KR20200003046A - 하전 입자선 장치 및 시료의 두께 측정법 - Google Patents

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Abstract

하전 입자선 장치는, 시료 위에 배치된 층에 상기 하전 입자선이 조사되었을 때에 얻어지는 하전 입자 신호의 강도 또는 강도비와 상기 층의 두께와의 관계를 나타내는 관계 정보를 기억한 기억부와, 상기 관계 정보와, 상기 하전 입자 신호의 강도 또는 강도비를 이용하여, 상기 층의 두께를 상기 시료의 두께로서 산출하는 연산부를 구비한다.

Description

하전 입자선 장치 및 시료의 두께 측정법
본 발명은 하전 입자선 장치 및 시료의 두께 측정법에 관한 것이다.
하전 입자선 장치의 하나인 집속(集束) 이온빔(Focused Ion Beam: FIB) 장치는, 집속한 이온빔을 시료에 조사했을 때에 생기는 타깃 구성 원자의 스퍼터링 현상을 이용하여 미세 가공을 행하는 장치이다. 최근에는, FIB 장치에 대하여, 주사 전자 현미경(Scanning Electro㎚icroscope: SEM) 또는 주사 투과 전자 현미경(Scanning Transmission Electron Microscope: STEM)을 조합한 장치가 제품화되고 있다. 이들 장치는, FIB 조사축과 전자선 조사축이 장치 내의 동일점에서 교차하도록 설계되어 있으며, 시료를 이동하지 않고 FIB 가공 단면을 SEM 관찰할 수 있는 특징이 있다.
FIB 장치의 용도는, SEM 관찰용 단면 가공, 및 STEM이나 투과 전자 현미경(Transmission Electron Microscope: TEM) 관찰용 시료 제작 등이다. TEM법이나 STEM법은, 고가속 전자선을 박막 시료에 조사하고, 투과한 전자선을 결상함으로써 시료 내부 구조를 관찰하는 방법이다. 이들 방법에서는, 투과 전자를 결상에 이용하기 때문에, 관찰 시료로서 박막이 사용된다. 일반적인 추장(推奬)하는 시료 두께는, 가속 전압 200kV일 경우에는 100㎚ 이하이다. 그러나, 반도체의 박막 시료의 제작에 있어서는, 디바이스 구조의 미세화가 해마다 진행되고 있기 때문에, 박막 두께를 수 10㎚ 정도까지 가공해야만 할 경우도 있다. TEM이나 STEM 관찰용 시료 제작에 있어서는, FIB 가공 중에 정밀도 좋게 박막 시료의 두께를 측정하는 기술이 필요하다.
FIB 가공 중에 발생하는 이차 전자는, 시료 표면 구조를 반영한 정보를 가진다. FIB의 주사와 동기시켜 이차 전자의 신호 강도를 이차원 표시한 상(像)은, 주사 이온 현미경(Scanning Ion Microscope: SIM)상이라고 불린다. 종래부터 이용되고 있는 시료 두께 측정법은, 박막 시료를 위쪽에서 SIM 관찰함으로써 시료 두께를 측장한다. 그러나, 바로 위에서 시료를 관찰하기 때문에, 시료의 깊이 방향의 정보를 얻는 것이 어렵고, 목적으로 하는 개소(箇所)의 정확한 측장은 곤란하다. SIM상은 SEM상과 비교하여 분해능이 낮은 것도 측정 정밀도 저하의 원인이다. 전자선을 이용한 막두께 측정법은, 특허문헌 1에 개시되어 있다. 특허문헌 1에는, 막두께 측정 영역과 참조 시료에 있어서의 반사 전자의 강도비를 산출하여 막두께를 측정하는 방법이 개시되어 있다.
일본국 특개2008-267895호 공보
특허문헌 1의 방법은, 막두께 측정 대상인 시료 외에 참조 시료를 준비할 필요가 있고, 실시하기 위해 몇 가지 과제가 있다. 첫째, 참조 시료는, 막두께 측정 영역과 같은 재질 및 조성이며, 또한 두께가 기지(旣知)일 필요가 있다. 시료가 단일 구조 또는 단일 조성일 경우에는, 특허문헌 1의 방법을 적용할 수 있다. 그러나, 시료 내부의 구조 또는 조성이 불균일할 경우, 전자선 강도가 관찰 영역마다 변화하기 때문에, 특허문헌 1의 방법을 적용할 수 없다. 둘째, 막두께 측정의 정밀도 향상에는, 두께가 서로 다른 2개 이상의 참조 시료를 준비해야만 한다. 반도체 시료에 있어서는, 불량부는 1개소밖에 없기 때문에 복수의 참조 시료를 준비할 수는 없다.
그래서, 이하에서는, 참조 시료를 준비하지 않고, 시료의 두께를 측정하는 것이 가능한 기술을 개시한다.
예를 들면, 상기 과제를 해결하기 위해, 청구범위에 기재된 구성을 채용한다. 본원은 상기 과제를 해결하는 수단을 복수 포함하고 있지만, 그 일례를 들자면, 하전 입자선을 조사하는 하전 입자선 칼럼(column)과, 측정 대상인 시료를 지지하는 시료 지지 기구와, 상기 하전 입자선이 상기 시료에 조사되었을 때에 얻어지는 하전 입자 신호를 검출하는 검출기와, 상기 시료 위에 배치된 층에 상기 하전 입자선이 조사되었을 때에 얻어지는 하전 입자 신호의 강도 또는 강도비와 상기 층의 두께와의 관계를 나타내는 관계 정보를 기억한 기억부와, 상기 관계 정보와, 상기 하전 입자 신호의 강도 또는 강도비를 이용하여, 상기 층의 두께를 상기 시료의 두께로서 산출하는 연산부를 구비하는 하전 입자선 장치가 제공된다.
또한, 다른 예에 따르면, 이온빔을 조사하는 이온빔 칼럼과, 전자빔을 조사하는 전자빔 칼럼과, 시료를 지지하는 시료 지지 기구와, 상기 전자빔이 상기 시료에 조사되었을 때에 얻어지는 하전 입자 신호를 검출하는 검출기와, 상기 이온빔 또는 상기 전자빔과, 화합물 가스를 이용하여, 상기 시료의 표면에 층을 형성하는 기능과, 상기 층에 상기 전자빔이 조사되었을 때에 얻어지는 하전 입자 신호의 강도 또는 강도비와 상기 층의 두께와의 관계를 나타내는 관계 정보를 기억한 기억부와, 상기 관계 정보와, 상기 하전 입자 신호의 강도 또는 강도비를 이용하여, 상기 층의 두께를 상기 시료의 두께로서 산출하는 연산부를 구비하는 복합 하전 입자선 장치가 제공된다.
또한, 다른 예에 따르면, 시료의 표면에 층을 형성하는 스텝과, 이온빔을 이용하여 상기 시료를 가공하는 스텝과, 상기 가공된 시료에 전자빔을 조사하는 스텝과, 상기 층에 상기 전자빔을 조사했을 때의 하전 입자 신호를 검출하는 스텝과, 상기 하전 입자 신호의 강도 또는 강도비와 상기 층의 두께와의 관계를 나타내는 관계 정보를 이용하여, 상기 가공된 시료의 두께를 산출하는 스텝을 포함하는 시료의 두께 측정법이 제공된다.
본 발명에 따르면, 참조 시료를 준비하지 않고, 시료의 두께를 측정할 수 있다. 또한, 본 발명에 관련되는 가일층의 특징은, 본 명세서의 기술, 첨부 도면으로부터 분명해지는 것이다. 또한, 상기한 것 이외의, 과제, 구성 및 효과는, 이하의 실시예의 설명에 의해 분명해진다.
도 1은 일 실시예의 하전 입자선 장치의 구성을 나타낸 모식도.
도 2a는 일 실시예의 시료 및 시료 위의 퇴적막을 나타낸 도면.
도 2b는 일 실시예의 시료 및 시료 위의 퇴적막을 나타낸 도면.
도 2c는 일 실시예의 시료 및 시료 위의 퇴적막을 나타낸 도면.
도 2d는 일 실시예의 시료 및 시료 위의 퇴적막을 나타낸 도면.
도 3a는 일 실시예의 퇴적막을 갖는 시료의 단면 하전 입자선상.
도 3b는 일 실시예의 퇴적막을 갖는 시료의 평면 하전 입자선상.
도 3c는 도 3a의 퇴적막에 있어서 화살표 방향으로 추출한 신호 강도의 라인 프로파일.
도 4a는 일 실시예의 시료의 두께 측정법을 설명하는 도면.
도 4b는 일 실시예의 시료의 두께 측정법을 설명하는 도면.
도 4c는 일 실시예의 시료의 두께 측정법을 설명하는 도면.
도 4d는 일 실시예의 시료의 두께 측정법을 설명하는 도면.
도 4e는 일 실시예의 신호 강도의 라인 프로파일.
도 4f는 일 실시예의 신호 강도비의 라인 프로파일.
도 5는 일 실시예의 관계 정보를 나타낸 도면.
도 6a는 일 실시예의 시료의 두께 측정법을 설명하는 도면.
도 6b는 일 실시예의 시료의 두께 측정법을 설명하는 도면.
도 6c는 일 실시예의 시료의 두께 측정법을 설명하는 도면.
도 7은 일 실시예의 하전 입자선 장치의 구성을 나타낸 모식도.
도 8은 일 실시예의 복합 하전 입자선 장치의 구성을 나타낸 모식도.
도 9a는 일 실시예의 시료의 두께 측정법을 설명하는 도면.
도 9b는 일 실시예의 시료의 두께 측정법을 설명하는 도면.
도 9c는 일 실시예의 시료의 두께 측정법을 설명하는 도면.
도 9d는 일 실시예의 시료의 두께 측정법을 설명하는 도면.
도 10a는 일 실시예의 시료 및 시료 위의 퇴적막을 나타낸 도면.
도 10b는 일 실시예의 시료 및 시료 위의 퇴적막을 나타낸 도면.
도 10c는 일 실시예의 시료 및 시료 위의 퇴적막을 나타낸 도면.
도 10d는 일 실시예의 시료 및 시료 위의 퇴적막을 나타낸 도면.
도 11은 일 실시예의 관계 정보를 나타낸 도면.
도 12는 일 실시예의 관계 정보를 나타낸 도면.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해서 설명한다. 또한, 첨부 도면은 본 발명의 원리에 입각한 구체적인 실시예를 나타내고 있지만, 이들은 본 발명의 이해를 위한 것이며, 결코 본 발명을 한정적으로 해석하기 위해 이용되는 것이 아니다.
이하의 실시예는, 관찰용 시료의 두께를 측정하는 기능을 갖는 하전 입자선 장치에 관한 것이다. 하전 입자선 장치는, 하전 입자선을 시료 표면에서 주사하여, 이차적으로 발생하는 하전 입자를 이용하는 장치이다. 하전 입자선 장치의 예로서, 전자 현미경, 전자선 묘화(描畵) 장치, 이온 가공 장치, 이온 현미경 등을 들 수 있다. 이하의 실시예는, 상술한 하전 입자선 장치에 적용 가능하다.
도 1은, 일 실시예의 하전 입자선 장치의 구성을 나타낸 모식도이다. 하전 입자선 장치는, 하전 입자선 칼럼(1)과, 시료(2)를 지지하는 시료 지지 기구(3)와, 하전 입자선(4)이 시료(2)에 조사되었을 때에 얻어지는 하전 입자 신호(5)를 검출하는 검출기(6)와, 측정 대상인 시료(2) 위에 배치된 층(예를 들면, 퇴적막)(7)에 하전 입자선(4)이 조사되었을 때에 얻어지는 하전 입자 신호(5)의 강도 또는 강도비를 층(7)의 두께마다 기억한 기억부(8)와, 기억부(8)의 정보 및 검출기(6)가 검출한 하전 입자 신호를 이용하여 층(7)의 두께를 시료(2)의 두께로서 산출하는 연산부(9)를 구비하고 있다.
하전 입자선 칼럼(1)은, 하전 입자선 광학계를 포함한다. 일례로서, 하전 입자선 광학계는, 하전 입자선을 방사(放射)하는 하전 입자선원과, 인출 전극, 콘덴서 렌즈, 편향 전극, 및 대물렌즈 등을 포함한다. 또한, 하전 입자선 칼럼(1)은, 이 이외에 다른 렌즈나 전극, 검출기를 포함해도 되고, 일부가 상기와 달라도 되고, 하전 입자선 광학계의 구성은 이에 한정되지 않는다.
연산부(9)는, 범용의 컴퓨터를 이용하여 실현되어도 되고, 컴퓨터 상에서 실행되는 프로그램의 기능으로서 실현되어도 된다. 즉, 연산부(9)의 처리는, 프로그램 코드로서 메모리에 저장하고, CPU(Central Processing Unit) 등의 프로세서가 각 프로그램 코드를 실행함으로써 실현되어도 된다.
본 실시예에서는, 측정 대상인 시료(2) 위에는, 두께 측정용 층(7)이 배치되어 있다. 이하에서는, 층(7)을 퇴적막이라고 칭하여 설명하지만, 측정 대상인 시료(2) 위에 두께 측정용의 어떠한 층이 형성되어 있으면 된다. 본 실시예의 하전 입자선 장치는, 퇴적막(7)의 두께를 산출함으로써, 시료(2)의 두께를 구할 수 있다.
본 실시예에 있어서, 퇴적막(7)은, 하전 입자선 장치의 외부에서 퇴적된 것이다. 또한, 퇴적막(7)은, 하전 입자선 장치 내에서 퇴적되어도 되고, 이 구성에 대해서는 후술한다. 도 2a∼도 2d는, 시료(2) 및 시료(2) 위에 배치된 퇴적막(7)의 모식도이다. 퇴적막(7)은, 카본, 텅스텐, 백금, 또는 산화막이다. 퇴적막(7)은, 도전성의 재질, 또는, 절연성의 재질이면 되고, 상술한 재료에 한정되는 것이 아니다.
퇴적막(7)은, 시료(2)에 대하여 임의의 위치에 배치할 수 있다. 도 2a에서는, 퇴적막(7)이, 시료(2)의 상부(2a)의 XY 평면 위에 배치되어 있다. 도 2a에 있어서, 예를 들면, 하전 입자선(4)은 XZ 평면에 입사(入射)한다. XZ 평면에 대한 하전 입자선(4)의 입사 각도(10)는 임의이다. 도 2b에서는, 퇴적막(7)이, 시료(2)의 하부(2b)의 XY 평면에 배치되어 있다. 도 2c에서는, 퇴적막(7)이, 시료(2)의 좌측면(2c)의 YZ 평면에 배치되어 있다. 도 2d에서는, 퇴적막(7)이, 시료(2)의 우측면(2d)의 YZ 평면에 배치되어 있다.
도 3a∼도 3c를 이용하여, 시료(2)의 두께 측정의 개념을 설명한다. 도 3a는, 퇴적막(7)을 갖는 시료(2)의 단면 하전 입자선상이며, 도 3b는, 시료(2)의 평면 하전 입자선상이다. 본 예에 있어서는, 시료(2)의 두께는, 도면 상의 좌측으로부터 우측을 향하여 서서히 얇아지고 있다. 두께의 변화 방향은, 이에 한정되는 것이 아니다. 도 3a에서는, 퇴적막(7)의 콘트라스트는, 좌측에서 어둡고, 우측으로 감에 따라 밝아지고 있다. 콘트라스트가 밝을수록 퇴적막(7)의 두께가 얇음을 나타낸다.
도 3c는, 퇴적막(7)에 대해서 화살표 방향(도 3a 참조)으로 추출한 신호 강도의 라인 프로파일(11)이다. 라인 프로파일(11)은, 종축에 신호 강도(휘도), 횡축에 도 3a 및 도 3b의 좌단으로부터의 거리(좌단을 원점으로 함)를 취했을 경우의 신호 강도의 변화를 나타낸다. 도 3c의 좌측에서는 휘도가 일정한 영역이 있지만, 우측으로 감에 따라 휘도가 커진다. 본 실시예에서는, 하전 입자선상의 휘도가 퇴적막(7)의 두께에 따라 변화하는 성질을 이용함으로써 시료(2)의 두께가 측정된다. 이 구성에 따르면, 시료(2)의 조성 및 재질 등에 의존하지 않는 두께의 측정이 가능해진다. 또한, 시료(2) 위의 퇴적막(7)을 이용하기 때문에, 시료(2)와는 별개인 참조 시료를 준비하지 않고, 시료(2)의 두께를 측정할 수 있다.
도 4a∼도 4f를 이용하여, 시료(2)의 두께 측정의 실시예를 나타낸다. 도 4a에 나타내는 바와 같이, 여기에서는, 쐐기 형상의 시료(2)가 사용되고, 시료(2)의 상부(2a)의 XY 평면 위에 퇴적막(7)이 배치되어 있다.
도 4b에 나타내는 바와 같이, 시료(2)를 Z축 주위에 회전하고, 하전 입자선(4)을 이용하여, 시료(2)의 면(S1)을 X축 방향에서 관찰하고, 길이(L1)를 측장한다. 하전 입자선(4)의 ZY 평면에의 입사 각도는 임의이다. 또한, 다른 예로서, 하전 입자선(4)을 이용하여 -Z 방향에서 관찰해도 된다.
다음으로, 도 4c에 나타내는 바와 같이, 시료(2)를 Z축 주위에 회전하고, 하전 입자선(4)을 이용하여 시료(2)의 면(S2)을 관찰하고, 길이(L2)를 측장한다. 하전 입자선(4)의 ZY 평면에의 입사 각도는 임의이다. 또한, 다른 예로서, 하전 입자선(4)을 이용하여 -Z 방향에서 관찰해도 된다.
다음으로, 도 4d에 나타내는 바와 같이, 시료(2)를 Z축 주위에 회전하고, 하전 입자선(4)을 이용하여 시료(2)의 면(S3)을 관찰한다. 연산부(9)는, 여기에서 취득된 하전 입자선상의 퇴적막(7)에 대해서, X 방향(화살표 방향)으로 신호 강도의 라인 프로파일(11)을 산출한다.
도 4e는, 신호 강도의 라인 프로파일(11)의 일례이다. 도 4e의 라인 프로파일(11)에 있어서, 종축은 하전 입자선상의 퇴적막(7)에 있어서의 신호 강도이며, 횡축은 시료(2)의 좌단(도 4d의 좌단)으로부터의 거리이다. 좌단의 두께는 L1이며, 우단의 두께는 L2에 상당하므로, 시료(2)에 있어서의 각 두께에 대응하는 하전 입자선상에 있어서의 신호 강도를 알 수 있다.
연산부(9)는, 신호 강도가 변화하지 않는 범위(W1)의 강도값으로 라인 프로파일(11)을 규격화해도 된다. 도 4f는, 신호 강도비의 라인 프로파일(11)의 일례이다. 도 4f의 라인 프로파일(11)에 있어서, 종축은 W1 범위의 신호 강도값으로 각 신호 강도값을 나눈 강도비이며, 횡축은 시료(2)의 좌단(도 4d의 좌단)으로부터의 거리이다. 이 라인 프로파일(11)에 따르면, 시료(2)에 있어서의 각 두께에 대응하는 강도비를 알 수 있다. 하전 입자선 장치를 이용한 관찰에 있어서는, 시간의 경과와 함께 취득되는 신호 강도의 절대값이 변화한다. 따라서, 신호 강도비와 같은 상대 강도를 나타내는 정보를 이용하는 것이 바람직하다.
연산부(9)는, 하전 입자 신호(5)의 신호 강도 또는 신호 강도비와 퇴적막(7)의 두께와의 관계를 나타내는 관계 정보를 기억부(8)에 기억한다. 도 5는, 하전 입자 신호(5)의 신호 강도 또는 신호 강도비와 퇴적막(7)의 두께와의 관계를 나타내는 테이블의 일례이다. 또한, 상기의 관계 정보는, 테이블 구조로 나타나 있지만, 테이블에 의한 데이터 구조로 표현되어 있지 않아도 된다. 이하에서는, 데이터 구조에 의존하지 않음을 나타내기 위해, 단순히 「관계 정보」라고 한다.
도 6a∼도 6c는, 상술한 바와 같이 미리 작성한 관계 정보를 이용한 시료(2)의 두께 측정법을 설명하는 도면이다. 여기에서는, 기억부(8)가, 하전 입자 신호(5)의 신호 강도비와 퇴적막(7)의 두께와의 관계를 나타내는 관계 정보를 저장하고 있을 경우에 대해서 설명한다.
도 6a에 나타내는 바와 같이, 측정 대상인 시료(2)가 시료 지지 기구(3)에 배치되어 있다. 시료 지지 기구(3)의 구성은, 시료(2)를 지지할 수 있으면 이에 한정되는 것이 아니다. 시료(2)는 평행 평판이어도 되고, 쐐기 형상이어도 되지만, 본 실시예에서는 쐐기 형상의 시료(2)를 사용한다.
다음으로, 도 6b에 나타내는 바와 같이, 연산부(9)는, 하전 입자선(4)이 시료(2)에 조사되었을 때에 얻어지는 하전 입자 신호(5)로부터, 시료(2)의 면(S3)의 하전 입자선상을 취득한다.
다음으로, 도 6c에 나타내는 바와 같이, 연산부(9)는, 취득한 하전 입자선상 을 이용하여, 두께를 측정하는 영역 부근의 퇴적막(7)의 신호 강도(Ia), 및 신호 강도가 일정해지는 영역으로부터 퇴적막(7)의 신호 강도(Ib)를 취득하고, 강도비(Ia／Ib)를 구한다. 연산부(9)는, 기억부(8)에 미리 기억되어 있는 관계 정보로부터, 강도비(Ia／Ib)에 대응하는 퇴적막(7)의 두께를 시료(2)의 두께로서 산출한다.
또한, 기억부(8)가, 신호 강도와 퇴적막(7)의 두께와의 관계 정보를 저장하고 있을 경우, 연산부(9)는, 두께를 측정하는 영역 부근의 신호 강도(Ia)에 대응하는 퇴적막(7)의 두께를 시료(2)의 두께로서 산출하면 된다.
상술한 실시예의 하전 입자선 장치는, 하전 입자선(4)을 조사하는 하전 입자선 칼럼(1)과, 측정 대상인 시료(2)를 지지하는 시료 지지 기구(3)와, 하전 입자선(4)이 시료(2)에 조사되었을 때에 얻어지는 하전 입자 신호(5)를 검출하는 검출기(6)와, 시료(2) 위에 배치된 퇴적막(7)에 하전 입자선(4)이 조사되었을 때에 얻어지는 하전 입자 신호(5)의 강도 또는 강도비와 퇴적막(7)의 두께와의 관계를 나타내는 관계 정보를 기억한 기억부(8)와, 상기 관계 정보 및 검출기(6)가 검출한 하전 입자 신호(5)의 신호 강도를 이용하여, 퇴적막(7)의 두께를 시료(2)의 두께로서 산출하는 연산부(9)를 구비한다. 이 구성에 따르면, 시료(2) 위에 배치된 퇴적막(7)을 두께 측정용 층으로서 이용하기 때문에, 시료(2)와는 별개인 참조 시료를 준비하지 않고, 시료(2)의 두께를 측정할 수 있다.
도 7은, 일 실시예의 하전 입자선 장치의 구성을 나타낸 모식도이다. 본 실시예의 하전 입자선 장치는, 시료(2)에 퇴적막(7)을 형성하는 퇴적막 형성 기능(12)을 갖는다. 화합물 가스를 시료(2)의 표면의 하전 입자선 조사 영역 근방에 분사함으로써, 시료(2)에 퇴적막(7)을 형성할 수 있다. 일차 하전 입자선(4)을 시료(2)에 조사하면, 이차 하전 입자가 발생한다. 이차 하전 입자가 화합물 가스의 분해에 기여하여, 화합물 가스가 기체 성분과 고체 성분으로 분리된다. 기체 성분은 진공 배기된다. 고체 성분이 시료(2)의 표면에 퇴적함으로써, 퇴적막(7)이 형성된다. 퇴적막 형성 기능(12)은, 예를 들면, 퇴적막(7)의 원료가 되는 화합물 가스를 하전 입자선 조사 영역 주변에 공급하는 화합물 가스 공급 장치이다. 퇴적막(7)은, 카본, 텅스텐, 백금, 또는, 산화막이다. 퇴적막(7)은, 도전성의 재질, 또는, 절연성의 재질이면 되고, 상술한 재료에 한정되는 것이 아니다.
도 8은, 일 실시예의 복합 하전 입자선 장치의 구성을 나타낸 모식도이다. 본 실시예의 복합 하전 입자선 장치는, 이온빔(14)을 조사하는 이온빔 칼럼(13)과, 전자빔(16)을 조사하는 전자빔 칼럼(15)과, 이온빔 칼럼(13)으로부터 조사되는 이온빔(14) 또는 전자빔 칼럼(15)으로부터 조사되는 전자빔(16)을 이용하여 시료(2)에 퇴적막(7)을 형성하는 퇴적막 형성 기능(12)을 구비하고, 다른 구성은, 도 1의 구성과 같다.
본 실시예에서는, 전자빔 칼럼(15)이, 시료 지지 기구(3)의 시료(2)를 배치하는 면(이하, 시료(2)의 배치면)에 대하여 수직 방향으로 배치되고, 이온빔 칼럼(13)이, 시료(2)의 배치면에 대하여 대각선 방향으로 배치되어 있다. 전자빔 칼럼(15)이, 시료(2)의 배치면에 대하여 대각선 방향으로 배치되고, 이온빔 칼럼(13)이, 시료(2)의 배치면에 대하여 수직 방향으로 배치되어도 된다. 두 개의 칼럼(13, 15)이 이루는 각도는, 0도보다 크고 180도 이하이다.
도 9a∼도 9d는, 복합 하전 입자선 장치를 이용한 시료(2)의 가공 및 두께 측정법을 설명하는 도면이다. 도 9a는, 측정 대상인 시료(2)를 나타낸다. 도 9b에 나타내는 바와 같이, 이온빔(14) 또는 전자빔(16)과 화합물 가스를 이용하여 시료(2)에 퇴적막(7)을 형성한다. 다음으로, 도 9c에 나타내는 바와 같이, 이온빔(14)을 이용하여 시료(2)를 가공하고, 시료(2)를 박편화한다. 다음으로, 도 9d에 나타내는 바와 같이, 전자빔(16)을 퇴적막(7)에 조사한다. 그리고, 연산부(9)는, 취득된 신호 강도를 이용하여, 기억부(8)에 미리 기억되어 있는 관계 정보로부터, 퇴적막(7)의 두께를 시료(2)의 두께로서 산출한다. 도 9c 및 도 9d의 공정을, 목적하는 시료 두께가 될 때까지 반복한다. 이 구성에 따르면, 시료(2)의 두께 측정을 하면서, 이온빔(14)에 의한 시료(2)의 가공이 가능해진다.
도 10a∼도 10d는, 시료(2) 및 퇴적막(7)의 예를 나타낸다. 도 10a에 있어서, 시료(2)는, 시료(2)의 장변 방향과 평행한 방향으로 균일한 두께를 갖는 평판 형상이다. 퇴적막(7)은 시료(2)의 상부(2a)에 퇴적되어 있다. 이 구성에서는, 기억부(8)가, 신호 강도와 퇴적막(7)의 두께와의 관계 정보를 저장하고 있으며, 연산부(9)가, 당해 관계 정보로부터, 퇴적막(7)의 신호 강도에 대응하는 퇴적막(7)의 두께를 시료(2)의 두께로서 산출하면 된다.
도 10b에 있어서, 시료(2)는, 시료(2)의 장변 방향과 평행한 방향으로 두께가 연속적으로 변화하는 쐐기 형상을 갖는다. 퇴적막(7)은 시료(2)의 상부(2a)에 퇴적되어 있다. 이 구성에서는, 도 6a∼도 6c에서 설명한 방법으로 시료(2)의 두께를 구할 수 있다.
도 10c에 있어서, 시료(2)는, 시료(2)의 장변 방향과 평행한 방향으로 두께가 불연속적인 형상을 갖는다. 구체적으로는, 시료(2)는, 제1 부분(21)과, 제1 부분(21)보다도 두께가 큰 제2 부분(22)을 갖는다. 퇴적막(7)은 시료(2)의 상부(2a)에 퇴적되어 있다. 시료(2)의 제2 부분(22) 위에 퇴적된 퇴적막(7)의 두께는, 신호 강도가 일정해지는 범위 내(즉, 도 4e의 W1)의 두께이다. 이 구성에서는, 기억부(8)가, 신호 강도비와 퇴적막(7)의 두께와의 관계 정보를 저장하고 있으며, 연산부(9)가, 제2 부분(22) 위의 퇴적막(7)의 신호 강도와, 제1 부분(21) 위의 퇴적막(7)의 신호 강도와의 강도비로부터, 시료(2)의 제1 부분(21)의 두께를 구할 수 있다. 또한, 연산부(9)는, 신호 강도와 퇴적막(7)의 두께와의 관계 정보로부터, 시료(2)의 제1 부분(21)의 두께를 구해도 된다.
도 10d에 있어서, 시료(2)는, 시료(2)의 단변 방향과 평행한 방향으로 두께가 연속적으로 변화하는 쐐기 형상을 갖는다. 퇴적막(7)은 시료(2)의 상부(2a)에 퇴적되어 있다. 이 구성에서는, 예를 들면, 연산부(9)가, 퇴적막(7)의 하단(7b)의 신호 강도와, 퇴적막(7)의 상단(7a)의 신호 강도와의 강도비로부터, 시료(2)의 두께를 구할 수 있다. 또한, 연산부(9)는, 신호 강도와 퇴적막(7)의 두께와의 관계로부터, 시료(2)의 두께를 구해도 된다. 또한, 시료(2)는, 시료(2)의 단변 방향과 평행한 방향으로 두께가 불연속적으로 변화하는 형상을 가져도 된다.
도 11은, 기억부(8)에 저장되어 있는 관계 정보의 일례를 나타낸다. 기억부(8)는, 하전 입자 신호(5)의 신호 강도 또는 신호 강도비와 퇴적막(7)의 두께와의 관계를 하전 입자선(4)의 에너지마다 저장하고 있어도 된다. 하전 입자선(4)의 에너지란, 예를 들면, 가속 전압이다. 가속 전압이 서로 다르면 하전 입자 신호(5)의 방출률이 변화하기 때문에, 동일한 시료 두께에 있어서도 퇴적막(7)의 콘트라스트가 서로 달라진다. 연산부(9)는, 복수의 서로 다른 가속 전압마다, 하전 입자 신호(5)의 신호 강도 또는 신호 강도비와 퇴적막(7)의 두께와의 관계를 나타내는 관계 정보를 미리 기억부(8)에 저장한다. 연산부(9)는, 당해 관계 정보로부터, 설정된 가속 전압에 따라 하전 입자 신호(5)의 신호 강도 또는 신호 강도비와 퇴적막(7)의 두께와의 관계를 선택하고, 퇴적막(7)의 두께를 시료(2)의 두께로서 산출할 수 있다.
도 12는, 기억부(8)에 저장되어 있는 관계 정보의 일례를 나타낸다. 기억부(8)는, 하전 입자 신호(5)의 신호 강도 또는 신호 강도비와 퇴적막(7)의 두께와의 관계를 하전 입자선(4)의 입사 각도마다 저장하고 있어도 된다. 하전 입자선(4)의 퇴적막(7)에의 입사 각도(10)가 변화하면, 퇴적막(7)의 상대적인 두께가 변화하기 때문에, 퇴적막(7)의 콘트라스트가 서로 달라진다. 연산부(9)는, 복수의 서로 다른 입사 각도마다, 하전 입자 신호(5)의 신호 강도 또는 신호 강도비와 퇴적막(7)의 두께와의 관계를 나타내는 관계 정보를 미리 기억부(8)에 저장한다. 연산부(9)는, 당해 관계 정보로부터, 입사 각도에 따라 하전 입자 신호(5)의 신호 강도 또는 신호 강도비와 퇴적막(7)의 두께와의 관계를 선택하고, 퇴적막(7)의 두께를 시료(2)의 두께로서 산출할 수 있다. 도 12의 예에서는, 기억부(8)는, 하전 입자 신호(5)의 신호 강도 또는 신호 강도비와 퇴적막(7)의 두께와의 관계를, 하전 입자선(4)의 에너지(가속 전압) 및 하전 입자선(4)의 입사 각도마다 저장하고 있다.
또한, 그 밖의 예로서, 하전 입자 신호(5)의 신호 강도 또는 신호 강도비와 퇴적막(7)의 두께와의 관계는, 하전 입자선(4)의 종류에 따라서도 변화할 수 있다. 예를 들면, 하전 입자선(4)은, 갈륨, 금, 실리콘, 수소, 헬륨, 네온, 아르곤, 크세논, 산소, 질소, 또는 탄소에서 선택되는 일종의 빔이다. 빔의 종류에 따라 하전 입자 신호(5)의 신호 강도가 변화할 수 있다. 따라서, 기억부(8)는, 하전 입자 신호(5)의 신호 강도 또는 신호 강도비와 퇴적막(7)의 두께와의 관계를, 하전 입자선(4)의 종류마다 저장해도 된다.
또한, 하전 입자 신호(5)는, (1) 투과 전자, (2) 반사 전자, (3) 이차 하전 입자, 또는, (4) 상기 투과 전자 혹은 상기 반사 전자 혹은 상기 이차 하전 입자에 기인하는 삼차 하전 입자를 검출한 신호여도 된다. 하전 입자 신호(5)의 신호 강도 또는 신호 강도비와 퇴적막(7)의 두께와의 관계는, 검출기(6)에 의한 검출 대상인 신호의 종류에 따라서도 변화할 수 있다. 따라서, 기억부(8)는, 하전 입자 신호(5)의 신호 강도 또는 신호 강도비와 퇴적막(7)의 두께와의 관계를, 검출 대상인 신호의 종류마다 저장해도 된다.
또한, 하전 입자 신호(5)의 신호 강도 또는 신호 강도비와 퇴적막(7)의 두께와의 관계는, 퇴적막(7)의 제조 방법, 퇴적막(7)의 조성, 퇴적막(7)의 결정성 등에 따라서도 변화할 수 있다. 예를 들면, 퇴적막(7)이 퇴적막 형성 기능(12)에 의해 퇴적되었는지, 하전 입자선 장치의 외부에서 시료(2)에 퇴적되었는지에 의해, 하전 입자 신호(5)의 신호 강도가 변화할 수 있다. 또한, 퇴적막(7)의 조성이나 퇴적막(7)의 결정성 등에 따라서도 하전 입자 신호(5)의 신호 강도가 변화할 수 있다. 따라서, 기억부(8)는, 하전 입자 신호(5)의 신호 강도 또는 신호 강도비와 퇴적막(7)의 두께와의 관계를, 퇴적막(7)의 제조 방법, 퇴적막(7)의 조성, 또는 퇴적막(7)의 결정성마다 저장해도 된다.
도 11 및 도 12의 실시예는, 도 7의 하전 입자선 장치 및 도 8의 복합 하전 입자선 장치에 대해서도 적용 가능하다.
이상과 같이, 상술한 실시예에 있어서는, 하전 입자선상의 퇴적막(7)의 콘트라스트와, 시료(2) 위의 퇴적막(7)의 두께와의 관계가 데이터베이스화되고, 당해 데이터베이스가 기억부(8)에 저장되어 있다. 연산부(9)는, 당해 데이터베이스로부터 시료(2)의 두께를 산출할 수 있다. 상술한 하전 입자선 장치는, 시료(2)의 두께와, 하전 입자선(4)이 퇴적막(7)에 조사되었을 때에 얻어지는 하전 입자 신호(5)의 신호 강도 또는 신호 강도비와의 관계에서, 대상으로 하는 시료(2)의 두께를 정밀도 좋게 측정할 수 있다. 이에 따라, TEM이나 STEM 관찰에 적합한 박막 시료를 제공하는 것이 가능해진다.
본 발명은 상기한 실시예에 한정되는 것이 아니라, 다양한 변형예가 포함된다. 상기 실시예는 본 발명을 이해하기 쉽게 설명하기 위해 상세하게 설명한 것이며, 반드시 설명한 모든 구성을 구비하는 것에 한정되는 것이 아니다. 또한, 어떤 실시예의 구성의 일부를 다른 실시예의 구성으로 치환할 수도 있다. 또한, 어떤 실시예의 구성에 다른 실시예의 구성을 더할 수도 있다. 또한, 각 실시예의 구성의 일부에 대해서, 다른 구성을 추가·삭제·치환할 수도 있다.
또한, 상기의 연산부(9)의 기능 등은, 그들의 일부 또는 전부를, 예를 들면 집적 회로로 설계하는 등에 의해 하드웨어로 실현해도 된다. 또한, 상기의 각 구성, 기능 등은, 프로세서가 각각의 기능을 실현하는 프로그램을 해석하고, 실행함으로써 소프트웨어로 실현해도 된다. 각 기능을 실현하는 프로그램, 테이블, 파일 등의 정보는, 다양한 타입의 비일시적인 컴퓨터 가독 매체(non-transitory computer readable medium)에 기억시키는 것이 가능하다. 비일시적인 컴퓨터 가독 매체로서는, 예를 들면, 플렉서블 디스크, CD-ROM, DVD-ROM, 하드디스크, 광디스크, 광자기디스크, CD-R, 자기 테이프, 비휘발성의 메모리 카드, ROM 등이 이용된다.
상기의 실시예에 있어서, 제어선이나 정보선은 설명상 필요하다고 생각되는 것을 나타내고 있으며, 제품상 반드시 모든 제어선이나 정보선을 나타내고 있다고는 할 수 없다. 모든 구성이 상호 접속되어 있어도 된다.
1: 하전 입자선 칼럼 2: 시료
3: 시료 지지 기구 4: 하전 입자선
5: 하전 입자 신호 6: 검출기
7: 층(퇴적막) 8: 기억부
9: 연산부 10: 입사 각도
11: 라인 프로파일 12: 퇴적막 형성 기능
13: 이온빔 칼럼 14: 이온빔
15: 전자빔 칼럼 16: 전자빔

Claims (14)

  1. 하전 입자선을 조사하는 하전 입자선 칼럼(column)과,
    측정 대상인 시료를 지지하는 시료 지지 기구와,
    상기 하전 입자선이 상기 시료에 조사되었을 때에 얻어지는 하전 입자 신호를 검출하는 검출기와,
    상기 시료 위에 배치된 층에 상기 하전 입자선이 조사되었을 때에 얻어지는 하전 입자 신호의 강도 또는 강도비와 상기 층의 두께와의 관계를 나타내는 관계 정보를 기억한 기억부와,
    상기 관계 정보와, 상기 하전 입자 신호의 강도 또는 강도비를 이용하여, 상기 층의 두께를 상기 시료의 두께로서 산출하는 연산부를 구비하는 하전 입자선 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하전 입자 신호의 상기 강도비는, 신호 강도가 일정해지는 범위의 신호 강도값으로 각 신호 강도값을 나눈 값인 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 층은, 카본, 텅스텐, 백금, 또는 산화막인 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기억부는, 상기 관계 정보를 상기 하전 입자선의 에너지마다 저장하고 있는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기억부는, 상기 관계 정보를 상기 하전 입자선의 입사(入射) 각도마다 저장하고 있는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기억부는, 상기 관계 정보를 상기 하전 입자선의 종류마다 저장하고 있는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 기억부는, 상기 관계 정보를 상기 검출기에 의한 검출 대상인 신호의 종류마다 저장하고 있는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 기억부는, 상기 관계 정보를, 상기 층의 제조 방법, 상기 층의 조성, 또는 상기 층의 결정성마다 저장하고 있는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 하전 입자선 및 화합물 가스를 이용하여 상기 시료의 표면에 상기 층을 형성하는 기능을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 시료는,
    상기 시료의 장변 방향과 평행한 방향으로 균일한 두께를 갖는 형상,
    상기 시료의 장변 방향과 평행한 방향으로 두께가 연속 혹은 불연속적으로 변화하는 형상, 또는,
    상기 시료의 단변 방향과 평행한 방향으로 두께가 연속 혹은 불연속적으로 변화하는 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 하전 입자 신호는, (1) 투과 전자, (2) 반사 전자, (3) 이차 하전 입자, 또는, (4) 상기 투과 전자 혹은 상기 반사 전자 혹은 상기 이차 하전 입자에 기인하는 삼차 하전 입자를 검출한 신호인 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
  12. 이온빔을 조사하는 이온빔 칼럼과,
    전자빔을 조사하는 전자빔 칼럼과,
    시료를 지지하는 시료 지지 기구와,
    상기 전자빔이 상기 시료에 조사되었을 때에 얻어지는 하전 입자 신호를 검출하는 검출기와,
    상기 이온빔 또는 상기 전자빔과, 화합물 가스를 이용하여, 상기 시료의 표면에 층을 형성하는 기능과,
    상기 층에 상기 전자빔이 조사되었을 때에 얻어지는 하전 입자 신호의 강도 또는 강도비와 상기 층의 두께와의 관계를 나타내는 관계 정보를 기억한 기억부와,
    상기 관계 정보와, 상기 하전 입자 신호의 강도 또는 강도비를 이용하여, 상기 층의 두께를 상기 시료의 두께로서 산출하는 연산부를 구비하는 복합 하전 입자선 장치.
  13. 시료의 표면에 층을 형성하는 스텝과,
    이온빔을 이용하여 상기 시료를 가공하는 스텝과,
    상기 가공된 시료에 전자빔을 조사하는 스텝과,
    상기 층에 상기 전자빔을 조사했을 때의 하전 입자 신호를 검출하는 스텝과,
    상기 하전 입자 신호의 강도 또는 강도비와 상기 층의 두께와의 관계를 나타내는 관계 정보를 이용하여, 상기 가공된 시료의 두께를 산출하는 스텝을 포함하는 시료의 두께 측정법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 가공된 시료는,
    상기 시료의 장변 방향과 평행한 방향으로 균일한 두께를 갖는 형상,
    상기 시료의 장변 방향과 평행한 방향으로 두께가 연속 혹은 불연속적으로 변화하는 형상, 또는,
    상기 시료의 단변 방향과 평행한 방향으로 두께가 연속 혹은 불연속적으로 변화하는 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 시료의 두께 측정법.
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