CN104520963A - 复合带电粒子线装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供在具备两个以上的带电粒子线柱的复合带电粒子线装置中能够以将试样放置于交叉点的位置的状态进行高分辨率观察的复合带电粒子线装置。本发明具有以下构成，具备多个带电粒子线柱(101a、102a)的复合带电粒子线装置，其特征在于，在上述多个柱的光轴交叉的交点(171)的位置配置试样(103)，形成上述带电粒子线柱(102a)的物镜的前端的部件(408a、408b)能够拆装，通过更换上述部件(408a、408b)，能够改变上述交点(171)与上述带电粒子线柱前端的距离。

Description

复合带电粒子线装置
技术领域
本发明涉及具备多个带电粒子线装置的复合带电粒子线装置。
背景技术
具备扫描式电子显微镜(SEM)与聚焦离子束(FIB)双方的复合带电粒子线装置具有能够对使用聚焦离子束进行了加工(或正在进行加工)的区域在其现场进行高分辨率SEM观察的特征。因此，以透射式电子显微镜观察用试样的制作为首，在要求纳米级的精细加工的半导体领域或材料领域、医用领域等种种生产领域中成为必须的工具。
在引用文献1公开了物镜的外部的磁场为最低限度的用于电子显微镜系统的物镜。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2011-222525号公报
发明内容
发明所要解决的课题
本发明者对复合带电粒子线装置进行反复研究，作为结果得到如下的认识。
在仅具备一个带电粒子线柱的装置、例如SEM的情况下，在SEM的光轴上放置试样即可。因此，试样与带电粒子线柱的距离按照用途而适当改变。例如，在以高分辨率进行观察的情况下，使试样更靠近带电粒子线柱来进行观察。
另一方面，在具备两个以上带电粒子线柱的装置、例如SEM和FIB的装置的情况下，不移动试样而能够实施SEM观察和FIB加工的位置仅限于SEM的光轴与FIB的光轴交叉的点(交叉点)一点。因此，在FIB-SEM装置中一般情况下在交叉点使用，试样与各带电粒子线柱端的距离固定。
在具备两个以上带电粒子线柱的装置中，也能够将试样配置在交叉点以外的位置，在这种情况下仅使用某一方的带电粒子线柱。例如，在FIB-SEM装置中，若试样靠近SEM柱，则限于仅使用SEM。为了进行利用FIB的加工，需要使试样再次移动至交叉点。
本发明鉴于上述课题，提供在具备两个以上的带电粒子线柱的复合带电粒子线装置中能够以将试样放置在交叉点的位置的状态进行高分辨率观察的复合带电粒子线装置。
用于解决课题的方法
本发明具有如下构成。一种复合带电粒子线装置，其具备多个带电粒子线柱，上述复合带电粒子线装置的特征在于，将试样配置在上述多个柱的光轴相交的交点的位置，形成上述带电粒子线柱的物镜的前端的多个部件可拆装，上述部件能够改变上述交点与上述带电粒子线柱前端的距离。
对其他的实施例在具体实施方式一栏进行记述。
发明效果
根据本发明，在具备两个以上的带电粒子线柱的复合带电粒子线装置中，通过改变各带电粒子线柱的光轴交叉的点与各带电粒子线柱端的距离，能够以将试样放置于交叉点的位置的状态进行高分辨率观察。
附图说明
图1是第一实施方式的概要图。
图2是交叉点附近的放大图。
图3是物镜前端的部件的固定例。
图4是在物镜前端安装不同的部件的例子。
图5是体现物镜前端的部件的类型的GUI画面的例子。
图6是体现各单元的可动范围的GUI画面的例子。
图7是警告或报错画面的一例。
图8是物镜的前端的部件为单元时的例子。
图9是第二实施方式的概要图。
图10是第三实施方式的概要图。
具体实施方式
参照附图对本发明的新的特征与效果进行说明。另外，对各图中相同的构成标记相同的附图标记。
实施例1
〔复合带电粒子线装置的构成〕
首先，对本实施例的装置构成进行记述。图1是本实施例的复合带电粒子线装置的概要图。图2是交叉点附近的放大图。
在图1中，复合带电粒子线装置具备：离子束柱101a；用于控制离子束柱101a的离子束柱控制器131；电子束柱102a；用于控制电子束柱102a的电子束柱控制器132；能够载置试样103的试样工作台104；试样工作台控制器134、试样室105；用于检测电子束102b或离子束101b照射试样103时产生的电子的检测器106、107；控制各个检测器的检测器控制器136、137；X射线检测器109；控制X射线检测器的X射线检测器控制器139；控制复合带电粒子线装置整体动作的综合计算机130；操作人员输入照射条件、试样工作台的位置等各种指示等的调节器(键盘、鼠标等)151；以及显示用于控制装置的GUI画面153、装置的状态、取得的信息(包含图像)等的一个或多个显示器152。此外，装置的状态、取得的信息等也可以包含于GUI画面153。
离子束柱101a是包含用于产生离子束的离子源、用于使离子束聚焦的透镜、用于扫描、移动离子束的偏转系统等FIB所必要的全部构成要素的系统。同样地，电子束柱102a是包含用于产生电子束的电子源、用于使电子束聚焦的透镜，用于扫描、移动电子束的偏转系统等SEM所必要的全部构成要素的系统。另外，电子束柱102a的物镜前端由可拆装的部件108构成。
而且，离子束柱101a与电子束柱102a搭载于试样室105，通过离子束柱101a的离子束101b与通过电子束柱102a的电子束102b主要集中于离子束柱的光轴101c与电子束柱的光轴102c的交点(交叉点171)。另外，离子束101b一般使用镓离子，但是就加工的目的而言离子种类不成问题。另外，离子束不限于聚焦离子束，也可以是宽幅离子束。
此外，在本实施例中，虽然将离子束柱101a垂直配置、将电子束柱102a倾斜配置，但并不限于此，也可以将离子束柱101a倾斜配置、将电子束柱102a垂直配置。另外，也可以将离子束柱101a与电子束柱102a双方都倾斜配置。另外，也可以做成具备Ga聚焦离子束柱、Ar聚焦离子束柱以及电子束柱的、三柱构成。
试样工作台104能够平面移动、旋转移动。另外，能够使离子束的加工、观察所需要的部位移动至离子束照射位置、或者移动至利用电子束的观察位置。
形成物镜的前端的部件108考虑电子束柱102a、离子束柱101a、试样工作台104，优选全长在35mm以下。
检测器106、107分别搭载于电子束柱102a、试样室105。另外，各检测器控制器136、137具备对检测信号进行演算处理、图像化的电路或演算处理部。此外，检测器106、107也可以使用不仅能够检测电子还能够检测离子的复合带点粒子检测器。另外，也可以在试样室105中除检测器107以外，作为第二、第三、第四、第五检测器，搭载有三次电子检测器或STEM检测器、后方散射电子检测器、低能耗电子检测器等检测器。再有，也可以在X射线检测器109之外搭载质量分析器等。
在试样室105中，除上述以外，还搭载有气相沉积单元、微型取样单元等。而且，沉积单元以及微型取样单元之类的各驱动机构也各自具有控制器。保护膜制作、标识所使用的气相沉积单元存储因带电粒子束的照射而形成堆积膜的沉积气体，并能够按照需要从喷嘴前端供给。通过并用利用FIB的试样的加工、切断而将试样的特定部位切下的微型取样单元包括能够通过探针驱动部而在试样室105内移动的探针。探针用于取出形成于试样的微小的试样片，或与试样表面接触而向试样供给电位。再有，在试样室105中也可以搭载冷阱或光学显微镜等。此外，作为试样103，除半导体试样之外，还假定为铁铜、轻金属以及聚合物类高分子等。另外，综合计算机130以及各控制器能够相互通信。〔物镜前端的固定方法〕
物镜前端的部件108的固定方法考虑利用螺钉的固定方法、部件自身带螺纹的方法，利用压接的固定方法等种种方法。在此，对其中一个例子进行记述。
图3(a)表示利用螺钉的固定例。使用一个螺钉便能够进行固定，但考虑到稳定性而使用两个以上的螺钉。再有，考虑组装时的部件位置调整则优选使用三个乃至四个螺钉进行固定。其原因在于，在使用三个乃至四个螺钉的情况下，具有能够通过螺钉相互的拧紧情况来调整部件308a的位置的优点。
图3(b)表示部件308b自身带螺纹的例子。具有不增加固定的部件数量点数的优点。
图3(c)表示通过槽与突起配合来固定的例子。在图3(c)中，在部件308c设置突起，在物镜主体设置槽，但也可以反过来。由此能够更简便地拆装。
上述以外，还考虑钩住部件308d而固定的方法(图3(d))、拉紧部件308e的方法(图3(e))、使用可拆装的连接件进行固定的方法等多种方法。另外，也可以处于固定部件108的目的而将多个方法组合。
对由可拆装的部件108构成电子束柱102a的物镜前端的效果进行记述。
通过由可拆装的部件构成物镜的前端，能够按照用途而装配不同构造的物镜前端。其结果，例如能够得到如下效果，(1)能够改变试样与物镜下表面的距离(Working Distance：WD)，(2)在物镜前端损伤的情况、污染的情况下容易修复，(3)能够通过准备多个不同材质的物镜前端来与系统峰值对应。以下对各效果进行详细的说明。
〔(1)能够改变WD带来的效果〕
一般情况下WD越短SEM的分辨率越高。但另一方面，若缩短WD则搭载于试样室的检测器107、X射线检测器109的检测效率低下。因此，期望按照用途而改变WD。在搭载一个带电粒子线柱的广泛使用的SEM装置的情况下，平时能够通过移动试样工作台来进行对应。但是，在搭载两个以上的带电粒子线柱的FIB-SEM装置的情况下，以试样103位于交叉点171的方式调整试样工作台104。因此，光轴方向的试样工作台104的位置基本固定。即、WD基本上由离子束柱与电子束柱的搭载位置所决定。但是，通过由可拆装的部件108构成电子束柱102a的物镜前端，能够改变WD。即、能够通过不移动试样工作台104的位置地改变物镜下表面来改变WD。例如，如图4所示，高分辨率观察变得重要的情况下，加长物镜前端的部件408a，在试样工作台的驱动范围、检测器107或X射线检测器109的检测效率优先于分辨率的情况下，缩短物镜前端的部件408b即可。
另外，在缩短物镜前端的部件408b的情况下，也能够扩大沉积单元、微型取样单元的驱动范围。除此之外，冷阱等也能够更靠近试样。即、复合带电粒子线装置的广泛使用性能够提高。
再有，按物镜前端的位置，GUI画面153的显示改变，因而便利。例如，具有体现安装的物镜的种类(图4)、体现交叉点与各带电粒子线柱端的距离(图4)、体现按物镜的种类各单元的驱动范围(图5)的功能，因而便利。此外，体现方法可以是文字或数值的显示，也可以是图形或颜色的图示。另外，也可以显示其双方。
〔(2)对与物镜前端损伤的情况、污染的情况的修复容易程度〕
位于试样附近的部件上附着有从试样放出的、因气体或离子束而产生的溅射粒子等。存在因为该附着物而使带电粒子线装置的性能劣化的情况。例如，由于附着于物镜前端的绝缘物，导致一次射线弯曲，来自试样的放出电子被弯曲。在这样的情况下，需要物镜的清洗再有更换物镜设置的作业。另外，在清洗作业中，存在在作业时损伤物镜的风险。
但是，通过由能拆装的部件108构成电子束柱102a的物镜前端，能够采取更换来对应物镜前端的污染以及损伤。由此，能够比以前容易且低风险地对物镜前端的污染以及损伤进行修复。
〔(3)通过准备多个不同材质的物镜前端而能够与系统峰值对应的效果〕
存在于试样附近的部件的材质，对试样的组成分析造成很大影响。例如，在进行X射线分析时，若物镜前端的部件108使用与要检测的元素相同的物质，则是来自试样的信号还是来自物镜前端的信号，没有区别。作为解决方法，存在对物镜前端施以不含要分析的元素的材质的电镀等方法。但是，分析的试样多种多样时难以通过电镀对应。
但是，通过由可拆装的部件108构成电子束柱102a的物镜前端，能够准备实施了不同的电镀的物镜前端部件。即、能够配合分析对象，更换物镜前端的部件。由此，能够极大地改变元素分析的宽度。
另外，当按安装的物镜前端部件而改变GUI画面153的显示时，是便利的(图5)。此外，体现方法可以是利用文字或数值的显示，也可以是图示。另外，也可以由这两者进行显示。另外，在图5中，“Obj Type SEM”表示关于电子束柱102a的信息，“Long Type”表示较长的部件，“Carbon coating”表示被施以碳涂层的部件。“WDSEM”表示从试样到柱前端的运行距离。“Obj TypeFIB”同样表示关于离子束柱101a的信息。
图6中，表示体现各单元的可动范围的GUI画面的例子。在本GUI中，工作台的可动范围与UnitA(例如，沉积单元、微型取样的探针等)的可动范围由数值表示。
此外，在本实施例中，对SEM侧的物镜进行了记述，对FIB侧来说也一样。另外，形成物镜前端的部件可以是由多个部件构成的单元(图8)，或者也可以分为多个部件(或单元)。
另外，在本实施例中，虽然对具备离子束柱与电子束柱的复合带电粒子线装置进行了记述，但也可以将带电粒子线柱组合。另外，还可以适应具备两个以上的电子束柱的装置或具备两个以上的离子束柱的装置。例如，还可以适应带电粒子线柱与激光发生器等光学装置的组合。
实施例2
图9表示第二实施方式的复合带电粒子线装置的构成。第二实施方式的复合带电粒子线装置的构成中，与第一实施方式的装置构成的不同点在于，电子束柱902a的物镜前端不可拆装，作为代替，具备驱动电子束柱整体的驱动机构。除此以外的其他点与第一实施方式的装置构成大致相同。该驱动机构能够维持试样室的真空而直接驱动电子束柱整体。
根据本实施方式，能够得到与第一实施方式所记述的“能够改变WD带来的效果”相同的效果。再有，在本实施例的情况下，具有在SEM观察中或FIB加工中能够改变WD的优点。再有，在本实施例中还与第一实施方式一样地按物镜前端的位置而改变GUI画面的显示，因而便利。
此外，在本实施例中选用驱动电子束柱整体的机构，但出于改变物镜前端的位置的目的，可以仅驱动物镜，还可以驱动物镜的一部分或包含物镜的柱的一部分。
另外，本实施例也与第一实施方式一样地可以将带电粒子线柱组合。
实施例3
图10表示第三实施方式的复合带电粒子线装置的构成。第三实施方式的复合带电粒子线装置的构成与第一实施方式的装置构成的不同点在于，电子束柱002a的物镜前端不可拆装，作为代替，形成为在物镜与试样室之间设置尺寸不同的法兰010的机构。除此以外的点与第一实施方式的装置构成大致相同。
根据本实施方式，能够得到与第一实施方式所记述的“能够改变WD带来的效果”相同的效果。另外，本实施例也与第一实施方式一样地按物镜前端的位置而改变GUI画面的显示，因而便利。
另外，本实施例也与第一实施方式一样地可以将带电粒子线柱组合。
根据本发明，在以FIB-SEM装置为代表的、具有两个以上的带电粒子线柱的复合带电粒子线装置中，能够按照用途而改变物镜前端的形状。其结果，能够扩张一个复合带电粒子线装置可对应的试样的宽度。即、能够极大地改善装置的便利性。
符号说明
101a—离子束柱，101b—离子束，101c—离子束柱的光轴，102a、902a、002a—电子束柱，102b—电子束，102c—电子束柱的光轴，103—试样，104—试样工作台，105—试样室，106、107—检测器，108、308a、308b、308c、308d、308e、408a、408b、808—可拆装的部件，109—X射线检测器，130—综合计算机，131—离子束柱控制器，132—电子束柱控制器，134—试样工作台控制器，136、137—检测器控制器，139—X射线检测器控制器，151—调节器(键盘、鼠标等)，152—显示器，153—GUI画面，171—交叉点，010—法兰。

Claims (14)

1.一种复合带电粒子线装置，其具备多个带电粒子线柱，上述复合带电粒子线装置的特征在于，
将试样配置在上述多个柱的光轴相交的交点的位置，
形成上述带电粒子线柱的物镜的前端的多个部件能够拆装，上述部件能够改变上述交点与上述带电粒子线柱前端的距离。
2.根据权利要求1所述的复合带电粒子线装置，其特征在于，
上述部件具备不改变上述带电粒子线柱的光轴相交的交点的位置，而能够改变上述交点与一个以上的带电粒子线柱前端的距离的机构。
3.根据权利要求1所述的复合带电粒子线装置，其特征在于，
上述多个带电粒子线柱是照射电子束的柱和照射离子束的柱。
4.根据权利要求1所述的复合带电粒子线装置，其特征在于，
形成上述物镜的前端的部件的全长在35mm以下。
5.根据权利要求1所述的复合带电粒子线装置，其特征在于，
具备用于显示GUI的显示装置，上述GUI用于操作上述复合带电粒子线装置，
能够在上述显示装置上显示形成物镜的前端的多个部件的种类。
6.根据权利要求1所述的复合带电粒子线装置，其特征在于，
具备用于显示GUI的显示装置，上述GUI用于操作上述复合带电粒子线装置，
能够在上述显示装置上显示警告上述部件的种类不合适。
7.根据权利要求1所述的复合带电粒子线装置，其特征在于，
具备用于显示GUI的显示装置，上述GUI用于操作上述复合带电粒子线装置，
能够在上述显示装置上显示两个以上的带电粒子线柱的光轴相交的点与各带电粒子线柱的距离。
8.根据权利要求1所述的复合带电粒子线装置，其特征在于，
具备载置试样的试样工作台和用于显示GUI的显示装置，上述GUI用于操作上述复合带电粒子线装置，
能够在上述显示装置上显示上述试样工作台的可动范围。
9.根据权利要求1所述的复合带电粒子线装置，其特征在于，
具备向试样附近供给气体的沉积单元和用于显示GUI的显示装置，上述GUI用于操作上述复合带电粒子线装置，
能够在上述显示装置上显示上述沉积单元的可动范围
10.根据权利要求1所述的复合带电粒子线装置，其特征在于，
具备从试样取出微小试样的取样探针和用于显示GUI的显示装置，上述GUI用于操作上述复合带电粒子线装置，
能够在上述显示装置上显示上述探针的可动范围。
11.一种复合带电粒子线装置，其具备多个带电粒子线柱，上述复合带电粒子线装置的特征在于，
将试样配置在上述多个柱的光轴相交的交点的位置，
具备以能够不改变上述多个带电粒子线柱的光轴相交的交点的位置地改变上述交点与上述带电粒子线柱前端的距离的方式移动上述带电粒子线柱的移动机构。
12.根据权利要求11所述的复合带电粒子线装置，其特征在于，
具备用于显示GUI的显示装置，上述GUI用于操作上述复合带电粒子线装置，
能够在上述显示装置上显示两个以上的带电粒子线柱的光轴相交的点与各带电粒子线柱的距离。
13.一种复合带电粒子线装置，其具备多个带电粒子线柱，上述复合带电粒子线装置的特征在于，
将试样配置在上述多个柱的光轴相交的交点的位置，
在上述带电粒子线柱与配置上述带电粒子线柱的试样室之间能够拆装不同大小的法兰，从而能够不改变上述多个带电粒子线柱的光轴相交的交点的位置地改变上述交点与上述带电粒子线柱前端的距离。
14.根据权利要求13所述的复合带电粒子线装置，其特征在于，
具备用于显示GUI的显示装置，上述GUI用于操作上述复合带电粒子线装置，
能够在上述显示装置上显示两个以上的带电粒子线柱的光轴相交的点与各带电粒子线柱的距离。
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