TWI768001B - 帶電粒子束裝置以及試樣加工方法 - Google Patents

Abstract

本發明提供帶電粒子束裝置以及試樣加工方法，其能夠對減小了試樣的厚度的整個微小試樣片均勻地照射帶電粒子束並且能夠明確地掌握加工時的加工終點。該帶電粒子束裝置朝向試樣照射帶電粒子束，製成微小試樣片，其特徵在於，該帶電粒子束裝置具有：帶電粒子束鏡筒，其能夠朝向所述試樣照射帶電粒子束；試樣室，其收納所述帶電粒子束鏡筒；以及試樣片支架，其能夠保持所述試樣，在通過所述帶電粒子束形成減小了所述試樣的一部分區域的厚度的微小試樣片時，與該微小試樣片的減薄部分相鄰的部分形成相對於所述減薄部分傾斜的傾斜部。

Description

帶電粒子束裝置以及試樣加工方法

本發明關於用於使用帶電粒子束進行試樣的加工的帶電粒子束裝置以及使用了帶電粒子束的試樣加工方法。

例如，作為對半導體元件等試樣的內部構造進行分析、或者進行立體觀察的方法的一種，公知有如下的截面加工觀察方法：使用搭載有帶電粒子束(Focused Ion Beam：FIB)鏡筒和電子束(Electron Beam；EB)鏡筒的帶電粒子束複合裝置來進行基於FIB的截面形成加工和通過掃描型電子顯微鏡(Scanning Electron Microscope：SEM)觀察其截面(例如參照專利文獻1)。

該截面加工觀察方法公知有通過重複進行基於FIB的截面形成加工和基於SEM的截面觀察來構建三維圖像的方法。在該方法中，能夠根據重新構建的三維立體像從各種方向詳細地分析物件試樣的立體形體。並且，具有能夠再現物件試樣的任意的截面像這樣的其他方法所沒有的優點。

另一方面，SEM原理上在高倍率(高解析度)的觀察中存在極限，另外，所獲得的資訊也限定於試樣表面附近。 因此，也公知有如下的觀察方法：為了在更高倍率下進行高解析度的觀察，對加工成薄膜狀的試樣使用使電子透射過的透射型電子顯微鏡(Transmission Electron Microscopy：TEM)。在這樣的基於TEM的觀察中所使用的薄膜化的微細的試樣(以下，有時稱為微小試樣片。)的製作中，上述那樣的基於FIB的截面形成加工也是有效的。

以往，在製成基於TEM的觀察中所使用的微小試樣片時，通過沿試樣的厚度方向對試樣的例如前端部分照射帶電粒子束，減小試樣的厚度而使其薄膜化，來製成微小試樣片。

例如，在使沿厚度方向將多個元件層疊在半導體基板中而成的試樣薄膜化時，一邊照射帶電粒子束一邊觀察加工截面的SEM圖像，對加工截面中露出的元件的數量進行計數，由此掌握期望的加工終點。

另一方面，為了減輕通過使用了帶電粒子束的加工而產生的沿帶電粒子束的照射方向的加工條紋圖案(簾幕效應(curtain effect))，也可以通過從相對於試樣的厚度方向傾斜的方向照射帶電粒子束來進行(例如參照專利文獻2)。

專利文獻1：日本特開2008-270073號公報

專利文獻2：日本特開平9-186210號公報

然而，在上述的試樣的加工方法(薄膜化方法)中，由於試樣中的薄膜化的部分被蝕刻加工，與該部分相鄰的部分未被蝕刻加工，因此會產生以90°屈曲的階差。而且， 當為了應對上述那樣的簾幕效應而從相對於薄片化的部分的加工面傾斜的方向照射帶電粒子束時，上述的相鄰部分遮蔽帶電粒子束，因此會產生帶電粒子束照射不到的陰影區域。因此，必須考慮帶電粒子束照射不到的陰影區域來確定加工寬度，因而需要對比期望的加工寬度大的加工範圍照射帶電粒子束。因此，試樣的加工時間變長，另外，也有可能無法製作出期望的形狀的微小試樣片。

另外，在對在半導體基板中沿厚度方向層疊多個元件而成的試樣進行薄膜化時，在為了掌握加工終點而對因加工而露出的元件的數量進行計數時，有可能在上述的陰影區域的影響下加工面的對比度降低，無法準確地對元件的數量進行計數，從而無法準確掌握加工終點。

本發明就是鑒於上述情況而完成的，其目的在於提供一種帶電粒子束裝置以及試樣加工方法，該帶電粒子束裝置能夠對減小了試樣的厚度的整個微小試樣片均勻地照射帶電粒子束並且能夠明確地掌握加工時的加工終點。

為了解決上述課題，在本實施方式的方式中提供了以下那樣的帶電粒子束裝置、試樣加工方法。

即，本發明的帶電粒子束裝置是朝向試樣照射帶電粒 子束，製成微小試樣片的帶電粒子束裝置，其特徵在於，該帶電粒子束裝置具有：帶電粒子束鏡筒，其能夠朝向所述試樣照射帶電粒子束；試樣室，其收納所述帶電粒子束鏡筒；以及試樣片支架，其能夠保持所述試樣，在通過所述帶電粒子束形成減小了所述試樣的一部分區域的厚度的微小試樣片時，與該微小試樣片的減薄部分相鄰的部分形成相對於所述減薄部分傾斜的傾斜部。

根據本發明的帶電粒子束裝置，通過與微小試樣片的減薄部分相鄰的部分形成相對於該減薄部分傾斜的傾斜部，傾斜部中露出的元件的截面形狀比與元件的延長方向呈直角的截面的截面形狀更大且更鮮明地看到，因此能夠準確地對元件的數量進行計數。由此，能夠容易且可靠地確定帶電粒子束對試樣的加工終點。

另外，本發明的特徵在於，所述帶電粒子束裝置以相對於所述傾斜部平行的方式照射氬離子束。

本發明的試樣加工方法是朝向試樣照射帶電粒子束，製成減小了所述試樣的一部分區域的厚度的微小試樣片的試樣加工方法，其特徵在於，該試樣加工方法具有傾斜部形成工程，在該傾斜部形成工程中，通過所述帶電粒子束的照射，沿所述試樣的厚度方向重疊形成多個去除區域，所述去除區域具有沿所述厚度方向的規定的加工厚度和沿與所述厚度方向垂直的寬度方向的加工寬度，每次重疊所述去除區域時階段地減小所述加工寬度，由此在與所述微小試樣片的減薄部分相鄰的部分形成相對於所述減薄部分 傾斜的傾斜部。

根據本發明的試樣加工方法，由於能夠在與微小試樣片的減薄部分相鄰的部分形成相對於該減薄部分傾斜的傾斜部，在後續工程中，在照射與試樣的加工中所使用的帶電粒子束不同的照射角的再加工射束時，能夠消除未向微小試樣片的根部分照射氬離子束的陰影區域，從而能夠可靠地向微小試樣片的整個區域照射氬離子束。由此，能夠形成在微小試樣片的整個區域中加工條紋圖案被減輕，從而能夠獲得鮮明的觀察像的微小試樣片。

另外，本發明的特徵在於，所述傾斜部形成工程中的各個去除區域的所述加工厚度和所述加工寬度是參照掃描型電子顯微鏡所獲得的所述傾斜部的SEM圖像而確定的。

另外，本發明的特徵在於，所述試樣是在基材的內部沿所述厚度方向重疊多個埋設層而形成的。在所述傾斜部形成工程中，使用所述SEM圖像對所述傾斜部中露出的所述埋設層的數量進行計數，來確定加工終點。

所述試樣加工方法的特徵在於，在所述傾斜部形成工程中，使所述減薄部分和作為與所述減薄部分相鄰的部分的傾斜部相互在10°以上且小於90°的範圍內傾斜。

另外，本發明的特徵在於，所述試樣加工方法還具有氬射束照射工程，該氬射束照射工程中，朝向所述微小試樣片以相對於所述傾斜部平行的方式照射氬離子束。

根據本發明，能夠提供能夠對減小了試樣的厚度的整個微小試樣片均勻地照射帶電粒子束並且能夠明確地掌握 加工時的加工終點的帶電粒子束裝置以及試樣加工方法。

10:帶電粒子束裝置

11:試樣室

12:載台(試樣台)

13:載台驅動機構

14:會聚離子束照射光學系統(帶電粒子束照射光學系統)

15:電子束照射光學系統(帶電粒子束照射光學系統)

16:檢測器

17:氣體提供部

18:氣體離子束照射光學系統(帶電粒子束照射光學系統)

19a:針

19b:針驅動機構

20:吸收電流檢測器

21:顯示裝置

22:電腦

23:輸入裝置

33:試樣台

34:柱狀部

C:傾斜部

P:試樣片支架

Q:微小試樣片

R:二次帶電粒子

S:試樣片

V:試樣

12a:支架固定台

13a:移動機構

13b:傾斜機構

13c:旋轉機構

14a:離子源

14b:離子光學系統

15a:電子源

15b:電子光學系統

17a:噴嘴

19:試樣片移置單元

31:元件

G:氣體

T:厚度方向

D:加工方向

En:去除區域

Wn:加工寬度

△W:減小寬度

Ene:端部

Qs:減薄部分

圖1是本發明的實施方式的帶電粒子束裝置的結構圖。

圖2是階段地示出試樣加工方法的說明圖。

圖3是階段地示出試樣加工方法的說明圖。

圖4是示出試樣加工方法的另一例的說明圖。

以下，參照附圖對作為本發明的一個實施方式的帶電粒子束裝置和使用了該帶電粒子束裝置的試樣加工方法進行說明。另外，以下所示的各實施方式是為了更好地理解發明的主旨而具體地進行說明的，只要沒有特別指定，就不限定本發明。另外，為了易於理解本發明的特徵，對於以下的說明中所使用的附圖，有時為了方便將作為要部的部分放大示出，各構成要素的尺寸比例等不一定與實際相同。

圖1是示出本發明的實施方式的帶電粒子束裝置的概略結構圖。

如圖1所示，本發明的實施方式的帶電粒子束裝置10具有：試樣室11，其能夠將內部維持為真空狀態；載台12，其能夠將大塊(bulk)的試樣V和用於保持試樣片S的試樣片支架P固定在試樣室11的內部；以及載台驅動機構 13，其驅動載台12。

帶電粒子束裝置10具有向試樣室11的內部的規定的照射區域(即掃描範圍)內的照射對象照射帶電粒子束例如會聚離子束(FIB)的會聚離子束照射光學系統14。帶電粒子束裝置10具有向試樣室11的內部的規定的照射區域內的照射對象照射電子束(EB)的電子束照射光學系統15。帶電粒子束裝置10具有檢測通過帶電粒子束或電子束的照射從照射對象產生的二次帶電粒子(二次電子、二次離子)R的檢測器16。

帶電粒子束裝置10具有向試樣室11的內部的規定的照射區域內的照射對象照射氣體離子束(GB)的氣體離子束光學系統18。

這些會聚離子束照射光學系統14、電子束照射光學系統15以及氣體離子束光學系統18配置成各自的射束照射軸能夠在載台12上的實質的1點處交叉。即，在從側面俯視試樣室11時，會聚離子束光學系統14沿鉛垂方向配置，電子束照射光學系統15和氣體離子束光學系統18分別沿相對於鉛垂方向傾斜了例如45°的方向配置。通過這樣的配置佈局，在從側面俯視試樣室11時，氣體離子束(GB)的射束照射軸例如處於與從電子束照射光學系統15照射的電子束(EB)的射束照射軸垂直相交的方向。

帶電粒子束裝置10具有向照射對象的表面提供氣體G的氣體提供部17。氣體提供部17具體而言是外徑為200μm左右的噴嘴17a等。

帶電粒子束裝置10具有：試樣片移置單元19，其由從固定在載台12上的試樣V取出試樣片S，對該試樣片S進行保持並移置到試樣片支架P上的針19a和驅動針19a輸送試樣片S的針驅動機構19b構成；以及吸收電流檢測器20，其檢測流入針19a的帶電粒子束的流入電流(也稱為吸收電流)，並將流入電流信號發送到電腦進行圖像化。

帶電粒子束裝置10具有顯示基於檢測器16所檢測的二次帶電粒子R的圖像資料等的顯示裝置21、電腦22、輸入裝置23。

另外，會聚離子束照射光學系統14和電子束照射光學系統15的照射對象是固定在載台12上的試樣V、試樣片S、以及存在於照射區域內的針19a、試樣片支架P等。

帶電粒子束裝置10能夠通過向照射對象的表面一邊掃描帶電粒子束一邊進行照射來執行被照射部的圖像化、基於濺射的各種加工(挖掘、修整(trimming)加工等)、沉積膜(deposited film)的形成等。帶電粒子束裝置10能夠執行從試樣V切出試樣片S、從切出的試樣片S形成基於TEM的觀察中所使用的微小試樣片Q(參照圖3：例如薄片試樣、針狀試樣等)、電子束利用的分析試樣片的加工。

帶電粒子束裝置10能夠使移置到試樣片支架P上的試樣片S的例如前端部分薄膜化到適於透射電子顯微鏡的透射觀察的期望的厚度(例如5~100nm等)從而獲得觀察用的微小試樣片Q。帶電粒子束裝置10能夠通過向試樣片S和針19a等照射對象的表面一邊掃描帶電粒子束或電子束一 邊進行照射來執行照射對象的表面的觀察。

吸收電流檢測器20具有前置放大器，對針的流入電流進行放大併發送給電腦22。根據與吸收電流檢測器20所檢測的針流入電流和帶電粒子束的掃描同步的信號，能夠在顯示裝置21上顯示針形狀的吸收電流圖像，從而可以進行針形狀和前端位置的確定。

試樣室11構成為能夠通過排氣裝置(省略圖示)進行排氣直到使內部為期望的真空狀態為止並且能夠維持期望的真空狀態。

載台12對試樣V進行保持。載台12具有對試樣片支架P進行保持的支架固定台12a。該支架固定台12a可以採用能夠搭載多個試樣片支架P的構造。

載台驅動機構13以與載台12連接的狀態收納在試樣室11的內部，根據從電腦22輸出的控制信號使載台12相對於規定的軸位移。載台驅動機構13至少具有使載台12沿與水平面平行且相互垂直的X軸和Y軸、以及與X軸和Y軸垂直的鉛垂方向上的Z軸平行地移動的移動機構13a。載台驅動機構13具有使載台12繞X軸或Y軸傾斜的傾斜機構13b和使載台12繞Z軸旋轉的旋轉機構13c。

會聚離子束照射光學系統14以如下方式固定在試樣室11：在試樣室11的內部，使射束射出部(省略圖示)在照射區域內的載台12的鉛垂方向上方的位置處面向載台12並且使光軸與鉛垂方向平行。由此，能夠向載置於載台12上的試樣V、試樣片S、以及存在於照射區域內的針19a等照射 對象從鉛垂方向上方朝向下方照射帶電粒子束。

另外，帶電粒子束裝置10也可以具有其他離子束照射光學系統而代替上述那樣的會聚離子束照射光學系統14。離子束照射光學系統不限定於形成上述那樣的會聚射束的光學系統。離子束照射光學系統例如也可以是通過在光學系統內設置具有定型的開口的模板遮罩從而形成模板遮罩(stencil mask)的開口形狀的成形射束的投影型的離子束照射光學系統。根據這樣的投影型的離子束照射光學系統，能夠高精度地形成與試樣片S的周邊的加工區域相當的形狀的成形射束，從而縮短了加工時間。

會聚離子束照射光學系統14具有產生離子的離子源14a和使從離子源14a引出的離子會聚以及偏轉的離子光學系統14b。離子源14a和離子光學系統14b根據從電腦22輸出的控制信號進行控制，帶電粒子束的照射位置和照射條件等由電腦22進行控制。

離子源14a例如是使用了液體鎵等的液體金屬離子源、電漿型離子源、氣體電場電離型離子源等。離子光學系統14b例如具有聚光透鏡(condenser lenses)等第一靜電透鏡、靜電偏轉器、物鏡等第二靜電透鏡等。在作為離子源14a而使用電漿型離子源的情況下，能夠實現大電流束的高速加工，從而適於尺寸較大的試樣片S的取出。例如，通過使用氬離子作為氣體電場電離型離子源，也能夠從會聚離子束照射光學系統14照射氬離子束。

電子束照射光學系統15以如下方式固定在試樣室11： 在試樣室11的內部，將射束射出部(省略圖示)在相對於照射區域內的載台12的鉛垂方向傾斜了規定的角度(例如60°)的傾斜方向上面向載台12並且使光軸與傾斜方向平行。由此，能夠向固定在載台12上的試樣V、試樣片S、以及存在於照射區域內的針19a等照射對象從傾斜方向的上方朝向下方照射電子束。

電子束照射光學系統15具有產生電子的電子源15a和使從電子源15a射出的電子會聚以及偏轉的電子光學系統15b。電子源15a和電子光學系統15b根據從電腦22輸出的控制信號進行控制、電子束的照射位置和照射條件等由電腦22進行控制。電子光學系統15b例如具有電磁透鏡、偏轉器等。

另外，也可以對電子束照射光學系統15和會聚離子束照射光學系統14的配置進行調換，將電子束照射光學系統15配置在鉛垂方向上，將會聚離子束照射光學系統14配置在相對於鉛垂方向傾斜了規定的角度的傾斜方向上。

氣體離子束光學系統18例如照射氬離子束等氣體離子束(GB)。氣體離子束光學系統18可以使氬氣離子化並在1kV左右的低加速電壓下進行照射。這樣的氣體離子束(GB)與會聚離子束(FIB)相比會聚性較低，因此對試樣片S和微小試樣片Q的蝕刻速率變低。因此，適於試樣片S和微小試樣片Q的精密的精加工。

在向試樣V、試樣片S以及針19a等照射對象照射帶電粒子束或電子束時，檢測器16檢測從照射對象放射的二次 帶電粒子(二次電子、二次離子)R的強度(即二次帶電粒子的量)，並輸出二次帶電粒子R的檢測量的資訊。檢測器16配置在試樣室11的內部能夠檢測二次帶電粒子R的量的位置，例如相對於照射區域內的試樣V、試樣片S等照射對象斜上方的位置等而固定在試樣室11。

氣體提供部17固定在試樣室11，在試樣室11的內部配置成具有氣體噴射部(也稱為噴嘴)且面向載台12。氣體提供部17能夠向試樣V、試樣片S提供用於根據試樣V、試樣片S的材質而選擇性地促進帶電粒子束(會聚離子束)對試樣V、試樣片S的蝕刻的蝕刻用氣體、用於在試樣V、試樣片S的表面上形成金屬或絕緣體等堆積物的沉積膜的沉積用氣體等。

構成試樣片移置單元19的針驅動機構19b以與針19a連接的狀態收納在試樣室11的內部，根據從電腦22輸出的控制信號使針19a位移。針驅動機構19b與載台12一體設置，例如當載台12通過傾斜機構13b而繞傾斜軸(即X軸或Y軸)旋轉時，與載台12一體移動。

針驅動機構19b具有使針19a沿三維座標軸分別平行地移動的移動機構(省略圖示)和使針19a繞針19a的中心軸旋轉的旋轉機構(省略圖示)。另外，該三維座標軸與試樣台的正交三軸座標系是獨立的，在作為與載台12的表面平行的二維座標軸的正交三軸座標系中，在載台12的表面處於傾斜狀態、旋轉狀態的情況下，該座標系傾斜、旋轉。

電腦22至少對載台驅動機構13、會聚離子束照射光學 系統14、電子束照射光學系統15、氣體提供部17以及針驅動機構19b進行控制。

另外，電腦22配置在試樣室11的外部，連接有顯示裝置21和輸出與操作者的輸入操作對應的信號的滑鼠、鍵盤等輸入裝置23。電腦22根據從輸入裝置23輸出的信號或通過預先設定的自動運行控制處理生成的信號等統一控制帶電粒子束裝置10的動作。

電腦22一邊掃描帶電粒子束的照射位置一邊將檢測器16所檢測的二次帶電粒子R的檢測量轉換為與照射位置對應的亮度信號，根據二次帶電粒子R的檢測量的二維位置分佈生成表示照射對象的形狀的圖像資料。在吸收電流圖像模式下，電腦22一邊掃描帶電粒子束的照射位置一邊檢測在針19a中流動的吸收電流，由此根據吸收電流的二維位置分佈(吸收電流圖像)而生成表示針19a的形狀的吸收電流圖像資料。

電腦22將用於執行各圖像資料的放大、縮小、移動、以及旋轉等操作的畫面與生成的各圖像資料一起顯示在顯示裝置21上。電腦22將用於進行自動的序列控制中的模式選擇以及加工設定等各種設定的畫面顯示在顯示裝置21上。

對使用了上述結構的帶電粒子束裝置10的本發明的試樣加工方法進行說明。

圖2、圖3是階段地示出試樣加工方法的說明圖。

另外，在以下的實施方式中，作為試樣加工方法，舉 出了通過帶電粒子束對支承在試樣片支架P上的試樣片S進行薄膜化，製成TEM觀察用的微小試樣片Q的例子並進行說明。另外，如圖2(a)所示，設想試樣片S例如是切出在由半導體基板構成的試樣V(參照圖1)上形成有多個元件31、31…的區域後的試樣片，將元件31、31…排列的方向稱為厚度方向T，將與該厚度方向T呈直角且元件31的延長方向稱為寬度方向W。另外，將與厚度方向T和寬度方向W呈直角的方向稱為加工方向D。

首先，通過FIB加工從由半導體基板構成的試樣V(參照圖1)切出作為包含觀察物件的小區域的試樣片S。然後，使用針19a(參照圖1)以使半導體基板的厚度方向為鉛垂方向(加工方向D)的方式使試樣片支架P(參照圖1)支承作為加工對象的試樣片S。然後，如圖2(b)所示，對試樣片S設定照射區域，從會聚離子束照射光學系統14(參照圖1)沿加工方向D照射FIB。然後，形成沿試樣片S的厚度方向T的規定的加工厚度且沿寬度方向W的加工寬度W1的第一去除區域E1。由此，在第一去除區域E1的根部側的端部E1e例如露出一個元件31的端面。

接下來，如圖2(c)所示，沿厚度方向T向與第一去除區域E1重疊的位置，即從第一去除區域E1沿厚度方向T偏移了規定的加工厚度的位置照射FIB，形成第二去除區域E2。此時，作為沿寬度方向W的加工寬度W2，設定為比加工寬度W1短規定的減小寬度△W的寬度。由此，第二去除區域E2的根部側的端部E2e位於比第一去除區域E1的根 部側的端部E1e靠向寬度方向W的中心側偏移的位置。

並且，如圖3的(a)所示，沿厚度方向T向與之前形成的第n去除區域En重疊的位置，即從第n去除區域En沿厚度方向T偏移了規定的加工厚度的位置照射FIB，形成第(n+1)去除區域E(n+1)。此時，作為沿寬度方向W的加工寬度W(n+1)，設定為比之前的第n去除區域En的加工寬度Wn短規定的減小寬度△W的寬度。這樣，沿加工方向D對試樣片S照射FIB，在厚度方向T上重疊形成階段地減小了加工寬度的多個去除區域，由此形成減小了沿試樣片S的厚度方向T的厚度的微小試樣片Q。

通過形成這樣的階段地減小了加工寬度的多個去除區域，在微小試樣片Q上形成有減小了其厚度的減薄部分Qs。而且，在與該減薄部分Qs相鄰的部分、即各個去除區域的根部側的端部相連的部分形成有傾斜部(與減薄部分相鄰的部分)C(傾斜部形成工程)。傾斜部C例如是相對於厚度方向T在10°以上且小於90°的範圍內傾斜的傾斜面，例如只要傾斜部C的表面形成為與氬離子束的照射角平行即可。作為一例，在本實施方式中，傾斜部C呈相對於厚度方向T傾斜20°的傾斜面。這裡，在10°以上且小於90°的範圍內，通過以小於90°的較小的入射角度入射射束，能夠使射束入射對試樣的損傷層變淺。由此，由於使損傷層變淺，因此即使是元件尺寸微細的試樣，也能夠明確地掌握加工時的加工終點。

另外，在圖2、圖3所示的實施方式中，通過以使沿試 樣片S的寬度方向W的加工寬度Wn階段地變小的方式使FIB進行掃描並進行照射，形成傾斜部(與減薄部分相鄰的部分)C，但FIB的掃描方法不限定於此。

例如，在圖4所示的FIB的掃描的例子中，使沿作為減薄部分Qs的試樣片S的寬度方向W的去除區域En的加工寬度Wn為恒定。然後，進一步從各個去除區域En的根部側向相對於厚度方向T在10°以上且小於90°的範圍內傾斜的方向使FIB連續地進行掃描。由此，在FIB在相對於厚度方向T傾斜的方向上進行掃描後的區域中形成傾斜部C。沿這樣的傾斜部C的加工寬度Wn階段地逐漸增加。這裡，FIB的掃描方法使用將FIB的掃描方向從試樣片S的寬度方向變更為相對於厚度方向T傾斜的方向的向量掃描(vector scan)。

另外，也可以在試樣片S的寬度方向上設定第一矩形照射區域，在相對於厚度方向T傾斜的方向上設定第二矩形照射區域，並在各自的照射區域中使用光柵掃描(raster scan)或點陣圖掃描(bitmap scan)。

除此之外，由微小試樣片Q的減薄部分Qs和作為與減薄部分Qs相鄰的部分的傾斜部C劃分的梯形區域內的FIB的掃描方向並未特別限定，只要能夠形成作為與減薄部分Qs相鄰的部分的傾斜部C，則也可以在任何方向上掃描FIB而形成去除區域。

如上所述，在階段地減小了加工寬度的多個去除區域的形成過程中，在任意的時序從電子束照射光學系統15照 射EB，獲取傾斜部C的SEM圖像。然後，對所獲得的SEM圖像進行觀察，對傾斜部C中露出的元件31、31…的數量進行計數，由此能夠確定FIB的厚度方向T的加工終點。傾斜部C中露出的元件31、31…的截面形狀例如可以比沿厚度方向T的截面中露出的元件的截面形狀更大且更鮮明地看到，因此能夠準確地對元件31、31…的數量進行計數。

另外，例如由電腦22自動進行從SEM圖像的獲取到傾斜部C中露出的元件31、31…的計數，並將其結果回饋到針對試樣片S的FIB的照射條件，由此能夠自動化形成在根部側連接有傾斜部C的微小試樣片Q。

作為這樣的自動化的加工終點的檢測方法的具體例，預先將出現在觀察目標位置的(傾斜部C中露出的)設計上的元件31、31…的數量輸入給電腦22。這樣的元件31的預定出現數能夠根據形成在試樣V的積體電路的設計資料等來掌握。

然後，由電腦22所執行的圖像比較軟體等通過重複進行基於FIB的照射的去除區域的形成和照射SEM圖像的獲取，對出現在傾斜部C的元件31的數量進行計數。而且，在預先輸入給電腦22的元件31的預定出現數與基於實際的SEM圖像的獲取的出現在傾斜部C的元件31的數量一致時，將這裡識別為加工終點而結束FIB的照射。

另外，作為自動化的加工終點的檢測方法的另一具體例，在通過FIB從試樣(半導體基板)V(參照圖1)切出試樣片S時，獲取試樣片S的側壁的SEM圖像。然後，由電腦22所 執行的圖像比較軟體等對該試樣片S的側壁中露出的元件31的數量進行計數。或者，也可以對切出試樣片S後的試樣V的剪切端面中露出的元件31的數量、基於形成在試樣V上的積體電路的設計資料等的試樣片S的切出部分的設計上的元件31的數量進行計數。

這樣，在從電腦22所識別的試樣片S的元件31的總數減去通過重複進行基於FIB的照射的去除區域的形成和照射SEM圖像的獲取而出現在傾斜部C的實際的元件31的數量，並與預先輸入給電腦22的想要殘留在試樣片S中的元件31的數量一致時，將這裡識別為加工終點而結束FIB的照射。

接下來，如圖3的(b)所示，例如以與傾斜部C的表面平行的角度對微小試樣片Q照射氣體離子束例如氬離子束，減輕因使用了FIB的加工而產生的加工條紋圖案(簾幕效應)(氬射束照射工程)。

在該氬射束照射工程中，從氣體離子束光學系統18(參照圖1)使氬氣離子化而在例如1kV左右的低加速電壓下向微小試樣片Q的整個區域照射氬離子束。此時，優選從電子束照射光學系統15朝向微小試樣片Q照射EB，根據所獲得的SEM圖像來進行氬離子束對微小試樣片Q的精加工。此時的加工終點的檢測也能夠應用基於上述的FIB的微小試樣片Q的加工時的加工終點檢測過程。由此，能夠進行氬射束照射工程的自動化。

在這樣的氬射束照射工程中，作為與微小試樣片Q的 根部分相鄰的部分，形成有相對於厚度方向T在10°以上且小於90°的角度範圍內傾斜的傾斜部C，因此能夠對減小試樣片S的厚度而薄膜化的微小試樣片Q的整個區域均勻地照射氬離子束。

即，如圖1所示，氣體離子束光學系統18配置成在從側面俯視試樣室11時，氣體離子束(GB)的射束照射軸處於例如與從電子束照射光學系統15照射的電子束(EB)的射束照射軸垂直相交的方向。因此，當厚度方向T例如與微小試樣片Q的寬度方向W呈直角時，會產生未向微小試樣片Q的根部分照射氬離子束的陰影區域。

但是，通過像本實施方式那樣與以相對於厚度方向T傾斜的角度照射的氬離子束對應地在微小試樣片Q形成在例如10°以上且小於90°的範圍內傾斜的傾斜部C，能夠消除未向微小試樣片Q的根部分照射氬離子束的陰影區域，從而能夠可靠地對微小試樣片Q的整個區域照射氬離子束。由此，能夠形成在微小試樣片Q的整個區域中減輕加工條紋圖案從而能夠獲得鮮明的觀察像的TEM觀察用試樣片。

另外，如圖3(c)所示，從與沿上述的厚度方向T的加工方向相反的方向也能夠形成階段地減小了沿寬度方向W的加工寬度的多個去除區域，從而形成具有從兩側減小了厚度的減薄部分Qs的微小試樣片Q。

對本發明的實施方式進行了說明，但這些實施方式是作為例子而提示的，並不意味著對發明的範圍進行限定。 這些實施方式可以通過其他各種方式來實施，在不脫離發明的主旨的範圍內，可以進行各種省略、置換、變更。這些實施方式及其變形包含於發明的範圍和主旨內並且包含於權利要求書中所記載的發明及其均等的範圍內。

31‧‧‧元件

C‧‧‧傾斜部

D‧‧‧加工方向

E1~E(n+1)‧‧‧去除區域

E1e~Ene‧‧‧端部

EB‧‧‧電子束

Q‧‧‧微小試樣片

Qs‧‧‧減薄部分

S‧‧‧試樣片

T‧‧‧厚度方向

W‧‧‧寬度方向

Wn‧‧‧加工寬度

Claims (6)

1. 一種帶電粒子束裝置，其朝向試樣照射帶電粒子束，製成微小試樣片，其特徵在於具有：帶電粒子束鏡筒，其能夠朝向所述試樣照射帶電粒子束；試樣室，其收納所述帶電粒子束鏡筒；以及試樣片支架，其能夠保持所述試樣，在藉由所述帶電粒子束形成減小了所述試樣的一部分區域的厚度的微小試樣片時，在該微小試樣片的根部分形成有傾斜的傾斜部，藉由將前述傾斜部設置到前述微小試樣片的根部分，從而，在為了減少藉由前述帶電粒子束形成前述微小試樣片時所產生的加工條紋而將氬離子束照射到前述微小試樣片時，氬離子束形成為即使在前述微小試樣片的根部分也不會被阻擋，並且，藉由從與前述帶電粒子束交叉的方向且平行於前述傾斜部的方向將氬離子束照射到前述微小試樣片，而在前述微小試樣片的整個區域減少了加工條紋。
2. 根據申請專利範圍第1項所述的帶電粒子束裝置，其中，前述傾斜部，係參照由掃描型電子顯微鏡獲得的前述傾斜部的SEM圖像而形成。
3. 一種試樣加工方法，其是朝向試樣照射帶電粒子束，製成減小了所述試樣的一部分區域的厚度的微小試樣片的試樣加工方法，其特徵在於：具有傾斜部形成工程，在該傾斜部形成工程中，藉由所述帶電粒子束的照射，沿所述試樣的厚度方向重疊形成多個去除區域，所述去除區域具有沿所述試樣的厚度方向的規定的加工厚度和沿與所述厚度方向垂直的寬度方向的加工寬度，藉由在每次重疊所述去除區域時階段地減小所述加工寬度，由此在與所述微小試樣片的減薄部分相鄰的部分形成相對於所述減薄部分傾斜的傾斜部；該試樣加工方法還具有：氬離子束照射工程，在該氬離子束照射工程中，藉由將前述傾斜部設置到前述微小試樣片的根部分，從而，在為了減少藉由前述帶電粒子束形成前述微小試樣片時所產生的加工條紋而將氬離子束照射到前述微小試樣片時，氬離子束形成為即使在前述微小試樣片的根部分也不會被阻擋，並且，藉由從與前述帶電粒子束交叉的方向且平行於前述傾斜部的方向將氬離子束照射到前述微小試樣片，而在前述微小試樣片的整個區域減少了加工條紋。
4. 根據申請專利範圍第3項所述的試樣加工方法，其中，所述傾斜部形成工程中的各個去除區域的所述加工厚 度和所述加工寬度是參照由掃描型電子顯微鏡獲得的所述傾斜部的SEM圖像而確定的。
5. 根據申請專利範圍第4項所述的試樣加工方法，其中，所述試樣是在基材的內部沿所述厚度方向重疊多個埋設層而形成的，在所述傾斜部形成工程中，使用所述SEM圖像對所述傾斜部中露出的所述埋設層的數量進行計數，來確定加工終點。
6. 根據申請專利範圍第3至5項中任一項所述的試樣加工方法，其中，在所述傾斜部形成工程中，使所述減薄部分和作為與所述減薄部分相鄰的部分的傾斜部在10°以上且小於90°的範圍內彼此傾斜。

Images