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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Proben-Vorbereitungsverfahren zum Ausbilden eines Ablagerungsfilms auf einer Probe durch Bestrahlung mit einem Ladungspartikelstrahl.
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2. Beschreibung zum Stand der Technik
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Eine Transmissionselektronenmikroskop-(TEM)-Beobachtung ist herkömmlicherweise bekannt als ein Verfahren zum Beobachten eines Mikrobereichs in einer Probe zur Analyse von Defekten in einer Halbleitervorrichtung oder zu weiteren Zwecken. Bei der TEM-Beobachtung ist es, zur Proben-Vorbereitung zum Erlangen eines Transmissionselektronenbildes, notwendig, eine TEM-Probe vorzubereiten, welche zum Teil einen Dünnfilmabschnitt hat, welcher eine derartige Dicke hat, welche es erlaubt, dass ein Elektronenstrahl hindurch übertragen wird.
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In den jüngsten Jahren wurde als ein Verfahren zum Vorbereiten einer TEM-Probe, ein TEM-Probe-Vorbereitungsverfahren verwendet, welches einen fokussierten Ionenstrahl verwendet. Bei diesem Verfahren wird ein Umfangsabschnitt von einer Probe einer derartigen Ätz-Verarbeitung unterworfen, dass ein Abschnitt, welcher einen gewünschten Beobachtungsbereich innerhalb der Probe umfasst, zurückbleiben kann. Dann wird der restliche Abschnitt einer Ätz-Verarbeitung unterworfen, bis der restliche Abschnitt eine derartige Dicke hat, bei welcher es ermöglicht ist, dass ein Elektronenstrahl dort hindurch übertragen wird, um somit einen Dünnfilmabschnitt auszubilden. Auf diese Art und Weise kann eine TEM-Probe mit höchster Genauigkeit hinsichtlich des Abschnitts, welcher den gewünschten Beobachtungsbereich enthält, vorbereitet werden.
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Es gibt jedoch ein Problem dahingehend, dass bei der Vorbereitung von der TEM-Probe, wenn die Dicke des Dünnfilmabschnitts kleiner wird, der Dünnfilmabschnitt aufgrund von einer inneren Belastung gekrümmt wird. Als ein Verfahren zum Lösen des Problems ist ein Verfahren zum Verhindern der Krümmung offenbart, indem eine Verstärkungsschicht, welche aus einem Ablagerungsfilm erstellt ist, auf dem Dünnfilmabschnitt ausgebildet wird (siehe
JP 2009 - 198 412 A ).
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Gemäß diesem Verfahren kann jedoch im Falle einer Ausbildung eines Dünnfilmabschnitts, welcher eine besonders geringe Dicke hat, der Dünnfilmabschnitt durch eine Spannung des Ablagerungsfilms gekrümmt werden.
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Das Stand der Technik Dokument
US 2008 / 0 073 586 A1 offenbart eine Vorrichtung mit fokussiertem Ionenstrahl, umfassend eine Probenbasis zum Anbringen einer Probe, einen Drei-Achsen-Tisch, der die Probenbasis in drei Richtungen bewegen kann: entlang zweier Achsen auf einer horizontalen Fläche und einer vertikalen Achse, und einen ersten fokussierten Ionenstrahl-Kolben und einen zweiten fokussierten Ionenstrahl-Kolben zum Bestrahlen der Probe mit fokussierten Ionenstrahlen, wobei der erste fokussierte Ionenstrahl-Kolben und der zweite fokussierte Ionenstrahl-Kolben so angeordnet sind, dass die Richtungen der fokussierten Ionenstrahlen in einer ebenen Ansicht davon im Wesentlichen einander entgegengesetzt sind und in einer Seitenansicht davon im Wesentlichen liniensymmetrisch in Bezug auf die vertikale Achse geneigt sind.
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Das nachveröffentlichte Stand der Technik Dokument
EP 2 530 700 A2 offenbart die Präparation von dünnen Proben für die Transmissionselektronenmikroskopie und insbesondere die Präparation von qualitativ hochwertigen Proben mit einer Dicke von weniger als 60 nm.
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UMRISS DER ERFINDUNG
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Die vorliegende Erfindung löst die oben genannten Nachteile entsprechend dem unabhängigen Anspruch 1. Bevorzugte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.
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Ein darstellhafter Aspekt der vorliegenden Erfindung stellt ein Proben-Vorbereitungsverfahren nach Anspruch 1 zum Ausbilden von Ablagerungsfilmen auf sowohl einer Beobachtungsfläche eines Dünnfilmabschnitts als auch einer hierzu gegenüberliegenden Fläche bereit, welches somit dazu in der Lage ist, eine Probe vorzubereiten, während eine Krümmung sogar dann reduziert wird, wenn der Dünnfilmabschnitt eine besonders geringe Dicke hat.
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Gemäß einem darstellhaften Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Proben-Vorbereitungsverfahren bereitgestellt, welches umfasst: Verarbeiten eines Probenstücks durch einen Ionenstrahl, wodurch ein Dünnfilmabschnitt ausgebildet wird, welcher eine derartige Dicke hat, bei welcher es ermöglicht wird, dass ein Elektronenstrahl dort hindurch übertragen wird; Zuführen eines Ablagerungsgases an den Dünnfilmabschnitt; und Bestrahlen des Dünnfilmabschnitts mit dem Elektronenstrahl, wodurch ein erster Ablagerungsfilm auf einer ersten Fläche des Dünnfilmabschnitts, welche eine Einfallseite des Elektronenstrahls ist, und gleichzeitig ein zweiter Ablagerungsfilm auf einer zweiten Fläche des Dünnfilmabschnitts, welche der ersten Fläche gegenüberliegt, ausgebildet werden.
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Durch diesen Aufbau können die Ablagerungsfilme auf der ersten Fläche und der zweiten Fläche durch den gleichen Elektronenstrahl ausgebildet werden, und es wird somit von beiden Flächen eine Spannung an den Dünnfilmabschnitt angelegt. Somit kann verhindert werden, dass sich der Dünnfilmabschnitt krümmt.
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Gemäß dem Proben-Vorbereitungsverfahren der vorliegenden Erfindung können die Ablagerungsfilme auf beiden Flächen des Dünnfilmabschnitts ausgebildet werden, und es kann somit eine Probe vorbereitet werden, ohne dass sich der Dünnfilmabschnitt krümmt.
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Figurenliste
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In der begleitenden Zeichnung sind wie folgt angezeigt:
- 1 ist ein Aufbau-Schaubild einer Ladungspartikelstrahl-Einrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 2A und 2B sind Erläuterungs-Schaubilder eines Proben-Vorbereitungsverfahrens gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 3A und 3B sind weitere Erläuterungs-Schaubilder des Proben-Vorbereitungsverfahrens gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 4A und 4B sind weitere Erläuterungs-Schaubilder des Proben-Vorbereitungsverfahrens gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
- 5A und 5B sind weitere Erläuterungs-Schaubilder des Proben-Vorbereitungsverfahrens gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung; und
- 6A und 6B sind weitere Erläuterungs-Schaubilder des Proben-Vorbereitungsverfahrens gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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GENAUE BESCHREIBUNG
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Im Folgenden wird ein Proben-Vorbereitungsverfahren gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
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Zunächst wird eine Ladungspartikelstrahl-Einrichtung zum Durchführen des Proben-Vorbereitungsverfahrens beschrieben. Wie in 1 dargestellt, enthält die Ladungspartikelstrahl-Einrichtung eine EB-Säule 1, eine FIB-Säule 2 und eine Probenkammer 3. Die EB-Säule 1 und die FIB-Säule 2 bestrahlen eine Probe 7, welche in der Probenkammer 3 untergebracht ist, jeweils mit einem Elektronenstrahl 8 und einem Ionenstrahl 9. Die EB-Säule 1 und die FIB-Säule 2 sind derart angeordnet, dass die Bestrahlungsachsen derer auf der Probe 7 zueinander senkrecht stehen können.
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Die Ladungspartikelstrahl-Einrichtung enthält ferner einen Sekundär-Elektronen-Erfasser 4 und einen Transmissions-Elektronen-Erfasser 5 als Ladungspartikel-Erfasser. Der Sekundär-Elektronen-Erfasser 4 ist dazu in der Lage, Sekundär-Elektronen zu erfassen, welche von der Probe 7 durch ein Bestrahlen durch den Elektronenstrahl 8 oder den Ionenstrahl 9 erzeugt sind. Der Transmissions-Elektronen-Erfasser 5 ist an einer Position bereitgestellt, welche der EB-Säule 1 gegenüberliegt. Der Transmissions-Elektronen-Erfasser 5 ist dazu in der Lage, durchlaufende Elektronen, welche durch die Probe 7 durchlaufen sind, und den Elektronenstrahl 8, welcher nicht in die Probe 7 eingetreten ist, resultierend aus der Bestrahlung des Elektronenstrahls 8 auf die Probe 7, zu erfassen.
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Die Ladungspartikelstrahl-Einrichtung enthält ferner eine Probenstufe 6 zum Halten der Probe 7. Die Probenstufe 6 wird durch einen Probenstufen-Antriebsabschnitt 15 angetrieben, und die Bewegung der Probenstufe 6 wird durch einen Probenstufen-Steuerabschnitt 16 gesteuert. Der Probenstufen-Antriebsabschnitt 15 bewegt die Probenstufe 6 in drei Achsenrichtungen, nämlich die X-, Y- und Z-Richtung. Ferner neigt der Probenstufen-Antriebsabschnitt 15 die Probenstufe 6.
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Die Ladungspartikelstrahl-Einrichtung enthält ferner einen EB-Steuerabschnitt 12, einen FIB-Steuerabschnitt 13, einen Bilderzeugungsabschnitt 14 und einen Anzeigeabschnitt 17. Der EB-Steuerabschnitt 12 überträgt ein Bestrahlungssignal an die EB-Säule 1, um die EB-Säule 1 dazu zu steuern, den Elektronenstrahl 8 abzustrahlen. Der FIB-Steuerabschnitt 13 überträgt ein Bestrahlungssignal an die FIB-Säule 2, um die FIB-Säule 2 dazu zu steuern, den Ionenstrahl 9 abzustrahlen.
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Der Bilderzeugungsabschnitt 14 bildet ein Transmissions-Elektronen-Bild basierend auf einem Signal zum Abtasten des Elektronenstrahls 8, welches vom EB-Steuerabschnitt 12 gesendet ist, und einem Signal der Transmissions-Elektronen, welche durch den Transmissions-Elektronen-Erfasser 5 erfasst sind, aus. Der Anzeigeabschnitt 17 ist dazu in der Lage, das Transmissions-Elektronen-Bild anzuzeigen. Der Bilderzeugungsabschnitt 14 bildet Daten eines SEM-Bildes basierend auf dem Signal zum Abtasten des Elektronenstrahls 8, welches vom EB-Steuerabschnitt 12 gesendet ist, und einem Signal der Sekundär-Elektronen, welche durch den Sekundär-Elektronen-Erfasser 4 erfasst sind, aus. Der Anzeigeabschnitt 17 ist dazu in der Lage, das SEM-Bild anzuzeigen. Ferner bildet der Bilderzeugungsabschnitt 14 Daten eines SIM-Bildes basierend auf einem Signal zum Abtasten des Ionenstrahls 9, welches vom FIB-Steuerabschnitt 13 gesendet ist, und einem Signal der Sekundär-Elektronen, welche durch den Sekundär-Elektronen-Erfasser 4 erfasst sind, aus. Der Anzeigeabschnitt 17 ist dazu in der Lage, das SIM-Bild anzuzeigen.
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Die Ladungspartikelstrahl-Einrichtung enthält ferner einen Eingabeabschnitt 10 und einen Steuerabschnitt 11. Ein Bediener gibt Bedingungen über die Einrichtungssteuerung an den Eingabeabschnitt 10 ein. Der Eingabeabschnitt 10 überträgt die Eingabeinformation an den Steuerabschnitt 11. Der Steuerabschnitt 11 überträgt ein Steuersignal an den EB-Steuerabschnitt 12, den FIB-Steuerabschnitt 13, den Bilderzeugungsabschnitt 14, den Probenstufen-Steuerabschnitt 16 oder den Anzeigeabschnitt 17, um hierdurch den Betrieb der Ladungspartikelstrahl-Einrichtung zu steuern.
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Die Ladungspartikelstrahl-Einrichtung enthält ferner eine Gaskanone 18 zum Zuführen eines Ablagerungsgases an die Probe 7. Die Gaskanone 18 besprüht die Probe 7 mit einem Rohmaterialgas. Die Probe 7 wird senkrecht zur EB-Säule 1 angeordnet, und somit kann die Gaskanone 18 eine Fläche der Probe seitens der EB-Säule 1 und eine Fläche davon auf der gegenüberliegenden Seite gleichförmig mit dem Rohmaterialgas besprühen. Die mit dem Rohmaterialgas besprühte Probe 7 wird durch den Elektronenstrahl 8 oder den Ionenstrahl 9 bestrahlt, um hierdurch einen Ablagerungsfilm im bestrahlten Bereich auszubilden. Als das Rohmaterialgas wird ein Gas auf Kohlenstoffbasis, dessen Hauptbestandteil Kohlenstoff ist, wie beispielsweise Naphthalin und Phenanthren, oder ein Gas einer organischen Verbindung, welches Platin oder Wolfram enthält, verwendet.
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Als Nächstes wird das Proben-Vorbereitungsverfahren gemäß dieser Ausführungsform beschrieben. Bei dem Proben-Vorbereitungsverfahren wird, wie in 2A dargestellt, ein Wafer 21 teilweise durch den Ionenstrahl 9 verarbeitet, um hierdurch die Probe 7 vorzubereiten. 2B ist ein vergrößertes Schaubild von der Probe 7 und ihrer Umgebung. Der Wafer 21 wird durch den Ionenstrahl 9 bestrahlt, um eine Verarbeitungs-Nut 22 auszubilden, so dass die Probe 7 verbleiben kann. Dann wird die Probe 7 vom Wafer 21 getrennt und an der Probenstufe 6 angebracht.
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Als Nächstes wird die Probe 7 einer Verarbeitung zum Ausbilden eines Dünnfilmabschnitts darauf unterworfen. 3A ist ein SIM-Bild 31, welches durch ein Abtasten und Bestrahlen der Probe 7 durch den Ionenstrahl 9 von der FIB-Säule 2 erlangt ist. In dem SIM-Bild 31 sind Bestrahlungsbereiche 32 und 33 des Ionenstrahls 9 zum Ausbilden des Dünnfilmabschnitts durch den Ionenstrahl 9 eingestellt. Die Bestrahlungsbereiche 32 und 33 sind derart eingestellt, dass der Dünnfilmabschnitt eine Dicke haben kann, bei welcher es ermöglicht ist, dass der Elektronenstrahl 8 dort hindurch übertragen wird.
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Als Nächstes werden die Bestrahlungsbereiche 32 und 33 durch den Ionenstrahl 9 bestrahlt, um die Probe 7 einer Ätz-Verarbeitung zu unterwerfen. Dann wird, wie in 3B dargestellt, ein Dünnfilmabschnitt 7a ausgebildet. Mit anderen Worten, ist die Probe 7 mit Halteabschnitten 7b und 7c, welche eine große Dicke haben, und dem Dünnfilmabschnitt 7a, welcher eine geringe Dicke hat, ausgebildet.
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Als Nächstes wird ein Ablagerungsfilm zum Verhindern einer Krümmung des Dünnfilmabschnitts 7a ausgebildet.
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Zunächst wird das Prinzip der Ausbildung des Ablagerungsfilms unter Bezugnahme auf 4A und 4B beschrieben. Wie in 4A dargestellt, werden, wenn der Elektronenstrahl 8 in Richtung des Dünnfilmabschnitts 7a abgestrahlt wird, Sekundär-Elektronen von einer vorderen Fläche 7d des Dünnfilmabschnitts 7a seitens der Elektronenstrahl-(EB)-Säule 1 erzeugt. Der Elektronenstrahl 8 durchläuft den Dünnfilmabschnitt 7a, und somit werden Sekundär-Elektronen ebenfalls von einer hinteren Fläche 7e auf der gegenüberliegenden Seite der vorderen Fläche 7d erzeugt. Mit anderen Worten, werden Sekundär-Elektronen von beiden Flächen des Dünnfilmabschnitts 7a an den Positionen erzeugt, welche durch den Elektronenstrahl 8 bestrahlt werden. Die Sekundär-Elektronen werden dazu verwendet, um Ablagerungsfilme auf beiden Flächen des Dünnfilmabschnitts 7a zur gleichen Zeit auszubilden. Mit anderen Worten, werden die vordere Fläche 7d und die hintere Fläche 7e des Dünnfilmabschnitts 7a gleichförmig mit einem Ablagerungsgas besprüht, und wird die vordere Fläche 7d durch den Elektronenstrahl 8 bestrahlt, mit dem Ergebnis, dass Sekundär-Elektronen von beiden Flächen des Dünnfilmabschnitts 7a an den bestrahlten Positionen erzeugt werden, um das Ablagerungsgas abzubauen. Auf diese Art und Weise wird eine abgebaute Komponente auf dem Dünnfilmabschnitt 7a abgelagert.
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Resultierend aus einem Besprühen des Dünnfilmabschnitts 7a mit dem Ablagerungsgas und einem Bestrahlen des Dünnfilmabschnitts 7a durch den Elektronenstrahl 8, wie in 4A dargestellt, werden ein abgelagertes Material 41 und ein abgelagertes Material 42 jeweils auf der vorderen Fläche 7d und der hinteren Fläche 7e ausgebildet, wie in 4B dargestellt. Die abgelagerten Materialien können auf beiden Flächen an den durch den Elektronenstrahl 8 bestrahlten Positionen ausgebildet werden. Daher wird, durch Abtasten und Bestrahlen durch den Elektronenstrahl 8, der Ablagerungsfilm, welcher aus dem abgelagerten Material erstellt ist, ausgebildet.
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Es wird eine Beschreibung über die Ausbildung eines Ablagerungsfilms gegeben. 5A ist ein SEM-Bild 51 von der Probe 7, erlangt durch ein Abtasten und Bestrahlen durch den Elektronenstrahl 8 von der EB-Säule 1. Das SEM-Bild 51 ist ein SEM-Bild, welches seitens der vorderen Fläche 7d des Dünnfilmabschnitts 7a beobachtet ist. In dem SEM-Bild 51 ist ein Bestrahlungsbereich 52 des Elektronenstrahls 8 zum Ausbilden eines Ablagerungsfilms eingestellt. Der Bestrahlungsbereich 52 ist als eine gesamte Fläche ausschließlich eines Beobachtungsbereichs 7f von der vorderen Fläche 7d des Dünnfilmabschnitts 7a eingestellt. Der Grund hierfür liegt darin, dass der Dünnfilmabschnitt 7a eine geringe Dicke hat, und somit, wenn der Ablagerungsfilm lokal ausgebildet wird, eine Spannung lokal erzeugt wird, um den Dünnfilmabschnitt 7a zu krümmen.
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Als Nächstes wird der Bestrahlungsbereich 52 durch den Elektronenstrahl 8 abgetastet und bestrahlt, während der Dünnfilmabschnitt 7a mit dem Ablagerungsgas besprüht wird. Um einen Ablagerungsfilm auszubilden, welcher eine gleichförmige Dicke hat, ist es bevorzugt, den Bestrahlungsbereich 52 durch den Elektronenstrahl 8 in einer Richtung senkrecht zur vorderen Fläche 7d zu bestrahlen. Auf diese Art und Weise kann, wie in 5B dargestellt, ein Ablagerungsfilm 54, welcher die vordere Fläche 7d des Dünnfilmabschnitts 7a bedeckt, ausgebildet werden. Wie zuvor beschrieben, wird zur gleichen Zeit ebenso ein Ablagerungsfilm auf der hinteren Fläche 7e des Dünnfilmabschnitts 7a ausgebildet.
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Gemäß diesem Verfahren werden Filme durch Ablagern von abgelagerten Materialien auf der vorderen Fläche 7d und der hinteren Fläche 7e des Dünnfilmabschnitts 7a, zur gleichen Zeit an den gegenüberliegen Positionen, über den Dünnfilmabschnitt 7a hinweg ausgebildet. Somit kann ein Ablagerungsfilm ohne ein Anlegen von einer Spannung lokal an den Dünnfilmabschnitt 7a, welcher eine geringe Dicke hat, ausgebildet werden.
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Bei der Ausbildung des Ablagerungsfilms durch das zuvor erwähnte Verfahren wird, wenn die Dicke des Ablagerungsfilms größer wird, die Strahlungsmenge des Elektronenstrahls, welcher durch den Ablagerungsfilm und den Dünnfilmabschnitt 7a durchläuft, reduziert. In diesem Fall kann die Wachstumsrate des Ablagerungsfilms auf der vorderen Fläche 7d und auf der hinteren Fläche 7e unterschiedlich sein. Um dieses Problem zu beheben, wird die Wachstumsrate des Ablagerungsfilms seitens der vorderen Fläche 7d und seitens der hinteren Fläche 7e durch eine Ätz-Verarbeitung unter Verwendung des Ionenstrahls 9 eingestellt.
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6A ist ein SIM-Bild 61, welches durch ein Abtasten und Bestrahlen der Probe 7 durch den Ionenstrahl 9 von der FIB-Säule 2 nach der Ausbildung des Ablagerungsfilms erlangt ist. Die Dicke des Ablagerungsfilms 54, welcher auf der vorderen Fläche 7d des Dünnfilmabschnitts 7a ausgebildet ist, ist größer als die Dicke eines Ablagerungsfilms 55, welcher auf der hinteren Fläche 7e ausgebildet ist. Dann wird der Ablagerungsfilm 54 durch den Ionenstrahl 9 bestrahlt, um eine derartige Ätz-Verarbeitung durchzuführen, dass die Dicke des Ablagerungsfilms 54 gleich der Dicke des Ablagerungsfilms 55 werden kann. Auf diese Art und Weise kann, wie in einem SIM-Bild 62 von 6B dargestellt, der Ablagerungsfilm 56, welcher die gleiche Dicke wie die Dicke des Ablagerungsfilms 55 hat, ausgebildet werden. Ferner kann ein zusätzlicher Ablagerungsfilm ausgebildet werden, bis die erforderliche Dicke erreicht ist.
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In diesem Fall wird die Ätz-Verarbeitung durch den Ionenstrahl 9 derart durchgeführt, dass die Dicke des Ablagerungsfilms 54 reduziert wird, und ist es daher bevorzugt, den Ablagerungsfilm 54 mit dem Ionenstrahl 9 von einer Dicken-Richtung oder einer Richtung senkrecht zur Dicken-Richtung zu bestrahlen. Der Grund hierfür liegt darin, dass die Dicke des Ablagerungsfilms 54 gleichförmig reduziert werden kann. In der Einrichtung, bei welcher die EB-Säule 1 und die FIB-Säule 2 derart angeordnet sind, dass deren Bestrahlungsachsen auf der Probe 7 zueinander senkrecht stehen, kann der Ablagerungsfilm 54 durch den Ionenstrahl 9 von der Richtung senkrecht zur Dicken-Richtung davon bestrahlt werden, ohne die Notwendigkeit, die Probenstufe 6 zu neigen, um den Winkel von der Probe 7 zu ändern. Somit kann der Ablagerungsfilm 56, welcher eine gleichförmige Dicke hat, effizient ausgebildet werden.
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Die obige Beschreibung bezieht sich auf das Verarbeitungsverfahren unter Verwendung der Einrichtung, bei welcher der Elektronenstrahl 8 und der Ionenstrahl 9 zueinander senkrecht stehen. Alternativ kann jedoch, sogar wenn der Elektronenstrahl 8 und der Ionenstrahl 9 nicht zueinander senkrecht stehen, eine Probe auf eine derartige Art und Weise vorbereitet werden, dass die Probenstufe 6 geneigt wird, um den Winkel von der Probe 7 im Ablagerungsschritt und im Ätz-Verarbeitungsschritt zu ändern.
