特許 7611415 制御方法、荷電粒子ビーム装置及びプログラム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-25

(45)【発行日】2025-01-09

(54)【発明の名称】制御方法、荷電粒子ビーム装置及びプログラム

(51)【国際特許分類】

   H01J 37/305 20060101AFI20241226BHJP

   H01J 37/22 20060101ALI20241226BHJP

【ＦＩ】

H01J37/305 A

H01J37/22 502H

【請求項の数】 6

(21)【出願番号】P 2023550776

(86)(22)【出願日】2021-09-28

(86)【国際出願番号】 JP2021035609

(87)【国際公開番号】W WO2023053188

(87)【国際公開日】2023-04-06

【審査請求日】2024-03-08

(73)【特許権者】

【識別番号】503460323

【氏名又は名称】株式会社日立ハイテクサイエンス

(74)【代理人】

【識別番号】100165179

【弁理士】

【氏名又は名称】田▲崎▼ 聡

(74)【代理人】

【識別番号】100126664

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 慎吾

(74)【代理人】

【識別番号】100161207

【弁理士】

【氏名又は名称】西澤 和純

(74)【代理人】

【識別番号】100175824

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 淳一

(72)【発明者】

【氏名】長嶺 俊之

(72)【発明者】

【氏名】上本 敦

(72)【発明者】

【氏名】麻畑 達也

(72)【発明者】

【氏名】満 欣

【審査官】佐藤 海

(56)【参考文献】

【文献】特開２００５－１２２９０９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１１４８８１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｊ ３７／３０５

Ｈ０１Ｊ ３７／２２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の層が積層された試料に集束イオンビームを照射することで、所定の角度である加工角度で前記試料の断面を加工する荷電粒子ビーム装置の制御方法であって、
前記試料に電子ビームを照射し、前記試料から発生する二次電子又は反射電子を検出し、検出結果に基づいて試料の断面の画像であって、観察対象の層である観察対象層を含む複数の層が含まれている観察像を生成する画像生成ステップと、
前記観察像が示す観察対象層の厚さを示す距離に基づいて、前記断面の角度と前記加工角度との角度ずれを算出する角度ずれ算出ステップと、
前記角度ずれ算出ステップで算出された前記角度ずれが無くなるように前記試料の姿勢又は集束イオンビームの照射方向を制御する制御ステップと、
を含む、制御方法。

【請求項2】

前記観察像は、観察対象の層である観察対象層を含む複数の層が含まれており、
前記観察対象層の厚さを前記断面の画像に基づいて算出する厚さ算出ステップを更に含み
前記角度ずれ算出ステップは、算出した前記観察対象層の厚さをＬｄ、前記観察対象層の厚さの設計値をＬｍ、前記角度ずれをθとした場合には、式（１）で前記角度ずれを算出する、請求項１に記載の制御方法。
θ＝ｃｏｓ－１（Ｌｍ/Ｌｄ）…式（１）

【請求項3】

前記集束イオンビームを前記試料に照射しながら前記試料の断面の加工を実行する第１加工ステップと、
前記第１加工ステップ中に得られた前記観察像において、上下もしくは左右で２つの層が混ざる場合には、層の変わり目があると判断して前記第１加工ステップでの加工を停止させ、前記集束イオンビームによって一定量だけ前記試料の断面を加工する第２加工ステップと、
前記第２加工ステップ前の前記観察像に基づいて層の切り替わりの位置である第１層エッジ位置と、前記第２加工ステップ後の前記観察像に基づいて層の切り替わりの位置である第２層エッジ位置と、を算出する層エッジ位置算出ステップと、
を更に含み、
前記角度ずれ算出ステップは、前記層エッジ位置算出ステップで求めた前記第１層エッジ位置と第２層エッジ位置との間の距離である位置ずれをＬｐ、前記一定量をＬｆ、前記角度ずれをθとした場合には、式（２）で前記角度ずれを算出する、請求項１に記載の制御方法。
θ＝ｔａｎ－１（Ｌｆ/Ｌｐ）…式（２）

【請求項4】

前記集束イオンビームを前記試料に照射しながら前記試料の断面の加工を実行する加工ステップと、
前記加工ステップ中に得られた前記観察像において、上下もしくは左右で２つの層が混ざる場合には、層の変わり目があると判断して前記加工ステップでの加工を停止させる停止ステップと、
前記電子ビームの加速電圧を変化させ、前記観察像として前記試料の表面像と透過像とを生成する画像生成ステップと、
前記表面像に基づいて層の切り替わりの位置である第１層エッジ位置と、前記透過像に基づいて層の切り替わりの位置である第２層エッジ位置と、を算出する層エッジ位置算出ステップと、
を含み、
前記角度ずれ算出ステップは、前記層エッジ位置算出ステップで求めた前記第１層エッジ位置と第２層エッジ位置との間の距離である位置ずれをＬｒ、前記試料の表面からの前記電子ビームの透過量をＬｔ、前記角度ずれをθとした場合には、式（３）で前記角度ずれを算出する、請求項１に記載の制御方法。
θ＝ｔａｎ－１（Ｌt/Ｌｒ）…式（３）

【請求項5】

複数の層が積層された試料に集束イオンビームを照射することで、所定の角度である加工角度で前記試料の断面を加工する集束イオンビーム鏡筒と、
前記試料に電子ビームを照射する電子ビーム鏡筒と、
前記試料から発生する二次電子又は反射電子を検出する電子検出器と、
前記電子検出器から出力される信号に基づいて試料の断面の画像であって、観察対象の層である観察対象層を含む複数の層が含まれている観察像を生成する観察像生成部と、
前記観察像が示す観察対象層の厚さを示す距離に基づいて、前記断面の角度と前記加工角度との角度ずれを算出する算出部と、
前記算出部で算出された前記角度ずれが無くなるように前記試料の姿勢又は前記集束イオンビームの照射方向を制御する補正部と、
を備える荷電粒子ビーム装置。

【請求項6】

複数の層が積層された試料に集束イオンビームを照射することで、所定の角度である加工角度で前記試料の断面を加工する荷電粒子ビーム装置を制御するコンピュータに、
前記試料に電子ビームを照射し、前記試料から発生する二次電子又は反射電子を検出し、検出結果に基づいて試料の断面の画像であって、観察対象の層である観察対象層を含む複数の層が含まれている観察像を生成させ、前記観察像が示す観察対象層の厚さを示す距離に基づいて、前記断面の角度と前記加工角度との角度ずれを算出させ、算出された前記角度ずれが無くなるように前記試料の姿勢又は集束イオンビームの照射方向を制御させる処理、
を実行させるプログラム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、制御方法、荷電粒子ビーム装置及びプログラムに関する。

【背景技術】

【0002】

透過電子顕微鏡（TEM: Transmission Electron Microscope）などによって試料の観察を行うために、試料をその観察に適した形状に加工する荷電粒子ビーム装置が知られている（例えば、特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１３－１２０７１４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

層構造の試料を加工する場合には、試料を層に対して水平又は垂直に精度よく加工することが求められる。

【0005】

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、試料を層に対して水平又は垂直に精度よく加工することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

（１）本発明の一態様は、複数の層が積層された試料に集束イオンビームを照射することで、所定の角度である加工角度で前記試料の断面を加工する荷電粒子ビーム装置の制御方法であって、前記試料に電子ビームを照射し、前記試料から発生する二次電子又は反射電子を検出し、検出結果に基づいて試料の断面の画像であって、観察対象の層である観察対象層を含む複数の層が含まれている観察像を生成する画像生成ステップと、前記観察像が示す観察対象層の厚さを示す距離に基づいて、前記断面の角度と前記加工角度との角度ずれを算出する角度ずれ算出ステップと、前記角度ずれ算出ステップで算出された前記角度ずれが無くなるように前記試料の姿勢又は集束イオンビームの照射方向を制御する制御ステップと、を含む、制御方法である。

【0007】

（２）上記（１）の制御方法であって、前記観察像は、観察対象の層である観察対象層を含む複数の層が含まれており、前記観察対象層の厚さを前記断面の画像に基づいて算出する厚さ算出ステップを更に含み、前記角度ずれ算出ステップは、算出した前記観察対象層の厚さをＬｄ、前記観察対象層の厚さの設計値をＬｍ、前記角度ずれをθとした場合には、θ＝ｃｏｓ－１（Ｌｍ/Ｌｄ）で前記角度ずれを算出してもよい。

【0008】

（３）上記（１）の制御方法であって、前記集束イオンビームを前記試料に照射しながら前記試料の断面の加工を実行する第１加工ステップと、前記第１加工ステップ中に得られた前記観察像において、上下もしくは左右で２つの層が混ざる場合には、層の変わり目があると判断して前記第１加工ステップでの加工を停止させ、前記集束イオンビームによって一定量だけ前記試料の断面を加工する第２加工ステップと、前記第２加工ステップ前の前記観察像に基づいて層の切り替わりの位置である第１層エッジ位置と、前記第２加工ステップ後の前記観察像に基づいて層の切り替わりの位置である第２層エッジ位置と、を算出する層エッジ位置算出ステップと、を更に含み、前記角度ずれ算出ステップは、前記層エッジ位置算出ステップで求めた前記第１層エッジ位置と第２層エッジ位置との間の距離である位置ずれをＬｐ、前記一定量をＬｆ、前記角度ずれをθとした場合には、θ＝ｔａｎ^－１（Ｌｆ/Ｌｐ）で前記角度ずれを算出してもよい。

【0009】

（４）上記（１）の制御方法であって、前記集束イオンビームを前記試料に照射しながら前記試料の断面の加工を実行する加工ステップと、前記加工ステップ中に得られた前記観察像において、上下もしくは左右で２つの層が混ざる場合には、層の変わり目があると判断して前記加工ステップでの加工を停止させる停止ステップと、前記電子ビームの加速電圧を変化させ、前記観察像として前記試料の表面像と透過像とを生成する画像生成ステップと、前記表面像に基づいて層の切り替わりの位置である第１層エッジ位置と、前記透過像に基づいて層の切り替わりの位置である第２層エッジ位置と、を算出する層エッジ位置算出ステップと、を含み、前記角度ずれ算出ステップは、前記層エッジ位置算出ステップで求めた前記第１層エッジ位置と第２層エッジ位置との間の距離である位置ずれをＬｒ、前記試料の表面からの前記電子ビームの透過量をＬｔ、前記角度ずれをθとした場合には、θ＝ｔａｎ^－１（Ｌt/Ｌｒ）で前記角度ずれを算出してもよい。

【0010】

（５）本発明の一態様は、複数の層が積層された試料に集束イオンビームを照射することで、所定の角度である加工角度で前記試料の断面を加工する集束イオンビーム鏡筒と、前記試料に電子ビームを照射する電子ビーム鏡筒と、前記試料から発生する二次電子又は反射電子を検出する電子検出器と、前記電子検出器から出力される信号に基づいて試料の断面の画像であって、観察対象の層である観察対象層を含む複数の層が含まれている観察像を生成する観察像生成部と、前記観察像が示す観察対象層の厚さを示す距離に基づいて、前記断面の角度と前記加工角度との角度ずれを算出する算出部と、前記算出部で算出された前記角度ずれが無くなるように前記試料の姿勢又は前記集束イオンビームの照射方向を制御する補正部と、を備える荷電粒子ビーム装置である。

【0011】

（６）本発明の一態様は、複数の層が積層された試料に集束イオンビームを照射することで、所定の角度である加工角度で前記試料の断面を加工する荷電粒子ビーム装置を制御するコンピュータに、前記試料に電子ビームを照射し、前記試料から発生する二次電子又は反射電子を検出し、検出結果に基づいて試料の断面の画像であって、観察対象の層である観察対象層を含む複数の層が含まれている観察像を生成させ、前記観察像が示す観察対象層の厚さを示す距離に基づいて、前記断面の角度と前記加工角度との角度ずれを算出させ、算出された前記角度ずれが無くなるように前記試料の姿勢又は集束イオンビームの照射方向を制御させる処理、を実行させるプログラムである。

【発明の効果】

【0012】

以上説明したように、本発明によれば、試料を層に対して水平又は垂直に精度よく加工することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本実施形態に係る荷電粒子ビーム装置の概略構成の一例を示す図である。

【図2】本実施形態に係る制御部の概略構成の一例を示す図であるである。

【図3】本実施形態に係る第１の制御方法の流れを説明するフロー図である。

【図4】本実施形態に係る第１の制御方法を説明する図である。

【図5】本実施形態に係る第２の制御方法の流れを説明するフロー図である。

【図6】本実施形態に係る第２の制御方法を説明する図である。

【図7】本実施形態に係る第３の制御方法の流れを説明するフロー図である。

【図8】本実施形態に係る第３の制御方法を説明する図である。

【図9】本実施形態に係る制御装置のハードウェア構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本実施形態に係る荷電粒子ビーム装置を、図面を用いて説明する。

【0015】

荷電粒子ビーム装置１は、複数の層が積層された試料Ｓに集束イオンビームを照射することで、所定の角度である加工角度で試料の断面を加工する。本実施形態の荷電粒子ビーム装置１は、試料Ｓを加工する場合には、試料Ｓの断面（以下、「試料断面」という。）の角度と加工角度との角度ずれθを算出して、その算出したθが無くなるように試料Ｓの姿勢を補正する。これにより、荷電粒子ビーム装置１は、試料Ｓを層に対して水平又は垂直に精度よく加工することができる。

【0016】

ここで、試料Ｓは、観察対象層を有する複数の層が所定の積層方向に向かって積層された試料のことである。観察対象層は、観察する対象となる物質（例えば、半導体等）により構成される層である。また、試料Ｓは、複数の観察対象層とともに、１以上の非観察対象層が積層方向に向かって積層されてもよい。非観察対象層は、観察する対象ではない物質（例えば、電力又は信号の伝送路として使われる金属導体等）により構成される層である。試料Ｓは、例えば３Ｄ－ＮＡＮＤ型のフラッシュメモリ等である。この場合、試料Ｓは、観察対象層と非観察対象層とが交互に積層方向に向かって複数積層されている。なお、積層方向は、如何なる方向であってもよい。以下では、一例として、試料室１０内に収容された試料Ｓにおける積層方向が、上下方向である場合について説明する。なお、説明の便宜上、試料Ｓが３つの層が積層してなる構造である場合を例として説明する。

【0017】

以下において、荷電粒子ビーム装置１の構成について、具体的に説明する。

【0018】

図１は、本実施形態に係る荷電粒子ビーム装置１の概略構成の一例を示す図である。図１に示すように、荷電粒子ビーム装置１は、試料室１０、試料台１１、駆動機構１２、電子ビーム鏡筒１３、集束イオンビーム鏡筒１４、二次荷電粒子検出器１５、透過電子検出器１６、入力部１７、表示部１８、及び制御装置１９を備える。

【0019】

試料室１０は、所望の減圧状態を維持可能な気密構造の耐圧筐体によって形成されている。試料室１０の内部が所望の減圧状態になるまで排気装置（図示略）によって排気可能である。

【0020】

試料台１１は、試料Ｓを保持するものであり、試料室１０の内部に配置されている。試料台１１は、駆動機構１２によって駆動される。

【0021】

駆動機構１２は、試料台１１を３次元的に並進及び回転させる。駆動機構１２は、例えば、三次空間におけるＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸の各軸方向に沿って試料台１１を並進させる。Ｚ軸は、上下方向であり、Ｘ軸及びＹ軸がなす平面（ＸＹ平面）に直交する。また、駆動機構１２は、例えば、Ｘ軸又はＹ軸周りに回転させるチルト機構と、Ｚ軸周りに回転させる回転機構と、を備える。以下に、チルト機構に試料台１１を回転させた角度を、チルト角と称する。

【0022】

電子ビーム鏡筒１３は、試料室１０の内部に配置されている試料Ｓに荷電粒子ビームの一例である電子ビーム（ＥＢ）を照射する。例えば、電子ビームの照射方向は、Ｚ軸方向と平行である。なお、以下では、説明の便宜上、Ｚ軸方向と平行な方向を上下方向と称し、上下方向のうち、鉛直方向を下方向と称し、鉛直方向と逆の方向を上方向と称する。

【0023】

集束イオンビーム鏡筒１４は、試料室１０の内部に配置されている試料Ｓに集束イオンビーム（ＦＩＢ）を照射する。これにより、試料Ｓの断面が加工される。以下において、集束イオンビームによって試料Ｓを加工することを「ＦＩＢ加工」と称する場合がある。集束イオンビームの照射方向は、例えばＸＹ平面に平行な方向である。図１に示した例では、電子ビーム鏡筒１３と集束イオンビーム鏡筒１４とは、それぞれの照射方向が試料Ｓ上で互いに直交するように配置されている。ただし、これに限定されず、集束イオンビーム鏡筒１４は、上下方向に配置されてもよいし、上下方向に対して傾斜する傾斜方向に配置されてもよい。

【0024】

二次荷電粒子検出器１５は、電子ビーム又は集束イオンビームの照射により試料Ｓから発生した二次電子を検出する。二次荷電粒子検出器１５は、二次電子の検出結果に制御装置１９に送信する。

【0025】

透過電子検出器１６は、電子ビーム８を試料Ｓに照射した結果、試料Ｓを透過した透過電子と試料Ｓに入射されなかった電子ビームとを検出する。透過電子検出器１６は、検出結果に制御装置１９に送信する。

【0026】

入力部１７は、例えば、操作者の入力操作に応じた信号を出力するマウス及びキーボード等である。

【0027】

表示部１８は、荷電粒子ビーム装置１の各種情報と、二次荷電粒子検出器１５から出力される信号によって生成された画像データと、画像データの拡大、縮小、移動及び回転等の操作を実行するための画面等を表示する。

【0028】

制御装置１９は、荷電粒子ビーム装置１の動作を統合的に制御する。制御装置１９は、電子ビーム制御部２０、集束イオンビーム制御部（ＦＩＢ制御部）２１、駆動制御部２２、記憶部２３、及び制御部２４を備える。

【0029】

電子ビーム制御部２０は、制御部２４からの信号に基づいて電子ビーム鏡筒１３に照射信号を出力し、電子ビーム鏡筒１３から電子ビームを照射させる。

【0030】

集束イオンビーム制御部２１は、制御部２４からの信号に基づいて集束イオンビーム鏡筒１４に照射信号を出力し、集束イオンビーム鏡筒１４から集束イオンビームを照射させる。集束イオンビーム制御部２１は、制御部２４からの信号に基づいて集束イオンビーム鏡筒１４から照射される集束イオンビームの照射方向を調整することができる。

【0031】

駆動制御部２２は、制御部２４からの信号に基づいて駆動機構１２の駆動を制御しており、駆動機構１２に駆動信号を出力して試料台１１を駆動させることで試料Ｓの姿勢を制御する。例えば、駆動制御部２２は、制御部２４で算出された角度ずれθが無くなるように駆動機構１２を制御することでチルト角を補正する。

【0032】

記憶部２３は、ハードディスクドライブ、フラッシュメモリ等を備えており、各種の情報を記憶する。記憶部２３には、ＦＩＢ加工を行うための加工条件の情報が記憶されている。荷電粒子ビーム装置１は、記憶部２３に記憶されている加工条件に応じて走査領域内に対して集束イオンビームによる走査を行う。これにより、荷電粒子ビーム装置１は、走査領域のエッチング、集束イオンビームによる走査領域の観察像の形成等を行うことができる。加工条件は、走査領域を示す走査領域情報、電子ビームの加速電圧を示す情報、ビーム電流を示す情報、倍率を示す情報、コントラストを示す情報、ブライトネスを示す情報、エッチングにより削る層の厚さを示す情報、エッチングにより削る深さを示す情報、集束イオンビーム鏡筒１４から試料Ｓの表面までの距離を示す情報等が含まれた情報である。

【0033】

図１は、本実施形態に係る制御部２４の概略構成の一例を示す図である。制御部２４は、表示制御部３０、観察像生成部３１、算出部３２及び補正部３３を備える。

【0034】

表示制御部３０は、液晶ディスプレイ等の表示デバイスを備えており、上述した透過像やＳＥＭ像を表示部１８に表示させる。

【0035】

観察像生成部３１は、電子ビーム制御部２０の電子ビームを走査させる信号と、透過電子検出器１６で検出した透過電子の信号と基づいて透過像を形成する。観察像生成部３１は、電子ビーム制御部２０の電子ビームを走査させる信号と、二次荷電粒子検出器１５で検出した二次電子の信号と基づいてＳＥＭ像のデータを形成する。本実施形態の観察像とは、ＳＥＭ像であってもよいし、ＳＥＭ像と透過像とを含んでもよい。

【0036】

算出部３２は、ＳＥＭ像に映っている試料Ｓの断面のパターンに基づいて、試料断面の角度と加工角度との角度ずれθを算出する。

【0037】

補正部３３は、駆動制御部２２や集束イオンビーム制御部２１と通信し、算出部３２で算出された角度ずれθが無くなるように試料Ｓの姿勢や集束イオンビームの照射方向を制御する。具体的には、補正部３３は、角度ずれθが無くなるように、チルト角を補正してもよいし、ＦＩＢのScan Rotationによって集束イオンビームの照射方向を補正してもよい。補正部３３は、ＳＥＭ像に映っている試料Ｓの断面のパターンに基づいて、角度ずれθを無くなるように補正する手段として、チルト角を補正するのか、集束イオンビームの照射方向を補正するのかを判定してもよい。

【0038】

以下において、荷電粒子ビーム装置１の制御方法の流れについて、説明する。まず、試料Ｓの層の厚さＬｍがすでに分かっている場合での制御方法（第１の制御方法）について説明する。図３は、荷電粒子ビーム装置１における角度ずれθを無くすための第１の制御方法の一例を示す図である。図４は、第１の制御方法で補正する角度ずれθを説明するための図である。

【0039】

制御装置１９は、ＳＥＭ像において試料Ｓの３つの層Ｈ１～Ｈ３が表示されるように、駆動機構１２を制御してチルト角を変化させる（ステップＳ１０１）。制御部２４は、観察像生成部３１で生成するＳＥＭ像において、３つの層が表示されているか否かを判定する（ステップＳ１０２）。制御部２４は、観察像生成部３１で生成するＳＥＭ像において、３つの層Ｈ１～Ｈ３が表示されていると判定した場合には、駆動制御部２２に対して停止命令を出力する。これにより、駆動制御部２２は、駆動機構１２の動作を停止させてチルト角の調整を停止させる（ステップＳ１０３）。ステップＳ１０３の処理が終了すると、算出部３２は、３つの層を含んだＳＥＭ画像に基づいて角度ずれθを算出する。

【0040】

ここで、３つの層Ｈ１～Ｈ３のうち、観察対象層が、２つの層Ｈ１，Ｈ３に挟まれた真ん中の層Ｈ２であるとする。算出部３２は、ＳＥＭ画像に対して公知の画像処理を適用することにより、観察対象層の厚さを算出する（ステップＳ１０４）。なお、算出部３２で算出した観察対象層の厚さを「Ｌｄ」とする。算出部３２は、算出した観察対象層の厚さＬｄ、観察対象層の厚さの設計値Ｌｍを式（１）に代入して求めることにより、試料断面の角度βと加工角度αとの角度ずれθを算出する（ステップＳ１０５）。なお、観察対象層の実際の厚さは既知であるため、設計値Ｌｍとして制御部２４に予め格納されている。

【0041】

θ＝ｃｏｓ^－１（Ｌｍ/Ｌｄ）…式（１）

【0042】

補正部３３は、算出部３２で算出された角度ずれθが無くなるように試料Ｓの姿勢又は集束イオンビームの照射方向を制御する（ステップＳ１０６）。例えば、チルト角を補正して角度ずれθを無くす場合には、補正部３３は、駆動機構１２を制御してチルト角を角度ずれθだけ変化させる。一方、集束イオンビームの照射方向を補正して角度ずれθを無くす場合には、補正部３３は、集束イオンビーム制御部２１に角度ずれθの情報を送信して、角度ずれθだけ集束イオンビームの照射方向を変化させる。一例として、補正部３３は、試料Ｓの断面を層に対して水平に加工する場合であって、層の切り替わり時に試料Ｓの断面のＳＥＭ画像が上下で現在の層と次の層に分かれる場合には、チルト角を角度ずれθだけ変化させることで角度ずれθを無くすことができる。これにより、試料Ｓの断面を水平に加工することが可能となる。

【0043】

次に、観察対象層の実際の厚さがわからない場合での第２の制御方法を説明する。図５は、荷電粒子ビーム装置１における角度ずれθを無くすための第２の制御方法の一例を示す図である。

【0044】

制御装置１９は、電子ビーム鏡筒１３を動作させて電子ビームを試料Ｓに照射させるとともに、集束イオンビーム鏡筒１４から集束イオンビームを照射させる。これにより、制御装置１９は、ＳＥＭ画像を取得しながらＦＩＢ加工を進める（ステップＳ２０１）。

【0045】

制御部２４は、ステップＳ２０１のＦＩＢ加工中において取得されるＳＥＭ画像に基づいて、試料Ｓの断面において層の変り目があるか否かをリアルタイムで判定する（ステップＳ２０２）。制御部２４は、ＳＥＭ像に映っている試料Ｓの断面のパターンにて上下もしくは左右で２つの層が混ざっている場合には、層の変わり目があると判定する。制御部２４は、層の変わり目があると判定した場合には、集束イオンビームの照射を停止させて、ステップＳ２０１でのＦＩＢ加工を停止させる（ステップＳ２０３）。

【0046】

次に、制御装置１９は、一定量ＬｆずつＦＩＢ加工を行う（ステップＳ２０４）。すなわち、制御装置１９は、層の変わり目があると判定すると、ステップＳ２０１での加工から一定量ＬｆだけのＦＩＢ加工（以下、「一定量ＦＩＢ加工」という。」）へ移行する。算出部３２は、一定量ＦＩＢ加工を行った後に観察像生成部３１からＳＥＭ画像を取得し、取得したＳＥＭ画像に基づいて層エッジ位置Ｐを計測する（ステップＳ２０５）。一定量ＦＩＢ加工が１回以上実行され、一定量ＦＩＢ加工が実行されるごと層エッジ位置Ｐが計測される。算出部３２は、一定量ＦＩＢ加工が実行されることで層エッジ位置Ｐがどのくらいずれるかを求める。すなわち、算出部３２は、一定量Ｌｆだけ加工されることで変化する層エッジ位置Ｐの変化量（以下、「層エッジ位置ずれ」という。）Ｌｐを求める（ステップＳ２０６）。

【0047】

例えば、図６に示すように、算出部３２は、試料の断面Ｄ１でのＳＥＭ画像において、層Ｈ１から層Ｈ２へ変わる位置である層エッジ位置Ｐ１（第１層エッジ位置）を計測する。層エッジ位置Ｐ１が計測された後に、一定量ＦＩＢ加工が実行されて断面Ｄ２が形成される。断面Ｄ２が形成されると、算出部３２は、断面Ｄ２でのＳＥＭ画像において層Ｈ１から層Ｈ２へ変わる位置である層エッジ位置Ｐ２（第２層エッジ位置）を計測する。そして、算出部３２は、Ｚ軸方向における層エッジ位置Ｐ１と層エッジ位置Ｐ２との間の距離を層エッジ位置ずれＬｐとして求める。算出部３２は、層エッジ位置ずれＬｐを求めると、下記の式（２）を用いて角度ずれθを算出する（ステップＳ２０７）。

【0048】

θ＝ｔａｎ^－１（Ｌｆ/Ｌｐ）…式（２）

【0049】

補正部３３は、算出部３２で算出された角度ずれθが無くなるように試料Ｓの姿勢又は集束イオンビームの照射方向を制御する（ステップＳ２０８）。例えば、補正部３３は、角度ずれθが無くすために、駆動機構１２を制御してチルト角を角度ずれθだけ変化させてもよいし、集束イオンビームの照射方向を角度ずれθだけ変化させてもよい。例えば、補正部３３は、試料Ｓを層に対して水平に加工する場合であって、層の切り替わり時に試料Ｓの断面のＳＥＭ画像が左右で現在の層と次の層に分かれる場合には、集束イオンビームの照射方向を角度ずれθだけ変化させることで角度ずれθを無くすことができる。これにより、試料Ｓの断面を水平に加工することが可能となる。

【0050】

次に、観察対象層の実際の厚さが予めわかっていない場合での第３の制御方法を説明する。

【0051】

制御装置１９は、電子ビーム鏡筒１３を動作させて電子ビームを試料Ｓに照射させるとともに、集束イオンビーム鏡筒１４から集束イオンビームを照射させる。これにより、制御装置１９は、ＳＥＭ画像を取得しながらＦＩＢ加工を進める（ステップＳ３０１）。

【0052】

制御部２４は、ステップＳ２０１のＦＩＢ加工中において取得されるＳＥＭ画像に基づいて、試料Ｓの断面において層の変り目があるか否かをリアルタイムで判定する（ステップＳ３０２）。制御部２４は、ＳＥＭ像に映っている試料Ｓの断面のパターンにて上下もしくは左右で２つの層が混ざっている場合には、層の変わり目があると判定する。制御部２４は、層の変わり目があると判定した場合には、集束イオンビームの照射を停止させてＦＩＢ加工を停止させる（ステップＳ３０３）。

【0053】

制御部２４は、ＦＩＢ加工が停止されると、電子ビーム制御部２０に信号を送信して電子ビームの加速電圧を所定の電圧だけ変化させる（ステップＳ３０４）。観察像生成部３１は、電子ビームの加速電圧が所定の電圧だけ変化した後に、ＳＥＭ像と透過像とをそれぞれ形成する（ステップＳ３０５）。算出部３２は、ＳＥＭ像と透過像とのそれぞれにおいて層エッジ位置Ｐを計測し、ＳＥＭ像での層エッジ位置Ｐ１と透過像での層エッジ位置Ｐ２とのＺ軸方向における距離を層エッジ位置ずれＬｒを求める（ステップＳ３０６）。また、算出部３２は、記憶部２３に記憶されている加工条件に基づいて電子ビームの透過量Ｌｔ（試料Ｓの断面表面からの透過量）を算出する（ステップＳ３０７）。なお、記憶部２３に電子ビームの透過量Ｌｔが予め記憶されてもよい。

【0054】

例えば、図７に示すように、算出部３２は、試料の断面Ｄ１でのＳＥＭ画像において、層Ｈ１から層Ｈ２へ変わる位置である層エッジ位置Ｐ１を計測する。算出部３２は、試料の断面Ｄ２での透過像において、層Ｈ１から層Ｈ２へ変わる位置である層エッジ位置Ｐ２を計測する。そして、算出部３２は、Ｚ軸方向における層エッジ位置Ｐ１と層エッジ位置Ｐ２との間の距離を層エッジ位置ずれＬｒとして求める。算出部３２は、記憶部２３に記憶されている加工条件に基づいて電子ビームの透過量Ｌｔを求める。

【0055】

算出部３２は、下記の式（３）を用いて角度ずれθを算出する（ステップＳ３０８）。

【0056】

θ＝ｔａｎ^－１（Ｌt/Ｌｒ）…式（３）

【0057】

補正部３３は、算出部３２で算出された角度ずれθが無くなるように試料Ｓの姿勢を制御する（ステップＳ３０８）。例えば、補正部３３は、角度ずれθが無くすためたに、駆動機構１２を制御してチルト角を角度ずれθだけ変化させてもよいし、集束イオンビームの照射方向を角度ずれθだけ変化させてもよい。例えば、補正部３３は、試料Ｓを層に対して水平に加工する場合であって、層の切り替わり時に試料Ｓの断面のＳＥＭ画像が斜めで現在の層と次の層に分かれる場合には、チルト角と集束イオンビームの照射方向との少なくともいずれかを調整することで角度ずれθを無くすことができる。これにより、試料Ｓの断面を水平に加工することが可能となる。

【0058】

以上、説明したように、本実施形態の制御方法は、複数の層が積層された試料に集束イオンビームを照射することで、所定の角度である加工角度で前記試料の断面を加工する荷電粒子ビーム装置の制御方法である。また、本実施形態の制御方法は、試料Ｓに電子ビームを照射し、試料Ｓから発生する二次電子又は反射電子を検出し、検出結果に基づいて試料の断面の観察像を生成する画像生成ステップと、観察像に基づいて、断面の角度と加工角度との角度ずれθを算出する角度ずれ算出ステップと、角度ずれ算出ステップで算出された角度ずれθが無くなるように試料Ｓの姿勢又は電子ビームの照射方向を制御する制御ステップと、を含む。

【0059】

このような構成により、角度ずれθが無くなるため、層構造の試料Ｓを層に対して水平又は垂直に精度よく加工することができる。

【0060】

また、本実施形態の制御方法は、観察像において、観察対象の層である観察対象層を含む複数の層が含まれるようにチルト角を調整し、観察対象層の厚さを断面の観察像に基づいて算出する厚さ算出ステップを更に含んでもよい。そして、角度ずれ算出ステップは、算出した観察対象層の厚さをＬｄ、前記観察対象層の厚さの設計値をＬｍとした場合には、式（１）で角度ずれθを算出してもよい。

【0061】

このような構成により、試料Ｓを加工することなく角度ずれθを算出することができる。

【0062】

また、本実施形態の制御方法は、集束イオンビームを試料Ｓに照射しながら試料Ｓの断面の加工を実行する第１加工ステップと、第１加工ステップ中に得られた観察像において、上下もしくは左右で２つの層が混ざる場合には、層の変わり目があると判断して第１加工ステップでの加工を停止させ、集束イオンビームによって一定量だけ試料Ｓの断面を加工する第２加工ステップと、第２加工ステップ前の前記観察像に基づいて層の切り替わりの位置である第１層エッジ位置と、第２加工ステップ後の前記観察像に基づいて層の切り替わりの位置である第２層エッジ位置と、を算出する層エッジ位置算出ステップと、を更に含んでもよい。そして、角度ずれ算出ステップは、層エッジ位置算出ステップで求めた第１層エッジ位置と第２層エッジ位置との差である位置ずれをＬｐ、一定量をＬｆとした場合には、式（２）で角度ずれθを算出してもよい。

【0063】

このような構成により、試料Ｓの層が不明な場合であっても角度ずれθを算出することができ、層構造の試料Ｓを層に対して水平又は垂直に精度よく加工することができる。

【0064】

また、本実施形態の制御方法は、集束イオンビームを試料Ｓに照射しながら試料Ｓの断面の加工を実行する加工ステップと、加工ステップ中に得られた観察像において、上下もしくは左右で２つの層が混ざる場合には、層の変わり目があると判断して加工ステップでの加工を停止させる停止ステップと、電子ビームの加速電圧を変化させ、観察像として試料Ｓの表面像と透過像とを生成する画像生成ステップと、表面像に基づいて層の切り替わりの位置である第１層エッジ位置と、前記透過像に基づいて層の切り替わりの位置である第２層エッジ位置とを算出する層エッジ位置算出ステップと、を含んでもよい。そして、角度ずれ算出ステップは、層エッジ位置算出ステップで求めた第１層エッジ位置と第２層エッジ位置との間の距離である位置ずれをＬｒ、試料Ｓの表面からの電子ビームの透過量をＬｔとした場合には、式（３）で角度ずれθを算出してもよい。

【0065】

このような構成により、試料Ｓの層が不明な場合であっても試料Ｓを加工せずに角度ずれθを算出することができ、層構造の試料Ｓを層に対して水平又は垂直に精度よく加工することができる。

【0066】

図９は、制御装置１９として機能するコンピュータ１０００のハードウェア構成の一例を概略的に示す。コンピュータ１０００にインストールされたプログラムは、コンピュータ１０００を、上記実施形態に係る制御装置１９の１又は複数の「部」として機能させ、又はコンピュータ１０００に、上記実施形態に係る制御装置１９に関連付けられるオペレーション又は当該１又は複数の「部」を実行させることができ、及び／又はコンピュータ１０００に、上記実施形態に係るプロセス又は当該プロセスの段階を実行させることができる。そのようなプログラムは、コンピュータ１０００に、本明細書に記載のフローチャート及びブロック図のブロックのうちのいくつか又はすべてに関連付けられた特定のオペレーションを実行させるべく、ＣＰＵ１０１２によって実行されてよい。

【0067】

本実施形態によるコンピュータ１０００は、ＣＰＵ１０１２、ＲＡＭ１０１４、及びグラフィックコントローラ１０１６を含み、それらはホストコントローラ１０１０によって相互に接続されている。コンピュータ１０００はまた、通信インタフェース１０２２及び記憶装置１０２４のような入出力ユニットを含み、それらは入出力コントローラ１０２０を介してホストコントローラ１０１０に接続されている。記憶装置１０２４は、ハードディスクドライブ及びソリッドステートドライブ等であってよい。コンピュータ１０００はまた、ＲＯＭ１０３０及びタッチパネルのような入出力ユニットを含み、それらは入出力チップ１０４０を介して入出力コントローラ１０２０に接続されている。

【0068】

ＣＰＵ１０１２は、ＲＯＭ１０３０及びＲＡＭ１０１４内に格納されたプログラムに従い動作し、それにより各ユニットを制御する。グラフィックコントローラ１０１６は、ＲＡＭ１０１４内に提供されるフレームバッファ等又はそれ自体の中に、ＣＰＵ１０１２によって生成されるイメージデータを取得し、イメージデータがディスプレイデバイス１０１８上に表示されるようにする。

【0069】

通信インタフェース１０２２は、ネットワークを介して他の電子デバイスと通信する。記憶装置１０２４は、コンピュータ１０００内のＣＰＵ１０１２によって使用されるプログラム及びデータを格納する。

【0070】

ＲＯＭ１０３０はその中に、アクティブ化時にコンピュータ１０００によって実行されるブートプログラム等、及び／又はコンピュータ１０００のハードウェアに依存するプログラムを格納する。入出力チップ１０４０はまた、様々な入出力ユニットをＵＳＢポート、パラレルポート、シリアルポート、キーボードポート、マウスポート等を介して、入出力コントローラ１０２０に接続してよい。

【0071】

プログラムは、ＩＣカードのようなコンピュータ可読記憶媒体によって提供される。プログラムは、コンピュータ可読記憶媒体から読み取られ、コンピュータ可読記憶媒体の例でもある記憶装置１０２４、ＲＡＭ１０１４、又はＲＯＭ１０３０にインストールされ、ＣＰＵ１０１２によって実行される。これらのプログラム内に記述される情報処理は、コンピュータ１０００に読み取られ、プログラムと、上記様々なタイプのハードウェアリソースとの間の連携をもたらす。装置又は方法が、コンピュータ１０００の使用に従い情報のオペレーション又は処理を実現することによって構成されてよい。

【0072】

例えば、通信がコンピュータ１０００及び外部デバイス間で実行される場合、ＣＰＵ１０１２は、ＲＡＭ１０１４にロードされた通信プログラムを実行し、通信プログラムに記述された処理に基づいて、通信インタフェース１０２２に対し、通信処理を命令してよい。通信インタフェース１０２２は、ＣＰＵ１０１２の制御の下、ＲＡＭ１０１４、記憶装置１０２４、又はＩＣカードのような記録媒体内に提供される送信バッファ領域に格納された送信データを読み取り、読み取られた送信データをネットワークに送信し、又はネットワークから受信した受信データを記録媒体上に提供される受信バッファ領域等に書き込む。

【0073】

また、ＣＰＵ１０１２は、記憶装置１０２４、又はＩＣカード等のような外部記録媒体に格納されたファイル又はデータベースの全部又は必要な部分がＲＡＭ１０１４に読み取られるようにし、ＲＡＭ１０１４上のデータに対し様々なタイプの処理を実行してよい。ＣＰＵ１０１２は次に、処理されたデータを外部記録媒体にライトバックしてよい。

【0074】

様々なタイプのプログラム、データ、テーブル、及びデータベースのような様々なタイプの情報が記録媒体に格納され、情報処理を受けてよい。ＣＰＵ１０１２は、ＲＡＭ１０１４から読み取られたデータに対し、本開示の随所に記載され、プログラムの命令シーケンスによって指定される様々なタイプのオペレーション、情報処理、条件判断、条件分岐、無条件分岐、情報の検索／置換等を含む、様々なタイプの処理を実行してよく、結果をＲＡＭ１０１４に対しライトバックする。また、ＣＰＵ１０１２は、記録媒体内のファイル、データベース等における情報を検索してよい。例えば、各々が第２の属性の属性値に関連付けられた第１の属性の属性値を有する複数のエントリが記録媒体内に格納される場合、ＣＰＵ１０１２は、当該複数のエントリの中から、第１の属性の属性値が指定されている条件に一致するエントリを検索し、当該エントリ内に格納された第２の属性の属性値を読み取り、それにより予め定められた条件を満たす第１の属性に関連付けられた第２の属性の属性値を取得してよい。

【0075】

上で説明したプログラム又はソフトウエアモジュールは、コンピュータ１０００上又はコンピュータ１０００近傍のコンピュータ可読記憶媒体に格納されてよい。また、専用通信ネットワーク又はインターネットに接続されたサーバシステム内に提供されるハードディスク又はＲＡＭのような記録媒体が、コンピュータ可読記憶媒体として使用可能であり、それによりプログラムを、ネットワークを介してコンピュータ１０００に提供する。

【0076】

本実施形態におけるフローチャート及びブロック図におけるブロックは、オペレーションが実行されるプロセスの段階又はオペレーションを実行する役割を持つ装置の「部」を表わしてよい。特定の段階及び「部」が、専用回路、コンピュータ可読記憶媒体上に格納されるコンピュータ可読命令と共に供給されるプログラマブル回路、及び／又はコンピュータ可読記憶媒体上に格納されるコンピュータ可読命令と共に供給されるプロセッサによって実装されてよい。専用回路は、デジタル及び／又はアナログハードウェア回路を含んでよく、集積回路（ＩＣ）及び／又はディスクリート回路を含んでよい。プログラマブル回路は、例えば、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、及びプログラマブルロジックアレイ（ＰＬＡ）等のような、論理積、論理和、排他的論理和、否定論理積、否定論理和、及び他の論理演算、フリップフロップ、レジスタ、並びにメモリエレメントを含む、再構成可能なハードウェア回路を含んでよい。

【0077】

コンピュータ可読記憶媒体は、適切なデバイスによって実行される命令を格納可能な任意の有形なデバイスを含んでよく、その結果、そこに格納される命令を有するコンピュータ可読記憶媒体は、フローチャート又はブロック図で指定されたオペレーションを実行するための手段を作成すべく実行され得る命令を含む、製品を備えることになる。コンピュータ可読記憶媒体の例としては、電子記憶媒体、磁気記憶媒体、光記憶媒体、電磁記憶媒体、半導体記憶媒体等が含まれてよい。コンピュータ可読記憶媒体のより具体的な例としては、フロッピー（登録商標）ディスク、ディスケット、ハードディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、リードオンリメモリ（ＲＯＭ）、消去可能プログラマブルリードオンリメモリ（ＥＰＲＯＭ又はフラッシュメモリ）、電気的消去可能プログラマブルリードオンリメモリ（ＥＥＰＲＯＭ）、静的ランダムアクセスメモリ（ＳＲＡＭ）、コンパクトディスクリードオンリメモリ（ＣＤ－ＲＯＭ）、デジタル多用途ディスク（ＤＶＤ）、ブルーレイ（登録商標）ディスク、メモリスティック、集積回路カード等が含まれてよい。

【0078】

コンピュータ可読命令は、アセンブラ命令、命令セットアーキテクチャ（ＩＳＡ）命令、マシン命令、マシン依存命令、マイクロコード、ファームウェア命令、状態設定データ、又はＳｍａｌｌｔａｌｋ、ＪＡＶＡ（登録商標）、Ｃ＋＋等のようなオブジェクト指向プログラミング言語、及び「Ｃ」プログラミング言語又は同様のプログラミング言語のような従来の手続型プログラミング言語を含む、１又は複数のプログラミング言語の任意の組み合わせで記述されたソースコード又はオブジェクトコードのいずれかを含んでよい。

【0079】

コンピュータ可読命令は、汎用コンピュータ、特殊目的のコンピュータ、若しくは他のプログラム可能なデータ処理装置のプロセッサ、又はプログラマブル回路が、フローチャート又はブロック図で指定されたオペレーションを実行するための手段を生成するために当該コンピュータ可読命令を実行すべく、ローカルに又はローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）、インターネット等のようなワイドエリアネットワーク（ＷＡＮ）を介して、汎用コンピュータ、特殊目的のコンピュータ、若しくは他のプログラム可能なデータ処理装置のプロセッサ、又はプログラマブル回路に提供されてよい。プロセッサの例としては、コンピュータプロセッサ、処理ユニット、マイクロプロセッサ、デジタル信号プロセッサ、コントローラ、マイクロコントローラ等を含む。

【符号の説明】

【0080】

１ 荷電粒子ビーム装置
１９ 制御装置
２０ 電子ビーム制御部
２１ 集束イオンビーム制御部
２２ 駆動制御部
２３ 記憶部
２４ 制御部
３１ 観察像生成部
３２ 算出部
３３ 補正部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】