(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
集束イオンビームの継続的照射によって試料の内部方向に移動する加工面を含む試料表面を、前記集束イオンビームの照射軸に対して斜め交差軸方向から電子ビームを照射する走査電子顕微鏡により連続観察する試料作製・観察方法において、
前記試料表面の傾斜情報を取得し、
前記集束イオンビームの照射軸と前記電子ビームの照射軸とがなす角度と、前記試料表面の傾斜情報とを用いて、前記照射により前記加工面が移動することに伴う前記走査電子顕微鏡の視野移動量の補正係数及び焦点位置ずれ量の補正係数を求め、
前記補正係数を用いて前記走査電子顕微鏡の視野移動と焦点位置ずれを補正し、前記走査電子顕微鏡の視野及び焦点位置を前記加工面の移動に追随させることを特徴とする試料作製・観察方法。
【請求項２】
請求項１記載の試料作製・観察方法において、前記試料表面の傾斜情報を、当該試料表面に形成したマークの走査イオン顕微鏡像と走査電子顕微鏡像の両画像間の座標位置関係を利用して求めることを特徴とする試料作製・観察方法。
【請求項３】
請求項２記載の試料作製・観察方法において、集束イオンビームの照射軸をＺｉ軸、前記Ｚｉ軸に垂直な平面をＸｉＹｉ平面とする直交座標系で、Ｘｉ軸を前記集束イオンビームの照射軸と前記電子ビームの照射軸を含む平面内に取るとき、前記試料表面の傾斜情報は、Ｙｉ軸を回転中心とした前記試料表面のＸｉ軸に対する傾斜角であることを特徴とする試料作製・観察方法。
【請求項４】
請求項３記載の試料作製・観察方法において、Ｘｉ方向成分が異なる２つのマークを観察した走査イオン顕微鏡像におけるマーク像位置と、前記２つのマークを観察した走査電子顕微鏡像におけるマーク像位置と、前記集束イオンビームの照射軸と前記電子ビームの照射軸とがなす角度とを用いて前記傾斜角を求めることを特徴とする試料作製・観察方法。
【請求項５】
請求項２記載の試料作製・観察方法において、前記マークは、前記集束イオンビームによる加工跡、あるいはビームアシストデポジションによる堆積膜であることを特徴とする試料作製・観察方法。
【請求項６】
請求項１記載の試料作製・観察方法において、前記試料表面の傾斜情報を、レーザ顕微鏡を利用して求めること特徴とする試料作製・観察方法。
【請求項７】
試料を保持する試料ステージと、
集束イオンビームを前記試料ステージに保持された試料に照射し、試料を加工する集束イオンビーム照射系と、
前記集束イオンビームの照射軸と試料上で交差する照射軸を有する電子ビーム照射系と、
前記集束イオンビームあるいは電子ビームの照射によって試料から放出された試料信号を検出する検出器と、
前記検出器の出力をもとに形成された走査イオン顕微鏡像及び／又は走査電子顕微鏡像を表示する表示部と、
前記集束イオンビーム系と前記電子ビーム照射系を制御するビーム制御部とを備え、
前記集束イオンビームの継続的照射によって試料の内部方向に移動する加工面を含む試料表面を、前記集束イオンビームの照射軸に対して斜め交差軸方向から電子ビームを照射する走査電子顕微鏡により連続観察する荷電粒子ビーム装置において、
前記ビーム制御部は、
前記試料表面に形成したマークの走査イオン顕微鏡像と走査電子顕微鏡像の両画像間の座標位置関係を利用して試料表面の傾斜情報を求め、
前記集束イオンビームの照射軸と前記電子ビームの照射軸とがなす既知の角度と、前記試料表面の傾斜情報とを用いて、前記照射により前記加工面が移動することに伴う前記走査電子顕微鏡の視野移動量の補正係数及び焦点位置ずれ量の補正係数を求め、
前記補正係数を用いて前記走査電子顕微鏡の視野移動と焦点位置ずれを補正し、前記走査電子顕微鏡の視野及び焦点位置を前記集束イオンビームの照射位置の移動と共に移動する加工面に追随させる制御を行うことを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
【請求項８】
請求項７記載の荷電粒子ビーム装置において、前記ビーム制御部は前記試料表面の傾斜情報として、集束イオンビームの照射軸をＺｉ軸、前記Ｚｉ軸に垂直な平面をＸｉＹｉ平面とする直交座標系で、Ｘｉ軸を前記集束イオンビームの照射軸と前記電子ビームの照射軸を含む平面内に取るとき、Ｘｉ方向成分が異なる２つのマークを観察した走査イオン顕微鏡像におけるマーク間距離のＸｉ方向成分と、前記２つのマークを観察した走査電子顕微鏡像におけるマーク間距離の前記Ｚｉ軸に重なる方向の成分の比を利用して、Ｙｉ軸を回転中心としたＸｉ軸に対する試料面の傾斜角を求め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、半導体デバイスや新材料などの試料表面の局所領域に、集束イオンビーム（Focused Ion Beam：ＦＩＢ）を用いて連続的な断面を加工し、かつその連続的な断面を走査電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope：ＳＥＭ）などで観察する方法、及びそれに用いる荷電粒子ビーム装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
非特許文献１には、ＦＩＢ照射系と電子ビーム照射系の両照射軸を鋭角で交差し、両ビームの走査画像、つまり走査イオン顕微鏡像（ＳＩＭ像）とＳＥＭ像にて同じ領域の像を表示することができるデュアルビーム装置が記載されている。電子ビーム照射系から見込まれるように断面をＦＩＢで加工作製すれば、加工断面は試料傾斜せずにＳＥＭ観察することができる。このＦＩＢ加工とＳＥＭ観察を繰り返していけば、加工面の奥行き方向に連続的な切片画像が積算できる。つまり、３次元（３Ｄ）観察ができる。特許文献１には、レーザビームを用いて試料表面の複数点の高さを検出し、その複数点の高さ情報から試料表面の傾きを算出する技術が開示されている。
【０００３】
【非特許文献１】加藤、大塚：東レリサーチセンター THE TRC NEWS No.84, 40-43 (July, 2003)
【特許文献１】特許第2852078号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＦＩＢ加工とＳＥＭ観察の繰返しによる加工断面の奥行き方向のＳＥＭ観察においては、加工断面が奥行き方向に移動するため、その移動に伴うＳＥＭ観察の観察視野ずれと焦点ずれが発生する。
【０００５】
本発明は、このＳＥＭ観察の観察視野ずれと焦点ずれを補正して連続観察する方法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】
加工断面の移動にＳＥＭ観察視野と焦点を追随させる方法として、試料の移動断面内の目印となる構造を探して追いかけることで視野位置を補正し、観察断面に焦点を随時自動調整で合わせる自動焦点合わせの方法も考えられるが、この視野位置補正及び自動焦点化には、いずれも最適状態に達するための探索作業（制御計算機内の作業）が必要である。この探索作業には、通常、数秒から数１０秒を要し、この間は正しい視野でかつ焦点の合った加工断面のＳＥＭ観察は行えない。
【０００７】
本発明では、上記課題を解決するために、断面加工領域の表面の高さと傾き情報を加工に先立って算出しておき、これらの情報を利用して、加工時における加工断面の移動量に応じたＳＥＭ観察の観察視野ずれと焦点ずれを予測し、補正する。本発明の追随手段は、予め予測した状態にＳＥＭの観察視野と焦点を制御していく手段である。ＳＥＭは予め予測した状態に追随させるのみであるため、ＦＩＢ断面加工と加工断面のＳＥＭ観察は、繰返しばかりでなく両者を同時進行で行うこともできる。
【０００８】
本発明による試料作製・観察方法は、集束イオンビームによる加工によって、試料表面に形成した断面を当該断面が後退する方向に移動させ、集束イオンビームの照射軸に対して斜め交差軸方向から電子ビームを照射して走査電子顕微鏡により移動する試料断面を観察する試料作製・観察方法において、試料表面の傾斜情報を取得し、集束イオンビームの照射軸と電子ビームの照射軸とがなす角度と、試料表面の傾斜情報とを用いて、加工により試料断面が移動することに伴う走査電子顕微鏡の視野移動量の補正係数及び焦点位置ずれ量の補正係数を求め、前記補正係数を用いて走査電子顕微鏡の視野移動と焦点位置ずれを補正し、走査電子顕微鏡の視野及び焦点位置を試料断面の移動に追随させる。
【０００９】
試料表面の傾斜情報は、試料表面に形成したマークの走査イオン顕微鏡像と走査電子顕微鏡像の両画像間の座標位置関係を利用して求めることができる。集束イオンビームの照射軸をＺｉ軸、Ｚｉ軸に垂直な平面をＸｉＹｉ平面とする直交座標系で、Ｘｉ軸を集束イオンビームの照射軸と電子ビームの照射軸を含む平面内に取るとき、試料表面の傾斜情報は、Ｙｉ軸を回転中心とした試料表面のＸｉ軸に対する傾斜角である。前記傾斜角は、Ｘｉ方向成分が異なる２つのマークを観察した走査イオン顕微鏡像におけるマーク像位置と、前記２つのマークを観察した走査電子顕微鏡像におけるマーク像位置と、集束イオンビームの照射軸と電子ビームの照射軸とがなす角度とを用いて求めることができる。
【００１０】
本発明による荷電粒子ビーム装置は、試料を保持する試料ステージと、集束イオンビームを試料ステージに保持された試料に照射し、試料断面を加工する集束イオンビーム照射系と、集束イオンビームの照射軸と試料上で交差する照射軸を有する電子ビーム照射系と、集束イオンビームあるいは電子ビームの照射によって試料から放出された試料信号を検出する検出器と、検出器の出力をもとに形成された走査イオン顕微鏡像及び／又は走査電子顕微鏡像を表示する表示部と、集束イオンビーム系と前記電子ビーム照射系を制御するビーム制御部とを備え、集束イオンビームによる加工によって、試料表面に形成した断面を断面が後退する方向に移動させ、走査電子顕微鏡像により移動する試料断面を観察する荷電粒子ビーム装置において、ビーム制御部は、加工により試料断面が移動することに伴う走査電子顕微鏡の視野移動量の補正係数及び焦点位置ずれ量の補正係数を保持し、その補正係数を用いて走査電子顕微鏡の視野移動と焦点位置ずれを補正し、走査電子顕微鏡の視野及び焦点位置を集束イオンビームの照射位置の移動と共に移動する試料断面に追随させる制御を行う。
【００１１】
ビーム制御部は、試料表面に形成したマークの走査イオン顕微鏡像と走査電子顕微鏡像の両画像間の座標位置関係を利用して試料表面の傾斜情報を求め、集束イオンビームの照射軸と電子ビームの照射軸とがなす既知の角度と、試料表面の傾斜情報とを用いて、走査電子顕微鏡の視野移動量の補正係数及び焦点位置ずれ量の補正係数を求めることができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によると、ＦＩＢ断面加工と加工断面のＳＥＭ観察の繰り返しにおいて、加工断面が奥行き方向に移動しても、ＳＥＭ観察の観察視野と焦点をその加工断面に追随させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【実施例１】
【００１４】
図１から図４を用いて、本発明による荷電粒子ビーム装置の構成例を説明する。図１は実施例１で用いた荷電粒子ビーム装置の概略構成図である。以下、集束イオンビーム照射系１、電子ビーム照射系３及び試料６における座標系として直角座標（Ｘ，Ｙ，Ｚ）を用いるが、それぞれを下付き添字ｉ，ｅ及びｓによって区別する。集束イオンビーム照射系１と電子ビーム照射系３は試料室筐体５に取り付けられており、集束イオンビーム照射軸（−Ｚｉ）２と電子ビーム照射軸（−Ｚｅ）４は試料６の上で鋭角α（本実施例では６０度）で交差している。この交差角αは装置で決まる固定値であり既知である。その交差点に両座標の座標原点Ｏｉ及びＯｅをとる。また、試料座標は、そのＸｓＹｓ面を試料表面にとり、Ｘｓ座標軸は２つの座標軸ＺｉとＺｅが張る平面内にとる。また、原点Ｏｓは他座標の原点Ｏｉ及びＯｅに一致させる。
【００１５】
試料から放出された荷電粒子やＸ線は、それぞれ荷電粒子検出器７及びＸ線検出器８で検出される。Ｘ線検出器８の設置個所は電子ビーム照射系３に隠れるため、図1では装置から外して下方に示してある。照射系位置調整部９は、集束イオンビーム照射系1を試料室筐体５上にてＸｉＹｉ面と平行な面内で機械的に移動調整して、集束イオンビーム照射軸２と電子ビーム照射軸４とをほぼ交差させるものである。機械的移動調整ではその完全交差において数１０ミクロン程度のずれが残る。このずれは、照射イオンビームと照射電子ビームの少なくとも一方のビーム偏向照射領域のシフトにより解消した。以下の各座標系における距離の座標間の変換には、このシフト量は入り込まない。試料６は移動（集束イオンビーム照射系のＸｉ，Ｙｉ，及びＺｉの３方向軸）と回転（Ｚｉを回転軸）と傾斜（Ｙｉを傾斜軸）が可能な試料ステージ１０に搭載されており、Ｚｉ移動により上述の両照射軸の交差点（原点Ｏｉ及びＯｅ）に試料６の表面を合わせる。ビーム制御部１５は集束イオンビームや電子ビームの照射、走査などを制御し、またこれらの走査と同期して試料から放出される荷電粒子やＸ線などを輝度信号としてＳＥＭ像、ＳＩＭ像、Ｘ線像としての画像化の制御も行う。これら画像はビーム制御のウインドウ画面などと共に画像表示手段１３に表示される。図示の例では、画像表示手段１３には、表示画面としてＳＩＭ画像１４ａとＳＥＭ画像１４ｂが表示されている。試料室筐体５を真空排気する真空排気系１１は真空排気系電源によって駆動される。後述するＳＥＭ観察視野追随部１６は、ビーム制御部１５に含まれている。
【００１６】
図２から図４は、本実施例のＦＩＢによる断面試料作製及びＳＥＭ観察方法の説明図である。まず図２は、試料の観察局所表面（ＸｓＹｓ面）がイオン照射系座標のＸｉＹｉ面と一致した場合の実施例である。試料の３次元（３Ｄ）解析したい領域２１は、断面２０を端面として幅Ｗ、深さＤ、長さＬの直方体で近似する。代表的なＷ，Ｄ，及びＬのサイズは、それぞれ８μｍ、８μｍ及び２０μｍである。
【００１７】
まず初めに、矩形の穴（幅Ｗ、深さＤ、長さＬｏ）２２をＦＩＢ加工して、断面２０を露出させる。この断面がＳＥＭ観察の初期断面であり、ＳＥＭ像の観察視野や焦点をこの断面に合わせる。断面２０は、厳密にはイオンのスパッタリング加工特性により平面ＹｉＺｉに対し１〜３度傾斜して作製される。矩形穴２２は、断面２０をＳＥＭ観察する電子ビームの入射路として利用される。従って、その穴長さＬｏは、少なくともＤ・tanα程度が必要である。
【００１８】
次に、３Ｄ観察するために加工断面２０を、ＦＩＢ加工走査領域のビーム偏向シフトにより−Ｘi方向（図２においてＸi,s→Ｘi,2）に連続あるいはステップ移動させる。その移動量が大きくなると、ＳＥＭ観察の視野は断面がＸi,s位置にあった時から大きくずれ、また焦点も合わなくなる。本発明のポイントは、その断面移動と共にＳＥＭ像の観察視野と焦点をその移動断面に追随させた点にある。この追随を実現するためには、加工断面の移動量に応じたＳＥＭ観察の観察視野ずれ及び焦点ずれの補正量を加工・観察に先立って測定しておき、加工時にはこの補正量に従ってＳＥＭ状態を随時、設定していけばよいのである。以下、これらの補正量の測定方法について述べる。
【００１９】
図２において、断面２０の移動量をΔＸｉ（＞０）とすると、電子ビーム座標では電子ビーム軸と集束イオンビーム軸の交差角αを用いて下記で表されるΔＹeとΔＺe値の移動となる。
【００２０】
ΔＹe = cosα・ΔＸｉ                  (1)
ΔＺe = −sinα・ΔＸｉ                (2)
【００２１】
すなわち、ＦＩＢ加工走査領域のビーム偏向シフト量ΔＸｉに応じて、ＳＥＭ観察の観察視野ずれ及び焦点ずれの補正量として、それぞれ上式から算出したΔＹe及びΔＺeを設定すればよい。
【００２２】
図２から図４及び図６において、座標軸Ｘｅ’Ｙｅ’Ｚｅ’は電子ビーム照射系の座標軸ＸｅＹｅＺｅ をその原点ＯｅをＺｅ軸上で移動した座標に相当する。ＸｅＹｅ面での説明図を他図と重ならない様にするために、Ｚｅ軸上に平行移動したＸｅ’Ｙｅ’面で議論するものである。ＸｅＹｅ面とＸｅ’Ｙｅ’面は全く等価である。また、記号ｂ1〜ｂ4は、解析対象部の局所表面の傾斜角情報を取得するために、その局所領域の近傍の試料表面に設けたマークである。これらマークは、ＦＩＢ加工の加工跡、あるいはＦＩＢアシストデポジションを利用した堆積膜として、Ｘi及びＹi軸と平行な辺を持つ矩形のコーナ位置に形成する。記号ａ１〜ａ４はマークｂ1〜ｂ4のＸiＹi面への投影である。また記号ｃ１〜ｃ４及びｄ１〜ｄ４は、それぞれ記号ａ１〜ａ４及びｂ１〜ｂ４のＸｅＹｅ面（あるいはＸｅ’Ｙｅ’面）への投影である。式（１）及び（２）のように試料面ＸｓＹｓ面がＸiＹi面と一致する場合は、マークが無くても補正量ΔＹe及びΔＺeは計算できる。
【００２３】
次に、図３を用いて、試料の解析対象局所表面がＹｉ軸とは平行（Ｙｉ軸に対する傾斜角θｙは０）ではあるがＸi軸と小さな角度θｘ傾いている場合について説明する。この傾斜角θｘは、未知値であるので、ＳＥＭ観察における断面２０の追跡を行うためには、この傾斜角θｘを予め求めておき、視野移動と焦点位置ずれ補正量を前もって調べておく必要がある。この傾斜角θｘを求めるために、作製する試料断面位置の近傍の試料表面に少なくともＸｉ値が異なる２種類のマークを設ける。マークを設けた試料の局所領域は平面近似できる。図３は、試料表面に４つのマークｂ１〜ｂ４を形成した例である。試料上のマーク面（ＸｓＹｓ面）はＸｉＹｉ面と角度θｘ傾いているので、マーク面と電子ビーム座標のＹｅ軸との角度βとおくと、βはθｘ及びαと次式の関係がある。
【００２４】
β＝α−θｘ                      (3)
【００２５】
試料上のマークｂ１ｂ４間距離（以下、マーク間距離は、ｂ１ｂ４のように下線を引いて表す）とＳＩＭ像及びＳＥＭ像から画像倍率補正して測定したマーク間距離ａ１ａ４及びｄ１ｄ４との関係は、それぞれθｘ及びβを用いて以下に表される。（以下では、画像倍率補正の表記を省略する）
ａ１a４＝cosθｘ・ｂ１ｂ４             (4)
ｄ１ｄ４＝cosβ・ｂ１ｂ４              (5)
式（３）〜（５）より
cos（α−θｘ）/cosθｘ＝ｄ１ｄ４/ a１ａ４      (6)
【００２６】
これよりθを求めると、次式で表される。
θｘ＝arctan［｛1-（ｄ１ｄ４/ a１a４）/cosα｝/tanα］    (7)
【００２７】
距離ｄ１ｄ４及びａ１ａ４は両画像を用いての測定値であり、αは荷電ビーム装置で決まる既知の値であることから、角度θｘは式（７）より算出できる。マークはこのｂ１とｂ4のように、Ｘｉ値の異なる２つがあればθｘを算出できる。つまり、マークは他にｂ１とｂ３、ｂ２とｂ３、ｂ２とｂ４のいずれかでも良い。これらのＸｉＹｉ面への投射マーク点間距離ａ１ａ３，ａ２ａ３，ａ２ａ４の全てのＸｉ軸方向成分が距離a１ a４と一致するからである。
【００２８】
式（７）のθｘ算出値を用いて、断面２０の移動量ΔＸｉに対応する電子ビーム座標での視野移動量ΔＹｅと焦点位置ずれ量ΔＺｅは、式（１）と（２）と類似の次式（８）及び（９）で表され、ΔＸｉに応じて前もって予測可能となる（ΔＸｅについては、ΔＸｅ＝0である）。
【００２９】
ΔＹe  =Ｋy・ΔＸｉ                (8)
ΔＺe  =Ｋz・ΔＸｉ                (9)
Ｋy= cos(α−θｘ)/cosθｘ         (10)
Ｋz= −sin(α−θｘ)/cosθｘ       (11)
【００３０】
ここで、Ｋy及びＫzは、それぞれ視野移動量ΔＹｅと焦点位置ずれ量ΔＺｅの補正係数である。式（８）と（９）は、特にθｘ＝０と置くと、式（１）と（２）に一致する。また、ΔＸｉに相当するΔＺｉは、以下で表される。
【００３１】
ΔＺｉ＝ΔＸｉ・tanθｘ              (12)
【００３２】
最後に、図４を用いて、試料の解析対象局所表面におけるＸi及びＹｉ軸に対する小さな傾斜角成分がそれぞれθｘ及びθｙである場合を示す。図４（ａ） は、試料表面に形成したマークｂ１〜ｂ４と各座標系との関係を示す斜視図、図４（ｂ）は、マークｂ１〜ｂ４のＸiＹi面への投影像を示す図、図４（ｃ）はマークa１〜a４及びマークｂ１〜ｂ４のＸeＹe面への投影像を示す図である。図３と同様、記号ａ１〜ａ４はマークｂ１〜ｂ４のＸｉＹｉ面への投影位置（図４（ｂ）参照）であり、記号ｃ１〜ｃ４及びｄ１〜ｄ４はそれぞれ記号ａ１〜ａ４及びｂ１〜ｂ４のＸｅＹｅ面への投影位置（図４（ｃ）参照）である。記号ａ１〜ａ４が矩形を作っても、θｘ及びθｙの傾斜のために記号ｂ１〜ｂ４及びｄ１〜ｄ４は矩形ではなく、平行四辺形を作る。ＳＥＭ画像での線分ｄ１ｄ２のＸｅ軸に対する傾斜角θe,yはθｙと次式の関係がある。
【００３３】
θｙ= arctan［tanθe,y /sinα］      (13)
【００３４】
ＳＥＭ画像における点ｄｊ（ｊ＝１〜４）の位置座標を（Ｘe,j，Ｙe,j）とすると、tanθe,yは次式から算出できる。
【００３５】
tanθe,y = （Ｙe,2−Ｙe,1）/（Ｘe,2−Ｘe,1）        (14)
【００３６】
ここで距離比（Ｙe,2−Ｙe,1）/（Ｘe,2−Ｘe,1）は、図４（ｃ）における距離比ｄ２ｃ２/ｃ２ｃ１に相当するから、上式（１３）と（１４）よりθｙを算出することができる。一方、断面２０の移動量ΔＸｉに対応する電子ビーム座標での視野移動量ΔＹeと焦点位置ずれ量ΔＺｅは、それぞれ式（８）と（９）と同じになる。ΔＹｅ及びΔＺｅの算出式に、θｙは含まれない。任意方向に傾斜している局所表面（平面近似）を測定する、つまり、θｘとθｙを測定するには、マークはｂ１〜ｂ４の内、少なくとも３つが必要になるが、ΔＹｅとΔＺｅの予測に関しては、θｘのみの算出となる。よって、マークは、Ｘｉ値の異なるマークが少なくとも2つ、すなわち、マーク組合せｂ１とｂ４、ｂ１とｂ３、ｂ２とｂ３、あるいはｂ２とｂ３であれば良い。θｘ算出において、組合せがｂ１とｂ４の場合は、式（７）に一致する。その他の組合せ（一般的にｂｉ，ｂｊと表す）の場合は、距離ａｉａｊのＸｉ方向成分を（ａｉａｊ）x、距離ｄｉｄｊのＹｅ方向成分を（ｄｉｄｊ）yと表すとこれらは測定でき、式（７）と等価な次式を用いれば良い。
【００３７】
θｘ＝arctan［｛1-（（ｄｉｄｊ）y/ （aｉaｊ）x）/cosα｝/tanα］    (15)
【００３８】
次に、ＦＩＢ断面加工とその断面のＳＥＭ観察の繰返し（あるいは連続）により行う３Ｄ観察の手順を説明する。
【００３９】
(i) ３Ｄ観察対象領域の設定と試料ステージの位置調整
３Ｄ観察対象領域の大きさ（幅Ｗ、深さＤ、長さＬ）と位置を特定し、その観察対象領域を、試料ステージのＸＹＺ移動により、ＦＩＢと電子ビームの両ビーム軸交点の近傍に合わせる。次に、また、作製する断面がＹｉＺｉ面と平行に、かつ断面の移動方向のＹｉ成分がゼロで、Ｘｉ成分が−Ｘｉ軸方向になるように試料ステージの回転により合わせる。
【００４０】
(ii) マーク形成
３Ｄ観察対象領域の設定領域の表面近傍に（あるいは囲むように）マークを４つ形成する。マークはそれぞれ位置がＸｉＹｉ面にてその辺がＸｉやＹｉ軸に平行な矩形の角に相当するように形成する。マークの数は、通常、矩形角に相当する４つであるが、少なくともその内の３つあればよい。観察局所領域表面が、特にＸｉＹｉ面に水平であればマークは無くてもよく、またＸｉ軸方向にのみわずかに傾斜している場合は、Ｘｉ値の異なる少なくとも２つのマークがあればよい。マークは、ＦＩＢ加工にて切削する丸孔や×あるいは＋溝が通常であるが、ＦＩＢアシストデポジションで形成する局所的な堆積膜でも良い。
【００４１】
(iii) 形成したマークの位置座標（Ｘｉ，Ｙｉ）登録
形成したマークの位置座標（Ｘｉ，Ｙｉ）を登録する。マークをＦＩＢ加工にて作製した場合は、その加工座標データがマークの位置座標（Ｘｉ，Ｙｉ）として使用できる。
【００４２】
(iv) マークのＳＥＭ像観察とその位置座標（Ｘｅ，Ｙｅ）登録
マークをＳＥＭ像観察し、その位置座標（Ｘｅ，Ｙｅ）を登録する。
【００４３】
(v) 観察局所試料面の傾斜角θ（θｘ，θｙ）の算出
式（７），（１３）及び（１４）より傾斜角θ（θｘ，θｙ）を算出する。
【００４４】
(vi) 補正係数Ｋy及びＫzの算出
視野移動量ΔＹｅと焦点位置ずれ量ΔＺｅのそれぞれの補正係数Ｋy及びＫzを式（１０）と（１１）から算出する。
【００４５】
(vii) ＦＩＢ加工条件及び断面移動速度の設定
ＦＩＢ条件（ビーム径、ビーム電流及び照射条件）及び断面移動速度Ｖｔなどを登録する。
【００４６】
(viii) 移動断面におけるＸｉの初期値と終了値の設定
移動断面におけるＸｉの初期値Ｘi,sと終了値Ｘi,eを設定する。
【００４７】
(ix) スタート断面の作製
図２の例においては、矩形穴２２の左端を加工初期Ｘｉ値Ｘi,sの少し手前に設定して矩形穴加工し、穴側面を残りのＸi,s値まで(vii)で設定した加工ＦＩＢと照射（あるいは走査）条件を用いて加工して寄せる。この寄せた穴側面がスタート断面となる。
【００４８】
(x) スタート断面におけるＳＥＭ観察像の視野情報と焦点位置情報の登録
３Ｄ観察のスタート断面にＳＥＭ観察像を合わせ、観察視野情報（Ｘｅ，Ｙｅ）及び焦点位置情報Ｚｅのスタート値（Ｘe,s，Ｙe,s，Ｚe,s）を登録する。また、ＦＩＢ加工断面位置情報（Ｘｉ，Ｙｉ）のスタート値（Ｘi,s，Ｙi,s）及び終了値（Ｘi,e，Ｙi,e）も登録する。また、ＳＥＭ断面観察画像の信号種を二次電子、反射電子、Ｘ線から少なくとも１種を選択し、観察条件と共に登録する。そして、スタート断面の観察画像を取得して登録する。
【００４９】
(xi) 断面の移動加工
前記(vii)で登録した加工用ＦＩＢにて断面の移動加工を行う。加工時間ｔと共にＦＩＢ照射領域を−Ｘi方向に移動させ、加工断面も同期して移動させる。その移動量（＞０）をΔＸｉとする。ΔＸｉは断面移動速度Ｖｓと加工時間ｔの積で表される［ΔＸｉ＝Ｖｓ・ｔ］。
【００５０】
(xii) ＳＥＭ観察における観察視野及び焦点位置情報の補正量の計算
ＳＥＭ観察における観察視野及び焦点位置情報（Ｘｅ，Ｙｅ，Ｚｅ）の補正量（ΔＸｅ，ΔＹｅ，ΔＺｅ）におけるΔＹｅ及びΔＺｅを、それぞれ式（８）及び（９）から計算する。ただし、補正係数Ｋy及びＫzは(vi)での算出値を用いる。ΔＸｅは、常に０である。
【００５１】
(xiii) ＳＥＭ観察の像視野及び焦点位置座標の設定
ＳＥＭ観察の像視野及び焦点位置の座標値（Ｘｅ＋ΔＸｅ，Ｙｅ＋ΔＹｅ，Ｚｅ＋ΔＺｅ）を設定する。
【００５２】
(xiv) ＳＥＭ観察像の取得
ＳＥＭ断面観察像を取得し、断面移動量ΔＸｉの関数として記録していく。ただし、ΔＸｉに相当する断面のＹｉ及びＺｉ方向移動量ΔＹｉ及びΔＺｉは、それぞれゼロ及び式（１２）からΔＸｉの関数として求まる量である。
【００５３】
(xv) 移動加工の終了
加工断面が(viii)で設定した移動最終位置（Ｘｉ＝Ｘi,e）まで移動した時点で移動加工を終了する。
【００５４】
(xvi) ＳＥＭ画像の３Ｄ解析
前記(xiii)で断面の移動量（ΔＸｉ，ΔＹｉ，ΔＺｉ）あるいはΔＸｉの関数として記録した一連の断面のＳＥＭ画像を３Ｄ構築する。
【００５５】
ＳＥＭ観察視野追随部１６は、前記の手順の(i)〜(xv)を実現するためのビーム制御計算ソフトと加工・観察フロー表示ウインドウからなる。ＳＥＭ観察視野追随部１６において加工・観察フロー表示ウインドウの項目の実施例を表1に示す。またその項目ごとの前記手順を内容欄に示す。ビーム制御計算ソフト内容は、手順各項目で示した計算を行うものである。
【００５６】
【表１】
0004474337.tif 000002
【００５７】
前記移動断面のＳＥＭ画像観察プロセス時における輝度信号種について説明する。信号種は、二次電子、反射電子、Ｘ線の少なくとも１種である。二次電子を用いる場合は、ＳＥＭの電子ビーム照射による二次電子にＦＩＢ照射による二次電子が混入するため、ＳＥＭ画像取得中はＦＩＢ照射を一時的に中断する必要がある。つまり、ＦＩＢ加工とＳＥＭ観察の繰返し操作により実施した。一方、ＳＥＭ画像の輝度信号に反射電子あるいはＸ線を用いる場合は、ＦＩＢ照射によるこれらの信号励起はないため、ＦＩＢ照射の一時中断は必要なく、ＦＩＢ加工とＳＥＭ観察の連続操作により実施した。
【００５８】
図６を用いて、マークの形状の他の例について説明する。図６（ａ） は、試料表面に形成したマークｂ１〜ｂ４と各座標系との関係を示す斜視図、図６（ｂ）は、マークｂ１〜ｂ４のＸiＹi面への投影像を示す図、図６（ｃ）はマークa１〜a４及びマークｂ１〜ｂ４のＸeＹe面への投影像を示す図である。図２から図４には、個々のマークがそれぞれの代表位置を表し、かつ孤立している場合を示した。図６に示すマークは、実施例１におけるＸｉ値が異なる少なくとも２つのマークが繋がって、数的には１つとなっているマークの例である。例えば、図４においてＸｉ値の異なる２つのマークｂ２とｂ３及びｂ４とｂ１は、それぞれが繋がって図６では１つの棒状マークｂ２ｂ３及びｂ４ｂ１となっている。この１つの棒状マークでもその両端のＸｉ値は、個々のマークＸｉ値の情報を持っている。従って、マークは１つの代表点を表すマークであっても良いし、あるいは２点を表す棒状マーク、あるいはそれらを組み合わせたマークであっても良い。
【実施例２】
【００５９】
３Ｄ観察対象領域の試料表面の傾斜情報は、レーザ顕微鏡を用いても取得できる。図５は、レーザ顕微鏡を用いた試料表面の高さ（Ｚ）の測定装置概略図である。試料６はＸＹＺ試料ステージ３１に載置される。照明ランプ４０からの照明光をレンズ３９、ハーフミラー３５、対物レンズ３４を介して試料６の表面に照射する一方、試料６の表面は、対物レンズ３４を通して撮像装置３６に結像される。撮像装置３６からの画像信号は画像処理装置３７を通してモニタ装置３８に写し出される一方、画像処理装置３７は、モニタ装置３８上に試料表面画像を出力し、またコンピュータ４３と接続されている。そしてＸＹＺステージ３１のＺ軸を上下させることにより、モニタ装置３８を見ながら試料６の表面に自動で焦点を合わせる構成となっている。また、４１は、ＸＹＺステージ４１のＸＹＺ位置を読み込む変位検出器であり、インターフェース回路４２を通してコンピュータ４３で試料６の任意位置のＸＹＺ座標系での値が読み込まれる。またインターフェース回路４２を介してコンピュータ４３からの指令で、ＸＹＺステージ３１が制御される構成となっている。
【００６０】
３Ｄ解析したい試料をＸＹＺ試料ステージ３１に載せ、図1における試料の作製断面配置でのＸiＹiＺi軸と試料ステージのＸＹＺ軸とを合わせる。こうして３Ｄ解析したい近傍の表面上の特定箇所を順次、レーザ顕微鏡を焦点合わせして追っていけば、その箇所での（Ｘｌ，Ｙｌ，Ｚｌ）座標値が得られ登録される。これらの座標位置情報は３Ｄ観察対象の試料表面の傾斜情報を含んでおり、例えば、図４（ａ）におけるマークｂｊ（ただし、ｊ＝１〜４）の（Ｘｌ，Ｙｌ，Ｚｌ）座標を（Ｘlj，Ｙlj，Ｚlj）とおくと、θｘとθｘは、それぞれ次式から計算できる。
【００６１】
θｘ＝arctan{(Ｚl3+Ｚl4-Ｚl1-Ｚl2)/(Ｘl3+Ｘl4-Ｘl1-Ｘl2)}     (16)
θｙ＝arctan{(Ｚl3+Ｚl4-Ｚl1-Ｚl2)/(Ｘl3+Ｘl4-Ｘl1-Ｘl2)}     (17)
【００６２】
よって、断面２０の移動量ΔＸｉに対応する電子ビーム座標での視野移動量ΔＹｅと焦点位置ずれ量ΔＺｅは、前式（８）〜（１１）より算出できる。レーザ顕微鏡と荷電粒子ビーム装置とは繋がっており、レーザ顕微鏡から座標位置情報(あるいは、θｘとθｘ情報)が荷電粒子ビーム装置のビーム制御部に送られる。レーザ顕微鏡は荷電粒子ビーム装置とオフラインでもよいが、この場合は、レーザ顕微鏡で取得した座標位置情報(あるいは、θｘとθｘ情報)を、記録媒体を介しての読込み、あるいはオペレータのキー入力が必要になる。このレーザ顕微鏡を使う方法は、前者のＳＩＭ画像とＳＥＭ画像を利用する方法と比べ、ＳＥＭとＳＩＭと組み合わせた荷電粒子ビーム装置の他にレーザ顕微鏡が必要となり、装置構成が少し複雑になる欠点がある。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明による荷電粒子ビーム装置の概略構成図。
【図２】ＦＩＢによる断面試料作製及びＳＥＭ観察方法の一例を示す説明図（試料表面が平らで、かつＸiＹi面と一致する場合）。
【図３】ＦＩＢによる断面試料作製及びＳＥＭ観察方法の他の例を示す説明図（試料の解析対象表面がＹｉ軸とは平行ではあるがＸiＹi面と角度θ傾いている場合）。
【図４】ＦＩＢによる断面試料作製及びＳＥＭ観察方法の他の例を示す説明図（試料の解析対象表面は平坦近似できるが、Ｘi軸ともＹｉ軸とも平行ではなくそれぞれ角度θｘ及びθｙ傾いている場合）。
【図５】レーザ顕微鏡を用いた試料表面の高さ（Ｚ）の測定装置概略図。
【図６】棒状マークの説明図
【符号の説明】
【００６４】
１：集束イオンビーム照射系、２：集束イオンビーム照射軸、３：電子ビーム照射系、４：電子ビーム照射軸、５：試料室筐体、６：試料、７：荷電粒子検出器、８：Ｘ線検出器、９：照射系位置調整部、１０：試料ステージ、１１：真空排気系、１２：真空排気系電源、１３：画像表示手段、１４a：ＳＩＭ画像、１４b：ＳＥＭ画像、１５：ビーム制御部、１６：ＳＥＭ観察視野追随部、２０：加工断面、２１：３Ｄ解析したい領域（幅Ｗ深さＤ長さＬ）、２２：初期穴加工の矩形、３１：ＸＹＺ試料ステージ、３４：対物レンズ、３５：ハーフミラー、３６：撮像装置、３７：画像処理装置、３８：モニタ装置、３９：レンズ、４０：照明ランプ、４１：変位位置検出器、４２：インターフェース回路、４３：コンピュータ
【図１】
0004474337.tif 000003
【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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