JP-2026076540-A - 微小試料サンプリングにおけるアライメント方法

Abstract

【課題】微小試料サンプリングにおいて、アライメントの作業時間を短縮することに加え、アライメント精度を向上させる。 【解決手段】２次電子検出器８から得られる２次電子画像に基づいて測長を行う機能を有するＦＩＢ装置１００を提供し、ステージ５を傾斜角θだけ傾斜させた状態で、メッシュ４の貼り付け面ａの幅Ｗを測長し、プローブ針２に保持された微小試料１の先端部がメッシュと重なるまで、２次電子画像を観察しながら微小試料１をメッシュ４に近接させることにより、微小試料１とメッシュ４の貼り付け面４ａとの距離ｄを０～Ｗ／ｔａｎθの範囲内と見積り、この距離ｄに基づいてアライメントを行う。 【選択図】図３

Inventors

• 金子 守

Assignees

• 金子 守

Dates

Publication Date

20260512

Application Date

20241024

Claims (1)

1. 微小試料に接触して持ち上げて保持可能なプローブ針と、プローブ針に保持された微小試料を貼り付け可能なメッシュと、メッシュを搭載し傾斜可能なステージと、 微小試料、プローブ針及びメッシュに荷電粒子ビームを照射する荷電粒子銃と、微小試料、プローブ針及びメッシュから発生した２次電子を検出する２次電子検出器と、を備え、２次電子検出器から得られる２次電子画像に基づいて測長を行う機能を有するＦＩＢ装置を提供し、 プローブ針に保持された微小試料とメッシュのアライメントにおいて、 ステージを傾斜角θだけ傾斜させた状態で、メッシュの貼り付け面の幅Ｗを測長し、 プローブ針に保持された微小試料の先端部がメッシュと重なるまで、２次電子画像を観察しながら微小試料をメッシュに近接させることにより、微小試料とメッシュとの距離を０～Ｗ／ｔａｎθの範囲内と見積り、この距離に基づいてアライメントを行うことを特徴とする微小試料サンプリングにおけるアライメント方法。

Description

本発明は、微小試料サンプリングにおけるアライメント方法に関する。 一般にマイクロサンプリング（登録商標）と称される微小試料サンプリングでは、集束イオンビーム装置（以下、ＦＩＢ装置という）のステージを傾斜させて、２次電子検出装置により２次電子像（ＳＩＭ像）を観察しながら、ミクロンオーダーのレベルでプローブ針を操作する。 微小試料サンプリングにおいて、微小試料の母材からの切り出し工程では、プローブ針を微小試料に接触させて持ち上げる。そして、次の段階の微小試料のメッシュ（微小試料の取り付け台）への貼り付け工程では、プローブ針に保持された微小試料をメッシュに接触させて貼り付ける。 微小試料は透過型電子顕微鏡（以下、ＴＥＭという）観察用の試料片であり、数１０μｍのサイズである。この微小試料はメッシュに貼り付けられた状態で透過型電子顕微鏡に装着される。 特許文献１には、微小試料の切り出し工程、メッシュへの貼り付け工程における位置合わせ工程（ アライメント工程）において、作業時間の短縮、アライメント精度の向上を目的として、２次電子画像におけるプローブ針と微小試料の視差に基づいて、プローブ針と微小試料とのアライメントを行い、同様に、このような視差に基づいてプローブ針とメッシュとのアライメントを行うことが記載されている。 特開２０２３－１２１７２７号公報 本発明におけるＦＩＢ装置の全体構成を示す図である。微小試料、プローブ針、及びメッシュを示す斜視図である。本発明におけるアライメント方法を説明する図である。メッシュの２次電子画像である。微小試料のメッシュへの貼り付けを示す２次電子画像である。通常の断面測長方法を示す図である。測長の計算式の導出方法を示す図である。測長対象の微小試料を示す図である。測長の具体例を示す図である。測長の事例を示す図である。プロービングのシミュレーションを示す図である。微小試料のメッシュへの接近を示す図である。 ＜ ＦＩＢ装置の全体構成＞ 先ず、本発明の微小試料サンプリングにおけるアライメント方法を実施可能なＦＩＢ装置１００の全体構成を図１に基づいて説明する。図示のように、チャンバーＣＨの中で、母材ＢＯから切り出された微小試料１に接触して持ち上げ、これを保持可能なプローブ針２が配置されている。プローブ針２は駆動装置３により、チャンバーＣＨ の中において、３次元のＸＹＺ各方向に移動可能に制御されている。図１において、Ｘ方向は前後方向、Ｙ方向は左右方向、Ｚ方向は上下方向に対応している。 チャンバーＣＨの下部には、母材ＢＯ、メッシュ４ （微小試料１の取り付け台） を移動可能なステージ５ が配置されている。ステージ５は、ＸＹＺ各方向への移動、ＸＹ平面内での回転、及び水平方向からの傾斜が可能に構成されている。母材ＢＯは、ステージ５の上面に載置される。メッシュ４はメッシュ装着部６の上面に装着される。このメッシュ装着部６はステージ５の一端に取り付けられ、ステージ５と一体化されており、ステージ５の一部とみなせる。 また、微小試料１ 、プローブ針２及びメッシュ４等にイオンビームを照射するイオン銃７はチャンバーＣＨの上部であって、ステージ５の上方に配置されている。微小試料１、プローブ針２ 及びメッシュ４等から発生した２次電子を検出する２次電子検出器８はチャンバーＣＨの側面に配置されている。 ２次電子検出器８はチャンバーＣＨ の側面に配置されているが、２次電子検出器８から得られる２次電子画像の観察方向は上下方向（イオン銃７から見て下方の方向）になっている。これは２次電子の経路を磁界により湾曲させて２次電子検出器８に導いているからである。そして、ＦＩＢ装置１００は、メッシュ４等から励起される２次電子の強度分布に基づいて、これらの対象物の測長を行う機能を持っている。 ＜本発明のアライメント方法＞ 次に、図２～図４に基づいて、本発明のアライメント方法を説明する。図２に示すように、プローブ針２を微小試料１に接触させ、接着剤９で微小試料１を接着した状態で、これを持ち上げる。次に、プローブ針２に保持された微小試料１を直方体状のメッシュ４の上面の貼り付け面４ａに接触させて貼り付ける。 この時、微小試料１とメッシュ４とのアライメント（位置合わせ）が必要であるが、本発明においては、ＦＩＢ装置１００の測長機能を使って微小試料１とメッシュ４の貼り付け面４ａとの間の距離ｄを見積もることにより、アライメントの作業時間の短縮とアライメント精度の向上を図ったものである。 図３に示すように、ステージ５を傾斜角度θだけ傾斜させた状態で、メッシュ４の貼り付け面４ａの幅Ｗを測長する。そして、プローブ針２に保持された微小試料１の先端部（下端部）がメッシュ４と貼り付け面４ａと重なるまで、２次電子画像を観察しながら微小試料２をメッシュ１に近接させる。この状態で、微小試料１とメッシュ４の貼り付け面４ａとの距離ｄを０～Ｗ／ｔａｎθの範囲内と見積ることができる。 これは、図３に示すように、微小試料１の先端部がＡ，Ｂ，Ｃを頂点とする直角三角形の中に入れば、微小試料１をメッシュ４の貼り付け面４ａに接触させることができるからである。ここで、直角三角形の頂点Ｂ、Ｃはメッシュ４の上端の点、頂点Ａは頂点Ｂを通る垂直面とメッシュ４の側面の延長線との交点である。直角三角形の辺ＡＣの長さをＬとすると、Ｌ＝Ｗ／ｔａｎθである。 以下、本発明のアライメント方法をθ＝６０°、Ｗ＝４．８４０μｍ、Ｌ＝２．７９４μｍの場合を例として説明する。図４はメッシュ４の２次電子画像である。図５は、微小試料１のメッシュ４への貼り付けを示す２次電子画像であり、（ａ）はプローブ針２に保持された微小試料１がメッシュ４に接触する前の画像、（ｂ）は微小試料１がメッシュ４に接触した後の画像である。 先ず、特許文献１に記載された視差を利用したアライメント法を用い、プローブ針２の粗動（例えば、ピエゾ素子のパルスモード）で微小試料１をメッシュ４上の３μｍ程度まで近づける（図５（a）参照）。 次に、ＦＩＢ装置１００の測長機能を使って、上述のように、微小試料１とメッシュ４の距離ｄを見積もることができる。微小試料１の先端部がメッシュ４の貼り付け面４ａと重なって見える寸前まで接近した時の距離ｄは、０～２．７９４μｍであるが、この例では２μｍ以下になっている（図３参照）。 プローブ針２の微動（例えば、ピエゾ素子のリニアモード）の範囲は±２μｍ程度のため、できるだけ粗動で微小試料１をメッシュ４に接近させておくことにより、微動で微小試料１をメッシュ４の貼り付け面４ａに容易に接触させることができ、メッシュ貼り付けの成功率を向上させることができる（図５（ｂ）参照）。 ＜本発明を実現するための原理の説明＞ 以下、上述した本発明のアライメント方法を実現するための原理を説明する。 （１）技術的背景 電子顕微鏡、例えばSEM（Scanning Electron Microscope）では、試料から励起された2次電子や反射電子を検出器に取り込むことにより試料の画像を得る（２次電子像、反射電子像と呼ばれる）が、この電子線画像を使って様々な情報が得られる。 その情報の一つが長さを測ること（測長）である。特に断面解析では、試料に傾斜をかけて断面を観察し、断面の縦方向の２点間の測定し（２点間の座標値の差を測定）、観察倍率から２点間の距離（線幅）を計算する測長機能が要求されている。この時、傾斜観察により断面像が上下に圧縮されるため傾斜角度に応じた補正を行って線幅の測る方法が、一般的に使われている。 例えば、傾斜角度θが３０°の時は２倍、４５°の時は１．４１４倍、６０°の時は１．１５５倍といった補正を行って、断面の線幅dを算出している（図６参照）。この方法では、以下の式により、傾斜角度θごとに、断面の線幅ｄを計算する必要がある。 ｄ ＝l /ｃｏｓ（π/２－θ） （２）測長技術の開発 近年、複数の反射電子検出器を用いて、断面形状や３次元形状を観察できる手法が開発されており、主として反射電子像や、凹凸像として製品化されており、測定の原理も公開されている。また、複数の２次電子検出器を用いて、２次電子強度から測長する方法（２次電子測長法）も開発されているが、現状では欠点が多く、実用製品としての完成度が不十分なため、電子顕微鏡メーカーは、その原理と具体的な内容を公開していない。本発明者は、２次電子測長法を試験的に導入したＦＩＢ装置を使って、未完成な機能を分析し、実用化する方法を検討した。 それには、２次電子測長法の理論と幾何学モデルを構築する必要があり、具体的には、上記傾斜角度θごとに、線幅を補正する必要のない測長方法の基本的な原理を導いた。その基本原理は、以下の幾何モデルと数学理論に基づいている（図７参照）。 図７において、上の三角形は、角度θの傾斜の断面に相当し、断面の長さをＬとして、Ｌ＝Ｗ／ｔａｎθの関係が導かれる。また、下の三角形は、角度θの傾斜の平面に相当し、傾斜平面の長さをＷとして、Ｌ＝Ｗ／ｔａｎθの式が導かれる。但し、Ｌ＝Ｗ／ｔａｎθの計算式の使い方には注意が必要で、実際に適用した事例を以下に示す。 （３）具体例 電子顕微鏡メーカーの開発した測長機能もＬ＝Ｗ／ｔａｎθの計算式に類似した技術と思われたので、本発明者は複数の２次電子検出器を搭載しているＦＩＢ装置で、この理論を検証した。 図８は、ＴＥＭのメッシュ４上にトレンチ型パワーＭＯＳＦＥＴの微小試料１を貼り付けた場合の例である。トレンチ型ゲート電極の深さ、およびメッシュ４の厚さは既知で、それぞれ２．６μｍ、４．８μｍである。上記の理論を適用し、微小試料１傾斜角度θを３０°、４５°、６０°の３通りにして、これらの測長を行った。 （４）測長値の応用 これら中で６０°傾斜の場合では、トレンチゲートの深さとメッシュ４の厚さは、それぞれ２．５６３μｍ、４．８４０μｍと算出される。この算出に伴って、所望の測長値と異なる数値（副次的な数値）が導出される。 断面の場合は、Ｌ＝２．５６３μｍ（所望値）、Ｗ＝４．４４０μｍ（副次的な数値）である（図１０（ａ）参照）。平面の場合は、Ｗ＝４．８４０μｍ（所望値）、Ｌ＝２．７９４μｍ（副次的な数値）である図１０（ｂ）参照）。図１０（ｃ）に測長の幾何学モデルを示す。 Ｌ＝Ｗ／ｔａｎθの計算式において、断面上の Lは断面の縦方向長さ、平面上のWは平面の縦方向長さを表わしている。この計算式を使えば、角度θの補正をしなくても、測長できる。副次的に算出される断面上のＷと、平面上のＬも２次電子強度に関係する物理量を表わしていると思われるが、これらの幾何学的な意味を明らかにして、活用することを試みた。 この測長機能を分析していく過程で、平面上のＷをメッシュ４の厚さとして、プローブ針２を使ってマイクロサンプリングで微小試料１をメッシュ４に近づけるシミュレーションを繰り返している内に、プローブ針２がメッシュ４と重なって見える範囲に気付いた。 ３０°傾斜平面では、Ｗ（＝4.873）とＬ（＝8.440）から形成される直角三角形の領域は、プローブ針２がメッシュ４に接触できる空間に相当する（図１１（ａ）参照）。 ４５°傾斜平面では、Ｗ（＝4.837）とＬ（＝4.837）から形成される直角三角形の領域は、プローブ針２がメッシュ４に接触できる空間に相当する（図１１（ｂ）参照）。 ６０°傾斜平面では、Ｗ（＝4.840）と Ｌ（＝2.794）から形成される直角三角形の領域は、プローブ針２がメッシュ４に接触できる空間に相当する（図１１（ｃ）参照）。 図１１の破線の矢印は、プローブ針２がメッシュ４と重なって見える範囲を示しており、この範囲から外れて見える場合には、プローブ針２はメッシュ４に接触できない。即ちＷとＬから形成される直角三角形の領域が、プローブ針２がメッシュ４に接触できる空間になる