JP5792767B2 - Ion beam processing apparatus and processing method - Google Patents
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Description
本発明は,半導体デバイスなどの電子部品の検査・解析方法,電子部品製造方法に係わり,試料断面のイオンビームによる加工方法,試料から微小試料を分離または分離準備する試料加工方法,およびイオンビーム加工装置に関する。 The present invention relates to an inspection / analysis method for an electronic component such as a semiconductor device, and an electronic component manufacturing method. Relates to the device.
ダイナミックランダムアクセスメモリに代表される半導体メモリやマイクロプロセッサ,半導体レーザなど半導体デバイス,および磁気ヘッドなど電子部品の製造においては,高歩留まり製造が求められる。これは不良発生による製品歩留りの低下は,採算の悪化を招くからである。このため,不良の原因となる欠陥や異物,加工不良の早期発見および早期対策が大きな課題となっている。例えば,電子部品の製造現場では,入念な検査による不良発見,およびその発生原因の解析に注力されている。ウェーハを用いた実際の電子部品製造工程では,プロセス途中にあるウェーハを検査して,回路パターンの欠陥や異物など異常箇所の原因を追及して対策方法が検討される。 High-yield manufacturing is required in the manufacture of semiconductor components such as dynamic random access memories, semiconductor devices such as microprocessors and semiconductor lasers, and electronic components such as magnetic heads. This is because the decline in product yield due to the occurrence of defects leads to poor profitability. For this reason, early detection and early countermeasures of defects, foreign matters, and processing defects that cause defects have become major issues. For example, at the manufacturing site of electronic components, efforts are focused on finding defects by careful inspection and analyzing the cause of occurrence. In an actual electronic component manufacturing process using a wafer, a wafer in the middle of the process is inspected, and a countermeasure method is investigated by searching for the cause of an abnormal part such as a defect in a circuit pattern or a foreign substance.
通常,試料の異常箇所の観察には高分解能の走査型電子顕微鏡(SEM:Scanning Electron Microscope以下,SEMと略記)が用いられる。また近年ではSEMと集束イオンビーム(FIB:Focused Ion Beam)の複合機FIB-SEM装置も用いられるようになった。このFIB-SEM装置では,FIBを照射して所望の箇所に角穴を形成することにより,その断面をSEM観察することができる。 Usually, a high-resolution scanning electron microscope (SEM: Scanning Electron Microscope, hereinafter abbreviated as SEM) is used for observing an abnormal portion of a sample. In recent years, a combined FIB-SEM apparatus of SEM and focused ion beam (FIB) has come to be used. In this FIB-SEM apparatus, by irradiating the FIB and forming a square hole at a desired location, the cross section can be observed by SEM.
特開2002−150990号公報『微小試料加工観察方法及び装置』には,FIBにより試料の異常箇所近傍に角穴を形成し,当該角穴の断面をSEM装置で観察することにより,欠陥や異物などを観察・解析する装置が開示されている。国際公開公報WO99/05506『試料作製方法及び装置』には,FIBおよびプローブを用いて,バルク試料からTEM観察用の微小試料を摘出する技術が開示されている。 特開2000−156393号公報『電子部品製造方法』には,ウェーハから検査用の微小試料をウェーハを割断することなく取り出し,微小試料を取りだした後のウェーハは製造ラインに戻す手法が開示されている。当文献に記載の発明においては,加工プロセスでの進捗状況はモニタで監視され,ウェーハの検査・解析が行なわれる。特開平7−320670号公報『集束イオンビーム手段をもちいた処理方法およびその装置』にはヘリコン波イオン源を使い,ビームスポット径0.1μmのアルゴンイオンビームでSEM観察用の試料を加工する技術が開示されている。 Japanese Patent Laid-Open No. 2002-150990 “Method and apparatus for processing and observing minute samples” forms defects in the vicinity of an abnormal portion of a sample by FIB, and observes a cross section of the square hole with an SEM apparatus, thereby introducing defects and foreign matter. An apparatus for observing and analyzing the above is disclosed. International Publication No. WO99 / 05506 “Sample Preparation Method and Apparatus” discloses a technique for extracting a microsample for TEM observation from a bulk sample using an FIB and a probe. Japanese Patent Laid-Open No. 2000-156393 “Electronic component manufacturing method” discloses a method of taking out a micro sample for inspection from a wafer without cleaving the wafer, and returning the wafer after taking out the micro sample to the production line. Yes. In the invention described in this document, the progress in the machining process is monitored by a monitor, and the wafer is inspected and analyzed. Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-320670 “Processing Method Using Focused Ion Beam Means and Apparatus” uses a helicon wave ion source to process a sample for SEM observation with an argon ion beam having a beam spot diameter of 0.1 μm Is disclosed.
試料をイオンビームにより加工して断面を形成して,断面を電子顕微鏡で観察する技術,またはイオンビームにより試料から微小試料を分離して微小試料を電子顕微鏡で観察する技術には次のような課題が残されていた。 The following are techniques for processing a sample with an ion beam to form a cross section and observing the cross section with an electron microscope, or for separating a micro sample from the sample with an ion beam and observing the micro sample with an electron microscope. There were still challenges.
半導体メモリやマイクロプロセッサ等の電子部品の不良解析では,複数箇所の同時解析や解析結果の短時間でのフィードバックが強く求められている。すなわち,発見された不良箇所からなるべく早く解析用試料を摘出・調整し,検査・解析を行ない,得られた結果をできる限り早期に製造プロセスへフィードバックすることが,製造コスト低減の上で重要である。現状では,イオンビームによる断面形成には5〜10分程度,イオンビームによる微小試料の摘出には30〜60分程度要しているが,製造ラインの要求に対して十分短いとは言えず,試料から観察・解析用試料を調整するまでの時間の短縮が課題となっている。 In failure analysis of electronic components such as semiconductor memories and microprocessors, simultaneous analysis at multiple locations and feedback of analysis results in a short time are strongly required. In other words, it is important to reduce manufacturing costs by extracting and adjusting samples for analysis as soon as possible from the detected defective parts, performing inspection and analysis, and feeding back the results to the manufacturing process as soon as possible. is there. At present, it takes about 5 to 10 minutes to form a cross-section with an ion beam, and about 30 to 60 minutes to extract a micro sample with an ion beam. Shortening the time required to adjust the sample for observation / analysis from the sample is an issue.
従来、イオンビームの加工の際には、ビームスポット形状が円形のイオンビームが使用されている。円形のビームを使用する場合、試料断面の加工精度は、ビーム径(イオンビームスポット形状の曲率)で決まる。また、イオンビームによる加工時間は,イオンの照射電流にほぼ反比例する。つまり,イオンビーム電流を大きくすればイオンビーム加工時間は短縮できる。しかし,イオンビーム電流はイオンビーム径が決まると,イオン源やイオン光学系の性能に依存して最大値が決まってしまう。イオン電流とビーム径の特性はレンズの制御値とアパーチャの口径によって決まる特性ではあるが,アパーチャ口径を大にすると電流は大になるが,レンズの収差が増大するためビーム径も大きくなるという関係がある。 Conventionally, when processing an ion beam, an ion beam having a circular beam spot shape is used. When a circular beam is used, the processing accuracy of the sample cross section is determined by the beam diameter (curvature of the ion beam spot shape). Further, the processing time by the ion beam is almost inversely proportional to the ion irradiation current. That is, if the ion beam current is increased, the ion beam processing time can be shortened. However, when the ion beam diameter is determined, the maximum value of the ion beam current is determined depending on the performance of the ion source and the ion optical system. The characteristics of the ion current and the beam diameter are determined by the lens control value and the aperture diameter. However, increasing the aperture diameter increases the current, but increases the aberration of the lens and increases the beam diameter. There is.
図2には、従来のイオンビームにより断面を形成する場合,イオンビーム電流に着目した3個のビームモードを使った加工手順を模式的に示す。A,B,Cの3個のビームモードはビーム径および電流によって特長付けられる。Aモードはビーム径が約1μm,電流が約10nA,Bモードはビーム径が約200nm,電流が約3nA,Cモードはビーム径が約30nm,電流が約200pAである。まず,Aモードのイオンビームを用いて矩形に走査して角穴を形成する。しかし,ここでは電流は大であるがビーム径も大きいため加工断面はなだらかな曲面になり,観察には適さない。そこで次にBモードのイオンビームで断面部分を走査し,断面をより急峻に加工する。さらにCモードのイオンビームにより仕上げの加工により観察するべき断面が完成する。図2では観察断面に,電極断面やプラグ断面が露出していることがわかる。また,TEM用観察用の薄膜の場合にも,断面両側から同様に加工することになる。ここでBモードやCモードのイオンビームは電流が小さいため電流に反比例した長い時間を要してしまい,観察までの時間が長く,短時間での断面観察は実現されていなかった。 FIG. 2 schematically shows a processing procedure using three beam modes focusing on the ion beam current when a cross section is formed by a conventional ion beam. The three beam modes A, B, and C are characterized by the beam diameter and current. The A mode has a beam diameter of about 1 μm and the current is about 10 nA, the B mode has a beam diameter of about 200 nm, the current is about 3 nA, and the C mode has a beam diameter of about 30 nm and the current is about 200 pA. First, a rectangular hole is formed by scanning in a rectangle using an A mode ion beam. However, since the current is large but the beam diameter is large, the processed cross section becomes a gentle curved surface, which is not suitable for observation. Then, the cross section is scanned with a B-mode ion beam, and the cross section is processed more sharply. Furthermore, the cross section to be observed is completed by finishing with the C-mode ion beam. FIG. 2 shows that the electrode cross section and the plug cross section are exposed in the observation cross section. In the case of a thin film for TEM observation, the same processing is performed from both sides of the cross section. Here, since the B-mode and C-mode ion beams have a small current, a long time inversely proportional to the current is required, and the time until observation is long, so that cross-sectional observation in a short time has not been realized.
また,シリコンウェーハをガリウムで汚染させることを避け,断面観察後のシリコンウェーハをプロセスラインに戻すためには,イオンを不活性ガスや酸素などの非汚染イオン種にする。この場合,イオン源を液体金属イオン源に換えてプラズマイオン源を採用するが,イオン源輝度が少なくとも2桁から3桁低くなる。このとき断面を仕上げるためにビーム径0.1μmにすると得られる電流はせいぜい数pAになり,断面加工のためには1時間以上要することになる。このため非汚染イオン種によるデバイス特定箇所の垂直断面観察は実現されていなかった。 In order to avoid contamination of the silicon wafer with gallium and to return the silicon wafer after cross-sectional observation to the process line, ions are made into non-contaminated ion species such as inert gas and oxygen. In this case, the ion source is replaced with a liquid metal ion source and a plasma ion source is employed, but the ion source luminance is lowered by at least two to three orders of magnitude. At this time, if the beam diameter is 0.1 μm for finishing the cross section, the current obtained is several pA at most, and it takes one hour or more for the cross section processing. For this reason, the vertical cross-section observation of the device specific location by the non-contaminating ion species has not been realized.
上述の問題点に鑑み,本願の目的は半導体デバイス等の歩留向上のために,従来よりも加工時間を長くすることなく、イオンビームによる断面形成の加工精度を向上可能な加工方法,およびウェーハを割断することなく微小試料を分離または分離準備する時間を短縮する加工方法,およびイオンビーム加工装置を提供することにある。さらに,イオンビームに不活性ガスや酸素,窒素イオンを用いたときに,断面形成時間を短縮する加工方法,ウェーハから解析用サンプルを分離または分離準備する時間を短縮する加工方法,およびイオンビーム加工装置を提供することにある。 In view of the above-described problems, the object of the present application is to provide a processing method and wafer capable of improving the processing accuracy of cross-section formation by an ion beam without increasing the processing time as compared with the prior art in order to improve the yield of semiconductor devices and the like. It is an object of the present invention to provide a processing method and an ion beam processing apparatus for shortening the time for separating or preparing a micro sample without cleaving the sample. Furthermore, when an inert gas, oxygen, or nitrogen ions are used for the ion beam, a processing method that shortens the cross-section formation time, a processing method that shortens the time for separating or preparing the sample for analysis from the wafer, and ion beam processing To provide an apparatus.
本願では、加工時間を保ったまま加工精度を向上するために、イオンビームのビーム断面形状を楕円状に成形する。楕円状に成形することにより、楕円の短径方向と長径方向とで、それぞれ大小2つの異なるビーム径を有するイオンビームが生成できる。そこで、試料断面の加工には、ビーム径の小さなビームスポットの短径方向を用いる。これにより、円形ビームを用いた場合に比較して、試料の加工精度を向上できる。実際に試料の加工を行なう際には、ビーム径の小さな短径方向が被加工試料の加工断面に向くように、イオンビームと試料との相対位置関係を制御する。相対位置関係を制御するための具体的な手段に関しては、実施例で後述する。 In the present application, in order to improve the processing accuracy while maintaining the processing time, the beam cross-sectional shape of the ion beam is formed into an elliptical shape. By forming an ellipse, ion beams having two different beam diameters can be generated in the minor axis direction and the major axis direction of the ellipse. Therefore, the minor axis direction of a beam spot having a small beam diameter is used for processing the sample cross section. Thereby, compared with the case where a circular beam is used, the processing precision of a sample can be improved. When actually processing the sample, the relative positional relationship between the ion beam and the sample is controlled so that the minor axis direction with a small beam diameter faces the processed cross section of the sample to be processed. Specific means for controlling the relative positional relationship will be described later in the embodiments.
また、イオンビームのスポット形状を楕円状に成形する以外にも、本願の課題は解決可能である。例えば、試料上のビーム形状をステンシルマスクのような型を用いて矩形に成型しても良い。この場合には、矩形の4辺のうち、少なくとも1辺の急峻さが、他の3辺の急峻さよりも小さくなるようにイオンビームを成形する。ここで、「急峻さ」とは、イオンビームのビーム強度が、最大領域からゼロに向かってどれだけの勾配で小さくなっているかを示す概念であり、定量的には、イオンビームプロファイルの裾の幅で表現される。急峻さの制御手段およびイオンビームプロファイルについては、実施例で後述する。 Moreover, the problem of the present application can be solved in addition to forming the spot shape of the ion beam into an elliptical shape. For example, the beam shape on the sample may be formed into a rectangle using a mold such as a stencil mask. In this case, the ion beam is shaped so that the steepness of at least one of the four sides of the rectangle is smaller than the steepness of the other three sides. Here, “steepness” is a concept indicating how much the ion beam intensity decreases from the maximum region toward zero, and quantitatively, the ion beam profile has a tail. Expressed in width. The steepness control means and the ion beam profile will be described later in Examples.
以上、本発明では、イオンビームを、その試料上のビームが、イオンビーム照射軸(イオンビーム光軸)を中心として、非対称(『非軸対称』および照射軸を中心とする90度回転に対して非対称も含む)になるように成形することにより、課題を解決する。 As described above, according to the present invention, the ion beam is asymmetric (“non-axisymmetric” and 90 ° rotation about the irradiation axis) about the ion beam irradiation axis (ion beam optical axis). To solve the problem.
本願によると,半導体デバイス等の歩留向上のために,イオンビームによる断面形成加工時間を短縮する加工方法,およびウェーハを割断することなく微小試料を分離または分離準備する加工時間を短縮する加工方法,およびイオンビーム加工装置が提供される。さらにイオンビームに不活性ガスや酸素,窒素イオンを用いたときに,断面形成時間を短縮する加工方法,ウェーハから解析用サンプルを分離または分離準備する時間を短縮する加工方法が提供され,およびイオンビーム加工装置が提供される。さらにウェーハを評価のために無駄に廃棄せず,かつ検査のための試料を取り出したウェーハをプロセスに戻しても不良を発生させない新たな検査・解析方法が提供される。また本願による電子部品製造方法を用いることで,ウェーハを割断することなく評価でき,新たな不良を発生させず,高価なウェーハを無駄にすることはない。ひいては,電子部品の製造歩留りが向上する。さらに,解析用サンプルを分離または分離準備する方法,検査・解析方法,および電子部品製造方法を実現できるイオンビーム加工装置が提供される。 According to the present application, in order to improve the yield of semiconductor devices and the like, a processing method for shortening the cross-section forming processing time by an ion beam, and a processing method for shortening a processing time for separating or preparing a micro sample without cleaving the wafer. , And an ion beam processing apparatus. In addition, when an inert gas, oxygen, or nitrogen ions are used for the ion beam, a processing method for shortening the cross-section formation time, a processing method for reducing the time for separating or preparing the sample for analysis from the wafer, and an ion are provided. A beam processing apparatus is provided. Furthermore, a new inspection / analysis method is provided in which a wafer is not wasted for evaluation and a defect is not generated even if a wafer from which a sample for inspection is taken out is returned to the process. In addition, by using the electronic component manufacturing method according to the present application, the wafer can be evaluated without cleaving, new defects are not generated, and expensive wafers are not wasted. As a result, the manufacturing yield of electronic components is improved. Furthermore, an ion beam processing apparatus capable of realizing a method for separating or preparing a sample for analysis, an inspection / analysis method, and an electronic component manufacturing method is provided.
本実施例では、楕円または長方形の開口部を備えたアパーチャにより、イオンビームのスポット形状を成形する実施例について説明する。図1に、本実施例のイオンビーム加工装置の概略構成図を示す。本イオンビーム加工装置23は,真空容器41を有しており,真空容器内には,ガリウムイオンを放出する液体金属イオン源31,コンデンサレンズ32,ビーム制限アパーチャ33,アパーチャ回転機構37,イオンビーム走査偏向器34,対物レンズ35,などから構成されるイオンビーム照射系が配置されている。また,電子銃7,電子銃7から放出する電子ビーム8を集束する電子レンズ9,電子ビーム走査偏向器10等で構成される電子ビーム照射系が配置されている。さらに,二次粒子検出器12,試料ステージ13,プローブ14,デポガス源17,および試料11などが配置されている。また本装置を制御する装置として,イオン源制御装置81,レンズ制御装置82,試料ステージ制御装置14,マニピュレータ制御装置16,デポガス源制御装置18,二次電子検出器の制御装置19,アパーチャ回転制御機構38,イオン走査偏向制御装置83,および計算処理装置85などが配置されている。ここで,計算処理装置85は、装置ユーザが必要な情報を入力するための情報入力手段や、二次粒子検出器の検出信号を基に生成された画像,情報入力手段によって入力した情報などを表示するディスプレイ等を備える。また,試料ステージは,試料載置面内の直行2方向への直線移動機構,試料載置面に垂直方向への直線移動機構,試料載置面内回転機構,および試料載置面内に傾斜軸を持つ傾斜機構を備え,これらの制御は計算処理装置85からの指令によって試料ステージ制御装置14で行われる。
In the present embodiment, an embodiment in which the spot shape of the ion beam is formed by an aperture having an elliptical or rectangular opening will be described. In FIG. 1, the schematic block diagram of the ion beam processing apparatus of a present Example is shown. The ion beam processing apparatus 23 has a
本装置では,液体金属イオン源31より放出されたガリウムイオンは,コンデンサレンズおよび対物レンズによって試料上に集束される。なお,集束条件設定は計算処理装置85への入力によってなされる。また試料上に照射されるビーム径は,イオン源を光源とする試料上への結像と,レンズによる収差によって決定される。レンズによる収差は,ビーム制限アパーチャの開口が大きくなると増大しビーム径の拡大となる。
In this apparatus, gallium ions emitted from the liquid
図3(a)(b)にビーム制限アパーチャの平面形状の一例を示す。図3(a)は従来のアパーチャ3で直径の異なる複数の円形の穴が用意されている。図3(b)は本実施の形態の例で,円形の穴,楕円形の穴,および長方形の穴といった非軸対称形状の穴が複数個用意されている。円形は従来と同じで主に像観察する場合に用いる。楕円形や長方形は断面形成する場合に用いるもので,楕円形の長径の方向あるいは長方形の長辺の方向,すなわち図3のY方向が断面に平行方向となる。さらに,ビームを矩形に走査した場合,一辺の方向はこのY方向と平行にする。なお,ビーム制限アパーチャ上の開口の領域内でイオンビーム電流密度がほぼ一様とすると,試料に到達するイオンビーム電流は開口の面積にほぼ比例する。なお本実施例ではビーム制限アパーチャとして楕円または長方形を取り上げたが,形状が非軸対称であり,穴の最大幅方向に対して略直角方向の幅が概最小幅になるような形状であれば良く,このような形状を本出願では楕円状または長方形状と称する。言うまでもないが楕円状とは形状に明確な角が無いものを指し,長方形状とは角を複数個有するものも指す。また長方形状は必ずしも4角形でなくても5角形以上や3角形でも良い。
FIGS. 3A and 3B show examples of the planar shape of the beam limiting aperture. FIG. 3A shows a
図4には,図3(b)に示した非軸対称形状の開口を備えたアパーチャを通過して得られるイオンビームの強度プロファイルを示す。図4(a)は,試料上に投影されるビームをX方向から見たプロファイル断面図,図4(b)は,Y方向から見たプロファイル断面図である。X方向に細く,Y方向に太い分布となっており非軸対称形状に成形されていることがわかる。また例えば長径の長さを短径の2倍にすると,短径が直径の円に比べて開口の面積は2倍になるため,イオンビーム電流は約2倍になる。長径方向のビーム径は短径方向より大きくなるが,その大きさは収差の大きさに依存する。 FIG. 4 shows the intensity profile of the ion beam obtained by passing through the aperture having the non-axisymmetric opening shown in FIG. 4A is a profile cross-sectional view of the beam projected on the sample viewed from the X direction, and FIG. 4B is a profile cross-sectional view viewed from the Y direction. It can be seen that the distribution is thin in the X direction and thick in the Y direction, and is formed in a non-axisymmetric shape. Further, for example, if the length of the major axis is twice that of the minor axis, the area of the opening is twice that of the circle having the minor axis and the diameter, so that the ion beam current is approximately doubled. The beam diameter in the major axis direction is larger than that in the minor axis direction, but the magnitude depends on the magnitude of the aberration.
断面加工では,まず円形の穴を通過させたイオンビームをイオンビーム走査偏向器34により試料上で走査させる。そして試料から放出された二次粒子を二次粒子検出器12で検出する。そして計算処理装置85のディスプレイの画面で,二次粒子検出器12の検出信号を輝度変調して試料の画像を表示する。
In the cross-section processing, first, the ion beam that has passed through the circular hole is scanned on the sample by the ion
図5(a)に計算処理装置85のディスプレイ画面401の例を示す。この試料ではプラグ501を破線502の位置で矢印503の方向から観察する。しかし,この画面では破線がY方向に対して角度θだけ傾斜していることがわかる。そこで操作者が画面を観察しながら試料ステージを回転させて破線がY方向に平行となるようにする。なお,図5(a)で破線の位置情報を入力することにより計算処理装置で回転角度を計算させて自動で試料ステージを回転させることもできる。破線の位置情報とは、例えば、破線の終点の位置座標等である。装置ユーザは、破線の端点をポインタで指定するなどして、計算処理装置に破線の位置座標を入力する。
FIG. 5A shows an example of the
図5(b)に回転後の画面を示す。この画面で試料画像を表示させた状態で,加工すべき矩形領域を設定する。この設定は,これは画面上で操作者がポインタを使うか,またはキーボードからの数字入力により行う。走査領域設定ウインドウ402には試料画像表示領域403があり,ここに試料画像が表示される。この領域でビーム走査領域404を設定する。例えば矩形領域の4隅の位置[1]〜[4]を画面上でポインタ405を使って指定するか,あるいは座標入力領域406に座標数字を入力する。
FIG. 5B shows the screen after rotation. With the sample image displayed on this screen, the rectangular area to be processed is set. This is done by using the pointer on the screen or by entering numbers from the keyboard. The scanning
次に,長径の長さを短径の2倍にした楕円形の穴を通過させたイオンビームを用いて設定した矩形領域を走査させることにより断面加工を実施する。このビームを用いて断面加工した場合には,イオンビーム電流が従来の円形のビームに比べ2倍であるため加工時間は従来に比べ約1/2にすることができる。すなわち、長径と短径の比率を制御することにより、短径の長さを直径とする軸対称形状、例えば円形にイオンビームスポット形状を成形した場合に対して、イオンビーム電流値を任意の大きさに制御することができる。即ち、長径方向に対してはイオンビームを絞らないためイオンビーム電流が増大し、試料の加工はビームのスポットの短径方向で行なうため加工精度が低下しない。 Next, cross-section processing is performed by scanning a rectangular region set using an ion beam that has passed through an elliptical hole whose major axis is twice the minor axis. When the cross section is processed using this beam, the ion beam current is twice that of the conventional circular beam, so that the processing time can be reduced to about ½ compared with the conventional case. That is, by controlling the ratio of the major axis to the minor axis, the ion beam current value can be set to an arbitrarily large value when an ion beam spot shape is formed in an axially symmetric shape having the minor axis length as a diameter, for example, a circle. It can be controlled. That is, since the ion beam is not focused in the major axis direction, the ion beam current is increased, and the sample is processed in the minor axis direction of the beam spot, so that the processing accuracy is not lowered.
なお,ここで重要なのはアパーチャ形状の非軸対称特性と断面形成方向とを上記で述べたように装置を設定することである。この設定は装置設計の際に固定することも可能であるが,アパーチャの回転機構を設け,計算処理装置の指令によって行うことも可能である。すなわち,ビーム制限アパーチャ33の楕円形の長径の方向すなわち図3のY方向が断面に平行方向となるように設定し,イオンビームをイオンビーム走査偏向器34により試料上で矩形領域を走査させる時には,矩形領域の一辺の方向はこのY方向と平行になるように計算処理装置で設定することが重要になる。
It is important to set the apparatus as described above with respect to the non-axisymmetric characteristic of the aperture shape and the cross-section forming direction. This setting can be fixed at the time of designing the apparatus. However, it is also possible to provide an aperture rotation mechanism and to perform it by a command from the calculation processing apparatus. That is, when the direction of the elliptical major axis of the
また,ビーム走査方向についても同様に,断面平行方向と一致させると効率的な断面加工が可能になる。 Similarly, if the beam scanning direction is made to coincide with the cross-sectional parallel direction, efficient cross-section processing becomes possible.
また,アパーチャをイオンビーム照射軸中心にして回転させるアパーチャ回転機構37を設ければ,イオンビームの短径方向を任意に設定することができる。図5(a)のディスプレイ画面401で破線がY方向に対して角度θだけ傾斜していることがわかる。そこで操作者が画面を観察して角度θをもとめ,アパーチャ回転機構を動作させて,角度θアパーチャを回転させてアパーチャの長径方向が破線と平行となるようにしても良い(図5(c))。また,図5(a)で破線の位置情報を入力することにより計算処理装置で回転角度を計算させて,計算処理装置から回転角度情報を基にアパーチャ回転機構を動作させて自動でアパーチャを回転させることもできる。
Further, if an
次に断面観察の手順について説明する。電子銃7から放出される電子ビーム8を集束して試料11に照射する。このとき電子ビーム8を走査しながら試料断面に照射し,試料断面から放出される二次電子を二次粒子検出器12で検出して,その強度を画像の輝度に変換すれば試料断面を観察することができる。すなわち,FIB6で回路パターンの欠陥や異物など異常箇所に角穴を形成すれば,欠陥や異物などの断面を電子ビーム8で観察することができ,その発生原因を解析できることになる。また,TEM試料作製では,観察するべき面の両側から同様な加工をすれば同様な効果を得ることができるが,この場合もアパーチャ形状の非軸対称特性と断面形成方向とを上記で述べたように制御することが必要である。
Next, the procedure for cross-sectional observation will be described. The
TEM試料作製のための微小試料作製のための加工手順について,図6で説明する。図6(a):まず,観察断面を形成する両端マーク130を電流約100pAのイオンビームを使って2個作製する。このマークを結んだ線が図6(a)で示した破線に相当する。すなわち,計算処理装置85のディスプレイの画面で,試料の画像を観察しながら観察位置をマークで特定するのである。なおこの際にはアパーチャは円形を用いるが,ここで楕円形のアパーチャの長径の方向に観察断面の加工方向を合わせるようにステージまたはアパーチャを予め回転させておく。次に,アパーチャをより大きな円形の穴に切り替えて電流を約30nAに増大させる。そこで2個のマーク130を結ぶ直線上で,マーク130の両側に2個の角穴132を設ける。図6(b):次に,アパーチャを長径の長さを短径の2倍にした楕円形の穴に切り替える。切り替え動作は、装置ユーザが、情報入力手段を介して切替命令を入力するか、或いは、計算制御装置がアパーチャ回転制御機構38へ切替の制御信号を送信することにより実行される。電流は約10nA得られる。この条件で一方の角穴と交わるように,他方の角穴には交わらないような細長垂直溝133を形成する。一方の角穴132と交わらない小さな領域は,後に摘出すべき試料を支える支持部134になる。ここで,楕円形の穴の長形方向は溝の細長い方向に平行方向である。このようにすると従来の円形の穴アパーチャでは約5nAの電流による加工であったが約2倍の電流による加工ができるため加工時間を約1/2にできる。しかも観察するべき断面方向のビーム径は同じであるため,観察断面に向かって急峻な加工ができる。図6(c):図6(a)(b)工程の後,試料ステージ制御装置により試料ステージを傾斜させ試料面を小さく傾斜(本実施例では25°)させる。そこで,上記両角穴132を結ぶように,細長い溝135を形成する。試料表面に対して斜めから入射したFIBによって斜溝135が形成され,先に形成した垂直溝133と交わる。図6(a)から(c)の工程によって支持部134を残して,マーク130を含み,頂角が25°の直角三角形断面のクサビ型微小試料が片持ち梁の状態で保持されている状態になる。図6(d):次に,試料ステージ制御装置を動作させ試料ステージを水平に戻す。ここでプローブ制御装置によりプローブを駆動して,摘出すべき試料136の支持部134とは反対の端部に移送手段先端のプローブ137を接触させる。次に,円形のアパーチャに切り替え電流を約200pAに調整する。この際の切り替え動作も、装置ユーザが、情報入力手段を介して切替命令を入力するか、或いは、計算制御装置がアパーチャ回転制御機構38へ切替の制御信号を送信することにより実行される。そして摘出すべき試料136にプローブ137を固定するために,プローブ137先端を含む領域に,デポジション用ガスを流出させつつFIB131を走査させる。このようにしてFIB照射領域にデポ膜138が形成され,プローブ137と摘出すべき試料136とは接続される。図6(e)(f):微小試料を試料基板から摘出するために,支持部134にFIB照射してスパッタ加工することで,支持状態から開放される。図6(g)(h):プローブ137の先端に接続されて摘出した微小試料139は試料ホルダに移動させ,デポガスを導入しつつ微小試料139と試料ホルダ140と接触部にFIB131を照射する。この操作によって微小試料は試料ホルダ140に接続できる。図6(i):次に,プローブ137と微小試料139を接続しているデポ膜138にFIBを照射してスパッタ除去することで,プローブ137を微小試料139から分離する。図6(j):最後に,3種類の径の楕円形のアパーチャを用いて薄膜加工を行う。すなわち粗加工,中加工,仕上げ加工の順に穴径が小さなものを用いて,最終的に観察領域を厚さが100nm以下程度のウォール143になるように薄く仕上げ加工を施してTEM試料とする。上述の加工の結果,TEM観察領域ができあがる。ここでは,ビーム形状が楕円になっていることにより加工出来上がり形状は非対称になる。このようにすると従来に比べて約2倍の速度で薄膜加工ができることになる。なお,以上では操作者が計算処理装置の入力装置を使って装置を制御している例を説明したが,計算処理装置にメモリなどの記憶手段を設けて、全ての工程の制御条件を制御シーケンスとして格納しておくことにより、全自動でサンプリングを行うことも可能である。
A processing procedure for producing a micro sample for producing a TEM sample will be described with reference to FIG. FIG. 6 (a): First, two
図6に示した実施例では、プローブを用いて試料片を試料基板から摘出した例を示したが、静電吸着により試料片を摘出することもできる。図7には、静電吸着による試料片の摘出例について示す。図7(a)には、ウェーハ201上に形成された薄膜202に対し、摘出試料を形成する目標位置の両側を階段状にFIB131で加工している様子を示す。試料薄膜203を作製し,図7(b)には、形成された試料薄壁203の周囲を、FIB131で一部を残して切り取った所を示す。そして,ウェーハ201をイオンビーム加工装置から取りだし,大気中でガラス棒の静電気を利用して,試料薄膜203をウェーハ201から完全に分離してTEM試料ホルダ204に移動させる。この方法でも,分離した試料薄膜をTEMで解析することができる。なお、静電吸着による試料片の引きはがしは、真空容器内部で実行しても良い。この場合、図1に示した試料作製装置は、ガラス棒や絶縁材料で出来たプローブ等、静電気を帯びやすい材料で出来た微小試料片の摘出手段を備えることになる。すなわち,非軸対称形状のイオンビームを用いる限り,観察・解析用の微小試料の加工を行なう装置・方法は,本実施例の対象となる。
In the embodiment shown in FIG. 6, an example in which the sample piece is extracted from the sample substrate using the probe is shown, but the sample piece can also be extracted by electrostatic adsorption. FIG. 7 shows an example of extracting a sample piece by electrostatic adsorption. FIG. 7A shows how the
以上のようにウォール加工を施した後,微小試料はTEMの試料室に導入される。TEM観察では欠陥や異物などの断面を,SEM観察に比べてより高分解能な観察することができ,観察結果から欠陥原因をより詳細に解析することができる。また,以上に述べたイオンビーム筐体と電子ビーム筐体を複合したFIB−SEM装置ばかりでなく,イオンビーム筐体のみを有するイオンビーム加工装置で断面加工を行い,試料を電子顕微鏡に移送して観察する場合のイオンビーム加工装置も,本実施例のイオンビーム加工装置に含む。 After performing the wall processing as described above, the micro sample is introduced into the sample chamber of the TEM. In TEM observation, cross sections such as defects and foreign substances can be observed with higher resolution than in SEM observation, and the cause of the defect can be analyzed in more detail from the observation results. In addition to the above-described FIB-SEM device that combines an ion beam housing and an electron beam housing, cross-section processing is performed using an ion beam processing device having only an ion beam housing, and the sample is transferred to an electron microscope. The ion beam processing apparatus for observation is also included in the ion beam processing apparatus of this embodiment.
以上の実施形態によると,半導体デバイス等の歩留向上のために,イオンビームによる断面形成加工時間を短縮する加工方法,およびウェーハを割断することなく微小試料を分離する加工時間を短縮する加工方法,およびイオンビーム加工装置が提供される。 According to the above-described embodiments, a processing method for shortening a cross-section forming time by an ion beam and a processing method for reducing a processing time for separating a micro sample without cleaving the wafer in order to improve the yield of a semiconductor device or the like. , And an ion beam processing apparatus.
本実施例では、試料上のビーム形状をステンシルマスクによって成型して,さらにビームプロファイルを直交2方向に対して非対称にするイオンビーム加工装置の実施例について説明する。すなわち,本実施例では,イオンビーム照射系の途中に,所定形状の開口を持つステンシルマスクを挿入し,開口の形状を試料上に投影した成型ビームを用いる場合について述べる。このような成型ビームは,ビームプロファイルの裾の形状を上記の実施例1で述べた集束イオンビームと同程度にする条件でも,ステンシルマスクの開口面積を大きくすることでイオンビーム電流を増大させることができる。 In the present embodiment, an embodiment of an ion beam processing apparatus will be described in which the beam shape on the sample is formed by a stencil mask and the beam profile is made asymmetric with respect to two orthogonal directions. That is, in the present embodiment, a case will be described in which a stencil mask having an opening with a predetermined shape is inserted in the middle of an ion beam irradiation system and a shaped beam in which the shape of the opening is projected onto a sample is used. Such a shaped beam increases the ion beam current by increasing the opening area of the stencil mask even under the condition that the shape of the bottom of the beam profile is the same as that of the focused ion beam described in the first embodiment. Can do.
図8には,本実施例のイオンビーム加工装置の概略構成図を示す。本イオンビーム加工装置は,真空容器41を有しており,真空容器内には,アルゴン,ネオン,キセノン,クリプトン,酸素,窒素等のガスイオンを放出するデュオプラズマトロン51,非軸対称イオンビームレンズ52,対物レンズ55,ステンシルマスク57,ステンシルマスク回転機構58などから構成されるイオンビーム照射系が配置されている。さらに,二次粒子検出器12,試料ステージ13,プローブ15,デポガス源17,および試料11などが配置されている。また本装置を制御する装置として,デュオプラズマトロン制御装置91,レンズ制御装置92,試料ステージ制御装置14,マニピュレータ制御装置16,デポガス源制御装置18,二次電子検出器制御装置19,ステンシルマスク回転制御機構59,および計算処理装置95などが配置されている。ここで,計算処理装置95は二次粒子検出器の検出信号を基に生成された画像や,情報入力手段によって入力した情報などを表示するディスプレイを備える。また,試料ステージは,試料載置面内の直行2方向への直線移動機構,試料載置面に垂直方向への直線移動機構,試料載置面内回転機構,および試料載置面内に傾斜軸を持つ傾斜機構を備え,これらの制御は計算処理装置95からの指令によって試料ステージ制御装置14で行われる。
In FIG. 8, the schematic block diagram of the ion beam processing apparatus of a present Example is shown. This ion beam processing apparatus has a
ここではアルゴンボンベからの配管途中に存在するガスバルブを開けることによりアルゴンガスをデュオプラズマトロン51に導入し,ガス放電によるプラズマを生成する。そこでデュオプラズマトロン51からイオンビーム58を引き出す。これらは,計算処理装置からの指令によりデュオプラズマトロン制御装置が動作して実行される。そして,このイオンビーム58を2重4極子レンズからなる非軸対称イオンビームレンズ52により対物レンズ55中心近傍に集束させる。すなわち非軸対称イオンビームレンズ52の電極に印加する電圧を,この条件を満たすように予め計算によって求めておいた値に計算処理装置95で設定する。ここで,2重4極子レンズの像面はX,Y方向で一致させて,倍率は異なるようにレンズは設計されており,X,Y方向とも対物レンズ55中心近傍に集束する条件の電圧値に計算処理装置95で設定する。そしてイオンビーム58は矩形の穴を有するステンシルマスク57を通過する。対物レンズ55はステンシルマスクを試料11の上に投影する条件で制御する。ここでも対物レンズ55の電極に印加する電圧を,上記条件を満たすように予め計算によって求めておいた値に計算処理装置95で設定する。すると,試料上には矩形の成型イオンビームが照射される。
Here, an argon gas is introduced into the duoplasmatron 51 by opening a gas valve existing in the middle of the piping from the argon cylinder to generate plasma by gas discharge. Therefore, the
ここで2重4極子レンズのX方向の倍率がY方向の倍率に比べて小さくなるように電圧を設定すると,対物レンズを通過するイオンビームはX方向の広がりがY方向に比べて小さくなるため対物レンズの収差の影響は小さくなる。このため,X方向のビームプロファイルの裾の形状は,Y方向に比べ急峻になる。したがって,成型ビームによって加工された穴の端面形状は,X方向でY方向に比べ急峻になり,断面観察に適した形状になる。 If the voltage is set so that the magnification in the X direction of the double quadrupole lens is smaller than the magnification in the Y direction, the ion beam passing through the objective lens has a smaller spread in the X direction than in the Y direction. The influence of the aberration of the objective lens is reduced. For this reason, the shape of the bottom of the beam profile in the X direction is steeper than that in the Y direction. Therefore, the end face shape of the hole processed by the shaped beam is steeper in the X direction than in the Y direction, and is a shape suitable for cross-sectional observation.
図9を用いて、非軸対称ビームのビームプロファイルのX,Y方向の非対称性について説明する。ビームプロファイルのエッジ部分の急峻性について定量的に扱うため、本実施例では、急峻さの尺度としてビームプロファイルの裾の幅を用いる。本実施例では、図9に示すように,ビームプロファイルの裾の幅をビーム強度の16%から84%までの距離と定義した。図9に示すビームプロファイルでは、X方向の裾の幅がY方向の裾の幅よりも狭く、従って、図9に示す矩形状のビーム形状では、長辺の方が短辺よりも急峻であることが判る。なお、ビームスポット形状のエッジ部の急峻さの定義としては、裾の幅以外の定義を使用しても構わない。 The asymmetry in the X and Y directions of the beam profile of the non-axisymmetric beam will be described with reference to FIG. In order to quantitatively handle the steepness of the edge portion of the beam profile, in this embodiment, the width of the bottom of the beam profile is used as a measure of the steepness. In this embodiment, as shown in FIG. 9, the width of the skirt of the beam profile is defined as a distance from 16% to 84% of the beam intensity. In the beam profile shown in FIG. 9, the width of the skirt in the X direction is narrower than the width of the skirt in the Y direction. Therefore, in the rectangular beam shape shown in FIG. 9, the long side is steeper than the short side. I understand that. As the definition of the sharpness of the edge portion of the beam spot shape, a definition other than the width of the skirt may be used.
ここで重要なのはイオンレンズによる集束の非対称特性と断面形成方向とを上記で述べたように制御することである。すなわち,2重4極子レンズのX方向の倍率がY方向の倍率に比べて小さくなるように電圧を計算処理装置95で設定して,図9のようにX方向のビームプロファイルの裾の形状をY方向に比べて急峻にした場合には,Y方向を形成するべき断面に平行方向となるように設定することが重要である。特に断面位置にイオンビーム照射軸が重なるように,ステンシルマスク57の矩形穴端の一辺が照射軸と重なるようにステンシルマスク位置を調整するとビームの裾の幅はより小さく制御することができる。
What is important here is to control the asymmetry characteristic of the focusing by the ion lens and the cross-section forming direction as described above. That is, the voltage is set by the
また,本イオンビーム加工装置にイオンビーム走査偏向電極を,ステンシルマスク57と対物レンズ55の中間位置に追加してビームを走査して断面を作製する場合には,ビーム走査方向は断面平行方向と一致させると効率的な断面加工が可能になる。すなわち,図9のようにX方向のビームプロファイルの裾の形状をY方向に比べて急峻にした場合には,ビーム走査方向の少なくとも一辺の方向はこのY方向と平行になるように,ビーム走査する矩形領域を計算処理装置95で設定することが重要になる。
In addition, when an ion beam scanning deflection electrode is added to the intermediate position between the
また,ステンシルマスクにマスク穴を小さく制限する機構を設け,その穴を投射した成型ビームで試料上を走査して試料画像を取得して加工位置を設定すれば精度良い位置設定をすることができる。なおマスク穴を小さく制限する機構としては,例えばステンシルマスクに微細アパーチャを重ねる構造としても良い。 In addition, a mechanism that restricts the mask hole to a small size is provided in the stencil mask, and the position can be set with high accuracy by scanning the sample with the shaped beam projected through the hole to acquire the sample image and setting the processing position. . As a mechanism for limiting the mask hole to be small, for example, a structure in which a fine aperture is superimposed on a stencil mask may be used.
また,TEM試料作製では,観察するべき面の両側から同様な加工をすれば同様な効果を得ることができるが,この場合もイオンレンズによる集束の非対称特性と断面形成方向とを上記で述べたように制御することが必要である。 In TEM sample preparation, the same effect can be obtained by performing similar processing from both sides of the surface to be observed, but in this case as well, the asymmetry characteristics of the focusing by the ion lens and the cross-sectional formation direction are described above. It is necessary to control as follows.
微小試料作製のための加工手順については,図6に示した方法と同様にすることができるが,ビーム形状が矩形であり,かつビーム裾の幅がX方向とY方向とで非対称となっていることにより加工出来上がり形状が非対称になることに注意が必要である。特に,観察するべき断面に垂直方向がビームプロファイルの裾の幅が小なる方向となるように設定する必要がある。これは装置設計により実現できる。 The processing procedure for micro sample preparation can be the same as the method shown in FIG. 6, but the beam shape is rectangular and the width of the beam skirt is asymmetric between the X direction and the Y direction. It is necessary to pay attention to the fact that the finished shape becomes asymmetrical. In particular, it is necessary to set the direction perpendicular to the cross section to be observed so that the width of the bottom of the beam profile becomes smaller. This can be realized by device design.
すなわち,図6(b)での細長垂直溝133の形成,図6(c)での細長い溝135の形成において,細長垂直溝133および細長い溝135の微小試料側の断面に対して垂直方向がビームプロファイルの裾の幅が小なる方向となるように設計する。
That is, in the formation of the elongated
また,ステンシルマスクをイオンビーム照射軸中心にして回転させるステンシルマスク回転機構58を設ければ,成型ビームの形状を図10に示すように任意の方向に回転させることができる。そこでこの成型ビームの端の方向に合わせてプロファイルの裾の幅が小なるように,2重4極子レンズの電極に印加する電圧を計算処理装置95で設定すれば,試料表面の任意の方向に断面を形成できる成型ビームが得られることになる。すなわち,試料の構造に対して任意の方向の断面を観察することができ,さらに試料ステージを駆動させること無く多方向の断面の観察ができることになる。
Further, if a stencil
なお,本実施の形態ではビームの裾の幅を制御するために非軸対称イオンビームレンズとして2重4極子レンズを例としたが,非軸対称な制御が可能なレンズであれば,他の4極子レンズ,8極子レンズ,16極子レンズ等であっても良い。またこれらの組み合わせおよび対称レンズと組み合わせても良い。また、以上の実施例では、マスク開口の形状を試料上に投影した成型ビームを用いた例について述べたが,成型ビームではなく,楕円または長方形の開口部を備えたアパーチャにより,イオンビームのスポット形状を成形してもよい。 In this embodiment, a double quadrupole lens is used as an example of a non-axisymmetric ion beam lens in order to control the width of the bottom of the beam. A quadrupole lens, an octupole lens, a 16-pole lens, or the like may be used. Moreover, you may combine with these combinations and a symmetrical lens. In the above embodiment, an example using a shaped beam in which the shape of the mask opening is projected onto the sample has been described. However, instead of the shaped beam, an ion beam spot is not formed by an aperture having an elliptical or rectangular opening. The shape may be molded.
また,本実施例のような非対称のビーム成形手法は、X,Y方向とも急峻なプロファイルになるように制御した場合、即ち対称にビームを成形した場合に比べて、イオンビーム電流を大きくすることができる。従って、本実施例のビーム成形手法は、アルゴンや酸素等、気体元素のイオンビームに対して特に好適である。実施例1ではGaイオンビームを集束した例を述べたが,Gaが加工領域に残る。シリコンデバイス等,半導体装置の製造プロセスにおいては,重金属であるGaは不良発生原因となる可能性が高いため、試料片作成時には、試料の特性に顕著な影響を及ぼさない不活性ガスや酸素,窒素などの気体元素のイオンビームを用いることが望ましい。しかしながら、現時点で利用可能なイオン源で,気体元素イオンを発生させるプラズマイオン源は,発生できるイオンビームの輝度が,Ga等の液体金属イオン源に比べて少なくとも2桁から3桁低い。従って、わざと非対称にイオンビームを成形し、実際の加工はビームプロファイルのより急峻な部分を用いて行なうことにより、輝度の低いイオン源であっても加工精度を落とさずに使用可能とすることができる。本効果は、気体元素のイオンビーム(例えば、窒素,酸素,ネオン,キセノン,クリプトンなどの元素,およびこれらの混合イオンビーム等)に限らず、輝度の低いイオン源を使用する場合には全て有効である。 Further, the asymmetric beam shaping method as in this embodiment increases the ion beam current as compared with the case where the X and Y directions are controlled so as to have a steep profile, that is, when the beam is shaped symmetrically. Can do. Therefore, the beam shaping method of this embodiment is particularly suitable for an ion beam of a gaseous element such as argon or oxygen. In the first embodiment, an example in which the Ga ion beam is focused has been described, but Ga remains in the processing region. In the manufacturing process of semiconductor devices such as silicon devices, Ga, which is a heavy metal, has a high possibility of causing defects. Therefore, an inert gas, oxygen, or nitrogen that does not significantly affect the characteristics of the sample when the sample piece is prepared. It is desirable to use an ion beam of a gas element such as. However, a plasma ion source that generates gas element ions, which is an ion source that can be used at the present time, has a brightness of an ion beam that can be generated at least two to three orders of magnitude lower than that of a liquid metal ion source such as Ga. Therefore, an ion beam is intentionally shaped asymmetrically, and actual processing is performed using a steeper part of the beam profile, so that even a low-brightness ion source can be used without reducing processing accuracy. it can. This effect is not limited to ion beams of gaseous elements (for example, elements such as nitrogen, oxygen, neon, xenon, and krypton, and mixed ion beams thereof), but they are all effective when using an ion source with low brightness. It is.
また、ビームプロファイルの裾の急峻性について,直交2方向の急峻性の比率を制御することにより、ビームプロファイルの裾をX方向とY方向で対称形状にした場合に対して、イオンビーム電流値を任意の大きさに制御することができる。即ち、比較的急峻でない方向が存在することによりイオンビーム電流が増大するが、試料の加工はビームプロファイルの急峻な方向で行なうため加工精度が低下しない。更にまた,本実施例ではビームの裾の幅を制御するために非軸対称イオンビームレンズを用いたが,イオン光源形状を非軸対象にするアパーチャと,対称イオンビームレンズを用いても良い。すなわち,イオン源からイオンが放出されるアパーチャを楕円形状あるいは長方形状にするか,あるいは途中に同様な非軸対象なアパーチャを設け,このアパーチャを光源としてレンズを調整しても良い。この場合も,レンズの条件設定は計算処理装置によって実行可能である。 In addition, with respect to the steepness of the bottom of the beam profile, by controlling the ratio of steepness in the two orthogonal directions, the ion beam current value can be changed with respect to the case where the bottom of the beam profile is symmetrical in the X and Y directions. It can be controlled to an arbitrary size. In other words, the ion beam current increases due to the presence of a relatively non-steep direction, but the processing accuracy does not decrease because the sample is processed in a steep direction of the beam profile. Furthermore, in this embodiment, a non-axisymmetric ion beam lens is used to control the width of the bottom of the beam. However, an aperture that makes the ion light source shape a non-axis object and a symmetric ion beam lens may be used. That is, the aperture from which ions are emitted from the ion source may be elliptical or rectangular, or a similar non-axis target aperture may be provided in the middle, and the lens may be adjusted using this aperture as the light source. Also in this case, the lens condition setting can be executed by the calculation processing device.
TEMやSEM等の解析手段用微小試料を作製するために、図6あるいは図7で示される試料片作製フローに、本実施例の成型ビームを用いることができる。また,本実施の形態で述べたイオンビーム加工装置ばかりでなく,イオンビーム筐体と電子ビーム筐体を複合したFIB−SEM装置となるイオンビーム加工装置で断面加工を行い,その装置内で電子ビームによる断面観察する場合のイオンビーム加工装置も,本願に示すイオンビーム加工装置に含む。 In order to produce a micro sample for analysis means such as TEM or SEM, the shaped beam of this embodiment can be used in the sample piece production flow shown in FIG. 6 or FIG. In addition to the ion beam processing apparatus described in this embodiment, cross-section processing is performed by an ion beam processing apparatus that is a FIB-SEM apparatus in which an ion beam casing and an electron beam casing are combined. An ion beam processing apparatus for observing a cross section by a beam is also included in the ion beam processing apparatus shown in the present application.
以上、本実施で説明した試料作製方法ないし試料作製装置によれば、実施例1で説明した試料作製方法ないし試料作製装置の効果に加えて、更に,ステンシルマスクを用いることにより,より大きな電流で精度の高い加工ができる。特に輝度の低いイオン源であってもビーム電流を大きくでき,かつ加工精度が高くできるため断面加工や微小試料の作製が短時間で可能という効果を奏することができる。これは半導体装置の製造プロセスにおいては,不良発生原因となる可能性が高いGaに替わって、試料の特性に顕著な影響を及ぼさない不活性ガスや酸素,窒素などの気体元素のイオンビームを用いることができることを意味する。したがって,半導体デバイス等の歩留向上のために,ウェーハをGaなどの金属で汚染することなく,イオンビームによる断面形成が可能となり,さらにウェーハを割断することなく微小試料を分離または分離準備ことができるため,ウェーハを評価のために無駄に廃棄せず,かつ検査のための試料を取り出したウェーハをプロセスに戻しても不良を発生させない新たな検査・解析方法が提供される。また,ウェーハを割断することなく評価でき,新たな不良を発生させず,高価なウェーハを無駄にすることはない。ひいては,半導体装置の製造歩留りが向上する。 As described above, according to the sample preparation method or sample preparation apparatus described in the present embodiment, in addition to the effects of the sample preparation method or sample preparation apparatus described in Example 1, a stencil mask can be used to increase the current. High precision processing is possible. In particular, even with an ion source with low brightness, the beam current can be increased and the processing accuracy can be increased, so that the cross-section processing and the production of a micro sample can be performed in a short time. In the semiconductor device manufacturing process, an ion beam of an inert gas or a gas element such as oxygen or nitrogen that does not significantly affect the characteristics of the sample is used in place of Ga, which is likely to cause defects. Means that you can. Therefore, in order to improve the yield of semiconductor devices, etc., it is possible to form a cross-section by ion beam without contaminating the wafer with a metal such as Ga, and to separate or prepare for separation of a minute sample without cleaving the wafer. Therefore, a new inspection / analysis method is provided in which a wafer is not wasted for evaluation and a defect is not generated even if a wafer from which a sample for inspection is taken out is returned to the process. Moreover, evaluation can be performed without cleaving the wafer, no new defects are generated, and expensive wafers are not wasted. As a result, the manufacturing yield of semiconductor devices is improved.
本実施例では,イオン源をFIBカラムに対して傾けて配置し、かつステンシルマスクを用いてイオンビーム形状を成形した例について説明する。ここで,イオン源は不活性ガスや酸素,窒素などの気体元素のイオンビームを引き出すプラズマイオン源を用いるものとする。イオン源のイオン種として不活性ガスや酸素,窒素のような元素種を選べば,デバイスの電気的な特性に影響を与えないのでイオンビームで加工後に加工済みのウェーハをプロセスに戻しても不良を発生させるようなことは少ない。しかし,このようなインライン応用では、プラズマイオン源の中で金属の不純物が微量に生成され,これが試料まで到達した場合に希に不良を発生させることがあるという課題が残されていた。これらの不純物の一つは金属イオンであり,他には金属の中性粒子である。また中性粒子は,レンズや静電偏向器で制御できず,試料に広く照射される。ガス種のイオンの中性粒子が照射された場合に所望の箇所以外も加工してしまい試料が変質してしまうという問題もあった。 In the present embodiment, an example will be described in which the ion source is arranged to be inclined with respect to the FIB column and the ion beam shape is formed using a stencil mask. Here, the ion source is a plasma ion source that extracts an ion beam of a gas element such as an inert gas, oxygen, or nitrogen. If you select an element species such as inert gas, oxygen, or nitrogen as the ion species of the ion source, it will not affect the electrical characteristics of the device, so it will be defective even if the processed wafer is returned to the process after processing with an ion beam. There is little that generates. However, in such an in-line application, there remains a problem that a small amount of metal impurities are generated in the plasma ion source, and when this reaches the sample, a defect may occur rarely. One of these impurities is a metal ion, and the other is a metal neutral particle. Neutral particles cannot be controlled by a lens or electrostatic deflector, and are widely irradiated on the sample. When neutral particles of gas species ions are irradiated, there is also a problem that the sample other than the desired portion is processed and the sample is altered.
本実施例では,まず,試料に中性粒子の不純物を試料に到達させないためイオン源からイオンビームを引き出す軸と,イオンビームを試料に照射する軸が傾斜関係にある構造とする例について述べる。また発生できるプラズマイオン源の輝度は一般に,Ga等の液体金属イオン源に比べて少なくとも2桁から3桁低くなる。そこで,本実施例では,イオンビーム照射系の途中に,所定形状の開口を持つステンシルマスクを挿入し,非軸対称の開口形状を試料上に投影した成型ビームを用いる。 In this embodiment, first, an example will be described in which a neutral axis impurity does not reach the sample so that the axis for extracting the ion beam from the ion source and the axis for irradiating the sample with the ion beam are in an inclined relationship. The brightness of the plasma ion source that can be generated is generally at least two to three orders of magnitude lower than that of a liquid metal ion source such as Ga. Therefore, in this embodiment, a stencil mask having an opening with a predetermined shape is inserted in the middle of the ion beam irradiation system, and a shaped beam in which a non-axisymmetric opening shape is projected onto the sample is used.
図11に本実施例のイオンビーム加工装置を示す。本イオンビーム加工装置は,アルゴン,ネオン,キセノン,クリプトン,酸素,窒素等のガスイオンを放出するデュオプラズマトロン51,コンデンサレンズ2,対物レンズ55,ステンシルマスク57,イオンビーム偏向器60及びこれらを格納するFIBカラム用の鏡筒42などから構成されるイオンビーム照射系が配置されている。また、本装置には電子銃7,電子銃7から放出する電子ビーム8を集束する電子レンズ9,電子ビーム走査偏向器10及びそれらを格納する電子ビームカラム鏡筒22等で構成される電子ビーム照射系を備えている。
FIG. 11 shows an ion beam processing apparatus according to this embodiment. This ion beam processing apparatus includes a duoplasmatron 51 that emits gas ions such as argon, neon, xenon, krypton, oxygen, and nitrogen, a
FIBカラム鏡筒42及びSEMカラム鏡筒22の下部には真空試料室41が配置されており、真空試料室内41には,二次粒子検出器12,試料11を載置する試料ステージ13,プローブ15,デポガス源17,およびマニピュレータ43などが格納されている。FIBカラム鏡筒42内部も真空に維持されているのは言うまでもない。本装置を制御する装置として,デュオプラズマトロン制御装置91,レンズ制御装置92,試料ステージ制御装置14,マニピュレータ制御装置16,デポガス源制御装置18,二次電子検出器制御装置19,および,イオンビーム偏向制御装置20,計算処理装置95などが配置されている。ここで,計算処理装置95は二次粒子検出器の検出信号を基に生成された画像や,情報入力手段によって入力した情報などを表示するディスプレイを備える。また,試料ステージは,試料載置面内の直行2方向への直線移動機構,試料載置面に垂直方向への直線移動機構,試料載置面内回転機構,および試料載置面内に傾斜軸を持つ傾斜機構を備え,これらの制御は計算処理装置95からの指令によって試料ステージ制御装置14で行われる。なお、図11では判りにくいが、本装置のデュオプラズマトロン51は、FIBカラムの鏡筒に対して傾けて配置されている。詳しくは、図11のY方向に傾斜しており,イオン源からイオンビームを引きだす方向と,イオンビームの照射軸とは傾斜関係にある。
A
次に本装置の動作について述べる。まず,アルゴンボンベからの配管途中に存在するガスバルブを開けることによりアルゴンガスをデュオプラズマトロン51に導入し,ガス放電によるプラズマを生成する。そこでデュオプラズマトロン51からイオンビーム56を引き出す。ここでイオンビームを引き出す軸とイオンビームを試料に照射する軸が傾斜しているので,イオンビーム偏向器60によってイオンビームの行路を屈折させる。イオン源で発生した中性粒子は、イオンビーム偏向器60による偏向作用を受けないので、そのまま直進する。デュオプラズマトロン51とイオンビーム偏向器20の動作は,計算処理装置からの指令によりデュオプラズマトロン制御装置91,イオンビーム偏向器制御装置20等或いは計算処理装置95により制御される。そして,このイオンビーム56をコンデンサレンズ2により対物レンズ55中心近傍に集束させる。すなわちコンデンサレンズ2の電極に印加する電圧を,この条件を満たすように予め計算によって求めておいた値に計算処理装置95で設定する。そしてイオンビーム58は矩形の穴を有するステンシルマスク57を通過する。対物レンズ55はステンシルマスクを試料11の上に投影する条件で制御する。ここでも対物レンズ55の電極に印加する電圧を,上記条件を満たすように予め計算によって求めておいた値に計算処理装置95で設定する。すると,試料上には矩形の成型イオンビームが照射される。この成型イオンビームを照射し続けると試料に矩形の穴が形成される。
Next, the operation of this apparatus will be described. First, an argon gas is introduced into the duoplasmatron 51 by opening a gas valve existing in the middle of the piping from the argon cylinder, and plasma by gas discharge is generated. Therefore, the
次に断面観察の手順について説明する。電子銃7から放出される電子ビーム8を集束して試料11に照射する。このとき電子ビーム8を走査しながら試料断面に照射し,試料断面から放出される二次電子を二次粒子検出器12で検出して,その強度を画像の輝度に変換すれば試料断面を観察することができる。すなわち,成型ビームで回路パターンの欠陥や異物など異常箇所に凹部(角穴など)を形成すれば,欠陥や異物などの凹部の壁面を電子ビーム8で観察することができ,その発生原因を解析できることになる。
Next, the procedure for cross-sectional observation will be described. The
図12には、図11の装置の上面図(a),正面図(b),側面図(c)を示す。図12(a)において、1001はデュオプラズマトロンを格納する鏡体、1002がデュオプラズマトロン下部に配置されたFIBカラム鏡体、1003がSEMカラム鏡体であり、図中の縦横量方向の一点鎖線は、試料ステージのX方向、Y方向の中心線である。一点鎖線の交点は、FIBカラム鏡体の中心軸と試料ステージの試料載置面との交点を意味し、大体、試料載置面の中心と一致する。図12(a)の上面図から、デュオプラズマトロン1001がFIBカラム鏡筒1002に対して傾いて配置されている(図12(a)では上方に)ことが判る。線分1104は、デュオプラズマトロン鏡体1001の中心軸の延長線と試料ステージの交点と,SEMカラム鏡体の中心軸と試料ステージとの交点を結ぶ線分であり、線分1105は、SEMカラム鏡体の中心軸を試料ステージへ投影した線分である。本装置の特徴は,イオン源からイオンビームを引き出す軸1101と,イオンビームを試料に照射する軸1100が傾斜関係にある構造であり,上記の線分1104と線分1105とを平行ではない関係、好ましくは直交関係とすることが可能な構造であることである。わかりやすく言えば、FIBカラム鏡体の中心軸とSEMカラム鏡体の中心軸とが、試料ステージの試料載置面に対して垂直な同一面内に存在し、かつデュオプラズマトロンの中心軸が、上記FIBカラム中心軸とSEMカラム中心軸のなす面に対して、所定角度傾いているような構成ということになる。
FIG. 12 shows a top view (a), a front view (b), and a side view (c) of the apparatus shown in FIG. In FIG. 12 (a), 1001 is a mirror housing the duoplasmatron, 1002 is a FIB column mirror disposed under the duoplasmatron, and 1003 is an SEM column mirror. The chain line is the center line in the X direction and Y direction of the sample stage. The intersection of the alternate long and short dash line means the intersection of the central axis of the FIB column mirror and the sample placement surface of the sample stage, and generally coincides with the center of the sample placement surface. From the top view of FIG. 12A, it can be seen that the
図12(b)と図12(c)とを用いて、各カラムの配置関係について更に説明する。図12(b)において、FIBカラム鏡体1002とSEMカラム鏡体は、各々の中心軸1100と1003の中心軸とが、試料ステージ1006の試料載置面の中心で交差するように配置されている。SEM観察の際には、一次電子線は、おおよそ中心軸1102に平行に照射されることになる。次に、側面図である図12(c)を見ると、デュオプラズマトロン1001は、FIBカラム1002に対して傾いて配置されていることが、図12(a)(b)に比べて明瞭に判る。一方、FIBカラム1002の中心軸1100が、SEMカラム1003の中心を通過しているように見えることから、SEMカラム1003とFIBカラム1002とが、互いに中心軸が同一面内にあるような配置関係になっていることが判る。デュオプラズマトロン1001は、上記面に対して傾いて配置されていることになる。イオン源がFIBカラムに対して傾いているような構造では,イオン源で発生した中性粒子はイオン引き出し方向に沿って飛行し,途中で固定アパーチャ等によって遮られ試料まで到達することは無く,試料を中性粒子不純物で汚染することないためデバイス製造の歩留まりを低下させない。しかし,イオン源から引き出されたイオンビームをFIBカラムの方向に屈折させることにより,投射ビームの強度プロファイルの裾の幅が拡大し,急峻な断面を形成するのに妨げになることが判明した。これはイオンが持っているエネルギがイオン毎にばらつくことに起因している。イオンビームをイオンビーム偏向器で偏向する際,エネルギ差により偏向方向にイオンビーム軌道に広がりが出てしまうのである。この影響は成型イオンビームにも及ぼし,イオンビーム偏向器でイオンビームを屈折させる方向すなわち,つまり図12(a)の線分1104の方向に裾の幅が拡大することがわかった。従って、実際に試料へ照射されるビームスポットには、線分1105の向きに急峻な加工エッジが形成され、線分1104の向きに対しては鈍った加工エッジが形成される。当然、急峻なエッジで形成した部分の方が加工精度が良く、加工断面も良好であるので、本装置では、線分1105の向きに平行な方向からのSEM観察が可能なようにSEMカラムを配置した。なお、SEMカラムの配置は、必ずしも線分1105の向きに平行である必要は無く、線分1104と平行な方向を避けて配置すれば、加工精度の最も悪い方向のSEM観察を避けることが可能である。図13(a)は、FIBにより試料に形成された加工孔を、図12(b)の装置正面図側から見た加工断面である。図13(a)で、「SEM観察方向」と記載された矢印の示す方向は、ビームスポットの急峻な側で加工された断面であり、急峻な断面が形成されている。一方,図13(b)は、FIBにより試料に形成された加工孔を、図12(c)の装置正面図側から見た加工断面である。図13(b)中、丸で示された部分は、FIBのビームスポットの鈍った側で加工された加工断面であり、図13(a)の加工断面に比べて、だれた断面が形成されている。
The arrangement relationship of each column will be further described with reference to FIG. 12B and FIG. In FIG. 12B, the
なお,本実施例では,コンデンサレンズに軸対称なレンズを用いたが,2重4極子レンズからなる非軸対称イオンビームレンズに置き換えても良い。この場合にはイオンビーム56を非軸対称イオンビームレンズにより対物レンズ55中心近傍に集束させる。ここで,2重4極子レンズの像面はX,Y方向で一致させて,倍率は異なるようにレンズは設計されており,X,Y方向とも対物レンズ55中心近傍に集束する条件の電圧値に計算処理装置95で設定する。そしてイオンビーム56は矩形の穴を有するステンシルマスク57を通過する。対物レンズ55は同様にステンシルマスクを試料11の上に投影する条件で制御する。すると,試料上には矩形の成型イオンビームが照射される。ここで2重4極子レンズのX方向の倍率がY方向の倍率に比べて小さくなるように電圧を設定すると,対物レンズを通過するイオンビームはX方向の広がりがY方向に比べて小さくなるため対物レンズの収差の影響は小さくなる。このとき,X方向のビームプロファイルの裾の形状は,Y方向に比べ図9に示すように急峻になる。したがって,成型ビームによって加工された穴の端面形状は,X方向でY方向に比べ急峻になり,断面観察に適した形状になる。また,イオンビーム電流はX,Y方向とも急峻なプロファイルになるように制御した場合に比べて大きくなる。特に断面位置にイオンビーム照射軸が重なるように,ステンシルマスク57の矩形穴端の一辺が照射軸と重なるようにステンシルマスク位置を調整するとビームの裾の幅はより小さく制御することができる。ここで重要なのは,イオン源からイオンビームを引き出す軸が傾斜している方向が,観察すべき加工断面と少なくとも平行関係にすることである。すなわち,イオン源傾斜の影響が観察すべき断面形成に影響しないようにすることである。なお、本実施例においても、ビームプロファイルの裾の形状の急峻性を定量的に扱うため、ビームプロファイルの裾の幅はビーム強度の16%から84%までの距離と定義した(図9参照)。しかし,ビームスポット形状のエッジ部の急峻さの定義としては、裾の幅以外の定義を使用しても構わないのは、実施例2と同様である。
In this embodiment, an axially symmetric lens is used as the condenser lens, but it may be replaced with a non-axisymmetric ion beam lens composed of a double quadrupole lens. In this case, the
また,図11に示したイオンビーム加工装置のステンシルマスク57と対物レンズ55の中間位置に、イオンビーム走査偏向電極を追加してビームを走査して断面を作製する構成も可能である。この場合,ビーム走査方向を断面平行方向と一致させると効率的な断面加工が可能になる。図9に示すビームプロファイルを例に取って説明すると、X方向のビームプロファイルの裾の形状をY方向に比べて急峻にした場合には,ビーム走査方向の少なくとも一辺の方向はこのY方向と平行になるように,ビーム走査する矩形領域を計算処理装置95で設定することが重要になる。また,ビームを走査しない場合には,加工形状はビーム形状と同じに限定されるが,イオンビームを走査することができると,ビーム加工形状に自由度が生まれる。また,加工領域もビーム形状を超えて任意に設定できる効果を奏することができる。
In addition, it is possible to add an ion beam scanning deflection electrode at an intermediate position between the
また,ステンシルマスクにマスク穴を小さく制限する機構を設け,その穴を投射した成型ビームで試料上を走査して試料画像を取得して加工位置を設定すれば精度良い位置設定をすることができる。なおマスク穴を小さく制限する機構としては,例えばステンシルマスクに微細アパーチャを重ねる構造としても良い。更にまた,TEM試料作製では,観察するべき面の両側から同様な加工をすれば同様な効果を得ることができる。TEM試料作製のための微小試料作製のための加工手順は、実施例1の図6で示される手順とほぼ同一であるので、相違点のみを説明する。ここではビーム形状が矩形であり,かつビーム裾の幅がX方向とY方向とで非対称となっていることにより加工出来上がり形状が非対称になることに注意が必要である。特に,観察するべき断面に垂直方向がビームプロファイルの裾の幅が小なる方向となるように設定する必要がある。これは装置設計により実現できる。 In addition, a mechanism that restricts the mask hole to a small size is provided in the stencil mask, and the position can be set with high accuracy by scanning the sample with the shaped beam projected through the hole to acquire the sample image and setting the processing position. . As a mechanism for limiting the mask hole to be small, for example, a structure in which a fine aperture is superimposed on a stencil mask may be used. Furthermore, in TEM sample preparation, the same effect can be obtained if the same processing is performed from both sides of the surface to be observed. Since the processing procedure for micro sample preparation for TEM sample preparation is substantially the same as the procedure shown in FIG. 6 of Example 1, only the differences will be described. Here, it should be noted that the processed shape is asymmetrical because the beam shape is rectangular and the width of the beam skirt is asymmetrical between the X direction and the Y direction. In particular, it is necessary to set the direction perpendicular to the cross section to be observed so that the width of the bottom of the beam profile becomes smaller. This can be realized by device design.
図6(a):まず,マスクを円形アパーチャとして,円形で電流約100pAのイオンビームを準備する。そこで観察断面を形成する両端マーク130を2個作製し,実施例1と同様に観察位置をマークで特定する。次にマスクを角穴加工用に矩形の穴形状のものに切り替える。ここでは電流は約30nA得られる。そこで2個のマーク130を結ぶ直線上で,成型ビームを用いて,マーク130の両側に2個の角穴132を設ける。図6(b):次に,マスクを細長溝加工用に切り替える。この切り替え動作は,装置ユーザが,情報入力手段を介して切り替え命令を入力する。ここでは電流は約10nA得られる。この条件で一方の角穴と交わるように,他方の角穴には交わらないような細長垂直溝133を形成する。なお,図6(b)での細長垂直溝133の形成,図6(c)での細長い溝135の形成において,細長垂直溝133および細長い溝135の微小試料側の断面に対して垂直方向がビームプロファイルの裾の幅が小なる方向となるようにする。ここで図6(c) から図6(d)でクサビ型微小試料を形成し,プローブ137を接触させる手順は実施例1と同様である。次に,円形のアパーチャに切り替え電流を約200pAに調整する。この際の切り替え動作も,装置ユーザが,情報入力手段を介して切り替え命令を入力することにより実行される。そして実施例1と同様に,プローブ137と摘出すべき試料136とを接続する。図6(e)(f)(g)(h)(i)までは実施例1と同様に操作する。図6(j):最後に,薄膜加工を行う。ここではマスクを薄膜加工用に切り替える。すなわち粗加工,中加工,仕上げ加工の順にビーム電流が小さくなるように,矩形のマスクを順次切り替える。そして最終的に観察領域を厚さが100nm以下程度のウォール143になるように薄く仕上げ加工を施してTEM試料とする。なお,以上では操作者が計算処理装置の入力装置を使って装置を制御している例を説明したが,計算処理装置にメモリなどの記憶手段を設けて,全ての工程の制御条件を制御シーケンスとして格納しておくことにより,全自動でサンプリングを行うことも可能である。
FIG. 6A: First, an ion beam with a circular current of about 100 pA is prepared using a mask as a circular aperture. Therefore, two
以上のようにウォール加工を施した後,微小試料はTEMの試料室に導入される。TEM観察では欠陥や異物などの断面を,SEM観察に比べてより高分解能な観察することができ,観察結果から欠陥原因をより詳細に解析することができる。なお,本実施の形態ではビームの裾の幅を制御するために非軸対称イオンビームレンズとして2重4極子レンズを例としたが,非軸対称な制御が可能なレンズであれば,他の4極子レンズ,8極子レンズ,16極子レンズ等であっても良い。またこれらの組み合わせおよび対称レンズと組み合わせても良い。 After performing the wall processing as described above, the micro sample is introduced into the sample chamber of the TEM. In TEM observation, cross sections such as defects and foreign substances can be observed with higher resolution than in SEM observation, and the cause of the defect can be analyzed in more detail from the observation results. In this embodiment, a double quadrupole lens is used as an example of a non-axisymmetric ion beam lens in order to control the width of the bottom of the beam. A quadrupole lens, an octupole lens, a 16-pole lens, or the like may be used. Moreover, you may combine with these combinations and a symmetrical lens.
また,以上に述べた実施の形態例では,アルゴンイオンビームを用いたが,他に窒素,酸素,ネオン,キセノン,クリプトンなどの元素,およびこれらの混合イオンビームでも同様な効果が得られるのは明らかである。また,本実施例ではビームの裾の幅を制御するために非軸対称イオンビームレンズを用いたが,イオン光源形状を非軸対象にするアパーチャと,対称イオンビームレンズを用いても良い。すなわち,イオン源からイオンが放出されるアパーチャを楕円形状あるいは長方形状にするか,あるいは途中に同様な非軸対象なアパーチャを設け,このアパーチャを光源としてレンズを調整しても良い。この場合も,レンズの条件設定は計算処理装置によって実行可能である。これについては後で述べる。以上、本実施で説明した試料作製方法ないし試料作製装置によれば、実施例1及び2で説明した試料作製方法ないし試料作製装置の効果に加えて、更に,中性粒子が除去されるためプラズマイオン源の中で生じた金属の中性粒子が試料に到達せず,加工後に加工済みのウェーハをプロセスに戻しても不良を発生させるようなことは極めて少なくなる。また,ガス種の中性粒子が広く試料に照射されることもなくなるため,所望の箇所以外が加工されて試料が変質してしまうという問題が生じなくなるという効果を奏することができる。 In the embodiment described above, an argon ion beam is used. However, the same effect can be obtained with other elements such as nitrogen, oxygen, neon, xenon, krypton, and mixed ion beams. it is obvious. In this embodiment, a non-axisymmetric ion beam lens is used to control the width of the bottom of the beam. However, an aperture that makes the shape of the ion light source non-axial and a symmetric ion beam lens may be used. That is, the aperture from which ions are emitted from the ion source may be elliptical or rectangular, or a similar non-axis target aperture may be provided in the middle, and the lens may be adjusted using this aperture as the light source. Also in this case, the lens condition setting can be executed by the calculation processing device. This will be described later. As described above, according to the sample preparation method or the sample preparation device described in the present embodiment, in addition to the effects of the sample preparation method or the sample preparation device described in the first and second embodiments, plasma is further removed because neutral particles are removed. It is extremely unlikely that the metal neutral particles generated in the ion source will reach the sample, and defects will occur even if the processed wafer is returned to the process after processing. Further, since neutral particles of the gas species are not widely irradiated on the sample, it is possible to produce an effect that the problem that the sample is deteriorated by processing other than the desired portion does not occur.
実施例3で示した構成の試料作製装置では、プラズマイオン源で発生した中性粒子やカラム途中で生成された中性粒子は試料に到達しない。しかし,プラズマイオン源で発生した金属などの不純物イオンは試料に到達する。そこで、本実施例では、イオンビームの行路途中に質量分器を設けて、イオン不純物をトラップする構成の試料作製装置について説明する。なお、本実施例でも,マスク開口の形状を試料上に投影した成型ビームを用いる。図14に、本実施例のイオンビーム加工装置を示す。本実施例のイオンビーム加工装置は、真空容器41を有しており,真空容器41内には,デュオプラズマトロン51,コンデンサレンズ2,対物レンズ55,ステンシルマスク57,質量分離器61などから構成されるイオンビーム照射系,および試料11,二次粒子検出器12,試料ステージ13,プローブ15,デポガス源17,マニピュレータ43などが配置されている。また、本装置を制御する装置として,デュオプラズマトロン制御装置91,レンズ制御装置92,試料ステージ制御装置14,マニピュレータ制御装置16,デポガス源制御装置18,二次電子検出器制御装置19,および,質量分離器制御装置62,計算処理装置95などが配置されている。ここで,計算処理装置95は二次粒子検出器の検出信号を基に生成された画像や,情報入力手段によって入力した情報などを表示するディスプレイを備える。また,試料ステージは,試料載置面内の直行2方向への直線移動機構,試料載置面に垂直方向への直線移動機構,試料載置面内回転機構,および試料載置面内に傾斜軸を持つ傾斜機構を備え,これらの制御は計算処理装置95からの指令によって試料ステージ制御装置14で行われる。また,本実施例のイオンビーム加工装置には、イオンビーム照射系とは別に、電子ビーム鏡筒22が配置されており、電子銃7,電子レンズ9,電子ビーム走査偏向器10等を備えている。本装置の動作は実施例1の装置とほぼ同様であり,イオンビーム偏向器の替わりに質量分離器を動作させて,イオンビームに含まれる不純物イオンを除去する。なお,質量分離器の機能は,計算処理装置からの指令により,質量分離器制御装置が動作して実行される。質量分離器,コンデンサレンズ,マスク,対物レンズを通過した成型イオンビームは,試料に照射され矩形の穴が形成される。この後,電子ビーム照射系から放出される電子ビームによって試料断面を観察することができる。
In the sample preparation apparatus having the configuration shown in Example 3, the neutral particles generated in the plasma ion source and the neutral particles generated in the middle of the column do not reach the sample. However, impurity ions such as metals generated in the plasma ion source reach the sample. Therefore, in this embodiment, a sample preparation apparatus configured to trap ion impurities by providing a mass divider in the course of an ion beam will be described. Also in this embodiment, a molding beam obtained by projecting the shape of the mask opening onto the sample is used. FIG. 14 shows an ion beam processing apparatus according to this embodiment. The ion beam processing apparatus of the present embodiment has a
図14の装置における質量分離器の構造と電子ビーム筒塔との位置関係,および断面形成方向との関係を明確にするため,図15に、本装置の上面図(a),正面図(b),側面図(c)を示す。また、図15には、質量分離器61の内部構成も併せて示す。なお,図15では二次粒子検出器,デポガス源およびマニピュレータなどは省略して示している。
In order to clarify the positional relationship between the structure of the mass separator and the electron beam column in the apparatus of FIG. 14 and the relationship with the cross-section forming direction, FIG. ), Side view (c) is shown. FIG. 15 also shows the internal configuration of the
図15(a)〜(c)で示される上面図,正面図,側面図において、1006は試料を保持する試料ステージ,1001はイオンビームを発生させるイオン源,1002は該試料ステージに保持される試料に対してイオンビームを照射する照射光学系と,1003はイオンビームによって加工した断面を観察するための荷電ビーム照射光学系、1010が質量分離器である。本実施例の質量分離器1010は、イオンビームに対して電場と磁場を各々垂直方向に,かつ電場方向と磁場方向が垂直関係にある所謂E×B質量分離器である。1012は永久磁石、1011は、永久磁石1012と垂直方向に配置された電場印加用の静電偏向器である。本実施例では永久磁石を用いたが,代わりに電磁石を用いても良い。また磁場のみの質量分離でも良い。この場合にはイオンビーム行路が屈折するが,質量分離の質量分散方向をステージの試料載置面に投影した線分が,前記観察用の荷電粒子ビームの照射軸を前記ステージの試料載置面に投影した線分1105と少なくとも平行でなければ良い。質量分離の方向と各カラムの配置との関係については後述する。
15A to 15C, in a top view, a front view, and a side view, 1006 is a sample stage for holding a sample, 1001 is an ion source for generating an ion beam, and 1002 is held by the sample stage. An irradiation optical system for irradiating a sample with an ion beam, a charged beam irradiation optical system 1003 for observing a cross section processed by the ion beam, and a
図15(a)の右側図において、図中の矢印1015は質量分散が生じる方向を示す。質量分離器に入射したイオンのうち、永久磁石の磁場と電場がつりあった質量のイオンのみが質量分離アパーチャ1013を通過する。しかし、質量分離により、投射ビームの強度プロファイルの裾の幅が拡大し,急峻な断面を形成する妨げとなることが判明した。これは、イオンが持っているエネルギがイオン毎にばらつくことに起因している。イオンビームを質量分離器で分離する際,エネルギ差により分散方向にイオンビーム軌道に広がりが出てしまうのである。この影響は成型イオンビームにも及び,質量分離器で質量分散させる方向に裾の幅が拡大することがわかった。このため、本装置では、質量分離器の質量分散方向が,断面を掘り進む加工方向と平行にならないように質量分離器を配置することで、加工断面への影響を避けた。以下、図15(a)の左側図を用いて説明する。図15(a)の左側図において、線分1106は、質量分離器1010の質量分散方向を前記ステージの試料載置面に投影した線分であり、線分1105は、加工断面観察用の荷電粒子ビームの照射軸をステージの試料載置面に投影した線分である。本実施例の試料作製装置の構成上の特徴の一つは、線分1105と線分1106とが平行では無いことである。線分1105と線分1106とが平行な場合、イオンビームの質量分散が発生した側で加工された断面を観察することになるため、綺麗な加工断面を観測することができない。試料ステージを回転させてシャープな側で加工された加工断面を観察しても良いが、試料ステージを回転させる必要があるため、観察効率が悪く、ひいては、試料片作製のスループット低下を招く。線分1105と線分1106とが平行でないように質量分離器と荷電粒子線照射光学系との相対関係を定めることで、イオンビームスポットの最も鈍ったエッジで加工された断面の観察を避けることができる。また、この場合、線分1105と線分1106とは直交関係であることが好ましい。このような配置にすれば、イオンビームスポットの最もシャープな側のエッジで加工された断面の観察を最初から観察することができるためである。以上説明した線分1105と線分1106との相対位置関係は、図14の電子ビーム鏡体22と、質量分離器の61の質量分散方向が互いに平行にならないように定められていると定義しても同様である。以上、図14,図15で説明した構造とすることにより,成型イオンビームにより急峻な断面を短時間で形成することができ,かつ,断面加工後試料ステージを回転させることなく断面が観察可能になる。これにより、電子ビームによる高スループット断面観察が可能となる。
In the right side view of FIG. 15A, an
また,本実施例では,コンデンサレンズに軸対称なレンズを用いたが,2重4極子レンズからなる非軸対称イオンビームレンズに置き換えて,試料上に投射した角型のイオンビームの強度プロファイルの裾の幅について,観察するべき試料断面の垂直方向の幅を,イオンビーム照射軸に垂直で加工断面に平行方向に比べて小なるように制御して,前記質量分離の質量分散方向をステージの試料載置面に投影した線分が,観察すべき加工断面と少なくとも平行関係となるようにする。このときの成型ビームによって加工された穴の端面形状は,X方向でY方向に比べ急峻になり,断面観察に適した形状になる。また,イオンビーム電流はX,Y方向とも急峻なプロファイルになるように制御した場合に比べて大きくなる。 In this embodiment, an axisymmetric lens is used as the condenser lens. However, the intensity profile of the square ion beam projected on the sample is replaced with a non-axisymmetric ion beam lens composed of a double quadrupole lens. With respect to the width of the hem, the vertical width of the sample cross section to be observed is controlled to be smaller than the direction perpendicular to the ion beam irradiation axis and parallel to the processed cross section, and the mass dispersion direction of the mass separation is controlled by The line segment projected on the sample placement surface should be at least in parallel with the processing section to be observed. At this time, the shape of the end face of the hole processed by the shaped beam is steeper in the X direction than in the Y direction, and is suitable for cross-sectional observation. In addition, the ion beam current is larger than that in the case where control is performed so as to have a steep profile in both the X and Y directions.
また,本イオンビーム加工装置にイオンビーム走査偏向電極を,ステンシルマスク57と対物レンズ55の中間位置に追加してビームを走査して断面を作製する場合には,ビーム走査方向は断面平行方向と一致させると効率的な断面加工が可能になる。また,ステンシルマスクにマスク穴を小さく制限する機構を設け,その穴を投射した成型ビームで試料上を走査して試料画像を取得して加工位置を設定すれば精度良い位置設定をすることができる。なおマスク穴を小さく制限する機構としては,例えばステンシルマスクに微細アパーチャを重ねる構造としても良い。
In addition, when an ion beam scanning deflection electrode is added to the intermediate position between the
また,TEM試料作製では,観察するべき面の両側から同様な加工をすれば同様な効果を得ることができる。微小試料作製のための加工手順については,図5に示した方法と同様にすることができる。 In TEM sample preparation, the same effect can be obtained by performing similar processing from both sides of the surface to be observed. The processing procedure for micro sample preparation can be the same as the method shown in FIG.
また,本実施の形態ではビームの裾の幅を制御するために非軸対称イオンビームレンズとして2重4極子レンズを例としたが,非軸対称な制御が可能なレンズであれば,他の4極子レンズ,8極子レンズ,16極子レンズ等であっても良い。またこれらの組み合わせおよび対称レンズと組み合わせても良い。また、非軸対称イオンビームレンズの代わりに、イオン光源形状を非軸対象にするアパーチャと,対称イオンビームレンズを用いても良い。すなわち,イオン源からイオンが放出されるアパーチャを楕円形状あるいは長方形状にするか,あるいは途中に同様な非軸対象なアパーチャを設け,このアパーチャを光源としてレンズを調整しても良い。この場合も,レンズの条件設定は計算処理装置によって実行可能である。これについては後で述べる。また,本実施例では,アルゴンイオンビームを用いたが,他に窒素,酸素,ネオン,キセノン,クリプトンなどの元素,およびこれらの混合イオンビームでも同様な効果が得られるのは明らかである。 In this embodiment, a double quadrupole lens is used as an example of a non-axisymmetric ion beam lens in order to control the width of the bottom of the beam. A quadrupole lens, an octupole lens, a 16-pole lens, or the like may be used. Moreover, you may combine with these combinations and a symmetrical lens. Further, instead of the non-axisymmetric ion beam lens, an aperture having an ion light source shape as a non-axis target and a symmetric ion beam lens may be used. That is, the aperture from which ions are emitted from the ion source may be elliptical or rectangular, or a similar non-axis target aperture may be provided in the middle, and the lens may be adjusted using this aperture as the light source. Also in this case, the lens condition setting can be executed by the calculation processing device. This will be described later. In this embodiment, an argon ion beam is used. However, it is apparent that the same effect can be obtained by using elements such as nitrogen, oxygen, neon, xenon, krypton, and mixed ion beams.
また,本実施例では,デュオプラズマイオン源を用いたが,マイクロ波を用いたプラズマイオン源や液体金属イオン源を用いても同様な効果が得られる。特に金シリコン合金から質量分離器で金や不純物を取り除きシリコンイオンビームのみを試料に照射する場合にはシリコンデバイス製造において試料を不純物で汚染しないという効果を奏することができ,さらにプラズマイオン源では得にくい微細ビームを得ることができるという効果を奏することができる。 In this embodiment, the duoplasma ion source is used. However, the same effect can be obtained by using a plasma ion source or a liquid metal ion source using a microwave. In particular, when gold and impurities are removed from a gold-silicon alloy with a mass separator and the sample is irradiated only with a silicon ion beam, the sample is not contaminated with impurities in the manufacture of silicon devices. It is possible to obtain an effect that it is possible to obtain a difficult fine beam.
以上、本実施例で説明した試料作製方法ないし試料作製装置によれば、実施例1から3に説明した試料作製方法ないし試料作製装置の効果に加え、イオン源で発生した金属イオン等の不純物イオンが質量分離器で取り除かれ試料まで到達することが無く,試料を不純物で汚染することがないため、デバイス製造の歩留まりを低下させないという効果を奏することができる。
As described above, according to the sample preparation method or sample preparation apparatus described in this embodiment, in addition to the effects of the sample preparation method or sample preparation apparatus described in
本実施例では、イオン源は傾斜させずに、試料に照射されるイオンビームの強度プロファイルの裾の幅を非軸対称に成形した実施例について説明する。実施例3では、イオンビームの断面形状を成形するのにステンシルマスクを使用したが、本実施例でも同様にステンシルマスクを使用する。さらにイオン源近くに配置したアパーチャによって試料に照射されるイオンビームの強度プロファイルの裾の幅を制御する。これにより、試料に照射されるイオンビームの強度プロファイルの裾の幅とイオンビーム断面形状を独立に制御する。 In the present embodiment, an embodiment will be described in which the ion source is not inclined and the width of the bottom of the intensity profile of the ion beam irradiated on the sample is formed non-axisymmetrically. In Example 3, a stencil mask was used to shape the cross-sectional shape of the ion beam. However, a stencil mask is also used in this example. Further, the width of the bottom of the intensity profile of the ion beam irradiated on the sample is controlled by an aperture arranged near the ion source. Thereby, the width of the bottom of the intensity profile of the ion beam irradiated to the sample and the ion beam cross-sectional shape are independently controlled.
図16に本実施例のイオンビーム加工装置を示す。本イオンビーム加工装置は,真空容器41を有しており,真空容器内には,デュオプラズマトロン51,コンデンサレンズ2,対物レンズ55,ステンシルマスク57,イオン源アパーチャ1016などから構成されるイオンビーム照射系,および試料11,二次粒子検出器12,試料ステージ13,プローブ15,デポガス源17,マニピュレータ43などが配置されている。また本装置を制御する装置として,デュオプラズマトロン制御装置91,レンズ制御装置92,試料ステージ制御装置14,マニピュレータ制御装置16,デポガス源制御装置18,二次電子検出器制御装置19,イオン源アパーチャ制御装置1017,マスク制御装置1018および計算処理装置95などを備えている。イオン源アパーチャ1016は、複数の開口が設けられており、開口形状は楕円,長方形,正方形,円などである。
FIG. 16 shows an ion beam processing apparatus according to this embodiment. This ion beam processing apparatus has a
ここで,計算処理装置95は二次粒子検出器の検出信号を基に生成された画像や,情報入力手段によって入力した情報などを表示するディスプレイを備える。また,試料ステージは,試料載置面内の直行2方向への直線移動機構,試料載置面に垂直方向への直線移動機構,試料載置面内回転機構,および試料載置面内に傾斜軸を持つ傾斜機構を備え,これらの制御は計算処理装置95からの指令によって試料ステージ制御装置14で行われる。
Here, the
また,本装置には電子銃7,電子レンズ9,電子ビーム走査偏向器10等で構成される電子ビーム照射系が配置されている。
本装置は、実施例1の装置とほぼ同様の構成を備えているがイオンビーム偏向器を備えてない。イオン源から照射されたイオンビームは、イオン源アパーチャ1016,コンデンサレンズ2,ステンシルマスク57,対物レンズ55を通過し、試料に照射される。試料表面には、当該イオンビーム照射により加工穴が形成され、加工断面は、電子ビーム照射系から放出される電子ビームによって試料断面を観察される。
In addition, an electron beam irradiation system including an electron gun 7, an
This apparatus has substantially the same configuration as the apparatus of Example 1, but does not include an ion beam deflector. The ion beam irradiated from the ion source passes through the
図16の装置におけるイオン源アパーチャと電子ビーム筒塔間の配置の関係を明確にするため,図17(a)〜(c)に、本装置の平面図(a),正面図(b),側面図(c)を示す。なお,図17では二次粒子検出器,デポガス源およびマニピュレータなどの図示は省略した。図17(a)〜(c)で示される上面図,正面図,側面図において、1006は試料を保持する試料ステージ、1001はイオンビームを発生させるイオン源,1002は該試料ステージに保持される試料に対してイオンビームを照射する照射光学系である。当該イオンビーム照射系では、イオンビーム経路途中に所望の開口を持つマスクを2つ以上備え,少なくとも一つのマスク57の開口形状が試料上に投射される。第一のマスクすなわちイオン源アパーチャ1016の開口は非軸対称な形状を有し、試料上に投射したイオンビーム強度プロファイルも非軸対称形状となる。
In order to clarify the arrangement relationship between the ion source aperture and the electron beam column in the apparatus of FIG. 16, FIGS. 17 (a) to 17 (c) are a plan view (a), a front view (b), A side view (c) is shown. In FIG. 17, the secondary particle detector, the deposition gas source, the manipulator and the like are not shown. 17A to 17C, in a top view, a front view, and a side view, 1006 is a sample stage for holding a sample, 1001 is an ion source for generating an ion beam, and 1002 is held by the sample stage. An irradiation optical system that irradiates a sample with an ion beam. In the ion beam irradiation system, two or more masks having desired openings are provided in the middle of the ion beam path, and the opening shape of at least one
図18には、本実施例で使用する非軸対称開口を備えたイオン源アパーチャ1016の一例を示す。イオン源アパーチャ1016は、複数の種類の形状の開口が設けられており、加工方法に応じて使用する開口を切り替える。切り替の際に便利なように、アパーチャ端部には、開口毎に切り欠きが設けられている。図16では図示を省略しているが、本実施例の加工装置には、イオン源アパーチャの送り機構が備えられており、切り欠きによって開口を選択する。図中の一点鎖線は、それぞれX方向、Y方向の中心軸であり、その交点が開口の中心軸を形成する。イオンビームがアパーチャを通過する際には、ビームの中心はおおよそこの軸上を通過する。ここで、非軸対称な形状とは,円以外の開口形状一般をさすが,本出願では正方形も除いた形状とする。開口形状が正方形の場合には、ビームの裾の幅が、X方向,Y方向の2方向に対して同じになるためである。
FIG. 18 shows an example of an
本実施例においては、図18のイオン源アパーチャは、加工装置内で、開口の長軸方向を図17のX方向に、開口の短軸方向を図17のY方向に、それぞれ一致させて配置されている。このように、Y方向に,イオン源アパーチャ1016の開口の長軸すなわち長方形の長辺あるいは楕円の長径を合わせる設定にすると,対物レンズを通過するイオンビームのX方向の広がりは、Y方向の広がりに比べて小さくなり、対物レンズの収差の影響は小さくなる。よって、X方向のビームプロファイルの裾の形状が,Y方向のそれに比べ急峻になり、結果的に成型ビームによって加工された穴の端面形状も、X方向でY方向に比べ急峻になる。また,イオンビーム電流は、X,Y方向とも急峻なプロファイルになるように制御した場合に比べて大きくなる。特に、ステンシルマスク57の矩形穴端の一辺が照射軸と重なるようにステンシルマスク位置を調整すると、ビームの裾の幅をより小さく制御することができる。これはイオンビーム照射軸上ではレンズの収差が最小になるためである。
In the present embodiment, the ion source aperture of FIG. 18 is arranged in the processing apparatus so that the long axis direction of the opening coincides with the X direction of FIG. 17 and the short axis direction of the opening coincides with the Y direction of FIG. Has been. As described above, when the major axis of the aperture of the
図19には、イオン源アパーチャと,ステンシルマスクの選択により得られる成型ビーム形状とビームプロファイルを示す。なお,選択した開口は図中では矢印で指示。図19(a)は長方形の開口のイオン源アパーチャと長方形の開口のステンシルマスクを選択した場合である。成型ビームはY方向に長くかつ,X方向に急峻な強度プロファイルを持つ。図19(b)は長方形の開口のイオン源アパーチャと正方形の開口のステンシルマスクを選択した場合である。成型ビームは正方形であるが,図19(a)と同様にX方向に急峻な強度プロファイルを持つ。このようにイオン源アパーチャを選択することにより、成型イオンビーム形状とは独立に強度プロファイルの裾を制御可能となる。すなわち,加工領域の設定と,加工精度の設定を独立して行うことができる。これによると図19(b)のように正方形の領域でX方向に急峻な断面を形成し,その加工穴の一面をY方向から観察して,次に別の領域について観察領域を拡大するため図19(a)のようにY方向の加工領域を拡大し,急峻性については同様な仕様で加工し,同様にY方向から観察することができる。このとき観察に必要な面のみ急峻に加工するため,加工のスループットが向上するとともに,さらに断面の急峻性の仕様を同一にして,観察領域を自由に設定できるという効果を奏することができる。 FIG. 19 shows a shaped beam shape and a beam profile obtained by selecting an ion source aperture and a stencil mask. The selected opening is indicated by an arrow in the figure. FIG. 19A shows a case where an ion source aperture having a rectangular opening and a stencil mask having a rectangular opening are selected. The shaped beam is long in the Y direction and has a steep intensity profile in the X direction. FIG. 19B shows a case where an ion source aperture having a rectangular opening and a stencil mask having a square opening are selected. The shaped beam is square, but has a steep intensity profile in the X direction as in FIG. 19 (a). By selecting the ion source aperture in this way, the tail of the intensity profile can be controlled independently of the shape of the shaped ion beam. That is, the setting of the machining area and the setting of the machining accuracy can be performed independently. According to this, in order to form a steep cross section in the X direction in a square region as shown in FIG. 19B, observe one surface of the processed hole from the Y direction, and then enlarge the observation region in another region. As shown in FIG. 19 (a), the processing region in the Y direction can be enlarged, the steepness can be processed with the same specifications, and the observation can be similarly performed from the Y direction. At this time, since only the surface necessary for observation is sharply processed, the throughput of processing is improved, and further, it is possible to achieve the effect that the observation region can be set freely by making the specifications of the sharpness of the cross section the same.
以上,本実施例の装置の特徴は,イオンビーム照射系が,イオンビーム経路途中に所望の開口を持つマスクを2つ以上備え,少なくとも一つのマスク形状を試料上に投射する投射イオン光学系であり,アパーチャマスクの開口の形状が非軸対称であり,その長軸方向を前記ステージの試料載置面に投影した線分が,前記電子ビーム照射光学系の照射軸を前記ステージの試料載置面に投影した線分と少なくとも垂直方向とすることが可能な構造であることである。この構造とすることにより,成型イオンビームにより急峻な断面を短時間で形成することができ,かつ,断面加工後試料ステージを回転させることなく断面が観察可能になるため,電子ビームによる断面観察を高スループットでできる。また、以上に述べた実施例では,アルゴンイオンビームを用いたが,他に窒素,酸素,ネオン,キセノン,クリプトンなどの元素,およびこれらの混合イオンビームでも同様な効果が得られるのは明らかである。 As described above, the apparatus of the present embodiment is characterized in that the ion beam irradiation system is a projection ion optical system that includes two or more masks having desired openings in the ion beam path and projects at least one mask shape onto the sample. The aperture mask has a non-axisymmetric aperture shape, and the line segment obtained by projecting the major axis direction onto the sample mounting surface of the stage has the irradiation axis of the electron beam irradiation optical system as the sample mounting position of the stage. This is a structure that can be at least perpendicular to the line segment projected onto the surface. With this structure, a steep cross section can be formed in a short time with a shaped ion beam, and the cross section can be observed without rotating the sample stage after cross section processing. Can be done with high throughput. In the embodiments described above, an argon ion beam was used. However, it is obvious that similar effects can be obtained by using other elements such as nitrogen, oxygen, neon, xenon, krypton, and mixed ion beams. is there.
以上、本実施の形態によると,実施例2に説明した試料作製方法ないし試料作製装置の効果と同等の効果が得られる。ここで実施例2に説明した試料作製装置は非軸対称イオンビームレンズを用いてイオンビームプロファイルの急峻性を制御するが,その調整がやや煩雑になるといった問題があった。しかし,本実施の形態ではイオン源アパーチャの切り替えでイオンビームプロファイルの急峻性を制御するため,その調整が簡単になるという効果を奏することができる。 As described above, according to this embodiment, the same effects as those of the sample preparation method or the sample preparation apparatus described in Example 2 can be obtained. Here, the sample preparation apparatus described in Example 2 uses a non-axisymmetric ion beam lens to control the steepness of the ion beam profile, but there is a problem that the adjustment becomes somewhat complicated. However, since the steepness of the ion beam profile is controlled by switching the ion source aperture in the present embodiment, the effect of simplifying the adjustment can be achieved.
本実施例では、実施例4で説明した質量分離器によるイオン源中の不純物遮蔽機能と傾斜イオン源配置によるビームプロファイルの制御機能とに加えて、傾斜イオン源を搭載したイオンビームカラム自体も傾斜させた構造を備えた集束イオンビーム装置に関して説明する。なお、本実施例においては、便宜上、非軸対称アパーチャを用いてイオンビームの裾の幅の制御を行なう例について説明するが、これまでの実施例で説明してきたように、ステンシルマスクや複数の非軸対称アパーチャを用いてイオンビームプロファイル形状を成形しても構わない。 In this embodiment, in addition to the impurity shielding function in the ion source by the mass separator described in Embodiment 4 and the beam profile control function by the tilted ion source arrangement, the ion beam column itself equipped with the tilted ion source is also tilted. A focused ion beam apparatus having the above structure will be described. In this embodiment, for the sake of convenience, an example in which the width of the hem of the ion beam is controlled using a non-axisymmetric aperture will be described. However, as described in the previous embodiments, a stencil mask and a plurality of The ion beam profile shape may be formed using a non-axisymmetric aperture.
また、実施例1から4までの構造の装置では図6で説明した微小試料作製の際に試料ステージを傾斜させる。ところが大型のウェーハを扱う場合にはステージ傾斜に時間を要するという問題があった。そもそも大型の傾斜ステージ開発が困難になるという問題もあった。そこで本実施例では,イオンビームカラム自体も傾斜させることによって,ステージ傾斜によらずステージ回転で微小試料を作製する。 Further, in the apparatus having the structure of the first to fourth embodiments, the sample stage is tilted when the micro sample is manufactured as described with reference to FIG. However, when handling a large wafer, there is a problem that it takes time to tilt the stage. In the first place, there was a problem that it was difficult to develop a large tilt stage. In this embodiment, therefore, the ion beam column itself is also tilted to produce a micro sample by rotating the stage regardless of the stage tilt.
本実施例の集束イオンビーム装置の外観は、FIBカラムが傾いている他は、図14に示した装置とほぼ同じである。よって、本実施例では、外観全体図を用いた説明は省略し、要部図面を用いた説明のみ行う。 The appearance of the focused ion beam apparatus of the present embodiment is almost the same as the apparatus shown in FIG. 14 except that the FIB column is inclined. Therefore, in this embodiment, the description using the overall external view is omitted, and only the description using the main part drawings is given.
図20(a)〜(c)には、本実施例のイオンビーム装置の上面図,正面図,側面図を示す。図20(a)〜(c)で示される上面図,正面図,側面図において、1006は試料を載置する試料ステージ,1001はイオンビームを発生させるイオン源1001,1002は該試料ステージに保持される試料に対してイオンビームを照射する照射光学系、いわゆるイオンビームカラム,1003はイオンビームによって加工した断面を観察するための荷電ビーム照射光学系、いわゆるSEMカラムである。 20A to 20C are a top view, a front view, and a side view of the ion beam apparatus of the present embodiment. 20A to 20C, in a top view, a front view, and a side view, 1006 is a sample stage on which a sample is placed, 1001 is an ion source that generates an ion beam, and 1002 is held on the sample stage. An irradiation optical system for irradiating a sample to be irradiated with an ion beam, a so-called ion beam column, 1003 is a charged beam irradiation optical system for observing a cross section processed by the ion beam, a so-called SEM column.
イオンビーム照射系1003の内部構造は図16に示した装置の構造とほぼ同じであり、イオン源から放射されたイオンビーム光軸上に、イオン源アパーチャ1016とステンシルマスク57とが配置されている。イオン源アパーチャ1016は、非軸対称な形状の開口を有し、当該開口を通過したイオンビームのスポット形状を非軸対称に成形し、ステンシルマスク57は、イオン源アパーチャ1016によって成形されたイオンビームを試料上に投射する。ここで、線分1105は、前記観察用の荷電粒子ビームの照射軸を試料ステージの試料載置面に投影した線分であり、1106は、質量分離器1010の質量分散方向を前記ステージの試料載置面に投影した線分である。
The internal structure of the ion beam irradiation system 1003 is almost the same as that of the apparatus shown in FIG. 16, and an
次に、図20(b)(c)を用いて、イオンビームカラム1002とSEMカラム1003の傾斜関係について説明する。説明の便宜上、試料ステージ面内にX,Y軸、試料ステージの法線方向にZ軸を、試料ステージの中心に座標系の原点をとって考える。図20(b)において、SEMカラム1003は、ZX面内に傾けて配置され、その傾き角はZ軸に対して45度である。同様に、図20(c)において、イオンビームカラム1002は、YZ面内に傾いて配置されその傾斜角は、Y軸に対して60度である。1101は、イオン源からイオンビームを引き出す引き出し軸であり、1102は、イオンビームを試料に照射するイオンビーム照射軸である。1101,1102ともに、YZ面内で傾斜しているため、1101,1102を試料ステージへ投影した方向は、線分1105と直交する。SEMカラムの配置とイオンビームカラムの配置をこのように配置し、かつ質量分離方向が線分1106に一致するように質量分離器1010を調整することにより、実施例4と同様、イオンビームスポットの最もシャープな側のエッジで加工された断面の観察を最初から観察することができる。また、線分1105と線分1106とが少なくとも平行で無いようにイオンビームカラムとSEMカラムとを配置する、あるいは質量分離器1010を調整することにより、イオンビームスポットの最も鈍ったエッジで加工された断面の観察を避けることができる。
Next, the inclination relationship between the
本実施例のイオンビーム装置の特徴は、イオン源のみならずイオンビームカラムも傾斜して配置した構造にある。この構造の場合,イオンビームで微小試料作製をする場合に,試料ステージを傾斜することなく,ステージを回転させることによって実現が可能になり,作製のスループットを向上でき,さらにはステージに傾斜自由度がなくても微小試料作製可能になるというという効果を奏することができる。 The feature of the ion beam apparatus of the present embodiment is the structure in which not only the ion source but also the ion beam column is inclined. In the case of this structure, when a micro sample is prepared with an ion beam, it can be realized by rotating the stage without tilting the sample stage, so that the throughput of the manufacturing can be improved. There is an effect that a minute sample can be manufactured even if there is no.
このような装置構成で,図20のようにY方向に,イオン源アパーチャ1016の開口の長軸すなわち長方形の長辺あるいは楕円の長径を合わせる設定にすると,対物レンズを通過するイオンビームはX方向の広がりがY方向に比べて小さくなるため対物レンズの収差の影響は小さくなる。このとき,X方向のビームプロファイルの裾の形状は,Y方向に比べ急峻になる。したがって,成型ビームによって加工された穴の端面形状は,X方向でY方向に比べ急峻になり,断面観察に適した形状になる。また,イオンビーム電流はX,Y方向とも急峻なプロファイルになるように制御した場合に比べて大きくなる。
With such an apparatus configuration, when the major axis of the aperture of the
以上、本実施例で説明した試料作製方法ないし試料作製装置によれば、イオン源で発生した金属イオン等の不純物イオンが質量分離器で取り除かれ試料まで到達することが無く,試料を不純物で汚染することがないため、デバイス製造の歩留まりを低下させない。また,同時に,中性粒子が除去されるためプラズマイオン源の中で生じた金属の中性粒子が試料に到達せず,加工後に加工済みのウェーハをプロセスに戻しても不良を発生させるようなことは極めて少なくなる。また,ガス種の中性粒子が広く試料に照射されることもなくなるため,所望の箇所以外が加工されて試料が変質してしまうという問題が生じなくなるまた、実施例1から5に説明した試料作製方法ないし試料作製装置の効果に加え、更にイオンビームで微小試料作製をする場合に,試料ステージを傾斜することなく,ステージを回転させることによって実現が可能になり,作製のスループットを向上でき,さらにはステージに傾斜自由度がなくても微小試料作製可能になるというという効果を奏することができる。また,これにより大型のウェ−ハ対応の装置の構成が簡便になるという効果を奏することができる。 As described above, according to the sample preparation method or sample preparation apparatus described in this embodiment, impurity ions such as metal ions generated in the ion source are removed by the mass separator and do not reach the sample, and the sample is contaminated with impurities. Therefore, the device manufacturing yield is not lowered. At the same time, since the neutral particles are removed, the metal neutral particles generated in the plasma ion source do not reach the sample, and defects may occur even if the processed wafer is returned to the process after processing. This is very little. In addition, the neutral particles of the gas species are not widely irradiated to the sample, so that the problem that the sample other than the desired portion is processed and the sample is deteriorated does not occur. In addition, the sample described in Examples 1 to 5 In addition to the effects of the manufacturing method or sample preparation device, it is possible to realize a micro sample preparation with an ion beam by rotating the stage without tilting the sample stage, thereby improving the production throughput. Furthermore, it is possible to produce an effect that a micro sample can be manufactured even if the stage does not have a degree of freedom of tilt. This also has the effect of simplifying the configuration of a large wafer compatible device.
本実施例においては、以下のイオンビーム加工装置ないしイオンビーム加工方法が開示される。
(1)試料に対して集束イオンビームを照射して所定の加工を行なうイオンビーム加工装置において、イオンビーム照射軸に対して垂直面内における前記イオンビームのスポット形状が非軸対称であり、前記試料上に形成される加工溝の断面の一つが、前記非軸対称形状の短軸方向と平行となるように加工することを特徴とするイオンビーム加工装置。
(2)イオンビームを試料に対して照射して所定の加工を行なうイオンビーム加工装置において、前記イオンビームのイオンビーム照射軸に対して垂直面内におけるビームスポット形状を非軸対称形状に成形する手段と、前記試料上でのイオンビームの照射位置における前記ビームスポットの一つの軸を所定の方向へ向ける手段とを備えたことを特徴とするイオンビーム加工装置。
(3)被加工試料を載置するステージと、イオンビームを前記試料に対して照射または走査させるイオンビームカラムと、試料に対して電子線を照射するSEMカラムとを有し、前記イオンビームカラムが質量分離器を備えることを特徴とするイオンビーム加工装置。(4)試料を保持する試料ステージと,イオンビームを発生させるイオン源と、イオン光源を試料上にビームスポットとして結像する照射光学系と、該ビームスポットの形状を非軸対称形状に整形して結像する手段と、前記試料ステージに保持される試料の加工時に,該試料の加工断面と前記ビームスポット形状の長軸とを平行に揃える制御手段とを備え,前記イオン源からイオンビームを引き出す軸と,イオンビームを試料に照射する軸が傾斜関係にある構造であり,その傾斜方向を前記ステージの試料載置面に投影した線分が,前記ビームスポット形状の長軸を前記ステージの試料載置面に投影した線分と少なくとも平行関係とすることが可能な構造であることを特徴とするイオンビーム加工装置。
In this embodiment, the following ion beam processing apparatus or ion beam processing method is disclosed.
(1) In an ion beam processing apparatus that performs predetermined processing by irradiating a sample with a focused ion beam, a spot shape of the ion beam in a plane perpendicular to an ion beam irradiation axis is non-axisymmetric, An ion beam processing apparatus, wherein one of the cross sections of a processing groove formed on a sample is processed so as to be parallel to the minor axis direction of the non-axisymmetric shape.
(2) In an ion beam processing apparatus that performs predetermined processing by irradiating a sample with an ion beam, a beam spot shape in a plane perpendicular to the ion beam irradiation axis of the ion beam is formed into a non-axisymmetric shape. An ion beam processing apparatus comprising: means; and means for directing one axis of the beam spot in a predetermined direction at an irradiation position of the ion beam on the sample.
(3) a stage on which a sample to be processed is placed; an ion beam column that irradiates or scans the sample with an ion beam; and an SEM column that irradiates the sample with an electron beam, the ion beam column Is provided with a mass separator. (4) A sample stage for holding a sample, an ion source that generates an ion beam, an irradiation optical system that forms an ion light source as a beam spot on the sample, and the shape of the beam spot is shaped into a non-axisymmetric shape. And a control means for aligning the processed cross section of the sample and the major axis of the beam spot shape in parallel when processing the sample held on the sample stage. The extraction axis and the axis for irradiating the sample with the ion beam are in a tilt relationship, and the line segment obtained by projecting the tilt direction on the sample mounting surface of the stage has the long axis of the beam spot shape as the stage of the stage. An ion beam processing apparatus characterized by having a structure capable of at least a parallel relationship with a line segment projected on a sample mounting surface.
(5)試料を保持する試料ステージと,イオンビームを発生させるイオン源と,該イオン源から引き出したイオンビームを所望の形状の開口を有するマスクを通して試料に照射する投射イオンビーム照射系と,試料上に投射した角型のイオンビームの強度プロファイルの裾の幅について,観察するべき試料断面の垂直方向の幅を,イオンビーム照射軸に垂直で加工断面に平行方向に比べて小なるように制御する制御手段を備え,前記イオン源からイオンビームを引き出す軸と,イオンビームを試料に照射する軸が傾斜関係にある構造であり,その傾斜方向が,観察すべき加工断面と少なくとも平行関係であることを特徴とするイオンビーム加工装置。
(6)試料を保持する試料ステージと,イオンビームを発生させるイオン源と、該試料ステージに保持される試料に対してイオンビームを照射する照射光学系と,該イオンビームによって加工した断面を観察するための荷電ビーム照射光学系を備え,前記イオン源から引き出したイオンビームを質量分離する機構を備え、該質量分離の質量分散方向を前記ステージの試料載置面に投影した線分が,前記観察用の荷電粒子ビームの照射軸を前記ステージの試料載置面に投影した線分と少なくとも直交関係とすることが可能な構造であることを特徴とするイオンビーム加工装置。
(7)試料を保持する試料ステージと,イオンビームを発生させるイオン源と、イオン光源を試料上にビームスポットとして結像する照射光学系と、該ビームスポットの形状を非軸対称形状に整形して結像する手段と、前記試料ステージに保持される試料の加工時に,該試料の加工断面と前記ビームスポット形状の長軸とを平行に揃える制御手段とを備え, 前記イオン源から引き出したイオンビームを質量分離する機構を備え、該質量分離の質量分散方向を前記ステージの試料載置面に投影した線分が,前記ビームスポット形状の長軸を前記ステージの試料載置面に投影した線分と少なくとも平行関係にすることが可能な構造であることを特徴とするイオンビーム加工装置。
(8)試料を保持する試料ステージと,イオンビームを発生させるイオン源と該試料ステージに保持される試料に対してイオンビームを照射する照射光学系を備え,該照射光学系は,イオン光源を試料上にビームスポットとして結像するものであり,その形状を非軸対称形状に整形して結像する手段を備え,前記試料ステージに保持される試料の加工時に,該試料の加工断面と前記ビームスポット形状の長軸とを平行に揃える制御手段とを備え,さらに前記試料の加工断面に荷電ビームを照射する照射光学系を備え,その照射軸を前記ステージの試料載置面に投影した線分が,前記ビームスポット形状の長軸にすくなくとも直交関係にすることが可能な構造であることを特徴とするイオンビーム加工装置。
(5) A sample stage for holding a sample, an ion source for generating an ion beam, a projection ion beam irradiation system for irradiating the sample with an ion beam extracted from the ion source through a mask having an opening having a desired shape, and a sample The width of the bottom of the intensity profile of the square ion beam projected above is controlled so that the width in the vertical direction of the sample cross section to be observed is smaller than the direction perpendicular to the ion beam irradiation axis and parallel to the processing cross section. And an axis for extracting the ion beam from the ion source and an axis for irradiating the sample with the ion beam are in a tilt relationship, and the tilt direction is at least parallel to the processing cross section to be observed An ion beam processing apparatus characterized by that.
(6) A sample stage for holding a sample, an ion source for generating an ion beam, an irradiation optical system for irradiating the sample held on the sample stage with an ion beam, and a cross section processed by the ion beam are observed. A charged beam irradiation optical system, and a mechanism for mass-separating the ion beam extracted from the ion source, wherein a line segment obtained by projecting the mass dispersion direction of the mass separation onto the sample mounting surface of the stage is An ion beam processing apparatus characterized by having a structure in which an irradiation axis of a charged particle beam for observation is at least orthogonal to a line segment projected on a sample mounting surface of the stage.
(7) A sample stage for holding a sample, an ion source that generates an ion beam, an irradiation optical system that forms an ion light source as a beam spot on the sample, and the shape of the beam spot is shaped into a non-axisymmetric shape. And an imaging means, and a control means for aligning the processed cross section of the sample and the major axis of the beam spot shape in parallel when processing the sample held on the sample stage. A mechanism for separating a beam by mass, and a line segment obtained by projecting the mass dispersion direction of the mass separation onto the sample placement surface of the stage is a line obtained by projecting the long axis of the beam spot shape onto the sample placement surface of the stage An ion beam processing apparatus characterized by having a structure capable of at least a parallel relationship with the minute.
(8) A sample stage for holding a sample, an ion source for generating an ion beam, and an irradiation optical system for irradiating the sample held on the sample stage with an ion beam, the irradiation optical system including an ion light source An image is formed as a beam spot on the sample, and is provided with means for shaping the image into a non-axisymmetric shape to form an image, and when processing the sample held on the sample stage, A control means for aligning the major axis of the beam spot shape in parallel, and an irradiation optical system for irradiating a charged beam to the processing section of the sample, and a line projected on the sample mounting surface of the stage An ion beam processing apparatus characterized by having a structure in which the portion can be at least orthogonal to the major axis of the beam spot shape.
(9)試料を保持する試料ステージと,イオンビームを発生させるイオン源と該試料ステージに保持される試料に対してイオンビームを照射する照射光学系を備え,前記イオンビーム照射系が,イオンビーム経路途中に所望の開口を持つマスクを2つ以上備え,少なくとも一つのマスク形状を試料上に投射する投射イオン光学系であり,第一のマスクが非軸対称な形状を持ち,その長軸方向と短軸方向について試料上に投射したイオンビームの強度プロファイルの裾の幅について非軸対称にすることを特徴とするイオンビーム加工装置。
(10)試料を保持する試料ステージと,イオンビームを発生させるイオン源と該試料ステージに保持される試料に対してイオンビームを照射する照射光学系を備え,該イオンビームによって試料の断面を加工することが可能であり,前記イオンビーム照射系が,イオンビーム経路途中に所望の開口を持つマスクを2つ以上備え,少なくとも一つのマスク形状を試料上に投射する投射イオン光学系であり,少なくとも一つのマスクが非軸対称な形状を持ち,その長軸方向を試料断面に平行方向にすることにより,試料上に投射したイオンビームの強度プロファイルの裾の幅について,観察するべき試料断面の垂直方向の幅を,イオンビーム照射軸に垂直で加工断面に平行方向に比べて小なるようにすることを特徴とするイオンビーム加工装置。
(11)試料を保持する試料ステージと,イオンビームを発生させるイオン源と該試料ステージに保持される試料に対してイオンビームを照射する照射光学系を備え,該イオンビームによって試料の断面を加工することが可能であり,さらに該イオンビームによって加工した断面を観察するための荷電ビーム照射光学系を備え,前記イオンビーム照射系が,イオンビーム経路途中に所望の開口を持つマスクを2つ以上備え,少なくとも一つのマスク形状を試料上に投射する投射イオン光学系であり,少なくとも一つのマスクが非軸対称な形状を持ち,その長軸方向を前記ステージの試料載置面に投影した線分が,前記荷電ビーム照射光学系の照射軸を前記ステージの試料載置面に投影した線分と少なくとも垂直方向とすることが可能な構造であることを特徴とするイオンビーム加工装置。
(12)上記に開示されたイオン源がプラズマイオン源であり,プラズマからイオンを引き出すアパーチャが前記軸非対称であるマスクのとなることを特徴とするイオンビーム加工装置。
(9) A sample stage for holding a sample, an ion source for generating an ion beam, and an irradiation optical system for irradiating the sample held on the sample stage with an ion beam, the ion beam irradiation system being an ion beam This is a projection ion optical system that has two or more masks with desired openings in the path and projects at least one mask shape onto the sample. The first mask has a non-axisymmetric shape and its long axis direction And an ion beam processing apparatus, wherein the width of the bottom of the intensity profile of the ion beam projected on the sample in the short axis direction is made non-axisymmetric.
(10) A sample stage for holding a sample, an ion source for generating an ion beam, and an irradiation optical system for irradiating the sample held on the sample stage with an ion beam are processed, and a cross section of the sample is processed by the ion beam. The ion beam irradiation system is a projection ion optical system that includes two or more masks having a desired opening in the ion beam path, and projects at least one mask shape onto the sample. One mask has a non-axisymmetric shape, and its long axis is parallel to the sample cross section, so that the width of the bottom of the intensity profile of the ion beam projected on the sample is perpendicular to the sample cross section to be observed. Ion beam processing apparatus characterized in that the width of the direction is smaller than the direction parallel to the processing cross section perpendicular to the ion beam irradiation axis
(11) A sample stage for holding a sample, an ion source for generating an ion beam, and an irradiation optical system for irradiating the sample held on the sample stage with an ion beam, and processing the cross section of the sample with the ion beam And a charged beam irradiation optical system for observing a cross section processed by the ion beam, wherein the ion beam irradiation system includes two or more masks having desired openings in the ion beam path. A projection ion optical system for projecting at least one mask shape onto a sample, wherein at least one mask has a non-axisymmetric shape, and a long line direction of the line segment projected onto the sample mounting surface of the stage. However, the structure is such that the irradiation axis of the charged beam irradiation optical system can be at least perpendicular to the line segment projected onto the sample mounting surface of the stage. Ion beam processing apparatus according to claim Rukoto.
(12) An ion beam processing apparatus, wherein the ion source disclosed above is a plasma ion source, and an aperture for extracting ions from the plasma is the axially asymmetric mask.
(13)上記のイオンビーム加工装置において,非軸対称形状が楕円状であること特徴とするイオンビーム加工装置。
(14)上記のイオンビーム加工装置において,前記楕円状に整形する手段として,楕円形状または長方形状の開口を有するアパーチャを備え,試料の加工断面に荷電ビームを照射する照射光学系を備え,その照射軸を前記ステージの試料載置面に投影した線分が,前記開口の楕円形状の長軸または長方形状の長辺を前記ステージの試料載置面に投影した線分少なくとも垂直方向とすることが可能な構造であることを特徴とするイオンビーム加工装置。
(15)イオン源と,該イオン源から引き出したイオンビームを試料に照射する照射光学系と,試料を保持する試料ステージと,イオンビームを制御して試料断面形成加工を行うイオンビーム制御手段とを備え,前記イオン源からイオンビームを引き出す軸と,イオンビームを試料に照射する軸が傾斜関係にある構造であるイオンビーム装置によって試料の断面を形成するイオンビーム加工方法において,イオンビームを試料に照射する軸に対するイオン源からイオンビームを引き出す軸の傾斜方向をステージの試料載置面に投影した線分と,観察方向をステージの試料載置面に投影した線分とが,垂直方向となる観察方向から加工断面を荷電粒子ビームで観察するステップを含むことを特徴とするイオンビーム加工方法。
(16)イオン源と,該イオン源から引き出したイオンビームを試料に照射する照射光学系と,試料を保持する試料ステージと,イオンビームを制御して試料断面形成加工を行うイオンビーム制御手段とを備え,前記イオン源から引き出したイオンビームを質量分離する機構を備える構造であるイオンビーム装置によって試料の断面を形成するイオンビーム加工方法において,前記質量分離機構の質量分散の方向を前記ステージの試料載置面に投影した線分と,観察方向を前記ステージの試料載置面に投影した線分とが,垂直方向となる観察方向から加工断面を荷電粒子ビームで観察するステップを含むことを特徴とするイオンビーム加工方法。
(13) In the ion beam processing apparatus, the non-axisymmetric shape is an ellipse.
(14) In the above ion beam processing apparatus, the means for shaping into an ellipse is provided with an aperture having an elliptical or rectangular opening, and an irradiation optical system for irradiating a charged cross section on a processed cross section of the sample. A line segment in which the irradiation axis is projected onto the sample mounting surface of the stage is at least perpendicular to a line segment in which the elliptical long axis or rectangular long side of the opening is projected onto the sample mounting surface of the stage. An ion beam processing apparatus characterized by having a structure capable of.
(15) an ion source, an irradiation optical system for irradiating the sample with an ion beam extracted from the ion source, a sample stage for holding the sample, and an ion beam control means for controlling the ion beam to perform sample cross-section forming processing An ion beam processing method in which a cross section of a sample is formed by an ion beam device having a structure in which an axis for extracting an ion beam from the ion source and an axis for irradiating the sample with the ion beam are in an inclined relationship. A line segment obtained by projecting the tilt direction of the axis for extracting the ion beam from the ion source with respect to the axis irradiated on the stage onto the sample placement surface of the stage and a line segment projected on the sample placement surface of the stage are perpendicular to each other. An ion beam processing method comprising a step of observing a processing cross section with a charged particle beam from an observation direction.
(16) an ion source, an irradiation optical system for irradiating the sample with an ion beam extracted from the ion source, a sample stage for holding the sample, and an ion beam control means for controlling the ion beam to perform sample cross-section forming processing And an ion beam processing method for forming a cross section of a sample by an ion beam apparatus having a mechanism for mass-separating an ion beam extracted from the ion source, wherein the direction of mass dispersion of the mass separation mechanism is determined on the stage. A step of observing a processing section with a charged particle beam from an observation direction in which a line segment projected onto the sample placement surface and a line segment projected on the sample placement surface of the stage are perpendicular to each other. A characteristic ion beam processing method.
(17)イオン源と,該イオン源から引き出したイオンビームを試料に照射する照射光学系と,試料を保持する試料ステージと,イオンビームを制御して試料断面形成加工を行うイオンビーム制御手段とを備えるイオンビーム装置によって試料の断面を形成するイオンビーム加工方法において,該照射光学系によって前記イオンビームのビームスポット形状を非軸対称形状に整形するステップを含み,さらに前記試料ステージに保持される試料の加工時に,該試料の加工断面と前記ビームスポット形状の長軸とを平行に揃えるステップを含み,前記ビームスポット形状の長軸に対して,観察方向をステージの試料載置面に投影した線分が垂直方向となる観察方向から加工断面を荷電粒子ビームで観察するステップを含むことを特徴とするイオンビーム加工方法。
(18)上記のイオンビーム加工方法において,イオンビームが投射イオン照射系で成形されたイオンビームであることを特徴とするイオンビーム加工方法。
(19)上記のイオンビーム加工方法において、成形イオンビームが角型であり,その強度プロファイルの裾の幅について,観察するべき加工断面の垂直方向の幅を,イオンビーム照射軸に垂直で加工断面に平行方向に比べて小なるように制御するステップを含むことを特徴とするイオンビーム加工方法。
(20)上記のイオンビーム加工方法において,イオンビームは,元素種として不活性ガス種,酸素または窒素のいずれかを含むことを特徴とするイオンビーム加工方法。
(17) an ion source, an irradiation optical system for irradiating the sample with an ion beam extracted from the ion source, a sample stage for holding the sample, and an ion beam control means for controlling the ion beam to perform sample cross-section forming processing An ion beam processing method for forming a cross section of a sample with an ion beam apparatus comprising: a step of shaping a beam spot shape of the ion beam into a non-axisymmetric shape by the irradiation optical system, and further held on the sample stage When processing the sample, the method includes a step of aligning the processed cross section of the sample and the long axis of the beam spot shape in parallel, and the observation direction is projected onto the sample mounting surface of the stage with respect to the long axis of the beam spot shape Including a step of observing a processed cross section with a charged particle beam from an observation direction in which a line segment is a vertical direction. Beam processing method.
(18) In the above ion beam processing method, the ion beam processing method is characterized in that the ion beam is an ion beam formed by a projection ion irradiation system.
(19) In the ion beam processing method described above, the shaped ion beam is square, and the width of the bottom of the intensity profile is the width in the vertical direction of the processing cross section to be observed perpendicular to the ion beam irradiation axis. An ion beam processing method comprising a step of controlling the size to be smaller than a direction parallel to the direction of the ion beam.
(20) In the above ion beam processing method, the ion beam includes an inert gas species, oxygen, or nitrogen as an element species.
本実施例においては、以下のイオンビーム加工装置が開示される。
(1)イオン源と,該イオン源から放出するイオンビームを集束するレンズと,試料を保持する試料ステージと,イオンビームを制御して試料断面形成加工を行うイオンビーム制御手段とを備え,前記イオンビームを集束するレンズの少なくとも1個が,イオンビーム照射軸に垂直な2方向に対して収差が異なるように作用するレンズであり,前記試料ステージに保持される試料と前記イオンビームとの相対位置関係を、前記2方向のうち収差が少ない方向が前記試料の加工断面に向くように制御する制御手段とを備えることを特徴とするイオンビーム加工装置。
(2)イオン源と,該イオン源から放出するイオンビームを集束するレンズを2個以上と,試料を保持する試料ステージと,ステンシルマスクを試料に投影するようにイオンビームを制御して試料断面形成加工を行うイオンビーム制御手段とを備えたイオンビーム装置において、イオンビームを集束するレンズの少なくとも1個が,イオンビーム照射軸に垂直な2方向のレンズ作用が異なるレンズであり,加工断面に垂直方向と,イオンビーム照射軸に垂直で加工断面に平行方向とでレンズ作用を異なるように制御する制御手段を備えることを特徴とするイオンビーム加工装置。
(3)上記のイオンビーム加工装置において,加工した断面を電子ビームまたはイオンビームで観察するために,イオンビーム照射により試料に角穴を形成する際に,観察するべき試料断面の垂直方向のレンズ倍率が,イオンビーム照射軸に垂直で加工断面に平行方向に比べて小さくなるように制御する制御手段を備えることを特徴とするイオンビーム加工装置。
(4)上記のイオンビーム加工装置において,加工した断面を電子ビームまたはイオンビームで観察するために,試料上に投影した角型の成形イオンビームの強度プロファイルの裾の幅について,観察するべき試料断面の垂直方向の幅を,イオンビーム照射軸に垂直で加工断面に平行方向に比べて小なるように制御する制御手段を備えることを特徴とするイオンビーム加工装置。
In the present embodiment, the following ion beam processing apparatus is disclosed.
(1) An ion source, a lens that focuses an ion beam emitted from the ion source, a sample stage that holds a sample, and an ion beam control unit that controls the ion beam to perform sample cross-section processing, At least one of the lenses for focusing the ion beam is a lens that acts so that aberrations differ in two directions perpendicular to the ion beam irradiation axis, and the relative relationship between the sample held on the sample stage and the ion beam An ion beam processing apparatus comprising: a control unit configured to control the positional relationship so that a direction with less aberration among the two directions is directed to a processing section of the sample.
(2) Sample cross section by controlling the ion beam so that the ion source, two or more lenses for focusing the ion beam emitted from the ion source, a sample stage for holding the sample, and a stencil mask are projected onto the sample In an ion beam apparatus having an ion beam control means for performing formation processing, at least one lens for focusing the ion beam is a lens having different lens actions in two directions perpendicular to the ion beam irradiation axis. An ion beam processing apparatus comprising control means for controlling the lens action to be different between a vertical direction and a direction perpendicular to an ion beam irradiation axis and parallel to a processing section.
(3) In the above ion beam processing apparatus, in order to observe a processed cross section with an electron beam or an ion beam, when forming a square hole in the sample by ion beam irradiation, a lens in a direction perpendicular to the sample cross section to be observed An ion beam processing apparatus comprising control means for controlling the magnification to be smaller than a direction perpendicular to an ion beam irradiation axis and parallel to a processing section.
(4) In the above ion beam processing apparatus, in order to observe the processed cross section with an electron beam or an ion beam, the sample to be observed with respect to the width of the bottom of the intensity profile of the square shaped ion beam projected on the sample An ion beam processing apparatus comprising control means for controlling a vertical width of a cross section to be smaller than a direction perpendicular to an ion beam irradiation axis and parallel to a processing cross section.
(5)上記のイオンビーム加工装置において,該ステンシルマスクがイオンビーム照射軸を中心として回転する機構を備えることを特徴とするイオンビーム加工装置。
(6)上記のイオンビーム加工装置において,イオンビームにより加工された試料片を該試料から分離するときに用いるプローブを備えることを特徴とするイオンビーム加工装置。
(7)上記のイオンビーム加工装置において,前記イオン源で生成されるイオンビームは,元素種として不活性ガス種,酸素または窒素のいずれかを含むことを特徴とするイオンビーム加工装置。
(8)イオン源と,該イオン源から放出するイオンビームを集束するレンズを2個以上と,イオンビームが通過するアパーチャと,試料を保持する試料ステージと,イオンビームを制御して試料断面形成加工を行うイオンビーム制御手段とを備えたイオンビーム装置によって試料の断面を形成するイオンビーム加工方法において,加工した断面を電子ビームまたはイオンビームで観察するために,観察するべき加工断面の垂直方向のビーム径が,イオンビーム照射軸に垂直で加工断面に平行方向のビーム径に比べて小さくなるように制御して断面を形成するステップを含むことを特徴とするイオンビーム加工方法。
(5) In the above ion beam processing apparatus, the stencil mask includes a mechanism for rotating about an ion beam irradiation axis.
(6) The ion beam processing apparatus according to the above-mentioned ion beam processing apparatus, further comprising a probe used for separating a sample piece processed by the ion beam from the sample.
(7) In the ion beam processing apparatus, the ion beam generated by the ion source includes an inert gas species, oxygen, or nitrogen as an element species.
(8) Ion source, two or more lenses for focusing the ion beam emitted from the ion source, an aperture through which the ion beam passes, a sample stage for holding the sample, and sample cross-section formation by controlling the ion beam In an ion beam processing method for forming a cross section of a sample by an ion beam apparatus having an ion beam control means for processing, in order to observe the processed cross section with an electron beam or an ion beam, the vertical direction of the processing cross section to be observed And a step of forming a cross section by controlling the beam diameter to be smaller than the beam diameter perpendicular to the ion beam irradiation axis and parallel to the processing cross section.
(9)上記のイオンビーム加工方法において,該アパーチャをイオンビーム照射軸に対して回転させるステップを含むことを特徴とするイオンビーム加工方法。
(10)イオン源と,該イオン源から放出するイオンビームを集束するレンズを2個以上と,試料を保持する試料ステージと,ステンシルマスクとを備えるイオンビーム装置によって,ステンシルマスクを試料に投影するようにイオンビームを制御して断面を形成するステップを含むイオンビーム加工方法において,イオンビームを集束するレンズの少なくとも1個を,加工断面に垂直方向と,イオンビーム照射軸に垂直で加工断面に平行方向とでレンズ作用を異なるように制御して断面を形成するステップを含むことを特徴とするイオンビーム加工方法。s
(11)上記のイオンビーム加工方法において、加工した断面を電子ビームまたはイオンビームで観察するために,イオンビーム照射により試料に角穴を形成する際に,観察するべき加工断面の垂直方向のレンズ倍率が,イオンビーム照射軸に垂直で加工断面に平行方向に比べて小なるように制御するステップを含むことを特徴とするイオンビーム加工方法。
(12)上記のイオンビーム加工方法において,角型の成形イオンビームの強度プロファイルの裾の幅について,観察するべき加工断面の垂直方向の幅を,イオンビーム照射軸に垂直で加工断面に平行方向に比べて小なるように制御するステップを含むことを特徴とするイオンビーム加工方法。
(9) In the ion beam processing method described above, the ion beam processing method includes a step of rotating the aperture with respect to the ion beam irradiation axis.
(10) The stencil mask is projected onto the sample by an ion beam apparatus including an ion source, two or more lenses for focusing the ion beam emitted from the ion source, a sample stage for holding the sample, and a stencil mask. In the ion beam processing method including the step of forming a cross section by controlling the ion beam, at least one lens for focusing the ion beam is formed in a processing cross section perpendicular to the processing cross section and perpendicular to the ion beam irradiation axis. An ion beam processing method comprising: a step of forming a cross section by controlling a lens action differently in a parallel direction. s
(11) In the above ion beam processing method, in order to observe a processed cross section with an electron beam or an ion beam, when forming a square hole in the sample by ion beam irradiation, a lens in a direction perpendicular to the processed cross section to be observed An ion beam machining method comprising a step of controlling the magnification so that the magnification is smaller than a direction perpendicular to an ion beam irradiation axis and parallel to a machining section.
(12) In the ion beam machining method described above, the width of the bottom of the intensity profile of the square shaped ion beam is set so that the vertical width of the machining section to be observed is perpendicular to the ion beam irradiation axis and parallel to the machining section. The ion beam processing method characterized by including the step controlled to become small compared with.
(13)上記のイオンビーム加工方法において,該ステンシルマスクをイオンビーム照射軸に対して回転させるステップを含むことを特徴とするイオンビーム加工方法。
(14)上記のイオンビーム加工方法において,イオンビームは,元素種として不活性ガス種,酸素または窒素のいずれかを含むことを特徴とするイオンビーム加工方法。
(15)上記のイオンビーム加工方法において,イオンビームの走査方向が加工断面に平行方向であることを特徴とするイオンビーム加工方法。
(13) In the ion beam processing method described above, the ion beam processing method includes a step of rotating the stencil mask with respect to the ion beam irradiation axis.
(14) In the ion beam processing method described above, the ion beam includes an inert gas species, oxygen, or nitrogen as an element species.
(15) In the above ion beam processing method, the ion beam scanning method is characterized in that the scanning direction of the ion beam is parallel to the processing cross section.
1…イオン源,2…コンデンサレンズ,3…ビーム制限アパーチャ,4…イオンビーム走査偏向器,5…対物レンズ,7…電子銃,8…電子ビーム,9…電子レンズ,10…電子ビーム走査偏向器,6…集束イオンビーム(FIB),11…試料,12…二次粒子検出器,13…試料ステージ,14…試料ステージ制御装置,15…プローブ,16…マニピュレータ制御装置,17…デポガス源,18…デポガス源制御装置,19…二次粒子検出器制御装置,21…集束イオビーム筐筒,22…電子ビーム筐筒,23…イオンビーム加工装置,31…液体金属イオン源,32…コンデンサレンズ,33…ビーム制限アパーチャ,34…イオンビーム走査偏向器,35…対物レンズ,36…FIB,37…アパーチャ回転機構,38…アパーチャ回転制御機構,41…真空容器,81…イオン源制御装置,82…レンズ制御装置,83…イオンビーム走査偏向制御装置,84…二次粒子検出器制御装置,85…計算処理装置,51…デュオプラズマトロン,52…非軸対称イオンビームレンズ,54…イオンビーム走査偏向器,55…対物レンズ,56…アルゴンイオンビーム,57…ステンシルマスク,58…ステンシルマスク回転機構,59…ステンシルマスク回転制御機構,91…デュオプラズマトロン制御装置,92…レンズ制御装置,93…イオンビーム走査偏向制御装置,95…計算処理装置,130…マーク,132…角穴,133…垂直溝,134…支持部,135…斜溝,136…摘出すべき試料,137…プローブ,131…FIB,138…デポ膜,139…微小試料,140…試料ホルダ,143…ウォール,201…ウェーハ,202…薄膜,203…試料薄膜,204…TEM試料ホルダ,101…角穴,102…底穴,103…切り欠き溝,104…ガスノズル,301…角穴,302…角穴,303…斜溝,304…角穴,305…取り出し痕,401…ディスプレイ画面,402…走査領域設定ウインドウ,403…試料画像表示領域,404…ビーム走査領域,405…ポインタ,406…座標入力領域,501…プラグ,502…破線,503…矢印。
DESCRIPTION OF
Claims (17)
該イオン源から放出するイオンビームを集束するレンズを2個以上と,
試料を保持する試料ステージと,
ステンシルマスクを試料に投影するようにイオンビームを制御して試料断面形成加工を行うイオンビーム制御手段とを備えたイオンビーム装置において、
イオンビームを集束するレンズの少なくとも1個が,イオンビーム照射軸に垂直な2方向のレンズ作用が異なるレンズであり,加工断面に垂直方向と,イオンビーム照射軸に垂直で加工断面に平行方向とでレンズ作用を異なるように制御する制御手段を備え,
前記制御手段は、前記加工断面に垂直方向と,イオンビーム照射軸に垂直でかつ前記加工断面に平行方向とで、前記試料上に投射したイオンビームの強度プロファイルの裾の幅について異なるようにすることを特徴とするイオンビーム加工装置。 An ion source,
Two or more lenses for focusing the ion beam emitted from the ion source;
A sample stage for holding the sample;
In an ion beam apparatus comprising an ion beam control means for controlling a ion beam so as to project a stencil mask onto a sample and performing sample cross-section forming processing,
At least one of the lenses for focusing the ion beam is a lens having different lens actions in two directions perpendicular to the ion beam irradiation axis. The lens is perpendicular to the machining section, and is perpendicular to the ion beam irradiation axis and parallel to the machining section. Control means to control the lens action differently in
The control means is configured to vary the width of the tail of the intensity profile of the ion beam projected on the sample in a direction perpendicular to the processing section and in a direction perpendicular to the ion beam irradiation axis and parallel to the processing section. An ion beam processing apparatus characterized by that.
該イオン源から放出するイオンビームを集束するレンズと,
試料を保持する試料ステージと,
イオンビームを制御して試料断面形成加工を行うイオンビーム制御手段と、
楕円もしくは長方形、または非軸対称の多角形の開口部を備えたマスクとを備え,
前記イオンビーム制御手段は、前記マスクの長軸方向を前記試料断面に平行方向に向くように制御し、前記試料上に投射したイオンビームの強度プロファイルの裾の幅について観察するべき試料断面の垂直方向の幅を,イオンビーム照射軸に垂直で前記平行方向の幅に比べて小さくなるように制御する制御手段を備えることを特徴とするイオンビーム加工装置。 An ion source,
A lens for focusing an ion beam emitted from the ion source;
A sample stage for holding the sample;
An ion beam control means for controlling the ion beam to perform sample cross-section forming processing ;
A mask with an elliptical or rectangular or non-axisymmetric polygonal opening ,
The ion beam control means controls the major axis direction of the mask so as to be parallel to the sample cross section, and the width of the bottom of the intensity profile of the ion beam projected onto the sample is perpendicular to the sample cross section to be observed. An ion beam processing apparatus comprising control means for controlling a direction width to be smaller than a width in the parallel direction perpendicular to the ion beam irradiation axis.
該イオン源から放出するイオンビームを集束するレンズを2個以上と,
試料を保持する試料ステージと,
ステンシルマスクを試料に投影するようにイオンビームを制御して試料断面形成加工を行うイオンビーム制御手段とを備えたイオンビーム装置において、
イオンビームを集束するレンズの少なくとも1個が,イオンビーム照射軸に垂直な2方向のレンズ作用が異なるレンズであり,加工断面に垂直方向と,イオンビーム照射軸に垂直で加工断面に平行方向とでレンズ作用を異なるように制御する制御手段を備え,
加工した断面を電子ビームまたはイオンビームで観察するために,イオンビーム照射により試料に角穴を形成する際に,観察するべき試料断面の垂直方向のレンズ倍率が,イオンビーム照射軸に垂直で加工断面に平行方向に比べて小さくなるように制御する制御手段を備えることを特徴とするイオンビーム加工装置。 An ion source,
Two or more lenses for focusing the ion beam emitted from the ion source;
A sample stage for holding the sample;
In an ion beam apparatus comprising an ion beam control means for controlling a ion beam so as to project a stencil mask onto a sample and performing sample cross-section forming processing,
At least one of the lenses for focusing the ion beam is a lens having different lens actions in two directions perpendicular to the ion beam irradiation axis. The lens is perpendicular to the machining section, and is perpendicular to the ion beam irradiation axis and parallel to the machining section. With control means to control the lens action differently in
In order to observe the processed cross section with an electron beam or ion beam, when forming a square hole in the sample by ion beam irradiation, the vertical lens magnification of the sample cross section to be observed is processed perpendicular to the ion beam irradiation axis. An ion beam processing apparatus comprising control means for controlling to be smaller than a direction parallel to a cross section.
該イオン源から放出するイオンビームを集束するレンズと,
試料を保持する試料ステージと,
イオンビームを制御して試料断面形成加工を行うイオンビーム制御手段と、
楕円もしくは長方形、または非軸対称の多角形の開口部を備えたマスクとを備え,
前記イオンビーム制御手段は、前記マスクの長軸方向を前記ステージの試料載置面に投影した線分が,前記イオンビームの照射軸を前記試料ステージの試料載置面へ投影した線分と略垂直とすることが可能な構造であるイオンビーム加工装置。 An ion source,
A lens for focusing an ion beam emitted from the ion source;
A sample stage for holding the sample;
An ion beam control means for controlling the ion beam to perform sample cross-section forming processing ;
A mask with an elliptical or rectangular or non-axisymmetric polygonal opening ,
The ion beam control means is substantially the same as a line segment obtained by projecting the major axis direction of the mask onto the sample mounting surface of the stage, and a line segment projecting the irradiation axis of the ion beam onto the sample mounting surface of the sample stage. ion beam processing apparatus Ru structure der capable of vertical.
該イオン源から放出するイオンビームを集束するレンズを2個以上と,
試料を保持する試料ステージと,
ステンシルマスクを試料に投影するようにイオンビームを制御して試料断面形成加工を行うイオンビーム制御手段とを備えたイオンビーム装置において、
イオンビームを集束するレンズの少なくとも1個が,イオンビーム照射軸に垂直な2方向のレンズ作用が異なるレンズであり,加工断面に垂直方向と,イオンビーム照射軸に垂直で加工断面に平行方向とでレンズ作用を異なるように制御する制御手段を備え,
加工した断面を電子ビームまたはイオンビームで観察するために,試料上に投影した角型の成形イオンビームの強度プロファイルの裾の幅について,観察するべき試料断面の垂直方向の幅を,イオンビーム照射軸に垂直で加工断面に平行方向に比べて小なるように制御する制御手段を備えることを特徴とするイオンビーム加工装置。 An ion source,
Two or more lenses for focusing the ion beam emitted from the ion source;
A sample stage for holding the sample;
In an ion beam apparatus comprising an ion beam control means for controlling a ion beam so as to project a stencil mask onto a sample and performing sample cross-section forming processing,
At least one of the lenses for focusing the ion beam is a lens having different lens actions in two directions perpendicular to the ion beam irradiation axis. The lens is perpendicular to the machining section, and is perpendicular to the ion beam irradiation axis and parallel to the machining section. With control means to control the lens action differently in
In order to observe the processed cross section with an electron beam or ion beam, the width of the bottom of the intensity profile of the square shaped ion beam projected on the sample is measured with the width of the sample cross section to be observed in the vertical direction. An ion beam processing apparatus comprising: a control unit that controls to be perpendicular to an axis and to be smaller than a direction parallel to a processing section.
該イオン源から放出するイオンビームを集束するレンズと,A lens for focusing an ion beam emitted from the ion source;
試料を保持する試料ステージと,A sample stage for holding the sample;
イオンビームを制御して試料断面形成加工を行うイオンビーム制御手段と、Ion beam control means for controlling the ion beam to perform sample cross-section forming processing;
楕円もしくは長方形、または非軸対称の多角形の開口部を備えたアパーチャを備え,With an aperture with an elliptical or rectangular or non-axisymmetric polygonal opening,
前記アパーチャを通過し、前記試料上に投射したイオンビームの強度プロファイルの裾の幅について長軸方向の前記裾の幅と短軸方向の前記裾の幅とが異なることを特徴とするイオンビーム加工装置。 Ion beam processing characterized in that the hem width in the major axis direction is different from the hem width in the minor axis direction with respect to the hem width of the intensity profile of the ion beam that has passed through the aperture and projected onto the sample. apparatus.
上記のイオンビーム加工装置において,該アパーチャまたは該ステンシルマスクがイオンビーム照射軸を中心として回転する機構を備えることを特徴とするイオンビーム加工装置。 The ion beam processing apparatus according to claim 1 or 6 ,
In the above ion beam processing apparatus, the ion beam processing apparatus includes a mechanism in which the aperture or the stencil mask rotates about an ion beam irradiation axis.
イオンビームにより加工された試料片を該試料から分離するときに用いるプローブを備えることを特徴とするイオンビーム加工装置。 The ion beam processing apparatus according to claim 1 or 6 ,
An ion beam processing apparatus comprising a probe used to separate a sample piece processed by an ion beam from the sample.
前記イオン源で生成されるイオンビームは,元素種として不活性ガス種,酸素または窒素のいずれかを含むことを特徴とするイオンビーム加工装置。 The ion beam processing apparatus according to claim 1 or 6 ,
The ion beam processing apparatus according to claim 1, wherein the ion beam generated by the ion source includes an inert gas species, oxygen, or nitrogen as an element species.
加工した断面を電子ビームまたはイオンビームで観察するために,観察するべき加工断面の垂直方向のビームの強度プロファイルの裾の幅が,イオンビーム照射軸に垂直で加工断面に平行方向の強度プロファイルの裾の幅に比べて小さくなるように制御して断面を形成するステップを含むことを特徴とするイオンビーム加工方法。 Sample cross-section processing is performed by controlling the ion beam, two or more lenses for focusing the ion beam emitted from the ion source, an aperture through which the ion beam passes, a sample stage for holding the sample, and the ion beam. In an ion beam processing method for forming a cross section of a sample by an ion beam apparatus having an ion beam control means,
In order to observe the processed cross section with an electron beam or ion beam, the width of the bottom of the intensity profile of the beam in the vertical direction of the processed cross section to be observed is an intensity profile perpendicular to the ion beam irradiation axis and parallel to the processed cross section . An ion beam processing method comprising a step of forming a cross section by controlling the width to be smaller than a width of a skirt .
該アパーチャをイオンビーム照射軸に対して回転させるステップを含むことを特徴とするイオンビーム加工方法。 In the ion beam processing method according to claim 10,
An ion beam processing method comprising the step of rotating the aperture with respect to an ion beam irradiation axis.
ステンシルマスクを試料に投影するようにイオンビームを制御して断面を形成するステップを含むイオンビーム加工方法において,加工断面に垂直方向と,イオンビーム照射軸に垂直で加工断面に平行方向とで前記試料上に投射したイオンビームの強度プロファイルの裾の幅について異なるように制御して断面を形成するステップを含むことを特徴とするイオンビーム加工方法。 An ion source, a lens for focusing the ion beam emitted from the ion source, a sample stage for holding a sample, the ion beam device and a stencil mask,
Wherein in the ion beam machining method comprising the steps of forming a cross-section by controlling the ion beam to project a stencil mask in the sample, the direction perpendicular to the processing section, a direction parallel to the processed cross section perpendicular to the ion beam irradiation axis An ion beam processing method comprising a step of forming a cross section by controlling differently the width of the bottom of an intensity profile of an ion beam projected on a sample .
ステンシルマスクを試料に投影するようにイオンビームを制御して断面を形成するステップを含むイオンビーム加工方法において,イオンビームを集束するレンズの少なくとも1個を,加工断面に垂直方向と,イオンビーム照射軸に垂直で加工断面に平行方向とでレンズ作用を異なるように制御して断面を形成するステップを含み、
加工した断面を電子ビームまたはイオンビームで観察するために,イオンビーム照射により試料に角穴を形成する際に,観察するべき加工断面の垂直方向のレンズ倍率が,イオンビーム照射軸に垂直で加工断面に平行方向に比べて小なるように制御するステップを含むことを特徴とするイオンビーム加工方法。 By an ion beam apparatus comprising an ion source, two or more lenses for focusing an ion beam emitted from the ion source, a sample stage for holding a sample, and a stencil mask,
In an ion beam processing method including a step of forming a cross section by controlling an ion beam so that a stencil mask is projected onto a sample, at least one lens for focusing the ion beam is irradiated with an ion beam in a direction perpendicular to the processing cross section. Forming the cross section by controlling the lens action differently in a direction perpendicular to the axis and parallel to the processing cross section;
When observing the processed cross section with an electron beam or ion beam, when forming a square hole in the sample by ion beam irradiation, the vertical lens magnification of the processed cross section to be observed is processed perpendicular to the ion beam irradiation axis. An ion beam processing method comprising a step of controlling to be smaller than a direction parallel to a cross section.
ステンシルマスクを試料に投影するようにイオンビームを制御して断面を形成するステップを含むイオンビーム加工方法において,イオンビームを集束するレンズの少なくとも1個を,加工断面に垂直方向と,イオンビーム照射軸に垂直で加工断面に平行方向とでレンズ作用を異なるように制御して断面を形成するステップを含み、
角型の成形イオンビームの強度プロファイルの裾の幅について,観察するべき加工断面の垂直方向の幅を,イオンビーム照射軸に垂直で加工断面に平行方向に比べて小なるように制御するステップを含むことを特徴とするイオンビーム加工方法。 By an ion beam apparatus comprising an ion source, two or more lenses for focusing an ion beam emitted from the ion source, a sample stage for holding a sample, and a stencil mask,
In an ion beam processing method including a step of forming a cross section by controlling an ion beam so that a stencil mask is projected onto a sample, at least one lens for focusing the ion beam is irradiated with an ion beam in a direction perpendicular to the processing cross section. Forming the cross section by controlling the lens action differently in a direction perpendicular to the axis and parallel to the processing cross section;
The step of controlling the width of the skirt of the intensity profile of the square shaped ion beam so that the vertical width of the processed cross section to be observed is smaller than the direction perpendicular to the ion beam irradiation axis and parallel to the processed cross section. An ion beam processing method comprising:
該ステンシルマスクをイオンビーム照射軸に対して回転させるステップを含むことを特徴とするイオンビーム加工方法。 In the ion beam processing method according to claim 12,
An ion beam processing method comprising a step of rotating the stencil mask with respect to an ion beam irradiation axis.
イオンビームは,元素種として不活性ガス種,酸素または窒素のいずれかを含むことを特徴とするイオンビーム加工方法。 In the ion beam processing method according to claim 12,
The ion beam processing method, wherein the ion beam includes an inert gas species, oxygen, or nitrogen as an element species.
イオンビームの走査方向が加工断面に平行方向であることを特徴とするイオンビーム加工方法。 In the ion beam processing method according to claim 10,
An ion beam processing method, wherein a scanning direction of the ion beam is parallel to a processing section.
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