JP6002489B2 - 荷電粒子線装置及び試料作製方法 - Google Patents
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Description
図1は、FIB加工による微細加工と同一チャンバー内でSEM像観察が可能であり、連続断面SEM像の取得が可能な荷電粒子線装置の構成を示した模式図である。イオンビーム照射系1は、イオン源2、集束レンズ3、偏向器4、対物レンズ5から構成され、イオンビーム6を形成し、試料面上に集束・走査させる機能を有する。電子ビーム照射系7は、電子源8、集束レンズ9、偏向器10、対物レンズ11から構成され、電子ビーム12を形成し、試料13面上に集束・走査させる機能を有する。上記、イオンビーム照射系1と電子ビーム照射系7は、チャンバー14を共用し、試料ステージ15に設置された試料13上の同一箇所を走査可能である。
〔加工終点の自動検知方法〕
図4に、本発明による三次元再構築データ29から加工終点を自動検知する加工方法のフローチャートを示す。試料13の観察対象を含まない領域で連続断面荷電粒子線像28を取得し、三次元再構築データ29を形成する。三次元再構築データ29内から加工終点となる断面像をユーザーが抽出し、参照像40とする。
〔不良部分の自動検知方法〕
図6に、本発明による三次元再構築データから不良60部分を自動検知する加工方法のフローチャートを示す。試料13の不良60部分を含まない領域で連続断面荷電粒子線像28を取得し、三次元再構築データ29を形成する。不良60を含む領域に試料13を移動する。FIB断面加工を行い、断面をSEM観察する。三次元再構築データ29内の断面像61と撮影したSEM像41の照合を、全ての断面像61に対して実行する。三次元再構築データ29内の断面は、三点、(X1、Y1、Z1)、(X2、Y2、Z2)、(X3、Y3、Z3)が指定されれば決定できる。三点の各座標を連続的に変化させながら、断面像61を抽出し、SEM像41との照合を行っていく。照合のアルゴリズムは、図4の説明に述べた方法と同じでよい。一致する断面が検出された場合、加工位置を設定値分だけZ方向にシフトしFIB加工とSEM観察を繰り返す。一致しない場合、この加工位置を不良60部分と判断し、加工が自動停止する。
〔微小試料片の摘出〕
図8に、バルク試料80からメカニカルプローブ18を用いて、微小試料片81を摘出する手順を示す。バルク試料80を荷電粒子線装置内に挿入し、デポジション機能により試料表面にデポジション膜82を形成する(図8a)。次に、FIB26で、その周囲を一部残して加工し、試料傾斜して底部を加工、試料傾斜を戻す(図8b)。デポジション機能を用いてメカニカルプローブ18を試料表面に固定する(図8c)。FIB26で微小試料片81とバルク試料80の接続部分を切り離し、微小試料片81を摘出する(図8d)。試料台83に微小試料片81をデポジション機能を用いて固定する(図8e)。メカニカルプローブ18をFIB26で切断する(図8f)。FIB26を用いて微小試料片81を薄膜加工し、薄膜試料84を作製する(図8g)。
〔微小試料片の加工終点検知〕
図10に、メカニカルプローブ18を用いて摘出した微小試料片81において、本発明による三次元再構築データから加工終点を自動検知し、薄膜試料84を作製する加工方法のフローチャートを示す。試料13の目標物を含まない任意箇所で連続断面荷電粒子線像28を取得し、三次元再構築データ29を形成する。三次元再構築データ29内から加工終点となる断面像61を抽出し、参照像40とする。目標物を含む領域に試料13を移動する。FIB断面加工を行い、断面27をSEM観察する。参照像40と撮影したSEM像41を照合する。照合のアルゴリズムは、図4の説明で述べた方法と同じでよい。像が一致しない場合、加工位置をシフトしFIB加工とSEM観察を繰り返す。一致した場合、この加工位置を加工終点と判断し、加工が自動停止する。試料13の表裏を反転する。FIB断面加工を行い、断面をSEM観察する。参照像40と撮影したSEM像41を照合する。照合のアルゴリズムは、図4の説明で述べた方法と同じでよい。一致しない場合、加工位置をシフトしFIB加工、SEM観察、参照像40との照合を、像が一致するまでを繰り返す。一致した場合、STEM観察を行ない、試料厚さが十分であるか確認する。SEM観察方向は、試料断面に対して斜めであるため、透過電子を観察すると、試料内部の構造物数を数えることができる。三次元再構築データ29内の単位画素当りの長さは既知であるため、両断面のSEM像とSTEM像から試料厚さを見積もることができる。試料厚さが目的厚さに達していれば、加工終点と判断し加工を自動停止する。試料厚さが不十分であれば、連続FIB加工・SEM観察、参照像との照合及びSTEM観察を、目的厚さに達するまで繰り返す。
〔微小試料片の不良部分の自動検知〕
図12に、メカニカルプローブ18を用いて摘出した微小試料片81において、本発明による三次元再構築データから不良60部分を自動検知し、薄膜試料84を作製する加工方法のフローチャートを示す。はじめに、メカニカルプローブ18を用いて、試料13内の不良60を含む部分から微小試料片81を摘出し、試料台83に固定しておく。微小試料片81又はバルク試料80の不良60を含まない任意箇所で連続断面荷電粒子線像28を取得し、三次元再構築データ29を形成する。不良60を含む領域に試料13を移動する。FIB断面加工を行い、断面27をSEM観察する。三次元構築データ29内の断面像61と撮影したSEM像41を全ての断面像61に対して実行する。また、断面像61の抽出方法、照合のアルゴリズムは、図6の説明で述べた方法と同一でよい。一致する断面像61が検出された場合、加工位置を設定値分だけシフトしFIB加工とSEM観察を繰り返す。一致しない場合、この加工位置を不良部分と判断し、加工終点となり、加工が自動停止する。試料13の表裏を反転する。FIB断面加工を行い、断面27をSEM観察する。三次元再構築データ29内の断面像61と撮影したSEM像41を全ての断面像61に対して実行する。また、断面像61の抽出方法、照合のアルゴリズムは、図6の説明で述べた方法と同一でよい。一致する断面像61が検出された場合、加工位置を設定値分だけシフトしFIB加工、SEM観察を繰り返す。一致しない場合、この加工位置を不良60部分と判断し、加工が自動停止する。
〔試料回転角度、試料傾斜角度の自動調整〕
図14に、本発明による荷電粒子線装置を用いた試料回転角度と試料傾斜角度を試料ステージに反映させる方法の一実施例を示す。三次元再構築データ29から加工終点となる断面像61(断面Aとする)を抽出する(図14a)。試料13の目標物を含む箇所に移動する。FIB加工とSEM観察を行う(図14b)。SEM像41(断面Bとする)を取得する(図14c)。試料傾斜が構造物に対してずれているため、プラグが-Y軸方向に向って鋭角になっている。また、試料回転が構造物に対してずれているため、基板141と酸化膜142がX方向に交互に観察されている。三次元再構築データ29内から一致する断面像61(断面C)を抽出する(図14d)。まず、断面Aに対する断面Cの回転角度を算出する。三次元再構築データ29に断面Aと断面Cを表示し(図14e)、X-Z面143を観察する(図14f)。断面Aと平行で、断面Cと一部交わる断面像61(断面D)を抽出し、断面Cとのなす角度α144を算出する(図14g)。次に、断面Aに対する断面Cの傾斜角度を算出する。三次元再構築データ29に断面Aと断面Cを表示し(図14e)、Y-Z面145を観察する(図14h)。断面Aと平行で、断面Cと一部交わる断面像61(断面E)を抽出し、断面Cとのなす角度β146を算出する(図14i)。上記手法により算出した試料回転角度、試料傾斜角度を制御部23に反映させ、試料ステージ15にフィードバックし、現在の座標に反映させる。この操作により加工面は、断面Aと平行な面になる。以降の操作には、図4から図13に示す加工方法を適用できる。
〔回転式試料台を用いた三次元再構成方法〕
図16に一般的な連続傾斜透過像による三次元再構成手順、図17にフローチャートを示す。以下、一連の作業は、制御部23で行なわれ、CRT24上に表示される。試料13からメカニカルプローブ18で摘出した微小試料片81をFIB26で薄膜試料84又はピラー状試料160に加工する。微小試料片81は、試料ホルダー31に取付けられた試料台83に固定されている。試料台83形状は、薄膜試料84作製時には図8で示した半円形試料台161、ピラー状試料160の作製時には360°回転可能な針状試料台162が望ましい。以下では、ピラー状試料160を用いて説明する。ピラー状試料160の回転軸164が電子ビーム12入射方向に対して垂直になるように配置する(図15a)。試料を一定間隔で傾斜しながらSTEM像110を撮影し、連続傾斜透過像163を取得する(図15b)。これを制御部23で三次元再構成処理することで、三次元再構成データ165を形成することができる(図15c)。三次元再構成データ165からは、任意の断面30(点線)を抽出したり(図15d)、任意方向から観察することができる。
2 イオン源
3 集束レンズ
4 偏向器
5 対物レンズ
6 イオンビーム
7 電子ビーム照射系
8 電子源
9 集束レンズ
10 偏向器
11 対物レンズ
12 電子ビーム
13 試料
14 チャンバー
15 試料ステージ
16 二次荷電粒子
17 二次荷電粒子検出黄器
18 メカニカルプローブ
19 デポジションノズル
20 透過電子検出器
21 真空ポンプ
22 三次元再構築システム
23 制御部
24 CRT
25 穴
26 FIB
27 断面
28 連続断面荷電粒子線像
29 三次元再構築データ
30 任意の断面
31 試料ホルダー
32 サイドエントリーステージ
33 三次元再構成システム
40 参照像
41 SEM像
60 不良
61 断面像
80 バルク試料
81 微小試料片
82 デポジション膜
83 試料台
84 薄膜試料
110 STEM像
111 横方向の構造物
140 プラグ
141 基板
142 酸化膜
143 X-Z面
144 角度α
145 Y-Z面
146 角度β
150 試料ホルダージ
151 サイドエントリーステー
152 三次元再構成システム
160 ピラー状試料
161 半円形試料台
162 針状試料台
163 連続傾斜透過像
164 回転軸
Claims (9)
- 試料を設置する試料ステージと、
イオンビームを発生させ試料面上に集束させて走査させるイオンビーム照射系と、
電子ビームを発生させて試料面上に集束させて走査させる電子ビーム照射系と、
前記試料から発生する二次荷電粒子を検出する検出器と、
前記検出器で検出された二次荷電粒子から二次荷電粒子像を形成し、複数の断面二次荷電粒子像から三次元再構築データを取得する演算部と、を備え、
前記三次元再構築データから所定の断面像を抽出し、当該抽出された断面像と前記試料の加工部分の加工断面像との比較情報に基づき、加工を停止する荷電粒子線装置であって、
三次元再構築データから加工終点となる断面Aを抽出し、現在の加工断面Bと照合し、三次元再構築データから一致する断面Cを抽出し、断面Aに対する断面Cの試料回転角度及び試料傾斜角度を算出し、算出した試料回転角度と傾斜角度を現在の試料ステージに反映することを特徴とする荷電粒子線装置。 - 試料を設置する試料ステージと、
イオンビームを発生させ試料面上に集束させて走査させるイオンビーム照射系と、
電子ビームを発生させて試料面上に集束させて走査させる電子ビーム照射系と、
前記試料から発生する二次荷電粒子を検出する検出器と、
前記検出器で検出された二次荷電粒子から二次荷電粒子像を形成し、複数の断面二次荷電粒子像から三次元再構築データを取得する演算部と、を備え、
前記三次元再構築データから所定の断面像を抽出し、当該抽出された断面像と前記試料の加工部分の加工断面像との比較情報に基づき、加工を停止する荷電粒子線装置であって、
前記試料を透過した透過電子を検出する透過電子検出器と、
前記透過電子から形成される透過電子像を表示する手段と、
微小試料片を傾斜しながら連続傾斜透過電子像を取得する手段と、
前記連続傾斜透過像を用いて三次元再構成する三次元再構成システムとを具備し、
連続傾斜透過像を用いて三次元再構成した三次元再構成データから加工終点となる断面像を抽出し、現在の加工断面像と照合し、一致した際に加工終点と判断し、加工を停止することを特徴とする荷電粒子線装置。 - 請求項2記載の荷電粒子線装置において、イオンビームによる加工断面の二次荷電粒子線像を取得し、取得した二次荷電粒子線像と三次元再構成データから抽出した全断面像を照合し、一致する断面が検出された場合、イオンビームによる加工と電子ビームによる観察を繰り返すことを特徴とする荷電粒子線装置。
- 請求項3記載の荷電粒子線装置において、一致する断面が検出されなかった場合、その加工断面を不良部分と認識し、加工を停止することを特徴とする荷電粒子線装置。
- 請求項2〜4のいずれかに記載の荷電粒子線装置において、前記試料はメカニカルプローブで摘出した微小試料片であり、当該微小試料片を加工して薄膜試料を作製することを特徴とする荷電粒子線装置。
- 請求項2記載の荷電粒子線装置において、三次元再構成データから加工終点となる断面Aを抽出し、現在の加工断面Bと照合し、三次元再構成データから一致する断面Cを抽出し、断面Aに対する断面Cの試料回転角度及び試料傾斜角度を算出し、算出した試料回転角度と傾斜角度を現在の試料ステージに反映することを特徴とする荷電粒子線装置。
- 請求項5記載の荷電粒子線装置において、前記薄膜試料の両断面の二次荷電粒子像を三次元再構成データから抽出し、当該両断面の二次荷電粒子像に基づいて前記薄膜試料の試料厚さを算出することを特徴とする荷電粒子線装置。
- 試料を設置する試料ステージと、
イオンビームを発生させ試料面上に集束させて走査させるイオンビーム照射系と、
電子ビームを発生させて試料面上に集束させて走査させる電子ビーム照射系と、
前記試料から発生する二次荷電粒子を検出する検出器と、
前記検出器で検出された二次荷電粒子から二次荷電粒子像を形成し、複数の断面二次荷電粒子像から三次元再構築データを取得する演算部と、を備え、
前記三次元再構築データから所定の断面像を抽出し、当該抽出された断面像と前記試料の加工部分の加工断面像との比較情報に基づき、加工を停止する荷電粒子線装置であって、
前記試料はメカニカルプローブで摘出した微小試料片であり、当該微小試料片を加工して薄膜試料を作製し、前記薄膜試料の両断面の二次荷電粒子像を三次元再構築データから抽出し、当該両断面の二次荷電粒子像に基づいて前記薄膜試料の試料厚さを算出することを特徴とする荷電粒子線装置。 - 試料を設置する試料ステージと、
イオンビームを発生させ試料面上に集束させて走査させるイオンビーム照射系と、
電子ビームを発生させて試料面上に集束させて走査させる電子ビーム照射系と、
前記試料から発生する二次荷電粒子を検出する検出器と、
前記試料を透過した透過電子を検出する透過電子検出器と、
前記透過電子から形成される透過電子像を表示する手段と、
微小試料片を傾斜しながら連続傾斜透過電子像を取得する手段と、
前記連続傾斜透過像を用いて三次元再構成できる三次元再構成システムと、を備え、
連続傾斜透過像を用いて三次元再構成した三次元再構成データから加工終点となる断面像を抽出し、現在の加工断面像と照合し、一致した際に加工終点と判断し、加工を停止することを特徴とする荷電粒子線装置。
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