JPH085528A - 透過電子顕微鏡用断面試料作成用集束イオンビーム装置及び透過電子顕微鏡用断面試料作成方法 - Google Patents

透過電子顕微鏡用断面試料作成用集束イオンビーム装置及び透過電子顕微鏡用断面試料作成方法

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JPH085528A
JPH085528A JP6141852A JP14185294A JPH085528A JP H085528 A JPH085528 A JP H085528A JP 6141852 A JP6141852 A JP 6141852A JP 14185294 A JP14185294 A JP 14185294A JP H085528 A JPH085528 A JP H085528A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 透過電子顕微鏡用試料の加工面の厚さを定量
的にモニターして最良の試料厚さで自動的に加工終了点
を検出でき、更に加工中に加工部の厚さの均一性が容易
に判断できる透過電子顕微鏡用断面試料作成用集束イオ
ンビーム装置及び試料作成方法を提供する。 【構成】 透過電子顕微鏡用断面試料４１を配置する加
工室６０と、加工室６０に配置された試料４１にイオン
ビーム１１を発射するイオン銃１０と、イオン銃１０か
ら発射されるイオンビーム１１に対して約９０度の角度
で試料４１の加工部分に電子ビーム２１を照射する電子
銃２０と、該電子銃２０に対向して配置されかつ試料４
１を透過した電子ビームを受けて透過した電子ビームの
電流量を検出する透過電子検出器３０と、前記試料４１
を固定する位置の近傍に試料４１を囲むように配置さ
れ、かつイオンビーム１１及び電子ビーム２１により発
生する２次電子１２を吸収する低電圧電極５０とが配設
されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、透過電子顕微鏡用断面
試料作成用集束イオンビーム装置及び透過電子顕微鏡用
断面試料作成方法に関し、特に、ＬＳＩチップの不良箇
所等の特定微小部の透過電子顕微鏡用断面試料を作成す
る透過電子顕微鏡用断面試料作成用集束イオンビーム装
置及び透過電子顕微鏡用断面試料作成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】最近、ＬＳＩデバイスの微細化やＬＳＩ
材料薄膜化に伴い、ＬＳＩデバイス性能を決定する微細
構造の観察評価が極めて重要である。特に、トランジス
タのゲート絶縁膜には数ｎｍ厚の極薄膜も採用され、こ
うした微細構造の観察評価にはコンマ数ｎｍ以下程度の
高い空間分解能が必要とされている。また、ＬＳＩデバ
イスの微細トランジスタのリークの原因となり、様々な
不良を引き起こす結晶欠陥の評価も、ＬＳＩの性能向上
や歩留まり向上において極めて重要である。これらの目
的に対応できる唯一の評価装置として透過電子顕微鏡
（ＴＥＭ）がある。
【０００３】透過電子顕微鏡は、０．２ｎｍ程度という
高分解能観察評価装置の中でも最も高い空間分解能を有
しており、極薄膜化されたＬＳＩゲート絶縁膜等まで観
察評価できる唯一の手段である。また、結晶欠陥を高い
空間分解能で直接観察できるのも透過電子顕微鏡だけで
ある。更に、透過電子顕微鏡は、観察だけでなくＸ線マ
イクロアナライザー（ＥＰＭＡ）等との複合化で１ｎｍ
程度の空間分解能での元素分析が可能であり、他の分析
方法の中で最も空間分解能の高いオージェ電子分光分析
法（ＡＥＳ）と比較しても１／２０程度の空間分解能を
有しており、微細化の進むＬＳＩデバイス解析において
極めて有用な解析手法に位置付けされている。
【０００４】透過電子顕微鏡による観察評価には、試料
を透過した電子線の投影像が用いられる。このため、透
過電子顕微鏡用の試料は電子線を透過できる厚さに加工
する必要がある。具体的には、５００ｎｍ以下程度の薄
膜化が必要であり、特に結晶構造等を評価するための高
分解能観察を行うには試料を１００ｎｍ以下程度まで薄
膜化する必要がある。
【０００５】一般に、ＬＳＩの透過電子顕微鏡用試料作
成は機械的に試料を薄くした後に、イオンビームで最終
の薄膜化が行われているが、これは広い範囲に形成され
た薄膜や、同一形状が繰り返されるＬＳＩパターンの任
意の場所を対象とした場合であり、微細化されたＬＳＩ
の特定箇所、例えば故障トランジスタやオープンコンタ
クト等を評価する場合、薄膜化の加工部の位置がずれる
と観察評価箇所が失われる虞があるため、透過電子顕微
鏡用試料作成では１μｍ以下の位置精度で特定箇所を薄
膜化する必要がある。これには、単純な機械研磨とイオ
ンビーム加工では対応が不可能であり、幾つかの試料加
工方法が案出されている。
【０００６】以下、ＬＳＩチップの不良箇所等の特定微
小部の断面の透過電子顕微鏡観察や分析を行うための透
過電子顕微鏡用試料を機械研磨により加工する方法につ
いて図４ａ〜図４ｇを用いて説明する。
【０００７】（１−１）顕微鏡を具備したレーザマーカ
ーあるいは集束イオンビーム装置等により、図４ａに示
すように、透過電子顕微鏡観察を所望する特定微小部４
２周辺に穴開けによりマーキング４３を行う。なお、特
定微小部４２がマーキング４３のためのレーザーやイオ
ンビーム照射の熱的影響や穴開けの飛散物汚染を受けな
いように、マーキングは特定微小部４２から２０μｍ程
度以上離れた位置に行うとよい。マーキングの大きさや
深さについては、後の加工での位置確認の点では大きい
ほどよい反面、マーキングの際の熱や飛散物を抑える必
要性から大きさは５μｍ以下程度、深さは１〜５μｍ程
度が良いと考えられる。試料加工に実体顕微鏡等の低倍
率顕微鏡を用いる必要がある場合には、前記マーキング
に加えて特定微小部４２から更に４０μｍ以上離れた位
置に大きさ１０μｍ程度のマーキングを追加するとよ
い。
【０００８】（１−２）表面保護のため試料４１の表面
にガラス４４を貼着する。
【０００９】（１−３）マーキングを参考にして、ダイ
シングマシンの高速回転外周刃６１により観察または分
析を所望する特定微小領域周辺を透過電子顕微鏡に導入
可能な１．５ｍｍ□以下程度に切断する。この際、切断
面としては、図４ｂ、４ｃに示すように、透過電子顕微
鏡用の試料４１の観察または分析を所望する断面と平行
な面及びこれに垂直な面を選択する。試料４１の観察／
分析を所望する断面に垂直な方向の切断幅は、狭いほう
が次の研磨で時間短縮できるため、切断時に観察または
分析を所望する特定微小部４２が破損しない範囲、例え
ば１００〜２００μｍ幅で狭く切断する。
【００１０】（１−４）試料４１の観察または分析を希
望する断面と平行な二つの切断面を、図４ｄ、４ｅに示
すように、研磨治具７０と回転研磨盤７１とにより機械
研磨する。この際、マーキングを参考にして一側面が観
察／分析を希望する特定微小部４２に対して１０μｍ程
度の距離になるまで研磨する。試料４１の一側面と対向
する他側面を特定微小部４２から７０μｍ程度の距離に
なるまで研磨する。これによって研磨面の間隔である試
料４１の幅は８０μｍ程度になる。なお、ここまでの研
磨は、比較的研磨速度の速い５〜１５μｍ程度の研磨粒
を用いる。特定微小部４２に近い試料４１の一側面であ
る研磨面は、この段階で更に細かい１μｍ以下の研磨粒
を用いて鏡面仕上げを行う。
【００１１】（１−５）試料４１を、図４ｆに示すよう
に、特定微小部４２から遠い試料４１の他側面である鏡
面仕上げをしていない研磨面を上にして回転ステージ７
３上に固定し、回転研磨ディスク７２により観察／分析
所望部を中心にディンプルグラインダー研磨する。ディ
ンプルグラインダー研磨は、まず５〜１０μｍの研磨材
を用いて分析／観察希望部付近の厚さが２０〜３０μｍ
になるまで研磨する。それから、１μｍ以下の研磨粒を
用いて分析／観察希望部の鏡面仕上げを行う。
【００１２】（１−６）試料４１の分析／観察希望部を
中心に、図４ｇに示すように、透過電子顕微鏡用メッシ
ュ８０に貼る。
【００１３】（１−７）イオンミリング装置により両面
よりイオンミリングし、５００ｎｍ以下の厚さを得る。
【００１４】（１−８）透過電子顕微鏡により試料４１
の観察分析を行う。
【００１５】次に、特開平２−１３２３４５号公報及び
特開平５−１８０７３９号公報に開示されている集束イ
オンビーム装置による透過電子顕微鏡用試料の加工方法
について図５ａ〜図５ｇを用いて説明する。
【００１６】（２−１）前述の（１ー１）、（１ー３）
と同様の方法により、図５ａ〜図５ｃに示すように、試
料にマーキングを行うと共に試料４１の切断を行う。必
要に応じて更に試料の観察／分析希望領域を、図５ｄに
示すように、ダイシングマシンの高速回転外周刃６１に
より薄く削る。
【００１７】（２−２）集束イオンビーム装置により観
察／分析希望の特定微小部４２付近に集束イオンビーム
１１を、図５ｅ、５ｆに示すように、試料表面方向より
照射する。この際、集束イオンビーム１１は、、図５ｇ
に示すように、観察／分析希望断面と平行な一辺を有す
る長方形領域８１、８２にラスタ走査し、この領域をス
パッタエッチングする。集束イオンビーム１１のビーム
電流やビーム径等を適当に選択しながらラスタ走査領域
を徐々に観察／分析希望断面に近付け、図５ｆに示すよ
うに、断面加工を行う。この加工を観察／分析希望の特
定微小部４２の両側から行うことでこの微小部の薄膜化
を行い、透過電子顕微鏡の試料とする。
【００１８】なお、集束イオンビーム１１は、図６
（ｃ）に示すように、逆円錐形であり、試料表面に対し
て垂直にビーム照射すると、垂直断面が得られない。よ
って、図６（ｃ）に示すように、試料４１を所定角度θ
だけ傾けて垂直断面を得る。この角度θは集束イオンビ
ーム装置や加工条件によって異なるため、事前に条件出
しを行う必要があり、一般的には３〜５度程度の傾斜で
加工が行われている。また、実際の加工の際には、断続
的に加工を中断し、加工形状を集束イオンビームによる
２次イオン像や２次電子像観察、走査型電子顕微鏡に試
料を移しての観察、電子線照射機能を有する集束イオン
ビーム装置では装置内にて電子線照射による２次電子像
観察等によって評価し、不具合があれば集束イオンビー
ムの調整や条件変更、試料の角度調整を適宜行う。
【００１９】（２−３）試料４１の分析／観察希望部を
中心にして、図５ｇに示すように、透過電子顕微鏡用メ
ッシュ８０に貼る。
【００２０】（２−４）透過電子顕微鏡により試料４１
の観察分析を行う。
【００２１】集束イオンビーム加工の終了点は以下の方
法により決定する。
【００２２】（１）イオンビーム照射によって得られる
２次イオン像や２次電子像等で加工部の形状観察を行
い、加工部の厚さを観察像から判断し、加工終了点を決
定する。なお、画像分解能は数十ｎｍである。
【００２３】（２）集束イオンビーム加工と走査型電子
顕微鏡観察とを交互に行い、走査型電子顕微鏡による加
工部の観察像から加工部の厚さを判断し、加工終了点を
決定する。あるいは、集束イオンビーム加工と走査型電
子顕微鏡観察とを交互に行い、透過電子顕微鏡観察像の
解像度から試料完成度を判定する。
【００２４】（３）特開平４−７６４３７号公報に開示
されているように、イオン銃とは別に電子銃を具備した
集束イオンビーム装置あるいはイオン銃を使って電子ビ
ームが照射できる集束イオンビーム装置においては、集
束イオンビーム装置内で集束イオンビーム加工と電子ビ
ームによる観察を交互に行い、観察像から加工部の厚さ
を判断し、加工終了点を決定する。
【００２５】
【発明が解決しようとする課題】従来の機械研磨による
透過電子顕微鏡用試料の加工方法では、観察評価を希望
する微小部に対して加工位置精度が機械研磨の段階で数
μｍであり、ＬＳＩの不良箇所を観察するための加工に
必要な１μｍ以下の精度が得られない。
【００２６】従来の集束イオンビーム装置による透過電
子顕微鏡用試料の加工方法では、集束イオンビームによ
る２次イオン像や２次電子像観察で加工形状を評価する
場合、あるいは集束イオンビームによる２次イオン像や
２次電子像観察で加工面の厚さを評価して加工終了点を
判断する場合、加工目標厚さが数十〜百数十ｎｍである
のに対して、集束イオンビームのビーム系が最小で１０
０ｎｍ程度であり、得られる２次イオン像や２次電子像
の分解能もイオンビーム径に準じるため、画像上で正確
な厚さの判断が難しく、試料作成の成功率が低くなる。
集束イオンビームでの観察は加工と交互に行うため、加
工終了点を超過して加工する虞がある。逆円錐状の集束
イオンビームで断面加工を行うため、図６（ｃ）に示す
ように試料を傾斜させて加工するが、集束イオンビーム
の調整ばらつき等から加工毎に加工断面は表面に対して
垂直な面からずれてしまう。例えば、加工面両面の角度
が２度傾斜している場合、最表面の各部の幅に対して３
μｍ深さの位置では厚さは１００ｎｍのずれが生じる。
この状態で最表面９にて加工部の幅が目標の１００ｎｍ
に達した場合、傾きの方向によって３μｍの深さでは２
００ｎｍの幅もしくは０ｎｍとなり、穴が開くことにな
る。深さ３μｍはＬＳＩデバイス構造の表面からの厚さ
に相当する。また、加工部の幅が２００ｎｍでは、格子
像観察等の高分解能観察は困難である。こうした加工面
の垂直方向に対する角度誤差を集束イオンビームによる
観察分解能で、しかも上方からの観察で評価することは
不可能であり、観察評価希望部の各厚さを正確に評価で
きないため、透過電子顕微鏡用試料作成の成功率は低く
なる。
【００２７】集束イオンビームによる加工形状や加工終
了点を走査型電子顕微鏡で判断する場合、もしくは透過
電子顕微鏡による観察像で判断する場合、集束イオンビ
ーム加工と電子顕微鏡観察を交互に行うため、試料の入
れ替え等に時間を要し、加工時間が長くなる。一般に加
工時間は３〜５時間であるのに対して観察を加えると試
料交換、観察、集束イオンビーム再調整で１回最低１時
間程度の時間を必要とし、２〜３回の観察を加えるだけ
で集束イオンビーム加工の開始から終了までの所要時間
の１．５から２倍となる。集束イオンビーム加工と電子
顕微鏡観察を交互に行う場合、集束イオンビームでの再
加工の際に、図６（ａ）、（ｂ）に示すように、試料の
入れ替えによって加工方向に誤差が生じ、観察部の厚さ
が不均一になり、良好な観察が困難になる。電子顕微鏡
では、観察分解能は数ｎｍ以下であり、イオンビームに
よる観察法に比べて加工部表面の厚さは正確に評価でき
る。但し、加工形状の観察評価、例えば加工面の垂直方
向に対する角度誤差は上方からの観察で評価することは
困難であり、観察希望部の正確な膜厚評価はできない。
観察後、再び集束イオンビーム加工を行う際には、集束
イオンビームは再調整が必要であり、条件が変わり、評
価結果からのフィードバックもできない。
【００２８】電子ビーム照射機能を具備した集束イオン
ビーム装置において、集束イオンビーム加工の終了点の
判断を電子ビームにより得られる２次電子像等の観察で
行う場合、イオン銃が電子銃を兼用している場合はもと
より、イオン銃とは別に電子銃を持つ場合でも、集束イ
オンビーム加工中はイオンビーム照射によって発生する
２次電子のため、電子ビームによる２次電子像観察はで
きない。従って、加工と観察とを同時にはできず、加工
終了点を超過して加工する虞がある。加工部上方からの
観察のため、加工面の垂直方向に対する傾きは正確に評
価できない。
【００２９】本発明は、上記のような課題を解消するた
めになされたもので、透過電子顕微鏡用試料の加工面の
厚さを定量的にモニターして最良の試料厚さを自動的に
検出でき、更に加工中に加工部の厚さの均一性が容易に
判断できる透過電子顕微鏡用断面試料作成用集束イオン
ビーム装置及び透過電子顕微鏡用断面試料作成方法を提
供することを目的とする。
【００３０】
【課題を解決するための手段】本発明によれば、前述の
目的は、透過電子顕微鏡用断面試料を作成するためのイ
オンビームを発射するイオン銃手段と、該イオン銃手段
から発射されるイオンビームに対して６０度〜９０度程
度の角度で前記透過電子顕微鏡用断面試料の加工部分に
電子ビームを照射する電子銃手段と、該電子銃手段に対
向して配置されかつ前記透過電子顕微鏡用断面試料を透
過した電子ビームを受けて透過した電子ビームの電流量
を検出する検出手段とを具備する請求項１の透過電子顕
微鏡用断面試料作成用集束イオンビーム装置によって達
成される。
【００３１】本発明によれば、前述の目的は、前記透過
電子顕微鏡用断面試料を固定する位置の近傍に、イオン
ビーム及び電子ビームの照射により発生した２次電子を
吸収する電極手段を具備する請求項２の透過電子顕微鏡
用断面試料作成用集束イオンビーム装置によって達成さ
れる。
【００３２】本発明によれば、前述の目的は、透過電子
顕微鏡による断面観察を必要とする試料を透過電子顕微
鏡に装着可能な厚さに切断する工程と、集束イオンビー
ムによって更に観察領域を薄くする工程と、集束イオン
ビームで薄膜化を進めながら試料の加工部に電子ビーム
を照射する工程と、試料を透過する電子ビームの電流量
を検出する工程と、前記検出した電流量に基づき試料の
加工部を電子ビームにより走査して加工部の厚さの均一
性を評価する工程とを具備する請求項３の透過電子顕微
鏡用断面試料作成方法によって達成される。
【００３３】本発明によれば、前述の目的は、透過電子
顕微鏡による断面観察を必要とする試料を透過電子顕微
鏡に装着可能な厚さに切断する工程と、集束イオンビー
ムによって更に観察領域を薄くする工程と、集束イオン
ビームで薄膜化を進めながら試料の加工部に電子ビーム
を照射する工程と、試料を透過する電子ビームの電流量
を検出する工程と、前記検出した電流量に基づき試料の
加工終了点を検出する工程とを具備する請求項４の透過
電子顕微鏡用断面試料作成方法によって達成される。
【００３４】
【作用】請求項１の透過電子顕微鏡用断面試料作成用集
束イオンビーム装置によれば、イオン銃手段により集束
イオンビームを試料表面に対して任意の加速電圧、ビー
ム電流、ビーム径で照射し、試料表面の任意の領域をラ
スタ走査する。イオンビーム加工中に、電子銃手段によ
り任意の加速電圧、ビーム電流、ビーム径で加工面の任
意の位置に電子ビームをイオンビームに対して６０度〜
９０度程度の角度で試料に照射し、試料を透過した電子
ビームを検出手段により受け、検出手段により透過した
電子ビームの電流量を検出し、透過ビームの電流値が予
め設定された値に達した段階で集束イオンビームにより
加工を終了する。
【００３５】請求項２の透過電子顕微鏡用断面試料作成
用集束イオンビーム装置によれば、任意の正の電圧が印
加された電極手段により試料に照射された集束イオンビ
ームによる２次電子等の電子を吸収し、検出手段に達し
て透過電子ビーム電流量検出の妨げとならないようにす
る。
【００３６】請求項３の透過電子顕微鏡用断面試料作成
方法によれば、透過電子顕微鏡用断面試料を作成する
際、透過電子顕微鏡による断面観察を必要とする試料を
透過電子顕微鏡に装着可能な厚さに切断し、集束イオン
ビームによって更に観察領域を薄くし、集束イオンビー
ムで薄膜化を進めながら加工部に電子ビームを照射し、
その透過ビームの電流量を検出し、検出した電流値に基
づき前記試料の加工部分の厚さの均一性を評価し、この
評価に基づき均一な厚さの透過電子顕微鏡用断面試料を
作成する。
【００３７】請求項４の透過電子顕微鏡用断面試料作成
方法によれば、透過電子顕微鏡用断面試料を作成する
際、透過電子顕微鏡による断面観察を必要とする試料を
透過電子顕微鏡に装着可能な厚さに切断し、集束イオン
ビームによって更に観察領域を薄くし、集束イオンビー
ムで薄膜化を進めながら加工部に電子ビームを照射し、
試料を透過する電子ビームをモニタし、加工終了点を検
出する工程により透過電子顕微鏡用断面試料を作成す
る。
【００３８】
【実施例】以下、請求項１の透過電子顕微鏡用断面試料
作成用集束イオンビーム装置の実施例を図１を参照しな
がら説明する。本実施例は、透過電子顕微鏡用試料の加
工面の厚さを定量的にモニターして最良の試料厚さを自
動的に検出でき、更に加工中に加工部の厚さの均一性が
容易に判断できる透過電子顕微鏡用断面試料作成用集束
イオンビーム装置を提供することを課題とする。
【００３９】本実施例は、透過電子顕微鏡用断面試料４
１を配置する加工室６０と、加工室６０に配置された試
料４１にイオンビーム１１を発射するイオン銃手段とし
てのイオン銃１０と、イオン銃１０から発射されるイオ
ンビーム１１に対して約９０度の角度で試料４１の加工
部分に電子ビーム２１を照射する電子銃手段としての電
子銃２０と、該電子銃２０に対向して配置されかつ前記
透過電子顕微鏡用断面試料４１を透過した電子ビームを
受けて透過した電子ビームの電流量を検出する検出手段
としての透過電子検出器３０と、前記試料４１を固定す
る位置の近傍に試料４１を囲むように配置され、かつイ
オンビーム１１及び電子ビーム２１により発生する２次
電子１２を吸収して正確な透過ビーム電流量が測定でき
なくなるのを防止する電極手段としての低電圧電極５０
とを具備している。
【００４０】試料４１は、図示しない試料導入系によっ
て加工室６０内部に搬送され、図示しないステージ駆動
系によって適宜駆動されるように構成されている。イオ
ンビーム１１及び電子ビーム２１はそれぞれラスタ走査
可能であり、図示しない２次イオン検出器あるいは２次
電子検出器によりそれぞれのビームの照射領域の形状観
察が行えるように構成されている。なお、本実施例の動
作は後述の透過電子顕微鏡用断面試料作成方法の実施例
と同じなので説明を省略する。
【００４１】次に、請求項３及び４の透過電子顕微鏡用
断面試料作成方法の実施例について図２ａ〜図２ｇ及び
図３ａ〜図３ｈを参照しながら説明する。本実施例は、
透過電子顕微鏡用試料の加工面の厚さを定量的にモニタ
ーして最良の試料厚さを自動的に検出でき、更に加工中
に加工部の厚さの均一性が容易に判断できる透過電子顕
微鏡用断面試料作成方法を提供することを課題とする。
【００４２】ＬＳＩチップ４１上の不良トランジスタ等
を透過電子顕微鏡による断面観察／分析を希望する特定
微小部４２の周囲に集束イオンビーム装置あるいは顕微
鏡を具備したレーザマーカー等により、図２ａに示すよ
うに、穴開けによりマーキング４３を行う。なお、特定
微小部４２がマーキング４３のためのレーザーやイオン
ビーム照射の熱的影響や穴開けの飛散物汚染を受けない
ように、マーキングは特定微小部４２から２０μｍ程度
以上離れた位置に行うとよい。マーキングの大きさや深
さについては、後の加工での位置確認の点では大きいほ
どよい反面、マーキングの際の熱や飛散物を抑える必要
性から大きさは５μｍ以下程度、深さは１〜５μｍ程度
が良い。マーキングを参考にして、ダイシングマシンの
高速回転外周刃６１により観察または分析を所望する特
定微小領域周辺を透過電子顕微鏡に導入可能な１．５ｍ
ｍ□以下程度に切断する。
【００４３】この際、切断面としては、図２ｂに示すよ
うに、透過電子顕微鏡用の試料４１の観察または分析を
所望する断面と平行な面を選択する。試料４１の観察／
分析を所望する断面に垂直な方向の切断幅は、狭いほう
が後の集束イオンビーム加工の範囲が小さくできるた
め、垂直な方向の切断幅は、切断時にチッピング等で観
察／分析を所望する特定微小部４２が破損しない範囲、
例えば１００〜２００μｍ幅で狭く切断する。必要に応
じて更に試料の観察／分析希望部表面近傍を、図２ｄに
示すように、更にダイシングマシンの高速回転外周刃６
１により薄く削る。
【００４４】加工したＬＳＩチップを集束イオンビーム
装置に導入する。集束イオンビーム装置内にＬＳＩチッ
プを導入する際、ＬＳＩチップの向きは、加工断面が集
束イオンビーム装置内部の電子銃２０に対して対向する
ように設定する。集束イオンビーム装置にてラスタ走査
により観察／分析希望断面を一辺とする長方形領域８
１、８２に集束イオンビーム１１を照射し、観察／分析
希望断面の薄膜化加工を行う。長方形領域８１は透過電
子検出器３０と対向しており、長方形領域８２は集束イ
オンビーム装置内の電子銃２０と対向する断面を含む領
域である。この集束イオンビーム加工に際しては、まず
領域８１の加工を行う。領域８１の加工は段階的に集束
イオンビーム１１のビーム電流／ビーム径を下げながら
断面加工の位置精度や加工面の均一性を高める。
【００４５】一般的な加工条件は、加速電圧２５〜３０
ｋＶ、Ｇａイオンビームを用い、ビーム電流２０００ｐ
Ａ程度で目標とする特定微小部４２から数μｍ離れた位
置まで加工し、続いてビーム電流４００ｐＡ程度で特定
微小部４２から１μｍ離れた位置まで加工する。更に、
ビーム電流１００ｐＡ程度で特定微小部４２を含む位置
まで加工し、最終的にビーム電流数十ｐＡ程度のビーム
で加工面の仕上げを行う。なお、集束イオンビーム１１
は逆円錐形であり、試料表面に対して垂直にビーム照射
すると、垂直断面が得られないので、試料４１をビーム
条件に応じて３〜５度程度傾斜して加工を行う。
【００４６】領域８１の加工完了後、同様の方法により
領域８２の加工を行う。領域８２の加工において、加工
部の厚さが１μｍ程度になった段階で、観察／分析希望
断面にほぼ垂直に電子ビーム２１を照射し、試料の断面
加工部を透過した透過電子を透過電子検出器３０により
検出する。
【００４７】電子ビームの加速電圧は１０ｋＶ以上に設
定する。シリコンの場合、加速電圧１０ｋＶ以上であれ
ば電子ビームは１μｍの厚さを透過する。よって、この
電子ビーム照射により検出器３０で透過電子が検出され
る。なお、検出器３０としては、高感度で検出速度の速
いチャンネルトロンなどが有効であるが、試料の材質や
電子ビーム電流の設定によってファラデーカップ等も使
用できる。検出器３０に印加する電圧や電子ビームの電
流は検出される透過電子ビーム電流に応じて適当に設定
する。電子ビームを図３ａ、３ｂのように同一材料の範
囲で上下、左右に操作し、この間の透過ビーム電流を検
出すると、加工部の厚さが均一な場合、図３ｃに示すよ
うに、均一な波形が得られる。一方、図３ｅ、３ｆ、及
び３ｇに示すように、加工部の厚さが不均一な場合、透
過ビーム電流波形は図３ｄに示すような波形となる。こ
の段階で確認された加工部の不均一は、これ以降の加工
における集束イオンビーム形状や試料角度等の補正で最
終的に修正可能である。
【００４８】透過ビーム電流検出を続けながら集束イオ
ンビーム加工により領域８２の加工を行う。加工分の厚
さが薄くなるにつれて透過ビーム電流が増加する。検出
される透過ビーム電流の増加に合わせて電子ビーム２１
の加速電圧を段階的に下げると、図３ｈに示すように、
電子ビームの透過厚さも下がるので、適切に加速電圧を
選択すれば透過ビーム電流変化によって加工部の厚さの
変化を正確に検知できる。シリコン材料の場合、最終的
な電子ビーム２１の加速電圧を３ｋＶ以下程度に設定す
れば、透過ビーム電流の値で５００〜１０００Å程度の
厚さを検出できる。事前に良好な透過電子顕微鏡試料を
用いて透過電流量の条件出しを行い、加工終了点とする
透過ビーム電流量を決定しておけば、自動的に加工終了
点を検知できる。
【００４９】なお、この透過電子ビーム検出の際には、
低電圧電極５０に正の低い電位を与え、集束イオンビー
ム照射によって発生する多量の２次電子１２を回収する
ことで、透過電子ビーム電流検出精度劣化を防止し、集
束イオンビーム照射中でも透過電子ビーム電流検出が可
能となり、加工の超過を防ぐ。
【００５０】また、イオンビームや電子ビームへの悪影
響を防ぐため、低電圧電極５０の材料には非磁性金属を
用い、磁化を防ぐ。低電圧電極５０に印加する電圧は、
数ｋＶ〜３０ｋＶ程度の集束イオンビームや電子ビーム
軌道に影響を与えず、かつ集束イオンビーム照射で発生
した数十ｅＶの２次電子の回収効率が上がるように＋数
十Ｖに設定する。
【００５１】領域８１を先に加工する理由については、
透過電子検出器３０と対向する断面側の加工領域８１に
集束イオンビーム１１を照射している状態では、集束イ
オンビームの散乱イオンが透過電子検出器３０側に入
り、正確な透過ビーム電流値が測定しにくいため、透過
電子検出器３０側の断面の加工領域を先に完了させ、集
束イオンビームの散乱イオンが検出器３０に入りにくい
領域８２の加工段階で透過ビーム電流量検出による加工
部の厚さ評価や終了点検出を行うためである。
【００５２】試料４１の分析／観察希望部を中心に、図
２ｇに示すように、透過電子顕微鏡用メッシュ８０に貼
る。透過電子顕微鏡により試料４１の観察分析を行う。
以上、集束イオンビームによる加工について述べたが、
加工部の膜厚や膜厚均一性の評価としてイオンミリング
等の加工においても使用可能である。
【００５３】
【発明の効果】請求項１記載の透過電子顕微鏡用断面試
料作成用集束イオンビーム装置及び請求項３、４記載の
透過電子顕微鏡用断面試料作成方法によれば、均一な厚
さの観察断面を形成することができると供に加工の超過
を防止することができる。これにより、加工部の厚さの
ばらつきが５０％以下の精度で検出でき、これを加工段
階で修正できるため、最終段階では加工部の厚さのばら
つきを５０ｎｍ以下にでき、加工領域内のほぼ全域で高
分解能観察を行うことができる。断面試料作成において
試料厚さが数値化して検出できるので、材料毎に条件出
しを行えば、オペレータの熟練度に影響なく最適な厚さ
の透過電子顕微鏡試料作成が行える。
【００５４】請求項２の透過電子顕微鏡用断面試料作成
用集束イオンビーム装置によれば、イオンビーム及び電
子ビームの照射により発生した２次電子が透過電子検出
器に検出されて透過電子ビーム電流検出精度が劣化する
ことを防止できる。また、集束イオンビーム照射中でも
透過電子ビーム電流検出が可能となり、集束イオンビー
ム照射中でも加工の超過を防止することができる。これ
により、断面試料の加工精度が向上できると共に、断面
試料の作成を容易に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の透過電子顕微鏡用断面試料作成用集束
イオンビーム装置の実施例を示す概略構成図である。
【図２ａ】本発明の透過電子顕微鏡用断面試料作成方法
の実施例を示す図である。
【図２ｂ】本発明の透過電子顕微鏡用断面試料作成方法
の実施例を示す図である。
【図２ｃ】本発明の透過電子顕微鏡用断面試料作成方法
の実施例を示す図である。
【図２ｄ】本発明の透過電子顕微鏡用断面試料作成方法
の実施例を示す図である。
【図２ｅ】本発明の透過電子顕微鏡用断面試料作成方法
の実施例を示す図である。
【図２ｆ】本発明の透過電子顕微鏡用断面試料作成方法
の実施例を示す図である。
【図２ｇ】本発明の透過電子顕微鏡用断面試料作成方法
の実施例を示す図である。
【図３ａ】本発明の透過電子顕微鏡用断面試料作成方法
の実施例を示す図である。
【図３ｂ】本発明の透過電子顕微鏡用断面試料作成方法
の実施例を示す図である。
【図３ｃ】本発明の透過電子顕微鏡用断面試料作成方法
の実施例を示す図である。
【図３ｄ】本発明の透過電子顕微鏡用断面試料作成方法
の実施例を示す図である。
【図３ｅ】本発明の透過電子顕微鏡用断面試料作成方法
の実施例を示す図である。
【図３ｆ】本発明の透過電子顕微鏡用断面試料作成方法
の実施例を示す図である。
【図３ｇ】本発明の透過電子顕微鏡用断面試料作成方法
の実施例を示す図である。
【図３ｈ】本発明の透過電子顕微鏡用断面試料作成方法
の実施例を示す図である。
【図４ａ】従来の透過電子顕微鏡用断面試料作成方法を
示す図である。
【図４ｂ】従来の透過電子顕微鏡用断面試料作成方法を
示す図である。
【図４ｃ】従来の透過電子顕微鏡用断面試料作成方法を
示す図である。
【図４ｄ】従来の透過電子顕微鏡用断面試料作成方法を
示す図である。
【図４ｅ】従来の透過電子顕微鏡用断面試料作成方法を
示す図である。
【図４ｆ】従来の透過電子顕微鏡用断面試料作成方法を
示す図である。
【図４ｇ】従来の透過電子顕微鏡用断面試料作成方法を
示す図である。
【図５ａ】従来の透過電子顕微鏡用断面試料作成方法を
示す図である。
【図５ｂ】従来の透過電子顕微鏡用断面試料作成方法を
示す図である。
【図５ｃ】従来の透過電子顕微鏡用断面試料作成方法を
示す図である。
【図５ｄ】従来の透過電子顕微鏡用断面試料作成方法を
示す図である。
【図５ｅ】従来の透過電子顕微鏡用断面試料作成方法を
示す図である。
【図５ｆ】従来の透過電子顕微鏡用断面試料作成方法を
示す図である。
【図５ｇ】従来の透過電子顕微鏡用断面試料作成方法を
示す図である。
【図６】従来の透過電子顕微鏡用断面試料作成方法を示
す図である。
【符号の説明】
10 イオン銃 20 電子銃 30 透過電子検出器 40 試料 50 低電圧電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｊ 37/31 9172−5Ｅ

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 透過電子顕微鏡用断面試料を作成するた
    めのイオンビームを発射するイオン銃手段と、該イオン
    銃手段から発射されるイオンビームに対して６０度〜９
    ０度程度の角度で前記透過電子顕微鏡用断面試料の加工
    部分に電子ビームを照射する電子銃手段と、該電子銃手
    段に対向して配置されかつ前記透過電子顕微鏡用断面試
    料を透過した電子ビームを受けて透過した電子ビームの
    電流量を検出する検出手段とを具備する透過電子顕微鏡
    用断面試料作成用集束イオンビーム装置。
  2. 【請求項２】 前記透過電子顕微鏡用断面試料を固定す
    る位置の近傍に、イオンビーム及び電子ビームの照射に
    より発生した２次電子を吸収する電極手段を具備する請
    求項１記載の透過電子顕微鏡用断面試料作成用集束イオ
    ンビーム装置。
  3. 【請求項３】 透過電子顕微鏡による断面観察を必要と
    する試料を透過電子顕微鏡に装着可能な厚さに切断する
    工程と、イオンビームによって更に観察領域を薄くする
    工程と、前記イオンビームで薄膜化を進めながら前記試
    料の加工部に電子ビームを照射する工程と、前記試料を
    透過する電子ビームの電流量を検出する工程と、前記検
    出した電流量に基づき前記試料の加工部を前記電子ビー
    ムにより走査して加工部の厚さの均一性を評価する工程
    とを具備する透過電子顕微鏡用断面試料作成方法。
  4. 【請求項４】 透過電子顕微鏡による断面観察を必要と
    する試料を透過電子顕微鏡に装着可能な厚さに切断する
    工程と、イオンビームによって更に観察領域を薄くする
    工程と、前記イオンビームで薄膜化を進めながら前記試
    料の加工部に電子ビームを照射する工程と、前記試料を
    透過する電子ビームの電流量を検出する工程と、前記検
    出した電流量に基づき前記試料の加工終了点を検出する
    工程とを具備する透過電子顕微鏡用断面試料作成方法。
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