(57)【要約】【課題】試料ステージと観察用試料ホルダーが干渉することのない、コンパクトな試料作製装置を提供する。【解決手段】元試料７が固定される試料ステージ６と、元試料７の特定箇所に垂直方向から収束イオンビームを照射する集束イオンビーム照射系２と、試料ステージ６の斜め上方に位置し、所定の観察用試料ホルダーが上記垂直方向に対して斜め方向に挿入されるとともに、該挿入された観察用試料ホルダーを上記斜め方向に移動可能に支持するサイドエントリーステージ３とを有する。サイドエントリーステージ３に支持された観察用試料ホルダーの先端部に元試料７の特定箇所から取り出された試料片が固定される。【選択図】　　図１
2004093353.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
元試料が固定される試料ステージと、
前記試料ステージに固定された前記元試料の特定箇所に垂直方向から収束イオンビームを照射する集束イオンビーム照射系と、
前記試料ステージの斜め上方に位置し、所定の観察用試料ホルダーが前記垂直方向に対して斜め方向に挿入されるとともに、該挿入された観察用試料ホルダーを前記斜め方向に移動可能に支持するサイドエントリーステージとを有し、
前記サイドエントリーステージに支持された前記所定の観察用試料ホルダーの先端部に前記元試料の特定箇所から取り出された試料片が固定されることを特徴とする試料作製装置。
【請求項２】
前記サイドエントリーステージは、前記所定の観察用試料ホルダーを、その先端部が前記試料ステージ上から前記元試料を取り除くことでできる空間に位置するように保持し、
前記試料片を前記元試料の特定箇所から取り出して前記サイドエントリーステージに保持された前記所定の観察用試料ホルダーの先端部に取り付けるマニピュレータをさらに有することを特徴とする請求項１に記載の試料作製装置。
【請求項３】
前記所定の観察用試料ホルダーの先端部に取り付けられた前記試料片が、前記空間において前記集束イオンビーム照射系からのイオンビームで照射されることを特徴とする請求項２に記載の試料作製装置。
【請求項４】
前記所定の観察用試料ホルダーは、先端に針を備えており、
前記サイドエントリーステージは、前記所定の観察用試料ホルダーを３次元的に移動して前記針の先端を前記元試料の特定箇所に当接または近接させることを特徴とする請求項１に記載の試料作製装置。
【請求項５】
前記所定の観察用試料ホルダーの針の先端に取り付けられた前記試料片が、前記集束イオンビーム照射系からのイオンビームで照射されることを特徴とする請求項４に記載の試料作製装置。
【請求項６】
前記集束イオンビーム照射系は、第１および第２の照射系を備えた鏡筒よりなり、該鏡筒が前記試料ステージを収容した試料室に取り付けられており、
前記試料室の外側で前記鏡筒に取り付けられた、前記所定の観察用試料ホルダーが挿入される鏡筒内エントリーステージをさらに有し、
前記第１の照射系は、前記試料ステージに固定された前記元試料の特定箇所にイオンビームを照射し、
前記第２の照射系は、前記鏡筒内エントリーステージから挿入された前記所定の観察用試料ホルダーの先端に固定された前記試料片にイオンビームを照射することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の試料作製装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、集束イオンビーム（Ｆｏｃｕｓｅｄ　Ｉｏｎ　Ｂｅａｍ：以下、単に「ＦＩＢ」と記す。）を用いた微細加工を利用して、例えばウェーハから透過型電子顕微鏡（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：以下、単に「ＴＥＭ」と記す。）や走査型電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｅｌｅｃｔｒｏｎ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：以下、単に「ＳＥＭ」と記す。）などで断面観察するための試料片を作製する試料作製装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
元試料であるウェーハからＴＥＭ試料やＳＥＭ試料などの試料片を作製する装置としてＦＩＢ装置が知られている。図１０に、従来のＦＩＢ装置の概略構成を示す。このＦＩＢ装置の主要部は、イオン源１００、イオン光学系１０１、二次荷電粒子検出器１０２、ガス銃１０３、試料ホルダー１０４、試料ステージ１０５からなる。
【０００３】
イオン源１００は、例えばガリウム（Ｇａ）に代表される液体金属イオン源である。イオン光学系１０１は、イオン源１００からのイオンビームを集束するとともに試料１０６上で走査させるためのもので、コンデンサレンズ（静電レンズ）、ビームブランカ、可動絞り、８極スティグメータ、対物レンズ（静電レンズ）および走査電極などから構成されている。二次荷電粒子検出器１０２は、イオンビーム１００ａを試料１０６上で走査した際に発生する二次荷電粒子を検出するもので、この検出結果に基づいて画像処理を行うことにより走査イオン顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｉｏｎ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：以下、単に「ＳＩＭ」と記す。）機能を提供する。
【０００４】
試料ステージ１０５は、５軸制御が可能なステージである。５軸制御では、ＸＹＺ方向への３次元的な移動、ＸＹ平面に垂直な軸周りの回転、チルトの制御が行われる。試料ホルダー１０４は、試料１０６を固定するためのもので、ベースと呼ばれる移動台（不図示）の上に載置されて試料ステージ１０５上へ搬入される。ガス銃１０３は、試料１０６の表面に、保護膜としてのデポジション膜を形成するためのガスを吹き付けるものである。
【０００５】
上記のＦＩＢ装置を用いた試料作製手法には、基本的に次の２つの手法がある。一つは、ウェーハの一部をダイシングソーにより切り出して予備加工を施した小片試料を保持部材に固定し、これを試料１０６として試料ホルダー１０４に固定してイオンビーム１００ａで加工する方法である。もう一つは、ウェーハ自体を試料１０６として試料ホルダー１０４に固定し、試料ホルダー１０４の特定部位をイオンビーム１００ａで直接加工して試料片を取り出す、いわゆるピックアップ法（あるいはリフトアウト法）とよばれる手法である。後者の手法は、元試料であるウェーハを割らずに試料片（ＴＥＭ試料およびＳＥＭ試料）を作製することができるため、ウェーハを割って小片化する前者の手法に比べて、コスト面で有利な上、試料作製時間も短い、というメリットがある。
【０００６】
図１１に、図１０に示したＦＩＢ装置を用いた、ピックアップ法によるＴＥＭ試料の一連の作製手順を模式的に示す。以下、図１０および図１１を参照して、ＴＥＭ試料の作製手順を説明する。
【０００７】
まず、試料ステージ１０５上に試料１０６であるウェーハを固定し、予め与えられている特定部位の位置情報に基づいて、イオンビーム１００ａがその特定部位の近傍に照射されるように大よその位置合わせを行う。続いて、イオンビーム１００ａで欠損部位の近傍を走査し、この走査により得られるＳＩＭ像を見ながら欠損部位の位置を特定する（位置出し）。位置出し後、ガス銃１０３によりウェーハの表面にデポジション用のガスを吹き付けるとともに、イオンビーム１００ａでウェーハの表面の、特定部位を含む所定の範囲を走査することでデポジション膜（保護膜）を形成する。このデポジション膜の形成は、一般にはイオンアシストデポジション（あるいはイオンビームＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ　Ｖａｐｏｒ　Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ））と呼ばれており、イオンビーム１００ａで照射した部分に選択的にデポジション膜を形成することができる。
【０００８】
続いて、図１１（ａ）に示すように、ウェーハの表面の特定部位近傍をイオンビーム１００ａで照射して大まかに加工し、さらに、その加工部分にイオンビーム１００ａを照射して仕上げ加工を行う。この加工では、イオンビーム１００ａは、ウェーハの表面に対して法線方向から照射されるので、イオンビーム１００ａが照射された領域は表面が除々に削れ、図１１（ｂ）に示すような断面１０７ａを得る。断面１０７ａ部を上部から見た厚さをどの程度まで薄くするかは試料の材質と使用するＴＥＭの加速電圧によって異なる。例えば、Ｓｉ系半導体試料を加速電圧２００ｋＶのＴＥＭで格子像の観察をする場合は０．１μｍ以下とする必要がある。また、ＴＥＭによるトモグラフィーで３Ｄ解析等を行う場合は、試料の厚みは０．５μｍ程度に仕上げる。
【０００９】
断面１０７ａ形成後、試料ステージ１０５のチルト角を制御することによりイオンビーム１００ａのウェーハへの入射角度を調節し、イオンビーム１００ａによる加工により、断面１０７ａが形成された部分の周りに図１１（ｂ）に示すような切り込み１０７ｂ（図１１（ｂ）中の破線で示している部分）を形成する。このとき上面側の一部は切り込みを入れずに残しておく。この切り込み１０７ｂに沿って取り出される部分がＴＥＭ試料１０７である。
【００１０】
ＴＥＭ試料１０７の取り出しには、不図示のマニピュレータを使用する。ＴＥＭ試料１０７の片側の断面１０７ａに、ガラス材よりなるプローブ１０８の先端を近づける。プローブ１０８の先端が断面１０７ａにある程度近づくと、図１１（ｃ）に示すように、静電気によって、ＴＥＭ試料１０７がプローブ１０８の先端に吸着する。そして、先端にＴＥＭ試料１０７が吸着した状態のままプローブ１０８を、別に用意された固定台（不図示）上に移動し、先端に吸着したＴＥＭ試料１０７を固定台の所定部に固定する。このときの固定台へのＴＥＭ試料１０７の固定には、デポジション処理や静電気を利用することができる。また、場合によっては、固定台に固定されたＴＥＭ試料１０７に対してイオンビーム１００ａで仕上げ加工を施すこともある。
【００１１】
ＴＥＭ観察を行う場合は、上述のようにしてＴＥＭ試料１０７が固定された固定台をＦＩＢ装置から取り出し、別に用意されたＴＥＭ試料ホルダーに取り付ける。そして、このＴＥＭ試料ホルダーをＦＩＢ装置とは別のＴＥＭ装置のエントリーステージに挿入し、そこで、ＴＥＭ試料１０７の断面１０７ａの観察を行う。
【００１２】
以上説明したＦＩＢ装置を用いたＴＥＭ試料の作製では、ＦＩＢ装置外で、ＴＥＭ試料１０７が固定された固定台をＴＥＭ試料ホルダーへ取り付けたり、また、ＴＥＭ観察後、ＴＥＭ試料を再加工する場合は、ＴＥＭ試料が固定された固定台をＴＥＭ試料ホルダーから取り外し、再度、試料ホルダーに固定してＦＩＢ装置内の試料ステージ上に搬入したりする必要がある。これは非常に作業性が悪い。
【００１３】
そこで、最近では、ＴＥＭ試料などの試料片の作製およびその作製した試料片の観察用試料ホルダー（ＴＥＭ試料ホルダーなど）への固定をＦＩＢ装置内で一連の作業としてできるようにしたものが提案されている。その一例として、特開２０００−１５５０８１号公報に記載されたような試料作製装置がある。図１２に、その試料作製装置の概略構成を示す。
【００１４】
図１２に示す試料作製装置は、真空ポンプ２００により内部の排気が行われる試料処理室２０１に、ＦＩＢ照射光学系２０２、二次電子検出器２０３、デポジション用ガス源２０４、試料移動機構２０６、試料片プローブ移動機構２０９および観察用試料ホルダー移動機構２１１を設けたものである。
【００１５】
試料移動機構２０６は、元試料５が載置されるものであって、ＦＩＢ照射光学系２０２から照射されるＦＩＢの元試料５に対する相対変位を与える。試料片プローブ移動機構２０９は試料片プローブホルダー２０８が取り付けられるものであって、取り付けられた試料片プローブホルダー２０８を３次元的に移動することが可能である。観察用試料ホルダー移動機構２１１は、観察用試料ホルダー２１０が取り付けられるものであって、取り付けられた観察用試料ホルダー２１０を３次元的に移動することが可能である。これらの移動機構により、試料片プローブ２０８と観察用試料ホルダー２１０との間で試料片プローブ２０７の受け渡しが可能になっている。
【００１６】
上記の試料作製装置では、元試料５であるウェーハの特定部位をＦＩＢ照射光学系２０２からのＦＩＢで加工して片持ち状の試料片を形成し、この片持ち状の試料片の一部に、試料片プローブホルダー２０８に保持された試料片プローブ２０７の所定の部位を接触させて、デポジション処理により固定する。さらに、片持ち状の部分をＦＩＢ照射光学系２０２からのＦＩＢによる加工で切り取り、試料片を元試料５から分離する。そして、分離した試料片が固定された試料片プローブ２０７を、試料片プローブホルダー２０８から観察用試料ホルダー２１０へ受け渡す。
【００１７】
上記の他、特開２００２−６２２２６号公報に記載されているような、ＴＥＭ試料ホルダーを取り付け可能なサイドエントリーステージを備えるＦＩＢ試料作製装置もある。図１３に、そのＦＩＢ試料作製装置の概略構成を示す。
【００１８】
図１３に示すＦＩＢ試料作製装置は、不図示の排気ポンプにより排気が行われるＦＩＢ試料室３０２にイオンビーム照射系３０１、マニピュレータ３０５、サイドエントリーステージであるＴＥＭ試料ステージ３０６、およびウェーハ３０３が固定されるウェーハ用試料ステージ３０４を設けたものである。
【００１９】
ＦＩＢ試料室３０２の中央近傍がＦＩＢ加工処理位置になっており、イオンビーム照射系３０１は、その光軸（鏡筒の中心軸）がＦＩＢ試料室３０２の中央近傍を通るように配置されている。ＴＥＭ試料ステージ３０６は、水平方向（矢印Ｂの方向）に移動が可能であるとともに、本ＦＩＢ試料作製装置と別に用意されたＴＥＭ装置との間で共用に使用されるＴＥＭ試料ホルダーを挿入することができる。ウェーハ用試料ステージ３０４は、垂直方向、すなわちイオンビーム照射系３０１の光軸（鏡筒の中心軸）に沿った矢印Ａの方向（Ｚ方向）に上下移動する移動機構を備えている。
【００２０】
上記のＦＩＢ試料作製装置では、まず、ＴＥＭ試料ステージ３０６をＦＩＢ加工処理位置から十分に離れた位置まで後退させた後、ウェーハ３０３が載置されたウェーハ用試料ステージ３０４をＦＩＢ加工処理位置まで移動する。そして、ウェーハ３０３の特定部位をイオンビーム照射系３０１からのイオンビームで加工し、この加工部の一部をＴＥＭ試料片としてマニピュレータ３０５で取り出して保持する。
【００２１】
続いて、図１４に示すように、ウェーハ用試料ステージ３０４をＦＩＢ加工処理位置から十分に離れた位置まで後退させた後、ＴＥＭ試料ホルダー３１１を取り付けたＴＥＭ試料ステージ３０６をＦＩＢ加工処理位置まで移動し、マニピュレータ３０５を用いて、先に保持したＴＥＭ試料片をＴＥＭ試料ホルダー３１１の所定部に固定する。そして、ＴＥＭ試料ホルダー３１１に固定したＴＥＭ試料片にイオンビーム照射系３０１からのイオンビームを照射して仕上げ加工を行う。
【００２２】
上述したＦＩＢ試料作製装置によれば、ウェーハからＴＥＭ試料片を作製する工程と、作製した試料片をＴＥＭ試料ホルダーに固定する工程をＦＩＢ試料室内で行うことができる。さらに、ＴＥＭ観察後にＴＥＭ試料片を再加工する際には、ＴＥＭ試料ホルダーを再度、ＦＩＢ試料作製装置のＴＥＭ試料ステージに取り付けるだけでよい。
【００２３】
【発明が解決しようとする課題】
上述したように、図１０に示したＦＩＢ装置を用いた試料作製では、作業性が悪い、という問題がある。
【００２４】
特開２０００−１５５０８１号公報に記載された試料作製装置においては、試料片の作製およびその作製した試料片の観察用試料ホルダーへの固定をＦＩＢ装置内で一連の作業としてできるので、上記の作業性に関する問題を解消することができる。しかし、この場合は、以下のような問題がある。
【００２５】
ＦＩＢ装置では、その構成上、試料処理室２０３はあまり大きなものとすることはできないため、ＦＩＢ照射光学系２０２、ガス源２０４、検出器２０３、試料移動機構２０６、観察用試料ホルダー２１０および試料片プローブホルダー２０８は、試料処理室２０３の限られたスペースに近接して配置される。図１２に示した構成では、観察用試料ホルダー２１０および試料片プローブホルダー２０８は、互いの先端がＦＩＢ加工位置で交わるように水平方向に配置されており、このような配置では、各ホルダーとＦＩＢ加工位置の下方に配置された試料移動機構２０６とが干渉する場合がある。
【００２６】
試料移動機構２０６をＦＩＢ加工位置から十分に後退させることでホルダーとの干渉を避けることは可能であるが、限られたスペースに、後退させるための空間を確保することは非常に困難であり、現実的ではない。また、仮にそのような空間を確保できたとしても、その分、試料処理室２０３が大型化し、装置が大掛かりなものとなる。試料処理室２０３が大きくなると、試料室内を十分に排気することができなくなる。さらに、試料移動機構２０６のストロークが長くなることから、振動によるＦＩＢ加工精度の低下が懸念される。
【００２７】
特開２００２−６２２２６号公報に記載されたＦＩＢ試料作製装置においても、上述した作業性を解消することができるものの、以下のような問題がある。
【００２８】
図１３に示したように、ウェーハ用試料ステージ１０４とＴＥＭ試料ステージ１０６は、互いが干渉しないように、それぞれ垂直方向、水平方向へ移動するようになっている。このような移動スペースを試料室の限られたスペースに確保することは困難であり、実現性に欠ける。また、移動スペースを設ける分だけ装置（試料室）が大型化し、大掛かりなものとなる。さらに、試料室が大きくなると、試料室内を十分に排気することができなくなる。
【００２９】
また、ウェーハ用試料ステージ１０４をＴＥＭ試料ステージ１０６と干渉しない位置まで移動するためには、ある程度のストローク長が必要とされる。ウェーハ用試料ステージ１０４のストロークが長くなると、ＦＩＢ加工時にウェーハ用試料ステージ１０４が振動し、ＦＩＢ加工精度が低下する。
【００３０】
本発明の目的は、上記各問題を解決し、試料ステージと観察用試料ホルダー（サイドエントリーステージ）が干渉することのない、コンパクトな試料作製装置を提供することにある。
【００３１】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の試料作製装置は、元試料が固定される試料ステージと、前記試料ステージに固定された前記元試料の特定箇所に垂直方向から収束イオンビームを照射する集束イオンビーム照射系と、前記試料ステージの斜め上方に位置し、所定の観察用試料ホルダーが前記垂直方向に対して斜め方向に挿入されるとともに、該挿入された観察用試料ホルダーを前記斜め方向に移動可能に支持するサイドエントリーステージとを有し、前記サイドエントリーステージに支持された前記所定の観察用試料ホルダーの先端部に前記元試料の特定箇所から取り出された試料片が固定されることを特徴とする。この構成によれば、観察用試料ホルダーは、試料ステージの上方から斜めに挿入するように構成されているため、観察用試料ホルダーが水平方向に挿入される従来のものに比べて、観察用試料ホルダーと試料ステージとの干渉は生じ難い。
【００３２】
上記の場合、前記サイドエントリーステージは、前記所定の観察用試料ホルダーを、その先端部が前記試料ステージ上から前記元試料を取り除くことでできる空間に位置するように保持し、前記試料片を前記元試料の特定箇所から取り出して前記サイドエントリーステージに保持された前記所定の観察用試料ホルダーの先端部に取り付けるマニピュレータをさらに有してもよい。この構成によれば、元試料が固定された観察用試料ホルダーを試料ステージ上から取り去ることでできる空間を利用して、試料片を観察用試料ホルダーに固定するようになっているので、干渉防止のために試料ステージをＦＩＢ加工処理位置から後退させなくてもよい。このように、本構成によれば、従来必要とされていた干渉防止のための試料ステージの移動スペース（後退用スペース）は必要とされないので、その分、装置はコンパクトなものとなる。
【００３３】
さらに、前記所定の観察用試料ホルダーは、先端に針を備えており、前記サイドエントリーステージは、前記所定の観察用試料ホルダーを３次元的に移動して前記針の先端を前記元試料の特定箇所に当接または近接させるように構成されてもよい。この構成においても、従来のような干渉防止のための試料ステージの移動スペースは必要ないので、その分、装置をコンパクトなものとすることができる。加えて、マニピュレータが必要とされないので、その分、コンパクト化、低コスト化の面で有利なものとなる。
【００３４】
上述した発明において、前記集束イオンビーム照射系は、第１および第２の照射系を備えた鏡筒よりなり、該鏡筒が前記試料ステージを収容した試料室に取り付けられており、前記試料室の外側で前記鏡筒に取り付けられた、前記所定の観察用試料ホルダーが挿入される鏡筒内エントリーステージをさらに有し、前記第１の照射系は、前記試料ステージに固定された前記元試料の特定箇所にイオンビームを照射し、前記第２の照射系は、前記鏡筒内エントリーステージから挿入された前記所定の観察用試料ホルダーの先端に固定された前記試料片にイオンビームを照射するように構成してもよい。この場合は、鏡筒内エントリーステージを用いることで、試料片の加工精度が向上する。
【００３５】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【００３６】
（実施形態１）
図１は、本発明の試料作製装置の第１の実施形態であるＦＩＢ装置の概略構成図である。このＦＩＢ装置は、ピックアップ法を利用して元試料であるウェーハからＴＥＭ試料やＳＥＭ試料などの試料片を作製するものであって、不図示の真空排気ポンプにより内部の排気が行われる試料室１を備え、この試料室１にＦＩＢ照射光学系２、サイドエントリーステージ３、マニピュレータ４および試料ステージ６が設けられている。この他、試料室１には、図１には示されていないが、ガス銃や二次荷電粒子検出器などのＦＩＢ加工に必要な構成も設けられている。
【００３７】
ウェーハである元試料７を固定する試料ホルダー５および試料ステージ６は、図１０に示したものと同様のものである。ＦＩＢ照射光学系２は試料ステージ６の上方に位置しており、十分に集束したイオンビームで元試料７の特定箇所を走査することができる。ＦＩＢ照射光学系２としては、例えばガリウム（Ｇａ）代表される液体金属イオン源を備えるものがある。ＦＩＢ照射光学系２からのイオンビームにより加工処理やデポジション処理が行われる。
【００３８】
マニピュレータ４は、プローブ４ａと、このプローブ４ａを３次元的に移動する移動機構４ｂからなる。移動機構４ｂには、ピックアップ法による試料片の取り出しおよび固定ができるような微動機構も含まれている。サイドエントリーステージ３は、ＴＥＭ装置やＳＥＭ装置に用いられる観察用試料ホルダー（不図示）がＦＩＢ照射光学系２の光軸（垂直方向）に対して斜め方向から挿入されるとともに、その挿入された観察用試料ホルダーを３次元的に移動することができる。また、サイドエントリーステージ３は、周知のエアロック機構を備えた予備室を有し、試料室１内の真空状態を維持したまま、この予備室から観察用試料ホルダーの搬入出を行うことが可能である。
【００３９】
図２に、観察用試料ホルダーとしてＴＥＭ試料ホルダーをサイドエントリーステージ３に取り付けた状態を示す。図２において、ＴＥＭ試料ホルダー３ａは、本ＦＩＢ装置とＴＥＭ装置との間で共用される棒状のホルダーであって、先端部３ｂにＴＥＭ試料が固定されるようになっている。サイドエントリーステージ３は、ＴＥＭ試料ホルダー３ａを挿入方向（図２中矢印Ａ）に移動（ストローク）させることができ、最大ストローク時に、先端部３ｂがＦＩＢ加工処理位置にくるようになっている。
【００４０】
図３（ａ）に、ＴＥＭ試料ホルダー３ａの先端部３ｂの構造を示し、図３（ｂ）に、その先端部３ｂに設けられる、ＴＥＭ試料を保持するための保持部の構造を示す。ＴＥＭ試料ホルダー３ａは、図３中矢印ａ１、ａ２の方向に回動可能にサイドエントリーステージ３に支持される。先端部３ｂは、ＴＥＭ試料ホルダー３ａの長手方向に垂直な方向から見て凹状に切り欠かれており、この切り欠かれた部分に、ＴＥＭ試料を固定するための保持部３１が着脱自在に設けられている。
【００４１】
保持部３１は、回動軸３２を中心に回動する半円状のものであって、ＴＥＭ試料が固定される載置凹部３４を備え、円弧部が摺動板３３に当接するように設けられている。摺動板３３は、ＴＥＭ試料ホルダー３ａの長手方向に沿って図３中矢印ｃ１、ｃ２の方向に摺動可能に設けられており、摺動板３３を矢印ｃ１、ｃ２の方向に摺動させることで、保持部３１を図３中矢印ｂ１、ｂ２の方向に回動することができる。
【００４２】
次に、本実施形態のＦＩＢ装置を用いた試料片の作製手順について具体的に説明する。ここでは、ＴＥＭ試料の作製手順を例に挙げて具体的に説明する。
【００４３】
まず、前述の図１１の（ａ）および（ｂ）に示した手順に従って、元試料７であるウェーハの特定箇所にＦＩＢ照射光学系２からのイオンビームを垂直方向から照射して加工し、図４（ａ）に示すような、断面１７ａおよび切り込み１７ｂが形成されたＴＥＭ試料１７を形成する。そして、図４（ｂ）に示すように、マニピュレータ４を用いて、プローブ４ａの先端をＴＥＭ試料１７の断面１７ａへ当接または近接し、ＴＥＭ試料１７をプローブ４ａの先端に静電気により固定して元試料７から分離する。
【００４４】
続いて、ＴＥＭ試料１７が先端に固定されたプローブ４ａをＦＩＢ加工処理位置から後退させて、元試料７が固定された試料ホルダー５を試料ステージ６上から取り去った後、図２に示したように、ＴＥＭ試料ホルダー３ａをサイドエントリーステージ３に取り付ける。そして、サイドエントリーステージ３において、ＴＥＭ試料ホルダー３ａの先端部３ｂがＦＩＢ加工処理位置にくるようにストロークさせるとともに、マニピュレータ３を用いて、図５（ａ）に示すように、プローブ４ａの先端に固定されたＴＥＭ試料１７の底部を保持部３１の載置凹部３４に当接する。この当接に際しては、保持部３１の載置凹部３４の面が水平方向と平行なるように予め摺動板３３により調節しておく。
【００４５】
上記のように当接した状態で、ＴＥＭ試料１７の底部と載置凹部３４との当接部分にデポジション用のガスを噴きつけ、さらにその部分をＦＩＢ照射光学系２からのＦＩＢで照射することで、図５（ｂ）に示すように、選択的にデポジション膜３５を形成する。このデポジション膜３５によってＴＥＭ試料１７が載置凹部３４に固定され、ＴＥＭ試料１７をプローブ４ａから分離することができる。載置凹部３４へのＴＥＭ試料１７の固定に静電気を利用してもよい。
【００４６】
最後に、プローブ４ａから分離され、載置凹部３４に固定されたＴＥＭ試料１７の両断面１７ａに対してＦＩＢ照射光学系２からのＦＩＢによる最終仕上げ加工を施して観察用断面を得る。
【００４７】
ＴＥＭ観察を行う際は、ＴＥＭ試料ホルダー３ａをサイドエントリーステージ３から取り外してＴＥＭ装置のエントリーステージに取り付ける。そして、ＴＥＭ装置内でＴＥＭ試料１７の観察用断面を電子ビームで走査することでＴＥＭ像を得る。
【００４８】
ＴＥＭ観察後、ＴＥＭ試料１７を再加工する場合は、ＴＥＭ試料ホルダー３ａを再びサイドエントリーステージ３に取り付ければよい。
【００４９】
以上説明した本実施形態の試料作製装置によれば、サイドエントリーステージ３は、観察用試料ホルダーであるＴＥＭ試料ホルダー３ａを水平方向ではなく、試料ステージ６の斜め上方から挿入するように構成されているため、観察用試料ホルダーを水平方向に挿入する従来のタイプと比べて、ＴＥＭ試料ホルダー３ａが試料ステージ６と干渉し難い構造になっている。また、試料ステージ６を試料ホルダー５が設けられた位置とは反対の方向にチルトさせることで、試料ステージ６と試料ホルダー５の干渉をより確実に防止することができる。
【００５０】
また、元試料７が固定された試料ホルダー５（図２の破線で示した部分）を試料ステージ６上から取り去ることでできる空間を利用して、ＴＥＭ試料１７をＴＥＭ試料ホルダー３ａの先端部３ｂに固定するようになっているので、試料ステージ６をＦＩＢ加工処理位置から後退させなくてもよい。このように、本実施形態によれば、従来必要とされていた干渉防止のための試料ステージ６の移動スペース、すなわち試料ステージ６をＦＩＢ加工処理位置から後退させるためのスペースは必要とされないので、その分、装置をコンパクトなものとすることができる。
【００５１】
さらに、本実施形態では、保持部３１は、ＴＥＭ試料ホルダー３ａに着脱自在に設けられているので、ＴＥＭ観察後は、保持部３１を新しいものに交換することでＴＥＭ試料ホルダー３ａを再利用することができる。
【００５２】
なお、本実施形態のものでは、ＴＥＭ試料１７はＴＥＭ試料ホルダー３ａの先端部３ｂに設けられた保持部３１に固定されるようになっているが、これに限定されるものではなく、その構造は適宜変更可能である。例えば、図６に示すような、先端部３ｂ’に水平方向に平行な固定面３１’を備えたＴＥＭ試料ホルダーを用い、ＴＥＭ試料１７を固定面３１’に直接固定するようにしてもよい。
【００５３】
以上は、ＴＥＭ試料の作製を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、ＳＥＭ試料の作製においても同様な構造を適用することができる。ＳＥＭ試料を作製する場合は、ＴＥＭ試料ホルダーに代えてＳＥＭ装置と本ＦＩＢ装置との間で共用されるＳＥＭ試料ホルダーが用いられる。ＳＥＭ試料ホルダーは、元試料７から取り出されるＳＥＭ試料を固定するように構成されている以外は、基本的にはＴＥＭ試料ホルダーと同様な構造である。ＳＥＭ試料は、ＴＥＭ試料１７の片面を観察用断面とするものである。
【００５４】
（実施形態２）
上述した第１の実施形態では、マニピュレータを用いて元試料であるウェーハから試料片（ＴＥＭ試料やＳＥＭ試料）を取り出すようになっているが、マニピュレータを用いずに、観察用試料ホルダー自体で試料片を取り出すことも可能である。ここでは、観察用試料ホルダー自体による試料片の取り出しが可能な形態について説明する。
【００５５】
図７は、本発明の試料作製装置の第２の実施形態であるＦＩＢ装置の概略構成図である。このＦＩＢ装置は、図１に示した構成において、マニピュレータをなくし、サイドエントリーステージ３に、先端部に針４１が着脱自在に設けられたＴＥＭ試料ホルダー４０が取り付けられるように構成したものである。図７中、図１に示したものと同じものには同じ符号を付している。
【００５６】
針４１は、先端が細くなっており、先端とは反対の端部がＴＥＭ試料ホルダー４０に固定されている。ＴＥＭ試料ホルダー４０は、本ＦＩＢ装置とＴＥＭ装置との間で共用することができる。サイドエントリーステージ３は、ＴＥＭ試料ホルダー４０を３次元的に移動することができる機構を備えている。この移動機構には、針４１の先端を元試料７の特定箇所に当接または近接することが可能な微動機構も含まれる。
【００５７】
次に、本ＦＩＢ装置を用いたＴＥＭ試料の作製手順について説明する。
【００５８】
まず、第１の実施形態の場合と同様にして、図４（ａ）に示したＴＥＭ試料１７を形成した後、ＴＥＭ試料ホルダー４０をサイドエントリーステージ３に取り付ける。続いて、サイドエントリーステージ３にて、ＴＥＭ試料ホルダー４０を３次元的に移動制御することで、図８（ａ）に示すように、針４１の先端をＴＥＭ試料１７の断面に当接する。針４１の先端の当接位置は、後述する最終仕上げ加工を妨げないような位置、例えば、ＴＥＭ試料ホルダー４０の断面の角部とする。
【００５９】
上記のようにして当接した状態で、当接部分にデポジション用のガスを噴きつけ、さらにその部分をＦＩＢ照射光学系２からのＦＩＢで照射することで、図８（ｂ）に示すように、選択的にデポジション膜４５を形成する。このデポジション膜４５によってＴＥＭ試料１７が針４１の先端に固定され、ＴＥＭ試料１７を試料であるウェーハから分離することができる。針４１の先端へのＴＥＭ試料１７の固定に、静電気を利用してもよい。最後に、針４１に固定されたＴＥＭ試料１７の両断面に、ＦＩＢ照射光学系２からのＦＩＢによる最終仕上げ加工を施して観察用断面を得る。
【００６０】
ＴＥＭ観察を行う際は、ＴＥＭ試料ホルダー４０をサイドエントリーステージ３から取り外してＴＥＭ装置のエントリーステージに取り付ける。そして、ＴＥＭ装置内でＴＥＭ試料１７の観察用断面を電子ビームで走査することでＴＥＭ像を得る。
【００６１】
ＴＥＭ観察後、ＴＥＭ試料１７を再加工する場合は、ＴＥＭ試料ホルダー４０を再びサイドエントリーステージ３に取り付ければよい。
【００６２】
本実施形態のＦＩＢ装置においても、上述した第１の実施形態の場合と同様、観察用試料ホルダーであるＴＥＭ試料ホルダー４０は試料ステージ６の上方から斜めに挿入されるようになっているので、観察用試料ホルダーを水平方向に挿入する従来のタイプと比べて、ＴＥＭ試料ホルダー４０と試料ステージ６が干渉し難い構造になっている。
【００６３】
また、従来のような干渉防止のための試料ステージの移動スペースは必要ないので、その分、装置をコンパクトなものとすることができる。
【００６４】
さらに、本実施形態では、針４１は取り替え可能であるため、針４１を新しいものに交換することでＴＥＭ試料ホルダー４０を再利用することができる。
【００６５】
また、本実施形態では、マニピュレータが必要とされないので、その分、上述した第１の実施形態のものと比べて、コンパクト化、低コスト化の面で有利なものとなる。
【００６６】
以上、ＴＥＭ試料の作製を例に説明したが、本実施形態の構成も、第１の実施形態の場合と同様、ＳＥＭ試料の作製に適用することができる。
【００６７】
（実施形態３）
図９は、本発明の試料作製装置の第３の実施形態であるＦＩＢ装置の概略構成図である。このＦＩＢ装置は、図１に示した構成において、ＦＩＢ照射光学系２に代えて、鏡筒内サイドエントリーステージ２１を備えるＦＩＢ照射光学系２０を設けた以外は、前述した第１の実施形態のＦＩＢ装置と同様のものである。
【００６８】
ＦＩＢ照射光学系２０は、図１に示したＦＩＢ照射光学系２と同様、試料ステージ６上に試料ホルダー５を介して載置される元試料７の特定箇所をイオンビームで照射することができるように試料室１に取り付けられており、試料室１の外側において、鏡筒の所定の箇所に、鏡筒内サイドエントリーステージ２１が取り付けられている。鏡筒内サイドエントリーステージ２１は、前述の第１の実施形態で説明したＴＥＭ試料ホルダーやＳＥＭ試料ホルダーよりなる観察用試料ホルダー２２を取り付けることができ、その取り付けた観察用試料ホルダー２２を３次元的に移動することができる。
【００６９】
また、ＦＩＢ照射光学系２０は、不図示のイオン源（例えばＧａイオン源）から引き出されたイオンビーム２０ａの進行方向に、偏向系２３および対物レンズ（静電レンズ）２４からなる第１のＦＩＢ照射部と、偏向系２５および対物レンズ（静電レンズ）２６からなる第２のＦＩＢ照射部とが順次配置された構造になっている。第１のＦＩＢ照射部は、鏡筒内サイドエントリーステージ２１から挿入された観察用試料ホルダー２２の先端部に固定された試料片をイオンビーム２０ａで加工するためのものである。第２のＦＩＢ照射部は、試料ステージ６上の元試料７の特定箇所をイオンビーム２０ａで加工したり、サイドエントリーステージ３から挿入された観察用試料ホルダー２２の先端に固定された試料片をイオンビーム２０ａで加工したりするためのものである。
【００７０】
本実施形態のＦＩＢ装置では、第２のＦＩＢ照射部を用いて、試料ステージ６上の元試料７の特定部位を加工して試料片を作製し、その作製した試料片をサイドエントリーステージ３から挿入された観察用試料ホルダー２２の先端に固定する。さらに、観察用試料ホルダー２２の先端に固定された試料片に、第２のＦＩＢ照射部を用いて最終仕上げ加工を施す。この試料片の作製、固定および最終仕上げ加工は、前述した第１の実施形態の場合と同様である。
【００７１】
試料片を観察（例えばＴＥＭ観察やＳＥＭ観察）する場合は、観察用試料ホルダー２２を本ＦＩＢ装置から取り外して別に用意された観察装置（ＴＥＭ装置やＳＥＭ装置）のエントリーステージに挿入し、そこで観察用試料ホルダー２２の先端に固定された試料片を観察する。
【００７２】
観察後、試料片を再加工する場合は、観察用試料ホルダー２２を観察装置から取り外して本ＦＩＢ装置の鏡筒内サイドエントリーステージ２１に挿入し、第１のＦＩＢ照射部を用いて、観察用試料ホルダー２２の先端に固定された試料片に再加工を施す。
【００７３】
上述した本実施形態のＦＩＢ装置の構成は、前述した第２の実施形態のＦＩＢ装置にも適用することができる。
【００７４】
本実施形態のＦＩＢ装置によれば、前述した第１および第２の実施形態の場合に比べて、鏡筒内サイドエントリーステージ２１を設けたことで加工の自由度および精度が向上する。その理由は、鏡筒内サイドエントリーステージを用いた場合、ＴＥＭ試料をより対物レンズに近づけた配置となるため、サイドエントリーステージに比べて分解能が高くなるためである。また、鏡筒内サイドエントリーステージにおける観察用試料ホルダーのストローク長は、サイドエントリーステージにおけるそれより短いことから、振動および剛性の面で有利となる点も挙げられる。さらにまた、図３に示したようなチルト機構を有する保持部を持たない既存の観察用試料ホルダーを利用する場合、サイドエントリーステージでＴＥＭ試料片を加工するよりも、鏡筒内サイドエントリーステージでＴＥＭ試料片を加工する方が、加工精度が高くなる点も挙げられる。
【００７５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、従来のものと比べて、試料ステージと観察用試料ホルダーとの干渉をより確実に防止することができ、装置をよりコンパクトなものにでき、という効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の試料作製装置の第１の実施形態であるＦＩＢ装置の概略構成を模式的に断面図である。
【図２】ＴＥＭ試料ホルダーをサイドエントリーステージに取り付けた状態を示す模式図である。
【図３】（ａ）は、ＴＥＭ試料ホルダーの先端部の構造の一例を模式的に示す断面図、（ｂ）は、（ａ）に示す先端部に設けられる、ＴＥＭ試料を保持するための保持部の構造を模式的示す斜視図である。
【図４】（ａ）および（ｂ）は、図１に示すＦＩＢ装置において行われるＴＥＭ試料作製手順を説明するための模式図である。
【図５】（ａ）および（ｂ）は、図１に示すＦＩＢ装置において行われるＴＥＭ試料の固定手順を説明するための模式図である。
【図６】図１に示す装置に用いられるＴＥＭ試料ホルダーの一例を示す模式図である。
【図７】本発明の試料作製装置の第２の実施形態であるＦＩＢ装置の概略構成を模式的に断面図である。
【図８】（ａ）および（ｂ）は、図７に示すＦＩＢ装置において行われるＴＥＭ試料の固定手順を説明するための模式図である。
【図９】本発明の試料作製装置の第３の実施形態であるＦＩＢ装置の概略構成を模式的に断面図である。
【図１０】従来のＦＩＢ装置の概略構成を模式的に示す模式図である。
【図１１】図１０に示すＦＩＢ装置を用いた、ピックアップ法によるＴＥＭ試料の一連の作製手順を示す模式図である。
【図１２】特開２０００−１５５０８１号公報に記載された試料作製装置の概略構成を示す断面図である。
【図１３】特開２００２−６２２２６号公報に記載されたＦＩＢ試料作製装置の概略構成を示す断面図である。
【図１４】図１３に示すＦＩＢ試料作製装置におけるＴＥＭ試料の固定動作を説明するための模式図である。
【符号の説明】
１　試料室
２、２０　ＦＩＢ照射光学系
３　サイドエントリーステージ
３ａ、４０　ＴＥＭ試料ホルダー
３ｂ、３ｂ’　先端部
４　マニピュレータ
４ａ　プローブ
４ｂ　移動機構
５　試料ホルダー
６　試料ステージ
７　元試料
１７　ＴＥＭ試料
１７ａ　断面
１７ｂ　切り込み
２０ａ　イオンビーム
２１　鏡筒内サイドエントリーステージ
２２　観察用試料ホルダー
２３、２５　偏向系
２４、２６　対物レンズ
３１　保持部
３１’　固定面
３２　回動軸
３３　摺動板
３４　載置凹部
３５、４５　デポジション膜
４１　針
【図１】
2004093353.tif 000003
【図２】
2004093353.tif 000004
【図３】
2004093353.tif 000005
【図４】
2004093353.tif 000006
【図５】
2004093353.tif 000007
【図６】
2004093353.tif 000008
【図７】
2004093353.tif 000009
【図８】
2004093353.tif 000010
【図９】
2004093353.tif 000011
【図１０】
2004093353.tif 000012
【図１１】
2004093353.tif 000013
【図１２】
2004093353.tif 000014
【図１３】
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【図１４】
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