KR20170108805A

KR20170108805A - 집속 이온 빔 장치

Info

Publication number: KR20170108805A
Application number: KR1020170014440A
Authority: KR
Inventors: 츠요시 오오니시; 도시유키 이와호리
Original assignee: 가부시키가이샤 히다치 하이테크 사이언스
Priority date: 2016-03-18
Filing date: 2017-02-01
Publication date: 2017-09-27
Also published as: CN107204268A; US10056227B2; EP3220407B1; EP3220407A1; CN107204268B; JP6711655B2; US20170271122A1; KR102646113B1; JP2017174503A

Abstract

[과제] 집속 이온 빔 장치와 시료 관찰 장치 사이에서, 관찰 대상의 미소 시료편을 간이한 구성으로 용이하게 이동시키는 것을 가능하게 하는 집속 이온 빔 장치를 제공한다.
[해결 수단] 시료를 올려놓는 시료대와, 상기 시료에 집속 이온 빔을 조사하여, 미소 시료편을 작성하는 집속 이온 빔 경통과, 상기 시료대, 및 상기 집속 이온 빔 경통을 수용하는 시료실과, 상기 시료실에 대해 삽탈 가능하게 형성되고, 선단측에서 상기 미소 시료편을 유지 가능한 사이드 엔트리형의 캐리어와, 상기 시료대 및 상기 캐리어 사이에서 상기 미소 시료편을 이동시키는 시료편 이동 수단을 구비하고, 상기 시료대는, 적어도 수평면을 따른 x축 및 이것에 직각인 y축과, 연직 방향을 따른 z축을 각각 따라 이동 가능하게 형성되며, 상기 시료대의 일단에는, 상기 캐리어에 착탈 가능하게 걸어맞춰져, 상기 시료대의 이동에 수반하여 상기 캐리어도 이동시키는 캐리어 걸어맞춤부를 형성했다.

Description

집속 이온 빔 장치{FOCUSED ION BEAM APPARATUS}

본 발명은, 집속 이온 빔에 의해 시료로부터 관찰 대상 부위를 포함하는 미소 시료편을 잘라내는 집속 이온 빔 장치에 관한 것이다.

예를 들어, 반도체 디바이스 등의 시료의 내부 구조를 해석하거나, 입체적인 관찰을 행하는 수법 중 하나로서, 집속 이온 빔(Focused Ion Beam;FIB) 경통과 전자 빔(Electron Beam;EB) 경통을 탑재한 복합 하전 입자 빔 장치를 이용하여, FIB에 의한 단면 형성 가공과, 그 단면을 EB 주사에 의한 주사형 전자 현미경(Scanning Electron Microscope;SEM) 관찰을 행하는 단면 가공 관찰 방법이 알려져 있다(예를 들어, 특허 문헌 1을 참조).

이 단면 가공 관찰 방법은, FIB에 의한 단면 형성 가공을 Cut으로 칭하고, EB에 의한 단면 관찰을 See로 칭하며, Cut와 See를 반복하여 3차원 화상을 구축하는 일련의 수법이 Cut&See로서 알려져 있다. 이 수법에서는, 재구축한 3차원 입체상으로부터, 대상 시료의 입체적인 형체를 여러가지 방향으로부터 볼 수 있다. 또한, 대상 시료의 임의의 단면상을 재현할 수 있다고 하는, 다른 방법에는 없는 이점을 갖고 있다.

그 한편으로, SEM은 이차 전자선의 퍼짐이 있기 때문에, 고배율(고분해 능력)의 관찰에 한계가 있고, 또 얻어지는 정보도 시료 표면 근처로 한정된다. 이로 인해, 박막형상으로 가공한 시료에 전자를 투과시키는 투과형 전자 현미경(Transmission Electron Microscopy:TEM)을 이용한 관찰 방법도 알려져 있다. TEM에 의한 관찰에서는, 시료 내부의 구조를 관찰 가능하고, 또한 SEM보다 고배율(고분해 능력)의 관찰상을 얻을 수 있다. 이러한 TEM에 의한 관찰에 이용하는 박막화한 미세한 시료(이하, 미소 시료편으로 칭하는 경우가 있다)의 작성에도, 상기 서술한 바와 같은 FIB에 의한 단면 형성 가공이 유효하다.

그러나, 일반적으로 TEM은 SEM보다 고전압, 고진공으로 할 필요가 있기 때문에, 기기 자체가 SEM보다 대형이 되며, FIB와 통합한 장치로 하는 것이 어렵다. 이로 인해, TEM의 관찰 시료로서 FIB에 의한 단면 형성 가공으로 얻어진 미소 시료편을 이용하는 경우, FIB 장치와 TEM 장치에 공통인 시료 홀더를 이용하여, FIB 장치와 TEM 장치 사이에서 시료를 용이하게 이동 가능하게 하는 구성이 알려져 있다(예를 들어, 특허 문헌 2를 참조).

이 특허 문헌 2에 기재된 집속 이온 빔 장치에서는, FIB 가공과 메카니컬 프로브 조작을 편성하고, 시료로부터 해석 부위를 잘라내어 미소 시료편을 형성하며, TEM 해석용의 메시로 칭해지는 시료대에 탑재하는 FIB 마이크로 샘플링법에 있어서, FIB 장치와 TEM 장치간의 시료 이동으로 번잡한 메시의 교체가 발생하지 않도록, FIB 장치와 TEM에 공통의 사이드 엔트리 스테이지가 탑재되어 있다. 그리고, 벌크 시료로부터 미소 시료편을 잘라낼 때에는, FIB용의 시료대를 이용하여 가공을 행하기 때문에 사이드 엔트리 홀더를 퇴피 위치로 이동시키고, 잘라낸 미소 시료편을 사이드 엔트리 홀더 상의 메시에 고정할 때에는, FIB용의 시료대를 퇴피 위치로 이동시키는 구성으로 하고 있다.

일본국 특허 공개 2008-270073호 공보 일본국 특허 제4297736호 공보

그러나, 상기 서술한 특허 문헌 2의 발명에서는, FIB 가공을 행하는 시료를 올려놓는 시료 스테이지와, 가공에 의해 얻어진 미소 시료편을 TEM 장치로 이동, 도입하는 사이드 엔트리 스테이지의 각각에, 시료실 내에서의 미동을 가능하게 하는 구동 기구가 필요해진다고 하는 과제가 있었다. 예를 들어, 시료 스테이지와 사이드 엔트리 스테이지의 각각에, xyz의 각각의 축을 따라 이동 가능한 구동 기구가 설치되어 있었다. 이로 인해, 특히 시료실에 삽탈(揷脫) 가능하게 형성되는 사이드 엔트리 스테이지의 구조가 복잡화하여, 취급이 어려워진다.

또, 시료 스테이지와 사이드 엔트리 스테이지가 시료실 내에서 각각 독립적으로 구동 가능하기 때문에, 이들 시료 스테이지와 사이드 엔트리 스테이지의 동선이 서로 간섭하지 않도록, 시료 스테이지의 가동 범위 및 시료 사이즈에 제한이 있다고 하는 과제도 있었다.

본 발명은, 상기 서술한 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 집속 이온 빔 장치와 시료 관찰 장치 사이에서, 관찰 대상의 미소 시료편을 간이한 구성으로 용이하게 이동시키는 것을 가능하게 하는 집속 이온 빔 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 실시 형태 중 몇 개의 양태는, 다음과 같은 집속 이온 빔 장치를 제공했다.

즉, 본 발명의 집속 이온 빔 장치는, 시료를 올려놓는 시료대와, 상기 시료에 집속 이온 빔을 조사하여, 미소 시료편을 작성하는 집속 이온 빔 경통과, 상기 시료대, 및 상기 집속 이온 빔 경통을 수용하는 시료실과, 상기 시료실에 대해 삽탈 가능하게 형성되고, 선단측에서 상기 미소 시료편을 유지 가능한 사이드 엔트리형의 캐리어와, 상기 시료대 및 상기 캐리어 사이에서 상기 미소 시료편을 이동시키는 시료편 이동 수단을 구비하고, 상기 시료대는, 적어도 수평면을 따른 X축 및 이것에 직각인 y축과, 연직 방향을 따른 z축을 각각 따라 이동 가능하게 형성되며, 상기 시료대의 일단에는, 상기 캐리어에 착탈 가능하게 걸어맞춰져, 상기 시료대의 이동에 수반하여 상기 캐리어도 이동시키는 캐리어 걸어맞춤부를 형성한 것을 특징으로 한다.

본 실시 형태의 집속 이온 빔 장치에 의하면, 캐리어를 캐리어 걸어맞춤부를 통해 시료대에 걸어맞추는 구성으로 함으로써, 캐리어에 x축, y축, z축을 따른 이동 수단을 형성하지 않더라도, 캐리어의 위치를 자유롭게 이동시킬 수 있다. 이것에 의해, 캐리어 자체를 소형, 경량화할 수 있으며, 그 구동 기구도 생략할 수 있다. 그리고, 시료대의 위치 이동 조작에 추가하여, 캐리어의 위치 이동 조작을 따로 행할 필요가 없기 때문에, 조작성이 향상하며, 관찰 대상의 미소 시료편을 간이한 구성으로 용이하게 이동시키는 것이 가능하게 된다.

상기 시료실에는, 상기 시료실 내의 기밀을 유지하면서 상기 캐리어를 상기 시료실에 대해 삽탈 가능하게 하는 로드 락 기구가 더 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 시료대에는, 상기 시료를 상기 z축 둘레로 회동 가능하게 하는 테이블이 더 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 시료실에는, 상기 시료대를 상기 x축 둘레로 회동 가능하게 하는 틸트 부재가 더 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 시료실에는, 상기 캐리어를 상기 x축 둘레로 회동 가능하게 하는 캐리어 회동 부재가 더 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 캐리어는, 상기 미소 시료편을 유지하는 메시를 구비한 홀더와, 상기 홀더를 착탈 가능하게 유지하는 홀더 어댑터를 구비한 것을 특징으로 한다.

상기 시료 캐리어 걸어맞춤부는, 상기 홀더 어댑터와 걸어맞춰지는 것을 특징으로 한다.

상기 시료 캐리어 걸어맞춤부에는, 상기 캐리어와의 사이에서 단열을 행하는 단열 부재가 더 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

상기 시료실에는, 상기 캐리어에 유지된 상기 미소 시료편의 투과 전자상을 관찰하기 위한 투과 전자 검출기가 더 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 집속 이온 빔 장치와 시료 관찰 장치 사이에서, 관찰 대상의 미소 시료편을 간이한 구성으로 용이하게 이동시키는 것이 가능하게 된다.

도 1은 실시 형태의 집속 이온 빔 장치를 도시하는 개략 구성도이다.
도 2는 시료 가공 관찰 장치를 측면으로부터 보았을 때의 모식도이다.
도 3은 시료 가공 관찰 장치를 측면으로부터 보았을 때의 모식도이다.
도 4는 캐리어 걸어맞춤부 및 캐리어의 선단 부분을 도시하는 주요부 확대 모식도이다.

이하, 도면을 참조하여, 본 실시 형태의 집속 이온 빔 장치에 대해 설명한다. 또한, 이하에 도시하는 각 실시 형태는, 발명의 취지를 보다 좋게 이해시키기 위해 구체적으로 설명하는 것이며, 특별히 지정이 없는 한, 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또, 이하의 설명에서 이용하는 도면은, 본 발명의 특징을 알기 쉽게 하기 위해, 편의상, 주요부가 되는 부분을 확대하여 도시하고 있는 경우가 있으며, 각 구성 요소의 치수 비율 등이 실제와 같은 것은 아니다.

도 1은, 실시 형태의 집속 이온 빔 장치를 도시하는 개략 구성도이다.

본 실시 형태의 시료 가공 관찰 장치(집속 이온 빔 장치)(10)는, 집속 이온 빔(FIB) 경통(11)과, 전자 빔(EB) 경통(12)과, 시료(S)를 올려놓는 시료대(15)와, 이들을 수용하는 시료실(14)과, 이 시료실(14)에 삽탈 가능하게 형성된 사이드 엔트리형의 캐리어(13)를 구비하고 있다.

집속 이온 빔 경통(11), 및 전자 빔 경통(12)은, 시료실(14)에 각각 고정되어 있다.

단면 가공 관찰 장치(10)는, 이차 전자 검출기(17)와, EDS 검출기(18)를 더 구비하고 있다. 이차 전자 검출기(17)는, 집속 이온 빔 또는 전자 빔을 시료(S)에 조사하여, 시료(S)로부터 발생한 이차 전자를 검출한다. 또, EDS 검출기(18)는, 전자 빔을 시료(S)에 조사하여, 시료(S)로부터 발생한 X선을 검출한다. 시료(S)로부터 발생하는 X선은, 시료(S)를 구성하는 물질마다 특유의 특성 X선을 포함하고, 이러한 특성 X선에 의해, 시료(S)를 구성하는 물질을 특정할 수 있다.

또한, 이차 전자 검출기(17)를 대신하여, 반사 전자 검출기를 설치하는 구성도 바람직하다. 반사 전자 검출기는, 전자 빔이 시료(S)에서 반사된 반사 전자를 검출한다. 이러한 반사 전자에 의해, 단면의 요철 정보를 경감한, 재료의 질량 콘트라스트를 반영한 단면상을 취득할 수 있다. 또, 이차 전자 검출기(17), 반사 전자 검출기는, SEM 하우징 내에 설치할 수 있다.

또, EDS 검출기(18)를 대신하여, EBSD 검출기를 설치하는 구성도 바람직하다. EBSD 검출기에서는, 결정성 재료에 전자 빔을 조사하면, 시료(S)의 표면에서 발생하는 전자선 후방 산란 회절에 의해 회절 도형 즉 EBSD 패턴이 관측되고, 시료(S)의 결정 방위에 관한 정보가 얻어진다. 이러한 EBSD 패턴을 측정, 해석함으로써, 시료(S)의 미소 영역의 결정 방위의 분포에 관한 정보가 얻어진다.

또한, 본 발명의 집속 이온 빔 장치(10)는, 적어도 집속 이온 빔(FIB) 경통(11)과, 사이드 엔트리형의 캐리어(13)를 구비하고 있으면 되고, 전자 빔 경통(12)이나 EDS 검출기(18)를 특별히 설치하지 않고, 집속 이온 빔에 의한 시료 가공만을 행하는 구성이어도 된다.

시료실(14)은, 예를 들어, 내부가 감압 가능한 기밀 구조의 내압 하우징으로 이루어진다. 시료실(14)에는, 내부를 감압하는 진공 펌프(도시 생략)가 접속되어 있다.

시료대(15)는, 본체부(31)와, 이 본체부(31)를 이동시키는 이동 부재(32) 와, 본체부(31)에 설치된 턴테이블(테이블)(33)을 구비하고 있다. 이동 부재(32)는, 턴테이블(33)이 올려놓여진 본체부(31)를, 도 1에 도시하는 바와 같이, 수평면을 따른 x축 및 이것에 직각인 y축과, 연직 방향을 따른 z축을 각각 따라 이동 가능하게 한다. 이러한 이동 부재(32)의 이동 제어는, 시료 가공 관찰 장치(10)의 전체를 제어하는 제어부(도시 생략)에 의해 행한다.

턴테이블(33)은, 예를 들어 원통형상으로 형성되고, 시료(S)가 올려놓여지는 시료 재치(載置)면(33a)을, z축 둘레로 회동 가능하게 한다. 이러한 턴테이블(33)의 회전 제어는, 시료 가공 관찰 장치(10)의 전체를 제어하는 제어부(도시 생략)에 의해 행한다.

시료대(15)는, 예를 들어 대략 L자형상으로 형성된 시료대 지지 부재(35)에 의해 지지되어 있다. 그리고, 이 시료대 지지 부재(35)는, 시료실(14)의 측벽에 형성된 틸트 부재(36)에 걸어맞춰져 있다. 틸트 부재(36)는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 수평면을 따른 x축 둘레로 시료대 지지 부재(35)를 회동시킨다. 이것에 의해, 턴테이블(33)을 포함하는 시료대(15) 전체가, x축 둘레로 요동 가능하게 된다. 턴테이블(33)을 x축 둘레로 요동 가능하게 함으로써, 시료 재치면(33a)을 수평면에 대해 임의의 각도로 경사시킬 수 있다. 이러한 틸트 부재(36)의 회전 제어는, 시료 가공 관찰 장치(10)의 전체를 제어하는 제어부(도시 생략)에 의해 행한다.

또한, 시료대(15)의 본체부(31)의 일단에는, 잠시 후에 상술하는 캐리어(13)에 대해 착탈 가능하게 걸어맞춤 가능한 캐리어 걸어맞춤부(37)가 형성되어 있다.

도 2, 도 3은, 시료 가공 관찰 장치를 측면으로부터 보았을 때의 모식도이다. 이 중, 도 2는, 캐리어를 시료실로부터 이탈시킨 상태를 도시하고, 도 3은 캐리어를 시료실에 삽입한 상태를 도시하고 있다. 또한, 이 도 2, 도 3에 있어서는, 캐리어의 동작을 명료하게 하기 위해, 전자 빔 경통, 이차 전자 검출기, EDS 검출기 등의 기재를 생략하고 있다.

캐리어(사이드 엔트리 홀더)(13)는, 선단에 메시(41)를 구비한 대략 원통형의 홀더(42)와, 이 홀더(42)를 착탈 가능하게 지지하는 대략 원통형의 홀더 어댑터(43)를 구비하고 있다.

메시(41)는, 예를 들어, 집속 이온 빔에 의해 시료(S)를 가공하여 얻어진, TEM 분석용의 미소 시료편을 올려놓기 위한 그물형상 부재이다. 이러한 메시(41)는, 예를 들어, 반원형으로 가공한 구리망이나 실리콘 프로세스로 제작한 미소 필러를 반원형의 박판에 고정한 것 등이 이용된다.

이러한 메시(41)는, 예를 들어, 홀더(42)의 선단에 형성된 홈부(42a)(도 4 참조)에 지지되면 된다.

홀더 어댑터(43)는, 예를 들어 길이 방향을 따라 관통 구멍(45)(도 4 참조)이 형성되어 있고, 이 관통 구멍(45) 내에 홀더(42)가 삽탈 가능하게 삽입된다. 이러한 구성으로 함으로써, 시료실(14)에 캐리어(사이드 엔트리 홀더)(13)를 삽입하는 개구의 형상을, 홀더 어댑터(43)의 단면 형상에 합치하도록 형성하면, 홀더 어댑터(43)에 지지되는 홀더(42)로서 여러가지 형상의 것을 이용하는 것이 가능하게 된다.

시료실(14)의 측벽에는, 시료실(14) 내의 기밀을 유지하면서 캐리어(13)를 시료실(14)에 대해 삽탈 가능하게 유지하는 로드 락 기구(51)와, 캐리어(13)를 x축 둘레로 회동 가능하게 유지하는 캐리어 회동 부재(52)가 형성되어 있다.

로드 락 기구(51)는, 캐리어(13)를 외부로부터 시료실(14) 내에 삽입하거나, 혹은, 시료실(14)로부터 캐리어(13)를 외부로 취출할 때에, 시료실(14) 내를 예를 들어 진공 상태로 유지하기 위한 셔터이며, 진공 셔터 등 주지의 구성의 것이 적용되면 된다.

캐리어 회동 부재(52)는, 시료실(14) 내에 삽입한 캐리어(13)를 x축 둘레로 회전 가능하게 하는 것이다. 이것에 의해, 메시(41)를 수평면에 대해 임의의 각도로 경사시킬 수 있다.

도 4는, 캐리어 걸어맞춤부 및 캐리어의 선단 부분을 도시하는 주요부 확대 모식도이다.

시료대(15)의 본체부(31)의 일단에 형성된 캐리어 걸어맞춤부(37)는, 예를 들어, 본체부(31)로부터 z축 방향을 따라 연장되는 판형상 부재이며, 단부 근방에 개구(49)가 형성되어 있다. 이 개구(49)는, 예를 들어, 시료대(15)의 단부측에 대응하는 면(37a)으로부터 중심측에 대응하는 면(37b)을 향해 개구경이 점감된 구멍이며, 단부측에 대응하는 면(37a)에서는, 홀더(42)의 관통을 허용하면서, 홀더 어댑터(43)의 관통을 허용하지 않는 개구경으로 되어 있다.

이러한 캐리어 걸어맞춤부(37)는, 캐리어(13)를 시료실(14) 내에 삽입시킨 상태(도 2를 참조)에 있어서, 캐리어(13)의 홀더 어댑터(43)와, 시료대(15)를 걸어맞춘다. 이러한 캐리어 걸어맞춤부(37)에 의해, 예를 들어, 시료대(15)를 이동 부재(32)에 의해 x축, y축, z축을 각각 따라 이동시키면, 캐리어 걸어맞춤부(37)를 통해 시료대(15)에 걸어맞춰져 있는 캐리어(13)도 x축, y축, z축을 각각 따라 시료대(15)에 연동하여 이동한다.

홀더 어댑터(43)는, 시료실(14)과 대기의 압력차를 이용하여, 캐리어 걸어맞춤부(37)에 여압을 갖고 접촉하고 있다. 이 경우, 캐리어(13)에 스프링 기구 등을 추가하여, 시료대(15)의 구동 정밀도에 영향이 있지 않도록 여압을 조정하는 것이 바람직하다.

또, 틸트 부재(36)에 의해 시료대(15) 전체를 x축 둘레로 회동(요동)시킨 경우에도, 캐리어 걸어맞춤부(37)를 통해 시료대(15)에 걸어맞춰져 있는 캐리어(13)도, 시료대(15)의 경사에 연동하여 경사진다. 또한, 캐리어(13)의 경사 각도는, 캐리어 회동 부재(52)에 의해 조절할 수 있다.

다시 도 1을 참조하여, 시료실(14)에는 시료대(15)와 캐리어(13) 사이에서 미소 시료편을 이동시키는 시료편 이동 수단(55)이 더 형성되어 있다. 시료편 이동 수단(55)은, 예를 들어, 집속 이온 빔에 의해 시료(S)를 가공하여 얻어진, 시료대(15)에 있는 미소 시료편을, 캐리어(13)의 메시(41)에 이재하는 장치이다. 이러한 시료편 이동 수단(55)은, 예를 들어, 프로브(55a)와 디포지션 가스총(55b) 등, 주지의 시료편 이동 수단을 적용할 수 있다.

이상과 같은 구성의 시료 가공 관찰 장치(집속 이온 빔 장치)(10)의 작용을 설명한다. 본 실시 형태의 시료 가공 관찰 장치(집속 이온 빔 장치)(10)에 의해, 시료(벌크)(S)로부터, 예를 들어, TEM 관찰용의 미소 시료편을 형성할 때에는, 미리, 캐리어(13)를 시료실(14) 내로부터 퇴피시켜 둔다(도 2를 참조).

그리고, 시료(S)의 관찰 대상이 포함된다고 상정되는 위치에 SEM상을 확인하여 이동시키고, 관찰 대상이 포함되는 에리어의 외측 및 바닥을 일부 미소 아암을 남기며 집속 이온 빔(FIB)으로 가공한다. 그리고, 매니퓰레이터 프로브(55a)의 선단을 미소 시료편에 접촉시키고, 그 접촉 부위를 가스를 공급하면서 FIB를 조사하여 디포지션막을 형성해 고착한다. 그 후, 상기 서술의 미소 아암부를 FIB에 의해 절단하여, 미소 시료편과 시료(벌크 시료)(S)를 분리한다.

이와 같이, FIB에 의해 관찰 대상물을 포함하는 미소 시료편이 시료(S)로부터 분리된 상태로 매니퓰레이터 프로브를 퇴피 위치로 이동하고, 다음에, 로드 락 기구(51)를 통해 시료실(14) 내에 캐리어(13)를 삽입한다. 이때, 캐리어(13)의 홀더 어댑터(43)의 선단 부분이 캐리어 걸어맞춤부(37)의 개구(49)의 둘레 가장자리에 맞닿아, 캐리어(13)의 선단 부분이 캐리어 걸어맞춤부(37)에 걸어맞춰진다. 또한, 홀더 어댑터(43)에 지지된 홀더(42)는 캐리어 걸어맞춤부(37)의 개구(49)를 관통하고, 홀더(42)의 선단에 형성된 메시(41)가 턴테이블(33)의 시료 재치면(33a)의 근방에 배치된다.

캐리어(13)를 시료실(14) 내에 삽입하면, 시료편 이동 수단(55)을 이용하여, 퇴피 위치에 있던 적출 후의 미소 시료편을 캐리어(13)의 메시(41) 근방으로 이동시킨다. 이때 메시(41)의 위치는 FIB와 SEM의 빔 크로스 포인트로 미리 이동시켜 두고, 프로브(55a)를 구동하여 미소 시료편의 위치를 조절하면서 메시(41)의 시료 고정 위치에 접촉시키며, 디포지션막을 이용하여 양자를 고정한다. 그 후, 프로브(55a)와 미소 시료편을 FIB 가공으로 분리한다. 분리 후, 프로브를 퇴피시킨다. 그 후, 메시(41)에 고정된 미소 시료편을, XYZ축 및 T축을 조정하고, FIB와 시료의 각도를 조정하면서 시료를 박막 가공하여, TEM 관찰 가능한 얇기로 가공한다.

이동 부재(32)에 의해 시료대(15)의 본체부(31)를 x축, y축, z축을 각각 따라 이동시키면, 캐리어 걸어맞춤부(37)를 통해 시료대(15)에 걸어맞춰져 있는 캐리어(13)의 메시(41)도, 시료대(15)의 본체부(31)에 연동하여 x축, y축, z축을 각각 따라 이동한다. 또, 틸트 부재(36)에 의해 시료대(15) 전체를 x축 둘레로 회동시키면, 캐리어 걸어맞춤부(37)를 통해 시료대(15)에 걸어맞춰져 있는 캐리어(13)의 메시(41)도 임의의 각도로 경사진다. 또한, 메시(41)의 경사 각도의 조절은, 캐리어 회동 부재(52)에 의해 행할 수 있다.

이렇게 하여, 시료편 이동 수단(55)을 이용하여, 미소 시료편을 캐리어(13)의 메시(41) 상에 이재하고, TEM 관찰 가능한 박막으로 가공할 수 있으면, 로드 락 기구(51)를 통해 시료실(14)로부터 캐리어(13)를 취출한다. 그리고, 미소 시료편을 유지한 캐리어(13)를, 예를 들어, 투과형 전자 현미경(TEM)의 시료실 내에 도입하면, 집속 이온 빔에 의해 가공된 미소 시료편의 투과상을 얻을 수 있다.

또, 캐리어(13)를 시료 가공 관찰 장치(집속 이온 빔 장치)(10)에 삽입한 상태로, 메시(41)에 올려놓여진 미소 시료편의 관찰을 행할 때에도, 이동 부재(32)에 의해 시료대(15)의 본체부(31)를 x축, y축, z축을 각각 따라 이동시킴으로써, 캐리어 걸어맞춤부(37)를 통해 시료대(15)에 걸어맞춰져 있는 캐리어(13)의 메시(41)도, 시료대(15)의 본체부(31)에 연동하여 x축, y축, z축을 각각 따라 이동시킬 수 있다. 이것에 의해, 미소 시료편의 임의의 위치의 관찰을 행할 수 있다. 이 경우, SEM으로부터 볼 때 메시의 후방에 투과 전자 검출기(19)를 설치함으로써, 박막 시료의 투과상을 관찰하는 것도 가능하게 된다. 시료를 투과하는 전자를 하나의 신호로서 검출하는 경우는, STEM 검출기는 스테이지 상에 설치되는 것이 바람직하다. 또, 명시야나 암시야, 각도 분할 등, 고도의 관찰을 행할 때에는, STEM 검출기의 하부에 위치 조정 기구를 설치하거나, STEM 검출기 자체를 스테이지 상에 설치하지 않고, 시료실 벽으로부터의 삽입형으로 하는 것이 바람직하다.

이상과 같이, 본 실시 형태의 시료 가공 관찰 장치(집속 이온 빔 장치)(10)에 의하면, 캐리어(13)를 캐리어 걸어맞춤부(37)를 통해 시료대(15)에 걸어맞추는 구성으로 함으로써, 사이드 엔트리 스테이지에 x축, y축, z축을 따른 이동 수단을 형성하지 않더라도, 캐리어(13)의 메시(41)의 위치를 자유롭게 이동시킬 수 있다. 이것에 의해, 사이드 엔트리 스테이지 자체를 소형, 경량화할 수 있다. 그리고, 시료대(15)의 위치 이동 조작에 추가하여, 캐리어(13)의 위치 이동 조작을 다른 계통으로 행할 필요가 없기 때문에, 조작성이 향상하고, 관찰 대상의 미소 시료편을 간이한 구성으로 용이하게 이동시키는 것이 가능하게 된다.

또한, 본 실시 형태의 시료 가공 관찰 장치(집속 이온 빔 장치)(10)에 있어서, 캐리어 걸어맞춤부(37)에, 캐리어(13)와의 사이에서 단열을 행하는 단열 부재를 더 형성하는 것도 바람직하다. 예를 들어, 도 4에 도시하는 캐리어 걸어맞춤부(37)의 개구(49)의 내주면에 단열 부재를 형성할 수 있다. 이것에 의해, 예를 들어, 가열 기능이 있는 캐리어를 이용한 경우에도, 캐리어(13)의 홀더 어댑터(43)와 캐리어 걸어맞춤부(37) 사이에서 단열되기 때문에, 캐리어 걸어맞춤부(37)를 통해 시료대(15)가 승온한다고 하는 것을 방지할 수 있다.

또, 홀더 어댑터(43)와 캐리어 걸어맞춤부(37)의 접촉을 전기적으로 검출하거나, 스위치 기구를 추가함으로써 양자의 걸어맞춤을 판정하고, 시료대(15)의 가동 범위를 메시(41)의 에리어에 한정하는 기능을 추가하는 것도 바람직하다. 이것에 의해, 오조작에 의해 스테이지 기능에 데미지를 주는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 몇 개의 실시 형태를 설명했는데, 이들 실시 형태는, 예로서 제시한 것이며, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하고 있지 않다. 이들 실시 형태는, 그 외의 여러가지 형태로 실시되는 것이 가능하고, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 여러 가지의 생략, 치환, 변경을 행할 수 있다. 이들 실시 형태나 그 변형은, 발명의 범위나 요지에 포함되는 것과 마찬가지로, 특허 청구의 범위에 기재된 발명과 그 균등의 범위에 포함되는 것이다.

10 시료 가공 관찰 장치(집속 이온 빔 장치)
11 집속 이온 빔(FIB) 경통
12 전자 빔(EB) 경통
13 캐리어
15 시료대
37 캐리어 걸어맞춤부

Claims

시료를 올려놓는 시료대와,
상기 시료에 집속 이온 빔을 조사하여, 미소 시료편을 작성하는 집속 이온 빔 경통과,
상기 시료대, 및 상기 집속 이온 빔 경통을 수용하는 시료실과,
상기 시료실에 대해 삽탈(揷脫) 가능하게 형성되고, 선단측에서 상기 미소 시료편을 유지 가능한 사이드 엔트리형의 캐리어와,
상기 시료대 및 상기 캐리어 사이에서 상기 미소 시료편을 이동시키는 시료편 이동 수단을 구비하고,
상기 시료대는, 적어도 수평면을 따른 x축 및 이것에 직각인 y축과, 연직 방향을 따른 z축을 각각 따라 이동 가능하게 형성되며,
상기 시료대의 일단에는, 상기 캐리어에 착탈 가능하게 걸어맞춰져, 상기 시료대의 이동에 수반하여 상기 캐리어도 이동시키는 캐리어 걸어맞춤부를 형성한 것을 특징으로 하는 집속 이온 빔 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 시료실에는 상기 시료실 내의 기밀을 유지하면서 상기 캐리어를 상기 시료실에 대해 삽탈 가능하게 하는 로드 락 기구가 더 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 집속 이온 빔 장치.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 시료대에는 상기 시료를 상기 z축 둘레로 회동 가능하게 하는 테이블이 더 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 집속 이온 빔 장치.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 시료실에는 상기 시료대를 상기 x축 둘레로 회동 가능하게 하는 틸트 부재가 더 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 집속 이온 빔 장치.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 시료실에는 상기 캐리어를 상기 x축 둘레로 회동 가능하게 하는 캐리어 회동 부재가 더 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 집속 이온 빔 장치.
청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
상기 캐리어는, 상기 미소 시료편을 유지하는 메시를 구비한 홀더와, 상기 홀더를 착탈 가능하게 유지하는 홀더 어댑터를 구비한 것을 특징으로 하는 집속 이온 빔 장치.
청구항 6에 있어서,
상기 시료 캐리어 걸어맞춤부는 상기 홀더 어댑터와 걸어맞춰지는 것을 특징으로 하는 집속 이온 빔 장치.
청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
상기 시료 캐리어 걸어맞춤부에는 상기 캐리어와의 사이에서 단열을 행하는 단열 부재가 더 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 집속 이온 빔 장치.
청구항 1 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
상기 시료실에는 상기 캐리어에 유지된 상기 미소 시료편의 투과 전자상을 관찰하기 위한 투과 전자 검출기가 더 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 집속 이온 빔 장치.