(57)【要約】      （修正有）【課題】  １つの装置でウエーハと微小サンプルの両方を扱えるようにし、一連のウエーハ、微小サンプルの加工、高解像度の分析等の処理を簡単にする。【解決手段】  イオンビーム３は収束、走査偏向され、微小サンプル５上の所望の微小領域に照射される。照射された部分はスパッタ、除去される。このエッチング加工処理により、サンプルに穴あけ加工、切断加工、薄膜化加工を行うことができる。電子ビーム４は収束、走査偏向され、微小サンプル５の上の所望の微小領域に照射される。微小サンプル用ホルダ７に保持・搭載された微小サンプル５に照射するイオンビームや電子ビームは、ウエーハ６やウエーハホルダ９上に搭載した微小サンプル１０に照射する場合よりも、対物レンズとサンプルとの距離であるワーキングディスタンス（ＷＤ）を短くできるため、より細く収束することができる。従って、加工、観察、分析をより高解像度に行うことができるという利点がある。【選択図】  図１
2007018928.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビームを発生する電子源及び第1の光学系と、
前記電子ビームと交差するイオンビームを発生する位置に設けられたイオン源と及び第２の光学系と、
前記電子ビームと前記イオンビームとが交差する位置又はその近傍の位置である第１の位置に微小試料を配置する第１の試料搭載手段と、
前記第１の位置よりも前記イオン源又は前記電子源のうちの少なくとも一方と反対側の位置である第２の位置に試料を配置する第２の試料搭載手段及び前記第２の位置から移動させる第1の移動手段と、
前記第１の位置からのビーム反射位置に配置される第１の荷電粒子検出器と、
前記第１の位置から前記電子ビーム又は前記イオンビームのいずれか一方のビームを直列的に前記第２の位置に導く第３の光学系と、
前記第２の位置からのビーム反射位置に配置される第２の荷電粒子検出器と、
前記第1の移動手段により前記微小試料を前記第１の位置から移動させた際に、前記一方のビームと異なる他方のビームを前記第３の光学系に導く偏向器と
を有することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項２】
前記微小試料を前記電子ビームが透過する位置に配置されるＳＴＥＭ検出器を備えることを特徴とする請求項１に記載の荷電粒子線装置。
【請求項３】
前記第１の荷電粒子線装置及び第２の荷電粒子線装置は、ＳＥＭ装置又はＳＩＭ装置のうちの少なくともいずれか一方を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の荷電粒子線装置。
【請求項４】
前記第１の試料搭載手段を、前記第１の位置と前記第２の位置との間を移動させる第２の移動手段を備えることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の荷電粒子線装置。
【請求項５】
前記第１の試料搭載手段と前記第２の試料搭載手段との少なくともいずれか一方にウエーハ傾斜ステージを備えたことを特徴とする請求項１から４までのいずれか１項に記載の荷電粒子線装置。
【請求項６】
前記微小試料が前記試料を前記イオンビームにより加工して形成された試料であることを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載の荷電粒子線装置。
【請求項７】
電子ビームを発生する電子源と、
前記電子ビームと交差するイオンビームを発生する位置に設けられたイオン源と、
前記電子ビームと前記イオンビームとが交差する位置又はその近傍の位置である第１の位置に微小試料を配置する第１の試料搭載手段と、
前記第１の位置よりも前記イオン源又は前記電子源のうちの少なくとも一方と反対側の位置である第２の位置に試料を配置する第２の試料搭載手段及び前記第２の位置から移動させる第1の移動手段と、
前記第１の位置からのビーム反射位置に配置される第１の荷電粒子検出器と、
前記第２の位置からのビーム反射位置に配置される第２の荷電粒子検出器と、
前記第1の移動手段により前記微小試料を前記第１の位置から移動させた際に、前記一方のビームと異なる他方のビームを前記第２の位置に導く偏向器と
を有することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項８】
筐体と；
該筐体内に設けられる荷電粒子線装置であって、
電子ビームを発生する電子源と、
前記電子ビームと交差するイオンビームを発生する位置に設けられたイオン源と、
試料を搭載する試料ステージと、
該試料ステージを駆動する駆動手段と、
前記電子ビームと前記イオンビームとが前記試料表面において交差する位置に設けられた前記電子ビーム又は前記イオンビームのうちの少なくともいずれか一方に設けられた光学系と、
前記試料ステージ上の前記試料の横に設けられ、前記試料から切り出した微小サンプルを搭載する切出し微小サンプルホルダと、
前記試料から切り出した前記微小サンプルを前記微小サンプルホルダに搬送する搬送手段とを備えたことを有することを特徴とする荷電粒子線装置と；
を備えた微小試料検査装置。
【請求項９】
前記電子ビームの軸の延長線上の前記電子源側から見て前記微小サンプルの反対側に設けられたSTEM検出器を有することを特徴とする請求項８に記載の微小試料検査装置。
【請求項１０】
さらに、前記交差する位置の前記試料側に設けられたSEM/FIB共用光学系を有することを特徴とする請求項８から１０までのいずれか１項に記載の微小試料検査装置。
【請求項１１】
前記STEM検出器を、前記試料ステージ内に配置することを特徴とする請求項８に記載の微小試料検査装置。
【請求項１２】
電子ビームを発生する電子源及び第1の光学系と、前記電子ビームと交差するイオンビームを発生する位置に設けられたイオン源及び第２の光学系と、前記電子ビームと前記イオンビームとが交差する位置又はその近傍の位置である第１の位置に微小試料を配置する第１の試料搭載手段と、を備えた荷電粒子線装置を用いた検査方法であって、
イオンビームを微小試料に照射し、前記電子源の動作を停止するか又は前記電子ビームを偏向させて前記微小試料に照射されないようにするステップと、
を有することを特徴とする検査方法。
【請求項１３】
電子ビームを発生する電子源及び第1の光学系と、前記電子ビームと交差するイオンビームを発生する位置に設けられたイオン源及び第２の光学系と、前記電子ビームと前記イオンビームとが交差する位置又はその近傍の位置である第１の位置に微小試料を配置する第１の試料搭載手段と、を備えた荷電粒子線装置を用いた検査方法であって、
電子ビームを微小試料に照射し、前記イオン源の動作を停止してイオンビームを前記微小試料に照射されないようにするステップと、
を有することを特徴とする検査方法。
【請求項１４】
電子ビームを発生する電子源及び第1の光学系と、前記電子ビームと交差するイオンビームを発生する位置に設けられたイオン源及び第２の光学系と、前記電子ビームと前記イオンビームとが交差する位置又はその近傍の位置である第１の位置に微小試料を配置する第１の試料搭載手段と、を備えた荷電粒子線装置を用いた検査方法であって、
試料台上の試料又は切り出し微小サンプルを対象として、これらに対してイオンビームを照射するとともに、電子ビームは、電子源の動作を停止するか、又は、電子ビームを偏向させることにより対象に到達しないようにするステップと
を有することを特徴とする検査方法。
【請求項１５】
電子ビームを発生する電子源及び第1の光学系と、前記電子ビームと交差するイオンビームを発生する位置に設けられたイオン源及び第２の光学系と、前記電子ビームと前記イオンビームとが交差する位置又はその近傍の位置である第１の位置に微小試料を配置する第１の試料搭載手段と、を備えた荷電粒子線装置を用いた検査方法であって、
試料台上の試料又は切り出し微小サンプルを対象として、ＳＥＭを使用するときは、電子ビームを前記試料又は前記切出し微小サンプルに照射し、前記電子ビームが前記微小サンプルに焦点を結ばないようにするステップとを有することを特徴とする検査方法。
【請求項１６】
電子ビームを発生する電子源及び第1の光学系と、前記電子ビームと交差するイオンビームを発生する位置に設けられたイオン源及び第２の光学系と、前記電子ビームと前記イオンビームとが交差する位置又はその近傍の位置である第１の位置に微小試料を配置する第１の試料搭載手段と、を備えた荷電粒子線装置を用いた検査方法であって、
試料における欠陥検査装置からの欠陥位置情報をもとに分析位置を探すステップであって、前記試料表面に電子ビームを照射して得られる表面の形状を反映したＳＥＭ画像情報を併用して分析位置を探すステップと、
試料の分析したい部分に隣接した位置にイオンビームにより穴あけ加工を行い、穴の壁の部分に分析したい部分を露出させて、加工した前記壁面に電子ビームを照射し分析を行うステップと、
を有することを特徴とする分析方法。
【請求項１７】
電子ビームを発生する電子源及び第1の光学系と、前記電子ビームと交差するイオンビームを発生する位置に設けられたイオン源及び第２の光学系と、前記電子ビームと前記イオンビームとが交差する位置又はその近傍の位置である第１の位置に微小試料を配置する第１の試料搭載手段と、を備えた荷電粒子線装置を用いた検査方法であって、
分析対象部分を微小サンプルとして切り出すステップであって、前記試料の分析したい部分に隣接した位置に、微小試料を切り出すステップと、
切り出した切出し微小サンプルを切出し微小サンプル用ホルダに搭載するステップと、
前記切り出した切出し微小サンプルを切出し微小サンプル用ホルダとは異なる微小サンプルホルダの先端に取り付け、前記電子ビームと前記イオンビームとが交差する位置又はその近傍の微小サンプル搭載位置に配置するステップと、
該微小サンプル搭載位置において分析を行うステップと
を有することを特徴とする分析方法。
【請求項１８】
前記切出し微小サンプルに関して、前記微小サンプル搭載位置に配置された状態で、分析したい断面がイオンビームの光軸と平行になるように向きを合わせて、イオンビームを照射して薄膜化加工を行うステップと、
前記微小サンプルホルダを操作して、薄膜化した前記微小サンプルの断面を電子ビームの軸方向に向けて、電子ビームを照射して電子ビームによる分析を行うステップと
を有することを特徴とする請求項１７に記載の分析方法。
【請求項１９】
イオンビームを照射して前記薄膜化加工を行うステップにおいて、
前記加工位置や加工の進行状況をＳＥＭにより確認しながら加工するステップを有することを特徴とする請求項１８に記載の分析方法。
【請求項２０】
電子ビームを発生する電子源及び第1の光学系と、
前記電子ビームと交差するイオンビームを発生する位置に設けられたイオン源及び第２の光学系と、
前記電子ビームと前記イオンビームとが交差する位置又はその近傍の位置である第１の位置に微小試料を配置する第１の試料搭載手段と、
前記第１の位置から前記電子ビーム又は前記イオンビームのいずれか一方のビームを直列的に前記第２の位置に導く第３の光学系と、
前記第1の移動手段により前記微小試料を前記第１の位置から移動させた際に、前記一方のビームと異なる他方のビームを前記第３の光学系に導く偏向器と
を有することを特徴とする荷電粒子線装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエーハ（以下、「ウエーハ」と称する。）などの微小領域を分析する荷電粒子線装置、加工・分析方法、および電子部品・ＭＥＭＳ部品の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造工程においては、良品を歩留まり良く、かつ、大量に生産することが求められる。一方、半導体の製造工程数は１００工程程度にも及び、そのうちのある工程における不良の発生を知らずに製造工程を進めてしまうと、不良品が大量に発生することになり、損失が膨大となる。これを防止するために、工程毎に入念な検査が行われ、できるだけ早い段階での不良の発見、原因の追及及び対策を行ってきている。
【０００３】
このような検査においては、回路パターンの寸法の計測、回路パターンの欠陥検査或いは異物の分析等が行われる。そのための各種手段が用意され利用されている。たとえば、検査手段として、製作された回路パターンの寸法を計測する測長用走査電子顕微鏡（critical dimension scanning electron microscope：以下、ＣＤＳＥＭと称する。）、異物、欠陥検査用に光を利用する光学検査装置、電子ビームを利用するＳＥＭ式検査装置、回路の断線や短絡などの電気的不良を検査するナノプローバ検査装置などが用いられる。
【０００４】
特に、不良個所が製品の内部に存在する場合には、集束イオンビーム（Focused Ion Beam：以下、「FIB」と称する。）装置と、走査電子顕微鏡（scanning electron microscope：以下、「ＳＥＭ」と称する。）装置と、を組み合わせた微細加工観察装置が用いられている。この微細加工観察装置では、ＦＩＢにより不良箇所を含むミクロンオーダーの微小領域（以下、「マイクロサンプル」と称する。）を切り出し、そのマイクロサンプルを針状のプローブを含むマニピュレータにより摘出し保持したままマイクロサンプルの位置と姿勢とを調節して最適形状に追加工し、観察・分析する方法が考案され利用されている。この方法は、下記特許文献１に記載されている。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１５０９９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記微細加工観察装置では、１つの装置でウエーハと微小サンプルの両方を扱えないため、上記の一連のウエーハ、微小サンプルの加工、高解像度の分析等を1台の装置で行えないという問題がある。また、複数の装置が必要となるため、装置が複雑化したり装置が大型化したりするという問題があった。
【０００７】
本発明の目的は、ウエーハからのサンプリングから高解像度の観察、分析までを1つの装置でできるようにすることである。また、ウエーハと微小サンプルとのそれぞれの試料に対して高機能、高性能な加工、分析を行うことができるようにすることである。    
【課題を解決するための手段】
【０００８】
図１、図２に示すように、１つの装置でウエーハと微小サンプルの両方を扱える構成として、上記のＦＩＢ、ＳＥＭ、ＳＴＥＭなどを用いた一連のウエーハ、微小サンプルの加工、分析を1台の装置で行えるようにする。さらに、ウエーハと微小サンプルを別の位置で扱うことで、それぞれの試料に適した光学系やレンズ形状、試料保持機構で構成することができるため、高精度の加工ができ、高解像度の観察画像が得られるなど、１台でかつ高機能、高性能な装置を提供することができる。
そのために以下の手段を行う。
【０００９】
本発明の一観点によれば、電子ビームを発生する電子源及び第１の光学系と、前記電子ビームと交差するイオンビームを発生する位置に設けられたイオン源及び第２の光学系と、前記電子ビームと前記イオンビームとが交差する位置又はその近傍の位置である第１の位置に微小試料を配置する第１の試料搭載手段と、前記第１の位置よりも前記イオン源又は前記電子源のうちの少なくとも一方と反対側の位置である第２の位置に試料を配置する第２の試料搭載手段及び前記第２の位置から移動させる第1の移動手段と、前記第１の位置からのビーム反射位置に配置される第１の荷電粒子検出器と、前記第１の位置から前記電子ビーム又は前記イオンビームのいずれか一方のビームを直列的に前記第２の位置に導く第３の光学系と、前記第２の位置からのビーム反射位置に配置される第２の荷電粒子検出器と、前記第１の移動手段により前記微小試料を前記第１の位置から移動させた際に、前記一方のビームと異なる他方のビームを前記第３の光学系に導く偏向器とを有することを特徴とする荷電粒子線装置が提供される。
【００１０】
上記荷電粒子線装置によれば、第１の位置と第２の位置とにおいて、それぞれイオンビームと電子ビームとを用いて、加工・観察・分析を行うことができる。第３の光学系は、電子ビームとイオンビームとで共用が可能である。
【００１１】
本発明の他の観点によれば、筐体と；該筐体内に設けられる荷電粒子線装置であって、
電子ビームを発生する電子源と、前記電子ビームと交差するイオンビームを発生する位置に設けられたイオン源と、試料を搭載する試料ステージと、該試料ステージを駆動する駆動手段と、前記電子ビームと前記イオンビームとが前記試料表面において交差する位置に設けられた前記電子ビーム又は前記イオンビームのうちの少なくともいずれか一方に設けられた光学系と、前記試料ステージ上の前記試料の横に設けられ、前記試料から切り出した微小サンプルを搭載する切出し微小サンプルホルダと、前記試料から切り出した前記微小サンプルを前記微小サンプルホルダに搬送する搬送手段とを備えたことを有することを特徴とする荷電粒子線装置と；を備えた微小試料検査装置が提供される。
【００１２】
上記装置によれば、切り出した微小サンプルを搭載した切出し微小サンプルホルダとともに装置の外へ取り出すことにより、ウエーハの微小部位のサンプリングを行うことができる。その後、取り出した微小サンプルを高解像度のＳＥＭで分析したり、ＦＩＢで薄膜加工をした後、ＳＴＥＭやＴＥＭなどで高解像度の分析を行うことができる。
【００１３】
前記電子ビームの軸の延長線上の前記電子源側から見て前記微小サンプルの反対側に設けられたSTEM検出器を有することを特徴とする。
【００１４】
上記装置によれば、ウエーハの横にウエーハから切り出した微小サンプルを搭載する切出し微小サンプルホルダを配置している。微小サンプルホルダにおいて、ウエーハに照射したイオンビームによりウエーハの微小サンプルの切り出し加工を行い、切り出しサンプルを上記ＧＡＤによりマイクロサンプリングプローブに接着して摘出し、切出し微小サンプル用ホルダまで搬送し、切り出した微小サンプルをＧＡＤにより切出し微小サンプルホルダに接着し搭載し、たとえばマイクロサンプリングプローブをイオンビームで切断する加工を行う。切り出した微小サンプルを搭載した切出し微小サンプルホルダとともに装置の外へ取り出すことにより、ウエーハの微小部位のサンプリングを行うことができる。その後、取り出した微小サンプルを高解像度のＳＥＭで分析したり、ＦＩＢで薄膜加工をした後、ＳＴＥＭやＴＥＭなどで高解像度の分析を行うことができる。
【００１５】
さらに、前記交差する位置の前記試料側に設けられたSEM/FIB共用光学系を有することを特徴とする。
【００１６】
上記荷電粒子装置によれば、ウエーハステージ上でSTEM観察が可能であり、かつ、共用カラムを利用することにより、高解像度の加工、分析が可能である。また、装置をコンパクトにすることが可能である。
【００１７】
電子ビームを発生する電子源及び第1の光学系と、前記電子ビームと交差するイオンビームを発生する位置に設けられたイオン源及び第２の光学系と、前記電子ビームと前記イオンビームとが交差する位置又はその近傍の位置である第１の位置に微小試料を配置する第１の試料搭載手段と、を備えた荷電粒子線装置を用いた検査方法であって、
電子ビームを微小試料に照射し、前記イオン源の動作を停止してイオンビームを前記微小試料に照射されないようにするステップと、を有することを特徴とする検査方法が提供される。
【００１８】
また、電子ビームを発生する電子源及び第1の光学系と、前記電子ビームと交差するイオンビームを発生する位置に設けられたイオン源及び第２の光学系と、前記電子ビームと前記イオンビームとが交差する位置又はその近傍の位置である第１の位置に微小試料を配置する第１の試料搭載手段と、を備えた荷電粒子線装置を用いた検査方法であって、
試料台上の試料又は切り出し微小サンプルを対象として、これらに対してイオンビームを照射するとともに、電子ビームは、電子源の動作を停止するか、又は、電子ビームを偏向させることにより対象に到達しないようにするステップとを有することを特徴とする検査方法が提供される。
【００１９】
また、電子ビームを発生する電子源及び第1の光学系と、前記電子ビームと交差するイオンビームを発生する位置に設けられたイオン源と及び第２の光学系と、前記電子ビームと前記イオンビームとが交差する位置又はその近傍の位置である第１の位置に微小試料を配置する第１の試料搭載手段と、を備えた荷電粒子線装置を用いた検査方法であって、試料台上の試料又は切り出し微小サンプルを対象として、ＳＥＭを使用するときは、電子ビームを前記試料又は前記切出し微小サンプルに照射し、前記電子ビームが前記微小サンプルに焦点を結ばないようにするステップとを有することを特徴とする検査方法が提供される。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、ウエーハからのサンプリングから高解像度の観察、分析までを１つの装置でできるようになるという利点がある。また、ウエーハと微小サンプルとのそれぞれに適した構成にすることにより、両方の試料に対して高機能、高性能の加工、分析を行うことができる。従って装置の設置場所の省スペース化、経済性向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
本発明に係る荷電粒子線装置は、イオンビームと電子ビームとの光軸の途中の交点にサイドエントリーホルダーを配置し、このサイドエントリーホルダーに微小サンプルを搭載する。ここにイオンビームを照射することにより薄膜加工を行い、電子ビームを照射して形状観察することにより薄膜加工位置、進行状況の確認を行なうことを特徴とする。
【００２２】
さらに、電子ビーム軸の延長線上の電子ビーム発生源から見て試料の反対側にSTEM検出器を配置し、薄膜化した微小サンプルに電子ビームを照射して、サンプルの反対側に透過放出された荷電粒子を捕獲することいより、高解像度のSTEM分析を行う。また、エネルギー分散型Ｘ線分光（Energy Dispersive X-ray Spectroscopy：以下、「ＥＤＸ」と称する。）検出器によりＸ線を検出してＥＤＸ分析を行う。
【００２３】
微小サンプルをイオンビームと電子ビームとの光軸からずらすことにより、それぞれのビームは微小サンプル搭載位置を通過する。電子ビームを偏向器で偏向してイオンビームと同軸軌道にしてウエーハに照射する。ウエーハに照射したイオンビームによりウエーハの穴あけ加工や微小サンプルの切り出しサンプリングを行い、電子ビームによりウエーハの上の位置アライメントや加工位置探し、また、電子ビームのウエーハへの入射角度が変わるようにウエーハステージを傾斜させて、イオンビームで穴あけ加工した上記断面を観察する。
【００２４】
以下、本発明の実施の形態による荷電粒子装置について、図面を参照しつつ説明を行う。まず、本発明の第１の実施の形態による荷電粒子装置について説明する。図１は、本実施の形態による荷電粒子装置の構成例を示す図である。イオン銃１から発生したイオンビーム３を、イオンビーム収束レンズ１１に入射させ細く収束し、イオンビーム偏向器１２で走査偏向し、イオンビーム対物レンズ１３で微小サンプル５に焦点を合わせる。イオンビーム３はイオンビーム偏向器１２または別に設けられている偏向器により偏向され微小サンプル５上の所望の微小領域に照射される。
【００２５】
微小サンプル５上のイオンビームが照射された部分はスパッタされて除去される。このエッチング加工処理により、サンプルに穴あけ加工や切断加工をしたり、薄膜化加工を行うことができる。
【００２６】
一方、電子銃２から発生した電子ビーム４を電子ビーム収束レンズ１４に入射させて細く収束させ、電子ビーム偏向器１５で走査偏向し、電子ビーム対物レンズ１６で微小サンプル５に焦点を合わせる。電子ビーム４は電子ビーム偏向器１５または別に設けられている偏向器により偏向され微小サンプル５の上の所望の微小領域に照射される。微小サンプル５は、微小サンプルホルダ７に搭載され、保持されている。微小サンプル用ホルダ７に搭載した微小サンプル５に照射するイオンビームや電子ビームは、ウエーハ６上又はウエーハ６を載せるウエーハホルダ９の上に搭載した微小サンプル１０にイオンビームや電子ビームを照射する場合よりも、荷電粒子光学系の最終レンズである対物レンズとサンプルとの距離であるワーキングディスタンス（ＷＤ）を短くできるため、より細く収束することができる。従って、加工、観察、分析をより高解像度に行うことができるという利点がある。
【００２７】
微小サンプル５の近くに、GAEガスノズル４１、EDX検出器２６、荷電粒子検出器（１） ２７が配置されている。GAEガスノズル４１から微小サンプル５のイオンビーム照射部に吹き付ける。このように、エッチングを促進する成分のガスを吹き付けながらイオンビーム３を照射することにより、エッチング加工の速度を速めることができる。
【００２８】
微小サンプル５にイオンビーム３を照射し、表面近傍から発生する二次電子等の荷電粒子を荷電粒子検出器（１） ２７により検出し、イオンビーム偏向器１２の走査偏向に同期して、検出した信号の強度をＣＲＴモニタなどに表示することにより、ビームを照射した微小領域の形状を反映した走査イオン顕微鏡（Scanning Ion Microscope：以下、「ＳＩＭ」と称する。）像による拡大観察ができる。
【００２９】
微小サンプル５に電子ビーム４を照射して、表面近傍から発生する二次電子や反射電子等の荷電粒子を荷電粒子検出器（１） ２７により検出し、電子ビーム偏向器１５の走査偏向に同期して、検出した信号の強度をＣＲＴモニタなどに表示することにより、ビームを照射した微小領域の形状を反映したＳＥＭ像による拡大観察ができる。
【００３０】
微小サンプル５に電子ビーム４を照射して、表面近傍から発生するＸ線をEDX検出器２６で検出し、電子ビーム偏向器１５の走査偏向に同期して、検出した信号の強度をＣＲＴモニタなどに表示することにより、ビームを照射した微小領域の組成情報を反映したＥＤＸ像による分析ができる。電子ビームの軸の延長線上の電子銃２から見て微小サンプル５の反対側にSTEM検出器３０が配置されている。薄膜化した微小サンプル５に電子ビーム４を照射し、サンプルの反対側に放出した荷電粒子をSTEM検出器３０により検出し、電子ビーム偏向器１５の走査偏向に同期して、検出した信号の強度をＣＲＴモニタなどに表示することにより、ビームを照射した微小領域の組成情報などを反映した高解像度のSTEM分析ができる。
【００３１】
微小サンプルホルダ７を操作して微小サンプル５を取り外すと、イオンビーム３及び電子ビーム４は微小サンプル搭載位置を通過することができるようになる。また、サンプルホルダ７を可動式にして、これを操作して微小サンプル５をイオンビーム３及び電子ビーム４の軸上からずらすことによっても、それぞれのビームは微小サンプル搭載位置を通過することができるようになる。
【００３２】
微小サンプル搭載位置を通過したイオンビーム３を、収束レンズ１７に入射させ細く収束し、偏向器１８で走査偏向し、対物レンズ１９でウエーハ６に焦点を合わせる。イオンビーム３は偏向器１８または別に設けられている偏向器により偏向され、ウエーハ上の所望の微小領域に照射される。ウエーハ６上のイオンビームが照射された部分はスパッタされて除去される。このエッチング加工により、ウエーハ６に対して穴あけ加工や切断加工を行うことができる。
【００３３】
微小サンプル搭載位置を通過した電子ビーム４を、偏向器（１）２１、偏向器（２）２２により、イオンビーム３と略同軸軌道になるように偏向し、収束レンズ１７に入射させて細く収束し、偏向器１８により走査偏向し、対物レンズ１９でウエーハ６に焦点を合わせる。イオンビーム３は、偏向器１８又は別に設けられている偏向器により偏向され、ウエーハ６の上の所望の微小領域に照射される。
【００３４】
偏向器（１）２１、偏向器（２）２２は、電子ビーム４の両脇に配置した電極の片方に正の電圧を、もう一方に負の電圧を印加することにより、電子ビームの進行方向に対して横方向の電界を発生させ、負の電荷をもつ電子ビーム４を正電圧の電極側へ曲げることにより電子ビーム４の進路を変えるものである。（特開昭５６−１３６４４６号公報、SURFACE AND INTERFACE ANALYSIS, VOL. 16,105-108(1990) , John Wiley & Sons, Ltd.  A New SIMS Insturument for Submicron Microarea Analysis参照。）
【００３５】
収束レンズ１７、偏向器１８、対物レンズ１９は、イオンビーム３を照射する場合と、電子ビーム４を照射する場合とで共用するため、それぞれのビームに合った動作条件に設定される。（特許２７１４００９号公報参照。）
【００３６】
ウエーハ６のビーム照射位置の近くに、荷電粒子検出器（２）２９、後述する（図７参照）マイクロサンプリングプローブ３５、GAEガスノズル４２、GADガスノズル４３が配置される。
【００３７】
上記微小サンプル５の場合と同様に、ウエーハ６にイオンビーム３を照射して、表面近傍から発生する二次電子等の荷電粒子を荷電粒子検出器（２）２９で検出し、偏向器１８の走査偏向に同期して、検出した信号の強度をＣＲＴモニタなどに表示することによりイオンビーム３を照射した微小領域の形状を反映したＳＩＭ像による拡大観察ができる。
【００３８】
上記微小サンプル５の場合と同様に、ウエーハ６に電子ビーム４を照射して、表面近傍から発生する二次電子や反射電子等の荷電粒子を荷電粒子検出器（２）２９で検出し、偏向器１８の走査偏向に同期して、検出した信号の強度をＣＲＴモニタなどに表示することにより、電子ビーム４を照射した微小領域の形状を反映したＳＥＭ像による拡大観察ができる。また、上記微小サンプルと同様に、ウエーハ６にGAEガスノズル４２からエッチングを促進する成分のガスを吹き付けながらイオンビーム３を照射することによりエッチング加工の速度を速めることができる。GADガスノズル４３からウエーハ６のイオンビーム照射部に、吹き付けると成分を堆積させることができるガスを吹き付けながら、イオンビーム３を照射することにより、所望領域への成膜や穴埋め加工、マイクロサンプリングプローブの摘出サンプルへの接着が可能である。
【００３９】
ウエーハ６に照射したイオンビーム３によりウエーハ６の微小サンプル１０の切り出し加工を行い、切り出しサンプル１０を上記ＧＡＤによりマイクロサンプリングプローブ３５に接着して摘出し、切出し微小サンプル用ホルダ９まで搬送し、切り出した微小サンプル１０をＧＡＤにより切出し微小サンプルホルダ９に接着し搭載し、マイクロサンプリングプローブ３５をイオンビーム３で切断する加工を行う。切り出した微小サンプル１０を搭載した切出し微小サンプルホルダ９とともに装置の外へ取り出すことにより、ウエーハ６の微小部位のサンプリングを行うことができる。その後、取り出した微小サンプル１０を高解像度のＳＥＭで分析したり、ＦＩＢで薄膜加工をした後、ＳＴＥＭやＴＥＭなどで高解像度の分析を行うことができる。
【００４０】
ウエーハ６からの微小部位のサンプリング方法の一例については、再公表特許ＷＯ９９−０５５０６号公報及び特開２００２−１５０９９０号公報を参照可能である（以下「マイクロサンプリング機能」と記載する）。ウエーハ６は、ウエーハ駆動ステージ８により保持されており、ウエーハ駆動ステージ８によりビーム３・４に対して相対的に移動、傾斜することで、ビーム３・４の照射位置、入射角度を選択することができる。
【００４１】
図２は、本実施の形態による分析方法の一例を示す図である。図２においては、図１に示す光学系を、ＦＩＢイオン光学系２０１、ＳＥＭ電子光学系２０２、イオンビーム・電子ビーム共用光学系２０５として簡略化して示している。ここで、ウエーハ６を搭載するウエーハ用ステージと微小サンプル用のホルダー７とを設けておく。微小サンプル用のホルダー７の微小サンプル搭載部７ａにおいて、微小サンプル５のイオンビームによる薄膜化加工、電子ビームによるＳＥＭ観察、ＳＴＥＭ観察ができる。イオンビームと電子ビームのいずれか一方又は両方を偏向して、ウエーハ６と微小サンプル５との両方の試料位置に照射できるようにする。ここで、ビーム軸の途中に微小サンプル５を配置できる構成にして微小サンプル５にビームを照射する（矢印ＡＲ３の先の位置）。一方、微小サンプル５をビーム軸からずらすと、ビームが通過してウエーハ６に照射できるようになっている（矢印ＡＲ１の元の位置）。矢印ＡＲ１に示すように、ウエーハ６から微小サンプル６を切り出し、微小サンプル用のホルダー７の微小サンプル搭載部７ａに搭載し（矢印ＡＲ２）、ビーム軸の途中において微小サンプル５にビームが照射できる位置まで微小サンプル５を移動させることができる（矢印ＡＲ３の先の位置）。光学系の動作条件を、ＦＩＢとＳＥＭ、微小サンプルとウエーハとのそれぞれの組合せの動作モードにあわせて切替える制御が可能なようになっている。
【００４２】
図３は、ビーム経路を示す図表であり、ＦＩＢ、ＳＥＭ、ＳＴＥＭなどに基づくビームと、検出器のモードと、サンプルが微小サンプル、ウエーハ、切出し微小サンプルの組み合わせのうちの各々の場合におけるビーム経路を例示した図である。適宜、図１も参照する。
【００４３】
図３において、（ａ）は、微小サンプルを対象にＦＩＢを利用する例に示す図であり、（ａ）に示すように、微小サンプル５でＦＩＢを使用するときは、イオン銃１、図１に示すイオンビーム収束レンズ１１、イオンビーム偏向器１２、イオンビーム対物レンズ１３を動作させて、イオンビーム３を微小サンプル５に照射する。電子ビーム４は、電子銃２の動作を停止するか、電子ビーム４を図１に示す電子ビーム偏向器１５又は別に設けた偏向器などで大きく偏向させてサンプルに到達しないようにする（一点鎖線参照）。
【００４４】
（ｂ）、（ｃ）に示すように、微小サンプルを対象とし、ＳＥＭやＳＴＥＭを使用するときは、電子銃２、図１に示す電子ビーム収束レンズ１４、電子ビーム偏向器１５、電子ビーム対物レンズ１６を動作させて、電子ビーム４を微小サンプル５に照射する。イオンビーム３はイオン銃１の動作を停止してサンプルに到達しないようにする。ウエーハ６にビームを照射するときは、微小サンプル５を取り外したり、ビームの軸上からずらしてビームが微小サンプル搭載位置を通過するようにする。
【００４５】
（ｄ）及び（ｆ）は、ウエーハ、切り出し微小サンプルを対象としている。ウエーハ６または切出し微小サンプル１０に対してＦＩＢを使用するときは（ｄ）、イオン銃１、図１に示すイオンビーム収束レンズ１１、収束レンズ１７、偏向器１８、対物レンズ１９を動作させてイオンビーム３をウエーハ６または切出し微小サンプル１０に照射する。この際、微小サンプル搭載位置付近でイオンビームが走査偏向したり焦点を結んだりしないように、イオンビーム偏向器１２、イオンビーム対物レンズ１３は動作を停止させる。
【００４６】
電子ビーム４は、電子銃２の動作を停止するか、電子ビームを電子ビーム偏向器１５や別に設けた偏向器などで大きく偏向してサンプルに到達しないようにする。
【００４７】
（ｅ）に示すように、ウエーハ６又は切出し微小サンプル１０によりＳＥＭを使用するときは、電子銃２、図１に示す電子ビーム収束レンズ１４、偏向器（１）２１、偏向器（２）２２、収束レンズ１７、偏向器１８、対物レンズ１９を動作させて電子ビーム４をウエーハ６又は切出し微小サンプル１０に照射する。
【００４８】
この際、微小サンプル搭載位置付近で電子ビームが走査偏向したり焦点を結ばないように、電子ビーム偏向器１５、電子ビーム対物レンズ１６は動作を停止させる。イオンビーム３は、イオン銃１の動作を停止してサンプルに到達しないようにする。
【００４９】
次に、本実施の形態による荷電粒子線装置によりウエーハの表面近傍の内部を分析する手順について説明する。半導体製造工程において、ウエーハの内部を分析したい部分は、欠陥検査装置で欠陥が存在する可能性が指摘された位置であることが多い。欠陥検査装置からは検出した欠陥が存在する可能性がある位置の情報が出力される。この位置情報をもとに分析位置を探す。この際、寸法位置情報とともに、ウエーハ表面に電子ビームを照射して得られる表面の形状を反映したＳＥＭ画像情報を用いて分析位置を探す。もちろん、欠陥検査装置などから提供された位置情報を使用しないで、分析位置を探しても良い。
【００５０】
図４は、ウエーハ６面への穴加工と断面観察に関する図である。ウエーハ６の表面近傍の内部を分析するには、主に２通りの手法を用いることができる。第１の方法は、図４に示すように、図４（ａ）のウエーハ６の分析したい部分に隣接した位置にイオンビーム３により穴あけ加工を行い、穴の壁の部分に分析したい部分を露出させて（図では、破線部分まで三角柱状に加工する）、図４（ｂ）に示すように、加工したその壁面に電子ビーム４を照射しＳＥＭ像などを用いて分析を行う。
【００５１】
本実施の形態による荷電粒子線装置では、イオンビーム３と電子ビーム４とのウエーハへの入射角度が同じであるため、図４（ｂ）のように電子ビーム４を穴の壁に照射できる位置までウエーハを傾斜させる。
【００５２】
第２の方法について、図５、図６を参照しつつ説明を行う。図５、図６に示すように、分析したい部分を微小サンプルとして切り出し、微小サンプル分析機能で高解像度の分析を行う。微小サンプルとしての切り出しは上記「マイクロサンプリング機能」で行うことができる。
【００５３】
まず、図５（ａ）に示すように、ウエーハ６の分析したい部分に隣接した位置に、マイクロサンプリングプローブ３５を用いてサンプル１０を切り出す。図５（ｂ）に示すように、切り出した切出し微小サンプル１０を切出し微小サンプル用ホルダ９に搭載する。
【００５４】
図６に示すように、上記切り出した切出し微小サンプル１０を切出し微小サンプル用ホルダ９とは異なる上述の微小サンプルホルダ７の先端に取り付け、微小サンプル搭載位置（図１参照）に配置する（図２参照）。切出し微小サンプル１０に関して、微小サンプル搭載位置に配置された状態では微小サンプル５と呼称して以下の説明を行う。図６（ａ）、図６（ｂ）に示すように、分析したい断面がイオンビーム３の光軸と平行になるように向きを合わせて、イオンビームを照射して薄膜化加工を行う。この際、加工位置や加工の進行状況をＳＥＭで確認しながら加工すると正確な加工ができる。
【００５５】
次に、図６（ｃ）のように微小サンプルホルダ７を操作して、薄膜化した微小サンプル５の断面を電子ビーム４の軸方向に向けて、電子ビーム４を照射して高解像度のSTEM分析、ＥＤＸ分析などを行う。
【００５６】
以下に、本実施の形態による荷電粒子線装置の利点を列挙する。
１）イオンビームの光軸と電子ビームの光軸を交差させて、その交点付近に微小サンプルを搭載することにより、薄膜加工とＳＴＥＭ分析とを、サンプルの向きを変えるだけで同じ搭載位置で行うことができる。従って、薄膜加工とＳＴＥＭ分析とを、異なる装置で行う場合に比べて、薄膜加工の後であってＳＴＥＭ分析を行うまでの間に、サンプルを別の搭載位置に移送する作業が不要となり、操作性が良くなる。
【００５７】
２）イオンビームの光軸と電子ビームの光軸とを交差させて、その交点付近に微小サンプルを搭載することにより、ウエーハやウエーハホルダ上に搭載した微小サンプルにビームを照射する場合よりも、ワーキングディスタンス（ＷＤ）を短くすることができる。従って、より高精度の加工、観察、分析を行うことができる。
【００５８】
３）微小サンプルの専用ホルダを用いることにより、ウエーハ用ステージに微小サンプルを搭載するよりも、微小サンプルに対して耐振動性能が向上し、高精度の加工、観察、分析を行うことができるという利点がある。
【００５９】
尚、微小サンプル搭載位置に入射するイオンビームの光軸と電子ビームの光軸を鋭角に配置することにより、同軸や垂直に近いように配置した場合に比べて、薄膜加工する状態からサンプルの姿勢を変化させないままで、ＳＥＭによりサンプルの上面と断面との両方を同時に観察できる。従って、残りの膜の厚さと断面の形状とを同時に確認することができ、薄膜加工処理と加工状況の確認処理の間に、サンプルの向きを変える作業が不要となり操作性が向上する。
【００６０】
４）微小サンプル搭載位置に入射するイオンビームの光軸と電子ビームの光軸とを分けて配置することにより、同軸で配置した場合に比べて、ＳＴＥＭ検出器を微小サンプル搭載位置を通過したイオンビームおよび電子ビームの軌道上に配置しなくて済む。従って、ＳＴＥＭ観察のたびに、ＳＴＥＭ検出器を電子ビームの軌道上に配置したり軌道からずらしたりするという作業が不要となり、操作性が良い装置を提供できるという利点がある。
【００６１】
また、ＳＴＥＭ検出器を固定的に配置することにより、ＳＴＥＭ観察のたびにＳＴＥＭ検出器を微小サンプルに近づける機構を設けたり操作をする手間が省ける。
【００６２】
さらに、試料室下部や電子光学系のビーム軌道上のような狭い場所に比べて比較的空間的に余裕がある場所にＳＴＥＭ検出器を配置することにより、構造設計が容易になる。また、比較的空間的に余裕がある場所にＳＴＥＭ検出器を配置することにより、ＳＴＥＭ分析時に微小サンプルとＳＴＥＭ検出器の距離を変える機構などを作り易くなる。
【００６３】
５）ウエーハに入射するイオンビームの光軸と電子ビームの光軸とを同軸に配置する共用部分を持たせることにより小型で経済的な装置を提供できる。特に、クリーンルームにおいては装置の高さ方向の大きさより、横方向の大きさ、すなわち占有床面積を小さくする方が設備投資費用の面で重要である。従って、一般的なＦＩＢ−ＳＥＭよりも装置が高さ方向に大きくなるが、横方向には大きくならないので、小型化できる。
【００６４】
６）ウエーハに入射するイオンビームの光軸と電子ビームの光軸とを同軸に配置することにより、イオンビームと電子ビームのウエーハへの入射角度が同じになるため、個別に配置する場合に比べて、同一の視野角度で観察、加工ができ、視野角度の相違や凹凸部のかげで見えない部分が発生することがなくなり、操作性が良い装置を提供できる。また、ウエーハを対物レンズに近づけることができるため、ＷＤを短くできるので高解像度の観察、加工ができる。
【００６５】
７）ウエーハに対するＦＩＢとＳＥＭ機能と、微小サンプルのＦＩＢとＳＥＭ、ＳＴＥＭ機能が装備されているため、ウエーハからのサンプル摘出、ＦＩＢで薄膜加工、ＳＴＥＭでの高解像度の分析までを一台の装置で行うことができ、省スペースで経済的になる。
【００６６】
８）ウエーハと微小サンプルのそれぞれに適した構成にすることで両方の試料に対して高機能、高性能の加工、分析を行うことができるようになる。ウエーハに対しては、電子ビームとイオンビームの対物レンズを共用することで、ＷＤを短くできるため、高精度の観察、加工、分析ができる。微小サンプルに対しては、微小サンプル用の小型な微小サンプルホルダを使用することで、ＷＤを短くすることができ、また、耐震性が向上するために高精度の観察、加工、分析ができる。
【００６７】
９）試料を加工して電子部品やＭＥＭＳ部品を形成する製造プロセスにおいて、試料を本発明の観察、加工方法で検査、分析した結果により、不良、不具合の発生を抑えるように製造プロセスの工程の加工を制御する要素を調整して、歩留まりの向上を図ることができる。
【００６８】
前記製造プロセスにおいて、任意の工程後に、試料を本発明の観察、加工方法で検査、分析した後、前記試料を任意の工程または前記任意の工程の次の工程に戻して、前記製造プロセスを継続するようにして、試料を評価のために無駄に廃棄せず利用することができる。また、この観察、加工方法を電子部品等製造の検査、分析に適用することにより、経済的な新たな電子部品、ＭＥＭＳ部品等の微細部品などの検査、分析方法、製造方法を実現することができる。
【００６９】
以下に、本発明の第１の実施の形態の変形例について図面を参照しつつ説明を行う。以下に示す変形例は、光学系の配置に関連するものである。上記第１の実施の形態との対比を行いつつ、変形例について説明する。尚、以下の図面においては、簡略化のため、図１における光学系１１、１２、１３を符号Ａで示し、光学系１４、１５、１６を符号Ｂで示し、光学系１７、１８、１９を符号Ｃで示す。適宜図１を参照しつつ説明を行う。
【００７０】
（１）上記第１の実施の形態による荷電粒子線装置では、電子ビーム４の軌道を変える偏向器２１・２２を電子ビーム４が電子ビーム４とイオンビーム３との交点を通過した後の位置に配置したが、本第１変形例による荷電粒子線装置においては、図１０の（１）に示すように、偏向器２１・２２の位置を電子ビーム４とイオンビーム３との交点付近または交点を通過する前に配置する点を特徴とする。偏向器を１段（２１）のみにすることもできる。この場合には、スペース的に実装が難しいため、小型の偏向器を用いるのが好ましい。
【００７１】
（２）上記第１の実施の形態による荷電粒子線装置では、微小サンプル５に照射する電子ビーム４とイオンビーム３との光軸がビーム源側で鋭角になるように配置されている。本第２変形例による荷電粒子線装置においては、図１０の（２）に示すように、電子ビーム４とイオンビーム３との光軸が略直交するように配置している。このように配置すると、イオンビーム３で加工した後に微小サンプル５を傾斜させなくても、断面の垂直ＳＥＭ、ＳＴＥＭ分析が可能である。尚、この方法では、ＳＥＭで加工状況を確認する際に、上面のみが観察可能なため、サンプルを傾斜させずにサンプルの上面を観察して加工の残りの厚さを確認することはできない。尚、左図はイオンビーム３により微小サンプル５を加工している様子を、右図は電子ビームにより微小サンプルを観察している様子を示している。
【００７２】
（３）上記第１の実施の形態による荷電粒子線装置では、微小サンプル５に照射する電子ビーム４とイオンビーム３の光学系を別に配置した。第３変形例においては、図１０（３）に示すように、電子銃以外の光学系、または、電子銃を含めた光学系を共用して同軸とする点を特徴とする。このようにすると、光学系構成要素をさらに少なくすることができる。左図は、イオンビームと電子ビームの光源を同じ位置にした例であり、右図は、イオンビームと電子ビームの光源を異なる位置にした例である。
【００７３】
但し、ＳＴＥＭ検出器３０を光軸上に配置するため、ＳＴＥＭ観察のたびにＳＴＥＭ検出器３０を電子ビームの軌道上に配置したり軌道からずらしたりするという追加の作業が発生する。これを避けるために微小サンプル５の後にＳＴＥＭ観察のときだけ偏向作用をするように切替ができる偏向器を配置し、微小サンプルから透過、放出した荷電粒子線の軌道を曲げてＳＴＥＭ検出器で検出する配置としても良い。
【００７４】
（４）上記第１の実施の形態による荷電粒子線装置では、図１に示すように、電子ビーム４とイオンビーム３とがウエーハ６に垂直に入射するように配置したが、図１０（４）に示すように、光学系全体をウエーハ６に対して傾けて配置することにより、ビームが斜めから入射するように配置すると、ウエーハ６を傾斜させなくてもウエーハ６からのサンプル切り出し加工が可能になるという利点がある。
【００７５】
（５）上記第１の実施の形態による荷電粒子線装置では、ウエーハ６に照射する直前のビーム３・４を同軸とするようにしたが、これを、たとえば図１１（５）に示すように光学系を別に配置することにより同軸ではなくすることで、ウエーハ６を傾斜させずに穴加工断面のＳＥＭ観察ができるようになる。但し、光学系の構成要素、部品数が多くなり、装置も大きくなるという問題点もある。尚、図１１（５）の左図は、イオンビーム光源１がウエハー６面のビーム照射位置に対して法線方向に設けられている例であり、図１１（５）の右図は、イオンビーム光源１と電子ビーム光源３とのいずれも、ビーム照射位置の法線方向から外れた位置に設けられている例を示している。後者では、いずれのビームに対しても偏向器が必要になる。
【００７６】
（６）上記第１の実施の形態による荷電粒子線装置では、電子ビーム４だけを偏向した例を示したが、電子ビーム４とイオンビーム３の両方を、微小サンプル５の前（光源側）の位置で偏向できるように図示しない偏向器を配置することにより、微小サンプル５をビーム照射位置から抜いたりずらしたりしなくても、偏向器２１ａ・２１ｂでビーム軌道を切替えることにより、ウエーハ６にビーム３・４を照射するように切替えることができる。
【００７７】
（７）上記第１の実施の形態による荷電粒子線装置では、電子ビーム４とイオンビーム３との両方を微小サンプル５の搭載位置に照射できるように配置したが、イオンビーム３は微小サンプル５の搭載位置には照射せず、ウエーハ６のみに照射するように配置し、薄膜加工はウエーハ８の横の切出しサンプルホルダ部１０で行い、ＳＥＭ光学系だけビームの途中に微小サンプル５、ＳＴＥＭ検出器３０を搭載できるようにすることも可能である。このような構成にすると、いずれのビーム光軸を偏向させなくても良い配置が可能であり、偏向器が不要になるという利点がある。
【００７８】
（８）上記第１の実施の形態による荷電粒子線装置では、電子ビーム４とイオンビーム３との両方を使用している。ところで、図１２（８）に示すように、電子ビーム４のみを使用する装置においても、電子ビーム４の途中に微小サンプル５、ＳＴＥＭ検出器３０、偏向器（図示せず）を配置している。このようにすることでウエーハ６と微小サンプル５との両方を観察、分析することができるという利便性がある。
【００７９】
（９）上記第１の実施の形態による荷電粒子線装置では、微小サンプル５の搭載位置を通過した後のウエーハ６に入射する電子ビーム４とイオンビーム３との主な光学系構成要素として集束レンズ、偏向器、対物レンズを使用している。本変形例では、図１の構成から収束レンズを削除して偏向器と対物レンズのみを使用する構成（左図）、または、図１の構成から収束レンズと偏向器とを削除して対物レンズのみを使用するように構成すると（右図）、光学系構成要素をさらに少なくすることができるため、構成の簡素化・装置の小型化・コストの削減が可能となる。
【００８０】
（１０）上記第１の実施の形態による荷電粒子線装置に対して、図１３（１０）に示すように、微小サンプル部５・７の電子ビーム用の対物レンズＥ１・Ｅ２を、電子ビームの軸方向の試料よりも電子銃側とその反対側に対物レンズ磁極を配置し、ＷＤを短くして試料に照射する電子ビームをより細く収束できるいわゆるインレンズタイプの対物レンズにすることにより、解像度のより一層高いＳＥＭおよびＳＴＥＭの観察、分析を行うことができる。対物レンズの磁極をインレンズタイプにすることでイオンビームの対物レンズと干渉する場合は、前記記載の例と同様に電子ビームとイオンビームを直角に近い配置にするとよい。（図１３（１０）の上図、中図参照）。
【００８１】
（１１）上記第１の実施の形態による荷電粒子線装置で、電子ビーム４とイオンビーム３とがウエーハ６や微小サンプル５に照射する位置で交差する構成としているが、実際には完全に交差していなくてもよく、電子ビーム４とイオンビーム３との離れている距離の分だけウエーハ６や微小サンプル５を移動させて、加工、観察、分析をする場所の位置合せを行っても良い。
【００８２】
次に、本発明の第２の実施の形態による荷電粒子線装置について図面を参照しつつ説明する。本実施の形態による荷電粒子線装置は、一つの筐体内に配置された装置の中でウエーハと微小サンプルを分析できる構成を有している。
【００８３】
図７（ａ）に示すように、イオンビーム源２０２と電子線源２０１と、マイクロサンプリングプローブ３５とを、ウエーハ６に近い位置に配置している。筐体７０１内に、複数の駆動テーブルと駆動機構７０２を有するウエーハステージを収納し、その上に載せられたウエーハ６の横にウエーハ６から切り出した微小サンプル１０を搭載する切出し微小サンプルホルダ７０３を配置している。微小サンプルホルダ７０３において、薄膜加工、ＳＴＥＭ分析を行う。さらに、ＳＴＥＭ検出器３０をステージ下部の試料室７０１の底などに配置している。
【００８４】
図７（ｂ）は、ＳＴＥＭを使用するステージ座標では、切出し微小サンプル１０とＳＴＥＭ検出器３０の間に試料透過電子Ｙが通過できる空間が形成されている。
【００８５】
図７に示す構成では、装置をコンパクトに形成できるとともに、ＳＥＭカラムとＦＩＢカラムとから出たビームが、ウエーハ駆動ステージに搭載された微小サンプルに照射され、ＳＴＥＭ検出器がその下に設けられているため、ＳＴＥＭ観察をするために微小サンプルを微小サンプル用ホルダーに載せかえる必要がないという利点がある。
【００８６】
次に、本発明の第３の実施の形態による荷電粒子線装置について図面を参照しつつ説明を行う。図８に示す装置は、図７（ａ）に示す構成において、SEM/FIB共用カラム２０５を有する点を特徴とする。図８（ａ）、（ｂ）に示すように、駆動テーブルと駆動機構７０２は、湾曲したスタンド７０５に取り付けられている。図７（ｂ）に示すように、ＳＴＥＭを使用するステージ座標では、切出し微小サンプル１０とＳＴＥＭ検出器３０の間に試料透過電子Ｙ’が通過できる空間が形成されている。
【００８７】
本実施の形態による荷電粒子装置によれば、ウエーハステージ上でSTEM観察が可能であり、かつ、共用カラムを利用することにより、高解像度の加工、分析が可能である。また、装置をコンパクトにすることが可能である。
【００８８】
次に、本発明の第３の実施の形態の変形例による荷電粒子線装置について図面を参照しつつ説明を行う。
【００８９】
図９に示す装置では、図８に示す装置において、STEM検出器３０を小型にし、筐体７０１内であってウエーハ６を載せるステージ内に内蔵させた点を特徴とする。この場合には、図９（ｂ）に示すように、微小サンプル１０にビームが照射される位置までステージ７０２ａを移動させることにより、微小サンプル１０の下方に設けたSTEM検出器３０によりSTEM観察が可能である。この場合でも、構造が簡素化されている。尚、微小サンプルとSTEM検出器との距離が近い場合は、STEM検出器を下の段のステージテーブルに搭載することも可能である。
【００９０】
なお、以下に、本明細書において使用した略号の説明を示す。
FIB：Focused Ion Beam  収束イオンビーム装置
SEM：Scanning Electron Microscope  走査電子顕微鏡
TEM: Transmission Electron Microscope  透過電子顕微鏡
STEM：Scanning Transmission Electron Microscope  走査透過電子顕微鏡
SIM：Scanning Ion Microscope  走査イオン顕微鏡
EDX：Energy Dispersive X-ray Spectroscopy  エネルギー分散型Ｘ線分光
MEMS：Micro Electro Mechanical Systems  マイクロマシン
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明は、半導体集積回路等の加工と観察とを行う荷電粒子線装置に利用できる。その他、磁気記録再生ヘッド、光磁気記録再生ヘッド、ＭＥＭＳなどの微細構造利用分野において、ｎｍ〜マイクロメートルオーダーの多層薄膜構造物や微細構造物の検査、分析、製造およびそれに用いる装置に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００９２】
【図１】本発明の第１の実施の形態による荷電粒子装置の一構成例を示す図である。
【図２】本実施の形態による分析方法の一例を示す図である。
【図３】ビーム経路を示す図表であり、ＦＩＢ、ＳＥＭ、ＳＴＥＭなどに基づくビームと、検出器のモードと、サンプルが微小サンプル、ウエーハ、切出し微小サンプルの組み合わせのうちの各々の場合におけるビーム経路を例示した図である。
【図４】ウエーハ部への穴加工と断面観察に関する図である。
【図５】ウエーハからの微小サンプル切り出し工程を示す図である。
【図６】微小サンプルの薄膜加工、ＳＥＭ、ＳＴＥＭ分析工程を示す図である。
【図７】試料室にＳＴＥＭ検出器を搭載する例を示す図である。
【図８】図７に示す構成に代えて、SEM/FIB共用カラムを有する図である。
【図９】図８に示す装置において、STEM検出器を小型にし、筐体内であってウエーハを載せるステージ内に内蔵させた構成を有する図である。
【図１０】図１０（１）〜（４）までは、第１の実施の形態の変形例を示す図である。
【図１１】図１１（５）〜（７）までは、第１の実施の形態の変形例を示す図である。
【図１２】図１２（８）、（９）は、第１の実施の形態の変形例を示す図である。
【図１３】（１０）は、第１の実施の形態の変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００９３】
1  イオン銃、2  電子銃、3  イオンビーム、4  電子ビーム、5  微小サンプル、6  ウエーハ、7  微小サンプルホルダ、8  ウエーハ駆動ステージ、9  切出し微小サンプルホルダ、10  切出し微小サンプル、11  イオンビーム収束レンズ、12  イオンビーム偏向器、13  イオンビーム対物レンズ、14  電子ビーム収束レンズ、15  電子ビーム偏向器、16  電子ビーム対物レンズ、17  収束レンズ、18  偏向器、19  対物レンズ、21  偏向器１、22  偏向器２、23  ＥＸＢフィルタ、26  EDX検出器、27  荷電粒子検出器１、28  荷電粒子検出器２、29  荷電粒子検出器３、30  STEM検出器、35  マイクロサンプリングプローブ、41  GAEガスノズル、42  GAEガスノズル、43  GADガスノズル、201  ＦＩＢイオン光学系、202  ＳＥＭ電子光学系、203  ＦＩＢ専用機イオン光学系、204  ＳＴＥＭ専用機電子光学系、205  イオンビーム／電子ビーム共用光学系、701  試料室、702  ウエーハ駆動ステージ、703  切出し微小サンプルホルダ
【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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