TWI813629B - 試料製造裝置及試料片的製造方法 - Google Patents
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Abstract
抑制薄片試料的強度降低。
薄片試料製作裝置(1)，具備聚焦離子束照射光學系統(14)、平台(12)、平台驅動機構(13)、電腦(22)。聚焦離子束照射光學系統(14)，照射聚焦離子束(FIB)。平台(12)，保持試料片(Q)。平台驅動機構(13)，驅動平台(12)。電腦(22)，於試料片(Q)中設定加工區域即薄片化區域及圍繞薄片化區域的全周之周緣部。電腦(22)，從和試料片(Q)的被照射面交叉之方向照射聚焦離子束(FIB)，藉由蝕刻加工將薄片化區域的厚度形成得比周緣部的厚度還薄。
Description
本發明有關藉由使用粒子束之蝕刻加工來製作薄片化試料的裝置及方法。
習知，例如於半導體元件的缺陷分析等中，已知有製作適合穿透電子顯微鏡所做的觀察、分析、及計測等各種工程之形狀的薄片試料之方法(例如參照專利文獻1)。此試料製作方法中，從和板狀的試料的厚度方向正交之方向對試料的端部照射離子束，以從試料的端部朝向中央部切除之方式進行蝕刻加工。藉此，從試料的端部延伸至中央部形成厚度薄許多的薄膜部，而藉由比薄膜部還厚的薄膜部以外之部位來支撐薄膜部，藉此防止支撐強度的降低。
[先前技術文獻]
[專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2013-164346號公報
不過，按照上述習知技術之試料製作方法，對於試料的中央部的觀察區域，是從試料的端部朝向中央部進行蝕刻加工，故於觀察區域以外的部位，即從端部朝向中央部的區域也會形成薄膜部。此觀察區域以外的薄膜部的大小，會伴隨觀察區域變大而增大。若觀察區域以外的薄膜部變大，則會發生觀察區域的薄膜部的強度降低之問題。
本發明有鑑於上述事態而研發，目的在於提供一種可抑制薄片試料的強度降低之薄片試料製作裝置及薄片試料製作方法。
為解決上述問題而達成該目的，本發明採用了以下態樣。
(1)本發明的一個態樣之薄片試料製作裝置，係將試料藉由濺射做蝕刻加工而製作薄片試料之薄片試料製作裝置，具備：粒子束照射光學系統，照射粒子束；及試料平台，保持前述試料；及驅動機構，驅動前述試料平台；及電腦，於將前述粒子束照射至前述試料而獲得的圖像中劃定前述試料的加工區域，控制前述粒子束照射光學系統及前述驅動機構，以便對前述加工區域照射前述粒子束而將前述試料做蝕刻加工；前述電腦，於前述試料中設定前述加工區域即薄片化區域及圍繞前述薄片化區域的全周之周緣部，從和前述試料的被照射面交叉之方向照射前述粒子束，藉由蝕刻加工將前述薄片化區域的厚度形成得比前述周緣部的厚度還薄。
(2)上述(1)記載之薄片試料製作裝置中，前述電腦，受理有關前述被照射面與前述粒子束的照射軸之夾角及前述薄片化區域的輸入，因應前述輸入而在前述試料設定前述薄片化區域，因應前述輸入而控制前述驅動機構，將前述被照射面與前述照射軸之夾角設定成規定角度，控制前述粒子束照射光學系統及前述驅動機構，以便一面維持前述規定角度一面藉由前述粒子束掃描前述薄片化區域而進行蝕刻加工亦可。
(3)上述(2)記載之薄片試料製作裝置中，前述電腦，受理有關繞著前述被照射面的法線之前述照射軸的相對的旋轉角的輸入，因應前述輸入而控制前述粒子束照射光學系統及前述驅動機構，以便一面維持前述規定角度，一面繞著前述被照射面的法線當中包含前述薄片化區域的中心之法線使前述照射軸在規定旋轉角度的範圍內相對地旋轉亦可。
(4)本發明的一個態樣之薄片試料製作方法，包含：設定工程，於試料中設定薄片化區域及圍繞前述薄片化區域的全周之周緣部；及加工工程，從和前述試料的被照射面交叉之方向照射粒子束，藉由濺射所致之蝕刻加工將前述薄片化區域的厚度形成得比前述周緣部的厚度還薄。
(5)上述(4)記載之薄片試料製作方法中，前述設定工程，將從前述被照射面的法線方向觀看的情形下之前述薄片化區域的外形設定成圓形狀亦可。
(6)上述(5)記載之薄片試料製作方法中，前述加工工程，一面將前述被照射面與前述粒子束的照射軸之夾角維持一定，一面繞著前述被照射面的法線當中包含前述薄片化區域的中心之法線使前述照射軸相對地旋轉亦可。
按照依本發明實施形態之薄片試料製作裝置及薄片試料製作方法，設有圍繞試料的薄片化區域的全周之周緣部，故例如比起薄片化區域的周緣的至少一部分未藉由形成為比薄片化區域還厚的部位支撐之情形，能夠使薄片化區域的支撐強度增大。此外，從和試料的被照射面交叉之方向照射粒子束，藉此能夠在試料的厚度方向之距被照射面期望的深度，平行於被照射面而使蝕刻加工進行。
以下，參照所附圖面，說明本發明實施形態之薄片試料製作裝置及薄片試料製作方法。
圖1為本發明實施形態之薄片試料製作裝置的構成圖。
本發明實施形態之薄片試料製作裝置1，例如為帶電粒子束裝置10。帶電粒子束裝置10，如圖1所示，具備：可將內部維持真空狀態之試料室11、及可在試料室11的內部固定試料S及試料片托座P之平台12、及驅動平台12之平台驅動機構13。帶電粒子束裝置10，具備對試料室11的內部之規定照射區域(也就是掃描範圍)內的照射對象照射聚焦離子束(FIB)之聚焦離子束照射光學系統14。帶電粒子束裝置10，具備對試料室11的內部之規定照射區域內的照射對象照射電子束(EB)之電子束照射光學系統15。帶電粒子束裝置10，具備檢測藉由聚焦離子束或電子束的照射而從照射對象產生的二次帶電粒子(二次電子、二次離子)R之檢測器16。帶電粒子束裝置10，具備對照射對象的表面供給氣體G之氣體供給部17。氣體供給部17具體而言具有外徑200μm左右之噴嘴等。帶電粒子束裝置10，具備：針18，從固定於平台12之試料S取出微小的試料片Q，並保持試料片Q而移設至試料片托座P；及針驅動機構19，驅動針18以搬送試料片Q；及吸收電流檢測器20，檢測流入至針18之帶電粒子束的流入電流(亦稱為吸收電流)，將流入電流訊號送至電腦而圖像化。帶電粒子束裝置10，具備顯示基於被檢測器16檢測出的二次帶電粒子R之圖像資料等之顯示裝置21、及電腦22、及輸入裝置23。
本實施形態之帶電粒子束裝置10，係對照射對象的表面一面掃描聚焦離子束一面照射，藉此可執行被照射部的圖像化或濺射所致之各種加工(挖掘(digging)、整形(trimming)加工等)、及形成沉積膜等。帶電粒子束裝置10，可執行下述加工，即，由試料S形成以穿透電子顯微鏡做穿透觀察用的試料片Q(例如薄片試料、針狀試料等)或形成運用電子束之分析試料片。帶電粒子束裝置10，可執行下述加工，即，將移設至試料片托座P的試料片Q，做成適於以穿透電子顯微鏡做穿透觀察之期望厚度(例如5～100nm等)的薄片試料。帶電粒子束裝置10，藉由對試料片Q及針18等照射對象的表面一面掃描聚焦離子束或電子束一面照射，而可執行照射對象的表面觀察。
吸收電流檢測器20，具備前置放大器，其放大針18的流入電流，送至電腦22。藉由被吸收電流檢測器20檢測到之針流入電流及和帶電粒子束的掃描同步之訊號，便能夠在顯示裝置21顯示針形狀的吸收電流圖像，而進行針形狀或先端位置辨明。
試料室11係構成為，可藉由排氣裝置(圖示略)將內部排氣至成為期望的真空狀態，且可維持期望的真空狀態。
平台12，保持試料S。平台12，具備保持試料片托座P之托座固定台12a。該托座固定台12a亦可為能夠裝載複數個試料片托座P之構造。
平台驅動機構13，是在連接至平台12之狀態下被收容於試料室11的內部，因應從電腦22輸出的控制訊號而使平台12相對於規定軸位移。例如，平台驅動機構13為5軸的驅動機構。5軸的驅動機構，具備移動機構13a，至少沿著平行於水平面且彼此正交之X軸及Y軸、以及和X軸及Y軸正交之鉛直方向的Z軸平行地使平台12移動。5軸的驅動機構，具備使平台12繞著X軸或Y軸傾斜之傾斜機構13b、及使平台12繞著Z軸旋轉之旋轉機構13c。
聚焦離子束照射光學系統14，是在試料室11的內部使射束射出部(圖示略)於照射區域內的平台12的鉛直方向上方之位置面向平台12，且使光軸平行於鉛直方向，而固定於試料室11。藉此，便可對載置於平台12的試料S、試料片Q、及存在於照射區域內的針18等照射對象，從鉛直方向上方朝向下方照射聚焦離子束。此外，帶電粒子束裝置10，亦可具備其他的離子束照射光學系統來取代上述般的聚焦離子束照射光學系統14。離子束照射光學系統，不限定於如上述般形成聚焦射束之光學系統。離子束照射光學系統，例如亦可為在光學系統內設置具有定型的開口之模板遮罩(stencil mask)，以形成模板遮罩的開口形狀的成形射束之投影型的離子束照射光學系統。按照這樣的投影型的離子束照射光學系統，能夠高精度地形成和試料片Q的周邊的加工區域相當的形狀之成形射束，會縮短加工時間。
聚焦離子束照射光學系統14，具備：離子源14a，使離子產生；及離子光學系統14b，使從離子源14a引出的離子聚焦及偏向。離子源14a及離子光學系統14b，因應從電腦22輸出的控制訊號而受到控制，並受到電腦22控制聚焦離子束的照射位置及照射條件等。離子源14a，例如為使用了液態鎵等之液態金屬離子源或電漿型離子源、氣體電場電離型離子源(Gas Field Ion Source)。離子光學系統14b，例如具備聚焦透鏡(condenser lens)等第1靜電透鏡、及靜電偏向器、及對物透鏡等第2靜電透鏡等。當使用電漿型離子源作為離子源14a的情形下，能夠以大電流射束實現高速加工，適合摘出大型的試料S。
電子束照射光學系統15，是在試料室11的內部使射束射出部(圖示略)以相對於照射區域內的平台12的鉛直方向而言傾斜規定角度(例如60°)之傾斜方向面向平台12，且使光軸平行於傾斜方向，而被固定於試料室11。藉此，便可對被固定於平台12的試料S、試料片Q、及存在於照射區域內的針18等照射對象，從傾斜方向的上方朝向下方照射電子束。
電子束照射光學系統15，具備：電子源15a，使電子產生；及電子光學系統15b，使從電子源15a射出的電子聚焦及偏向。電子源15a及電子光學系統15b，因應從電腦22輸出的控制訊號而受到控制，並受到電腦22控制電子束的照射位置及照射條件等。電子光學系統15b，例如具備電磁透鏡或偏向器等。
另，亦可將電子束照射光學系統15與聚焦離子束照射光學系統14的配置交換，將電子束照射光學系統15配置於鉛直方向，將聚焦離子束照射光學系統14配置於對於鉛直方向傾斜了規定角度之傾斜方向。
檢測器16，係檢測當聚焦離子束或電子束被照射至試料S及針18等照射對象時從照射對象放射之二次帶電粒子(二次電子及二次離子)R的強度(亦即二次帶電粒子的量)，並輸出二次帶電粒子R的檢測量資訊。檢測器16，是在試料室11的內部配置於可檢測二次帶電粒子R的量之位置，例如相對於照射區域內的試料S等照射對象而言斜上方之位置等，而被固定於試料室11。
氣體供給部17被固定於試料室11，於試料室11的內部具有氣體噴射部17a(例如噴嘴等)，使氣體噴射部17a面向平台12而配置。氣體供給部17，可對試料S供給：蝕刻用氣體，用來因應試料S的材質而選擇性地促進聚焦離子束所致之試料S的蝕刻；及沉積用氣體，用來在試料S的表面形成金屬或絕緣體等堆積物所致之沉積膜等。舉例來說，將對於矽系的試料S之氟化氙、及對於有機系的試料S之水等蝕刻用氣體，隨著聚焦離子束的照射一起供給至試料S，藉此材料選擇性地促進蝕刻。此外，例如將含有菲(phenanthrene)、鉑、碳、或鎢等的沉積用氣體，隨著聚焦離子束的照射一起供給至試料S，藉此便能使從沉積用氣體分解出的固體成分堆積(沉積)至試料S的表面。就沉積用氣體的具體例而言，作為含碳之氣體有菲或萘或芘等，作為含鉑之氣體有三甲基乙基環戊二烯鉑等，此外，作為含鎢之氣體有六羰基鎢等。此外，依供給氣體不同，藉由照射電子束也能進行蝕刻或沉積。
針驅動機構19，是在連接至針18之狀態下被收容於試料室11的內部，因應從電腦22輸出的控制訊號而使針18位移。針驅動機構19，和平台12一體地設置，例如若平台12藉由傾斜機構13b而繞著傾斜軸(亦即X軸或Y軸)旋轉，則會和平台12一體地移動。針驅動機構19，具備使針18沿著三維座標軸各者平行地移動之移動機構(圖示略)、及使針18繞著針18的中心軸旋轉之旋轉機構(圖示略)。另，該三維座標軸，係和試料平台的正交3軸座標系獨立，為包含平行於平台12的表面的二維座標軸之正交3軸座標系，當平台12的表面處於傾斜狀態、旋轉狀態的情形下，此座標系會傾斜、旋轉。
電腦22，至少控制平台驅動機構13、及聚焦離子束照射光學系統14、及電子束照射光學系統15、及氣體供給部17、及針驅動機構19。
電腦22，配置於試料室11的外部，連接有顯示裝置21、及因應操作者的輸入操作而輸出訊號之滑鼠及鍵盤等輸入裝置23。
電腦22，藉由從輸入裝置23輸出之訊號或依事先設定好的自動運轉控制處理而生成之訊號等，來整合地控制帶電粒子束裝置10之動作。
電腦22，一面掃描帶電粒子束的照射位置一面將藉由檢測器16檢測出的二次帶電粒子R的檢測量變換成和照射位置建立了對應之亮度訊號，並藉由二次帶電粒子R的檢測量的二維位置分布來生成示意照射對象的形狀之圖像資料。吸收電流圖像模式中，電腦22，一面掃描帶電粒子束的照射位置一面檢測流至針18的吸收電流，藉此依吸收電流的二維位置分布(吸收電流圖像)來生成示意針18的形狀之吸收電流圖像資料。電腦22，將生成的各圖像資料，以及用來執行各圖像資料的擴大、縮小、移動、及旋轉等操作之畫面一併顯示於顯示裝置21。電腦22，將用來進行自動的序列控制中的模式選擇及加工設定等各種設定之畫面，顯示於顯示裝置21。
依本發明實施形態之帶電粒子束裝置10具備上述構成，接著，說明使用此帶電粒子束裝置10來製作穿透電子顯微鏡所做的穿透觀察用之薄片試料T的方法。
以下，作為電腦22執行之薄片試料製作的動作，例如針對從藉由聚焦離子束FIB所致之試料S的加工而形成的試料片Q製作出薄片試料T的動作，概分為初始設定工程及加工工程，並依序說明之。
另，於以下所示薄片試料製作的動作之前，加工對象即試料片Q，藉由針18而從試料S被取出，被移設至試料片托座P。伴隨此移設，試料片Q的位置及形狀被掌握，平台12藉由平台驅動機構13被驅動，使得試料片Q進入帶電粒子束所致之觀察視野區域內。例如，試料片Q的位置及形狀，基於設於試料S的參照標記(reference mark)與試料片Q之已知的相對位置關係、及以從試料片Q的圖像資料直接取得的樣板為基礎之樣板匹配等而被掌握。
＜初始設定工程＞
首先，電腦22接受有關試料片Q的加工條件之操作者的輸入，因應操作者的輸入進行加工條件的初始設定(步驟S01)。例如，加工條件，為試料片Q中的薄片化區域31的位置及形狀、以及聚焦離子束FIB的照射軸U的對於試料片Q之偏轉(tilt)角θa及旋轉角θb等。
圖2為從法線方向(厚度方向D)觀看本發明實施形態之薄片試料製作方法中的試料片Q的被照射面34之平面圖。例如，試料片Q的外形形成為矩形板狀。試料片Q的第1寬度方向W1之長度、以及和厚度方向D及第1寬度方向W1正交之第2寬度方向W2的長度，例如形成為數十μm左右。
薄片化區域31的位置及形狀，例如於藉由帶電粒子束的照射而取得之圖像資料上，藉由依操作者輸入的加工框32而被指定。加工框32，被限制在藉由試料片Q的周緣部33圍繞的部位中設定。亦即，試料片Q，藉由加工框32而被區分成薄片化區域31及圍繞薄片化區域31的全周之周緣部33。例如，示意薄片化區域31之加工框32的外形，從試料片Q的厚度方向D亦即試料片Q的被照射面34的法線方向觀看，係被設定成具有十數μm左右的直徑之圓形狀，周緣部33的外形被設定成環狀。
偏轉角θa(參照圖3)，為試料片Q的包含被照射面34的表面35與聚焦離子束FIB的照射軸U之夾角(交角)。例如，偏轉角θa，為一在後續執行的加工工程中實現和試料片Q的被照射面34平行之薄片化，並且抑制由於簾幕效應(curtain effect)而在聚焦離子束FIB的照射方向產生之加工條紋模樣的發生之銳角的規定角度，被設定成數度～20°左右。
另，簾幕效應，為藉由聚焦離子束FIB的照射將加工對象物做蝕刻加工時，由於加工對象物的形狀或構造的局部性差異所引起之蝕刻速率的變化，而在加工面形成凹凸之現象。在加工面形成之凹凸的外形，例如形成為沿著聚焦離子束FIB的照射方向而延伸之條狀。由於簾幕效應而在加工面形成之凹凸，於加工面的觀察像中會使得加工條紋模樣產生，而無法和加工對象物原本具有的構造物或缺陷所引起的模樣區分，因此恐會給出錯誤的判讀。
旋轉角θb(參照圖4)，為一繞著試料片Q的被照射面34的法線當中包含薄片化區域31的中心C之法線N的，聚焦離子束FIB的照射軸U的相對的旋轉角。例如，旋轉角θb，為將後續執行的加工工程中由於簾幕效應而產生的加工條紋模樣藉由聚焦離子束FIB的蝕刻而除去之規定旋轉角度的範圍，被設定成以聚焦離子束FIB的照射軸U為基準之±45°左右。
電腦22，藉由平台驅動機構13驅動平台12，使得相對於聚焦離子束FIB的照射軸U之試料片Q的姿勢成為和操作者的輸入相應之規定姿勢。電腦22，驅動平台12，從試料片Q的表面35和聚焦離子束FIB的照射軸U呈平行之狀態將照射軸U相對地對於表面35傾斜，使得加工框32內之試料片Q的被照射面34與聚焦離子束FIB的照射軸U之夾角(偏轉角θa)成為規定角度。
藉此，電腦22確保適合於後續執行的加工工程之試料片Q的姿勢，並且減低試料片Q的加工時產生之簾幕效應的影響。
＜加工工程＞
圖3為本發明實施形態之薄片試料製作方法的加工工程的執行時之試料片Q的薄片化區域31的截面圖。
接下來，電腦22執行加工工程(步驟S02)。加工工程中，電腦22，控制聚焦離子束照射光學系統14及平台驅動機構13，一面將試料片Q的加工框32內之被照射面34與聚焦離子束FIB的照射軸U之夾角(偏轉角θa)維持在規定角度，一面藉由聚焦離子束FIB掃描加工框32內的薄片化區域。
藉此，薄片化區域31中，在聚焦離子束FIB的入射方向的上游部31a，從試料片Q的被照射面34至厚度方向的規定深度為止，形成和聚焦離子束FIB的照射軸U平行之第1截面41。薄片化區域31中，在聚焦離子束FIB的入射方向的下游部31b，於試料片Q的厚度方向的規定深度形成和被照射面34平行之第2截面42。
藉此，電腦22將加工框32內的薄片化區域31的厚度，形成得比圍繞薄片化區域31之周緣部33的厚度還薄。例如，周緣部33的厚度為1～2μm左右，薄片化區域31的厚度為數十nm左右。
圖4為本發明實施形態之薄片試料製作方法的加工工程的執行時之聚焦離子束FIB與試料片Q之相對位置的一例示意圖，為從法線方向(厚度方向D)觀看試料片Q的被照射面34之平面圖。
例如，電腦22，於加工工程中，控制平台驅動機構13，一面將試料片Q的包含被照射面34的表面35與聚焦離子束FIB的照射軸U之夾角(偏轉角θa)維持在規定角度，一面繞著被照射面34的法線當中包含薄片化區域31的中心C之法線N使照射軸U在規定旋轉角度的範圍內相對地旋轉。然後，電腦22，控制聚焦離子束照射光學系統14及平台驅動機構13，在繞著被照射面34的法線N之照射軸U的每一規定旋轉角度，一面將被照射面34與照射軸U之夾角維持在規定角度，一面藉由聚焦離子束FIB掃描加工框32內的薄片化區域31。
藉此，電腦22，將在照射軸U的旋轉角度為適宜的一定角度的狀態下由於簾幕效應而產生之加工條紋模樣，藉由和適宜的一定角度相異之入射方向的聚焦離子束FIB的蝕刻加工予以除去。又，電腦22，將在照射軸U的旋轉角度為適宜的一定角度的狀態下形成之薄片化區域31的上游部31a的至少一部分，藉由和適宜的一定角度相異之入射方向的聚焦離子束FIB做蝕刻加工，藉此便能在上游部31a的至少一部分形成如同下游部31b的第2截面42般和被照射面34平行之加工截面。
藉由以上，電腦22從試料片Q製作出薄片試料T，結束一連串的薄片試料製作方法的動作。
如上述般，按照依本發明實施形態之薄片試料製作裝置1及薄片試料製作方法，設有圍繞試料片Q的薄片化區域31的全周之周緣部33，故例如比起薄片化區域31的周緣的至少一部分未藉由形成為比薄片化區域31還厚的部位支撐之情形，能夠使薄片化區域31的支撐強度增大。藉此，即使使薄片化區域31增大，仍能確保蝕刻加工時之期望的強度，防止薄片化區域31的彎曲等的問題產生，能夠進行正確的加工。
此外，不論試料片Q及周緣部33各自的外形為何，都能將薄片化區域31設定在試料片Q的中央部，故例如即使在試料片Q的端部存在容易發生簾幕效應所致之加工條紋模樣的形狀的部位的情形下，仍無須特別限制對於試料片Q之聚焦離子束FIB的相對的入射方向，能夠正確且容易地進行薄片化區域31的加工。
此外，加工工程中從和試料片Q的被照射面34交叉之方向照射聚焦離子束FIB，藉此能夠在試料片Q的厚度方向D之距被照射面34期望的深度，平行於被照射面34而使蝕刻加工進行。例如，即使聚焦離子束FIB的射束強度分布具有以照射軸U為極大之高斯分布等的適宜的分布形狀之情形下，仍不須追加的蝕刻加工，能夠到薄片化區域31中的聚焦離子束FIB的入射方向的下游端為止形成和被照射面34平行之第2截面42。
圖5(a)為本發明實施形態的比較例之試料片Q的截面擴大圖。例如如圖5(a)所示比較例般，當和包含被照射面34的表面35平行地照射聚焦離子束FIB的情形下，於聚焦離子束FIB的入射方向之下游端會形成和射束強度分布相應之形狀的加工截面50，為了獲得和被照射面34平行的加工截面51可能需要變更聚焦離子束FIB的入射方向之追加的蝕刻加工(偏轉修正)。
圖5(b)為本發明實施形態之試料片製作方法的加工工程的執行時之試料片Q的薄片化區域31的截面擴大圖。相對於此，例如如圖5(b)所示本發明的實施形態般，從和試料片Q的被照射面34交叉之方向，以和聚焦離子束FIB的射束強度分布的形狀相應之適切的偏轉角θa照射聚焦離子束FIB，藉此便不需要追加的蝕刻加工，於聚焦離子束FIB的入射方向的下游端也能形成和被照射面34平行之第2截面42。
又，電腦22係一面將偏轉角θa維持在規定角度，一面繞著被照射面34的法線當中包含薄片化區域31的中心C之法線N使照射軸U在規定旋轉角度的範圍內相對地旋轉，故在照射軸U的旋轉角度為適宜的一定角度的狀態下能夠將由於簾幕效應而產生的加工條紋模樣藉由和適宜的一定角度相異之入射方向的聚焦離子束FIB的蝕刻加工予以除去。
此外，將從被照射面34的法線方向觀看的情形下之薄片化區域31的外形設定成圓形狀，藉此會防止設置例如薄片化區域31的外形被設定成矩形狀的情形下之角部等這樣荷重集中的部位，於蝕刻加工時能夠防止薄片化區域31的彎曲等的問題發生。又，規範薄片化區域31之加工框32的形狀被設定成圓形狀，藉此即使當繞著法線N使照射軸U相對地旋轉的情形下，仍不必變更加工框32，而能夠對薄片化區域31照射聚焦離子束FIB。
以下，說明上述的實施形態之變形例。
上述的實施形態中，帶電粒子束裝置10，亦可更具備2軸的驅動機構。圖6為本發明實施形態的變形例之薄片試料製作裝置1的一例之帶電粒子束裝置10的構成圖。帶電粒子束裝置10，具備配置於平台12上之雙重偏轉平台25。雙重偏轉平台25，為2軸的驅動機構，於上述的加工工程中將加工對象即試料片Q固定。
平台12，藉由5軸的驅動機構即平台驅動機構13而被驅動。例如，平台驅動機構13的傾斜軸T1，被設定成平行於對於聚焦離子束照射光學系統14的聚焦離子束(FIB)及電子束照射光學系統15的電子束(EB)的各者而言正交之方向。平台驅動機構13，繞著傾斜軸T1的軸使平台12傾斜，藉此能夠使以電子束(EB)觀察完的試料片Q的截面面向聚焦離子束(FIB)。
配置於平台12上的雙重偏轉平台25，具備相互正交的2個傾斜軸。例如，雙重偏轉平台25的傾斜軸T2，被設定成平行於對於平台驅動機構13的傾斜軸T1及聚焦離子束(FIB)的照射軸U的各者而言正交之方向。雙重偏轉平台25，於加工工程中，在將試料片Q的被照射面34面向電子束(EB)的照射軸的狀態下繞著傾斜軸T2的軸使試料片Q傾斜，藉此調整對於被照射面34之聚焦離子束(FIB)的入射角度。藉此，於聚焦離子束(FIB)所致之蝕刻加工中能夠取得電子束(EB)所致之加工面的觀察像。
另，上述的實施形態中，薄片試料製作裝置1訂為帶電粒子束裝置10，但不限定於此。
例如，薄片試料製作裝置1，亦可為照射不帶電的粒子的射束之粒子束裝置，來取代帶電粒子。在此情形下，能夠防止由於試料室11內的漏電場等而導致粒子束的照射位置偏離。
例如，薄片試料製作裝置1，亦可為和從試料S製作出試料片Q的帶電粒子束裝置10不同之聚焦離子束裝置。
另，上述的實施形態中，電腦22亦可自動地執行薄片試料製作的動作的至少一部分。例如，電腦22於對於複數個試料片Q連續地反覆執行薄片試料製作的動作的情形等下，亦可執行自動的動作。
例如，上述的實施形態中，初始設定工程中，試料片Q中的薄片化區域31的位置及形狀是訂為藉由操作者輸入，但不限定於此。例如，電腦22亦可自動地設定試料片Q中的薄片化區域31的位置及形狀。在此情形下，電腦22亦可於藉由帶電粒子束的照射而獲得的圖像資料中抽出試料片Q的邊緣，將事先規定之形狀及大小的加工框32，自動地設定於以抽出的邊緣為基礎之規定位置。
另，上述的實施形態中，是訂為對於事先被保持於試料片托座P的試料片Q執行薄片試料製作的動作，但不限定於此。
例如，於試料片Q藉由針18而從試料S被取出之前，亦可對於形成於試料S之試料片Q執行薄片試料製作的動作。在此情形下，亦可使用事先形成於試料S之參照標記的位置座標來做加工框32的設定，以及進行試料片Q的位置及姿勢控制。
另，上述的實施形態中，加工框32的外形，是訂為被設定成從試料片Q的厚度方向D亦即試料片Q的被照射面34的法線方向觀看呈圓形狀，但不限定於此，亦可被設定成橢圓形狀或矩形狀等其他形狀。在此情形下，於加工工程的執行時，亦可因應繞著被照射面34的法線N之照射軸U的旋轉角度，重新設定新的加工框32。
另，上述的實施形態中，於加工工程的執行之前亦可在試料片Q的被照射面34形成沉積膜。在此情形下，是一面藉由氣體供給部17對試料片Q的被照射面34供給沉積用的氣體G一面對被照射面34照射電子束或聚焦離子束，藉此形成被覆被照射面34之沉積膜。藉此，例如於加工工程的執行之前的試料片Q的作成時等，即使當由於試料片Q中包含的材質的濺射速度的差異而在被照射面34產生了凹凸的情形下，仍會藉由沉積膜將被照射面34平滑化，能夠減低後續執行的加工工程中簾幕效應的影響。
另，上述實施形態是提出作為例子，並非意圖限定發明的範圍。該些新穎之實施形態，可以其他各種形態來實施，在不脫離發明要旨的範圍內，能夠進行種種省略、置換、變更。該些實施形態或其變形，均包含於發明之範圍或要旨內，且包含於申請專利範圍所記載之發明及其均等範圍內。
1:薄片試料製作裝置
10:帶電粒子束裝置
11:試料室
12:平台(試料平台)
13:平台驅動機構(驅動機構)
14:聚焦離子束照射光學系統(粒子束照射光學系統)
15:電子束照射光學系統
16:檢測器
17:氣體供給部
18:針
19:針驅動機構
20:吸收電流檢測器
21:顯示裝置
22:電腦
23:輸入裝置
31:薄片化區域
31a:上游部
31b:下游部
32:加工框
33:周緣部
34:被照射面
C:中心
N:法線
P:試料片托座
Q‧‧‧試料片(試料)
R‧‧‧二次帶電粒子
S‧‧‧試料
U‧‧‧照射軸
S01‧‧‧初始設定工程
S02‧‧‧加工工程
[圖1]本發明實施形態之薄片試料製作裝置的一例之帶電粒子束裝置的構成圖。
[圖2]從法線方向(厚度方向)觀看本發明實施形態之薄片試料製作方法中的試料片的被照射面之平面圖。
[圖3]本發明實施形態之薄片試料製作方法的加工工程的執行時之試料片的薄片化區域的截面圖。
[圖4]本發明實施形態之薄片試料製作方法的加工工程的執行時之聚焦離子束與試料片之相對位置的一例示意圖，為從法線方向(厚度方向)觀看試料片的被照射面之平面圖。
[圖5]圖5(a)為本發明實施形態的比較例之試料片的截面擴大圖，圖5(b)為本發明實施形態之薄片試料製作方法的加工工程的執行時之試料片的薄片化區域的截面擴大圖。
[圖6]本發明實施形態的變形例之薄片試料製作裝置的一例之帶電粒子束裝置的構成圖。
1:薄片試料製作裝置
10:帶電粒子束裝置
11:試料室
12:平台(試料平台)
12a:托座固定台
13:平台驅動機構(驅動機構)
13a:移動機構
13b:傾斜機構
13c:旋轉機構
14:聚焦離子束照射光學系統(粒子束照射光學系統)
14a:離子源
14b:離子光學系統
15:電子束照射光學系統
15a:電子源
15b:電子光學系統
16:檢測器
17:氣體供給部
17a:氣體噴射部
18:針
19:針驅動機構
20:吸收電流檢測器
21:顯示裝置
22:電腦
23:輸入裝置
EB:電子束
FIB:聚焦離子束
G:氣體
P:試料片托座
Q:試料片(試料)
R:二次帶電粒子
S:試料
Claims (10)
- 一種試料製造裝置，係構成為將試料藉由濺射做蝕刻加工，藉此製造薄的試料之試料製造裝置，其特徵為，具備：粒子束照射光學系統，構成為放射粒子束；及試料平台，構成為保持前述試料；及檢測器，構成為檢測從前述試料生成的二次帶電粒子；及驅動機構，構成為驅動前述試料平台，該驅動機構具有5軸驅動機構，其包含構成為將前述試料平台至少沿著X軸、Y軸或Z軸移動的移動機構、及構成為以X軸或Y軸為中心而使前述試料平台傾斜的傾斜機構、及構成為使前述試料平台以Z軸為中心而旋轉的旋轉機構；具有：電腦，構成為劃定藉由前述檢測器而取得的圖像內的前述試料的加工區域，控制前述粒子束照射光學系統及前述驅動機構，對前述加工區域照射前述粒子束而將前述試料蝕刻，該電腦，在前述試料上設定作為處理區域的薄片形成區域與圍繞前述薄片形成區域的全周的周邊部，驅動上述驅動機構而將前述試料傾斜，將前述試料的照射面與前述粒子束的照射軸之交叉角訂為傾斜角，而從與前述試料的照射面交叉之方向放射前述粒子束而進行蝕刻處理，形成比前述周邊部的厚度還薄的前述薄片形成區域的厚度，該 蝕刻處理中，前述電腦控制前述粒子束照射光學系統及前述驅動機構，一面維持上述傾斜角一面以前述粒子束掃描前述試料的前述薄片形成區域，藉此形成：第1截面，係前述薄片形成區域的前述粒子束的入射方向的上游部分，前述第1截面平行於前述料子束的照射軸，而從前述試料的照射面朝厚度方向形成至規定的深度；及第2截面，係前述薄片形成區域的在前述粒子束的入射方向的下游部分；前述第2截面，在前述試料的厚度方向的規定深度，平行於前述照射面。
- 如申請專利範圍第1項所述之試料製造裝置，其中，前述電腦，受理有關前述粒子束的照射面與照射軸之夾角及與前述薄片形成區域之間的角度的輸入，基於該輸入而在前述試料設定前述薄片形成區域，基於前述輸入而控制前述驅動機構，將前述照射面與照射軸之間的前述傾斜角設定成規定角度，控制前述粒子束照射光學系統及前述驅動機構，以便一面維持前述規定角度一面藉由前述粒子束掃描前述薄片形成區域，藉此進行蝕刻處理。
- 如申請專利範圍第2項所述之試料製造裝置，其中， 前述電腦，受理有關繞著前述照射面的法線之前述照射軸的相對旋轉角度的輸入，控制前述粒子束照射光學系統及前述驅動機構，以包含前述薄片形成區域的法線為中心，一面維持前述規定角度，一面使前述照射軸相對地旋轉。
- 如申請專利範圍第1項所述之試料製造裝置，其中，前述粒子束照射光學系統，係聚焦離子束照射光學系統，構成為放射聚焦離子束，前述電腦，構成為以前述試料的照射面與前述聚焦離子束的照射軸之間的交叉角亦即前述傾斜角，從與前述試料的照射面交叉之方向放射前述聚焦離子束。
- 如申請專利範圍第1項所述之試料製造裝置，其中，前述傾斜角被設定為約20度。
- 一種試料片的製造方法，具有：從試料取出加工對象亦即試料片之步驟；及將被取出的前述試料片移設至試料片托座之步驟；及在前述試料片上設定薄片形成區域與圍繞前述薄片形成區域的全周的周邊部之設定步驟；及將前述試料片傾斜之傾斜步驟；及進行濺鍍所致的蝕刻處理亦即以與前述試料片的照射 面交叉的傾斜角放射粒子束的處理工程，而將前述薄片形成區域的厚度比前述周邊部的厚度還減薄之步驟；前述傾斜角為前述試料片的照射面與前述粒子束的照射軸之間的交叉角，前述蝕刻處理的實施中，控制粒子束照射光學系統及驅動機構，一面維持前述傾斜角一面以前述粒子束掃描前述薄片形成區域，藉此形成：第1截面，係前述薄片形成區域的前述粒子束的入射方向的上游部分，前述第1截面平行於前述料子束的照射軸，而從前述試料的照射面朝厚度方向形成至規定的深度；及第2截面，係前述薄片形成區域的在前述粒子束的入射方向的下游部分；前述第2截面，在前述試料的厚度方向的規定深度，平行於前述照射面。
- 如申請專利範圍第6項所述之試料片的製造方法，其中，前述設定步驟中，前述薄片化區域的外形，從前述照射面的法線方向觀看的情形下被設定成圓形。
- 如申請專利範圍第7項所述之試料片的製造方法，其中，前述照射軸，一面將前述照射面與前述粒子束的照射軸之角度保持一定，一面以前述照射面的法線當中包含前述薄片形成區域的法線為中心而相對地旋轉。
- 如申請專利範圍第6項所述之試料片的製造方法，其中，前述粒子束係聚焦離子束，從與前述試料片的照射面交叉之方向以前述傾斜角放射前述聚焦離子束。
- 如申請專利範圍第6項所述之試料片的製造方法，其中，前述傾斜角被設定為約20度。
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