JPWO2018020649A1 - 荷電粒子線装置 - Google Patents

Abstract

試料の観察・分析が容易な荷電粒子線装置を提供するために、加工用真空チャンバ（１０４）と、加工用の試料（１１０）が載置されユーセントリックチルトを有する加工用試料ステージ（１０６）と、加工用真空チャンバ（１０４）に接続された観察・分析用真空チャンバ（１０３）と、加工用真空チャンバ（１０３）で加工された試料（１１０）が載置され加工用試料ステージ（１０５）のユーセントリックチルトの高さと一致するようなユーセントリックチルトを有する観察・分析用試料ステージ（１０５）と、を有する荷電粒子線装置とする。

Description

本発明は、荷電粒子線装置に関する。

荷電粒子線装置の一つであるイオンミリング装置は、イオンビームにより試料の所望の照射領域をスパッタし、機械研磨では取り除けない細かい傷や歪みを取り除き、照射面を平坦化可能な観察・分析用試料の前処理装置である。

なお、特許文献１には、試料作製部（ＦＩＢ）とウエハ検査部とがバルブを介して接続された試料作製装置が開示されている。

特開２０１０−２０４１１９号公報

イオンミリング装置を用い真空中にて作製した観察・分析用試料を大気中に取り出すと、試料表面状態が変化し、正確な観察・分析ができない恐れがある。一方、観察・分析を行うための走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）には、試料交換室と呼ばれるロードロック室が設けてある。ロードロック室があることにより、試料室を大気解放せずにその観察・分析対象試料をスループット良く交換することができる。しかし、特許文献１では、前処理した試料を煩雑な処理を施すことなく観察・分析することについては考慮されていない。

本発明の目的は、試料の観察・分析が容易な荷電粒子線装置を提供することにある。

上記目的を達成するための一実施形態として、
加工用真空チャンバと、
前記加工用真空チャンバの内部に配置され、加工用の試料が載置されユーセントリックチルトを有する加工用試料ステージと、
前記加工用真空チャンバに接続された観察・分析用真空チャンバと、
前記観察・分析用真空チャンバの内部に配置され、前記加工用真空チャンバで加工された試料が載置され、前記加工用試料ステージのユーセントリックチルトの高さと一致するようなユーセントリックチルトを有する観察・分析用試料ステージと、
を有することを特徴とする荷電粒子線装置とする。

本発明によれば、試料の観察・分析が容易な荷電粒子線装置を提供することができる。

実施例１に係る荷電粒子線装置の一例を示す概略全体構成断面図。 実施例２に係る荷電粒子線装置の一例を示す概略全体構成断面図。 実施例３に係る荷電粒子線装置の一例を示す概略全体構成断面図。 ＳＥＭの観察・分析用試料ステージを説明するための鳥瞰図。 イオンミリング装置の加工用試料ステージを説明するための鳥瞰図。 観察・分析用試料ステージと加工用試料ステージのユーセントリックチルト高さが一致している場合の観察・分析用試料ステージの動きを説明するための正面図。 観察・分析用試料ステージと加工用試料ステージのユーセントリックチルト高さが一致している場合の加工用試料ステージの動きを説明するための正面図。 ＳＥＭの観察・分析用試料ステージを説明するための鳥瞰図。 イオンミリング装置の加工用試料ステージを説明するための鳥瞰図。 観察・分析用試料ステージと加工用試料ステージのユーセントリックチルト高さが異なる場合の観察・分析用試料ステージの動きを説明するための正面図。 観察・分析用試料ステージと加工用試料ステージのユーセントリックチルト高さが異なる場合の加工用試料ステージの動きを説明するための正面図。

発明者等は、イオンミリング装置をＳＥＭのロードロック室に取り付けてＳＥＭとイオンミリング装置とを複合化した荷電粒子線装置とし、ロードロック室でイオンミリング加工を行った試料を大気中に取り出すことなくＳＥＭの試料室へ搬送し、試料の観察・分析を試みた。加工した試料をＳＥＭの試料台へ移して試料の観察を行ったところ、ＳＥＭの試料台微動時に観察対象が視野から外れてしまうことが分かった。そこで、発明者等は、この原因について検討した。

図５ＡにＳＥＭの観察・分析用試料ステージを説明するための鳥瞰図を、図５Ｂにイオンミリング装置の加工用試料ステージを説明するための鳥瞰図を示す。ＳＥＭの観察・分析用試料ステージ１０５は、Ｘ軸に沿ったＸ方向動作、Ｙ軸に沿ったＹ方向動作、Ｚ軸に沿ったＺ方向動作、Ｒ軸を中心とした回転動作、Ｔ軸（チルト軸）を支点とした傾斜動作を可能とする５軸を有する。これにより、試料の位置を任意に設定することができる。なお、図面では各軸そのものではなく各軸に従って移動する各部材を示している。

一方、イオンミリング装置の加工用試料ステージ１０６は、少なくともＲ’軸を中心とした回転動作と、Ｔ’軸（チルト軸）を支点とした傾斜動作を可能とする２軸を有する。なお、加工用試料ステージ１０６から観察・分析用試料ステージ１０５へ試料１１０を移動する場合には試料１１０が試料ホルダ１１１で保持された状態で移動する。

イオンミリング装置を用いてイオンビーム（加工用荷電粒子線）１２４により試料ホルダ１１１の上の試料１１０を加工する際には、図５Ｄに示すようにチルト軸１０６Ａを中心に加工用試料ステージ１０６をチルトしても試料の加工中心位置は変動しない。

一方、加工が終わった試料を試料ホルダで保持した状態で観察・分析用試料ステージ１０５へ移動し、試料の観察を行う際には、図５Ｃに示すようにチルト軸１０５Ａを中心に観察・分析用試料ステージ１０５をチルトすると、観察・分析用荷電粒子線１２２に対し試料位置が大幅に移動してしまい、試料位置が視野から外れてしまうことが分かった。本発明はこの新たな知見に基づいて生まれたものである。

観察・分析・加工する試料表面が、ステージ傾斜（チルト）の支点（チルト軸）となるように構成されている状態をユーセントリックチルトと定義した場合、本発明は、試料位置が視野から外れることを防ぐために観察・分析用試料ステージ１０５と加工用試料ステージ１０６のユーセントリックチルト高さを一致させるものである。

図４Ａ、図４ＢにＳＥＭの観察・分析用試料ステージおよびイオンミリング装置の加工用試料ステージの一例を示す鳥瞰図を、図４Ｃ、図４Ｄに観察・分析用試料ステージと加工用試料ステージのユーセントリックチルト高さが一致している場合の観察・分析用試料ステージおよび加工用試料ステージの動きを説明するための正面図を示す。図４Ａに示すように、Ｚ軸は試料をＺ方向（高さ方向）に移動してもチルト軸（Ｔ軸）のユーセントリック機能が失われないようにＴ軸の外側に配置した。なお、図面では各軸そのものではなく各軸に従って移動する各部材を示している。また、図４Ｃから分かるように、観察・分析用試料ステージと加工用試料ステージのユーセントリックチルト高さが一致している場合には、チルトしても試料位置が視野から外れることがない。

以下、本発明について実施例により説明する。なお、観察・分析を行う装置としては走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）の他、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）等を用いることもできる。同一符号は同一構成要素を示す。

本実施例では、観察・分析する荷電粒子線装置の性能を劣化させることなく、かつ、観察・分析する試料の大きさを制限されず、前処理環境と観察・分析環境を同一の真空度の環境で行い、試料の行き来が簡単にできる加工兼ロードロック室を備えた荷電粒子線装置の例を説明する。

図１は、本実施例に係る荷電粒子線装置の一例を示す概略全体構成断面図である。図中の構成以外に、画像化するユニット、レンズ・スキャン等の制御ユニットなどが必要であるが、ここでは省略する。なお、図中の円弧状の矢印はチルト方向を示す。

荷電粒子線装置１００は、観察・分析用荷電粒子鏡筒１０１、加工用荷電粒子鏡筒１０２、観察・分析用真空チャンバ１０３、加工用真空チャンバ１０４、観察・分析用試料ステージ１０５、加工用試料ステージ１０６、真空ポンプＡ １０７、真空ポンプＢ １０８、真空ポンプＣ １０９、試料１１０、試料ホルダ１１１、アイソレーションバルブＤ １１２、アイソレーションバルブＥ １１３、アイソレーションバルブＦ １１４、アイソレーションバルブＧ １１５、アイソレーションバルブＨ １１６、アイソレーションバルブＩ １１７、試料搬送ユニット１１８から構成される。なお、ここでは、例えば観察・分析用荷電粒子鏡筒における「観察・分析」は、「観察」及び／又は「分析」を意味する。

観察・分析用荷電粒子源１２１から観察・分析用荷電粒子線１２２を安定して発生させるためには、その荷電粒子源１２１の周りに１０^−４から１０^−９Ｐａオーダーの高い真空度が要求される。必要な真空度は観察・分析用荷電粒子源１２１の種類に依存する。

１段の真空ポンプでは到達真空に限界があるため、真空ポンプＢ １０８と真空ポンプＣ １０９はタンデム構造で使用し、真空ポンプＢ １０８の上流側の到達真空度を１０^−４Ｐａオーダーになるようにする。真空ポンプＢ １０８はターボ分子ポンプ相当品、真空ポンプＣ １０９はロータリーポンプ相当品である。１０^−６Ｐａ以下の高い真空度を保つためには、観察・分析用荷電粒子鏡筒１０１の内部に差動排気機構を設け、１つ以上の真空ポンプＡ １０７を追加設置する。真空ポンプＡ １０７はイオンポンプまたは化学吸着ポンプ相当品である。ターボ分子ポンプ等をタンデムで使用することも可能であるが、製造原価が高くなる可能性が高い。観察・分析用荷電粒子源１２１の種類によっては、真空ポンプＢ １０８で兼ねられる場合もある。観察・分析用荷電粒子鏡筒１０１は、観察・分析用真空チャンバ１０３に取り付けられている。

加工用荷電粒子源１２３から加工用荷電粒子線１２４を安定して発生させるためには、その荷電粒子源１２３の周りに１０^−２から１０^−４Ｐａオーダーの真空度が要求される。このオーダーの真空度は真空ポンプＢ １０８で到達させることが出来る。加工用荷電粒子鏡筒１０２は、加工用真空チャンバ１０４に取り付けられている。

加工用真空チャンバ１０４には、加工用試料ステージ１０６が設置されており、真空度は、真空ポンプＢ １０８で同様に１０^−４Ｐａオーダーである。加工用試料ステージ１０６には、試料を回転させる回転軸と試料を傾斜させる傾斜軸の２軸が備えられている。さらに加工用荷電粒子線１２４の中心と目的箇所を偏芯させられる移動軸を持たせることにより、加工範囲を広げられるなど自由度を持たせることが出来る。偏芯した場合は、試料ホルダ１１１が試料搬送ユニット１１８の搬送軸からずれているため、試料搬送前に偏芯を戻させるための安全機構が必要になる。

加工用真空チャンバ１０４をロードロック室として機能させるためには、観察・分析用真空チャンバ１０３を高い真空度に保ったまま、加工用真空チャンバ１０４の真空度を自由に変化し、試料１１０の出し入れを可能にする真空排気能力が必要になる。

観察・分析用真空チャンバ１０３を高い真空度に保つためには、アイソレーションバルブＥ １１３、アイソレーションバルブＧ １１５は「開」、アイソレーションバルブＨ １１６は「閉」が必要十分条件になる。高真空状態の加工用真空チャンバ１０４を大気解放するためには、アイソレーションバルブＦ １１４、アイソレーションバルブＩ １１７を「閉」にして、加工室リークバルブ１３１を開く。

加工用真空チャンバ１０４が大気圧と同圧以上になると、加工室扉１２０が開くようになり、この扉を介して、試料１１０の入れ替えが出来る。窒素など空気以外のガスをリークガスとして使用している場合は、この時点で加工室リークバルブ１３１を閉じておくことが安全上望ましい。

試料１１０の入れ替え後は、加工室扉１２０を閉じ、まず加工室リークバルブ１３１を閉じる。次にアイソレーションバルブＧ １１５を閉じ、真空ポンプＢ １０８の背圧悪化を防ぐ。次にアイソレーションバルブＩ １１７を開き、加工用真空チャンバ１０４の真空引きを開始する。この間は真空ポンプＢ １０８の背圧を引くポンプが無くなるため、加工用荷電粒子線１２４の発生を止め、アイソレーションバルブＦ １１４を閉じることで対応する。または、背圧悪化を第１真空計１３２で常に監視し、ポンプの背圧許容値を超えないように、アイソレーションバルブＧ １１５、アイソレーションバルブＩ １１７の開閉を入替制御することも可能である。符号１３４は第３真空計を示す。

加工用真空チャンバ１０４の真空が真空ポンプＢ １０８の負荷許容値よりも低くなるまで待ち、到達後、アイソレーションバルブＩ １１７を閉じ、アイソレーションバルブＦ １１４、アイソレーションバルブＧ １１５を開く。この直後、加工用真空チャンバ１０４と観察・分析用真空チャンバ１０３が真空ポンプＢ １０８を介して繋がってしまうため、数十秒程度、観察・分析用真空チャンバ１０３へのガス分子逆流が発生してしまう。これを防ぐためには、アイソレーションバルブＥ １１３を閉じ、加工用真空チャンバ１０４の真空が１０^−２Ｐａオーダーに到達するまで待機してもよい。以上のシーケンスは、システムとして自動動作することが望ましい。

ここで、加工用試料ステージ１０６のチルト構造によって決まるチルト軸１０６Ａと、試料ホルダ１１１と試料１１０を含めた全体高さ１１１Ａの上面を一致させる（ユーセントリックチルト）。この高さ調整のために、試料ホルダ１１１に高さ調整機構をもたせ、試料導入前に事前調整しておくことが望ましい。例えば、試料が変形し易い場合或いは試料の寸法が小さく搬送ユニットで把持し難い場合等には試料ホルダで試料を保持することにより試料の移動を簡便に行うことができる。また、試料ホルダを用いず、観察・分析用試料ステージに高さ調整機構を設けてもよいし、試料の高さ自体を削るなどして対応してもよい。また、観察・分析用試料ステージで決まるユーセントリックチルト高さを基準にロードロック室側のユーセントリックチルト高さを合わせて設計してもよい。これにより、試料１１０を傾斜させても、荷電粒子線照射１２４の位置がずれないようにすることができ、ひいては、目的箇所の加工範囲を広げたり、加工レートを早めたりすることができる。

加工用荷電粒子線１２４で加工終了した試料１１０は、試料搬送ユニット１１８を介して、加工用試料ステージ１０６から観察・分析用試料ステージ１０５へ移動できる。まず、観察・分析用真空チャンバ１０３と加工用真空チャンバ１０４の真空が同程度であることを確認し、違いがある場合は、観察・分析用真空チャンバ１０３の真空に、加工用真空チャンバ１０４の真空を合わせる。

真空確認と同時に、加工用試料ステージ１０６、観察・分析用試料ステージ１０５共に、試料搬送用位置へ移動する。試料搬送ユニット１１８の搬送ストロークを短くするために、観察・分析用試料ステージ１０５は可動範囲の中で加工用真空チャンバ１０４に一番近い側に移動しておくことも可能である。

真空確認・調整後、観察・分析用真空チャンバ１０３と加工用真空チャンバ１０４の間にあるアイソレーションバルブＤ １１２を「開」にする。加工用試料ステージ１０６の移動終了した後、試料搬送ユニット１１８は、試料１１０を試料ホルダ１１１と共に加工用試料ステージ１０６から受け取る。

観察・分析用試料ステージ１０５が試料搬送用位置へ移動終了し、アイソレーションバルブＤ １１２が「開」したことを確認して、試料搬送ユニット１１８は、試料１１０を試料ホルダ１１１と共に観察・分析用試料ステージ１０５へ受け渡す。受け渡し後、観察・分析用試料ステージ１０５は観察ポジションへ、試料搬送ユニット１１８はオリジナルポジションへ戻り、アイソレーションバルブＤ １１２を「閉」にする。以上が試料搬送の一連動作となる。

観察・分析用真空チャンバ１０３には、観察・分析用試料ステージ１０５があり、真空度は、真空ポンプＢ １０８で１０^−４Ｐａオーダーとする。観察・分析用真空チャンバ１０３の内部の真空度は、第２真空計１３３で知ることができる。

観察・分析用試料ステージ１０５の上に配置される試料１１０（試料ホルダ１１１含む）は、試料表面位置を、観察・分析用試料ステージのチルト軸１０５Ａと一致させることによって、加工時と同様に、試料をチルトさせても、荷電粒子線照射位置がずれないようにすることが出来る。このためには、観察・分析用試料ステージ１０５のチルト構造によって決まるチルト軸１０５Ａと、試料ホルダ１１１と試料１１０を含めた全体高さ１１１Ａの上面とが一致（ユーセントリックチルト）するように設置する。これにより、観察・分析用試料ステージ１０５と加工用試料ステージ１０６のユーセントリックチルト高さが一致する。なお、円弧状の矢印はチルト方向を示す。

この全体高さ１１１Ａは加工用試料ステージ１０６によって決まっているため、観察・分析用試料ステージ１０５の試料ホルダ１１１の受入れ高さを合わせこむか、または観察・分析用試料ステージ１０５上に試料ホルダ高さ調整機構を追加し、試料表面位置とチルト軸１０５Ａとを一致させることが出来るようにする。

観察・分析装置としてのスループットに対して、機能を最大限に発揮するためには、真空排気系にも工夫が必要になる。加工機の加工時間は、試料の硬さ・許容される荷電粒子線強度・施したい加工によって大きく変わる。断面加工をしたい場合などは数時間のオーダーが必要である。この加工の間も、観察・分析装置として稼働出来なければ、装置としてのデッドタイムは大きくなってしまう。このためには、加工用真空チャンバ１０４を高い真空度に保ったまま、観察・分析用真空チャンバ１０３の真空度を自由に変化し、試料１１０の出し入れを可能にする真空排気能力を備えることが望ましい。

加工用真空チャンバ１０４を高い真空度に保つためには、アイソレーションバルブＦ １１４、アイソレーションバルブＧ １１５は「開」、アイソレーションバルブＩ １１７は「閉」が必要十分条件になる。高真空状態の観察・分析用真空チャンバ１０３を大気解放するためには、アイソレーションバルブＥ １１３、アイソレーションバルブＨ １１６を「閉」にして、試料室（観察・分析室）リークバルブ１３０を開く。

観察・分析用真空チャンバ１０３が大気圧と同圧以上になると、観察・分析室扉１１９が開くようになり、この扉を介して、試料１１０の入れ替えが出来る。窒素など空気以外のガスをリークガスとして使用している場合は、この時点で試料室リークバルブ１３０を閉じておくことが安全上望ましい。

試料１１０の入れ替え後は、観察・分析室扉１１９を閉じ、まず試料室リークバルブ１３０を閉じる。次にアイソレーションバルブＧ １１５を閉じ、真空ポンプＢ １０８の背圧悪化を防ぐ。次にアイソレーションバルブＨ １１６を開き、観察・分析用真空チャンバ１０３の真空引きを開始する。この間は真空ポンプＢ １０８の背圧を引くポンプが無くなるため、加工用荷電粒子線１２４の発生を止め、アイソレーションバルブＦ １１４を閉じることで対応する。または、背圧悪化を第１真空計１３２で常に監視し、ポンプの背圧許容値を超えないように、アイソレーションバルブＧ １１５、アイソレーションバルブＨ １１６の開閉を入替制御することで加工時間のデッドタイムを減らすことも可能である。

観察・分析用真空チャンバ１０３の真空が真空ポンプＢ １０８の負荷許容値よりも低くなるまで待ち、到達後、アイソレーションバルブＨ １１６を閉じ、アイソレーションバルブＥ １１３、アイソレーションバルブＧ １１５を開く。

この直後、加工用真空チャンバ１０４と観察・分析用真空チャンバ１０３が真空ポンプＢを介して繋がってしまうため、数十秒程度、加工用真空チャンバ１０４へのガス分子逆流が発生してしまう。これを防ぐために、加工用荷電粒子線１２４の発生を止め、アイソレーションバルブＦ １１４を閉じ、観察・分析用真空チャンバ１０３の真空が１０^−２Ｐａオーダーに到達するまで待機する。

観察・分析用真空チャンバ１０３の真空が１０^−２Ｐａオーダーに到達後、アイソレーションバルブＦ １１４を開き、加工用真空チャンバ１０４の真空も復帰した後に加工を再開する。ここで発生した加工待ち時間は、システムとして自動調整することが望ましい。また、アイソレーションバルブＤ １１２は、バルブの両側に正負、両方の圧力がかかることに耐えられる構造であることが望ましい。

観察・分析用試料ステージ１０５の上、加工用試料ステージ１０６の上、または観察・分析用真空チャンバ１０３の内部、加工用真空チャンバ１０４の内部に、試料１１０を一時退避できる機能を持たせることで、複数の試料１１０を大気解放せずに、加工⇒観察・分析、加工⇒観察・分析・・と繰り返すことが出来る。

本実施例において、ロードロック室が、イオンミリングを含む荷電粒子線による試料加工が実施できる機能を持たせることができる。

また、試料を加工するための荷電粒子線を照射するためには、荷電粒子線が効率よく、スパッタする試料表面に届かなければならない。そのため、ロードロック室（加工用真空チャンバ）の真空を荷電粒子線の平均自由行程が、試料表面と荷電粒子線の照射口との距離よりも十分に長くなるよう保つことが望ましい。この真空度は、高ければ高いほど安定した環境であり試料を加工することが出来る。しかしながら、この高い真空度を得るためにロードロック室（加工用真空チャンバ）と観察・分析用真空チャンバとを繋ぐバルブを開いてしまうと観察・分析用真空チャンバの内部を加工くずやイオンビームで汚染・切削したり、イオン源のガスによって、観察・分析の機能を低下したりする可能性が高い。そのため、本実施例ではロードロック室の真空排気口は別途設けた。

また、ロードロック室は前処理が始まってから、前処理が終わり、試料が観察・分析用真空チャンバに搬送されるまでの間、高真空を維持し続けることが望ましい。ただし、観察・分析用真空チャンバの真空度がロードロック室の真空度よりも低い場合がある。たとえば、観察・分析する試料が絶縁物である場合、観察・分析用真空チャンバの真空度を数Ｐａ〜１０００Ｐａ程度の真空領域にすることにより、試料の荷電粒子線によるチャージアップを抑制しながら、観察・分析を行うことが出来る。

このような場合には、ロードロック室は、まず真空排気を開始して、加工する荷電粒子線に十分高い真空度にして前処理を行い、その後、観察・分析用真空チャンバと同じ真空度の領域を再現して、バルブを空け、搬送を開始する。以上により、ロードロック室は観察・分析用真空チャンバの真空度に依存してはならない排気構成をもつことが望ましい。

また、加工に使う荷電粒子線に対して、少なくとも２軸の自由度を持った試料保持機構を持ち、その１軸は、加工の荷電粒子線の照射軸周りに回転する方向、もう１軸は、上記回転軸の中心をずらさないように試料表面に対する荷電粒子線の入射角を傾斜する方向であり、この２つの軸は、加工中にそれぞれ動かせることが望ましい。

さらに、観察・分析用試料ステージ性能を劣化させないために、ロードロック室から観察・分析用真空チャンバへ受け渡される試料を固定したユニットの高さは、観察・分析用試料ステージで規定された高さに合わせることが望ましい。それぞれ独立した観察・分析装置と前処理装置である場合は、搬送の過程で、それぞれの装置固有のユニット高さに調整して装置に組み込むことが出来るため、問題にはならないが、２つを組み合わせた場合、このユニット高さは共通の高さとなる。この高さを合わせておくことで、加工面を視野中心にしたまま、試料を傾斜させて観察・分析することが出来る。このユニット高さを合わせる方法は、試料保持機構のアーム長さを変更できても、荷電粒子線装置のステージに、ユーセントリックポジション高さを調整できるもう１軸を追加しても良い。

本荷電粒子線装置は、観察・分析する荷電粒子線装置の機能を最大に発揮するために、観察・分析用真空チャンバと加工用真空チャンバを分けることで加工かすによる観察・分析機能の低下を無くし、観察・分析する試料サイズに柔軟に対応し、試料の加工と観察・分析の環境を最小限のポンプ数で再現できるロードロック兼加工室を備え、最適な前処理を施した試料を作成でき、それをただちに観察・分析することのできる荷電粒子線装置を安価に提供することが出来る。

図１に示す荷電粒子線装置において、図４Ｃ及び図４Ｄの構成となるように観察・分析用試料ステージ１０５と加工用試料ステージ１０６のユーセントリックチルト高さを一致させて試料の加工、及び観察や分析を行った結果、容易に良好な画像や分析結果を得ることができた。

以上、本実施例によれば、試料の観察・分析が容易な荷電粒子線装置を提供することができる。また、観察・分析用真空チャンバと加工用真空チャンバとを分けることによって、加工時の試料くずにより観察・分析用真空チャンバが汚染されることがない。また、観察・分析用真空チャンバと加工用真空チャンバとにそれぞれ真空排気口を設けることにより、チャンバ内の真空度をそれぞれ制御することができる。これにより、例えば、長時間の試料の加工を行う場合であっても、加工中に他の試料（１個又は複数）の観察や分析を行うことができる。

実施例２に係る荷電粒子線装置について、図２を用いて説明する。なお、実施例１に記載され本実施例に未記載の事項は特段の事情がない限り本実施例にも適用することができる。

図２は実施例２に係る荷電粒子線装置の一例を示す概略全体構成断面図である。本実施例に係る荷電粒子線装置は、実施例１の図１に示す観察・分析用真空チャンバ１０３を低真空に対応させたものである。

通常、観察・分析用真空チャンバ１０３の真空度は、１０^−４Ｐａオーダーが用いられる。これは、観察・分析用荷電粒子線１２２の平均自由行程に依存しているためである。観察・分析用真空チャンバ１０３内の散乱分子が少ないほうが、観察・分析用荷電粒子線１２２を散乱させずに、試料１１０上に小さな直径の電子線を照射することが出来る。

一方、試料１１０が軽元素など、観察・分析用荷電粒子線１２２によってチャージアップしやすい試料の場合は、観察・分析用真空チャンバ１０３の真空度を１０^０から１０^２Ｐａオーダーの低い真空度に変更し、試料表面のチャージアップを低減させることが出来る。これは電子線の直径とはトレードオフになるが、試料にチャージアップの低減が必要な場合、有効な手段である。

この時には、観察・分析用真空チャンバ１０３と真空ポンプＢ １０８の間にあるアイソレーションバルブＥ １１３を「閉」にし、観察・分析用真空チャンバ１０３と真空ポンプＣ １０９の間にあるアイソレーションバルブＨ １１６を「開」にする。これにより、真空ポンプＢ １０８の上部の真空度は保ったまま、観察・分析用真空チャンバ１０３の真空度を１０^０オーダーの真空に変更することが出来る。

この後、試料室リークバルブ１３０の後方に配置した、マスフローメーター２０１を介して調整された気体量を観察・分析用真空チャンバ１０３内に導入することにより、観察・分析用真空チャンバ１０３内の真空度を１０^０から１０^２Ｐａオーダーに調整することが出来る。

この場合、真空ポンプＢ １０８は、観察・分析用真空チャンバ １０３の内部の真空度と同程度になる背圧に耐えられる能力を備えることが望ましい。耐えられない場合はアイソレーションバルブＨ １１６の先をポンプＣ １０９から分けて、別ポンプへ接続する構成とすることができる。

符号２０２は第４真空計を示す。アイソレーションバルブＦが「開」の時に、加工用真空チャンバの真空度の低下がこの真空計２０２により検出された場合にはアイソレーションバルブＦが「閉」とされる。

図２に示す荷電粒子線装置において、図４Ｃ及び図４Ｄの構成となるように観察・分析用試料ステージ１０５と加工用試料ステージ１０６のユーセントリックチルト高さを一致させて試料の加工、及び観察や分析を行った結果、容易に良好な画像や分析結果を得ることができた。

以上、本実施例によれば、実施例１と同様の効果を得ることができる。また、観察・分析を行う際の観察・分析用真空チャンバの真空度を、加工を行う時の加工用真空チャンバの真空度よりも低く設定することにより、帯電し易い試料の観察・分析を行うことができる。

実施例３に係る荷電粒子線装置について、図３を用いて説明する。なお、実施例１又は実施例２に記載され本実施例に未記載の事項は特段の事情がない限り本実施例にも適用することができる。

図３は、実施例３に係る荷電粒子線装置の一例を示す概略全体構成断面図である。本実施例に係る荷電粒子線装置は、実施例１の図１に示す構成に、ロードロック室３０１を追加したものである。

ロードロック室３０１は、試料搬送ユニット３０２、アイソレーションバルブＪ ３０３、アイソレーションバルブＫ ３０４、第５真空計３０５、リークバルブ３０６から構成される。ロードロック室を追加するメリットは、加工機の使用に関わらず、観察・分析装置側の試料交換時間を短縮できることである。このほかに、システムをあまり複雑にせずに、試料の一時退避場所として使用することが出来る。真空排気は、加工用真空チャンバ１０４と同様である。符号３０７は、ロードロック室扉を示す。

図３に示す荷電粒子線装置において、図４Ｃ及び図４Ｄの構成となるように観察・分析用試料ステージ１０５と加工用試料ステージ１０６のユーセントリックチルト高さを一致させて試料の加工、及び観察や分析を行った結果、容易に良好な画像や分析結果を得ることができた。

以上、本実施例によれば、実施例１と同様の効果を得ることができる。また、ロードロック室を追加することにより、観察・分析装置側の試料交換時間を短縮できる。また、試料の一時退避場所として使用することが出来る。

なお、本発明は以下の実施形態を含む。
第１真空排気口を備えたイオンミリング加工用真空チャンバと、
前記加工用真空チャンバの内部に配置され、加工用試料が載置される加工用試料ステージと、
前記加工用真空チャンバにアイソレーションバルブを介して接続され、第２真空排気口を備えた観察・分析用真空チャンバと、
前記観察・分析用真空チャンバの内部に配置され、前記加工用真空チャンバで加工された試料が載置される観察・分析用試料ステージと、
を有することを特徴とする荷電粒子線装置。

また、本発明は上記した実施例に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施例は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施例の構成の一部を他の実施例の構成に置き換えることも可能であり、また、ある実施例の構成に他の実施例の構成を加えることも可能である。また、各実施例の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。

１００…荷電粒子線装置、１０１…観察・分析用荷電粒子鏡筒、１０２…加工用荷電粒子鏡筒、１０３…観察・分析用真空チャンバ、１０４…加工用真空チャンバ、１０５…観察・分析用試料ステージ、１０５Ａ…観察・分析用試料ステージのチルト軸、１０６…加工用試料ステージ、１０６Ａ…加工用試料ステージのチルト軸、１０７…真空ポンプＡ、１０８…真空ポンプＢ、１０９…真空ポンプＣ、１１０…試料、１１１…試料ホルダ、１１１Ａ…試料ホルダと試料を含めた全体高さ、１１２…アイソレーションバルブＤ、１１３…アイソレーションバルブＥ、１１４…アイソレーションバルブＦ、１１５…アイソレーションバルブＧ、１１６…アイソレーションバルブＨ、１１７…アイソレーションバルブＩ、１１８…試料搬送ユニット、１１９…観察・分析室扉、１２０…加工室扉、１２１…観察・分析用荷電粒子源、１２２…観察・分析用荷電粒子線、１２３…加工用荷電粒子源、１２４…加工用荷電粒子線、１３０…観察・分析室リークバルブ、１３１…加工室リークバルブ、１３２…第１真空計、１３３…第２真空計、１３４…第３真空計、２０１…マスフローメーター、２０２…第４真空計、３０１…ロードロック室、３０２…ロードロック室用試料搬送ユニット、３０３…アイソレーションバルブＪ、３０４…アイソレーションバルブＫ、３０５…第５真空計、３０６…ロードロック室リークバルブ、３０７…ロードロック室扉。

Claims (20)

1. 加工用真空チャンバと、
   前記加工用真空チャンバの内部に配置され、加工用の試料が載置されユーセントリックチルトを有する加工用試料ステージと、
   前記加工用真空チャンバに接続された観察・分析用真空チャンバと、
   前記観察・分析用真空チャンバの内部に配置され、前記加工用真空チャンバで加工された試料が載置され、前記加工用試料ステージのユーセントリックチルトの高さと一致するようなユーセントリックチルトを有する観察・分析用試料ステージと、
   を有することを特徴とする荷電粒子線装置。
2. 請求項１記載の荷電粒子線装置において、
   前記加工用真空チャンバでは、イオンミリングが行われることを特徴とする荷電粒子線装置。
3. 請求項１記載の荷電粒子線装置において、
   前記試料は、前記試料を保持する試料ホルダに載置されていることを特徴とする荷電粒子線装置。
4. 請求項１記載の荷電粒子線装置において、
   前記観察・分析用試料ステージは、前記観察・分析用試料ステージのチルト軸に対する前記試料の高さ調整機能を備えていることを特徴とする荷電粒子線装置。
5. 請求項１記載の荷電粒子線装置において、
   前記加工用真空チャンバと前記観察・分析用真空チャンバとは、アイソレーションバルブを介して接続されていることを特徴とする荷電粒子線装置。
6. 請求項５記載の荷電粒子線装置において、
   前記加工用真空チャンバ及び前記観察・分析用真空チャンバは、それぞれ真空排気口を有することを特徴とする荷電粒子線装置。
7. 請求項１記載の荷電粒子線装置において、
   前記加工用真空チャンバは、試料の搬入や搬出を行うための第１扉を、
   前記観察・分析用真空チャンバは、試料の搬入や搬出を行うための第２扉を有することを特徴とする荷電粒子線装置。
8. 請求項１記載の荷電粒子線装置において、
   前記観察・分析用真空チャンバには、気体を前記観察・分析用真空チャンバの内部に導入するためのマスフローメーターが接続されていることを特徴とする荷電粒子線装置。
9. 請求項８記載の荷電粒子線装置において、
   前記マスフローメーターは、前記観察・分析用真空チャンバの真空度を、加工中における前記加工用真空チャンバの真空度よりも低くするために用いられることを特徴とする荷電粒子線装置。
10. 請求項１記載の荷電粒子線装置において、
    前記加工用真空チャンバは、試料を加工しない場合にはロードロック室として機能することを特徴とする荷電粒子線装置。
11. 請求項１記載の荷電粒子線装置において、
    前記観察・分析用真空チャンバには、前記加工用真空チャンバの他にロードロック室が接続されていることを特徴とする荷電粒子線装置。
12. 第１真空排気口を備えたイオンミリング加工用真空チャンバと、
    前記加工用真空チャンバの内部に配置され、加工用試料が載置される加工用試料ステージと、
    前記加工用真空チャンバにアイソレーションバルブを介して接続され、第２真空排気口を備えた観察・分析用真空チャンバと、
    前記観察・分析用真空チャンバの内部に配置され、前記加工用真空チャンバで加工された試料が載置される観察・分析用試料ステージと、
    を有することを特徴とする荷電粒子線装置。
13. 請求項１２記載の荷電粒子線装置において、
    前記加工用試料ステージは、ユーセントリックチルトを有し、
    前記観察・分析用試料ステージは、前記加工用試料ステージのユーセントリックチルトの高さと一致するようなユーセントリックチルトを有することを特徴とする荷電粒子線装置。
14. 請求項１２記載の荷電粒子線装置において、
    前記試料は、前記試料を保持する試料ホルダに載置されていることを特徴とする荷電粒子線装置。
15. 請求項１２記載の荷電粒子線装置において、
    前記観察・分析用試料ステージは、前記観察・分析用試料ステージのチルト軸に対する前記試料の高さ調整機能を備えていることを特徴とする荷電粒子線装置。
16. 請求項１２記載の荷電粒子線装置において、
    前記加工用真空チャンバは、試料の搬入や搬出を行うための第１扉を、
    前記観察・分析用真空チャンバは、試料の搬入や搬出を行うための第２扉を有することを特徴とする荷電粒子線装置。
17. 請求項１２記載の荷電粒子線装置において、
    前記観察・分析用真空チャンバには、気体を前記観察・分析用真空チャンバの内部に導入するためのマスフローメーターが接続されていることを特徴とする荷電粒子線装置。
18. 請求項１７記載の荷電粒子線装置において、
    前記マスフローメーターは、前記観察・分析用真空チャンバの真空度を、加工中における前記加工用真空チャンバの真空度よりも低くするために用いられることを特徴とする荷電粒子線装置。
19. 請求項１２記載の荷電粒子線装置において、
    前記加工用真空チャンバは、試料を加工しない場合にはロードロック室として機能することを特徴とする荷電粒子線装置。
20. 請求項１２記載の荷電粒子線装置において、
    前記観察・分析用真空チャンバには、前記加工用真空チャンバの他にロードロック室が接続されていることを特徴とする荷電粒子線装置。

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