WO2013118640A1

WO2013118640A1 - 荷電粒子線装置および配線方法

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Publication number: WO2013118640A1
Application number: PCT/JP2013/052298
Authority: WO
Inventors: 陽一朗橋本; 英子中澤; 麻美許斐; 竹内　秀一
Original assignee: 株式会社日立ハイテクノロジーズ
Priority date: 2012-02-06
Filing date: 2013-02-01
Publication date: 2013-08-15
Also published as: DE112013000459B4; US20150299842A1; US10808312B2; DE112013000459T5; CN104094375A; US20180216223A1; US9963776B2; CN104094375B; JP5723801B2; JP2013161647A

Abstract

　本発明は、荷電粒子線装置の真空室内でガスデポジション等を用いることなく配線加工を行う配線方法、及び荷電粒子線装置の提供を目的とする。　上記目的を達成するために本発明では、試料上にイオン液体を滴下、或いは予め試料を載置する試料台上にイオン液体を用意し、配線加工始点と配線加工終点との間の配線軌道上に、荷電粒子線を照射してイオン液体からなる配線を形成する配線方法、及び荷電粒子線装置を提案する。このような構成によれば、ガスデポジション法等を用いることなく、荷電粒子線装置の真空室内にて配線加工を行うことが可能となる。

Description

荷電粒子線装置および配線方法

　本発明は荷電粒子線装置および配線方法に係り、特にイオン液体を用いた配線方法、およびイオン液体源を備えた荷電粒子線装置に関する。

　電子顕微鏡を用いてナノレベル、マイクロレベルの微小領域を観察することが求められている。その観察法、或いは測定法として、試料の微小領域に電圧を印加して観察する観察法、微小領域の吸収電流を、電子顕微鏡を用いて測定する測定法または微小領域を接地した状態で電子顕微鏡を用いた観察を行う観察法などがある。

　以上のような観察や測定を行う場合、局所的な電圧印加や接地を可能とすべく、微小領域に局所的な配線を施すことがある。

　局所的な配線を行う手法として、特許文献４に開示されているような集束イオンビームを用いたガスデポジション法がある。

　また、特許文献１には、導電性粒子とイオン液体を含むインクを用い、インクジェット印刷によって導電性パターンを形成する手法が開示されている。イオン液体は、真空中であっても液体状態を維持する特徴がある。

　特許文献２には、含水試料にイオン液体を含浸または塗布することによって、真空下での水分の蒸発を抑制し、生体試料を原型のまま観察する手法が開示されている。

　また、特許文献３には、開口部を有する試料保持部材にイオン液体を保持し、イオン液体中に試料を浮かして観察する観察法が開示されている。

特開２００６－３３５９９５号公報ＷＯ２００７／０８３７５６（対応米国特許ＵＳＰ７，８８０，１４４）特開２００９－２６６７４１号公報（対応米国特許公開公報ＵＳ２０１１／００５７１００）特開２００２－１１０６８０号公報

　特許文献４に開示されているようなイオンビームを用いたガスデポジション法の場合、一旦、配線加工を施してしまうと、それを除去するために再度、イオンビームを照射して加工部分を削り取る必要があるため、その際のダメージが懸念される。また、特許文献１に開示されているようなインクジェット印刷を用いた配線形成法では、専用の印刷装置を用いた配線を行う必要があるため、電子顕微鏡等による観察を行いながら配線加工を行うことができない。更に、特許文献２、３には試料の局所領域に配線加工を行うことについての開示、示唆がない。

　以下に、荷電粒子線装置の真空室内でガスデポジション等を用いることなく配線加工を行うことを目的とする配線方法、及び荷電粒子線装置について説明する。

上記目的を達成するための一態様として、以下に試料上にイオン液体を滴下、或いは予め試料を載置する試料台上にイオン液体を用意し、配線加工始点と配線加工終点との間の配線軌道上に、荷電粒子線を照射してイオン液体からなる配線を形成する配線方法、及び荷電粒子線装置を説明する。

　上記一態様によれば、ガスデポジション法等を用いることなく、荷電粒子線装置の真空室内にて配線加工を行うことが可能となる。

荷電粒子線装置の構成図。イオン液体導入機構の一例を示す図。イオン液体導入機構のプローブ部の拡大図。電子ビームの照射によって、イオン液体が移動する現象を説明する図。電子ビームの照射位置の移動に伴って、イオン液体が移動する現象を説明する図。配線方法の工程を示したフローチャート。配線方法の工程の概要を示す図。自動配線方法の工程を示すフローチャート１。自動配線方法の工程を示すフローチャート２。電子線照射領域の移動軌道を示す図（横方向）。電子線照射領域の移動軌道を示す図（縦方向）。電子線照射領域の移動軌道を示す図（斜め方向）。試料交換室の一例を示す図。配線加工条件を設定するＧＵＩ画面の一例を示す図。試料回転棒先端と試料台底部の一例を示す図。イオン液体用の液体浴の外観を示す図。イオン液体の搭載が可能な試料台の一例を示す図。イオン液体供給法を示す図。配線加工条件を設定する設定装置と、電子顕微鏡の制御装置の一例を示す図。配線加工条件設定時のＳＥＭ画像の一例を示す図。

　以下に、荷電粒子線装置において、試料室内にイオン液体を導入できる機構を配置し、イオン液体を試料上の任意の箇所に滴下し、滴下したイオン液体、及び／又は配線加工始点と配線加工終点との間の配線軌道上に荷電粒子線を照射することによって任意の箇所までイオン液体を誘導して、もう一箇所まで移動させ、任意の二箇所を電気的に配線する方法、及び装置について説明する。

　以下に、説明する方法、及び装置によれば、試料ダメージを抑えて微小領域の配線の作製、および除去ができる手法、および装置を実現できる。

　以下、図面を参照してイオン液体を用いた配線加工法、及び装置を詳細に説明する。

　図１は、荷電粒子線装置の構成を示した模式図である。１０１は真空チャンバーであり、１０２の真空排気系によって真空状態を保持できる。１０３は試料交換機構であり、真空チャンバー１０１を真空状態に保持したまま、観察試料を装置の外から中に導入することができる。１０４は荷電粒子線源であり、荷電粒子線を発生させるための陰極や陽極、発生した荷電粒子線を収束するためのレンズや絞り、荷電粒子線を走査させるための走査コイルなど、必要な光学系を全て含むものとする。上記、荷電粒子線源１０４内の光学系により、荷電粒子線１０５を試料１０６上に収束させて任意の順序で走査することができる。

　荷電粒子線１０５の照射により試料１０６の表面において発生する二次信号１０７は、二次信号検出系１０８により検出され、画像データとして画像演算制御の機能も持たせた制御系１０９に入力される。試料１０６は試料台１１０上に導電性のテープやペーストなどで固定され、試料ステージ１１１により３次元方向全ての方向に移動可能である。

　制御系１０９は荷電粒子線源１０４、二次信号検出系１０８、試料ステージ１１１、イオン液体導入機構１１３、および画像表示装置１１２の制御も行う。二次信号検出系１０８で検出された信号は、制御系１０９内の信号増幅器で増幅された後、画像メモリに転送されて画像表示装置１１２に試料像として表示・記録される。１１３はイオン液体導入機構であり、試料１０６上の任意の箇所にイオン液体を滴下することができる。

　イオン液体導入機構１１３の一例を図２の模式図に示す。２０１は液槽であり、試料に滴下するためのイオン液体２０２を溜めておくことができる。２０３は注入口であり、イオン液体２０２を液槽２０１内に注入することができる。また注入口２０３には、液槽２０１内の気密性を保つことのできる蓋が付いているものとする。２０４は真空排気系であり、液槽２０１内を真空排気することができる。２０５は、荷電粒子線装置内部と液槽２０１を区切るシャッターであり、液槽２０１内が大気圧のときには閉じて真空チャンバー１０１の真空を保つことができ、液槽２０１内が真空状態のときには開いて液槽２０１からイオン液体２０２を流出させることができる。その際、開き加減を調節することによって、イオン液体の流量を調整することができる。２０６はプローブロッドであり、内部は空洞が存在し、中は真空状態または液槽２０１から流出したイオン液体を流すことができる。プローブロッド２０６の先端には、機械的な構造を用いた粗動機構２０７と圧電素子を用いた微動機構２０８を介してプローブ２０９が取り付けられており、試料に精度よく接近、または退避させることができる。粗動機構２０７と微動機構２０８の内部には、プローブロッド２０６同様に空洞が存在し、液槽２０１から流出しプローブロッド２０６内を流れてきたイオン液体を、プローブ２０９まで流すことができる。真空排気系２０４、シャッター２０５、粗動機構２０７、微動機構２０８は、図１の制御系１０９によって制御される。また、プローブ２０９の先端と接地された試料台との間に、電位差を生じさせることや、電流を測定する機構を有し、その制御は制御系１０９を用いて行う。

　図３に、プローブ２０９の拡大図を示す。プローブ２０９は、プローブ固定部３０１に固定されており、自由に取り外し交換が行える。プローブ固定部３０１には穴３０２が開いており、液槽２０１から流出して、プローブロッド２０６、粗動機構２０７、微動機構２０８内を流れてきたイオン液体をプローブ２０９表面に伝わらせることができる。プローブ２０９の表面を伝わったイオン液体３０３は、プローブ２０９先端から試料１０６の表面に滴下できる。穴３０２からプローブ２０９の先端に向かって、ごく浅い溝を設けてイオン液体を先端に伝わりやすくしても良い。また、イオン液体とのぬれ性が向上するように、プローブ２０９の表面の粗さを調整しても良い。

　以上から、本実施例の荷電粒子線装置は、観察試料にプローブを接近させて、試料表面に観察しながらイオン液体を滴下することができる。また、滴下後は観察に支障のないようにプローブを退避することもできる。

　図４に、走査形電子顕微鏡を用いて、Ｓｉ基板上のイオン液体の液滴に電子線を照射する前（ａ）および照射した後（ｂ）に観察した二次電子像を示す。図４（ａ）中、４０１の黒い領域がイオン液体の液滴、それ以外の４０２の領域はＳｉ基板である。電子線を照射する領域４０３に電子線を照射すると図４（ｂ）のように電子線照射した領域４０４にイオン液体が広がる様子が観察された。また、図５はイオン液体の液滴に電子線を照射し、照射領域を液滴から徐々に離していった後に観察した二次電子像である。図４と同じく、５０１の黒い領域がイオン液体の液滴、それ以外の５０２の領域はＳｉ基板である。電子線照射した領域５０３に電子線を照射し、矢印の方向に徐々に動かしていった結果、イオン液体は電子線照射領域に引き付けられるように移動する様子が観察された。以上の結果から、電子線照射によりイオン液体を誘導できることがわかった。

　この現象は、電子線照射による電位変化の影響によって、もしくは電子線のエネルギーを受けたイオン液体が対流したことによって起こると考えられ、電子線のみに限らず荷電粒子線全般で起こる可能性がある。また電子線のエネルギーや電流量が大きい方が電位変化や対流が起こりやすく、誘導速度が上昇すると考えられるが、過剰に高いエネルギーや電流量を与えるとイオン液体自身が変質してしまい流動性が損なわれる可能性がある。電子線のエネルギーは１～３０ｋＶ程度、電流量は１～５０ｐＡ程度が好ましい。

　また、ビーム照射によって試料に帯電が起こり、その帯電によって、イオン液体が引き寄せられる場合、帯電の電界が及ぶ範囲であれば、イオン液体自体ではなく、イオン液体より離間した位置であって、イオン液体を導く軌道上（配線加工を行う場合は、配線加工始点と配線加工終点との間の配線軌道上）にビームを照射することによってもイオン液体を所望の方向に導くことが可能となる。但し、ビームの照射位置とイオン液体が離間し過ぎると、イオン液体を導くための電界が、イオン液体に及ばなくなる可能性があるため、例えば自動加工を行う場合には、ビーム照射位置とイオン液体との距離が、電界の影響が及ぶと考えられる所定値以下となるように、加工条件を設定することが望ましい。一方で、ビームの照射領域間が離間していると、断線の可能性があるため、配線の接続を確実にする目的から鑑みれば、図１０～図１２に例示するように、前後の視野間にて重なりを設けることが望ましい。また、連続的にビーム照射を行いつつ、その照射位置を移動することも可能である。

　図６は、配線方法の工程を示したフローチャートである。図７は、配線方法の工程を図示した模式図である。荷電粒子線装置に観察試料を挿入し、観察を開始する（ステップ６０１）。次に、試料上の目的箇所Ａ７０１に視野をステージ移動する（ステップ６０２）。次に、実施例１で説明した粗動機構、微動機構を用いてプローブ２０９を試料１０６に接近させる（ステップ６０３）。プローブ２０９を用いて目的箇所Ａ７０１にイオン液体７０２を滴下する（ステップ６０４）。プローブ２０９を試料１０６から退避する（ステップ６０５）。所望の線幅に合わせて、倍率を上げる（ステップ６０６）。イオン液体の液滴７０４のエッジ部にかかるように視野を調整し、荷電粒子線を照射する（ステップ６０７）。荷電粒子線照射領域にイオン液体が広がったら次の視野に移動する。その際、前の視野と２０～５０％程度の重なりを設ける（ステップ６０８）。ステップ６０７とステップ６０８を繰り返してイオン液体を誘導していく（ステップ６０９）。目的箇所Ｂ７０３にイオン液体が到達したら荷電粒子線照射を終了する（ステップ６１０）。以上の工程により、目的箇所ＡとＢはイオン液体を介して電気的に配線される。

　本装置では、以上の操作を観察しながら行うことができ、マイクロ～ナノレベルの微小領域に対して配線することができる。また荷電粒子線１０５として電子線を用いることによって、収束イオンビームによるガスデポジションを用いる方法で懸念される試料ダメージを軽減することができる。

　本実施例にて説明する荷電粒子線装置は、実施例２に示した配線方法において、荷電粒子線照射によるイオン液体の誘導を自動で実施することができる。ここでは、視野移動のタイミングをどのように制御するかによって、２通りの自動配線方法を説明する。

　図８は、視野移動のタイミングを時間で制御するときの工程を示したチャートである。まず、１照射領域あたりの照射時間を設定する（ステップ８０１）。次に、所望の線幅に合わせて照射領域の倍率を決定し、目的箇所Ａ、Ｂ間の距離に応じて視野数を設定する（ステップ８０２）。自動配線を開始する（ステップ８０３）。照射領域Ａを始点として、設定した倍率で自動的に荷電粒子線照射を開始する（ステップ８０４）。設定した照射時間により自動的に荷電粒子線照射を終了する（ステップ８０５）。照射領域Ｂへ自動的にステージ移動し、再び自動的に荷電粒子線照射を開始する（ステップ８０６）。設定した照射時間により自動的に荷電粒子線照射を終了する（ステップ８０７）。自動的に照射領域Ｃ、Ｄ…とステージ移動、荷電粒子線照射を繰り返す（ステップ８０８）。設定した視野数に到達する（ステップ８０９）。以上の工程から、視野移動のタイミングを時間で制御して、荷電粒子線照射によるイオン液体の誘導を自動で行うことができる。

　図９は、視野移動のタイミングを視野全体にイオン液体が広がっていくことによるコントラスト変化によって制御するときの工程を示したチャートである。図４、図５に示した二次電子像ではＳｉ基板に比べてイオン液体部が暗いコントラストで観察されたが、イオン液体やＳｉ基板の種類によって、コントラストは変化する。従って、まずはイオン液体とＳｉ基板のコントラスト比の測定を都度行う（ステップ９０１）。ステップ９０１で測定したコントラスト比を基に、視野中の何パーセントにイオン液体が広がったら視野移動するのかを設定する（ステップ９０２）。所望の線幅に合わせて照射領域の倍率を決定し、目的箇所Ａ、Ｂ間の距離に応じて視野数を設定する（ステップ９０３）。自動配線を開始する（ステップ９０４）。照射領域Ａを始点として、設定した倍率で自動的に荷電粒子線照射を開始する（ステップ９０５）。イオン液体の広がりによるコントラスト変化を検出し、設定したパーセンテージにより自動的に荷電粒子線照射を終了する（ステップ９０６）。照射領域Ｂへ自動的にステージ移動し、再び自動的に荷電粒子線照射を開始する（ステップ９０７）。イオン液体の広がりによるコントラスト変化を検出し、設定したパーセンテージにより自動的に荷電粒子線照射を終了する（ステップ９０８）。自動的に照射領域Ｃ、Ｄ…とステージ移動、荷電粒子線照射を繰り返す。設定した視野数に到達する（ステップ９０９）。以上の工程から、視野移動のタイミングを視野全体にイオン液体が広がっていくことによるコントラスト変化によって制御して、荷電粒子線照射によるイオン液体の誘導を自動で行うことができる。

　図１０～図１２は、自動配線における照射領域の移動を表した模式図である。図１０は横方向に移動する場合、図１１は縦方向に移動する場合、図１２は斜め方向に移動する場合を示す。１００１、１１０１、１２０１は照射領域Ａ、１００２、１１０２、１２０２は照射領域Ｂ、１００３、１１０３、１２０３は照射領域Ｃである。８０２、９０３で設定した視野数に応じて、照射領域Ｄ、Ｅ…と続く。前述のように、照射領域ＡとＢ、ＢとＣのように隣り合う領域同士には、２０～５０％程度の重なりを設ける。図８、図９のチャートでは、ＡからＣに向かう方向に移動する場合を説明したが逆の方向に移動しても良い。また、横方向、縦方向、斜め方向を組み合わせても良く、状況に応じてフレキシブルに配線することができる。それぞれの照射領域で倍率を変化させても良く、状況に応じて配線の線幅を途中から変化させることもできる。

　以上で説明した照射領域の移動をソフト制御により自動化することによって、自動で配線を行うことができる。横方向と縦方向の移動は、ＳＥＭに設けられる画像の連続取り込み機能を用いることによって自動化を行うこともできる。

　本実施例では、必要に応じて配線に用いたイオン液体を除去することもできる。図１３は図１の試料交換機構１０３の構成を示した模式図である。１３０１は試料であり、試料台１３０２に固定される。試料１３０１を固定した試料台１３０２を試料交換棒１３０３の先端に装着し、試料交換棒１３０３を左右に移動することにより、試料室と試料交換室の間で試料の出し入れを可能とする。１３０４は試料交換室であり、試料を試料室に挿入するための前段として真空排気を行う。試料交換棒１３０３の先端はバナナクリップ方式または２本の棒状構造となっている。

　試料台１３０２には試料交換棒を受ける受け部が設けられている。また試料交換棒１３０３は軸を中心に回転することもできる。１３０５は試料回転棒であり、上下に移動することができる。また試料回転棒制御部１３０６により軸を中心に回転させることができる。

　図１５に試料回転棒先端１５０１と試料台底部１５０２の装着の模式図を示す。試料回転棒先端１５０１は円柱の形状となっており内側は空洞でネジ溝１５０３が加工してある。試料台底部（裏面）１５０２にはネジ溝１５０４（受け側）があり、試料回転棒先端が試料台底部に装着できるようになっている。

　このときネジを締める方向と試料が実際に回転するときの方向は同一であるため、試料回転棒１３０５の軸が回転しても試料台底部１５０２と試料回転棒先端１５０１が外れることはない。試料台底部１５０２と試料回転棒先端１５０１を外すときには、１３０３試料交換棒を装着した状態で、１３０５試料回転棒を緩める方向に回せば、試料台が回転してしまうことなく、試料回転棒１３０５を外すことができる。当然試料台が落下することもない。

　１３０７は液体浴であり、除去したイオン液体を捕集する役割を果たす。１３０８はアタッチメントであり、液体浴１３０７を試料交換室底部に脱着するための構造である。図１６のように液体浴底部１６０１と試料交換室底部１６０２がアタッチメント１３０８で装着、固定される。１３０９は試料交換室と試料室を区切るゲートバルブであり、試料室、試料交換室の間で試料台を出し入れするときのみ開閉する。

　試料交換棒を１８０度回転（反転）させ、試料台の上下を反転する。次に試料回転棒を試料台の底部にあるネジ式の溝に装着し試料交換棒を外す（退避する）。試料回転棒の上下機構を利用し液体浴の中に試料表面が入るように試料台を下げる。試料回転棒の回転機構を利用し遠心力でイオン液体を飛ばす。回転機構は手動でもモーターなどを用いた自動駆動でも良い。

　このとき飛散したイオン液体は液体浴の側壁に付着し液体浴に捕集される。試料回転棒の上下機構を利用し試料台を上げ、試料交換棒を装着し、試料回転棒を取り外す。試料交換棒を軸中心に回転させ、試料の上下を反転する。試料室と試料交換室の間のバルブを開け試料台を試料室に挿入し試料交換棒のみ引き出す。試料室と試料交換室の間のバルブを閉じ荷電粒子線装置の荷電粒子線を照射し観察を行う。

　局所的な配線の除去方法として集束イオンビームが用いられるが、観察にも収束イオンビームを用いるため、観察中の試料ダメージが懸念される。また集束イオンビームで配線を削る際にも、試料ダメージが生じる可能性がある。本実施例の荷電粒子線装置では、荷電粒子として電子線を用いることによって、集束イオンビームで懸念されるような試料ダメージを軽減し、局所的な配線の除去が行える。

　本実施例では、イオン液体と試料が配置される試料台の一例について説明する。試料台の模式図を図１７に示す。試料台１７０１の材料はアルミ、またはカーボン製で形状はスタブ状のものであっても、これ以外の導電性材料、形状でもかまわない。試料台１７０１は図１の試料ステージ１１１を介して接地されているものとする。試料台１７０１上に固定された試料１７０２は、ガラス基板上のパターンなど、試料台に電気的に接触していない状態とする。そのような試料に荷電粒子線を照射すると、試料表面に電荷が蓄積し、電子顕微鏡観察の場合は像ドリフトや異常コントラストなどの影響が出る。そのような試料を接地することによって帯電を抑制する場合について説明する。試料台１７０１の表面にはφ１～５mm、深さ１～５mm程度の穴１７０３が存在し、ここに予めイオン液体１７０４を保持しておく。保持したイオン液体１７０４に荷電粒子線１７０５を照射し、誘導して試料の目的の箇所まで移動させる。以上から、試料１７０２はイオン液体１７０４と試料台１７０１を介して接地され、前述のような帯電による影響を抑えることができる。

　本実施例では、イオン液体導入機構を、実施例５で示した試料台１７０１上に設ける例について説明する。実施例５と同様に、試料台１７０１の表面にはφ１～５mm、深さ１～５mm程度の穴１７０３が存在し、ここに予めイオン液体１７０４を保持しておく。プローブ２０９を移動させ、穴１７０３に保持されたイオン液体１７０４に接触させて少量のイオン液体１８０１をプローブ先端に付着させる。その後、プローブ２０９を移動させ、試料の目的箇所にイオン液体１８０１を付着させる。以上の手段により、実施例１のイオン液体導入機構における液層２０１は必要なくなり、イオン液体の流量調節などをすることなく試料にイオン液体を導くことができる。

　電子顕微鏡で絶縁体試料を観察する際には、試料の帯電を防ぐために、試料を金属コーティングなどの導電処理をしてから観察する。しかし、高倍率では金属の粒子が見えてしまうため、試料構造を忠実に観察したい場合には適さない。金属コーティングをせずに観察する場合は、電子線のエネルギーや電流量などを調整して帯電を抑えることに加えて、観察箇所の近傍まで導電性ペーストを塗るなど、電荷を逃がしやすい状況を作るといった工夫が必要となる場合がある。例えば、ガラス基板上のパターンなどは、観察箇所に存在するパターンがミリメートルオーダーの距離まで連続している場合は、パターンの端に導電性ペーストを塗って接地することによって帯電を抑えることができる。しかし、観察箇所が孤立したパターンの場合、導電性ペーストを用いて局所的に接地することは困難である。そこで、実施例１で説明した配線手法を用いることによって、接地された箇所から観察箇所付近までイオン液体を誘導し、例えば観察箇所を囲むようにイオン液体を誘導させることによって、電荷が逃げやすくなり、帯電を抑えて観察することが可能となる。

　電子顕微鏡を用いた観察手法として、試料の吸収電流を測定する手法がある。また、その応用として、例えば太陽電池などのＰＮジャンクションにおける電子線誘起電流測定などを行うことができる。しかし、近年の電子デバイスは微細化、複雑化が進んでおり、微小な配線が必要となる場合が多く、ハンダや導電性ペーストでは配線が困難なケースがある。

　上述のような配線手法を用いることによって、局所的な配線が行え、吸収電流を測定することができ、上記課題を解決することができる。

　また、実施例１で記述したように、イオン液体導入機構は、プローブ２０９の先端と接地された試料台との間に、電位差を生じさせることや、電流を測定する機構を有する。従って、電極部または電極部から配線した箇所にプローブ２０９の先端を接触させて上述のような電子線誘起電流測定などを行うことができる。また、イオン液体導入機構を複数台配置することによって、各プローブ間の電圧電流特性を測定することが可能となり、２端子法や４端子法など、より複雑な電気特性測定が行える。イオン液体を用いた配線と組み合わせて用いることにより、状況に応じたフレキシブルな測定を行える。

　電子顕微鏡を用いた観察手法として、例えばセラミックコンデンサなどの特性評価や故障解析を目的として、電極間に電圧を印加して積層構造に電位コントラストを生じさせた状態で観察するなど、電圧印加しながら観察したいというニーズがある。しかし、局所的な評価をする場合には、微細な配線が必要となり、ハンダや導電性ペーストでは配線が困難なケースがある。上述のような配線手法を用いることにより、局所的な配線が行え、局所的に電圧印加することができるため、上記課題を解決することができる。

　また、実施例８で説明した吸収電流測定と電圧印加を組み合わせて用いることもできる。また、イオン液体導入機構を複数台設置すれば、試料台とプローブ間だけでなく、各プローブ間に電圧を印加することも可能である。

　電子顕微鏡では、例えば金属や結晶材料などの熱特性評価を目的として、試料を加熱や冷却しながら観察したいというニーズがある。イオン液体は、一般的に熱伝導も良好であり、電気伝導媒体だけでなく熱伝導媒体としても利用可能であると言われている。また、幅広い温度領域（－５０℃～３００℃程度）で安定して液体状態を取るため、３００℃程度までの加熱、－５０℃程度までの冷却が行える。既存の装置で過熱・冷却する場合には、試料全体が加熱・冷却されてしまうが、例えば、熱に弱い材料で囲まれた試料の、一部分の熱に強い箇所のみを加熱したい場合には、局所的な加熱が必要となる。本発明の荷電粒子線装置では、イオン液体を電気伝導配線としてだけでなく、熱伝導配線として用いることができ、局所的な加熱・冷却が行えるため、上記のような課題を解決することができる。

　図１４は、イオン液体を用いた配線加工条件を設定するＧＵＩ（Graphical User Interface）画面の一例を示す図である。図１９は、図１４に例示したＧＵＩ画面を表示する表示装置を備えた入力装置１９１０、当該入力装置１９１０にて設定した配線条件に基づいて、走査電子顕微鏡本体１９０１を制御するための信号を生成する制御装置１９０３を備えた配線加工システムの一例を示す図である。走査電子顕微鏡本体１９０１と、制御装置１９０３との間には、信号のアナログーデジタル変換を実行するためのＡ／Ｄ変換器１９０２が接続されている。また、ＧＵＩ画面上の任意の位置を設定できるポインティングデバイス１９１１が入力装置１９１０に接続されている。

　図１４に例示するＧＵＩ画面上には、ＳＥＭ画像を表示する表示領域１４０１と、加工条件入力ウィンドウ１４０７が設けられている。

　加工条件入力ウィンドウ１４０７は例えば、イオン液体の供給量（Amount of Ionic Liquid）、配線加工始点（Starting Point）、配線加工終点（End Point）、ビーム照射領域の大きさ（FOV(Field Of View)Size)、電子ビームのビーム電流(Beam Current）、及び電子ビームの加速電圧（Acceleration Voltage）のような配線加工に要する装置パラメータを入力するために設けられている。また、加工条件入力ウィンドウ１４０７への入力に併せて、或いは加工条件入力ウィンドウ１４０７への入力に替えて、表示領域１４０１にて加工条件を入力できるようになっている。

　図１４に例示するＳＥＭ画像には２つの配線１４０３、１４０４が表示されており、この２つの配線間の接続処理を例にとって、本実施例の説明を行う。まず、イオン液体の滴下位置とイオン液体の量を“Amount of Ionic Liquid”、“Starting Point”の入力に基づいて実行する。なおイオン液体の量は、予め記憶された規定量があるのであればそれに基づいて滴下するようにしても良いし、滴下位置はポインター１４０２によってその位置を設定するようにしても良い。このような設定に基づいて、図１９に例示する制御装置１９０３内に含まれるイオン液体吐出制御部１９０６は、指定された位置にイオン液体１４０５を吐出できるように、プローブ２０９、試料ステージ１１１の位置を制御する信号を発生する。また、指定量のイオン液体を吐出できるように、イオン液体導入機構１１３を制御する。また、ポインター１４０２を用いて滴下位置を設定する場合には、表示領域１４０１における指定位置を位置検出部１９０７が認識し、それを座標変換部１９０８がステージ座標、或いはイオン液体吐出制御機構１９０６の制御信号に変換して、制御信号を生成する。

　上記の入力の上で、“End Point”を入力すると加工始点と加工終点が決定できるので、光学条件設定部１９０５は、両者間を結ぶように照射位置の移動軌道１４０８を設定するようにしても良いし、ポインター１４０２を用いて、任意の軌道を設定するようにしても良い。光学条件設定部１９０５は、上記設定に基づいて、加工始点から加工終点に向かって、ビーム照射位置を時間の経過に従って移動するための偏向器（図示せず）への偏向信号、或いは試料ステージ１１１への制御信号を生成する。このような照射領域移動手段を設けることにより、自動的に配線加工を行うことができる。メモリ１９０９には、入力条件に基づく制御信号の生成条件が予め記憶されており、この生成条件に従って、制御信号を生成する。なお、加工配線の太さはビームの照射領域１４０６の大きさによって決定されるため、“FOV size”への入力によって決定することができる。光学条件設定部１９０６は、“FOV size”の設定によって、走査偏向器（図示せず）の走査信号を生成する。

　なお、加工始点、加工終点、及び“FOV size”が決まれば、イオン液体を塗布すべき領域の大きさが決定できるため、当該大きさとイオン液体の量を関連付けて記憶するテーブル、或いは関係式を予めメモリ１９０９に登録しておき、加工始点、加工終点、及び“FOV size”の設定によって、自動的にイオン液体の吐出量を求めるようにしても良い。また、１ヶ所に多くのイオン液体を吐出すると、隣接するパターン間の間隔が狭い試料の場合、隣接するパターン同士が導通してしまう可能性もあるため、図２０に例示するようにイオン液体吐出領域２００１の大きさを任意に設定できるようにすることが望ましい。この場合、吐出領域の大きさと吐出量の関係を示すテーブル、あるいは関係式を予めメモリ１９０９に記憶しておき、そのテーブル、或いは関係式に基づいて、吐出量を自動的に決定するようにしても良い。

　また、加工始点位置、加工終点位置、及び“FOV size”の大きさによって決定される吐出量（Ｄ１）と、イオン液体吐出領域２００１の大きさによって決定される吐出量（Ｄ２）が「Ｄ１＞Ｄ２」の関係にある場合、配線に要する液体イオンが足りないことになるため、例えば図２０に例示するように、新たなイオン液体吐出領域２００２を設定し、必要量を確保するようにしても良い。イオン液体吐出領域２００１を加工始点として加工を進めた場合、加工終点に至るまでにイオン液体吐出領域２００２を通過することになるため、イオン液体吐出領域２００２を新たな加工始点（イオン液体補給点）として、加工を継続することが可能となる。

　図１４に例示するＧＵＩ画面では、上述のような加工条件を設定した後、開始（Start）ボタンを押下することによって加工を開始することができる。また、照射位置の移動速度が早すぎると配線が途切れてしまう可能性があるため、ビーム照射位置の移動速度を制御できるようにしても良い。更に加工の過程を目視にて確認できるように、表示領域１４０１に表示された試料領域への走査（広範囲走査）と、ビーム照射領域１４０６への走査（狭範囲走査）を連続的に切り換えるように制御しても良い。このような制御によれば、加工の過程を動画にて確認することが可能となる。また、図１４に例示するようにビーム照射領域１４０６の設定領域を目視可能とすることによって、設定加工領域と実際の加工状態を目視で比較することが可能となる。

１０１　真空チャンバー
１０２、２０４　真空排気系
１０３　試料交換機構
１０４　荷電粒子線源
１０５、１７０５　荷電粒子線
１０６、１３０１、１７０２　試料
１０７　二次信号
１０８　二次信号検出系
１０９　制御系
１１０、１３０２、１７０１　試料台
１１１　試料ステージ
１１２　画像表示装置
１１３　イオン液体導入機構
２０１　液槽
２０２、３０３、７０２、１７０４　イオン液体
２０３　注入口
２０５　シャッター
２０６　プローブロッド
２０７　粗動機構
２０８　微動機構
２０９　プローブ
３０１　プローブ固定部
３０２、１７０３　穴
４０１、５０１、７０４　イオン液体の液滴
４０２、５０２　Ｓｉ基板
４０３　電子線を照射する領域
４０４、５０３　電子線照射した領域
７０１　目的箇所Ａ
７０３　目的箇所Ｂ
１００１、１１０１、１２０１　照射領域Ａ
１００２、１１０２、１２０２　照射領域Ｂ
１００３、１１０３、１２０３　照射領域Ｃ
１３０３　試料交換棒
１３０４　試料交換室
１３０５、１５０５　試料回転棒
１３０６　試料回転棒制御部
１３０７　液体浴
１３０８　アタッチメント
１３０９　ゲートバルブ
１５０１　試料回転棒先端
１５０２　試料台底部
１５０３、１５０４　ネジ溝
１８０１　イオン液体

Claims

　試料に荷電粒子線を照射して、当該試料上に配線加工を行う配線方法において、
　前記配線加工を行う配線軌道上にイオン液体を配置し、当該配線軌道に沿って前記荷電粒子線の照射位置を移動することを特徴とする配線方法。
　請求項１において、
　前記試料上に前記イオン液体を滴下し、当該滴下されたイオン液体に前記荷電粒子線を照射することを特徴とする配線方法。
　請求項１において、
　前記試料を配置するための試料台上に、前記イオン液体を配置し、当該イオン液体が配置された位置から、前記試料に向かって前記荷電粒子線の照射位置を移動することを特徴とする配線方法。
　荷電粒子源と、
　荷電粒子線が照射される試料を配置するための試料台と
　当該荷電粒子源から放出される荷電粒子線の照射位置を移動する移動機構を備えた荷電粒子線装置において、
　イオン液体を試料の一部に滴下するプローブと、
　前記移動機構を制御する制御装置を備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。
　請求項４において、
　前記制御装置は、前記照射位置が時間の経過に従って順次移動するように前記移動機構を制御することを特徴とする荷電粒子線装置。
　請求項５において、
　前記制御装置は、１の照射位置と、その後に照射される照射位置とが重なるように、前記照射位置を移動することを特徴とする荷電粒子線装置。
　請求項４において、
　前記移動機構は、前記荷電粒子線の照射位置を偏向する偏向器であることを特徴とする荷電粒子線装置。
　請求項４において、
　前記移動機構は、前記試料を移動するための試料ステージであることを特徴とする荷電粒子線装置。
　荷電粒子源と、
　荷電粒子線が照射される試料を配置するための試料台と
　当該荷電粒子源から放出される荷電粒子線の照射位置を移動する移動機構を備えた荷電粒子線装置において、
　前記試料台上に設けられるはイオン液体を保持する保持部と、
　前記移動機構を制御する制御装置を備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。
　請求項９において、
　前記制御装置は、前記照射位置が時間の経過に従って順次移動するように前記移動機構を制御することを特徴とする荷電粒子線装置。
　請求項１０において、
　前記制御装置は、１の照射位置と、その後に照射される照射位置とが重なるように、前記照射位置を移動することを特徴とする荷電粒子線装置。
　請求項９において、
　前記移動機構は、前記荷電粒子線の照射位置を偏向する偏向器であることを特徴とする荷電粒子線装置。
　請求項９において、
　前記移動機構は、前記試料を移動するための試料ステージであることを特徴とする荷電粒子線装置。
　荷電粒子源と、
　荷電粒子線が照射される試料を配置するための試料台と
　当該荷電粒子源から放出される荷電粒子線の照射位置を移動する移動機構を備えた荷電粒子線装置において、
　前記試料台或いは前記試料上に配置されたイオン液体の移動軌道を設定する入力装置と、
　当該入力装置によって設定された移動軌道に沿って、前記荷電粒子線が照射されるように、前記移動機構を制御する制御装置を備えたことを特徴とする荷電粒子線装置。
　請求項１４において、
　前記制御装置は、前記移動軌道に沿って前記照射位置が時間の経過に従って順次移動するように前記移動機構を制御することを特徴とする荷電粒子線装置。
　請求項１５において、
　前記制御装置は、１の照射位置と、その後に照射される照射位置とが重なるように、前記照射位置を移動することを特徴とする荷電粒子線装置。
　請求項１４において、
　前記移動機構は、前記荷電粒子線の照射位置を偏向する偏向器であることを特徴とする荷電粒子線装置。
　請求項１４において、
　前記移動機構は、前記試料を移動するための試料ステージであることを特徴とする荷電粒子線装置。