(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビーム装置の試料室に内蔵される試料ステージに配置された試料の観察対象部位を、第１の荷電粒子ビーム鏡筒に設けられた荷電粒子ビーム光学系から照射される第１の荷電粒子ビームによる観察視野内に入るように位置合わせする試料位置合わせ方法であって、
前記荷電粒子ビーム装置は、操作者の操作入力に基づいて、前記試料室内の画像を表示画面に表示する表示部と、前記表示部および前記試料ステージの動作を制御する制御部を有しており、
前記操作者が前記制御部に操作入力することによって、前記制御部が前記試料ステージ上の前記試料を含む前記試料室内の画像を前記表示部の前記表示画面に表示させることと、
前記制御部に対し、前記操作者が前記表示画面の画像に基づいて前記観察対象部位上の注目点を指定することと、
位置合わせを行う間に、前記制御部が、前記第１の荷電粒子ビーム鏡筒における第１の光学軸の位置と前記第１の光学軸上の軸上目標点の位置とを示す補助マークを前記表示画面上に表示させることと、
前記操作者が前記制御部に操作入力することによって前記試料ステージを駆動して、前記軸上目標点を通り、前記第１の光学軸と直交する軸上点探索面に前記注目点が位置するように、前記試料ステージの前記第１の光学軸に沿う方向の位置を合わせることと、
前記軸上点探索面に前記注目点の位置を合わせた後に、前記操作者が前記補助マークの表示に基づいて前記表示画面における前記注目点と前記軸上目標点との位置ずれを検知し、前記操作者が前記制御部に操作入力することによって、前記試料ステージに前記第１の光学軸に直交する方向のみに移動する軸上点探索面内移動を行わせ、前記注目点を前記軸上目標点に移動することと、
前記表示画面の表示に基づいて前記注目点が前記軸上目標点に移動したことを前記操作者が検知した後に、前記操作者が前記制御部に操作入力することによって前記試料ステージを前記第１の光学軸に沿う方向に移動させ、前記荷電粒子ビーム光学系の焦点深度内に前記注目点を移動することと、
を含む、試料位置合わせ方法。
【請求項２】
荷電粒子ビーム装置の試料室に内蔵される試料ステージに配置された試料の観察対象部位を、第１の荷電粒子ビーム鏡筒に設けられた荷電粒子ビーム光学系から照射される第１の荷電粒子ビームによる観察視野内に入るように位置合わせする試料位置合わせ方法であって、
前記荷電粒子ビーム装置は、操作者の操作入力に基づいて、前記試料室内の画像を表示画面に表示する表示部と、前記表示部および前記試料ステージの動作を制御する制御部を有しており、
前記操作者が前記制御部に操作入力することによって、前記制御部が前記試料ステージ上の前記試料を含む前記試料室内の画像を前記表示部の前記表示画面に表示させることと、
前記制御部に対し、前記操作者が前記表示画面の画像に基づいて前記観察対象部位上の注目点を指定することと、
前記制御部が前記試料ステージを駆動して、前記第１の荷電粒子ビーム鏡筒における第１の光学軸上の軸上目標点を通り、前記第１の光学軸と直交する軸上点探索面に前記注目点が位置するように、前記試料ステージの前記第１の光学軸に沿う方向の位置を合わせることと、
前記軸上点探索面に前記注目点の位置を合わせた後に、前記制御部が、前記表示画面における前記注目点と前記軸上目標点との位置ずれの検知し、前記試料ステージに前記第１の光学軸に直交する方向のみに移動する軸上点探索面内移動を行わせ、前記注目点を前記軸上目標点に移動することと、
移動量に基づいて前記注目点が前記軸上目標点に移動したことを前記制御部が検知した後に、前記制御部が前記試料ステージを駆動して、前記試料ステージを前記第１の光学軸に沿う方向に移動させ、前記荷電粒子ビーム光学系の焦点深度内に前記注目点を移動することと、
を含む、試料位置合わせ方法。
【請求項３】
少なくとも前記注目点を前記軸上目標点に移動するときに、前記制御部が、前記表示画面上に、前記軸上目標点の位置と前記第１の光学軸の位置とを示す補助マークを表示させることをさらに含む、
請求項２に記載の試料位置合わせ方法。
【請求項４】
荷電粒子ビーム光学系を有し、前記荷電粒子ビーム光学系によって第１の荷電粒子ビームを照射する第１の荷電粒子ビーム鏡筒と、
試料を載置して、少なくとも前記第１の荷電粒子ビーム鏡筒における第１の光学軸に沿う方向と、前記第１の光学軸に直交する方向に移動する試料ステージと、
前記試料ステージを内蔵する試料室と、
前記試料ステージ上の前記試料を含む前記試料室内の画像を取得するチェンバスコープと、
前記チェンバスコープが取得する画像を表示画面に表示する表示部と、
前記表示画面に表示された前記画像上で、注目点を指定する操作者の入力を受け付け、前記試料ステージの移動に伴う前記注目点の前記表示画面上における位置の情報を取得する注目点指定制御部と、
前記第１の荷電粒子ビーム鏡筒における第１の光学軸上の軸上目標点を通り、前記第１の光学軸と直交する軸上点探索面に、前記注目点が位置するように前記試料ステージの前記第１の光学軸に沿う方向の位置を合わせるステージ位置合わせ制御と、前記試料ステージを前記第１の光学軸に直交する方向のみに移動する軸上点探索面内移動制御と、前記試料ステージを前記第１の光学軸に沿う方向に移動して、前記注目点を前記荷電粒子ビーム光学系の焦点深度内に移動する軸上移動制御とを行う試料ステージ移動制御部と、
前記注目点が前記焦点深度内に移動するまでの間、前記軸上目標点の位置を示す補助マークと前記第１の光学軸の位置を示す補助マークとを前記表示画面上に表示する補助マーク表示制御部と、
前記試料ステージ移動制御部に対する動作指令を入力するステージ操作部と、
を備える、荷電粒子ビーム装置。
【請求項５】
荷電粒子ビーム光学系を有し、前記荷電粒子ビーム光学系によって第１の荷電粒子ビームを照射する第１の荷電粒子ビーム鏡筒と、
試料を載置して、少なくとも前記第１の荷電粒子ビーム鏡筒における第１の光学軸に沿う方向と、前記第１の光学軸に直交する方向に移動する試料ステージと、
前記試料ステージを内蔵する試料室と、
前記試料ステージ上の前記試料を含む前記試料室内の画像を取得するチェンバスコープと、
前記チェンバスコープが取得する画像を表示画面に表示する表示部と、
前記表示画面に表示された前記画像上で、注目点を指定する操作者の入力を受け付け、前記試料ステージの移動に伴う前記注目点の前記表示画面上における位置の情報を取得する注目点指定制御部と、
前記第１の荷電粒子ビーム鏡筒における第１の光学軸上の軸上目標点を通り、前記第１の光学軸と直交する軸上点探索面に、前記注目点が位置するように前記試料ステージの前記第１の光学軸に沿う方向の位置を合わせるステージ位置合わせ制御と、前記試料ステージを前記第１の光学軸に直交する方向のみに移動する軸上点探索面内移動制御と、前記試料ステージを前記第１の光学軸に沿う方向に移動して、前記注目点を前記荷電粒子ビーム光学系の焦点深度内に移動する軸上移動制御とを行う試料ステージ移動制御部と、
前記試料ステージ移動制御部に前記ステージ位置合わせ制御を行わせた後、前記表示画面における前記注目点と前記軸上目標点との位置ずれに基づいて、前記試料ステージ移動制御部に前記軸上点探索面内移動制御を行わせることによって前記注目点を前記軸上目標点に移動し、前記注目点が前記軸上目標点に移動した後、前記試料ステージ移動制御部に前記軸上移動制御を行わせる位置合わせ制御部と、
を備える、
荷電粒子ビーム装置。
【請求項６】
前記第１の荷電粒子ビーム鏡筒における第１の光学軸と交差するとともに前記チェンバスコープの撮像方向と交差する方向に延びる第２の光学軸に沿って第２の荷電粒子ビームを照射する第２の荷電粒子ビーム鏡筒と、
前記試料に前記第２の荷電粒子ビームを照射することによって、前記試料の画像を取得する画像取得部と、
をさらに備え、
前記試料ステージ移動制御部は、
前記軸上移動制御を行う間に、前記第２の荷電粒子ビーム鏡筒の視野内における前記注目点の位置調整を行う視野内移動制御を行うことができる、
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、試料位置合わせ方法および荷電粒子ビーム装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
荷電粒子ビームとは、イオンビームおよび電子ビームの総称である。集束させた荷電粒子ビームを利用して加工、観察、および分析の少なくともいずれか（以下、観察等と言う）を行うことができる装置を荷電粒子ビーム装置と称する。この荷電粒子ビーム装置は、イオンビームを形成するイオンビーム鏡筒および電子ビームを形成する電子ビーム鏡筒のうちの少なくともいずれかが搭載される。荷電粒子ビーム装置は、複数の鏡筒が搭載された複合装置も含む。
荷電粒子ビーム装置では、試料を荷電粒子ビームによって観察等する前に、試料における観察等の対象部位（以下、単に、観察対象部位と言う）を、荷電粒子ビームによる観察視野範囲に配置する必要がある。
例えば、特許文献１には、試料の観察すべき領域を探索するために光学顕微鏡を備えた走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）が記載されている。
特許文献２には、試験室（試料室）内にある試料にレーザビームを照射して、ＣＣＤカメラで撮像し、撮像された試験室内の画像を粒子光学ビーム軸線の位置を示す標識とともにディスプレイに表示する粒子光学式走査顕微鏡（荷電粒子ビーム装置）が記載されている。この粒子光学式走査顕微鏡では、操作者がディスプレイにおける標識および試料の画像を見て、試料の位置合わせを行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平４−３０８６３９号公報
【特許文献２】特表２００９−５２５５７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の試料位置合わせ方法および荷電粒子ビーム装置には、以下のような問題がある。
荷電粒子ビーム装置によって観察等する試料の観察対象部位は、きわめて微小であり、試料内に分散している。したがって、一試料内のすべての観察対象部位が、荷電粒子ビームによる観察視野範囲内に存在するとは限らない。
荷電粒子ビーム照射による視野範囲は、例えば、高倍率では１μｍ×１μｍ程度、低倍率では１ｍｍ×１ｍｍ程度である。荷電粒子ビームの焦点深度は、高々１ｍｍ程度である。
これに対して、従来試料の位置合わせに用いられる光学顕微鏡、ＣＣＤカメラ等の画像取得手段は、例えば、１００ｍｍ×１００ｍｍ程度の視野範囲を有する。
このように広い視野範囲で確認された試料の観察対象部位を荷電粒子ビームの狭い視野内に誘導することは容易ではなく、試行錯誤が伴う結果、位置合わせに時間がかかるという問題がある。
特許文献１に記載の装置のように、粒子光学ビーム軸線の位置を示す標識が表示されていても、ＣＣＤカメラの画像は、粒子光学ビーム軸線に交差する斜め方向から撮像された焦点深度が深い２次元画像である。このため、表示画面内で観察対象部位が移動しても遠近感が得られにくいため、実際の移動方向との対応が把握しにくい。したがって、粒子光学ビーム軸線の位置が表示された程度では、まだ操作者の経験に頼るところが大きく、容易かつ迅速に位置合わせできるというほどでない。
特に、荷電粒子ビーム鏡筒が２本以上搭載された荷電粒子ビーム装置の場合、試料の観察対象部位を各荷電粒子ビームの焦点位置が一致する点（コインシデントポイント）に移動しなければならないため、さらに位置合わせが難しくなる。
【０００５】
本発明は、上記のような問題に鑑みてなされたものであり、試料室内における試料の観察対象部位を、第１の荷電粒子ビームによる観察視野内に容易かつ迅速に位置合わせすることができる試料位置合わせ方法および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】
【０００６】
上記の課題を解決するために、本発明の第１の態様の試料位置合わせ方法は、荷電粒子ビーム装置の試料室に内蔵される試料ステージに配置された試料の観察対象部位を、第１の荷電粒子ビーム鏡筒に設けられた荷電粒子ビーム光学系から照射される第１の荷電粒子ビームによる観察視野内に入るように位置合わせする試料位置合わせ方法であって、前記荷電粒子ビーム装置は、操作者の操作入力に基づいて、前記試料室内の画像を表示画面に表示する表示部と、前記表示部および前記試料ステージの動作を制御する制御部を有しており、前記操作者が前記制御部に操作入力することによって、前記制御部が前記試料ステージ上の前記試料を含む前記試料室内の画像を前記表示部の前記表示画面に表示させることと、前記制御部に対し、前記操作者が前記表示画面の画像に基づいて前記観察対象部位上の注目点を指定することと、位置合わせを行う間に、前記制御部が、前記第１の荷電粒子ビーム鏡筒における第１の光学軸の位置と前記第１の光学軸上の軸上目標点の位置とを示す補助マークを前記表示画面上に表示させることと、前記操作者が前記制御部に操作入力することによって前記試料ステージを駆動して、前記軸上目標点を通り、前記第１の光学軸と直交する軸上点探索面に前記注目点が位置するように、前記試料ステージの前記第１の光学軸に沿う方向の位置を合わせることと、前記軸上点探索面に前記注目点の位置を合わせた後に、前記操作者が前記補助マークの表示に基づいて前記表示画面における前記注目点と前記軸上目標点との位置ずれを検知し、前記操作者が前記制御部に操作入力することによって、前記試料ステージに前記第１の光学軸に直交する方向のみに移動する軸上点探索面内移動を行わせ、前記注目点を前記軸上目標点に移動することと、前記表示画面の表示に基づいて前記注目点が前記軸上目標点に移動したことを前記操作者が検知した後に、前記操作者が前記制御部に操作入力することによって前記試料ステージを前記第１の光学軸に沿う方向に移動させ、前記荷電粒子ビーム光学系の焦点深度内に前記注目点を移動することと、を含む。
【０００７】
本発明の第２の態様の試料位置合わせ方法は、荷電粒子ビーム装置の試料室に内蔵される試料ステージに配置された試料の観察対象部位を、第１の荷電粒子ビーム鏡筒に設けられた荷電粒子ビーム光学系から照射される第１の荷電粒子ビームによる観察視野内に入るように位置合わせする試料位置合わせ方法であって、前記荷電粒子ビーム装置は、操作者の操作入力に基づいて、前記試料室内の画像を表示画面に表示する表示部と、前記表示部および前記試料ステージの動作を制御する制御部を有しており、前記操作者が前記制御部に操作入力することによって、前記制御部が前記試料ステージ上の前記試料を含む前記試料室内の画像を前記表示部の前記表示画面に表示させることと、前記制御部に対し、前記操作者が前記表示画面の画像に基づいて前記観察対象部位上の注目点を指定することと、前記制御部が前記試料ステージを駆動して、前記第１の荷電粒子ビーム鏡筒における第１の光学軸上の軸上目標点を通り、前記第１の光学軸と直交する軸上点探索面に前記注目点が位置するように、前記試料ステージの前記第１の光学軸に沿う方向の位置を合わせることと、前記軸上点探索面に前記注目点の位置を合わせた後に、前記制御部が、前記表示画面における前記注目点と前記軸上目標点との位置ずれの検知し、前記試料ステージに前記第１の光学軸に直交する方向のみに移動する軸上点探索面内移動を行わせ、前記注目点を前記軸上目標点に移動することと、移動量に基づいて前記注目点が前記軸上目標点に移動したことを前記制御部が検知した後に、前記制御部が前記試料ステージを駆動して、前記試料ステージを前記第１の光学軸に沿う方向に移動させ、前記荷電粒子ビーム光学系の焦点深度内に前記注目点を移動することと、を含む。
上記第２の態様の試料位置合わせ方法においては、少なくとも前記注目点を前記軸上目標点に移動するときに、前記制御部が、前記表示画面上に、前記軸上目標点の位置と前記第１の光学軸の位置とを示す補助マークを表示させることをさらに含んでもよい。
【０００８】
本発明の第３の態様の荷電粒子ビーム装置は、荷電粒子ビーム光学系を有し、前記荷電粒子ビーム光学系によって第１の荷電粒子ビームを照射する第１の荷電粒子ビーム鏡筒と、試料を載置して、少なくとも前記第１の荷電粒子ビーム鏡筒における第１の光学軸に沿う方向と、前記第１の光学軸に直交する方向に移動する試料ステージと、前記試料ステージを内蔵する試料室と、前記試料ステージ上の前記試料を含む前記試料室内の画像を取得するチェンバスコープと、前記チェンバスコープが取得する画像を表示画面に表示する表示部と、前記表示画面に表示された前記画像上で、注目点を指定する操作者の入力を受け付け、前記試料ステージの移動に伴う前記注目点の前記表示画面上における位置の情報を取得する注目点指定制御部と、前記第１の荷電粒子ビーム鏡筒における第１の光学軸上の軸上目標点を通り、前記第１の光学軸と直交する軸上点探索面に、前記注目点が位置するように前記試料ステージの前記第１の光学軸に沿う方向の位置を合わせるステージ位置合わせ制御と、前記試料ステージを前記第１の光学軸に直交する方向のみに移動する軸上点探索面内移動制御と、前記試料ステージを前記第１の光学軸に沿う方向に移動して、前記注目点を前記荷電粒子ビーム光学系の焦点深度内に移動する軸上移動制御とを行う試料ステージ移動制御部と、前記注目点が前記焦点深度内に移動するまでの間、前記軸上目標点の位置を示す補助マークと前記第１の光学軸の位置を示す補助マークとを前記表示画面上に表示する補助マーク表示制御部と、前記試料ステージ移動制御部に対する動作指令を入力するステージ操作部と、を備える。
【０００９】
本発明の第４の態様の荷電粒子ビーム装置は、荷電粒子ビーム光学系を有し、前記荷電粒子ビーム光学系によって第１の荷電粒子ビームを照射する第１の荷電粒子ビーム鏡筒と、試料を載置して、少なくとも前記第１の荷電粒子ビーム鏡筒における第１の光学軸に沿う方向と、前記第１の光学軸に直交する方向に移動する試料ステージと、前記試料ステージを内蔵する試料室と、前記試料ステージ上の前記試料を含む前記試料室内の画像を取得するチェンバスコープと、前記チェンバスコープが取得する画像を表示画面に表示する表示部と、前記表示画面に表示された前記画像上で、注目点を指定する操作者の入力を受け付け、前記試料ステージの移動に伴う前記注目点の前記表示画面上における位置の情報を取得する注目点指定制御部と、前記第１の荷電粒子ビーム鏡筒における第１の光学軸上の軸上目標点を通り、前記第１の光学軸と直交する軸上点探索面に、前記注目点が位置するように前記試料ステージの前記第１の光学軸に沿う方向の位置を合わせるステージ位置合わせ制御と、前記試料ステージを前記第１の光学軸に直交する方向のみに移動する軸上点探索面内移動制御と、前記試料ステージを前記第１の光学軸に沿う方向に移動して、前記注目点を前記荷電粒子ビーム光学系の焦点深度内に移動する軸上移動制御とを行う試料ステージ移動制御部と、前記試料ステージ移動制御部に前記ステージ位置合わせ制御を行わせた後、前記表示画面における前記注目点と前記軸上目標点との位置ずれに基づいて、前記試料ステージ移動制御部に前記軸上点探索面内移動制御を行わせることによって前記注目点を前記軸上目標点に移動し、前記注目点が前記軸上目標点に移動した後、前記試料ステージ移動制御部に前記軸上移動制御を行わせる位置合わせ制御部と、を備える。
【００１０】
上記第３または第４の態様の荷電粒子ビーム装置においては、前記第１の荷電粒子ビーム鏡筒における第１の光学軸と交差するとともに前記チェンバスコープの撮像方向と交差する方向に延びる第２の光学軸に沿って第２の荷電粒子ビームを照射する第２の荷電粒子ビーム鏡筒と、前記試料に前記第２の荷電粒子ビームを照射することによって、前記試料の画像を取得する画像取得部と、さらに備え、前記試料ステージ移動制御部は、前記軸上移動制御を行う間に、前記第２の荷電粒子ビーム鏡筒の視野内における前記注目点の位置調整を行う視野内移動制御を行うことができてもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の試料位置合わせ方法および荷電粒子ビーム装置によれば、試料室内における試料の観察対象部位を、第１の荷電粒子ビームによる観察視野内に容易かつ迅速に位置合わせすることができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１の実施形態の荷電粒子ビーム装置の構成の一例を示す模式的なシステム構成図である。
【図２】本発明の第１の実施形態の荷電粒子ビーム装置における座標系を説明する模式図である。
【図３】ＣＳ画像が表示された表示部の表示画面の一例を示す模式図である。
【図４】試料室内のＸＹＺ座標系と、表示画面上に投影されるＸＹＺ座標系との対応関係を説明する模式図である。
【図５】本発明の第１の実施形態の試料位置合わせ方法の動作フローを示すフローチャートである。
【図６】図５におけるステップＳ１、Ｓ２が行われた表示画面を示す模式図である。
【図７】図６における注目点の位置とＸＹＺ座標系との関係を示す模式図である。
【図８】図５におけるステップＳ３が行われた表示画面を示す模式図である。
【図９】図８における注目点の位置とＸＹＺ座標系との関係を示す模式図である。
【図１０】図５におけるステップＳ４が行われた表示画面を示す模式図である。
【図１１】第１の実施形態の試料位置合わせ方法に用いることができる補助マークの一例を示す模式図である。
【図１２】図１０における注目点の位置とＸＹＺ座標系との関係を示す模式図である。
【図１３】図５におけるステップＳ５が行われた表示画面を示す模式図である。
【図１４】ステップＳ５における注目点の移動動作の例を示す模式図である。
【図１５】図１３における注目点の位置とＸＹＺ座標系との関係を示す模式図である。
【図１６】図５におけるステップＳ６が行われた表示画面を示す模式図である。
【図１７】本発明の第１の実施形態の試料位置合わせ方法において、試料厚さを考慮せず実施できる試料厚さの範囲を説明するための模式図である。
【図１８】本発明の第２の実施形態の試料位置合わせ方法の動作フローを示すフローチャートである。
【図１９】本発明の第２の実施形態の荷電粒子ビーム装置の表示部の表示画面の一例を示す模式図である。
【図２０】本発明の第３の実施形態の荷電粒子ビーム装置の構成の一例を示す模式的なシステム構成図である。
【図２１】本発明の第３の実施形態の荷電粒子ビーム装置における座標系を説明する模式図である。
【図２２】本発明の第３の実施形態の試料位置合わせ方法の動作フローを示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下では、本発明の実施形態について添付図面を参照して説明する。すべての図面において、実施形態が異なる場合であっても、同一または相当する部材には同一の符号を付し、共通する説明は省略する。
【００１４】
［第１の実施形態］
本発明の第１の実施形態の荷電粒子ビーム装置について説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態の荷電粒子ビーム装置の構成の一例を示す模式的なシステム構成図である。図１は模式図のため、形状や寸法は誇張されている（以下の図面も同じ）。
【００１５】
図１に示す本実施形態の荷電粒子ビーム装置１０は、試料１４に、集束された第１の荷電粒子ビームＢ１（第１の荷電粒子ビーム）を照射することによって、試料１４の加工、観察、および分析の少なくともいずれかを行う。荷電粒子ビーム装置１０は、例えば、集束イオンビーム装置、走査電子顕微鏡でもよい。
荷電粒子ビーム装置１０が加工を行う装置の場合には、必要に応じて、図示略のエッチングガス供給部およびデポジションガス供給部の少なくともいずれかを備えてもよい。
第１の荷電粒子ビームＢ１は、荷電粒子ビーム装置１０の用途に応じて、イオンビームおよび電子ビームのいずれかからなる。
荷電粒子ビーム装置１０は、加工、観察、および分析のいずれの動作を行う場合でも、試料１４における各動作の対象部位を第１の荷電粒子ビームＢ１によって走査掃引する必要がある。荷電粒子ビーム装置１０において、第１の荷電粒子ビームＢ１が走査掃引する領域を、第１の荷電粒子ビームＢ１の視野範囲と言う。
試料１４に対する荷電粒子ビーム装置１０の上記各動作の対象部位を、以下では加工を行う場合も含めて、観察対象部位と言う。
【００１６】
荷電粒子ビーム装置１０は、荷電粒子ビーム鏡筒１１（第１の荷電粒子ビーム鏡筒）、試料室１３、試料ステージ１５、二次粒子検出器１６、チェンバスコープ１７、二次粒子画像形成部１９、ステージ制御部２０、チェンバスコープ画像形成部２１、入力部２２（ステージ操作部）、表示部２３、および制御部１８（注目点指定制御部、試料ステージ移動制御部、補助マーク表示制御部）を備える。
【００１７】
試料室１３は、荷電粒子ビーム装置１０によって加工、観察、および分析の少なくともいずれかが行われる試料１４を内部に収容する。試料室１３には、試料室１３の内部の真空度を変更、維持する図示略の真空排気装置が接続されている。
試料室１３には、試料１４を移動可能に保持する試料ステージ１５が内蔵される。試料室１３において、試料ステージ１５と対向する位置には、試料ステージ１５に向かって第１の荷電粒子ビームＢ１を照射する荷電粒子ビーム鏡筒１１が配置される。本実施形態では、荷電粒子ビーム鏡筒１１は鉛直軸に沿って配置される。
【００１８】
試料ステージ１５は、上部に試料１４を載置する載置面１５ａを有する。載置面１５ａの外形は特に限定されないが、本実施形態では、一例として平面視矩形状である。
試料ステージ１５は、図示略のＸＹＺ軸ステージ、ティルトステージ、および回転ステージの組み合わせで構成される５軸移動機構からなる。
ＸＹＺ軸ステージは、載置面１５ａを、水平面内の互いに直交する２軸であるＸ軸およびＹ軸、鉛直軸に平行なＺ軸の各軸方向に並進移動する。ティルトステージは、載置面１５ａを上述のＸ軸またはＹ軸回りに傾動する。回転ステージは、載置面１５ａを上述のＺ軸回りに回転する。
試料ステージ１５は、後述するステージ制御部２０と通信可能に接続される。
【００１９】
ステージ制御部２０は、後述する制御部１８と通信可能に接続され、制御部１８からの動作指令に基づいて，試料ステージ１５の動作を制御する。
【００２０】
荷電粒子ビーム鏡筒１１は、第１の荷電粒子ビームＢ１を発生し、第１の荷電粒子ビームＢ１を試料ステージ１５上の試料１４に向けて照射する。
荷電粒子ビーム鏡筒１１は、荷電粒子ビーム源と、荷電粒子ビーム源から引き出された荷電粒子を集束させるレンズ電極および荷電粒子を偏向させる偏向電極などを含む荷電粒子光学系と、を備えている。しかし、図１では、これらの周知の内部構造の図示は省略されている。
荷電粒子ビーム鏡筒１１において、荷電粒子源および荷電粒子光学系は、後述する制御部１８からの制御信号に応じて、集束荷電粒子ビームの照射位置および照射条件などが制御される。
荷電粒子ビーム源は、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、電界放出電子源などで構成される。
【００２１】
荷電粒子ビーム鏡筒１１は、試料ステージ１５の上方において、荷電粒子光学系の光学軸Ｏｂが鉛直軸と平行になる姿勢で配置される。
荷電粒子ビーム鏡筒１１における光学軸Ｏｂは、試料ステージ１５におけるＺ軸と同軸である。
荷電粒子ビーム鏡筒１１における偏向電極は、光学軸Ｏｂを中心として、互いに直交しかつ光学軸Ｏｂと直交する２つの偏向方向に沿って、第１の荷電粒子ビームＢ１を偏向する。このため、荷電粒子ビーム鏡筒１１は、荷電粒子光学系の焦点面において所定の大きさの矩形状領域の内側にて、第１の荷電粒子ビームＢ１を走査掃引することができる。第１の荷電粒子ビームＢ１を走査掃引可能な矩形状領域は、第１の荷電粒子ビームＢ１の照射による画像取得範囲になっており、第１の荷電粒子ビームＢ１の照射による視野範囲を構成する。
荷電粒子ビーム鏡筒１１における視野範囲は、制御部１８によって指定される倍率によって変わる。荷電粒子ビーム鏡筒１１の視野範囲の大きさは、例えば、高倍率では１μｍ×１μｍ程度、低倍率では１ｍｍ×１ｍｍ程度である。
【００２２】
チェンバスコープ１７は、試料室１３内の状況と試料１４とを観察あるいは監視するため、少なくとも載置面１５ａ上の試料１４を含む試料室１３内の画像を取得する。
チェンバスコープ１７は、例えば、可視光または赤外光による画像を取得できるＣＣＤカメラ、光学顕微鏡などの構成を用いることができる。
チェンバスコープ１７として、可視光によるＣＣＤカメラを用いる場合、可視光の照明光は、後述する二次粒子検出器１６の検出動作に悪影響をもたらすため、チェンバスコープ１７を使用する際には第１の荷電粒子ビームＢ１による観察ができない。
これに対して、チェンバスコープ１７として赤外波長を検出する赤外波長ＣＣＤカメラを用いるとこのような制約はなくなる。さらに、赤外波長ＣＣＤカメラでは暗視野でも可視化できるため、試料室１３内を可視光で照明することなく、第１の荷電粒子ビームＢ１を試料１４に照射しながらチェンバスコープ１７によって観察対象部位の動きを確認することができる。
このため、後述するように観察対象部位を、荷電粒子ビーム鏡筒１１における光学軸Ｏｂ上に移動させた後は、ただちに、観察対象部位を第１の荷電粒子ビームＢ１による視野内での位置調整に移行できる。
【００２３】
チェンバスコープ１７の視野範囲は、観察あるいは監視の目的に応じて必要な大きさに設定すればよい。試料１４の位置合わせを行うためのチェンバスコープ１７の視野範囲は、荷電粒子ビーム鏡筒１１における視野範囲外に配置された試料１４の全体と、荷電粒子ビーム鏡筒１１における視野範囲とを含む画像が取得できる大きさが好ましい。試料１４の位置合わせを行うためのチェンバスコープ１７の視野範囲は、チェンバスコープ１７の設置位置、試料との距離、必要な観察倍率にもよるが、例えば、１００ｍｍ×１００ｍｍ程度としてもよい。チェンバスコープ１７は、ズーム光学系を備えることにより、視野範囲の大きさを変更できるようにしてもよい。
【００２４】
チェンバスコープ１７の撮像方向は、試料ステージ１５の上方から載置面１５ａに向かう斜め方向である。チェンバスコープ１７の撮像方向と、荷電粒子ビーム鏡筒１１における光学軸Ｏｂとの関係について、図２を参照して説明する。
図２は、本発明の第１の実施形態の荷電粒子ビーム装置における座標系を説明する模式図である。
【００２５】
図２において、ＸＹＺ座標系は、上述した試料ステージ１５の並進移動軸であるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸によって構成される。上述したように、Ｚ軸は荷電粒子ビーム鏡筒１１における光学軸Ｏｂと同軸である。
このＸＹＺ座標系の原点Ｚ０は、試料１４の載置時に載置面１５ａが移動される載置面１５ａの初期化状態において、載置面１５ａと光学軸Ｏｂとが交わる点である。本実施形態では、原点Ｚ０は、試料を試料室１３に出し入れする際の試料ステージ１５のＺ軸方向の基準位置である。以下では、原点Ｚ０を、基準点Ｚ０と言う。
【００２６】
チェンバスコープ１７の撮像方向Ｓは、Ｚ軸をＹ軸回りに角度φ回転してから、元のＺ軸回りに角度θ回転して得られる軸線（以下、チェンバスコープ（ＣＳ）軸と言う）に沿って、基準点Ｚ０に向かう方向である。ＣＳ軸の正方向は、基準点Ｚ０からチェンバスコープ１７に向かう方向である。ＣＳ軸はチェンバスコープ１７の撮像光軸である。
以下では、Ｘ軸およびＹ軸を含む平面をＸ−Ｙ平面、Ｚ軸とＣＳ軸とを含む平面をＺ−ＣＳ面と言う。
【００２７】
図１に示すように、チェンバスコープ画像形成部２１は、チェンバスコープ１７および制御部１８と通信可能に接続される。
チェンバスコープ画像形成部２１は、チェンバスコープ１７から出力される画像信号にからフレーム画像データを生成する。チェンバスコープ画像形成部２１は、生成したフレーム画像データを順次、制御部１８に送出する。
【００２８】
二次粒子検出器１６は、第１の荷電粒子ビームＢ１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）の強度（つまり、二次荷電粒子の量）を検出し、二次荷電粒子の検出量の情報を出力する。二次粒子検出器１６は、試料室１３の内部において、照射対象の画像を取得できる程度の二次荷電粒子が検出可能な位置に配置されている。
二次粒子検出器１６は、後述する二次粒子画像形成部１９と通信可能に接続される。二次粒子検出器１６は、検出出力を二次粒子画像形成部１９に送出する。
【００２９】
二次粒子画像形成部１９は、二次粒子検出器１６および後述する制御部１８と通信可能に接続される。
二次粒子画像形成部１９は、二次粒子検出器１６から送出される二次荷電粒子の検出量を、照射位置に対応付けた輝度信号に変換する。すなわち、二次荷電粒子の検出量の２次元位置分布に基づいて照射対象の形状を示す画像データを生成する。
二次粒子画像形成部１９は、生成した画像データを制御部１８に送出する。
【００３０】
表示部２３は、後述する制御部１８と通信可能に接続される。表示部２３は、制御部１８から送出される画像情報に基づく画像を表示する。
後述する制御部１８から送出される画像情報には、チェンバスコープ画像形成部２１から送出される画像データと、二次粒子画像形成部１９から送出される画像データとに基づく画像が含まれる。
表示部２３が表示する他の画像の例としては、後述する制御部１８によって生成される種々の補助マークの画像、注目点を示すマークの画像、操作入力画面、および動作状態表示画面が挙げられる。
表示部２３は、表示画面上にタッチ入力するためのタッチパネルを備えていてもよい。
【００３１】
入力部２２は、操作者が荷電粒子ビーム装置１０に対する操作入力を行う装置部分である。入力部２２は、例えば、マウスおよびキーボードなどの周知の入力デバイスを用いてもよい。入力部２２は、制御部１８と通信可能に接続される。
入力部２２は、表示部２３上にＧＵＩを含む操作入力画面が表示される場合には、操作入力画面からの操作入力も可能である。
【００３２】
制御部１８は、荷電粒子ビーム装置１０の各装置部分の動作を制御する。このため、制御部１８は、荷電粒子ビーム鏡筒１１、試料ステージ１５、チェンバスコープ画像形成部２１、二次粒子画像形成部１９、入力部２２、および表示部２３と通信可能に接続される。
制御部１８は、入力部２２を通して入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１０の動作を統合的に制御する。
荷電粒子ビーム装置１０が図示略のエッチングガス供給部およびデポジションガス供給部を含む場合には、制御部１８は、これらの装置部分の制御も行う。
【００３３】
例えば、制御部１８は、荷電粒子ビーム鏡筒１１による第１の荷電粒子ビームＢ１の走査掃引に関する動作を制御する。
例えば、制御部１８は、第１の荷電粒子ビームＢ１が試料１４に照射される場合に、二次粒子画像形成部１９に制御信号を送出して、二次粒子検出器１６の検出出力に基づく画像を取得させる。制御部１８は、二次粒子画像形成部１９から画像データが送出されると、画像データによる画像を表示部２３に表示させる。
【００３４】
例えば、制御部１８は、入力部２２からの操作入力、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基づいて、試料ステージ１５の動作指令を生成し、ステージ制御部２０に送出する。
【００３５】
例えば、制御部１８は、チェンバスコープ画像形成部２１から送出されるフレーム画像データを表示部２３に送出して、表示部２３に表示させる。チェンバスコープ画像形成部２１から送出されるフレーム画像データに基づいて表示部２３に表示される画像を、以下では、ＣＳ画像と言う。
制御部１８は、ＣＳ画像を表示部２３に表示させる際、入力部２２からの操作入力、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基づいて、種々の補助マークの画像、注目点を示すマークの画像を生成する。
生成された各マークの画像は、ＣＳ画像に重畳して、表示部２３に送出される。
補助マークおよび注目点を示すマークに関しては、後述する動作説明の中で説明する。
例えば、制御部１８は、入力部２２からの操作入力を行うため、あるいは表示部２３がタッチパネルを備える場合にはタッチ操作による入力を行うため、適宜のＧＵＩを含む操作入力画面を生成し、表示部２３に表示させる。
【００３６】
制御部１８が行う上記以外の制御に関しては、荷電粒子ビーム装置１０を用いて行われる本実施形態の試料位置合わせ方法における動作説明の中で説明する。
【００３７】
制御部１８の装置構成は、ＣＰＵ、メモリ、入出力インターフェース、外部記憶装置などからなるコンピュータからなり、これにより上記のような機能を実現する制御信号を生成する制御プログラムが実行されるようになっている。
【００３８】
次に、荷電粒子ビーム装置１０の動作について、本実施形態の試料位置合わせ方法に関する動作を中心として説明する。
荷電粒子ビーム装置１０を用いた本実施形態の試料位置合わせ方法は、表示部２３にＣＳ画像が表示された状態で、操作者がＣＳ画像を見ながら試料ステージ１５を移動させる。ただし、試料ステージ１５の一部の動作は、荷電粒子ビーム装置１０によって自動的に実行させることができる。
荷電粒子ビーム装置１０は、試料位置合わせ動作に関する動作モードとして、主要動作を操作者の操作入力に基づいて行う「マニュアル操作モード」と、一部の動作が自動化された「位置合わせ支援モード」とを備える。「マニュアル操作モード」と「位置合わせ支援モード」とは、操作者が行う入力部２２からの操作入力等によって切り換えられる。
以下では、「位置合わせ支援モード」の動作を中心として説明する。「マニュアル操作モード」の動作は、以下で、制御部１８が行う動作を、適宜、操作者が入力部２２を通して行う動作として読み換えればよい。
【００３９】
まず、荷電粒子ビーム装置１０における表示部２３の表示画面について説明する。
図３は、ＣＳ画像が表示された表示部の表示画面の一例を示す模式図である。図４は、試料室内のＸＹＺ座標系と、表示画面上に投影されるＸＹＺ座標系との対応関係を説明する模式図である。
【００４０】
図３に示す表示画面２３ａは、表示部２３において、ＣＳ画像が表示される表示画面である。表示画面２３ａは、表示部２３における全画面に表示されてもよいし、表示部２３の画面の一部に表示されてもよい。表示画面２３ａが表示部２３の画面の一部に表示される場合、表示部２３のその他の画面には、例えば、操作入力画面が表示されてもよい。
【００４１】
表示画面２３ａには、ＣＳ画像の例として、荷電粒子ビーム鏡筒１１の下端部に位置する対物レンズ電極１１ａと、試料ステージ１５の載置面１５ａと、載置面１５ａ上に載置された試料１４が現れている。ただし、図３において、ＸＹＺ座標系と、各座標軸に沿って延びる一点鎖線とは、説明のため参考に記載した図形であって表示画面２３ａに表示される画像ではない。
図３において、載置面１５ａは、基準点Ｚ０を通るＸ−Ｙ平面上に位置している。試料１４は、載置面１５ａ上において、Ｙ軸上の正方向寄りに載置されている。
【００４２】
図３に示す点Ｚｍａｘは、Ｚ軸上において基準点Ｚ０よりも正方向側に位置する。点Ｚｍａｘは、Ｚ軸上において、載置面１５ａのＺ軸正方向側の移動上限位置となる点である。点Ｚｍａｘの位置は、誤操作によっても載置面１５ａが対物レンズ電極１１ａに衝突しないような高さになっているが、試料１４の高さによっては、載置面１５ａ上の試料１４が対物レンズ電極１１ａと衝突する可能性がある。点Ｚｍａｘを、移動上端点Ｚｍａｘと言う。
図３に示す点Ｚｍｉｎは、Ｚ軸上において基準点Ｚ０よりも負方向側に位置する。点Ｚｍｉｎは、本実施形態の試料位置合わせ方法において、載置面１５ａのＺ軸負方向側の移動下限位置となる点である。すなわち、後述する、本実施形態の試料位置合わせ方法において、Ｚ軸上では、点Ｚｍｉｎよりも下方に移動されることはない。このため、以下では、点Ｚｍｉｎを移動下端点Ｚｍｉｎと言う。
移動上端点Ｚｍａｘ、移動下端点Ｚｍｉｎは、Ｚ軸ステージの機械的な移動限界であってもよいし、制御部１８の動作指令等で規定されるソフト設定的な移動限界であってもよい。
【００４３】
表示画面２３ａに表示されるＣＳ画像は、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸すべてに対して傾斜しているＣＳ軸の軸方向において基準点Ｚ０を見た画像である。ＣＳ画像は、載置面１５ａを斜め上方向から俯瞰した画像である。ＣＳ画像の表示画面２３ａにおける画像中心は基準点Ｚ０である。
図４には、表示画面２３ａ内のＸＹＺ座標系（図示右側）と、Ｚ−ＣＳ面に投影された各座標軸（図示左側）との対応関係が示されている。
ＣＳ画像は、チェンバスコープ１７の視野内の３次元座像を、基準点Ｚ０を通りＣＳ軸に直交する平面である投影面ＣＳｐ（図４の図示左側参照）に投影した２次元画像に相当する。
【００４４】
例えば、ＣＳ画像上の移動上端点Ｚｍａｘ、移動下端点Ｚｍｉｎは、図４の図示左側に示すように、３次元空間におけるＺ軸の点Ｚ’ｍａｘ、Ｚ’ｍｉｎを投影面ＣＳｐに正射影した点Ａ、Ｂに相当する。このため、ＣＳ画像上の線分Ｚ０Ｚｍａｘ、線分Ｚ０Ｚｍｉｎの長さは、等倍率で比較すると、それぞれが対応する３次元空間におけるＺ軸上の線分Ｚ０Ｚ’ｍａｘ、線分Ｚ０Ｚ’ｍｉｎよりも短い。
このように、ＣＳ画像上の各部における点間距離は３次元空間の実際の点間距離とほとんど異なっているため、ＣＳ画像は、ＣＳ軸の傾斜による歪みを有する。したがって、操作者は、ＣＳ画像から実際の点間距離を直観的に把握することが難しい。
さらに、試料ステージ１５のＸ軸方向の移動と、Ｙ軸方向の移動とは、表示画面２３ａ上では斜め方向となるため、操作者はＣＳ画像を見ただけでは、試料ステージ１５の各軸方向の移動成分と、移動方向との関係が把握しにくい。
【００４５】
本実施形態の試料位置合わせ方法は、上述のようなＣＳ画像の特性を前提として、載置面１５ａ上に配置された試料１４の観察対象部位を第１の荷電粒子ビームＢ１による観察視野内に入るように試料１４を位置合わせする際の作業性を向上する。
荷電粒子ビーム装置１０を用いた本実施形態の試料位置合わせ方法について、図５〜図１４を参照して説明する。
図５は、本発明の第１の実施形態の試料位置合わせ方法の動作フローを示すフローチャートである。
本実施形態の試料位置合わせ方法は、図５に示すステップＳ１〜Ｓ７を、図５に示すフローにしたがって行う。
【００４６】
まず、操作者は、入力部２２を通して操作入力を行うことによって、それまでに行われていた荷電粒子ビーム装置１０の動作があればそれぞれの動作を停止する。操作者は、表示部２３にＣＳ画像が表示されていない場合には、表示部２３の表示画面２３ａにＣＳ画像を表示させる。
この後、操作者は入力部２２を通して「位置合わせ支援モード」を実行する操作入力を行う。
【００４７】
以下では、簡単のため、試料１４の厚さが十分薄く、観察対象部位が載置面１５ａと実質的に同一平面に位置する場合の例で説明し、試料１４が厚い場合の動作は後述する。
【００４８】
まず、図５におけるステップＳ１が行われる。ステップＳ１は、表示画面２３ａに補助マークを表示するステップである。
図６は、図５におけるステップＳ１、Ｓ２が行われた表示画面を示す模式図である。
【００４９】
制御部１８は、補助マークとして、図６に示すように、光学軸表示マーク３０、基準点表示マーク３１、および移動下端点表示マーク３２の画像を生成し、表示部２３に送出する。表示部２３は、光学軸表示マーク３０、基準点表示マーク３１、および移動下端点表示マーク３２をＣＳ画像に重畳表示する。
これらの補助マークは一例である。補助マークは位置合わせを支援できる適宜のマークを用いることができる。補助マークは、本ステップ以降において、必要に応じて追加して表示したり、本ステップにおける表示を非表示にしたりしてもよい。
特に、「マニュアル操作モード」では、補助マークは、操作者の操作入力によって、必要に応じてＣＳ画像に重畳表示できるようにする。
【００５０】
光学軸表示マーク３０は、荷電粒子ビーム鏡筒１１における光学軸Ｏｂを表す直線である。本実施形態では、光学軸表示マーク３０は、ＣＳ画像におけるＺ軸でもある。光学軸表示マーク３０は、図６では図示されない移動上端点Ｚｍａｘおよび移動下端点Ｚｍｉｎを通る線分として表示される。
本実施形態のチェンバスコープ１７の撮像方向では、光学軸表示マーク３０は、例えば、表示画面２３ａ上の中心を通る垂直軸線であってもよい。
基準点表示マーク３１は、試料を試料室１３に出し入れする際の試料ステージ１５のＺ軸方向の基準位置（基準点Ｚ０）を示す補助マークである。基準点表示マーク３１の形状は限定されないが、図６では、画面の水平方向に細長い三角形からなり、光学軸表示マーク３０に接する頂点が、ＣＳ画像上の基準点Ｚ０の位置を表している。
移動下端点表示マーク３２は、試料ステージ１５がＺ軸方向に最も下がった時の載置面１５ａのＺ軸上の位置（移動下端点Ｚｍｉｎ）を示すマークである。移動下端点表示マーク３２は、基準点表示マーク３１と同様の細長い三角形からなる。
【００５１】
ここで、本実施形態の試料位置合わせ方法の主要原理について説明する。
本実施形態の試料位置合わせ方法では、観察対象部位を実際のＺ軸上に移動してから試料ステージ１５をＺ軸方向に上昇することによって、観察対象部位を荷電粒子ビームの視野内に位置合わせする。
観察対象部位が実際のＺ軸上にあれば、観察対象部位は、Ｚ軸に一致する光学軸Ｏｂ上に位置するため、第１の荷電粒子ビームＢ１の照射による視野範囲の中心に位置することになる。
一方、ＣＳ画像において、Ｚ−ＣＳ面上の点は、ＣＳ画像上では、すべてＺ軸を表す直線上に現れる。このため、表示画面２３ａを見て観察対象部位をＣＳ画像上の光学軸表示マーク３０の延長線上に移動しただけでは、観察対象部位がＺ軸上に位置する保証はない。
そこで本実施形態では、観察対象部位をＺ軸に一致させるための試料ステージ１５をＸ軸方向またはＹ軸方向のみに移動させてＺ軸に一致させる。Ｘ−Ｙ平面に平行な平面はＺ軸と１点でしか交わらない。ここで、Ｘ−Ｙ平面とＺ軸とが交わる代表点として移動下端点Ｚｍｉｎに注目し、移動下端点Ｚｍｉｎを通るＸ−Ｙ平面内を移動して、ＣＳ画像上の移動下端点Ｚｍｉｎと重なる試料１４上の点が見つかれば、実際のＺ軸上にある軸上点である。
【００５２】
本実施形態では、観察対象部位を光学軸Ｏｂ上に確実に移動するために、観察対象部位の移動を光学軸Ｏｂに直交する１つの平面（「軸上点探索面」と言う）に規制する。観察対象部位を軸上点探索面内で移動することを「軸上点探索面内移動」と言う。
軸上点探索面内移動を行う際、表示画面２３ａにおいて観察対象部位が移動されるべき軸上目標点は、軸上点探索面と光学軸Ｏｂとの交点である。
本実施形態における軸上目標点は、Ｘ−Ｙ平面に平行な１つの平面である軸上点探索面と、Ｚ軸との交点である。
【００５３】
軸上点探索面は、Ｘ−Ｙ平面に平行な平面であれば、ある程度自由に決めることができる。ただし、試料１４の大きさによっては、Ｚ軸上の高さが高すぎる平面であると、軸上点探索面内移動において、試料１４が対物レンズ電極１１ａと衝突するおそれもある。このため、軸上点探索面は、できるだけ対物レンズ電極１１ａから離れた下方側の平面であることが好ましい。
本実施形態では、以上を考慮して、試料ステージ１５における載置面１５ａの移動下端点Ｚｍｉｎを予め決めておき、軸上点探索面内移動時には、載置面１５ａが、移動下端点Ｚｍｉｎを通ってＸ−Ｙ平面に平行な平面内を移動するようにする。この場合、軸上点探索面は、載置面１５ａが移動する平面を、試料１４の厚さだけＺ軸正方向に移動した平面になる。
試料１４の厚さが十分無視できる場合には、軸上点探索面は、Ｘ−Ｙ平面に平行な平面のうち、移動下端点Ｚｍｉｎを通る平面になる。したがって、軸上目標点は、移動下端点Ｚｍｉｎに位置する。
【００５４】
本実施形態では、デフォルトの軸上目標点として、表示画面２３ａにおける移動下端点Ｚｍｉｎの座標値が制御部１８に記憶されている。本実施形態では、試料１４が厚い場合には、操作者が、入力部２２を通して試料１４の厚さを制御部１８に入力することができる。この場合、制御部１８は、移動下端点Ｚｍｉｎの座標値に、入力された厚さ分を補正して、軸上目標点の座標値を生成する。
【００５５】
補助マークの表示位置は、チェンバスコープ１７の設置位置、観察角度（撮像方向Ｓ）、撮像倍率などに依存する。このため、補助マークの表示位置は、荷電粒子ビーム装置１０の製造時に、チェンバスコープ１７の観察角度、視野範囲、対物レンズの位置、試料ステージ１７のＺ軸移動量などに基づく表示用画像を作成し、制御部１８に記憶させる。
【００５６】
上述した各補助マークの形状は一例である。例えば、基準点表示マーク３１、移動下端点表示マーク３２のように、特定点の位置を表示する補助マークの用いることができる図形としては、特定点に一致する点画像、特定点を囲む円、楕円、矩形などの画像、頂点が特定点に一致する多角形画像、交点が特定点に一致する十字線画像などが挙げられる。
【００５７】
本ステップにおいて表示すべきすべての補助マークが表示されると、ステップＳ１が終了する。
図５に示すように、ステップＳ１の後、ステップＳ２が行われる。ステップＳ２は、注目点を指定するステップである。
操作者は、ＣＳ画像に表示された試料１４を見て、観察対象部位の中心の点を注目点Ｐに指定する（図６参照）。操作者は、例えば、入力部２２を用いたマウスクリックあるいはカーソル移動によって、表示画面２３ａ上で観察対象部位の中心の画像ピクセルを選択して注目点Ｐを指定する。注目点Ｐとして選択されたピクセルの表示画面２３ａ上の座標値は、制御部１８によって記憶される。ピクセルの表示画面２３ａ上の座標値は、ピクセルのアドレスを用いることができる。
注目点Ｐの位置とＸＹＺ座標系との関係を図４と同様に模式化して図７に示す。図７は、図６における注目点の位置とＸＹＺ座標系との関係を示す模式図である。
図７に示すように、この場合の注目点ＰはＺ軸上にない。このことは、表示画面２３ａのＣＳ画像を見ただけでも容易に理解される。
【００５８】
注目点Ｐの指定終了後、制御部１８は、表示画面２３ａ上に注目点表示マーク（不図示）を重畳表示させてもよい。注目点表示マークは、指定された注目点Ｐが認識され易くなるように表示する補助マークである。注目点表示マークとしては、上述した特定点の位置を示す画像例と同様の画像を採用することができる。
注目点表示マークは、試料ステージ１５の移動に伴う注目点Ｐの移動に追随して表示画面２３ａ上を移動するようにしてもよい。この場合、操作者が、試料ステージ１５の移動中に、注目点Ｐを見誤ったり、見逃したりすることを防止できる。
【００５９】
注目点表示マークを試料ステージ１５の移動に追随させるには、制御部１８が、注目点Ｐの３次元空間における移動ベクトルを、試料ステージ１５の移動量から求める。制御部１８は、この移動ベクトルを投影面ＣＳｐに正射影することによって、表示画面２３ａ上の移動ベクトルに換算する。制御部１８は、注目点Ｐの指定時に記憶された表示画面２３ａ上の座標値に移動ベクトルを加算して移動後の座標値を求める。制御部１８は、移動後の座標値に基づく注目点表示マークの画像を表示部２３に送出する。これによって、表示画面２３ａ上に移動後の注目点表示マークが表示される。
注目点表示マークは、入力部２２を通した操作者の操作入力によって、表示状態と、非表示状態とを切り換えられるようにしてもよい。
【００６０】
注目点Ｐの指定が終了し、必要に応じて注目点表示マークが表示されると、ステップＳ２が終了する。
図５に示すように、ステップＳ２の後、ステップＳ３が行われる。ステップＳ３は、注目点を軸上点探索面に移動するステップである。
図８は、図５におけるステップＳ３が行われた表示画面を示す模式図である。図９は、図８における注目点の位置とＸＹＺ座標系との関係を示す模式図である。
【００６１】
制御部１８は、ステージ制御部２０に対し、試料ステージ１５の載置面１５ａをＺ軸方向のみに平行移動して、載置面１５ａが移動下端点Ｚｍｉｎを通るＸ−Ｙ平面に平行な平面に移動するように動作指令を送出する。
図８に示すように、ステージ制御部２０は、試料ステージ１５のＺ軸ステージを駆動して、載置面１５ａをＺ方向負方向に向かって移動（下降）する。載置面１５ａは、移動下端点Ｚｍｉｎを通る位置に位置合わせされる（図８の実線参照）。
これにより、注目点Ｐは、点Ｐ０から点Ｐ１に移動する。試料１４の厚さは無視できるため、注目点Ｐ１は、載置面１５ａからなる軸上点探索面上に位置する。
移動下端点表示マーク３２はもともと移動下端点Ｚｍｉｎを指しているが、移動下端点Ｚｍｉｎに載置面１５ａが移動したため、載置面１５ａの表面を指していることにもなる。
なお、図８において、二点鎖線で記載された図形と、試料ステージ１５の移動方句を示す矢印（図示左下隅の縦矢印）とは、参照の便宜のために、記載されており、実際の表示画面２３ａに表示される図形ではない（以下の同様の模式図でも同様）。
【００６２】
図９に示すように、載置面１５ａの移動によって、表示画面２３ａ上では、注目点Ｐ１が、移動上端点Ｚｍａｘの横方向に並んでいるように見える。しかし、図９の図示左側に示すように、実際には、注目点Ｐは点Ｄから点Ｆに向かって移動しており、注目点Ｐ１のＺ軸方向の位置は、実質的に移動下端点Ｚｍｉｎと同一である。注目点Ｐ１の位置は、移動上端点Ｚｍａｘの位置とはまったく関係がない。
【００６３】
注目点Ｐが注目点Ｐ１に移動すると、ステップＳ３が終了する。
図５に示すように、ステップＳ３の後、ステップＳ４が行われる。ステップＳ４は、注目点を軸上点探索面内で移動して表示画面上におけるＺ軸に重なる位置に移動するステップである。ステップＳ４は、操作者の操作入力によって試料ステージ１５を移動することによって行われる。
図１０は、図５におけるステップＳ４が行われた表示画面を示す模式図である。図１１は、図１０における注目点の位置とＸＹＺ座標系との関係を示す模式図である。
【００６４】
ステップＳ４と後述するステップＳ５では、操作者による誤操作を防止するため、制御部１８は、試料ステージ１５をＸ軸方向およびＹ軸方向以外の方向に移動する操作入力を受け付けないようにしてもよい。この場合、Ｘ軸方向およびＹ軸方向以外の方向に移動する操作入力がなされた場合、制御部１８は、表示部２３にＸ軸方向またはＹ軸方向に移動する操作入力を促すメッセージを表示してもよい。
【００６５】
まず、操作者は、Ｘ軸方向またはＹ軸方向に載置面１５ａを移動し、注目点Ｐを光学軸表示マーク３０上に重ねる。
例えば、図１０に示す例では、操作者は、載置面１５ａをＹ軸の負方向に移動して、注目点Ｐを点Ｐ１の位置から光学軸表示マーク３０上の注目点Ｐ２に移動している。
操作者は表示画面２３ａに表示された光学軸表示マーク３０に対する現在位置の注目点Ｐの位置ずれを目視で検知することによって、移動方向と移動量とを決めることができる。
操作者は、Ｘ軸方向の移動とＹ軸方向の移動とを組み合わせることによって、光学軸表示マーク３０上の任意位置に移動することができる。しかし、本ステップの操作工数を低減するためには、Ｘ軸方向またはＹ軸方向のいずれかのみで、光学軸表示マーク３０上に移動することが好ましい。
【００６６】
不慣れな操作者は、表示画面２３ａ上のＸ軸方向およびＹ軸方向がよく分からないため、光学軸表示マーク３０の画像だけでは、方向感、距離感が分からない可能性もある。
制御部１８は、本ステップにおいてＸ軸、Ｙ軸の方向を示す補助マークを表示部２３に重畳表示させてもよい。
図１１は、第１の実施形態の試料位置合わせ方法に用いることができる補助マークの一例を示す模式図である。
【００６７】
図１１に示す移動方向補助マーク３３Ｘ、３３Ｙ（補助マーク）は、それぞれ、軸上点探索面上にて、注目点Ｐ１を通り、Ｘ軸、Ｙ軸に平行な直線のマークである。
制御部１８は、上述したように注目点Ｐが移動するごとに、表示画面２３ａ上の移動位置の座標値を算出する。制御部１８は、この座標値に基づいて、移動方向補助マーク３３Ｘ、３３Ｙの画像を生成し、表示部２３に送出することによって、移動方向補助マーク３３Ｘ、３３ＹをＣＳ画像に重畳表示させる。
移動方向補助マーク３３Ｘ、３３Ｙが表示されると、移動方向補助マーク３３Ｙが移動下端点表示マーク３２の近くで交差しているため、操作者は、Ｙ軸方向にあと少し移動するとよいことが直ちに分かる。
移動量は、移動方向補助マーク３３Ｙおよび光学軸表示マーク３０の交点と、注目点Ｐ１との距離であるため、移動量の見当もつきやすい。この移動量は、移動方向補助マーク３３Ｘ、３３Ｙを生成する際に、制御部１８が計算し、最適な移動方向と移動量とを表示画面２３ａに表示させてもよい。移動量が表示されれば、操作者は１回のＹ軸方向の移動によって、注目点Ｐ１を光学軸表示マーク３０上に移動できるため、迅速な操作を行うことができる。
【００６８】
補助マークの変形例としては、移動方向補助マーク３３Ｘ、３３Ｙを平行に複数表示して、格子状の補助マークを構成してもよい。この場合、格子間隔を一定にすれば、操作者が表示画面２３ａを見るだけで、位置ずれに対応する移動量を素早く直観的に検知することができる。
このような格子状の補助マークは、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の移動を組み合わせる場合に有効である。
【００６９】
注目点Ｐ２の位置とＸＹＺ座標系との関係を図１２に示す。図１２は、図１０における注目点の位置とＸＹＺ座標系との関係を示す模式図である。
図１２の図示右側に示すように、注目点Ｐ２は表示画面２３ａ上ではＺ軸上に位置するように見える。しかし、図示左側に示すように、注目点Ｐ２に対応する点Ｇは、むしろＣＳ軸の近くに移動しており、実際のＺ軸には、注目点Ｐ１に対応する点Ｅからわずかに近づいているにすぎない。
このように、注目点Ｐは、表示画面２３ａ上でＺ軸と重なる位置に移動しても、軸上目標点からずれている限り、実際のＺ軸上に位置することはない。
【００７０】
注目点Ｐ１が注目点Ｐ２に移動すると、ステップＳ４が終了する。
図５に示すように、ステップＳ４の後、ステップＳ５が行われる。ステップＳ５は、注目点を軸上点探索面内で移動して軸上目標点に移動するステップである。ステップＳ５は、ステップＳ４と同様に、操作者の操作入力によって試料ステージ１５を移動することによって行われる。
図１３は、図５におけるステップＳ５が行われた表示画面を示す模式図である。図１４（ａ）、（ｂ）は、ステップＳ５における注目点の移動動作の例を示す模式図である。
【００７１】
操作者は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に載置面１５ａを移動して、注目点Ｐ２を軸上目標点である移動下端点Ｚｍｉｎ上に移動する。
例えば、図１４（ａ）に実線で示す例では、操作者は、光学軸表示マーク３０上の注目点Ｐ２をｙ軸正方向に移動して点Ｐ２ａに移動し、Ｘ軸正方向に移動して光学軸表示マーク３０上の点Ｐ２ｂに移動する。ここで、点Ｐ２ｂが移動下端点Ｚｍｉｎから離れているため、さらに、移動幅を変えて、点Ｐ２ｂ、Ｐ２ｃ、Ｐ２ｄ、Ｐ２ｅのように、移動下端点Ｚｍｉｎに近づける。最後に点Ｐ２ｅから光学軸表示マーク３０上に移動した注目点Ｐ３が、移動下端点Ｚｍｉｎに一致している。
このように繰り返す場合でも、光学軸表示マーク３０に戻るように移動を繰り返すことによって、移動下端点Ｚｍｉｎから遠ざかってしまう操作ミスを防止できる。
同様な動作は、図１４（ａ）に破線矢印で示すように、Ｘ軸正方向への移動を先行して行ってもよい。
本ステップでは、上述した移動方向補助マーク３３Ｘ、３３Ｙで構成する格子状の補助マークを表示画面２３ａ上に重畳表示してもよい。この場合、操作者が移動量の見当をつけやすくなる。
【００７２】
このような移動を繰り返すと、移動下端点Ｚｍｉｎの近傍では、移動量が小さくなりすぎるため、注目点Ｐを正確に移動下端点Ｚｍｉｎに一致させることはできない可能性がある。しかし、注目点Ｐの移動は、第１の荷電粒子ビームＢ１の照射による視野範囲に注目点Ｐを移動できればよいため、ある程度の移動誤差が許容される。例えば、視野範囲Ｓｆが表示画面２３ａ上で、図１４（ａ）に示す範囲にある場合には、視野範囲Ｓｆ内に注目点Ｐが入れば移動を終了してもよい。例えば、点Ｐ２ｄ、Ｐ２ｅを注目点Ｐ３としてもよい。
制御部１８は、視野範囲Ｓｆを表す図形を補助マークとして表示画面２３ａ上に表示させてもよい。
【００７３】
図１４（ｂ）に示すように、注目点Ｐ２から移動下端点Ｚｍｉｎまでの移動は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の移動を１回ずつ行うだけでもよい。制御部１８は、表示画面２３ａ上の注目点Ｐ２の座標値と、移動下端点Ｚｍｉｎの座標値とを記憶しているため、注目点Ｐ２と移動下端点Ｚｍｉｎとの距離Ｌは既知である。さらに、表示画面２３ａ上のＸ軸とＺ軸との交差角αと、表示画面２３ａ上のＹ軸とＺ軸との交差角βとも既知である。
このため、制御部１８は、これらの情報から、注目点Ｐ２を移動すべき点Ｐ２ｆの表示画面２３ａ上の座標値を算出できるため、このような移動を実現するＸ軸方向およびＹ軸方向の移動量も算出できる。制御部１８は、これらの移動量を算出して、表示画面２３ａに表示してもよい。この場合、操作者が容易かつ迅速に本ステップの移動を行える。
【００７４】
注目点Ｐ３の位置とＸＹＺ座標系との関係を図１５に示す。図１５は、図１３における注目点の位置とＸＹＺ座標系との関係を示す模式図である。
図１５の図示右側に示すように、注目点Ｐ３は表示画面２３ａ上では移動下端点Ｚｍｉｎに一致している。この場合、図示左側に示すように、注目点Ｐ３に対応する点Ｈは、実際のＺ軸上に存在することが分かる。ただし、上述したように、点Ｈは、視野範囲Ｓｆの範囲に位置合わせできればよい。
このため、本実施形態の試料位置合わせ方法において、注目点Ｐと軸上目標点との一致精度は、視野範囲に応じた許容範囲が存在する。
したがって、例えば、試料１４の厚さがあまり厚くなければ、上述したように、軸上目標点として移動下端点Ｚｍｉｎを用いてもよい。
【００７５】
注目点Ｐ３が表示画面２３ａ上で軸上目標点である移動下端点Ｚｍｉｎに移動したら、操作者は、入力部２２を通して注目点Ｐの軸上目標点への移動が終了したことを制御部１８に通知する。制御部１８は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向以外の方向への操作入力を受け付けない設定にした場合には、この設定を解除する。これにより、ステップＳ５が終了する。
図５に示すように、ステップＳ５の後、ステップＳ６が行われる。ステップＳ６は、注目点を軸上目標点から光学軸Ｏｂに沿う方向に移動して荷電粒子ビーム光学系の焦点深度内に移動するステップである。ここで、荷電粒子ビーム光学系の焦点深度は、第１の荷電粒子ビームＢ１が集束されることによって、試料１４の観察対象部位が良好に解像する画像が得られる光学軸上の範囲を意味する。
図１６は、図５におけるステップＳ６が行われた表示画面を示す模式図である。
【００７６】
本ステップでは、操作者は、第１の荷電粒子ビームＢ１の照射による視野範囲に入ることを確認しながら、徐々に、試料ステージ１５をＺ軸正方向に移動する。
まず、操作者は、入力部２２を通して、第１の荷電粒子ビームＢ１の照射を開始する操作入力を行う。このとき、注目点Ｐの位置合わせの誤差があっても、注目点Ｐが確実に第１の荷電粒子ビームＢ１の照射による視野範囲に入るように、第１の荷電粒子ビームＢ１による観察倍率を最低に設定する。制御部１８は、観察倍率を最低にするため、第１の荷電粒子ビームＢ１の走査範囲が最大になるように制御する。
制御部１８は、二次粒子画像形成部１９によって、第１の荷電粒子ビームＢ１の照射による画像形成を開始させる。二次粒子画像形成部１９から制御部１８に送出される画像（荷電粒子ビーム画像と言う）は、制御部１８によって表示部２３に送出される。表示部２３は、ＣＳ画像に代えて、荷電粒子ビーム画像を表示画面２３ａに表示する。ただし、表示部２３が複数の表示画面を有する場合には、荷電粒子ビーム画像は、ＣＳ画像とは別の表示画面上に表示されてもよい。
【００７７】
載置面１５ａの位置が荷電粒子ビームの焦点深度内に近づくにつれて、荷電粒子ビーム画像が鮮明になり、荷電粒子ビーム画像上で、注目点Ｐに相当する観察対象部位が視認可能になる。
操作者は、荷電粒子ビーム画像によって、観察対象部位が視野範囲にあるかどうか監視し、視野範囲外になりそうな場合には、試料ステージ１５をＸ軸方向またはＹ軸方向に移動して位置の微調整を行う。
操作者は、観察対象部位を視野範囲のほぼ中心部に保って、試料ステージ１５のＺ軸方向の位置を微調整して、観察対象部位の合焦点位置を探す。
このとき、第１の荷電粒子ビームＢ１による観察倍率を徐々に高めつつ、試料ステージ１５におけるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸における各軸方向の位置調整を行うことで、観察対象部位をより正確に第１の荷電粒子ビームＢ１による観察中心に位置させることができる。
観察対処部位を観察するための最適の観察倍率において、合焦点で確認できたら、操作者は、試料ステージ１５の移動動作を停止する。
以上で、ステップＳ６が終了し、本実施形態の試料位置合わせ方法が終了する。
【００７８】
次に、試料１４の厚さが十分に薄い（高さが十分低い）とは言えず、試料厚さが無視できない場合について説明する。例えば、試料１４の厚さが０．５ｍｍ以上の場合は、試料厚さを無視すると位置合わせの誤差が許容できない場合が生じる可能性がある。
例えば、第１の荷電粒子ビームＢ１の照射による最も広い（最も観察倍率が低い）視野観察領域が１ｍｍ平方とすると、注目点Ｐの許容位置ずれ量は視野中心から片側に±０．５ｍｍ以内でなければならない。
図１７は、試料厚さを考慮せずに観察対象部位が視野範囲に位置合わせできる許容試料厚さを説明するための説明図である。図１７は、Ｚ−ＣＳ面において、注目点Ｐが載置面よりΔｈ高い位置Ｍにある状況を示している。つまり、Δｈは試料厚さに相当する。この時、位置Ｍの実際のＸＹ座標は、位置Ｍの鉛直下の載置面での座標Ｚであるが、ＣＳ画面では位置ＭをＣＳ軸に沿って延長した線とＸＹ基準面との交点を位置Ｎに在るかのように見える。つまり、実際の座標よりＺ−Ｎ間のΔｓだけずれて見える。厚さが十分無視できるほど薄い試料であれば、位置ＮがＺと一致するが、試料が厚くなればなるほどΔｓは大きくなる。Δｓが０．５ｍｍ以内となるΔｈであれば、上述の方法で、注目部を視野内に位置合わせすることができる。
図１７から、上記Δｈは、Δｓと荷電粒子ビームの光学軸とチェンバスコープ軸の成す角度φから、  Δｈ＝Δｓ／ｔａｎφ  の関係にある。
例えば、Δｓ＝０．５ｍｍ、φ＝５５°の場合、許容される試料厚さΔｈは０．３５ｍｍとなる。つまり、試料厚さが０．３５ｍｍ以下であれば、上述の方法によって注目点Ｐを視野内に入れることができる。
【００７９】
試料１４の厚さｈが無視できない場合、軸上点探索面を注目点Ｐが存在する試料１４の表面になるように、移動下端点ＺｍｉｎからＺ軸正方向にｈだけ平行移動すればよい。軸上目標点も同様に、移動下端点ＺｍｉｎからＺ軸正方向にｈだけ移動した点とする。
例えば、操作者が、位置合わせ開始前に、入力部２２を通して試料１４の厚さｈを制御部１８に入力しておくと、制御部１８は移動下端点表示マーク３２の表示位置をｈだけ補正して、表示画面２３ａに表示することができる。この場合、その他の動作は、上述と代えることなく実施することができる。
試料１４の厚さは、例えば、光学顕微鏡などを用いて予め測定しておくことができる。その際、試料１４の厳密な高さを知っておく必要はなく、例えば、０．５ｍｍステップ程度のおおよその値が解ればよい。
試料１４に凹凸があり、注目点Ｐの高さが試料１４の厚さと異なる場合には、予め注目点Ｐの高さを測定しておけばよい。
【００８０】
ただし、試料１４の厚さあるいは注目点Ｐの高さがまちまちである場合、位置合わせを行うごとに、試料１４の厚さを測定したり、入力したりすると工数が増えてしまう。
一方、上述したように、注目点Ｐを視野範囲に位置合わせするための軸上目標点の位置はある程度は、許容幅がある。
そこで、本実施形態の以下のような変形を施してもよい。
試料１４の厚さｈは、ＣＳ画像上のみかけの厚さｈｃｓは、ｈｃｓ＝ｈｓｉｎφになる。ここで、φは、図２に示すＣＳ軸とＺ軸とのなす角度で、既知である。
例えば、ｈ＝０．５ｍｍ、φ＝５５°の場合、見かけ上の厚さｈｃｓは、約０．４ｍｍである。したがって、試料１４を移動可能なＣＳ画像上に、例えば、０，４ｍｍに相当するＺ軸方向の目盛りからなる板厚参照用の補助マークを表示しておけば、操作者は、試料１４の厚さｈを０．５ｍｍ単位で簡便に見積もることができる。
さらに同様の目盛りを、移動下端点Ｚｍｉｎの位置に対応する移動下端点表示マーク３２を基点として光学軸表示マーク３０に交差するように表示すれば、操作者はＣＳ画像から読み取った試料１４の厚さに基づいて、許容誤差範囲の軸上目標点を選択できる。
このように板厚参照用の補助マークと、複数の軸上目標点候補を示す補助マークを制御部１８によって表示できるようにすれば、試料１４の板厚が頻繁に変わる場合にも、迅速に位置合わせすることができる。
なお、複数の軸上目標点候補を示す補助マークは、板厚参照用の補助マークを兼ねてもよい。
【００８１】
以上説明したように、荷電粒子ビーム装置１０を用いて行う本実施形態の試料位置合わせ方法によれば、試料室内における試料の観察対象部位を、第１の荷電粒子ビームによる観察視野内に容易かつ迅速に位置合わせすることができる。
【００８２】
［第２の実施形態］
本発明の第２の実施形態の荷電粒子ビーム装置について説明する。
図１に示すように、本実施形態の荷電粒子ビーム装置４０は、操作者が指定した注目点Ｐを自動で第１の荷電粒子ビームＢ１の視野範囲に移動する。
荷電粒子ビーム装置４０は、上記第１の実施形態の荷電粒子ビーム装置１０のチェンバスコープ１７、制御部１８に代えて、チェンバスコープ４７、制御部４８を備える。
以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【００８３】
チェンバスコープ４７は、試料室１３内を遮光した状態で動作させるため、赤外波長ＣＣＤカメラで構成される。
制御部４８は、上記第１の実施形態における「マニュアル操作モード」および「位置合わせ支援モード」に加えて「自動位置合わせモード」を備える点が、制御部１８とは異なる。
「自動位置合わせモード」において、制御部４８が行う制御の詳細は、荷電粒子ビーム装置４０の動作説明の中で行う。
【００８４】
次に、荷電粒子ビーム装置４０の動作について、本実施形態の試料位置合わせ方法に関する動作を中心として説明する。
図１８は、本発明の第２の実施形態の試料位置合わせ方法の動作フローを示すフローチャートである。図１９は、本発明の第２の実施形態の荷電粒子ビーム装置の表示部の表示画面の一例を示す模式図である。
制御部４８は、表示部２３に、図１９に示すように、上記第１の実施形態におけると同様にＣＳ画像を表示する表示画面２３ａと、操作入力画面４１とを表示させる。
操作入力画面４１には、少なくとも、位置指定ボタン４２と、シーケンス駆動開始ボタン４３と、停止ボタン４４とを備える。
位置指定ボタン４２は、指定した注目点を制御部４８に記憶させるための操作ボタンである。
シーケンス駆動開始ボタン４３は、制御部４８に自動位置合わせシーケンスを開始させるための操作ボタンである。
停止ボタン４４は、制御部４８による自動位置合わせシーケンスを強制的に停止するための操作ボタンである。停止ボタン４４は、何らかの異常動作が発生したときに荷電粒子ビーム装置４０の動作を強制的に停止する操作に用いる。
チェンバスコープ４７は赤外波長ＣＣＤカメラであり、荷電粒子ビーム照射中であっても、表示部２３の表示画面２３ａにＣＳ画像を表示することができる。
本実施形態の試料位置合わせ方法は、図１８に示すステップＳ１１〜Ｓ１５を、図１８に示すフローにしたがって行う。
【００８５】
まず、操作者によって、図１８に示すステップＳ１１が行われる。
ステップＳ１１は、自動位置合わせモードを選択するステップである。
操作者は、表示部２３にＣＳ画像が表示されていない場合には、表示部２３の表示画面２３ａにＣＳ画像を表示させる。
操作者は、入力部２２または表示部２３に表示された図示略の操作入力画面を通して、自動位置合わせモードを選択する。
自動位置合わせモードが押されたことが制御部４８に通知されると、制御部４８は、自動位置合わせモードを行う制御プログラムの実行を開始する。
【００８６】
ステップＳ１１の後、図１８に示すステップＳ１２が行われる。ステップＳ１２は、注目点を指定するステップである。
操作者は、入力部２２によってカーソル４５を移動し、表示画面２３ａにおいて、注目点にカーソル４５を合わせてクリックして、試料１４上の注目点Ｐを指定する。続いて、操作入力画面４１の位置指定ボタン４２を押すことで、制御部４８は、画面上の注目部の座標と試料ステージ１５の座標を記憶する。
【００８７】
「自動位置合わせモード」では、注目点Ｐを荷電粒子ビームの視野範囲内に移動させる動作が自動化されるため、注目点表示マークは表示されなくてもよいが、操作者が荷電粒子ビーム装置４０の動作を監視するためには表示される方が好ましい。
同様に、上記第１の実施形態で説明された補助マークも表示されなくてもよいが、操作者が荷電粒子ビーム装置４０の動作を監視するためには表示される方が好ましい。また、注目点の指定後は、移動完了までＣＳ画像を全く表示しなくてもよい。
補助マークが表示されない場合でも、上記第１の実施形態の制御部１８と同様に、制御部４８は、注目点Ｐ、移動下端点Ｚｍｉｎ、および基準点Ｚ０の表示画面２３ａ上の座標値と、試料ステージ１５の３軸移動の移動座標値とを記憶している。
注目点Ｐの座標値は、試料ステージ１５の移動とともに更新される。
【００８８】
操作者が注目点Ｐの指定を終了すると、ステップＳ１２が終了する。
ステップＳ１２の後、図１８に示すステップＳ１３を行う。ステップＳ１３は、自動位置合わせシーケンスの動作開始を指示するステップである。
ステップＳ１３は、操作者が図１９に示すシーケンス駆動開始ボタン４３を押すことによって行われる。
以上で、ステップＳ１３が終了する。
【００８９】
図１８に示すステップＳ１４は、試料ステージ１５を移動して、注目点ＰをＣＳ画像上の軸上目標点に移動してから、荷電粒子ビーム光学系の焦点深度内に移動するステップである。
本ステップは、シーケンス駆動開始ボタン４３が押されると制御部４８に予め記憶された自動位置合わせシーケンスを実行する制御プログラムによって自動的に実行される。万一、停止しなければならない事態に陥った場合は、操作者が停止ボタン４４（図１９参照）を押すと、シーケンスは強制的に停止される。
【００９０】
本ステップは、上記第１の実施形態におけるステップＳ３〜Ｓ６と略同様にして行われる。ただし、上記第１の実施形態において操作者の指示によって実行される動作は、制御部４８の制御信号に基づいて実行される。
この自動シーケンスでは、ＣＳ画像上で、移動目標位置であるＺ軸、移動下端点Ｚｍｉｎ、基準点Ｚ０の座標値（ピクセルのアドレス）が制御部４８に予め記憶されている。このため、制御部４８は、注目点Ｐの座標値が、試料ステージ１５の移動により移動目標位置の座標値と一致した時に試料ステージ１５を停止するか、次の移動目標位置に移動するように定めておく。このため、シーケンス動作は一連の動作として連続的に行われる。
移動目標位置に一致したかどうかの判定は、座標値の完全な一致による判定には限定されない。例えば、それぞれの移動目標位置ごとに設定された許容ずれ量の範囲で一致すればよい。
【００９１】
以下では、上記第１の実施形態のステップＳ３〜Ｓ６と異なる動作を中心に説明する。
制御部４８は、上記第１の実施形態におけるステップＳ３と同様の制御を行って、図８に示すように、注目点Ｐ０をＺ軸負方向に移動し、注目点Ｐ１のように軸上点探索面に移動する。
この後、図１０に示すように、制御部４８は、上記第１の実施形態のステップＳ４の操作者に代わって載置面１５ａをＸ軸方向またはＹ軸方向のみに移動して、注目点Ｐ１を注目点Ｐ２のようにＣＳ画像上のＺ軸に重なる位置に移動する。
制御部４８は、上記第１の実施形態におけるステップＳ４で説明したように、制御部４８に記憶される注目点Ｐ１の座標を通るＸ軸またはＹ軸に平行な直線とＺ軸のＣＳ画像上の交点を算出することができる。制御部４８は、この交点と注目点Ｐ１と距離を３次元空間のＸ軸方向またはＹ軸方向の移動ベクトルに換算して試料ステージ１５の移動方向および移動量を求めて、試料ステージ１５の移動制御を行ってもよい。
【００９２】
制御部４８による他の移動制御方法の例としては、予め終点位置を算出せず、移動方向を決めて試料ステージ１５の移動を開始し、注目点Ｐの座標値を目標位置（Ｚ軸）の座標値とを比較して、目標位置に達したことを検知したら試料ステージ１５の移動を停止する制御が挙げられる。
【００９３】
この後、図１３に示すように、制御部４８は、上記第１の実施形態のステップＳ５の操作者に代わって載置面１５ａをＸ軸方向およびＹ軸方向のみに移動して、注目点Ｐ２を注目点Ｐ３のようにＣＳ画像上の移動下端点Ｚｍｉｎに一致する位置に移動する。
制御部４８は、上記第１の実施形態におけるステップＳ５で説明したように、図１４（ａ）または図１４（ｂ）に示す移動を操作者に代わって行う。
【００９４】
この後、図１６に示すように、制御部４８は、上記第１の実施形態のステップＳ６の操作者に代わって載置面１５ａをＺ軸方向のみに移動して、注目点Ｐ３を注目点Ｐ４のように、予め決められた荷電粒子ビーム光学系の焦点深度内の目標位置まで移動する。例えば、予め決められた目標位置がＣＳ画像上の基準点Ｚ０になっていれば、基準点Ｚ０まで移動する。制御部４８は、注目点Ｐが焦点深度内の目標位置に達したことを検知すると、試料ステージ１５を停止する。
以上で、ステップＳ１４が終了する。
【００９５】
本実施形態では、各移動目標位置への位置合わせ判定は、注目点Ｐの座標値を用いて制御部４８が行う。このため、各移動目標位置への位置合わせ精度は、補助マークを用いた目視の位置合わせによる第１の実施形態の位置合わせ精度よりも高精度である。この結果、本ステップにおいて、Ｘ軸方向およびＹ軸方向の微調整を行わなくても、注目点Ｐを視野範囲に位置合わせすることができる。
【００９６】
ステップＳ１４の後、ステップＳ１５が行われる。ステップＳ１５は、表示部２３に荷電粒子ビーム画像を表示するステップである。
制御部４８は、荷電粒子ビーム鏡筒１１に制御信号を送出して、第１の荷電粒子ビームＢ１の照射を開始させる。このとき、制御部４８は、注目点Ｐの位置合わせの誤差があっても、注目点Ｐが確実に第１の荷電粒子ビームＢ１の照射による視野範囲に入るように、第１の荷電粒子ビームＢ１による観察倍率を最低に設定する。
【００９７】
制御部４８は、二次粒子画像形成部１９によって、第１の荷電粒子ビームＢ１の照射による画像形成を開始させる。二次粒子画像形成部１９から制御部１８に送出される荷電粒子ビーム画像は、制御部１８によって表示部２３に送出される。
本実施形態では、チェンバスコープ４７が赤外波長ＣＣＤカメラであるため、チェンバスコープ４７による画像取得動作は荷電粒子ビーム照射中であっても継続することができる。
表示部２３は、ＣＳ画像に代えて、荷電粒子ビーム画像を表示画面２３ａに表示する。ただし、表示部２３が複数の表示画面を有する場合には、制御部１８は表示部２３にＣＳ画像と荷電粒子ビーム画像との両方を表示させてもよい。
【００９８】
操作者は、表示部２３の荷電粒子ビーム画像を見て、注目点Ｐが視野にあることが確認できたら、ステップＳ１５および本実施形態の画像位置合わせ方法が終了する。なお、注目点Ｐを画像の中心に位置移動させた後に、本実施形態の画像位置合わせ方法を終了させてもよい。
注目点Ｐが、視野の中心部から外れていたり、注目点Ｐの画像がぼけたりしている場合には、操作者が、試料ステージ１５を駆動して微調整を行った後、ステップＳ１５を終了する。
例えば、制御部４８に、荷電粒子ビーム画像の画像認識機能を持たせることによって、荷電粒子ビーム画像における注目点Ｐの位置検出を行えるようにすれば、注目点Ｐの位置に微調整は、制御部４８の制御によって行ってもよい。この場合、本実施形態では、ＣＳ画像と、荷電粒子ビーム画像とを同時並行的に取得できるため、注目点ＰのＣＳ画像上の位置合わせから荷電粒子ビーム画像上の位置合わせの動作を連続的に行うことができる。これにより、正確な位置合わせを迅速に行うことができる。また、操作者の負担も少なくて済む。
【００９９】
以上説明したように、荷電粒子ビーム装置４０を用いて行う本実施形態の試料位置合わせ方法によれば、上記第１の実施形態と同様に、試料室内における試料の観察対象部位を、第１の荷電粒子ビームによる観察視野内に容易かつ迅速に位置合わせすることができる。
さらに本実施形態の荷電粒子ビーム装置４０によれば、試料ステージ１５を用いた注目点Ｐの移動を制御部４８の制御によって自動的に行うことができるため、より容易かつ迅速に位置合わせを行うことができる。
【０１００】
［第３の実施形態］
本発明の第３の実施形態の荷電粒子ビーム装置について説明する。
図２０は、本発明の第３の実施形態の荷電粒子ビーム装置の構成の一例を示す模式的なシステム構成図である。
【０１０１】
図２０に示す本実施形態の荷電粒子ビーム装置５０は、２方向から荷電粒子ビームを照射可能な装置の一例であり、具体的には、集束イオンビームと電子ビームとを試料面上のほぼ同じ箇所へ照射することが可能である。図２１は、本発明の第３の実施形態の荷電粒子ビーム装置における座標系を説明する模式図である。
荷電粒子ビーム装置５０は、上記第１の実施形態の荷電粒子ビーム装置１０の荷電粒子ビーム鏡筒１１、制御部１８に代えて、集束イオンビーム鏡筒５１Ａ（第１の荷電粒子ビーム鏡筒）、電子ビーム鏡筒５１Ｂ（第２の荷電粒子ビーム鏡筒）、制御部５８を備える。
以下、上記第１の実施形態と異なる点を中心に説明する。
【０１０２】
集束イオンビーム鏡筒５１Ａは、集束イオンビームＢｉ（図２１参照、第１の荷電粒子ビーム）を発生し、集束イオンビームＢｉを試料ステージ１５上の試料１４に向けて照射する。
集束イオンビーム鏡筒５１Ａは、集束イオンビームＢｉを形成するためのイオン源と、イオンを集束させるレンズ電極、およびイオンを偏向させる偏向電極などを含むイオンビーム光学系（荷電粒子ビーム光学系）と、を備えている。しかし、図２０では、これらの周知の内部構造の図示は省略されている。
図２１に示すように、集束イオンビーム鏡筒５１Ａにおけるイオンビーム光学系の光学軸Ｏｂｉは、上記第１の実施形態の荷電粒子ビーム鏡筒１１と同様に、試料室１３内のＸＹＺ座標系におけるＺ軸と同軸に配置されている。
集束イオンビーム鏡筒５１Ａとチェンバスコープ１７との位置関係は、上記第１の実施形態における荷電粒子ビーム鏡筒１１とチェンバスコープ１７との位置関係と同じである。
【０１０３】
電子ビーム鏡筒５１Ｂは、電子ビームＢｅ（図２１参照、第２の荷電粒子ビーム）を発生し、電子ビームＢｅを試料ステージ１５上の試料１４に向けて照射する。
電子ビーム鏡筒５１Ｂは、電子ビームＢｅを形成するための電子源と、電子を集束させるレンズ電極、および電子を偏向させる偏向電極などを含む電子ビーム光学系と、を備えている。しかし、図２０では、これらの周知の内部構造の図示は省略されている。
図２１に示すように、電子ビーム鏡筒５１Ｂにおける電子ビーム光学系の光学軸Ｏｂｅは、Ｙ−Ｚ平面内で、Ｚ軸からＹ軸に向かって角度ω傾斜している。このため、光学軸Ｏｂｅは、Ｘ軸と直交している。
【０１０４】
このように、イオンビーム光学系の焦点位置と、電子ビーム光学系の焦点位置とは、いずれも基準点Ｚ０に一致するように配置されている。このため、荷電粒子ビーム装置５０は、試料１４のほぼ同じ部位を、異なる２方向から観察および加工の少なくともいずれかが実施できる装置である。例えば、荷電粒子ビーム装置５０を用いれば、集束イオンビームＢｉを照射して試料１４の断面を露出する加工を行ない、その場でその断面形態や元素分布を電子ビームＢｅの照射によって知ることができる。
【０１０５】
制御部５８は、荷電粒子ビーム装置５０の各装置部分の動作を制御する。このため、制御部５８は、集束イオンビーム鏡筒５１Ａ、電子ビーム鏡筒５１Ｂ、試料ステージ１５、チェンバスコープ１７、チェンバスコープ画像形成部２１、二次粒子画像形成部１９、入力部２２、および表示部２３と通信可能に接続される。
制御部５８は、集束イオンビーム鏡筒５１Ａ、電子ビーム鏡筒５１Ｂの動作制御を行う以外の制御機能は、上記第１の実施形態の制御部１８と略同様である。
制御部５８によって行われる本実施形態の画像位置合わせ方法に関する制御は、荷電粒子ビーム装置５０の動作説明の中で説明する。
【０１０６】
次に、荷電粒子ビーム装置５０の動作について、本実施形態の試料位置合わせ方法に関する動作を中心として説明する。
図２２は、本発明の第３の実施形態の試料位置合わせ方法の動作フローを示すフローチャートである。
【０１０７】
荷電粒子ビーム装置５０では、試料１４に集束イオンビームＢｉと電子ビームＢｅとを照射するため、試料１４の観察対象部位はそれぞれの焦点位置が一致するコインシデントポイントに移動する必要がある。両ビームの視野外にある試料１４の観察対象部位をコインシデントポイントに迅速に位置移動することは容易ではなく、操作者の経験に頼るところが大きい。
本実施形態の試料位置合わせ方法は、図２２に示すステップＳ２１〜Ｓ２９を、図２２に示すフローにしたがって行う。
以下、上記第１の実施形態と異なる動作を中心として説明する。
【０１０８】
ステップＳ２１〜Ｓ２５は、上記第１の実施形態の荷電粒子ビーム鏡筒１１に代えて集束イオンビーム鏡筒５１Ａを用いる以外は、図５に示すステップＳ１〜Ｓ５と同様のステップである。
このため、ステップＳ２５の終了後、注目点Ｐは、移動下端点Ｚｍｉｎに一致する。
【０１０９】
ステップＳ２５の後、ステップＳ２６を行う。ステップＳ２６は、操作者が、第２の荷電粒子ビームである電子ビームＢｅの照射による視野に、注目点があるかどうかを判定するステップである。
本ステップを行うまでに、制御部５８は、電子ビーム鏡筒５１Ｂから、電子ビームＢｅを照射させ、二次粒子画像形成部１９から電子ビームＢｅによる画像（以下、電子ビーム画像と言う）を取得する制御を行う。制御部５８は、取得した電子ビーム画像を表示部２３に表示させる。
操作者は、表示部２３における電子ビーム画像を見て、ＣＳ画像上の注目点Ｐに対応する観察対象部位としての注目点が視野内にあるかどうか判定する。
注目点が視野内にない場合には、ステップＳ２９に移行する。
注目点が視野内にある場合には、ステップＳ２７に移行する。
【０１１０】
ステップＳ２９は、注目点Ｐを光学軸Ｏｂｉに沿って焦点深度内に向かって少し移動するステップである。具体的には、予め決められて制御部５８に記憶された移動量だけ、載置面１５ａをＺ方向正方向に移動する。
これは電子ビームＢｅの光学軸Ｏｂｅは、Ｚ軸に対して角度ω傾いているため、光学軸Ｏｂｉ（Ｚ軸）に沿う移動では、焦点深度内に近づかないと、視野に入りにくいからである。
制御部５８の制御によって、載置面１５ａが所定量だけ上昇したら、ステップＳ２６に移行する。
ステップＳ２９によって、載置面１５ａがＺ軸方向に移動しても、ステップＳ２５までに注目点Ｐは、光学軸Ｏｂｉ上に位置しているため、注目点Ｐが集束イオンビームＢｉによる視野から外れることはない。
【０１１１】
ステップＳ２６は、電子ビームＢｅの視野の中心部に、注目点を移動するステップである。
本ステップが実行される場合、注目点は、電子ビームＢｅによる視野に位置している。このため、操作者は、表示部２３における電子ビーム画像を見て、視野内における注目点の位置を修正できる。
操作者は、注目点が電子ビームＢｅの視野の中心部（Ｙ−Ｚ平面に相当）に移動するように、入力部２２から操作入力を行う。
このとき、操作者は、電子ビーム画像を確認して、注目点がＺ−Ｙ面から大きくズレているならば、試料ステージ１５をＸ軸方向のみを移動させてＺ−Ｙ面に一致させる。
注目点が電子ビームＢｅの視野の中止部に移動したら、ステップＳ２７を終了し、ステップＳ２８に移行する。
【０１１２】
ステップＳ２７を行うことによって、ＣＳ画像では把握しにくい、注目点Ｐに対応する観察対象部位のＸ軸方向におけるＺ軸からの隔たりを把握しやすくなる。このため、上記第１の実施形態のように、荷電粒子ビーム鏡筒が１本のみの装置に比べてより正確かつ迅速に、注目点Ｐを３次元空間上のＺ軸上に一致させることができる。
【０１１３】
ステップＳ２７の後、ステップＳ２８を行う。ステップＳ２８は、注目点を光学軸Ｏｂｉ（Ｚ軸）に沿って、イオンビーム光学系の焦点深度内にあるコインシデントポイントに移動するステップである。
操作者は、試料ステージ１５がコインシデントポイントに移動するように入力部２２に操作入力して注目点Ｐをコインシデントポイントに移動する。
以上で、ステップＳ２８が終了し、本実施形態の試料位置合わせ方法が終了する。
【０１１４】
以上説明したように、荷電粒子ビーム装置５０を用いて行う本実施形態の試料位置合わせ方法によれば、試料室内における試料の観察対象部位を、第１の荷電粒子ビームによる観察視野内に容易かつ迅速に位置合わせすることができる。
特に本実施形態では、Ｚ−ＣＳ面と交差する方向からの画像を電子ビームＢｅの照射によって取得するため、注目点Ｐの位置合わせをより高精度に行うことができる。
さらに、電子ビームＢｅによる画像取得を行う過程で、電子ビームＢｅの視野内における注目点Ｐの位置合わせも行われるため、コインシデントポイントに向けて確実に位置合わせすることができる。
【０１１５】
なお、上記第１の実施形態の説明では、補助マークが常に表示される場合の例で説明したが、補助マークは、位置合わせ作業の支援となる場面で、適宜表示されてもよい。
【０１１６】
以上、本発明の好ましい実施形態を説明したが、本発明はこれら実施形態及びその変形例に限定されることはない。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびその他の変更が可能である。
また、本発明は前述した説明によって限定されることはなく、添付の特許請求の範囲によってのみ限定される。
【符号の説明】
【０１１７】
１０、４０、５０  荷電粒子ビーム装置
１１  荷電粒子ビーム鏡筒
１３  試料室
１４  試料
１５  試料ステージ
１５ａ  載置面
１６  二次粒子検出器
１７、４７  チェンバスコープ
１８、５８  制御部（注目点指定制御部、試料ステージ移動制御部、補助マーク表示制御部）
２１  チェンバスコープ画像形成部
２２  入力部（ステージ操作部）
２３  表示部
２３ａ  表示画面
３０  光学軸表示マーク（補助マーク）
３１  基準点表示マーク（補助マーク）
３２  移動下端点表示マーク（補助マーク）
４８  制御部（注目点指定制御部、試料ステージ移動制御部、位置合わせ制御部）
５１Ａ  集束イオンビーム鏡筒（第１の荷電粒子ビーム鏡筒）
５１Ｂ  電子ビーム鏡筒（第２の荷電粒子ビーム鏡筒）
Ｂ１  第１の荷電粒子ビーム
Ｂｅ  電子ビーム（第２の荷電粒子ビーム）
Ｂｉ  集束イオンビーム（第１の荷電粒子ビーム）
Ｏｂ、Ｏｂｉ  光学軸（第１の光学軸）
Ｏｂｅ  光学軸（第２の光学軸）
Ｐ、Ｐ０、Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３  注目点
Ｓ  撮像方向
Ｚ０  基準点
Ｚｍｉｎ  移動下端点（軸上目標点）
【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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