KR20170038666A - 시료 위치 맞춤 방법 및 하전 입자 빔 장치 - Google Patents

시료 위치 맞춤 방법 및 하전 입자 빔 장치 Download PDF

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Abstract

시료 위치 맞춤 방법에 있어서, 시료의 관찰 대상 부위를 제1의 하전 입자 빔에 의한 관찰 시야 내에 용이하고 또한 신속하게 위치 맞춤할 수 있다.
시료 스테이지(15)에 배치된 시료(14)의 관찰 대상 부위를 관찰 시야 내에 위치 맞춤하는 시료 위치 맞춤 방법으로서, 시료(14)를 포함하는 화상을 표시 화면에 표시하는 것과, 표시 화면의 화상에 의거하여 주목점을 지정하는 것과, 광학축(Ob) 상의 축상 목표점을 통과해서 광학축(Ob)과 직교하는 축상점 탐색면에 주목점이 위치하도록, 시료 스테이지의 광학축(Ob) 방향의 위치를 맞추는 것과, 주목점과 축상 목표점의 위치 어긋남의 검지와, 축상점 탐색면 내 이동을 행하여, 주목점을 축상 목표점으로 이동하는 것과, 주목점이 축상 목표점으로 이동한 후에, 하전 입자 빔 광학계의 초점 심도 내로 주목점을 이동하는 것을 포함한다.

Description

시료 위치 맞춤 방법 및 하전 입자 빔 장치{SAMPLE POSITIONING METHOD AND CHARGED PARTICLE BEAM APPARATUS}
본 발명은, 시료 위치 맞춤 방법 및 하전 입자 빔 장치에 관한 것이다.
하전 입자 빔이란, 이온 빔 및 전자 빔의 총칭이다. 집속시킨 하전 입자 빔을 이용하여 가공, 관찰, 및 분석 중 적어도 어느 하나(이하, 관찰 등이라고 한다)를 행할 수 있는 장치를 하전 입자 빔 장치라고 칭한다. 이 하전 입자 빔 장치는, 이온 빔을 형성하는 이온 빔 경통 및 전자 빔을 형성하는 전자 빔 경통 중 적어도 어느 하나가 탑재된다. 하전 입자 빔 장치는, 복수의 경통이 탑재된 복합 장치도 포함한다.
하전 입자 빔 장치에서는, 시료를 하전 입자 빔에 의해서 관찰 등을 하기 전에, 시료에 있어서의 관찰 등의 대상 부위(이하, 간단히, 관찰 대상 부위라고 한다)를, 하전 입자 빔에 의한 관찰 시야 범위에 배치할 필요가 있다.
예를 들면, 특허 문헌 1에는, 시료의 관찰해야 할 영역을 탐색하기 위하여 광학 현미경을 구비한 주사형 전자 현미경(SEM)이 기재되어 있다.
특허 문헌 2에는, 시험실(시료실) 내에 있는 시료에 레이저 빔을 조사하여, CCD 카메라로 촬상하고, 촬상된 시험실 내의 화상을 입자 광학 빔 축선의 위치를 나타내는 표식과 더불어 디스플레이에 표시하는 입자 광학식 주사 현미경(하전 입자 빔 장치)이 기재되어 있다. 이 입자 광학식 주사 현미경에서는, 조작자가 디스플레이에 있어서의 표식 및 시료의 화상을 보고, 시료의 위치 맞춤을 행한다.
일본 특허공개 평 4-308639호 공보 일본 특허공표 2009-525571호 공보
그러나, 종래의 시료 위치 맞춤 방법 및 하전 입자 빔 장치에는, 이하와 같은 문제가 있다.
하전 입자 빔 장치에 의해서 관찰 등을 하는 시료의 관찰 대상 부위는, 극히 미소하고, 시료 내에 분산하고 있다. 따라서, 1시료 내의 모든 관찰 대상 부위가, 하전 입자 빔에 의한 관찰 시야 범위 내에 존재한다고는 할 수 없다.
하전 입자 빔 조사에 의한 시야 범위는, 예를 들면, 고배율에서는 1㎛×1㎛ 정도, 저배율에서는 1㎜×1㎜ 정도이다. 하전 입자 빔의 초점 심도는, 기껏해야 1㎜ 정도이다.
이에 대하여, 종래 시료의 위치 맞춤에 이용되는 광학 현미경, CCD 카메라 등의 화상 취득 수단은, 예를 들면, 100㎜×100㎜ 정도의 시야 범위를 갖는다.
이와 같이 넓은 시야 범위에서 확인된 시료의 관찰 대상 부위를 하전 입자 빔이 좁은 시야 내에 유도하는 것은 용이하지 않고, 시행 착오가 수반되는 결과, 위치 맞춤에 시간이 걸린다는 문제가 있다.
특허 문헌 1에 기재된 장치와 같이, 입자 광학 빔 축선의 위치를 나타내는 표식이 표시되어 있어도, CCD 카메라의 화상은, 입자 광학 빔 축선에 교차하는 비스듬한 방향으로부터 촬상된 초점 심도가 깊은 2차원 화상이다. 이 때문에, 표시 화면 내에서 관찰 대상 부위가 이동해도 원근감이 얻어지기 어렵기 때문에, 실제의 이동 방향과의 대응을 파악하기 어렵다. 따라서, 입자 광학 빔 축선의 위치가 표시된 정도에서는, 아직 조작자의 경험에 의지하는 바가 커, 용이하고 또한 신속하게 위치 맞춤할 수 있는 정도는 아니다.
특히, 하전 입자 빔 경통이 2개 이상 탑재된 하전 입자 빔 장치의 경우, 시료의 관찰 대상 부위를 각 하전 입자 빔의 초점 위치가 일치하는 점(코인시던트(coincident) 포인트)으로 이동하지 않으면 안되기 때문에, 더욱 위치 맞춤이 어려워진다.
본 발명은, 상기와 같은 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 시료실 내에 있어서의 시료의 관찰 대상 부위를, 제1의 하전 입자 빔에 의한 관찰 시야 내에 용이하고 또한 신속하게 위치 맞춤할 수 있는 시료 위치 맞춤 방법 및 하전 입자 빔 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기의 과제를 해결하기 위해서, 본 발명의 제1의 양태의 시료 위치 맞춤 방법은, 하전 입자 빔 장치의 시료실에 내장되는 시료 스테이지에 배치된 시료의 관찰 대상 부위를, 제1의 하전 입자 빔 경통에 설치된 하전 입자 빔 광학계로부터 조사되는 제1의 하전 입자 빔에 의한 관찰 시야 내에 들어가도록 위치 맞춤하는 시료 위치 맞춤 방법으로서, 상기 시료 스테이지 상의 상기 시료를 포함하는 상기 시료실 내의 화상을 표시부의 표시 화면에 표시하는 것과, 상기 표시 화면의 화상에 의거하여 상기 관찰 대상 부위 상의 주목점을 지정하는 것과, 상기 제1의 하전 입자 빔 경통에 있어서의 제1의 광학축 상의 축상 목표점을 통과해서 상기 제1의 광학축과 직교하는 축상점 탐색면에 상기 주목점이 위치하도록, 상기 시료 스테이지의 상기 제1의 광학축을 따르는 방향의 위치를 맞추는 것과, 상기 축상점 탐색면에 상기 주목점의 위치를 맞춘 후에, 상기 표시 화면에 있어서의 상기 주목점과 상기 축상 목표점의 위치 어긋남의 검지와, 상기 시료 스테이지를 상기 제1의 광학축에 직교하는 방향으로만 이동하는 축상점 탐색면 내 이동을 행하여, 상기 주목점을 상기 축상 목표점으로 이동하는 것과, 상기 주목점이 상기 축상 목표점으로 이동한 후에, 상기 시료 스테이지를 상기 제1의 광학축을 따르는 방향으로 이동하고, 상기 하전 입자 빔 광학계의 초점 심도 내에 상기 주목점을 이동하는 것을 포함한다.
상기 시료 위치 맞춤 방법에 있어서는, 상기 주목점의 이동을 지원하기 위해, 적어도 상기 주목점을 상기 축상 목표점으로 이동할 때, 상기 표시 화면 상에, 상기 축상 목표점의 위치와 상기 제1의 광학축의 위치를 나타내는 보조 마크를 표시하는 것을 더 포함해도 된다.
본 발명의 제2의 양태의 하전 입자 빔 장치는, 하전 입자 빔 광학계를 갖고, 상기 하전 입자 빔 광학계에 의해서 제1의 하전 입자 빔을 조사하는 제1의 하전 입자 빔 경통과, 시료를 재치하고, 적어도 상기 제1의 하전 입자 빔 경통에 있어서의 제1의 광학 축을 따르는 방향과, 상기 제1의 광학축에 직교하는 방향으로 이동하는 시료 스테이지와, 상기 시료 스테이지를 내장하는 시료실과, 상기 시료 스테이지 상의 상기 시료를 포함하는 상기 시료실 내의 화상을 취득하는 챔버 스코프와, 상기 챔버 스코프가 취득하는 화상을 표시 화면에 표시하는 표시부와, 상기 표시 화면에 표시된 상기 화상 상에서, 주목점을 지정하는 입력을 접수, 상기 시료 스테이지의 이동에 수반하는 상기 주목점의 상기 표시 화면 상에 있어서의 위치의 정보를 취득하는 주목점 지정 제어부와, 상기 제1의 하전 입자 빔 경통에 있어서의 제1의 광학축 상의 축상 목표점을 통과해서 상기 제1의 광학축과 직교하는 축상점 탐색면에, 상기 주목점이 위치하도록 상기 시료 스테이지의 상기 제1의 광학축을 따르는 방향의 위치를 맞추는 스테이지 위치 맞춤 제어와, 상기 시료 스테이지를 상기 제 1의 광학축에 직교하는 방향으로만 이동하는 축상점 탐색면 내 이동 제어와, 상기 시료 스테이지를 상기 제1의 광학축을 따르는 방향으로 이동하고, 상기 주목점을 상기 하전 입자 빔 광학계의 초점 심도 내로 이동하는 축상 이동 제어를 행하는 시료 스테이지 이동 제어부와, 상기 축상 목표점의 위치를 나타내는 보조 마크와 상기 제1의 광학축의 위치를 나타내는 보조 마크를 상기 표시 화면 상에 표시하는 보조 마크 표시 제어부와, 상기 시료 스테이지 이동 제어부에 대한 동작 지령을 입력하는 스테이지 조작부를 구비한다.
본 발명의 제3의 양태의 하전 입자 빔 장치는, 하전 입자 빔 광학계를 갖고, 상기 하전 입자 빔 광학계에 의해서 제1의 하전 입자 빔을 조사하는 제1의 하전 입자 빔 경통과, 시료를 재치하고, 적어도 상기 제1의 하전 입자 빔 경통에 있어서의 제1의 광학축을 따르는 방향과, 상기 제1의 광학축에 직교하는 방향으로 이동하는 시료 스테이지와, 상기 시료 스테이지를 내장하는 시료실과, 상기 시료 스테이지 상의 상기 시료를 포함하는 상기 시료실 내의 화상을 취득하는 챔버 스코프와, 상기 챔버 스코프가 취득하는 화상을 표시 화면에 표시하는 표시부와, 상기 표시 화면에 표시된 상기 화상 상에서, 주목점을 지정하는 입력을 접수하여, 상기 시료 스테이지의 이동에 수반하는 상기 주목점의 상기 표시 화면 상에 있어서의 위치의 정보를 취득하는 주목점 지정 제어부와, 상기 제1의 하전 입자 빔 경통에 있어서의 제1의 광학축 상의 축상 목표점을 통과해서 상기 제1의 광학축과 직교하는 축상점 탐색면에, 상기 주목점이 위치하도록 상기 시료 스테이지의 상기 제1의 광학축을 따르는 방향의 위치를 맞추는 스테이지 위치 맞춤 제어와, 상기 시료 스테이지를 상기 제1의 광학축에 직교하는 방향으로만 이동하는 축상점 탐색면 내 이동 제어와, 상기 시료 스테이지를 상기 제1의 광학축을 따르는 방향으로 이동하여, 상기 주목점을 상기 하전 입자 빔 광학계의 초점 심도 내로 이동하는 축상 이동 제어를 행하는 시료 스테이지 이동 제어부와, 상기 시료 스테이지 이동 제어부로 하여금 상기 스테이지 위치 맞춤 제어를 행하게 한 후, 상기 표시 화면에 있어서의 상기 주목점과 상기 축상 목표점의 위치 어긋남에 의거하여, 상기 시료 스테이지 이동 제어부로 하여금 상기 축상점 탐색면 내 이동 제어를 행하게 함으로써 상기 주목점을 상기 축상 목표점으로 이동하고, 상기 주목점이 상기 축상 목표점으로 이동한 후, 상기 시료 스테이지 이동 제어부로 하여금 상기 축상 이동 제어를 행하게 하는 위치 맞춤 제어부를 구비한다.
상기 제2 또는 제3의 양태의 하전 입자 빔 장치에 있어서는, 상기 제1의 하전 입자 빔 경통에 있어서의 제1의 광학축과 교차함과 더불어 상기 챔버 스코프의 촬상 방향과 교차하는 방향으로 연장되는 제2의 광학축을 따라서 제2의 하전 입자 빔을 조사하는 제2의 하전 입자 빔 경통과, 상기 시료에 상기 제2의 하전 입자 빔을 조사함으로써, 상기 시료의 화상을 취득하는 화상 취득부를 더 구비하고, 상기 시료 스테이지 이동 제어부는, 상기 축상 이동 제어를 행하는 동안에, 상기 제2의 하전 입자 빔 경통의 시야 내에 있어서의 상기 주목점의 위치 조정을 행하는 시야내 이동 제어를 행할 수 있어도 된다.
본 발명의 시료 위치 맞춤 방법 및 하전 입자 빔 장치에 의하면, 시료실 내에 있어서의 시료의 관찰 대상 부위를, 제1의 하전 입자 빔에 의한 관찰 시야 내에 용이하고 또한 신속하게 위치 맞춤할 수 있다고 하는 효과를 발휘한다.
도 1은 본 발명의 제1의 실시 형태의 하전 입자 빔 장치의 구성의 일 예를 나타내는 모식적인 시스템 구성도이다.
도 2는 본 발명의 제1의 실시 형태의 하전 입자 빔 장치에 있어서의 좌표계를 설명하는 모식도이다.
도 3은 CS 화상이 표시된 표시부의 표시 화면의 일 예를 나타내는 모식도이다.
도 4는 시료실 내의 XYZ 좌표계와, 표시 화면 상에 투영되는 XYZ 좌표계의 대응 관계를 설명하는 모식도이다.
도 5는 본 발명의 제1의 실시 형태의 시료 위치 맞춤 방법의 동작 플로우를 나타내는 플로우챠트이다.
도 6은 도 5에 있어서의 단계 S1, S2가 행해진 표시 화면을 나타내는 모식도이다.
도 7은 도 6에 있어서의 주목점의 위치와 XYZ 좌표계의 관계를 나타내는 모식도이다.
도 8은 도 5에 있어서의 단계 S3가 행해진 표시 화면을 나타내는 모식도이다.
도 9는 도 8에 있어서의 주목점의 위치와 XYZ 좌표계의 관계를 나타내는 모식도이다.
도 10은 도 5에 있어서의 단계 S4가 행해진 표시 화면을 나타내는 모식도이다.
도 11은 제1의 실시 형태의 시료 위치 맞춤 방법에 이용할 수 있는 보조 마크의 일 예를 나타내는 모식도이다.
도 12는 도 10에 있어서의 주목점의 위치와 XYZ 좌표계의 관계를 나타내는 모식도이다.
도 13은 도 5에 있어서의 단계 S5가 행해진 표시 화면을 나타내는 모식도이다.
도 14는 단계 S5에 있어서의 주목점의 이동 동작의 예를 나타내는 모식도이다.
도 15는 도 13에 있어서의 주목점의 위치와 XYZ 좌표계의 관계를 나타내는 모식도이다.
도 16은 도 5에 있어서의 단계 S6가 행해진 표시 화면을 나타내는 모식도이다.
도 17은 본 발명의 제1의 실시 형태의 시료 위치 맞춤 방법에 있어서, 시료 두께를 고려하지 않고 실시할 수 있는 시료 두께의 범위를 설명하기 위한 모식도이다.
도 18은 본 발명의 제2의 실시 형태의 시료 위치 맞춤 방법의 동작 플로우를 나타내는 플로우차트이다.
도 19는 본 발명의 제2의 실시 형태의 하전 입자 빔 장치의 표시부의 표시 화면의 일 예를 나타내는 모식도이다.
도 20은 본 발명의 제3의 실시 형태의 하전 입자 빔 장치의 구성의 일 예를 나타내는 모식적 시스템 구성도이다.
도 21은 본 발명의 제3의 실시 형태의 하전 입자 빔 장치에 있어서의 좌표계를 설명하는 모식도이다.
도 22는 본 발명의 제3의 실시 형태의 시료 위치 맞춤 방법의 동작 플로우를 나타내는 플로우차트이다.
이하에서는, 본 발명의 실시 형태에 대하여 첨부 도면을 참조하여 설명한다. 모든 도면에 있어서, 실시 형태가 상이한 경우에도, 동일 또는 상당하는 부재에는 동일한 부호를 붙이고, 공통되는 설명은 생략한다.
[제1의 실시 형태］
본 발명의 제1의 실시 형태의 하전 입자 빔 장치에 대하여 설명한다.
도 1은, 본 발명의 제1의 실시 형태의 하전 입자 빔 장치의 구성의 일 예를 나타내는 모식적인 시스템 구성도이다. 도 1은 모식도이기 때문에, 형상이나 치수는 과장되어 있다(이하의 도면도 동일).
도 1에 나타내는 본 실시 형태의 하전 입자 빔 장치(10)는, 시료(14)에, 집속된 제1의 하전 입자 빔(B1)(제1의 하전 입자 빔)을 조사함으로써, 시료(14)의 가공, 관찰, 및 분석 중 적어도 어느 하나를 행한다. 하전 입자 빔 장치(10)는, 예를 들면, 집속 이온 빔 장치, 주사 전자 현미경이어도 된다.
하전 입자 빔 장치(10)가 가공을 행하는 장치인 경우에는, 필요에 따라서, 도시 생략의 에칭 가스 공급부 및 디포지션 가스 공급부의 적어도 어느 하나를 구비해도 된다.
제1의 하전 입자 빔(B1)은, 하전 입자 빔 장치(10)의 용도에 따라서, 이온 빔 및 전자빔 중 어느 하나로 이루어진다.
하전 입자 빔 장치(10)는, 가공, 관찰, 및 분석의 어떠한 동작을 행하는 경우에도, 시료(14)에 있어서의 각 동작의 대상 부위를 제1의 하전 입자 빔(B1)에 의해서 주사 스위프(sweep)할 필요가 있다. 하전 입자 빔 장치(10)에 있어서, 제1의 하전 입자 빔(B1)이 주사 소인하는 영역을, 제1의 하전 입자 빔(B1)의 시야 범위라고 한다.
시료(14)에 대한 하전 입자 빔 장치(10)의 상기 각 동작의 대상 부위를, 이하에서는 가공을 행하는 경우도 포함하여, 관찰 대상 부위라고 한다.
하전 입자 빔 장치(10)는, 하전 입자 빔 경통(11)(제1의 하전 입자 빔 경통), 시료실(13), 시료 스테이지(15), 2차 입자 검출기(16), 챔버 스코프(17), 2차 입자 화상 형성부(19), 스테이지 제어부(20), 챔버 스코프 화상 형성부(21), 입력부(22)(스테이지 조작부), 표시부(23) 및 제어부(18)(주목점 지정 제어부, 시료 스테이지 이동 제어부, 보조 마크 표시 제어부)를 구비한다.
시료실(13)은, 하전 입자 빔 장치(10)에 의해서 가공, 관찰, 및 분석 중 적어도 어느 하나가 행해지는 시료(14)를 내부에 수용한다. 시료실(13)에는, 시료실(13)의 내부의 진공도를 변경, 유지하는 도시 생략의 진공 배기 장치가 접속되어 있다.
시료실(13)에는, 시료(14)를 이동 가능하게 유지하는 시료 스테이지(15)가 내장된다. 시료실(13)에 있어서, 시료 스테이지(15)와 대향하는 위치에는, 시료 스테이지(15)를 향하여 제1의 하전 입자 빔(B1)을 조사하는 하전 입자 빔 경통(11)이 배치된다. 본 실시 형태에서는, 하전 입자 빔 경통(11)은 연직축을 따라서 배치된다.
시료 스테이지(15)는, 상부에 시료(14)를 재치하는 재치면(15a)을 갖는다. 재치면(15a)의 외형은 특별히 한정되지 않지만, 본 실시 형태에서는, 일 예로서 평면에서 봐서 직사각형상이다.
시료 스테이지(15)는, 도시 생략의 XYZ축 스테이지, 틸트 스테이지 및 회전 스테이지의 조합으로 구성되는 5축 이동 기구로 이루어진다.
XYZ축 스테이지는, 재치면(15a)을, 수평면 내의 서로 직교하는 2축인 X축 및 Y축, 연직축에 평행한 Z축의 각 축방향으로 병진 이동한다. 틸트 스테이지는, 재치면(15a)을 상술의 X축 또는 Y축 둘레로 비스듬히 움직인다. 회전 스테이지는, 재치면(15a)을 상술의 Z축 둘레로 회전한다.
시료 스테이지(15)는, 후술하는 스테이지 제어부(20)와 통신 가능하게 접속된다.
스테이지 제어부(20)는, 후술하는 제어부(18)와 통신 가능하게 접속되고, 제어부(18)로부터의 동작 지령에 의거하여, 시료 스테이지(15)의 동작을 제어한다.
하전 입자 빔 경통(11)은, 제1의 하전 입자 빔(B1)을 발생하고, 제1의 하전 입자 빔(B1)을 시료 스테이지(15) 상의 시료(14)를 향해서 조사한다.
하전 입자 빔 경통(11)은, 하전 입자 빔원과, 하전 입자 빔원으로부터 인출된 하전 입자를 집속시키는 렌즈 전극 및 하전 입자를 편향시키는 편향 전극 등을 포함하는 하전 입자 광학계를 구비하고 있다. 그러나, 도 1에서는, 이들의 주지의 내부 구조의 도시는 생략되어 있다.
하전 입자 빔 경통(11)에 있어서, 하전 입자원 및 하전 입자 광학계는, 후술하는 제어부(18)로부터의 제어 신호에 따라서, 집속 하전 입자 빔의 조사 위치 및 조사 조건 등이 제어된다.
하전 입자 빔원은, 예를 들면, 액체 갈륨 등을 이용한 액체 금속 이온원, 플라즈마형 이온원, 가스 전계 전리형 이온원, 전계 방출 전자원 등으로 구성된다.
하전 입자 빔 경통(11)은, 시료 스테이지(15)의 상방에 있어서, 하전 입자 광학계의 광학축 Ob가 연직축과 평행하게 되는 자세로 배치된다.
하전 입자 빔 경통(11)에 있어서의 광학축 Ob는, 시료 스테이지(15)에 있어서의 Z축과 동축이다.
하전 입자 빔 경통(11)에 있어서의 편향 전극은, 광학축 Ob를 중심으로 하여, 서로 직교하고 또한 광학축 Ob와 직교하는 2개의 편향 방향을 따라서, 제1의 하전 입자 빔(B1)을 편향한다. 이 때문에, 하전 입자 빔 경통(11)은, 하전 입자 광학계의 초점면에 있어서 소정의 크기의 직사각형상 영역의 내측에서, 제1의 하전 입자 빔(B1)을 주사 스위프할 수 있다. 제1의 하전 입자 빔(B1)을 주사 스위프 가능한 직사각형상 영역은, 제1의 하전 입자 빔(B1)의 조사에 의한 화상 취득 범위로 되어, 제1의 하전 입자 빔(B1)의 조사에 의한 시야 범위를 구성한다.
하전 입자 빔 경통(11)에 있어서의 시야 범위는, 제어부(18)에 의해서 지정되는 배율에 의해 바뀐다. 하전 입자 빔 경통(11)의 시야 범위의 크기는, 예를 들면, 고배율에서는 1㎛×1㎛ 정도, 저배율에서는 1㎜×1㎜ 정도이다.
챔버 스코프(17)는, 시료실(13) 내의 상황과 시료(14)를 관찰 혹은 감시하기 위한, 적어도 재치면(15a) 상의 시료(14)를 포함하는 시료실(13) 내의 화상을 취득한다.
챔버 스코프(17)는, 예를 들면, 가시광 또는 적외광에 의한 화상을 취득할 수 있는 CCD 카메라, 광학 현미경 등의 구성을 이용할 수 있다.
챔버 스코프(17)로서, 가시광에 의한 CCD 카메라를 이용하는 경우, 가시광의 조명광은, 후술하는 2차 입자 검출기(16)의 검출 동작에 악영향을 초래하기 때문에, 챔버 스코프(17)를 사용할 때는 제1의 하전 입자 빔(B1)에 의한 관찰을 할 수 없다.
이에 대하여, 챔버 스코프(17)로서 적외 파장을 검출하는 적외 파장 CCD 카메라를 이용하면 이와 같은 제약은 없어진다. 또한, 적외 파장 CCD 카메라에서는 암시야에서도 가시화할 수 있기 때문에, 시료실(13) 내를 가시광으로 조명하는 일 없이, 제1의 하전 입자 빔(B1)을 시료(14)에 조사하면서 챔버 스코프(17)에 의해서 관찰 대상 부위의 움직임을 확인할 수 있다.
이 때문에, 후술하는 바와 같이 관찰 대상 부위를, 하전 입자 빔 경통(11)에 있어서의 광학축 Ob 상으로 이동시킨 후는, 즉시, 관찰 대상 부위를 제1의 하전 입자 빔(B1)에 의한 시야 내에서의 위치 조정으로 이행할 수 있다.
챔버 스코프(17)의 시야 범위는, 관찰 혹은 감시의 목적에 따라서 필요한 크기로 설정하면 된다. 시료(14)의 위치 맞춤을 행하기 위한 챔버 스코프(17)의 시야 범위는, 하전 입자 빔 경통(11)에 있어서의 시야 범위 외에 배치된 시료(14)의 전체와, 하전 입자 빔 경통(11)에 있어서의 시야 범위를 포함하는 화상을 취득할 수 있는 크기가 바람직하다. 시료(14)의 위치 맞춤을 행하기 위한 챔버 스코프(17)의 시야 범위는, 챔버 스코프(17)의 설치 위치, 시료와의 거리, 필요한 관찰 배율에도 의하지만, 예를 들면, 100㎜×100㎜ 정도로 해도 된다. 챔버 스코프(17)는, 줌 광학계를 구비함으로써, 시야 범위의 크기를 변경할 수 있도록 해도 된다.
챔버 스코프(17)의 촬상 방향은, 시료 스테이지(15)의 상방으로부터 재치면(15a)을 향하는 비스듬한 방향이다. 챔버 스코프(17)의 촬상 방향과, 하전 입자 빔 경통(11)에 있어서의 광학축 Ob와의 관계에 대하여, 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2는, 본 발명의 제1의 실시 형태의 하전 입자 빔 장치에 있어서의 좌표계를 설명하는 모식도이다.
도 2에 있어서, XYZ 좌표계는, 상술한 시료 스테이지(15)의 병진 이동축인 X축, Y축, Z축에 의해 구성된다. 상술한 바와같이, Z축은 하전 입자 빔 경통(11)에 있어서의 광학축 Ob와 동축이다.
이 XYZ 좌표계의 원점(Z0)은, 시료(14)의 재치시에 재치면(15a)이 이동되는 재치면(15a)의 초기화 상태에 있어서, 재치면(15a)과 광학축 Ob가 교차하는 점이다. 본 실시 형태에서는, 원점(Z0)은, 시료를 시료실(13)에 출입시킬 때의 시료 스테이지(15)의 Z축 방향의 기준 위치이다. 이하에서는, 원점(Z0)을, 기준점(Z0)라고 한다.
챔버 스코프(17)의 촬상 방향 S는, Z축을 Y축 둘레로 각도 φ 회전하고 나서, 원래의 Z축 둘레로 각도 θ 회전하여 얻어지는 축선(이하, 챔버 스코프(CS) 축이라고 한다)을 따라, 기준점(Z0)을 향하는 방향이다. CS축의 정방향은, 기준점(Z0)으로부터 챔버 스코프(17)로 향하는 방향이다. CS축은 챔버 스코프(17)의 촬상 광축이다.
이하에서는, X축 및 Y축을 포함하는 평면을 X－Y 평면, Z축과 CS축을 포함하는 평면을 Z－CS면이라고 한다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 챔버 스코프 화상 형성부(21)는, 챔버 스코프(17) 및 제어부(18)와 통신 가능하게 접속된다.
챔버 스코프 화상 형성부(21)는, 챔버 스코프(17)로부터 출력되는 화상 신호로부터 프레임 화상 데이터를 생성한다. 챔버 스코프 화상 형성부(21)는, 생성한 프레임 화상 데이터를 순차, 제어부(18)에 송출한다.
2차 입자 검출기(16)는, 제1의 하전 입자 빔(B1)이 조사되었을 때에 조사 대상으로부터 방사되는 2차 하전 입자(2차 전자 및 2차 이온)의 강도(즉, 2차 하전 입자의 양)을 검출하고, 2차 하전 입자의 검출량의 정보를 출력한다. 2차 입자 검출기(16)는, 시료실(13)의 내부에 있어서, 조사 대상의 화상을 취득할 수 있는 정도의 2차 하전 입자가 검출 가능한 위치에 배치되어 있다.
2차 입자 검출기(16)는, 후술하는 2차 입자 화상 형성부(19)와 통신 가능하게 접속된다. 2차 입자 검출기(16)는, 검출 출력을 2차 입자 화상 형성부(19)에 송출한다.
2차 입자 화상 형성부(19)는, 2차 입자 검출기(16) 및 후술하는 제어부(18)와 통신 가능하게 접속된다.
2차 입자 화상 형성부(19)는, 2차 입자 검출기(16)로부터 송출되는 2차 하전 입자의 검출량을, 조사 위치에 대응시킨 휘도 신호로 변환한다. 즉, 2차 하전 입자의 검출량의 2차 원위치 분포에 의거하여 조사 대상의 형상을 나타내는 화상 데이터를 생성한다.
2차 입자 화상 형성부(19)는, 생성한 화상 데이터를 제어부(18)에 송출한다.
표시부(23)는, 후술하는 제어부(18)와 통신 가능하게 접속된다. 표시부(23)는, 제어부(18)로부터 송출되는 화상 정보에 의거하는 화상을 표시한다.
후술하는 제어부(18)로부터 송출되는 화상 정보에는, 챔버 스코프 화상 형성부(21)로부터 송출되는 화상 데이터와, 2차 입자 화상 형성부(19)로부터 송출되는 화상 데이터에 의거하는 화상이 포함된다.
표시부(23)가 표시하는 다른 화상의 예로서는, 후술하는 제어부(18)에 의해서 생성되는 다양한 보조 마크의 화상, 주목점을 나타내는 마크의 화상, 조작 입력 화면 및 동작 상태 표시 화면을 들 수 있다.
표시부(23)는, 표시 화면 상에 터치 입력하기 위한 터치 패널을 구비하고 있어도 된다.
입력부(22)는, 조작자가 하전 입자 빔 장치(10)에 대한 조작 입력을 행하는 장치 부분이다. 입력부(22)는, 예를 들면, 마우스 및 키보드 등의 주지의 입력 디바이스를 이용해도 된다. 입력부(22)는, 제어부(18)와 통신 가능하게 접속된다.
입력부(22)는, 표시부(23) 상에 GUI를 포함하는 조작 입력 화면이 표시되는 경우에는, 조작 입력 화면으로부터의 조작 입력도 가능하다.
제어부(18)는, 하전 입자 빔 장치(10)의 각 장치 부분의 동작을 제어한다. 이 때문에, 제어부(18)는, 하전 입자 빔 경통(11), 시료 스테이지(15), 챔버 스코프 화상 형성부(21), 2차 입자 화상 형성부(19), 입력부(22), 및 표시부(23)와 통신 가능하게 접속된다.
제어부(18)는, 입력부(22)를 통하여 입력되는 신호 또는 미리 설정된 자동 운전 제어 처리에 의해서 생성되는 신호 등에 의해서, 하전 입자 빔 장치(10)의 동작을 통합적으로 제어한다.
하전 입자 빔 장치(10)가 도시 생략의 에칭 가스 공급부 및 디포지션 가스 공급부를 포함하는 경우에는, 제어부(18)는, 이들의 장치 부분의 제어도 행한다.
예를 들면, 제어부(18)는, 하전 입자 빔 경통(11)에 의한 제1의 하전 입자 빔(B1)의 주사 스위프에 관한 동작을 제어한다.
예를 들면, 제어부(18)는, 제1의 하전 입자 빔(B1)이 시료(14)에 조사되는 경우에, 2차 입자 화상 형성부(19)에 제어 신호를 송출하고, 2차 입자 검출기(16)의 검출 출력에 의거하는 화상을 취득시킨다. 제어부(18)는, 2차 입자 화상 형성부(19)로부터 화상 데이터가 송출되면, 화상 데이터에 의한 화상을 표시부(23)에 표시시킨다.
예를 들면, 제어부(18)는, 입력부(22)로부터의 조작 입력, 또는 미리 설정된 자동 운전 제어 처리에 의해서 생성되는 신호 등에 의거하여, 시료 스테이지(15)의 동작 지령을 생성하여, 스테이지 제어부(20)에 송출한다.
예를 들면, 제어부(18)는, 챔버 스코프 화상 형성부(21)로부터 송출되는 프레임 화상 데이터를 표시부(23)에 송출하여, 표시부(23)에 표시시킨다. 챔버 스코프 화상 형성부(21)로부터 송출되는 프레임 화상 데이터에 의거하여 표시부(23)에 표시되는 화상을, 이하에서는, CS 화상이라고 한다.
제어부(18)는, CS 화상을 표시부(23)에 표시시킬 때, 입력부(22)로부터의 조작 입력, 또는 미리 설정된 자동 운전 제어 처리에 의해서 생성되는 신호 등에 의거하여, 다양한 보조 마크의 화상, 주목점을 나타내는 마크의 화상을 생성한다.
생성된 각 마크의 화상은, CS 화상에 중첩하여, 표시부(23)에 송출된다.
보조 마크 및 주목점을 나타내는 마크에 관해서는, 후술하는 동작 설명 중에서 설명한다.
예를 들면, 제어부(18)는, 입력부(22)로부터의 조작 입력을 행하기 위하여, 혹은 표시부(23)가 터치 패널을 구비하는 경우에는 터치 조작에 의한 입력을 행하기 위하여, 적절한 GUI를 포함하는 조작 입력 화면을 생성하여, 표시부(23)에 표시시킨다.
제어부(18)가 행하는 상기 이외의 제어에 관해서는, 하전 입자 빔 장치(10)를 이용하여 행해지는 본 실시 형태의 시료 위치 맞춤 방법에 있어서의 동작 설명 중에서 설명한다.
제어부(18)의 장치 구성은, CPU, 메모리, 입출력 인터페이스, 외부 기억 장치 등으로 이루어지는 컴퓨터로 이루어지고, 이에 따라 상기와 같은 기능을 실현하는 제어 신호를 생성하는 제어 프로그램이 실행되도록 되어 있다.
다음에, 하전 입자 빔 장치(10)의 동작에 대하여, 본 실시 형태의 시료 위치 맞춤 방법에 관한 동작을 중심으로 설명한다.
하전 입자 빔 장치(10)를 이용한 본 실시 형태의 시료 위치 맞춤 방법은, 표시부(23)에 CS 화상이 표시된 상태에서, 조작자가 CS 화상을 보면서 시료 스테이지(15)를 이동시킨다. 단, 시료 스테이지(15)의 일부 동작은, 하전 입자 빔 장치(10)에 의해서 자동적으로 실행시킬 수 있다.
하전 입자 빔 장치(10)는, 시료 위치 맞춤 동작에 관한 동작 모드로서, 주요 동작을 조작자의 조작 입력에 의거하여 행하는 「메뉴얼 조작 모드」와, 일부 동작이 자동화된 「위치 맞춤 지원 모드」를 구비한다. 「메뉴얼 조작 모드」와「위치 맞춤 지원 모드」란, 조작자가 행하는 입력부(22)로부터의 조작 입력 등에 의해서 전환된다.
이하에서는, 「위치 맞춤 지원 모드」의 동작을 중심으로 설명한다. 「메뉴얼 조작 모드」의 동작은, 이하에서, 제어부(18)가 행하는 동작을, 적절히, 조작자가 입력부(22)를 통하여 행하는 동작으로서 바꿔 읽으면 된다.
우선, 하전 입자 빔 장치(10)에 있어서의 표시부(23)의 표시 화면에 대하여 설명한다.
도 3은, CS 화상이 표시된 표시부의 표시 화면의 일 예를 나타내는 모식도이다. 도 4는, 시료실 내의 XYZ 좌표계와, 표시 화면 상에 투영되는 XYZ 좌표계의 대응 관계를 설명하는 모식도이다.
도 3에 나타내는 표시 화면(23a)은, 표시부(23)에 있어서, CS 화상이 표시되는 표시 화면이다. 표시 화면(23a)은, 표시부(23)에 있어서의 전체 화면에 표시되어도 되고, 표시부(23)의 화면의 일부에 표시되어도 된다. 표시 화면(23a)이 표시부(23)의 화면의 일부에 표시되는 경우, 표시부(23)의 그 외의 화면에는, 예를 들면, 조작 입력 화면이 표시되어도 된다.
표시 화면(23a)에는, CS 화상의 예로서, 하전 입자 빔 경통(11)의 하단부에 위치하는 대물 렌즈 전극(11a)과, 시료 스테이지(15)의 재치면(15a)과, 재치면(15a) 상에 재치된 시료(14)가 나타나 있다. 단, 도 3에 있어서, XYZ 좌표계와, 각 좌표축을 따라 연장되는 일점 쇄선이란, 설명을 위해 참고로 기재한 도형이며 표시 화면(23a)에 표시되는 화상은 아니다.
도 3에 있어서, 재치면(15a)은, 기준점(Z0)을 통과하는 X－Y 평면상에 위치하고 있다. 시료(14)는, 재치면(15a) 상에 있어서, Y축상의 정방향 가까이에 재치되어 있다.
도 3에 나타내는 점 Zmax는, Z축 상에 있어서 기준점(Z0)보다도 정방향측에 위치한다. 점 Zmax는, Z축 상에 있어서, 재치면(15a)의 Z축 정방향측의 이동 상한 위치가 되는 점이다. 점 Zmax의 위치는, 오조작에 의해서도 재치면(15a)이 대물 렌즈 전극(11a)에 충돌하지 않는 높이로 되어 있지만, 시료(14)의 높이에 따라서는, 재치면(15a) 상의 시료(14)가 대물 렌즈 전극(11a)과 충돌할 가능성이 있다. 점 Zmax를, 이동 상단점 Zmax라고 한다.
도 3에 나타내는 점 Zmin는, Z축상에 있어서 기준점(Z0)보다 부방향측에 위치한다. 점 Zmin은, 본 실시 형태의 시료 위치 맞춤 방법에 있어서, 재치면(15a)의 Z축 부방향측의 이동 하한 위치가 되는 점이다. 즉, 후술하는, 본 실시 형태의 시료 위치 맞춤 방법에 있어서, Z축 상에서는, 점 Zmin보다 하방으로 이동되는 일은 없다. 이 때문에, 이하에서는, 점 Zmin을 이동 하단점 Zmin이라고 한다.
이동 상단점 Zmax, 이동 하단점 Zmin은, Z축 스테이지의 기계적인 이동 한계여도 되고, 제어부(18)의 동작 지령 등으로 규정되는 소프트 설정적인 이동 한계여도 된다.
표시 화면(23a)에 표시되는 CS 화상은, X축, Y축, Z축 전체에 대하여 경사져 있는 CS축의 축방향에 있어서 기준점(Z0)을 본 화상이다. CS 화상은, 재치면(15a)을 비스듬히 상방향으로부터 부감한 화상이다. CS 화상의 표시 화면(23a)에 있어서의 화상 중심은 기준점(Z0)이다.
도 4에는, 표시 화면(23a) 내의 XYZ 좌표계(도시 우측)와, Z－CS면에 투영된 각 좌표축(도시 좌측)과의 대응 관계가 나타나 있다.
CS 화상은, 챔버 스코프(17)의 시야 내의 3차원 화상을, 기준점(Z0)을 통과하여 CS축에 직교하는 평면인 투영면(CSp)(도 4의 도시 좌측 참조)에 투영한 2차원 화상에 상당한다.
예를 들면, CS 화상 상의 이동 상단점 Zmax, 이동 하단점 Zmin은, 도 4의 도시하는 좌측에 나타내는 바와 같이, 3차원 공간에 있어서의 Z축의 점 Z’max, Z’min을 투영면(CSp)에 정사영(正射影)한 점 A, B에 상당한다. 이 때문에, CS 화상상의 선분 Z0Zmax, 선분 Z0Zmin의 길이는, 등배율로 비교하면, 각각이 대응하는 3차원 공간에 있어서의 Z축 상의 선분 Z0Z’max, 선분 Z0Z’min보다도 짧다.
이와 같이, CS 화상 상의 각 부에 있어서의 점간 거리는 3차원 공간의 실제의 점간 거리와 거의 다르기 때문에, CS 화상은, CS축의 경사에 의한 일그러짐을 갖는다. 따라서, 조작자는, CS 화상으로부터 실제의 점간 거리를 직관적으로 파악하는 것이 어렵다.
또한, 시료 스테이지(15)의 X축 방향의 이동과 Y축 방향의 이동은, 표시 화면(23a) 상에서 비스듬한 방향으로 되기 때문에, 조작자는 CS 화상을 본 것 만으로는, 시료 스테이지(15)의 각 축 방향의 이동 성분과 이동 방향의 관계를 파악하기 어렵다.
본 실시 형태의 시료 위치 맞춤 방법은, 상술과 같은 CS 화상의 특성을 전제로 하여, 재치면(15a) 상에 배치된 시료(14)의 관찰 대상 부위를 제1의 하전 입자 빔(B1)에 의한 관찰 시야 내에 들어가도록 시료(14)를 위치 맞춤할 때의 작업성을 향상한다.
하전 입자 빔 장치(10)를 이용한 본 실시 형태의 시료 위치 맞춤 방법에 대하여, 도 5∼도 14를 참조하여 설명한다.
도 5는, 본 발명의 제1의 실시 형태의 시료 위치 맞춤 방법의 동작 플로우를 나타내는 플로우차트이다.
본 실시 형태의 시료 위치 맞춤 방법은, 도 5에 나타내는 단계 S1∼S7를, 도 5에 나타내는 플로우에 따라서 행한다.
우선, 조작자는, 입력부(22)를 통하여 조작 입력을 행함으로써, 그때까지 행해졌던 하전 입자 빔 장치(10)의 동작이 있으면 각각의 동작을 정지한다. 조작자는, 표시부(23)에 CS 화상이 표시되어 있지 않은 경우에는, 표시부(23)의 표시 화면(23a)에 CS 화상을 표시시킨다.
이 후, 조작자는 입력부(22)를 통하여 「위치 맞춤 지원 모드」를 실행하는 조작 입력을 행한다.
이하에서는, 간단히 하기 위하여, 시료(14)의 두께가 충분히 얇고, 관찰 대상 부위가 재치면(15a)과 실질적으로 동일 평면에 위치하는 경우의 예로 설명하고, 시료(14)가 두꺼운 경우의 동작은 후술한다.
우선, 도 5에 있어서의 단계 S1가 행해진다. 단계 S1는, 표시 화면(23a)에 보조 마크를 표시하는 단계이다.
도 6은, 도 5에 있어서의 단계 S1, S2가 행해진 표시 화면을 나타내는 모식도이다.
제어부(18)는, 보조 마크로서, 도 6에 나타내는 바와 같이, 광학축 표시 마크(30), 기준점 표시 마크(31) 및 이동 하단점 표시 마크(32)의 화상을 생성하고, 표시부(23)에 송출한다. 표시부(23)는, 광학축 표시 마크(30), 기준점 표시 마크(31) 및 이동 하단점 표시 마크(32)를 CS 화상에 중첩 표시한다.
이들 보조 마크는 일 예이다. 보조 마크는 위치 맞춤을 지원할 수 있는 적절한 마크를 이용할 수 있다. 보조 마크는, 본 단계 이후에 있어서, 필요에 따라서 추가하여 표시하거나, 본 단계에 있어서의 표시를 비표시로 하거나 해도 된다.
특히, 「메뉴얼 조작 모드」에서, 보조 마크는, 조작자의 조작 입력에 의해서, 필요에 따라서 CS 화상에 중첩 표시할 수 있도록 한다.
광학축 표시 마크(30)는, 하전 입자 빔 경통(11)에 있어서의 광학축 Ob를 표시하는 직선이다. 본 실시 형태에서는, 광학축 표시 마크(30)는, CS 화상에 있어서의 Z축이기도 하다. 광학축 표시 마크(30)는, 도 6에서는 도시되지 않는 이동 상단점 Zmax 및 이동 하단점 Zmin을 통과하는 선분으로서 표시된다.
본 실시 형태의 챔버 스코프(17)의 촬상 방향에서는, 광학축 표시 마크(30)는, 예를 들면, 표시 화면(23a) 상의 중심을 통과하는 수직 축선이어도 된다.
기준점 표시 마크(31)는, 시료를 시료실(13)에 출입시킬 때의 시료 스테이지(15)의 Z축 방향의 기준 위치(기준점(Z0))를 나타내는 보조 마크이다. 기준점 표시 마크(31)의 형상은 한정되지 않지만, 도 6에서는, 화면의 수평 방향으로 가늘고 긴 삼각형으로 이루어지고, 광학축 표시 마크(30)에 접하는 꼭지점이, CS 화상 상의 기준점(Z0)의 위치를 나타내고 있다.
이동 하단점 표시 마크(32)는, 시료 스테이지(15)가 Z축 방향으로 가장 내려갔을 때의 재치면(15a)의 Z축 상의 위치(이동 하단점 Zmin)를 나타내는 마크이다. 이동 하단점 표시 마크(32)는, 기준점 표시 마크(31)와 동일한 가늘고 긴 삼각형으로 이루어진다.
여기서, 본 실시 형태의 시료 위치 맞춤 방법의 주요 원리에 대하여 설명한다.
본 실시 형태의 시료 위치 맞춤 방법에서는, 관찰 대상 부위를 실제의 Z축 상으로 이동하고 나서 시료 스테이지(15)를 Z축 방향으로 상승함으로써, 관찰 대상 부위를 하전 입자 빔의 시야 내에 위치 맞춤한다.
관찰 대상 부위가 실제의 Z축 상에 있으면, 관찰 대상 부위는, Z축에 일치하는 광학축 Ob 상에 위치하기 때문에, 제1의 하전 입자 빔(B1)의 조사에 의한 시야 범위의 중심에 위치하게 된다.
한편, CS 화상에 있어서, Z－CS면 상의 점은, CS 화상 상에서는, 모두 Z축을 표시하는 직선 상에 나타난다. 이 때문에, 표시 화면(23a)을 보고 관찰 대상 부위를 CS 화상 상의 광학축 표시 마크(30)의 연장선 상으로 이동한 것 만으로는, 관찰 대상 부위가 Z축 상에 위치하는 보증은 없다.
여기서 본 실시 형태에서는, 관찰 대상 부위를 Z축에 일치시키기 위한 시료 스테이지(15)를 X축 방향 또는 Y축 방향으로만 이동시켜 Z축에 일치시킨다. X－Y 평면에 평행한 평면은 Z축과 1점밖에 교차하지 않는다. 여기서, X－Y 평면과 Z축이 교차하는 대표점으로서 이동 하단점 Zmin에 주목하고, 이동 하단점 Zmin을 통과하는 X－Y 평면내를 이동하여, CS 화상 상의 이동 하단점 Zmin과 겹치는 시료(14) 상의 점이 발견되면, 실제의 Z축 상에 있는 축상점이다.
본 실시 형태에서는, 관찰 대상 부위를 광학축 Ob 상에 확실하게 이동하기 위해서, 관찰 대상 부위의 이동을 광학축 Ob에 직교하는 1개의 평면(「축상점 탐색면」이라고 한다)에 규제한다. 관찰 대상 부위를 축상점 탐색면 내에서 이동하는 것을 「축상점 탐색면 내 이동」이라고 한다.
축상점 탐색면 내 이동을 행할 때, 표시 화면(23a)에 있어서 관찰 대상 부위가 이동되어야 하는 축상 목표점은, 축상점 탐색면과 광학축 Ob와의 교점이다.
본 실시 형태에 있어서의 축상점 목표점은, X－Y 평면에 평행한 1개의 평면인 축상점 탐색면과, Z축의 교점이다.
축상점 탐색면은, X－Y 평면에 평행한 평면이면, 어느 정도 자유롭게 결정할 수 있다. 단, 시료(14)의 크기에 따라서는, Z축상의 높이가 지나치게 높은 평면이면, 축상점 탐색면 내 이동에 있어서, 시료(14)가 대물 렌즈 전극(11a)과 충돌할 우려도 있다. 이 때문에, 축상점 탐색면은, 가능한한 대물 렌즈 전극(11a)으로부터 떨어진 하방측의 평면인 것이 바람직하다.
본 실시 형태에서는, 이상을 고려하여, 시료 스테이지(15)에 있어서의 재치면(15a)의 이동 하단점 Zmin을 미리 결정해 두고, 축상점 탐색면 내 이동시에는, 재치면(15a)이, 이동 하단점 Zmin을 통과하여 X－Y 평면에 평행한 평면내를 이동하도록 한다. 이 경우, 축상점 탐색면은, 재치면(15a)이 이동하는 평면을, 시료(14)의 두께만큼 Z축 정방향으로 이동한 평면이 된다.
시료(14)의 두께를 충분히 무시할 수 있는 경우에는, 축상점 탐색면은, X－Y 평면에 평행한 평면 중, 이동 하단점 Zmin을 통과하는 평면으로 된다. 따라서, 축상 목표점은, 이동 하단점 Zmin에 위치한다.
본 실시 형태에서는, 디폴트의 축상 목표점으로서, 표시 화면(23a)에 있어서의 이동 하단점 Zmin의 좌표값이 제어부(18)에 기억되어 있다. 본 실시 형태에서는, 시료(14)가 두꺼운 경우에는, 조작자가, 입력부(22)를 통하여 시료(14)의 두께를 제어부(18)에 입력할 수 있다. 이 경우, 제어부(18)는, 이동 하단점 Zmin의 좌표값에, 입력된 두께분을 보정하여, 축상 목표점의 좌표값을 생성한다.
보조 마크의 표시 위치는, 챔버 스코프(17)의 설치 위치, 관찰 각도(촬상 방향 S), 촬상 배율 등에 의존한다. 이 때문에, 보조 마크의 표시 위치는, 하전 입자 빔 장치(10)의 제조시에, 챔버 스코프(17)의 관찰 각도, 시야 범위, 대물 렌즈의 위치, 시료 스테이지(17)의 Z축 이동량 등에 의거하는 표시용 화상을 작성하여, 제어부(18)에 기억시킨다.
상술한 각 보조 마크의 형상은 일 예이다. 예를 들면, 기준점 표시 마크(31), 이동 하단점 표시 마크(32)와 같이, 특정점의 위치를 표시하는 보조 마크를 이용할 수 있는 도형으로서는, 특정점에 일치하는 점 화상, 특정점을 둘러싸는 원, 타원, 직사각형 등의 화상, 꼭지점이 특정점에 일치하는 다각형 화상, 교점이 특정점에 일치하는 십자선 화상 등을 들 수 있다.
본 단계에 있어서 표시해야 할 모든 보조 마크가 표시되면, 단계 S1이 종료한다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 단계 S1의 후, 단계 S2가 행해진다. 단계 S2는, 주목점을 지정하는 단계이다.
조작자는, CS 화상에 표시된 시료(14)를 보고, 관찰 대상 부위의 중심의 점을 주목점 P로 지정한다(도 6 참조). 조작자는, 예를 들면, 입력부(22)를 이용한 마우스 클릭 혹은 커서 이동에 의해서, 표시 화면(23a) 상에서 관찰 대상 부위의 중심의 화상 픽셀을 선택하여 주목점 P를 지정한다. 주목점 P로서 선택된 픽셀의 표시 화면(23a) 상의 좌표값은, 제어부(18)에 의해서 기억된다. 픽셀의 표시 화면(23a) 상의 좌표값은, 픽셀의 어드레스를 이용할 수 있다.
주목점 P의 위치와 XYZ 좌표계의 관계를 도 4와 동일하게 모식화하여 도 7에 나타낸다. 도 7은, 도 6에 있어서의 주목점의 위치와 XYZ 좌표계의 관계를 나타내는 모식도이다.
도 7에 나타내는 바와 같이, 이 경우의 주목점 P는 Z축상에 없다. 이는, 표시 화면(23a)의 CS 화상을 본 것만으로도 용이하게 이해된다.
주목점(P)의 지정 종료 후, 제어부(18)는, 표시 화면(23a) 상에 주목점 표시 마크(도시하지 않음)를 중첩 표시시켜도 된다. 주목점 표시 마크는, 지정된 주목점 P가 인식되기 쉽도록 표시하는 보조 마크이다. 주목점 표시 마크로서는, 상술한 특정점의 위치를 나타내는 화상예와 동일한 화상을 채용할 수 있다.
주목점 표시 마크는, 시료 스테이지(15)의 이동에 수반하는 주목점 P의 이동에 추종하여 표시 화면(23a) 상을 이동하도록 해도 된다. 이 경우, 조작자가, 시료 스테이지(15)의 이동 중에, 주목점 P를 잘못 보거나, 놓치거나 하는 것을 방지할 수 있다.
주목점 표시 마크를 시료 스테이지(15)의 이동에 추종시키기 위해서는, 제어부(18)가, 주목점 P의 3차원 공간에 있어서의 이동 벡터를, 시료 스테이지(15)의 이동량으로부터 구한다. 제어부(18)는, 이 이동 벡터를 투영면(CSp)에 정사영함으로써, 표시 화면(23a) 상의 이동 벡터로 환산한다. 제어부(18)는, 주목점 P의 지정시에 기억된 표시 화면(23a) 상의 좌표값에 이동 벡터를 가산하여 이동 후의 좌표값을 구한다. 제어부(18)는, 이동 후의 좌표값에 의거하는 주목점 표시 마크의 화상을 표시부(23)에 송출한다. 이에 따라서, 표시 화면(23a) 상에 이동 후의 주목점 표시 마크가 표시된다.
주목점 표시 마크는, 입력부(22)를 통한 조작자의 조작 입력에 의해서, 표시 상태와, 비표시 상태가 전환되도록 해도 된다.
주목점 P의 지정이 종료하고, 필요에 따라서 주목점 표시 마크가 표시되면, 단계 S2가 종료한다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 단계 S2의 후, 단계 S3이 행해진다. 단계 S3은, 주목점을 축상점 탐색면으로 이동하는 단계이다.
도 8은, 도 5에 있어서의 단계 S3이 행해진 표시 화면을 나타내는 모식도이다. 도 9는, 도 8에 있어서의 주목점의 위치와 XYZ 좌표계의 관계를 나타내는 모식도이다.
제어부(18)는, 스테이지 제어부(20)에 대하여, 시료 스테이지(15)의 재치면(15a)을 Z축 방향으로만 평행 이동하고, 재치면(15a)이 이동 하단점 Zmin을 통과하는 X－Y 평면에 평행한 평면으로 이동하도록 동작 지령을 송출한다.
도 8에 나타내는 바와 같이, 스테이지 제어부(20)는, 시료 스테이지(15)의 Z축 스테이지를 구동하고, 재치면(15a)을 Z방향 부방향을 향해 이동(하강)한다. 재치면(15a)은, 이동 하단점 Zmin을 통과하는 위치에 위치 맞춤된다(도 8의 실선 참조).
이에 따라, 주목점 P는, 점 P0으로부터 점 P1로 이동한다. 시료(14)의 두께는 무시할 수 있기 때문에, 주목점 P1은, 재치면(15a)으로 이루어지는 축상점 탐색면 상에 위치한다.
이동 하단점 표시 마크(32)는 원래 이동 하단점 Zmin을 가리키고 있지만, 이동 하단점 Zmin에 재치면(15a)이 이동했기 때문에, 재치면(15a)의 표면을 가리키고 있는 것으로도 된다.
또한, 도 8에 있어서, 2점 쇄선으로 기재된 도형과, 시료 스테이지(15)의 이동 방향을 나타내는 화살표(도시 좌측 하부 귀퉁이의 세로 화살표)는, 참조의 편의를 위해서, 기재되어 있고, 실제의 표시 화면(23a)에 표시되는 도형은 아니다(이하의 동일한 모식도에서도 동일).
도 9에 나타내는 바와 같이, 재치면(15a)의 이동에 의해서, 표시 화면(23a) 상에서는, 주목점 P1이, 이동 상단점 Zmax의 횡방향으로 나열되어 있는 것처럼 보인다. 그러나, 도 9의 도시 좌측에 나타내는 바와 같이, 실제로는, 주목점 P는 점 D로부터 점 F를 향해 이동하고 있고, 주목점 P1의 Z축 방향의 위치는, 실질적으로 이동 하단점 Zmin과 동일하다. 주목점 P1의 위치는, 이동 상단점 Zmax의 위치와는 전혀 관계가 없다.
주목점 P가 주목점 P1로 이동하면, 단계 S3이 종료한다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 단계 S3의 후, 단계 S4가 행해진다. 단계 S4는, 주목점을 축상점 탐색면 내에서 이동하여 표시 화면 상에 있어서의 Z축에 겹치는 위치로 이동하는 단계이다. 단계 S4는, 조작자의 조작 입력에 의해서 시료 스테이지(15)를 이동함으로써 행해진다.
도 10은, 도 5에 있어서의 단계 S4가 행해진 표시 화면을 나타내는 모식도이다. 도 11은, 도 10에 있어서의 주목점의 위치와 XYZ 좌표계의 관계를 나타내는 모식도이다.
단계 S4와 후술하는 단계 S5에서는, 조작자에 의한 오조작을 방지하기 위하여, 제어부(18)는, 시료 스테이지(15)를 X축 방향 및 Y축 방향 이외의 방향으로 이동하는 조작 입력을 접수하지 않도록 해도 된다. 이 경우, X축 방향 및 Y축 방향 이외의 방향으로 이동하는 조작 입력이 이루어진 경우, 제어부(18)는, 표시부(23)에 X축 방향 또는 Y축 방향으로 이동하는 조작 입력을 재촉하는 메세지를 표시해도 된다.
우선, 조작자는, X축 방향 또는 Y축 방향으로 재치면(15a)을 이동하고, 주목점 P를 광학축 표시 마크(30) 상에 겹친다.
예를 들면, 도 10에 나타내는 예에서는, 단계 S는, 재치면(15a)을 Y축의 부방향으로 이동하고, 주목점 P를 점 P1의 위치로부터 광학축 표시 마크(30) 상의 주목점 P2로 이동하고 있다.
조작자는 표시 화면(23a)에 표시된 광학축 표시 마크(30)에 대한 현재 위치의 주목점 P의 위치 어긋남을 육안으로 검지함으로써, 이동 방향과 이동량을 결정할 수 있다.
조작자는, X축 방향의 이동과 Y축 방향의 이동을 조합함으로써, 광학축 표시 마크(30) 상의 임의 위치로 이동할 수 있다. 그러나, 본 단계의 조작 공정수를 저감하기 위해서는, X축 방향 또는 Y축 방향 중 어느 하나만에서, 광학축 표시 마크(30) 상으로 이동하는 것이 바람직하다.
서투른 조작자는, 표시 화면(23a) 상의 X축 방향 및 Y축 방향을 잘 모르기 때문에, 광학축 표시 마크(30)의 화상만으로는, 방향감, 거리감을 모를 가능성도 있다.
제어부(18)는, 본 단계에 있어서 X축, Y축의 방향을 나타내는 보조 마크를 표시부(23)에 중첩 표시시켜도 된다.
도 11은, 제1의 실시 형태의 시료 위치 맞춤 방법에 이용할 수 있는 보조 마크의 일 예를 나타내는 모식도이다.
도 11에 나타내는 이동 방향 보조 마크(33X, 33Y)(보조 마크)는, 각각, 축상점 탐색면 상에서, 주목점 P1을 통과하고, X축, Y축에 평행한 직선의 마크이다.
제어부(18)는, 상술한 것처럼 주목점 P가 이동할 때마다, 표시 화면(23a) 상의 이동 위치의 좌표값을 산출한다. 제어부(18)는, 이 좌표값에 의거하여, 이동 방향 보조 마크(33X, 33Y)의 화상을 생성하고, 표시부(23)에 송출함으로써, 이동 방향 보조 마크(33X, 33Y)를 CS 화상에 중첩 표시시킨다.
이동 방향 보조 마크(33X, 33Y)가 표시되면, 이동 방향 보조 마크(33Y)가 이동 하단점 표시 마크(32)의 가까이에서 교차하고 있기 때문에, 조작자는, Y축 방향으로 뒤로 조금 이동하면 되는 것을 즉각 알 수 있다.
이동량은, 이동 방향 보조 마크(33Y) 및 광학축 표시 마크(30)의 교점과, 주목점 P1의 거리이기 때문에, 이동량의 짐작도 하기 쉽다. 이 이동량은, 이동 방향 보조 마크(33X, 33Y)를 생성할 때에, 제어부(18)가 계산하여, 최적의 이동 방향과 이동량을 표시 화면(23a)에 표시시켜도 된다. 이동량이 표시되면, 조작자는 1회의 Y축 방향의 이동에 의해서, 주목점 P1을 광학축 표시 마크(30) 상으로 이동할 수 있기 때문에, 신속한 조작을 행할 수 있다.
보조 마크의 변형예로서는, 이동 방향 보조 마크(33X, 33Y)를 평행으로 복수 표시하여, 격자형상의 보조 마크를 구성해도 된다. 이 경우, 격자 간격을 일정하게 하면, 조작자가 표시 화면(23a)을 보는 것만으로, 위치 어긋남에 대응하는 이동량을 재빠르게 직관적으로 검지할 수 있다.
이러한 격자형상의 보조 마크는, X축 방향 및 Y축 방향의 이동을 조합하는 경우에 유효하다.
주목점 P2의 위치와 XYZ 좌표계의 관계를 도 12에 나타낸다. 도 12는, 도 10에 있어서의 주목점의 위치와 XYZ 좌표계의 관계를 나타내는 모식도이다.
도 12의 도시하는 우측에 나타내는 바와 같이, 주목점 P2는 표시 화면(23a) 상에서는 Z축 상에 위치하는 것처럼 보인다. 그러나, 도시하는 좌측에 나타내는 바와 같이, 주목점 P2에 대응하는 점 G는, 오히려 CS축의 가까이에 이동하고 있고, 실제의 Z축에는, 주목점 P1에 대응하는 점 E로부터 조금 근접해 있는 것에 불과하다.
이와 같이, 주목점 P는, 표시 화면(23a) 상에서 Z축과 겹치는 위치로 이동해도, 축상 목표점으로부터 어긋나 있는 한, 실제의 Z축 상에 위치하는 일은 없다.
주목점 P1이 주목점 P2로 이동하면, 단계 S4가 종료한다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 단계 S4의 후, 단계 S5가 행해진다. 단계 S5는, 주목점을 축상점 탐색면 내에서 이동하여 축상 목표점으로 이동하는 단계이다. 단계 S5는, 단계 S4와 동일하게, 조작자의 조작 입력에 의해서 시료 스테이지(15)를 이동함으로써 행해진다.
도 13은, 도 5에 있어서의 단계 S5가 행해진 표시 화면을 나타내는 모식도이다. 도 14(a), (b)는, 단계 S5에 있어서의 주목점의 이동 동작의 예를 나타내는 모식도이다.
조작자는, X축 방향 및 Y축 방향으로 재치면(15a)을 이동하고, 주목점 P2를 축상 목표점인 이동 하단점 Zmin 상으로 이동한다.
예를 들면, 도 14(a)에 실선으로 나타내는 예에서는, 조작자는, 광학축 표시 마크(30) 상의 주목점 P2를 y축 정방향으로 이동하여 점 P2a로 이동하고, X축 정방향으로 이동하여 광학축 표시 마크(30) 상의 점 P2b로 이동한다. 여기서, 점 P2b가 이동 하단점 Zmin으로부터 떨어져 있기 때문에, 또한, 이동폭을 바꾸어, 점 P2b, P2c, P2d, P2e와 같이, 이동 하단점 Zmin에 근접시킨다. 마지막에 점 P2e로부터 광학축 표시 마크(30) 상으로 이동한 주목점 P3이, 이동 하단점 Zmin에 일치하고 있다.
이와 같이 반복하는 경우에도, 광학축 표시 마크(30)로 돌아오도록 이동을 반복함으로써, 이동 하단점 Zmin로부터 멀어져 버리는 조작 미스를 방지할 수 있다.
동일한 동작은, 도 14(a)에 파선 화살표로 나타내는 바와 같이, X축 정방향으로의 이동을 선행하여 행해도 된다.
본 단계에서는, 상술한 이동 방향 보조 마크(33X, 33Y)로 구성하는 격자형상의 보조 마크를 표시 화면(23a) 상에 중첩 표시해도 된다. 이 경우, 조작자가 이동량의 짐작을 하기 쉬워진다.
이러한 이동을 반복하면, 이동 하단점 Zmin의 근방에서는, 이동량이 지나치게 작아지기 때문에, 주목점 P를 정확하게 이동 하단점 Zmin에 일치시킬 수 없을 가능성이 있다. 그러나, 주목점 P의 이동은, 제1의 하전 입자 빔(B1)의 조사에 의한 시야 범위에 주목점 P를 이동할 수 있으면 되기 때문에, 어느 정도의 이동 오차가 허용된다. 예를 들면, 시야 범위(Sf)가 표시 화면(23a) 상에서, 도 14(a)에 나타내는 범위에 있는 경우에는, 시야 범위(Sf) 내에 주목점 P가 들어가면 이동을 종료해도 된다. 예를 들면, 점 P2d, P2e를 주목점 P3으로 해도 된다.
제어부(18)는, 시야 범위(Sf)를 나타내는 도형을 보조 마크로서 표시 화면(23a) 상에 표시시켜도 된다.
도 14(b)에 나타내는 바와 같이, 주목점 P2로부터 이동 하단점 Zmin까지의 이동은, X축 방향 및 Y축 방향의 이동을 1회씩 행하는 것만으로도 된다. 제어부(18)는, 표시 화면(23a) 상의 주목점 P2의 좌표값과, 이동 하단점 Zmin의 좌표값을 기억하고 있기 때문에, 주목점 P2와 이동 하단점 Zmin의 거리(L)는 이미 알고 있다. 또한, 표시 화면(23a) 상의 X축과 Z축의 교차각(α)과, 표시 화면(23a) 상의 Y축과 Z축의 교차각(β)도 이미 알고 있다.
이 때문에, 제어부(18)는, 이들의 정보로부터, 주목점 P2를 이동해야 할 점 P2f의 표시 화면(23a) 상의 좌표값을 산출할 수 있기 때문에, 이러한 이동을 실현하는 X축 방향 및 Y축 방향의 이동량도 산출할 수 있다. 제어부(18)는, 이들의 이동량을 산출하여, 표시 화면(23a)에 표시해도 된다. 이 경우, 조작자가 용이하고 또한 신속하게 본 단계의 이동을 행할 수 있다.
주목점 P3의 위치와 XYZ 좌표계의 관계를 도 15에 나타낸다. 도 15는, 도 13에 있어서의 주목점의 위치와 XYZ 좌표계의 관계를 나타내는 모식도이다.
도 15의 도시하는 우측에 나타내는 바와 같이, 주목점 P3은 표시 화면(23a) 상에서는 이동 하단점 Zmin에 일치하고 있다. 이 경우, 도시하는 좌측에 나타내는 바와 같이, 주목점 P3에 대응하는 점 H는, 실제의 Z축 상에 존재하는 것을 알 수 있다. 단, 상술한 바와같이, 점 H는, 시야 범위(Sf)의 범위에 위치 맞춤할 수 있으면 된다.
이 때문에, 본 실시 형태의 시료 위치 맞춤 방법에 있어서, 주목점 P와 축상 목표점과의 일치 정도는, 시야 범위에 따른 허용 범위가 존재한다.
따라서, 예를 들면, 시료(14)의 두께가 별로 두껍지 않으면, 상술한 바와같이, 축상 목표점으로서 이동 하단점 Zmin을 이용해도 된다.
주목점 P3이 표시 화면(23a) 상에서 축상 목표점인 이동 하단점 Zmin으로 이동하면, 조작자는, 입력부(22)를 통하여 주목점 P의 축상 목표점으로의 이동이 종료한 것을 제어부(18)에 통지한다. 제어부(18)는, X축 방향 및 Y축 방향 이외의 방향으로의 조작 입력을 접수하지 않는 설정으로 한 경우에는, 이 설정을 해제한다. 이에 따라, 단계 S5가 종료한다.
도 5에 나타내는 바와 같이, 단계 S5의 후, 단계 S6이 행해진다. 단계 S6은 주목점을 축상 목표점으로부터 광학축(Ob)에 따르는 방향으로 이동하여 하전 입자 빔 광학계의 초점 심도 내로 이동하는 단계이다. 여기서, 하전 입자 빔 광학계의 초점 심도는, 제1의 하전 입자 빔(B1)이 집속됨으로써, 시료(14)의 관찰 대상 부위가 양호하게 해상하는 화상이 얻어지는 광학축 상의 범위를 의미한다.
도 16은, 도 5에 있어서의 단계 S6이 행해진 표시 화면을 나타내는 모식도이다.
본 단계에서는, 조작자는, 제1의 하전 입자 빔(B1)의 조사에 의한 시야 범위에 들어가는 것을 확인하면서, 서서히, 시료 스테이지(15)를 Z축 정방향으로 이동한다.
우선, 조작자는, 입력부(22)를 통하여, 제1의 하전 입자 빔(B1)의 조사를 개시하는 조작 입력을 행한다. 이 때, 주목점 P의 위치 맞춤의 오차가 있어도, 주목점 P가 확실히 제1의 하전 입자 빔(B1)의 조사에 의한 시야 범위에 들어가도록, 제1의 하전 입자 빔(B)에 의한 관찰 배율을 최저로 설정한다. 제어부(18)는, 관찰 배율을 최저로 하기 위해, 제1의 하전 입자 빔(B1)의 주사 범위가 최대가 되도록 제어한다.
제어부(18)는, 2차 입자 화상 형성부(19)에 의해서, 제1의 하전 입자 빔(B1)의 조사에 의한 화상 형성을 개시시킨다. 2차 입자 화상 형성부(19)로부터 제어부(18)에 송출되는 화상((하전 입자 빔 화상이라고 한다)은, 제어부(18)에 의해서 표시부(23)로 송출된다. 표시부(23)는, CS 화상에 대신하여, 하전 입자 빔 화상을 표시 화면(23a)에 표시한다. 단, 표시부(23)가 복수의 표시 화면을 갖는 경우에는, 하전 입자 빔 화상은, CS 화상과는 별도의 표시 화면상에 표시되어도 된다.
재치면(15a)의 위치가 하전 입자 빔의 초점 심도 내에 가까워짐에 따라서, 하전 입자 빔 화상이 선명해지고, 하전 입자 빔 화상 상에서, 주목점 P에 상당하는 관찰 대상 부위가 시인 가능해진다.
조작자는, 하전 입자 빔 화상에 의해서, 관찰 대상 부위가 시야 범위에 있는지 여부를 감시하고, 시야 범위 외로 될 것 같은 경우에는, 시료 스테이지(15)를 X축 방향 또는 Y축 방향으로 이동하여 위치의 미(微)조정을 행한다.
조작자는, 관찰 대상 부위를 시야 범위의 거의 중심부에 유지하고, 시료 스테이지(15)의 Z축 방향의 위치를 미조정하여, 관찰 대상 부위의 합초점 위치를 찾는다.
이 때, 제1의 하전 입자 빔(B1)에 의한 관찰 배율을 서서히 높이면서, 시료 스테이지(15)에 있어서의 X축, Y축, Z축에 있어서의 각 축 방향의 위치 조정을 행함으로써, 관찰 대상 부위를 보다 정확하게 제1의 하전 입자 빔(B1)에 의한 관찰 중심에 위치시킬 수 있다.
관찰 대처 부위를 관찰하기 위한 최적의 관찰 배율에 있어서, 합초점에서 확인할 수 있으면, 조작자는, 시료 스테이지(15)의 이동 동작을 정지한다.
이상에서, 단계 S6가 종료하고, 본 실시 형태의 시료 위치 맞춤 방법이 종료한다.
다음으로, 시료(14)의 두께가 충분히 얇다고는(높이가 충분히 낮다) 할 수 없고, 시료 두께를 무시할 수 없는 경우에 대하여 설명한다. 예를 들면, 시료(14)의 두께가 0.5㎜ 이상인 경우는, 시료 두께를 무시하면 위치 맞춤의 오차를 허용할 수 없는 경우가 생길 가능성이 있다.
예를 들면, 제1의 하전 입자 빔(B1)의 조사에 의한 가장 넓은(가장 관찰 배율이 낮은) 시야 관찰 영역을 1㎜ 평방으로 하면, 주목점 P의 허용 위치 편차량은 시야 중심으로부터 편측으로 ±0.5㎜ 이내가 아니면 안된다.
도 17은, 시료 두께를 고려하지 않고 관찰 대상 부위가 시야 범위에 위치 맞춤할 수 있는 허용 시료 두께를 설명하기 위한 설명도이다. 도 17은, Z－CS면에 있어서, 주목점 P가 재치면보다 Δh 높은 위치(M)에 있는 상황을 나타내고 있다. 즉, Δh는 시료 두께에 상당한다. 이 때, 위치(M)의 실제의 XY 좌표는, 위치(M)의 연직하의 재치면에서의 좌표(Z)이지만, CS 화면에서는 위치 M이 CS축을 따라서 연장한 선과 XY 기준면의 교점이 위치 N에 있는 것처럼 보인다. 즉, 실제의 좌표보다 Z－N간의 Δs만큼 어긋나 보인다. 두께를 충분히 무시할 수 있을 정도로 얇은 시료이면, 위치 N이 Z와 일치하지만, 시료가 두꺼워지면 질수록 Δs는 커진다. Δs가 0.5㎜ 이내로 되는 Δh이면, 상술의 방법으로, 주목부를 시야 내에 위치 맞춤할 수 있다.
도 17으로부터, 상기 Δh는, Δs와 하전 입자 빔의 광학축과 챔버 스코프축이 이루는 각도 φ로부터,　Δh＝Δs/tanφ의 관계에 있다.
예를 들면, Δs＝0.5㎜, φ＝55°인 경우, 허용되는 시료 두께 Δh는 0.35㎜로 된다. 즉, 시료 두께가 0.35㎜ 이하이면, 상술의 방법에 의해 주목점 P를 시야 내에 넣을 수 있다.
시료(14)의 두께(h)를 무시할 수 없는 경우, 축상점 탐색면을 주목점 P가 존재하는 시료(14)의 표면이 되도록, 이동 하단점 Zmin으로부터 Z축 정방향으로 h만큼 평행 이동하면 된다. 축상 목표점도 동일하게, 이동 하단점 Zmin으로부터 Z축 정방향으로 h만큼 이동한 점으로 한다.
예를 들면, 조작자가, 위치 맞춤 개시전에, 입력부(22)를 통하여 시료(14)의 두께(h)를 제어부(18)에 입력해 두면, 제어부(18)는 이동 하단점 표시 마크(32)의 표시 위치를 h만큼 보정하여, 표시 화면(23a)에 표시할 수 있다. 이 경우, 그 외의 동작은, 상술에 대신하지 않고 실시할 수 있다.
시료(14)의 두께는, 예를 들면, 광학 현미경 등을 이용하여 미리 측정해 둘 수 있다. 그 때, 시료(14)의 엄밀한 높이를 알아 둘 필요는 없고, 예를 들면, 0.5㎜ 단계 정도의 대체적인 값을 알면 된다.
시료(14)에 요철이 있고, 주목점 P의 높이가 시료(14)의 두께와 상이한 경우에는, 미리 주목점 P의 높이를 측정해 두면 된다.
다만, 시료(14)의 두께 혹은 주목점 P의 높이가 다양한 경우, 위치 맞춤을 행할때 마다, 시료(14)의 두께를 측정하거나, 입력하거나 하면 공정수가 증가해 버린다.
한편, 상술한 것처럼, 주목점 P를 시야 범위에 위치 맞춤하기 위한 축상 목표점의 위치는 어느 정도는 허용폭이 있다.
여기서, 본 실시 형태의 이하와 같은 변형을 실시해도 된다.
시료(14)의 두께(h)는, CS 화상 상에만 걸리는 두께(hcs)는, hcs＝hsinφ가 된다. 여기서, φ는, 도 2에 나타내는 CS축과 Z축이 이루는 각도로, 이미 아는 것이다.
예를 들면, h＝0.5㎜, φ＝55°인 경우, 외관상의 두께(hcs)는, 약 0.4㎜이다. 따라서, 시료(14)를 이동 가능한 CS 화상상에, 예를 들면, 0.4㎜에 상당하는 Z축 방향의 눈금으로 이루어지는 판두께 참조용의 보조 마크를 표시해 두면, 조작자는, 시료(14)의 두께(h)를 0.5㎜ 단위로 간편하게 추측할 수 있다.
또한 동일한 눈금을, 이동 하단점 Zmin의 위치에 대응하는 이동 하단점 표시 마크(32)를 기점으로 하여 광학축 표시 마크(30)에 교차하도록 표시하면, 조작자는 CS 화상으로부터 판독한 시료(14)의 두께에 의거하여, 허용 오차 범위의 축상 목표점을 선택할 수 있다.
이와 같이 판두께 참조용의 보조 마크와, 복수의 축상 목표점 후보를 나타내는 보조 마크를 제어부(18)에 의해서 표시할 수 있도록 하면, 시료(14)의 판두께가 빈번히 바뀌는 경우에도, 신속하게 위치 맞춤할 수 있다.
또한, 복수의 축상 목표점 후보를 나타내는 보조 마크는, 판두께 참조용의 보조 마크를 겸해도 된다.
이상 설명한 것처럼, 하전 입자 빔 장치(10)를 이용하여 행하는 본 실시 형태의 시료 위치 맞춤 방법에 의하면, 시료실 내에 있어서의 시료의 관찰 대상 부위를, 제1의 하전 입자 빔에 의한 관찰 시야 내에 용이하고 또한 신속하게 위치 맞춤할 수 있다.
［제2의 실시 형태］
본 발명의 제2의 실시 형태의 하전 입자 빔 장치에 대하여 설명한다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 본 실시 형태의 하전 입자 빔 장치(40)는, 조작자가 지정한 주목점 P를 자동으로 제1의 하전 입자 빔(B1)의 시야 범위로 이동한다.
하전 입자 빔 장치(40)는, 상기 제1의 실시 형태의 하전 입자 빔 장치(10)의 챔버 스코프(17), 제어부(18)에 대신하여, 챔버 스코프(47), 제어부(48)를 구비한다.
이하, 상기 제1의 실시 형태와 다른 점을 중심으로 설명한다.
챔버 스코프(47)는, 시료실(13) 내를 차광한 상태로 동작시키기 위해, 적외 파장 CCD 카메라로 구성된다.
제어부(48)는, 상기 제1의 실시 형태에 있어서의 「메뉴얼 조작 모드」 및 「위치 맞춤 지원 모드」에 더하여 「자동 위치 맞춤 모드」를 구비하는 점이, 제어부(18)와는 다르다.
「자동 위치 맞춤 모드」에 있어서, 제어부(48)가 행하는 제어의 상세는, 하전 입자 빔 장치(40)의 동작 설명 중에서 행한다.
다음에, 하전 입자 빔 장치(40)의 동작에 대하여, 본 실시 형태의 시료 위치 맞춤 방법에 관한 동작을 중심으로 설명한다.
도 18은, 본 발명의 제2의 실시 형태의 시료 위치 맞춤 방법의 동작 플로우를 나타내는 플로우챠트이다. 도 19는, 본 발명의 제2의 실시 형태의 하전 입자 빔 장치의 표시부의 표시 화면의 일 예를 나타내는 모식도이다.
제어부(48)는, 표시부(23)에, 도 19에 나타내는 바와 같이, 상기 제1의 실시 형태에 있어서와 동일하게 CS 화상을 표시하는 표시 화면(23a)과, 조작 입력 화면(41)을 표시시킨다.
조작 입력 화면(41)에는, 적어도, 위치 지정 버튼(42)과, 시퀀스 구동 개시 버튼(43)과, 정지 버튼(44)을 구비한다.
위치 지정 버튼(42)은, 지정한 주목점을 제어부(48)에 기억시키기 위한 조작 버튼이다.
시퀀스 구동 개시 버튼(43)은, 제어부(48)에 자동 위치 맞춤 시퀀스를 개시시키기 위한 조작 버튼이다.
정지 버튼(44)은, 제어부(48)에 의한 자동 위치 맞춤 시퀀스를 강제적으로 정지하기 위한 조작 버튼이다. 정지 버튼(44)은, 어떠한 이상 동작이 발생했을 때에 하전 입자 빔 장치(40)의 동작을 강제적으로 정지하는 조작에 이용한다.
챔버 스코프(47)는 적외 파장 CCD 카메라이며, 하전 입자 빔 조사 중이라도, 표시부(23)의 표시 화면(23a)에 CS 화상을 표시할 수 있다.
본 실시 형태의 시료 위치 맞춤 방법은, 도 18에 나타내는 단계 S11∼S15를, 도 18에 나타내는 플로우에 따라서 행한다.
우선, 조작자에 의해서, 도 18에 나타내는 단계 S11이 행해진다.
단계 S11은, 자동 위치 맞춤 모드를 선택하는 단계이다.
조작자는, 표시부(23)에 CS 화상이 표시되어 있지 않은 경우에는, 표시부(23)의 표시 화면(23a)에 CS 화상을 표시시킨다.
조작자는, 입력부(22) 또는 표시부(23)에 표시된 도시 생략의 조작 입력 화면을 통하여, 자동 위치 맞춤 모드를 선택한다.
자동 위치 맞춤 모드가 눌러진 것이 제어부(48)에 통지되면, 제어부(48)는, 자동 위치 맞춤 모드를 행하는 제어 프로그램의 실행을 개시한다.
단계 S11의 후, 도 18에 나타내는 단계 S12가 행해진다. 단계 S12는, 주목점을 지정하는 단계이다.
조작자는, 입력부(22)에 의해서 커서(45)를 이동하고, 표시 화면(23a)에 있어서, 주목점에 커서(45)를 맞추어 클릭하고, 시료(14) 상의 주목점 P를 지정한다. 계속하여, 조작 입력 화면(41)의 위치 지정 버튼(42)을 누름으로써, 제어부(48)는, 화면 상의 주목부의 좌표와 시료 스테이지(15)의 좌표를 기억한다.
「자동 위치 맞춤 모드」에서는, 주목점 P를 하전 입자 빔의 시야 범위 내로 이동시키는 동작이 자동화되기 때문에, 주목점 표시 마크는 표시되지 않아도 되지만, 조작자가 하전 입자 빔 장치(40)의 동작을 감시하기 위해서는 표시되는 쪽이 바람직하다.
마찬가지로, 상기 제1의 실시 형태에서 설명된 보조 마크도 표시되지 않아도 되지만, 조작자가 하전 입자 빔 장치(40)의 동작을 감시하기 위해서는 표시되는 쪽이 바람직하다. 또한, 주목점의 지정 후는, 이동 완료까지 CS 화상을 완전히 표시하지 않아도 된다.
보조 마크가 표시되지 않는 경우에도, 상기 제1의 실시 형태의 제어부(18)와 마찬가지로, 제어부(48)는, 주목점 P, 이동 하단점 Zmin 및 기준점(Z0)의 표시 화면(23a) 상의 좌표값과, 시료 스테이지(15)의 3축 이동의 이동 좌표값을 기억하고 있다.
주목점 P의 좌표값은, 시료 스테이지(15)의 이동과 함께 갱신된다.
조작자가 주목점 P의 지정을 종료하면, 단계 S12가 종료한다.
단계 S12의 후, 도 18에 나타내는 단계 S13을 행한다. 단계 S13은, 자동 위치 맞츰 시퀀스의 동작 개시를 지시하는 단계이다.
단계 S13은, 조작자가 도 19에 나타내는 시퀀스 구동 개시 버튼(43)을 누름으로써 행해진다.
이상에서, 단계 S13이 종료한다.
도 18에 나타내는 단계 S14는, 시료 스테이지(15)를 이동하고, 주목점 P를 CS 화상상의 축상 목표점으로 이동하고 나서, 하전 입자 빔 광학계의 초점 심도 내로 이동하는 단계이다.
본 단계는, 시퀀스 구동 개시 버튼(43)이 눌리면 제어부(48)에 미리 기억된 자동 위치 맞춤 시퀀스를 실행하는 제어 프로그램에 의해서 자동적으로 실행된다. 만일, 정지하지 않으면 안되는 사태에 빠진 경우는, 조작자가 정지 버튼(44)(도 19 참조)을 누르면, 시퀀스는 강제적으로 정지된다.
본 단계는, 상기 제1의 실시 형태에 있어서의 단계 S3∼S6와 대략 동일하게 하여 행해진다. 단, 상기 제1의 실시 형태에 있어서 조작자의 지시에 의해서 실행되는 동작은, 제어부(48)의 제어 신호에 의거하여 실행된다.
이 자동 시퀀스에서는, CS 화상 상에서, 이동 목표 위치인 Z축, 이동 하단점 Zmin, 기준점(Z0)의 좌표값(픽셀의 어드레스)이 제어부(48)에 미리 기억되어 있다. 이 때문에, 제어부(48)는, 주목점 P의 좌표값이, 시료 스테이지(15)의 이동에 의해 이동 목표 위치의 좌표값과 일치했을 때에 시료 스테이지(15)를 정지하거나, 다음의 이동 목표 위치로 이동하도록 정해 둔다. 이 때문에, 시퀀스 동작은 일련의 동작으로서 연속적으로 행해진다.
이동 목표 위치에 일치했는지 여부의 판정은, 좌표값의 완전한 일치에 의한 판정에는 한정되지 않는다. 예를 들면, 각각의 이동 목표 위치마다 설정된 허용 편차량의 범위에서 일치하면 된다.
이하에서는, 상기 제1의 실시 형태의 단계 S3∼S6과 상이한 동작을 중심으로 설명한다.
제어부(48)는, 상기 제1의 실시 형태에 있어서의 단계 S3과 동일한 제어를 행하고, 도 8에 나타내는 바와 같이, 주목점 P0을 Z축 부방향으로 이동하고, 주목점 P1과 같이 축상점 탐색면으로 이동한다.
이 후, 도 10에 나타내는 바와 같이, 제어부(48)는, 상기 제1의 실시 형태의 단계 S4의 조작자에 대신해 재치면(15a)을 X축 방향 또는 Y축 방향으로만 이동하고, 주목점 P1을 주목점 P2와 같이 CS 화상 상의 Z축에 겹치는 위치로 이동한다.
제어부(48)는, 상기 제1의 실시 형태에 있어서의 단계 S4에서 설명한 것처럼, 제어부(48)에 기억되는 주목점 P1의 좌표를 통과하는 X축 또는 Y축에 평행한 직선과 Z축의 CS 화상 상의 교점을 산출할 수 있다. 제어부(48)는, 이 교점과 주목점 P1과 거리를 3차원 공간의 X축 방향 또는 Y축 방향의 이동 벡터로 환산하여 시료 스테이지(15)의 이동 방향 및 이동량을 구하여, 시료 스테이지(15)의 이동 제어를 행해도 된다.
제어부(48)에 의한 다른 이동 제어 방법의 예로서는, 미리 종점 위치를 산출하지 않고, 이동 방향을 결정하여 시료 스테이지(15)의 이동을 개시하고, 주목점 P의 좌표값을 목표 위치(Z축)의 좌표값과 비교하여, 목표 위치에 도달한 것을 검지하면 시료 스테이지(15)의 이동을 정지하는 제어를 들 수 있다.
이 후, 도 13에 나타내는 바와 같이, 제어부(48)는, 상기 제1의 실시 형태의 단계 S5의 조작자에 대신해 재치면(15a)을 X축 방향 및 Y축 방향으로만 이동하고, 주목점 P2를 주목점 P3과 같이 CS 화상 상의 이동 하단점 Zmin에 일치하는 위치로 이동한다.
제어부(48)는, 상기 제1의 실시 형태에 있어서의 단계 S5에서 설명한 바와같이, 도 14(a) 또는 도 14(b)에 나타내는 이동을 조작자에 대신하여 행한다.
이 후, 도 16에 나타내는 바와 같이, 제어부(48)는, 상기 제1의 실시 형태의 단계 S6의 조작자에 대신해 재치면(15a)을 Z축 방향으로만 이동하고, 주목점 P3을 주목점 P4와 같이, 미리 결정된 하전 입자 빔 광학계의 초점 심도 내의 목표 위치까지 이동한다. 예를 들면, 미리 결정된 목표 위치가 CS 화상 상의 기준점 Z0으로 되어 있으면, 기준점 Z0까지 이동한다. 제어부(48)는, 주목점 P가 초점 심도 내의 목표 위치에 도달한 것을 검지하면, 시료 스테이지(15)를 정지한다.
이상에서, 단계 S14가 종료한다.
본 실시 형태에서는, 각 이동 목표 위치에의 위치 맞춤 판정은, 주목점 P의 좌표값을 이용하여 제어부(48)가 행한다. 이 때문에, 각 이동 목표 위치에의 위치 맞춤 정밀도는, 보조 마크를 이용한 육안의 위치 맞춤에 의한 제1의 실시 형태의 위치 맞춤 정밀도보다 고정밀도이다. 이 결과, 본 단계에 있어서, X축 방향 및 Y축 방향의 미조정을 행하지 않아도, 주목점 P를 시야 범위에 위치 맞춤할 수 있다.
단계 S14의 후, 단계 S15가 행해진다. 단계 S15는, 표시부(23)에 하전 입자 빔 화상을 표시하는 단계이다.
제어부(48)는, 하전 입자 빔 경통(11)에 제어 신호를 송출하고, 제1의 하전 입자 빔(B1)의 조사를 개시시킨다. 이 때, 제어부(48)는, 주목점 P의 위치 맞춤의 오차가 있어도, 주목점 P가 확실하게 제1의 하전 입자 빔(B1)의 조사에 의한 시야 범위에 들어가도록, 제1의 하전 입자 빔(B1)에 의한 관찰 배율을 최저로 설정한다.
제어부(48)는, 2차 입자 화상 형성부(19)에 의해서, 제1의 하전 입자 빔(B1)의 조사에 의한 화상 형성을 개시시킨다. 2차 입자 화상 형성부(19)로부터 제어부(18)로 송출되는 하전 입자 빔 화상은, 제어부(18)에 의해서 표시부(23)에 송출된다.
본 실시 형태에서는, 챔버 스코프(47)가 적외 파장 CCD 카메라이기 때문에, 챔버 스코프(47)에 의한 화상 취득 동작은 하전 입자 빔 조사 중이라도 계속할 수 있다.
표시부(23)는, CS 화상에 대신하여, 하전 입자 빔 화상을 표시 화면(23a)에 표시한다. 단, 표시부(23)가 복수의 표시 화면을 갖는 경우에는, 제어부(18)는 표시부(23)에 CS 화상과 하전 입자 빔 화상의 양쪽을 표시시켜도 된다.
조작자는, 표시부(23)의 하전 입자 빔 화상을 보고, 주목점 P가 시야에 있는 것이 확인되었다면, 단계 S15 및 본 실시 형태의 화상 위치 맞춤 방법이 종료한다. 또한, 주목점 P를 화상의 중심으로 위치 이동시킨 후에, 본 실시 형태의 화상 위치 맞춤 방법을 종료시켜도 된다.
주목점 P가, 시야의 중심부로부터 벗어나거나, 주목점 P의 화상이 흐려지는 경우에는, 조작자가, 시료 스테이지(15)를 구동하여 미조정을 행한 후, 단계 S15를 종료한다.
예를 들면, 제어부(48)에, 하전 입자 빔 화상의 화상 인식 기능을 갖게 함으로써, 하전 입자 빔 화상에 있어서의 주목점 P의 위치 검출을 행할 수 있도록 하면, 주목점 P의 위치에 미조정은, 제어부(48)의 제어에 의해서 행해도 된다. 이 경우, 본 실시 형태에서는, CS 화상과, 하전 입자 빔 화상을 동시 병행적으로 취득할 수 있기 때문에, 주목점 P의 CS 화상상의 위치 맞춤으로부터 하전 입자 빔 화상 상의 위치 맞춤의 동작을 연속적으로 행할 수 있다. 이에 따라, 정확한 위치 맞춤을 신속하게 행할 수 있다. 또한, 조작자의 부담도 적어도 된다.
이상 설명한 것처럼, 하전 입자 빔 장치(40)를 이용해 행하는 본 실시 형태의 시료 위치 맞춤 방법에 의하면, 상기 제1의 실시 형태와 마찬가지로, 시료실 내에 있어서의 시료의 관찰 대상 부위를, 제1의 하전 입자 빔에 의한 관찰 시야 내에 용이하고 또한 신속히 위치 맞춤할 수 있다.
또한 본 실시 형태의 하전 입자 빔 장치(40)에 의하면, 시료 스테이지(15)를 이용한 주목점 P의 이동을 제어부(48)의 제어에 의해서 자동적으로 행할 수 있기 때문에, 보다 용이하고 또한 신속하게 위치 맞춤을 행할 수 있다.
[제3의 실시 형태］
본 발명의 제3의 실시 형태의 하전 입자 빔 장치에 대하여 설명한다.
도 20은, 본 발명의 제3의 실시 형태의 하전 입자 빔 장치의 구성의 일 예를 나타내는 모식적인 시스템 구성도이다.
도 20에 나타내는 본 실시 형태의 하전 입자 빔 장치(50)는, 2방향으로부터 하전 입자 빔을 조사 가능한 장치의 일 예이며, 구체적으로는, 집속 이온 빔과 전자빔을 시료면 상의 거의 동일한 개소에 조사하는 것이 가능하다. 도 21은, 본 발명의 제3의 실시 형태의 하전 입자 빔 장치에 있어서의 좌표계를 설명하는 모식도이다.
하전 입자 빔 장치(50)는, 상기 제1의 실시 형태의 하전 입자 빔 장치(10)의 하전 입자 빔 경통(11), 제어부(18)에 대신하여, 집속 이온 빔 경통(51A)(제1의 하전 입자 빔 경통), 전자 빔 경통(51B)(제2의 하전 입자 빔 경통), 제어부(58)를 구비한다.
이하, 상기 제1의 실시 형태와 다른 점을 중심으로 설명한다.
집속 이온 빔 경통(51A)은, 집속 이온 빔(Bi)(도 21 참조, 제1의 하전 입자 빔)을 발생하고, 집속 이온 빔(Bi)을 시료 스테이지(15) 상의 시료(14)를 향해서 조사한다.
집속 이온 빔 경통(51A)은, 집속 이온 빔(Bi)을 형성하기 위한 이온원과, 이온을 집속시키는 렌즈 전극 및 이온을 편향시키는 편향 전극 등을 포함하는 이온 빔 광학계(하전 입자 빔 광학계)를 구비하고 있다. 그러나, 도 20에서는, 이들의 주지의 내부 구조의 도시는 생략되어 있다.
도 21에 나타내는 바와 같이, 집속 이온 빔 경통(51A)에 있어서의 이온 빔 광학계의 광학축 Obi는, 상기 제1의 실시 형태의 하전 입자 빔 경통(11)과 마찬가지로, 시료실(13) 내의 XYZ 좌표계에 있어서의 Z축과 동일한 축에 배치되어 있다.
집속 이온 빔 경통(51A)과 챔버 스코프(17)의 위치 관계는, 상기 제1의 실시 형태에 있어서의 하전 입자 빔 경통(11)과 챔버 스코프(17)의 위치 관계와 동일하다.
전자 빔 경통(51B)은, 전자 빔(Be)(도 21 참조, 제2의 하전 입자 빔)을 발생하고, 전자 빔(Be)을 시료 스테이지(15) 상의 시료(14)를 향해서 조사한다.
전자 빔 경통(51B)은, 전자 빔(Be)을 형성하기 위한 전자원과, 전자를 집속시키는 렌즈 전극 및 전자를 편향시키는 편향 전극 등을 포함하는 전자 빔 광학계를 구비하고 있다. 그러나, 도 20에서는, 이들의 주지의 내부 구조의 도시는 생략되어 있다.
도 21에 나타내는 바와 같이, 전자 빔 경통(51B)에 있어서의 전자 빔 광학계의 광학축 Obe는, Y－Z 평면내에서, Z축으로부터 Y축을 향해 각도 ω 경사져 있다. 이 때문에, 광학축 Obe는, X축과 직교하고 있다.
이와 같이, 이온 빔 광학계의 초점 위치와 전자 빔 광학계의 초점 위치는, 어느것이나 기준점(Z0)에 일치하도록 배치되어 있다. 이 때문에, 하전 입자 빔 장치(50)는, 시료(14)의 거의 동일한 부위를, 다른 2방향으로부터 관찰 및 가공의 적어도 어느 하나를 실시할 수 있는 장치이다. 예를 들면, 하전 입자 빔 장치(50)를 이용하면, 집속 이온 빔(Bi)을 조사하여 시료(14)의 단면을 노출하는 가공을 행하고, 그 자리에서 그 단면 형태나 원소 분포를 전자 빔(Be)의 조사에 의해서 알 수 있다.
제어부(58)는, 하전 입자 빔 장치(50)의 각 장치 부분의 동작을 제어한다. 이 때문에, 제어부(58)는, 집속 이온 빔 경통(51A), 전자 빔 경통(51B), 시료 스테이지(15), 챔버 스코프(17), 챔버 스코프 화상 형성부(21), 2차 입자 화상 형성부(19), 입력부(22) 및 표시부(23)와 통신 가능하게 접속된다.
제어부(58)는, 집속 이온 빔 경통(51A), 전자 빔 경통(51B)의 동작 제어를 행하는 이외의 제어 기능은, 상기 제1의 실시 형태의 제어부(18)와 대략 동일하다.
제어부(58)에 의해서 행해지는 본 실시 형태의 화상 위치 맞춤 방법에 관한 제어는, 하전 입자 빔 장치(50)의 동작 설명 중에서 설명한다.
다음에, 하전 입자 빔 장치(50)의 동작에 대하여, 본 실시 형태의 시료 위치 맞춤 방법에 관한 동작을 중심으로 설명한다.
도 22는, 본 발명의 제3의 실시 형태의 시료 위치 맞춤 방법의 동작 플로우를 나타내는 플로우챠트이다.
하전 입자 빔 장치(50)에서는, 시료(14)에 집속 이온 빔(Bi)과 전자 빔(Be)을 조사하기 때문에, 시료(14)의 관찰 대상 부위는 각각의 초점 위치가 일치하는 코인시던트 포인트로 이동할 필요가 있다. 양 빔의 시야 외에 있는 시료(14)의 관찰 대상 부위를 코인시던트 포인트로 신속하게 위치 이동하는 것은 용이하지 않고, 조작자의 경험에 의지하는 바가 크다.
본 실시 형태의 시료 위치 맞춤 방법은, 도 22에 나타내는 단계 S21∼S29를, 도 22에 나타내는 플로우에 따라서 행한다.
이하, 상기 제1의 실시 형태와 상이한 동작을 중심으로 설명한다.
단계 S21∼S25는, 상기 제1의 실시 형태의 하전 입자 빔 경통(11)에 대신하여 집속 이온 빔 경통(51A)을 이용하는 이외는, 도 5에 나타내는 단계 S1∼S5와 동일한 단계이다.
이 때문에, 단계 S25의 종료 후, 주목점 P는, 이동 하단점 Zmin에 일치한다.
단계 S25의 후, 단계 S26을 행한다. 단계 S26은, 조작자가, 제2의 하전 입자 빔인 전자 빔(Be)의 조사에 의한 시야에, 주목점이 있는지 여부를 판정하는 단계이다.
본 단계를 행하기까지, 제어부(58)는, 전자 빔 경통(51B)으로부터, 전자 빔(Be)을 조사시켜, 2차 입자 화상 형성부(19)로부터 전자 빔(Be)에 의한 화상(이하, 전자 빔 화상이라고 한다)을 취득하는 제어를 행한다. 제어부(58)는, 취득한 전자 빔 화상을 표시부(23)에 표시시킨다.
조작자는, 표시부(23)에 있어서의 전자 빔 화상을 보고, CS 화상 상의 주목점 P에 대응하는 관찰 대상 부위로서의 주목점이 시야 내에 있는지 여부를 판정한다.
주목점이 시야 내에 없는 경우에는, 단계 S29로 이행한다.
주목점이 시야 내에 있는 경우에는, 단계 S27로 이행한다.
단계 S29는, 주목점 P를 광학축 Obi에 따라서 초점 심도 내로 향해 조금 이동하는 단계이다. 구체적으로는, 미리 결정되어 제어부(58)에 기억된 이동량만큼, 재치면(15a)을 Z방향 정방향으로 이동한다.
이는 전자 빔(Be)의 광학축 Obe는, Z축에 대하여 각도 ω 기울어 있기 때문에, 광학축 Obi(Z축)를 따르는 이동에서는, 초점 심도 내에 가까워지지 않으면. 시야에 들어가기 어렵기 때문이다.
제어부(58)의 제어에 의해서, 재치면(15a)이 소정량만큼 상승하면, 단계 S26으로 이행한다.
단계 S29에 의해서, 재치면(15a)이 Z축 방향으로 이동해도, 단계 S25까지에 주목점 P는, 광학축 Obi 상에 위치하고 있기 때문에, 주목점 P가 집속 이온 빔(Bi)에 의한 시야로부터 벗어나는 경우는 없다.
단계 S26은, 전자 빔(Be)의 시야의 중심부에, 주목점을 이동하는 단계이다.
본 단계가 실행되는 경우, 주목점은, 전자 빔(Be)에 의한 시야에 위치하고 있다. 이 때문에, 조작자는, 표시부(23)에 있어서의 전자 빔 화상을 보고, 시야 내에 있어서의 주목점의 위치를 수정할 수 있다.
조작자는, 주목점이 전자 빔(Be)의 시야의 중심부(Y－Z 평면에 상당)로 이동하도록, 입력부(22)로부터 조작 입력을 행한다.
이 때, 조작자는, 전자 빔 화상을 확인하고, 주목점이 Z－Y면으로부터 크게 어긋나 있다면, 시료 스테이지(15)를 X축 방향만을 이동시켜 Z－Y면에 일치시킨다.
주목점이 전자 빔(Be)의 시야의 중지부로 이동하면, 단계 S27을 종료하여, 단계 S28로 이행한다.
단계 S27을 행함으로써, CS 화상에서는 파악하기 어려운, 주목점 P에 대응하는 관찰 대상 부위의 X축 방향에 있어서의 Z축으로부터의 이격을 파악하기 쉬워진다. 이 때문에, 상기 제1의 실시 형태와 같이, 하전 입자 빔 경통이 1개만인 장치에 비하여 보다 정확하고 신속하게, 주목점 P를 3차원 공간 상의 Z축 상에 일치시킬 수 있다.
단계 S27의 후, 단계 S28을 행한다. 단계 S28은, 주목점을 광학축 Obi(Z축)를 따라서, 이온 빔 광학계의 초점 심도 내에 있는 코인시던트 포인트로 이동하는 단계이다.
조작자는, 시료 스테이지(15)가 코인시던트 포인트로 이동하도록 입력부(22)에 조작 입력하여 주목점 P를 코인시던트 포인트로 이동한다.
이상에서, 단계 S28이 종료하고, 본 실시 형태의 시료 위치 맞춤 방법이 종료한다.
이상 설명한 것처럼, 하전 입자 빔 장치(50)를 이용하여 행하는 본 실시 형태의 시료 위치 맞춤 방법에 의하면, 시료실 내에 있어서의 시료의 관찰 대상 부위를, 제1의 하전 입자 빔에 의한 관찰 시야 내에 용이하고 또한 신속하게 위치 맞춤할 수 있다.
특히 본 실시 형태에서는, Z－CS면과 교차하는 방향에서의 화상을 전자 빔(Be)의 조사에 의해 취득하기 때문에, 주목점 P의 위치 맞춤을 보다 고정밀도로 행할 수 있다.
또한, 전자 빔(Be)에 의한 화상 취득을 행하는 과정에서, 전자 빔(Be)의 시야 내에 있어서의 주목점 P의 위치 맞춤도 행해지기 때문에, 코인시던트 포인트를 향하여 확실하게 위치 맞춤할 수 있다.
또한, 상기 제1의 실시 형태의 설명에서는, 보조 마크가 항상 표시되는 경우의 예로 설명했는데, 보조 마크는, 위치 맞춤 작업의 지원이 되는 장면에서, 적절히 표시되어도 된다.
이상, 본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명했지만, 본 발명은 이들 실시 형태 및 그 변형예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서, 구성의 부가, 생략, 치환 및 그 외의 변경이 가능하다.
또한, 본 발명은 전술한 설명에 의해서 한정되지 않고, 첨부의 특허 청구의 범위에 의해서만 한정된다.
10, 40, 50 : 하전 입자 빔 장치 11 : 하전 입자 빔 경통
13 : 시료실 14 : 시료
15 : 시료 스테이지 15a : 재치면
16 : 2차 입자 검출기 17, 47 : 챔버 스코프
18, 58 : 제어부(주목점 지정 제어부, 시료 스테이지 이동 제어부, 보조 마크 표시 제어부)
21 : 챔버 스코프 화상 형성부 22 : 입력부(스테이지 조작부)
23 : 표시부 23a : 표시 화면
30 : 광학축 표시 마크(보조 마크)
31 : 기준점 표시 마크(보조 마크)
32 : 이동 하단점 표시 마크(보조 마크)
48 : 제어부(주목점 지정 제어부, 시료 스테이지 이동 제어부, 위치 맞춤 제어부)
51A : 집속 이온 빔 경통(제1의 하전 입자 빔 경통)
51B : 전자 빔 경통(제2의 하전 입자 빔 경통)
B1 : 제1의 하전 입자 빔 Be : 전자 빔(제2의 하전 입자 빔)
Bi : 집속 이온 빔(제1의 하전 입자 빔)
Ob, Obi : 광학축(제1의 광학축) Obe : 광학축(제2의 광학축)
P, P0, P1, P2, P3 : 주목점 S : 촬상 방향
Z0 : 기준점 Zmin : 이동 하단점(축상 목표점)

Claims (5)

  1. 하전 입자 빔 장치의 시료실에 내장되는 시료 스테이지에 배치된 시료의 관찰 대상 부위를, 제1의 하전 입자 빔 경통에 설치된 하전 입자 빔 광학계로부터 조사되는 제1의 하전 입자 빔에 의한 관찰 시야 내에 들어가도록 위치 맞춤하는 시료 위치 맞춤 방법으로서,
    상기 시료 스테이지 상의 상기 시료를 포함하는 상기 시료실 내의 화상을 표시부의 표시 화면에 표시하는 것과,
    상기 표시 화면의 화상에 의거하여 상기 관찰 대상 부위 상의 주목점을 지정하는 것과,
    상기 제1의 하전 입자 빔 경통에 있어서의 제1의 광학축 상의 축상 목표점을 통과해서 상기 제1의 광학축과 직교하는 축상점 탐색면에 상기 주목점이 위치하도록, 상기 시료 스테이지의 상기 제1의 광학축을 따르는 방향의 위치를 맞추는 것과,
    상기 축상점 탐색면에 상기 주목점의 위치를 맞춘 후에, 상기 표시 화면에 있어서의 상기 주목점과 상기 축상 목표점의 위치 어긋남의 검지와, 상기 시료 스테이지를 상기 제1의 광학축에 직교하는 방향으로만 이동하는 축상점 탐색면 내 이동을 행하고, 상기 주목점을 상기 축상 목표점으로 이동하는 것과,
    상기 주목점이 상기 축상 목표점으로 이동한 후에, 상기 시료 스테이지를 상기 제1의 광학축을 따르는 방향으로 이동하여, 상기 하전 입자 빔 광학계의 초점 심도(深度) 내에 상기 주목점을 이동하는 것을 포함하는, 시료 위치 맞춤 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 주목점의 이동을 지원하기 위하여, 적어도 상기 주목점을 상기 축상 목표점으로 이동할 때, 상기 표시 화면 상에, 상기 축상 목표점의 위치와 상기 제1의 광학축의 위치를 나타내는 보조 마크를 표시하는 것을 더 포함하는, 시료 위치 맞춤 방법.
  3. 하전 입자 빔 광학계를 갖고, 상기 하전 입자 빔 광학계에 의해서 제1의 하전 입자 빔을 조사하는 제1의 하전 입자 빔 경통과,
    시료를 재치하고, 적어도 상기 제1의 하전 입자 빔 경통에 있어서의 제1의 광학축을 따르는 방향과, 상기 제1의 광학축에 직교하는 방향으로 이동하는 시료 스테이지와,
    상기 시료 스테이지를 내장하는 시료실과,
    상기 시료 스테이지 상의 상기 시료를 포함하는 상기 시료실 내의 화상을 취득하는 챔버 스코프와,
    상기 챔버 스코프가 취득하는 화상을 표시 화면에 표시하는 표시부와,
    상기 표시 화면에 표시된 상기 화상 상에서, 주목점을 지정하는 입력을 접수하고, 상기 시료 스테이지의 이동에 수반하는 상기 주목점의 상기 표시 화면 상에 있어서의 위치의 정보를 취득하는 주목점 지정 제어부와,
    상기 제1의 하전 입자 빔 경통에 있어서의 제1의 광학축 상의 축상 목표점을 통과해서 상기 제1의 광학축과 직교하는 축상점 탐색면에, 상기 주목점이 위치하도록 상기 시료 스테이지의 상기 제1의 광학축을 따르는 방향의 위치를 맞추는 스테이지 위치 맞춤 제어와, 상기 시료 스테이지를 상기 제1의 광학축에 직교하는 방향으로만 이동하는 축상점 탐색면 내 이동 제어와, 상기 시료 스테이지를 상기 제1의 광학축을 따르는 방향으로 이동하여, 상기 주목점을 상기 하전 입자 빔 광학계의 초점 심도 내로 이동하는 축상 이동 제어를 행하는 시료 스테이지 이동 제어부와,
    상기 축상 목표점의 위치를 나타내는 보조 마크와 상기 제1의 광학축의 위치를 나타내는 보조 마크를 상기 표시 화면 상에 표시하는 보조 마크 표시 제어부와,
    상기 시료 스테이지 이동 제어부에 대한 동작 지령을 입력하는 스테이지 조작부를 구비하는, 하전 입자 빔 장치.
  4. 하전 입자 빔 광학계를 갖고, 상기 하전 입자 빔 광학계에 의해서 제1의 하전 입자 빔을 조사하는 제1의 하전 입자 빔 경통과,
    시료를 재치하고, 적어도 상기 제1의 하전 입자 빔 경통에 있어서의 제1의 광학축을 따르는 방향과, 상기 제1의 광학축에 직교하는 방향으로 이동하는 시료 스테이지와,
    상기 시료 스테이지를 내장하는 시료실과,
    상기 시료 스테이지 상의 상기 시료를 포함하는 상기 시료실 내의 화상을 취득하는 챔버 스코프와,
    상기 챔버 스코프가 취득하는 화상을 표시 화면에 표시하는 표시부와,
    상기 표시 화면에 표시된 상기 화상 상에서, 주목점을 지정하는 입력을 접수하고, 상기 시료 스테이지의 이동에 수반하는 상기 주목점의 상기 표시 화면 상에 있어서의 위치의 정보를 취득하는 주목점 지정 제어부와,
    상기 제1의 하전 입자 빔 경통에 있어서의 제1의 광학축 상의 축상 목표점을 통과해서 상기 제1의 광학축과 직교하는 축상점 탐색면에, 상기 주목점이 위치하도록 상기 시료 스테이지의 상기 제1의 광학축을 따르는 방향의 위치를 맞추는 스테이지 위치 맞춤 제어와, 상기 시료 스테이지를 상기 제1의 광학축에 직교하는 방향으로만 이동하는 축상점 탐색면 내 이동 제어와, 상기 시료 스테이지를 상기 제1의 광학축을 따르는 방향으로 이동하여, 상기 주목점을 상기 하전 입자 빔 광학계의 초점 심도 내로 이동하는 축상 이동 제어를 행하는 시료 스테이지 이동 제어부와,
    상기 시료 스테이지 이동 제어부로 하여금 상기 스테이지 위치 맞춤 제어를 행하게 한 후, 상기 표시 화면에 있어서의 상기 주목점과 상기 축상 목표점의 위치 어긋남에 의거하여, 상기 시료 스테이지 이동 제어부로 하여금 상기 축상점 탐색면 내 이동 제어를 행하게 함으로써 상기 주목점을 상기 축상 목표점으로 이동하고, 상기 주목점이 상기 축상 목표점으로 이동한 후, 상기 시료 스테이지 이동 제어부로 하여금 상기 축상 이동 제어를 행하게 하는 위치 맞춤 제어부를 구비하는, 하전 입자 빔 장치.
  5. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
    상기 제1의 하전 입자 빔 경통에 있어서의 제1의 광학축과 교차함과 더불어 상기 챔버 스코프의 촬상 방향과 교차하는 방향으로 연장되는 제2의 광학축을 따라서 제2의 하전 입자 빔을 조사하는 제2의 하전 입자 빔 경통과,
    상기 시료에 상기 제2의 하전 입자 빔을 조사함으로써, 상기 시료의 화상을 취득하는 화상 취득부를 더 구비하고,
    상기 시료 스테이지 이동 제어부는,
    상기 축상 이동 제어를 행하는 사이에, 상기 제2의 하전 입자 빔 경통의 시야 내에 있어서의 상기 주목점의 위치 조정을 행하는 시야 내 이동 제어를 행할 수 있는, 하전 입자 빔 장치.
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