TW201539517A - 帶電粒子束裝置、帶電粒子束裝置之控制方法及剖面加工觀察裝置 - Google Patents

帶電粒子束裝置、帶電粒子束裝置之控制方法及剖面加工觀察裝置 Download PDF

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Abstract

提供可使用少的位元數之DAC(數位/類比轉換器)而提高加工精度的剖面加工觀察裝置。 本發明的剖面加工觀察裝置(100)，係具備：就帶電粒子束產生聚焦部及偏向器作控制，具有將所輸入之數位信號轉換成輸入於偏向器的類比信號的DAC之離子束控制部(11)；及基於切片量之設定值而設定取決於偏向器的掃描之帶電粒子束的視野之值的FOV(視野)設定部(14-1)。

Description

帶電粒子束裝置、帶電粒子束裝置之控制方法及剖面加工觀察裝置
本發明，係關於帶電粒子束裝置、帶電粒子束裝置之控制方法及剖面加工觀察裝置。
帶電粒子束裝置(亦稱作聚焦離子束裝置等)，係將聚焦為細之離子束在樣品表面作掃描，從而檢測出所產生之二次電子等而觀察顯微鏡影像，或就樣品表面作蝕刻加工之裝置。此外，帶電粒子束裝置，係在與掃描型電子顯微鏡等之組合下，重複進行非常薄之剖面加工與顯微鏡觀察，使得可建構取得3維重建影像資料之系統(例如專利文獻1)。
在帶電粒子束裝置，係對焦於樣品表面之聚焦離子束藉偏向器而就樣品表面於2維方向作掃描。此聚焦離子束之掃描範圍，係稱作FOV(Field of View；畫面視野或視野)，以剖面加工或顯微鏡觀察下之樣品表面上的掃描範圍之大小而表示。此外，FOV係形成含複數個像素之2維平面。此情況下之1像素的尺寸係成為對應於採 用偏向器的聚焦離子束之單位掃描量的值(例如專利文獻2、專利文獻3)。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本發明專利公開2009-204480號公報
[專利文獻2]日本發明專利公開平成6-295694號公報
[專利文獻3]日本發明專利公開平成7-201300號公報
另外，掃描聚焦離子束之偏向器的控制係使用一般電腦而進行。此情況下，電腦係為了就偏向器作控制，生成既定之數位信號。然後，利用將此數位信號轉換成既定之類比信號者而控制偏向器。此情況下，取決於聚焦離子束之偏向器的掃描之分辨度或可掃描範圍，係依存於將從電腦所輸出之數位信號轉換成就偏向器作控制之類比信號的DAC(數位/類比轉換器)之轉換位元數。例如16位元的DAC之情況下，可轉換之值的範圍係0~65535(或-32798~32767)。就此16位元DAC之轉換範圍0~65535之中的0~51200予以對應1邊為120μm之FOV的情況下，對應於DAC之輸入值「1」的最小之類比輸出值(亦即分辨度)係計算上在掃描長方面成為約2.34nm (=120μm/51200)。
另一方面，反覆進行上述之薄的剖面加工與顯微鏡觀察從而取得3維重建影像資料之手法，係稱作切與看(Cut & See)，歷來，其對象物係主要為金屬材料或半導體。以金屬材料或半導體為觀測對象物(亦即樣品)之情況下，每觀察1次的剖面加工之厚度(亦即切片量)通常，係nm程度之等級，大部分FOV係一邊之長度落於10μm程度。相對於此，近年來，生物樣品之3D(3維)觀察受到注目。生物樣品之情況下每觀察1次的切片量係亦需要nm程度之等級的細度。然而，細胞之尺寸與金屬等不同而為大，故要求100~150μ程度之長度的FOV。為此，要求加工框之尺寸(亦即FOV之尺寸)為一邊100~150μm、加工間距(亦即切片量)為例如2nm之在歷來係未曾考量到的尺度比為大之加工尺寸。另外，在切與看，係除了於每切片1次進行1次的觀察之情況以外，有時例如每切片5次進行1次觀察等即使作了切片仍不進行觀察。
如上述的生物樣品之例使FOV為較大的尺寸，使切片量為非常小之值的情況下，下點成為一個課題。亦即，在採用例如上述之16位元DAC的例，係於將FOV之一邊設定成120μm時分辨度係成為約2.34nm。於此情況下不可能使切片量為例如2nm。考量到所需的量子化精度之情況下，實際的切片量之最小值，係受限於分辨度的50倍程度，亦即117nm(=2.34nm×50)程度。換言 之，要使FOV為120μm而使切片量為2nm，係變成要求相對於16位元DAC之分辨度具有50分之1程度或100分之1程度的分辨度之DAC。在此例，係變成要求具有至少22~23位元程度之位元數的DAC。然而，此DAC之變更係硬體的變更，有開發成本等增加之課題。
本發明，係考量上述之情事而創作者，以提供即便使用少的位元數之DAC仍可提高加工精度的帶電粒子束裝置、帶電粒子束裝置之控制方法及剖面加工觀察裝置為目的。
為了解決上述課題，本發明的帶電粒子束裝置，係具備：具有產生帶電粒子束而予以聚焦之帶電粒子束產生聚焦部、及於2維方向掃描前述帶電粒子束之偏向器的帶電粒子束鏡筒；就前述帶電粒子束產生聚焦部及前述偏向器作控制，具有將所輸入之數位信號轉換成輸入於前述偏向器的類比信號之數位/類比轉換器的帶電粒子束控制部；及基於切片量之設定值而設定取決於前述偏向器之掃描的帶電粒子束之視野的值之視野設定部。
此外，本發明的其他帶電粒子束裝置，係具備就以前述視野設定部所設定之視野的帶電粒子影像作顯示之顯示部。
此外，本發明的其他帶電粒子束裝置，係前述視野設定部，將前述切片量之第1自然數分之1的值設 定成前述數位/類比轉換器之輸入數位值「1」，同時將該設定成輸入數位值「1」之值的第2自然數倍之值設定成前述視野的值。
此外，本發明的其他帶電粒子束裝置，係前述視野設定部，切換以下情況而就取決於前述偏向器之掃描的前述帶電粒子束之視野的值與切片量作設定：將前述切片量之前述第1自然數分之1的值設定成前述數位/類比轉換器之輸入數位值「1」，同時將該設定成輸入數位值「1」之值的前述第2自然數倍之值設定成前述視野的值之情況；及設定前述視野之值，將根據該所設定的視野之值而算出的前述切片量設定成前述數位/類比轉換器之輸入數位值「1」之情況。
此外，本發明的帶電粒子束裝置之控制方法，係採用具有帶電粒子束產生聚焦部及偏向器的帶電粒子束鏡筒、及帶電粒子束控制部，藉視野設定部，而基於切片量之設定值而設定取決於前述偏向器之掃描的帶電粒子束之視野的值，該帶電粒子束產生聚焦部係產生帶電粒子束而予以聚焦，該偏向器係於2維方向掃描前述帶電粒子束，該帶電粒子束控制部係就前述帶電粒子束產生聚焦部及前述偏向器作控制，具有將所輸入之數位信號轉換成輸入於前述偏向器的類比信號之數位/類比轉換器。
此外，本發明的剖面加工觀察裝置，係具備上述之帶電粒子束裝置、及就前述帶電粒子束裝置所加工之樣品作觀察的觀察裝置。
依本發明，基於切片量之設定值而設定取決於偏向器的掃描之帶電粒子束的視野之值。因此，只要將切片量設定成例如自然數等之段落為佳的值，即可使輸入往帶電粒子束控制部所具有之數位/類比轉換器的數位信號，總是無誤差而對應於切片量之自然數倍的值。因此，依本發明，即可極容易不使數位/類比轉換器之位元數增加下，提高加工精度。
1‧‧‧離子束鏡筒
1-1‧‧‧離子束(IB)產生聚焦部
1-2‧‧‧偏向器
2‧‧‧電子束鏡筒
3‧‧‧離子束
4‧‧‧電子束
5‧‧‧樣品台
6‧‧‧樣品
7‧‧‧二次電子檢測器
10‧‧‧樣品室
11‧‧‧離子束(IB)控制部
11-1、11-2‧‧‧DAC(D/A轉換器)
12‧‧‧電子束(EB)控制部
13‧‧‧影像形成部
14‧‧‧控制部
14-1‧‧‧FOV(視野)設定部
15‧‧‧輸入部
16‧‧‧顯示部
[圖1]示意性就本發明相關的剖面加工觀察裝置100之一實施形態的構成例作繪示之構成圖。
[圖2]供以說明示於圖1之FOV設定部14-1的動作例用之流程圖。
[圖3]供以說明示於圖1的剖面加工觀察裝置100之設定例用的示意圖。
以下，參見圖式而說明有關於本發明之實施形態。圖1係示意性就作為本發明之一實施形態的剖面加工觀察裝置之構成例作繪示的構成圖。
如圖1所示，剖面加工觀察裝置100，係具備離子束鏡筒1(帶電粒子束鏡筒)、電子束鏡筒2、及樣 品室10。離子束鏡筒1、及電子束鏡筒2，係以可對於收容在樣品室10內並載置於樣品台5之樣品6的側面及上表面照射離子束3(帶電粒子束)與電子束4之方式而配置。
離子束鏡筒1，係具備離子束產生聚焦部1-1(帶電粒子束產生聚焦部)、及偏向器1-2。離子束產生聚焦部1-1，係將予以產生離子之離子源、及從離子源所引出之離子成形為是聚焦離子束的離子束3。偏向器1-2，係將離子束3在2軸方向作偏向，在樣品6的側面上將離子束3之照射位置在2維方向作掃描。另一方面，電子束鏡筒2，係具備電子槍、聚焦透鏡、掃描線圈、及接物鏡等之構成，而對於樣品6的上表面照射電子束4，在2維方向作掃描。
樣品台5係可作XYZ方向之移動及傾斜與旋轉，可就相對於各射束之樣品6的配置作調整。離子束鏡筒1與電子束鏡筒2係以各自的照射軸互相正交的方式而配置。藉此，可對於以離子束3作加工而予以露出之剖面垂直射入電子束4。剖面加工觀察裝置100，係為了藉此等之構成，而在預先決定之觀察目標剖面、或含此觀察目標剖面之觀察區域，進行樣品6的剖面觀察，而對於樣品6依序實施切片加工(亦即薄片之除去加工)從而使破斷位置移動而形成觀察用之剖面。另外，離子束鏡筒1與電子束鏡筒2係亦可各自的照射軸非正交，而為相交。
此外，剖面加工觀察裝置100，係具備離子束 (IB)控制部11(帶電粒子束控制部)、及電子束(EB)控制部12。離子束控制部11，係就離子束產生聚焦部1-1及偏向器1-2作控制者，具有將從控制部14所輸入之數位信號轉換成對於偏向器1-2而輸入的類比信號之DAC11-1及11-2(數位/類比轉換器)。離子束控制部11，係對於離子束鏡筒1發送照射信號，從離子束鏡筒1予以照射離子束3。此照射信號係供以就離子束產生聚焦部1-1及偏向器1-2作控制用的信號，包含就偏向器1-2所為之離子束的偏向量作控制之類比信號。此類比信號係DAC11-1及11-2之輸出信號(或其放大信號等)，離子束鏡筒1內之偏向器1-2，係依此類比信號而就離子束的偏向量亦即掃描量作控制。另一方面，電子束控制部12，係對於電子束鏡筒2發送照射信號，從電子束鏡筒2予以照射電子束4。如此，構成剖面加工觀察裝置100之帶電粒子束裝置，係包含離子束鏡筒1、離子束控制部11、及控制部14。
再者，剖面加工觀察裝置100，係具備二次電子檢測器7。二次電子檢測器7，係就於將離子束3或電子束4照射在樣品6時從樣品6所產生之二次電子作檢測。
此外，剖面加工觀察裝置100，係具備形成觀察影像之影像形成部13與顯示觀察影像的顯示部16。影像形成部13，係根據予以掃描離子束3之信號、及以二次電子檢測器7所檢測出之二次電子的信號而形成SIM 影像(Scanning Ion Microscope image)。顯示部16係可顯示SIM影像。亦即，顯示部16，係就以後述之FOV設定部14-1(視野設定部)所設定的FOV(視野)之帶電粒子影像作顯示。此外，影像形成部13，係根據予以掃描電子束4之信號、及以二次電子檢測器7所檢測出之二次電子的信號而形成SEM影像(Scanning Electron Microscope image)。顯示部16係可顯示SEM影像。如此，剖面加工觀察裝置100，係具備就帶電粒子束裝置所加工之樣品作觀察的由二次電子檢測器7、影像形成部13及顯示部16所構成之觀察裝置。
再者，剖面加工觀察裝置100，係具備控制部14、及輸入部15。操作員係將關於裝置控制之條件輸入至輸入部15。輸入部15，係將所輸入之資訊發送至控制部14。控制部14，係對於離子束控制部11、電子束控制部12、及影像形成部13發送控制信號，就剖面加工觀察裝置100作控制。此外，控制部14，係具有進行樣品台5之移動、旋轉等之控制或樣品室10的狀態之控制等的功能。
在本實施形態，係控制部14特別具備FOV設定部14-1(視野設定部)。FOV設定部14-1，係以控制部14所具有之CPU(中央處理裝置)所執行的程式之形式而記憶於既定之記憶裝置。在此參照圖2及圖3說明有關於FOV設定部14-1之動作。圖2，係供以說明示於圖1之FOV設定部14-1的動作例用之流程圖。圖3，係 供以就FOV設定部14-1所設定之FOV的設定例作說明用之示意圖。
FOV設定部14-1，係設定取決於偏向器1-2之掃描的離子束3之視野的值與切片量。在示於圖3(a)之例，樣品6係長方體，樣品6係藉將離子束3掃描於X方向使得樣品6遍及X方向整體被以切片量SL作剖面加工。此外，照射離子束3之樣品6的面之大小係橫Lx、及縱Ly。反覆進行剖面加工與觀察之情況下，樣品6，係變成朝向電子束4之照射方向而反覆被削薄下去。圖3(b)，係就將圖3(a)之樣品6作了1次份切片加工後的狀態作繪示。在示於圖3之例使離子束3之掃描軸的方向為X方向及Y方向時，以橫向長度為Fx且縱向長度為Fy的虛線所示之矩形的平面區域成為FOV20。
接著參照圖2而說明有關於FOV設定部14-1之動作例。在此例係以DAC11-1及11-2之位元數為16位元、FOV20為正方形而進行說明。假設現在操作員操作輸入部15，在對於樣品6之切片加工的設定條件方面將FOV尺寸設定為1邊100μm(步驟S1)，將每1次的切片量設定為2nm(步驟S2)。接著，FOV設定部14-1，係就在步驟S1所設定之FOV尺寸的變更是否需要作判定(步驟S3)。在步驟S3係FOV設定部14-1，就於以在步驟S1所設定之FOV尺寸而進行了取決於在步驟S2所設定之切片量的切片加工之情況下是否獲得充分的加工精度之觀點而判定FOV尺寸的變更是否需要。
在步驟S3，FOV設定部14-1，係例如，將FOV尺寸之100μm賦予對應於16位元DAC的轉換範圍0~65535之中的51200時，於對應於DAC之輸入值「1」的值為所設定之切片量的64分之1以下之情況下判定為精度為充分。在此所謂64分之1的閾值係一例而不限定於此。此情況下，對應於DAC之輸入值「1」之值係約1.95nm(=100μm/51200)。此情況下，1.95nm係大於切片量2nm的64分之1故判定為精度為不充分。順帶一提，作為一例於FOV尺寸為10μm而切片量為15nm之情況下對應於DAC之輸入值「1」的值係約0.195nm(=10μm/51200)。此情況下，0.195nm，係切片量15nm的64分之1以下。因此於此情況下係判定為精度為充分。
在步驟S3判定為FOV設定部14-1不須變更FOV尺寸的情況(在步驟S3「NO」之情況)下，FOV設定部14-1係將FOV尺寸與切片量維持為操作員所設定之值而不變更。
另一方面，在步驟S3判定為FOV設定部14-1須變更FOV尺寸的情況(在步驟S3「YES」之情況)下，FOV設定部14-1，係就切片量與DAC輸入值單位之對應賦予作變更，進一步予以對應於該對應賦予的變更而變更FOV尺寸(步驟S4)。亦即，在步驟S4，係FOV設定部14-1基於切片量之設定值就取決於偏向器的掃描之帶電粒子束的FOV尺寸(視野之值)作設定。具體而言，FOV設定部14-1將切片量的1分之1、2分之1、及 3分之1等(第1自然數分之1)之值，設定成DAC之輸入數位值「1」。此情況下，變成DAC之輸入數位值「1」、「2」、「3」等對應於切片量(在此例係2nm)本身。接著，將設定成該輸入數位值「1」之值的既定之自然數倍(第2自然數倍)的值設定成FOV之尺寸Fx及Fy。
切片量與DAC之輸入數位值的對應賦予，係可取決於切片量與FOV尺寸之尺度比。賦予對應於DAC之輸入數位值「1」的切片量之尺寸係盡可能小者(亦即與切片量(在此例係2nm)賦予對應的DAC之輸入值係「2」比「1」、「3」比「2」盡可能大者)就減小DAC之偏位誤差的觀點係有利。然而，有對應於FOV之輸入數位值係應設成至例如51200之值如此的制約。另外FOV之尺寸係盡可能接近在步驟S1操作員所設定之值的值為理想。FOV設定部14-1係以適於此等點的方式而進行切片量之設定與FOV的設定。
在此例係FOV之尺寸在步驟S1設定為100μm，切片量在步驟S2設定成2nm。因此，在步驟S4，係例如切片量的1分之1亦即2nm被設定成DAC之輸入數位值「1」。然後，是2nm之51200倍的值之102.4μm設定成FOV之尺寸。之後，控制部14，係基於FOV設定部14-1之設定結果，而將表示DAC之輸入數位值「51200」為FOV之尺寸102.4μm的信號對於離子束控制部11輸出，同時使切片量(2nm)為數位輸入值的 「1」，而每「1」予以變化從而生成供以使切片處偏位用的信號，作為數位輸入值而對於離子束控制部11輸出。
另外，在步驟S3判定為不需要FOV尺寸之變更的情況(在步驟S3「NO」之情況)下，例如上述之例的FOV尺寸為10μm且切片量為15nm時，控制部14，係基於FOV設定部14-1之設定結果，而將表示DAC之輸入數位值「51200」為FOV之尺寸10μm的信號對於離子束控制部11輸出。此外，控制部14，係為了挪動切片處，亦即為了設定切片量，算出「77」(=(10μm/51200)×77=約15.04nm)或「76」(=(10μm/51200)×76=約14.84nm)。亦即，控制部14，係將表示FOV之尺寸為10μm的信號對於離子束控制部11輸出，同時生成供以每「77」或「76」之任一者予以變化從而挪動切片處用的信號，作為數位輸入值而對於離子束控制部11輸出。
如以上述依本實施形態，即得以切片量(亦即加工間距或進給量)與目標單位成為一致的方式而使FOV變化，從而消解因DAC之輸入值而起的量子化誤差，故可使加工精度提升。亦即，依本實施形態，即基於切片量之設定值而設定取決於偏向器的掃描之帶電粒子束的FOV尺寸(視野之值)。因此，只要將切片量設定成例如自然數等之段落為佳的值，即可使輸入往離子束控制部11所具有之DAC的數位信號，總是無誤差而對應於切片量之自然數倍的值。因此，依本實施形態，即可極容易 不使數位/類比轉換器之位元數增加下，使加工精度提高。此外，依本實施形態，切片量之第1自然數分之1的值(例如於使切片量為2nm之情況下其1分之1的值(=2nm)、或於使切片量為4nm之情況下其2分之1的值(=2nm))被設定成DAC之輸入數位值「1」。此外，與其同時，該設定於輸入數位值「1」之值的第2自然數倍的值(例如2nm之51200倍的值=102.4μm)被設定成FOV尺寸(視野之值)。基於此等設定結果而反覆生成及輸出對於離子束控制部11輸入之數位信號的情況下，可使輸入數位值總是無誤差而對應於切片量之自然數倍的值。因此，依本發明，即可不增加數位/類比轉換器之位元數下，提高加工精度。
此外，如參照圖2所說明，切換就FOV尺寸作變更之情況與不變更之情況而設定FOV尺寸。據此，可限定FOV尺寸被設定成與操作員之指示(通常係輸入容易理解之段落為佳的值)係不同之值(段落為不佳的值)。
另外，本發明係在特別要求於廣範圍作觀察之樣品發揮大的效果，惟不限於上述之生物樣品，在例如電池材料等之其他樣品方面亦有效。
此外，本發明的實施形態係不限於上述者，例如亦可採取將電子束鏡筒2變更成其他離子束鏡筒，或將電子束鏡筒2省略，而使樣品台5旋轉從而僅以離子束鏡筒1作加工與3維觀察。此外，亦可從示於圖1的剖面 加工觀察裝置100之構成將關於電子束鏡筒2之構成作除去，從而將剖面加工觀察裝置100以單體之離子束裝置的形式而構成，或以採用離子束裝置之加工裝置的形式而構成。此外，DAC之位元數係不限於16位元而可為任意的位元數。此外，在圖1分塊所示之各部分的構成，係可酌情進行例如將複數個塊作統合，或進一步將方塊作分割的變更。
1‧‧‧離子束鏡筒
1-1‧‧‧離子束(IB)產生聚焦部
1-2‧‧‧偏向器
2‧‧‧電子束鏡筒
3‧‧‧離子束
4‧‧‧電子束
5‧‧‧樣品台
6‧‧‧樣品
7‧‧‧二次電子檢測器
10‧‧‧樣品室
11‧‧‧離子束(IB)控制部
11-1、11-2‧‧‧DAC(D/A轉換器)
12‧‧‧電子束(EB)控制部
13‧‧‧影像形成部
14‧‧‧控制部
14-1‧‧‧FOV(視野)設定部
15‧‧‧輸入部
16‧‧‧顯示部
100‧‧‧剖面加工觀察裝置

Claims (6)

  1. 一種帶電粒子束裝置，特徵在於：具備：具有產生帶電粒子束而予以聚焦之帶電粒子束產生聚焦部、及於2維方向掃描前述帶電粒子束之偏向器的帶電粒子束鏡筒；就前述帶電粒子束產生聚焦部及前述偏向器作控制，具有將所輸入之數位信號轉換成輸入於前述偏向器的類比信號之數位/類比轉換器的帶電粒子束控制部；及基於切片量之設定值而設定取決於前述偏向器之掃描的帶電粒子束之視野的值之視野設定部。
  2. 如申請專利範圍第1項之帶電粒子束裝置，其中，具備就以前述視野設定部所設定之視野的帶電粒子影像作顯示之顯示部。
  3. 如申請專利範圍第1或2項之帶電粒子束裝置，其中，前述視野設定部，將前述切片量之第1自然數分之1的值設定成前述數位/類比轉換器之輸入數位值「1」，同時將該設定成輸入數位值「1」之值的第2自然數倍之值設定成前述視野的值。
  4. 如申請專利範圍第3項之帶電粒子束裝置，其中，前述視野設定部，切換以下情況而就取決於前述偏向器之掃描的前述帶電粒子束之視野的值與切片量作設定： 將前述切片量之前述第1自然數分之1的值設定成前述數位/類比轉換器之輸入數位值「1」，同時將該設定成輸入數位值「1」之值的前述第2自然數倍之值設定成前述視野的值之情況；及設定前述視野之值，將根據該所設定的視野之值而算出的前述切片量設定成前述數位/類比轉換器之輸入數位值「1」之情況。
  5. 一種帶電粒子束裝置之控制方法，特徵在於：採用具備具有帶電粒子束產生聚焦部及偏向器的帶電粒子束鏡筒、及帶電粒子束控制部，藉視野設定部，而基於切片量之設定值而設定取決於前述偏向器之掃描的帶電粒子束之視野的值，該帶電粒子束產生聚焦部，係產生帶電粒子束而予以聚焦，該偏向器，係於2維方向掃描前述帶電粒子束，該帶電粒子束控制部，係就前述帶電粒子束產生聚焦部及前述偏向器作控制，具有將所輸入之數位信號轉換成輸入於前述偏向器的類比信號之數位/類比轉換器。
  6. 一種剖面加工觀察裝置，特徵在於：具備：如申請專利範圍第1至4項之帶電粒子束裝置；及就前述帶電粒子束裝置所加工之樣品作觀察的觀察裝置。
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