KR20200043895A - 하전 입자 빔 장치 및 시료 가공 관찰 방법 - Google Patents

하전 입자 빔 장치 및 시료 가공 관찰 방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20200043895A
KR20200043895A KR1020190108650A KR20190108650A KR20200043895A KR 20200043895 A KR20200043895 A KR 20200043895A KR 1020190108650 A KR1020190108650 A KR 1020190108650A KR 20190108650 A KR20190108650 A KR 20190108650A KR 20200043895 A KR20200043895 A KR 20200043895A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
sample
sample piece
cross
section
focused ion
Prior art date
Application number
KR1020190108650A
Other languages
English (en)
Inventor
히데카즈 스즈키
다쓰야 아사하타
Original Assignee
가부시키가이샤 히다치 하이테크 사이언스
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 가부시키가이샤 히다치 하이테크 사이언스 filed Critical 가부시키가이샤 히다치 하이테크 사이언스
Publication of KR20200043895A publication Critical patent/KR20200043895A/ko

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/30—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
    • H01J37/302—Controlling tubes by external information, e.g. programme control
    • H01J37/3023—Programme control
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/26—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
    • H01J37/261—Details
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/20—Means for supporting or positioning the objects or the material; Means for adjusting diaphragms or lenses associated with the support
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/26—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
    • H01J37/28—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes with scanning beams
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G01N1/286—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q involving mechanical work, e.g. chopping, disintegrating, compacting, homogenising
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G01N1/32—Polishing; Etching
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/22—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material
    • G01N23/2202—Preparing specimens therefor
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N23/00—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00
    • G01N23/22—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material
    • G01N23/225—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material using electron or ion
    • G01N23/2251—Investigating or analysing materials by the use of wave or particle radiation, e.g. X-rays or neutrons, not covered by groups G01N3/00 – G01N17/00, G01N21/00 or G01N22/00 by measuring secondary emission from the material using electron or ion using incident electron beams, e.g. scanning electron microscopy [SEM]
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
    • H01J37/10—Lenses
    • H01J37/12—Lenses electrostatic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/04—Arrangements of electrodes and associated parts for generating or controlling the discharge, e.g. electron-optical arrangement, ion-optical arrangement
    • H01J37/147—Arrangements for directing or deflecting the discharge along a desired path
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/02—Details
    • H01J37/21—Means for adjusting the focus
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/26—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes
    • H01J37/261—Details
    • H01J37/265—Controlling the tube; circuit arrangements adapted to a particular application not otherwise provided, e.g. bright-field-dark-field illumination
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/30—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
    • H01J37/3002—Details
    • H01J37/3005—Observing the objects or the point of impact on the object
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/30—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
    • H01J37/317—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for changing properties of the objects or for applying thin layers thereon, e.g. for ion implantation
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
    • G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
    • G01N1/286—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q involving mechanical work, e.g. chopping, disintegrating, compacting, homogenising
    • G01N2001/2873—Cutting or cleaving
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/20—Positioning, supporting, modifying or maintaining the physical state of objects being observed or treated
    • H01J2237/208—Elements or methods for movement independent of sample stage for influencing or moving or contacting or transferring the sample or parts thereof, e.g. prober needles or transfer needles in FIB/SEM systems
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/30—Electron or ion beam tubes for processing objects
    • H01J2237/317—Processing objects on a microscale
    • H01J2237/3174—Etching microareas
    • H01J2237/31745—Etching microareas for preparing specimen to be viewed in microscopes or analyzed in microanalysers
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/30—Electron or ion beam tubes for processing objects
    • H01J2237/317—Processing objects on a microscale
    • H01J2237/31749—Focused ion beam

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)
  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)

Abstract

[과제] 스테이지의 사이즈를 변경하지 않고 전자 빔 경통과 시료의 거리를 좁혀 고해상도의 SEM 화상을 얻는 것이 가능하고, 또한 시료의 관찰면에 정대(正對)한 SEM 화상을 얻는 것이 가능한 하전 입자 빔 장치, 시료 가공 관찰 방법을 제공한다.
[해결 수단] 집속 이온 빔을 상기 시료에 조사하여, 시료로부터 시료편을 잘라내는 시료편 형성 공정과, 시료편을 시료편 지지체로 지지하고, 시료편의 단면에 집속 이온 빔을 조사하여, 단면의 가공을 행하는 단면 가공 공정과, 시료편을 시료편 지지체로 지지하고, 집속 이온 빔의 빔 광축과 전자 빔의 빔 광축의 교점보다 전자 빔 경통에 근접하는 위치까지 시료편을 이동시키는 시료편 근접 이동 공정과, 시료편의 상기 단면을 향하여 전자 빔을 조사하여, 단면의 SEM 화상을 취득하는 SEM 화상 취득 공정을 구비한 것을 특징으로 한다.

Description

하전 입자 빔 장치 및 시료 가공 관찰 방법{CHARGED PARTICLE BEAM APPARATUS AND SAMPLE PROCESSING OBSERVATION METHOD}
본 발명은, 하전 입자 빔을 이용하여 시료의 가공 및 관찰을 행하는 하전 입자 빔 장치 및 시료 가공 관찰 방법에 관한 것이다.
예를 들면, 반도체 디바이스 등의 시료의 내부 구조를 해석하거나, 입체적인 관찰을 행하거나 하는 방법의 하나로서, 집속 이온 빔(Focused Ion Beam;FIB) 경통, 전자 빔(Electron Beam；EB) 경통을 탑재한 하전 입자 빔 복합 장치를 이용하고, FIB에 의한 단면 형성 가공과, 그 단면을 주사형 전자현미경(Scanning Electron Microscope；SEM)에 의해 관찰을 행하는 단면 가공 관찰 방법이 알려져 있다(예를 들면, 특허 문헌 1을 참조).
이 단면 가공 관찰 방법은, FIB에 의한 단면 형성 가공과 SEM에 의한 단면 관찰을 반복하여 3차원 화상을 구축하는 방법이 알려져 있다. 이 방법에서는, 재구축한 3차원 입체상으로부터, 대상 시료의 입체적인 형체를 여러가지 방향에서 상세하게 해석할 수 있다. 특히, 시료의 두께에 의존하지 않고 고분해능으로 관찰할 수 있다는, 다른 방법에는 없는 이점을 갖고 있다.
그 한편으로, SEM은 원리상, 고배율(고분해능)의 관찰에 한계가 있고, 또한 얻어지는 정보도 시료 표면 근처로 한정된다. 이 때문에, 보다 고배율로 고분해능의 관찰을 위해서, 박막형으로 가공한 시료에 전자를 투과시키는 투과형 전자현미경(Transmission Electron Microscopy：TEM)을 이용한 관찰 방법도 알려져 있다.
일본국 특허공개 2010-232195호 공보
복합 하전 입자 빔 장치를 이용하여 시료의 단면 가공을 고정밀도로 행하기 위해서는, 고해상도의 SEM 화상을 취득할 필요가 있다. 고해상도의 SEM 화상을 취득하기 위해서는, 전자 빔 경통과 시료의 거리(working distance：WD)를 가능한 한 좁히는 것이 바람직하다. 그러나, 종래의 복합 하전 입자 빔 장치는, 시료가 재치(載置)된 스테이지와 전자 빔 경통의 간섭을 피할 필요가 있어, WD를 좁히는 것은 곤란하였다.
또한, 스테이지와 전자 빔 경통의 간섭을 피하기 위해서, 스테이지를 보다 소형화하는 것도 생각할 수 있는데, 이 경우, 소형화한 스테이지에 재치할 수 있는 시료 사이즈가 제한되기 때문에, 큰 스테이지에 재치된 시료로부터 관찰 대상 부분을 픽업하고, 소형화한 전용의 스테이지에 이재(移載)하여 SEM 화상을 취득하게 된다. 이 경우, 큰 스테이지와 소형화한 전용의 스테이지에서는 형상이나 용량이 다르기 때문에, 시료 관찰 위치 부근의 전계 분포가 달라져 버려, 전계의 보정이 필요로 된다. 그러나 전계의 보정이 가능한 범위에는 제한이 있으며, 전계의 보정 범위를 초과하는 경우는 이차 전자 검출기의 검출 효율이 저하하여, 콘트라스트가 낮은 SEM 화상 밖에 얻을 수 없다는 과제도 있다.
또한, 종래의 일반적인 복합 하전 입자 빔 장치의 경우, 시료 단면에 대해서 전자 빔 경통의 관찰 각도(전자 빔의 입사 각도)는 대체로 54°로 되어 있으며, 얻어진 SEM 화상은 상하 방향으로 수축한 화상이 된다. 이 때문에, 종횡비를 실제의 시료와 합치시키기 위해서 SEM 화상을 세로 방향으로 길게 연장하는 보정을 행하고 있는데, 소프트웨어적으로 화상 가공된 SEM 화상은, 실제의 시료 단면상을 정확하게 반영하고 있지 않는 부정확한 화상이 되어 버린다는 과제도 있다.
본 발명은, 전술한 사정을 감안하여 이루어진 것이며, 스테이지의 사이즈를 변경하지 않고 전자 빔 경통과 시료의 거리를 좁혀 고해상도의 SEM 화상을 얻는 것이 가능하고, 또한 시료의 관찰면에 정대(正對)한 SEM 화상을 얻는 것이 가능한 하전 입자 빔 장치, 및 시료 가공 관찰 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 과제를 해결하기 위해서, 본 실시 형태의 양태는, 이하와 같은 하전 입자 빔 장치, 및 시료 가공 관찰 방법을 제공하였다.
즉, 본 발명의 하전 입자 빔 장치는, 집속 이온 빔을 조사하는 집속 이온 빔 경통과, 전자 빔을 조사하는 전자 빔 경통과, 시료를 재치하는 스테이지와, 상기 시료로부터 잘라내진 관찰 대상부를 포함하는 시료편을 유지하는 시료편 지지체와, 상기 집속 이온 빔 경통, 상기 전자 빔 경통, 상기 스테이지 및 상기 시료편 지지체의 동작을 제어하는 제어부를 구비하고, 상기 제어부는, 상기 시료의 관찰 대상부를 포함하는 단면의 SEM 화상을 취득할 때에, 상기 집속 이온 빔의 빔 광축과 상기 전자 빔의 빔 광축의 교점보다 상기 전자 빔 경통에 근접하는 위치까지 상기 시료편을 이동시키는 제어를 행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서는, 상기 집속 이온 빔에 의해 상기 단면을 형성할 때에, 상기 교점에 상기 시료편을 이동시키는 제어를 행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서는, 상기 단면에 상기 집속 이온 빔을 조사하여 상기 단면의 가공을 행할 때, 상기 시료의 관찰 대상부를 포함하는 단면의 SEM 화상을 취득할 때 중 적어도 어느 한쪽에 있어서, 상기 스테이지를 상기 시료편을 향하여 접근 동작시키는 제어를 행하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 시료 가공 관찰 방법은, 집속 이온 빔을 조사하는 집속 이온 빔 경통과, 전자 빔을 조사하는 전자 빔 경통과, 시료로부터 잘라내진 관찰 대상부를 포함하는 시료편을 유지하는 시료편 지지체를 구비한 하전 입자 빔 장치를 이용하여, 상기 시료의 관찰 대상부를 포함하는 단면의 가공 및 SEM 화상을 얻는 시료 가공 관찰 방법으로서, 상기 집속 이온 빔을 상기 시료에 조사하여, 상기 시료로부터 상기 시료편을 잘라내는 시료편 형성 공정과, 상기 시료편을 상기 시료편 지지체로 지지하고, 상기 시료편의 상기 단면에 상기 집속 이온 빔을 조사하여, 상기 단면의 가공을 행하는 단면 가공 공정과, 상기 시료편을 상기 시료편 지지체로 지지하고, 상기 집속 이온 빔의 빔 광축과 상기 전자 빔의 빔 광축의 교점보다 상기 전자 빔 경통에 근접하는 위치까지 상기 시료편을 이동시키는 시료편 근접 이동 공정과, 상기 시료편의 상기 단면을 향하여 상기 전자 빔을 조사하여, 상기 단면의 SEM 화상을 취득하는 SEM 화상 취득 공정을 구비한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서는, 상기 시료편을 상기 시료편 지지체로 지지하고, 상기 시료편의 상기 단면이 상기 전자 빔의 빔 광축에 대해서 직각이 되도록 경사지게 하는 시료편 각도 조절 공정을 추가로 구비한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서는, 상기 시료편에 드리프트 보정 마크를 형성하는 보정 마크 형성 공정을 추가로 구비한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서는, 상기 시료편 지지체는 복수 형성되고, 상기 시료편 각도 조절 공정은, 복수의 상기 시료편 지지체끼리의 사이에서 상기 시료편을 수도(受渡)하여 행하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서는, 상기 단면 가공 공정 또는 SEM 화상 취득 공정 중 적어도 어느 한쪽에서는, 상기 시료를 재치하는 스테이지를 상기 시료편을 향하여 접근 동작시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서는, 상기 단면 가공 공정에서는, 상기 시료편의 주연 부분의 적어도 일부보다 내측만을 박막화시키는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에서는, 상기 단면 가공 공정으로부터 상기 시료편 근접 이동 공정을 거쳐 상기 화상 취득 공정까지를, 미리 설정한 회수 반복하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 특수한 스테이지를 이용하지 않고 전자 빔 경통과 시료의 거리를 좁히고, 고해상도의 SEM 화상을 용이하게 얻는 것이 가능한 하전 입자 빔 장치, 및 시료 가공 관찰 방법을 제공할 수 있다.
도 1은, 본 발명의 하전 입자 빔 장치의 일례를 나타내는 구성도이다.
도 2는, 본 발명의 시료 가공 관찰 방법을 단계적으로 나타낸 플로차트이다.
도 3은, 제1 실시 형태를 나타내는 설명도이다.
도 4는, 제1 실시 형태의 변형예를 나타내는 설명도이다.
도 5는, 제2 실시 형태를 나타내는 설명도이다.
도 6은, 제3 실시 형태를 나타내는 설명도이다.
도 7은, 제4 실시 형태를 나타내는 설명도이다.
도 8은, 제4 실시 형태를 나타내는 설명도이다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명의 일실시 형태인 하전 입자 빔 장치, 및 시료 가공 관찰 방법에 대해 설명한다. 또한, 이하에 나타내는 각 실시 형태는, 발명의 취지를 보다 잘 이해시키기 위해서 구체적으로 설명하는 것이며, 특별히 지정이 없는 한, 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 또한, 이하의 설명에서 이용하는 도면은, 본 발명의 특징을 알기 쉽게 하기 위해서, 편의상, 요부(要部)가 되는 부분을 확대하여 나타내고 있는 경우가 있으며, 각 구성요소의 치수 비율 등이 실제와 동일하다고는 할 수 없다.
(하전 입자 빔 장치)
도 1은, 본 발명의 일실시 형태의 하전 입자 빔 장치를 나타내는 구성도이다.
본 발명의 일실시 형태의 하전 입자 빔 장치(복합 하전 입자 빔 장치)(10)는, 도 1에 나타내는 바와 같이, 내부를 진공 상태로 유지 가능한 시료실(11)과, 시료실(11)의 내부에 있어서, 벌크의 시료(V)를 유지하기 위한 시료 홀더(P)를 고정 가능한 스테이지(12)와, 스테이지(12)를 구동하는 스테이지 구동 기구(13)를 구비하고 있다.
하전 입자 빔 장치(10)는, 시료실(11)의 내부에 있어서의 소정의 조사 영역(즉, 주사 범위) 내의 조사 대상에 하전 입자 빔, 예를 들면, 집속 이온 빔(FIB)을 조사하는 집속 이온 빔 경통(14)을 구비하고 있다. 본 실시 형태에서는, 집속 이온 빔(FIB)으로서, 갈륨 이온 빔이 이용된다.
하전 입자 빔 장치(10)는, 시료실(11)의 내부에 있어서의 소정의 조사 영역 내의 조사 대상에 전자 빔(EB)을 조사하는 전자 빔 경통(15)을 구비하고 있다.
하전 입자 빔 장치(10)는, 집속 이온 빔(FIB) 또는 전자 빔(EB)의 조사에 의해 조사 대상으로부터 발생하는 이차 하전 입자(이차 전자, 이차 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 하전 입자 빔인 기체 이온 빔(GB)을 조사하는 기체 이온 빔 경통(18)을 구비하고 있다. 본 실시 형태에서는, 기체 이온 빔(GB)으로서, 아르곤 이온 빔이 이용된다.
이들 집속 이온 빔 경통(14), 전자 빔 경통(15), 및 기체 이온 빔 경통(18)은, 각각의 빔 조사축이 스테이지(12) 상의 실질적인 1점인 교점(C)에서 교차 가능하도록 배치되어 있다. 즉, 본 실시 형태에서는, 시료실(11)을 측면으로부터 평면에서 보았을 때에, 전자 빔 경통(15)은 연직 방향을 따라서 배치되고, 집속 이온 빔 경통(14)과 기체 이온 빔 경통(18)은, 각각 연직 방향에 대해서 예를 들면, 60°와 45° 경사진 방향을 따라서 배치되어 있다. 이러한 배치 레이아웃에 의해, 시료실(11)을 측면으로부터 평면에서 보았을 때에, 집속 이온 빔 경통(14)으로부터 조사되는 집속 이온 빔(FIB)의 빔 조사축에 대해서, 기체 이온 빔(GB)의 빔 조사축은, 예를 들면, 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 200μm 정도의 노즐(17a) 등이다.
하전 입자 빔 장치(10)는, 스테이지(12)에 고정된 시료(V)로부터 시료편(S)을 취출(取出)하고, 이 시료편(S)을 유지하는 니들(19a) 및 니들(19a)을 구동하여 시료편(S)을 이동, 회전시키는 니들 구동 기구(19b)로 이루어지는 시료편 지지체(19)를 구비하고 있다.
또한, 니들(19a)에 유입되는 하전 입자 빔의 유입 전류(흡수 전류라고도 한다)를 검출하고, 유입 전류 신호는 컴퓨터에 보내고 화상화하는 흡수 전류 검출기(20)를 구비하고 있다.
본 실시 형태에서는, 시료편 지지체(19)는 1개만 형성되어 있는데, 시료편 지지체(19)를 복수 형성할 수도 있다. 예를 들면, 시료편 지지체(19)가 2개 형성되는 경우에는, 시료편 지지체(19)끼리가, 수평 둘레로 서로 180° 대향하여 배치되어 있거나, 서로 90°의 각도로 배치되어 있으면 된다.
하전 입자 빔 장치(10)는, 검출기(16)에 의해 검출된 이차 하전 입자(R)에 의거하여 화상 데이터 등을 표시하는 표시 장치(21)와, 컴퓨터(제어부)(22)와, 입력 디바이스(23)를 구비하고 있다. 또한, 집속 이온 빔 경통(14) 및 전자 빔 경통(15)의 조사 대상은, 스테이지(12)에 고정된 시료(V), 시료편(S) 등이다.
하전 입자 빔 장치(10)는, 조사 대상의 표면에 하전 입자 빔을 주사하면서 조사함으로써, 피조사부의 화상화나 스퍼터링에 의한 각종의 가공(굴착, 트리밍 가공 등)과, 디포지션막의 형성 등이 실행 가능하다. 하전 입자 빔 장치(10)는, 시료(V)로부터 시료편(S)의 잘라냄, 잘라낸 시료편(S)으로부터 TEM에 의한 관찰에 이용하는 미소 시료편(예를 들면, 박편 시료, 침형 시료 등)이나 전자 빔 이용의 분석 시료편을 형성하는 가공을 실행 가능하다.
하전 입자 빔 장치(10)는, 시료편 지지체(19)의 니들(19a)의 선단으로 시료(V)로부터 잘라낸 시료편(S)을 유지한 상태로, 시료편(S)을 향하여 집속 이온 빔(FIB)이나 기체 이온 빔(GB)을 조사하고, 시료편(S)의 관찰 대상부를 포함하는 단면의 가공을 행할 수 있다.
또한, 하전 입자 빔 장치(10)는, 시료편 지지체(19)의 니들(19a)의 선단으로 시료편(S)을 유지한 상태로, 시료편(S)의 단면을 향하여 전자 빔(EB)을 조사하고, 시료편(S)의 단면으로부터 발생한 이차 하전 입자(이차 전자, 이차 이온)(R)를 검출기(16)로 검출함으로써, 시료편(S)의 단면의 SEM 화상을 취득할 수 있다.
흡수 전류 검출기(20)는, 전치 증폭기를 구비하고, 니들의 유입 전류를 증폭하여, 컴퓨터(22)에 보낸다. 흡수 전류 검출기(20)에 의해 검출되는 니들 유입 전류와 하전 입자 빔의 주사와 동기(同期)한 신호에 의해, 표시 장치(21)에 니들 형상의 흡수 전류 화상을 표시할 수 있고, 니들 형상이나 선단 위치 특정을 행할 수 있다.
시료실(11)은, 배기 장치(도시 생략)에 의해 내부를 원하는 진공 상태가 될 때까지 배기 가능함과 더불어, 원하는 진공 상태를 유지 가능하게 구성되어 있다.
스테이지(12)는, 시료(V)를 유지한다. 스테이지(12)는, 시료(V)를 고정하는 시료 홀더(P)를 유지하는 홀더 고정대(12a)를 구비하고 있다. 이 홀더 고정대(12a)는 복수의 시료 홀더(P)를 탑재할 수 있는 구조여도 된다.
스테이지 구동 기구(13)는, 스테이지(12)에 접속된 상태로 시료실(11)의 내부에 수용되어 있으며, 컴퓨터(제어부)(22)로부터 출력되는 제어 신호에 따라 스테이지(12)를 소정 축에 대해서 변위시킨다. 스테이지 구동 기구(13)는, 적어도 수평면에 평행 및 서로 직교하는 X축 및 Y축과, X축 및 Y축에 직교하는 연직 방향의 Z축을 따라서 평행으로 스테이지(12)를 이동시키는 이동 기구(13a)를 구비하고 있다. 스테이지 구동 기구(13)는, 스테이지(12)를 X축 또는 Y축 둘레로 경사지게 하는 경사 기구(13b)와, 스테이지(12)를 Z축 둘레로 회전시키는 회전 기구(13c)를 구비하고 있다.
집속 이온 빔 경통(14)은, 시료실(11)의 내부에 있어서 빔 출사부(도시 생략)를, 조사 영역 내의 스테이지(12)의 연직 방향에 대해서 소정 각도(예를 들면, 60°) 경사진 경사 방향으로 스테이지(12)에 면하게 함과 더불어, 광축을 경사 방향에 평행하게 하여, 시료실(11)에 고정되어 있다. 이것에 의해, 스테이지(12)에 재치된 시료(V), 시료편(S), 및 조사 영역 내에 존재하는 니들(19a) 등의 조사 대상에 경사 방향의 상방으로부터 하방을 향하여 집속 이온 빔을 조사 가능하다.
집속 이온 빔 경통(14)은, 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(제어부)(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 들면, 액체 갈륨 등을 이용한 액체 금속 이온원이나 플라즈마형 이온원, 가스 전계 전리형 이온원 등이다. 이온 광학계(14b)는, 예를 들면, 콘덴서 렌즈 등의 제1 정전 렌즈와, 정전 편향기와, 대물렌즈 등의 제2 정전 렌즈 등을 구비하고 있다. 이온원(14a)으로서, 플라즈마형 이온원을 이용했을 경우, 대전류 빔에 의한 고속의 가공을 실현할 수 있고, 사이즈가 큰 시료편(S)의 적출에 적합하다. 예를 들면, 가스 전계 전리형 이온원으로서 아르곤 이온을 이용함으로써, 집속 이온 빔 경통(14)으로부터 아르곤 이온 빔을 조사할 수도 있다.
전자 빔 경통(15)은, 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 더불어, 광축을 연직 방향에 평행하게 하여, 시료실(11)에 고정되어 있다. 이것에 의해, 스테이지(12)에 고정된 시료(V), 시료편(S), 및 조사 영역 내에 존재하는 니들(19a) 등의 조사 대상에 연직 방향 상방으로부터 하방을 향하여 전자 빔을 조사 가능하다.
전자 빔 경통(15)은, 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(제어부)(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 들면, 전자 렌즈나 편향기 등을 구비하고 있다.
또한, 전자 빔 경통(15)과 집속 이온 빔 경통(14)의 배치를 바꿔 넣고, 전자 빔 경통(15)을 연직 방향에 소정 각도 경사진 경사 방향으로, 집속 이온 빔 경통(14)을 연직 방향으로 배치해도 된다.
기체 이온 빔 경통(18)은, 예를 들면, 아르곤 이온 빔 등의 기체 이온 빔(GB)을 조사한다. 기체 이온 빔 경통(18)은, 아르곤 가스를 이온화하여 1kV 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 적합하다.
검출기(16)는, 시료(V), 시료편(S) 및 니들(19a) 등의 조사 대상에 하전 입자 빔이나 전자 빔이 조사되었을 때에 조사 대상으로부터 방사되는 이차 하전 입자(이차 전자, 이차 이온)(R)의 강도(즉, 이차 하전 입자의 양)를 검출하고, 이차 하전 입자(R)의 검출량의 정보를 출력한다. 검출기(16)는, 시료실(11)의 내부에 있어서 이차 하전 입자(R)의 양을 검출 가능한 위치, 예를 들면, 조사 영역 내의 시료(V), 시료편(S) 등의 조사 대상에 대해서 비스듬한 상방의 위치 등에 배치되고, 시료실(11)에 고정되어 있다.
가스 공급부(17)는 시료실(11)에 고정되어 있으며, 시료실(11)의 내부에 있어서 가스 분사부(노즐이라고도 한다)를 갖고, 스테이지(12)에 면하게 하여 배치되어 있다. 가스 공급부(17)는, 집속 이온 빔(FIB)에 의한 시료(V), 시료편(S)의 에칭을, 이들의 재질에 따라 선택적으로 촉진하기 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 지지체(19)를 구성하는 니들 구동 기구(19b)는, 니들(19a)이 접속된 상태로 시료실(11)의 내부에 수용되어 있으며, 컴퓨터(제어부)(22)로부터 출력되는 제어 신호에 따라 니들(19a)을 변위시킨다. 니들 구동 기구(19b)는, 스테이지(12)와 일체로 설치되어 있으며, 예를 들면, 스테이지(12)가 경사 기구(13b)에 의해 경사축(즉, X축 또는 Y축) 둘레로 회전하면, 스테이지(12)와 일체로 이동한다.
니들 구동 기구(19b)는, 3차원 좌표축의 각각을 따라서 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 3차원 좌표축은, 시료 스테이지의 직교 3축 좌표계와는 독립되어 있으며, 스테이지(12)의 표면에 평행한 2차원 좌표축으로 하는 직교 3축 좌표계로, 스테이지(12)의 표면이 경사 상태, 회전 상태에 있는 경우, 이 좌표계는 경사져, 회전한다.
컴퓨터(제어부)(22)는, 적어도 스테이지 구동 기구(13)와, 집속 이온 빔 경통(14)과, 전자 빔 경통(15)과, 가스 공급부(17)와, 니들 구동 기구(19b)를 제어한다.
또한, 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 이차 하전 입자(R)의 검출량을, 조사 위치에 대응지은 휘도 신호로 변환하고, 이차 하전 입자(R)의 검출량의 2차원 위치 분포에 의해 조사 대상의 형상을 나타내는 화상 데이터를 생성한다.
컴퓨터(22)는, 생성한 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 각종의 설정을 행하기 위한 화면을, 표시 장치(21)에 표시시킨다.
(시료 가공 관찰 방법：제1 실시 형태)
상술한 구성의 하전 입자 빔 장치(10)를 이용한 본 발명의 제1 실시 형태의 시료 가공 관찰 방법을, 도 1~4를 이용하여 설명한다.
도 2는, 본 발명의 시료 가공 관찰 방법을 단계적으로 나타낸 플로차트이다.
본 발명의 시료 가공 관찰 방법에 의해 관찰 대상부를 포함하는 시료편(S)의 관찰 단면을 형성할 때에는, 우선, 관찰 대상부가 포함되는 벌크의 시료(V)를 시료 홀더(P)에 세트하고, 스테이지(12) 상에 재치한다. 관찰 대상부가 포함되는 시료(V)로서는, 예를 들면, 미세한 집적회로를 형성한 반도체 칩 등을 들 수 있다.
다음으로, 스테이지(12) 상에 재치된 시료(V)로부터, 관찰 대상부를 포함하는 소영역을 잘라내어, 시료편(S)을 작성한다(시료편 형성 공정(S1)). 시료편 형성 공정(S1)에서는, 집속 이온 빔 경통(14)으로부터 시료(V)를 향하여 집속 이온 빔(FIB), 예를 들면, 갈륨 이온 빔을 조사한다. 이 때, 시료(V)에 미리 설정된 관찰 대상부를 포함하는 소영역의 바깥 가장자리를 따라서 집속 이온 빔(FIB)을 조사한다. 이것에 의해, 시료(V)로부터, 관찰 대상부를 포함하는 소영역을 잘라낸 시료편(S)이 얻어진다. 시료편(S)은, 예를 들면, 직사각형의 박판형으로 형성된다.
다음으로, 시료편 지지체(19)의 니들 구동 기구(19b)를 조작하여, 니들(19a)의 선단을, 잘라낸 시료편(S)의 외면, 예를 들면, SEM에 의한 관찰 단면을 형성하는 가공면(단면)에 직각인 측면에 접촉시킨다.
그리고, 가스 공급부(17)의 노즐(17a)로부터 니들(19a)과 시료편(S)의 접촉 부분을 향하여 디포지션용 가스, 예를 들면, 카본계 가스를 공급하면서, 이 부분에 집속 이온 빔 경통(14)으로부터 집속 이온 빔(FIB)을 조사한다. 이것에 의해, 니들(19a)의 선단과 시료편(S)의 접촉 부분에 디포지션막이 형성된다. 이러한 디포지션막에 의해, 니들(19a)의 선단과 시료편(S)이 접착되고, 시료편(S)은 니들(19a) 에 지지된다.
다음으로, 집속 이온 빔(FIB)에 의해, 시료편(S)에 대해서 매칭용 마크(1포인트 드리프트 보정 마크)를 형성한다. 매칭용 마크의 형성 위치는, 다음 공정인 단면 가공 공정(S2)에서 소멸하지 않는 위치에 형성된다. 다음으로, 시료편(S)에 가공면(단면)인 슬라이스 가공 범위를 설정한다. 이 때, 드리프트 보정 기능을 세트한다.
다음으로, 도 3 (a)에 나타내는 바와 같이, 이 시료편(S)의 가공면이, 각각의 빔 조사축이 1점에서 교차하는 교점(C)에 일치하도록, 시료편(S)을 지지하는 니들(19a)을 움직인다. 그리고, 예를 들면, 시료편(S)의 가공면(단면)에 대해서 평행한 방향으로 집속 이온 빔 경통(14)으로부터 집속 이온 빔(FIB)을 조사하여, 시료편(S)의 가공면을 소정의 깊이까지 깎는다(단면 가공 공정(S2)).
다음으로, 도 3 (b)에 나타내는 바와 같이, 시료편(S)을 니들(19a)에 유지시킨 채로, 니들 구동 기구(19b)를 통해 니들(19a)을 조작하여, 시료편(S)의 가공면이 교점(C)보다 전자 빔 경통(15)의 조사단에 근접하도록 시료편(S)을 이동(도 3 (b) 중의 Z방향)시킨다(시료편 근접 이동 공정(S3)). 즉, 시료편(S)의 가공면에 대한 전자 빔 경통(15)의 워킹 디스턴스가 교점(C)에 비해 작아지는 위치에 시료편(S)을 이동시킨다.
다음으로, 도 3 (c)에 나타내는 바와 같이, 니들 구동 기구(19b)를 통해 니들(19a)을 회전시켜, 시료편(S)의 가공면(단면)이 전자 빔 경통(15)의 빔 광축에 대해서 직각이 되도록 경사지게 한다(시료편 각도 조절 공정(S4)). 또한, 여기서 시료편(S)의 가공면(단면)과 전자 빔 경통(15)의 빔 광축은, 90°±5° 범위에서 거의 직각으로 되어 있으면, 후술하는 SEM 화상의 취득 시에 완전한 직각(90°)과 거의 동등한 효과가 얻어진다.
다음으로, 전자 빔 경통(15)의 빔 광축에 대해서 가공면(단면)이 직각으로 펼쳐지도록 된 시료편(S)을 향하여, 전자 빔 경통(15)으로부터 전자 빔(EB)을 조사한다. 이 때, 전 공정의 시료편 각도 조절 공정(S4)을 거침으로써, 전자 빔(EB)은, 시료편(S)의 가공면(단면)에 대해서 거의 직각으로 입사한다. 그리고, 시료편(S)의 가공면(단면)으로부터 나온 이차 전자(이차 하전 입자)를 검출기(16)로 검출하고, 검출기(16)의 출력 신호에 의거하여 가공면(단면)의 SEM 화상을 컴퓨터(22)로 형성하여, 표시 장치(21)에 표시한다(SEM 화상 취득 공정(S5)). 또한, SEM 화상 취득 공정(S5)에 있어서는, 시료편(S)의 에지 부분 등에서 매칭을 행하고, SEM 화상 취득 시의 중심 위치를 자동 인식한다.
이와 같이, 시료편 근접 이동 공정(S3)을 거친 시료편(S)의 가공면(단면)의 SEM 화상은, 종래와 같이, 시료편(S)의 가공면(단면)이 교점(C)의 위치에 있는 상태에서 얻어진 SEM 화상과 비교하여, 시료편(S)의 가공면(단면)의 위치가 보다 전자 빔 경통(15)에 근접한 위치에서의 SEM 화상이므로, 가공면(단면)의 모양이 보다 한층 선명하게 되고, 확대 배율을 올려도 세부까지 선명하게 비출 수 있다. 따라서, 관찰 대상물의 구조가 미세하고 복잡한 시료편(S)이어도, 가공면(단면)의 상태를 정확하게 파악할 수 있다.
또한, 시료편 각도 조절 공정(S4)에 의해, 시료편(S)의 가공면(단면)과 전자 빔 경통(15)의 빔 광축이 직각이 되도록 시료편(S)을 움직임(회전시킴)으로써, SEM 화상 취득 공정(S5)에서 얻어지는 가공면(단면)의 SEM 화상은, 종래와 같이 전자 빔 경통(15)의 빔 광축에 대해서 직각보다 경사진(예를 들면, 54°) 상태에서의 SEM 화상과 비교하여, 상하 방향으로 수축이 거의 없다. 이것에 의해, 얻어진 SEM 화상을 소프트웨어적으로 화상 가공하지 않고, 가공면(단면)의 형상을 변형없이 정확하게 반영된 SEM 화상을 얻을 수 있다.
이 후, SEM 화상 취득 공정(S5)에서 얻어지는 가공면(단면)의 모양을 확인하고, 다시 단면 가공 공정(S2)으로부터 SEM 화상 취득 공정(S5)까지를, 원하는 가공면(단면)이 얻어질 때까지 반복한다. 시료편(S)이 집속 이온 빔(FIB)에 의한 가공 위치로 돌아왔을 때에는, 드리프트 보정 마크의 인식을 실행한다.
또한, 단면 가공 공정(S2)으로부터 SEM 화상 취득 공정(S5)까지를, 미리 설정한 원하는 회수 반복하여, 시료편(S)의 특정 영역에 있어서의 연속된 복수의 단면의 SEM 화상을 취득하고, 시료편(S)의 특정 영역의 입체상을 생성할 수도 있다. 즉, 적어도, 단면 가공 공정(S2)에 있어서 시료편(S)을 교점(C)으로 이동시켜, 가공면을 슬라이스 가공하고, 시료편 근접 이동 공정(S3)에 있어서 시료편(S)을 교점(C)보다 전자 빔 경통(15)의 조사단에 근접하도록 이동시켜, SEM 화상 취득 공정(S5)에 있어서 SEM 화상을 취득하는 프로세스를 반복하여 실시한다. 컴퓨터(22)는, 가공 위치와 관찰 위치의 사이를 시료편(S)이 왕복하도록 니들 구동 기구(19b)를 제어한다. 이것에 의해, 시료편의 연속적인 단면 가공 관찰을 실시할 수 있다. 또한, 단면 가공 관찰에 의해 취득한 정보에 의거하여 단면 가공 관찰을 실시한 영역의 입체상을 생성할 수 있다.
SEM 화상 취득 공정(S5)으로부터 단면 가공 공정(S2)으로 이행할 때에는, 시료편(S)을 니들(19a)에 고정한 채로, 시료편 각도 조절 공정(S4)의 역회전 조작을 행하고, 계속하여 시료편 근접 이동 공정(S3)의 역행 조작을 행하면 된다.
이상과 같이, 본 발명의 시료 가공 관찰 방법에 의하면, 이와 같이, 시료편(S)의 가공면(단면)의 가공과 SEM 화상에 의한 관찰을, 시료편(S)을 니들(19a)에 고정한 채로 행할 수 있으므로, 시료편(S)을 예를 들면, 전용 스테이지로 이동시키지 않고 관찰할 수 있으며, 작업 시간을 큰 폭으로 단축할 수 있다.
또한, 시료편(S)을 니들(19a)에 고정한 채로 SEM 화상에 의한 관찰을 할 수 있으므로, 관찰 위치 부근에서 니들(19a)보다 체적이 큰 전용의 스테이지를 이용했을 경우보다 전계 분포의 변화가 작게 억제된다. 따라서, 취득한 SEM 화상의 콘트라스트의 저하를 방지할 수 있으며, 고콘트라스트의 선명한 SEM 화상을 얻을 수 있다.
상술한 제1 실시 형태의 시료 가공 관찰 방법의 변형예로서, 집속 이온 빔(FIB)을 이용한 단면 가공 공정(S2)의 완료 후에, 기체 이온 빔 경통(18)으로부터 기체 이온 빔(GB), 예를 들면, 아르곤 이온 빔을 조사하여, 시료편(S)의 가공면(단면)의 마무리 가공을 행하는 것도 바람직하다(도 4 참조).
기체 이온 빔 경통(18)은, 아르곤 가스를 이온화하고, 예를 들면, 1.0keV 정도의 저가속 전압으로 조사할 수 있다. 이러한 아르곤 이온 빔은, 갈륨 이온 빔 등의 집속 이온 빔(FIB)에 비해 집속성이 낮기 때문에, 시료편(S)의 가공면(단면)에 대한 에칭 레이트가 낮아진다. 따라서, 아르곤 이온 빔은, 갈륨 이온 빔에 의해 시료편(S)의 가공면(단면)의 가공을 행한 후의 정밀한 마무리 가공에 적합하다.
이와 같이, 기체 이온 빔(GB)에 의해 시료편(S)의 가공면(단면)의 마무리 가공을 행함으로써, SEM 화상 취득 공정(S5)에서 얻어지는 가공면(단면)의 SEM 화상을 보다 선명한 것으로 할 수 있다.
(시료 가공 관찰 방법：제2 실시 형태)
SEM 화상의 고분해능화를 위해서, 전자 빔 경통(15)과 시료편(S)의 사이에 전자 렌즈를 형성시키는 세미인 렌즈 방식의 전자 빔 경통(15)을 이용하는 경우, 전자 렌즈의 자장이 전자 빔 경통(15)의 외측에 발생하기 때문에, 단면 가공 공정(S2)에서 시료편(S)을 집속 이온 빔(FIB)으로 가공할 때에, 특히 저가속의 집속 이온 빔(FIB)은, 전자 빔 경통(15)의 전자 렌즈의 자장에 의해 빔 궤도가 굽혀지거나, 빔 형상이 변형되거나 할 우려가 있다.
이 때문에, 제2 실시 형태에서는, 단면 가공 공정(S2)에 있어서, 스테이지 구동 기구(13)를 조작하여 스테이지(12)를, 니들(19a)에 유지된 시료편(S)에 접근시킨다(도 5 (a) 참조). 스테이지(12)는, 집속 이온 빔(FIB)의 빔 궤도를 중심으로 자장이 대체로 대칭이 되도록 배치하면 된다.
마찬가지로, SEM 화상 취득 공정(S5)에 있어서도, 스테이지 구동 기구(13)를 조작하여 스테이지(12)를, 니들(19a)에 유지된 시료편(S)에 접근시킨다(도 5 (b) 참조). 이것에 의해, 전자 빔(EB)에 대해서 자장이 적절한 분포가 되도록 제어할 수 있다. 스테이지(12)는, 전자 빔(EB)의 빔 궤도를 중심으로 자장이 대체로 대칭이 되도록 배치하면 된다.
(시료 가공 관찰 방법：제3 실시 형태)
제3 실시 형태에서는, 단면 가공 공정(S2)에 있어서, 시료편(S)에 대해서 액자 가공을 행한다. 즉, 도 6 (a)에 나타내는 바와 같이, 시료편(S)의 한쪽을 향하여 제1의 조사 각도로부터 집속 이온 빔(FIB)을 조사하여, 시료편(S)의 직사각형의 가공면(단면)의 3변을 소정 폭으로 액자형으로 주연 부분을 남기고(액자부(Sa)), 그 내측을 박막화(박막부(Sb))한다.
다음으로, 도 6 (b)에 나타내는 바와 같이, 니들(19a)을 회전시켜 시료편(S)의 표리를 반대로 하고, 제2의 조사 각도로부터 집속 이온 빔(FIB)을 조사하여, 시료편(S)의 직사각형의 가공면(단면)의 3변을 소정 폭으로 액자형으로 남기고(액자부(Sc)), 그 내측을 박막화(박막부(Sd))한다(도 6 (b) 참조).
이러한 제3 실시 형태에 의하면, 시료편(S)의 일부만을 박막화하고, 그 주위를 액자부로서 박막화하지 않는 부분을 남김으로써, 일부를 박막화한 시료의 강도를 유지할 수 있다. 그리고, 시료편(S)의 표리에서 다른 방향으로부터 액자 가공함으로써, 박편부의 모든 주위를 액자화할 수 있으므로 시료의 강도를 유지할 수 있으며, 또한, 시료편에 커튼 효과에 의한 줄무늬가 형성되는 것을 억제할 수 있다.
(시료 가공 관찰 방법：제4 실시 형태)
제4 실시 형태는, 시료편 지지체(19)를 2개 구비한 하전 입자 빔 장치(10)를 이용한 예이며, 서로 이격하여 배치된 2개의 니들(19a1, 19a2)을 갖는다(도 7 참조). 우선, 제1의 니들(19a1)로 시료편(S)을 유지한다.
그리고, 시료편(S)을 제2의 니들(19a2)로 바꾸어 옮겨, 제2의 니들(19a2)을 회전시킴으로써, 시료편(S)으로의 집속 이온 빔(FIB)의 입사 각도를 변경한다(도 7 (a) 참조). 도 7 (b)에 나타내는 바와 같이, 제2의 니들(19a2)을, 전자 빔(EB)의 빔 광축과, 집속 이온 빔(FIB)의 빔 광축이 이루는 면의 법선 방향에 평행하게 되도록 배치한다.
우선, 제1의 니들(19a1)로 시료편(S)을 지지한 상태에서, 제1의 입사 각도로 집속 이온 빔(FIB)을 조사하여 FIB 가공을 행한다(도 8 (a) 참조). 다음으로, 제2의 니들(19a2)을 시료편(S)에 접속한다(도 8 (b) 참조). 다음으로, 제1의 니들(19a1)로부터 시료편(S)을 분리하고, 제2의 니들(19a2)을 회전시킨다(도 8 (c) 참조). 그리고, 제1의 입사 각도로 집속 이온 빔(FIB)을 조사하여 FIB 가공을 행한다(도 8 (d) 참조).
이러한 제4 실시 형태의 시료 가공 관찰 방법에 의하면, 제2의 니들(19a2)은 집속 이온 빔(FIB)의 빔 광축에 대해서, 수직 방향을 중심으로 회전 가능하기 때문에, 집속 이온 빔(FIB)의 시료편(S)에 대한 입사 각도의 조정이 용이하게 되어, 시료편(S)의 가공 용이성을 높일 수 있다.
본 발명의 실시 형태를 설명했는데, 이들의 실시 형태는, 예로서 제시한 것이며, 발명의 범위를 한정하는 것은 의도하고 있지 않다. 이들 실시 형태는, 그 외의 여러가지 형태로 실시되는 것이 가능하고, 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서, 여러 가지의 생략, 치환, 변경을 행할 수 있다. 이들 실시 형태나 그 변형은, 발명의 범위나 요지에 포함되는 것과 동일하게 특허 청구의 범위에 기재된 발명과 그 균등한 범위에 포함되는 것이다.
10: 하전 입자 빔 장치 11: 시료실
12: 스테이지(시료 스테이지) 13:스테이지 구동 기구
14: 집속 이온 빔 경통 15: 전자 빔 경통
16: 검출기 17: 가스 공급부
18: 기체 이온 빔 경통 19a: 니들
19b: 니들 구동 기구 21: 표시 장치
22: 컴퓨터 23: 입력 디바이스
33: 시료대 P: 시료 홀더
R: 이차 하전 입자 S: 시료편
V: 시료

Claims (10)

  1. 집속 이온 빔을 조사하는 집속 이온 빔 경통과, 전자 빔을 조사하는 전자 빔 경통과, 시료를 재치(載置)하는 스테이지와, 상기 시료로부터 잘라내진 관찰 대상부를 포함하는 시료편을 유지하는 시료편 지지체와, 상기 집속 이온 빔 경통, 상기 전자 빔 경통, 상기 스테이지 및 상기 시료편 지지체의 동작을 제어하는 제어부를 구비하고,
    상기 제어부는, 상기 시료의 관찰 대상부를 포함하는 단면의 SEM 화상을 취득할 때에, 상기 집속 이온 빔의 빔 광축과 상기 전자 빔의 빔 광축의 교점보다 상기 전자 빔 경통에 근접하는 위치까지 상기 시료편을 이동시키는 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 하전 입자 빔 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 집속 이온 빔에 의해 상기 단면을 형성할 때에, 상기 교점에 상기 시료편을 이동시키는 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 하전 입자 빔 장치.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 단면에 상기 집속 이온 빔을 조사하여 상기 단면의 가공을 행할 때, 상기 시료의 관찰 대상부를 포함하는 단면의 SEM 화상을 취득할 때 중 적어도 어느 한쪽에 있어서, 상기 스테이지를 상기 시료편을 향하여 접근 동작시키는 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 하전 입자 빔 장치.
  4. 집속 이온 빔을 조사하는 집속 이온 빔 경통과, 전자 빔을 조사하는 전자 빔 경통과, 시료로부터 잘라내진 관찰 대상부를 포함하는 시료편을 유지하는 시료편 지지체를 구비한 하전 입자 빔 장치를 이용하여, 상기 시료의 관찰 대상부를 포함하는 단면의 가공 및 SEM 화상을 얻는 시료 가공 관찰 방법으로서,
    상기 집속 이온 빔을 상기 시료에 조사하여, 상기 시료로부터 상기 시료편을 잘라내는 시료편 형성 공정과,
    상기 시료편을 상기 시료편 지지체로 지지하고, 상기 시료편의 상기 단면에 상기 집속 이온 빔을 조사하여, 상기 단면의 가공을 행하는 단면 가공 공정과,
    상기 시료편을 상기 시료편 지지체로 지지하고, 상기 집속 이온 빔의 빔 광축과 상기 전자 빔의 빔 광축의 교점보다 상기 전자 빔 경통에 근접하는 위치까지 상기 시료편을 이동시키는 시료편 근접 이동 공정과,
    상기 시료편의 상기 단면을 향하여 상기 전자 빔을 조사하여, 상기 단면의 SEM 화상을 취득하는 SEM 화상 취득 공정
    을 구비한 것을 특징으로 하는 시료 가공 관찰 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 시료편을 상기 시료편 지지체로 지지하고, 상기 시료편의 상기 단면이 상기 전자 빔의 빔 광축에 대해서 직각이 되도록 경사지게 하는 시료편 각도 조절 공정을 추가로 구비한 것을 특징으로 하는 시료 가공 관찰 방법.
  6. 청구항 4 또는 청구항 5에 있어서,
    상기 시료편에 드리프트 보정 마크를 형성하는 보정 마크 형성 공정을 추가로 구비한 것을 특징으로 하는 시료 가공 관찰 방법.
  7. 청구항 5에 있어서,
    상기 시료편 각도 조절 공정은, 복수의 상기 시료편 지지체끼리의 사이에서 상기 시료편을 수도(受渡)하여 행하는 것을 특징으로 하는 시료 가공 관찰 방법.
  8. 청구항 4 내지 청구항 7 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단면 가공 공정 또는 SEM 화상 취득 공정 중 적어도 어느 한쪽에서는, 상기 시료를 재치하는 스테이지를 상기 시료편을 향하여 접근 동작시키는 것을 특징으로 하는 시료 가공 관찰 방법.
  9. 청구항 4 내지 청구항 8 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단면 가공 공정에서는, 상기 시료편의 주연 부분의 적어도 일부보다 내측만을 박막화시키는 것을 특징으로 하는 시료 가공 관찰 방법.
  10. 청구항 4 내지 청구항 9 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 단면 가공 공정으로부터 상기 시료편 근접 이동 공정을 거쳐 상기 화상 취득 공정까지를, 미리 설정한 회수 반복하는 것을 특징으로 하는 시료 가공 관찰 방법.
KR1020190108650A 2018-10-18 2019-09-03 하전 입자 빔 장치 및 시료 가공 관찰 방법 KR20200043895A (ko)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JPJP-P-2018-196666 2018-10-18
JP2018196666A JP7152757B2 (ja) 2018-10-18 2018-10-18 試料加工観察方法

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20200043895A true KR20200043895A (ko) 2020-04-28

Family

ID=70280886

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020190108650A KR20200043895A (ko) 2018-10-18 2019-09-03 하전 입자 빔 장치 및 시료 가공 관찰 방법

Country Status (5)

Country Link
US (1) US11282672B2 (ko)
JP (1) JP7152757B2 (ko)
KR (1) KR20200043895A (ko)
CN (1) CN111081515B (ko)
TW (1) TWI813760B (ko)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPWO2023084772A1 (ko) * 2021-11-15 2023-05-19

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010232195A (ja) 2010-07-09 2010-10-14 Hitachi Ltd 微小試料加工観察方法及び装置

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6828566B2 (en) * 1997-07-22 2004-12-07 Hitachi Ltd Method and apparatus for specimen fabrication
JP4178741B2 (ja) * 2000-11-02 2008-11-12 株式会社日立製作所 荷電粒子線装置および試料作製装置
JP5033314B2 (ja) * 2004-09-29 2012-09-26 株式会社日立ハイテクノロジーズ イオンビーム加工装置及び加工方法
JP2006114225A (ja) * 2004-10-12 2006-04-27 Hitachi High-Technologies Corp 荷電粒子線装置
JP5020483B2 (ja) * 2005-07-08 2012-09-05 株式会社日立ハイテクノロジーズ 荷電粒子線装置
JP5127148B2 (ja) * 2006-03-16 2013-01-23 株式会社日立ハイテクノロジーズ イオンビーム加工装置
EP1956634A1 (en) * 2007-02-06 2008-08-13 ICT Integrated Circuit Testing Gesellschaft für Halbleiterprüftechnik mbH Method and apparatus for in-situ sample preparation
JP5362236B2 (ja) * 2007-03-12 2013-12-11 株式会社日立ハイテクサイエンス 試料加工・観察装置及び断面加工・観察方法
JPWO2009020150A1 (ja) * 2007-08-08 2010-11-04 エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社 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
JP5952046B2 (ja) * 2012-03-22 2016-07-13 株式会社日立ハイテクサイエンス 複合荷電粒子ビーム装置
JP2014041734A (ja) * 2012-08-22 2014-03-06 Hitachi High-Technologies Corp 複合荷電粒子線装置
WO2014195998A1 (ja) * 2013-06-03 2014-12-11 株式会社日立製作所 荷電粒子線顕微鏡、荷電粒子線顕微鏡用試料ホルダ及び荷電粒子線顕微方法
CZ2013547A3 (cs) * 2013-07-11 2014-11-19 Tescan Orsay Holding, A.S. Způsob opracovávání vzorku v zařízení se dvěma nebo více částicovými svazky a zařízení k jeho provádění
US9679743B2 (en) * 2015-02-23 2017-06-13 Hitachi High-Tech Science Corporation Sample processing evaluation apparatus
JP6974820B2 (ja) * 2017-03-27 2021-12-01 株式会社日立ハイテクサイエンス 荷電粒子ビーム装置、試料加工方法

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010232195A (ja) 2010-07-09 2010-10-14 Hitachi Ltd 微小試料加工観察方法及び装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN111081515B (zh) 2024-01-30
TW202025210A (zh) 2020-07-01
US11282672B2 (en) 2022-03-22
TWI813760B (zh) 2023-09-01
JP2020064780A (ja) 2020-04-23
JP7152757B2 (ja) 2022-10-13
US20200126755A1 (en) 2020-04-23
CN111081515A (zh) 2020-04-28

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP4474337B2 (ja) 試料作製・観察方法及び荷電粒子ビーム装置
KR102590634B1 (ko) 하전 입자 빔 장치, 시료 가공 방법
EP2811506B1 (en) Method for imaging a sample in a dual-beam charged particle apparatus
JP2006127850A (ja) 荷電粒子ビーム装置及び試料作製方法
US9190242B2 (en) Particle beam device having a sample holder
KR20190010473A (ko) 이중 빔 하전 입자 현미경에서의 시료 준비 및 검사
CZ309547B6 (cs) Způsob provozu přístroje pro vyzařování částic a přístroj pro vyzařování částic k provádění tohoto způsobu
JP5981744B2 (ja) 試料観察方法、試料作製方法及び荷電粒子ビーム装置
US10504691B2 (en) Method for generating a composite image of an object and particle beam device for carrying out the method
US8642980B2 (en) Composite charged particle beam apparatus
KR20200043895A (ko) 하전 입자 빔 장치 및 시료 가공 관찰 방법
US20200333271A1 (en) Method for controlling a unit of a particle beam device and particle beam device for carrying out the method
JP4676339B2 (ja) 荷電ビーム装置及び試料作製・観察方法
JP2013065512A (ja) 複合荷電粒子ビーム装置
JP5228027B2 (ja) 荷電粒子ビーム装置及び試料作製方法
KR102559888B1 (ko) 하전 입자 빔 장치
US11094503B2 (en) Method of preparing thin film sample piece and charged particle beam apparatus
US11199480B2 (en) Thin-sample-piece fabricating device and thin-sample-piece fabricating method
JP7214262B2 (ja) 荷電粒子ビーム装置、試料加工方法
WO2023084772A1 (ja) 荷電粒子ビーム装置、及び荷電粒子ビーム装置の制御方法
US20240071720A1 (en) Method and system for preparing a specimen
CN111189857B (zh) 带电粒子显微镜中的共焦成像的方法和系统
WO2023084773A1 (ja) 荷電粒子ビーム装置、及び荷電粒子ビーム装置の制御方法
JP2023076412A (ja) 試料を画像化及びミリングする方法
JP5541818B2 (ja) 断面試料作製装置