JP5280983B2 - 荷電粒子線装置、荷電粒子線装置に使用する位置特定方法及びプログラム - Google Patents

Description

本発明は、荷電粒子線装置に関する。

今日、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：scanning electron microscope）やＦＩＢ（ＦＩＢ：focused ion beam）装置等の荷電粒子線装置が、半導体デバイスその他の微細装置の加工や観察等に利用されている。これに伴い、試料に与えるダメージがない又はダメージが少ない加工技術や試料表面の構造や形状をダメージがない状態で又はダメージが少ない状態で観察できる技術の重要性が高まっている。ここで、ＦＩＢ装置は、集束させたイオンビームを加工したい部位に照射することにより、イオンスパッタリングという表面の原子を真空中に飛び出させる現象を生じさせる装置をいう。ＦＩＢ装置においては、加工予定位置の設定時にも加工時と同じイオンビームを使用し、イオンビームの走査により得られるＦＩＢ画像に基づいて加工位置を特定する。しかし、加工予定位置の設定時に使用されるイオンビームも、加工時と同様にイオンスパッタリングを発生させるため、試料にダメージを与えることが判明している。

特許第３２４０７３０号公報

そこで、イオンビームの走査により得られる観察像を用いずに、加工予定位置を正確に特定できる方法について、本願発明者が鋭意検討した結果、次の知見を得るに至った。

従来は、加工予定位置を正確に特定するために、加工予定位置が含まれるであろう領域をイオンビームで走査し、この走査により得られるＦＩＢ画像から加工予定位置を特定し、加工位置として設定している。しかし、前述の通り、ＦＩＢ画像の取得時のイオンビーム走査により、試料表面にダメージを与える。ダメージがあると、試料表面を正確に観察できないとの問題を引き起こす。

これに対し、電子ビームの走査により得られるＳＥＭ画像や外部から取り込んだ画像を加工予定位置の特定に使用すると、試料にダメージを与える可能性を低減することができる。しかし、これらの画像は、実際の加工に使用するイオンビームを用いた画像とは異なるため、イオンビームを用いる場合と同様の画像にはならない。また、ＦＩＢ画像とＳＥＭ画像を含む取込画像の試料に対する走査角度が異なる場合、同一の試料を観察した場合でも歪みが生じるのを避け得ない。

本発明は、加工予定位置の試料にダメージを与えることなく、試料の状況の把握、指定された位置の正確な加工又は観察を可能とすることを目的とする。

本発明は、イオンビームの照射禁止領域を除いて設定された走査領域をイオンビームで走査して得られる第１の画像と、走査領域の一部と重複するように設定されたイオンビームの照射禁止領域を含む取り込み領域に対応する第２の画像とを補完的に重ね合わせて表示する。ここで、第２の画像は、イオンビーム以外の荷電粒子線を走査することで取得される又は外部から取り込むことで取得される画像である。

本発明により、加工や観察の対象である照射禁止領域にイオンビームによるダメージを与えることなく、照射禁止領域とその周辺の状態をＦＩＢ画像と同様の画像を用いて観察することができる。

複合型の荷電粒子線装置の構成例を示す図。 画像の重ね合わせ処理の概要を説明する図。 加工予定領域の周辺をイオンビームの走査領域から除きつつ加工位置を特定する手順を説明する図。 取り込み画像の移動によるＦＩＢ画像との重ね合わせを説明する図。 取り込み画像の拡大によるＦＩＢ画像との重ね合わせを説明する図。 取り込み画像の縮小によるＦＩＢ画像との重ね合わせを説明する図。 取り込み画像の回転によるＦＩＢ画像との重ね合わせを説明する図。 イオンビーム走査領域をイオンビーム照射禁止領域に対して左右に設定する例を説明する図。 イオンビーム走査領域をイオンビーム照射禁止領域に対して上下に設定する例を説明する図。 イオンビーム走査領域を、イオンビーム照射禁止領域を除いたイオンビーム照射可能範囲内の四隅部分に設定する例を説明する図。 イオンビーム走査領域をイオンビーム照射禁止領域を取り囲むように設定する例を説明する図。 イオンビーム走査領域をイオンビーム照射禁止領域外にＬ字（左側、下側）形状に設定する例を説明する図。 イオンビーム走査領域をイオンビーム照射禁止領域外にＬ字（右側、下側）形状に設定する例を説明する図。 イオンビーム走査領域をイオンビーム照射禁止領域外にＬ字（左側、上側）形状に設定する例を説明する図。 イオンビーム走査領域をイオンビーム照射禁止領域外にＬ字（右側、上側）形状に設定する例を説明する図。 イオンビーム走査領域をイオンビーム照射禁止領域外の左側に設定する例を説明する図。 イオンビーム走査領域をイオンビーム照射禁止領域外の右側に設定する例を説明する図。 イオンビーム走査領域をイオンビーム照射禁止領域外の下側に設定する例を説明する図。 イオンビーム走査領域をイオンビーム照射禁止領域外の上側に設定する例を説明する図。 イオンビーム走査領域をイオンビーム照射禁止領域外に１箇所設定する例を説明する図。 イオンビーム走査領域をイオンビーム照射禁止領域外に二隅（左下、右上）を説明する例を説明する図。 イオンビーム走査領域をイオンビーム照射禁止領域外の二隅（左上、右下）に設定する例を説明する図。 試料台の傾斜角調整を利用するＳＥＭ画像とＦＩＢ画像の取り込み例を説明する図。 試料面に対して傾斜方向から取得されたＳＥＭ画像を傾斜補正してＦＩＢ画像と重ね合わせる方法を説明する図。 保護膜の作製に応用する場合を説明する図。

以下、図面に基づいて、本発明の実施例を説明する。なお、後述する装置構成や処理動作の内容は発明を説明するための一例であり、本発明は、後述する装置構成や処理動作に既知の技術を組み合わせた発明や後述する装置構成や処理動作の一部を既知の技術と置換した発明も包含する。

（１）実施例１
（１−１）装置構成
図１に、実施例に係る荷電粒子線装置の概略図を示す。なお、図１では、装置の一部分を透過的に描画している。荷電粒子線装置１００は、いわゆる複合型装置の一例である。

荷電粒子線装置１００は、試料やプローブを観察し加工するイオンビームを発生する集束イオンビームカラム１０１、試料やプローブの表面形状を観察するための電子ビームを発生する電子ビームカラム１０２、真空試料室１０３、試料を載置する試料ステージ１０４、プローブ１０５を真空試料室１０３内で微動させるプローブ駆動部１０６、検出器１０８、デポガス源１１５、ディスプレイ１０９、計算処理部１１０を備える。

集束イオンビームカラム１０１は、イオン源（図示せず）で発生したイオンをビーム状に集束して試料１１１やプローブ１０５に照射することにより、試料１１１やプローブ１０５の表面を観察したり、加工したりすることができる。また、電子ビームカラム１０２は、電子源（図示せず）で発生した電子をビーム状にして試料１１１やプローブ１０５に照射することにより、試料１１１やプローブ１０５の表面を観察することができる。

電子ビームカラム１０２から射出された電子ビームの照射位置を、集束イオンビームカラム１０１からのイオンビームの照射位置とほぼ同じとなるように両カラムを配置することにより、イオンビームによる加工部を電子ビームにより観察することができる。図１では、集束イオンビームカラム１０１が試料１１１に対して垂直方向に配置され、電子ビームカラム１０２は試料１１１に対して傾斜した方向に配置される。しかし、２つのカラムの配置例は図１に示す場合に限らない。例えば電子ビームカラム１０２を試料１１１に対して垂直方向に配置し、集束イオンビームカラム１０１を試料１１１に対して傾斜させるように配置しても良い。

試料ステージ１０４は、試料１１１を載置することが可能であり、イオンビームの加工や観察に必要な箇所をイオンビームの照射位置に移動させたり、電子ビームによる観察位置に移動させたりできる。なお、試料１１１は半導体試料の他、鉄鋼、軽金属、ポリマー系高分子その他も想定される。

プローブ１０５は、プローブ駆動部１０６によって真空試料室１０３内を移動でき、試料に形成された微小な試料片を摘出したり、試料表面に接触させて試料へ電位を供給したりすることに利用する。デポガス源１１５は、荷電粒子ビームの照射により堆積膜を形成するデポガスを貯蔵し、必要に応じてノズル先端１１２から供給することができる。

検出器１０８は、イオンビームや電子ビームの照射によって試料やプローブなどの照射部から発生する二次電子や二次イオン、後方散乱電子やＸ線、反射電子など（この明細書では、単純に「粒子」ともいう。）の検出器である。これらの検出信号を計算処理部１１０による演算処理により画像化し、ディスプレイ１０９に、二次電子像、二次イオン像、特性Ｘ線による元素マップ等として表示する。また、透過電子を二次電子に変換して検出器１０８により検出したり、図示していない検出器を使用して透過電子も検出したりしても良い。

また、計算処理部１１０は、イオンビーム制御手段１２１、電子ビーム制御手段１２２、検出器制御手段１２３、ステージ制御手段１２４、デポガス源制御手段１２５、プローブ制御手段１２６を介して、集束イオンビームカラム１０１、電子ビームカラム１０２、検出器１０８、試料ステージ１０４、デポガス源１１５、プローブ駆動部１０６をそれぞれ制御する。

（１−２）画像の重ね合わせ処理に伴うデータの流れ
図２に、実施例で使用する画像の重ね合わせ処理の概念図を示す。図２においては、装置の構成と処理の流れを関連付けて表している。

荷電粒子線装置は、表示装置２００、入力装置２０１、制御装置２０２、装置筐体２０６を備える。制御装置２０２は、ＧＵＩ制御部２０３、ＦＩＢ制御部２０４、ＳＥＭ制御部２０５を備える。

まず、制御信号２２１がＦＩＢ制御部２０４から装置筐体２０６に送られる。これにより、ＦＩＢの輝度データ２２２がＦＩＢ画像メモリ２０７に蓄えられる。同様に、ＳＥＭ制御部２０５から制御信号２２３が装置筐体２０６に送られる。これにより、ＳＥＭの輝度データ２２４がＳＥＭ画像メモリ２０８に蓄えられる。

ＧＵＩ制御部２０３は、ＦＩＢ画像メモリ２０７からＦＩＢ画像データ２２５を取得し、ＳＥＭ画像メモリ２０８からＳＥＭ画像データ２２６を取得する。また、入力装置２０１はユーザの操作入力を反映した入力信号２２７を入力制御２１０に送信する。入力制御２１０では、入力信号２２７に基づいて、重ね合せ位置、角度、縮尺データその他の情報２２８を取得する。これら情報２２８に基づく画像重ね合せ制御２０９により、ＦＩＢ画像とＳＥＭ画像を重ね合わせ、重ね合せ画像データ２２９を作成する。画像表示制御２１１は、重ね合せ画像データ２２９を表示信号２３０に変換し、表示装置２００に送り、表示装置２００の画面上に画像を表示する。

（１−３）画像の重ね合わせ処理の概念
この実施例では、イオンビームの偏向方向と試料１１１の傾斜軸が垂直である場合について、加工予定領域の周辺位置にイオンビームを走査させずに加工位置を特定する方法を説明する。

以下、画像の重ね合わせ処理の概念を、図３を用いて説明する。図３では、例えばＳＥＭ画像等の非破壊ビームにより取り込まれる画像を、取り込み画像２０として示す。取り込み画像２０には特異点２の像が４つ含まれている。特異点２には、例えば試料上に形成されているパターンが用いられる。特異点２が無い場合、ＦＩＢで試料表面を予め加工してマークを作製し、これを特異点２とすることもできる。なお、外部から取り込まれる画像の一例には、設計データや別工程で撮像された荷電粒子線像がある。装置操作者は、加工予定領域のおおよその位置を取り込み画像２０内に決定し、決定された加工予定領域にイオンビーム照射禁止領域３を指定する。この後、荷電粒子線装置１００は、イオンビーム照射禁止領域３が指定された画像２０を、ＦＩＢ画像４（この段階では未撮像なので黒の塗りつぶしで示す）に重ねた画像２１を表示する。

装置操作者は、画像２１を目視確認しながらイオンビーム照射禁止領域３を含むイオンビーム非走査領域１０を指定する。同時に、ＦＩＢ画像４のうちイオンビーム非走査領域１０を除く領域を、イオンビーム走査領域１１に設定する（画像２２）。

この後、荷電粒子線装置１００は、画像２２で指定されたイオンビーム走査領域１１をイオンビームで走査し、ＦＩＢ画像２３を取得する。次に、荷電粒子線装置１００は、取得されたＦＩＢ画像２３と取り込み画像２０を重ねた画像２４をディスプレイ１０９に表示する。

装置操作者は、取得されたＦＩＢ画像２３と、取り込み画像２０に含まれる特異点２に注目し、お互いの画像のずれが無くなるように取り込み画像２０を上下左右方向に移動させ、重ね合わせる（画像２５）。図３の場合、取り込み画像２０とＦＩＢ画像２３には、特異点２がそれぞれ４つ含まれている。特異点２の形状や配置にもよるが、特異点２は各画像に３つ以上含まれることが望ましい。ここでの特異点同士の位置合せは、画像処理を通じて荷電粒子線装置１００が自動的に実行しても良い。

この位置合せにより、荷電粒子線装置１００は、ＦＩＢ画像の欠落領域（加工予定領域を含む）の一部領域を、ＳＥＭ画像又は外部データとして取得した取り込み画像２０（補完画像６）で補完した画像２６が生成する。

装置操作者は、ディスプレイ１０９に表示される画像２６を目視しながら、加工領域７を特定する。

（１−４）まとめ
実施例１によれば、加工領域７に対するイオンビームの照射を、試料を実際に加工する場合に限定することができる。このため、実施例１に係る荷電粒子線装置１００を用いることで、観察時における加工領域７へのダメージを避けることができる。一方、従来技術の場合には、加工領域７に設定時と加工時の両方でイオンビームが照射されるので、加工前に加工領域７にダメージが発生するのを避け得なかった。

加えて、ＦＩＢ画像２３に対してＳＥＭ画像や外部からの取り込み画像１を合わせ込む手法を採用するため、加工領域７の位置座標を、実際の加工で使用する集束イオンビームカラム１０１に対する正確な位置座標として決定することができる。この結果、正確な位置に、所望のパターンを正確に加工することが可能になる。

（２）実施例２
続いて、実施例２に係る荷電粒子線装置で採用する処理動作例を説明する。実施例２は実施例１の変形例である。実施例２においては、ＳＥＭ画像等の取り込み画像１を、ＦＩＢ画像２３に重ね合わせる際の他の処理動作例を説明する。

図４に、取り込み画像１をＦＩＢ画像２３上に移動させ、２つの画像を重ね合わせる様子を示す。この実施例２の場合も、基本的な処理動作は実施例１と同じである。

すなわち、イオンビーム照射禁止領域３及び特異点９を含む取り込み画像１と、イオンビーム非走査領域１０とイオンビーム走査領域１１を指定したＦＩＢ画像２３を重ね合わせる。具体的には、取り込み画像１に含まれる特異点９がＦＩＢ画像２３に含まれる特異点９と重なるように、取り込み画像１を上下方向及び／又は左右方向に移動する。これにより、取り込み画像１の特異点９とＦＩＢ画像２３の特異点９とを互いに一致するように、イオンビーム非走査領域１０を取り込み画像１で補完した画像を得る。

ところで、図４の場合において、取り込み画像１の特異点９の大きさとＦＩＢ画像２３の特異点９の大きさが常に一致するとは限らない。このような場合、実施例２に係る荷電粒子線装置１００は、図５に示すように、取り込み画像１を画像処理により上下方向及び／又は左右方向に拡大し、縮尺変更後の取り込み画像１の特異点９とＦＩＢ画像２３の特異点９のサイズを一致させる。この処理は、荷電粒子線装置１００が自動的に実行することが望ましい。縮尺変更後、荷電粒子線装置１００は、ＦＩＢ画像２３のうちイオンビーム非走査領域１０の一部を取り込み画像１で補完した画像を完成させる。

なお、画像サイズの変更は、取り込み画像１を拡大する場合だけに限らない。図６に、取り込み画像１を縮小することにより、取り込み画像１の縮尺とＦＩＢ画像２３の縮尺を一致させる例を示す。図６の場合、荷電粒子線装置１００は、取り込み画像１を上下方向及び／又は左右方向に縮小し、縮尺変更後の取り込み画像１の特異点９とＦＩＢ画像２３の特異点９のサイズを一致させ、イオンビーム非走査領域１０の一部を取り込み画像１で補完した画像を完成させる。

また、取り込み画像１とＦＩＢ画像２３の縮尺が一致していても、それぞれの傾きが一致していない場合も想定される。このような場合、荷電粒子線装置１００は、図７に示すように取り込み画像１を時計回り又は反時計回りに回転させ、取り込み画像１の特異点９とＦＩＢ画像２３の特異点９を一致させることにより、イオンビーム非走査領域１０の一部を取り込み画像１で補完した画像を完成させる。

これらの重ね合わせ手法を単独で又は組み合わせて利用することにより、加工領域７の周辺に対応する取り込み画像１とＦＩＢ画像２３の初期の縮尺や傾きが一致していない場合でも、２つの画像を正確に合せ込むことができる。

（３）実施例３
続いて、実施例３に係る荷電粒子線装置で採用する処理動作例を説明する。実施例３も実施例１の変形例である。この実施例では、イオンビーム非走査領域１０又はイオンビーム走査領域１１のその他の設定例について説明する。前述の通り、イオンビーム走査領域１１は、イオンビーム照射禁止領域３を避けた位置に設定する必要がある。

前述の実施例では、図８に示すように、イオンビーム照射禁止領域３に対して左右両側に、図中縦方向に延びる帯状のイオンビーム走査領域１１（ＦＩＢ画像取得領域）を設定する例について説明した。なお、イオンビーム走査領域１１とイオンビーム非走査領域１０の左右方向の幅（横方向の長さ）は固定でも良いし、装置操作者の操作入力により任意に変更可能でも良い。

この他、図９に示すように、イオンビーム照射禁止領域３に対して上下両側に、図中横方向に延びる帯状のイオンビーム走査領域１１を設定することもできる。この場合も、イオンビーム走査領域１１及びイオンビーム非走査領域１０の上下方向の高さ（縦方向の長さ）は固定でも良いし、装置操作者の操作入力によって任意に変更可能でも良い。

また、図１０に示すように、イオンビーム照射禁止領域３を除いたイオンビーム照射可能範囲内の四隅部分のみをイオンビーム走査領域１１とし、その他の領域をイオンビーム非走査領域１０に設定することもできる。図１０の場合、イオンビーム走査領域１１の個数は４である。この場合も、イオンビーム走査領域１１及びイオンビーム非走査領域１０の高さ（縦方向の長さ）や幅（横方向の長さ）は固定でも良いし、装置操作者の操作入力によって任意に変更可能でも良い。

また、図１１に示すように、イオンビーム照射禁止領域３の全体を取り囲むように環状にイオンビーム走査領域１１を設定し、その内側にイオンビーム非走査領域１０を設定することもできる。この場合も、イオンビーム走査領域１１及びイオンビーム非走査領域１０の高さ（縦方向の長さ）や幅（横方向の長さ）は固定でも良いし、装置操作者の操作入力によって任意に変更可能でも良い。

また、図１２に示すように、イオンビーム照射禁止領域３の左側と下側にそれぞれ帯状（Ｌ字形状）のイオンビーム走査領域１１を設定し、他の領域をイオンビーム非走査領域１０に設定することもできる。図１２の場合、Ｌ字形状を与える領域の幅及び高さは固定でも良いし、装置操作者の操作入力によって任意に変更可能でも良い。

また、図１３に示すように、イオンビーム照射禁止領域３の右側と下側にそれぞれ帯状（Ｌ字形状）のイオンビーム走査領域１１を設定し、他の領域をイオンビーム非走査領域１０に設定することもできる。図１３の場合、Ｌ字形状を与える領域の幅及び高さは固定でも良いし、装置操作者の操作入力によって任意に変更可能でも良い。

また、図１４に示すように、イオンビーム照射禁止領域３の左側と上側にそれぞれ帯状（Ｌ字形状）のイオンビーム走査領域１１を設定し、他の領域をイオンビーム非走査領域１０に設定することもできる。図１４の場合、Ｌ字形状を与える領域の幅及び高さは固定でも良いし、装置操作者の操作入力によって任意に変更可能でも良い。

また、図１５に示すように、イオンビーム照射禁止領域３の右側と上側にそれぞれ帯状（Ｌ字形状）のイオンビーム走査領域１１を設定し、他の領域をイオンビーム非走査領域１０に設定することもできる。図１５の場合、Ｌ字形状を与える領域の幅及び高さは固定でも良いし、装置操作者の操作入力によって任意に変更可能でも良い。

また、図１６に示すように、イオンビーム照射禁止領域３の左側のみに帯状のイオンビーム走査領域１１を設定し、他の領域をイオンビーム非走査領域１０に設定することもできる。図１６の場合、イオンビーム走査領域１１の幅及び高さは固定でも良いし、装置操作者の操作入力によって任意に変更可能でも良い。なお、図１６の場合、特異点２の数は２個である。

また、図１７に示すように、イオンビーム照射禁止領域３の右側のみに帯状のイオンビーム走査領域１１を設定し、他の領域をイオンビーム非走査領域１０に設定することもできる。図１７の場合、イオンビーム走査領域１１の幅及び高さは固定でも良いし、装置操作者の操作入力によって任意に変更可能でも良い。図１７の場合も、特異点２の数は２個である。

また、図１８に示すように、イオンビーム照射禁止領域３の下側のみに帯状のイオンビーム走査領域１１を設定し、他の領域をイオンビーム非走査領域１０に設定することもできる。図１８の場合、イオンビーム走査領域１１の幅及び高さは固定でも良いし、装置操作者の操作入力によって任意に変更可能でも良い。図１８の場合も、特異点２の数は２個である。

また、図１９に示すように、イオンビーム照射禁止領域３の上側のみに帯状のイオンビーム走査領域１１を設定し、他の領域をイオンビーム非走査領域１０に設定することもできる。図１９の場合、イオンビーム走査領域１１の幅及び高さは固定でも良いし、装置操作者の操作入力によって任意に変更可能でも良い。図１９の場合も、特異点２の数は２個である。

また、図２０に示すように、イオンビーム照射禁止領域３の外周領域の左下隅にのみ矩形のイオンビーム走査領域１１を設定し、他の領域をイオンビーム非走査領域１０に設定することもできる。図２０の場合、イオンビーム走査領域１１の幅及び高さは固定でも良いし、装置操作者の操作入力によって任意に変更可能でも良い。なお、矩形のイオンビーム走査領域１１は、左上隅、右上隅、右下隅に設置することもできる。図２０の場合、特異点２の数は１個である。

また、図２１に示すように、イオンビーム照射禁止領域３の外周領域の左下隅と右上隅に矩形のイオンビーム走査領域１１を設定し、他の領域をイオンビーム非走査領域１０に設定することもできる。図２１の場合、イオンビーム走査領域１１の幅及び高さは固定でも良いし、装置操作者の操作入力によって任意に変更可能でも良い。なお、矩形のイオンビーム走査領域１１をイオンビーム照射禁止領域３の外周領域に３つ以上配置することもできる。

また、図２２に示すように、イオンビーム照射禁止領域３の外周領域の左上隅と右下隅に矩形のイオンビーム走査領域１１を設定し、他の領域をイオンビーム非走査領域１０に設定することもできる。図２２の場合、イオンビーム走査領域１１の幅及び高さは固定でも良いし、装置操作者の操作入力によって任意に変更可能でも良い。

（４）実施例４
前述の実施例では、イオンビームによる観察方向と電子ビームによる観察方向の違いが実質上無視できるものとして説明した。しかし、観察方向の違いを無視できない場合もあれば、より高い精度での重ね合わせが要求される場合も考えられる。実施例４に係る荷電粒子線装置は、このような場合を想定する。

図２３は、電子ビームカラム１０２と集束イオンビームカラム１０１を有する荷電粒子線ビーム装置１００において、試料ステージ１０４（試料１１１）のビーム軸に対する角度補正を実行することにより、試料１１１に正対したＳＥＭ画像とＦＩＢ画像を取得する手法を説明する。

まず、ＳＥＭ画像の取得時には、電子ビームカラム１０２のビーム軸と試料１１１（図中実線で示す。）が垂直になるように試料ステージ１０４の角度を不図示の駆動機構を使用して傾斜する。なお、試料ステージ１０４の傾斜角は、ステージ制御手段１２４による駆動機構の制御を通じて実現される。なお、傾斜角の制御は、試料ステージ１０４の水平方向（Ｘ軸及びＹ軸）と垂直方向（Ｚ軸）の３軸についての回転制御や３軸方向への移動制御を通じて実現される。

試料１１１と電子ビームカラム１０２のビーム軸を垂直に位置合せした状態で電子ビームを走査し、特異点９とイオンビーム照射禁止領域３を含むＳＥＭ画像２１を取得することにより、傾斜によるゆがみの影響が無い画像を取得することができる。

次に、ＦＩＢ画像の取得時には、集束イオンビームカラム１０１のビーム軸と試料１１１（図中破線で示す。）が垂直になるように試料ステージ１０４の角度を不図示の駆動機構を使用して傾斜する。図２３の場合、試料ステージ１０４を、ＳＥＭ画像の取得時の設定位置から図中反時計回りに回転させる。この場合も、傾斜によるゆがみの影響が無いＦＩＢ画像２３を取得することができる。

図２３の場合、ＳＥＭ画像２１とＦＩＢ画像２３の両方にゆがみが含まれないため、画像処理による傾斜補正を行うことなく２つの画像を重ね合わせても、試料１１１の表面の状態を正確に表した画像をディスプレイ１０９に表示することができる。

一方、図２４は、試料ステージ１０４（試料１１１）の駆動による角度補正を実行しない場合を示す。この場合、試料１１１に対して傾斜方向から電子ビームを走査すると、例えば上下方向に圧縮されたＳＥＭ画像２１が取得される。そこで、ＳＥＭ画像２１に画像処理を適用し、傾斜の影響がなくなるように画像のアスペクト比を修正したＳＥＭ画像３０を生成する。画像処理は、例えば計算処理部１１０で実行する。なお、補正式は試料１１１とのビーム軸の傾斜角によって算出できる。

この後、試料１１１とビーム軸が垂直である集束イオンビームカラム１０１を用いてＦＩＢ画像２３（イオンビーム非走査領域１０とイオンビーム走査領域１１を含む。）を取得し、ＦＩＢ画像２３の特異点９とＳＥＭ画像３０の特異点９が重なるように位置合せする。この場合、試料ステージ１０４の駆動が必要ないため、２つの画像の重ね合わせに要する時間を短縮することができる。

なお、図２４では、集束イオンビームカラム１０１のビーム軸を試料１１１に対して垂直に配置し、電子ビームカラム１０２のビーム軸を試料１１１に対して傾斜配置した例を示しているが、ビーム軸と試料１１１の関係はこれに限らない。例えば集束イオンビームカラム１０１のビーム軸を試料１１１に対して傾斜させて配置し、かつ、電子ビームカラム１０２のビーム軸を試料１１１に対して垂直に配置しても良い。また、集束イオンビームカラム１０１のビーム軸と電子ビームカラム１０２のビーム軸の双方を試料１１１に対して傾斜させて配置しても良い。

また、この実施例４を含む各実施例では、１台の集束イオンビームカラムと１台の電子ビームカラムを備えるダブルカラム構成の荷電粒子線装置１００を想定しているが、ガリウム（Ｇａ）集束イオンビームカラム、アルゴン（Ａｒ）集束イオンビームカラム及び電子ビームカラムを備えるトリプルカラム構成の荷電粒子線装置の場合にも、各実施例の処理技術を適用することができる。

また、集束イオンビームカラム１０１を用いる場合と電子ビームカラム１０２を用いる場合で試料ステージ１０４の傾斜角や高さを切り替え制御するのではなく、偏向パターンを切り替え制御しても良い。この場合、荷電粒子線装置１００には、集束イオンビームのビーム軸と電子ビームのビーム軸とが成す角度と、集束イオンビームのビーム軸と電子ビームのビーム軸とが成す面の垂線と、各ビームの偏向走査方向とがなす角度とに基づいて、集束イオンビームの偏向パターンを電子ビームの偏向パターンに変換する機能又は電子ビームの偏向パターンを集束イオンビームの偏向パターンに変換する機能を搭載する。

（５）実施例５
実施例５として、荷電粒子線装置１００を適用して好適な他の応用例を説明する。すなわち、前述した４つの実施例のように試料１１１の加工に応用するのではなく、マイクロサンプリング時の保護膜の作成に応用する場合について説明する。

まず、図２５の上段に従来例を示す。従来例の場合、保護膜１３の作成位置を特定するために試料１１１の表面全体をイオンビーム走査領域３０５に設定する必要があり、最低でも１回は保護膜１３の作成予定領域も集束イオンビームで走査し、ＦＩＢ画像３０６を取得する。かかる後、ＦＩＢ画像３０６に基づいて保護膜１３の作成位置を特定し、イオンビームの照射によって試料１１１上に保護膜１３を作成する。ところが、保護膜１３の作成領域にはＦＩＢ画像を取得する際のイオンビームの照射によってダメージが及んでしまう。

次に、図２５の下段に実施例を示す。実施例の場合、保護膜１３の作成予定領域を避けるようにイオンビーム走査領域１１を設定し、当該領域をイオンビームで照射してＦＩＢ画像２３を取得する。そして、ＦＩＢ画像２３のうち欠落部分（イオンビーム非走査領域１０）の一部を補完画像６（取り込み画像２０の一部）と重ね合わせる。これにより、保護膜１３の作成予定領域にイオンビームを照射しなくても、対応領域の観察を可能にできる。結果的に、イオンビームによるダメージを与えることなく、保護膜１３の作成位置を特定することができる。

（６）実施例６
前述の実施例では、複合型の荷電粒子線装置１００について説明した。しかしながら、荷電粒子線装置１００は複合型に限らない。例えば集束イオンビームカラム１０１だけを有する荷電粒子線装置にも、前述した技術を適用することができる。この場合、ＦＩＢ画像の補完画像６には、例えば設計時のパターン画像、他の工程で取得されていた対象領域の荷電粒子線画像等を適用すれば良い。

１…取り込み画像、２…特異点、３…イオンビーム照射禁止領域、４…ＦＩＢ画像、６…補完画像、７…加工領域、９…特異点、１０…イオンビーム非走査領域、１１…イオンビーム走査領域、１３…保護膜、２０…取り込み画像、２３…ＦＩＢ画像、２８…イオンビーム非照射領域、３０…ＳＥＭ画像、１００…荷電粒子線装置、１０１…集束イオンビームカラム、１０２…電子ビームカラム、１０３…真空試料室、１０４…試料ステージ、１０５…プローブ、１０６…プローブ駆動部、１０８…検出器、１０９…ディスプレイ、１１０…計算処理部、１１１…試料、１１２…ノズル先端、１１５…デポガス源、１２１…イオンビーム制御手段、１２２…電子ビーム制御手段、１２３…検出器制御手段、１２４…ステージ制御手段、１２５…デポガス源制御手段、１２６…プローブ制御手段、２００…表示装置、２０１…入力装置、２０２…制御装置、２０３…ＧＵＩ制御部、２０４…ＦＩＢ制御部、２０５…ＳＥＭ制御部、２０６…装置筐体、２０７…ＦＩＢ画像メモリ、２０８…ＳＥＭ画像メモリ、２０９…画像重ね合せ制御、２１０…入力制御、２１１…画像表示制御、２２１…制御信号、２２２…輝度データ、２２３…制御信号、２２４…輝度データ、２２５…ＦＩＢ画像データ、２２６…ＳＥＭ画像データ、２２７…入力信号
２２８…情報、２２９…重ね合せ画像データ、２３０…表示信号、３０５…イオンビーム走査領域、３０６…ＦＩＢ画像。

Claims (12)

1. 荷電粒子ビームを偏向走査する偏向器と、荷電粒子ビームの照射により発生する粒子を検出して像を表示する表示装置と、荷電粒子ビームの偏向パターンを制御する演算手段とを備える荷電粒子線装置において、
   イオンビームの照射禁止領域以外に設定された走査領域をイオンビームで走査して得られる第１の画像を格納する第１のメモリと、
   前記走査領域の一部と重複するように設定された前記照射禁止領域を含む取り込み領域をイオンビーム以外の荷電粒子ビームで走査して得られる第２の画像又は前記取り込み領域に対応する外部データとしての第２の画像を格納する第２のメモリと、
   前記第１の画像と前記第２の画像を補完的に重ね合わせて表示する手段と
   を有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、
   前記イオンビームにおける前記第１の画像の観察方向と前記荷電粒子ビームによる前記第２の画像の観察方向が異なる場合、前記第１の画像の観察方向と前記第２の画像の観察方向の成す角度に基づいて試料ステージの姿勢を制御する手段を有する
   ことを特徴とする荷電粒子線装置。
3. 請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
   前記イオンビームにおける前記第１の画像の観察方向と前記荷電粒子ビームによる前記第２の画像の観察方向が異なる場合、前記第１の画像の観察方向と前記第２の画像の観察方向の成す角度と、前記第１の観察方向と前記第２の観察方向の成す面の垂線と、前記イオンビーム又はイオンビーム以外の前記荷電粒子ビームの偏向走査方向がなす角度とに基づいて、前記イオンビーム及び前記荷電粒子ビームの偏向パターンを他方の偏向パターンに変換する
   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、
   前記第１の画像から取得した第１の位置補正マークの画像と、前記第２の画像から取得した第２の位置補正マークが一致するように前記第１及び第２の画像を重ね合わせる
   ことを特徴とする荷電粒子線装置。
5. 請求項４に記載の荷電粒子線装置において、
   前記第１及び第２の画像のうち一方を移動させることにより、前記第１及び第２の画像を重ね合わせる
   ことを特徴とする荷電粒子線装置。
6. 請求項４に記載の荷電粒子線装置において、
   前記第１及び第２の画像のうち一方を拡大変換することにより、前記第１及び第２の画像を重ね合わせる
   ことを特徴とする荷電粒子線装置。
7. 請求項４に記載の荷電粒子線装置において、
   前記第１及び第２の画像のうち一方を縮小変換することにより、前記第１及び第２の画像を重ね合わせる
   ことを特徴とする荷電粒子線装置。
8. 請求項４に記載の荷電粒子線装置において、
   前記第１及び第２の画像のうち一方を回転変換することにより、前記第１及び第２の画像を重ね合わせる
   ことを特徴とする荷電粒子線装置。
9. 請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
   試料ステージに載置された試料から微小試料を摘出するための加工パターンの加工位置を登録できる
   ことを特徴とする荷電粒子線装置。
10. 請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
    試料ステージに載置された試料から微小試料を摘出するための保護膜パターンの作成位置を登録できる
    ことを特徴とする荷電粒子線装置。
11. 荷電粒子ビームを偏向走査する偏向器と、荷電粒子ビームの照射により発生する粒子を検出して像を表示する表示装置と、荷電粒子ビームの偏向パターンを制御する演算手段とを備える荷電粒子線装置に使用する位置特定方法において、
    イオンビームの照射禁止領域以外に設定された走査領域をイオンビームで走査して第１の画像を取得する工程と、
    前記走査領域の一部と重複するように設定された前記照射禁止領域を含む取り込み領域をイオンビーム以外の荷電粒子ビームで走査することにより第２の画像を取得する又は前記取り込み領域に対応する外部データとしての第２の画像を取得する工程と、
    前記第１の画像と前記第２の画像を補完的に重ね合わせて表示する工程と
    を有する荷電粒子線装置に使用する位置特定方法。
12. 荷電粒子ビームを偏向走査する偏向器と、荷電粒子ビームの照射により発生する粒子を検出して像を表示する表示装置と、荷電粒子ビームの偏向パターンを制御する演算手段とを備える荷電粒子線装置の位置特定処理を実行するコンピュータに、
    イオンビームの照射禁止領域以外に設定された走査領域をイオンビームで走査して第１の画像を取得する工程と、
    前記走査領域の一部と重複するように設定された前記照射禁止領域を含む取り込み領域をイオンビーム以外の荷電粒子ビームで走査することにより第２の画像を取得する又は前記取り込み領域に対応する外部データとしての第２の画像を取得する工程と、
    前記第１の画像と前記第２の画像を補完的に重ね合わせて表示する工程と
    を実行させるプログラム。

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