DE19725156A1 - System und Verfahren zur Probenbeurteilung/Prozessbeobachtung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein System und Verfahren zum Bearbei­ ten einer Probe durch einen Ionenstrahl und zum anschließen­ den Beobachten der bearbeiteten Probe unter Verwendung eines Elektronenmikroskops oder dergleichen.

Ein Beispiel zu bekannten Systemen zum Bearbeiten einer Pro­ be unter Verwendung eines Systems mit fokussiertem Ionen­ strahl und zum anschließenden Beobachten der bearbeiteten Probe ist das im Dokument JP-A-6-103947 offenbarte "System mit fokussiertem Ionenstrahl". Gemäß einer in diesem Ionen­ strahlsystem verwendeten Technik kann die mit dem System mit fokussiertem Ionenstrahl bearbeitete Probe in eine Vorbear­ beitungsvorrichtung und eine Beobachtungsvorrichtung ohne Austausch eingesetzt werden. Wenn es bei diesem System er­ wünscht ist, eine Probe zum Beispiel zur Verwendung mit einem Transmissionselektronenmikroskop (TEM) herzustellen, muß jedoch die Probe mit der geringen Dicke von ungefähr 100 nm hergestellt werden, was manchmal dazu führt, daß ein eigentlich auf der Probe zu beobachtender Ort in unerwünsch­ ter Weise abgeschnitten wird. Im Fall der Analyse eines Halbleiterdefekts ist ein solcher Defekt im allgemeinen ein einzelner Punkt in einem feinen Abschnitt, und das Abschnei­ den eines derartigen Defektpunkts führt dazu, daß seine Analyse nicht möglich ist.

Ferner ist das obengenannte System zwar für eine einzelne Probe anwendbar, kann jedoch nicht mehrere Proben handhaben. Daher können mit dem bekannten System nicht mehrere Proben automatisch bearbeitet und beobachtet werden. Indessen gehö­ ren zu bekannten Systemen zum Beobachten mehrerer Proben auf einem Seiteneinschubtisch eines Transmissionselektronenmi­ kroskops die folgenden: "System zum Umschalten von Proben im Gebrauch mit einem Elektronenmikroskop", wie im Dokument JP-A-4-248237 offenbart, und ein "Elektronenmikroskop", wie im Dokument JP-A-4-328233 offenbart. Jedoch sind die bei diesen bekannten Techniken verwendeten Halter ausschließlich für ein Transmissionselektronenmikroskop konzipiert, und Probenbearbeitung ist nicht berücksichtigt. Diese bekannten Techniken offenbaren keine automatische Probebeobachtung, jedoch offenbaren sie Fernsteuerung mittels eines Motoran­ triebs.

Im Dokument JP-A-4-76437 ist ein Bearbeitungsverfahren mit einem fokussierten, geladenen Strahl zum Beobachten eines REM-Bilds einer Probe, falls dies erforderlich ist, im Ver­ lauf der Bearbeitung der Probe offenbart, um dieselbe in einem Verbundsystem mit fokussiertem Ionenstrahl (FIB) und einem Rasterelektronenmikroskop (REM) optimal zu bearbeiten. Bei diesem Verfahren wird die Probe teilweise abgeschnitten, um die Schnittfläche zu beobachten und eine Bearbeitungspo­ sition zu beurteilen. Aus diesem Grund besteht die Gefahr, daß ein gewünschter Ort der Probe vor der Beurteilung in ungünstiger Weise abgeschnitten wird. Ferner erfordert die­ ses Verfahren ein Austauschen der Probe zwischen der Bear­ beitung und der endgültigen Beobachtung, was in nachteiliger Weise dazu führt, daß Austauschzeit erforderlich ist und die Gefahr einer Beschädigung durch Herunterfallen oder durch einen anderen Grund besteht. Ferner ergibt sich beim Verfahren schlechte Auflösung hinsichtlich des REM-Bilds, da die Energie bei der Beobachtung gemäß dem REM-Bild niedrig ist (ungefähr 10 kV).

Daher ist es eine Aufgabe der Erfindung, die Materialanaly­ segeschwindigkeit dadurch zu erhöhen, daß ein Beobachtungs­ teil einer Probe nicht abgeschnitten wird, und es ist auch eine Aufgabe, den Bearbeitungswirkungsgrad zwischen Bearbei­ tungs- und Beobachtungsschritten für eine Probe dadurch zu erhöhen, daß die Probe auf demselben Probenhalter ver­ bleibt, ohne also einen Austausch durch einen anderen Halter auszuführen.

Eine andere Aufgabe der Erfindung ist es, mehrere Proben zu bearbeiten und zu beobachten, ohne einen Austausch hinsicht­ lich verschiedenen Haltern auszuführen. Eine zugehörige Auf­ gabe der Erfindung ist es, mehrere Proben automatisch zu be­ arbeiten oder zu beobachten.

Diese Aufgaben sind hinsichtlich eines Systems zur Probenbeurteilung/Prozessbeobachtung durch die Lehre des beigefügten Anspruchs 1, hinsichtlich eines Verfahrens zum Bearbeiten mehrerer Proben durch die Lehre des beigefügten Anspruchs 5 und hinsichtlich eines Probenbeurteilungsverfahrens durch die Lehre des beigefügten Anspruchs 8 gelöst.

Gemäß einer Erscheinungsform der Erfindung wird eine Probe durch ein Rastertransmissionselektronenmikroskop (RTEM) oder ein Rasterelektronenmikroskop (REM), das an einem Transmis­ sionselektronenmikroskop (TEM) angebracht ist, beobachtet, um Vorabbeobachtungsinformation einschließlich Tiefenrich­ tungsinformation zu erfassen und um den nächsten Bearbei­ tungspunkt, Bearbeitungsdimensionen usw. auf Grundlage der erfaßten Information zu bestimmen. Um die Bearbeitung und die Beobachtung mit höherem Wirkungsgrad ausführen zu kön­ nen, wird ein gemeinsamer Probenhalter vom Seiteneinschubs­ typ verwendet, so daß es das bloße Einführen und Herauszie­ hen des Probenhalters ermöglichen, die Bearbeitung ohne Pro­ benaustausch auszuführen.

Gemäß einer anderen Erscheinungsform der Erfindung werden, um mehrere Proben unter Verwendung z. B. eines Transmissi­ onselektronenmikroskops (TEM) zu beobachten, die Proben so angeordnet, daß sie sich hinsichtlich ihrer Bearbeitungs- und Beobachtungsflächen nicht überlappen. Um einen einzigen Probenhalter gemeinsam zu nutzen, ist ferner dieser Proben­ halter mit einem Seiteneinschubstisch versehen, und sowohl Bearbeitungs- als auch Beobachtungsstrahlen sind so beschaf­ fen, daß sie einen Beobachtungsteil erreichen. Automatische Bearbeitung wird auf Grundlage einer Markierung ausgeführt, die auf einer Fläche einer Probe zum Bezug ausgebildet ist, wohingegen automatische Beobachtung auf Grundlage eines Be­ arbeitungsaußenumfangs oder dergleichen der Probe als Bezug ausgeführt wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von durch Figuren veranschaulichten Ausführungsbeispielen näher beschrieben.

Fig. 1 zeigt schematisch eine Probenbearbeitungsvorrichtung zur Verwendung bei einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 2 zeigt das äußere Aussehen eines in der Probenbearbei­ tungsvorrichtung von Fig. 1 verwendeten Probenhalters;

Fig. 3A, 3B und 3C sind eine Draufsicht, eine Seitenansicht bzw. eine teilweise vergrößerte Ansicht eines Teils des Vor­ derendes, des Probenhalters;

Fig. 4 zeigt schematisch ein Transmissionselektronenmikro­ skop;

Fig. 5A und 5B zeigen schematisch Zustände einer Probe nach und vor deren Bearbeitung;

Fig. 6A, 6B, 6C und 6D zeigen beobachtete Zustände der Probe der Fig. 5A und 5B nach und vor der Bearbeitung;

Fig. 7 zeigt eine perspektivische Ansicht der Proben, nach­ dem diese schließlich bearbeitet wurden;

Fig. 8 zeigt schematisch ein Rasterelektronenmikroskop;

Fig. 9 zeigt schematisch eine Ionenfräsvorrichtung;

Fig. 10 ist ein Flußdiagramm zum Erläutern eines automati­ schen Bearbeitungsvorgangs beim Ausführungsbeispiel;

Fig. 11 zeigt schematisch Zustände von Proben nach einer Vorbearbeitung und während ihrer Bearbeitung; und

Fig. 12 zeigt schematisch einen geraden Probenhalter.

In Fig. 1 ist ein System mit fokussiertem Ionenstrahl als Verarbeitungssystem gemäß einem Ausführungsbeispiel der Er­ findung dargestellt. Ein von einem Ionenemitter 1, der im Zentrum einer Abschirmungselektrode 2 angeordnet ist, emit­ tierter Ga-Ionenstrahl wird zwischen dem Ionenemitter 1 und einer Bleielektrode 3 auf 30 keV beschleunigt, durch eine Blende 5 zur Strahlwinkelbegrenzung geführt und dann durch eine Kondensorlinse 4 und eine Objektivlinse 7 als elektro­ statische Linsen auf eine Probe (Halbleiterbauteil) 12 fo­ kussiert. Der Strahl wird durch eine Abrasterelektrode 6 hinsichtlich seiner Ablenkung so gesteuert, daß er zur Bildanzeige und zur Bearbeitung verwendet werden kann.

Im Fall einer Bildanzeige erfolgt eine Signalerfassung durch einen Sekundärteilchendetektor 9. Beim veranschaulichten Beispiel sind mehrere Proben 12 auf einem Probenhalter 11 angeordnet. Der Probenhalter 11 wird durch eine Proben-Fein­ verstellungsvorrichtung 10 geführt und dann in eine Proben­ kammer 8 eingesetzt. Vorrichtungen einschließlich dem Pro­ benhalter 11 werden gesteuert durch von einer Steuerung 13 ausgegebene Befehle mittels einer Steuerspannungsquelle 14 und einer Probenantriebs-Spannungsquelle 15 angetrieben.

In Fig. 2 sind Details des Probenhalters 11, d. h. eines so­ genannten Seiteneinschubtisch-Halters dargestellt. Der Pro­ benhalter 11 ist mit einem Knopf 24, einer Stange 23, einem Stift 17 und einem Vorderende 26 versehen. Der Knopf 24 ist mit einem Proben-Drehantriebsmechanismus 16 versehen, und er ist an seinem einen Ende mit einer geteilten Skala 25 verse­ hen, die die Position der Probe 12 anzeigt.

Fig. 3C ist eine vergrößerte Ansicht des Vorderendes 26, während Fig. 3A eine Draufsicht auf das Vorderende des Pro­ benhalters 11 ist, gesehen von der Eintrittsseite des Bear­ beitungsstrahls her, und Fig. 3B ist eine Seitenansicht zu Fig. 3A. Der Bearbeitungsstrahl wird durch eine Bearbei­ tungsstrahlöffnung 19 in Form einer Kerbe in der Richtung rechtwinklig zur Papierebene in Fig. 3A und rechtwinklig zur Längsrichtung des Vorderendes 26 in dieses Vorderende 26 ge­ führt. Indessen wird ein Beobachtungsstrahl aus einer Rich­ tung rechtwinklig zur Papierebene gemäß Fig. 3B (und Fig. 3C) auf die Probe 12 gestrahlt, die in einem Bearbeitungs/Beobachtungs-Punkt positioniert ist. Die Probe 12 entspricht einer von mehreren (8 beim vorliegenden Ausführungsbeispiel) Proben, die jeweils in einer zugehörigen Probenzelle ange­ ordnet sind. Die Bearbeitungsstrahlöffnung 19 ist in jeder Zelle 18 und einem offenen Zellenhalter 27 ausgebildet, wie in Fig. 3C dargestellt. Die Probenzellen sind so angeordnet, daß sie sequentiell in der in Fig. 3B durch Pfeile darge­ stellten Richtung verdreht werden, so daß dann, wenn die Probe 12 am Bearbeitungs/Beobachtungs-Punkt 28 positioniert ist, der Zellenhalter 27 mit der Bearbeitungsstrahlöffnung 19 der Probenzelle 18 übereinstimmt.

Die Drehung der Probenzelle erfolgt mittels des Proben-Dreh­ antriebsmechanismus 16. Wie es in Fig. 3C dargestellt ist, ist die Probe 12 auf einem ausgeschnittenen Gitter angeord­ net. Das ausgeschnittene Gitter ist innerhalb der Probenzel­ le 18 befestigt. Die Probe 12 wird an einer Position bear­ beitet, die dem Bearbeitungs/Beobachtungs-Punkt 28 ent­ spricht. Der Bearbeitungsvorgang wird aus einer Richtung rechtwinklig zur Papierebene von Fig. 3A ausgeführt. Wenn eine Bearbeitung und eine Beobachtung der Probe unter Ver­ wendung desselben Halters erfolgen, erfordert dies ein Transmissionselektronenmikroskop, das die Verwendung des Probenhalters 11 als solchem ermöglicht, wie im Bearbei­ tungs/Beobachtungs-System mit fokussiertem Ionenstrahl ver­ wendet. Fig. 4 zeigt ein Transmissionselektronenmikroskop, das, zusätzlich zu einem Hauptgestell 20 dieses Transmis­ sionselektronenmikroskops, mit einem REM-Teil 21 zur Bildbe­ obachtung mittels eines Rasterelektronenmikroskops und mit einer REM-Bildanzeigeeinheit 22 zur Bildanzeige mittels des Rasterelektronenmikroskops versehen ist. Der Probenhalter 11, der die unter Verwendung eines fokussierten Ionenstrahls bearbeitete Probe trägt, wird durch die Proben-Feinverstel­ lungsvorrichtung 10 eingeführt.

Die Bearbeitungs- und Beobachtungsabläufe sind die folgen­ den. Zunächst wird die Probe unter Verwendung des fokussier­ ten Ionenstrahls bearbeitet. Die Form der Probe nach der Be­ arbeitung ist in Fig. 5A dargestellt. Der Probenhalter 11 wird aus der Vorrichtung von Fig. 1 mit fokussiertem Ionen­ strahl herausgezogen, wobei die Probe mit der obigen Form (Fig. 5A) vom Probenhalter gehalten wird, und dann wird er in das Hauptgestell 20 des Transmissionselektronenmikroskops von Fig. 4 eingeführt. Es wird ein Transmissionselektronen­ mikroskop mit einer Elektronenquelle vom elektromagnetischen Emissionstyp verwendet, mit einer Elektronenbeschleunigungs­ spannung von 200 kV. In Fig. 6A ist ein Beispiel für die Probe 12 dargestellt, wenn diese unter Verwendung des an ihm befestigten Transmissionselektronenmikroskops 20 auf Grund­ lage der REM-Funktionen 21 und 22 in der Beobachtungsrich­ tung betrachtet wird. Es ist ersichtlich, da das REM-Bild einen Primärelektronenstrahl mit einer Beschleunigungsspan­ nung von 200 kV verwendet, selbst dann, wenn die Bearbei­ tungstiefe den Beobachtungspunkt nicht erreicht hat, dieser dennoch etwas erkennbar wird, wie es durch die gestrichelten Linien in Fig. 6A dargestellt ist, da der Elektronenstrahl tief eindringt. (Bei den Anzeigebeispielen der Fig. 6A bis 6D kennzeichnen durchgezogene Linien Information an der Oberfläche, während gestrichelte Linien Information im Inne­ ren kennzeichnen.) Unter diesen Bedingungen wird, da der Be­ obachtungspunkt nicht deutlich beobachtet werden kann, der Probenhalter erneut für zusätzliche Bearbeitung in die Vor­ richtung mit fokussiertem Ionenstrahl zurückgesetzt. Durch mehrmalige Wiederholung derartiger zusätzlicher FIB-Bearbeitung und REM-Beobachtung wird die Bearbeitung einer Seite der Probe 12 abgeschlossen.

Das Ergebnis des Bilds mittels des Hochbeschleunigungs-REM bei Beobachtung unter den obigen Bedingungen ist in Fig. 6B dargestellt. In Fig. 6B erscheint der Beobachtungspunkt in deutlicher Weise. Da die Beschleunigungsspannung hoch ist, kann die Elektronensonde mit kleinem Durchmesser ausgebildet werden, weswegen die Auflösung gut ist. Außerdem ist es mög­ lich, da Information von Teilen unter der Oberfläche erhal­ ten werden kann, die Probe 12 in verdrehtem Zustand zu beob­ achten, um aus dem beobachteten Wert die Tiefenabmessung zu messen. Auf Grundlage der gemessenen Dimension kann die nächste Bearbeitungsdimension bestimmt werden. In diesem Stadium wird der Bearbeitungspunkt, wie er in Fig. 6B darge­ stellt ist, als gut beurteilt, und dann wird die Oberfläche der Probe, die von der fraglichen Oberfläche abgewandt ist, mittels der Vorrichtung mit fokussiertem Ionenstrahl bear­ beitet. Um zu verhindern, daß der Beobachtungspunkt abge­ schnitten wird, wird die Probe anfangs so bearbeitet, daß sie eine Wanddicke von 100 bis 200 nm aufweist (siehe Fig. 5B).

Nun, da die Probe dünn ausgebildet ist, wird eine Beobach­ tung ihres TEM-Bilds ausgeführt, wobei das Ergebnis in Fig. 6C dargestellt ist. In diesem Stadium wird aus Fig. 6C beur­ teilt, ob die Probe für dünnere Bearbeitung weiterbearbeitet werden muß oder nicht. Beim veranschaulichten Beispiel wur­ de die Probe weiter so bearbeitet, daß sie eine Wanddicke von 80 nm oder weniger aufwies, und schließlich wurde ihr Atombild dadurch beobachtet, daß der Beobachtungs-Vergrößerungsfaktor erhöht wurde (siehe Fig. 6D).

Auf diese Weise sind im Fall einer TEM-Beobachtung die er­ faßten Daten um so besser, je dünner die Probe ist, jedoch geht manchmal, wenn die Probe dünn gemacht wird, gewünschte Information verloren. In einem solchen Fall ist es hinsicht­ lich sogar einer dünnen Probe wirkungsvoll, ein Energiefil­ ter-TEM mit gutem Kontrast zu verwenden. Ein Transmissions­ elektronenstrahl im Transmissionselektronenmikroskop stößt im Verlauf des Hindurchstrahlens durch das Material inelas­ tisch mit Atomen in der Probe zusammen, wobei er einen ge­ ringen Energieverlust erleidet. Da die Stoßstärke abhängig von der Probenstruktur oder vom Atomtyp abhängt, wird es je­ doch, wenn der Transmissionselektronenstrahl durch ein Ener­ giefilter geführt wird, möglich, nur Elektronenstrahlen mit gleichmäßigem Energieverlust zu sammeln, so daß selbst dann, wenn die Probe dick ist, ein durch ein Merkmal gekenn­ zeichneter Kontrast erhalten werden kann.

Obwohl im Verlauf der Bearbeitung der Probe beim vorliegen­ den Ausführungsbeispiel als Vorbeobachtungseinrichtung ein Rasterelektronenmikroskop (REM) mit hoher Beschleunigung und ein Transmissionselektronenmikroskop (TEM) verwendet wurden, ist es auch möglich, ein Rastertransmissionselektronenmikro­ skop (RTEM) zu verwenden, wenn die Probe die geringe Dicke von ungefähr einigen 100 nm einnimmt. Auf ähnliche Weise können auch, selbst als Endbeobachtungseinrichtung, ein Ras­ terelektronenmikroskop (REM) und/oder ein Rastertransmissi­ onselektronenmikroskop (RTEM) verwendet werden.

Beim vorliegenden Ausführungsbeispiel können, da der gemein­ same, rotierende Mehrfachprobenhalter verwendet wird, bis zu 8 Proben gleichzeitig bearbeitet und in das Transmissions­ elektronenmikroskop eingeführt werden. Wenn es erwünscht ist, mehr als 8 Proben zu bearbeiten, ist es wirkungsvoll, mehrere Probenhalter bereitzustellen, um sie gesondert zur Bearbeitung und Beobachtung zu verwenden. Um den Wirkungs­ grad weiter zu erhöhen, ist es auch möglich, ein automati­ sches Bearbeitungssystem zu verwenden.

Es erfolgt nun eine Erläuterung dazu, wie Proben bearbeitet werden. Es sei angenommen, daß eine Probe nach der Bearbei­ tung eine Konfiguration aufweist, wie sie z. B. in Fig. 7 dargestellt ist, bei der eine Markierung 22′ vorhanden ist, um eine Bearbeitungsposition zu spezifizieren. Die Bearbei­ tung erfolgt aus der Richtung rechtwinklig zur Ebene der Markierung, während die zugehörige Beobachtung durch das Transmissionselektronenmikroskop aus der Richtung rechtwink­ lig zur Bearbeitungsrichtung erfolgt. Nachdem eine Stelle bearbeitet ist, wird die Probenzelle verdreht, um die näch­ ste Probe in ihre Bearbeitungs/Beobachtungs-Position zu ver­ stellen, in der erneut eine Bearbeitung ausgeführt wird. Beim in den Fig. 3A, 3B und 3C dargestellten Ausführungsbei­ spiel können bis zu 8 Proben bearbeitet werden, ohne den Va­ kuumzustand aufzuheben.

Die Proben werden nach der Bearbeitung pro Probenhalter aus der Vorrichtung mit fokussiertem Ionenstrahl herausgezogen, und dann wird der Probenhalter zur Beobachtung in das Trans­ missionselektronenmikroskop (siehe Fig. 4) eingeführt. In diesem Fall ist, da eine Proben-Feinverstellungsvorrichtung 10 vom selben Typ wie in der Vorrichtung mit fokussiertem Ionenstrahl verwendet wird, diese Proben-Feinverstellungs­ vorrichtung 10 selbst hinsichtlich der Reproduzierbarkeit der Probenposition dieselbe, und demgemäß kann der Beobach­ tungswirkungsgrad merklich verbessert werden. Ferner kann, da bei diesem Beispiel bis zu 8 Proben bearbeitet und beob­ achtet werden können, ohne den Vakuumzustand aufzuheben, er­ wartet werden, daß der Wirkungsgrad auf das 8fache erhöht ist. Wenn es erwünscht ist, die Probe nach der Beobachtung weiter zu bearbeiten, kann dies dadurch bewerkstelligt wer­ den, daß lediglich der Halter 11 in die Vorrichtung mit fo­ kussiertem Ionenstrahl eingesetzt wird. In diesem Fall wird, da zugehörige Feininformation bereits durch das Transmis­ sionselektronenmikroskop erfaßt ist, der Bearbeitungspunkt deutlicher, wodurch eine Annäherung an die tatsächlich ge­ wünschte Information erzielt ist.

Es erfolgt nun eine Erläuterung in Verbindung mit einem Bei­ spiel, bei dem eine Probe nach der Bearbeitung unter Verwen­ dung eines einzelnen Rasterelektronenmikroskops beobachtet wird. Fig. 8 zeigt das äußere Aussehen eines Rasterelektro­ nenmikroskops (REM) 21. Ähnlich wie beim Transmissionselek­ tronenmikroskop wird beim Rasterelektronenmikroskop eine Proben-Feinverstellvorrichtung 10 vom selben Typ verwendet, so daß der Probenhalter 11 als solcher in das Rasterelek­ tronenmikroskop eingeführt werden kann. Unter Verwendung dieser Vorrichtung und des Mikroskops kann Information zu einem Sekundärelektronenbild und zu einem Transmissionselek­ tronenbild erhalten werden. Im Fall lediglich eines Sekun­ därelektronenbilds ist es überflüssig, die Probe dünn auszu­ bilden, und die Bearbeitung wird einfacher als im Fall einer TEM-Probe. Selbst in diesem Fall können die Bearbeitung und Beobachtung für mehrere Proben ausgeführt werden, ohne den Vakuumzustand aufzuheben, was zu einem großen Vorteil führt.

Es besteht die Tendenz, daß die durch die Vorrichtung mit fokussiertem Ionenstrahl beobachtete Probenoberfläche hin­ sichtlich ihrer Kristallstruktur mikroskopisch zerstört wird oder daß während der Bearbeitung erzeugte Materialstückchen daran anhaften, was für die Beobachtung ungünstig ist. In einem solchen Fall ist ein Prozeß wie ein Einstrahlen eines Argonstrahls mit niedriger Beschleunigung auf die bearbeite­ te Oberfläche erforderlich. Wenn in diesem Zusammenhang eine Ionenfräsvorrichtung im System mit fokussiertem Ionenstrahl vorhanden ist, wird die Probe in die Ionenfräsvorrichtung eingesetzt, und falls nicht, wird die Probe in eine Ionen­ fräsvorrichtung 32 (Fig. 9) eingesetzt, die denselben Pro­ benhalter 11 aufweist. In der Vorrichtung von Fig. 9 kann eine Bearbeitung mehrerer Proben ausgeführt werden, ohne den Vakuumzustand aufzuheben und auch ohne die Proben auszutau­ schen.

Als nächstes erfolgt eine Erläuterung hinsichtlich einer automatischen Bearbeitung. Bei der Bearbeitung und Beobach­ tung einer Probe wird insbesondere die zeitaufwendige Bear­ beitung automatisiert, wodurch der Wirkungsgrad der Proben­ erstellung merklich verbessert wird. Dieser Gesichtspunkt wird beim erfindungsgemäßen System berücksichtigt. Die Ge­ nauigkeit der Verdrehung der Probenzelle 18 und der Bewegung derselben in den Bearbeitungs/Beobachtungspunkt 28 beträgt höchstens einige zehn µm, wohingegen die erforderliche Ge­ nauigkeit für die Bearbeitungsposition unter einem µm liegt. Aus diesem Grund ist das vorliegende System so ausgebildet, daß die REM-Bildanzeigeeinheit 22 verwendet wurde, nachdem jede der Proben durch das System mit fokussiertem Ionen­ strahl in der Probenzelle bearbeitet war, und die Bearbei­ tungsposition wurde auf Grundlage der Markierung als Bezugs­ stelle bestimmt. Der obengenannte Ablauf wird durch die Steuerung 13 des in Fig. 1 dargestellten FIB-Systems gesteu­ ert.

Ein Ausführungsbeispiel eines automatischen Bearbeitungssys­ tems ist durch das Flußdiagramm von Fig. 10 veranschau­ licht. Dieses automatische Bearbeitungssystem ist grob in eine Bearbeitungspositions-Registrierungsgruppe (Schritte 1001 bis 1005) und eine Ausführungsgruppe für automatische Bearbeitung (Schritte 1006 bis 1012) unterteilt. In der Be­ arbeitungspositions-Registriergruppe werden eine Tischver­ stellung (Schritt 1002), eine Bearbeitungsbedingungsein­ stellung (Schritt 1003) und eine Erfassungsmarkierungsher­ stellung (Schritt 1004) hinsichtlich jeder Probe ausgeführt, wobei die Schritte entsprechend der Anzahl der Proben wie­ derholt werden (Schritt 1005). In der Ausführungsgruppe zur automatischen Bearbeitung wird zunächst jede auf den Proben­ halter gesetzte Probe einer Tischverstellung unterzogen (Schritt 1007), um die Probe in eine FIB-Bestrahlungsposition zu verstellen, es wird die Position der Markierung auf der Probe erfaßt (Schritt 1008), es wird die Bearbeitungs­ position der Probe korrigiert (Schritt 1009), und dann wird die Probe einer Bearbeitung unterzogen (Schritt 1011). Eine Abweichung hinsichtlich der Bearbeitungsposition wird da­ durch beseitigt, daß die Bearbeitung periodisch unterbro­ chen wird, die Markierungsposition erfaßt wird und die Po­ sition korrigiert wird (Schritte 1008 bis 1010).

Die Registrierung der Bearbeitungsposition und das Ausführen der automatischen Bearbeitung werden jeweils entsprechend der Anzahl der montierten Proben wiederholt. Diese automati­ sche Bearbeitung wird für mehrere Proben wiederholt, um da­ durch die automatische Bearbeitung zu realisieren. In diesem Zusammenhang ist es nicht immer erforderlich, den Erfas­ sungsvorgang für die Markierungsposition periodisch auszu­ führen, um diese zu korrigieren, sondern dieser Erfassungs­ vorgang für die Markierungsposition kann dann ausgeführt werden, wenn das System eine Änderung seines Betriebszu­ stands erfaßt.

Fig. 11 zeigt ein Ausführungsbeispiel für den Fall, daß die Erfindung auf die Erstellung von TEM-Proben angewandt wird.

Die Bearbeitung einer TEM-Probe durch eine Vorrichtung mit fokussiertem Ionenstrahl wird im allgemeinen in Vor-, Zwi­ schen- und Endbearbeitungen unterteilt. Beim Ausführungsbei­ spiel von Fig. 11 werden die Vorbearbeitung 30 und die Zwi­ schenbearbeitung 31 jeweils von beiden Seiten (vertikale Richtung) einer Beobachtungslinie 29 aus ausgeführt, die die Zentren der Markierungen 22 und 22 verbindet. In diesem Fall ist automatische Bearbeitung möglich, die eine Wand mit einer Breite von 0,2 m relativ zur Beobachtungslinie 29 als Mittellinie beläßt. Eine derartige Bearbeitung erfordert in vielen Fällen ungefähr eine Stunde pro Probe, wobei dies je­ doch von der Bearbeitungsfläche abhängt. In einem derartigen Fall kann, wenn eine Rückkopplung auf Grundlage von Beobach­ tungsinformation erzeugt wird, wie sie durch das Transmis­ sionselektronenmikroskop oder das Rasterelektronenmikroskop erhalten wird, oder wenn Bearbeitungsdaten auf Grundlage der Beobachtungsinformation erzeugt werden, eine automatische Bearbeitung selbst dann erzielt werden, wenn während Nacht­ stunden keine Arbeiter präsent sind, wodurch der Bearbei­ tungswirkungsgrad merklich verbessert ist. Ferner kann beim Vorhandensein der obengenannten Markierung auf der Probe während der automatischen Bearbeitung selbst dann, wenn die Bearbeitungsposition durch ein Anheben des Tischs oder der­ gleichen abweicht, dieselbe dadurch korrigiert werden, daß die Markierungsposition periodisch überwacht wird.

Da eine Beobachtung durch das Transmissionselektronenmikro­ skop oder das Rasterelektronenmikroskop innerhalb relativ kurzer Zeit ausgeführt werden kann, ist der Vorteil, der sich aus der Automatisierung und der Möglichkeit der Bear­ beitung während Nachtstunden ergibt, nicht so groß wie im Fall einer FIB-Bearbeitung, jedoch ist die Automatisierungs­ fähigkeit geschickter. In diesem Fall werden die bei der automatischen Bearbeitung durch das System mit fokussiertem Ionenstrahl verwendeten Markierungen relativ zu Seitenflä­ chen hin bewegt, ausgehend von der Beobachtungsfläche beim Transmissionselektronenmikroskop und beim Rasterelektronen­ mikroskop, wie in Fig. 11 dargestellt. Demgemäß ist es, um die Markierung 22 als Beobachtungsbezugspunkt zu verwenden, erforderlich, die Beziehung zwischen der Markierung und dem Beobachtungspunkt dadurch zu kennen, daß eine Markierungs­ erkennungsfunktion in einer Richtung rechtwinklig zum Beob­ achtungsstrahl bereitgestellt wird oder eine ähnliche Mar­ kierung selbst in der Ebene in rechtwinkliger Richtung bear­ beitet wird (Beobachtungsfläche des Transmissionselektronen­ mikroskops und des Rasterelektronenmikroskops). Wenn der Be­ obachtungspunkt relativ groß ist und die gesamte Bearbei­ tungsfläche zu beobachten ist, ist es geschickt, deren Au­ ßenbearbeitungsumfang zum Bezug zu verwenden. So ist es mög­ lich, die Position auf diese Weise zu bestimmen, die Beob­ achtungsbedingungen einschließlich der Fokussierung des Dienststrahls automatisch zu bestimmen und spezielle Infor­ mation wie Bildinformation hinsichtlich mehrerer Proben zu erfassen. Ein Probenaustausch wird auf eine Weise ähnlich wie im Bearbeitungsmodus ausgeführt.

Beim vorstehenden Ausführungsbeispiel sind die Probenzellen 18 zum Halten von Proben so ausgebildet, daß sie drehend verstellt werden können, jedoch sind die Probenzellen nicht auf eine verdrehbare Anordnung beschränkt. Beim Beispiel von Fig. 12 sind die Probenzellen 18 geradlinig angeordnet.

Im letztgenannten Fall muß die Anzahl der Bearbeitungs­ strahlöffnungen 19 der Anzahl von Proben entsprechen. Da die geradlinige Anordnung die Konstruktion des Probenhalters 11 vereinfacht, kann für den Probenhalter hohe Stabilität ge­ währleistet werden, was geschickt ist, wenn es erwünscht ist, die Proben mit hoher Auflösung unter Verwendung eines Transmissionselektronenmikroskops zu beobachten.

Ferner kann auch die geradlinige Anordnung des Zellenhalters auf verschiedene Weise modifiziert werden, wie dadurch, daß der Zellenhalter stationär ist und nur die Probenzellen ge­ radlinig geführt werden.

Ferner kann, da ein Probenhalter mit geradliniger Anordnung mehrere Proben tragen kann, eine andere Probe bearbeitet werden, während der Bearbeitungs- oder Beobachtungsstrahl auf eine erste Probe gestrahlt wird. Z. B. kann, während eine Probe bearbeitet wird, eine andere Probe einem Ionen­ fräsvorgang unterzogen werden.

Wie es vorstehend erläutert wurde, wird gemäß dem vorigen Ausführungsbeispiel, wenn es erwünscht ist, die Endbearbei­ tungsposition zu bestimmen, dies dadurch ausgeführt, daß aus einer Vorbeobachtung Information erfaßt wird, zu der Information zur Tiefenrichtung der Bearbeitungsposition der Probe gehört, wodurch die Gefahr vermieden wird, daß die Bearbeitungszielposition abgeschnitten wird.

Ferner kann, da Proben auf jedem Probenhalter in der Periode zwischen Bearbeitungs- und Beobachtungsarbeiten transpor­ tiert werden können, nicht nur der Bearbeitungswirkungsgrad verbessert werden, sondern es können auch Schwierigkeiten wie das Herabfallen von Proben, Beschädigungen derselben, ein Verlorengehen oder Verschmutzung minimiert werden.

Ferner kann, wenn ein drehbarer Halter vom Seiteneinschubtyp verwendet wird, automatische Bearbeitung auch für mehrere Proben erzielt werden, und es kann der Analysierwirkungsgrad verbessert werden.

Außerdem ist, da Bearbeitungsautomatisation und Beobach­ tungsautomatisation nach der Bearbeitung erzielt werden kön­ nen, Bearbeitung ohne Präsenz von Arbeitskräften während Nachtzeiten möglich.

Claims (10)

1. System zur Probenbeurteilung/Prozessbeobachtung, ge­ kennzeichnet durch:

• - einen gemeinsamen Probentisch (11) zum Aufnehmen mehrerer zu bearbeitender Proben (12), wobei im gemeinsamen Proben­ tisch eine Bearbeitungs/Beobachtungs-Kerbe (19) ausgebildet ist und er auch einen Verstellmechanismus (10) zum sequen­ tiellen Verstellen der mehreren Proben zur Bearbeitungs/Be­ obachtungs-Kerbe aufweist, um dafür zu sorgen, daß die Pro­ ben sequentiell einem vorbestimmten Bearbeitungsstrahl oder einem Beobachtungsstrahl ausgesetzt werden;
• - eine Strahlbearbeitungsvorrichtung, an der der gemeinsame Probentisch beweglich angebracht werden kann, um einen vor­ bestimmten Bearbeitungsstrahl auf die mehreren Proben durch die Bearbeitungs/Beobachtungs-Kerbe hindurchzustrahlen, um für die mehreren Proben eine beliebige, sequentielle Strahl­ bearbeitung auszuführen; und
• - eine Strahlbeobachtungsvorrichtung (20, 21), an der der gemeinsame Probentisch beweglich angebracht werden kann, um den vorbestimmten Beobachtungsstrahl durch die Bearbeitungs/ Beobachtungs-Kerbe auf die mehreren Proben zu strahlen, um die Formen der mehreren Proben sequentiell zu beurteilen und zu beobachten.

2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlbearbeitungsvorrichtung eine Vorrichtung mit fo­ kussiertem Ionenstrahl ist und die Strahlbearbeitungsvor­ richtung ein Rasterelektronenmikroskop (21), ein Transmissi­ onselektronenmikroskop (20) oder ein Rastertransmissions­ elektronenmikroskop ist.

3. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zu bearbeitende Probe (12) so an der Bearbeitungs/Beob­ achtungs-Kerbe (19) positionierbar ist, daß die der Ein­ strahlung des Bearbeitungsstrahls zu unterziehende Proben­ fläche einen Winkel von ungefähr 90° zur Beobachtungsfläche der Probe bildet, auf die der Beobachtungsstrahl zu strahlen ist.

4. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß aus einem Elektronenstrahl des Transmissionselektronenmikro­ skops ein Beobachtungsbild durch das Rasterelektronenmikro­ skop (21) erhalten wird.

5. Verfahren zum Bearbeiten mehrerer Proben (12) unter Verwendung einer Vorrichtung mit fokussiertem Ionenstrahl, die folgendes aufweist:

• - einen gemeinsamen Probentisch (11) zum Aufnehmen der meh­ reren zu bearbeitenden Proben (12), der über eine in ihm ausgebildete Bearbeitungs/Beobachtungs-Kerbe (19) und auch über einen Verstellmechanismus (10) zum sequentiellen Ver­ stellen der mehreren Proben zur Bearbeitungs/Beobachtungs-Kerbe verfügt, um dafür zu sorgen, daß die Proben sequen­ tiell einem vorbestimmten Bearbeitungsstrahl oder einem Be­ obachtungsstrahl ausgesetzt werden; und
• - eine Strahlbearbeitungsvorrichtung, an der der gemeinsame Probentisch (11) verstellbar angebracht werden kann, um ei­ nen vorbestimmten Bearbeitungsstrahl durch die Bearbeitungs/Beobachtungs-Kerbe (19) auf die mehreren Proben zu strahlen, um für diese eine wahlfreie, sequentielle Strahlbearbeitung auszuführen;

dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren folgende Schritte aufweist:

• - Verstellen der mehreren Proben zur Bearbeitungs/Beobach­ tungs-Kerbe auf Basis jedes Tischs mit mehreren Proben und zum Positionieren derselben in ihren Bearbeitungs- und Beob­ achtungspositionen;
• - Ausbilden einer Positionserfassungsmarkierung (22′) an einer vorbestimmten Position an jeder Probe;
• - sequentielles Verstellen der bereits mit der Positionser­ fassungsmarkierung versehenen Proben zur Bearbeitungs/Beobachtungs-Kerbe und Positionieren jeder Probe auf Grundlage der Positionserfassungsmarkierung; und
• - Bearbeiten der Proben unter Verwendung eines Ionenstrahls auf Grundlage von für jede der Proben eingestellten Bearbei­ tungsbedingungen.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Ionenstrahl-Bearbeitungsschritt einen Schritt des Erfas­ sens der Positionserfassungsmarkierung (22′) zu einem vorbe­ stimmten Zeitpunkt, einen Schritt des Berechnens einer Posi­ tionskorrektur auf Grundlage der Positionserfassungsmarkie­ rung und einen Schritt des Ausführens der Positionskorrektur für die zu bearbeitende Probe auf Grundlage der berechneten Positionskorrektur umfaßt.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionserfassungsmarkierung (22) durch die Ionen­ strahlbearbeitung auf einer Oberfläche der Probe (12) bear­ beitet und ausgebildet wird, die eine Bearbeitungsfläche der Probe unter einem Winkel von ungefähr 90° schneidet, wobei die Positionserfassungsmarkierung durch einen Sekundärteil­ chendetektor (9) erfaßt wird, um die Positionierung der Probe auszuführen.

8. Probenbeurteilungsverfahren, gekennzeichnet durch die folgenden Schritte:

• - Anordnen mehrerer zu bearbeitender Proben (12) auf einem gemeinsamen Probentisch (11) mit einer in ihm ausgebildeten Bearbeitungs/Beobachtungs-Kerbe (19) und auch mit einem Ver­ stellmechanismus (10), der so arbeitet, daß die mehreren Proben sequentiell zur Bearbeitungs/Beobachtungs-Kerbe be­ wegt werden, um dafür zu sorgen, daß die Proben einem vor­ bestimmten Bearbeitungsstrahl und einem Beobachtungsstrahl ausgesetzt werden;
• - Anbringen des gemeinsamen Probentischs in einer Vorrich­ tung mit fokussiertem Ionenstrahl, Verstellen der mehreren Proben zur Bearbeitungs/Beobachtungs-Kerbe und Einstrahlen eines vorbestimmten fokussierten Ionenstrahls auf diese für wahlfreie Strahlbearbeitung;
• - Anbringen des gemeinsamen Probentischs in einem Transmis­ sionselektronenmikroskop (20) mit hoher Beschleunigung oder einem Rasterelektronenmikroskop (21) mit hoher Beschleuni­ gung und Erfassen von Information zur Dicke der Probe; und
• - Ausführen des Ionenbearbeitungsschritts unter Verwendung der Vorrichtung mit fokussiertem Ionenstrahl sowie des Schritts des Erfassens der Dickeninformation unter Verwen­ dung des fokussierten Ionenstrahls mit hoher Beschleunigung oder des Transmissionselektronenmikroskops mit hoher Be­ schleunigung nach dem Durchlaufen mindestens eines Bearbei­ tungszyklus für eine Endbeobachtung des bearbeiteten Teils.

9. Probenbeurteilungsverfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Endbeobachtung unter Verwendung eines Transmissionselektronenmikroskops (20), eines Raster­ elektronenmikroskops (21) oder eines Rastertransmissions­ elektronenmikroskops ausgeführt wird.