、第２の試料１１３が載置されるＴＥＭ用試料ステージ６１４、ＴＥＭ用試料ステージ制御器６４４、試料交換室６１１、荷電粒子検出器６０６及び６０８、検出器制御器６３６及び６３８、Ｘ線検出器６０９、Ｘ線検出器制御器６３９、プレス機６１２、プレス機制御器６４２、統合コンピュータ６３０（制御部）、入力デバイス６５１並びにディスプレイ６５２を備える。
電子ビームカラム６０２ａは、電子ビームを発生するための電子源、電子ビームを集束するためのレンズ、電子ビームを走査、シフトするための偏向系など、ＴＥＭ（又はＳＴＥＭ）装置として必要な構成要素を全て含んだ系である。電子ビームカラム６０２ａを通過した電子ビームは、第２の試料１１３に照射される。
電子ビームカラム制御器６３２は、電子ビームカラム６０２ａを制御する。具体的には、電子ビームカラム６０２ａの電子源による電子ビームの発生や、偏向系の駆動等を制御する。
なお、本実施形態においては、図６に示すように、電子ビームカラム６０２ａを垂直配置しているが、これに限られず、電子ビームカラム６０２ａを傾斜配置してもよい。
ＴＥＭ用試料ステージ６１４は、試料室６０５内において、第２の試料１１３に電子ビームを照射できるように設けられる。ＴＥＭ用試料ステージ６１４は、ＴＥＭ用試料ステージ制御器６４４によりその駆動が制御され、平面移動や垂直移動、回転移動が可能である。ＴＥＭ用試料ステージ６１４を駆動することにより、第２の試料１１３の位置や向きを変更することができる。例えば、ＴＥＭ用試料ステージ６１４は、電子ビームの照射位置に試料が位置するように移動する。
試料交換室６１１は、試料室６０５に挿入されるＴＥＭ用試料を交換する場所である。
荷電粒子検出器６０６及び６０８は、電子ビームを第２の試料１１３に照射した際に発生する荷電粒子を検出する。荷電粒子検出器６０６及び６０８として、電子だけでなくイオンの検出も可能な複合荷電粒子検出器を用いてもよい。
検出器制御器６３６は、荷電粒子検出器６０６を制御する。検出器制御器６３８は、荷電粒子検出器６０８を制御する。検出器制御器６３６及び６３８は、検出信号を演算処理し、画像化する回路又は演算処理部（図示せず）を備える。
試料室６０５には、図１に示した荷電粒子線装置１と同様に、ガスデポジションユニット、マイクロプローブ等が搭載されてもよい。
Ｘ線検出器６０９は、第２の試料１１３が発するＸ線を検出する。Ｘ線検出器６０９の代わりに、質量分析器などを搭載してもよい。
Ｘ線検出器制御器６３９は、Ｘ線検出器６０９を制御する。Ｘ線検出器制御器６３９は、Ｘ線検出器６０９からの検出信号を演算処理し、画像化する回路又は演算処理部（図示せず）を備える。
プレス機６１２は、観察により得られた観察対象１７３の情報を第２の試料１１３に書き込む機構である。図６では、情報を書き込むために試料交換室６１１にプレス機６１２を搭載したが、情報を書き込む目的に応じてその手段は変更可能である。
プレス機制御器６４２は、プレス機６１２の駆動を制御する。
試料室６０５には、真空排気するための減圧装置、コールドトラップ、光学顕微鏡などを搭載してもよい。また、試料室６０５には、三次電子検出器やＳＴＥＭ検出器、後方散乱電子検出器、低エネルギー損失電子検出器などの検出器を搭載してもよい。
統合コンピュータ６３０は、電子ビームカラム制御器６３２、ＴＥＭ用試料ステージ制御器６４４、検出器制御器６３６及び６３８、Ｘ線検出器制御器６３９のそれぞれと互いに通信可能であり、ＴＥＭ装置６全体の動作を制御する。統合コンピュータ６３０は、入力デバイス６５１によるユーザーからの指示により、あるいは予め設定された条件に従い、上記の各制御器を制御し、観察対象１７３の情報の読み取り、第２の試料１１３への観察対象１７３の情報の書き込み、観察対象１７３の観察等を行わせる。また、統合コンピュータ６３０は、ＴＥＭ装置６の各制御器から受信した情報等を記憶するための記憶部（図示せず）を備える。
入力デバイス６５１は、電子ビームの照射条件の変更、ＴＥＭ用試料ステージ６１４の位置の変更といった各種指示をユーザーが入力するためのデバイスである。例えば、キーボード、マウス等を入力デバイスとすることができる。
ディスプレイ６５２は、図８に示すＧＵＩ画面６５３等を表示する。ＧＵＩ画面６５３は、ＴＥＭ装置６を制御するための画面であり、入力デバイス６５１によりＧＵＩ画面６５３に各種指示が入力されると、該指示を統合コンピュータ６３０に送信する。ディスプレイ６５２は、ＧＵＩ画面６５３として、例えば、ＴＥＭ装置６の各構成の状態を示す画面、観察により取得された観察対象１７３の情報（画像を含む）を表示する画面、観察により得られた観察対象１７３の情報を入力する画面、電子ビームの照射条件を変更するための指示画面、ＴＥＭ用試料ステージ６１４の位置を変更するための指示画面等を表示することができる。ディスプレイ６５２は、１つであっても複数設けられてもよい。
なお、本実施形態において、ＴＥＭ装置６の代わりに、ＳＴＥＭ装置とすることもできる。
＜試料の観察方法＞
次に、図７及び８を参照して、本実施形態に係るＴＥＭ装置６による試料の観察方法を説明する。図７は、本実施形態に係る試料の観察方法を示すフローチャートである。図８は、ＧＵＩ画面６５３を示す概略図である。
まず、ステップＳ１２において、ユーザーは、ＴＥＭ装置６に、パターンが書き込まれた第２の試料１１３を挿入し、ＴＥＭ用試料ステージ６１４上に載置する。
ステップＳ１３において、ユーザーは、電子ビームカラム６０２ａを用いて、第２の試料１１３の全体を低倍率で観察することにより、パターンを探索する。ＴＥＭ用試料ステージ制御器６４４は、パターンの書き込み位置１７４が電子ビームの照射位置に位置するように、ＴＥＭ用試料ステージ６１４を移動する。
パターンの書き込み位置１７４は、予め登録してあってもよい。例えば、パターンの書き込み位置１７４は、図２のステップＳ８におけるパターンの書き込み位置１７４の座標をユーザーが入力することにより、予め登録することができる。
また、ステップＳ１３におけるパターンの探索は、自動で行われてもよい。パターンの探索が自動で行われる場合、荷電粒子線装置１の統合コンピュータ１３０と、ＴＥＭ装置６の統合コンピュータ６３０が互いに通信可能であることが好ましい。この場合、統合コンピュータ６３０は、書き込み位置１７４の座標を統合コンピュータ１３０から受信し、ＴＥＭ用試料ステージ制御器６４４に送信する。これにより、ＴＥＭ用試料ステージ制御器６４４は、書き込み位置１７４が電子ビームの照射位置に位置するようにＴＥＭ用試料ステージ６１４を移動することができる。
ステップＳ１４において、電子ビームカラム６０２ａは、書き込み位置１７４に電子ビームを照射して、第２の試料１１３に書き込まれたパターンを観察する。観察は、二次電子検出器を用いてもよいし、透過電子検出器を用いてもよい。また、図６には図示されていないが、ＴＥＭ装置６は、パターンを観察するためのカメラなど、読み取り機を別途搭載しても良い。パターンの観察手段は、目的に応じて適宜変更することができる。
ステップＳ１５において、ディスプレイ６５２は、ステップＳ１４において観察されたパターンをＧＵＩ画面６５３として表示する。このとき、ユーザーは、パターンに焦点が合うように、ＧＵＩ画面６５３から指示を入力して、電子ビームカラム６０２ａの観察倍率を適宜変更してもよい。
ステップＳ１６において、統合コンピュータ６３０は、観察されたパターンに基づいて、観察対象１７３の位置と書き込み位置１７４との位置関係、その他の観察対象１７３の情報を読み取る。
ステップＳ１７において、ディスプレイ６５２は、図８に示すように、読み取った観察対象１７３の情報を統合コンピュータ６３０から受信して、ＧＵＩ画面６５３に表示する。
ステップＳ１８において、統合コンピュータ６３０は、読み取られた観察対象１７３の位置と書き込み位置１７４との位置関係をＴＥＭ用試料ステージ制御器６４４に送信する。ＴＥＭ用試料ステージ制御器６４４は、観察対象１７３が電子ビームの照射位置に位置するように、ＴＥＭ用試料ステージ６１４を移動させる。
ステップＳ１９において、ユーザーは、適宜観察倍率を上げ、観察対象１７３を観察する。観察は、マニュアルで行われてもよいし、統合コンピュータ６３０等により自動で行われても良い。
ステップＳ２０において、ディスプレイ６５２は、観察対象１７３の観察結果を表示する。また、統合コンピュータ６３０は、観察対象１７３の観察結果を記憶部に保存する。観察結果を保存する場合、ステップＳ１６において読み込まれた情報と紐づけて保存しても良い。
最後に、ステップＳ２１において、ユーザーは、第２の試料１１３をＴＥＭ装置６から取り出し、保管又は破棄する。第２の試料１１３を保管する場合には、ＴＥＭ装置６から取り出す前に、プレス機６１２を用いて、観察により新たに得られた観察対象１７３の情報を第２の試料１１３に書き込むことができる。また、第２の試料１１３の保管する空間を備えるＴＥＭ装置６の場合には、第２の試料１１３をＴＥＭ装置６から取り出さず、保管場所に移動させても良い。
＜技術的効果＞
以上のように、本実施形態によれば、試料自体に観察対象の情報を書き込む構成を採用している。このため、観察対象の情報を容易に装置間で共有することができ、装置間の移動が容易となる。また、試料自体に観察対象の情報が書き込まれているため、ユーザーが試料と観察対象の情報を紐づける必要がない。この点は、複数の装置を用いて観察や分析を多角的に行う場合に非常に大きなメリットである。装置間を移動するたびに、ユーザーが観察対象の情報を入力したり、移動させたりすると、その度に情報を取り違う可能性が生じる。しかし、試料自体に観察対象の情報が書き込まれていると、ユーザーの作業は軽減され、情報を取り違える可能性もなくなる。この点は、トレーサビィティーの観点からも非常に優れている。
また、試料に観察対象の位置が書き込まれているため、一度装置から試料を取り出しても、再度装置に試料を挿入すれば、同じ位置を観察できるように試料を移動させることができ、定点観察を行いたい場合にも便利である。従って、例えば、一定時間試料を大気に放置した後の経過観察や、ガス雰囲気化で反応させた後の変化を観察したい場合などにも有効である。
（２）第２の実施形態
＜試料を観察する荷電粒子線装置の構成例＞
図９を参照して、第２の実施形態に係る荷電粒子線装置９の構成について説明する。図９は、第２の実施形態に係る荷電粒子線装置９を示す概略図である。本実施形態における荷電粒子線装置９の構成は、イオンビームカラム１０１ａ及びイオンビームカラム制御器１３１の代わりに、プレス機９１２及びプレス機制御器９４２が備わっている点において、第１の実施形態における荷電粒子線装置１と異なる。また、荷電粒子線装置９において、電子ビームカラム１０２ａを垂直配置している。それ以外の構成は、第１の実施形態の荷電粒子線装置１と同様であるため、説明を省略する。
プレス機９１２は、試料に情報を書き込む機構である。プレス機制御器９４２は、プレス機９１２の駆動を制御する。これにより得られる効果は、第１の実施形態と同じである。また、本実施形態においてはプレス機９１２を備えたが、マイクロプローブをプレス機９１２として用いて試料に情報を書き込むこともできる。
本実施形態に係る荷電粒子線装置９は、他の荷電粒子線装置、あるいは過去に荷電粒子線装置９により加工又は観察された試料９０３の観察対象２７３を観察し、観察対象２７３の情報を試料９０３に書き込むための装置である。荷電粒子線装置９は、例えばＳＥＭ装置、ＴＥＭ装置又はＳＴＥＭ装置等とすることができる。
＜試料の観察方法＞
次に、図１０を参照して、第２の実施形態に係る荷電粒子線装置９による試料の観察方法について説明する。図１０は、本実施形態に係る試料の観察方法を示すフローチャートである。本実施形態に係る試料の観察方法は、観察対象２７３を探索して観察後、観察対象の位置を記憶する点で、第１の実施形態と異なっている。
まず、ステップＳ１０１において、ユーザーは、試料９０３を荷電粒子線装置９に挿入し、試料ステージ１０４上に載置する。
ステップＳ１０２において、ユーザーは、電子ビームカラム１０２ａを用いて、試料９０３の全体を観察することにより、試料９０３上の観察対象２７３を探索する。
観察対象２７３の探索は、自動で行われてもよい。この場合、観察対象２７３の位置は、例えば、観察対象２７３の加工又は観察を行った他の装置から観察対象２７３の位置を統合コンピュータ１３０が受信することにより、自動で特定することができる。また、過去に荷電粒子線装置９により観察対象２７３を観察した際に記憶した観察対象２７３の位置を統合コンピュータ１３０が受信することにより、観察対象２７３の位置を自動で特定することもできる。
ステップＳ１０３において、試料ステージ制御器１３４は、観察対象２７３が電子ビームの照射位置に位置するように試料ステージ１０４を移動する。その後、ユーザーは、電子ビームカラム１０２ａを用いて、観察対象２７３を観察する。
ステップＳ１０４において、統合コンピュータ１３０は、試料９０３上の観察対象２７３の位置を記憶する。本ステップにおいて記憶される観察対象２７３の位置は、Ｘ座標及びＹ座標でもよいし、書き込み位置２７４との位置関係や試料９０３の基準位置との位置関係でもよい。
ステップＳ１０５において、試料ステージ制御器１３４は、観察対象２７３の情報を書き込む位置である書き込み位置２７４が、プレス機９１２による書き込みが行われる位置に位置するように、試料ステージ１０４を移動する。
書き込み位置２７４は、本ステップにおいてユーザーが任意に設定してもよいし、予め登録されていてもよい。書き込み位置２７４を予め登録する場合、例えば、観察対象２７３の加工又は観察を行った他の装置における書き込み位置２７４や、過去に荷電粒子線装置９により観察対象２７３を観察した際にパターンを書き込んだ書き込み位置２７４と同じ位置を登録してもよいし、異なる位置を登録してもよい。
図１１Ａ〜１１Ｄを参照して、ステップＳ１０５における書き込み位置２７４の例について説明する。図１１Ａ〜１１Ｄは、書き込み位置２７４の一例を示す概略図である。上述のように、書き込み位置２７４とは別に基準位置を設け、該基準位置と観察対象との位置関係を試料の書き込み位置２７４に書き込むこともできる。基準位置は、試料に予め備えられている特徴的な形状でも構わないし、試料の中心や端部などのように特定可能な位置でも構わない。また、書き込みの後に、基準位置として、ＦＩＢ装置を用いた加工痕や電子ビームを用いた堆積膜などを形成しても構わない。
図１１Ａは、ＦＩＢ−ＳＥＭ装置により作成されたＴＥＭ用試料９０３ａを示している。観察対象２７３の位置を示すための基準位置は、書き込み位置２７４の一部としても良いし、図１１Ａに示すように、支持部材としてのメッシュ２８３ａの第１の特徴点２８４のようなエッジ部としてもよいし、第２の特徴点２８５のような２つの稜線が交わる点としてもよい。また、図１１Ａに示すように、１つの書き込み位置２７４に、複数の観察対象２７３ａ〜２７３ｃの情報を書き込んでもよい。
図１１Ｂは、メッシュ２８３ｂの上に観察対象２７３が支持されたＴＥＭ用試料９０３ｂを示している。図１１Ｂに示すように、メッシュ２８３ｂの淵を書き込み位置２７４としても良い。また、メッシュの種類は様々有り、予め数字などが刻印されたものもある。その場合には、それらの刻印を基準位置として利用してもよい。
図１１Ｃは、ＳＥＭ用試料９０３ｃの一例を示している。図１１Ｃに示すように、１つのＳＥＭ用試料９０３ｃに観察対象となる複数の位置２７２ａ、２７２ｂがある場合には、複数の観察対象ごとに書き込み位置２７４ａ、２７４ｂを設けてもよい。
図１１Ｄは、ウエハ９０３ｄを示している。ウエハ９０３ｄの場合、ウエハ９０３ｄの方位を示すノッチ９０７を基準位置としてもよい。図１１Ｄでは、観察対象の位置２７２ｃ、２７２ｄが２つ示されているが、１つでも構わないし、２つ以上あっても構わない。また、書き込み位置２７４は、図示された位置に限られない。
ステップＳ１０６において、ユーザーは、入力デバイス１５１を用いて、観察対象２７３の情報をＧＵＩ画面１５３に適宜入力する。なお、本ステップにおける観察対象２７３の情報の入力は、ステップＳ１０１〜Ｓ１０５のどの段階で行われても構わない。ユーザーが観察対象１７３の情報を入力後、ＧＵＩ画面１５３上の「Ｗｒｉｔｅ」ボタンをクリックすることで、統合コンピュータ１３０は、入力された観察対象１７３の情報を受信する。このとき、統合コンピュータ１３０は、観察対象２７３の位置に関する情報、及び入力された観察対象２７３の情報に基づいて、書き込みパターンを生成する。
ステップＳ１０７において、プレス機制御器９４２は、統合コンピュータ１３０が生成したパターンを受信し、プレス機９１２を駆動して該パターンを試料９０３に書き込む。
最後に、ステップＳ１０８において、ユーザーは、試料９０３を装置から取り出し、保管又は破棄する。
本実施形態における観察方法は、第１の実施形態においても適用可能である。
＜技術的効果＞
以上のように、本実施形態によれば、観察対象の位置を記憶する構成を採用しているため、一度装置から試料を取り出しても、再度装置に試料を挿入すれば、同じ位置を観察できるように試料を移動させることができる。従って、例えば、定点観察を行いたい場合に特に有効であり、一定時間試料を大気に放置した後の経過観察や、ガス雰囲気化で反応させた後の変化を観察したい場合などに有効である。
１０１ａ：イオンビームカラム
１０１ｂ：イオンビーム
１０１ｃ：イオンビームカラムの光軸
１０２ａ、６０２ａ：電子ビームカラム
１０２ｂ：電子ビーム
１０２ｃ：電子ビームカラムの光軸
１０３、９０３：試料
１０４：試料ステージ
１０５、６０５：試料室
１０６、１０７、６０６、６０８：荷電粒子検出器
１０９、６０９：Ｘ線検出器
１３０、６３０：統合コンピュータ
１３１：イオンビームカラム制御器
１３２、６３２：電子ビームカラム制御器
１３４：試料ステージ制御器
１３６、１３７、６３６、６３８：検出器制御器
１３９、６３９：Ｘ線検出器制御器
１５１、６５１：入力デバイス
１５２、６５２：ディスプレイ
１５３、６５３：ＧＵＩ画面
１７１：クロスポイント
１１０：マイクロプローブ
１１３：第２の試料
１７２、２７２、２７２ａ〜２７２ｄ：観察対象の位置
１７３、２７３：観察対象
１７４、２７４、２７４ａ、２７４ｂ：書き込み位置
１８３：支持部材
６１１：試料交換室
６１２、９１２：プレス機
６１４：ＴＥＭ用試料ステージ
６４４：ＴＥＭ用試料ステージ制御器
６４２、９４２：プレス機制御器
２８４：第１の特徴点
２８５：第２の特徴点
２８３ａ、２８３ｂ：メッシュ
９０３ａ、９０３ｂ：ＴＥＭ用試料
９０３ｃ：ＳＥＭ用試料
９０３ｄ：ウエハ
９０７：ノッチ
検出器制御器１３６は、荷電粒子検出器１０６を制御する。検出器制御器１３７は、荷電粒子検出器１０７を制御する。検出器制御器１３６及び１３７は、それぞれ荷電粒子検出器１０６及び１０７からの検出信号を演算処理し、画像化する回路又は演算処理部（図示せず）を備える。
ステップＳ１０６において、ユーザーは、入力デバイス１５１を用いて、観察対象２７３の情報をＧＵＩ画面１５３に適宜入力する。なお、本ステップにおける観察対象２７３の情報の入力は、ステップＳ１０１〜Ｓ１０５のどの段階で行われても構わない。ユーザーが観察対象２７３の情報を入力後、ＧＵＩ画面１５３上の「Ｗｒｉｔｅ」ボタンをクリックすることで、統合コンピュータ１３０は、入力された観察対象２７３の情報を受信する。このとき、統合コンピュータ１３０は、観察対象２７３の位置に関する情報、及び入力された観察対象２７３の情報に基づいて、書き込みパターンを生成する。

Claims (14)

  1. 荷電粒子線を用いて試料上の観察対象を加工する荷電粒子線装置において、
    前記試料を載置する試料ステージと、
    前記観察対象を観察する観察部と、
    前記試料の書き込み位置に前記観察対象の情報を書き込む書き込み部と、を備えることを特徴とする荷電粒子線装置。
  2. 請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
    前記観察対象の情報は、前記観察対象の位置と前記書き込み位置との位置関係を含むことを特徴とする荷電粒子線装置。
  3. 請求項２に記載の荷電粒子線装置において、
    前記書き込み位置は、前記試料の基準位置であることを特徴とする荷電粒子線装置。
  4. 請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
    前記書き込み部は、前記荷電粒子線により前記観察対象の情報を書き込むことを特徴とする荷電粒子線装置。
  5. 請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
    前記書き込み部は、プレス機を含むことを特徴とする荷電粒子線装置。
  6. 請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
    制御部をさらに備え、
    前記制御部は、前記観察対象の情報から、前記試料に書き込まれるパターンを生成し、
    前記観察対象の情報は、前記パターンとして書き込まれることを特徴とする荷電粒子線装置。
  7. 請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
    表示部をさらに備え、
    前記表示部は、前記試料に書き込まれる前記観察対象の情報を表示することを特徴とする荷電粒子線装置。
  8. 荷電粒子線を用いて試料上の観察対象を観察する荷電粒子線装置において、
    前記試料を載置する試料ステージと、
    前記荷電粒子線を用いて前記試料を観察する観察部と、
    前記観察対象の情報を読み取る制御部と、を備え、
    前記観察部は、前記試料の書き込み位置に書き込まれた前記観察対象の情報を観察し、
    前記制御部は、前記観察対象の情報から、前記観察対象の位置と前記書き込み位置との位置関係を読み取り、
    前記試料ステージは、前記位置関係に基づいて、前記観察対象を前記荷電粒子線の照射位置に移動させ、
    前記観察部は、前記観察対象を観察することを特徴とする荷電粒子線装置。
  9. 請求項８に記載の荷電粒子線装置において、
    前記観察部は、前記観察対象の情報を観察する前に、前記観察対象の情報を観察するよりも低い倍率で、前記観察対象の情報を探索することを特徴とする荷電粒子線装置。
  10. 請求項８に記載の荷電粒子線装置において、
    表示部をさらに備え、
    前記表示部は、前記観察部により観察された前記観察対象の情報を表示することを特徴とする荷電粒子線装置。
  11. 荷電粒子線装置を用いて試料を加工する方法において、
    前記荷電粒子線装置に前記試料を挿入するステップと、
    前記試料上の観察対象を観察するステップと、
    前記試料の書き込み位置に前記観察対象の情報を書き込むステップと、を備えることを特徴とする試料加工方法。
  12. 請求項１１に記載の試料加工方法において、
    前記書き込むステップの後、前記試料を移動させるステップをさらに備えることを特徴とする試料加工方法。
  13. 荷電粒子線装置を用いて試料上の観察対象を観察する観察方法において、
    前記試料に書き込まれた前記観察対象の情報を観察するステップと、
    前記観察対象の情報から、前記観察対象の位置を判断するステップと、
    前記判断された前記観察対象の位置を観察できるように前記試料を移動するステップと、
    前記観察対象を観察するステップと、を備えることを特徴とする観察方法。
  14. 請求項１３に記載の観察方法において、
    前記観察対象の情報は、前記観察対象の位置と、前記観察対象の情報が書き込まれた前記試料上の位置との位置関係を含むことを特徴とする観察方法。
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