(57)【要約】【課題】試料の種類に関係なく、ステージを作動させる前に予め試料との干渉を予測して該干渉を未然に防ぐことができ、オペレータにかかる負担を極力軽減すること。【解決手段】試料２に対して荷電粒子ビーム（ＦＩＢ／ＥＢ）を照射する照射機構と、荷電粒子ビームの照射によって発生した二次荷電粒子を検出する検出機構と、照射機構及び検出機構の三次元データをそれぞれステージ座標系Ｗに関連付けた状態で予め記憶する記憶部と、試料の三次元データをステージ座標系に変換する変換部と、試料の特定位置を測定ポイントに位置させる際に、変換部によって変換されたデータと記憶部に記憶されたデータとに基づいて、試料と照射機構と検出機構との位置関係をシミュレーションして、予め試料が干渉するか否かを判断すると共に判断結果を報知する判断部とを備えている荷電粒子ビーム装置を提供する。【選択図】図４
2008270072.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料が載置される試料台と、
該試料台を変位させて、前記試料の特定位置を測定ポイントに位置させるステージと、
前記測定ポイントに位置した前記試料に対して荷電粒子ビームを照射する照射機構と、
前記荷電粒子ビームの照射によって発生した二次荷電粒子を検出する検出機構と、
検出された二次荷電粒子に基づいて、前記試料の画像データを生成すると共に該画像データを試料像として表示する表示部を有する表示機構と、
前記照射機構及び前記検出機構の三次元データをそれぞれ前記ステージのステージ座標系に関連付けた状態で予め記憶する記憶部と、
載置後の前記試料の姿勢及び載置位置に基づいて、予め入力された試料の三次元データを前記ステージ座標系に変換する変換部と、
前記試料の特定位置を前記測定ポイントに位置させる際に、前記変換部によって変換されたデータと前記記憶部に記憶されたデータとに基づいて、前記試料と前記照射機構と前記検出機構との位置関係をシミュレーションして、予め試料が干渉するか否かを判断すると共に判断結果を報知する判断部とを備えていることを特徴と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において、
前記変換部は、前記試料を光学的に観察して、該試料の三次元データを予め取得するデータ取得部を備えていることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の荷電粒子ビーム装置において、
前記判断部は、前記シミュレーション結果を三次元画像として前記表示部に表示させることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム装置において、
前記判断部は、干渉すると判断したときに、前記ステージをロックすることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム装置において、
前記判断部は、干渉する直前まで変位可能な前記ステージの可動範囲を報知することを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム装置において、
前記ステージは、前記試料台を水平面に平行で且つ互いに直交するＸ軸及びＹ軸と、これらＸ軸及びＹ軸に対して直交するＺ軸とに沿ってそれぞれ移動させるＸＹＺ移動機構と、前記試料台をＺ軸回りに回転させるローテーション機構と、前記試料台をＸ軸又はＹ軸回りに回転させるチルト機構とを有し、
前記判断部は、干渉しないと判断したときに、前記試料の特定位置を最短時間で前記測定ポイントに位置させるように、前記ＸＹＺ移動機構、前記ローテーション機構及び前記チルト機構の作動順番及び作動時間を報知することを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項７】
請求項１から５のいずれか１項に記載の荷電粒子ビーム装置において、
前記ステージは、前記試料台を水平面に平行で且つ互いに直交するＸ軸及びＹ軸と、これらＸ軸及びＹ軸に対して直交するＺ軸とに沿ってそれぞれ移動させるＸＹＺ移動機構と、前記試料台をＺ軸回りに回転させるローテーション機構と、前記試料台をＸ軸又はＹ軸回りに回転させるチルト機構とを有し、
前記判断部は、干渉しないと判断したときに、前記ＸＹＺ移動機構、前記ローテーション機構及び前記チルト機構をそれぞれ作動させて、前記試料の特定位置を最短時間で前記測定ポイントに位置させることを特徴とする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、試料に対して集束イオンビームや電子ビーム等の荷電粒子ビームを照射して、試料の観察や加工等を行う荷電粒子ビーム装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、微細加工技術の進歩により、集積回路（ＩＣ）等の半導体デバイスはますます微細化されている。また、これに伴って半導体デバイスの製造プロセスは、複雑になると共に数多くの工程が必要とされている。ところでこれら各工程の評価を行うにあたり、従来から荷電粒子ビーム装置を利用した方法が知られている。この荷電粒子ビーム装置を利用する方法は、半導体デバイス等の試料に対して、ＦＩＢ（集束イオンビーム）やＥＢ（電子ビーム）を照射して、試料の観察や各種の評価、解析を行う方法である。
【０００３】
この荷電粒子ビーム装置について簡単に説明する。
図６に示すように、荷電粒子ビーム装置４０は、試料４１を載置する試料ホルダ４２と、該試料ホルダ４２を介して試料４１を変位させるステージ４３と、試料４１に対してＦＩＢ又はＥＢを照射する図示しない照射系と、ＦＩＢ又はＥＢの照射によって発生した２次荷電粒子を検出する図示しない検出器と、試料４１の表面にデポジション膜を形成するための原料ガスＧを供給するガス銃４４とを備えている。
ステージ４３は、例えば、試料ホルダ４２をＸＹＺ方向に移動させると共に、Ｚ軸回りに回転させるローテーションと、Ｘ軸又はＹ軸回りに回転させるチルトとを同時に行うことができる５軸のステージである。
【０００４】
この荷電粒子ビーム装置４０を利用して試料４１の観察を行う場合には、試料ホルダ４２に試料４１をセットした後、照射系により試料４１にＦＩＢ又はＥＢを照射する。この際、検出器により、ＦＩＢ又はＥＢの照射で発生した二次荷電粒子を検出しておく。そして、この検出した二次荷電粒子を輝度信号等に変換することで、図示しない表示部に試料像を表示することができる。また、ステージ４３により、試料ホルダ４２を介して試料４１を適宜移動させたり傾斜させたりすることで、所定の範囲内で試料像を観察することができると共に、該試料像に基づいて各種の評価や解析を併せて行うことができる。
【０００５】
また、荷電粒子ビーム装置４０は、単なる観察だけではなく、試料４１の修正加工を行うことも可能である。例えば、試料４１がＩＣである場合には、観察によって不良箇所を確認した後、この不良箇所をＦＩＢの照射によってエッチング加工して修正したり、ＦＩＢの照射と原料ガスＧの供給とによるガスアシスト法によって不良箇所にデポジション膜を堆積（デポジション加工）させたりして修正を行うことも可能である。
【０００６】
ところで、上述した試料４１の観察や加工を行うにあたり、ステージ４３上の所定位置に試料４１の特定位置を位置決めさせることが大変重要な作業とされている。これは、試料４１の特定位置にＦＩＢやＥＢを照射したり、デポジション膜を堆積させたりするためである。ところがこの作業は、ステージ４３を頻繁に作動させる必要があるので、非常に時間がかかる作業であった。そのため、試料４１の座標データとステージ４３の座標データとをマッチングさせる等の手法を用いて、この作業の効率を上げて、オペレータの補助を行わせている。
【０００７】
ところが上述した座標データは、平面的な座標リンケージを用いているので、ＩＣパッケージ等のように表面に凹凸がある試料４１や、複雑な三次元形状を有する試料４１の場合には、ステージ４３を作動させたときに、図７に示すように、試料４１と各構成品（照射系、検出器やガス銃４４等）とが干渉してしまう恐れがあった。このような干渉が生じてしまうと、各構成品や試料４１の変形、破損等が生じてしまうので、オペレータは注意しながら慎重にステージ４３を作動させる必要があった。そのため、時間がかかるだけでなく、オペレータにかかる負担が大きなものであった。
特に、試料４１の観察や加工を高精度に行うため、一般的に各構成品は試料４１にできるだけ接近した状態（例えば、試料表面との間隔が０．２ｍｍ〜０．８ｍｍ）で配置されている。そのため、上述した問題が生じ易かった。
【０００８】
そこで、オペレータの負担を軽減するために様々な方法が考えられている。その１つとして、試料４１と各構成品とが接触した瞬間に、ステージ４３の作動を停止させるインターロックシステムを採用した方法が知られている。具体的には、各構成品に予め微小の電圧を印加しておき、各構成品と試料４１とが接触した際の微小電流を検出する。そして、電流を検出したときに、ステージ４３の作動を停止させる方法である。
【０００９】
また、別の方法として、ＣＣＤ等の光学素子を試料４１の周辺に多数設置して、様々な角度から光学観察を行う方法が知られている。こうすることで、オペレータは、ステージ４３を作動させる際に、各構成品と試料４１との位置関係を多くの視点で確認することができるので、干渉をできるだけ防ぐことができる。
【特許文献１】特開平３−２８４８２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記従来の方法では、以下の課題が残されている。
即ち、インターロックシステムを採用した方法は、干渉した際の電流を検出する方法であるので、干渉自体をなくすことができるものではなかった。そのため、過度の干渉は防止できるものの、試料４１や各構成品の変形や破損等の可能性が依然として残るものであった。また、導電性の試料４１にしか適用することができず、使用できる試料４１の種類が限定されてしまい、使い難いものであった。
【００１１】
また、光学素子を多数設置する方法は、多くの視点から確認できるとはいえ、やはりオペレータが注意しながら操作を行う必要があるので、オペレータの負担を軽減できるものではなかった。特に、複雑な三次元形状をしている試料４１の場合には、多数の光学素子を設置したとしても死角が生じてしまい、試料４１と各構成品との位置関係を正確に把握することができない場合があった。よって、干渉を確実に防げるものではなかった。
【００１２】
本発明は、このような事情に考慮してなされたもので、その目的は、試料の種類に関係なく、ステージを作動させる前に予め試料との干渉を予測して該干渉を未然に防ぐことができ、オペレータにかかる負担を極力軽減することができる荷電粒子ビーム装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、前記課題を解決するために以下の手段を提供する。
本発明に係る荷電粒子ビーム装置は、試料が載置される試料台と、該試料台を変位させて、前記試料の特定位置を測定ポイントに位置させるステージと、前記測定ポイントに位置した前記試料に対して荷電粒子ビームを照射する照射機構と、前記荷電粒子ビームの照射によって発生した二次荷電粒子を検出する検出機構と、検出された二次荷電粒子に基づいて、前記試料の画像データを生成すると共に該画像データを試料像として表示する表示部を有する表示機構と、前記照射機構及び前記検出機構の三次元データをそれぞれ前記ステージのステージ座標系に関連付けた状態で予め記憶する記憶部と、載置後の前記試料の姿勢及び載置位置に基づいて、予め入力された試料の三次元データを前記ステージ座標系に変換する変換部と、前記試料の特定位置を前記測定ポイントに位置させる際に、前記変換部によって変換されたデータと前記記憶部に記憶されたデータとに基づいて、前記試料と前記照射機構と前記検出機構との位置関係をシミュレーションして、予め試料が干渉するか否かを判断すると共に判断結果を報知する判断部とを備えていることを特徴とするものである。
【００１４】
この発明に係る荷電粒子ビーム装置においては、試料台上に載置された試料に対して、集束イオンビームや電子ビーム等の荷電粒子ビームを照射する。この際、ステージにより試料台を適宜変位（移動や回転等）させることで、測定したい試料の特定位置を観察ポイントに位置させることができ、特定位置に対して荷電粒子ビームを照射することができる。そして検出機構により、荷電粒子ビームの照射によって発生した二次荷電粒子を検出する。そして表示機構は、検出された二次荷電粒子に基づいて、試料の画像データを生成すると共に、生成した画像データを試料像として表示部に表示させる。
これにより、オペレータは、試料の特定位置を観察することができる。また、ステージにより試料台を適宜変位させることで、次の特定位置を測定ポイントに位置させることができ、一定の範囲で試料の観察を行うことができる。
【００１５】
ここで、上述した試料の観察を行う際に、試料の特定位置を測定ポイントに位置させたとき、或いは、その途中経路において、オペレータは照射機構及び検出機構に対して試料が干渉してしまうか否かを事前に予測することができ、干渉を未然に防ぐことができる。
即ち、記憶部内には、試料の上方に配置されている照射機構及び検出機構の三次元データがそれぞれステージ座標系に関連付けられた状態で予め記憶されている。つまり記憶部に記憶されたデータによれば、照射機構及び検出機構の立体的な外形輪郭線をそれぞれ正確に把握することができると共に、これら照射機構及び検出機構がステージ座標系のどの位置に配置されているかを正確に把握することができる。
【００１６】
また、変換部内には、測定対象物である試料の三次元データが予め入力されている。これにより、試料がどのように複雑な形状であったとしても、同様に試料の立体的な外形輪郭線を正確に把握することができる。また変換部は、試料が試料台上に実際に載置された後、該試料の姿勢及び載置位置に基づいて試料の三次元データをステージ座標系に変換する処理を行う。これにより、試料の三次元データをステージ座標系にリンクさせることができ、実際にステージ上に試料を載置した様子を三次元データとして正確に認識することができる。
【００１７】
よって判断部は、この変換部で変換されたデータと、記憶部に記憶されたデータとに基づいて、試料と照射機構と検出機構との相対的な位置関係を三次元的に正確に把握することができる。そして判断部は、実際にオペレータがステージを作動させて試料の特定位置を測定ポイントに位置させる前に、照射機構及び検出機構に対して試料が干渉するか否かを予めシミュレーションにより判断すると共に、その判断結果を報知する。その結果、上述したように、オペレータは、照射機構及び検出機構に対して試料が干渉してしまうか否かを事前に予測することができ、干渉を未然に防ぐことができる。
【００１８】
特に、従来のものと異なり、干渉自体を未然に防ぐことができるので、試料や、照射機構及び検出機構の各構成品が干渉によって変形や破損してしまうことを防止することができる。よって、オペレータにかかる負担を極力軽減することができると共に、メンテナンスに必要なコストを削減することができる。また、装置の信頼性を高めることができる。
更に試料を様々な状態に変位させた場合を想定して、事前に干渉の有無をシミュレーションできるので、使い易く、作業効率の向上に繋がる。また、従来ものとは異なり、試料の種類に限定されることがない。このことからも、使い易く、利便性に優れている。
【００１９】
上述したように、本発明に係る荷電粒子ビーム装置によれば、試料に種類に関係なく、ステージを作動させる前に予め試料との干渉を予測して、該干渉を未然に防ぐことができると共に、オペレータにかかる負担を極力軽減することができる。
【００２０】
また、本発明に係る荷電粒子ビーム装置は、上記本発明の荷電粒子ビーム装置において、前記変換部が、前記試料を光学的に観察して、該試料の三次元データを予め取得するデータ取得部を備えていることを特徴とするものである。
【００２１】
この発明に係る荷電粒子ビーム装置においては、データ取得部を備えているので、試料の三次元データを事前に入手していなくても、光学顕微鏡等により光学的に観察して取得することができる。よって、三次元データを予め入手していない未知の試料であっても使用することができ、試料の選択の幅を広げることができる。
【００２２】
また、本発明に係る荷電粒子ビーム装置は、上記本発明の荷電粒子ビーム装置において、前記判断部が、前記シミュレーション結果を三次元画像として前記表示部に表示させることを特徴とするものである。
【００２３】
この発明に係る荷電粒子ビーム装置においては、試料が干渉したか否かのシミュレーション結果をバーチャルな三次元画像として表示部に表示することができる。そのため、オペレータは、干渉具合をより的確に、しかも一目で把握することができる。また、様々な状況を想定して三次元画像で確認しながら、シミュレーションすることができるので、作業効率をさらに向上することができる。
【００２４】
また、本発明に係る荷電粒子ビーム装置は、上記本発明のいずれかの荷電粒子ビーム装置において、前記判断部が、干渉すると判断したときに、前記ステージをロックすることを特徴とするものである。
【００２５】
この発明に係る荷電粒子ビーム装置においては、判断部が、試料の特定位置を測定ポイントに位置させる途中、或いは、位置させたときに干渉が生じると判断するとステージをロックする。これにより、誤ってオペレータがステージを作動させてしまい、干渉を招いてしまう恐れがない。従って、オペレータに安心して作業を行わせることができ、オペレータにかかる負担をさらに軽減することができる。
【００２６】
また、本発明に係る荷電粒子ビーム装置は、上記本発明のいずれかの荷電粒子ビーム装置において、前記判断部が、干渉する直前まで変位可能な前記ステージの可動範囲を報知することを特徴とするものである。
【００２７】
この発明に係る荷電粒子ビーム装置においては、判断部が、干渉する直前まで変位させることが可能なステージの可動範囲を報知するので、オペレータは安心してその可動範囲でステージを作動させることができる。また、オペレータはその可動範囲内で測定ポイントに位置させることができる次の特定位置を選択し直すこともできるので、作業効率を向上することができる。
【００２８】
また、本発明に係る荷電粒子ビーム装置は、上記本発明のいずれかの荷電粒子ビーム装置において、前記ステージが、前記試料台を水平面に平行で且つ互いに直交するＸ軸及びＹ軸と、これらＸ軸及びＹ軸に対して直交するＺ軸とに沿ってそれぞれ移動させるＸＹＺ移動機構と、前記試料台をＺ軸回りに回転させるローテーション機構と、前記試料台をＸ軸又はＹ軸回りに回転させるチルト機構とを有し、前記判断部が、干渉しないと判断したときに、前記試料の特定位置を最短時間で前記測定ポイントに位置させるように、前記ＸＹＺ移動機構、前記ローテーション機構及び前記チルト機構の作動順番及び作動時間を報知することを特徴とするものである。
【００２９】
この発明に係る荷電粒子ビーム装置においては、ステージがＸＹＺ移動機構、ローテーション機構、チルト機構を備えているので、試料台をＸＹＺ軸方向の移動させたり、Ｚ軸回りにローテーションさせたり、Ｘ軸又はＹ軸回りにチルトさせたりすることができ、複雑な形状をしている試料であっても、特定位置を確実に測定ポイントに位置させることができる。
また判断部は、干渉しないと判断したときに、試料の特定位置を最短時間で測定ポイントに位置させるための、ＸＹＺ移動機構、ローテーション機構及びチルト機構の作動順番及び作動時間を算出して報知する。これによりオペレータは、この報知にしたがってステージを作動させるだけで、干渉を防止しながら最短時間で特定位置を測定ポイントに位置させることができる。従って、作業効率をさらに向上することができると共に、作業時にかかる負担を軽減することができる。
【００３０】
また、本発明に係る荷電粒子ビーム装置は、上記本発明のいずれかの荷電粒子ビーム装置において、前記ステージが、前記試料台を水平面に平行で且つ互いに直交するＸ軸及びＹ軸と、これらＸ軸及びＹ軸に対して直交するＺ軸とに沿ってそれぞれ移動させるＸＹＺ移動機構と、前記試料台をＺ軸回りに回転させるローテーション機構と、前記試料台をＸ軸又はＹ軸回りに回転させるチルト機構とを有し、前記判断部が、干渉しないと判断したときに、前記ＸＹＺ移動機構、前記ローテーション機構及び前記チルト機構をそれぞれ作動させて、前記試料の特定位置を最短時間で前記測定ポイントに位置させることを特徴とするものである。
【００３１】
この発明に係る荷電粒子ビーム装置においては、ステージがＸＹＺ移動機構、ローテーション機構、チルト機構を備えているので、試料台をＸＹＺ軸方向の移動させたり、Ｚ軸回りにローテーションさせたり、Ｘ軸又はＹ軸回りにチルトさせたりすることができ、複雑な形状をしている試料であっても、特定位置を確実に測定ポイントに位置させることができる。
また判断部は、干渉しないと判断したときに、ＸＹＺ移動機構、ローテーション機構及びチルト機構を適宜作動させて、干渉を防止しながら試料の特定位置を最短時間で自動的に測定ポイントに位置させる。そのため、オペレータが手動でステージを作動させる必要がないうえ、干渉を防止しながら最短時間で特定位置を測定ポイントに位置させることができる。従って、作業効率をさらに向上することができると共に、作業時にかかるオペレータの負担を最小限に抑えることができる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明に係る荷電粒子ビーム装置によれば、試料に種類に関係なく、ステージを作動させる前に予め試料との干渉を予測して該干渉を未然に防ぐことができると共に、オペレータにかかる負担を極力軽減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、本発明に係る荷電粒子ビーム装置の一実施形態を、図１から図４を参照して説明する。なお、本実施形態では、集束イオンビーム（ＦＩＢ）及び電子ビーム（ＥＢ）をそれぞれ照射することができる荷電粒子ビーム装置を例に挙げて説明する。
本実施形態の荷電粒子ビーム装置１は、図１に示すように、試料２が載置される試料台３と、該試料台３を変位させるステージ４と、試料２に対して荷電粒子ビームであるＦＩＢ及びＥＢを照射する照射機構５と、ＦＩＢ及びＥＢの照射によって発生した二次荷電粒子Ｅを検出する二次荷電粒子検出器（検出機構）６と、ＦＩＢが照射される試料２の表面付近にデポジション膜を形成する原料ガスＧを供給するガス銃７と、検出された二次荷電粒子Ｅに基づいて、試料２の画像データを生成すると共に該画像データを試料像として表示する表示部８を有する表示機構９とを備えている。
【００３４】
上記試料２は、真空試料室１０内に収納されており、該真空試料室１０内でＦＩＢ及びＥＢの照射や原料ガスＧの供給等が行われるようになっている。
上記ステージ４は、制御部１１の指示にしたがって作動するようになっており、本実施形態では試料台３を５軸で変位させることができるようになっている。即ち、ステージ４は、試料台３を水平面に平行で且つ互いに直交するＸ軸及びＹ軸と、これらＸ軸及びＹ軸に対して直交するＺ軸とに沿ってそれぞれ移動させるＸＹＺ移動機構４ｂと、試料台３をＺ軸回りに回転させるローテーション機構４ｃと、試料台３をＸ軸（又はＹ軸）回りに回転させるチルト機構４ａとから構成されている。
このように構成されたステージ４は、試料台３を５軸に変位させることで、試料２の特定位置をＦＩＢ及びＥＢが照射される測定ポイントに位置させることができるようになっている。
【００３５】
上記照射機構５は、測定ポイントに位置した試料２に対してＦＩＢを照射するＦＩＢ鏡筒１５と、ＥＢを照射するＳＥＭ鏡筒１６とから構成されている。ＦＩＢ鏡筒１５は、イオン発生源１５ａ及びイオン光学系１５ｂを有しており、イオン発生源１５ａで発生したイオンＣをイオン光学系１５ｂで細く絞ってＦＩＢにした後、試料２に向けて照射するようになっている。また、ＳＥＭ鏡筒１６は、電子発生源１６ａ及び電子光学系１６ｂを有しており、電子発生源１６ａで発生した電子Ｄを電子光学系１６ｂで細く絞って電子ビームＥＢとした後、照射するようになっている。
【００３６】
制御部１１は、上記各構成品を総合的に制御していると共に、二次荷電粒子検出器６で検出された二次荷電粒子Ｅを輝度信号に変換して画像データを生成した後、表示部８に出力している。これにより表示部８は、上述したように試料像を表示できるようになっている。即ち、制御部１１及び表示部８は、上記表示機構９を構成している。
また、制御部１１には、オペレータが入力可能な入力部１１ａが接続されており、該入力部１１ａによって入力された信号に基づいて各構成品を制御している。つまり、オペレータは、ステージ４を作動させて試料台３及び試料２を変位させたり、ＦＩＢやＥＢの照射タイミング、原料ガスＧの供給タイミング等をコントロールしたりすることができるようになっている。
【００３７】
また、本実施形態の荷電粒子ビーム装置１は、制御部１１内に、記憶部２０と変換部２１と判断部２２とを備えている。記憶部２０は、試料２の上方に配置される各構成品、即ち、ＦＩＢ鏡筒１５、ＳＥＭ鏡筒１６、二次荷電粒子検出器６及びガス銃７の三次元データをステージ座標系Ｗに関連付けた状態で予め記憶している。
変換部２１は、予め入力された試料２の三次元データを有しており、載置後の試料２の姿勢及び載置位置に基づいて、試料２の三次元データをステージ座標系Ｗに変換している。これら記憶部２０及び変換部２１については、後に詳細に説明する。
【００３８】
また判断部２２は、ステージ４を作動させて試料２の特定位置を測定ポイントに位置させる際に、変換部２１によって変換された試料２の三次元データと、記憶部２０に記憶された各構成品の三次元データとに基づいて、試料２と各構成品との位置関係をシミュレーションして、予め試料２が干渉するか否かを判断すると共に判断結果をオペレータに報知するようになっている。例えば、表示部８に判断結果を表示したり、音声で知らせたりするようになっている。
【００３９】
次に、このように構成された荷電粒子ビーム装置１により、試料２の観察を行う場合を説明する。
初めに、上述したように記憶部２０内には、ステージ４上に配置されている各構成品の三次元データがそれぞれステージ座標系Ｗに関連付けられた状態で予め記憶されている。つまり、この記憶部２０内に記憶されたデータによれば、図２に示すように、各構成品の立体的な外形輪郭線をそれぞれ正確に把握することができると共に、これら各構成品がステージ座標系Ｗのどの位置に配置されているかを正確に把握することができる。なお、図２に示すＰ１は、三次元座標が判明しているポイントであり、これら複数のポイントＰ１によって三次元データを構築している。
【００４０】
また、同様に変換部２１内には、測定対象物である試料２の三次元データが予め入力されているので、図３に示すように、試料２がどのような複雑な形状であったとしても、試料２の立体的な外形輪郭線を正確に把握することができる。なお、図３に示すＰ２は、図２に示すＰ１と同様に、三次元座標が判明しているポイントであり、これら複数のポイントＰ２によって三次元データを構築している。また本実施形態では、中央部分に段部が形成され、比較的凹凸がある試料２を例に挙げている。
【００４１】
まず、オペレータは、測定対象物である試料２を試料台３上に載置する。次に、試料２の三次元データをステージ座標系Ｗに変換する変換処理を変換部２１に行わせる。そのためには、試料２が試料台３上に、どのような姿勢で、どのような位置に載置されたかを知る必要がある。そこで、図４に示すように、試料２表面の少なくとも３点以上のポイント（アライメントポイント）Ｐ３にＦＩＢ又はＥＢを照射して、試料像によりこれら各ポイントＰ３のステージ座標系Ｗの座標データを確認する。なお、図４では、図示を簡略化するためガス銃７を各構成品の代表として図示している。
【００４２】
一方、試料２の三次元データの座標系によりこれら各ポイントＰ３の座標データも予めわかっているので、両座標データを比較することで、尺度を補正しながら変換処理を行うことができる。また、３点以上のポイントＰ３で測定を行っているので、傾き補正を行うこともできる。その結果、試料２の三次元データをステージ座標系Ｗにリンクさせることができ、実際にステージ４上に試料２を載置した様子を三次元データとして正確に認識することができる。つまり、図３で示したポイントＰ２を、ステージ座標系Ｗで表すことができる。
【００４３】
よって判断部２２は、変換部２１で変換されたデータと、記憶部２０に記憶されたデータとに基づいて、試料２と各構成品との相対的な位置関係を三次元的に正確に把握することができる。そこで、オペレータは、実際にステージ４を作動させて試料２の特定位置を測定ポイントに位置させる前に、干渉の有無を判断部２２にシミュレートさせる。これを受けて判断部２２は、試料２の特定位置を測定ポイントに位置させるまでの途中経路、及び、位置させた際に、各構成品に対して試料２が干渉するか否かをシミュレーションにより判断すると共に、その旨をオペレータに報知する。その結果、オペレータは、ステージ４を実際に作動させる前に、試料２が干渉してしまうか否かを事前に予測することができ、干渉を未然に防ぐことができる。
【００４４】
そして、干渉がないとの報知を受けた場合、オペレータは入力部１１ａを介してステージ４を作動させて実際に試料台３及び試料２を変位させる。つまりステージ４は、適宜ＸＹＺ軸の３方向に移動したり、Ｚ軸回りにローテーションしたり、Ｘ軸（又はＹ軸）回りにチルトしたりして、試料２の特定位置を測定ポイントに位置させる。続いて、ＦＩＢ鏡筒１５或いはＳＥＭ鏡筒１６より、ＦＩＢ或いはＥＢを特定位置に照射する。そして、二次荷電粒子検出器６は、ＦＩＢ或いはＥＢの照射によって発生した二次荷電粒子Ｅを検出すると共に、制御部１１に出力する。制御部１１は、送られてきた二次荷電粒子Ｅから画像データを生成して、表示部８に出力する。そして、表示部８は、その画像データを試料像として表示する。その結果、オペレータは、試料２の特定位置を観察することができる。
特に、本実施形態のステージ４は、試料台３をＸＹＺ移動機構４ｂ、ローテーション機構４ｃ及びチルト機構４ａによって５軸に変位させることができるので、複雑な形状をしている試料２であっても、特定位置を確実に測定ポイントに位置させることができる。
【００４５】
また、本実施形態では、観察だけでなく特定位置の修正を行うことも可能である。例えば、ＦＩＢの照射によって特定位置をエッチング加工して修正したり、ＦＩＢの照射と原料ガスＧの供給とによるガスアシスト法によってデポジション膜を堆積（デポジション加工）させたりして修正を行うことも可能である。
【００４６】
特に、従来ものとは異なり、干渉自体を未然に防ぐことができるので、試料２や各構成品が干渉により変形したり、破損したりすることがない。よって、オペレータにかかる負担を極力軽減することができると共に、メンテナンスに必要なコストを削減することができる。また、装置の信頼性を高めることができる。  
更にステージ４を様々な状態に変位させた場合を想定して、事前に干渉の有無をシミュレーションできるので、使い易く、作業効率の向上に繋げることができる。また、従来のものとは異なり、試料２の種類に限定されることがない。このことからも、使い易く、利便性に優れている。
【００４７】
上述したように、本実施形態の荷電粒子ビーム装置１によれば、試料２の種類に関係なく、ステージ４を作動させる前に予め試料２との干渉を予測して、該干渉を未然に防ぐことができると共に、オペレータにかかる負担を極力軽減することができる。
【００４８】
なお、上記実施形態では、変換部２１に予め試料２の三次元データを入力した場合を例にしたが、例えば、図５に示すように、試料２を光学的に観察して、試料２の三次元データを取得するデータ取得部３０を変換部２１に接続させても構わない。データ取得部３０としては、例えば、三次元観察や三次元形状測定等を行うことができるデジタルマイクロスコープ等である。こうすることで、試料２の三次元データを事前に入手していなくても、光学的に観察して取得することができる。よって、事前に三次元データのない未知の試料２であっても使用することができ、試料２の選択の幅を広げることができる。
【００４９】
また、シミュレーションした判断結果を三次元画像として表示部８に表示させるように判断部２２を設計しても構わない。こうすることで、試料２が干渉したか否かのシミュレーション結果をバーチャルな三次元画像として表示部８に表示することができる。そのためオペレータは、干渉具体をより的確に、しかも一目で把握することができる。また、様々な状況を想定して三次元画像で確認しながらシミュレーションすることができるので、作業効率をさらに向上することができる。
【００５０】
また、判断部２２が干渉すると判断したときに、ステージ４をロックするように設計しても構わない。こうすることで、試料２の特定位置を測定ポイントに位置させる途中、或いは、位置させたときに干渉が生じると判断されたときにステージ４をロックできるので、誤ってオペレータがステージ４を作動させて干渉を招いてしまう恐れがない。よって、オペレータに安心して作業を行わせることができ、オペレータにかかる負担をさらに軽減させることができる。
【００５１】
また、判断部２２が、干渉する直前まで変位可能なステージ４の可動範囲を報知するように設計しても構わない。こうすることで、オペレータは、干渉する直前まで変位させることが可能なステージ４の可動範囲を把握できるので、安心してこの可動範囲内でステージ４を作動させることができる。また、オペレータは、その可動範囲内で測定ポイントに位置させることができる次の特定位置を選択し直すことができるので、作業効率をより向上することができる。
【００５２】
また、判断部２２が、干渉しないと判断したときに、試料２の特定位置を最短時間で測定ポイントに位置させるための、ＸＹＺ移動機構４ｂ、ローテーション機構４ｃ及びチルト機構４ａの作動順番及び作動時間を報知するように設計しても構わない。こうすることで、オペレータは、この報知にしたがってステージ４を作動させるだけで、干渉を防止しながら最短時間で特定位置を測定ポイントに位置させることができる。従って、作業効率をさらに向上することができると共に、作業時にかかる負担をさらに軽減することができる。
【００５３】
また、判断部２２が、干渉しないと判断したときに、ＸＹＺ移動機構４ｂ、ローテーション機構４ｃ及びチルト機構４ａをそれぞれ作動させて、試料２の特定位置を最短時間で測定ポイントに位置させるように設計しても構わない。こうすることで、オペレータが手動でステージ４を作動させる必要がないうえ、干渉を防止しながら試料２の特定位置を最短時間で測定ポイントに自動的に位置させることができる。従って、作業効率をさらに向上することができると共に、作業時にかかるオペレータを負担を最小限に抑えることができる。
【００５４】
なお、本発明の技術範囲は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
【００５５】
例えば、上記実施形態では、ＦＩＢを照射するＦＩＢ鏡筒１５及びＥＢを照射するＳＥＭ鏡筒１６を両方有する照射機構５を備えた場合を例にしたが、ＦＩＢ又はＥＢのどちらかを照射できれば構わない。また、ガス銃７を備えた場合を例に挙げたが、ガス銃７を備えていなくても構わない。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明に係る荷電粒子ビーム装置の一実施形態を示す構成図である。
【図２】図１に示す荷電粒子ビーム装置の各構成品の三次元データに基づいて、各構成品の外形輪郭線を表示した図である。
【図３】図１に示す荷電粒子ビーム装置の試料の三次元データに基づいて、試料の外形輪郭線を表示した図である。
【図４】実際に載置された試料の３点以上のポイントに荷電粒子ビームを照射して、試料の三次元データをステージ座標系に変換している状態を示す図である。
【図５】図１に示す荷電粒子ビーム装置の変形例を示す図である。
【図６】従来の荷電粒子ビーム装置により試料の測定を行っている状態を示す図である。
【図７】図６に示すからステージを作動させた際に、試料が干渉した様子を示した図である。
【符号の説明】
【００５７】
Ｅ    二次荷電粒子
ＥＢ    電子ビーム（荷電粒子ビーム）
ＦＩＢ    集束イオンビーム（荷電粒子ビーム）
Ｗ    ステージ座標系
１    荷電粒子ビーム装置
２    試料
３    試料台
４    ステージ
４ａ    ステージのチルト機構
４ｂ    ステージのＸＹＺ移動機構
４ｃ    ステージのローテーション機構
５    照射機構
６    二次荷電粒子検出器（検出機構）
８    表示部
９    表示機構
２０    記憶部
２１    変換部
２２    判断部
３０    データ取得部
【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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