JP7204200B2 - 薄膜試料片作成方法および荷電粒子ビーム装置 - Google Patents

Description

本発明は、薄膜試料片作成方法および荷電粒子ビーム装置に関する。

従来から、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ：Transmission Electron Microscope）を利用して、半導体デバイスや半導体素子（例えば、ＤＲＡＭ素子、不揮発性メモリや固体撮像素子等）の微細な断面構造を観察して故障解析等を行う技術が知られている。通常、透過電子顕微鏡によって観察を行う場合には、観察対象物である試料から微細な薄膜試料片を取り出した後、該薄膜試料片を試料ホルダに固定してＴＥＭ試料を作成する必要がある（例えば、特許文献１および２参照）。

ここで、ＴＥＭ試料の一般的な作成方法について簡単に説明する。
始めに、試料に対して荷電粒子ビームの一種である集束イオンビーム（ＦＩＢ：Focused Ion beam）を照射してエッチング加工し、数十ｎｍ～百ｎｍ程度の厚みの薄い薄膜試料片を作成する。この際、試料から薄膜試料片を完全に切り離すのではなく、連結部を介して試料に部分的に連結させた状態で薄膜試料片を作成する。続いて、ニードル或いはナノピンセットを利用して薄膜試料片を保持する。ニードルを利用する場合には、ニードルの先端付近にデポジション膜を発生させるための原料ガスを供給しながらＦＩＢを照射する。すると、ＦＩＢの照射によって発生した二次電子によって原料ガスが分解され、ニードルと薄膜試料片との境にデポジション膜が堆積する。その結果、ニードルの先端に薄膜試料片を固定させて保持することができる。

ニードルにより薄膜試料片を保持した後、連結部にＦＩＢを照射してエッチング加工する。これにより、連結部を切断でき、試料から薄膜試料片を完全に切り離すことができる。続いて、ニードル或いはナノピンセットによって薄膜試料片を保持しながら、該薄膜試料片を試料から離間させる。そして、ステージを動かすことで試料ホルダを薄膜試料片の真下付近まで移動させると共に、試料ホルダの上面或いは側面に薄膜試料片を近接させる。続いて、薄膜試料片と試料ホルダとの境に再度原料ガスを供給しながらＦＩＢを照射する。これにより、薄膜試料片と試料ホルダとの間にデポジション膜を堆積させることができ、薄膜試料片を試料ホルダに固定することができる。

特開２０１６－０５０８５３号公報 特開２００９－１１０７４５号公報

連結部にＦＩＢを照射して試料から薄膜試料片を分離するとき、薄膜試料片の一部が欠損する場合がある。
本発明が解決しようとする課題は、薄膜試料片の欠損を抑制することができる薄膜試料片作成方法および荷電粒子ビーム装置を提供することである。

上記課題を解決するため、本発明の薄膜試料片作成方法は、厚さ方向が試料の表面に沿う薄膜試料片を前記試料から作成する薄膜試料片作成方法であって、前記試料の表面の法線方向である第１方向および前記法線方向に交差する第２方向から荷電粒子ビームを照射して前記試料を加工することにより、前記薄膜試料片を作成するとともに、前記薄膜試料片の厚さ方向の一方側に配置され前記薄膜試料片を前記試料に連結する連結部を作成する工程と、前記法線方向の周りに前記試料を回転させる工程と、前記薄膜試料片を保持する保持部材を前記薄膜試料片に接続する工程と、前記法線方向に交差する第３方向から前記連結部に荷電粒子ビームを照射して、前記試料から前記薄膜試料片を分離する工程と、を有する。

本発明の荷電粒子ビーム装置は、厚さ方向が試料の表面に沿う薄膜試料片を前記試料から作成する荷電粒子ビーム装置であって、鉛直方向に交差する方向に沿って荷電粒子ビームを照射する荷電粒子ビーム照射光学系と、前記試料を載置して移動するステージと、前記試料から分離および摘出する前記薄膜試料片を保持する保持部材と、前記荷電粒子ビーム照射光学系、前記ステージおよび前記保持部材の動作を制御する制御部と、備え、前記制御部は、前記試料の表面の法線方向である第１方向および前記法線方向に交差する第２方向から荷電粒子ビームを照射して前記試料を加工することにより、前記薄膜試料片を作成するとともに、前記薄膜試料片の厚さ方向の一方側に配置され前記薄膜試料片を前記試料に連結する連結部を作成し、前記法線方向の周りに前記ステージを回転させ、前記保持部材を前記薄膜試料片に接続し、前記法線方向に交差する第３方向から前記連結部に荷電粒子ビームを照射して、前記試料から前記薄膜試料片を分離する。

制御部は、前記法線方向に交差する第２方向から荷電粒子ビームを照射して、薄膜試料片および連結部を作成する。制御部は、試料を回転させて薄膜試料片に保持部材を接続した後、前記法線方向に交差する第３方向から荷電粒子ビームを照射して連結部を除去する。本発明では、薄膜試料片の厚さ方向の一方側に連結部が配置される。これにより、第３方向から荷電粒子ビームを照射する場合でも、連結部のみに荷電粒子ビームを照射することが可能である。したがって、薄膜試料片の欠損が抑制される。

前記制御部は、前記第３方向から前記連結部に荷電粒子ビームを照射するとともに、前記連結部が配置された前記薄膜試料片の厚さ方向の端面の表面加工を行う。
これにより、薄膜試料片に含まれる構造物が視認できるようになり、断面観察の目的位置が特定される。薄膜試料片を試料から分離した後に、改めてクリーニング等の表面加工を実施する必要がない。したがって、薄膜試料片の作成時間が短縮される。

前記制御部は、薄膜試料片の厚さ方向の両側のうち、前記連結部を作成すべき側が入力された場合に、入力された側に前記連結部を作成する。
これにより、薄膜試料片の所望の側に連結部が作成される。特に、連結部への荷電粒子ビーム照射とともに端面の表面加工を行う場合には、当該端面から薄膜試料片に含まれる構造物が視認できるようになる。そこで、断面観察を実施したい端面に連結部を作成することにより、断面観察の目的位置が特定される。

前記第３方向は、前記薄膜試料片の厚さ方向の端面と平行な方向である。
この場合でも、連結部のみに荷電粒子ビームを照射することが可能であり、薄膜試料片の欠損が抑制される。特に、連結部への荷電粒子ビーム照射とともに端面の表面加工を行う場合には、端面加工を精度よく行うことができる。

本発明の薄膜試料片作成方法および荷電粒子ビーム装置は、薄膜試料片を試料に連結する連結部を、薄膜試料片の厚さ方向の一方側に配置する。これにより、第３方向から荷電粒子ビームを照射する場合でも、連結部のみに荷電粒子ビームを照射することが可能である。したがって、薄膜試料片の欠損が抑制される。

実施形態の荷電粒子ビーム装置の概略構成図。 実施形態の薄膜試料片作成方法のフローチャート。 実施形態の薄膜試料片作成方法の第１説明図。 実施形態の薄膜試料片作成方法の第２説明図。 実施形態の薄膜試料片作成方法の第３説明図。 図５のＶＩ－ＶＩ線における断面図。 実施形態の薄膜試料片作成方法の第４説明図。 図７のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線における断面図。 比較例の薄膜試料片作成方法の説明図。 図９のＸ－Ｘ線における断面図。 実施形態の第１変形例の薄膜試料片作成方法の説明図。 図１１のＸＩＩ－ＸＩＩ線における断面図。

以下、実施形態の荷電粒子ビーム装置および薄膜試料片作成方法を、図面を参照して説明する。
（荷電粒子ビーム装置）
図１は、実施形態の荷電粒子ビーム装置の概略構成図である。実施形態の荷電粒子ビーム装置１０は、試料Ｓから薄膜試料片１を自動的に作成することができる。荷電粒子ビーム装置１０は、試料Ｓが載置されるステージ１１と、集束イオンビーム（ＦＩＢ）及び電子ビーム（ＥＢ）を照射する照射機構１２と、ＦＩＢ或いはＥＢの照射によって発生した二次荷電粒子Ｅを検出する検出器１３と、デポジション膜Ｄを形成するための原料ガスＧを供給するガス銃１４と、検出された二次荷電粒子Ｅに基づいて画像データを生成すると共に、該画像データを表示部１５に表示させる制御部１６と、薄膜試料片１を保持することが可能なニードル（保持部材）Ｎと、を備えている。

上記試料Ｓは、ホルダ２０に固定された状態でステージ１１上に載置されている。
ステージ１１は、制御部１６の指示にしたがって作動するようになっており、５軸に変位することができるようになっている。即ち、ステージ１１は、ホルダ２０を水平面に平行で且つ互いに直交するＸ軸及びＹ軸と、これらＸ軸及びＹ軸に対して直交するＺ軸とに沿って移動させる直線移動機構３０ａと、ホルダ２０をＸ軸（又はＹ軸）回りに回転させて傾斜させるチルト機構３０ｂと、ホルダ２０をＺ軸回りに回転させるローテーション機構３０ｃとから構成される変位機構３０によって支持されている。
よって、変位機構３０によりステージ１１を５軸に変位させることで、ＦＩＢ或いはＥＢを所望する位置に向けて照射することができるようになっている。ところで、ステージ１１及び変位機構３０は、真空チャンバ３１内に収納されている。そのため、真空チャンバ３１内でＦＩＢ或いはＥＢの照射や原料ガスＧの供給等が行われるようになっている。

上記照射機構１２は、ステージ１１の上方に配置されており、Ｚ軸（鉛直方向）に交差する方向に沿ってＦＩＢを照射するＦＩＢ照射光学系（荷電粒子ビーム照射光学系）３２と、Ｚ軸に平行な鉛直方向にＥＢを照射するＳＥＭ光学系３３とから構成されている。ＦＩＢ照射光学系３２の光軸方向は、鉛直方向に対して交差している。ＦＩＢ照射光学系３２の光軸方向は、標準状態に配置されたステージ１１の上面の法線方向に対して交差している。ステージ１１の標準状態とは、変位機構３０のうち少なくともチルト機構３０ｂが原点に配置された状態である。ＦＩＢ照射光学系３２の光軸方向は、真空チャンバ３１の中心軸Ｃに対して交差している。一方、ＳＥＭ光学系３３の光軸方向は、真空チャンバ３１の中心軸Ｃに一致する。真空チャンバ３１の内部の電場は、中心軸Ｃに対して略軸対称に形成される。そのため、ＳＥＭ光学系３３による観察精度が向上する。

ＦＩＢ照射光学系３２は、イオン発生源３２ａ及びイオン光学系３２ｂを有しており、イオン発生源３２ａで発生させたイオンをイオン光学系３２ｂで細く絞ってＦＩＢにした後、試料Ｓや試料ホルダに向けて照射するようになっている。また、ＳＥＭ光学系３３は、電子発生源３３ａ及び電子光学系３３ｂを有しており、電子発生源３３ａで発生させた電子を電子光学系３３ｂで細く絞ってＥＢにした後、試料Ｓや試料ホルダに向けて照射するようになっている。

検出器１３は、ＦＩＢ或いはＥＢが照射されたときに、試料Ｓや試料ホルダから発せられる二次電子や二次イオン等の二次荷電粒子Ｅを検出して、制御部１６に出力している。ガス銃１４は、デポジション膜Ｄの原料となる物質（例えば、フェナントレン、プラチナ、カーボンやタングステン等）を含有した化合物ガスを原料ガスＧとして供給するようになっている。この原料ガスＧは、ＦＩＢの照射によって発生した二次荷電粒子Ｅによって分解され、気体成分と固体成分とに分離するようになっている。そして、分離した２つの成分のうち、固体成分が堆積することで、デポジション膜Ｄとなる。

保持機構１７は、基端側が真空チャンバ３１に装着されたニードル移動機構１７ａと、ニードル移動機構１７ａによって移動されるニードルＮとを有している。ニードルＮは、ニードル移動機構１７ａにより、水平移動及び上下移動に加えて、ニードルＮの中心軸の周りの回転移動が可能とされている。これにより、ニードルＮで保持した薄膜試料片１を、保持したまま自在に移動させることが可能とされている。

制御部１６は、荷電粒子ビーム装置１０の構成部材を総合的に制御していると共に、ＦＩＢ照射光学系３２及びＳＥＭ光学系３３の加速電圧やビーム電流を変化させることができるようになっている。特に、制御部１６は、ＦＩＢ照射光学系３２の加速電圧やビーム量を変化させることで、ＦＩＢのビーム径を自在に調整できるようになっている。これにより、観察画像を取得するだけでなく、試料Ｓを局所的にエッチング加工することができるようになっている。しかも、エッチング加工する際に、ビーム径を調整することで粗加工から仕上げ加工まで加工精度を自由に変えることが可能とされている。

また、制御部１６は、ＦＩＢ或いはＥＢの照射により検出器１３で検出された二次荷電粒子Ｅを、輝度信号に変換して観察画像データを生成した後、該観察画像データに基づいて表示部１５に観察画像を出力させている。これにより、表示部１５は、観察画像を表示できるようになっている。また、制御部１６には、オペレータが入力可能な入力部１６ａが接続されており、該入力部１６ａによって入力された信号に基づいて各構成部材を制御している。つまり、オペレータは、入力部１６ａを介して、所望する領域にＦＩＢやＥＢを照射して観察したり、所望する領域にＦＩＢを照射してエッチング加工を行ったり、所望する領域に原料ガスＧを供給しながらＦＩＢを照射してデポジション膜Ｄを堆積させたりすることができるようになっている。

（薄膜試料片作成方法）
実施形態の荷電粒子ビーム装置１０を使用した薄膜試料片作成方法について説明する。
図２は、実施形態の薄膜試料片作成方法のフローチャートである。図３は実施形態の薄膜試料片作成方法の第１説明図であり、図４は第２説明図である。本願において、直交座標系のｘ方向、ｙ方向およびｚ方向が以下のように定義される。ｚ方向は、試料Ｓの表面の法線方向である。＋ｚ方向は、試料Ｓの表面から法線方向に沿って試料Ｓの外部に離れる方向である。ｘ方向は、薄膜試料片１の厚さ方向である。ｙ方向は、ｚ方向およびｘ方向に直交する薄膜試料片１の幅方向である。

薄膜試料片１は、試料Ｓに含まれる半導体素子等の構造物の断面観察に利用される。図４に示されるように、薄膜試料片１は、試料Ｓの表面から抽出される。薄膜試料片１は、試料Ｓの表面に沿ってｘ方向に所定厚さで形成される。薄膜試料片１は、試料Ｓの表面に沿ってｙ方向に所定幅で形成される。薄膜試料片１は、試料Ｓの表面から－ｚ方向に所定深さ（高さ）で形成される。

オペレータは、入力部１６ａから薄膜試料片１の作成領域を入力する（Ｓ１０）。例えば、オペレータは、試料Ｓの表面における薄膜試料片１の作成領域Ｓ１の中心点を入力する。オペレータは、試料Ｓのｘ方向、ｙ方向およびｚ方向の寸法を入力する。これにより、図３に示されるように、薄膜試料片１の作成領域Ｓ１が設定される。表示部１５は、試料Ｓの表面の画像に重ねて、設定された薄膜試料片１の作成領域Ｓ１を表示する。

制御部１６は、薄膜試料片１の作成領域Ｓ１に対応して、試料Ｓの加工領域Ｓ２を設定する（Ｓ１２）。図４に示されるように、薄膜試料片１を試料Ｓから分離するため、薄膜試料片１の±ｙ方向および－ｚ方向にスリット２が形成される。スリット２を形成するため、薄膜試料片１の±ｘ方向に傾斜面５が形成される。傾斜面５は、薄膜試料片１から±ｘ方向に離れた試料Ｓの表面上の位置と、薄膜試料片１の－ｚ方向の位置とを結ぶように形成される。傾斜面５は、薄膜試料片１のｙ方向の幅より広く形成される。例えば、ｚ方向に対する傾斜面５の傾斜角度は、鉛直方向に対するＦＩＢ照射光学系３２の光軸方向の傾斜角度と同じである。制御部１６は、図３に示されるように、試料Ｓの加工領域Ｓ２として、傾斜面５の作成領域を設定する。表示部１５は、試料Ｓの表面の画像に重ねて、設定された試料Ｓの加工領域Ｓ２を表示する。

制御部１６は、連結部３の作成領域Ｓ３を設定する。図４に示されるように、連結部３は、試料Ｓから薄膜試料片１を分離する直前に、試料Ｓと薄膜試料片１とを連結している。後述されるように、連結部３は、薄膜試料片１にニードルＮを接続する際に、試料Ｓと薄膜試料片１とを連結している。連結部３は、スリット２の一部を跨ぐように形成される。連結部３は、薄膜試料片１のｙ方向およびｚ方向の角部に形成される。以下には、薄膜試料片１の－ｙ方向および＋ｚ方向の角部に薄膜試料片１を形成する場合が、一例として説明される。連結部３の大きさ（ｘ方向の厚さ、ｙ方向の長さ、ｚ方向の高さ）は、予め所定寸法に設定されている。

連結部３は、薄膜試料片１の＋ｘ側または－ｘ側に形成される。図３に示されるように、連結部３の作成領域Ｓ３は、ｘ方向において薄膜試料片１の作成領域Ｓ１に隣接して設定される。
制御部１６は、薄膜試料片１のｘ方向の両側Ｓ１８，Ｓ１９のうち、連結部３を作成する側の入力を受け付ける。例えば、制御部１６は、表示部１５にメッセージを表示して、連結部３を作成する側の入力をオペレータに促す。オペレータは、入力部１６ａにより連結部３を作成する側を入力する。後述されるように、連結部３の除去に伴って、連結部３が形成される側の薄膜試料片１のｘ方向の端面がクリーニング加工される。そこでオペレータは、薄膜試料片１のｘ方向の両端面のうち、断面観察したい端面の側を、連結部３を作成する側として入力する。

制御部１６は、連結部３を作成する側の入力があるか判断する（Ｓ１４）。Ｓ１４の判断がＹｅｓの場合に、制御部１６は、入力された側に連結部３の作成領域Ｓ３を設定する（Ｓ１６）。Ｓ１４の判断がＮｏの場合に、制御部１６は、予め登録された標準側に連結部３の作成領域Ｓ３を設定する（Ｓ１８）。例えば、予め登録された標準側は、薄膜試料片１のｘ方向の両側のうち、ニードルＮが接続される側とは反対側である。これにより、連結部３にＦＩＢを照射して連結部３を除去する際に、ニードルＮへのＦＩＢの照射が抑制される。表示部１５は、試料Ｓの表面の画像に重ねて、設定された連結部３の作成領域Ｓ３を表示する。以下には、薄膜試料片１の＋ｘ側Ｓ１８に連結部３を作成する場合が、一例として説明される。

制御部１６は、ＦＩＢ照射光学系３２を制御して、試料Ｓを加工する（Ｓ２０）。
具体的な加工手順は以下の通りである。図４に示されるように、制御部１６は、ステージ１１の変位機構３０を駆動して、試料Ｓの法線方向（ｚ方向）をＦＩＢ照射光学系の光軸方向に一致させる。制御部１６は、ｚ方向（第１方向）に沿ってＦＩＢ１を照射する。制御部１６は、薄膜試料片１の作成領域Ｓ１および連結部３の作成領域Ｓ３を除く試料Ｓの加工領域Ｓ２にＦＩＢ１を照射する。試料Ｓの表面から－ｚ方向への加工深さは、ＦＩＢ１の強度や照射時間などにより調節される。これにより、薄膜試料片１が所定厚さに成形されるとともに、薄膜試料片１の±ｘ方向に傾斜面５が形成される。

制御部１６は、ステージ１１の変位機構３０を駆動して、ステージ１１を標準状態に移動させる。これにより、試料Ｓの法線方向（ｚ方向）が、鉛直方向に一致し、ＦＩＢ照射光学系３２の光軸方向と交差する。制御部１６は、ｚ方向と交差する第２方向からＦＩＢ２を照射する。制御部１６は、連結部３の作成部分を除く薄膜試料片１の周囲にＦＩＢ２を照射する。これにより、薄膜試料片１の外形が形成されるとともに、薄膜試料片１の周囲にスリット２が形成される。

制御部１６は、ステージ１１の変位機構３０のローテーション機構３０ｃを駆動して、試料Ｓを載置したステージ１１を回転させる（Ｓ２２）。制御部１６は、ステージ１１を標準状態に保持したまま、ステージ１１を鉛直方向の周りに回転させる。制御部１６は、試料Ｓを法線方向ｚの周りに回転させる。制御部１６は、ステージ１１を９０°だけ回転させる。これにより、ＦＩＢ照射光学系３２は、ｚ方向と交差する第３方向から、試料Ｓに対してＦＩＢ３を照射することになる。ＦＩＢ３の照射方向である第３方向は、ＦＩＢ２の照射方向である第２方向とは異なり、薄膜試料片１のｘ方向の端面と平行な方向である。

ステージ１１を回転させる理由は以下の通りである。制御部１６は、第２方向からＦＩＢ２を照射して薄膜試料片１を形成した後、後述されるように薄膜試料片１にニードルＮを接続して、試料Ｓから薄膜試料片１を分離する。さらに制御部１６は、ニードルＮを移動させて、薄膜試料片１を所定姿勢で試料ホルダに固定する。薄膜試料片１にニードルＮを接続する前に、ステージ１１を回転させておけば、薄膜試料片１を分離した後のニードルＮの移動が単純化される。すなわち、ニードルＮの中心軸の周りの回転移動と直線移動だけで、薄膜試料片１を所定姿勢で試料ホルダに固定できる。

図５は、実施形態の薄膜試料片作成方法の第３説明図であり、試料Ｓの平面図である。図６は、図５のＶＩ－ＶＩ線における側面断面図である。制御部１６は、薄膜試料片１にニードルＮを接続する（Ｓ２４）。ニードルＮの先端は、ｙ方向に直交するとともに、＋ｘ方向および－ｚ方向を向いた状態で、薄膜試料片１に接近する。ニードルＮの先端は、薄膜試料片１の－ｘ方向の端面における＋ｙ方向および＋ｚ方向の角部に接近する。制御部１６は、ガス銃１４からニードルＮの先端に向けて、デポジション膜の原料ガスＧを供給する。制御部１６は、ニードルＮの先端に向けてＦＩＢ３を照射する。これにより、ニードルＮの先端と薄膜試料片１との間にデポジション膜が形成され、ニードルＮの先端が薄膜試料片１に接続される。

図７は、実施形態の薄膜試料片作成方法の第４説明図であり、試料Ｓの平面図である。図８は、図７のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線における側面断面図である。制御部１６は、連結部３にＦＩＢ３を照射して連結部３を除去（切断）し、試料Ｓから薄膜試料片１を分離する（Ｓ２６）。具体的な手順は以下の通りである。制御部１６は、ＦＩＢ３の照射枠ＦＬを設定する。図８に示されるように、照射枠ＦＬは、ｘ方向から見て、ＦＩＢ３の照射方向と平行に伸びる長方形状に設定される。照射枠ＦＬは、ｘ方向から見て、少なくとも薄膜試料片１と連結部３との重畳領域Ａ３を含む大きさに設定される。図７に示されるように、照射枠ＦＬは、ｚ方向から見て、連結部３のｘ方向の厚さ全体を含む大きさに設定される。

制御部１６は、照射枠ＦＬの範囲内にＦＩＢ３を照射する。ＦＩＢ３の照射により、少なくとも重畳領域Ａ３の連結部３が除去されると、薄膜試料片１が試料Ｓから分離される。前述されたように、ＦＩＢ３は、薄膜試料片１のｘ方向の端面と平行に照射される。連結部３は、薄膜試料片１の＋ｘ方向に隣接して配置される。そのため、薄膜試料片１を避けて連結部３のみにＦＩＢ３を照射することが可能である。これにより、薄膜試料片１の欠損が抑制される。

制御部１６は、ステージ１１の変位機構３０の直線移動機構３０ａを駆動して、ステージ１１を鉛直下方に移動させる（Ｓ２８）。これにより、ステージ１１に載置された試料Ｓが、ニードルＮに保持された薄膜試料片１から離れる。制御部１６は、ニードル移動機構１７ａを駆動して、ニードルを移動させる（Ｓ３０）。制御部１６は、ニードルＮを中心軸の周りに回転移動させる。これにより、薄膜試料片１が所定姿勢に変化する。制御部１６は、ニードルＮを試料ホルダに向かって直線移動させる。制御部１６は、所定姿勢の薄膜試料片１を試料ホルダに固定する（Ｓ３２）。以上により、薄膜試料片作成方法の処理が終了する。

図９は、比較例の薄膜試料片作成方法の説明図であり、試料Ｓの平面図である。図１０は、図９のＸ－Ｘ線における側面断面図である。図９に示されるように、比較例の連結部９３は、ｘ方向において薄膜試料片１と同じ位置に形成される。連結部９３は、薄膜試料片１の－ｙ方向に形成される。図１０に示されるように、制御部１６は、照射枠ＦＬにＦＩＢ３を照射して連結部９３を除去し、試料Ｓから薄膜試料片１を分離する。前述されたように、ＦＩＢ３は、薄膜試料片１のｘ方向の端面と平行に照射される。そのため、ＦＩＢ３の一部は、連結部３に到達する前に、薄膜試料片１に照射される。これにより、薄膜試料片１の欠損９９が発生する。

これに対して、実施形態の荷電粒子ビーム装置および薄膜試料片作成方法では、図７に示されるように、連結部３が、薄膜試料片１のｘ方向の一方側に形成される。そのため、第３方向からＦＩＢ３が照射される場合でも、連結部３のみにＦＩＢ３を照射することが可能である。したがって、薄膜試料片１の欠損が抑制される。

（変形例）
図１１は、実施形態の変形例の薄膜試料片作成方法の説明図であり、試料Ｓの平面図である。図１２は、図１１のＸＩＩ－ＸＩＩ線における側面断面図である。変形例の制御部１６は、連結部３にＦＩＢ３を照射するとともに、薄膜試料片１のｘ方向の端面の表面加工を行う（Ｓ２６）。

具体的な手順は以下の通りである。制御部１６は、ＦＩＢ３の照射枠ＦＬを設定する。図１２に示されるように、照射枠ＦＬは、ｘ方向から見て、少なくとも薄膜試料片１のｘ方向の端面の全領域Ａ１を含む大きさに設定される。薄膜試料片１の全領域Ａ１は、薄膜試料片１と連結部３との重畳領域Ａ３を含む。図１１に示されるように、照射枠ＦＬは、ｚ方向から見て、連結部３のｘ方向の厚さ全体と、薄膜試料片１の＋ｘ方向の端面を含む大きさに設定される。

制御部１６は、照射枠ＦＬの範囲内にＦＩＢ３を照射する。ＦＩＢ３の照射により、重畳領域Ａ３の連結部３が除去されると、薄膜試料片１が試料Ｓから分離される。ＦＩＢ３は、薄膜試料片１の＋ｘ方向の端面にも照射される。これにより、薄膜試料片１の＋ｘ方向の端面がクリーニング加工される。前述された試料Ｓの加工時に、薄膜試料片１の＋ｘ方向の端面に加工屑などが付着する。クリーニング加工により、端面の付着物が除去される。端面加工により、薄膜試料片１に含まれる構造物が視認できるようになり、断面観察の目的位置が特定される。

以上に詳述されたように、変形例の荷電粒子ビーム装置および薄膜試料片作成方法では、制御部１６が、連結部３にＦＩＢ３を照射するとともに、連結部３が配置された薄膜試料片１のｘ方向の端面の表面加工を行う。これにより、薄膜試料片１を試料Ｓから分離した後に、改めてクリーニング等の表面加工を実施する必要がない。したがって、薄膜試料片１の作成時間が短縮される。

前述された実施形態において、制御部１６は、薄膜試料片１のｘ方向の両側のうち、連結部３を作成すべき側が入力された場合に、入力された側に連結部３を作成する。
これにより、薄膜試料片１の所望の側に連結部３が作成される。特に、変形例のように端面の表面加工を行う場合には、当該端面から薄膜試料片１に含まれる構造物が視認できるようになる。そこで、断面観察を実施したい端面側を、連結部３を作成すべき側として入力する。これにより、連結部３の作成側の端面が表面加工されて、断面観察の目的位置が特定される。

前述された実施形態において、ＦＩＢ３の照射方向である第３方向は、薄膜試料片１のｘ方向の端面と平行な方向である。
この場合でも、連結部３のみにＦＩＢ３を照射することが可能であり、薄膜試料片１の欠損が抑制される。特に、変形例のように端面の表面加工を行う場合には、端面の全領域Ａ１に対して均等にＦＩＢ３が照射される、したがって、端面加工を一様に精度よく行うことができる。

以上、本発明の一実施形態について図面を参照して詳述したが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の構成の変更、組み合わせ、削除等も含まれる。

ＦＩＢ，ＦＩＢ１、ＦＩＢ２，ＦＩＢ３…集束イオンビーム（荷電粒子ビーム）、Ｎ…ニードル（保持部材）、Ｓ…試料、ｘ…厚さ方向、ｚ…法線方向、１…薄膜試料片、３…連結部、１０…荷電粒子ビーム装置、１１…ステージ、１６…制御部、３２…ＦＩＢ照射光学系（荷電粒子ビーム照射光学系）。

Claims (4)

1. 厚さ方向が試料の表面に沿う薄膜試料片を前記試料から作成する薄膜試料片作成方法であって、
   前記試料の表面の法線方向である第１方向および前記法線方向に交差する第２方向から荷電粒子ビームを照射して前記試料を加工することにより、前記薄膜試料片を作成するとともに、前記薄膜試料片の厚さ方向の一方側に配置され前記薄膜試料片から前記試料へ延伸して連結する連結部を作成する工程と、
   前記法線方向の周りに前記試料を回転させる工程と、
   前記薄膜試料片を保持する保持部材を前記薄膜試料片に接続する工程と、
   前記法線方向に交差し前記薄膜試料片の厚さ方向の端面と平行な方向である第３方向から前記連結部に荷電粒子ビームを照射して、前記試料から前記薄膜試料片を分離する工程と、を有する、
   薄膜試料片作成方法。
2. 厚さ方向が試料の表面に沿う薄膜試料片を前記試料から作成する荷電粒子ビーム装置であって、
   鉛直方向に交差する方向に沿って荷電粒子ビームを照射する荷電粒子ビーム照射光学系と、
   前記試料を載置して移動するステージと、
   前記ステージを変位させる変位機構と、
   前記試料から分離および摘出する前記薄膜試料片を保持する保持部材と、
   前記保持部材を移動させる移動機構と、
   前記荷電粒子ビームの照射によりデポジション膜を生成する原料ガスを供給するガス銃と、
   前記荷電粒子ビーム照射光学系、前記ステージ、前記変位機構、前記保持部材、前記移動機構および前記ガス銃の動作を制御する制御部と、備え、
   前記制御部は、
   前記変位機構を駆動し前記荷電粒子ビーム照射光学系を制御して、前記試料の表面の法線方向である第１方向および前記法線方向に交差する第２方向から荷電粒子ビームを照射して前記試料を加工することにより、前記薄膜試料片を作成するとともに、前記薄膜試料片の厚さ方向の一方側に配置され前記薄膜試料片から前記試料へ延伸して連結する連結部を作成し、
   前記変位機構を駆動して、前記法線方向の周りに前記ステージを回転させ、
   前記移動機構を駆動し前記ガス銃および前記荷電粒子ビーム照射光学系を制御して、前記保持部材を前記薄膜試料片に前記デポジション膜で接続し、
   前記荷電粒子ビーム照射光学系を制御して、前記法線方向に交差し前記薄膜試料片の厚さ方向の端面と平行な方向である第３方向から前記連結部に荷電粒子ビームを照射して、前記試料から前記薄膜試料片を分離する、
   荷電粒子ビーム装置。
3. 前記制御部は、
   前記第３方向から前記連結部に荷電粒子ビームを照射するとともに、前記連結部が配置された前記薄膜試料片の厚さ方向の端面の表面加工を行う、
   請求項２に記載の荷電粒子ビーム装置。
4. 前記制御部は、
   前記薄膜試料片の厚さ方向の両側のうち、前記連結部を作成すべき側が入力された場合に、入力された側に前記連結部を作成する、
   請求項２または３に記載の荷電粒子ビーム装置。

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