JPH08329876A

JPH08329876A - 観察試料作成方法及びその装置

Info

Publication number: JPH08329876A
Application number: JP7131840A
Authority: JP
Inventors: Keiya Saitou; 啓谷斉藤; Hiroshi Yamaguchi; 博司山口; Fumikazu Ito; 文和伊藤; Junzo Azuma; 淳三東
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1995-05-30
Filing date: 1995-05-30
Publication date: 1996-12-13

Abstract

(57)【要約】【目的】ＴＥＭにおいてガス供給系を設け、電子ビー
ムアシストエッチングによりＴＥＭ用試料を作成する。【構成】電子源１より電子ビームを引出し、第一、第
二コンデンサレンズ４、５で収束して試料４０に照射
し、ガスボンベ３８、３９より反応性ガスをノズル３
０、３１を介して試料に吹き付け、電子ビームを走査し
て、電子ビームのエネルギーで反応性ガスと試料との化
学反応を誘起し、局所的エッチングによって加工する。
加工後反応性ガスを排気し、試料のＴＥＭ像による観察
をする。微細な電子ビームにより高精度で損傷のない最
適な厚さのＴＥＭ用試料が作成できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、透過型電子顕微鏡で観
察試料の作成方法及び作成装置に係り、特に、反応性ガ
ス雰囲気中で試料に電子ビームを照射し、照射部で化学
反応を誘起して局所的にエッチングを行なう電子ビーム
アシストエッチングによる観察試料作成方法およびに観
察試料作成装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近時、半導体デバイスの多層化と微細化
が進み、デバイスの製造プロセスの評価のため断面方向
から観察し、各層の寸法や形状、界面状態、更には結晶
状態の測定等の要求が高くなっている。その観察方法と
して透過型電子顕微鏡（以下、ＴＥＭと略す）によるも
のがある。従来、ＴＥＭ用の試料は半導体デバイスの観
察部分を劈開し、二枚の試料片のデバイス表面を張り合
わせ、機械研磨、イオン研磨によって薄膜化し作成して
いたが、位置決め精度が低く、特定の箇所を観察する事
が難しかった。

【０００３】これらに対し種々の方法が提案されてい
る。第一の方法として、集束イオンビーム（以下、ＦＩ
Ｂと略す）加工装置によってＴＥＭ用試料を作成する方
法がある。図１５は、従来の技術におけるＦＩＢ加工装
置の構成図である。図１５において、５０は液体金属イ
オン源、５１は引出し電極、５３は第１レンズ電極、５
６は偏向電極、５７は第２レンズ電極、５８は二次電子
検出器、５９は試料である。

【０００４】液体金属イオン源５０より引出し電極５１
によってイオンビームを引出し、第１レンズ電極５３、
第２レンズ電極５７によって集束して試料５９に照射
し、イオンのスパッタリングによって前記試料５９を加
工する。加工時の位置決めは、偏向電極５６によってイ
オンビームをこの試料５９上で走査し、試料５９から発
生する二次電子を二次電子検出器５８で検出して得られ
る走査イオン顕微鏡（以下、ＳＩＭと略す）像で行なっ
ている。

【０００５】これとは別に、第二の方法として、ＴＥＭ
の電子ビーム光学系に対し横方向から直角にＦＩＢ加工
装置のイオンビーム光学系を配置し、イオンビームによ
るスパッタ加工でＴＥＭ用の試料を作成し、ＴＥＭの電
子ビーム照射によって発生する二次電子による走査型電
子顕微鏡（以下、ＳＥＭと略す）像及びＴＥＭ像で試料
の加工位置、形状、断面厚さを確認する特開平６−２３
１７１９号公報記載の技術がある。

【０００６】また、第三の方法として、イオンビーム光
学系に対し、横方向から直角に電子ビームを試料断面に
照射し、二次電子、反射電子、Ｘ線、透過電子等から試
料の厚さを推定し加工する特開平６−２３１７２０号公
報記載の技術がある。

【０００７】更に、第四の方法として、ＳＥＭにガス導
入機構を配設し、試料に反応ガスを吸着させ電子ビーム
を照射して化学反応を促進し、試料表面の原子と反応ガ
スとの揮発性反応生成物として取り除く電子ビーム励起
ドライエッチングにより、微小領域の断面観察を行なう
方法がある。これに関連するものとして、特開平４−２
７３１４３号公報記載の技術がある。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術のうち、
第一の方法であるＦＩＢ加工装置による試料加工方法
を、図１６について詳細に説明する。図１６は、従来の
技術におけるＦＩＢ加工装置による試料加工方法の説明
図である。図１６において、７０はイオンビーム径、７
２は電子ビーム径、７３はＴＥＭ試料の観察箇所、７４
は観察箇所の厚さである。

【０００９】図１６に示すように、イオンビームの径７
０は３０〜５０ｎｍであり、電子ビームのビーム径７２
の１〜３ｎｍと比較して大きい。また、ＴＥＭ試料の観
察箇所７３の厚さ７４は、電子を透過させるため１００
〜２００ｎｍ程度の厚さにする必要がある。この厚さ
は、イオンビーム径７０の数倍の大きさに相当する。そ
のため、ＳＩＭ像によってパターンの位置決めを行なう
と、ビーム径が大きいため、位置決め精度がわるく、解
像度が良くない。

【００１０】また、加工箇所の厚さ７４がイオンビーム
のビーム径７０の数倍程度のため、加工精度を高くする
ためには作業に熟練を要する。また、位置決めを行なう
ときＳＩＭ像によって行なうためイオン照射による表面
の加工という問題がある。更に、イオンの質量は、イオ
ンの原子量をＡとすれば、電子の（１８４０×Ａ）倍と
大きいため、イオンビーム照射によって試料に格子欠陥
等の損傷を与える恐れがある。

【００１１】また、第二の方法及び第三の方法は、ＴＥ
ＭやＳＥＭに対し直角方向にイオンビーム光学系を配置
するもので、ＴＥＭ用試料の加工はイオンビームによっ
て行なっており、したがって、前記イオンビームによる
低解像度、低位置決め精度、低加工精度、及び試料の損
傷等の問題がある。また、第四の方法は、試料に穴加工
し、断面観察する方法について記述されているが、試料
を薄片するＴＥＭ用試料の作成及び観察方法について触
れられていない。

【００１２】本発明の目的は、かかる従来技術の問題点
を解決するためになされたものであり、高精度で、低損
傷に、かつ観察すべき箇所を加工することなく、微細な
ＴＥＭ観察を行なうことできる例えば半導体デバイスの
ＴＥＭ用観察のための試料作成方法及びその装置を提供
することをその目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る観察試料作成方法の構成は、試料の二
次電子像により位置決めし、反応性ガス雰囲気中で前記
試料に電子ビームを照射し、前記電子ビームの照射部で
局所的に反応性エッチングを施し当該試料を薄く加工
し、前記加工後に前機反応性ガスを排気し、透過電子顕
微鏡観察することを特徴とするものである。前項記載の
観察試料作成方法において、前記電子ビームの試料照射
面を透過電子顕微鏡の観察面とし、透過電子顕微鏡像に
より加工状態を観察し、当該試料を所定厚さに加工する
ことを特徴とするものである。前項記載の観察試料作成
方法において、前記試料の加工時に、透過電子強度を測
定することを特徴とするものである。前項記載の観察試
料作成方法において、前記電子ビームを光軸が互いに直
角なる二つの光学系で形成し、一の光学系で試料の透過
電子顕微鏡像を観察し、その観察に基づき他方の光学系
で前記試料を加工することを特徴とするものである。

【００１４】上記目的を達成するため、本発明に係る観
察試料作成装置の構成は、電子を発生する電子源と、試
料を取り付ける試料ホルダーと、前記試料ホルダーを装
填する試料室と、前記電子源から引出した電子ビームを
前記試料に照射する照射レンズ系と、前記照射を受けた
試料からの透過電子を結像させる結像レンズ系と、前記
結像した透過電子顕微鏡像を観察する観察室と、前記照
射を受けた試料からの二次電子及び透過電子をそれぞれ
検出する二次電子検出器、透過電子検出器とからなる走
査型透過電子顕微鏡に、前記試料に反応性ガスを供給す
るガス供給手段と、前記試料ホルダーを回転させる回転
手段とを配設し、前記二次電子検出器と前記透過電子検
出器の検出信号からのそれぞれの画像データから当該試
料の加工範囲を定める設定手段とを設けたことを特徴と
するものである。

【００１５】上記目的を達成するため、本発明に係る観
察試料作成装置の他の構成は、電子を発生する電子源
と、試料を取り付ける試料ホルダーと、前記試料ホルダ
ーを装填する試料室と、前記電子源から引出した電子ビ
ームを前記試料に照射する照射レンズ系と、前記照射を
受けた試料からの二次電子を検出する二次電子検出器か
らなる走査型電子顕微鏡に、前記試料に反応性ガスを供
給するガス供給系と、前記試料からの透過電子を検出す
る透過電子検出器と、前記試料ホルダーを回転させる回
転手段と、前記二次電子検出器の検出信号による画像デ
ータ及び前記透過電子検出器の検出信号強度から当該試
料の加工範囲を設定する手段とを設けたことを特徴とす
るものである。

【００１６】上記目的を達成するため、本発明に係る観
察試料作成装置のさらに他の構成は、電子を発生する電
子源と、試料を取り付ける試料ホルダーと、前記試料を
装填する試料室と、前記電子源からの電子ビームを前記
試料に照射する照射レンズ系と、前記照射を受けた試料
からの透過電子を結像させる結像レンズ系と、前記結像
した透過電子顕微鏡像を観察する観察室とからなる透過
電子顕微鏡を備え、前記透過電子顕微鏡の電子光学系に
直角に配置した電子源と、前記電子源からの電子ビーム
を前記試料に照射する照射レンズ系と、前記試料に反応
性ガスを供給するガス供給系と、前記試料からの二次電
子を検出する二次電子検出器と、前記二次電子検出器と
の検出信号による画像データから当該試料の加工範囲を
設定する手段とを設けたことを特徴とするものである。

【００１７】

【作用】上記各技術手段の働きは下記のとおりである。
本発明に係る観察試料作成装置の構成では、走査型透過
電子顕微鏡（以下、単にＳＴＥＭという）では、電子ビ
ームの照射方法として、電子ビームを拡げ平行光として
照射するＴＥＭモードと、電子ビームを絞り走査しなが
ら照射するＳＴＥＭモードがあるが、ＴＥＭ観察用の試
料の加工が終了するまでは、ＳＴＥＭモードによって照
射が行われるので、試料のＴＥＭ観察位置への位置決め
時には反応性ガスは供給せず、電子ビームを試料上で走
査し、二次電子像により位置決めをするので、電子ビー
ムはイオンビームに比べて１桁ビーム径が小さいため、
位置決め精度が高くすることができる。また、電子ビー
ムでは、イオンビームのスパッタリングのような加工を
防止することができる。

【００１８】ＴＥＭ観察部は、反応性ガスを試料に吹き
付け吸着させ、電子ビームを走査し、電子ビームのエネ
ルギーで、反応性ガスと試料の化学反応を誘起し、反応
生成物を脱離させて局所的にエッチングする電子ビーム
アシストエッチングにより加工をすることができる。こ
のとき、試料がＳｉ系ならＦ系のガス、ＧａＡｓ系なら
Ｃｌ系のガスを使用する。

【００１９】また、加工箇所が複数の材質により層状あ
るいは３次元的構造になっているときは、それぞれの材
質に対応する反応性ガスを混合することにより、加工中
に、ガス種を切換えることなく、加工を行なわせること
ができる。加工時、ビーム径を微細に絞ることができる
ため高精度な加工が可能であり、また電子は質量が小さ
いため試料の損傷も少なくすることができる。

【００２０】ＴＥＭ観察は、ＴＥＭモード及びＳＴＥＭ
モードによって可能であるが、加工状態を確認するまで
はＳＴＥＭモードによって行なわれるので、ＳＴＥＭモ
ードによる観察は反応性ガスの供給を停止して排気し、
加工した試料を、例えば９０°回転して加工断面を電子
ビームの光軸と直角にし、電子ビームを走査してＳＴＥ
Ｍ像により行なわせることができる。このとき、ＳＴＥ
Ｍ像の一部が暗くなっている場合、電子がイオンに比べ
て質量が小さいため試料の損傷が少ないので、電子ビー
ムを加工断面に直角に照射しながら加工することができ
る。

【００２１】加工は、暗部にのみ電子ビームを走査する
ように設定し、試料を例えば９０°回転した状態で再度
ガスを供給しながら電子ビームを走査し、ＳＴＥＭ像を
観察しながら加工を行うことができる。前記ＳＴＥＭ像
の暗部を消滅させ、加工を停止することにより、最適な
所望厚さのＴＥＭ用試料が得られると共にＳＴＥＭ像が
観察することができる。ＴＥＭの照射レンズ系及び結像
レンズ系のレンズ電圧を調整してＴＥＭモードにするこ
とにより、加工した試料のＴＥＭ像を加工時と同一の装
置で、その場で観察することができる本発明の係る観察
試料作成装置の他の構成では、走査型電子顕微鏡では、
位置決め、加工を、上記構成のＳＴＥＭと同様に行い、
加工厚さの設定を、加工後、試料を例えば９０度回転し
て加工断面を電子ビームの光軸と直角にし、透過電子検
出器により透過電子強度を測定し、あらかじめ求めてお
いた透過電子強度と試料の厚さの関係から最適にするこ
とができる。本発明の係る観察試料作成装置のさらに他
の構成では、ＳＴＥＭに直角に電子光学系を設けたもの
で、加工を前記の直角に設けた電子光学系で行い、最適
な厚さの確認およびＴＥＭ観察をＳＴＥＭですることが
できる。

【００２２】

【実施例】以下、本発明の各実施例を図１ないし図１４
により説明する。〔実施例１〕図１は、本発明の一実施例に係るＴＥＭ
用観察試料作成装置の全体構成図である。図１に示すよ
うに、１は熱電子放出型電子源、２は６段加速方式加速
管、３は光軸調整コイル、４は第１コンデンサレンズ、
５は第２コンデンサレンズ、６は走査コイル、７は対物
レンズ、８は第１中間レンズ、９は第２中間レンズ、１
０は第１投射レンズ、１１は第２投射レンズ、１２は二
次電子検出器、１３は試料室、１４は観察室、１５は蛍
光板、１６は透過電子検出器、１７、１８はモニタ、１
９は偏向信号発生器、２０はマイクロコンピュータ、２
１は画像メモリ、２２はＡ／Ｄ変換器、２３はスパッタ
イオンポンプ、２４はターボ分子ポンプ、２５はロータ
リポンプ、２６はターボ分子ポンプ、２７はロータリポ
ンプ、３０、３１は吹き付けガスノズル、３２、３３は
ガスバルブ、３４、３５はガス流量制御器、３６、３７
はガスボンベ開閉用ガスバルブ、３８、３９は反応性ガ
スを納するガスボンベ、４０は試料、１２１は画像メモ
リ、１２２はＡ／Ｄ変換器である。

【００２３】ＴＥＭ用試料加工装置は、電子源１、電子
源から引出した電子ビームを試料４０に照射する照射レ
ンズ系と、試料を装填する試料室１３と、試料４０から
の電子を結像させる結像レンズ系と、結像したＴＥＭ像
を観察する観察室１４と、試料４０からの二次電子及び
透過電子を検出する二次電子検出器１２、透過電子検出
器１６を備えたＳＴＥＭに対し、試料４０に反応性ガス
を供給するガスボンベ３８、３９、ガスボンベ３８、３
９からのガス流量を制御するガス流量制御器３４、３
５、ガスを試料４０に吹き付けるガスノズル３０、３１
からなるガス供給系と、二次電子検出器１２、透過電子
検出器１６からの検出信号を映像信号として格納する画
像メモリ１２１、加工範囲を設定するマイクロコンピュ
ータ２０、加工範囲を走査する偏向信号を発生する偏向
信号発生器１９トからなる走査範囲指示部と配設したも
のである。

【００２４】図１に示すように、電子ビーム光学系は、
ＬａＢ₆からなる熱電子放出型の電子源１と、前記電子
源１より放出された電子を２００ｋｅＶまで加速し、ビ
ームを形成する６段加速方式の加速管２と、前記加速さ
れた電子ビームの光軸を調整する光軸調整コイル３と、
前記加速された電子ビームを試料４０上にＴＥＭモード
では０．１μｍ〜１μｍ程度、ＳＴＥＭモードでは数ｎ
ｍ程度に収束して照射する第１コンデンサレンズ４と、
前記収束された電子ビームを２段収束する第２コンデン
サレンズ５と、透過した電子を結像させる対物レンズ７
と、前記結像した像を順次拡大し、螢光板１５上に映し
だす第１中間レンズ８、第２中間レンズ９、第１投射レ
ンズ１０、第２投射レンズ１１からなる４段結像レンズ
系と、前記蛍光板１５の像を観察する観察室１４とから
構成される。

【００２５】また、ＳＴＥＭモードにおいては、電子ビ
ームを試料４０上に走査する走査コイル６と、走査した
とき試料４０から発生する二次電子を検出する二次電子
検出器１２と、前記試料４０を透過した透過電子を検出
する透過電子検出器１６とからなる。なお、上記構成に
おいて、加速管２、光軸調整コイル３、第１コンデンサ
レンズ４、第２コンデンサレンズ５等を照射レンズ系、
対物レンズ７、第１中間レンズ８、第２中間レンズ９、
第１投射レンズ１０、第２投射レンズ１１等を結像レン
ズ系という。

【００２６】試料加工装置のガス供給系は、試料４０を
電子ビームアシストエッチングによって加工するため、
反応性ガスを試料４０の表面に供給するように構成され
ている。前記ガス供給系は、二系統からなり、反応性ガ
スをそれぞれ格納するガスボンベ３８、３９と、前記ガ
スボンベ３８、３９をそれぞれ開閉するガスバルブ３
６、３７と、前記反応性ガス流量をそれぞれ調節するガ
ス流量制御器３４、３５と、前記反応性ガス流路をそれ
ぞれ開閉するガスバルブ３２、３３と、前記反応性ガス
を試料４０表面にそれぞれ吹き付けるガスノズル３０、
３１とからなっている。

【００２７】前記電子ビーム光学系は、高真空に保つた
め、電子源１及び照射レンズ系をスパッタイオンポンプ
２３により、試料室１３をターボ分子ポンプ２４、ロー
タリポンプ２５により、観察室１４をターボ分子ポンプ
２６と、ロータリポンプ２７とによりそれぞれ独立に差
動排気するようになっている。また、試料室１３と照射
レンズ系及び結像レンズ系の間にはそれぞれ絞りを設
け、前記反応性ガスの電子ビーム光学系への流入を阻止
している。

【００２８】次に、試料４０の加工すべき領域を設定す
る制御系について説明する。まず、二次電子像系は、二
次電子を検出する二次電子検出器１２と、この検出信号
をＡ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器１２２と、変換されたデ
ィジタル信号を格納する画像メモリ１２１とから構成さ
れる。同様に、透過電子像系は、透過電子を検出する透
過電子検出器１６と、透過電子検出器１６の検出信号を
Ａ／Ｄ変換するＡ／Ｄ変換器２２と、前記変換されたデ
ィジタル信号を格納する画像メモリ２１とから構成され
ている。

【００２９】加工範囲を設定するマイクロコンピュータ
２０は、偏向信号発生器１９と接続され、前記画像メモ
リ１２１、画像メモリ２１から画像信号メモリを読みだ
し、前記偏向信号発生器１９から偏向信号を発生させる
と共に、モニタ１７、１８と接続され、上記画像信号メ
モリを二次電子像、透過電子像としてそれぞれモニタ１
７、１８とに表示させるようになっている。

【００３０】次に、図２を参照して、図１の実施例に係
るＴＥＭ用観察試料作成装置の動作について説明する。
図２は、図１のＴＥＭ用観察試料作成装置による試料の
断面図、図３は、図２に示す試料の斜視図、図４は、図
２に示す試料の試料ホルダーの斜視図である。図２に示
されるＴＥＭ観察用の試料は、ＧａＡｓ基板９０に分子
線エピタキシーによってＧａＡｓ層９２ａ、９２ｂ、９
２ｃとＡｌＧａＡｓ層９１ａ、９１ｂ、９１ｃ、９１ｄ
とを交互に成長させた１次元超格子構造の素子であり、
図示左側の数字は各層の厚みの一例である。なお、本明
細書の説明において示す数字は、同様に一例である。

【００３１】図３を参照して、試料作成について説明す
る。図３において、４０は試料、４１は観察部、４２は
突起部、４９は電子ビーム照射方向である。図示されて
いる数字は一例を示すものである。図３に示されるよう
に、試料４０を前記素子から、幅５００μｍ、長さ２ｍ
ｍで切り出し、その表面に機械加工により幅３０μｍ、
高さ７０μｍの突起部４２を設ける。さらに、前記突起
部４２の中央に電子ビームアシストエッチングで破線部
の加工を行ない、観察部４１の厚さを電子ビームが透過
できるように１００ｎｍ以下になるよう加工し観察用試
料４０が作成される。試料４０のＴＥＭ観察時、電子は
図示矢印電子ビーム照射方向４９の方向から照射され
る。

【００３２】次に、図４を参照して試料を試料ホルダに
取り付けについて説明する。図４において、４３は試料
ホルダである。ｘ、ｙ、ｚは左右（図面に対し左右）、
前後（図面に対し垂直）、上下（図面に対し上下）の方
向、θは、ｙ軸を中心とする回転方向である。試料４０
をサイドエントリ型の試料ホルダ４３に、その突起部４
２が上部になるように装着する。前記突起部４２の長手
方向は、当該試料ホルダ４３の長手方向と一致させる。

【００３３】前記試料ホルダ４３は、従来のＴＥＭ観察
試料ホルダと異なり、底部に電子透過用の穴がなく、ま
たθ＝±９０°回転可能なように幅が小さくして構成さ
れている。また、前記試料ホルダ４３は、従来技術にお
けるＴＥＭと同様、試料室１３に装填した状態でｘ軸、
ｙ軸にそれぞれ±１ｍｍ、ｚ軸に０．３ｍｍ程度、微動
できる機構になっている。試料４０の試料ホルダ４３へ
の装着は、通常のＳＥＭで行なわれる従来の方法と同様
である。

【００３４】次に、図５、図６を参照して試料ホルダに
試料室１３への装填、試料の観察手順を説明する。図５
は、図１のＴＥＭ用試料加工装置に試料ホルダ装填説明
図、図６は、図１のＴＥＭ用試料加工装置による各加工
工程の試料とＳＥＭ像とＳＴＥＭ像の略示説明図であ
る。図５に示すごとく、試料ホルダ４３を対物レンズ７
内で、かつ吹き付けノズル３０、３１により上部より反
応ガスが吹きつけられるような試料室１３の位置に装填
する。これは、高分解能を実現するため試料を対物レン
ズ内に設置する、いわゆるインレンズ方式を用いたもの
である。

【００３５】次に、図６を中心に、図１を参照して、試
料４０の加工手順及び観察手順を説明する。図６は、最
左欄のＮＯ．は工程１から工程６までの順序を示し、左
欄の各図は最左欄の各工程における試料の加工方法、中
欄の各図は最左欄の各工程におけるＳＥＭ像、右欄の各
図は最左欄の各工程におけるＳＴＥＭ像を示している。
工程１から工程５までは、ＳＴＥＭモード、工程６はＴ
ＥＭモードでの観察、加工が行なわれる。図６におい
て、図中、９１ａ、９１ｂ、９１ｃ、９１ｄ、９２ａ、
９２ｂ、９２ｃは図２の同一符号と同等部分であり、４
０、４１、４３は、図３、６の同一符号と同等部分であ
るので説明を省略する。新たな符号のみを説明する。４
４は電子ビーム、４５は反応性ガス、４８は加工領域、
１００は暗部、１１０、１１１、１１２、１１３、１１
５、は各段階におけるＳＥＭ像、１１４、１１６は各段
階におけるＳＴＥＭ像である。

【００３６】まず、工程１で加工すべき領域の位置決め
を行なう。電子源１から放出された電子を加速管２で１
００ｋｅＶに加速し、第一コンデンサレンズ４、第二コ
ンデンサレンズ５でビーム径を２〜３ｎｍとなるように
微細に絞り電子ビーム４４とし、前記走査コイル６によ
り試料４０上を走査する。このとき、前記試料４０から
発生する二次電子を二次電子検出器１２で検出し、検出
信号をＡ／Ｄ変換器１２２でディジタル信号に変換し、
画像メモリ１２１に格納する。

【００３７】次ぎに、マイクロコンピュータ２０により
画像メモリ１２１の画像データを工程１のＳＥＭ像１１
０としてモニタ１７に表示する。ＳＥＭ像１１０上でマ
イクロコンピュータ２０に加工領域４８を設定する。こ
れにより加工時、電子ビーム４４を加工領域４８のみ自
動的に走査することが可能である。このように位置決め
は微細な電子ビームによって行なうため、高精度でしか
もイオンビームのようにスパッタリングで加工されるこ
ともない。

【００３８】次に、工程２において、加工領域４８を加
工する。加工には反応性ガス４５を試料４０に吹き付
け、電子ビーム４４を照射し、試料４表面に吸着した反
応性ガス４５を分解して、電子ビーム４４の照射箇所の
みを局所エッチングを行なわせる。反応性ガス４５とし
ては、試料４の材質がＧａＡｓ系のため、Ｃｌ系ガスの
Ｃｌ₂、ＳｉＣｌ₄、ＣＣｌ₄等が用いられるが、本実施
例ではＣｌ₂ガスを用いる。ただし、Ｃｌ₂ガスは、Ｇａ
Ａｓに対して電子ビーム４４を照射しなくてもエッチン
グを自発的に生じる。

【００３９】ここで、図６の各工程の説明を一時中断
し、上記自発的エッチングに対する対処方法について説
明する。一の方法として、観察部４１の厚さを自発性エ
ッチングによる加工量を考慮してあらかじめ厚く設定し
ておき、加工終了時点で最適な厚さになるようにする手
段がある。自発性エッチングによる加工量は、反応性ガ
ス４５のガス圧に依存し、加工時間に比例する。そこ
で、予め自発性エッチングによって加工される量を予測
し、それを考慮して電子ビームアシストエッチングによ
る加工量を少なめに設定して最終的に目標とする厚さに
する。

【００４０】また、これとは別に、他の一の方法とし
て、電子ビームアシストエッチングによって加工する
際、試料４０の温度を低くすることにより自発性エッチ
ングを抑えることもできる。さらに、他の一の方法とし
て自発性エッチングを抑えるガスを反応性ガス４５に混
合してエッチングする方法がある。例えば、混合するガ
スとしてＳｉＣｌ₄、ＣＣｌ₄を用い、反応性ガスＣｌ₂
との混合比を適当な値にすることにより、自発性エッチ
ングを抑えることができる。

【００４１】前記反応性ガスＣｌ₂の割合が大きいと、
加工部側壁に相当する観察部４１の自発性エッチングが
大きく、ＳｉＣｌ₄ガスやＣＣｌ₄ガスの割合が大きいと
自発性エッチングが小さい代わりに全体の加工速度が小
さい。ここでは、混合ガスとしてＳｉＣｌ₄を用いる。
前記ガスボンベ３８にＣｌ₂ガス、ガスボンベ３９にＳ
ｉＣｌ₄ガスを収納し、バルブ３６、３７を開き、流量
制御器３４、３５でガス流量及び前記二つのガスの混合
比を調節し、バルブ３２、３３を開き、ノズル３０、３
１を介して反応性ガス４５として、Ｃｌ₂とＳｉＣｌ₄ガ
スを試料４０に吹き付け吸着させる。マイクロコンピュ
ータ２０により、加工領域４８が偏向信号発生器１９に
設定され、自動的に電子ビーム４４が加工領域４８を走
査し照射する。

【００４２】前記電子ビーム４４のエネルギーによって
反応性ガス４５が分解し、試料４０と反応してエッチン
グが進行する。このとき加工部側壁に相当する観察部４
１には混合ガスＳｉＣｌ₄によるＳｉの薄膜が形成さ
れ、Ｃｌ₂ガスによる自発性エッチングを防ぐと考えら
れる。前記形成されるＳｉの薄膜厚さは非常に薄いた
め、これが残っていてもＴＥＭ観察には影響はない。ま
た後の工程５で観察部４１に直角に電子ビームを照射し
て加工する段階でＳｉの薄膜は除去できる。工程２に示
す前記ＳＥＭ像１１１から加工中の加工領域４８の状態
をモニタできる。

【００４３】再び、工程２の加工領域４８の加工につい
て、図７を参照して説明する。前記加工領域４８を加工
するとき、加工時間を短縮することおよび観察部４１を
高精度に仕上げるため加工を二段階に分けて行なわれ
る。図７は、図６の加工工程２の加工方法の拡大説明図
である。図７において、左図は粗加工の方法、右図は仕
上げ加工の方法をそれぞれ示している。図中、図６と同
一符号は同等部分であるので、説明を省略する。新たな
符号のみを説明する。４８ａは、加工領域４８における
粗加工領域、４８ｂは、加工領域４８における仕上げ加
工領域である。

【００４４】図７の左図に示す第１段階の粗加工では、
第一コンデンサレンズ４、第二コンデンサレンズ５によ
り電子ビーム４４の径を０．５μｍ程度の大きさにし、
電子ビーム電流を大きくして粗加工領域４８ａの走査を
行ない、観察部４１の周辺１μｍを残して高速に加工す
る。次に、図７の右図に示す第二段階の仕上げ加工で
は、加速電圧を１００ｋｅＶとし、第一コンデンサレン
ズ４、第二コンデンサレンズ５により電子ビーム径を２
〜３ｎｍ程度と微細に絞り、仕上げ加工領域４８ｂの走
査を行ない観察部４１が得られる。

【００４５】前記図７の左図の粗加工粗加工終了後、加
工結果の確認と図７の右図に示す第二段階の仕上げ加工
を行なうために、ＳＥＭ像によって観察が行うが、試料
未加工部が観察される場合がある。試料未加工部の前記
ＳＥＭ像の観察と加工方法を図８を参照して説明する。
図８は、ＳＥＭ像による試料未加工部の観察と加工方法
と試料断面図の略示説明図である。図８において、左図
は観察像、中図は加工方法１、右図は加工方法２を示
し、上段は、観察，加工方法１，加工方法２におけるＳ
ＥＭ像、下段は、観察，加工方法１，加工方法２におけ
る断面を示している。図中、図６と同一符号は同等部分
であるので、説明を省略する。新たな符号のみを説明す
る。４６は未加工領域、４７は電子ビームを照射する斜
線部、１１７、１１８、１１９はＳＥＭ像である。

【００４６】図８の左図のＳＥＭ像と断面が示すよう
に、ＳＥＭ像１１７には未加工領域４６が観察される場
合がある。前記未加工領域４６が生じる原因としては、
加工時の試料の傾きあるいは電子ビームの裾の広がりに
よるものなどが考えられる。これに対し、図８の中図に
示すように、電子ビーム４４のビーム径を仕上げ加工時
と同様細く絞って加工する加工方法１と、図８の右図に
示すように、加工時間を短縮するため試料４０を傾斜さ
せて粗加工時の太い電子ビーム径で加工する加工方法２
とがある。

【００４７】図８の中図が示す前記加工方法１では、電
子ビーム４４を２〜３ｎｍ程度に絞り、ＳＥＭ像１１８
から斜線部４７のみを走査して未加工領域４６を加工す
ることができる。図８の右図が示す前記加工方法２で
は、ＳＥＭ像１１７の未加工領域４６の大きさから未加
工料領域４６の傾斜角度がわかるため、それと同程度に
試料４０を傾斜させ、太い電子ビーム径で未加工領域４
６を速い速度で加工できる。

【００４８】図示されていないが、試料ホルダ４３の構
造を、従来技術のＴＥＭホルダと同様に試料装着箇所だ
け、θ方向及びそれと９０°の方向２軸に回転できる機
構とすることにより、試料４の観察部４０の面と直角方
向のＳＥＭ像を得、より精度の高い加工を行なうことも
できる。

【００４９】再び、図６を参照して各工程を説明する。
前記仕上げ加工終了後、図６の工程３により加工状態を
確認するためＳＥＭ像１１２の観察が行なわれる。観察
は、一旦電子ビーム４４を止め、反応性ガス４５の供給
を停止し、前記反応性ガス４５の排気が終了した時点
で、電子ビーム４４を発生させ、加速電圧１００ｋｅ
Ｖ、電子ビーム径２〜３ｎｍで行なわれる。加工状態を
観察し加工が不完全の場合は、工程２に戻り、再度、反
応性ガスを供給して加工を行なうことができる。

【００５０】次に、工程４によりＳＴＥＭモードにおけ
るＴＥＭ観察が行なわれる。蛍光板１５をあげ、図４の
試料ホルダ４３をθ＝９０°回転させ、更にｘ軸、ｙ軸
に微動させて観察部４１を電子ビーム光学系の光軸に合
わせる。加速電圧を２００ｋｅＶ、ビーム径２〜３ｎｍ
の微細な電子ビームで反応性ガス４５は供給せず、試料
４０を走査する。試料４０から発生する二次電子は二次
電子検出器１２、試料４０を透過した電子は透過電子検
出器１６によって検出される。

【００５１】前記二次電子検出器１２の検出信号、透過
電子検出器１６の検出信号は、それぞれＡ／Ｄ変換器１
２２、２２によってディジタル信号に変換され、電子ビ
ーム走査と同期させて画像メモリ１２１、２１に格納さ
れる。マイクロコンピュータ２０によって画像データを
モニタ１７、１８にＳＥＭ像、ＳＴＥＭ像として表示す
る。

【００５２】このようにして得られたＳＥＭ像１１３、
ＳＴＥＭ像１１４は、観察部４１の同一箇所を表示して
いる。前記ＳＥＭ像１１３、ＳＴＥＭ像１１４では観察
部４１の試料表面からＡｌＧａＡｓ層９１ｄ、９１ｃ、
９１ｂ、９１ａとＧａＡｓ層９２ｃ、９２ｂ、９２ａと
が交互に層状になっている状態が観察される。ＳＥＭ像
１１３は、視野全体に一様なコントラストで観察される
が、ＳＴＥＭ像１１４は観察部の厚さの不均一によって
画像に部分的に明部、暗部が生じる。例えば、図示のＳ
ＴＥＭ像１１４においては、暗部１００の部分は試料４
０の厚さが厚く電子が透過しにくいため生じたと考えら
れる。このとき暗部１００を囲む領域をマイクロコンピ
ュータ２０により再加工領域として設定する。

【００５３】次に、工程５により再加工領域の加工が行
なわれる。従来のＦＩＢ加工ではイオンを用いるため、
その質量は電子に比べて大きく、観察面に直角にイオン
ビームを照射すると試料は損傷してしまう恐れがあっ
た。電子の場合には質量が小さいため、損傷の可能性が
小さく、観察面に直角に電子ビームを照射しながら加工
する。

【００５４】マイクロコンピュータ２０により偏向信号
発生器１９に再加工領域の走査範囲を設定し、バルブ３
２、３３を開いて反応性ガス４５を供給し、電子ビーム
４４の加速電圧、ビーム径を、前記工程４のＳＴＥＭ観
察時と同一にして加工する。加工と同時にＳＥＭ像、Ｓ
ＴＥＭ像を観察し、ＳＴＥＭ像１１６が明瞭に検出され
るまで加工が行なわれる。

【００５５】なお、工程４で、ＳＴＥＭ像の観察部４１
全体が暗く、観察部４１全体がまだ電子透過可能な厚さ
になっていない場合は、次ぎの工程５に進まず、再び工
程２に戻って再加工することもできる。ＳＴＥＭ像では
格子像などは観察できないため、工程６によりＴＥＭ像
の観察が行なわれる。ＴＥＭ像の観察は、蛍光板１５を
下降させ、コンデンサレンズ１、コンデンサレンズ２で
電子ビームを観察領域全体に拡げて、平行ビームとして
観察部４１に照射し、試料４０を透過した電子を対物レ
ンズ７で結像し、結像した像を第１中間レンズ８、第二
中間レンズ９、第一投射レンズ１０、第二投射レンズ１
１で順次拡大し、蛍光板１５上に映しだし観察室１４で
観察する。これにより試料４０を他の装置に移動し取り
付けることなくその場で観察ができる。

【００５６】〔実施例２〕次に、本発明の他の一実施
例を図９により説明する。図９は、本発明の他の一実施
例に係る試料作成方法の各加工工程の試料とＳＥＭ像と
ＳＴＥＭ像の略示説明図である。図９において、最左欄
のＮｏ．は各工程を示し、左欄の各図は各工程における
試料、中欄の図はＳＥＭ像、右欄の図はＳＴＥＭ像を示
している。図中、図６と同一符号は同等部分であるので
再度の説明は省略し、新たな符号のみを説明する。１２
３はＳＥＭ像、１２４はＳＴＥＭ像、１２５は暗部であ
る。

【００５７】図９の〔実施例２〕で示される各工程
４′、５′、６′は、図６の〔実施例１〕において説明
した工程４で、ＳＴＥＭ像の観察部４１全体が暗く、観
察部４１が電子透過可能な厚さになっていない場合、そ
の再加工をＴＥＭモードによって行なうものである。

【００５８】工程４′では、ＳＴＥＭ像１２４の全体が
暗部１２５の場合には、図９の中段図の工程５′に示す
ように試料４０は、９０°回転したままの状態で電子ビ
ーム４４をコンデンサレンズ４、５により観察領域全体
に拡げて平行ビームとして一括照射し、同時に反応性ガ
ス４５を供給して観察部４１の全体をエッチングする。

【００５９】このような加工によって観察部４１が電子
透過可能な厚さになると対物レンズ７、中間レンズ８、
９、投射レンズ１０、１１によって蛍光板１５上にＴＥ
Ｍ像が結像し、観察部４１がＴＥＭ観察可能な状態にな
ったことがわかる。そこで、反応性ガス４５の供給を停
止し、残留ガスを排気する。

【００６０】次に、図９に示す工程６′においては、工
程５′の加工時の電子ビームの照射状態のままでＴＥＭ
観察を行うことができる。また、試料４０のＴＥＭ観察
位置の位置決めにそれ程精度を要しない場合、ＴＥＭモ
ードによる加工を、図６に示した工程２から行なうこと
もできる。その場合、図６の工程２から試料４０を９０
°回転した状態で、今述べたＴＥＭモードによって加
工、観察を行なうことができる。

【００６１】〔実施例３〕次に、本発明のさらに他の
実施例を図１０、図１１により説明する。図１０は、本
発明の他の一実施例の試料作成方法における試料断面
図、図１１は、本発明のさらに他の実施例に係る試料作
成方法における反応ガス供給系構成図である。〔実施例
３〕は、図１の〔実施例１〕における試料４０の材
質が、ＧａＡｓ系の化合物半導体であったのに対し、Ｓ
ｉ系の材料からなるＭＯＳ半導体素子を対象とする点が
異なる。図１０において、９３はＳｉ基板、９４はＳｉ
ｎ+層、９５はＳｉＯ₂、９６はＡｌ配線、９７はりんガ
ラス（以下、ＰＳＧという）、９８はＳｉＯ₂、９９は
ポリＳｉゲートである。

【００６２】図１０に示すように、試料４０は、ＭＯＳ
半導体のゲート部分で、Ｓｉ基板９３上にＳｉｎ+層９
４、ＳｉＯ₂９５、Ａｌ配線９６、ポリＳｉゲート９
９、ＳｉＯ₂９８、ＰＳＧ９７とを順次積層してから構
成される。この試料４０をＴＥＭ観察用に電子ビームア
シストエッチングするとき、ＳｉＯ₂、Ｓｉ、ＰＳＧ部
分は、Ｆ系の反応性ガスＸｅＦ₂、ＣＦ₄、ＳＦ₆により
エッチング可能であるが、Ａｌに対しては、Ｆ系のガス
は反応性が低いためエッチングが進行しない。一般に、
ＡｌはＣｌ系のガスＣｌ₂、ＳｉＣｌ₄、ＢＣｌ₃で反応
し、エッチングされる。

【００６３】前記の如く、材質として、ＳｉとＡｌが共
存する場合、例えば最初ＸｅＦ₂ガスを用いてＳｉ系の
材質をエッチングし、Ａｌが露出した時点で反応性ガス
を切換えるという方法もあるが、ガスの切換えに手間が
かかる。また、各材質が層状になっている場合はガスの
切換えで対処できるが、各材質が３次元的に複雑に配置
されている場合には難しい。そこで、このようなとき
は、反応性ガスとして、Ｆ系のガスとＣｌ系のガスを混
合して用いる。そして各材質の加工速度の調節は、ガス
の混合比によって行うことができる。本例では、ＸｅＦ
₂、Ｃｌ₂を用いる。そのため、ガスボンベ３８にはＸｅ
Ｆ₂、ガスボンベ３９にはＣｌ₂を格納する。そして流量
制御器３４、３５を調節してガス流量を調節するととも
に両ガスの混合比を調節して異なる材質の加工速度が同
程度になるように設定する。そして、エッチングガスを
ノズル３０、３１を介して試料４０に供給する。

【００６４】次ぎに、図１１を参照して、本実施例にお
けるガス供給系について説明する。図中、図１と同一符
号は同等部分であるので、再度の説明は省略する。新た
な符号のみを説明する。１０１は供給管、１０２はガス
ノズル、である。図１の〔実施例１〕では、２種類の
ガスはノズル３０、３１によりそれぞれ試料４０上に別
々に供給していたが、本実施例においては、図１１に示
すようにガスバルブ３２、３３を１つの供給管１０１に
接続し、供給管１０１で混合してガスノズル１０２によ
り試料に供給するものである。

【００６５】〔実施例４〕次に、本発明のさらに他の
実施例を図１２を参照して説明する。図１２は、本発明
のさらに他の実施例における観察試料作成装置の構成図
である。本実施例は、図１の〔実施例１〕のＴＥＭの
代わりにＳＥＭを用いたものである。図１２において、
１３０は電子源、１３１はコンデンサレンズ、１３２は
走査コイル、１３３は対物レンズ、１３４、１３５はガ
スノズル、１３６は試料ホルダー、１３７は二次電子検
出器、１３８は透過電子検出器、１３９はイオンポン
プ、１４０はターボ分子ポンプ、１４１はロータリポン
プ、１４２はターボ分子ポンプ、１４３はロータリポン
プ、１４４、１４５はバルブ、１４６は陽極、１４７は
試料室である。

【００６６】観察試料作成装置の電子ビーム光学系は、
Ｗからなる熱電子放出型の電子源１３０と、前記電子源
１３０より放出された電子を２５ｋｅＶまで加速する陽
極１４６と、前記加速された電子を収束するコンデンサ
レンズ１３１と、前記収束した電子ビームを走査する走
査コイル１３２と、前記収束した電子ビームを試料４０
上に収束して照射する対物レンズ１３３と、前記照射し
た電子ビームにより試料４０から発生する二次電子を検
出する二次電子検出器１３７と、試料４０を透過する電
子を検出する透過電子検出器１３８とから構成されてい
る。

【００６７】装置のガス供給系は、図１の〔実施例
１〕の同様にして二系統の配管系により、異なる種類の
反応性ガスをバルブ１４４、１４５を開閉し、ガスノズ
ル１３４、１３５を介して試料４０の表面に吹き付ける
ようになっている。前記電子ビーム光学系は、高真空に
保つため電子源１３０はイオンポンプ１３９により、コ
ンデンサレンズ１３１、対物レンズ１３３はターボ分子
ポンプ１４０、ロータリポンプ１４１とにより、試料室
１４７はターボ分子ポンプ１４２、ロータリポンプ１４
３により独立に差動排気する。

【００６８】また、二次電子検出器１３７、透過電子検
出器１３８の検出信号からそれぞれ二次電子像、透過電
子像を得、加工範囲を設定し走査コイル１３２に偏向信
号を出力する部分は、図１の〔実施例１〕の同様の構
造となっている。また、試料ホルダ１３６は、通常のＳ
ＥＭと同様のものであるが、±９０°回転可能な構造と
する。

【００６９】次に、観察試料作成装置の動作について説
明する。試料４０の表面を上部にして試料ホルダ１３６
に装着し試料ホルダ１３６を試料室１４７に装填する。
本実施例では、加工が図６に示す〔実施例１〕におけ
る工程１の位置決め、工程２の加工、工程３の加工状態
の観察と工程４以降が異なる。但し、電子ビーム径が７
〜１０ｎｍと大きくなるため、加工精度は少し悪くな
る。

【００７０】次に、図６の工程４に相当する加工が行な
われる。試料ホルダ１３６を９０°回転させて観察が行
なわれる。この場合、ＳＥＭでは、加速電圧が２５ｋｅ
Ｖと小さいため、観察部４１の厚さが１００ｎｍ程度と
薄くなっても電子は試料４０内で大きく散乱し、観察部
４１から脱出した散乱電子を透過電子検出器１３８で検
出し、この透過電子検出信号から透過電子像を構成して
も解像度が悪く、透過電子像として検出することは難し
い。

【００７１】しかし、画像の明るさは透過電子の強度に
対応しており、画像の明るさは観察部４１の厚さに対応
して変化するから、予め厚さと明るさ、すなわち透過電
子強度の関係を求めておけば、画像の明るさからＴＥＭ
観察に最適な厚さの加工は可能である。もし画像の明る
さが暗い場合、図６の工程２に戻る、あるいは工程５の
ように試料４０を９０°回転させた状態で加工し、透過
電子像が明るくなった時点で加工を停止することも可能
である。本実施例では、ＴＥＭ観察時は試料４０を別の
ＴＥＭへ移す必要があるが、イオンビーム加工と比べ
て、加工の精度が高く、損傷がなく、観察部４１の厚さ
を透過電子でモニタができるため、最適な厚さになって
いるなどの長所がある。

【００７２】〔実施例５〕次に、本発明のさらに他の
実施例を図１３、１４を参照して説明する。本実施例で
は、試料の加工をＳＥＭによる電子ビームアシストエッ
チングで行い、試料のＴＥＭ観察は同一チャンバ内のＴ
ＥＭによって行なえるように、二つの光学系を直角に配
設したものである。図１３は、本発明のさらに他の実施
例における観察試料作成装置の構成図、図１４は、図１
３の実施例の観察試料作成装置における試料加工方法の
略示説明図である。

【００７３】本実施例に係る観察試料作成装置の構成
は、ＴＥＭ光学系を、図１の〔実施例１〕と、ＳＥＭ光
学系は図１２の〔実施例４〕と、ガス供給系は図１１
の〔実施例３〕とそれぞれ同一である。したがって、
図中、図１、図１１、図１２と同一符号は同等部分であ
る。ただし、ＴＥＭ光学系でＴＥＭ観察を行なうとき、
電子ビームを走査して透過電子を検出するＳＴＥＭモー
ドは使用せず、電子ビームを平行にして観察領域全面に
照射し透過電子像を得るＴＥＭモードによって行なわれ
ている。ガス供給系は異なる種類のガスを別々のノズル
から供給する方法と混合して一つのノズルから供給する
方法のどちらも可能であるが、本実施例では、後者の構
成を用いた。

【００７４】次に、観察試料作成について説明する。試
料４０は、その試料表面がＳＥＭ光学系の光軸方向と直
角になるように試料ホルダ４３を装填する。加工はＳＥ
Ｍ光学系によって〔実施例４〕と同様にして図６に示
す工程１の位置決め、工程２の加工、工程３の加工状態
での観察を行なうことができる。

【００７５】次に、図６に示す工程４のＳＴＥＭ観察に
相当する部分では、試料ホルダ４３を回転せず、その位
置でＴＥＭ光学系によりＴＥＭモードで観察する。この
とき、加工が精度よく行なわれていれば、ＴＥＭ観察で
きる。しかし、ＴＥＭ像の一部が暗く観察できないとき
は、その領域を再加工領域としてマイクロコンピュータ
２０に設定する。

【００７６】次に、図１４（ａ）は、ＴＥＭ像の一部が
暗い場合の加工方法を示している。この場合、図６の工
程５に相当する再加工が行なわれる。前記再加工は、Ｓ
ＥＭ光学系の電子ビームにより試料４０の表面方向から
行なわれる。そのため、ＴＥＭ光学系の電子ビームは停
止する。この再加工は、反応性ガス４５を供給しながら
マイクロコンピュータ２０に設定された領域をＳＥＭの
電子ビーム４４を走査して行なわれる。加工が終了した
時点で反応性ガス４５の供給を停止し、電子ビーム４４
をＴＥＭ光学系に切換えてＴＥＭ観察が行なわれる。

【００７７】次ぎに、図６の工程４において、ＴＥＭ像
の全体が暗く、像が観察できないとき、ＴＥＭ光学系の
電子ビームによって加工することも可能である。図１４
（ｂ）に、この場合の加工方法を示している。ＴＥＭ光
学系の電子ビーム４４は、観察時と同一条件で照射し、
反応性ガス４５を供給して加工する。加工時、ＴＥＭ像
を観察し、ＴＥＭ像が検出可能になった段階でガス供給
を停止する。ガス供給停止後もＴＥＭ像観察を続けて行
なうことができる。本実施例では電子光学系を二系統設
けなければならないので、装置の構成が複雑になるが、
試料４０を回転させる必要がないため、操作性がすぐれ
ている。

【００７８】

【発明の効果】以上、詳細に説明したごとく、本発明の
構成によれば、高精度で、低損傷に、かつ観察すべき箇
所を加工することなく、微細なＴＥＭ観察を行なうこと
できる例えば半導体デバイスのＴＥＭ用観察のための試
料作成方法及びその装置を提供することができる。よ
り、具体的に説明すれば、ＴＥＭ観察用の試料を作成す
るために、２次電子像によって位置決めするため、微細
な電子ビームを用いることにより高精度な位置決めが可
能となり、イオンのようにスパッタリングによる加工を
防止する効果がある。観察試料加工は、反応性ガス雰囲
気中で試料に微細に絞った電子ビームを照射し、電子ビ
ームの照射部で局所的に反応性エッチングを行わせ、電
子はイオンに比べて質量が小さいため、高精度、かつ損
傷の少ない加工効果がある。また、観察試料の加工後、
反応性ガスを排気することにより同一装置内で透過電子
顕微鏡像の観察できる効果がある。また、反応ガス雰囲
気中で試料に電子ビームを照射する際、電子ビームの照
射面を透過電子顕微鏡像の観察面とし、試料を加工する
と同時に加工状態を観察したり、透過電子強度を検出し
て未加工部分を再加工することにより、試料を最適な厚
さに加工できる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係るＴＥＭ用観察試料作成
装置の全体構成図である。

【図２】図１のＴＥＭ用観察試料作成装置による試料の
断面図である。

【図３】図２に示す試料の斜視図である。

【図４】図２に示す試料の試料ホルダーの斜視図であ
る。

【図５】図１のＴＥＭ用観察試料作成装置に試料ホルダ
ー装填説明図である。

【図６】図１のＴＥＭ用観察試料作成装置による各加工
工程の試料とＳＥＭ像とＳＴＥＭ像の略示説明図であ
る。

【図７】図６の加工工程２の加工方法の拡大説明図であ
る。

【図８】ＳＥＭ像による試料未加工部の観察と加工方法
と試料断面図の略示説明図である。

【図９】本発明の他の一実施例に係る試料作成方法の各
加工工程の試料とＳＥＭ像とＳＴＥＭ像の略示説明図で
ある。

【図１０】本発明の他の一実施例に係る試料作成方法に
おける試料断面図である。

【図１１】本発明のさらに他の一実施例に係る試料作成
方法における反応ガス供給系構成図である。

【図１２】本発明のさらに他の一実施例に係る観察試料
作成装置の構成図である。

【図１３】本発明のさらに他の一実施例に係る観察試料
作成装置の構成図である。

【図１４】図１３の観察試料作成装置における試料加工
方法の略示説明図である。

【図１５】従来の技術におけるＦＩＢ装置の構成図であ
る。

【図１６】従来の技術におけるＦＩＢ装置による試料加
工方法の説明図である。

【符号の説明】

１…電子源、２…加速管、３…光軸調整コイル、４…第
一コンデンサレンズ、５…第二コンデンサレンズ、６…
走査コイル、７…対物レンズ、８…第一中間レンズ、９
…第二中間レンズ、１０…第一投射レンズ、１１…第二
投射レンズ、１２…二次電子検出器、１３…試料室、１
４…観察室、１５…蛍光板、１６…透過電子検出器、１
７、１８…モニタ、１９…偏向信号発生器、２０…マイ
クロコンピュータ、２１…画像メモリ、２２…Ａ／Ｄ変
換器、２３…スパッタイオンポンプ、２４…ターボ分子
ポンプ、２５…ロータリポンプ、２６…ターボ分子ポン
プ、２７…ロータリポンプ、３０、３１…ガスノズル、
３２、３３…ガスバルブ、３４、３５…ガス流量制御
器、３６、３７…ガスバルブ、３８、３９…ガスボン
ベ、４０…試料、４１…観察部、４２…突起部、４３…
試料ホルダ、４４…電子ビーム、４５…反応性ガス、４
６…未加工領域、４７…電子ビーム照射する斜線部、４
８…加工領域、４８ａ…粗加工領域、４８ｂ…仕上げ加
工領域、４９…電子ビーム照射方向、５０…液体金属イ
オン源、５１…引出し電極、５３…第一レンズ電極、５
６…偏向電極、５７…第二レンズ電極、５８…二次電子
検出器、５９…試料、７０…イオンビーム径、７２…電
子ビーム径、７３…ＴＥＭ試料の観察箇所、７４…観察
箇所の厚さ、９０…ＧａＡｓ基板、９１ａ、９１ｂ、９
１ｃ、９１ｄ…ＡｌＧａＡｓ層、９２ａ、９２ｂ、９２
ｃ…ＧａＡｓ層、９３…Ｓｉ基板、９４…Ｓｉｎ+層、
９５…ＳｉＯ₂、９６…Ａｌ配線、９７…ＰＳＧ、９８
…ＳｉＯ₂、９９…ポリＳｉゲート、１００…暗部、１
０１…供給管、１０２…ガスノズル、１１０、１１１、
１１２、１１３、１１５…ＳＥＭ像、１１４、１１６…
ＳＴＥＭ像、１１７、１１８、１１９…ＳＥＭ像、１２
１…画像メモリ、１２２…Ａ／Ｄ変換器、１２３…ＳＥ
Ｍ像、１２４…ＳＴＥＭ像、１２５…暗部、１３０…電
子源、１３１…コンデンサレンズ、１３２…走査コイ
ル、１３３…対物レンズ、１３４、１３５…ガスノズ
ル、１３６…試料ホルダ、１３７…二次電子検出器、１
３８…透過電子検出器、１３９…イオンポンプ、１４０
…ターボ分子ポンプ、１４１…ロータリポンプ、１４２
…ターボ分子ポンプ、１４３…ロータリポンプ、１４
４、１４５…バルブ、１４６…陽極、１４７…試料室

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｊ 37/20 Ｈ０１Ｊ 37/244 37/244 Ｇ０１Ｎ 1/28 Ｆ (72)発明者東淳三神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料の二次電子像により位置決めし、反
応性ガス雰囲気中で前記試料に電子ビームを照射し、前
記電子ビームの照射部で局所的に反応性エッチングを施
し当該試料を所定厚さに加工し、前記加工後に前記反応
性ガスを排気し、透過電子顕微鏡観察することを特徴と
する観察試料作成方法。
【請求項２】請求項１記載の観察試料作成方法におい
て、前記試料へ電子ビーム照射時に、当該電子ビームの試料
照射面を透過電子顕微鏡の観察面とし、当該透過電子顕
微鏡像の観察による加工状態に基づき、当該試料を所定
厚さに加工することを特徴とする観察試料作成方法。
【請求項３】請求項２記載の観察試料作成方法におい
て、前記試料の加工時に、前記透過電子強度を測定すること
を特徴とする観察試料作成方法。
【請求項４】請求項１記載の観察試料作成方法におい
て、前記電子ビームを光軸が互いに直角なる二つの電子光学
系で形成し、一の電子光学系で試料の透過電子顕微鏡像
を観察し、その観察に基づき他の電子光学系の電子ビー
ムで前記試料を加工することを特徴とする観察試料作成
方法。
【請求項５】電子を発生する電子源と、試料を取り付
ける試料ホルダーと、前記試料ホルダーを装填する試料
室と、前記電子源からの電子ビームを前記試料に照射す
る照射レンズ系と、前記照射を受けた試料からの透過電
子を結像させる結像レンズ系と、前記結像した透過電子
顕微鏡像を観察する観察室と、前記照射を受けた試料か
らの二次電子及び透過電子をそれぞれ検出する二次電子
検出器、透過電子検出器とからなる走査型透過電子顕微
鏡を備え、前記試料に反応性ガスを供給するガス供給手段と、前記
試料ホルダーを回転させる回転手段と、前記二次電子検
出器と前記透過電子検出器の検出信号に基づくそれぞれ
の画像データから当該試料の加工範囲を定める設定手段
とを設けたことを特徴とする観察試料作成装置。
【請求項６】電子を発生する電子源と、試料を取り付
ける試料ホルダーと、前記試料ホルダーを装填する試料
室と、前記電子源からの電子ビームを前記試料に照射す
る照射レンズ系と、前記照射を受けた試料からの二次電
子検出する二次電子検出器とからなる走査型電子顕微鏡
を備え、前記試料に反応性ガスを供給するガス供給系と、前記試
料からの透過電子を検出する透過電子検出器と、前記試
料ホルダーを回転させる回転手段と、前記二次電子検出
器の検出信号による画像データ及び前記透過電子検出器
の検出信号強度から当該試料の加工範囲を設定する手段
とを設けたことを特徴とする観察試料作成装置。
【請求項７】電子を発生する電子源と、試料を取り付
ける試料ホルダーと、前記試料を装填する試料室と、前
記電子源からの電子ビームを前記試料に照射する照射レ
ンズ系と、前記照射を受けた試料からの透過電子を結像
させる結像レンズ系と、前記結像した透過電子顕微鏡像
を観察する観察室とからなる透過電子顕微鏡を備え、前記透過電子顕微鏡の電子光学系に直角に配置した電子
源と、前記電子源からの電子ビームを前記試料に照射す
る照射レンズ系と、前記試料に反応性ガスを供給するガ
ス供給系と、前記試料からの二次電子を検出する二次電
子検出器と、前記二次電子検出器との検出信号による画
像データから当該試料の加工範囲を設定する手段とを設
けたことを特徴とする観察試料作成装置。