JP5055011B2 - Ion source - Google Patents

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Description

本発明は、半導体メモリやマイクロプロセッサ、半導体レーザなどの半導体デバイス、および磁気ヘッドなどの、電子部品の検査・解析技術に係り、特に、試料断面のイオンビームによる加工・観察技術に関する。   The present invention relates to an inspection / analysis technique for electronic components such as a semiconductor device such as a semiconductor memory, a microprocessor, a semiconductor laser, and a magnetic head, and more particularly to a processing / observation technique using an ion beam for a cross section of a sample.

ダイナミックランダムアクセスメモリ(DRAM)に代表される半導体メモリやマイクロプロセッサ、半導体レーザなど半導体デバイス、および磁気ヘッドなど電子部品の製造においては、高歩留まり製造が求められる。これは不良発生による製品歩留りの低下は、採算の悪化を招くからである。このため、不良の原因となる欠陥や異物、加工不良の早期発見および早期対策が大きな課題となっている。   High-yield manufacturing is required in the manufacture of semiconductor components such as dynamic random access memory (DRAM), semiconductor devices such as microprocessors and semiconductor lasers, and electronic components such as magnetic heads. This is because a decrease in product yield due to the occurrence of defects leads to a deterioration in profitability. For this reason, the early detection and early countermeasures of the defect and foreign material which cause a defect, and a processing defect become a big subject.

例えば、電子部品の製造現場では、入念な検査による不良発見、およびその発生原因の解析に注力されている。ウェーハを用いた実際の電子部品製造工程では、プロセス途中にあるウェーハを検査して、回路パターンの欠陥や異物など異常箇所の原因を追及して対策方法が検討される。   For example, at the manufacturing site of electronic parts, efforts are focused on finding defects by careful inspection and analyzing the cause of occurrence. In an actual electronic component manufacturing process using a wafer, a wafer in the middle of the process is inspected, and a countermeasure method is investigated by pursuing the cause of an abnormal part such as a circuit pattern defect or foreign matter.

通常、試料の異常箇所の観察には高分解能の走査型電子顕微鏡(SEM:Scanning Electron Microscope、以下、SEMと略記)が用いられる。また、近年ではSEMと集束イオンビーム(FIB:Focused Ion Beam)の複合機FIB-SEM装置も用いられるようになった。このFIB-SEM装置では、FIBを照射して所望の箇所に角穴を形成することにより、その断面をSEM観察することができる。   Usually, a high-resolution scanning electron microscope (SEM: Scanning Electron Microscope, hereinafter abbreviated as SEM) is used for observing an abnormal portion of a sample. In recent years, an SEM and a focused ion beam (FIB) combined machine FIB-SEM apparatus has come to be used. In this FIB-SEM apparatus, the cross section can be observed by SEM by irradiating the FIB and forming a square hole at a desired location.

例えば、特開2002−150990号公報には、FIBにより試料の異常箇所近傍に角穴を形成し、当該角穴の断面をSEM装置で観察することにより、欠陥や異物などを観察・解析する装置が開示されている。   For example, Japanese Patent Laid-Open No. 2002-150990 discloses an apparatus for observing / analyzing defects, foreign matters, and the like by forming a square hole in the vicinity of an abnormal portion of a sample by FIB and observing a cross section of the square hole with an SEM apparatus. Is disclosed.

また、一方、国際公開公報WO99/05506号公報には、FIBおよびプローブを用いて、バルク試料からTEM観察用の微小試料を摘出する技術が開示されている。   On the other hand, International Publication No. WO99 / 05506 discloses a technique for extracting a micro sample for TEM observation from a bulk sample using an FIB and a probe.

また、イオンビーム加工装置関連技術として、特開平2−062039号公報には、イオンビームの照射部で局所的に反応性エッチング加工を行う際に、試料の被加工層の材質に対応して反応性ガスを切り替え供給するため、イオン化室に複数のガス種の反応性ガスボンベを、バルブを介して接続する構成が開示されている。   In addition, as a technique related to an ion beam processing apparatus, Japanese Patent Laid-Open No. 2-062039 discloses a reaction corresponding to the material of a layer to be processed when performing reactive etching processing locally at an ion beam irradiation section. In order to switch and supply a reactive gas, a configuration is disclosed in which reactive gas cylinders of a plurality of gas types are connected to an ionization chamber via a valve.

特開2002−150990号公報JP 2002-150990 A 国際公開公報WO99/05506International Publication WO99 / 05506 特開平H2−062039号公報Japanese Patent Laid-open No. H2-062039

しかしながら、試料をイオンビームにより加工して断面を形成し、該断面をSEM(あるいはTEM)で観察する技術では、当然のことながら、FIB照射系と、SEM照射系(あるいはTEM照射系)とを併せ持つ。このため、装置構造が複雑になり、その制御も複雑である。結果として装置コストが上昇するという課題を有していた。また、イオンビームと電子ビームの性能についても両者を試料の同一点を照射できるようにすると、各々のレンズが空間的に干渉する。これを解消しようとすると各々の最高性能を実現することが難しいという課題を有していた。   However, in the technique of processing a sample with an ion beam to form a cross section and observing the cross section with an SEM (or TEM), it is natural that an FIB irradiation system and an SEM irradiation system (or TEM irradiation system) are combined. Have both. For this reason, the apparatus structure becomes complicated and its control is also complicated. As a result, there has been a problem that the apparatus cost increases. Further, regarding the performance of the ion beam and the electron beam, if both can be irradiated to the same point of the sample, each lens interferes spatially. To solve this problem, it was difficult to achieve the maximum performance of each.

また、電子ビームを用いることなくイオンビームを試料に照射しても、試料の観察は可能である。しかし、加工に用いた種類のイオンを用いると、観察中に試料表面が削り取られるため所望の断面の観察が困難になるという課題を有しており、かかる課題を解決するイオンビーム加工・観察技術は、未だ実現していない。   Further, the sample can be observed even if the sample is irradiated with an ion beam without using an electron beam. However, using the types of ions used for processing has the problem that the sample surface is scraped off during observation, making it difficult to observe the desired cross section. Ion beam processing / observation technology solves this problem Has not been realized yet.

本発明の目的は、上述した課題に鑑み、電子部品の断面を観察するための技術において、同一のイオン源から引き出したイオンビームを用いて、試料を加工し、試料の被加工部分の観察を可能にするイオンビーム加工・観察技術を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a technique for observing a cross section of an electronic component in view of the above-described problems, by processing a sample using an ion beam extracted from the same ion source, and observing a processed portion of the sample. It is to provide an ion beam processing / observation technology that enables it.

上記目的を達成するために、本発明では、断面を観察するのに電子ビームを用いることなく、質量数の異なる少なくとも2種類のガスイオンを試料に照射可能な装置として、試料を加工するガスイオンビーム種と試料を観察するときのガスイオンビーム種を切り替えることが可能である装置とする。   In order to achieve the above object, in the present invention, a gas ion for processing a sample as an apparatus capable of irradiating the sample with at least two kinds of gas ions having different mass numbers without using an electron beam to observe a cross section. An apparatus capable of switching between a beam type and a gas ion beam type when observing a sample.

試料加工時のガスイオンビーム種と試料観察時のガスイオンビーム種との切り替えを実現するためのイオン源として、ガスボンベ、ガス配管、ガス量調整バルブおよびストップバルブとを備えた導入系統を少なくとも2系統備え、各々のガス系統において各々のガス量調整バルブにより真空容器内のガス圧力条件を各々設定でき、各々のガス系統のストップバルブの操作により真空容器内に導入するガスを切り替えることが可能であるイオン源とする。   As an ion source for realizing switching between a gas ion beam type at the time of sample processing and a gas ion beam type at the time of sample observation, at least two introduction systems including a gas cylinder, a gas pipe, a gas amount adjusting valve, and a stop valve are provided. The gas pressure condition in the vacuum vessel can be set by each gas amount adjustment valve in each gas system, and the gas introduced into the vacuum vessel can be switched by operating the stop valve of each gas system. A certain ion source is used.

また、特に、高速に加工が可能な装置を提供するために、試料を加工するガスイオンビームを照射するきは、イオンビーム照射カラム内にあるアーパーチャマスクの穴形状を試料状に投射させるイオンビーム加工・観察装置とする。   In particular, in order to provide an apparatus capable of processing at high speed, when irradiating a gas ion beam for processing a sample, ions that project the hole shape of the aperture mask in the ion beam irradiation column into a sample shape. A beam processing / observation device.

また、特に、断面観察の際に試料が削られる量を少なくする装置を提供するために、イオン源から引き出したガスイオンビームを質量分離する機構を備え、相対的に質量数の小さいイオンを試料に照射する時には相対的に質量数の大きいイオンを試料に到達しないように制御するイオンビーム加工・観察装置とする。   In particular, in order to provide a device that reduces the amount of sample being cut during cross-sectional observation, a mechanism for mass-separating a gas ion beam extracted from an ion source is provided, and ions having a relatively small mass number are sampled. The ion beam processing / observation apparatus controls so that ions having a relatively large mass number do not reach the sample when irradiating the sample.

また、試料断面の加工・観察方法としては、相対的に質量数の大きなイオンを試料に照射して試料表面に対してほぼ垂直な断面を形成するステップと、相対的に質量数の小さなガスイオンを該断面に照射して断面を観察するステップを含む試料断面観察方法とする。   Sample cross-section processing / observation methods include a step of irradiating a sample with a relatively large mass number to form a cross section substantially perpendicular to the sample surface, and a gas ion having a relatively small mass number. The sample cross-sectional observation method includes the step of irradiating the cross-section to observe the cross-section.

以上のように、本発明では、従来のように電子ビームを用いて断面観察するのではなく、断面加工のために照射するイオンビームよりも質量数の小さなイオンビームを用いて観察するのに好適な装置を提供することにより、上記課題を解決する。   As described above, the present invention is suitable for observation using an ion beam having a smaller mass number than the ion beam irradiated for the cross-section processing, instead of observing the cross-section using an electron beam as in the prior art. The above-described problems are solved by providing a simple device.

以下、本発明の特徴的構成例について列挙する。   Hereinafter, characteristic configuration examples of the present invention will be listed.

(1)本発明のイオン源は、真空容器と、該真空容器内にガスを導入するガス供給機構とを備え、真空容器内でガスイオンを生成するイオン源において、前記ガス供給機構が、ガスボンベと、ガス量調整バルブと、ストップバルブとを少なくとも備えたガス導入系統を、少なくとも2系統備え、各々の前記ガス導入系統において各々の前記ガス量調整バルブにより前記真空容器内のガス圧力条件を各々設定でき、各々の前記ガス導入系統の前記ストップバルブの操作により前記真空容器内に導入するガス種を切り替えることを可能にしたことを特徴とする。   (1) An ion source according to the present invention includes a vacuum vessel and a gas supply mechanism that introduces gas into the vacuum vessel. In the ion source that generates gas ions in the vacuum vessel, the gas supply mechanism includes a gas cylinder. And at least two gas introduction systems each including at least a gas amount adjusting valve and a stop valve, and in each of the gas introducing systems, the gas pressure condition in the vacuum vessel is set by each of the gas amount adjusting valves. The gas type introduced into the vacuum vessel can be switched by operating the stop valve of each gas introduction system.

また、前記構成のイオン源において、前記イオン源が、ガスの放電によりガスイオンを生成するイオン源であり、ガス放電電圧を少なくとも2つ以上記憶する機能があり、前記ガス放電電圧を切り替え可能な制御装置を備え、前記ガス種の切り替えを、前記ストップバルブと前記放電電圧の切り替え操作で行うことを特徴とする。   Further, in the ion source having the above configuration, the ion source is an ion source that generates gas ions by gas discharge, and has a function of storing at least two gas discharge voltages, and the gas discharge voltage can be switched. A control device is provided, and the gas type is switched by the switching operation of the stop valve and the discharge voltage.

また、前記構成のイオン源において、前記ガス導入系統の一方は、アルゴン、キセノン、クリプトン、ネオン、酸素、窒素のいずれか一つのガス種を供給し、前記ガス導入系統の他方は、水素、ヘリウムのいずれか一つのガス種を供給し得ることを特徴とする。   In the ion source having the above-described configuration, one of the gas introduction systems supplies any one gas species of argon, xenon, krypton, neon, oxygen, and nitrogen, and the other of the gas introduction systems includes hydrogen, helium Any one of the above gas species can be supplied.

(2)本発明のイオンビーム加工・観察装置は、真空容器と、該真空容器内にガスを導入するガス供給機構とを備え、前記真空容器内でガスイオンを生成するイオン源と、試料を格納する試料室と、前記真空容器に接続され、前記イオン源からイオンビームを引き出し、該イオンビームを前記試料に照射するイオンビーム照射カラムとを有し、前記ガス供給機構が、ガスボンベと、ガス量調整バルブと、ストップバルブとを備えたガス導入系統を、少なくとも2系統備え、各々のガス導入系統において各々のガス量調整バルブにより真空容器内のガス圧力条件を各々設定でき、各々のガス導入系統のストップバルブの操作により前記真空容器内に導入するガス種を切り替え可能であり、前記試料を加工するガスイオンビーム種と、前記試料を観察するガスイオンビーム種とを切り替え可能に構成したことを特徴とすることを特徴とする。   (2) The ion beam processing / observation apparatus of the present invention comprises a vacuum vessel and a gas supply mechanism for introducing gas into the vacuum vessel, an ion source for generating gas ions in the vacuum vessel, and a sample. A sample chamber for storing, an ion beam irradiation column connected to the vacuum vessel, for extracting an ion beam from the ion source, and irradiating the sample with the ion beam, and the gas supply mechanism includes a gas cylinder and a gas At least two gas introduction systems equipped with a quantity adjustment valve and a stop valve are provided, and in each gas introduction system, the gas pressure conditions in the vacuum vessel can be individually set by each gas quantity adjustment valve. The gas species introduced into the vacuum vessel can be switched by operating a stop valve of the system, and the gas ion beam species for processing the sample and the sample Characterized in that characterized that it has configured to be able to switch between a gas ion beam species Judging.

また、前記構成のイオンビーム加工・観察装置において、前記イオン源が、ガスの放電を用いてガスイオンを生成するイオン源であり、ガス放電電圧を少なくとも2つ以上記憶する機能があり、前記ガスの放電電圧を切り替え可能な制御装置を備え、前記ガスイオンビーム種の切り替えを、前記ストップバルブと前記放電電圧の切り替え操作で行うことを特徴とする。   In the ion beam processing / observation apparatus having the above-described configuration, the ion source is an ion source that generates gas ions using gas discharge, and has a function of storing at least two gas discharge voltages. A control device capable of switching the discharge voltage of the gas ion beam, and switching the gas ion beam type by switching the stop valve and the discharge voltage.

また、前記構成のイオンビーム加工・観察装置において、前記試料を加工するガスイオンビームを照射するときは、前記イオンビーム照射カラム内に設けたマスクの穴形状を試料上に投射させることを特徴とする。   In the ion beam processing / observation apparatus having the above configuration, when irradiating a gas ion beam for processing the sample, a hole shape of a mask provided in the ion beam irradiation column is projected onto the sample. To do.

また、前記構成のイオンビーム加工・観察装置において、前記試料を観察するガスイオンビームを照射するときは、前記イオン源から放出されたイオンビームを試料上で点状に集束させることを特徴とする。   In the ion beam processing / observation apparatus having the above configuration, when irradiating a gas ion beam for observing the sample, the ion beam emitted from the ion source is focused on the sample in a point-like manner. .

(3)本発明のイオンビーム加工・観察装置は、質量数の異なる少なくとも2種類以上のガスイオンを生成可能なイオン源と、前記イオン源からガスイオンビームを引き出し、該ガスイオンビームを試料に照射するイオンビーム照射カラムとを有し、前記イオンビーム照射カラムは、前記イオン源から引き出した前記ガスイオンビームを質量分離する質量分離機構を備え、前記質量分離されたガスイオンのうち、相対的に質量数の大きいイオンで試料断面が加工可能で、相対的に質量数の小さいイオンで前記試料断面を観察可能であり、前記相対的に質量数の小さいイオンを前記試料に照射する時には、前記相対的に質量数の大きいイオンを試料に到達しないように制御することを特徴とする。   (3) The ion beam processing / observation apparatus of the present invention includes an ion source capable of generating at least two types of gas ions having different mass numbers, a gas ion beam extracted from the ion source, and the gas ion beam as a sample. An ion beam irradiation column for irradiation, the ion beam irradiation column includes a mass separation mechanism for mass-separating the gas ion beam drawn from the ion source, and relative to the mass-separated gas ions. The sample cross section can be processed with ions having a large mass number, the sample cross section can be observed with ions having a relatively small mass number, and when irradiating the sample with ions having a relatively small mass number, Control is performed so that ions having a relatively large mass number do not reach the sample.

また、前記構成のイオンビーム加工・観察装置において、前記イオン源が、同時に2種類以上のガスを導入することが可能であることを特徴とする。   In the ion beam processing / observation apparatus having the above-described configuration, the ion source can introduce two or more kinds of gases at the same time.

また、前記構成のイオンビーム加工・観察装置において、前記イオンビーム照射カラム内に前記ガスイオンビームの形状を制限するアパーチャを有するマスクを少なくとも2種類備え、前記相対的に質量数の大きいガスを照射する時の前記アパーチャの板厚みよりも、相対的に質量数の小さいガスを照射する時のアパーチャの板厚みを薄くしたことを特徴とする。   In the ion beam processing / observation apparatus having the above-described configuration, at least two types of masks having apertures for limiting the shape of the gas ion beam are provided in the ion beam irradiation column, and the gas having a relatively large mass number is irradiated. It is characterized in that the plate thickness of the aperture when irradiating a gas having a relatively small mass number is made thinner than the plate thickness of the aperture.

また、前記構成のイオンビーム加工・観察装置において、前記相対的に質量数の大きなイオンとして、アルゴン、キセノン、クリプトン、ネオン、酸素、窒素のうち少なくとも一種類を含むガスイオンであり、前記相対的に質量数の小さなイオンとして水素またはヘリウムのいずれか、または混合ガスイオンであることを特徴とする。   In the ion beam processing / observation apparatus having the above-described configuration, the ions having a relatively large mass number are gas ions including at least one of argon, xenon, krypton, neon, oxygen, and nitrogen, and the relative The ion having a small mass number is either hydrogen or helium, or a mixed gas ion.

(4)本発明のイオンビーム加工・観察装置は、真空容器と、該真空容器内にガスを導入するガス供給機構とを備え、前記真空容器内でガスの放電によりガスイオンを生成するイオン源と、前記イオン源からガスイオンビームを引き出し、該ガスイオンビームを試料に照射するイオンビーム照射カラムとを有し、前記ガス供給機構が、第1のガス種を供給するガス導入系統と、第2のガス種を供給するガス導入系統との、少なくとも2系統を備え、各々のガス導入系統から前記真空容器内に供給されるガス種を、前記ガスイオンビームによる試料の加工時と、観察時とに応じて切り替える手段を有することを特徴とする。   (4) An ion beam processing / observation apparatus of the present invention includes an evacuated vessel and a gas supply mechanism for introducing gas into the evacuated vessel, and generates an ion source by gas discharge in the evacuated vessel. And an ion beam irradiation column for extracting a gas ion beam from the ion source and irradiating the sample with the gas ion beam, wherein the gas supply mechanism supplies a first gas species, The gas introduction system that supplies at least two systems, the gas introduction system that supplies the two gas species, and the gas species supplied from each gas introduction system into the vacuum vessel during processing of the sample by the gas ion beam and during observation It has the means to switch according to.

また、前記構成のイオンビーム加工・観察装置において、前記切り替え手段は、前記ガスの放電電圧を少なくとも2つ以上記憶する機能があり、前記ガス放電電圧を切り替え可能な制御装置を備え、前記放電電圧の切り替え操作をもとに前記ガス種の切り替えを行うことを特徴とする。   Further, in the ion beam processing / observation apparatus having the above configuration, the switching unit has a function of storing at least two discharge voltages of the gas, and includes a control device capable of switching the gas discharge voltage, and the discharge voltage The gas species are switched based on the switching operation.

また、前記構成のイオンビーム加工・観察装置において、前記第1のガス種として、アルゴン、キセノン、クリプトン、ネオン、酸素、窒素のうち少なくとも一種類を含むガスであり、前記第2のガス種として、水素またはヘリウムのいずれか、または混合ガスであることを特徴とする。   In the ion beam processing / observation apparatus having the above configuration, the first gas species is a gas containing at least one of argon, xenon, krypton, neon, oxygen, and nitrogen, and the second gas species is , Hydrogen or helium, or a mixed gas.

(5)本発明の試料断面観察方法は、質量数の異なる少なくとも2種類以上のガスイオンを生成可能なイオン源から引き出したガスイオンビームを試料に照射するステップを有する試料断面観察方法において、前記少なくとも2種類以上のガスイオンのうち、相対的に質量数の大きなガスイオンを前記試料に照射して試料表面に対してほぼ垂直な断面を形成するステップと、相対的に質量数の小さなガスイオンを該断面に照射して該断面を観察するステップとを含むことを特徴とする。   (5) The sample cross-sectional observation method according to the present invention includes a step of irradiating a sample with a gas ion beam extracted from an ion source capable of generating at least two types of gas ions having different mass numbers. Irradiating the sample with a gas ion having a relatively large mass number among at least two kinds of gas ions to form a cross section substantially perpendicular to the sample surface; and a gas ion having a relatively small mass number Irradiating the cross section to observe the cross section.

また、前記構成の試料断面観察方法において、前記相対的に質量数の大きなイオンを照射したときの最大電流よりも少ない電流で、前記相対的に質量数の小さなイオンを照射して断面を観察することを特徴とする。   In the sample cross-sectional observation method having the above-described configuration, the cross-section is observed by irradiating the ions having a relatively small mass number with a current smaller than the maximum current when the ions having a relatively large mass number are irradiated. It is characterized by that.

また、前記構成の試料断面観察方法において、前記イオン源で少なくとも2種類のガスイオンを同時に生成するステップと、前記少なくとも質量数の異なる2種類のガスイオンを質量分離して、相対的に質量数の大きなガスイオンビームを試料に照射して試料表面にほぼ垂直な断面を加工するステップと、質量分離の条件を変更して相対的に質量数の小さなガスイオンビームを該断面に照射して該断面を観察するステップとを含むことを特徴とする。   Further, in the sample cross-sectional observation method having the above-described configuration, the step of simultaneously generating at least two types of gas ions with the ion source and the mass separation of at least two types of gas ions having different mass numbers are performed to obtain a relative mass number. Irradiating the sample with a large gas ion beam to process a cross section substantially perpendicular to the sample surface, and changing the mass separation condition to irradiate the cross section with a gas ion beam having a relatively small mass number Observing a cross section.

また、前記構成の試料断面観察方法において、前記相対的に質量数の大きなイオンとして、アルゴン、キセノン、クリプトン、ネオン、酸素、窒素のうち少なくとも一種類を含むガスイオンであり、前記相対的に質量数の小さなイオンとして水素またはヘリウムのいずれか、または混合ガスイオンであることを特徴とする。   Further, in the sample cross-sectional observation method having the above configuration, the ions having a relatively large mass number are gas ions including at least one of argon, xenon, krypton, neon, oxygen, and nitrogen, and the relatively mass The small number of ions is either hydrogen or helium, or mixed gas ions.

本発明によれば、半導体メモリやマイクロプロセッサ、半導体レーザなどの半導体デバイス、および磁気ヘッドなど、電子部品の断面を観察するための技術において、同一のイオン源から引き出したイオンビームを用いて、試料を加工し、試料の被加工部分の観察を可能にするイオンビーム加工・観察技術を実現する。   According to the present invention, in a technique for observing a cross section of an electronic component such as a semiconductor device such as a semiconductor memory, a microprocessor, a semiconductor laser, and a magnetic head, a sample is extracted using an ion beam extracted from the same ion source. To realize an ion beam processing / observation technology that enables observation of the part to be processed of the sample.

以下、本発明の実施例について、図面を参照して詳述する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

(実施例1)
図1に、本実施例のイオンビーム加工・観察装置を示す。本実施例では、プラズマイオン源としてのデュオプラズマトロン1を用いて、2種類のガスイオンを試料に照射可能な装置について説明する。一般に、プラズマイオン源の輝度は、Ga等の液体金属イオン源に比べて少なくとも2桁から3桁低くなる。そこで、本実施例では、イオンビームカラム21内のイオンビーム照射系の途中に、所定形状の開口を持つステンシルマスク5を挿入し、開口の形状を試料上に投影した成型ビームを用いる場合について述べる。ここで、イオン源のイオン種として不活性ガスや酸素、窒素のような元素種を選べば、デバイスの電気的な特性に影響を与えないのでイオンビームで加工後に加工済みのウェーハをプロセスに戻しても不良を発生させるようなことは少ない。
Example 1
FIG. 1 shows an ion beam processing / observation apparatus of this embodiment. In this embodiment, an apparatus capable of irradiating a sample with two types of gas ions using a duoplasmatron 1 as a plasma ion source will be described. In general, the brightness of a plasma ion source is at least two to three orders of magnitude lower than that of a liquid metal ion source such as Ga. Therefore, in this embodiment, a case will be described in which a stencil mask 5 having an opening with a predetermined shape is inserted in the middle of the ion beam irradiation system in the ion beam column 21 and a shaped beam in which the shape of the opening is projected onto the sample is used. . Here, selecting an element species such as inert gas, oxygen, or nitrogen as the ion species of the ion source will not affect the electrical characteristics of the device, so the processed wafer is returned to the process after processing with an ion beam. However, there are few things that cause defects.

イオンビームカラム21の下部には、真空試料室23が配置されており、真空試料室内23には、試料11を載置する第1の試料ステージ13、二次粒子検出器12、デポガス源18などが格納されている。また、本装置には、第1の試料ステージ13上の試料11からイオンビーム加工を用いて摘出した試料片を搬送するためのプローブ15と、プローブ15を駆動するマニュピレータ16、微小試料303を載せる第2の試料ステージ24を備える。なお、イオンビームカラム21内部も真空に維持されているのは言うまでもない。   A vacuum sample chamber 23 is disposed below the ion beam column 21. In the vacuum sample chamber 23, a first sample stage 13 on which the sample 11 is placed, a secondary particle detector 12, a deposition gas source 18, and the like. Is stored. In addition, a probe 15 for transporting a sample piece extracted from the sample 11 on the first sample stage 13 using ion beam processing, a manipulator 16 for driving the probe 15, and a micro sample 303 are mounted on the apparatus. A second sample stage 24 is provided. Needless to say, the inside of the ion beam column 21 is also maintained in a vacuum.

本装置を制御する装置として、デュオプラズマトロン制御装置91、レンズ制御装置94、ステンシルマスク制御装置95、第1の試料ステージ制御装置14、マニピュレータ制御装置17、デポガス源制御装置19、二次電子検出器制御装置27、28、および、計算処理装置98などが配置されている。ここで、計算処理装置98は、二次粒子検出器12の検出信号をもとに生成された画像や、情報入力手段によって入力した情報などを表示するディスプレイを備える。   As devices for controlling this device, a duoplasmatron control device 91, a lens control device 94, a stencil mask control device 95, a first sample stage control device 14, a manipulator control device 17, a deposition gas source control device 19, a secondary electron detection device. Control devices 27 and 28 and a calculation processing device 98 are arranged. Here, the calculation processing device 98 includes a display that displays an image generated based on the detection signal of the secondary particle detector 12, information input by the information input means, and the like.

ここで、第1試料ステージ13は、試料載置面内の直交2方向への直線移動機構、試料載置面に垂直方向への直線移動機構、試料載置面内回転機構および、傾斜軸周りに回転することによりイオンビームの試料への照射角度を可変できる傾斜機能を備え、これらの制御は計算処理装置98からの指令によって第1の試料ステージ制御装置14で行われる。また、第2試料ステージ24は、第1の試料ステー13上に配置されているため、第1の試料載置面内の直交2方向への直線移動、試料載置面に垂直方向への直線移動、および試料載置面内回転、および、傾斜軸周りに回転することによる傾斜は、第1の試料ステージ13を移動・回転・傾斜させることによって可能になる。   Here, the first sample stage 13 includes a linear movement mechanism in two orthogonal directions within the sample placement surface, a linear movement mechanism in a direction perpendicular to the sample placement surface, a sample placement surface rotation mechanism, and a tilt axis. And a tilt function capable of changing the irradiation angle of the ion beam to the sample by rotating the sample to the first position, and these controls are performed by the first sample stage control device 14 in response to a command from the calculation processing device 98. Further, since the second sample stage 24 is disposed on the first sample stay 13, the linear movement in two orthogonal directions within the first sample mounting surface and the straight line in the direction perpendicular to the sample mounting surface are provided. The movement, the rotation within the sample mounting surface, and the tilt by rotating around the tilt axis are made possible by moving, rotating, and tilting the first sample stage 13.

図2に、本発明による、ガス供給機構を備えたイオン源の詳細を示す。ガス供給機構は、ボンベバルブ51、52をもつガスボンベ53、54、減圧弁55、56、ストップバルブ57、58、および微量なガス流量を調整可能であるニードルバルブ59、60からなる系統を2系統を備える。一方の系統における第一のガスボンベ53には、アルゴン、キセノン、クリプトン、ネオン、酸素、窒素のいずれかが高圧力で充填されている。また、他方の第二のガスボンベ54には、ヘリウムまたは水素が高圧力で充填されている。デュオプラズマトロンはカソード71、中間電極72、アノード73、磁石74などによって構成される。本実施例では、第一のガスボンベにはキセノン、第二のガスボンベには水素が充填される例について述べる。   FIG. 2 shows details of an ion source having a gas supply mechanism according to the present invention. The gas supply mechanism has two systems consisting of gas cylinders 53 and 54 having cylinder valves 51 and 52, pressure reducing valves 55 and 56, stop valves 57 and 58, and needle valves 59 and 60 capable of adjusting a minute gas flow rate. Is provided. The first gas cylinder 53 in one system is filled with argon, xenon, krypton, neon, oxygen, or nitrogen at a high pressure. The other second gas cylinder 54 is filled with helium or hydrogen at a high pressure. The duoplasmatron includes a cathode 71, an intermediate electrode 72, an anode 73, a magnet 74, and the like. In this embodiment, an example in which the first gas cylinder is filled with xenon and the second gas cylinder is filled with hydrogen will be described.

次に、イオン源の動作について述べる。キセノンボンベのボンベバルブ51を開け、次に減圧弁55によりガス配管内の圧力を調整する。次に、イオン源へガス供給に開閉を行うためのストップバルブ57を開ける。最後にニードルバルブ59によりイオン源内へのガス流量を調整する。イオン源の真空度が数Paになるように調整して、カソード71とアノード73間に約1kVの電圧を印加するとガス放電が生じる。この放電プラズマよりアノード孔を通してキセノンイオンを引き出す。すなわち、イオン源に20kVの高電圧を印加して、接地電位の引き出し電極76方向にイオンビーム75を引き出すのである。なお、図2中の点線85内は、イオン源電圧の20kV電圧が印加されている。ここで、キセノンイオンビームの量が最高になるようにガス流量をニードルバルブ59で調整し、さらに放電電圧についても調整する。そして、ニードルバルブ調整ノブ61は固定し、放電電圧は制御装置91に記憶する。   Next, the operation of the ion source will be described. The cylinder valve 51 of the xenon cylinder is opened, and then the pressure in the gas pipe is adjusted by the pressure reducing valve 55. Next, the stop valve 57 for opening and closing the gas supply to the ion source is opened. Finally, the gas flow rate into the ion source is adjusted by the needle valve 59. A gas discharge occurs when a voltage of about 1 kV is applied between the cathode 71 and the anode 73 by adjusting the degree of vacuum of the ion source to several Pa. Xenon ions are extracted from the discharge plasma through the anode hole. That is, a high voltage of 20 kV is applied to the ion source, and the ion beam 75 is extracted toward the extraction electrode 76 having the ground potential. In addition, the 20 kV voltage of the ion source voltage is applied within the dotted line 85 in FIG. Here, the gas flow rate is adjusted by the needle valve 59 so that the amount of the xenon ion beam is maximized, and the discharge voltage is also adjusted. The needle valve adjustment knob 61 is fixed, and the discharge voltage is stored in the control device 91.

次に、ストップバルブを閉止し、放電電圧を印加解除してキセノンの放電を止める、そして、バイパスバルブ81を開けてイオン源中のキセノンを真空ポンプ82により排気する。なお、イオン源カラムも真空ポンプ83により排気されている。   Next, the stop valve is closed, the discharge voltage is released, the discharge of xenon is stopped, and the bypass valve 81 is opened, and the xenon in the ion source is exhausted by the vacuum pump 82. The ion source column is also evacuated by the vacuum pump 83.

次に、水素ガスについても同様に、水素ボンベバルブ52を開け、減圧弁56によりガス配管内の圧力を調整し、ストップバルブ58を開ける。最後にニードルバルブ60によりイオン源内へのガス流量を調整して、ガス放電が生じるようにする。水素についても、キセノンと同様に水素イオンビームの量が最高になるようにガス流量をニードルバルブ60で調整し、さらに放電電圧についても調整する。ここでもニードルバルブ調整ノブ62は固定し、放電電圧は制御装置91に記憶する。   Next, similarly for the hydrogen gas, the hydrogen cylinder valve 52 is opened, the pressure in the gas pipe is adjusted by the pressure reducing valve 56, and the stop valve 58 is opened. Finally, the gas flow into the ion source is adjusted by the needle valve 60 so that gas discharge occurs. As for xenon, the gas flow rate is adjusted by the needle valve 60 so that the amount of hydrogen ion beam is maximized, and the discharge voltage is also adjusted. Again, the needle valve adjustment knob 62 is fixed and the discharge voltage is stored in the control device 91.

次に、キセノンビームに切り替えるためには、同様にストップバルブ58を閉止し、放電電圧を印加解除して水素の放電を止め、バイパスバルブ81を開けてイオン源中の水素を排気する。そして、キセノンイオンを生成するためにキセノンのストップバルブ57を開けて、記憶されている放電電圧に切り替える。このようにガス種の切り替えは、ストップバルブと放電電圧の切り替え操作で行い、各々のニードルバルブは固定しておく。   Next, in order to switch to the xenon beam, similarly, the stop valve 58 is closed, the discharge voltage is canceled to stop the discharge of hydrogen, and the bypass valve 81 is opened to exhaust the hydrogen in the ion source. Then, to generate xenon ions, the xenon stop valve 57 is opened to switch to the stored discharge voltage. In this way, the gas type is switched by the switching operation of the stop valve and the discharge voltage, and each needle valve is fixed.

ここで、一般に、イオン源内のガス量は、イオンビームの量を最大にする条件がキセノンと水素では異なる。また、微量なガス流量を調整するニードルバルブは再現性が良くない。このため、ニードルバルブが一つでガス種を切り替える場合には、切り替えるたびにニードルバルブの調整が必要であり、ガス種の切り替えを迅速にすることが困難となる。本実施例では、独立したガス供給系統を2種類に設けて、それぞれを予め最適条件に調整しておくことにより迅速なガス種切り替えを実現する。   Here, in general, the amount of gas in the ion source differs between xenon and hydrogen under conditions that maximize the amount of ion beam. Further, a needle valve that adjusts a minute gas flow rate is not reproducible. For this reason, when a single needle valve is used to switch the gas type, it is necessary to adjust the needle valve each time it is switched, making it difficult to quickly switch the gas type. In the present embodiment, two types of independent gas supply systems are provided, and each is adjusted to the optimum condition in advance, thereby realizing rapid gas type switching.

また、これらのガス種切り替えは、計算処理装置98によって集中的に操作可能である。ずなわち、計算処理装置98のディスプレイ上にはガス種、ガス種切り替えスイッチ、ボタンなどが表示される。そして、ディスプレイ上のガス種を選択するかあるいは切り替えスイッチを選択すると、自動的にガス種切り替えの操作が行われる。   These gas type switching operations can be intensively performed by the calculation processing device 98. That is, a gas type, a gas type changeover switch, a button, and the like are displayed on the display of the calculation processing device 98. Then, when a gas type on the display is selected or a changeover switch is selected, an operation for switching the gas type is automatically performed.

次に、イオンビーム照射系の動作について述べる。イオンビーム照射系の動作は、計算処理装置98からの指令により制御される。まず、イオン源のデュオプラズマトロン1から引き出した、キセノンイオンビームをコンデンサレンズ2により対物レンズ3の中心近傍に集束させる。すなわち、コンデンサレンズ2の電極に印加する電圧を、この条件を満たすように予め計算によって求めておいた値に計算処理装置で設定する。そして、キセノンイオンビームは矩形の穴を有するステンシルマスク5を通過する。対物レンズ3は、ステンシルマスク5を試料の上に投影する条件で制御する。ここでも対物レンズ3の電極に印加する電圧を、上記条件を満たすように予め計算によって求めておいた値に計算処理装置98で設定する。このようにすると、試料上には矩形の成型イオンビームが照射される。また、ここでは成型ビームを用いるため、約100nAの大電流ビームが試料に照射できる。この成型イオンビームを照射し続けると試料に矩形の穴が形成される。ここで、観察するための深さ領域のよりも十分な深さで、かつ試料表面に垂直に近づくように矩形穴形状を仕上げる。   Next, the operation of the ion beam irradiation system will be described. The operation of the ion beam irradiation system is controlled by a command from the calculation processing device 98. First, the xenon ion beam extracted from the duoplasmatron 1 of the ion source is focused near the center of the objective lens 3 by the condenser lens 2. That is, the voltage applied to the electrode of the condenser lens 2 is set by the calculation processing device to a value obtained by calculation in advance so as to satisfy this condition. Then, the xenon ion beam passes through the stencil mask 5 having a rectangular hole. The objective lens 3 is controlled under conditions for projecting the stencil mask 5 onto the sample. Again, the voltage applied to the electrodes of the objective lens 3 is set by the calculation processing device 98 to a value obtained by calculation in advance so as to satisfy the above conditions. In this way, a rectangular shaped ion beam is irradiated onto the sample. Further, since a shaped beam is used here, the sample can be irradiated with a large current beam of about 100 nA. When this shaped ion beam is continuously irradiated, a rectangular hole is formed in the sample. Here, the rectangular hole shape is finished so as to be sufficiently deeper than the depth region for observation and to be perpendicular to the sample surface.

次に、試料ステージ制御装置により第1の試料ステージ13を、図3のように傾斜させて、イオンビーム照射系から、イオンビームで形成した試料断面が観察できるようにする。また、イオン源の動作を上述したような手順でキセノンから水素に切り替える。また、イオンビームのコンデンサレンズ2と対物レンズ3の電圧条件を変えて、イオン源のアノード穴を光源として、これをコンデンサレンズと対物レンズで試料上に縮小投影する。これにより、アノード穴径に対して数100分の1の微小な点状ビームを試料上で得ることができる。この場合には、電流は数pA程度に少ないがビーム径は数10nmと小さくできる。この微細なイオンビームを試料断面上で走査させることにより、詳細な観察像を得ることができる。すなわち、加工のときに用いた成型イオンビーム電流に比べて、観察のときには少ない集束イオンビーム電流を用いることにより高分解能観察を実現する。   Next, the sample stage controller tilts the first sample stage 13 as shown in FIG. 3 so that the sample cross section formed by the ion beam can be observed from the ion beam irradiation system. Further, the operation of the ion source is switched from xenon to hydrogen by the procedure described above. Further, the voltage conditions of the condenser lens 2 and the objective lens 3 of the ion beam are changed, and the anode hole of the ion source is used as a light source, and this is reduced and projected onto the sample by the condenser lens and the objective lens. As a result, it is possible to obtain a fine spot-like beam on the sample that is 1 / 100th of the anode hole diameter. In this case, the current is as small as several pA, but the beam diameter can be as small as several tens of nm. A detailed observation image can be obtained by scanning the fine ion beam on the sample cross section. That is, high-resolution observation is realized by using a smaller focused ion beam current for observation than for the shaped ion beam current used for processing.

ここで、加工に用いたキセノンイオンビームを観察に用いると、試料面が削り取られ詳細な観察が困難になるが、本実施例では水素イオンビームを用いることにより削り取れる割合が少なくなるため詳細な観察が可能になる。   Here, when the xenon ion beam used for processing is used for observation, the sample surface is scraped off and detailed observation becomes difficult. However, in this embodiment, since the ratio of scraping by using a hydrogen ion beam decreases, it is detailed. Observation becomes possible.

なお、水素イオンビームによる観察機能は、試料の断面を観察することのみならず、試料表面の構造、異物、および欠陥を観察することなどにも用いることができる。   Note that the observation function using a hydrogen ion beam can be used not only for observing a cross section of a sample, but also for observing the structure, foreign matter, and defects of the sample surface.

また、本実施例では、イオン源を試料上に縮小投影して点状の水素イオンビームを形成して、これを試料上で走査することにより試料画像を取得したが、ステンシルマスクにマスク穴を小さく制限する機構を設け、その穴を投射した成型ビームで試料上を走査して試料画像を取得しても良い。この場合には、加工と観察でレンズ電圧を変更しなくても良く、ビーム照射軸ずれが生じる懸念も無く、装置制御が安定するという効果を奏する。   In this example, the ion source was reduced and projected onto the sample to form a dot-like hydrogen ion beam, and this was scanned on the sample to obtain a sample image. However, a mask hole was formed in the stencil mask. A small limiting mechanism may be provided, and the sample image may be acquired by scanning the sample with a shaped beam projected through the hole. In this case, it is not necessary to change the lens voltage during processing and observation, and there is no fear that the beam irradiation axis shifts, and the apparatus control is stabilized.

なお、マスク穴を小さく制限する機構としては、予め径の小さな穴を持つステンシルマスク構造としたり、ステンシルマスクに別の微細アパーチャを重ねる構造としたりしても良い。なお、ステンシルマスクがイオンビームで照射されるとスパッタにより穴が拡大したり、マスク板厚が薄くなって、ついには穴形状が変形したりする。このため、ステンシルマスク板厚みは厚い方が好ましい。しかし、厚い板に微細な穴を開けるのは一般に困難である。このため、加工の際にキセノンなどの相対的に質量数の大きいイオンを照射する場合には、相対的に板厚の厚いマスクを用い、一方、キセノンに比べてスパッタ率の小さい水素に対しては板厚みの薄いアパーチャを用いる。これにより、アパーチャに、より微細な穴を形成することが可能になり、微細なビームが得られ、高分解能で観察できるという効果を奏する。   As a mechanism for restricting the mask hole to be small, a stencil mask structure having a hole with a small diameter in advance or a structure in which another fine aperture is overlaid on the stencil mask may be used. When the stencil mask is irradiated with an ion beam, the hole is enlarged by sputtering, or the mask plate thickness is reduced, and the hole shape is finally deformed. For this reason, it is preferable that the stencil mask plate is thick. However, it is generally difficult to make fine holes in a thick plate. For this reason, when irradiating ions with a relatively large mass number, such as xenon, at the time of processing, a mask with a relatively thick plate is used, while on the other hand, against hydrogen with a smaller sputtering rate than xenon. Uses a thin aperture. Thereby, it becomes possible to form a finer hole in the aperture, so that a fine beam can be obtained and observed with high resolution.

また、本実施例では、イオン源としてデュオプラズマトロンを用いたが、マイクロ波を用いたプラズマイオン源、誘導結合プラズマイオン源、マルチカスプ型のイオン源、電界電離型イオン源等を用いても同様な効果が得られる。   In this embodiment, a duoplasmatron is used as an ion source. However, a plasma ion source using microwaves, an inductively coupled plasma ion source, a multicusp ion source, a field ionization ion source, and the like are also used. Effects can be obtained.

また、二次電子検出器については、二次電子のみならず反射電子や二次イオンを含んで良い。また、二次電子検出器制御装置は2系統27、28が備えられている。一方の二次電子検出器制御装置27では、検出器の信号を直流増幅する。他方の二次電子検出器制御装置28では、検出器の信号のパルスを計数して信号強度を測定する。後者の場合では、検出粒子の個数を直接計数するため検出器のノイズを除去できるため検出感度が高い。従来は、試料に照射するイオンビームや電子ビームが充分に多くパルスを計数する必要は無かった。しかし、特に微細な水素イオンビームを照射する場合にはイオン電流が少ないため、パルスを計数して信号強度を測定する検出器制御装置28が有効になる。これにより、従来よりも高分解能の観察が可能になる。しかし、パルスを計数する場合には計数できる個数が1秒間に100万個程度に制限され、ピコアンペアレベル以上の大電流では計数できない。したがって照射するイオンの電流の大きさにしたがって2つの制御装置を切り替える。これは試料に照射される荷電粒子の電流を監視して計算処理装置98で自動的に切り替えることも可能である。   Further, the secondary electron detector may include not only secondary electrons but also reflected electrons and secondary ions. The secondary electron detector control device is provided with two systems 27 and 28. On the other hand, in the secondary electron detector control device 27, the detector signal is DC amplified. The other secondary electron detector controller 28 measures the signal intensity by counting the pulses of the detector signal. In the latter case, since the number of detection particles is directly counted and detector noise can be removed, the detection sensitivity is high. Conventionally, it was not necessary to count pulses with a sufficiently large number of ion beams and electron beams applied to a sample. However, particularly when a fine hydrogen ion beam is irradiated, since the ion current is small, the detector controller 28 that measures the signal intensity by counting pulses is effective. Thereby, observation with higher resolution than before is possible. However, when counting pulses, the number of pulses that can be counted is limited to about 1 million per second, and cannot be counted with a large current of the picoampere level or higher. Therefore, the two control devices are switched in accordance with the magnitude of the ion current to be irradiated. This can be switched automatically by the computer 98 by monitoring the current of charged particles irradiated on the sample.

なお、イオンビームによる加工、マニュピレータ16先端のプローブ15およびイオンビームアシストデポジション膜をもちいて、試料11から微小試料303を摘出して第2のステージ24に設置することができる。微小試料は薄膜加工により透過電子顕微鏡用の試料にできる。この手順については、後述の実施例2で説明する。   Note that the minute sample 303 can be extracted from the sample 11 and placed on the second stage 24 using the ion beam processing, the probe 15 at the tip of the manipulator 16 and the ion beam assist deposition film. A micro sample can be made into a sample for a transmission electron microscope by thin film processing. This procedure will be described in Example 2 described later.

以上、本実施例で説明したイオンビーム加工・観察装置および加工観察方法によれば、キセノン成型イオンビームによる試料断面の加工、および水素微細イオンビームによる断面観察が可能になった。すなわち半導体回路パターンの欠陥や異物など異常箇所の断面を形成すれば、欠陥や異物などの断面を観察することができ、その発生原因を解析できることになる。   As described above, according to the ion beam processing / observation apparatus and the processing observation method described in this embodiment, it is possible to process a sample cross section with a xenon-shaped ion beam and to observe a cross section with a hydrogen fine ion beam. That is, if a cross section of an abnormal portion such as a defect or foreign matter in a semiconductor circuit pattern is formed, the cross section of the defect or foreign matter can be observed and the cause of the occurrence can be analyzed.

特に、本実施例では、成型イオンビームを用いることにより、より大きな電流で精度の高い加工ができる。特に輝度の低いイオン源であってもビーム電流を大きくでき、かつ加工精度が高くできるため断面加工が短時間で可能という効果を奏することができる。これは半導体装置の製造プロセスにおいては、不良発生原因となる可能性が高いGaに替わって、試料の特性に顕著な影響を及ぼさない不活性ガスや酸素、窒素などの気体元素のイオンビームを用いることができることを意味する。したがって、半導体デバイス等の歩留向上のために、ウェーハをGaなどの金属で汚染することなく、イオンビームによる断面形成が可能となり、さらにウェーハを割断することなく断面観察ができるため、ウェーハを評価のために無駄に廃棄せず、かつ検査のための試料を取り出したウェーハをプロセスに戻しても不良を発生させない新たな検査・解析方法が提供される。また、ウェーハを割断することなく評価でき、新たな不良を発生させず、高価なウェーハを無駄にすることはない。ひいては、半導体装置の製造歩留りが向上する
(実施例2)
実施例1で示した構成のイオンビーム加工・観察装置では、イオンビーム照射系が鉛直方向にイオンビーム照射系が配置されているが、本実施例では、イオンビーム照射系は鉛直方向から傾斜した方向に配置され、ステージ面が水平方向に固定された装置について述べる。
In particular, in this embodiment, by using a shaped ion beam, high-precision processing can be performed with a larger current. In particular, even with an ion source with low brightness, the beam current can be increased and the processing accuracy can be increased, so that the effect of enabling cross-section processing in a short time can be achieved. In the semiconductor device manufacturing process, an ion beam of an inert gas or a gas element such as oxygen or nitrogen that does not significantly affect the characteristics of the sample is used instead of Ga, which is likely to cause defects. Means that you can. Therefore, to improve the yield of semiconductor devices, etc., it is possible to form a cross-section with an ion beam without contaminating the wafer with a metal such as Ga, and the cross-section can be observed without cleaving the wafer. Therefore, there is provided a new inspection / analysis method that does not cause waste even when the wafer from which a sample for inspection is taken out is returned to the process. Further, evaluation can be performed without cleaving the wafer, no new defects are generated, and expensive wafers are not wasted. As a result, the manufacturing yield of the semiconductor device is improved (Example 2).
In the ion beam processing / observation apparatus having the configuration shown in the first embodiment, the ion beam irradiation system is arranged in the vertical direction. In this embodiment, the ion beam irradiation system is inclined from the vertical direction. An apparatus in which the stage surface is fixed in the horizontal direction will be described.

また、本実施例では、イオンビームの行路途中に質量分離器を設けて、相対的に質量数の小さいイオンを照射する際に、質量数の大きなイオンを除去するイオンビーム加工・観察装置について説明する。   Further, in this embodiment, an ion beam processing / observation apparatus is provided that removes ions having a large mass number when a mass separator is provided in the course of the ion beam and is irradiated with ions having a relatively small mass number. To do.

また、本実施例では、試料から微小試料を摘出して透過電子顕微鏡(TEM:Transmission Electron Microscope)試料を作製する手段についても説明する。   In this embodiment, a means for extracting a minute sample from a sample to produce a transmission electron microscope (TEM) sample will also be described.

なお、本実施例でも、マスク開口の形状を試料上に投影した成型イオンビームを用いる。   In this embodiment, a molded ion beam obtained by projecting the shape of the mask opening onto the sample is also used.

図4に、本実施例のイオンビーム加工・観察装置を示す。本イオンビーム加工・観察装置は、アルゴン、ネオン、キセノン、クリプトン、酸素、窒素、ヘリウム、水素等のガスイオンを放出するイオン源のデュオプラズマトロン1、質量分析器300、イオン源アパーチャ26、コンデンサレンズ2、対物レンズ3、イオンビーム走査偏向器4、ステンシルマスク5、及びこれらを格納するイオンビームカラム21用の鏡筒などから構成されるイオンビーム照射系が配置されている。本実施例の質量分析器300は、イオンビームに対して電場と磁場を各々垂直方向に、かつ、電場方向と磁場方向が垂直関係にある所謂ExB質量分離器である。本実施例では永久磁石を用いたが、代わりに電磁石を用いても良い。また、磁場のみの質量分離でも良い。   FIG. 4 shows an ion beam processing / observation apparatus of the present embodiment. This ion beam processing / observation apparatus includes an ion source duoplasmatron 1 that emits gas ions such as argon, neon, xenon, krypton, oxygen, nitrogen, helium, hydrogen, etc., a mass analyzer 300, an ion source aperture 26, and a condenser. An ion beam irradiation system including a lens 2, an objective lens 3, an ion beam scanning deflector 4, a stencil mask 5, and a lens barrel for an ion beam column 21 for storing these is arranged. The mass analyzer 300 of the present embodiment is a so-called ExB mass separator in which the electric field and the magnetic field are perpendicular to the ion beam, and the electric field direction and the magnetic field direction are perpendicular to each other. In this embodiment, a permanent magnet is used, but an electromagnet may be used instead. Further, mass separation using only a magnetic field may be used.

また、本装置には、電子銃7、電子銃7から放出する電子ビーム8を集束する電子レンズ9、電子ビーム走査偏向器10及びそれらを格納する電子ビームカラム(SEMカラム)22等で構成される電子ビーム照射系を備えている。イオンビームカラム21及びSEMカラム22の下部には真空試料室23が配置されており、真空試料室内23には、試料11を載置する第1の試料ステージ13、二次粒子検出器12、デポガス源18などが格納されている。また、本装置には、第1試料ステージ上の試料からイオンビーム加工を用いて摘出した試料片を搬送するためのプローブ15と、プローブ15を駆動するマニュピレータ16、微小試料303を載せる第2の試料ステージ24を備える。なお、イオンビームカラム21内部も真空に維持されているのは言うまでもない。ここで、本装置では、イオンビームの試料照射点および電子ビーム試料照射点は各々試料載置面の中心からは外れた位置にあり、各々別の位置に存在する。すなわち、イオンビーム照射軸301と電子ビーム照射軸302とは交わることは無い。   In addition, this apparatus includes an electron gun 7, an electron lens 9 for focusing an electron beam 8 emitted from the electron gun 7, an electron beam scanning deflector 10, an electron beam column (SEM column) 22 for storing them, and the like. Equipped with an electron beam irradiation system. A vacuum sample chamber 23 is disposed below the ion beam column 21 and the SEM column 22, and in the vacuum sample chamber 23, a first sample stage 13 on which the sample 11 is placed, a secondary particle detector 12, and a deposition gas. A source 18 and the like are stored. Further, in this apparatus, a probe 15 for transporting a sample piece extracted from a sample on the first sample stage using ion beam processing, a manipulator 16 for driving the probe 15, and a second sample on which a micro sample 303 is mounted. A sample stage 24 is provided. Needless to say, the inside of the ion beam column 21 is also maintained in a vacuum. Here, in the present apparatus, the sample irradiation point of the ion beam and the electron beam sample irradiation point are located at positions away from the center of the sample placement surface, and are located at different positions. That is, the ion beam irradiation axis 301 and the electron beam irradiation axis 302 do not intersect.

本装置を制御する装置として、デュオプラズマトロン制御装置91、質量分離器制御装置62、イオン源アパーチャ制御装置93、レンズ制御装置94、ステンシルマスク制御装置95、イオンビーム走査偏向器制御装置96、第1の試料ステージ制御装置14、第2の試料ステージ制御装置25、マニピュレータ制御装置17、デポガス源制御装置18、二次電子検出器制御装置27、28、電子ビーム照射系制御装置97、および計算処理装置98などが配置されている。ここで、計算処理装置98は、二次粒子検出器の検出信号を基に生成された画像や、情報入力手段によって入力した情報などを表示するディスプレイを備える。なお、図中の30は、試料高さ測定器29を制御する試料高さ測定器制御装置30を示す。   As a device for controlling this device, a duoplasmatron control device 91, a mass separator control device 62, an ion source aperture control device 93, a lens control device 94, a stencil mask control device 95, an ion beam scanning deflector control device 96, a first 1 sample stage controller 14, second sample stage controller 25, manipulator controller 17, deposition gas source controller 18, secondary electron detector controllers 27 and 28, electron beam irradiation system controller 97, and calculation processing A device 98 or the like is arranged. Here, the calculation processing device 98 includes a display that displays an image generated based on the detection signal of the secondary particle detector, information input by the information input means, and the like. Note that reference numeral 30 in the figure denotes a sample height measuring instrument control device 30 that controls the sample height measuring instrument 29.

本実施例では、図5で示すようなガス供給系を持つイオン源について説明する。本ガス供給機構は、ボンベバルブ51、52をもつ2種類のガスボンベ53、54、各々のボンベの減圧弁55、56、各々のガス系統のストップバルブ57、58、および微量なガス流量を調整可能であるニードルバルブ59からなる。第一のガスボンベ53には、アルゴン、キセノン、クリプトン、ネオン、酸素、窒素のいずれかが高圧力で充填されている。また、他方の第二のガスボンベ54には、ヘリウムまたは水素が高圧力で充填されている。本実施例では、第一のガスボンベにはアルゴン、第二のガスボンベにはヘリウムが充填される例について述べる。   In this embodiment, an ion source having a gas supply system as shown in FIG. 5 will be described. This gas supply mechanism can adjust two types of gas cylinders 53 and 54 having cylinder valves 51 and 52, pressure reducing valves 55 and 56 of each cylinder, stop valves 57 and 58 of each gas system, and a minute gas flow rate. The needle valve 59 is. The first gas cylinder 53 is filled with argon, xenon, krypton, neon, oxygen, or nitrogen at a high pressure. The other second gas cylinder 54 is filled with helium or hydrogen at a high pressure. In this embodiment, an example in which the first gas cylinder is filled with argon and the second gas cylinder is filled with helium will be described.

次に、イオン源の動作について述べる。アルゴンボンベ53のボンベバルブ51を開け、次に減圧弁55によりガス配管内の圧力を調整する。次にイオン源へガス供給に開閉を行うためのストップバルブ57を開ける。最後にニードルバルブ59によりイオン源内へのガス流量を調整する。イオン源の真空度が数Paになるように調整して、カソード71とアノード73の間に約1kVの電圧を印加するとガス放電が生じる。この放電プラズマよりアノード孔を通してアルゴンイオンを引き出す。なお、図2中の点線85内は、イオン源電圧の20kV電圧が印加されている。ここで、イオンビーム75の量が最高になるようにガス流量をニードルバルブ59で調整し、さらに放電電圧についても調整する。ここでニードルバルブ調整ノブ61は固定し、放電電圧は制御装置91に記憶する。   Next, the operation of the ion source will be described. The cylinder valve 51 of the argon cylinder 53 is opened, and then the pressure in the gas pipe is adjusted by the pressure reducing valve 55. Next, the stop valve 57 for opening and closing the gas supply to the ion source is opened. Finally, the gas flow rate into the ion source is adjusted by the needle valve 59. When the degree of vacuum of the ion source is adjusted to several Pa and a voltage of about 1 kV is applied between the cathode 71 and the anode 73, gas discharge occurs. Argon ions are extracted from the discharge plasma through the anode hole. In addition, the 20 kV voltage of the ion source voltage is applied within the dotted line 85 in FIG. Here, the gas flow rate is adjusted by the needle valve 59 so that the amount of the ion beam 75 is maximized, and the discharge voltage is also adjusted. Here, the needle valve adjustment knob 61 is fixed, and the discharge voltage is stored in the control device 91.

次に、ストップバルブ57を閉止し、放電電圧を印加解除してアルゴンの放電を止める、そしてバイパスバルブ81を開けてイオン源中のアルゴンを排気する。なお、イオン源カラムも真空ポンプ83により排気されている。   Next, the stop valve 57 is closed, the application of the discharge voltage is canceled to stop the discharge of argon, and the bypass valve 81 is opened to exhaust the argon in the ion source. The ion source column is also evacuated by the vacuum pump 83.

次に、ヘリウムガスについても同様に、ヘリウムボンベバルブ52を開け、減圧弁56によりガス配管内の圧力を調整し、ストップバルブ58を開ける。最後にニードルバルブ59については固定したままとする。イオン源内へのガス流量については減圧弁56の2次圧力により調整して、ガス放電が生じるようにする。ヘリウムについてもヘリウムイオンビームの量が最高になるようにガス流量を調整し、さらに放電電圧についても調整して、放電電圧は制御装置91に記憶する。   Next, similarly for the helium gas, the helium cylinder valve 52 is opened, the pressure in the gas pipe is adjusted by the pressure reducing valve 56, and the stop valve 58 is opened. Finally, the needle valve 59 remains fixed. The gas flow rate into the ion source is adjusted by the secondary pressure of the pressure reducing valve 56 so that gas discharge occurs. Also for helium, the gas flow rate is adjusted so that the amount of the helium ion beam is maximized, the discharge voltage is also adjusted, and the discharge voltage is stored in the control device 91.

次に、アルゴンビームに切り替えるためには同様にストップバルブ58を閉止し、放電電圧を印加解除してヘリウムの放電を止め、バイパスバルブを開けてイオン源中のヘリウムを排気する。そして、アルゴンイオンを生成するためにアルゴンのストップバルブを開けて、記憶されている放電電圧に切り替える。このように、ガス種の切り替えはストップバルブと放電電圧の切り替操作で行い、ニードルバルブ59は固定しておく。   Next, in order to switch to the argon beam, similarly, the stop valve 58 is closed, the discharge voltage is released to stop the discharge of helium, and the bypass valve is opened to exhaust the helium in the ion source. Then, in order to generate argon ions, the argon stop valve is opened to switch to the stored discharge voltage. As described above, the gas type is switched by the switching operation of the stop valve and the discharge voltage, and the needle valve 59 is fixed.

ここで、一般にイオン源内のガス量はイオンビームの量を最大にする条件は、アルゴンとヘリウムでは異なる。本実施例では、このためニードルバルブが一つでガス種を切り替えるため、実施例1の2系統のガス供給機構を持つ場合に比べて、ガス量の調整精度は良くないが、ニードルバルブがひとつであり、構造が簡単になるという効果を奏する。   Here, generally, the conditions for maximizing the amount of ion beam in the ion source differ between argon and helium. In this embodiment, the gas type is switched by one needle valve, so the accuracy of adjusting the gas amount is not good compared to the case of having the two-system gas supply mechanism of the first embodiment, but there is only one needle valve. It has the effect of simplifying the structure.

次に、イオンビーム照射系の動作について述べる。まず、デュオプラズマトロン1からアルゴンイオンビームを引き出す。質量分離器300を動作させて、アルゴンイオンビームが通過するようにする。なお、質量分離器の機能は、計算処理装置からの指令により、質量分離器制御装置が動作して実行される。そして、質量分析器300を通過したアルゴンイオンビームをコンデンサレンズ2により対物レンズ3の中心近傍に集束させる。すなわち、コンデンサレンズ2の電極に印加する電圧を、この条件を満たすように予め計算によって求めておいた値に計算処理装置98で設定する。そして、イオンビームは矩形の穴を有するステンシルマスク5を通過する。対物レンズ3はステンシルマスク5を試料の上に投影する条件で制御する。ここでも対物レンズ3の電極に印加する電圧を、上記条件を満たすように予め計算によって求めておいた値に計算処理装置98で設定する。このようにすると、試料上には矩形の成型イオンビームが照射される。成型ビームを用いるため、約100nAの大電流ビームが試料に照射できる。この成型イオンビームを照射し続けると試料に矩形の穴が形成される。ここで、観察するための深さ領域のよりも十分な深さで、かつ試料表面に垂直に近づくように矩形穴形状を仕上げる。   Next, the operation of the ion beam irradiation system will be described. First, an argon ion beam is extracted from the duoplasmatron 1. The mass separator 300 is operated to allow the argon ion beam to pass. The function of the mass separator is executed by the operation of the mass separator control device according to a command from the calculation processing device. Then, the argon ion beam that has passed through the mass analyzer 300 is focused near the center of the objective lens 3 by the condenser lens 2. That is, the voltage applied to the electrode of the condenser lens 2 is set by the calculation processing device 98 to a value obtained by calculation in advance so as to satisfy this condition. The ion beam then passes through the stencil mask 5 having a rectangular hole. The objective lens 3 is controlled under conditions for projecting the stencil mask 5 onto the sample. Again, the voltage applied to the electrodes of the objective lens 3 is set by the calculation processing device 98 to a value obtained by calculation in advance so as to satisfy the above conditions. In this way, a rectangular shaped ion beam is irradiated onto the sample. Since a shaped beam is used, the sample can be irradiated with a large current beam of about 100 nA. When this shaped ion beam is continuously irradiated, a rectangular hole is formed in the sample. Here, the rectangular hole shape is finished so as to be sufficiently deeper than the depth region for observation and to be perpendicular to the sample surface.

次に、試料ステージ制御装置により第1のステージ13を、図6のように90度回転させて、イオンビーム照射系から、イオンビームで形成した試料断面が観察できるようにする。図6には、イオンビームによる加工時と観察時の、それぞれの側面図と上面図を示す。試料11に対して傾斜方向からアルゴンイオンビーム201を照射して矩形穴202を形成した様子を、図6の左図に示す。次に90度回転した様子を、図6の右図に示す。   Next, the first stage 13 is rotated 90 degrees as shown in FIG. 6 by the sample stage control device so that the sample cross section formed by the ion beam can be observed from the ion beam irradiation system. FIG. 6 shows a side view and a top view, respectively, during processing with an ion beam and during observation. A state in which the rectangular hole 202 is formed by irradiating the sample 11 with the argon ion beam 201 from the inclined direction is shown in the left diagram of FIG. Next, the state rotated 90 degrees is shown in the right figure of FIG.

イオン源の動作を上述したような手順でアルゴンからヘリウムに切り替え、質量分析器300を動作させて、ヘリウムイオンビームが通過するようにする。また、イオンビームのコンデンサレンズと対物レンズの電圧条件を変えて、イオン源のアノード穴を光源として、これをコンデンサレンズと対物レンズで試料上に縮小投影する。これにより、アノード穴径に対して数100分の1の微小な点状のビームを試料上で得ることができる。この場合には、電流は数pA程度に少ないがビーム径は数10nmと小さくできる。この微細なヘリウムイオンビーム203を、図6の右図のように試料垂直断面に照射して走査させることにより詳細な断面観察像を得ることができる。すなわち、加工のときに用いた成型イオンビーム電流に比べて、観察のときには少ない集束イオンビーム電流を用いることにより高分解能観察を実現する。   The operation of the ion source is switched from argon to helium by the procedure as described above, and the mass analyzer 300 is operated so that the helium ion beam passes. Further, the voltage conditions of the condenser lens and objective lens of the ion beam are changed, and the anode hole of the ion source is used as a light source, and this is reduced and projected onto the sample by the condenser lens and the objective lens. As a result, it is possible to obtain a minute spot-like beam on the sample that is 1 / 100th of the anode hole diameter. In this case, the current is as small as several pA, but the beam diameter can be as small as several tens of nm. A detailed cross-sectional observation image can be obtained by irradiating and scanning this fine helium ion beam 203 on the vertical cross section of the sample as shown in the right figure of FIG. That is, high-resolution observation is realized by using a smaller focused ion beam current for observation than for the shaped ion beam current used for processing.

ここで、質量分析器を用いない場合には、イオン源の残留アルゴンがイオン化して試料に照射される場合がある。このアルゴンイオンにより、試料面が削り取られ詳細な観察が困難になる場合があるが、本実施例では、質量分析器によりヘリウムイオンのみを観察に用いることにより削り取れる割合が少なくなるため詳細な観察が可能になる。   Here, when a mass spectrometer is not used, residual argon in the ion source may be ionized and irradiated onto the sample. Although the sample surface may be scraped off due to the argon ions, detailed observation may be difficult. However, in this embodiment, since only the helium ions are used for observation by the mass analyzer, the ratio of scraping is reduced, so that detailed observation is possible. Is possible.

なお、ヘリウムイオンビームによる観察機能は、試料の断面を観察することのみならず、試料表面の構造、異物、および欠陥を観察することなどにも用いることができる。   The observation function using a helium ion beam can be used not only for observing a cross section of a sample, but also for observing the structure, foreign matter, and defects on the sample surface.

また、本実施例の装置でも、図2に示したような2系統のガス供給機構のイオン源を使っても有効であることは言うまでもない。また、イオン源に同時にアルゴンおよびヘリウムのガスを混合して導入するか、予め準備したアルゴンとヘリウムの混合ガスを導入して、同時にアルゴンとヘリウムのイオンを生成させても良い。この場合にも、ヘリウムイオンビームを照射している時には、アルゴンイオンビームが試料に照射されないという効果を生じる。この場合には必ずしも各々のイオン種に対してイオン電流を最大にするのは簡単ではないが、特に、イオン種の切り替えが質量分析器のみで行えるという効果を奏することができる。   Further, it goes without saying that the apparatus of this embodiment is also effective when using ion sources of two systems of gas supply mechanisms as shown in FIG. Alternatively, argon and helium gas may be mixed and introduced into the ion source at the same time, or a previously prepared mixed gas of argon and helium may be introduced to simultaneously generate ions of argon and helium. Also in this case, when the helium ion beam is irradiated, there is an effect that the sample is not irradiated with the argon ion beam. In this case, it is not always easy to maximize the ion current for each ion species, but in particular, an effect that the ion species can be switched only by the mass analyzer can be achieved.

次に、電子ビーム照射系の動作について説明する。電子銃7から放出される電子ビーム8を電子レンズ9により集束して試料11に照射する。このとき電子ビーム8を電子ビーム走査偏向器10により走査しながら試料表面に照射し、試料表面から放出される二次電子を二次粒子検出器12で検出して、その強度を画像の輝度に変換すれば試料を観察することができる。この電子ビームによる試料観察機能によれば試料上に形成された回路パターンの欠陥や異物など異常箇所を観察することが可能である。特に、本装置では、試料に対して垂直方向から電子ビームを照射する構造であるため穴径に対する深さの比の大きい穴の中に関する異常についても情報を得るのに好適である。   Next, the operation of the electron beam irradiation system will be described. An electron beam 8 emitted from the electron gun 7 is focused by an electron lens 9 and irradiated onto a sample 11. At this time, the electron beam 8 is irradiated onto the sample surface while being scanned by the electron beam scanning deflector 10, secondary electrons emitted from the sample surface are detected by the secondary particle detector 12, and the intensity is converted into the luminance of the image. Once converted, the sample can be observed. According to the sample observation function using the electron beam, it is possible to observe an abnormal portion such as a defect or a foreign matter in a circuit pattern formed on the sample. In particular, since this apparatus is structured to irradiate the sample with an electron beam from the vertical direction, it is suitable for obtaining information on abnormality in a hole having a large ratio of depth to hole diameter.

本装置では、電子ビームによる観察機能は、試料の欠陥や異物の断面を観察することや、電子顕微鏡用薄膜試料の断面を観察して、加工終点を把握することなどにも用いる。すなわち、本装置では、試料断面をイオンビームのみならず電子ビームでも観察可能である。一般に、イオンビームによる観察像は元素コントラストが高いという特長があり、一方、電子ビームによる像観察は空間分解能が高いという特長があり、本装置では両者の特長を併せ持つ観察が可能になるという効果を奏することができる。   In this apparatus, the observation function using an electron beam is also used for observing a cross section of a sample defect or foreign material, observing a cross section of a thin film sample for an electron microscope, and grasping a processing end point. That is, in this apparatus, the sample cross section can be observed not only with an ion beam but also with an electron beam. In general, observation images using ion beams have a high element contrast, while image observations using electron beams have a high spatial resolution, and this device has the advantage of enabling both observations. Can play.

また、本装置では、イオンビームの試料照射点および電子ビーム試料照射点は各々試料載置面の中心からは外れた位置にあり、各々別の位置に存在する。このため各々の対物レンズが空間的に干渉することが無く試料近傍に配置することができるため、各々の対物レンズの仕事距離を短くできる。すなわちイオンビームおよび電子ビームの微細化あるいは大電流性能に優れると言う特徴を有する。   Further, in this apparatus, the sample irradiation point of the ion beam and the electron beam sample irradiation point are located at positions away from the center of the sample mounting surface, and exist at different positions. For this reason, each objective lens can be disposed in the vicinity of the sample without causing spatial interference, so that the work distance of each objective lens can be shortened. That is, the ion beam and electron beam are excellent in miniaturization or high current performance.

次に、成型イオンビームを用いて第1のステージ上の試料から微小試料を摘出する手順について、図7A、図7Bで説明する。図7A、図7Bの左図が試料上方から見た上面図、図7A、図7Bの右図が試料側方から見た側面図である。本装置ではミクロンメートルサイズの成型イオンビームを用いるため、加工位置のマーキングをイオンビームで行うことは必ずしも適切で無い。そこで本装置ではナノメートルサイズの電子ビームを用いて行う。   Next, a procedure for extracting a micro sample from a sample on the first stage using a shaped ion beam will be described with reference to FIGS. 7A and 7B. 7A and 7B are top views as viewed from above the sample, and right views of FIGS. 7A and 7B are side views as viewed from the side of the sample. Since this apparatus uses a micron-sized ion beam, it is not always appropriate to mark the processing position with the ion beam. Therefore, this apparatus uses a nanometer-sized electron beam.

まず、微小試料を摘出する領域が電子ビーム照射可能になるように第1の試料ステージ13を移動する。図7Aの(a)において、デポガス源18からデポジションガスを供給しながら電子ビーム8を照射して、試料11面上にデポジション膜を形成することにより観察断面を指示する両端マーク130を2個作製する。すなわち、計算処理装置のディスプレイの画面で、試料の画像を観察しながら観察位置をマークで特定するのである。このようにミクロンメートルサイズ成型イオンビームによる加工装置でありながら電子ビームとの連携によりナノメートルオーダのマーキングが可能になった。   First, the first sample stage 13 is moved so that a region for extracting a micro sample can be irradiated with an electron beam. In FIG. 7A, two end marks 130 indicating the observation cross section are formed by irradiating the electron beam 8 while supplying the deposition gas from the deposition gas source 18 to form a deposition film on the surface of the sample 11. Make one. That is, the observation position is specified by the mark while observing the sample image on the display screen of the calculation processing apparatus. In this way, although it is a processing device using a micrometer-sized ion beam, marking on the nanometer order has become possible through cooperation with an electron beam.

次に、マーク近傍にアルゴンの第1の成型イオンビーム131が照射可能なように第1の試料ステージ13を移動する。ここで、ステンシルマスクを、図8の(a)に示す形状の穴に切り替える。この時には電流が約200nA得られる。そこで、図7Aの(b)に示すように、2個のマークをその内側に含むようにアルゴンの第1の成型イオンビーム131を照射し、深さ約15μmの第1の成型穴132(成型穴A)を設ける。   Next, the first sample stage 13 is moved so that the first shaped ion beam 131 of argon can be irradiated in the vicinity of the mark. Here, the stencil mask is switched to the hole having the shape shown in FIG. At this time, a current of about 200 nA is obtained. Therefore, as shown in FIG. 7A (b), the first molded ion beam 131 of argon is irradiated so as to include two marks on the inside thereof, and a first molded hole 132 (molded) having a depth of about 15 μm is formed. Hole A) is provided.

次に、イオンビームをアルゴンからヘリウムに切り替え、ステンシルマスクを、図8の(b)に示す円形の穴に切り替える。この時には、このビームの断面はほぼ円形になる。ただし、試料上ではイオンビームが試料に対して傾斜しているため楕円形となるが、これを走査すれば試料を観察することが可能である。なお、切り替え動作は、装置ユーザが、情報入力手段を介して切り替え命令を入力するか、或いは、計算制御装置がマスク制御機構へ切替えの制御信号を送信することにより実行される。   Next, the ion beam is switched from argon to helium, and the stencil mask is switched to the circular hole shown in FIG. At this time, the beam has a substantially circular cross section. However, since the ion beam is inclined on the sample because it is inclined with respect to the sample, the sample can be observed by scanning it. The switching operation is executed when the apparatus user inputs a switching command via the information input means or when the calculation control apparatus transmits a switching control signal to the mask control mechanism.

次に、図7Aの(c)に示すように、試料表面に対する垂直軸を回転軸として、試料ステージ制御装置により試料を約180度回転させる。ここで、楕円形のヘリウムイオンビームの照射によって試料から発生する二次電子によって形成する二次電子像を画像処理することによって、最初に形成した穴を認識する。図7Aの(d)において、ヘリウムイオンビーム133を照射して得られる二次電子像を観察しながら、プローブ制御装置によりプローブ15の位置を移動して、摘出すべき試料の端部に移送手段先端のプローブを接触させる。   Next, as shown in (c) of FIG. 7A, the sample is rotated about 180 degrees by the sample stage control device with the axis perpendicular to the sample surface as the rotation axis. Here, the first formed hole is recognized by performing image processing on a secondary electron image formed by secondary electrons generated from the sample by irradiation with an elliptical helium ion beam. In FIG. 7A (d), while observing the secondary electron image obtained by irradiating the helium ion beam 133, the position of the probe 15 is moved by the probe control device and transferred to the end of the sample to be extracted. Touch the probe at the tip.

ここで、アルゴンイオンビームの替わりにヘリウムイオンビームを用いているために、プローブがイオンビーム照射によって損傷される度合いが低いという効果を奏する。そして摘出すべき試料にプローブを固定するために、プローブ先端を含む領域に、デポジション用ガスを流出させつつイオンビームを走査させる。このようにしてイオンビーム照射領域にデポ膜134が形成され、プローブと摘出すべき試料とは接続される。   Here, since the helium ion beam is used instead of the argon ion beam, the probe is less likely to be damaged by the ion beam irradiation. Then, in order to fix the probe to the sample to be extracted, the ion beam is scanned in the region including the probe tip while flowing the deposition gas. In this way, the deposition film 134 is formed in the ion beam irradiation region, and the probe and the sample to be extracted are connected.

次に、イオンビームをヘリウムからアルゴンに切り替えて、ステンシルマスクを、図8の(c)に示す形状の成型ビーム135の試料照射位置も円形のビームによって設定できるように予め調整しておく。図7B(e)において、楕円形のビームの照射によって得られた試料形状情報によりイオンビーム制御装置によってイオンビーム照射位置を制御し、第1の成型ビームと合せて2個のマークをその内側に含むように第2の成型イオンビーム135を照射し、深さ約15μmの第2の成型穴136(成型穴B)を設ける。この成型穴Bは先に第1の成型イオンビームによって形成した成型穴Aと交わる。図7Aの(a)から図7Bの(e)の工程によってマークを含み、三角形断面のクサビ型微小試料137がプローブに保持されている状態になる。   Next, the ion beam is switched from helium to argon, and the stencil mask is adjusted in advance so that the sample irradiation position of the shaped beam 135 having the shape shown in FIG. In FIG. 7B (e), the ion beam irradiation position is controlled by the ion beam control device based on the sample shape information obtained by the irradiation of the elliptical beam, and two marks are put inside it together with the first shaped beam. A second molding ion beam 135 is irradiated so as to include a second molding hole 136 (molding hole B) having a depth of about 15 μm. This molding hole B intersects with the molding hole A previously formed by the first molding ion beam. 7A to 7B (e), the wedge-shaped micro sample 137 having a triangular cross section including the mark is held by the probe.

次に、イオンビームをアルゴンからヘリウムに切り替えて、ステンシルマスクを、図8の(b)に示す円形の穴に切り替える。図7Bの(f)に示すように、イオンビームを照射して得られる二次電子像を観察しながら、プローブ制御装置によりプローブ位置を移動してプローブの先端に接続されて摘出した微小試料137を第2のステージ上の試料ホルダ140に移動させる。図7Bの(g)において、デポジションガスを導入しつつ微小試料137と試料ホルダ140との接触部にヘリウムイオンビームを照射する。ここで、イオンビーム照射領域にデポ膜138が形成され、微小試料137は試料ホルダ140に接続できる。   Next, the ion beam is switched from argon to helium, and the stencil mask is switched to the circular hole shown in FIG. As shown in FIG. 7B (f), while observing the secondary electron image obtained by irradiating the ion beam, the probe position is moved by the probe control device, and the micro sample 137 is extracted by being connected to the tip of the probe. Is moved to the sample holder 140 on the second stage. In FIG. 7B (g), the helium ion beam is irradiated to the contact portion between the micro sample 137 and the sample holder 140 while introducing the deposition gas. Here, a deposition film 138 is formed in the ion beam irradiation region, and the micro sample 137 can be connected to the sample holder 140.

次に、図7Bの(h)に示すように、イオンビームをヘリウムからアルゴンに切り替えて、プローブと微小試料を接続しているデポ膜にアルゴンイオンビームを照射してスパッタ除去することで、プローブ15を微小試料137から分離する。   Next, as shown in (h) of FIG. 7B, the ion beam is switched from helium to argon, and the deposition film connecting the probe and the micro sample is irradiated with the argon ion beam to remove the sputter. 15 is separated from the micro sample 137.

本実施例のイオンビーム装置の特徴は、イオンビームカラムが試料に対して傾斜して配置した構造にある。この構造の場合、イオンビームで微小試料を摘出する場合に、試料ステージを傾斜することなく、ステージを回転させることによって実現できるというという効果を奏することができる。   The ion beam apparatus according to the present embodiment is characterized in that the ion beam column is arranged so as to be inclined with respect to the sample. In the case of this structure, when a minute sample is extracted with an ion beam, it is possible to achieve an effect that it can be realized by rotating the stage without tilting the sample stage.

なお、本装置は、第1試料ステージ13上の試料11からイオンビーム加工を用いて摘出した微小試料137を搬送するためのプローブ15と、微小試料を載せる第2の試料ステージ24を備え、前記第2の試料ステージが傾斜軸周りに回転することによりイオンビームの微小試料への照射角度を可変できる傾斜機能を持つ。   The apparatus includes a probe 15 for transporting a micro sample 137 extracted from the sample 11 on the first sample stage 13 using ion beam processing, and a second sample stage 24 on which the micro sample is placed, The second sample stage rotates around the tilt axis and has a tilt function that can vary the irradiation angle of the ion beam to the micro sample.

また、第2のステージの傾斜機能を使い断面をヘリウムイオンビームに垂直方向に向ければ、断面を垂直方向から詳細に観察することが可能になる。すなわち、本装置ではアルゴンイオンビームによる断面切削加工とヘリウムイオンビームによる観察、これを繰り返せば試料中の3次元情報を得ることができ、2次元の複数の観察像を用いて3次元像を構築することも可能である。   Further, if the cross section is oriented in the direction perpendicular to the helium ion beam using the tilt function of the second stage, the cross section can be observed in detail from the vertical direction. In other words, in this device, cross-section cutting with an argon ion beam and observation with a helium ion beam can be repeated to obtain three-dimensional information in the sample, and a three-dimensional image is constructed using a plurality of two-dimensional observation images. It is also possible to do.

次に、電子顕微鏡用試料作製では、粗加工、中加工、仕上げ加工の順にビーム電流が小さくなるように準備した3種類のステンシルマスク穴を順次切り替えながら試料厚みが薄くなるように加工を行う。最終的には観察領域を厚さが100nm以下程度のウォールになるように薄く仕上げ加工を施して電子顕微鏡試料とする。上述の加工の結果、TEM観察領域ができあがる。なお、以上では操作者が計算処理装置の入力装置を使って装置を制御している例を説明したが、計算処理装置にメモリなどの記憶手段を設けて、全ての工程の制御条件を制御シーケンスとして格納しておくことにより、全自動でサンプリングを行うことも可能である。   Next, in sample preparation for an electron microscope, processing is performed so that the sample thickness is reduced while sequentially switching three types of stencil mask holes prepared so that the beam current decreases in the order of rough processing, intermediate processing, and finishing processing. Finally, the observation region is thinly finished so as to be a wall having a thickness of about 100 nm or less to obtain an electron microscope sample. As a result of the above processing, a TEM observation region is completed. In addition, although the example which the operator controlled the apparatus using the input device of the calculation processing apparatus was demonstrated above, the memory | storage means, such as a memory, were provided in the calculation processing apparatus, and the control sequence of the control conditions of all the processes was carried out. By storing as, sampling can be performed fully automatically.

以上のように薄膜加工を施した後、微小試料はTEMの試料室に導入される。TEM観察では欠陥や異物などの断面を、SEM観察に比べてより高分解能な観察することができ、観察結果から欠陥原因をより詳細に解析することができる。   After performing the thin film processing as described above, the micro sample is introduced into the sample chamber of the TEM. In TEM observation, cross sections such as defects and foreign substances can be observed with higher resolution than in SEM observation, and the cause of the defect can be analyzed in more detail from the observation results.

なお、本実施例では、加工のときにアルゴンイオンビームを用いたが、他に窒素、酸素、ネオン、キセノン、クリプトンなどでも同様な効果が得られるのは明らかであるが、特にアルゴンビームの場合には質量数40の同位体の割合が99.6%と高いため、質量分離しても電流の減少が少ないと言う効果を奏する。また、観察の時にはヘリウムイオンビームを用いたが、他に水素でも同様な効果が得られるのは明らかであるが、特にヘリウムビームの場合には分子イオンが少なく、ヘリウム質量数4のイオンの割合が高いため質量分離しても電流の減少が少ないと言う効果を奏する。   In this example, an argon ion beam was used during processing, but it is clear that similar effects can be obtained with nitrogen, oxygen, neon, xenon, krypton, etc. Since the ratio of the isotope having a mass number of 40 is as high as 99.6%, there is an effect that the decrease in current is small even after mass separation. In addition, a helium ion beam was used for observation, but it is clear that the same effect can be obtained with hydrogen. However, in the case of a helium beam, the number of molecular ions is small and the ratio of ions having a helium mass number of 4 is used. Therefore, even if the mass is separated, there is an effect that there is little decrease in current.

また、本実施例では、デュオプラズマイオン源を用いた場合について説明したが、マイクロ波を用いたプラズマイオン源、誘導結合プラズマイオン源、マルチカスプ型のイオン源、電界電離型イオン源等を用いても同様な効果が得られる。   In this embodiment, the case of using a duoplasma ion source has been described. However, a microwave plasma ion source, an inductively coupled plasma ion source, a multicusp ion source, a field ionization ion source, or the like is used. The same effect can be obtained.

また、本装置では、試料を透過した水素イオンを検出する透過イオン検出器1201を備えており、いわゆる走査透過イオン顕微鏡像を得ることができ。高空間分解能の試料観察が可能になるという効果を奏する。   In addition, this apparatus includes a transmission ion detector 1201 that detects hydrogen ions that have passed through the sample, so that a so-called scanning transmission ion microscope image can be obtained. There is an effect that sample observation with high spatial resolution becomes possible.

以上、本実施例で説明したイオンビーム加工・観察装置、加工・観察方法および微小試料作製方法によれば、実施例1に説明した効果に加え、ヘリウムイオンビーム照射時に相対的に質量数の大きいイオンの照射を避けられるという効果を得ることができ、また、ヘリウムイオンビームに切り替え時にアルゴンイオンの排気および置換に要する時間を短縮できるためイオンビーム切り替えに要する時間を短縮することが可能になる。また、イオン源で発生した金属イオン等の不純物イオンが質量分離器で取り除かれ試料まで到達することが無く、試料を不純物で汚染することがないため、デバイス製造の歩留まりを低下させないという効果を奏することができる。   As described above, according to the ion beam processing / observation apparatus, processing / observation method, and micro sample preparation method described in the present embodiment, in addition to the effects described in the first embodiment, the mass number is relatively large when the helium ion beam is irradiated. The effect of avoiding ion irradiation can be obtained, and the time required for evacuation and replacement of argon ions when switching to a helium ion beam can be shortened, so that the time required for ion beam switching can be shortened. Also, impurity ions such as metal ions generated in the ion source are removed by the mass separator and do not reach the sample, and the sample is not contaminated with impurities, so that the device manufacturing yield is not lowered. be able to.

(実施例3)
図9に、イオン源として電界電離型イオン源を用いた例について示す。なお、本実施例では、ガス供給機構は、実施例1で説明したものと同様な構成を有するので、その動作についての説明は省略する。
(Example 3)
FIG. 9 shows an example in which a field ionization ion source is used as the ion source. In the present embodiment, the gas supply mechanism has the same configuration as that described in the first embodiment, and therefore description of its operation is omitted.

本イオン源では、タングステン製イオンエミッタティップ402の先端を鋭利に加工する。さらに、イオンエミッタティップ402を冷凍機401により数10K程度に冷却する。また、ガスも冷却して、イオンエミッタティップ402に強電界を印加するとエミッタティップ先端近傍からイオンビームを引き出すことができる。   In this ion source, the tip of the tungsten ion emitter tip 402 is sharply processed. Further, the ion emitter tip 402 is cooled to about several tens K by the refrigerator 401. Further, when the gas is cooled and a strong electric field is applied to the ion emitter tip 402, an ion beam can be extracted from the vicinity of the tip of the emitter tip.

このとき、ヘリウムイオンや水素イオンを引き出す場合には、図10に示すように、イオンエミッタティップ先端403に原子のナノピラミッド構造404を形成する。このようにすると1個ないし3個の原子近傍でのみイオンが生成されるため、非常に輝度の高いイオン源が実現する。すなわち試料上で1nm以下のビーム径のイオンビーム405を得ることができ、非常に高空間分解の観察が可能になる。   At this time, when extracting helium ions or hydrogen ions, an atomic nanopyramid structure 404 is formed at the tip 403 of the ion emitter tip as shown in FIG. In this way, ions are generated only in the vicinity of 1 to 3 atoms, so that an ion source with extremely high luminance is realized. That is, an ion beam 405 having a beam diameter of 1 nm or less can be obtained on the sample, and observation with very high spatial resolution becomes possible.

しかし、イオンの質量が小さく、かつイオンビーム電流が少なく加工には不向きである。そこで加工では、イオン源に供給するガスをヘリウムからアルゴンに切り替え、さらにイオンエミッタティップ先端のナノピラミッド構造を電解蒸発により除去する。このようにするとイオンエミッタティップ先端近傍の比較的広い領域からイオンが生成するため、ナノアンペアオーダのアルゴンイオンビーム406が得られ加工が可能になる。次に、微細なヘリウムイオンビームを引き出すためには、再び原子のナノピラミッド構造を形成すれば良い。ナノピラミッド構造の形成方法としては、タングステンの上にパラジウムあるいは白金などを蒸着して高温アニールするなどの方法がある。   However, the ion mass is small and the ion beam current is small, which is not suitable for processing. Therefore, in processing, the gas supplied to the ion source is switched from helium to argon, and the nanopyramid structure at the tip of the ion emitter tip is removed by electrolytic evaporation. In this way, ions are generated from a relatively wide region near the tip of the ion emitter tip, so that a nanoampere-order argon ion beam 406 can be obtained and processed. Next, in order to extract a fine helium ion beam, an atomic nanopyramid structure may be formed again. As a method of forming the nanopyramid structure, there is a method such as vapor deposition of palladium or platinum on tungsten and high-temperature annealing.

以上、本実施例で説明したイオンビーム加工・観察装置、加工・観察方法および微小試料作製方法によれば、実施例1で説明した効果に加え、極微細なヘリウムまたは水素イオンビームを得ることができ、さらに加工時には大電流のアルゴン、キセノンなどのイオンビームを得ることができるため、特に極微細な加工や超高分解能観察が可能になるという効果を奏することができる。   As described above, according to the ion beam processing / observation apparatus, the processing / observation method, and the micro sample preparation method described in the present embodiment, in addition to the effects described in the first embodiment, an extremely fine helium or hydrogen ion beam can be obtained. In addition, since an ion beam of a large current such as argon or xenon can be obtained at the time of processing, it is possible to achieve an effect that extremely fine processing and ultrahigh resolution observation are possible.

以上、詳述したように、本発明によれば、電子部品の断面を観察するための装置で従来に比べ低コストで製造可能な装置が提供される。また、従来に比べ低コストで実現できる試料断面観察方法が提供される。また、イオンビームによる断面形成加工時間を短縮するイオンビーム加工・観察装置が提供される。   As described above in detail, according to the present invention, an apparatus for observing a cross section of an electronic component is provided that can be manufactured at a lower cost than the conventional apparatus. In addition, a sample cross-sectional observation method that can be realized at a lower cost than conventional methods is provided. Also provided is an ion beam processing / observation apparatus that shortens the cross-section forming processing time by the ion beam.

さらに、イオンビームに不活性ガスや酸素、窒素イオンを用いてウェーハを評価のために無駄に廃棄せず、かつ検査のための試料を取り出したウェーハをプロセスに戻しても不良を発生させない新たな検査・解析方法が提供される。また、本発明による電子部品製造方法を用いることで、ウェーハを割断することなく評価でき、新たな不良を発生させず、高価なウェーハを無駄にすることはない。ひいては、電子部品の製造歩留りが向上する。   In addition, a new wafer that uses an inert gas, oxygen, or nitrogen ions for the ion beam is not wasted for evaluation, and no defect is generated even if the wafer from which the sample for inspection is taken out is returned to the process. Inspection and analysis methods are provided. Further, by using the electronic component manufacturing method according to the present invention, the wafer can be evaluated without cleaving, no new defect is generated, and an expensive wafer is not wasted. As a result, the manufacturing yield of electronic components is improved.

なお、本発明によるイオンビーム加工・観察装置および試料断面観察方法には、以下に示す構成例が含まれる。   The ion beam processing / observation apparatus and the sample cross-sectional observation method according to the present invention include the following configuration examples.

(1)試料を保持する試料ステージと、少なくとも2種類以上のガス種のイオンビームを発生させるイオン源と、該試料ステージに保持される試料に対してイオンビームを照射する照射光学系を持ち、 前記イオンビーム照射系がイオンビームを所望の形状の開口を有するマスクを通して試料に照射する投射イオンビーム照射系であり、少なくとも2つ以上のイオンビームレンズと開口が可変なマスク駆動機構あるいはアパーチャ駆動機構を備えたことを特徴とするイオンビーム加工・観察装置。   (1) A sample stage for holding a sample, an ion source for generating an ion beam of at least two kinds of gases, and an irradiation optical system for irradiating the sample held on the sample stage with an ion beam, The ion beam irradiation system is a projection ion beam irradiation system that irradiates the sample with an ion beam through a mask having an aperture of a desired shape, and a mask driving mechanism or an aperture driving mechanism in which at least two or more ion beam lenses and apertures are variable. An ion beam processing / observation apparatus characterized by comprising:

(2)試料を保持する試料ステージと、少なくとも2種類以上のガス種のイオンビームを発生させる電解電離イオン源と、試料ステージに保持される試料に対してイオンビームを照射する照射光学系を持ち、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンのいずれかのイオンビームを用いて加工が可能で、へリウム、水素のいずれかのイオンで観察が可能なイオンビーム加工・観察装置。   (2) It has a sample stage for holding a sample, an ionization ion source for generating ion beams of at least two kinds of gases, and an irradiation optical system for irradiating the sample held on the sample stage with an ion beam. , Neon, Argon, Krypton, Xenon ion beam processing and observation equipment that can be processed with any ion of helium or hydrogen.

(3)試料を保持する第1の試料ステージと、少なくとも2種類以上のガス種のイオンビームを発生させるイオン源と、該試料ステージに保持される試料に対してイオンビームを照射する照射光学系を持ち、試料からの第1のガス種イオンビーム加工を用いて摘出した微小試料を搬送するためのプローブと、試料片を載せる第2の試料ステージを備え、第2のガス種のイオンビームによりプローブおよび微小試料が観察可能なイオンビーム加工・観察装置。   (3) a first sample stage that holds a sample, an ion source that generates an ion beam of at least two kinds of gases, and an irradiation optical system that irradiates the sample held on the sample stage with the ion beam And a probe for transporting a micro sample extracted from the sample using the first gas species ion beam processing, and a second sample stage on which the sample piece is placed, and by the ion beam of the second gas species Ion beam processing / observation equipment that can observe probes and minute samples.

(4)ほぼ水平に試料を保持する試料ステージと、試料を質量数の異なる少なくとも2種類以上のガスイオンを生成可能なイオン源と、該試料ステージに保持される試料に対してイオンビームを照射する照射光学系を備えたイオンビーム加工観察装置を用いた試料断面観察方法において、相対的に質量数の大きなイオンを試料に照射して試料表面に対してほぼ垂直な断面を形成するステップと、試料ステージを水平軸中心で傾斜するステップと、相対的に質量数の小さなガスイオンを該断面に照射して断面を観察するステップを含む試料断面観察方法。   (4) A sample stage that holds the sample substantially horizontally, an ion source that can generate at least two kinds of gas ions having different mass numbers, and a sample that is held on the sample stage is irradiated with an ion beam Irradiating a sample with ions having a relatively large mass number to form a cross section substantially perpendicular to the sample surface in a sample cross-sectional observation method using an ion beam processing observation apparatus equipped with an irradiation optical system. A method for observing a cross section of a sample, comprising the steps of inclining a sample stage about a horizontal axis and observing the cross section by irradiating the cross section with gas ions having a relatively small mass number.

(5)ほぼ水平に試料を保持する試料ステージと、試料を質量数の異なる少なくとも2種類以上のガスイオンを生成可能なイオン源と、該試料ステージに保持される試料に対してイオンビームを照射する照射光学系を備え、該イオンビーム照射系が鉛直軸に対して傾斜したイオンビーム加工観察装置を用いた試料断面観察方法において、相対的に質量数の大きなイオンを試料に照射して試料表面に対してほぼ垂直な断面を形成するステップと、試料ステージを鉛直軸中心で回転させるステップと、相対的に質量数の小さなガスイオンを該断面に照射して断面を観察するステップを含む試料断面観察方法。   (5) A sample stage that holds a sample substantially horizontally, an ion source that can generate at least two kinds of gas ions having different mass numbers, and a sample that is held on the sample stage is irradiated with an ion beam. In a sample cross-sectional observation method using an ion beam processing and observation apparatus in which the ion beam irradiation system is inclined with respect to the vertical axis, the sample surface is irradiated with ions having a relatively large mass number A sample cross section including a step of forming a cross section substantially perpendicular to the surface, a step of rotating the sample stage about the vertical axis, and irradiating the cross section with gas ions having a relatively small mass number Observation method.

(6)試料を保持する試料ステージと、試料を質量数の異なる少なくとも2種類以上のガスイオンを生成可能な電界電離型イオン源と、該試料ステージに保持される試料に対してイオンビームを照射する照射光学系を備えたイオンビーム加工観察装置を用いた試料観察方法において、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンのいずれかのイオンビームを用いて加工するステップと、へリウム、水素のいずれかのイオンで観察するステップを含むイオンビーム加工・観察方法。   (6) A sample stage that holds a sample, a field ionization ion source that can generate at least two types of gas ions having different mass numbers, and an ion beam that irradiates the sample held on the sample stage In a sample observation method using an ion beam processing observation apparatus equipped with an irradiation optical system, a step of processing using an ion beam of neon, argon, krypton, or xenon, and an ion of either helium or hydrogen Ion beam processing / observation method including the step of observing with.

(7)試料を保持する試料ステージと、試料を質量数の異なる少なくとも2種類以上のガスイオンを生成可能な電界電離型イオン源と、該試料ステージに保持される試料に対してイオンビームを照射する照射光学系を備えたイオンビーム加工観察装置を用いた試料観察方法において、ネオン、アルゴン、クリプトン、キセノンのいずれかのイオンビームを用いて加工するステップと、イオンエミッタ先端に原子のナノピラミッド構造を作製するステップと、へリウム、水素のいずれかのイオンで観察するステップと、原子のナノピラミッド構造を除去するステップを含むイオンビーム加工・観察方法。   (7) A sample stage for holding a sample, a field ionization ion source capable of generating at least two kinds of gas ions having different mass numbers, and a sample held on the sample stage are irradiated with an ion beam In a sample observation method using an ion beam processing observation apparatus equipped with an irradiation optical system, a step of processing using an ion beam of neon, argon, krypton, or xenon, and an atomic nanopyramid structure at the tip of the ion emitter An ion beam processing / observation method including: a step of observing with one of helium and hydrogen ions; and a step of removing the nanopyramid structure of atoms.

本発明の実施例1におけるイオンビーム加工・観察装置の加工時の構成を説明する図。The figure explaining the structure at the time of the process of the ion beam processing and observation apparatus in Example 1 of this invention. 本発明の実施例1におけるイオン源の構成を説明する図。The figure explaining the structure of the ion source in Example 1 of this invention. 本発明の実施例1におけるイオンビーム加工・観察装置の観察時の構成を説明する図。The figure explaining the structure at the time of observation of the ion beam processing and observation apparatus in Example 1 of this invention. 本発明の実施例2におけるイオンビーム加工・観察装置を説明する図。The figure explaining the ion beam processing and observation apparatus in Example 2 of this invention. 本発明の実施例2におけるイオン源の構成を説明する図。The figure explaining the structure of the ion source in Example 2 of this invention. 実施例2でステージ回転を用いて断面を観察する様子を説明する図。FIG. 6 is a diagram illustrating a state in which a cross section is observed using stage rotation in Example 2. 実施例2において微小試料を試料から摘出するフロー(a)〜(d)を説明する図。The figure explaining the flow (a)-(d) which extracts a micro sample from a sample in Example 2. FIG. 実施例2において微小試料を試料から摘出するフロー(e)〜(h)を説明する図。The figure explaining the flow (e)-(h) which extracts a micro sample from a sample in Example 2. FIG. ステンシルマスクの穴形状の例を示す図。The figure which shows the example of the hole shape of a stencil mask. 本発明の実施例3における電界電離型イオン源の構成を説明する図。The figure explaining the structure of the field ionization type ion source in Example 3 of this invention. 本発明の実施例3における電界電離型イオン源のエミッタ先端部を説明する図。The figure explaining the emitter front-end | tip part of the field ionization type ion source in Example 3 of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1…デュオプラズマトロン、2…コンデンサレンズ、3…対物レンズ、4…イオンビーム走査偏向器、5…ステンシルマスク、6…イオンビーム、7…電子銃、8…電子ビーム、9…電子レンズ、10…電子ビーム走査偏向器、11…試料、12…二次粒子検出器、13…第1の試料ステージ、14…第1の試料ステージ制御装置、15…プローブ、16…マニピュレータ、17…マニピュレータ制御装置、18…デポガス源、19…デポガス源制御装置、20…イオンビーム偏向器、21…イオンビームカラム、22…電子ビームカラム、23…真空試料室、24…第2の試料ステージ、25…第2の試料ステージ制御装置、26…イオン源アパーチャ、27、28…二次粒子検出器制御装置、29…試料高さ測定器、30…試料高さ測定器制御装置、51、52…ボンベバルブ、53、54…ガスボンベ、55、56…減圧弁、57、58…ストップバルブ、59、60…ニードルバルブ、71…カソード、72…中間電極、73…アノード、74…磁石、75…イオンビーム、76…引き出し電極、91…デュオプラズマトロン制御装置、92…レンズ制御装置、93…イオンビーム走査偏向制御装置、95…計算処理装置、130…マーク、131…第1の成型イオンビーム、132…第1の成型穴、133…イオンビーム、134…デポ膜、135…第2の成型イオンビーム、136…第2の成型穴、137…微小試料、138…デポ膜、140…試料ホルダ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Duoplasmatron, 2 ... Condenser lens, 3 ... Objective lens, 4 ... Ion beam scanning deflector, 5 ... Stencil mask, 6 ... Ion beam, 7 ... Electron gun, 8 ... Electron beam, 9 ... Electron lens, 10 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Electron beam scanning deflector, 11 ... Sample, 12 ... Secondary particle detector, 13 ... First sample stage, 14 ... First sample stage controller, 15 ... Probe, 16 ... Manipulator, 17 ... Manipulator controller , 18 ... Depo gas source, 19 ... Depo gas source control device, 20 ... Ion beam deflector, 21 ... Ion beam column, 22 ... Electron beam column, 23 ... Vacuum sample chamber, 24 ... Second sample stage, 25 ... Second Sample stage control device, 26 ... Ion source aperture, 27, 28 ... Secondary particle detector control device, 29 ... Sample height measuring device, 30 ... Sample height measurement Control device, 51, 52 ... cylinder valve, 53, 54 ... gas cylinder, 55, 56 ... pressure reducing valve, 57, 58 ... stop valve, 59, 60 ... needle valve, 71 ... cathode, 72 ... intermediate electrode, 73 ... anode, 74 ... Magnet, 75 ... Ion beam, 76 ... Extraction electrode, 91 ... Duoplasmatron control device, 92 ... Lens control device, 93 ... Ion beam scanning deflection control device, 95 ... Calculation processing device, 130 ... Mark, 131 ... No. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 shaping | molding ion beam, 132 ... 1st shaping | molding hole, 133 ... Ion beam, 134 ... Depot film, 135 ... 2nd shaping | molding ion beam, 136 ... 2nd shaping | molding hole, 137 ... Micro sample, 138 ... Deposition film 140 Sample holder.

Claims (8)

真空容器と、該真空容器内にガスを導入するガス供給機構とを備え、真空容器内でガスイオンを生成するイオン源において、
前記ガス供給機構、ガスボンベと、ガス量調整バルブと、ストップバルブと、前記真空容器内へのガス流量を調整するニードルバルブとを少なくとも備えたガス導入系統を、少なくとも2系統備え、
各々の前記ガス導入系統において各々の前記ガス量調整バルブにより前記真空容器内のガス圧力条件を各々設定でき、
各々の前記ガス導入系統の前記ストップバルブの操作により前記真空容器内に導入するガス種を切り替えることを可能にし
前記イオン源が、ガスの放電によりガスイオンを生成するイオン源であり、ガス放電電圧を少なくとも2つ以上記憶する機能があり、前記ガス放電電圧を切り替え可能な制御装置を備え、
前記ガス種の切り替えを、前記ストップバルブと前記放電電圧の切り替え操作で行うことを特徴とするイオン源。
In an ion source comprising a vacuum vessel and a gas supply mechanism for introducing gas into the vacuum vessel, and generating gas ions in the vacuum vessel,
The gas supply mechanism includes at least two gas introduction systems including at least a gas cylinder, a gas amount adjusting valve, a stop valve, and a needle valve for adjusting a gas flow rate into the vacuum vessel ,
In each of the gas introduction systems, the gas pressure condition in the vacuum vessel can be set by each of the gas amount adjustment valves,
It is possible to switch the gas type to be introduced into the vacuum vessel by operating the stop valve of each gas introduction system ,
The ion source is an ion source that generates gas ions by gas discharge, has a function of storing at least two gas discharge voltages, and includes a control device capable of switching the gas discharge voltage,
The ion source is characterized in that the gas type is switched by the switching operation of the stop valve and the discharge voltage .
請求項1に記載のイオン源において、
前記ガス供給機構は、
前記真空容器と第1の前記ニードルバルブとが第1の配管で接続され、試料を加工するガスイオンビーム種が導入される第1のガス導入系統と、
前記真空容器と第2の前記ニードルバルブとが第2の配管で接続され、試料を観察するガスイオンビーム種が導入される第2のガス導入系統と、を有する
ことを特徴とするイオン源。
The ion source according to claim 1,
The gas supply mechanism includes:
A first gas introduction system in which the vacuum vessel and the first needle valve are connected by a first pipe and a gas ion beam species for processing a sample is introduced;
A second gas introduction system in which the vacuum vessel and the second needle valve are connected by a second pipe and a gas ion beam species for observing the sample is introduced. Ion source.
請求項1に記載のイオン源において、
試料を加工するガスイオンビーム種と、試料を観察するガスイオンビーム種とを切り替え可能に構成したことを特徴とするイオン源。
The ion source according to claim 1 ,
An ion source configured to be switchable between a gas ion beam species for processing a sample and a gas ion beam species for observing the sample .
請求項1に記載のイオン源において、
前記イオン源は、真空ポンプと、前記真空ポンプと前記真空容器との間に設けられたバルブと、を備え、
前記イオン源からイオンを放出させる時は前記真空ポンプと前記真空容器との間に設けられた前記バルブは閉止され、
前記切り替える時は前記真空ポンプと前記真空容器との間に設けられた前記バルブは開放されることを特徴とするイオン
The ion source according to claim 1,
The ion source includes a vacuum pump, and a valve provided between the vacuum pump and the vacuum vessel,
When discharging ions from the ion source, the valve provided between the vacuum pump and the vacuum vessel is closed,
The ion source , wherein the valve provided between the vacuum pump and the vacuum vessel is opened when the switching is performed .
請求項4に記載のイオンにおいて、
前記ストップバルブと、前記真空ポンプと前記真空容器との間に設けられた前記バルブと、を制御する計算処理装置と、を備え、
前記計算処理装置には前記イオン源が切り替え可能なガス種と、ガス切り替えスイッチが表示されることを特徴とするイオン
The ion source according to claim 4.
A calculation processing device for controlling the stop valve, and the valve provided between the vacuum pump and the vacuum vessel ,
An ion source characterized in that the calculation processing device displays a gas type to which the ion source can be switched and a gas switch .
請求項に記載のイオンにおいて、
前記切り替える時は、前記ニードルバルブを予め調整済の状態で固定しておくことを特徴とするイオン
The ion source according to claim 1 ,
The ion source is characterized in that the needle valve is fixed in an adjusted state before the switching .
請求項1に記載のイオンにおいて、
前記ガス導入系統の一方は、アルゴン、キセノン、クリプトン、ネオン、酸素、窒素のいずれか一つのガス種を供給し、前記ガス導入系統の他方は、水素、ヘリウムのいずれか一つのガス種を供給し得ることを特徴とするイオン
The ion source according to claim 1 ,
One of the gas introduction systems supplies any one of argon, xenon, krypton, neon, oxygen, and nitrogen, and the other of the gas introduction systems supplies any one of hydrogen and helium. ion source according to claim give Rukoto to.
請求項1に記載のイオン源において、
前記イオン源は、電界電離型イオン源であることを特徴とするイオン
The ion source according to claim 1,
The ion source includes an ion source, wherein the gas field ion source der Rukoto.
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