JP2008298797A - Sample preparing device - Google Patents

Sample preparing device Download PDF

Info

Publication number
JP2008298797A
JP2008298797A JP2008223457A JP2008223457A JP2008298797A JP 2008298797 A JP2008298797 A JP 2008298797A JP 2008223457 A JP2008223457 A JP 2008223457A JP 2008223457 A JP2008223457 A JP 2008223457A JP 2008298797 A JP2008298797 A JP 2008298797A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sample
ion beam
stage
angle
micro
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
JP2008223457A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JP4834705B2 (en
Inventor
Hiroyasu Shichi
広康 志知
Toru Ishitani
亨 石谷
Hidemi Koike
英巳 小池
Kaoru Umemura
馨 梅村
Hidekazu Seya
英一 瀬谷
Mitsuo Tokuda
光雄 徳田
Satoshi Tomimatsu
聡 富松
Hideo Kashima
秀夫 鹿島
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP2008223457A priority Critical patent/JP4834705B2/en
Publication of JP2008298797A publication Critical patent/JP2008298797A/en
Application granted granted Critical
Publication of JP4834705B2 publication Critical patent/JP4834705B2/en
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

Links

Images

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a sample preparing method and device for microregion assay, observation or measurement of a minute sample by separating or separating/preparing the minute sample containing a desired specific region from samples of electronic components such as semiconductor wafer and device, etc. without inclining the sample stage. <P>SOLUTION: This sample preparing method is characterized by that the sample surface is irradiated with focused ion beams at irradiation angle of not more than 90 degrees or less, the area around the target minute sample is removed, the sample stage is rotated with vertical line segment to the sample surface as an axis of rotation and then the sample is irradiated with the focused ion beam at the irradiation angle of the beam to the sample surface fixed, separating or separating/preparing the minute sample. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体ウェーハやデバイスなどの電子部品等の試料から所望の特定領域を含む微小試料を、集束イオンビームを用いて分離または分離準備して、微小領域分析や観察、計測用の試料作製方法および試料作製装置に関する。   The present invention separates or prepares a micro sample including a desired specific region from a sample such as an electronic component such as a semiconductor wafer or a device using a focused ion beam, and prepares a sample for micro region analysis, observation, and measurement. The present invention relates to a method and a sample preparation apparatus.

ダイナミックランダムアクセスメモリ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、高歩留り製造が求められる。すなわち不良発生による製品歩留りの低下は、採算の悪化を招く。このため、不良の原因となる欠陥や異物、加工不良の早期発見および早期対策が大きな課題となる。例えば、半導体デバイスの製造現場では、入念な検査による不良発見、およびその発生原因の解析に注力されている。ウェーハを用いた実際の電子部品製造工程では、工程途中のウェーハを検査して、回路パターンの欠陥や異物など異常箇所の原因を追及して対策方法が検討される。   High-yield manufacturing is required in the manufacture of semiconductor components such as dynamic random access memories, semiconductor devices such as microprocessors and semiconductor lasers, and electronic components such as magnetic heads. That is, a decrease in product yield due to the occurrence of defects leads to a deterioration in profitability. For this reason, the early detection and early countermeasures of the defect, foreign material, and processing defect which cause a defect become a big subject. For example, in the manufacturing field of semiconductor devices, efforts are focused on finding defects by careful inspection and analyzing the cause of occurrence. In an actual electronic component manufacturing process using a wafer, the wafer in the middle of the process is inspected, and a countermeasure method is investigated by pursuing the cause of an abnormal portion such as a defect in a circuit pattern or a foreign substance.

通常、試料の微細構造観察には高分解能の走査型電子顕微鏡(以下、SEMと略記)が用いられるが、半導体の高集積化に伴い、対象物がSEMの分解能では観察できなくなっており、SEMに代ってさらに観察分解能が高い透過型電子顕微鏡(以下、TEMと略記)が用いられる。   Usually, a high-resolution scanning electron microscope (hereinafter abbreviated as SEM) is used to observe the microstructure of a sample. However, as the integration of semiconductors increases, the object cannot be observed at the SEM resolution. Instead, a transmission electron microscope (hereinafter abbreviated as TEM) with higher observation resolution is used.

従来のTEM試料作製には劈開や切断などで試料を小片にする作業が伴い、試料がウェーハの場合は、ほとんどの場合にはウェーハを割断せざるを得なかった。   Conventional TEM sample preparation involves the work of crushing or cutting the sample into small pieces, and when the sample is a wafer, in most cases the wafer has to be cleaved.

最近では、イオンビームを試料に照射し、スパッタ作用によって試料を構成する粒子が試料から放出される作用を応用した微小領域の加工方法、すなわち集束イオンビーム(以下、FIBと略す)加工を利用する例がある。これは、まずダイシング装置等を用いてウェーハ等の試料から観察すべき領域を含む厚さサブミリメートルの短冊状ペレットに切り出す。次に、この短冊状ペレットの一部をFIBによって薄壁状に加工してTEM試料とする。ここでFIB加工されたTEM観察用の試料の特徴は、試験片の一部がTEM観察用に、厚さが約100nmの薄膜に加工してあることにある。この方法によって、所望の観察部をマイクロメートルレベルの精度で位置出しして観察することが可能になったが、やはりウェーハを割断しなければならない。   Recently, an ion beam is irradiated onto a sample, and a micro-region processing method that applies the action of the particles constituting the sample being emitted from the sample by sputtering, that is, focused ion beam (hereinafter abbreviated as FIB) processing is used. There is an example. First, using a dicing apparatus or the like, a strip-like pellet having a thickness of submillimeter including a region to be observed is cut out from a sample such as a wafer. Next, a part of the strip-shaped pellet is processed into a thin wall by FIB to obtain a TEM sample. Here, a characteristic of the FIB-processed sample for TEM observation is that a part of the test piece is processed into a thin film having a thickness of about 100 nm for TEM observation. Although this method makes it possible to locate and observe a desired observation portion with micrometer level accuracy, the wafer must still be cleaved.

このように、半導体デバイス等の製造途中で、ある工程の結果を監視することは、歩留まり管理上、その利点は大きいが、既に述べたような試料作製ではウェーハは割断され、ウェーハの破片は次のプロセスに進むことなく廃棄される。特に近年ではウェーハは、半導体デバイスの製造単価を下げるため大口径化が進んでいる。すなわち、1枚のウェーハで製造できる半導体デバイスの個数を増やして、単価を低減する。しかし逆にウェーハそのものの価格が高価となり、また、製造工程が進むに従い付加価値が増し、さらには、ウェーハの破棄によって失われる半導体デバイスの個数も増大する。従って、従来のウェーハの分断を伴うような検査方法は非常に不経済であった。   As described above, monitoring the results of a certain process during the manufacture of semiconductor devices and the like has a great advantage in terms of yield management. However, in sample preparation as described above, the wafer is cleaved and the wafer fragments are the next. It is discarded without proceeding to the process. In particular, in recent years, the diameter of wafers has been increasing in order to reduce the manufacturing cost of semiconductor devices. That is, the number of semiconductor devices that can be manufactured with one wafer is increased to reduce the unit price. However, on the contrary, the price of the wafer itself becomes expensive, the added value increases as the manufacturing process proceeds, and the number of semiconductor devices lost due to the destruction of the wafer also increases. Therefore, a conventional inspection method that involves dividing a wafer is very uneconomical.

これに対して、ウェーハを分断することなく試料作製できる方法がある。この方法は、特開平05−52721号公報『試料の分離方法及びこの分離方法で得た分離試料の分析方法』(特許文献1)に開示されている。この方法は図2に示すように、まず、試料2の表面に対しFIB1が直角に照射するように試料2の姿勢を保ち、試料上でFIB1を矩形に走査させ、試料表面に所要の深さの角穴7を形成する(図2(a))。次に、試料2を傾斜させ、底穴8を形成する。試料2の傾斜角の変更は、試料ステージ(図示せず)によって行われる(図2(b))。試料2の姿勢を変更し、試料2の表面がFIB1に対して再び垂直になるように試料2を設置し、切り欠き溝9を形成する(図2(c))。マニピュレータ(図示せず)を駆動し、マニピュレータ先端のプローブ3の先端を、試料2を分離する部分に接触させる(図2(d))。ガスノズル10から堆積性ガス5を供給し、 FIB1をプローブ3の先端部を含む領域に局所的に照射し、イオンビームアシストデポジション膜(以下、デポ膜4と略す)を形成する。接触状態にある試料2の分離部分とプローブ3の先端はデポ膜4で接続される(図2(e))。 FIB1で残りの部分を切り欠き加工し(図2(f))、試料2から分離試料であるマイクロサンプル6を切り出す。切り出された分離試料6は、接続されたプローブ3で支持された状態になる(図2(g))。このマイクロサンプル6を、FIB1で加工し、観察しようとする領域をウォール加工するとTEM試料(図示せず)となる。ウェーハなど試料から所望の解析領域を含む微小試料を、FIB加工と微小試料の搬送手段を駆使して分離する方法である。この方法で分離した微小試料を各種解析装置に導入することで解析することができる。   On the other hand, there is a method capable of producing a sample without dividing the wafer. This method is disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 05-52721 “Method for separating sample and method for analyzing separated sample obtained by this separation method” (Patent Document 1). In this method, as shown in FIG. 2, first, the posture of the sample 2 is maintained so that the FIB 1 is irradiated at a right angle to the surface of the sample 2, the FIB 1 is scanned in a rectangular shape on the sample, and the required depth is formed on the sample surface. The square hole 7 is formed (FIG. 2A). Next, the sample 2 is inclined to form the bottom hole 8. The inclination angle of the sample 2 is changed by a sample stage (not shown) (FIG. 2 (b)). The posture of the sample 2 is changed, the sample 2 is set so that the surface of the sample 2 is again perpendicular to the FIB 1, and a notch groove 9 is formed (FIG. 2 (c)). A manipulator (not shown) is driven, and the tip of the probe 3 at the tip of the manipulator is brought into contact with a portion where the sample 2 is separated (FIG. 2 (d)). A deposition gas 5 is supplied from the gas nozzle 10 and the FIB 1 is locally irradiated to a region including the tip of the probe 3 to form an ion beam assisted deposition film (hereinafter abbreviated as a deposition film 4). The separated portion of the sample 2 in contact with the tip of the probe 3 is connected by a deposition film 4 (FIG. 2 (e)). The remaining part is cut and processed with FIB 1 (FIG. 2 (f)), and microsample 6, which is a separated sample, is cut out from sample 2. The separated sample 6 cut out is supported by the connected probe 3 (FIG. 2 (g)). When this micro sample 6 is processed with FIB 1 and the region to be observed is wall processed, a TEM sample (not shown) is obtained. This is a method of separating a micro sample including a desired analysis region from a sample such as a wafer by using FIB processing and a micro sample transport means. Analysis can be performed by introducing a micro sample separated by this method into various analyzers.

また、同様な試料作製方法として、特開平09−196213号公報『微小試料作製装置およびその方法』(特許文献2)にも開示されている。この方法は、図9に示すように、まず始めに、FIB1を照射し目標位置識別のためのマーク403、404を形成し、その後その両外側に矩形穴401、402を試料2に形成する(図9(a))。次にFIB1により矩形溝406を形成する(図9(b))。
次に、試料ステージを傾けてFIB1を試料表面に斜めから照射することにより、斜溝408を形成し、試料4と一部の支持部405のみで接続された摘出試料407を形成する(図9(c))。試料台傾斜を戻し、プローブ3を、プローブ制御装置により制御し、摘出試料407の一部に接触させる。この摘出試料の支持部405は後程FIBにより切断するわけであるが、プローブドリフト等を考慮した場合、短時間で切断することが望ましいため、支持部体積は小さくする必要がある。このため、プローブ3の接触により支持部405が破壊される恐れがあるため、上記プローブ制御法を使用して損傷をできるだけ抑えて接触させる。接触させたプローブ7と摘出試料407を、デポ膜409を用いて固定する(図9(d))。次に、支持部405をFIB1で切断する(図9(e))。こうして、摘出試料407を切り出し、プローブ3をプローブ駆動装置によって上昇させ摘出する(図9(f))。次に、この切り出された摘出試料407を摘出試料ホルダに形成された溝411への接触を行う(図9(g))。このときの接触は摘出試料407が破壊されたりデポ膜409部で摘出試料407が外れて消滅してしまわないように充分小さな速度で接触させる必要があり、上記接触法が必要となる。こうして接触させた後、デポ膜412を用いて両者を固定する(図9(h))。固定後、プローブ3接続部にFIBを照射し、スパッタ加工を行い、プローブを摘出試料407から分離する(図9(i))。TEM試料とする場合には最後に、再度、FIB1を照射して、最終的に観察領域410を厚さ100nm以下程度に薄く仕上げ加工を施す(図9(j))。他の分析、計測の試料の作製に用いる場合、観察領域を薄く仕上げる加工(図9(j))は必ずしも必要ではない。
A similar sample preparation method is also disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 09-196213, “Micro Sample Preparation Apparatus and Method” (Patent Document 2). In this method, as shown in FIG. 9, first, FIB 1 is irradiated to form marks 403 and 404 for target position identification, and then rectangular holes 401 and 402 are formed in the sample 2 on both outer sides thereof (see FIG. 9). FIG. 9 (a)). Next, a rectangular groove 406 is formed by FIB 1 (FIG. 9B).
Next, by tilting the sample stage and irradiating the sample surface with the FIB 1 obliquely, the oblique groove 408 is formed, and the extracted sample 407 connected only by the sample 4 and a part of the support portion 405 is formed (FIG. 9). (c)). The inclination of the sample stage is returned, and the probe 3 is controlled by the probe control device and brought into contact with a part of the extracted sample 407. The extracted sample support portion 405 will be cut later by FIB. However, in consideration of probe drift, etc., it is desirable to cut the support portion 405 in a short time. For this reason, since there exists a possibility that the support part 405 may be destroyed by the contact of the probe 3, it contacts by suppressing damage as much as possible using the said probe control method. The contacted probe 7 and the extracted sample 407 are fixed using a deposition film 409 (FIG. 9 (d)). Next, the support part 405 is cut | disconnected by FIB1 (FIG.9 (e)). In this way, the extracted sample 407 is cut out, and the probe 3 is lifted by the probe driving device and extracted (FIG. 9 (f)). Next, the cut out sample 407 is brought into contact with the groove 411 formed in the sample holder (FIG. 9 (g)). The contact at this time needs to be brought into contact at a sufficiently small speed so that the extracted sample 407 is not destroyed or the extracted sample 407 is removed and disappears at the deposition film 409, and the above contact method is required. After contacting in this way, both are fixed using the deposition film 412 (FIG. 9 (h)). After fixing, FIB is irradiated to the probe 3 connection portion, sputter processing is performed, and the probe is separated from the extracted sample 407 (FIG. 9 (i)). When a TEM sample is used, finally, FIB 1 is irradiated again, and finally the observation region 410 is finished to a thickness of about 100 nm or less (FIG. 9 (j)). When used for preparation of other samples for analysis and measurement, the processing for thinning the observation region (FIG. 9 (j)) is not necessarily required.

また、以上は試料作製装置でマイクロサンプルを取り出す方法を採用した例であるが、試料作製装置で、マイクロサンプルの形状を加工し、試料作製装置から基板を取り出して、大気中で別の機構でマイクロサンプルを取り出す方法もある。例えば、Material Research Society, Symposium Proceeding vol.480の19頁から27頁にかけてL.A. Giannuzziらの『Focused Ion Beam Milling and Micromanipulation Lift-Out for Site Specific Cross-Section TEM Specimen Preparation』(非特許文献1)と題する論文で説明されている。また、同様にProceedings of the 22 nd International Symposium for Testing and Failure Analysisの199頁から205頁にかけて、L. R. Herlingerらの『TEM Sample Preparation Using a Focused Ion Beam and a Probe Manipulator』(非特許文献2)と題する論文でも説明されている。   The above is an example of adopting a method of taking out a micro sample with a sample preparation device. However, with the sample preparation device, the shape of the micro sample is processed, the substrate is taken out from the sample preparation device, and another mechanism is used in the atmosphere. There is also a method of taking out a micro sample. For example, it is entitled “Focused Ion Beam Milling and Micromanipulation Lift-Out for Site Specific Cross-Section TEM Specimen Preparation” by LA Giannuzzi et al. It is explained in the paper. Similarly, from page 199 to page 205 of the Proceedings of the 22nd International Symposium for Testing and Failure Analysis, it is titled “TEM Sample Preparation Using a Focused Ion Beam and a Probe Manipulator” (Non-patent Document 2). It is also explained in the paper.

これは、図3(a)に示すように、ウェーハ208上の目標位置の両側を階段状にFIB1で加工して断面試料薄膜207を作製し、次に試料ステージを傾斜することによって、FIB1と試料表面とのなす角度を変えて、試料に照射し、図3(b)に示すようにFIB1で試料薄膜周辺を切り、試料薄膜207をウェーハと分離する。
そして、FIB装置からウェーハを取りだし、大気中でガラス棒を加工部分に接近させ、静電気を利用して試料薄膜207をガラス棒に吸着させてウェーハから取り出し、このガラス棒をメッシュ209に移動させ、メッシュ上の静電吸着させるか、透明接着物に加工面を面するように設置する。このように、加工を施した微小試料を装置内で取り出さなくとも、微小試料の外形のほとんどをイオンビームによって加工しても、分離した微小試料をTEMに導入することで解析することができる。
As shown in FIG. 3A, both sides of the target position on the wafer 208 are processed stepwise with FIB1 to produce a cross-sectional sample thin film 207, and then the sample stage is tilted to obtain FIB1. The angle formed with the sample surface is changed, the sample is irradiated, and as shown in FIG. 3B, the periphery of the sample thin film is cut by FIB1 to separate the sample thin film 207 from the wafer.
Then, the wafer is taken out from the FIB apparatus, the glass rod is brought close to the processing portion in the atmosphere, the sample thin film 207 is adsorbed to the glass rod using static electricity and taken out from the wafer, and the glass rod is moved to the mesh 209. It is electrostatically adsorbed on the mesh or installed so that the processing surface faces the transparent adhesive. Thus, even if the processed micro sample is not taken out in the apparatus, even if most of the outer shape of the micro sample is processed by the ion beam, it can be analyzed by introducing the separated micro sample into the TEM.

これらの手法を用いれば、ウェーハを分断することなく、試料から検査用の微小試料や薄片試料のみを取り出し、取り出されたウェーハは次のプロセスに戻すことも可能となる。従って、従来のようにウェーハの分断によって失われる半導体デバイスはなくなり、トータルの半導体デバイスの製造歩留りを高め、製造コストを低減することができる。   If these methods are used, it is possible to take out only a minute sample or a thin sample for inspection from the sample without dividing the wafer, and return the taken wafer to the next process. Accordingly, there is no semiconductor device lost due to the division of the wafer as in the prior art, and the manufacturing yield of the total semiconductor devices can be increased and the manufacturing cost can be reduced.

特開平05−52721号公報JP 05-52721 A 特開平09−196213号公報JP 09-196213 A L.A. Giannuzziら、”Focused Ion Beam Milling and Micromanipulation Lift-Out for Site Specific Cross-Section TEM Specimen Preparation”、Material Research Society, Symposium Proceeding vol.480、p.19-27L.A. Giannuzzi et al., “Focused Ion Beam Milling and Micromanipulation Lift-Out for Site Specific Cross-Section TEM Specimen Preparation”, Material Research Society, Symposium Proceeding vol.480, p.19-27 L.R.Herlingerら、”TEM Sample Preparation Using a Focused Ion Beam and a Probe Manipulator”、Proceedings of the 22 nd International Symposium for Testing and Failure Analysis、p.199-205L.R.Herlinger et al., “TEM Sample Preparation Using a Focused Ion Beam and a Probe Manipulator”, Proceedings of the 22nd International Symposium for Testing and Failure Analysis, p.199-205

以上のべた従来の手法では次のような問題がある。つまり、上記引用文献1では底穴8を形成するため、引用文献2では斜溝408を形成するため、また、非引用文献2では試料薄膜207周辺を切り取るために、必要不可欠な工程として試料2の傾斜角度を姿勢変更するが、これは試料ステージによって行なわれる。しかし、ウェーハの大口径化に伴い、試料ステージも大型化する。大型ステージ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、試料ステージ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。また、試料ステージの傾斜機能は試料ステージそのものと、試料ステージ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300mmに移行しているところで、さらに400mmに進展すれば、ステージの大型化は余儀なくされ、上述のような試料ステージ傾斜に伴う問題の解決を避けては通れなくなる。これに対し、装置の試料ステージ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、上述した従来の手法では元の試料(ウェーハ)から微小試料を分離または分離準備して、微小領域分析や観察、計測用の試料作製は実現できなくなる。そもそも、試料の傾斜角度の姿勢変更を必要不可欠としていたのは、微小試料を元試料から分離または分離準備するためには、試料面に対して、少なくとも2方向の異なる角度のイオンビーム照射が必要不可欠との固定観念が存在したためである。なお、ここでステージの傾斜とは、ステージ面内に含まれる線分もしくは平行な線分を軸として、ステージを回転することとし、以降単純にステージの傾斜と記述する。
The conventional methods described above have the following problems. In other words, in order to form the bottom hole 8 in the cited document 1, to form the oblique groove 408 in the cited document 2, and in the non-cited document 2, in order to cut the periphery of the sample thin film 207, the sample 2 is an indispensable process. The inclination angle is changed by the sample stage. However, as the wafer diameter increases, the sample stage also increases in size. It takes time to tilt the large stage with high accuracy, resulting in a problem that the sample preparation time becomes long. Also, due to the large weight of the sample stage itself, the sample position relative to the FIB optical system moves without maintaining the eucentric before and after tilting, so the FIB focus deviates relatively from the sample surface and the sample surface is observed. There is a problem that the FIB optical system must be readjusted. In addition, the tilting function of the sample stage is a cause of increasing the size of the sample stage itself and the sample chamber containing the sample stage.
The current trend is where the wafer diameter has shifted from 200 mm to 300 mm. If the wafer diameter further advances to 400 mm, the stage must be enlarged, and the above-mentioned problems associated with the sample stage tilt cannot be avoided. . On the other hand, if the tilt function can be omitted from the sample stage of the apparatus, the entire apparatus can be miniaturized and the problems such as the sample position shift caused by the sample tilt can be solved. ), Or preparing a sample for separation, it becomes impossible to realize sample preparation for micro area analysis, observation, and measurement. In the first place, it was indispensable to change the attitude of the sample tilt angle. In order to separate or prepare a micro sample from the original sample, it is necessary to irradiate the sample surface with ion beams at different angles in at least two directions. This is because there was a stereotype of indispensable. Here, the stage tilt refers to rotating the stage about a line segment included in the stage surface or a parallel line segment as an axis, and is simply referred to as the stage tilt hereinafter.

上述の問題点に鑑み、本願の第1の目的は、従来の固定観念を打破することによって試料ステージを傾斜することなく、半導体ウェーハやデバイスなどの電子部品等の元試料から所望の特定領域を含む微小試料を、分離または分離準備して、微小領域分析や観察、計測用の試料作製方法を提供することにある。また、第2の目的は上記第1の目的を達成するために好適な試料作製装置を提供することにある。   In view of the above-mentioned problems, the first object of the present application is to break a conventional fixed idea and to tilt a sample stage from an original sample such as an electronic component such as a semiconductor wafer or a device. An object of the present invention is to provide a sample preparation method for micro area analysis, observation, and measurement by separating or preparing a micro sample to be included. A second object is to provide a sample preparation apparatus suitable for achieving the first object.

以上に述べたような第1の目的は、以下のようにすることによって達成される。   The first object as described above is achieved by the following.

試料の傾斜角度の姿勢変更を必要不可欠であるとの従来の固定観念を打破するための本発明の基本要素は、まず、(1)試料の載置面と、試料へのイオンビーム照射軸とのなす角度を固定して、イオンビームを前記試料に複数の方向から照射して、試料の所望の部分を分離または分離準備することを特徴とするイオンビーム加工方法とする。   Basic elements of the present invention for breaking the conventional fixed idea that the change in the tilt angle of the sample is indispensable are: (1) a sample mounting surface, an ion beam irradiation axis on the sample, and The ion beam machining method is characterized in that the sample is irradiated with an ion beam from a plurality of directions and a desired portion of the sample is separated or prepared for separation.

本手段のイオンビーム加工方法によると、試料ステージを傾斜することなく、半導体ウェーハやデバイスなどの電子部品等の試料から所望の特定領域を含む微小試料を、分離または分離準備して、微小領域分析や観察、計測用のイオンビーム加工方法を実現できる。   According to the ion beam processing method of this means, a micro sample including a desired specific region is separated or prepared from a sample such as an electronic component such as a semiconductor wafer or a device without tilting the sample stage, and micro region analysis is performed. And an ion beam processing method for observation and measurement.

(2)試料へのイオンビーム照射軸と試料表面とのなす角度を、0度を超えて大きくとも90度未満として、イオンビームを前記試料に照射し、試料へのイオンビーム照射軸と試料表面とのなす角度を固定して、試料の所望の部分をイオンビームの照射により分離または分離準備することを特徴とする試料の分離方法とする。   (2) The angle formed between the ion beam irradiation axis to the sample and the sample surface is set to be greater than 0 degree and less than 90 degrees, and the sample is irradiated with the ion beam, and the sample is irradiated with the ion beam irradiation axis and the sample surface. The sample separation method is characterized in that a desired portion of the sample is separated or prepared for preparation by ion beam irradiation.

本手段の試料作製方法によると、試料ステージを傾斜することなく、半導体ウェーハやデバイスなどの電子部品等の試料から所望の特定領域を含む微小試料を、分離または分離準備して、微小領域分析や観察、計測用の試料作製方法を実現できる。また、
(3)試料へのイオンビーム照射軸と試料表面とのなす角度を30度から75度として、イオンビームを前記試料に照射し、試料へのイオンビーム照射軸と試料表面とのなす角度を固定して試料の所望の部分をイオンビームの照射により分離または分離準備することを特徴とする試料の分離方法とする。
According to the sample preparation method of this means, a minute sample including a desired specific region is separated or prepared for separation from a sample such as an electronic component such as a semiconductor wafer or a device without tilting the sample stage. A sample preparation method for observation and measurement can be realized. Also,
(3) The angle between the ion beam irradiation axis to the sample and the sample surface is set to 30 to 75 degrees, the ion beam is irradiated to the sample, and the angle between the ion beam irradiation axis to the sample and the sample surface is fixed. Thus, a sample separation method is characterized in that a desired portion of the sample is separated or prepared by ion beam irradiation.

本手段の試料作製方法によると、試料ステージを傾斜することなく、半導体ウェーハやデバイスなどの電子部品等の試料から所望の特定領域を含む微小試料を、分離または分離準備して、微小領域分析や観察、計測用の試料作製方法を実現できる。特にFIB照射角度が30から75度で行うことにより、試料表面の観察が好適で、かつ微小試料形状も作製に適した形状にすることができる。また、(4)集束イオンビームの照射光学系と、上記集束イオンビームの照射によって試料から発生する二次粒子を検出する二次粒子検出手段と、上記試料基板を載置する試料ステ−ジとを少なくとも有する試料作製装置を用いて、試料から微小試料を分離または分離準備する試料作製方法において、試料への集束イオンビーム照射軸と試料表面とのなす角度を、0度を超えて大きくとも90度未満として集束イオンビームを試料に照射し、次に試料を、試料表面法線を回転軸として回転させ、試料への集束イオンビーム照射軸と試料表面とのなす角度は固定して試料に照射し、微小試料を分離または分離準備することを特徴とする試料作製方法としても上記目的は実現する。   According to the sample preparation method of this means, a minute sample including a desired specific region is separated or prepared for separation from a sample such as an electronic component such as a semiconductor wafer or a device without tilting the sample stage. A sample preparation method for observation and measurement can be realized. In particular, when the FIB irradiation angle is 30 to 75 degrees, observation of the sample surface is suitable, and a minute sample shape can also be made suitable for production. (4) a focused ion beam irradiation optical system, secondary particle detecting means for detecting secondary particles generated from the sample by the focused ion beam irradiation, and a sample stage on which the sample substrate is placed; In a sample preparation method for separating or preparing for a micro sample from a sample using a sample preparation apparatus having at least the above, the angle formed between the focused ion beam irradiation axis of the sample and the sample surface exceeds 90 degrees and is at most 90 degrees. The sample is irradiated with a focused ion beam at a temperature of less than 1 degree, and then the sample is rotated with the sample surface normal as the rotation axis, and the angle between the focused ion beam irradiation axis on the sample and the sample surface is fixed and the sample is irradiated. However, the above object can also be realized as a sample preparation method characterized by separating or preparing for a small sample.

すなわち、従来の固定観念を打破するための本発明の要素は、試料ステージの試料表面法線を回転軸とした回転動作を、目的に適して試料作製方法に組み込むことである。本手段の試料作製方法によると、試料ステージを傾斜することなく、半導体ウェーハやデバイスなどの電子部品等の試料から所望の特定領域を含む微小試料を、分離または分離準備して、微小領域分析や観察、計測用の試料作製方法を実現できる。   That is, an element of the present invention for breaking the conventional fixed idea is to incorporate a rotation operation around the sample surface normal line of the sample stage into the sample preparation method in accordance with the purpose. According to the sample preparation method of this means, a minute sample including a desired specific region is separated or prepared for separation from a sample such as an electronic component such as a semiconductor wafer or a device without tilting the sample stage. A sample preparation method for observation and measurement can be realized.

また、試料ステージが傾斜機能を持つ装置の場合でも、ステージの傾斜時間が必要なく、試料作製時間が相対的に短縮される。また、試料ステージの傾斜前後で試料表面が観察できなくなるという問題も低減される。   Even when the sample stage is an apparatus having a tilt function, the tilt time of the stage is not required, and the sample preparation time is relatively shortened. Moreover, the problem that the sample surface cannot be observed before and after the inclination of the sample stage is reduced.

(5)上記(4)記載の試料作製方法において、前記試料の所望の部分をプローブで支持することを特徴とする試料作製方法とする。   (5) The sample preparation method according to (4), wherein a desired portion of the sample is supported by a probe.

本手段の試料作製方法によると、試料ステージを傾斜することなく、半導体ウェーハやデバイスなどの電子部品等の試料から所望の特定領域を含む微小試料を、分離して、微小領域分析や観察、計測用の試料作製方法を実現できる。また、プローブで微小試料を支持し、試料基板から抜き出すことによって、微小試料断面を詳細に観察可能となり、高精度に断面加工位置を制御できる。なお、微小試料の支持方法は、デポ膜による固定や、静電気力による固定等、微小試料を指示できる方法であれば良い。   According to the sample preparation method of this means, a micro sample including a desired specific region is separated from a sample such as an electronic component such as a semiconductor wafer or a device without tilting the sample stage, and micro region analysis, observation or measurement is performed. Sample preparation method can be realized. Further, by supporting the micro sample with the probe and extracting it from the sample substrate, the cross section of the micro sample can be observed in detail, and the cross-section processing position can be controlled with high accuracy. The method for supporting the micro sample may be any method that can indicate the micro sample, such as fixing with a deposition film or fixing with electrostatic force.

(6)観察、分析あるいは計測するための試料作製方法であって、試料への集束イオンビーム照射軸と試料表面とのなす角度を、0度を超えて大きくとも90度未満の角度で集束イオンビームを試料に照射することによって角穴を形成する工程と、試料を、試料表面法線を回転軸として回転させる工程と、回転後に集束イオンビーム照射によって上記試料基板の表面に対して斜め溝を形成する工程とによって、試料基板に支持部で保持された片持ち試料を形成する工程と、上記片持ち試料の所望の部分に移送手段の所望の部分を接触させ、デポガスを照射しつつ上記接触部を含む領域に集束イオンビーム照射してデポ膜を形成することで、上記片持ち試料と移送手段の所望の部分を固着させる工程と、集束イオンビ−ム照射することで上記支持部を切断する工程と、を含むことを特徴とする試料作製方法とする。   (6) A sample preparation method for observation, analysis or measurement, wherein the angle formed between the focused ion beam irradiation axis of the sample and the sample surface is an angle between 0 ° and 90 ° at most. A step of forming a square hole by irradiating the sample with a beam, a step of rotating the sample with the sample surface normal as a rotation axis, and forming a diagonal groove with respect to the surface of the sample substrate by focused ion beam irradiation after the rotation. A step of forming a cantilever sample held by a support portion on a sample substrate, a step of bringing the desired portion of the transfer means into contact with a desired portion of the cantilever sample, and irradiating the deposition gas with the contact Forming a deposition film by irradiating a focused ion beam to a region including the portion, fixing the cantilever sample to a desired portion of the transfer means, and irradiating the focused ion beam to the support. And cutting the part, and the sample preparation method, which comprises a.

本手段の試料作製方法によると、試料ステージを傾斜することなく、半導体ウェーハやデバイスなどの電子部品等の試料から所望の特定領域を含む微小試料を、分離または分離準備して、微小領域分析や観察、計測用の試料作製方法を実現できる。また、微小試料断面を詳細に観察可能となり、高精度に断面加工位置を制御できる。   According to the sample preparation method of this means, a minute sample including a desired specific region is separated or prepared for separation from a sample such as an electronic component such as a semiconductor wafer or a device without tilting the sample stage. A sample preparation method for observation and measurement can be realized. In addition, it is possible to observe a minute sample section in detail, and the section processing position can be controlled with high accuracy.

(7)観察、分析あるいは計測するための試料作製方法であって、試料への集束イオンビーム照射軸と試料表面とのなす角度を、0度を超えて大きくとも90度未満として、集束イオンビームを照射することによって角穴を作製し薄膜を形成する工程と、試料を、試料表面法線を回転軸として回転させる工程と、回転後に集束イオンビーム照射によって上記試料薄膜を分離するか、もしくは分離準備する工程と、を含むことを特徴とする試料作製方法とする。   (7) A sample preparation method for observation, analysis or measurement, wherein the angle between the focused ion beam irradiation axis of the sample and the sample surface is set to be greater than 0 degree and less than 90 degrees at most, and the focused ion beam The step of forming a square hole by irradiating and forming a thin film, the step of rotating the sample with the sample surface normal as the rotation axis, and separating or separating the sample thin film by focused ion beam irradiation after the rotation And a preparing step.

本手段の試料作製方法によると、試料ステージを傾斜することなく、半導体ウェーハやデバイスなどの電子部品等の試料から所望の特定領域を含む微小試料を、分離または分離準備して、微小領域分析や観察、計測用の試料作製方法を実現できる。また、イオンビームアシストデポ等の工程を含まないため、試料作製時間を短縮することができる。   According to the sample preparation method of this means, a minute sample including a desired specific region is separated or prepared for separation from a sample such as an electronic component such as a semiconductor wafer or a device without tilting the sample stage. A sample preparation method for observation and measurement can be realized. In addition, since a process such as ion beam assist deposition is not included, the sample preparation time can be shortened.

(8)上記(3)、(4)、(5)、(6)、(7)記載の試料作製方法において、複数の微小試料作製方法であって、少なくとも2個以上の微小試料を分離または分離準備するために、微小試料の周辺をイオンビームで全工程の途中まで加工後、次に試料を回転した後、各々の微小試料周辺の加工を順次継続することを特徴とする試料作製方法。   (8) In the sample preparation method described in (3), (4), (5), (6), (7) above, a plurality of micro sample preparation methods, wherein at least two or more micro samples are separated or In order to prepare for separation, the sample preparation method is characterized in that after processing the periphery of the micro sample to the middle of the whole process with an ion beam, the sample is rotated next, and then processing around each micro sample is continued.

本手段の試料作製方法によると、試料ステージを傾斜することなく、半導体ウェーハやデバイスなどの電子部品等の試料から所望の特定領域を含む微小試料を、分離または分離準備して、微小領域分析や観察、計測用の試料作製方法を実現できる。特に、複数の試料をスループット高く作製することができる。   According to the sample preparation method of this means, a minute sample including a desired specific region is separated or prepared for separation from a sample such as an electronic component such as a semiconductor wafer or a device without tilting the sample stage. A sample preparation method for observation and measurement can be realized. In particular, a plurality of samples can be manufactured with high throughput.

また、第2の目的は、以下のようにすることによって達成される。   The second object is achieved by the following way.

(9)集束イオンビームの照射光学系と、試料基板を載置する試料ステージとを少なくとも有し、試料基板から微小試料を分離または分離準備する集束イオンビーム装置において、集束イオンビームの照射光学系を含む機械カラムの概略中心軸と、試料ステージの試料の載置面とのなす角度を固定した構造であり、試料の所望の部分を分離する手段、および分離した試料を支持するプローブを備えることを特徴とする試料作製装置とする。   (9) A focused ion beam irradiation optical system in a focused ion beam apparatus that has at least a focused ion beam irradiation optical system and a sample stage on which a sample substrate is placed, and separates or prepares a minute sample from the sample substrate. Including a means for separating a desired portion of the sample and a probe for supporting the separated sample. A sample preparation apparatus characterized by the above.

本手段の試料作製装置によると、試料ステージを傾斜することなく、半導体ウェーハやデバイスなどの電子部品等の試料から所望の特定領域を含む微小試料を、分離または分離準備して、微小領域分析や観察、計測用の試料の作製を行うための試料作製装置を実現できる。また、また、プローブで微小試料を支持し、試料基板から抜き出すことによって、微小試料断面を詳細に観察可能となり、高精度に断面加工位置を制御できる試料作製装置を実現できる。なお、微小試料の支持方法は、デポ膜による固定や、静電気力による固定等、微小試料を指示できる方法であれば良い。   According to the sample preparation apparatus of this means, a micro sample including a desired specific region is separated or prepared from a sample such as an electronic component such as a semiconductor wafer or a device without tilting the sample stage, and micro region analysis or A sample preparation device for preparing a sample for observation and measurement can be realized. Further, by supporting the micro sample with the probe and extracting it from the sample substrate, it becomes possible to observe the cross section of the micro sample in detail, and a sample preparation apparatus capable of controlling the cross-section processing position with high accuracy can be realized. The method for supporting the micro sample may be any method that can indicate the micro sample, such as fixing with a deposition film or fixing with electrostatic force.

(10)集束イオンビームの照射光学系と、該集束イオンビームの照射によって試料から発生する二次粒子を検出する二次粒子検出手段と、試料基板を載置する試料ステージとを少なくとも有し、試料基板から微小試料を分離または分離準備する試料作製装置において、試料への集束イオンビーム照射軸と試料表面とのなす角度が、0度を超えて大きくとも90度未満であり、試料ステージが試料表面法線を回転軸として回転させる機能を有し、回転後に試料を分離または分離準備する集束イオンビームの照射位置を、上記集束イオンビームの照射または別に設けた電子ビーム照射系からの電子ビームによって試料から発生する二次粒子によって形成する二次粒子像を表示する画像表示手段を利用することによって決定する機能を有することを特徴とする試料作製装置とする。   (10) At least a focused ion beam irradiation optical system, secondary particle detecting means for detecting secondary particles generated from the sample by irradiation of the focused ion beam, and a sample stage on which a sample substrate is placed; In a sample preparation apparatus that separates or prepares for separation of a micro sample from a sample substrate, the angle formed by the focused ion beam irradiation axis on the sample and the sample surface is greater than 0 degree and less than 90 degrees, and the sample stage is the sample stage It has a function to rotate the surface normal as a rotation axis, and the irradiation position of the focused ion beam that separates or prepares the sample after rotation is adjusted by the irradiation of the focused ion beam or the electron beam from the electron beam irradiation system provided separately. Having a function of determining by using an image display means for displaying a secondary particle image formed by secondary particles generated from a sample The sample preparation apparatus according to claim.

本手段の試料作製装置によると、試料ステージを傾斜することなく、半導体ウェーハやデバイスなどの電子部品等の試料から所望の特定領域を含む微小試料を、分離または分離準備して、微小領域分析や観察、計測用の試料の作製を行うための装置操作の自動化や、操作者の負担を軽減できると言う観点で好適で、試料表面損傷が少なく、かつ短時間の試料作製が可能になる試料作製装置を実現できる。   According to the sample preparation apparatus of this means, a micro sample including a desired specific region is separated or prepared from a sample such as an electronic component such as a semiconductor wafer or a device without tilting the sample stage, and micro region analysis or Suitable for automating the operation of equipment for preparing specimens for observation and measurement, and reducing the burden on the operator. A device can be realized.

(11)集束イオンビームの照射光学系と、該集束イオンビームの照射によって試料から発生する二次粒子を検出する二次粒子検出手段と、試料基板を載置する試料ステージとを少なくとも有し、試料基板から微小試料を分離または分離準備する試料作製装置において、試料への集束イオンビーム照射軸と試料表面とのなす角度を0度を超えて大きくとも90度未満であり、試料ステージが試料表面法線を回転軸として回転させる機能を有し、回転後に試料を分離または分離準備する集束イオンビームの照射位置を、上記集束イオンビームまたは別に設けた電子ビーム照射系からの電子ビームの照射によって試料から発生する二次粒子によって形成する二次粒子像を画像処理した結果を利用して、決定する機能を有することを特徴とする試料作製装置とする。   (11) At least a focused ion beam irradiation optical system, secondary particle detecting means for detecting secondary particles generated from the sample by irradiation of the focused ion beam, and a sample stage on which a sample substrate is placed; In a sample preparation apparatus that separates or prepares for separation of a micro sample from a sample substrate, the angle formed by the focused ion beam irradiation axis on the sample and the sample surface is more than 0 degree and less than 90 degrees, and the sample stage is the sample surface The sample has a function of rotating with the normal as a rotation axis, and the irradiation position of the focused ion beam that separates or prepares the sample after the rotation is irradiated by the focused ion beam or an electron beam from a separately provided electron beam irradiation system. A sample having a function of determining using a result of image processing of a secondary particle image formed by secondary particles generated from And manufacturing equipment.

本手段の試料作製装置によると、試料ステージを傾斜することなく、半導体ウェーハやデバイスなどの電子部品等の試料から所望の特定領域を含む微小試料を、分離または分離準備して、微小領域分析や観察、計測用の試料の作製を行うための装置操作の自動化や、操作者の負担を軽減できると言う観点で好適で、試料表面損傷が少なく、かつ短時間の試料作製が可能になる試料作製装置を実現できる。   According to the sample preparation apparatus of this means, a micro sample including a desired specific region is separated or prepared from a sample such as an electronic component such as a semiconductor wafer or a device without tilting the sample stage, and micro region analysis or Suitable for automating the operation of equipment for preparing specimens for observation and measurement, and reducing the burden on the operator. A device can be realized.

(12)集束イオンビームの照射光学系と、該集束イオンビームの照射によって試料から発生する二次粒子を検出する二次粒子検出手段と、試料基板を載置する試料ステージとを少なくとも有し、試料基板から微小試料を分離または分離準備する試料作製装置において、試料への集束イオンビーム照射軸と試料表面とのなす角度が30度から75度の範囲であり、試料ステージが試料表面法線を回転軸として回転させる機能を有し、上記試料基板の所望の部分を分離した摘出微小試料を別の部材に移し変える移送手段と、上記微小摘出試料を載置する試料ホルダの保持手段とを有することを特徴とする試料作製装置とする。   (12) at least a focused ion beam irradiation optical system, secondary particle detecting means for detecting secondary particles generated from the sample by irradiation of the focused ion beam, and a sample stage on which a sample substrate is placed; In a sample preparation apparatus that separates or prepares for separation of a micro sample from a sample substrate, the angle formed by the focused ion beam irradiation axis on the sample and the sample surface is in the range of 30 to 75 degrees, and the sample stage shows the sample surface normal. It has a function of rotating as a rotating shaft, and has a transfer means for transferring an extracted microsample from which a desired portion of the sample substrate is separated to another member, and a holding means for a sample holder on which the microextracted sample is placed. The sample preparation apparatus is characterized by this.

本手段の試料作製装置によると、試料ステージを傾斜することなく、半導体ウェーハやデバイスなどの電子部品等の試料から所望の特定領域を含む微小試料を、分離または分離準備して、微小領域分析や観察、計測用の試料の作製をするのに適しており、特にFIB照射角度が30から75度で行うことにより、試料表面の観察が好適で、かつ微小試料形状も作製に適した形状にすることができる。さらに短時間の試料作製が可能になる試料作製装置を実現できる。   According to the sample preparation apparatus of this means, a micro sample including a desired specific region is separated or prepared from a sample such as an electronic component such as a semiconductor wafer or a device without tilting the sample stage, and micro region analysis or It is suitable for preparing samples for observation and measurement. Especially, when the FIB irradiation angle is 30 to 75 degrees, observation of the sample surface is suitable, and the shape of the micro sample is also suitable for production. be able to. Furthermore, a sample preparation apparatus that enables sample preparation in a short time can be realized.

(13)集束イオンビームの照射光学系と、該集束イオンビームの照射によって試料から発生する二次粒子を検出する二次粒子検出手段と、試料基板を載置する試料ステージとを少なくとも有し、試料基板から微小試料を分離または分離準備する試料作製装置において、試料への集束イオンビーム照射軸と試料表面とのなす角度が45度であり、試料ステージが試料表面法線を回転軸として回転させる機能を有し、上記試料基板の所望の部分を分離した摘出微小試料を別の部材に移し変える移送手段と、上記微小摘出試料を載置する試料ホルダの保持手段とを有することを特徴とする試料作製装置とする。   (13) At least a focused ion beam irradiation optical system, secondary particle detecting means for detecting secondary particles generated from the sample by irradiation of the focused ion beam, and a sample stage on which a sample substrate is placed; In a sample preparation apparatus that separates or prepares a minute sample from a sample substrate, the angle formed by the focused ion beam irradiation axis on the sample and the sample surface is 45 degrees, and the sample stage rotates with the sample surface normal as the rotation axis And a transfer means for transferring the extracted microsample separated from a desired portion of the sample substrate to another member, and a holding means for a sample holder for mounting the microextracted sample. A sample preparation apparatus is used.

本手段の試料作製装置によると、試料ステージを傾斜することなく、半導体ウェーハやデバイスなどの電子部品等の試料から所望の特定領域を含む微小試料を、分離または分離準備して、微小領域分析や観察、計測用の試料の作製を、試料表面と試料断面の両者を、FIB照射により観察する場合に、いずれもFIB照射角度が45度とすることができ,両者を同様な条件で行うことができ試料を分離もしくは分離準備するのに適しており、さらに試料表面損傷が少なく、かつ短時間の試料作製が可能になる試料作製装置を実現できる。   According to the sample preparation apparatus of this means, a micro sample including a desired specific region is separated or prepared from a sample such as an electronic component such as a semiconductor wafer or a device without tilting the sample stage, and micro region analysis or When preparing samples for observation and measurement, both the sample surface and the sample cross section are observed by FIB irradiation, the FIB irradiation angle can be 45 degrees in both cases, and both can be performed under the same conditions. Therefore, it is possible to realize a sample preparation apparatus that is suitable for separating or preparing for a sample, and with less damage to the surface of the sample and enabling sample preparation in a short time.

(14)上記(10)、(11)、(12)および(13)記載の試料作製装置において、試料への集束イオンビーム照射軸が、集束イオンビーム照射光学系の構成要素である概略中心対称の対物レンズの機械的中心軸と概略一致することを特徴とする試料作製装置とする。   (14) In the sample preparation device described in (10), (11), (12) and (13) above, the focused ion beam irradiation axis to the sample is substantially centrally symmetric, which is a component of the focused ion beam irradiation optical system. The sample preparation apparatus is characterized in that it substantially coincides with the mechanical central axis of the objective lens.

本手段の試料作製装置によると、試料ステージを傾斜することなく、半導体ウェーハやデバイスなどの電子部品等の試料から所望の特定領域を含む微小試料を、分離または分離準備して、微小領域分析や観察、計測用の試料の作製が可能になる試料作製装置を実現するのに、集束イオンビーム照射光学系の構成要素である概略中心対称の対物レンズと試料ステージ面のなす角度を機械的に規定すれば実現できるので、装置設計を単純化できる。   According to the sample preparation apparatus of this means, a micro sample including a desired specific region is separated or prepared from a sample such as an electronic component such as a semiconductor wafer or a device without tilting the sample stage, and micro region analysis or In order to realize a sample preparation device that enables the preparation of samples for observation and measurement, the angle between the objective lens, which is a component of the focused ion beam irradiation optical system, and the sample stage surface is mechanically defined. This makes it possible to simplify the device design.

(15)集束イオンビームの照射光学系と、集束イオンビームの照射によって試料から発生する二次粒子を検出する二次粒子検出手段と、試料基板を載置する試料ステ−ジとを少なくとも有し、試料基板から微小試料を分離または分離準備するために、その微小試料の周りに、試料基板に対して複数の入射方向から集束イオンビームを照射して、微小試料を分離または分離準備する試料作製装置において、その集束イオンビーム照射光学系に試料への集束イオンビーム照射軸を少なくとも15度変えられる、集束イオンビーム傾斜機能を持たせたことを特徴とする試料作製装置とする。   (15) At least a focused ion beam irradiation optical system, secondary particle detecting means for detecting secondary particles generated from the sample by the focused ion beam irradiation, and a sample stage on which the sample substrate is placed In order to separate a micro sample from a sample substrate or to prepare for separation, a sample is prepared by irradiating the sample substrate with a focused ion beam from a plurality of incident directions to separate or prepare a micro sample. In this apparatus, the focused ion beam irradiation optical system is provided with a focused ion beam tilting function capable of changing the focused ion beam irradiation axis to the sample by at least 15 degrees.

本手段の試料作製装置によると、試料ステージを傾斜することなく、半導体ウェーハやデバイスなどの電子部品等の試料から所望の特定領域を含む微小試料を、分離または分離準備して、微小領域分析や観察、計測用の試料の作製が可能になる試料作製装置が、集束イオンビーム入射方向を少なくとも15度変えられる、集束イオンビーム傾斜機能により実現される。特に、試料作製において集束イオンビーム入射角度を選択できるので多様な試料作製方法および試料形状を実現できる。   According to the sample preparation apparatus of this means, a micro sample including a desired specific region is separated or prepared from a sample such as an electronic component such as a semiconductor wafer or a device without tilting the sample stage, and micro region analysis or A sample preparation apparatus that enables preparation of a sample for observation and measurement is realized by a focused ion beam tilting function that can change the incident direction of the focused ion beam by at least 15 degrees. In particular, since a focused ion beam incident angle can be selected in sample preparation, various sample preparation methods and sample shapes can be realized.

(16)上記(15)記載の試料作製装置において、試料への集束イオンビーム照射軸を少なくとも15度変えられる、集束イオンビーム傾斜機能が、集束イオンビーム照射光学系を含む機械的カラムの試料ステージに対する傾斜角度可変機構により実現されることを特徴とする試料作製装置とする。   (16) The sample stage of the mechanical column including the focused ion beam irradiation optical system in which the focused ion beam irradiation axis on the sample can be changed by at least 15 degrees in the sample preparation apparatus according to (15). The sample preparation apparatus is realized by a variable tilt angle mechanism.

本手段の試料作製装置によると、試料ステージを傾斜することなく、半導体ウェーハやデバイスなどの電子部品等の試料から所望の特定領域を含む微小試料を、分離または分離準備して、微小領域分析や観察、計測用の試料の作製が可能になる試料作製装置が、集束イオンビーム照射系を含む機械的カラムの試料ステージに対する傾斜角度可変機構により実現される。特に、試料作製において集束イオンビーム入射角度を選択できるので多様な試料作製方法および試料形状を実現できる。   According to the sample preparation apparatus of this means, a micro sample including a desired specific region is separated or prepared from a sample such as an electronic component such as a semiconductor wafer or a device without tilting the sample stage, and micro region analysis or A sample preparation apparatus that enables preparation of a sample for observation and measurement is realized by a variable tilt angle mechanism for a sample stage of a mechanical column including a focused ion beam irradiation system. In particular, since a focused ion beam incident angle can be selected in sample preparation, various sample preparation methods and sample shapes can be realized.

(17)上記(15)記載の試料作製装置において、試料への集束イオンビーム照射軸を少なくとも15度変えられる、集束イオンビーム傾斜機能が、電気的偏向機構により実現されることを特徴とする試料作製装置とする。   (17) The sample preparation apparatus according to (15), wherein the focused ion beam tilting function capable of changing a focused ion beam irradiation axis to the sample by at least 15 degrees is realized by an electrical deflection mechanism. A manufacturing apparatus is used.

本手段の試料作製装置によると、試料ステージを傾斜することなく、半導体ウェーハやデバイスなどの電子部品等の試料から所望の特定領域を含む微小試料を、分離または分離準備して、微小領域分析や観察、計測用の試料の作製が可能になる試料作製装置が、電気的偏向機構により実現される。特に、機械的装置構成が単純化され、製造コストを低下でき、さらに試料作製において集束イオンビーム入射角度を選択できるので多様な試料作製方法および試料形状を実現できる。   According to the sample preparation apparatus of this means, a micro sample including a desired specific region is separated or prepared from a sample such as an electronic component such as a semiconductor wafer or a device without tilting the sample stage, and micro region analysis or A sample preparation apparatus that enables preparation of a sample for observation and measurement is realized by an electrical deflection mechanism. In particular, the mechanical device configuration is simplified, the manufacturing cost can be reduced, and the incident angle of the focused ion beam can be selected in sample preparation, so that various sample preparation methods and sample shapes can be realized.

(18)上記(10)、(11)、(12)、(13)、(14)、(15)、(16)、および(17)記載の試料作製装置において、試料ステージが、ステージ面内に含まれる線分もしくは平行な線分を傾斜軸とする傾斜角度を固定する構造とすることを特徴とする試料作製装置。とする。   (18) In the sample preparation device described in (10), (11), (12), (13), (14), (15), (16), and (17), the sample stage is in the stage surface. A sample preparation apparatus characterized by having a structure in which an inclination angle with a line segment included in or a parallel line segment as an inclination axis is fixed. And

本手段の試料作製装置によると、試料ステージが傾斜機能を持たないため、装置全体の小型化が実現し、かつ、半導体ウェーハやデバイスなどの電子部品等の試料から所望の特定領域を含む微小試料を、分離または分離準備して、微小領域分析や観察、計測用の試料の作製が可能になる試料作製装置を実現できる。   According to the sample preparation apparatus of this means, since the sample stage does not have a tilt function, the entire apparatus can be miniaturized and a micro sample including a desired specific region from a sample such as an electronic component such as a semiconductor wafer or a device. Can be separated or prepared for preparation, and a sample preparation apparatus that can prepare a sample for micro-region analysis, observation, and measurement can be realized.

(19)上記(9)、(10)、(11)、(12)、(13)、(14)、(15)、(16)、および(17)記載の試料作製装置において、試料ステージが、ある特定の固定した角度で回転するステージと、任意の角度で回転可能なステージの合体で構成されることを特徴とする試料作製装置とする。   (19) In the sample preparation device described in (9), (10), (11), (12), (13), (14), (15), (16), and (17), the sample stage is A sample preparation apparatus comprising a stage that rotates at a specific fixed angle and a stage that can rotate at an arbitrary angle.

本手段の試料作製装置によると、試料ステージが傾斜機能を持たないため、装置全体の小型化が実現し、かつ、半導体ウェーハやデバイスなどの電子部品等の試料から所望の特定領域を含む微小試料を、分離または分離準備して、微小領域分析や観察、計測用の試料の作製が可能になる試料作製装置を実現できる。特に、位置合わせに必要な時間を節約して、試料作製のスループットを上げるのに好適となる。   According to the sample preparation apparatus of this means, since the sample stage does not have a tilt function, the entire apparatus can be miniaturized and a micro sample including a desired specific region from a sample such as an electronic component such as a semiconductor wafer or a device. Can be separated or prepared for preparation, and a sample preparation apparatus that can prepare a sample for micro-region analysis, observation, and measurement can be realized. In particular, it is suitable for saving the time required for alignment and increasing the throughput of sample preparation.

(20)上記(9)、(10)、(11)、(12)、(13)、(14)、(15)、(16)、および(17)記載の試料作製装置において、試料ステージが、90度および180度少なくともいずれか一つの固定角度で回転するステージと、任意の角度で回転可能なステージの合体で構成されることを特徴とする試料作製装置。   (20) In the sample preparation device described in (9), (10), (11), (12), (13), (14), (15), (16), and (17), the sample stage is , 90 ° and 180 °, a sample rotating apparatus comprising a stage that rotates at a fixed angle of at least one and a stage that can rotate at an arbitrary angle.

本手段の試料作製装置によると、試料ステージが傾斜機能を持たないため、装置全体の小型化が実現し、かつ、半導体ウェーハやデバイスなどの電子部品等の試料から所望の特定領域を含む微小試料を、分離または分離準備して、微小領域分析や観察、計測用の試料の作製が可能になる試料作製装置を実現できる。特に、位置合わせに必要な時間を節約して、試料作製のスループットを上げるのに好適となる。   According to the sample preparation apparatus of this means, since the sample stage does not have a tilt function, the entire apparatus can be miniaturized and a micro sample including a desired specific region from a sample such as an electronic component such as a semiconductor wafer or a device. Can be separated or prepared for preparation, and a sample preparation apparatus that can prepare a sample for micro-region analysis, observation, and measurement can be realized. In particular, it is suitable for saving the time required for alignment and increasing the throughput of sample preparation.

本願による試料作製方法では、微小試料を試料基板から分離する一連の工程で、FIBと試料表面とのなす角度は変更されることがなく、ステージを傾斜する工程は含まない。したがって、本願による試料作製方法では、装置全体の小型化のため、試料ステージの傾斜機能を省略しても、試料から微小試料を分離または分離準備して、微小領域分析や観察、計測用の試料作製が可能となる。また、試料ステージが傾斜機能を持つ装置の場合でも、ステージを傾斜時間が必要なく、試料作製時間が相対的に短縮される。また、試料ステージの傾斜前後で試料表面が観察できなくなるという問題も低減される。   In the sample preparation method according to the present application, the angle formed between the FIB and the sample surface is not changed in a series of steps of separating the micro sample from the sample substrate, and the step of tilting the stage is not included. Therefore, in the sample preparation method according to the present application, in order to reduce the size of the entire apparatus, even if the tilt function of the sample stage is omitted, the micro sample is separated from or prepared for separation, and the sample for micro area analysis, observation, and measurement is used. Fabrication is possible. Further, even when the sample stage is an apparatus having a tilt function, it is not necessary to tilt the stage, and the sample preparation time is relatively shortened. Moreover, the problem that the sample surface cannot be observed before and after the inclination of the sample stage is reduced.

また、本願による試料作製装置によると、試料から微小試料を分離または分離準備して、微小領域分析や観察、計測用の試料作製を、装置操作の自動化や、操作者の負担を軽減できると言う観点で好適な試料作製装置が提供される。   In addition, according to the sample preparation apparatus according to the present application, it is possible to separate or prepare a minute sample from the sample, and to prepare a sample for minute region analysis, observation, and measurement, automating the operation of the apparatus, and reducing the burden on the operator. A sample preparation apparatus suitable from the viewpoint is provided.

本発明による試料作製装置の実施の形態は、ステージ上の試料表面と集束イオンビーム照射軸とのなす角度が0度を超えて大きくとも90度未満の角度で集束イオンビームが照射されるように配置した集束イオンビーム照射光学系と、上記集束イオンビームの照射によって試料から発生する二次粒子を検出する二次粒子検出手段と、傾斜機構を有しない構造の試料ステ−ジとを少なくとも有する構成とする。   In the embodiment of the sample preparation apparatus according to the present invention, the focused ion beam is irradiated at an angle between the sample surface on the stage and the focused ion beam irradiation axis exceeding 0 degree and at most less than 90 degrees. A configuration having at least a focused ion beam irradiation optical system, a secondary particle detection means for detecting secondary particles generated from the sample by irradiation of the focused ion beam, and a sample stage having a structure without an inclination mechanism And

以下に、その具体的実施形態例を示す。
<実施形態例1>
本願による一実施の形態である試料作製装置の概略構成図を、図4を用いて説明する。
Below, the concrete example of embodiment is shown.
<Embodiment 1>
A schematic configuration diagram of a sample preparation apparatus according to an embodiment of the present application will be described with reference to FIG.

試料作製装置17は、真空容器41を有しており、真空容器内には、イオン源32、ビーム制限アパーチャ33、イオンビーム走査電極34、およびイオンビームレンズ31などから構成されるFIB照射光学系35、FIB照射によって試料から放出する二次電子や二次イオンを検出する二次粒子検出器36、イオンビーム照射領域にデポ膜を形成するための元材料ガスを供給するデポガス源37、マニュピュレータ42先端に取り付けたプローブ3、半導体ウェーハや半導体チップなどの試料基板38を載置する試料ステージ39、試料基板の一部を摘出した微小な摘出試料を固定する試料ホルダ40などが配置されている。ここで、FIB照射光学系35は、対物レンズ44の概略中心軸と試料表面のなす角度が45度になるようにステージ39に対して設置されている。また、試料ステージは試料表面に対する垂直線分を回転軸として回転させる機能を有している。また本装置を制御する装置として、主に電気回路や演算装置からなるステージ制御装置61、マニュピレータ制御装置62、二次電子検出器の増幅器63、デポガス源制御装置64、FIB制御装置65、および計算処理装置74、などが配置される。計算処理装置74では、上記FIBの照射によって試料から発生する二次電子によって形成する二次電子像を画像処理することによって試料形状を認識する機能を有する。
また、試料形状情報によりFIB制御装置65によってFIB1を試料形状の所望の位置に照射する機能を有する。
The sample preparation device 17 includes a vacuum container 41, and an FIB irradiation optical system including an ion source 32, a beam limiting aperture 33, an ion beam scanning electrode 34, an ion beam lens 31, and the like is included in the vacuum container. 35, a secondary particle detector 36 for detecting secondary electrons and secondary ions emitted from the sample by FIB irradiation, a depot gas source 37 for supplying a source material gas for forming a deposition film in the ion beam irradiation region, a manipulator 42, a probe 3 attached to the tip, a sample stage 39 on which a sample substrate 38 such as a semiconductor wafer or a semiconductor chip is placed, a sample holder 40 for fixing a minute extracted sample obtained by extracting a part of the sample substrate, and the like are arranged. . Here, the FIB irradiation optical system 35 is installed with respect to the stage 39 so that the angle formed by the approximate center axis of the objective lens 44 and the sample surface is 45 degrees. The sample stage has a function of rotating a vertical line segment with respect to the sample surface as a rotation axis. Further, as a device for controlling this device, a stage control device 61, a manipulator control device 62, a secondary electron detector amplifier 63, a deposition gas source control device 64, an FIB control device 65, and a calculation mainly composed of an electric circuit or an arithmetic device. A processing device 74 and the like are arranged. The calculation processing device 74 has a function of recognizing the sample shape by performing image processing on a secondary electron image formed by secondary electrons generated from the sample by the FIB irradiation.
In addition, the FIB controller 65 has a function of irradiating a desired position of the sample shape with the FIB control device 65 based on the sample shape information.

次に、本試料作製装置の動作について説明する。まず、イオン源32から放出したイオンをビーム制限アパーチャ33、イオンビームレンズ31、対物レンズ44を通して試料基板38に照射する。FIB1は試料上で直径数ナノメートルから1マイクロメートル程度に細束化される。FIB1を試料基板38に照射するとスパッタリング現象により試料表面の構成原子が真空中に放出される。したがってイオンビーム走査電極34を用いてFIB1を走査させることで、マイクロメートルからサブマイクロメートルレベルの加工ができることになる。また、デポジションガスを試料室中に導入しながらFIB1を試料基板38に照射することによって、デポ膜を形成することができる。このように、FIB1によるスパッタリングあるいはデポジションを巧みにつかって試料基板38を加工することができる。
FIB1照射によって形成するデポ膜は、プローブ3の先端にある接触部と試料を接続したり、摘出試料を試料ホルダ40に固定するために使用する。また、FIB1を走査して、試料から放出される二次電子や二次イオンを二次粒子検出器36で検出して、その強度を画像の輝度に変換することによって試料基板38やプローブ3などを観察することができる。
Next, the operation of the sample preparation apparatus will be described. First, the sample substrate 38 is irradiated with ions emitted from the ion source 32 through the beam limiting aperture 33, the ion beam lens 31, and the objective lens 44. FIB 1 is bundled to a diameter of several nanometers to about 1 micrometer on the sample. When the sample substrate 38 is irradiated with the FIB 1, constituent atoms on the sample surface are released into the vacuum by a sputtering phenomenon. Therefore, by scanning the FIB 1 using the ion beam scanning electrode 34, processing from the micrometer level to the submicrometer level can be performed. Further, the deposition film can be formed by irradiating the sample substrate 38 with the FIB 1 while introducing the deposition gas into the sample chamber. In this way, the sample substrate 38 can be processed by skillfully using sputtering or deposition by the FIB 1.
The deposition film formed by FIB 1 irradiation is used to connect the contact portion at the tip of the probe 3 and the sample, or to fix the extracted sample to the sample holder 40. Also, the FIB 1 is scanned, secondary electrons and secondary ions emitted from the sample are detected by the secondary particle detector 36, and the intensity is converted into the luminance of the image, thereby the sample substrate 38, the probe 3, etc. Can be observed.

次に、本願による一実施の形態である試料作製方法について、図1を用いて説明する。ここで、図1の理解のため、補足として図8に、FIB照射軸を試料表面に対して法線で作製した角穴501(a)と、FIB照射軸を試料表面に対して45度で作製した角穴502(b)を示すので参考にされたい。試料作製は、まず、基板にTEM観察用の薄膜作製の位置を示すマークと保護膜を作成する。次に、基板表面に対するFIBの照射軸を試料表面に投影した方向を一辺とする矩形に、FIB1を試料基板上で走査させ、深さ方向に傾斜した深さ約15μmの2つの角穴101(図a)と、同様に深さ方向に傾斜した切り欠き溝102(図b)を形成する。なお、FIB照射軸は試料表面に対して45度である。次に、試料表面に対する垂直軸を回転軸として、試料を約180度回転させる。ここで、FIB1の照射によって試料から発生する二次電子によって形成する二次電子像を画像処理することによって、これまでに形成した2つの角穴および、切り欠き溝を認識する。そして、試料形状情報によりFIB制御装置65によってFIB照射位置を制御し、同様に深さ方向に傾斜した溝103を形成する(図c)。次に、プローブ制御装置を駆動して、プローブ3の先端を基板上のマイクロサンプル6に接触させる。次にガスノズルから堆積性ガスを供給し、FIB1をプローブ3の先端部を含む領域に局所的に照射し、デポ膜105を形成して、接触状態にある基板の分離部分とプローブ3とを接続する(図d)。FIB1で支持部104を切除することで、マイクロサンプル6は接続されたプローブ3で支持された状態になる(図e) 。プローブ3を上方に移動させることでマイクロサンプル6は摘出できる(図f)。以降の工程は従来と同じである。
すなわち、プローブを試料面上方で停止させている間に試料台を動作させて、マイクロサンプルをサンプルメッシュに移動する。マイクロサンプルは、デポ膜でサンプルメッシュに固定する。FIBでプローブを切断し、微小試料から分離する。最後に、この微小試料の中の観察領域をFIBで厚さ100nm程度に薄膜化し、TEM試料が完成する。
Next, a sample preparation method according to an embodiment of the present application will be described with reference to FIG. Here, in order to understand FIG. 1, as a supplement to FIG. 8, FIG. 8 shows a square hole 501 (a) produced with the FIB irradiation axis normal to the sample surface, and the FIB irradiation axis at 45 degrees with respect to the sample surface. The produced square hole 502 (b) is shown for reference. For sample preparation, first, a mark indicating the position of thin film preparation for TEM observation and a protective film are formed on the substrate. Next, the FIB 1 is scanned on the sample substrate in a rectangle whose side is projected from the FIB irradiation axis on the substrate surface, and two square holes 101 (about 15 μm deep inclined in the depth direction) ( Similarly to FIG. A), a notch groove 102 (FIG. B) inclined in the depth direction is formed. The FIB irradiation axis is 45 degrees with respect to the sample surface. Next, the sample is rotated about 180 degrees with the axis perpendicular to the sample surface as the rotation axis. Here, the secondary electron image formed by the secondary electrons generated from the sample by the irradiation of FIB 1 is subjected to image processing, thereby recognizing the two square holes formed so far and the notch groove. Then, the FIB controller 65 controls the FIB irradiation position based on the sample shape information, and similarly, the groove 103 inclined in the depth direction is formed (FIG. C). Next, the probe control device is driven to bring the tip of the probe 3 into contact with the microsample 6 on the substrate. Next, a deposition gas is supplied from the gas nozzle, and FIB 1 is locally irradiated onto the region including the tip of probe 3 to form deposition film 105 and connect the separated portion of the substrate in contact with probe 3. (Figure d). The microsample 6 is supported by the connected probe 3 by cutting the support portion 104 with the FIB 1 (FIG. E). The microsample 6 can be extracted by moving the probe 3 upward (FIG. F). The subsequent steps are the same as in the prior art.
That is, while the probe is stopped above the sample surface, the sample stage is operated to move the microsample to the sample mesh. The micro sample is fixed to the sample mesh with a deposition membrane. Cut the probe with FIB and separate it from the micro sample. Finally, the observation region in this micro sample is thinned to a thickness of about 100 nm by FIB to complete the TEM sample.

なお、本手法では(図c)における深さ方向に傾斜した溝を形成するのに、試料を約180度回転させて行っているが、試料表面に対する垂直軸を回転軸として、約90度回転させて形成しても良い。この場合のマイクロサンプル形状は図5(a)に示すようになり、試料を約180度回転させて行った上記の例では図5(b)に示すようになる。また、2つの角穴(図a)と、同様に深さ方向に傾斜した切り欠き溝(図b)、および試料を約180度もしくは約90度回転させて形成した溝(図c)の形成順序に特に限定はない。   In this method, the sample is rotated by approximately 180 degrees to form the groove inclined in the depth direction in Fig. C.However, it is rotated by approximately 90 degrees with the axis perpendicular to the sample surface as the rotation axis. And may be formed. The microsample shape in this case is as shown in FIG. 5 (a), and in the above example, which is performed by rotating the sample by about 180 degrees, it is as shown in FIG. 5 (b). In addition, two square holes (Fig. A), a notch groove (Fig. B) inclined in the same direction in the depth direction, and a groove (Fig. C) formed by rotating the sample about 180 degrees or 90 degrees There is no particular limitation on the order.

また、本実施の形態では、FIBの照射によって試料から発生する二次電子によって形成する二次電子像を画像処理することによって、これまでに形成した2つの角穴および、切り欠き溝を認識し、この試料形状情報によりFIB制御装置によってFIB照射位置を制御した。これにより操作の自動化が可能になったり、操作者の負担を軽減できる。しかし、必ずしも、画像処理装置を用いる必要は無く、装置操作者が、二次電子像を画像表示装置で観察してFIB照射位置を制御してもよい。   In the present embodiment, the image processing is performed on the secondary electron image formed by the secondary electrons generated from the sample by the FIB irradiation, thereby recognizing the two square holes formed so far and the notch groove. The FIB irradiation position was controlled by the FIB controller based on the sample shape information. As a result, the operation can be automated and the burden on the operator can be reduced. However, it is not always necessary to use an image processing apparatus, and the apparatus operator may control the FIB irradiation position by observing the secondary electron image on the image display apparatus.

また、複数の微小試料作製をする場合には、各々の試料を順序にしたがって作製することは可能であるが、まず、深さ方向に傾斜した深さ約15μmの2つの角穴101(図a)と、同様に深さ方向に傾斜した切り欠き溝102(図b)を、必要な場所に複数の試料に必要な個数まず形成する。次に、試料表面に対する垂直軸を回転軸として、試料を約180度回転させる。次に、各々の試料の位置合わせに続き、各々の試料に対して深さ方向に傾斜した溝103を形成する(図c)。次に、プローブ制御装置を駆動して、プローブ3を使って、複数のマイクロサンプル6を、順序にしたがってTEM試料作製する。このようにすると、比較的時間を要する回転操作を減少させることができるため、各々の試料を順序にしたがって作製するよりも、複数の試料をスループット高く作製することができる。   When a plurality of micro samples are manufactured, each sample can be manufactured in order. First, two square holes 101 having a depth of about 15 μm inclined in the depth direction (see FIG. In the same manner, first, a required number of notch grooves 102 (FIG. B) inclined in the depth direction are formed in a required place for a plurality of samples. Next, the sample is rotated about 180 degrees with the axis perpendicular to the sample surface as the rotation axis. Next, following the alignment of each sample, a groove 103 inclined in the depth direction with respect to each sample is formed (FIG. C). Next, the probe control device is driven, and a plurality of microsamples 6 are prepared according to the order using the probe 3. In this way, since a relatively time-consuming rotation operation can be reduced, it is possible to manufacture a plurality of samples with a higher throughput than manufacturing each sample in order.

以上に述べた実施の形態では、微小試料を試料基板から分離する一連の工程で、FIBと試料表面とのなす角度は45度で変更されることは無い。すなわち、ステージを傾斜する工程は含まない。したがって、本実施の形態によると、装置全体の小型化のため、試料ステージの傾斜機能を省略しても、試料から微小試料を分離または分離準備して、微小領域分析や観察、計測用の試料作製が可能となる。
また、本実施の形態とは異なり、試料ステージが傾斜機能を持つ装置の場合でも、本発明は有効で、ステージを傾斜時間が必要なく、試料作製時間が相対的に短縮される。また、試料ステージの傾斜前後で試料表面が観察できなくなるという問題も低減される。また、本実施の形態では、TEM試料用薄膜加工時に微小試料を試料基板から抜き出しているため、微小試料断面を詳細に観察可能となり、高精度に断面加工位置を制御できる。
In the embodiment described above, the angle formed between the FIB and the sample surface is not changed by 45 degrees in a series of steps for separating the micro sample from the sample substrate. That is, the step of tilting the stage is not included. Therefore, according to the present embodiment, in order to reduce the size of the entire apparatus, even if the tilt function of the sample stage is omitted, the sample for separation or preparation for separation is prepared from the sample, and the sample for minute region analysis, observation, and measurement is used. Fabrication is possible.
Further, unlike the present embodiment, even when the sample stage has an inclination function, the present invention is effective, the stage does not need to be inclined, and the sample preparation time is relatively shortened. Moreover, the problem that the sample surface cannot be observed before and after the inclination of the sample stage is reduced. Further, in the present embodiment, since the micro sample is extracted from the sample substrate when processing the thin film for the TEM sample, the cross section of the micro sample can be observed in detail, and the cross section processing position can be controlled with high accuracy.

また、本実施の形態によると、試料から微小試料を分離または分離準備して、微小領域分析や観察、計測用の試料作製を、装置操作の自動化や、操作者の負担を軽減できると言う観点で好適な試料作製装置が提供される。   In addition, according to the present embodiment, it is possible to separate or prepare a micro sample from a sample, and to prepare a sample for micro region analysis, observation, and measurement, automating the operation of the apparatus, and reducing the burden on the operator A suitable sample preparation apparatus is provided.

また、本実施の形態で、試料ステージを、ある特定の固定した角度で回転するステージと、任意の角度で回転可能なステージの合体で構成する。固定した角度で回転するステージは、上記で述べた180度回転もしくは90度回転で動作させる。任意の角度で回転するステージは試料上で加工位置の調整等で動作させる。一般に、任意角度回転ステージはその回転角度を決める精度はせいぜい0.01度である。本実施の形態のように、回転後に微小な位置合わせを必要とする場合には精度が不足する。しかし、ある特定の固定した角度の回転のみの機能のステージではさらに回転精度をあげることが可能である。したがって、本実施の形態で180度回転もしくは90度回転後に加工位置を合わせるのに、固定した角度で回転するステージを動作させるのは、位置合わせに必要な時間を節約して、試料作製のスループットを上げるのに好適となる。   Further, in this embodiment, the sample stage is configured by combining a stage that rotates at a specific fixed angle and a stage that can rotate at an arbitrary angle. The stage rotating at a fixed angle is operated by the 180 degree rotation or 90 degree rotation described above. A stage rotating at an arbitrary angle is operated by adjusting a processing position on the sample. In general, the accuracy of determining the rotation angle of an arbitrary angle rotation stage is at most 0.01 degrees. As in this embodiment, the accuracy is insufficient when fine alignment is required after rotation. However, it is possible to further increase the rotation accuracy in the stage having only a function of rotation at a specific fixed angle. Therefore, operating the stage that rotates at a fixed angle to align the processing position after rotating 180 degrees or 90 degrees in this embodiment saves the time required for alignment and the throughput of sample preparation. It becomes suitable for raising.

なお、本実施の形態では、FIB照射軸が試料表面に対して45度になるようにしたが、45度にすると試料表面と試料断面の両者を、FIB照射により観察する場合に、いずれもFIB照射角度が45度となり,両者を同様な条件で行うことができるので試料を分離もしくは分離準備するのに適している。しかし、必ずしも45度に限定されず、90度未満の角度であれば本発明の効果を得ることができる。ただし、FIB照射軸が試料表面に対して30度未満にすると、微小試料を分離するための加工領域が拡大し、試料表面を無駄に消費する。また、75度以上になると実際の加工壁面の表面に対する角度は90度近くになり微小試料を分離するための加工深さが増し、加工時間が長くなったり、さらには微小試料の分離が不可能になる場合がある。したがって、微小試料を分離するためには、ビームの試料照射軸と試料表面のなす角度は、30度から75度までの範囲が好ましい。   In this embodiment, the FIB irradiation axis is set to 45 degrees with respect to the sample surface. However, when the angle is set to 45 degrees, both the sample surface and the sample cross section are observed by FIB irradiation. Since the irradiation angle is 45 degrees and both can be performed under the same conditions, it is suitable for separating or preparing for the sample. However, it is not necessarily limited to 45 degrees, and the effect of the present invention can be obtained if the angle is less than 90 degrees. However, if the FIB irradiation axis is less than 30 degrees with respect to the sample surface, the processing area for separating the micro sample is expanded, and the sample surface is wasted. In addition, when the angle exceeds 75 degrees, the angle with respect to the actual processing wall surface is close to 90 degrees, the processing depth for separating the micro sample increases, the processing time becomes longer, and the micro sample cannot be separated. It may become. Therefore, in order to separate a minute sample, the angle formed between the sample irradiation axis of the beam and the sample surface is preferably in the range of 30 degrees to 75 degrees.

また、本実施の形態では、FIB照射軸が試料表面に対して45度となるように、集束イオンビーム照射系の対物レンズの機械的概略中心軸を、試料基板表面に対して45度の角度をなすように設定し装置設計を単純化したが、45度以外に設定してもイオンビーム偏向によりFIB照射軸が試料表面に対して45度となるようにすることは可能である。   Further, in this embodiment, the mechanical central axis of the objective lens of the focused ion beam irradiation system is set at an angle of 45 degrees with respect to the sample substrate surface so that the FIB irradiation axis is 45 degrees with respect to the sample surface. However, even if it is set to other than 45 degrees, the FIB irradiation axis can be set to 45 degrees with respect to the sample surface by ion beam deflection.

なお、以上の実施の形態では、試料として形状が平面的な半導体ウェーハを例にしたが、必ずしも平面的な試料でなくても、任意形状の試料でも本発明は有効である。以上の説明では、試料表面とイオンビーム試料照射軸との角度を記述したが、任意形状の試料の場合、試料ステージの試料載置面との角度を固定して、試料作製すれば良い。例えば、試料から微小部品を本発明により分離して、別の微小部品と接続して、ある微細な機械構造あるいは微細デバイス等を作製する、いわゆるマイクロマシニングにも適用可能である。   In the embodiment described above, a semiconductor wafer having a planar shape is taken as an example as a sample. However, the present invention is effective for a sample having an arbitrary shape even if it is not necessarily a planar sample. In the above description, the angle between the sample surface and the ion beam sample irradiation axis is described. However, in the case of a sample of an arbitrary shape, the sample may be manufactured by fixing the angle with the sample mounting surface of the sample stage. For example, the present invention can also be applied to so-called micromachining in which a minute part is separated from a sample according to the present invention and connected to another minute part to produce a minute mechanical structure or a minute device.

すなわち、本例を実施するのに好適な試料作製装置は、集束イオンビームの照射光学系を含む機械カラムの概略中心軸と、試料ステージの試料の載置面とのなす角度を固定した構造であり、試料の所望の部分を分離する手段、および分離した試料を支持するプローブを備えることを特徴とする試料作製装置とすれば良い。試料として、形状が平面的な半導体ウェーハでは、試料の載置面と試料面は平行な面であり、集束イオンビームの試料照射軸と試料表面とのなす角度と、集束イオンビームの試料照射軸と試料ステージの試料の載置面とのなす角度が同義であることはいうまでも無い。   That is, a sample preparation apparatus suitable for carrying out this example has a structure in which the angle formed between the approximate central axis of the mechanical column including the focused ion beam irradiation optical system and the sample mounting surface of the sample stage is fixed. A sample preparation apparatus including a means for separating a desired portion of the sample and a probe for supporting the separated sample may be used. In the case of a semiconductor wafer having a flat shape as a sample, the sample mounting surface and the sample surface are parallel surfaces, the angle formed by the sample irradiation axis of the focused ion beam and the sample surface, and the sample irradiation axis of the focused ion beam. Needless to say, the angle formed by the sample placement surface of the sample stage is synonymous.

なお、本実施の形態では、集束イオンビームを試料上で走査する。この際、集束イオンビームの試料への入射角度は、走査位置に依存して微小に変化するが、このような走査に伴うイオンビームの入射角度変化は、集束イオンビームの試料照射軸と試料表面の角度変化には含めないこととする。すなわち、集束イオンビームを試料上で走査しても、集束イオンビームの試料照射軸と試料表面の角度を固定することは可能とする。また、集束イオンビームの試料照射軸とは、走査を停止し、走査電極による偏向が無い時の、イオンビームが試料表面に入射するときのイオンビームの中心線を指すものとする。
<実施形態例2>
次に、本願による一実施の形態である別の試料作製方法について、図6を用いて説明する。試料作製装置は図4に示した装置と同様とする。
In the present embodiment, the focused ion beam is scanned over the sample. At this time, the incident angle of the focused ion beam to the sample varies minutely depending on the scanning position. The change in the incident angle of the ion beam accompanying such scanning depends on the sample irradiation axis of the focused ion beam and the sample surface. It is not included in the angle change. That is, even if the focused ion beam is scanned on the sample, the angle between the sample irradiation axis of the focused ion beam and the sample surface can be fixed. Further, the sample irradiation axis of the focused ion beam refers to the center line of the ion beam when the ion beam is incident on the sample surface when scanning is stopped and there is no deflection by the scanning electrode.
<Embodiment 2>
Next, another sample manufacturing method according to an embodiment of the present application will be described with reference to FIGS. The sample preparation apparatus is the same as the apparatus shown in FIG.

まず、試料基板にTEM観察用の薄膜作製の位置を示すマークと保護膜を作成する。基板表面に対するFIB1の照射軸を試料表面に投影した方向を一辺とする矩形に、FIBを試料基板上で走査させ、深さ方向に傾斜した深さ約15μmの2つの角穴301(図a)を形成する。ここで、2つの角穴間の薄膜が目的となる試料で、その厚さは約100nmとする。次に薄膜部の両端302を切りこみを入れる。次に、試料表面に対する垂直軸を回転軸として、試料を約90度回転させる。ここで、FIB1の照射によって試料から発生する二次電子によって形成する二次電子像を画像処理することによって、これまでに形成した2つの角穴切り欠き溝301を認識する。そして、試料形状情報によりFIB制御装置65によってFIB照射位置を制御し、(図c)に示すようにFIB1で試料薄膜底辺を切り取り、試料薄膜303を試料基板から分離する。もしくは、分離までは至らずも、後工程で分離するための準備として、わずかな衝撃で破断可能な指示部を残して加工を終了する。その後、試料作製装置から試料基板を取りだし、大気中でガラス棒304の静電気を利用して、試料薄膜303を試料基板からTEM試料ホルダに移動させる。ここで、マイクロサンプルである試料薄膜303が完全に分離されていない場合は、ガラス棒304によって衝撃を微小試料指示部に加えることによって、試料薄膜303を試料基板から切り離し後、同様にガラス棒304の静電気を利用して、試料薄膜303を試料基板からTEM試料ホルダに移動させる。このように、マイクロサンプルである試料薄膜303を装置内で取り出さなくとも、微小試料の外形のほとんどをイオンビームによって加工する試料作製方法および試料作製装置も本願に含む。   First, a mark and a protective film indicating the position for producing a thin film for TEM observation are formed on a sample substrate. Two square holes 301 having a depth of about 15 μm inclined in the depth direction by scanning the FIB over the sample substrate in a rectangle with one side projected from the irradiation axis of the FIB 1 on the substrate surface onto the sample surface (FIG. A) Form. Here, the target sample is a thin film between two square holes, and its thickness is about 100 nm. Next, both ends 302 of the thin film portion are cut. Next, the sample is rotated about 90 degrees with the axis perpendicular to the sample surface as the rotation axis. Here, by processing the secondary electron image formed by the secondary electrons generated from the sample by the irradiation of FIB 1, the two square hole notches 301 formed so far are recognized. Then, the FIB controller 65 controls the FIB irradiation position based on the sample shape information, and the sample thin film base is cut off by FIB1 as shown in FIG. C to separate the sample thin film 303 from the sample substrate. Alternatively, even if the separation does not occur, as preparation for separation in a subsequent process, the processing is finished with an instruction portion that can be broken by a slight impact. Thereafter, the sample substrate is taken out from the sample preparation device, and the sample thin film 303 is moved from the sample substrate to the TEM sample holder using the static electricity of the glass rod 304 in the atmosphere. Here, when the sample thin film 303 that is a micro sample is not completely separated, the glass thin film 304 is similarly cut after the sample thin film 303 is separated from the sample substrate by applying an impact to the minute sample indicating portion by the glass rod 304. The sample thin film 303 is moved from the sample substrate to the TEM sample holder using the static electricity. As described above, the present invention includes a sample preparation method and a sample preparation apparatus that process most of the outer shape of a micro sample with an ion beam without taking out the sample thin film 303 as a micro sample in the apparatus.

なお、本手法では(図b)において、試料薄片の両側の少なくとも一方に切りこみを入れるのに、試料を約90度回転前に行っているが、回転後に行っても良い。
また、2つの角穴作製、試料薄片の両側の切断、および試料薄片の底辺の切断等に形成順序に特に限定はない。
In this method (FIG. B), the sample is cut about 90 degrees before turning at least one of the both sides of the sample flake, but it may be done after the rotation.
There are no particular restrictions on the order of formation, for example, the preparation of two square holes, the cutting of both sides of the sample flakes, and the cutting of the bottom of the sample flakes.

また、本実施の形態では、画像処理を用いたが、装置操作者が、二次電子像を観察してFIB照射位置を制御してもよいことは、実施の形態例1と同様である。   In the present embodiment, image processing is used, but the apparatus operator may observe the secondary electron image and control the FIB irradiation position as in the first embodiment.

以上に述べた実施の形態では、試料を試料基板から分離または分離準備する一連の工程で、FIBと試料表面とのなす角度は45度で変更されることは無い。すなわち、ステージを傾斜する工程は含まない。したがって、本実施の形態によると、装置全体の小型化のため、試料ステージの傾斜機能を省略しても、試料から微小試料を分離または分離準備して、微小領域分析や観察、計測用の試料作製が可能となる。また、本実施の形態とは異なり、試料ステージが傾斜機能を持つ装置の場合でも、ステージを傾斜時間が必要なく、試料作製時間が相対的に短縮される。また、試料ステージの傾斜前後で試料表面が観察できなくなるという問題も低減される。また、本実施の形態では、TEM試料用薄膜加工時に試料基板中に微小試料が存在するため、実施の形態例1に比べて、断面加工位置の精度は相対的に低くなるが、プローブ操作やプローブと微小試料との接着用にイオンビームアシストデポ等の工程を含まないため、試料作製時間を短縮することができる。   In the embodiment described above, the angle formed between the FIB and the sample surface is not changed by 45 degrees in a series of steps for separating or preparing for the sample from the sample substrate. That is, the step of tilting the stage is not included. Therefore, according to the present embodiment, in order to reduce the size of the entire apparatus, even if the tilt function of the sample stage is omitted, the sample for separation or preparation for separation is prepared from the sample, and the sample for minute region analysis, observation, and measurement Fabrication is possible. Further, unlike the present embodiment, even when the sample stage has an inclination function, the stage is not inclined, and the sample preparation time is relatively shortened. Moreover, the problem that the sample surface cannot be observed before and after the inclination of the sample stage is reduced. Further, in this embodiment, since a micro sample exists in the sample substrate when processing the thin film for the TEM sample, the accuracy of the cross-sectional processing position is relatively lower than that in the first embodiment, but the probe operation or Since a process such as an ion beam assist deposition is not included for bonding the probe and the micro sample, the sample preparation time can be shortened.

なお、実施形態例1と同様に、FIB照射角度は必ずしも45度に限定されず、90度未満の角度であれば本発明の効果を得ることができる。
<実施形態例3>
次に、本願による一実施の形態である電子ビーム照射装置を備えた試料作製装置の概略構成図を図7に示す。本試料作製装置17は、真空容器41を有しており、真空容器内には、FIB照射光学系35、二次粒子検出器36、デポガス源37、プローブ3、試料ステージ39等の構成は、実施形態例2の試料作製装置と同様である。また同様に、FIB照射光学系35は、FIB照射軸が試料表面に対して45度になるようにステージ39に対して設置されている。また、試料ステージは試料表面に対する垂直線分を回転軸として回転させる機能を有している。本装置では、電子ビームを放出する電界放射型電子銃81、電子ビームレンズ82、電子ビーム走査電極83、などから構成される電子ビーム照射系を設置している。
また本装置を制御する装置として、ステージ制御装置61、マニュピレータ制御装置62、二次電子検出器の増幅器63、デポガス源制御装置64、FIB制御装置65の他に電子銃制御装置91、電子光学系制御装置92、電子ビーム走査制御装置93、および計算処理装置74、などが配置される。また、計算処理装置74では、上記FIB照射もしくは電子ビーム84照射によって試料から発生する二次電子によって形成する二次電子像を画像処理することによって試料形状を認識する機能を有する。また、試料形状情報によりFIB制御装置65によってFIBを試料形状の所望の位置に照射する機能および、電子ビーム制御装置91によって電子ビーム84を試料形状の所望の位置に照射する機能を有する。
As in the first embodiment, the FIB irradiation angle is not necessarily limited to 45 degrees, and the effects of the present invention can be obtained as long as the angle is less than 90 degrees.
<Embodiment 3>
Next, FIG. 7 shows a schematic configuration diagram of a sample manufacturing apparatus including an electron beam irradiation apparatus according to an embodiment of the present application. The sample preparation device 17 includes a vacuum container 41, and the configuration of the FIB irradiation optical system 35, the secondary particle detector 36, the deposition gas source 37, the probe 3, the sample stage 39, and the like are included in the vacuum container. This is the same as the sample preparation apparatus of the second embodiment. Similarly, the FIB irradiation optical system 35 is installed with respect to the stage 39 so that the FIB irradiation axis is 45 degrees with respect to the sample surface. The sample stage has a function of rotating a vertical line segment with respect to the sample surface as a rotation axis. In this apparatus, an electron beam irradiation system including a field emission electron gun 81 that emits an electron beam, an electron beam lens 82, an electron beam scanning electrode 83, and the like is installed.
In addition to the stage control device 61, the manipulator control device 62, the secondary electron detector amplifier 63, the deposition gas source control device 64, and the FIB control device 65, the electron gun control device 91, the electron optical system are used as devices for controlling this device. A control device 92, an electron beam scanning control device 93, a calculation processing device 74, and the like are arranged. The calculation processing device 74 has a function of recognizing the sample shape by performing image processing on the secondary electron image formed by the secondary electrons generated from the sample by the FIB irradiation or the electron beam 84 irradiation. In addition, the FIB controller 65 irradiates the desired position of the sample shape with the FIB controller 65 based on the sample shape information, and the function of irradiating the electron beam 84 with the electron beam 84 to the desired position of the sample shape.

FIB照射光学系35の動作は実施の形態2と同様である。電子ビーム照射動作を次に説明する。電子ビーム照射装置の電子源は、電界放射型電子銃81で、電子ビーム走査電極84によって基板試料38の任意の場所を狙うことが可能である。また、FIBが照射された加工領域42を走査して照射することも可能となる。このためには、あらかじめ次の準備しておく、まずFIB1をスポット状に集束して試料に照射する。次にそのスポット状の照射痕を電子ビーム84で走査して、二次電子を検出して、スポット状の照射痕を観察することで、FIB1照射位置と電子ビーム照射位置との関係を明らかにしておき、計算処理装置74に記憶される。したがって、この記憶情報からFIB1加工位置に電子ビームを自動照射し、加工状況を観察することができる。以上、これらの制御は、計算処理装置74によって統一して行われる。   The operation of the FIB irradiation optical system 35 is the same as that of the second embodiment. Next, the electron beam irradiation operation will be described. The electron source of the electron beam irradiation apparatus is a field emission electron gun 81, and an electron beam scanning electrode 84 can aim at an arbitrary place on the substrate sample 38. It is also possible to scan and irradiate the processing area 42 irradiated with FIB. For this purpose, the following preparations are made in advance. First, the FIB 1 is focused in a spot shape and irradiated onto the sample. Next, the spot-shaped irradiation trace is scanned with the electron beam 84, secondary electrons are detected, and the spot-shaped irradiation trace is observed to clarify the relationship between the FIB1 irradiation position and the electron beam irradiation position. It is stored in the calculation processing device 74. Therefore, the processing status can be observed by automatically irradiating the FIB1 processing position with the electron beam from this stored information. As described above, these controls are performed uniformly by the calculation processing device 74.

試料作製方法については、実施の形態例1、および実施の形態例2で述べた方法と同様であるが、実施の形態例1、および実施の形態例2では、FIBの照射位置制御にFIB照射によって試料から発生する二次電子によって形成する二次電子像の画像処理を用いたが、本装置では、電子ビーム照射によって試料から発生する二次電子によって形成する二次電子像を用いることができる。電子ビーム照射による試料観察を用いると、FIB照射のみによる試料作製に比べ、はるかに試料表面損傷が少なく、かつ短時間の試料作製が可能になる。   The sample preparation method is similar to the method described in the first embodiment and the second embodiment, but in the first and second embodiments, the FIB irradiation is used to control the irradiation position of the FIB. In this apparatus, the secondary electron image formed by the secondary electrons generated from the sample by the electron beam irradiation can be used. . When sample observation by electron beam irradiation is used, sample surface damage is far less and sample preparation is possible in a shorter time than sample preparation by FIB irradiation alone.

また、本実施の形態によると、実施の形態例1、および実施の形態例2と同様に、試料から微小試料を分離または分離準備して、微小領域分析や観察、計測用の試料作製を、装置操作の自動化や、操作者の負担を軽減できると言う観点で好適な試料作製装置が提供されることは言うまでも無い。
<実施形態例4>
本願による一実施の形態である試料作製装置の概略構成図を、図10を用いて説明する。
Further, according to the present embodiment, as in the first embodiment and the second embodiment, the micro sample is separated or prepared for separation from the sample, and the sample preparation for micro region analysis, observation, and measurement is performed. It goes without saying that a suitable sample preparation device is provided from the viewpoint that the operation of the device can be automated and the burden on the operator can be reduced.
<Embodiment example 4>
A schematic configuration diagram of a sample preparation apparatus according to an embodiment of the present application will be described with reference to FIG.

本実施例では、集束イオンビーム入射方向を少なくとも15度変えられる、集束イオンビーム傾斜機能が、集束イオンビーム照射系を含む機械的カラムの試料ステージに対する傾斜角度可変機構により実現される。   In the present embodiment, the focused ion beam tilting function capable of changing the incident direction of the focused ion beam by at least 15 degrees is realized by the tilt angle variable mechanism for the sample stage of the mechanical column including the focused ion beam irradiation system.

試料作製装置17は、真空容器41を有しており、真空容器内には、イオン源32、ビーム制限アパチャ33、イオンビーム走査電極34、およびイオンビームレンズ31などから構成されるFIB照射光学系35、FIB照射によって試料から放出する二次電子や二次イオンを検出する二次粒子検出器36、イオンビーム照射領域にデポ膜を形成するための元材料ガスを供給するデポガス源37、マニュピュレータ42先端に取り付けたプローブ3、半導体ウェーハや半導体チップなどの試料基板38を載置する試料ステージ39、試料基板の一部を摘出した微小な摘出試料を固定する試料ホルダ40などが配置されている。ここで、FIB照射光学系35は、FIB照射軸が試料基板表面に対する角度が75度から90度まで設定できるように構成されている。この実施例では、FIB照射光学系35と真空容器41をベローズ45で接続して、ベローズの変形を利用する。図10(a)は、FIB照射軸が試料基板表面に対する角度が90度の状態、図10(b)は75度の状態を示す。また本装置を制御する装置として、主に電気回路や演算装置からなるステージ制御装置61、マニュピレータ制御装置62、二次電子検出器の増幅器63、デポガス源制御装置64、FIB制御装置65、および計算処理装置74、などが配置される。   The sample preparation device 17 includes a vacuum container 41, and an FIB irradiation optical system including an ion source 32, a beam limiting aperture 33, an ion beam scanning electrode 34, an ion beam lens 31, and the like is included in the vacuum container. 35, a secondary particle detector 36 for detecting secondary electrons and secondary ions emitted from the sample by FIB irradiation, a depot gas source 37 for supplying a source material gas for forming a deposition film in the ion beam irradiation region, a manipulator 42, a probe 3 attached to the tip, a sample stage 39 on which a sample substrate 38 such as a semiconductor wafer or a semiconductor chip is placed, a sample holder 40 for fixing a minute extracted sample obtained by extracting a part of the sample substrate, and the like are arranged. . Here, the FIB irradiation optical system 35 is configured such that the angle of the FIB irradiation axis with respect to the sample substrate surface can be set from 75 degrees to 90 degrees. In this embodiment, the FIB irradiation optical system 35 and the vacuum vessel 41 are connected by a bellows 45, and the deformation of the bellows is utilized. 10A shows a state where the FIB irradiation axis is at an angle of 90 degrees with respect to the sample substrate surface, and FIG. 10B shows a state where the angle is 75 degrees. Further, as a device for controlling this device, a stage control device 61, a manipulator control device 62, a secondary electron detector amplifier 63, a deposition gas source control device 64, an FIB control device 65, and a calculation mainly composed of an electric circuit and an arithmetic device A processing device 74 and the like are arranged.

次に、本実施例による試料作製方法を、図12で示す。すなわち、従来、試料ステージを傾けてFIB1を試料表面に斜めから照射することにより、斜溝408を形成したが、試料ステージを傾ける替わりに、イオンビーム照射系35を図10(b)に示すように傾斜させて、図11(c)に示すように、斜溝408を形成すればよい。その他の工程は、従来と同じである。   Next, a sample preparation method according to this example is shown in FIG. In other words, conventionally, the oblique groove 408 is formed by obliquely irradiating the sample surface with the FIB 1 while tilting the sample stage. Instead of tilting the sample stage, the ion beam irradiation system 35 is shown in FIG. As shown in FIG. 11 (c), the oblique groove 408 may be formed. Other processes are the same as those in the prior art.

本手段の試料作製装置によると、試料ステージを傾斜することなく、半導体ウェーハやデバイスなどの電子部品等の試料から所望の特定領域を含む微小試料を、分離または分離準備して、微小領域分析や観察、計測用の試料の作製が可能になる試料作製装置が、集束イオンビーム入射方向を少なくとも15度変えられる、集束イオンビーム傾斜機能により実現される。特に、本実施例では、試料作製において集束イオンビーム入射角度を選択できるので多様な試料作製方法および試料形状を実現できる。
<実施形態例5>
本願による一実施の形態である試料作製装置の概略構成図を、図11を用いて説明する。
According to the sample preparation apparatus of this means, a micro sample including a desired specific region is separated or prepared from a sample such as an electronic component such as a semiconductor wafer or a device without tilting the sample stage, and micro region analysis or A sample preparation apparatus that enables preparation of a sample for observation and measurement is realized by a focused ion beam tilting function that can change the incident direction of the focused ion beam by at least 15 degrees. In particular, in this embodiment, since a focused ion beam incident angle can be selected in sample preparation, various sample preparation methods and sample shapes can be realized.
<Embodiment 5>
A schematic configuration diagram of a sample preparation apparatus according to an embodiment of the present application will be described with reference to FIG.

本実施例では、集束イオンビーム入射方向を少なくとも15度変えられる、集束イオンビーム傾斜機能が、電気的偏向により実現される。   In the present embodiment, the focused ion beam tilting function capable of changing the incident direction of the focused ion beam by at least 15 degrees is realized by electrical deflection.

試料作製装置17は、真空容器41を有しており、真空容器内に、FIB照射光学系35、二次粒子検出器36、デポガス源37、プローブ3、試料ステージ39、試料ホルダ40などが配置されていることについては、上記実施の形態3と同様である。ここでは、さらに対物レンズ44と試料ステージ39との間に、角度変更用電極51を設置した。そして、本電極によるイオンビーム偏向作用により、FIB照射軸が試料基板表面に対する角度が75度から90度まで変更して設定できる。また本装置を制御する装置として、主に電気回路や演算装置からなるステージ制御装置61、マニュピレータ制御装置62、二次電子検出器の増幅器63、デポガス源制御装置64、FIB制御装置65、および計算処理装置74、などが配置される。   The sample preparation device 17 has a vacuum container 41, and an FIB irradiation optical system 35, a secondary particle detector 36, a deposition gas source 37, a probe 3, a sample stage 39, a sample holder 40, and the like are arranged in the vacuum container. This is the same as in the third embodiment. Here, an angle changing electrode 51 is further provided between the objective lens 44 and the sample stage 39. The FIB irradiation axis can be set by changing the angle of the FIB irradiation axis with respect to the sample substrate surface from 75 degrees to 90 degrees by the ion beam deflection action of the electrode. Further, as a device for controlling this device, a stage control device 61, a manipulator control device 62, a secondary electron detector amplifier 63, a deposition gas source control device 64, an FIB control device 65, and a calculation mainly composed of an electric circuit or an arithmetic device. A processing device 74 and the like are arranged.

次に、本実施例による試料作製方法を、図12で示す。すなわち、従来、試料ステージを傾けてFIB1を試料表面に斜めから照射することにより、斜溝408を形成したが、試料ステージを傾ける替わりに、イオンビーム照射軸を、角度変更用電極51により、図11に示すように、試料に対して傾斜させて、図11(c)に示すように、斜溝408を形成すればよい。その他の工程は、従来と同じである。   Next, a sample preparation method according to this example is shown in FIG. That is, conventionally, the oblique groove 408 is formed by tilting the sample stage and irradiating the sample surface with the FIB 1 obliquely. However, instead of tilting the sample stage, the ion beam irradiation axis is changed by the angle changing electrode 51. As shown in FIG. 11, the inclined grooves 408 may be formed as shown in FIG. Other processes are the same as those in the prior art.

本手段の試料作製装置によると、試料ステージを傾斜することなく、半導体ウェーハやデバイスなどの電子部品等の試料から所望の特定領域を含む微小試料を、分離または分離準備して、微小領域分析や観察、計測用の試料の作製が可能になる試料作製装置が、集束イオンビーム入射方向を少なくとも15度変えられる、角度変更用電極による電気的偏向作用により実現される。特に、機械的装置構成が単純化され、装置製造コストを低下でき、さらに試料作製において集束イオンビーム入射角度を選択できるので多様な試料作製方法および試料形状を実現できる。   According to the sample preparation apparatus of this means, a micro sample including a desired specific region is separated or prepared from a sample such as an electronic component such as a semiconductor wafer or a device without tilting the sample stage, and micro region analysis or A sample preparation apparatus that enables preparation of a sample for observation and measurement is realized by an electrical deflection action by an angle changing electrode that can change the incident direction of the focused ion beam by at least 15 degrees. In particular, the mechanical device configuration is simplified, the manufacturing cost of the device can be reduced, and the focused ion beam incident angle can be selected in sample preparation, so that various sample preparation methods and sample shapes can be realized.

本発明による試料作製方法の一実施形態を説明するための図。The figure for demonstrating one Embodiment of the sample preparation method by this invention. 従来のTEM試料の作製法で、特に、FIBと搬送手段を用いた例を説明するための図。The figure for demonstrating the example using FIB and the conveyance means especially by the preparation methods of the conventional TEM sample. 従来のTEM試料の作製法で、特に、試料基板中でFIBを用いて薄膜加工する例を説明するための図。The figure for demonstrating the example of carrying out the thin film processing using the FIB especially in the sample substrate by the preparation method of the conventional TEM sample. 本発明による試料作製装置の一実施形態を示す構成ブロック図。The block diagram which shows one Embodiment of the sample preparation apparatus by this invention. 本発明による試料作製方法によって作製された微小試料の図。The figure of the micro sample produced by the sample preparation method by this invention. 本発明による試料作製方法の一実施形態を説明するための図。The figure for demonstrating one Embodiment of the sample preparation method by this invention. 本発明による試料作製装置の一実施形態を示す構成ブロック図。The block diagram which shows one Embodiment of the sample preparation apparatus by this invention. 図1を理解するための補足図。FIG. 2 is a supplementary diagram for understanding FIG. 1. 従来のTEM試料の作製法で、特に、FIBと搬送手段を用いた例を説明するための図。The figure for demonstrating the example using FIB and the conveyance means especially by the preparation methods of the conventional TEM sample. 本発明による試料作製装置の一実施形態を示す構成ブロック図。The block diagram which shows one Embodiment of the sample preparation apparatus by this invention. 本発明による試料作製装置の一実施形態を示す構成ブロック図。The block diagram which shows one Embodiment of the sample preparation apparatus by this invention. 実施形態の試料作製の手順を説明するための図。The figure for demonstrating the procedure of sample preparation of embodiment.

符号の説明Explanation of symbols

1…FIB、2…試料、3…プローブ、4…デポ源、5…デポガス、6…マイクロサンプル、7…角穴、8…底穴、9…切り欠き溝、10…ガスノズル、31…イオンビームレンズ、32…液体金属イオン源、33…ビーム制限アパーチャ、34…イオンビーム走査電極、35…FIB照射光学系、38…二次粒子検出器、37…デポ源、38…試料基板、39…試料ステージ、40…試料ホルダ、41…真空容器、42…マニュピレータ、44…対物レンズ、45…ベローズ、51…角度変更用偏向電極、61…ステージ制御装置、62…マニュピレータ制御装置、63…増幅器、64…デポガス源制御装置、65…FIB制御装置、74…計算処理装置、76…試料ホルダ、77…ホルダカセット、78…移送手段、80…ステージ制御装置、81…電界放射型電子銃、82…電子ビームレンズ、83…電子ビーム走査電極、84…電子ビーム、91…電子銃制御装置、92…電子ビーム光学系制御装置、93…電子ビーム走査制御装置、101…角穴、102…切り欠き溝、103…切り欠き溝、104…支持部、105…デポジション膜、207…試料薄膜、208…薄膜、209…TEM試料ホルダ。301…角穴、302…薄膜両端、303…試料薄膜、304…ガラス棒。501…角穴、502…角穴。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... FIB, 2 ... Sample, 3 ... Probe, 4 ... Depot source, 5 ... Depo gas, 6 ... Micro sample, 7 ... Square hole, 8 ... Bottom hole, 9 ... Notch groove, 10 ... Gas nozzle, 31 ... Ion beam Lens, 32 ... Liquid metal ion source, 33 ... Beam limiting aperture, 34 ... Ion beam scanning electrode, 35 ... FIB irradiation optical system, 38 ... Secondary particle detector, 37 ... Depot source, 38 ... Sample substrate, 39 ... Sample Stage, 40 ... Sample holder, 41 ... Vacuum container, 42 ... Manipulator, 44 ... Objective lens, 45 ... Bellows, 51 ... Angle changing deflection electrode, 61 ... Stage control device, 62 ... Manipulator control device, 63 ... Amplifier, 64 Deposition gas source control device, 65 FIB control device, 74 Calculation processing device, 76 Sample holder, 77 Holder cassette, 78 Transfer means, 80 Stage control device, 81 Field emission type electron gun, 82 ... electron beam lens, 83 ... electron beam scanning electrode, 84 ... electron beam, 91 ... electron gun control device, 92 ... electron beam optical system control device, 93 ... electron beam scanning control device, 101 ... Square hole, 102 ... Notch groove, 103 ... Notch groove, 104 ... Support part, 105 ... Deposition film, 207 ... Sample thin film, 208 ... Thin film, 209 ... TEM sample holder. 301 ... Square hole, 302 ... Thin film both ends, 303 ... Sample thin film, 304 ... Glass rod. 501 ... Square hole, 502 ... Square hole.

Claims (7)

試料を載置する試料ステージと、
該試料にイオンビームを照射するイオンビーム照射光学系と、
該試料から微小試料を抽出するためのプローブと、
前記イオンビーム照射光学系と前記試料ステージとの間に該イオンビームの該試料表面に対する角度を変えることができる角度変更用電極と、を備え、
前記イオンビーム照射光学系は、該試料表面の第1の領域及び第2の領域に該イオンビームを照射し、
前記第2の領域への該イオンビーム照射時には、前記試料ステージを傾斜させることなく、前記角度変更用電極により、該イオンビームの該試料表面に対する角度を傾斜させることで該微小試料を形成することが可能であることを特徴とする試料作製装置。
A sample stage on which the sample is placed;
An ion beam irradiation optical system for irradiating the sample with an ion beam;
A probe for extracting a micro sample from the sample;
An angle changing electrode capable of changing an angle of the ion beam with respect to the sample surface between the ion beam irradiation optical system and the sample stage;
The ion beam irradiation optical system irradiates the first region and the second region of the sample surface with the ion beam,
When irradiating the second region with the ion beam, the micro sample is formed by tilting the angle of the ion beam with respect to the sample surface by the angle changing electrode without tilting the sample stage. A sample preparation device characterized by that.
請求項1記載の試料作製装置において、
前記角度変更用電極は、該試料表面に対する該イオンビームの角度を75度から90度まで変更可能な電極であることを特徴とする試料作製装置。
The sample preparation apparatus according to claim 1,
The sample preparation apparatus, wherein the angle changing electrode is an electrode capable of changing an angle of the ion beam with respect to the sample surface from 75 degrees to 90 degrees.
請求項1記載の試料作製装置において、
前記試料ステージを傾斜させることなく、該試料表面に対する該イオンビームの角度が90度となるように、前記イオンビーム照射光学系は、前記第1の領域への該イオンビーム照射を行うことを特徴とする試料作製装置。
The sample preparation apparatus according to claim 1,
The ion beam irradiation optical system performs the ion beam irradiation to the first region so that the angle of the ion beam with respect to the sample surface is 90 degrees without tilting the sample stage. A sample preparation apparatus.
試料を載置する試料ステージと、
該試料にイオンビームを照射するイオンビーム照射光学系と、
該試料から微小試料を摘出するためのプローブと、
前記イオンビーム照射光学系と前記試料ステージとの間に該イオンビームの該試料表面に対する角度を変えることができる角度変更用電極と、
試料ステージを移動させるステージ制御装置と、を備え、
前記イオンビーム照射光学系は、該試料の表面の第1の領域及び第2の領域に該イオンビームを照射することで、それぞれ該試料に第1の溝と第2の溝を形成し、
前記ステージ制御装置は、前記第1の溝を前記試料表面に形成した後に、前記第2の溝を前記試料表面に形成するために前記試料ステージを移動させ、
前記第2の溝は、前記試料ステージを傾斜させることなく、前記角度変更用電極により該イオンビームを傾斜させることで形成し、
前記第1の溝及び前記第2の溝により該試料から分離される該微小試料を前記プローブにより該試料から摘出することが可能であることを特徴とする試料作製装置。
A sample stage on which the sample is placed;
An ion beam irradiation optical system for irradiating the sample with an ion beam;
A probe for extracting a minute sample from the sample;
An angle changing electrode capable of changing an angle of the ion beam with respect to the sample surface between the ion beam irradiation optical system and the sample stage;
A stage control device for moving the sample stage,
The ion beam irradiation optical system irradiates the first region and the second region on the surface of the sample with the ion beam, thereby forming a first groove and a second groove in the sample,
The stage controller moves the sample stage to form the second groove on the sample surface after forming the first groove on the sample surface,
The second groove is formed by tilting the ion beam by the angle changing electrode without tilting the sample stage,
The sample preparation apparatus characterized in that the micro sample separated from the sample by the first groove and the second groove can be extracted from the sample by the probe.
請求項4記載の試料作製装置において、
前記角度変更用電極は、該試料表面に対する該イオンビームの角度を75度から90度まで変更可能な電極であることを特徴とする試料作製装置。
In the sample preparation device according to claim 4,
The sample preparation apparatus, wherein the angle changing electrode is an electrode capable of changing an angle of the ion beam with respect to the sample surface from 75 degrees to 90 degrees.
請求項4記載の試料作製装置において、
前記試料ステージを傾斜させることなく、該試料表面に対する該イオンビームの角度が90度となるように、前記イオンビーム照射光学系は、前記第1の領域への該イオンビーム照射を行うことを特徴とする試料作製装置。
In the sample preparation device according to claim 4,
The ion beam irradiation optical system performs the ion beam irradiation to the first region so that the angle of the ion beam with respect to the sample surface is 90 degrees without tilting the sample stage. A sample preparation apparatus.
試料を載置する試料ステージと、
該試料にイオンビームを照射するイオンビーム照射光学系と、
該試料から微小試料を抽出するためのプローブと、
前記イオンビーム照射光学系と前記試料ステージとの間に該イオンビームの該試料表面に対する角度を変えることができる角度変更用電極と、を備えることを特徴とする試料作製装置。
A sample stage on which the sample is placed;
An ion beam irradiation optical system for irradiating the sample with an ion beam;
A probe for extracting a micro sample from the sample;
An angle changing electrode capable of changing an angle of the ion beam with respect to the sample surface between the ion beam irradiation optical system and the sample stage.
JP2008223457A 2008-09-01 2008-09-01 Sample preparation equipment Expired - Lifetime JP4834705B2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008223457A JP4834705B2 (en) 2008-09-01 2008-09-01 Sample preparation equipment

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2008223457A JP4834705B2 (en) 2008-09-01 2008-09-01 Sample preparation equipment

Related Parent Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2000342372A Division JP4283432B2 (en) 2000-11-06 2000-11-06 Sample preparation equipment

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2008298797A true JP2008298797A (en) 2008-12-11
JP4834705B2 JP4834705B2 (en) 2011-12-14

Family

ID=40172414

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2008223457A Expired - Lifetime JP4834705B2 (en) 2008-09-01 2008-09-01 Sample preparation equipment

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JP4834705B2 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102854048A (en) * 2012-10-15 2013-01-02 重庆大学 Preparation method of transmitting sample with crack tip
CN105092330A (en) * 2015-08-12 2015-11-25 上海华力微电子有限公司 Method for preparing TEM sample

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6482440A (en) * 1987-09-24 1989-03-28 Jeol Ltd Illuminating angle setting method for focusing ion beam device
JPH0465825A (en) * 1990-07-06 1992-03-02 Fuji Electric Co Ltd Convergent ion beam machining method
JPH0613013A (en) * 1992-06-29 1994-01-21 Sumitomo Electric Ind Ltd Device for working with focused ion beam
WO1999005506A1 (en) * 1997-07-22 1999-02-04 Hitachi, Ltd. Method and apparatus for preparing samples

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS6482440A (en) * 1987-09-24 1989-03-28 Jeol Ltd Illuminating angle setting method for focusing ion beam device
JPH0465825A (en) * 1990-07-06 1992-03-02 Fuji Electric Co Ltd Convergent ion beam machining method
JPH0613013A (en) * 1992-06-29 1994-01-21 Sumitomo Electric Ind Ltd Device for working with focused ion beam
WO1999005506A1 (en) * 1997-07-22 1999-02-04 Hitachi, Ltd. Method and apparatus for preparing samples

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102854048A (en) * 2012-10-15 2013-01-02 重庆大学 Preparation method of transmitting sample with crack tip
CN102854048B (en) * 2012-10-15 2015-07-15 重庆大学 Preparation method of transmitting sample with crack tip
CN105092330A (en) * 2015-08-12 2015-11-25 上海华力微电子有限公司 Method for preparing TEM sample

Also Published As

Publication number Publication date
JP4834705B2 (en) 2011-12-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4283432B2 (en) Sample preparation equipment
EP1209737A2 (en) Method and apparatus for specimen fabrication
US9384941B2 (en) Charged particle beam apparatus and sample observation method
JP2015204296A (en) High capacity tem grid
JP4185962B2 (en) Sample preparation equipment
JPH11258130A (en) Apparatus for producing sample and method for producing sample
JP2008153239A5 (en)
JP4834705B2 (en) Sample preparation equipment
JP4834704B2 (en) Sample preparation method
JP4283876B2 (en) Sample preparation method
JP3695181B2 (en) Substrate extraction method and electronic component manufacturing method using the same
JP4644470B2 (en) Ion beam processing apparatus and sample preparation method
JP2008203271A (en) Method and device for producing sample
JP2008261892A (en) Sample manufacturing method
JP4589993B2 (en) Focused ion beam device
JP4185963B2 (en) Sample analysis method and sample preparation method
JP2008277312A (en) Sample manufacturing device
JP4194529B2 (en) Electronic component manufacturing process inspection / analysis system and electronic component manufacturing process inspection / analysis method
JP2008181893A (en) Method and device for processing and observing microscopic sample
JP2004309499A (en) Apparatus for preparing testpiece and method for preparing testpiece
JP3709886B2 (en) Sample analysis method and apparatus
JP4729390B2 (en) Sample preparation equipment
JP2004343131A (en) Method and device for analyzing sample
JPWO2006064548A1 (en) Charged particle beam device and sample preparation method using the same
JP4590007B2 (en) Focused ion beam device, sample piece manufacturing method using the same, and sample holder

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20080901

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20101116

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110117

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20110628

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20110829

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20110913

A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20110926

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 4834705

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20140930

Year of fee payment: 3

EXPY Cancellation because of completion of term