JP5852474B2 - 荷電粒子線装置 - Google Patents

Description

本発明は、荷電粒子線を試料に照射する荷電粒子線装置に関する。

近年、微小領域を観察するために、走査電子顕微鏡(ＳＥＭ)、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）、走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）、集束イオンビーム加工観察装置（ＦＩＢ）等の荷電粒子線装置が使用されている。これらの装置では、電子ビームやイオンビーム等の荷電粒子線が、試料に照射されている。例えば、電子ビームを試料に照射すると、試料表面からは二次電子、反射電子等が、試料裏面からは透過電子がそれぞれ放出する。これらの電子（荷電粒子）は、試料の形状、組成等によって、放出角度における放出量が変化するといった角度依存性を持つ。そこで、角度依存性を有する電子を、検出に最適な角度で検出する装置が提案されている（特許文献１等参照）。

特開２０１０−１９９００２号公報

前記角度依存性について、例えば、反射電子は、鏡面反射方向に大きな放出量（強い信号強度）を持つ。そして、その鏡面反射方向の逆方向では、放出量は小さく弱い信号強度になるが、その放出量に基づいて凹凸部の輪郭の陰影が異なった画像を得ることができる。この強い信号強度と弱い信号強度の２つの信号強度を足し合わせると、試料の組成情報が強調され、差し引くと、試料の凹凸情報が強調される。このように同じ試料から得られる反射電子の放出量（信号強度）であっても、その反射電子の放出角度、すなわち、検出角度によって異なった情報が得られる。このことは、反射電子に限らず、二次電子、透過電子でもいえることであり、さらに、電子に限らず、イオンも含めた荷電粒子でいえることである。すなわち、角度依存性は、反射荷電粒子や二次荷電粒子や透過荷電粒子等も有している。角度依存性を有する荷電粒子を、検出に最適な角度で検出できれば、幅広いニーズに応えることができる。

ただ、荷電粒子線が照射される試料は、例えば、半導体装置のように、内部の構造が微細化しており、その微細な構造を構成する局所部分のみに荷電粒子線を照射し、そこから放出される荷電粒子を検出するとなると、その検出量はわずかなものになる。このわずかな荷電粒子を検出するためには、すなわち、高感度化するには、検出器をできるだけ試料に近づけることが望ましい。荷電粒子の飛行距離が長いと、飛行している空間が真空であるとはいえ、散乱する確率が高くなり、荷電粒子の収集効率が低下するからである。しかし、荷電粒子の飛行距離が長いと、飛行する荷電粒子同士は広がるので、角度の分解能を高めることができ、容易に所望の角度の荷電粒子を収集することができる。逆に、検出器を試料に近づける際には、検出器の角度の分解能を高める必要がある。

特許文献１には、角度依存性を有する電子を、最適な角度で検出するために、検出器を試料に近づけたり遠ざけたりすることが記載されているが、検出器が試料に近くても、検出器の角度の分解能を高くできる装置については記載されていない。

そこで、本発明が解決しようとする課題は、高分解能を持って特定の放出角度で試料から放出された荷電粒子を検出でき、かつ、高感度な荷電粒子線装置を提供することである。

本発明は、荷電粒子線を試料に照射する荷電粒子線照射装置と、前記試料に接触するように配置することで照射された前記荷電粒子線により前記試料に発生した吸収電流を自身に流して検出する吸収電流検出器とを有し、前記荷電粒子線が前記試料上を走査することで吸収電流像を取得する荷電粒子線装置において、
前記吸収電流検出器を、前記試料から離して配置した場合には、
前記吸収電流検出器は、前記荷電粒子線の照射により前記試料から出射した荷電粒子線が入射すると、入射した荷電粒子線を、前記試料の表面の法線方向と前記荷電粒子線の入射方向の少なくとも一方の方向に対して、前記荷電粒子線の前記試料上の照射位置から前記吸収電流検出器への方向がなす角度に依存する信号電流として検出することを特徴としている。

本発明によれば、高分解能を持って特定の放出角度で試料から放出された荷電粒子を検出でき、かつ、高感度な荷電粒子線装置を提供できる。

本発明の第１の実施形態に係る荷電粒子線装置の構成図である。 本発明の第１の実施形態に係る荷電粒子線装置において、吸収電流検出器の先端部を用いて、角度依存性を有する荷電粒子を検出する方法（その１）を示す模式図である。 本発明の第１の実施形態に係る荷電粒子線装置において、吸収電流検出器の先端部を用いて、試料から吸収電流を検出する方法を示す模式図である。 本発明の第１の実施形態に係る荷電粒子線装置において、吸収電流検出器の先端部を用いて、角度依存性を有する荷電粒子を検出する方法（その２）を示す模式図である。 本発明の第１の実施形態に係る荷電粒子線装置において、吸収電流検出器の先端部を用いて、角度依存性を有する荷電粒子を検出する方法（その３）を示す模式図である。 本発明の第１の実施形態に係る荷電粒子線装置において、吸収電流検出器の先端部を用いて、角度依存性を有する荷電粒子を検出する方法（その４）を示す模式図である。 本発明の第１の実施形態に係る荷電粒子線装置を用いて、角度依存性を有する荷電粒子による像を生成する方法のフローチャートである。 本発明の第１の実施形態に係る荷電粒子線装置が有する表示装置に表示されるＧＵＩ画面（第１ウィンドウ、ホームページ）である。 ＧＵＩ画面内の検出器状態表示（その１）である。 ＧＵＩ画面内の検出器状態表示（その２）である。 ＧＵＩ画面内の検出器状態表示（その３）である。 本発明の第１の実施形態に係る荷電粒子線装置が有する表示装置に表示されるＧＵＩ画面（連続取得設定画面（その１））である。 本発明の第１の実施形態に係る荷電粒子線装置が有する表示装置に表示されるＧＵＩ画面（連続取得設定画面（その２））である。 本発明の第２の実施形態に係る荷電粒子線装置の構成図である。 本発明の第２の実施形態に係る荷電粒子線装置を用いて、母材に非接触プローブを形成する方法を示す模式図である。 複数の非接触プローブが形成された母材の平面図である。

次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、共通する部分には同一の符号を付し重複した説明を省略している。

（第１の実施形態）
図１に、本発明の第１の実施形態に係る荷電粒子線装置１の構成図を示す。なお、第１の実施形態では、荷電粒子線装置１として、電子線装置であるＳＥＭを例に説明するが、本発明は、他の荷電粒子線装置（荷電粒子線顕微鏡）１にも適用できる。荷電粒子線装置１は、試料１０１を載置し移動させる試料ステージ１０２と、試料ステージ１０２を移動させる等の制御をする試料位置制御装置１０３と、試料１０１に電子ビーム（荷電粒子ビーム）１０４を照射し走査させる電子ビーム光学システム装置１０５と、電子ビーム光学システム装置１０５を制御する電子ビーム光学システム制御装置１０６と、試料１０１で発生する二次電子等を検出する二次電子検出器１０７と、二次電子検出器１０７を制御する二次電子検出器制御装置１０８と、導電部材１０９と、導電部材１０９を先端に着脱可能に取付け、吸収電流を検出する吸収電流検出器１１０と、吸収電流検出器１１０の検出の制御をする吸収電流検出器制御装置１１１と、吸収電流検出器１１０を載置し移動させる吸収電流検出器ステージ１１２と、吸収電流検出器ステージ１１２の移動の制御をする吸収電流検出器位置制御装置１１３と、前記の各機器を制御する中央処理装置（コンピュータ）１１４と、ＳＥＭ像や吸収電流像等と操作画面等を表示するディスプレイを備えた表示装置１１５と、試料１０１や導電部材１０９等を収容し真空雰囲気に保持する真空容器１１６とを有している。試料位置制御装置１０３、電子ビーム光学システム制御装置１０６、二次電子検出器制御装置１０８、吸収電流検出器制御装置１１１、吸収電流検出器位置制御装置１１３等は、中央処理装置１１４で制御される。中央処理装置１１４には、例えばパーソナルコンピュータやワークステーション等を用いることができる。試料ステージ１０２、電子ビーム光学システム装置１０５、二次電子検出器１０７、吸収電流検出器１１０、吸収電流検出器ステージ１１２は、真空容器１１６内に配置される。

以上の構成により、試料１０１に電子ビーム１０４を照射し、試料１０１から放出される二次電子等の中から、角度依存性のある二次電子等を導電部材１０９で捕獲し、信号電流を発生させる。吸収電流検出器１１０は、この信号電流を吸収電流として検出し、吸収電流像と同様に、信号電流像を取得する。導電部材１０９は、吸収電流検出器１１０のケーブル状の先端部２０２に取り付けられている。これにより、導電部材１０９を試料１０１の近傍に配置することができ、試料１０１から放出される二次電子がわずかであっても確実に捕獲することができる。また、導電部材１０９が配置される試料１０１からの方向を変えることで、二次電子等の角度依存性を容易に評価できる。そして、導電部材１０９を試料１０１から角度依存性のある特定の方向に配置すれば、前記信号電流を取得できる。試料１０１に照射する電子ビーム１０４を走査しながら、前記信号電流を取得することで、信号電流像を取得することができる。

なお、試料１０１から放出される二次電子等は、二次電子検出器１０７でも検出できる。試料１０１に照射する電子ビーム１０４を走査しながら、二次電子検出器１０７で二次電子等を検出することで、ＳＥＭ像を取得することができる。

図２Ａに、本発明の第１の実施形態に係る荷電粒子線装置１において、吸収電流検出器１１０の先端部２０２を用いて、角度依存性を有する二次荷電粒子（二次電子）２０１を検出する方法（その１）を示す。なお、二次荷電粒子（二次電子）は、二次荷電粒子（反射電子）も含むものとする。電子ビーム１０４を試料１０１に照射すると、試料１０１から二次電子２０１が放出する。放出した二次電子２０１が吸収電流検出器１１０の先端部２０２の導電部材１０９に衝突すると、導電部材１０９から導電部材１０９と繋がっている信号線２０４に信号電流Ｉａが流れる。なお、導電部材１０９に衝突した二次電子２０１がすべて信号電流Ｉａに変換されるわけではなく、導電部材１０９に衝突した二次電子２０１と導電部材１０９から放出される三次荷電粒子（三次電子）２０５の差が信号電流Ｉａとなる。この信号電流Ｉａを検出することで、二次電子２０１が持つ試料情報を反映した信号電流像を取得することが可能となる。なお、信号電流Ｉａは、微弱であるが、例えば電子ビーム１０４の電流量を増加させたり、吸収電流検出器１１０等における信号増幅率を増加させたりすることで、画像化することができる。

導電部材１０９は、試料１０１の表面の法線方向又は電子ビーム１０４の入射方向に対して、電子ビーム１０４の試料１０１上の照射位置から導電部材１０９への方向がなす角度θが、角度依存性のある二次電子２０１が出射する特定の角度に一致するように配置される。また、導電部材１０９は、電子ビーム１０４の試料１０１上の照射位置から導電部材１０９が見える角度範囲△θが、角度依存性のある二次電子２０１が出射する特定の角度範囲に一致するように配置される。

吸収電流検出器１１０の先端部２０２は、同軸ケーブル２０３と、同軸ケーブル２０３に接続する接触プローブ２０８と、接触プローブ２０８に接続する導電部材（非接触プローブ）１０９とを有している。同軸ケーブル２０３は、信号電流Ｉａが流れる信号線２０４と、信号線２０４を覆い接地されたシールド２０７と、信号線２０４をシールド２０７から絶縁する絶縁材２０６とを有している。接触プローブ２０８は、同軸ケーブル２０３の端部から突出している。接触プローブ２０８は、信号線２０４に接続し支持されている。後記するが、接触プローブ２０８は、試料１０１に直接接触して電気的に接続するプローブとして用いられる。導電部材１０９は、接触プローブ２０８に接続し支持されている。導電部材１０９は、図２Ａに示すように、試料１０１に接触しない非接触プローブとして用いられる。こうすることで、導電部材１０９に衝突した二次電子２０１のみを信号電流Ｉａとすることができる。シールド２０７に衝突した二次電子２０１は、シールド２０７が接地されているので、グランドに流れ、チャージアップを防ぐことができる。なお、導電部材１０９に衝突する二次電子２０１の量が、シールド２０７に衝突する二次電子２０１の量よりはるかに多い場合は、シールド２０７や絶縁材２０６を省くことができる。

導電部材１０９は、接触プローブ２０８の先端に接続され、接触プローブ２０８に対して、取り付け、取り外し可能になっている。また、導電部材１０９の機能を、接触プローブ２０８が兼ねて、導電部材１０９が省かれてもよい。導電部材１０９を接触プローブ２０８から取り外すことなく、導電部材１０９をそのまま試料１０１に接続することで、接触プローブ２０８の機能を兼ねてもよい。すなわち、吸収電流を検出する接触プローブ２０８を、信号電流Ｉａを検出するための導電部材（非接触プローブ）１０９として用いてもよい。また、マイクロサンプリング（登録商標）において、マイクロサンプルを摘出するプローブを、導電部材（非接触プローブ）１０９や接触プローブ２０８として用いてもよい。

なお、図２Ａでは、導電部材１０９の形状を円板形状にしたが、これに限られない。導電部材１０９の形状や大きさ等を変えることで、検出感度や検出領域を変えることができる。導電部材１０９の大きさや形状を変更する方法は、後記するように大きさや形状の異なる別のものに交換する方法や、吸収電流検出器１１０の先端部２０２と共に回転させたり往復運動させたりする方法等がある。

導電部材１０９の材質は、二次電子放出量が低い軽元素であるか、又は、前記軽元素が含まれていることが望ましい。具体的には、導電部材１０９の材質の組成は、銅より原子番号の小さい元素であるか、又は、その元素が含まれていることが望ましい。三次電子２０５放出を抑え、信号電流Ｉａを増加させることができる。

また、導電部材１０９に電圧を印加する機能があっても良い。例えば、プラスの電圧を印加すると、二次電子、反射電子、三次電子等を引き付け、信号電流Ｉａを増加させることができる。また、マイナス５０Ｖ程度印加すると、二次電子を追い返し、反射電子のみを得ることができる。

なお、試料１０１が大きい場合には、電子ビーム１０４が走査されて、試料１０１上の照射位置が移動すると、前記角度θが、角度依存性のある二次電子２０１が出射する特定の角度から外れてしまう。そこで、まず、中央処理装置１１４内の単位画像取得装置を用いて、角度θがその特定の角度に略等しいという条件を満足する試料１０１上の領域Ｒ２内を電子ビーム１０４が走査して、信号電流Ｉａによる単位画像を取得する。次に、試料ステージ１０２による領域Ｒ２から領域Ｒ３への移動に伴って、中央処理装置１１４内の検出器移動装置は、前記条件を満足する位置Ｐ３に位置Ｐ２から吸収電流検出器の先端部２０２（導電部材１０９）を移動させる。これらの単位画像の取得と、吸収電流検出器の先端部２０２（導電部材１０９）の移動とを、繰り返し実施する。これにより、領域Ｒ１と位置Ｐ１に対応する単位画像、領域Ｒ２と位置Ｐ２に対応する単位画像、領域Ｒ３と位置Ｐ３に対応する単位画像のように、複数の単位画像が取得できる。中央処理装置１１４は、取得された複数の単位画像を合成して、信号電流像が取得できる。

図２Ｂに、本発明の第１の実施形態に係る荷電粒子線装置において、吸収電流検出器の先端部２０２を用いた試料１０１から吸収電流Ｉｂを検出する方法を示す。接触プローブ２０８から、導電部材１０９が取り外されている。そして、接触プローブ２０８は、試料１０１に接触している。試料１０１に電子ビーム１０４が照射されると、二次電子２０１が発生するだけでなく、試料１０１中に吸収電流Ｉｂが発生する。この吸収電流Ｉｂは接触プローブ２０８に流れ込み、吸収電流検出器１１０（図１参照）に検出される。そして、電子ビーム１０４が試料１０１上を走査することで吸収電流像を取得することができる。

図２Ｃに、本発明の第１の実施形態に係る荷電粒子線装置において、吸収電流検出器の先端部２０２を用いた角度依存性を有する荷電粒子を検出する方法（その２）を示す。接触プローブ２０８の先端に、導電部材（反射電子用プローブ）１０９ａ（１０９）が取り付けられている。導電部材１０９ａは、略馬蹄形状をしている。導電部材１０９ａは、平面視で、外周が半円形をし、内周も外周の半円と中心を同一とする半円形になっている。試料１０１に電子ビーム１０４を照射すると、同じ性質の角度依存性を持った二次電子２０１は、反射電子も含めて、試料１０１上の照射地点を頂点とする下に凸のコーン（円錐）状の側面に沿って放出される。そこで、このコーンの周方向に沿って導電部材１０９ａを配置すれば、二次電子２０１の収率を高めることができる。そして、試料１０１に導電部材１０９ａを近づければ、電子ビームの方向に対して放出方向のなす角度の大きい二次電子２０１を捕獲することができ、試料１０１から導電部材１０９ａを離せば、電子ビームの方向に対して放出方向のなす角度の小さい二次電子２０１を捕獲することができる。また、二次電子２０１は、そのコーンの周方向に均一に放出されるだけでなく、周方向にも角度依存性を有する場合がある。この導電部材１０９ａによれば、周方向の全周３６０度に対して１８０度の半分だけ配置されているので、周方向に角度依存性を有する二次電子２０１も検出することができる。また、試料１０１に対して、電子ビーム１０４と同じ側に、導電部材１０９ａが配置されるが、導電部材１０９ａの平面視で外周と内周とが半円形であるので、電子ビーム１０４を導電部材１０９ａを横切ることなく、電子ビーム１０４を導電部材１０９ａの内側に入れたり外側に出したりする走査を容易にできる。

図２Ｄに、本発明の第１の実施形態に係る荷電粒子線装置において、吸収電流検出器の先端部２０２を用いた角度依存性を有する荷電粒子を検出する方法（その３）を示す。接触プローブ２０８の先端に、導電部材（透過電子用プローブ）１０９ｂ（１０９）が取り付けられている。導電部材１０９ｂは、リング形状をしている。導電部材１０９ｂは、平面視で、外周が円形をし、内周も外周の円と中心を同一とする円形になっている。試料１０１に電子ビーム１０４を照射すると、二次電子２０１は、反射電子のように反射するだけでなく、透過電子のように試料１０１を透過する。そして、透過電子の中の同じ性質の角度依存性を持った二次電子２０１は、試料１０１上の照射地点を頂点とする上に凸のコーン（円錐）状の側面に沿って放出される。そこで、このコーンの周方向に沿って導電部材１０９ｂを配置すれば、二次電子（透過電子）２０１の収率を高めることができる。そして、試料１０１に導電部材１０９ｂを近づければ、電子ビームの方向に対して放出方向のなす角度の大きい二次電子２０１を捕獲することができ、試料１０１から導電部材１０９ｂを離せば、電子ビームの方向に対して放出方向のなす角度の小さい二次電子２０１を捕獲することができる。なお、導電部材１０９ｂは、試料１０１に対して、電子ビーム１０４の反対側に配置される。

図２Ｅに、本発明の第１の実施形態に係る荷電粒子線装置において、吸収電流検出器の先端部２０２を用いた角度依存性を有する荷電粒子を検出する方法（その４）を示す。接触プローブ２０８の先端に、導電部材（ディフラクションパターン用プローブ）１０９ｃ（１０９）が取り付けられている。導電部材１０９ｃは、直方体の形状をしている。導電部材１０９ｃは、平面視で、正方形になっている。導電部材１０９ｃによれば、結晶方位を知る上で重要なディフラクションパターンを取得することができる。導電部材１０９ｃは、試料１０１に対して、電子ビーム１０４の反対側に配置される。導電部材１０９ｃの前記正方形は、ディフラクションパターンのそれぞれの位置における画素となる。導電部材１０９ｃをディフラクションパターンの生じている平面上を走査するように移動させながら、その平面上の各位置の画素として各位置毎に二次電子（透過電子）２０１を取得する。取得した二次電子（透過電子）２０１は、信号電流Ｉａとして位置毎に検出される。

前記のように、導電部材１０９を外して、図２Ｂの接触プローブ２０８を用いたり、接触プローブ２０８に、図２Ｃの導電部材（反射電子用プローブ）１０９ａや、図２Ｄの導電部材（透過電子用プローブ）１０９ｂや、図２Ｅの導電部材（ディフラクションパターン用プローブ）１０９ｃを取り付けたりして、目的に応じてプローブを変更することができる。

図３に、本発明の第１の実施形態に係る荷電粒子線装置を用いて、角度依存性を有する荷電粒子による像を生成する方法のフローチャートを示す。これによれば、事前に登録した複数の位置で信号電流像を連続取得することができる。まず、ステップＳ１で、作業者は、試料１０１を、真空容器１１６から取り出された試料ステージ１０２に載せる。中央処理装置１１４は、試料位置制御装置１０３を介して、試料１０１を載せた試料ステージ１０２を真空容器１１６内に導入する。

次に、ステップＳ２で、中央処理装置１１４は、試料１０１の周辺に、電子ビーム光学システム制御装置を介して、電子ビーム光学システム装置を制御して、電子ビーム１０４を走査しながら照射し、また、二次電子検出器制御装置１０８を介して、二次電子検出器１０７を制御して、試料１０１の周辺からの二次電子を検出し、表示装置１１５にＳＥＭ像を表示する。作業者はこのＳＥＭ像を確認しながら、中央処理装置１１４から、試料ステージ１０２を制御し、試料１０１の位置を調整する。

図４に、表示装置１１５に表示されるＧＵＩ画面（第１ウィンドウ、ホームページ）１１５ａを示す。図３のステップＳ３で、中央処理装置１１４は、表示装置１１５に、このＧＵＩ画面（第１ウィンドウ、ホームページ）１１５ａを表示する。作業者は、検出器選択プルダウン４０１を用いて、二次電子検出器１０７から、吸収電流検出器１１０に、使用する検出器を切り替えるように、中央処理装置１１４に指示し、この指示に応じて、中央処理装置１１４が切り替える。

次に、ステップＳ４で、中央処理装置１１４は、試料１０１と吸収電流検出器の先端部２０２の周辺に、電子ビーム光学システム制御装置を介して、電子ビーム光学システム装置を制御して、電子ビーム１０４を走査しながら照射し、また、二次電子検出器制御装置１０８を介して、二次電子検出器１０７を制御して、試料１０１と吸収電流検出器の先端部２０２の周辺からの二次電子を検出し、表示装置１１５にＳＥＭ像を表示する。作業者はこのＳＥＭ像を確認しながら、図４の検出器導入ボタン表示４０９をクリックすると、中央処理装置１１４から、試料ステージ１０２を制御し、試料１０１の位置を調整したり、吸収電流検出器ステージ１１２を制御し、導電部材１０９（接触プローブ２０８）の位置を調整したりして、導電部材１０９（接触プローブ２０８、吸収電流検出器）をＳＥＭ像の視野内に導入する。また、作業者が、図４の検出器退避ボタン４１０をクリックすると、中央処理装置１１４は、導電部材１０９（接触プローブ２０８、吸収電流検出器）をＳＥＭ像の視野外に退避させる。

ステップＳ５で、中央処理装置１１４は、表示装置１１５に、図４に示すＧＵＩ画面（第１ウィンドウ、ホームページ）１１５ａを表示させる。作業者は、検出信号（プローブ）選択プルダウン４０２を用いて、吸収電流検出器１１０で検出する角度依存信号の種類を選択する、すなわち、接触プローブ２０８、反射電子用プローブ１０９ａ、透過電子用プローブ１０９ｂ、ディフラクションパターン用プローブ１０９ｃの中から使用するプローブを選択する。作業者が、使用するプローブに切り替えるように、中央処理装置１１４に指示し、この指示に応じて、中央処理装置１１４が切り替える。

次に、ステップＳ６で、作業者は、初期設定を行うために、図４の検出器初期設定ボタン表示４１１をクリックする。このクリックにより、中央処理装置１１４は、例えば、導電部材１０９と試料１０１の形状測定、互いの位置関係、検出領域や、導電部材１０９の試料１０１との干渉回避のための調整等を行う。中央処理装置１１４は、導電部材１０９と試料１０１の周辺に、電子ビーム光学システム制御装置１０６を介して、電子ビーム光学システム装置１０５を制御して、電子ビーム１０４を走査しながら照射し、また、二次電子検出器制御装置１０８を介して、二次電子検出器１０７を制御して、導電部材１０９と試料１０１の周辺からの二次電子を検出し、導電部材１０９と試料１０１のＳＥＭ像を取得する。前記形状測定や検出領域や試料との位置関係の結果は、図４の検出器状態表示４０３のＸ−Ｙ平面表示４０４及びＸ−Ｚ平面表示４０５に表示される。この表示に基づいて、作業者は、中央処理装置１１４を介して、導電部材１０９と試料１０１の位置を調整することができる。導電部材１０９と試料１０１の位置関係が、導電部材１０９と試料１０１とが互いに干渉せず、かつ、角度依存性のある二次電子が導電部材１０９に入射するような位置関係になるように設定する。

なお、導電部材１０９の形状の測定には、前記ＳＥＭ像ではなく、導電部材１０９とその周辺に電子ビーム１０４を走査しながら照射し、この照射により導電部材１０９に発生した吸収電流を、吸収電流検出器１１０で検出した吸収電流像を用いてもよい。こうすることで、試料１０１等の映りこみが無く、導電部材１０９の形状だけの画像を取得でき、測定精度が向上する。また、試料１０１の形状の測定にも、前記ＳＥＭ像ではなく、試料１０１とその周辺に電子ビーム１０４を走査しながら照射し、この照射により試料１０１から放出された二次電子を導電部材１０９で取得して信号電流を発生させ、その信号電流を吸収電流検出器１１０で検出した信号電流像を用いてもよい。試料１０１との干渉回避のための調整は、例えば、一度、試料１０１と接触させ相対位置を登録する方法、導電部材１０９を回転させ、側面からの画像を取得し、その画像より試料１０１との距離を測定し、登録する方法等がある。

図５Ａに、初期設定時におけるＧＵＩ画面内の検出器状態表示４０３の例（その１）を示す。検出器状態表示４０３のＸ−Ｙ平面表示４０４には、導電部材（反射電子用プローブ）１０９ａのＸ−Ｙ平面に投影した画像５０１が表示されている。導電部材（反射電子用プローブ）１０９ａが接触プローブ２０８によって支持される位置５０３が表示されている。また、導電部材（反射電子用プローブ）１０９ａの外周等の半円の直径の寸法等が計測され、寸法表示５０４に表示されている。これらの表示によれば、反射電子を検出できる検出領域を、作業者は容易に把握することができる。検出器状態表示４０３のＸ−Ｚ平面表示４０５には、導電部材（反射電子用プローブ）１０９ａのＸ−Ｚ平面に投影した画像５０１と、試料１０１のＸ−Ｚ平面に投影した画像５０２とが表示されている。また、導電部材（反射電子用プローブ）１０９ａと試料１０１の間の距離の寸法等が計測され、寸法表示５０４に表示されている。これらの表示によれば、試料１０１の上方に導電部材（反射電子用プローブ）１０９ａが配置されていることを、作業者は容易に把握することができる。また、試料１０１上（の電子ビーム１０４の照射位置）から導電部材（反射電子用プローブ）１０９ａへの方向を、作業者は容易に把握することができる。

図５Ｂに、初期設定時におけるＧＵＩ画面内の検出器状態表示４０３の例（その２）を示す。検出器状態表示４０３のＸ−Ｙ平面表示４０４には、導電部材（透過電子用プローブ）１０９ｂのＸ−Ｙ平面に投影した画像５０１が表示されている。導電部材（透過電子用プローブ）１０９ｂが接触プローブ２０８によって支持される位置５０３が表示されている。また、導電部材（透過電子用プローブ）１０９ｂの外周等の円の直径の寸法等が計測され、寸法表示５０４に表示されている。これらの表示によれば、透過電子を検出できる検出領域を、作業者は容易に把握することができる。検出器状態表示４０３のＸ−Ｚ平面表示４０５には、導電部材（透過電子用プローブ）１０９ｂのＸ−Ｚ平面に投影した画像５０１と、試料１０１のＸ−Ｚ平面に投影した画像５０２とが表示されている。また、導電部材（透過電子用プローブ）１０９ｂと試料１０１の間の距離の寸法等が計測され、寸法表示５０４に表示されている。これらの表示によれば、試料１０１の下方に導電部材（透過電子用プローブ）１０９ｂが配置されていることを、作業者は容易に把握することができる。また、試料１０１上（の電子ビーム１０４の照射位置）から導電部材（透過電子用プローブ）１０９ｂへの方向を、作業者は容易に把握することができる。

図５Ｃに、初期設定時におけるＧＵＩ画面内の検出器状態表示４０３の例（その３）を示す。検出器状態表示４０３のＸ−Ｙ平面表示４０４には、導電部材（ディフラクションパターン用プローブ）１０９ｃのＸ−Ｙ平面に投影した画像５０１が表示されている。導電部材（ディフラクションパターン用プローブ）１０９ｃが接触プローブ２０８によって支持される位置５０３が表示されている。また、導電部材（ディフラクションパターン用プローブ）１０９ｃの走査方向（範囲）表示５０５が表示されている。これらの表示によれば、透過電子を検出できる検出領域を、作業者は容易に把握することができる。検出器状態表示４０３のＸ−Ｚ平面表示４０５には、導電部材（ディフラクションパターン用プローブ）１０９ｃのＸ−Ｚ平面に投影した画像５０１と、試料１０１のＸ−Ｚ平面に投影した画像５０２とが表示されている。また、導電部材（ディフラクションパターン用プローブ）１０９ｃと試料１０１の間の距離の寸法等が計測され、寸法表示５０４に表示されている。これらの表示によれば、試料１０１の下方に導電部材（ディフラクションパターン用プローブ）１０９ｃが配置されていることを、作業者は容易に把握することができる。また、試料１０１上（の電子ビーム１０４の照射位置）から導電部材（ディフラクションパターン用プローブ）１０９ｃへの方向を、作業者は容易に把握することができる。

次に、図３のステップＳ７で、作業者は、連続画像取得設定を行うために、図４の連続取得表示４１２の連続取得設定ボタン表示４１３をクリックする。このクリックにより、中央処理装置１１４は、例えば、導電部材１０９の駆動位置の座標登録、信号電流像の取得枚数、信号電流像の観察条件設定を行う。なお、ステップＳ６とＳ７は、あらかじめ設定されている条件を使用するのであれば、省くことができる。

図６Ａに、連続画像取得設定において、図４の連続取得設定ボタン表示４１３をクリックすると、表示装置１１５に表示されるＧＵＩ画面（連続取得設定画面（その１：座標位置設定モード６０２））６０１を示す。座標位置設定モード６０２では、導電部材１０９の観察時の複数の位置、具体的には、位置５０３（図５Ａ等参照）の複数の移動先を、座標登録表表示６０４に設定（登録）する。なお、位置の設定は、ＸＹＺ座標を用いて設定しても、Ｔ（角度）とＲ（距離）を用いて設定してもよい。工程数表示４１４には、座標登録表表示６０４に登録された位置の登録数が表示される。画像取得時間設定表示６０５には、一枚（一箇所）あたりの取得時間を設定できる。取得時間が大きいほど、画質が鮮明になる。画像取得時間設定表示６０５に表示される画像取得時間と、工程数表示４１４に表示される工程数の積により、総時間が決定し、総時間表示４１５に表示される。

図６Ｂに、連続画像取得設定において、図４の連続取得設定ボタン表示４１３をクリックすると、表示装置１１５に表示されるＧＵＩ画面（連続取得設定画面（その２：移動領域設定モード６０３））６０１を示す。移動領域設定モード６０３では、電子ビーム１０４の走査範囲を、開始座標位置設定表示６０６と、終了座標位置設定表示６０７と、画素数設定表示６０８を設定することで決定する。この設定により、画像取得時間設定表示６０５に表示される画像取得時間が変わり、総時間表示４１５に表示される総時間が変わる。作業者は、総時間表示４１５等を見ながら、画素数設定表示６０８に表示される画素数等を変更することができる。

次に、図３のステップＳ８で、作業者は、連続画像取得を開始するために、図４の移動ボタン４１７をクリックする。なお、停止ボタン４１８をクリックすれば、連続画像取得を停止することができる。また、基準位置ボタン４１６をクリックすれば、ステップＳ６で初期設定した位置に導電部材１０９と試料１０１を移動させることができる。

次に、ステップＳ９で、中央処理装置１１４は、ステップＳ７で登録した座標位置（登録座標）へ導電部材１０９（吸収電流検出器１１０）を移動させる。図４の先端座標表示４０６の現在座標表示４０７には、導電部材１０９の現在位置が表示される。先端座標表示４０６の設定座標表示４０８には、現在位置に対応する登録座標が表示される。現在座標表示４０７に表示されている現在位置と、設定座標表示４０８に表示されている登録座標とが、上下に並んで表示されているので、容易に一致不一致が確認でき、略一致していれば、正常に導電部材１０９が移動していると判断することができる。

次に、ステップＳ１０で、中央処理装置１１４は、登録座標毎に、信号電流像（単位画像でもよい）を取得する。

最後に、ステップＳ１１で、中央処理装置１１４は、ステップＳ７で設定した信号電流像の取得枚数（設定枚数）になるまで、ステップＳ９とＳ１０を繰り返し、設定枚数に至ると本フローを終了する。

なお、吸収電流検出器１１０（導電部材１０９）の移動に関して、吸収電流検出器１１０が傾斜可能な機構が有ってもよい。試料１０１表面が傾斜している場合には、吸収電流検出器１１０も試料１０１に合わせて傾斜させ、試料１０１表面に対し平行な平面をＸ−Ｙ駆動面にすることで、３軸駆動を必要とする複雑な操作をＸ，Ｙの２軸のみの移動にすることができ、導電部材１０９を容易に行える。また、導電部材１０９が回転可能な機構を有していてもよい。これにより、特に、図２Ｃに示す導電部材（反射電子用プローブ）１０９ａでは、周方向に移動させることができ、周方向の角度依存性を容易に観測することができる。

（第２の実施形態）
図７に、本発明の第２の実施形態に係る荷電粒子線装置１の構成図を示す。第２の実施形態が、第１の実施形態と異なっている点は、試料１０１と導電部材１０９にイオンビーム７０１を照射するイオンビーム光学システム装置（イオンビーム照射装置）７０２と、試料１０１と導電部材１０９にアシストガスを供給するアシストガス供給装置７０４とを有している点である。イオンビーム光学システム装置７０２と、アシストガス供給装置７０４は、真空容器１１６内に配置される。また、荷電粒子線装置１は、イオンビーム光学システム装置７０２を制御するイオンビーム光学システム制御装置７０３と、アシストガス供給装置７０４を制御するアシストガス供給用制御装置７０５を有している。イオンビーム光学システム装置７０２は、イオンビーム光学システム制御装置７０３を介して、中央処理装置１１４から操作することができる。アシストガス供給装置７０４は、アシストガス供給用制御装置７０５を介して、中央処理装置１１４から操作することができる。

図８に、第２の実施形態の荷電粒子線装置１を用いて、導電性の母材８０１に導電部材（反射電子用プローブ）１０９ａを形成する方法を示す。イオンビーム光学システム装置７０２で、大きな加速電圧を印加してイオンビーム７０１を母材８０１に照射すると、その照射箇所をエッチングする（削る）ことができる。そこで、まず初めに、前記エッチングによって、母材８０１に周囲加工溝８０２を形成する。周囲加工溝８０２は、導電部材１０９ａと支持部８０４を残すように形成する。次に、周囲加工溝８０２の側壁にイオンビーム７０１を照射して、周囲加工溝８０２の側壁をエッチングする。これにより、導電部材１０９ａ（支持部８０４）と母材８０１の本体の間に底切り加工スペース８０３が形成される。導電部材１０９ａは、支持部８０４に支持されて、宙に浮いた状態になる。次に、接触プローブ２０８を試料１０１に接触させる。接触させたまま、導電部材１０９ａに、アシストガス供給装置７０４からアシストガスを供給しながら、イオンビーム７０１を接触している箇所に照射すると、導電体８０６が導電部材１０９ａと接触プローブ２０８に堆積し導電部材１０９ａを接触プローブ２０８の先端に接続（接合）することができる。なお、第１の実施形態では、荷電粒子線１０４を電子ビームとして説明したが、第２の実施形態において、荷電粒子線１０４が電子ビームではなく、イオンビームであるとするならば、荷電粒子線１０４をイオンビーム７０１の替わりに用いることができる。そして、イオンビーム７０１を照射するイオンビーム光学システム装置７０２は、省略することができる。最後に、イオンビーム７０１を支持部８０４に照射して、支持部８０４をエッチングし切断する。母材８０１から導電部材１０９ａを接触プローブ２０８に接続したまま摘出することができる。なお、この摘出は、マイクロサンプリング（登録商標）と同様に実施することができる。また、母材８０１には、試料１０１を用いてもよいが、試料１０１の近傍に配置しておいてもよい。

また、図２Ｂに示すように、試料１０１と接触プローブ２０８を接続する場合は、接触プローブ２０８を試料１０１に接触させた状態で、試料１０１にアシストガスを供給しながら、イオンビーム７０１を試料１０１の接触プローブ２０８が接触している箇所に照射すればよい。導電体が試料１０１と接触プローブ２０８に堆積し試料１０１と接触プローブ２０８を接続（接合）することができる。

図９に、複数の導電部材（非接触プローブ）１０９（１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃ、１０９ｄ、１０９ｅ）が形成された母材８０１の平面図を示す。母材８０１は、支持部８０４で支持された複数の導電部材（反射電子用プローブ）１０９ａと、導電部材（透過電子用プローブ）１０９ｂと、導電部材（ディフラクションパターン用プローブ）１０９ｃとを有している。また、母材８０１は、支持部８０４で支持された複数の導電部材（反射電子用プローブ）１０９ｄを有している。導電部材１０９ｄは、平面視で、外周が４分の１の円形（扇形）であり、内周も外周の扇形と中心を同一とする扇形になっている。導電部材１０９ｄによれば、導電部材１０９ａよりも、高い分解能で、周方向の角度依存性を観察することができる。そして、前記扇形の中心角の大きさを小さくすれば、分解能を高くすることができる。また、母材８０１は、支持部８０４で支持された複数の導電部材（透過電子用プローブ）１０９ｅを有している。導電部材１０９ｅは、導電部材１０９ｂと比べ、外径と内径が小さくなっている。導電部材１０９ｅによれば、導電部材１０９ｂよりも、同じ二次電子を検出するなら試料１０１に近づけることができ、試料１０１との距離を同じにするなら導電部材１０９ｂとは異なる角度依存性を有する二次電子を検出することができる。この母材８０１を用いれば、様々な導電部材（非接触プローブ）１０９（１０９ａ、１０９ｂ、１０９ｃ、１０９ｄ、１０９ｅ）を迅速に準備（装着）することができる。

なお、イオンビーム７０１はなくてもよい。この場合、電子ビーム１０４を照射するとエッチングするエッチングガスを供給したり、電子ビーム１０４を照射するとデポジション（堆積）するデポジションガスを供給したりすればよい。

１ 荷電粒子線装置
１０１ 試料
１０２ 試料ステージ
１０３ 試料位置制御装置
１０４ 電子ビーム（荷電粒子線）
１０５ 電子ビーム光学システム装置（荷電粒子線照射装置）
１０６ 電子ビーム光学システム制御装置（荷電粒子線照射装置）
１０７ 二次電子検出器（二次荷電粒子検出器）
１０８ 二次電子検出器制御装置（二次荷電粒子検出器）
１０９ 導電部材（非接触プローブ：吸収電流検出器）
１０９ａ 導電部材（反射（二次）荷電粒子用（非接触）プローブ：吸収電流検出器）
１０９ｂ 導電部材（透過荷電粒子用（非接触）プローブ：吸収電流検出器）
１０９ｃ 導電部材（ディフラクションパターン用（非接触）プローブ：吸収電流検出器）
１１０ 吸収電流検出器本体（吸収電流検出器）
１１１ 吸収電流検出器制御装置（吸収電流検出器）
１１２ 吸収電流検出器ステージ（検出器移動装置：吸収電流検出器）
１１３ 吸収電流検出器位置制御装置（吸収電流検出器）
１１４ 中央処理装置（単位画像取得装置、コンピュータ）
１１５ 表示装置
１１５ａ ＧＵＩ画面
１１６ 真空容器
２０１ 二次荷電粒子（角度依存荷電粒子）
２０２ 吸収電流検出器の先端部
２０３ 同軸ケーブル
２０４ 信号線
２０５ 三次荷電粒子
２０６ 絶縁材
２０７ シールド
２０８ 接触プローブ
４０１ 検出器選択プルダウン（表示）
４０２ 検出信号（プローブ）選択プルダウン（表示）
４０３ 検出器状態表示
４０４ Ｘ−Ｙ平面表示
４０５ Ｘ−Ｚ平面表示
４０６ 検出器の先端座標表示
４０７ 現在座標表示
４０８ 設定座標表示
４０９ 検出器導入ボタン表示
４１０ 検出器退避ボタン表示
４１１ 検出器初期設定ボタン表示
４１２ 連続取得表示
４１３ 連続取得設定ボタン表示
４１４ 工程数表示
４１５ 総時間表示
４１６ 基準位置ボタン表示
４１７ 移動ボタン表示
４１８ 停止ボタン表示
５０１ 導電部材の画像
５０２ 試料の画像
５０３ 導電部材の支持の位置
５０４ 寸法表示
５０５ 走査方向（範囲）表示
６０１ 連続取得設定画面
６０２ 座標位置設定モード
６０３ 移動領域設定モード
６０４ 座標登録表表示
６０５ 画像取得時間設定表示
６０６ 開始座標位置設定表示
６０７ 終了座標位置設定表示
６０８ 画素数設定表示
７０１ イオンビーム
７０２ イオンビーム光学システム装置（イオンビーム照射装置）
７０３ イオンビーム光学システム制御装置（イオンビーム照射装置）
７０４ アシストガス供給装置
７０５ アシストガス供給用制御装置
８０１ 母材
８０２ 周囲加工溝
８０３ 底切り加工スペース
８０４ 支持部
８０５ デポジションガス（アシストガス）
８０６ 導電体（堆積物）
Ｉａ 信号電流
Ｉｂ 吸収電流
θ 荷電粒子線の試料上の照射位置からの出射方向が入射方向となす角度
△θ 特定の角度範囲
Ｒ１、Ｒ２、Ｒ３ 角度条件を満足する試料上の走査領域
Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３ 角度条件を満足する検査位置

Claims (13)

1. 荷電粒子線を試料に照射する荷電粒子線照射装置と、前記試料に接触するように配置することで照射された前記荷電粒子線により前記試料に発生した吸収電流を自身に流して検出する吸収電流検出器とを有し、前記荷電粒子線が前記試料上を走査することで吸収電流像を取得する荷電粒子線装置において、
   前記吸収電流検出器を、前記試料から離して配置した場合には、
   前記吸収電流検出器は、前記荷電粒子線の照射により前記試料から出射した荷電粒子線が入射すると、入射した荷電粒子線を、前記試料の表面の法線方向と前記荷電粒子線の入射方向の少なくとも一方の方向に対して、前記荷電粒子線の前記試料上の照射位置から前記吸収電流検出器への方向がなす角度に依存する信号電流として検出することを特徴とする荷電粒子線装置。
2. 前記吸収電流検出器は、
   前記試料に接触し前記吸収電流が流れる接触プローブと、
   前記試料から出射した荷電粒子線が入射し前記信号電流が流れる非接触プローブとを有することを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子線装置。
3. 前記接触プローブと前記非接触プローブのどちらか一方は、他方を兼ねていることを特徴とする請求項２に記載の荷電粒子線装置。
4. 前記接触プローブと前記非接触プローブの少なくともどちらか一方は、同軸ケーブルに接続され、
   前記同軸ケーブルは、前記吸収電流と前記信号電流の少なくともどちらか一方が流れる信号線と、前記信号線を覆い接地されたシールドとを有することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の荷電粒子線装置。
5. 前記非接触プローブの組成には、銅より原子番号の小さい元素が含まれていることを特徴とする請求項２乃至請求項４のいずれか１項に記載の荷電粒子線装置。
6. 前記非接触プローブは、前記接触プローブの先端に接続されることを特徴とする請求項２に記載の荷電粒子線装置。
7. 前記非接触プローブは、
   前記試料から出射した荷電粒子線が、反射荷電粒子又は二次荷電粒子である場合に用いる反射荷電粒子用プローブと、
   前記試料から出射した荷電粒子線が透過荷電粒子であり、前記試料から出射した複数の荷電粒子線の軌跡が概ね円錐の側面上を通る場合に用いる透過荷電粒子用プローブと、
   前記試料から出射した荷電粒子線が透過荷電粒子であり、ディフラクションパターンを取得する場合に用いるディフラクションパターン用プローブと、
   の内の少なくとも１つであることを特徴とする請求項２乃至請求項６のいずれか１項に記載の荷電粒子線装置。
8. 前記反射荷電粒子用プローブと前記透過荷電粒子用プローブと前記ディフラクションパターン用プローブの内の少なくとも２つは、前記場合に応じて前記接触プローブの先端との接続を変更することを特徴とする請求項７に記載の荷電粒子線装置。
9. 前記荷電粒子線の照射により前記試料から出射した二次荷電粒子を検出する二次荷電粒子検出器を有し、
   前記荷電粒子線が前記試料上を走査することで二次荷電粒子像を取得することを特徴とする請求項１乃至請求項８のいずれか１項に記載の荷電粒子線装置。
10. ＧＵＩを備えた表示装置とコンピュータを有し、
    前記コンピュータは前記表示装置に、
    前記吸収電流検出器と前記二次荷電粒子検出器のどちらを使うかを選択するようにオペレータに促すような表示と、
    前記吸収電流と前記信号電流のどちらを検出するかを選択するようにオペレータに促すような表示と、
    前記試料から出射した荷電粒子線が反射荷電粒子又は二次荷電粒子である場合に用いる反射荷電粒子用プローブと、前記試料から出射した荷電粒子線が透過荷電粒子であり前記試料から出射した複数の荷電粒子線の軌跡が概ね円錐の側面上を通る場合に用いる透過荷電粒子用プローブと、前記試料から出射した荷電粒子線が透過荷電粒子でありディフラクションパターンを取得する場合に用いるディフラクションパターン用プローブのどれを使うかを選択するようにオペレータに促すような表示の少なくとも１つをすることを特徴とする請求項９に記載の荷電粒子線装置。
11. 前記角度が特定の角度に略等しいという条件を満足する前記試料上の領域内を前記荷電粒子線が走査することで前記信号電流による単位画像を取得する単位画像取得装置と、
    前記領域の移動に伴って、前記条件を満足する位置に前記吸収電流検出器を移動させる検出器移動装置とを有し、
    前記単位画像の取得と前記吸収電流検出器の移動とを繰り返し実施して取得した複数の前記単位画像を合成して、信号電流像を取得することを特徴とする請求項１乃至請求項１０のいずれか１項に記載の荷電粒子線装置。
12. 前記荷電粒子線の照射により前記試料から出射した二次荷電粒子を検出する二次荷電粒子検出器を有し、
    前記荷電粒子線照射装置は、前記荷電粒子線を前記吸収電流検出器と前記試料に照射し、
    前記二次荷電粒子検出器は、前記荷電粒子線の照射により前記吸収電流検出器と前記試料から出射した二次荷電粒子を検出し、
    前記荷電粒子線が前記非接触プローブ上と前記試料上を走査することで前記吸収電流検出器と前記試料の二次荷電粒子像を取得し、
    前記吸収電流検出器と前記試料の二次荷電粒子像に基づいた前記吸収電流検出器と前記試料の位置関係が、前記吸収電流検出器と前記試料とが互いに干渉せず、かつ、前記角度が特定の角度に略等しいような位置関係になるような設定であることを特徴とする請求項２乃至請求項８のいずれか１項に記載の荷電粒子線装置。
13. 前記荷電粒子線照射装置は、前記荷電粒子線を前記非接触プローブに照射し、
    前記荷電粒子線が前記非接触プローブ上を走査することで、前記非接触プローブの形状を吸収電流像として取得することを特徴とする請求項２に記載の荷電粒子線装置。

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