JP2013197046A

JP2013197046A - 複合荷電粒子ビーム装置

Info

Publication number: JP2013197046A
Application number: JP2012066005A
Authority: JP
Inventors: Kin Mitsu; 欣満; Hiroshi Yamamoto; 洋山本; Atsushi Uemoto; 敦上本; Tatsuya Asahata; 達也麻畑
Original assignee: Hitachi High Tech Science Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Science Corp
Priority date: 2012-03-22
Filing date: 2012-03-22
Publication date: 2013-09-30
Anticipated expiration: 2032-03-22
Also published as: US20130248735A1; US8642980B2; JP5952046B2; DE102013102535A1

Abstract

【課題】観察する目的に合わせて電子ビーム鏡筒のＷＤを変更し、試料を加工観察すること。
【解決手段】試料７に電子ビーム８を照射するための電子ビーム鏡筒１と、試料７にイオンビーム９を照射し、エッチング加工するためのイオンビーム鏡筒２と、試料台６を電子ビーム８の照射軸方向に移動させる試料台駆動部１５と、試料７の電子ビーム８が照射される位置にイオンビーム９を照射できるようにイオンビーム鏡筒１を試料室３に対し相対的に移動させる鏡筒調整部１８と、を有する複合荷電粒子ビーム装置を提供する。
【選択図】図１

Description

本発明は、二以上の荷電粒子ビームを試料に照射する複合荷電粒子ビーム装置に関するものである。

集束イオンビーム（ＦＩＢ）を照射することによりエッチング加工された断面を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察する装置としてＦＩＢ−ＳＥＭ複合装置が知られている。

ＳＥＭ観察は、一般に、観察面に対し垂直方向から観察すると、高分解能で観察することができる。そこで、ＦＩＢ鏡筒とＳＥＭ鏡筒を直角に配置した複合荷電粒子ビーム装置を用いて、ＦＩＢ加工で形成した断面を垂直方向からＳＥＭ観察する試料加工観察方法が提案されている（特許文献１参照）。この方法によれば、ＦＩＢによる微細加工で切り出された断面を、その場で高分解能ＳＥＭ観察することができる。

ところで、ＳＥＭ観察では、一般に、対物レンズと試料面との間の距離であるワーキングディスタンス（ＷＤ）が小さいほうがより高分解能で観察することができる。そこで、従来の装置では、ＳＥＭ鏡筒の先端と試料をできるだけ近く配置するように設計されていた。

特開２０１１−１９６８０２号公報

しかしながら、ＳＥＭ鏡筒の先端と試料を近く配置すると、他の構成要素であるイオンビーム鏡筒の先端や成膜用のガスノズルと干渉してしまうことや、試料から発生する荷電粒子やＸ線が検出器に到達することを妨げてしまうという課題があった。

この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、観察する目的に合わせてＷＤを変更可能な複合荷電粒子ビーム装置を提供することである。

上記の目的を達成するために、この発明は以下の手段を提供している。
本発明に係る複合荷電粒子ビーム装置は、試料室と、試料を保持する試料台と、試料に電子ビームを照射するための電子ビーム鏡筒と、試料にイオンビームを照射し、エッチング加工するためのイオンビーム鏡筒と、試料から発生する荷電粒子を検出する検出器と、検出器からの検出信号から荷電粒子像を形成する像形成部と、試料台を電子ビームの照射軸方向に移動させる試料台駆動部と、試料の電子ビームが照射される位置にイオンビームを照射できるようにイオンビーム鏡筒を試料室に対し相対的に移動させる鏡筒調整部と、を有する。

これにより、試料台とイオンビーム鏡筒を試料室に対し相対的に移動させることで電子ビーム鏡筒のＷＤを変更することができる。

本発明に係る複合荷電粒子ビーム装置によれば、観察する目的に合わせて電子ビーム鏡筒のＷＤを変更し、試料を加工観察することができる。

本発明に係る実施形態の複合荷電粒子ビーム装置の構成図である。本発明に係る実施形態の複合荷電粒子ビーム装置の説明図である。本発明に係る実施形態の複合荷電粒子ビーム装置の説明図である。

以下、本発明に係る複合荷電粒子ビーム装置の実施形態について説明する。
複合荷電粒子ビーム装置は、図１に示すように、電子ビーム鏡筒１と、イオンビーム鏡筒２と、試料室３を備えている。試料室３内に収容された試料７に電子ビーム鏡筒１から電子ビーム８を、イオンビーム鏡筒２からイオンビーム９を照射する。電子ビーム鏡筒１とイオンビーム鏡筒２とは、それぞれの照射軸が試料７上で互いに直交するように配置されている。

また、荷電粒子ビーム装置は荷電粒子検出器として二次電子検出器４と透過電子検出器５を備えている。二次電子検出器４は、電子ビーム８又はイオンビーム９の照射により試料７から発生した二次電子を検出することができる。透過電子検出器５は電子ビーム鏡筒１に対向する位置に備えられている。透過電子検出器５は、電子ビーム８を試料７に照射した結果、試料７により透過された透過電子と試料７に入射されなかった電子ビーム８を検出することができる。

さらに、荷電粒子ビーム装置は試料７を保持する試料台６を備える。試料台６は試料台駆動部１５により駆動し、試料台６の移動は試料台制御部１６により制御される。

試料台駆動部１５は、試料台６をＸ、Ｙ、Ｚ方向の三軸方向に移動させる。なお、荷電粒子ビーム装置は電子ビーム鏡筒２の照射軸方向とＺ方向とが平行になるように配置されている。

荷電粒子ビーム装置は、さらに、電子ビーム制御部１２と、イオンビーム制御部１３と、像形成部１４と、表示部１７を備える。電子ビーム制御部１２は電子ビーム鏡筒１に照射信号を送信し、電子ビーム鏡筒１から電子ビーム８を照射させる。イオンビーム制御部１３はイオンビーム鏡筒２に照射信号を送信し、イオンビーム鏡筒２からイオンビーム９を照射させる。

像形成部１４は、電子ビーム制御部１２の電子ビーム８を走査させる信号と、透過電子検出器５で検出した透過電子の信号とから透過電子像を形成する。表示部１７は透過電子像を表示することができる。また、像形成部１４は、電子ビーム制御部１２の電子ビーム８を走査させる信号と、二次電子検出器４で検出した二次電子の信号とからＳＥＭ像のデータを形成する。表示部１７はＳＥＭ像を表示することができる。また、像形成部１４は、イオンビーム制御部１３のイオンビーム９を走査させる信号と、二次電子検出器４で検出した二次電子の信号とからＳＩＭ像のデータを形成する。表示部１７はＳＩＭ像を表示することができる。

荷電粒子ビーム装置は、さらに、入力部１０と、制御部１１を備える。オペレータは装置制御に関する条件を入力部１０に入力する。入力部１０は、入力された情報を制御部１１に送信する。制御部１１は、電子ビーム制御部１２、イオンビーム制御部１３、像形成部１４、試料台制御部１６または表示部１７に制御信号を送信し、荷電粒子ビーム装置の動作を制御する。

また、荷電粒子ビーム装置は、ＷＤ調整部１８を備える。ＷＤ調整部１８は、イオンビーム鏡筒２を試料室３に対し相対的に移動させる。

ＷＤの変更について図２を用いて説明する。図２（ａ）は、ＷＤが短い状態の図であり、電子ビーム鏡筒１の照射軸２１とイオンビーム鏡筒２の照射軸２２ａが試料７の表面上で直交するように試料台６により試料７を配置している。このときの電子ビーム鏡筒１の先端と試料７の表面との距離をＤ１とし、Ｄ１は２ｍｍである。この状態で、イオンビーム鏡筒２からイオンビーム９を試料７に照射し、試料７に断面を形成する。形成された断面に電子ビーム鏡筒１から電子ビーム８を走査照射し、断面のＳＥＭ像を観察する。断面に対し垂直に電子ビームを照射し、かつ、ＷＤが短いので、高分解能のＳＥＭ観察をすることができる。

次にＷＤを変更する。まず、変更前に試料台６のＳＩＭ像観察を行い、ＳＩＭ像上の試料台６の位置を記憶しておく。次に、試料台６を電子ビーム８の照射方向に沿って、つまり、Ｚ軸に沿って所望の電子ビーム鏡筒のＷＤ増加分（３ｍｍ）を移動させる。次に、ＳＩＭ像観察を行いながなら、ＳＩＭ像上において、試料台６が移動前の位置と同じ位置に表示されるように、ＷＤ調整部１８によりイオンビーム鏡筒２を電子ビーム８の照射方向に沿って、つまり、Ｚ軸に沿って移動させる。そして、試料台６のＳＩＭ像観察を行い、ＳＩＭ像上において試料台６が移動前の位置と同じ位置に表示されるように試料台６を移動させる。これにより、イオンビーム鏡筒２の移動距離と試料台６の移動距離は同じになる。すなわち、電子ビーム鏡筒１の照射軸２１とイオンビーム鏡筒２の照射軸２２ｂが試料７の表面上で直交する。図２（ｂ）は、ＷＤが長い状態の図である。電子ビーム鏡筒１の先端と試料７の表面との距離Ｄ２は５ｍｍで距離Ｄ１よりも大きい。この状態で、イオンビーム９による断面形成と電子ビーム８による断面観察を行うことができる。また、試料７と電子ビーム鏡筒２の先端との距離が大きいので、ＷＤが小さい場合では試料７と電子ビーム鏡筒２の先端が衝突してしまう角度に試料７を傾斜させて加工や観察を行うことができる。また、ＷＤが小さい場合では観察できなかった後方散乱電子やＸ線の検出を行うことができる。

ここで、図３を用いて、イオンビーム鏡筒２の移動について説明する。図３（ａ）に示すように、試料室３の壁面３ａは、イオンビーム鏡筒２の径よりも大きい径のポートを備えており、イオンビーム鏡筒２は当該ポートから試料室３に接続されている。イオンビーム鏡筒２は、壁面３ａと接触する接触部２ａを有する。壁面３ａと接触部２ａとが接触することにより試料室３の真空状態を保っている。ＷＤ調整部１８は、壁面３ａと接触部２ａの接触状態を保ったまま、接触部２ａを平行移動させ、これによりイオンビーム鏡筒２を移動させる。なお、ＷＤ調整部１８として、例えば、真空用オーリングを用いることができる。

図３（ｂ）は移動後の図である。ＷＤ調整部１８によりイオンビーム鏡筒２を押して移動させる。イオンビーム鏡筒２は壁面３ａのポートの径の範囲内で移動させることができる。壁面３ａと接触部２ａが常に接触しているので試料室３内部を真空状態に保つことができる。これにより移動前のイオンビーム鏡筒２の照射軸２２ａと移動後のイオンビーム鏡筒２の照射軸２２ｂとの距離Ｄ３だけ移動したことになる。

ここまでイオンビーム鏡筒２の照射軸が電子ビーム鏡筒１の照射軸に直交するように配置した場合について説明したが、両軸は直交しない場合においても作用効果を奏する。

１…電子ビーム鏡筒
２…イオンビーム鏡筒
２ａ…接触部
３…試料室
３ａ…壁面
４…二次電子検出器
５…透過電子検出器
６…試料台
７…試料
８…電子ビーム
９…イオンビーム
１０…入力部
１１…制御部
１２…電子ビーム制御部
１３…イオンビーム制御部
１４…像形成部
１５…試料台駆動部
１６…試料台制御部
１７…表示部
１８…ＷＤ調整部
２１…照射軸
２２ａ、２２ｂ…照射軸
Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３…距離

Claims

試料室と、
試料を保持する試料台と、
前記試料に電子ビームを照射するための電子ビーム鏡筒と、
前記試料にイオンビームを照射し、エッチング加工するためのイオンビーム鏡筒と、
前記試料から発生する荷電粒子を検出する検出器と、
前記検出器からの検出信号から荷電粒子像を形成する像形成部と、
前記試料台を前記電子ビームの照射軸方向に移動させる試料台駆動部と、
前記試料の前記電子ビームが照射される位置に前記イオンビームを照射できるように前記イオンビーム鏡筒を前記試料室に対し相対的に移動させる鏡筒調整部と、を有する複合荷電粒子ビーム装置。
前記試料室は、前記イオンビーム鏡筒の径よりも大きな径のポートを有し、
前記鏡筒調整部は、前記ポートの径の範囲内で前記イオンビーム鏡筒を移動させる請求項１に記載の複合荷電粒子ビーム装置。
前記イオンビーム鏡筒の照射軸は、前記電子ビーム鏡筒の照射軸と前記試料上で直交し、
前記鏡筒調整部は、前記電子ビームの照射方向と平行な方向に前記イオンビーム鏡筒を移動させる請求項１または２に記載の複合荷電粒子ビーム装置。
前記鏡筒調整部により前記イオンビーム鏡筒を移動させ、かつ、
前記試料台を、前記イオンビーム鏡筒の移動量と同じ量を移動させる制御部を有する請求項１から３のいずれか一つに記載の複合荷電粒子ビーム装置。