JP2022009601A - Charged particle beam machine and sample processing method - Google Patents

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PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a charged particle beam machine which can evenly apply a charged particle beam to an entire very small sample piece decreased in sample thickness and which can clearly grasp a processing end point in processing, and a sample processing method.
SOLUTION: A charged particle beam machine arranged for applying a charged particle beam to a sample to prepare a very small sample piece comprises: a charged particle beam lens barrel arranged to be able to apply the charged particle beam to the sample; a sample chamber which contains the charged particle beam lens barrel; and a sample piece holder capable of holding the sample. When the very small sample piece reduced in thickness in a partial region of the sample is formed by the charged particle beam, a portion adjacent to a thinned portion of the very small sample piece forms an inclined portion which is inclined to the thinned portion.
SELECTED DRAWING: Figure 3
COPYRIGHT: (C)2022,JPO&INPIT

Description

本発明は、荷電粒子ビームを用いて試料の加工を行うための荷電粒子ビーム装置、および、荷電粒子ビームを用いた試料加工方法に関するものである。 The present invention relates to a charged particle beam device for processing a sample using a charged particle beam, and a sample processing method using a charged particle beam.

例えば、半導体デバイス等の試料の内部構造を解析したり、立体的な観察を行ったりする手法の1つとして、荷電粒子ビーム(Focused Ion Beam;FIB)鏡筒と電子ビーム(Electron Beam;EB)鏡筒を搭載した荷電粒子ビーム複合装置を用いて、FIBによる断面形成加工と、その断面を走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope;SEM)により観察を行う断面加工観察方法が知られている(例えば、特許文献1を参照)。 For example, as one of the methods for analyzing the internal structure of a sample such as a semiconductor device or performing three-dimensional observation, a charged particle beam (FIB) lens barrel and an electron beam (EB) are used. A cross-section processing observation method is known in which a cross-section forming process is performed by FIB and the cross section is observed by a scanning electron microscope (SEM) using a charged particle beam composite device equipped with a lens barrel (for example,). , Patent Document 1).

この断面加工観察方法は、FIBによる断面形成加工とSEMによる断面観察を繰り返して3次元画像を構築する手法が知られている。この手法では、再構築した3次元立体像から、対象試料の立体的な形体を様々な方向から詳細に解析することができる。更に、対象試料の任意の断面像を再現することができるという、他の方法にはない利点を有している。 As this cross-section processing observation method, a method of constructing a three-dimensional image by repeating cross-section forming processing by FIB and cross-section observation by SEM is known. In this method, the three-dimensional shape of the target sample can be analyzed in detail from various directions from the reconstructed three-dimensional image. Further, it has an advantage that other methods do not have, that is, it is possible to reproduce an arbitrary cross-sectional image of the target sample.

その一方で、SEMは原理上、高倍率(高分解能)の観察に限界があり、また得られる情報も試料表面近くに限定される。このため、より高倍率で高分解能の観察のために、薄膜状に加工した試料に電子を透過させる透過型電子顕微鏡(Transmission Electron Microscopy:TEM)を用いた観察方法も知られている。こうしたTEMによる観察に用いる薄膜化した微細な試料(以下、微小試料片と称することがある。)の作製にも、上述したようなFIBによる断面形成加工が有効である。 On the other hand, in principle, SEM has a limit in observation at high magnification (high resolution), and the information obtained is also limited to the vicinity of the sample surface. For this reason, an observation method using a transmission electron microscope (TEM) that allows electrons to pass through a sample processed into a thin film is also known for observation with higher magnification and higher resolution. The cross-section forming process by FIB as described above is also effective for producing a thin filmed fine sample (hereinafter, may be referred to as a minute sample piece) used for observation by TEM.

従来、TEMによる観察に用いる微小試料片を作成する際には、試料の例えば先端部分を試料の厚み方向に沿って荷電粒子ビームを照射し、試料の厚みを減じて薄膜化することによって、微小試料片を作成していた。
例えば、半導体基板中に厚み方向に沿って複数のデバイスを積層した試料を薄膜化する際には、荷電粒子ビームを照射しつつ加工断面のSEM画像を観察し、加工断面に露出したデバイスの数をカウントすることで、所望の加工終点を把握していた。
Conventionally, when preparing a minute sample piece used for observation by TEM, for example, the tip portion of the sample is irradiated with a charged particle beam along the thickness direction of the sample, and the thickness of the sample is reduced to make a thin film. I was making a sample piece.
For example, when thinning a sample in which a plurality of devices are laminated in a semiconductor substrate along the thickness direction, the SEM image of the processed cross section is observed while irradiating a charged particle beam, and the number of devices exposed on the processed cross section. By counting, the desired machining end point was grasped.

一方、荷電粒子ビームを用いた加工によって生じる、荷電粒子ビームの照射方向に沿った加工縞模様(カーテン効果)を軽減するために、試料の厚み方向に対して傾斜した方向から荷電粒子ビームを照射することも行われている(例えば、特許文献2を参照)。 On the other hand, in order to reduce the processing stripe pattern (curtain effect) along the irradiation direction of the charged particle beam caused by the processing using the charged particle beam, the charged particle beam is irradiated from a direction inclined with respect to the thickness direction of the sample. (See, for example, Patent Document 2).

特開2008-270073号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 2008-270734 特開平9-186210号公報Japanese Unexamined Patent Publication No. 9-186210

しかしながら、上述した試料の加工方法(薄膜化方法)では、試料のうち、薄膜化する部分はエッチング加工され、当該部分に隣接する部分はエッチング加工されないため、90°で屈曲する段差が生じる。そして、上述したようなカーテン効果対策のために、薄片化する部分の加工面に対して傾斜した方向から荷電粒子ビームを照射すると、前述の隣接部分が荷電粒子ビームを遮蔽するため、荷電粒子ビームが当たらない陰領域が生じる。このため、荷電粒子ビームが当たらない陰領域を考慮して加工幅を決定しなければならず、所望の加工幅よりも大きな加工範囲に荷電粒子ビームを照射する必要が生じる。このため、試料の加工時間が長くなり、また、所望の形状の微小試料片を作製できない虞もあった。 However, in the above-mentioned sample processing method (thinning method), the portion of the sample to be thinned is etched, and the portion adjacent to the portion is not etched, so that a step that bends at 90 ° occurs. Then, when the charged particle beam is irradiated from an inclined direction to the machined surface of the fragmented portion as a measure against the curtain effect as described above, the above-mentioned adjacent portion shields the charged particle beam, so that the charged particle beam There is a shadow area that does not hit. Therefore, the processing width must be determined in consideration of the shadow region where the charged particle beam does not hit, and it becomes necessary to irradiate the charged particle beam to a processing range larger than the desired processing width. Therefore, the processing time of the sample becomes long, and there is a possibility that a minute sample piece having a desired shape cannot be produced.

また、半導体基板中に厚み方向に沿って複数のデバイスを積層した試料を薄膜化する際には、加工終点を把握するために加工によって露出したデバイスの数をカウントする時に、上述した陰領域の影響で加工面のコントラストが低下し、正確にデバイスの数をカウントできず、加工終点の正確な把握ができなくなる虞もあった。 Further, when thinning a sample in which a plurality of devices are laminated along the thickness direction in a semiconductor substrate, when counting the number of devices exposed by processing in order to grasp the processing end point, the above-mentioned shadow region Due to the influence, the contrast of the machined surface is lowered, the number of devices cannot be counted accurately, and there is a possibility that the end point of the machine cannot be accurately grasped.

本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであって、試料の厚みを減じた微小試料片の全体にムラなく荷電粒子ビームを照射することが可能であり、かつ、加工時の加工終点を明確に把握することが可能な荷電粒子ビーム装置、および試料加工方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned circumstances, and it is possible to uniformly irradiate the entire small sample piece with a reduced sample thickness with a charged particle beam, and the processing end point at the time of processing. It is an object of the present invention to provide a charged particle beam device capable of clearly grasping the above, and a sample processing method.

上記課題を解決するために、本実施形態の態様は、以下のような荷電粒子ビーム装置、試料加工方法を提供した。
すなわち、本発明の荷電粒子ビーム装置は、試料に向けて荷電粒子ビームを照射し、微小試料片を作成する荷電粒子ビーム装置であって、前記試料に向けて荷電粒子ビームを照射可能な荷電粒子ビーム鏡筒と、前記荷電粒子ビーム鏡筒を収容する前記試料室と、前記試料を保持可能する試料片ホルダと、を有し、前記荷電粒子ビームによって、前記試料の一部領域の厚みを減じた微小試料片を形成する際に、該微小試料片の薄片化部分に隣接する部分が前記薄片化部分に対して傾斜した傾斜部を形成することを特徴とする。
In order to solve the above problems, the embodiment of the present embodiment provides the following charged particle beam device and sample processing method.
That is, the charged particle beam device of the present invention is a charged particle beam device that irradiates a sample with a charged particle beam to create a minute sample piece, and is a charged particle capable of irradiating a charged particle beam toward the sample. It has a beam barrel, a sample chamber for accommodating the charged particle beam barrel, and a sample piece holder capable of holding the sample, and the charged particle beam reduces the thickness of a part of the sample. When forming a small sample piece, a portion adjacent to the fragmented portion of the microsample piece forms an inclined portion inclined with respect to the fragmented portion.

本発明の荷電粒子ビーム装置によれば、微小試料片の薄片化部分に隣接する部分が、この薄片化部分に対して傾斜した傾斜部を形成することで、傾斜部に露呈するデバイスの断面形状は、デバイスの延長方向に直角な断面における断面形状と比較して、より大きく鮮明に見えるので、デバイスの数を正確にカウントすることができる。これによって、荷電粒子ビームによる試料の加工終点を容易に、かつ確実に決定することができる。 According to the charged particle beam apparatus of the present invention, the cross-sectional shape of the device exposed to the inclined portion by forming an inclined portion in which the portion adjacent to the sliced portion of the minute sample piece is inclined with respect to the sliced portion. Looks larger and clearer than the cross-sectional shape in a cross section perpendicular to the extension of the device, so the number of devices can be accurately counted. Thereby, the processing end point of the sample by the charged particle beam can be easily and surely determined.

また本発明は、前記傾斜部に対して平行になるようにアルゴンイオンビームを照射することを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that an argon ion beam is irradiated so as to be parallel to the inclined portion.

本発明の試料加工方法は、試料に向けて荷電粒子ビームを照射し、前記試料の一部領域の厚みを減じた微小試料片を作成する試料作製方法であって、前記荷電粒子ビームの照射によって、前記試料の厚み方向に沿った所定の加工厚みで、かつ前記厚み方向に対して直角な幅方向に沿った加工幅の除去域を、前記厚み方向に沿って複数重ねて形成し、前記除去域を重ねるごとに前記加工幅を段階的に減じることによって、前記微小試料片の薄片化部分に隣接する部分に、前記薄片化部分に対して傾斜させた傾斜部を形成する傾斜部形成工程を備えたことを特徴とする。 The sample processing method of the present invention is a sample preparation method in which a charged particle beam is irradiated toward a sample to prepare a micro sample piece in which the thickness of a part of the sample is reduced, and the sample is irradiated by the charged particle beam. A plurality of removal areas having a predetermined processing thickness along the thickness direction of the sample and a processing width along the width direction perpendicular to the thickness direction are formed in a plurality of layers along the thickness direction to remove the sample. An inclined portion forming step of forming an inclined portion inclined with respect to the thinned portion in a portion adjacent to the thinned portion of the micro sample piece by gradually reducing the processing width each time the region is overlapped. It is characterized by being prepared.

本発明の試料加工方法によれば、微小試料片の薄片化部分に隣接する部分に、この薄片化部分に対して傾斜させた傾斜部を形成することができるので、後工程で、試料の加工に用いた荷電粒子ビームとは別な照射角の再加工ビームを照射する際に、微小試料片の付け根部分にアルゴンイオンビームが照射されない陰領域を無くすことができ、微小試料片の全域に確実にアルゴンイオンビームを照射することが可能になる。これによって、微小試料片の全域において加工縞模様が軽減され、鮮明な観察像を得ることが可能な微小試料片を形成できる。 According to the sample processing method of the present invention, an inclined portion inclined with respect to the sliced portion can be formed in a portion adjacent to the sliced portion of the minute sample piece, so that the sample can be processed in a subsequent step. When irradiating a reprocessed beam with an irradiation angle different from that of the charged particle beam used in, it is possible to eliminate the shadow area where the argon ion beam is not irradiated at the base of the micro sample piece, and the entire area of the micro sample piece is surely covered. Can be irradiated with an argon ion beam. As a result, the processed fringe pattern is reduced in the entire area of the minute sample piece, and the minute sample piece capable of obtaining a clear observation image can be formed.

また本発明は、前記傾斜部形成工程における、それぞれの除去域の前記加工厚みおよび前記加工幅は、走査型電子顕微鏡によって得られた前記傾斜部のSEM画像を参照して決定されることを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that the processing thickness and the processing width of each removal region in the inclined portion forming step are determined with reference to the SEM image of the inclined portion obtained by the scanning electron microscope. And.

また本発明は、前記試料は、基材の内部に埋設層が前記厚み方向に沿って複数重ねて形成され、前記傾斜部形成工程は、前記SEM画像を用いて、前記傾斜部に露呈される前記埋設層の数をカウントして、加工終点を決定することを特徴とする。 Further, in the present invention, the sample is formed by stacking a plurality of embedded layers inside the base material along the thickness direction, and the inclined portion forming step is exposed to the inclined portion by using the SEM image. It is characterized in that the number of the buried layers is counted to determine the processing end point.

前記傾斜部形成工程では、前記薄片化部分と、前記薄片化部分に隣接する部分である傾斜部とを、互いに10°以上90°未満の範囲で傾斜させることを特徴とする。 The inclined portion forming step is characterized in that the flaked portion and the inclined portion which is a portion adjacent to the flaked portion are inclined in a range of 10 ° or more and less than 90 ° with respect to each other.

また本発明は、前記微小試料片に向けて、前記傾斜部に対して平行になるようにアルゴンイオンビームを照射するアルゴンビーム照射工程を更に備えたことを特徴とする。 Further, the present invention is further provided with an argon beam irradiation step of irradiating the minute sample piece with an argon ion beam so as to be parallel to the inclined portion.

本発明によれば、試料の厚みを減じた微小試料片の全体にムラなく荷電粒子ビームを照射することが可能であり、かつ、加工時の加工終点を明確に把握することが可能な荷電粒子ビーム装置、および試料加工方法を提供することができる。 According to the present invention, it is possible to irradiate the entire small sample piece with the thickness of the sample reduced evenly with a charged particle beam, and it is possible to clearly grasp the processing end point at the time of processing. A beam device and a sample processing method can be provided.

本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置の構成図である。It is a block diagram of the charged particle beam apparatus which concerns on embodiment of this invention. 試料加工方法を段階的に示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the sample processing method step by step. 試料加工方法を段階的に示した説明図である。It is explanatory drawing which showed the sample processing method step by step. 試料加工方法の別な例を示した説明図である。It is explanatory drawing which showed another example of the sample processing method.

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態である荷電粒子ビーム装置、およびこれを用いた試料加工方法について説明する。なお、以下に示す各実施形態は、発明の趣旨をより良く理解させるために具体的に説明するものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、以下の説明で用いる図面は、本発明の特徴をわかりやすくするために、便宜上、要部となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。 Hereinafter, a charged particle beam device according to an embodiment of the present invention and a sample processing method using the charged particle beam device will be described with reference to the drawings. It should be noted that each of the embodiments shown below is specifically described in order to better understand the gist of the invention, and is not limited to the present invention unless otherwise specified. In addition, the drawings used in the following description may be shown by enlarging the main parts for convenience in order to make the features of the present invention easy to understand, and the dimensional ratios of each component are the same as the actual ones. It is not always the case.

図1は、本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置を示す概略構成図である。
本発明の実施形態に係る荷電粒子ビーム装置10は、図1に示すように、内部を真空状態に維持可能な試料室11と、試料室11の内部において、バルクの試料Vや、試料片Sを保持するための試料片ホルダPを固定可能なステージ12と、ステージ12を駆動するステージ駆動機構13と、を備えている。
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing a charged particle beam device according to an embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 1, the charged particle beam device 10 according to the embodiment of the present invention has a sample chamber 11 that can maintain the inside in a vacuum state, and a bulk sample V and a sample piece S inside the sample chamber 11. It is provided with a stage 12 capable of fixing the sample piece holder P for holding the sample piece holder P, and a stage drive mechanism 13 for driving the stage 12.

荷電粒子ビーム装置10は、試料室11の内部における所定の照射領域(つまり走査範囲)内の照射対象に荷電粒子ビーム、例えば集束イオンビーム(FIB)を照射する集束イオンビーム照射光学系14を備えている。荷電粒子ビーム装置10は、試料室11の内部における所定の照射領域内の照射対象に電子ビーム(EB)を照射する電子ビーム照射光学系15を備えている。荷電粒子ビーム装置10は、荷電粒子ビームまたは電子ビームの照射によって照射対象から発生する二次荷電粒子(二次電子、二次イオン)Rを検出する検出器16を備えている。 The charged particle beam device 10 includes a focused ion beam irradiation optical system 14 that irradiates an irradiation target in a predetermined irradiation region (that is, a scanning range) inside the sample chamber 11 with a charged particle beam, for example, a focused ion beam (FIB). ing. The charged particle beam device 10 includes an electron beam irradiation optical system 15 that irradiates an electron beam (EB) on an irradiation target in a predetermined irradiation region inside the sample chamber 11. The charged particle beam device 10 includes a detector 16 that detects secondary charged particles (secondary electrons, secondary ions) R generated from an irradiation target by irradiation with a charged particle beam or an electron beam.

荷電粒子ビーム装置10は、試料室11の内部における所定の照射領域内の照射対象に気体イオンビーム(GB)を照射する気体イオンビーム光学系18を備えている。
これら集束イオンビーム照射光学系14、電子ビーム照射光学系15、および気体イオンビーム光学系18は、それぞれのビーム照射軸がステージ12上の実質的な1点で交差可能なように配置されている。即ち、試料室11を側面から平面視した時に、集束イオンビーム光学系14は鉛直方向に沿って配置され、電子ビーム照射光学系15と気体イオンビーム光学系18は、それぞれ鉛直方向に対して例えば45°傾斜した方向に沿って配置されている。こうした配置レイアウトにより、試料室11を側面から平面視した時に、電子ビーム照射光学系15から照射される電子ビーム(EB)のビーム照射軸に対して、気体イオンビーム(GB)のビーム照射軸は、例えば直角に交わる方向になる。
The charged particle beam device 10 includes a gas ion beam optical system 18 that irradiates an irradiation target in a predetermined irradiation region inside the sample chamber 11 with a gas ion beam (GB).
The focused ion beam irradiation optical system 14, the electron beam irradiation optical system 15, and the gas ion beam optical system 18 are arranged so that their respective beam irradiation axes can intersect at substantially one point on the stage 12. .. That is, when the sample chamber 11 is viewed in a plan view from the side surface, the focused ion beam optical system 14 is arranged along the vertical direction, and the electron beam irradiation optical system 15 and the gas ion beam optical system 18 are arranged in the vertical direction, for example. It is arranged along a direction inclined by 45 °. Due to such an arrangement layout, when the sample chamber 11 is viewed in a plan view from the side surface, the beam irradiation axis of the gas ion beam (GB) is opposed to the beam irradiation axis of the electron beam (EB) irradiated from the electron beam irradiation optical system 15. For example, the direction of intersection is at right angles.

荷電粒子ビーム装置10は、照射対象の表面にガスGを供給するガス供給部17を備えている。ガス供給部17は具体的には外径200μm程度のノズル17aなどである。
荷電粒子ビーム装置10は、照射対象の表面にガスGを供給するガス供給部17を備えている。ガス供給部17は具体的には外径200μm程度のノズル17aなどである。
The charged particle beam device 10 includes a gas supply unit 17 that supplies gas G to the surface of the irradiation target. Specifically, the gas supply unit 17 is a nozzle 17a or the like having an outer diameter of about 200 μm.
The charged particle beam device 10 includes a gas supply unit 17 that supplies gas G to the surface of the irradiation target. Specifically, the gas supply unit 17 is a nozzle 17a or the like having an outer diameter of about 200 μm.

荷電粒子ビーム装置10は、ステージ12に固定された試料Vから試料片Sを取り出し、この試料片Sを保持して試料片ホルダPに移設するニードル19aおよびニードル19aを駆動して試料片Sを搬送するニードル駆動機構19bからなる試料片移設手段19と、ニードル19aに流入する荷電粒子ビームの流入電流(吸収電流とも言う)を検出し、流入電流信号はコンピュータに送り画像化する吸収電流検出器20と、を備えている。 The charged particle beam device 10 takes out the sample piece S from the sample V fixed to the stage 12, holds the sample piece S, and drives the needle 19a and the needle 19a to be transferred to the sample piece holder P to drive the sample piece S. An absorption current detector that detects the inflow current (also called absorption current) of the charged particle beam flowing into the needle 19a and the sample piece transfer means 19 including the needle drive mechanism 19b to be conveyed, and sends the inflow current signal to a computer for imaging. 20 and.

荷電粒子ビーム装置10は、検出器16によって検出された二次荷電粒子Rに基づく画像データなどを表示する表示装置21と、コンピュータ22と、入力デバイス23と、を備えている。 The charged particle beam device 10 includes a display device 21 for displaying image data and the like based on the secondary charged particles R detected by the detector 16, a computer 22, and an input device 23.

なお、集束イオンビーム照射光学系14および電子ビーム照射光学系15の照射対象は、ステージ12に固定された試料V、試料片S、および照射領域内に存在するニードル19aや試料片ホルダPなどである。 The irradiation targets of the focused ion beam irradiation optical system 14 and the electron beam irradiation optical system 15 are the sample V fixed to the stage 12, the sample piece S, the needle 19a existing in the irradiation region, the sample piece holder P, and the like. be.

荷電粒子ビーム装置10は、照射対象の表面に荷電粒子ビームを走査しながら照射することによって、被照射部の画像化やスパッタリングによる各種の加工(掘削、トリミング加工など)と、デポジション膜の形成などが実行可能である。荷電粒子ビーム装置10は、試料Vから試料片Sの切り出し、切り出した試料片SからTEMによる観察に用いる微小試料片Q(図3参照:例えば、薄片試料、針状試料など)や電子ビーム利用の分析試料片を形成する加工を実行可能である。 The charged particle beam device 10 irradiates the surface of the irradiation target with the charged particle beam while scanning, so that various processing (excavation, trimming processing, etc.) by imaging and sputtering of the irradiated portion and formation of a deposition film can be performed. Etc. are feasible. The charged particle beam device 10 cuts out a sample piece S from the sample V, and uses a minute sample piece Q (see FIG. 3: for example, a thin piece sample, a needle-shaped sample, etc.) or an electron beam used for observation by TEM from the cut out sample piece S. It is possible to carry out the processing to form the analysis sample piece.

荷電粒子ビーム装置10は、試料片ホルダPに移設された試料片Sの例えば先端部分を、透過電子顕微鏡による透過観察に適した所望の厚さ(例えば、5~100nmなど)まで薄膜化して、観察用の微小試料片Qを得ることが可能である。荷電粒子ビーム装置10は、試料片Sおよびニードル19aなどの照射対象の表面に荷電粒子ビームまたは電子ビームを走査しながら照射することによって、照射対象の表面の観察を実行可能である。 The charged particle beam device 10 thins, for example, the tip portion of the sample piece S transferred to the sample piece holder P to a desired thickness (for example, 5 to 100 nm) suitable for transmission observation with a transmission electron microscope. It is possible to obtain a minute sample piece Q for observation. The charged particle beam device 10 can observe the surface of the irradiation target by irradiating the surface of the irradiation target such as the sample piece S and the needle 19a while scanning the charged particle beam or the electron beam.

吸収電流検出器20は、プリアンプを備え、ニードルの流入電流を増幅し、コンピュータ22に送る。吸収電流検出器20により検出されるニードル流入電流と荷電粒子ビームの走査と同期した信号により、表示装置21にニードル形状の吸収電流画像を表示でき、ニードル形状や先端位置特定が行える。 The absorption current detector 20 includes a preamplifier, amplifies the inflow current of the needle, and sends it to the computer 22. The needle-shaped absorption current image can be displayed on the display device 21 by the signal synchronized with the needle inflow current detected by the absorption current detector 20 and the scanning of the charged particle beam, and the needle shape and the tip position can be specified.

試料室11は、排気装置(図示略)によって内部を所望の真空状態になるまで排気可能であるとともに、所望の真空状態を維持可能に構成されている。
ステージ12は、試料Vを保持する。ステージ12は、試料片ホルダPを保持するホルダ固定台12aを備えている。このホルダ固定台12aは複数の試料片ホルダPを搭載できる構造であってもよい。
The sample chamber 11 is configured so that the inside can be exhausted to a desired vacuum state by an exhaust device (not shown) and the desired vacuum state can be maintained.
The stage 12 holds the sample V. The stage 12 includes a holder fixing base 12a for holding the sample piece holder P. The holder fixing base 12a may have a structure in which a plurality of sample piece holders P can be mounted.

ステージ駆動機構13は、ステージ12に接続された状態で試料室11の内部に収容されており、コンピュータ22から出力される制御信号に応じてステージ12を所定軸に対して変位させる。ステージ駆動機構13は、少なくとも水平面に平行かつ互いに直交するX軸およびY軸と、X軸およびY軸に直交する鉛直方向のZ軸とに沿って平行にステージ12を移動させる移動機構13aを備えている。ステージ駆動機構13は、ステージ12をX軸またはY軸周りに傾斜させる傾斜機構13bと、ステージ12をZ軸周りに回転させる回転機構13cと、を備えている。 The stage drive mechanism 13 is housed inside the sample chamber 11 in a state of being connected to the stage 12, and displaces the stage 12 with respect to a predetermined axis according to a control signal output from the computer 22. The stage drive mechanism 13 includes a moving mechanism 13a that moves the stage 12 in parallel along at least the X-axis and the Y-axis that are parallel to the horizontal plane and orthogonal to each other and the Z-axis in the vertical direction that is orthogonal to the X-axis and the Y-axis. ing. The stage drive mechanism 13 includes a tilting mechanism 13b that tilts the stage 12 around the X-axis or the Y-axis, and a rotating mechanism 13c that rotates the stage 12 around the Z-axis.

集束イオンビーム照射光学系14は、試料室11の内部においてビーム出射部(図示略)を、照射領域内のステージ12の鉛直方向上方の位置でステージ12に臨ませるとともに、光軸を鉛直方向に平行にして、試料室11に固定されている。これによって、ステージ12に載置された試料V、試料片S、および照射領域内に存在するニードル19aなどの照射対象に鉛直方向上方から下方に向かい荷電粒子ビームを照射可能である。 In the focused ion beam irradiation optical system 14, the beam emitting portion (not shown) inside the sample chamber 11 faces the stage 12 at a position above the stage 12 in the vertical direction in the irradiation region, and the optical axis is oriented in the vertical direction. It is fixed in the sample chamber 11 in parallel. As a result, it is possible to irradiate the irradiation target such as the sample V, the sample piece S, and the needle 19a existing in the irradiation region with the charged particle beam from the upper side to the lower side in the vertical direction.

また、荷電粒子ビーム装置10は、上記のような集束イオンビーム照射光学系14の代わりに他のイオンビーム照射光学系を備えてもよい。イオンビーム照射光学系は、上記のような集束ビームを形成する光学系に限定されない。イオンビーム照射光学系は、例えば、光学系内に定型の開口を有するステンシルマスクを設置して、ステンシルマスクの開口形状の成形ビームを形成するプロジェクション型のイオンビーム照射光学系であってもよい。このようなプロジェクション型のイオンビーム照射光学系によれば、試料片Sの周辺の加工領域に相当する形状の成形ビームを精度良く形成でき、加工時間が短縮される。 Further, the charged particle beam device 10 may include another ion beam irradiation optical system instead of the focused ion beam irradiation optical system 14 as described above. The ion beam irradiation optical system is not limited to the optical system that forms the focused beam as described above. The ion beam irradiation optical system may be, for example, a projection type ion beam irradiation optical system in which a stencil mask having a fixed opening is installed in the optical system to form a molded beam having an opening shape of the stencil mask. According to such a projection type ion beam irradiation optical system, it is possible to accurately form a molded beam having a shape corresponding to the machining region around the sample piece S, and the machining time is shortened.

集束イオンビーム照射光学系14は、イオンを発生させるイオン源14aと、イオン源14aから引き出されたイオンを集束および偏向させるイオン光学系14bと、を備えている。イオン源14aおよびイオン光学系14bは、コンピュータ22から出力される制御信号に応じて制御され、荷電粒子ビームの照射位置および照射条件などがコンピュータ22によって制御される。 The focused ion beam irradiation optical system 14 includes an ion source 14a for generating ions and an ion optical system 14b for focusing and deflecting ions drawn from the ion source 14a. The ion source 14a and the ion optical system 14b are controlled according to a control signal output from the computer 22, and the irradiation position and irradiation conditions of the charged particle beam are controlled by the computer 22.

イオン源14aは、例えば、液体ガリウムなどを用いた液体金属イオン源やプラズマ型イオン源、ガス電界電離型イオン源などである。イオン光学系14bは、例えば、コンデンサレンズなどの第1静電レンズと、静電偏向器と、対物レンズなどの第2静電レンズと、などを備えている。イオン源14aとして、プラズマ型イオン源を用いた場合、大電流ビームによる高速な加工が実現でき、サイズの大きな試料片Sの摘出に好適である。例えば、ガス電界電離型イオン源としてアルゴンイオンを用いることで、集束イオンビーム照射光学系14からアルゴンイオンビームを照射することもできる。 The ion source 14a is, for example, a liquid metal ion source using liquid gallium or the like, a plasma type ion source, a gas electric field ionization type ion source, or the like. The ion optical system 14b includes, for example, a first electrostatic lens such as a condenser lens, an electrostatic deflector, and a second electrostatic lens such as an objective lens. When a plasma type ion source is used as the ion source 14a, high-speed processing with a large current beam can be realized, which is suitable for extracting a large-sized sample piece S. For example, by using argon ions as the gas field ionization type ion source, it is possible to irradiate the argon ion beam from the focused ion beam irradiation optical system 14.

電子ビーム照射光学系15は、試料室11の内部においてビーム出射部(図示略)を、照射領域内のステージ12の鉛直方向に対して所定角度(例えば60°)傾斜した傾斜方向でステージ12に臨ませるとともに、光軸を傾斜方向に平行にして、試料室11に固定されている。これによって、ステージ12に固定された試料V、試料片S、および照射領域内に存在するニードル19aなどの照射対象に傾斜方向の上方から下方に向かい電子ビームを照射可能である。 In the electron beam irradiation optical system 15, the beam emitting portion (not shown) inside the sample chamber 11 is inclined to the stage 12 at a predetermined angle (for example, 60 °) with respect to the vertical direction of the stage 12 in the irradiation region. It is fixed to the sample chamber 11 so that it faces the sample chamber and the optical axis is parallel to the tilt direction. As a result, it is possible to irradiate the irradiation target such as the sample V fixed to the stage 12, the sample piece S, and the needle 19a existing in the irradiation region from the upper side to the lower side in the tilt direction with an electron beam.

電子ビーム照射光学系15は、電子を発生させる電子源15aと、電子源15aから射出された電子を集束および偏向させる電子光学系15bと、を備えている。電子源15aおよび電子光学系15bは、コンピュータ22から出力される制御信号に応じて制御され、電子ビームの照射位置および照射条件などがコンピュータ22によって制御される。電子光学系15bは、例えば、電磁レンズや偏向器などを備えている。 The electron beam irradiation optical system 15 includes an electron source 15a for generating electrons and an electron optical system 15b for focusing and deflecting electrons emitted from the electron source 15a. The electron source 15a and the electron optical system 15b are controlled according to a control signal output from the computer 22, and the irradiation position and irradiation conditions of the electron beam are controlled by the computer 22. The electro-optical system 15b includes, for example, an electromagnetic lens, a deflector, and the like.

なお、電子ビーム照射光学系15と集束イオンビーム照射光学系14の配置を入れ替えて、電子ビーム照射光学系15を鉛直方向に、集束イオンビーム照射光学系14を鉛直方向に所定角度傾斜した傾斜方向に配置してもよい。 The arrangement of the electron beam irradiation optical system 15 and the focused ion beam irradiation optical system 14 is exchanged, and the electron beam irradiation optical system 15 is tilted in the vertical direction and the focused ion beam irradiation optical system 14 is tilted in the vertical direction by a predetermined angle. It may be placed in.

気体イオンビーム光学系18は、例えばアルゴンイオンビームなどの気体イオンビーム(GB)を照射する。気体イオンビーム光学系18は、アルゴンガスをイオン化して1kV程度の低加速電圧で照射することができる。こうした気体イオンビーム(GB)は、集束イオンビーム(FIB)に比べて集束性が低いため、試料片Sや微小試料片Qに対するエッチングレートが低くなる。よって、試料片Sや微小試料片Qの精密な仕上げ加工に好適である。 The gas ion beam optical system 18 irradiates a gas ion beam (GB) such as an argon ion beam. The gas ion beam optical system 18 can ionize argon gas and irradiate it with a low acceleration voltage of about 1 kV. Since such a gas ion beam (GB) has a lower focusing property than a focused ion beam (FIB), the etching rate for the sample piece S and the minute sample piece Q is low. Therefore, it is suitable for precision finishing of the sample piece S and the minute sample piece Q.

検出器16は、試料V、試料片Sおよびニードル19aなどの照射対象に荷電粒子ビームや電子ビームが照射された時に照射対象から放射される二次荷電粒子(二次電子、二次イオン)Rの強度(つまり、二次荷電粒子の量)を検出し、二次荷電粒子Rの検出量の情報を出力する。検出器16は、試料室11の内部において二次荷電粒子Rの量を検出可能な位置、例えば照射領域内の試料V、試料片Sなどの照射対象に対して斜め上方の位置などに配置され、試料室11に固定されている。 The detector 16 is a secondary charged particle (secondary electron, secondary ion) R emitted from the irradiation target when the irradiation target such as the sample V, the sample piece S, and the needle 19a is irradiated with the charged particle beam or the electron beam. (That is, the amount of secondary charged particles) is detected, and information on the detected amount of secondary charged particles R is output. The detector 16 is arranged inside the sample chamber 11 at a position where the amount of the secondary charged particles R can be detected, for example, a position diagonally above the irradiation target such as the sample V and the sample piece S in the irradiation region. , Fixed in the sample chamber 11.

ガス供給部17は試料室11に固定されており、試料室11の内部においてガス噴射部(ノズルとも言う)を有し、ステージ12に臨ませて配置されている。ガス供給部17は、荷電粒子ビーム(集束イオンビーム)による試料V、試料片Sのエッチングを、これらの材質に応じて選択的に促進するためのエッチング用ガスと、試料V、試料片Sの表面に金属または絶縁体などの堆積物によるデポジション膜を形成するためのデポジション用ガスなどを試料V、試料片Sに供給可能である。 The gas supply unit 17 is fixed to the sample chamber 11, has a gas injection unit (also referred to as a nozzle) inside the sample chamber 11, and is arranged so as to face the stage 12. The gas supply unit 17 includes an etching gas for selectively promoting etching of the sample V and the sample piece S by the charged particle beam (focused ion beam) according to these materials, and the sample V and the sample piece S. It is possible to supply the sample V and the sample piece S with a deposition gas or the like for forming a deposition film made of deposits such as metal or an insulator on the surface.

試料片移設手段19を構成するニードル駆動機構19bは、ニードル19aが接続された状態で試料室11の内部に収容されており、コンピュータ22から出力される制御信号に応じてニードル19aを変位させる。ニードル駆動機構19bは、ステージ12と一体に設けられており、例えばステージ12が傾斜機構13bによって傾斜軸(つまり、X軸またはY軸)周りに回転すると、ステージ12と一体に移動する。 The needle drive mechanism 19b constituting the sample piece moving means 19 is housed inside the sample chamber 11 in a state where the needle 19a is connected, and the needle 19a is displaced according to a control signal output from the computer 22. The needle drive mechanism 19b is provided integrally with the stage 12, for example, when the stage 12 is rotated around the tilt axis (that is, the X axis or the Y axis) by the tilt mechanism 13b, the needle drive mechanism 19b moves integrally with the stage 12.

ニードル駆動機構19bは、3次元座標軸の各々に沿って平行にニードル19aを移動させる移動機構(図示略)と、ニードル19aの中心軸周りにニードル19aを回転させる回転機構(図示略)と、を備えている。なお、この3次元座標軸は、試料ステージの直交3軸座標系とは独立しており、ステージ12の表面に平行な2次元座標軸とする直交3軸座標系で、ステージ12の表面が傾斜状態、回転状態にある場合、この座標系は傾斜し、回転する。 The needle drive mechanism 19b includes a movement mechanism (not shown) that moves the needle 19a in parallel along each of the three-dimensional coordinate axes, and a rotation mechanism (not shown) that rotates the needle 19a around the central axis of the needle 19a. I have. It should be noted that this three-dimensional coordinate axis is independent of the orthogonal three-axis coordinate system of the sample stage, and is an orthogonal three-axis coordinate system having a two-dimensional coordinate axis parallel to the surface of the stage 12, and the surface of the stage 12 is in an inclined state. When in a rotating state, this coordinate system tilts and rotates.

コンピュータ22は、少なくともステージ駆動機構13と、集束イオンビーム照射光学系14と、電子ビーム照射光学系15と、ガス供給部17と、ニードル駆動機構19bを制御する。 The computer 22 controls at least the stage drive mechanism 13, the focused ion beam irradiation optical system 14, the electron beam irradiation optical system 15, the gas supply unit 17, and the needle drive mechanism 19b.

また、コンピュータ22は、試料室11の外部に配置され、表示装置21と、操作者の入力操作に応じた信号を出力するマウスやキーボードなどの入力デバイス23とが接続されている。コンピュータ22は、入力デバイス23から出力される信号または予め設定された自動運転制御処理によって生成される信号などによって、荷電粒子ビーム装置10の動作を統合的に制御する。 Further, the computer 22 is arranged outside the sample chamber 11 and is connected to the display device 21 and an input device 23 such as a mouse or a keyboard that outputs a signal corresponding to the input operation of the operator. The computer 22 integrally controls the operation of the charged particle beam device 10 by a signal output from the input device 23 or a signal generated by a preset automatic operation control process.

コンピュータ22は、荷電粒子ビームの照射位置を走査しながら検出器16によって検出される二次荷電粒子Rの検出量を、照射位置に対応付けた輝度信号に変換して、二次荷電粒子Rの検出量の2次元位置分布によって照射対象の形状を示す画像データを生成する。吸収電流画像モードでは、コンピュータ22は、荷電粒子ビームの照射位置を走査しながらニードル19aに流れる吸収電流を検出することによって、吸収電流の2次元位置分布(吸収電流画像)によってニードル19aの形状を示す吸収電流画像データを生成する。 The computer 22 converts the detected amount of the secondary charged particles R detected by the detector 16 into a luminance signal associated with the irradiation position while scanning the irradiation position of the charged particle beam, and converts the detection amount of the secondary charged particles R into a brightness signal associated with the irradiation position. Image data showing the shape of the irradiation target is generated by the two-dimensional position distribution of the detected amount. In the absorption current image mode, the computer 22 detects the absorption current flowing through the needle 19a while scanning the irradiation position of the charged particle beam, and thereby obtains the shape of the needle 19a by the two-dimensional position distribution (absorption current image) of the absorption current. Generates the indicated absorption current image data.

コンピュータ22は、生成した各画像データとともに、各画像データの拡大、縮小、移動、および回転などの操作を実行するための画面を、表示装置21に表示させる。コンピュータ22は、自動的なシーケンス制御におけるモード選択および加工設定などの各種の設定を行なうための画面を、表示装置21に表示させる。 The computer 22 causes the display device 21 to display a screen for performing operations such as enlargement, reduction, movement, and rotation of each image data together with each generated image data. The computer 22 causes the display device 21 to display a screen for making various settings such as mode selection and machining settings in automatic sequence control.

以上のような構成の荷電粒子ビーム装置10を用いた、本発明の試料加工方法を説明する。
図2、図3は、試料加工方法を段階的に示した説明図である。
なお、以下の実施形態では、試料加工方法として、試料片ホルダPに支持された試料片Sを荷電粒子ビームによって薄膜化して、TEM観察用の微小試料片Qを作成する例を挙げて説明する。また、図2(a)に示すように、試料片Sは、例えば、半導体基板からなる試料V(図1参照)に複数のデバイス31,31…が形成された領域を切り出したものを想定し、デバイス31,31…が並べられた方向を厚み方向Tと称し、この厚み方向Tに対して直角で、かつデバイス31の延長方向を幅方向Wと称する。また、厚み方向Tおよび幅方向Wに対して直角な方向を加工方向Dと称する。
The sample processing method of the present invention using the charged particle beam device 10 having the above configuration will be described.
2 and 3 are explanatory views showing the sample processing method step by step.
In the following embodiment, as a sample processing method, an example of forming a micro sample piece Q for TEM observation by thinning the sample piece S supported by the sample piece holder P with a charged particle beam will be described. .. Further, as shown in FIG. 2A, it is assumed that the sample piece S is, for example, a sample V made of a semiconductor substrate (see FIG. 1) cut out from a region in which a plurality of devices 31, 31 ... Are formed. The direction in which the devices 31, 31 ... Are arranged is referred to as a thickness direction T, and the direction perpendicular to the thickness direction T and the extension direction of the device 31 is referred to as a width direction W. Further, the direction perpendicular to the thickness direction T and the width direction W is referred to as a processing direction D.

まず、半導体基板からなる試料V(図1参照)から観察対象を含む小領域である試料片SをFIB加工によって切り出す。そして、ニードル19a(図1参照)を用いて半導体基板の厚み方向が鉛直方向(加工方向D)になるように、試料片ホルダP(図1参照)に加工対象である試料片Sを支持させる。そして、図2(b)に示すように、試料片Sに対して照射領域を設定し、集束イオンビーム照射光学系14(図1参照)からFIBを加工方向Dに沿って照射する。そして、試料片Sの厚み方向Tに沿った所定の加工厚みで、かつ幅方向Wに沿った加工幅W1の第1除去域E1を形成する。これにより、第1除去域E1の付け根側の端部E1eには、例えば、1つのデバイス31の端面が露呈される。 First, a sample piece S, which is a small region including an observation target, is cut out from a sample V (see FIG. 1) made of a semiconductor substrate by FIB processing. Then, using the needle 19a (see FIG. 1), the sample piece holder P (see FIG. 1) supports the sample piece S to be processed so that the thickness direction of the semiconductor substrate is the vertical direction (machining direction D). .. Then, as shown in FIG. 2B, an irradiation region is set for the sample piece S, and the FIB is irradiated from the focused ion beam irradiation optical system 14 (see FIG. 1) along the processing direction D. Then, a first removal region E1 having a predetermined processing thickness along the thickness direction T of the sample piece S and a processing width W1 along the width direction W is formed. As a result, for example, the end face of one device 31 is exposed on the end portion E1e on the root side of the first removal region E1.

次に、図2(c)に示すように、厚み方向Tに沿って第1除去域E1に重なる位置、即ち、第1除去域E1から厚み方向Tに沿って所定の加工厚みだけずらした位置にFIBを照射し、第2除去域E2を形成する。この時、幅方向Wに沿った加工幅W2として、加工幅W1よりも所定減少幅ΔWだけ短い幅に設定する。これにより、第2除去域E2の付け根側の端部E2eは、第1除去域E1の付け根側の端部E1eよりも幅方向Wの中心側に向けてずれた位置になる。 Next, as shown in FIG. 2C, a position overlapping the first removal region E1 along the thickness direction T, that is, a position shifted from the first removal region E1 along the thickness direction T by a predetermined processing thickness. Is irradiated with FIB to form a second removal region E2. At this time, the processing width W2 along the width direction W is set to a width shorter than the processing width W1 by a predetermined reduction width ΔW. As a result, the end portion E2e on the root side of the second removal region E2 is displaced from the end portion E1e on the root side of the first removal region E1 toward the center side in the width direction W.

更に、図3(a)に示すように、厚み方向Tに沿って直前に形成した第n除去域Enに重なる位置、即ち、第n除去域Enから厚み方向Tに沿って所定の加工厚みだけずらした位置にFIBを照射し、第(n+1)除去域E(n+1)を形成する。この時、幅方向Wに沿った加工幅W(n+1)として、直前の第n除去域Enの加工幅Wnよりも所定減少幅ΔWだけ短い幅に設定する。このようにして、試料片Sに対してFIBを加工方向Dに沿って照射し、段階的に加工幅を減じた多数の除去域を厚み方向Tに重ねて形成することにより、試料片Sの厚み方向Tに沿った厚みを減じた微小試料片Qを形成する。 Further, as shown in FIG. 3A, the position overlapping the nth removal region En formed immediately before along the thickness direction T, that is, only a predetermined processing thickness from the nth removal region En along the thickness direction T. The shifted position is irradiated with FIB to form the (n + 1) th removal region E (n + 1). At this time, the processing width W (n + 1) along the width direction W is set to a width shorter than the processing width Wn of the immediately preceding nth removal region En by a predetermined reduction width ΔW. In this way, the sample piece S is irradiated with FIB along the processing direction D, and a large number of removal areas in which the processing width is gradually reduced are formed so as to overlap in the thickness direction T, thereby forming the sample piece S. A minute sample piece Q having a reduced thickness along the thickness direction T is formed.

こうした段階的に加工幅を減じた多数の除去域を形成することで、微小試料片Qには、その厚みが減じられた薄片化部分Qsが形成される。そして、この薄片化部分Qsに隣接する部分、即ち、それぞれの除去域の付け根側の端部が連なった部分には傾斜部(薄片化部分に隣接する部分)Cが形成される(傾斜部形成工程)。傾斜部Cは、例えば、厚み方向Tに対して10°以上90°未満の範囲で傾斜した傾斜面であり、例えば、傾斜部Cの表面はアルゴンイオンビームの照射角と平行になるように形成されていればよい。一例として、本実施形態では、傾斜部Cは、厚み方向Tに対して20°で傾斜した傾斜面を成す。ここで、10°以上90°未満の範囲において、90°未満の小さい入射角度でビームを入射することで、ビーム入射による試料へのダメージ層を浅くすることができる。これにより、ダメージ層を浅いため、デバイス寸法が微細な試料であっても加工時の加工終点を明確に把握することができる。 By forming a large number of removal areas in which the processing width is gradually reduced, the thinned portion Qs whose thickness is reduced is formed in the minute sample piece Q. Then, an inclined portion (a portion adjacent to the thinned portion) C is formed in a portion adjacent to the thinned portion Qs, that is, a portion in which the end portions on the root side of each removal area are connected (inclined portion formation). Process). The inclined portion C is, for example, an inclined surface inclined in a range of 10 ° or more and less than 90 ° with respect to the thickness direction T. For example, the surface of the inclined portion C is formed so as to be parallel to the irradiation angle of the argon ion beam. It suffices if it has been done. As an example, in the present embodiment, the inclined portion C forms an inclined surface inclined at 20 ° with respect to the thickness direction T. Here, by incident the beam at a small incident angle of less than 90 ° in the range of 10 ° or more and less than 90 °, the damage layer to the sample due to the beam incident can be made shallow. As a result, since the damage layer is shallow, it is possible to clearly grasp the processing end point at the time of processing even if the sample has fine device dimensions.

なお、図2、図3に示す実施形態では、試料片Sの幅方向Wに沿った加工幅Wnが段階的に小さくなるようにFIBをスキャンさせて照射することで、傾斜部(薄片化部分に隣接する部分)Cを形成しているが、FIBのスキャン方法はこれに限定されるものでは無い。 In the embodiment shown in FIGS. 2 and 3, the FIB is scanned and irradiated so that the processing width Wn along the width direction W of the sample piece S is gradually reduced, so that the inclined portion (thin section portion) is irradiated. The portion adjacent to) C is formed, but the scanning method of the FIB is not limited to this.

例えば、図4に示すFIBのスキャンの例では、薄片化部分Qsとなる試料片Sの幅方向Wに沿った除去域Enの加工幅Wnを一定にしている。そして、更にそれぞれの除去域Enの付け根側から、厚み方向Tに対して10°以上90°未満の範囲で傾斜する方向に連続してFIBをスキャンさせる。これにより、FIBが厚み方向Tに対して傾斜する方向にスキャンさせた領域に、傾斜部Cが形成される。こうした傾斜部Cに沿った加工幅Wnは、段階的に漸増していく。ここで、FIBのスキャン方法はFIBのスキャン方向を試料片Sの幅方向から厚み方向Tに対して傾斜する方向に変更するベクタースキャンを用いる。
また、試料片Sの幅方向に第1の矩形の照射領域を、厚み方向Tに対して傾斜する方向に第2の矩形の照射領域を設定し、それぞれの照射領域でラスタースキャンまたはビットマップスキャンを用いても良い。
For example, in the example of the FIB scan shown in FIG. 4, the processing width Wn of the removal region En along the width direction W of the sample piece S to be the sliced portion Qs is made constant. Then, the FIB is continuously scanned from the root side of each removal region En in the direction of inclination in a range of 10 ° or more and less than 90 ° with respect to the thickness direction T. As a result, the inclined portion C is formed in the region scanned in the direction in which the FIB is inclined with respect to the thickness direction T. The processing width Wn along the inclined portion C is gradually increased in stages. Here, as the FIB scanning method, a vector scan is used in which the scanning direction of the FIB is changed from the width direction of the sample piece S to the direction inclined with respect to the thickness direction T.
Further, a first rectangular irradiation area is set in the width direction of the sample piece S, and a second rectangular irradiation area is set in the direction inclined with respect to the thickness direction T, and a raster scan or a bitmap scan is set in each irradiation area. May be used.

これ以外にも、微小試料片Qの薄片化部分Qsと薄片化部分Qsに隣接する部分である傾斜部Cとで区画された台形領域内におけるFIBのスキャン方向は、特に限定されるものでは無く、薄片化部分Qsに隣接する部分である傾斜部Cとが形成可能であれば、どのような方向でFIBをスキャンして除去域を形成してもよい。 In addition to this, the scanning direction of the FIB in the trapezoidal region partitioned by the sliced portion Qs of the minute sample piece Q and the inclined portion C which is a portion adjacent to the sliced portion Qs is not particularly limited. If the inclined portion C, which is a portion adjacent to the flaked portion Qs, can be formed, the FIB may be scanned in any direction to form a removal area.

以上のように段階的に加工幅を減じた多数の除去域の形成過程において、任意のタイミングで電子ビーム照射光学系15からEBを照射し、傾斜部CのSEM画像を取得する。そして、得られたSEM画像を観察し、傾斜部Cに露呈したデバイス31,31…の数をカウントすることによって、FIBによる厚み方向Tの加工終点を決定することができる。傾斜部Cに露呈するデバイス31,31…の断面形状は、例えば、厚み方向Tに沿った断面に露呈するデバイスの断面形状と比較して、より大きく鮮明に見えるので、デバイス31,31…の数を正確にカウントすることができる。 In the process of forming a large number of removal regions in which the processing width is gradually reduced as described above, EB is irradiated from the electron beam irradiation optical system 15 at an arbitrary timing, and an SEM image of the inclined portion C is acquired. Then, by observing the obtained SEM image and counting the number of devices 31, 31 ... Exposed on the inclined portion C, the processing end point in the thickness direction T by the FIB can be determined. Since the cross-sectional shape of the devices 31, 31 ... Exposed on the inclined portion C looks larger and clearer than, for example, the cross-sectional shape of the device exposed on the cross section along the thickness direction T, the device 31, 31 ... The number can be counted accurately.

なお、SEM画像の取得から、傾斜部Cに露呈したデバイス31,31…のカウントまでを、例えばコンピュータ22によって自動的に行い、この結果を試料片Sに対してFIBの照射条件にフィードバックさせることによって、付け根側に傾斜部Cが接続される微小試料片Qの形成を自動化させることができる。 It should be noted that the process from the acquisition of the SEM image to the counting of the devices 31, 31 ... Exposed on the inclined portion C is automatically performed by, for example, the computer 22, and the result is fed back to the irradiation condition of the FIB for the sample piece S. Therefore, it is possible to automate the formation of the minute sample piece Q to which the inclined portion C is connected to the root side.

こうした自動化による加工終点の検出方法の具体例として、予め、観察目標位置までに出現する(傾斜部Cに露出する)設計上のデバイス31,31…の数をコンピュータ22に入力しておく。こうしたデバイス31の予定出現数は、試料Vに形成された集積回路の設計データなどから把握することができる。 As a specific example of the method of detecting the machining end point by such automation, the number of design devices 31, 31 ... Appearing up to the observation target position (exposed to the inclined portion C) is input to the computer 22 in advance. The planned number of appearances of such a device 31 can be grasped from the design data of the integrated circuit formed on the sample V and the like.

そして、FIBの照射による除去域の形成と照射SEM画像の取得とを繰り返すことで傾斜部Cに出現したデバイス31の数を、コンピュータ22で実行する画像比較ソフトウェアなどによってカウントする。そして、コンピュータ22に予め入力したデバイス31の予定出現数と、実際のSEM画像の取得による傾斜部Cに出現したデバイス31の数とが一致した時に、ここを加工終点と認識してFIBを照射を終了させる。 Then, the number of devices 31 appearing in the inclined portion C by repeating the formation of the removal area by the irradiation of the FIB and the acquisition of the irradiation SEM image is counted by the image comparison software executed by the computer 22 or the like. Then, when the planned number of appearances of the device 31 input in advance to the computer 22 and the number of the devices 31 appearing in the inclined portion C by acquiring the actual SEM image match, this is recognized as the processing end point and the FIB is irradiated. To end.

また、自動化による加工終点の検出方法の別な具体例として、FIBによって試料(半導体基板)V(図1参照)から試料片Sを切り出した際に、試料片Sの側壁のSEM画像を取得する。そして、この試料片Sの側壁に露出したデバイス31の数を、コンピュータ22で実行する画像比較ソフトウェアなどによってカウントする。あるいは、試料片Sを切り出した後の試料Vの切り取り端面に露出したデバイス31の数や、試料Vに形成された集積回路の設計データなどに基づいた、試料片Sの切り出し部分の設計上のデバイス31の数をカウントしてもよい。 Further, as another specific example of the method of detecting the processing end point by automation, when the sample piece S is cut out from the sample (semiconductor substrate) V (see FIG. 1) by FIB, the SEM image of the side wall of the sample piece S is acquired. .. Then, the number of devices 31 exposed on the side wall of the sample piece S is counted by image comparison software executed by the computer 22 or the like. Alternatively, on the design of the cut out portion of the sample piece S based on the number of devices 31 exposed on the cut end surface of the sample V after the sample piece S is cut out, the design data of the integrated circuit formed on the sample V, and the like. You may count the number of devices 31.

こうしてコンピュータ22に認識された、試料片Sのデバイス31の総数から、FIBの照射による除去域の形成と照射SEM画像の取得とを繰り返すことで傾斜部Cに出現した実際のデバイス31の数を減じていき、予めコンピュータ22に入力した、試料片Sに残したいデバイス31の数と一致した時に、ここを加工終点と認識してFIBを照射を終了させる。 From the total number of devices 31 of the sample piece S recognized by the computer 22 in this way, the actual number of devices 31 appearing in the inclined portion C by repeating the formation of the removal area by the irradiation of the FIB and the acquisition of the irradiation SEM image can be obtained. When the number is reduced and matches the number of devices 31 to be left in the sample piece S, which has been input to the computer 22 in advance, this is recognized as the processing end point and the FIB is terminated by irradiation.

次に、図3(b)に示すように、例えば、傾斜部Cの表面に平行な角度で、微小試料片Qに対して、気体イオンビーム、例えばアルゴンイオンビームを照射し、FIBを用いた加工によって生じる加工縞模様(カーテン効果)を軽減する(アルゴンビーム照射工程)。 Next, as shown in FIG. 3B, for example, a gas ion beam, for example, an argon ion beam was irradiated to the minute sample piece Q at an angle parallel to the surface of the inclined portion C, and the FIB was used. Reduces the processing stripe pattern (curtain effect) caused by processing (argon beam irradiation step).

このアルゴンビーム照射工程では、気体イオンビーム光学系18(図1参照)から、アルゴンガスをイオン化して例えば1kV程度の低加速電圧で微小試料片Qの全域にアルゴンイオンビームを照射する。この時、電子ビーム照射光学系15からEBを微小試料片Qに向けて照射し、得られたSEM画像に基づいてアルゴンイオンビームによる微小試料片Qの仕上げ加工を行うことが好ましい。この時の加工終点の検出も、上述したFIBによる微小試料片Qの加工時の加工終点検出手順を適用することができる。これによって、アルゴンビーム照射工程の自動化を行うことができる。 In this argon beam irradiation step, the argon gas is ionized from the gas ion beam optical system 18 (see FIG. 1), and the entire area of the minute sample piece Q is irradiated with an argon ion beam at a low acceleration voltage of, for example, about 1 kV. At this time, it is preferable to irradiate the minute sample piece Q with EB from the electron beam irradiation optical system 15 and finish the minute sample piece Q with an argon ion beam based on the obtained SEM image. For the detection of the machining end point at this time, the machining end point detection procedure at the time of machining the minute sample piece Q by the above-mentioned FIB can be applied. This makes it possible to automate the argon beam irradiation process.

こうしたアルゴンビーム照射工程において、微小試料片Qの付け根部分に隣接した部分として、厚み方向Tに対して10°以上、90°未満の角度範囲で傾斜させた傾斜部Cが形成されているので、試料片Sの厚みを減じて薄膜化した微小試料片Qの全域に、ムラなくアルゴンイオンビームを照射することができる。 In such an argon beam irradiation step, an inclined portion C inclined in an angle range of 10 ° or more and less than 90 ° with respect to the thickness direction T is formed as a portion adjacent to the root portion of the minute sample piece Q. The entire area of the minute sample piece Q, which has been thinned by reducing the thickness of the sample piece S, can be uniformly irradiated with the argon ion beam.

即ち、図1に示すように、試料室11を側面から平面視した時に、電子ビーム照射光学系15から照射される電子ビーム(EB)のビーム照射軸に対して、気体イオンビーム(GB)のビーム照射軸が、例えば直角に交わる方向になるように気体イオンビーム光学系18が配置されている。このため、微小試料片Qにおける幅方向Wに対して、厚み方向Tが例えば直角になっていると、微小試料片Qの付け根部分にアルゴンイオンビームが照射されない陰領域が生じてしまう。 That is, as shown in FIG. 1, when the sample chamber 11 is viewed from the side in a plan view, the gas ion beam (GB) with respect to the beam irradiation axis of the electron beam (EB) irradiated from the electron beam irradiation optical system 15. The gas ion beam optical system 18 is arranged so that the beam irradiation axes intersect at right angles, for example. Therefore, if the thickness direction T is, for example, a right angle to the width direction W of the minute sample piece Q, a shadow region where the argon ion beam is not irradiated is generated at the base portion of the minute sample piece Q.

しかし、本実施形態のように、厚み方向Tに対して傾斜した角度で照射されるアルゴンイオンビームに対応して、微小試料片Qに、例えば10°以上90°未満の範囲で傾斜した傾斜部Cを形成することによって、微小試料片Qの付け根部分にアルゴンイオンビームが照射されない陰領域を無くすことができ、微小試料片Qの全域に確実にアルゴンイオンビームを照射することが可能になる。これによって、微小試料片Qの全域において加工縞模様が軽減され、鮮明な観察像を得ることが可能なTEM観察用試料片を形成できる。 However, as in the present embodiment, the inclined portion inclined in the range of, for example, 10 ° or more and less than 90 ° on the minute sample piece Q corresponding to the argon ion beam irradiated at the angle inclined with respect to the thickness direction T. By forming C, it is possible to eliminate the shadow region where the argon ion beam is not irradiated to the base portion of the minute sample piece Q, and it is possible to surely irradiate the entire area of the minute sample piece Q with the argon ion beam. As a result, the processing stripe pattern is reduced in the entire area of the minute sample piece Q, and a TEM observation sample piece capable of obtaining a clear observation image can be formed.

なお、図3(c)に示すように、上述した厚み方向Tに沿った加工方向とは反対方向からも、幅方向Wに沿った加工幅を段階的に減じた多数の除去域を形成し、両側から厚みを減じた薄片化部分Qsを有する微小試料片Qを形成することができる。 As shown in FIG. 3C, a large number of removal areas are formed in which the processing width along the width direction W is gradually reduced even from the direction opposite to the processing direction along the thickness direction T described above. , It is possible to form a micro sample piece Q having a thinned portion Qs whose thickness is reduced from both sides.

本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると同様に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれるものである。 Although embodiments of the present invention have been described, these embodiments are presented as examples and are not intended to limit the scope of the invention. These embodiments can be implemented in various other embodiments, and various omissions, replacements, and changes can be made without departing from the gist of the invention. These embodiments and variations thereof are included in the scope of the invention described in the claims and the equivalent scope thereof, as are included in the scope and gist of the invention.

10…荷電粒子ビーム装置、11…試料室、12…ステージ(試料ステージ)、13…ステージ駆動機構、14…集束イオンビーム照射光学系(荷電粒子ビーム照射光学系)、15…電子ビーム照射光学系(荷電粒子ビーム照射光学系)、16…検出器、17…ガス供給部、18…気体イオンビーム照射光学系(荷電粒子ビーム照射光学系)、19a…ニードル、19b…ニードル駆動機構、20…吸収電流検出器、21…表示装置、22…コンピュータ、23…入力デバイス、33…試料台、34…柱状部、C…傾斜部、P…試料片ホルダ、Q…微小試料片、R…二次荷電粒子、S…試料片、V…試料。 10 ... charged particle beam device, 11 ... sample chamber, 12 ... stage (sample stage), 13 ... stage drive mechanism, 14 ... focused ion beam irradiation optical system (charged particle beam irradiation optical system), 15 ... electron beam irradiation optical system (Charged particle beam irradiation optical system), 16 ... Detector, 17 ... Gas supply unit, 18 ... Gas ion beam irradiation optical system (Charged particle beam irradiation optical system), 19a ... Needle, 19b ... Needle drive mechanism, 20 ... Absorption Current detector, 21 ... Display device, 22 ... Computer, 23 ... Input device, 33 ... Sample stand, 34 ... Column part, C ... Inclined part, P ... Sample piece holder, Q ... Micro sample piece, R ... Secondary charge Particles, S ... sample pieces, V ... samples.

上記課題を解決するために、本実施形態の態様は、以下のような荷電粒子ビーム装置、試料加工方法を提供した。
すなわち、本発明の荷電粒子ビーム装置は、試料に向けて荷電粒子ビームを照射し、微小試料片を作成する荷電粒子ビーム装置であって、前記試料に向けて荷電粒子ビームを照射可能な荷電粒子ビーム鏡筒と、前記荷電粒子ビーム鏡筒を収容する前記試料室と、前記試料を保持可能する試料片ホルダと、を有し、前記荷電粒子ビームによって、前記試料の一部領域の厚みを減じた微小試料片を形成する際に、該微小試料片の薄片化部分に隣接する部分が前記薄片化部分に対して傾斜した傾斜部形成され前記傾斜部は前記微小試料片の付け根部分まで設けられることにより、前記荷電粒子ビームにより前記微小試料片を形成する際に生じた加工縞を軽減する為にアルゴンイオンビームを前記微小試料片に照射する際に前記微小試料片の付け根部分においてもアルゴンイオンビームが妨げられないように形成され、前記荷電粒子ビームと交わる方向かつ前記傾斜部に平行な方向からアルゴンイオンビームを前記微小試料片に照射することにより前記微小試料片の全域において加工縞が軽減されることを特徴とする。
In order to solve the above problems, the embodiment of the present embodiment provides the following charged particle beam device and sample processing method.
That is, the charged particle beam device of the present invention is a charged particle beam device that irradiates a sample with a charged particle beam to create a minute sample piece, and is a charged particle capable of irradiating a charged particle beam toward the sample. It has a beam lens barrel, a sample chamber for accommodating the charged particle beam barrel, and a sample piece holder capable of holding the sample, and the charged particle beam reduces the thickness of a part of the sample. When forming a small sample piece, an inclined portion is formed in which a portion adjacent to the fragmented portion of the micro sample piece is inclined with respect to the fragmented portion, and the inclined portion extends to the base portion of the micro sample piece. By being provided, also at the base portion of the minute sample piece when the argon ion beam is irradiated to the minute sample piece in order to reduce the processing fringes generated when the minute sample piece is formed by the charged particle beam. It is formed so that the argon ion beam is not obstructed, and by irradiating the minute sample piece with the argon ion beam from the direction intersecting with the charged particle beam and parallel to the inclined portion, the processed stripes are formed in the entire area of the minute sample piece. Is characterized by being reduced .

また本発明は、前記傾斜部は、走査型電子顕微鏡によって得られた前記傾斜部のSEM画像を参照して形成されることを特徴とする。 Further, the present invention is characterized in that the inclined portion is formed with reference to an SEM image of the inclined portion obtained by a scanning electron microscope .

本発明の試料加工方法は、試料に向けて荷電粒子ビームを照射し、前記試料の一部領域の厚みを減じた微小試料片を作成する試料作製方法であって、前記荷電粒子ビームの照射によって、前記試料の厚み方向に沿った所定の加工厚みで、かつ前記厚み方向に対して直角な幅方向に沿った加工幅の除去域を、前記厚み方向に沿って複数重ねて形成し、前記除去域を重ねるごとに前記加工幅を段階的に減じることによって、前記微小試料片の薄片化部分に隣接する部分に、前記薄片化部分に対して傾斜させた傾斜部を形成する傾斜部形成工程を備え、前記傾斜部は前記微小試料片の付け根部分まで設けられることにより、前記荷電粒子ビームにより前記微小試料片を形成する際に生じた加工縞を軽減する為にアルゴンイオンビームを前記微小試料片に照射する際に前記微小試料片の付け根部分においてもアルゴンイオンビームが妨げられないように形成され、前記荷電粒子ビームと交わる方向かつ前記傾斜部に平行な方向からアルゴンイオンビームを前記微小試料片に照射することにより前記微小試料片の全域において加工縞が軽減されるアルゴンイオンビーム照射工程を有することを特徴とする。 The sample processing method of the present invention is a sample preparation method in which a charged particle beam is irradiated toward a sample to prepare a minute sample piece in which the thickness of a part of the sample is reduced, and the sample is irradiated by the charged particle beam. A plurality of removal areas having a predetermined processing thickness along the thickness direction of the sample and a processing width along the width direction perpendicular to the thickness direction are formed in a plurality of layers along the thickness direction to remove the sample. An inclined portion forming step of forming an inclined portion inclined with respect to the fragmented portion in a portion adjacent to the fragmented portion of the micro sample piece by gradually reducing the processing width each time the region is overlapped. The inclined portion is provided up to the base portion of the micro sample piece, so that the argon ion beam is used to reduce the processing fringes generated when the micro sample piece is formed by the charged particle beam. The argon ion beam is formed so as not to be obstructed even at the base portion of the micro sample piece when irradiating to the micro sample piece, and the argon ion beam is emitted from the direction intersecting the charged particle beam and parallel to the inclined portion. It is characterized by having an argon ion beam irradiation step in which processing fringes are reduced in the entire area of the minute sample piece by irradiating the sample .

Claims (7)

試料に向けて荷電粒子ビームを照射し、微小試料片を作成する荷電粒子ビーム装置であって、
前記試料に向けて荷電粒子ビームを照射可能な荷電粒子ビーム鏡筒と、
前記荷電粒子ビーム鏡筒を収容する前記試料室と、
前記試料を保持可能する試料片ホルダと、を有し、
前記荷電粒子ビームによって、前記試料の一部領域の厚みを減じた微小試料片を形成する際に、該微小試料片の薄片化部分に隣接する部分が前記薄片化部分に対して傾斜した傾斜部を形成することを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
A charged particle beam device that irradiates a sample with a charged particle beam to create a small sample piece.
A charged particle beam lens barrel capable of irradiating a charged particle beam toward the sample,
The sample chamber for accommodating the charged particle beam lens barrel and
With a sample piece holder capable of holding the sample,
When a micro sample piece in which the thickness of a part of the sample is reduced is formed by the charged particle beam, a portion adjacent to the flaked portion of the micro sample piece is inclined with respect to the flaked portion. A charged particle beam device characterized by forming.
前記傾斜部に対して平行になるようにアルゴンイオンビームを照射することを特徴とする請求項1記載の荷電粒子ビーム装置。 The charged particle beam apparatus according to claim 1, wherein an argon ion beam is irradiated so as to be parallel to the inclined portion. 試料に向けて荷電粒子ビームを照射し、前記試料の一部領域の厚みを減じた微小試料片を作成する試料作製方法であって、
前記荷電粒子ビームの照射によって、前記試料の厚み方向に沿った所定の加工厚みで、かつ前記厚み方向に対して直角な幅方向に沿った加工幅の除去域を、前記厚み方向に沿って複数重ねて形成し、前記除去域を重ねるごとに前記加工幅を段階的に減じることによって、前記微小試料片の薄片化部分に隣接する部分に、前記薄片化部分に対して傾斜させた傾斜部を形成する傾斜部形成工程を備えたことを特徴とする試料加工方法。
It is a sample preparation method of irradiating a sample with a charged particle beam to prepare a minute sample piece in which the thickness of a part of the sample is reduced.
By irradiating the charged particle beam, a plurality of removal areas of a predetermined processing thickness along the thickness direction of the sample and a processing width along the width direction perpendicular to the thickness direction are formed along the thickness direction. By forming them in layers and gradually reducing the processing width each time the removal areas are overlapped, an inclined portion inclined with respect to the thinned portion is formed in a portion adjacent to the thinned portion of the micro sample piece. A sample processing method comprising a step of forming an inclined portion to be formed.
前記傾斜部形成工程における、それぞれの除去域の前記加工厚みおよび前記加工幅は、走査型電子顕微鏡によって得られた前記傾斜部のSEM画像を参照して決定されることを特徴とする請求項3記載の試料加工方法。 3. The processing thickness and the processing width of each removal region in the inclined portion forming step are determined by referring to an SEM image of the inclined portion obtained by a scanning electron microscope. The sample processing method described. 前記試料は、基材の内部に埋設層が前記厚み方向に沿って複数重ねて形成され、
前記傾斜部形成工程は、前記SEM画像を用いて、前記傾斜部に露呈される前記埋設層の数をカウントして、加工終点を決定することを特徴とする請求項4記載の試料加工方法。
The sample is formed by stacking a plurality of embedded layers inside the base material along the thickness direction.
The sample processing method according to claim 4, wherein the inclined portion forming step determines a processing end point by counting the number of the buried layers exposed on the inclined portion using the SEM image.
前記傾斜部形成工程では、前記薄片化部分と、前記薄片化部分に隣接する部分である傾斜部とを、互いに10°以上90°未満の範囲で傾斜させることを特徴とする請求項3ないし5いずれか一項記載の試料加工方法。 Claims 3 to 5 characterized in that, in the inclined portion forming step, the sliced portion and the inclined portion which is a portion adjacent to the sliced portion are inclined in a range of 10 ° or more and less than 90 ° with respect to each other. The sample processing method according to any one of the above. 前記微小試料片に向けて、前記傾斜部に対して平行になるようにアルゴンイオンビームを照射するアルゴンビーム照射工程を更に備えたことを特徴とする請求項3ないし6いずれか一項記載の試料加工方法。 The sample according to any one of claims 3 to 6, further comprising an argon beam irradiation step of irradiating the minute sample piece with an argon ion beam so as to be parallel to the inclined portion. Processing method.
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