KR20180109734A - 하전 입자 빔 장치, 시료 가공 방법 - Google Patents

하전 입자 빔 장치, 시료 가공 방법 Download PDF

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Abstract

(과제) 시료의 두께를 줄인 미소 시료편의 전체에 불균일없이 하전 입자 빔을 조사하는 것이 가능하고, 또한 가공시의 가공 종료점을 명확하게 파악하는 것이 가능한 하전 입자 빔 장치, 및 시료 가공 방법을 제공한다.
(해결 수단) 시료를 향하여 하전 입자 빔을 조사하여, 미소 시료편을 제조하는 하전 입자 빔 장치로서, 상기 시료를 향하여 하전 입자 빔을 조사 가능한 하전 입자 빔 경통과, 상기 하전 입자 빔 경통을 수용하는 상기 시료실과, 상기 시료를 유지 가능한 시료편 홀더를 갖고, 상기 하전 입자 빔에 의해, 상기 시료의 일부 영역의 두께를 줄인 미소 시료편을 형성할 때, 그 미소 시료편의 박편화 부분에 인접하는 부분이 상기 박편화 부분에 대하여 경사진 경사부를 형성하는 것을 특징으로 한다.

Description

하전 입자 빔 장치, 시료 가공 방법{CHARGED PARTICLE BEAM APPARATUS AND SAMPLE PROCESSING METHOD}
본 발명은, 하전 입자 빔을 사용하여 시료의 가공을 실시하기 위한 하전 입자 빔 장치, 및 하전 입자 빔을 사용한 시료 가공 방법에 관한 것이다.
예를 들어, 반도체 디바이스 등의 시료의 내부 구조를 해석하거나, 입체적인 관찰을 실시하거나 하는 수법의 하나로서, 하전 입자 빔 (Focused Ion Beam ; FIB) 경통과 전자 빔 (Electron Beam ; EB) 경통을 탑재한 하전 입자 빔 복합 장치를 사용하여, FIB 에 의한 단면 형성 가공과, 그 단면을 주사형 전자 현미경 (Scanning Electron Microscope ; SEM) 에 의해 관찰을 실시하는 단면 가공 관찰 방법이 알려져 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 을 참조).
이 단면 가공 관찰 방법은, FIB 에 의한 단면 형성 가공과 SEM 에 의한 단면 관찰을 반복하여 3 차원 화상을 구축하는 수법이 알려져 있다. 이 수법에서는, 재구축된 3 차원 입체 이미지로부터, 대상 시료의 입체적인 형체를 다양한 방향에서 상세하게 해석할 수 있다. 또한, 대상 시료의 임의의 단면 이미지를 재현할 수 있다는, 다른 방법에는 없는 이점을 갖고 있다.
그 한편으로, SEM 은 원리상, 고배율 (고분해능) 의 관찰에 한계가 있고, 또 얻어지는 정보도 시료 표면 부근으로 한정된다. 이 때문에, 보다 고배율로 고분해능의 관찰을 위해, 박막상으로 가공된 시료에 전자를 투과시키는 투과형 전자 현미경 (Transmission Electron Microscopy : TEM) 을 사용한 관찰 방법도 알려져 있다. 이러한 TEM 에 의한 관찰에 사용하는 박막화된 미세한 시료 (이하, 미소 시료편이라고 하는 경우가 있다) 의 제조에도, 상기 서술한 바와 같은 FIB 에 의한 단면 형성 가공이 유효하다.
종래, TEM 에 의한 관찰에 사용하는 미소 시료편을 제조할 때에는, 시료의 예를 들어 선단 부분을 시료의 두께 방향을 따라 하전 입자 빔을 조사하여, 시료의 두께를 줄여 박막화함으로써, 미소 시료편을 제조하였다.
예를 들어, 반도체 기판 중에 두께 방향을 따라 복수의 디바이스를 적층한 시료를 박막화할 때에는, 하전 입자 빔을 조사하면서 가공 단면의 SEM 화상을 관찰하여, 가공 단면에 노출된 디바이스의 수를 카운트함으로써, 원하는 가공 종료점을 파악하였다.
한편, 하전 입자 빔을 사용한 가공에 의해 발생하는, 하전 입자 빔의 조사 방향을 따른 가공 줄무늬 모양 (커튼 효과) 을 경감시키기 위해, 시료의 두께 방향에 대하여 경사진 방향에서 하전 입자 빔을 조사하는 것도 실시되고 있다 (예를 들어, 특허문헌 2 를 참조).
일본 공개특허공보 2008-270073호 일본 공개특허공보 평9-186210호
그러나, 상기 서술한 시료의 가공 방법 (박막화 방법) 에서는, 시료 중, 박막화되는 부분은 에칭 가공되고, 당해 부분에 인접하는 부분은 에칭 가공되지 않기 때문에, 90°로 굴곡되는 단차가 발생한다. 그리고, 상기 서술한 바와 같은 커튼 효과 대책을 위해, 박편화되는 부분의 가공면에 대하여 경사진 방향에서 하전 입자 빔을 조사하면, 전술한 인접 부분이 하전 입자 빔을 차폐하기 때문에, 하전 입자 빔이 닿지 않는 음영 영역이 발생한다. 이 때문에, 하전 입자 빔이 닿지 않는 음영 영역을 고려하여 가공 폭을 결정해야만 하여, 원하는 가공 폭보다 큰 가공 범위에 하전 입자 빔을 조사할 필요가 발생한다. 이 때문에, 시료의 가공 시간이 길어지고, 또, 원하는 형상의 미소 시료편을 제조할 수 없을 우려도 있었다.
또, 반도체 기판 중에 두께 방향을 따라 복수의 디바이스를 적층한 시료를 박막화할 때에는, 가공 종료점을 파악하기 위해 가공에 의해 노출된 디바이스의 수를 카운트할 때, 상기 서술한 음영 영역의 영향으로 가공면의 콘트라스트가 저하되어, 정확하게 디바이스의 수를 카운트할 수 없어, 가공 종료점의 정확한 파악을 할 수 없게 될 우려도 있었다.
본 발명은, 전술한 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 시료의 두께를 줄인 미소 시료편의 전체에 불균일없이 하전 입자 빔을 조사하는 것이 가능하고, 또한, 가공시의 가공 종료점을 명확하게 파악하는 것이 가능한 하전 입자 빔 장치, 및 시료 가공 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 실시형태의 양태는, 이하와 같은 하전 입자 빔 장치, 시료 가공 방법을 제공하였다.
즉, 본 발명의 하전 입자 빔 장치는, 시료를 향하여 하전 입자 빔을 조사하여, 미소 시료편을 제조하는 하전 입자 빔 장치로서, 상기 시료를 향하여 하전 입자 빔을 조사 가능한 하전 입자 빔 경통과, 상기 하전 입자 빔 경통을 수용하는 상기 시료실과, 상기 시료를 유지 가능한 시료편 홀더를 갖고, 상기 하전 입자 빔에 의해, 상기 시료의 일부 영역의 두께를 줄인 미소 시료편을 형성할 때, 그 미소 시료편의 박편화 부분에 인접하는 부분이 상기 박편화 부분에 대하여 경사진 경사부를 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 하전 입자 빔 장치에 의하면, 미소 시료편의 박편화 부분에 인접하는 부분이, 이 박편화 부분에 대하여 경사진 경사부를 형성함으로써, 경사부에 노출되는 디바이스의 단면 형상은, 디바이스의 연장 방향에 직각인 단면에 있어서의 단면 형상과 비교하여, 보다 크고 선명하게 보이므로, 디바이스의 수를 정확하게 카운트할 수 있다. 이로써, 하전 입자 빔에 의한 시료의 가공 종료점을 용이하게 또한 확실하게 결정할 수 있다.
또 본 발명은, 상기 경사부에 대하여 평행이 되도록 아르곤 이온 빔을 조사하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 시료 가공 방법은, 시료를 향하여 하전 입자 빔을 조사하여, 상기 시료의 일부 영역의 두께를 줄인 미소 시료편을 제조하는 시료 가공 방법으로서, 상기 하전 입자 빔의 조사에 의해, 상기 시료의 두께 방향을 따른 소정의 가공 두께이고, 또한 상기 두께 방향에 대하여 직각인 폭 방향을 따른 가공 폭의 제거역을, 상기 두께 방향을 따라 복수 중첩시켜 형성하고, 상기 제거역을 중첩시킬 때마다 상기 가공 폭을 단계적으로 줄임으로써, 상기 미소 시료편의 박편화 부분에 인접하는 부분에, 상기 박편화 부분에 대하여 경사시킨 경사부를 형성하는 경사부 형성 공정을 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 시료 가공 방법에 의하면, 미소 시료편의 박편화 부분에 인접하는 부분에, 이 박편화 부분에 대하여 경사시킨 경사부를 형성할 수 있으므로, 후공정에서, 시료의 가공에 사용한 하전 입자 빔과는 다른 조사각의 재가공 빔을 조사할 때, 미소 시료편의 밑동 부분에 아르곤 이온 빔이 조사되지 않는 음영 영역을 없앨 수 있어, 미소 시료편의 전역에 확실하게 아르곤 이온 빔을 조사하는 것이 가능해진다. 이로써, 미소 시료편의 전역에 있어서 가공 줄무늬 모양이 경감되어, 선명한 관찰 이미지를 얻는 것이 가능한 미소 시료편을 형성할 수 있다.
또 본 발명은, 상기 경사부 형성 공정에 있어서의, 각각의 제거역의 상기 가공 두께 및 상기 가공 폭은, 주사형 전자 현미경에 의해 얻어진 상기 경사부의 SEM 화상을 참조하여 결정되는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명은, 상기 시료는, 기재의 내부에 매설층이 상기 두께 방향을 따라 복수 중첩되어 형성되고, 상기 경사부 형성 공정은, 상기 SEM 화상을 사용하여, 상기 경사부에 노출되는 상기 매설층의 수를 카운트하여, 가공 종료점을 결정하는 것을 특징으로 한다.
상기 경사부 형성 공정에서는, 상기 박편화 부분과, 상기 박편화 부분에 인접하는 부분인 경사부를, 서로 10°이상 90°미만의 범위에서 경사시키는 것을 특징으로 한다.
또 본 발명은, 상기 미소 시료편을 향하여, 상기 경사부에 대하여 평행이 되도록 아르곤 이온 빔을 조사하는 아르곤 빔 조사 공정을 추가로 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 시료의 두께를 줄인 미소 시료편의 전체에 불균일없이 하전 입자 빔을 조사하는 것이 가능하고, 또한, 가공시의 가공 종료점을 명확하게 파악하는 것이 가능한 하전 입자 빔 장치, 및 시료 가공 방법을 제공할 수 있다.
도 1 은 본 발명의 실시형태에 관련된 하전 입자 빔 장치의 구성도이다.
도 2 는 시료 가공 방법을 단계적으로 나타낸 설명도이다.
도 3 은 시료 가공 방법을 단계적으로 나타낸 설명도이다.
도 4 는 시료 가공 방법의 다른 예를 나타낸 설명도이다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 일 실시형태인 하전 입자 빔 장치, 및 이것을 사용한 시료 가공 방법에 대해 설명한다. 또한, 이하에 나타내는 각 실시형태는, 발명의 취지를 보다 잘 이해시키기 위해 구체적으로 설명하는 것이며, 특별히 지정이 없는 한, 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또, 이하의 설명에서 사용하는 도면은, 본 발명의 특징을 알기 쉽게 하기 위해, 편의상, 주요부가 되는 부분을 확대하여 나타내고 있는 경우가 있어, 각 구성 요소의 치수 비율 등이 실제와 동일하다고는 할 수 없다.
도 1 은 본 발명의 실시형태에 관련된 하전 입자 빔 장치를 나타내는 개략 구성도이다.
본 발명의 실시형태에 관련된 하전 입자 빔 장치 (10) 는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 내부를 진공 상태로 유지 가능한 시료실 (11) 과, 시료실 (11) 의 내부에 있어서, 벌크의 시료 (V) 나, 시료편 (S) 을 유지하기 위한 시료편 홀더 (P) 를 고정 가능한 스테이지 (12) 와, 스테이지 (12) 를 구동시키는 스테이지 구동 기구 (13) 를 구비하고 있다.
하전 입자 빔 장치 (10) 는, 시료실 (11) 의 내부에 있어서의 소정의 조사 영역 (요컨대 주사 범위) 내의 조사 대상에 하전 입자 빔, 예를 들어 집속 이온 빔 (FIB) 을 조사하는 집속 이온 빔 조사 광학계 (14) 를 구비하고 있다. 하전 입자 빔 장치 (10) 는, 시료실 (11) 의 내부에 있어서의 소정의 조사 영역 내의 조사 대상에 전자 빔 (EB) 을 조사하는 전자 빔 조사 광학계 (15) 를 구비하고 있다. 하전 입자 빔 장치 (10) 는, 하전 입자 빔 또는 전자 빔의 조사에 의해 조사 대상으로부터 발생하는 2 차 하전 입자 (2 차 전자, 2 차 이온) (R) 를 검출하는 검출기 (16) 를 구비하고 있다.
하전 입자 빔 장치 (10) 는, 시료실 (11) 의 내부에 있어서의 소정의 조사 영역 내의 조사 대상에 기체 이온 빔 (GB) 을 조사하는 기체 이온 빔 광학계 (18) 를 구비하고 있다.
이들 집속 이온 빔 조사 광학계 (14), 전자 빔 조사 광학계 (15), 및 기체 이온 빔 광학계 (18) 는, 각각의 빔 조사축이 스테이지 (12) 상의 실질적인 1 점에서 교차 가능하도록 배치되어 있다. 즉, 시료실 (11) 을 측면으로부터 평면에서 봤을 때, 집속 이온 빔 조사 광학계 (14) 는 연직 방향을 따라 배치되고, 전자 빔 조사 광학계 (15) 와 기체 이온 빔 광학계 (18) 는, 각각 연직 방향에 대하여 예를 들어 45°경사진 방향을 따라 배치되어 있다. 이러한 배치 레이아웃에 의해, 시료실 (11) 을 측면으로부터 평면에서 봤을 때, 전자 빔 조사 광학계 (15) 로부터 조사되는 전자 빔 (EB) 의 빔 조사축에 대하여, 기체 이온 빔 (GB) 의 빔 조사축은, 예를 들어 직각으로 교차하는 방향이 된다.
하전 입자 빔 장치 (10) 는, 조사 대상의 표면에 가스 (G) 를 공급하는 가스 공급부 (17) 를 구비하고 있다. 가스 공급부 (17) 는 구체적으로는 외경 200 ㎛ 정도의 노즐 (17a) 등이다.
하전 입자 빔 장치 (10) 는, 스테이지 (12) 에 고정된 시료 (V) 로부터 시료편 (S) 을 취출하고, 이 시료편 (S) 을 유지하여 시료편 홀더 (P) 로 이설 (移設) 하는 니들 (19a) 및 니들 (19a) 을 구동시켜 시료편 (S) 을 반송하는 니들 구동 기구 (19b) 로 이루어지는 시료편 이설 수단 (19) 과, 니들 (19a) 에 유입되는 하전 입자 빔의 유입 전류 (흡수 전류라고도 한다) 를 검출하고, 유입 전류 신호는 컴퓨터에 보내어 화상화하는 흡수 전류 검출기 (20) 를 구비하고 있다.
하전 입자 빔 장치 (10) 는, 검출기 (16) 에 의해 검출된 2 차 하전 입자 (R) 에 기초한 화상 데이터 등을 표시하는 표시 장치 (21) 와, 컴퓨터 (22) 와, 입력 디바이스 (23) 를 구비하고 있다.
또한, 집속 이온 빔 조사 광학계 (14) 및 전자 빔 조사 광학계 (15) 의 조사 대상은, 스테이지 (12) 에 고정된 시료 (V), 시료편 (S), 및 조사 영역 내에 존재하는 니들 (19a) 이나 시료편 홀더 (P) 등이다.
하전 입자 빔 장치 (10) 는, 조사 대상의 표면에 하전 입자 빔을 주사하면서 조사함으로써, 피조사부의 화상화나 스퍼터링에 의한 각종 가공 (굴착, 트리밍 가공 등) 과, 디포지션막의 형성 등이 실행 가능하다. 하전 입자 빔 장치 (10) 는, 시료 (V) 로부터 시료편 (S) 을 잘라내고, 잘라낸 시료편 (S) 으로부터 TEM 에 의한 관찰에 사용하는 미소 시료편 (Q) (도 3 참조 : 예를 들어, 박편 시료, 침상 시료 등) 이나 전자 빔 이용의 분석 시료편을 형성하는 가공을 실행 가능하다.
하전 입자 빔 장치 (10) 는, 시료편 홀더 (P) 에 이설된 시료편 (S) 의 예를 들어 선단 부분을, 투과 전자 현미경에 의한 투과 관찰에 적합한 원하는 두께 (예를 들어, 5 ∼ 100 ㎚ 등) 까지 박막화하여, 관찰용 미소 시료편 (Q) 을 얻는 것이 가능하다. 하전 입자 빔 장치 (10) 는, 시료편 (S) 및 니들 (19a) 등의 조사 대상의 표면에 하전 입자 빔 또는 전자 빔을 주사하면서 조사함으로써, 조사 대상의 표면의 관찰을 실행 가능하다.
흡수 전류 검출기 (20) 는, 프리앰프를 구비하고, 니들의 유입 전류를 증폭시켜, 컴퓨터 (22) 에 보낸다. 흡수 전류 검출기 (20) 에 의해 검출되는 니들 유입 전류와 하전 입자 빔의 주사와 동기한 신호에 의해, 표시 장치 (21) 에 니들 형상의 흡수 전류 화상을 표시할 수 있어, 니들 형상이나 선단 위치 특정을 실시할 수 있다.
시료실 (11) 은, 배기 장치 (도시 생략) 에 의해 내부를 원하는 진공 상태가 될 때까지 배기 가능함과 함께, 원하는 진공 상태를 유지 가능하게 구성되어 있다.
스테이지 (12) 는, 시료 (V) 를 유지한다. 스테이지 (12) 는, 시료편 홀더 (P) 를 유지하는 홀더 고정대 (12a) 를 구비하고 있다. 이 홀더 고정대 (12a) 는 복수의 시료편 홀더 (P) 를 탑재할 수 있는 구조여도 된다.
스테이지 구동 기구 (13) 는, 스테이지 (12) 에 접속된 상태로 시료실 (11) 의 내부에 수용되어 있고, 컴퓨터 (22) 로부터 출력되는 제어 신호에 따라 스테이지 (12) 를 소정 축에 대하여 변위시킨다. 스테이지 구동 기구 (13) 는, 적어도 수평면에 평행하고 또한 서로 직교하는 X 축 및 Y 축과, X 축 및 Y 축에 직교하는 연직 방향의 Z 축을 따라 평행하게 스테이지 (12) 를 이동시키는 이동 기구 (13a) 를 구비하고 있다. 스테이지 구동 기구 (13) 는, 스테이지 (12) 를 X 축 또는 Y 축 둘레로 경사시키는 경사 기구 (13b) 와, 스테이지 (12) 를 Z 축 둘레로 회전시키는 회전 기구 (13c) 를 구비하고 있다.
집속 이온 빔 조사 광학계 (14) 는, 시료실 (11) 의 내부에 있어서 빔 출사부 (도시 생략) 를, 조사 영역 내의 스테이지 (12) 의 연직 방향 상방의 위치에서 스테이지 (12) 에 면하게 함과 함께, 광축을 연직 방향에 평행하게 하여, 시료실 (11) 에 고정되어 있다. 이로써, 스테이지 (12) 에 재치 (載置) 된 시료 (V), 시료편 (S), 및 조사 영역 내에 존재하는 니들 (19a) 등의 조사 대상에 연직 방향 상방에서 하방을 향하여 하전 입자 빔을 조사 가능하다.
또, 하전 입자 빔 장치 (10) 는, 상기와 같은 집속 이온 빔 조사 광학계 (14) 대신에 다른 이온 빔 조사 광학계를 구비해도 된다. 이온 빔 조사 광학계는, 상기와 같은 집속 빔을 형성하는 광학계에 한정되지 않는다. 이온 빔 조사 광학계는, 예를 들어, 광학계 내에 정형의 개구를 갖는 스텐실 마스크를 설치하여, 스텐실 마스크의 개구 형상의 성형 빔을 형성하는 프로젝션형의 이온 빔 조사 광학계여도 된다. 이와 같은 프로젝션형의 이온 빔 조사 광학계에 의하면, 시료편 (S) 주변의 가공 영역에 상당하는 형상의 성형 빔을 양호한 정밀도로 형성할 수 있고, 가공 시간이 단축된다.
집속 이온 빔 조사 광학계 (14) 는, 이온을 발생시키는 이온원 (14a) 과, 이온원 (14a) 으로부터 인출된 이온을 집속 및 편향시키는 이온 광학계 (14b) 를 구비하고 있다. 이온원 (14a) 및 이온 광학계 (14b) 는, 컴퓨터 (22) 로부터 출력되는 제어 신호에 따라 제어되고, 하전 입자 빔의 조사 위치 및 조사 조건 등이 컴퓨터 (22) 에 의해 제어된다.
이온원 (14a) 은, 예를 들어, 액체 갈륨 등을 사용한 액체 금속 이온원이나 플라즈마형 이온원, 가스 전계 전리형 이온원 등이다. 이온 광학계 (14b) 는, 예를 들어, 콘덴서 렌즈 등의 제 1 정전 렌즈와, 정전 편향기와, 대물 렌즈 등의 제 2 정전 렌즈 등을 구비하고 있다. 이온원 (14a) 으로서 플라즈마형 이온원을 사용한 경우, 대전류 빔에 의한 고속의 가공을 실현할 수 있고, 사이즈가 큰 시료편 (S) 의 적출에 바람직하다. 예를 들어, 가스 전계 전리형 이온원으로서 아르곤 이온을 사용함으로써, 집속 이온 빔 조사 광학계 (14) 로부터 아르곤 이온 빔을 조사할 수도 있다.
전자 빔 조사 광학계 (15) 는, 시료실 (11) 의 내부에 있어서 빔 출사부 (도 시 생략) 를, 조사 영역 내의 스테이지 (12) 의 연직 방향에 대하여 소정 각도 (예를 들어 60°) 경사진 경사 방향에서 스테이지 (12) 에 면하게 함과 함께, 광축을 경사 방향에 평행하게 하여, 시료실 (11) 에 고정되어 있다. 이로써, 스테이지 (12) 에 고정된 시료 (V), 시료편 (S), 및 조사 영역 내에 존재하는 니들 (19a) 등의 조사 대상에 경사 방향의 상방에서 하방을 향하여 전자 빔을 조사 가능하다.
전자 빔 조사 광학계 (15) 는, 전자를 발생시키는 전자원 (15a) 과, 전자원 (15a) 으로부터 사출된 전자를 집속 및 편향시키는 전자 광학계 (15b) 를 구비하고 있다. 전자원 (15a) 및 전자 광학계 (15b) 는, 컴퓨터 (22) 로부터 출력되는 제어 신호에 따라 제어되고, 전자 빔의 조사 위치 및 조사 조건 등이 컴퓨터 (22) 에 의해 제어된다. 전자 광학계 (15b) 는, 예를 들어, 전자 렌즈나 편향기 등을 구비하고 있다.
또한, 전자 빔 조사 광학계 (15) 와 집속 이온 빔 조사 광학계 (14) 의 배치를 바꿔 넣어, 전자 빔 조사 광학계 (15) 를 연직 방향으로, 집속 이온 빔 조사 광학계 (14) 를 연직 방향으로 소정 각도 경사진 경사 방향으로 배치해도 된다.
기체 이온 빔 광학계 (18) 는, 예를 들어 아르곤 이온 빔 등의 기체 이온 빔 (GB) 을 조사한다. 기체 이온 빔 광학계 (18) 는, 아르곤 가스를 이온화하여 1 ㎸ 정도의 저가속 전압으로 조사할 수 있다. 이러한 기체 이온 빔 (GB) 은, 집속 이온 빔 (FIB) 에 비해 집속성이 낮기 때문에, 시료편 (S) 이나 미소 시료편 (Q) 에 대한 에칭 레이트가 낮아진다. 따라서, 시료편 (S) 이나 미소 시료편 (Q) 의 정밀한 마무리 가공에 바람직하다.
검출기 (16) 는, 시료 (V), 시료편 (S) 및 니들 (19a) 등의 조사 대상에 하전 입자 빔이나 전자 빔이 조사되었을 때에 조사 대상으로부터 방사되는 2 차 하전 입자 (2 차 전자, 2 차 이온) (R) 의 강도 (요컨대, 2 차 하전 입자의 양) 를 검출하고, 2 차 하전 입자 (R) 의 검출량의 정보를 출력한다. 검출기 (16) 는, 시료실 (11) 의 내부에 있어서 2 차 하전 입자 (R) 의 양을 검출 가능한 위치, 예를 들어 조사 영역 내의 시료 (V), 시료편 (S) 등의 조사 대상에 대하여 비스듬히 상방의 위치 등에 배치되고, 시료실 (11) 에 고정되어 있다.
가스 공급부 (17) 는 시료실 (11) 에 고정되어 있고, 시료실 (11) 의 내부에 있어서 가스 분사부 (노즐이라고도 한다) 를 갖고, 스테이지 (12) 에 면하게 하여 배치되어 있다. 가스 공급부 (17) 는, 하전 입자 빔 (집속 이온 빔) 에 의한 시료 (V), 시료편 (S) 의 에칭을 이것들의 재질에 따라 선택적으로 촉진시키기 위한 에칭용 가스와, 시료 (V), 시료편 (S) 의 표면에 금속 또는 절연체 등의 퇴적물에 의한 디포지션막을 형성하기 위한 디포지션용 가스 등을 시료 (V), 시료편 (S) 에 공급 가능하다.
시료편 이설 수단 (19) 을 구성하는 니들 구동 기구 (19b) 는, 니들 (19a) 이 접속된 상태로 시료실 (11) 의 내부에 수용되어 있고, 컴퓨터 (22) 로부터 출력되는 제어 신호에 따라 니들 (19a) 을 변위시킨다. 니들 구동 기구 (19b) 는, 스테이지 (12) 와 일체로 형성되어 있으며, 예를 들어 스테이지 (12) 가 경사 기구 (13b) 에 의해 경사축 (요컨대, X 축 또는 Y 축) 둘레로 회전하면, 스테이지 (12) 와 일체로 이동한다.
니들 구동 기구 (19b) 는, 3 차원 좌표축의 각각을 따라 평행하게 니들 (19a) 을 이동시키는 이동 기구 (도시 생략) 와, 니들 (19a) 의 중심축 둘레로 니들 (19a) 을 회전시키는 회전 기구 (도시 생략) 를 구비하고 있다. 또한, 이 3 차원 좌표축은, 시료 스테이지의 직교 3 축 좌표계와는 독립되어 있으며, 스테이지 (12) 의 표면에 평행한 2 차원 좌표축으로 하는 직교 3 축 좌표계에서, 스테이지 (12) 의 표면이 경사 상태, 회전 상태에 있는 경우, 이 좌표계는 경사져 회전한다.
컴퓨터 (22) 는, 적어도 스테이지 구동 기구 (13) 와, 집속 이온 빔 조사 광학계 (14) 와, 전자 빔 조사 광학계 (15) 와, 가스 공급부 (17) 와, 니들 구동 기구 (19b) 를 제어한다.
또, 컴퓨터 (22) 는, 시료실 (11) 의 외부에 배치되고, 표시 장치 (21) 와, 조작자의 입력 조작에 따른 신호를 출력하는 마우스나 키보드 등의 입력 디바이스 (23) 가 접속되어 있다. 컴퓨터 (22) 는, 입력 디바이스 (23) 로부터 출력되는 신호 또는 미리 설정된 자동 운전 제어 처리에 의해 생성되는 신호 등에 의해, 하전 입자 빔 장치 (10) 의 동작을 통합적으로 제어한다.
컴퓨터 (22) 는, 하전 입자 빔의 조사 위치를 주사하면서 검출기 (16) 에 의해 검출되는 2 차 하전 입자 (R) 의 검출량을, 조사 위치에 대응시킨 휘도 신호로 변환시켜, 2 차 하전 입자 (R) 의 검출량의 2 차원 위치 분포에 의해 조사 대상의 형상을 나타내는 화상 데이터를 생성한다. 흡수 전류 화상 모드에서는, 컴퓨터 (22) 는, 하전 입자 빔의 조사 위치를 주사하면서 니들 (19a) 에 흐르는 흡수 전류를 검출함으로써, 흡수 전류의 2 차원 위치 분포 (흡수 전류 화상) 에 의해 니들 (19a) 의 형상을 나타내는 흡수 전류 화상 데이터를 생성한다.
컴퓨터 (22) 는, 생성된 각 화상 데이터와 함께, 각 화상 데이터의 확대, 축소, 이동, 및 회전 등의 조작을 실행하기 위한 화면을 표시 장치 (21) 에 표시시킨다. 컴퓨터 (22) 는, 자동적인 시퀀스 제어에 있어서의 모드 선택 및 가공 설정 등의 각종 설정을 실시하기 위한 화면을 표시 장치 (21) 에 표시시킨다.
이상과 같은 구성의 하전 입자 빔 장치 (10) 를 사용한 본 발명의 시료 가공 방법을 설명한다.
도 2, 도 3 은 시료 가공 방법을 단계적으로 나타낸 설명도이다.
또한, 이하의 실시형태에서는, 시료 가공 방법으로서, 시료편 홀더 (P) 에 지지된 시료편 (S) 을 하전 입자 빔에 의해 박막화하여, TEM 관찰용 미소 시료편 (Q) 을 제조하는 예를 들어 설명한다. 또, 도 2(a) 에 나타내는 바와 같이, 시료편 (S) 은, 예를 들어, 반도체 기판으로 이루어지는 시료 (V) (도 1 참조) 에 복수의 디바이스 (31, 31 …) 가 형성된 영역을 잘라낸 것을 상정하고, 디바이스 (31, 31 …) 가 나열된 방향을 두께 방향 (T) 이라고 하고, 이 두께 방향 (T) 에 대하여 직각이고, 또한 디바이스 (31) 의 연장 방향을 폭 방향 (W) 이라고 한다. 또, 두께 방향 (T) 및 폭 방향 (W) 에 대하여 직각인 방향을 가공 방향 (D) 이라고 한다.
먼저, 반도체 기판으로 이루어지는 시료 (V) (도 1 참조) 로부터 관찰 대상을 포함하는 소영역인 시료편 (S) 을 FIB 가공에 의해 잘라낸다. 그리고, 니들 (19a) (도 1 참조) 을 사용하여 반도체 기판의 두께 방향이 연직 방향 (가공 방향 (D)) 이 되도록, 시료편 홀더 (P) (도 1 참조) 에 가공 대상인 시료편 (S) 을 지지시킨다. 그리고, 도 2(b) 에 나타내는 바와 같이, 시료편 (S) 에 대하여 조사 영역을 설정하고, 집속 이온 빔 조사 광학계 (14) (도 1 참조) 로부터 FIB 를 가공 방향 (D) 을 따라 조사한다. 그리고, 시료편 (S) 의 두께 방향 (T) 을 따른 소정의 가공 두께이고, 또한 폭 방향 (W) 을 따른 가공 폭 (W1) 의 제 1 제거역 (E1) 을 형성한다. 이로써, 제 1 제거역 (E1) 의 밑동측의 단부 (端部) (E1e) 에는, 예를 들어, 1 개의 디바이스 (31) 의 단면 (端面) 이 노출된다.
다음으로, 도 2(c) 에 나타내는 바와 같이, 두께 방향 (T) 을 따라 제 1 제거역 (E1) 에 중첩되는 위치, 즉, 제 1 제거역 (E1) 으로부터 두께 방향 (T) 을 따라 소정의 가공 두께만큼 어긋난 위치에 FIB 를 조사하여, 제 2 제거역 (E2) 을 형성한다. 이 때, 폭 방향 (W) 을 따른 가공 폭 (W2) 으로서, 가공 폭 (W1) 보다 소정 감소 폭 (ΔW) 만큼 짧은 폭으로 설정한다. 이로써, 제 2 제거역 (E2) 의 밑동측의 단부 (E2e) 는, 제 1 제거역 (E1) 의 밑동측의 단부 (E1e) 보다 폭 방향 (W) 의 중심측을 향하여 어긋난 위치가 된다.
또한, 도 3(a) 에 나타내는 바와 같이, 두께 방향 (T) 을 따라 바로 앞에 형성된 제 n 제거역 (En) 에 중첩되는 위치, 즉, 제 n 제거역 (En) 으로부터 두께 방향 (T) 을 따라 소정의 가공 두께만큼 어긋난 위치에 FIB 를 조사하여, 제 (n + 1) 제거역 (E(n + 1)) 을 형성한다. 이 때, 폭 방향 (W) 을 따른 가공 폭 (W(n + 1)) 으로서, 바로 앞의 제 n 제거역 (En) 의 가공 폭 (Wn) 보다 소정 감소 폭 (ΔW) 만큼 짧은 폭으로 설정한다. 이와 같이 하여, 시료편 (S) 에 대하여 FIB 를 가공 방향 (D) 을 따라 조사하여, 단계적으로 가공 폭을 줄인 다수의 제거역을 두께 방향 (T) 으로 중첩시켜 형성함으로써, 시료편 (S) 의 두께 방향 (T) 을 따른 두께를 줄인 미소 시료편 (Q) 을 형성한다.
이러한 단계적으로 가공 폭을 줄인 다수의 제거역을 형성함으로써, 미소 시료편 (Q) 에는, 그 두께가 줄여진 박편화 부분 (Qs) 이 형성된다. 그리고, 이 박편화 부분 (Qs) 에 인접하는 부분, 즉, 각각의 제거역의 밑동측의 단부가 연결된 부분에는 경사부 (박편화 부분에 인접하는 부분) (C) 가 형성된다 (경사부 형성 공정). 경사부 (C) 는, 예를 들어, 두께 방향 (T) 에 대하여 10°이상 90°미만의 범위에서 경사진 경사면이며, 예를 들어, 경사부 (C) 의 표면은 아르곤 이온 빔의 조사각과 평행이 되도록 형성되어 있으면 된다. 일례로서, 본 실시형태에서는, 경사부 (C) 는, 두께 방향 (T) 에 대하여 20°로 경사진 경사면을 이룬다. 여기서, 10°이상 90°미만의 범위에 있어서, 90°미만의 작은 입사 각도로 빔을 입사함으로써, 빔 입사에 의한 시료에 대한 데미지층을 얕게 할 수 있다. 이로써, 데미지층이 얕기 때문에, 디바이스 치수가 미세한 시료여도 가공시의 가공 종료점을 명확하게 파악할 수 있다.
또한, 도 2, 도 3 에 나타내는 실시형태에서는, 시료편 (S) 의 폭 방향 (W) 을 따른 가공 폭 (Wn) 이 단계적으로 작아지도록 FIB 를 스캔시켜 조사함으로써, 경사부 (박편화 부분에 인접하는 부분) (C) 를 형성하고 있는데, FIB 의 스캔 방법은 이것에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 도 4 에 나타내는 FIB 의 스캔의 예에서는, 박편화 부분 (Qs) 이 되는 시료편 (S) 의 폭 방향 (W) 을 따른 제거역 (En) 의 가공 폭 (Wn) 을 일정하게 하고 있다. 그리고, 또한 각각의 제거역 (En) 의 밑동측으로부터, 두께 방향 (T) 에 대하여 10°이상 90°미만의 범위에서 경사지는 방향으로 연속하여 FIB 를 스캔시킨다. 이로써, FIB 가 두께 방향 (T) 에 대하여 경사지는 방향으로 스캔시킨 영역에 경사부 (C) 가 형성된다. 이러한 경사부 (C) 를 따른 가공 폭 (Wn) 은, 단계적으로 점증해 간다. 여기서, FIB 의 스캔 방법은 FIB 의 스캔 방향을 시료편 (S) 의 폭 방향에서 두께 방향 (T) 에 대하여 경사지는 방향으로 변경하는 벡터 스캔을 사용한다.
또, 시료편 (S) 의 폭 방향으로 제 1 사각형의 조사 영역을, 두께 방향 (T) 에 대하여 경사지는 방향으로 제 2 사각형의 조사 영역을 설정하고, 각각의 조사 영역에서 래스터 스캔 또는 비트 맵 스캔을 사용해도 된다.
이것 이외에도, 미소 시료편 (Q) 의 박편화 부분 (Qs) 과 박편화 부분 (Qs) 에 인접하는 부분인 경사부 (C) 로 구획된 사다리꼴 영역 내에 있어서의 FIB 의 스캔 방향은, 특별히 한정되는 것은 아니며, 박편화 부분 (Qs) 에 인접하는 부분인 경사부 (C) 가 형성 가능하면, 어떠한 방향에서 FIB 를 스캔하여 제거역을 형성해도 된다.
이상과 같이 단계적으로 가공 폭을 줄인 다수의 제거역의 형성 과정에 있어서, 임의의 타이밍으로 전자 빔 조사 광학계 (15) 로부터 EB 를 조사하고, 경사부 (C) 의 SEM 화상을 취득한다. 그리고, 얻어진 SEM 화상을 관찰하여, 경사부 (C) 에 노출된 디바이스 (31, 31 …) 의 수를 카운트함으로써, FIB 에 의한 두께 방향 (T) 의 가공 종료점을 결정할 수 있다. 경사부 (C) 에 노출되는 디바이스 (31, 31 …) 의 단면 형상은, 예를 들어, 두께 방향 (T) 을 따른 단면에 노출되는 디바이스의 단면 형상과 비교하여, 보다 크고 선명하게 보이므로, 디바이스 (31, 31 …) 의 수를 정확하게 카운트할 수 있다.
또한, SEM 화상의 취득에서, 경사부 (C) 에 노출된 디바이스 (31, 31 …) 의 카운트까지를, 예를 들어 컴퓨터 (22) 에 의해 자동적으로 실시하고, 이 결과를 시료편 (S) 에 대하여 FIB 의 조사 조건에 피드백시킴으로써, 밑동측에 경사부 (C) 가 접속되는 미소 시료편 (Q) 의 형성을 자동화시킬 수 있다.
이러한 자동화에 의한 가공 종료점의 검출 방법의 구체예로서, 미리 관찰 목표 위치까지 출현하는 (경사부 (C) 에 노출되는) 설계 상의 디바이스 (31, 31 …) 의 수를 컴퓨터 (22) 에 입력해 둔다. 이러한 디바이스 (31) 의 예정 출현수는, 시료 (V) 에 형성된 집적 회로의 설계 데이터 등으로부터 파악할 수 있다.
그리고, FIB 의 조사에 의한 제거역의 형성과 조사 SEM 화상의 취득을 반복함으로써 경사부 (C) 에 출현한 디바이스 (31) 의 수를, 컴퓨터 (22) 에서 실행하는 화상 비교 소프트웨어 등에 의해 카운트한다. 그리고, 컴퓨터 (22) 에 미리 입력된 디바이스 (31) 의 예정 출현수와 실제의 SEM 화상의 취득에 의한 경사부 (C) 에 출현한 디바이스 (31) 의 수가 일치하였을 때, 여기를 가공 종료점으로 인식하여 FIB 의 조사를 종료시킨다.
또, 자동화에 의한 가공 종료점의 검출 방법의 다른 구체예로서, FIB 에 의해 시료 (반도체 기판) (V) (도 1 참조) 로부터 시료편 (S) 을 잘라냈을 때, 시료편 (S) 의 측벽의 SEM 화상을 취득한다. 그리고, 이 시료편 (S) 의 측벽에 노출된 디바이스 (31) 의 수를, 컴퓨터 (22) 에서 실행하는 화상 비교 소프트웨어 등에 의해 카운트한다. 혹은, 시료편 (S) 을 잘라낸 후의 시료 (V) 의 절취 단면에 노출된 디바이스 (31) 의 수나, 시료 (V) 에 형성된 집적 회로의 설계 데이터 등에 기초한, 시료편 (S) 의 잘라내어진 부분의 설계 상의 디바이스 (31) 의 수를 카운트해도 된다.
이렇게 하여 컴퓨터 (22) 에 인식된, 시료편 (S) 의 디바이스 (31) 의 총 수로부터, FIB 의 조사에 의한 제거역의 형성과 조사 SEM 화상의 취득을 반복함으로써 경사부 (C) 에 출현한 실제의 디바이스 (31) 의 수를 줄여가고, 미리 컴퓨터 (22) 에 입력된, 시료편 (S) 에 남기고자 하는 디바이스 (31) 의 수와 일치하였을 때, 여기를 가공 종료점으로 인식하여 FIB 의 조사를 종료시킨다.
다음으로, 도 3(b) 에 나타내는 바와 같이, 예를 들어, 경사부 (C) 의 표면에 평행한 각도로, 미소 시료편 (Q) 에 대하여, 기체 이온 빔, 예를 들어 아르곤 이온 빔을 조사하여, FIB 를 사용한 가공에 의해 발생하는 가공 줄무늬 모양 (커튼 효과) 을 경감시킨다 (아르곤 빔 조사 공정).
이 아르곤 빔 조사 공정에서는, 기체 이온 빔 광학계 (18) (도 1 참조) 로부터, 아르곤 가스를 이온화하여 예를 들어 1 ㎸ 정도의 저가속 전압으로 미소 시료편 (Q) 의 전역에 아르곤 이온 빔을 조사한다. 이 때, 전자 빔 조사 광학계 (15) 로부터 EB 를 미소 시료편 (Q) 을 향하여 조사하고, 얻어진 SEM 화상에 기초하여 아르곤 이온 빔에 의한 미소 시료편 (Q) 의 마무리 가공을 실시하는 것이 바람직하다. 이 때의 가공 종료점의 검출도, 상기 서술한 FIB 에 의한 미소 시료편 (Q) 의 가공시의 가공 종료점 검출 순서를 적용할 수 있다. 이로써, 아르곤 빔 조사 공정의 자동화를 실시할 수 있다.
이러한 아르곤 빔 조사 공정에 있어서, 미소 시료편 (Q) 의 밑동 부분에 인접한 부분으로서, 두께 방향 (T) 에 대하여 10°이상, 90°미만의 각도 범위에서 경사시킨 경사부 (C) 가 형성되어 있으므로, 시료편 (S) 의 두께를 줄여 박막화한 미소 시료편 (Q) 의 전역에 불균일없이 아르곤 이온 빔을 조사할 수 있다.
즉, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 시료실 (11) 을 측면으로부터 평면에서 봤을 때, 전자 빔 조사 광학계 (15) 로부터 조사되는 전자 빔 (EB) 의 빔 조사축에 대하여, 기체 이온 빔 (GB) 의 빔 조사축이, 예를 들어 직각으로 교차하는 방향이 되도록 기체 이온 빔 광학계 (18) 가 배치되어 있다. 이 때문에, 미소 시료편 (Q) 에 있어서의 폭 방향 (W) 에 대하여, 두께 방향 (T) 이 예를 들어 직각으로 되어 있으면, 미소 시료편 (Q) 의 밑동 부분에 아르곤 이온 빔이 조사되지 않는 음영 영역이 발생한다.
그러나, 본 실시형태와 같이, 두께 방향 (T) 에 대하여 경사진 각도로 조사되는 아르곤 이온 빔에 대응하여, 미소 시료편 (Q) 에, 예를 들어 10°이상 90°미만의 범위에서 경사진 경사부 (C) 를 형성함으로써, 미소 시료편 (Q) 의 밑동 부분에 아르곤 이온 빔이 조사되지 않는 음영 영역을 없앨 수 있어, 미소 시료편 (Q) 의 전역에 확실하게 아르곤 이온 빔을 조사하는 것이 가능해진다. 이로써, 미소 시료편 (Q) 의 전역에 있어서 가공 줄무늬 모양이 경감되어, 선명한 관찰 이미지를 얻는 것이 가능한 TEM 관찰용 시료편을 형성할 수 있다.
또한, 도 3(c) 에 나타내는 바와 같이, 상기 서술한 두께 방향 (T) 을 따른 가공 방향과는 반대 방향으로부터도, 폭 방향 (W) 을 따른 가공 폭을 단계적으로 줄인 다수의 제거역을 형성하고, 양측으로부터 두께를 줄인 박편화 부분 (Qs) 을 갖는 미소 시료편 (Q) 을 형성할 수 있다.
본 발명의 실시형태를 설명하였지만, 이들 실시형태는, 예로서 제시한 것으로서, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하고 있지 않다. 이들 실시형태는, 그 밖의 다양한 형태로 실시되는 것이 가능하며, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 다양한 생략, 치환, 변경을 실시할 수 있다. 이들 실시형태나 그 변형은, 발명의 범위나 요지에 포함되면 동일하게, 특허청구범위에 기재된 발명과 그 균등의 범위에 포함되는 것이다.
10 : 하전 입자 빔 장치
11 : 시료실
12 : 스테이지 (시료 스테이지)
13 : 스테이지 구동 기구
14 : 집속 이온 빔 조사 광학계 (하전 입자 빔 조사 광학계)
15 : 전자 빔 조사 광학계 (하전 입자 빔 조사 광학계)
16 : 검출기
17 : 가스 공급부
18 : 기체 이온 빔 조사 광학계 (하전 입자 빔 조사 광학계)
19a : 니들
19b : 니들 구동 기구
20 : 흡수 전류 검출기
21 : 표시 장치
22 : 컴퓨터
23 : 입력 디바이스
33 : 시료대
34 : 기둥상부
C : 경사부
P : 시료편 홀더
Q : 미소 시료편
R : 2 차 하전 입자
S : 시료편
V : 시료

Claims (7)

  1. 시료를 향하여 하전 입자 빔을 조사하여, 미소 시료편을 제조하는 하전 입자 빔 장치로서,
    상기 시료를 향하여 하전 입자 빔을 조사 가능한 하전 입자 빔 경통과,
    상기 하전 입자 빔 경통을 수용하는 상기 시료실과,
    상기 시료를 유지 가능한 시료편 홀더를 갖고,
    상기 하전 입자 빔에 의해, 상기 시료의 일부 영역의 두께를 줄인 미소 시료편을 형성할 때, 그 미소 시료편의 박편화 부분에 인접하는 부분이 상기 박편화 부분에 대하여 경사진 경사부를 형성하는 것을 특징으로 하는 하전 입자 빔 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 경사부에 대하여 평행이 되도록 아르곤 이온 빔을 조사하는 것을 특징으로 하는 하전 입자 빔 장치.
  3. 시료를 향하여 하전 입자 빔을 조사하여, 상기 시료의 일부 영역의 두께를 줄인 미소 시료편을 제조하는 시료 가공 방법으로서,
    상기 하전 입자 빔의 조사에 의해, 상기 시료의 두께 방향을 따른 소정의 가공 두께이고, 또한 상기 두께 방향에 대하여 직각인 폭 방향을 따른 가공 폭의 제거역을, 상기 두께 방향을 따라 복수 중첩시켜 형성하고, 상기 제거역을 중첩시킬 때마다 상기 가공 폭을 단계적으로 줄임으로써, 상기 미소 시료편의 박편화 부분에 인접하는 부분에, 상기 박편화 부분에 대하여 경사시킨 경사부를 형성하는 경사부 형성 공정을 구비한 것을 특징으로 하는 시료 가공 방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 경사부 형성 공정에 있어서의, 각각의 제거역의 상기 가공 두께 및 상기 가공 폭은, 주사형 전자 현미경에 의해 얻어진 상기 경사부의 SEM 화상을 참조하여 결정되는 것을 특징으로 하는 시료 가공 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 시료는, 기재의 내부에 매설층이 상기 두께 방향을 따라 복수 중첩되어 형성되고,
    상기 경사부 형성 공정은, 상기 SEM 화상을 사용하여, 상기 경사부에 노출되는 상기 매설층의 수를 카운트하여, 가공 종료점을 결정하는 것을 특징으로 하는 시료 가공 방법.
  6. 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 경사부 형성 공정에서는, 상기 박편화 부분과, 상기 박편화 부분에 인접하는 부분인 경사부를, 서로 10°이상 90°미만의 범위에서 경사시키는 것을 특징으로 하는 시료 가공 방법.
  7. 제 3 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 미소 시료편을 향하여, 상기 경사부에 대하여 평행이 되도록 아르곤 이온 빔을 조사하는 아르곤 빔 조사 공정을 추가로 구비한 것을 특징으로 하는 시료 가공 방법.
KR1020180034692A 2017-03-27 2018-03-26 하전 입자 빔 장치, 시료 가공 방법 KR102590634B1 (ko)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021051878A (ja) * 2019-09-24 2021-04-01 株式会社日立ハイテクサイエンス 荷電粒子ビーム照射装置、及び制御方法

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11049690B2 (en) * 2017-09-25 2021-06-29 Sela—Solutions Enabling Nano Analysis Ltd. Depth-controllable ion milling
JP7152757B2 (ja) * 2018-10-18 2022-10-13 株式会社日立ハイテクサイエンス 試料加工観察方法
CN111366428B (zh) * 2020-03-03 2023-06-09 上海华力集成电路制造有限公司 Fib倒切制备tem样品的方法
JPWO2023084773A1 (ko) * 2021-11-15 2023-05-19

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07318468A (ja) * 1994-05-25 1995-12-08 Hitachi Ltd 電子顕微鏡観察用試料の作製方法
JPH09186210A (ja) 1996-11-26 1997-07-15 Seiko Instr Inc 集積回路の断面観察方法
JP2008270073A (ja) 2007-04-24 2008-11-06 Sii Nanotechnology Inc 三次元画像構築方法
WO2009020151A1 (ja) * 2007-08-08 2009-02-12 Sii Nanotechnology Inc. 複合集束イオンビーム装置及びそれを用いた加工観察方法、加工方法
KR20120110135A (ko) * 2010-01-28 2012-10-09 가부시키가이샤 히다치 하이테크놀로지즈 이온 밀링 장치, 시료 가공 방법, 가공 장치 및 시료 구동 기구
JP2014225362A (ja) * 2013-05-15 2014-12-04 株式会社日立ハイテクノロジーズ 集束イオンビーム装置、集束イオンビーム装置を用いた試料加工方法、及び試料加工プログラム

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5352335B2 (ja) * 2009-04-28 2013-11-27 株式会社日立ハイテクノロジーズ 複合荷電粒子線装置
CN102023108B (zh) * 2009-09-23 2012-06-06 中芯国际集成电路制造(上海)有限公司 透射电子显微镜样品的制备方法
DE102010032894B4 (de) * 2010-07-30 2013-08-22 Carl Zeiss Microscopy Gmbh Tem-Lamelle, Verfahren zu ihrer Herstellung und Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens
JP2011203266A (ja) * 2011-05-27 2011-10-13 Sii Nanotechnology Inc 薄片試料作製方法
US8859963B2 (en) * 2011-06-03 2014-10-14 Fei Company Methods for preparing thin samples for TEM imaging
JP6105204B2 (ja) * 2012-02-10 2017-03-29 株式会社日立ハイテクサイエンス Tem観察用試料作製方法
JP5887247B2 (ja) * 2012-10-15 2016-03-16 株式会社日立ハイテクノロジーズ 荷電粒子線装置および試料作製法
DE102012020478A1 (de) * 2012-10-18 2014-05-08 Carl Zeiss Microscopy Gmbh Teilchenstrahlsystem und Verfahren zum Bearbeiten einer TEM-Probe
US9057670B2 (en) * 2013-05-30 2015-06-16 International Business Machines Corporation Transmission electron microscope sample fabrication
DE112014006546B4 (de) * 2014-05-09 2021-01-21 Hitachi High-Tech Corporation Probenbearbeitungsverfahren und Ladungsteilchenstrahlvorrichtung
US9620333B2 (en) * 2014-08-29 2017-04-11 Hitachi High-Tech Science Corporation Charged particle beam apparatus
KR102358551B1 (ko) * 2014-08-29 2022-02-04 가부시키가이샤 히다치 하이테크 사이언스 자동 시료편 제작 장치
US9679743B2 (en) * 2015-02-23 2017-06-13 Hitachi High-Tech Science Corporation Sample processing evaluation apparatus

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH07318468A (ja) * 1994-05-25 1995-12-08 Hitachi Ltd 電子顕微鏡観察用試料の作製方法
JPH09186210A (ja) 1996-11-26 1997-07-15 Seiko Instr Inc 集積回路の断面観察方法
JP2008270073A (ja) 2007-04-24 2008-11-06 Sii Nanotechnology Inc 三次元画像構築方法
WO2009020151A1 (ja) * 2007-08-08 2009-02-12 Sii Nanotechnology Inc. 複合集束イオンビーム装置及びそれを用いた加工観察方法、加工方法
JP2015043343A (ja) * 2007-08-08 2015-03-05 株式会社日立ハイテクサイエンス 複合集束イオンビーム装置
KR20120110135A (ko) * 2010-01-28 2012-10-09 가부시키가이샤 히다치 하이테크놀로지즈 이온 밀링 장치, 시료 가공 방법, 가공 장치 및 시료 구동 기구
JP2014225362A (ja) * 2013-05-15 2014-12-04 株式会社日立ハイテクノロジーズ 集束イオンビーム装置、集束イオンビーム装置を用いた試料加工方法、及び試料加工プログラム

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2021051878A (ja) * 2019-09-24 2021-04-01 株式会社日立ハイテクサイエンス 荷電粒子ビーム照射装置、及び制御方法

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Publication number Publication date
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