DE112014007204B4

DE112014007204B4 - Kombinierte Ladungsteilchenstrahlvorrichtung und Steuerverfahren dafür

Info

Publication number: DE112014007204B4
Application number: DE112014007204.4T
Authority: DE
Inventors: Toshihide Agemura
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2014-12-26
Filing date: 2014-12-26
Publication date: 2018-05-17
Anticipated expiration: 2034-12-27
Also published as: JPWO2016103432A1; US20170330722A1; WO2016103432A1; US10249471B2; DE112014007204T5; JP6345273B2

Abstract

Kombinierte Ladungsteilchenstrahlvorrichtung, umfassend:ein CFE-REM, das eine CFE-Elektronenquelle verwendet, um eine Probe mit einem Elektronenstrahl zu bestrahlen;eine FIB-Vorrichtung, die die Probe mit einem Ionenstrahl bestrahlt; undeine Steuereinheit, die eine automatische Sequenz zur wiederholten Durchführung einer Probenbeobachtung mit dem CFE-REM und einer Probenbearbeitung mit der FIB-Vorrichtung steuert,wobei die Steuereinheit in der automatischen Sequenz während der Probenbearbeitung mit der FIB-Vorrichtung oder während einer Übergangszeit zwischen der Probenbeobachtung mit dem CFE-REM und der Probenbearbeitung mit der FIB-Vorrichtung eine Spülung durchführt, während an der CFE-Elektronenquelle eine Extraktionsspannung anliegt.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine kombinierte Ladungsteilchenstrahlvorrichtung, die ein Rasterelektronenmikroskop mit einer CFE-Elektronenquelle und eine Ionenfeinstrahlvorrichtung umfasst.
Stand der Technik
JP 2009 / 004112 A (PTL 1) und JP 2007 / 157682 A (PTL 2) offenbaren einen Pumpmechanismus, um in einer kombinierten Ladungsteilchenstrahlvorrichtung, in welcher eine Ionenfeinstrahlvorrichtung (FIB-Vorrichtung) zur Bearbeitung eines Probenquerschnitts mit einem Rasterelektronenmikroskop (REM) zur Beobachtung des bearbeiteten Probenquerschnitts kombiniert ist, die Umgebung einer Elektronenquelle in einem Hochvakuumzustand (10^-7 bis 10^-8 Pa) zu halten.
Die internationale Offenlegungsschrift WO 2014 / 171287 A1 (PTL 3) offenbart ein REM (CFE-REM) mit einer Kaltfeldemissions(CFE)-Elektronenquelle, deren Elektronenquelle nicht ständig erhitzt wird. Das REM führt während der REM-Beobachtung eine Niedertemperaturspülung der CFE-Elektronenquelle durch. Eine Spülung ist eine Wärmebehandlung zum Erhalt einer reinen Oberfläche, indem an der Elektronenquelle adsorbierte Gasmoleküle desorbiert werden. Die Niedertemperaturspülung ist eine Spülung, die bei anliegender Extraktionsspannung in einem Stadium durchgeführt wird, bevor das Gas vollständig an ein distales Ende der CFE-Elektronenquelle adsorbiert ist, und wenn direkt nach der obigen Spülung eine bestimmte Zeit abgelaufen ist, in welcher der Einfluss des Restgases gering ist (Bereich mit hoher Helligkeitsstabilität) . Da das Gas noch nicht vollständig adsorbiert ist, kann das adsorbierte Gas bei viel niedrigeren Temperaturen als bei der normalen Spülung desorbiert werden. Aufgrund der niedrigen Temperatur tritt zudem selbst bei anliegender Extraktionsspannung keine Wärmeentwicklung auf, die eine Verformung des distalen Endes der Elektronenquelle zur Folge haben könnte.
Die DE 11 2009 001 537 T5 offenbart eine Teilchenstrahlvorrichtung mit einer Feldemissions - Elektrodenquelle, die eine Wartezeit nach einer Schnellverdampfung vorsieht. Die DE 22 17 660 A , US 2007/0158588 A1 und US 2008/0174225 A1 offenbaren weitere gattungsgemäße Teilchenstrahlvorrichtungen.
Liste der Bezugsliteratur
Patentliteratur

PTL 1: JP 2009 / 004112 A
PTL 2: JP 2007 / 157682 A
PTL 3: Internationale Offenlegungsschrift WO 2014 / 171287 A1

Zusammenfassung der Erfindung
Technische Aufgabe
Gegenwärtig verwendet ein REM, das in einer kommerziell verfügbaren kombinierten Ladungsteilchenstrahlvorrichtung installiert ist, eine Schottky-Emissions(SE)-Elektronenquelle. Die Stromstabilität der SE-Elektronenquelle ist mit 2%/Std. oder weniger sehr stabil, weshalb die SE-Elektronenquelle für eine automatische Sequenz geeignet ist, in welcher eine FIB-Bearbeitung und eine REM-Beobachtung eines bearbeiteten Querschnitts wiederholt durchgeführt werden, um eine dreidimensionale Struktur-/Zusammensetzungsanalyse zu realisieren.
In Anbetracht dessen hat der Erfinder eine automatische Sequenz für eine hochpräzise Struktur-/Zusammensetzungsanalyse eingehend untersucht und ist zu dem Ergebnis gekommen, dass es erforderlich ist, eine Beschleunigungsspannung des REM zu senken, wenn die Wiederholungsweite der Bearbeitung (Bearbeitungsschritt) durch den FIB verkleinert wird. Das heißt, wenn eine Eindringtiefe eines Elektronenstrahls, der während einer REM-Beobachtung in eine Probe eindringt, tiefer ist als die Wiederholungsweite der Bearbeitung durch den FIB, ist über die Probeninformation des aktuell durchgeführten Bearbeitungsschritts hinaus auch die Information nachfolgender Bearbeitungsschritte eingeschlossen. Wenn der Bearbeitungsschritt zum Beispiel auf 10 nm eingestellt ist und Silicium als Material verwendet wird, ist bei der REM-Beobachtung mit einer Beschleunigungsspannung von 2 kV die Eindringtiefe des Elektronenstrahls etwa 40 nm. Wenn nur die Information im Bearbeitungsschritt extrahiert werden soll, muss die Beschleunigungsspannung des REM auf 1 kV oder niedriger eingestellt werden.
Die obige SE-Elektronenquelle weist jedoch eine Energiebreite auf, die 0,6 eV groß ist, weshalb die Auflösung bei niedriger Beschleunigungsspannung schlecht ist und die SE-Elektronenquelle zur Querschnittsbeobachtung ungeeignet ist.
Deshalb hat der Erfinder die weltweit erste kommerziell verfügbare kombinierte Ladungsteilchenstrahlvorrichtung konstruiert und entwickelt, deren Energiebreite eng ist und die eine CFE-Elektronenquelle verwendet, die für die REM-Beobachtung mit niedriger Beschleunigungsspannung geeignet ist. Dabei ist der Erfinder zu der Erkenntnis gekommen, dass selbst, wenn der in PTL 1 oder PTL 2 offenbarte Pumpmechanismus verwendet wird, um den Hochvakuumzustand aufrechtzuerhalten, die Probe mit dem Elektronenstrahl bestrahlt werden muss und die Elektronenquelle dem Gasrückfluss von der Probenseite ausgesetzt wird, weshalb der Bereich mit hoher Helligkeitsstabilität in der Praxis bei etwa 100 Min. liegt. Aufgrund der Verkürzung des Bearbeitungsschritts, wenn eine hochpräzise dreidimensionale Struktur-/Zusammensetzungsanalyse erforderlich ist, wird eine wiederholte Aufnahme von 1.000 oder mehr REM-Bildern über 24 Stunden hinweg oder länger angenommen.
Andererseits wird die in PTL 3 offenbarte Niedertemperaturspülung durchgeführt, während bei der REM-Beobachtung ein Beobachtungszustand aufrechterhalten wird. Doch wenn in der automatischen Sequenz zur wiederholten Durchführung der FIB-Bearbeitung und der REM-Beobachtung die Niedertemperaturspülung während der REM-Beobachtung durchgeführt wird, tritt nur während der Zeit ihrer Durchführung eine Störung im Bild auf, wodurch ein Teil der Information eines REM-Beobachtungsquerschnittsbilds verloren geht. In der automatischen Sequenz zur wiederholten Durchführung der FIB-Bearbeitung ist keine Rückverfolgung möglich, da der Beobachtungsquerschnitt aufgrund der wiederholten Bearbeitung verloren ist. Das Fehlen von Beobachtungsquerschnittsinformation stellt in der dreidimensionalen Struktur-/Zusammensetzungsanalyse ein fatales Problem dar.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist die Realisierung einer hochpräzisen dreidimensionalen Struktur-/Zusammensetzungsanalyse durch eine automatische Sequenz zur wiederholten Durchführung einer REM-Beobachtung und einer FIB-Bearbeitung über eine lange Zeit hinweg unter Verwendung einer niedrigen Beschleunigungsspannung.
Lösung des Problems
Die vorliegende Erfindung betrifft eine automatische Sequenz zur wiederholten Durchführung einer Probenbeobachtung mit einem Rasterelektronenmikroskop, das eine CFE-Elektronenquelle verwendet, und einer Probenbearbeitung mit einer FIB-Vorrichtung. In der automatischen Sequenz wird an einem bestimmten Zeitpunkt mit Ausnahme der REM-Beobachtungzeit eine Niedertemperaturspülung der CFE-Elektronenquelle durchgeführt.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Der vorliegenden Erfindung gemäß kann die automatische Sequenz zur wiederholten Durchführung der Probenbeobachtung mit dem Rasterelektronenmikroskop, das die CFE-Elektronenquelle verwendet, und der Probenbearbeitung mit der FIB-Vorrichtung über eine lange Zeit hinweg durchgeführt werden. Daher ist es möglich, ein REM-Bild zu erfassen, das eine hohe Auflösung hat, und eine erhöhte Stromstabilität zu erreichen, während eine niedrige Beschleunigungsspannung verwendet wird.
Figurenliste

[1] 1 ist eine schematische Konfigurationszeichnung einer kombinierten Ladungsteilchenstrahlvorrichtung gemäß Ausführungsform 1.
[2] 2 ist ein Zeitdiagramm, das den Zeitpunkt einer Niedertemperaturspülung gemäß Ausführungsform 1 darstellt.
[3] 3 ist ein Zeitdiagramm, das den Zeitpunkt einer Niedertemperaturspülung gemäß Ausführungsform 2 darstellt.
[4] 4 ist ein Zeitdiagramm, das den Zeitpunkt einer Niedertemperaturspülung gemäß Ausführungsform 3 darstellt.
[5] 5 ist ein Zeitdiagramm, das den Zeitpunkt einer Niedertemperaturspülung gemäß Ausführungsform 4 darstellt.
[6] 6 ist ein Zeitdiagramm, das den Zeitpunkt einer Niedertemperaturspülung und starken Spülung gemäß Ausführungsform 5 darstellt.
[7] 7 ist eine schematische Konfigurationszeichnung einer kombinierten Ladungsteilchenstrahlvorrichtung, in welcher eine FIB-Säule und eine REM-Säule orthogonal zueinander angeordnet sind.
[8] 8 ist eine schematische Konfigurationszeichnung einer kombinierten Ladungsteilchenstrahlvorrichtung, die eine Konfiguration mit dreifachem Strahl aufweist.

Beschreibung der Ausführungsformen
Eine Ausführungsform offenbart eine kombinierte Ladungsteilchenstrahlvorrichtung, umfassend ein CFE-REM, das eine CFE-Elektronenquelle verwendet, um eine Probe mit einem Elektronenstrahl zu bestrahlen, eine FIB-Vorrichtung, welche die Probe mit einem Ionenstrahl bestrahlt, und eine Steuereinheit, die eine automatische Sequenz zur wiederholten Durchführung einer Probenbeobachtung mit dem CFE-REM und einer Probenbearbeitung mit der FIB-Vorrichtung steuert. In der automatischen Sequenz führt die Steuereinheit während der Probenbearbeitung mit der FIB-Vorrichtung oder während einer Übergangszeit zwischen der Probenbeobachtung mit dem CFE-REM und der Probenbearbeitung mit der FIB-Vorrichtung eine Spülung durch, während an der CFE-Elektronenquelle eine Extraktionsspannung anliegt.
Ferner offenbart eine Ausführungsform ein Steuerverfahren in einer automatischen Sequenz zur wiederholten Durchführung der Probenbeobachtung mit einem CFE-REM und der Probenbearbeitung mit einer FIB-Vorrichtung. Während der Probenbearbeitung mit der FIB-Vorrichtung oder während einer Übergangszeit zwischen der Probenbeobachtung mit dem CFE-REM und der Probenbearbeitung mit der FIB-Vorrichtung wird eine Spülung durchgeführt, während an der CFE-Elektronenquelle eine Extraktionsspannung anliegt.
Ferner offenbart die Ausführungsform, dass in der automatischen Sequenz die Probenbeobachtung mit dem CFE-REM und eine Probenquerschnittsbearbeitung mit der FIB-Vorrichtung wiederholt durchgeführt werden, um eine dreidimensionale Struktur-/Zusammensetzungsanalyse an der Probe zu realisieren.
Ferner offenbart die Ausführungsform, dass die kombinierte Ladungsteilchenstrahlvorrichtung außerdem eine Gasdüse umfasst, die ein Abscheidungsgas einleitet. Die Ausführungsform offenbart, dass in der automatischen Sequenz die Probenbeobachtung mit dem CFE-REM und ein Abscheidungsprozess mit der FIB-Vorrichtung wiederholt durchgeführt werden.
Ferner offenbart die Ausführungsform, dass die kombinierte Ladungsteilchenstrahlvorrichtung außerdem eine Gasdüse umfasst, die ein Ätzgas einleitet. Die Ausführungsform offenbart, dass in der automatischen Sequenz die Probenbeobachtung mit dem CFE-REM und ein unterstützender Ätzprozess mit der FIB-Vorrichtung und einem Ätzgas wiederholt durchgeführt werden.
Ferner offenbart die Ausführungsform, dass die Spülung in der automatischen Sequenz durchgeführt wird, wenn seit dem Beginn der Probenbearbeitung mit der FIB-Vorrichtung eine bestimmte Zeit abgelaufen ist.
Ferner offenbart die Ausführungsform, dass die Spülung in der automatischen Sequenz durchgeführt wird, wenn seit dem Ende der Probenbearbeitung mit der FIB-Vorrichtung eine bestimmte Zeit abgelaufen ist.
Ferner offenbart die Ausführungsform, dass die Spülung in der automatischen Sequenz durchgeführt wird, wenn seit dem Ende der Probenbeobachtung mit dem CFE-REM eine bestimmte Zeit abgelaufen ist.
Ferner offenbart die Ausführungsform, dass in der automatischen Sequenz die Spülung während der Probenbearbeitung mit der FIB-Vorrichtung wiederholt durchgeführt wird und nach der Probenbeobachtung mit dem CFE-REM eine andere Spülung durchgeführt wird, die stärker ist als die obige Spülung.
Ferner offenbart die Ausführungsform, dass der Ionenstrahl ein Galliumionenstrahl, ein Neonionenstrahl, ein Argonionenstrahl, ein Heliumionenstrahl, ein Xenonionenstrahl, ein Sauerstoffionenstrahl oder ein Stickstoffionenstrahl ist.
Im Folgenden werden die oben beschriebenen und andere neuartige Merkmale und vorteilhafte Wirkungen Bezug nehmend auf die Zeichnungen beschrieben. Die Zeichnungen dienen ausschließlich dem leichteren Verständnis der Erfindung und schränken den Umfang der Ansprüche keineswegs ein.
Ausführungsform 1
1 ist eine schematische Konfigurationszeichnung einer kombinierten Ladungsteilchenstrahlvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform.
In einer Grundkonfiguration umfasst die kombinierte Ladungsteilchenstrahlvorrichtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform eine REM-Säule 101, die eine Probe 121 mit einem Elektronenstrahl 104 bestrahlt und einer Probenkammer 122 gegenüber, in welcher die Probe 121 angeordnet ist, senkrecht angeordnet ist, eine FIB-Säule 111, welche die Probe 121 mit einem Ionenstrahl 114 bestrahlt und der Probenkammer 122 gegenüber schräg angeordnet ist, und ein Steuersystem, das jede Komponente steuert. Die REM-Säule 101 kann auch schräg angeordnet sein, während die FIB-Säule senkrecht angeordnet ist.
Im Inneren der REM-Säule 101 zum Bestrahlen der Probe 121 mit dem Elektronenstrahl 104 sind eine Elektronenkanoneneinheit 102, die eine CFE-Elektronenquelle aufweist, und eine Elektronenstrahl-Austasteinheit 103 angeordnet, die eine Austastelektrode zur elektrostatischen Ablenkung des Elektronenstrahls aufweist. Die Elektronenkanoneneinheit 102 wird durch eine Ionenpumpe (nicht dargestellt) und eine nicht-verdampfende Getter(NEG)-Pumpe evakuiert, und die Umgebung einer Elektronenquelle wird in einem Hochvakuumzustand gehalten. Auch eine Orbiter-Pumpe kann verwendet werden. Die CFE-Elektronenquelle stellt eine Elektronenquelle dar, die erhalten wird, indem ein distales Ende eines Wolfram-Einkristallstabs durch Ätzen oder Wärmebehandlung auf einen Radius von etwa 100 nm geschärft wird. Während des Normalbetriebs wird die CFE-Elektronenquelle nicht erhitzt und ist ständig Adsorptions-/Desorptionsphänomenen des Restgases in der Umgebung der Elektronenquelle ausgesetzt. Aufgrund dieser Phänomene wird ein Sondenstrom instabil. Die CFE-Elektronenquelle kann ein LaB6-Einkristall oder ein CeB6-Einkristall sein.
Ferner wird die REM-Säule 101 durch eine Elektronenkanonensteuerhochspannung-Stromversorgungseinheit 105, die nicht nur eine Hochspannung an eine Extraktionselektrode der CFE-Elektronenquelle anlegt, sondern auch eine Wärmebehandlung durchführt, indem sie einen Heizfaden, der den obigen Wolfram-Einkristallstab hält, mit Strom versorgt, eine Elektronenstrahl-Austasteinheit 106, die die Bestrahlung der Probe 121 mit dem Elektronenstrahl vorübergehend unterbricht, indem sie die oben beschriebene Austastelektrode steuert, und eine SEM-Säulen-Steuereinheit 107 gesteuert, welche die Gesamtsteuerung der SEM-Säule 101 durchführt. Auch wenn dies nicht dargestellt ist, umfasst die SEM-Säule 101 eine Kondensorlinse, um den Elektronenstrahl 104 auf die in der Probenkammer 122 angeordnete Probe 121 zu fokussieren, eine Objektivlinse, eine Blende, einen Astigmatismus-Korrektor und einen Achskorrektor. Ferner weist die REM-Säule 101 eine Ablenkeinrichtung zum Ablenken oder Verschieben des Strahls auf der Probe 121 oder eine Strahlverschiebungsfunktion auf.
Im Inneren der FIB-Säule 111 zum Bestrahlen der Probe 121 mit dem Ionenstrahl 114 sind eine Ionenkanoneneinheit 112, die eine Ionenquelle aufweist, und eine Ionenstrahl-Austasteinheit 113 angeordnet, die eine Austastelektrode zur elektrostatischen Ablenkung des Ionenstrahls aufweist. Die Ionenkanoneneinheit 112 wird durch eine Ionenpumpe (nicht dargestellt) und eine nicht-verdampfende Getter (NEG)-Pumpe evakuiert, und die Umgebung der Ionenquelle wird in einem Hochvakuumzustand gehalten. Auch eine Orbitron-Pumpe kann verwendet werden. Die Ionenquelle verwendet ein Galliumion, kann aber auch Edelgase wie Argon, Neon, Xenon und Helium oder Gase wie Sauerstoff und Sauerstoff verwenden.
Ferner wird die FIB-Säule 111 durch eine Ionenkanonensteuerhochspannung-Stromversorgungseinheit 115, die den Ionenstrahl erzeugt, indem sie eine Hochspannung an die obige Ionenquelle anlegt, eine Ionenstrahl-Austasteinheit 116, die die Bestrahlung der Probe 121 mit dem Ionenstrahl vorübergehend unterbricht, indem sie die obige Austastelektrode steuert, und eine FIB-Säulen-Steuereinheit 117 gesteuert, welche die Gesamtsteuerung der FIB-Säule 111 durchführt. Auch wenn dies nicht dargestellt ist, umfasst die FIB-Säule 111 eine Kondensorlinse, um den Ionenstrahl 114 auf die in der Probenkammer 122 angeordnete Probe 121 zu fokussieren, eine Objektivlinse, eine Blende, einen Astigmatismus-Korrektor und einen Achskorrektor. Ferner weist die FIB-Säule 111 eine Ablenkeinrichtung zum Ablenken oder Verschieben des Strahls auf der Probe 121 oder eine Strahlverschiebungsfunktion auf.
Hier werden sowohl die Elektronenstrahl-Austasteinheit 103 als auch die Ionenstrahl-Austasteinheit 113 gesteuert, indem sie eingeschaltet werden, wenn die Probe nicht mit dem Strahl bestrahlt wird, und ausgeschaltet werden, wenn die Probe mit dem Strahl bestrahlt wird. Diese Funktion kann durch die obige Ablenkeinrichtung oder den obigen Achskorrektor ersetzt werden, ohne dass die Elektronenstrahl-Austasteinheit 103 und die Ionenstrahl-Austasteinheit 113 verwendet werden.
Auch wenn dies nicht dargestellt ist, weist die Probenkammer 122, die als Vakuumkammer dient, in ihrem Inneren eine Probenbühne auf, die die Probe 121 hält und bewegt, und einen Detektor, der ein Signal erkennt, das von der mit dem Elektronenstrahl 104 bestrahlten Probe 121 oder der mit dem Ionenstrahl 111 bestrahlten Probe 121 erzeugt wird. Die Probenbühne ist 5-Achsen-antriebsfähig, z.B. mit dreidimensionaler Bewegung, Neigung und Drehung. Der Detektor umfasst einen Sekundärelektronendetektor, einen Rückstreuelektronendetektor, einen Sekundärionendetektor, einen Tertiärelektronendetektor, einen Röntgendetektor und einen fotoelektrischen Detektor. Das Innere der Probenkammer 122 wird durch eine Turbomolekularpumpe (nicht dargestellt) evakuiert. Eine Pumpe ähnlich wie die Pumpe zum Evakuieren der Elektronenkanoneneinheit 102 oder der Ionenkanoneneinheit 112 kann verwendet werden. Die REM-Säule 101, die FIB-Säule 111 und die Probenkammer 122 sind über Poren (Öffnungen) miteinander verbunden und weisen eine Differentialevakuierungstruktur auf.
Die jeweilige Steuereinheit der REM-Säule 101 und der FIB-Säule 111 wird durch eine gemeinsame Mikrocomputer-Steuereinheit 131 integral gesteuert. Die Bildanzeige und die Bedienung beider Säulen werden mit dem PC/Workstation 132 durchgeführt. Das Umschalten zwischen der REM-Beobachtung und der FIB-Bearbeitung erfolgt durch die gemeinsame Mikrocomputer-Steuereinheit 131, die die Elektronenstrahl-Austasteinheit 103 und die Ionenstrahl-Austasteinheit 113 jeweils über die Elektronenstrahl-Austasteinheit 106 und die Ionenstrahl-Austasteinheit 116 steuert. Ferner wird eine Wärmebehandlung der CFE-Elektronenquelle durchgeführt, indem die gemeinsame Mikrocomputer-Steuereinheit 131 die Elektronenkanonensteuerhochspannung-Stromversorgungseinheit 105 steuert.
Vor Gebrauch der Vorrichtung wird eine in der Umgebung der Elektronenkanoneneinheit 102 angeordnete Elektronenkanonenheizeinheit veranlasst, Wärme zu erzeugen, wodurch die Elektronenkanoneneinheit 102 erwärmt wird, und das aus einer Wandfläche der Elektronenkanoneneinheit 102 ausströmende Gas wird abgesaugt (Brennen). Auf diese Weise kann die Umgebung der Elektronenquelle in einem Hochvakuumzustand gehalten werden.
Dann wird der den Wolfram-Einkristallstab haltende Heizfaden erwärmt, indem ein elektrischer Strom zugeführt wird, und eine starke Spülung wird durchgeführt, bis die Oberfläche der CFE-Elektronenquelle einen Zustand ohne adsorbierte Gasschicht erreicht hat.
Selbst, wenn nur die REM-Beobachtung durchgeführt wird, muss die Probe mit dem Elektronenstrahl bestrahlt werden, und daher wird die CFE-Elektronenquelle einem Gasrückfluss von der Probenseite ausgesetzt. Daher wird eine Niedertemperaturspülung durchgeführt, wenn seit der vorherigen Spülung, einschließlich der starken Spülung zu Beginn des Vorrichtungsgebrauchs, eine bestimmte Zeit abgelaufen ist. Dabei tritt eine Störung im Bild auf, die jedoch kein Problem darstellt, da die Störung durch erneutes Abtasten der Probe mit dem Elektronenstrahl behoben werden kann.
2 ist ein Zeitdiagramm, das den Zeitpunkt der Niedertemperaturspülung in der automatischen Sequenz zur wiederholten Durchführung der FIB-Bearbeitung und der REM-Beobachtung darstellt. Die Niedertemperaturspülung wird während der FIB-Bearbeitung an einem Zeitpunkt durchgeführt, an dem seit Beginn der FIB-Bearbeitung eine bestimmte Zeit abgelaufen ist. Während der FIB-Bearbeitung wird keine REM-Beobachtung durchgeführt. Deshalb besteht nicht die Möglichkeit, dass ein REM-Beobachtungsquerschnittsbild durch die Niedertemperaturspülung gestört wird und Information teilweise verloren geht. Vor dem Start der automatischen Sequenz ist die Verarbeitungszeit jedes Bearbeitungsschritts durch Einstellen einer FIB-Bearbeitungsschrittweite, eines Bearbeitungsbereichs, einer Pixelzeit und der Anzahl der zu bearbeitenden Schichten bekannt. Dementsprechend ist bei der Erfassung des REM-Bilds eine Zeit zum Erfassen einer Schicht des REM-Bilds durch Einstellung einer Rahmenzeit für ein Bild, einer Pixelzeit und der Zahl der kumulierten Rahmen bekannt. Eine Zeit zwischen der FIB-Bearbeitungszeit für jeden Bearbeitungsschritt und der REM-Beobachtungszeit, d.h., eine Übergangszeit, kann optional eingestellt werden. Der Beginn der FIB-Bearbeitung, das Ende der FIB-Bearbeitung, der Beginn der REM-Beobachtung und das Ende der REM-Beobachtung können durch Setzen jeweiliger Flags in der Software erkannt werden. Der Zeitpunkt zur Durchführung der Niedertemperaturspülung kann dem Empfang der Flags entsprechend eingestellt werden. Die FIB-Bearbeitungszeit für jeden Bearbeitungsschritt hängt von den oben beschriebenen Bedingungen ab, liegt aber in der Regel zwischen mehreren Sekunden und mehreren zehn Sekunden. Ferner ist die REM-Beobachtungzeit von den obigen Bedingungen, einer zum Erhalt des notwendigen Signal-Rausch-Verhältnisses (SN) benötigten Zeit und einem REM-Sondenstrom abhängig, liegt aber in der Regel zwischen mehreren Sekunden und 100 Sekunden.
Obwohl die automatische Sequenz zur wiederholten Durchführung der FIB-Bearbeitung und der REM-Beobachtung 48 Stunden lang durchgeführt wurde (wobei die Niedertemperaturspülung etwa ein Mal alle 30 Minuten durchgeführt wurde), kann der Erfinder bestätigen, dass die Defokussierung, die Abweichung des Blickfelds und Helligkeitsänderung akzeptabel waren.
Selbst wenn in der kombinierten Ladungsteilchenstrahlvorrichtung mit der SE-Elektronenquelle des Stands der Technik die SE-Elektronenquelle und ein Monochromator miteinander kombiniert werden, um etwa die gleiche Energiebreite wie die der CFE-Elektronenquelle zu erhalten, wird ein Strahlstrom extrem reduziert, und der Kontrast verschlechtert sich. Eine Bilderfassungszeit, um einen Bearbeitungsquerschnitt mit ausreichendem Kontrast zu beobachten, verlängert sich zwangsläufig, und die verlängerte Zeit ist für eine Probe, die der Elektronenstrahlbestrahlung gegenüber empfindlich ist, besonders ungeeignet. Der vorliegenden Ausführungsform gemäß kann der Bearbeitungsschritt in der dreidimensionalen Struktur-/Zusammensetzungsanalyse der Probe jedoch minimiert werden. Deshalb ist es für jeden Bearbeitungsquerschnitt möglich, ein REM-Bild zu erfassen, das eine hohe Auflösung aufweist, und eine verbesserte Stromstabilität zu erreichen, während eine niedrige Beschleunigungsspannung verwendet wird. Wenn zum Beispiel in Bezug auf Silicium der Bearbeitungsschritt auf 10 nm und die REM-Beschleunigungsspannung auf 1 kV eingestellt sind, kann die dreidimensionale Struktur-/Zusammensetzungsanalyse durchgeführt werden, indem nur die Information im Bearbeitungsschritt durch den Elektronenstrahl mit enger Energiebreite extrahiert wird, die ein Merkmal der CFE-Elektronenquelle ist.
Ausführungsform 2
Der vorliegenden Ausführungsform gemäß wird die Niedertemperaturspülung im Unterschied zur Ausführungsform 1 während der Übergangszeit durchgeführt, in der nach der FIB-Bearbeitung von der FIB-Bearbeitung auf die REM-Beobachtung umgeschaltet wird. Im Folgenden wird hauptsächlich ein Punkt beschrieben, der von der Ausführungsform 1 abweicht.
3 ist ein Zeitdiagramm, das den Zeitpunkt der Niedertemperaturspülung in der automatischen Sequenz zur wiederholten Durchführung der FIB-Bearbeitung und der REM-Beobachtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt. Der vorliegenden Ausführungsform gemäß wird die Niedertemperaturspülung an einem Zeitpunkt während der Übergangszeit durchgeführt, an dem seit dem Ende der FIB-Bearbeitung eine bestimmte Zeit abgelaufen ist. Die Niedertemperaturspülung wird direkt vor der REM-Beobachtung durchgeführt, wodurch das REM-Bild zuverlässig in einem Bereich mit hoher Helligkeitsstabilität erfasst werden kann.
Ausführungsform 3
Der vorliegenden Ausführungsform gemäß wird die Niedertemperaturspülung im Unterschied zu den Ausführungsformen 1 und 2 während der Übergangszeit durchgeführt, in der nach der REM-Bearbeitung von der REM-Bearbeitung auf die FIB-Bearbeitung umgeschaltet wird. Im Folgenden wird hauptsächlich ein Punkt beschrieben, der von den Ausführungsformen 1 und 2 abweicht.
4 ist ein Zeitdiagramm, das den Zeitpunkt der Niedertemperaturspülung in der automatischen Sequenz zur wiederholten Durchführung der FIB-Bearbeitung und der REM-Beobachtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt. Der vorliegenden Ausführungsform gemäß wird die Niedertemperaturspülung an einem Zeitpunkt während der Übergangszeit durchgeführt, an dem seit dem Ende der REM-Beobachtung eine bestimmte Zeit abgelaufen ist. Die Niedertemperaturspülung wird direkt nach der REM-Beobachtung durchgeführt, und es bleibt genügend Zeit bis zur nachfolgenden REM-Beobachtung übrig, weshalb die Niedertemperaturspülung zuverlässig durchgeführt werden kann.
Ausführungsform 4
Die vorliegende Ausführungsform wird realisiert, indem die Ausführungsform 2 und die Ausführungsform 3 miteinander kombiniert werden. Im Folgenden wird hauptsächlich ein Punkt beschrieben, der von den Ausführungsformen 1 bis 3 abweicht.
5 ist ein Zeitdiagramm, das den Zeitpunkt der Niedertemperaturspülungen in der automatischen Sequenz zur wiederholten Durchführung der FIB-Bearbeitung und der REM-Beobachtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt. Der vorliegenden Ausführungsform gemäß wird die Niedertemperaturspülung an einem Zeitpunkt während der Übergangszeit durchgeführt, an dem seit dem jeweiligen Ende der FIB-Bearbeitung und der REM-Beobachtung eine bestimmte Zeit abgelaufen ist. Durch häufiges aufeinanderfolgendes Durchführen der Niedertemperaturspülung kann das Bild im Vergleich zur Ausführungsform 2 noch zuverlässiger in einem Bereich mit hoher Helligkeitsstabilität erfasst werden.
Ausführungsform 5
Der vorliegenden Ausführungsformen gemäß werden im Unterschied zu den Ausführungsformen 1 bis 4 die Niedertemperaturspülung und eine starke Spülung durchgeführt. Im Folgenden wird hauptsächlich ein Punkt beschrieben, der von den Ausführungsformen 1 bis 4 abweicht.
In vielen Fällen weist eine herkömmliche kombinierte Ladungsteilchenstrahlvorrichtung eine Gasdüse auf, die ein Abscheidungsgas wie z.B. Pt und C oder ein Ätzgas wie z.B. XeF2 einleitet. Die FIB-Vorrichtung wird dann nicht nur für einen Sputterprozess, sondern auch zur Abscheidung unter Verwendung eines Vorläufergases und für einen unterstützenden Ätzprozess verwendet. Während dieses FIB-Betriebs, das heißt, während mit der FIB-Vorrichtung die Abscheidung oder die unterstützende Ätzung durchgeführt wird, gelangt das Vorläufergas in das Innere der REM-Säule oder in die Umgebung der CFE-Elektronenquelle, wodurch eine Sondenstrom-Dämpfungszeit verkürzt wird. In einem derartigen Fall ist es wünschenswert, die Niedertemperaturspülung in Kombination mit einer starken Spülung wie vor Gebrauch der Vorrichtung durchzuführen.
6 ist ein Zeitdiagramm, das den Zeitpunkt der Niedertemperaturspülungen und der starken Spülung in der automatischen Sequenz zur wiederholten Durchführung der FIB-Bearbeitung und der REM-Beobachtung gemäß der vorliegenden Ausführungsform darstellt. Der vorliegenden Ausführungsform gemäß wird die Niedertemperaturspülung während des FIB-Betriebs wiederholt in kurzen Zeitintervallen durchgeführt. Andererseits wird während der REM-Beobachtung nach dem Umschalten von FIB auf REM keine Niedertemperaturspülung durchgeführt. An dem Zeitpunkt, an dem von der REM-Beobachtung auf den FIB-Betrieb mit dem eingeleiteten Vorläufergas umgeschaltet wird, ist ein Vakuumgrad in der Umgebung der CFE-Elektronenquelle noch in einem verschlechterten Zustand. Während der REM-Beobachtung ist der Sondenstrom stark gedämpft, weshalb die Möglichkeit besteht, dass bei der Temperatur der Niedertemperaturspülung keine reine Oberfläche zum Aufrechterhalten des Bereichs mit hoher Helligkeitsstabilität erhalten werden kann. Deshalb wird während der Übergangszeit, in welcher von der REM-Beobachtung auf den FIB-Betrieb umgeschaltet wird, eine Spülung durchgeführt, die stark genug ist, um das adsorbierte Gas zu desorbieren. Nach dem Erhalt einer reinen Oberfläche wird die Niedertemperaturspülung während des FIB-Betriebs erneut wiederholt durchgeführt, wodurch selbst nach einer Sequenz wie dem Einleiten des Vorläufergases direkt nach dem Umschalten vom FIB-Betrieb auf die REM-Beobachtung ein stabiler Sondenstrom erhalten werden kann.
Falls die Abscheidung oder das Ätzen mit dem Elektronenstrahl durchgeführt wird, kann eine Nachbearbeitung oder Bearbeitung während der FIB-Bearbeitung auf gleiche Weise durchgeführt werden wie in der vorliegenden Ausführungsform.
Industrielle Anwendbarkeit
Bisher wurde die kombinierte Ladungsteilchenstrahlvorrichtung Bezug nehmend auf Ausführungsform 1 beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist jedoch auch auf eine kombinierte Ladungsteilchenstrahlvorrichtung anwendbar, die eine Konfiguration aufweist, in welcher die FIB-Säule 111 und die REM-Säule 101 orthogonal zueinander angeordnet sind, wie in 7 dargestellt. Die vorliegende Erfindung ist zum Beispiel auch auf eine kombinierte Ladungsteilchenstrahlvorrichtung mit einer Konfiguration mit Dreifachstrahl anwendbar, die außerdem mit einer Argonionenstrahl-Säule 141 ausgerüstet ist, um die Probe mit einem Argonionenstrahl 144 zu bestrahlen, wie in 8 gezeigt. Der REM-Säule 101 und der FIB-Säule 111 entsprechend weist die Argonionenstrahlsäule 141 in ihrem Inneren eine Ionenkanoneneinheit 142 mit einer Argonionenquelle und eine Argonionenstrahl-Austasteinheit 143 mit einer Austastelektrode zur elektrostatischen Ablenkung des Argonionenstrahls auf. Ferner wird die Argonionenstrahl-Säule 141 durch eine Arginionenkanonensteuerhochspannung-Stromversorgungseinheit 145, die den Argonionenstrahl erzeugt, indem sie eine Hochspannung an die obige Argonionenquelle anlegt, eine Argonionenstrahl-Austasteinheit 146, die die Bestrahlung der Probe 121 mit dem Argonionenstrahl vorübergehend unterbricht, indem sie die obige Austastelektrode steuert, und eine Argonionenstrahl-Säulen-Steuereinheit 147 gesteuert, welche die Gesamtsteuerung der Argonionenstrahl-Säule 141 durchführt.
Durch Anwenden der vorliegenden Erfindung auf eine kombinierte Ladungsteilchenstrahlvorrichtung ist es möglich, die automatische Sequenz zur wiederholten Durchführung des FIB-Betriebs und der REM-Beobachtung, was typische Anwendungen für kombinierte Ladungsteilchenstrahlvorrichtungen sind, über eine lange Zeit hinweg durchzuführen, und außerdem ist es möglich, ein Bild mit hoher Auflösung und erhöhter Stromstabilität zu erhalten, selbst wenn die REM-Beschleunigungsspannung niedrig ist, wodurch der Benutzerkomfort wesentlich erhöht wird.
Bezugszeichenliste

101:: REM-Säule
102:: Elektronenkanoneneinheit
103:: Elektronenstrahl-Austasteinheit
104:: Elektronenstrahl
105:: Elektronenkanonensteuerhochspannung-Stromversorgungseinheit
106:: Elektronenstrahl-Austasteinheit
107:: REM-Säulen-Steuereinheit
111:: FIB-Säule
112:: Ionenkanoneneinheit
113:: Ionenstrahl-Austasteinheit
114:: Ionenstrahl
115:: Ionenkanonensteuerhochspannung-Stromversorgungseinheit
116:: Ionenstrahl-Austasteinheit
117:: FIB-Säulen-Steuereinheit
121:: Probe
122:: Probenkammer
131:: Gemeinsame Mikrocomputer-Steuereinheit
132:: PC/Workstation
141:: Argonionenstrahl-Säule
142:: Ionenkanoneneinheit
143:: Argonionenstrahl-Austasteinheit
144:: Argonionenstrahl
145:: Argonionenkanonensteuerhochspannung-Stromversorgungseinheit
146:: Argonionenstrahl-Austasteinheit
147:: Argonionenstrahl-Säulen-Steuereinheit

Claims

Kombinierte Ladungsteilchenstrahlvorrichtung, umfassend: ein CFE-REM, das eine CFE-Elektronenquelle verwendet, um eine Probe mit einem Elektronenstrahl zu bestrahlen; eine FIB-Vorrichtung, die die Probe mit einem Ionenstrahl bestrahlt; und eine Steuereinheit, die eine automatische Sequenz zur wiederholten Durchführung einer Probenbeobachtung mit dem CFE-REM und einer Probenbearbeitung mit der FIB-Vorrichtung steuert, wobei die Steuereinheit in der automatischen Sequenz während der Probenbearbeitung mit der FIB-Vorrichtung oder während einer Übergangszeit zwischen der Probenbeobachtung mit dem CFE-REM und der Probenbearbeitung mit der FIB-Vorrichtung eine Spülung durchführt, während an der CFE-Elektronenquelle eine Extraktionsspannung anliegt.
Kombinierte Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 1, wobei in der automatischen Sequenz eine Probenbeobachtung mit dem CFE-REM und eine Probenquerschnittsbearbeitung mit der FIB-Vorrichtung wiederholt durchgeführt werden, um eine dreidimensionale Struktur-/Zusammensetzungsanalyse an der Probe zu realisieren.
Kombinierte Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 1, außerdem umfassend: eine Gasdüse, die ein Abscheidungsgas einleitet, wobei in der automatischen Sequenz eine Probenbeobachtung mit dem CFE-REM und ein Abscheidungsprozess mit der FIB-Vorrichtung wiederholt durchgeführt werden.
Kombinierte Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach Anspruch 1, außerdem umfassend: eine Gasdüse, die ein Ätzgas einleitet, wobei in der automatischen Sequenz eine Probenbeobachtung mit dem CFE-REM und ein unterstützender Ätzprozess mit der FIB-Vorrichtung wiederholt durchgeführt werden.
Kombinierte Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Spülung in der automatischen Sequenz durchgeführt wird, wenn seit dem Beginn der Probenbearbeitung mit der FIB-Vorrichtung eine bestimmte Zeit abgelaufen ist.
Kombinierte Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Spülung in der automatischen Sequenz durchgeführt wird, wenn seit dem Ende der Probenbearbeitung mit der FIB-Vorrichtung eine bestimmte Zeit abgelaufen ist.
Kombinierte Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Spülung in der automatischen Sequenz durchgeführt wird, wenn seit dem Ende der Probenbeobachtung mit dem CFE-REM eine bestimmte Zeit abgelaufen ist.
Kombinierte Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei in der automatischen Sequenz die Spülung während der Probenbearbeitung mit der FIB-Vorrichtung wiederholt durchgeführt wird und nach der Probenbeobachtung mit dem CFE-REM eine andere Spülung durchgeführt wird, die stärker als die obige Spülung ist.
Kombinierte Ladungsteilchenstrahlvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Ionenstrahl ein Galliumionenstrahl, ein Neonionenstrahl, ein Argonionenstrahl, ein Heliumionenstrahl, ein Xenonionenstrahl, ein Sauerstoffionenstrahl oder ein Stickstoffionenstrahl ist.
Steuerverfahren in einer automatischen Sequenz zur wiederholten Durchführung einer Probenbeobachtung mit einem CFE-REM und einer Probenbearbeitung mit einer FIB-Vorrichtung, wobei während der Probenbearbeitung mit der FIB-Vorrichtung oder während einer Übergangszeit zwischen der Probenbeobachtung mit dem CFE-REM und der Probenbearbeitung mit der FIB-Vorrichtung eine Spülung durchgeführt wird, während an der CFE-Elektronenquelle eine Extraktionsspannung anliegt.
Steuerverfahren nach Anspruch 10, wobei in der automatischen Sequenz eine Probenbeobachtung mit dem CFE-REM und eine Probenquerschnittsbearbeitung mit der FIB-Vorrichtung wiederholt durchgeführt werden, um eine dreidimensionale Struktur-/Zusammensetzungsanalyse an der Probe zu realisieren.
Steuerverfahren nach Anspruch 10, wobei in der automatischen Sequenz die Probenbeobachtung mit dem CFE-REM und ein Abscheidungsprozess mit der FIB-Vorrichtung und einem Abscheidungsgas wiederholt durchgeführt werden.
Steuerverfahren nach Anspruch 10, wobei eine Gasdüse vorgesehen ist, die ein Ätzgas einleitet, und wobei in der automatischen Sequenz die Probenbeobachtung mit dem CFE-REM und ein unterstützender Ätzprozess mit der FIB-Vorrichtung und einem Ätzgas wiederholt durchgeführt werden.
Steuerverfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die Spülung in der automatischen Sequenz durchgeführt wird, wenn seit dem Beginn der Probenbearbeitung mit der FIB-Vorrichtung eine bestimmte Zeit abgelaufen ist.
Steuerverfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die Spülung in der automatischen Sequenz durchgeführt wird, wenn seit dem Ende der Probenbearbeitung mit der FIB-Vorrichtung eine bestimmte Zeit abgelaufen ist.
Steuerverfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei die Spülung in der automatischen Sequenz durchgeführt wird, wenn seit dem Ende der Probenbeobachtung mit dem CFE-REM eine bestimmte Zeit abgelaufen ist.
Steuerverfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei in der automatischen Sequenz die Spülung während der Probenbearbeitung mit der FIB-Vorrichtung wiederholt durchgeführt wird und nach der Probenbeobachtung mit dem CFE-REM eine andere Spülung durchgeführt wird, die stärker als die obige Spülung ist.
Steuerverfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei der Ionenstrahl ein Galliumionenstrahl, ein Neonionenstrahl, ein Argonionenstrahl, ein Heliumionenstrahl, ein Xenonionenstrahl, ein Sauerstoffionenstrahl oder ein Stickstoffionenstrahl ist.