CN110770537B - 带电粒子射线装置和试样的厚度测定方法 - Google Patents

带电粒子射线装置和试样的厚度测定方法 Download PDF

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Abstract

一种带电粒子射线装置，具备：存储部，其存储有显示前述带电粒子射线照射于配置在试样上的层时得到的带电粒子信号的强度或强度比与前述层的厚度的关系的关系信息；以及运算部，其使用前述关系信息与前述带电粒子信号的强度或强度比，算出前述层的厚度作为前述试样的厚度。

Description

带电粒子射线装置和试样的厚度测定方法
技术领域
本发明涉及带电粒子射线装置和试样的厚度测定方法。
背景技术
作为带电粒子射线装置的一种的聚焦离子束(Focused Ion Beam:FIB)装置是利用将聚焦的离子束照射于试样时产生的目标构成原子的溅射现象来进行微细加工的装置。最近，对FIB装置组合了扫描电子显微镜(Scanning ElectronMicroscope：SEM)或扫描透射电子显微镜(Scanning Transmission Electron Microscope：STEM)而成的装置正被制品化。这些装置被设计成FIB照射轴与电子射线照射轴在装置内的同一点交差，具有能够不移动试样而对FIB加工截面进行SEM观察的优点。
FIB装置的用途是SEM观察用的截面加工、以及STEM、透射电子显微镜(Transmission Electron Microscope：TEM)观察用的试样制作等。TEM法、STEM法是使高速电子射线照射于薄膜试样，通过使透射的电子射线成像而观察试样内部结构的方法。这些方法中，由于成像中使用透射电子，因此使用薄膜作为观察试样。一般推荐的试样厚度在加速电压200kV的情况下为100nm以下。但半导体薄膜试样的制作中，器件结构的微细化正在逐年推进，因此有时必须将薄膜厚度加工至数十nm左右。TEM、STEM观察用的试样制作中，必须有在FIB加工中高精度地测定薄膜试样的厚度的技术。
FIB加工中产生的二次电子带有反映试样表面结构的信息。与FIB扫描同时地对二次电子的信号强度进行二维显示的图像被称为扫描离子显微镜(Scanning IonMicroscope：SIM)图像。以往使用的试样厚度测定方法是通过从上方对薄膜试样进行SIM观察来测量试样厚度。但由于从正上方观察试样，所以难以获得试样深度方向的信息，难以对目标位置进行正确的长度测量。SIM图像的分辨率比SEM图像低也是测定精度降低的原因。使用电子射线的膜厚测定法公开在专利文献1中。专利文献1中公开了算出膜厚测定区域与参照试样中的反射电子的强度比来测定膜厚的方法。
现有技术文献
专利文献
专利文献1:日本特开2008-267895号公报
发明内容
发明所要解决的课题
专利文献1的方法需要在膜厚测定对象试样之外还准备参照试样，为了实施是有一些课题的。第一，参照试样必须与膜厚测定区域为同一材质和组成，且厚度已知。试样为单一结构或单一组成的情况下，可以应用专利文献1的方法。但在试样内部的结构或组成不均匀的情况下，电子射线强度在每个观察区域是变化的，因此无法应用专利文献1的方法。第二，为了提高膜厚测定精度，必须准备厚度不同的2个以上参照试样。半导体试样中只有1个不良部，因此无法准备多个参照试样。
因此，在下文中，公开一种不必准备参照试样而能够测定试样的厚度的技术。
用于解决课题的方法
例如，为了解决上述课题，采用权利要求中记载的构成。本申请包括多个解决上述课题的方法，举个例子，提供一种带电粒子射线装置，具备：带电粒子射线柱，其照射带电粒子射线；试样支撑机构，其支撑作为测定对象的试样；检测器，其检测前述带电粒子射线照射于前述试样时得到的带电粒子信号；存储部，其存储有表示对配置于前述试样上的层照射前述带电粒子射线时得到的带电粒子信号的强度或强度比与前述层的厚度的关系的关系信息；以及运算部，其使用前述关系信息与前述带电粒子信号的强度或强度比，算出前述层的厚度作为前述试样的厚度。
此外，根据另一例子，提供一种复合带电粒子射线装置，具备：照射离子束的离子束柱；照射电子束的电子束柱；支撑试样的试样支撑机构；检测器，其检测前述电子束照射于前述试样时得到的带电粒子信号；功能部件，其使用前述离子束或前述电子束、以及化合物气体在前述试样表面形成层；存储部，其存储有表示对前述层照射前述电子束时得到的带电粒子信号的强度或强度比与前述层的厚度的关系的关系信息；以及运算部，其使用前述关系信息与前述带电粒子信号的强度或强度比，算出前述层的厚度作为前述试样的厚度。
此外，根据另一例子，提供一种试样的厚度测定方法，包括：在试样表面形成层的步骤；使用离子束对前述试样进行加工的步骤；对经加工的前述试样照射电子束的步骤；检测对前述层照射前述电子束时的带电粒子信号的步骤；以及使用表示前述带电粒子信号的强度或强度比与前述层的厚度的关系的关系信息，算出前述经加工的试样的厚度的步骤。
发明的效果
根据本发明，能够不必准备参照试样地测定试样的厚度。需说明的是，本发明相关的进一步的特征通过本说明书的记载、附图来揭示。此外，上述以外的课题、构成和效果通过以下的实施例的说明来揭示。
附图说明
图1为显示一个实施例的带电粒子射线装置的构成的示意图。
图2A为显示一个实施例的试样和试样上的堆积膜的图。
图2B为显示一个实施例的试样和试样上的堆积膜的图。
图2C为显示一个实施例的试样和试样上的堆积膜的图。
图2D为显示一个实施例的试样和试样上的堆积膜的图。
图3A为一个实施例的具有堆积膜的试样的截面带电粒子射线图像。
图3B为一个实施例的具有堆积膜的试样的平面带电粒子射线图像。
图3C为从图3A的堆积膜中箭头方向提取的信号强度的谱线轮廓。
图4A为对一个实施例的试样的厚度测定方法进行说明的图。
图4B为对一个实施例的试样的厚度测定方法进行说明的图。
图4C为对一个实施例的试样的厚度测定方法进行说明的图。
图4D为对一个实施例的试样的厚度测定方法进行说明的图。
图4E为一个实施例的信号强度的谱线轮廓。
图4F为一个实施例的信号强度比的谱线轮廓。
图5为表示一个实施例的关系信息的图。
图6A为对一个实施例的试样的厚度测定方法进行说明的图。
图6B为对一个实施例的试样的厚度测定方法进行说明的图。
图6C为对一个实施例的试样的厚度测定方法进行说明的图。
图7为显示一个实施例的带电粒子射线装置的构成的示意图。
图8为显示一个实施例的复合带电粒子射线装置的构成的示意图。
图9A为对一个实施例的试样的厚度测定方法进行说明的图。
图9B为对一个实施例的试样的厚度测定方法进行说明的图。
图9C为对一个实施例的试样的厚度测定方法进行说明的图。
图9D为对一个实施例的试样的厚度测定方法进行说明的图。
图10A为显示一个实施例的试样和试样上的堆积膜的图。
图10B为显示一个实施例的试样和试样上的堆积膜的图。
图10C为显示一个实施例的试样和试样上的堆积膜的图。
图10D为显示一个实施例的试样和试样上的堆积膜的图。
图11为表示一个实施例的关系信息的图。
图12为表示一个实施例的关系信息的图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施例进行说明。需说明的是，附图显示的是根据本发明的原理的具体的实施例，但它们用来理解本发明，并非用于对本发明进行限定性解释。
以下的实施例涉及具有测定观察用试样厚度的功能的带电粒子射线装置。带电粒子射线装置是使用使带电粒子射线扫描试样表面而二次产生的带电粒子的装置。作为带电粒子射线装置的例子，可列举电子显微镜、电子射线绘图装置、离子加工装置、离子显微镜等。以下的实施例能够应用于上述带电粒子射线装置。
图1为显示一个实施例的带电粒子射线装置的构成的示意图。带电粒子射线装置具备：带电粒子射线柱1；支撑试样2的试样支撑机构3；检测器6，其检测带电粒子射线4照射于试样2时得到的带电粒子信号5；存储部8，其按层7的厚度存储有带电粒子射线4照射于配置在作为测定对象的试样2上的层(例如堆积膜)7时得到的带电粒子信号5的强度或强度比；以及运算部9，其使用存储部8的信息和检测器6检测到的带电粒子信号，算出层7的厚度作为试样2的厚度。
带电粒子射线柱1包括带电粒子射线光学系统。作为一个例子，带电粒子射线光学系统包括发射带电粒子射线的带电粒子射线源、以及引出电极、聚光镜、偏转电极和物镜等。需说明的是，除此以外，带电粒子射线柱1还可以包括其他镜头、电极、检测器，还可以一部分与上述不同，带电粒子射线光学系统的构成不限于此。
运算部9可以使用通用的计算机来实现，也可以作为在计算机上运行的程序的功能来实现。即，运算部9的处理也可以作为程序代码存储于存储器，通过CPU(CentralProcessing Unit，中央处理器)等处理器运行各程序代码来实现。
本实施例中，作为测定对象的试样2上配置有厚度测定用的层7。以下，将层7称为堆积膜进行说明，但作为测定对象的试样2上可以形成有厚度测定用的任何层。本实施例的带电粒子射线装置可以通过算出堆积膜7的厚度来求出试样2的厚度。
本实施例中，堆积膜7在带电粒子射线装置外部进行堆积。需说明的是，堆积膜7也可以在带电粒子射线装置内进行堆积，关于该构成在下文中描述。图2A～图2D为试样2和配置于试样2上的堆积膜7的示意图。堆积膜7为碳、钨、铂或氧化膜。堆积膜7只要是导电性的材质或绝缘性的材质即可，不限定于上述材料。
堆积膜7可以相对于试样2配置于任意的位置。图2A中，堆积膜7配置于试样2的上部2a的XY平面上。图2A中，例如，带电粒子射线4从XZ平面入射。带电粒子射线4相对于XZ平面的入射角度10是任意的。图2B中，堆积膜7配置于试样2的下部2b的XY平面。图2C中，堆积膜7配置于试样2的左侧面2c的YZ平面。图2D中，堆积膜7配置于试样2的右侧面2d的YZ平面。
使用图3A～图3C，对试样2的厚度测定的概念进行说明。图3A为具有堆积膜7的试样2的截面带电粒子射线图像，图3B为试样2的平面带电粒子射线图像。本例中，试样2的厚度从图面上的左侧向右侧逐渐变薄。厚度的变化方向不限于此。图3A中，堆积膜7的对比度是，左侧暗，越往右侧越亮。对比度越亮表示堆积膜7的厚度越薄。
图3C为对于堆积膜7在箭头方向(参照图3A)提取的信号强度的谱线轮廓11。谱线轮廓11中，纵轴表示信号强度(亮度)，横轴表示为取距图3A和图3B左端的距离(以左端为原点)时信号强度的变化。图3C左侧存在亮度恒定的区域，越向右侧亮度越大。本实施例中，通过利用带电粒子射线图像的亮度会根据堆积膜7的厚度而发生变化的性质来测定试样2的厚度。根据该构成，能够不依赖于试样2的组成和材质等进行厚度的测定。此外，因为利用试样2上的堆积膜7，所以能够不必准备与试样2不同的参照试样地测定试样2的厚度。
使用图4A～图4F，显示试样2的厚度测定的实施例。如图4A所示，这里使用楔形的试样2，堆积膜7配置于试样2的上部2a的XY平面上。
如图4B所示，绕Z轴旋转试样2，使用带电粒子射线4从X轴方向观察试样2的面S1，测量长度L1。带电粒子射线4向ZY平面的入射角度是任意的。需说明的是，作为另一例子，也可以使用带电粒子射线4从-Z方向观察。
接下来，如图4C所示，绕Z轴旋转试样2，使用带电粒子射线4观察试样2的面S2，测量长度L2。带电粒子射线4向ZY平面的入射角度是任意的。需说明的是，作为另一例子，也可以使用带电粒子射线4从-Z方向观察。
接下来，如图4D所示，绕Z轴旋转试样2，使用带电粒子射线4观察试样2的面S3。运算部9针对这里获得的带电粒子射线图像的堆积膜7，算出X方向(箭头方向)上的信号强度的谱线轮廓11。
图4E为信号强度的谱线轮廓11的一个例子。图4E的谱线轮廓11中，纵轴为带电粒子射线图像在堆积膜7中的信号强度，横轴为距试样2的左端(图4D的左端)的距离。左端的厚度为L1，右端的厚度对应于L2，因而可知与试样2的各厚度对应的带电粒子射线图像中的信号强度。
运算部9还可以利用信号强度不发生变化的范围(W1)的强度值使谱线轮廓11标准化。图4F为信号强度比的谱线轮廓11的一个例子。图4F的谱线轮廓11中，纵轴为用各信号强度值除以W1范围的信号强度值而得的强度比，横轴为距试样2的左端(图4D的左端)的距离。根据该谱线轮廓11，可知与试样2的各厚度对应的强度比。使用带电粒子射线装置的观察中，随着时间的流逝，获得的信号强度的绝对值发生变化。因此，优选利用信号强度比那样的表示相对强度的信息。
运算部9将表示带电粒子信号5的信号强度或信号强度比与堆积膜7的厚度的关系的关系信息存储于存储部8。图5为表示带电粒子信号5的信号强度或信号强度比与堆积膜7的厚度的关系的表格的一个例子。需说明的是，上述关系信息是用表格结构表示的，但也可以不使用基于表格的数据结构来表示。以下，为了表示不依赖于数据结构，简单称为“关系信息”。
图6A～图6C为对如上所述使用预先制成的关系信息的试样2的厚度测定方法进行说明的图。这里，对存储部8存储有表示带电粒子信号5的信号强度比与堆积膜7的厚度的关系的关系信息的情况进行说明。
如图6A所示，作为测定对象的试样2配置于试样支撑机构3。试样支撑机构3的构成只要能够支撑试样2即可，不限于此。试样2可以为平行平板，也可以为楔形，本实施例中使用楔形的试样2。
接下来，如图6B所示，运算部9由带电粒子射线4照射于试样2时得到的带电粒子信号5获得试样2的面S3的带电粒子射线图像。
接下来，如图6C所示，运算部9使用获得的带电粒子射线图像，获得测定厚度的区域附近的堆积膜7的信号强度(Ia)和来自信号强度恒定的区域的堆积膜7的信号强度(Ib)，求出强度比(Ia/Ib)。运算部9由预先存储于存储部8的关系信息算出与强度比(Ia/Ib)对应的堆积膜7的厚度作为试样2的厚度。
需说明的是，存储部8存储有信号强度与堆积膜7的厚度的关系信息的情况下，运算部9可以算出与测定厚度的区域附近的信号强度(Ia)对应的堆积膜7的厚度作为试样2的厚度。
上述实施例的带电粒子射线装置具备：带电粒子射线柱1，其照射带电粒子射线4；试样支撑机构3，其支撑作为测定对象的试样2；检测器6，其检测带电粒子射线4照射于试样2时得到的带电粒子信号5；存储部8，其存储有表示带电粒子射线4照射于配置在试样2上的堆积膜7时得到的带电粒子信号5的强度或强度比与堆积膜7的厚度的关系的关系信息；以及运算部9，其使用前述关系信息和检测器6检测到的带电粒子信号5的信号强度，算出堆积膜7的厚度作为试样2的厚度。根据该构成，利用配置于试样2上的堆积膜7作为厚度测定用的层，因此能够不必准备与试样2不同的参照试样地测定试样2的厚度。
图7为显示一个实施例的带电粒子射线装置的构成的示意图。本实施例的带电粒子射线装置具有在试样2上形成堆积膜7的堆积膜形成功能部件12。通过将化合物气体喷洒在试样2表面的带电粒子射线照射区域附近，能够在试样2上形成堆积膜7。如果使一次带电粒子射线4照射于试样2，则产生二次带电粒子。二次带电粒子有助于化合物气体的分解，化合物气体分离成气体成分和固体成分。对气体成分进行真空排气。固体成分堆积于试样2表面，从而形成堆积膜7。堆积膜形成功能部件12例如为将作为堆积膜7的原料的化合物气体供应至带电粒子射线照射区域周边的化合物气体供应装置。堆积膜7为碳、钨、铂或氧化膜。堆积膜7只要是导电性的材质或绝缘性的材质即可，不限定于上述材料。
图8为显示一个实施例的复合带电粒子射线装置的构成的示意图。本实施例的复合带电粒子射线装置具备：照射离子束14的离子束柱13；照射电子束16的电子束柱15；堆积膜形成功能部件12，其使用由离子束柱13照射的离子束14或由电子束柱15照射的电子束16，在试样2上形成堆积膜7；其他构成与图1的构成相同。
本实施例中，电子束柱15配置于与试样支撑机构3的配置试样2的面(以下为试样2的配置面)垂直的方向上，离子束柱13配置于相对于试样2的配置面倾斜的方向上。也可以是电子束柱15配置于相对于试样2的配置面倾斜的方向上，离子束柱13配置于与试样2的配置面垂直的方向上。两个柱13、15所成的角度大于0度且为180度以下。
图9A～图9D为对使用复合带电粒子射线装置的试样2的加工和厚度测定方法进行说明的图。图9A显示的是测定对象试样2。如图9B所示，使用离子束14或电子束16、以及化合物气体在试样2上形成堆积膜7。接下来，如图9C所示，使用离子束14对试样2进行加工，使试样2薄片化。接下来，如图9D所示，使电子束16照射于堆积膜7。而且，运算部9使用获得的信号强度，由预先存储于存储部8的关系信息算出堆积膜7的厚度作为试样2的厚度。重复图9C和图9D的工序，直至达到目标试样厚度。根据该构成，能够一边测定试样2的厚度一边利用离子束14进行试样2的加工。
图10A～图10D显示的是试样2和堆积膜7的例子。图10A中，试样2为在与试样2长度方向平行的方向上具有均匀的厚度的平板形状。堆积膜7堆积于试样2的上部2a。对于该构成，存储部8存储有信号强度与堆积膜7的厚度的关系信息，运算部9由该关系信息算出与堆积膜7的信号强度对应的堆积膜7的厚度作为试样2的厚度即可。
图10B中，试样2具有在与试样2长度方向平行的方向上厚度连续变化的楔形形状。堆积膜7堆积于试样2的上部2a。对于该构成，能够通过用图6A～图6C说明的方法求出试样2的厚度。
图10C中，试样2具有在与试样2长度方向平行的方向上厚度不连续的形状。具体地，试样2具有第1部分21和厚度比第1部分21大的第2部分22。堆积膜7堆积于试样2的上部2a。堆积于试样2的第2部分22上的堆积膜7的厚度是信号强度恒定的范围内(即图4E的W1)的厚度。对于该构成，存储部8存储有信号强度比与堆积膜7的厚度的关系信息，运算部9可以由第2部分22上的堆积膜7的信号强度与第1部分21上的堆积膜7的信号强度的强度比求出试样2的第1部分21的厚度。需说明的是，运算部9也可以由信号强度与堆积膜7的厚度的关系信息求出试样2的第1部分21的厚度。
图10D中，试样2具有在与试样2短边方向平行的方向上厚度连续变化的楔形现状。堆积膜7堆积于试样2的上部2a。对于该构成，例如，运算部9可以由堆积膜7的下端7b的信号强度与堆积膜7的上端7a的信号强度的强度比求出试样2的厚度。需说明的是，运算部9也可以由信号强度与堆积膜7的厚度的关系求出试样2的厚度。此外，试样2也可以具有在与试样2短边方向平行的方向上厚度不连续地变化的形状。
图11显示的是存储于存储部8的关系信息的一个例子。存储部8也可以按带电粒子射线4的能量存储有带电粒子信号5的信号强度或信号强度比与堆积膜7的厚度的关系。带电粒子射线4的能量例如为加速电压。如果加速电压不同则带电粒子信号5的放出率发生变化，因此即使是同一试样厚度，堆积膜7的对比度也会变得不同。运算部9预先在存储部8按多个不同的加速电压存储有表示带电粒子信号5的信号强度或信号强度比与堆积膜7的厚度的关系的关系信息。运算部9可以根据设定的加速电压从该关系信息选择带电粒子信号5的信号强度或信号强度比与堆积膜7的厚度的关系，算出堆积膜7的厚度作为试样2的厚度。
图12显示的是存储于存储部8的关系信息的一个例子。存储部8也可以按带电粒子射线4的入射角度存储有带电粒子信号5的信号强度或信号强度比与堆积膜7的厚度的关系。如果带电粒子射线4向堆积膜7的入射角度10变化，则堆积膜7的相对厚度变化，因此堆积膜7的对比度变得不同。运算部9预先在存储部8中按多个不同的入射角度存储有表示带电粒子信号5的信号强度或信号强度比与堆积膜7的厚度的关系的关系信息。运算部9可以根据入射角度从该关系信息选择带电粒子信号5的信号强度或信号强度比与堆积膜7的厚度的关系，算出堆积膜7的厚度作为试样2的厚度。图12的例子中，存储部8按带电粒子射线4的能量(加速电压)和带电粒子射线4的入射角度存储有带电粒子信号5的信号强度或信号强度比与堆积膜7的厚度的关系。
需说明的是，作为另一例子，带电粒子信号5的信号强度或信号强度比与堆积膜7的厚度的关系可以根据带电粒子射线4的种类的不同而变化。例如，带电粒子射线4为选自镓、金、硅、氢、氦、氖、氩、氙、氧、氮或碳的一种的束。带电粒子信号5的信号强度可以根据束的种类的不同而变化。因此，存储部8也可以按带电粒子射线4的种类存储有带电粒子信号5的信号强度或信号强度比与堆积膜7的厚度的关系。
此外，带电粒子信号5也可以为检测(1)透射电子、(2)反射电子、(3)二次带电粒子或(4)由前述透射电子或前述反射电子或前述二次带电粒子引起的三次带电粒子的信号。带电粒子信号5的信号强度或信号强度比与堆积膜7的厚度的关系可以根据由检测器6得到的检测对象的信号的种类的不同而变化。因此，存储部8还可以按检测对象的信号的种类存储有带电粒子信号5的信号强度或信号强度比与堆积膜7的厚度的关系。
此外，带电粒子信号5的信号强度或信号强度比与堆积膜7的厚度的关系也可以根据堆积膜7的制造方法、堆积膜7的组成、堆积膜7的结晶性等的不同而变化。例如，由于堆积膜7通过堆积膜形成功能部件12而堆积、或者在带电粒子射线装置外部被堆积于试样2上，带电粒子信号5的信号强度能够发生变化。此外，带电粒子信号5的信号强度也会根据堆积膜7的组成、堆积膜7的结晶性等的不同而变化。因此，存储部8还可以按堆积膜7的制造方法、堆积膜7的组成或堆积膜7的结晶性存储有带电粒子信号5的信号强度或信号强度比与堆积膜7的厚度的关系。
图11和图12的实施例对于图7的带电粒子射线装置和图8的复合带电粒子射线装置均能够应用。
如上所述，上述实施例中，带电粒子射线图像的堆积膜7的对比度与试样2上的堆积膜7的厚度的关系被数据库化，该数据库存储于存储部8。运算部9可以由该数据库算出试样2的厚度。上述带电粒子射线装置可以由试样2的厚度与带电粒子射线4照射于堆积膜7时得到的带电粒子信号5的信号强度或信号强度比的关系，高精度地测定作为对象的试样2的厚度。由此，能够提供适合于TEM、STEM观察的薄膜试样。
本发明不限定于上述实施例，也包括各种变形例。上述实施例是为了便于理解地说明本发明而详细进行说明的例子，并非限定为具备所说明的全部构成。此外，也可以将某一实施例的构成的一部分替换为另一实施例的构成。此外，还可以在某一实施例的构成中加入另一实施例的构成。此外，还可以对于各实施例的构成的一部分追加、去除、替换其他构成。
此外，也可以通过将上述运算部9的功能等的一部分或全部例如设计在集成电路中等，从而利用硬件来实现。此外，上述各构成、功能等也可以通过处理器对实现各功能的程序进行解释、运行，从而利用软件来实现。实现各功能的程序、表格、文件等的信息可以存储于各种类型的非临时性计算机可读介质(non-transitory computer readablemedium)。作为非临时性计算机可读介质，例如可使用软盘、CD-ROM、DVD-ROM、硬盘、光盘、磁光盘、CD-R、磁带、非挥发性内存卡、ROM等。
上述实施例中，控制线、信息线显示的是被认为在说明上必要的情况，制品上不一定显示全部控制线、信息线。全部构成可以相互连接。
符号说明
1 带电粒子射线柱
2 试样
3 试样支撑机构
4 带电粒子射线
5 带电粒子信号
6 检测器
7 层(堆积膜)
8 存储部
9 运算部
10 入射角度
11 谱线轮廓
12 堆积膜形成功能部件
13 离子束柱
14 离子束
15 电子束柱
16 电子束。

Claims (14)

1.一种带电粒子射线装置，具备：
带电粒子射线柱，其照射带电粒子射线；
试样支撑机构，其支撑作为测定对象的试样；
检测器，其检测所述带电粒子射线照射于所述试样时得到的带电粒子信号；
存储部，其预先存储有表示对配置于所述试样上的参照层照射所述带电粒子射线时得到的带电粒子信号的强度或强度比与所述参照层的厚度的关系的关系信息；以及
运算部，其根据所述关系信息与对所述参照层照射所述带电粒子射线而得到的所述带电粒子信号的强度或强度比，算出所述参照层的厚度，
根据算出的所述参照层的厚度，测定所述试样的厚度。
2.根据权利要求1所述的带电粒子射线装置，其特征在于，所述带电粒子信号的所述强度比是用各信号强度值除以信号强度恒定的范围内的信号强度值而得的值。
3.根据权利要求1所述的带电粒子射线装置，其特征在于，所述参照层为碳、钨、铂或氧化膜。
4.根据权利要求1所述的带电粒子射线装置，其特征在于，所述存储部按所述带电粒子射线的能量存储有所述关系信息。
5.根据权利要求1所述的带电粒子射线装置，其特征在于，所述存储部按所述带电粒子射线的入射角度存储有所述关系信息。
6.根据权利要求1所述的带电粒子射线装置，其特征在于，所述存储部按所述带电粒子射线的种类存储有所述关系信息。
7.根据权利要求1所述的带电粒子射线装置，其特征在于，所述存储部按由所述检测器得到的检测对象的信号种类存储有所述关系信息。
8.根据权利要求1所述的带电粒子射线装置，其特征在于，所述存储部按所述参照层的制造方法、所述参照层的组成或所述参照层的结晶性存储有所述关系信息。
9.根据权利要求1所述的带电粒子射线装置，其特征在于，进一步具备使用所述带电粒子射线和化合物气体在所述试样表面形成所述参照层的功能部件。
10.根据权利要求1所述的带电粒子射线装置，其特征在于，所述试样具有：
在与所述试样长度方向平行的方向上具有均匀的厚度的形状、
在与所述试样长度方向平行的方向上厚度连续或不连续地变化的形状、或
在与所述试样短边方向平行的方向上厚度连续或不连续地变化的形状。
11.根据权利要求1所述的带电粒子射线装置，其特征在于，所述带电粒子信号为检测(1)透射电子、(2)反射电子、(3)二次带电粒子或(4)由所述透射电子或所述反射电子或所述二次带电粒子引起的三次带电粒子的信号。
12.一种复合带电粒子射线装置，具备：
照射离子束的离子束柱；
照射电子束的电子束柱；
支撑试样的试样支撑机构；
检测器，其检测所述电子束照射于所述试样时得到的带电粒子信号；
功能部件，其使用所述离子束或所述电子束、以及化合物气体在所述试样表面形成参照层；
存储部，其存储有表示对所述参照层照射所述电子束时得到的带电粒子信号的强度或强度比与所述参照层的厚度的关系的关系信息；以及
运算部，其根据所述关系信息与对所述参照层照射所述电子束而得到的所述带电粒子信号的强度或强度比，算出所述参照层的厚度，
根据算出的所述参照层的厚度，测定所述试样的厚度。
13.一种试样的厚度测定方法，包括：
在试样表面形成参照层的步骤，
使用离子束对所述参照层以及所述试样进行加工的步骤，
对经加工的所述试样照射电子束的步骤，
检测对经加工的所述参照层照射所述电子束时的带电粒子信号的步骤，以及
根据预先准备的表示所述带电粒子信号的强度或强度比与所述参照层的厚度的关系的关系信息、以及对经加工的所述参照层照射所述电子束而得到的所述带电粒子信号的强度或强度比，算出所述参照层的厚度，根据算出的所述参照层的厚度，测定所述试样的厚度的步骤。
14.根据权利要求13所述的试样的厚度测定方法，其特征在于，经加工的所述试样具有：
在与所述试样长度方向平行的方向上具有均匀的厚度的形状、
在与所述试样长度方向平行的方向上厚度连续或不连续地变化的形状、或
在与所述试样短边方向平行的方向上厚度连续或不连续地变化的形状。
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Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6883705B2 (ja) * 2018-03-29 2021-06-09 株式会社日立ハイテク 荷電粒子線装置
JP2022112137A (ja) * 2021-01-21 2022-08-02 株式会社日立ハイテク 荷電粒子ビーム装置
CN113008171A (zh) * 2021-03-19 2021-06-22 长江存储科技有限责任公司 一种样品厚度的确定方法
CN113008170B (zh) * 2021-03-19 2022-08-19 长江存储科技有限责任公司 一种厚度测量方法和系统
CN113670236B (zh) * 2021-10-21 2022-03-04 广东奥迪威传感科技股份有限公司 银锡介面金属共化物层的厚度检测方法
NL2032641B1 (en) * 2022-07-29 2024-02-06 Univ Delft Tech Method and apparatus for in-situ sample quality inspection in cryogenic focused ion beam milling

Family Cites Families (21)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN86209739U (zh) * 1986-12-06 1987-09-16 冶金工业部自动化研究所 改进型的双光束x射线测厚仪
JP2861032B2 (ja) * 1989-04-07 1999-02-24 富士通株式会社 膜厚測定方法
JP3119959B2 (ja) 1993-02-05 2000-12-25 セイコーインスツルメンツ株式会社 集束イオンビーム装置および加工観察装置
JP3221797B2 (ja) 1994-06-14 2001-10-22 株式会社日立製作所 試料作成方法及びその装置
US6399944B1 (en) * 1999-07-09 2002-06-04 Fei Company Measurement of film thickness by inelastic electron scattering
JP2003050115A (ja) * 2001-08-07 2003-02-21 Seiko Instruments Inc Ｘ線膜厚計
DE102004039763B4 (de) * 2004-08-17 2007-07-19 Infineon Technologies Ag Verfahren zum Bestimmen der Dicke einer Schicht
EP1843126B1 (en) * 2005-01-07 2009-12-09 SII NanoTechnology Inc. Method and apparatus for measuring thin film sample
KR101374308B1 (ko) * 2005-12-23 2014-03-14 조르단 밸리 세미컨덕터즈 리미티드 Ｘｒｆ를 사용한 층 치수의 정밀 측정법
JP5187810B2 (ja) 2007-04-18 2013-04-24 株式会社日立ハイテクサイエンス 膜厚測定方法及び試料作製方法、並びに、膜厚測定装置及び試料作製装置
CN202533054U (zh) * 2012-04-18 2012-11-14 宝山钢铁股份有限公司 一种用于涂层膜厚在线检测的立式检测装置
JP5863547B2 (ja) * 2012-04-20 2016-02-16 ヤマハ発動機株式会社 プリント基板の検査装置
JP2014041734A (ja) * 2012-08-22 2014-03-06 Hitachi High-Technologies Corp 複合荷電粒子線装置
JP6040632B2 (ja) * 2012-08-23 2016-12-07 富士通株式会社 試料厚測定方法、試料作成方法及び試料作成装置
KR101241007B1 (ko) * 2012-10-26 2013-03-11 나노씨엠에스(주) 엑스선을 이용한 박막층의 두께 측정 방법 및 장치
WO2014175150A1 (ja) * 2013-04-22 2014-10-30 株式会社日立ハイテクノロジーズ 試料観察装置
GB201308436D0 (en) * 2013-05-10 2013-06-19 Oxford Instr Nanotechnology Tools Ltd Metrology for preparation of thin samples
GB201413422D0 (en) * 2014-07-29 2014-09-10 Oxford Instr Nanotechnology Tools Ltd A method for measuring the mass thickness of a target sample for electron microscopy
EP3115744B1 (en) * 2015-07-09 2020-02-05 TE Connectivity Germany GmbH Device for producing a patch of a layer on a substrate and measuring the thickness of the patch and method of measuring a thickness of a patch of a layer structure on a substrate
CN205102804U (zh) * 2015-11-17 2016-03-23 北京金自天正智能控制股份有限公司 X荧光镀层测厚仪
CN105758345B (zh) * 2016-04-22 2018-06-05 武汉科技大学 一种在线测量带钢镀层厚度的x射线荧光成像装置

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