JP5592136B2

JP5592136B2 - Chip tip structure inspection method

Info

Publication number: JP5592136B2
Application number: JP2010076353A
Authority: JP
Inventors: 健一西中; 貴志小川; 安彦杉山
Original assignee: Hitachi High Tech Science Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Science Corp
Priority date: 2010-03-29
Filing date: 2010-03-29
Publication date: 2014-09-17
Anticipated expiration: 2030-03-29
Also published as: JP2011210496A

Description

本発明は、チップ形状のビーム源から荷電粒子ビームを試料に照射し観察する荷電粒子ビーム装置に関するものである。 The present invention relates to a charged particle beam apparatus for irradiating a sample with a charged particle beam from a chip-shaped beam source for observation.

従来、集束イオンビーム装置のイオン源として液体金属ガリウムが用いられている。また、近年では、微細なチップにイオン源ガスを供給して、チップ先端に形成された強力な電界により、チップに吸着したイオン源ガス種をイオン化し、イオンビームを引き出す電界電離型イオン源を用いた集束イオンビームが開発されている。 Conventionally, liquid metal gallium has been used as an ion source of a focused ion beam apparatus. In recent years, an ionization ion source that supplies ion source gas to a fine chip, ionizes ion source gas species adsorbed on the chip by a strong electric field formed at the tip of the chip, and extracts an ion beam has been developed. The focused ion beam used has been developed.

先端を先鋭化した第一の金属、例えばＷ（１１１）に第二の金属、例えばパラジウムを真空蒸着、メッキしたチップを使用するガスイオン源、もしくは電子源を備えた荷電粒子ビーム装置が開示されている（非特許文献１参照）。 Disclosed is a charged particle beam apparatus having a gas ion source or electron source using a tip with a first metal with a sharpened tip, for example, W (111) and a second metal, for example palladium, vacuum-deposited and plated. (See Non-Patent Document 1).

ここでは、イオン源、もしくは電子源はチップを１０００から１１００Ｋで加熱を行うことで（２１１）面のファセットがおこり、先端が１原子で終端されたピラミッド構造となることを利用している。このピラミッド構造は熱的に安定であり、先端原子が破損しても、再度加熱することでピラミッド構造が再生する。 Here, the ion source or the electron source utilizes the fact that the tip is heated at 1000 to 1100 K to cause a facet of the (211) plane and a pyramid structure in which the tip is terminated with one atom. This pyramid structure is thermally stable, and even if the tip atom is broken, the pyramid structure is regenerated by heating again.

エミッター（ガスイオン源、もしくは電子源）の光源径が原子サイズと小さいことから、より小さなビーム径を持つイオンビーム、電子ビーム装置を実現することができる。 Since the light source diameter of the emitter (gas ion source or electron source) is as small as the atomic size, an ion beam and electron beam apparatus having a smaller beam diameter can be realized.

また、エミッターの構造を確認する手段として、イオンビーム光軸上にマルチチャンネルプレート（ＭＣＰ）、ミラーを配置しエミッターから放出されるイオンを検出し、ＣＣＤカメラで電界イオン顕微鏡（ＦＩＭ）像を取得してエミッターの先端構造を確認することが開示されている（特許文献１参照）。 As a means to confirm the structure of the emitter, a multi-channel plate (MCP) and mirror are placed on the optical axis of the ion beam to detect ions emitted from the emitter, and a field ion microscope (FIM) image is obtained with a CCD camera. It is disclosed that the tip structure of the emitter is confirmed (see Patent Document 1).

特開平７−２７２６５２号公報JP-A-7-272651

Ｔｓｕ−ＹｉＦｕ，ＰｈｙｓｉｃａｌＲｅｖｉｅｗＢ６４（２００１）１１３４０１Tsu-Yi Fu, Physical Review B 64 (2001) 113401

しかしながら、従来の装置では、エミッターの先端構造の確認のために、ＭＣＰ、ミラー、ＣＣＤカメラなどのシステムをイオンビーム照射系に設定する必要があり、複雑な装置構成となっていた。このため、結果としてコストが高くなっていた。また、これらを導入するためにエミッターとレンズ系との距離が遠くなるため、光学調整が困難であった。さらに、ＦＩＭ像によりエミッターの先端構造を確認するには、ＦＩＭに関する専門的な知識も必要となるため、ユーザーにとって必ずしも簡易なシステムとはならない。 However, in the conventional apparatus, in order to confirm the tip structure of the emitter, it is necessary to set a system such as an MCP, a mirror, and a CCD camera as an ion beam irradiation system, resulting in a complicated apparatus configuration. For this reason, the cost was high as a result. In addition, since the distance between the emitter and the lens system is increased in order to introduce these, optical adjustment is difficult. Furthermore, in order to confirm the tip structure of the emitter from the FIM image, specialized knowledge about FIM is also required, so that it is not always a simple system for the user.

この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、ＦＩＭ像取得のためのシステムを導入することなく、エミッターの先端構造を確認可能な集束イオンビーム装置を提供することである。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a focused ion beam apparatus capable of confirming the tip structure of an emitter without introducing a system for acquiring FIM images. It is.

上記の目的を達成するために、この発明は以下の手段を提供している。
本発明に係る集束イオンビーム装置は、針状のチップと、チップにガスを供給するガス供給部と、チップとの間で電圧を印加しチップ表面に吸着したガスをイオン化してイオンビームを引き出す引出電極と、イオンビームの照射方向を調整するアライメント電極と、試料にイオンビームを集束させるレンズ系とを有する集束イオンビーム装置であり、チップの先端の一つの原子から放出されたイオンビームを通過させる開口部を有し、アライメント電極よりも試料側に設置されたアパーチャと、開口部を通過したイオンビームの電流量を測定する電流測定部と、を有する。これにより、チップの先端の一つの原子から放出されたイオンビームのビーム電流を測定することができる。 In order to achieve the above object, the present invention provides the following means.
A focused ion beam apparatus according to the present invention applies a voltage between a needle-shaped tip, a gas supply unit that supplies gas to the tip, and the tip to ionize the gas adsorbed on the tip surface to extract the ion beam. A focused ion beam device that has an extraction electrode, an alignment electrode that adjusts the ion beam irradiation direction, and a lens system that focuses the ion beam on the sample, and passes through the ion beam emitted from one atom at the tip of the chip And an aperture disposed closer to the sample than the alignment electrode, and a current measurement unit that measures the amount of current of the ion beam that has passed through the opening. Thereby, the beam current of the ion beam emitted from one atom at the tip of the tip can be measured.

本発明に係る集束イオンビーム装置は、アパーチャが、通過させるイオンビームの電流量を制限する径の異なる複数の開口部を有する。また、開口部をイオンビームの照射軸上に移動可能なアパーチャ駆動部を有する。これによりアパーチャ開口部を通過するイオンビームを調整することができる。 In the focused ion beam apparatus according to the present invention, the aperture has a plurality of openings having different diameters that limit the amount of current of the ion beam to be passed. In addition, an aperture driving unit that can move the opening on the irradiation axis of the ion beam is provided. As a result, the ion beam passing through the aperture opening can be adjusted.

本発明に係る集束イオンビーム装置は、電流測定部が、イオンビームの照射軸上に移動可能で、アパーチャよりも試料側に設置され、イオンビームの電流量を測定するためのファラデーカップを有する。これによりイオンビームの照射条件を変更することなく、ビーム電流測定を行うことができる。 In the focused ion beam apparatus according to the present invention, the current measuring unit is movable on the irradiation axis of the ion beam and is provided on the sample side with respect to the aperture, and has a Faraday cup for measuring the current amount of the ion beam. As a result, beam current measurement can be performed without changing the ion beam irradiation conditions.

本発明に係る集束イオンビーム装置は、電流測定部が、アパーチャよりも試料側に設置されたブランキング電極で偏向したイオンビームを測定するビーム測定電極を有する。 In the focused ion beam apparatus according to the present invention, the current measuring unit has a beam measuring electrode for measuring an ion beam deflected by a blanking electrode installed on the sample side with respect to the aperture.

本発明に係るチップ先端構造検査方法は、チップにガスを供給し、チップと引出電極との間に電圧を印加し、チップの先端部からイオンビームを放出し、イオンビームの第一の電流量を測定する工程と、チップにガスを供給し、チップと引出電極との間に電圧を印加し、チップからイオンビームを放出し、チップの先端の一つの原子から放出され、アパーチャの開口部を通過したイオンビームの第二の電流量を測定する工程と、第一の電流量と第二の電流量を比較しチップの先端構造を検査する工程と、からなる。これにより第一の電流量と第二の電流量の大きさを比較することでチップの先端構造の終端原子の数を判定することができる。また、チップ先端がピラミッド構造を形成しているか否かを判定することができる。 A tip end structure inspection method according to the present invention supplies a gas to a tip, applies a voltage between the tip and an extraction electrode, emits an ion beam from the tip of the tip, and a first current amount of the ion beam A gas is supplied to the chip, a voltage is applied between the chip and the extraction electrode, an ion beam is emitted from the chip, emitted from one atom at the tip of the chip, and the aperture opening It comprises a step of measuring a second current amount of the ion beam that has passed, and a step of comparing the first current amount and the second current amount and inspecting the tip structure of the chip. Thereby, the number of terminal atoms of the tip structure of the chip can be determined by comparing the magnitudes of the first current amount and the second current amount. Further, it can be determined whether or not the tip end forms a pyramid structure.

本発明に係る集束イオンビーム装置によれば、ＦＩＭ像取得のためのシステムを導入することなく、エミッターの先端構造を確認することができる。 According to the focused ion beam apparatus of the present invention, the tip structure of the emitter can be confirmed without introducing a system for acquiring FIM images.

本発明に係る集束イオンビーム装置の構成図である。It is a block diagram of the focused ion beam apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る集束イオンビーム装置のイオン銃部の構成図である。It is a block diagram of the ion gun part of the focused ion beam apparatus which concerns on this invention. 本発明に係るチップ先端付近の模式図である。It is a schematic diagram near the tip end according to the present invention. 本発明に係るアパーチャ径の説明図である。It is explanatory drawing of the aperture diameter which concerns on this invention. 本発明に係る集束イオンビーム装置の構成図である。It is a block diagram of the focused ion beam apparatus which concerns on this invention. 本発明に係る引出電圧とイオンビームの電流値の関係図である。It is a relationship diagram of the extraction voltage and the current value of the ion beam according to the present invention. 本発明に係る集束イオンビーム装置の構成図である。It is a block diagram of the focused ion beam apparatus which concerns on this invention.

以下、本発明に係る集束イオンビーム装置の実施形態について説明する。
本実施形態の集束イオンビーム装置は、図１に示すように、針状のチップ１（エミッター）と、チップ１にガスを供給するイオン源用ガスノズル２とイオン源用ガス供給源３からなるガス供給部と、チップ１との間で電圧を印加し、チップ１の表面に吸着したガスをイオン化してイオンを引き出す引出電極４と、イオンを試料１３に向けて加速させるカソード電極５からなるイオン銃部１９を備えている。また針状のチップ１はチップ１を支持するフィラメント（図示せず）に電流を流すことにより加熱する機構を備えている。そして、イオン銃部１９とレンズ系の間に配置された第二のアパーチャ１０と、第二のアパーチャ１０を移動させるアパーチャ駆動部１１０と、試料１３にイオンビーム１１を集束させる集束レンズ電極６と対物レンズ電極８からなるレンズ系を備えている。これによりイオン銃部１９から放出されたイオンビーム１１を制限することができる。また、集束レンズ電極６と対物レンズ電極８の間に開口部７ａを有する第一のアパーチャ７を備えている。また、第一のアパーチャ７は開口径の異なる開口部を備えている（図示せず）。異なる大きさの開口径を選択し、ビーム軸上に設置することで、通過するイオンビーム１１のビーム量を調整することができる。そして、イオン銃部１９を装置の外側からレンズ系に対して相対的に移動可能な調整機構２０を備える。 Hereinafter, embodiments of the focused ion beam apparatus according to the present invention will be described.
As shown in FIG. 1, the focused ion beam apparatus according to the present embodiment includes a needle-like tip 1 (emitter), a gas comprising an ion source gas nozzle 2 for supplying gas to the tip 1 and an ion source gas supply source 3. Ions comprising an extraction electrode 4 for applying a voltage between the supply unit and the chip 1 to ionize the gas adsorbed on the surface of the chip 1 to extract ions, and a cathode electrode 5 for accelerating the ions toward the sample 13 A gun unit 19 is provided. The needle-like chip 1 is provided with a mechanism for heating by passing an electric current through a filament (not shown) that supports the chip 1. A second aperture 10 disposed between the ion gun unit 19 and the lens system, an aperture driving unit 110 that moves the second aperture 10, and a focusing lens electrode 6 that focuses the ion beam 11 on the sample 13 A lens system including the objective lens electrode 8 is provided. Thereby, the ion beam 11 emitted from the ion gun unit 19 can be limited. A first aperture 7 having an opening 7 a is provided between the focusing lens electrode 6 and the objective lens electrode 8. The first aperture 7 includes openings having different opening diameters (not shown). By selecting aperture sizes with different sizes and installing them on the beam axis, the beam amount of the ion beam 11 passing through can be adjusted. And the adjustment mechanism 20 which can move the ion gun part 19 relatively with respect to a lens system from the outer side of an apparatus is provided.

また、イオン銃部１９より試料１３側に位置し、イオン銃部１９から放出されたイオンビーム１１の照射方向を調整するガンアライメント電極９を有している。そして、試料室１５の内部は真空状態になっており、試料１３を載置し移動可能な試料ステージ１２と試料１３にデポジションやエッチングガスを供給するガス銃１８と、試料１３から発生する二次荷電粒子を検出する検出器１４を備えている。ここで、図示していないが、試料室１５とイオン銃１９の真空を仕切るバルブを備えている。また、集束イオンビーム装置を制御する制御部１６を備え、検出器１４で検出した検出信号とイオンビームの走査信号より観察像を形成する画像形成部（図示せず）を制御部１６内に有しており、形成した観察像を表示部１７に表示する。 Further, it has a gun alignment electrode 9 that is located on the sample 13 side from the ion gun unit 19 and adjusts the irradiation direction of the ion beam 11 emitted from the ion gun unit 19. The inside of the sample chamber 15 is in a vacuum state, a sample stage 12 on which the sample 13 is placed and movable, a gas gun 18 for supplying deposition and etching gas to the sample 13, and two generated from the sample 13 A detector 14 for detecting secondary charged particles is provided. Here, although not shown, a valve for partitioning the vacuum of the sample chamber 15 and the ion gun 19 is provided. Further, the control unit 16 for controlling the focused ion beam apparatus includes an image forming unit (not shown) for forming an observation image from the detection signal detected by the detector 14 and the scanning signal of the ion beam. The formed observation image is displayed on the display unit 17.

（１）電界電離型イオン源
電界電離型イオン源は、図２に示すように、イオン発生室２１と、チップ１と、引出電極４と、冷却装置２４とを備えている。 (1) Field Ionization Type Ion Source As shown in FIG. 2, the field ionization type ion source includes an ion generation chamber 21, a chip 1, an extraction electrode 4, and a cooling device 24.

イオン発生室２１の壁部に冷却装置２４が配設されており、冷却装置２４のイオン発生室２１に臨む面に針状のチップ１が装着されている。冷却装置２４は、内部に収容された液体窒素、液体ヘリウム等の冷媒によってチップ１を冷却するものである。また冷却装置２４としてＧＭ型、パルスチューブ型等のクローズドサイクル式冷凍機、ガスフロー型の冷凍機を使用しても良い。さらに温調機能を備えてイオン種に応じて最適な温度に調整可能とする。そして、イオン発生室２１の開口端近傍に、チップ１の先端１ａと対向する位置に開口部を有する引出電極４が配設されている。 A cooling device 24 is disposed on the wall of the ion generation chamber 21, and the needle-like tip 1 is mounted on the surface of the cooling device 24 that faces the ion generation chamber 21. The cooling device 24 cools the chip 1 with a refrigerant such as liquid nitrogen or liquid helium accommodated therein. Further, as the cooling device 24, a closed cycle refrigerator such as a GM type or a pulse tube type, or a gas flow type refrigerator may be used. Furthermore, a temperature control function is provided to enable adjustment to an optimum temperature according to the ion species. In the vicinity of the opening end of the ion generation chamber 21, an extraction electrode 4 having an opening is disposed at a position facing the tip 1 a of the chip 1.

イオン発生室２１は、図示略の排気装置を用いて内部が所望の高真空状態に保持されるようになっている。図示していないが、試料室１５とイオン銃２０の真空度の差を作るためのオリフィスを複数個備えている。このオリフィスにより、試料室へのイオン化ガスの流入、また試料室に導入するガスのイオン銃室への流入を防いでいる。イオン発生室２１には、イオン源用ガスノズル２を介してイオン源用ガス供給源３が接続されており、イオン発生室２１内に微量のガス（例えば、Ａｒガス）を供給するようになっている。 The inside of the ion generation chamber 21 is maintained in a desired high vacuum state using an exhaust device (not shown). Although not shown, a plurality of orifices for making a difference in the degree of vacuum between the sample chamber 15 and the ion gun 20 are provided. This orifice prevents the ionized gas from flowing into the sample chamber and the gas introduced into the sample chamber from flowing into the ion gun chamber. An ion source gas supply source 3 is connected to the ion generation chamber 21 via an ion source gas nozzle 2 to supply a small amount of gas (for example, Ar gas) into the ion generation chamber 21. Yes.

なお、イオン源用ガス供給源３から供給されるガスは、Ａｒガスに限られるものではなく、ヘリウム（Ｈｅ）、ネオン（Ｎｅ）、クリプトン（Ｋｒ）、キセノン（Ｘｅ）、水素（H₂）、酸素（O₂）、窒素（N₂）等のガスであってもよい。また、イオン源用ガス供給源３から複数種のガスを供給可能に構成し、用途に応じてガス種を切り替えたり、１種類以上を混合したりすることができるようにしてもよい。 The gas supplied from the ion source gas supply source 3 is not limited to Ar gas, but helium (He), neon (Ne), krypton (Kr), xenon (Xe), hydrogen (H ₂ ). It may be a gas such as oxygen (O ₂ ) or nitrogen (N ₂ ). Alternatively, a plurality of types of gases may be supplied from the ion source gas supply source 3, and the gas types may be switched or one or more types may be mixed depending on the application.

チップ１は、タングステンやモリブデンからなる針状の基材に、白金、パラジウム、イリジウム、ロジウム、金等の貴金属を被覆したものからなる部材であり、その先端１ａは原子レベルで尖鋭化されたピラミッド状になっている。別にチップ１は、タングステンやモリブデンからなる針状の基材を図示しない窒素ガスや酸素ガスを導入することにより、その先端１ａを原子レベルで尖鋭化したものを使用しても良い。またチップ１は、イオン源の動作時には冷却装置２４によって１００Ｋ程度以下の低温に保持される。チップ１と引出電極４との間には、電圧供給部２７によって引き出し電圧が印加されるようになっている。 The chip 1 is a member made of a needle-like base material made of tungsten or molybdenum and coated with a noble metal such as platinum, palladium, iridium, rhodium, gold, etc. The tip 1a is a pyramid sharpened at the atomic level. It is in the shape. Separately, the tip 1 may be a needle-shaped base material made of tungsten or molybdenum, by introducing nitrogen gas or oxygen gas (not shown) to sharpen the tip 1a at the atomic level. The chip 1 is held at a low temperature of about 100K or less by the cooling device 24 when the ion source is operated. An extraction voltage is applied between the chip 1 and the extraction electrode 4 by the voltage supply unit 27.

チップ１と引出電極４との間に電圧が印加されると、鋭く尖った先端１ａにおいて非常に大きな電界が形成されるとともに、分極してチップ１に引き寄せられたガス分子２５が、先端１ａのうちでも電界の高い位置で電子をトンネリングにより失ってガスイオンとなる。そして、このガスイオンが正電位に保持されているチップ１と反発して引出電極４側へ飛び出し、引出電極４の開口部からレンズ系へ射出されたイオン１１ａがイオンビーム１１を構成する。ここで、引出電極４とチップ１の先端の中心位置は１０ミクロンメートル以内であることが好ましい。またチップ１と引出電極４の間に、チップ１に対して負電位を与える抑制電極を設けても良い。 When a voltage is applied between the tip 1 and the extraction electrode 4, a very large electric field is formed at the sharply pointed tip 1a, and gas molecules 25 polarized and attracted to the tip 1 are attracted to the tip 1a. Among them, electrons are lost by tunneling at a position where the electric field is high, and become gas ions. The gas ions repel the chip 1 held at a positive potential and jump out to the extraction electrode 4 side. The ions 11 a ejected from the opening of the extraction electrode 4 to the lens system constitute the ion beam 11. Here, the center position of the extraction electrode 4 and the tip of the chip 1 is preferably within 10 μm. Further, a suppression electrode that applies a negative potential to the chip 1 may be provided between the chip 1 and the extraction electrode 4.

チップ１の先端１ａは極めて尖鋭な形状であり、ガスイオンはこの先端１ａ上方の限られた領域でイオン化されるため、イオンビーム１１のエネルギー分布幅は極めて狭く、例えば、プラズマ型ガスイオン源や液体金属イオン源と比較して、ビーム径が小さくかつ高輝度のイオンビームを得ることができる。 The tip 1a of the chip 1 has a very sharp shape, and gas ions are ionized in a limited region above the tip 1a. Therefore, the energy distribution width of the ion beam 11 is extremely narrow. For example, a plasma gas ion source or Compared with a liquid metal ion source, an ion beam having a small beam diameter and high brightness can be obtained.

なお、チップ１への印加電圧が大きすぎると、ガスイオンとともにチップ１の構成元素（タングステンや白金）が引出電極４側へ飛散するため、動作時（イオンビーム放射時）にチップ１に印加する電圧は、チップ１自身の構成元素が飛び出さない程度の電圧に維持される。 If the applied voltage to the chip 1 is too large, the constituent elements (tungsten and platinum) of the chip 1 are scattered to the extraction electrode 4 side together with gas ions, so that it is applied to the chip 1 during operation (during ion beam emission). The voltage is maintained at such a level that the constituent elements of the chip 1 itself do not jump out.

一方、このようにチップ１の構成元素を操作できることを利用して、先端１ａの形状を調整することができる。例えば、先端１ａの最先端に位置する元素を故意に取り除いてガスをイオン化する領域を広げ、イオンビーム径を大きくすることができる。 On the other hand, the shape of the tip 1a can be adjusted using the fact that the constituent elements of the chip 1 can be manipulated in this way. For example, it is possible to intentionally remove the element located at the forefront of the tip 1a to widen the region for ionizing the gas and increase the ion beam diameter.

またチップ１は、加熱することで表面の貴金属元素を飛び出させることなく再配置させることができるため、使用により鈍った先端１ａの尖鋭形状を回復することもできる。 In addition, since the tip 1 can be rearranged by heating without causing the noble metal element on the surface to jump out, the sharp shape of the tip 1a dulled by use can be recovered.

（２）イオン銃部
図１に示すように、イオン銃部１９は、上記電界電離型イオン源と引出電極４を通過したイオン１１ａを試料１３に向けて加速させるカソード電極５とを備えている。そして、イオン銃部１９は調整機構２０と接続されている。調整機構２０は真空外部からイオン銃部１９をレンズ系に対して相対的に移動する。これによりレンズ系に入射するイオンビーム１１の位置を調整することができる。 (2) Ion Gun Unit As shown in FIG. 1, the ion gun unit 19 includes the field ionization ion source and the cathode electrode 5 that accelerates the ions 11 a that have passed through the extraction electrode 4 toward the sample 13. . The ion gun unit 19 is connected to the adjustment mechanism 20. The adjusting mechanism 20 moves the ion gun unit 19 relative to the lens system from outside the vacuum. Thereby, the position of the ion beam 11 incident on the lens system can be adjusted.

（３）レンズ系
レンズ系は、チップ１側から試料１３側に向けて順に、イオンビーム１１を集束する集束レンズ電極６と、イオンビーム１１を絞り込む第一のアパーチャ７と、イオンビーム１１の光軸を調整するアライナ（図示せず）と、イオンビーム１１の非点を調整するスティグマ（図示せず）と、イオンビーム１１を試料１３に対して集束する対物レンズ電極８と、試料上でイオンビーム１１を走査する偏向器（図示せず）とを備えて構成される。 (3) Lens system The lens system includes a focusing lens electrode 6 for focusing the ion beam 11, a first aperture 7 for narrowing the ion beam 11, and light of the ion beam 11 in order from the chip 1 side to the sample 13 side. An aligner (not shown) for adjusting the axis, a stigma (not shown) for adjusting the astigmatism of the ion beam 11, an objective lens electrode 8 for focusing the ion beam 11 on the sample 13, and ions on the sample And a deflector (not shown) for scanning the beam 11.

このような構成の集束イオンビーム装置では、ソースサイズ１ｎｍ以下、イオンビームのエネルギー広がりも１ｅＶ以下にできるため、ビーム径を１ｎｍ以下に絞ることができる。図示していないがイオンの原子番号を選別するためのＥｘＢ等のマスフィルターを備えていても良い。 In the focused ion beam apparatus having such a configuration, since the source size can be 1 nm or less and the energy spread of the ion beam can be 1 eV or less, the beam diameter can be reduced to 1 nm or less. Although not shown, a mass filter such as ExB for selecting the atomic number of ions may be provided.

（４）ガス銃
ガス銃１８は、試料１３表面にデポジション膜の原料ガス（例えば、フェナントレン、ナフタレンなどのカーボン系ガス、プラチナやタングステンなどの金属を含有する金属化合物ガスなど）を原料容器からノズルを通して供給する構成になっている。 (4) Gas gun The gas gun 18 supplies a source film source gas (for example, a carbon-based gas such as phenanthrene or naphthalene, a metal compound gas containing a metal such as platinum or tungsten, etc.) from the source container to the surface of the sample 13. It is configured to supply through a nozzle.

また、エッチング加工を行う場合は、エッチングガス（例えば、フッ化キセノン、塩素、ヨウ素、三フッ化塩素、一酸化フッ素、水など）を原料容器からノズルを通して供給することができる。 In the case of performing etching processing, an etching gas (for example, xenon fluoride, chlorine, iodine, chlorine trifluoride, fluorine monoxide, water, or the like) can be supplied from the raw material container through the nozzle.

（５）チップ先端構造
図３に示すように、チップ１から放出されるイオンビーム１１の照射方向は、チップ１の先端１ａの構造（終端原子の配置）によって異なる。図３（ａ）は、チップ１の先端の終端原子１ｂが一つの原子である場合のチップ１の模式図である。図３（ａ）のように一つの終端原子からイオンビーム１１が放出される。このときチップ１の先端１ａは図３（ｂ）のようにピラミッド構造になっており、先端が一つの原子で終端されている。図３（ｃ）は、チップ１の先端の終端原子１ｂが三つの原子である場合のチップ１の模式図である。図３（ｃ）のように三つの終端原子からそれぞれイオンビーム１１が放出される。このときチップ１の先端１ａは図３（ｄ）のようにピラミッド構造になっており、先端が三つの原子で終端されている。チップ１の終端原子数の制御は、チップ１と引出電極４との間の供給電圧により制御することができる。 (5) Tip Tip Structure As shown in FIG. 3, the irradiation direction of the ion beam 11 emitted from the tip 1 varies depending on the tip tip 1 a structure (arrangement of terminal atoms). FIG. 3A is a schematic diagram of the chip 1 when the terminal atom 1b at the tip of the chip 1 is one atom. As shown in FIG. 3A, the ion beam 11 is emitted from one terminal atom. At this time, the tip 1a of the chip 1 has a pyramid structure as shown in FIG. 3B, and the tip is terminated with one atom. FIG. 3C is a schematic diagram of the chip 1 when the terminal atom 1b at the tip of the chip 1 is three atoms. As shown in FIG. 3C, the ion beam 11 is emitted from each of the three terminal atoms. At this time, the tip 1a of the chip 1 has a pyramid structure as shown in FIG. 3D, and the tip is terminated with three atoms. The number of terminal atoms of the chip 1 can be controlled by a supply voltage between the chip 1 and the extraction electrode 4.

（６）アパーチャ
チップ先端の構造を確認するために、チップ１の先端の一つの原子から放出されたイオンビームのみを通過させる開口部を有するアパーチャを用いる。この開口部は次のように設計する。図４（ａ）に示すように、チップ１の先端の曲率半径４０をｒとし、終端原子１ｂの原子半径４１をａとする。また、図４（ｂ）に示すように、チップ１の先端と第二のアパーチャ１０との距離をＬとし、第二のアパーチャ１０上におけるイオンビーム半径１０ｃをｂとする。すると、第二のアパーチャ１０上でのチップ１の終端原子１ｂの原子像の倍率はＭ＝Ｌ／ｒで表すことができる。そして、第二のアパーチャ上におけるイオンビーム半径は、ｂ＝ａＭ＝ａＬ／ｒで表すことができる。従って、チップ１の先端の一つの原子から放出されたイオンビームのみを通過させる第二のアパーチャ１０の開口部１０ａは、ａＬ／ｒよりも大きく、かつ、終端原子１ｂが三つの原子であるときに放出される他のイオンビームが通過可能な径よりも小さいものとする。これにより、チップ１の先端の一つの原子から放出されたイオンビームのみを通過させることができる。例えば、チップ１の曲率半径が１０ｎｍ、５０ｎｍ、１００ｎｍの場合、終端原子１ｂの原子半径を０．３ｎｍ、チップ１とアパーチャ１０の距離を５０ｍｍとすれば、開口部１０ａの半径をそれぞれ１．５ｍｍ、０．３ｍｍ、０．１５ｍｍに設定すればよい。また、第二のアパーチャ１０は、開口径の異なる開口部を備え、通過させるイオンビームの電流量を調整することが可能である。 (6) Aperture In order to confirm the structure of the tip of the chip, an aperture having an opening through which only an ion beam emitted from one atom at the tip of the chip 1 passes is used. This opening is designed as follows. As shown in FIG. 4A, the radius of curvature 40 at the tip of the chip 1 is r, and the atomic radius 41 of the terminal atom 1b is a. Also, as shown in FIG. 4B, the distance between the tip of the chip 1 and the second aperture 10 is L, and the ion beam radius 10c on the second aperture 10 is b. Then, the magnification of the atomic image of the terminal atom 1b of the chip 1 on the second aperture 10 can be expressed by M = L / r. The ion beam radius on the second aperture can be expressed as b = aM = aL / r. Therefore, when the opening 10a of the second aperture 10 that allows only the ion beam emitted from one atom at the tip of the chip 1 to pass is larger than aL / r, and the terminal atom 1b is three atoms. It is assumed that the diameter is smaller than the diameter through which other ion beams emitted to the can pass. Thereby, only the ion beam emitted from one atom at the tip of the tip 1 can be passed. For example, when the curvature radius of the tip 1 is 10 nm, 50 nm, and 100 nm, if the atomic radius of the terminal atom 1b is 0.3 nm and the distance between the tip 1 and the aperture 10 is 50 mm, the radius of the opening 10a is 1.5 mm. , 0.3 mm, and 0.15 mm. The second aperture 10 includes openings having different opening diameters, and can adjust the current amount of the ion beam to be passed.

＜実施例１＞
図５に示すように、第二のアパーチャ１０よりも試料１３側に配置したファラデーカップ１１３を用いてチップ１の先端構造を検査する手法について説明する。イオンビーム１１がチップ１の先端の一つの原子から放出されたイオンビームのみを通過させる開口部を通過するようにアパーチャ駆動部１１０により第二のアパーチャ１０を移動する。また、イオンビーム１１が照射されるように、ファラデーカップ駆動部１１４を用いてファラデーカップ１１３を移動させる。そして、チップ１からイオンビーム１１を照射させる。ファラデーカップに照射されたビーム電流を電流測定部１１１で測定する。測定した電流値を、制御部１６を介して表示部１７に表示する。イオンビーム１１が開口部１０ａを通過するように調整を行う。 <Example 1>
As shown in FIG. 5, a method for inspecting the tip structure of the chip 1 using a Faraday cup 113 arranged on the sample 13 side with respect to the second aperture 10 will be described. The second aperture 10 is moved by the aperture driver 110 so that the ion beam 11 passes through the opening through which only the ion beam emitted from one atom at the tip of the chip 1 passes. Further, the Faraday cup 113 is moved using the Faraday cup driving unit 114 so that the ion beam 11 is irradiated. Then, the ion beam 11 is irradiated from the chip 1. The current measuring unit 111 measures the beam current irradiated to the Faraday cup. The measured current value is displayed on the display unit 17 via the control unit 16. Adjustment is performed so that the ion beam 11 passes through the opening 10a.

調整方法は、ガンアライメント電極９に走査信号入力してイオンビーム１１を第二のアパーチャ１０上に走査照射する。このとき表示部１７に表示される電流値が最大になる位置にガンアライメント電極９でイオンビーム１１の照射位置を調整する。または、第二のアパーチャ１０を移動させながら表示部１７に表示される電流値を確認し、電流値が最大になる位置に第二のアパーチャ１０を移動させる。これにより、イオンビーム１１が開口部１０ａを通過するように調整することができる。 In the adjustment method, a scanning signal is input to the gun alignment electrode 9 and the ion beam 11 is scanned and irradiated onto the second aperture 10. At this time, the irradiation position of the ion beam 11 is adjusted by the gun alignment electrode 9 to a position where the current value displayed on the display unit 17 becomes maximum. Alternatively, the current value displayed on the display unit 17 is confirmed while moving the second aperture 10, and the second aperture 10 is moved to a position where the current value becomes maximum. Thereby, it can adjust so that the ion beam 11 may pass the opening part 10a.

次に、イオンビーム１１が開口部１０ａを通過する状態でイオンビーム１１のビーム電流測定を行う。そして、測定した電流値とあらかじめ測定したチップ１の終端原子１ｂが一つのときのイオンビーム１１の標準電流値と比較する。このとき、ガス種、ガス圧力、引出電圧を同じ条件で測定した標準電流値と測定電流値とを比較する。また、標準電流値は上述したチップ１の先端の一つの原子から放出されたイオンビームのみを通過させる開口部よりも大きな径の開口部、もしくは、第二のアパーチャを用いずに測定したものを用いる。 Next, the beam current of the ion beam 11 is measured in a state where the ion beam 11 passes through the opening 10a. Then, the measured current value is compared with the standard current value of the ion beam 11 when there is one terminal atom 1b of the chip 1 measured in advance. At this time, the standard current value obtained by measuring the gas type, gas pressure, and extraction voltage under the same conditions is compared with the measured current value. In addition, the standard current value is measured without using an opening having a larger diameter than the opening through which only the ion beam emitted from one atom at the tip of the chip 1 described above is passed, or a second aperture. Use.

図６は引出電圧とイオンビームの電流値の関係図である。横軸は引出電圧、縦軸は測定したイオンビームのビーム電流である。あらかじめ第二のアパーチャを用いずに測定したチップ１の終端原子１ｂが一つのときのイオンビーム１１の電流値を標準電流値７３で示す。先端構造がピラミッド構造であり、チップ１の終端原子が一つになっている場合、測定した電流値７４は標準電流値７３とほぼ一致する。なぜなら、チップ１に供給されたガスはチップ１の一つの終端原子でのみイオン化されて、イオンビームとして放出されるからである。一方、先端構造がピラミッド構造であり、チップ１の終端原子が三つになっている場合、ある引出電圧における電流値は、標準電流値７４ａに対して測定電流値７５ａのように約三分の一になっている。なぜなら、チップ１の先端の一つの原子から放出されたイオンビームのみを通過させる開口部を有する第二のアパーチャ１０を用いることにより、チップ１の終端原子が三つになっている場合は、終端原子のうち一つの原子から放出されたイオンビームだけが開口部を通過して電流測定されるからである。チップ１に供給されたガスはチップ１の三つの終端原子でのみイオン化されて、イオンビームとして放出されるので、全ビーム電流の約三分の一になる。また、測定電流値７６のように標準電流値７３の三分の一よりも小さな値となる場合、チップ１の先端構造は終端原子が一つまたは三つのピラミッド構造になっていないと判定することができる。 FIG. 6 is a relationship diagram between the extraction voltage and the current value of the ion beam. The horizontal axis represents the extraction voltage, and the vertical axis represents the measured beam current of the ion beam. A current value of the ion beam 11 when the number of the terminal atoms 1b of the chip 1 measured in advance without using the second aperture is one is indicated by a standard current value 73. When the tip structure is a pyramidal structure and the terminal atom of the chip 1 is one, the measured current value 74 substantially matches the standard current value 73. This is because the gas supplied to the chip 1 is ionized only at one terminal atom of the chip 1 and emitted as an ion beam. On the other hand, when the tip structure is a pyramid structure and the terminal atom of the chip 1 is three, the current value at a certain extraction voltage is about three-thirds as the measured current value 75a with respect to the standard current value 74a. It is one. This is because when the second aperture 10 having an opening through which only the ion beam emitted from one atom at the tip of the chip 1 passes is used, the terminal 1 of the chip 1 has three terminal atoms. This is because only the ion beam emitted from one of the atoms passes through the opening and the current is measured. Since the gas supplied to the chip 1 is ionized only at the three terminal atoms of the chip 1 and emitted as an ion beam, it becomes about one third of the total beam current. Further, when the measured current value 76 is smaller than one third of the standard current value 73, the tip structure of the chip 1 is determined that the terminal atom does not have one or three pyramid structures. Can do.

このように、ＦＩＭ像を取得することなく、チップ１の先端構造が、終端原子が一つまたは三つのピラミッド構造になっているか否かを判定することができる。また、終端原子の個数が一つか三つかの判定をすることができる。 In this way, it is possible to determine whether or not the tip structure of the chip 1 has one or three pyramid structures with the terminal atoms without acquiring an FIM image. It can also be determined whether the number of terminal atoms is one or three.

＜実施例２＞
図７に示すように、ビームブランキングによりイオンビーム電流を測定しチップ１の先端構造を検査する手法について説明する。イオンビーム１１がチップ１の先端の一つの原子から放出されたイオンビームのみを通過させる開口部を通過するようにアパーチャ駆動部１１０により第二のアパーチャ１０を移動する。また、電流測定電極１１２を構成するブランキング電極１１２ａによりイオンビーム１１をビーム測定電極１１２ｂに照射されるように偏向する。そして、ファラデーカップに照射されたビーム電流を電流測定部１１１で測定する。測定したイオンビーム１１の電流値を用いて上述したとおりチップ１の先端構造の検査を実施する。 <Example 2>
As shown in FIG. 7, a method for inspecting the tip structure of the chip 1 by measuring an ion beam current by beam blanking will be described. The second aperture 10 is moved by the aperture driver 110 so that the ion beam 11 passes through the opening through which only the ion beam emitted from one atom at the tip of the chip 1 passes. Further, the blanking electrode 112a constituting the current measuring electrode 112 is deflected so that the ion measuring beam 11 is irradiated onto the beam measuring electrode 112b. Then, the current measuring unit 111 measures the beam current irradiated to the Faraday cup. The tip structure of the chip 1 is inspected as described above using the measured current value of the ion beam 11.

１…チップ
２…イオン源用ガスノズル
３…イオン源用ガス供給源
４…引出電極
５…カソード電極
６…集束レンズ電極
７…第一のアパーチャ
７ａ…開口部
８…対物レンズ電極
９…ガンアライメント
１０…第二のアパーチャ
１０ａ…開口部
１１…イオンビーム
１２…試料ステージ
１３…試料
１４…検出器
１５…試料室
１６…制御部
１７…表示部
１８…ガス銃
１９…イオン銃部
２０…調整機構
２１…イオン発生室
２４…冷却装置
２５…ガス分子
２７…電圧供給部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Tip 2 ... Gas nozzle for ion sources 3 ... Gas supply source for ion sources 4 ... Extraction electrode 5 ... Cathode electrode 6 ... Focusing lens electrode 7 ... First aperture 7a ... Opening 8 ... Objective lens electrode 9 ... Gun alignment 10 2nd aperture 10a ... Opening 11 ... Ion beam 12 ... Sample stage 13 ... Sample 14 ... Detector 15 ... Sample chamber 16 ... Control unit 17 ... Display unit 18 ... Gas gun 19 ... Ion gun unit 20 ... Adjustment mechanism 21 ... Ion generation chamber 24 ... Cooling device 25 ... Gas molecules 27 ... Voltage supply unit

Claims

Chip tip structure inspection of a focused ion beam device that supplies a gas to the tip, applies a voltage between the tip and the extraction electrode, emits an ion beam from the tip of the tip, and focuses the ion beam on a sample A method,
The focused ion beam device includes an opening that allows only an ion beam emitted from one atom at the tip to pass through, and a large-diameter opening having a larger diameter than the opening.
Measuring a first current amount of the ion beam having passed through the large-diameter opening,
Measuring a second amount of current of the ion beam passing through the opening,
A step of inspecting the tip end structure of the chip by comparing the first amount of current and the second amount of current.

  The chip tip structure inspection method according to claim 1,
  Measure the second current amount in advance as a standard current value,
  When an ion beam is emitted from a plurality of atoms at the tip, the first current amount is measured as a measurement current value, and the tip current structure of the chip is inspected by comparing the standard current value and the measurement current value. Chip tip structure inspection method.

The tip end structure inspection method according to claim 2,
A tip tip structure inspection method in which a pyramid structure composed of at least one atom is formed at the tip when measuring the standard current value or the measured current value.