(57)【要約】  低加速電圧のＳＥＭ観察とＦＩＢ加工を長時間繰り返す自動シーケンスにより、精度の高い三次元構造・組成解析などを実現する。  ＣＦＥ電子源を利用したＣＦＥ−ＳＥＭと、ＦＩＢ装置とを備えた複合荷電粒子線装置において、自動シーケンスにおける、ＦＩＢ加工中、またはＳＥＭ観察とＦＩＢ加工との遷移時間中に、ＣＦＥ電子源に引出電圧を印加したままフラッシングである低温フラッシングを実行する。
2016103432.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に電子ビームを照射する、ＣＦＥ電子源を利用したＣＦＥ−ＳＥＭと、
試料にイオンビームを照射するＦＩＢ装置と、
前記ＣＦＥ−ＳＥＭによる試料の観察と、前記ＦＩＢ装置による試料の加工と、を繰り返す自動シーケンスを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記自動シーケンスにおける、ＦＩＢ装置による試料の加工中、または前記ＣＦＥ−ＳＥＭによる試料の観察と、前記ＦＩＢ装置による試料の加工との遷移時間中に、前記ＣＦＥ電子源に引出電圧を印加したままフラッシングを実行することを特徴とする複合荷電粒子線装置。 
【請求項２】
請求項１記載の複合荷電粒子線装置において、
前記自動シーケンスは、前記ＣＦＥ−ＳＥＭによる試料の観察と、前記ＦＩＢ装置による試料の断面加工と、を繰り返し、試料を三次元構造・組成解析するものであることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項３】
請求項１記載の複合荷電粒子線装置において、
デポジションガスを導入するガスノズルを備え、
前記自動シーケンスは、前記ＣＦＥ−ＳＥＭによる試料の観察と、前記ＦＩＢ装置によるポジション処理と、を繰り返すものであることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項４】
請求項１記載の複合荷電粒子線装置において、
エッチングガスを導入するガスノズルを備え、
前記自動シーケンスは、前記ＣＦＥ−ＳＥＭによる試料の観察と、前記ＦＩＢ装置によるアシストエッチング処理と、を繰り返すものであることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の複合荷電粒子線装置において、
前記フラッシングは、前記自動シーケンスにおける、ＦＩＢ装置による試料の加工開始から一定時間経過後に実行されることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれかに記載の複合荷電粒子線装置において、
前記フラッシングは、前記自動シーケンスにおける、ＦＩＢ装置による試料の加工終了から一定時間経過後に実行されることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項７】
請求項１〜４のいずれかに記載の複合荷電粒子線装置において、
前記フラッシングは、前記自動シーケンスにおける、ＣＦＥ−ＳＥＭによる試料の観察終了から一定時間経過後に実行されることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項８】
請求項１〜４のいずれかに記載の複合荷電粒子線装置において、
前記自動シーケンスは、ＦＩＢ装置による試料の加工中に前記フラッシングを繰り返し実行し、前記ＣＦＥ−ＳＥＭによる試料の観察後に前記フラッシングよりも強いフラッシングを実行することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項９】
請求項１〜４のいずれかに記載の複合荷電粒子線装置において、
前記イオンビームは、ガリウムイオンビーム、ネオンイオンビーム、アルゴンイオンビーム、ヘリウムイオンビーム、キセノンイオンビーム、酸素イオンビーム、または窒素イオンビームであることを特徴とする複合荷電粒子線装置。
【請求項１０】
ＣＦＥ−ＳＥＭによる試料の観察と、ＦＩＢ装置による試料の加工と、を繰り返す自動シーケンスにおける制御方法であって、
前記ＦＩＢ装置による試料の加工中、または前記ＣＦＥ−ＳＥＭによる試料の観察と、前記ＦＩＢ装置による試料の加工との遷移時間中に、前記ＣＦＥ電子源に引出電圧を印加したままフラッシングを実行することを特徴とする制御方法。 
【請求項１１】
請求項１０記載の制御方法において、
前記自動シーケンスは、前記ＣＦＥ−ＳＥＭによる試料の観察と、前記ＦＩＢ装置による試料の断面加工と、を繰り返し、試料を三次元構造・組成解析するものであることを特徴とする制御方法。
【請求項１２】
請求項１０記載の制御方法において、
前記自動シーケンスは、前記ＣＦＥ−ＳＥＭによる試料の観察と、前記ＦＩＢ装置およびデポジションガスによるポジション処理と、を繰り返すものであることを特徴とする制御方法。
【請求項１３】
請求項１０記載の制御方法において、
エッチングガスを導入するガスノズルを備え、
前記自動シーケンスは、前記ＣＦＥ−ＳＥＭによる試料の観察と、前記ＦＩＢ装置およびアシストエッチングガスによるアシストエッチング処理と、を繰り返すものであることを特徴とする制御方法。
【請求項１４】
請求項１０〜１３のいずれかに記載の制御方法において、
前記フラッシングは、前記自動シーケンスにおける、ＦＩＢ装置による試料の加工開始から一定時間経過後に実行されることを特徴とする制御方法。
【請求項１５】
請求項１０〜１３のいずれかに記載の制御方法において、
前記フラッシングは、前記自動シーケンスにおける、ＦＩＢ装置による試料の加工終了から一定時間経過後に実行されることを特徴とする制御方法。
【請求項１６】
請求項１０〜１３のいずれかに記載の制御方法において、
前記フラッシングは、前記自動シーケンスにおける、ＣＦＥ−ＳＥＭによる試料の観察終了から一定時間経過後に実行されることを特徴とする制御方法。
【請求項１７】
請求項１０〜１３のいずれかに記載の制御方法において、
前記自動シーケンスは、ＦＩＢ装置による試料の加工中に前記フラッシングを繰り返し実行し、前記ＣＦＥ−ＳＥＭによる試料の観察後に前記フラッシングよりも強いフラッシングを実行することを特徴とする制御方法。
【請求項１８】
請求項１０〜１３のいずれかに記載の制御方法において、
前記イオンビームは、ガリウムイオンビーム、ネオンイオンビーム、アルゴンイオンビーム、ヘリウムイオンビーム、キセノンイオンビーム、酸素イオンビーム、または窒素イオンビームであることを特徴とする制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＦＥ電子源を利用した走査電子顕微鏡と、集束イオンビーム装置とを備えた複合荷電粒子線装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特開２００９−４１１２号公報（特許文献１）および特開２００７−１５７６８２号公報（特許文献２）には、試料断面を加工する集束イオンビーム（Ｆｏｃｕｓｅｄ  Ｉｏｎ  Ｂｅａｍ：ＦＩＢ）装置と、加工した試料断面を観察する走査電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ：ＳＥＭ）とを組み合わせた複合荷電粒子線装置において、電子源回りなどを高真空（１０-7〜１０-8Ｐａ）に保つためのポンプ機構が開示されている。【０００３】
国際公開第２０１４／１７１２８７号公報（特許文献３）には、電子源を常に加熱しない冷陰極型（Ｃｏｌｄ  Ｆｉｅｌｄ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ：ＣＦＥ）電子源を利用したＳＥＭ（ＣＦＥ−ＳＥＭ）において、ＳＥＭ観察時にＣＦＥ電子源を低温フラッシングすることが開示されている。なお、フラッシングとは、電子源に吸着したガス分子を脱離させ、清浄表面を得るための加熱処理のことである。また、低温フラッシングとは、フラッシング直後の、残留ガス吸着の影響が少ない一定時間内（高輝度安定領域）を超えてから、ＣＦＥ電子源の先端にガスが完全吸着する前の段階で、引出電圧を印加したままフラッシングすることである。ガスが完全に吸着する前であるため、通常のフラッシングよりも遥かに低度で吸着ガスを脱離させることができる。また、低温であるため、引出電圧を印加したままでも、電子源先端の形状を変化させるビルドアップは発生しない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００９−４１１２号公報
【特許文献２】特開２００７−１５７６８２号公報
【特許文献３】国際公開第２０１４／１７１２８７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
現在、商用の複合荷電粒子線装置に搭載されたＳＥＭにおいては、ショットキー型（Ｓｃｈｏｔｔｋｅｙ  Ｅｍｉｓｓｉｏｎ：ＳＥ）電子源が採用されている。ＳＥ電子源は、電流安定性が２％／ｈｒ以下と非常に安定であり、ＦＩＢ加工と加工断面のＳＥＭ観察を繰り返して実行し、三次元構造・組成解析するような自動シーケンスに適しているためである。【０００６】
このような状況において、本願発明者が、精度の高い三次元構造・組成解析の自動シーケンスを鋭意検討したところ、ＦＩＢによる加工繰り返しの幅（加工ステップ）を小さくすればするほど、ＳＥＭの加速電圧を低くする必要があるとの知見に至った。ＦＩＢによる加工繰り返し幅よりも、ＳＥＭ観察時における試料内への電子ビームの浸入深さが深くなると、現在加工している加工ステップに含まれる試料以外の情報、つまり、次以降の加工ステップの情報も含まれてしまうためである。例えば、加工ステップ１０ｎｍとし、材料をシリコンとした場合、加速電圧２ｋＶのＳＥＭ観察では、電子ビームの浸入深さは約４０ｎｍとなる。加工ステップ内の情報だけを抽出しようとした場合、ＳＥＭの加速電圧は１ｋＶ以下とする必要がある。【０００７】
しかしながら、上述のＳＥ電子源は、そのエネルギー幅が０．６ｅＶと広いため、低加速電圧では分解能が劣化し、断面観察には適さない。【０００８】
そこで、本願発明者が、エネルギー幅の狭く、低加速電圧でのＳＥＭ観察に適するＣＦＥ電子源を採用した、世界初の商用複合荷電粒子線装置を目指し設計及び開発を進めたところ、特許文献１や特許文献２などのポンプ機構を採用して高真空としても、電子ビームを試料に照射しなければならず、試料側からのガスの逆流に曝されるため、高輝度安定領域は、実用的には１００ｍｉｎ程度であるとの知見を得た。精度の高い三次元構造・組成解析を求めるほど加工ステップは小さくなり、２４時間以上かけて１０００枚以上のＳＥＭ画像取得を繰り返すことも想定された。【０００９】
一方、特許文献３の低温フラッシングは、ＳＥＭ観察時に観察条件を維持したまま実施するものであるが、ＦＩＢ加工とＳＥＭ観察を繰り返す自動シーケンスにおいて、ＳＥＭ観察時に低温フラッシングが実施されると、実施された時間のみ画像に乱れが生じ、断面観察ＳＥＭ像の一部情報が失なわれてしまう。ＦＩＢ加工を繰り返す自動シーケンスにおいては、観察断面は加工を繰り返すことにより失われてしまうため後戻りができない。観察断面情報の欠落は、三次元構造・組成解析では致命的な問題となる。【００１０】
本発明の目的は、低加速電圧のＳＥＭ観察とＦＩＢ加工を長時間繰り返す自動シーケンスにより、精度の高い三次元構造・組成解析などを実現することに関する。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明は、ＣＦＥ電子源を利用した走査電子顕微鏡による試料の観察と、ＦＩＢ装置による試料の加工と、を繰り返す自動シーケンスにおいて、ＣＦＥ電子源の低温フラッシングをＳＥＭ観察時以外の所定タイミングで実行することに関する。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ＣＦＥ電子源を利用した走査電子顕微鏡による試料の観察と、ＦＩＢ装置による試料の加工と、を繰り返す自動シーケンスを長時間実行でき、低加速電圧ながら高分解能であり電流安定性の高いＳＥＭ画像を取得することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】実施例１にかかる複合荷電粒子線装置の概略構成図
【図２】実施例１にかかる低温フラッシングのタイミングを表したタイムチャート
【図３】実施例２にかかる低温フラッシングのタイミングを表したタイムチャート
【図４】実施例３にかかる低温フラッシングのタイミングを表したタイムチャート
【図５】実施例４にかかる低温フラッシングのタイミングを表したタイムチャート
【図６】実施例５かかる低温フラッシングと強いフラッシングのタイミングを表したタイムチャート
【図７】ＦＩＢカラムとＳＥＭカラムが直交に配置され複合荷電粒子線装置の概略構成図
【図８】トリプルビーム構成の複合荷電粒子線装置の概略構成図
【発明を実施するための形態】
【００１４】
実施例は、試料に電子ビームを照射する、ＣＦＥ電子源を利用したＣＦＥ−ＳＥＭと、試料にイオンビームを照射するＦＩＢ装置と、ＣＦＥ−ＳＥＭによる試料の観察と、ＦＩＢ装置による試料の加工と、を繰り返す自動シーケンスを制御する制御部と、を備え、当該制御部が、自動シーケンスにおける、ＦＩＢ装置による試料の加工中、またはＣＦＥ−ＳＥＭによる試料の観察と、ＦＩＢ装置による試料の加工との遷移時間中に、ＣＦＥ電子源に引出電圧を印加したままフラッシングを実行する複合荷電粒子線装置を開示する。
【００１５】
また、実施例は、ＣＦＥ−ＳＥＭによる試料の観察と、ＦＩＢ装置による試料の加工と、を繰り返す自動シーケンスにおける制御方法であって、ＦＩＢ装置による試料の加工中、またはＣＦＥ−ＳＥＭによる試料の観察と、ＦＩＢ装置による試料の加工との遷移時間中に、ＣＦＥ電子源に引出電圧を印加したままフラッシングを実行する制御方法を開示する。
【００１６】
また、実施例は、自動シーケンスが、ＣＦＥ−ＳＥＭによる試料の観察と、ＦＩＢ装置による試料の断面加工と、を繰り返し、試料を三次元構造・組成解析するものであることを開示する。
【００１７】
また、実施例は、複合荷電粒子線装置が、デポジションガスを導入するガスノズルを備えることを開示する。また、自動シーケンスが、ＣＦＥ−ＳＥＭによる試料の観察と、ＦＩＢ装置によるポジション処理と、を繰り返すものであることを開示する。
【００１８】
また、実施例は、複合荷電粒子線装置が、エッチングガスを導入するガスノズルを備えることを開示する。また、自動シーケンスが、ＣＦＥ−ＳＥＭによる試料の観察と、ＦＩＢ装置およびアシストエッチングガスによるアシストエッチング処理と、を繰り返すものであることを開示する。
【００１９】
また、実施例は、フラッシングが、自動シーケンスにおける、ＦＩＢ装置による試料の加工開始から一定時間経過後に実行されることを開示する。
【００２０】
また、実施例は、フラッシングが、自動シーケンスにおける、ＦＩＢ装置による試料の加工終了から一定時間経過後に実行されることを開示する。
【００２１】
また、実施例は、フラッシングが、自動シーケンスにおける、ＣＦＥ−ＳＥＭによる試料の観察終了から一定時間経過後に実行されることを開示する。
【００２２】
また、実施例は、自動シーケンスが、ＦＩＢ装置による試料の加工中にフラッシングを繰り返し実行し、ＣＦＥ−ＳＥＭによる試料の観察後に当該フラッシングよりも強いフラッシングを実行することを開示する。
【００２３】
また、実施例は、イオンビームが、ガリウムイオンビーム、ネオンイオンビーム、アルゴンイオンビーム、ヘリウムイオンビーム、キセノンイオンビーム、酸素イオンビーム、または窒素イオンビームであることを開示する。
【００２４】
以下、上記およびその他の新規な特徴と効果について、図面を参酌して説明する。なお、図面は、もっぱら発明の理解のために用いるものであり、権利範囲を限縮するものではない。
【実施例１】
【００２５】
図１は、本実施例にかかる複合荷電粒子線装置の概略構成図である。【００２６】
本実施例にかかる複合荷電粒子線装置の基本構成は、その内部に試料１２１が配置される試料室１２２に対して、試料１２１に電子ビーム１０４を照射するＳＥＭカラム１０１を垂直に、また、試料１２１にイオンビーム１１４を照射するＦＩＢカラム１１１を斜めに設けたものであり、各構成要素を制御する制御系を備えている。なお、ＳＥＭカラム１０１を斜めに、ＦＩＢカラムを垂直に配置してもよい。【００２７】
電子ビーム１０４を照射するＳＥＭカラム１０１の内部には、ＣＦＥ電子源を含む電子銃ユニット１０２や、電子ビームを静電偏向させるブランキング電極を含む電子ビームブランキングユニット１０３などが配置されている。電子銃ユニット１０２は、図示はしていないイオンポンプおよび非蒸発ゲッター（ＮＥＧ）ポンプにより排気されており、電子源の周りなどは高真空に保たれている。なお、オービトロンポンプを用いてもよい。ＣＦＥ電子源は、タングステン単結晶棒の先端を、エッチングや加熱処理により半径１００ｎｍ程度まで先鋭化させて電子源としたものである。通常使用時は加熱されておらず、常に電子源回りの残留ガスの吸着・脱離現象に曝される。この現象のために、プローブ電流は不安定になる。なお、ＣＦＥ電子源は、ＬａＢ６単結晶、ＣｅＢ６単結晶などでもよい。【００２８】
また、ＳＥＭカラム１０１は、ＣＦＥ電子源の引出電極に高電圧を印加する他に、上述したタングステン単結晶棒を保持しているフィラメントに通電加熱して加熱処理も行う電子銃制御高圧電源処理部１０５、上述したブランキング電極を制御して試料１２１への電子ビーム照射を一時的に遮断する電子ビームブランキング処理部１０６、およびＳＥＭカラム１０１の全般的な制御を行うＳＥＭカラム制御処理部１０７により制御される。図示はしていないが、ＳＥＭカラム１０１には、試料室１２２内に配置された試料１２１上に電子ビーム１０４をフォーカスさせるためのコンデンサレンズ、対物レンズ、絞り、非点補正器、および軸補正器などが含まれる。また、試料１２１上を偏向やビームシフトさせる偏向器やビームシフト機能なども有する。【００２９】
イオンビーム１１４を照射するＦＩＢカラム１１１の内部には、イオン源を含むイオン銃ユニット１１２や、イオンビームを静電偏向させるためのブランキング電極を含むイオンビームブランキングユニット１１３などが配置されている。イオン銃ユニット１１２は、図示はしていないイオンポンプおよび非蒸発ゲッター（ＮＥＧ）ポンプにより排気されており、イオン源の周りなどは高真空に保たれている。なお、オービトロンポンプを用いてもよい。イオン源は、ガリウムイオンであるが、アルゴン、ネオン、キセノン、ヘリウムなどの希ガス類や、酸素、窒素などのガスを用いてもよい。【００３０】
また、ＦＩＢカラム１１１は、上述のイオン源に高電圧を印加してイオンビームを発生させるイオン銃制御高圧電源処理部１１５、上述したブランキング電極を制御して試料１２１へのイオンビーム照射を一時的に遮断するイオンビームブランキング処理部１１６、およびＦＩＢカラム１１１の全般的な制御を行うＦＩＢカラム制御処理部１１７により制御される。図示はしていないが、ＦＩＢカラム１１１には、試料１２１上にイオンビーム１１４をフォーカスさせるためのコンデンサレンズ、対物レンズ、絞り、非点補正器、および軸補正器などが含まれる。また、試料１２１上を偏向やビームシフトさせる偏向器やビームシフト機能なども有する。【００３１】
ここで、電子ビームブランキングユニット１０３およびイオンビームブランキングユニット１１３は、双方とも、試料にビームを照射しない場合をＯＮとし、照射する場合をＯＦＦとして制御される。この機能は、電子ビームブランキングユニット１０３およびイオンビームブランキングユニット１１３を用いなくても、上述の偏向器や軸補正器にて代用することも可能である。【００３２】
真空チャンバである試料室１２２の内部には、図示はしていないが、試料１２１を保持して動かす試料ステージや、試料１２１への電子ビーム１０４やイオンビーム１１１の照射によって試料１２１から発生する信号を検出する検出器が配置されている。試料ステージは、三次元移動ならびに傾斜および回転の５軸駆動が可能なものである。検出器は、二次電子検出器、反射電子検出器、二次イオン検出器、三次電子検出器、Ｘ線検出器、および光検出器などである。試料室１２２の内部は、図示はしていないターボ分子ポンプにより真空排気される。なお、電子銃ユニット１０２やイオン銃ユニット１１２を真空排気するポンプと同様なポンプを用いてもよい。ＳＥＭカラム１０１やＦＩＢカラム１１１と、試料室１２２とは、細孔（アパーチャ）を介して接続されており、差動排気構造となっている。【００３３】
ＳＥＭカラム１０１とＦＩＢカラム１１１のそれぞれの制御部は、共通制御マイコン部１３１にて統合制御されている。画像表示や双方のカラムの操作は、ＰＣ／ＷＳ１３２にて実施される。ＳＥＭ観察とＦＩＢ加工の切り替えは、この共通制御マイコン部１３１が、電子ビームブランキング処理部１０６およびイオンビームブランキング処理部１１６を介して、電子ビームブランキングユニット１０３およびイオンビームユニット１１３をそれぞれ制御することにより実現される。また、ＣＦＥ電子源の加熱処理も、共通マイコン部１３１が電子銃制御高圧電源処理部１０５を制御することにより実現される。【００３４】
装置使用前は、電子銃ユニット１０２の周囲などに配置されている電子銃加熱部を発熱させて、電子銃ユニット１０２を加熱し、電子銃ユニット１０２の壁面から放出されるガスを枯渇させる（ベーキング）。これにより、電子源の周りなどを高真空に保つことができる。【００３５】
次に、タングステン単結晶棒を保持しているフィラメントを通電加熱して、ＣＦＥ電子源の表面に吸着ガス層がない状態まで強いフラッシングを実行する。【００３６】
ＳＥＭ観察のみを実施している場合も、電子ビームを試料に照射しなければならず、試料側からのガスの逆流にＣＦＥ電子源は曝される。そこで、装置使用開始時の強いフラッシングを含む先のフラッシングから所定時間が経過したら低温フラッシングを実施する。その際、画面に乱れが生じるが再度試料を電子ビームでスキャンすることにより修復できるので問題とはならない。【００３７】
図２は、ＦＩＢ加工とＳＥＭ観察を繰り返す自動シーケンスにおける低温フラッシングのタイミングを表したタイムチャートである。ＦＩＢ加工の開始から所定時間が経過したＦＩＢ加工中のタイミングで低温フラッシングを実施する。ＦＩＢ加工中にＳＥＭ観察は実施されないため、低温フラッシングにより断面観察ＳＥＭ像が乱れて一部情報が失われることはない。なお、自動シーケンスを開始する前には、ＦＩＢによる加工ステップ幅、加工範囲、ピクセル時間、加工枚数を設定することにより、加工ステップ枚の加工時間が既知となる。同じく、ＳＥＭ画像取得では、一枚の画像のフレーム時間、ピクセル時間、フレーム積算数などを設定することにより、一枚のＳＥＭ画像を取得する時間が既知となる。加工ステップ毎のＦＩＢ加工時間とＳＥＭ観察時間の間の時間、すなわち遷移時間は、任意に設定して良い。ＦＩＢ加工開始、ＦＩＢ加工終了、ＳＥＭ観察開始、ＳＥＭ観察終了は、それぞれソフトウエアでフラグを立てて認識することが可能であり、これらフラグを受けて、低温フラッシング実施のタイミングを設定することが可能となる。加工ステップ毎のＦＩＢ加工時間は、前記条件にもよるが、典型的には数秒から数十秒である。またＳＥＭの観察時間は、前記条件や、必要なＳＮを得るのに必要な時間、ＳＥＭのプローブ電流に依存するが、典型的には、数秒〜１００秒である。【００３８】
本願発明者は、ＦＩＢ加工とＳＥＭ観察を繰り返す自動シーケンスを４８時間実施したが（低温フラッシングは、約３０分に一回のペースで実施）、フォーカスずれ、視野ずれ、明るさの変化は許容されることも確認できた。【００３９】
従来のＳＥ電子源を利用した複合荷電粒子線装置において、ＣＦＥ電子源と同程度なエネルギー幅を得るためにＳＥ電子源とモノクロメータとを組み合わせても、ビーム電流が極端に低下し、コントラストが悪くなる。十分なコントラストで加工断面を観察するためには、画像取得時間が必然的に長くなり、電子ビーム照射に弱い試料に対しては特に不向きである。しかし、本実施例によれば、試料の三次元構造・組成解析における加工ステップを小さくでき、各加工断面について低加速電圧ながら高分解能であり電流安定性の高いＳＥＭ画像を取得することができる。例えば、シリコンについて、加工ステップを１０ｎｍとし、ＳＥＭの加速電圧を１ｋＶとし、ＣＦＥ電子源の特長である狭いエネルギー幅の電子ビームにより加工ステップ内の情報だけを抽出して三次元構造・組成解析できる。
【実施例２】
【００４０】
本実施例は、実施例１と異なり、ＦＩＢ加工後、ＳＥＭ観察へ切り替える遷移時間中に低温フラッシングを実施するものである。以下、実施例１との相違点を中心に説明する。【００４１】
図３は、本実施例にかかる、ＦＩＢ加工とＳＥＭ観察を繰り返す自動シーケンスにおける低温フラッシングのタイミングを表したタイムチャートである。本実施例では、ＦＩＢ加工の終了から所定時間が経過した遷移時間中のタイミングで低温フラッシングを実施する。ＳＥＭ観察直前に低温フラッシングが実行されるため、確実な高輝度安定領域でＳＥＭ画像を取得できる。
【実施例３】
【００４２】
本実施例は、実施例１〜２と異なり、ＳＥＭ観察後、ＦＩＢ加工へ切り替える遷移時間中に低温フラッシングを実施するものである。以下、実施例１〜２との相違点を中心に説明する。【００４３】
図４は、本実施例にかかる、ＦＩＢ加工とＳＥＭ観察を繰り返す自動シーケンスにおける低温フラッシングのタイミングを表したタイムチャートである。本実施例では、ＳＥＭ観察の終了から所定時間が経過した遷移時間中のタイミングで低温フラッシングを実施する。ＳＥＭ観察直後であり、次のＳＥＭ観察までの時間的余裕があるため、低温フラッシングを確実に実施できる。
【実施例４】
【００４４】
本実施例は、実施例２と実施例３を組合せたものである。以下、実施例１〜３との相違点を中心に説明する。【００４５】
図５は、本実施例にかかる、ＦＩＢ加工とＳＥＭ観察を繰り返す自動シーケンスにおける低温フラッシングのタイミングを表したタイムチャートである。本実施例では、ＦＩＢ加工およびＳＥＭ観察のそれぞれの終了から所定時間が経過した遷移時間中のタイミングで低温フラッシングを実施する。こまめに低温フラッシングを継続することにより、実施例２と比較して、より確実な高輝度安定領域で画像取得できる。
【実施例５】
【００４６】
本実施例は、実施例１〜４と異なり、低温フラッシングと強いフラッシングを実施するものである。以下、実施例１〜４との相違点を中心に説明する。【００４７】
一般的な複合荷電粒子線装置において、ＰｔやＣに代表されるデポジションガスや、ＸｅＦ２に代表されるエッチングガスを導入するガスノズルを備えた導入システムを備えることが多い。そして、ＦＩＢ装置は、スパッタ加工だけではなく、前駆ガスを用いたデポジションやアシストエッチング処理にも利用される。このようなＦＩＢの動作中、つまり、ＦＩＢ装置によるデポジションやアシストエッチングの実行中は、ＳＥＭカラム内やＣＦＥ電子源周りにも前駆ガスは到達するため、プローブ電流の減衰時間は短くなる。このような場合には、低温フラッシングと、装置使用前と同様な強いフラッシングを組み合わせて実施することが望ましい。【００４８】
図６は、本実施例にかかる、ＦＩＢ加工とＳＥＭ観察を繰り返す自動シーケンスにおける低温フラッシングと強いフラッシングのタイミングを表したタイムチャートである。本実施例では、ＦＩＢ動作中は、短い間隔で低温フラッシングを繰り返し実行する。一方、ＳＥＭに切り替えた後のＳＥＭ観察中は、低温フラッシングはしない。前駆ガスの導入により、ＦＩＢ動作へ切り替えるタイミングにおいては、ＣＦＥ電子源周りの真空度はまだ悪化した状態である。ＳＥＭ観察中にプローブ電流が多く減衰し、低温フラッシングの温度では、高輝度安定領域を維持する清浄表面を得ることができない可能性がある。そこで、ＦＩＢ動作に切り替える遷移時間中に、吸着したガスを脱離させるのに十分な強いフラッシングを実施する。清浄表面を得た後、ＦＩＢ動作中は、再度低温フラッシングを繰り返すことにより、前駆ガスを導入するようなシーケンスの後でも、ＳＥＭ観察に切り替えた直後から安定したプローブ電流を得ることができる。【００４９】
なお、電子ビームによるデポジションやエッチングを実行する場合、実行後の処理や、ＦＩＢ加工中の処理は、本実施例と同様にすればよい。
【産業上の利用可能性】
【００５０】
これまで、実施例１にかかる複合荷電粒子線装置を基準に説明したが、図７に示すような、ＦＩＢカラム１１１とＳＥＭカラム１０１が直交に配置されるような構成の複合荷電粒子線装置にも本発明は適用できる。また、図８に示すような、例えば、アルゴンイオンビーム１４４を照射するアルゴンイオンビームカラム１４１を更に搭載したトリプルビーム構成の複合荷電粒子線装置にも本発明は適用できる。ＳＥＭカラム１０１およびＦＩＢカラム１１１と同様に、アルゴンイオンビームカラム１４１の内部には、アルゴンイオン源を含むイオン銃ユニット１４２や、アルゴンイオンビームを静電偏向させるブランキング電極を含むアルゴンイオンビームブランキングユニット１４３などが配置されている。また、アルゴンイオンカラム１４１は、上述のアルゴンイオン源に高電圧を印加してアルゴンイオンビームを発生させるアルゴンイオン銃制御高圧電源処理部１４５、上述したブランキング電極を制御して試料１２１へのアルゴンイオンビーム照射を一時的に遮断するアルゴンイオンビームブランキング処理部１４６、およびアルゴンイオンビームカラム１４１の全般的な制御を行うアルゴンイオンビームカラム制御処理部１４７により制御される。【００５１】
本発明が複合荷電粒子線装置に採用されることにより、複合荷電粒子線装置特有のアプリケーションであるＦＩＢ動作とＳＥＭ観察を繰り返す自動シーケンスにおいて、長時間自動シーケンスを実施することができ、更に、ＳＥＭの加速電圧が低加速でも高分解能で電流安定性の高い画像を取得することが可能となり、ユーザーの利便性が飛躍的に向上する。
【符号の説明】
【００５２】
１０１…ＳＥＭカラム
１０２…電子銃ユニット
１０３…電子ビームブランキングユニット
１０４…電子ビーム
１０５…電子銃制御高圧電源処理部
１０６…電子ビームブランキング処理部
１０７…ＳＥＭカラム制御処理部
１１１…ＦＩＢカラム
１１２…イオン銃ユニット
１１３…イオンビームブランキングユニット
１１４…イオンビーム
１１５…イオン銃制御高圧電源処理部
１１６…イオンビームブランキング処理部
１１７…ＦＩＢカラム制御処理部
１２１…試料
１２２…試料室
１３１…共通制御マイコン部
１３２…ＰＣ／ＷＳ
１４１…アルゴンイオンビームカラム
１４２…イオン銃ユニット
１４３…アルゴンイオンビームブランキングユニット
１４４…アルゴンイオンビーム
１４５…アルゴンイオン銃制御高圧電源処理部
１４６…アルゴンイオンビームブランキング処理部
１４７…アルゴンイオンビームカラム制御処理部
【図１】
2016103432.tif 000003
【図２】
2016103432.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2016103432.tif 000008
【図７】
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【図８】
2016103432.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成27年3月17日(2015.3.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料に電子ビームを照射する、ＣＦＥ電子源を利用したＣＦＥ−ＳＥＭと、
試料にイオンビームを照射するＦＩＢ装置と、
前記ＣＦＥ−ＳＥＭによる試料の観察と、前記ＦＩＢ装置による試料の加工と、を繰り返す自動シーケンスを制御する制御部と、を備え、
前記制御部は、前記自動シーケンスにおける、ＦＩＢ装置による試料の加工中、または前記ＣＦＥ−ＳＥＭによる試料の観察と、前記ＦＩＢ装置による試料の加工との遷移時間中に、前記ＣＦＥ電子源に引出電圧を印加したままフラッシングを実行することを特徴とする複合荷電粒子線装置。
【請求項２】
請求項１記載の複合荷電粒子線装置において、
前記自動シーケンスは、前記ＣＦＥ−ＳＥＭによる試料の観察と、前記ＦＩＢ装置による試料の断面加工と、を繰り返し、試料を三次元構造・組成解析するものであることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項３】
請求項１記載の複合荷電粒子線装置において、
デポジションガスを導入するガスノズルを備え、
前記自動シーケンスは、前記ＣＦＥ−ＳＥＭによる試料の観察と、前記ＦＩＢ装置によるデポジション処理と、を繰り返すものであることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項４】
請求項１記載の複合荷電粒子線装置において、
エッチングガスを導入するガスノズルを備え、
前記自動シーケンスは、前記ＣＦＥ−ＳＥＭによる試料の観察と、前記ＦＩＢ装置によるアシストエッチング処理と、を繰り返すものであることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の複合荷電粒子線装置において、
前記フラッシングは、前記自動シーケンスにおける、ＦＩＢ装置による試料の加工開始から一定時間経過後に実行されることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項６】
請求項１〜４のいずれかに記載の複合荷電粒子線装置において、
前記フラッシングは、前記自動シーケンスにおける、ＦＩＢ装置による試料の加工終了から一定時間経過後に実行されることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項７】
請求項１〜４のいずれかに記載の複合荷電粒子線装置において、
前記フラッシングは、前記自動シーケンスにおける、ＣＦＥ−ＳＥＭによる試料の観察終了から一定時間経過後に実行されることを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項８】
請求項１〜４のいずれかに記載の複合荷電粒子線装置において、
前記自動シーケンスは、ＦＩＢ装置による試料の加工中に前記フラッシングを繰り返し実行し、前記ＣＦＥ−ＳＥＭによる試料の観察後に前記フラッシングよりも強いフラッシングを実行することを特徴とする荷電粒子線装置。
【請求項９】
請求項１〜４のいずれかに記載の複合荷電粒子線装置において、
前記イオンビームは、ガリウムイオンビーム、ネオンイオンビーム、アルゴンイオンビーム、ヘリウムイオンビーム、キセノンイオンビーム、酸素イオンビーム、または窒素イオンビームであることを特徴とする複合荷電粒子線装置。
【請求項１０】
ＣＦＥ−ＳＥＭによる試料の観察と、ＦＩＢ装置による試料の加工と、を繰り返す自動シーケンスにおける制御方法であって、
前記ＦＩＢ装置による試料の加工中、または前記ＣＦＥ−ＳＥＭによる試料の観察と、前記ＦＩＢ装置による試料の加工との遷移時間中に、ＣＦＥ電子源に引出電圧を印加したままフラッシングを実行することを特徴とする制御方法。
【請求項１１】
請求項１０記載の制御方法において、
前記自動シーケンスは、前記ＣＦＥ−ＳＥＭによる試料の観察と、
前記ＦＩＢ装置による試料の断面加工と、を繰り返し、試料を三次元構造・組成解析するものであることを特徴とする制御方法。
【請求項１２】
請求項１０記載の制御方法において、
前記自動シーケンスは、前記ＣＦＥ−ＳＥＭによる試料の観察と、前記ＦＩＢ装置およびデポジションガスによるデポジション処理と、を繰り返すものであることを特徴とする制御方法。
【請求項１３】
請求項１０記載の制御方法において、
前記自動シーケンスは、前記ＣＦＥ−ＳＥＭによる試料の観察と、前記ＦＩＢ装置およびアシストエッチングガスによるアシストエッチング処理と、を繰り返すものであることを特徴とする制御方法。
【請求項１４】
請求項１０〜１３のいずれかに記載の制御方法において、
前記フラッシングは、前記自動シーケンスにおける、ＦＩＢ装置による試料の加工開始から一定時間経過後に実行されることを特徴とする制御方法。
【請求項１５】
請求請１０〜１３のいずれかに記載の制御方法において、
前記フラッシングは、前記自動シーケンスにおける、ＦＩＢ装置による試料の加工終了から一定時間経過後に実行されることを特徴とする制御方法。
【請求項１６】
請求項１０〜１３のいずれかに記載の制御方法において、
前記フラッシングは、前記自動シーケンスにおける、ＣＦＥ−ＳＥＭによる試料の観察終了から一定時間経過後に実行されることを特徴とする制御方法。
【請求項１７】
請求項１０〜１３のいずれかに記載の制御方法において、
前記自動シーケンスは、ＦＩＢ装置による試料の加工中に前記フラッシングを繰り返し実行し、前記ＣＦＥ−ＳＥＭによる試料の観察後に前記フラッシングよりも強いフラッシングを実行することを特徴とする制御方法。
【請求項１８】
請求項１０〜１３のいずれかに記載の制御方法において、
前記イオンビームは、ガリウムイオンビーム、ネオンイオンビーム、アルゴンイオンビーム、ヘリウムイオンビーム、キセノンイオンビーム、酸素イオンビーム、または窒素イオンビームであることを特徴とする制御方法。
【国際調査報告】
2016103432.tif 000011
2016103432.tif 000012