JP2012142313A - Ion beam machining device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、半導体デバイスなどの電子部品の製造技術に係り、特に、試料断面のイオンビームによる加工、試料から微小試料を分離または分離準備する試料加工、等のイオンビーム加工技術に関する。 The present invention relates to a technology for manufacturing an electronic component such as a semiconductor device, and more particularly to an ion beam processing technology such as processing of a sample cross section with an ion beam, sample processing for separating or preparing a micro sample from a sample, and the like.
ダイナミックランダムアクセスメモリ(DRAM)に代表される半導体メモリやマイクロプロセッサ、半導体レーザなどの半導体デバイス、および磁気ヘッドなど電子部品の製造においては、高歩留まり製造が求められる。これは不良発生による製品歩留りの低下は、採算の悪化を招くからである。このため、不良の原因となる欠陥や異物、加工不良の早期発見および早期対策が大きな課題となっている。例えば、電子部品の製造現場では、入念な検査による不良発見、およびその発生原因の解析に注力されている。ウェーハを用いた実際の電子部品製造工程では、プロセス途中にあるウェーハを検査して、回路パターンの欠陥や異物など異常箇所の原因を追及して対策方法が検討される。 High-yield manufacturing is required in the manufacture of semiconductor devices such as dynamic random access memory (DRAM), semiconductor devices such as microprocessors and semiconductor lasers, and electronic components such as magnetic heads. This is because a decrease in product yield due to the occurrence of defects leads to a deterioration in profitability. For this reason, the early detection and early countermeasures of the defect and foreign material which cause a defect, and a processing defect become a big subject. For example, at the manufacturing site of electronic parts, efforts are focused on finding defects by careful inspection and analyzing the cause of occurrence. In an actual electronic component manufacturing process using a wafer, a wafer in the middle of the process is inspected, and a countermeasure method is investigated by pursuing the cause of an abnormal part such as a circuit pattern defect or foreign matter.
通常、試料の異常箇所の観察には高分解能の走査型電子顕微鏡(SEM:Scanning Electron Microscope以下、SEMと略記)が用いられる。また、近年ではSEMと集束イオンビーム(FIB:Focused Ion Beam)の複合機FIB−SEM装置も用いられるようになった。このFIB−SEM装置では、FIBを照射して所望の箇所に角穴を形成することにより、その断面をSEM観察することができる。 Usually, a high-resolution scanning electron microscope (SEM: Scanning Electron Microscope, hereinafter abbreviated as SEM) is used for observing an abnormal portion of a sample. In recent years, an SEM and a focused ion beam (FIB) combined machine FIB-SEM apparatus has come to be used. In this FIB-SEM apparatus, the cross section can be observed by SEM by irradiating FIB and forming a square hole in a desired location.
例えば、特開2002−150990号公報には、FIBにより試料の異常箇所近傍に角穴を形成し、当該角穴の断面をSEM装置で観察することにより、欠陥や異物などを観察・解析する装置が提案されている。 For example, Japanese Patent Laid-Open No. 2002-150990 discloses an apparatus for observing / analyzing defects, foreign matters, and the like by forming square holes in the vicinity of an abnormal portion of a sample by FIB and observing a cross section of the square holes with an SEM apparatus. Has been proposed.
また、国際公開WO99/05506号公報には、FIBおよびプローブを用いて、バルク試料からTEM観察用の微小試料を摘出する技術が提案されている。 Further, International Publication WO99 / 05506 proposes a technique for extracting a micro sample for TEM observation from a bulk sample using an FIB and a probe.
また、特開2000−156393号公報には、ウェーハから検査用の微小試料をウェーハを割断することなく取り出し、微小試料を取りだした後のウェーハは製造ラインに戻す手法が提案されている。この手法では、加工プロセスでの進捗状況はモニタで監視され、ウェーハの検査・解析が行なわれる。 Japanese Patent Laid-Open No. 2000-156393 proposes a method of taking out a micro sample for inspection from a wafer without cleaving the wafer and returning the wafer after taking out the micro sample to the production line. In this method, the progress in the processing process is monitored by a monitor, and the wafer is inspected and analyzed.
また、特開平7−320670号公報には、ヘリコン波イオン源を使い、ビームスポット径0.1μmのアルゴンイオンビームでSEM観察用の試料を加工する技術が提案されている。 Japanese Patent Laid-Open No. 7-320670 proposes a technique for processing a sample for SEM observation with an argon ion beam having a beam spot diameter of 0.1 μm using a helicon wave ion source.
試料をイオンビームにより加工して断面を形成して、断面を電子顕微鏡で観察する技術、またはイオンビームにより試料から微小試料を分離して微小試料を電子顕微鏡で観察する技術には、次のような課題が残されていた。 The techniques for processing a sample with an ion beam to form a cross section and observing the cross section with an electron microscope, or for separating a micro sample from the sample with an ion beam and observing the micro sample with an electron microscope are as follows: Challenges remained.
半導体メモリやマイクロプロセッサ等の電子部品の不良解析では、複数箇所の同時解析や解析結果の短時間でのフィードバックが強く求められている。すなわち、発見された不良箇所からなるべく早く解析用試料を摘出・調整し、検査・解析を行ない、得られた結果をできる限り早期に製造プロセスへフィードバックすることが、製造コスト低減の上で重要である。現状では、イオンビームによる断面形成には5〜10分程度、イオンビームによる微小試料の摘出には30〜60分程度要しているが、製造ラインの要求に対して十分短いとは言えず、試料から観察・解析用試料を調整するまでの時間の短縮が課題となっている。 In failure analysis of electronic components such as semiconductor memories and microprocessors, simultaneous analysis of a plurality of locations and feedback of analysis results in a short time are strongly required. In other words, it is important for reducing manufacturing costs to extract and adjust samples for analysis as soon as possible from the detected defective parts, perform inspection and analysis, and feed back the results to the manufacturing process as soon as possible. is there. At present, it takes about 5 to 10 minutes to form a cross-section with an ion beam, and about 30 to 60 minutes to extract a micro sample with an ion beam. Shortening the time required to adjust the sample for observation / analysis from the sample is an issue.
従来、イオンビームの加工の際には、ビームスポット形状が円形のイオンビームが使用されている。円形のビームを使用する場合、試料断面の加工精度は、ビーム径(イオンビームスポット形状の曲率)で決まる。また、イオンビームによる加工時間は、イオンの照射電流にほぼ反比例する。つまり、イオンビーム電流を大きくすればイオンビーム加工時間は短縮できる。しかし、イオンビーム電流はイオンビーム径が決まると、イオン源やイオン光学系の性能に依存して最大値が決まってしまう。イオン電流とビーム径の特性はレンズの制御値とアパーチャの口径によって決まる特性ではあるが、アパーチャ口径を大にすると電流は大になるが、レンズの収差が増大するためビーム径も大きくなるという関係がある。 Conventionally, when processing an ion beam, an ion beam having a circular beam spot shape is used. When a circular beam is used, the processing accuracy of the sample cross section is determined by the beam diameter (curvature of the ion beam spot shape). Further, the processing time by the ion beam is almost inversely proportional to the ion irradiation current. That is, if the ion beam current is increased, the ion beam processing time can be shortened. However, when the ion beam diameter is determined, the maximum value of the ion beam current is determined depending on the performance of the ion source and the ion optical system. The characteristics of the ion current and beam diameter are determined by the lens control value and the aperture diameter. However, if the aperture diameter is increased, the current increases, but the lens aberration increases and the beam diameter increases. There is.
図2には、従来のイオンビームにより断面を形成する場合、イオンビーム電流に着目した3個のビームモードを使った加工手順を模式的に示す。A、B、Cの3個のビームモードは、ビーム径および電流によって特徴付けられる。Aモードはビーム径が約1μm、電流が約10nA、Bモードはビーム径が約200nm、電流が約3nA、Cモードはビーム径が約30nm、電流が約200pAである。 FIG. 2 schematically shows a processing procedure using three beam modes focusing on ion beam current when a cross section is formed by a conventional ion beam. The three beam modes A, B, and C are characterized by beam diameter and current. The A mode has a beam diameter of about 1 μm and the current is about 10 nA, the B mode has a beam diameter of about 200 nm, the current is about 3 nA, and the C mode has a beam diameter of about 30 nm and the current is about 200 pA.
まず、Aモードのイオンビームを用いて矩形に走査して角穴を形成する。しかし、ここでは電流は大であるがビーム径も大きいため加工断面はなだらかな曲面になり、観察には適さない。そこで、次にBモードのイオンビームで断面部分を走査し、断面をより急峻に加工する。さらに、Cモードのイオンビームにより仕上げの加工により観察するべき断面が完成する。図2では、観察断面に電極断面やプラグ断面が露出していることがわかる。また、TEM(透過電子顕微鏡)用観察用の薄膜の場合にも、断面両側から同様に加工することになる。ここでBモードやCモードのイオンビームは電流が小さいため電流に反比例した長い時間を要してしまい、観察までの時間が長く、短時間での断面観察は実現されていなかった。 First, a rectangular hole is formed by scanning in a rectangle using an A-mode ion beam. However, since the current is large but the beam diameter is large here, the processed cross section becomes a gentle curved surface, which is not suitable for observation. Then, the cross section is scanned with a B-mode ion beam, and the cross section is processed more sharply. Further, a cross section to be observed is completed by finishing with a C-mode ion beam. In FIG. 2, it can be seen that the electrode cross section and the plug cross section are exposed in the observation cross section. In the case of a thin film for TEM (transmission electron microscope) observation, the same processing is performed from both sides of the cross section. Here, since the B-mode or C-mode ion beam has a small current, it takes a long time inversely proportional to the current, and the time until observation is long, so that cross-sectional observation in a short time has not been realized.
また、シリコンウェーハをガリウムで汚染させることを避け、断面観察後のシリコンウェーハをプロセスラインに戻すためには、イオンを不活性ガスや酸素などの非汚染イオン種にする。この場合、イオン源を液体金属イオン源に換えてプラズマイオン源を採用するが、イオン源輝度が少なくとも2桁から3桁低くなる。このとき断面を仕上げるためにビーム径0.1μmにすると得られる電流はせいぜい数pAになり、断面加工のためには1時間以上要することになる。このため非汚染イオン種によるデバイス特定箇所の垂直断面観察は実現されていなかった。 In order to avoid contamination of the silicon wafer with gallium and to return the silicon wafer after cross-sectional observation to the process line, ions are made into non-contaminating ion species such as inert gas and oxygen. In this case, a plasma ion source is adopted by replacing the ion source with a liquid metal ion source, but the ion source luminance is lowered by at least 2 to 3 digits. At this time, if the beam diameter is 0.1 μm for finishing the cross section, the current obtained is several pA at most, and it takes 1 hour or more for the cross section processing. For this reason, the vertical cross-section observation of the device specific location by the non-contaminating ion species has not been realized.
本発明の目的は、上述の問題点に鑑み、従来よりも加工時間を長くすることなくイオンビームによる試料の断面形成の加工精度を向上せしめ、試料を割断することなく微小試料を分離または分離準備する時間を短縮するイオンビーム加工技術を提供することにある。 In view of the above-described problems, the object of the present invention is to improve the processing accuracy of cross-section formation of a sample by an ion beam without lengthening the processing time as compared with the prior art, and to separate or prepare a micro sample without cleaving the sample. An object of the present invention is to provide an ion beam processing technique that shortens the time required for the operation.
本発明では、まず、加工時間を保ったまま加工精度を向上せしめるために、試料上のイオンビーム形状をステンシルマスクのような型を用いて、例えば、矩形に成型する。この時に、矩形の4辺のうち、直交2方向の2組の辺で、1組の辺の急峻さが、直交する他の辺の急峻さよりも小さくなるようにイオンビームを成形する。ここで、「急峻さ」とは、イオンビームのビーム強度が、最大領域からゼロに向かってどれだけの勾配で小さくなっているかを示す概念であり、定量的には、イオンビームプロファイルの裾の幅で表現される。そして、この急峻な辺を用いて断面加工および電子顕微鏡用試料用薄膜加工を実施する。なお、急峻さの制御手段およびイオンビームプロファイルについては、後述する実施例で説明する。 In the present invention, first, in order to improve the processing accuracy while maintaining the processing time, the ion beam shape on the sample is formed into, for example, a rectangle using a mold such as a stencil mask. At this time, the ion beam is shaped so that the steepness of one set of sides is smaller than the steepness of the other sides orthogonal to each other in two sets of sides in two orthogonal directions among the four sides of the rectangle. Here, “steepness” is a concept indicating how much the ion beam intensity decreases from the maximum region toward zero, and quantitatively, the ion beam profile has a tail. Expressed in width. Then, cross-section processing and thin film processing for a sample for an electron microscope are performed using the steep sides. The steepness control means and the ion beam profile will be described in an embodiment described later.
また、イオン源あるいはイオン照射系途中で発生した中性粒子を取り除くために、イオン源からイオンビームを引き出す軸と、イオンビームを試料に照射する軸を傾斜関係とする。また、イオン源の不純物イオンを取り除くためにイオン照射系に質量分離器を挿入する。しかし、この際にイオンビーム強度プロファイルの急峻性が特定の方向に劣化することが判明した。このため、本発明では、この特定の方向が断面加工や電子顕微鏡用試料用薄膜加工に影響しないように、イオンビーム引き出し軸に対するイオンビーム照射軸の傾斜方向、あるいは質量分離器の質量分散方向とステージの傾斜方向とを特徴付ける。その詳細については、後述する実施例で説明する。 Further, in order to remove neutral particles generated in the middle of the ion source or ion irradiation system, the axis for extracting the ion beam from the ion source and the axis for irradiating the sample with the ion beam are in an inclined relationship. In addition, a mass separator is inserted into the ion irradiation system in order to remove impurity ions from the ion source. However, it has been found that the steepness of the ion beam intensity profile deteriorates in a specific direction at this time. For this reason, in the present invention, in order that this specific direction does not affect the cross-section processing or the thin film processing for the sample for the electron microscope, the inclination direction of the ion beam irradiation axis with respect to the ion beam extraction axis or the mass dispersion direction of the mass separator Characterize the tilt direction of the stage. Details thereof will be described in an embodiment described later.
以上、本発明では、イオンビームを、その試料上のビームが、イオンビーム照射軸(イオンビーム光軸)を中心として、非対称(非軸対称、および照射軸を中心とする90度回転に対して非対称も含む)になるように成形する、あるいは制御することにより、課題を解決する。 As described above, according to the present invention, the ion beam is asymmetric (non-axisymmetric and 90 degrees rotation about the irradiation axis) with the beam on the sample centered on the ion beam irradiation axis (ion beam optical axis). The problem can be solved by molding or controlling it so that it also includes asymmetry.
本発明によれば、半導体デバイス等の歩留向上のために、従来よりも加工時間を長くすることなくイオンビームによる試料の断面形成の加工精度を向上せしめ、試料を割断することなく微小試料を分離または分離準備する時間を短縮するイオンビーム加工技術が実現できる。 According to the present invention, in order to improve the yield of semiconductor devices and the like, the processing accuracy of the cross-section formation of the sample by the ion beam is improved without increasing the processing time as compared with the conventional method, and the micro sample can be obtained without cleaving the sample. An ion beam processing technique that shortens the time for separation or separation preparation can be realized.
以下、本発明の実施例について、図面を参照して詳述する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
(実施例1)
本実施例では、イオン源をイオンビームカラムに対して傾けて配置し、かつステンシルマスクを用いてイオンビーム形状を成形した例について説明する。
Example 1
In the present embodiment, an example will be described in which the ion source is arranged to be inclined with respect to the ion beam column and the ion beam shape is formed using a stencil mask.
ここで、イオン源は不活性ガスや酸素、窒素などの気体元素のイオンビームを引き出すプラズマイオン源を用いるものとする。イオン源のイオン種として不活性ガスや酸素、窒素のような元素種を選べば、デバイスの電気的な特性に影響を与えないのでイオンビームで加工後に加工済みのウェーハをプロセスに戻しても不良を発生させるようなことは少ない。しかし、このようなインライン応用では、プラズマイオン源の中で金属の不純物が微量に生成され、これが試料まで到達した場合に稀に不良を発生させることがあるという課題が残る。これらの不純物の一つは金属イオンであり、他には金属の中性粒子である。また、中性粒子は、レンズや静電偏向器で制御できず、試料に広く照射される。また、ガス種のイオンの一部は、イオン源から放出された後にもガス分子との衝突により中性化する。この中性粒子が試料に照射された場合に所望の箇所以外も加工してしまい、試料が変質してしまうという問題もあった。 Here, a plasma ion source that extracts an ion beam of a gas element such as an inert gas, oxygen, or nitrogen is used as the ion source. If you select an element species such as inert gas, oxygen, or nitrogen as the ion source of the ion source, it will not affect the electrical characteristics of the device, so it will be defective even if you return the processed wafer to the process after processing with an ion beam There is little that generates. However, in such in-line applications, there remains a problem that a trace amount of metal impurities is generated in the plasma ion source, and this may rarely cause a defect when it reaches the sample. One of these impurities is a metal ion, and the other is a metal neutral particle. Further, neutral particles cannot be controlled by a lens or an electrostatic deflector, and are widely irradiated on a sample. In addition, some ions of the gas species are neutralized by collision with gas molecules even after being released from the ion source. When the neutral particles are irradiated onto the sample, there is also a problem that the sample other than the desired portion is processed and the sample is deteriorated.
そこで、本実施例では、まず、試料に中性粒子の不純物あるいはガス中性分子を試料に到達させないためイオン源からイオンビームを引き出す軸と、イオンビームを試料に照射する軸が傾斜関係にある構成とする。 Therefore, in this embodiment, first, the axis for extracting the ion beam from the ion source and the axis for irradiating the sample with the ion beam are in a tilted relationship so that the sample does not allow neutral impurities or gas neutral molecules to reach the sample. The configuration.
また、発生できるプラズマイオン源の輝度は、一般に、Ga等の液体金属イオン源に比べて少なくとも2桁から3桁低くなる。そこで、本実施例では、イオンビーム照射系の途中に、所定形状の開口を持つステンシルマスクを挿入し、開口の形状を試料上に投影した成型ビームを用いる構成とする。 Further, the luminance of the plasma ion source that can be generated is generally at least two to three orders of magnitude lower than that of a liquid metal ion source such as Ga. Therefore, in this embodiment, a stencil mask having an opening with a predetermined shape is inserted in the middle of the ion beam irradiation system, and a shaped beam in which the shape of the opening is projected onto the sample is used.
さらに、本実施例では、ビームプロファイルの裾の形状を直交2方向に対して非対称にする構成とする。このようにすることにより、ビームプロファイルの裾の形状を直交2方向に対して対称とする場合よりもイオンビーム電流を増大させることができて、加工時間を短縮することが可能になる。 Furthermore, in this embodiment, the shape of the bottom of the beam profile is asymmetric with respect to the two orthogonal directions. By doing so, the ion beam current can be increased and the processing time can be shortened as compared with the case where the shape of the bottom of the beam profile is symmetric with respect to the two orthogonal directions.
図1に、本発明の第1の実施例に係るイオンビーム加工装置の構成を示す。 FIG. 1 shows the configuration of an ion beam processing apparatus according to the first embodiment of the present invention.
本イオンビーム加工装置は、アルゴン、ネオン、キセノン、クリプトン、酸素、窒素等のガスイオンを放出するデュオプラズマトロン1、イオンビーム偏向器20、イオン源アパーチャ26、コンデンサレンズ2、対物レンズ3、イオンビーム走査偏向器4、ステンシルマスク5、及びこれらを格納するイオンビームカラム用の鏡筒21などから構成されるイオンビーム照射光学系が配置されている。また、本装置には、電子銃7、電子銃7から放出する電子ビーム8を集束する電子レンズ9、電子ビーム走査偏向器10及びそれらを格納する電子ビームカラム鏡体(SEMカラム鏡体)22等で構成される電子ビーム照射光学系を備えている。
This ion beam processing apparatus includes a duoplasmatron 1 that emits gas ions such as argon, neon, xenon, krypton, oxygen, and nitrogen, an
イオンビームカラム鏡体21およびSEMカラム鏡体22の下部には、真空試料室23が配置されており、真空試料室内23には、試料11を載置する第1の試料ステージ15、二次粒子検出器12、デポガス源18などが格納されている。また、本装置には、第1試料ステージ上の試料からイオンビーム加工を用いて摘出した試料片を搬送するためのプローブ15と、プローブを駆動するマニュピレータ16、微小試料片303を載せる第2の試料ステージ24を備える。なお、イオンビームカラム鏡筒21内部も真空に維持されているのは言うまでもない。ここで、本装置では、イオンビーム6の試料照射点および電子ビーム8の試料照射点は各々試料載置面の中心からは外れた位置にあり、各々別の位置に存在する。すなわち、イオンビーム照射軸301と電子ビーム照射軸302は交わることは無い。
A
本装置を制御する装置として、デュオプラズマトロン制御装置91、イオンビーム偏向制御装置92、イオン源アパーチャ制御装置93、レンズ制御装置94、ステンシルマスク制御装置95、イオンビーム走査偏向器制御装置96、第1の試料ステージ制御装置14、第2の試料ステージ制御装置25、マニピュレータ制御装置17、デポガス源制御装置19、二次電子検出器制御装置27、28、電子ビーム照射系制御装置97および、計算処理装置98などが配置されている。ここで、計算処理装置98は、二次粒子検出器12の検出信号をもとに生成された画像や、情報入力手段によって入力した情報などを表示するディスプレイを備える。
As devices for controlling this device, a
ここで、第1試料ステージ13は、試料載置面内の直行2方向への直線移動機構、試料載置面に垂直方向への直線移動機構、および試料載置面内回転機構を備え、これらの制御は計算処理装置98からの指令によって第1の試料ステージ制御装置14で行われる。また、第2試料ステージ24は、傾斜軸周りに回転することによりイオンビームの試料片への照射角度を可変できる傾斜機能を持ち、この制御は計算処理装置98からの指令によって第2試料ステージ制御装置25で行われる。また、この第2試料ステージ24は第1の試料ステー13上に配置されているため、第1の試料載置面内の直行2方向への直線移動、試料載置面に垂直方向への直線移動、および試料載置面内回転は、第1の試料ステージ13を移動・回転させることによって可能になる。
Here, the
なお、図1では判りにくいが、本装置のデュオプラズマトロン1は、イオンビームカラムの鏡筒21に対して傾けて配置されている。詳しくは後述するが、図1のY方向に傾斜しており、イオン源からイオンビームを引き出す方向と、イオンビームの照射軸とは傾斜関係にある。
Although it is difficult to understand in FIG. 1, the duoplasmatron 1 of this apparatus is arranged to be inclined with respect to the
次に、本装置の動作について述べる。まず、アルゴンボンベからの配管途中に存在するガスバルブを開けることによりアルゴンガスをデュオプラズマトロン1に導入し、ガス放電によるプラズマを生成する。そこでデュオプラズマトロン1からイオンビームを引き出す。ここでイオンビームを引き出す軸とイオンビームを試料に照射する軸301が傾斜しているので、イオンビーム偏向器20によってイオンビーム6の行路を屈折させる。イオン源で発生した中性粒子は、イオンビーム偏向器20による偏向作用を受けないので、そのまま直進する。デュオプラズマトロン1とイオンビーム偏向器20の動作は、計算処理装置98からの指令によりデュオプラズマトロン制御装置91、イオンビーム偏向制御装置97等、或いは計算処理装置98により制御される。そして、このイオンビームをコンデンサレンズ2により対物レンズ中心近傍に集束させる。すなわち、コンデンサレンズ2の電極に印加する電圧を、この条件を満たすように予め計算によって求めておいた値に計算処理装置で設定する。そしてイオンビームは矩形の穴を有するステンシルマスクを通過する。対物レンズ3はステンシルマスク5を試料の上に投影する条件で制御する。ここでも対物レンズ3の電極に印加する電圧を、上記条件を満たすように予め計算によって求めておいた値に計算処理装置98で設定する。このようにすると、試料上には矩形の成型イオンビームが照射される。この成型イオンビームを照射し続けると試料に矩形の穴が形成される。
Next, the operation of this apparatus will be described. First, an argon gas is introduced into the duoplasmatron 1 by opening a gas valve existing in the middle of piping from an argon cylinder, and plasma by gas discharge is generated. Therefore, the ion beam is extracted from the duoplasmatron 1. Here, since the axis for extracting the ion beam and the
ここで、中性粒子は、イオンビーム照射系のアパーチャなどに衝突する。衝突した際にスパッタ現象により二次粒子を発生させる場合がある。衝突した部材が金属の場合に、これが試料まで到達すると、試料が汚染されることになる。したがって、本装置では、中性粒子が衝突するアパーチャなどの部材を、試料に対して電気的に影響の少ない元素、例えば、シリコンで構成する。また、イオンビームが照射される、アパーチャやマスクも同様に対処する。これにより、試料を金属スパッタ粒子で汚染する懸念が無くなる。すなわち、デバイス製造プロセスにおいて歩留まりを向上できるという効果を得ることができる。 Here, the neutral particles collide with the aperture of the ion beam irradiation system. When colliding, secondary particles may be generated due to sputtering. When the colliding member is a metal and reaches the sample, the sample is contaminated. Therefore, in this apparatus, a member such as an aperture with which neutral particles collide is made of an element that has little electrical influence on the sample, for example, silicon. Also, apertures and masks irradiated with ion beams are dealt with in the same manner. This eliminates the concern of contaminating the sample with metal sputtered particles. That is, the effect that the yield can be improved in the device manufacturing process can be obtained.
次に、電子ビーム照射系の動作手順について説明する。電子銃7から放出される電子ビーム8を電子レンズ9により集束して試料11に照射する。このとき電子ビーム8を電子ビーム走査偏向器10により走査しながら試料断面に照射し、試料断面から放出される二次電子を二次粒子検出器12で検出して、その強度を画像の輝度に変換すれば試料を観察することができる。この電子ビームによる試料観察機能によれば試料上に形成された回路パターンの欠陥や異物など異常箇所を観察することが可能である。特に、本装置では、試料に対して垂直方向から電子ビームを照射する構造であるため穴径に対する深さの比の大きい穴の中に関する異常についても情報を得るのに好適である。
Next, the operation procedure of the electron beam irradiation system will be described. An electron beam 8 emitted from the electron gun 7 is focused by an
本装置では、電子ビームによる観察機能は、試料の欠陥や異物の断面を観察することや、電子顕微鏡用薄膜試料の断面を観察して、加工終点を把握することなどにも用いる。 In this apparatus, the observation function using an electron beam is also used for observing a cross section of a sample defect or foreign material, observing a cross section of a thin film sample for an electron microscope, and grasping a processing end point.
また、本装置では、イオンビームの試料照射点および電子ビーム試料照射点は各々試料載置面の中心からは外れた位置にあり、各々別の位置に存在する。このため各々の対物レンズが空間的に干渉することが無く試料近傍に配置することができるため、各々の対物レンズの仕事距離を短くできる。すなわちイオンビームおよび電子ビームの微細化あるいは大電流性能に優れると言う特徴を有する。 Further, in this apparatus, the sample irradiation point of the ion beam and the electron beam sample irradiation point are located at positions away from the center of the sample mounting surface, and exist at different positions. For this reason, each objective lens can be disposed in the vicinity of the sample without causing spatial interference, so that the work distance of each objective lens can be shortened. That is, the ion beam and electron beam are excellent in miniaturization or high current performance.
次に、成型イオンビームを用いて第1のステージ13上の試料から微小試料片を摘出する手順について、図3Aおよび図3Bを用いて説明する。図3Aおよび図3Bの左側図が試料上方から見た上面図、図3Aおよび図3Bの右側図が試料側方から見た側面図である。本装置では、ミクロンメートルサイズの成型イオンビームを用いるため、加工位置のマーキングをイオンビームで行うことは必ずしも適切で無い。そこで本装置ではナノメートルサイズの電子ビームを用いて行う。なお、ここでの微小試料片摘出の手順の説明においては、イオン源アパーチャは大口径の穴を選択して、実質イオンビームの制限を行わず、イオン源アパーチャが存在しない時と同様な条件で行う。イオン源アパーチャの効果については後述する。
Next, a procedure for extracting a small sample piece from a sample on the
まず、微小試料片を摘出する領域が電子ビーム照射可能になるように第1の試料ステージ13を移動する。図3Aの(a)では、デポジションガスを供給しながら電子ビーム8を照射して、デポジション膜を形成することにより観察断面を指示する両端マーク130を2個作製する。すなわち、計算処理装置98のディスプレイの画面で、試料の画像を観察しながら観察位置をマークで特定するのである。このようにミクロンメートルサイズ成型イオンビームによる加工装置でありながら電子ビームとの連携によりナノメートルオーダのマーキングが可能になった。
First, the
次に、マーク近傍に第1の成型イオンビーム131が照射可能にように第1のステージ13を移動する。ここで、ステンシルマスクを、図4の(a)に示す形状の穴に切り替える。この時には電流が約200nA得られる。そこで、図3Aの(b)に示すように、2個のマークをその内側に含むように第1の成型イオンビーム6を照射し、深さ約15μmの第1の成型穴132を設ける。次に、ステンシルマスク5を、図4の(b)に示す円形の穴に切り替える。この時には、このビームの断面はほぼ円形になる。ただし、試料上ではイオンビーム133が試料に対して傾斜しているため楕円形となるが、これを走査すれば試料を観察することが可能である。なお、切り替え動作は、装置ユーザが、情報入力手段を介して切替え命令を入力するか、或いは、計算制御装置98がマスク制御機構へ切替えの制御信号を送信することにより実行される。
Next, the
次に、図3Aの(c)に示すように、試料表面に対する垂直軸を回転軸として、第1の試料ステージ制御装置14により試料を約180度回転させる。ここで、楕円形のイオンビームの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、最初に形成した穴を認識する。ここで、図3Aの(d)に示すように、イオンビーム133を照射して得られる二次電子像を観察しながら、マニピュレータ制御装置によりプローブ15の位置を移動して、摘出すべき試料の端部に移送手段先端のプローブを接触させる。そして、摘出すべき試料にプローブを固定するために、プローブ先端を含む領域に、デポジション用ガスを流出させつつイオンビームを走査させる。このようにしてイオンビーム照射領域にデポ膜134が形成され、プローブと摘出すべき試料とは接続される。
Next, as shown in (c) of FIG. 3A, the sample is rotated about 180 degrees by the first
次に、ステンシルマスク5を、図4の(c)に示す形状の穴に切り替える。この時には電流が約80nA得られる。なお、この第2の成型ビーム135の試料照射位置も円形のビームによって設定できるように予め調整しておく。そこで、図3Bの(e)に示すように、楕円形のビームの照射によって得られた試料形状情報によりイオンビーム制御装置によってイオンビーム照射位置を制御し、第1の成型ビームと合せ2個のマークをその内側に含むように第2の成型イオンビーム135を照射し、深さ約15μmの第2の成型穴136を設ける。この成型穴Bは、先に第1の成型イオンビームによって形成した成型穴Aと交わる。
Next, the
図3A(a)から図3B(e)の工程によってマークを含み、三角形断面のクサビ型微小試料片137がプローブに保持されている状態になる。次に、ステンシルマスクを、図4の(b)に示す円形の穴に切り替える。ここで、図3Bの(f)に示すように、イオンビームを照射して得られる二次電子像を観察しながら、マニピュレータ制御装置によりプローブ位置を移動してプローブの先端に接続されて摘出した微小試料片を第2の試料ステージ24上の試料ホルダ140に移動させる。図3Bの(g)では、デポジションガスを導入しつつ微小試料と試料ホルダと接触部にイオンビームを照射する。ここでイオンビーム照射領域にデポ膜138が形成され、微小試料片137は試料ホルダ140に接続できる。次に、図3Bの(h)では、プローブ15と微小試料片を接続しているデポ膜にイオンビームを照射してスパッタ除去することで、プローブを微小試料片137から分離する。
3A (a) to 3B (e), the wedge-shaped
本実施例のイオンビーム装置の特徴は、イオンビームカラムが試料に対して傾斜して配置した構造にある。この構造の場合、イオンビームで微小試料を摘出する場合に、試料ステージを傾斜することなく、ステージを回転させることによって実現できるというという効果を奏することができる。 The ion beam apparatus according to the present embodiment is characterized in that the ion beam column is arranged so as to be inclined with respect to the sample. In the case of this structure, when a minute sample is extracted with an ion beam, it is possible to achieve an effect that it can be realized by rotating the stage without tilting the sample stage.
次に、試料の断面観察および電子顕微鏡試料作製に係わる手順を説明する。この手順に係わり、まず、図5を用いて本装置の特徴から得られる効果について説明する。図5は、図1の装置の上面図(a)、正面図(b)、側面図(c)を示す。 Next, procedures related to sample cross-sectional observation and electron microscope sample preparation will be described. First, the effects obtained from the features of the present apparatus will be described with reference to FIG. FIG. 5 shows a top view (a), a front view (b), and a side view (c) of the apparatus of FIG.
図5(a)において、1001はデュオプラズマトロンを格納する鏡体、1002がデュオプラズマトロン下部に配置されたイオンビームカラム鏡体、1003が電子源を含む電子ビームカラム(SEMカラム)鏡体である。説明の便宜上、第1の試料ステージ13面内にX、Y軸、第1の試料ステージの法線方向にZ軸を、第1の試料ステージの中心に座標系の原点をとって考える。SEMカラム1003は、XY面に垂直に配置される。一方、図5(c)において、イオンビームカラム1002は、XZ面内に傾いて配置され、その傾斜角は、Z軸に対して略45度である。
In FIG. 5A,
また、図5(a)中の縦横量方向の一点鎖線1004は、第1試料ステージのX方向、Y方向の中心線であり、一点鎖線の交点は、大体、試料載置面の中心と一致する。既に述べたように、イオンビームの試料照射点および電子ビーム試料照射点は各々試料載置面の中心からは外れた位置にあり、各々別の位置に存在する。すなわち、イオンビーム照射軸1100と電子ビーム照射軸1102は交わることは無い。
Also, the alternate long and
図5の上面図(a)、正面図(b)、および側面図(c)から、デュオプラズマトロン1001がイオンビームカラム鏡体1002に対して傾いて配置されていることが判る。つまり、イオン源からイオンビームを引き出す軸1101と、イオンビーム6を試料11に照射する軸1100が傾斜関係にある構造である。さらに、本装置は、第1試料ステージ13上の試料11からイオンビーム加工を用いて摘出した微小試料片137を搬送するためのプローブ15と、微小試料片を載せる第2の試料ステージ24を備え、前記第2の試料ステージが傾斜軸周りに回転することによりイオンビームの微小試料片への照射角度を可変できる傾斜機能を持つ。
From the top view (a), the front view (b), and the side view (c) of FIG. 5, it can be seen that the
また、本装置では、イオンビーム照射軸に垂直な面に、前記デュオプラズマトロン1001からイオンビームを引き出す軸を投影した線分が、前記第2の試料ステージ24の傾斜軸を前期イオンビーム照射軸に垂直な面に投影した線分と少なくとも概平行関係とできることが特徴となっている。あるいは、イオンビーム照射軸に垂直な面に、前記デュオプラズマトロン1001からイオンビームを引き出す軸1101を投影した線分が、前記第1の試料ステージ13の試料載置面に略平行関係であることが特徴となっている。
Further, in this apparatus, a line segment obtained by projecting an axis for extracting the ion beam from the
これについては、図6を用いてさらに説明する。まず、図5(b)において、X軸およびZ軸を、Y軸を回転軸にして45度回転したX´(ダッシュ)、Z´(ダッシュ)軸を定義する。Y軸は同じである。すなわち、イオンビーム照射軸に垂直な面はX´(ダッシュ)Y面とし、イオンビーム照射軸をZ´(ダッシュ)軸と定義する。ここで、図6(a)は、YZ´(ダッシュ)面のイオンビーム照射軸1100とイオン引き出し軸1101の関係を示しており、両軸の傾斜関係が明瞭にわかる。また、図6(b)は、イオンビーム照射軸に垂直な面、すなわちX´(ダッシュ)Y面である。この図6(b)で線分1104は、X´(ダッシュ)Y面に、前記デュオプラズマトロン1001からイオンビームを引き出す軸1101を投影した線分であり、線分1105は、同じくイオンビーム照射軸に垂直な面に、第2の試料ステージ24の傾斜軸を前記イオンビーム照射軸に垂直な面に投影した線分である。両線分ともY軸に略平行であることがわかる。あるいは、イオンビーム照射軸に垂直な面に、前記デュオプラズマトロン1001からイオンビームを引き出す軸1101を投影した線分はY軸と略平行であることから、第1の試料ステージ13の試料載置面とは平行関係であることがわかる。逆に、Y軸に平行でない線分は第1の試料ステージ13の試料載置面と交差する関係である。
This will be further described with reference to FIG. First, in FIG. 5B, the X ′ axis and the Z axis are defined as X ′ (dash) and Z ′ (dash) axes rotated 45 degrees with the Y axis as the rotation axis. The Y axis is the same. That is, the plane perpendicular to the ion beam irradiation axis is defined as the X ′ (dash) Y plane, and the ion beam irradiation axis is defined as the Z ′ (dash) axis. Here, FIG. 6A shows the relationship between the ion
イオン源がイオンビームカラムに対して傾いているような構造では、イオン源で発生した中性粒子はイオン引き出し方向に沿って飛行し、途中で固定アパーチャ等によって遮られ試料まで到達することは無く、試料を中性粒子不純物で汚染することないためデバイス製造の歩留まりを低下させない。しかし、イオン源から引き出されたイオンビームをイオンビームカラムの方向に屈折させることにより、投射ビームの強度プロファイルの裾の幅が拡大し、急峻な断面を形成するのに妨げになることが判明した。これはイオンが持っているエネルギがイオン毎にばらつくことに起因している。イオンビームをイオンビーム偏向器で偏向する際、エネルギ差により偏向方向にイオンビーム軌道に広がりが出てしまうのである。この影響は成型イオンビームにも及ぼし、イオンビーム偏向器でイオンビームを屈折させる方向、すなわち、図のY方向に裾の幅が拡大する。つまり、図6(b)の線分1104の方向に裾の幅が拡大することがわかった。従って、実際に試料へ照射される成型イオンビームには、線分1106の向き(図6のX´(ダッシュ)方向)急峻な加工エッジが形成され、線分1104の向き(図6のY方向)に対しては鈍った加工エッジが形成される。当然、急峻なエッジで形成した部分の方が加工精度は良く、加工断面も良好であるので、急峻なエッジが断面に接すように加工する。 In a structure in which the ion source is tilted with respect to the ion beam column, neutral particles generated in the ion source fly along the ion extraction direction and do not reach the sample by being blocked by a fixed aperture on the way. Since the sample is not contaminated with neutral particle impurities, the device manufacturing yield is not lowered. However, it has been found that refracting the ion beam extracted from the ion source toward the ion beam column increases the width of the bottom of the intensity profile of the projection beam and hinders the formation of a steep cross section. . This is due to the fact that the energy of ions varies from ion to ion. When the ion beam is deflected by the ion beam deflector, the ion beam trajectory expands in the deflection direction due to the energy difference. This influence also affects the shaped ion beam, and the width of the skirt increases in the direction in which the ion beam is refracted by the ion beam deflector, that is, in the Y direction in the figure. That is, it was found that the width of the skirt increases in the direction of the line segment 1104 in FIG. Accordingly, a steep processing edge is formed in the direction of the line segment 1106 (X ′ (dash) direction in FIG. 6) in the shaped ion beam actually irradiated to the sample, and the direction of the line segment 1104 (Y direction in FIG. 6). A dull machining edge is formed. Naturally, the portion formed with the steep edge has better processing accuracy and better processing cross section, so that processing is performed so that the steep edge is in contact with the cross section.
この急峻なエッジを利用して試料の断面観察する手順について説明する。図7(a)に示すように、上記のように摘出した微小試料片137を試料ホルダ140に載せた状態で、第2の試料ステージ24を約45度傾斜させ、試料の垂直断面に略平行にイオンビーム6が照射されるようにする。ここで、試料の断面に成型イオンビーム6を照射して断面を試料表面に垂直に近づくように仕上げる。ここで、図7(a)のX´(ダッシュ)方向には上記で述べたように急峻な加工エッジが形成される。次に第1の試料ステージ13をXY方向に移動させて、図7(b)に示すように試料片の断面に電子ビーム8が照射されるようにすると、断面を電子ビーム8で観察することができる。
A procedure for observing the cross section of the sample using this steep edge will be described. As shown in FIG. 7A, the
なお、図8に、この時の第1の試料ステージ13の移動を示す。第2の試料ステージ24に載った微小試料片137にイオンビームと電子ビームが交互に照射される様子がわかる。以上により、成型イオンビームによる試料断面の急峻な加工が可能になった。すなわち半導体回路パターンの欠陥や異物など異常箇所の断面を形成すれば、欠陥や異物などの断面を電子ビーム8で観察することができ、その発生原因を解析できることになる。
FIG. 8 shows the movement of the
次に、成型イオンビームによる断面加工をする際のイオン源アパーチャを使った制御手法について説明する。図9には、本実施例で使用する非軸対称開口を備えたイオン源アパーチャ26の一例を示す。イオン源アパーチャ26は、複数の種類の形状の開口が設けられており、加工方法に応じて使用する開口を切り替える。切り替えの際に便利なように、アパーチャ端部には、開口毎に切り欠きが設けられている。図1では図示を省略しているが、本実施例の加工装置には、イオン源アパーチャの送り機構が備えられており、切り欠きによって開口を選択する。図中の一点鎖線は、それぞれX´(ダッシュ)方向、Y方向の中心軸であり、その交点が開口の中心軸を形成する。イオンビームがアパーチャを通過する際には、ビームの中心はおおよそこの軸上を通過する。ここで、非軸対称な形状とは、円以外の開口形状一般をさすが、本実施例では正方形も除いた形状とする。開口形状が正方形の場合には、ビームの裾の幅が、X´(ダッシュ)方向、Y方向の2方向に対して同じになるためである。
Next, a control method using an ion source aperture when processing a cross section with a shaped ion beam will be described. FIG. 9 shows an example of an
本実施例においては、図9のイオン源アパーチャは、加工装置内で、開口の長軸方向を図5(b)のX´(ダッシュ)方向に、開口の短軸方向を図5(b)のY方向に、それぞれ一致させて配置されている。このように、Y方向に、イオン源アパーチャの開口の長軸すなわち長方形の長辺あるいは楕円の長径を合わせる設定にすると、対物レンズを通過するイオンビームのX´(ダッシュ)方向の広がりは、Y方向の広がりに比べて小さくなり、対物レンズの収差の影響は小さくなる。よって、X方向のビームプロファイルの裾の形状が、Y方向のそれに比べ急峻になり、結果的に成型ビームによって加工された穴の端面形状もX´(ダッシュ)方向でY方向に比べ急峻になる。また、イオンビーム電流は、X´(ダッシュ)、Y方向とも急峻なプロファイルになるように制御した場合に比べて大きくなる。特に、ステンシルマスクの矩形穴端の一辺が照射軸と重なるようにステンシルマスク位置を調整すると、ビームの裾の幅をより小さく制御することができる。これはイオンビーム照射軸上ではレンズの収差が最小になるためである。 In the present embodiment, the ion source aperture of FIG. 9 has a major axis direction of the opening in the X ′ (dash) direction of FIG. 5B and a minor axis direction of the opening of FIG. Are arranged so as to coincide with each other in the Y direction. Thus, when the major axis of the aperture of the ion source aperture, that is, the long side of the rectangle or the major axis of the ellipse is set in the Y direction, the spread of the ion beam passing through the objective lens in the X ′ (dash) direction is Y Compared to the spread of the direction, the effect of the aberration of the objective lens is reduced. Therefore, the shape of the bottom of the beam profile in the X direction is steeper than that in the Y direction, and as a result, the end face shape of the hole processed by the shaped beam is also steeper in the X ′ (dash) direction than in the Y direction. . In addition, the ion beam current is larger than that in the case where control is performed so that both the X ′ (dash) and Y directions have steep profiles. In particular, if the stencil mask position is adjusted so that one side of the rectangular hole end of the stencil mask overlaps the irradiation axis, the width of the hem of the beam can be controlled to be smaller. This is because the aberration of the lens is minimized on the ion beam irradiation axis.
図10には、イオン源アパーチャ26と、ステンシルマスク5の選択により得られる成型ビーム形状とビームプロファイルを示す。なお、選択した開口は、図中では矢印で指示してある。図10(a)は、長方形の開口のイオン源アパーチャと長方形の開口のステンシルマスクを選択した場合である。成型ビームはY方向に長くかつ、X´(ダッシュ)方向に急峻な強度プロファイルを持つ。
FIG. 10 shows a shaped beam shape and a beam profile obtained by selecting the
図10(b)は、長方形の開口のイオン源アパーチャと正方形の開口のステンシルマスクを選択した場合である。成型ビームは正方形であるが、図10(a)と同様にX´(ダッシュ)方向に急峻な強度プロファイルを持つ。このようにイオン源アパーチャを選択することにより、成型イオンビーム形状とは独立に強度プロファイルの裾を制御可能となる。すなわち、加工領域の設定と、加工精度の設定を独立して行うことができる。 FIG. 10B shows a case where an ion source aperture having a rectangular opening and a stencil mask having a square opening are selected. The shaped beam is square, but has a steep intensity profile in the X ′ (dash) direction as in FIG. By selecting the ion source aperture in this way, the tail of the intensity profile can be controlled independently of the shape of the shaped ion beam. That is, the setting of the machining area and the setting of the machining accuracy can be performed independently.
試料ホルダ上の試料の断面加工する際は、X´(ダッシュ)方向に急峻な強度プロファイルを持つため、急峻な断面加工が実現できるのであり、第2の試料ステージ24の傾斜方向と特徴付けられている。あるいは、第1の試料ステージの試料載置面と特徴付けられている。すなわち、イオンビーム照射軸に垂直面X´(ダッシュ)Y面に第2ステージ傾斜軸を投影した方向はY方向であり、YよりもX´(ダッシュ)方向にイオンビームが急峻な強度プロファイルを持つようにイオン源アパーチャの非対称性を設定する。すなわち、本装置はイオン源アパーチャの穴形状の長軸方向を、第2の試料ステージの傾斜軸を投影した方向ここではY方向に平行とすることが可能な構造である。あるいは、本装置はイオン源アパーチャの穴形状の長軸方向を、第1の試料ステージの試料載置面と平行方向ここではY方向に平行とする構造である。
When processing the cross section of the sample on the sample holder, since it has a steep intensity profile in the X ′ (dash) direction, it is possible to realize a steep cross section processing, which is characterized as the tilt direction of the
言い換えると、本装置では、試料上に投射した角型のイオンビームの強度プロファイルの裾の幅について、第2の試料ステージ面上にステージ傾斜軸を投影した方向に垂直な方向の強度プロファイル断面の裾幅を、第2の試料ステージ面上にステージ傾斜軸を投影した方向に平行な方向の強度プロファイル断面の裾幅に比べて小なるように制御する。 In other words, in this apparatus, the width of the bottom of the intensity profile of the square ion beam projected onto the sample is the intensity profile cross section in the direction perpendicular to the direction in which the stage tilt axis is projected onto the second sample stage surface. The skirt width is controlled to be smaller than the skirt width of the intensity profile cross section in the direction parallel to the direction in which the stage tilt axis is projected onto the second sample stage surface.
以上のように構成することにより、観察に必要な面のみ急峻に加工するため、加工のスループットが向上するという効果を奏することができる。 With the configuration as described above, only the surface necessary for observation is sharply processed, so that the processing throughput can be improved.
また,本装置では,イオン源アパーチャをコンデンサレンズおよび対物レンズを使って試料に投影しても良い。すなわち,イオン源アパーチャの開口の形に加工することができる。この場合には,コンデンサレンズと対物レンスの2つのレンズによって投影倍率を可変できるため所望の大きさの加工が可能になるという効果を奏する。さらに,イオン源とイオン源アパーチャの間にコンデンサレンズと同等のレンズを挿入すれば,同レンズ条件を変えることによって試料に照射する成型ビームのビームプロファイルを制御可能となる。 In this apparatus, the ion source aperture may be projected onto the sample using a condenser lens and an objective lens. That is, it can be processed into the shape of the opening of the ion source aperture. In this case, since the projection magnification can be varied by the two lenses of the condenser lens and the objective lens, there is an effect that processing of a desired size becomes possible. Furthermore, if a lens equivalent to a condenser lens is inserted between the ion source and the ion source aperture, the beam profile of the shaped beam irradiated on the sample can be controlled by changing the lens condition.
なお、本例では断面観察をする際に第2の試料ステージは駆動させることが無い。このため、さらに断面方向に奥の断面を観察するため、第1のステージを移動させてイオンビームが照射される位置に戻せば、ほぼもとの断面に平行な断面をすることが可能になる。ここで断面位置は成型イオンビームを少なくとも断面に垂直方向に走査することによって得られる二次電子強度変化から判定することができ、追加加工でイオンビームの照射位置を設定することが可能になる。 In this example, the second sample stage is not driven when the cross section is observed. For this reason, in order to further observe the back cross-section in the cross-sectional direction, if the first stage is moved back to the position where the ion beam is irradiated, a cross-section substantially parallel to the original cross-section can be made. . Here, the cross-sectional position can be determined from a change in secondary electron intensity obtained by scanning the shaped ion beam at least in the direction perpendicular to the cross-section, and the ion beam irradiation position can be set by additional processing.
また、第2のステージの傾斜機能を使い、断面を電子ビームに垂直方向に向ければ、断面を垂直方向から詳細に観察することが可能になる。垂直方向から電子ビームを照射するため、傾斜方向の電子ビームの通過による分解能の劣化が無く45度観察に比べて分解能良く観察ができるという効果を奏する。ただし、この場合には、傾斜角度をもとの略45度に戻しても傾斜角度を高精度に制御することが難しいため、もとの断面に平行にイオンビームを照射することは困難になる。言い換えれば、本装置の構造であるからこそステージの傾斜移動が無くても断面加工と観察が繰り返すことができると言える。 Further, when the tilt function of the second stage is used and the cross section is oriented in the direction perpendicular to the electron beam, the cross section can be observed in detail from the vertical direction. Since the electron beam is irradiated from the vertical direction, there is no deterioration in resolution due to the passage of the electron beam in the tilt direction, and an effect is achieved that the observation can be performed with a higher resolution than the 45-degree observation. However, in this case, since it is difficult to control the tilt angle with high accuracy even if the tilt angle is returned to about 45 degrees, it is difficult to irradiate the ion beam parallel to the original cross section. . In other words, because of the structure of this apparatus, it can be said that the cross-section processing and observation can be repeated even if there is no tilt movement of the stage.
すなわち、本装置では、イオンビームによる断面切削加工と電子ビームによる観察、これを繰り返せば試料中の3次元情報を得ることができ、2次元の複数の観察像を用いて3次元像を構築することも可能である。 That is, in this apparatus, cross-section cutting with an ion beam and observation with an electron beam can be repeated to obtain three-dimensional information in the sample, and a three-dimensional image is constructed using a plurality of two-dimensional observation images. It is also possible.
なお、本装置では、垂直方向からSEM観察が可能なようにSEMカラムを配置したが、SEMカラムの配置は、必ずしも垂直である必要は無く、微小試料の断面が観察できる方向であれば良い。 In this apparatus, the SEM column is arranged so that the SEM observation can be performed from the vertical direction. However, the arrangement of the SEM column is not necessarily vertical, and may be any direction as long as the cross section of the minute sample can be observed.
次に、電子顕微鏡用試料で薄膜加工の手順について説明する。図4に示した3種類のステンシルマスク穴を用いて薄膜加工を行う。すなわち粗加工、中加工、仕上げ加工の順にビーム電流が小さくなるように、矩形のマスクを順次切り替える。また、イオン源アパーチャについては上記断面加工の場合と同じようにイオンビーム照射軸に垂直な面のX´(ダッシュ)Y面に第2ステージ傾斜軸を投影した方向はY´(ダッシュ)方向であり、YよりもX´(ダッシュ)方向にイオンビームが急峻な強度プロファイルを持つようにイオン源アパーチャの非対称性を設定する。さらに粗加工、中加工、仕上げ加工の順に、順次ビームプロファイルの急峻性が鋭くなるように切り替えて用いる。これにより薄膜断面に対して急峻な加工が可能になる。 Next, the thin film processing procedure using the electron microscope sample will be described. Thin film processing is performed using the three types of stencil mask holes shown in FIG. That is, the rectangular masks are sequentially switched so that the beam current decreases in the order of rough machining, intermediate machining, and finishing machining. As for the ion source aperture, the direction in which the second stage tilt axis is projected onto the X ′ (dash) Y plane of the plane perpendicular to the ion beam irradiation axis is the Y ′ (dash) direction as in the case of the cross-section processing. Yes, the asymmetry of the ion source aperture is set so that the ion beam has a steeper intensity profile in the X ′ (dash) direction than Y. Further, the beam profile is switched so that the steepness of the beam profile becomes sharper in the order of roughing, intermediate machining, and finishing. This makes it possible to sharpen the thin film cross section.
また、加工を施した際に、試料表面の方が深い位置に比べて薄く加工される場合がある。この時には、試料ステージを水平からの傾斜角度を45度よりも小さくして上面の加工を行い、水平からの傾斜角度を45度よりも大きくして下面の加工を行えば、より平行な薄膜に近づけることも可能である。 In addition, when processing is performed, the sample surface may be processed thinner than a deeper position. At this time, if the sample stage is processed at the upper surface with an inclination angle of less than 45 degrees from the horizontal, and the lower surface is processed with an inclination angle from the horizontal of more than 45 degrees, a more parallel thin film is formed. It is also possible to approach.
最終的に、観察領域を厚さが100nm以下程度のウォールになるように薄く仕上げ加工を施して電子顕微鏡試料とする。上述の加工の結果、TEM観察領域ができあがる。このようにすると従来に比べて高速に薄膜加工ができることになる。なお、以上では操作者が計算処理装置の入力装置を使って装置を制御している例を説明したが、計算処理装置にメモリなどの記憶手段を設けて、全ての工程の制御条件を制御シーケンスとして格納しておくことにより、全自動でサンプリングを行うことも可能である。 Finally, the observation region is thinly finished so as to be a wall having a thickness of about 100 nm or less to obtain an electron microscope sample. As a result of the above processing, a TEM observation region is completed. In this way, thin film processing can be performed at a higher speed than in the prior art. In addition, although the example which the operator controlled the apparatus using the input device of the calculation processing apparatus was demonstrated above, the memory | storage means, such as a memory, were provided in the calculation processing apparatus, and the control sequence of the control conditions of all the processes was carried out. By storing as, sampling can be performed fully automatically.
以上のように薄膜加工を施した後、微小試料はTEMの試料室に導入される。TEM観察では欠陥や異物などの断面を、SEM観察に比べてより高分解能な観察することができ、観察結果から欠陥原因をより詳細に解析することができる。 After performing the thin film processing as described above, the micro sample is introduced into the sample chamber of the TEM. In TEM observation, cross sections such as defects and foreign substances can be observed with higher resolution than in SEM observation, and the cause of the defect can be analyzed in more detail from the observation results.
また、本実施例では、イオンビーム照射軸と電子ビーム照射軸が交差しない構造としたが、試料上で交差する構造としてもよい。この装置の構造を、図11の上面図(a)、正面図(b)、側面図(c)に示す。本装置では、イオンビーム照射軸を試料に垂直に投影した線分と、イオンビーム照射軸とを含む面内に電子ビーム照射軸を持つ。すなわち、図11の(a)に示すように、イオンビーム照射軸と電子ビーム照射軸は同一平面内に存在する。ここで、図11の(b)に示すように、イオンビーム照射軸は第1の試料ステージの試料載置面に対して45度傾斜しており、イオンビーム照射軸と電子ビーム照射軸とのなす角度は90度である。本装置では、図11の(b)、(c)に示すように、図1の装置に比べ、イオンビームで加工した断面を試料ステージ移動なしで観察可能にすることが特徴になる。ここでは、イオンビームで加工を繰り返し断面の変化を逐次的に観察可能となるが、垂直方向から断面が観察可能となる点で従来装置には無い効果を得ることができる。これは、この手法で得られた2次元像を用いて3次元像を構築する場合にも構造をより忠実に再現可能になると言う効果を得る。 In this embodiment, the ion beam irradiation axis and the electron beam irradiation axis do not intersect with each other, but the structure may intersect on the sample. The structure of this apparatus is shown in a top view (a), a front view (b), and a side view (c) in FIG. This apparatus has an electron beam irradiation axis in a plane including a line segment obtained by projecting the ion beam irradiation axis perpendicularly to the sample and the ion beam irradiation axis. That is, as shown in FIG. 11A, the ion beam irradiation axis and the electron beam irradiation axis are in the same plane. Here, as shown in FIG. 11B, the ion beam irradiation axis is inclined 45 degrees with respect to the sample mounting surface of the first sample stage, and the ion beam irradiation axis and the electron beam irradiation axis are The formed angle is 90 degrees. As shown in FIGS. 11B and 11C, this apparatus is characterized in that a cross section processed with an ion beam can be observed without moving the sample stage as compared with the apparatus of FIG. Here, it is possible to observe the change of the cross-section sequentially by repeating the processing with the ion beam, but it is possible to obtain an effect that the conventional apparatus does not have in that the cross-section can be observed from the vertical direction. This has the effect that the structure can be reproduced more faithfully even when a three-dimensional image is constructed using the two-dimensional image obtained by this method.
また、本装置では、電子ビームを透過した電子を検出する透過電子検出器1201を備えており、いわゆる走査透過電子顕微鏡像を得ることができる。走査透過電子鏡像は電子ビームのエネルギを高くして得るため、走査電子鏡像に比べて高分解能で観察可能という効果を得ることができる。
In addition, this apparatus includes a
ここで、走査透過電子鏡観察をする前に、加工面に上記の加工に比べて低い加速電圧にしたアルゴンビームを照射して試料表面に形成されたダメージ層を除去する。この際に,加工面を上記加工に比べて傾斜させても良い。この模式図を、図12に示す。このダメージ層(本例では、30mm)は、試料が結晶の場合にもアモルファス層になっており、結晶構造を観察するのに妨げになっていた。本装置では、これを同一試料室内でかつ、イオン源は一つで除去することができる。これによって高分解能の観察が可能になる。従来、ガリウムの照射で薄膜加工を実施して、ダメージを除去するのに別のガスイオン照射装置を用いていた。本装置では、従来と比較すると低コストで、かつ高スループットでダメージ除去が可能になる。 Here, before performing the scanning transmission electron mirror observation, the damaged layer formed on the sample surface is removed by irradiating the processed surface with an argon beam having a lower acceleration voltage than the above processing. At this time, the processing surface may be inclined as compared with the above processing. This schematic diagram is shown in FIG. This damaged layer (30 mm in this example) is an amorphous layer even when the sample is a crystal, which is an obstacle to observing the crystal structure. In the present apparatus, this can be removed in the same sample chamber and with a single ion source. This enables high resolution observation. Conventionally, another gas ion irradiation apparatus has been used to perform thin film processing by gallium irradiation to remove damage. In this apparatus, damage can be removed at a low cost and with a high throughput as compared with the conventional apparatus.
また、電子ビームを照射して試料から放出されるX線を分析して試料の元素分析をする場合に、従来のようにガリウムで汚染されていないのでガリウムピークに邪魔されること無く元素分析が可能になる。ガリウムを用いて薄膜加工をする装置においては、同等な効果を得るためには一旦装置から試料を取り出して、試料のクリーニング処理が必要があるが、本装置では同一試料室で可能となるため大幅なスループット向上および煩雑さの回避が可能になる。 In addition, when elemental analysis of a sample is performed by irradiating an electron beam and analyzing the X-rays emitted from the sample, the elemental analysis can be performed without being disturbed by the gallium peak because it is not contaminated with gallium as in the prior art. It becomes possible. In an apparatus for thin film processing using gallium, in order to obtain the same effect, it is necessary to remove the sample from the apparatus once and clean the sample. Throughput can be improved and complexity can be avoided.
なお、本装置に対して、試料に対して垂直な電子ビーム照射系をさらに加え、2本の電子ビーム照射系と1本のイオンビーム照射系としても良い。 Note that an electron beam irradiation system perpendicular to the sample may be further added to the apparatus, so that two electron beam irradiation systems and one ion beam irradiation system may be used.
なお、本実施例では、コンデンサレンズに軸対称なレンズを用いたが、2重4極子レンズからなる非軸対称イオンビームレンズに置き換えても良い。この場合にはイオンビームを非軸対称イオンビームレンズにより対物レンズ中心近傍に集束させる。ここで、2重4極子レンズの像面はX´(ダッシュ)、Y方向で一致させて、倍率は異なるようにレンズは設計されており、X´(ダッシュ)、Y方向とも対物レンズ中心近傍に集束する条件の電圧値に計算処理装置98で設定する。そして、イオンビームは矩形の穴を有するステンシルマスクを通過する。対物レンズは同様にステンシルマスクを試料の上に投影する条件で制御する。これにより、試料上には矩形の成型イオンビームが照射される。
In this embodiment, an axially symmetric lens is used as the condenser lens, but it may be replaced with a non-axisymmetric ion beam lens composed of a double quadrupole lens. In this case, the ion beam is focused near the center of the objective lens by a non-axisymmetric ion beam lens. Here, the lens surface is designed such that the image plane of the double quadrupole lens is matched in the X ′ (dash) and Y directions and the magnification is different, and both the X ′ (dash) and Y directions are near the center of the objective lens. The
ここで、2重4極子レンズのX´(ダッシュ)方向の倍率がY方向の倍率に比べて小さくなるように電圧を設定すると、対物レンズを通過するイオンビームはX´(ダッシュ)方向の広がりがY方向に比べて小さくなるため対物レンズの収差の影響は小さくなる。このとき、X´(ダッシュ)方向のビームプロファイルの裾の形状は、Y方向に比べ急峻になる。したがって、成型ビームによって加工された端面形状は、X´(ダッシュ)方向でY方向に比べ急峻になり、断面観察に適した形状になる。また、イオンビーム電流はX´(ダッシュ)、Y方向とも急峻なプロファイルになるように制御した場合に比べて大きくなる。特に断面位置にイオンビーム照射軸が重なるように、ステンシルマスクの矩形穴端の一辺が照射軸と重なるようにステンシルマスク位置を調整するとビームの裾の幅はより小さく制御することができる。ここで重要なのは、イオン源からイオンビームを引き出す軸が傾斜している方向が、観察すべき加工断面と少なくとも平行関係にすることである。すなわち、イオン源傾斜の影響が観察すべき断面形成に影響しないようにすることである。 Here, when the voltage is set so that the magnification in the X ′ (dash) direction of the double quadrupole lens is smaller than the magnification in the Y direction, the ion beam passing through the objective lens expands in the X ′ (dash) direction. Is smaller than in the Y direction, so the influence of the aberration of the objective lens is small. At this time, the shape of the bottom of the beam profile in the X ′ (dash) direction is steeper than that in the Y direction. Therefore, the end face shape processed by the shaped beam is steeper in the X ′ (dash) direction than in the Y direction, and becomes a shape suitable for cross-sectional observation. In addition, the ion beam current is larger than that in the case where control is performed so that both the X ′ (dash) and Y directions have steep profiles. In particular, by adjusting the stencil mask position so that one side of the rectangular hole end of the stencil mask overlaps the irradiation axis so that the ion beam irradiation axis overlaps the cross-sectional position, the width of the skirt of the beam can be controlled to be smaller. What is important here is that the direction in which the axis from which the ion beam is extracted from the ion source is inclined is at least parallel to the processing section to be observed. That is, it is to prevent the influence of the ion source tilt from affecting the cross-section formation to be observed.
なお、本実施例では、ビームの裾の幅を制御するために非軸対称イオンビームレンズとして2重4極子レンズを例としたが、非軸対称な制御が可能なレンズであれば、他の4極子レンズ、8極子レンズ、16極子レンズ等であっても良い。またこれらの組み合わせおよび対称レンズと組み合わせても良い。 In this embodiment, a double quadrupole lens is used as an example of a non-axisymmetric ion beam lens in order to control the width of the skirt of the beam. A quadrupole lens, an octupole lens, a 16-pole lens, or the like may be used. Moreover, you may combine with these combinations and a symmetrical lens.
なお、本実施例において、ビームプロファイルの裾の形状の急峻性を定量的に扱うため、ビームプロファイルの裾の幅はビーム強度の16%から84%までの距離と定義した(図10参照)。しかし、ビームスポット形状のエッジ部の急峻さの定義としては、裾の幅以外の定義を使用しても構わない。 In this embodiment, in order to quantitatively handle the steepness of the shape of the bottom of the beam profile, the width of the bottom of the beam profile is defined as a distance from 16% to 84% of the beam intensity (see FIG. 10). However, a definition other than the width of the skirt may be used as the definition of the sharpness of the edge portion of the beam spot shape.
本実施例のような非対称のビーム成形手法は、X、Y方向とも急峻なプロファイルになるように制御した場合、即ち対称にビームを成形した場合に比べて、イオンビーム電流を大きくすることができる。従って、本実施例のビーム成形手法は、アルゴンや酸素等、気体元素のイオンビームに対して特に好適である。実施例1では、Gaイオンビームを集束した例を述べたが、Gaが加工領域に残る。シリコンデバイス等、半導体装置の製造プロセスにおいては、重金属であるGaは不良発生原因となる可能性が高いため、試料片作成時には、試料の特性に顕著な影響を及ぼさない不活性ガスや酸素、窒素などの気体元素のイオンビームを用いることが望ましい。しかしながら、現時点で利用可能なイオン源で、気体元素イオンを発生させるプラズマイオン源は、発生できるイオンビームの輝度が、Ga等の液体金属イオン源に比べて少なくとも2桁から3桁低い。従って、当初は非対称にイオンビームを成形し、実際の加工はビームプロファイルのより急峻な部分を用いて行なうことにより、輝度の低いイオン源であっても加工精度を落とさずに使用可能とすることができる。本効果は、気体元素のイオンビーム(例えば、窒素、酸素、ネオン、キセノン、クリプトンなどの元素、およびこれらの混合イオンビーム等)に限らず、イオン源を使用する場合には全て有効である。 The asymmetric beam shaping method as in the present embodiment can increase the ion beam current as compared with the case where the X and Y directions are controlled so as to have a steep profile, that is, when the beam is shaped symmetrically. . Therefore, the beam shaping method of this embodiment is particularly suitable for an ion beam of a gaseous element such as argon or oxygen. In the first embodiment, an example in which the Ga ion beam is focused has been described, but Ga remains in the processing region. In the manufacturing process of semiconductor devices such as silicon devices, heavy metal Ga is likely to cause defects. Therefore, when preparing sample pieces, inert gases, oxygen, and nitrogen that do not significantly affect sample characteristics. It is desirable to use an ion beam of a gas element such as. However, a plasma ion source that generates gaseous element ions, which is an ion source that can be used at the present time, has a brightness of an ion beam that can be generated that is at least two to three orders of magnitude lower than that of a liquid metal ion source such as Ga. Therefore, the ion beam is initially shaped asymmetrically, and actual processing is performed using a steeper part of the beam profile, so that even a low-brightness ion source can be used without reducing processing accuracy. Can do. This effect is not limited to gas element ion beams (for example, elements such as nitrogen, oxygen, neon, xenon, and krypton, and mixed ion beams thereof), and is all effective when an ion source is used.
また、ビームプロファイルの裾の急峻性について、直交2方向の急峻性の比率を制御することにより、ビームプロファイルの裾をX方向とY方向で対称形状にした場合に対して、イオンビーム電流値を任意の大きさに制御することができる。即ち、比較的急峻でない方向が存在することによりイオンビーム電流が増大するが、試料の加工はビームプロファイルの急峻な方向で行なうため加工精度が低下しない。 In addition, with respect to the steepness of the bottom of the beam profile, by controlling the ratio of the steepness in the two orthogonal directions, the ion beam current value can be reduced with respect to the case where the bottom of the beam profile is symmetric in the X and Y directions. It can be controlled to an arbitrary size. In other words, the ion beam current increases due to the presence of a relatively non-steep direction, but the processing accuracy does not decrease because the sample is processed in a steep direction of the beam profile.
また、図1に示したイオンビーム加工装置のイオンビーム走査偏向電極でビームを走査して断面を作製する構成も可能である。この場合、ビーム走査方向を断面平行方向と一致させると効率的な断面加工が可能になる。図10に示したビームプロファイルを例に取って説明すると、X´(ダッシュ)方向のビームプロファイルの裾の形状をY方向に比べて急峻にした場合には、ビーム走査方向の少なくとも一辺の方向はこのY方向と平行になるように、ビーム走査する矩形領域を計算処理装置で設定することが重要になる。また、ビームを走査しない場合には、加工形状はビーム形状と同じに限定されるが、イオンビームを走査することができると、ビーム加工形状に自由度が生まれる。また、加工領域もビーム形状を超えて任意に設定できる効果を奏することができる。 Further, a configuration in which a cross section is produced by scanning a beam with the ion beam scanning deflection electrode of the ion beam processing apparatus shown in FIG. 1 is also possible. In this case, if the beam scanning direction is made coincident with the cross-sectional parallel direction, efficient cross-section processing becomes possible. Taking the beam profile shown in FIG. 10 as an example, when the shape of the skirt of the beam profile in the X ′ (dash) direction is sharper than in the Y direction, the direction of at least one side in the beam scanning direction is It is important to set a rectangular area for beam scanning by the calculation processing device so as to be parallel to the Y direction. Further, when the beam is not scanned, the machining shape is limited to the same as the beam shape. However, if the ion beam can be scanned, a degree of freedom is generated in the beam machining shape. Further, it is possible to achieve an effect that the processing region can be arbitrarily set beyond the beam shape.
また、ステンシルマスクにマスク穴を小さく制限する機構を設け、その穴を投射した成型ビームで試料上を走査して試料画像を取得して加工位置を設定すれば精度良い位置設定をすることができる。なおマスク穴を小さく制限する機構としては、予め径の小さな穴を持つステンシルマスク構造としたり、ステンシルマスクに別の微細アパーチャを重ねる構造としたりしても良い。試料上で微細なビームを得る手法としてはイオン源のイオン放出穴径、あるいはイオンを引き出す領域を制限するアパーチャがあればそのアパーチャ径を試料上にレンズを用いて縮小投影する手法がある。しかし、この時にはステンシルマスク穴を試料上に投影するレンズ条件とは異なるため、ビーム照射軸ずれが生じる懸念があり、ビーム照射軸調整が必要になるため操作が煩雑になる。しかし、ステンシルマスクの穴を試料上に投影する場合には、レンズ条件が同じであり、この必要がないという効果を奏する。 Moreover, if a mechanism for restricting the mask hole to a small size is provided in the stencil mask, the sample is scanned with a molding beam projected through the hole, the sample image is acquired, and the processing position is set, so that the position can be accurately set. . As a mechanism for restricting the mask hole to be small, a stencil mask structure having a hole with a small diameter in advance or a structure in which another fine aperture is overlaid on the stencil mask may be used. As a technique for obtaining a fine beam on the sample, there is a technique in which, if there is an ion emission hole diameter of the ion source or an aperture for limiting the region from which ions are extracted, the aperture diameter is reduced and projected onto the sample using a lens. However, at this time, since the lens conditions for projecting the stencil mask hole onto the sample are different, there is a concern that the beam irradiation axis may be shifted, and the beam irradiation axis adjustment is necessary, so that the operation becomes complicated. However, when projecting the hole of the stencil mask onto the sample, the lens conditions are the same, and this is not necessary.
また、この時にマスク穴径を試料上にレンズにより投影したビーム径が、イオン源のイオン放出穴径あるいはイオン源のイオン引き出し制限アパーチャ径を試料上にレンズにより投影したときのビーム径に比べて小さくなるように、マスク穴径を制限すると次のような効果が生じる。一般に、ステンシルマスクの試料への投射レンズの投影条件を設定するのはレンズの設定条件の計算値を使う方法等があるが、必ずしも充分ではない。しかし、少なくとも上記の条件が満足する時には、試料上のビーム径を最小になるように投射レンズ条件を探索すれば、この条件がステンシルマスクの試料上に投影するための投射レンズの条件にほぼ等しくなる。逆に、上記の条件が満足されない時には、試料上のビーム径を最小になるように投射レンズ条件を探索しても、イオン源のイオン放出穴径を試料上に投影する条件となり、必ずしも投射レンズの条件を探索できないのである。 At this time, the beam diameter when the mask hole diameter is projected onto the sample by the lens is larger than the beam diameter when the ion emission hole diameter of the ion source or the ion extraction limited aperture diameter of the ion source is projected onto the sample by the lens. When the mask hole diameter is limited so as to decrease, the following effects are produced. In general, there is a method of using the calculated value of the lens setting condition to set the projection condition of the projection lens onto the sample of the stencil mask, but it is not always sufficient. However, at least when the above conditions are satisfied, if the projection lens condition is searched so that the beam diameter on the sample is minimized, this condition is almost equal to the condition of the projection lens for projecting onto the sample of the stencil mask. Become. On the other hand, when the above conditions are not satisfied, even if the projection lens condition is searched so as to minimize the beam diameter on the sample, the ion emission hole diameter of the ion source is projected on the sample. This condition cannot be searched.
なお、ここではマスク穴を円形としたが、4角形等の多角形の少なくとも一辺がイオン引きだす制限アパーチャの径に比べて小さくするとほぼ同等の効果が得られる。 Here, although the mask hole is circular, if the diameter of the limiting aperture that draws out ions at least one side of a polygon such as a quadrangle is made smaller, substantially the same effect can be obtained.
また、本実施例では、デュオプラズマイオン源を用いたが、マイクロ波を用いたプラズマイオン源、マルチカスプ型のイオン源、電界電離型イオン源および、液体金属イオン源等を用いても同様な効果が得られる。特に金シリコン合金から質量分離器で金や不純物を取り除きシリコンイオンビームのみを試料に照射する場合にはシリコンデバイス製造において試料を不純物で汚染しないという効果を奏することができ、さらにプラズマイオン源では得にくい微細ビームを得ることができるという効果を奏することができる。 In this embodiment, a duoplasma ion source is used, but the same effect can be obtained by using a microwave plasma ion source, a multicusp ion source, a field ionization ion source, a liquid metal ion source, or the like. Is obtained. In particular, when gold and impurities are removed from a gold-silicon alloy with a mass separator and the sample is irradiated only with a silicon ion beam, the sample is not contaminated with impurities in the manufacture of silicon devices. It is possible to obtain an effect that it is possible to obtain a difficult fine beam.
また、以上の実施例では、断面を観察するのに電子ビームを用いたが、イオンビームによって観察しても良い。特に電界電離型のイオン源を用いると、高分解能で断面を観察可能となる。この場合には、電子に比べてより浅い表面構造が観察できる、あるいはより高分解能で観察できるという効果を奏することができる。装置構造としては、試料に対して電子ビームを照射する電子ビーム照射光学系の替わりにイオンビーム照射光学系を搭載する。これらは、本実施例および後述する実施例の全てに共通である。 In the above embodiment, the electron beam is used for observing the cross section. However, the electron beam may be observed using an ion beam. In particular, when a field ionization type ion source is used, a cross section can be observed with high resolution. In this case, an effect that a shallower surface structure than that of electrons can be observed, or observation with higher resolution can be achieved. As an apparatus structure, an ion beam irradiation optical system is mounted instead of the electron beam irradiation optical system that irradiates the sample with an electron beam. These are common to all of the present embodiment and later-described embodiments.
また、二次電子検出器については、二次電子のみならず反射電子や二次イオンを含んで良い。また、二次電子検出器制御装置は、2系統27、28備えられている。一方の二次電子検出器制御装置27では、検出器の信号を直流増幅する。他方の二次電子検出器制御装置28では、検出器の信号のパルスを計数して信号強度を測定する。後者の場合では、検出粒子の個数を直接計数するため検出器のノイズを除去できるため検出感度が高い。従来は、試料に照射するイオンビームや電子ビームが充分に多くパルスを計数する必要は無かった。しかし、特に、電界電離イオン源を使用する場合にはイオン電流が少ないため、パルスを計数して信号強度を測定する検出器制御装置28が有効になる。これにより、従来よりも高分解能の観察が可能になる。しかし、パルスを計数する場合には計数できる個数が1秒間に100万個程度に制限され、ピコアンペアレベル以上の大電流では計数できない。したがって、照射するイオンまたは電子の電流の大きさにしたがって2つの制御装置を切り替える。これは試料に照射される荷電粒子の電流を監視して計算処理装置98で自動的に切り替えることも可能である。
Further, the secondary electron detector may include not only secondary electrons but also reflected electrons and secondary ions. The secondary electron detector control device is provided with two
以上、本実施例で説明した試料作製方法ないし試料作製装置によれば、中性粒子が除去されるため、プラズマイオン源の中で生じた金属の中性粒子が試料に到達せず、加工後に加工済みのウェーハをプロセスに戻しても不良を発生させるようなことは極めて少なくなる。また、ガス種の中性粒子が広く試料に照射されることもなくなるため、所望の箇所以外が加工されて試料が変質してしまうという問題が生じなくなるという効果を奏することができる。 As described above, according to the sample preparation method or the sample preparation apparatus described in this example, since neutral particles are removed, the metal neutral particles generated in the plasma ion source do not reach the sample and are processed after processing. Even if a processed wafer is returned to the process, there is very little occurrence of defects. Further, since neutral particles of the gas species are not widely irradiated on the sample, there is an effect that the problem that the sample is altered by processing other than a desired portion does not occur.
また、本実施例で説明した試料作製方法ないし試料作製装置によれば、ステンシルマスクを用いることにより、より大きな電流で精度の高い加工ができる。特に輝度の低いイオン源であってもビーム電流を大きくでき、かつ加工精度が高くできるため断面加工や微小試料の作製が短時間で可能という効果を奏することができる。これは半導体装置の製造プロセスにおいては、不良発生原因となる可能性が高いGaに替わって、試料の特性に顕著な影響を及ぼさない不活性ガスや酸素、窒素などの気体元素のイオンビームを用いることができることを意味する。したがって、半導体デバイス等の歩留向上のために、ウェーハをGaなどの金属で汚染することなく、イオンビームによる断面形成が可能となる。さらに、ウェーハを割断することなく微小試料を分離または分離準備ことができるため、ウェーハを評価のために無駄に廃棄せず、かつ検査のための試料を取り出したウェーハをプロセスに戻しても不良を発生させない新たな検査・解析方法が提供される。また、ウェーハを割断することなく評価でき、新たな不良を発生させず、高価なウェーハを無駄にすることはない。ひいては、半導体装置の製造歩留りが向上する
(実施例2)
実施例1で示した構成の試料作製装置では、第1試料ステージと、イオンビーム加工を用いて摘出した試料片を載せる第2の試料ステージを備える。本実施例では、必ずしも第2の試料ステージを備えないが、第一のステージが傾斜軸周りに回転することによりイオンビームの試料への照射角度を可変できる傾斜機能を持つ装置について説明する。
In addition, according to the sample preparation method or sample preparation apparatus described in this embodiment, high-precision processing can be performed with a larger current by using a stencil mask. In particular, even with an ion source with low brightness, the beam current can be increased and the processing accuracy can be increased, so that it is possible to produce an effect that cross-section processing and micro sample preparation are possible in a short time. In the semiconductor device manufacturing process, an ion beam of an inert gas or a gas element such as oxygen or nitrogen that does not significantly affect the characteristics of the sample is used instead of Ga, which is likely to cause defects. Means that you can. Therefore, in order to improve the yield of semiconductor devices and the like, a cross section can be formed by an ion beam without contaminating the wafer with a metal such as Ga. In addition, since a minute sample can be separated or prepared without cleaving the wafer, the wafer is not wasted for evaluation, and defects can be detected even if the wafer from which the sample for inspection is taken out is returned to the process. A new inspection / analysis method that does not occur is provided. Further, evaluation can be performed without cleaving the wafer, no new defects are generated, and expensive wafers are not wasted. As a result, the manufacturing yield of the semiconductor device is improved (Example 2).
The sample preparation apparatus having the configuration shown in Example 1 includes a first sample stage and a second sample stage on which a sample piece extracted using ion beam processing is placed. In the present embodiment, a second sample stage is not necessarily provided, but an apparatus having a tilt function capable of changing the irradiation angle of the ion beam to the sample by rotating the first stage around the tilt axis will be described.
また、実施例1では、イオンビームの試料照射点および電子ビーム試料照射点は各々試料載置面の中心からは外れた位置にあり、各々別の位置に存在したが、本実施例の装置は、イオンビーム照射軸と電子ビーム照射軸が概ね試料上で交わる構造である。 In the first embodiment, the ion beam sample irradiation point and the electron beam sample irradiation point are located at different positions from the center of the sample mounting surface, and are located at different positions. The ion beam irradiation axis and the electron beam irradiation axis substantially intersect on the sample.
本装置では、イオン源からイオンビームを引き出す軸と、イオンビームを試料に照射する軸が傾斜関係にある構造であり、イオンビーム照射軸に垂直な面に、前記イオン源からイオンビームを引き出す軸を投影した線分が、前記試料ステージの傾斜軸を前記イオンビーム照射軸に垂直な面に投影した線分と少なくとも略平行関係とすることが可能な構造である。言い換えると、イオンビーム照射軸に垂直な面に、前記イオン源からイオンビームを引き出す軸を投影した線分が、試料ステージの試料載置面に略平行関係である。これについて、以下に説明する。 In this apparatus, the axis for extracting the ion beam from the ion source and the axis for irradiating the sample with the ion beam are in an inclined relationship, and the axis for extracting the ion beam from the ion source on a plane perpendicular to the ion beam irradiation axis. Is a structure in which the tilt axis of the sample stage can be at least substantially parallel to the line segment projected on a plane perpendicular to the ion beam irradiation axis. In other words, a line segment obtained by projecting an axis for extracting an ion beam from the ion source onto a surface perpendicular to the ion beam irradiation axis is substantially parallel to the sample mounting surface of the sample stage. This will be described below.
まず、図13を用いて、本発明の第2の実施例に係る本装置の特徴から得られる効果について説明する。図13は、装置の上面図(a)、正面図(b)、側面図(c)を示す。装置の内部については、図1で示した装置と同じであるので省略する。 First, the effects obtained from the features of the apparatus according to the second embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 13 shows a top view (a), a front view (b), and a side view (c) of the apparatus. Since the inside of the apparatus is the same as that shown in FIG.
図13(a)において、1001はデュオプラズマトロンを格納する鏡体、1002がデュオプラズマトロン下部に配置されたイオンビームカラム鏡体、1003が電子源を含む電子ビームカラム(SEMカラム)鏡体である。説明の便宜上、第1の試料ステージ13面内にX、Y軸、第1の試料ステージの法線方向にZ軸を、第1の試料ステージの中心に座標系の原点をとって考える。SEMカラム1003は、XY面に垂直に配置される。一方、図13(c)において、イオンビームカラム1002は、XZ面内に傾いて配置されその傾斜角は、Z軸に対して略45度である。
In FIG. 13A,
また、図13(a)中の縦横両方向の一点鎖線1004は、試料ステージのX方向、Y方向の中心線であり、一点鎖線の交点は、大体、試料載置面の中心と一致する。イオンビームの試料照射点および電子ビーム試料照射点は各々試料載置面の中心にあり、各々別の位置に存在する。すなわち、イオンビーム照射軸1100と電子ビーム照射軸1102は試料載置面のほぼ中心で交わる。
In addition, a one-
図13の上面図(a)、正面図(b)、および側面図(c)から、デュオプラズマトロン1001がイオンビームカラム鏡筒1002に対して傾いて配置されていることが判る。つまり、イオン源からイオンビームを引き出す軸1101と、イオンビーム6を試料11に照射する軸1100が傾斜関係にある構造である。なお、図示していないが、本装置は、試料ステージ13上の試料11からイオンビーム加工を用いて摘出した微小試料片137を搬送するためのプローブ15を備える場合があるが必ずしも必須ではない。本装置では試料ステージ13が傾斜軸周りに回転することによりイオンビームの微小試料片への照射角度を可変できる傾斜機能を持つ。また、本装置では、イオンビーム照射軸に垂直な面に、前記デュオプラズマトロン1001からイオンビームを引き出す軸を投影した線分が、前記の試料ステージ13の傾斜軸を前記イオンビーム照射軸に垂直な面に投影した線分と少なくとも略平行関係とできることが特徴となっている。あるいは、イオンビーム照射軸に垂直な面に、前記デュオプラズマトロン1001からイオンビームを引き出す軸1101を投影した線分が、前記の試料ステージ13の試料載置面に平行関係であることが特徴となっている。これについては、実施例1で示した図5の装置と図6との関係と同じである。
From the top view (a), the front view (b), and the side view (c) of FIG. 13, it can be seen that the
本装置でも、イオン源で発生した中性粒子はイオン引き出し方向に沿って飛行し、途中で固定アパーチャ等によって遮られ試料まで到達することは無く、試料を中性粒子不純物で汚染することないためデバイス製造の歩留まりを低下させない。しかし、イオン源から引き出されたイオンビームをイオンビームカラムの方向に屈折させることにより、投射ビームの強度プロファイルの裾の幅が拡大する。この影響は成型イオンビームではイオンビーム偏向器でイオンビームを屈折させる方向、すなわち、図13のY方向に裾の幅が拡大する。つまり、図6(b)の線分1104の方向に裾の幅が拡大し、線分1106の向き(図6のX´(ダッシュ)方向)急峻な加工エッジが形成される。線分1104の向き(図6のY方向)に対しては鈍った加工エッジが形成される。当然、急峻なエッジで形成した部分の方が加工精度は良く、加工断面も良好であるので、急峻なエッジが断面に接すように加工する。 Even in this device, neutral particles generated in the ion source fly along the ion extraction direction and do not reach the sample by being blocked by a fixed aperture on the way, and the sample is not contaminated with neutral particles. Does not reduce device manufacturing yield. However, by refracting the ion beam extracted from the ion source in the direction of the ion beam column, the width of the bottom of the intensity profile of the projection beam is expanded. As a result of this, in the case of a shaped ion beam, the width of the skirt increases in the direction in which the ion beam is refracted by the ion beam deflector, that is, the Y direction in FIG. That is, the width of the skirt increases in the direction of the line segment 1104 in FIG. 6B, and a steep processing edge is formed in the direction of the line segment 1106 (X ′ (dash) direction in FIG. 6). A dull machining edge is formed with respect to the direction of the line segment 1104 (the Y direction in FIG. 6). Naturally, the portion formed with the steep edge has better processing accuracy and better processing cross section, so that processing is performed so that the steep edge is in contact with the cross section.
この急峻なエッジを利用して試料の断面観察する手順について説明する。図13(b)に示すように、試料13を試料ステージ13に載せた状態で、ステージを約45度傾斜させ、試料の垂直方向をイオンビーム照射軸方向1100になるようにする。ここで、試料に成型イオンビーム6を照射して断面が、図13で図6に示したYZ´(ダッシュ)面になるようにし、その断面が試料表面に垂直に近づくように仕上げる。ここで、図13で図6に示したX´(ダッシュ)方向には、上記で述べたように急峻な加工エッジが形成される。次に、試料の断面に電子ビーム8が照射されるようにすると、断面を電子ビーム8で観察することができる。図1の装置に比べ試料ステージを移動する必要がなく、そのまま断面が電子ビームで観察できるという特徴がある。以上により成型イオンビームによる試料断面の急峻な加工が可能になった。すなわち半導体回路パターンの欠陥や異物など異常箇所の断面を形成すれば、欠陥や異物などの断面を電子ビーム8で観察することができ、その発生原因を解析できることになる。
A procedure for observing the cross section of the sample using this steep edge will be described. As shown in FIG. 13B, with the
なお、本装置でも、成型イオンビームによる断面加工をする際に、イオン源アパーチャあるいは非対称レンズを用いたイオンビームのプロファイルの非軸対称な制御を組み合わせることは可能である。 In this apparatus as well, it is possible to combine non-axisymmetric control of the ion beam profile using an ion source aperture or an asymmetric lens when performing cross-section processing with a shaped ion beam.
試料ステージ上の試料の断面加工する際は、X´(ダッシュ)方向に急峻な強度プロファイルを持つため、急峻な断面加工が実現できるのであり、試料ステージの傾斜方向と特徴付けられている。あるいは第1のステージの試料載置面と特徴付けられている。すなわち、イオンビーム照射軸に垂直面X´(ダッシュ)Y面にステージ傾斜軸を投影した方向はY方向であり、YよりもX´(ダッシュ)方向にイオンビームが急峻な強度プロファイルを持つようにイオン源アパーチャの非対称性を設定する。すなわち、本装置は、イオン源アパーチャの穴形状の長軸方向を、ステージ傾斜軸を投影した方向ここではY方向に平行とすることが可能な構造である。あるいは、本装置は、イオン源アパーチャの穴形状の長軸方向を、ステージの試料載置面と平行方向ここではY方向に平行とする構造である
言い換えると、本装置では、試料上に投射した角型のイオンビームの強度プロファイルの裾の幅について、試料ステージ面上にステージ傾斜軸を投影した方向に垂直方向の強度プロファイル断面の裾幅を、試料ステージ面上にステージ傾斜軸を投影した方向に平行方向の強度プロファイル断面の裾幅に比べて小なるように制御する。
When the cross section of the sample on the sample stage is processed, since it has a steep intensity profile in the X ′ (dash) direction, a steep cross section can be realized, which is characterized as the tilt direction of the sample stage. Or it is characterized as the sample mounting surface of the first stage. That is, the direction in which the stage tilt axis is projected onto the Y-plane perpendicular to the ion beam irradiation axis is the Y direction, and the ion beam has a steeper intensity profile in the X ′ (dash) direction than Y. To set the asymmetry of the ion source aperture. That is, this apparatus has a structure in which the major axis direction of the hole shape of the ion source aperture can be parallel to the direction in which the stage tilt axis is projected, here the Y direction. Alternatively, this apparatus has a structure in which the major axis direction of the hole shape of the ion source aperture is parallel to the sample mounting surface of the stage, in this case, parallel to the Y direction. In other words, this apparatus projects on the sample. Regarding the width of the hem of the intensity profile of a square ion beam, the hem width of the intensity profile cross section perpendicular to the direction in which the stage tilt axis is projected on the sample stage surface, and the direction in which the stage tilt axis is projected on the sample stage surface The width is controlled so as to be smaller than the skirt width of the cross section of the intensity profile in the parallel direction.
以上のように構成することにより、観察に必要な面のみ急峻に加工するため、加工のスループットが向上するという効果を奏することができる。 With the configuration as described above, only the surface necessary for observation is sharply processed, so that the processing throughput can be improved.
また、本装置でもイオンビームによる断面切削加工と電子ビームによる観察、これを繰り返せば試料中の3次元情報を得ることができ、2次元の複数の観察像を用いて3次元像を構築することも可能であることはいうまでも無い。 Also, with this device, cross-section cutting with an ion beam and observation with an electron beam can be repeated to obtain three-dimensional information in the sample, and a three-dimensional image can be constructed using a plurality of two-dimensional observation images. Needless to say, it is possible.
なお、本装置では、垂直方向からSEM観察が可能なようにSEMカラムを配置したが、SEMカラムの配置は、必ずしも垂直である必要は無く、微小試料の断面が観察できる方向であれば良い。 In this apparatus, the SEM column is arranged so that the SEM observation can be performed from the vertical direction. However, the arrangement of the SEM column is not necessarily vertical, and may be any direction as long as the cross section of the minute sample can be observed.
以上、本実施例で説明した試料作製方法ないし試料作製装置によれば、中性粒子が除去されるためプラズマイオン源の中で生じた金属の中性粒子が試料に到達せず、加工後に加工済みのウェーハをプロセスに戻しても不良を発生させるようなことは極めて少なくなる。また、ガス種の中性粒子が広く試料に照射されることもなくなるため、所望の箇所以外が加工されて試料が変質してしまうという問題が生じなくなるという効果を奏することができる。また、断面を加工後に試料ステージを移動することなく断面を電子ビームで観察できるという効果を奏することができる。 As described above, according to the sample preparation method or sample preparation apparatus described in this example, the neutral particles generated in the plasma ion source do not reach the sample because neutral particles are removed, and the sample is processed after processing. It is extremely unlikely that defects will occur even if a used wafer is returned to the process. Further, since neutral particles of the gas species are not widely irradiated on the sample, there is an effect that the problem that the sample is altered by processing other than a desired portion does not occur. In addition, it is possible to observe the cross section with an electron beam without moving the sample stage after processing the cross section.
また、本実施例で説明した試料作製方法ないし試料作製装置によれば、ステンシルマスクを用いることにより、より大きな電流で精度の高い加工ができる。特に輝度の低いイオン源であってもビーム電流を大きくでき、かつ加工精度が高くできるため断面加工や微小試料の作製が短時間で可能という効果を奏することができる。これは半導体装置の製造プロセスにおいては、不良発生原因となる可能性が高いGaに替わって、試料の特性に顕著な影響を及ぼさない不活性ガスや酸素、窒素などの気体元素のイオンビームを用いることができることを意味する。したがって、半導体デバイス等の歩留向上のために、ウェーハをGaなどの金属で汚染することなく、イオンビームによる断面形成が可能となり、さらにウェーハを割断することなく微小試料を分離または分離準備ことができるため、ウェーハを評価のために無駄に廃棄せず、かつ検査のための試料を取り出したウェーハをプロセスに戻しても不良を発生させない新たな検査・解析方法が提供される。また、ウェーハを割断することなく評価でき、新たな不良を発生させず、高価なウェーハを無駄にすることはない。ひいては、半導体装置の製造歩留りが向上する
(実施例3)
実施例1および2で示した構成の試料作製装置では、プラズマイオン源で発生した中性粒子やカラム途中で生成された中性粒子は試料に到達しない。しかし、プラズマイオン源で発生した金属などの不純物イオンは試料に到達する。そこで、本実施例では、イオンビームの行路途中に質量分離器を設けて、イオン不純物をトラップする構成の試料作製装置について説明する。なお、本実施例でも、マスク開口の形状を試料上に投影した成型ビームを用いる。
In addition, according to the sample preparation method or sample preparation apparatus described in this embodiment, high-precision processing can be performed with a larger current by using a stencil mask. In particular, even with an ion source with low brightness, the beam current can be increased and the processing accuracy can be increased, so that it is possible to produce an effect that cross-section processing and micro sample preparation are possible in a short time. In the semiconductor device manufacturing process, an ion beam of an inert gas or a gas element such as oxygen or nitrogen that does not significantly affect the characteristics of the sample is used instead of Ga, which is likely to cause defects. Means that you can. Therefore, in order to improve the yield of semiconductor devices, etc., it becomes possible to form a cross section by ion beam without contaminating the wafer with a metal such as Ga, and it is possible to separate or prepare for separation of a minute sample without cleaving the wafer. Therefore, there is provided a new inspection / analysis method that does not waste a wafer for evaluation and does not cause a defect even if a wafer from which a sample for inspection is taken out is returned to the process. Further, evaluation can be performed without cleaving the wafer, no new defects are generated, and expensive wafers are not wasted. As a result, the manufacturing yield of the semiconductor device is improved (Example 3).
In the sample preparation apparatus having the configuration shown in Examples 1 and 2, neutral particles generated in the plasma ion source and neutral particles generated in the middle of the column do not reach the sample. However, impurity ions such as metal generated in the plasma ion source reach the sample. Therefore, in this embodiment, a sample preparation apparatus configured to trap ion impurities by providing a mass separator in the course of an ion beam will be described. In this embodiment, a molding beam obtained by projecting the shape of the mask opening onto the sample is also used.
図14に、本発明の第3の実施例に係るイオンビーム加工装置の構成を示す。本イオンビーム加工装置は、アルゴン、ネオン、キセノン、クリプトン、酸素、窒素等のガスイオンを放出するデュオプラズマトロン1、質量分析器61、イオン源アパーチャ(制限アパーチャ)26、コンデンサレンズ2、対物レンズ3、イオンビーム走査偏向器4、ステンシルマスク5、及びこれらを格納するイオンビームカラム用の鏡筒21などから構成されるイオンビーム照射光学系が配置されている。また、本装置には、電子銃7、電子銃7から放出する電子ビーム8を集束する電子レンズ9、電子ビーム走査偏向器10及びそれらを格納する電子ビームカラム鏡体(SEMカラム鏡体)22等で構成される電子ビーム照射光学系を備えている。
FIG. 14 shows the configuration of an ion beam processing apparatus according to the third embodiment of the present invention. The ion beam processing apparatus includes a duoplasmatron 1 that emits gas ions such as argon, neon, xenon, krypton, oxygen, and nitrogen, a
イオンビームカラム鏡筒21及びSEMカラム鏡体22の下部には真空試料室23が配置されており、真空試料室内23には、試料11を載置する第1の試料ステージ13、二次粒子検出器12、デポガス源18などが格納されている。また、本装置には、第1試料ステージ上の試料からイオンビーム加工を用いて摘出した試料片を搬送するためのプローブ15と、プローブを駆動するマニュピレータ16、微小試料片303を載せる第2の試料ステージ24を備える。なお、イオンビームカラム鏡体21内部も真空に維持されているのは言うまでもない。ここで、本装置では、イオンビームの試料照射点および電子ビーム試料照射点は各々試料載置面の中心からは外れた位置にあり、各々別の位置に存在する。すなわち、イオンビーム照射301と電子ビーム照射軸302は交わることは無い。
A
本装置を制御する装置として、デュオプラズマトロン制御装置91、質量分離器制御装置62、イオン源アパーチャ制御装置93、レンズ制御装置94、ステンシルマスク制御装置95、イオンビーム走査偏向器制御装置96、第1の試料ステージ制御装置14、第2の試料ステージ制御装置25、マニピュレータ制御装置17、デポガス源制御装置19、二次電子検出器制御装置27、28、電子ビーム照射系制御装置97および、計算処理装置98などが配置されている。ここで、計算処理装置は二次粒子検出器12の検出信号を基に生成された画像や、情報入力手段によって入力した情報などを表示するディスプレイを備える。
As a device for controlling this device, a
本装置の動作は、実施例1の装置とほぼ同様であり、イオンビーム偏向器20の替わりに質量分離器61を動作させて、イオンビームに含まれる不純物イオンを除去する。なお、質量分離器61の機能は、計算処理装置98からの指令により、質量分離器制御装置62が動作して実行される。質量分離器61、コンデンサレンズ2、ステンシルマスク5、対物レンズ3を通過した成型イオンビームは、試料に照射され矩形の穴が形成される。この後、電子ビーム照射系から放出される電子ビームによって試料断面を観察することができる。
The operation of this apparatus is substantially the same as that of the apparatus of the first embodiment, and the
図14の装置における質量分離器の構造と電子ビーム鏡体との位置関係、および断面形成方向との関係を明確にするため、図15に、本装置の上面図(a)、正面図(b)、側面図(c)を示す。また、図16には、質量分離器61の内部構成も併せて示す。なお、図15では二次粒子検出器、デポガス源およびマニピュレータなどは省略して示している。
In order to clarify the positional relationship between the structure of the mass separator and the electron beam mirror and the cross-section forming direction in the apparatus of FIG. 14, FIG. 15 shows a top view (a) and a front view (b) of the apparatus. ), Side view (c) is shown. FIG. 16 also shows the internal configuration of the
図15(a)〜(c)で示される上面図、正面図、側面図において、13は試料を保持する試料ステージ、1001はイオンビームを発生させるイオン源、1002は試料ステージ13に保持される試料に対してイオンビームを照射する照射光学系と、1003はイオンビームによって加工した断面を観察するための荷電ビーム照射光学系、61が質量分離器である。本実施例の質量分離器61は、イオンビームに対して電場と磁場を各々垂直方向に、かつ電場方向と磁場方向が垂直関係にある、所謂ExB質量分離器である。図16(a)〜(c)において、1012は永久磁石、1011は、永久磁石1012と垂直方向に配置された電場印加用の静電偏向器である。本実施例では永久磁石を用いたが、代わりに電磁石を用いても良い。また磁場のみの質量分離でも良い。
In the top view, the front view, and the side view shown in FIGS. 15A to 15C, 13 is a sample stage that holds a sample, 1001 is an ion source that generates an ion beam, and 1002 is held by the
この場合にはイオンビーム行路が屈折するが、質量分離の質量分散方向をイオンビーム照射軸に垂直な面に投影した線分が、第2の試料ステージの傾斜軸を前記イオンビーム照射軸に垂直な面に投影した線分と少なくとも略平行関係とすればよい。言い換えるとイオンビーム照射軸に垂直な面に、質量分離の質量分散方向を投影した線分が、第1の試料ステージの試料載置面に平行関係である。質量分離の方向と各カラムの配置との関係については後述する。 In this case, although the ion beam path is refracted, the line segment obtained by projecting the mass dispersion direction of the mass separation onto the plane perpendicular to the ion beam irradiation axis is perpendicular to the tilt axis of the second sample stage. What is necessary is just to make it at least substantially parallel with the line segment projected on the smooth surface. In other words, a line segment obtained by projecting the mass dispersion direction of the mass separation onto a surface perpendicular to the ion beam irradiation axis is in a parallel relationship with the sample mounting surface of the first sample stage. The relationship between the direction of mass separation and the arrangement of each column will be described later.
図16(a)において、図中の矢印1015はExB質量分離器の質量分散が生じる方向を示す。質量分離器に入射したイオンのうち、永久磁石の磁場と電場がつりあった質量のイオンのみが質量分離アパーチャ1013を通過する。しかし、質量分離により、投射ビームの強度プロファイルの裾の幅が拡大し、急峻な断面を形成する妨げとなることが判明した。これは、イオンが持っているエネルギがイオン毎にばらつくことに起因している。イオンビームを質量分離器で分離する際、エネルギ差により分散方向にイオンビーム軌道に広がりが出てしまうのである。この影響は成型イオンビームにも及び、質量分離器で質量分散させる方向に裾の幅が拡大することがわかった。
In FIG. 16A, an
このため、本装置では、質量分離器の質量分散方向が、断面を掘り進む加工方向と平行にならないように質量分離器を配置することで、加工断面への影響を避けた。質量分離器61の質量分散方向をイオンビーム照射軸に垂直な面、すなわち、図16の図6に示したX´(ダッシュ)Y面に投影した線分はY軸に平行であり、第2の試料ステージの傾斜軸を前記イオンビーム照射軸に垂直な面(X´(ダッシュ)Y面)に投影した線分も同じくY軸に平行である。ここで、Y軸は第1のステージの試料載置面に平行であるため、上記特徴は、質量分散方向をイオンビーム照射軸に垂直な面に投影した線分が第1のステージの試料載置面に平行であるという事もできる。
For this reason, in this apparatus, the mass separator was arranged so that the mass dispersion direction of the mass separator was not parallel to the machining direction in which the cross section was dug, thereby avoiding the influence on the machining cross section. The line segment projected on the plane perpendicular to the ion beam irradiation axis of the
このような配置にした時の断面を観察する手法、および電子顕微鏡用薄膜試料を作成知る手法については、図1で述べた装置と同様である。以上、図15、図16で説明した構造とすることにより、成型イオンビームにより急峻な断面を短時間で形成することができ、電子ビームによる高スループット断面観察が可能となる。 The method for observing the cross section when such an arrangement is made and the method for creating and knowing the thin film sample for an electron microscope are the same as those of the apparatus described in FIG. As described above, with the structure described with reference to FIGS. 15 and 16, a steep cross section can be formed in a short time with a shaped ion beam, and high-throughput cross section observation with an electron beam becomes possible.
本実施例では、第1試料ステージと、イオンビーム加工を用いて摘出した試料片を載せる第2の試料ステージを備えるが、必ずしも第2の試料ステージを備える必要はなく、第一のステージが傾斜軸周りに回転することによりイオンビームの試料への照射角度を可変できる傾斜機能を持つ装置としても同様な効果が得られる。このときにはイオンビーム照射軸と電子ビーム照射軸が概ね試料上で交わる構造となる。 In this embodiment, a first sample stage and a second sample stage on which a sample piece extracted using ion beam processing is placed are provided, but the second sample stage is not necessarily provided, and the first stage is inclined. The same effect can be obtained as an apparatus having a tilt function that can vary the irradiation angle of the ion beam to the sample by rotating around the axis. At this time, the ion beam irradiation axis and the electron beam irradiation axis substantially intersect on the sample.
また、実施例1および2で説明したように、イオン源の中性粒子除去のためのイオンビーム偏向器と質量分離器を組み合わせても良いことは言うまでも無い。また、上記質量分離器をイオン照射軸に対して傾斜させて、中性粒子除去および質量分離を同時に行うことも可能である。そのときは装置構造を簡便にでき装置コストを低減できる。 Further, as described in the first and second embodiments, it goes without saying that an ion beam deflector and a mass separator for removing neutral particles in the ion source may be combined. It is also possible to simultaneously perform neutral particle removal and mass separation by inclining the mass separator with respect to the ion irradiation axis. In that case, the apparatus structure can be simplified and the apparatus cost can be reduced.
また、本実施例では、アルゴンイオンビームを用いたが、他に窒素、酸素、ネオン、キセノン、クリプトンなどの元素、およびこれらの混合イオンビームでも同様な効果が得られるのは明らかである。 In this embodiment, an argon ion beam is used. However, it is apparent that similar effects can be obtained by using elements such as nitrogen, oxygen, neon, xenon, krypton, and mixed ion beams.
また、本実施例では、デュオプラズマイオン源を用いたが、マイクロ波を用いたプラズマイオン源、マルチカスプ型のイオン源、電界電離型イオン源および、液体金属イオン源等を用いても同様な効果が得られる。特に、金シリコン合金から質量分離器で金や不純物を取り除きシリコンイオンビームのみを試料に照射する場合にはシリコンデバイス製造において試料を不純物で汚染しないという効果を奏することができ、さらにプラズマイオン源では得にくい微細ビームを得ることができるという効果を奏することができる。 In this embodiment, a duoplasma ion source is used, but the same effect can be obtained by using a microwave plasma ion source, a multicusp ion source, a field ionization ion source, a liquid metal ion source, or the like. Is obtained. In particular, when gold and impurities are removed from a gold-silicon alloy with a mass separator and the sample is irradiated only with a silicon ion beam, the sample is not contaminated with impurities in the manufacture of silicon devices. It is possible to obtain an effect that a fine beam that is difficult to obtain can be obtained.
以上、本実施例で説明した試料作製方法ないし試料作製装置によれば、実施例1に説明した試料作製方法ないし試料作製装置の効果に加え、イオン源で発生した金属イオン等の不純物イオンが質量分離器で取り除かれ試料まで到達することが無く、試料を不純物で汚染することがないため、デバイス製造の歩留まりを低下させないという効果を奏することができる。 As described above, according to the sample preparation method or sample preparation apparatus described in the present embodiment, in addition to the effects of the sample preparation method or sample preparation apparatus described in Embodiment 1, impurity ions such as metal ions generated in the ion source have a mass. Since the sample is not removed by the separator and does not reach the sample, and the sample is not contaminated with impurities, the device manufacturing yield can be reduced.
また、本実施例のような非対称のビーム成形手法は、X、Y方向とも急峻なプロファイルになるように制御した場合、即ち対称にビームを成形した場合に比べて、イオンビーム電流を大きくすることができる。従って、本実施例のビーム成形手法は、アルゴンや酸素等、気体元素のイオンビームに対して特に好適である。シリコンデバイス等、半導体装置の製造プロセスにおいては、試料片作成時には、試料の特性に顕著な影響を及ぼさない不活性ガスや酸素、窒素などの気体元素のイオンビームを用いることが望ましい。しかしながら、現時点で利用可能なイオン源で、気体元素イオンを発生させるプラズマイオン源は、発生できるイオンビームの輝度が低い。従って、当初は非対称にイオンビームを成形し、実際の加工はビームプロファイルのより急峻な部分を用いて行なうことにより、輝度の低いイオン源であっても加工精度を落とさずに使用可能とすることができる。本効果は、気体元素のイオンビーム(例えば、窒素、酸素、ネオン、キセノン、クリプトンなどの元素、およびこれらの混合イオンビーム等)に限らず、輝度の低いイオン源を使用する場合には全て有効である。 Further, the asymmetric beam shaping method as in the present embodiment increases the ion beam current as compared with the case where the X and Y directions are controlled so as to have a steep profile, that is, when the beam is shaped symmetrically. Can do. Therefore, the beam shaping method of this embodiment is particularly suitable for an ion beam of a gaseous element such as argon or oxygen. In the manufacturing process of a semiconductor device such as a silicon device, it is desirable to use an ion beam of an inert gas or a gas element such as oxygen or nitrogen that does not significantly affect the characteristics of the sample when a sample piece is formed. However, a plasma ion source that generates gas element ions, which is an ion source that can be used at present, has a low brightness of an ion beam that can be generated. Therefore, the ion beam is initially shaped asymmetrically, and actual processing is performed using a steeper part of the beam profile, so that even a low-brightness ion source can be used without reducing processing accuracy. Can do. This effect is not limited to ion beams of gaseous elements (for example, elements such as nitrogen, oxygen, neon, xenon, and krypton, and mixed ion beams thereof), but they are all effective when using an ion source with low brightness. It is.
また、以上のようにイオンビームの形状を矩形に成型する以外にも、本発明の課題は解決可能である。例えば、イオンビームのビーム断面形状を楕円状に成形する。楕円状に成形することにより、楕円の短径方向と長径方向とで、それぞれ大小2つの異なるビーム径を有するイオンビームが生成できる。そこで、試料断面の加工には、ビーム径の小さなビームスポットの短径方向を用いる。これにより、円形ビームを用いた場合に比較して、試料の加工精度を向上できる。実際に試料の加工を行なう際には、ビーム径の小さな短径方向が被加工試料の加工断面に向くように、イオンビームと試料との相対位置関係を制御する。 Moreover, the subject of this invention can be solved besides shape | molding the shape of an ion beam to a rectangle as mentioned above. For example, the beam cross-sectional shape of the ion beam is shaped into an ellipse. By forming an ellipse, ion beams having two different beam diameters can be generated in the minor axis direction and the major axis direction of the ellipse. Therefore, the minor axis direction of a beam spot having a small beam diameter is used for processing the sample cross section. Thereby, compared with the case where a circular beam is used, the processing precision of a sample can be improved. When actually processing the sample, the relative positional relationship between the ion beam and the sample is controlled so that the minor axis direction with a small beam diameter faces the processed cross section of the sample to be processed.
また、以上の実施例では、断面を観察するのに電子ビームを用いたが、イオンビームによって観察しても良い。特に、電界電離型のイオン源を用いると高分解能で断面を観察可能となる。この場合には、電子に比べてより浅い表面構造が観察できるという効果を奏することができる。装置構造としては、試料に対して電子ビームを照射する電子ビーム照射光学系の替わりにイオンビーム照射光学系を搭載する。これらは本出願全てに共通である。 In the above embodiment, the electron beam is used for observing the cross section. However, the electron beam may be observed using an ion beam. In particular, when a field ionization type ion source is used, the cross section can be observed with high resolution. In this case, an effect that a surface structure shallower than electrons can be observed can be obtained. As an apparatus structure, an ion beam irradiation optical system is mounted instead of the electron beam irradiation optical system that irradiates the sample with an electron beam. These are common to all applications.
なお、本発明では、軸非対称にイオンビームプロファイルを制御することについて説明したが、例えば、直交2方向でビームプロファイルの裾の幅が異なる場合、X方向あるいはY方向のビームプロファイルが各々軸対称である必要は無い。例えば、X方向で片側の端が軸中心にあった場合、このビームプロファイルの裾の幅は極小になり、他方の端のビームプロファイルの裾の幅よりも小さい。このビームプロファイルの裾の幅が、Y方向の両端のいずれかの端のビームプロファイルの裾の幅と異なれば軸非対称ということを意味する。 In the present invention, the ion beam profile is controlled in an axially asymmetric manner. However, for example, when the width of the bottom of the beam profile is different in two orthogonal directions, the beam profile in the X direction or the Y direction is axially symmetric. There is no need. For example, when one end in the X direction is at the center of the axis, the width of the bottom of this beam profile is minimal and smaller than the width of the bottom of the beam profile at the other end. If the width of the bottom of the beam profile is different from the width of the bottom of the beam profile at either end in the Y direction, it means that the beam profile is asymmetric.
以上詳述したように、本発明によれば、半導体デバイス等の歩留向上のために、イオンビームによる断面形成加工時間を短縮する加工方法、およびウェーハを割断することなく微小試料を分離または分離準備する加工時間を短縮する加工方法、およびイオンビーム加工装置が実現できる。さらに、イオンビームに不活性ガスや酸素、窒素イオンを用いたときに、断面形成時間を短縮する加工方法、ウェーハから解析用サンプルを分離または分離準備する時間を短縮する加工方法、およびイオンビーム加工装置が実現できる。さらに、ウェーハを評価のために無駄に廃棄せず、かつ検査のための試料を取り出したウェーハをプロセスに戻しても不良を発生させない新たな検査・解析方法が実現できる。 As described above in detail, according to the present invention, in order to improve the yield of semiconductor devices and the like, a processing method for shortening the cross-section forming processing time by an ion beam, and a minute sample is separated or separated without cleaving the wafer A processing method and an ion beam processing apparatus for shortening the processing time to be prepared can be realized. Furthermore, when an inert gas, oxygen, or nitrogen ions are used for the ion beam, a processing method for shortening the cross-section formation time, a processing method for reducing the time for separating or preparing the analysis sample from the wafer, and ion beam processing A device can be realized. Furthermore, it is possible to realize a new inspection / analysis method that does not waste a wafer for evaluation and does not cause a defect even if a wafer from which a sample for inspection is taken out is returned to the process.
また、本発明による電子部品製造方法を用いることで、ウェーハを割断することなく評価でき、新たな不良を発生させず、高価なウェーハを無駄にすることはない。ひいては、電子部品の製造歩留りが向上する。さらに、解析用サンプルを分離または分離準備する方法、検査・解析方法、および電子部品製造方法を実現できるイオンビーム加工装置が実現できる。 Further, by using the electronic component manufacturing method according to the present invention, the wafer can be evaluated without cleaving, no new defect is generated, and an expensive wafer is not wasted. As a result, the manufacturing yield of electronic components is improved. Furthermore, it is possible to realize an ion beam processing apparatus that can realize a method for separating or preparing a sample for analysis, an inspection / analysis method, and an electronic component manufacturing method.
なお、本発明には、以下に示すイオンビーム加工装置乃至イオンビーム加工方法が含まれる。 The present invention includes the following ion beam processing apparatus or ion beam processing method.
(1)試料を保持する試料ステージと、
イオンビームを発生させるイオン源と
該試料ステージに保持される試料に対してイオンビームを照射する照射光学系を持ち、該イオンビームにより試料を加工して略垂直断面を形成したり、試料から試料片を摘出したり、透過電子顕微鏡用薄膜試料を作製するイオンビーム加工装置において、
前記試料ステージが傾斜軸周りに回転することによりイオンビームの試料への照射角度を可変できる傾斜機能を持ち、
さらに、前記イオン源からイオンビームを引き出す軸と、イオンビームを試料に照射する軸が傾斜関係にある構造であり、
イオンビーム照射軸に垂直な面に、前記イオン源からイオンビームを引き出す軸を投影した線分が、試料ステージの試料載置面に略平行関係であることを特徴とするイオンビーム加工装置。
(1) a sample stage for holding a sample;
An ion source for generating an ion beam and an irradiation optical system for irradiating the sample held on the sample stage with the ion beam, and processing the sample with the ion beam to form a substantially vertical section, or from the sample to the sample In an ion beam processing apparatus that extracts a piece or produces a thin film sample for a transmission electron microscope,
The sample stage has a tilt function capable of changing the irradiation angle of the ion beam to the sample by rotating around the tilt axis,
Furthermore, the structure is such that an axis for extracting the ion beam from the ion source and an axis for irradiating the sample with the ion beam are in an inclined relationship,
An ion beam processing apparatus, wherein a line segment obtained by projecting an axis for extracting an ion beam from the ion source onto a surface perpendicular to an ion beam irradiation axis is substantially parallel to a sample mounting surface of a sample stage.
(2)試料を保持する試料ステージと、
イオンビームを発生させるイオン源と
該試料ステージに保持される試料に対してイオンビームを照射する照射光学系を持ち、該イオンビームによって加工した断面を観察する荷電ビーム照射光学系を備え、
前記試料ステージが傾斜軸周りに回転することによりイオンビームの試料への照射角度を可変できる傾斜機能を持ち、
さらに、前記イオン源からイオンビームを引き出す軸と、イオンビームを試料に照射する軸が傾斜関係にある構造であり、
イオンビーム照射軸に垂直な面に、前記イオン源からイオンビームを引き出す軸を投影した線分が、前記試料ステージの試料載置面に略平行関係であることを特徴とするイオンビーム加工装置。
(2) a sample stage for holding a sample;
An ion source for generating an ion beam and an irradiation optical system for irradiating the sample held on the sample stage with the ion beam, and a charged beam irradiation optical system for observing a cross section processed by the ion beam;
The sample stage has a tilt function capable of changing the irradiation angle of the ion beam to the sample by rotating around the tilt axis,
Furthermore, the structure is such that an axis for extracting the ion beam from the ion source and an axis for irradiating the sample with the ion beam are in an inclined relationship,
An ion beam processing apparatus characterized in that a line segment obtained by projecting an axis for extracting an ion beam from the ion source onto a surface perpendicular to an ion beam irradiation axis has a substantially parallel relationship with a sample mounting surface of the sample stage.
(3)試料を保持する試料ステージと、
イオンビームを発生させるイオン源と
該試料ステージに保持される試料に対してイオンビームを照射する照射光学系を持ち、さらに、試料に対して電子ビームを照射する電子ビーム照射光学系を備え、
前記イオン源からイオンビームを引き出す軸と、イオンビームを試料に照射する軸が傾斜関係にある構造であり、
試料からイオンビーム加工を用いて摘出した試料片を搬送するためのプローブと、試料片を載せる第2の試料ステージを備え、前記第2の試料ステージが傾斜軸周りに回転することによりイオンビームの試料への照射角度を可変できる傾斜機能を持ち、
イオンビーム照射軸に垂直な面に、前記イオン源からイオンビームを引き出す軸を投影した線分が、試料ステージの試料載置面に略平行関係であることを特徴とするイオンビーム加工装置。
(3) a sample stage for holding the sample;
An ion source for generating an ion beam and an irradiation optical system for irradiating the sample held on the sample stage with an ion beam; and an electron beam irradiation optical system for irradiating the sample with an electron beam,
The axis that draws the ion beam from the ion source and the axis that irradiates the sample with the ion beam are in a tilted relationship,
A probe for transporting a sample piece extracted from the sample using ion beam processing and a second sample stage on which the sample piece is placed are provided, and the second sample stage rotates around the tilt axis so that the ion beam It has a tilt function that can change the irradiation angle of the sample,
An ion beam processing apparatus, wherein a line segment obtained by projecting an axis for extracting an ion beam from the ion source onto a surface perpendicular to an ion beam irradiation axis is substantially parallel to a sample mounting surface of a sample stage.
(4)試料を保持する試料ステージと、
イオンビームを発生させるイオン源と
該試料ステージに保持される試料に対してイオンビームを照射する照射光学系を持ち、該イオンビームによって加工した断面を観察する荷電ビーム照射光学系を備え、
前記試料ステージが傾斜軸周りに回転することによりイオンビームの試料への照射角度を可変できる傾斜機能を持ち、
さらに、前記イオン源から引き出したイオンビームを質量分離する機構を備え、該質量分離の質量分散方向をイオン照射軸に垂直な面に投影した線分が、前記試料ステージの試料載置面に略平行関係であることを特徴とするイオンビーム加工装置。
(4) a sample stage for holding a sample;
An ion source for generating an ion beam and an irradiation optical system for irradiating the sample held on the sample stage with the ion beam, and a charged beam irradiation optical system for observing a cross section processed by the ion beam;
The sample stage has a tilt function capable of changing the irradiation angle of the ion beam to the sample by rotating around the tilt axis,
In addition, a mechanism for mass-separating the ion beam extracted from the ion source is provided, and a line segment obtained by projecting the mass dispersion direction of the mass separation onto a plane perpendicular to the ion irradiation axis is substantially on the sample mounting surface of the sample stage. An ion beam processing apparatus having a parallel relationship.
(5)試料を保持する第1の試料ステージと、
イオンビームを発生させるイオン源と
該試料ステージに保持される試料に対してイオンビームを照射する照射光学系を持ち、さらに試料に対して電子ビームを照射する電子ビーム照射光学系を備え、
試料からイオンビーム加工を用いて摘出した試料片を搬送するためのプローブと、試料片を載せる第2の試料ステージを備え、前記第2の試料ステージが傾斜軸周りに回転することによりイオンビームの試料片への照射角度を可変できる傾斜機能を持ち、
さらに、前記イオン源から引き出したイオンビームを質量分離する機構を備え、該質量分離の質量分散方向をイオン照射軸に垂直な面に投影した線分が、前記第1の試料ステージの試料載置面に平行関係であることを特徴とするイオンビーム加工装置。
(5) a first sample stage for holding a sample;
An ion source for generating an ion beam and an irradiation optical system for irradiating the sample held on the sample stage with the ion beam; and an electron beam irradiation optical system for irradiating the sample with the electron beam,
A probe for transporting a sample piece extracted from the sample using ion beam processing and a second sample stage on which the sample piece is placed are provided, and the second sample stage rotates around the tilt axis so that the ion beam It has an inclination function that can change the irradiation angle to the sample piece,
Further, a mechanism for mass-separating the ion beam extracted from the ion source is provided, and a line segment obtained by projecting the mass dispersion direction of the mass separation onto a plane perpendicular to the ion irradiation axis is the sample placement on the first sample stage. An ion beam processing apparatus characterized by being parallel to a surface.
(6)前記観察のための荷電粒子ビーム照射光学系のビーム照射軸が、装置設置面に対して垂直であり、イオンビーム照射軸が装置設置面に対して傾斜していることを特徴とするイオンビーム加工装置。 (6) The beam irradiation axis of the charged particle beam irradiation optical system for the observation is perpendicular to the apparatus installation surface, and the ion beam irradiation axis is inclined with respect to the apparatus installation surface. Ion beam processing equipment.
(7)前記電子ビーム照射光学系のビーム照射軸が、装置設置面に対して垂直であり、イオンビーム照射軸が装置設置面に対して傾斜していることを特徴とするイオンビーム加工装置。 (7) An ion beam processing apparatus characterized in that a beam irradiation axis of the electron beam irradiation optical system is perpendicular to the apparatus installation surface, and the ion beam irradiation axis is inclined with respect to the apparatus installation surface.
(8)前記電子ビーム照射軸とイオンビーム照射軸が概略試料上で交差する構造であるイオンビーム加工装置。 (8) An ion beam processing apparatus having a structure in which the electron beam irradiation axis and the ion beam irradiation axis substantially intersect on a sample.
(9)試料を保持する試料ステージと、
イオンビームを発生させるイオン源と、
該試料ステージに保持される試料に対してイオンビームを照射する照射光学系を持ち、
前記イオンビーム照射系がイオンビームを所望の形状の開口を有するマスクを通して試料に照射する投射イオンビーム照射系であり、少なくとも2つ以上のイオンビームレンズと開口が可変なマスク駆動機構あるいはアパーチャ駆動機構を少なくとも2つ以上を備えたことを特徴とするイオンビーム加工装置。
(9) a sample stage for holding a sample;
An ion source for generating an ion beam;
Having an irradiation optical system for irradiating an ion beam to a sample held on the sample stage,
The ion beam irradiation system is a projection ion beam irradiation system that irradiates the sample with an ion beam through a mask having an aperture of a desired shape, and a mask driving mechanism or an aperture driving mechanism in which at least two or more ion beam lenses and apertures are variable. An ion beam processing apparatus comprising at least two or more.
(10)試料を保持する第1の試料ステージと、
第1のイオンビームを発生させるイオン源と、
該試料ステージに保持される試料に対して第一のイオンビームを照射する照射光学系を持ち、
さらに、第2のイオンビームを発生させる電界電離イオン源と、
試料に対して第2のイオンビームを照射するイオンビーム照射光学系を備え、
試料から第1のイオンビーム加工を用いて摘出した試料片を搬送するためのプローブと、試料片を載せる第2の試料ステージを備え、前記第2の試料ステージが傾斜軸周りに回転することによりイオンビームの試料片への照射角度を可変できる傾斜機能を持ち、
前記第1のイオンビームの照射軸および第2のイオンビーム照射軸とも第1の試料ステージに対して傾斜しており、かつ前記第1のイオンビーム照射軸および第2のイオンビーム照射軸が同一平面内に存在して、両軸が略垂直に交差することを特徴とするイオンビーム加工装置。
(10) a first sample stage for holding a sample;
An ion source for generating a first ion beam;
Having an irradiation optical system for irradiating a sample held on the sample stage with a first ion beam;
A field ion source that generates a second ion beam;
An ion beam irradiation optical system for irradiating the sample with the second ion beam;
A probe for transporting a sample piece extracted from the sample using the first ion beam processing and a second sample stage on which the sample piece is placed are provided, and the second sample stage rotates around the tilt axis. It has a tilt function that can change the irradiation angle of the ion beam to the specimen,
The first ion beam irradiation axis and the second ion beam irradiation axis are both inclined with respect to the first sample stage, and the first ion beam irradiation axis and the second ion beam irradiation axis are the same. An ion beam processing apparatus, characterized in that it exists in a plane and both axes intersect substantially perpendicularly.
(11)試料を保持する試料ステージと、
ガスイオンビームを発生させる電界電離イオン源と、
該試料ステージに保持される試料に対してガスイオンビームを照射する照射光学系を持ち、
さらに、試料から放出される二次電子あるいは反射電子を検出可能な二次電子検出器を備えるイオンビーム加工装置において
二次電子検出器の信号増幅器を含む制御装置を少なくとも2つ備え、一つは検出信号を直流増幅し、他方は信号パルスを計数することにより信号強度を計測することを特徴とするイオンビーム加工装置。
(11) a sample stage for holding a sample;
A field ion source that generates a gas ion beam;
Having an irradiation optical system for irradiating a gas ion beam to a sample held on the sample stage;
Further, in an ion beam processing apparatus including a secondary electron detector capable of detecting secondary electrons or reflected electrons emitted from a sample, the ion beam processing apparatus includes at least two control devices including a signal amplifier of the secondary electron detector. An ion beam processing apparatus characterized in that a signal intensity is measured by direct current amplification of a detection signal and counting the number of signal pulses on the other side.
(12)試料を保持する試料ステージと、
ガスイオンビームを発生させる電界電離イオン源と、
該試料ステージに保持される試料に対してガスイオンビームを照射する照射光学系を持ち、
さらに、試料から放出される二次電子あるいは反射電子を検出可能な二次電子検出器を備えるイオンビーム加工装置において
二次電子検出器の信号増幅器を含む制御装置を少なくとも2つ備え、試料に照射する電流を計測して、電流値に対応して2つの二次電子検出器制御装置を切り替えることを特徴とするイオンビーム加工装置。
(12) a sample stage for holding a sample;
A field ion source that generates a gas ion beam;
Having an irradiation optical system for irradiating a gas ion beam to a sample held on the sample stage;
Further, in the ion beam processing apparatus including a secondary electron detector capable of detecting secondary electrons or reflected electrons emitted from the sample, the sample is irradiated with at least two control devices including a signal amplifier of the secondary electron detector. An ion beam processing apparatus characterized by measuring a current to be switched and switching between two secondary electron detector control devices in accordance with the current value.
(13)試料を保持する試料ステージと、
ガスイオンビームを発生させるイオン源と
該試料ステージに保持される試料に対してイオンビームを照射する照射光学系を持ち、
前記ガスイオンビーム照射系がイオンビームを所望の形状の開口を有するマスクを通して、レンズによりマスク穴を試料上に投影する条件で試料に照射する投射イオンビーム照射系であり、
第1の加速電圧のガスイオンビームにより試料を加工して、透過電子顕微鏡用薄膜試料を作製するイオンビーム加工装置において、
同一真空試料室内において、前記ガスイオンビームを少なくとも第1の加速電圧よりも低い加速電圧に設定して透過電子顕微鏡用薄膜試料の加工面に照射することを特徴とするイオンビーム加工方法。
(13) a sample stage for holding a sample;
An ion source that generates a gas ion beam and an irradiation optical system that irradiates the sample held on the sample stage with the ion beam,
The gas ion beam irradiation system is a projection ion beam irradiation system that irradiates a sample under a condition that a mask hole is projected onto a sample by a lens through a mask having an aperture of a desired shape.
In an ion beam processing apparatus for manufacturing a thin film sample for a transmission electron microscope by processing a sample with a gas ion beam of a first acceleration voltage,
An ion beam processing method comprising irradiating a processing surface of a thin film sample for a transmission electron microscope while setting the gas ion beam at an acceleration voltage lower than at least a first acceleration voltage in the same vacuum sample chamber.
(14)試料を保持する試料ステージと、
イオンビームを発生させるイオン源と
該試料ステージに保持される試料に対してイオンビームを照射する照射光学系を持ち、該イオンビームにより試料を加工して概垂直断面を形成したり、試料から試料片を摘出したり、透過電子顕微鏡用薄膜試料を作製するイオンビーム加工装置において、
前記イオン源からイオンビームを引き出す軸と、イオンビームを試料に照射する軸が傾斜関係にある構造であり、
イオン源もしくは途中の真空室で発生した中性粒子が衝突する部材をシリコンにしたことを特徴とするイオンビーム加工装置。
(14) a sample stage for holding a sample;
An ion source that generates an ion beam and an irradiation optical system that irradiates the sample held on the sample stage with an ion beam. The sample is processed by the ion beam to form a substantially vertical cross section, In an ion beam processing apparatus that extracts a piece or produces a thin film sample for a transmission electron microscope,
The axis that draws the ion beam from the ion source and the axis that irradiates the sample with the ion beam are in a tilted relationship,
An ion beam processing apparatus characterized in that a member that collides with neutral particles generated in an ion source or a vacuum chamber in the middle is made of silicon.
1…デュオプラズマトロン、2…コンデンサレンズ、3…対物レンズ、4…イオンビーム走査偏向器、5…ステンシルマスク、6…イオンビーム、7…電子銃、8…電子ビーム、9…電子レンズ、10…電子ビーム走査偏向器、11…試料、12…第1の試料ステージ、13…二次粒子検出器、14…第1の試料ステージ制御装置、15…プローブ、16…マニピュレータ、17…マニピュレータ制御装置、18…デポガス源、19…デポガス源制御装置、20…イオンビーム偏向器、21…集束イオビーム筐筒、22…電子ビーム筐筒、23…真空試料室、24…第2の試料ステージ、25…第2の試料ステージ制御装置、26…イオン源アパーチャ、27、28…二次粒子検出器制御装置、29…試料高さ測定器、30…試料高さ測定器制御装置、31…液体金属イオン源、32…コンデンサレンズ、33…ビーム制限アパーチャ、34…イオンビーム走査偏向器、35…対物レンズ、36…FIB、37…アパーチャ回転機構、38…アパーチャ回転制御機構、41…真空容器、61…質量分離器、62…質量分離器制御装置、イオン源制御装置81…イオン源制御装置、82…レンズ制御装置、83…イオンビーム走査偏向制御装置、84…二次粒子検出器制御装置、85…計算処理装置、91…デュオプラズマトロン制御装置、92…レンズ制御装置、93…イオンビーム走査偏向制御装置、95…計算処理装置、130…マーク、131…第1の成型イオンビーム、132…第1の成型穴、133…イオンビーム、134…デポ膜、135…第2の成型イオンビーム、136…第2の成型穴、137…微小試料片、138…デポ膜、140…試料ホルダ。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Duoplasmatron, 2 ... Condenser lens, 3 ... Objective lens, 4 ... Ion beam scanning deflector, 5 ... Stencil mask, 6 ... Ion beam, 7 ... Electron gun, 8 ... Electron beam, 9 ... Electron lens, 10 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Electron beam scanning deflector, 11 ... Sample, 12 ... First sample stage, 13 ... Secondary particle detector, 14 ... First sample stage controller, 15 ... Probe, 16 ... Manipulator, 17 ...
Claims (3)
第1のイオンビームを発生させる第1のガス電界電離イオン源と、
前記試料に対して前記第1のガス種のイオンビームを照射する第1のイオンビーム照射光学系と、
第2のイオンビームを発生させる第2のガス電界電離イオン源と、
前記試料に対して前記第2のガス種のイオンビームを照射する第2のイオンビーム照射光学系と、
前記第一のイオンビームによって前記試料の断面を加工し、前記第二のイオンビームによって前記断面を観察するイオンビーム加工装置において、
前記第1の電界電離イオン源からイオンビームを引き出す軸と、前記第1のイオンビームを試料に照射する軸が傾斜関係にある構造であることを特徴とするイオンビーム加工装置。 A first sample stage for holding a sample;
A first gas field ion source that generates a first ion beam;
A first ion beam irradiation optical system for irradiating the sample with an ion beam of the first gas species;
A second gas field ion source that generates a second ion beam;
A second ion beam irradiation optical system for irradiating the sample with an ion beam of the second gas species;
In the ion beam processing apparatus for processing the cross section of the sample with the first ion beam and observing the cross section with the second ion beam,
An ion beam processing apparatus having a structure in which an axis for extracting an ion beam from the first field ionization ion source and an axis for irradiating the sample with the first ion beam are in an inclined relationship.
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JPS6062045A (en) * | 1983-09-14 | 1985-04-10 | Hitachi Ltd | Ion microbeam implanter |
JPH10162769A (en) * | 1996-11-28 | 1998-06-19 | Hitachi Ltd | Ion beam work device |
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