JP2014089956A - 粒子ビームシステム及びｔｅｍ試料を加工する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ＴＥＭ試料の製造を容易にするシステムと方法を提供する。
【解決手段】イオンビーム加工システム７の主軸９を含む領域にＴＥＭ試料１０１を取り付け、イオンビームを試料１０１へ向け、主軸９の方向から加工するステップと、試料１０１の回転軸８９と主軸９の間の角度αを３５°≦α≦５５°として、回転軸８９を中心に試料１０１を１８０°回転させるステップと、続いてイオンビームを試料１０１へ向け、主軸９の方向から加工するステップとを含み、試料１０１を加工するステップ中に試料１０１の材料をイオンビームにより除去する。さらに、電子顕微鏡システム３から電子ビームを試料１０１へ照射し、試料１０１から発する粒子を検出し、顕微鏡観察を行う。
【選択図】図３

Description

本発明は、粒子ビームシステム及びＴＥＭ試料を加工する方法に関する。

［関連出願の相互参照］
本願は、ドイツにおいて２０１２年１０月１８日付けで出願された特許出願第１０ ２０１０ ０２０ ４７８．７号の優先権を主張し、当該出願の全内容を参照により本明細書に援用する。

透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）は、非常に高い空間分解能の材料解析を可能にする。例えば、１ｎｍ以下の特徴サイズを有する構造を分解することができる。この目的で、いわゆるＴＥＭ試料を被解析材料で形成しなければならず、ＴＥＭ試料は、透過型電子顕微鏡が発生した電子ビームの電子が材料を通過できるように少なくとも部分的に薄い。このように薄い物体は、ＴＥＭラメラ（TEM-lamellae）とも呼ばれ、例えば１００ｎｍ以下の厚さを示す。かかるＴＥＭ試料の製造は、複雑且つ困難である。

特定の種類のＴＥＭ試料が特許文献１から既知であり、当該文献の全開示を参照により本明細書に援用する。この引用文献から既知のＴＥＭ試料の例を、図１に概略的に示す。図１に示すＴＥＭ試料１０１を製造するために、直方体形材料ブロック１３０を基板から切り出し、材料ブロックは、透過型電子顕微鏡を用いて解析される領域を含む。直方体形材料ブロックは、例えば０．１μｍ〜５００μｍの厚さ及び５μｍ〜１０００μｍの幅を示し得る。ここでは、直方体形材料ブロック１０３の厚さは、透過型電子顕微鏡において電子が適切に通過するには大きすぎる。したがって、ストリップ形凹部を直方体の２つの対向する平坦面それぞれに形成し、凹部が直方体の辺に対して例えば４５°の角度δで延びることで、ストリップ形凹部１０５の延在方向間の角度εは例えば９０°の値となる。凹部１０５の深さを直方体１０３の厚さの半分よりもいくらか小さくして、凹部１０５同士が交わって重なる図１の斜線領域１０７が、直方体１０３の厚さから凹部１０５両方の厚さを引いた厚さに等しいわずかな材料の厚さをもたらすようにする。凹部１０５を適切に形成することにより、例えば、集束イオンビームを用いて材料を除去することにより、透過型電子顕微鏡を用いて領域１０７の材料を解析できるように領域１０７の材料の厚さを薄く構成することが可能である。

図１に示すＴＥＭ試料には、直方体１０３の周囲領域により、薄い材料の領域１０７がフレームによって露出されて変形から保護されるという利点があり、フレームは、比較的脆弱な薄い領域１０７に損傷を与えることなくマニピュレータ及び対象物台に取り付けることができる。

米国特許第２０１２／０１８９８１３号明細書

特許文献１は、図１に示すＴＥＭ試料を製造する装置及び方法を開示している。しかしながら、かかるＴＥＭ試料の製造を可能にするさらに他の装置及び方法が利用可能であることが望ましい。

本発明の実施形態は、ＴＥＭ試料の比較的単純且つ確実な製造と、透過型電子顕微鏡を用いたその解析とを行う、粒子ビームシステム及びＴＥＭ試料を加工する方法を提供する。

特定の実施形態によれば、粒子ビームシステムは、第１方向から対象物領域に入射する第１粒子ビームを発生するよう構成した第１粒子ビームコラムであり、第１粒子ビームはイオンビームである第１粒子ビームコラムと、第２方向から対象物領域に入射する第２粒子ビームを発生するよう構成した第２粒子ビームコラムと、対象物を対象物領域に取り付けるよう構成した対象物台であり、第１粒子ビームコラムに対して回転軸を中心に回転可能なシャフトを備えた対象物台とを備え、以下の関係：３５°≦α≦５５°を満たし、αは第１方向と回転軸との間の第１角度を示す。

第１粒子ビームコラムが発生したイオンビームである第１粒子ビームは、製造又は解析対象のＴＥＭ試料から材料を除去する役割を果たす。一方では、この材料除去を用いて、図１に関して前述したストリップ形凹部を形成することができる。ここでは、イオンビームは、例えば集束ガリウムイオンビームであり得る。さらに、イオンビームにより加工される対象物上の場所にプロセスガスを供給することができ、プロセスガスは、イオンビームのイオン又はイオンビームにより対象物から融解した（dissolved）二次粒子によって励起され、対象物の材料との化合物を形成し、それにより対象物から材料を融解する（イオンビームアシストエッチング）。

他方では、イオンビームを用いて、例えば酸化により発生したＴＥＭ試料上の不純物を除去することができる。ここでは、イオンビームは、例えばアルゴンイオンビームであり得る。

第２粒子ビームコラムが発生した第２粒子ビームを用いて、第１粒子ビームを用いて物体を加工する方法を監視及び制御することができる。ここでは、粒子ビームシステムは、対象物から出た二次粒子を検出するために検出器を備え得る。さらに、第２粒子ビームコラムは、対象物に対する第２粒子ビームの入射場所を変更するために１つ又は複数のビームデフレクタを備え得ることにより、対象物から出た二次粒子を空間分解検出できる。特に、第２粒子ビームは、対象物領域を系統的に走査することができ、走査した対象物領域の顕微鏡画像が、対象物から出て検出された二次粒子の強度から作成される。対象物と相互作用した第２粒子ビームの粒子は、対象物自体から後方散乱した電子及び対象物を透過した電子であり得る。

第２粒子ビームも同様にイオンビーム、例えばヘリウムイオンビームであり得る。さらに、第２粒子ビームは電子ビームであってもよく、第２粒子ビームコラムは、電子顕微鏡として構成されてもよい。ここでは、第２粒子ビームコラムは，走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）を含み得る。かかるＳＥＭは、第１粒子ビームコラムと共に、図１を参照して説明したＴＥＭ試料のストリップ形凹部を形成するために用いられることが好ましい。ここでは、第１粒子ビームコラム及び第２粒子ビームコラムを、クロスビームシステム又はデュアルビームシステムとも称する粒子ビームシステムに一体化する。ここでは、γは、第１粒子ビームが対象物領域に入射する第１方向と第２粒子ビームが対象物領域に入射する第２方向との間の第３角度を示し、γは、２０°〜９０°、特に３０°〜６０°、特に４０°〜５５°の値となる。この粒子ビームシステムは、走査型電子顕微鏡を備えることができ、走査型電子顕微鏡は、走査型電子顕微鏡が発生して対象物を透過した電子を検出する検出器を備える。かかる走査型透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）を用いれば、対象物を別個の透過型電子顕微鏡へ移送する必要なく透過型電子顕微鏡解析を直接行うことができる。

第２粒子ビームコラムは、ＴＥＭ試料の透過型電子顕微鏡解析を行うよう構成した透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）も備え得る。ここでは、第１粒子ビームは、ＴＥＭ試料から不純物を除去する役割を果たすことが好ましい。さらに、γは、第１粒子ビームを対象物領域へ指向させる第１方向と第２粒子ビームを対象物領域へ指向させる第２方向との間の第３角度を示し、好ましくは８０°よりも大きく、特に８５°よりも大きく、特別な実施形態によれば９０°に等しい。

第１粒子ビームが対象物領域に入射する第１方向と対象物台の回転軸との間の角度αは、対象物台に取り付けたＴＥＭ試料を、回転軸を中心とした１８０°の対象物台の回転により第１位置から第２位置へ移動させることができるよう選択され、第１位置では、図１を参照して説明したストリップ形凹部の一方を第１粒子ビームにより加工することができ、第２位置では、両ストリップ形凹部の他方を第１粒子ビームにより加工することができる。したがって、特に容易な方法で、第１粒子ビームを用いた両ストリップ形凹部の形成と、形成済みのストリップ形凹部を備えたＴＥＭ試料からの不純物の除去との少なくとも一方を行うことが可能である。

したがって、ＴＥＭ試料を加工する方法の一実施形態は、以下の要素：対象物を対象物台に取り付けるステップと、対象物が第１粒子ビームシステムの対象物領域に配置されるように対象物を第１粒子ビームシステムに配置するステップと、第１粒子ビームを対象物領域へ第１方向から指向させる第１ステップであり、第１粒子ビームはイオンビームである第１ステップと、続いて軸を中心に対象物を１８０°回転させるステップであり、以下の関係：
３５°≦α≦５５°
を満たし、αは第１方向と軸との間の第１角度を示すステップと、続いて第１粒子ビームを対象物領域へ第１方向から指向させる第２ステップとを含むことができ、第１粒子ビームを対象物領域へ指向させる第１ステップ及び第２ステップ中に材料を対象物から除去する。

ここでは、第１粒子ビームを対象物領域へ指向させる第１ステップ及び第２ステップを用いて、対象物にストリップ形凹部を形成するか、又は対象物から不純物、例えば酸化物を取り除くことができる。

ここでは、軸を中心とした対象物の回転を、回転軸を中心とした単一の回転ステップにより行うことができる。しかしながら、例えば別個の回転軸を中心とした複数の連続的に実行される回転ステップ及び１つ又は複数の方向の並進ステップを含み得る、複数の運動ステップにより、この回転を行うことも可能である。

さらに、本方法は、第２粒子ビームを対象物領域へ指向させて、対象物領域から発する粒子を検出する第３ステップを含み得る。ここでは、第１粒子ビームを対象物領域へ指向させる第１ステップ及び第２ステップの少なくとも一方を、第２粒子ビームを対象物領域へ指向させる第３ステップ中に検出された二次粒子に基づいて行うことができる。前述のように、第２粒子ビームはイオンビーム又は電子ビームとすることができ、ストリップ形凹部を形成するプロセスを監視するため又はＴＥＭ試料の透過型電子顕微鏡解析を行うために、対象物領域から発する二次粒子から検出された空間分解強度から、顕微鏡画像を作成することができる。

さらに、最初に第１粒子ビームシステムからＴＥＭ試料を製造し、続いてさらなる加工を行うためにＴＥＭ試料を第２粒子ビームシステムへ移送することが可能であり、さらなる加工は、第２粒子ビームシステムにおける軸を中心とした１８０°の対象物の回転も含む。第２粒子ビームシステムは、例えば、第１粒子ビームシステムで形成したＴＥＭ試料の透過型電子顕微鏡解析に役立つＴＥＭを含むことができ、第１粒子ビームシステムから第２粒子ビームシステムへのＴＥＭ試料の移送中に生じたＴＥＭ試料からの不純物を除去するために、イオンビームをそこで用いることができる。

ここでは、本方法は、以下の要素：対象物が第２粒子ビームシステムの対象物領域に配置されるように対象物を第２粒子ビームシステムに配置するステップと、第３粒子ビームを対象物領域へ第４方向から指向させる第４ステップであり、第３粒子ビームはイオンビームである第４ステップと、続いて軸を中心に対象物を１８０°回転させるステップであり、以下の関係：
３５°≦α≦５５°
を満たし、αは第１方向と軸との間の第１角度を示すステップと、続いて第３粒子ビームを対象物領域へ第４方向から指向させる第５ステップと、続いて第４粒子ビームを対象物領域へ指向させて対象物を透過した粒子を検出する第６ステップとをさらに含むことができ、第３粒子ビームを対象物領域へ指向させる第４ステップ及び第５ステップ中に材料を対象物から除去し、第４粒子ビームはＴＥＭが発生した電子ビームである。

ここでは、イオンビームは特にアルゴンイオンビームであり得る。

本開示の上記の及び他の有利な特徴は、添付図面を参照した以下の例示的な実施形態の詳細な説明からより明確になるであろう。必ずしも全ての可能な実施形態が本明細書で特定した利点の一つ一つ又はいずれかを示すとは限らないことに留意されたい。

ＴＥＭ試料の概略斜視図である。 図１に示すＴＥＭ試料を製造するよう構成した粒子ビームシステムの概略図である。 図２の粒子ビームシステムの角度関係を示す概略図である。 図１に示すＴＥＭ試料を解析するよう構成した粒子ビームシステムの概略断面である。 図４に示す粒子ビームシステムの角度関係を示す概略図である。 対象物台の概略図である。 ＴＥＭ試料を加工及び解析する方法のフローチャートである。

以下で説明する例示的な実施形態において、機能及び構造が同様のコンポーネントはできる限り同様の参照符号で示す。したがって、特定の実施形態の個々のコンポーネントの特徴を理解するためには、他の実施形態の説明及び本開示の概要を参照すべきである。

単純化した概略斜視図で、図２は、図１に示すＴＥＭ試料を製造することができる粒子ビームシステムを示す。粒子ビームシステム１は、主軸５を有する電子顕微鏡システム３と、主軸９を有するイオンビーム加工システム７とを備える。電子顕微鏡システム３の主軸５及びイオインビーム加工システム７の主軸９は、対象物領域１１において例えば４５°〜５５°の値となる角度γで交差して、製造対象物をイオンビーム加工システム７の主軸９に沿って放出されたイオンビーム１７により加工できると共に電子顕微鏡システム３の主軸５に沿って放出された電子ビーム１９を用いて解析できるようにする。

ここでは、一次電子ビーム１９を発生するよう構成した電子顕微鏡システム３は、陰極２３と、そこから離れて配置したサプレッサ電極２５と、そこから離れて配置したコンタクト電極２６とにより概略的に示す電子源２１を備える。さらに、電子顕微鏡システム３は、鋼管２９内へと連なり且つリングコイル３３及びヨーク３５で概略的に示すコリメータ構成体３１を貫通する加速電極２７を備える。コリメータ構成体３１を通過した後に、一次電子ビームは、ピンホール３７と二次電子検出器４１の中心孔３９とを通り、それから一次電子ビーム１９は電子顕微鏡システム３の対物レンズ４３に入る。一次電子ビーム１９を集束させるよう構成した対物レンズ４３は、磁界レンズ４５及び静電レンズ４７を備える。図２の概略図では、磁界レンズ４５は、リングコイル４９、内側磁極片５１、及び外側磁極片５３を備える。静電レンズ４７は、鋼管２９の下端５５と、外側磁極片５３の内側下端と、対象物の位置１１に向かって円錐状に先細るリング電極５９とからなる。図２に概略的に示す対物レンズ４３は、米国特許第６，８５５，９３８号明細書により詳細に示す構成を含んでもよい。

さらに、電子顕微鏡システム３は、透過電子の強度から対象物の電子顕微鏡画像を記録するために、対象物を通過した電子用の検出器４１’を備えることができ、強度は検出器４１’により検出される。

対象物を通過した電子用の検出器４１’は、対象物領域１１に対して電子源２１の反対側に配置する。したがって、検出器４１’と電子源２１との間の距離は、対象物領域１１と電子源２１との間の距離よりも大きい。

イオンビーム加工システム７は、引き出し電極６５を有するイオン源６３と、コリメータ６７と、調整可能な開口６９と、偏向電極７１と、イオンビーム加工システム７のハウジング７５から出るイオンビーム１７を発生するよう構成した集束レンズ７３とを備える。

粒子ビームシステム１は、製造対象のＴＥＭ試料を粒子ビームシステム１の対象物領域１１に取り付けるよう構成した対象物台８１をさらに備える。対象物台８１は、対象物領域１１に突出して製造対象のＴＥＭ試料（図２には図示せず）が取り付けられるシャフト８３を備える。シャフト８３は、外側部分８７を備えたピボット軸受８６の内側部分８５に取り付けられ、外側部分８７は、例えば粒子ビームシステム１の真空ケーシングに取り付けられ、したがって電子顕微鏡システム３及びイオンビーム加工システム７に対して固定的に配置される。ピボット軸受の内側部分８５は、回転軸８９を中心に外側部分８７に対して枢動し、対象物台のシャフト８３は、回転軸８９に沿って延びる。特に、回転軸８９は、粒子ビームシステム１の対象物領域１１と交差するような向きであり得る。図２に矢印９１で示すように、シャフト８３を回転させることにより、対象物台８１のシャフト８３に取り付けたＴＥＭ試料をピボット軸受８６の外側部分８７に対して回転軸８９を中心に１８０°よりも大きく回転させることができる。

さらに、対象物領域１１にＴＥＭ試料を位置決めするために、シャフト８３が外側部分８７に対して並進可能若しくは傾斜可能であり得るか、又は外側部分８７が真空ケーシングに対して並進可能若しくは傾斜可能であり得る。ここでは、シャフト８３が、回転軸８９に対して同軸上で可動でもあり得る。さらに、シャフト８３は、回転軸８９と直交する２つの方向に可動又は傾斜可能でもあり得る。

対象物台８１の回転軸８９と電子顕微鏡システムの主軸５及びイオンビーム加工システムの主軸９との間の幾何学的関係を、図３に概略的に示す。図中、電子顕微鏡システム３のうち対物レンズの円錐台形の外輪郭４５のみと、イオンビーム加工システム７のうち前部ケーシングの円錐台形の外輪郭７５のみとを、図３に概略的に示す。しかしながら、粒子ビームシステム１の対象物領域１１に配置され、そこで図３には示さない対象物台８１に取り付けられているＴＥＭ試料１０１を、図３に概略的に示す。対象物台８１の回転軸８９と、イオンビームが対象物領域１１に入射する方向であるイオンビーム加工システム７の主軸９とは、角度αを囲む。図示の実施形態では、角度αは４５°の値となる。イオンビーム１７は、ＴＥＭ試料１０１に主軸９に沿って延びるストリップ形凹部１０５を形成するために、イオンビーム加工システム７のデフレクタ７１を制御することにより対象物領域１１内の別個の場所に指向させることができる。ストリップ形凹部１０５の形成は、電子顕微鏡システム３を用いて、ＴＥＭ試料及び形成されたばかりの凹部１０５の電子顕微鏡画像を取り込むことにより監視することができる。ここでは、対象物台８１の回転軸８９を、電子顕微鏡システム３の主軸５に対して、したがって電子が対象物領域１１に入射する方向に対して角度βに向け、角度βは、図示の実施形態では９０°の値となる。

両方の凹部１０５のうち第１のものが形成されるとすぐに、イオンビームを用いて両方の凹部１０５のうち第２のものを形成するために、対象物台、したがってそれに取り付けたＴＥＭ試料１０１を回転軸８９を中心に１８０°回転させる。

図示の実施形態では、角度αは４５°の値となる。結果として、ストリップ形凹部間の角度ε（図１を参照）は９０°の値となる。しかしながら、角度αが異なる値となることでストリップ形凹部間の角度εがそれに従って異なる値となる場合、この値からの偏差も可能となる。例えば、角度αは３５°〜５５°の値となり得る。回転軸８９と電子ビームの方向との間の角度βは、電子顕微鏡画像におけるＴＥＭ試料１０１の表面の最大限の投影を可視化するために、図示の実施形態では９０°の値となる。しかしながら、角度βの他の値、例えば７０°〜９０°を選択することもできる。

図４は、ＴＥＭ試料を加工及び解析するよう構成した粒子ビームシステムの別の実施形態を示す。粒子ビームシステム１ａは、透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）３ａ及びイオンビーム加工システム７ａを備える。透過型電子顕微鏡３ａは、対象物領域１１ａにおいて対象物台８１ａに取り付けたＴＥＭ試料（図４には図示せず）の透過型電子顕微鏡解析を行う役割を果たす。ここでは、透過型電子顕微鏡３ａは、電子ビーム５ａを発生するよう構成した電子ビーム源２３ａと、ビーム５ａを整形及び加速するよう構成した複数の電極６と、ビーム５ａが対物レンズ４５ａに入る前にビーム５ａをさらに整形及び操作するための１つ又は複数のコンデンサレンズ８又は他の電子光学コンポーネントとを備える。他のコンポーネントは、例えば、モノクロメータ、レンズ４５ａの光学的誤差を補正する補正器、及び対象物領域１１ａにわたってビーム９を走査するデフレクタを含み得る。

レンズ４５ａの後方のビーム経路に、さらに他の電子光学コンポーネント、例えば投影レンズ１０、開口、位相板、バイプリズム、補正器、分光計等、及び最後に１つ又は複数の検出器４１ａを配置することができる。

レンズ４５ａは、２つの磁極片１２、１４間に磁界を生成して電子ビーム５ａを集束させ、磁極片のそれぞれは、電子ビーム５ａが通過する貫通孔１６を備える。磁極片１２、１４のそれぞれは、対象物領域１１ａに向かって先細り、対象物領域１１ａに面した端面１８を備え、集束磁場の磁力線が端面に対してそれぞれ出入りする。磁場は、磁極片１２及び１４をそれぞれ包囲するライブコイル２０により生成される。磁極片１２、１４間の磁束は、対象物領域１１ａを含む真空空間２４も画定する円筒形の金属ヨーク２２により閉じられる。図４の図では、電子源２３ａに向かって上方及び検出器４１ａに向かって下方で、真空ケーシングのさらに他のコンポーネント２８がヨーク２２につながることで、電子源２３ａ及び検出器４１ａも真空内に配置されるようにする。

イオンビーム加工システム７ａは、イオンビーム加工システム７ａが発生したイオンビーム１７ａを対象物領域１１ａに指向させるように真空ケーシング２２に取り付けられる。

図５は、対象物領域１１ａを横切り電子ビーム５ａの方向に直交する向きの平面の概略上面図を示す。

磁極片１２及び１４の端面１８間の強磁場により、イオンビーム１７ａのイオンは、磁場の領域内で、直線とは実質的に異なる曲線軌道上を移動する。したがって、イオンビーム１７ａが対象物領域１１ａに入射する方向９ａは、イオンビーム１７ａがイオンビーム加工システム７ａのイオンビームコラムから出る方向とは異なる。

ＴＥＭ試料は、対象物領域１１ａの対象物台８１ａのシャフト８３ａに取り付ける。ここでは、シャフト８３ａは、回転軸８９ａを中心に回転可能であり、回転軸８９ａとイオンビーム１７ａが対象物領域１１ａに入射する方向９ａとの間の角度αは、図示の実施形態ではこの場合も４５°の値となる。しかしながら、そこから外れた値を角度αとして選択することもできる。

電子ビーム５ａが対象物領域１１ａに入射する方向とイオンビーム１７ａが対象物領域に入射する方向９ａとの間の角度γは、図４及び図５の図示の実施形態では９０°の値となる。電子ビーム５ａが対象物領域１１ａに入射する方向と対象物台８１ａの回転軸８９ａとの間の角度βが、９０°よりもわずかに小さな値となることで、イオンビーム１７ａが対象物領域１１ａに配置したＴＥＭ試料の薄い領域１０７（図１を参照）に小さな角度で入射し、イオンビーム１７ａの斜入射が薄い領域１０７で生じるようになる。図示の実施形態では、角度βは８７°の値となる。

代替的な実施形態によれば、ＴＥＭ試料の領域１０７への上記斜入射を達成するために、角度βは９０°の値となり、一方で角度γは９０°よりも小さな値となる。ここでは、角度γは例えば８７°の値となり得る。

イオンビーム１７ａは、例えば、透過型電子顕微鏡３ａの対象物領域に取り付けたＴＥＭ試料から不純物を除去するよう働くアルゴンイオンビームであり得る。ここでは、ＴＥＭ試料の領域１０７（図１を参照）の片面から不純物が実質的になくなるまで、イオンビーム１７ａをこの面に指向させる。続いて、対象物台のシャフト８３ａをそれに取り付けたＴＥＭ試料と共に回転軸８９ａを中心に１８０°回転させて、イオンビーム１７ａを用いて領域１０７の他方の面から不純物をなくす。

このプロセスは、ＴＥＭ試料の領域１０７の透過型電子顕微鏡画像を記録することにより監視することができる。

図６は、対象物台８１ａのシャフト８３ａの前部の詳細図を示す。シャフト８３ａは、インセット９２を設置する凹部９３を備え、インセットは突起９４を備え、突起９４は、インセット９２が凹部に設置された場合に凹部９３内に突出してＴＥＭ試料１０１ａを取り付けられることで、ＴＥＭ試料が凹部９３内に配置されてＴＥＭ試料を電子ビームが通過できるようにする。さらに、シャフト８３ａは、イオンビーム１７ａをシャフト８３ａの材料により遮ることなくイオンビーム１７ａをＴＥＭ試料１０１ａに入射させるよう構成したストリップ形凹部９５を備える。回転軸８９ａを中心にシャフト８３ａを１８０°回転させた後にイオンビーム１７ａをＴＥＭ試料１０１ａに入射させるために、対応の凹部９５をシャフト８３ａの反対側に設ける。このストリップ形凹部９５を、図６の上面図に破線で示す。

さらに、シャフト８３ａは、ＴＥＭ試料１０１ａの精密な取り付けを行うために真空空間２４内に配置することが意図され得るカウンタ軸受により支承される円錐先端９６を備え得る。

対象物をクロスビームシステムから透過型電子顕微鏡へ移送するためには、対象物台８１の全体を対象物と共にクロスビームシステムから取り外して透過型電子顕微鏡に取り付けることで、対象物を透過型電子顕微鏡に配置することができる。しかしながら、クロスビームシステムの対象物台８１が、対象物を取り付けるインセット９２用の取り入れ口を備えることも可能である。この場合、インセット９２のみを対象物と共にクロスビームシステムから取り外して透過型電子顕微鏡へ移送することができ、そこでインセット９２を対象物と共に透過型電子顕微鏡の対象物台８１ａに取り付けることで、透過型電子顕微鏡を用いて対象物を解析することができる。

以下において、ＴＥＭを加工する方法及び透過型電子顕微鏡でのその解析を図７のフローチャートを参照して説明する。

関心領域が大きな基板にあると考え、透過型電子顕微鏡を用いて関心領域を解析するものとする。ステップ２０１において、関心領域を含む直方体形の材料対象物を基板から切り離す。ここでは、材料対象物は、直方体形とは異なる形状、例えば台形、角柱形、又は楔形を示し得る。

ステップ２０３において、移送用具を用いて対象物を基板から解放する。このプロセスをｉｎ−ｓｉｔｕリフトアウトとも称する。ｉｎ−ｓｉｔｕリフトアウト法に関する背景情報は、例えば欧州特許第２ ０４３ １３１号明細書に記載されており、当該文献の全開示を参照により本明細書に援用する。続いて、ステップ２０５において、移送用具を用いて対象物を対象物台に、例えば図２〜図６に示す対象物台８１に取り付け、対象物台を粒子ビームシステム、例えば図２に示すクロスビームシステムに取り付ける。その後、ステップ２０７において、第１ストリップ形凹部を対象物に形成する。凹部を形成するプロセスは、ステップ２０９においてＳＥＭを用いて対象物の画像を記録することにより監視することができる。ステップ２１１において、関心領域を含むストリップ形凹部が所望通りに形成されたか否かを判断する。所望通りに形成されていない場合、ステップ２０７において、イオンビームを用いたさらなる加工を行う。第１ストリップ形凹部が所望通りに形成された場合、ステップ２１３において、対象物を１８０°回転させ、回転を行う軸及びイオンビームが対象物領域に入射する方向は角度αを囲む。ここでは、回転軸を中心とした単一の回転ステップにより回転を行うことができる。しかしながら、例えば別個の回転軸を中心とした複数の連続的に実行される回転ステップ及び１つ又は複数の方向の並進ステップを含み得る、複数の運動ステップにより、この回転を行うことも可能である。

対象物の回転後、ステップ２１５において、イオンビームを用いて第２ストリップ形凹部を形成し、第２ストリップ形凹部は、対象物のうち第１ストリップ形凹部とは反対側の面に配置され、第１ストリップ形凹部に対して角度をなして、例えば９０°で延びる。このプロセスもまた、ステップ２１７においてＳＥＭを用いて対象物の画像を記録することにより監視することができる。判断ステップ２１９に応じて、第２ストリップ形凹部の所望の形状がまだ達成されていない場合、ステップ２１５においてイオンビームを用いた加工を続ける。

第２ストリップ形凹部が所望通りに形成された場合、対象物は、関心領域を含み且つＳＥＭ及び透過型電子顕微鏡の少なくとも一方を用いて解析することができる薄い領域（図１における領域１０７）を含む。透過型電子顕微鏡を用いた解析のために、続いてステップ２２１において、対象物を透過型電子顕微鏡、例えば図４及び図５に示す粒子ビームシステムへ移送する。ここでは、対象物を真空移送容器に配置することができる。それにもかかわらず、対象物がこの移送により、例えば酸化により汚染される可能性がある。したがって、ステップ２２３において、第１ストリップ形凹部、したがって対象物の薄い領域１０７の片面を、イオンビーム１７ａを用いて洗浄する。この場合も、このプロセスは、ステップ２２５において対象物の透過型電子顕微鏡画像を記録することにより監視することができる。記録画像に応じて、ステップ２２７において、ステップ２２３におけるイオンビームを用いた加工を続けるか否か、又は領域１０７の反対側を洗浄するか否かを判断する。ここでは、ステップ２２９において、軸を中心に対象物を１８０°回転させ、軸及びイオンビームが対象物に入射する方向は、例えば４５°の角度αを囲む。

その後、ステップ２３１において、第２ストリップ形凹部、したがって薄い領域１０７の第２面を洗浄する。この場合も、このプロセスは、ステップ２３３において透過型電子顕微鏡を用いて領域１０７の画像を記録することにより監視することができる。それに応じて、判断ステップ２３５において、イオンビームを用いた加工をステップ２３１において続けるか否か、又は対象物が対象物の関心領域の透過型電子顕微鏡解析を開始できる状態にあるか否かを判断する。かかる状態にある場合、ステップ２３７において、対象物の透過型電子顕微鏡解析を行う。

本開示をその特定の例示的な実施形態に関して説明したが、多くの代替形態、変更形態、及び変形形態が当業者に明らかとなることは明らかである。したがって、本明細書に記載した開示の例示的な実施形態は、説明のためのものであり限定の意図は一切ない。添付の特許請求の範囲に記載した本開示の趣旨及び範囲から逸脱せずに、さまざまな変更を加えることができる。

Claims (16)

1. 粒子ビームシステムであって、
   第１方向から対象物領域に入射する第１粒子ビームを発生するよう構成した第１粒子ビームコラムであり、前記第１粒子ビームはイオンビームである第１粒子ビームコラムと、
   第２方向から前記対象物領域に入射する第２粒子ビームを発生するよう構成した第２粒子ビームコラムと、
   対象物を前記対象物領域に取り付けるよう構成した対象物台であり、前記第１粒子ビームコラムに対して回転軸を中心に回転可能なシャフトを備えた対象物台と
   を備え、以下の関係：
   ３５°≦α≦５５°
   を満たし、αは前記第１方向と前記回転軸との間の第１角度を示す粒子ビームシステム。
2. 請求項１に記載の粒子ビームシステムにおいて、以下の関係：
   ７０°≦β≦９０°
   を満たし、βは前記回転軸と前記第２方向との間の第２角度を示す粒子ビームシステム。
3. 請求項１又は２に記載の粒子ビームシステムにおいて、前記回転軸は前記対象物領域と交差する粒子ビームシステム。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の粒子ビームシステムにおいて、以下の関係：
   ２０°≦γ≦９０°、特に３０°≦γ≦６０°、特に４０℃≦γ≦５５°
   を満たし、γは前記第１方向と前記第２方向との間の第３角度を示す粒子ビームシステム。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の粒子ビームシステムにおいて、前記第２粒子ビームコラムは、前記対象物領域にわたって前記第２粒子ビームを走査するよう構成したビームデフレクタと、前記対象物領域から発する粒子を検出するよう構成した検出器とを備える粒子ビームシステム。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の粒子ビームシステムにおいて、前記第２粒子ビームは電子ビームである粒子ビームシステム。
7. 請求項６に記載の粒子ビームシステムにおいて、前記第２粒子ビームコラムはＳＥＭを含む粒子ビームシステム。
8. 請求項６に記載の粒子ビームシステムにおいて、前記第２粒子ビームコラムはＴＥＭを含む粒子ビームシステム。
9. 請求項８に記載の粒子ビームシステムにおいて、以下の関係の一方：
   （β＝９０°及びγ≦８８℃）又は（≦８８°及びγ＝９０°）
   を満たし、βは前記回転軸と前記第２方向との間の前記第２角度を示し、γは前記第１方向と前記第２方向との間の前記第３角度を示す粒子ビームシステム。
10. ＴＥＭ試料を加工する方法であって、
    対象物が第１粒子ビームシステムの対象物領域に配置されるように前記対象物を前記第１粒子ビームシステムに取り付けるステップと、
    第１粒子ビームを前記対象物領域へ第１方向から指向させる第１ステップであり、前記第１粒子ビームはイオンビームである第１ステップと、
    続いて軸を中心に前記対象物を１８０°回転させるステップであり、以下の関係：
    ３５°≦α≦５５°
    を満たし、αは前記第１方向と前記軸との間の第１角度を示すステップと、
    続いて前記第１粒子ビームを前記対象物領域へ前記第１方向から指向させる第２ステップと
    を含み、前記第１粒子ビームを前記対象物領域へ指向させる前記第１ステップ及び前記第２ステップ中に材料を前記対象物から除去する方法。
11. 請求項１０に記載の方法において、第２粒子ビームを前記対象物領域へ指向させて、前記対象物領域から発せられる粒子を検出する第３ステップをさらに含む方法。
12. 請求項１１に記載の方法において、前記第１粒子ビームを前記対象物領域へ指向させる前記第１ステップ及び前記第２ステップの少なくとも一方を、前記第２粒子ビームを前記対象物領域へ指向させる前記第３ステップ中に検出された前記粒子に基づいて行う方法。
13. 請求項１０〜１２のいずれか１項に記載の方法において、前記第１粒子ビームはガリウムイオンビームである方法。
14. 請求項１０〜１３のいずれか１項に記載の方法において、前記第１粒子ビームを前記対象物領域へ指向させる前記第１ステップ中及び前記第２ステップ中それぞれで、ストリップ形凹部を形成する方法。
15. 請求項１４に記載の方法において、前記第２粒子ビームはＳＥＭが発生した電子ビームであり、前記方法は、
    前記対象物が第２粒子ビームシステムの対象物領域に配置されるように前記対象物を前記第２粒子ビームシステムに取り付けるステップと、
    第３粒子ビームを前記対象物領域へ第４方向から指向させる第４ステップであり、前記第３粒子ビームはイオンビームである第４ステップと、
    続いて軸を中心に前記対象物を１８０°回転させるステップであり、以下の関係：
    ３５°≦α≦５５°
    を満たし、αは前記第１方向と前記軸との間の第１角度を示すステップと、
    続いて前記第３粒子ビームを前記対象物領域へ前記第４方向から指向させる第５ステップと、
    続いて第４粒子ビームを前記対象物領域へ指向させて前記対象物を透過した粒子を検出する第６ステップと
    をさらに含み、前記第３粒子ビームを前記対象物領域へ指向させる前記第４ステップ及び前記第５ステップ中に材料を前記対象物から除去し、
    前記第４粒子ビームはＴＥＭが発生した電子ビームである方法。
16. 請求項１５に記載の方法において、前記第３粒子ビームはアルゴンイオンビームである方法。