JP2015159108A - 荷電粒子ビーム装置および試料観察方法 - Google Patents

荷電粒子ビーム装置および試料観察方法 Download PDF

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Abstract

【課題】FIB鏡筒とSEM鏡筒を直角に配置し、カーテン効果の影響を軽減した試料片を作製可能な荷電粒子ビーム装置及び試料観察方法を提供する。
【解決手段】荷電粒子ビーム装置は、電子ビーム鏡筒1とFIB鏡筒2とを備え、電子ビーム鏡筒1とFIB鏡筒2とは、それぞれの照射軸が試料6上で互いに直交または略直交し、電子ビーム鏡筒1とFIB鏡筒2とが干渉することなく配置されている。また、第一の試料ステージ8と第二の試料ステージ11とが、それぞれ独立して設けられ、D1、D2およびD3方向に移動し、軸方向に傾斜可能である。試料6を第一の試料ステージ8で移動させ、試料から切り離した試料片6aを、軸方向を中心として回転可能なプローブ12の先端に固定させ、移動させることによりカーテン効果の影響を軽減した試料片6aを作製する。
【選択図】図1

Description

本発明は、荷電粒子ビームで加工した試料片を別の試料ホルダに移設する荷電粒子ビーム装置及び試料観察方法に関するものである。
半導体デバイスの欠陥解析などを目的とし、試料内の微小領域を観察する手法として、透過電子顕微鏡(TEM)観察が知られている。TEM観察では透過電子像を取得するための試料準備として、試料の一部に電子線が透過できる厚さの薄膜部を有するTEM試料を作製する必要がある。近年ではTEM試料を作製する手法として、集束イオンビーム(FIB)によるTEM試料作製方法が用いられている。この方法では、半導体デバイスなどの構造物が薄片試料の観察面に露出している場合には、構造物の有無によって集束イオンビームのエッチングレートが異なるため、観察面に凹凸が形成され筋となって現れる現象、いわゆるカーテン効果が発生してしまう。このため、観察面の観察像に本来のデバイス構造以外にイオンビーム加工で形成された筋も現れてしまうという課題があった。
この課題の解決策として、試料ステージ上のウエハから切り出した試料片をプローブで回転させ、試料ステージ上のTEM試料ホルダに固定する手法が提案されている(特許文献1参照)。これによれば、TEM試料ホルダに固定された試料片は構造物をホルダ側に配置することができ、試料片にイオンビームを照射しても入射側に構造物がないのでカーテン効果の影響を受けることが少なくなる。
一方、集束イオンビームを照射することによりエッチング加工された断面を走査電子顕微鏡(SEM)で観察する装置としてFIB−SEM複合装置が知られている。SEM観察は、一般に、観察面に対し垂直方向から観察すると、高分解能で観察することができる。そこで、FIB鏡筒とSEM鏡筒を直角に配置した荷電粒子ビーム装置を用いて、FIB加工で形成した断面を垂直方向からSEM観察する試料加工観察方法が提案されている(特許文献2参照)。この方法によれば、FIBによる微細加工で切り出された断面を、その場で高分解能SEM観察することができる。
特開2009−110745号公報 特開2011−196802号公報
しかしながら、FIB鏡筒とSEM鏡筒を直角に配置した荷電粒子ビーム装置では、試料ステージ上に試料とTEM試料ホルダを配置すると鏡筒と干渉してしまうという課題があった。
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、FIB鏡筒とSEM鏡筒を直角に配置し、カーテン効果の影響を軽減した試料片を作製可能な荷電粒子ビーム装置及び試料観察方法を提供することである。
本発明の荷電粒子ビーム装置は、試料に電子ビームを照射する電子ビーム鏡筒と、前記電子ビーム鏡筒に対し略直交するように配置され、前記試料にイオンビームを照射し、エッチング加工するイオンビーム鏡筒と、前記試料から発生する荷電粒子を検出する検出器と、前記検出器の検出信号から荷電粒子像を形成する像形成部と、前記試料を保持し、傾斜可能な第一の試料ステージと、前記試料から切り出した試料片を保持し、傾斜可能な第二の試料ステージと、前記試料片を保持しつつ、軸方向を中心として回転可能なプローブと、を有する。
本発明の荷電粒子ビーム装置の一態様として例えば、前記第一の試料ステージの傾斜軸と前記第二の試料ステージの傾斜軸とが略並行に配置される。
本発明の荷電粒子ビーム装置の一態様として例えば、前記プローブが前記第一の試料ステージ及び前記第二の試料ステージと独立に駆動する。
本発明の荷電粒子ビーム装置の一態様として例えば、前記プローブが前記第一の試料ステージよりも前記イオンビーム鏡筒の近くに配置されている。
本発明の荷電粒子ビーム装置の一態様として例えば、前記検出器は、前記試料を前記第一の試料ステージで保持した状態および前記試料を前記第二の試料ステージで保持した状態で、前記荷電粒子を検出する透過電子検出器である。
本発明の試料観察方法は、試料に電子ビームを照射するステップと、前記電子ビームに略直交するように前記試料にイオンビームを照射し、エッチング加工するステップと、前記試料から発生する荷電粒子を検出するステップと、検出器の検出信号から荷電粒子像を形成するステップと、前記試料を保持するステップと、前記試料から切り出した試料片を保持するステップと、前記試料片を保持しつつ軸方向を中心として回転するステップと、を備える。
本発明に係る荷電粒子ビーム装置及び試料観察方法によれば、カーテン効果の影響を軽減した試料片を作製することができる。
本発明に係る実施形態の荷電粒子ビーム装置及び試料観察方法の一例を示す構成図である。 本発明に係る実施形態の第一の試料ステージの動作説明図である。 本発明に係る実施形態の第一の試料ステージの動作説明図である。 本発明に係る実施形態の第二の試料ステージの動作説明図である。 本発明に係る実施形態の第二の試料ステージの動作説明図である。 本発明に係る実施形態において、(a)は第二の試料ステージの説明図、(b)はTEM試料ホルダの説明図である。 本発明に係る実施形態の実施例1の一例を示す試料片の移設の説明図である。 図7の継続であり、実施例1の試料片の移設の説明図である。 図8の継続であり、実施例1の試料片の移設の説明図である。 本発明に係る実施形態の実施例2の一例を示す試料片の移設の説明図である。 図10の継続であり、実施例2の試料片の移設の説明図である。 本発明に係る実施形態の実施例3の一例を示す試料片の移設の説明図である。 図12の継続であり、実施例3の試料片の移設の説明図である。 図13の継続であり、実施例3の試料片の移設の説明図である。 図14の継続であり、実施例3の試料片の移設の説明図である。 図15の継続であり、実施例3の試料片の移設の説明図である。 本発明に係る実施形態の平面TEM試料を作製する一例を示す実施例4の説明図である。 図17の継続であり、実施例4の移設の説明図である。 本発明に係る実施形態の平面TEM試料を作製する一例を示す実施例5の説明図である。 図19の継続であり、実施例5の試料片の移設の説明図である。 図20の継続であり、実施例5の試料片の移設の説明図である。 図21の継続であり、実施例5の試料片の移設の説明図である。 他の実施形態の荷電粒子ビーム装置を示す構成図である。 本発明に係る実施形態の荷電粒子ビーム装置による試料観察方法の一例を示すフローチャート図である。
以下、本発明に係る荷電粒子ビーム装置及び試料観察方法の実施形態について説明する。
荷電粒子ビーム装置は、図1に示すように、電子ビーム鏡筒1と、FIB鏡筒(イオンビーム鏡筒)2と、試料室3を備えている。試料室3内に収容されたバルクの試料6に電子ビーム鏡筒1から電子ビーム1aを、FIB鏡筒2からFIB2aを照射する。電子ビーム鏡筒1とFIB鏡筒2とは、それぞれの照射軸が試料6上で互いに直交または略直交するように配置されている。ビーム性能を向上させるためにビーム交差点付近に配置された試料に電子ビーム鏡筒1とFIB鏡筒2の先端を近づけて配置しても、電子ビーム鏡筒1とFIB鏡筒2とが干渉することなく配置することができる。
また、荷電粒子ビーム装置は、荷電粒子検出器として二次電子検出器4と透過電子検出器5を備えている。二次電子検出器4は、電子ビーム1a又はFIB(イオンビーム)2aの照射により試料6から発生した二次電子を検出することができる。透過電子検出器5は、電子ビーム鏡筒1に対向する位置に備えられている。透過電子検出器5は、電子ビーム1aを後述する試料片6aに照射した結果、試料片6aにより透過された透過電子と試料片6aに入射されなかった電子ビーム1aを検出することができる。
さらに、荷電粒子ビーム装置は、試料6を保持する試料ホルダ7を備える。試料ホルダ7は、第一の試料ステージ8に固定され、第一の試料ステージ8は傾斜機構9に固定され、第一の試料ステージ8の移動は、試料ステージ制御部25により制御される。
試料ステージ制御部25は、第一の試料ステージ8をD1、D2、D3の三軸方向に移動させるとともに、D3を中心に傾斜移動(D3を中心とした回転移動)させる。D1、D2、D3の三軸方向の移動は、(X軸、Y軸、Z軸を含む)XYZ空間における移動に相当する。
また、第一の試料ステージ8は、試料6を固定する試料ホルダ7を備え、試料6とTEM試料ホルダを同時に搭載できない。試料ホルダ7は、試料6を互いに略直交する電子ビーム1aとFIB2aの交差点に配置し、かつ、電子ビーム鏡筒1とFIB鏡筒2に干渉しない大きさである。従来の電子ビーム鏡筒1とFIB鏡筒2とが傾斜して配置された装置では試料のウエハ(試料6)とTEM試料ホルダを同一の試料ステージ上に配置することが可能であった。
しかしながら、本実施形態の様に電子ビーム鏡筒1とFIB鏡筒2とを直交または略直交するように配置させた場合、同一試料ステージ上に試料とTEM試料ホルダを配置し、傾斜させると電子ビーム鏡筒1またはFIB鏡筒2と干渉してしまうおそれがある。したがって、本実施形態においては、第一の試料ステージ8と、後述するTEM試料ホルダに相当する第二の試料ステージ11とが、それぞれ独立して設けられている。
試料ステージ制御部25は、第二の試料ステージ11を少なくともD3方向に移動させ(本実施形態ではD1、D2方向にも移動可能)、TEM試料ホルダ10を電子ビーム1aの照射領域に移動させる。また、第一の試料ステージ8と同じD3を中心に、第二の試料ステージ11を傾斜移動(D3を中心とした回転移動)させる。これにより後述するプローブ12に固定された試料片に対し、第一の試料ステージ8と第二の試料ステージ11を同じ軸方向を中心に傾斜させることができるので、試料片の姿勢制御を容易に正確に実施することができる。ここで、プローブ12は、電子ビーム鏡筒1の電子ビーム照射軸に対して30°で交差し、FIB鏡筒2のFIB照射軸に対し60°で交差するように配置する(図7(a)参照)。
また、荷電粒子ビーム装置はプローブ12とプローブ駆動部13を備える。プローブ12は少なくともD1、D2、D3の三軸方向の移動と、軸方向を中心として回転移動をする。
プローブ駆動部13は、第一の試料ステージ8及び第二の試料ステージ11に対し独立して移動する。つまり、第一の試料ステージ8または第二の試料ステージ11を傾斜移動させてもプローブ12は移動しない。これにより、プローブ12に試料片を固定した状態で、第一の試料ステージ8または第二の試料ステージ11を傾斜移動させても、試料片の姿勢は電子ビーム鏡筒1またはFIB鏡筒2に対し変化しないので、試料片の姿勢制御を容易に正確に実施することができる。
荷電粒子ビーム装置は、さらに、電子ビーム制御部22と、FIB制御部23と、像形成部24と、表示部27を備える。電子ビーム制御部22は電子ビーム鏡筒1に照射信号を送信し、電子ビーム鏡筒1から電子ビーム1aを照射させる。FIB制御部23はFIB鏡筒2に照射信号を送信し、FIB鏡筒2からFIB2aを照射させる。
像形成部24は、電子ビーム制御部22の電子ビーム1aを走査させる信号と、透過電子検出器5で検出した透過電子の信号とから透過電子像を形成する。表示部27は透過電子像を表示することができる。また、像形成部24は、電子ビーム制御部22の電子ビーム1aを走査させる信号と、二次電子検出器4で検出した二次電子の信号とからSEM像のデータを形成する。表示部27はSEM像を表示することができる。また、像形成部24は、FIB制御部23のイオンビーム2aを走査させる信号と、二次電子検出器4で検出した二次電子の信号とからSIM像のデータを形成する。表示部27はSIM像を表示することができる。
荷電粒子ビーム装置は、さらに、入力部20と、制御部21を備える。オペレータは装置制御に関する条件を入力部20に入力する。入力部20は、入力された情報を制御部21に送信する。制御部21は、電子ビーム制御部22、FIB制御部23、像形成部24、試料ステージ制御部25または表示部27に制御信号を送信し、荷電粒子ビーム装置の動作を制御する。また、制御部21は、プローブ制御部26に制御信号を送信し、プローブ12も制御する。
図2から図5を用いて、第一の試料ステージ8と第二の試料ステージ11の動作について説明する。
図2および図3は、D1、D2面における第一の試料ステージ8の動作説明図である。図2(a)に示すように電子ビーム1aとFIB2aと交差点に試料6を配置するように第一の試料ステージ8を移動させる。また、図2(b)に示すように、プローブ12の先端を試料6の表面に接触させるようにプローブ12を移動させることができる。試料6の一部である試料片6aをプローブ12の先端に固定し、FIB2aで切り出す。
そして、図3(a)に示すように試料片6aがプローブ12の先端に固定された状態で、第一の試料ステージ8をD2方向へ後退させる。これにより試料片6aを試料6から切り離すことができる。また、図3(b)に示すようにプローブ12の先端を試料6の表面に接触させる前に第一の試料ステージ8をプローブ12に対し傾斜させ、傾斜させた状態でプローブ12の先端に試料片6aを固定することもできる。
図4および図5は、D1、D3面における第二の試料ステージ11の動作説明図である。第二の試料ステージ11は図4(a)に示すように、電子ビーム鏡筒1の電子ビーム1a照射軸に対し略垂直に挿入できるように配置されている。図4(b)に示すように、試料6から切り離した試料片6aをプローブ12の先端に固定した状態で、TEM試料ホルダ10を電子ビーム1aの照射領域に移動するように第二の試料ステージ11をD3と逆方向に移動させることができる。また、図5に示すように、第二の試料ステージ11をプローブ12に対し独立して傾斜(D3を中心とした回転移動)させることができる。こうして、プローブ12の先端に固定された試料片6aが、TEM試料ホルダ10に固定される。
図6(a)はD2、D3面における第二の試料ステージ11の説明図である。TEM試料ホルダ10に固定した試料片6aに電子ビーム1aを照射し、透過した電子を透過電子検出器5で検出し透過電子像観察することができるように、第二の試料ステージ11は電子ビーム1aの照射経路を遮断しない構造になっている。
図6(b)はTEM試料ホルダ10の説明図である。TEM試料ホルダ10はシリコン製のホルダ部30を備えており、ホルダ部30には、複数の固定部31を備えており、それぞれの固定部に試料片を固定できるので、複数の試料片を管理することができる。固定部31の側面31a又は上面31bに試料片6aを固定する。
<実施例1>180°
図7から図9の試料片6aの移設の説明図を用いて試料片6aの姿勢制御方法を説明する。実施例1は、試料片6aが180°回転することを示している。
第一の試料ステージ8の試料ホルダ7の先端に固定されている試料6は、半導体の配線パターンの如きデバイス構造を有し、試料表面側にデバイス構造6bを有する。デバイス構造6b側からFIBを照射し断面の仕上げ加工をすると断面にデバイス構造6bに起因した凹凸が形成され、いわゆるカーテン効果が発生するため、試料の正確な分析をすることができない。そこで、本発明によりカーテン効果の影響を軽減した試料片6aの断面を形成する。
図7(a)に示すようにTEM観察対象となる部分を含む試料片6aを切り出すために、FIB2aを試料6に照射し、加工溝6cをエッチング加工により形成する。そして、プローブ12の先端を試料片6aに接触させ、デポジションガスを供給しながらFIB2aもしくは電子ビーム1aを照射し、デポジション膜(プローブと試料片の固定用)41を形成することで、プローブ12の先端と試料片6aを固定する。
次に第一の試料ステージ8をD2方向へ後退させる。このとき試料片6aは図7(b)に示すようにプローブ12に固定された状態であり、試料片6aは試料6から切り離される。そしてプローブ12を180°回転させる(図7(b)曲線矢印参照)。すると図8(a)に示すように試料片6aの姿勢が変更される。つまり、試料片6aは、電子ビーム照射軸に対し((図7(a)参照))、120°傾斜したことになる。次に第二の試料ステージ11を移動させ、TEM試料ホルダ10を電子ビーム1a照射領域に移動させる。さらに第二の試料ステージ11をFIB照射軸に対し60°傾斜させる。
すると図8(b)に示すようにTEM試料ホルダ10の固定部31と試料片6aは略平行になる。そして、側面31aに試料片6aを接触させ、デポジションガスを供給しながらFIB2aもしくは電子ビーム1aを照射し、他のデポジション膜(固定部と試料片の固定用)42を形成することで、固定部31の側面31aの先端と試料片6aを固定する。
そして、図9(a)に示すように第二の試料ステージ11の傾斜を戻し、FIB2aで試料片6aの断面を仕上げ加工する。試料片6aが図7の状態から180°回転して固定部31に固定されるため、デバイス構造6bがビーム照射側の反対側に配置されるので、この状態でFIB2aによる仕上げ加工することでカーテン効果を抑制することができる。また、TEM試料ホルダ10に固定した試料片6aに電子ビーム1aを照射し、透過した電子を透過電子検出器5で検出し透過電子像観察することができる。これにより、試料片6aの加工の仕上がり具合を確認することができる。
ここで、試料6を加工する際に図9(b)に示すように試料片6aに電子ビーム1aを照射し透過電子を検出できるようにFIB2aで加工溝を形成すると、姿勢制御の前後の試料片6aの透過電子像を取得することができる。これにより、所望対象の含む試料片をより正確に作製することができる。
本実施例では、図7(a)から図8(b)の状態で、FIB2aに対して、デバイス構造6bが180°移動し、デバイス構造6bが形成された面から、デバイス構造6bが形成されていない面がFIB2aに面するようになっている。したがって、カーテン効果の影響を軽減した試料片6aを作製することができる。
<実施例2>180°
図10から図11を用いて、試料片6aが180°回転する実施例2を説明する。実施例1と異なる点は、第一の試料ステージ8の傾斜がFIB照射軸に対し20°であり、第一の試料ステージ8の試料ホルダ7の先端に固定されている試料6も20°傾斜している。
図10(a)に示すようにTEM観察対象となる部分を含む試料片6aを切り出すために、FIB2aを試料6に照射し、加工溝6cをエッチング加工により形成する。そして、プローブ12の先端を試料片6aに接触させ、デポジションガスを供給しながらFIB2aもしくは電子ビーム1aを照射し、デポジション膜41を形成することで、プローブ12の先端と試料片6aを固定する。
次に第一の試料ステージ8をD2方向へ後退させる。このとき試料片6aは図10(b)に示すようにプローブ12に固定された状態である。そしてプローブ12を180°回転させる(図10(b)曲線矢印参照)。すると図11(a)に示すように試料片6aの姿勢が変更される。つまり、試料片6aは電子ビーム照射軸に対し130°傾斜したことになる。次に第二の試料ステージ11を移動させ、TEM試料ホルダ10を電子ビーム1a照射領域に移動させる。第二の試料ステージ11をFIB照射軸に対し40°傾斜させる。
すると図11(b)に示すようにTEM試料ホルダ10の固定部31と試料片6aは略平行になる。そして、側面31aに試料片6aを接触させ、デポジションガスを供給しながらFIB2aもしくは電子ビーム1aを照射し、他のデポジション膜42を形成することで、固定部31の側面31aの先端と試料片6aを固定する。
<実施例3>90°
図12から図16を用いて、試料片6aが90°回転する実施例3を説明する。
図12に示すように、TEM観察対象となる部分を含む試料片6aを切り出し、プローブ12に固定する方法は、実施例1、2と同じである。そして、図13(a)に示すようにTEM試料ホルダ10の固定部31と試料片6aを略平行になるよう配置する。次に、側面31aに試料片6aを接触させ、デポジションガスを供給しながらFIB2aもしくは電子ビーム1aを照射し、側面31aと試料片6aとの間にデポジション膜(図示せず)を形成することで、固定部31の側面31aの先端と試料片6aを固定する。そして、FIB2aもしくは電子ビーム1aを用いてデポジション膜41の一部を切除した後、プローブ12を退避させる(図13(b)参照)。
更に、図14(a)に示すように、第二の試料ステージ11を30°傾斜させると、同時にTEM試料ホルダ10の固定部31と試料片6aとが30°傾斜する。そして、再度デポジション膜41を形成し直して、プローブ12に試料片6aを固定させる(図14(b)参照)。次に、図15(a)に示す通り、固定部31から試料片6aを切り離し、図15(a)から(b)に示すようにプローブ12を、図7(b)や図10(b)の曲線矢印とは逆向きの方向に90°回転させる。そして、図16に示すように第二の試料ステージ11を30°傾斜させ、他のデポジション膜42を形成することで、試料片6aを固定する。TEM試料ホルダ10の固定部31が30°傾斜しているため、試料片6aも30°傾斜している。
<実施例4>平面TEM試料
図17から図18を用いて、平面TEM試料作製の一例を説明する。
図17(a)、(b)に示す通り、TEM観察対象となる部分を含む試料片6aを切り出し、プローブ12に固定する方法は、実施例1、2と同じである。そして、図18(a)に示すように、TEM試料ホルダ10の固定部31を0°傾斜させた状態で、試料片6aを固定部31の側面31aに固定する。そして、第二の試料ステージ11及びTEM試料ホルダ10の固定部31をD2方向に90°傾斜させる。これにより、図18(b)に示すように試料片6a表面の法線方向に電子ビーム1aを入射して、TEM観察する平面TEM試料を作製することができる。
<実施例5>平面TEM試料
図19から図22を用いて、平面TEM試料作製の他の一例を説明する。実施例4と異なる点は、第二の試料ステージ11、TEM試料ホルダ10の固定部31及び試料片6aをFIB照射軸に対し10°傾斜させていることである。
図19に示すように、TEM観察対象となる部分を含む試料片6aを切り出し、プローブ12に固定する方法は、実施例1、2と同じである。図20(a)に示すように、第二の試料ステージ11のTEM試料ホルダ10の固定部31(傾斜0°)に試料片6aを仮固定し、プローブ12を退避させる(図20(b)参照)。
図21(a)に示すように第二の試料ステージ11を60°傾斜させるとTEM試料ホルダ10の固定部31がFIB照射軸に対し60°傾斜し、デポジションガスを供給しながらFIB2aもしくは電子ビーム1aを照射し、デポジション膜41aを形成することで、プローブ12を試料片6aに固定する(図21(b)参照)。図22(a)に示すように固定部31から試料片6aを分離し、図22(b)に示すように第二の試料ステージをFIB照射軸に対し−20°傾斜させるとTEM試料ホルダ10の固定部31がFIB照射軸に対し−20°傾斜し、デポジション膜42aを形成することで、試料片6aを固定する。そして、電子ビーム1aを入射して、TEM観察する平面TEM試料を作製することができる。
<他の実施形態>
図23は荷電粒子ビーム装置の他の実施形態を示す。本実施形態の荷電粒子ビーム装置は、さらに気体イオンビーム鏡筒14を備える。気体イオンビーム鏡筒14は気体イオンビームを試料6に照射することにより、試料6のダメージ層の除去や観察面のクリーニングを実施することができる。なお、気体イオンビームのイオン種はアルゴン、キセノン、酸素などを用いる。気体イオンビーム鏡筒14はFIB鏡筒2と第二の試料ステージ11との間に配置される。気体イオンビーム鏡筒14は、D2方向とD3方向からなる面内、つまり、水平方向に気体イオンビームを照射できる。
第二の試料ステージ11のTEM試料ホルダ10の固定部31に固定された試料片6aに気体イオンビームを照射し、試料片6aのダメージ層除去やクリーニングを実施する。気体イオンビームを照射する場合において、試料片6aの気体イオンビームを照射する側の面に対し所定の角度(例えば10°)で気体イオンビームを照射できるように第二の試料ステージ11を傾斜させる。これにより、試料片6aの被照射面に対し一定の角度で気体イオンビームを照射できるので効率良くエッチング加工することができる。気体イオンビーム鏡筒14およびFIB鏡筒2が水平面内に配置されているため、第二の試料ステージ11を傾斜させても第二の試料ステージ11が気体イオンビーム鏡筒14またはFIB鏡筒2と干渉することがない。特に、試料片6aの表裏の両面を加工する場合は、第二の試料ステージ11を水平面に対して±に所定角度傾斜させることで両面に気体イオンビームを照射することができるため、干渉なく両面の加工を実施することができる。尚、図24では、プローブ12は気体イオンビーム鏡筒14およびFIB鏡筒2の下側(紙面の奥側)に配置されており、気体イオンビーム鏡筒14およびFIB鏡筒2とは干渉しない。
図24のフローチャート図を用いて、荷電粒子ビーム装置による試料観察方法の一例を説明する。
電子ビーム鏡筒1は、電子ビーム制御部22の指令に基づいて、第一の試料ステージ8の試料ホルダ7に固定された試料6に電子ビーム1aを照射する(ステップS1)。次に、電子ビーム鏡筒1に対し略直交するように配置されたFIB鏡筒2は、FIB制御部23の指令により試料6にFIB2aを照射し、試料6をエッチング加工する(ステップS2)。
そして、二次電子検出器4は、電子ビーム1a又はFIB2aの照射により試料6から発生した二次電子を検出する。一方、透過電子検出器5は、電子ビーム1aを試料片6aに照射し、試料片6aにより透過された透過電子と試料片6aに入射されなかった電子ビーム1aを検出する(ステップS3)。検出された荷電粒子のデータは、像形成部24に送信され、像形成部24は荷電粒子像を形成する(ステップS4)。
次に、プローブ12は、プローブ制御部26の指令により試料片6aを保持し(ステップS5)、第一の試料ステージ8を後退させ、試料片6aを試料6から切り離す(ステップS6)。そして、プローブ12は、試料6から切り離した試料片6aを保持し(ステップS7)、軸方向を中心としてプローブ12を回転させると共に試料片6aを回転させ(ステップ8)、第二の試料ステージ11のTEM試料ホルダ10に試料片6aを固定する。
尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。
1:電子ビーム鏡筒
1a:電子ビーム
2:FIB(イオンビーム)鏡筒
2a:FIB(イオンビーム)
3:試料室
4:二次電子検出器
5:透過電子検出器
6:試料
6a:試料片
6b:デバイス構造
7:試料ホルダ
8:第一の試料ステージ
9:傾斜機構
10:TEM試料ホルダ
11:第二の試料ステージ
12:プローブ
13:プローブ駆動部
14:気体イオンビーム鏡筒
20:入力部
21:制御部
22:電子ビーム制御部
23:FIB制御部
24:像形成部
25:試料ステージ制御部
26:プローブ制御部
27:表示部

Claims (6)

  1. 試料に電子ビームを照射する電子ビーム鏡筒と、
    前記電子ビーム鏡筒に対し略直交するように配置され、前記試料にイオンビームを照射し、エッチング加工するイオンビーム鏡筒と、
    前記試料から発生する荷電粒子を検出する検出器と、
    前記検出器の検出信号から荷電粒子像を形成する像形成部と、
    前記試料を保持し、傾斜可能な第一の試料ステージと、
    前記試料から切り出した試料片を保持し、傾斜可能な第二の試料ステージと、
    前記試料片を保持しつつ、軸方向を中心として回転可能なプローブと、を有する荷電粒子ビーム装置。
  2. 請求項1に記載の荷電粒子ビーム装置であって、
    前記第一の試料ステージの傾斜軸と前記第二の試料ステージの傾斜軸とが略並行に配置される荷電粒子ビーム装置。
  3. 請求項1に記載の荷電粒子ビーム装置であって、
    前記プローブが前記第一の試料ステージ及び前記第二の試料ステージと独立に駆動する荷電粒子ビーム装置。
  4. 請求項1に記載の荷電粒子ビーム装置であって、
    前記プローブが前記第一の試料ステージよりも前記イオンビーム鏡筒の近くに配置されている荷電粒子ビーム装置。
  5. 請求項1に記載の荷電粒子ビーム装置であって、
    前記検出器は、前記試料を前記第一の試料ステージで保持した状態および前記試料を前記第二の試料ステージで保持した状態で、前記荷電粒子を検出する透過電子検出器である荷電粒子ビーム装置。
  6. 試料に電子ビームを照射するステップと、
    前記電子ビームに略直交するように前記試料にイオンビームを照射し、エッチング加工するステップと、
    前記試料から発生する荷電粒子を検出するステップと、
    検出器の検出信号から荷電粒子像を形成するステップと、
    前記試料を保持するステップと、
    前記試料から切り出した試料片を保持するステップと、
    前記試料片を保持しつつ軸方向を中心として回転するステップと、
    を備える試料観察方法。
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