(57)【要約】【課題】本発明は試料ホルダ及びマルチビームシステムに関し、プリティルトホルダを用いて薄膜加工とＳＴＥＭ観察を試料の乗せ替え無しに行なうことができる試料ホルダを提供することを目的としている。【解決手段】透過電子検出器２５を電子光学系の電子ビームが試料２３を透過する延長線上に備え、加工状況を２次電子像と走査透過電子像を少なくとも２種類以上同時或いは交互に観察可能になるように試料配置する試料ホルダを有するマルチビームシステムに用いる試料ホルダであって、所定の厚みまで加工した試料を固定するメッシュ２３ｂと、該メッシュに加工した試料をセットするチップオンカートリッジ３０と、該チップオンカートリッジが取り付けられる試料ホルダ部４０とから構成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子光学系とイオン光学系を同一チャンバに備えるマルチビームシステムにおいて、ＴＥＭ或いはＳＴＥＭ観察用の試料として薄膜加工を行なう場合に、透過電子検出器を電子光学系の電子ビームが試料を透過する延長線上に備え、加工状況を２次電子像と走査透過電子像を少なくとも２種類以上同時或いは交互に観察可能になるように試料配置する試料ホルダ部を有するマルチビームシステムに用いる試料ホルダであって、
所定の厚みまで加工した試料を固定するメッシュと、
該メッシュに固定された試料をセットするチップオンカートリッジと、
該チップオンカートリッジが取り付けられる試料ホルダ部とから構成され、
前記試料ホルダ部に対して前記チップオンカートリッジが所定角度傾斜していることを特徴とする試料ホルダ。
【請求項２】
電子光学系とイオン光学系を同一チャンバに備えるマルチビームシステムにおいて、該マルチビームシステムは、電子光学系とイオン光学系とは一定の角度αでチャンバに固定され、相互の光軸はコインシデントポイントで交差し、そのコインシデントポイントに請求項１記載の試料ホルダが配置されて、この配置された試料にイオンビーム加工とＳＴＥＭ像観察を行なうように構成されたマルチビームシステム。
【請求項３】
前記透過電子検出器はステージを介して電子線光軸の延長線上に配置されたことを特徴とする請求項２記載のマルチビームシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は試料ホルダ及びマルチビームシステムに関し、更に詳しくは薄膜加工とＳＴＥＭ観察を試料の乗せ替えなしに行なえるようにした試料ホルダ及びマルチビームシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）においては、電子銃からの電子線が試料に照射され、試料を透過した電子線によって形成された透過型電子顕微鏡像（ＴＥＭ像）や回折像は、電子線光軸上に配置された蛍光板等によってＴＥＭ像観察される。
【０００３】
このような透過型電子顕微鏡で観察される試料は、照射電子線が透過するように薄く作製される。その試料作製装置として集束イオンビーム（ＦＩＢ）加工装置が用いられており、図３は集束イオンビーム加工装置を用いた試料作製手順を示した図である。
【０００４】
この場合、先ず（ａ）に示すように、試料素材（例えば半導体基板）からＬ字状に切り出された試料ブロック１は、Ｃ字状に形成された半切りの単孔メッシュ２に貼り付けられる。試料ブロック１は、２ｍｍ程度と小さいため、試料作製者はピンセットで試料ブロック１を摘んで単孔メッシュ２に貼り付ける。こうして、試料ブロック１と単孔メッシュ２によって試料３が形成される。
【０００５】
次に（ｂ）に示すように、試料３はチップオンカートリッジ４にセットされる。この際、試料３は板バネ５によって押しつけられてチップオンカートリッジ４に固定される。単孔メッシュ２は３ｍｍ程度と小さく、このため試料３は小さいので、試料作製者はピンセットで試料３を摘んでチップオンカートリッジ４にセットする。
【０００６】
次に（ｃ）に示すように、チップオンカートリッジ４はＦＩＢ加工装置用試料ホルダ６にセットされる。チップオンカートリッジ４の長さは５ｃｍほどあるので、試料作製者はＦＩＢ加工装置用試料ホルダ６はチップオンカートリッジ４を４個セットできるように構成されている。
【０００７】
次に、加工装置用試料ホルダ６はＦＩＢ加工装置（図示せず）に装着される。そして、集束イオンビームが試料３の試料ブロック１上で走査され、試料ブロック１に対してＦＩＢ加工（薄膜加工）が行われる。この薄膜加工により、（ｄ）に示すように薄膜部分１ａが試料ブロック１に形成される。
【０００８】
全ての試料ブロック（この場合は４個の試料ブロック）に対するＦＩＢ加工が終了すると、試料作製者は、ＦＩＢ加工装置からＦＩＢ加工装置用試料ホルダ６を取り出す。そして試料作製者は、ＦＩＢ加工装置用試料ホルダ６から１個のチップオンカートリッジ４を手で摘んで取り外し、そのチップオンカートリッジ４を図４の（ａ）に示すようにＴＥＭ用試料ホルダ導入部７の先端にセットする。ＴＥＭ用試料ホルダ導入部７は棒状に形成されており、チップオンカートリッジ４は導入部７の先端に着脱可能に取り付けられる。
【０００９】
従来のこの種の装置としては、試料観察装置又はイオンビーム照射装置に装着される試料ホルダであって、棒状の導入部と、一端と他端とを有する取付部であって、その一端が前記導入部の先端に着脱可能に取り付けられる取付部と、前記取付部の他端に着脱可能に取り付けられる試料保持部であって、試料を固定するための板バネを有する試料ホルダが知られている（例えば特許文献１参照）。
【００１０】
また、仕上げ加工に使用するイオンビームのエネルギーを低くすると共に、試料への入射角度を試料形状に合わせて最適化し、ＳＴＥＭ像の着目要素の変化をモニタして加工の終了時点を検出する荷電ビーム装置が知られている（例えば特許文献２参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特許第４３５１１０３号公報（段落０００８〜００１１、図４）
【特許文献２】特開２００７−１９３９７７号公報（段落００１１〜００１６、図１,図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
従来の装置では、薄膜加工終了後にＳＴＥＭ観察専用ホルダに載せ替えを行なうようになっている。そのため、薄膜加工終了した試料は、一旦真空外に取り出し、ＳＴＥＭ用ホルダに載せ替えた後に、再度チャンバ内にセットし、ＳＴＥＭ観察を行うようになっている。この場合において、試料は直径３ｍｍ以下であり、煩雑な操作となる。煩雑な操作のため、試料を落下させたり、試料を破損したりする誤操作が頻繁に発生する。
【００１３】
本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、試料取り付けの煩雑さを回避し、試料を落下させたり、破損したりすることのない試料ホルダ及びマルチビームシステムを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記した課題を解決するために、本発明は以下のような構成をとっている。
（１）請求項１記載の発明は、電子光学系とイオン光学系を同一チャンバに備えるマルチビームシステムにおいて、ＴＥＭ或いはＳＴＥＭ観察用の試料として薄膜加工を行なう場合に、透過電子検出器を電子光学系の電子ビームが試料を透過する延長線上に備え、加工状況を２次電子像と走査透過電子像を少なくとも２種類以上同時或いは交互に観察可能になるように試料配置する試料ホルダ部を有するマルチビームシステムに用いる試料ホルダであって、
所定の厚みまで加工した試料を固定するメッシュと、
該メッシュに固定された試料をセットするチップオンカートリッジと、
該チップオンカートリッジが取り付けられる試料ホルダ部とから構成され、
前記試料ホルダ部に対して前記チップオンカートリッジが所定角度傾斜していることを特徴とする。
【００１５】
（２）請求項２記載の発明は、電子光学系とイオン光学系を同一チャンバに備えるマルチビームシステムにおいて、該マルチビームシステムは、電子光学系とイオン光学系とは一定の角度αでチャンバに固定され、相互の光軸はコインシデントで交差し、そのコインシデントポイントに請求項１記載の試料ホルダが配置されて、この配置された試料にイオンビーム加工とＳＴＥＭ像観察を行なうように構成されたことを特徴とする。
【００１６】
（３）請求項３記載の発明は、前記透過電子検出器はステージを介して電子線光軸の延長線上に配置されたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明は以下に示すような効果を有する。
（１）請求項１記載の発明によれば、所定の厚みまで加工した試料を固定するメッシュと、該メッシュに加工した試料をセットするチップオンカートリッジと、該チップオンカートリッジが取り付けられる試料ホルダと、該チップオンカートリッジを取り付けた試料ホルダをセットするステージとから構成され、前記試料ホルダに対して前記チップオンカートリッジが所定角度傾斜して取り付けられているので、試料の加工と加工された試料の観察を同時に行なうことができ、試料取り付けの煩雑さを回避し、試料を落下させたり、破損したりすることのない試料ホルダを提供することができる。
【００１８】
（２）請求項２記載の発明によれば、請求項１に記載した試料ホルダを用いることで、試料取り付けの煩雑さを回避し、試料を落下させたり、破損したりすることのないマルチビームシステムを提供することができる。
【００１９】
（３）請求項３記載の発明によれば、ＦＩＢで加工された試料をＳＴＥＭを用いて直接観察することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の要部の構成例を示す図である。
【図２】試料の取り付け手順を示す図である。
【図３】集束イオンビーム装置を用いた従来の試料作製手順を示す図である。
【図４】図３に示す試料を透過型電子顕微鏡にセットする手順を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。図１は本発明の要部の構成例を示す図である。図において、２０はＥＯＳ（電子光学系）、２１はＩＯＳ（イオン光学系）である。ＥＯＳとしては、例えば走査透過型電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）が用いられ、ＩＯＳとしては、例えば集束イオンビーム装置（ＦＩＢ）が用いられる。これらＥＯＳ２０とＩＯＳ２１は同一チャンバ（図示せず）内に備えられ、マルチビームシステムを構成している。
【００２２】
２３はＥＯＳ２０の光軸上に配置された試料である。該試料２３の構成は、図３に示すものと同様である。そして、該試料２３は幅数１０μｍ以下に事前に加工されたものである。この試料２３に対してＥＯＳ２０から入射電子が照射され、ＩＯＳ２１からイオンビームが照射されるようになっている。２３ａは、ＩＯＳ２１で形成された薄膜部分である。
【００２３】
２２は試料２３から放射される２次電子を検出する２次電子検出器である。２４は試料２３を保持するステージである。該ステージ２４の真ん中には、透過電子線が通過するための透過電子線通路２４ａが穿たれている。２５は試料２３を透過した透過電子を検出するＳＴＥＭ検出器である。該ＳＴＥＭ検出器２５としては、例えば電子線を電気信号に変換する変換器、例えば光電子像倍管（ＰＭＴ）が用いられる。このように構成された装置の動作を説明すれば、以下の通りである。
【００２４】
ＥＯＳとＩＯＳを同一チャンバに備えるマルチビームシステムにおいて、ＴＥＭ或いはＳＴＥＭ観察用の試料として、薄膜加工を行なう場合に透過電子検出器２５をＥＯＳ２０の電子ビームが試料２３を透過する延長線上に備え、加工状況を２次電子像（反射電子像）と走査透過像を少なくとも２種類以上同時あるいは交互観察可能になるように試料配置するための試料ホルダを提供するようになっている。
【００２５】
マルチビームシステムにおいては、ＥＯＳ２０とＩＯＳ２１は一定の角度αとなるようにチャンバに固定されており、相互の光軸はコインシデントポイントで交差するようになている。ここで、コインシデントポイントとは、違う角度で同じポイントを見ることができるポイントのことである。そのコインシデントポイントに試料２３を配置し、イオンビーム加工、ＳＥＭ観察を行なう構成となっている。
【００２６】
透過電子検出器２５は、ステージ２４を介して電子線光軸の延長線上に配置されるため、例えば厚み５０μｍ程度以下に事前加工された試料２３を予めＥＯＳ２０とＩＯＳ２１のなす角αで傾斜した試料ホルダがあれば薄膜加工時に同時に透過電子像観察が可能となる
図２は試料の取り付け手順を示す図である。本発明は、マルチビームのステージ４２（後述）と試料固定部４１（後述）から構成されている。ステージ４２は試料ホルダ部４０と噛み合っている（詳細後述）。この場合において、試料固定部４１は、光軸垂線より角αだけ傾いている。
【００２７】
Ｓ０はメッシュに事前加工された試料と、その試料を保持するメッシュを示す図である。図において、２３は事前加工された試料で、この試料部分はメッシュ２３ｂにエポキシ等で固定されている。この場合において、試料２３は事前に機械研磨などで厚み数１０μｍ以下に加工しておく。メッシュ２３ｂには真鍮やモリブデンなどのメッシュに事前加工された試料２３が貼り付けられている。２３ａは予め試料２３に形成された薄膜部分である。
【００２８】
このように形成された試料及びメッシュは、Ｓ１に示すチップオンカートリッジ３０に取り付けられるようになっている。このチップオンカートリッジ３０には試料２３が取り付けられるようになっており、Ｓ２に示すように試料２３がこのチップオンカートリッジ３０に取り付けられるようになっている。試料２３及びメッシュ２３ｂは、チップオンカートリッジ３０の予定の位置に載置される。
【００２９】
ここで、チップオンカートリッジ３０には試料２３を押さえるための板バネ３１が取り付けられており、この板バネ３１をＳ３に示す固定ネジ３３で固定すれば、試料２３はチップオンカートリッジ３０に固定されることになる。Ｓ４は試料ホルダを示している。４０は試料２３を保持する試料ホルダ部、４１は該試料ホルダ４０に取り付けられたチップオンカートリッジ３０を取り付ける取付部である。該取付部４１は、前記した試料固定部４１を構成する。
【００３０】
４２は試料ホルダ部４０が嵌合されたステージである。該ステージ４２を駆動することで、試料ホルダ部４０は２次元又は３次元で移動することができる。３０は試料がセットされたチップオンカートリッジである。４３は試料２３を透過した透過電子線が通過するための電子線通路である。
【００３１】
Ｓ５はチップオンカートリッジ３０が取付部４１に取り付けられた状態を示している。図に示すようにチップオンカートリッジ３０が試料ホルダ４０の取付部４１に取り付けられた状態で、電子線光軸Ｚに対して角度αでＦＩＢからのイオンビームが試料２３に照射されるようになっている。このように構成された装置の動作を説明すれば、以下の通りである。
【００３２】
先ず、メッシュ２３ｂに試料２３を貼り付けてＳ０に示す状態にする。この試料２３をチップオンカートリッジ３０の装着部分に装着し、この試料２３を押さえている板バネ３１を固定ネジ３３で固定する。これで、試料２３はチップオンカートリッジ３０に確実に固定された状態となる。
【００３３】
次に、このチップオンカートリッジ３０を試料ホルダ部４０の取付部４１に装着する。具体的には、チップオンカートリッジ３０を取付部４１に挿入することで、チップオンカートリッジ３０は取付部４１に固定される。この状態で、光軸Ｚから角度αだけ傾斜したＦＩＢからイオンビームを試料２３に照射して試料２３をエッチングし、薄膜加工し、図３の１ａに示すような薄膜を形成する。該薄膜は薄膜部分２３ａをエッチングして更に薄くした膜である。
【００３４】
この薄膜に対してＳＴＥＭから電子線を照射し、薄膜を透過させる。透過された電子は、図示しない透過電子検出器により検出され、画像処理がなされる。画像処理がなされた試料の透過像は、図示しない表示装置に表示され、ＳＴＥＭ像を得ることができる。なお、ＦＩＢで試料表面をエッチングしている時の画像も、試料近傍に配置された２次電子検出器２２（図１参照）で検出され、表示装置に表示させて見ることができる。
【００３５】
このように、本発明によれば、試料ホルダ４０に取り付けられている試料にＦＩＢでエッチングしたものをそのまま透過像として見ることができるので、試料取り付けの煩雑さを回避し、試料を落下させたり、破損したりすることのない試料ホルダ及びマルチビームシステムを提供することができる。
【００３６】
以上、詳細に説明したように、本発明によればマルチビームシステムにおいて、プリティルトホルダを用いて薄膜加工とＳＴＥＭ観察を試料の乗せ替え無しに行なうことができ、実用上の効果が極めて大きい。
【符号の説明】
【００３７】
２０     電子光学系
２１     イオン光学系
２２     ２次電子検出器
２３     試料
２３ａ   薄膜部分
２４     ステージ
２５     ＳＴＥＭ検出器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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