JP2003022776A - Sample production apparatus and sample production method - Google Patents

Sample production apparatus and sample production method

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JP2003022776A JP2001204768A JP2001204768A JP2003022776A JP 2003022776 A JP2003022776 A JP 2003022776A JP 2001204768 A JP2001204768 A JP 2001204768A JP 2001204768 A JP2001204768 A JP 2001204768A JP 2003022776 A JP2003022776 A JP 2003022776A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sample production apparatus and a sample producing method, in which cross-sectional processing at an arbitrary angle is possible, in the ion beam processing in a non-inclining sample stand. SOLUTION: The sample production apparatus is constituted so that a sample section may be formed by ion beam processing in the sample 1 held to the sample stand 2 using an ion beam optical system 5 which converges, scans, and deflects the ion beam 4 emitted from the ion source 9. It is constituted so that the angle, which is made by an ion beam optical axis of the ion beam optical system 5 and the sample stand 2 surface, may be fixed, and formation of the sample section may be controlled by rotation within the sample stand surface of the sample stand 2. With the apparatus arrangement by the non- inclining sample stand effective in reduction of apparatus manufacturing cost, the ion beam irradiation processing at arbitrary angles is attained, and an accurate section can be formed.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、試料作製技術に係
り、特に、イオンビームを試料に照射して、断面加工、
観察を行う試料作製装置および方法に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sample manufacturing technique, and more particularly, to irradiating a sample with an ion beam to perform cross-section processing,
The present invention relates to a sample preparation device and method for performing observation.

【0002】[0002]

【従来の技術】ダイナミックランダムアクセスメモリ
(DRAM)に代表される半導体メモリやマイクロプロ
セッサ、半導体レーザなど半導体デバイス、および磁気
ヘッドなど電子部品の製造においては、製品の品質管理
のために製造工程途中あるいは終了の段階で製品特性が
検査される。検査では、製作寸法の計測や、回路パター
ンの欠陥検査や異物分析がなされる。このため、各種の
手段が用意され利用されている。特に異常箇所が製品の
内部に存在する場合は、特定位置の試料断面観察が必要
であり、この観察断面形成には集束イオンビーム加工装
置(FIB装置)が広く利用されている。
2. Description of the Related Art In the manufacture of semiconductor devices such as dynamic random access memories (DRAMs), microprocessors, semiconductor devices such as semiconductor lasers, and electronic parts such as magnetic heads, there is a need to control the quality of products during or after the manufacturing process. Product characteristics are inspected at the end stage. In the inspection, manufacturing dimensions are measured, circuit patterns are inspected for defects, and foreign matters are analyzed. Therefore, various means are prepared and used. In particular, when an abnormal portion exists inside the product, it is necessary to observe a sample cross section at a specific position, and a focused ion beam processing apparatus (FIB apparatus) is widely used for forming this observation cross section.

【0003】この手法では、試料表面へのイオンビーム
照射によるスパッタリングを利用して穴を形成して、そ
の形成断面をFIB装置や走査電子顕微鏡(SEM)で
観察していた。このとき、断面はイオンビーム走査範囲
の端部に形成されている。
In this method, a hole is formed by utilizing sputtering by irradiating the sample surface with an ion beam, and a cross section of the hole is observed with a FIB device or a scanning electron microscope (SEM). At this time, the cross section is formed at the end of the ion beam scanning range.

【0004】しかし、実際の形成断面は、加工ビームの
フレアやスパッタ物質の再付着(以下、リデポと称
す。)により試料表面に対して完全に垂直ではなく、微
小な傾斜(テーパ)が存在する。試料台に傾斜機構を有
するFIB装置であれば、テーパに相当する角度、例え
ば0.5度程度試料を傾斜させてイオンビーム照射する
ことにより、テーパを除去して、より垂直度の高い観察
断面を形成することが可能であった。この手法に関して
は、例えば、透過電子顕微鏡(TEM)の試料断面加工
として、「電子・イオンビームハンドブック第3版」
(日本学術振興会第132委員会編、日刊工業新聞社、
459頁〜460頁)に記載されている。
However, the actual formed cross section is not completely perpendicular to the sample surface due to flare of the processing beam and redeposition of the sputtered material (hereinafter referred to as redeposition), and there is a minute inclination (taper). . In the case of an FIB device having a tilting mechanism on the sample stage, the taper is removed by inclining the sample at an angle corresponding to the taper, for example, about 0.5 degrees to irradiate the ion beam, and the observation cross section with a higher verticality is obtained. It was possible to form Regarding this method, for example, "Electron / Ion Beam Handbook 3rd Edition" is used as processing of a cross section of a sample of a transmission electron microscope (TEM).
(Japan Society for the Promotion of Science, 132nd Edition, Nikkan Kogyo Shimbun,
Pp. 459-460).

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】試料台に傾斜機構を有
するFIB装置であれば、任意角度でのFIB照射が可
能であり、前述の様にテーパ除去加工も可能である。
If the FIB device has a tilting mechanism on the sample stage, FIB irradiation can be performed at an arbitrary angle, and the taper removing process can be performed as described above.

【0006】しかし、近年の半導体デバイス検査では、
ウェーハの大口径化が進み、これに対応する試料台も大
型化している。大型試料台を精度よく傾斜させるには時
間を要し、結果的に試料作製時間が長くなってしまう問
題があった。また、試料台自体の大重量のために傾斜前
後でユーセントリックが保たれずにFIB光学系に対す
る試料位置が移動してしまうため、FIBの焦点が試料
表面から比較的大きくはずれ、試料表面が観察できなく
なり、FIB光学系の再調整を余儀なくされる問題も発
生する。
However, in recent semiconductor device inspection,
As the diameter of wafers has increased, so has the size of the sample table. There is a problem that it takes time to accurately tilt the large-sized sample stage, and as a result the sample preparation time becomes long. Further, due to the heavy weight of the sample table itself, the sample position with respect to the FIB optical system moves without maintaining eucentricity before and after the tilt, so the FIB focus deviates from the sample surface relatively greatly, and the sample surface is observed. There is also a problem that it becomes impossible to perform readjustment of the FIB optical system.

【0007】また、試料台の傾斜機能は試料台そのもの
と、試料台を内包する試料室を大型化させる原因であ
る。昨今の潮流は、ウェーハ直径が200mmから30
0mmに移行しているところで、さらに400mmに進
展すれば、試料台の大型化は余儀なくされ、上述のよう
な試料台傾斜に伴う問題の解決を避けては通れなくな
る。
The tilting function of the sample table is a cause of increasing the size of the sample table itself and the sample chamber containing the sample table. The current trend is that the wafer diameter is 200 mm to 30 mm.
If it is further changed to 0 mm at 400 mm, the size of the sample table is inevitably increased, and it is unavoidable to solve the problems associated with the tilting of the sample table as described above.

【0008】これに対し、装置の試料台に傾斜機能を省
略できれば、装置全体の小型化が実現し試料傾斜に伴う
試料位置のズレなどの問題は解決するが、従来の手法で
は任意角度のFIB照射が困難であった。試料表面に対
してイオンビームを傾斜照射して加工穴を作製し観察断
面を形成可能な方法について、特開平3−166744
号公報「断面観察方法」に開示されているが、この方法
では垂直断面加工について記載されているが、試料台傾
斜無しに照射角を任意に変更する手法については記載さ
れていない。このため、上記のテーパ除去加工も困難で
あった。
On the other hand, if the tilting function can be omitted in the sample stage of the apparatus, the size of the apparatus as a whole can be reduced and problems such as sample position deviation due to sample tilting can be solved. Irradiation was difficult. Japanese Patent Laid-Open No. 3-166744 discloses a method capable of forming a processed hole by obliquely irradiating a sample surface with an ion beam to form an observation cross section.
As disclosed in Japanese Patent Laid-Open Publication "Cross-section observation method", this method describes vertical cross-section processing, but does not describe a method for arbitrarily changing the irradiation angle without tilting the sample table. For this reason, the above taper removal processing is also difficult.

【0009】なお、ここで試料台の傾斜とは、試料台面
内に含まれる線分もしくは平行な線分を軸として、試料
台を回転することとし、以降、試料台の傾斜と記述す
る。
Here, the inclination of the sample stage means that the sample stage is rotated around a line segment included in the surface of the sample stage or a parallel line segment as an axis, and is hereinafter referred to as the inclination of the sample stage.

【0010】本発明は、上述の問題点に鑑み、非傾斜試
料台においても、ある範囲内の任意の角度でFIB照射
による断面形成が可能な試料作製装置、並びに試料作製
方法を実現することを目的とする。
In view of the above-mentioned problems, the present invention aims to realize a sample manufacturing apparatus and a sample manufacturing method capable of forming a cross section by FIB irradiation at an arbitrary angle within a certain range even on a non-tilted sample stage. To aim.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】はじめに、本明細書で使
用する語句を、以下の通り定義する。
First, terms used in this specification are defined as follows.

【0012】所望断面とは、装置操作者が形成しようと
する断面である。設定断面とは、設定したイオンビーム
走査領域がビーム径やリデポの影響無く理想的に加工さ
れると仮定した断面である。形成断面とは、実際にFI
B加工で形成される断面である。形成断面稜とは、形成
断面と試料表面が成す交線である。設定断面稜とは、設
定断面と試料表面が成す交線である。偏向走査領域端と
は、イオンビーム走査領域を形成する1辺である。所望
断面稜とは、所望断面と試料表面が成す交線である。所
望断面稜法線方向とは、所望断面稜の試料表面内の法線
で試料から加工空間へ向かう方向である。所望断面法線
方向とは、所望断面の法線で試料内部から加工空間へ向
かう方向である。所望俯角とは、所望断面法線方向と試
料表面の成す角であり、所望断面法線方向が試料表面上
から試料内部へ向かう場合を正、試料内部から試料表面
上へ向かう場合(仰角に相当)を負とする。設定断面俯
角とは、設定断面法線方向と試料表面のなす角であり、
設定断面法線方向が試料表面上から試料内部へ向かう場
合を正、試料内部から試料表面上へ向かう場合(仰角に
相当)を負とする。
The desired cross section is a cross section which the operator of the apparatus intends to form. The set cross section is a cross section on the assumption that the set ion beam scanning region is ideally processed without the influence of the beam diameter or redeposition. The formation cross section is actually FI
It is a cross section formed by B processing. The formation section ridge is an intersection line formed by the formation section and the sample surface. The set cross section ridge is an intersection line between the set cross section and the sample surface. The deflection scanning area edge is one side forming the ion beam scanning area. The desired cross-section ridge is the line of intersection between the desired cross-section and the sample surface. The desired section edge normal direction is a direction from the sample toward the processing space, which is a normal line of the desired section edge within the sample surface. The desired cross-section normal direction is the direction from the inside of the sample to the processing space, which is the normal line of the desired cross-section. The desired depression angle is the angle between the normal direction of the desired cross section and the sample surface.The desired normal direction of the cross section is positive when it goes from the sample surface to the inside of the sample, and when it goes from the inside of the sample to the sample surface (equivalent to the elevation angle. ) Is negative. The set section depression angle is the angle between the normal direction of the set section and the sample surface,
The case where the normal direction of the set cross section goes from the sample surface to the inside of the sample is positive, and the direction from the inside of the sample to the sample surface (corresponding to the elevation angle) is negative.

【0013】上記目的を達成する手段として、以下のも
のを上げる。 (1) イオン源と、イオン源から放出するイオンを集
束するレンズと、偏向器から構成されるイオンビーム光
学系と、イオンビーム光学系を制御するイオンビーム光
学系制御装置と、イオンビームを試料に照射した際に発
生する試料からの2次粒子を検出するための検出器と、
試料を保持する試料台と、試料台の位置を制御する試料
位置制御装置を備え、イオンビーム加工により試料に試
料断面を形成する試料作製装置において、上記イオンビ
ーム光学系のイオンビーム光軸と試料表面の成す角度が
固定されており、設定断面俯角に対応して、試料断面の
形成を制御するよう構成した。これにより、イオンビー
ム光学系に対して試料台の傾斜を変更できない装置にお
いても、任意の傾斜角の断面を形成することが可能とな
る。 (2) イオン源と、イオン源から放出するイオンを集
束するレンズと、偏向器から構成されるイオンビーム光
学系と、イオンビーム光学系を制御するイオンビーム光
学系制御装置と、イオンビームを試料に照射した際に発
生する試料からの2次粒子を検出するための検出器と、
試料を保持する試料台と、試料台の位置を制御する試料
位置制御装置を備え、イオンビーム加工により試料に試
料断面を形成する試料作製装置において、イオンビーム
光学系制御装置が、イオンビーム光学系のイオンビーム
光軸と試料表面の成す角度が0°より大きく90°未満
であり、設定断面の設定断面俯角に対応して、偏向器に
よるイオンビーム走査を制御する構成とした。これによ
り、断面加工時のFIB照射角度を任意に設定すること
ができる。 (3) 上記(1)、(2)の試料作製装置において、
イオンビーム光学系制御装置が、設定断面の設定断面俯
角に対応して、イオンビーム光軸を法線とする面に所望
俯角を投影した角度情報をもとに上記偏向器を制御する
構成とした。これにより、イオンビーム加工設定角度を
制御し、断面加工時のFIB照射角度を任意に設定する
ことができる。 (4) 上記(1)、(2)の試料作製装置において、
イオンビーム光学系制御装置が、設定断面の設定断面俯
角に対応して、イオンビーム光軸を法線とする面に設定
断面俯角を投影した角度情報をもとに上記偏向器を制御
し、試料位置制御装置が試料台の試料台面内の回転を制
御する構成とした。これにより、試料回転により任意の
加工位置に任意の俯角の断面を形成することが容易とな
る。 (5) 上記(1)から(4)の試料作製装置におい
て、設定断面の設定断面俯角をイオンビーム光軸を法線
とする面に投影した角度情報を、2次粒子検出器による
2次粒子情報を表示する表示装置上に表示して設定する
構成とした。これにより、オペレータが所望のFIB照
射角度に対応する加工設定を視覚的に行うことが可能と
なる。 (6) 上記(1)、(2)の試料作製装置において、
所望断面稜の座標、所望断面法線方向、および大きさの
パラメータ、あるいはこれらと等価的なパラメータのう
ち何れか、またはこれらパラメータの組合せに対応し
て、イオンビーム光学系制御装置がイオンビーム偏向器
を制御し、試料位置制御装置が試料台の試料台面内での
回転を制御する構成とした。これにより、オペレータが
所望する断面形成パラメータに対応する加工設定を自動
化することが可能となる。 (7) 上記(1)から(6)の試料作製装置におい
て、所望断面の所望断面俯角、またはこれと等価なパラ
メータを設定するための入力装置を有する構成とした。
これにより、オペレータが容易に所望断面の俯角を設定
することが可能となる。 (8) イオンビームを試料に傾斜方向から照射して、
スパッタリング加工により断面を作製する試料作製方法
において、試料の観察を所望する断面の俯角を設定する
工程と、この俯角に対応してイオンビームの偏向走査領
域端を決定して偏向走査領域を設定する工程と、この偏
向走査領域をイオンビーム加工する工程から試料を作製
することで、イオンビームの偏向制御のみで、ある範囲
の任意の傾斜角度の断面を形成することができる。 (9) 上記(8)の試料作製方法において、所望断面
の回転角を取得する工程と、この俯角と所望断面の回転
角に対応して試料回転角を決定して、試料台の試料台面
内での回転を設定する工程から試料を作製することで、
所望の断面位置にある範囲の任意の傾斜角度の断面を形
成することができる。 (10) 荷電粒子源から放出される荷電粒子ビームを
集束し、走査、偏向する荷電粒子ビーム光学系を用い
て、荷電粒子ビーム加工により試料台に保持された試料
に試料断面を形成するよう構成した試料作製装置におい
て、荷電粒子ビーム光学系の荷電粒子ビーム光軸と試料
台面とのなす角度を固定とし、かつ、試料台の試料台面
内での回転により、試料断面の形成を制御してなること
を特徴とする試料作製装置を提供する。 (11) 荷電粒子源から放出される荷電粒子ビームを
集束し、走査・偏向する荷電粒子ビーム光学系を用い
て、荷電粒子ビーム加工により試料台に載置された試料
に試料断面を形成する試料作製装置において、荷電粒子
ビーム光学系の荷電粒子ビーム光軸と試料表面とのなす
角度を固定とし、試料の観察を所望する試料断面を形成
するために設定した設定断面の法線方向と試料表面のな
す角度に対応して、荷電粒子ビーム光学系の走査、偏向
を制御するよう構成したことを特徴とする試料作製装置
を提供する。
The following are mentioned as means for achieving the above object. (1) An ion source, a lens for focusing ions emitted from the ion source, an ion beam optical system including a deflector, an ion beam optical system controller for controlling the ion beam optical system, and an ion beam sample Detector for detecting secondary particles from the sample generated when the sample is irradiated with
A sample preparation apparatus that includes a sample stage that holds a sample and a sample position control device that controls the position of the sample stage, and forms a sample cross section on the sample by ion beam processing, wherein the ion beam optical axis of the ion beam optical system and the sample The angle formed by the surface is fixed, and the formation of the sample cross section is controlled according to the set depression angle. This makes it possible to form a cross section having an arbitrary tilt angle even in an apparatus in which the tilt of the sample stage cannot be changed with respect to the ion beam optical system. (2) An ion source, a lens for focusing ions emitted from the ion source, an ion beam optical system including a deflector, an ion beam optical system controller for controlling the ion beam optical system, and an ion beam sample Detector for detecting secondary particles from the sample generated when the sample is irradiated with
In a sample preparation device that includes a sample stage that holds a sample and a sample position control device that controls the position of the sample stage, and a sample preparation device that forms a sample cross section on the sample by ion beam processing, the ion beam optical system control device uses an ion beam optical system. The angle between the optical axis of the ion beam and the sample surface is more than 0 ° and less than 90 °, and the ion beam scanning by the deflector is controlled in accordance with the set sectional depression angle of the set section. Thereby, the FIB irradiation angle at the time of cross-section processing can be arbitrarily set. (3) In the sample preparation device according to the above (1) and (2),
The ion beam optical system controller is configured to control the deflector based on the angle information obtained by projecting the desired depression angle onto the surface whose normal is the ion beam optical axis, corresponding to the setting depression angle of the setting cross section. . Thereby, the ion beam processing setting angle can be controlled, and the FIB irradiation angle at the time of cross-section processing can be arbitrarily set. (4) In the sample preparation device of (1) and (2) above,
The ion beam optical system controller controls the deflector based on the angle information obtained by projecting the set crossing depression angle onto the surface whose normal is the ion beam optical axis, corresponding to the set crossing depression angle of the set cross section. The position control device is configured to control the rotation of the sample table within the surface of the sample table. As a result, it becomes easy to form a cross section with an arbitrary depression angle at an arbitrary processing position by rotating the sample. (5) In the sample preparation device according to any one of (1) to (4) above, angle information obtained by projecting the set crossing depression angle of the set cross section onto a plane whose normal line is the ion beam optical axis is used as a secondary particle by a secondary particle detector. The information is displayed on a display device and set. As a result, the operator can visually perform the processing setting corresponding to the desired FIB irradiation angle. (6) In the sample preparation device of (1) and (2) above,
Depending on the coordinates of the desired cross-section edge, the normal direction of the desired cross-section, and the size parameter, or any one of these equivalent parameters, or a combination of these parameters, the ion beam optical system controller causes the ion beam deflection to be performed. The sample position control device controls the rotation of the sample table within the surface of the sample table. As a result, it becomes possible to automate the machining setting corresponding to the cross-section formation parameter desired by the operator. (7) The sample preparation device according to any one of (1) to (6) above is configured to include an input device for setting a desired cross-section depression angle of a desired cross-section or a parameter equivalent thereto.
This allows the operator to easily set the depression angle of the desired cross section. (8) Irradiate the sample with the ion beam from the tilt direction,
In a sample manufacturing method for manufacturing a cross section by sputtering, a step of setting the depression angle of the cross section at which the sample is desired to be observed and the deflection scanning area of the ion beam are determined by setting the deflection scanning area end corresponding to this depression angle. By preparing the sample from the steps and the step of processing the deflection scanning region with the ion beam, it is possible to form a cross section having an arbitrary inclination angle within a certain range only by controlling the deflection of the ion beam. (9) In the method of preparing a sample according to (8) above, a step of acquiring a rotation angle of a desired cross section, a sample rotation angle corresponding to the depression angle and the rotation angle of the desired cross section are determined, By making a sample from the process of setting the rotation in
It is possible to form a cross section having an arbitrary inclination angle within a range of a desired cross section position. (10) A charged particle beam emitted from a charged particle source is focused, and a charged particle beam optical system for scanning and deflecting is used to form a sample cross section on a sample held on a sample stage by charged particle beam processing. In the sample preparation device described above, the angle between the charged particle beam optical axis of the charged particle beam optical system and the sample table surface is fixed, and the formation of the sample cross section is controlled by rotating the sample table within the sample table surface. A sample preparation device characterized by the above. (11) Sample for forming a sample cross section on a sample placed on a sample stage by charged particle beam processing by using a charged particle beam optical system that focuses, scans and deflects a charged particle beam emitted from a charged particle source In the manufacturing apparatus, the angle between the charged particle beam optical axis of the charged particle beam optical system and the sample surface is fixed, and the normal direction of the set cross section and the sample surface set to form the sample cross section where the sample is desired to be observed. There is provided a sample preparation device characterized by being configured to control scanning and deflection of a charged particle beam optical system in accordance with an angle formed by.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下に、本発明の実施例を、図面
を参照して説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

【0015】(実施例1)図1は、本発明による試料作
製装置の一実施例を示す構成ブロック図である。
(Embodiment 1) FIG. 1 is a constitutional block diagram showing an embodiment of a sample preparation apparatus according to the present invention.

【0016】試料作製装置は、半導体ウエハや半導体チ
ップ等の試料1を載置する可動で非傾斜の試料台2と、
試料1の観察、加工位置を特定するため試料台2の位置
を制御する試料位置制御装置3と、試料1の観察位置近
傍にイオンビーム4を照射して観察用の穴を成形加工を
するイオンビーム光学系5と、試料1の近傍を観察する
ための電子ビーム6を照射する電子ビーム光学系7と、
試料1からの2次粒子(例えば、2次電子等)を検出す
る2次粒子検出器8を有する。
The sample preparation apparatus comprises a movable and non-inclined sample table 2 on which a sample 1 such as a semiconductor wafer or a semiconductor chip is placed.
A sample position control device 3 that controls the position of the sample table 2 to identify the observation and processing position of the sample 1, and an ion that irradiates the ion beam 4 near the observation position of the sample 1 to form an observation hole. A beam optical system 5, an electron beam optical system 7 for irradiating an electron beam 6 for observing the vicinity of the sample 1,
It has a secondary particle detector 8 for detecting secondary particles (for example, secondary electrons) from the sample 1.

【0017】イオンビーム光学系5の構成は、以下の通
りである。イオンを発生するイオン源9は加速電源10
により接地電位に対して加速電圧が印加される。イオン
源9のイオン放出が不安定な場合には通電加熱電源11
により通電加熱を行い、イオン源9の状態改善をする。
イオンの引出し電界を形成する引き出し電極12は、引
き出し電源13によりイオン源9に対して引出し電圧が
印加される。これにより引き出されたイオンビームは、
アパーチャ14によりビーム広がりが制限される。この
アパーチャ14は、引き出し電極12と同電位である。
このアパーチャ14を通過したイオンビームは、集束電
源15により集束電圧を印加された集束レンズ16によ
り集束される。
The structure of the ion beam optical system 5 is as follows. An ion source 9 for generating ions is an acceleration power source 10
Thus, the acceleration voltage is applied to the ground potential. When the ion emission from the ion source 9 is unstable, a power supply 11 for heating electricity is supplied.
To heat the electric current to improve the state of the ion source 9.
An extraction voltage is applied to the ion source 9 by the extraction power supply 13 from the extraction electrode 12 that forms an ion extraction electric field. The ion beam extracted by this is
The aperture 14 limits the beam divergence. The aperture 14 has the same potential as the extraction electrode 12.
The ion beam that has passed through the aperture 14 is focused by a focusing lens 16 to which a focusing voltage is applied by a focusing power supply 15.

【0018】集束されたイオンビームは、偏向電源17
が印加される偏向器18により、走査、偏向が行われ
る。偏向電源17は、X方向の偏向を行う電源19、2
0と、Y方向の偏向を行う電源21、22により構成さ
れており、電源19と20にはそれぞれ絶対値が等しく
極性が逆の電位Vx/2、−Vx/2がX方向の対向電極
に印加される。電源21と22にもY方向について同様
にそれぞれVy/2、−Vy/2が設定される。偏向され
たイオンビームは、対物電源23により対物電圧を印加
された対物レンズ24により試料1表面上に集束され
る。
The focused ion beam is used by the deflection power source 17
Scanning and deflection are performed by the deflector 18 to which is applied. The deflection power source 17 is a power source 19 or 2 for deflecting in the X direction.
0 and a power supply 21 and 22 for deflecting in the Y direction. The power supplies 19 and 20 have potentials Vx / 2 and -Vx / 2 having the same absolute value but opposite polarities to the counter electrodes in the X direction. Is applied. Similarly, Vy / 2 and -Vy / 2 are set for the power supplies 21 and 22 in the Y direction. The deflected ion beam is focused on the surface of the sample 1 by the objective lens 24 to which the objective voltage is applied by the objective power supply 23.

【0019】上記の加速電源10、引き出し電源13、
集束電源15、偏向電源17、対物電源23は、イオン
ビーム光学系制御装置25により制御される。上記イオ
ンビーム光学系5のイオンビーム光軸は、試料1表面に
対して傾斜している。
The acceleration power source 10, the drawing power source 13,
The focusing power supply 15, the deflection power supply 17, and the objective power supply 23 are controlled by the ion beam optical system controller 25. The ion beam optical axis of the ion beam optical system 5 is inclined with respect to the surface of the sample 1.

【0020】また、電子ビーム光学系7は、電子を発生
する電子源26と電子ビームを偏向、走査する偏向レン
ズ27等から構成されている。
The electron beam optical system 7 is composed of an electron source 26 for generating electrons, a deflection lens 27 for deflecting and scanning the electron beam, and the like.

【0021】イオンビーム光学系制御装置25、試料位
置制御装置3、電子ビーム光学系7を制御する電子ビー
ム光学系制御装置28、二次電子検出器8の検出情報を
表示する表示装置29等は、中央処理装置30により制
御される。試料台2、イオンビーム光学系5、電子ビー
ム光学系7、二次電子検出器8等は真空容器31内に配
置される。
The ion beam optical system control device 25, the sample position control device 3, the electron beam optical system control device 28 for controlling the electron beam optical system 7, the display device 29 for displaying the detection information of the secondary electron detector 8, etc. , Central processing unit 30. The sample stage 2, the ion beam optical system 5, the electron beam optical system 7, the secondary electron detector 8 and the like are arranged in the vacuum container 31.

【0022】図2は、断面観察のための傾斜したイオン
ビーム光学系での試料加工例を示すものである。本構成
では、イオンビーム光軸35が試料1表面の垂直軸40
に対して傾斜しており、傾斜角41を、ここでは0°よ
り大きく90°未満の角度θとする。37はイオンビー
ム光軸35を試料表面に投影した光軸投影線である。こ
こに、加工穴39を形成し、作製された形成断面38を
観察することを目的とする。ここで、図2のように形成
断面38と試料表面の交線である所望断面稜37が、光
軸投影線36と平行であるとする。
FIG. 2 shows an example of sample processing in an inclined ion beam optical system for observing a cross section. In this configuration, the ion beam optical axis 35 is the vertical axis 40 on the surface of the sample 1.
And the inclination angle 41 is an angle θ larger than 0 ° and smaller than 90 ° here. 37 is an optical axis projection line obtained by projecting the ion beam optical axis 35 on the sample surface. The purpose is to form a processed hole 39 here and observe the formed cross section 38. Here, as shown in FIG. 2, it is assumed that the desired cross-section ridge 37, which is the line of intersection of the formed cross-section 38 and the sample surface, is parallel to the optical axis projection line 36.

【0023】このときイオンビーム加工設定は、図3に
示すように、表示装置29中の二次電子像45の上でイ
オンビーム走査領域46を設定することにより行う。こ
の場合、所望断面稜37は光軸投影線36(二次電子像
画面上には実在しない架空の線)と平行となる。
At this time, the ion beam processing setting is performed by setting an ion beam scanning region 46 on the secondary electron image 45 in the display device 29, as shown in FIG. In this case, the desired cross-section ridge 37 is parallel to the optical axis projection line 36 (an imaginary line that does not actually exist on the secondary electron image screen).

【0024】この場合の試料加工断面を図4に示す。こ
の場合はイオンビーム4は所望断面52に平行に照射さ
れ、加工穴39を形成する。ここで、もし、理想加工が
実現できれば形成断面が所望断面52と一致するはずで
あるが、実際はイオンビームフレアの影響やリデポ等が
あるため、加工テーパ角αtを有する形成断面51とな
る。このため、深さに伴い位置ずれが存在し、正確な断
面観察ができない可能性があるため、以下の改善が必要
である。
A sample processing cross section in this case is shown in FIG. In this case, the ion beam 4 is irradiated parallel to the desired cross section 52 to form the processed hole 39. Here, if the ideal processing can be realized, the formed cross section should coincide with the desired cross section 52, but in reality, due to the influence of ion beam flare, redeposition, etc., the formed cross section 51 has the processing taper angle αt. For this reason, there is a possibility that positional deviation will occur with depth and accurate cross-section observation may not be possible, so the following improvements are necessary.

【0025】図5に示すようにイオンビーム55をテー
パ角に相当する傾斜角だけ傾斜照射して加工穴54を形
成すれば、形成断面56は所望断面52の位置に正しく
形成される。即ち設定断面58の設定断面俯角αdを図
4のテーパ角に相当する傾斜角αtに一致させれば良
い。
As shown in FIG. 5, when the ion beam 55 is obliquely irradiated at an inclination angle corresponding to the taper angle to form the processed hole 54, the formed cross section 56 is correctly formed at the position of the desired cross section 52. That is, the set cross-section depression angle αd of the set cross-section 58 may be matched with the inclination angle αt corresponding to the taper angle in FIG.

【0026】この傾斜加工を本非傾斜試料台で実現する
ためには、図6に示す加工設定を行う。図6(a)でイ
オンビーム走査領域62の偏向走査領域端61(設定断
面稜と一致)が光軸投影線36に対して加工回転角63
(ここでは角度をφdとする)を成すように設定する。
ここで、図6(b)のように、二次電子像45の画面表
示全体をφd回転させて表示しても良く、この場合は架
空の光軸投影線36がφd回転しており、イオンビーム
走査領域66とその偏向走査領域端65(設定断面稜と
一致)は二次電子像45画面上で図3と同様に垂直に見
えるため、オペレータは加工設定が行いやすい。ここ
で、φdは(数1)で示す計算式により、イオンビーム
光学系制御装置25により計算され、自動的に偏向器1
8の走査を設定する。
In order to realize this tilt processing with this non-tilted sample stage, the processing settings shown in FIG. 6 are made. In FIG. 6A, the deflection scanning area end 61 (corresponding to the set cross-section edge) of the ion beam scanning area 62 is the processing rotation angle 63 with respect to the optical axis projection line 36.
(Here, the angle is φd).
Here, as shown in FIG. 6B, the entire screen display of the secondary electron image 45 may be rotated by φd, and in this case, the fictitious optical axis projection line 36 is rotated by φd, and The beam scanning area 66 and its deflection scanning area edge 65 (which coincides with the set cross-section edge) appear vertical on the screen of the secondary electron image 45 as in FIG. 3, so that the operator can easily perform the processing setting. Here, φd is calculated by the ion beam optical system controller 25 by the calculation formula shown in (Equation 1), and the deflector 1 is automatically calculated.
Set 8 scans.

【0027】[0027]

【数1】 ここで、イオンビーム光軸傾斜角θは装置で決まってい
るため、設定断面俯角αdに対して加工設定の回転角φd
が一意的に決定される。ここで−θ≦αd≦θである。
[Equation 1] Here, since the ion beam optical axis tilt angle θ is determined by the device, the processing setting rotation angle φd is set with respect to the set sectional depression angle αd.
Is uniquely determined. Here, −θ ≦ αd ≦ θ.

【0028】このときの加工を表したのが図7であり、
加工穴72の設定断面稜71が光軸投影線36と角度7
4(ここでは設定断面稜回転角βdとする)ずれてい
る。このβdは(数2)で表される。
FIG. 7 shows the processing at this time,
The set cross-section edge 71 of the processed hole 72 is at an angle of 7 with the optical axis projection line 36.
4 (here, set section edge rotation angle βd) is offset. This βd is represented by (Equation 2).

【0029】[0029]

【数2】 このβdとφdの関係は(数3)のように簡単に表され
る。
[Equation 2] The relationship between βd and φd is simply expressed as in (Equation 3).

【0030】[0030]

【数3】 即ち、図8(a)に示すように、加工回転角φdが0°
の場合の二次電子像である図3において、断面加工する
構造方向81が光軸投影線36と平行な状態を試料台3
の回転基準(ここでは0°とする)としたときは、図8
(b)に示すように試料台をβd回転させれば設定断面
稜71が断面加工する構造方向81と一致し、所望の観
察断面作製が可能となる。
[Equation 3] That is, as shown in FIG. 8A, the processing rotation angle φd is 0 °.
In FIG. 3 which is a secondary electron image in the case of, the state where the structural direction 81 to be cross-section processed is parallel to the optical axis projection line 36 is shown.
8 is used as the rotation reference (here, 0 °).
If the sample stage is rotated by βd as shown in (b), the set cross-section ridge 71 coincides with the structural direction 81 in which the cross-section is processed, and the desired observation cross-section can be manufactured.

【0031】つまり、上記の通り、加工回転角φdは設
定断面俯角αdで決定されるため、設定断面稜回転角βd
から決定される試料台回転角βrも設定断面俯角αdに対
して一意的に決まる。このため、(数2)計算を試料位
置制御装置18により行うことで、断面加工する構造方
向に対して試料台回転を自動制御することが可能とな
る。
That is, as described above, since the machining rotation angle φd is determined by the set section depression angle αd, the set section edge rotation angle βd.
The sample stage rotation angle βr determined from is also uniquely determined with respect to the set sectional depression angle αd. Therefore, by performing the calculation of (Equation 2) by the sample position control device 18, it becomes possible to automatically control the rotation of the sample table with respect to the structural direction in which the cross section is processed.

【0032】以上の設定のフローをブロック図で表現す
ると図9に示す通りとなる。まず、設定断面俯角αdが
ユーザにより入力される(91)。これは、例えば図1
0(a)に示すとおり表示装置29画面上の設定断面俯
角設定部101に入力することで、中央処理装置30を
介してイオンビーム光学系制御装置25に伝達される。
The flow of the above setting is expressed in a block diagram as shown in FIG. First, the user inputs the set sectional depression angle αd (91). This is shown in FIG.
As shown in 0 (a), by inputting to the set sectional depression angle setting unit 101 on the screen of the display device 29, it is transmitted to the ion beam optical system control device 25 via the central processing unit 30.

【0033】次に、所望断面稜をユーザが設定する(9
3)。これは、例えば図10に示すとおり二次電子像4
5画面上で所望断面稜102の始点(Xs、Ys)103と
終点(Xe、Ye)104を指定することで設定される。この
目標とする位置はデバイス設計のCAD(Computer-Aid
ed Design)データから位置設定する事も可能であり、
この場合には試料の最表面に無い下層配線位置を設定す
る事も可能である。このCADデータでは所望断面稜設
定93において、座標情報として数値的に所望断面稜1
02の始点(Xs、Ys)103と終点(Xe、Ye)104を設
定することも可能である。図10の矢印105は所望断
面稜法線方向を表し、この矢印方向に、イオンビーム加
工穴を形成する。
Next, the user sets the desired section edge (9
3). For example, as shown in FIG.
It is set by designating the starting point (Xs, Ys) 103 and the ending point (Xe, Ye) 104 of the desired section edge 102 on the five screens. The target position is CAD (Computer-Aid) for device design.
ed Design) It is also possible to set the position from the data,
In this case, it is possible to set a lower layer wiring position which is not on the outermost surface of the sample. In this CAD data, in the desired section edge setting 93, the desired section edge 1 is numerically used as coordinate information.
It is also possible to set the start point (Xs, Ys) 103 and the end point (Xe, Ye) 104 of 02. An arrow 105 in FIG. 10 represents a direction of a ridge normal to a desired cross section, and an ion beam processing hole is formed in this arrow direction.

【0034】これらの情報を元に、まず、イオンビーム
走査範囲を決定する。ここでは、図6(b)で説明した
ように二次電子像取込用のイオンビーム走査自身を回転
させる場合について説明する。まず、(数1)により加
工回転角φdを算出する(92)。この加工回転角φd分
のイオンビーム走査回転を行うことで、イオンビーム走
査回転を行う前の偏向座標(Xi、Yj)が(数4)、(数
5)で表される(Xij、Yij)に変換される。
Based on these pieces of information, the ion beam scanning range is first determined. Here, a case where the ion beam scanning itself for capturing the secondary electron image is rotated as described with reference to FIG. 6B will be described. First, the processing rotation angle φd is calculated by (Equation 1) (92). By performing the ion beam scanning rotation for the processing rotation angle φd, the deflection coordinates (Xi, Yj) before the ion beam scanning rotation is expressed by (Expression 4) and (Expression 5) (Xij, Yij). Is converted to.

【0035】[0035]

【数4】 [Equation 4]

【数5】 ここで、イオンビーム走査領域を定義する(i = 1〜n、
j = 1〜m)は、所望断面稜設定(Xs、Ys)、(Xe、Ye)
と所望断面深さZdから決定する(95)。この所望断面
深さZd設定(94)は、例えば図10(a)の示すとお
り表示装置29画面上の所望断面深さ設定部106に入
力することで、中央処理装置30を介してイオンビーム
光学系制御装置25に伝達される。(i = 1〜n、 j =
1〜m)は所望断面稜の長さから決まる加工穴長さと、断
面観察角度と所望断面深さZdから決まる加工穴幅から決
定される。この(Xij、Yij)に対応する偏向電圧を(数
6)、(数7)により算出する(96)。
[Equation 5] Here, the ion beam scanning area is defined (i = 1 to n,
j = 1 to m) is the desired cross-section edge setting (Xs, Ys), (Xe, Ye)
And the desired section depth Zd (95). This desired section depth Zd setting (94) is input to the desired section depth setting unit 106 on the screen of the display device 29 as shown in FIG. It is transmitted to the system controller 25. (i = 1 to n, j =
1 to m) is determined from the machined hole length determined by the length of the desired section ridge and the machined hole width determined by the section observation angle and the desired section depth Zd. The deflection voltage corresponding to this (Xij, Yij) is calculated by (Equation 6) and (Equation 7) (96).

【0036】[0036]

【数6】 [Equation 6]

【数7】 ここで、kx、kyはそれぞれX、Y方向の偏向の係数で、加
速電圧10、偏向器18の長さ、対向電極間距離,偏向
器18から試料1までの距離等により装置的に決定され
る係数である。この(Vxij、Vyij)を偏向電源17から
印加し、偏向器18の電圧制御を行う。このとき、設定
断面稜は、図6(b)の65で示す通り、二次電子像3
6上で垂直となる。この設定断面稜65に所望断面稜1
02を試料台2の回転により一致させるために必要な試
料台回転角βrは、(数8)により試料位置制御装置3
で算出され、試料台2が回転制御される。
[Equation 7] Here, kx and ky are coefficients of deflection in the X and Y directions, respectively, and are determined by the device based on the acceleration voltage 10, the length of the deflector 18, the distance between the counter electrodes, the distance from the deflector 18 to the sample 1, and the like. Is a coefficient. This (Vxij, Vyij) is applied from the deflection power source 17 to control the voltage of the deflector 18. At this time, the set cross-section ridge has the secondary electron image 3 as shown by 65 in FIG. 6B.
It becomes vertical on 6. The desired cross-section ridge 1
The sample stage rotation angle βr required to match 02 with the rotation of the sample stage 2 is determined by the equation (8).
And the rotation of the sample table 2 is controlled.

【0037】[0037]

【数8】 このとき、二次電子像45上には、図10(b)に示す
ように、所望断面稜107に対して、イオンビーム走査
領域108が(X11、Y11)109、(X1m、Y1m)11
0、(Xn1、Yn1)111、(Xnm、Ynm)112に囲まれ
た領域として設定されている。この領域をイオンビーム
走査して加工を行うことで、所望断面が形成される。
[Equation 8] At this time, on the secondary electron image 45, as shown in FIG. 10B, the ion beam scanning region 108 is (X11, Y11) 109, (X1m, Y1m) 11 with respect to the desired cross-section ridge 107.
0, (Xn1, Yn1) 111, and (Xnm, Ynm) 112 are set as a region surrounded by them. A desired cross section is formed by scanning this region with an ion beam for processing.

【0038】もし、イオンビームのフレアによる加工誤
差を有し問題となる場合は、(X11、Y11)109と(X1
m、Y1m)110を結ぶ線分で形成される偏向走査領域端
を、所望断面107から誤差分だけ図10(b)中で右
方向に移動して設定すると形成断面が所望断面107と
なる。
If there is a processing error due to the flare of the ion beam and there is a problem, (X11, Y11) 109 and (X1
(m, Y1m) 110 is set by moving the deflection scanning region edge formed by the line segment connecting the (m, Y1m) 110 to the right in FIG. 10B from the desired section 107 by an error amount, and the formed section becomes the desired section 107.

【0039】ここで、イオンビーム光軸傾斜角θが45
°の場合の実際の加工例を示す。(表1)は、−45°
〜+45°の設定断面俯角αdに対する加工回転角φdと
設定断面稜回転角βdを(数1)、(数2)の計算から
求めた設定値(degree単位で小数第1位まで記載)であ
る。
Here, the ion beam optical axis tilt angle θ is 45.
An example of actual processing in the case of ° is shown. (Table 1) shows -45 °
The machining rotation angle φd and the set cross-section ridge rotation angle βd for the set cross-section depression angle αd of + 45 ° are set values obtained from the calculation of (Equation 1) and (Equation 2) (expressed to the first decimal place in degree units). .

【0040】(表1) (Table 1)

【0041】これら条件で加工したときの、実際の形成
断面の形成断面俯角と設定断面俯角αdの関係を図14
に示す。加工が理想的であれば実験値141は理想線1
42と一致するはずであるが、実際には一致していな
い。このズレは加工テーパが原因である。このため、正
確な所望断面を形成するためには、テーパ角αtを自動
的に補正する、以下のようなフローが必要である。
FIG. 14 shows the relationship between the depression angle αd of the formed section and the set depression angle αd of the actually formed section when processed under these conditions.
Shown in. If the processing is ideal, the experimental value 141 is the ideal line 1
It should match 42, but it does not. This deviation is due to the processing taper. Therefore, in order to form an accurate desired cross section, the following flow for automatically correcting the taper angle αt is necessary.

【0042】テーパ角αtは、イオンビームエネルギー
や試料材質等に依存するのみならず、イオンビームの光
軸傾斜角θや所望断面俯角αeにも依存する。このた
め、テーパ角をαt(αe,θ)と表現すると、以下の
(数9)で表される設定断面俯角αdを使用して、(数
1)のφdを偏向制御し、(数8)のβrを試料台回転制
御することで形成断面を所望断面と一致させることがで
きる。
The taper angle αt depends not only on the ion beam energy and the material of the sample, but also on the optical axis tilt angle θ of the ion beam and the desired depression angle αe. Therefore, when the taper angle is expressed as αt (αe, θ), the deflection angle φd of (Equation 1) is controlled by using the set sectional depression angle αd represented by (Equation 9) below, and (Equation 8) It is possible to match the formed cross section with the desired cross section by controlling the rotation of the sample stage βr.

【0043】[0043]

【数9】 即ち、テーパ角αt(αe,θ)のαe,θをパラメータ
としたテーブルを使用することで、自動的に形成断面を
所望断面位置に作製することができる。θが45°の時
は、このテーブルは例えば(表2)のようになる。
[Equation 9] That is, by using a table in which the taper angle αt (αe, θ) αe, θ is used as a parameter, the formed cross section can be automatically prepared at the desired cross section position. When θ is 45 °, this table is as shown in (Table 2).

【0044】(表2) (Table 2)

【0045】以上のように、本発明の構成により、加工
設定の回転角φdと試料台回転角βrを自動制御するこ
とで、イオンビームの傾斜照射角αdを任意に選ぶこと
ができ、テーパ除去加工等も容易となる。
As described above, according to the configuration of the present invention, the tilt irradiation angle αd of the ion beam can be arbitrarily selected by automatically controlling the processing setting rotation angle φd and the sample stage rotation angle βr, and the taper removal can be performed. Processing etc. becomes easy.

【0046】(実施例2)本実施例では、断面作製のた
めに実際に加工される形状を矩形とする例について説明
する。
(Embodiment 2) In this embodiment, an example will be described in which the shape actually processed for making a cross section is a rectangle.

【0047】実施例1で説明したイオンビーム走査領域
は図6のように矩形であるため、実際に試料表面上で加
工される形状は、図15(a)の151に示す通り平行
四辺形となる。ここで、153、154、155はデバ
イスの配線であり、このうち配線153、154の位置
を加工することを目的とする。形成断面稜152は配線
153、154と垂直に交差するように加工されてい
る。この場合、形成断面稜以外の加工稜156は形成断
面稜152に対して斜めに形成され、本来加工する必要
が無い配線155まで加工してしまうことがある。
Since the ion beam scanning area described in the first embodiment is rectangular as shown in FIG. 6, the shape actually processed on the sample surface is a parallelogram as shown by 151 in FIG. 15A. Become. Here, reference numerals 153, 154, and 155 are device wirings, and the purpose thereof is to process the positions of the wirings 153 and 154. The formed cross-section ridge 152 is processed so as to intersect the wirings 153 and 154 vertically. In this case, the processing ridge 156 other than the formation cross-section ridge is formed obliquely with respect to the formation cross-section ridge 152, and even the wiring 155, which originally does not need to be processed, may be processed.

【0048】このため、図15(b)に示すような加工
が望まれる場合がある。即ち、試料表面上での加工形状
が157のように矩形にし、形成断面稜158以外の加
工稜159を配線153等と平行にすることで、目標配
線153、154のみを加工することが可能となる。
Therefore, there is a case where the processing shown in FIG. 15B is desired. That is, it is possible to process only the target wirings 153 and 154 by making the processing shape on the surface of the sample rectangular such as 157 and making the processing edges 159 other than the formation cross-section edges 158 parallel to the wiring 153 and the like. Become.

【0049】この加工を実現するためには、図16に示
す加工設定を行えば良い。これは、図6(b)に対応す
る図であり、二次電子像161の画面表示全体をφd回
転させて表示したものである。ここで、偏向走査領域端
163は図6(b)の偏向走査領域端65と同様に設定
するが、この偏向走査領域162は図6(b)の矩形の
偏向走査領域66と異なり、平行四辺形に設定する。こ
のとき164に示す平行四辺形の内角γ(degree表示)
は、(数10)で表される。
In order to realize this processing, the processing settings shown in FIG. 16 may be set. This is a diagram corresponding to FIG. 6B, and the entire screen display of the secondary electron image 161 is rotated by φd for display. Here, the deflection scanning area edge 163 is set in the same manner as the deflection scanning area edge 65 of FIG. 6B, but this deflection scanning area 162 is different from the rectangular deflection scanning area 66 of FIG. Set to shape. At this time, the internal angle γ of the parallelogram shown in 164 (displayed in degrees)
Is represented by (Equation 10).

【0050】[0050]

【数10】 以上のように、平行四辺形の偏向走査領域162の設定
で加工することにより、図15(b)の矩形加工が実現
できるため、無駄な領域を加工することなく任意傾斜加
工を実現することができる。
[Equation 10] As described above, by processing with the setting of the deflection scanning area 162 of the parallelogram, the rectangular processing of FIG. 15B can be realized, so that the arbitrary inclination processing can be realized without processing a wasteful area. it can.

【0051】(実施例3)本実施例では、本発明による
試料作製装置を、TEM観察やエネルギー分散型X線分
光分析法(EDX)や電子エネルギー損失分光法(EE
LS)の薄膜試料に適用した例について説明する。
Example 3 In this example, the sample preparation apparatus according to the present invention was used for TEM observation, energy dispersive X-ray spectroscopy (EDX) and electron energy loss spectroscopy (EE).
An example applied to a thin film sample of LS) will be described.

【0052】TEM観察用薄膜は、観察分解能を向上す
るためには薄いことが要求され、通常100nm程度の
厚さに加工する。しかし、実施例1で述べたように観察
断面に対してイオンビームを平行に照射する場合には、
TEM薄膜加工では、図11に示す様にテーパを有する
薄膜断面115、116ができてしまうため所望観察面
117に対して深さ方向に厚さ分布を持つ試料となる。
この場合は、深い領域では余分な構造まで含んでしま
い、観察精度が劣化する。さらに、組成元素分析のため
にEDXやEELSを使用する場合には、X線や電子線
の信号量の定量性が重要であるが、膜厚が異なる図11
のような試料の場合には、組成の定量的比較ができなく
なる。
The thin film for TEM observation is required to be thin in order to improve the observation resolution, and is usually processed to have a thickness of about 100 nm. However, as described in Example 1, when the ion beam is irradiated parallel to the observation cross section,
In the TEM thin film processing, tapered thin film cross sections 115 and 116 are formed as shown in FIG. 11, so that the sample has a thickness distribution in the depth direction with respect to the desired observation surface 117.
In this case, an excessive structure is included in the deep region, and the observation accuracy deteriorates. Further, when EDX or EELS is used for compositional element analysis, quantitativeness of the signal amount of X-rays and electron beams is important, but the film thickness is different.
In the case of such samples, it becomes impossible to quantitatively compare the compositions.

【0053】これを解決するためには、実施例1で説明
したようにイオンビームの加工設定の回転角φdをイオ
ンビーム光学系制御装置25で制御し、図12(a)に
示すとおり、イオンビーム121が所望観察面117に
対して傾斜させて照射することにより、薄膜断面122
を所望観察面117に平行に形成することができる。同
様に逆方向にイオンビームの加工設定の回転角φdを設
定することで、図12(b)に示す傾斜イオンビーム1
24の照射が可能になり、薄膜断面125を形成でき
る。これにより、膜厚均一性の高い観察薄膜を形成する
ことが可能となる。
To solve this, as described in the first embodiment, the rotation angle φd of the ion beam processing setting is controlled by the ion beam optical system controller 25, and as shown in FIG. By irradiating the beam 121 while inclining it with respect to the desired observation surface 117, the thin film cross section 122
Can be formed parallel to the desired observation surface 117. Similarly, by setting the rotation angle φd in the ion beam processing setting in the opposite direction, the tilted ion beam 1 shown in FIG.
Irradiation of 24 is possible, and a thin film cross section 125 can be formed. This makes it possible to form an observation thin film having high film thickness uniformity.

【0054】以上のように、本発明の構成により、加工
設定の回転角φdと試料台回転角βrを自動制御すること
で、イオンビームの傾斜照射角αdを任意に選ぶことが
でき、膜厚均一性の高い薄膜が形成でき、TEM観察の
観察精度の向上やEDX、EELSの分析定量化に有効
である。
As described above, according to the configuration of the present invention, the tilt irradiation angle αd of the ion beam can be arbitrarily selected by automatically controlling the processing setting rotation angle φd and the sample stage rotation angle βr. A thin film with high uniformity can be formed, which is effective for improving the observation accuracy of TEM observation and for analysis and quantification of EDX and EELS.

【0055】(実施例4)本実施例では、本発明による
試料作製装置を、オージェ電子分光分析(AES)や二
次イオン質量分析(SIMS)の深さ分析用試料に適用
した例について説明する。
(Embodiment 4) In this embodiment, an example in which the sample preparation apparatus according to the present invention is applied to a sample for depth analysis of Auger electron spectroscopy (AES) or secondary ion mass spectrometry (SIMS) will be described. .

【0056】AESやSIMSで試料表面平行方向に組
成が均一な試料部の深さ方向の組成分析をする場合、深
さ方向分解能を向上するために浅い角度で形成した断面
を分析することで深さ分解能を向上させることができ
る。このような分析に適した分析断面作製法について図
13(a)に示す。
When performing composition analysis in the depth direction of a sample portion having a uniform composition in the direction parallel to the sample surface by AES or SIMS, the depth formed by analyzing the cross section formed at a shallow angle in order to improve the depth direction resolution. The resolution can be improved. FIG. 13A shows an analytical cross-section manufacturing method suitable for such an analysis.

【0057】イオンビーム131は、実施例1で説明し
たイオンビーム偏向制御により傾斜照射を行い加工穴1
33を形成する。こうして形成断面132を形成するこ
とにより断面に露出する試料内部構造は試料深さ方向よ
りも広くなる。この形成断面132に電子ビーム134
を照射し、オージェ電子を検出して分光して、形成断面
132内の面内組成分布を取得することにより、試料1
の深さ方向の組成分布を得ることができる。電子ビーム
134の代わりにイオンビームを照射し、二次イオンを
検出して質量分析すれば、SIMSによる深さ方向の元
素分析にも使用可能である。
The ion beam 131 is obliquely irradiated by the ion beam deflection control described in the first embodiment, and the processed hole 1 is processed.
33 is formed. By thus forming the formed cross section 132, the internal structure of the sample exposed on the cross section becomes wider than the depth direction of the sample. An electron beam 134 is applied to the forming cross section 132.
Of the sample 1 and the Auger electrons are detected and dispersed to acquire the in-plane composition distribution in the formed cross section 132.
It is possible to obtain the composition distribution in the depth direction. By irradiating an ion beam instead of the electron beam 134, detecting secondary ions and performing mass analysis, it can be used for elemental analysis in the depth direction by SIMS.

【0058】このように本試料作製装置により浅い角度
の傾斜断面を形成することにより、AES、SIMS等
の組成深さ分析の分解能を向上させることも可能とな
る。
By forming a slanted section with a shallow angle by using the sample preparation apparatus in this manner, it is possible to improve the resolution of composition depth analysis such as AES and SIMS.

【0059】なお、以上の実施例では、イオンビームに
よる加工を例にとって説明してきたが、本発明は、イオ
ンビームに限らず加工可能な荷電粒子線ビームであれば
適用可能である。
In the above embodiments, the ion beam processing is taken as an example. However, the present invention is not limited to the ion beam but can be applied to any charged particle beam that can be processed.

【0060】[0060]

【発明の効果】本発明によれば、装置製造コストの低減
に有効な非傾斜試料台による装置構成で、任意の角度で
のイオンビーム照射加工が可能となり、精度良い断面が
形成できるため、FIBやSEM観察が高精度化され
る。また、膜厚均一性の高い試料薄膜が形成でき、TE
M観察の観察精度の向上やEDX、EELSの分析定量
化に有効である。
According to the present invention, since the ion beam irradiation processing can be performed at an arbitrary angle and an accurate cross section can be formed by the apparatus configuration using the non-tilted sample stage which is effective in reducing the apparatus manufacturing cost, the FIB can be formed. The accuracy of SEM observation is improved. In addition, a sample thin film with high film thickness uniformity can be formed,
It is effective for improving the observation accuracy of M observation and for analysis and quantification of EDX and EELS.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明による試料作製装置の一実施例を示す全
体構成図。
FIG. 1 is an overall configuration diagram showing an embodiment of a sample preparation device according to the present invention.

【図2】斜め方向からのイオンビーム照射による断面加
工例を示す図。
FIG. 2 is a diagram showing an example of cross-section processing by ion beam irradiation from an oblique direction.

【図3】二次電子像上での断面加工設定画面を示す図。FIG. 3 is a diagram showing a cross-section processing setting screen on a secondary electron image.

【図4】所望断面に対するイオンビーム平行照射での形
成断面を示す図。
FIG. 4 is a view showing a cross section formed by ion beam parallel irradiation on a desired cross section.

【図5】所望断面に対するイオンビーム傾斜照射での形
成断面を示す図。
FIG. 5 is a view showing a cross section formed by ion beam tilt irradiation with respect to a desired cross section.

【図6】イオンビーム傾斜照射時の二次電子像上での断
面加工設定画面を示す図。
FIG. 6 is a diagram showing a cross-section processing setting screen on a secondary electron image at the time of ion beam tilt irradiation.

【図7】イオンビーム傾斜照射時の断面加工を示す図。FIG. 7 is a diagram showing cross-section processing during ion beam tilt irradiation.

【図8】断面加工する構造を加工設定と一致させる試料
回転を示す図。
FIG. 8 is a view showing a sample rotation in which a structure for cross-section processing matches a processing setting.

【図9】本発明における加工設定のフローを示すブロッ
ク図。
FIG. 9 is a block diagram showing a flow of processing setting according to the present invention.

【図10】加工設定画面を示す図FIG. 10 shows a processing setting screen

【図11】所望断面に対するイオンビーム平行照射での
薄膜加工を示す図。
FIG. 11 is a diagram showing thin film processing by ion beam parallel irradiation on a desired cross section.

【図12】所望断面に対するイオンビーム傾斜照射での
薄膜加工を示す図。
FIG. 12 is a diagram showing thin film processing by ion beam tilt irradiation on a desired cross section.

【図13】深さ方向組成分析に適した試料断面形成加工
を示す図。
FIG. 13 is a diagram showing sample cross-section forming processing suitable for composition analysis in the depth direction.

【図14】実験による設定断面俯角と形成断面俯角の関
係を示す図。
FIG. 14 is a diagram showing a relationship between a set sectional depression angle and a formed sectional depression angle by an experiment.

【図15】試料表面加工形状によるデバイスパターン加
工の違いを示す図。
FIG. 15 is a diagram showing a difference in device pattern processing depending on a sample surface processing shape.

【図16】矩形穴加工のための偏向走査領域を示す図。FIG. 16 is a view showing a deflection scanning area for processing a rectangular hole.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…試料、2…試料台、3…試料位置制御装置、4…イ
オンビーム、5…イオンビーム光学系、6…電子ビー
ム、7…電子ビーム光学系、8…二次電子検出器、9…
イオン源、10…加速電源、11…通電加熱電源、12
…引き出し電極、13…引き出し電源、14…アパーチ
ャ、15…集束電源、16…集束レンズ、17…偏向電
源、18…偏向器、23…対物電源、24…対物レン
ズ、25…イオンビーム光学系制御装置、26…電子
源、27…偏向レンズ、28…電子ビーム光学系制御装
置、29…表示装置、30…中央処理装置、31…真空
容器、35…イオンビーム光軸、36…光軸投影線、3
7…所望断面稜、38…形成断面、39…加工穴、40
…試料表面の垂直軸、41…傾斜角、45…二次電子
像、46…イオンビーム走査領域、51…形成断面、5
2…所望断面、55…イオンビーム、56…形成断面、
57…加工穴、58…設定断面、61…設定断面稜、6
2…イオンビーム走査領域、63…加工回転角、65…
設定断面稜、66…イオンビーム走査領域、71…設定
断面稜、72…加工穴、73…形成断面、74…設定断
面稜回転角、81…断面加工する構造方向、101…設
定断面俯角設定部、102…所望断面稜、105…矢
印、106…所望断面深さ設定部、107…所望断面
稜、108…イオンビーム走査領域、115、116…
薄膜断面、117…所望観察面、121…イオンビー
ム、122、123…薄膜断面、124…イオンビー
ム、125…薄膜断面、131…イオンビーム、132
…形成断面、133…加工穴、134…電子ビーム、1
41…実験値、142…理想線、151…加工形状、1
52…形成断面稜、153、154、155…配線、1
56…加工稜、157…加工形状、158…形成断面
稜、159…加工稜、161…二次電子像、162…偏
向走査領域、163…偏向走査領域端、164…内角。
1 ... Sample, 2 ... Sample stage, 3 ... Sample position control device, 4 ... Ion beam, 5 ... Ion beam optical system, 6 ... Electron beam, 7 ... Electron beam optical system, 8 ... Secondary electron detector, 9 ...
Ion source, 10 ... Acceleration power supply, 11 ... Electric heating power supply, 12
... Extraction electrode, 13 ... Extraction power supply, 14 ... Aperture, 15 ... Focusing power supply, 16 ... Focusing lens, 17 ... Deflection power supply, 18 ... Deflector, 23 ... Objective power supply, 24 ... Objective lens, 25 ... Ion beam optical system control Device, 26 ... Electron source, 27 ... Deflection lens, 28 ... Electron beam optical system control device, 29 ... Display device, 30 ... Central processing unit, 31 ... Vacuum container, 35 ... Ion beam optical axis, 36 ... Optical axis projection line Three
7 ... Desired cross section ridge, 38 ... Formed cross section, 39 ... Machining hole, 40
... vertical axis of sample surface, 41 ... tilt angle, 45 ... secondary electron image, 46 ... ion beam scanning region, 51 ... forming cross section, 5
2 ... Desired cross section, 55 ... Ion beam, 56 ... Formation cross section,
57 ... Machining hole, 58 ... Setting section, 61 ... Setting section edge, 6
2 ... Ion beam scanning area, 63 ... Machining rotation angle, 65 ...
Set section ridge, 66 ... Ion beam scanning area, 71 ... Set section ridge, 72 ... Machining hole, 73 ... Forming section, 74 ... Set section ridge rotation angle, 81 ... Structural direction for section processing, 101 ... Set section depression angle setting section , 102 ... Desired cross-section edge, 105 ... Arrow, 106 ... Desired cross-section depth setting portion, 107 ... Desired cross-section edge, 108 ... Ion beam scanning region, 115, 116 ...
Thin film cross section 117 ... Desired observation plane 121 ... Ion beam 122, 123 ... Thin film cross section, 124 ... Ion beam, 125 ... Thin film cross section, 131 ... Ion beam, 132
... forming cross section 133 ... processing hole, 134 ... electron beam, 1
41 ... Experimental value, 142 ... Ideal line, 151 ... Machining shape, 1
52 ... Formation cross-section ridge, 153, 154, 155 ... Wiring, 1
56 ... Machining edge, 157 ... Machining shape, 158 ... Forming cross-sectional edge, 159 ... Machining edge, 161 ... Secondary electron image, 162 ... Deflection scanning area, 163 ... Deflection scanning area edge, 164 ... Interior angle.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石谷 亨 茨城県ひたちなか市市毛882番地 株式会 社日立製作所計測器グループ内 (72)発明者 志知 広康 東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 鹿島 秀夫 東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 福田 宗行 東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 Fターム(参考) 2G052 AA13 AB00 AC28 AD32 AD52 BA02 EC18 FD11 GA33 HC04 HC06 JA01 JA09 5C034 AA02 AB03 AB04 BB04 BB06 BB07    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Toru Ishitani             882 Ichimo, Hitachinaka City, Ibaraki Stock Association             Company Hitachi Ltd. measuring instrument group (72) Inventor Hiroyasu Shichi             1-280, Higashikoigakubo, Kokubunji, Tokyo             Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Hideo Kashima             1-280, Higashikoigakubo, Kokubunji, Tokyo             Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd. (72) Inventor Muneyuki Fukuda             1-280, Higashikoigakubo, Kokubunji, Tokyo             Central Research Laboratory, Hitachi, Ltd. F term (reference) 2G052 AA13 AB00 AC28 AD32 AD52                       BA02 EC18 FD11 GA33 HC04                       HC06 JA01 JA09                 5C034 AA02 AB03 AB04 BB04 BB06                       BB07

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】荷電粒子源から放出される荷電粒子ビーム
を集束し、走査、偏向する荷電粒子ビーム光学系を用い
て、荷電粒子ビーム加工により試料台に保持された試料
に試料断面を形成するよう構成した試料作製装置におい
て、前記荷電粒子ビーム光学系の荷電粒子ビーム光軸と
前記試料台面とのなす角度を固定とし、かつ、前記試料
台の試料台面内での回転により、前記試料断面の形成を
制御してなることを特徴とする試料作製装置。
1. A sample cross section is formed on a sample held on a sample stage by charged particle beam processing by using a charged particle beam optical system that focuses, scans and deflects a charged particle beam emitted from a charged particle source. In the sample preparation apparatus configured as described above, the angle formed between the charged particle beam optical axis of the charged particle beam optical system and the sample table surface is fixed, and the sample table is rotated within the sample table surface, whereby the sample cross section A sample preparation apparatus characterized in that formation is controlled.
【請求項2】荷電粒子源から放出される荷電粒子ビーム
を集束し、走査・偏向する荷電粒子ビーム光学系を用い
て、荷電粒子ビーム加工により試料台に載置された試料
に試料断面を形成する試料作製装置において、前記荷電
粒子ビーム光学系の荷電粒子ビーム光軸と前記試料表面
とのなす角度を固定とし、前記試料の観察を所望する試
料断面を形成するために設定した設定断面の法線方向と
前記試料表面のなす角度に対応して、前記荷電粒子ビー
ム光学系の走査、偏向を制御するよう構成したことを特
徴とする試料作製装置。
2. A sample cross section is formed on a sample mounted on a sample stage by charged particle beam processing by using a charged particle beam optical system that focuses, scans and deflects a charged particle beam emitted from a charged particle source. In the sample preparation apparatus, the angle between the charged particle beam optical axis of the charged particle beam optical system and the sample surface is fixed, and a method of a set cross section set to form a sample cross section desired to observe the sample A sample preparation device characterized by being configured to control scanning and deflection of the charged particle beam optical system according to an angle formed by a line direction and the surface of the sample.
【請求項3】イオン源と、前記イオン源から放出するイ
オンを集束するレンズと、偏向器から構成されるイオン
ビーム光学系と、前記イオンビーム光学系を制御するイ
オンビーム光学系制御装置と、イオンビームを試料に照
射した際に発生する前記試料からの2次粒子を検出する
ための検出器と、前記試料を保持する試料台と、前記試
料台の位置を制御する試料位置制御装置とを備え、イオ
ンビーム加工により前記試料に試料断面を形成する試料
作製装置において、前記イオンビーム光学系のイオンビ
ーム光軸と前記試料表面とのなす角度が固定されてお
り、かつ、前記試料の観察を所望する試料断面を形成す
るために設定した設定断面の法線方向と前記試料表面の
なす設定断面俯角に対応して、前記試料断面の形成を制
御するよう構成したことを特徴とする試料作製装置。
3. An ion beam optical system comprising an ion source, a lens for focusing ions emitted from the ion source, and a deflector, and an ion beam optical system controller for controlling the ion beam optical system. A detector for detecting secondary particles from the sample generated when the sample is irradiated with an ion beam, a sample stage for holding the sample, and a sample position control device for controlling the position of the sample stage. In a sample preparation device for forming a sample cross section on the sample by ion beam processing, the angle formed by the ion beam optical axis of the ion beam optical system and the sample surface is fixed, and the sample is observed. It is configured to control the formation of the sample cross section in accordance with the normal direction of the set cross section set to form a desired sample cross section and the set cross section depression angle formed by the sample surface. Sample Preparation and wherein the door.
【請求項4】イオン源と、前記イオン源から放出するイ
オンを集束するレンズと、偏向器とを有するイオンビー
ム光学系と、前記イオンビーム光学系を制御するイオン
ビーム光学系制御装置と、前記イオンビームを試料に照
射した際に発生する前記試料からの2次粒子を検出する
ための検出器と、前記試料を保持する試料台と、前記試
料台の位置を制御する試料位置制御装置とを備え、イオ
ンビーム加工により前記試料に試料断面を形成する試料
作製装置において、前記イオンビーム光学系制御装置
を、前記イオンビーム光学系のイオンビーム光軸と試料
表面のなす角度が0°より大きく90°未満であり、か
つ、前記試料の観察を所望する試料断面を形成するため
に設定した設定断面の法線方向と前記試料表面のなす設
定断面俯角に対応して、前記偏向器によるイオンビーム
走査を制御するよう構成したことを特徴とする試料作製
装置。
4. An ion beam optical system having an ion source, a lens for focusing ions emitted from the ion source, and a deflector; an ion beam optical system controller for controlling the ion beam optical system; A detector for detecting secondary particles from the sample generated when the sample is irradiated with an ion beam, a sample stage for holding the sample, and a sample position control device for controlling the position of the sample stage. In a sample preparation apparatus for forming a sample cross section on the sample by ion beam processing, the ion beam optical system control device includes an ion beam optical axis of the ion beam optical system and a sample surface at an angle greater than 0 ° and greater than 90 °. Corresponding to the normal angle direction of the set cross section set to form a sample cross section that is less than ° and desired to observe the sample and the set cross section depression angle formed by the sample surface. And a sample preparation device configured to control the ion beam scanning by the deflector.
【請求項5】前記イオンビーム光学系制御装置が、前記
イオンビーム光軸を法線とする面に前記設定断面俯角を
投影した角度情報をもとに前記偏向器を制御することを
特徴とする請求項3又は4記載の試料作製装置。
5. The ion beam optical system controller controls the deflector based on angle information obtained by projecting the set sectional depression angle on a surface having the optical axis of the ion beam as a normal line. The sample preparation device according to claim 3 or 4.
【請求項6】前記イオンビーム光学系制御装置が、前記
イオンビーム光軸を法線とする面に前記設定断面俯角を
投影した角度情報をもとに前記偏向器を制御し、前記試
料位置制御装置が前記試料台の試料台面内での回転を制
御することを特徴とする請求項3又は4記載の試料作製
装置。
6. The ion beam optical system control device controls the deflector based on angle information obtained by projecting the set sectional depression angle on a surface having the optical axis of the ion beam as a normal line, and controls the sample position. The sample preparation device according to claim 3 or 4, wherein the device controls rotation of the sample table within a surface of the sample table.
【請求項7】前記設定断面俯角をイオンビーム光軸を法
線とする面に投影した角度情報を、前記2次粒子検出器
による2次粒子情報を表示する表示装置上に表示するよ
う構成したことを特徴とする請求項3又は4記載の試料
作製装置。
7. The angle information obtained by projecting the set depression angle on a plane whose normal is the ion beam optical axis is displayed on a display device for displaying secondary particle information by the secondary particle detector. The sample preparation device according to claim 3 or 4, characterized in that.
【請求項8】イオンビーム光学系を介してイオンビーム
を試料に傾斜方向から照射して、スパッタリング加工に
より前記試料に試料断面を形成する試料作製方法におい
て、前記試料の観察を所望する試料断面の俯角を設定す
る工程と、前記試料上に、前記俯角に対応してイオンビ
ームの偏向走査領域を形成する一辺を決定し、偏向走査
領域を設定する工程と、前記偏向走査領域をイオンビー
ム加工する工程とを有することを特徴とする試料作製方
法。
8. A sample preparation method for irradiating a sample with an ion beam from an inclination direction through an ion beam optical system to form a sample cross section on the sample by a sputtering process. A step of setting a depression angle, a step of forming a deflection scanning region of the ion beam on the sample corresponding to the depression angle, a step of setting the deflection scanning region, and an ion beam processing of the deflection scanning region. A method for preparing a sample, comprising:
【請求項9】前記試料の所望する試料断面の、前記イオ
ンビーム光学系のイオンビーム光軸を前記試料面上に投
影した光軸投影線に対する回転角を取得する工程と、前
記俯角と前記所望断面の回転角とに対応して試料回転角
を決定し、前記試料台の試料台面内での回転を設定する
工程を有することを特徴とする請求項8記載の試料作製
方法。
9. A step of obtaining a rotation angle of a desired sample cross section of the sample with respect to an optical axis projection line obtained by projecting an ion beam optical axis of the ion beam optical system onto the sample surface, the depression angle and the desired angle. 9. The sample manufacturing method according to claim 8, further comprising the step of determining a sample rotation angle corresponding to the rotation angle of the cross section and setting the rotation of the sample table in the sample table plane.
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