JP2007053048A - 集束荷電粒子ビームを用いた加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は上記状況に鑑み、試料を迅速に冷却することができ、熱ドリフトを軽減して加工精度を向上させることが可能な集束荷電粒子ビームを用いた加工装置の提供。
【解決手段】 集束荷電粒子ビームにより観察・加工される試料を微小化し、微小試料のみを局所的に冷却する。あるいは、熱ドリフトを緩和可能な構造を有する試料載置部を使用する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、熱ドリフトを緩和可能な冷却試料台を有する集束荷電粒子ビームを用いた加工装置に関するものである。

近年、半導体デバイスの不良部分の観察など、特定領域の観察のための電子顕微鏡用試料作製において、荷電粒子ビームを用いた方法が利用されている。即ち、デバイス等の観察対象となる特定領域に、イオンを加速し集束させて照射し、所望の切片を切り出したり、観察対象が内部である場合などは、観察部分を露出させる為に所望の深さや形状に削り去ったりする等の加工が施される。

この観察対象となる試料が、熱に対して弱い材質である場合には、その試料を冷却しながら加工を行うことが必要とされる。また、荷電粒子ビームの照射は試料にダメージを与える場合が多いが、試料を冷却することで荷電粒子ビームによるダメージを低減できることが報告されている。

現在、荷電粒子ビーム加工装置において試料を冷却する場合、試料台を冷却して加工が行われる。ここで、通常試料を冷却する場合、試料台全体が冷却されている。しかし、試料台全体を冷却した場合では、試料の温度を安定させるのに長時間を要したり、また試料全体の冷却では温度勾配が生じやすい為、熱伸縮によるドリフトが発生しやすくなり、高精度の加工が困難となったりする等といった問題があった。ドリフトの対策としては、試料の温度を予め所望の温度に設定した状態で試料の表面や断面の構造や情報を取得し正確に観察や加工を行う方法があるが、装置が大掛かりとなり、簡便な解決方法では無かった。
特開２００３−１９４７４６号公報

本発明は上記状況に鑑み、試料を迅速に冷却することができ、熱ドリフトを軽減して熱伸縮による位置ずれを抑制し、加工精度を向上させることが可能な集束荷電粒子ビームを用いた加工装置を提供することを目的とする。

本発明の第１の態様は、集束荷電粒子ビームにより加工される微小試料が載置される微小載置部が微小試料台に備えられ、微小載置部は微小試料台に対して熱的に独立し、微小載置部を冷却する冷却手段を備えたことを特徴とする集束荷電粒子ビームを用いた加工装置にある。

第１の態様では、試料及び載置台が微小であるため、迅速に冷却することができ、冷却による収縮の変位も小さいので熱ドリフトを軽減することができ、加工精度が向上する。

本発明の第２の態様は、第１の態様において、集束荷電粒子ビームにより加工される試料が載置される試料台が備えられていることを特徴とする集束荷電粒子ビームを用いた加工装置にある。

第２の態様では、微小試料台と試料台が備えられているため、微小試料と試料を同時に扱うことができる。

本発明の第３の態様は、第１又は第２の態様において、微小試料が試料から切り出されていることを特徴とする集束荷電粒子ビームを用いた加工装置にある。

第３の態様では、試料中において自由な場所から自由な大きさ・形状に微小試料を切り出し微小載置部上で冷却しながら加工・観察を行うことができる。

本発明の第４の態様は、第１〜第３のいずれかの態様において、微小載置部よりも熱伝導の低い材料からなる微小試料台が設けられていることを特徴とする集束荷電粒子ビームを用いた加工装置にある。

第４の態様では、微小載置部よりも熱伝導の低い材料からなる微小試料台が設けられていることにより、微小試料及び微小載置部から微小試料台への熱伝導を防止して微小試料及び微小載置部のみを効果的に冷却することができる。

本発明の第５の態様は、第４の態様において、冷却手段は、電力を供給することにより冷却を行う電子冷却機構であることを特徴とする集束荷電粒子ビームを用いた加工装置にある。

第５の態様では、小型電子冷却気によって微小載置部を冷却することにより微小試料を迅速に冷却することができる。

本発明の第６の態様は、第４の態様において、冷却手段は、冷却媒体が充填されて微小載置部に当接されるプローブであることを特徴とする集束荷電粒子ビームを用いた加工装置にある。

第６の態様では、冷却媒体を含み鋭利な先端を有する細管またはプローブによって微小載置部を冷却することにより微小試料を迅速に冷却することができる。

本発明の第７の態様は、第４の態様において、冷却手段は、微小載置部に設けられた、冷却媒体が流通する冷却管であることを特徴とする集束荷電粒子ビームを用いた加工装置にある。

第７の態様では、冷却媒体を含む冷却管によって微小載置部を冷却することにより微小試料を迅速に冷却することができる。

本発明の第８の態様は、集束荷電粒子ビームにより加工される試料が載置される上板と、上板に対し平行に配される底板を備え、上板と底板を接続部材で接続して特殊載置台を形成し、特殊載置台よりも熱伝導の低い材料からなる特殊載置台支持体に特殊載置台を支持し、上板もしくは底板のどちらか一方を特殊載置台支持体側に固定し、接続部材を冷却することで上板と底板の熱収縮方向を互いに逆向きとする冷却手段を備えたことを特徴とする集束荷電粒子ビームを用いた加工装置にある。

第８の態様では、上板と底板の接続部材が冷却されるため、上板と底板とで熱収縮が逆方向となり、ドリフト量が減少する。また、試料は切り出された微小試料である必要が無いため、微小試料より大きい試料であってもドリフト量を減少することができる。

本発明の第９の態様は、第８の態様において、集束荷電粒子ビームにより加工される試料が載置される試料台が備えられていることを特徴とする集束荷電粒子ビームを用いた加工装置にある。

第９の態様では、特殊載置台と試料台が備えられているため、複数の試料を同時に扱うことができる。

本発明の第１０の態様は、第８又は第９の態様において、冷却手段は、電力を供給することにより冷却を行う電子冷却機構であることを特徴とする集束荷電粒子ビームを用いた加工装置にある。

第１０の態様では、電子冷却気によって接続部材を冷却することにより試料を迅速に冷却することができる。

本発明の第１１の態様は、第８又は第９の態様において、冷却手段は、冷却媒体が充填されて微小載置部に当接されるプローブであることを特徴とする集束荷電粒子ビームを用いた加工装置にある。

第１１の態様では、冷却媒体を含み鋭利な先端を有する細管またはプローブによって接続部材を冷却することにより試料を迅速に冷却することができる。

本発明の第１２の態様は、第８又は第９の態様において、冷却手段は、微小載置部に設けられた、冷却媒体が流通する冷却管であることを特徴とする集束荷電粒子ビームを用いた加工装置にある。

第１２の態様では、冷却媒体を含む冷却管によって接続部材を冷却することにより試料を迅速に冷却することができる。

本発明の第１３の態様は、第１〜第７のいずれかの態様において、試料台または微小試料台が着脱自在に載置される試料台ホルダーを備えていることを特徴とする集束荷電粒子ビームを用いた加工装置にある。

第１３の態様では、試料台または微小試料台の交換を行うことができる。

本発明の第１４の態様は、第５または第７の態様において、試料台または冷却手段を有する微小試料台が着脱自在に載置される試料台ホルダーを備え、試料台ホルダーには冷却手段に接続されて冷却源を供給するコンタクトが設けられていることを特徴とする集束荷電粒子ビームを用いた加工装置にある。

第１４の態様では、微小試料台または試料台の交換や冷却機構の着脱を行うことができる。

本発明の第１５の態様は、第８〜第１２のいずれかの態様において、試料台または特殊載置部支持体が着脱自在に載置される試料台ホルダーを備えていることを特徴とする集束荷電粒子ビームを用いた加工装置にある。

第１５の態様では、特殊載置部支持体または試料台の交換を行うことができる。

本発明の第１６の態様は、第１０または第１２の態様において、試料台または冷却手段を有する微小試料台が着脱自在に載置される試料台ホルダーを備え、試料台ホルダーには冷却手段に接続されて冷却源を供給するコンタクトが設けられていることを特徴とする集束荷電粒子ビームを用いた加工装置にある。

第１６の態様では、微小試料台または試料台の交換や冷却機構の着脱を行うことができる。

本発明の集束荷電粒子ビームを用いた加工装置は、試料及び試料載置部の微小化及び載置台の熱伸縮による位置変化を減少可能な特殊載置台により、迅速な試料の冷却並びに熱ドリフトの緩和が可能になる。

本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
図１〜図３は本発明の第１実施形態に係り、集束荷電粒子ビームを用いた加工装置の微小試料台及び試料台詳細である。第１実施形態は、微小試料台と試料台を備えた実施形態例である。

図１には冷却手段として電子冷却機構を用いた場合、図２には冷却手段として冷却媒体が充填されたプローブを用いた場合、図３には冷却手段として冷却媒体を含む冷却管を用いた場合を示す。

図１〜３に示すように、本実施形態に係る集束荷電粒子ビームを用いた加工装置は、集束荷電粒子ビームにより加工される試料１及び試料１が載置される試料台２が設けられている。試料１から集束荷電粒子ビームにより切り出された微小試料３が微小載置部４に載置される。微小載置部４は微小試料台５に備えられている。微小試料台５は試料台２により支持されている。微小載置部４は微小試料台５よりも熱伝導の低い材料から形成され、微小試料台５に対して熱的に独立している。これにより、微小試料台５とは独立して微小載置部４が冷却されることになり、微小載置部４と隣接した微小試料台５への冷却効果の逃げが防止される。したがって、試料載置部４が冷却手段（電子冷却機構６、細管またはプローブ７、冷却管８のいずれか）により冷却されることにより、他の部材への熱伝導により冷却効果が減少されること無く微小載置部４のみが冷却される。微小試料３は試料１から切り出された微小片である。したがって、試料自体が微小であり、加熱冷却による試料の伸縮も小さいため、熱ドリフトによる加工精度の低下を防止することができる。また、微小片である微小試料３を載置する微小載置部４も非常に小さい。したがって、非常に小さく微小試料台５から熱的に独立した微小載置部４のみを冷却することにより、微小試料３は迅速に冷却される。

本実施形態の微小試料台５は試料台２に支持されているが、各々が独立していても良い。また、本実施形態において微小試料３は試料１から切り出されたものとしているが、微小載置台４に載置可能な大きさであれば、切り出されたものでなくても良く、また試料台２上には必ずしも試料１が載置されている必要は無い。

試料冷却手段の例としては、図１〜３の通り、電子冷却機構６、微小載置台４に当接される細管またはプローブ７、微小載置台４に設けられ、内部に冷却媒体が流通する冷却管８などが挙げられる。電子冷却機構の例としてはペルチェ素子などが挙げられ、プローブ７や冷却管８に充填する冷却媒体としては液体窒素などが挙げられる。冷却手段及び電子冷却機構や冷媒は上記に例示した手段や材料に限定されず、他を用いても良い。

＜第２実施形態＞
図４〜図５は本発明の第２実施形態に係り、集束荷電粒子ビームを用いた加工装置の特殊載置台及び特殊載置台支持体詳細である。第２実施形態は特殊載置台及び特殊載置台支持体を備えた実施形態例である。

図４には特殊載置台及び特殊載置台支持体斜視図、図５には特殊載置台及び特殊載置台支持体説明図を示す。

図４〜５に示すように、本実施形態に係る集束荷電粒子ビームを用いた加工装置は、集束荷電粒子ビームにより加工される試料１が載置される特殊載置台１１と、特殊載置台１１が支持されるＬ字型の特殊載置台支持体１２が設けられている。特殊載置台１１は試料が直接載置される上板１３と、上板１３と平行な底板１４と、上板１３と底板１４の一端部同士を接続する接続部材１５から構成される。底板１４の接続部材１５と反対側の端部１４ａはＬ字の縦壁部１２ａに固定されている。また上板１３の接続部材１５と反対側の端部１３ａはＬ字の縦壁部１２ａに対して固定されず自由状態になっている。特殊載置台支持体１２は特殊載置台１１よりも熱伝導率の低い材料から形成され、特殊載置台１１は特殊載置台支持体１２から熱的に独立している。接続部材１５には冷却手段が当接される。したがって、特殊載置台１１が冷却手段により冷却されることにより、他の部材への熱伝導によって冷却効果が減少されること無く特殊載置台１１のみが冷却される。冷却手段は第１実施形態と同様の手段が利用され、接続部材１５が冷却機構により冷却される。特殊載置台１１の上板１３または底板１４のどちらか一方の端部（本実施形態例では底板側の端部）は特殊載置台支持体１２に固定されるため、接続部材を冷却することで上板１３と底板１４の熱収縮方向が図中に矢印で示す様に互いに逆向きとなる。つまり、底板１４側の端部が特殊載置台支持体１２に固定されているため、底板１４は図中の右方向に収縮し、上板１３は図中の左方向に収縮する。したがって、第１実施形態の様に微小な試料でない場合でも熱収縮によるドリフトを緩和し加工精度の低下を防止することが可能となる。

＜第３実施形態＞
図６は本発明の第３実施形態に係り、本発明の第１実施形態の微小試料台に、第２実施形態の特殊載置台及び特殊載置台支持体を設置した場合の微小試料台及び試料台の斜視図である。第３実施形態は試料台に特殊載置台及び特殊載置台支持体を備えた実施形態例である。

図６のように、本実施形態では図４〜５の特殊載置台支持体１２が第１実施形態の微小試料台５に支持された例を示す。試料１が試料台２に載置され、試料台２に微小試料台５が支持され、微小試料台５に特殊載置台支持体１２、特殊載置台１１、微小試料３が支持される。試料自体が微小であるため熱収縮によるドリフトが少なく、特殊載置台１１及び特殊載置台支持体１２による構造によりさらにドリフトが緩和され、加工精度の低下の防止効果をさらに高めることができる。微小試料台５に支持される特殊載置台支持体１２及び特殊載置台１１も微小なものであり、特殊載置台１１を構成する接続部材１５（図４及び図５参照）の冷却も迅速に行うことが可能である。

本実施形態においても微小試料台５は試料台２に支持されているが、各々が独立していても良い。また、本実施形態において微小試料３は試料１から切り出されたものでなくても良く、試料台２上には必ずしも試料１が載置されている必要は無い。
＜第４実施形態＞
図７は本発明の第４実施形態に係り、集束荷電粒子ビームを用いた加工装置の可動式試料台斜視図である。第４実施形態は、第１の実施形態における試料台２を可動試料台３１に設置した例であり、試料台２には図１に示した電子冷却機構６を有する微小試料台５が備えられている。

図に示すように、可動試料台３１は、試料台２及び試料台２と一体となった微小試料台５（以下、試料台２と称する）を一方向（図中矢印で示してある）に往復移動自在に保持する装置本体側の部材であるベース板３２が備えられ、試料台２はベース板３２に対して一端側（図中右側）に着脱自在とされている。

このため、装置本体側に対して試料台２を独立して交換することが可能になる。

ベース板３２の他端側（図中左側）にはコンタクト３３が一体に設けられ、コンタクト３３には電源接続部３５が設けられている。電源接続部３５には電源３４から電力が供給されるようになっている。

ベース板３２に対して試料台２をスライドさせて保持させることにより、所定のスライド位置で電子冷却機構６の電源接続部（図示省略）と電源接続部３５が接続され、電子冷却機構６に電源３４からの電力が供給される。このため、試料台２自体に電力供給源を備える必要がなくなり、試料台２の構成を簡素化することができると共に、試料台２の交換を容易に行うことができる。

尚、図７には図１で示した試料台２を保持するための可動試料台３１を例に挙げて説明したが、図３に示した試料台２、即ち、冷却管８を有する微小試料台５と一体となった試料台２を適用することも可能である。この場合、コンタクト３３には、電源接続部３５に代えて冷却管８に接続される液体窒素供給口が備えられ、液体窒素供給口には外部の供給源からの流路が接続される。

また、図４、図５に示した特殊試料台１１を備えたものをベース板３２に対して着脱自在とすることも可能である。この場合、冷却手段として電子冷却機構を適用した場合には、図７に示した電源接続部３５を備えたコンタクト３３が用いられ、液体窒素が流通する冷却管を適用した場合には、液体窒素供給口を備えたコンタクトが用いられる。更に、図６に示した試料台２をベース板３２に対して着脱自在とすることも可能であり、冷却機構を持たない試料台にも使用することができる。

本発明は、迅速な試料冷却あるいは熱ドリフト緩和が可能な冷却機構を有する集束荷電粒子ビームを用いた加工装置の産業分野で利用することができる。

本発明の第１実施形態に係る集束荷電粒子ビームを用いた加工装置の微小試料台及び試料台の斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る集束荷電粒子ビームを用いた加工装置の微小試料台及び試料台の斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る集束荷電粒子ビームを用いた加工装置の微小試料台及び試料台の斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る集束荷電粒子ビームを用いた加工装置の特殊載置台及び特殊載置台支持体の斜視図である。 本発明の第２実施形態に係る集束荷電粒子ビームを用いた加工装置の特殊載置台及び特殊載置台支持体の説明図である。 本発明の第１実施形態の微小試料台に第２実施形態の集束荷電粒子ビームを用いた加工装置の特殊載置台及び特殊載置台支持体を設置した場合の斜視図である。 本発明の第３実施形態に係る集束荷電粒子ビームを用いた加工装置の可動試料台斜視図である。

符号の説明

１ 試料
２ 試料台
３ 微小試料
４ 微小載置部
５ 微小試料台
６ 電子冷却機構
７ 細管またはプローブ
８ 冷却管
１１ 特殊載置台
１２ 特殊載置台支持体
１２ａ 特殊載置台支持体縦壁部
１３ 上板
１３ａ 上板端部
１４ 底板
１４ａ 底板端部
１５ 接続部材
３１ 可動試料台
３２ ベース板
３３ コンタクト
３４ 電源
３５ 電源接続部

Claims (16)

1. 集束荷電粒子ビームにより加工される微小試料が載置される微小載置部が微小試料台に備えられ、微小載置部は微小試料台に対して熱的に独立し、微小載置部を冷却する冷却手段を備えたことを特徴とする集束荷電粒子ビームを用いた加工装置。
2. 請求項１において、集束荷電粒子ビームにより加工される試料が載置される試料台が備えられていることを特徴とする集束荷電粒子ビームを用いた加工装置。
3. 請求項１又は２において、微小試料が試料から切り出されていることを特徴とする集束荷電粒子ビームを用いた加工装置。
4. 請求項１〜３のいずれかにおいて、微小載置部よりも熱伝導の低い材料からなる微小試料台が設けられていることを特徴とする集束荷電粒子ビームを用いた加工装置。
5. 請求項４において、冷却手段は、電力を供給することにより冷却を行う電子冷却機構であることを特徴とする集束荷電粒子ビームを用いた加工装置。
6. 請求項４において、冷却手段は、冷却媒体が充填されて微小載置部に当接されるプローブであることを特徴とする集束荷電粒子ビームを用いた加工装置。
7. 請求項４において、冷却手段は、微小載置部に設けられた、冷却媒体が流通する冷却管であることを特徴とする集束荷電粒子ビームを用いた加工装置。
8. 集束荷電粒子ビームにより加工される試料が載置される上板と、上板に対し平行に配される底板を備え、上板と底板を接続部材で接続して特殊載置台を形成し、特殊載置台よりも熱伝導の低い材料からなる特殊載置台支持体に特殊載置台を支持し、上板もしくは底板のどちらか一方を特殊載置台支持体側に固定し、接続部材を冷却することで上板と底板の熱収縮方向を互いに逆向きとする冷却手段を備えたことを特徴とする集束荷電粒子ビームを用いた加工装置。
9. 請求項８において、集束荷電粒子ビームにより加工される試料が載置される試料台が備えられていることを特徴とする集束荷電粒子ビームを用いた加工装置。
10. 請求項８又は９において、冷却手段は、電力を供給することにより冷却を行う電子冷却機構であることを特徴とする集束荷電粒子ビームを用いた加工装置。
11. 請求項８又は９において、冷却手段は、冷却媒体が充填されて微小載置部に当接されるプローブであることを特徴とする集束荷電粒子ビームを用いた加工装置。
12. 請求項８又は９において、冷却手段は、微小載置部に設けられた、冷却媒体が流通する冷却管であることを特徴とする集束荷電粒子ビームを用いた加工装置。
13. 請求項１〜７のいずれかにおいて、試料台または微小試料台が着脱自在に載置される試料台ホルダーを備えていることを特徴とする集束荷電粒子ビームを用いた加工装置。
14. 請求項５または７において、試料台または冷却手段を有する微小試料台が着脱自在に載置される試料台ホルダーを備え、試料台ホルダーには冷却手段に接続されて冷却源を供給するコンタクトが設けられていることを特徴とする集束荷電粒子ビームを用いた加工装置。
15. 請求項８〜１２のいずれかにおいて、試料台または特殊載置部支持体が着脱自在に載置される試料台ホルダーを備えていることを特徴とする集束荷電粒子ビームを用いた加工装置。
16. 請求項１０または１２において、試料台または冷却手段を有する特殊載置台支持体が着脱自在に載置される試料台ホルダーを備え、試料台ホルダーには冷却手段に接続されて冷却源を供給するコンタクトが設けられていることを特徴とする集束荷電粒子ビームを用いた加工装置。

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