(57)【要約】【課題】所望箇所の分析を迅速に行う。【解決手段】断面解析装置は、チャンバ１と、試料ステージ３と、加工断面１５を露出させるガリウムイオンビーム１７を照射するガリウムイオンガン７と、加工断面１５に電子線１９を照射する電子銃９と、加工断面１５から放出されるオージェ電子２３を検出するオージェ電子分光器１３と、加工断面１５から放出される二次電子２１を検出する二次電子検出器１１とを備える。電子線１９の照射方向は、試料ステージ３の上面に対して垂直であり、ガリウムイオンガン７は、試料ステージ３の上面に対して斜めに配置されており、オージェ電子分光器１３及び二次電子検出器１１は、ガリウムイオンガン７から見て電子銃９を挟んだ反対側に配置される。【選択図】図２
2014092424.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チャンバと、
前記チャンバ内に配置され、試料を載置するための試料ステージと、
前記試料にガリウムイオンビームを照射することで、前記試料に凹部を形成して加工断面を露出させるガリウムイオンガンと、
前記加工断面に電子線を照射する電子銃と、
前記電子線の照射によって前記加工断面から放出されるオージェ電子を検出するオージェ電子分光器と、
前記電子線の照射によって前記加工断面から放出される二次電子を検出する二次電子検出器とを備えた断面解析装置であって、
前記電子線の照射方向は、初期状態における前記試料ステージの上面に対して垂直な方向となっており、
前記ガリウムイオンガンは、前記チャンバ内で初期状態における前記試料ステージの上面に対して斜め方向に配置されており、
前記オージェ電子分光器及び前記二次電子検出器は、前記チャンバ内で前記ガリウムイオンガンから見て前記電子銃を挟んだ反対側に配置されている断面解析装置。
【請求項２】
請求項１に記載の断面解析装置において、
前記ガリウムイオンガンは、前記ガリウムイオンビームの照射方向と、初期状態での前記試料ステージの上面の垂線とが成す角度が３０°以上且つ６０°以下となるように配置されることを特徴とする断面解析装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の断面解析装置において、
前記オージェ電子分光器は、初期状態における前記試料ステージから前記オージェ電子分光器に向かう方向と前記試料ステージの上面の垂線とが成す角度が３０°以上且つ６０°以下となるように配置されることを特徴とする断面解析装置。
【請求項４】
請求項１〜３のうちいずれか１つに記載の断面解析装置において、
前記二次電子検出器は、初期状態における前記試料ステージから前記二次電子検出器に向かう方向と前記試料ステージの上面の垂線とが成す角度が３０°以上且つ６０°以下となるように配置されていることを特徴とする断面解析装置。
【請求項５】
請求項１〜４のうちいずれか１つに記載の断面解析装置において、
前記ガリウムイオンビームの照射方向と、前記試料ステージから前記オージェ電子分光器に向かう方向とが直交していることを特徴とする断面解析装置。
【請求項６】
請求項１〜５のうちいずれか１つに記載の断面解析装置において、
前記ガリウムイオンガンから見て、前記電子銃を挟んだ反対側に配置され、前記加工断面にアルゴンイオンビームを照射するアルゴンイオンガンをさらに備えている前記断面解析装置。
【請求項７】
請求項１〜６のうちいずれか１つに記載の断面解析装置において、
前記アルゴンイオンビームの照射方向と、前記試料ステージの上面の垂線とが成す角度が３０°以上且つ６０°以下であることを特徴とする断面解析装置。
【請求項８】
請求項１〜７のうちいずれか１つに記載の断面解析装置において、
前記試料ステージは、傾斜又は回転させることができることを特徴とする断面解析装置。
【請求項９】
チャンバ内で試料ステージ上の試料にガリウムイオンビームを照射して前記試料に側壁の一部が加工断面となる凹部を形成する工程と、
前記加工断面に電子線を走査させて、前記加工断面から放出される二次電子を検出することで前記加工断面の形態を観察する工程と、
前記加工断面の形態を観察した後、前記加工断面に電子線を照射して、前記加工断面から放出されるオージェ電子を検出して元素分析を行う工程とを備え、
前記凹部を形成する工程、前記加工断面の形態を観察する工程及び前記元素分析を行う工程を行う期間中、前記試料ステージの状態を固定する断面解析方法。
【請求項１０】
請求項９に記載の断面解析方法において、
前記ガリウムイオンビームを照射するガリウムイオンガンは、前記チャンバ内で初期状態における前記試料ステージの上面に対して斜め方向に配置されており、
前記オージェ電子を検出するオージェ電子分光器と、前記二次電子を検出する二次電子検出器とは、前記チャンバ内で前記ガリウムイオンガンから見て前記電子線を照射する電子銃を挟んだ反対側に配置されていることを特徴とする断面解析方法。
【請求項１１】
請求項１０に記載の断面解析方法において、
前記凹部を形成する工程、前記加工断面の形態を観察する工程及び前記加工断面を観察するとともに元素分析を行う工程を行う期間中、前記試料ステージを傾斜させ、前記ガリウムイオンガンに正対した状態で保持することを特徴とする断面解析方法。
【請求項１２】
請求項９〜１１のうちいずれか１つに記載の断面解析方法において、
前記元素分析を行う工程の後、前記凹部に前記ガリウムイオンビームを照射して新たな加工断面を露出させる工程、前記新たな加工断面に電子線を照射し、二次電子を検出することで前記新たな加工断面を観察する工程、及び前記新たな加工断面に電子線を照射し、オージェ電子を検出することで前記新たな加工断面の元素分析を行う工程を、前記試料ステージの状態を固定したまま連続して繰り返すことにより、立体構造の観察及び立体構造中の元素分析を行うことを特徴とする断面解析方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書に記載された技術は、微小部分等の断面を解析する装置及び断面解析方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体デバイス等、種々の装置の縮小化が進んでおり、これら装置の不良解析にはサブミクロンスケールの解析分解能が要求されている。微小な部分の解析に対応する解析装置として、集束イオンビーム(focused ion beam;FIB)装置と走査電子顕微鏡(scanning electron microscope;SEM)とを組み合わせたデュアルビーム装置が開発されている。このような解析装置において、所望の部分の元素分析を行う際には、エネルギー分散型Ｘ線分析(EDX)が用いられる。
【０００３】
また、半導体デバイス表面に形成された薄膜を評価する際には、表面分析に適したオージェ分析が用いられ、上述のＦＩＢ装置と組み合わせた解析装置も開発されている（特許文献１参照）。この従来の解析装置では、ＦＩＢ装置により解析対象となる微小な特定部位の表面に、当該表面に対して垂直な方向からイオンビームを照射し、エッチング加工する。次いで、露出した加工断面に電子線を照射し、発生した二次電子を捕捉してオージェ分析を行う。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１６０２５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、ＥＤＸは、脱出深さが１μｍ程度である特性Ｘ線を検出して行うので、ＦＩＢ装置によって加工した断面の分析を直接行った場合、下地部分の情報が混入してしまい、正確な分析が困難となる。このため、正確な元素分析を行う場合には、分析対象部分を１００ｎｍ以下の厚さに薄片化した後、この薄片サンプルを取り出してメッシュに移動させなければならない。この薄片化サンプルの作成には膨大な時間を要する。
【０００６】
また、ＦＩＢ装置とオージェ分析装置とを組み合わせた従来の解析装置では、試料台を傾斜させた状態でガリウムイオンビームを基板に照射してくぼみを形成した後、試料台の傾斜を元に戻してＳＥＭ観察等を行う。従って、複数箇所の観察を行う場合には、その都度試料台を動かして、ＦＩＢ装置やオージェ分析装置の調整をやり直す必要がある。そのため、迅速な分析を行うことが困難である。
【０００７】
以上の点に鑑み、本発明は、所望箇所の分析を迅速に行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本開示の一実施形態に係る断面解析装置は、チャンバと、前記チャンバ内に配置され、試料を載置するための試料ステージと、前記試料にガリウムイオンビームを照射することで、前記試料に凹部を形成して加工断面を露出させるガリウムイオンガンと、前記加工断面に電子線を照射する電子銃と、前記電子線の照射によって前記加工断面から放出されるオージェ電子を検出するオージェ電子分光器と、前記電子線の照射によって前記加工断面から放出される二次電子を検出する二次電子検出器とを備えている。さらに、前記電子線の照射方向は、初期状態における前記試料ステージの上面に対して垂直な方向となっており、前記ガリウムイオンガンは、前記チャンバ内で初期状態における前記試料ステージの上面に対して斜め方向に配置されており、前記オージェ電子分光器及び前記二次電子検出器は、前記チャンバ内で前記ガリウムイオンガンから見て前記電子銃を挟んだ反対側に配置されている。
【０００９】
なお、「試料ステージの上面に対して垂直な方向」とは、試料ステージの上面に対して実質的に垂直な方向、すなわち試料ステージの上面に対して垂直から２〜３°程度ずれた場合も含むことを意味する。
【００１０】
本開示の一例に係る断面解析方法は、チャンバ内で試料ステージ上の試料にガリウムイオンビームを照射して前記試料に側壁の一部が加工断面となる凹部を形成する工程と、前記加工断面に電子線を走査させて、前記加工断面から放出される二次電子を検出することで前記加工断面の形態を観察する工程と、前記加工断面の形態を観察した後、前記加工断面に電子線を照射して、前記加工断面から放出されるオージェ電子を検出して元素分析を行う工程とを備えている。さらに、前記凹部を形成する工程、前記加工断面の形態を観察する工程及び前記元素分析を行う工程を行う期間中、前記試料ステージの状態を固定する。
【発明の効果】
【００１１】
本開示の一例に係る断面解析装置によれば、所望箇所の分析を迅速に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本開示の第１の実施形態に係る断面解析装置を示す断面図である。
【図２】図２（ａ）〜（ｃ）は、第１の実施形態に係る断面解析装置を用いた断面解析方法を示す断面図である。
【図３】図３（ａ）は、従来の断面解析方法を示す図であり、（ｂ）は、第１の実施形態に係る断面解析方法を示す図である。
【図４】図４（ａ）〜（ｃ）は、本開示の第２の実施形態に係る断面解析方法を示す部分断面図である。
【図５】図５は、本開示の第３の実施形態に係る断面解析装置を示す断面図である。
【図６】図６（ａ）〜（ｃ）は、第３の実施形態に係る断面解析装置を用いた断面解析方法を示す断面図である。
【図７】図７は、第３の実施形態に係る断面解析方法を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（第１の実施形態）
−断面解析方法及び断面解析装置の構成−
図１は、本開示の第１の実施形態に係る断面解析装置を示す断面図である。また、図２（ａ）〜（ｃ）は、この断面解析装置を用いた断面解析方法を示す断面図である。
【００１４】
図１、図２（ａ）〜（ｃ）に示すように、本実施形態の断面解析装置は、試料室（チャンバ１）と、チャンバ１内に配置され、試料５を載置するための試料ステージ３と、試料５にガリウムイオンビーム１７を照射することで、試料５に凹部を形成して加工断面１５を露出させるガリウムイオンガン７と、加工断面１５に電子線１９を照射する電子銃９と、電子線１９の照射によって加工断面１５から放出されるオージェ電子２３を検出するオージェ電子分光器１３と、電子線１９の照射によって加工断面１５から放出される二次電子２１を検出する二次電子検出器１１とを備えている。
【００１５】
チャンバ内は解析時にほぼ真空に保たれる。試料ステージ３は、例えばチャンバ１の下面の中心部上に配置されている。初期状態において、試料ステージ３の上面はほぼ水平となっている。
【００１６】
電子線１９の照射方向は、初期状態における試料ステージ３の上面に対して垂直な方向となっており、ガリウムイオンガン７は、チャンバ１内で初期状態における試料ステージ３の上面に対して斜め方向に配置されており、オージェ電子分光器１３及び二次電子検出器１１は、チャンバ１内でガリウムイオンガン７から見て電子銃９を挟んだ反対側に配置されている。なお、電子線１９の照射方向は、初期状態における試料ステージ３の上面に対して厳密に垂直な方向でなくてもよく、数度（２〜３°）程度ずれていても許容されるものとする。
【００１７】
ガリウムイオンガン７は、ガリウムイオンビーム１７の照射方向と、初期状態での試料ステージ３の上面の垂線とが成す角度θ１が３０°以上且つ６０°以下となるように配置されることが好ましい。
【００１８】
オージェ電子分光器１３及び二次電子検出器１１は、ガリウムイオンガン７から見て電子銃９を挟んだ反対側に配置されていれば、チャンバ１内のどの位置に設けられていてもよい。例えば、オージェ電子分光器１３及び二次電子検出器１１は、ガリウムイオンガン７の位置と比べて図１における手前側や奥側にずれて配置されていてもよい。
【００１９】
ただし、オージェ電子分光器１３は、初期状態における試料ステージ３からオージェ電子分光器１３に向かう方向と試料ステージ３の上面の垂線とが成す角度θ２が３０°以上且つ６０°以下となるように配置されていれば、後述のように効率良くオージェ電子を捕捉することができるので、好ましい。なお、例えば、ガリウムイオンビーム１７の照射方向と、試料ステージ３からオージェ電子分光器１３に向かう方向とが直交していてもよい。
【００２０】
また、二次電子検出器１１は、初期状態における試料ステージ３から二次電子検出器１１に向かう方向と試料ステージ３の上面の垂線とが成す角度が３０°以上且つ６０°以下となるように配置されていることが好ましい。この構成によれば、電子線１９の照射に応じて試料５から放出される二次電子２１を容易に捕捉することができるので好ましい。
【００２１】
なお、試料ステージ３は、回転又は傾斜させるための機構を有していてもよい。
【００２２】
図３（ａ）は、従来の断面解析方法を示す図であり、（ｂ）は、本実施形態に係る断面解析方法を示す図である。以下、図２（ａ）〜（ｃ）及び図３（ｂ）を参照して、本実施形態の断面解析装置を用いた断面の解析方法を説明する。
【００２３】
まず、図２（ａ）に示す工程（図３（ｂ）に示すステップＳ１）では、試料５を、ほぼ真空な状態にまで減圧したチャンバ１内に配置した初期状態の試料ステージ３上に載置して固定する。例えば集積回路等が形成された半導体チップ、微細加工した基板、micro electoro mechanical system (MEMS)、液晶用基板等、種々の構成を有する材料が試料５として解析されうる。次に、チャンバ１内をほぼ真空な状態にまで減圧し、試料ステージ３を傾斜させて試料ステージ３の上面及び試料５の主面をガリウムイオンガン７に正対させる。
【００２４】
この状態のまま、ガリウムイオンガン７から試料５にガリウムイオンビーム１７を照射することで、試料５に凹部を形成し、観察及び分析対象となる加工断面１５を露出させる。ここで、凹部の平面形状は例えば一辺が１〜１００μｍ程度の四辺形であり、凹部の深さは１０μｍ以下となっている。加工断面１５は例えば凹部の側壁の一部であり、オージェ電子分光器１３とほぼ正対している。加工断面１５と試料５の主面とが成す角度は一例としてほぼ垂直である。本工程において、ガリウムイオンビーム１７の加速電圧は例えば３０ｋＶ程度とする。
【００２５】
次に、図２（ｂ）に示す工程（図３（ｂ）に示すステップＳ２）で、試料ステージ３を固定したまま加工断面１５に電子線１９を走査させて、加工断面１５から放出される二次電子２１を二次電子検出器１１によって検出する。これにより、加工断面１５のＳＥＭ像が得られるので、当該加工断面１５の形態を観察することができる。また、この観察から、元素分析を行う箇所を特定することができる。なお、本工程で照射する電子線１９の加速電圧は、例えば３〜１０ｋＶ程度である。
【００２６】
次に、図２（ｃ）に示す工程（図３（ｂ）に示すステップＳ３）で、試料ステージ３は固定したまま、加工断面１５の所定領域に電子線１９を照射して、加工断面１５から放出されるオージェ電子２３をオージェ電子分光器１３により検出して元素分析を行う。照射する電子線１９の加速電圧は、３〜１０ｋＶ程度である。なお、本工程では、元素同士の結合状態についての情報を得ることもできる。
【００２７】
−断面解析装置の効果−
本実施形態の断面解析装置では、ガリウムイオンガン７が、チャンバ１内で初期状態における試料ステージ３の上面に対して斜め方向に配置されており、オージェ電子分光器１３及び二次電子検出器１１が、チャンバ１内でガリウムイオンガン７から見て電子銃９を挟んだ反対側に配置されている。
【００２８】
このため、ＦＩＢ加工（図３に示すステップＳ１）、加工断面１５のＳＥＭ観察（図３に示すステップＳ２）及びオージェ電子分光分析による加工断面１５での元素分析（図３に示すステップＳ３）の期間中、試料ステージ３の状態を固定したまま断面の解析を行うことが可能となる。
【００２９】
これに対し、特許文献１に記載の断面解析方法では、ＦＩＢ加工時に試料ステージを傾けた後、ＳＥＭ観察を行う前に試料ステージの向きを変える必要がある。従って、本実施形態に係る断面解析装置によれば、解析を行っている間に分析機器の調整等を行う時間が不要になるので、特許文献１に記載された技術に比べて解析時間を大幅に短縮することが可能となる。
【００３０】
また、ＦＩＢ加工とＥＤＸ分析とを組み合わせた従来技術は、図３（ａ）に示すように、ＦＩＢ加工ステップ（ステップＳ１０１）と、追加されたＦＩＢ加工による試料の薄片化ステップ（ステップＳ１０２）と、薄片化された試料をピックアップするステップ（ステップＳ１０３）と、薄片化された試料をメッシュ上に移動させるステップ（ステップＳ１０４）と、断面のＳＥＭ観察を行うステップ（ステップＳ１０５）と、断面のＥＤＸ分析を行うステップ（ステップＳ１０６）とを備えている。
【００３１】
ステップＳ１０２では、切り出される試料の周囲をガリウムイオンビームによりエッチングするのに長時間を要する。また、ピックアップした試料をメッシュ上に載置した後で再度分析機器の設定をするのにも時間を要する。
【００３２】
これに対し、試料５から放射されるオージェ電子２３が持っている情報は加工断面１５から数ｎｍ以下の領域の情報に限られるため、本実施形態の断面解析方法によれば、試料を薄片化しなくても元素分析を行うことができる。さらに、本実施形態の断面解析方法では、ＦＩＢ加工からオージェ電子分光分析までを試料ステージ３を動かすことなく行うことができるので、ＳＥＭ観察及び元素分析に要する時間を大幅に短縮できる。このように、当該従来技術に比べて本実施形態の断面解析装置及び断面解析方法によれば、はるかに迅速に断面の観察及び元素分析を行うことができる。さらに、本実施形態の断面解析方法によれば、ＥＤＸ分析ではできない元素同士の結合状態を解析することもできる。
【００３３】
また、本実施形態の断面解析装置において、ガリウムイオンビーム１７の照射方向と、初期状態での試料ステージ３の上面の垂線とが成す角度θ１が３０°以上且つ６０°以下となっていることにより、ＦＩＢ加工を行った後の加工断面１５が電子銃９から見える位置に来るので、加工断面１５に確実に電子線１９を照射することが可能となる。
【００３４】
また、初期状態における試料ステージ３から二次電子検出器１１に向かう方向と試料ステージ３の上面の垂線とが成す角度が３０°以上且つ６０°以下となっていれば、ＦＩＢ加工を行った後の加工断面１５が二次電子検出器１１から見える位置に来るので、電子線１９の照射を受けて加工断面１５から放射される二次電子２１をより確実に検出することが可能になる。
【００３５】
また、初期状態における試料ステージ３からオージェ電子分光器１３に向かう方向と試料ステージ３の上面の垂線とが成す角度θ２が３０°以上且つ６０°以下となっていれば、ＦＩＢ加工を行った後の加工断面１５がそのままの位置でオージェ電子分光器１３にほぼ正対することになるので、電子線１９照射を受けて加工断面１５から放射されるオージェ電子２３をより確実に検出することが可能になる。
【００３６】
ガリウムイオンビーム１７の照射方向と、試料ステージ３からオージェ電子分光器１３に向かう方向とが直交していれば、ＦＩＢ加工を行った後の加工断面１５がそのままの位置でオージェ電子分光器１３に正対することになるので、電子線１９照射を受けて加工断面１５から放射されるオージェ電子２３をより確実に検出することができる。
【００３７】
（第２の実施形態）
図４（ａ）〜（ｃ）は、本開示の第２の実施形態に係る断面解析方法を示す部分断面図である。本実施形態の断面解析方法においては、図１に示す第１の実施形態に係る断面解析装置が用いられる。
【００３８】
まず、図３（ｂ）に示すＦＩＢ加工（ステップＳ１）を行って、試料５に凹部を形成する。これにより、凹部の側壁の一部であり、オージェ電子分光器１３に正対する加工断面１５ａが形成される。
【００３９】
次に、図３（ｂ）に示すＳＥＭ観察工程（ステップＳ２）で、加工断面１５ａに電子線１９を走査させて加工断面１５ａのＳＥＭ観察を行い、元素分析を行う箇所を特定する。
【００４０】
次いで、図４（ａ）に示す工程で、試料ステージ３は固定したまま、加工断面１５ａの所定領域に電子線１９を照射して、加工断面１５ａから放出されるオージェ電子２３をオージェ電子分光器１３により検出して元素分析を行う。電子線１９のエネルギーは図３（ｂ）に示すステップＳ３と同じとする。
【００４１】
次に、図４（ｂ）に示す工程で、試料ステージ３を固定したまま、試料５の凹部にガリウムイオンビーム１７を照射して新たな加工断面１５ｂを露出させる。本工程でガリウムイオンビーム１７によって除去する試料５の厚みは任意に設定できるが、例えば２０ｎｍ〜１００ｎｍ程度とする。ガリウムイオンビーム１７の加速電圧はステップＳ１と同様であればよく、例えば３０ｋＶ程度である。
【００４２】
次いで、図４（ｃ）に示す工程で、試料ステージ３を固定したまま、加工断面１５ｂに電子線１９を走査させて、当該加工断面１５ｂから放出される二次電子を二次電子検出器によって検出する。これにより、加工断面１５ｂのＳＥＭ観察を行う。
【００４３】
続いて、試料ステージ３を固定したまま、加工断面１５ｂの所定領域に電子線１９を照射して、加工断面１５ｂから放出されるオージェ電子２３をオージェ電子分光器により検出して元素分析を行う。
【００４４】
その後、図４（ｂ）、（ｃ）に示す工程を順次複数サイクル行う。以上の工程により、試料ステージ３を固定したまま、迅速に立体構造の観察及び立体構造中の元素分析（元素マッピング）を行うことができる。
【００４５】
このように、本実施形態の断面解析方法によれば、試料ステージ３を傾斜させた状態で固定したまま立体構造の元素マッピング像を取得することができるので、立体構造の解析に要する時間を著しく短縮することが可能となる。
【００４６】
（第３の実施形態）
図５は、本開示の第３の実施形態に係る断面解析装置を示す断面図である。同図において、図１と同様の構成部材には同じ符号を付す。以下、第１の断面解析装置との相違点について主に説明する。
【００４７】
図５に示すように、本実施形態の断面解析装置は、第１の実施形態の断面解析装置に、アルゴンイオンビームを照射するアルゴンイオンガン２５を追加した構成を有している。このアルゴンイオンガン２５は、試料ステージ３の上面をガリウムイオンガン７に正対させた状態でアルゴンイオンビームを加工断面に照射できるよう、チャンバ１内でガリウムイオンガン７から見て電子銃９を挟んだ反対側に配置されている。
【００４８】
また、アルゴンイオンガン２５は、アルゴンイオンビームの照射方向と、初期状態での試料ステージ３の上面の垂線とが成す角度が３０°以上且つ６０°以下となるようにチャンバ１内に配置されることが好ましい。
【００４９】
次に、本実施形態の断面解析装置を用いた断面解析方法を説明する。図６（ａ）〜（ｃ）は、第３の実施形態に係る断面解析装置を用いた断面解析方法を示す断面図であり、図７は、本実施形態に係る断面解析方法を示す図である。
【００５０】
まず、図６（ａ）に示す工程（図７に示すステップＳ１１）では、試料５を、ほぼ真空な状態にまで減圧したチャンバ１内に配置した初期状態の試料ステージ３上に載置して固定する。続いて、試料ステージ３を傾斜させて試料ステージ３の上面及び試料５の主面をガリウムイオンガン７に正対させる。
【００５１】
この状態のまま、ガリウムイオンガン７から試料５にガリウムイオンビーム１７を照射することで、試料５に凹部を形成し、観察及び分析対象となる加工断面１５を露出させる。ここで、凹部の平面形状は例えば一辺が１〜１００μｍ程度の四辺形であり、凹部の深さは１０μｍ以下となっている。加工断面１５は例えば凹部の側壁の一部であり、オージェ電子分光器１３とほぼ正対している。加工断面１５と試料５の主面は例えばほぼ垂直である。本工程において、ガリウムイオンビーム１７の加速電圧は例えば３０ｋＶ程度とする。
【００５２】
次に、図６（ｂ）に示す工程（図７に示すステップＳ１２）で、試料ステージ３を固定したまま加工断面１５にアルゴンイオンビーム２７を照射し、加工断面１５上に付着していた汚染物質を除去する。アルゴンイオンビーム２７の加速電圧は例えば１ｋＶ程度とし、加工断面１５がエッチングされないようにする。アルゴンイオンビーム２７の照射は例えば１０〜３０秒程度行えばよい。
【００５３】
次いで、図６（ｃ）に示す工程（図７に示すステップＳ１３、Ｓ１４）で、試料ステージ３を固定したまま加工断面１５に電子線１９を走査させて、加工断面１５から放出される二次電子２１を二次電子検出器１１によって検出する。これにより、加工断面１５のＳＥＭ像が得られるので、当該加工断面１５の形態を観察することができる。また、次に元素分析を行う箇所を特定することができる。なお、本工程で照射する電子線１９の加速電圧は、例えば３〜１０ｋＶ程度である。
【００５４】
次に、試料ステージ３は固定したまま、加工断面１５の所定領域に電子線１９を照射して、加工断面１５から放出されるオージェ電子２３をオージェ電子分光器１３により検出して元素分析を行う。照射する電子線１９の加速電圧は、３〜１０ｋＶ程度である。
【００５５】
ガリウムイオンビーム１７によるエッチング後の加工断面１５にはガリウムイオン等の汚染物質が付着している場合があるが、本実施形態の断面解析方法では、加工断面１５を観察する前に汚染物質を除去しているので、高精度で元素分析を行うことが可能となる。特に、試料５自体がＧａＡｓ層やＳｉＧｅ層等、ガリウムを含む場合であっても正確に元素分析を行うことが可能となる。また、アルゴンイオンビーム２７の照射は短時間でも有効であるので、本実施形態の断面解析方法は第１の実施形態に係る解析方法と比べて所要時間を大きく延長することなく、より高い分析精度を得ることができる。
【００５６】
以上で説明した断面解析装置及び断面解析方法は実施形態の一例であって、断面解析装置の構成や断面解析方法の各ステップ等は本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。例えば、試料５のエッチングにはガリウムイオンビーム以外のイオンビームを用いてもよいし、アルゴンイオン以外の不活性元素のイオンビームによって汚染物質の除去を行ってもよい。また、各図におけるチャンバ１、ガリウムイオンガン７、電子銃９、二次電子検出器１１及びオージェ電子分光器１３等の大きさ、形状等は概略的に示されたものであるので、実際の形状や大きさは図示したものと異なっていてもよい。
【００５７】
また、各実施形態の構成は適宜組み合わされてもよい。例えば、第２の実施形態に係る解析方法において、ＦＩＢ加工を行った後にアルゴンイオンガン２５で汚染物質を除去してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本開示の一例に係る断面解析装置及び断面解析方法は、半導体基板、液晶基板、ＭＥＭＳ等、微細加工が施された種々の装置の解析に有用である。
【符号の説明】
【００５９】
１      チャンバ
３      試料ステージ
５      試料
７      ガリウムイオンガン
９      電子銃
１１      二次電子検出器
１３      オージェ電子分光器
１５、１５ａ、１５ｂ      加工断面
１７      ガリウムイオンビーム
１９      電子線
２１      二次電子
２３      オージェ電子
２５      アルゴンイオンガン
２７      アルゴンイオンビーム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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