JP2008203271A - 試料作製方法および試料作製装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】集束イオンビームを試料表面に対して大きくとも90度未満の照射角度で試料に照射し、目的とする微小試料周辺を取り除き、次に試料ステージを、試料表面に対する垂直線分を回転軸として回転させ、試料表面に対する集束イオンビームの照射角度は固定して試料に照射し、微小試料を分離または分離準備することを特徴とする試料作製方法。
【選択図】図1
Description
通常、試料の微細構造観察には高分解能の走査型電子顕微鏡(以下、SEMと略記)が用いられるが、半導体の高集積化に伴い、対象物がSEMの分解能では観察できなくなっており、SEMに代ってさらに観察分解能が高い透過型電子顕微鏡(以下、TEMと略記)が用いられる。
次に、試料ステージを傾けてFIB1を試料表面に斜めから照射することにより、斜溝408を形成し、試料4と一部の支持部405のみで接続された摘出試料407を形成する(図9(c))。試料台傾斜を戻し、プローブ3を、プローブ制御装置により制御し、摘出試料407の一部に接触させる。この摘出試料の支持部405は後程FIBにより切断するわけであるが、プローブドリフト等を考慮した場合、短時間で切断することが望ましいため、支持部体積は小さくする必要がある。このため、プローブ3の接触により支持部405が破壊される恐れがあるため、上記プローブ制御法を使用して損傷をできるだけ抑えて接触させる。接触させたプローブ7と摘出試料407を、デポ膜409を用いて固定する(図9(d))。次に、支持部405をFIB1で切断する(図9(e))。こうして、摘出試料407を切り出し、プローブ3をプローブ駆動装置によって上昇させ摘出する(図9(f))。次に、この切り出された摘出試料407を摘出試料ホルダに形成された溝411への接触を行う(図9(g))。このときの接触は摘出試料407が破壊されたりデポ膜409部で摘出試料407が外れて消滅してしまわないように充分小さな速度で接触させる必要があり、上記接触法が必要となる。こうして接触させた後、デポ膜412を用いて両者を固定する(図9(h))。固定後、プローブ3接続部にFIBを照射し、スパッタ加工を行い、プローブを摘出試料407から分離する(図9(i))。TEM試料とする場合には最後に、再度、FIB1を照射して、最終的に観察領域410を厚さ100nm以下程度に薄く仕上げ加工を施す(図9(j))。他の分析、計測の試料の作製に用いる場合、観察領域を薄く仕上げる加工(図9(j))は必ずしも必要ではない。
そして、FIB装置からウェ−ハを取りだし、大気中でガラス棒を加工部分に接近させ、静電気を利用して試料薄膜207をガラス棒に吸着させてウェ−ハから取り出し、このガラス棒をメッシュ209に移動させ、メッシュ上の静電吸着させるか、透明接着物に加工面を面するように設置する。このように、加工を施した微小試料を装置内で取り出さなくとも、微小試料の外形のほとんどをイオンビームによって加工しても、分離した微小試料をTEMに導入することで解析することができる。
昨今の潮流はウェーハ直径が200mmから300mmに移行しているところで、さらに400mmに進展すれば、ステージの大型化は余儀なくされ、上述のような試料ステージ傾斜に伴う問題の解決を避けては通れなくなる。これに対し、装置の試料ステージに傾斜機能を省略できれば、装置全体の小型化が実現し試料傾斜に伴う試料位置のズレなどの問題は解決するが、上述した従来の手法では元の試料(ウェーハ)から微小試料を分離または分離準備して、微小領域分析や観察、計測用の試料作製は実現できなくなる。そもそも、試料の傾斜角度の姿勢変更を必要不可欠としていたのは、微小試料を元試料から分離または分離準備するためには、試料面に対して、少なくとも2方向の異なる角度のイオンビーム照射が必要不可欠との固定観念が存在したためである。なお、ここでステージの傾斜とは、ステージ面内に含まれる線分もしくは平行な線分を軸として、ステージを回転することとし、以降単純にステージの傾斜と記述する。
試料の傾斜角度の姿勢変更を必要不可欠であるとの従来の固定観念を打破するための本発明の基本要素は、まず、(1)試料の載置面と、試料へのイオンビーム照射軸とのなす角度を固定して、イオンビームを前記試料に複数の方向から照射して、試料の所望の部分を分離または分離準備することを特徴とするイオンビーム加工方法とする。
(2)試料へのイオンビーム照射軸と試料表面とのなす角度を、0度を超えて大きくとも90度未満として、イオンビームを前記試料に照射し、試料へのイオンビーム照射軸と試料表面とのなす角度を固定して、試料の所望の部分をイオンビームの照射により分離または分離準備することを特徴とする試料の分離方法とする。
(3)試料へのイオンビーム照射軸と試料表面とのなす角度を30度から75度として、イオンビームを前記試料に照射し、試料へのイオンビーム照射軸と試料表面とのなす角度を固定して試料の所望の部分をイオンビームの照射により分離または分離準備することを特徴とする試料の分離方法とする。
(5)上記(4)記載の試料作製方法において、前記試料の所望の部分をプローブで支持することを特徴とする試料作製方法とする。
(6)観察、分析あるいは計測するための試料作製方法であって、試料への集束イオンビーム照射軸と試料表面とのなす角度を、0度を超えて大きくとも90度未満の角度で集束イオンビームを試料に照射することによって角穴を形成する工程と、試料を、試料表面法線を回転軸として回転させる工程と、回転後に集束イオンビーム照射によって上記試料基板の表面に対して斜め溝を形成する工程とによって、試料基板に支持部で保持された片持ち試料を形成する工程と、上記片持ち試料の所望の部分に移送手段の所望の部分を接触させ、デポガスを照射しつつ上記接触部を含む領域に集束イオンビーム照射してデポ膜を形成することで、上記片持ち試料と移送手段の所望の部分を固着させる工程と、集束イオンビ−ム照射することで上記支持部を切断する工程と、を含むことを特徴とする試料作製方法とする。
(7)観察、分析あるいは計測するための試料作製方法であって、試料への集束イオンビーム照射軸と試料表面とのなす角度を、0度を超えて大きくとも90度未満として、集束イオンビームを照射することによって角穴を作製し薄膜を形成する工程と、試料を、試料表面法線を回転軸として回転させる工程と、回転後に集束イオンビーム照射によって上記試料薄膜を分離するか、もしくは分離準備する工程と、を含むことを特徴とする試料作製方法とする。
(8)上記(3)、(4)、(5)、(6)、(7)記載の試料作製方法において、複数の微小試料作製方法であって、少なくとも2個以上の微小試料を分離または分離準備するために、微小試料の周辺をイオンビームで全工程の途中まで加工後、次に試料を回転した後、各々の微小試料周辺の加工を順次継続することを特徴とする試料作製方法。
(9)集束イオンビームの照射光学系と、試料基板を載置する試料ステージとを少なくとも有し、試料基板から微小試料を分離または分離準備する集束イオンビーム装置において、集束イオンビームの照射光学系を含む機械カラムの概略中心軸と、試料ステージの試料の載置面とのなす角度を固定した構造であり、試料の所望の部分を分離する手段、および分離した試料を支持するプローブを備えることを特徴とする試料作製装置とする。
(10)集束イオンビームの照射光学系と、該集束イオンビームの照射によって試料から発生する二次粒子を検出する二次粒子検出手段と、試料基板を載置する試料ステージとを少なくとも有し、試料基板から微小試料を分離または分離準備する試料作製装置において、試料への集束イオンビーム照射軸と試料表面とのなす角度が、0度を超えて大きくとも90度未満であり、試料ステージが試料表面法線を回転軸として回転させる機能を有し、回転後に試料を分離または分離準備する集束イオンビームの照射位置を、上記集束イオンビームの照射または別に設けた電子ビーム照射系からの電子ビームによって試料から発生する二次粒子によって形成する二次粒子像を表示する画像表示手段を利用することによって決定する機能を有することを特徴とする試料作製装置とする。
(11)集束イオンビームの照射光学系と、該集束イオンビームの照射によって
試料から発生する二次粒子を検出する二次粒子検出手段と、試料基板を載置する試料ステージとを少なくとも有し、試料基板から微小試料を分離または分離準備する試料作製装置において、試料への集束イオンビーム照射軸と試料表面とのなす角度を0度を超えて大きくとも90度未満であり、試料ステージが試料表面法線を回転軸として回転させる機能を有し、回転後に試料を分離または分離準備する集束イオンビームの照射位置を、上記集束イオンビームまたは別に設けた電子ビーム照射系からの電子ビームの照射によって試料から発生する二次粒子によって形成する二次粒子像を画像処理した結果を利用して、決定する機能を有することを特徴とする試料作製装置とする。
(12)集束イオンビームの照射光学系と、該集束イオンビームの照射によって試料から発生する二次粒子を検出する二次粒子検出手段と、試料基板を載置する試料ステージとを少なくとも有し、試料基板から微小試料を分離または分離準備する試料作製装置において、試料への集束イオンビーム照射軸と試料表面とのなす角度が30度から75度の範囲であり、試料ステージが試料表面法線を回転軸として回転させる機能を有し、上記試料基板の所望の部分を分離した摘出微小試料を別の部材に移し変える移送手段と、上記微小摘出試料を載置する試料ホルダの保持手段とを有することを特徴とする試料作製装置とする。
(13)集束イオンビームの照射光学系と、該集束イオンビームの照射によって試料から発生する二次粒子を検出する二次粒子検出手段と、試料基板を載置する試料ステージとを少なくとも有し、試料基板から微小試料を分離または分離準備する試料作製装置において、試料への集束イオンビーム照射軸と試料表面とのなす角度が45度であり、試料ステージが試料表面法線を回転軸として回転させる機能を有し、上記試料基板の所望の部分を分離した摘出微小試料を別の部材に移し変える移送手段と、上記微小摘出試料を載置する試料ホルダの保持手段とを有することを特徴とする試料作製装置とする。
(14)上記(10)、(11)、(12)および(13)記載の試料作製装置において、試料への集束イオンビーム照射軸が、集束イオンビーム照射光学系の構成要素である概略中心対称の対物レンズの機械的中心軸と概略一致することを特徴とする試料作製装置とする。
(15)集束イオンビームの照射光学系と、集束イオンビームの照射によって試料から発生する二次粒子を検出する二次粒子検出手段と、試料基板を載置する試料ステ−ジとを少なくとも有し、試料基板から微小試料を分離または分離準備するために、その微小試料の周りに、試料基板に対して複数の入射方向から集束イオンビームを照射して、微小試料を分離または分離準備する試料作製装置において、その集束イオンビーム照射光学系に試料への集束イオンビーム照射軸を少なくとも15度変えられる、集束イオンビーム傾斜機能を持たせたことを特徴とする試料作製装置とする。
(16)上記(15)記載の試料作製装置において、試料への集束イオンビーム照射軸を少なくとも15度変えられる、集束イオンビーム傾斜機能が、集束イオンビーム照射光学系を含む機械的カラムの試料ステージに対する傾斜角度可変機構により実現されることを特徴とする試料作製装置とする。
(17)上記(15)記載の試料作製装置において、試料への集束イオンビーム照射軸を少なくとも15度変えられる、集束イオンビーム傾斜機能が、電気的偏向機構により実現されることを特徴とする試料作製装置とする。
(18)上記(10)、(11)、(12)、(13)、(14)、(15)、(16)、および(17)記載の試料作製装置において、試料ステージが、ステージ面内に含まれる線分もしくは平行な線分を傾斜軸とする傾斜角度を固定する構造とすることを特徴とする試料作製装置。とする。
(19)上記(9)、(10)、(11)、(12)、(13)、(14)、(15)、(16)、および(17)記載の試料作製装置において、試料ステージが、ある特定の固定した角度で回転するステージと、任意の角度で回転可能なステージの合体で構成されることを特徴とする試料作製装置とする。
(20)上記(9)、(10)、(11)、(12)、(13)、(14)、(15)、(16)、および(17)記載の試料作製装置において、試料ステージが、90度および180度少なくともいずれか一つの固定角度で回転するステージと、任意の角度で回転可能なステージの合体で構成されることを特徴とする試料作製装置。
<実施形態例1>
本願による一実施の形態である試料作製装置の概略構成図を、図4を用いて説明する。
また、試料形状情報によりFIB制御装置65によってFIB1を試料形状の所望の位
置に照射する機能を有する。
FIB1照射によって形成するデポ膜は、プローブ3の先端にある接触部と試料を接続したり、摘出試料を試料ホルダ40に固定するために使用する。また、FIB1を走査して、試料から放出される二次電子や二次イオンを二次粒子検出器36で検出して、その強度を画像の輝度に変換することによって試料基板38やプローブ3などを観察することができる。
すなわち、プローブを試料面上方で停止させている間に試料台を動作させて、マイクロサンプルをサンプルメッシュに移動する。マイクロサンプルは、デポ膜でサンプルメッシュに固定する。FIBでプローブを切断し、微小試料から分離する。最後に、この微小試料の中の観察領域をFIBで厚さ100nm程度に薄膜化し、TEM試料が完成する。
また、本実施の形態とは異なり、試料ステージが傾斜機能を持つ装置の場合でも、本発明は有効で、ステージを傾斜時間が必要なく、試料作製時間が相対的に短縮される。また、試料ステージの傾斜前後で試料表面が観察できなくなるという問題も低減される。また、本実施の形態では、TEM試料用薄膜加工時に微小試料を試料基板から抜き出しているため、微小試料断面を詳細に観察可能となり、高精度に断面加工位置を制御できる。
<実施形態例2>
次に、本願による一実施の形態である別の試料作製方法について、図6を用いて説明する。試料作製装置は図4に示した装置と同様とする。
また、2つの角穴作製、試料薄片の両側の切断、および試料薄片の底辺の切断等に形成順序に特に限定はない。
<実施形態例3>
次に、本願による一実施の形態である電子ビーム照射装置を備えた試料作製装置の概略構成図を図7に示す。本試料作製装置17は、真空容器41を有しており、真空容器内には、FIB照射光学系35、二次粒子検出器36、デポガス源37、プローブ3、試料ステージ39等の構成は、実施形態例2の試料作製装置と同様である。また同様に、FIB照射光学系35は、FIB照射軸が試料表面に対して45度になるようにステージ39に対して設置されている。また、試料ステージは試料表面に対する垂直線分を回転軸として回転させる機能を有している。本装置では、電子ビームを放出する電界放射型電子銃81、電子ビームレンズ82、電子ビーム走査電極83、などから構成される電子ビーム照射系を設置している。
また本装置を制御する装置として、ステージ制御装置61、マニュピレータ制御装置62、二次電子検出器の増幅器63、デポガス源制御装置64、FIB制御装
置65の他に電子銃制御装置91、電子光学系制御装置92、電子ビーム走査制御装置93、および計算処理装置74、などが配置される。また、計算処理装置74では、上記FIB照射もしくは電子ビーム84照射によって試料から発生する二次電子によって形成する二次電子像を画像処理することによって試料形状を認識する機能を有する。また、試料形状情報によりFIB制御装置65によってFIBを試料形状の所望の位置に照射する機能および、電子ビーム制御装置91によって電子ビーム84を試料形状の所望の位置に照射する機能を有する。
<実施形態例4>
本願による一実施の形態である試料作製装置の概略構成図を、図10を用いて説明する。
本実施例では、集束イオンビーム入射方向を少なくとも15度変えられる、集束イオンビーム傾斜機能が、集束イオンビーム照射系を含む機械的カラムの試料ステージに対する傾斜角度可変機構により実現される。
<実施形態例5>
本願による一実施の形態である試料作製装置の概略構成図を、図11を用いて説明する。
本実施例では、集束イオンビーム入射方向を少なくとも15度変えられる、集束イオンビーム傾斜機能が、電気的偏向により実現される。
Claims (1)
- 試料台に試料を載置する工程と、
前記試料台の試料載置面に対しイオンビームを相対的に傾斜させて前記試料に照射する第1の加工工程と、
前記試料載置面内で前記試料を回転し前記試料に前記イオンビームを照射する第2の加工工程と、
前記第2の加工工程で前記試料より分離した試料片を摘出する工程と、を有することを特徴する試料作製方法。
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