JP2019040702A - Specimen processing method and ion beam processing device - Google Patents

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真年 森下
Masatoshi Morishita
真年 森下
峰 利之
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利之 峰
敬司 渡邉
Keiji Watanabe
敬司 渡邉
浩章 長谷川
Hiroaki Hasegawa
浩章 長谷川
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Abstract

To ensure a wide range where a specimen can be used, without deteriorating the performance of the specimen, in the processing of a specimen using an ion beam processing device.SOLUTION: A specimen processing method using an ion beam processing device has (a) a step of forming a pore in the specimen by irradiating the specimen with an ion beam in the vacuum container of the ion beam processing device (step S1), (b) a step of measuring the electrical characteristics of the specimen in the vacuum container multiple times, according to multiple preset pressures (step S2), (c) a step of determining the sealing pressure when sealing the pore, on the basis of the measurement results of multiple times (step S3), and (d) a step of sealing the pore of the specimen by irradiating with an ion beam by the ion bem processing device, while setting the sealing pressure in the vacuum container (step S4).SELECTED DRAWING: Figure 4

Description

本発明は、イオンビームを用いた試料加工方法およびイオンビーム加工装置に関する。   The present invention relates to a sample processing method and an ion beam processing apparatus using an ion beam.

シリコン(Si)などの半導体を局所加工する技術として、集束イオンビーム(Focused Ion Beam、以下FIBとも言う)を用いた加工技術が知られている。そして、集束イオンビームは、例えば、MEMS(Micro Electro Mechanical Systems) 技術によるセンサ素子の形成にも用いられている。   As a technique for locally processing a semiconductor such as silicon (Si), a processing technique using a focused ion beam (hereinafter also referred to as FIB) is known. The focused ion beam is also used to form a sensor element by, for example, MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) technology.

MEMSセンサの製造プロセスにおいて、イオンビーム加工装置のチャンバ内でMEMSセンサの電気特性の測定と、集束イオンビームによる加工とを行うイオンビーム加工装置が知られている。   2. Description of the Related Art An ion beam processing apparatus that performs measurement of electrical characteristics of a MEMS sensor and processing using a focused ion beam in a chamber of the ion beam processing apparatus in a MEMS sensor manufacturing process is known.

例えば、特開2015−43425号公報(特許文献1)には、集束イオンビームによる試料の加工と、プローブによる電気特性の測定と、を交互に行うことが可能な装置技術が開示されている。   For example, Japanese Patent Laying-Open No. 2015-43425 (Patent Document 1) discloses an apparatus technique that can alternately perform processing of a sample with a focused ion beam and measurement of electrical characteristics with a probe.

特開2015−43425号公報JP2015-43425A

MEMSセンサの製造プロセスでは、センサ特性のばらつきとなる要因として、シリコン基板に形成されたデバイス層や絶縁層の厚さばらつきによるギャップ量および機械特性の誤差が挙げられる。   In the manufacturing process of the MEMS sensor, a factor that causes variations in sensor characteristics includes gap amount and mechanical characteristic errors due to variations in the thickness of device layers and insulating layers formed on the silicon substrate.

さらに、デバイス層の加工後のエッジ形状のばらつきによるガス粘性の誤差などが挙げられる。これらの誤差は、デバイス層の下部の位置に起因するため、上面や斜めからの観察だけでは、修正困難な場合が多い。   Furthermore, an error in gas viscosity due to variation in edge shape after processing of the device layer can be mentioned. Since these errors are caused by the position of the lower portion of the device layer, correction is often difficult only by observation from the upper surface or obliquely.

したがって、線形なデバイスとして使用するには、振動周波数において共振周波数の領域より十分に周波数が低い領域のみをデバイスとして使用するか、もしくは各半導体チップごとに封止用圧力を調整する必要がある。   Therefore, in order to use the device as a linear device, it is necessary to use only a region where the vibration frequency is sufficiently lower than the resonance frequency region as the device, or to adjust the sealing pressure for each semiconductor chip.

しかしながら、共振周波数の領域より十分に周波数が低い領域のみをデバイスとして使用する方法では、センサの感度の低下を招くことが課題である。一方、各半導体チップごとに封止用圧力を調整する方法では、半導体チップごとの修正によるコスト増が避けられないと言う課題が発生する。   However, in the method of using only a region whose frequency is sufficiently lower than the region of the resonance frequency as a device, it is a problem that the sensitivity of the sensor is lowered. On the other hand, in the method of adjusting the sealing pressure for each semiconductor chip, there arises a problem that cost increase due to correction for each semiconductor chip is unavoidable.

本発明の目的は、試料の加工において試料の性能を低下させることなく、試料の使用可能な範囲を広く確保することができる技術を提供することにある。   An object of the present invention is to provide a technique capable of ensuring a wide usable range of a sample without reducing the performance of the sample in processing the sample.

本発明の前記の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。   The above object and novel features of the present invention will become apparent from the description of the present specification and the accompanying drawings.

本願において開示される実施の形態のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。   Of the embodiments disclosed in the present application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.

一実施の形態における試料加工方法は、(a)イオンビーム加工装置の真空容器内で試料にイオンビームを照射して上記試料に孔部を形成する工程、(b)上記真空容器内において、予め設定された複数の圧力に応じて上記試料の電気特性を複数回測定する工程、を有する。さらに、(c)上記複数回の測定結果に基づいて、上記孔部を封止する加工の際の封止用圧力を決定する工程、(d)上記真空容器内を上記封止用圧力に設定した状態で、上記イオンビーム加工装置によりイオンビームを照射して上記試料の上記孔部を封止する工程、を有する。   In one embodiment, a sample processing method includes (a) a step of irradiating a sample with an ion beam in a vacuum container of an ion beam processing apparatus to form a hole in the sample, and (b) in the vacuum container in advance. Measuring the electrical characteristics of the sample a plurality of times according to a plurality of set pressures. Further, (c) a step of determining a sealing pressure at the time of processing for sealing the hole portion based on the measurement results of the plurality of times, and (d) setting the inside of the vacuum vessel to the sealing pressure. In this state, there is a step of sealing the hole of the sample by irradiating the ion beam with the ion beam processing apparatus.

また、一実施の形態におけるイオンビーム加工装置は、イオン源と、上記イオン源から放出されるイオンビームを集束する複数のレンズと、試料を保持するステージと、内部に上記ステージが設けられ、上記ステージにより保持された上記試料に上記イオンビームが照射されて上記試料の加工が行われる真空容器と、を有する。さらに、上記真空容器内の圧力を調整する圧力調整部と、上記真空容器内の上記試料の電気特性を測定する測定部と、を有し、予め設定された複数の圧力に対応させて上記圧力調整部により上記真空容器内を複数の圧力に変化させ、上記測定部により上記複数の圧力に応じて上記試料の電気特性を複数回測定する。   An ion beam processing apparatus according to an embodiment includes an ion source, a plurality of lenses that focus an ion beam emitted from the ion source, a stage that holds a sample, and the stage inside. A vacuum vessel in which the sample held by the stage is irradiated with the ion beam to process the sample. And a pressure adjusting unit that adjusts the pressure in the vacuum vessel; and a measurement unit that measures the electrical characteristics of the sample in the vacuum vessel, and the pressure corresponding to a plurality of preset pressures. The inside of the vacuum vessel is changed to a plurality of pressures by the adjusting unit, and the electrical characteristics of the sample are measured a plurality of times according to the plurality of pressures by the measuring unit.

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。   Among the inventions disclosed in the present application, effects obtained by typical ones will be briefly described as follows.

試料の加工において試料の性能を低下させることなく、試料の使用可能な範囲を広く確保することができる。MEMSセンサにおいては、センサ感度を低下させることなく、MEMSセンサの使用可能な範囲を広く確保することができる。   A wide usable range of the sample can be ensured without degrading the performance of the sample in the processing of the sample. In the MEMS sensor, a usable range of the MEMS sensor can be secured widely without lowering the sensor sensitivity.

本発明の実施の形態のイオンビーム加工装置の一例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows an example of the ion beam processing apparatus of embodiment of this invention. 図1のイオンビーム加工装置によって加工されるMEMSセンサの概略構造の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of schematic structure of the MEMS sensor processed with the ion beam processing apparatus of FIG. 図1のイオンビーム加工装置によって加工されるMEMSセンサの特性を示すグラフ図である。It is a graph which shows the characteristic of the MEMS sensor processed with the ion beam processing apparatus of FIG. 本発明の実施の形態のMEMSセンサの製造方法の手順の一例を示すフロー図である。It is a flowchart which shows an example of the procedure of the manufacturing method of the MEMS sensor of embodiment of this invention. 図1のイオンビーム加工装置によって加工されるMEMSセンサの封止前の構造の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the structure before sealing of the MEMS sensor processed with the ion beam processing apparatus of FIG. 図1のイオンビーム加工装置によって加工されるMEMSセンサの圧力依存性測定時の構造の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the structure at the time of the pressure dependence measurement of the MEMS sensor processed with the ion beam processing apparatus of FIG. 図1のイオンビーム加工装置によって加工されるMEMSセンサの封止後の構造の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the structure after sealing of the MEMS sensor processed with the ion beam processing apparatus of FIG. 図1のイオンビーム加工装置によって加工されるMEMSセンサの封止後の圧力依存性測定時の構造の一例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows an example of the structure at the time of the pressure dependence measurement after sealing of the MEMS sensor processed by the ion beam processing apparatus of FIG. 比較例のMEMSセンサの製造方法の手順を示すフロー図である。It is a flowchart which shows the procedure of the manufacturing method of the MEMS sensor of a comparative example.

図1は本発明の実施の形態のイオンビーム加工装置の一例を示す概略構成図である。   FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of an ion beam processing apparatus according to an embodiment of the present invention.

図1を用いて本実施の形態のイオンビーム加工装置の構成について説明する。なお、本実施の形態では、イオンビーム加工装置のことを単にイオンビーム装置もしくは集束イオンビーム装置などとも呼ぶ。   The configuration of the ion beam processing apparatus according to the present embodiment will be described with reference to FIG. In the present embodiment, the ion beam processing apparatus is also simply referred to as an ion beam apparatus or a focused ion beam apparatus.

図1に示されるイオンビーム加工装置23は、試料11への集束イオンビーム36の照射が行われるチャンバである真空容器41を備えている。また、真空容器41には、ガリウムイオンを放出するイオン源31、コンデンサレンズ32、アパーチャ33が載置されるアパーチャ回転機構37およびイオンビーム走査偏向器34などから構成されるイオンビーム照射系が取り付けられている。   The ion beam processing apparatus 23 shown in FIG. 1 includes a vacuum container 41 that is a chamber in which the focused ion beam 36 is irradiated onto the sample 11. In addition, an ion beam irradiation system including an ion source 31 that emits gallium ions, a condenser lens 32, an aperture rotation mechanism 37 on which the aperture 33 is placed, an ion beam scanning deflector 34, and the like is attached to the vacuum container 41. It has been.

すなわち、イオンビーム照射系においては、イオン源31から放出されるイオンビームを複数のレンズであるコンデンサレンズ32に通して集束し、さらにアパーチャ33およびイオンビーム走査偏向器34を介して集束イオンビーム36として、試料11に照射して試料11の加工を行う。   That is, in the ion beam irradiation system, the ion beam emitted from the ion source 31 is focused through a condenser lens 32, which is a plurality of lenses, and further focused through an aperture 33 and an ion beam scanning deflector 34. Then, the sample 11 is irradiated with the sample 11 and processed.

また、真空容器41内には、試料11を保持するステージ13が設けられ、ステージ13により保持された試料11に集束イオンビーム36が照射されて試料11の加工が行われる。   In addition, a stage 13 that holds the sample 11 is provided in the vacuum container 41, and the sample 11 that is held by the stage 13 is irradiated with the focused ion beam 36 to process the sample 11.

また、本実施の形態のイオンビーム加工装置23は、真空容器41内の圧力を調整する圧力調整部であるチャンバ圧調整装置35と、真空容器41内のステージ13上に載置された試料11の電気特性を測定する測定部40と、を有している。   The ion beam processing apparatus 23 according to the present embodiment also includes a chamber pressure adjusting device 35 that is a pressure adjusting unit that adjusts the pressure in the vacuum vessel 41 and the sample 11 placed on the stage 13 in the vacuum vessel 41. And a measurement unit 40 for measuring the electrical characteristics of.

チャンバ圧調整装置35には、吸気装置35aと排気装置35bとが接続されており、吸気装置35aによって真空容器41内の圧力を大きくすることができ、一方、排気装置35bによって真空容器41内の圧力を小さくすることができる。   An intake device 35a and an exhaust device 35b are connected to the chamber pressure adjusting device 35, and the pressure in the vacuum vessel 41 can be increased by the intake device 35a. The pressure can be reduced.

また、測定部40には、MEMSセンサなどの試料11の電気特性を測定する測定用プローブ39が電気的に接続されている。すなわち、試料11の電極などに測定用プローブ39を接触させて試料11の電気特性を測定することができる。   In addition, a measurement probe 39 that measures the electrical characteristics of the sample 11 such as a MEMS sensor is electrically connected to the measurement unit 40. That is, the measurement probe 39 can be brought into contact with the electrode of the sample 11 to measure the electrical characteristics of the sample 11.

また、イオンビーム加工装置23は、電子ビーム8を放出する電子銃7、電子ビーム8を集束する電子レンズ9および電子ビーム走査偏向器10などで構成される電子ビーム照射系を備えている。   Further, the ion beam processing apparatus 23 includes an electron beam irradiation system including an electron gun 7 that emits an electron beam 8, an electron lens 9 that focuses the electron beam 8, an electron beam scanning deflector 10, and the like.

さらに、イオンビーム加工装置23は、二次粒子検出器12、ハンド部15が設けられたマニピュレータ42およびガス源17などを備えている。   Furthermore, the ion beam processing apparatus 23 includes a secondary particle detector 12, a manipulator 42 provided with a hand unit 15, a gas source 17, and the like.

また、イオンビーム加工装置23は、その制御系として、イオン源制御装置81、レンズ制御装置82、ステージ制御装置14、マニピュレータ制御装置16、ガス源制御装置18、二次粒子検出器制御装置19、アパーチャ回転制御装置38および計算処理装置85などを備えている。   In addition, the ion beam processing device 23 includes, as its control system, an ion source control device 81, a lens control device 82, a stage control device 14, a manipulator control device 16, a gas source control device 18, a secondary particle detector control device 19, An aperture rotation control device 38 and a calculation processing device 85 are provided.

ここで、計算処理装置85は、イオンビーム加工装置23のユーザが必要な情報を入力するための情報入力手段や、二次粒子検出器12の検出信号を基に生成された画像、上記情報入力手段によって入力した情報を表示するディスプレイなどを備えている。   Here, the calculation processing device 85 includes an information input means for inputting information necessary for the user of the ion beam processing device 23, an image generated based on the detection signal of the secondary particle detector 12, and the information input. The display etc. which display the information input by the means are provided.

また、イオンビーム加工装置23のステージ13は、試料載置面に平行で、かつ直交する2つの方向(X方向とY方向)への移動を可能にする直線移動機構、試料載置面に対して垂直方向への移動を可能にする直線移動機構、試料載置面に対する回転機構、および試料載置面に対して傾斜軸を有する傾斜機構を備えている。そして、ステージ13の上記移動の制御は、計算処理装置85から送信される指令によってステージ制御装置14で行われる。   In addition, the stage 13 of the ion beam processing apparatus 23 has a linear movement mechanism that enables movement in two directions (X direction and Y direction) that are parallel to and orthogonal to the sample placement surface, and a sample placement surface. A linear movement mechanism that enables movement in the vertical direction, a rotation mechanism with respect to the sample mounting surface, and a tilting mechanism having an tilt axis with respect to the sample mounting surface. Control of the movement of the stage 13 is performed by the stage control device 14 in accordance with a command transmitted from the calculation processing device 85.

また、イオンビーム加工装置23では、イオン源31より放出されたガリウムイオンは、コンデンサレンズ32などによって試料上に集束される。なお、集束条件設定は、計算処理装置85への入力によってなされる。さらに、試料11に照射されるイオンビームのビーム径は、イオン源31を光源とする試料11上への結像と、レンズによる収差によって決定される。   In the ion beam processing apparatus 23, the gallium ions emitted from the ion source 31 are focused on the sample by the condenser lens 32 or the like. The focusing condition is set by input to the calculation processing device 85. Further, the beam diameter of the ion beam applied to the sample 11 is determined by the image formation on the sample 11 using the ion source 31 as a light source and the aberration caused by the lens.

また、イオンビーム加工装置23は、チャンバ圧調整装置35と、測定部40とを有しており、予め設定された複数の圧力に対応させてチャンバ圧調整装置35によって真空容器41内を複数の圧力に変化させる(調整する)ことができる。さらに、測定部40によって、予め設定された複数の圧力に応じて試料11の電気特性を複数回測定することができる。   The ion beam processing apparatus 23 includes a chamber pressure adjusting device 35 and a measuring unit 40. The chamber pressure adjusting device 35 causes a plurality of chambers to adjust a plurality of pressures in the vacuum container 41 in accordance with a plurality of preset pressures. The pressure can be changed (adjusted). Further, the measurement unit 40 can measure the electrical characteristics of the sample 11 a plurality of times according to a plurality of preset pressures.

以上により、本実施の形態のイオンビーム加工装置23は、真空容器41内において、測定部40によって、予め設定された複数の圧力に応じて試料11の電気特性を複数回測定し、かつ上記測定後、上記複数回の測定結果に基づいて封止用圧力を決定する。さらに、チャンバ圧調整装置35によって真空容器41内を所定の上記封止用圧力に設定し、この状態で試料11に集束イオンビーム36を照射して試料11に形成された後述する孔部2dの封止を行うことができる。   As described above, in the ion beam processing apparatus 23 according to the present embodiment, the measurement unit 40 measures the electrical characteristics of the sample 11 a plurality of times in accordance with a plurality of preset pressures in the vacuum vessel 41, and the above measurement is performed. Thereafter, the sealing pressure is determined based on the results of the plurality of measurements. Further, the inside of the vacuum vessel 41 is set to a predetermined sealing pressure by the chamber pressure adjusting device 35, and in this state, the focused ion beam 36 is irradiated onto the sample 11 to form a hole 2d described later formed in the sample 11. Sealing can be performed.

次に、本願の課題の詳細を、本発明者が検討した例を用いて詳細に説明する。図2は図1のイオンビーム加工装置によって加工されるMEMSセンサの概略構造の一例を示す断面図、図3は図1のイオンビーム加工装置によって加工されるMEMSセンサの特性を示すグラフ図である。   Next, details of the subject of the present application will be described in detail using an example examined by the present inventors. 2 is a sectional view showing an example of a schematic structure of a MEMS sensor processed by the ion beam processing apparatus of FIG. 1, and FIG. 3 is a graph showing characteristics of the MEMS sensor processed by the ion beam processing apparatus of FIG. .

ここでは、図1に示すイオンビーム加工装置23によって加工される試料11が、図2に示すようなMEMSセンサ1の場合について説明する。MEMSセンサ1の製造プロセスでは、センサ特性のばらつきとなる要因として、以下の2つが考えられる。   Here, the case where the sample 11 processed by the ion beam processing apparatus 23 shown in FIG. 1 is the MEMS sensor 1 as shown in FIG. 2 will be described. In the manufacturing process of the MEMS sensor 1, the following two can be considered as factors that cause variations in sensor characteristics.

1つは、半導体チップ(シリコン基板)2に形成されたデバイス層2aや絶縁層(BOX層)2bの厚さのばらつきによるギャップ2gや機械特性の誤差である。さらに、他の1つは、デバイス層2aに形成された貫通孔2k加工後のエッジ部2fの形状のばらつきによるガスダンピング(ガスの粘性)の誤差である。   One is an error in the gap 2g and mechanical characteristics due to variations in the thickness of the device layer 2a and the insulating layer (BOX layer) 2b formed on the semiconductor chip (silicon substrate) 2. Furthermore, the other one is an error in gas damping (gas viscosity) due to variation in the shape of the edge 2f after processing of the through hole 2k formed in the device layer 2a.

これらの誤差は、デバイス層2aの貫通孔2kの下部(エッジ部2fの形状)に起因するため、デバイス層2aの上部や斜めからの観察だけでは、修正困難な場合が多い。したがって、MEMSセンサ1を線形なデバイスとして使用するには、測定領域から10倍程度高い共振周波数を設計するか、または各チップ毎に封止用圧力を調整する必要がある。しかしながら、測定領域から10倍程度高い共振周波数を設計することは、センサ感度の低下につながるという課題が発生する。一方、各チップ毎に封止用圧力を調整することは、検査やチップ毎の修正によるコスト増が避けられないという課題に至る。   Since these errors are caused by the lower part of the through-hole 2k (the shape of the edge part 2f) of the device layer 2a, it is often difficult to correct by only observing the upper part of the device layer 2a or obliquely. Therefore, in order to use the MEMS sensor 1 as a linear device, it is necessary to design a resonance frequency about 10 times higher than the measurement region, or to adjust the sealing pressure for each chip. However, designing a resonance frequency about 10 times higher from the measurement region causes a problem that the sensitivity of the sensor is reduced. On the other hand, adjusting the sealing pressure for each chip leads to a problem that cost increases due to inspection and correction for each chip are unavoidable.

ここで、図3を用いて、ガスのダンピング(粘性)と圧力依存性の関係について説明する。   Here, the relationship between gas damping (viscosity) and pressure dependence will be described with reference to FIG.

ガスのダンピングの大きさは、封止用圧力とMEMSの形状(ギャップ2gの大きさやエッジ部2fの形状のばらつきを含む)とに依存する。したがって、MEMSのセンサ慣性体に付属するクシ歯型の検出電極の持つ突起構造が、空気粘性の抵抗効果を受ける際の主原因である場合、封止ガスによるダンピング係数Cは、
C=96ηeff LW3 /(π4 3
ηeff =η/(1+9. 638Kn 1.159
n =λ/Lc =kB T/((√2)πdgas 2 PLc
と表されることが知られている。ただし、Wは突起構造の幅、gは突起構造間の距離(ギャップ)、ηeff は周辺気体の粘性の実効値、ηは周辺気体の粘性定数、Kn はクヌッセン数、λは周辺気体の平均自由行程、Lは流れ場の代表長さであり突起構造間の距離に相当する長さ、kB はボルツマン定数、Tは絶対温度、dgas は周辺気体の分子の直径、Pは周辺気体の圧力である。
The magnitude of the gas damping depends on the sealing pressure and the shape of the MEMS (including the gap 2g size and the variation in the shape of the edge portion 2f). Therefore, when the protrusion structure of the comb-shaped detection electrode attached to the MEMS sensor inertial body is the main cause when receiving the air viscous resistance effect, the damping coefficient C by the sealing gas is
C = 96 η eff LW 3 / (π 4 g 3 )
η eff = η / (1 + 9.638K n 1.159 )
K n = λ / L c = k B T / ((√2) πd gas 2 PL c )
It is known that However, W is the width of the protrusion structure, g is the distance between the projection structure (gap), eta eff is the effective value of the viscosity of the peripheral gas, eta is the viscosity constant of the peripheral gas, K n is Knudsen number, lambda is around gas Mean free path, L is the typical length of the flow field and is the length corresponding to the distance between the protrusion structures, k B is the Boltzmann constant, T is the absolute temperature, d gas is the diameter of the molecule of the surrounding gas, P is the surrounding gas Pressure.

ここで、MEMSにおいては、図3の線分(a)が最も圧力が低い場合の感度周波数特性であり、線分(c)が最も圧力が高い場合の感度周波数特性である。   Here, in MEMS, the line segment (a) in FIG. 3 is the sensitivity frequency characteristic when the pressure is the lowest, and the line segment (c) is the sensitivity frequency characteristic when the pressure is the highest.

以下、図3を用いてMEMSセンサの感度周波数特性と封止用圧力の関係を説明する。周波数が低い場合(例えば、真空の場合)は、感度は周波数に対してほぼ一定で圧力依存性はない。周波数が高くなると、低圧では線分(a)に示すようにMEMSセンサの共振周波数でピーク(Q部)が発生する。線分(a)の場合よりさらに圧力が高くなると、線分(b)および線分(c)に示すように、封止気体のダンピングの影響を受け、ピークが消滅する過減衰ダンピング特性となる。MEMSセンサの場合、共振によってピークが発生すると振動が増大して正確なセンサ特性を検出できないだけでなく、素子が破壊される危険性がある。   Hereinafter, the relationship between the sensitivity frequency characteristic of the MEMS sensor and the sealing pressure will be described with reference to FIG. When the frequency is low (for example, in the case of vacuum), the sensitivity is almost constant with respect to the frequency and is not pressure-dependent. When the frequency is increased, a peak (Q portion) is generated at the resonance frequency of the MEMS sensor at a low pressure as shown in the line segment (a). When the pressure becomes higher than in the case of the line segment (a), as shown in the line segment (b) and the line segment (c), an overdamped damping characteristic in which the peak disappears due to the influence of the damping of the sealing gas is obtained. . In the case of a MEMS sensor, if a peak is generated due to resonance, vibrations increase and accurate sensor characteristics cannot be detected, and there is a risk that the element is destroyed.

したがって、1つのMEMSセンサに対して振動周波数を振って複数箇所でのセンサ感度を測定した上で、得られる線分においてセンサ感度の大きさが、周波数の高い領域までフラットな状態(R部)となるようなダンピング係数を取得する。図3においては、線分(a)であり、その際のダンピング係数Cは、線分(c)のダンピング係数Cより小さい。さらに、周辺気体の圧力Pについては、線分(c)の圧力Pより線分(a)の圧力Pの方が小さい。また、突起構造間の距離(ギャップ)gについては、線分(c)の突起構造間の距離(ギャップ)gより線分(a)の突起構造間の距離(ギャップ)gの方が大きい。   Therefore, after measuring the sensor sensitivity at a plurality of locations by oscillating the vibration frequency for one MEMS sensor, the magnitude of the sensor sensitivity in the obtained line segment is flat up to the high frequency region (R section). Obtain a damping coefficient such that In FIG. 3, it is a line segment (a), and the damping coefficient C at that time is smaller than the damping coefficient C of the line segment (c). Furthermore, regarding the pressure P of the surrounding gas, the pressure P of the line segment (a) is smaller than the pressure P of the line segment (c). As for the distance (gap) g between the protrusion structures, the distance (gap) g between the protrusion structures of the line segment (a) is larger than the distance (gap) g of the protrusion structure of the line segment (c).

次に、図4〜図7を用いて本実施の形態の試料加工方法について説明する。ここでは、試料11がMEMSセンサ1の場合を取り上げて説明する。図4は本発明の実施の形態のMEMSセンサの製造方法の手順の一例を示すフロー図、図5は図1のイオンビーム加工装置によって加工されるMEMSセンサの封止前の構造の一例を示す断面図である。図6は図1のイオンビーム加工装置によって加工されるMEMSセンサの圧力依存性測定時の構造の一例を示す断面図、図7は図1のイオンビーム加工装置によって加工されるMEMSセンサの封止後の構造の一例を示す断面図、図8は図1のイオンビーム加工装置によって加工されるMEMSセンサの封止後の圧力依存性測定時の構造の一例を示す断面図である。   Next, the sample processing method of the present embodiment will be described with reference to FIGS. Here, the case where the sample 11 is the MEMS sensor 1 will be described. FIG. 4 is a flowchart showing an example of the procedure of the manufacturing method of the MEMS sensor according to the embodiment of the present invention, and FIG. 5 shows an example of the structure before sealing the MEMS sensor processed by the ion beam processing apparatus of FIG. It is sectional drawing. 6 is a cross-sectional view showing an example of a structure at the time of measuring the pressure dependence of the MEMS sensor processed by the ion beam processing apparatus of FIG. 1, and FIG. 7 is a seal of the MEMS sensor processed by the ion beam processing apparatus of FIG. FIG. 8 is a cross-sectional view showing an example of the structure after the sealing of the MEMS sensor processed by the ion beam processing apparatus of FIG.

まず、図4のステップS1に示すFIBによるMEMS形状加工を行う。ここでは、図5に示すシリコン基板上の半導体チップ2において、MEMSセンサ1の形状を加工する。MEMSセンサ1は、例えば、加速度センサや角加速度センサなどである。すなわち、イオンビーム加工装置23の真空容器41内で、試料11である半導体チップ2に集束イオンビーム36を照射し、所望の膜を堆積してMEMSセンサ1の形状を加工するとともに、半導体チップ2上の被覆層、例えばシリコン膜に孔部2dを形成する。なお、MEMSセンサ1では、孔部2dに連通する空間部2c上にMEMSの素子部2eが形成されており、さらに、素子部2e上に電極2iおよび電極2jが形成されている。   First, MEMS shape processing by FIB shown in step S1 of FIG. 4 is performed. Here, the shape of the MEMS sensor 1 is processed in the semiconductor chip 2 on the silicon substrate shown in FIG. The MEMS sensor 1 is, for example, an acceleration sensor or an angular acceleration sensor. That is, in the vacuum vessel 41 of the ion beam processing apparatus 23, the semiconductor chip 2 which is the sample 11 is irradiated with the focused ion beam 36, a desired film is deposited, the shape of the MEMS sensor 1 is processed, and the semiconductor chip 2 is processed. A hole 2d is formed in the upper coating layer, for example, a silicon film. In the MEMS sensor 1, a MEMS element 2e is formed on a space 2c communicating with the hole 2d, and an electrode 2i and an electrode 2j are further formed on the element 2e.

そして、半導体チップ2上には、MEMSセンサ1の形状が加工されたデバイス層2a上の空間部2mを覆う蓋部(被覆層)2nが形成され、さらに蓋部2nには、空間部2mや貫通孔2kに連通する孔部2dが形成されている。   A lid (covering layer) 2n is formed on the semiconductor chip 2 so as to cover the space 2m on the device layer 2a in which the shape of the MEMS sensor 1 is processed. A hole portion 2d communicating with the through hole 2k is formed.

MEMSセンサ1の形状を加工した後、図4のステップS2に示すFIB中での電気特性測定を行う。すなわち、イオンビーム加工装置23内でMEMSの電気特性の圧力依存性を測定する。具体的には、イオンビーム加工装置23の同一の真空容器41内において、予め設定された複数の圧力に応じてMEMSセンサ1の電気特性を複数回測定する。   After processing the shape of the MEMS sensor 1, electrical characteristics are measured in the FIB shown in step S2 of FIG. That is, the pressure dependence of the electrical characteristics of the MEMS is measured in the ion beam processing apparatus 23. Specifically, in the same vacuum container 41 of the ion beam processing apparatus 23, the electrical characteristics of the MEMS sensor 1 are measured a plurality of times according to a plurality of preset pressures.

ここで、圧力依存性の測定について詳細に説明する。まず、所定の圧力となるように、図1に示すチャンバ圧調整装置35によって真空容器41の内圧を調整する。次に、半導体チップ2上におけるMEMSセンサ1の電極2i、2jと電気的に接続された図6に示すセンサ動作テスト用のテストパッド2pに、図1に示す測定用プローブ39を接触させる。そして、テストパッド2pに測定用プローブ39を接触させた状態で一定(所定)の周波数の電圧を印加して、テストパッド2pに流れる電圧を測定する。この時、周波数の値を、複数の周波数の値に振りながらそれぞれの周波数におけるテストパッド2pでの電圧を測定する。これにより、図3に示すセンサ特性に示すように、測定対象のMEMSセンサ1の線分(特性、周波数とセンサ感度の関係)を求めてセンサ特性の周波数依存性を測定する。   Here, the measurement of the pressure dependence will be described in detail. First, the internal pressure of the vacuum vessel 41 is adjusted by the chamber pressure adjusting device 35 shown in FIG. Next, the measurement probe 39 shown in FIG. 1 is brought into contact with the test pad 2p for sensor operation test shown in FIG. 6 electrically connected to the electrodes 2i and 2j of the MEMS sensor 1 on the semiconductor chip 2. Then, a voltage with a constant (predetermined) frequency is applied with the measurement probe 39 in contact with the test pad 2p, and the voltage flowing through the test pad 2p is measured. At this time, the voltage at the test pad 2p at each frequency is measured while shifting the frequency value to a plurality of frequency values. As a result, as shown in the sensor characteristics shown in FIG. 3, the frequency dependence of the sensor characteristics is measured by determining the line segment (characteristic, relationship between frequency and sensor sensitivity) of the MEMS sensor 1 to be measured.

その後、チャンバ圧調整装置35により、予め設定された他の圧力値に真空容器41内の圧力を変更(調整)する。そして、変更された圧力において上記センサ特性の周波数依存性を測定する。すなわち、真空容器41内の圧力が変更された状態で、上記同様に、複数の周波数の値に振りながらそれぞれの周波数におけるテストパッド2pでの電圧を測定する。これにより、真空容器41内の圧力が変更された状態でのMEMSセンサ1の線分(特性、周波数とセンサ感度)を求めてセンサ特性の周波数依存性を測定する。   Thereafter, the pressure in the vacuum container 41 is changed (adjusted) to another preset pressure value by the chamber pressure adjusting device 35. Then, the frequency dependence of the sensor characteristic is measured at the changed pressure. That is, in the state where the pressure in the vacuum vessel 41 is changed, the voltage at the test pad 2p at each frequency is measured while swinging to a plurality of frequency values as described above. Thereby, the line segment (characteristic, frequency and sensor sensitivity) of the MEMS sensor 1 in a state where the pressure in the vacuum vessel 41 is changed is obtained, and the frequency dependence of the sensor characteristic is measured.

本実施の形態の試料加工方法では、上述のセンサ特性の周波数依存性の測定を、予め設定された複数の圧力値に応じてMEMSセンサ1の電気特性として複数回測定する。つまり、MEMSセンサ1の加工を行うイオンビーム加工装置23の真空容器41内で、MEMSセンサ1の電気特性の圧力依存性を、予め設定された複数の圧力値に応じて複数回測定する。   In the sample processing method of the present embodiment, the measurement of the frequency dependence of the sensor characteristics described above is measured a plurality of times as the electrical characteristics of the MEMS sensor 1 in accordance with a plurality of preset pressure values. That is, the pressure dependence of the electrical characteristics of the MEMS sensor 1 is measured a plurality of times in accordance with a plurality of preset pressure values in the vacuum vessel 41 of the ion beam processing apparatus 23 that processes the MEMS sensor 1.

その後、複数回の測定結果に基づいて、形成されたMEMSセンサ1のダンピング係数Cを取得する。すなわち、複数回の測定で求められた複数のダンピング係数Cの中から適切なダンピング係数Cを決める(選択する)。   Thereafter, the damping coefficient C of the formed MEMS sensor 1 is acquired based on a plurality of measurement results. That is, an appropriate damping coefficient C is determined (selected) from a plurality of damping coefficients C obtained by a plurality of measurements.

次に、図4のステップS3に示す封止用圧力の決定を行う。ここでは、上述の複数回の測定結果に基づいて、孔部2dを封止する加工の際の封止用圧力を決定する。   Next, the sealing pressure shown in step S3 of FIG. 4 is determined. Here, the sealing pressure at the time of processing for sealing the hole 2d is determined based on the above-described measurement results of a plurality of times.

なお、形成されたMEMSセンサ1の上記測定結果による周波数とセンサ感度の関係の線分(特性)が何れの曲線になるかは、MEMSセンサ1におけるデバイス層2aに設けられた貫通孔2kの開口部分の平面視の大きさと、上述の複数回のMEMSセンサ1の電気特性の測定結果と、によって決まる。つまり、図5に示す貫通孔2kにおけるエッジ部2fの形状によって貫通孔2kの開口部分の大きさが決まるため、この開口部分を通過するガスの圧力も開口部分の大きさに影響される。したがって、MEMSセンサ1のダンピング係数Cは、MEMSセンサ1におけるデバイス層2aの貫通孔2kの開口部分の大きさと、上述の複数回のMEMSセンサ1の電気特性の測定結果と、によって決まる。   Note that whether the line segment (characteristic) of the relationship between the frequency and the sensor sensitivity based on the measurement result of the formed MEMS sensor 1 is a curved line depends on the opening of the through hole 2k provided in the device layer 2a of the MEMS sensor 1. It depends on the size of the portion in plan view and the measurement results of the electrical characteristics of the MEMS sensor 1 a plurality of times described above. That is, since the size of the opening portion of the through hole 2k is determined by the shape of the edge portion 2f in the through hole 2k shown in FIG. 5, the pressure of the gas passing through the opening portion is also affected by the size of the opening portion. Therefore, the damping coefficient C of the MEMS sensor 1 is determined by the size of the opening portion of the through hole 2k of the device layer 2a in the MEMS sensor 1 and the measurement results of the electrical characteristics of the MEMS sensor 1 a plurality of times described above.

具体的には、予め算出された貫通孔2kの開口部分の大きさおよび封止用圧力と、MEMSセンサ1のセンサ特性との相関関係から適切な封止用圧力を決定する。   Specifically, an appropriate sealing pressure is determined from the correlation between the size of the opening portion of the through hole 2k and the sealing pressure calculated in advance and the sensor characteristics of the MEMS sensor 1.

次に、図4のステップS4に示す所定圧力で封止(FIBによる堆積)を行う。ここでは、真空容器41内を所定の封止用圧力に設定した状態で、図1に示すイオンビーム加工装置23を用いて集束イオンビーム36を照射し、これにより、半導体チップ2の孔部2dを封止する。   Next, sealing (deposition by FIB) is performed at a predetermined pressure shown in step S4 of FIG. Here, the focused ion beam 36 is irradiated using the ion beam processing apparatus 23 shown in FIG. 1 in a state where the inside of the vacuum container 41 is set to a predetermined sealing pressure, whereby the hole 2d of the semiconductor chip 2 is irradiated. Is sealed.

具体的には、上記ステップS3で決定された封止用圧力となるように堆積条件を調整する。すなわち、イオンビーム加工装置23の真空容器41内の圧力を、チャンバ圧調整装置35によって上記ステップS3で決定された封止用圧力となるように調整するとともに、ガス源制御装置18によってガス源17の位置を調整する。   Specifically, the deposition conditions are adjusted so as to be the sealing pressure determined in step S3. That is, the pressure in the vacuum vessel 41 of the ion beam processing device 23 is adjusted by the chamber pressure adjusting device 35 to be the sealing pressure determined in step S3, and the gas source 17 is controlled by the gas source control device 18. Adjust the position.

以上のように堆積条件を調整した上で、半導体チップ2上に形成された蓋部2nの孔部2dの封止を行う。すなわち、図7に示すように、MEMSセンサ1が形成された半導体チップ2上の蓋部2nにおいて、図5の孔部2dに集束イオンビーム36を照射することで封止部2hを形成し、孔部2dを封止部2hによって塞ぐ(封止する)。   After adjusting the deposition conditions as described above, the hole 2d of the lid 2n formed on the semiconductor chip 2 is sealed. That is, as shown in FIG. 7, in the lid 2n on the semiconductor chip 2 on which the MEMS sensor 1 is formed, the sealed portion 2h is formed by irradiating the hole 2d in FIG. 5 with the focused ion beam 36, The hole 2d is closed (sealed) with the sealing portion 2h.

これにより、半導体チップ2上に形成された空間部2mは封止部2hによって封止された状態となる。   As a result, the space 2m formed on the semiconductor chip 2 is sealed by the sealing portion 2h.

なお、本実施の形態1の試料加工方法では、図4のステップS1のFIBによるMEMS形状加工からステップS4の所定圧力で封止(FIBによる堆積)までの処理を、イオンビーム加工装置23の真空容器41内で大気開放することなく行う。すなわち、FIBによるMEMSセンサ1の形状加工から所定の圧力で封止(FIBによる堆積)してMEMSセンサ1を形成するまでの処理を、イオンビーム加工装置23の同一の真空容器41内で大気開放することなく行う。   In the sample processing method of the first embodiment, the processes from the MEMS shape processing by FIB in step S1 in FIG. 4 to the sealing (deposition by FIB) at a predetermined pressure in step S4 are performed in the vacuum of the ion beam processing apparatus 23. This is performed without opening the atmosphere in the container 41. That is, the process from the shape processing of the MEMS sensor 1 by FIB to sealing with a predetermined pressure (deposition by FIB) to form the MEMS sensor 1 is released to the atmosphere in the same vacuum vessel 41 of the ion beam processing apparatus 23. Do without.

これにより、半導体チップ2上でのMEMSセンサ加工において、MEMSセンサ1の形状加工から封止までを効率良く処理することができる。   Thereby, in the MEMS sensor processing on the semiconductor chip 2, the processing from the shape processing to the sealing of the MEMS sensor 1 can be efficiently processed.

封止後、図4のステップS5に示す電気特性確認を行う。すなわち、封止部2hが形成されて孔部2dが封止されたMEMSセンサ1の電気特性を測定する。ここでは、イオンビーム加工装置23の同一の真空容器41内において、ステップS2で行った電気特性の測定と同じ方法でMEMSセンサ1の圧力依存性を測定する。つまり、予め設定された複数の圧力に応じてMEMSセンサ1の電気特性を複数回測定する。具体的には、所定の圧力に真空容器41の内圧を調整した状態で、半導体チップ2における図8に示すセンサ動作テスト用のテストパッド2pに、図1に示す測定用プローブ39を接触させ、一定(所定)の周波数の電圧を印加して、テストパッド2pに流れる電圧を測定する。これにより、MEMSセンサ1の周波数依存性を測定する。   After sealing, the electrical property confirmation shown in step S5 of FIG. 4 is performed. That is, the electrical characteristics of the MEMS sensor 1 in which the sealing portion 2h is formed and the hole portion 2d is sealed are measured. Here, the pressure dependence of the MEMS sensor 1 is measured in the same vacuum vessel 41 of the ion beam processing apparatus 23 by the same method as the measurement of the electrical characteristics performed in step S2. That is, the electrical characteristics of the MEMS sensor 1 are measured a plurality of times according to a plurality of preset pressures. Specifically, with the internal pressure of the vacuum vessel 41 adjusted to a predetermined pressure, the measurement probe 39 shown in FIG. 1 is brought into contact with the test pad 2p for the sensor operation test shown in FIG. A voltage having a constant (predetermined) frequency is applied, and the voltage flowing through the test pad 2p is measured. Thereby, the frequency dependence of the MEMS sensor 1 is measured.

そして、上記測定の結果に基づき図4に示す以下のステップに進む。   And based on the result of the said measurement, it progresses to the following steps shown in FIG.

上記測定の結果がステップS2で行った測定結果と一致した場合(OK)には、ステップS6に示すプロセス完了となり、MEMSセンサ1の製造を完了する。   When the measurement result matches the measurement result performed in step S2 (OK), the process shown in step S6 is completed, and the manufacturing of the MEMS sensor 1 is completed.

一方、上記測定の結果がステップS2で行った測定結果と一致しなかった場合(NG)には、再度孔部2dの封止をやり直す。すなわち、上記測定の結果がステップS2で行った測定結果と一致しなかった場合(NG)には、ステップS7の封止の開放を行う。具体的には、イオンビーム加工装置23により封止部2hに集束イオンビーム36を照射して封止部2hを開放、つまり孔部2dを再度形成する。   On the other hand, when the measurement result does not coincide with the measurement result performed in step S2 (NG), the hole 2d is sealed again. That is, when the measurement result does not coincide with the measurement result performed in step S2 (NG), the sealing in step S7 is opened. Specifically, the ion beam processing apparatus 23 irradiates the sealing portion 2h with the focused ion beam 36 to open the sealing portion 2h, that is, to form the hole 2d again.

その後、ステップS3に示す封止用圧力の決定を再度行う。すなわち、封止用圧力を再度決定する。言い換えると、封止用圧力の修正を行う。   Thereafter, the determination of the sealing pressure shown in step S3 is performed again. That is, the sealing pressure is determined again. In other words, the sealing pressure is corrected.

ここでは、事前に計算した貫通孔2kの寸法などを用い、封止用圧力とMEMSセンサ1の特性の相関関係から封止用圧力を決め直す(封止用圧力を修正する)。   Here, the sealing pressure is re-determined from the correlation between the sealing pressure and the characteristics of the MEMS sensor 1 using the dimension of the through hole 2k calculated in advance (correcting the sealing pressure).

上記封止用圧力を再度決定した後、ステップS4に示す所定圧力で封止(FIBによる堆積)を行う。ここでは、真空容器41内を再度決定した封止用圧力に設定した状態で、イオンビーム加工装置23により孔部2dに集束イオンビーム36を照射し、これにより、半導体チップ2の孔部2dを再度封止する。つまり、孔部2dに封止部2hを形成し、再度孔部2dを塞ぐ(再封止する)。   After determining the sealing pressure again, sealing (deposition by FIB) is performed at the predetermined pressure shown in step S4. Here, in a state where the inside of the vacuum vessel 41 is set to the sealing pressure determined again, the focused ion beam 36 is irradiated to the hole 2d by the ion beam processing apparatus 23, and thereby the hole 2d of the semiconductor chip 2 is irradiated. Seal again. That is, the sealing part 2h is formed in the hole 2d, and the hole 2d is closed again (resealed).

再封止後、再度ステップS5に示すMEMSセンサ1の電気特性確認を行って、MEMSセンサ1の周波数依存性を測定する。そして、上記測定の結果がステップS2で行った測定結果と一致した場合(OK)には、ステップS6に示すプロセス完了となり、MEMSセンサ1の製造を完了する。一方、上記測定の結果がステップS2で行った測定結果と一致しなかった場合(NG)には、もう一度孔部2dの封止をやり直す。つまり、上記測定の結果がステップS2で行った測定結果と一致するまで封止用圧力を決め直して封止を行い、MEMSセンサ1の電気特性の圧力依存性を測定する。   After resealing, the electrical characteristics of the MEMS sensor 1 shown in step S5 are checked again, and the frequency dependence of the MEMS sensor 1 is measured. If the measurement result matches the measurement result performed in step S2 (OK), the process shown in step S6 is completed, and the manufacturing of the MEMS sensor 1 is completed. On the other hand, when the measurement result does not coincide with the measurement result performed in step S2 (NG), the hole 2d is sealed again. In other words, the sealing pressure is determined again until the measurement result matches the measurement result performed in step S2, and the pressure dependency of the electrical characteristics of the MEMS sensor 1 is measured.

なお、本実施の形態の試料加工方法では、再封止を行う際にも、図4に示すステップS1〜ステップS7および2回目のステップS3、ステップS4、ステップS5をイオンビーム加工装置23の同一の真空容器41内で大気開放することなく処理する。   In the sample processing method of the present embodiment, the steps S1 to S7 shown in FIG. 4 and the second step S3, step S4, and step S5 shown in FIG. In the vacuum container 41 without opening to the atmosphere.

これにより、MEMSセンサ1の製造において、エッチング加工〜封止までを同一の真空容器41内で行うことができる。   Thereby, in manufacture of the MEMS sensor 1, from an etching process to sealing can be performed within the same vacuum vessel 41. FIG.

本実施の形態のイオンビーム加工装置および試料加工方法によれば、真空容器41内において、予め設定された複数の圧力に応じてMEMSセンサ1の電気特性を複数回測定して決定した封止用圧力より孔部2dを封止することで、MEMSセンサ1のセンサ感度を低下させることなく、MEMSセンサ1において線形に使用可能な範囲を確保することができる。すなわち、MEMSセンサ1の使用可能な範囲を広く確保することができる。つまり、本実施の形態のイオンビーム加工装置23は、真空容器41内の真空度を変化させつつ、MEMSの電気特性を測定する機能を備えている。したがって、本実施の形態の試料加工方法では、イオンビーム加工装置23の真空容器41内において、複数の圧力に調整しながらそれら複数の圧力ごとにMEMSセンサ1の電気特性を複数回測定することができる。   According to the ion beam processing apparatus and the sample processing method of the present embodiment, for sealing, the electrical characteristics of the MEMS sensor 1 determined by measuring the electrical characteristics of the MEMS sensor 1 a plurality of times in accordance with a plurality of preset pressures in the vacuum vessel 41. By sealing the hole 2d by pressure, a range that can be used linearly in the MEMS sensor 1 can be secured without reducing the sensor sensitivity of the MEMS sensor 1. That is, the usable range of the MEMS sensor 1 can be secured widely. That is, the ion beam processing apparatus 23 according to the present embodiment has a function of measuring the electrical characteristics of the MEMS while changing the degree of vacuum in the vacuum vessel 41. Therefore, in the sample processing method of the present embodiment, the electrical characteristics of the MEMS sensor 1 can be measured a plurality of times for each of the plurality of pressures in the vacuum vessel 41 of the ion beam processing apparatus 23 while adjusting the plurality of pressures. it can.

さらに、上述のように、MEMSセンサ1の製造においてエッチング加工〜封止までを同一の真空容器41内で行うことができるため、MEMSセンサ1の製造のタクトタイムの増加およびコストの増加を最小限に抑えることができる。   Furthermore, as described above, since the etching process to sealing can be performed in the same vacuum vessel 41 in the manufacture of the MEMS sensor 1, an increase in tact time and an increase in cost of the MEMS sensor 1 are minimized. Can be suppressed.

ここで、図9は、本願発明者が比較検討を行った比較例のMEMSの製造方法の手順を示すフロー図である。   Here, FIG. 9 is a flowchart showing the procedure of the method for manufacturing the MEMS of the comparative example, which the inventor of the present application has compared and examined.

図9に示す比較例のMEMSの製造手順では、ステップS11に示すMEMS形状加工およびステップS12に示す事前設計の圧力で封止まではイオンビーム装置の同一のチャンバ内で処理を行う。しかしながら、ステップS13に示す電気特性確認では、イオンビーム装置ではなく、MEMSをプローバなどの他の製造装置の所定箇所に移してそこで特性の測定を実施し、この測定で良品と判断された場合にステップS14に示すプロセス完了となる。   In the MEMS manufacturing procedure of the comparative example shown in FIG. 9, processing is performed in the same chamber of the ion beam apparatus until sealing with the MEMS shape processing shown in step S <b> 11 and the pre-designed pressure shown in step S <b> 12. However, in the electrical property confirmation shown in step S13, when the MEMS is not an ion beam device but the MEMS is moved to a predetermined location of another manufacturing device such as a prober, and the property is measured there, it is determined that the measurement is a non-defective product The process shown in step S14 is completed.

すなわち、図9に示す比較例のMEMSの製造手順では、電気特性確認工程に移る際に、イオンビーム装置のチャンバから必ずMEMS(試料)を取り出さなければならず、非常に効率が悪い。さらに、電気特性確認の結果、良品と判断されなかった場合には、そのMEMSは不良品として判断され、本実施の形態の図4に示すプロセスのように、MEMSの製造工程にフィードバックされる手順とはなっていない。したがって、図9に示す比較例の方法では、MEMSの製造における歩留りを低下させることに繋がる。   That is, in the MEMS manufacturing procedure of the comparative example shown in FIG. 9, the MEMS (sample) must be taken out from the chamber of the ion beam apparatus when moving to the electrical property confirmation step, which is very inefficient. Furthermore, if the electrical characteristics are not determined to be a non-defective product, the MEMS is determined as a defective product and fed back to the MEMS manufacturing process as in the process shown in FIG. 4 of the present embodiment. It is not. Therefore, the method of the comparative example shown in FIG. 9 leads to a decrease in yield in manufacturing the MEMS.

そこで、本実施の形態の試料加工方法では、加工を行ったFIBの真空容器41内でMEMSセンサ1の電気特性測定を実施し、さらに上述の測定結果から各MEMSセンサ1の封止用圧力を決定し、同一の真空容器41内で大気開放することなく封止を行うことができる。   Therefore, in the sample processing method according to the present embodiment, the electrical characteristics of the MEMS sensor 1 are measured in the vacuum vessel 41 of the processed FIB, and the sealing pressure of each MEMS sensor 1 is determined from the above measurement results. It can be determined and sealed without opening to the atmosphere in the same vacuum vessel 41.

これにより、同一のイオンビーム加工装置23において、MEMS形状加工〜封止までの処理、さらにその後の電気特性確認と再封止を効率良く行うことができる。また、同一のイオンビーム加工装置23において、決定された封止用圧力で封止し、その後の電気特性確認と再封止を、MEMSセンサ1の製造手順においてフィードバックさせて製造することで、不良品を減らすことができ、MEMSセンサ1の歩留りを向上させることができる。   Thereby, in the same ion beam processing apparatus 23, the process from MEMS shape processing to sealing, and further subsequent electrical property confirmation and resealing can be performed efficiently. Further, in the same ion beam processing apparatus 23, sealing is performed with the determined sealing pressure, and subsequent electrical property confirmation and resealing are performed by feeding back in the manufacturing procedure of the MEMS sensor 1, thereby reducing the problem. Non-defective products can be reduced, and the yield of the MEMS sensor 1 can be improved.

また、本実施の形態のイオンビーム加工装置23は、チャンバ圧調整装置35によって真空容器41内の圧力(真空度)を細かく調整することが可能なため、デバイスごとに封止用圧力を調整することができる。したがって、同一の半導体チップ2上に感度が異なる加速度センサアレイを形成することもできる。さらに、必要な封止用圧力が異なるセンサを同時に実装することができる。   Moreover, since the ion beam processing apparatus 23 of this Embodiment can adjust the pressure (vacuum degree) in the vacuum vessel 41 finely by the chamber pressure adjustment apparatus 35, the sealing pressure is adjusted for each device. be able to. Therefore, acceleration sensor arrays having different sensitivities can be formed on the same semiconductor chip 2. Furthermore, sensors having different required sealing pressures can be simultaneously mounted.

例えば、高真空(一例として100Pa程度)が必要な角速度センサと、中程度の真空(一例として大気圧〜10000Pa程度)が必要な加速度センサと、を同じ半導体チップ2上で個別に封止し、パッケージ(半導体装置)の小型化を実現することも可能である。   For example, an angular velocity sensor that requires a high vacuum (for example, about 100 Pa) and an acceleration sensor that requires a medium vacuum (for example, about atmospheric pressure to about 10,000 Pa) are individually sealed on the same semiconductor chip 2. It is also possible to reduce the size of the package (semiconductor device).

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。   As mentioned above, the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiment. However, the present invention is not limited to the above-described embodiment, and includes various modifications. For example, the above-described embodiment has been described in detail for easy understanding of the present invention, and is not necessarily limited to one having all the configurations described.

また、ある実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることが可能である。なお、図面に記載した各部材や相対的なサイズは、本発明を分かりやすく説明するため簡素化・理想化しており、実装上はより複雑な形状となる。   Further, a part of the configuration of one embodiment can be replaced with the configuration of another embodiment, and the configuration of another embodiment can be added to the configuration of one embodiment. . In addition, it is possible to add, delete, and replace other configurations for a part of the configuration of each embodiment. In addition, each member and relative size which were described in drawing are simplified and idealized in order to demonstrate this invention clearly, and it becomes a more complicated shape on mounting.

上記実施の形態では、イオンビーム加工装置23において、試料11の特性を測定する測定用プローブ39と接続された測定部40が独立して設けられている構成を説明したが、測定部40は、計算処理装置85に組み込まれていてもよい。   In the above-described embodiment, the configuration in which the measurement unit 40 connected to the measurement probe 39 for measuring the characteristics of the sample 11 is provided independently in the ion beam processing apparatus 23 has been described. It may be incorporated in the calculation processing device 85.

1 MEMSセンサ
2 半導体チップ(シリコン基板)
2a デバイス層
2b 絶縁層
2c 空間部
2d 孔部
2e 素子部
2f エッジ部
2g ギャップ
2h 封止部
2i、2j 電極
2k 貫通孔
2m 空間部
2n 蓋部(被覆層)
2p テストパッド
7 電子銃
8 電子ビーム
9 電子レンズ
10 電子ビーム走査偏向器
11 試料
12 二次粒子検出器
13 ステージ
14 ステージ制御装置
15 ハンド部
16 マニピュレータ制御装置
17 ガス源
18 ガス源制御装置
19 二次粒子検出器制御装置
23 イオンビーム加工装置
31 イオン源
32 コンデンサレンズ
33 アパーチャ
34 イオンビーム走査偏向器
35 チャンバ圧調整装置(圧力調整部)
35a 吸気装置
35b 排気装置
36 集束イオンビーム(FIB)
37 アパーチャ回転機構
38 アパーチャ回転制御装置
39 測定用プローブ
40 測定部
41 真空容器(チャンバ)
42 マニピュレータ
81 イオン源制御装置
82 レンズ制御装置
85 計算処理装置
1 MEMS sensor 2 Semiconductor chip (silicon substrate)
2a Device layer 2b Insulating layer 2c Space 2d Hole 2e Element 2f Edge 2g Gap 2h Seal 2i 2j Electrode 2k Through hole 2m Space 2n Lid (covering layer)
2p test pad 7 electron gun 8 electron beam 9 electron lens 10 electron beam scanning deflector 11 sample 12 secondary particle detector 13 stage 14 stage controller 15 hand unit 16 manipulator controller 17 gas source 18 gas source controller 19 secondary Particle detector control device 23 Ion beam processing device 31 Ion source 32 Condenser lens 33 Aperture 34 Ion beam scanning deflector 35 Chamber pressure adjusting device (pressure adjusting unit)
35a Intake device 35b Exhaust device 36 Focused ion beam (FIB)
37 Aperture Rotation Mechanism 38 Aperture Rotation Control Device 39 Measuring Probe 40 Measuring Unit 41 Vacuum Container (Chamber)
42 Manipulator 81 Ion source control device 82 Lens control device 85 Calculation processing device

Claims (13)

(a)イオンビーム加工装置の真空容器内で試料にイオンビームを照射して前記試料に孔部を形成する工程、
(b)前記(a)工程の後、前記真空容器内において、予め設定された複数の圧力に応じて前記試料の電気特性を複数回測定する工程、
(c)前記(b)工程の後、前記複数回の測定結果に基づいて、前記孔部を封止する加工の際の封止用圧力を決定する工程、
(d)前記(c)工程の後、前記真空容器内を前記封止用圧力に設定した状態で、前記イオンビーム加工装置によりイオンビームを照射して前記試料の前記孔部を封止する工程、
を有する、試料加工方法。
(A) a step of irradiating the sample with an ion beam in a vacuum container of an ion beam processing apparatus to form a hole in the sample;
(B) After the step (a), in the vacuum vessel, measuring the electrical characteristics of the sample a plurality of times according to a plurality of preset pressures;
(C) After the step (b), based on the measurement results of the plurality of times, a step of determining a sealing pressure at the time of processing for sealing the hole,
(D) After the step (c), a step of sealing the hole of the sample by irradiating an ion beam with the ion beam processing apparatus in a state where the inside of the vacuum vessel is set to the sealing pressure. ,
A sample processing method.
請求項1に記載の試料加工方法において、
前記(a)工程から前記(d)工程までを同一の前記真空容器内で大気開放することなく処理する、試料加工方法。
The sample processing method according to claim 1,
A sample processing method in which the steps (a) to (d) are processed in the same vacuum vessel without opening to the atmosphere.
請求項1に記載の試料加工方法において、
前記(d)工程の後、前記孔部が封止された前記試料の電気特性を測定する(e)工程と、
前記(e)工程の後、前記(e)工程の測定結果に基づいて前記イオンビーム加工装置によりイオンビームを照射して前記孔部を再度形成する(f)工程と、
前記(f)工程の後、前記封止用圧力を再度決定する(g)工程と、
前記(g)工程の後、前記真空容器内を再度決定した前記封止用圧力に設定した状態で、前記イオンビーム加工装置によりイオンビームを照射して前記試料の前記孔部を封止する(h)工程と、
を有する、試料加工方法。
The sample processing method according to claim 1,
After the step (d), the step (e) of measuring the electrical characteristics of the sample in which the hole is sealed;
(F) After the step (e), the hole is formed again by irradiating the ion beam with the ion beam processing apparatus based on the measurement result of the step (e).
(G) the step of determining the sealing pressure again after the step (f);
After the step (g), the hole of the sample is sealed by irradiating the ion beam with the ion beam processing apparatus in the state where the inside of the vacuum vessel is set to the sealing pressure determined again ( h) a process;
A sample processing method.
請求項3に記載の試料加工方法において、
前記(a)工程から前記(h)工程までを同一の前記真空容器内で大気開放することなく処理する、試料加工方法。
In the sample processing method of Claim 3,
The sample processing method of processing from the said (a) process to the said (h) process, without air-release in the same said vacuum vessel.
請求項1に記載の試料加工方法において、
前記試料は、半導体チップ上に形成されたMEMSセンサであり、
前記(b)工程における前記電気特性の測定は、前記MEMSセンサに形成されたテストパッドに測定用プローブを接触させ、前記MEMSセンサに所定の周波数の電圧を印加して前記MEMSセンサにおける出力電圧を測定する、試料加工方法。
The sample processing method according to claim 1,
The sample is a MEMS sensor formed on a semiconductor chip,
The measurement of the electrical characteristics in the step (b) is performed by bringing a measurement probe into contact with a test pad formed on the MEMS sensor, and applying a voltage of a predetermined frequency to the MEMS sensor to obtain an output voltage at the MEMS sensor. Sample processing method to be measured.
請求項1に記載の試料加工方法において、
前記試料は、半導体チップ上に形成されたMEMSセンサであり、かつ、前記孔部は、前記半導体チップ上の被覆層に形成された孔部である、試料加工方法。
The sample processing method according to claim 1,
The sample processing method, wherein the sample is a MEMS sensor formed on a semiconductor chip, and the hole is a hole formed in a coating layer on the semiconductor chip.
請求項6に記載の試料加工方法において、
前記MEMSセンサの素子部は、前記孔部に連通する空間部上に配置されている、試料加工方法。
The sample processing method according to claim 6,
The element processing part of the said MEMS sensor is a sample processing method arrange | positioned on the space part connected to the said hole.
請求項6に記載の試料加工方法において、
前記(b)工程では、前記複数の圧力に応じて前記MEMSセンサの出力を複数回測定する、試料加工方法。
The sample processing method according to claim 6,
In the step (b), the sample processing method of measuring the output of the MEMS sensor a plurality of times according to the plurality of pressures.
イオン源と、
前記イオン源から放出されるイオンビームを集束する複数のレンズと、
試料を保持するステージと、
内部に前記ステージが設けられ、前記ステージにより保持された前記試料に前記イオンビームが照射されて前記試料の加工が行われる真空容器と、
前記真空容器内の圧力を調整する圧力調整部と、
前記真空容器内の前記試料の電気特性を測定する測定部と、
を有し、
予め設定された複数の圧力に対応させて前記圧力調整部により前記真空容器内を複数の圧力に変化させ、前記測定部により前記複数の圧力に応じて前記試料の電気特性を複数回測定する、イオンビーム加工装置。
An ion source;
A plurality of lenses for focusing an ion beam emitted from the ion source;
A stage for holding the sample;
A vacuum vessel in which the stage is provided and the sample held by the stage is irradiated with the ion beam to process the sample;
A pressure adjusting unit for adjusting the pressure in the vacuum vessel;
A measurement unit for measuring electrical characteristics of the sample in the vacuum vessel;
Have
Corresponding to a plurality of preset pressures, the pressure adjusting unit changes the inside of the vacuum vessel to a plurality of pressures, and the measuring unit measures the electrical characteristics of the sample a plurality of times according to the plurality of pressures. Ion beam processing equipment.
請求項9に記載のイオンビーム加工装置において、
前記測定部により前記真空容器内において予め設定された複数の圧力に応じて前記試料の電気特性を複数回測定し、前記測定後、前記複数回の測定結果に基づいて封止用圧力を決定し、さらに、前記真空容器内を前記封止用圧力に設定した状態で前記試料にイオンビームを照射して前記試料に形成された孔部の封止を行う、イオンビーム加工装置。
In the ion beam processing apparatus according to claim 9,
The measurement unit measures the electrical characteristics of the sample a plurality of times according to a plurality of pressures set in advance in the vacuum vessel, and determines the sealing pressure based on the measurement results after the measurement. Furthermore, an ion beam processing apparatus that seals the hole formed in the sample by irradiating the sample with an ion beam in a state where the inside of the vacuum vessel is set to the sealing pressure.
請求項9に記載のイオンビーム加工装置において、
前記試料は、半導体チップ上に形成されたMEMSセンサであり、
前記電気特性の測定では、前記MEMSセンサに形成されたテストパッドに測定用プローブを接触させ、前記測定部によって、前記MEMSセンサに所定の周波数の電圧を印加して前記MEMSセンサにおける出力電圧の測定を行う、イオンビーム加工装置。
In the ion beam processing apparatus according to claim 9,
The sample is a MEMS sensor formed on a semiconductor chip,
In the measurement of the electrical characteristics, a measurement probe is brought into contact with a test pad formed on the MEMS sensor, and a voltage having a predetermined frequency is applied to the MEMS sensor by the measurement unit to measure an output voltage in the MEMS sensor. Ion beam processing device.
請求項9に記載のイオンビーム加工装置において、
前記試料は、半導体チップ上に形成されたMEMSセンサであり、前記イオンビームにより、前記半導体チップ上の被覆層に形成された孔部の封止が行われる、イオンビーム加工装置。
In the ion beam processing apparatus according to claim 9,
The sample is an MEMS sensor formed on a semiconductor chip, and an ion beam processing apparatus in which a hole formed in a coating layer on the semiconductor chip is sealed by the ion beam.
請求項12に記載のイオンビーム加工装置において、
前記MEMSセンサの素子部は、前記孔部に連通する空間部上に配置されている、イオンビーム加工装置。
In the ion beam processing apparatus according to claim 12,
The element part of the said MEMS sensor is an ion beam processing apparatus arrange | positioned on the space part connected to the said hole.
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