KR20210036260A - 집속 이온 빔 장치 - Google Patents

Abstract

[과제] 집속 이온 빔의 복수의 조사 위치의 각각에 대해, 유센트릭 높이에 자동으로 정밀도 좋게 맞출 수 있는 집속 이온 빔 장치를 제공한다.
[해결 수단] 전자 빔 경통(10)과, 집속 이온 빔 경통(20)과, 틸트축(TA)을 중심으로 틸트 가능하고, 또한 높이 방향으로 이동 가능한 시료 스테이지(50)를 갖는 집속 이온 빔 장치(100)에 있어서, 시료(200)에 대해, 집속 이온 빔을 조사하는 복수의 조사 위치(P1~P3)를 지정했을 때, 각 조사 위치의 평면 좌표를 취득하는 좌표 취득 수단(6A)과, 평면 좌표에 의거하여, 각 조사 위치에 있어서 전자 빔과 집속 이온 빔이 일치하는 교차 위치에, 유센트릭 높이 Zs가 일치하도록, 시료 스테이지를 유센트릭 높이 Zs로 이동시키는 이동량을 산출하는 이동량 산출 수단(6B)과, 각 조사 위치에 있어서, 이동량에 따라 시료 스테이지를 유센트릭 높이 Zs로 이동시키는 시료 스테이지 이동 제어 수단(6C)을 갖는다.

Description

집속 이온 빔 장치{FOCUSED ION BEAM APPARATUS}

본 발명은, 전자 빔 경통과 집속 이온 빔 경통을 구비한 집속 이온 빔 장치에 관한 것이다.

종래부터, 주사형 전자 현미경(SEM)에 대해, 추가로 시료에 집속 이온 빔(FI B)을 조사하여 단면을 형성하는 집속 이온 빔 경통을 실장한 FIB-SEM 장치가 이용되고 있다. 이로써, 집속 이온 빔으로 가공한 단면에 SEM으로부터 전자 빔을 조사하여, 하나의 장치 내에서 시료의 단면 가공과, 단면의 관찰이나 측정을 그 자리에서 행할 수 있다.

그런데, FIB 장치를 이용하여 스테이지 구동에 의해 시료를 경사(틸트)시켜 시료의 특정 위치의 가공이나 관찰을 행하는 경우, 경사 동작에 의해서 특정 위치가 시야에서 벗어나는 경우가 있다.

그래서, 경사 동작에 의해서도 특정 위치가 시야에서 벗어나지 않도록, 유센트릭 높이에 시료를 배치하는 스테이지 기구를 구비한 FIB 장치가 개발되고 있다(특허문헌 1).

여기서, 「유센트릭 높이」란, 시료 스테이지 상에 시료를 재치(載置)한 상태로, 관찰 중에 시료를 경사시켜도 관찰상 위의 특정 위치가 움직이지 않을 때의 시료 스테이지의 높이이다. FIB-SEM 장치의 경우, 집속 이온 빔과 전자 빔의 교차 위치가, 유센트릭 높이에 있어서의 스테이지 상의 시료 위치(유센트릭 위치)에 일치하도록 당해 스테이지의 높이를 조정한다. 즉, 유센트릭 위치는, 유센트릭 높이에 시료의 두께(시료 홀더를 이용하는 경우에는 추가로 시료 홀더의 두께)를 가산한 높이이다.

이로써, 경사 동작을 하면서 시료의 특정 위치의 FIB 가공 및 SEM 관찰을 행하더라도, 경사 동작의 전후로 FIB 및 SEM의 시야에서 특정 위치가 벗어나는 경우가 없다. 따라서, 효율적으로 가공 관찰을 행할 수 있다.

일본국 특허공개 2016-72089호 공보

그러나, 집속 이온 빔으로 시료를 가공할 때에는, 시료 표면의 복수의 위치에서 가공을 행하고 싶다고 하는 요망이 있어, 각 위치로 시료 스테이지를 이동시킬 때마다, 유센트릭 높이에 시료 스테이지의 틸트축을 맞추는 것은 번잡하다.

또, 최초의 위치로 맞춘 유센트릭 높이를, 다른 위치에서도 일정하다고 간주하여 측정하기도 한다. 그러나, 시료의 요철 등에 의해 유센트릭 높이는 변화하므로, 시료를 틸트시켰을 때에 시야에서 대상 부위가 벗어날 우려가 있다.

본 발명은 상기의 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것이며, 시료에 있어서의 집속 이온 빔의 복수의 조사 위치의 각각에 대해, 유센트릭 높이에 자동으로 정밀도 좋게 맞출 수 있는 집속 이온 빔 장치의 제공을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명의 집속 이온 빔 장치는, 시료에 전자 빔을 조사하기 위한 전자 빔 경통과, 상기 시료에 집속 이온 빔을 조사하기 위한 집속 이온 빔 경통과, 상기 시료가 직접 또는 간접적으로 재치되고, 상기 전자 빔과 상기 집속 이온 빔에 직교하는 틸트축을 중심으로 틸트 가능하며, 또한 높이 방향으로 이동 가능한 시료 스테이지를 갖는 집속 이온 빔 장치에 있어서, 상기 시료에 대해, 상기 집속 이온 빔을 조사하는 복수의 조사 위치를 지정했을 때, 각 조사 위치의 평면 좌표를 취득하는 좌표 취득 수단과, 상기 평면 좌표에 의거하여, 상기 각 조사 위치에 있어서 상기 전자 빔과 상기 집속 이온 빔이 일치하는 교차 위치에, 유센트릭 높이 Zs가 일치하도록, 상기 시료 스테이지를 상기 유센트릭 높이 Zs로 이동시키는 이동량을 산출하는 이동량 산출 수단과, 상기 각 조사 위치에 있어서, 상기 이동량에 따라 상기 시료 스테이지를 유센트릭 높이 Zs로 이동시키는 시료 스테이지 이동 제어 수단을 추가로 갖는 것을 특징으로 한다.

이 집속 이온 빔 장치에 의하면, 시료 표면의 조사 위치를 유센트릭 위치로 한 상태로, 집속 이온 빔을 조사하여 각종 가공이나 디포지션 등을 행한 후, 조사 위치를 소정 각도 틸트시켜 관찰 등을 할 수 있다.

그리고, 조사 위치의 가공, 관찰이 종료하면, 다음의 조사 위치에서 각각 자동적으로 유센트릭 높이에 맞춰지므로, 작업 효율이 향상한다. 또, 수동으로 유센트릭 높이를 설정하는 경우에 비해, 각 조사 위치가 유센트릭 높이에서 벗어나는 것을 억제할 수 있으며, 시료를 틸트시켰을 때에 시야에서 각 조사 위치가 벗어나는 것을 억제할 수 있다.

본 발명의 집속 이온 빔 장치에 있어서, 상기 시료 스테이지 이동 제어 수단은, 상기 시료 스테이지의 수평면에 평행하고 상기 틸트축에 직교하는 Y축 방향으로의 상기 조사 위치의 편차량 L을 보상하도록, 상기 시료 스테이지를 상기 Y축 방향으로 이동시켜도 된다.

예를 들어 개개의 집속 이온 빔 장치에 있어서의 시료 스테이지의 장착 오차(기차(機差))에 의한 각 조사 위치로 시료 스테이지의 이동 기구를 이동시켰을 때의 편차나, 이동 기구를 구성하는 피에조 소자, 스텝핑 모터 등의 액추에이터의 실제의 이동량의 편차 외, 유센트릭 높이를 구할 때의 시료의 SEM 화상을 생성하는 전자 빔의 빔축으로부터의 휘어짐 등에 기인하여, Y축 방향으로 편차량 L이 발생하는 경우가 있다.

그래서, 이 집속 이온 빔 장치에 의하면, 편차량 L을 보상하므로, 시료의 관찰 위치 등에서 벗어나는 것을 억제할 수 있다.

본 발명의 집속 이온 빔 장치에 있어서, 상기 시료 스테이지 이동 제어 수단은, 상기 편차량 L에 유래하는 상기 유센트릭 높이 Zs의 변동을 반영시켜 상기 이동량을 산출해도 된다.

이 집속 이온 빔 장치에 의하면, 편차량 L을 보상하므로, 유센트릭 높이 Zs의 측정 정밀도가 향상한다.

본 발명의 집속 이온 빔 장치에 있어서, 상기 편차량 L은 어림잡은 소정의 값이거나, 또는 상기 이동량 산출 수단이 상기 유센트릭 높이 Zs를 산출할 때에 구한 계산값이어도 된다.

본 발명의 집속 이온 빔 장치는, 상기 시료 스테이지에 배치된 상기 시료 표면의 소정의 평면 좌표에 있어서의 상기 유센트릭 높이 Zse를 기억하는 기억부를 추가로 구비하고, 상기 이동량 산출 수단은, 상기 기억부에 기억된 상기 유센트릭 높이 Zse를 참조하여, 상기 소정의 평면 좌표와 상기 각 조사 위치 사이의 좌표의 차에 의거하여, 상기 각 조사 위치에 있어서의 상기 유센트릭 높이 Zs를 추정해도 된다.

이 집속 이온 빔 장치에 의하면, 복수의 조사 위치에 대해 가공시마다 유센트릭 높이 Zs를 산출할 필요가 없고, 복수의 조사 위치에 대한 연속적인 가공 및 관찰을 자동화하는 것이 가능해진다.

본 발명의 집속 이온 빔 장치에 있어서, 상기 기억부는, 상기 소정의 평면 좌표에 있어서의 상기 편차량 Le를 상기 유센트릭 높이 Zse에 관련지어 기억하고, 상기 이동량 산출 수단은, 상기 기억부에 기억된 상기 편차량 Le를 참조하여, 상기 소정의 평면 좌표와 상기 각 조사 위치 사이의 좌표의 차에 의거하여, 상기 각 조사 위치에 있어서의 상기 편차량 L을 추가로 추정해도 된다.

이 집속 이온 빔 장치에 의하면, 복수의 조사 위치에 대해 가공시마다 유센트릭 높이 Zs를 산출하지 않아도, 편차량 L을 추정할 수 있다.

본 발명의 집속 이온 빔 장치에 있어서, 상기 기억부는, 상기 소정의 평면 좌표에 있어서의 상기 유센트릭 높이 Zse의 측정시의 당해 평면에 직교하는 축 둘레의 회전각 R값을, 상기 편차량 Le를 상기 유센트릭 높이 Zse에 관련지어 기억하고, 상기 이동량 산출 수단은, 상기 기억부에 기억된 상기 R값을 참조하여, 상기 소정의 평면 좌표의 상기 R값과 상기 각 조사 위치의 상기 R값 사이의 유사도에 의거하여, 상기 각 조사 위치에 있어서의 상기 편차량 L을 추정해도 된다.

이 집속 이온 빔 장치에 의하면, 편차량 L에 영향을 주는 R값의 유사도를 고려하여, 소정의 평면 좌표를 기억부로부터 추출하므로, 편차량 L의 추정 정밀도가 향상한다.

본 발명에 의하면, 시료에 있어서의 집속 이온 빔의 복수의 조사 위치의 각각에 대해, 유센트릭 높이에 자동으로 정밀도 좋게 맞출 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 따르는 집속 이온 빔 장치의 전체 구성을 도시한 도면이다.
도 2는 시료 스테이지의 확대 사시도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에 따르는 집속 이온 빔 장치에 의한 처리 플로우를 도시한 도면이다.
도 4는 제1 실시 형태에 있어서의 유센트릭 높이 Zs의 산출 방법의 일례를 도시한 도면이다.
도 5는 틸트 전후의 조사 위치를 도시한 도면이다.
도 6은 유센트릭 높이 Zs, 및 높이 방향의 이동량의 산출 순서의 일례를 도시한 도면이다.
도 7은 Y축 방향의 편차 L이 생겼을 때의, 틸트 전후의 조사 위치를 도시한 도면이다.
도 8은 제2 실시 형태에 있어서의 유센트릭 높이 Zs의 산출 방법의 일례를 도시한 도면이다.
도 9는 2개의 틸트각으로 시료 표면을 틸트시켜 Zs 및 L을 함께 산출하는 방법을 도시한 도면이다.
도 10은 L을 어림잡기 위한 테이블(매핑)을 도시한 도면이다.
도 11은 시료 스테이지에 재치한 시료의 XY 평면도이다.
도 12는 기억부에 기억된 시료의 소정의 평면 좌표에 있어서의 유센트릭 높이 및 편차량을 나타내는 테이블의 데이터 구성을 도시한 도면이다.
도 13은 도 12의 테이블의 R값을 이용한 유센트릭 높이의 추정 방법을 도시한 도면이다.

이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서, 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시 형태에 따르는 집속 이온 빔 장치(100)의 전체 구성을 도시한 블럭도이다. 도 1에 있어서, 집속 이온 빔 장치(100)는, 전자 빔 경통(SEM 경통)(10)과, 집속 이온 빔 경통(FIB 경통)(20)과, 기체 이온 빔 경통(30)과, 이차 전자 검출기(4)와, 가스총(5)과, 제어 수단(6)과, 표시 수단(7)과, 입력 수단(8)과, 시료 스테이지(50) 및 그 위에 배치된 시료대(시료 홀더)(51)를 구비하고 있다.

집속 이온 빔 장치(100)의 각 구성 부분의 일부 또는 전부는 진공실(40) 내에 배치되고, 진공실(40) 내는 소정의 진공도까지 감압되어 있다.

시료 스테이지(50)는, 시료대(51)를 이동 가능하게 지지하고, 시료대(51) 상에는 시료(200)가 재치되어 있다. 그리고, 시료 스테이지(50)는, 시료대(51)를 5축으로 변위시킬 수 있는 이동 기구를 갖고 있다.

구체적으로는, 이 이동 기구는, 시료대(51)를 수평면에 평행하고 또한 서로 직교하는 X축 및 Y축을 따라서 각각 이동시키는 XY 이동 기구(50xy)와, X축 및 Y축에 직교하는 Z축(높이 방향)을 따라서 이동시키는 Z 이동 기구(50z)와, 시료대(51)를 Z축 둘레로 회전시키는 로테이션 기구(50r)와, 시료대(51)를 X축에 평행한 틸트축(TA) 둘레로 회전시키는 틸트 기구(50t)를 구비하고 있다. 또한, 틸트축(TA)은, 전자 빔(10A) 및 집속 이온 빔(20A)의 조사 방향에 직교한다.

상기 이동 기구는, 피에조 소자, 스텝핑 모터 등의 각종 액추에이터에 의해 실현될 수 있다.

시료 스테이지(50)는, 시료대(51)를 5축으로 변위시킴으로써, 시료(200)를 전자 빔(10A), 이온 빔(20A), 및 기체 이온 빔(30A)의 복수의 조사 위치(도 2에 도시한 각 조사 빔(10A~30A)이 교차하는 조사점(P1, P2, P3))로 이동시킨다.

조사점(P1~P3)에 시료(200)의 표면(단면)에, 전자 빔(10A), 집속 이온 빔(20A), 및 기체 이온 빔(30A)(도 2에서는, 전자 빔(10A), 집속 이온 빔(20A)만 표시)이 조사되어, 가공이나 SEM 관찰이 행해진다.

제어 수단(6)은, 중앙 연산 처리 장치로서의 CPU와, 데이터나 프로그램 등을 저장하는 기억부(6M)(RAM 및 ROM)와, 외부 기기와의 사이에서 신호의 입출력을 행하는 입력 포트 및 출력 포트를 구비하는 컴퓨터로 구성할 수 있다. 제어 수단(6)은, 기억부(6M)에 저장된 프로그램에 의거하여 CPU가 각종 연산 처리를 실행하여, 집속 이온 빔 장치(100)의 각 구성 부분을 제어한다. 그리고, 제어 수단(6)은, 전자 빔 경통(1), 집속 이온 빔 경통(2), 기체 이온 빔 경통(30), 이차 전자 검출기(4), 및 시료 스테이지(50)의 제어 배선 등과 전기적으로 접속되어 있다.

제어 수단(6)은, 후술하는 좌표 취득 수단(6A), 이동량 산출 수단(6B), 및 시료 스테이지 이동 제어 수단(6C)을 갖는다.

또 제어 수단(6)은, 소프트웨어의 지령이나 오퍼레이터의 입력에 의거하여 시료 스테이지(50)를 구동하여, 시료(200)의 위치나 자세를 조정하고 시료(200) 표면으로의 전자 빔(10A), 이온 빔(20A), 및 기체 이온 빔(30A)의 조사 위치나 조사 각도를 조정할 수 있도록 되어 있다.

또한, 제어 수단(6)에는, 오퍼레이터의 입력 지시를 취득하는 키보드 등의 입력 수단(8)과, 시료의 화상 등을 표시하는 표시 수단(7)이 접속되어 있다.

SEM 경통(10)은, 도시하지 않으나, 전자를 방출하는 전자원과, 전자원으로부터 방출된 전자를 빔형상으로 성형함과 더불어 주사하는 전자 광학계를 구비하고 있다. 전자 빔 경통(10)으로부터 사출되는 전자 빔(10A)을 시료(200)에 조사함으로써, 시료(200)에서는 이차 전자가 발생한다. 이 발생한 이차 전자를, 경통 안의 이차 전자 검출기(도시하지 않음), 또는 경통 밖의 이차 전자 검출기(4)로 검출하여 시료(200)의 상을 취득할 수 있다. 또, 경통 안의 반사 전자 검출기(14)로 반사 전자를 검출하여 시료(200)의 상을 취득할 수 있다.

전자 광학계는, 예를 들어, 전자 빔(10A)을 집속하는 콘덴서 렌즈와, 전자 빔(10A)을 좁히는 조임부와, 전자 빔(10A)의 광축을 조정하는 얼라이너와, 전자 빔(10A)을 시료(200)에 대해서 집속하는 대물 렌즈와, 시료(200) 상에서 전자 빔(10A)을 주사하는 편향기를 구비하여 구성된다.

FIB 경통(20)은, 도시하지 않으나, 이온을 발생시키는 이온원과, 이온원으로부터 방출한 이온을 집속 이온 빔으로 성형함과 더불어 주사시키는 이온 광학계를 구비하고 있다. FIB 경통(20)으로부터 하전 입자 빔인 집속 이온 빔(20A)을, 시료(200)에 조사하면, 시료(200)로부터는 이차 이온이나 이차 전자 등의 이차 하전 입자가 발생한다. 이 이차 하전 입자를 이차 전자 검출기(4)로 검출하여 시료(200)의 상이 취득된다. 또, FIB 경통(20)은, 집속 이온 빔(20A)의 조사량을 늘림으로써, 조사 범위의 시료(200)를 에칭 가공(단면 가공)한다.

이온 광학계는 공지의 구성을 갖고, 예를 들어, 집속 이온 빔(20A)을 집속하는 콘덴서 렌즈와, 집속 이온 빔(20A)을 좁히는 조임부와, 집속 이온 빔(20A)의 광축을 조정하는 얼라이너와, 집속 이온 빔(20A)을 시료에 대해서 집속하는 대물 렌즈와, 시료 상에서 집속 이온 빔(20A)을 주사하는 편향기를 구비하여 구성된다.

기체 이온 빔 경통(30)은, 도시하지 않으나, 예를 들어 아르곤 이온인 이온을 발생시키는 이온원과, 이온원으로부터의 이온 빔을 집속하는 콘덴서 렌즈와, 블랭킹과, 이온 빔을 좁히는 애퍼처와, 이온 빔을 집속하는 대물 렌즈를 구비하고 있다.

가스총(5)은, 시료(200)에 에칭 가스 등의 소정의 가스를 방출한다. 가스총(5)으로부터 에칭 가스를 공급하면서 시료(200)에 전자 빔(10A), 집속 이온 빔(20A) 또는 기체 이온 빔(30A)을 조사함으로써, 빔 조사에 의한 시료의 에칭 속도를 높일 수 있다. 또, 가스총(5)으로부터 화합물 가스를 공급하면서 시료(200)에 전자 빔(10A), 집속 이온 빔(20A) 또는 기체 이온 빔(30A)을 조사함으로써, 빔의 조사 영역 근방에 국소적인 가스 성분의 석출(디포지션)을 행할 수 있다.

＜제1 실시 형태＞

다음으로, 도 3을 참조하여, 본 발명의 제1 실시 형태에 따르는 집속 이온 빔 장치(100)에 의한 처리 플로우에 대해 설명한다.

우선, 도 2에 도시한 바와 같이, 사용자는, 시료(200)에 대해, 집속 이온 빔(20A)을 조사하는 복수의 조사 위치(P1~P3)를 지정한다. 이 지정은, 예를 들어 표시 수단(7) 상에서 사용자가 시료(200)의 SEM상 위에서 소정 위치를 클릭하면, 제어 수단(6)이 이 위치를 취득할 수 있다.

제어 수단(6)(좌표 취득 수단(6A))은, 지정된 조사 위치(P1~P3)를 취득하면, 각 조사 위치(P1~P3)의 평면(XY) 좌표를 취득한다(단계 S2).

다음으로, 제어 수단(6)(이동량 산출 수단(6B))은, 각 조사 위치(P1~P3)에 있어서의 유센트릭 높이 Zs, 및 높이 방향의 이동량을 산출한다(단계 S4).

이 이동량은, 시료 스테이지(50)를 유센트릭 높이 Zs가 되도록 높이 방향으로 이동시키는 양이며, 이로써 시료의 각 조사 위치(P1~P3)(도 2)가 유센트릭 위치가 된다.

여기서, 도 4를 참조하여, 각 조사 위치(P1~P3)에서의 각 유센트릭 높이 Zs의 산출 방법의 일례에 대해 설명한다. 또한, 도 4의 방법은, 유센트릭 높이 Zs의 산출시에 Y축 방향의 편차 L이 생기지 않는다(또는 무시할 수 있다)고 간주한 경우에 적용된다.

도 4에 있어서, 우선, 틸트 전의 시료 표면(S0)에 있어서, 소정 방향(도 4에서는 수직 방향)으로부터 전자 빔(10A)을 조사하여 조사 위치(P1)의 Y 좌표(Y0)를 취득한다. Y 좌표의 취득은 도 3의 단계 S2에 상당한다.

다음으로, 제어 수단(6)은 틸트축(TA)을 따라서 시료를 각도Θ 기울여, 시료 표면이 S0t로 기운다. 이때, 조사 위치(P1)의 Y 좌표는 YΘ0으로 ΔY만큼 이동한다(도 4에서는 우측으로 이동).

이때의 이동량은,

식 2：ΔY=Y0－YΘ0≒Zs×sinΘ

로 근사할 수 있고, Y0, YΘ0, Θ은 기지(旣知)이다. 따라서,

식 3：Zs=(Y0－YΘ0)/sinΘ

으로 Zs를 구할 수 있다. 또한, 식 2는 기억부(6M)에 기록되어 있거나, 유센트릭 높이 Zs의 산출 프로그램에 기록되어 있으며, 제어 수단(6)은 이 식을 읽어낸다.

그리고, 제어 수단(6)(시료 스테이지 이동 제어 수단(6C))은, Z 이동 기구(50z)를 제어하여 시료 표면(S0)을 높이 방향으로 유센트릭 높이(＋Zs)만큼 이동시켜, 시료 표면(S1)(조사 위치(P1))을 유센트릭 위치로 한다(도 3의 단계 S6, S8).

또한, YΘ0 그 자체는 SEM상을 보더라도 통상은 판별할 수 없다. 그래서, P1 그 자체에 특징 형상(주위와 구별할 수 있는 패임 등)이 있는 경우에는 그 특징 형상의 틸트 전후의 Y축 방향의 이동량을 산출하면 된다.

또, 도 5에 도시한 바와 같이, P1 그 자체에 특징 형상이 없는 경우에는, P1 부근의 특징 형상(PF)의 틸트 전후의 Y축 방향의 변위를 산출하면 된다.

이와 같이 하여, 시료 표면의 조사 위치(P1)를 유센트릭 위치로 한 상태로, 집속 이온 빔(20A)을 조사하여 각종 가공이나 디포지션 등을 행한 후, 조사 위치(P1)를 소정 각도 틸트시켜 전자 빔(10A)을 조사하고, 조사 위치(P1)를 관찰할 수 있다.

그리고, 조사 위치(P1)의 가공, 관찰이 종료하면, 다음의 조사 위치(P2, P3)에서 각각 자동적으로 유센트릭 높이 Zs에 맞춰지므로, 작업 효율이 향상한다. 또, 수동으로 유센트릭 높이를 설정하는 경우에 비해, 각 조사 위치(P1~P3)가 유센트릭 높이 Zs에서 벗어나는 것을 억제할 수 있으며, 시료를 틸트시켰을 때에 시야에서 각 조사 위치(P1~P3)가 벗어나는 것을 억제할 수 있다.

또한, 도 3의 단계 S4에 있어서, 유센트릭 높이 Zs, 및 높이 방향의 이동량의 산출은, 도 6(A)에 도시한 바와 같이, 도 3의 단계 S2에서 각 조사 위치(P1~P3)의 XY 좌표를 취득한 후, P1에서의 FIB 조사나 SEM상 측정 전에, 한 번에 각 P1~P3의 유센트릭 높이 Zs를 산출해도 된다.

또, 도 6(B)에 도시한 바와 같이, 도 3의 단계 S2에서 각 조사 위치(P1~P3)의 XY 좌표를 취득한 후, P1에서의 FIB 조사나 SEM상 측정 전에, P1의 유센트릭 높이 Zs를 산출하고, P1에서의 FIB 조사나 SEM상 측정이 종료한 후, P2의 유센트릭 높이 Zs를 순차적으로 산출해도 된다.

＜제2 실시 형태＞

다음으로, 도 7, 도 8을 참조하여, 본 발명의 제2 실시 형태에 따르는 집속 이온 빔 장치(100)에 있어서의 유센트릭 높이 Zs의 산출 방법(도 3의 단계 S4)에 대해 설명한다. 또한, 제2 실시 형태는, 상기 단계 S4의 유센트릭 높이 Zs의 산출 방법이 상이한 것 이외는, 제1 실시 형태와 동일하다.

제2 실시 형태는, 유센트릭 높이 Zs의 산출시에 Y축 방향의 편차 L이 생기는 경우에 적용되고, 도 4의 방법보다 Zs의 산출 정밀도가 높아진다.

여기서, 편차 L은, 예를 들어 개개의 집속 이온 빔 장치에 있어서의 시료 스테이지(50)의 장착 오차(기차)에 의한 각 조사 위치(P1~P3)로 시료 스테이지(50)의 이동 기구를 이동시켰을 때의 편차나, 이동 기구를 구성하는 피에조 소자, 스텝핑 모터 등의 액추에이터의 실제의 이동량의 편차 외, 상기 서술한 Y0나 YΘ0를 구할 때의 SEM 화상을 생성하는 전자 빔(10A)의 빔축으로부터의 휘어짐 등에 기인한다.

또, 전자 빔(10A)의 빔축으로부터의 휘어짐은, 가속 전압이나 애퍼처 등의 측정 조건에 기인한다.

도 7은, Y축 방향의 편차 L이 생겼을 때의, 각도Θ 틸트시킨 전후의 조사 위치(P1)의 변화를 도시한 모식도, 도 8은 Y축 방향의 편차 L이 생겼을 때의 유센트릭 높이 Zs의 산출 방법을 도시한 도면이다.

도 7에 도시한 바와 같이, Y축 방향의 편차 L이 생기면, 틸트 전의 시료 표면(S0)에 있어서, 편차 L에 의해 전자 빔(10A)의 조사 위치는 V1으로 벗어난다. 그리고, 틸트 전의 조사 위치(P1)의 Y 좌표는 Y0(편차 L이 없는 경우의 이상 위치, 도 4에 상당)으로부터 L만큼 이동한 Y1이 된다. 그리고, 틸트 후의 조사 위치(P1)의 Y 좌표는 YΘ0(편차 L이 없는 경우의 이상 위치, 도 4에 상당)으로부터 L×cosΘ만큼 이동한 YΘ1이 된다.

이들 위치 관계의 상세에 대해 도 8을 참조하여 설명한다.

우선, 틸트 전의 시료 표면(S0)에 있어서, 편차 L에 의해 전자 빔(10A)의 조사 위치는 V1으로 벗어나고, 조사 위치(P1)의 Y 좌표는,

식 4：Y1=Y0＋L

이 된다.

다음으로, 각도Θ 틸트시킨 시료 표면(S0t)에 있어서의 조사 위치(P1)는, 편차 L도 각도Θ 기울기 때문에, 편차 L의 Y축 성분은 L×cosΘ가 된다. 따라서, 틸트 후의 조사 위치(P1)의 Y 좌표는,

식 5：YΘ1=YΘ0＋L×cosΘ

가 된다.

여기서, 식 5에 식 2, 식 4를 대입하면,

식 1：YΘ1=(Y0-Zs×SinΘ)＋L×cosΘ

=Y1-L-Zs×SinΘ＋L×cosΘ

=Y1-Zs×SinΘ＋(cosΘ-1)×L

이 된다.

식 1에 있어서, Y1, sinΘ, cosΘ는 기지이고, Zs 및 L이 미지이다.

그래서, 도 9에 도시한 바와 같이, 동일한 조사 위치(P1)에 대해서, 상이한 2개의 틸트각Θ(Θ1, Θ2)으로 틸트시킨 시료 표면(S0t1, S0t2)에 있어서의 각각의 YΘ1(YΘ11, YΘ12)을 취득하면, 식 1이 2개 얻어진다.

따라서, 2개의 연립 방정식에서 미지수가 2개(Zs 및 L)이기 때문에, Zs 및 L을 함께 산출할 수 있다.

그리고, 이 Zs 및 L에 의해, 정밀도가 높은 유센트릭 높이 Zs가 얻어짐과 더불어, Y축 방향의 편차 L을 알 수 있으므로, 시료 스테이지 이동 제어 수단(6C)은, 편차량 L을 보상하도록, 시료 스테이지(50)를 Y축 방향으로 L만큼 이동시키고 나서 틸트하면 된다.

이로써, Y축 방향의 편차 L이 생겨도, 시료를 틸트시켰을 때에 시야에서 대상 부위가 벗어나는 것을 억제할 수 있다.

또한, L은 Zs에 비해 충분히 작기 때문에, L을 기지의 값으로서 할당함으로써, 식 1에서 1개의 틸트각Θ만으로 Zs를 간편하게 구할 수도 있다.

여기서, 상기 서술한 바와 같이, L은, 개개의 집속 이온 빔 장치에 있어서의 시료 스테이지(50)의 장착 오차(기차)나, 전자 빔 경통(10)의 측정 조건(가속 전압 등)에 기인한다.

따라서, 예를 들어 도 10에 도시한 바와 같이, 개개의 집속 이온 빔 장치마다, 기차에 따른 L의 예측량이나, 가속 전압과 L의 관계 등을 테이블, 매핑이나 관계식 등으로 기억부(6M)에 기억시켜 두고, 도 3의 단계 S4에서, 제어 수단(6)이 이들 테이블이나 관계식을 읽어내어 L을 어림잡도록 해도 된다.

또한, 예를 들어 도 10(A)와 같이, 집속 이온 빔 장치 고유의 기차에 의거하여 예측 L만을 채용해도 되고, 도 10(B)과 같이, SEM의 가속 전압에 의거하는 예측 L만을 채용해도 된다. 또, 도 10(A), (B)의 쌍방의 예측 L의 값을 단순히 가산하거나, 소정의 가중을 행하여 양자를 가산해도 된다.

이로써, 식 1이 1개의 연립 방정식에서 미지수가 1개(Zs)이기 때문에, Zs를 산출할 수 있다.

물론, L을 대신하여 Zs를 기지의 값으로서 할당하여, 미지의 L을 산출하도록 해도 된다.

다음으로, 도 11~도 13을 참조하여, 유센트릭 높이 Zs를 간편하게 어림잡는 방법에 대해 설명한다.

상기 서술한 바와 같이, 예를 들어 제1 실시 형태에 있어서의 식 3이나, 제2 실시 형태에 있어서의 식 1을 이용하여, 각 조사 위치(P1~P3)에 있어서의 유센트릭 높이 Zs를 구체적으로 산출할 수 있는데, 조사 위치의 수가 많아지는 경우 등에 계산에 시간을 필요로 해, 작업 효율이 저하하는 경우가 있다.

또, 복수의 조사 위치(P1~P3)에서 FIB 가공 및 관찰 등을 행하는 경우, 조사 위치(P1)에서 유센트릭 높이에 맞추어 가공한 후, 시료 스테이지(50)를 이동시키고, 조사 위치(P2)에서 재차 유센트릭 높이에 맞추어 가공할 필요가 있으며, 복수의 조사 위치(P1~P3)의 연속적인 가공 및 관찰을 자동화하는 것이 어렵다.

그래서, 시료 스테이지(50)(의 시료대(51)) 상에 재치된 시료(200)의 소정의 평면 좌표에 대해서, 미리 유센트릭 높이 Zse를 산출하여 매핑(테이블) 등에 기억시켜 두고, 실제의 각 조사 위치(P1~P3)에 있어서의 유센트릭 높이 Zs를, 유센트릭 높이 Zs0으로부터 추정할 수 있으면, 작업 효율이 향상한다. 또, 복수의 조사 위치(P1~P3)에 대해 가공시마다 유센트릭 높이 Zs를 산출할 필요가 없고, 복수의 조사 위치(P1~P3)에 대한 연속적인 가공 및 관찰을 자동화하는 것이 가능해진다.

또한, 유센트릭 높이 Zs만을 추정해도 되나, 편차량 L이 생기는 경우에는 편차량 L도 맞추어 추정하는 것이 바람직하기 때문에, 이하에서는 유센트릭 높이 Zs 및 편차량 L을 함께 추정한 경우에 대해 설명한다.

도 11은, 시료 스테이지(50)(상의 시료대(51))에 재치한 시료(200)의 XY 평면도, 도 12는 기억부(6M)에 기억된 테이블(6T)을 도시한다.

도 11에 도시한 바와 같이, 시료 스테이지(50) 상의 시료(200)의 소정의 평면 좌표(Eu1, Eu2, Eu3, Eu4…)에 있어서의 유센트릭 높이 Zse와 편차량 Le를 미리 산출해 두고, 도 12에 도시한 테이블(6T)로 하여 평면 좌표(X, Y)와 함께 기억부(6M)에 기억시킨다. 또한, 도 12의 Re값에 대해서는 후술한다.

다음으로, 이동량 산출 수단(6B)은, 기억부(6M)의 유센트릭 높이 Zse, 편차량 Le를 참조하여, 실제의 조사 위치(P1)에 있어서의 유센트릭 높이 Zs, 편차량 L을 추정한다.

이 추정은, 예를 들어 도 11에 도시한 바와 같이, 조사 위치(P1)에 XY 방향의 거리가 가까운 순으로 2개의 평면 좌표(Eu3, Eu4)를 테이블(6T)로부터 추출하고, 예를 들어 Y 좌표의 Eu3, Eu4, P1의 나열순에 의거하여 외삽법이나 내삽법에 의해, Zse, Le로부터 Zs, L을 추정할 수 있다.

다른 조사 위치(P2, P3…)도 마찬가지로 추정할 수 있다.

이로써, 도 11에 도시한 바와 같이, 복수의 조사 위치(P1~P3)에 대해 연속적인 가공 및 관찰을 자동화할 수 있다.

또한, 시료(200)를 교환할 때마다, 유센트릭 높이 Zse의 측정을 재차 행하고, 테이블(6T)의 생성도 시료마다 행하게 된다.

그런데, 조사 위치(P1…)에 있어서의 FIB 가공이나 관찰에 있어서, 보기 쉽게 하기 위해서나, XY 평면 상에서 시료(200)를 비스듬하게 한 상태로 이온 빔(20A)을 조사하여 가공하고 싶은 경우가 있다. 이 경우에는, 시료대(51)를 Z축 둘레로 회전시키는 로테이션 기구(50r)를 이용하여 시료(200)를 XY 평면 상에서 회전시킨다.

그러나, 도 13에 도시한 바와 같이, 예를 들어 회전각 φ으로 회전한 경우, Y 방향의 편차량 L이 회전하지 않는 경우와 다르게 되어 버린다고 하는 문제가 있다. 즉, 회전각=0인 경우, 편차량 L1은 Y 방향을 따른 값이다. 한편, 회전각=φ인 경우, 편차량 L1은 Y 방향과 각도 φ 이루는 방향을 따른 값이 되어, Y축 방향의 성분은 L1×cosφ가 되어 L1과 상이하다.

그리고, 이러한 경우에 테이블(6T)에 있어서의 회전각=0으로 측정한 편차량 Le를 참조하면, 실제의 조사 위치(P1)에 있어서의 편차량 L의 추정 정밀도가 저하한다.

그래서, 도 12의 테이블(6T)에 있어서, 상이한 R값(회전각)으로, 평면 좌표(Eu1, Eu2, Eu3, Eu4…)에 있어서의 유센트릭 높이 Zse와 편차량 Le를 미리 산출해 두고, 실제의 조사 위치(P1)에 있어서의 편차량 L의 추정시, 조사 위치(P1)에 있어서의 R값을 취득하며, 그 R값에 가까운 R을 갖는 데이터를 테이블(6T)로부터 추출하여 추정에 이용함으로써, 추정 정밀도가 향상한다.

예를 들어, Eu2와 Eu7은 동일한 XY 좌표에 대해, R값이 상이하다. 따라서, Eu2와 Eu7 중, 실제의 조사 위치(P1)의 R값에 가까운 쪽의 유센트릭 높이 Zse와 편차량 Le를 이용하여 추정을 행하면 된다.

또, 조사 위치(P1)에 XY 방향의 거리가 가까운 순으로 2개의 평면 좌표(Eu3, Eu4)를 테이블(6T)로부터 추출하는 취지를 이미 설명했는데, XY 방향의 거리와, R값의 유사도를 종합적으로 어림잡아 추출하는 데이터를 결정해도 된다.

본 발명은 상기 실시 형태에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상과 범위에 포함되는 다양한 변형 및 균등물에 이르는 것은 말할 필요도 없다.

예를 들어, 유센트릭 높이의 산출 방법은 상기에 한정되지 않는다.

6: 제어 수단 6A: 좌표 취득 수단
6B: 이동량 산출 수단 6C: 시료 스테이지 이동 제어 수단
6M: 기억부 10: 전자 빔 경통
10A: 전자 빔 20: 집속 이온 빔 경통
20A: 집속 이온 빔 50: 시료 스테이지
100: 집속 이온 빔 장치 200: 시료
P1, P2, P3: 조사 위치 TA: 틸트축

Claims (7)

1. 시료에 전자 빔을 조사하기 위한 전자 빔 경통과,
   상기 시료에 집속 이온 빔을 조사하기 위한 집속 이온 빔 경통과,
   상기 시료가 직접 또는 간접적으로 재치(載置)되고, 상기 전자 빔과 상기 집속 이온 빔에 직교하는 틸트축을 중심으로 틸트 가능하며, 또한 높이 방향으로 이동 가능한 시료 스테이지를 갖는 집속 이온 빔 장치에 있어서,
   상기 시료에 대해, 상기 집속 이온 빔을 조사하는 복수의 조사 위치를 지정했을 때, 각 조사 위치의 평면 좌표를 취득하는 좌표 취득 수단과,
   상기 평면 좌표에 의거하여, 상기 각 조사 위치에 있어서 상기 전자 빔과 상기 집속 이온 빔이 일치하는 교차 위치에, 유센트릭 높이 Zs가 일치하도록, 상기 시료 스테이지를 상기 유센트릭 높이 Zs로 이동시키는 이동량을 산출하는 이동량 산출 수단과,
   상기 각 조사 위치에 있어서, 상기 이동량에 따라 상기 시료 스테이지를 유센트릭 높이 Zs로 이동시키는 시료 스테이지 이동 제어 수단을 추가로 갖는 것을 특징으로 하는 집속 이온 빔 장치.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 시료 스테이지 이동 제어 수단은, 상기 시료 스테이지의 수평면에 평행하고 상기 틸트축에 직교하는 Y축 방향으로의 상기 조사 위치의 편차량 L을 보상하도록, 상기 시료 스테이지를 상기 Y축 방향으로 이동시키는, 집속 이온 빔 장치.
3. 청구항 2에 있어서,
   상기 시료 스테이지 이동 제어 수단은, 상기 편차량 L에 유래하는 상기 유센트릭 높이 Zs의 변동을 반영시켜 상기 이동량을 산출하는, 집속 이온 빔 장치.
4. 청구항 3에 있어서,
   상기 편차량 L은 어림잡은 소정의 값이거나, 또는 상기 이동량 산출 수단이 상기 유센트릭 높이 Zs를 산출할 때에 구한 계산값인, 집속 이온 빔 장치.
5. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
   상기 시료 스테이지에 배치된 상기 시료 표면의 소정의 평면 좌표에 있어서의 상기 유센트릭 높이 Zse를 기억하는 기억부를 추가로 구비하고,
   상기 이동량 산출 수단은, 상기 기억부에 기억된 상기 유센트릭 높이 Zse를 참조하여, 상기 소정의 평면 좌표와 상기 각 조사 위치 사이의 좌표의 차에 의거하여, 상기 각 조사 위치에 있어서의 상기 유센트릭 높이 Zs를 추정하는, 집속 이온 빔 장치.
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 기억부는, 상기 소정의 평면 좌표에 있어서의 상기 편차량 Le를 상기 유센트릭 높이 Zse에 관련지어 기억하고,
   상기 이동량 산출 수단은, 상기 기억부에 기억된 상기 편차량 Le를 참조하여, 상기 소정의 평면 좌표와 상기 각 조사 위치 사이의 좌표의 차에 의거하여, 상기 각 조사 위치에 있어서의 상기 편차량 L을 추가로 추정하는, 집속 이온 빔 장치.
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 기억부는, 상기 소정의 평면 좌표에 있어서의 상기 유센트릭 높이 Zse의 측정시의 당해 평면에 직교하는 축 둘레의 회전각 R값을, 상기 편차량 Le를 상기 유센트릭 높이 Zse에 관련지어 기억하고,
   상기 이동량 산출 수단은, 상기 기억부에 기억된 상기 R값을 참조하여, 상기 소정의 평면 좌표의 상기 R값과 상기 각 조사 위치의 상기 R값 사이의 유사도에 의거하여, 상기 각 조사 위치에 있어서의 상기 편차량 L을 추정하는, 집속 이온 빔 장치.

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