(57)【要約】【課題】試料の内部を観察するための観察用断面を容易に、かつ正確に形成することが可能な断面加工観察方法、および断面加工を行うための断面加工観察装置を提供する。【解決手段】３次元立体構造物を備えた試料の前記３次元立体構造物の設計データを取得する設計データ取得工程と、前記設計データの座標情報に基づき前記試料を移動させる移動工程と、前記試料の表面の観察像を取得する表面観察工程と、前記試料の前記表面にイオンビームを照射し、前記３次元立体構造物の断面を形成する断面形成工程と、前記断面の観察像を取得する断面観察工程と、前記設計データのうち前記表面及び前記断面に相当する位置の表面及び断面の画像データを表示する表示工程とを備えることを特徴とする。【選択図】図３
2019102138.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
３次元立体構造物を備えた試料の前記３次元立体構造物の設計データを取得する設計データ取得工程と、
前記設計データの座標情報に基づき前記試料を移動させる移動工程と、
前記試料の表面の観察像を取得する表面観察工程と、
前記試料の前記表面にイオンビームを照射し、前記３次元立体構造物の断面を形成する断面形成工程と、
前記断面の観察像を取得する断面観察工程と、
前記設計データのうち前記表面及び前記断面に相当する位置の表面及び断面の画像データを表示する表示工程と、を備えることを特徴とする断面加工観察方法。
【請求項２】
予め設定したスライス幅で前記断面をスライス加工により新たな断面を形成する新たな断面形成工程と、
前記設計データのうち前記新たな断面に相当する位置の断面の画像データを更新する更新工程と、を備えることを特徴とする請求項１に記載の断面加工観察方法。
【請求項３】
前記設計データに基づいて前記試料のサンプリングの位置決めを行う位置決め工程と、
前記断面形成工程において、前記試料の前記断面の観察像と、前記設計データのうち、前記断面の観察像に相当する位置の断面の前記画像データとを比較する比較工程と、を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の断面加工観察方法。
【請求項４】
３次元立体構造物を備えた試料に荷電粒子ビームを照射する荷電粒子ビーム鏡筒と、
前記３次元立体構造物の設計データを記憶する記憶部と、
前記荷電粒子ビームの照射により前記試料の表面及び断面から発生する二次粒子を検出する二次粒子検出器と、
前記二次粒子検出器の検出信号に基づき前記試料の表面及び断面の観察像を形成する像形成部と、
前記設計データのうち前記表面及び前記断面に相当する位置の表面及び断面の画像データを表示させる表示制御部と、を備えることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項５】
前記荷電粒子ビームの照射による前記試料のスライス加工に連動して、前記設計データのうちスライス加工で新たに露出した断面に相当する位置の断面の画像データを更新する更新部と、を備えることを特徴とする請求項４に記載の荷電粒子ビーム装置。
【請求項６】
前記試料の観察像と、前記設計データのうち、前記断面に相当する位置の前記画像データとを比較する比較部を更に備えることを特徴とする請求項４または５に記載の荷電粒子ビーム装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスなど３次元立体構造物を有する試料の内部を観察する際に、試料の観察用断面を加工する断面加工観察方法、および断面加工を行うための荷電粒子ビーム装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、半導体デバイスなど３次元立体構造物を有する試料の内部を観察する場合、集束イオンビーム（Focused Ion Beam：ＦＩＢ）によって試料を破断して３次元立体構造物の任意の観察用断面を形成して、この断面を電子顕微鏡によって観察することが行われている。このような観察用断面は、例えば、試料の欠陥部分を観察したい場合には、その位置を欠陥検査装置などによって特定し、得られた位置情報に基づいて断面加工が行われる。
【０００３】
こうした試料のＣＡＤデータ等と試料表面の観察像から加工位置決めする技術が開示されている（例えば、特許文献１を参照）。試料のＣＡＤデータ等と二次荷電粒子像との関連付けを行うことによって、荷電粒子ビーム装置による加工位置決めを行うことが可能になる。
【０００４】
また、ＦＩＢ−ＳＥＭ装置において、断面加工と観察を繰り返し、断面像から加工終点を検出する技術が開示されている（例えば、特許文献２を参照）。ＦＩＢ加工後のＳＥＭ観察像中の特異構造の端部間の距離を測定することによって、ＦＩＢ加工終点を検出することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１５５９８４号公報
【特許文献２】特開平１１−２７３６１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述した特許文献１では、ＣＡＤデータ等と試料表面の位置関係は関連づけられるが、試料内部の観察目標は直接観察することができないため、試料の深さ方向について関連付けをすることはできなかった。そのため、観察対象を加工してしまったり、観察対象を含まない試料片を切り出してしまったりする虞があった。
【０００７】
また、特許文献２では、観察対象がスライス幅よりも小さいと、観察対象をＳＥＭ観察することができない場合があるため、正確に終点検出することができなかった。そのため、観察対象を加工してしまう虞があった。
【０００８】
本発明は、上記のような課題に鑑みてなされたものであり、試料の内部を観察するための観察用断面を容易に、かつ正確に形成することが可能な断面加工観察方法、および断面加工を行うための荷電粒子ビーム装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明のいくつかの態様は、次のような断面加工観察方法、および荷電粒子ビーム装置を提供した。
すなわち、本発明の断面加工観察方法は、３次元立体構造物を備えた試料の前記３次元立体構造物の設計データを取得する設計データ取得工程と、前記設計データの座標情報に基づき前記試料を移動させる移動工程と、前記試料の表面の観察像を取得する表面観察工程と、前記試料の前記表面にイオンビームを照射し、前記３次元立体構造物の断面を形成する断面形成工程と、前記断面の観察像を取得する断面観察工程と、前記設計データのうち前記表面及び前記断面に相当する位置の表面及び断面の画像データを表示する表示工程と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明によれば、破断位置を移動させて試料を加工していく際に、断面の観察像と、断面の画像データとを表示することによって、予め加工マークなどを設けずに、簡易な工程で、かつ正確に、試料の観察目標断面まで自動的に除去し、観察目標断面が露呈した試料を容易に加工することが可能になる。
【００１１】
また、本発明は、予め設定したスライス幅で前記断面をスライス加工により新たな断面を形成する新たな断面形成工程と、前記設計データのうち前記新たな断面に相当する位置の断面の画像データを更新する更新工程と、を備えることが好ましい。
【００１２】
また、本発明は、前記設計データに基づいて前記試料のサンプリングの位置決めを行う位置決め工程と、前記断面形成工程において、前記試料の前記断面の観察像と、前記設計データのうち、前記断面の観察像に相当する位置の断面の前記画像データとを比較する比較工程と、を備えることが好ましい。
【００１３】
本発明の荷電粒子ビーム装置は、３次元立体構造物を備えた試料に荷電粒子ビームを照射する荷電粒子ビーム鏡筒と、前記３次元立体構造物の設計データを記憶する記憶部と、
前記荷電粒子ビームの照射により前記試料の表面及び断面から発生する二次粒子を検出する二次粒子検出器と、前記二次粒子検出器の検出信号に基づき前記試料の表面及び断面の観察像を形成する像形成部と、前記設計データのうち前記表面及び前記断面に相当する位置の表面及び断面の画像データを表示させる表示制御部と、を備えることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明は、前記荷電粒子ビームの照射による前記試料のスライス加工に連動して、前記設計データのうちスライス加工で新たに露出した断面に相当する位置の断面の画像データを更新する更新部と、を備えることが好ましい。
【００１５】
また、本発明は、前記試料の観察像と、前記設計データのうち、前記断面に相当する位置の前記画像データとを比較する比較部を更に備えることが好ましい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、試料の内部を観察するための観察用断面を容易に、かつ正確に形成することが可能な断面加工観察方法および荷電粒子ビーム装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置の概略構成を示す模式図である。
【図２】本発明の断面加工観察方法の前工程を段階的に示したフローチャートである。
【図３】本発明の断面加工観察方法の前工程を段階的に示したフローチャートである。
【図４】断面像の倍率調整を示す説明図である。
【図５】試料から試料片を切り出す様子を示す斜視図である。
【図６】３次元立体構造物の一例を示す三面図である。
【図７】本発明の断面加工観察方法における表示装置の表示例を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して、本発明の断面加工観察方法、荷電粒子ビーム装置について説明する。なお、以下に示す各実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。
【００１９】
（断面加工装置）
図１は、本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置を備えた断面加工装置を示す構成図である。
本発明の実施形態に係る断面加工装置１０は、荷電粒子ビーム装置１０ａを備えている。荷電粒子ビーム装置１０ａは、内部を真空状態に維持可能な試料室１１と、試料室１１の内部において試料Ｓを固定可能なステージ１２と、ステージ１２を駆動するステージ駆動機構１３と、を備えている。
【００２０】
荷電粒子ビーム装置１０ａは、試料室１１の内部における所定の照射領域（つまり走査範囲）内の照射対象に集束イオンビーム（ＦＩＢ）を照射する集束イオンビーム光学系（集束イオンビーム鏡筒）１４を備えている。また、荷電粒子ビーム装置１０ａは、試料室１１の内部における所定の照射領域内の照射対象に電子ビーム（ＥＢ）を照射する電子ビーム光学系（荷電粒子ビーム鏡筒）１５を備えている。
【００２１】
荷電粒子ビーム装置１０ａは、集束イオンビームまたは電子ビームの照射によって照射対象から発生する二次荷電粒子（二次電子、二次イオン）Ｒを検出する検出器（二次粒子検出器）１６を備えている。検出器（二次粒子検出器）１６の出力側には、検出器１６検出信号に基づき試料の表面及び断面の観察像を形成する像形成部２５が設けられている。荷電粒子ビーム装置１０ａは、照射対象の表面にガスＧを供給するガス供給部１７を備えている。ガス供給部１７は具体的にはガス噴射ノズル１７ａなどである。
【００２２】
荷電粒子ビーム装置１０ａは、ステージ１２に固定された試料Ｓから微小な試料片Ｑ（例えばＴＥＭ観察用試料片）を取り出し、試料片Ｑを保持して試料片ホルダＰに移設するニードル１８と、ニードル１８を駆動して試料片Ｑを搬送するニードル駆動機構１９と、を備えている。このニードル１８とニードル駆動機構１９を合わせて試料片移設手段と呼ぶこともある。
【００２３】
荷電粒子ビーム装置１０ａは、検出器１６によって検出された二次荷電粒子Ｒに基づく画像データなどを表示する表示装置２０と、コンピュータ２１と、入力デバイス２２と、を備えている。
【００２４】
この実施形態に係る荷電粒子ビーム装置１０ａは、照射対象の表面に集束イオンビームを走査しながら照射することによって、被照射部の画像化やスパッタリングによる各種の加工（掘削、トリミング加工など）と、デポジション膜の形成などが実行可能である。荷電粒子ビーム装置１０ａは、試料Ｓから透過型電子顕微鏡による透過観察用の試料片Ｑ（例えば、薄片試料、針状試料など）や電子ビーム利用の分析試料片を形成する加工を実行可能である。
【００２５】
荷電粒子ビーム装置１０ａは、試料片ホルダＰに移設された試料片Ｑを、透過型電子顕微鏡による透過観察に適した所望の厚さ（例えば、５〜１００ｎｍなど）の薄膜とする加工を実行可能である。荷電粒子ビーム装置１０ａは、試料片Ｑおよびニードル１８などの照射対象の表面に集束イオンビームまたは電子ビームを走査しながら照射することによって、照射対象の表面の観察を実行可能である。
【００２６】
試料室１１は、排気装置（図示略）によって内部を所望の真空状態になるまで排気可能であるとともに、所望の真空状態を維持可能に構成されている。
ステージ１２は、試料Ｓを保持する。ステージ１２は、試料片ホルダＰを保持するホルダ固定台１２ａを備えている。このホルダ固定台１２ａは複数の試料片ホルダＰを搭載できる構造であってもよい。
【００２７】
ステージ駆動機構１３は、ステージ１２に接続された状態で試料室１１の内部に収容されており、コンピュータ２１から出力される制御信号に応じてステージ１２を所定軸に対して変位させる。ステージ駆動機構１３は、少なくとも水平面に平行かつ互いに直交するＸ軸およびＹ軸と、Ｘ軸およびＹ軸に直交する鉛直方向のＺ軸とに沿って平行にステージ１２を移動させる移動機構１３ａを備えている。ステージ駆動機構１３は、ステージ１２をＸ軸またはＹ軸周りに傾斜させるチルト機構１３ｂと、ステージ１２をＺ軸周りに回転させる回転機構１３ｃと、を備えている。
【００２８】
集束イオンビーム光学系（集束イオンビーム鏡筒）１４は、試料室１１の内部においてビーム出射部（図示略）を、照射領域内のステージ１２の鉛直方向上方の位置でステージ１２に臨ませるとともに、光軸を鉛直方向に平行にして、試料室１１に固定されている。これによって、ステージ１２に固定された試料Ｓ、試料片Ｑ、および照射領域内に存在するニードル１８などの照射対象に鉛直方向上方から下方に向かい集束イオンビームを照射可能である。
【００２９】
集束イオンビーム光学系１４は、イオンを発生させるイオン源１４ａと、イオン源１４ａから引き出されたイオンを集束および偏向させるイオン光学系１４ｂと、を備えている。イオン源１４ａおよびイオン光学系１４ｂは、コンピュータ２１から出力される制御信号に応じて制御され、集束イオンビームの照射位置および照射条件などがコンピュータ２１によって制御される。
【００３０】
イオン源１４ａは、例えば、液体ガリウムなどを用いた液体金属イオン源、プラズマ型イオン源、ガス電界電離型イオン源などである。イオン光学系１４ｂは、例えば、コンデンサレンズなどの第１静電レンズと、静電偏向器と、対物レンズなどの第２静電レンズと、などを備えている。
【００３１】
電子ビーム光学系（荷電粒子ビーム鏡筒）１５は、試料室１１の内部においてビーム出射部（図示略）を、照射領域内のステージ１２の鉛直方向に対して所定角度（例えば６０°）傾斜した傾斜方向でステージ１２に臨ませるとともに、光軸を傾斜方向に平行にして、試料室１１に固定されている。これによって、ステージ１２に固定された試料Ｓ、試料片Ｑ、および照射領域内に存在するニードル１８などの照射対象に傾斜方向の上方から下方に向かい電子ビームを照射可能である。
【００３２】
電子ビーム光学系１５は、電子を発生させる電子源１５ａと、電子源１５ａから射出された電子を集束および偏向させる電子光学系１５ｂと、を備えている。電子源１５ａおよび電子光学系１５ｂは、コンピュータ２１から出力される制御信号に応じて制御され、電子ビームの照射位置および照射条件などがコンピュータ２１によって制御される。電子光学系１５ｂは、例えば、電磁レンズと偏向器となどを備えている。
【００３３】
なお、電子ビーム光学系１５と集束イオンビーム光学系１４の配置を入れ替え、電子ビーム光学系１５を鉛直方向に、集束イオンビーム光学系１４を鉛直方向に所定角度傾斜した傾斜方向に配置してもよい。
【００３４】
検出器１６は、試料Ｓおよびニードル１８などの照射対象に集束イオンビームや電子ビームが照射されたときに照射対象から放射される二次荷電粒子（二次電子および二次イオン）Ｒの強度（つまり、二次荷電粒子の量）を検出し、二次荷電粒子Ｒの検出量の情報を出力する。検出器１６は、試料室１１の内部において二次荷電粒子Ｒの量を検出可能な位置、例えば照射領域内の試料Ｓなどの照射対象に対して斜め上方の位置などに配置され、試料室１１に固定されている。
【００３５】
ガス供給部１７は試料室１１に固定されており、試料室１１の内部においてガス噴射部（ノズルとも言う）を有し、ステージ１２に臨ませて配置されている。ガス供給部１７は、集束イオンビームによる試料Ｓのエッチングを試料Ｓの材質に応じて選択的に促進するためのエッチング用ガスと、試料Ｓの表面に金属または絶縁体などの堆積物によるデポジション膜を形成するためのデポジション用ガスなどを試料Ｓに供給可能である。例えば、Ｓｉ系の試料Ｓに対するフッ化キセノンと、有機系の試料Ｓに対する水と、などのエッチング用ガスを、集束イオンビームの照射と共に試料Ｓに供給することによって、エッチングを選択的に促進させる。また、例えば、プラチナ、カーボン、またはタングステンなどを含有したデポジション用ガスを、集束イオンビームの照射と共に試料Ｓに供給することによって、デポジション用ガスから分解された固体成分を試料Ｓの表面に堆積（デポジション）できる。デポジション用ガスの具体例として、カーボンを含むガスとしてフェナントレンやナフタレンなど、プラチナを含むガスとしてトリメチル・エチルシクロペンタジエニル・プラチナなど、また、タングステンを含むガスとしてタングステンヘキサカルボニルなどがある。また、供給ガスによっては、電子ビームを照射することでも、エッチングやデポジションを行なうことができる。
【００３６】
ニードル駆動機構１９は、ニードル１８が接続された状態で試料室１１の内部に収容されており、コンピュータ２１から出力される制御信号に応じてニードル１８を変位させる。ニードル駆動機構１９は、ステージ１２と一体に設けられており、例えばステージ１２がチルト機構１３ｂによってチルト軸（つまり、Ｘ軸またはＹ軸）周りに回転すると、ステージ１２と一体に移動する。ニードル駆動機構１９は、３次元座標軸の各々に沿って平行にニードル１８を移動させる移動機構（図示略）と、ニードル１８の中心軸周りにニードル１８を回転させる回転機構（図示略）と、を備えている。なお、この３次元座標軸は、試料ステージの直交３軸座標系とは独立しており、ステージ１２の表面に平行な２次元座標軸とする直交３軸座標系で、ステージ１２の表面が傾斜状態、回転状態にある場合、この座標系は傾斜し、回転する。
【００３７】
コンピュータ２１は、試料室１１の外部に配置され、表示装置２０と、この表示装置２０を制御する表示制御部２３と、記憶部２１ａ、比較部２１ｂ、更新部２１ｃを備えている。また、操作者の入力操作に応じた信号を出力するマウスおよびキーボードなどの入力デバイス２２とが接続されている。こうしたコンピュータ２１は、入力デバイス２２から出力される信号または予め設定された自動運転制御処理によって生成される信号などによって、荷電粒子ビーム装置１０ａの動作を統合的に制御する。
【００３８】
表示制御部２３は、ＩＣチップなどから構成され、後述する断面加工観察方法において、試料Ｓの内部に形成された３次元立体構造物の設計データのうち、表面及び断面に相当する位置の画像データを、表示装置２０に表示させる機能を有する。
記憶部２１ａは、例えば、記憶メモリやハードディスクなどから構成され、後述する断面加工観察方法において、３次元立体構造物の設計データを記憶する。
また、比較部２１ｂは、例えば、ＣＰＵ、キャッシュメモリなどから構成され、後述する断面加工観察方法において、試料の観察像と、３次元立体構造物の設計データのうち、加工断面に相当する位置の画像データとを比較する。
【００３９】
また、更新部２１ｃは、例えば、ＣＰＵや記憶メモリなどから構成され、後述する断面加工観察方法において例えは電子ビーム（ＥＢ）の照射による試料のスライス加工に連動して、試料Ｓの内部に形成された３次元立体構造物の設計データのうちスライス加工で新たに露出した断面に相当する位置の断面の画像データを更新する。
こうした試料の観察像と画像データとの比較、および一致、不一致の判断は、コンピュータ２１で実行される画像解析ソフトウェアで行われる。
【００４０】
また、コンピュータ２１は、荷電粒子ビームの照射位置を走査しながら検出器１６によって検出される二次荷電粒子Ｒの検出量を、照射位置に対応付けた輝度信号に変換して、二次荷電粒子Ｒの検出量の２次元位置分布によって照射対象の形状を示す画像データを生成する。
【００４１】
表示装置２０は、３次元立体構造物の設計データの任意の断面での設計上の断面像や、照射対象から発生する二次荷電粒子Ｒに基づく試料Ｓの実際の断面像を表示する。また、こうした断面像の拡大、縮小、移動、および回転などの操作を実行するための画面を表示する。コンピュータ２１は、シーケンス制御におけるモード選択および加工設定などの各種の設定を行なうための画面を、表示装置２０に表示させる。
【００４２】
なお、本発明の荷電粒子ビーム装置１０ａは、上述した各構成のうち、少なくとも電子ビーム光学系（荷電粒子ビーム鏡筒）１５と、記憶部２１ａと、検出器（二次粒子検出器）１６と、像形成部２５と、表示制御部２３と、を備えていればよい。
【００４３】
（断面加工観察方法：前工程（サンプリング方法））
次に、上述した断面加工装置を用いた、本発明の断面加工観察方法を説明する。
以下の実施形態では、半導体回路など、内部に３次元立体構造物を備えたバルクの試料Ｓから、目的の観察対象断面を含む試料片Ｑをマイクロサンプリングによって切り出す（前工程）。更にこの試料片を加工方向に沿って除去して観察対象の断面を加工する（後工程）。
図２は、本発明の断面加工観察方法の前工程を段階的に示したフローチャートである。
まず、最初に、コンピュータ２１の入力デバイス２２を介して、試料Ｓに形成された３次元立体構造物の設計データを取得するように指示し、この３次元立体構造物の設計データをコンピュータ２１の記憶部２１ａに記憶させる（Ｓ１：設計データ取得工程）。この設計データは、例えば半導体回路であれば、座標値を含む回路の３次元構造を示す回路設計データであればよい。
【００４４】
次に、例えば、矩形の試料Ｓの３面（以下、上面（Ｘ−Ｙ面）、正面（Ｘ−Ｚ面）、側面（Ｙ−Ｚ面）を３面とする）のうち、少なくとも２面、好ましくは３面に対して、ステージ１２を移動させる（Ｓ２：移動工程）。移動時のステージ１２の座標は、試料Ｓに形成された３次元立体構造物の設計データ、予め行った欠陥検査装置による試料Ｓに含まれる欠陥位置情報などが挙げられる。なお、これ以外の各種位置情報に基づき、ステージ１２を移動させることもできる。
【００４５】
次に、移動後のステージ１２の位置において、試料Ｓに対して電子ビーム光学系１５から電子ビームＥＢを照射する。そして、試料Ｓから生じた二次荷電粒子Ｒを検出器１６で検出し、コンピュータ２１で試料ＳのＳＥＭ画像を取得する（Ｓ３：表面観察工程）。試料ＳのＳＥＭ画像の取得は、試料Ｓの上述した３面のうちの少なくとも２面、例えば、試料Ｓの表面と断面を用いる。また、試料Ｓの３面全てのＳＥＭ画像を取得することも好ましい。
【００４６】
次に、試料Ｓの３次元立体構造物の設計データに基づいて、観察目標断面を含む小領域を決定する（Ｓ４：位置決め工程）。そして、この観察目標断面の座標（輪郭の座標）を、例えば３次元立体構造物の設計データから選択してコンピュータ２１に入力する。
【００４７】
コンピュータ２１は、電子ビーム光学系１５を稼動させ、ステージ１２上の試料Ｓに向けて、入力された座標データに基づいて集束イオンビームＦＩＢを照射して、試料Ｓに形成された３次元立体構造物の観察目標断面を形成する（Ｓ５：断面形成工程）。
【００４８】
そして、断面形成工程Ｓ５によって形成した３次元立体構造物の観察目標断面に対して電子ビーム光学系１５から電子ビームＥＢを照射する。そして、３次元立体構造物の観察目標断面から生じた二次荷電粒子Ｒを検出器１６で検出し、コンピュータ２１で３次元立体構造物の観察目標断面のＳＥＭ画像を取得する（Ｓ６：断面観察工程）。
【００４９】
次に、表示装置２０に、断面観察工程Ｓ６で得られた試料Ｓの２面ないし３面それぞれの断面のＳＥＭ画像と、ＳＥＭ画像にそれぞれ対応する部分の３次元立体構造物の設計データの画像とを表示する（Ｓ７：表示工程）。
【００５０】
こうした表示工程Ｓ７の一例として、図４（ａ）に示すように、表示装置２０に試料Ｓの上面ＳＥＭ像Ｓｘｙ０１，正面ＳＥＭ像Ｓｘｚ０１，側面ＳＥＭ像Ｓｙｚ０１をそれぞれ表示する。また、表示装置２０に設計データの対応する上面像Ｄｘｙ０１，正面像Ｄｘｚ０１，側面像Ｄｙｚ０１をそれぞれ表示する。
【００５１】
そして、図４（ｂ）に示すように、これら試料Ｓの３面それぞれのＳＥＭ画像とＳＥＭ画像にそれぞれ対応する部分の設計データの３面の画像とを重ね合わせる。そして、図４（ｃ）に示すように、これら２種類の画像の大きさ、即ち表示倍率を合致させ、倍率調整後の上面像Ｅｘｙ０１，正面像Ｅｘｚ０１，側面像Ｅｙｚ０１をそれぞれ表示する（Ｓ５）。なお、この倍率調整は、試料ＳのＳＥＭ画像のサイズに設計データの３面の画像のサイズを一致させても、また、逆に設計データの３面の画像のサイズに試料ＳのＳＥＭ画像のサイズを一致させてもよい。これによって、後工程で行う試料Ｓから切り出された試料片Ｑの加工面のＳＥＭ画像（断面）と、設計データの対応する部分の画像（断面）とが、表示装置２０の画面上で同一縮尺となり、互いの画像の一致、不一致を正確に判定できる。
【００５２】
本発明の断面加工観察方法の前工程（サンプリング方法）によれば、試料Ｓの表面を集束イオンビームＦＩＢで、また、集束イオンビームＦＩＢで断面を作製し、この観察目標断面のＳＥＭ画像を取得することによって、ステージ１２を動かさずに、位置ズレを生じさせることなく、観察目標断面の観察像を取得することが可能になる。
【００５３】
（断面加工観察方法：後工程（断面加工方法））
図３は、本発明の断面加工観察方法の後工程を段階的に示したフローチャートである。
コンピュータ２１は、電子ビーム光学系１５を稼動させ、ステージ１２上の試料Ｓに向けて、入力された座標データに基づいて集束イオンビームＦＩＢを照射して試料Ｓの小領域である試料片を形成する（Ｓ１１：試料片形成工程）。より具体的には、入力された座標データに基づいて、コンピュータ２１は、集束イオンビーム光学系１４を稼動させ、集束イオンビームＦＩＢを試料Ｓに向けて照射させる。これにより、図５に示すように、試料Ｓにおいて、観察目標断面の周囲をエッチングし、観察目標断面を含むる試料片Ｑが形成されることとなる。形成した試料片Ｑは、ニードル駆動機構１９を駆動し、ニードル１８を試料片Ｑに接着させて取り出す。そして、試料片Ｑを試料片ホルダＰに固定する。
【００５４】
次に、形成した試料片（試料）Ｑを断面加工して、観察目標断面が露出させる。この後工程を説明するにあたって、３次元立体構造物の一例として、図６の三面図に示すような、Ｘ方向、Ｙ方向、およびＺ方向にそれぞれ延びる直線状の配線を組み合わせた簡易なモデルを想定する。この３次元立体構造物は、Ｘ方向に延びる複数の配線Ｃｘと、Ｙ方向に延びる複数の配線Ｃｙと、このＸ配線とＹ配線とを接続するＺ配線（コンタクト）Ｃｚを備えてなる。そして、この３次元立体構造物の一面から加工方向であるＹ方向に沿って所定の間隔で試料片（試料）Ｑを削り取っていき、断面Ｆｔを観察目標断面として露出させる加工例を挙げて説明する。
なお、ここでは３次元立体構造物の３面に対して観察、加工を行う例を示しているが、３次元立体構造物の任意の２面に対して観察、加工を行うこともできる。
【００５５】
図７は、表示装置に表示する画像例を示す模式図である。
まず、試料片（試料）ＱのＸ−Ｚ面からＺ方向に沿って集束イオンビームＦＩＢを照射し、Ｙ方向（断面加工方向）に向かって試料片Ｑを除去する（Ｓ１１：試料片形成工程）。そして、露呈したＦ１位置での加工断面に向けて電子ビーム光学系１５から電子ビームＥＢを照射し（スライス加工により新たな断面を形成する新たな断面形成工程）、試料片ＱのＦ１位置における加工断面像を得る（Ｓ１２：加工断面像取得工程）。
【００５６】
そして、表示装置２０に、３次元立体構造物の設計データに基づく、Ｆ１位置での３次元立体構造物の設計データ三面像と、予め設定した観察目標の設計データに基づく観察目標断面像と、Ｆ１位置における実際の加工断面像とを並列に表示する（図７（ａ）参照）。そして、コンピュータ２１の比較部２１ｂは、Ｆ１位置における実際の加工断面像と、設計データに基づく観察目標断面像とを比較する（Ｓ１３：比較工程）。
【００５７】
そして、実際の加工断面像と、設計データに基づく観察目標断面像とが異なっている場合には、再び試料片（試料）ＱのＸ−Ｚ面からＺ方向に沿って集束イオンビームＦＩＢを照射し、試料片Ｑを所定量除去する（Ｓ１１：試料片形成工程）。
この図７（ａ）の状態では、Ｙ方向がＦ１の位置では実際の加工断面像と、設計データに基づく観察目標断面像とが異なっているので、試料片Ｑの断面加工が観察目標断面に達していないと判断され、再び集束イオンビームＦＩＢを照射し、試料片Ｑを所定量除去する（Ｓ１１）
【００５８】
次に、試料片（試料）ＱのＸ−Ｚ面からＺ方向に沿って集束イオンビームＦＩＢを照射し、Ｙ方向（断面加工方向）に向かって試料片Ｑを除去する（Ｓ１１：試料片形成工程）。そして、露呈したＦ２位置での加工断面に向けて電子ビーム光学系１５から電子ビームＥＢを照射し、試料片ＱのＦ２位置における加工断面像を得る（Ｓ１２：加工断面像取得工程）。
そして、コンピュータ２１の比較部２１ｂは、図７（ｂ）に示すように、Ｆ２位置における実際の加工断面像と、設計データに基づく観察目標断面像とを比較する（比較工程Ｓ１３）。また、３次元立体構造物の設計データ三面像を加工の進行に合わせて更新する。
【００５９】
このような工程を行うことにより、集束イオンビームＦＩＢによって加工された部分に対応する表示から順にデータが削除される。画像データの更新は、予め設定したスライス幅ずつ加工されたものとして表示から削除されていく。これにより、加工予定状況を設計データ像において、実際の加工状況をＳＥＭ画像による観察像で確認することができるため、誤って加工し過ぎる（削りすぎる）ことなく、正確に加工終点を検出することが可能になる。
【００６０】
例えば、図７（ｂ）では、Ｙ方向がＦ２の位置では実際の加工断面像と、設計データに基づく観察目標断面像とが異なっているので、試料片Ｑの断面加工が観察目標断面に達していないと判断される。そして、再び集束イオンビームＦＩＢを照射し、試料片Ｑを所定量除去する（Ｓ１１：試料片形成工程）。
【００６１】
次に、試料片（試料）ＱのＸ−Ｚ面からＺ方向に沿って集束イオンビームＦＩＢを照射し、Ｙ方向（断面加工方向）に向かって試料片Ｑを除去する（Ｓ１１：試料片形成工程）。そして、露呈したＦ３位置での加工断面に向けて電子ビーム光学系１５から電子ビームＥＢを照射し、試料片ＱのＦ３位置における加工断面像を得る（Ｓ１２：加工断面像取得工程）。
【００６２】
そして、コンピュータ２１の比較部２１ｂは、図７（ｃ）に示すように、Ｆ３位置における実際の加工断面像と、設計データに基づく観察目標断面像とを比較する（Ｓ１３：比較工程）。また、３次元立体構造物の設計データ三面像を加工の進行に合わせて更新する。
【００６３】
図７（ｃ）のように、Ｙ方向がＦ３の位置では実際の加工断面像と、設計データに基づく観察目標断面像とが異なっているので、試料片Ｑの断面加工が観察目標断面に達していないと判断され、再び集束イオンビームＦＩＢを照射し、試料片Ｑを所定量除去する（Ｓ１１：試料片形成工程）。
【００６４】
次に、試料片（試料）ＱのＸ−Ｚ面からＺ方向に沿って集束イオンビームＦＩＢを照射し、Ｙ方向（断面加工方向）に向かって試料片Ｑを除去する（Ｓ１１：試料片形成工程）。そして、露呈したＦ４位置での加工断面に向けて電子ビーム光学系１５から電子ビームＥＢを照射し、試料片ＱのＦ４位置における加工断面像を得る（Ｓ１２：加工断面像取得工程）。
そして、コンピュータ２１の比較部２１ｂは、図７（ｄ）に示すように、Ｆ４位置における実際の加工断面像と、設計データに基づく観察目標断面像とを比較する（Ｓ１３：比較工程）。また、３次元立体構造物の設計データ三面像を加工の進行に合わせて更新する。
【００６５】
図７（ｄ）の状態では、Ｙ方向がＦ４の位置における実際の加工断面像と、設計データに基づく観察目標断面像とが合致している。よってコンピュータ２１は、比較部２１ｂの比較結果に基づいて、Ｙ方向がＦ４の位置における実際の加工断面像が観察目標断面（断面）Ｆｔであると判断し、この位置を加工終点とする（Ｓ１４：加工終点処理工程）。
【００６６】
このように、集束イオンビームＦＩＢを照射して試料片Ｑを所定量除去して、その都度、実際の加工断面像と、設計データに基づく観察目標断面像とを比較することを繰り返すことによって、予め加工マークなどを設けずに、簡易な工程で、かつ正確に、試料片（試料）Ｑの観察目標断面まで自動的に除去し、観察目標断面が露呈した試料片Ｑを容易に加工することが可能になる。
【００６７】
なお、上述した比較工程Ｓ１３において、実際の加工断面像と、設計データに基づく観察目標断面像とを比較することに加えて、更に座標値を比較することもできる。例えば、比較工程Ｓ１３において、設計データに基づく現在の加工断面に対応する設計データ上での座標と、加工断面像の試料片（試料）Ｑ上で実際の座標とを比較し、実際の座標値が、観察目標断面に対応する設計データ上での座標に達しているかを判断する。
なお、前工程において、試料ＳのＳＥＭ画像のサイズに設計データの３面の画像のサイズを一致させていれば、同一縮尺によって、正確に一致、不一致を判断することができる。
【００６８】
これにより、断面像の比較たけの場合よりもより一層、加工精度を高めることができる。例えば、実際の座標値が、観察目標断面に対応する設計データ上での座標に近くなったら、集束イオンビームＦＩＢによる試料片Ｑの除去量が小さくなるように制御すれば、試料片（試料）Ｑを観察目標断面よりも深く削ってしまうことなく、より一層正確に観察目標断面を露呈させた観察用断面を得ることができる。
【００６９】
上述した実施形態では、試料（試料片）としてＴＥＭ観察用の試料片を形成する例を示しているが、これ以外にも、例えば、針状試料である３次元アトムプローブ（3Dimensional Atom Probe）の形成する際に用いることもできる。
即ち、３次元アトムプローブを形成する際には、上述した本発明の前工程（サンプリング方法）において、３次元立体構造物の観察目標を含む試料片を切り出す。そして、後工程（断面加工方法）において、試料片が３次元立体構造物の観察目標を含む針状試料（アトムプローブ試料）になるように、集束イオンビームＦＩＢを用いて加工する。
このような３次元アトムプローブは、例えば、先端径が１００ｎｍ程度の先鋭な針状試料に１０ｋＶ程度の正電圧を印加することでプローブの先端が高電界となり、電界蒸発現象により電界蒸発したイオンが２次元検出器により原子配列が特定できる。また、検出器に到達するまでの飛行時間からイオン種も同定できる。このようにして個々に検出されたイオンを深さ方向へ連続的に検出し、検出された順番にイオンを並べることで、試料の元素情報と３次元構造を原子レベルで解析できる。
【００７０】
また、比較工程Ｓ１３では、画像比較ソフトウェアなどによらず、操作者が目視により実際の加工断面像と、設計データに基づく観察目標断面像とを比較することもできる。
また、上述した実施形態では、前工程として試料Ｓから試料片Ｑをマイクロサンプリングし、サンプリングされた試料片Ｑを断面画像比較によって加工する例を示しているが、特に前工程、後工程に分けずに、バルクの試料Ｓに対して集束イオンビームＦＩＢによる除去と断面画像比較を繰り返すことにより、観察目標断面を露呈させる構成であってもよい。
【００７１】
以上、本発明の実施形態を説明したが、こうした実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。
【符号の説明】
【００７２】
１０…断面加工装置
１０ａ…荷電粒子ビーム装置
１１…試料室
１２…ステージ（試料ステージ）
１３…ステージ駆動機構
１４…集束イオンビーム光学系
１５…電子ビーム光学系（荷電粒子ビーム鏡筒）
１６…検出器
１７…ガス供給部
１８…ニードル
１９…ニードル駆動機構
２０…表示装置
２１…コンピュータ
２２…入力デバイス
Ｐ…試料片ホルダ
Ｑ…試料片（試料）
Ｒ…二次荷電粒子
Ｓ…試料
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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