JP4965481B2 - 複合荷電粒子ビーム装置、それを用いた試料加工方法及び透過電子顕微鏡用試料作製方法 - Google Patents
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Description
試料をイオンビームでエッチング加工するイオンビーム鏡筒と、
試料上の任意の領域に電子ビームを照射できる電子ビーム鏡筒と、
電子ビーム照射による二次信号を検出可能な二次信号検出器と、
電子ビーム照射位置と二次信号量を関連付けて画像化するデータ処理部と、
前記データ処理部からの画像信号に基づき前記試料上の任意の領域の画像を表示させる画像表示部と、
入力機器により指定された照射可能領域または照射禁止領域を電子ビーム照射位置データとして設定する照射位置設定手段と、
該照射位置設定手段からの電子ビーム照射位置データに基づき電子ビーム照射位置を制御する照射位置制御手段とからなり、
該照射位置設定手段は、前記指定された領域が照射可能領域か照射禁止領域であるかに応じて電子ビーム照射位置データを更新し、よって前記照射位置制御手段は前記照射可能領域のみに電子ビーム照射を制限することを特徴とする複合荷電粒子ビーム装置である。
前記第一の態様において、
前記照射位置設定手段は、予め得たイオンビームによりエッチング加工部分全体を含む画像のうちから、入力機器により指定される照射可能領域と照射禁止領域により電子ビーム照射位置データを更新することを特徴とする。
前記第一の態様において、
前記照射位置設定手段は、イオンビームによる加工中において、加工対象領域から離れた位置の画像と、試料加工対象部の既知情報とから電子線照射可能領域を推定することを特徴とする。
前記第一の態様において、
前記二次信号検出器はイオンビーム照射による二次信号を検出可能であり、前記データ処理装置はイオンビーム照射位置と二次信号量を関連付けて画像化し、前記照射位置設定手段は、イオンビームによる観察像からイオンビームと電子ビームの相対的な位置関係を元に電子線照射可能領域と電子線照射禁止領域を設定することを特徴とする。
上記いずれかの複合荷電粒子ビーム装置を用いて、
前記照射可能領域の観察像中に位置認識用目標物を設定し
前記目標物の移動量に基づき試料と電子ビーム照射位置の相対的な位置ずれを検出し
前記照射可能領域の位置を補正することを特徴とする複合荷電粒子ビーム装置を用いた試料加工方法である。
上記いずれかの複合荷電粒子ビーム装置を用いて、前記照射可能領域からの2次信号量を検出し、所定の二次信号量になったところでイオンビームエッチングを終了する複合荷電粒子ビーム装置を用いた試料加工方法である。
上記第六の態様において、
第一に加工部分全体を含む電子ビームによる二次信号による観察像を取得し、
第二に前記観察像の中で厚みモニタ領域と参照領域を照射可能領域として設定し、
第三に前記照射可能領域のみに電子ビーム照射し、
前記厚みモニタ領域と前記参照領域で発生する二次荷電粒子を検出し、検出した二次荷電粒子量から前記厚みモニタ領域の厚み情報を算出し、算出された厚みが所望の厚みに達したことをもってイオンビームエッチングを終了する。
複合荷電粒子ビーム装置を用いた透過電子顕微鏡用試料作製方法において、
試料をイオンビームでエッチング加工するイオンビーム鏡筒と、
試料上の任意の領域に電子ビームを照射できる電子ビーム鏡筒と、
電子ビーム照射による二次信号を検出可能な二次信号検出器と、
電子ビーム照射位置と二次信号量を関連付けて画像化するデータ処理部と、
前記データ処理部からの画像信号に基づき前記試料上の任意の領域の画像を表示させる画像表示部と、
を備えてイオンビームによるエッチング加工中の試料の状態を観察可能な複合荷電粒子ビーム装置を用いて、透過電子顕微鏡用試料を作製する方法において、
イオンビームによるエッチング加工により、試料に仕上げ厚みより厚い所定の厚みに薄片部を作製した後、
前記薄片部断面全体の電子ビーム観察像を取得する第一の工程と、
前記観察像の中で照射領域と照射禁止領域を設定する第二の工程と、
前記照射可能領域のみに電子線の照射を制限して厚みをモニタしながら仕上げ厚みにする薄片化加工を行なう第三の工程と、
を有することを特徴とする。
複合荷電粒子ビーム装置を用いた透過電子顕微鏡用試料作製方法において、
試料をイオンビームでエッチング加工するイオンビーム鏡筒と、
試料上の任意の領域に電子ビームを照射できる電子ビーム鏡筒と、
電子ビーム照射による二次信号を検出可能な二次信号検出器と、
電子ビーム照射位置と二次信号量を関連付けて画像化するデータ処理部と、
前記データ処理部からの画像信号に基づき前記試料上の任意の領域の画像を表示させる画像表示部と、
を備えてイオンビームによるエッチング加工中の試料の状態を観察可能な複合荷電粒子ビーム装置を用いて、透過電子顕微鏡用試料を作製する方法において、
イオンビームで仕上げ厚みより厚い所定の厚みに薄片部を作製するときに、薄片部両側の穴あけ加工を前記穴形状が試料上面から見て薄片部を上底とする台形形状に作製する工程と、
前記薄片部に平行方向の、前記両側の穴あけ加工部の外側から矩形形状の電子線走査領域を前記両側の穴あけ加工部に向けて近づけながら、前記台形形状の下底に繋がる辺の形状の一部の観察像を両側の穴に対して取得する工程と、
該観察像と前記薄片部の長さから前記薄片部断面の電子線照射禁止領域及び電子線照射可能領域を決定する工程と、
前記電子線照射可能領域に電子線を照射して厚みをモニタしながらイオンビームにより前記薄片部を仕上げ厚みに薄片化加工する工程と、
を有することを特徴とする。
なお、本実施形態の説明は例示であり、本発明の構成は以下の説明に限定されない。
図1は、本発明における複合荷電粒子ビーム装置である。
第三に、逐次電子ビーム鏡筒2による観察を行いながら、イオンビーム鏡筒1による薄片化を進行させていく。照射位置データ17は、照射可能領域だけにビームが照射され照射禁止領域にはビームが照射されないようなデータに更新されているため、この時の観察は、電子ビーム照射禁止領域8に電子ビームが照射されることはない。この観察により、試料の湾曲、過剰なイオンビームエッチングによる試料の穴あき、ビームの位置ずれなどの現象、またはその予兆を検出することができ、試料の損壊を未然に防ぐことができる。このことは、薄片化の過程を観察することのメリットを達成していると言える。
本実施形態では、電子ビーム照射可能領域7と電子ビーム照射禁止領域8を設定するために観察像6を取得する方法が実施形態1とは異なる。
本実施形態では、電子ビーム照射可能領域7と電子ビーム照射禁止領域8を設定するために観察像6を取得する方法が実施形態1および2とは異なる。本実施形態では、イオンビーム鏡筒1による観察像を元に決定された加工位置と、禁止領域に相当する深さの既知情報、およびイオンビーム鏡筒1と電子ビーム鏡筒2のビームの位置関係から、電子ビーム鏡筒2による観察像6上での電子ビーム照射禁止領域7と電子ビーム照射可能領域8を計算で求め、決定する方法を取る。
Ys1=Y*Sinφ
と表される。イオンビームによる観察像33では深さ方向の位置は認識できないが、電子ビームによる観察像31は断面を斜め上から見る形になるため、深さ方向の位置も認識できる。前述の断面において深さhにあたる場所のY方向位置Ys2はYs1から
h*Cosφ
だけ、離れた位置に認識される。以上より、イオンビームによる観察像33において、位置Yに存在する断面の上辺から深さhまでの範囲は、電子ビームによる観察像31においては、
Y*Sinφ
から
Y*Sinφ―h*Cosφ
の範囲として表示される。また、断面の幅方向、すなわちX方向は前述の事前の調整により、イオンビームによる観察像33のものと一致する。
ここまで述べてきた、実施形態1から3においては、電子ビーム照射可能領域7と電子ビーム照射禁止領域8は、固定であった。本実施形態では、実施形態1から3の各場合において、電子ビーム照射可能領域7の中に、位置認識用目標物9(図1参照)を設定する。位置認識用目標物9は、試料、ステージ、ビーム制御系などシステムの様々な不安定要因による試料とビームの位置関係の微妙なズレ、いわゆるドリフトの方向と量を検出するために用いる。
図5に本発明における第5の実施形態を示すための薄片試料5を含む部分の概略斜視図を示す。
本実施形態では、試料中の所望箇所(欠陥部分)の断面像を取得する例をあげ、断面加工観察の方法について開示する。
以上の実施形態では、イオンビーム鏡筒1として液体金属ガリウムをイオン源として用いた集束イオンビーム装置を想定しているが、その他のイオン源を用いた集束イオンビーム装置や、よりビーム径の大きい、希ガスや不活性ガスを用いたガスイオン源を備えたイオンビーム装置などを用いても電子ビーム照射による試料の変質を防ぎながら、正確な加工を実施することができ、課題を達成することができる。
2 電子ビーム鏡筒
3 二次信号検出器
4 データ処理装置
5 薄片試料
6 観察像
7 電子ビーム照射可能領域
8 電子ビーム照射禁止領域
9 位置認識用目標物
10 低誘電率層間絶縁膜
11 配線
12 基板
13 画像表示装置
14 信号強度取り込み手段
15 照射位置制御手段
16 信号強度データ
17 照射位置データ
18 画像表示手段
19 照射位置設定手段
21 断面
22 スロープ部
23 スロープ部
24 スロープエッジ
25 スロープエッジ
31 電子ビームによる観察像
32 電子ビーム軸
33 イオンビームによる観察像
34 イオンビーム軸
41 厚みモニタ領域
42 参照領域
55 加工溝
56 欠陥部分
61 パッシベーション層
h 電子ビーム照射禁止領域の高さ
w 電子ビーム照射禁止領域の幅
Y FIB画面での断面Y方向位置
Ys1 SEM画面での電子ビーム照射禁止領域上端のY座標
Ys2 SEM画面での電子ビーム照射禁止領域下端のY座標
Φ SEM取付角度
Claims (9)
- 試料をイオンビームでエッチング加工するイオンビーム鏡筒と、
試料上の任意の領域に電子ビームを照射できる電子ビーム鏡筒と、
電子ビーム照射による二次信号を検出可能な二次信号検出器と、
電子ビーム照射位置と二次信号量を関連付けて画像化するデータ処理部と、
前記データ処理部からの画像信号に基づき前記試料上の任意の領域の画像を表示させる画像表示部と、
入力機器により指定された照射可能領域または照射禁止領域を電子ビーム照射位置データとして設定する照射位置設定手段と、
該照射位置設定手段からの電子ビーム照射位置データに基づき電子ビーム照射位置を制御する照射位置制御手段とからなり、
前記照射位置設定手段は、前記指定された領域が照射可能領域か照射禁止領域であるかに応じて電子ビーム照射位置データを更新し、よって前記照射位置制御手段は前記照射可能領域のみに電子ビーム照射を制限することを特徴とする複合荷電粒子ビーム装置 - 前記照射位置設定手段は、イオンビーム走査により予め得たエッチング加工部分全体を含む画像のうちから、入力機器により指定される照射可能領域と照射禁止領域により電子ビーム照射位置データを更新することを特徴とする請求項1記載の複合荷電粒子ビーム装置。
- 前記照射位置設定手段は、イオンビームによる加工中において、加工対象領域から離れた位置の画像と、試料加工対象部の既知情報とから電子線照射可能領域を推定する請求項1記載の複合荷電粒子ビーム装置。
- 前記二次信号検出器はイオンビーム照射による二次信号を検出可能であり、前記データ処理装置はイオンビーム照射位置と二次信号量を関連付けて画像化し、前記照射位置設定手段は、イオンビームによる観察像からイオンビームと電子ビームの相対的な位置関係を元に電子線照射可能領域と電子線照射禁止領域を設定する請求項1記載の複合荷電粒子ビーム装置。
- 前記1から4に記載の複合荷電粒子ビーム装置を用いて、
前記照射可能領域の観察像中に位置認識用目標物を設定し
前記目標物の移動量に基づき試料と電子ビーム照射位置の相対的な位置ずれを検出し
前記照射可能領域の位置を補正することを特徴とする複合荷電粒子ビーム装置を用いた試料加工方法。 - 前記1から4に記載の複合荷電粒子ビーム装置を用いて、前記照射可能領域からの2次信号量を検出し、所定の二次信号量になったところでイオンビームエッチングを終了する複合荷電粒子ビーム装置を用いた試料加工方法。
- 請求項6記載の複合荷電粒子ビーム装置を用いた試料加工方法において、
第一に加工部分全体を含む電子ビームによる二次信号による観察像を取得し、
第二に前記観察像の中で厚みモニタ領域と参照領域を照射可能領域として設定し、
第三に前記照射可能領域のみに電子ビーム照射し、
前記厚みモニタ領域と前記参照領域で発生する二次荷電粒子を検出し、検出した二次荷電粒子量から前記厚みモニタ領域の厚み情報を算出し、算出された厚みが消耗の厚みに達したことをもってイオンビームエッチングを終了する複合荷電粒子ビーム装置を用いた試料加工方法。 - 試料をイオンビームでエッチング加工するイオンビーム鏡筒と、
試料上の任意の領域に電子ビームを照射できる電子ビーム鏡筒と、
電子ビーム照射による二次信号を検出可能な二次信号検出器と、
電子ビーム照射位置と二次信号量を関連付けて画像化するデータ処理部と、
前記データ処理部からの画像信号に基づき前記試料上の任意の領域の画像を表示させる画像表示部と、
を備えてイオンビームによるエッチング加工中の試料の状態を観察可能な複合荷電粒子ビーム装置を用いて、透過電子顕微鏡用試料を作製する方法において、
イオンビームによるエッチング加工により、試料に仕上げ厚みより厚い所定の厚みに薄片部を作製した後、
前記薄片部断面全体の電子ビーム観察像を取得する第一の工程と、
前記観察像の中で照射領域と照射禁止領域を設定する第二の工程と、
前記照射可能領域のみに電子線の照射を制限して厚みをモニタしながら仕上げ厚みにする薄片化加工を行なう第三の工程と、
を有することを特徴とする複合荷電粒子ビーム装置を用いた透過電子顕微鏡用試料作製方法。 - 試料をイオンビームでエッチング加工するイオンビーム鏡筒と、
試料上の任意の領域に電子ビームを照射できる電子ビーム鏡筒と、
電子ビーム照射による二次信号を検出可能な二次信号検出器と、
電子ビーム照射位置と二次信号量を関連付けて画像化するデータ処理部と、
前記データ処理部からの画像信号に基づき前記試料上の任意の領域の画像を表示させる画像表示部と、
を備えてイオンビームによるエッチング加工中の試料の状態を観察可能な複合荷電粒子ビーム装置を用いて、透過電子顕微鏡用試料を作製する方法において、
イオンビームで仕上げ厚みより厚い所定の厚みに薄片部を作製するときに、薄片部両側の穴あけ加工を前記穴形状が試料上面から見て薄片部を上底とする台形形状に作製する工程と、
前記薄片部に平行方向の、前記両側の穴あけ加工部の外側から矩形形状の電子線走査領域を前記両側の穴あけ加工部に向けて近づけながら、前記台形形状の下底に繋がる辺の形状の一部の観察像を両側の穴に対して取得する工程と、
該観察像と前記薄片部の長さから前記薄片部断面の電子線照射禁止領域及び電子線照射可能領域を決定する工程と、
前記電子線照射可能領域に電子線を照射して厚みをモニタしながらイオンビームにより前記薄片部を仕上げ厚みに薄片化加工する工程と、
を有する複合荷電粒子ビーム装置を用いた透過電子顕微鏡用試料作製方法。
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