JP6014801B2 - Micro-site imaging device - Google Patents

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Description

本発明は微細部位イメージング装置に関し、特に、試料を画像化する微細部位イメージング装置に関する。   The present invention relates to a microscopic region imaging apparatus, and more particularly to a microscopic region imaging apparatus that images a sample.

一般に、飛行時間型2次イオン質量分析装置(TOF−SIMS)や走査型電子顕微鏡(SEM)等には、集束イオンビーム等の微小スポットを有するイオンビームが用いられる。例えば、TOF−SIMSを用いれば、走査イオン顕微鏡(SIM)像観察を高分解能で行うことができ、これに質量分析装置を組み合わせれば、2次イオン像が得られる。2次イオン像を得ることにより試料の微細部位を画像化し、種々の解析を行うことが可能となる。2次イオン像を取得する際には、視野を設定するためにはSIM像により表面画像を観察すれば良いが、分析に先だってイオンビームを試料に照射することになり、試料表面の損耗や変質が避けられない。   In general, an ion beam having a minute spot such as a focused ion beam is used in a time-of-flight secondary ion mass spectrometer (TOF-SIMS), a scanning electron microscope (SEM), or the like. For example, if TOF-SIMS is used, scanning ion microscope (SIM) image observation can be performed with high resolution, and a secondary ion image can be obtained by combining this with a mass spectrometer. By obtaining a secondary ion image, it is possible to image a fine portion of the sample and perform various analyses. When acquiring a secondary ion image, the surface image may be observed with a SIM image in order to set the field of view, but the sample is irradiated with an ion beam prior to analysis, and the surface of the sample is worn or altered. Is inevitable.

また、例えば、TOF−SIMSでは、試料表面に向けてイオンビームを照射すると共に、試料表面と分析装置との間に直流高電圧を印加し、所謂引出電界を発生させて質量分析装置に2次イオンを引き込んでいる。しかしながら、照射されるイオンビームは、印加される引出電界の影響を受け屈曲されてしまい、所望の照射位置と異なる位置にイオンビームが照射されてしまい、その結果、2次イオン像がずれてしまうことが知られている。2次イオン像の取得には、正2次イオン、負2次イオンそれぞれに対して印加する引出電界の向きは逆向きとなるため、正2次イオン像、負2次イオン像の間にも位置ずれの問題は生じる。さらに、位置ずれについては、電子線を用いて試料の表面観察を行う走査型電子顕微鏡においても問題となる。   Further, for example, in TOF-SIMS, an ion beam is irradiated toward the sample surface, and a DC high voltage is applied between the sample surface and the analyzer to generate a so-called extraction electric field to generate a secondary to the mass spectrometer. Ions are being drawn. However, the irradiated ion beam is bent due to the influence of the applied extraction electric field, and the ion beam is irradiated to a position different from the desired irradiation position. As a result, the secondary ion image is shifted. It is known. In acquiring a secondary ion image, the direction of the extraction electric field applied to each of the positive secondary ion and the negative secondary ion is reversed, and therefore, between the positive secondary ion image and the negative secondary ion image. The problem of misalignment arises. Furthermore, the positional deviation also becomes a problem in a scanning electron microscope that observes the surface of a sample using an electron beam.

例えば特許文献1には、このような位置ずれを補正する集束イオンビーム装置が開示されている。特許文献1では、2次イオン像の移動量を予め測定しておき、この移動量に応じて試料が載置されるX−Yステージを移動するか、集束イオンビームの走査電極を制御することで、2次イオン像のずれを補正している。この場合でも、予め集束イオンビームを照射して移動量を測定する必要があるため、試料表面の損耗や変質が避けられない。さらに、凹凸のある試料の場合には、その移動量を正確に予測することは難しかった。また、引出電界を印加した際にビームが屈曲した状態となり、その状態で測定することになるため、厳密には試料に対するビームの入射角度が変わってしまう問題もあった。   For example, Patent Document 1 discloses a focused ion beam apparatus that corrects such positional deviation. In Patent Document 1, the amount of movement of the secondary ion image is measured in advance, and the XY stage on which the sample is placed is moved according to the amount of movement, or the scanning electrode of the focused ion beam is controlled. Thus, the deviation of the secondary ion image is corrected. Even in this case, since it is necessary to measure the amount of movement by irradiating the focused ion beam in advance, wear and alteration of the sample surface cannot be avoided. Furthermore, in the case of an uneven sample, it is difficult to accurately predict the amount of movement. Further, since the beam is bent when the extraction electric field is applied and measurement is performed in this state, there is a problem that the incident angle of the beam with respect to the sample changes strictly.

また、例えば特許文献2には、予め試料に検出用マークを登録しておき、この登録されたマークを基に位置情報のずれ量を算出してイオンビームの照射位置を補正する集束イオンビーム装置が開示されいている。この場合でも、画像化された2次イオン像は、照射される集束イオンビームが屈曲された状態で生成されたものであるため、2次イオン像にゆがみが生ずる可能性があり、位置補正だけでは十分補正できない場合があった。さらに、凹凸のある試料の場合には、その移動量を正確に予測することは難しかった。   Further, for example, in Patent Document 2, a detection ion is registered in advance in a sample, and a focused ion beam apparatus that corrects an irradiation position of an ion beam by calculating a shift amount of position information based on the registered mark. Is disclosed. Even in this case, since the imaged secondary ion image is generated with the focused focused ion beam being bent, the secondary ion image may be distorted, and only the position correction is performed. In some cases, it could not be corrected sufficiently. Furthermore, in the case of an uneven sample, it is difficult to accurately predict the amount of movement.

他に、非特許文献1には、遅延引出方式により高分解能とするTOF−SIMSが開示されている。これは、イオンビームの照射により発生したイオンを、加速することなく自由飛行させ、イオンビーム照射後、数百ns遅延させた後に引き出すものである。これにより、発生したイオンを同時にまとめて引き出すことが可能となり、質量分解能を向上させることができるとしている。   In addition, Non-Patent Document 1 discloses TOF-SIMS that achieves high resolution by a delay extraction method. In this method, ions generated by ion beam irradiation are free-flighted without acceleration, and are extracted after being delayed by several hundred ns after ion beam irradiation. As a result, the generated ions can be simultaneously extracted and the mass resolution can be improved.

特開平8−227145号公報JP-A-8-227145 特開2010−9987号公報JP 2010-9987 A

田中耕一、佐藤貴弥、吉野健一著「遅延引き出し法の基礎」日本質量分析学会、2009年、Vol.57、No. 1、p.31−36Koichi Tanaka, Takaya Sato, Kenichi Yoshino “Basics of Delayed Extraction” Japan Society for Mass Spectrometry, 2009, Vol. 57, no. 1, p. 31-36

SIM像観察やSEM像観察、さらには、正2次イオン像、負2次イオン像の取得に際して、集束イオンビームの照射位置ずれを発生させないためには、何れの場合においても、試料表面と分析装置との間の引出電界を印加せず、無電界の条件とするのが集束イオンビームや電子線の直進性を考えると最も良い。しかしながら、電界を印加しなければ、表面で発生した2次イオンを質量分析装置に取り込むことができない。この点については、上述の特許文献1や特許文献2では解決することができなかった。   In order to prevent the displacement of the irradiation position of the focused ion beam during SIM image observation, SEM image observation, and acquisition of positive secondary ion images and negative secondary ion images, in any case, analysis with the sample surface Considering the straightness of the focused ion beam or electron beam, it is best to apply no drawing electric field to the apparatus and to have no electric field. However, unless an electric field is applied, secondary ions generated on the surface cannot be taken into the mass spectrometer. This point cannot be solved by the above-mentioned Patent Document 1 and Patent Document 2.

さらに、非特許文献1の技術は、遅延時間が長すぎると発生したイオンが散逸してしまい質量分析装置に引き出せなくなり、感度が低下してしまう。さらに、遅延時間をどの程度にすれば良いか判断するのも難しかった。   Furthermore, in the technique of Non-Patent Document 1, if the delay time is too long, the generated ions are dissipated and cannot be extracted to the mass spectrometer, resulting in a decrease in sensitivity. Further, it was difficult to determine how much delay time should be set.

本発明は、斯かる実情に鑑み、集束イオンビームの照射位置のずれが生じず、最適化された条件で2次イオン像を得ることが可能な微細部位イメージング装置を提供しようとするものである。   In view of such circumstances, the present invention is intended to provide a microscopic region imaging apparatus capable of obtaining a secondary ion image under an optimized condition without causing a shift in irradiation position of a focused ion beam. .

上述した本発明の目的を達成するために、本発明による微細部位イメージング装置は、ターゲットとなる試料に集束イオンビームをパルス状に照射する集束イオンビーム照射部と、集束イオンビーム照射部の集束イオンビームのパルスタイミングを制御可能なイオンビームパルス制御部と、集束イオンビーム照射部から照射される集束イオンビームにより励起される2次イオンから2次イオン像を生成するためのイメージング部と、集束イオンビーム照射部から照射される集束イオンビームにより励起される2次イオンに対して、集束イオンビームが照射されていないタイミングで引出電界をパルス状に印加する引出電界発生部と、引出電界発生部の引出電界のパルスタイミングを制御可能な引出電界パルス制御部と、イオンビームパルス制御部によるパルスタイミングに対する引出電界パルス制御部によるパルスタイミングの遅延時間を異ならせたときにイメージング部により生成される2次イオン像を画像認識により比較解析する2次イオン像比較部と、2次イオン像比較部による比較結果により、イオンビームパルス制御部によるパルスタイミングに対する引出電界パルス制御部によるパルスタイミングの遅延時間を決定する遅延時間決定部と、を具備するものである。   In order to achieve the above-described object of the present invention, a micro-site imaging apparatus according to the present invention includes a focused ion beam irradiation unit that irradiates a target sample with a focused ion beam in pulses, and a focused ion of the focused ion beam irradiation unit. An ion beam pulse control unit capable of controlling the pulse timing of the beam, an imaging unit for generating a secondary ion image from secondary ions excited by the focused ion beam irradiated from the focused ion beam irradiation unit, and focused ions An extraction electric field generation unit that applies an extraction electric field in a pulsed manner to a secondary ion excited by the focused ion beam irradiated from the beam irradiation unit at a timing when the focused ion beam is not irradiated; An extraction electric field pulse controller that can control the pulse timing of the extraction electric field and an ion beam pulse control A secondary ion image comparison unit for comparing and analyzing a secondary ion image generated by the imaging unit by image recognition when the delay time of the pulse timing by the extraction electric field pulse control unit is different from the pulse timing by the unit, and a secondary ion A delay time determining unit that determines a delay time of the pulse timing by the extraction electric field pulse control unit with respect to the pulse timing by the ion beam pulse control unit based on a comparison result by the image comparison unit.

ここで、遅延時間決定部は、フィードバック制御により最適遅延時間を決定しても良い。   Here, the delay time determination unit may determine the optimum delay time by feedback control.

さらに、ターゲットとなる試料に電子ビームをパルス状に照射する電子ビーム照射部と、電子ビーム照射部の電子ビームのパルスタイミングを制御可能な電子ビームパルス制御部と、を具備し、イメージング部は、電子ビーム照射部から照射される電子ビームにより励起される2次電子から2次電子像も生成し、2次イオン像比較部は、電子ビームパルス制御部によるパルスタイミングに対する引出電界パルス制御部によるパルスタイミングの遅延時間を異ならせたときにイメージング部により生成される2次電子像も画像認識により比較解析し、遅延時間決定部は、2次イオン像比較部による比較結果により、電子ビームパルス制御部によるパルスタイミングに対する引出電界パルス制御部によるパルスタイミングの遅延時間も決定する、ものであっても良い。   Furthermore, an electron beam irradiation unit that irradiates the target sample with an electron beam in a pulsed manner, and an electron beam pulse control unit that can control the pulse timing of the electron beam of the electron beam irradiation unit, and the imaging unit, A secondary electron image is also generated from the secondary electrons excited by the electron beam irradiated from the electron beam irradiation unit, and the secondary ion image comparison unit performs a pulse by the extraction electric field pulse control unit with respect to the pulse timing by the electron beam pulse control unit. The secondary electron image generated by the imaging unit when the timing delay time is varied is also compared and analyzed by image recognition, and the delay time determining unit is an electron beam pulse control unit based on the comparison result of the secondary ion image comparing unit. Also determine the delay time of the pulse timing by the extraction electric field pulse controller with respect to the pulse timing by It may be of.

また、集束イオンビーム照射部及び電子顕微鏡は、試料の置かれるテーブルの表面法線に対して45度になるようにそれぞれ配置されれば良い。   Further, the focused ion beam irradiation unit and the electron microscope may be arranged so as to be 45 degrees with respect to the surface normal of the table on which the sample is placed.

本発明の微細部位イメージング装置には、集束イオンビームの照射位置のずれが生じず、最適化された条件で2次イオン像を得ることが可能であるという利点がある。   The fine site imaging apparatus of the present invention has an advantage that a secondary ion image can be obtained under optimized conditions without causing a shift in the irradiation position of the focused ion beam.

図1は、本発明の微細部位イメージング装置を説明するための概略ブロック図である。FIG. 1 is a schematic block diagram for explaining a microscopic region imaging apparatus of the present invention. 図2は、遅延時間に対する2次イオン強度の変化グラフである。FIG. 2 is a graph showing changes in secondary ion intensity with respect to delay time. 図3は、2次イオン像がぶれた状態となった一例である。FIG. 3 is an example in which the secondary ion image is blurred. 図4は、本発明の微細部位イメージング装置の他の実施例を説明するための概略ブロック図である。FIG. 4 is a schematic block diagram for explaining another embodiment of the microscopic region imaging apparatus of the present invention. 図5は、本発明の微細部位イメージング装置により得られる各像の具体例である。FIG. 5 is a specific example of each image obtained by the fine region imaging apparatus of the present invention.

以下、本発明を実施するための形態を図示例と共に説明する。図1は、本発明の微細部位イメージング装置を説明するための概略ブロック図である。図示の通り、試料を画像化する本発明の微細部位イメージング装置は、集束イオンビーム照射部10と、イオンビームパルス制御部20と、イメージング部30と、引出電界発生部40と、引出電界パルス制御部50と、2次イオン像比較部60と、遅延時間決定部70とから主に構成されている。ターゲットとなる試料1は、テーブル2上に載置されている。テーブル2は、例えば導電体からなるX−Yステージであれば良い。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described together with illustrated examples. FIG. 1 is a schematic block diagram for explaining a microscopic region imaging apparatus of the present invention. As shown in the figure, the fine region imaging apparatus of the present invention for imaging a sample includes a focused ion beam irradiation unit 10, an ion beam pulse control unit 20, an imaging unit 30, an extraction electric field generation unit 40, and an extraction electric field pulse control. The unit 50, the secondary ion image comparison unit 60, and the delay time determination unit 70 are mainly configured. A sample 1 as a target is placed on a table 2. The table 2 may be an XY stage made of, for example, a conductor.

集束イオンビーム照射部10は、ターゲットとなる試料1に集束イオンビーム(FIB:Focused Ion Beam)をパルス状に照射可能な装置である。集束イオンビーム照射部10は、イオンを電界で加速したビームを集束させてターゲットに照射するものである。集束イオンビーム照射部10を用い、パルスモードではなく直流モードとすることで、SIM像を観測することが可能となる。SIM像は、イオンビームを試料1に照射した際に試料1から飛び出してくる2次電子を測定することにより、試料表面の様子を観測したものである。集束イオンビーム照射部10は、イオンビームをパルス状に照射できるように構成されており、所定のパルスタイミング(パルス幅、パルス周期)でイオンビームがターゲットに照射される。このパルスタイミングは、後述のイオンビームパルス制御部20により制御可能なように構成されている。   The focused ion beam irradiation unit 10 is a device that can irradiate a sample 1 as a target with a focused ion beam (FIB) in a pulse shape. The focused ion beam irradiation unit 10 focuses a beam obtained by accelerating ions with an electric field and irradiates the target. By using the focused ion beam irradiation unit 10 and switching to the direct current mode instead of the pulse mode, it is possible to observe the SIM image. The SIM image is obtained by observing the state of the sample surface by measuring secondary electrons popping out from the sample 1 when the sample 1 is irradiated with the ion beam. The focused ion beam irradiation unit 10 is configured to be able to irradiate the ion beam in a pulse shape, and the target is irradiated with the ion beam at a predetermined pulse timing (pulse width, pulse period). This pulse timing is configured to be controllable by an ion beam pulse controller 20 described later.

イオンビームパルス制御部20は、集束イオンビーム照射部10の集束イオンビームのパルスタイミングを制御可能なものである。イオンビームパルス制御部20は、例えば集束イオンビーム照射部10のスイープ機構の電極を断続的にシフト制御すれば良い。これにより、集束イオンビームがアパーチャ板の開口部を断続的に通過するように制御され、断続的に通過したイオンビームがパルス状となる。このパルス状のイオンビームのパルスタイミングが、イオンビームパルス制御部20にて制御される。例えばイオンビームパルス制御部20は集束イオンビーム照射部10のスイープ機構の電極を駆動するためのパルス電源であり、このパルス電源のパルス周期を用いてパルスタイミングを制御できるように構成されていれば良い。   The ion beam pulse control unit 20 can control the pulse timing of the focused ion beam of the focused ion beam irradiation unit 10. For example, the ion beam pulse control unit 20 may intermittently shift control the electrodes of the sweep mechanism of the focused ion beam irradiation unit 10. Thereby, the focused ion beam is controlled to intermittently pass through the opening of the aperture plate, and the ion beam that has intermittently passed becomes a pulse shape. The pulse timing of the pulsed ion beam is controlled by the ion beam pulse controller 20. For example, the ion beam pulse control unit 20 is a pulse power source for driving the electrodes of the sweep mechanism of the focused ion beam irradiation unit 10, as long as the pulse timing can be controlled using the pulse period of the pulse power source. good.

イメージング部30は、集束イオンビーム照射部10から照射される集束イオンビームにより励起される2次イオンから2次イオン像を生成するものである。具体的には、イメージング部30は、例えば飛行時間型質量分析装置(TOF−MS)や飛行時間型2次イオン質量分析装置(TOF−SIMS)であれば良い。集束イオンビームにより励起された2次イオンは、後述の引出電界発生部40による引出電界によりイメージング部30に引き込まれる。   The imaging unit 30 generates a secondary ion image from secondary ions excited by the focused ion beam irradiated from the focused ion beam irradiation unit 10. Specifically, the imaging unit 30 may be, for example, a time-of-flight mass spectrometer (TOF-MS) or a time-of-flight secondary ion mass spectrometer (TOF-SIMS). Secondary ions excited by the focused ion beam are drawn into the imaging unit 30 by an extraction electric field generated by an extraction electric field generation unit 40 described later.

引出電界発生部40は、集束イオンビーム照射部10から照射される集束イオンビームにより励起される2次イオンに対して、集束イオンビームが照射されていないタイミングで引出電界をパルス状に印加するものである。引出電界発生部40による引出電界により、集束イオンビームにより励起された2次イオンがイメージング部30のほうに引き出される。引出電界発生部40の引出電界は、正2次イオン分析時と負2次イオン分析時では、それぞれ反対向きに印加される。引出電界発生部40は、例えばパワートランジスタ等を用いた高電圧パルス回路からなるものであり、テーブル2とイメージング部30との間に所定のパルスタイミング(パルス幅、パルス周期)で引出電界を印加可能なものであれば良い。このパルスタイミングは、後述の引出電界パルス制御部50により制御可能なように構成されている。集束イオンビームが照射されていないタイミングで引出電界を印加するため、イオンビームパルスの照射タイミングは、引出電界は印加されていない無電界の条件とする。したがって、イオンビームが屈曲するおそれがなく、イメージング部30では意図した位置の像が生成されることになる。   The extraction electric field generating unit 40 applies an extraction electric field in a pulsed manner to the secondary ions excited by the focused ion beam irradiated from the focused ion beam irradiation unit 10 at a timing when the focused ion beam is not irradiated. It is. Secondary ions excited by the focused ion beam are extracted toward the imaging unit 30 by the extraction electric field generated by the extraction electric field generation unit 40. The extraction electric field of the extraction electric field generating unit 40 is applied in the opposite direction during positive secondary ion analysis and negative secondary ion analysis. The extraction electric field generation unit 40 is composed of a high voltage pulse circuit using, for example, a power transistor, and applies an extraction electric field between the table 2 and the imaging unit 30 at a predetermined pulse timing (pulse width, pulse period). Anything is possible. This pulse timing is configured to be controllable by an extraction electric field pulse control unit 50 described later. Since the extraction electric field is applied at a timing when the focused ion beam is not irradiated, the irradiation timing of the ion beam pulse is set to a non-electric field condition where the extraction electric field is not applied. Therefore, there is no possibility that the ion beam is bent, and the image at the intended position is generated in the imaging unit 30.

引出電界パルス制御部50は、引出電界発生部40の引出電界のパルスタイミングを制御可能なものである。引出電界パルス制御部50は、引出電界発生部40のパルス電圧を所定のパルスタイミングで出力するように、例えばパワートランジスタをオンオフ制御できれば良い。   The extraction electric field pulse control unit 50 can control the pulse timing of the extraction electric field of the extraction electric field generation unit 40. The extraction electric field pulse control unit 50 only needs to be able to turn on / off the power transistor, for example, so as to output the pulse voltage of the extraction electric field generation unit 40 at a predetermined pulse timing.

2次イオン像比較部60は、イメージング部30により生成される2次イオン像を画像認識により比較解析するものである。比較解析する2次イオン像は、イオンビームパルス制御部20によるパルスタイミングに対する引出電界パルス制御部50によるパルスタイミングの遅延時間を異ならせたときの画像である。   The secondary ion image comparison unit 60 performs comparative analysis of the secondary ion image generated by the imaging unit 30 by image recognition. The secondary ion image to be comparatively analyzed is an image when the delay time of the pulse timing by the extraction electric field pulse control unit 50 with respect to the pulse timing by the ion beam pulse control unit 20 is varied.

以下、図2に、遅延時間に対する2次イオン強度の変化グラフを示す。図2(a)は、遅延引出を行わない場合、即ち、集束イオンビーム照射時において既に引出電界が印加されている条件において、質量分析装置の各種パラメータを最適化しておき、徐々に遅延時間を増加させていった場合の2次イオン強度である。また図2(b)は、遅延引出を行った場合、即ち、例えば遅延時間0.25μsにおいてイメージング部30である質量分析装置の各種パラメータを最適化しておき、徐々に遅延時間を増加させていたった場合の2次イオン強度である。図2(a)では、遅延時間0μsとは集束イオンビーム照射と同時に引出電界を印加したことを意味し、遅延時間が正の領域が遅延引出を行った場合を意味する。図2(a)から分かる通り、遅延時間0.1μs程で2次イオン強度が最大となり、以降は急激に減少している。これは、遅延時間が過多となると、試料表面から放出された2次イオンが空間的に散逸してしまい、イメージング部30への2次イオンの取り込み率が減少するためである。一方、図2(b)から分かる通り、最適化した遅延時間において2次イオン強度が最大となり、その後は図2(a)と同様に、遅延時間が過多となり、試料表面から放出された2次イオンが空間的に散逸してしまい、イメージング部30への2次イオンの取り込み率が減少し、2次イオン強度が急激に低下している。このように、遅延時間が過多である場合には、2次イオン強度の減少、即ち、感度の低下という問題が現れるため、遅延時間は短くすべきである。しかしながら、引出電界発生部40による引出電界を作るための高電圧パルスは、0Vの無電界状態から所定の高電圧に達するまでの間にはある程度の遷移時間が存在する。この期間内に接するほどに遅延時間を短くすると、集束イオンビームの照射中に引出電界が印加されることになる。この結果、集束イオンビームが屈曲されてしまい、2次イオン像は無電界における画像と電界印加状態の画像が重畳して現れたもの、即ち、得られた像がぶれた状態となってしまう。図3に、2次イオン像がぶれた状態となった一例を示す。このように、ビーム照射中に電界の変化が起こると、2次イオン像のぶれの原因となる。そこで、本発明の微細部位イメージング装置では、生成された2次イオン像を、2次イオン像比較部60を用いて画像認識により比較解析する。ここで、2次イオン像が重畳された画像になったり、遅延時間を異ならせた画像間が位置ずれを起こした画像になっていないかを判定する。ここで、画像認識としては、例えば画像間の差分を取ったり、画像中の特徴点を抽出してこの特徴点の移動量を抽出したりして、画像の位置ずれを検出すれば良い。このような画像認識技術は、従来の又は今後現れる技術を用いれば良い。   FIG. 2 shows a graph of change in secondary ion intensity with respect to the delay time. FIG. 2A shows a case where various parameters of the mass spectrometer are optimized when delay extraction is not performed, that is, in a condition where an extraction electric field is already applied at the time of focused ion beam irradiation. This is the secondary ion intensity when it is increased. FIG. 2B shows the case where delay extraction is performed, that is, for example, when the delay time is 0.25 μs, various parameters of the mass spectrometer as the imaging unit 30 are optimized, and the delay time is gradually increased. The secondary ionic strength of the case. In FIG. 2A, the delay time of 0 μs means that the extraction electric field is applied simultaneously with the focused ion beam irradiation, and means that the region where the delay time is positive performs the delay extraction. As can be seen from FIG. 2A, the secondary ion intensity becomes maximum at a delay time of about 0.1 μs, and thereafter decreases rapidly. This is because, if the delay time is excessive, the secondary ions emitted from the sample surface are spatially dissipated and the rate of secondary ion incorporation into the imaging unit 30 is reduced. On the other hand, as can be seen from FIG. 2 (b), the secondary ion intensity becomes maximum at the optimized delay time, and thereafter, as in FIG. 2 (a), the delay time becomes excessive, and the secondary ions released from the sample surface. Ions are spatially dissipated, the secondary ion uptake rate into the imaging unit 30 is reduced, and the secondary ion intensity is rapidly reduced. Thus, when the delay time is excessive, the problem of a decrease in secondary ion intensity, that is, a decrease in sensitivity appears, and therefore the delay time should be shortened. However, the high voltage pulse for creating the extraction electric field generated by the extraction electric field generation unit 40 has a certain transition time until it reaches a predetermined high voltage from the zero electric field state. If the delay time is shortened so as to contact within this period, an extraction electric field is applied during irradiation of the focused ion beam. As a result, the focused ion beam is bent, and the secondary ion image appears as a superposition of an image without an electric field and an image with an electric field applied, that is, the obtained image is blurred. FIG. 3 shows an example in which the secondary ion image is blurred. Thus, if a change in the electric field occurs during beam irradiation, it causes blurring of the secondary ion image. Therefore, in the fine region imaging apparatus of the present invention, the generated secondary ion image is comparatively analyzed by image recognition using the secondary ion image comparison unit 60. Here, it is determined whether or not an image in which the secondary ion image is superimposed or an image in which the delay time is different between the images is a misaligned image. Here, as image recognition, for example, a difference between images may be detected, or a feature point in the image may be extracted to extract a movement amount of the feature point, thereby detecting a positional deviation of the image. Such an image recognition technique may be a conventional technique or a technique that will appear in the future.

そして、遅延時間決定部70は、2次イオン像比較部60による比較結果により、イオンビームパルス制御部20によるパルスタイミングに対する引出電界パルス制御部によるパルスタイミングの遅延時間を決定する。即ち、2次イオン像比較部60による比較結果により、2次イオン像が重畳された画像になったり位置ずれを起こした画像になったりしないようなパルスタイミングの遅延時間を決定する。即ち、遅延時間が略ゼロのところから始め、2次イオン像が位置ずれしなくなるまで遅延させていき、位置ずれしなくなった遅延時間をパルスタイミングとして用いれば良い。   Then, the delay time determination unit 70 determines the delay time of the pulse timing by the extraction electric field pulse control unit with respect to the pulse timing by the ion beam pulse control unit 20 based on the comparison result by the secondary ion image comparison unit 60. That is, the delay time of the pulse timing is determined based on the comparison result by the secondary ion image comparison unit 60 so that the secondary ion image is not superimposed and the image is not misaligned. In other words, the delay time is started from approximately zero and is delayed until the secondary ion image is not displaced, and the delay time at which the displacement is not displaced may be used as the pulse timing.

このように構成することで、本発明の微細部位イメージング装置は、集束イオンビームの照射位置のずれが生じず、最適化された条件で2次イオン像を得ることが可能となる。   With this configuration, the fine region imaging apparatus of the present invention can obtain a secondary ion image under optimized conditions without causing a shift in the irradiation position of the focused ion beam.

さらに、遅延時間決定部70は、例えば時々刻々と変わる温度条件等により最適な遅延時間がずれる場合があるため、これを防止するために、フィードバック制御により最適遅延時間を決定しても良い。即ち、遅延時間決定部70は、新たな試料を観測時に一度だけ遅延時間を決定しても良いし、観測中はフィードバック制御を行い、例えば遅延時間を短くすることを試みつつ、位置ずれが起きた場合には遅延時間を長くするようにフィードバック制御することも可能である。   Further, the delay time determination unit 70 may determine the optimum delay time by feedback control in order to prevent the optimum delay time from deviating due to, for example, a temperature condition that changes from moment to moment. That is, the delay time determination unit 70 may determine the delay time only once when observing a new sample, or performs feedback control during observation, for example, while trying to shorten the delay time, misalignment occurs. In such a case, feedback control can be performed so as to increase the delay time.

図4に、本発明の微細部位イメージング装置の他の実施例を説明するための概略ブロック図を示す。図中、図1と同一の符号を付した部分は同一物を表わしているため、詳説を省略する。図示例では、図1の例に対して、ターゲットとなる試料1に電子ビームをパルス状に照射する電子ビーム照射部80をさらに有している。また、電子ビーム照射部80と集束イオンビーム照射部10は、位置関係は特に限定されないが、試料1の置かれるテーブル2の表面法線に対して45度になるようにそれぞれ配置されれば良い。電子ビーム照射部80は、例えば電子顕微鏡であれば良い。電子ビーム照射部80により試料に電子ビームを照射し、そこから発生してきた2次電子から得られる像を観察することが可能である。この電子ビームも、引出電界の影響を受けるため、引出電界が印加される間に電子ビームを当てると、電子ビームが屈曲して画像の位置ずれが問題となる。したがって、この例でも、電子ビーム照射部80の電子ビームのパルスタイミングを制御可能な電子ビームパルス制御部90を設ければ良い。なお、集束イオンビームのパルスタイミングと電子ビームのパルスを同期させれば、集束イオンビームを照射中でも、走査型電子顕微鏡により同一箇所を観察することができる。しかしながら、例えば事前に集束イオンビームの照射エリアを決定するためであれば、電子ビームはパルス化しなくても勿論良い。   FIG. 4 is a schematic block diagram for explaining another embodiment of the microscopic region imaging apparatus of the present invention. In the figure, the portions denoted by the same reference numerals as those in FIG. In the illustrated example, an electron beam irradiation unit 80 for irradiating the target sample 1 with an electron beam in a pulsed manner is further provided in the example of FIG. The positional relationship between the electron beam irradiation unit 80 and the focused ion beam irradiation unit 10 is not particularly limited, but may be arranged so as to be 45 degrees with respect to the surface normal of the table 2 on which the sample 1 is placed. . The electron beam irradiation unit 80 may be an electron microscope, for example. The sample can be irradiated with an electron beam by the electron beam irradiation unit 80, and an image obtained from secondary electrons generated therefrom can be observed. Since this electron beam is also affected by the extraction electric field, if the electron beam is applied while the extraction electric field is applied, the electron beam bends and image displacement becomes a problem. Therefore, in this example as well, an electron beam pulse control unit 90 that can control the pulse timing of the electron beam of the electron beam irradiation unit 80 may be provided. If the pulse timing of the focused ion beam and the pulse of the electron beam are synchronized, the same portion can be observed with a scanning electron microscope even during irradiation of the focused ion beam. However, for example, if the irradiation area of the focused ion beam is determined in advance, the electron beam need not be pulsed.

イメージング部30では、電子ビーム照射部80から照射される電子ビームにより励起される2次電子から2次電子像も生成する。そして、2次イオン像比較部60は、電子ビームパルス制御部90によるパルスタイミングに対する引出電界パルス制御部50によるパルスタイミングの遅延時間を異ならせたときにイメージング部により生成される2次電子像も画像認識により比較解析する。さらに、遅延時間決定部70では、2次イオン像比較部60による比較結果により、電子ビームパルス制御部90によるパルスタイミングに対する引出電界パルス制御部50によるパルスタイミングの遅延時間も決定すれば良い。   The imaging unit 30 also generates a secondary electron image from secondary electrons excited by the electron beam irradiated from the electron beam irradiation unit 80. The secondary ion image comparison unit 60 also generates a secondary electron image generated by the imaging unit when the delay time of the pulse timing by the extraction electric field pulse control unit 50 is different from the pulse timing by the electron beam pulse control unit 90. Perform comparative analysis by image recognition. Further, the delay time determination unit 70 may determine the delay time of the pulse timing by the extraction electric field pulse control unit 50 with respect to the pulse timing by the electron beam pulse control unit 90 based on the comparison result by the secondary ion image comparison unit 60.

このように構成することにより、2次電子像(SEM像)、走査イオン顕微鏡像(SIM像)、正2次イオン像、負2次イオン像がすべて位置ずれなく得ることが可能となる。図5に、本発明の微細部位イメージング装置により得られる各像の具体例を示す。上段は本発明の微細部位イメージング装置により得られた画像であり、下段は比較例として、遅延制御を行わず引出電界を印加したまま得られた画像である。引出電界を印加しない無電界の状態で、集束イオンビームの照射位置と電子ビームの照射位置を試料の同じ場所に一致させた。比較例では、引出電界を印加すると、集束イオンビーム及び電子ビームは電界による変更を受け、互いに上下に位置ずれを生じていることが見て取れる。また、正2次イオン像や負2次イオン像取得時には、それぞれ電界の向きが逆となるため、この場合にも上下方向にずれが生じていることが分かる。一方、本発明の微細部位イメージング装置では、集束イオンビームや電子ビームが照射される瞬間には無電界の状態が維持されているため、何れの像においても位置ずれは一切生じておらず、また、ビーム照射時に電界の変動がないため像のぶれもないないことが分かる。しかも、遅延時間は常に最適化された状態で像が生成されているため、得られる像は何れも明瞭なものとなっている。   By comprising in this way, it becomes possible to obtain a secondary electron image (SEM image), a scanning ion microscope image (SIM image), a positive secondary ion image, and a negative secondary ion image all without a position shift. FIG. 5 shows a specific example of each image obtained by the fine region imaging apparatus of the present invention. The upper row is an image obtained by the fine region imaging apparatus of the present invention, and the lower row is an image obtained as a comparative example while applying an extraction electric field without performing delay control. The irradiation position of the focused ion beam and the irradiation position of the electron beam were made to coincide with the same position on the sample in the absence of an extraction electric field. In the comparative example, it can be seen that when the extraction electric field is applied, the focused ion beam and the electron beam are changed by the electric field and are displaced from each other vertically. In addition, when acquiring a positive secondary ion image or a negative secondary ion image, the direction of the electric field is reversed. On the other hand, in the fine region imaging apparatus of the present invention, since no electric field is maintained at the moment when the focused ion beam or electron beam is irradiated, no displacement occurs in any image, and It can be seen that there is no image blur because there is no fluctuation of the electric field during beam irradiation. In addition, since the image is generated in a state where the delay time is always optimized, all of the obtained images are clear.

なお、本発明の微細部位イメージング装置は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。   It should be noted that the fine region imaging apparatus of the present invention is not limited to the illustrated examples described above, and it is needless to say that various modifications can be made without departing from the gist of the present invention.

1 試料
2 テーブル
10 集束イオンビーム照射部
20 イオンビームパルス制御部
30 イメージング部
40 引出電界発生部
50 引出電界パルス制御部
60 2次イオン像比較部
70 遅延時間決定部
80 電子ビーム照射部
90 電子ビームパルス制御部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Sample 2 Table 10 Focused ion beam irradiation part 20 Ion beam pulse control part 30 Imaging part 40 Extraction electric field generation part 50 Extraction electric field pulse control part 60 Secondary ion image comparison part 70 Delay time determination part 80 Electron beam irradiation part 90 Electron beam Pulse control unit

Claims (4)

試料を画像化する微細部位イメージング装置であって、該微細部位イメージング装置は、
ターゲットとなる試料に集束イオンビームをパルス状に照射する集束イオンビーム照射部と、
前記集束イオンビーム照射部の集束イオンビームのパルスタイミングを制御可能なイオンビームパルス制御部と、
前記集束イオンビーム照射部から照射される集束イオンビームにより励起される2次イオンから2次イオン像を生成するためのイメージング部と、
前記集束イオンビーム照射部から照射される集束イオンビームにより励起される2次イオンに対して、集束イオンビームが照射されていないタイミングで引出電界をパルス状に印加する引出電界発生部と、
前記引出電界発生部の引出電界のパルスタイミングを制御可能な引出電界パルス制御部と、
前記イオンビームパルス制御部によるパルスタイミングに対する引出電界パルス制御部によるパルスタイミングの遅延時間を異ならせたときにイメージング部により生成される2次イオン像を画像認識により比較解析する2次イオン像比較部と、
前記2次イオン像比較部による比較結果により、イオンビームパルス制御部によるパルスタイミングに対する引出電界パルス制御部によるパルスタイミングの遅延時間を決定する遅延時間決定部と、
を具備することを特徴とする微細部位イメージング装置。
A micro site imaging apparatus for imaging a sample, the micro site imaging apparatus comprising:
A focused ion beam irradiation unit that irradiates the target sample with a focused ion beam in a pulsed manner; and
An ion beam pulse control unit capable of controlling the pulse timing of the focused ion beam of the focused ion beam irradiation unit;
An imaging unit for generating a secondary ion image from secondary ions excited by the focused ion beam irradiated from the focused ion beam irradiation unit;
An extraction electric field generating unit that applies an extraction electric field in a pulsed manner to a secondary ion excited by the focused ion beam irradiated from the focused ion beam irradiation unit at a timing when the focused ion beam is not irradiated;
An extraction electric field pulse control unit capable of controlling the pulse timing of the extraction electric field of the extraction electric field generation unit;
A secondary ion image comparison unit for comparing and analyzing secondary ion images generated by the imaging unit by image recognition when the delay time of the pulse timing by the extraction electric field pulse control unit is different from the pulse timing by the ion beam pulse control unit When,
A delay time determination unit that determines a delay time of the pulse timing by the extraction electric field pulse control unit with respect to the pulse timing by the ion beam pulse control unit according to the comparison result by the secondary ion image comparison unit;
A microscopic region imaging apparatus comprising:
請求項1に記載の微細部位イメージング装置において、前記遅延時間決定部は、フィードバック制御により最適遅延時間を決定することを特徴とする微細部位イメージング装置。   2. The microscopic region imaging apparatus according to claim 1, wherein the delay time determining unit determines an optimal delay time by feedback control. 請求項1又は請求項2に記載の微細部位イメージング装置であって、さらに、ターゲットとなる試料に電子ビームをパルス状に照射する電子ビーム照射部と、
前記電子ビーム照射部の電子ビームのパルスタイミングを制御可能な電子ビームパルス制御部と、を具備し、
前記イメージング部は、電子ビーム照射部から照射される電子ビームにより励起される2次電子から2次電子像も生成し、
前記2次イオン像比較部は、電子ビームパルス制御部によるパルスタイミングに対する引出電界パルス制御部によるパルスタイミングの遅延時間を異ならせたときにイメージング部により生成される2次電子像も画像認識により比較解析し、
前記遅延時間決定部は、2次イオン像比較部による比較結果により、電子ビームパルス制御部によるパルスタイミングに対する引出電界パルス制御部によるパルスタイミングの遅延時間も決定する、
ことを特徴とする微細部位イメージング装置。
The fine region imaging apparatus according to claim 1 or 2, further comprising: an electron beam irradiation unit configured to irradiate the target sample with an electron beam in a pulsed manner;
An electron beam pulse control unit capable of controlling the pulse timing of the electron beam of the electron beam irradiation unit,
The imaging unit also generates a secondary electron image from secondary electrons excited by the electron beam irradiated from the electron beam irradiation unit,
The secondary ion image comparison unit compares the secondary electron image generated by the imaging unit by image recognition when the delay time of the pulse timing by the extraction electric field pulse control unit is different from the pulse timing by the electron beam pulse control unit. Parse and
The delay time determination unit also determines the delay time of the pulse timing by the extraction electric field pulse control unit with respect to the pulse timing by the electron beam pulse control unit, based on the comparison result by the secondary ion image comparison unit.
A fine region imaging apparatus characterized by the above.
請求項3に記載の微細部位イメージング装置において、前記集束イオンビーム照射部及び電子顕微鏡は、試料の置かれるテーブルの表面法線に対して45度になるようにそれぞれ配置されることを特徴とする微細部位イメージング装置。   4. The fine region imaging apparatus according to claim 3, wherein the focused ion beam irradiation unit and the electron microscope are respectively arranged so as to be 45 degrees with respect to a surface normal of a table on which a sample is placed. Micro site imaging device.
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