JP2005345220A - Device and method for sample preparation - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、電子顕微鏡の観察やエネルギー分散型X線分析装置による元素分析のために、微小試料片を摘出する試料作製方法及び装置に関する。 The present invention relates to a sample preparation method and apparatus for extracting a small sample piece for observation with an electron microscope or elemental analysis using an energy dispersive X-ray analyzer.
透過形電子顕微鏡や走査形電子顕微鏡や、エネルギー分散型X線分析装置を用いた極微細領域での観察、分析の必要性が高まり、その試料作製のために集束イオンビームによる試料薄膜化が広く用いられている。 The need for observation and analysis in ultra-fine regions using transmission electron microscopes, scanning electron microscopes, and energy dispersive X-ray analyzers has increased. It is used.
平面試料の作製方法としては、特許文献1に記載の薄膜試料化の方法が確立されている。この方法では、試料近傍にデポガス源を設け、微小試料片と保持手段の接合にデポガスを導入し、集束イオンビームを照射することでデポジション膜を形成させ、デポジション膜のコンタクト力によって薄膜化した微小試料片を摘出する。 As a method for producing a flat sample, a thin film sampling method described in Patent Document 1 has been established. In this method, a deposition gas source is provided near the sample, the deposition gas is formed by introducing a deposition gas at the junction between the small sample piece and the holding means, and irradiating with a focused ion beam, and the deposition film is thinned by the contact force of the deposition film. Remove the small sample piece.
上述のように観察や分析に微小試料片を用いる場合、デポジション膜の残存やデポガス源に装填のW(CO)6タングステンヘキサカルボニルや、C16H10ピレンの定期的な供給が必要である。また、極微細領域での観察や異物分析精度への影響が問題となっている。また、半導体ウェーハなどから微小試料片を取り出す場合、ウェーハ全体をデポジションにより汚染させるという問題がある。 When using small sample pieces for observation and analysis as described above, it is necessary to periodically supply W (CO) 6 tungsten hexacarbonyl or C 16 H 10 pyrene loaded in the deposition film or in the deposition gas source. . In addition, the observation in a very fine region and the influence on the foreign matter analysis accuracy are problematic. Moreover, when taking out a micro sample piece from a semiconductor wafer etc., there exists a problem of contaminating the whole wafer by deposition.
本発明の目的は、上記の課題に鑑み、デポジション膜のコンタクト力による接合を行わず、原子間結合を利用し、微小試料片を簡単に、かつ汚染なく取り出しできる試料作製方法及び装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a sample preparation method and apparatus capable of taking out a small sample piece easily and without contamination by using interatomic bonding without performing bonding by contact force of a deposition film. There is to do.
上記目的を達成するために本発明は、真空雰囲気中の試料ステージ上に載置したウェーハ等の試料から、観察や分析のための微小試料片を取り出す試料作製方法において、イオンビームを用いて試料の一部を微小試料片として分離し、前記微小試料片と保持手段の先端部を接触させ、両者の原子間結合(原子間力)を利用して接合して前記微小試料片を摘出することを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides a sample preparation method using an ion beam in a sample preparation method for taking out a small sample piece for observation or analysis from a sample such as a wafer placed on a sample stage in a vacuum atmosphere. A part of the sample is separated as a micro sample piece, the micro sample piece and the tip of the holding means are brought into contact with each other, and the micro sample piece is extracted by bonding using an interatomic bond (atomic force) between the two. It is characterized by.
ここで、前記微小試料片と前記保持手段の先端部を接触の前に、イオンビームによる両接触面の活性化処理を行うことを特徴とする。 Here, before the micro sample piece and the tip of the holding means are brought into contact, activation processing of both contact surfaces by an ion beam is performed.
また、前記保持手段の先端部は試料の材質に応じて選択される。また、前記保持手段の先端部は前記微小試料片の接触面積に合わせてイオンビームによる加工を行うことを特徴とする。 The tip of the holding means is selected according to the material of the sample. The tip of the holding means is processed by an ion beam in accordance with the contact area of the minute sample piece.
本発明の試料作製装置は、真空雰囲気中の試料ステージ上に載置したウェーハ等の試料から、観察や分析のための微小試料片を摘出する試料作製装置において、イオンビームを用いて前記試料から分離された微小試料片を保持する保持手段と、前記微小試料片の接触面と前記保持手段の先端部の接触面をイオンビーム加工により活性化させるイオンビーム制御部と、両方の前記接触面を接触させ、原子間結合を利用して両者を接合して前記微小試料片を取り出す搬送手段とその制御装置を設けたことを特徴とする。 The sample preparation apparatus of the present invention is a sample preparation apparatus that extracts a small sample piece for observation or analysis from a sample such as a wafer placed on a sample stage in a vacuum atmosphere. A holding means for holding the separated micro sample piece, an ion beam control unit for activating the contact surface of the micro sample piece and the contact surface of the tip of the holding means by ion beam processing, and both the contact surfaces It is characterized in that there is provided a transport means for bringing the minute sample pieces into contact with each other by utilizing interatomic bonds and taking out the micro sample piece, and a control device therefor.
また、前記保持手段は複数の先端部を収納可能にするカートリッジでなり、前記試料の材質に応じ、金、タングステン、カーボンなど複数の材質から選択する構造を有している。 The holding means is a cartridge that can store a plurality of tip portions, and has a structure selected from a plurality of materials such as gold, tungsten, and carbon in accordance with the material of the sample.
また、前記制御装置は前記保持手段を制御して前記先端部の接触面を前記微小試料片の接触面に適応して加工することを特徴とする。 Further, the control device controls the holding means to process the contact surface of the tip portion in conformity with the contact surface of the minute sample piece.
本発明による試料作製方法および装置によれば、試料作製時に問題となっていたデポジション膜の形成による観察像やX線分析精度への影響がなく、デポガス源への定期的なガス源の供給も不要である。また、微小試料片を簡単、かつ汚染なく取り出しできる効果がある。 According to the sample preparation method and apparatus of the present invention, there is no influence on the observation image and the X-ray analysis accuracy due to the formation of the deposition film, which has been a problem at the time of sample preparation, and the periodic gas source is supplied to the deposition gas source. Is also unnecessary. Further, there is an effect that a small sample piece can be taken out easily and without contamination.
本発明はウェーハ欠陥部の解析のために、観察や分析のための微細試料を取り出す方法及び装置である。本発明による試料作製装置の実施形態は、集束イオンビームの照射光学系と集束イオンビームを任意の位置に照射するイオンビーム偏向系と、微小試料を摘出する保持手段と、保持手段を制御する位置制御系と、試料を移動する試料ステージを具備する。以下、実施例を挙げて詳細に説明する。 The present invention is a method and apparatus for taking out a fine sample for observation or analysis for analysis of a wafer defect portion. Embodiments of a sample preparation apparatus according to the present invention include a focused ion beam irradiation optical system, an ion beam deflection system that irradiates a focused ion beam at an arbitrary position, a holding unit that extracts a micro sample, and a position that controls the holding unit. A control system and a sample stage for moving the sample are provided. Hereinafter, an example is given and explained in detail.
図1は、本発明による試料作製装置の1実施例を示す概略構成である。試料作製装置1は、集束イオンビーム2を試料3に照射するイオンビーム照射系4と、試料3からの二次電子や二次イオンを検出する二次粒子検出器5と、試料3を真空雰囲気内に挿入するための試料交換機構20と、試料3を載置する試料ステージ6を有している。ちなみに、図1の試料作製装置1の外郭線から内部は真空雰囲気に構成されている。
FIG. 1 is a schematic configuration showing one embodiment of a sample preparation apparatus according to the present invention. The sample preparation apparatus 1 includes an ion beam irradiation system 4 that irradiates a
また、微細加工した微細試料片12を摘出する搬送手段7と、搬送手段7を微細試料片12に接触させるなどを行う制御装置8と、保持手段先端部9と、微細試料加工面の活性化処理を行うイオンビーム制御部10を有している。搬送手段7はカートリッジ11により構成され、複数の材質からなる保持手段先端部9の選択が、真空雰囲気外より可能となる構成である。
Also, the conveying means 7 for extracting the finely processed
イオンビーム照射系4は周知の光学系であり詳細は省略する。集束イオンビーム2は試料面で、μm〜サブμmレベルで集束し走査することで、試料の観察、加工に用いられる。 The ion beam irradiation system 4 is a well-known optical system and will not be described in detail. The focused ion beam 2 is focused and scanned on the sample surface at a [mu] m to sub- [mu] m level, and used for sample observation and processing.
二次粒子検出器5で、観察や加工時に発生する二次電子や二次イオンを検出し、画像化することで、試料表面や加工領域などをCRT16により観察できる。試料中の微細試料片12の加工は試料表面や、加工領域などの画像を観察しながら、任意の形状に作製する。
By detecting and imaging secondary electrons and secondary ions generated during observation and processing with the
作製した微細試料片12を取出すために使用する保持手段先端部9は、微細試料片12と接触し易くするために、集束イオンビーム2により任意に加工する必要がある。このため、制御装置8の一機能として先端部制御機能81を有し、保持手段先端部9の回転制御18や角度制御19を行う。
The holding means tip 9 used to take out the produced
図2は保持手段先端部の加工方法の1例を示す。搬送手段7は内蔵の回転機構と、回転角度制御機構を有し、先端部制御機能81によって制御される。(a)は保持手段先端部9に集束イオンビーム2を照射した状態で、(b)のように連続して回転制御18することにより、先端部9が針状加工14される。このとき、接触面への平行度15が調整される。さらに、(c)のように針状加工した保持手段先端部9を任意の方向に角度制御19を行い、集束イオンビーム2による任意の接触面積17に断面加工を行うと、(d)のように微細試料片12のサイズに合わせた保持手段先端部9の加工ができる。
FIG. 2 shows an example of a method for processing the tip of the holding means. The conveying means 7 has a built-in rotation mechanism and a rotation angle control mechanism, and is controlled by the tip
微細試料片12の取り出しは、微細試料片12が搬送手段の保持手段先端部9と接触する直前に、酸化膜などの除去を目的として集束イオンビーム2により、接触面の活性化処理を行なう。同時に、保持手段先端部9についても集束イオンビーム2による活性化処理を行ない、微細試料片12との原子間結合を容易にする。
When the
制御装置8は接触制御機能82を有し、活性化処理後に保持手段先端部9を微細試料片12に接触させる制御を行う。保持手段先端部9を微細試料片12に接触させることにより、活性面同士は原子間結合により接合される。
The
このように、本実施例を用いることで、試料中の任意の微細試料片を搬送手段7によって取り出すことが可能となるので、透過形電子顕微鏡や走査形電子顕微鏡の観察試料として用いることができる。 As described above, by using this embodiment, it is possible to take out an arbitrary fine sample piece in the sample by the conveying means 7, and therefore, it can be used as an observation sample of a transmission electron microscope or a scanning electron microscope. .
図3は、保持手段先端部のカートリッジ機能を示す概略構成例である。この実施例のカートリッジ機能11は複数の保持手段先端部9(9−1〜9−4)を収納可能である。カートリッジ機能11は、試料ステージ6上に細緻される試料3の材質に応じ、金、タングステン、カーボンなど複数の材質による先端部9を収納し、その任意の選択が可能に構成されている。すなわち、接触制御機能82は搬送手段7に内蔵の先端部選択制御機構18を介してカートリッジ機能11を回転し、任意の保持手段先端部9−1〜9−4を選択して、カートリッジ機能11からその先端部を引き出しする。引き出された保持手段先端部9は接触面積の加工の後に微細試料片12と接触し、原子間結合で接合する。その後、接触制御機能82により引き戻されて、微細試料片12が摘出される。カートリッジ機能によれば、真空雰囲気下においても保持手段先端部の交換が容易である。なお、保持手段先端部9は予め先端を数μmに加工しておいても良い。
FIG. 3 is a schematic configuration example showing the cartridge function of the tip of the holding means. The
図4は本発明による試料作製方法の1実施例を示すフローチャートで、制御装置8の手順を示している。まず、カートリッジ機能11を回転して、使用する保持手段先端部9の選択を行う(s101)。選択された先端部9の針状加工の要否を判断し(s102)、要であれば選択した先端部を回転し(s013)、集束イオンビームによる針状加工を行う(s104)。
FIG. 4 is a flowchart showing one embodiment of the sample preparation method according to the present invention, and shows the procedure of the
次に、試料中から微細試料の加工を行い(s105)、保持先端部と微細試料との接触面積の設定を行う(s106)。すなわち、微細試料のサイズに合わせた保持手段先端部9の接触面積の設定を行う。そして、設定された接触面積となるように、保持手段先端部の加工を行う(s107)。ここで、微細試料と保持手段先端部の双方は、イオンビーム制御部10により、接触面のイオンビームによる表面活性化が行われる。
Next, the fine sample is processed from the sample (s105), and the contact area between the holding tip and the fine sample is set (s106). That is, the contact area of the holding means tip 9 is set according to the size of the fine sample. Then, the tip of the holding means is processed so as to have the set contact area (s107). Here, both the fine sample and the tip of the holding means are activated by the ion
次に、保持手段先端部を試料近傍まで、搬送手段による送り出しを行い(s108)、微細試料と先端部の原子間結合による接合を行う(s109)。最後に、搬送手段による先端部の引き戻しを行い(s110)、微細試料が摘出される。 Next, the tip of the holding means is delivered to the vicinity of the sample by the conveying means (s108), and the fine sample and the tip are joined by interatomic bonding (s109). Finally, the tip is pulled back by the conveying means (s110), and a fine sample is extracted.
以上に説明した本実施例によれば、微細試料片の取り出しにデポジション膜を用いないので、ウェーハの汚染を防止できる。また、デポガス源への定期的なガス源の供給といった煩わしさもなくなる。また、接合前に保持手段先端部の加工を行うので、試料細片との接合が容易になる。さらに、保持手段先端部の材料を真空雰囲気中で可変できるカートリッジ構造を採用したので、試料の材質に応じた保持先端部を容易に選択できる。 According to the present embodiment described above, since no deposition film is used for taking out a fine sample piece, contamination of the wafer can be prevented. Moreover, the troublesomeness of periodically supplying the gas source to the deposition gas source is eliminated. Further, since the tip of the holding means is processed before joining, joining with the sample strip becomes easy. Furthermore, since the cartridge structure that can change the material of the tip of the holding means in a vacuum atmosphere is employed, the holding tip according to the material of the sample can be easily selected.
1…試料作製装置、2…集束イオンビーム、3…試料、4…イオンビーム照射系、5…二次粒子検出器、6…試料ステージ、7…搬送手段、8…制御装置、9,9−1〜9−4…保持手段先端部、10…イオンビーム制御部、11…カートリッジ機能、12…微細試料片、16…CRT、20…試料交換機構、14…針状加工、17…接触面積、18…回転制御、19…角度制御、81…先端部制御、82…接触制御。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Sample preparation apparatus, 2 ... Focused ion beam, 3 ... Sample, 4 ... Ion beam irradiation system, 5 ... Secondary particle detector, 6 ... Sample stage, 7 ... Conveyance means, 8 ... Control apparatus, 9, 9- DESCRIPTION OF SYMBOLS 1-9-4 ... Holding | maintenance means front-end | tip part, 10 ... Ion beam control part, 11 ... Cartridge function, 12 ... Fine sample piece, 16 ... CRT, 20 ... Sample exchange mechanism, 14 ... Needle-like process, 17 ... Contact area, 18 ... rotation control, 19 ... angle control, 81 ... tip portion control, 82 ... contact control.
Claims (8)
イオンビームを用いて試料の一部を微小試料片として分離し、前記微小試料片と保持手段の先端部を接触させ、両者の原子間結合を利用して接合して前記微小試料片を摘出することを特徴とする試料作製方法。 In a sample preparation method for taking out a small sample piece for observation or analysis from a sample such as a wafer placed on a sample stage in a vacuum atmosphere,
A part of the sample is separated as a micro sample piece using an ion beam, the micro sample piece is brought into contact with the tip of the holding means, and the micro sample piece is extracted by bonding using an atomic bond between the two. A method for preparing a sample.
イオンビームを用いて前記試料から分離された微小試料片を保持する保持手段と、前記微小試料片の接触面と前記保持手段の先端部の接触面をイオンビーム加工により活性化させるイオンビーム制御部と、両方の前記接触面を接触させ、原子間結合を利用して両者を接合して前記微小試料片を取り出す搬送手段とその制御装置を設けたことを特徴とする試料作製装置。 In a sample preparation device that extracts minute sample pieces for observation or analysis from a sample such as a wafer placed on a sample stage in a vacuum atmosphere,
A holding means for holding a micro sample piece separated from the sample by using an ion beam, and an ion beam control unit for activating the contact surface of the micro sample piece and the contact surface of the tip of the holding means by ion beam processing A sample preparation apparatus comprising: a conveying unit that brings both of the contact surfaces into contact with each other and joins them using an interatomic bond to take out the minute sample piece; and a control device therefor.
The micro sample piece extracted from the sample according to claim 5, is used as a sample for observation with a transmission electron microscope or a scanning electron microscope, or for elemental analysis with an energy dispersive X-ray analyzer. Sample preparation device.
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2004
- 2004-06-02 JP JP2004164150A patent/JP2005345220A/en not_active Abandoned
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