JP2007292507A - Sample-manufacturing method of transmission electron microscope, and convergent ion beam device - Google Patents

Sample-manufacturing method of transmission electron microscope, and convergent ion beam device Download PDF

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sample-manufacturing method of a transmission electron microscope, capable of suppressing the deformation of a sample caused by the shrinkage of the low dielectric constant interlaminar insulating film of a semiconductor device, at observation due to the transmission electron microscope. <P>SOLUTION: A slice part, containing a desired observation place 2 due to the transmission electron microscope, is formed by processing the sample 1, and after a thin film is formed on the surface of the sample containing the slice part, the slice part is processed by a converged ion beam and the thin film of a part of the slice part is removed, to obtain the observation sample of the transmission electron microscope. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体デバイス断面を詳細に観察するための透過型電子顕微鏡の試料を、集束イオンビーム装置を用いて作製する方法、およびその試料作製方法に用いるための集束イオンビーム装置に関するものである。   The present invention relates to a method for producing a specimen of a transmission electron microscope for observing a cross section of a semiconductor device in detail using a focused ion beam apparatus, and a focused ion beam apparatus for use in the sample producing method. .

近年、半導体デバイスの微細化が進むに従い、より詳細な形状観察方法が必要となっている。詳細な形状評価法としては、透過型電子顕微鏡(Transmission Electron Microscope:TEM)を用いた方法がある。TEM観察には膜厚100nm程度の薄片試料が必要であり、半導体デバイスの断面構造を観察するための薄片試料の作製方法としては、集束イオンビーム装置(Focused Ion Beam:FIB)を用いた試料作製方法が知られている (例えば特許文献1参照)。   In recent years, more detailed shape observation methods are required as semiconductor devices become finer. As a detailed shape evaluation method, there is a method using a transmission electron microscope (TEM). Thin-film samples with a film thickness of about 100 nm are necessary for TEM observation, and sample production using a focused ion beam (FIB) is a method for producing thin-film samples for observing the cross-sectional structure of semiconductor devices. A method is known (see, for example, Patent Document 1).

FIB加工を用いたTEM観察の薄片試料作製方法の一例について、図7を参照して説明する。図7において、1はSi基板であり、その表面に半導体デバイスが形成されている。2は断面TEM観察したい半導体デバイスの観察該当箇所、3は機械加工により形成された突起部である。図7(b)には、FIBで加工した薄片部4が示される。   An example of a TEM observation thin sample preparation method using FIB processing will be described with reference to FIG. In FIG. 7, reference numeral 1 denotes an Si substrate on which a semiconductor device is formed. Reference numeral 2 denotes an observation target portion of a semiconductor device to be observed by a cross-sectional TEM, and reference numeral 3 denotes a protrusion formed by machining. FIG. 7B shows a thin piece portion 4 processed by FIB.

まず図7(a)に示すように機械加工によって、Si基板1に、断面TEM観察したい観察該当箇所2を含む突起部3の形状を加工する。突起部3は幅(Wb)が30〜50μm、高さ(d)が30〜50μmである。次に図7(b)に示すように、FIB加工によって観察該当箇所2の両側に深さ約10μm、幅約10μmの加工を施し、中央部に厚さ約100nmの薄片部4を残す。この薄片部4内にある観察該当箇所2をTEMにて観察する。
特開2002―39926号公報
First, as shown in FIG. 7A, the shape of the protrusion 3 including the observation relevant portion 2 to be observed by the cross-sectional TEM is processed on the Si substrate 1 by machining. The protrusion 3 has a width (Wb) of 30 to 50 μm and a height (d) of 30 to 50 μm. Next, as shown in FIG. 7 (b), a processing of about 10 μm in depth and about 10 μm in width is performed on both sides of the observation target portion 2 by FIB processing, and a thin piece portion 4 having a thickness of about 100 nm is left in the central portion. The observation relevant part 2 in the thin piece part 4 is observed with a TEM.
JP 2002-39926 A

しかし従来のFIBを用いた試料作製方法には、以下のような問題がある。すなわち、近年、半導体デバイスの微細化に従い配線容量の問題を解決するために、層間絶縁膜として誘電率が低い低誘電率層間絶縁膜が使用されるようになっている。低誘電率膜は、誘電率を下げるためにCを含んだ膜である。そのため、TEM観察時の電子線照射によって有機結合が切れ、低誘電率層間絶縁膜が収縮する場合がある。その結果、正確な断面形状が観察できない問題が発生する。   However, the sample preparation method using the conventional FIB has the following problems. That is, in recent years, a low dielectric constant interlayer insulating film having a low dielectric constant has been used as an interlayer insulating film in order to solve the problem of wiring capacitance in accordance with miniaturization of semiconductor devices. The low dielectric constant film is a film containing C in order to lower the dielectric constant. Therefore, there are cases where the organic bond is broken by electron beam irradiation during TEM observation, and the low dielectric constant interlayer insulating film contracts. As a result, there arises a problem that an accurate sectional shape cannot be observed.

本発明は、透過型電子顕微鏡による観察時における、半導体デバイスの低誘電率層間絶縁膜の収縮による試料の変形を抑制することが可能な透過型電子顕微鏡の試料作製方法を提供することを目的とする。また、その試料作製方法に用いるための集束イオンビーム装置を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a sample preparation method for a transmission electron microscope capable of suppressing deformation of the sample due to shrinkage of a low dielectric constant interlayer insulating film of a semiconductor device during observation with a transmission electron microscope. To do. Moreover, it aims at providing the focused ion beam apparatus used for the sample preparation method.

上記課題を解決するために、本発明の透過型電子顕微鏡の試料作製方法においては、試料を加工することによって、透過型電子顕微鏡による所望の観察箇所を含む薄片部を形成し、前記薄片部を含む前記試料表面に薄膜を成膜した後に、前記薄片部に対し集束イオンビームにより加工を施して、前記薄片部の一部の前記薄膜を除去し、前記透過型電子顕微鏡の観察試料とする。   In order to solve the above-described problems, in the sample preparation method for a transmission electron microscope of the present invention, a thin piece portion including a desired observation position by a transmission electron microscope is formed by processing the sample, and the thin piece portion is formed. After forming a thin film on the surface of the sample, the thin piece portion is processed by a focused ion beam to remove a part of the thin portion of the thin piece portion to obtain an observation sample of the transmission electron microscope.

これにより、薄片部を薄膜で保持することにより、観察試料が補強される。従って、このようにして作成された観察試料を透過型電子顕微鏡によって観察する場合、電子線による試料の変形を抑制することができ、所望の観察箇所を正確に観察、評価することができる。具体的には、低誘電率の層間絶縁膜を有した半導体デバイスの観察において、薄片部に形成した薄膜が低誘電率の層間絶縁膜の収縮による変形を防ぐため、透過型電子顕微鏡観察による正確な形状評価が可能となる。   Thereby, an observation sample is reinforced by holding a thin piece part with a thin film. Therefore, when the observation sample created in this way is observed with a transmission electron microscope, deformation of the sample due to the electron beam can be suppressed, and a desired observation location can be accurately observed and evaluated. Specifically, in the observation of semiconductor devices having a low dielectric constant interlayer insulation film, the thin film formed on the thin piece prevents deformation due to the shrinkage of the low dielectric constant interlayer insulation film. Shape evaluation is possible.

上記構成の本発明の透過型電子顕微鏡の試料作製方法において、前記薄膜の成膜と前記集束イオンビームによる加工は、複数回繰り返し行なうことができる。   In the sample preparation method of the transmission electron microscope of the present invention having the above-described configuration, the thin film formation and the processing with the focused ion beam can be repeated a plurality of times.

また、前記薄膜は、プラズマ重合法を用いて成膜されることが好ましい。   The thin film is preferably formed using a plasma polymerization method.

前記プラズマ重合法は、メタンとエチレンを原料ガスとすることができる。   In the plasma polymerization method, methane and ethylene can be used as source gases.

前記薄膜は、カーボンからなることが好ましい。   The thin film is preferably made of carbon.

また、前記薄膜の膜厚は、50nm〜500nmとすることが好ましい。   The film thickness of the thin film is preferably 50 nm to 500 nm.

また、前記観察試料は、膜厚500nm以下の前記薄膜片を有することが好ましい。   Moreover, it is preferable that the said observation sample has the said thin film piece with a film thickness of 500 nm or less.

本発明の集束イオンビーム装置は、イオンを発生するイオン源と、前記イオン源から発生したイオンに電圧を印加してイオンビームとする引き出し電極と、前記イオンビームを絞るためのレンズと、前記イオンビームを走査させるレンズと、試料を載置する試料台と、前記イオンビームで前記試料を加工するための試料室と、前記試料室とバルブを介して接続され、プラズマ重合法により、前記試料に薄膜を形成するプラズマ重合室とを備える。   The focused ion beam apparatus of the present invention includes an ion source that generates ions, an extraction electrode that applies a voltage to the ions generated from the ion source to form an ion beam, a lens that narrows the ion beam, and the ion A lens for scanning the beam; a sample stage on which the sample is placed; a sample chamber for processing the sample with the ion beam; and the sample chamber connected to the sample through a valve; And a plasma polymerization chamber for forming a thin film.

このような構成により、FIB加工とプラズマ重合膜の堆積を真空外に試料を取り出すことなく可能であり、上記本発明の試料作製方法によってTEM試料を容易に作製することができる。   With such a configuration, FIB processing and deposition of the plasma polymerized film can be performed without taking the sample out of the vacuum, and the TEM sample can be easily manufactured by the sample preparation method of the present invention.

上記構成の本発明の集束イオンビーム装置において、前記プラズマ重合室は、前記試料台を保持し、陰極となる試料台保持部と、前記試料台保持部と対向して設けられた陽極と、前記試料台保持部と前記陽極との間に電圧を印加する電源と、前記プラズマ重合室にプラズマ重合の原料ガスを導入するガス導入口とを備えることが好ましい。   In the focused ion beam apparatus of the present invention having the above-described configuration, the plasma polymerization chamber holds the sample stage and serves as a cathode, a sample stage holding part, an anode provided to face the sample stage holding part, It is preferable to include a power source for applying a voltage between the sample stage holding unit and the anode, and a gas inlet for introducing a raw material gas for plasma polymerization into the plasma polymerization chamber.

また、前記試料台には、前記試料が載置されている部分を開口した電極板が設けられ、前記薄膜を形成した後、前記電極板は前記試料台に載置されている前記試料と前記陽極との間を遮蔽するように可動であることが好ましい。陰極電極である試料台表面をクリーニングする時に、試料台に保持されている試料が陰電極板で覆われることで、陰極電極をイオンビームでエッチングする時の試料の汚染を防ぎ、陰極電極をFIB装置内でクリーニングすることが可能となる。   The sample stage is provided with an electrode plate having an opening in which the sample is placed, and after forming the thin film, the electrode plate and the sample placed on the sample stage It is preferably movable so as to shield between the anode. When cleaning the surface of the sample table, which is a cathode electrode, the sample held on the sample table is covered with a negative electrode plate, thereby preventing contamination of the sample when the cathode electrode is etched with an ion beam. It becomes possible to perform cleaning in the apparatus.

また、前記試料室と前記プラズマ重合室との間に、液体窒素で冷却された冷却板が配置された構成とすることが好ましい。それにより、プラズマ重合装置内の残留ガスがFIB試料室へ流れ込まないようにして、FIB装置内でプラズマ重合膜の成膜を更に容易にすることができる。   Further, it is preferable that a cooling plate cooled with liquid nitrogen is disposed between the sample chamber and the plasma polymerization chamber. Thereby, the residual gas in the plasma polymerization apparatus does not flow into the FIB sample chamber, and the plasma polymerization film can be further easily formed in the FIB apparatus.

本発明の透過型電子顕微鏡の試料作製方法及び集束イオンビーム装置は、観察箇所を含む薄片部を薄膜で覆うため、透過型電子顕微鏡観察による正確な半導体デバイスの形状評価が可能となる。   In the sample preparation method and focused ion beam apparatus of the transmission electron microscope of the present invention, the thin piece portion including the observation portion is covered with a thin film, so that the shape of the semiconductor device can be accurately evaluated by observation with the transmission electron microscope.

以下に、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。   Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the drawings.

(第一の実施形態)
本発明の第一の実施形態におけるTEM試料作製方法について、図1を参照して説明する。図1は、本実施形態の試料作製方法を示す断面模式図である。なお、図6に示した従来例と同様の要素については、同一の参照番号を付して、説明の繰り返しを簡略化する。
(First embodiment)
A TEM sample preparation method according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the sample preparation method of the present embodiment. It should be noted that the same elements as those in the conventional example shown in FIG. 6 are denoted by the same reference numerals to simplify the repeated description.

図1において、Si基板1、断面TEM観察したい観察該当箇所2、および機械加工およびFIB加工で作製した薄片部4aは、従来例と同様である。本実施形態においては、1回目に堆積したプラズマ重合カーボン膜5、および2回目に堆積したプラズマ重合カーボン膜6が設けられる点が、従来例とは相違する。   In FIG. 1, the Si substrate 1, the observation target portion 2 to be observed by cross-sectional TEM, and the thin piece portion 4 a produced by machining and FIB processing are the same as in the conventional example. This embodiment is different from the conventional example in that a plasma-polymerized carbon film 5 deposited for the first time and a plasma-polymerized carbon film 6 deposited for the second time are provided.

まず図1(a)に示すように、機械加工とFIB装置での荒加工によって、Si基板1に、断面TEM観察したい観察該当箇所2を含む幅(Wa)が約1μmの薄片部4aを形成する。次に図1(b)に示すように、メタンとエチレンを原料ガスとしたプラズマ重合法により、膜厚約50nmのカーボン膜5を堆積する。   First, as shown in FIG. 1 (a), a thin piece portion 4a having a width (Wa) of about 1 μm including an observation target portion 2 to be observed by a cross-sectional TEM observation is formed on the Si substrate 1 by machining and roughing with an FIB apparatus. To do. Next, as shown in FIG. 1B, a carbon film 5 having a film thickness of about 50 nm is deposited by plasma polymerization using methane and ethylene as source gases.

尚、カーボン膜の膜厚は、約50〜500nmが好ましい。   The film thickness of the carbon film is preferably about 50 to 500 nm.

次に図1(c)に示すように、FIBの仕上げ加工により、TEM観察したい近傍まで断面加工し(図1(c)の図面では左側から加工)薄くなった薄片部4bを形成する。その後、図1(d)に示すように再度、プラズマ重合法でカーボン膜6を約50nm堆積する。続いて、図1(c)の場合とは反対側からのFIB加工により、図1(e)に示すように、断面TEM観察したい観察該当箇所2の近傍まで加工して、更に薄くなった薄片部4cを形成する。薄片部4cの試料膜厚が厚い場合には、必要に応じて、以上のカーボン膜の堆積とFIB加工を繰り返す。   Next, as shown in FIG. 1 (c), by FIB finishing, cross-section processing is performed to the vicinity where TEM observation is desired (processing from the left side in the drawing of FIG. 1 (c)) to form a thin flake portion 4b. Thereafter, as shown in FIG. 1D, a carbon film 6 is deposited again by about 50 nm by plasma polymerization. Subsequently, as shown in FIG. 1 (e), by FIB processing from the opposite side to the case of FIG. 1 (c), it is processed to the vicinity of the observation target portion 2 where the cross-section TEM observation is desired, and the thin piece further thinned. Part 4c is formed. When the sample film thickness of the thin piece portion 4c is thick, the above carbon film deposition and FIB processing are repeated as necessary.

ここで、カーボン膜の堆積とFIB加工を終了した薄片部の膜厚は、約500nm以下が好ましい。   Here, the film thickness of the thin piece portion after the carbon film deposition and FIB processing is finished is preferably about 500 nm or less.

仕上がった試料を、模式的に示す図2のよう配置して、電子線7によりTEM観察する。このように試料にカーボン膜6が付いた状態でTEM観察するが、カーボン膜は原子番号の小さいC、Hを主成分とする膜であるので、本実施形態の膜厚程度ではTEM観察には影響しない。   The finished sample is arranged as shown in FIG. 2 schematically, and TEM observation is performed with the electron beam 7. In this way, the TEM observation is performed with the carbon film 6 attached to the sample. However, since the carbon film is a film mainly composed of C and H having a small atomic number, the film thickness of the present embodiment is not suitable for TEM observation. It does not affect.

以上のように、本実施形態によれば、FIB加工によって形成した薄片部をカーボン膜が保持しているので、TEM観察時に試料が備えている低誘電率膜の収縮による形状変化を抑制して、断面形状を詳細に観察することができる。   As described above, according to the present embodiment, since the carbon film holds the thin piece portion formed by FIB processing, the shape change due to the shrinkage of the low dielectric constant film included in the sample during TEM observation is suppressed. The cross-sectional shape can be observed in detail.

(第二の実施形態)
本発明の第二の実施形態に係る集束イオンビーム(FIB)装置について、図3を参照して説明する。このFIB装置は、上記第一の実施形態の試料作製方法を実施することができる装置である。図3はFIB装置の概略構造を示す断面図である。この装置では、FIB試料室17および試料交換室26に加えて、プラズマ重合室19が設けられている。
(Second embodiment)
A focused ion beam (FIB) apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. This FIB apparatus is an apparatus that can carry out the sample preparation method of the first embodiment. FIG. 3 is a sectional view showing a schematic structure of the FIB apparatus. In this apparatus, in addition to the FIB sample chamber 17 and the sample exchange chamber 26, a plasma polymerization chamber 19 is provided.

FIB試料室17には、液体イオン源8、引き出し電極9、集束レンズ11、対物絞り12、走査電極16、対物レンズ13、および試料台14が配置されている。FIB加工する試料15は、試料台14に取り付けられている。10は、液体イオン源8から引き出し電極9に印加された高電圧によって引き出されたイオンビームを示す。イオンビーム10は、走査電極16により走査される。   In the FIB sample chamber 17, the liquid ion source 8, the extraction electrode 9, the focusing lens 11, the objective aperture 12, the scanning electrode 16, the objective lens 13, and the sample stage 14 are arranged. A sample 15 to be subjected to FIB processing is attached to a sample table 14. Reference numeral 10 denotes an ion beam extracted by the high voltage applied from the liquid ion source 8 to the extraction electrode 9. The ion beam 10 is scanned by the scanning electrode 16.

FIB試料室間17と試料交換室26とは、ゲートバルブ34を介して接続されている。FIB試料室17および試料交換室26を真空排気するために、各々真空ポンプ27,28が、バルブ29,30を介して接続されている。   The FIB sample chamber 17 and the sample exchange chamber 26 are connected via a gate valve 34. In order to evacuate the FIB sample chamber 17 and the sample exchange chamber 26, vacuum pumps 27 and 28 are connected via valves 29 and 30, respectively.

液体イオン源8から引出電極9に引き出されたイオンビーム10は、集束レンズ11、対物絞り12、対物レンズ13によって細く絞られて、試料台14上取付けられた試料15に集束される。このビームを走査電極16で任意のx,yに走査して試料15を加工する。以上は、一般的なFIB装置の構成である。本実施形態では、FIB装置にプラズマ重合法で成膜する機能が付加されている。   The ion beam 10 extracted from the liquid ion source 8 to the extraction electrode 9 is narrowed down by the focusing lens 11, the objective aperture 12, and the objective lens 13 and focused on the sample 15 mounted on the sample stage 14. The sample 15 is processed by scanning this beam at an arbitrary x, y with the scanning electrode 16. The above is the configuration of a general FIB apparatus. In this embodiment, a function for forming a film by a plasma polymerization method is added to the FIB apparatus.

次に、本実施形態により付加されているプラズマ重合機能について説明する。一般的なFIB装置にプラズマ重合法により成膜する機能を付加するために、FIB試料などがセットされるFIB試料室17とゲートバルブ18で隔てて、プラズマ重合室19が設けられている。プラズマ重合室19には、試料台14をセットするための試料台保持部を構成する陰極電極20、陰極電極20に対向した陽極21、ガス導入バルブ22、およびガス導入口23が設けられている。   Next, the plasma polymerization function added according to this embodiment will be described. In order to add a function of forming a film by a plasma polymerization method to a general FIB apparatus, a plasma polymerization chamber 19 is provided separated from an FIB sample chamber 17 in which an FIB sample or the like is set by a gate valve 18. The plasma polymerization chamber 19 is provided with a cathode electrode 20 constituting a sample table holding unit for setting the sample table 14, an anode 21 facing the cathode electrode 20, a gas introduction valve 22, and a gas introduction port 23. .

また、陰極電極20および陽極21に高圧電圧を印加するための電源24、およびガス導入バルブ22を介して成膜の原料ガスを供給するガスボンベ25が用意されている。なお、プラズマ重合では成膜の原料ガスを流すので、FIB試料室17および試料交換室26を真空排気する真空ポンプ27,28とバルブ29,30とは別系統の、真空ポンプ31とバルブ32とを備えている。   Further, a power source 24 for applying a high voltage to the cathode electrode 20 and the anode 21 and a gas cylinder 25 for supplying a raw material gas for film formation through a gas introduction valve 22 are prepared. In the plasma polymerization, since the raw material gas for film formation is flowed, the vacuum pumps 27 and 28 for evacuating the FIB sample chamber 17 and the sample exchange chamber 26 and the valves 29 and 30 are separate systems, ie, It has.

次にプラズマ重合法により成膜する手順について説明する。FIB試料室17に設置された試料台14は、試料交換時に用いる試料交換棒33を用いてプラズマ重合室19へ移動させることができる。そのために、試料交換室26とFIB試料室間17間のゲートバルブ34と、FIB試料室17とプラズマ重合室19間のゲートバルブ18とを開けて、試料交換棒33により試料台14をFIB試料室17からプラズマ重合室19の陰極電極20上へ移動させる。試料台14を移動させたら、試料交換棒33を試料交換室26まで引き抜いた後に、2つのゲートバルブ18,34を閉じる。次に、ガス導入バルブ22を開いてガスボンベ25のガスをガス導入口23からプラズマ重合室19へ導入し、高圧電源24によって陰極電極20と陽極21間に高電圧を印加し、陰極電極20と陽極21間でプラズマを発生させて陰極電極20上の試料台14上にプラズマ重合膜を堆積させる。   Next, a procedure for forming a film by the plasma polymerization method will be described. The sample stage 14 installed in the FIB sample chamber 17 can be moved to the plasma polymerization chamber 19 using a sample exchange rod 33 used during sample exchange. For this purpose, the gate valve 34 between the sample exchange chamber 26 and the FIB sample chamber 17 and the gate valve 18 between the FIB sample chamber 17 and the plasma polymerization chamber 19 are opened, and the sample stage 14 is attached to the FIB sample by the sample exchange rod 33. The chamber 17 is moved onto the cathode electrode 20 of the plasma polymerization chamber 19. After the sample stage 14 is moved, the two gate valves 18 and 34 are closed after the sample exchange rod 33 is pulled out to the sample exchange chamber 26. Next, the gas introduction valve 22 is opened to introduce the gas in the gas cylinder 25 into the plasma polymerization chamber 19 from the gas introduction port 23, and a high voltage is applied between the cathode electrode 20 and the anode 21 by the high voltage power source 24. Plasma is generated between the anodes 21 to deposit a plasma polymerization film on the sample stage 14 on the cathode electrode 20.

以上のように、本発明の第二の実施形態のFIB装置を用いれば、FIB加工とプラズマ重合膜の堆積を真空外に試料を取り出すことなく可能である。したがって、第一の実施形態の試料作製方法によってTEM試料を容易に作製することができ、試料が備えている低誘電率絶縁膜が収縮することなく半導体デバイスの正確に形状を評価することができる。   As described above, if the FIB apparatus according to the second embodiment of the present invention is used, FIB processing and deposition of a plasma polymerization film can be performed without taking out the sample outside the vacuum. Therefore, the TEM sample can be easily manufactured by the sample manufacturing method of the first embodiment, and the shape of the semiconductor device can be accurately evaluated without contraction of the low dielectric constant insulating film included in the sample. .

(第三の実施形態)
次に第三の実施形態に係るFIB装置について、図4および図5を参照しながら説明する。ただし、第二の実施形態と同一な部分は説明を省略する。
(Third embodiment)
Next, an FIB apparatus according to a third embodiment will be described with reference to FIGS. However, the description of the same part as the second embodiment is omitted.

本発明のプラズマ重合室19内において、プラズマ重合法でカーボン膜を堆積した場合、試料だけでなく陰極電極上にもカーボン膜が堆積する。カーボン膜が堆積すると放電が持続しないという問題の発生が予想される。一般的な単体のプラズマ重合装置では、カーボン膜を堆積する毎に陰極電極を取り外してクリーニングしている。しかし、本発明のTEM試料作製方法ではプラズマ重合膜の堆積とFIB加工とを繰り返し行なうので、陰極電極を取り外してクリーニングした後に再度真空排気していたのでは、作業効率が非常に悪くなる。この問題を解決するために、第三の実施形態におけるFIB装置は、以下のように構成される。   When the carbon film is deposited by the plasma polymerization method in the plasma polymerization chamber 19 of the present invention, the carbon film is deposited not only on the sample but also on the cathode electrode. If a carbon film is deposited, the problem that the discharge does not continue is expected. In a general single plasma polymerization apparatus, the cathode electrode is removed and cleaned each time a carbon film is deposited. However, in the TEM sample preparation method of the present invention, the deposition of the plasma polymerized film and the FIB processing are repeatedly performed. Therefore, if the cathode electrode is removed and cleaned and then evacuated again, the working efficiency becomes very poor. In order to solve this problem, the FIB apparatus in the third embodiment is configured as follows.

図4は、本発明の第三の実施形態におけるFIB装置に設けられる試料台部分を示し、(a)は平面図、(b)は正面図である。14は試料台、15は試料、35は試料台14表面に設けられた陰電極板、36は陰電極板35に設けられた開口部、37は回転軸、38は回転アームである。   4A and 4B show sample stage portions provided in the FIB apparatus according to the third embodiment of the present invention. FIG. 4A is a plan view and FIG. 4B is a front view. Reference numeral 14 denotes a sample stage, 15 denotes a sample, 35 denotes a negative electrode plate provided on the surface of the sample stage 14, 36 denotes an opening provided in the negative electrode plate 35, 37 denotes a rotary shaft, and 38 denotes a rotary arm.

試料15は、陰電極板35の開口部36内に位置するように試料台14上にセットされる。それにより、試料15のFIB加工およびプラズマ重合膜成膜時は、図4(a)に示すように、試料15が露出した状態で加工、成膜が行われる。   The sample 15 is set on the sample stage 14 so as to be positioned in the opening 36 of the negative electrode plate 35. As a result, when the sample 15 is subjected to FIB processing and plasma polymerization film formation, the processing and film formation are performed with the sample 15 exposed as shown in FIG.

FIB加工およびプラズマ重合膜成膜が終了した後、陰電極板35をクリーニングするときの状態が、図5に示される。図5(a)は平面図、(b)は正面図である。陰電極板35をクリーニングするためには、FIBのイオンビームで陰電極板35表面をエッチングする。この場合には、図5(b)に示すように。回転軸37の回転によって回転アーム38が回転して陰極板35が移動する。この配置では、陰電極板35の下に試料15が隠れているので、FIBのイオンビームによる陰電極板35のエッチング時に試料15が汚染されることはない。   FIG. 5 shows a state in which the negative electrode plate 35 is cleaned after the FIB processing and the plasma polymerized film formation are completed. FIG. 5A is a plan view, and FIG. 5B is a front view. In order to clean the negative electrode plate 35, the surface of the negative electrode plate 35 is etched with an ion beam of FIB. In this case, as shown in FIG. As the rotary shaft 37 rotates, the rotary arm 38 rotates and the cathode plate 35 moves. In this arrangement, since the sample 15 is hidden under the negative electrode plate 35, the sample 15 is not contaminated when the negative electrode plate 35 is etched by the FIB ion beam.

このように本発明の第三の実施形態によると、第二の実施形態のFIB装置に加えて、FIB装置内で試料を汚染することなく陰極電極をクリーニングできるので、真空装置内で連続してFIB加工とプラズマ重合膜の堆積が可能であり、効率よく第一の実施形態の試料作製方法でTEM試料を作製することができる。   Thus, according to the third embodiment of the present invention, in addition to the FIB apparatus of the second embodiment, the cathode electrode can be cleaned without contaminating the sample in the FIB apparatus. FIB processing and deposition of a plasma polymerized film are possible, and a TEM sample can be efficiently manufactured by the sample preparation method of the first embodiment.

(第四の実施形態)
次に第四の実施形態に係るFIB装置について説明する。ただし、第二の実施形態と同一な部分は説明を省略する。本発明のプラズマ重合室19内において、プラズマ重合法でカーボン膜を堆積する際には、プラズマ重合室19内(図3参照)にガスを導入する。成膜後にはガス導入をとめて再度真空排気するが、試料台14をFIB試料室17に移動するためにゲートバルブ18を開けた際に、プラズマ重合室19に残留するガスがFIB試料室17に流れ込んで、FIB試料室17の真空度が低下する問題の発生が予想される。
(Fourth embodiment)
Next, an FIB apparatus according to the fourth embodiment will be described. However, the description of the same part as the second embodiment is omitted. In the plasma polymerization chamber 19 of the present invention, when a carbon film is deposited by plasma polymerization, a gas is introduced into the plasma polymerization chamber 19 (see FIG. 3). After the film formation, the gas introduction is stopped and the evacuation is performed again. However, when the gate valve 18 is opened in order to move the sample stage 14 to the FIB sample chamber 17, the gas remaining in the plasma polymerization chamber 19 is in the FIB sample chamber 17. The problem that the degree of vacuum in the FIB sample chamber 17 decreases is expected.

この問題を解決するために、第四の実施形態におけるFIB装置は、図6に示すように構成される。図3のFIB装置と同様の構成要素については、同一の参照番号を付して、説明の繰り返しを省略する。   In order to solve this problem, the FIB apparatus in the fourth embodiment is configured as shown in FIG. The same components as those in the FIB apparatus in FIG. 3 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof will not be repeated.

図6のFIB装置は、FIB試料室17とプラズマ重合室19の間に、2つのゲートバルブ18が設けられ、ガス吸着室41が配置されている。ガス吸着室41内には、液体窒素39で冷却された冷却板40が配置されている。   In the FIB apparatus of FIG. 6, two gate valves 18 are provided between the FIB sample chamber 17 and the plasma polymerization chamber 19, and a gas adsorption chamber 41 is disposed. A cooling plate 40 cooled with liquid nitrogen 39 is disposed in the gas adsorption chamber 41.

この冷却板40によって、真空内の残留ガスを吸着することができる。試料台14を移動するためにゲートバルブ18を開けた際、プラズマ重合室19に残留している原料ガスは冷却板40に吸着されるので、FIB室17へ流れることが防止される。   The cooling plate 40 can adsorb residual gas in the vacuum. When the gate valve 18 is opened to move the sample stage 14, the raw material gas remaining in the plasma polymerization chamber 19 is adsorbed by the cooling plate 40, and is thus prevented from flowing into the FIB chamber 17.

この第四の実施形態によってプラズマ重合室内に残留する原料ガスは、ゲートバルブ間に設けた冷却板によって吸着されるので、FIB試料室へ流れることはなく、第二の実施形態のFIB装置よりも、FIB試料室の真空度を高く保持することが可能となる。   Since the raw material gas remaining in the plasma polymerization chamber according to the fourth embodiment is adsorbed by the cooling plate provided between the gate valves, it does not flow to the FIB sample chamber, but rather than the FIB apparatus of the second embodiment. The FIB sample chamber can be kept at a high degree of vacuum.

この第四の実施形態の構成を、第三の実施形態の構成と組み合わせて用いることにより、より良好な試料の形状評価を得ることができる。つまり、第二〜四の実施形態を組み合わせたFIB装置を用いることにより、より正確な形状評価を得ることができる。   By using the configuration of the fourth embodiment in combination with the configuration of the third embodiment, a better sample shape evaluation can be obtained. That is, a more accurate shape evaluation can be obtained by using the FIB apparatus in which the second to fourth embodiments are combined.

本発明の集束イオンビーム装置を用いた試料作製方法によれば、低誘電率の層間絶縁膜を有する半導体デバイスについて、低誘電率の層間絶縁膜の収縮による変形がプラズマ重合膜により抑制されて正確な透過型電子顕微鏡観察が可能となるので、半導体デバイスの適切な形状評価を行い安定した半導体デバイスを生産するために有用である。   According to the sample preparation method using the focused ion beam apparatus of the present invention, for a semiconductor device having a low dielectric constant interlayer insulation film, deformation due to the shrinkage of the low dielectric constant interlayer insulation film is suppressed by the plasma polymerized film, so that it is accurate. Therefore, it is useful for evaluating a suitable shape of a semiconductor device and producing a stable semiconductor device.

本発明の第一の実施形態における透過型電子顕微鏡の試料作製方法を示す断面模式図Sectional schematic diagram showing a method for preparing a sample of a transmission electron microscope in the first embodiment of the present invention 同試料作製方法により作製した試料を透過型電子顕微鏡で観察する状態を示す断面模式図Cross-sectional schematic diagram showing the state of observation of a sample prepared by the sample preparation method with a transmission electron microscope 本発明の第二の実施形態における集束イオンビーム装置を示す断面模式図Sectional schematic diagram showing a focused ion beam apparatus according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第三の実施形態における集束イオンビーム装置の試料台を示し、(a)は平面図、(b)は正面図The sample stand of the focused ion beam apparatus in 3rd embodiment of this invention is shown, (a) is a top view, (b) is a front view. 同実施形態における集束イオンビーム装置の試料台の動作を示し、(a)は平面図、(b)は正面図The operation | movement of the sample stand of the focused ion beam apparatus in the embodiment is shown, (a) is a plan view, (b) is a front view. 本発明の第四の実施形態における集束イオンビーム装置の構造を示す断面模式図Sectional schematic diagram showing the structure of the focused ion beam apparatus in the fourth embodiment of the present invention 従来例の集束イオンビーム装置を用いた試料作製方法を示す断面模式図Schematic cross section showing a sample preparation method using a conventional focused ion beam device

符号の説明Explanation of symbols

1 Si基板
2 観察該当箇所
3 突起部
4、4a、4b、4c 薄片部
5 1回目に堆積したプラズマ重合カーボン膜
6 2回目に堆積したプラズマ重合カーボン膜
7 電子線
8 液体イオン源
9 引き出し電極
10 イオンビーム
11 集束レンズ
12 対物絞り
13 対物レンズ
14 試料台
15 試料
16 走査電極
17 FIB試料室
18 ゲートバルブ
19 プラズマ重合室
20 陰極電極
21 陽極
22 ガス導入バルブ
23 ガス導入口
24 電源
25 ガスボンベ
26 試料交換室
27、28、31 真空ポンプ
29、30、32 バルブ
33 試料交換棒
34 ゲートバルブ
35 陰電極板
36 開口部
37 回転軸
38 回転アーム
39 液体窒素
40 冷却板
41 ガス吸着室
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Si substrate 2 Observation applicable part 3 Protrusion part 4, 4a, 4b, 4c Thin piece part 5 Plasma polymerized carbon film 6 deposited first time Plasma polymerized carbon film deposited second time 7 Electron beam 8 Liquid ion source 9 Extraction electrode 10 Ion beam 11 Focus lens 12 Objective diaphragm 13 Objective lens 14 Sample stage 15 Sample 16 Scan electrode 17 FIB sample chamber 18 Gate valve 19 Plasma polymerization chamber 20 Cathode electrode 21 Anode 22 Gas introduction valve 23 Gas introduction port 24 Power supply 25 Gas cylinder 26 Sample exchange Chambers 27, 28, 31 Vacuum pumps 29, 30, 32 Valve 33 Sample exchange rod 34 Gate valve 35 Cathode electrode plate 36 Opening portion 37 Rotating shaft 38 Rotating arm 39 Liquid nitrogen 40 Cooling plate 41 Gas adsorption chamber

Claims (11)

試料を加工することによって、透過型電子顕微鏡による所望の観察箇所を含む薄片部を形成し、
前記薄片部を含む前記試料表面に薄膜を成膜した後に、
前記薄片部に対し集束イオンビームにより加工を施して、前記薄片部の一部の前記薄膜を除去し、前記透過型電子顕微鏡の観察試料とする透過型電子顕微鏡の試料作製方法。
By processing the sample, a thin piece part including a desired observation point by a transmission electron microscope is formed,
After forming a thin film on the sample surface including the thin piece portion,
A sample preparation method for a transmission electron microscope, wherein the thin piece portion is processed by a focused ion beam to remove a part of the thin film from the thin piece portion, and is used as an observation sample of the transmission electron microscope.
前記薄膜の成膜と前記集束イオンビームによる加工は、複数回繰り返し行なう請求項1に記載の透過型電子顕微鏡の試料作製方法。   The sample preparation method for a transmission electron microscope according to claim 1, wherein the thin film formation and the processing by the focused ion beam are repeated a plurality of times. 前記薄膜は、プラズマ重合法を用いて成膜される請求項1に記載の透過型電子顕微鏡の試料作製方法。   The method of claim 1, wherein the thin film is formed using a plasma polymerization method. 前記プラズマ重合法は、メタンとエチレンを原料ガスとする請求項3に記載の透過型電子顕微鏡の試料作製方法。   The said plasma polymerization method is a sample preparation method of the transmission electron microscope of Claim 3 which uses methane and ethylene as source gas. 前記薄膜は、カーボンからなる請求項1記載の透過型電子顕微鏡の試料作製方法。   The method of preparing a transmission electron microscope sample according to claim 1, wherein the thin film is made of carbon. 前記薄膜の膜厚は、50nm〜500nmである請求項1に記載の透過型電子顕微鏡の試料作成方法。   The sample preparation method for a transmission electron microscope according to claim 1, wherein the thin film has a thickness of 50 nm to 500 nm. 前記観察試料は、膜厚500nm以下の前記薄膜片を有する請求項1に記載の透過型電子顕微鏡の試料作製方法。   The transmission electron microscope sample preparation method according to claim 1, wherein the observation sample includes the thin film piece having a thickness of 500 nm or less. イオンを発生するイオン源と、
前記イオン源から発生したイオンに電圧を印加してイオンビームとする引き出し電極と、
前記イオンビームを絞るためのレンズと、
前記イオンビームを走査させるレンズと、
試料を載置する試料台と、
前記イオンビームで前記試料を加工するための試料室と、
前記試料室とバルブを介して接続され、プラズマ重合法により、前記試料に薄膜を形成するプラズマ重合室とを備えた集束イオンビーム装置。
An ion source that generates ions;
An extraction electrode that applies a voltage to ions generated from the ion source to form an ion beam;
A lens for focusing the ion beam;
A lens that scans the ion beam;
A sample stage on which the sample is placed;
A sample chamber for processing the sample with the ion beam;
A focused ion beam apparatus comprising a plasma polymerization chamber connected to the sample chamber via a valve and forming a thin film on the sample by a plasma polymerization method.
前記プラズマ重合室は、前記試料台を保持し、陰極となる試料台保持部と、
前記試料台保持部と対向して設けられた陽極と、
前記試料台保持部と前記陽極との間に電圧を印加する電源と、
前記プラズマ重合室にプラズマ重合の原料ガスを導入するガス導入口とを備えたことを特徴とする請求項8に記載の集束イオンビーム装置。
The plasma polymerization chamber holds the sample stage, and a sample stage holding part serving as a cathode;
An anode provided to face the sample stage holding unit;
A power source for applying a voltage between the sample stage holder and the anode;
The focused ion beam apparatus according to claim 8, further comprising a gas inlet for introducing a raw material gas for plasma polymerization into the plasma polymerization chamber.
前記試料台には、前記試料が載置されている部分を開口した電極板が設けられ、
前記薄膜を形成した後、前記電極板は前記試料台に載置されている前記試料と前記陽極との間を遮蔽するように可動であることを特徴とする請求項9に記載の集束イオンビーム装置。
The sample stage is provided with an electrode plate that opens a portion on which the sample is placed,
10. The focused ion beam according to claim 9, wherein after the thin film is formed, the electrode plate is movable so as to shield between the sample placed on the sample stage and the anode. apparatus.
前記試料室と前記プラズマ重合室との間に、液体窒素で冷却された冷却板が配置された請求項9又は10に記載の集束イオンビーム装置。   The focused ion beam apparatus according to claim 9 or 10, wherein a cooling plate cooled with liquid nitrogen is disposed between the sample chamber and the plasma polymerization chamber.
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