KR20200115028A

KR20200115028A - 하전 입자 빔 장치 및 제어 방법

Info

Publication number: KR20200115028A
Application number: KR1020190163625A
Authority: KR
Inventors: 아야나 무라키; 다쓰야 아사하타; 아쓰시 우에모토
Original assignee: 가부시키가이샤 히다치 하이테크 사이언스
Priority date: 2019-03-26
Filing date: 2019-12-10
Publication date: 2020-10-07
Also published as: US11177113B2; US11742177B2; JP7202642B2; US20220084785A1; US20200312617A1; TW202040624A; JP2020161268A; CN111755305A; CN111755305B

Abstract

[과제] 가공을 자동화한다.
[해결 수단] 하전 입자 빔 장치는, 시료의 단면이 주사형 전자현미경에 의해 관찰되어 얻어지는 SEM 화상인 가공 단면 화상과, 미리 등록된 가공 단면 화상인 판정 기준 화상의 일치의 정도를 나타내는 일치도가 소정의 값 이상인지 여부를 판정하는 화상 일치도 판정부와, 화상 일치도 판정부의 판정 결과에 따라 소정의 처리를 행하는 판정 후 처리부를 구비한다.

Description

하전 입자 빔 장치 및 제어 방법{CHARGED PARTICLE BEAM APPARATUS AND CONTROL METHOD THEREOF}

본 발명은, 하전 입자 빔 장치 및 제어 방법에 관한 것이다.

박편 시료의 작성에 있어서는, 집속 이온 빔(FIB：Focused Ion Beam)에 의해, 시료의 표면을 가공하여 단면을 형성하고, 단면의 형성 과정을 주사형 전자현미경(SEM：Scanning Electron Microscope) 또는 FIB에 의해 관찰한다. 작업자는, SEM에 의한 스캔 화상을 관찰하여, 시료의 단면에 특정 구조가 나타난 것이나, 시료가 적절한 두께로 된 것 등을 검지하고, FIB에 의한 가공을 종료한다.

작업자가 특정 구조가 나타난 것을 검지하기 위해서는, 저속 스캔에 의한 노이즈의 저감이나, 고분해능인 렌즈 모드의 사용 등에 의해, 해상도가 높은 화상을 취득할 필요가 있다.

종래, 광학 조건을 선택한 후, 시료를 관찰하면서, 가공 조건을 산출하는 집속 이온 빔 장치가 알려져 있다(특허 문헌 1). 종래 기술에 따른 집속 이온 빔 장치에 있어서는, 작업자에 의한 입력 데이터(가공 영역의 크기나, 깊이, 시료 종류, 도스량)가 입력되면, 광학 조건이 선택되고, 선택된 광학 조건에 따라 집속 빔의 시료 상에서의 가공 조건이 자동적으로 산출된다. 종래 기술에 따른 집속 이온 빔 장치에 있어서도, 작업자가 적절한 입력 데이터를 입력하려고 하면, 시료의 단면에 특정 구조가 나타난 것을 검지하는 것이 필요하게 된다.

일본국 특허공개 2006-313704호 공보

그러나, 작업자가 특정 구조가 나타난 것을 검지하는 것에는, 작업자가 특정 구조를 판단할 수 있을 정도로 숙련되어 있을 필요가 있으며, 또한, 시료의 화상을 확인하는 작업에는 시간이 걸린다. 그 때문에, FIB 등의 하전 입자 빔 장치에 있어서, 가공을 자동화하는 것이 요구되고 있다.

본 발명은 상기의 점을 감안하여 이루어진 것이며, 가공을 자동화할 수 있는 하전 입자 빔 장치 및 제어 방법을 제공한다.

상기 과제를 해결하여 이러한 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 이하의 양태를 채용하였다.

(1) 본 발명의 일 양태에 따른 하전 입자 빔 장치는, 상기 시료의 단면이 주사형 전자현미경에 의해 관찰되어 얻어지는 SEM 화상인 가공 단면 화상과, 미리 등록된 상기 가공 단면 화상인 판정 기준 화상의 일치의 정도를 나타내는 일치도가 소정의 값 이상인지 여부를 판정하는 화상 일치도 판정부와, 상기 화상 일치도 판정부의 판정 결과에 따라 소정의 처리를 행하는 판정 후 처리부를 구비한다.

상기 (1)에 기재된 양태에 따른 하전 입자 빔 장치에서는, 판정 기준 화상을 미리 등록하면 이후는, 가공 종단에 나타나는 특정 구조를 자동으로 검지할 수 있기 때문에, 가공을 자동화할 수 있다.

(2) 상기 (1)에 기재된 하전 입자 빔 장치에서는, 상기 화상 일치도 판정부가 판정을 행하기 전의 기간에 있어서, 상기 가공 단면 화상에 의거하여 상기 단면에 특정 구조가 나타나 있는지 여부를 판정하는 등록 화상 판정부와, 상기 기간에 있어서 상기 단면에 상기 특정 구조가 나타나 있다고 상기 등록 화상 판정부가 판정하는 경우, 상기 가공 단면 화상을 상기 판정 기준 화상으로서 등록하는 화상 등록부를 추가로 구비한다.

상기 (2)에 기재된 양태에 따른 하전 입자 빔 장치에서는, 시료의 가공 도중에 있어서 특정 구조가 나타났다고 판정된 가공 단면 화상이 판정 기준 화상으로서 등록되기 때문에, 가공 단면 화상과, 판정 기준 화상이 일치하는지를 판정하는 처리의 정밀도를, 판정 기준 화상으로서 가공 대상인 시료 이외의 시료를 이용하여 가공 종단에 나타나는 특정 주기 구조가 촬상된 소정의 SEM 화상을 이용했을 경우에 비해 높게 할 수 있다.

(3) 상기 (2)에 기재된 하전 입자 빔 장치에서는, 상기 등록 화상 판정부는, 상기 가공 단면 화상으로서, 상기 기간에 있어서 제1 모드를 이용하여 상기 주사형 전자현미경에 의해 관찰되어 얻어지는 상기 SEM 화상을 판정에 이용하고, 상기 화상 등록부는, 상기 기간에 있어서 상기 단면에 상기 특정 구조가 나타나 있다고 상기 등록 화상 판정부가 판정하는 경우, 상기 제1 모드보다 해상도가 낮은 제2 모드를 이용하여 상기 주사형 전자현미경에 의해 당해 단면이 관찰되어 얻어지는 상기 가공 단면 화상을 상기 판정 기준 화상으로서 등록하고, 상기 화상 일치도 판정부는, 상기 가공 단면 화상으로서, 상기 제2 모드를 이용하여 상기 주사형 전자현미경에 의해 관찰되어 얻어지는 상기 SEM 화상을 판정에 이용한다.

상기 (3)에 기재된 양태에 따른 하전 입자 빔 장치에서는, 통상의 해상도인 제1 모드보다 해상도가 낮은 제2 모드를 이용하여 가공 종단에 나타나는 특정 구조가 나타나 있는지 여부를 판정하기 때문에, 가공 시간을 단축할 수 있다.

여기서 해상도가 높은 화상을 취득하려면, 통상의 해상도의 화상을 취득하는 것보다 시간이 걸려, 가공 시간이 길어져 버린다. 예를 들면, 저속 스캔에서는, 통상의 스캔에 비해 스캔 시간이 걸린다. 또한, 고분해능인 렌즈 모드를 이용했을 경우는, 통상의 렌즈 모드와의 변환에 시간이 걸린다.

(4) 상기 (2) 또는 (3)에 기재된 하전 입자 빔 장치에서는, 상기 판정 기준 화상이란, 복수의 상기 가공 단면 화상이며, 상기 화상 등록부는, 상기 기간에 있어서 상기 단면에 상기 특정 구조가 나타나 있다고 상기 등록 화상 판정부가 판정할 때마다 상기 가공 단면 화상을 상기 판정 기준 화상으로서 등록한다.

상기 (4)에 기재된 양태에 따른 하전 입자 빔 장치에서는, 판정 기준 화상이 1장의 가공 단면 화상인 경우에 비해, 가공 단면 화상과, 판정 기준 화상이 일치하는지를 판정하는 처리의 정밀도를 높일 수 있다.

(5) 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 한개에 기재된 하전 입자 빔 장치에서는, 상기 판정 기준 화상이란, 특정 구조가 촬상된 SEM 화상이며, 상기 소정의 처리란, 소정의 분석을 행하는 처리이다.

상기 (5)에 기재된 양태에 따른 하전 입자 빔 장치에서는, 특정 구조가 나타나 있는 시료(S)의 단면에 대해서 소정의 분석을 행하는 처리를 행할 수 있다.

(6) 본 발명의 일양태에 따른 제어 방법은, 시료를 향하여 하전 입자 빔을 조사함으로써 당해 시료를 가공하는 하전 입자 빔 장치에 있어서의 제어 방법에 있어서, 상기 시료의 단면이 주사형 전자현미경에 의해 관찰되어 얻어지는 SEM 화상인 가공 단면 화상과, 미리 등록된 상기 가공 단면 화상인 판정 기준 화상의 일치의 정도를 나타내는 일치도가 소정의 값 이상인지 여부를 판정하는 화상 일치도 판정 과정과, 상기 화상 일치도 판정 과정의 판정 결과에 따라 소정의 처리를 행하는 판정 후 처리 과정을 갖는다.

본 발명의 하전 입자 빔 장치에 의하면, 가공을 자동화할 수 있다. 또한, 본 발명의 하전 입자 빔 장치에 의하면, 가공 시간을 단축할 수 있다.

도 1은, 본 발명의 실시 형태에 따른 하전 입자 빔 장치의 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 2는, 본 발명의 실시 형태에 따른 제어부의 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 3은, 본 발명의 실시 형태에 따른 박편 시료 제작 처리의 일례를 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 따른 하전 입자 빔 장치에 대해 첨부 도면을 참조하면서 설명한다.

도 1은, 본 실시 형태에 따른 하전 입자 빔 장치(10)의 구성의 일례를 나타내는 도면이다. 하전 입자 빔 장치(10)는, 시료(S)를 향하여 하전 입자 빔을 조사함으로써 시료(S)를 가공하는 장치이다.

하전 입자 빔 장치(10)는, 시료실(11)과, 스테이지(12)와, 구동 기구(13)와, 집속 이온 빔 경통(14)과, 전자 빔 경통(15)과, 검출기(16)와, 가스 공급부(17)와, 표시 장치(20)와, 제어부(21)와, 입력 디바이스(22)를 구비한다.

시료실(11)은, 시료(S)가 배치되는 공간이며, 내부를 진공 상태로 유지 가능하다. 스테이지(12)는, 시료실(11)의 내부에 있어서 시료(S)를 고정한다.

구동 기구(13)는, 스테이지(12)를 구동한다. 구동 기구(13)는, 스테이지(12)에 접속된 상태에서 시료실(11)의 내부에 수용되어 있으며, 제어부(21)로부터 출력되는 제어 신호에 따라 스테이지(12)를 소정 축에 대해서 변위시킨다. 구동 기구(13)는, 수평면에 평행 및 서로 직교하는 X축 및 Y축과, X축 및 Y축에 직교하는 연직 방향의 Z축을 따라서 평행하게 스테이지(12)를 이동시키는 이동 기구(13a)를 구비하고 있다. 구동 기구(13)는, 스테이지(12)를 X축 또는 Y축 주위에 회전시키는 틸트 기구(13b)와, 스테이지(12)를 Z축 주위에 회전시키는 회전 기구(13c)를 구비하고 있다.

집속 이온 빔 경통(14)은, 시료실(11)의 내부에 있어서의 소정의 조사 영역(즉, 주사 범위) 내의 조사 대상에 집속 이온 빔(FIB)을 조사한다.

집속 이온 빔 경통(14)은, 시료실(11)의 내부에 있어서 빔 출사부(도시하지 않음)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, 집속 이온 빔 경통(14)은, 스테이지(12)에 고정된 시료(S) 등의 조사 대상에 연직 방향 상방으로부터 하방을 향하여 집속 이온 빔을 조사 가능하다. 여기서, 집속 이온 빔 경통(14)은, 광축을 연직 방향에 대해서 경사진 방향에 평행하게 하여, 시료실(11)에 고정되어도 된다.

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)은, 액체 금속 이온원, 플라즈마 이온원 또는 가스 전계 전리 이온원 등의 이온원이다. 이온원(14a) 및 이온 광학계(14b)는, 제어부(21)로부터 출력되는 제어 신호에 따라 제어되고, 집속 이온 빔의 조사 위치 및 조사 조건 등이 제어부(21)에 의해 제어된다. 이온 광학계(14b)는, 예를 들면, 콘덴서 렌즈 등의 제1 정전 렌즈와, 정전 편향기와, 대물렌즈 등의 제2 정전 렌즈 등을 구비하고 있다.

전자 빔 경통(15)은, 시료실(11)의 내부에 있어서의 소정의 조사 영역 내의 조사 대상에 전자 빔(EB)을 조사한다. 전자 빔 경통(15)은, 전자 빔 경통(15) 내부에 전자 빔의 조사에 의해 조사 대상으로부터 발생하는 이차 하전 입자(반사 전자)를 검출하는 이차 하전 입자 검출기(도시하지 않음)를 구비한다.

전자 빔 경통(15)은, 전자를 발생시키는 전자원(15a)과, 전자원(15a)으로부터 사출된 전자를 집속 및 편향시키는 전자 광학계(15b)를 구비한다. 전자원(15a) 및 전자 광학계(15b)는, 제어부(21)로부터 출력되는 제어 신호에 따라 제어되고, 전자 빔의 조사 위치 및 조사 조건 등이 제어부(21)에 의해 제어된다. 전자 광학계(15b)는, 예를 들면, 전자 렌즈나 편향기 등을 구비하고 있다.

검출기(16)는, 집속 이온 빔 또는 전자 빔의 조사에 의해 조사 대상으로부터 발생하는 이차 하전 입자(이차 전자 및 이차 이온 등)(R)를 검출한다. 가스 공급부(17)는, 조사 대상의 표면에 가스(Ga)를 공급한다.

전자 빔 경통(15) 및 검출기(16)는, 주사형 전자현미경(30)을 구성한다.

하전 입자 빔 장치(10)는, 조사 대상의 표면에 집속 이온 빔을 주사하면서 조사함으로써, 스퍼터링에 의한 각종의 가공(에칭 가공 등)과, 디포지션막의 형성을 실행한다. 하전 입자 빔 장치(10)는, 시료(S)에 주사형 전자현미경(30) 등에 의한 단면 관찰용의 단면을 형성하는 가공과, 시료(S)로부터 투과형 전자현미경에 의한 투과 관찰용의 시료편(예를 들면, 박편 시료, 침형 시료 등)을 형성하는 가공 등을 실행한다. 하전 입자 빔 장치(10)는, 시료(S) 등의 조사 대상의 표면에 집속 이온 빔 또는 전자 빔을 주사하면서 조사함으로써, 조사 대상의 표면의 관찰을 실행한다.

표시 장치(20)는, 검출기(16) 또는 전자 빔 경통(15) 내부의 검출기에 의해 검출된 이차 하전 입자에 의거하는 화상 데이터 등을 표시한다.

입력 디바이스(22)는, 하전 입자 빔 장치(10)의 작업자로부터의 각종의 조작을 접수한다. 입력 디바이스(22)는, 일례로서, 작업자의 입력 조작에 따른 신호를 출력하는 마우스 및 키보드이다.

제어부(21)는, 시료(S)의 단면이 주사형 전자현미경(30)에 의해 관찰되어 얻어지는 SEM 화상인 가공 단면 화상(SI)에 의거하여, 집속 이온 빔 경통(14), 전자 빔 경통(15) 및 구동 기구(13)를 제어한다. 또한, 제어부(21)는, 입력 디바이스(22)로부터의 조작에 의거하여 집속 이온 빔 경통(14), 전자 빔 경통(15) 및 구동 기구(13)를 제어한다.

제어부(21)는, 일례로서, PC(Personal Computer)이다.

여기서 도 2를 참조하여, 제어부(21)의 구성에 대해 설명한다. 도 2는, 본 실시 형태에 따른 제어부(21)의 구성의 일례를 나타내는 도면이다. 제어부(21)는, 시료실(11)의 외부에 배치되고, 전자 빔 경통(15)과, 집속 이온 빔 경통(14)과, 구동 기구(13)와, 검출기(16)와, 표시 장치(20)와, 입력 디바이스(22)가 접속되어 있다.

제어부(21)는, 입력 디바이스(22)로부터 출력되는 조작 신호(OS) 또는 미리 설정된 자동 운전 제어 처리에 의해 생성되는 신호 등에 의해, 하전 입자 빔 장치(10)의 동작을 통합적으로 제어한다.

제어부(21)는, SEM 제어부(210)와, FIB 제어부(220)와, 구동 기구 제어부(230)와, 화상 생성부(270)와, 처리 제어부(240)와, 화상 일치도 판정부(250)와, 기억부(260)를 구비한다. SEM 제어부(210)와, FIB 제어부(220)와, 구동 기구 제어부(230)와, 화상 생성부(270)와, 처리 제어부(240)와, 화상 일치도 판정부(250)는, 제어부(21)의 CPU가 읽어들여 처리를 실행함으로써 실현되는 모듈이다.

SEM 제어부(210)는, 전자 빔 경통(15)에 SEM 제어 신호(SS)를 출력함으로써, 전자 빔 경통(15)을 제어한다. SEM 제어 신호(SS)는, 일례로서, 주사형 전자현미경(30)의 관찰 모드(M)를 전환하기 위한 신호이다. 관찰 모드(M)에는, 제1 모드(M1)와, 제1 모드(M1)보다 해상도가 낮은 제2 모드(M2)가 있다.

본 실시 형태에서는, 관찰 모드(M)는, 일례로서, 스캔 속도에 대응한다. 제1 모드(M1)는, 통상의 속도보다 저속인 속도에 있어서 스캔이 행해지는 모드이다. 제2 모드(M2)는, 통상의 속도에 있어서 스캔이 행해지는 모드이다. 제1 모드(M1)에서는, 제2 모드(M2)보다 저속인 속도에 있어서 스캔이 행해지기 때문에, 제2 모드(M2)에 비해 높은 해상도의 SEM 화상이 얻어진다.

또한, 관찰 모드(M)는, 전자 광학계(15b)의 광학 조건을 나타내는 렌즈 모드에 대응해도 된다. 관찰 모드(M)가 렌즈 모드에 대응하는 경우, 제1 모드(M1)는, 통상 모드에 비해 높은 해상도를 갖는 고해상도 모드이다. 제2 모드(M2)는, 고해상도 모드에 비해 낮은 해상도를 갖는 통상 모드이다.

FIB 제어부(220)는, 집속 이온 빔 경통(14)에 FIB 제어 신호(FS)를 출력함으로써, 집속 이온 빔 경통(14)을 제어한다. FIB 제어 신호(FS)는, 일례로서, 집속 이온 빔의 조사 위치 및 조사 조건 등을 설정하기 위한 신호이다.

구동 기구 제어부(230)는, 구동 기구(13)에 구동 제어 신호(MS)를 출력함으로써, 구동 기구(13)를 제어한다. 구동 제어 신호(MS)는, 스테이지(12)를 소정 축에 대해서 변위시키기 위한 신호이다.

화상 생성부(270)는, 검출기(16)로부터 공급되는 검출 데이터(D)를 취득한다. 검출 데이터(D)란, 하전 입자 빔의 조사 위치를 주사하면서 검출기(16)에 의해 검출되는 이차 하전 입자의 검출량을 나타내는 데이터이다.

화상 생성부(270)는, 검출 데이터(D)에 의거하여, 이차 하전 입자의 검출량을 조사 위치에 대응지은 휘도 신호로 변환하여, 이차 하전 입자의 검출량의 2차원 위치 분포에 의해 시료(S)의 단면의 형상을 나타내는 화상 데이터를 생성한다. 화상 데이터에는, 가공 단면 화상(SI)이 포함된다. 화상 생성부(270)는, 가공 단면 화상(SI)을 표시 장치(20)에 표시시킨다.

화상 생성부(270)는, 생성한 각 화상 데이터와 함께, 각 화상 데이터의 확대, 축소, 이동 및 회전 등의 조작을 실행하기 위한 화면을, 표시 장치(20)에 표시시킨다. 또한, 화상 생성부(270)는, 가공 설정 등의 각종의 설정을 행하기 위한 화면을, 표시 장치(20)에 표시시킨다.

처리 제어부(240)는, 가공 단면 화상(SI)에 의거하는 처리를 실행한다. 처리 제어부(240)는, 등록 화상 판정부(241)와, 화상 등록부(242)와, 판정 후 처리부(243)를 구비한다.

등록 화상 판정부(241)는, 가공 단면 화상(SI)에 의거하여 시료(S)의 단면에 특정 구조가 나타나 있는지 여부를 판정한다. 여기서 특정 구조란, 일례로서, 가공 종단을 특징짓는 구조이다.

화상 등록부(242)는, 시료(S)의 단면에 특정 구조가 나타나 있다고 등록 화상 판정부(241)가 판정한 가공 단면 화상(SI)을 판정 기준 화상(CI)으로서 등록한다. 여기서 화상 등록부(242)는, 가공 단면 화상(SI)을 판정 기준 화상(CI)으로서 기억부(260)에 기억시킴으로써, 가공 단면 화상(SI)을 등록한다.

판정 후 처리부(243)는, 화상 일치도 판정부(250)의 판정 결과에 따라 소정의 처리를 행한다. 여기서 소정의 처리란, 일례로서, 시료(S)의 가공을 종료하는 처리이다.

화상 일치도 판정부(250)는, 가공 단면 화상(SI)과, 미리 등록된 가공 단면 화상(SI)인 판정 기준 화상(CI)의 일치의 정도를 나타내는 일치도가 소정의 값 이상인지 여부를 판정한다. 또한, 소정의 값은 임의로 설정되어도 된다.

기억부(260)는, 판정 기준 화상(CI)을 기억한다. 기억부(260)는, 일례로서, RAM(Random Access Memory), HDD(Hard Disk Driｖe), 플래시 메모리 등등의 기억 장치이다. 또한, 기억부(260)는, 하전 입자 빔 장치(10)의 외부에 구비되어도 된다. 기억부(260)가 하전 입자 빔 장치(10)의 외부에 구비되는 경우, 예를 들면, 기억부(260)는, 제어부(21)가 통신을 행하는 클라우드 서버로서 구비된다.

또한, 처리 제어부(240)와, 화상 일치도 판정부(250)의 적어도 한쪽이, 하전 입자 빔 장치(10)의 외부에 구비되어도 된다. 처리 제어부(240)와, 화상 일치도 판정부(250)가 하전 입자 빔 장치(10)의 외부에 구비되는 경우, 처리 제어부(240)와, 화상 일치도 판정부(250)는 각각, 예를 들면, 제어부(21)와는 별도의 PC에 인스톨된 애플리케이션이나, 클라우드 서버에 구비되는 애플리케이션으로서 실현된다.

다음으로 도 3을 참조하여, 하전 입자 빔 장치(10)가 시료(S)로부터 박편 시료를 제작하는 과정에 대해 설명한다. 도 3은, 본 실시 형태에 따른 박편 시료 제작 처리의 일례를 나타내는 도면이다.

단계(S10)：FIB 제어부(220)는, 시료(S)의 표면을 가공하여, 시료(S)의 단면을 제작한다. 여기서 FIB 제어부(220)는, 집속 이온 빔 경통(14)에 FIB 제어 신호(FS)를 출력함으로써, 집속 이온 빔 경통(14)에 집속 이온 빔을 시료(S)에 조사시킨다.

단계(S20)：SEM 제어부(210)는, 관찰 모드(M)를 제1 모드(M1)로 설정한다. 관찰 모드(M)가 제1 모드(M1)로 설정됨으로써, 스캔 속도는 저속으로 설정된다.

단계(S30)：등록 화상 판정부(241)는, 화상 생성부(270)에 의해 생성되는 가공 단면 화상(SI1)을 취득한다. 여기서 가공 단면 화상(SI1)은, 제1 모드(M1)에 있어서 주사형 전자현미경(30)에 의해 시료(S)의 단면이 관찰된 결과에 의거하는 SEM 화상이다.

단계(S40)：등록 화상 판정부(241)는, 단계(S30)에 있어서 취득하는 가공 단면 화상(SI1)에 특정 구조가 나타나 있는지 여부를 판정한다. 등록 화상 판정부(241)가 가공 단면 화상(SI1)에 특정 구조가 나타나 있다고 판정하는 경우(단계(S40)；YES), 제어부(21)는 단계(S50)의 처리를 실행한다. 한편, 등록 화상 판정부(241)가 가공 단면 화상(SI1)에 특정 구조가 나타나 있지 않다고 판정하는 경우(단계(S40)；NO), 제어부(21)는 다시 단계(S10)의 처리를 실행한다.

여기서 단계(S40)는, 화상 일치도 판정부(250)가 판정을 행하기 전의 기간에 해당한다. 즉, 등록 화상 판정부(241)는, 화상 일치도 판정부(250)가 판정을 행하기 전의 기간에 있어서, 가공 단면 화상(SI1)에 의거하여 시료(S)의 단면에 특정 구조가 나타나 있는지 여부를 판정한다.

또한, 가공 단면 화상(SI1)이란, 화상 일치도 판정부(250)가 판정을 행하기 전의 기간에 있어서 제1 모드(M1)를 이용하여 주사형 전자현미경(30)에 의해 관찰되어 얻어지는 SEM 화상이다. 즉, 등록 화상 판정부(241)는, 가공 단면 화상(SI)으로서, 화상 일치도 판정부(250)가 판정을 행하기 전의 기간에 있어서 제1 모드(M1)를 이용하여 주사형 전자현미경(30)에 의해 관찰되어 얻어지는 SEM 화상을 판정에 이용한다.

단계(S50)：FIB 제어부(220)는, 가공을 정지한다.

단계(S60)：SEM 제어부(210)는, 관찰 모드(M)를 제2 모드(M2)로 설정한다. 관찰 모드(M)가 제2 모드(M2)로 설정됨으로써, 스캔 속도는 통상의 속도로 설정된다.

단계(S70)：등록 화상 판정부(241)는, 화상 생성부(270)에 의해 생성되는 가공 단면 화상(SI2)을 취득한다. 여기서 가공 단면 화상(SI2)은, 시료(S)의 단면이 제2 모드(M2)에 있어서 관찰된 결과에 의거하는 SEM 화상이다.

단계(S80)：화상 등록부(242)는, 가공 단면 화상(SI2)을 판정 기준 화상(CI)으로서 등록한다. 여기서 화상 등록부(242)는, 가공 단면 화상(SI2)을 판정 기준 화상(CI)으로서 기억부(260)에 기억시킨다.

여기서 단계(S80)는, 화상 일치도 판정부(250)가 판정을 행하기 전의 기간에 해당한다. 즉, 화상 등록부(242)는, 화상 일치도 판정부(250)가 판정을 행하기 전의 기간에 있어서 시료(S)의 단면에 특정 구조가 나타나 있다고 등록 화상 판정부(241)가 판정하는 경우, 가공 단면 화상(SI2)을 판정 기준 화상(CI)으로서 등록한다.

또한, 가공 단면 화상(SI2)이란, 제1 모드(M1)보다 해상도가 낮은 제2 모드(M2)를 이용하여 주사형 전자현미경(30)에 의해 시료(S)의 단면이 관찰되어 얻어지는 가공 단면 화상(SI)이다. 즉, 화상 등록부(242)는, 화상 일치도 판정부(250)가 판정을 행하기 전의 기간에 있어서 시료(S)의 단면에 특정 구조가 나타나 있다고 등록 화상 판정부(241)가 판정하는 경우, 제1 모드(M1)보다 해상도가 낮은 제2 모드(M2)를 이용하여 주사형 전자현미경(30)에 의해 당해 단면이 관찰되어 얻어지는 가공 단면 화상(SI2)을 판정 기준 화상(CI)으로서 등록한다.

단계(S90)：FIB 제어부(220)는, 시료(S)의 단면을 제작한다. 여기서 FIB 제어부(220)는, 집속 이온 빔 경통(14)에 FIB 제어 신호(FS)를 출력함으로써, 집속 이온 빔 경통(14)에 집속 이온 빔을 시료(S)에 조사시킨다.

단계(S100)：등록 화상 판정부(241)는, 화상 생성부(270)에 의해 생성되는 가공 단면 화상(SI2)을 취득한다. 여기서 가공 단면 화상(SI2)은, 제2 모드(M2)에 있어서 주사형 전자현미경(30)에 의해 시료(S)의 단면이 관찰된 결과에 의거하는 SEM 화상이다.

단계(S110)：화상 일치도 판정부(250)는, 가공 단면 화상(SI2)과, 판정 기준 화상(CI)이 일치하는지를 판정한다. 여기서 화상 일치도 판정부(250)는, 가공 단면 화상(SI2)과, 판정 기준 화상(CI)의 일치의 정도를 나타내는 일치도가 소정의 값 이상인 경우에, 가공 단면 화상(SI2)과, 판정 기준 화상(CI)이 일치한다고 판정한다.

화상 일치도 판정부(250)는, 화상의 일치도를 판정하는 공지의 알고리즘을 이용하여 판정을 행한다.

여기서 가공 단면 화상(SI2)이란, 제2 모드(M2)를 이용하여 주사형 전자현미경(30)에 의해 관찰되어 얻어지는 SEM 화상이다. 즉, 화상 일치도 판정부(250)는, 가공 단면 화상(SI2)으로서, 제2 모드(M2)를 이용하여 주사형 전자현미경(30)에 의해 관찰되어 얻어지는 SEM 화상을 판정에 이용한다.

화상 일치도 판정부(250)가, 가공 단면 화상(SI2)과, 판정 기준 화상(CI)이 일치한다고 판정하는 경우(단계(S110)；YES), 제어부(21)는 단계(S120)의 처리를 실행한다. 한편, 화상 일치도 판정부(250)가, 가공 단면 화상(SI2)과, 판정 기준 화상(CI)이 일치하지 않는다고 판정하는 경우(단계(S110)；NO), 제어부(21)는 단계(S90)의 처리를 다시 실행한다.

단계(S120)：판정 후 처리부(243)는, 판정 후 처리를 행한다. 판정 후 처리부(243)는, 판정 후 처리로서, 일례로서 FIB 제어부(220)에 시료(S)의 가공을 종료시킨다.

그 후, 제어부(21)는 박편 시료 제작 처리를 종료한다.

또한, 판정 후 처리부(243)는, 판정 후 처리로서 소정의 회수만큼 가공 단면 화상(SI2)과, 판정 기준 화상(CI)이 소정의 회수만큼 일치한다고 판정될 때까지 가공을 계속하는 처리를 행해도 된다. 그 경우, 판정 후 처리부(243)는, 단계(S110)에 있어서 소정의 회수만큼 일치한다고 판정될 때까지, 단계(S90), 단계(S100) 및 단계(S110)의 처리를 제어부(21)에 반복시킨다.

또한, 판정 후 처리부(243)는, 판정 후 처리로서 분석 처리를 행해도 된다. 분석 처리란, 시료(S)에 대해서 행해지는 소정의 분석이며, 예를 들면, EDS(Energy dispersive x-ray spectrometry) 분석이다. 판정 기준 화상(CI)이란, 단계(S40)에 있어서 시료(S)의 단면에 특정 구조가 나타났을 경우에 등록된 가공 단면 화상(SI)이며, 단계(S110)에 있어서 가공 단면 화상(SI)과 판정 기준 화상(CI)이 일치하는 경우에 판정 후 처리는 실행되기 때문에, 분석 처리는 특정 구조가 나타나 있는 시료(S)의 단면에 대해서 행할 수 있다.

즉, 판정 기준 화상(CI)이란, 특정 구조가 촬상된 SEM 화상이며, 판정 후 처리란, 소정의 분석을 행하는 처리이다.

또한, 도 3에 나타내는 박편 시료 제작 처리에서는, 관찰 모드(M)로서 스캔 속도가 설정되는 경우에 대해 설명했는데, 이것에 한정하지 않는다. 관찰 모드(M)로서 렌즈 모드가 설정되어도 된다.

또한, 관찰 모드(M)로서 전자 빔 경통(15)의 전자 광학계(15b)의 배율이 설정되어도 된다. 관찰 모드(M)로서 전자 광학계(15b)의 배율이 설정되는 경우, 제1 모드(M1)는, 고배율에 대응한다. 제2 모드(M2)는, 저배율에 대응한다. 전자 광학계(15b)의 배율에 의해 가공 시간은 변화하지 않지만, 제2 모드(M2)인 저배율에 있어서 시료(S)가 관찰됨으로써, EB가 조사되는 것에 수반되는 시료(S)로의 데미지가 경감된다.

또한, 본 실시 형태에서는, 판정 기준 화상(CI)으로서 1장의 가공 단면 화상(SI)이 등록되는 경우에 대해 설명했는데, 이것에 한정하지 않는다. 판정 기준 화상(CI)은, 복수의 가공 단면 화상(SI)이어도 된다.

판정 기준 화상(CI)이 복수의 가공 단면 화상(SI)인 경우, 도 3에 나타내는 박편 시료 제작 처리에 있어서 제어부(21)는, 단계(S10~S40)의 처리를, 특정 구조가 나타나 있는 가공 단면 화상(SI)이 소정의 수만큼 얻어질 때까지 반복한다. 여기서 화상 등록부(242)는, 화상 일치도 판정부(250)가 판정을 행하기 전의 기간에 있어서 시료(S)의 단면에 특정 구조가 나타나 있다고 등록 화상 판정부(241)가 판정할 때마다 가공 단면 화상(SI1)을 판정 기준 화상(CI)으로서 등록한다.

판정 기준 화상(CI)이 복수의 가공 단면 화상(SI)인 경우, 판정 기준 화상(CI)이 1장의 가공 단면 화상(SI)인 경우에 비해, 단계(S110)에 있어서의 가공 단면 화상(SI2)과, 판정 기준 화상(CI)이 일치하는지를 판정하는 처리의 정밀도를 높일 수 있다.

또한, 시료(S)에는 주기 구조가 있어, 화상 일치도 판정부(250)가 가공 단면 화상(SI2)과, 판정 기준 화상(CI)이 일치한다고 판정한 회수를 셈으로써, 가공 도중의 시료(S)의 두께를 산출할 수 있다. 제어부(21)는, 도 3의 단계(S110)에 있어서, 시료(S)의 두께를 산출하고, 시료(S)가 적절한 두께로 되었다고 판정되었을 경우에, 단계(S120)를 실행해도 된다.

또한, 판정 기준 화상(CI)으로서, 가공 종단에 나타나는 특정 구조가 촬상된 소정의 SEM 화상이 가공 개시 전에 미리 기억부(260)에 기억되어 있어도 된다. 판정 기준 화상(CI)이 가공 개시 전에 미리 기억부(260)에 기억되는 경우, 제어부(21)의 구성으로부터, 등록 화상 판정부(241) 및 화상 등록부(242)가 생략되어도 된다.

이상으로 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 하전 입자 빔 장치(10)에서는, 판정 기준 화상(CI)을 한번 등록하면 이후는, 가공 종단에 나타나는 특정 구조를 자동으로 검지할 수 있기 때문에, 가공을 자동화할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에 따른 하전 입자 빔 장치(10)에서는, 통상의 해상도인 제1 모드(M1)보다 해상도가 낮은 제2 모드(M2)를 이용하여 가공 종단에 나타나는 특정 구조가 나타나 있는지 여부를 판정하기 때문에, 가공 시간을 단축할 수 있다.

또한, 상술한 실시 형태에 있어서의 하전 입자 빔 장치(10)의 제어부(21)의 일부, 예를 들면, 처리 제어부(240) 및 화상 일치도 판정부(250)를 컴퓨터로 실현하도록 해도 된다. 그 경우, 이 제어 기능을 실현하기 위한 프로그램을 컴퓨터 판독 가능한 기록 매체에 기록하고, 이 기록 매체에 기록된 프로그램을 컴퓨터 시스템에 읽어들이게 하여, 실행함으로써 실현해도 된다. 또한, 여기서 말하는 「컴퓨터 시스템」이란, 하전 입자 빔 장치(10)에 내장된 컴퓨터 시스템으로서, OS나 주변기기 등의 하드웨어를 포함하는 것으로 한다. 또한, 「컴퓨터 판독 가능한 기록 매체」란, 플렉시블 디스크, 광자기 디스크, ROM, CD-ROM 등의 가반(可搬) 매체, 컴퓨터 시스템에 내장되는 하드 디스크 등의 기억 장치를 말한다. 추가로 「컴퓨터 판독 가능한 기록 매체」란, 인터넷 등의 네트워크나 전화 회선 등의 통신 회선을 개재하여 프로그램을 송신하는 경우의 통신선과 같이, 단시간, 동적으로 프로그램을 유지하는 것, 그 경우의 서버나 클라이언트가 되는 컴퓨터 시스템 내부의 휘발성 메모리와 같이, 일정 시간 프로그램을 유지하고 있는 것도 포함해도 된다. 또한 상기 프로그램은, 전술한 기능의 일부를 실현하기 위한 것이어도 되고, 추가로 전술한 기능을 컴퓨터 시스템에 이미 기록되어 있는 프로그램과의 조합으로 실현할 수 있는 것이어도 된다.

또한, 상술한 실시 형태에 있어서의 제어부(21)의 일부, 또는 전부를, LSI(Large Scale Integration) 등의 집적회로로 하여 실현해도 된다. 제어부(21)의 각 기능 블록은 개별적으로 프로세서화해도 되고, 일부, 또는 전부를 집적하여 프로세서화해도 된다. 또한, 집적회로화의 수법은 LSI에 한정하지 않고 전용 회로, 또는 범용 프로세서로 실현해도 된다. 또한, 반도체 기술의 진보에 의해 LSI를 대체하는 집적회로화의 기술이 출현했을 경우, 당해 기술에 의한 집적회로를 이용해도 된다.

이상, 도면을 참조하여 이 발명의 일실시 형태에 대해 상세하게 설명해 왔는데, 구체적인 구성은 상술의 것에 한정되지 않으며, 이 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에 있어서 여러가지 설계 변경 등을 하는 것이 가능하다.

10…하전 입자 빔 장치, 30…주사형 전자현미경, 21…제어부, 240…처리 제어부, 241…등록 화상 판정부, 242…화상 등록부, 243…판정 후 처리부, 250…화상 일치도 판정부, SI, SI1, SI2…가공 단면 화상, CI…판정 기준 화상

Claims

시료를 향하여 하전 입자 빔을 조사함으로써 당해 시료를 가공하는 하전 입자 빔 장치로서,
상기 시료의 단면이 주사형 전자현미경에 의해 관찰되어 얻어지는 SEM 화상인 가공 단면 화상과, 미리 등록된 상기 가공 단면 화상인 판정 기준 화상의 일치의 정도를 나타내는 일치도가 소정의 값 이상인지 여부를 판정하는 화상 일치도 판정부와,
상기 화상 일치도 판정부의 판정 결과에 따라 소정의 처리를 행하는 판정 후 처리부
를 구비하는 하전 입자 빔 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 화상 일치도 판정부가 판정을 행하기 전의 기간에 있어서, 상기 가공 단면 화상에 의거하여 상기 단면에 특정 구조가 나타나 있는지 여부를 판정하는 등록 화상 판정부와,
상기 기간에 있어서 상기 단면에 상기 특정 구조가 나타나 있다고 상기 등록 화상 판정부가 판정하는 경우, 상기 가공 단면 화상을 상기 판정 기준 화상으로서 등록하는 화상 등록부
를 추가로 구비하는 하전 입자 빔 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 등록 화상 판정부는, 상기 가공 단면 화상으로서, 상기 기간에 있어서 제1 모드를 이용하여 상기 주사형 전자현미경에 의해 관찰되어 얻어지는 상기 SEM 화상을 판정에 이용하고,
상기 화상 등록부는, 상기 기간에 있어서 상기 단면에 상기 특정 구조가 나타나 있다고 상기 등록 화상 판정부가 판정하는 경우, 상기 제1 모드보다 해상도가 낮은 제2 모드를 이용하여 상기 주사형 전자현미경에 의해 당해 단면이 관찰되어 얻어지는 상기 가공 단면 화상을 상기 판정 기준 화상으로서 등록하고,
상기 화상 일치도 판정부는, 상기 가공 단면 화상으로서, 상기 제2 모드를 이용하여 상기 주사형 전자현미경에 의해 관찰되어 얻어지는 상기 SEM 화상을 판정에 이용하는,
하전 입자 빔 장치.
청구항 2 또는 청구항 3에 있어서,
상기 판정 기준 화상이란, 복수의 상기 가공 단면 화상이며,
상기 화상 등록부는, 상기 기간에 있어서 상기 단면에 상기 특정 구조가 나타나 있다고 상기 등록 화상 판정부가 판정할 때마다 상기 가공 단면 화상을 상기 판정 기준 화상으로서 등록하는,
하전 입자 빔 장치.
청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 판정 기준 화상이란, 특정 구조가 촬상된 SEM 화상이며,
상기 소정의 처리란, 소정의 분석을 행하는 처리인,
하전 입자 빔 장치.
시료를 향하여 하전 입자 빔을 조사함으로써 당해 시료를 가공하는 하전 입자 빔 장치에 있어서의 제어 방법에 있어서,
상기 시료의 단면이 주사형 전자현미경에 의해 관찰되어 얻어지는 SEM 화상인 가공 단면 화상과, 미리 등록된 상기 가공 단면 화상인 판정 기준 화상의 일치의 정도를 나타내는 일치도가 소정의 값 이상인지 여부를 판정하는 화상 일치도 판정 과정과,
상기 화상 일치도 판정 과정의 판정 결과에 따라 소정의 처리를 행하는 판정 후 처리 과정
을 갖는 제어 방법.