KR102402941B1 - 단면 가공 관찰 방법, 단면 가공 관찰 장치 - Google Patents

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Abstract

(과제) 특정 관찰 대상물을 포함하는 특정 부위의 가공을 단시간에 고정밀도로 행하고, 또한, 특정 관찰 대상물의 고분해능의 3차원 입체상을 신속하게 생성한다.
(해결 수단) 관찰 대상의 시료 전체를 광학 현미경, 또는 전자 현미경으로 관찰하여, 상기 시료에 포함되는 특정 관찰 대상물의 상기 시료 내에 있어서의 대략의 3차원 위치 좌표 정보를 취득하는 위치 정보 취득 공정과, 상기 3차원 위치 좌표 정보에 의거해, 상기 시료 중 상기 특정 관찰 대상물이 존재하는 특정 부위를 향해 집속 이온빔을 조사하여, 상기 특정 부위의 단면을 노출시키는 단면 가공 공정과, 상기 단면에 전자빔을 조사하여, 상기 특정 관찰 대상물을 포함하는 소정의 크기의 영역의 화상을 취득하는 단면상 취득 공정과, 상기 단면 가공 공정 및 상기 단면상 취득 공정을 소정 간격으로 소정 방향을 따라서 복수회 반복하여 행하고, 취득한 복수의 상기 단면 화상으로부터 상기 특정 관찰 대상물을 포함하는 3차원 입체상을 구축하는 입체상 생성 공정을 갖는다.

Description

단면 가공 관찰 방법, 단면 가공 관찰 장치{METHOD FOR OBSERVING SECTION PROCESSING AND APPARATUS THEREFOR}
본 발명은, 집속 이온빔에 의해서 형성한 시료의 특정 관찰 대상물을 포함하는 특정 부위를 향해 전자빔을 조사하여 단면상을 취득하고, 특정 관찰 대상물의 3차원 입체상을 구축하는 단면 가공 관찰 방법, 단면 가공 관찰 장치에 관한 것이다.
예를 들면, 반도체 디바이스 등의 시료의 내부 구조를 해석하거나, 입체적인 관찰을 행하거나 하는 수법의 하나로서, 집속 이온빔(Focused Ion Beam: FIB) 경통과 전자빔(Electron Beam: EB) 경통을 탑재한 복합 하전 입자빔 장치를 이용하여, FIB에 의한 단면 형성 가공과, 그 단면을 EB 주사에 의한 주사형 전자현미경(Scanning Electron Microscope: SEM) 관찰을 반복하여, 대상 시료의 단면상을 복수장 취득한 후, 이들 복수의 단면상을 겹쳐 시료의 3차원 입체상을 구축하는 단면 가공 관찰 방법이 알려져 있다(예를 들면, 특허 문헌 1).
이 단면 가공 관찰 방법은, FIB에 의한 단면 형성 가공을 Cut이라고 칭하고, EB에 의한 단면 관찰을 See라고 칭하고, Cut과 See를 반복해 3차원 화상을 구축하는 일련의 수법이 Cut＆See로서 알려져 있다. 이 수법에서는, 구축한 3차원 입체상으로부터, 대상 시료의 입체적인 형체를 다양한 방향으로부터 볼 수 있다. 또한, 대상 시료의 임의의 단면상을 재현할 수 있다고 하는, 다른 방법에는 없는 이점을 갖고 있다.
구체적인 일례로서, 시료에 대해 FIB를 조사하여 에칭 가공을 행하고, 시료의 단면을 노출시킨다. 이어서, 노출시킨 단면을 SEM 관찰하여 단면상을 취득한다. 이어서, 다시 에칭 가공을 행하여, 다음의 단면을 노출시킨 후, SEM 관찰에 의해 2장째의 단면상을 취득한다. 이와 같이, 시료의 임의의 방향을 따라서 에칭 가공과 SEM 관찰을 반복하여, 복수장의 단면상을 취득한다. 그리고, 마지막에, 취득한 복수장의 단면상을 겹침으로써, 시료의 내부를 투과시킨 3차원 입체상을 구축하는 방법이 알려져 있다.
일본국 특허 공개 2008-270073호 공보
그러나, 예를 들면, 관찰 대상의 시료가 세포 등의 생체 시료인 경우, 파라핀 등의 포매제에 의해 포매하여 포매 블록에 고정되어 있다. 이러한 생체 시료를 가공 관찰 대상으로 하여, 대상 시료 중에 분산되는 미소한 세포 등의 특정 관찰 대상물만을 선택적으로 고분해능의 3차원 입체상을 구축하는 경우, 포매 블록을 FIB나 EB에 의해서 관찰하면, 포매 블록의 표층만 관찰하는 것이 되어, 대상 시료(포매 블록) 중에 분산되는 세포 등의 특정 관찰 대상물의 존재 위치를 특정할 수 없다. 이 때문에, 특정 관찰 대상물이 점재하는 시료에 대해 상술한 Cut＆See 수법을 적용하면, FIB에 의한 가공 영역을 시료 전체로 설정하고, 시료 전체를 대상으로 Cut과 See를 반복해서 행하고, 특정 관찰 대상물을 가공 단면 내에 출현시킬 필요가 있어, 관찰에 방대한 시간을 필요로 한다는 과제가 있었다.
또, 이러한 시료 전체를 대상으로 Cut과 See를 반복해서 행하면, 생성되는 단면 화상도 방대한 수가 된다. 이 때문에, 특정 관찰 대상물의 3차원 입체상을 생성하려면, 이러한 다량의 단면상 중에서, 특정 관찰 대상물을 포함하는 부위의 단면상만을 추출하여 3차원 입체상을 구축한다고 하는, 비효율적이고 시간이 걸리는 수순이 필요하게 된다는 과제도 있다. 특히, 생체 시료의 경우, 그 대다수는 특정 관찰 대상물의 사이즈가 미소하며, 이것을 고정밀도의 3차원 입체상으로 하기 위해서는, FIB에 의한 가공 간격을 가능한 한 좁게 하여, 넓은 시야에서의 SEM 관찰을 반복할 필요가 있다. 그 때문에, 시료 전체에서 대량의 단면상을 취득하게 되는데, 특정 관찰 대상물을 포함하는 특정 부위 이외의 단면상은 불필요하고, 이러한 불필요한 단면상을 처리하거나 일시 보존하기 위해서 화상 처리 장치에 과잉의 부하가 걸린다는 과제도 있다.
또한, 특정 관찰 대상물이 시료에 포함되어 있지 않은 경우에는, 장시간을 필요로 하여 행한 시료 전체의 Cut과 See에 의한 관찰이 전부 쓸모없게 되어버린다는, 효율적으로 관찰을 행할 때의 장해도 있었다.
본 발명은, 상술한 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 시료에 포함되는 특정 관찰 대상물을 포함하는 특정 부위만을 신속하게, 또한 효율적으로 관찰을 가능하게 하여, 특정 관찰 대상물의 3차원 입체상을 용이하게 할 수 있는 단면 가공 관찰 방법 및 단면 가공 관찰 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 몇 가지 양태는, 다음과 같은 단면 가공 관찰 방법, 단면 가공 관찰 장치를 제공했다.
즉, 본 발명의 단면 가공 관찰 방법은, 관찰 대상의 시료 전체를 광학 현미경, 또는 전자 현미경으로 관찰하여, 상기 시료에 포함되는 특정 관찰 대상물의 상기 시료 내에 있어서의 대략의 3차원 위치 좌표 정보를 취득하는 위치 정보 취득 공정과, 상기 3차원 위치 좌표 정보에 의거해, 상기 시료 중 상기 특정 관찰 대상물이 존재하는 특정 부위를 향해 집속 이온빔을 조사하여, 상기 특정 부위의 단면을 노출시키는 단면 가공 공정과, 상기 단면에 전자빔을 조사하여, 상기 특정 관찰 대상물을 포함하는 소정의 크기의 영역의 화상을 취득하는 단면상 취득 공정과, 상기 단면 가공 공정 및 상기 단면상 취득 공정을 소정 간격으로 소정 방향을 따라서 복수회 반복하여 행하고, 취득한 복수의 상기 단면 화상으로부터 상기 특정 관찰 대상물을 포함하는 3차원 입체상을 구축하는 입체상 생성 공정을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 단면 가공 관찰 방법은, 관찰 대상의 시료를 미리 광학 현미경통으로 관찰하여, 특정 관찰 대상물이 존재하는 XYZ 방향의 위치 좌표 정보를 취득해 보존한다. 광학 현미경통에 의한 Z(깊이) 방향의 위치 좌표는, 광학 현미경통으로서 공초점 실체 현미경을 이용하여, XY 위치 좌표를 고정하여 초점 위치를 바꾸면서 관찰함으로써 얻어진다.
이렇게 하여 얻어진 특정 관찰 대상물의 3차원 좌표 정보에 의거해, 관찰 대상의 시료를 FIB에 의해서 단면 노출 가공을 행한다. 이때, 특정 관찰 대상물이 존재하지 않는 영역은, FIB에 의해서 가공 간격을 넓혀 단시간에 가공하고, 단면상도 특별히 취득하지는 않는다. 그리고, 위치 좌표 정보에 의해서 특정 관찰 대상물을 포함하는 특정 부위에 도달하면, 미리 정한 좁은 간격으로 시료를 가공하고, 가공한 단면 중 특정 관찰 대상물을 포함하는 영역의 SEM 단면상을 취득한다.
그리고, FIB의 가공 위치와 SEM 화상을 세트로 보존한다. 특정 관찰 대상물을 포함한 특정 부위의 화상 데이터의 취득이 완료되면, 단면상의 취득과 좁은 간격의 FIB 가공을 종료하고, 다음의 특정 부위에 접근할 때까지 넓은 간격으로 단시간에 FIB 가공한다. 이렇게 하여 모든 특정 부위의 단면상의 취득을 할 수 있으면 가공을 종료한다. 또는, 가공 간격을 일정하게 하여 대상물이 없는 영역은 단면상을 취득하지 않고, 대상물이 있는 영역에서 단면상을 취득한다. 이에 의해, 원하는 정보를 효율적으로 취득할 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 단면 가공 관찰 방법에 의하면, 광학 현미경통에 의한 광학적인 관찰로 특정 관찰 대상물이 존재하는 좌표 위치를 파악해둠으로써, 신속하게, 또한 효율적으로 특정 관찰 대상물을 포함하는 특정 부위의 관찰을 행하고, 특정 관찰 대상물의 3차원 입체상을 용이하게 얻는 것을 가능하게 한다.
본 발명에서는, 상기 특정 관찰 대상물은 복수 종류 설정되고, 각각의 특정 관찰 대상물마다 상기 단면 가공 공정을 행하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에서는, 상기 광학 현미경으로서, 공초점 실체 현미경을 이용하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에서는, 상기 단면상 취득 공정에 있어서, 상기 단면의 에너지 분산형 X선 검출에 의해 상기 특정 관찰 대상물을 포함하는 상기 특정 부위의 단면 조성상을 추가로 취득하고, 상기 입체상 생성 공정에 있어서, 취득한 복수의 상기 단면 조성상으로부터 상기 특정 관찰 대상물을 포함하는 3차원 입체 조성상을 구축하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 단면 가공 관찰 장치는, 특정 관찰 대상물을 포함하는 시료를 올려놓는 시료대와, 상기 시료에 집속 이온빔을 조사하는 집속 이온빔 경통과, 상기 시료에 전자빔을 조사하는 전자빔 경통과, 상기 시료를 광학적으로 관찰하는 광학 현미경통과, 상기 시료로부터 발생하는 이차 전자를 검출하는 이차 전자 검출기 또는 반사 전자를 검출하는 반사 전자 검출기와, 상기 광학 현미경통에 의해서 상기 시료 내에 있어서의 상기 특정 관찰 대상물의 존재 위치를 특정하여, 상기 특정 관찰 대상물을 포함하는 특정 부위의 3차원 입체상을 구축하는 제어부를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 단면 가공 관찰 장치에 의하면, 시료 내에서 특정 관찰 대상물을 포함하는 특정 부위의 대략의 위치 좌표를 광학 현미경통에 의해서 미리 파악할 수 있기 때문에, 집속 이온빔 경통에 의한 시료의 가공시에, 특정 부위에 신속하게 접근하여, 특정 부위 이외의 영역은 러프하게, 특정 부위는 미세하게 집속 이온빔통으로 가공을 행할 수 있다. 이에 의해, 특정 관찰 대상물을 포함하는 특정 부위의 고분해능의 단면상을, 단시간에 신속하게 얻을 수 있다.
또, 본 발명의 단면 가공 관찰 장치에 의하면, 집속 이온빔 경통에 의해서 형성된 시료 단면 중, 특정 관찰 대상물을 포함하는 특정 부위에만, 전자빔 경통으로부터 전자빔을 조사하여 단면상의 데이터를 취득하기 때문에, 시료 전역에 걸쳐 단면상을 얻는 종래의 관찰 장치와 비교하여, 보존하는 단면상의 데이터 용량이 현격히 삭감되어, 저비용으로 단면 가공 관찰 장치를 구성할 수 있다.
또한, 특정 관찰 대상물을 포함하는 특정 부위의 전자빔에 의한 단면상 취득 시에는, 고분해능으로 화상화함으로써, 시료 전역에 걸쳐 단면상을 얻는 종래의 관찰 장치에 비해, 보다 해상도가 높은 3차원 입체상을 생성하는 것이 가능해진다.
또, 본 발명에서는, 상기 시료로부터 발생하는 특성 X선을 검출하는 EDS 검출기를 구비하고, 상기 제어부는, 상기 특정 부위의 3차원 입체 조성상을 구축하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 특정 관찰 대상물을 포함하는 특정 부위의 가공을 단시간에 고정밀도로 행할 수 있고, 이에 의해, 특정 관찰 대상물의 고분해능의 3차원 입체상을 용이하게, 또한 신속하게 생성하는 것이 가능해진다다.
도 1은 제1 실시형태의 단면 가공 관찰 장치를 나타내는 개략 구성도이다.
도 2는 단면 가공 관찰 방법의 일 실시형태를 단계적으로 나타낸 플로차트이다.
도 3은 시료를 광학 현미경통에 의해서 관찰했을 때의 모식도이다.
도 4는 SEM 화상의 취득 영역이 되는 특정 부위를 나타내는 모식도이다.
도 5는 가공 관찰 방법의 변형예를 나타내는 플로차트이다.
도 6은 제2 실시형태의 단면 가공 관찰 장치를 나타내는 개략 구성도이다.
도 7은 제3 실시형태의 단면 가공 관찰 장치를 나타내는 개략 구성도이다.
도 8은 제2 실시형태의 단면 가공 관찰 방법에 따른 투영도이다.
도 9는 제3 실시형태의 단면 가공 관찰 방법에 따른 투영도이다.
도 10은 제4 실시형태의 단면 가공 관찰 장치를 나타내는 개략 구성도이다.
도 11은 제4 실시형태의 단면 가공 관찰 방법을 나타내는 설명도이다.
도 12는 제4 실시형태의 단면 가공 관찰 방법을 나타내는 설명도이다.
도 13은 제4 실시형태의 단면 가공 관찰 방법을 나타내는 설명도이다.
도 14는 제4 실시형태의 단면 가공 관찰 방법을 나타내는 설명도이다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 단면 가공 관찰 방법, 단면 가공 관찰 장치에 대해서 설명한다. 또한, 이하에 나타내는 각 실시형태는, 발명의 취지를 보다 잘 이해시키기 위해서 구체적으로 설명하는 것이며, 특별히 지정이 없는 한, 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또, 이하의 설명에서 이용하는 도면은, 본 발명의 특징을 알기 쉽게 하기 위해서, 편의상, 주요부가 되는 부분을 확대하여 나타내고 있는 경우가 있으며, 각 구성 요소의 치수 비율 등이 실제와 동일하다고는 한정되지 않는다.
(단면 가공 관찰 장치: 제1 실시형태)
도 1은, 제1 실시형태의 단면 가공 관찰 장치를 나타내는 개략 구성도이다.
본 실시형태의 단면 가공 관찰 장치(10)는, 집속 이온빔(FIB) 경통(11)과, 전자빔(EB) 경통(12)과, 광학 현미경(OM)통(13)과, 스테이지(시료대)(15)를 구비한 시료실(14)을, 적어도 갖고 있다. 집속 이온빔 경통(11), 전자빔 경통(12), 및 광학 현미경통(광학 현미경)(13)은, 시료실(14)에 각각 고정되어 있다.
집속 이온빔 경통(11), 전자빔 경통(12), 및 광학 현미경통(13)은, 스테이지(15)에 올려놓아진 시료(S)를 향해서, 집속 이온빔(FIB)(21), 전자빔(EB)(22), 및 가시광(VL)(23)을 각각 조사 가능하게 배치되어 있다.
집속 이온빔 경통(11)으로부터 조사되는 집속 이온빔(21)과, 전자빔 경통(12)으로부터 조사되는 전자빔(22)이 시료(S) 상에서 각각 직교하도록, 집속 이온빔 경통(11)과 전자빔 경통(12)을 배치하면, 가공된 단면에 대해 수직으로 전자빔을 조사할 수 있어, 높은 분해능의 단면상을 취득할 수 있으므로, 보다 바람직하다.
여기서, 시료(S)의 일례로는, 수지 등으로 포매된 생체 시료를 들 수 있다. 이러한 생체 시료에 포함되는(내포된) 예를 들면 세포 등을 특정 관찰 대상물(주목 부분)로서 관찰자가 특히 주목하여 관찰한다. 시료가 투명성이 있는 생체 시료인 경우, 금속 등의 일반 재료와는 달리, 광학 현미경통(광학 현미경)(13)으로 생체 시료의 내부를 관찰할 수 있기 때문에, 주목부의 존재 위치를 확인할 수 있다.
광학 현미경통(광학 현미경)(13)은, 전자빔(22)의 조사 방향과 거의 동일한 방향에서 관찰할 수 있도록 배치되어 있다. 또한, 광학 현미경통(13)의 일부 또는 전부는, 시료실(14) 내에 수용되고 있어도 되고, 시료실(14)과는 따로 배치된 다른 시료실에 배치되어 있어도 된다. 어느 경우에나, 전자빔의 조사 방향과 거의 동일한 방향에서 관찰할 수 있도록 배치하는 것이 바람직하다.
광학 현미경통(광학 현미경)(13)은, 예를 들면, 광원에 레이저 광원을 구비한 공초점 실체 현미경을 이용하는 것이 특히 적합하다. 공초점 실체 현미경은, 시료(S)의 높이(깊이) 방향(광학 현미경의 광축을 따른 방향)으로 고분해능으로 화상화할 수 있다. 공초점 실체 현미경은, 표면에 미소한 요철이 있는 시료에 대해서, 그 요철을 화상화하는 것에 이용되는 것이 대부분이지만, 본 실시형태에서는, 시료(S)의 내부의 구조에 대해서, 깊이 방향을 따라서 고분해능의 화상을 취득하기 위해서 이용한다.
예를 들면, 생체 시료 등 투명성이 있는 시료(S)에서는, 레이저광은 투과하고, 시료(S) 내에 레이저광을 투과하지 않는 이물이나 조직이 있으면, 그들을 화상화할 수 있다. 또한, 주지하는 바와 같이, 시료(S)의 XY면 화상 정보는, X축과 Y축 각각의 방향을 따라서 시료(S) 상을 2차원 주사하는 주사 기구에 의해서 레이저 주사로 이루어지고, 시료의 높이(깊이) 방향(Z축)의 정보는, 휘도가 최대일 때의 Z위치(시료(S)의 높이 정보)를 도입함으로써 3차원 화상이 취득된다.
단, 광학 현미경통(광학 현미경)(13)에 의해서 얻어진 화상에서는, 화상화된 특정 관찰 대상물의 배후의 구조는, 그 특정 관찰 대상물이 불투명하기 때문에 알 수 없다. 이와 같이, 레이저광이 반사한 최상면의 형상밖에 알 수 없는데, 특정 관찰 대상물이 존재하는 면 내 위치 정보(XY 좌표)와 깊이 위치 정보(Z좌표)가 얻어지므로, Cut＆See 조작으로, 특정 관찰 대상물이 시료(S) 내의 어디에 존재하는지에 대한 기준을 세울 수 있다.
한편, 집속 이온빔(21)이나 전자빔(22)을 이용한 관찰의 경우, 시료(S)에 투명성이 있는 경우에도, 시료(S)의 최표면의 형태 정보밖에 얻을 수 없다. 따라서, 시료(S)의 내부에 특정 관찰 대상물이 존재한다고 사전에 알고 있었다고 해도, 그 존재 위치(좌표)를 명확하게 할 수 없다. 또, 광학 현미경 화상과 SEM 화상의 콘트라스트의 차이에 의해 SEM 화상에서는 주목부를 파악하기 어려운 경우가 있다.
그래서, 광학 현미경통(광학 현미경)(13)을 이용한 광학 현미경 관찰에 의해서, 특정 관찰 대상물을 포함하는 시료(S) 내의 소영역인 특정 부위의 좌표를, 시료(S)의 Cut 작업(단면 가공 공정)에 앞서 취득할 수 있다. 그리고, 이 특정 관찰 대상물을 포함하는 특정 부위의 좌표에 의거해 Cut 작업(단면 가공 공정)을 진행하는데, 노출된 단면에 대해서 전자빔(22)에 의한 SEM 화상의 취득 영역을 확실하게 하기 위해서, 단면에 광학 현미경통(광학 현미경)(13)과 전자빔(22)으로 공통으로 인식할 수 있는 특징적인 형태가 있으면, 이것을 기준점으로 하여 상대적 위치 관계로부터 특정 관찰 대상물의 위치(좌표)를 특정할 수 있다.
스테이지(15)는, 스테이지 제어부(19)에 의해서 제어되고, 시료(S)를 올려놓음과 더불어, XYZ의 각 방향의 이동, 경사가 가능하며, 이에 의해서, 시료(S)를 임의의 방향으로 조정할 수 있다.
단면 가공 관찰 장치(10)는, 또한 집속 이온빔(FIB) 제어부(16)와, 전자빔(EB) 제어부(17)와, 광학 현미경(OM) 제어부(18)를 각각 구비하고 있다. 집속 이온빔 제어부(16)는, 집속 이온빔 경통(11)을 제어해, 집속 이온빔(21)을 임의의 타이밍으로 조사시킨다. 전자빔 제어부(17)는, 전자빔 경통(12)을 제어해, 전자빔(22)을 임의의 타이밍으로 조사시킨다.
광학 현미경 제어부(18)는, 광학 현미경통(13)을 제어하여, 광학 초점의 위치를 이동시키면서, 이동할 때마다, 시료(S)의 관찰 화상을 취득하여, 기억한다. 초점 위치는 광학 현미경통(13)의 광축을 따라서, 서서히 광학 현미경통(13)에 접근시키거나, 떼어놓거나 중 한방향으로 미동과 정지를 반복하여, 정지시에 시료(S)의 화상을 취득한다. 또, 광학 현미경통(13)의 초점 위치를 고정하여, 스테이지(15)를 스테이지 제어부(19)에 의해서 상하 한방향으로 미동시켜, 광학 현미경 화상을 취득해도 된다.
단면 가공 관찰 장치(10)는, 또한 이차 전자 검출기(20)를 구비하고 있다. 이차 전자 검출기(20)는, 집속 이온빔(21) 또는 전자빔(22)을 시료(S)에 조사하고, 시료(S)로부터 발생한 이차 전자를 검출한다.
또한, 이차 전자 검출기(20) 대신에, 또는 이차 전자 검출기(20)에 추가해 또한 반사 전자 검출기(도시 생략)를 설치하는 구성도 바람직하다. 반사 전자 검출기는, 전자빔이 시료(S)에서 반사한 반사 전자를 검출한다. 이러한 반사 전자에 의해서, 시료(S)의 단면상을 취득할 수 있다.
단면 가공 관찰 장치(10)는, 시료(S)의 단면의 관찰상을 형성하는 상 형성부(24)와, 관찰상을 표시하는 표시부(25)를 구비하고 있다. 상 형성부(24)는, 전자빔(22)을 주사시키는 신호와, 이차 전자 검출기(20)에서 검출된 이차 전자의 신호로부터 SEM상을 형성한다. 표시부(25)는 상 형성부(24)에서 얻어진 SEM상을 표시한다. 표시부(25)는, 예를 들면 디스플레이 장치로 구성되어 있으면 된다.
단면 가공 관찰 장치(10)는, 또한 제어부(26)와, 입력부(27)를 구비한다. 오퍼레이터는 단면 가공 관찰 장치(10)의 각종 제어 조건을, 입력부(27)를 통해 입력한다. 입력부(27)는, 입력된 정보를 제어부(26)에 송신한다. 제어부(26)는, 집속 이온빔 제어부(16), 전자빔 제어부(17), 광학 현미경 제어부(18), 스테이지 제어부(19), 상 형성부(24) 등에 제어 신호를 출력하고, 단면 가공 관찰 장치(10) 전체의 동작을 제어한다.
(단면 가공 관찰 장치: 제2 실시형태)
상술한 제1 실시형태에서는 광학 현미경통(광학 현미경)(13)의 일부 또는 전부가 시료실(14) 내에 있는 구성에 대해서 설명했는데, 광학 현미경통(광학 현미경)(13)을 시료실(14)의 외부에 설치해도 된다.
도 6은, 본 발명의 제2 실시형태의 단면 가공 관찰 장치를 나타내는 개략 구성도이다. 또한, 제1 실시형태와 동일한 구성에는 동일한 번호를 부여해, 중복되는 설명을 생략한다. 단면 가공 관찰 장치(30)는, 시료실(14)의 외부에 제2 시료실(34)이 형성되고, 이 제2 시료실(34)에 광학 현미경통(광학 현미경)(33)이 배치되어 있다.
광학 현미경통(광학 현미경)(33)의 일부 또는 전부가 설치된 제2 시료실(34)은, 내부가 진공 또는 대기압이 된다. 집속 이온빔이나 전자빔이 조사되는 시료실(14)은, 내부가 진공이어야 하지만, 광학 현미경통(광학 현미경)(33)의 설치 환경은 대기압하이어도 지장이 없기 때문에, 제2 시료실(34)을 대기압 환경으로 함으로써, 진공이 되는 시료실(14)의 용적을 작게 할 수 있어, 진공 배기의 효율을 높일 수 있다.
시료실(14)과 제2 시료실(34) 사이의 시료(S)의 이동은, 시료(S)를 올려놓는 시료 홀더(35)와 함께 반송봉(36)에 의해서 행한다. 이동시에는, 반송봉(36)을 시료 홀더(35)에 고정하여 기밀 도어(밸브)(37)를 연 후, 제2 시료실(34)의 스테이지(38)로부터 떼어낸 시료 홀더(35)를 반송봉(36)에 의해서 시료실(14)에 밀어넣고, 시료실(14) 내의 스테이지(15) 상에 시료 홀더(35)를 고정한다.
시료실(14)의 스테이지(15)와, 광학 현미경통(광학 현미경)(33)을 구비한 제2 시료실(34)의 스테이지(38)는, 각각 스테이지 제어부(39a, 39b)에 의해서 제어된다. 스테이지(15, 38)에서의 좌표 정보는 제어부(26)에 보존되고, 제2 시료실(34)의 스테이지(38)에서 얻어진 좌표 정보에 의거해, 시료실(14)의 스테이지(15)를 연동시킬 수 있다. 또한, 도 6에서는, 집속 이온빔 제어부나 전자빔 제어부 등의 기재를 생략하고 있지만, 도 1과 동일한 구성이다.
(단면 가공 관찰 장치: 제3 실시형태)
상술한 제2 실시형태에서는 광학 현미경통(광학 현미경)(13)을 시료실(14)과는 따로 설치한 제2 시료실(34)을 배치한 구성에 대해서 설명했는데, 광학 현미경통(광학 현미경)(13)을 설치하는 시료실을 형성하지 않아도 되다.
도 7은, 본 발명의 제3 실시형태의 단면 가공 관찰 장치를 나타내는 개략 구성도이다. 또한, 제2 실시형태와 동일한 구성에는 동일한 번호를 부여해, 중복되는 설명을 생략한다. 단면 가공 관찰 장치(40)는, 광학 현미경통(광학 현미경)(43)이 시료실(14)의 외부에 독립하여 배치되어 있다. 그리고, 광학 현미경통(광학 현미경)(43)에서 얻은 시료(S) 내의 특정 관찰 대상물(주목 부분)의 좌표를, 집속 이온빔 제어부나 전자빔 제어부(도 1을 참조)에서도 판독할 수 있도록, 일부 공통화된 제어부(46)를 갖는다. 시료실(14)의 외부에 독립하여 광학 현미경통(광학 현미경)(43)을 설치함으로써, 예를 들면, 각각을 별실에 설치하여 작업을 행하는 등, 기기의 설치면에서의 자유도를 높일 수 있다.
(단면 가공 관찰 장치: 제4 실시형태)
도 10은 본 발명의 제4 실시형태의 단면 가공 관찰 장치를 나타내는 개략 구성도이다. 또한, 제1 실시형태와 동일한 구성에는 동일한 번호를 부여하고, 중복되는 설명을 생략한다. 단면 가공 관찰 장치(50)는 전자빔(EB)을 시료(S)에 조사했을 때, 시료(S)로부터 발생한 X선을 검출하는 EDS 검출기(51)와, 이 EDS 검출기(51)를 제어하는 EDS 제어부(52)를 구비하고 있다. 시료(S)로부터 발생하는 X선은, 시료(S)를 구성하는 물질마다 고유의 특성 X선을 포함하며, 이러한 특성 X선에 의해서, 시료(S)를 구성하는 물질(조성)을 특정할 수 있다.
상 형성부(24)는 전자빔(22)의 주사 신호와, EDS 검출기(51)에서 검출된 특성 X선 신호로부터, 시료(S)의 특정 단면의 조성상을 형성한다. 제어부(26)는 복수의 조성상에 의거해 3차원 입체 조성상을 구축한다. 또한, 조성상(EDS상)은 검출한 특성 X선의 에너지로부터 각 전자빔 조사점에서 시료(S)의 물질을 특정하고, 전자빔(22)의 조사 영역의 물질의 분포를 나타낸 것이다.
제4 실시형태의 단면 가공 관찰 장치(50)를 이용함으로써, 시료(S)에 있어서의 특정 부위의 3차원 조성맵을 구축할 수 있다. 또한, 이러한 제4 실시형태의 단면 가공 관찰 장치(50)를 이용하여 3차원 조성맵을 구축하는 방법은, 후술하는 단면 가공 관찰 방법의 제4 실시형태에서 설명한다.
또한, 제4 실시형태의 단면 가공 관찰 장치(50)에서는, EDS 검출기(51)와 함께 광학 현미경통(13)이나 이차 전자 검출기(20)도 구비하고 있으나, 광학 현미경통(13)이나 이차 전자 검출기(20)를 생략할 수도 있다.
(단면 가공 관찰 방법: 제1 실시형태)
다음에, 상술한 단면 가공 관찰 장치를 이용한 본 발명의 제1 실시형태의 단면 가공 관찰 방법의 일 실시형태를, 도 1, 도 2를 참조하면서 설명한다.
도 2는, 단면 가공 관찰 방법의 일 실시형태를 단계적으로 나타낸 플로차트이다.
우선, 대상으로 하는 시료(S)를 광학 현미경통(광학 현미경)(13)에 의해서 관찰하여, 시료(S) 내에 포함되는 특정 관찰 대상물(주목 부분)의 위치(XYZ 좌표) 정보를 취득한다(위치 정보 취득 공정 S10). 시료(S)는, 예를 들면 생체 시료이다. 대상이 되는 시료(S)는, 미리 수지 등으로 포매하여 고정되고, 또, 건조, 탈수 등의 처리가 이루어지고 있다. 이러한 포매 작업이나 탈수 작업 등의 생체 시료 제작 공정은, 공지의 기술을 이용하면 된다.
이러한 처리가 된 시료(S)를 SEM 관찰하면, 시료(S)의 표면의 화상은 취득할 수 있지만 시료(S)의 내부의 화상은 취득할 수 없다. 그러나, 광학 현미경통(광학 현미경)(13)에 의해서 관찰하면, 생물 등 투명성이 있는 시료(S)에서는 광은 투과하고, 시료(S) 내에 광을 투과하지 않는 이물이나 조직 등의 특정 관찰 대상물(주목 부분)은, 콘트라스트의 차이에 의해서 가시화할 수 있다.
도 3(A)은, 시료(S)를 광학 현미경통(13)에 의해서 관찰했을 때의 광학 현미경 화상(모식도)이다. 시료(S)의 표면에서부터 소정의 깊이까지 초점 위치를 바꾸어 관찰한 화상의 투영도이며, 시야 내에 나타난 특정 관찰 대상물(주목 부분)(C1, C2)을 1장의 화면에 표시하고 있다. 광학 현미경 화상의 XY 좌표를 도 3A의 좌측 하단에 기재한 좌표계로서, 특정 관찰 대상물(C1)의 거의 중심 좌표가 (X1, Y1)이며, 특정 관찰 대상물(C2)의 거의 중심 좌표가 (X2, Y2)이다.
도 3(B)는, 도 3(A)와 동일한 시료(S)의 동일한 시야에 대해서, 깊이 방향을 나타내는 광학 현미경 화상(모식도)이다. 시료의 깊이 방향을 Z좌표로 하고, 시료(S)의 표면(Z0)에서부터 관찰 바닥면(Zn)까지를 표시하고 있다. 광학 현미경통(13)의 초점을 표면에서부터 순차적으로, 시료(S)의 내부(깊이 방향 Z)를 향하도록 조정하고, 각 초점 위치에서의 광학 현미경 화상을 그때의 Z좌표와 함께 제어부(26)에 기억시킨다.
그리고, 광학 현미경통(13)에 의한 광학 현미경 화상(평면상)의 취득을 시료(S)의 표면에서부터 소정의 관찰 바닥면(Zn)까지 반복해서 행한다. 이렇게 하여 얻어진 복수의 광학 현미경 화상(평면상)을 합성(화상 처리)함으로써, 시료(S)의 3차원 화상이 재생되어, 시료(S)에 있어서의 특정 관찰 대상물(주목 부분)(C1, C2)이 깊이 방향 Z의 존재 위치(좌표)를 파악할 수 있다. 이와 같이, 광학 현미경통(광학 현미경)(13)을 이용하여, XY 좌표를 고정하여 광학 초점 위치를 바꾸면서 시료(S)를 관찰함으로써, 특정 관찰 대상물(주목 부분)의 시료(S) 내에 있어서의, 대략 3차원 좌표를 밝힐 수 있다.
다음에, 광학 현미경통(광학 현미경)(13)에 의해서 얻어진 특정 관찰 대상물(주목 부분)의 XY 좌표 정보를 기초로, 집속 이온빔 경통(11)으로부터 집속 이온빔(21)을 조사하여, 대상이 되는 시료(S)의 단면 형성 가공을 행한다(단면 가공 공정 S11).
도 4(A)는, 도 3(A)에 나타낸 특정 관찰 대상물(C1)과 특정 관찰 대상물(C2)에 대해서, SEM 화상의 취득 영역이 되는 특정 부위(화상 취득 영역)를 나타내는 모식도이다. 도 4(A)의 경우, 특정 관찰 대상물(C1)의 화상 취득 영역(특정 부위)은, 특정 관찰 대상물(C1)의 거의 중심 좌표인 (X1, Y1)을 중심으로, 특정 관찰 대상물의 최외 단부로부터 소정의 거리를 더한 길이를 한 변 ΔX1, ΔY1로 하는 직사각형 영역으로 하고 있다. 마찬가지로, 특정 관찰 대상물(C2)의 화상 취득 영역은, 좌표 (X2, Y2)를 중심으로, 특정 관찰 대상물의 최외 단부로부터 소정의 거리를 더한 길이를 한 변 ΔX2, ΔY2로 하는 직사각형 영역으로 하고 있다.
이 소정의 길이란, 특정 관찰 대상물을 포함하는 영역을 3차원 표시했을 때의 여유 영역이며, 이 여유 영역이 과잉으로 크면 특정 관찰 대상물의 3차원상이 작아지고, 여유가 너무 없으면 단면의 표시 방향에 따라서는, 보기 어려워지는 경우가 있으므로, 조작자는 사전에 이 여유 영역을 특정 관찰 대상물의 보이는 방식에 따라 적절히 정해두면 된다. 예를 들면, 특정 관찰 대상물의 투영도의 XY 방향의 각각의 길이의 약 10% 증가를 화상 취득 범위로 하면 된다.
도 4(B)는, 시료(S)의 깊이 방향 Z의 투영도이며, 이 화상으로부터 집속 이온빔(21)에 의해서 좁은 간격으로 시료(S)의 단면을 노출하는 가공 영역을 결정한다. 여기서, 도 4(B)에 있어서, 특정 관찰 대상물(C1)이 관찰 시야에 나타나는 출현 위치(특정 관찰 대상물의 상부)를 Z1A, 특정 관찰 대상물(C1)이 관찰 시야로부터 사라지는 소멸 위치(특정 관찰 대상물의 하부)를 Z1B로 하고, 마찬가지로 특정 관찰 대상물(C2)의 출현 위치 Z2A, 특정 관찰 대상물(C2)의 소멸 위치를 Z2B로 한다.
집속 이온빔(21)에 의해 시료(S)를 빽빽한 간격으로 얇게 가공하는 범위는, 예를 들면, 특정 관찰 대상물의 출현 좌표와 소멸 위치에, 미리 정한 길이를 더한 길이로 결정한다. 소정의 길이란, 특정 관찰 대상물을 포함하는 부분을 3차원 표시했을 때의 여유 영역이며, Z방향에 대해서도, 예를 들면, 특정 관찰 대상물(C1)의 Z방향 길이(Z12-Z11)의 10%를 여유 영역으로 하고, Z좌표 Z11의 상부, Z좌표 Z12의 하부에 이 여유 영역을 더한 Z좌표 Z1A에서부터 Z1B까지를 가공 영역으로 한다. 특정 관찰 대상물(C2)에 대해서도 마찬가지로, Z좌표 Z2A에서부터 Z2B까지를 집속 이온빔(21)에 의해 시료(S)를 빽빽한 등간격으로 가공하는 단면 가공 범위로 한다.
이러한 집속 이온빔(21)에 의한 시료(S)의 가공 간격은, 가능한 한 좁은 것이 특정 관찰 대상물이 구축한 3차원상의 Z방향의 분해능이 높아진다. 반면, 특정 관찰 대상물이 Z방향으로 극단적으로 긴 경우에는, SEM 화상의 취득 장수가 많아져, 축적되는 화상 데이터가 커진다. 이 때문에, 특정 관찰 대상물의 크기를 광학 현미경통(광학 현미경)(13)에 의한 관찰로 미리 파악해두고, 축적되는 화상 데이터 용량과 구축되는 특정 관찰 대상물의 3차원상에 필요로 하는 분해능을 미리 검토한 다음에, 집속 이온빔(21)에 의한 가공 간격을 정하는 것이 바람직하다.
이러한 좁은 간격으로의 가공 범위의 외측의 Z좌표의 Z0에서부터 Z1A, Z1B에서부터 Z2A, Z2B에서부터 Zn의 사이는, 성긴 간격으로 단시간에 집속 이온빔(21)에 의한 단면 가공을 행하면 된다. 또, 이 영역에서는, 특정 관찰 대상물이 존재하지 않는 것을 알고 있기 때문에, SEM 화상을 굳이 취득할 필요는 없다. 이에 의해, 시료(S)의 단면 가공의 시간 단축과 SEM 화상의 기억 용량의 삭감을 도모할 수 있다. 또는, 일정한 간격으로 단면 가공을 행하고, 특정 관찰 대상물이 존재하는 경우에 화상 취득하고, 대상물이 존재하지 않는 경우에는 화상 취득하지 않는 것으로 하는 것에 의해서도 시간 단축 및 기억 용량의 삭감을 할 수 있다.
다음에, 가공한 시료(S)의 단면 중, 특정 관찰 대상물을 포함하는 특정 부위의 SEM 화상을 취득하고, 단면 위치 정보와 함께 보존한다(단면상 취득 공정 S12). 광학 현미경통(광학 현미경)(13)에 의한 관찰로 얻어진 특정 관찰 대상물의 존재 위치의 좌표를 기초로, 특정 관찰 대상물의 좌표를 포함하는 소영역인 특정 부위의 SEM 화상을 취득한다. 그리고, 집속 이온빔(21)에 의한 가공 위치와 SEM 화상, 단면 내의 XY 좌표(예를 들면 SEM 화상 중심의 좌표)를 세트로 보존한다. 예를 들면, 1개의 단면에 복수의 특정 관찰 대상물이 존재하는 경우, 각각의 특정 관찰 대상물을 포함하는 특정 부위의 SEM 화상을 취득한다.
다음에, 특정 관찰 대상물의 화상 취득이 완료되었는지를 판단한다(S13). 집속 이온빔(21)에 의한 가공이 미리 정한 가공 종료의 Z좌표(예를 들면 Z1B)에 이르렀는지의 판단을 행한다. 그리고, 소정의 도달 위치에 이르렀다고 판단되면, 특정 관찰 대상물을 포함하는 특정 부위의 화상 데이터의 취득을 완료시킨다.
그리고, 화상 취득과 좁은 간격으로의 집속 이온빔(21)에 의한 가공을 종료하고, 다음의 특정 관찰 대상물이 존재하는 영역에 접근할 때까지, 넓은 간격으로 집속 이온빔(21)에 의한 단면 가공을 행한다. 또, 다음의 특정 관찰 대상물이 없으면 가공을 종료한다.
이와 같이, 광학 현미경통(광학 현미경)(13)을 이용한 관찰에 의해서, 미리 시료 내의 특정 관찰 대상물의 존재 위치(좌표)를 파악할 수 있으므로, 특정 관찰 대상물을 포함하는 특정 부위에 이를 때까지의 가공을, 넓은 가공 폭으로 신속하게 행할 수 있다. 또, 특정 관찰 대상물이 존재하지 않는 부분에서의 화상 취득을 행하지 않기 때문에, 관찰 시간을 최소한으로 함과 더불어, 화상의 기억 영역을 작게 할 수 있다. 또, 단면의 정보를 보다 상세하게 취득할 수 있다. 또, 가공 폭을 일정하게 해도 화상 취득의 유무를 설정할 수 있으므로 시간도 기억 영역도 작게 할 수 있다.
다음에, 단면 위치 정보와 화상 데이터를 이용하여, 특정 관찰 대상물의 3차원상을 구축한다(입체상 생성 공정 S14). 여기에서는, 예를 들면, 컴퓨터(제어부(26))를 이용하여, 특정 관찰 대상물을 포함하는 특정 부위의 복수의 단면상으로부터, 화상 처리 프로그램에 의해서 특정 관찰 대상물의 3차원 입체상을 생성(구축)한다.
입체상 생성 공정 S14에 의해서 얻어진 특정 관찰 대상물의 3차원 입체상은, 특정 관찰 대상물을 임의의 시점으로부터 자유롭게 관찰할 수 있고, 또, 임의의 단면상을 재생할 수도 있으므로, 예를 들면, 세포의 내부 구조를 SEM의 분해능으로 관찰하는 것이 가능해진다.
상술한 단면 가공 관찰 방법의 변형예로서, 도 5의 플로차트에 나타내는 바와 같이, 특정 관찰 대상물의 SEM 화상의 취득 완료 후에, 또한, 3차원 입체상을 구축해야할 특정 관찰 대상물이 존재하는지 아닌지에 대한 단정 공정(S15)을 설치하는 것도 바람직하다.
상술한 실시형태에서는, 특정 관찰 대상물(주목 부분)이 2개 있는 경우를 들어 설명했다. 광학 현미경 관찰의 결과, 특정 관찰 대상물이 C1뿐이라고 결정하면, 집속 이온빔(21)에 의한 단면 가공이, Z좌표 Z1B에 이른 시점에서 가공은 종료된다. 그러나, 도 3, 도 4와 같이 특정 관찰 대상물이 복수개 있는 경우, 도 5에 나타내는 플로차트에 따라, 집속 이온빔(21)에 의한 단면 가공이 좁은 간격의 가공을 끝낸 시점(Z좌표 Z1B에 이른 시점)에서, 다음에, 다른 특정 관찰 대상물의 유무의 판단을 내린다(S15). 그리고, 다른 특정 관찰 대상물이 존재하는 경우에는, 단면 가공 공정 S11과 단면상 취득 공정 S12를 반복해서 실행한다. 또, 다른 특정 관찰 대상물이 없는 경우에는, 특정 관찰 대상물의 입체상 생성 공정 S14에 의해서 3차원 입체상을 생성한다.
(단면 가공 관찰 방법: 제2 실시형태)
상술한 제1 실시형태에서는, 특정 관찰 대상물(주목 부분)이 복수 존재하는 가장 간단한 예로서, 서로 떨어져 존재하여, 어떤 단면에는 1개의 특정 관찰 대상물밖에 나타나지 않는 예에 대해서 설명했는데, 본 발명은 이것으로 한정되는 것은 아니다.
본 실시형태는, 복수의 특정 관찰 대상물(주목 부분)이 동일한 XY면 내(동일한 Z좌표)에 공존하는 경우이며, 이러한 시료의 관찰에도 본 발명을 적용할 수 있다.
도 8은, 대상이 되는 시료를 미리 광학 현미경으로 관찰하여 얻어진 화상 정보로부터 작성한, XY면의 단면(Z시점)과 XZ면(Y시점)의 투영도(모식도)이다. 또한, 도 8에 있어서, 도 3과 동일한 부호는 동일한 구성이며, 중복되는 설명은 생략한다.
본 실시형태에서는, 특정 관찰 대상물(C3, C4)이 동일한 Z좌표에 공존하고, 편방의 특정 관찰 대상물이 다른쪽에 비해 작다. 가공 단면이 Z좌표 Z31에 이르렀을 때 특정 관찰 대상물(C3)이 단면에 출현한다. 이때, 상술한 방법과 마찬가지로 특정 관찰 대상물(C3)에 대해서 미리 정한 관찰 영역인 특정 부위의 SEM상을 취득하기 시작하고, 또한, 미리 정한 타이밍과 간격으로 집중 이온 빔(21)에 의한 단면 가공을 개시한다.
특정 관찰 대상물(C3)에 대해서 가공과 화상 취득을 진행하는 도중에, 가공 단면이 Z좌표 Z41에 이르렀을 때, 다른 특정 관찰 대상물(C4)이 출현한다. 특정 관찰 대상물(C4)은 사전의 광학 현미경 관찰로, Z방향으로 긴 대상물인 것을 미리 알고 있다. 도 8에 나타내는 예에서는, Z좌표 Z41에서부터 Z좌표 Z32는 특정 관찰 대상물(C3)과 특정 관찰 대상물(C4)이 동일 단면에 노출되어 있게 된다.
Z좌표 Z41에서부터 Z좌표 Z32 사이의 집속 이온 빔(21)에 의한 단면 가공 간격은, 특정 관찰 대상물(C3)에 대응한 간격으로 집속 이온 빔(21)에 의한 단면 가공을 행하는데, 특정 관찰 대상물(C3)이 소멸한 Z좌표 Z32 이후에도 동일한 가공 간격으로 Z좌표 Z42까지 가공을 계속시킨다. 동일한 특정 관찰 대상물의 가공 간격을 도중에 바꾸면, 최종적으로 구축한 3차원 입체상에 시각적인 위화감이 생기기 때문이다. 또, 특정 관찰 대상물(C3)과 특정 관찰 대상물(C4)의 3차원 입체상을 비교하는 경우에도, 동일한 가공 간격으로 함으로써, Z방향을 동일한 분해능으로 비교할 수 있다.
이와 같이 하여, 특정 관찰 대상물(C3)과 특정 관찰 대상물(C4)의 화상과, 가공 간격의 정보를 보존함으로써 이들 정보로부터, 특정 관찰 대상물(C3)과 특정 관찰 대상물(C4)의 3차원 입체상을 구축할 수 있다.
(단면 가공 관찰 방법: 제3 실시형태)
상술한 제1 실시형태에서는, 특정 관찰 대상물(주목 부분)이 1개의 곡선을 따라서 존재하는 예에 대해서 설명했는데, 본 발명은, 특정 관찰 대상물이 복수로 분기되어 있는 경우에도 적용할 수 있다. 또, 복수의 특정 관찰 대상물이 합체되는 경우에도 적용할 수 있다.
도 9는, 대상이 되는 시료를 미리 광학 현미경으로 관찰하여 얻어진, XY면의 단면(Z방향 시점)과 XZ면(Y방향 시점)의 투영도(모식도)이다. 또한, 도 9에 있어서, 도 3과 동일한 부호는 동일한 구성이며, 중복되는 설명은 생략한다.
특정 관찰 대상물(C5)은 Y자와 같이 도중에 분기된 형상이며, 각각의 가지부의 굵기가 일정하지 않은 것이, 미리 광학 현미경에 의한 관찰로 파악되고 있다. 여기서, 가지부를 도 9와 같이 각각 C5a, C5b, C5c라 한다.
우선, 시료 S의 표면(Z좌표 Z0)으로부터 집속 이온 빔(21)에 의해서 단면을 제작하기 시작해, Z좌표 Z5a1에서 특정 관찰 대상물(C5)의 가지부(C5a)가 출현한다. 미리 정한 집속 이온 빔(21)의 가공 간격과 SEM 관찰 영역에 의해서, 가공과 관찰을 계속한다. 시료 S의 가공 단면이 Z좌표 Z5b1에 이르렀을 때, 특정 관찰 대상물(C5)의 가지부(C5b)가 출현한다.
이때, 가공 단면에는, 가지부(C5a)와 가지부(C5b)가 공존하고 있다. 가지부(C5a)와 가지부(C5b)가 합체되는 Z좌표 Z5c1까지는, 가지부(C5a)와 가지부(C5b)가 동일한 단면에 공존하는 경우, 각각의 특정 관찰 대상물의 크기에 맞추어 미리 정한 관찰 영역(특정 부위)에 따라서, SEM 화상을 취득한다. 집속 이온 빔(21)의 가공 간격은, 최초에 출현한 특정 관찰 대상물의 크기에 따라, 특정 관찰 대상물이 소멸할 때까지 유지하는 것이 바람직하다.
또, SEM에 의한 관찰 영역은, 특정 관찰 대상물의 단면적에 따라 적절히 변경해도 무방하다. 도 9의 경우, Z좌표 Z5C1에서부터 Z좌표 Z52의 사이는 가지부(C5c)의 단면적은 서서히 작아지는데, 가지부(C5c)의 단면적에 따라서, 미리 정한 기준에 맞추어 관찰 영역을 그때마다, 변경해도 된다. 이에 의해서, 특정 관찰 대상물이 존재하지 않는 영역의 화상 데이터량을 삭감할 수 있다. 또, 본 실시형태의 단면 가공 관찰 방법에 의하면, 특정 관찰 대상물의 형상이 부정형이어도, 시료 내의 특정 관찰 대상물을 고분해능으로 3차원 입체 표시할 수 있고, 또한, 기록되는 화상 데이터 용량을 삭감할 수 있다. 또, 가공 조건, 관찰 조건이 상이한 복수의 특정 관찰 대상물이 합체되는 경우에는, 가공 간격이 빽빽한 쪽, 분해능이 높은 쪽에 각각 맞춘다. 이에 의해 복수의 대상물이 합체되는 경우에도, 자동적으로 원하는 조건의 관찰 정보를 취득할 수 있다.
(단면 가공 관찰 방법: 제4 실시형태)
도 10에 나타낸 단면 가공 관찰 장치를 이용한 본 발명의 단면 가공 관찰 방법의 제4 실시형태를 도 10~도 14을 참조하면서 설명한다.
도 11, 도 12, 도 13, 도 14는 본 발명의 단면 가공 관찰 방법의 제4 실시형태에 있어서의 관찰 수순을 단계적으로 나타낸 설명도이다.
우선, X선 CT 장치에 있어서, 시료(S)의 X선 CT 화상을 얻는다.
그리고, 도 11에 나타낸 바와 같이, 이 시료(S)의 X선 CT 화상을 관찰하여, 시료(S) 내에 포함되는 특정 관찰 대상물(주목 부분)(C11)을 포함하는 시료(S) 내의 소영역인 특정 부위(관심 영역)(Q)을 결정하고, 그 3차원 위치 좌표(XYZ 좌표) 정보를 취득한다(위치 정보 취득 공정).
다음에, 특정 부위(Q)의 3차원 위치 좌표 정보에 의거해, 특정 관찰 대상물(C11)이 존재하는 특정 부위(Q)를 향해, 집속 이온빔 경통(11)으로부터 집속 이온빔(21)을 조사하여, 시료(S)의 특정 부위(Q)의 단면 형성 가공을 행한다(단면 가공 공정). 이러한 집속 이온빔(21)에 의한 시료(S)의 단면 형성 가공에 대한 상세한 사항은 제1 실시형태와 동일하다.
그리고 소정 간격마다 가공한 시료(S)의 단면 중, 특정 관찰 대상물(C11)을 포함하는 특정 부위(Q)를 향해 전자빔(EB) 경통(12)으로부터 전자빔(EB)(22)을 조사하여, 시료(S)의 특정 부위(Q)로부터 발생한 특성 X선을 EDS 검출기(51)에서 검출한다. 그리고, 도 12에 나타낸 바와 같이, 시료(S)의 각 단면마다 단면 조성상을 구축한다. 이때, 특정 부위(Q)의 어떤 단면 전체의 조성상과, 특정 관찰 대상물(C11)을 포함하는 소영역의 고분해능의 조성상을 취득할 수 있다.
예를 들면, 도 12의 예에서는 특정 부위(Q)에 3개의 단면(F1, F2, F3)을 미리 설정하여, 이 각각의 단면을 집속 이온빔(21)에 의해 가공한다. 그리고 단면(F1, F2, F3)의 각각에 있어서, 단면 전체의 조성상(K1a, K2a, K3a)과, 특정 관찰 대상물(C11)을 포함하는 소영역의 고분해능 단면 조성상(K1b, K2b, K3b)을 취득한다. 도 12의 예에서는, 직사각형으로 설정된 특정 부위(Q)의 단면(F1, F2, F3)에 있어서, 단면 전체의 조성상(K1a, K2a, K3a)에는, 성분(G1, G2, G3) 중에 특정 관찰 대상물(주목 부분)(C11)이 있다. 그리고, 고분해능 단면 조성상(K1b, K2b, K3b)에 의하면, 특정 관찰 대상물(C11)은 성분(G4, G5, G6)으로 구성되어 있다.
또한, 이러한 특정 부위(Q)의 각 가공 단면에 있어서는, 단면 전체의 단면 조성상만을 취득해도 되고, 또, 2개 이상의 특정 관찰 대상물이 있는 경우에는, 2개소 이상의 고분해능 단면 조성상을 취득할 수도 있다. 또, 특정 부위(Q)의 모든 가공 단면에서 단면 조성상을 취득해도, 혹은 특정 단면만 선택적으로 단면 조성상을 취득해도 된다.
이상과 같은 공정에 의해, 예를 들어, 도 13에 나타낸 바와 같이, 특정 부위(Q)의 3개의 단면(F1, F2, F3)에 있어서, 단면 전체의 조성상(K1a, K2a, K3a)과, 특정 관찰 대상물(C11)을 포함하는 소영역의 고분해능 단면 조성상(K1b, K2b, K3b)이 얻어진다.
다음에, 시료(S)의 단면 위치 정보와, 각각의 단면(F1, F2, F3)에서의 조성상(K1a, K2a, K3a)과, 고분해능 단면 조성상(K1b, K2b, K3b)을 이용하여, 도 14에 나타낸 바와 같은 특정 관찰 대상물을 포함하는 특정 부위(Q)의 3차원 입체 조성상(R)을 구축한다(입체상 생성 공정). 여기서는, 예를 들어, 컴퓨터(제어부(26))를 이용하여, 화상 처리 프로그램에 의해서 특정 관찰 대상물을 포함하는 특정 부위(Q)의 3차원 입체 조성상을 생성(구축)한다.
입체상 생성 공정에 의해서 얻어진 3차원 입체 조성상(R)은, 특정 부위(Q) 전체 성분을 나타내는 입체 조성상과, 특정 관찰 대상물을 고분해능으로 분석한 고분해능 입체 조성상을 합성한 것으로 이루어진다.
이상과 같이 각각의 가공 단면에 있어서 특성 X선을 EDS 검출기(51)로 검출함으로써 단면 조성상을 취득함으로써, 특정 관찰 대상물을 포함하는 특정 부위(Q)의 3차원 입체 조성상(R)을 얻을 수 있다.
본 발명의 몇 가지 실시형태를 설명했는데, 이들 실시형태는, 예로서 제시한 것이며, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하고 있지 않다. 이들 실시형태는, 그 밖의 다양한 형태로 실시되는 것이 가능하며, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 다양한 생략, 치환, 변경을 행할 수 있다. 이들 실시형태나 그 변형은, 발명의 범위나 요지에 포함되면 마찬가지로, 특허 청구범위에 기재된 발명과 그 균등한 범위에 포함되는 것이다.
10: 단면 가공 관찰 장치
11: 집속 이온빔(FIB) 경통
12: 전자빔(EB) 경통
13: 광학 현미경통(광학 현미경)
26: 제어부
51: EDS 검출기

Claims (6)

  1. 관찰 대상의 시료 전체를 광학 현미경으로 관찰하거나, 또는 상기 시료의 X선 CT 화상을 관찰하여, 상기 시료에 포함되는 특정 관찰 대상물의 상기 시료 내에 있어서의 대략의 3차원 위치 좌표 정보를 취득하는 위치 정보 취득 공정과,
    상기 3차원 위치 좌표 정보에 의거해, 상기 시료 중 상기 특정 관찰 대상물이 존재하는 특정 부위를 향해 집속 이온빔을 조사하여, 상기 특정 부위의 단면을 노출시키는 단면 가공 공정과,
    상기 단면에 전자빔을 조사하여, 상기 특정 관찰 대상물을 포함하는 소정의 크기의 영역의 화상을 취득하는 단면상 취득 공정과,
    상기 단면 가공 공정 및 상기 단면상 취득 공정을 소정 간격으로 소정 방향을 따라서 복수회 반복하여 행하고, 취득한 복수의 상기 단면상으로부터 상기 특정 관찰 대상물을 포함하는 3차원 입체상을 구축하는 입체상 생성 공정을 갖고,
    상기 특정 관찰 대상물이 상기 시료 내에 존재하는 소정의 영역을 상기 집속 이온빔에 의해 가공할 때의 상기 입체상 생성 공정에서의 가공 간격은, 상기 소정의 영역을 제외한 가공 영역을 상기 집속 이온빔에 의해 가공할 때의 상기 입체상 생성 공정에서의 가공 간격보다 좁은 것을 특징으로 하는 단면 가공 관찰 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 특정 관찰 대상물은 복수 종류 설정되고, 각각의 특정 관찰 대상물마다 상기 단면 가공 공정을 행하는 것을 특징으로 하는 단면 가공 관찰 방법.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 광학 현미경으로서, 공초점 실체 현미경을 이용하는 것을 특징으로 하는 단면 가공 관찰 방법.
  4. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 단면상 취득 공정에 있어서, 상기 단면의 에너지 분산형 X선 검출에 의해 상기 특정 관찰 대상물을 포함하는 상기 특정 부위의 단면 조성상을 추가로 취득하고,
    상기 입체상 생성 공정에 있어서, 취득한 복수의 상기 단면 조성상으로부터 상기 특정 관찰 대상물을 포함하는 3차원 입체 조성상을 구축하는 것을 특징으로 하는 단면 가공 관찰 방법.
  5. 특정 관찰 대상물을 포함하는 시료를 올려놓는 시료대와,
    상기 시료에 집속 이온빔을 조사하는 집속 이온빔 경통과,
    상기 시료에 전자빔을 조사하는 전자빔 경통과,
    상기 시료를 광학적으로 관찰하는 광학 현미경통과,
    상기 시료로부터 발생하는 이차 전자를 검출하는 이차 전자 검출기 또는 반사 전자를 검출하는 반사 전자 검출기와,
    상기 광학 현미경통에 의해서 상기 시료 내에 있어서의 상기 특정 관찰 대상물의 존재 위치를 특정하고, 상기 집속 이온빔 경통에 의해서 상기 시료에 상기 집속 이온빔을 조사하여 단면을 가공하는 공정 및 상기 전자빔 경통에 의해서 상기 가공에 의해 노출된 상기 단면에 상기 전자빔을 조사하여 상기 특정 관찰 대상물을 포함하는 단면상을 취득하는 공정을 소정 간격으로 소정 방향을 따라서 복수회 행하도록 함으로써, 상기 특정 관찰 대상물을 포함하는 특정 부위의 3차원 입체상을 구축하는 제어부를 구비하고,
    상기 제어부는, 상기 특정 관찰 대상물이 상기 시료 내에 존재하는 소정의 영역을 상기 집속 이온빔에 의해 가공할 때의 가공 간격을, 상기 소정의 영역을 제외한 가공 영역을 상기 집속 이온빔에 의해 가공할 때의 가공 간격보다 좁도록 하여 상기 특정 부위의 3차원 입체상을 구축하는 것을 특징으로 하는 단면 가공 관찰 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 시료로부터 발생하는 특성 X선을 검출하는 EDS 검출기를 구비하고, 상기 제어부는, 상기 특정 부위의 3차원 입체 조성상을 구축하는 것을 특징으로 하는 단면 가공 관찰 장치.

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