(57)【要約】【課題】ＦＩＢ鏡筒とＳＥＭ鏡筒を直角に配置し、カーテン効果の影響を軽減した試料片を作製可能な荷電粒子ビーム装置及び試料観察方法を提供する。【解決手段】荷電粒子ビーム装置は、電子ビーム鏡筒１とＦＩＢ鏡筒２とを備え、電子ビーム鏡筒１とＦＩＢ鏡筒２とは、それぞれの照射軸が試料６上で互いに直交または略直交し、電子ビーム鏡筒１とＦＩＢ鏡筒２とが干渉することなく配置されている。また、第一の試料ステージ８と第二の試料ステージ１１とが、それぞれ独立して設けられ、Ｄ１、Ｄ２およびＤ３方向に移動し、軸方向に傾斜可能である。試料６を第一の試料ステージ８で移動させ、試料から切り離した試料片６ａを、軸方向を中心として回転可能なプローブ１２の先端に固定させ、移動させることによりカーテン効果の影響を軽減した試料片６ａを作製する。【選択図】図１
2015159108.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に電子ビームを照射する電子ビーム鏡筒と、
前記電子ビーム鏡筒に対し略直交するように配置され、前記試料にイオンビームを照射し、エッチング加工するイオンビーム鏡筒と、
前記試料から発生する荷電粒子を検出する検出器と、
前記検出器の検出信号から荷電粒子像を形成する像形成部と、
前記試料を保持し、傾斜可能な第一の試料ステージと、
前記試料から切り出した試料片を保持し、傾斜可能な第二の試料ステージと、
前記試料片を保持しつつ、軸方向を中心として回転可能なプローブと、を有する荷電粒子ビーム装置。
【請求項２】
請求項１に記載の荷電粒子ビーム装置であって、
前記第一の試料ステージの傾斜軸と前記第二の試料ステージの傾斜軸とが略並行に配置される荷電粒子ビーム装置。
【請求項３】
請求項１に記載の荷電粒子ビーム装置であって、
前記プローブが前記第一の試料ステージ及び前記第二の試料ステージと独立に駆動する荷電粒子ビーム装置。
【請求項４】
請求項１に記載の荷電粒子ビーム装置であって、
前記プローブが前記第一の試料ステージよりも前記イオンビーム鏡筒の近くに配置されている荷電粒子ビーム装置。
【請求項５】
請求項１に記載の荷電粒子ビーム装置であって、
前記検出器は、前記試料を前記第一の試料ステージで保持した状態および前記試料を前記第二の試料ステージで保持した状態で、前記荷電粒子を検出する透過電子検出器である荷電粒子ビーム装置。
【請求項６】
試料に電子ビームを照射するステップと、
前記電子ビームに略直交するように前記試料にイオンビームを照射し、エッチング加工するステップと、
前記試料から発生する荷電粒子を検出するステップと、
検出器の検出信号から荷電粒子像を形成するステップと、
前記試料を保持するステップと、
前記試料から切り出した試料片を保持するステップと、
前記試料片を保持しつつ軸方向を中心として回転するステップと、
を備える試料観察方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、荷電粒子ビームで加工した試料片を別の試料ホルダに移設する荷電粒子ビーム装置及び試料観察方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの欠陥解析などを目的とし、試料内の微小領域を観察する手法として、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）観察が知られている。ＴＥＭ観察では透過電子像を取得するための試料準備として、試料の一部に電子線が透過できる厚さの薄膜部を有するＴＥＭ試料を作製する必要がある。近年ではＴＥＭ試料を作製する手法として、集束イオンビーム（ＦＩＢ）によるＴＥＭ試料作製方法が用いられている。この方法では、半導体デバイスなどの構造物が薄片試料の観察面に露出している場合には、構造物の有無によって集束イオンビームのエッチングレートが異なるため、観察面に凹凸が形成され筋となって現れる現象、いわゆるカーテン効果が発生してしまう。このため、観察面の観察像に本来のデバイス構造以外にイオンビーム加工で形成された筋も現れてしまうという課題があった。
【０００３】
この課題の解決策として、試料ステージ上のウエハから切り出した試料片をプローブで回転させ、試料ステージ上のＴＥＭ試料ホルダに固定する手法が提案されている（特許文献１参照）。これによれば、ＴＥＭ試料ホルダに固定された試料片は構造物をホルダ側に配置することができ、試料片にイオンビームを照射しても入射側に構造物がないのでカーテン効果の影響を受けることが少なくなる。
【０００４】
一方、集束イオンビームを照射することによりエッチング加工された断面を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察する装置としてＦＩＢ−ＳＥＭ複合装置が知られている。ＳＥＭ観察は、一般に、観察面に対し垂直方向から観察すると、高分解能で観察することができる。そこで、ＦＩＢ鏡筒とＳＥＭ鏡筒を直角に配置した荷電粒子ビーム装置を用いて、ＦＩＢ加工で形成した断面を垂直方向からＳＥＭ観察する試料加工観察方法が提案されている（特許文献２参照）。この方法によれば、ＦＩＢによる微細加工で切り出された断面を、その場で高分解能ＳＥＭ観察することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−１１０７４５号公報
【特許文献２】特開２０１１−１９６８０２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、ＦＩＢ鏡筒とＳＥＭ鏡筒を直角に配置した荷電粒子ビーム装置では、試料ステージ上に試料とＴＥＭ試料ホルダを配置すると鏡筒と干渉してしまうという課題があった。
【０００７】
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、ＦＩＢ鏡筒とＳＥＭ鏡筒を直角に配置し、カーテン効果の影響を軽減した試料片を作製可能な荷電粒子ビーム装置及び試料観察方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の荷電粒子ビーム装置は、試料に電子ビームを照射する電子ビーム鏡筒と、前記電子ビーム鏡筒に対し略直交するように配置され、前記試料にイオンビームを照射し、エッチング加工するイオンビーム鏡筒と、前記試料から発生する荷電粒子を検出する検出器と、前記検出器の検出信号から荷電粒子像を形成する像形成部と、前記試料を保持し、傾斜可能な第一の試料ステージと、前記試料から切り出した試料片を保持し、傾斜可能な第二の試料ステージと、前記試料片を保持しつつ、軸方向を中心として回転可能なプローブと、を有する。
【０００９】
本発明の荷電粒子ビーム装置の一態様として例えば、前記第一の試料ステージの傾斜軸と前記第二の試料ステージの傾斜軸とが略並行に配置される。
【００１０】
本発明の荷電粒子ビーム装置の一態様として例えば、前記プローブが前記第一の試料ステージ及び前記第二の試料ステージと独立に駆動する。
【００１１】
本発明の荷電粒子ビーム装置の一態様として例えば、前記プローブが前記第一の試料ステージよりも前記イオンビーム鏡筒の近くに配置されている。
【００１２】
本発明の荷電粒子ビーム装置の一態様として例えば、前記検出器は、前記試料を前記第一の試料ステージで保持した状態および前記試料を前記第二の試料ステージで保持した状態で、前記荷電粒子を検出する透過電子検出器である。
【００１３】
本発明の試料観察方法は、試料に電子ビームを照射するステップと、前記電子ビームに略直交するように前記試料にイオンビームを照射し、エッチング加工するステップと、前記試料から発生する荷電粒子を検出するステップと、検出器の検出信号から荷電粒子像を形成するステップと、前記試料を保持するステップと、前記試料から切り出した試料片を保持するステップと、前記試料片を保持しつつ軸方向を中心として回転するステップと、を備える。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る荷電粒子ビーム装置及び試料観察方法によれば、カーテン効果の影響を軽減した試料片を作製することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る実施形態の荷電粒子ビーム装置及び試料観察方法の一例を示す構成図である。
【図２】本発明に係る実施形態の第一の試料ステージの動作説明図である。
【図３】本発明に係る実施形態の第一の試料ステージの動作説明図である。
【図４】本発明に係る実施形態の第二の試料ステージの動作説明図である。
【図５】本発明に係る実施形態の第二の試料ステージの動作説明図である。
【図６】本発明に係る実施形態において、（ａ）は第二の試料ステージの説明図、（ｂ）はＴＥＭ試料ホルダの説明図である。
【図７】本発明に係る実施形態の実施例１の一例を示す試料片の移設の説明図である。
【図８】図７の継続であり、実施例１の試料片の移設の説明図である。
【図９】図８の継続であり、実施例１の試料片の移設の説明図である。
【図１０】本発明に係る実施形態の実施例２の一例を示す試料片の移設の説明図である。
【図１１】図１０の継続であり、実施例２の試料片の移設の説明図である。
【図１２】本発明に係る実施形態の実施例３の一例を示す試料片の移設の説明図である。
【図１３】図１２の継続であり、実施例３の試料片の移設の説明図である。
【図１４】図１３の継続であり、実施例３の試料片の移設の説明図である。
【図１５】図１４の継続であり、実施例３の試料片の移設の説明図である。
【図１６】図１５の継続であり、実施例３の試料片の移設の説明図である。
【図１７】本発明に係る実施形態の平面ＴＥＭ試料を作製する一例を示す実施例４の説明図である。
【図１８】図１７の継続であり、実施例４の移設の説明図である。
【図１９】本発明に係る実施形態の平面ＴＥＭ試料を作製する一例を示す実施例５の説明図である。
【図２０】図１９の継続であり、実施例５の試料片の移設の説明図である。
【図２１】図２０の継続であり、実施例５の試料片の移設の説明図である。
【図２２】図２１の継続であり、実施例５の試料片の移設の説明図である。
【図２３】他の実施形態の荷電粒子ビーム装置を示す構成図である。
【図２４】本発明に係る実施形態の荷電粒子ビーム装置による試料観察方法の一例を示すフローチャート図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る荷電粒子ビーム装置及び試料観察方法の実施形態について説明する。
【００１７】
荷電粒子ビーム装置は、図１に示すように、電子ビーム鏡筒１と、ＦＩＢ鏡筒（イオンビーム鏡筒）２と、試料室３を備えている。試料室３内に収容されたバルクの試料６に電子ビーム鏡筒１から電子ビーム１ａを、ＦＩＢ鏡筒２からＦＩＢ２ａを照射する。電子ビーム鏡筒１とＦＩＢ鏡筒２とは、それぞれの照射軸が試料６上で互いに直交または略直交するように配置されている。ビーム性能を向上させるためにビーム交差点付近に配置された試料に電子ビーム鏡筒１とＦＩＢ鏡筒２の先端を近づけて配置しても、電子ビーム鏡筒１とＦＩＢ鏡筒２とが干渉することなく配置することができる。
【００１８】
また、荷電粒子ビーム装置は、荷電粒子検出器として二次電子検出器４と透過電子検出器５を備えている。二次電子検出器４は、電子ビーム１ａ又はＦＩＢ（イオンビーム）２ａの照射により試料６から発生した二次電子を検出することができる。透過電子検出器５は、電子ビーム鏡筒１に対向する位置に備えられている。透過電子検出器５は、電子ビーム１ａを後述する試料片６ａに照射した結果、試料片６ａにより透過された透過電子と試料片６ａに入射されなかった電子ビーム１ａを検出することができる。
【００１９】
さらに、荷電粒子ビーム装置は、試料６を保持する試料ホルダ７を備える。試料ホルダ７は、第一の試料ステージ８に固定され、第一の試料ステージ８は傾斜機構９に固定され、第一の試料ステージ８の移動は、試料ステージ制御部２５により制御される。
【００２０】
試料ステージ制御部２５は、第一の試料ステージ８をＤ１、Ｄ２、Ｄ３の三軸方向に移動させるとともに、Ｄ３を中心に傾斜移動（Ｄ３を中心とした回転移動）させる。Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３の三軸方向の移動は、（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を含む）ＸＹＺ空間における移動に相当する。
【００２１】
また、第一の試料ステージ８は、試料６を固定する試料ホルダ７を備え、試料６とＴＥＭ試料ホルダを同時に搭載できない。試料ホルダ７は、試料６を互いに略直交する電子ビーム１ａとＦＩＢ２ａの交差点に配置し、かつ、電子ビーム鏡筒１とＦＩＢ鏡筒２に干渉しない大きさである。従来の電子ビーム鏡筒１とＦＩＢ鏡筒２とが傾斜して配置された装置では試料のウエハ（試料６）とＴＥＭ試料ホルダを同一の試料ステージ上に配置することが可能であった。
【００２２】
しかしながら、本実施形態の様に電子ビーム鏡筒１とＦＩＢ鏡筒２とを直交または略直交するように配置させた場合、同一試料ステージ上に試料とＴＥＭ試料ホルダを配置し、傾斜させると電子ビーム鏡筒１またはＦＩＢ鏡筒２と干渉してしまうおそれがある。したがって、本実施形態においては、第一の試料ステージ８と、後述するＴＥＭ試料ホルダに相当する第二の試料ステージ１１とが、それぞれ独立して設けられている。
【００２３】
試料ステージ制御部２５は、第二の試料ステージ１１を少なくともＤ３方向に移動させ（本実施形態ではＤ１、Ｄ２方向にも移動可能）、ＴＥＭ試料ホルダ１０を電子ビーム１ａの照射領域に移動させる。また、第一の試料ステージ８と同じＤ３を中心に、第二の試料ステージ１１を傾斜移動（Ｄ３を中心とした回転移動）させる。これにより後述するプローブ１２に固定された試料片に対し、第一の試料ステージ８と第二の試料ステージ１１を同じ軸方向を中心に傾斜させることができるので、試料片の姿勢制御を容易に正確に実施することができる。ここで、プローブ１２は、電子ビーム鏡筒１の電子ビーム照射軸に対して３０°で交差し、ＦＩＢ鏡筒２のＦＩＢ照射軸に対し６０°で交差するように配置する（図７（ａ）参照）。
【００２４】
また、荷電粒子ビーム装置はプローブ１２とプローブ駆動部１３を備える。プローブ１２は少なくともＤ１、Ｄ２、Ｄ３の三軸方向の移動と、軸方向を中心として回転移動をする。
【００２５】
プローブ駆動部１３は、第一の試料ステージ８及び第二の試料ステージ１１に対し独立して移動する。つまり、第一の試料ステージ８または第二の試料ステージ１１を傾斜移動させてもプローブ１２は移動しない。これにより、プローブ１２に試料片を固定した状態で、第一の試料ステージ８または第二の試料ステージ１１を傾斜移動させても、試料片の姿勢は電子ビーム鏡筒１またはＦＩＢ鏡筒２に対し変化しないので、試料片の姿勢制御を容易に正確に実施することができる。
【００２６】
荷電粒子ビーム装置は、さらに、電子ビーム制御部２２と、ＦＩＢ制御部２３と、像形成部２４と、表示部２７を備える。電子ビーム制御部２２は電子ビーム鏡筒１に照射信号を送信し、電子ビーム鏡筒１から電子ビーム１ａを照射させる。ＦＩＢ制御部２３はＦＩＢ鏡筒２に照射信号を送信し、ＦＩＢ鏡筒２からＦＩＢ２ａを照射させる。
【００２７】
像形成部２４は、電子ビーム制御部２２の電子ビーム１ａを走査させる信号と、透過電子検出器５で検出した透過電子の信号とから透過電子像を形成する。表示部２７は透過電子像を表示することができる。また、像形成部２４は、電子ビーム制御部２２の電子ビーム１ａを走査させる信号と、二次電子検出器４で検出した二次電子の信号とからＳＥＭ像のデータを形成する。表示部２７はＳＥＭ像を表示することができる。また、像形成部２４は、ＦＩＢ制御部２３のイオンビーム２ａを走査させる信号と、二次電子検出器４で検出した二次電子の信号とからＳＩＭ像のデータを形成する。表示部２７はＳＩＭ像を表示することができる。
【００２８】
荷電粒子ビーム装置は、さらに、入力部２０と、制御部２１を備える。オペレータは装置制御に関する条件を入力部２０に入力する。入力部２０は、入力された情報を制御部２１に送信する。制御部２１は、電子ビーム制御部２２、ＦＩＢ制御部２３、像形成部２４、試料ステージ制御部２５または表示部２７に制御信号を送信し、荷電粒子ビーム装置の動作を制御する。また、制御部２１は、プローブ制御部２６に制御信号を送信し、プローブ１２も制御する。
【００２９】
図２から図５を用いて、第一の試料ステージ８と第二の試料ステージ１１の動作について説明する。
【００３０】
図２および図３は、Ｄ１、Ｄ２面における第一の試料ステージ８の動作説明図である。図２（ａ）に示すように電子ビーム１ａとＦＩＢ２ａと交差点に試料６を配置するように第一の試料ステージ８を移動させる。また、図２（ｂ）に示すように、プローブ１２の先端を試料６の表面に接触させるようにプローブ１２を移動させることができる。試料６の一部である試料片６ａをプローブ１２の先端に固定し、ＦＩＢ２ａで切り出す。
【００３１】
そして、図３（ａ）に示すように試料片６ａがプローブ１２の先端に固定された状態で、第一の試料ステージ８をＤ２方向へ後退させる。これにより試料片６ａを試料６から切り離すことができる。また、図３（ｂ）に示すようにプローブ１２の先端を試料６の表面に接触させる前に第一の試料ステージ８をプローブ１２に対し傾斜させ、傾斜させた状態でプローブ１２の先端に試料片６ａを固定することもできる。
【００３２】
図４および図５は、Ｄ１、Ｄ３面における第二の試料ステージ１１の動作説明図である。第二の試料ステージ１１は図４（ａ）に示すように、電子ビーム鏡筒１の電子ビーム１ａ照射軸に対し略垂直に挿入できるように配置されている。図４（ｂ）に示すように、試料６から切り離した試料片６ａをプローブ１２の先端に固定した状態で、ＴＥＭ試料ホルダ１０を電子ビーム１ａの照射領域に移動するように第二の試料ステージ１１をＤ３と逆方向に移動させることができる。また、図５に示すように、第二の試料ステージ１１をプローブ１２に対し独立して傾斜（Ｄ３を中心とした回転移動）させることができる。こうして、プローブ１２の先端に固定された試料片６ａが、ＴＥＭ試料ホルダ１０に固定される。
【００３３】
図６（ａ）はＤ２、Ｄ３面における第二の試料ステージ１１の説明図である。ＴＥＭ試料ホルダ１０に固定した試料片６ａに電子ビーム１ａを照射し、透過した電子を透過電子検出器５で検出し透過電子像観察することができるように、第二の試料ステージ１１は電子ビーム１ａの照射経路を遮断しない構造になっている。
【００３４】
図６（ｂ）はＴＥＭ試料ホルダ１０の説明図である。ＴＥＭ試料ホルダ１０はシリコン製のホルダ部３０を備えており、ホルダ部３０には、複数の固定部３１を備えており、それぞれの固定部に試料片を固定できるので、複数の試料片を管理することができる。固定部３１の側面３１ａ又は上面３１ｂに試料片６ａを固定する。
【００３５】
＜実施例１＞１８０°
図７から図９の試料片６ａの移設の説明図を用いて試料片６ａの姿勢制御方法を説明する。実施例１は、試料片６ａが１８０°回転することを示している。
【００３６】
第一の試料ステージ８の試料ホルダ７の先端に固定されている試料６は、半導体の配線パターンの如きデバイス構造を有し、試料表面側にデバイス構造６ｂを有する。デバイス構造６ｂ側からＦＩＢを照射し断面の仕上げ加工をすると断面にデバイス構造６ｂに起因した凹凸が形成され、いわゆるカーテン効果が発生するため、試料の正確な分析をすることができない。そこで、本発明によりカーテン効果の影響を軽減した試料片６ａの断面を形成する。
【００３７】
図７（ａ）に示すようにＴＥＭ観察対象となる部分を含む試料片６ａを切り出すために、ＦＩＢ２ａを試料６に照射し、加工溝６ｃをエッチング加工により形成する。そして、プローブ１２の先端を試料片６ａに接触させ、デポジションガスを供給しながらＦＩＢ２ａもしくは電子ビーム１ａを照射し、デポジション膜（プローブと試料片の固定用）４１を形成することで、プローブ１２の先端と試料片６ａを固定する。
【００３８】
次に第一の試料ステージ８をＤ２方向へ後退させる。このとき試料片６ａは図７（ｂ）に示すようにプローブ１２に固定された状態であり、試料片６ａは試料６から切り離される。そしてプローブ１２を１８０°回転させる（図７（ｂ）曲線矢印参照）。すると図８（ａ）に示すように試料片６ａの姿勢が変更される。つまり、試料片６ａは、電子ビーム照射軸に対し（（図７（ａ）参照））、１２０°傾斜したことになる。次に第二の試料ステージ１１を移動させ、ＴＥＭ試料ホルダ１０を電子ビーム１ａ照射領域に移動させる。さらに第二の試料ステージ１１をＦＩＢ照射軸に対し６０°傾斜させる。
【００３９】
すると図８（ｂ）に示すようにＴＥＭ試料ホルダ１０の固定部３１と試料片６ａは略平行になる。そして、側面３１ａに試料片６ａを接触させ、デポジションガスを供給しながらＦＩＢ２ａもしくは電子ビーム１ａを照射し、他のデポジション膜（固定部と試料片の固定用）４２を形成することで、固定部３１の側面３１ａの先端と試料片６ａを固定する。
【００４０】
そして、図９（ａ）に示すように第二の試料ステージ１１の傾斜を戻し、ＦＩＢ２ａで試料片６ａの断面を仕上げ加工する。試料片６ａが図７の状態から１８０°回転して固定部３１に固定されるため、デバイス構造６ｂがビーム照射側の反対側に配置されるので、この状態でＦＩＢ２ａによる仕上げ加工することでカーテン効果を抑制することができる。また、ＴＥＭ試料ホルダ１０に固定した試料片６ａに電子ビーム１ａを照射し、透過した電子を透過電子検出器５で検出し透過電子像観察することができる。これにより、試料片６ａの加工の仕上がり具合を確認することができる。
【００４１】
ここで、試料６を加工する際に図９（ｂ）に示すように試料片６ａに電子ビーム１ａを照射し透過電子を検出できるようにＦＩＢ２ａで加工溝を形成すると、姿勢制御の前後の試料片６ａの透過電子像を取得することができる。これにより、所望対象の含む試料片をより正確に作製することができる。
【００４２】
本実施例では、図７（ａ）から図８（ｂ）の状態で、ＦＩＢ２ａに対して、デバイス構造６ｂが１８０°移動し、デバイス構造６ｂが形成された面から、デバイス構造６ｂが形成されていない面がＦＩＢ２ａに面するようになっている。したがって、カーテン効果の影響を軽減した試料片６ａを作製することができる。
【００４３】
＜実施例２＞１８０°
図１０から図１１を用いて、試料片６ａが１８０°回転する実施例２を説明する。実施例１と異なる点は、第一の試料ステージ８の傾斜がＦＩＢ照射軸に対し２０°であり、第一の試料ステージ８の試料ホルダ７の先端に固定されている試料６も２０°傾斜している。
【００４４】
図１０（ａ）に示すようにＴＥＭ観察対象となる部分を含む試料片６ａを切り出すために、ＦＩＢ２ａを試料６に照射し、加工溝６ｃをエッチング加工により形成する。そして、プローブ１２の先端を試料片６ａに接触させ、デポジションガスを供給しながらＦＩＢ２ａもしくは電子ビーム１ａを照射し、デポジション膜４１を形成することで、プローブ１２の先端と試料片６ａを固定する。
【００４５】
次に第一の試料ステージ８をＤ２方向へ後退させる。このとき試料片６ａは図１０（ｂ）に示すようにプローブ１２に固定された状態である。そしてプローブ１２を１８０°回転させる（図１０（ｂ）曲線矢印参照）。すると図１１（ａ）に示すように試料片６ａの姿勢が変更される。つまり、試料片６ａは電子ビーム照射軸に対し１３０°傾斜したことになる。次に第二の試料ステージ１１を移動させ、ＴＥＭ試料ホルダ１０を電子ビーム１ａ照射領域に移動させる。第二の試料ステージ１１をＦＩＢ照射軸に対し４０°傾斜させる。
【００４６】
すると図１１（ｂ）に示すようにＴＥＭ試料ホルダ１０の固定部３１と試料片６ａは略平行になる。そして、側面３１ａに試料片６ａを接触させ、デポジションガスを供給しながらＦＩＢ２ａもしくは電子ビーム１ａを照射し、他のデポジション膜４２を形成することで、固定部３１の側面３１ａの先端と試料片６ａを固定する。
【００４７】
＜実施例３＞９０°
図１２から図１６を用いて、試料片６ａが９０°回転する実施例３を説明する。
【００４８】
図１２に示すように、ＴＥＭ観察対象となる部分を含む試料片６ａを切り出し、プローブ１２に固定する方法は、実施例１、２と同じである。そして、図１３（ａ）に示すようにＴＥＭ試料ホルダ１０の固定部３１と試料片６ａを略平行になるよう配置する。次に、側面３１ａに試料片６ａを接触させ、デポジションガスを供給しながらＦＩＢ２ａもしくは電子ビーム１ａを照射し、側面３１ａと試料片６ａとの間にデポジション膜（図示せず）を形成することで、固定部３１の側面３１ａの先端と試料片６ａを固定する。そして、ＦＩＢ２ａもしくは電子ビーム１ａを用いてデポジション膜４１の一部を切除した後、プローブ１２を退避させる（図１３（ｂ）参照）。
【００４９】
更に、図１４（ａ）に示すように、第二の試料ステージ１１を３０°傾斜させると、同時にＴＥＭ試料ホルダ１０の固定部３１と試料片６ａとが３０°傾斜する。そして、再度デポジション膜４１を形成し直して、プローブ１２に試料片６ａを固定させる（図１４（ｂ）参照）。次に、図１５（ａ）に示す通り、固定部３１から試料片６ａを切り離し、図１５（ａ）から（ｂ）に示すようにプローブ１２を、図７（ｂ）や図１０（ｂ）の曲線矢印とは逆向きの方向に９０°回転させる。そして、図１６に示すように第二の試料ステージ１１を３０°傾斜させ、他のデポジション膜４２を形成することで、試料片６ａを固定する。ＴＥＭ試料ホルダ１０の固定部３１が３０°傾斜しているため、試料片６ａも３０°傾斜している。
【００５０】
＜実施例４＞平面ＴＥＭ試料
図１７から図１８を用いて、平面ＴＥＭ試料作製の一例を説明する。
【００５１】
図１７（ａ）、（ｂ）に示す通り、ＴＥＭ観察対象となる部分を含む試料片６ａを切り出し、プローブ１２に固定する方法は、実施例１、２と同じである。そして、図１８（ａ）に示すように、ＴＥＭ試料ホルダ１０の固定部３１を０°傾斜させた状態で、試料片６ａを固定部３１の側面３１ａに固定する。そして、第二の試料ステージ１１及びＴＥＭ試料ホルダ１０の固定部３１をＤ２方向に９０°傾斜させる。これにより、図１８（ｂ）に示すように試料片６ａ表面の法線方向に電子ビーム１ａを入射して、ＴＥＭ観察する平面ＴＥＭ試料を作製することができる。
【００５２】
＜実施例５＞平面ＴＥＭ試料
図１９から図２２を用いて、平面ＴＥＭ試料作製の他の一例を説明する。実施例４と異なる点は、第二の試料ステージ１１、ＴＥＭ試料ホルダ１０の固定部３１及び試料片６ａをＦＩＢ照射軸に対し１０°傾斜させていることである。
【００５３】
図１９に示すように、ＴＥＭ観察対象となる部分を含む試料片６ａを切り出し、プローブ１２に固定する方法は、実施例１、２と同じである。図２０（ａ）に示すように、第二の試料ステージ１１のＴＥＭ試料ホルダ１０の固定部３１（傾斜０°）に試料片６ａを仮固定し、プローブ１２を退避させる（図２０（ｂ）参照）。
【００５４】
図２１（ａ）に示すように第二の試料ステージ１１を６０°傾斜させるとＴＥＭ試料ホルダ１０の固定部３１がＦＩＢ照射軸に対し６０°傾斜し、デポジションガスを供給しながらＦＩＢ２ａもしくは電子ビーム１ａを照射し、デポジション膜４１ａを形成することで、プローブ１２を試料片６ａに固定する（図２１（ｂ）参照）。図２２（ａ）に示すように固定部３１から試料片６ａを分離し、図２２（ｂ）に示すように第二の試料ステージをＦＩＢ照射軸に対し−２０°傾斜させるとＴＥＭ試料ホルダ１０の固定部３１がＦＩＢ照射軸に対し−２０°傾斜し、デポジション膜４２ａを形成することで、試料片６ａを固定する。そして、電子ビーム１ａを入射して、ＴＥＭ観察する平面ＴＥＭ試料を作製することができる。
【００５５】
＜他の実施形態＞
図２３は荷電粒子ビーム装置の他の実施形態を示す。本実施形態の荷電粒子ビーム装置は、さらに気体イオンビーム鏡筒１４を備える。気体イオンビーム鏡筒１４は気体イオンビームを試料６に照射することにより、試料６のダメージ層の除去や観察面のクリーニングを実施することができる。なお、気体イオンビームのイオン種はアルゴン、キセノン、酸素などを用いる。気体イオンビーム鏡筒１４はＦＩＢ鏡筒２と第二の試料ステージ１１との間に配置される。気体イオンビーム鏡筒１４は、Ｄ２方向とＤ３方向からなる面内、つまり、水平方向に気体イオンビームを照射できる。
【００５６】
第二の試料ステージ１１のＴＥＭ試料ホルダ１０の固定部３１に固定された試料片６ａに気体イオンビームを照射し、試料片６ａのダメージ層除去やクリーニングを実施する。気体イオンビームを照射する場合において、試料片６ａの気体イオンビームを照射する側の面に対し所定の角度（例えば１０°）で気体イオンビームを照射できるように第二の試料ステージ１１を傾斜させる。これにより、試料片６ａの被照射面に対し一定の角度で気体イオンビームを照射できるので効率良くエッチング加工することができる。気体イオンビーム鏡筒１４およびＦＩＢ鏡筒２が水平面内に配置されているため、第二の試料ステージ１１を傾斜させても第二の試料ステージ１１が気体イオンビーム鏡筒１４またはＦＩＢ鏡筒２と干渉することがない。特に、試料片６ａの表裏の両面を加工する場合は、第二の試料ステージ１１を水平面に対して±に所定角度傾斜させることで両面に気体イオンビームを照射することができるため、干渉なく両面の加工を実施することができる。尚、図２４では、プローブ１２は気体イオンビーム鏡筒１４およびＦＩＢ鏡筒２の下側（紙面の奥側）に配置されており、気体イオンビーム鏡筒１４およびＦＩＢ鏡筒２とは干渉しない。
【００５７】
図２４のフローチャート図を用いて、荷電粒子ビーム装置による試料観察方法の一例を説明する。
【００５８】
電子ビーム鏡筒１は、電子ビーム制御部２２の指令に基づいて、第一の試料ステージ８の試料ホルダ７に固定された試料６に電子ビーム１ａを照射する（ステップＳ１）。次に、電子ビーム鏡筒１に対し略直交するように配置されたＦＩＢ鏡筒２は、ＦＩＢ制御部２３の指令により試料６にＦＩＢ２ａを照射し、試料６をエッチング加工する（ステップＳ２）。
【００５９】
そして、二次電子検出器４は、電子ビーム１ａ又はＦＩＢ２ａの照射により試料６から発生した二次電子を検出する。一方、透過電子検出器５は、電子ビーム１ａを試料片６ａに照射し、試料片６ａにより透過された透過電子と試料片６ａに入射されなかった電子ビーム１ａを検出する（ステップＳ３）。検出された荷電粒子のデータは、像形成部２４に送信され、像形成部２４は荷電粒子像を形成する（ステップＳ４）。
【００６０】
次に、プローブ１２は、プローブ制御部２６の指令により試料片６ａを保持し（ステップＳ５）、第一の試料ステージ８を後退させ、試料片６ａを試料６から切り離す（ステップＳ６）。そして、プローブ１２は、試料６から切り離した試料片６ａを保持し（ステップＳ７）、軸方向を中心としてプローブ１２を回転させると共に試料片６ａを回転させ（ステップ８）、第二の試料ステージ１１のＴＥＭ試料ホルダ１０に試料片６ａを固定する。
【００６１】
尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。
【符号の説明】
【００６２】
１：電子ビーム鏡筒
１ａ：電子ビーム
２：ＦＩＢ（イオンビーム）鏡筒
２ａ：ＦＩＢ（イオンビーム）
３：試料室
４：二次電子検出器
５：透過電子検出器
６：試料
６ａ：試料片
６ｂ：デバイス構造
７：試料ホルダ
８：第一の試料ステージ
９：傾斜機構
１０：ＴＥＭ試料ホルダ
１１：第二の試料ステージ
１２：プローブ
１３：プローブ駆動部
１４：気体イオンビーム鏡筒
２０：入力部
２１：制御部
２２：電子ビーム制御部
２３：ＦＩＢ制御部
２４：像形成部
２５：試料ステージ制御部
２６：プローブ制御部
２７：表示部
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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