JP2012507728A - 試料膜厚の測定及びエンドポインティング - Google Patents
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Abstract
【解決手段】FIB/SEMデュアルビームにおいてSEM−STEM検出器を使用することにより、STEM信号で試料膜厚を観察しながら、FIBを用いて試料を薄膜化することができる。本発明の好ましい一つの実施形態では、再現性があって自動化に適している正確なエンドポイント検出の方法を使用することによって、S/TEM試料の膜厚を測定し、S/TEM試料を作成することができる。また、好ましい実施形態では、TEM薄膜作成中に自動的なエンドポインティングを実現することができ、手動による薄膜化中に使用者に試料膜厚に関する直結フィードバックを提供することができる。したがって、本発明の好ましい実施形態では、試料を薄膜化する際にエンドポイントを決定するための改善された方法、及びTEM試料作成のスループットと再現性を向上するように、部分的又は完全に自動化されたエンドポインティングの方法を提供する。
【選択図】図4
Description
(a)FIBと、電子カラム及び信号検出器を有するS/TEMとを備えたデュアルビーム装置内に前記試料を挿入し、
(b)前記試料に電子ビームを指向する前記電子カラムと、前記試料を通過する電子を検出する前記信号検出器とを用いて、前記試料を画像化し、
(c)前記信号検出器によって前記電子ビームの電子がまったく又は比較的少数しか検出されなかった信号に低い透過値を割り当てる手順、前記信号検出器によって前記電子ビームの実質的にすべての電子が検出された信号に高い透過値を割り当てる手順、及び前記低い透過値と前記高い透過値との範囲の像コントラスト値を規格化する手順によって、前記検出された信号を規格化し、
(d)前記試料の少なくとも一部に関するS/TEM像コントラストレベルと、格納データとを比較し、
(e)前記格納データと前記試料コントラスト値との関係に基づいて、前記試料の前記少なくとも一部に関する膜厚値を決定し、
(f)前記決定された膜厚値が前記試料に関する所望の膜厚より大きい場合、FIBミリングを使用して前記試料を薄膜化し、
(g)前記決定された膜厚値が前記所望の膜厚値と等しくなるまで、(b)から(e)の手順を繰り返すことができる。
以下は、モデリングのいくつかの実施例であり、各種SEM−STEMモードで観察される所望のコントラストについて、及びこのコントラストが画像化の諸条件(例えば、試料膜厚、電子ビーム電圧及び異なる材料のパラメータ)に応じてどのように変化するかについて、よりよく理解できるように実施された。このようなモデルリングは、SEM−STEM像内で観察されるコントラストを解釈するのに有用であり、試料作成及び画像化の諸条件を最適化するのに有用である。
BF(a):ILD>Si>W
ADF(b):Si>ILD>W
HADF(c):W>Si>ILD
最大レンジ:RKO=0.0276.A.E1.67/(D.Z0.889)
上式では、EはkVであり、レンジはμmである。乗数1.67と1.7との間の差異は、モデリングの統計的誤差内であり差し支えないが、以降のモデリングでは、整合を図るため、KOレンジからkVの乗数1.67を採用することとした。
F=(Dd.Zz/Aa)*(t/E1.67)
上式では、d、z、aはモデルパラメータであり、tは試料膜厚である。次いで、条件として下記のとおりとした。
FMaterial=FSilicon
上記で角度分布が同一であるとすると、シリコンに関し、標準的な膜厚(この場合100nm)において相当するビーム電圧Eを計算することが可能となる。
z=1.0、a=0.5及びd=1.0
F=(Dd.ZZAa)*(t/(E−E0)1.67)
z=l.9、a=1.0及びd=1.0
F=Z/((RKO/t)1/1.67−l)1.67
このモデルを適当に用いることで、モンテカルロモデリングを追加で実行することなしに、より広いレンジでの試料条件を検討することができる。
23 FIB
24 試料ホルダ
25 電子ビーム
26 環状暗視野領域
28 明視野領域
30 明視野の透過電子
32 暗視野の透過電子
Claims (46)
- S/TEM分析に関し、試料を薄膜化する際のエンドポイントティング方法であって、
(a)FIBと、電子カラム及び信号検出器を有するS/TEMとを備えたデュアルビーム装置内に前記試料を挿入し、
(b)前記試料に電子ビームを指向する前記電子カラムと、前記試料を通過する電子を検出する前記信号検出器とを用いて、前記試料を画像化し、
(c)前記信号検出器によって前記電子ビームの電子がまったく又は比較的少数しか検出されなかった信号に低い透過値を割り当てる手順、前記信号検出器によって前記電子ビームの実質的にすべての電子が検出された信号に高い透過値を割り当てる手順、及び前記低い透過値と前記高い透過値との範囲の像コントラスト値を規格化する手順によって、前記検出された信号を規格化し、
(d)前記試料の少なくとも一部に関するS/TEM像コントラストレベルと、格納データとを比較し、
(e)前記格納データと前記試料コントラスト値との関係に基づいて、前記試料の前記少なくとも一部に関する膜厚値を決定し、
(f)前記決定された膜厚値が前記試料に関する所望の膜厚より大きい場合、FIBミリングを使用して前記試料を薄膜化し、
(g)前記決定された膜厚値が前記所望の膜厚値と等しくなるまで、(b)から(e)の手順を繰り返すことを特徴とする方法。 - 前記格納データは、前記試料と同じ材料からなるキャリブレーション用試料に関するS/TEM像コントラスト値と試料膜厚との関係を示すキャリブレーションデータを備えることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記格納データは、前記試料と同じ材料からなるキャリブレーション用試料に関するコントラストデータ対試料膜厚のキャリブレーション曲線のデータ点を備えることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記格納データは、前記試料を通過したS/TEM信号に関する透過信号を、前記試料材料に関する既知の試料膜厚と検出された透過信号との理想曲線に整合させた格納されたキャリブレーションを備えることを特徴とする請求項1に記載の方法。
- 前記格納データは、前記試料材料からなり既知の膜厚を有する複数のキャリブレーション用試料のS/TEM画像化によって、実験的に決定されることを特徴とする請求項1乃至4のいずれか1項に記載の方法。
- 前記格納データは、コンピュータモデリングによって決定されることを特徴とする請求項1乃至5のいずれか1項に記載の方法。
- 前記格納データは、前記試料材料及び前記S/TEM検出器のジオメトリを基準として、S/TEM透過と試料膜厚とのコンピュータモデリングによって決定されることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の方法。
- 前記格納データが第1のS/TEMシステムで決定され、薄膜化されていく前記試料が第2のS/TEMシステムを用いて画像化され、
前記方法は、さらに、
前記試料を薄膜化する前に、同じ試料材料からなり既知の膜厚を有するキャリブレーション用試料に関する前記第2のS/TEMシステムの前記S/TEM像コントラストレベルを決定し、
前記第2のS/TEMシステムにおけるキャリブレーション曲線が、前記第1のS/TEMシステムで決定された前記格納データに整合するように、前記第2のS/TEMシステムの前記キャリブレーション用試料に関する前記S/TEM像コントラストレベルを用いることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項に記載の方法。 - 前記試料を画像化する手順は、明視野像を用いて前記試料を画像化することを特徴とする請求項1乃至8のいずれか1項に記載の方法。
- さらに、信号効率が前記キャリブレーション曲線に整合するようにデュアルビーム装置をキャリブレーションすることを特徴とする請求項1乃至9に記載のいずれかの方法。
- 前記キャリブレーション曲線は、特定のデュアルビーム設計に対して固有であることを特徴とする請求項1乃至10のいずれか1項に記載の方法。
- 前記低い透過値を割り当てる手順は、すべて又はほぼすべての電子が前記検出器に到達することを妨げるような十分に厚い前記薄膜の1つ以上の領域に前記電子ビームを走査する際に実行され、
前記高い透過値を割り当てる手順は、すべて又はほぼすべての電子が前記検出器に到達することを可能とするような十分に薄い薄膜の1つ以上の領域に前記電子ビームを走査する際に実行されることを特徴とする請求項1乃至11のいずれか1項に記載の方法。 - 前記低い透過値を割り当てる手順は、0%乃至5%の値を割り当てる手順を含み、
前記高い透過値を割り当てる手順は、95%乃至100%の値を割り当てる手順を含むことを特徴とする請求項1乃至12のいずれか1項に記載の方法。 - 前記低い透過値を割り当てる手順は、0%の値を割り当てる手順を含み、
前記高い透過値を割り当てる手順は、100%の値を割り当てる手順を含むことを特徴とする請求項1乃至13のいずれか1項に記載の方法。 - 前記デュアルビーム装置をキャリブレーションする手順は、モデル化された曲線のデータに一致する一つ以上のデータ点を取得する手順を含むことを特徴とする請求項10に記載の方法。
- 前記規格化されたコントラスト値は、検出器及び装置の設定が変更された場合でも不変であることを特徴とする請求項1乃至15のいずれか1項に記載の方法。
- 前記検出器及び装置の設定は、作動距離、試料の間隔、ビーム電圧、検出器のジオメトリ、試料傾斜角、輝度及びコントラストからなるグループから選択されることを特徴とする請求項16に記載の方法。
- 使用者によって、前記FIBによってミル処理される所望の試料膜厚を、コードを実行する機械に入力する手順と、
FIBミリングによって、前記試料を薄膜化する手順と、
前記所望の試料膜厚に達したとの決定に基づいて、ミリングを終了する手順とをさらに備えることを特徴とする請求項1乃至17のいずれか1項に記載の方法。 - 前記ミリングを終了する手順は、前記機械が前記デュアルビーム装置と通信してコンピュータ可読コードを実行することによって開始されることを特徴とする請求項18に記載の方法。
- 前記ミリングを終了する手順は、使用者が介在することなく、前記機械がコンピュータ可読コードを実行することによって自動的に実行されることを特徴とする請求項18に記載の方法。
- 前記試料を所望の膜厚まで自動的にミル処理するように、前記試料材料に関するS/TEMコントラスト情報を使用する手順を備えることを特徴とする試料作成方法。
- 前記試料材料に関するS/TEMコントラストデータに基づいて、前記試料を所望の膜厚までミル処理するようにFIBを使用する手順を備えることを特徴とする試料作成方法。
- 前記S/TEMコントラストデータによって前記試料が前記所望の膜厚にあることが示されたとき、FIBミリングを中止する手順をさらに備えることを特徴とする請求項22に記載の方法。
- 前記所望の試料膜厚に対応するS/TEM像コントラスト値を決定する手順をさらに備えることを特徴とする請求項23に記載の方法。
- 前記S/TEMコントラストデータは、前記試料材料に関する試料膜厚に関連付けられたS/TEM像コントラスト値を備えることを特徴とする請求項22に記載の方法。
- 前記コントラストデータは、コントラスト/膜厚曲線から取得されることを特徴とする請求項22に記載の方法。
- 前記コントラスト/膜厚曲線は、異なる膜厚の試料に関するS/TEM像コントラスト値を決定する手順によって取得されることを特徴とする請求項26に記載の方法。
- 前記異なる膜厚の試料に関するS/TEM像コントラスト値を決定する手順は、異なる既知の膜厚の試料に関するS/TEM像コントラスト値を測定する手順を備えることを特徴とする請求項27に記載の方法。
- 前記異なる既知の膜厚の試料に関するS/TEM像コントラスト値は、コンピュータモデリングによって決定されることを特徴とする請求項27に記載の方法。
- 前記所望の試料膜厚に対応するS/TEM像コントラスト値は、同じ材料からなるキャリブレーション用試料に関するコントラストデータ対試料膜厚のキャリブレーション曲線のデータ点から決定されることを特徴とする請求項24に記載の方法。
- S/TEM分析に関し、試料を薄膜化する際にエンドポインティングする方法であって、
薄膜化される前記試料と同じ材料からなり、異なる膜厚のキャリブレーション用試料に関する規格化されたS/TEM像コントラスト値を決定する手順によって、キャリブレーションデータを取得し、
S/TEMを用いて前記試料を画像化し、
前記試料画像に関する前記S/TEM像コントラスト値を規格化し、
前記試料画像に関する前記規格化されたS/TEM像コントラスト値と、前記キャリブレーションデータとを比較し、
前記試料を薄膜化し、
前記試料画像に関する規格されたS/TEM像コントラスト値と前記キャリブレーションデータとの比較によって、前記試料が前記所望の膜厚にあることが示されたとき、試料の薄膜化を停止することを特徴とする方法。 - 異なる膜厚のキャリブレーション用試料に関する規格化されたS/TEM像コントラスト値を決定する手順は、
信号検出器によって前記ビームの電子がまったく又は比較的少数しか検出されなかった信号に低い透過値を割り当てる手順と、
前記信号検出器によって前記ビームの実質的にすべての電子が検出された信号に高い透過値を割り当てる手順と、
前記キャリブレーション用試料画像に関する前記低い透過値と前記高い透過値との範囲の前記コントラスト値を規格化する手順と、を備えることを特徴とする請求項31に記載の方法。 - 前記低い透過値は0%であり、前記高い透過値は100%であることを特徴とする請求項32に記載の方法。
- 前記試料画像に関する前記S/TEM像コントラスト値を規格化する手順は、
低い透過値を、信号検出器で前記ビームの電子がまったく又は比較的少数しか検出されなかった検出信号に割り当てる手順と、
高い透過値を、前記信号検出器で前記ビームの実質的にすべての電子が検出された検出信号に割り当てる手順と、
前記試料画像に関する前記コントラスト値を前記低い透過値と前記高い透過値との範囲で規格化する手順と、を備えることを特徴とする請求項31に記載の方法。 - 前記低い透過値は0%であり、前記高い透過値は100%であることを特徴とする請求項34に記載の方法。
- 試料に関するコントラスト情報を取得するS/TEMと、
前記試料を所望の膜厚までミル処理するFIBと、
前記コントラスト情報に基づいて、前記試料を前記所望の膜厚までミル処理するように前記FIBを制御するコントローラと、を備えることを特徴とする装置。 - 前記コントローラは、前記コントラスト情報が前記所望の膜厚に関連付けられた前記コントラスト値を指示したとき、前記FIBに対してミリングを停止させることができることを特徴とする請求項36に記載の装置。
- 前記コントローラは、前記所望の膜厚に関連付けられたコントラスト値を特定することができることを特徴とする請求項36又は37に記載の装置。
- 前記コントローラは、コントラスト/膜厚曲線の情報から、前記コントラスト値を特定することを特徴とする請求項38に記載の装置。
- さらに、コントラスト/膜厚曲線を示すルックアップデータを格納するメモリを備えることを特徴とする請求項36乃至39のいずれか1項に記載の装置。
- S/TEM分析のための試料を薄膜化する装置であって、
FIBカラムと、
S/TEMカラム及び検出器と、
試料材料に関するキャリブレーションデータを格納するコンピュータ可読メモリと、を備え、
前記格納データが、前記試料材料に関する試料膜厚に対応するS/TEM像コントラスト値を備えることを特徴とする装置。 - 前記試料に関する前記S/TEM像コントラスト値と、前記格納されたキャリブレーションデータとの比較に基づいて、前記試料を所望の膜厚まで薄膜化するようにFIBを制御するコントローラをさらに備えることを特徴とする請求項41に記載の装置。
- 第1材料及び第2材料の複合物からなる試料を薄膜化する際にエンドポインティングする方法であって、
前記薄膜化する試料と同じ第1材料及び第2材料の複合物からなるキャリブレーション用試料を用い、薄膜化されているキャリブレーション用試料について所望の電子ビーム電圧で、前記第1及び第2試料材料に関する暗視野信号の交差点となるS/TEM像コントラスト値を決定する手順によって、キャリブレーションデータを取得し、
前記試料に関する前記暗視野信号を決定するために、前記S/TEMを用いて、前記試料を前記所望の電子ビーム電圧で画像化し、
前記試料を薄膜化し、
前記第1及び第2材料に関する前記コントラスト値が、前記所望の膜厚における前記キャリブレーション用試料の暗視野信号の交差点と一致するとき、試料の薄膜化を停止することを特徴とする方法。 - 前記薄膜化されているキャリブレーション用試料について所望の電子ビーム電圧で、前記第1及び第2試料材料に関する暗視野信号の交差点となるS/TEM像コントラスト値を決定する手順は、
前記試料が薄膜化されるときの前記第1及び第2材料に関する暗視野コントラスト値を取得する手順と、
前記第1及び第2材料に関する前記コントラスト値が等しいとき、前記試料膜厚を決定する手順と、を備えることを特徴とする請求項43に記載の方法。 - 第1材料及び第2材料の複合物からなる試料を薄膜化する際にエンドポインティングする方法であって、
前記薄膜化する試料と同じ第1材料及び第2材料の複合物からなるキャリブレーション用試料を用い、薄膜化されているキャリブレーション用試料について所望の電子ビーム電圧で、前記第1及び第2試料材料に関する暗視野信号の交差点となるS/TEM像コントラスト値を決定する手順によって、キャリブレーションデータを取得し、
所望の電子ビーム電圧を選択し、その電子ビーム電圧に関する暗視野信号の交差点に関するコントラスト値を決定し、
前記試料に関する前記暗視野信号を決定するために、前記S/TEMを用いて、前記試料を前記所望の電子ビーム電圧で画像化し、
前記試料を薄膜化し、
前記第1及び第2材料に関する前記コントラスト値が、前記所望の膜厚における前記キャリブレーション用試料の暗視野信号の交差点と一致するとき、試料の薄膜化を停止することを特徴とする方法。 - 前記暗視野信号の交差点に関するS/TEM像コントラスト値を決定する手順は、
前記第1及び第2材料に関する暗視野信号コントラスト値対試料膜厚の曲線を取得する手順と、
前記第1及び第2材料に関する前記コントラスト値が等しくなる前記試料膜厚を決定する手順と、を備えることを特徴とする請求項43又は45に記載の方法。
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