(57)【要約】  荷電粒子線装置は、試料上に配置された層に前記荷電粒子線が照射されたときに得られる荷電粒子信号の強度又は強度比と前記層の厚さとの関係を示す関係情報を記憶した記憶部と、前記関係情報と、前記荷電粒子信号の強度又は強度比とを用いて、前記層の厚さを前記試料の厚さとして算出する演算部とを備える。
2018229848.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子線を照射する荷電粒子線カラムと、
測定対象である試料を支持する試料支持機構と、
前記荷電粒子線が前記試料に照射されたときに得られる荷電粒子信号を検出する検出器と、
前記試料上に配置された層に前記荷電粒子線が照射されたときに得られる荷電粒子信号の強度又は強度比と前記層の厚さとの関係を示す関係情報を記憶した記憶部と、
前記関係情報と、前記荷電粒子信号の強度又は強度比とを用いて、前記層の厚さを前記試料の厚さとして算出する演算部と、
を備える荷電粒子線装置。
【請求項２】
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
前記荷電粒子信号の前記強度比は、信号強度が一定となる範囲の信号強度値で各信号強度値を割った値であることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項３】
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
前記層は、カーボン、タングステン、白金、又は酸化膜であることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項４】
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
前記記憶部は、前記関係情報を前記荷電粒子線のエネルギーごとに格納していることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項５】
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
前記記憶部は、前記関係情報を前記荷電粒子線の入射角度ごとに格納していることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項６】
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
前記記憶部は、前記関係情報を前記荷電粒子線の種類ごとに格納していることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項７】
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
前記記憶部は、前記関係情報を前記検出器による検出対象の信号の種類ごとに格納していることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項８】
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
前記記憶部は、前記関係情報を、前記層の製造方法、前記層の組成、又は前記層の結晶性ごとに格納していることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項９】
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
前記荷電粒子線及び化合物ガスを用いて前記試料の表面に前記層を形成する機能をさらに備えることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
前記試料は、
前記試料の長手方向と平行な方向に均一な厚さを有する形状、
前記試料の長手方向と平行な方向に厚さが連続若しくは不連続に変化する形状、又は、
前記試料の短手方向と平行な方向に厚さが連続若しくは不連続に変化する形状、
を有することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
前記荷電粒子信号は、(1)透過電子、(2)反射電子、(3)二次荷電粒子、又は、(4)前記透過電子若しくは前記反射電子若しくは前記二次荷電粒子に起因する三次荷電粒子を検出した信号であることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１２】
イオンビームを照射するイオンビームカラムと、
電子ビームを照射する電子ビームカラムと、
試料を支持する試料支持機構と、
前記電子ビームが前記試料に照射されたときに得られる荷電粒子信号を検出する検出器と、
前記イオンビーム又は前記電子ビームと、化合物ガスとを用いて、前記試料の表面に層を形成する機能と、
前記層に前記電子ビームが照射されたときに得られる荷電粒子信号の強度又は強度比と前記層の厚さとの関係を示す関係情報を記憶した記憶部と、
前記関係情報と、前記荷電粒子信号の強度又は強度比とを用いて、前記層の厚さを前記試料の厚さとして算出する演算部と、
を備える複合荷電粒子線装置。
【請求項１３】
試料の表面に層を形成するステップと、
イオンビームを用いて前記試料を加工するステップと、
前記加工された試料に電子ビームを照射するステップと、
前記層に前記電子ビームを照射したときの荷電粒子信号を検出するステップと、
前記荷電粒子信号の強度又は強度比と前記層の厚さとの関係を示す関係情報を用いて、前記加工された試料の厚さを算出するステップと、
を含む試料の厚さ測定法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の試料の厚さ測定法において、
前記加工された試料は、
前記試料の長手方向と平行な方向に均一な厚さを有する形状、
前記試料の長手方向と平行な方向に厚さが連続若しくは不連続に変化する形状、又は、
前記試料の短手方向と平行な方向に厚さが連続若しくは不連続に変化する形状、
を有することを特徴とする試料の厚さ測定法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子線装置及び試料の厚さ測定法に関する。
【背景技術】
【０００２】
荷電粒子線装置の一つである集束イオンビーム（Focused Ion Beam: FIB）装置は、集束したイオンビームを試料に照射した際に生じるターゲット構成原子のスパッタリング現象を利用して微細加工を行う装置である。最近では、FIB装置に対して、走査電子顕微鏡（Scanning ElectronMicroscope：SEM）又は走査透過電子顕微鏡（Scanning Transmission Electron Microscope：STEM）を組み合わせた装置が製品化されている。これらの装置は、FIB照射軸と電子線照射軸が装置内の同一点で交差するように設計されており、試料を移動せずにFIB加工断面をSEM観察できる特長がある。【０００３】
FIB装置の用途は、SEM観察用の断面加工、及び、STEMや透過電子顕微鏡（Transmission Electron Microscope：TEM）観察用の試料作製などである。TEM法やSTEM法は、高加速電子線を薄膜試料に照射し、透過した電子線を結像することで試料内部構造を観察する手法である。これらの手法では、透過電子を結像に用いるため、観察試料として薄膜が使用される。一般的な推奨の試料厚さは、加速電圧200 kVの場合は100 nm以下である。しかし、半導体の薄膜試料の作製においては、デバイス構造の微細化が年々進んでいるため、薄膜厚さを数10 nm程度まで加工しなければならない場合もある。TEMやSTEM観察用の試料作製においては、FIB加工中に精度良く薄膜試料の厚さを測定する技術が必要である。【０００４】
FIB加工中に発生する二次電子は、試料表面構造を反映した情報を持つ。FIBの走査と同期させて二次電子の信号強度を二次元表示した像は、走査イオン顕微鏡（Scanning Ion Microscope：SIM）像と呼ばれる。従来から用いられている試料厚さ測定法は、薄膜試料を上方からSIM観察することによって試料厚さを測長する。しかし、真上から試料を観察するため、試料の深さ方向の情報を得ることが難しく、目的とする箇所の正確な測長は困難である。SIM像はSEM像と比較して分解能が低いことも測定精度低下の原因である。電子線を用いた膜厚測定法は、特許文献1に開示されている。特許文献1には、膜厚測定領域と参照試料における反射電子の強度比を算出して膜厚を測定する手法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開2008-267895号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献1の手法は、膜厚測定対象の試料の他に参照試料を用意する必要があり、実施するためにいくつかの課題がある。第一に、参照試料は、膜厚測定領域と同じ材質及び組成であり、かつ厚さが既知の必要がある。試料が単一構造又は単一組成の場合は、特許文献1の手法を適用することができる。しかし、試料内部の構造又は組成が不均一の場合、電子線強度が観察領域毎に変化するため、特許文献1の手法を適用することができない。第二に、膜厚測定の精度向上には、厚さが異なる2個以上の参照試料を準備しなければならない。半導体試料においては、不良部は1箇所しかないため複数の参照試料を準備することはできない。【０００７】
そこで、以下では、参照試料を用意することなく、試料の厚さを測定することが可能な技術を開示する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
例えば、上記課題を解決するために、請求の範囲に記載の構成を採用する。本願は上記課題を解決する手段を複数含んでいるが、その一例をあげるならば、荷電粒子線を照射する荷電粒子線カラムと、測定対象である試料を支持する試料支持機構と、前記荷電粒子線が前記試料に照射されたときに得られる荷電粒子信号を検出する検出器と、前記試料上に配置された層に前記荷電粒子線が照射されたときに得られる荷電粒子信号の強度又は強度比と前記層の厚さとの関係を示す関係情報を記憶した記憶部と、前記関係情報と、前記荷電粒子信号の強度又は強度比とを用いて、前記層の厚さを前記試料の厚さとして算出する演算部と、を備える荷電粒子線装置が提供される。【０００９】
また、他の例によれば、イオンビームを照射するイオンビームカラムと、電子ビームを照射する電子ビームカラムと、試料を支持する試料支持機構と、前記電子ビームが前記試料に照射されたときに得られる荷電粒子信号を検出する検出器と、前記イオンビーム又は前記電子ビームと、化合物ガスとを用いて、前記試料の表面に層を形成する機能と、前記層に前記電子ビームが照射されたときに得られる荷電粒子信号の強度又は強度比と前記層の厚さとの関係を示す関係情報を記憶した記憶部と、前記関係情報と、前記荷電粒子信号の強度又は強度比とを用いて、前記層の厚さを前記試料の厚さとして算出する演算部と、を備える複合荷電粒子線装置が提供される。【００１０】
また、他の例によれば、試料の表面に層を形成するステップと、イオンビームを用いて前記試料を加工するステップと、前記加工された試料に電子ビームを照射するステップと、前記層に前記電子ビームを照射したときの荷電粒子信号を検出するステップと、前記荷電粒子信号の強度又は強度比と前記層の厚さとの関係を示す関係情報を用いて、前記加工された試料の厚さを算出するステップと、を含む試料の厚さ測定法が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、参照試料を用意することなく、試料の厚さを測定することができる。なお、本発明に関連する更なる特徴は、本明細書の記述、添付図面から明らかになるものである。また、上記した以外の、課題、構成及び効果は、以下の実施例の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】一実施例の荷電粒子線装置の構成を示した模式図である。
【図２Ａ】一実施例の試料及び試料上の堆積膜を示した図である。
【図２Ｂ】一実施例の試料及び試料上の堆積膜を示した図である。
【図２Ｃ】一実施例の試料及び試料上の堆積膜を示した図である。
【図２Ｄ】一実施例の試料及び試料上の堆積膜を示した図である。
【図３Ａ】一実施例の堆積膜を有する試料の断面荷電粒子線像である。
【図３Ｂ】一実施例の堆積膜を有する試料の平面荷電粒子線像である。
【図３Ｃ】図３Ａの堆積膜において矢印方向に抽出した信号強度のラインプロファイルである。
【図４Ａ】一実施例の試料の厚さ測定法を説明する図である。
【図４Ｂ】一実施例の試料の厚さ測定法を説明する図である。
【図４Ｃ】一実施例の試料の厚さ測定法を説明する図である。
【図４Ｄ】一実施例の試料の厚さ測定法を説明する図である。
【図４Ｅ】一実施例の信号強度のラインプロファイルである。
【図４Ｆ】一実施例の信号強度比のラインプロファイルである。
【図５】一実施例の関係情報を示した図である。
【図６Ａ】一実施例の試料の厚さ測定法を説明する図である。
【図６Ｂ】一実施例の試料の厚さ測定法を説明する図である。
【図６Ｃ】一実施例の試料の厚さ測定法を説明する図である。
【図７】一実施例の荷電粒子線装置の構成を示した模式図である。
【図８】一実施例の複合荷電粒子線装置の構成を示した模式図である。
【図９Ａ】一実施例の試料の厚さ測定法を説明する図である。
【図９Ｂ】一実施例の試料の厚さ測定法を説明する図である。
【図９Ｃ】一実施例の試料の厚さ測定法を説明する図である。
【図９Ｄ】一実施例の試料の厚さ測定法を説明する図である。
【図１０Ａ】一実施例の試料及び試料上の堆積膜を示した図である。
【図１０Ｂ】一実施例の試料及び試料上の堆積膜を示した図である。
【図１０Ｃ】一実施例の試料及び試料上の堆積膜を示した図である。
【図１０Ｄ】一実施例の試料及び試料上の堆積膜を示した図である。
【図１１】一実施例の関係情報を示した図である。
【図１２】一実施例の関係情報を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、添付図面を参照して本発明の実施例について説明する。なお、添付図面は本発明の原理に則った具体的な実施例を示しているが、これらは本発明の理解のためのものであり、決して本発明を限定的に解釈するために用いられるものではない。
【００１４】
以下の実施例は、観察用試料の厚さを測定する機能を有する荷電粒子線装置に関する。荷電粒子線装置は、荷電粒子線を試料表面で走査して、二次的に発生する荷電粒子を用いる装置である。荷電粒子線装置の例として、電子顕微鏡、電子線描画装置、イオン加工装置、イオン顕微鏡などが挙げられる。以下の実施例は、上述の荷電粒子線装置に適用可能である。
【００１５】
図１は、一実施例の荷電粒子線装置の構成を示した模式図である。荷電粒子線装置は、荷電粒子線カラム1と、試料2を支持する試料支持機構3と、荷電粒子線4が試料2に照射されたときに得られる荷電粒子信号5を検出する検出器6と、測定対象である試料2上に配置された層（例えば、堆積膜）7に荷電粒子線4が照射されたときに得られる荷電粒子信号5の強度又は強度比を層7の厚さごとに記憶した記憶部8と、記憶部8の情報及び検出器6が検出した荷電粒子信号を用いて層7の厚さを試料2の厚さとして算出する演算部9とを備えている。
【００１６】
荷電粒子線カラム1は、荷電粒子線光学系を含む。一例として、荷電粒子線光学系は、荷電粒子線を放射する荷電粒子線源と、引出し電極、コンデンサレンズ、偏向電極、及び、対物レンズなどを含む。なお、荷電粒子線カラム1は、これ以外に他のレンズや電極、検出器を含んでもよいし、一部が上記と異なっていてもよく、荷電粒子線光学系の構成はこれに限られない。
【００１７】
演算部9は、汎用のコンピュータを用いて実現されてもよく、コンピュータ上で実行されるプログラムの機能として実現されてもよい。すなわち、演算部9の処理は、プログラムコードとしてメモリに格納し、CPU（Central Processing Unit）などのプロセッサが各プログラムコードを実行することによって実現されてもよい。
【００１８】
本実施例では、測定対象である試料2上には、厚さ測定用の層7が配置されている。以下では、層7を堆積膜と称して説明するが、測定対象である試料2上に厚さ測定用の何らかの層が形成されていればよい。本実施例の荷電粒子線装置は、堆積膜7の厚さを算出することにより、試料2の厚さを求めることができる。
【００１９】
本実施例において、堆積膜7は、荷電粒子線装置の外部で堆積されたものである。なお、堆積膜7は、荷電粒子線装置内で堆積されてもよく、この構成については後述する。図２Ａ〜図２Ｄは、試料2及び試料2上に配置された堆積膜7の模式図である。堆積膜7は、カーボン、タングステン、白金、又は酸化膜である。堆積膜7は、導電性の材質、又は、絶縁性の材質であればよく、上述の材料に限定されるものではない。
【００２０】
堆積膜7は、試料2に対して任意の位置に配置することができる。図２Ａでは、堆積膜7が、試料2の上部2aのXY平面上に配置されている。図２Ａにおいて、例えば、荷電粒子線4はXZ平面に入射する。XZ平面に対する荷電粒子線4の入射角度10は任意である。図２Ｂでは、堆積膜7が、試料2の下部2bのXY平面に配置されている。図２Ｃでは、堆積膜7が、試料2の左側面2cのYZ平面に配置されている。図２Ｄでは、堆積膜7が、試料2の右側面2dのYZ平面に配置されている。
【００２１】
図３Ａ〜図３Ｃを用いて、試料2の厚さ測定の概念を説明する。図３Ａは、堆積膜7を有する試料2の断面荷電粒子線像であり、図３Ｂは、試料2の平面荷電粒子線像である。本例においては、試料2の厚さは、図面上の左側から右側に向かって徐々に薄くなっている。厚さの変化方向は、これに限定されるものではない。図３Ａでは、堆積膜7のコントラストは、左側で暗く、右側にいくに従って明るくなっている。コントラストが明るいほど堆積膜7の厚さが薄いことを表す。
【００２２】
図３Ｃは、堆積膜7について矢印方向（図３Ａ参照）に抽出した信号強度のラインプロファイル11である。ラインプロファイル11は、縦軸に信号強度（輝度）、横軸に図３Ａ及び図３Ｂの左端からの距離（左端を原点とする）をとった場合の信号強度の変化を示す。図３Ｃの左側では輝度が一定の領域があるが、右側に行くに従って輝度が大きくなる。本実施例では、荷電粒子線像の輝度が堆積膜7の厚さによって変化する性質を利用することによって試料2の厚さが測定される。この構成によれば、試料2の組成及び材質などに依存しない厚さの測定が可能になる。また、試料2上の堆積膜7を利用するため、試料2とは別個の参照試料を用意することなく、試料2の厚さを測定することができる。
【００２３】
図４Ａ〜図４Ｆを用いて、試料2の厚さ測定の実施例を示す。図４Ａに示すように、ここでは、楔形状の試料2が使用され、試料2の上部2aのXY平面上に堆積膜7が配置されている。
【００２４】
図４Ｂに示すように、試料2をZ軸の周りに回転し、荷電粒子線4を用いて、試料2の面S1をX軸方向から観察し、長さL1を測長する。荷電粒子線4のZY平面への入射角度は任意である。なお、別の例として、荷電粒子線4を用いて-Z方向から観察してもよい。
【００２５】
次に、図４Ｃに示すように、試料2をZ軸の周りに回転し、荷電粒子線4を用いて試料2の面S2を観察し、長さL2を測長する。荷電粒子線4のZY平面への入射角度は任意である。なお、別の例として、荷電粒子線4を用いて-Z方向から観察してもよい。
【００２６】
次に、図４Ｄに示すように、試料2をZ軸の周りに回転し、荷電粒子線4を用いて試料2の面S3を観察する。演算部9は、ここで取得された荷電粒子線像の堆積膜7について、X方向（矢印向き）に信号強度のラインプロファイル11を算出する。
【００２７】
図４Ｅは、信号強度のラインプロファイル11の一例である。図４Ｅのラインプロファイル11において、縦軸は荷電粒子線像の堆積膜7における信号強度であり、横軸は試料2の左端（図４Ｄの左端）からの距離である。左端の厚さはL1であり、右端の厚さはL2に相当するので、試料2における各厚さに対応する荷電粒子線像における信号強度が分かる。
【００２８】
演算部9は、信号強度が変化しない範囲（W1）の強度値でラインプロファイル11を規格化してもよい。図４Ｆは、信号強度比のラインプロファイル11の一例である。図４Ｆのラインプロファイル11において、縦軸はW1範囲の信号強度値で各信号強度値を割った強度比であり、横軸は試料2の左端（図４Ｄの左端）からの距離である。このラインプロファイル11によれば、試料2における各厚さに対応する強度比が分かる。荷電粒子線装置を用いた観察においては、時間の経過とともに取得される信号強度の絶対値が変化する。したがって、信号強度比のような相対強度を表す情報を利用することが好ましい。
【００２９】
演算部9は、荷電粒子信号5の信号強度又は信号強度比と堆積膜7の厚さとの関係を示す関係情報を記憶部8に記憶する。図５は、荷電粒子信号5の信号強度又は信号強度比と堆積膜7の厚さとの関係を示すテーブルの一例である。なお、上記の関係情報は、テーブル構造で示されているが、テーブルによるデータ構造で表現されていなくてもよい。以下では、データ構造に依存しないことを示すために、単に「関係情報」と呼ぶ。
【００３０】
図６Ａ〜図６Ｃは、上述のように予め作成した関係情報を用いた試料2の厚さ測定法を説明する図である。ここでは、記憶部8が、荷電粒子信号5の信号強度比と堆積膜7の厚さとの関係を示す関係情報を格納している場合について説明する。
【００３１】
図６Ａに示すように、測定対象である試料2が試料支持機構3に配置されている。試料支持機構3の構成は、試料2を支持できればこれに限定されるものではない。試料2は平行平板でよいし、楔状でもよいが、本実施例では楔状の試料2を使用する。
【００３２】
次に、図６Ｂに示すように、演算部9は、荷電粒子線4が試料2に照射されたときに得られる荷電粒子信号5から、試料2の面S3の荷電粒子線像を取得する。
【００３３】
次に、図６Ｃに示すように、演算部9は、取得した荷電粒子線像を用いて、厚さを測定する領域付近の堆積膜7の信号強度（Ia）、及び、信号強度が一定になる領域から堆積膜7の信号強度（Ib）を取得し、強度比（Ia/Ib）を求める。演算部9は、記憶部8に予め記憶されている関係情報から、強度比（Ia/Ib）に対応する堆積膜7の厚さを試料2の厚さとして算出する。
【００３４】
なお、記憶部8が、信号強度と堆積膜7の厚さとの関係情報を格納している場合、演算部9は、厚さを測定する領域付近の信号強度（Ia）に対応する堆積膜7の厚さを試料2の厚さとして算出すればよい。
【００３５】
上述の実施例の荷電粒子線装置は、荷電粒子線4を照射する荷電粒子線カラム1と、測定対象である試料2を支持する試料支持機構3と、荷電粒子線4が試料2に照射されたときに得られる荷電粒子信号5を検出する検出器6と、試料2上に配置された堆積膜7に荷電粒子線4が照射されたときに得られる荷電粒子信号5の強度又は強度比と堆積膜7の厚さとの関係を示す関係情報を記憶した記憶部8と、前記関係情報及び検出器6が検出した荷電粒子信号5の信号強度を用いて、堆積膜7の厚さを試料2の厚さとして算出する演算部9と、を備える。この構成によれば、試料2上に配置された堆積膜7を厚さ測定用の層として利用するため、試料2とは別個の参照試料を用意することなく、試料2の厚さを測定することができる。
【００３６】
図７は、一実施例の荷電粒子線装置の構成を示した模式図である。本実施例の荷電粒子線装置は、試料2に堆積膜7を形成する堆積膜形成機能12を有する。化合物ガスを試料2の表面の荷電粒子線照射領域近傍に吹き付けることにより、試料2に堆積膜7を形成することができる。一次荷電粒子線4を試料2に照射すると、二次荷電粒子が発生する。二次荷電粒子が化合物ガスの分解に寄与し、化合物ガスが気体成分と固体成分に分離する。気体成分は真空排気される。固体成分が試料2の表面に堆積することで、堆積膜7が形成される。堆積膜形成機能12は、例えば、堆積膜7の原料となる化合物ガスを荷電粒子線照射領域周辺に供給する化合物ガス供給装置である。堆積膜7は、カーボン、タングステン、白金、又は、酸化膜である。堆積膜7は、導電性の材質、又は、絶縁性の材質であればよく、上述の材料に限定されるものではない。
【００３７】
図８は、一実施例の複合荷電粒子線装置の構成を示した模式図である。本実施例の複合荷電粒子線装置は、イオンビーム14を照射するイオンビームカラム13と、電子ビーム16を照射する電子ビームカラム15と、イオンビームカラム13から照射されるイオンビーム14又は電子ビームカラム15から照射される電子ビーム16を用いて試料2に堆積膜7を形成する堆積膜形成機能12とを備え、他の構成は、図１の構成と同じである。
【００３８】
本実施例では、電子ビームカラム15が、試料支持機構3の試料2を配置する面（以下、試料2の配置面）に対して垂直方向に配置され、イオンビームカラム13が、試料2の配置面に対して斜め方向に配置されている。電子ビームカラム15が、試料2の配置面に対して斜め方向に配置され、イオンビームカラム13が、試料2の配置面に対して垂直方向に配置されてもよい。二つのカラム13、15のなす角度は、0度より大きく180度以下である。
【００３９】
図９Ａ〜図９Ｄは、複合荷電粒子線装置を用いた試料2の加工及び厚さ測定法を説明する図である。図９Ａは、測定対象の試料2を示す。図９Ｂに示すように、イオンビーム14又は電子ビーム16と化合物ガスを用いて試料2に堆積膜7を形成する。次に、図９Ｃに示すように、イオンビーム14を用いて試料2を加工し、試料2を薄片化する。次に、図９Ｄに示すように、電子ビーム16を堆積膜7に照射する。そして、演算部9は、取得された信号強度を用いて、記憶部8に予め記憶されている関係情報から、堆積膜7の厚さを試料2の厚さとして算出する。図９Ｃ及び図９Ｄの工程を、目的の試料厚さになるまで繰り返す。この構成によれば、試料2の厚さの測定をしながら、イオンビーム14による試料2の加工が可能となる。
【００４０】
図１０Ａ〜図１０Ｄは、試料2及び堆積膜7の例を示す。図１０Ａにおいて、試料2は、試料2の長手方向と平行な方向に均一な厚さを有する平板形状である。堆積膜7は試料2の上部2aに堆積されている。この構成では、記憶部8が、信号強度と堆積膜7の厚さとの関係情報を格納しており、演算部9が、当該関係情報から、堆積膜7の信号強度に対応する堆積膜7の厚さを試料2の厚さとして算出すればよい。
【００４１】
図１０Ｂにおいて、試料2は、試料2の長手方向と平行な方向に厚さが連続的に変化する楔形状を有する。堆積膜7は試料2の上部2aに堆積されている。この構成では、図６Ａ〜図６Ｃで説明した方法で試料2の厚さを求めることができる。
【００４２】
図１０Ｃにおいて、試料2は、試料2の長手方向と平行な方向に厚さが不連続な形状を有する。具体的には、試料2は、第１部分21と、第１部分21よりも厚さが大きい第２部分22とを有する。堆積膜7は試料2の上部2aに堆積されている。試料2の第２部分22上に堆積された堆積膜7の厚さは、信号強度が一定になる範囲内（すなわち、図４ＥのW1）の厚さである。この構成では、記憶部8が、信号強度比と堆積膜7の厚さとの関係情報を格納しており、演算部9が、第２部分22上の堆積膜7の信号強度と、第１部分21上の堆積膜7の信号強度との強度比から、試料2の第１部分21の厚さを求めることができる。なお、演算部9は、信号強度と堆積膜7の厚さとの関係情報から、試料2の第１部分21の厚さを求めてもよい。
【００４３】
図１０Ｄにおいて、試料2は、試料2の短手方向と平行な方向に厚さが連続に変化する楔形状を有する。堆積膜7は試料2の上部2aに堆積されている。この構成では、例えば、演算部9が、堆積膜7の下端7bの信号強度と、堆積膜7の上端7aの信号強度との強度比から、試料2の厚さを求めることができる。なお、演算部9は、信号強度と堆積膜7の厚さとの関係から、試料2の厚さを求めてもよい。また、試料2は、試料2の短手方向と平行な方向に厚さが不連続に変化する形状を有してもよい。
【００４４】
図１１は、記憶部8に格納されている関係情報の一例を示す。記憶部8は、荷電粒子信号5の信号強度又は信号強度比と堆積膜7の厚さとの関係を荷電粒子線4のエネルギーごとに格納していてもよい。荷電粒子線4のエネルギーとは、例えば、加速電圧である。加速電圧が異なれば荷電粒子信号5の放出率が変化するため、同一の試料厚さにおいても堆積膜7のコントラストが異なってくる。演算部9は、複数の異なる加速電圧毎に、荷電粒子信号5の信号強度又は信号強度比と堆積膜7の厚さとの関係を示す関係情報を予め記憶部8に格納する。演算部9は、当該関係情報から、設定された加速電圧に応じて荷電粒子信号5の信号強度又は信号強度比と堆積膜7の厚さとの関係を選択し、堆積膜7の厚さを試料2の厚さとして算出することができる。
【００４５】
図１２は、記憶部8に格納されている関係情報の一例を示す。記憶部8は、荷電粒子信号5の信号強度又は信号強度比と堆積膜7の厚さとの関係を荷電粒子線4の入射角度ごとに格納していてもよい。荷電粒子線4の堆積膜7への入射角度10が変化すると、堆積膜7の相対的な厚さが変化するため、堆積膜7のコントラストが異なってくる。演算部9は、複数の異なる入射角度毎に、荷電粒子信号5の信号強度又は信号強度比と堆積膜7の厚さとの関係を示す関係情報を予め記憶部8に格納する。演算部9は、当該関係情報から、入射角度に応じて荷電粒子信号5の信号強度又は信号強度比と堆積膜7の厚さとの関係を選択し、堆積膜7の厚さを試料2の厚さとして算出することができる。図１２の例では、記憶部8は、荷電粒子信号5の信号強度又は信号強度比と堆積膜7の厚さとの関係を、荷電粒子線4のエネルギー（加速電圧）及び荷電粒子線4の入射角度ごとに格納している。
【００４６】
なお、その他の例として、荷電粒子信号5の信号強度又は信号強度比と堆積膜7の厚さとの関係は、荷電粒子線4の種類によっても変化し得る。例えば、荷電粒子線4は、ガリウム、金、シリコン、水素、ヘリウム、ネオン、アルゴン、キセノン、酸素、窒素、または炭素から選ばれる一種のビームである。ビームの種類によって荷電粒子信号5の信号強度が変化し得る。したがって、記憶部8は、荷電粒子信号5の信号強度又は信号強度比と堆積膜7の厚さとの関係を、荷電粒子線4の種類ごとに格納してもよい。
【００４７】
また、荷電粒子信号5は、(1)透過電子、(2)反射電子、(3)二次荷電粒子、又は、(4)前記透過電子若しくは前記反射電子若しくは前記二次荷電粒子に起因する三次荷電粒子を検出した信号であってもよい。荷電粒子信号5の信号強度又は信号強度比と堆積膜7の厚さとの関係は、検出器6による検出対象の信号の種類によっても変化し得る。したがって、記憶部8は、荷電粒子信号5の信号強度又は信号強度比と堆積膜7の厚さとの関係を、検出対象の信号の種類ごとに格納してもよい。
【００４８】
また、荷電粒子信号5の信号強度又は信号強度比と堆積膜7の厚さとの関係は、堆積膜7の製造方法、堆積膜7の組成、堆積膜7の結晶性等によっても変化し得る。例えば、堆積膜7が堆積膜形成機能12によって堆積されたか、荷電粒子線装置の外部で試料2に堆積されたかで、荷電粒子信号5の信号強度が変化し得る。また、堆積膜7の組成や堆積膜7の結晶性等によっても荷電粒子信号5の信号強度が変化し得る。したがって、記憶部8は、荷電粒子信号5の信号強度又は信号強度比と堆積膜7の厚さとの関係を、堆積膜7の製造方法、堆積膜7の組成、又は堆積膜7の結晶性ごとに格納してもよい。
【００４９】
図１１及び図１２の実施例は、図７の荷電粒子線装置及び図８の複合荷電粒子線装置に対しても適用可能である。
【００５０】
以上の通り、上述の実施例においては、荷電粒子線像の堆積膜7のコントラストと、試料2上の堆積膜7の厚さとの関係がデータベース化され、当該データベースが記憶部8に格納されている。演算部9は、当該データベースから試料2の厚さを算出することができる。上述の荷電粒子線装置は、試料2の厚さと、荷電粒子線4が堆積膜7に照射された際に得られる荷電粒子信号5の信号強度又は信号強度比との関係から、対象とする試料2の厚さを精度よく測定することができる。これにより、TEMやSTEM観察に適する薄膜試料を提供することが可能になる。
【００５１】
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。上記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できる。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できる。また、各実施例の構成の一部について、他の構成を追加・削除・置換することもできる。
【００５２】
また、上記の演算部9の機能等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。また、上記の各構成、機能等は、プロセッサがそれぞれの機能を実現するプログラムを解釈し、実行することによりソフトウェアで実現してもよい。各機能を実現するプログラム、テーブル、ファイル等の情報は、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体(non-transitory computer readable medium)に記憶させることが可能である。非一時的なコンピュータ可読媒体としては、例えば、フレキシブルディスク、CD-ROM、DVD-ROM、ハードディスク、光ディスク、光磁気ディスク、CD-R、磁気テープ、不揮発性のメモリカード、ROMなどが用いられる。
【００５３】
上記の実施例において、制御線や情報線は説明上必要と考えられるものを示しており、製品上必ずしも全ての制御線や情報線を示しているとは限らない。全ての構成が相互に接続されていてもよい。
【符号の説明】
【００５４】
1  荷電粒子線カラム
2  試料
3  試料支持機構
4  荷電粒子線
5  荷電粒子信号
6  検出器
7  層（堆積膜）
8  記憶部
9  演算部
10  入射角度
11  ラインプロファイル
12  堆積膜形成機能
13  イオンビームカラム
14  イオンビーム
15  電子ビームカラム
16  電子ビーム
【図１】
2018229848.tif 000003
【図２Ａ】
2018229848.tif 000004
【図２Ｂ】
2018229848.tif 000005
【図２Ｃ】
2018229848.tif 000006
【図２Ｄ】
2018229848.tif 000007
【図３Ａ】
2018229848.tif 000008
【図３Ｂ】
2018229848.tif 000009
【図３Ｃ】
2018229848.tif 000010
【図４Ａ】
2018229848.tif 000011
【図４Ｂ】
2018229848.tif 000012
【図４Ｃ】
2018229848.tif 000013
【図４Ｄ】
2018229848.tif 000014
【図４Ｅ】
2018229848.tif 000015
【図４Ｆ】
2018229848.tif 000016
【図５】
2018229848.tif 000017
【図６Ａ】
2018229848.tif 000018
【図６Ｂ】
2018229848.tif 000019
【図６Ｃ】
2018229848.tif 000020
【図７】
2018229848.tif 000021
【図８】
2018229848.tif 000022
【図９Ａ】
2018229848.tif 000023
【図９Ｂ】
2018229848.tif 000024
【図９Ｃ】
2018229848.tif 000025
【図９Ｄ】
2018229848.tif 000026
【図１０Ａ】
2018229848.tif 000027
【図１０Ｂ】
2018229848.tif 000028
【図１０Ｃ】
2018229848.tif 000029
【図１０Ｄ】
2018229848.tif 000030
【図１１】
2018229848.tif 000031
【図１２】
2018229848.tif 000032
【手続補正書】
【提出日】平成30年12月27日(2018.12.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子線を照射する荷電粒子線カラムと、
測定対象である試料を支持する試料支持機構と、
前記荷電粒子線が前記試料に照射されたときに得られる荷電粒子信号を検出する検出器と、
前記試料上に配置された参照層に前記荷電粒子線が照射されたときに得られる荷電粒子信号の強度又は強度比と前記参照層の厚さとの関係を示す関係情報を予め記憶した記憶部と、
前記関係情報と、前記参照層に前記荷電粒子線を照射して得た前記荷電粒子信号の強度又は強度比とに基づいて、前記参照層の厚さを算出する演算部と、
を備え、
算出した前記参照層の厚さに基づいて前記試料の厚さを測定する荷電粒子線装置。
【請求項２】
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
前記荷電粒子信号の前記強度比は、信号強度が一定となる範囲の信号強度値で各信号強度値を割った値であることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項３】
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
前記参照層は、カーボン膜、タングステン膜、白金膜、又は酸化膜であることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項４】
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
前記記憶部は、前記関係情報を前記荷電粒子線のエネルギーごとに格納していることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項５】
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
前記記憶部は、前記関係情報を前記荷電粒子線の入射角度ごとに格納していることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項６】
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
前記記憶部は、前記関係情報を前記荷電粒子線の種類ごとに格納していることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項７】
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
前記記憶部は、前記関係情報を前記検出器による検出対象の信号の種類ごとに格納していることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項８】
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
前記記憶部は、前記関係情報を、前記参照層の製造方法、前記参照層の組成、又は前記層の結晶性ごとに格納していることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項９】
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
前記荷電粒子線及び化合物ガスを用いて前記試料の表面に前記参照層を形成する機能をさらに備えることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１０】
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
前記試料は、
前記試料の長手方向と平行な方向に均一な厚さを有する形状、
前記試料の長手方向と平行な方向に厚さが連続若しくは不連続に変化する形状、又は、
前記試料の短手方向と平行な方向に厚さが連続若しくは不連続に変化する形状、を有することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の荷電粒子線装置において、
前記荷電粒子信号は、（１）透過電子、（２）反射電子、（３）二次荷電粒子、又は、（４）前記透過電子若しくは前記反射電子若しくは前記二次荷電粒子に起因する三次荷電粒子を検出した信号であることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項１２】
イオンビームを照射するイオンビームカラムと、
電子ビームを照射する電子ビームカラムと、
試料を支持する試料支持機構と、
前記電子ビームが前記試料に照射されたときに得られる荷電粒子信号を検出する検出器と、
前記イオンビーム又は前記電子ビームと、化合物ガスとを用いて、前記試料の表面に参照層を形成する機能と、
前記参照層に前記電子ビームが照射されたときに得られる荷電粒子信号の強度又は強度比と前記参照層の厚さとの関係を示す関係情報を記憶した記憶部と、
前記関係情報と、前記参照層に前記電子ビームを照射して得た前記荷電粒子信号の強度又は強度比とに基づいて、前記参照層の厚さを算出する演算部と、
を備え、
算出した前記参照層の厚さに基づいて前記試料の厚さを測定する複合荷電粒子線装置。
【請求項１３】
試料の表面に参照層を形成するステップと、
イオンビームを用いて前記参照層とともに前記試料を加工するステップと、
加工された前記試料に電子ビームを照射するステップと、
加工された前記参照層に前記電子ビームを照射したときの荷電粒子信号を検出するステップと、
前記荷電粒子信号の強度又は強度比と前記参照層の厚さとの関係を示す予め準備した関係情報と、加工された前記参照層に前記電子ビームを照射して得た前記荷電粒子信号の強度又は強度比とに基づいて前記参照層の厚さを算出し、算出した前記参照層の厚さに基づいて前記試料の厚さを測定するステップと、
を含む試料の厚さ測定法。
【請求項１４】
請求項１３に記載の試料の厚さ測定法において、
前記加工された試料は、
前記試料の長手方向と平行な方向に均一な厚さを有する形状、
前記試料の長手方向と平行な方向に厚さが連続若しくは不連続に変化する形状、又は、
前記試料の短手方向と平行な方向に厚さが連続若しくは不連続に変化する形状、を有することを特徴とする試料の厚さ測定法。
【国際調査報告】
2018229848.tif 000033
2018229848.tif 000034
2018229848.tif 000035
2018229848.tif 000036