JP2010230518A - Thin sample preparing method - Google Patents

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郁子 山川
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a thin sample preparing method which prevents an FIB (focused ion beam) processing from forming any hole and allowing any redeposition to originate in holes when forming a protection film in preparing a thin sample, in order to obtain a good image by using an electron microscope. <P>SOLUTION: The thin sample preparing method which prepares a thin sample from a test piece by using a focused ion beam apparatus, in order, includes: a step of applying ink to a thin-sample preparation part of the test piece, thereby forming a coating film; a step of introducing the test piece into the focused ion beam apparatus and operating an ion beam to form the protection film on the thin-sample preparation part by using a metal material; and a step of preparing the thin sample by applying an ion beam etching process to the thin-sample preparation part having the protection film formed thereon. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、透過電子顕微鏡(TEM)や走査電子顕微鏡(SEM)等の顕微鏡を用いて観察をおこなう際の薄片試料作製方法に関する。さらに詳しくは、集束イオンビーム装置(FIB)を用いた断面観察用の薄片試料作製方法に関する。   The present invention relates to a method for preparing a thin piece sample for observation using a microscope such as a transmission electron microscope (TEM) or a scanning electron microscope (SEM). More specifically, the present invention relates to a method for preparing a slice sample for cross-sectional observation using a focused ion beam apparatus (FIB).

従来、電子顕微鏡、特に透過電子顕微鏡(TEM)では、試料を電子線が透過する程度の厚みに薄片化する必要があり、様々な方法が用いられてきた。薄片化する方法としては、乳鉢で試料を粉砕する粉砕法や、研磨とイオンミリングを用いたイオン研磨法、断面切削装置ウルトラミクロトームを用いたミクロトーム法や、集束イオンビーム(FIB)装置を用いた薄片加工方法、電解液中で試料を溶解させていく電解研磨法、酸やアルカリでエッチングする化学エッチング法などが主な薄片化方法としておこなわれている。   Conventionally, in an electron microscope, particularly a transmission electron microscope (TEM), it is necessary to slice a sample to a thickness that allows an electron beam to pass therethrough, and various methods have been used. As a method for slicing, a pulverization method for pulverizing a sample with a mortar, an ion polishing method using polishing and ion milling, a microtome method using an ultramicrotome cross-section cutting device, or a focused ion beam (FIB) apparatus was used. Thin slice processing methods, an electrolytic polishing method in which a sample is dissolved in an electrolytic solution, a chemical etching method in which etching is performed with acid or alkali, and the like are performed as main thinning methods.

集束イオンビーム(FIB)装置は、Gaイオンにより材料加工をおこなう装置である。半導体分野の断面観察用途に用いられているが、その加工性能から半導体分野だけでなくTEM用の薄片試料作成に用いられることもある。イオンビームにより走査イオン顕微鏡像(SIM像)で観察することが出来るため、微小部観察が可能であり、ミクロン単位の微小な特定領域を観察箇所として狙い、加工することが可能である。また、ガスを噴霧させ、イオンビームで分解するデポジション(以下、デポと表記する)により、特定位置に保護膜としてデポジション膜(以下、デポ膜と表記する)を形成することも可能である。   A focused ion beam (FIB) apparatus is an apparatus that performs material processing with Ga ions. Although it is used for cross-sectional observation in the semiconductor field, it may be used not only for the semiconductor field but also for the production of thin-section samples for TEM because of its processing performance. Since it can be observed with a scanning ion microscope image (SIM image) by an ion beam, it is possible to observe a minute portion, and it is possible to aim and process a minute specific region in units of microns as an observation point. It is also possible to form a deposition film (hereinafter referred to as a deposition film) as a protective film at a specific position by depositing a gas and decomposing it with an ion beam (hereinafter referred to as a deposition). .

また、FIBの装置構造としては、イオン銃のみを備える装置の他に、さらに、電子銃を搭載してあり走査イオン顕微鏡像(SIM像)と走査電子顕微鏡像(SEM像)の2種類の観察を可能としているFIB装置も存在する。   In addition to the apparatus equipped with only the ion gun, the FIB apparatus structure is further equipped with an electron gun and has two types of observations: a scanning ion microscope image (SIM image) and a scanning electron microscope image (SEM image). There are also FIB devices that make it possible.

FIB装置にあっては、試料表面にイオンビームまたは電子ビームを照射した際には試料表面にダメージが入る。特に、イオンビームのほうが試料に対し、よりダメージを与えやすい。そのため、FIB装置内で観察をおこなう際は、保護膜を形成することが望ましい。デポ膜は、位置指定をおこなうことでFIB加工をおこなう箇所ににおいて試料表面をダメージから守る保護膜として形成する。   In the FIB apparatus, the sample surface is damaged when the sample surface is irradiated with an ion beam or an electron beam. In particular, the ion beam is more likely to damage the sample. Therefore, it is desirable to form a protective film when observing in the FIB apparatus. The deposition film is formed as a protective film that protects the sample surface from damage at locations where FIB processing is performed by specifying the position.

また、加工箇所がイオンビームによるダメージを受けないようにすることを目的として、イオン銃のみをもつ構造であればFIB加工のときのみ電流を強い値とし、観察時には電流値を小さくする方法が用いられる。また、FIB装置がイオン銃と電子銃を搭載する構造であれば、観察時にはSEM像で確認する方法が用いられている。   For the purpose of preventing damage to the processing site from the ion beam, a method in which the current is set to a strong value only during FIB processing and the current value is reduced during observation is used for a structure having only an ion gun. It is done. If the FIB apparatus has a structure in which an ion gun and an electron gun are mounted, a method of confirming with an SEM image at the time of observation is used.

特開平11−258130号公報JP-A-11-258130 国際公開第99/005506号International Publication No. 99/005506 特開2002−150990号公報JP 2002-150990 A 特開2004−071486号公報JP 2004-071486 A

集束イオンビーム装置(FIB装置)で薄片試料作製をおこなうにあっては、デポ膜を形成することによりイオンビームからのダメージで表面の構造を破壊されるのを防ぐことができる。また、イオンビームを入射する方向に対し垂直な試料の面の凹凸が激しい場合、イオンビームに垂直な方向に沿って、加工ビーム跡が生じ、厚みムラが生じることがあるが、デポ膜は凹凸を滑らかにするため、この現象を軽減する効果も認められている。   When a thin sample is prepared with a focused ion beam apparatus (FIB apparatus), it is possible to prevent the surface structure from being destroyed due to damage from the ion beam by forming a deposition film. In addition, when the unevenness of the surface of the sample perpendicular to the direction in which the ion beam is incident is severe, the processed beam trace may occur along the direction perpendicular to the ion beam, resulting in uneven thickness. The effect of reducing this phenomenon is also recognized.

しかしながら、半導体分野のパターン試料等のナノメートルオーダーの微細な凹凸形状を表面に有する試料にあっては、表面の凹み部分にデポ膜が均一に成膜されない場合があった。試料表面の微細な凹凸形状の凹部にデポ膜が形成できない場合には、凹部に微小な穴が生じ、微小な穴が形成されると形成された穴の周囲に保護膜由来と推測される加工カス(以降、リデポとする場合がある)が付着し、界面が不明瞭となる場合がある。また、一度生じた微細な穴は、FIBによって埋めることは困難であり、穴が生じた状態が続くことが多い。   However, in the case of a sample having a fine concavo-convex shape of nanometer order on the surface, such as a pattern sample in the semiconductor field, the deposition film may not be uniformly formed on the concave portion of the surface. When a deposit film cannot be formed in a concave portion with a fine irregular shape on the sample surface, a minute hole is formed in the concave portion, and when the minute hole is formed, processing that is presumed to originate from a protective film around the formed hole There is a case where debris (hereinafter sometimes referred to as redepot) adheres and the interface becomes unclear. Moreover, it is difficult to fill a fine hole once generated with FIB, and the state in which the hole is generated often continues.

FIB装置による薄片試料作製において、試料表面に微小な穴が生じた状態では、穴の隙間から加工済みのカスが反対側面に付着し、穴周囲や観察部位にカスの像が混じることにより、得られる顕微鏡像が不明瞭になるケースがある。特に保護膜が重元素である場合、透過像ではコントラストが暗く、界面などの微小部が観察できないことがある。   In the thin sample preparation using the FIB apparatus, in the state where a minute hole is formed on the sample surface, the processed residue adheres to the opposite side surface from the gap between the holes, and the image of the residue is mixed around the hole and the observation site. In some cases, the microscopic image obtained becomes unclear. In particular, when the protective film is a heavy element, the transmitted image has a dark contrast, and a minute part such as an interface may not be observed.

そこで、本発明は、FIB加工で薄片試料を作製する際に保護膜形成時に穴が形成されず穴からリデポすることを防ぎ、電子顕微鏡にて良好な像を取得することのできる薄片試料作製方法を提供することを課題とする。   Accordingly, the present invention provides a thin piece sample preparation method that prevents a hole from being formed when forming a protective film and prevents redeposition from the hole when a thin piece sample is formed by FIB processing, and a good image can be obtained with an electron microscope. It is an issue to provide.

上記課題を解決するために請求項1に係る発明としては、集束イオンビーム装置を用い試料から薄片試料を作製する薄片試料作製方法であって、試料の薄片試料作製箇所にインクを塗布し塗膜を形成する工程と、試料を前記集束イオンビーム装置に導入し、金属系材料を用い薄片試料作製箇所にイオンビームにより保護膜を形成する工程と、前記保護膜が形成された薄片試料作製箇所についてイオンビームによるエッチング加工により薄片試料を作製する工程とを順に備えることを特徴とする薄片試料作製方法とした。   In order to solve the above-mentioned problem, the invention according to claim 1 is a thin sample preparation method for preparing a thin sample from a sample using a focused ion beam apparatus, wherein an ink is applied to a thin sample preparation portion of the sample and a coating film is formed. A step of introducing a sample into the focused ion beam apparatus, forming a protective film by ion beam on a thin piece sample preparation portion using a metal-based material, and a thin piece sample preparation portion on which the protective film is formed And a step of preparing a thin piece sample by etching using an ion beam in order.

また、請求項2に係る発明としては、前記試料の薄片試料作製箇所にインクを塗布する工程がペンによりおこなわれることを特徴とする請求項1に記載の薄片試料作製方法とした。   The invention according to claim 2 is the thin piece sample preparation method according to claim 1, wherein the step of applying the ink to the thin piece sample preparation portion of the sample is performed with a pen.

また、請求項3に係る発明としては、試料の薄片試料作製箇所にインクを塗布し塗膜を形成する工程後、試料表面に導電膜を形成する工程を備えることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の試料薄片作製方法とした。   The invention according to claim 3 further comprises a step of forming a conductive film on the surface of the sample after the step of applying the ink to the thin sample preparation portion of the sample and forming the coating film. The sample flake preparation method according to claim 2 was used.

また、請求項4に係る発明としては、前記試料の薄片試料作製箇所表面が凹凸形状を備えており、該凹凸形状の凹部の間隔が1nm以上100nm以下の範囲内であり、且つ、凹部の高さが1nm以上1μm以下の範囲内であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の薄片試料作製方法とした。   According to a fourth aspect of the present invention, the surface of the thin sample preparation site of the sample is provided with an uneven shape, the interval between the recessed portions of the uneven shape is in the range of 1 nm to 100 nm, and the height of the recessed portions is high. The thin-film sample preparation method according to any one of claims 1 to 3, wherein the thickness is in a range of 1 nm to 1 µm.

本発明の薄片試料作製方法により、表面に微細な凹凸構造を備えるような試料を電子顕微鏡観察用薄片試料として集束イオンビーム装置で作製する際にリデポのない良好に断面観察をおこなうことのできる薄片試料を作製することができた。   A thin piece that can be observed well in cross section without redepo when a sample having a fine concavo-convex structure on the surface is produced as a thin piece sample for electron microscope observation with a focused ion beam apparatus by the thin piece sample preparation method of the present invention. A sample could be made.

図1は本発明の薄片試料作製方法における保護膜形成までの断面説明図である。FIG. 1 is an explanatory cross-sectional view up to the formation of a protective film in the thin piece sample preparation method of the present invention. 図2は本発明のイオンビームによる薄片試料作製の説明図((a)上面図、(b)側面図)である。FIG. 2 is an explanatory view ((a) top view, (b) side view) of thin sample preparation by an ion beam of the present invention. 図3は本発明のイオンビームによる薄片試料作製の説明図(斜視図)である。FIG. 3 is an explanatory view (perspective view) for producing a thin sample by an ion beam according to the present invention. 図4は従来の薄片試料作製方法の説明図である。FIG. 4 is an explanatory view of a conventional method for preparing a thin piece sample. 図5は本発明の薄片試料作製方法の保護膜形成まで別の態様の説明断面図である。FIG. 5 is an explanatory cross-sectional view of another embodiment up to the formation of a protective film in the thin sample preparation method of the present invention. 図6は本発明の薄片試料の断面説明図である。FIG. 6 is a cross-sectional explanatory view of a thin piece sample of the present invention.

以下に本発明の薄片試料作製方法について説明する。   The method for preparing a thin piece sample of the present invention will be described below.

本発明の薄片試料作製方法にあっては集束イオンビーム装置を用いる。集束イオンビーム(FIB:Focused Ion Beam)装置は、イオン源から取り出したイオンビームを、アパーチャ、レンズを用いて5〜10nmに集束させ、試料表面に照射する装置であり、イオンビームと試料表面の相互作用によって、微細な領域の観察、エッチング(除去加工)、デポジション(デポ・付加加工)をおこなうことができる装置である。イオン源としてはGaイオンが用いられる。また、FIB装置としては、イオンビームを照射するイオン銃のみを備える装置の他に、さらに、電子ビームを照射することのできる電子銃を搭載してもよい。   In the thin sample preparation method of the present invention, a focused ion beam apparatus is used. A focused ion beam (FIB) apparatus is an apparatus that focuses an ion beam taken out from an ion source to 5 to 10 nm using an aperture and a lens, and irradiates the sample surface. It is an apparatus that can perform observation (etching (removal processing)) and deposition (deposition / addition processing) of fine regions by interaction. Ga ions are used as the ion source. Further, as the FIB apparatus, in addition to an apparatus including only an ion gun that irradiates an ion beam, an electron gun that can irradiate an electron beam may be mounted.

本発明の薄片試料作製方法にあっては、以下の(工程1)〜(工程3)を順に備えることを特徴とする。
(工程1)試料の薄片試料作製箇所にインクを塗布し塗膜を形成する工程。
(工程2)試料を前記集束イオンビーム装置に導入し、金属材料を用い薄片試料作製箇所に保護膜を形成する工程。
(工程3)保護膜が形成された薄片試料作製箇所についてイオンビームによるエッチング加工をおこない薄片試料を作製する工程。
The thin sample preparation method of the present invention is characterized by comprising the following (Step 1) to (Step 3) in order.
(Step 1) A step of forming a coating film by applying ink to a thin sample preparation place of a sample.
(Step 2) A step of introducing a sample into the focused ion beam apparatus and forming a protective film at a thin sample preparation site using a metal material.
(Step 3) A step of producing a thin piece sample by performing an etching process with an ion beam on a thin piece sample production place where a protective film is formed.

本発明の薄片試料作製方法においては、試料の薄片作製箇所にインクを塗布し、塗膜を形成する工程(工程1)を備えることを特徴とする。試料の薄片試料作製箇所に形成されるインクからなる塗膜は、インクの毛細管現象により試料表面の凹凸形状を埋める形で薄片試料作製箇所に平滑な面を提供することができる。インクからなる塗膜は、微小な穴を有さず平滑な表面を与える。したがって、塗膜上に形成される保護膜についても微小な穴有さない。したがって、形成されるイオンビームにより薄片試料作製をおこなう工程(工程3)においてリデポが発生せず、良好な観察をおこなうことのできる薄片試料を提供することができる。   The thin piece sample preparation method of the present invention is characterized by including a step (step 1) of applying ink to a thin piece preparation portion of the sample to form a coating film. The coating film made of ink formed at the thin sample preparation site of the sample can provide a smooth surface at the thin sample preparation site by filling the uneven shape of the sample surface by the capillary action of the ink. The coating film made of ink gives a smooth surface without fine holes. Therefore, the protective film formed on the coating film does not have minute holes. Therefore, it is possible to provide a thin piece sample that can be observed favorably without redeposition in the step of producing a thin piece sample by the ion beam to be formed (step 3).

薄片試料作製箇所に塗布されるインクは、乾固しやすく、試料と反応しないインクであることが好ましい。また熱に対してある程度の耐性を有しており、電子線ビームやGaイオンビーム照射の発熱で変形を生じないインクであることが好ましい。インクの塗布手段としては文房具の万年筆、フェルトペン等のペンによりおこなわれることが好ましい。   The ink applied to the thin sample preparation site is preferably an ink that is easy to dry and does not react with the sample. Further, it is preferable that the ink has a certain degree of resistance to heat and does not deform due to heat generated by electron beam or Ga ion beam irradiation. The ink application means is preferably a pen such as a stationery fountain pen or felt pen.

文房具の万年筆、フェルトペン等のペンは筆記用具であるため、ハンドリングがしやすく、インキに色がついているため、マーキング個所を目視で確認しやすいというメリットもある。また、インキに有機溶剤が用いられているが、大半はエタノールであり、速乾性であると同時にガラス、金属をはじめとする様々な素材に対し変質させることなく用いることができる。インキは油性、水性のものに分かれ、また染料系、顔料系に分かれるが、のちの工程が真空下でのドライ条件での加工用であるため、試料表面に対してはじくことなく塗布可能であり、かつ試料と化学反応を生じないものであれば、種類は問わない。透過電子顕微鏡像で観察する場合は、無機成分が多いとコントラストが暗くなるため、試料表面を形成する材料が無機成分主体であれば、有機系インキのほうがコントラスト差が出て観察時に見やすくなるため好適に使用することができる。また試料表面を形成する材料が有機成分主体であれば、無機系インキの使用でコントラスト差が出て見やすくなるため好適に使用することができる。また、インキにより塗膜を形成する方法は大気圧下、常温下で気軽に塗布可能なため、低真空状態でおこなうのが一般的である蒸着法と比べると、手間がかからないという利点を有する。   Since pens such as fountain pens and felt pens for stationery are writing instruments, they are easy to handle, and since the ink is colored, there are also advantages in that it is easy to visually check the marking location. An organic solvent is used for the ink, but most of it is ethanol, which is quick-drying and can be used without changing the quality of various materials such as glass and metal. Inks are divided into oil-based and water-based inks, and dye-based and pigment-based inks, but since the subsequent processes are for processing under dry conditions under vacuum, they can be applied without repelling the sample surface. As long as it does not cause a chemical reaction with the sample, the type is not limited. When observing with a transmission electron microscope image, the contrast becomes dark when there are many inorganic components. Therefore, if the material that forms the sample surface is mainly composed of inorganic components, the organic ink has a contrast difference and is easier to see during observation. It can be preferably used. In addition, if the material forming the sample surface is mainly composed of an organic component, it can be suitably used because it makes it easy to see the contrast difference due to the use of inorganic ink. In addition, since the method of forming a coating film with ink can be easily applied at atmospheric pressure and at room temperature, it has an advantage that it is less time-consuming than a vapor deposition method which is generally performed in a low vacuum state.

インクにより形成される塗膜の厚さとしては、試料表面の凹凸形状の凹部の深さ以上凹凸形状の凸部表面の位置から5μm以下の範囲内とすることが好ましい。塗膜の厚さが凹凸の凹部の深さを下回る場合、塗膜により平滑な面が得られずに次工程での保護膜(デポ膜)形成工程において凹部部分に穴が生じてしまうことがある。一方、塗膜の厚さが微小凹凸の凸表面位置から5μmを超える場合、薄片厚みが厚くなるため、観察部位を観察に十分な厚みまで薄片化するまでの加工の時間が長くなることがある。   The thickness of the coating film formed with the ink is preferably within the range of 5 μm or less from the position of the concavo-convex convex surface of the sample surface to the depth of the concavo-convex concave portion. When the thickness of the coating film is less than the depth of the concave and convex portions, a smooth surface may not be obtained by the coating film, and a hole may be formed in the concave portion in the protective film (deposition film) forming step in the next step. is there. On the other hand, when the thickness of the coating film exceeds 5 μm from the convex surface position of the micro unevenness, the thickness of the flakes increases, so the processing time until the observation site is thinned to a thickness sufficient for observation may be long. .

図1に本発明の薄片試料作製方法における保護膜形成までの断面説明図を示した。図1にあっては、表面に凹凸構造を備える試料1表面にインキを塗布し塗膜2を形成し(図1(a)、(b))、試料1を集束イオンビーム装置(FIB)に導入し金属材料もしくはカーボン材料を用い保護膜であるデポ膜3を形成する(図1(d))。   FIG. 1 shows a cross-sectional explanatory diagram up to the formation of a protective film in the thin piece sample manufacturing method of the present invention. In FIG. 1, ink is applied to the surface of a sample 1 having a concavo-convex structure on the surface to form a coating film 2 (FIGS. 1A and 1B), and the sample 1 is placed in a focused ion beam apparatus (FIB). The deposited film 3 as a protective film is formed using a metal material or a carbon material (FIG. 1D).

集束イオンビーム装置(FIB)内で保護膜であるデポ膜を形成することにより、試料をイオンビームによるダメージから守ることができる。   By forming a deposition film as a protective film in the focused ion beam apparatus (FIB), the sample can be protected from damage caused by the ion beam.

集束イオンビーム装置において保護膜であるデポ膜を形成するにあっては、試料表面に原料ガスを導入し、イオンビームを照射することにより薄片作製箇所にデポ膜を形成する。このとき原料ガスとしては金属系材料を用いることができ、具体的には、原料ガスとしてタングステン系材料、カーボン系材料を用いることができる。   In forming a deposition film as a protective film in the focused ion beam apparatus, a deposition film is formed at a thin piece production site by introducing a source gas to the sample surface and irradiating with an ion beam. At this time, a metal-based material can be used as the source gas, and specifically, a tungsten-based material or a carbon-based material can be used as the source gas.

集束イオンビーム装置において形成される保護膜であるデポ膜の厚さとしては、0.10μm以上5μm以下の範囲内とすることが好ましい。デポ膜の厚さが0.10μmに満たない場合、形成されるデポ膜が保護膜として機能せずに薄片試料の表面部分がダメージを受け良好な観察ができないことがある。一方、デポ膜の厚さが5μmを超える場合にあっては、観察部位を観察に十分な厚みまで薄片化する加工の時間が長くなってしまうことがある。   The thickness of the deposition film, which is a protective film formed in the focused ion beam apparatus, is preferably in the range of 0.10 μm to 5 μm. When the thickness of the deposition film is less than 0.10 μm, the formed deposition film does not function as a protective film, and the surface portion of the thin sample may be damaged and good observation may not be performed. On the other hand, when the thickness of the deposition film exceeds 5 μm, the processing time for thinning the observation site to a thickness sufficient for observation may be prolonged.

試料表面の薄片作製箇所に保護膜を形成後、イオンビームによるエッチング加工により薄片試料作製がおこなわれる。図2に本発明のイオンビームによる薄片試料作製の説明図((a)上面図、(b)側面図)を示した。また、図3に本発明のイオンビームによる薄片試料作製の説明図(斜視図)を示した。   After a protective film is formed on a thin piece production site on the sample surface, a thin piece sample is produced by etching using an ion beam. FIG. 2 shows an explanatory view ((a) top view, (b) side view) of thin sample preparation by the ion beam of the present invention. FIG. 3 shows an explanatory view (perspective view) of thin sample preparation using the ion beam of the present invention.

図2、図3において試料1はイオンビームにより加工箇所1bの部分がエッチング加工され、薄片試料1aとなる。   2 and 3, the sample 1 is processed into a thin piece sample 1a by etching the processed portion 1b with an ion beam.

本発明の薄片試料作製にあっては、薄片作製箇所の両面からイオンビーム加工をおこなうことにより薄片試料を作製することができる。図2(a)に示すように、保護用のデポ膜3を試料1表面の幅方向に長く、長方形型に形成する。そして、図2(b)に示すように長方形の長辺に対して狭めていくようにエッチング加工していき、薄片試料1a側になるに従い深く加工する。イオンビーム加工にあっては、エッチングレートの速い高エネルギーのイオンビームを用いて粗加工をおこない、薄片化するにつれ、低エネルギーのイオンビームを用いて仕上げ加工することが好ましい。そして、最終的に薄片試料の底(ボトム)と両端(サイド)をイオンビームによって試料1から切り離す。そして、切り離された薄片試料したものを採取し、透過電子顕微鏡(TEM)、走査電子顕微鏡(SEM)により断面観察をおこなう。   In the production of the thin piece sample of the present invention, the thin piece sample can be produced by performing ion beam processing from both sides of the thin piece production site. As shown in FIG. 2A, the protective deposition film 3 is formed in a rectangular shape that is long in the width direction of the surface of the sample 1. Then, as shown in FIG. 2 (b), etching is performed so as to narrow the long side of the rectangle, and deeper processing is performed toward the thin sample 1a side. In the ion beam processing, it is preferable to perform roughing using a high-energy ion beam having a high etching rate and finish using a low-energy ion beam as the thickness is reduced. Finally, the bottom (bottom) and both ends (sides) of the thin sample are separated from the sample 1 by the ion beam. Then, the separated thin piece sample is collected and subjected to cross-sectional observation with a transmission electron microscope (TEM) and a scanning electron microscope (SEM).

このとき、最終的に電子線の透過する厚さまで試料を薄くし薄片試料としたのち、薄片試料を採取してTEM観察試料台である支持膜付きメッシュグリッドにのせて透過型電子顕微鏡観察をおこなうことができる。また、試料を1μm〜2μm厚みの薄片の状態で採取し、TEM観察試料台であるグリッド移動させた後に電子線の透過する厚さまで加工をして薄片試料とし、透過電子顕微鏡観察をおこなうこともできる。すなわち、薄片試料作製にあっては、薄片試料を試料から切り離してから仕上げ加工をおこなうこともできる。   At this time, the sample is finally thinned to a thickness that allows transmission of the electron beam to form a thin piece sample, and then the thin piece sample is collected and placed on a mesh grid with a supporting film, which is a TEM observation sample stage, and observed with a transmission electron microscope. be able to. In addition, a sample may be collected in the form of a thin piece having a thickness of 1 μm to 2 μm, moved to a grid that is a TEM observation sample stage, and then processed to a thickness that allows transmission of an electron beam to obtain a thin piece sample, which may be observed with a transmission electron microscope. it can. That is, in the preparation of the thin piece sample, the finishing process can be performed after the thin piece sample is separated from the sample.

図4に従来の薄片試料作製方法の説明図を示した。表面に微細な凹凸構造を備える試料に対してインキによる塗膜を形成せずにFIB装置内で保護膜であるデポ膜を形成した場合には、試料表面の凹部においてデポ膜3を埋めることができずに微細な穴9が形成される(図4(a))。そして、微細な穴を有する保護膜の上からイオンビームによるエッチング加工をおこなった際には、穴9の底部近傍にリデポと呼ばれる加工カス10が付着してしまい(図4(b))、試料の表面近傍において良好な断面観察をおこなうことができなくなってしまう。   FIG. 4 is an explanatory view of a conventional method for preparing a thin piece sample. When a deposition film as a protective film is formed in the FIB apparatus without forming a coating film with ink on a sample having a fine concavo-convex structure on the surface, the deposition film 3 may be buried in a recess on the sample surface. The minute hole 9 is formed without being able to be performed (FIG. 4A). When etching with an ion beam is performed from above the protective film having fine holes, a processing residue 10 called redepo adheres to the vicinity of the bottom of the hole 9 (FIG. 4B), and the sample It becomes impossible to perform good cross-sectional observation in the vicinity of the surface.

本発明にあっては、保護膜を形成する前に試料表面にインクによる塗膜を形成することにより、試料の薄片作製箇所において表面の凹凸構造を埋める形で平坦な塗膜を形成することができる。そして平坦な塗膜上に保護膜であるデポ膜を形成することにより、デポ膜中の微細な穴の発生を防ぐことができる。したがって、薄片試料断面にリデポのない断面観察を良好におこなうことのできる薄片試料を得ることができる。   In the present invention, by forming a coating film with ink on the surface of the sample before forming the protective film, it is possible to form a flat coating film so as to fill the uneven structure on the surface at the thin piece preparation site of the sample. it can. And by forming the deposition film which is a protective film on a flat coating film, generation | occurrence | production of the fine hole in a deposition film can be prevented. Therefore, it is possible to obtain a thin piece sample capable of satisfactorily observing a cross section having no redepot in the thin piece sample cross section.

図5に本発明の薄片試料作製方法の保護膜形成まで別の態様の説明断面図を示した。図5の薄片試料作製方法にあっては、表面に凹凸構造を備える試料1表面にインキを塗布し塗膜2を形成し(図5(a)、(b))、次に、塗膜2上に導電膜4を形成し(図5(c))、導電膜4形成後、試料を集束イオンビーム装置(FIB)に導入し金属材料もしくはカーボン材料を用い保護膜であるデポ膜3を形成する(図5(d))。   FIG. 5 shows an explanatory cross-sectional view of another embodiment up to the formation of the protective film of the thin piece sample manufacturing method of the present invention. In the thin sample preparation method of FIG. 5, ink is applied to the surface of the sample 1 having a concavo-convex structure on the surface to form a coating film 2 (FIGS. 5A and 5B). A conductive film 4 is formed on the conductive film 4 (FIG. 5C). After the conductive film 4 is formed, the sample is introduced into a focused ion beam device (FIB) to form a deposition film 3 that is a protective film using a metal material or a carbon material. (FIG. 5D).

図5に示したように塗膜上に導電膜を形成することにより、試料表面が導電性を有さない場合にチャージアップを防止し、FIB装置内での観察を容易に可能とすることができる。また、同時に塗膜の保護膜としても機能する。導電膜形成材料としては、Pt、Ag、Au、C、W、Al、Cr等の金属材料などを用いることができる。また、導電膜形成方法としては、蒸着法、スパッタリング法、プラズマCVD法、イオンプレーティング法、イオンビームアシスト法等の真空成膜法を用いることができる。   By forming a conductive film on the coating film as shown in FIG. 5, it is possible to prevent charge-up when the sample surface does not have conductivity and to enable easy observation in the FIB apparatus. it can. At the same time, it functions as a protective film for the coating film. As the conductive film forming material, a metal material such as Pt, Ag, Au, C, W, Al, or Cr can be used. As the conductive film formation method, a vacuum film formation method such as an evaporation method, a sputtering method, a plasma CVD method, an ion plating method, or an ion beam assist method can be used.

なお、導電膜はチャージアップ防止を目的として、試料表面全体に形成されることが好ましい。また、導電膜の厚さとしては0.05μm以上1.0μm以下の範囲内であることが好ましい。導電膜の厚さが0.05μmに満たない場合にあっては、イオンビームでの短時間の観察で導電膜が消失してしまい塗膜にダメージが入り、塗膜が変形し観察が困難となってしまうことがある。また、試料表面に十分な導電性を付与することができず、FIB装置内で絶縁性の試料表面を観察した際にチャージアップしてしまうことがある。なお、導電膜の厚さは厚いほど好ましいが、真空成膜法により形成される導電膜の厚さが1.0μmを超える場合にあっては、成膜時間が長時間となってしまい非効率である。   The conductive film is preferably formed on the entire sample surface for the purpose of preventing charge-up. In addition, the thickness of the conductive film is preferably in the range of 0.05 μm or more and 1.0 μm or less. If the thickness of the conductive film is less than 0.05 μm, the conductive film disappears in a short observation with an ion beam, the coating film is damaged, the coating film is deformed, and observation is difficult. It may become. In addition, sufficient conductivity may not be imparted to the sample surface, and charging may occur when the insulating sample surface is observed in the FIB apparatus. Note that the thickness of the conductive film is preferably as large as possible. However, if the thickness of the conductive film formed by the vacuum film formation method exceeds 1.0 μm, the film formation time becomes long, resulting in inefficiency. It is.

図6に本発明の薄片試料の断面説明図を示した。本発明の薄片試料にあっては、薄片試料作製箇所において試料1表面が凹凸形状を備えており、該凹凸形状の凹部の間隔(S)が1nm以上100nm以下の範囲内であり、且つ、凹部の高さ(H)が1nm以上1μm以下の範囲内であることが好ましい。   FIG. 6 is a cross-sectional explanatory view of the thin piece sample of the present invention. In the thin sample of the present invention, the surface of the sample 1 is provided with an uneven shape at the thin sample preparation location, and the interval (S) between the concave portions of the uneven shape is in the range of 1 nm to 100 nm, and the concave portion The height (H) is preferably in the range of 1 nm to 1 μm.

本発明の薄片試料作製方法にあっては、表面に微細な凹凸構造を備える試料に対し好適に用いることができる。特に、凹凸形状の凹部の間隔(S)が1nm以上100nm以下の範囲内であり、且つ、凹部の高さ(H)が1nm以上1μm以下の範囲内である試料にあっては、FIB装置内で保護膜であるデポ膜を形成した際に試料表面の凹部において保護膜を埋めることができずに微細な穴が形成されやすい。凹凸形状の凹部の間隔(S)が1nm以上100nm以下の範囲内であり、且つ、凹部の高さ(H)が1nm以上1μm以下の範囲内である試料に対して本発明の薄片試料作製方法を用いることにより、薄片試料作製箇所において表面の凹凸構造を埋める形で平滑な塗膜を形成し、塗膜上に形成される保護膜内に穴が形成されることを防ぎ、良好な観察をおこなうことができる。   The thin sample preparation method of the present invention can be suitably used for a sample having a fine concavo-convex structure on the surface. In particular, in a sample in which the interval (S) between the concave and convex portions in the concave-convex shape is in the range of 1 nm to 100 nm and the height (H) of the concave portion is in the range of 1 nm to 1 μm, When a deposition film as a protective film is formed, the protective film cannot be filled in the recesses on the sample surface, and fine holes are easily formed. The thin sample preparation method of the present invention for a sample in which the interval (S) between the concaves and convexes in the concavo-convex shape is in the range of 1 nm to 100 nm and the height (H) of the concaves is in the range of 1 nm to 1 μm. To form a smooth coating film in a form that fills the uneven structure of the surface at the location where the thin piece sample is prepared, and prevents the formation of holes in the protective film formed on the coating film, allowing good observation Can be done.

表面がCrからなる金属材料からなり、凹部の幅および高さが平均50nmの凹凸形状が表面に形成されている試料において、加工個所を光学顕微鏡にて決定し、極細フェルトペンにて加工予定個所に軽く触れる程度の筆圧で点を描いた。点を描いたのち、光学顕微鏡にて写真を取得し、常温大気圧下にて1分程度放置し、乾固させ塗膜を形成した。次に、マグネトロンスパッタにて0.10μm設定でPt蒸着をおこない導電膜を形成した。導電膜を形成したのち、試料をFIB加工用冶具に導電性テープで固定し、集束イオンビーム装置(FIB装置)内に導入した。FIB装置は電子銃とイオン銃を搭載したタイプである。FIB装置内で、SEM観察により、フェルトペンで印をつけた加工位置を、光学顕微鏡の写真をもとに特定したのち、Wデポで、幅20μm、縦2μm、厚み2μm程度の保護膜を形成した。細長いWデポ膜を挟むように両端よりエッチング加工をおこなった。2μm厚みまでエッチング加工したのち、試料傾斜角度を変更し、底部分であるボトム部分と試料両端のサイド部分に切れ込みを入れた。サイドの一部を残し、プローブ先端を試料片に接するように近づけ、接している個所にWデポ膜を成膜し、プローブと試料を接着させる。接着させたのち、残していたサイドの一部をイオンビームで切り落とし、プローブに接着している薄片試料を試料から切り離した。薄片試料はTEM観察用のグリッドにWデポ膜で接着させ、グリッドと試料が接着したのち、プローブと試料をイオンビームで切り離した。グリッドに付着している薄片試料は厚み約2μmであったが、両面より弱電流ビームにて、厚み50〜100nm程度までさらに薄片化させた。得られた薄片試料を透過電子顕微鏡を用いて観察したところ、フェルトペンにて形成した塗膜とPt導電膜とWデポ膜が3層生成しており、試料凹凸の間にも穴が空くことなく入り込んでいた。また、試料が金属であったため、有機成分主体のフェルトペンの保護膜のコントラストが明るく、界面のコントラスト差がつき、薄片試料の凹凸断面形状、試料表面近傍の断面状態が見易くなった。また、薄片試料にするため加工をおこなうにしたがい、表面に位置するWデポ膜が削れて膜厚が小さくなった。最終的に断面観察をおこなった結果、Wデポ膜の厚さは0.4μmであり、導電膜の厚さは0.08μmであり、フェルトペンによる塗膜の厚さは0.2μmであった。   In a sample whose surface is made of a metal material made of Cr and whose concave and convex shape has an average width and height of 50 nm, the processing location is determined with an optical microscope and the processing location is planned with an ultra-fine felt pen I drew a point with a pen pressure that lightly touched. After drawing the dots, a photograph was obtained with an optical microscope, and allowed to stand at room temperature and atmospheric pressure for about 1 minute, and dried to form a coating film. Next, Pt was deposited by magnetron sputtering at a setting of 0.10 μm to form a conductive film. After forming the conductive film, the sample was fixed to the FIB processing jig with a conductive tape and introduced into a focused ion beam apparatus (FIB apparatus). The FIB apparatus is a type equipped with an electron gun and an ion gun. After identifying the processing position marked with a felt pen by SEM observation in the FIB apparatus based on the photo of the optical microscope, a protective film with a width of 20 μm, a length of 2 μm, and a thickness of about 2 μm is formed at the W deposit. did. Etching was performed from both ends so as to sandwich the elongated W deposition film. After etching to a thickness of 2 μm, the sample inclination angle was changed, and a bottom portion as a bottom portion and side portions at both ends of the sample were cut. A part of the side is left, the tip of the probe is brought close to the sample piece, a W deposition film is formed at the contacted position, and the probe and the sample are bonded. After bonding, a part of the remaining side was cut off with an ion beam, and the thin sample adhered to the probe was separated from the sample. The thin sample was adhered to a TEM observation grid with a W deposition film, and after the grid and the sample were adhered, the probe and the sample were separated by an ion beam. The flake sample adhering to the grid had a thickness of about 2 μm, but was further thinned to a thickness of about 50 to 100 nm with a weak current beam from both sides. When the obtained thin piece sample was observed using a transmission electron microscope, three layers of a coating film formed with a felt pen, a Pt conductive film, and a W deposition film were formed, and a hole was also formed between the irregularities of the sample. It was intrusive. Further, since the sample was a metal, the contrast of the protective film of the felt pen mainly composed of the organic component was bright, the contrast difference of the interface was added, and the concavo-convex cross-sectional shape of the thin sample and the cross-sectional state near the sample surface became easy to see. In addition, as the thin sample was processed, the W deposition film located on the surface was cut and the film thickness was reduced. As a result of final cross-sectional observation, the thickness of the W deposition film was 0.4 μm, the thickness of the conductive film was 0.08 μm, and the thickness of the coating film by felt pen was 0.2 μm. .

1 試料
1a 薄片試料
1b エッチング加工箇所
2 塗膜
3 保護膜(デポ膜)
4 導電膜
9 穴(微小な穴)
10 リデポ(加工カス)
H 凹部高さ
S 凹部幅
1 Sample 1a Thin Sample 1b Etching location 2 Coating 3 Protective film
4 Conductive film 9 hole (small hole)
10 Redepo
H Recess height S Recess width

Claims (4)

集束イオンビーム装置を用い試料から薄片試料を作製する薄片試料作製方法であって、
試料の薄片試料作製箇所にインクを塗布し塗膜を形成する工程と、
試料を前記集束イオンビーム装置に導入し、金属系材料を用い薄片試料作製箇所にイオンビームにより保護膜を形成する工程と、
前記保護膜が形成された薄片試料作製箇所についてイオンビームによるエッチング加工により薄片試料を作製する工程と
を順に備えることを特徴とする薄片試料作製方法。
A thin sample preparation method for producing a thin sample from a sample using a focused ion beam device,
A step of applying ink to a thin sample preparation part of the sample to form a coating film;
Introducing a sample into the focused ion beam apparatus, and forming a protective film with an ion beam at a thin sample preparation site using a metal-based material;
And a step of producing a thin piece sample by etching using an ion beam at a thin piece sample production place on which the protective film is formed.
前記試料の薄片試料作製箇所にインクを塗布する工程がペンによりおこなわれることを特徴とする請求項1に記載の薄片試料作製方法。   The method for preparing a thin piece sample according to claim 1, wherein the step of applying ink to the thin piece sample preparation portion of the sample is performed with a pen. 試料の薄片試料作製箇所にインクを塗布し塗膜を形成する工程後、試料表面に導電膜を形成する工程を備えることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の試料薄片作製方法。   The method for producing a sample flake according to claim 1 or 2, further comprising a step of forming a conductive film on the surface of the sample after the step of applying ink to a thin piece sample preparation location of the sample to form a coating film. 前記試料の薄片試料作製箇所表面が凹凸形状を備えており、該凹凸形状の凹部の間隔が1nm以上100nm以下の範囲内であり、且つ、凹部の高さが1nm以上1μm以下の範囲内であることを特徴とする請求項1乃至3のいずれかに記載の薄片試料作製方法。   The surface of the thin sample preparation site of the sample has an uneven shape, the interval between the recesses of the uneven shape is in the range of 1 nm to 100 nm, and the height of the recesses is in the range of 1 nm to 1 μm. The method for preparing a thin sample according to any one of claims 1 to 3.
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