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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Diese Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Bearbeiten und Beobachten von Querschnitten von Proben durch Bestrahlen der Proben mit einem Ionenstrahl sowie ein Verfahren zum Bearbeiten und Beobachten von Querschnitten.
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Bisher wurde ein Verfahren zum Beobachten von Querschnitten durchgeführt, indem ein Querschnitt in der Probe durch Ätzen der Probe durch die Bestrahlung mit einem Ionenstrahl gebildet wird. Zum Beispiel wurde ein Verfahren zum Bilden eines Querschnitts unter Verwendung eines Objektivtubus mit fokussiertem Ionenstrahl und durch Ausstrahlen eines fokussierten Ionenstrahls auf eine vorgegebene Position zum Bilden des Querschnittes ohne Verwendung einer Maske (siehe z. B. Patentdokument 1) vorgeschlagen. Nach diesem Verfahren wird der Querschnitt, der gebildet wird, mit einem fokussierten Ionenstrahl bei niedriger Beschleunigungsspannung und mit einem kleinen Strom bestrahlt, oder es wird auch ein Rasterelektronenmikroskop verwendet und getrennt zum Ausstrahlen eines Elektronenstrahls eingesetzt, wobei der Querschnitt durch Nachweisen der erzeugten Sekundärelektronen beobachtet wird. Des Weiteren wurde ein Verfahren vorgeschlagen zur Beeinflussung der Endbearbeitung wiederum durch die Bestrahlung mit einem fokussierten Ionenstrahl unter Verwendung einer Maske, nachdem eine vorgegebene Position durch die Bestrahlung mit dem fokussierten Ionenstrahl geätzt ist (siehe zum Beispiel Patentdokument 2).
- [Patentdokument 1] Japanisches Patent Nr. 3117836
- [Patentdokument 2] JP-A-5-28950
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Nach den Verfahren von Patentdokument 1 und Patentdokument 2, die die Bearbeitung unter Verwendung des fokussierten Ionenstrahls ausführen, kann die Genauigkeit der Bearbeitung verbessert werden, jedoch ist der Größe des elektrischen Stroms zur Bestrahlung Beschränkung auferlegt. Wenn ein großer Querschnitt einer Seitenlinie von etwa 100 µm wie beispielsweise von elektronischen Teilen zu bearbeiten ist, wird daher eine Bearbeitungszeit von mehreren Zehnern von Stunden benötigt. In diesem Fall kann man es fertig bringen, den Querschnitt durch ein mechanisches Verfahren zu bearbeiten, ohne jedoch die Lagegenauigkeit auf dem Querschnitt beibehalten zu können. Wenn der Querschnitt beobachtet werden soll, muss des Weiteren eine Vorrichtung zur Beobachtung getrennt vorgesehen werden.
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Des Weiteren sind derartige Vorrichtungen und Verfahren auch aus den Druckschriften
US 2006 / 006 5854 A1 und
US 2005 / 008 1997 A1 bekannt.
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Die vorliegende Erfindung wurde hinsichtlich der oben erwähnten Umstände ausgeführt und stellt eine Vorrichtung zum Bearbeiten und Beobachten von Proben, die geeignet ist, auch große Querschnitte von elektronischen Teilen effektiv zu bearbeiten und zu beobachten, wobei die Lagegenauigkeit von Querschnitten beibehalten wird, sowie ein Verfahren zum Bearbeiten und Beobachten von Querschnitten bereit.
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ABRISS DER ERFINDUNG
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Um die oben erwähnten Probleme zu lösen, schlägt die vorliegende Erfindung die folgende Einrichtung vor.
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Die Vorrichtung zum Bearbeiten und Beobachten von Proben nach der Erfindung umfasst eine Probenplatte, auf die eine Probe zu legen ist; einen ersten Ionenstrahl-Objektivtubus, der geeignet ist, die auf die Probenplatte gelegte Probe mit einem ersten Ionenstrahl über einen gesamten vorgegebenen Bestrahlungsbereich gleichzeitig zu bestrahlen; eine Maske, die zwischen der Probenplatte und dem ersten Ionenstrahl-Objektivtubus angeordnet werden kann und einen Teil des ersten Ionenstrahls abschirmt; eine Maskenbewegungseinrichtung, die geeignet ist, die Maske auf einer XY-Ebene zu bewegen, die sich mit der Richtung des ersten Ionenstrahl-Objektivtubus, in die der erste Ionenstrahl nahezu rechtwinklig damit ausgestrahlt wird, schneidet; einen Ladungsteilchenstrahl-Objektivtubus, der geeignet ist, einen fokussierten Strahl von Ladungsteilchen in dem mit dem ersten Ionenstrahl bestrahlten Bereich gleiten zu lassen; und eine Erkennungseinrichtung, die geeignet ist, eine sekundär erzeugte Substanz nachzuweisen, die durch die Bestrahlung der Probe oder der Maske mit dem Strahl von Ladungsteilchen aus dem Ladungsteilchenstrahl-Objektivtubus erzeugt wird.
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Außerdem umfasst das Verfahren zum Bearbeiten und Beobachten eines Querschnitts nach der Erfindung einen Maskenpositions-Einstellschritt zum Einstellen der Position des Kantenendes einer Maske und der Position zum Bilden des Querschnitts der Probe, indem die Maske auf einer Probe angeordnet wird und eine sekundär erzeugte Substanz nachgewiesen wird, die im Ergebnis, einen fokussierten Strahl von Ladungsteilchen gleiten zu lassen, erzeugt wird; einen ersten Schneidschritt zum Bilden eines Querschnitts der Probe an der Position zum Bilden des Querschnitts, die dem Kantenende der Maske entspricht, durch Ätzen der von der Durchgangsbohrung in der Maske freigelegten Probe, indem die Maske, deren Position auf der Probe eingestellt ist, mit einem ersten Ionenstrahl über einen gesamten vorgegebenen Bestrahlungsbereich gleichzeitig bestrahlt wird; und einen Querschnitts-Beobachtungsschritt zum Nachweisen der sekundär erzeugten Substanz, die im Ergebnis, einen fokussierten Strahl von Ladungsteilchen auf dem Querschnitt der Probe gleiten zu lassen, erzeugt wird.
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In der Vorrichtung zum Bearbeiten und Beobachten von Proben sowie dem Verfahren zum Bearbeiten und Beobachten von Querschnitten nach der vorliegenden Erfindung wird zuerst die Position eines Kantenendes der Maske und die Position zum Bilden des Querschnitts der Probe durch die Maskenbewegungseinrichtung als dem Positionseinstellschritt eingestellt. Hier tastet ein durch den Ladungsteilchenstrahl-Objektivtubus fokussierter Strahl von Ladungsteilchen über die Maske und über die Probe, um durch eine Erkennungseinrichtung eine Substanz nachzuweisen, die sekundär von der Maske und der Probe erzeugt wird, um die Position des Kantenendes der Maske richtig zu fassen und folglich die Position relativ zu der Position zum Bilden des Querschnitts genau einzustellen. Als Nächstes wird als erster Schneidschritt die Probe durch die Bestrahlung mit dem ersten Ionenstrahl aus dem ersten Ionenstrahl-Objektivtubus geätzt, um dadurch einen Querschnitt der Probe an der Position zum Bilden des Querschnitts, die dem Kantenende der Maske entspricht, zu bilden. Hier kann der erste Ionenstrahl über einen gesamten vorgegebenen Bestrahlungsbereich gleichzeitig ausgestrahlt werden, um die Probe wirksam zu ätzen. Des Weiteren wird die Position an dem Kantenende der Maske durch den Positionseinstellschritt richtig eingestellt, und der Querschnitt der Probe wird genau an einer vorgegebenen Position zum Bilden des Querschnitts gebildet. Bei dem Querschnittsbeobachtungsschritt wird deshalb der Querschnitt der Probe mit dem Strahl von Ladungsteilchen aus dem Ladungsteilchen-Objektivtubus bestrahlt, und die sekundär erzeugte Substanz wird durch die Erkennungseinrichtung nachgewiesen, um den gewünschten Querschnitt der Probe genau zu beobachten.
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In der Vorrichtung zum Bearbeiten und Beobachten von Proben ist es außerdem erwünscht, dass der erste Ionenstrahl des ersten Ionenstrahl-Objektivtubus ein inaktiver Ionenstrahl ist.
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Bei dem Verfahren zum Bearbeiten und Beobachten eines Querschnitts ist es ferner erwünscht, dass der erste Schneidschritt einen Strahl von inaktiven Ionen als den ersten Ionenstrahl verwendet.
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In der Vorrichtung zum Bearbeiten und Beobachten von Proben sowie dem Verfahren zum Bearbeiten und Beobachten von Querschnitten nach der vorliegenden Erfindung wird ein inaktiver Ionenstrahl als erster Ionenstrahl aus dem ersten Ionenstrahl-Objektivtubus in dem ersten Schneidschritt ausgestrahlt, um eine Beschädigung an dem gebildeten Querschnitt der Probe zu unterdrücken und deshalb einen besseren Querschnitt der Probe zu bilden.
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In der Vorrichtung zum Bearbeiten und Beobachten von Proben ist es des Weiteren erwünscht, einen zweiten Ionenstrahl-Objektivtubus vorzusehen, der geeignet ist, einen zweiten Ionenstrahl, der mit elektrischem Strom fokussiert wird, der kleiner ist als der für den ersten Ionenstrahl, innerhalb des mit dem ersten Ionenstrahl bestrahlten Bereiches gleiten zu lassen.
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In der Vorrichtung zum Bearbeiten und Beobachten von Proben ist es ferner erwünscht, einen Elektronenstrahl-Objektivtubus vorzusehen, der geeignet ist, einen fokussierten Elektronenstrahl innerhalb des mit dem ersten Ionenstrahl bestrahlten Bereiches gleiten zu lassen.
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Bei dem Verfahren zum Bearbeiten und Beobachten eines Querschnittes ist es außerdem erwünscht, einen zweiten Schneidschritt zum Ätzen der Oberfläche des Querschnittes der Probe vorzusehen, indem ein zweiter Ionenstrahl, der mit elektrischem Strom fokussiert wird, der kleiner ist als der für den ersten Ionenstrahl, den Querschnitt der Probe überstreicht, nachdem der erste Schneidschritt beendet wurde, wobei der Querschnitt-Beobachtungsschritt ausgeführt wird, nachdem der zweite Schneidschritt beendet wurde.
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Bei dem Verfahren zum Bearbeiten und Beobachten eines Querschnittes ist es ferner erwünscht, dass im Querschnitt-Beobachtungsschritt der Querschnitt der Probe durch Gleiten lassen eines fokussierten Elektronenstrahls auf dem Querschnitt der Probe beobachtet wird.
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Bei dem Verfahren zum Bearbeiten und Beobachten eines Querschnittes ist es außerdem erwünscht, dass im Querschnitt-Beobachtungsschritt der Querschnitt der Probe durch Gleiten lassen eines zweiten Ionenstrahls, der mit elektrischem Strom fokussiert wird, der kleiner ist als der für den ersten Ionenstrahl, auf dem Querschnitt der Probe beobachtet wird.
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Nach der Vorrichtung zum Bearbeiten und Beobachten von Proben sowie dem Verfahren zum Bearbeiten und Beobachten von Querschnitten der vorliegenden Erfindung wird ein zweiter, mit geringem Strom fokussierter Ionenstrahl von dem zweiten Ionenstrahl-Objektivtubus im zweiten Schneidschritt ausgestrahlt, nachdem der erste Schneidschritt beendet wurde, um einen besseren Querschnitt der Probe zu bilden.
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Im Querschnitt-Beobachtungsschritt kann ferner der Querschnitt der Probe gut beobachtet werden, indem der zweite Ionenstrahl, der mit elektrischem Strom kleiner als der für den ersten Ionenstrahl fokussiert wird, oder der fokussierte Elektronenstrahl genutzt wird.
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Es ist außerdem erwünscht, dass die Vorrichtung zum Bearbeiten und Beobachten von Proben mit einem Maskenaustauschmechanismus versehen wird, um die Maske gegen eine Maske auszutauschen, die abweichend ist von der Maske, die in der Vorrichtung zum Bearbeiten und Beobachten der Proben angeordnet ist.
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Des Weiteren ist ferner erwünscht, dass das Verfahren zum Bearbeiten und Beobachten von Proben den Schritt des Austauschens der Maske gegen eine Maske umfasst, die abweichend ist von der in der Vorrichtung zum Bearbeiten und Beobachten von Proben angeordneten Maske.
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In der Vorrichtung zum Bearbeiten und Beobachten von Proben sowie dem Verfahren zum Bearbeiten und Beobachten von Querschnitten nach der vorliegenden Erfindung kann die Maske gegen eine andere, in der Vorrichtung zum Bearbeiten und Beobachten von Proben angeordnete Maske ausgetauscht werden. Beim Schritt zum Schneiden von Proben kann deshalb die Maske, deren Kantenende sich infolge von erneuter Auftragung oder dergleichen verformt hat, in der Vorrichtung ausgetauscht werden. Die Maske kann wirksam ausgetauscht werden, ohne die Vorrichtung zur Atmosphäre zu öffnen, und außerdem kann in der Vorrichtung ein Vakuum aufrechterhalten werden.
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In der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Bearbeiten und Beobachten von Proben kann ein großer Querschnitt effizient bearbeitet werden, indem der erste Ionenstrahl-Objektivtubus und die Maske verwendet werden, und es kann eine Lagegenauigkeit des Querschnittes beibehalten werden, indem man sich auf den Ladungsteilchenstrahl-Objektivtubus und die Erkennungseinrichtung verlässt, die es ermöglichen, einen gewünschten Querschnitt der Probe unter Beibehaltung von Genauigkeit zu beobachten.
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In dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Bearbeiten und Beobachten von Querschnitten kann ein großer Querschnitt effizient bearbeitet werden durch Beibehaltung einer Lagegenauigkeit des Querschnitts, indem man sich auf den Positionseinstellschritt und den ersten Schneidschritt verlässt, die es ermöglichen, einen gewünschten Querschnitt der Probe unter Beibehaltung von Genauigkeit zu beobachten.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Ansicht, die den Aufbau einer Vorrichtung zum Bearbeiten und Beobachten von Proben nach einer ersten Ausführung der Erfindung darstellt;
- 2 ist eine Ansicht, die einen Schritt zum Einstellen der Maskenposition nach der ersten Ausführung der Erfindung veranschaulicht;
- 3 ist eine Ansicht, die einen ersten Schneidschritt nach der ersten Ausführung der Erfindung darstellt;
- 4 ist eine Ansicht, die einen Querschnitt-Beobachtungsschritt nach der ersten Ausführung der Erfindung darstellt;
- 5 ist eine Ansicht, die den Aufbau der Vorrichtung zum Bearbeiten und Beobachten von Proben nach einer zweiten Ausführung der Erfindung darstellt;
- 6 ist eine Ansicht, die einen zweiten Schneidschritt nach der zweiten Ausführung der Erfindung darstellt;
- 7A - 7B sind grafische Darstellungen, die die Maskenformen nach der ersten Ausführung der Erfindung veranschaulichen;
- 8 ist eine Ansicht, die den Aufbau der Vorrichtung zum Bearbeiten und Beobachten von Proben nach der ersten Ausführung der Erfindung darstellt;
- 9 ist eine Ansicht, die den Aufbau der Vorrichtung zum Bearbeiten und Beobachten von Proben nach der ersten Ausführung der Erfindung darstellt;
- 10A - 10B sind Ansichten zur Erläuterung, die sich auf das Herausnehmen und Einlegen der Maske in die Vorrichtung zum Bearbeiten und Beobachten von Proben beziehen.
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AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN
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(Erste Ausführung)
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1 veranschaulicht eine erste Ausführung nach der Erfindung. Mit Bezug auf 1 umfasst eine Vorrichtung 1 zum Bearbeiten und Beobachten von Proben eine Probenplatte 2 zum Anordnen einer Probe S, einen ersten Ionenstrahl-Objektivtubus 3, der geeignet ist, einen ersten Ionenstrahl I1 auszustrahlen, und einen Elektronenstrahl-Objektivtubus 4, der ein Ladungsteilchenstrahl-Objektivtubus ist und geeignet ist, einen als einen Ladungsteilchenstrahl fokussierten Elektronenstrahl E auszustrahlen. Am unteren Teil der Probenplatte 2 ist ein fünfachsiger Aufnahmetisch 5 vorgesehen. Der fünfachsige Aufnahmetisch 5 ist geeignet, die auf der Probenplatte 2 angeordnete Probe S in Z-Achsenrichtung, in welcher der erste Ionenstrahl I1 ausgestrahlt wird, sowie in X-Achsenrichtung und in Y-Achsenrichtung nahezu rechtwinklig zur Z-Achse zu verschieben und kann sich um die Y-Achse und die Z-Achse drehen.
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In ausführlicherer Beschreibung umfasst der erste Ionenstrahl-Objektivtubus 3 als Ionenquellen eine Argon-Ionenquelle und eine Xenon-Ionenquelle und ist geeignet, einen interaktiven Ionenstrahl als den ersten Ionenstrahl I1 auszustrahlen. In dieser Ausführung kann ein Argon-Ionenstrahl als der erste Ionenstrahl I1 ausgestrahlt werden. Der erste Ionenstrahl-Objektivtubus 3 ist geeignet, den ersten Ionenstrahl I1 über einen gesamten vorgegebenen Bestrahlungsbereich 3a gleichzeitig mit der Mittelachse L3 als Mittelpunkt auszustrahlen, wobei die Stromhöhe desselben zum Beispiel in der Größenordnung von Mikroampere groß ist. Die Mittelachse L4 des Elektronenstrahl-Objektivtubus 4 ist so angeordnet, dass sie die Mittelachse L3 des ersten Ionenstrahl-Objektivtubus 3 an einem Schnittpunkt P schneidet, wobei der Elektronenstrahl-Objektivtubus 4 geeignet ist, den Elektronenstrahl E in dem Bestrahlungsbereich 3a des ersten Ionenstrahl-Objektivtubus 3 mit der Mittelachse L4 als Mittelpunkt gleiten zu lassen. In 1 sind die Maske 6 und die Probe S mehr voneinander beanstandet gezeichnet als sie es wirklich sind. Praktisch befindet sich jedoch die Maske 6 sehr nahe zur Oberfläche der Probe S und ein Schnittpunkt P ist nahe zur Oberfläche der Probe.
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Zwischen dem ersten Ionenstrahl-Objektivtubus 3 und der Probe S ist eine Maske 6 vorgesehen. Die Maske 6 besitzt nahezu die Form einer Platte und wird größer als der Bestrahlungsbereich 3a gewählt, um den ersten Ionenstrahl I1 abzuschirmen. Die Maske 6 weist ein darin ausgebildetes Durchgangsloch 6a in einer Form auf, die vom Ziel der maschinellen Bearbeitung abhängig ist. In dieser Ausführung ist das Durchgangsloch 6a zum Beispiel in rechteckiger Form ausgebildet und sein Kantenende 6b ist auf eine Größe eingestellt, die der Breite des für die Beobachtung notwendigen Querschnitts, die später beschrieben werden wird, entspricht. Wie es später beschrieben wird, wird durch Verwendung des ersten Ionenstrahls I1 und der Maske 6 der Querschnitt S2 der Probe, der an einer Position dem Kantenende 6b gegenüber liegenden Position ausgebildet ist, beobachtet, indem er mit dem Elektronenstrahl E bestrahlt wird. Deshalb ist erwünscht, dass die Richtung des Durchgangslochs 6a in der Maske 6 so ist, dass sich das Kantenende 6b in einer Richtung nahezu rechtwinklig zu der Richtung befindet, in der bei Betrachtung von der oberen Seite der Elektronenstrahl E ausgestrahlt wird. Die Maske 6 ist mit einer Maskenbewegungseinrichtung 7 versehen, die es ermöglicht, die Maske 6 oberhalb der Probe S zurückzuziehen. Die Maskenbewegungseinrichtung 7 enthält einen Manipulator 8, der nahezu die Form eines Stabes besitzt und an einem Ende 8a davon an der Maske 6 befestigt ist, und eine Antriebseinheit 9, die geeignet ist, den Manipulator 8 auf einer XY-Ebene nahezu rechtwinklig zur Mittelachse L3 des ersten Ionenstrahl-Objektivtubus 3 zu bewegen.
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Der erste Ionenstrahl-Objektivtubus 3, der Elektronenstrahl-Objektivtubus 4, der fünfachsige Aufnahmetisch 5 und die Antriebseinheit 9, die oben erwähnt sind, sind mit einer Steuereinheit 10 verbunden. Durch die Steuereinheit 10 gesteuert, stellen der erste Ionenstrahl-Objektivtubus 3 und der Elektronenstrahl-Objektivtubus 4 die Beschleunigungsspannung und die Größe des elektrischen Stroms ein und strahlen den ersten Ionenstrahl I1 bzw. den Elektronenstrahl E aus. Durch die Steuereinheit 10 gesteuert, stellt ferner der fünfachsige Aufnahmetisch 5 die Position der Probe S in X-Achsenrichtung, in Y-Achsenrichtung und in Z-Achsenrichtung ein und stellt außerdem den Winkel der Probe S um die Y-Achse und um die Z-Achse ein. Durch die Steuereinheit 10 gesteuert, bewegt die Antriebseinheit 9 den Manipulator 8, um dadurch sowohl die Position der Maske 6 einzustellen als auch die Maske oberhalb der Probe S zurückzuziehen. Außerdem ist eine Bedienungseinheit 11 mit der Steuereinheit 10 verbunden, die es der Bedienperson ermöglicht, den ersten Ionenstrahl-Objektivtubus 3, den Elektronenstrahl-Objektivtubus 4, den fünfachsigen Aufnahmetisch und die Antriebseinheit 9 zu bedienen.
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Die Vorrichtung 1 zum Bearbeiten und Beobachten von Proben ist des Weiteren mit einem Sekundärelektronendetektor 12 ausgerüstet zum Detektieren von Sekundärelektronen als Erkennungseinrichtung, um eine sekundär erzeugte Substanz zu erfassen, die bei Bestrahlung der Probe S und der Maske 6 mit dem Elektronenstrahl E erzeugt wird. Der Sekundärelektronendetektor 12 ist mit der Steuereinheit 10 verbunden. Basierend auf den durch den Sekundärelektronendetektor 12 erfassten Ergebnisse bildet die Steuereinheit 10 Bilder der Probe S und der Maske 6 und gibt sie an einen Monitor aus, der nicht dargestellt ist, oder erhält Daten, die auf die Positionen von den Bilddaten bezogen sind.
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Als Nächstes wird nachstehend ein Verfahren zum Bearbeiten und Beobachten von Querschnitten beschrieben, indem ein Querschnitt S2 einer Probe an einer vorgegebenen Position A gebildet wird, wo ein Querschnitt der Probe S auszubilden ist, durch Verwendung der Vorrichtung zum Bearbeiten und Beobachten von Proben. Mit Bezug zuerst auf 1 wird die Probe S auf die Probenplatte 2 gelegt und die Position der Probe S eingestellt, indem der fünfachsige Aufnahmetisch 5 während der Steuerung der Steuereinheit 10 angetrieben wird. Als Nächstes wird als ein Schritt des Einstellens der Maskenposition die Maske 6 auf der Probe S angeordnet, um deren Position einzustellen. Das heißt, gemäß 2 wird die Antriebseinheit 9 der Maskenbewegungseinrichtung 7 während der Steuerung der Steuereinheit 10 angetrieben, und die Position der an dem Ende 8a des Manipulators 8 fixierten Maske 6 wird so eingestellt, dass das Kantenende 6b des Durchgangslochs 6a nahezu in Übereinstimmung mit der Position A kommt, in der bei Betrachtung von der oberen Seite der Querschnitt ausgebildet wird. Zu diesem Zeitpunkt steuert die Steuereinheit 10 den Elektronenstrahl-Objektivtubus 4 an, um den Elektronenstrahl E in der Nähe des Kantenendes 6b des Durchgangslochs 6a und nahe der Oberfläche S1 der Probe gleiten zu lassen, während die aus der Maske 6 und der Probe S erzeugten Sekundärelektronen F durch den Sekundärelektronendetektor 12 entsprechend detektiert werden, um Bilder davon zu bilden. Basierend auf den Bildern wird die Position eingestellt, während man sich davon überzeugt, ob die den Querschnitt bildende Position A nahezu in Übereinstimmung mit dem Kantenende 6b der Maske 6 ist. Daher kann die Position des Kantenendes 6b des Durchgangslochs 6a genau ergriffen werden, und die Position des Kantenendes 6b kann relativ zu der den Querschnitt bildenden Position A genau eingestellt werden. Die Position kann durch die Bedienperson manuell eingestellt werden, indem die Bedienungseinheit 11 verwendet wird, während man sich die Bilder sichert, oder die Position kann automatisch durch die Steuereinheit 10 entsprechend den auf die Position bezogenen Daten, die aus den Bilddaten erhalten werden, eingestellt werden.
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Als Nächstes wird als erster Schneidschritt die Probe S zum Bilden des Querschnitts S2 an einer der Position A zum Bilden des Querschnitts der Probe S entsprechenden Position geätzt. Mit Bezug auf 3 steuert nämlich die Steuereinheit 10 den ersten Ionenstrahl-Objektivtubus 3 an, um den ersten Ionenstrahl I1 auszustrahlen. Der erste Ionenstrahl I1 wird über den gesamten Bestrahlungsbereich 3a, durch die Maske 6 abgeschirmt, gleichzeitig ausgestrahlt, und ein Teil desselben geht durch das Durchgangsloch 6a zum Ätzen der Probe S hindurch. Deshalb wird die Probe S an einer Position und in einer Form geätzt, die dem Durchgangsloch 6a entspricht, und der Querschnitt S2 wird in der Probe an einer dem Kantenende 6b entsprechenden Position ausgebildet.
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Als Nächstes wird der in der Probe gebildete Querschnitt S2 als der Querschnitt-Beobachtungsschritt beobachtet. Mit Bezug zuerst auf 4 steuert die Steuereinheit 10 die Antriebseinheit 9 in der Maskenbewegungseinrichtung 7 an, um die Maske 6 oberhalb der Probe S zurückzuziehen. Die Steuereinheit 10 steuert anschließend den Elektronenstrahl-Objektivtubus 4 an, um den Elektronenstrahl E einen Bereich des Querschnitts S2 der Probe überstreichen zu lassen. Die Sekundärelektronen F, die von dem Querschnitt S2 der Probe, die diesem entspricht, erzeugt werden, werden durch den Sekundärelektronendetektor 12 nachgewiesen. Basierend auf den detektierten Ergebnissen bildet die Steuereinheit 10 ein Bild des Querschnitts S2 der Probe, was eine Beobachtung des Querschnitts S2 der Probe ermöglicht.
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Durch den oben beschriebenen ersten Schneidschritt wird der erste Ionenstrahl I1 durch den ersten Ionenstrahl-Objektivtubus 3 über den gesamten Bestrahlungsbereich 3a gleichzeitig ausgestrahlt, um die Probe S, die mit dem Durchgangsloch 6a der Maske 6 in Übereinstimmung gebracht ist, effizient zu ätzen. Die Position des Kantenendes 6b der Maske 6 wurde von dem Elektronenstrahl-Objektivtubus 4 und dem Sekundärelektronendetektor 12 durch den Maskenpositions-Einstellschritt eingestellt. Folglich kann der Querschnitt S2 in der Probe an der Position A zum Bilden des Querschnitts richtig ausgebildet werden. Deshalb kann der Querschnitt in der Probe an einer gewünschten Position zum Bilden des Querschnitts genau und effizient ausgebildet werden, auch wenn ein großer Querschnitt einer Seite von etwa 100 µm in einer großen Probe wie Lötklumpen und gedruckte Leiterplatten gebildet wird. Nachdem er mit dem Elektronenstrahl-Objektivtubus 4 und dem Sekundärelektronendetektor 12 versehen ist, kann des Weiteren der gewünschte Querschnitt S2 der Probe durch den Querschnitts-Beobachtungsschritt genau beobachtet werden und außerdem die Durchgangsleistung von der Bearbeitung bis zur Beobachtung verbessert werden, ohne irgendeine getrennte Vorrichtung zur Beobachtung vorsehen zu müssen. In dieser Ausführung ist außerdem der von dem ersten Ionenstrahl-Objektivtubus 3 ausgestrahlte erste Ionenstrahl I1 ein Argon-Ionenstrahl, der ein inaktiver Strahl ist. Dies macht es möglich, den vorteilhaften Querschnitt S2 auf der Probe auszubilden, indem eine Beschädigung am Querschnitt S2 der Probe, die durch die Bestrahlung mit in einem Ionenstrahl verursacht wird, abgestellt wird. Ohne Gallium-Ionen zu verwenden, wird die eingeschlossene Umgebung nicht verunreinigt, womit sich das Verfahren zum Beobachten von Querschnitten wie beispielsweise von integrierten Halbleiterschaltungen in einer Produktionslinie gut eignet.
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Im Vorhergehenden wurde die Maske 6 beschrieben, die am Ende 8a des Manipulators 8 befestigt ist und ein darin ausgebildetes Durchgangsloch 6a aufweist. Jedoch kann eine Maske 6 von beliebiger anderer Form eingesetzt werden, wenn sie geeignet ist, einen Teil des ersten Ionenstrahls I1 abzuschirmen. 7A - 7C sind Draufsichten der an dem Manipulator 8 fixierten Maske. In den 7A, 7B und 7C sind die durch strichpunktierte Linien dargestellten Kreise die mit dem Ionenstrahl bestrahlten Abschnitte. 7A veranschaulicht die Maske mit dem oben beschriebenen, darin ausgebildeten Durchgangsloch 6a. In diesem Fall ist das Durchgangsloch 6a der Maske 6 kleiner als der mit dem Ionenstrahl bestrahlte Bereich, und die Maske ist größer als der mit dem Ionenstrahl bestrahlte Bereich. Die Maske 6A kann zum Beispiel nahezu die Form einer Platte gemäß 7B aufweisen. Oder es kann die plattenähnliche Maske 6B der U-Form gemäß 7C verwendet werden.
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Beim Schritt des Schneidens der Probe S, wenn die Bearbeitung durch Verwendung der gleichen Maske 6 vielfach wiederholt wird, trifft die durch die Bestrahlung mit dem ersten Ionenstrahl I1 gesputterte Substanz auf der Maske 6 auf und lagert sich auf derselben ab (Wiederablagerung), oder die umgebenden Gasmoleküle zerfallen durch die Sekundärelektronen, die erzeugt werden, wenn der erste Ionenstrahl I1 auf der Maske 6 auftrifft, und die zersetzte Substanz lagert sich auf der Maske 6 ab, was eine Verformung derselben verursacht. Außerdem wird die Maske 6 auch dadurch verformt, dass sie mit dem ersten Ionenstrahl I1 geätzt wird. Insbesondere beeinflusst das Kantenende 6b, das von der Maske 6 verformt wird, die Form der Schnittfläche S2 der verformten Probe. Deshalb muss die Maske 6 durch eine andere Maske ausgetauscht werden, nachdem sie mehrfach für die Bearbeitung verwendet wurde.
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8 ist eine Darstellung, die den Aufbau der Vorrichtung 1A zum Bearbeiten und Beobachten von Proben veranschaulicht, die mit einem Mechanismus zum Austauschen der Maske 6 durch eine Maske 6s zum Austausch in der Vorrichtung 1 zum Bearbeiten und Beobachten von Proben ausgestattet ist. Die Maske 6s zum Austausch wird auf eine Maskenplatte 2m, die der Maskenaustauschmechanismus ist, gelegt. Des Weiteren wird die Maskenplatte 2m auf die Probenplatte 2 gelegt und ist hinsichtlich ihrer Position einstellbar. Der Schritt des Austauschens der Maske wird entsprechend dem folgenden Verfahren durchgeführt. Zuerst wird ein fünfachsiger Aufnahmetisch 5 so bewegt, dass ein Punkt auf der Maskenplatte 2m um den Schnittpunkt P herum gelangt, so dass die Maskenplatte 2m mit einem Elektronenstrahl E beobachtet werden kann. Als Nächstes wird der Manipulator 8 angesteuert, um die Maske 6 auf der Maskenplatte 2m zu bewegen. Die Maske 6 wird von dem Manipulator 8 abgetrennt, während die Maske 6 durch die Bestrahlung mit dem Elektronenstrahl E beobachtet und auf die Maskenplatte 2m gelegt wird. Als Nächstes wird die Probenplatte 2 bewegt, um die Maske 6s zum Austausch an den Schnittpunkt P zu bewegen. Das Ende 8a des Manipulators 8 ist mit der Maske 6s zum Austausch verbunden. Somit kann die Maske ausgewechselt werden.
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Die Maske 6 kann von dem Manipulator 8 durch Ätzen abgetrennt werden, indem der erste Ionenstrahl I1 verwendet wird. Die Verbindung kann erreicht werden, indem man sich auf die Ablagerung verlässt, die in einer zweiten Ausführung beschrieben werden wird. Als ein anderes Verfahren kann die Maske 6 an der Maskenplatte 2m befestigt oder abgetrennt werden, indem ein Zubehörteil 2c zum Befestigen/ Abnehmen der Maske verwendet wird. Hierbei wird die Maskenplatte 2m auf die Probenplatte 2 gelegt, kann jedoch unabhängig von der Probenplatte 2 gesteuert werden. In der in 9 gezeigten Vorrichtung 1B zum Bearbeiten und Beobachten von Proben werden die Maskenplatte 2m und die Probenplatte 2 unabhängig voneinander gesteuert. 10A ist eine grafische Darstellung, die den Aufbau der Vorrichtung zum Bearbeiten und Beobachten von Proben veranschaulicht, in der die Probenplatte 2 mit der darauf angeordneten Maskenplatte 2m gesteuert wird. Hierbei kann auch die Maskenplatte 2m beim Aufnehmen oder Herausnehmen der Probenplatte 2 der Vorrichtung 1 zum Bearbeiten und Beobachten von Proben zusammen mit dieser aufgenommen oder herausgenommen werden. 10B ist andererseits eine grafische Darstellung, die den Aufbau der Vorrichtung zum Bearbeiten und Beobachten von Proben veranschaulicht, in der die Probenplatte 2 und die Maskenplatte 2m unabhängig voneinander gesteuert werden und nur die Maskenplatte 2m in der Vorrichtung zum Bearbeiten und Beobachten von Proben aufgenommen oder herausgenommen werden kann.
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Durch Verwendung des oben erwähnten Maskenaustauschmechanismus kann die Maske 6 mit der Maske 6s zum Austausch in der Vorrichtung 1 zum Bearbeiten und Beobachten von Proben ausgewechselt werden. Das heißt, die Maske kann ausgewechselt werden, ohne sie aus der Vorrichtung 1 zum Bearbeiten und Beobachten von Proben herausnehmen zu müssen. Daher kann die Maske effizient ausgewechselt werden.
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(Zweite Ausführung)
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3 veranschaulicht eine zweite Ausführung der Erfindung. In dieser Ausführung sind die Elemente, die den in der oben erwähnten Ausführung verwendeten Elementen gemeinsam sind, durch die gleichen Bezugszahlen bezeichnet, jedoch wird ihre Beschreibung nicht wiederholt.
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Mit Bezug auf 5 ist eine Vorrichtung 20 zum Bearbeiten und Beobachten von Proben nach dieser Ausführung des Weiteren mit einem zweiten Ionenstrahl-Objektivtubus 21 und einem Gaseinleitungsmechanismus 22 versehen. Der zweite Ionenstrahl-Objektivtubus 21 ist geeignet, einen zweiten Ionenstrahl I2 auszustrahlen, der mit elektrischem Strom fokussiert wird, der kleiner ist als der für den ersten Ionenstrahl I1. Der zweite Ionenstrahl I2 ist ein fokussierter Ionenstrahl, der als Ionenquelle zum Beispiel Galliumionen verwendet. Der zweite Ionenstrahl-Objektivtubus 21 ist geeignet, den zweiten Ionenstrahl I2 innerhalb des Bestrahlungsbereichs 3a des ersten Ionenstrahls I1 mit der Mittelachse L21 als Mittelpunkt gleiten zu lassen, wobei die Mittelachse L21 so eingestellt ist, dass sie sich mit dem ersten Ionenstrahl-Objektivtubus 3 und dem Elektronenstrahl-Objektivtubus 4 in einem Schnittpunkt P schneidet. Wie später beschrieben wird, wird außerdem der zweite Ionenstrahl-Objektivtubus 21 zur Endbearbeitung des Querschnitts der Probe genutzt, die durch den Elektronenstrahl-Objektivtubus 4 beobachtet werden soll. Es ist deshalb erwünscht, dass der zweite Ionenstrahl-Objektivtubus 21 so angeordnet wird, dass die Mittelachse L21 desselben die Mittelachse L4 des Elektronenstrahl-Objektivtubus 4 nahezu rechtwinklig schneidet und der zweite Ionenstrahl I2 bei Betrachtung von der oberen Seite entlang des Querschnitts S2 der Probe ausstrahlt. Der Gaseinleitungsmechanismus 22 ist zur Injektion eines reaktiven Gases in die Probe S gleichzeitig mit der Bestrahlung mit dem zweiten Ionenstrahl I2 da und führt das selektive Ätzen aus, um einen Teil der Probe S selektiv zu ätzen, oder zum Ablagern einer Gaskomponenten auf der Probe S, um eine dünne Schicht davon zu bilden. Der zweite Ionenstrahl-Objektivtubus 21 und der Gaseinleitungsmechanismus 22 sind an die Steuereinheit 10 angeschlossen und werden während der Steuerung der Steuereinheit 10 angesteuert.
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Die Vorrichtung 20 zum Bearbeiten und Beobachten von Proben ist ferner mit einem Röntgenstrahlendetektor 23 ausgestattet, der geeignet ist, charakteristische Röntgenstrahlen als Detektionsmittel zum Erfassen von sekundär erzeugten Substanzen nachzuweisen, die von einem Objekt erzeugt werden, das die Bestrahlung mit dem Elektronenstrahl E aus dem Elektronenstrahl-Objekttubus 4 begleitet. Der Röntgenstrahlendetektor 23 erfasst die Energie und Intensität der erzeugten charakteristischen Röntgenstrahlen, und die Steuereinheit 10 analysiert die Zusammensetzung auf der Oberfläche der Probe aus den detektierten Spektren der charakteristischen Röntgenstrahlen.
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In der Vorrichtung 20 zum Bearbeiten und Beobachten von Proben wird, nachdem der erste Schneidschritt beendet worden ist, der Querschnitt S2 der durch den ersten Schneidschritt gebildeten Probe als zweiter Schneidschritt beendet. Das heißt, gemäß 6, nachdem der erste Schneidschritt beendet wurde, steuert die Steuereinheit 10 die Antriebseinheit 9 in der Maskenbewegungseinrichtung 7 an, um die Maske 6 oberhalb der Probe S zurückzuziehen. Als Nächstes stellt die Steuereinheit 10 die Position zum Ausstrahlen des zweiten Ionenstrahls I2 aus dem Ionenstrahl-Objektivtubus 21 so, um sie nahezu in Übereinstimmung mit dem Querschnitt S2 der Probe zu bringen, und der zweiten Ionenstrahl I2 wird ausgestrahlt. Folglich wird die Oberfläche des Querschnitts S2 der Probe feiner geätzt, um die Lagegenauigkeit des Querschnitts S2 der Probe weiter zu verbessern. Außerdem wird, wenn das selektive Ätzen durch Einleitung des reaktiven Gases unter Verwendung des Gaseinleitungsmechanismus 22 beeinflusst wird, bei Bestrahlung mit dem zweiten Ionenstrahl I2 nur ein Teil des zu beobachtenden Materials auf dem Querschnitt S2 der Probe freigelegt, um somit günstiger beobachtet zu werden. Im Querschnitt-Beobachtungsschritt werden ferner die Sekundärelektronen F durch den Sekundärelektronendetektor 12 und die charakteristischen Röntgenstrahlen G durch den Röntgenstrahlendetektor 23 erfasst, um das auf dem Querschnitt S2 der Probe freigelegte Material zu identifizieren.
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Die Ausführungen nach der Erfindung wurden oben mit Bezug auf die Zeichnungen ausführlich beschrieben. Jedoch ist der konkrete Aufbau nicht auf den der Ausführungen beschränkt sondern kann weiter verändert und modifiziert werden, ohne vom Wesentlichen und Umfang der Erfindung abzuweichen.
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Als Erfassungseinrichtung wurden der Sekundärelektronendetektor 12, der geeignet ist, Sekundärteilchen zu erfassen, und der Röntgenstrahlendetektor 23 veranschaulicht, der geeignet ist, charakteristische Röntgenstrahlen zu erfassen, auf die allein die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist. Zum Beispiel kann ein Sekundärionendetektor verwendet werden, um Sekundärionen als die sekundär erzeugte Substanz zu erfassen. Des Weiteren wurde als Einrichtung zum Erzeugen einer sekundären Substanz der Elektronenstrahl-Objektivtubus 4 eingesetzt, der geeignet ist, den Elektronenstrahl E auszustrahlen, auf den allein die Erfindung jedoch in keiner Weise beschränkt ist. Indem zumindest der Ladungsteilchenstrahl fokussiert und dieser auf das Objekt abgelenkt wird, wird die sekundäre Substanz aus der Probe durch die Bestrahlung mit dem Ladungsteilchenstrahl erzeugt. Deshalb kann der Ionenstrahl-Objektivtubus eingesetzt werden, der geeignet ist, den fokussierten Ionenstrahl auszustrahlen. In einem solchen Fall kann des Weiteren der zweite Ionenstrahl-Objektivtubus 21 in der Vorrichtung 20 zum Bearbeiten und Beobachten von Proben nach der zweiten Ausführung auch als der Ionenstrahl-Objektivtubus zum Erzeugen der sekundären Substanz verwendet werden. Der vom zweiten Ionenstrahl-Objektivtubus ausgestrahlte Sekundärionenstrahl I2 war ein Ionenstrahl von Galliumionen, der jedoch ein inaktiver Ionenstrahl wie beispielsweise ein Heliumionenstrahl sein kann. Indem zumindest der Sekundärionenstrahl I2 mit einem elektrischen Strom fokussiert wird, der kleiner ist als der für den ersten Ionenstrahl, kann der Querschnitt S2 der Probe fertig bearbeitet werden. Wenn ein inaktiver Ionenstrahl als der zweite Ionenstrahl I2 verwendet wird, dann ist ein Vorteil dadurch gegeben, dass der Querschnitt S2 der Probe weniger beschädigt wird, als wenn ein Galliumionenstrahl verwendet wird.
