JP5296413B2 - 複合荷電粒子ビーム装置を用いた断面画像取得方法および複合荷電粒子ビーム装置 - Google Patents

Description

本発明は、複合荷電粒子ビーム装置を用いた断面画像取得方法および複合荷電粒子ビーム装置に関するものである。

半導体デバイス等の試料の内部構造を解析したり、立体的な観察を行ったりする手法の１つとして、集束イオンビーム（Focused Ion Beam;ＦＩＢ）を利用したエッチング加工を繰り返しながら、走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope；ＳＥＭ）により電子ビーム（Electron Beam；ＥＢ）を走査して試料の断面像を複数枚取得した後、これら複数の断面像を重ね合わせて三次元画像を構築する方法が知られている。
この方法は、複合荷電粒子ビーム装置を利用したＣｕｔ＆Ｓｅｅと呼ばれる手法で、資料の断面像を見ることができることに加え、試料の立体的な観察を様々な方向から行うことができるという、他の方法にはない利点を有している。具体的には、試料に対してＦＩＢを照射してエッチング加工を行い、断面を露出させる。続いて、露出した断面をＳＥＭ観察して断面像を取得する。続いて、再度エッチング加工を行って、次の断面を露出させた後、ＳＥＭ観察により２枚目の断面像を取得する。このように、エッチング加工とＳＥＭ観察とを繰り返して、複数枚の断面像を取得する。そして、取得した複数枚の断面像を最後に重ね合わせることで、三次元画像を構築する方法である。

正確な三次元画像を構築するには、試料の断面を正確な位置に露出させる必要がある。ところが実際の複合荷電粒子ビーム装置では、集束イオンビームと試料との相対位置がずれる現象（ＦＩＢドリフト）が生じる。ＦＩＢドリフトの原因としては、例えば、試料を載置するステージ等の温度変化による温度ドリフトや、装置構成ユニットの機械的な揺れ、エッチング加工する際のＦＩＢの照射精度等が挙げられる。なお特許文献１には、ＦＩＢドリフトの原因の１つとされるＦＩＢの照射精度を向上する装置が提案されている。
そこで従来技術では、ＦＩＢドリフトを補正した上でＦＩＢを照射し、エッチング加工を行っている。
特開２００３−３３１７７５号公報

しかしながら、複合荷電粒子ビーム装置では、ＦＩＢドリフトに加えてＳＥＭドリフトが発生する。ＳＥＭドリフトは、電子ビームと試料との相対位置がずれる現象であり、その原因としては試料を載置するステージ等の温度変化による温度ドリフトや、装置構成ユニットの機械的な揺れ、ＳＥＭ観察する際の電子ビーム（ＥＢ）の照射精度等が挙げられる。なおＦＩＢドリフトおよびＳＥＭドリフトには相関関係がないため、ＦＩＢドリフト補正を行ってもＳＥＭドリフトは補正されない。

従来技術では、ＳＥＭドリフトの補正を行うことなく複数の断面像を撮影している。その結果、複数の断面像内における観察対象断面の位置が、段々にずれてしまうという問題がある。従来技術では、複数の断面像を重ね合わせて三次元画像を構築する際に、断面像の位置合わせを手作業で行っている。そのため、三次元画像の構築に多大な労力を要するという問題がある。またＳＥＭドリフトが大きいと、ＳＥＭ画像内から観察対象断面が外れることになり、三次元画像の構築が不可能になるという問題がある。
近時では、試料の細部を観察するため、断面像の撮影倍率を増加させる傾向にある。そのため、ＳＥＭドリフトによりＳＥＭ画像内から観察対象断面が外れる可能性が増加している。

また、複合荷電粒子ビーム装置では、試料の上方からＦＩＢを照射するため、ＦＩＢ鏡筒の光軸と鋭角をなすようにＳＥＭ鏡筒が配置され、ＳＥＭ観察は斜め上方から行われる。この場合、新たな断面を露出させて断面像を撮影するたびに、断面像における観察対象断面の位置が上方にオフセットすることになる。そのため、複数の断面像の位置合わせに多大な労力を要するという問題がある。また、断面のスライス量が多くなるとオフセット量も増加し、ＳＥＭ画像内から観察対象断面が外れるという問題がある。

本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、断面が所定位置に配置された複数の断面像を取得することが可能な、複合荷電粒子ビーム装置を用いた断面画像取得方法および複合荷電粒子ビーム装置を提供することを目的とする。

上記の問題を解決するために、本発明の複合荷電粒子ビーム装置を用いた断面画像取得方法は、試料に集束イオンビーム鏡筒からの集束イオンビームを、前記試料表面の垂直方向から走査して前記試料の断面を露出させる断面露出工程と、前記断面に前記集束イオンビーム鏡筒の光軸と鋭角をなすように光軸が配置された荷電粒子ビーム鏡筒からの荷電粒子ビームを走査して前記試料の断面像を撮影する断面像撮影工程と、を繰り返し行って、複数の前記断面像を取得する画像取得方法であって、断面露出工程の所定時点で、前記断面露出部近傍の試料表面に位置するリファレンスマークに前記荷電粒子ビームを走査して、該リファレンスマークの画像を撮影するリファレンスマーク画像撮影工程と、前記所定時点に撮影された前記リファレンスマーク画像の位置を基準位置として、前記所定時点より後になされた断面露出工程時に撮影された前記リファレンスマーク画像の位置の前記基準位置からのズレ量に基づいて現在の前記荷電粒子ビームのドリフト量を算出するドリフト量算出工程と、を有し、前記所定時点より後になされた断面露出工程で露出された断面に対する前記断面像撮影工程では、前記所定時点の前記断面から、前記所定時点より後になされた断面露出工程で露出された断面までの距離をｔ、前記断面法線方向に対する前記荷電粒子ビームの入射角度をθとして、前記所定時点における前記断面に対する前記荷電粒子ビームの走査領域を、前記ドリフト量にｔ・sinθを加えた量に基づいて補正し、前記断面像を撮影する、ことを特徴とする。

この発明によれば、荷電粒子ビームのドリフト量を算出し、そのドリフト量を補正して断面像を撮影するので、高倍率で断面像を撮影する場合でも、所定位置に断面が配置された複数の断面像を取得することができる。その際、断面以外の領域に配置されたリファレンスマークに荷電粒子ビームを走査してリファレンスマーク画像を撮影するので、断面への不純物の付着（コンタミネーション）による断面像の画質劣化を防止することができる。
また、所定時点の断面から現在の断面までの距離ｔと、断面に対する荷電粒子ビームの入射角度θとに基づいて、同じ位置で荷電粒子ビームをふらせて走査した時、所定時点に対する現在の断面像の画面上におけるオフセット量をｔ・sinθとして正確に算出することができる。そのオフセット量を補正して断面像を撮影するので、断面のスライス量が多くなっても、断面像における断面位置のオフセットを防止することが可能になる。したがって、所定位置に断面が配置された複数の断面像を取得することができる。なお、ドリフト量とともにオフセット量を補正して断面像を撮影するので、撮影時の着目領域にプラスされるマージン領域の増加を抑制することができる。

また前記リファレンスマーク画像撮影工程では、前記断面像撮影工程より倍率を低くして前記リファレンスマーク画像を撮影してもよい。
この場合には、断面の近傍にリファレンスマークが存在しない場合でも、マーク画像を撮影してドリフト量を算出することができる。

また前記断面像撮影工程では、前記リファレンスマーク画像撮影工程と同じ倍率を撮影条件にして、撮像する領域を前記断面像領域に限定して拡大撮像してもよい。
この場合には、倍率変更に時間を要しないので、撮影時間の増加を抑制することができる。

また前記リファレンスマークは、前記集束イオンビームのドリフト量の算出に兼用されることが望ましい。
この場合には、別途リファレンスマークを形成する必要がないので、試料加工工程を簡略化して必要とされる準備作業を削減することができる。

一方、本発明の複合荷電粒子ビーム装置は、試料表面の垂直方向から前記試料に集束イオンビームを走査して前記試料の断面を露出させる集束イオンビーム鏡筒と、前記集束イオンビーム鏡筒の光軸と鋭角をなすように光軸が配置され、前記断面に荷電粒子ビームを走査する荷電粒子ビーム鏡筒と、前記荷電粒子ビーム鏡筒を用いて前記試料の断面像を撮影する断面像撮影手段と、を有する複合荷電粒子ビーム装置であって、前記断面像撮影手段は、前記断面露出部近傍の試料表面に位置するリファレンスマークに前記荷電粒子ビームを走査して、該リファレンスマークの画像を撮影しうるように形成され、断面露出時の所定時点で撮影された前記リファレンスマーク画像の位置を基準位置として、前記所定時点より後になされた断面露出時に撮影された前記リファレンスマーク画像の位置の前記基準位置からのズレ量に基づいて現在の前記荷電粒子ビームのドリフト量を算出するドリフト量算出手段を備え、前記断面像撮影手段は、前記所定時点の前記断面から、前記所定時点より後に露出された断面までの距離をｔ、前記断面法線方向に対する前記荷電粒子ビームの入射角度をθとして、前記所定時点における前記断面に対する前記荷電粒子ビームの走査領域を、前記ドリフト量にｔ・sinθを加えた量に基づいて補正し、前記断面像を撮影しうるように形成されている、ことを特徴とする。
この発明によれば、断面への不純物の付着（コンタミネーション）による断面像の画質劣化を防止することができる。また、所定時点に対する現在の断面のオフセット量を正確に算出することができる。さらに、断面のスライス量が多くなっても、断面像における断面位置のオフセットを防止することが可能になる。したがって、高倍率で断面像を撮影する場合でも、所定位置に断面が配置された複数の断面像を取得することができる。

また前記断面像撮影手段は、前記断面像撮影時より倍率を低くして前記リファレンスマーク画像を撮影しうるように形成されていてもよい。
この場合には、断面の近傍にリファレンスマークが存在しない場合でも、マーク画像を撮影してドリフト量を算出することができる。

前記断面像撮影手段は、前記リファレンスマーク画像撮影時と同じ倍率を撮影条件にして、撮像する領域を前記断面像領域に限定して拡大撮像するように形成されていてもよい。
この場合には、倍率変更に時間を要しないので、撮影時間の増加を抑制することができる。

本発明の複合荷電粒子ビーム装置を用いた断面画像取得方法および複合荷電粒子ビーム装置によれば、荷電粒子ビームのドリフト量を算出し、そのドリフト量を補正して断面像を撮影するので、高倍率で断面像を撮影する場合でも、所定位置に断面が配置された複数の断面像を取得することができる。その際、断面以外の領域に荷電粒子ビームを走査してマーク画像を撮影するので、断面への不純物の付着（コンタミネーション）による断面像の画質劣化を防止することができる。
また、所定時点の断面から現在の断面までの距離ｔと、断面に対する荷電粒子ビームの入射角度θとに基づいて、同じ位置で荷電粒子ビームをふらせて走査した時、所定時点に対する現在の断面像の画面上におけるオフセット量をｔ・sinθとして正確に算出することができる。そのオフセット量を補正して断面像を撮影するので、断面のスライス量が多くなっても、断面像における断面位置のオフセットを防止することが可能になる。したがって、高倍率で断面像を撮影する場合でも、所定位置に断面が配置された複数の断面像を取得することができる。

以下では、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。以下の各図では、説明の便宜のため直交座標系を設定している。
（複合荷電粒子ビーム装置）
図１は、本実施形態に係る複合荷電粒子ビーム装置の概略構成図である。本実施形態に係る複合荷電粒子ビーム装置は、集束イオンビーム（ＦＩＢ）及び電子ビーム（ＥＢ）の２種類の荷電粒子ビームをそれぞれ照射することが可能な、ＦＩＢ−ＳＥＭ複合タイプの荷電粒子ビーム装置である。この複合荷電粒子ビーム装置は、試料２が載置される試料台３と、該試料台３を変位させるステージ４と、試料２に対してＦＩＢ及びＥＢを照射する照射機構５と、ＦＩＢ及びＥＢの照射によって発生した二次荷電粒子Ｅを検出する二次荷電粒子検出器６と、ＦＩＢが照射される試料２の表面付近にデポジション膜ＤＰを形成するための原料ガスＧを供給するガス銃７と、検出された二次荷電粒子Ｅに基づいて試料２の画像データを生成する制御部８と、生成された画像データを表示する表示部９とを備えている。

試料２が載置される試料台３は、真空試料室１０内に収納されており、該真空試料室１０内で試料２に対してＦＩＢ及びＥＢの照射や原料ガスＧの供給等が行われるようになっている。ステージ４は、制御部８の指示にしたがって作動するようになっており、例えば、試料台３を５軸で変位させることができるようになっている。即ち、試料台３を水平面に平行で且つ互いに直交するＸ軸及びＹ軸と、これらＸ軸及びＹ軸に対して直交するＺ軸とに沿ってそれぞれ移動させたり、試料台３をＺ軸回りにローテーションさせたり、試料台３をＸ軸（又はＹ軸）回りにチルトさせたりすることができるようになっている。このように試料台３を５軸に変位させることで、試料２をあらゆる姿勢に変位させた状態で、ＦＩＢ及びＥＢを照射できるようになっている。

照射機構５は、試料２に対してＦＩＢを照射するＦＩＢ鏡筒１５と、ＥＢを照射するＳＥＭ鏡筒１６とから構成されている。ＦＩＢ鏡筒１５は、イオン発生源１５ａ及びイオン光学系１５ｂを有しており、イオン発生源１５ａで発生したイオンＣをイオン光学系１５ｂで細く絞ってＦＩＢにした後、試料２に向けて照射するようになっている。また、ＳＥＭ鏡筒１６は、電子発生源１６ａ及び電子光学系１６ｂを有しており、電子発生源１６ａで発生した電子Ｄを電子光学系１６ｂで細く絞って電子ビームＥＢとした後、試料２に向けて照射するようになっている。電子光学系１６ｂは、電子発生源１６ａ側から試料２側に向けて順に、電子ビームを集束するコンデンサーレンズと、電子ビームを絞り込む絞りと、電子ビームの光軸を調整するアライナと、電子ビームを試料に対して集束する対物レンズと、試料上で電子ビームを走査する偏向器とを備えて構成される。

なお、ＦＩＢ鏡筒１５とＥＢ鏡筒１６の物理的配置は入れ替わっても問題ないが、図１の配置例に沿って以下の動作を説明する。試料２の上方からＦＩＢを照射するため、ＦＩＢ鏡筒１５の中心軸（光軸）はＺ軸と平行に配置されている。このＦＩＢ鏡筒１５との干渉を避けるため、ＳＥＭ鏡筒１６の中心軸（光軸）はＺ軸と交差するように配置されている。なお、試料２に対するＦＩＢおよびＥＢの照射精度を確保するため、ＦＩＢ鏡筒１５およびＳＥＭ鏡筒１６の先端は試料２に近接配置する必要がある。そのため、ＳＥＭ鏡筒１６の中心軸とＺ軸との交差角度は広く（例えば約６０°程度の鋭角に）なっている。これにより、試料２の斜め上方からＥＢが照射される。

制御部８には、オペレータが入力可能な入力部８ｂが接続されており、該入力部８ｂによって入力された信号に基づいて、上記各構成品を総合的に制御することができるようになっている。つまり制御部８は、ステージ４を作動させて試料台３及び試料２を変位させたり、ＦＩＢおよびＥＢのビーム径や照射位置、照射タイミングを調整したり、原料ガスＧの供給タイミング等をコントロールしたりすることができるようになっている。
また制御部８は、二次荷電粒子検出器６で検出された二次荷電粒子Ｅを輝度信号に変換して試料像（断面像およびマーク画像）を生成している。そして、生成した試料像をメモリ部８ａに記憶して取得すると共に、表示部９に表示させている。これにより、オペレータは、生成された試料像を確認できるようになっている。

制御部８には、ドリフト量算出手段８ｃおよびオフセット量算出手段８ｄが設けられている。ドリフト量算出手段８ｃは、ＦＩＢおよびＥＢのドリフト量を算出するものである。ドリフトとは、試料２に対するＦＩＢおよびＥＢの照射位置がずれることである。ドリフトの原因として、試料２を載置するステージ４等の温度変化による温度ドリフトや、装置構成ユニットの機械的な揺れ、ＦＩＢおよびＥＢの照射精度等が挙げられる。ドリフト量算出手段８ｃおよびオフセット量算出手段８ｄの具体的な動作については後述する。

（複合荷電粒子ビーム装置を用いた断面画像取得方法）
次に、本実施形態に係る複合荷電粒子ビーム装置を用いた断面画像取得方法について説明する。
図２は本実施形態に係る断面画像取得方法のフローチャートであり、図３は加工された試料の斜視図である。本実施形態では、試料２における観察対象断面４０の内部構造を解析するため、複数の断面３０〜３３において観察対象断面４０を含む画像（断面像）を撮影し、これら断面像を三次元的に重ね合わせることにより、観察対象断面４０の三次元画像を構築する。具体的には、ＦＩＢを照射して観察対象断面４０を含む断面３１を露出させる断面露出加工工程（Ｓ３０）と、断面３１にＥＢを走査して断面像を撮影する断面像撮影工程（Ｓ５２）とを、断面３１〜３３について繰り返し行う。

本実施形態に係る断面画像取得方法を順に説明する。まず、断面３０に向かってＥＢを照射可能とするため試料２を加工する（試料加工工程：Ｓ２）。具体的には、図３に示す試料２の上方からＦＩＢを照射して、溝２０を形成する。溝２０はＸ方向に沿って延設され、＋Ｘ側の壁面が断面３０になっている。溝２０の深さは、断面３０から−Ｘ方向に向かって暫減している。このような溝２０を形成することにより、ＸＺ面と平行に斜め上方から、断面３０に向かってＥＢを照射することが可能になる。

次に、ドリフト量算出の基準となるリファレンスマーク（以下、単にマークという。）Ｍを形成する（マーク形成工程：Ｓ４）。まず、試料２の表面にデポジション膜ＤＰを形成する。具体的には、図１に示すガス銃７から原料ガスＧを供給しつつ、試料２の表面にＦＩＢを照射してデポジション膜ＤＰを形成する。次に、デポジション膜ＤＰにＦＩＢを照射してエッチング加工を行うことにより、円形穴等からなるマークＭを形成する。

次に、ＦＩＢドリフト補正用のマーク基準画像を撮影する（Ｓ６）。ここでは、ある所定時点において、試料２の上方からＦＩＢを走査して、マークＭを含むマーク基準画像を撮影する。
次に、ＳＥＭドリフト補正用のマーク基準画像を撮影する（Ｓ１０）。
図４は、ある所定時点におけるＳＥＭ観察視野である。まず、マークＭがＳＥＭ観察視野Ｗ０に入るように、ＳＥＭの倍率を調整する（倍率調整工程；Ｓ１１）。後述する断面像撮影用の倍率調整工程（Ｓ５０）では、観察対象断面４０の細部を撮影するため高倍率に設定するのに対して、この倍率調整工程（Ｓ１１）では、観察対象断面４０から離間配置されたマークＭを撮影するため低倍率に設定する。なお、マークＭがＳＥＭ観察視野内に配置されている場合には、倍率調整工程（Ｓ１１）を省略し、断面像撮影時と同じ高倍率を採用してもよい。

次に、マークＭにＥＢを走査してＳＥＭドリフト補正用のマーク基準画像を撮影する（マーク基準画像撮影工程；Ｓ１２）。ここで観察対象断面４０にＥＢを走査すると、観察対象断面４０に余分なＥＢがドーズされるだけでなく、観察対象断面への不純物の付着（コンタミネーション）により断面像の画質が劣化するおそれがある。そこで、マークＭが出現しうる領域ＭＲのみにＥＢを走査してマーク基準画像を撮影する。図４では、ＳＥＭ観察視野Ｗ０のうち領域ＭＲのみにＥＢを走査して、マークＭ０を含むマーク基準画像５０を撮影する。

（ＦＩＢドリフト補正、断面露出加工）
次に、ドリフト量算出手段によりＦＩＢドリフト量を算出する（ＦＩＢドリフト量算出工程；Ｓ２０）。具体的には、まず図３に示す試料２の上方からＦＩＢを走査して、マークＭを含むマーク画像を撮影する（マーク画像撮影工程；Ｓ２２）。次に、マーク画像におけるマークＭの重心を算出する。そして、今回撮影したマーク画像におけるマーク重心位置と、所定時点に撮影したマーク基準画像におけるマーク重心位置とを比較し、両者のずれ量をＦＩＢドリフト量として算出する（ドリフト量算出工程；Ｓ２４）。

次に、ＦＩＢドリフトを補正しつつＦＩＢを走査して試料２をエッチング加工し、断面３１を露出させる（断面露出加工工程；Ｓ３０）。具体的には、算出されたＦＩＢドリフト量だけＦＩＢの走査（デジタルスキャン）開始位置を移動させて、ＦＩＢを走査する。これによりＦＩＢドリフトが補正され、正確な位置に断面３１を露出させることができる。断面露出加工工程では、試料２の表面に対して垂直に（断面３０に対して平行に）ＦＩＢを照射し、断面３０の表面を削り取って断面３１を露出させる。

（ＳＥＭドリフト補正、断面像撮影）
次に、ドリフト量算出手段によりＳＥＭドリフト量を算出する（ＳＥＭドリフト量算出工程；Ｓ４０）。
図５は、現在のＳＥＭ観察視野である。まず、マーク基準画像の撮影時と同じ倍率に、ＳＥＭの倍率を調整する（倍率調整工程；Ｓ４１）。次に、マーク基準画像の撮影時と同じ領域ＭＲにＥＢを走査して、マーク画像を撮影する（マーク画像撮影工程；Ｓ４２）。図５では、ＳＥＭ観察視野Ｗ１のうち領域ＭＲのみにＥＢを走査して、マークＭ１を含むマーク画像５１を撮影する。

次に、マーク画像からＳＥＭドリフト量を算出する（ドリフト量算出工程；Ｓ４４）。
図６は、ドリフト量算出工程の説明図である。まず、マーク基準画像５０とマーク画像５１とのパターンマッチングを行ってマーク画像５１の移動量（−ｙ１，−ｚ１）を算出しＳＥＭドリフト量とする。

次に、ＳＥＭ鏡筒内で同じ範囲内でＥＢを偏向移動して、すなわち同じ様にビームをふらして、観察対象断面を走査した時の観察対象断面のオフセット量を、オフセット量算出手段により算出する（オフセット量算出工程；Ｓ４６）。
図７は、観察対象断面のオフセットの説明図であり、図３のＡ−Ａ線における断面図である。また図８は観察対象断面がオフセットした状態の断面像である。本実施形態では、図７に示すように、光軸がＸＺ平面と平行なＳＥＭ鏡筒から、断面３０，３１の斜め上方より、ＥＢを照射して断面像を撮影する。そのため、ＳＥＭ鏡筒内で同じ範囲内でＥＢを偏向移動して観察対象断面を走査した時に、ＳＥＭ鏡筒から見て奥側にある断面３１の観察対象断面４１は、手前側にある断面３０の観察対象断面４０より、図８に示す断面像において上方にオフセットすることになる。
図７において、断面３０，３１の法線Ｌに対するＥＢの入射角度をθとし、断面３０から断面３１までの距離をｔとする。このとき、断面像における観察対象断面のオフセット量は、ｔ・ｓｉｎθで表すことができる。

次に、断面像を撮影するため倍率を調整する（倍率調整工程；Ｓ５０）。ここでは、観察対象断面４０の細部を撮影するため、高倍率に設定する。具体的には、図４に示すＳＥＭ観察視野Ｗ０から倍率を拡大して、図９に示すＳＥＭ観察視野Ｔ０を得る。次述する断面像撮影工程では、ＳＥＭ観察視野Ｔ０の全領域をＥＢ走査して断面像６０を得る（光学ズーム相当手法）。
なお、図４に示す低倍率のＳＥＭ観察視野Ｗ０のまま、一部領域６０のみをＥＢ走査し、撮影された画像６０を拡大して断面像を得ることも可能である（デジタルズーム相当手法）。この場合には、倍率変更に時間を要しないので、撮影時間の増加を抑制することができる。

次に、ＳＥＭドリフトおよびオフセットを補正しつつＥＢを走査して断面像を撮影する（断面像撮影工程；Ｓ５２）。上記の結果、ＳＥＭドリフト量およびオフセット量を合わせた全補正量（ｄｙ，ｄｚ）は、次式で表される。
ｄｙ＝−ｙ１
ｄｚ＝−ｚ１＋ｔ・ｓｉｎθ

具体的な補正方法として、（前記光学ズーム相当手法に対応して）視野中心を全補正量だけ移動させる方法（第１補正方法）と、（前記デジタルズーム相当手法に対応して）ＥＢ走査の開始位置を全補正量だけ移動させる方法（第２補正方法）と、が考えられる。
図９は、第１補正方法の説明図である。図５に示すＳＥＭ観察視野Ｗ１から、視野中心を全補正量（ｄｙ，ｄｚ）だけ移動させて倍率を拡大すると、図９に示すＳＥＭ観察視野Ｔ１になる。このＳＥＭ観察視野Ｔ１の全領域をＥＢ走査して断面像６１を得る。その結果、断面像６１の観察対象断面４１の位置は、所定時点における断面像６０の観察対象断面４０の位置に一致する。このようにＥＢ走査領域を補正すれば、観察対象断面が常に所定位置に配置された断面像を得ることができる。

第２補正方法では、図５に示すＳＥＭ観察視野Ｗ１から、一部領域６１のみをＥＢ走査する。このＥＢ走査の開始位置Ｓ１は、図４におけるＥＢ走査の開始位置Ｓ０に対して、全補正量（ｄｙ，ｄｚ）だけ移動している。その結果、図５において撮影される画像６１における観察対象断面４１の位置は、図４において撮影される画像６０における観察対象断面４０の位置に一致する。なお両画像６０，６１を拡大して得られる断面像の位置も一致することになる。このようにＥＢ走査領域を補正した場合でも、観察対象断面が常に所定位置に配置された断面像を得ることができる。

次に、全ての断面につき断面像の撮影を終了したか判断する（Ｓ６０）。判断がＮｏの場合には、残りの断面につきＳ２０〜Ｓ５２を繰り返す。
Ｓ６０の判断がＹｅｓの場合にはＳ６２に進み、撮影した複数の断面像を重ね合わせ、観察対象断面の三次元画像を作成する。本実施形態では、観察対象断面が常に所定位置に配置された断面像が得られているので、複数の断面像を位置合わせすることなく単純に重ね合わせることで、観察対象断面の三次元画像を得ることができる。

以上に詳述したように、本実施形態に係る画像取得方法は、断面像撮影工程（Ｓ５２）の前に、断面以外の領域をＥＢ走査してマーク画像を撮影するマーク画像撮影工程（Ｓ４２）と、撮影されたマーク画像をマーク基準画像と比較して、所定時点に対する現在のＳＥＭドリフト量を算出するドリフト量算出工程（Ｓ４４）と、所定時点に対する現在の断面のオフセット量を算出するオフセット量算出工程（Ｓ４６）と、を有し、断面像撮影工程（Ｓ５２）では、所定時点におけるＥＢ走査領域をＳＥＭドリフト量およびオフセット量に基づいて補正し、断面像を撮影する構成とした。
この構成によれば、ＳＥＭドリフト量を算出し、そのドリフト量を補正して断面像を撮影するので、高倍率で断面像を撮影する場合でも、所定位置に断面が配置された複数の断面像を取得することができる。その際、断面以外の領域をＥＢ走査してマーク画像を撮影するので、断面への不純物の付着（コンタミネーション）による断面像の画質劣化を防止することができる。

また、所定時点の断面から現在の断面までの距離と、断面に対する荷電粒子ビームの入射角度とに基づいて、所定時点に対する現在の断面のオフセット量を算出する構成としたので、オフセット量を正確に算出することができる。さらに、そのオフセット量を補正して断面像を撮影するので、断面のスライス量が多くなっても、断面像における断面位置のオフセットを防止することが可能になる。したがって、所定位置に断面が配置された複数の断面像を取得することができる。なお、ドリフト量とともにオフセット量を補正して断面像を撮影するので、撮影時間の増加を抑制することができる。

なお、本発明の技術範囲は、上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上述した実施形態に種々の変更を加えたものを含む。すなわち、実施形態で挙げた具体的な材料や層構成などはほんの一例に過ぎず、適宜変更が可能である。
例えば、上記実施形態における「所定時点」は最初の断面像の撮影時としたが、直前の断面像の撮影時を「所定時点」に設定してもよい。

実施形態に係る画像取得装置の概略構成図である。 実施形態に係る画像取得方法のフローチャートである。 加工された試料の斜視図である。 所定時点におけるＳＥＭ観察視野である。 現在のＳＥＭ観察視野である。 ドリフト量算出工程の説明図である。 観察対象断面のオフセットの説明図であり、図３のＡ−Ａ線における断面図である。 観察対象断面がオフセットした状態の断面像である。 第１補正方法の説明図である。

符号の説明

ＥＢ…電子ビーム（荷電粒子ビーム） ＦＩＢ…集束イオンビーム Ｍ…リファレンスマーク θ…入射角度 １…画像取得装置 ２…試料 ８ｃ…ドリフト量算出手段 ８ｄ…オフセット量算出手段 １５…ＦＩＢ鏡筒（集束イオンビーム照射手段） １６…ＳＥＭ鏡筒（断面像撮影手段） ３０，３１…断面 ５１…マーク画像 ６１…断面像

Claims (7)

1. 試料に集束イオンビーム鏡筒からの集束イオンビームを、前記試料表面の垂直方向から走査して前記試料の断面を露出させる断面露出工程と、前記断面に前記集束イオンビーム鏡筒の光軸と鋭角をなすように光軸が配置された荷電粒子ビーム鏡筒からの荷電粒子ビームを走査して前記試料の断面像を撮影する断面像撮影工程と、を繰り返し行って、複数の前記断面像を取得する画像取得方法であって、
   断面露出工程の所定時点で、前記断面露出部近傍の試料表面に位置するリファレンスマークに前記荷電粒子ビームを走査して、該リファレンスマークの画像を撮影するリファレンスマーク画像撮影工程と、
   前記所定時点に撮影された前記リファレンスマーク画像の位置を基準位置として、前記所定時点より後になされた断面露出工程時に撮影された前記リファレンスマーク画像の位置の前記基準位置からのズレ量に基づいて現在の前記荷電粒子ビームのドリフト量を算出するドリフト量算出工程と、
   を有し、
   前記所定時点より後になされた断面露出工程で露出された断面に対する前記断面像撮影工程では、前記所定時点の前記断面から、前記所定時点より後になされた断面露出工程で露出された断面までの距離をｔ、前記断面法線方向に対する前記荷電粒子ビームの入射角度をθとして、前記所定時点における前記断面に対する前記荷電粒子ビームの走査領域を、前記ドリフト量にｔ・sinθを加えた量に基づいて補正し、前記断面像を撮影する、
   ことを特徴とする複合荷電粒子ビーム装置を用いた断面画像取得方法。
2. 前記リファレンスマーク画像撮影工程では、前記断面像撮影工程より倍率を低くして前記リファレンスマーク画像を撮影することを特徴とする請求項１に記載の複合荷電粒子ビーム装置を用いた断面画像取得方法。
3. 前記断面像撮影工程では、前記リファレンスマーク画像撮影工程と同じ倍率を撮影条件にして、撮像する領域を前記断面像領域に限定して拡大撮像することを特徴とする請求項１に記載の複合荷電粒子ビーム装置を用いた断面画像取得方法。
4. 前記リファレンスマークは、前記集束イオンビームのドリフト量の算出に兼用されることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の複合荷電粒子ビーム装置を用いた断面画像取得方法。
5. 試料表面の垂直方向から前記試料に集束イオンビームを走査して前記試料の断面を露出させる集束イオンビーム鏡筒と、
   前記集束イオンビーム鏡筒の光軸と鋭角をなすように光軸が配置され、前記断面に荷電粒子ビームを走査する荷電粒子ビーム鏡筒と、
   前記荷電粒子ビーム鏡筒を用いて前記試料の断面像を撮影する断面像撮影手段と、
   を有する複合荷電粒子ビーム装置であって、
   前記断面像撮影手段は、前記断面露出部近傍の試料表面に位置するリファレンスマークに前記荷電粒子ビームを走査して、該リファレンスマークの画像を撮影しうるように形成され、
   断面露出時の所定時点で撮影された前記リファレンスマーク画像の位置を基準位置として、前記所定時点より後になされた断面露出時に撮影された前記リファレンスマーク画像の位置の前記基準位置からのズレ量に基づいて現在の前記荷電粒子ビームのドリフト量を算出するドリフト量算出手段を備え、
   前記断面像撮影手段は、前記所定時点の前記断面から、前記所定時点より後に露出された断面までの距離をｔ、前記断面法線方向に対する前記荷電粒子ビームの入射角度をθとして、前記所定時点における前記断面に対する前記荷電粒子ビームの走査領域を、前記ドリフト量にｔ・sinθを加えた量に基づいて補正し、前記断面像を撮影しうるように形成されている、
   ことを特徴とする複合荷電粒子ビーム装置
6. 前記断面像撮影手段は、前記断面像撮影時より倍率を低くして前記リファレンスマーク画像を撮影しうるように形成されていることを特徴とする請求項５に記載の複合荷電粒子ビーム装置。
7. 前記断面像撮影手段は、前記リファレンスマーク画像撮影時と同じ倍率を撮影条件にして、撮像する領域を前記断面像領域に限定して拡大撮像するように形成されていることを特徴とする請求項５に記載の複合荷電粒子ビーム装置。

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