JP4634288B2 - Focused ion beam processing method and charged particle beam apparatus - Google Patents
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Description
本発明は、集束イオンビームを使って透過電子顕微鏡用の薄片試料を作成する技術に関し、特に半導体ウエハより観察対象の欠陥を含む薄片試料を作成するのに好適な集束イオンビーム加工方法及び荷電粒子ビーム装置に関する。 The present invention relates to a technique for producing a thin sample for a transmission electron microscope using a focused ion beam, and more particularly to a focused ion beam processing method and charged particles suitable for producing a thin sample containing a defect to be observed from a semiconductor wafer. The present invention relates to a beam device.
透過電子顕微鏡用の試料として、厚さが0.1μm程度の薄片が用いられる。近年、このような薄片試料を作るために、集束イオンビームが用いられるようになってきた。集束イオンビームを用いることにより、所望の観察位置を含む薄片試料を短時間で確実に作ることができる。例えば、半導体デバイス等の断面を観察する場合には、観察位置の断面を含む薄片試料を作成すればよい。このような集束イオンビームを用いた試料の作成方法は、非特許文献1及び2にて報告されている。 A thin piece having a thickness of about 0.1 μm is used as a sample for a transmission electron microscope. In recent years, focused ion beams have been used to make such thin specimens. By using the focused ion beam, a thin sample including a desired observation position can be reliably produced in a short time. For example, when observing a cross section of a semiconductor device or the like, a thin sample including the cross section at the observation position may be prepared. Non-Patent Documents 1 and 2 report a method for preparing a sample using such a focused ion beam.
特表2002-503870号公報には、ウエハに対して傾斜したカラムとステージの回転機能を用いて集束イオンビーム加工する装置と方法が開示されている。また、特開平5-52721号公報には、集束イオンビームとプローブを用いて薄膜試料片を切り出す方法が記載されている。 Japanese Patent Application Publication No. 2002-503870 discloses an apparatus and a method for processing a focused ion beam using a column and stage rotating function inclined with respect to a wafer. Japanese Laid-Open Patent Publication No. 5-52721 describes a method of cutting out a thin film sample piece using a focused ion beam and a probe.
従来、集束イオンビームを用いてウエハより欠陥位置を含む微小片試料を切り出す場合、欠陥位置の周囲に矩形の溝を形成し、突起を形成する。次に、この突起の根元を傾斜面に沿って切り出すことによって微小片を生成する。しかしながら、従来の方法では、加工量が多く、加工時間が長い欠点があった。 Conventionally, when a minute piece sample including a defect position is cut out from a wafer using a focused ion beam, a rectangular groove is formed around the defect position to form a protrusion. Next, a minute piece is generated by cutting the base of the protrusion along the inclined surface. However, the conventional method has a drawback that the processing amount is large and the processing time is long.
また、従来の方法では、加工量の設定値と実際の加工量の関係が不明であったため、所望の加工量を得るために非効率的な加工を行っていた。 Further, in the conventional method, since the relationship between the set value of the processing amount and the actual processing amount is unknown, inefficient processing is performed to obtain a desired processing amount.
本発明の目的は、短時間で試料から微小片試料を切り出すことができる装置及び方法を提供することにある。 The objective of this invention is providing the apparatus and method which can cut out a micro piece sample from a sample in a short time.
本発明によると、V溝の所望の深さから、実験式を用いて、加工時間が最小となるようにV溝の深さの設定値とV溝の幅の設定値を計算する。こうして求めた設定値によって、集束イオンビームによってV溝加工を行う。V溝加工のみから、試料表面より微小片を切り出す。試料表面に対して傾斜したイオンビームを用いる。 According to the present invention, the setting value of the V-groove depth and the setting value of the V-groove width are calculated from the desired depth of the V-groove using an empirical formula so that the machining time is minimized. V-groove processing is performed by the focused ion beam according to the set value thus obtained. A fine piece is cut out from the sample surface only from the V-groove processing. An ion beam tilted with respect to the sample surface is used.
本発明によると、短時間で試料から微小片試料を切り出すことができる。 According to the present invention, a minute piece sample can be cut out from a sample in a short time.
本発明によると試料の表面にV溝を加工することにより試料表面より微小片試料を切り出す。即ち、集束イオンビームによるV溝加工のみによって微小片試料を作成する。そこで、先ず、集束イオンビームによってV溝加工を行うときの加工条件を説明する。図5(a)に示すように、イオンビーム25が平坦な試料40の表面を走査すると、イオンビーム照射点では、照射量に応じてスパッタリングにより削られ、ビーム走査前後に高低差ができ段差が形成される。ビーム走査の折り返し点では、ビーム照射を受けている部分と受けていない部分で段差が深まり、凹部が形成される。従って、イオンビーム走査前後にて試料表面に傾斜面40a、40bが形成される。
According to the present invention, a minute piece sample is cut out from the sample surface by processing a V groove on the sample surface. That is, a micro-piece sample is created only by V-groove processing using a focused ion beam. Therefore, first, processing conditions when performing V-groove processing with a focused ion beam will be described. As shown in FIG. 5A, when the
図5(b)に示すように、傾斜面40aの傾斜角をθとする。傾斜面40aの法線nとイオンビーム25の光軸25Aのなす角をビーム入射角とする。ビーム入射角は、傾斜面40aの傾斜角θに等しい。従って、傾斜角が0度のとき、ビーム入射角は0度となり、傾斜角が90度のとき、ビーム入射角は90度となる。
As shown in FIG. 5B, the inclination angle of the
イオンビームを試料表面に垂直に照射しても、凹部が形成されるため、イオンビーム照射面は傾斜し、イオンビームの入射角は0度にはならない。 Even if the ion beam is irradiated perpendicularly to the sample surface, since the concave portion is formed, the ion beam irradiation surface is inclined and the incident angle of the ion beam does not become 0 degree.
イオンビームによるスパッタリング収量は、イオンビームの入射角の関数である。非特許文献3において、山村は、実験結果と良く一致する理論表現として下記の式を提案している。 The sputtering yield with an ion beam is a function of the incident angle of the ion beam. In Non-Patent Document 3, Yamamura has proposed the following equation as a theoretical expression that agrees well with the experimental results.
ここで、t=1/cosθ、であり、f、sはパラメータである。図6の曲線は、数1の式において、パラメータをf=1.8、s=0.3とした場合のグラフである。横軸はイオンビーム入射角、縦軸はスパッタリング収量である。但し、縦軸のスパッタリング収量Y(E,θ)/Y(0)は、イオンビーム入射角θが0のときのスパッタリングイールドY(0)によって正規化している。 Here, t = 1 / cos θ, and f and s are parameters. The curve in FIG. 6 is a graph when the parameters are f = 1.8 and s = 0.3 in the equation (1). The horizontal axis represents the ion beam incident angle, and the vertical axis represents the sputtering yield. However, the sputtering yield Y (E, θ) / Y (0) on the vertical axis is normalized by the sputtering yield Y (0) when the ion beam incident angle θ is 0.
図6の曲線にて示すように、スパッタリング収量はビーム入射角度依存性がある。ビーム入射角度θが0度から80度まで、スパッタリング収量はビーム入射角θと共に増加する。特に、ビーム入射角度θが50度を超えるとスパッタリング収量は急激に増加し、ビーム入射角度θが約80度のときスパッタリング収量は最大となる。ビーム入射角度θが80度を超えるとスパッタリング収量は急激に減少する。ビーム入射角度θが更に大きくなると、スパッタリング収量は、1より小さくなる。スパッタリング収量が1となったときのビーム入射角度をθcとすると、θcは約87度である。ビーム入射角度がθcを超えると、スパッタリング収量は微小となり、殆ど加工することができない状態となる。 As shown by the curve in FIG. 6, the sputtering yield depends on the beam incident angle. The sputtering yield increases with the beam incident angle θ when the beam incident angle θ is 0 to 80 degrees. In particular, when the beam incident angle θ exceeds 50 degrees, the sputtering yield increases rapidly, and when the beam incident angle θ is about 80 degrees, the sputtering yield becomes maximum. When the beam incident angle θ exceeds 80 degrees, the sputtering yield decreases rapidly. As the beam incident angle θ is further increased, the sputtering yield becomes smaller than 1. If the beam incident angle when the sputtering yield is 1 is θc, θc is about 87 degrees. When the beam incident angle exceeds θc, the sputtering yield becomes very small and it is almost impossible to process.
このスパッタリング収量のビーム入射角度依存性を利用して試料の表面に楔形のV溝を形成することができる。平坦な試料の表面にイオンビームを照射し走査する。最初はビーム入射角度が小さいから小さな凹部が形成される。しかしながら、一旦凹部が形成され、傾斜面ができると、ビーム入射角度が大きくなり、加工量が増加する。加工量が増加すると試料表面の凹部は深くなり、更に、ビーム入射角度が大きくなる。こうして、ビーム入射角度が大きくなると加工量が増加する。従って、凹部の傾斜面は急速に削られ、楔形のV溝ができる。この楔形のV溝の傾斜角がθcに達すると、それ以上V溝は大きくならない。従って、楔形の頂角が略2θcに等しい断面のV溝が形成される。 A wedge-shaped V-groove can be formed on the surface of the sample by utilizing the dependency of the sputtering yield on the beam incident angle. A flat sample surface is irradiated with an ion beam and scanned. Initially, since the beam incident angle is small, a small recess is formed. However, once the concave portion is formed and an inclined surface is formed, the beam incident angle increases and the amount of processing increases. When the amount of processing increases, the concave portion of the sample surface becomes deeper and the beam incident angle becomes larger. Thus, the processing amount increases as the beam incident angle increases. Accordingly, the inclined surface of the recess is rapidly scraped to form a wedge-shaped V-groove. When the inclination angle of the wedge-shaped V-groove reaches θc, the V-groove does not increase any more. Therefore, a V-groove having a cross section with a wedge-shaped apex angle approximately equal to 2θc is formed.
次に、V溝の設定値と実際に加工されたV溝の深さの関係を調べた。図7(a)に示すように、溝の幅の設定値をw(μm)、深さの設定値をH(μm)として、V溝をビーム加工した。図7(b)に示すように、ビーム加工によって実際に形成されたV溝の深さd(μm)を測定した。加工ビームは、試料表面に対して45°傾斜したものを用いたが、試料表面に対して垂直に入射した場合も略同じ結果を得た。実験結果から次の関係式が得られることが判明した。 Next, the relationship between the set value of the V groove and the depth of the actually processed V groove was examined. As shown in FIG. 7A, the V-groove was beam-processed with the groove width set value set to w (μm) and the depth set value set to H (μm). As shown in FIG. 7B, the depth d (μm) of the V groove actually formed by the beam processing was measured. The machining beam used was tilted by 45 ° with respect to the sample surface, but substantially the same result was obtained when it was incident perpendicular to the sample surface. From the experimental results, it was found that the following relational expression can be obtained.
この式から、溝の幅の設定値がw、長さの設定値がL、深さの設定値がHのV溝の加工時間tは次の式によって求められる。 From this equation, the machining time t of the V groove having the groove width set value w, the length set value L, and the depth set value H is obtained by the following equation.
tは加工時間(秒)、Lは溝の長さ(μm)、Ibはビーム電流(nA)である。従って、加工時間tが最小になる条件wを求めるためには、次の条件を計算すればよい。 t is the machining time (seconds), L is the groove length (μm), and Ib is the beam current (nA). Therefore, in order to obtain the condition w that minimizes the machining time t, the following condition may be calculated.
数4の式を満たすwを求めると次の式が得られる。 When w satisfying Expression 4 is obtained, the following expression is obtained.
この式から加工結果の深さdを消去すると次の式が得られる。 If the depth d of the machining result is deleted from this equation, the following equation is obtained.
ただし、H、w、Lは、ビームの入射方向をZ方向として直角座標系で表したときの値である。試料とビームが傾斜している場合は、Hとwはビーム方向とそれに直交する成分であるが、Lは、線分Lとビームのなす角をφとして加工される実際の長さをL‘とすると、L’×sinφ=Lとすればよい。 However, H, w, and L are values when expressed in a rectangular coordinate system with the incident direction of the beam as the Z direction. When the sample and the beam are tilted, H and w are the beam direction and a component orthogonal to the beam direction, but L is the actual length to be processed with the angle between the line segment L and the beam as φ. Then, L ′ × sin φ = L may be set.
数6の式は、イオンビーム加工において、加工時間が最小となる深さの設定値Hと溝幅の設定値wの関係を示す。eは自然対数であり一定である。従って、溝幅の設定値wに対する深さの設定値Hの比H/wは略7.4である。比H/wが7.4より小さいとき、即ち、深さの設定値Hに対して溝幅の設定値wが大きいと、加工面がより平坦となり、イオンビーム入射角θが小さくなり、加工時間が長くなる。比H/wが7.4より大きいとき、即ち、深さの設定値Hに対して溝幅の設定値wが小さいと、加工面の傾斜が大きく、イオンビーム入射角θが大きくなり、加工時間が短くなるが、深さの設定値さHを得ることができなくなる。 Equation (6) represents the relationship between the depth setting value H and the groove width setting value w that minimize the processing time in ion beam processing. e is a natural logarithm and is constant. Accordingly, the ratio H / w of the depth setting value H to the groove width setting value w is approximately 7.4. When the ratio H / w is smaller than 7.4, that is, when the groove width setting value w is larger than the depth setting value H, the processing surface becomes flatter and the ion beam incident angle θ becomes smaller. The time will be longer. When the ratio H / w is larger than 7.4, that is, when the groove width setting value w is small with respect to the depth setting value H, the inclination of the machining surface is large, and the ion beam incident angle θ is large. Although the time is shortened, the depth set value H cannot be obtained.
次に、ビーム電流Ibについて説明する。数3の式より加工時間tを短くするには、ビーム電流Ibを増加すればよい。しかしながら、ビーム電流が増加すると、ビームの開き角が大きくなる。それによって、イオン光学系の球面収差が増大する。球面収差はビームの開き角の3乗に依存する。球面収差が大きくなると、ビームの裾野の拡がりが大きくなる。このようなビームを使用すると、溝の縁(加工エッジ)が崩れ、また、サンプリング表面がダメージを受ける。従って、ビーム電流の増加には限度がある。 Next, the beam current Ib will be described. In order to shorten the processing time t from the equation (3), the beam current Ib may be increased. However, as the beam current increases, the beam opening angle increases. Thereby, the spherical aberration of the ion optical system is increased. Spherical aberration depends on the cube of the beam opening angle. As the spherical aberration increases, the spread of the base of the beam increases. When such a beam is used, the edge of the groove (processing edge) is broken, and the sampling surface is damaged. Therefore, there is a limit to the increase in beam current.
逆に、ビーム電流が少ないと、加工時間が増加する。例えば、ビーム電流を20nAから10nAに減少すると、加工時間は2倍となる。 Conversely, when the beam current is small, the processing time increases. For example, if the beam current is reduced from 20 nA to 10 nA, the processing time is doubled.
図1は、本発明による傾斜カラム荷電粒子ビーム装置の例を示す。本例の傾斜カラム荷電粒子ビーム装置は、サンプリングマニュピュレータ10、集束イオンビーム(FIB)カラム20、デポジション銃30、試料であるウエハ40を保持するウエハホールダ41、X,Y,Z,R(回転)の4軸からなるステージ42、真空排気装置43、及び、荷電粒子検出器45を有する。ステージ42上にて水平面上にx軸、y軸をとり、垂直上方にz軸をとる。
FIG. 1 shows an example of a tilted column charged particle beam device according to the present invention. The tilted column charged particle beam apparatus of this example includes a
サンプリングマニュピュレータ10は、プローブ位置制御11、及び、サンプリングプローブ12を有する。FIBカラム20は、Ga液体金属イオン源からなるイオン銃21、イオンビーム25を制限するビーム制限アパーチャ22、イオンビーム25を絞るレンズ系23、及び、ウエハ面上をビーム走査するための偏向器24を有する。FIBカラム20の光軸は、ステージ42のZ軸に対して45°の傾斜している。
The
デポ銃30は、ノズル31、ノズル位置及び温度制御32、及び、デポ源リザーバ33を有する。デポ源リザーバ33には、W(CO)6が充填されている。
The
本例の傾斜カラム荷電粒子ビーム装置は、更に、サンプリングマニュピュレータ制御部51、デポ銃制御部52、FIB制御部53、ローダ制御部54、ステージ制御部55、真空排気制御部56、ディスプレイ57、記憶部58及びCPU59を有する。
The tilted column charged particle beam apparatus of this example further includes a sampling
サンプリングマニュピュレータ制御部51は、サンプリングマニュピュレータ10を制御し、ウエハから分離された微小片試料の取り出し、乗せ変えを行う。デポ銃制御52は、デポジション銃30を制御し、ガス源の温度制御とノズル位置の制御を行う。FIB制御部53は、FIBカラム20を制御し、イオンビームの加速、ビーム電流、フォーカス、偏向を制御する。ローダ制御部54は、ウエハホールダ41の出し入れを制御する。
The sampling
ステージ制御部55は、レーザ測長系によって計測された位置情報に基づいてステージ42の駆動・位置制御を行う。ステージ42は、X,Y,Z軸方向の直線移動とZ軸周りの回転を行う4軸ステージである。本例では、レーザ測長系によって位置情報を得るため、サンプリングの位置だし精度を上げることができる。従って、ウエハから目的とする場所のサンプリングを確実に行うことができる。
The
真空排気制御部56は真空排気装置43を制御する。ディスプレイ57は、走査信号と同期した荷電粒子検出器45からの信号により得られる画像を表示する。記憶部58は画像を記憶する。CPU59は傾斜カラム荷電粒子ビーム装置の全体を集中管理する。
The vacuum
本例の荷電粒子ビーム装置によると、ユーザが所望のV溝の深さdを入力すると、CPU59は、数5の式に従って、V溝の深さの設定値Hと幅の設定値wを演算する。荷電粒子ビーム装置は、CPU59によって計算された深さの設定値Hと幅の設定値wに基づいて、V溝を形成する。従って、所望の深さdのV溝が最短時間で形成される。
According to the charged particle beam apparatus of this example, when the user inputs a desired V groove depth d, the
次に、図1の傾斜カラム荷電粒子ビーム装置を用いて、ウエハを割らずに欠陥を含む微小片を切り出す方法を説明する。本発明によると、試料表面に対して45度傾斜した光軸を有するFIBカラム20を用いて、V字形溝加工を行う。FIBカラム20を固定し、ウエハの移動と回転のみによって、任意の方向のV溝を形成することができる。V溝加工のみによって、微小片を切り出す。
Next, a method of cutting out a minute piece including a defect without breaking the wafer using the inclined column charged particle beam apparatus of FIG. 1 will be described. According to the present invention, V-shaped groove processing is performed using the
数5の式によって、V溝の幅の設定値W及び深さの設定値Hを求め、それを荷電粒子ビーム装置の入力値とすることにより、加工時間が最短となる。 By obtaining the set value W of the width of the V groove and the set value H of the depth according to the equation (5) and using them as input values of the charged particle beam apparatus, the processing time is minimized.
図2を参照してP字形のV溝を形成する場合を説明する。P字形のV溝を形成することによって、図2(f)に示すように直角三角形の断面を有する角柱状の微小片105が得られる。
The case of forming a P-shaped V-groove will be described with reference to FIG. By forming the P-shaped V-shaped groove, a
先ず、図2(a)に示すように、集束イオンビーム25の光軸25Aはxz平面上にあると仮定する。また、集束イオンビーム25の光軸25Aはz軸に対して45度傾斜しているものとする。試料であるウエハをx軸方向に沿って移動させることにより、x軸方向のV溝101、102を形成する。V溝101、102は、ウエハの表面に垂直に形成される。図2(b)は図2(a)の矢印B−B方向に沿って見た断面図である。V溝101、102の両端は、イオンビームの傾斜角45度に対応した傾斜面101a、101bを有する。次に、ウエハをy軸方向に沿って移動させることにより、y軸方向のV溝103を形成する。図2(c)は図2(a)の矢印C−C方向に沿って見た断面図である。V溝103の断面は、ウエハの表面に対して45度傾斜している。
First, as shown in FIG. 2A, it is assumed that the
次に、試料であるウエハをz軸周りに−90度回転させる。それによって、図2(d)に示すように、V溝103はx軸に平行となり、V溝101、102はy軸に平行となる。ウエハをx軸方向に沿って移動させることにより、x軸方向のV溝104を形成する。図2(e)は図2(d)の矢印E−E方向に沿って見た断面図である。V溝104の両端は、イオンビームの傾斜角45度に対応した傾斜面104a、104bを有する。
Next, the sample wafer is rotated by -90 degrees around the z axis. Accordingly, as shown in FIG. 2D, the V-
図2(f)は、4つのV溝101、102、103、104によって微小片105が切り出された状態を示す。こうしてP字形のV溝を形成することによって、直角三角形の断面を有する角柱状の微小片105が得られる。
FIG. 2 (f) shows a state where the
次に、加工時間を計算する。本例では、試料表面に対して45度傾斜したビームを用いてV溝を加工するから、例えば、表面からの深さが10μmのV溝を形成する場合、実際に掘削する深さ、即ち、加工深さは10×√2μm=14μmとなる。数5の式のdは、加工深さを表す。従って、実際に加工すべきV溝の形状から、加工深さdを求め、これを数5の式に代入して、V溝の幅の設定値W及び深さの設定値Hが得られる。 Next, the machining time is calculated. In this example, since the V-groove is processed using a beam inclined by 45 degrees with respect to the sample surface, for example, when forming a V-groove having a depth of 10 μm from the surface, the actual drilling depth, The processing depth is 10 × √2 μm = 14 μm. D in the formula 5 represents the machining depth. Therefore, the machining depth d is obtained from the shape of the V groove to be actually machined, and is substituted into the equation 5 to obtain the V groove width setting value W and the depth setting value H.
図2(f)に示すように、ここでは微小片105の寸法を14μm×10μm×10μmとする。但し、高さが10μmである。V溝101、102の表面からの深さは、微小片105の高さに等しく10μmであるが、実際の加工深さは、少なくとも14μm必要である。ここでは3μm余分に掘削するものとし、加工深さをd=17μmとする。
As shown in FIG. 2F, here, the dimension of the
V溝101、102の幅の設定値w及び深さの設定値Hは、数5の式から、w=2μm、H=15μmとなる。V溝103の加工深さは同様にd=17μmとする。V溝103の幅の設定値w及び深さの設定値Hは、同様に、数5の式から、w=2μm、H=15μmとなる。
The width setting value w and the depth setting value H of the V-
V溝101、102の加工長さを、L=10μmとし、V溝103の加工長さを、L=16μmとする。数3の式から、V溝101、102の加工時間はそれぞれ、56s、V溝103の加工時間は、89sとなる。但し、ウエハの材料をケイ素とし、ビーム電流は20nAとした。また、スパッタリングイールドをY(0)=0.27(μm3/nC)とした。
The processing length of the
V溝104の加工深さはd=17μmとする。V溝104の幅の設定値w及び深さの設定値Hは、数5の式からw=2μm、H=15μmとなる。V溝104の加工長さを、L=20μmとする。従って、加工時間は、数3の式から、111sとなる。したがって、直角三角形の断面を有する微小片のサンプリングに要する加工時間は56s×2+89s+111s=312sとなる。即ち、約5分である。ここでは、20nAのビーム電流で加工する場合を説明した。ビーム電流が10nA程度の場合、加工時間は約2倍の10分程度になる。
The processing depth of the
図3は、サンプリングプローブ12を微小片105の上面に接着させた状態を示す。4つのV溝101、102、103、104によって微小片105を完全に切り離す前又は後に、サンプリングプローブ12の先端を微小片105に接着させる。こうして微小片105がサンプリングプローブ12によって保持された状態で、微小片105を完全に切り離す。
FIG. 3 shows a state in which the
図4を参照してロの字形のV溝を形成する場合を説明する。ロの字形のV溝を形成することによって、図4(f)に示すように二等辺三角形の断面を有する角柱状の微小片205が得られる。
A case where a V-shaped V-shaped groove is formed will be described with reference to FIG. By forming a B-shaped V-shaped groove, a
先ず、図4(a)に示すように、集束イオンビーム25の光軸25Aはxz平面上にあると仮定する。また、集束イオンビーム25の光軸25Aはz軸に対して45度傾斜しているものとする。試料であるウエハをx軸方向に沿って移動させることにより、x軸方向のV溝201、202を形成する。V溝201、202は、ウエハの表面に垂直に形成される。図4(b)は図4(a)の矢印B−B方向に沿って見た断面図である。V溝201、202の両端は、イオンビームの傾斜角45度に対応した傾斜面201a、201bを有する。次に、ウエハをy軸方向に沿って移動させることにより、y軸方向のV溝203を形成する。図4(c)は図4(a)の矢印C−C方向に沿って見た断面図である。V溝203の断面は、ウエハの表面に対して45度傾斜している。
First, as shown in FIG. 4A, it is assumed that the
次に、試料であるウエハをz軸周りに180度回転させる。それによって、図4(d)に示すように、V溝203はy軸に平行となり、V溝201、202はx軸に平行となる。ウエハをy軸方向に沿って移動させることにより、y軸方向のV溝204を形成する。図4(e)は図4(d)の矢印E−E方向に沿って見た断面図である。V溝204の断面は、ウエハの表面に対して45度傾斜している。
Next, the sample wafer is rotated 180 degrees around the z-axis. Accordingly, as shown in FIG. 4D, the V-
図4(f)は、4つのV溝201、202、203、204によって微小片205が切り出された状態を示す。
FIG. 4F shows a state in which the
実際に、微小片205を切り出すには、図3を参照して説明したように、サンプリングプローブ12を用いる。4つのV溝201、202、203、204によって微小片205を完全に切り離す前に、サンプリングプローブ12の先端を微小片205の上面に接着させる。こうして微小片205がサンプリングプローブ12によって保持された状態で、微小片205を完全に切り離す。
Actually, in order to cut out the
こうしてロの字形のV溝を形成することによって、二等辺三角形の断面を有する角柱状の微小片205が得られる。
By forming a square V-shaped groove in this manner, a
次に、加工時間を計算する。図4(f)に示すように、微小片205の寸法を14μm×16μm×10μmとする。但し、高さが10μmである。V溝201、202の表面からの深さは、微小片205の高さに等しく10μmであるが、実際の加工深さは、少なくとも14μm必要である。ここでは3μm余分に掘削するものとし、加工深さをd=14μmとする。V溝201、202の幅の設定値w及び深さの設定値Hは、数5の式から、w=2μm、H=15μmとなる。V溝203の加工深さは同様にd=17μmとする。V溝203の幅の設定値w及び深さの設定値Hは、同様に、数5の式から、w=2μm、H=15μmとなる。
Next, the machining time is calculated. As shown in FIG. 4F, the dimension of the
V溝201、202の加工長さを、L=14μmとし、V溝203の加工長さを、L=16μmとする。数3の式から、V溝201、202の加工時間はそれぞれ、78s、V溝203の加工時間は、89sとなる。
The processing length of the
V溝204の加工時間は、V溝203の加工時間と同一であり、89sである。従って、従って、二等辺三角形の断面を有する微小片のサンプリングに要する加工時間は(78s+89s)×2=334sとなる。即ち、約5.6分である。ここでは、20nAのビーム電流で加工する場合を説明した。ビーム電流が10nA程度の場合、加工時間は約2倍の11分程度になる。
The processing time of the
本例によると、V溝加工だけによってウエハより微小片を切り出すため、リデポジション(以下リデポ)による不具合が発生する可能性が少ない。リデポは、スパッタリングされた粒子がビームの照射されてない側壁に堆積する現象である。V溝加工では、2つの狭い側壁の間を短い周期で繰返し走査するため、側壁にリデポが形成するまもなくスパッタされるため、側壁にリデポが形成されにくい。図2の例の場合、最初の2つのV溝101、102の形成では、リデポは生じない。しかしながら、次のV溝103、104の形成によって、最初の2つのV溝101、102がリデポによって埋まる。しかしながら、本例では、リデポによって埋まるのは、V溝101、102のうち、V溝103、104と交差する位置だけである。従って、この部分のリデポの除去は容易である。
According to this example, since a small piece is cut out from the wafer only by the V-groove processing, there is little possibility that a problem due to redeposition (hereinafter referred to as redeposition) occurs. Redepo is a phenomenon in which sputtered particles accumulate on sidewalls that are not irradiated with a beam. In the V-groove processing, since scanning is repeatedly performed between two narrow side walls at a short cycle, the redeposit is formed on the side wall and is sputtered soon, so that the redepot is hardly formed on the side wall. In the case of the example in FIG. 2, redeposition does not occur in the formation of the first two V
リデポの除去は、サンプリングプローブ12を微小片105に接着させた状態で且つ微小片105を完全に切り離す前に行う。リデポの除去を行う場合のビーム電流は10nA程度である。ビーム電流が大きいと、リデポの除去により周囲が加工され更にリデポが発生する。
The redepo is removed in a state where the
本例によると、V溝加工だけによってウエハより微小片を切り出すため、従来の矩形断面の溝加工を行う場合に比べて加工時間が短い。V溝加工を使わず、通常の矩形断面の溝によって同一寸法の微小片を切り出す場合、ビーム電流を30nAとしても、加工体積が大きいから、加工時間は、10数分を必要とする。 According to this example, since a minute piece is cut out from the wafer only by V-groove processing, the processing time is shorter than in the case of performing conventional rectangular cross-section groove processing. When V-groove processing is not used and a minute piece of the same size is cut out by a groove having a normal rectangular cross section, the processing time is required to be several tens of minutes because the processing volume is large even if the beam current is 30 nA.
本発明によるとV溝を形成するために、試料の法線に対して傾斜したイオンビームを用いた。本発明によると荷電粒子ビーム装置は、試料の法線に対して傾斜したイオンビームを生成することができれば、どのような構造であってもよい。図1の例では、荷電粒子ビーム装置は、ステージ42のz軸に対して傾斜した光軸を有するFIBカラム20を備える。しかしながら、傾斜したFIBカラム20を設ける代わりに、試料を傾斜させる機能を有するステージを用いてもよい。
According to the present invention, an ion beam inclined with respect to the normal line of the sample was used to form the V groove. According to the present invention, the charged particle beam apparatus may have any structure as long as it can generate an ion beam inclined with respect to the normal line of the sample. In the example of FIG. 1, the charged particle beam apparatus includes an
また、上述の例では、試料の法線に対して45度傾斜したイオンビームを用いたが、試料の法線に対して他の角度傾斜したイオンビームを用いてもよい。例えば、試料の法線に対して30度又は60度傾斜したイオンビームを用いてもよい。 In the above-described example, an ion beam inclined by 45 degrees with respect to the normal line of the sample is used. However, an ion beam inclined by another angle with respect to the normal line of the sample may be used. For example, an ion beam inclined by 30 degrees or 60 degrees with respect to the normal line of the sample may be used.
本発明によると、V溝加工のみで試料から微小片をサンプリングできるので1つの加工ビームでサンプリング加工ができる。即ち、加工の開始から終了まで、V溝の幅の設定値w及び深さの設定値Hは一定である。また、本発明によると、V溝加工で所望の深さdが与えられると、加工時間が最小になるように、V溝の深さの設定値Hと幅の設定値Wが求められる。従って、V溝を簡便に効率が良く加工できる。また、V溝加工では、矩形形状の溝より加工体積が小さいのでビーム電流が小さくても短時間でサンプリングできる。更に、本発明によると、ウエハに対して傾斜したカラムを備えた装置において、ステージの回転機能を1回用いるだけでウエハを割らずに欠陥を含む微小片をサンプリングできるので、サンプリング自動化に適する。 According to the present invention, since a minute piece can be sampled from a sample only by V-groove processing, sampling processing can be performed with one processing beam. That is, from the start to the end of processing, the set value w for the width of the V groove and the set value H for the depth are constant. Further, according to the present invention, when a desired depth d is given in the V-groove processing, the set value H for the depth of the V-groove and the set value W for the width are obtained so that the processing time is minimized. Therefore, the V-groove can be processed easily and efficiently. Further, in the V-groove processing, since the processing volume is smaller than that of the rectangular groove, sampling can be performed in a short time even if the beam current is small. Furthermore, according to the present invention, in an apparatus having a column inclined with respect to the wafer, it is possible to sample a minute piece including a defect without dividing the wafer only by using the rotation function of the stage once, which is suitable for sampling automation.
以上、本発明の例を説明したが、本発明は上述の例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変更が可能であることは当業者であれば容易に理解されよう。 The example of the present invention has been described above, but the present invention is not limited to the above-described example, and various modifications can be made by those skilled in the art within the scope of the invention described in the claims. It will be easily understood if there is.
10…サンプリングマニュピュレータ、11…プローブ位置制御、12…サンプリングプローブ、20…集束イオンビーム(FIB)カラム、21…イオン銃、22…ビーム制限アパーチャ、23…レンズ系、24…偏向器、25…イオンビーム、30…デポ銃、31…ノズル、32…ノズル位置・温度制御、33…デポ源リザーバ、40…ウエハ、41…ウエハホールダ、42…ステージ、43…真空排気装置、45…荷電粒子検出器
DESCRIPTION OF
Claims (12)
w=0.115d
H=0.115e2d 2. The focused ion beam processing method according to claim 1, wherein the set value H of the depth of the V groove and the set value w of the width of the V groove are calculated from a desired depth d of the V groove using the following empirical formula. And a focused ion beam processing method.
w = 0.115d
H = 0.115e 2 d
上記制御部は、上記演算部によって計算された上記設定値に基づいて集束イオンビームを試料の表面に照射させることによって上記試料の表面にV溝を形成し、該V溝の形成を繰り返すことによって上記試料の表面より微小片を切り出し、
上記演算部は、上記V溝の深さd、V溝の幅w、物質のスパッタリングイールドY(0)、ビーム電流Ibから加工時間tを次の式を用いて制御することを特徴とする荷電粒子ビーム装置。
The control unit forms a V groove on the surface of the sample by irradiating the surface of the sample with the focused ion beam based on the set value calculated by the calculation unit, and repeats the formation of the V groove. to cut out a small piece from the surface of the sample,
The calculation unit controls the processing time t from the depth d of the V groove, the width w of the V groove, the sputtering yield Y (0) of the material, and the beam current Ib using the following expression. Particle beam device.
w=0.115d
H=0.115e2d 10. The charged particle beam apparatus according to claim 9, wherein the calculation unit calculates a set value H for the depth of the V groove and a set value w for the width of the V groove from the desired depth d of the V groove by the following empirical formula Charged particle beam apparatus characterized by calculating using
w = 0.115d
H = 0.115e 2 d
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