JP4927345B2 - 試料体の加工観察装置及び試料体の観察方法 - Google Patents

Description

本発明は、試料体にイオンビームを照射して観察断面を形成するイオン銃を備えた試料体の加工観察装置と、この試料体の加工観察装置を用いた試料体の観察方法に関する。

試料体を観察する電子顕微鏡として、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）が知られている。この種の電子顕微鏡で試料体を観察する場合、試料体を所定のステージに載置し、試料体の観察面の傾斜状態に対応して電子ビームの焦点合わせを行うものが一般的である。電子ビームの焦点合わせは、対物レンズの磁界を変化させることにより行われる。

ここで、ステージを２軸方向へ回動可能に構成し、試料体の観察面の傾斜状態がこの２軸について変化した場合でも、傾斜状態の変化に追従して電子ビームの焦点合わせを行うようにしたものが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。この電子顕微鏡では、エンコーダにより各軸の傾斜角度を検出して、この傾斜角度に応じて対物レンズの磁界を変化させて、焦点の補正が行われる。

また、２つの観察面を有する試料について、各観察面の傾斜に対応して対物レンズの電流を変化させるものも提案されている（例えば、特許文献２参照。）。この電子顕微鏡では、各観察面の傾斜の変更位置を求めて、２つの観察面を１枚の画像で表示させるように対物レンズの電流を変化させる。
特開２０００−１００３６７号公報 特開２００１−２１０２６３号公報

ところで、集束イオンビーム加工（ＦＩＢ）により複数回にわたって観察断面を切除加工し、観察断面を連続的に更新していく観察方法がある。このような観察手法を用いると、試料体の切除方向についての断面の変化を観察することができる。

しかしながら、特許文献１と特許文献２のいずれの電子顕微鏡であっても、イオン銃から照射されるイオンビームにより観察断面を切除すると、切除した分だけ電子ビームの焦点がずれることとなる。すなわち、各電子顕微鏡では、試料体の傾斜方向の変化に対応させて焦点補正を行うものであるから、試料体の観察断面が切除されて深さが変化した場合には対応できない。これにより、イオンビームで観察断面を更新するたびに、電子ビームの焦点を合わせる必要が生じ、断面の変化の観察が極めて煩雑なものとなっている。

本発明によれば、試料体にイオンビームを照射して前記試料体を切除することにより観察断面を形成するイオン銃と、前記イオン銃により形成された前記観察断面に電子ビームを照射する電子銃と、前記観察断面の傾斜状態に対応して、設定基準点を中心として、前記観察断面に対する前記電子ビームの焦点合わせを行う補正フォーカス部を有する焦点調整部と、前記試料体の切除量に基づいて前記焦点調整部を制御する焦点制御部と、を備え、前記イオン銃は予め設定された切除パターンに基づいて前記試料体を切除し、前記焦点制御部は、前記イオン銃の前記イオンビームの照射による前記試料体の切除量に基づいて前記設定基準点を移動させる焦点基準移動部を有し、前記焦点制御部は、前記切除パターンから前記試料体の前記切除量に関する情報を取得するパターン取得部を有し、前記パターン取得部により取得した前記情報を用いた所定の演算式に従って前記焦点調整部の制御用のパラメータとして前記設定基準点の移動量を演算し、該演算したパラメータに基づいて前記焦点調整部を制御し、前記設定基準点の移動量をδ、前記切除量をｄ、前記試料体が載置されるステージの水平方向に対する傾斜角をθｙとすると、δ＝ｄ／ｃｏｓθｙで表され、前記焦点基準移動部は前記設定基準点をδだけ移動させることを特徴とする試料体の加工観察装置が提供される。

この試料体の加工観察装置においては、イオン銃によるイオンビームの照射により観察断面が形成されると、焦点制御部により試料体の切除量に基づいて観察断面と電子ビームの焦点の関係が調整される。これにより、イオンビームの照射前に電子ビームの焦点を観察断面に対して合わせておけば、照射後においても電子ビームの焦点が新たな観察断面に対して自動的に合うこととなる。

また、本発明によれば、試料体にイオンビームを照射するイオン銃と、前記試料体に電子ビームを照射する電子銃と、前記観察断面の傾斜状態に対応して設定基準点を中心として前記電子ビームの焦点合わせを行う補正フォーカス部と、を備えた試料体の加工観察装置を用いて試料体を観察するにあたり、予め設定された切除パターンに基づいて前記イオンビームを照射して前記試料体を切除することにより観察断面を形成する切除工程と、前記切除工程における前記試料体の切除量に基づいて、前記観察断面の傾斜状態に対応して、前記設定基準点を中心として、前記観察断面に対する前記電子ビームの焦点合わせを行う焦点調整工程と、前記焦点調整工程の後、前記観察断面に前記電子ビームを照射する電子ビーム照射工程と、を有し、前記焦点調整工程は、前記試料体の切除量に基づいて前記設定基準点を移動させる焦点基準移動工程を含み、前記焦点調整工程では、前記切除パターンから前記試料体の前記切除量に関する情報を取得し、該取得した前記情報を用いた所定の演算式に従って前記焦点調整部の制御用のパラメータとして前記設定基準点の移動量を演算し、該演算したパラメータに基づいて前記電子ビームの焦点合わせを行い、前記設定基準点の移動量をδ、前記切除量をｄ、前記試料体が載置されるステージの水平方向に対する傾斜角をθｙとすると、δ＝ｄ／ｃｏｓθｙで表され、前記焦点基準移動工程では前記設定基準点をδだけ移動させることを特徴とする試料体の観察方法が提供される。

この試料体の観察方法においては、イオン銃によるイオンビームの照射により観察断面が形成されると、この試料体の切除量に基づいて観察断面に対する電子ビームの焦点の関係が調整される。これにより、イオンビームの照射前に電子ビームの焦点を観察断面に対して合わせておけば、照射後においても電子ビームの焦点を新たな観察断面に対して簡単容易に合わせることができる。

本発明の試料体の加工観察装置によれば、イオンビームによる試料体の切除に追従させて観察断面に対する電子ビームの焦点が自動的に調整されるので、観察断面が更新されるたびに電子ビームの焦点に関する調整を手動で行う必要がなく、試料体の断面の変化の観察を簡単容易に行うことができる。
また、本発明の試料体の観察方法によれば、イオンビームにより試料体が切除された際に切除量に基づいて観察断面に対する電子ビームの焦点が調整されるので、観察断面が更新された際に的確に電子ビームの焦点に関する調整を行うことができ、試料体の断面の変化の観察に有利である。

図面を参照しつつ、本発明の試料体の加工観察装置及び試料体の観察方法の好適な実施形態について詳細に説明する。尚、図面の説明においては、同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は本発明の第１の実施形態を示す試料体の加工観察装置の概略構成図である。

図１に示すように、試料体の加工観察装置１００は、試料体２００にイオンビームＩＢを照射して観察断面２０２（図２参照）を形成するイオン銃１０２と、イオン銃１０２により形成された観察断面２０２に電子ビームＥＢを照射する電子銃１０４と、観察断面２０２と電子ビームＥＢの焦点との関係を調整する焦点調整部１０６と、イオン銃１０２のイオンビームＩＢの照射による試料体２００の切除量に基づいて、焦点調整部１０６を制御する焦点制御部１０８と、を備えている。

また、試料体の加工観察装置１００は、電子ビームＥＢの観察断面２０２への照射により生じた信号を検出する検出部１１０と、検出部１１０により検出された信号に基づいて観察断面２０２の画像を生成する画像生成部１１２と、を備えている。

図１に示すように、イオン銃１０２と電子銃１０４は、同一のチャンバー１１４内に配され、ステージ１１６に載置された試料体２００に向けて、それぞれイオンビームＩＢ及び電子ビームＥＢを照射する。このステージ１１６は、いわゆるユーセントリックチルトステージであり、試料体２００を所定の範囲内で任意に傾斜させることができる。イオンビームＩＢの軌跡と電子ビームＥＢの軌跡は、ステージ１１６が傾斜（チルト）方向に回動しても、試料体２００の高さが変わらないユーセントリック高さ付近で交叉する。すなわち、試料体２００の同一箇所について、イオン銃１０２を用いた加工及び観察と、電子銃１０４を用いた観察を行うことができる。

この試料体の加工観察装置１００は、イオン銃１０２からイオンビームＩＢを試料体２００へ照射することにより、ＦＩＢによる試料体２００の切除を行う。これにより、試料体２００を掘削して観察断面２０２を形成し、試料体２００の内部の断面を露出させることができる。イオンビームＩＢのイオン源としては、ガリウムイオンが用いられる。尚、本実施形態においては、イオンビームＩＢの電流値及びサイズを適宜調整し、試料体２００の表面に生じた二次電子または二次イオンを検出することにより、走査型イオン顕微鏡（ＳＩＭ）として観察断面２０２を二次元的に観察することも可能となっている。

また、この試料体の加工観察装置１００は、電子銃１０４から電子ビームＥＢを試料体２００へ照射して、試料体２００の表面に生じた二次電子または反射電子を検出部１１０にて検出することにより、ＳＥＭとして観察断面２０２を二次元的に観察する。すなわち、図１に示すように、試料体の加工観察装置１００は、電子ビームＥＢを試料体２００上で細く集束させるための対物レンズ１１８と、電子ビームＥＢを観察断面２０２上で走査させるための偏向レンズ１２０と、を有している。コイル状の各レンズ１１８，１２０にはそれぞれ制御アンプ１２２，１２４が接続されており、対物レンズ１１８の磁界を変化させることで電子ビームＥＢの焦点が変化する。この対物レンズ１１８は、後述する補正フォーカス部１３０により制御され、いわゆるダイナミックフォーカス機能に用いられる。この試料体の加工観察装置１００においては、ＳＥＭとしての表面観察に加えて、ＳＩＭとしての表面観察が可能となっており、作業者の入力操作によってＳＥＭによる観察とＳＩＭによる観察が切り換えられるよう構成されている。

図２はイオンビームによる試料体の切除状態を示す説明図である。
図２に示すように、イオン銃１０２は、試料体２００を所定の切除方向へ複数回にわたって連続的に切除する。図１に示すように、試料体の加工観察装置１００は、予め設定された切除パターンが記憶された切除制御部１２６を有し、イオン銃１０２はこの切除制御部１２６の切除パターンに基づいて試料体２００を切除する。

本実施形態においては、試料体２００は平板状の半導体装置であり、試料体２００を傾斜させて試料体２００に垂直な方向からイオンビームＩＢを照射する。これにより、試料体２００の縦方向の断面が観察断面２０２として露出する。そして、観察断面２０２を断面と垂直な方向、すなわち奥行き方向に切除していくことにより、試料体２００の面内方向の断面変化を観察することができる。切除制御部１２６には、この観察断面２０２の縦寸法、横寸法並びに１回ごとの切除厚さｄが切除パターンとして記憶されている。

焦点制御部１０８は、この切除パターンから試料体２００の切除量に関する情報を取得するパターン取得部１２８を有する。そして、焦点制御部１０８は、試料体２００が切除される都度に、観察断面２０２と電子ビームＥＢの焦点との関係を調整する。

ここで、焦点調整部１０６は、観察断面２０２の傾斜状態に対応して設定基準点ＰＳを中心として電子ビームＥＢの焦点合わせを行う補正フォーカス部１３０を有する。この補正フォーカス部１３０は、試料体２００を傾斜して観察する場合に、電子ビームＥＢの走査位置によって電子ビームＥＢの焦点がずれることを抑制するものである。図１及び図２に示すように、電子銃１０４は鉛直方向下向きに電子ビームＥＢを照射するよう構成されており、試料体２００の観察面が水平でない限りは補正フォーカス部１３０による焦点補正が必要となる。具体的には、補正フォーカス部１３０は、偏向レンズ１２０による電子ビームＥＢの走査と同期して、対物レンズ１１８の制御アンプ１２２に供給される電圧を変化させて、観察断面２０２の傾斜に対応するよう焦点の補正を行うものである。

図１に示すように、焦点制御部１０８は、イオン銃１０２のイオンビームＩＢの照射による試料体２００の切除量に基づいて、補正フォーカス部１３０の設定基準点ＰＳを移動させる焦点基準移動部１３２を有する。

図３は試料体の加工に伴って設定基準点が移動する状態を示す説明図、図４はディスプレイに表示される画像を示し、（ａ）は初期状態のもの、（ｂ）は初期状態から所定の切除厚さだけ切除された状態のもの、（ｃ）は（ｂ）の状態から所定の切除厚さだけ切除された状態のものを示す。
焦点基準移動部１３２は、観察断面２０２が切除されると、図３に示すように同じ高さとなるように設定基準点ＰＳを移動させる。具体的には、焦点基準移動部１３２は、図４に示すように、設定基準点ＰＳを画像の下側から上側へ移動させていく。ここで、本実施形態においては、画像生成部１１２により得られる観察断面２０２の二次元的な画像は、試料体２００の表面側が上側に、裏面側が下側に表示されるようになっている。尚、観察断面２０２の表示態様は、検出部１１０の設置状態により変化するものであり、例えば、試料体２００の裏面側が上側に、表面側が下側に表示される場合もある。

以上のように構成された試料体の加工観察装置１００を用いた試料体２００の観察方法の一例について具体的に説明する。
この試料体２００の観察方法は、イオンビームＩＢの照射により試料体２００を切除して観察断面２０２を形成する切除工程と、切除工程における試料体２００の切除量に基づいて、観察断面２０２と電子ビームＥＢの焦点との関係を調整する焦点調整工程と、焦点調整工程の後、観察断面２０２に電子ビームＥＢを照射する電子ビーム照射工程と、を有する。本実施形態においては、焦点調整工程は、試料体２００の切除量に基づいて設定基準点を移動させる焦点基準移動工程を含む。

まず、平板状の試料体２００を略水平な載置部を有するステージ１１６に載置する。このとき、観察断面２０２が形成される試料体２００の断面部分がユーセントリック高さとなるよう載置する。そして、図２に示すように、試料体２００をイオン銃１０２により切除可能なようにステージ１１６を傾斜させる。本実施形態においては、このステージ１１６の水平方向に対する傾斜角θｙは約５０°である。

試料体２００を傾斜させた後、まず、イオン銃１０２における電流値が比較的大きい状態でイオンビームＩＢによる試料体２００の粗削りを行う。そして、構造解析を行う断面の近傍まで掘り進めた後、電流値を小さくして断面をクリーニングする。これにより、ＳＥＭによる観察に適した観察断面２０２が形成される。

この状態で、観察断面２０２に対する電子ビームＥＢの焦点の初期調整を行う。ここで、図２に示すように、電子ビームＥＢは、電子銃１０４から鉛直方向下向きに照射されることから、観察断面２０２に対して約４０°のなす角で入射する。これにより、観察断面２０２の縦方向に電子ビームＥＢを走査させると観察断面２０２に対して焦点がずれることとなり、前述の補正フォーカス部１３０による焦点合わせが必要となる。

本実施形態においては、図４（ａ）に示すように、補正フォーカス部１３０による焦点合わせは、設定基準点ＰＳが画像における最下点となるよう行う。この焦点の初期調整は、オートフォーカス機能を用いて行ってもよいし、作業者が手動で行ってもよい。

焦点の初期調整が完了した後、試料体２００の観察を開始する。まず、ＳＥＭにより初期状態の観察断面２０２の画像を取得して画像情報を記憶部１３４に記憶させる。この後、切除制御部１２６に記憶された切除パターンに基づいてＦＩＢにより観察断面２０２を切除して更新する（切除工程）。試料体２００が傾斜した状態で観察断面２０２が切除されると、観察断面２０２と電子銃１０４の距離が変化し、観察断面２０２における補正フォーカス部１３０の設定基準点ＰＳにおいて電子ビームＥＢの焦点が合わない状態となる。

ここで、観察断面２０２が更新されると、図３に示すように、切除された分だけ焦点基準移動部１３２により補正フォーカス部１３０の設定基準点ＰＳが移動する（焦点調整工程）。具体的には、更新前の観察断面２０２における補正フォーカス部１３０の設定基準点ＰＳを更新後の観察断面２０２上に移動させる。すなわち、図４（ｂ）に示すように、観察断面２０２の画像中では設定基準点ＰＳを上方へ移動させることとなる。これにより、移動後の設定基準点ＰＳにおいては、電子ビームＥＢの焦点が合った状態となる。

ここで、設定基準点ＰＳの移動量δは、ＦＩＢ加工により試料体２００の切除厚さをｄ、ステージ１１６の水平方向に対する傾斜角θｙとすると、
δ＝ｄ／cosθｙ
の式から算出される。これにより、切除厚さｄ及び傾斜角θｙがともに既知であることから、焦点基準移動部１３２において更新後の観察断面２０２において焦点の合う移動量δが正確に算出される。

この後、観察断面２０２に電子ビームＥＢを照射して（電子ビーム照射工程）、ＳＥＭにより初期状態の観察断面２０２の画像を取得して画像情報を記憶部１３４に記憶させる。このとき、観察断面２０２の傾斜角度は、初期状態から変化がないので、補正フォーカス部１３０による観察断面２０２の傾斜に対する対物レンズ１１８への電流の補正割合については特に変更する必要はない。

この後、切除パターンに記憶されている回数だけＦＩＢによる観察断面２０２の切除と、ＳＥＭによる観察断面２０２の画像の取得を繰り返す。すなわち、切除工程、焦点調整工程及び電子ビーム照射工程を、この順で複数回繰り返す。これにより、図４（ｂ）及び図４（ｃ）に示すように、試料体２００の切除方向についての断面の変化を観察することができる。この観察断面２０２の切除動作と画像取得動作は、１回切除する都度に作業者に画像を確認させてから所定の操作入力があった後に切除動作に移行するようにしてもよいし、一括して複数回の切除及び画像の取得を行うようにしてもよい。
尚、ここでは理解を容易にするために、設定基準点ＰＳの移動位置が観察断面２０２のパターンに一致している例で説明した。しかし、通常は設定基準点ＰＳの移動位置は、切除厚さｄや傾斜角θｙで決定するので、必ずしも観察断面２０２のパターンの位置に対応するとは限らない。

このように、本実施形態の試料体の加工観察装置１００によれば、イオン銃１０２によるイオンビームＩＢの照射により観察断面２０２が形成されると、焦点制御部１０８により試料体２００の切除量に基づいて観察断面２０２と電子ビームＥＢの焦点の関係が調整される。これにより、イオンビームＩＢの照射前に電子ビームＥＢの焦点を観察断面２０２に対して合わせておけば、照射後においても電子ビームＥＢの焦点が新たな観察断面２０２に対して自動的に合うこととなる。

従って、イオンビームＩＢによる試料体２００の切除に追従させて観察断面２０２に対する電子ビームＥＢの焦点が自動的に調整されるので、観察断面２０２が更新されるたびに電子ビームＥＢの焦点に関する調整を手動で行う必要がなく、試料体２００の断面の変化の観察を簡単容易に行うことができる。

また、焦点調整を切除量に基づいて行うようにしたので、電子ビームＥＢを観察断面２０２に照射して検出部１１０で検出される信号をもとに調整を行う必要がなく、焦点調整を短時間で行うことができる。また、焦点調整時に電子ビームＥＢの照射により、観察断面２０２が変質するおそれもなく、実用に際して極めて有利である。

また、既存の補正フォーカス部１３０の設定基準点ＰＳを移動させるようにしたので、複雑な焦点調整を行う必要がなく、対物レンズ１１８の制御が簡単容易である。特に、初期状態で設定基準点ＰＳが観察断面２０２における試料体２００の裏面側に位置しているので、切除される都度に設定基準点ＰＳを単に試料体２００の表面側に移動させればよいし、試料体２００の加工につれて設定基準点ＰＳが観察断面２０２から外れることもない。すなわち、作業者は、電子ビームＥＢの焦点が合っているかを画面上で確認することができる。

尚、第１の実施形態においては、補正フォーカス部１３０の設定基準点ＰＳを移動させて焦点調整を行うものを示したが、補正フォーカス部１３０と独立して対物レンズ１１８の電流値を変更して焦点調整を行ってもよい。この場合、焦点調整部１０６は電子ビームＥＢの焦点位置ＤＦを調整する位置調整部を有し、焦点調整部１０６はイオン銃１０２のイオンビームＩＢの照射による試料体２００の切除量に基づいて焦点位置ＤＦを変更する位置変更部を有する。そして、焦点調整工程は、試料体２００の切除量に基づいて焦点位置ＤＦを変更する位置変更工程を含む。図５は焦点位置ＤＦを変更して焦点合わせを行う一例の説明図であり、焦点位置ＤＦを鉛直下向きに移動させていくものを示している。

また、第１の実施形態においては、焦点制御部１０８がパターン取得部１２８を有し試料体２００の切除パターンを取得して焦点調整を行うものを示したが、焦点制御部１０８が、検出部１１０により検出された信号を、観察断面２０２の切除前後で比較して、切除量に関する情報を取得する比較取得部を有するものであってもよい。この場合、例えば、画像生成部１１２により生成された切除前後の画像情報を比較するものであってもよいし、観察断面２０２から放出された二次電子、反射電子等の量を比較するものであってもよい。ここで、切除前後の画像情報を比較する場合は、生成された画像における観察視野のずれ量により切除量を算出してもよいし、グレースケールのコントラストを比較して切除量を算出するようにしてもよい。

ここで、図６及び図７を参照して、観察視野のずれ量により切除量を算出する場合について説明する。図６及び図７は第１の実施形態の変形例を示すものであり、図６は試料体の加工に伴って設定基準点が移動する状態を示す説明図、図７はディスプレイに表示される画像を示し初期状態から所定の切除厚さだけ切除された状態のものである。前述のように、観察断面２０２の加工が進むにつれて、観察断面２０２は画像中においては上方へ移動していく（図７参照）。このとき、観察断面２０２の上方への移動量をｐとすると、切除厚さｄはｐ／cosθｙであるから、設定基準点ＰＳの補正量δは、
δ＝ｄ／cosθｙ＝ｐ／cos²θｙ
の式で表されることとなる（図６参照）。このように、観察視野のずれ量からも補正量δの算出が可能である。この観察断面２０２の上方への移動量は、例えば、図７に示すような設定基準点ＰＳの画面上の移動量により取得してもよいし、観察断面２０２における目印となる部分の画面上の移動量により取得してもよい。

ここで、本実施形態においては、電子銃１０４がステージ１１６の鉛直上方に配されるとともにイオン銃１０２がステージ１１６の斜め上方に配されるものを示したが、例えば、イオン銃１０２がステージ１１６の鉛直上方に配され電子銃１０４がステージ１１６の斜め上方に配されるものであってもよく、イオン銃１０２と電子銃１０４の配置位置は任意である。第１の実施形態では、設定基準点ＰＳの移動量を、ステージ１１６の水平方向に対する試料体２００の傾斜角θｙに基づいて求めている。試料体２００を傾斜させ、上方から電子ビームＥＢを照射するタイプの加工観察装置１００では試料体２００の傾斜角θｙがモニタ容易なため便利である。しかし、試料体２００を傾斜させず、電子ビームＥＢをステージ１１６の斜め上方から照射した場合など、一般的には、観察断面２０２と電子ビームＥＢのなす角と切除厚さｄに基づいて設定基準点ＰＳの移動量を求めれば良い。

図８は本発明の第２の実施形態を示す試料体の加工観察装置の模式的な概略構成図である。
図８に示すように、試料体の加工観察装置３００は、試料体２００にイオンビームＩＢを照射して観察断面２０２を形成するイオン銃１０２と、イオン銃１０２により形成された観察断面２０２に電子ビームＥＢを照射する電子銃１０４と、観察断面２０２と電子ビームＥＢの焦点との相対位置を調整可能な焦点調整部３０６と、イオン銃１０２のイオンビームＩＢの照射による試料体２００の切除量に基づいて、焦点調整部３０６を制御して相対位置を調整する焦点制御部３０８と、を備えている。

また、試料体の加工観察装置３００は、電子ビームＥＢの観察断面２０２への照射により生じた信号を検出する検出部１１０と、検出部１１０により検出された信号に基づいて観察断面２０２の画像を生成する画像生成部１１２と、を備えている。

試料体の加工観察装置３００においては、ステージ３１６は、傾斜方向への回動移動に加えて、傾斜面の一方向（以下、Ｘ方向という）への移動と、傾斜面にてこれと直交する方向（以下、Ｙ方向という）への移動が許容されている。焦点調整部３０６は、試料体２００が載置されたステージ３１６を移動させる駆動制御部３３６を有する。すなわち、駆動制御部３３６を用いてステージ３１６をＸ方向及びＹ方向へ移動することにより、観察断面２０２と電子ビームＥＢの焦点の相対位置が調整される。

本実施形態においては、駆動制御部３３６は、ステージ３１６側に設けられたピエゾ素子３３８の通電制御を行う。ここで、図９はステージの概略説明図である。図９に示すように、ステージ３１６のＸ方向及びＹ方向への移動は、それぞれピエゾ素子３３８の伸張、収縮により実現される。

焦点制御部３０８は、この切除パターンから試料体２００の切除量に関する情報を取得するパターン取得部１２８を有する。そして、焦点制御部３０８は、試料体２００が切除される都度に、切除方向に試料体が切除された分だけ相対位置を調整する。

また、焦点制御部３０８は、イオンビームＩＢの照射により試料体２００が切除されて観察断面２０２が更新されると、更新前後で観察断面２０２と電子ビームＥＢの焦点の相対位置を維持するよう駆動制御部３３６を用いてステージ３１６を移動させるステージ移動部３４０を有する。

以上のように構成された試料体の加工観察装置３００を用いた試料体２００の観察方法の一例について具体的に説明する。

この試料体２００の観察方法は、イオンビームＩＢの照射により試料体２００を切除して観察断面２０２を形成する切除工程と、切除工程における試料体２００の切除量に基づいて、観察断面２０２と電子ビームＥＢの焦点との相対位置を調整する焦点調整工程と、焦点調整工程の後、観察断面２０２に電子ビームＥＢを照射する電子ビーム照射工程と、を有する。

まず、前記実施形態と同様に、観察断面２０２が形成される試料体２００の断面部分がユーセントリック高さとなるように、試料体２００をステージ３１６に載置する。そして、図９に示すように、試料体２００をイオン銃１０２により切除可能なようにステージ３１６を傾斜させる。試料体２００を傾斜させた後、イオン銃１０２による粗削り及び断面のクリーニングにより観察断面２０２を形成する。

この状態で、観察断面２０２に対する電子ビームＥＢの焦点の初期調整を行う。ここで、電子ビームＥＢは、電子銃１０４から鉛直方向下向きに照射されることから、観察断面２０２に対して約４０°のなす角で入射する（図８参照）。これにより、観察断面２０２の縦方向に電子ビームＥＢを走査させると観察断面２０２に対して焦点がずれることとなり、前述の補正フォーカス部１３０による焦点合わせが必要となる。本実施形態においては、補正フォーカス部１３０の設定基準点ＰＳの位置は任意である。

焦点の初期調整が完了した後、試料体２００の観察を開始する。まず、ＳＥＭにより初期状態の観察断面２０２の画像を取得して画像情報を記憶部１３４に記憶させる。この後、切除制御部１２６に記憶された切除パターンに基づいてＦＩＢにより観察断面２０２を切除して更新する（切除工程）。試料体２００が傾斜した状態で観察断面２０２が切除されると、観察断面２０２と電子銃１０４の距離が変化し、観察断面２０２における補正フォーカス部１３０の設定基準点ＰＳにおいて電子ビームＥＢの焦点が合わない状態となる。

ここで、観察断面２０２が更新されると、切除量に基づいてステージ移動部３４０によりステージ３１６が移動する（焦点調整工程）。このように、本実施形態においては、焦点調整工程はステージ移動工程を含む。具体的には、観察断面２０２と電子銃１０４の相対位置が変化しない位置まで、ステージ１１６を電子銃１０４側に近づける。これにより、ステージ１１６が移動した後、電子ビームＥＢの焦点が観察断面２０２に合った状態となる。

このとき、ステージ１１６はピエゾ素子３３８への通電により制御されることからナノメータオーダの比較的微小な移動が可能であり、イオンビームＩＢによる切除がナノメータオーダの比較的微小な量であったとしても、ステージ１１６を的確に移動させることができる。

この後、観察断面２０２に電子ビームＥＢを照射して（電子ビーム照射工程）、ＳＥＭにより初期状態の観察断面２０２の画像を取得して画像情報を記憶部１３４に記憶させる。このとき、観察断面２０２の傾斜角度は、初期状態から変化がないので、補正フォーカス部１３０による観察断面２０２の傾斜に対する対物レンズ１１８への電流の補正割合については特に変更する必要はない。さらに、観察断面２０２と電子銃１０４の相対位置が変化しないので、画像生成部１１２において生成される画像の視野も変化しない。

この後、切除パターンに記憶されている回数だけＦＩＢによる観察断面２０２の切除と、ＳＥＭによる観察断面２０２の画像の取得を繰り返す。これにより、試料体２００の切除方向についての断面の変化を観察することができる。この観察断面２０２の切除動作と画像取得動作は、１回切除する都度に作業者に画像を確認させてから所定の操作入力があった後に切除動作に移行するようにしてもよいし、一括して複数回の切除及び画像の取得を行うようにしてもよい。

このように、本実施形態の試料体の加工観察装置１００によっても、イオン銃１０２によるイオンビームＩＢの照射により観察断面２０２が形成されると、焦点制御部３０８により試料体２００の切除量に基づいて観察断面２０２と電子ビームＥＢの焦点の相対位置が調整される。これにより、イオンビームＩＢの照射前に電子ビームＥＢの焦点を観察断面２０２に対して合わせておけば、照射後においても電子ビームＥＢの焦点が新たな観察断面２０２に対して自動的に合うこととなる。

従って、イオンビームＩＢによる試料体２００の切除に追従させて観察断面２０２に対する電子ビームＥＢの焦点が自動的に調整されるので、観察断面２０２が更新されるたびに電子ビームＥＢの焦点に関する調整を手動で行う必要がなく、試料体２００の断面の変化の観察を簡単容易に行うことができる。

また、焦点調整を切除量に基づいて行うようにしたので、電子ビームＥＢを観察断面２０２に照射して検出部１１０で検出される信号をもとに調整を行う必要がなく、焦点調整を短時間で行うことができる。また、焦点調整時に電子ビームＥＢの照射により、観察断面２０２が変質するおそれもなく、実用に際して極めて有利である。

尚、第２の実施形態においては、ピエゾ素子３３８によりステージ３１６を駆動させるものを示したが、例えば、図１０に示すように、ステージ３１６を平行に移動させる回動軸部を備えた微小可動機構３４２を用いて駆動させるようにしてもよい。また、ステージ３１６の移動方向もＸ方向及びＹ方向に限定されず、Ｚ方向に移動したり、電子銃１０４に向かって移動するよう構成してもよく、観察断面２０２の更新前後で試料体２００と電子ビームＥＢの焦点の相対位置が維持されれば駆動制御部３３６の構成は問わない。

また、第２の実施形態の焦点制御部３０８が、ステージ移動部３４０に加えて、第１の実施形態の焦点基準移動部１３２のような電子ビームＥＢの焦点側の調整を行うものをさらに有する構成としてもよい。この場合、例えば、試料体２００の加工の切除量に応じてステージ３１６の移動と電子ビームＥＢの焦点側の調整とを択一的に選択してもよいし、これらの協働により観察断面２０２と電子ビームＥＢの焦点の相対位置を調整してもよい。

また、検出部１１０により検出された信号を観察断面２０２の切除前後で比較して切除量に関する情報を取得する比較取得部をさらに備えてもよいし、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。

本発明の第１の実施形態を示す試料体の加工観察装置の概略構成図である。 イオンビームによる試料体の切除状態を示す説明図である。 試料体の加工に伴って設定基準点が移動する状態を示す説明図である。 図３のＡ−Ａ端面図であってディスプレイに表示される画像を示し、（ａ）は初期状態のもの、（ｂ）は初期状態から所定の切除厚さだけ切除された状態のもの、（ｃ）は（ｂ）の状態から所定の切除厚さだけ切除された状態のものを示す。 第１の実施形態の変形例を示すものであり、試料体の加工に伴って焦点位置が移動する状態を示す説明図である。 第１の実施形態の変形例を示すものであり、試料体の加工に伴って設定基準点が移動する状態を示す説明図である。 図６のＢ−Ｂ端面図であってディスプレイに表示される画像を示し、初期状態から所定の切除厚さだけ切除された状態のものである。 本発明の第２の実施形態を示す試料体の加工観察装置の概略構成図である。 ステージの概略説明図である。 変形例を示すステージの概略説明図である。

符号の説明

１００ 試料体の加工観察装置
１０２ イオン銃
１０４ 電子銃
１０６ 焦点調整部
１０８ 焦点制御部
１１０ 検出部
１１２ 画像生成部
１１４ チャンバー
１１６ ステージ
１１８ 対物レンズ
１２０ 偏向レンズ
１２２ 制御アンプ
１２４ 制御アンプ
１２６ 切除制御部
１２８ パターン取得部
１３０ 補正フォーカス部
１３２ 焦点基準移動部
１３４ 記憶部
２００ 試料体
２０２ 観察断面
３００ 試料体の加工観察装置
３０６ 焦点調整部
３０８ 焦点制御部
３１６ ステージ
３３６ 駆動制御部
３３８ ピエゾ素子
３４０ ステージ移動部
ＥＢ 電子ビーム
ＩＢ イオンビーム
ＰＳ 設定基準点

Claims (11)

1. 試料体にイオンビームを照射して前記試料体を切除することにより観察断面を形成するイオン銃と、
   前記イオン銃により形成された前記観察断面に電子ビームを照射する電子銃と、
   前記観察断面の傾斜状態に対応して、設定基準点を中心として、前記観察断面に対する前記電子ビームの焦点合わせを行う補正フォーカス部を有する焦点調整部と、
   前記試料体の切除量に基づいて前記焦点調整部を制御する焦点制御部と、を備え、
   前記イオン銃は予め設定された切除パターンに基づいて前記試料体を切除し、
   前記焦点制御部は、前記イオン銃の前記イオンビームの照射による前記試料体の切除量に基づいて前記設定基準点を移動させる焦点基準移動部を有し、
   前記焦点制御部は、前記切除パターンから前記試料体の前記切除量に関する情報を取得するパターン取得部を有し、前記パターン取得部により取得した前記情報を用いた所定の演算式に従って前記焦点調整部の制御用のパラメータとして前記設定基準点の移動量を演算し、該演算したパラメータに基づいて前記焦点調整部を制御し、
   前記設定基準点の移動量をδ、前記切除量をｄ、前記試料体が載置されるステージの水平方向に対する傾斜角をθｙとすると、
   δ＝ｄ／ｃｏｓθｙ
   で表され、前記焦点基準移動部は前記設定基準点をδだけ移動させることを特徴とする試料体の加工観察装置。
2. 初期状態での前記設定基準点は、前記観察断面における前記試料体の裏面側に位置していることを特徴とする請求項１に記載の試料体の加工観察装置。
3. 前記焦点調整部は、前記試料体が載置されたステージを移動させる駆動制御部を有し、
   前記焦点制御部は、前記イオンビームの照射により前記試料体が切除されて前記観察断面が更新されると、更新前後で前記ステージと前記電子銃の相対位置を維持するよう前記駆動制御部を用いて前記ステージを移動させるステージ移動部を有することを特徴とする請求項１または２に記載の試料体の加工観察装置。
4. 前記駆動制御部は、前記ステージ側に設けられたピエゾ素子の通電制御を行うことを特徴とする請求項３に記載の試料体の加工観察装置。
5. 前記イオン銃は前記試料体を複数回にわたって切除し、
   前記焦点基準移動部は、前記試料体が切除される都度に、前記設定基準点を移動させることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の試料体の加工観察装置。
6. 前記電子ビームの前記観察断面への照射により生じた信号を検出する検出部を具備し、
   前記焦点制御部は、前記検出部により検出された信号を、前記観察断面の切除前後で比較して、前記切除量に関する情報を取得する比較取得部を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の試料体の加工観察装置。
7. 試料体にイオンビームを照射するイオン銃と、前記試料体に電子ビームを照射する電子銃と、前記観察断面の傾斜状態に対応して設定基準点を中心として前記電子ビームの焦点合わせを行う補正フォーカス部と、を備えた試料体の加工観察装置を用いて試料体を観察するにあたり、
   予め設定された切除パターンに基づいて前記イオンビームを照射して前記試料体を切除することにより観察断面を形成する切除工程と、
   前記切除工程における前記試料体の切除量に基づいて、前記観察断面の傾斜状態に対応して、前記設定基準点を中心として、前記観察断面に対する前記電子ビームの焦点合わせを行う焦点調整工程と、
   前記焦点調整工程の後、前記観察断面に前記電子ビームを照射する電子ビーム照射工程と、
   を有し、
   前記焦点調整工程は、前記試料体の切除量に基づいて前記設定基準点を移動させる焦点基準移動工程を含み、
   前記焦点調整工程では、前記切除パターンから前記試料体の前記切除量に関する情報を取得し、該取得した前記情報を用いた所定の演算式に従って前記焦点調整部の制御用のパラメータとして前記設定基準点の移動量を演算し、該演算したパラメータに基づいて前記電子ビームの焦点合わせを行い、
   前記設定基準点の移動量をδ、前記切除量をｄ、前記試料体が載置されるステージの水平方向に対する傾斜角をθｙとすると、
   δ＝ｄ／ｃｏｓθｙ
   で表され、前記焦点基準移動工程では前記設定基準点をδだけ移動させることを特徴とする試料体の観察方法。
8. 初期状態での前記設定基準点は、前記観察断面における前記試料体の裏面側に位置していることを特徴とする請求項７に記載の試料体の観察方法。
9. 前記試料体の加工観察装置は、前記試料体が載置されるステージと、前記ステージを移動させる駆動制御部を備え、
   前記焦点調整工程は、前記イオンビームの照射により前記試料体が切除されて前記観察断面が更新されると、更新前後で前記ステージと前記電子銃の相対位置を維持するよう前記駆動制御部を用いて前記ステージを移動させるステージ移動工程を含むことを特徴とする請求項７または８に記載の試料体の観察方法。
10. 前記切除工程、前記焦点調整工程及び前記電子ビーム照射工程を、この順で複数回繰り返すことを特徴とする請求項７から９のいずれか一項に記載の試料体の観察方法。
11. 前記加工観察装置は前記電子ビームの前記観察断面への照射により生じた信号を検出する検出部を具備し、
    前記焦点調整工程にて、前記検出部により検出された信号を、前記観察断面の切除前後で比較して、前記切除量に関する情報を取得することを特徴とする請求項７から１０のいずれか一項に記載の試料体の観察方法。

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