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JP2009037910A - Composite charged particle beam apparatus and processing observation method - Google Patents

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JP2009037910A
JP2009037910A JP2007201905A JP2007201905A JP2009037910A JP 2009037910 A JP2009037910 A JP 2009037910A JP 2007201905 A JP2007201905 A JP 2007201905A JP 2007201905 A JP2007201905 A JP 2007201905A JP 2009037910 A JP2009037910 A JP 2009037910A
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ion beam
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ion
beam irradiation
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孝 皆藤
Takashi Ogawa
貴志 小川
Kenichi Nishinaka
健一 西中
Junichi Tashiro
純一 田代
Yasuhiko Sugiyama
安彦 杉山
Kazuo Aida
和男 相田
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Abstract

【課題】試料を汚染することなく加工しつつ観察することができる複合荷電粒子ビーム装置を提供する。
【解決手段】本発明の複合荷電粒子ビーム装置は、ガスフィールドイオン源を備えたイオンビーム照射系20と、その照射軸がイオンビーム照射系20の照射軸に対し90度又は90度よりも狭い角度に配置された電子ビーム照射系50と、前記イオンビーム照射系20から射出されるイオンビーム20Aと前記電子ビーム照射系50から射出される電子ビーム50Aとの交差位置で試料を支持する試料台14と、前記試料上のビーム照射位置にデポジション用又はエッチング用の機能ガスを供給するガス銃11と、を備えていることを特徴とする。
【選択図】図1
A composite charged particle beam apparatus capable of observing a sample while processing it without contamination is provided.
The composite charged particle beam apparatus of the present invention includes an ion beam irradiation system 20 having a gas field ion source, and an irradiation axis thereof is 90 degrees or narrower than 90 degrees with respect to the irradiation axis of the ion beam irradiation system 20. An electron beam irradiation system 50 arranged at an angle, and a sample stage that supports the sample at the intersection of the ion beam 20A emitted from the ion beam irradiation system 20 and the electron beam 50A emitted from the electron beam irradiation system 50 14 and a gas gun 11 for supplying a functional gas for deposition or etching to a beam irradiation position on the sample.
[Selection] Figure 1

Description

本発明は、複合荷電粒子ビーム装置及び加工観察方法に関するものである。   The present invention relates to a composite charged particle beam apparatus and a processing observation method.

従来から、半導体プロセスの評価に用いられる加工観察装置として、加工用のイオンビーム照射系と、観察用の電子ビーム照射系とを備えた装置が知られている(特許文献1〜4参照)。また、集束イオンビームとガス銃を用いたデポジションにより微細立体構造物を形成する方法が知られている(特許文献5参照)。
特開平2−123749号公報 特開平6−231720号公報 特開平7−169429号公報 特開2005−310757号公報 国際公開第02/044079号パンフレット
2. Description of the Related Art Conventionally, as a processing observation apparatus used for evaluation of a semiconductor process, an apparatus including a processing ion beam irradiation system and an observation electron beam irradiation system is known (see Patent Documents 1 to 4). In addition, a method of forming a fine three-dimensional structure by deposition using a focused ion beam and a gas gun is known (see Patent Document 5).
Japanese Patent Laid-Open No. 2-123749 JP-A-6-231720 JP-A-7-169429 JP 2005-310757 A International Publication No. 02/044079 Pamphlet

以上に挙げた特許文献に記載の技術では、試料の加工にガリウムイオンビームを用いているため、加工による試料へのイオン注入が避けられない。特に、半導体製造工程から抜き取った試料(ウェハ)の加工観察を行う場合には、ガリウムイオンで汚染されると工程に戻せなくなる。   In the techniques described in the patent documents listed above, since a gallium ion beam is used for processing a sample, ion implantation into the sample by processing is inevitable. In particular, when processing and observation of a sample (wafer) extracted from the semiconductor manufacturing process is performed, contamination with gallium ions makes it impossible to return to the process.

本発明は、上記事情に鑑みて成されたものであって、試料を汚染することなく加工しつつ観察することができる複合荷電粒子ビーム装置を提供することを目的としている。特に、ガスフィールドイオン源から得られる極微細ビームによる超微細加工・観察を実現するものである。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a composite charged particle beam apparatus that can be observed while processing a sample without contaminating it. In particular, it is intended to realize ultrafine processing and observation with an ultrafine beam obtained from a gas field ion source.

本発明の複合荷電粒子ビーム装置は、上記課題を解決するために、ガスフィールドイオン源を備えたイオンビーム照射系と、その照射軸が前記イオンビーム照射系の照射軸に対し90度又は90度よりも狭い角度に配置された電子ビーム照射系と、前記イオンビーム照射系から射出されるイオンビームと前記電子ビーム照射系から射出される電子ビームとの交差位置で試料を支持する試料台と、前記試料上のビーム照射位置にデポジション用又はエッチング用の機能ガスを供給するガス銃と、を備えていることを特徴とする。
この構成によれば、イオンビーム照射系とガス銃とを備えているので、ガスアシストデポジションによる構造物の形成、及びガスアシストエッチングによる試料の加工等を迅速かつ容易に行うことができる。特にガスフィールドイオン源を備えたイオンビーム照射系は、ビーム径を1nm以下にまで小さく絞ることができるため高精度の加工が可能である。
さらに電子ビーム照射系を備えているので、イオンビーム照射系による試料加工を行いつつ、電子ビーム照射系を用いた試料観察を行うことができる。したがって、例えば加工用途であれば、加工の仕上がり具合を確認しながらイオンビームによる加工を実施することができる。
またイオンビーム照射系がガスイオン源を用いているため、イオンビームの照射によって試料が汚染されることが無い。したがって、半導体装置の製造工程から抜き取った試料を本発明の複合荷電粒子ビーム装置で加工観察した後にも、試料を工程に戻すことができ、製品を無駄にすることが無くなる。
In order to solve the above problems, a composite charged particle beam apparatus according to the present invention includes an ion beam irradiation system including a gas field ion source and an irradiation axis of 90 degrees or 90 degrees with respect to the irradiation axis of the ion beam irradiation system. An electron beam irradiation system disposed at a narrower angle, a sample stage that supports the sample at the intersection of the ion beam emitted from the ion beam irradiation system and the electron beam emitted from the electron beam irradiation system, And a gas gun for supplying a functional gas for deposition or etching to a beam irradiation position on the sample.
According to this configuration, since the ion beam irradiation system and the gas gun are provided, it is possible to quickly and easily perform formation of a structure by gas assist deposition, processing of a sample by gas assist etching, and the like. In particular, an ion beam irradiation system equipped with a gas field ion source can perform processing with high precision because the beam diameter can be reduced to 1 nm or less.
Furthermore, since the electron beam irradiation system is provided, it is possible to perform sample observation using the electron beam irradiation system while performing sample processing using the ion beam irradiation system. Therefore, for example, in the case of processing applications, it is possible to perform processing with an ion beam while confirming the finishing degree of processing.
Further, since the ion beam irradiation system uses a gas ion source, the sample is not contaminated by the ion beam irradiation. Therefore, even after processing and observing the sample extracted from the manufacturing process of the semiconductor device with the composite charged particle beam apparatus of the present invention, the sample can be returned to the process, and the product is not wasted.

前記イオンビーム照射系が前記試料台の鉛直方向の上方に配置される一方、前記電子ビーム照射系が鉛直方向に対して傾斜して配置されていることが好ましい。
このようにイオンビーム照射系を試料台の鉛直上方に配置することで、ビーム径が小さく高精度の位置制御を要するイオンビーム照射系を用いた加工観察をより容易に行えるようになる。
It is preferable that the ion beam irradiation system is disposed above the sample stage in the vertical direction, while the electron beam irradiation system is disposed so as to be inclined with respect to the vertical direction.
By arranging the ion beam irradiation system vertically above the sample stage in this way, it becomes easier to perform processing observation using an ion beam irradiation system that requires a highly precise position control with a small beam diameter.

前記ガスフィールドイオン源が、エミッタと、前記エミッタの先端部に対向する開口部を有する引出電極と、前記イオンとなるガスを供給するガス供給部とを備えていることが好ましい。
かかる構成のガスフィールドイオン源により、小さいビーム径のイオンビームを安定的に形成できる。
It is preferable that the gas field ion source includes an emitter, an extraction electrode having an opening facing the tip of the emitter, and a gas supply unit that supplies a gas to be the ions.
With such a gas field ion source, an ion beam having a small beam diameter can be stably formed.

前記イオンが、ヘリウムイオンであることが好ましい。
この構成により、試料のスパッタをほとんど生じさせることなく試料像を得ることができるイオンビーム照射系を備えた複合荷電粒子ビーム装置となる。
The ions are preferably helium ions.
With this configuration, a composite charged particle beam apparatus including an ion beam irradiation system that can obtain a sample image with almost no sputtering of the sample is obtained.

前記イオンビーム又は前記電子ビームの照射によって試料から発生する二次荷電粒子と前記試料を透過した荷電粒子の少なくとも一方を検出する検出装置と、前記検出装置の出力に基づいて前記試料の画像を表示する画像表示装置とを備えていることが好ましい。
この構成により、イオンビーム照射又は電子ビームによる試料像の観察が可能な構成となる。
A detection device for detecting at least one of secondary charged particles generated from the sample by irradiation of the ion beam or the electron beam and charged particles transmitted through the sample, and displaying an image of the sample based on the output of the detection device It is preferable to include an image display device.
With this configuration, the sample image can be observed by ion beam irradiation or electron beam.

前記検出装置が、電子検出器、イオン検出器、及び透過荷電粒子検出器の少なくとも1つを備えていることが好ましい。すなわち、イオンビーム照射又は電子ビーム照射により試料から発生する二次電子、二次イオン、及び透過荷電粒子のいずれかを検出できるものを備えていることが好ましい。   It is preferable that the detection device includes at least one of an electron detector, an ion detector, and a transmitted charged particle detector. That is, it is preferable to provide a device that can detect any of secondary electrons, secondary ions, and transmitted charged particles generated from a sample by ion beam irradiation or electron beam irradiation.

本発明の加工観察方法は、ガスフィールドイオン源を備えたイオンビーム照射系から試料に対してイオンビームを照射するとともに前記試料のイオンビーム照射位置にガスを供給することで前記試料を加工するステップと、前記試料に電子ビームを照射して前記試料を観察するステップとを有することを特徴とする。
この加工観察方法によれば、ガスを供給しながらのイオンビーム照射によるガスアシストデポジションやガスアシストエッチングによって試料の加工を迅速に効率よく行うことができる。また電子ビーム照射により試料の破損を回避しつつ観察することできる。また金属イオンを照射しないので、試料の汚染を回避しつつを行うことができる。
特に本発明では、ビーム径を小さく絞ることができるを備えたイオンビーム照射系を用いているので、微細かつ高精度の加工を容易に行うことができ、より高度の加工観察を実施することができる。
なお、上記では、イオンビーム照射によるガスアシスト加工について述べたが、電子ビーム照射によるガスアシスト加工も行うことができる。
さらに、絶縁物加工観察時に帯電防止のために逆電荷の電子又はイオンビームを照射することもできる。
The processing observation method of the present invention includes a step of processing the sample by irradiating the sample with an ion beam from an ion beam irradiation system including a gas field ion source and supplying a gas to the ion beam irradiation position of the sample. And observing the sample by irradiating the sample with an electron beam.
According to this processing observation method, the sample can be processed quickly and efficiently by gas assist deposition or gas assist etching by ion beam irradiation while supplying gas. Moreover, it can observe, avoiding damage of a sample by electron beam irradiation. In addition, since metal ions are not irradiated, it is possible to perform the process while avoiding contamination of the sample.
In particular, in the present invention, since an ion beam irradiation system having a beam diameter that can be reduced is used, fine and high-precision processing can be easily performed, and higher-level processing observation can be performed. it can.
In addition, although gas assist processing by ion beam irradiation has been described above, gas assist processing by electron beam irradiation can also be performed.
Furthermore, it is also possible to irradiate a reversely charged electron or ion beam to prevent charging during observation of the insulator processing.

前記電子ビームを、前記イオンビームと鋭角又は概略90度で交差する方向から前記試料に照射することが好ましい。
この加工観察方法によれば、イオンビームによる加工の後、試料の位置をほとんど調整することなく連続して電子ビームを用いた観察を行うことができ、迅速な観察が可能である。
It is preferable to irradiate the sample with the electron beam from a direction intersecting the ion beam at an acute angle or approximately 90 degrees.
According to this processing observation method, after processing with an ion beam, it is possible to perform observation using an electron beam continuously without almost adjusting the position of the sample, and quick observation is possible.

本発明の複合荷電粒子ビーム装置によれば、ガスアシストデポジションによる構造物の形成、及びガスアシストエッチングによる試料の加工等を迅速かつ容易に行うことができる。特にガスフィールドイオン源を備えたイオンビーム照射系は、ビーム径を1nm以下にまで小さく絞ることができるため高精度の加工が可能である。
また本発明の加工観察方法によれば、ガスを供給しながらのイオンビーム照射によるガスアシストデポジションやガスアシストエッチングによって試料の加工を迅速に効率よく行うことができる。また電子ビーム照射により試料の破損を回避しつつ観察することできる。また金属イオンを照射しないので、試料の汚染を回避しつつを行うことができる。
According to the composite charged particle beam apparatus of the present invention, formation of a structure by gas-assisted deposition, processing of a sample by gas-assisted etching, and the like can be performed quickly and easily. In particular, an ion beam irradiation system equipped with a gas field ion source can perform processing with high precision because the beam diameter can be reduced to 1 nm or less.
Further, according to the processing observation method of the present invention, the sample can be processed quickly and efficiently by gas assist deposition or gas assist etching by ion beam irradiation while supplying gas. Moreover, it can observe, avoiding damage of a sample by electron beam irradiation. In addition, since metal ions are not irradiated, it is possible to perform the process while avoiding contamination of the sample.

以下、本発明の複合荷電粒子ビーム装置の実施の形態を、図面を参照しつつ説明する。
図1は、本実施形態の複合荷電粒子ビーム装置の概略斜視図である。図2は、複合荷電粒子ビーム装置100の概略断面図である。
Hereinafter, embodiments of the composite charged particle beam apparatus of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a schematic perspective view of the composite charged particle beam apparatus of the present embodiment. FIG. 2 is a schematic sectional view of the composite charged particle beam apparatus 100.

図1及び図2に示すように、本実施形態の複合荷電粒子ビーム装置100は、真空室13と、イオンビーム照射系20と、電子ビーム照射系50と、試料ステージ16と、マニピュレータ17と、二次荷電粒子検出器18と、透過荷電粒子検出器19と、ガス銃11とを備えている。真空室13は、内部を所定の真空度まで減圧可能になっており、上記の各構成品はそれらの一部又は全部が真空室13内に配置されている。   As shown in FIGS. 1 and 2, the composite charged particle beam apparatus 100 of the present embodiment includes a vacuum chamber 13, an ion beam irradiation system 20, an electron beam irradiation system 50, a sample stage 16, a manipulator 17, A secondary charged particle detector 18, a transmitted charged particle detector 19, and a gas gun 11 are provided. The inside of the vacuum chamber 13 can be depressurized to a predetermined degree of vacuum, and a part or all of the above-described components are arranged in the vacuum chamber 13.

本実施形態において、集束イオンビーム鏡筒を備えたイオンビーム照射系20から真空室13内に配置された試料ステージ16上の試料(加工対象物あるいは観察対象物)に対してイオンビーム(集束イオンビーム)20Aを照射する。電子ビーム照射系50は、電子ビーム鏡筒から射出される電子ビーム50Aを、イオンビーム20Aと同一位置の試料上に照射する。   In this embodiment, an ion beam (focused ions) is applied to a sample (processing object or observation object) on a sample stage 16 disposed in a vacuum chamber 13 from an ion beam irradiation system 20 having a focused ion beam column. Beam) 20A is irradiated. The electron beam irradiation system 50 irradiates the sample at the same position as the ion beam 20A with the electron beam 50A emitted from the electron beam column.

電子ビーム照射系50は、図2に示すように、電子を放出する電子源54と、電子源54から放出された電子をビーム状に成形するとともに走査する電子光学系55とを備えている。電子ビーム照射系50としては公知の構成を採用することができる。
電子ビーム照射系50から射出される電子ビームを試料Waに照射することによって発生した二次電子を、二次荷電粒子検出器18で検出して試料WaのSEM(走査型電子顕微鏡)像を取得する。また、試料を透過した電子を透過荷電粒子検出器19で検出してTEM(透過型電子顕微鏡)像ないしSTEM(走査透過型電子顕微鏡)像を取得することができる。
As shown in FIG. 2, the electron beam irradiation system 50 includes an electron source 54 that emits electrons and an electron optical system 55 that shapes and scans the electrons emitted from the electron source 54 into a beam. A known configuration can be adopted as the electron beam irradiation system 50.
Secondary electrons generated by irradiating the sample Wa with the electron beam emitted from the electron beam irradiation system 50 are detected by the secondary charged particle detector 18 to obtain an SEM (scanning electron microscope) image of the sample Wa. To do. In addition, a TEM (transmission electron microscope) image or a STEM (scanning transmission electron microscope) image can be obtained by detecting the electrons that have passed through the sample with the transmission charged particle detector 19.

イオンビーム照射系20は、イオンを発生させるとともに流出させるガスフィールドイオン源21と、ガスフィールドイオン源21から流出したイオンを集束イオンビーム(イオンビーム20A)に成形し、試料Wa又は試料Wbに照射するイオン光学系25とを備えている。   The ion beam irradiation system 20 forms a focused ion beam (ion beam 20A) by irradiating the sample Wa or the sample Wb with a gas field ion source 21 that generates and flows out ions, and ions that flow out from the gas field ion source 21. The ion optical system 25 is provided.

イオン光学系25は、例えば、イオンビームを集束するコンデンサーレンズと、イオンビームを絞り込む絞りと、イオンビームの光軸を調整するアライナと、イオンビームを試料に対して集束する対物レンズと、試料上でイオンビームを走査する偏向器とを備えて構成される。   The ion optical system 25 includes, for example, a condenser lens that focuses the ion beam, an aperture that narrows the ion beam, an aligner that adjusts the optical axis of the ion beam, an objective lens that focuses the ion beam on the sample, And a deflector for scanning the ion beam.

ここで図3は、ガスフィールドイオン源21を示す概略断面図である。
図3に示すように、ガスフィールドイオン源21は、イオン発生室21aと、エミッタ22と、引出電極23と、冷却装置24とを備えて構成されている。イオン発生室21aの壁部に冷却装置24が配設されており、冷却装置24のイオン発生室21aに臨む面に針状のエミッタ22が装着されている。冷却装置24は、内部に収容された液体窒素等の冷媒によってエミッタ22を冷却する。そして、イオン発生室21aの開口端近傍に、エミッタ22の先端22aと対向する位置に開口部23aを有する引出電極23が配設されている。
Here, FIG. 3 is a schematic sectional view showing the gas field ion source 21.
As shown in FIG. 3, the gas field ion source 21 includes an ion generation chamber 21 a, an emitter 22, an extraction electrode 23, and a cooling device 24. A cooling device 24 is disposed on the wall of the ion generation chamber 21a, and a needle-like emitter 22 is mounted on the surface of the cooling device 24 facing the ion generation chamber 21a. The cooling device 24 cools the emitter 22 with a refrigerant such as liquid nitrogen accommodated therein. In the vicinity of the opening end of the ion generation chamber 21a, an extraction electrode 23 having an opening 23a is disposed at a position facing the tip 22a of the emitter 22.

イオン発生室21aは、図示略の排気装置を用いて内部が所望の高真空状態に保持されるようになっている。イオン発生室21aには、ガス導入管26aを介してガス供給源26が接続されており、イオン発生室21a内に微量のガス(例えばヘリウムガス)を供給するようになっている。
なお、ガスフィールドイオン源21においてガス供給源26から供給されるガスは、ヘリウムに限られるものではなく、ネオン、アルゴン、キセノン等のガスであってもよい。また、ガス供給源26から複数種のガスを供給可能に構成し、イオンビーム照射系20の用途に応じてガス種を切り替えられるようにしてもよい。
The inside of the ion generation chamber 21a is maintained in a desired high vacuum state using an exhaust device (not shown). A gas supply source 26 is connected to the ion generation chamber 21a via a gas introduction pipe 26a, and a small amount of gas (for example, helium gas) is supplied into the ion generation chamber 21a.
Note that the gas supplied from the gas supply source 26 in the gas field ion source 21 is not limited to helium, and may be a gas such as neon, argon, or xenon. Further, a plurality of types of gases may be supplied from the gas supply source 26 so that the gas types can be switched according to the use of the ion beam irradiation system 20.

エミッタ22は、タングステンやモリブデンからなる針状の基材に、白金、パラジウム、イリジウム、ロジウム、金等の貴金属を被覆したものからなる部材であり、その先端22aは原子レベルで尖鋭化されたピラミッド状になっている。またエミッタ22は、イオン源の動作時には冷却装置24によって78K程度以下の低温に保持される。エミッタ22と引出電極23との間には、電源27によって電圧が印加されるようになっている。   The emitter 22 is a member formed by coating a noble metal such as platinum, palladium, iridium, rhodium, and gold on a needle-like base material made of tungsten or molybdenum, and its tip 22a is a pyramid sharpened at the atomic level. It is in the shape. The emitter 22 is kept at a low temperature of about 78K or less by the cooling device 24 when the ion source is operated. A voltage is applied between the emitter 22 and the extraction electrode 23 by a power source 27.

エミッタ22と引出電極23との間に電圧が印加されると、鋭く尖った先端22aにおいて非常に大きな電界が形成されるとともに、分極してエミッタ22に引き寄せられたヘリウム原子26mが、先端22aのうちでも電界の高い位置で電子をトンネリングにより失ってヘリウムイオンとなる(電界イオン化)。そして、このヘリウムイオンが正電位に保持されているエミッタ22と反発して引出電極23側へ飛び出し、引出電極23の開口部23aからイオン光学系25へ射出されたヘリウムイオンがイオンビームを構成する。   When a voltage is applied between the emitter 22 and the extraction electrode 23, a very large electric field is formed at the sharply pointed tip 22a, and helium atoms 26m that are polarized and attracted to the emitter 22 pass through the tip 22a. Among them, electrons are lost by tunneling at a position where the electric field is high to become helium ions (field ionization). The helium ions repel the emitter 22 held at a positive potential and jump out to the extraction electrode 23 side, and the helium ions emitted from the opening 23a of the extraction electrode 23 to the ion optical system 25 constitute an ion beam. .

エミッタ22の先端22aは極めて尖鋭な形状であり、ヘリウムイオンはこの先端22aから飛び出すため、ガスフィールドイオン源21から放出されるイオンビームのエネルギー分布幅は極めて狭く、プラズマ型ガスイオン源34や液体金属イオン源と比較して、ビーム径が小さくかつ高輝度のイオンビームを得ることができる。   The tip 22a of the emitter 22 has a very sharp shape, and helium ions jump out of the tip 22a. Therefore, the energy distribution width of the ion beam emitted from the gas field ion source 21 is extremely narrow, and the plasma type gas ion source 34 and liquid Compared with a metal ion source, an ion beam having a small beam diameter and high brightness can be obtained.

なお、エミッタ22への印加電圧が大きすぎると、ヘリウムイオンとともにエミッタ22の構成元素(タングステンや白金)が引出電極23側へ飛散するため、動作時(イオンビーム放射時)にエミッタ22に印加する電圧は、エミッタ22自身の構成元素が飛び出さない程度の電圧に維持される。
一方、このようにエミッタ22の構成元素を操作できることを利用して、先端22aの形状を調整することができる。例えば、先端22aの最先端に位置する元素を故意に取り除いてガスをイオン化する領域を広げ、イオンビーム径を大きくすることができる。
またエミッタ22は、加熱することで表面の貴金属元素を飛び出させることなく再配置させることができるため、使用により鈍った先端22aの尖鋭形状を回復することもできる。
If the voltage applied to the emitter 22 is too large, the constituent elements (tungsten and platinum) of the emitter 22 are scattered along with the helium ions to the extraction electrode 23 side, so that it is applied to the emitter 22 during operation (during ion beam emission). The voltage is maintained at such a level that the constituent elements of the emitter 22 itself do not jump out.
On the other hand, the shape of the tip 22a can be adjusted using the fact that the constituent elements of the emitter 22 can be manipulated in this way. For example, the ion beam diameter can be increased by intentionally removing the element located at the forefront of the tip 22a to widen the region for ionizing the gas.
Further, since the emitter 22 can be rearranged by heating without causing the noble metal element on the surface to jump out, the sharpened shape of the tip 22a dulled by use can be recovered.

図1及び図2に戻り、試料ステージ16は、試料台14と試料ホルダ15とを移動可能に支持している。試料台14上には試料Wa(例えば半導体ウエハ等)が載置され、試料ホルダ15上には、試料Waから作製される微小な試料Wbが載置される。そして、試料ステージ16は、試料台14及び試料ホルダ15を5軸で変位させることができる。すなわち、試料台14を水平面に平行で且つ互いに直交するX軸及びY軸と、これらX軸及びY軸に対して直交するZ軸とに沿ってそれぞれ移動させるXYZ移動機構16bと、試料台14をZ軸回りに回転させるローテーション機構16cと、試料台14をX軸(又はY軸)回りに回転させるチルト機構16aとを備えて構成されている。試料ステージ16は、試料台14を5軸に変位させることで、試料Wa(試料Wb)の特定位置をイオンビームが照射される位置に移動するようになっている。   1 and 2, the sample stage 16 supports the sample stage 14 and the sample holder 15 so as to be movable. A sample Wa (for example, a semiconductor wafer) is placed on the sample stage 14, and a minute sample Wb produced from the sample Wa is placed on the sample holder 15. And the sample stage 16 can displace the sample stand 14 and the sample holder 15 by 5 axes. That is, an XYZ moving mechanism 16b that moves the sample stage 14 along an X axis and a Y axis that are parallel to the horizontal plane and orthogonal to each other, and a Z axis that is orthogonal to the X axis and the Y axis, and the sample stage 14 And a rotation mechanism 16c that rotates the sample table 14 around the Z axis, and a tilt mechanism 16a that rotates the sample stage 14 around the X axis (or Y axis). The sample stage 16 is configured to move a specific position of the sample Wa (sample Wb) to a position where the ion beam is irradiated by displacing the sample stage 14 about five axes.

真空室13は、内部を所定の真空度まで減圧可能になっており、真空室13内にはマニピュレータ17と、二次荷電粒子検出器18と、透過荷電粒子検出器19と、ガス銃11とが設けられている。
マニピュレータ17は、試料Waから作製される試料Wbを支持するものであり、試料Wbを指示した状態でマニピュレータ17と試料ホルダ15とを相対的に移動させることで、試料台14から試料ホルダ15に試料Wbを運搬する。運搬に際しては、マニピュレータ17を固定した状態で試料ステージ16を駆動して試料ホルダ15を試料Wbが支持されている位置まで移動させてもよく、マニピュレータ17を移動させて試料Wbを運搬してもよい。
The inside of the vacuum chamber 13 can be depressurized to a predetermined degree of vacuum. In the vacuum chamber 13, a manipulator 17, a secondary charged particle detector 18, a transmitted charged particle detector 19, a gas gun 11, Is provided.
The manipulator 17 supports the sample Wb produced from the sample Wa, and moves the manipulator 17 and the sample holder 15 relative to each other while the sample Wb is instructed, so that the sample stage 14 moves to the sample holder 15. The sample Wb is transported. When transporting, the sample stage 16 may be driven with the manipulator 17 fixed to move the sample holder 15 to a position where the sample Wb is supported, or the sample Wb may be transported by moving the manipulator 17. Good.

二次荷電粒子検出器18は、イオンビーム照射系20又は電子ビーム照射系50から試料Wa又は試料Wbへ集束イオンビーム又は電子ビームが照射された際に、試料Wa又は試料Wbから発せられる二次電子や二次イオンを検出する。また透過荷電粒子検出器19は、イオンビーム照射系20又は電子ビーム照射系から試料Wa又は試料Wbへ集束イオンビーム又は電子ビームが照射された際に試料Wa又は試料Wbを透過したイオンないし電子を検出する。   The secondary charged particle detector 18 is a secondary particle emitted from the sample Wa or the sample Wb when the sample Wa or the sample Wb is irradiated with the focused ion beam or the electron beam from the ion beam irradiation system 20 or the electron beam irradiation system 50. Detect electrons and secondary ions. The transmitted charged particle detector 19 also detects ions or electrons transmitted through the sample Wa or the sample Wb when the focused ion beam or the electron beam is irradiated from the ion beam irradiation system 20 or the electron beam irradiation system to the sample Wa or the sample Wb. To detect.

ガス銃11は、試料Wa、Wbへエッチングガスやデポジションガス等の所定のガスを放出する。そして、ガス銃11からエッチングガスを供給しながら試料Wa、Wbにイオンビーム20Aを照射することで、イオンビームによる試料のエッチング速度を高めることができる。一方、ガス銃11からデポジションガスを供給しながら試料Wa、Wbにイオンビームを照射すれば、試料Wa、Wb上に金属や絶縁体の堆積物を形成することができる。   The gas gun 11 emits a predetermined gas such as an etching gas or a deposition gas to the samples Wa and Wb. By irradiating the samples Wa and Wb with the ion beam 20A while supplying the etching gas from the gas gun 11, the etching rate of the sample by the ion beam can be increased. On the other hand, if the samples Wa and Wb are irradiated with an ion beam while supplying the deposition gas from the gas gun 11, a deposit of metal or insulator can be formed on the samples Wa and Wb.

また、複合荷電粒子ビーム装置100は、当該装置を構成する各部を制御する制御装置30を備えている。制御装置30は、イオンビーム照射系20、電子ビーム照射系50、二次荷電粒子検出器18、透過荷電粒子検出器19、及び試料ステージ16と接続されている。また、二次荷電粒子検出器18あるいは透過荷電粒子検出器19からの出力に基づき試料Wa及び試料Wbを映像として表示する表示装置38を備えている。   Moreover, the composite charged particle beam apparatus 100 is provided with the control apparatus 30 which controls each part which comprises the said apparatus. The control device 30 is connected to the ion beam irradiation system 20, the electron beam irradiation system 50, the secondary charged particle detector 18, the transmitted charged particle detector 19, and the sample stage 16. Further, a display device 38 that displays the sample Wa and the sample Wb as an image based on the output from the secondary charged particle detector 18 or the transmitted charged particle detector 19 is provided.

制御装置30は、複合荷電粒子ビーム装置100を総合的に制御するとともに、二次荷電粒子検出器18又は透過荷電粒子検出器19で検出された二次荷電粒子又は透過荷電粒子を輝度信号に変換して画像データを生成し、この画像データを表示装置38に出力している。これにより表示装置38は、上述したように試料像を表示できるようになっている。   The control device 30 comprehensively controls the composite charged particle beam device 100 and converts secondary charged particles or transmitted charged particles detected by the secondary charged particle detector 18 or the transmitted charged particle detector 19 into a luminance signal. Then, image data is generated, and this image data is output to the display device 38. Thereby, the display device 38 can display the sample image as described above.

また制御装置30は、ソフトウェアの指令やオペレータの入力に基づいて試料ステージ16を駆動し、試料Wa又は試料Wbの位置や姿勢を調整する。これにより、試料表面におけるイオンビームの照射位置や照射角度を調整できるようになっている。例えば、イオンビーム照射系20と電子ビーム照射系50との切替操作に連動して試料ステージ16を駆動し、試料Waや試料Wbを移動させたり、傾けることができるようになっている。   Further, the control device 30 drives the sample stage 16 based on a software command or an operator input, and adjusts the position or posture of the sample Wa or the sample Wb. Thereby, the irradiation position and irradiation angle of the ion beam on the sample surface can be adjusted. For example, the sample stage 16 can be driven in conjunction with a switching operation between the ion beam irradiation system 20 and the electron beam irradiation system 50 to move or tilt the sample Wa or the sample Wb.

以上の構成を備えた本実施形態の複合荷電粒子ビーム装置100では、電界放出型イオン源21を備えたイオンビーム照射系20について、ソースサイズ1nm以下、イオンビームのエネルギー広がりも1eV以下にできるため、ビーム径を1nm以下に絞ることができる。このようにビーム径を小さく絞ることができるイオンビーム照射系20を備えていることで、試料に対して微細な加工(エッチング、デポジション)を施すことが可能である。   In the composite charged particle beam apparatus 100 of the present embodiment having the above-described configuration, the ion beam irradiation system 20 including the field emission ion source 21 can have a source size of 1 nm or less and an ion beam energy spread of 1 eV or less. The beam diameter can be reduced to 1 nm or less. By providing the ion beam irradiation system 20 that can narrow the beam diameter in this way, it is possible to perform fine processing (etching, deposition) on the sample.

なお、イオンビーム20Aをヘリウムイオンにより構成すると、単にイオンビームを試料に照射したのでは試料はほとんどエッチングされないが、ガス銃11からエッチングアシスト用のガスを供給しながらイオンビーム20Aを試料に照射することで、実用的な速度で試料を加工することができる。またイオンビーム20Aを、ヘリウムイオンよりも質量の大きいネオンイオンやアルゴンイオンによって構成すれば、加工効率を向上させることができる。   If the ion beam 20A is composed of helium ions, the sample is hardly etched if the sample is simply irradiated with the ion beam. However, the sample is irradiated with the ion beam 20A while supplying an etching assist gas from the gas gun 11. Thus, the sample can be processed at a practical speed. Further, if the ion beam 20A is composed of neon ions or argon ions having a mass larger than that of helium ions, the processing efficiency can be improved.

そして、本実施形態の複合荷電粒子ビーム装置100では、イオンビーム照射系20とともに電子ビーム照射系50が備えられているので、イオンビーム照射系20を用いて試料Wa又は試料Wbを加工するとともに、電子ビーム照射系50を用いた試料Wa又は試料Wbの観察が可能である。すなわち、イオンビーム照射系20用いた加工途中に、電子ビーム照射系50を用いたSEM、STEM観察が可能である。したがって本実施形態の複合荷電粒子ビーム装置100によれば、仕上がり具合を確認しながらイオンビーム照射系20による加工を行うことができ、正確な位置、寸法に仕上げることができる。   And in the composite charged particle beam apparatus 100 of this embodiment, since the electron beam irradiation system 50 is provided with the ion beam irradiation system 20, while processing the sample Wa or the sample Wb using the ion beam irradiation system 20, Observation of the sample Wa or the sample Wb using the electron beam irradiation system 50 is possible. That is, SEM and STEM observations using the electron beam irradiation system 50 are possible during processing using the ion beam irradiation system 20. Therefore, according to the composite charged particle beam apparatus 100 of the present embodiment, it is possible to perform processing by the ion beam irradiation system 20 while confirming the finish, and it is possible to finish in an accurate position and size.

さらに本実施形態の複合荷電粒子ビーム装置100では、イオンビーム照射系20を用いた試料観察を行うこともできる。イオンビーム20Aでは、試料における相互作用体積が表面からの深さ方向に長く延び、試料表面での面方向の広がりは小さくなることから、イオンビームを照射した位置の情報を正確に反映した試料像を得ることができ、試料のチャージアップも抑えることができる。さらに、ヘリウムイオンの運動量は電子の運動量に対して非常に大きいため、試料表面からより多くの二次電子が放出される。
これらにより、イオンビーム20Aを試料に照射して二次荷電粒子像観察を行うことで、高分解能かつ高コントラストの試料像を得ることができる。
Furthermore, in the composite charged particle beam apparatus 100 of the present embodiment, sample observation using the ion beam irradiation system 20 can also be performed. In the ion beam 20A, since the interaction volume in the sample extends in the depth direction from the surface and the spread in the surface direction on the sample surface becomes small, the sample image accurately reflects the information of the position irradiated with the ion beam. And charge up of the sample can be suppressed. Furthermore, since the momentum of helium ions is very large relative to the momentum of electrons, more secondary electrons are emitted from the sample surface.
Thus, a sample image with high resolution and high contrast can be obtained by irradiating the sample with the ion beam 20A and observing the secondary charged particle image.

また複合荷電粒子ビーム装置100は、イオンビーム照射系20と電子ビーム照射系50とを備えているので、例えば絶縁物の加工観察において、一方のビーム照射による帯電を他方のビーム照射による逆電荷の供給によって中和することができる。   In addition, since the composite charged particle beam apparatus 100 includes the ion beam irradiation system 20 and the electron beam irradiation system 50, for example, in processing observation of an insulator, charging by one beam irradiation can be performed with a reverse charge by the other beam irradiation. Can be neutralized by feeding.

また本実施形態の複合荷電粒子ビーム装置100は、イオンビーム照射系20に液体金属イオン源を用いていない。したがって、複合荷電粒子ビーム装置100での処理に供した試料が金属イオン(ガリウムイオン等)に汚染されることがなく、例えば半導体装置の製造工程から抜き取った試料を検査した後、この試料を再び工程に戻すことが可能になる。これにより、抜き取り検査で使用した試料を無駄にすることがなくなる。   Further, the composite charged particle beam apparatus 100 of the present embodiment does not use a liquid metal ion source for the ion beam irradiation system 20. Therefore, the sample subjected to the processing in the composite charged particle beam apparatus 100 is not contaminated with metal ions (gallium ions or the like). For example, after inspecting the sample extracted from the manufacturing process of the semiconductor device, the sample is again used. It becomes possible to return to the process. Thereby, the sample used in the sampling inspection is not wasted.

本実施形態では、図2に示したように、イオンビーム照射系20を試料ステージ16の鉛直上方に配置し、試料Wa又は試料Wbに対してイオンビーム20Aを鉛直方向に照射する。一方、電子ビーム照射系50は鉛直方向に対して傾いて配置され、試料Wa又は試料Wbに対して斜め方向に電子ビーム50Aを照射するようになっている。このように、ヘリウムイオンからなるイオンビーム20Aを鉛直方向に沿って射出させる構成とすれば、イオンビーム20Aによる加工に際して高精度のステージ制御が容易になり、所望の精度を得やすくなる。   In the present embodiment, as shown in FIG. 2, the ion beam irradiation system 20 is disposed vertically above the sample stage 16, and the sample Wa or the sample Wb is irradiated with the ion beam 20A in the vertical direction. On the other hand, the electron beam irradiation system 50 is arranged to be inclined with respect to the vertical direction, and irradiates the electron beam 50A in an oblique direction to the sample Wa or the sample Wb. As described above, if the ion beam 20A made of helium ions is emitted along the vertical direction, high-precision stage control is facilitated during processing by the ion beam 20A, and desired accuracy is easily obtained.

本実施形態において、イオンビーム20Aと電子ビーム50Aとの交差角度は、20°以上70°以下とすることが好ましい。このような範囲とすることで、イオンビーム20Aにより加工された部位に対して、好適な角度で電子ビーム50Aを照射することができる。したがって、試料台14を移動させることなく、イオンビーム20Aとは異なる角度から、試料Wa又は試料Wbの加工位置を正確に観察することができる。   In the present embodiment, the intersection angle between the ion beam 20A and the electron beam 50A is preferably 20 ° or more and 70 ° or less. By setting it as such a range, the electron beam 50A can be irradiated to the site | part processed with the ion beam 20A at a suitable angle. Therefore, the processing position of the sample Wa or the sample Wb can be accurately observed from an angle different from that of the ion beam 20A without moving the sample stage 14.

なお、イオンビーム照射系20と電子ビーム照射系50の配置は、図2に示したものに限定されず、種々の配置形態を採用することが可能である。例えば、図2において、イオンビーム照射系20を試料Waの鉛直方向に対して斜めに配置し、水平配置された試料Wa又はWbに対して斜め方向からイオンビーム20Aを照射するように配置してもよい。   The arrangement of the ion beam irradiation system 20 and the electron beam irradiation system 50 is not limited to that shown in FIG. 2, and various arrangement forms can be employed. For example, in FIG. 2, the ion beam irradiation system 20 is disposed obliquely with respect to the vertical direction of the sample Wa, and is disposed so as to irradiate the ion beam 20A obliquely with respect to the horizontally disposed sample Wa or Wb. Also good.

[加工観察方法及び加工方法]
次に、先の実施形態の複合荷電粒子ビーム装置100を用いた加工観察方法について、図面を参照しつつ説明する。複合荷電粒子ビーム装置100は、試料の断面加工観察、TEM(透過型電子顕微鏡)試料の作製及び観察等の試料加工観察用途に好適に用いることができる。
[Processing observation method and processing method]
Next, a processing observation method using the composite charged particle beam apparatus 100 of the previous embodiment will be described with reference to the drawings. The composite charged particle beam apparatus 100 can be suitably used for sample processing observation such as cross-section processing observation of a sample, preparation of a TEM (transmission electron microscope) sample, and observation.

<断面加工観察>
図4は、複合荷電粒子ビーム装置100による試料の断面加工観察方法を示す図である。なお、図4では図面を見やすくするために試料の一部のみを図示している。
本例の加工観察方法では、試料Waの加工にイオンビーム照射系20を用い、加工された試料Waの観察に電子ビーム照射系50を用いる。
<Section processing observation>
FIG. 4 is a diagram illustrating a method for observing a cross section of a sample by the composite charged particle beam apparatus 100. In FIG. 4, only a part of the sample is shown for easy viewing of the drawing.
In the processing observation method of this example, the ion beam irradiation system 20 is used for processing the sample Wa, and the electron beam irradiation system 50 is used for observation of the processed sample Wa.

まず、図4(a)に示すように、試料Waの表面にイオンビーム20Aを走査しつつ照射することにより試料Waの表面部を部分的に除去し、断面矩形状の凹部Wrを形成する。このとき、ガス銃11からアシスト用のエッチングガスを供給しながらイオンビーム20Aの照射を行うことで、迅速に凹部Wrを形成することができる。
そして、図4(b)に示すように、形成した凹部Wrの内壁として露出した面Wsに対して、電子ビーム50Aを照射することで、発生した二次電子を二次荷電粒子検出器18で検出し、かかる検出結果に基づいて表示装置38に試料像を表示することができる。
First, as shown in FIG. 4A, the surface portion of the sample Wa is partially removed by irradiating the surface of the sample Wa while scanning the ion beam 20A, thereby forming a recess Wr having a rectangular cross section. At this time, the concave portion Wr can be rapidly formed by irradiating the ion beam 20A while supplying the assisting etching gas from the gas gun 11.
Then, as shown in FIG. 4B, the secondary electrons generated by the electron beam 50 </ b> A are irradiated with the secondary charged particle detector 18 by irradiating the surface Ws exposed as the inner wall of the formed recess Wr. The sample image can be displayed on the display device 38 based on the detection result.

本例の加工観察方法によれば、イオンビーム照射系20に対して電子ビーム照射系50が斜め向きに配置されていることから、イオンビーム20Aによる加工後に試料Waを改めて傾斜させることなく面Wsを観察することができ、迅速な加工観察が可能である。
また、試料Waに対して金属イオンを照射しないので、金属イオン注入による試料Waの汚染を生じさせることがなく、試料Waの状態を変化させることなく加工観察することができる。
According to the processing observation method of this example, since the electron beam irradiation system 50 is disposed obliquely with respect to the ion beam irradiation system 20, the surface Ws is not tilted again after processing by the ion beam 20A. Can be observed, and rapid processing observation is possible.
Further, since the sample Wa is not irradiated with metal ions, the sample Wa is not contaminated by the metal ion implantation, and the processing and observation can be performed without changing the state of the sample Wa.

さらに本例の加工観察方法において、イオンビーム照射系20による断面加工と、電子ビーム照射系50による断面観察とを交互に連続的に行う断面加工観察も可能である。すなわち、図4(b)に示した電子ビーム照射系50による断面観察の後、面Wsの近傍にイオンビーム20Aを照射することで面Wsを含む部分を選択的に除去する。この加工により新たに露出した断面に電子ビーム50Aを照射して観察を行う。そして、図4(c)に示すように、加工により順次露出する断面を観察することで、試料Waについて三次元的に加工観察することができる。   Furthermore, in the processing observation method of this example, cross-section processing observation in which the cross-section processing by the ion beam irradiation system 20 and the cross-section observation by the electron beam irradiation system 50 are continuously performed alternately is also possible. That is, after the cross section observation by the electron beam irradiation system 50 shown in FIG. 4B, the portion including the surface Ws is selectively removed by irradiating the ion beam 20A in the vicinity of the surface Ws. Observation is performed by irradiating the electron beam 50A to the newly exposed cross section by this processing. Then, as shown in FIG. 4C, the sample Wa can be three-dimensionally processed and observed by observing the cross sections that are sequentially exposed by the processing.

なお、本例の加工観察方法において、イオンビーム照射系20を用いた試料観察(SIM観察)も可能である。すなわち、イオンビーム照射系20から射出されるヘリウムイオンビームを試料に照射することで発生する二次電子や二次イオンを二次荷電粒子検出器18で検出することで、電子ビーム照射系50を用いた場合とコントラストの異なる試料像を得ることができる。   In the processing observation method of this example, sample observation (SIM observation) using the ion beam irradiation system 20 is also possible. That is, secondary electrons and secondary ions generated by irradiating the sample with a helium ion beam emitted from the ion beam irradiation system 20 are detected by the secondary charged particle detector 18, whereby the electron beam irradiation system 50 is changed. It is possible to obtain a sample image having a contrast different from that used.

<微細構造の形成>
図5は、複合荷電粒子ビーム装置100による試料への微細構造形成方法(加工方法)を示す図である。本例の加工方法では、試料基板Wc上への微細構造形成にイオンビーム照射系20及びガス銃11を用いる。
<Formation of fine structure>
FIG. 5 is a view showing a fine structure forming method (processing method) on a sample by the composite charged particle beam apparatus 100. In the processing method of this example, the ion beam irradiation system 20 and the gas gun 11 are used for forming a fine structure on the sample substrate Wc.

まず、図5(a)に示すように、試料基板Wc上にガス銃11からデポジション用ガスを吹き付けながら、イオンビーム20Aを照射することで、例えばカーボンや金属からなる第1の構造物110を形成する。次いで、図5(b)に示すように、第1の構造物110上にガス銃11からデポジション用ガスを吹き付けつつ、イオンビーム20Aを照射して、第1の構造物110上に第2の構造物111を形成する。   First, as shown in FIG. 5A, the first structure 110 made of, for example, carbon or metal is irradiated by irradiating the ion beam 20A while blowing the deposition gas from the gas gun 11 onto the sample substrate Wc. Form. Next, as illustrated in FIG. 5B, the ion beam 20 </ b> A is irradiated onto the first structure 110 while the deposition gas is blown from the gas gun 11 onto the first structure 110, and the second structure 110 is exposed to the second structure 110. The structure 111 is formed.

以後同様にして、第2の構造物111上に構造物を形成することで、試料基板Wc上に任意の立体形状を有する微細構造を形成することができる。例えば、図5(c)に示すような直径数nm〜数百nm程度の微小なコイル113や、図5(d)に示すような直径数nm〜数百nm程度の微小なドリル114等を形成することができる。   Thereafter, similarly, by forming a structure on the second structure 111, a fine structure having an arbitrary three-dimensional shape can be formed on the sample substrate Wc. For example, a minute coil 113 having a diameter of several nanometers to several hundreds of nanometers as shown in FIG. 5C, a micro drill 114 having a diameter of several nanometers to several hundreds of nanometers as shown in FIG. Can be formed.

本実施形態の複合荷電粒子ビーム装置100を用いた加工方法によれば、ビーム径を小さく絞ることができるイオンビーム20Aを用いたデポジションにより微細構造の形成を行うことができ、微小寸法の構造物を容易かつ正確に形成することができる。
また、形成した構造物に対して電子ビーム照射系50から電子ビーム50Aを照射して構造物を観察することができる。このような加工方法とすれば、構造物の仕上がり具合を確認しながら微細加工を施すことができるため、歩留まりよく微細構造を形成することができる。この加工方法は、例えば、極めて尖鋭な先端形状が要求されるアトムプローブの製造(エッチング加工)にも好適に用いることができる。
なお、コイル113やドリル114のような軸対称の構造物を形成する場合には、試料台14又は試料ホルダ15を水平面内で回転させる試料ステージ16を用いることが好ましい。これにより、微細構造を容易かつ高精度に形成することができる。
According to the processing method using the composite charged particle beam apparatus 100 of the present embodiment, the fine structure can be formed by the deposition using the ion beam 20A capable of reducing the beam diameter to a small size, and the structure having a minute size can be formed. Objects can be formed easily and accurately.
Further, the formed structure can be observed by irradiating the electron beam irradiation system 50 with the electron beam 50A. With such a processing method, since fine processing can be performed while confirming the finish of the structure, a fine structure can be formed with high yield. This processing method can be suitably used, for example, for manufacturing (etching) an atom probe that requires a very sharp tip shape.
When forming an axially symmetric structure such as the coil 113 or the drill 114, it is preferable to use a sample stage 16 that rotates the sample stage 14 or the sample holder 15 in a horizontal plane. Thereby, a fine structure can be formed easily and with high accuracy.

(第2の実施形態)
図6は、イオンビーム照射系20と電子ビーム照射系50の配置を変更した複合荷電粒子ビーム装置200を示す図である。図6に示す複合荷電粒子ビーム装置200では、試料Waの鉛直上方にイオンビーム照射系20が配置される一方、試料Waの側方に電子ビーム照射系50が配置されている。イオンビーム20Aと電子ビーム50Aとは、互いに略直交するように射出される。また、透過荷電粒子検出器19は、電子ビーム50Aの延長上に配置されている。また本実施形態では、試料ステージ16として、試料台14及び試料ホルダ15の少なくとも一方を0°〜90°の範囲で傾斜可能なものを用いることが好ましい。
(Second Embodiment)
FIG. 6 is a view showing a composite charged particle beam apparatus 200 in which the arrangement of the ion beam irradiation system 20 and the electron beam irradiation system 50 is changed. In the composite charged particle beam apparatus 200 shown in FIG. 6, the ion beam irradiation system 20 is disposed vertically above the sample Wa, and the electron beam irradiation system 50 is disposed on the side of the sample Wa. The ion beam 20A and the electron beam 50A are emitted so as to be substantially orthogonal to each other. The transmitted charged particle detector 19 is disposed on the extension of the electron beam 50A. In the present embodiment, it is preferable to use a sample stage 16 that can tilt at least one of the sample stage 14 and the sample holder 15 in the range of 0 ° to 90 °.

図6に示すように、イオンビーム20Aと電子ビーム50Aが互いに略直交するように配置されていることで、イオンビーム照射系20によって加工した試料の加工面に対して電子ビーム50Aを垂直に入射させることができる。したがって図6に示す複合荷電粒子ビーム装置200によれば、TEM(透過型電子顕微鏡)試料の作製やアトムプローブなどのナノオーダーサイズの加工を、電子ビーム照射系50を用いた観察により仕上がり具合を確認しながら効率よく実施することができる。   As shown in FIG. 6, since the ion beam 20A and the electron beam 50A are arranged so as to be substantially orthogonal to each other, the electron beam 50A is incident perpendicularly to the processed surface of the sample processed by the ion beam irradiation system 20. Can be made. Therefore, according to the composite charged particle beam apparatus 200 shown in FIG. 6, fabrication of a TEM (transmission electron microscope) sample and nano-order size processing such as an atom probe can be completed by observation using the electron beam irradiation system 50. It can be carried out efficiently while checking.

また、図6に示す配置とすることで、イオンビーム照射系20の鏡筒と電子ビーム照射系50の鏡筒とが干渉しにくくなるので、電子ビーム照射系50を試料Wa又は試料Wbに接近させ、WD(Working Distance)を小さくすることができる。これにより、電子ビーム50Aのビーム径を小さく絞ることができるので、高分解能の観察が可能になる。   Further, the arrangement shown in FIG. 6 makes it difficult for the lens barrel of the ion beam irradiation system 20 and the lens barrel of the electron beam irradiation system 50 to interfere with each other, so that the electron beam irradiation system 50 approaches the sample Wa or the sample Wb. WD (Working Distance) can be reduced. As a result, the beam diameter of the electron beam 50A can be reduced, and high-resolution observation becomes possible.

なお、複合荷電粒子ビーム装置200において、イオンビーム照射系20と電子ビーム照射系50とを入れ替えて配置してもよいのはもちろんであり、この場合にも同様の作用効果を得ることができる。   In the composite charged particle beam apparatus 200, the ion beam irradiation system 20 and the electron beam irradiation system 50 may be replaced with each other. In this case, the same function and effect can be obtained.

<TEM試料作製及び観察>
図7は、複合荷電粒子ビーム装置200によるTEM試料の加工方法を示す図である。
本例の加工方法では、試料Waの加工をイオンビーム照射系20を用いて行い、TEM試料である試料Wbを得て、これを電子ビーム照射系50を用いて観察する。
<TEM sample preparation and observation>
FIG. 7 is a diagram showing a method for processing a TEM sample by the composite charged particle beam apparatus 200.
In the processing method of this example, the sample Wa is processed using the ion beam irradiation system 20 to obtain the sample Wb which is a TEM sample, and this is observed using the electron beam irradiation system 50.

まず、図7(a)に示すように、試料Waの表面にイオンビーム20Aを走査しつつ照射することにより部分的に除去し、TEM試料である試料Wbとなる部分の両側に、底面がスロープ状の凹部Wr、Wrを形成する。さらに、図7(b)に示すように、試料Wbの観察領域となる部分が所望の厚さの薄膜となるまでイオンビーム20Aにより加工する。
このとき、ガス銃11を併用したガスアシストエッチング又はガスアシストデポジションを行うことが好ましい。ガス銃11を併用することでエッチング及びデポジションの加工速度を向上させることができ、効率よく試料Wbを作製することができる。
その後、試料Wbをマニピュレータ17を用いて試料Waから取り出すことで、TEM試料としての試料Wbが得られる。
First, as shown in FIG. 7 (a), the surface of the sample Wa is partially removed by irradiating the ion beam 20A while scanning, and the bottom surface is sloped on both sides of the portion to be the sample Wb which is a TEM sample. The concave portions Wr and Wr are formed. Further, as shown in FIG. 7B, processing is performed with the ion beam 20A until the portion that becomes the observation region of the sample Wb becomes a thin film having a desired thickness.
At this time, it is preferable to perform gas assist etching or gas assist deposition using the gas gun 11 together. By using the gas gun 11 in combination, the etching and deposition processing speed can be improved, and the sample Wb can be produced efficiently.
Then, the sample Wb as a TEM sample is obtained by taking out the sample Wb from the sample Wa using the manipulator 17.

さらに本発明の複合荷電粒子ビーム装置100では、作製した試料Wbの観察を行うことができる。すなわち、図7(c)に示すように、取り出された試料Wbをマニピュレータ17によって試料ホルダ15に移動させる。そして、かかる試料Wbに対して電子ビーム50Aを照射し、透過電子を透過荷電粒子検出器19で検出する。さらに試料Wbの追加加工が必要な場合は、試料ホルダ15上でイオンビーム20Aにより追加加工を行うことができる。このようにして、透過荷電粒子検出器19の検出結果に基づいて表示装置38に試料像を表示することができる。   Furthermore, in the composite charged particle beam apparatus 100 of the present invention, the produced sample Wb can be observed. That is, as shown in FIG. 7C, the sample Wb taken out is moved to the sample holder 15 by the manipulator 17. The sample Wb is irradiated with the electron beam 50A, and the transmitted electrons are detected by the transmitted charged particle detector 19. Further, when additional processing of the sample Wb is necessary, the additional processing can be performed on the sample holder 15 by the ion beam 20A. In this way, the sample image can be displayed on the display device 38 based on the detection result of the transmitted charged particle detector 19.

この加工方法によれば、TEM試料の作製に際して、ビーム径を小さく絞れるイオンビーム照射系20を用いて加工を行うので、観察対象となる薄膜部分が高精度に仕上げられた試料Wbを得ることができる。また試料Wa、Wbに対して金属イオンを照射しないので、金属イオンの注入によって試料に悪影響が及ぶのを回避できる。   According to this processing method, when the TEM sample is manufactured, the processing is performed using the ion beam irradiation system 20 capable of reducing the beam diameter, so that a sample Wb in which the thin film portion to be observed is finished with high accuracy can be obtained. it can. In addition, since the samples Wa and Wb are not irradiated with metal ions, it is possible to avoid adverse effects on the sample due to the implantation of metal ions.

特に、試料ステージ16として、試料台14又は試料ホルダ15を水平方向に対して0°〜90°の範囲で自在に傾斜させることができるものを備えていれば、加工時及び観察時におけるビーム入射角に大きな自由度が得られる。したがって、多様な形態での観察を容易に行えるようになる。また本実施形態の複合荷電粒子ビーム装置200を用いて微細構造を形成する場合にも同様の作用が得られ、微細構造を容易に形成することができる。   In particular, if the sample stage 16 includes a sample stage 14 or a sample holder 15 that can be freely tilted in the range of 0 ° to 90 ° with respect to the horizontal direction, the beam is incident upon processing and observation. A large degree of freedom is obtained at the corners. Therefore, observation in various forms can be easily performed. Further, when the microstructure is formed using the composite charged particle beam apparatus 200 of the present embodiment, the same action can be obtained and the microstructure can be easily formed.

第1実施形態に係る複合荷電粒子ビーム装置の概略構成図。1 is a schematic configuration diagram of a composite charged particle beam apparatus according to a first embodiment. 第1実施形態に係る複合荷電粒子ビーム装置の概略断面図。1 is a schematic cross-sectional view of a composite charged particle beam apparatus according to a first embodiment. 電界放出型イオン源の断面図。Sectional drawing of a field emission type ion source. 加工観察方法の一形態である断面加工観察方法を示す図。The figure which shows the cross-section processing observation method which is one form of a processing observation method. 加工方法の一形態である微細構造形成方法を示す図。The figure which shows the fine structure formation method which is one form of a processing method. 第2実施形態に係る複合荷電粒子ビーム装置の概略構成図。The schematic block diagram of the composite charged particle beam apparatus which concerns on 2nd Embodiment. 加工観察方法の一形態であるTEM試料作製及び観察方法を示す図。The figure which shows the TEM sample preparation and observation method which are one form of a process observation method.

符号の説明Explanation of symbols

11 ガス銃、13 真空室、14 試料台、15 試料ホルダ、16 試料ステージ、17 マニピュレータ、18 二次荷電粒子検出器、19 透過荷電粒子検出器、20 イオンビーム照射系、20A イオンビーム、21 ガスフィールドイオン源、21a イオン発生室、22 エミッタ、22a 先端、23 引出電極、23a 開口部、24 冷却装置、25 イオン光学系、26 ガス供給源、26a ガス導入管、26m ヘリウム原子、27 電源、30 制御装置、38 表示装置、50 電子ビーム照射系、50A 電子ビーム、Wa 試料、Wb 試料、100,200 複合荷電粒子ビーム装置   DESCRIPTION OF SYMBOLS 11 Gas gun, 13 Vacuum chamber, 14 Sample stand, 15 Sample holder, 16 Sample stage, 17 Manipulator, 18 Secondary charged particle detector, 19 Transmission charged particle detector, 20 Ion beam irradiation system, 20A Ion beam, 21 Gas Field ion source, 21a ion generation chamber, 22 emitter, 22a tip, 23 extraction electrode, 23a opening, 24 cooling device, 25 ion optical system, 26 gas supply source, 26a gas introduction tube, 26m helium atom, 27 power source, 30 Control device, 38 display device, 50 electron beam irradiation system, 50A electron beam, Wa sample, Wb sample, 100,200 composite charged particle beam device

Claims (8)

ガスフィールドイオン源を備えたイオンビーム照射系と、その照射軸が前記イオンビーム照射系の照射軸に対し90度又は90度よりも狭い角度に配置された電子ビーム照射系と、
前記イオンビーム照射系から射出されるイオンビームと前記電子ビーム照射系から射出される電子ビームとの交差位置で試料を支持する試料台と、
前記試料上のビーム照射位置にデポジション用又はエッチング用の機能ガスを供給するガス銃と、
を備えていることを特徴とする複合荷電粒子ビーム装置。
An ion beam irradiation system including a gas field ion source, and an electron beam irradiation system whose irradiation axis is disposed at an angle of 90 degrees or narrower than 90 degrees with respect to the irradiation axis of the ion beam irradiation system;
A sample stage for supporting the sample at the intersection of the ion beam emitted from the ion beam irradiation system and the electron beam emitted from the electron beam irradiation system;
A gas gun for supplying a functional gas for deposition or etching to a beam irradiation position on the sample;
A composite charged particle beam apparatus comprising:
前記イオンビーム照射系が前記試料台の鉛直方向の上方に配置される一方、前記電子ビーム照射系が鉛直方向に対して傾斜して配置されていることを特徴とする請求項1に記載の複合荷電粒子ビーム装置。   2. The composite according to claim 1, wherein the ion beam irradiation system is disposed above a vertical direction of the sample stage, and the electron beam irradiation system is disposed to be inclined with respect to the vertical direction. Charged particle beam device. 前記ガスフィールドイオン源が、エミッタと、前記エミッタの先端部に対向する開口部を有する引出電極と、前記イオンとなるガスを供給するガス供給部とを備えていることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の複合荷電粒子ビーム装置。   2. The gas field ion source includes an emitter, an extraction electrode having an opening facing a tip portion of the emitter, and a gas supply unit that supplies a gas to be the ion. Or the composite charged particle beam apparatus of Claim 2. 前記イオンが、ヘリウムイオンであることを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の複合荷電粒子ビーム装置。   The composite charged particle beam apparatus according to any one of claims 1 to 3, wherein the ions are helium ions. 前記イオンビーム又は前記電子ビームの照射によって試料から発生する二次荷電粒子と前記試料を透過した荷電粒子の少なくとも一方を検出する検出装置と、前記検出装置の出力に基づいて前記試料の画像を表示する画像表示装置とを備えていることを特徴とする請求項1から請求項4のいずれか1項に記載の複合荷電粒子ビーム装置。   A detection device for detecting at least one of secondary charged particles generated from the sample by irradiation of the ion beam or the electron beam and charged particles transmitted through the sample, and displaying an image of the sample based on the output of the detection device 5. The composite charged particle beam apparatus according to claim 1, further comprising: 前記検出装置が、電子検出器、イオン検出器、及び透過荷電粒子検出器の少なくとも1つを備えていることを特徴とする請求項5に記載の複合荷電粒子ビーム装置。   The composite charged particle beam device according to claim 5, wherein the detection device includes at least one of an electron detector, an ion detector, and a transmission charged particle detector. ガスフィールドイオン源を備えたイオンビーム照射系から試料に対してイオンビームを照射するとともに前記試料のイオンビーム照射位置にガスを供給することで前記試料を加工するステップと、
前記試料に電子ビームを照射して前記試料を観察するステップと
を有することを特徴とする加工観察方法。
Irradiating the sample with an ion beam from an ion beam irradiation system including a gas field ion source and processing the sample by supplying a gas to an ion beam irradiation position of the sample;
And observing the sample by irradiating the sample with an electron beam.
前記電子ビームを、前記イオンビームと鋭角又は概略90度で交差する方向から前記試料に照射することを特徴とする請求項7に記載の加工観察方法。   The processing observation method according to claim 7, wherein the sample is irradiated with the electron beam from a direction intersecting the ion beam at an acute angle or approximately 90 degrees.
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Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011210494A (en) * 2010-03-29 2011-10-20 Sii Nanotechnology Inc Focused ion beam device, chip tip structure inspection method, and chip tip structure regeneration method
JP2011210493A (en) * 2010-03-29 2011-10-20 Sii Nanotechnology Inc Charged particle beam device, chip regeneration method, and sample observation method
JP2011222426A (en) * 2010-04-13 2011-11-04 Sii Nanotechnology Inc Composite charged particle beam device
JP2012009437A (en) * 2010-06-22 2012-01-12 Carl Zeiss Nts Gmbh Body processing method
KR101161956B1 (en) * 2010-05-03 2012-07-04 삼성전기주식회사 Methods of chemical analysis and apparatus for chemical analysis
CN113163564A (en) * 2021-04-30 2021-07-23 中国科学院电工研究所 Electron beam processing device with static elimination function

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58164135A (en) * 1982-03-25 1983-09-29 Agency Of Ind Science & Technol Semiconductor processing device using convergent ion beam
JPH01181529A (en) * 1988-01-12 1989-07-19 Hitachi Ltd Method and apparatus for processing convergence ion beams
JPH0254851A (en) * 1988-08-17 1990-02-23 Fujitsu Ltd Control method of electric field ionization type gas ion source
JPH06231720A (en) * 1993-02-05 1994-08-19 Seiko Instr Inc Converged charged beam device and working observing method
JPH0721955A (en) * 1993-06-29 1995-01-24 Jeol Ltd Ion beam equipment
JPH07320670A (en) * 1993-03-10 1995-12-08 Hitachi Ltd Processing method and apparatus using focused ion beam generating means
JP2002150990A (en) * 2000-11-02 2002-05-24 Hitachi Ltd Micro sample processing observation method and device
JP2004087174A (en) * 2002-08-23 2004-03-18 Seiko Instruments Inc Ion beam device, and working method of the same

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS58164135A (en) * 1982-03-25 1983-09-29 Agency Of Ind Science & Technol Semiconductor processing device using convergent ion beam
JPH01181529A (en) * 1988-01-12 1989-07-19 Hitachi Ltd Method and apparatus for processing convergence ion beams
JPH0254851A (en) * 1988-08-17 1990-02-23 Fujitsu Ltd Control method of electric field ionization type gas ion source
JPH06231720A (en) * 1993-02-05 1994-08-19 Seiko Instr Inc Converged charged beam device and working observing method
JPH07320670A (en) * 1993-03-10 1995-12-08 Hitachi Ltd Processing method and apparatus using focused ion beam generating means
JPH0721955A (en) * 1993-06-29 1995-01-24 Jeol Ltd Ion beam equipment
JP2002150990A (en) * 2000-11-02 2002-05-24 Hitachi Ltd Micro sample processing observation method and device
JP2004087174A (en) * 2002-08-23 2004-03-18 Seiko Instruments Inc Ion beam device, and working method of the same

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011210494A (en) * 2010-03-29 2011-10-20 Sii Nanotechnology Inc Focused ion beam device, chip tip structure inspection method, and chip tip structure regeneration method
JP2011210493A (en) * 2010-03-29 2011-10-20 Sii Nanotechnology Inc Charged particle beam device, chip regeneration method, and sample observation method
JP2011222426A (en) * 2010-04-13 2011-11-04 Sii Nanotechnology Inc Composite charged particle beam device
KR101161956B1 (en) * 2010-05-03 2012-07-04 삼성전기주식회사 Methods of chemical analysis and apparatus for chemical analysis
JP2012009437A (en) * 2010-06-22 2012-01-12 Carl Zeiss Nts Gmbh Body processing method
CN113163564A (en) * 2021-04-30 2021-07-23 中国科学院电工研究所 Electron beam processing device with static elimination function
CN113163564B (en) * 2021-04-30 2024-06-04 中国科学院电工研究所 Electron beam processing device with static electricity eliminating function

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