微小試料の加工方法
【課題】微小試料を加工する際のユーザの負担を効果的に低減できる微小試料の加工方法を提供する。
【解決手段】本発明の一態様に係る微小試料の加工方法は、微小試料の断面のＳＥＭ画像を取得するステップと、取得したＳＥＭ画像の一部の領域を指定するステップと、指定した領域の濃淡度を指定するステップと、集束イオンビームを照射して、微小試料を加工するステップと、加工した微小試料の断面のＳＥＭ画像を取得するステップと、取得したＳＥＭ画像の指定した領域の濃淡度を算出するステップと、算出した濃淡度が、指定した濃淡度を満たすかどうかを判定するステップとを具備し、算出した濃淡度が指定した濃淡度を満たすまで、微小試料を加工するステップから濃淡度を算出するステップまでを繰り返すことを特徴とする。
【解決手段】本発明の一態様に係る微小試料の加工方法は、微小試料の断面のＳＥＭ画像を取得するステップと、取得したＳＥＭ画像の一部の領域を指定するステップと、指定した領域の濃淡度を指定するステップと、集束イオンビームを照射して、微小試料を加工するステップと、加工した微小試料の断面のＳＥＭ画像を取得するステップと、取得したＳＥＭ画像の指定した領域の濃淡度を算出するステップと、算出した濃淡度が、指定した濃淡度を満たすかどうかを判定するステップとを具備し、算出した濃淡度が指定した濃淡度を満たすまで、微小試料を加工するステップから濃淡度を算出するステップまでを繰り返すことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体デバイスなどの微小試料の加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスなどの微小試料をＳＴＥＭ（Scanning Transmission Electron Microscope）やＴＥＭで観察する場合、電子の透過方向に観察したい対象物のみ含むように、数十から百ｎｍの厚さまで薄く加工する必要がある。しかし半導体デバイスの微細化に伴い、微小試料（ＴＥＭサンプル）の加工も薄片化が進み、解析したい構造物のみを薄片化した微小試料内に収めることが非常に困難になってきた。そこで近年、ＦＩＢ（Focused Ion Beam）カラムにＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）カラムを搭載したＤｕａｌＢｅａｍＦＩＢが開発され、ＦＩＢ加工面を直接ＳＥＭで観察することができる（特許文献１参照）。なお、ＦＩＢ加工途中で、ＳＥＭ画像により微小試料を観察する機能を一般にスライスアンドビューもしくはカットアンドシーと呼ぶ。
ＤｕａｌＢｅａｍＦＩＢでは、ユーザは、観察したい断面（所望断面）が現れるまでＦＩＢを用いて、微小試料の加工（以下、ＦＩＢ加工）とＳＥＭによる撮像を繰り返した後、ＴＥＭにより上記断面を撮像する。しかし、試料の加工および観察の全てを手動（マニュアル）で行うため、ユーザの負担が非常に大きい。
このため、微小試料の加工方法として、所望断面をＳＥＭで撮像したリファレンス画像（参照画像）を予め登録し（微小試料のＦＩＢ加工および撮像はユーザが行う）、この登録した参照画像と同じ画像が得られるまで、微小試料のＦＩＢ加工と撮像を自動（オート）で繰り返す方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２１３９３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ＳＴＥＭ画像やＴＥＭ画像による観察は、不具合を解析する場合などに行う。このため、現実的には、同一の参照画像を何度も使用することは考えにくい。さらに、参照画像は、ユーザが自ら微小試料を加工する必要がある。このため、従来の観察装置では、ユーザの負担を効果的に低減できなかった。
この発明は、かかる従来の問題を解消するためになされたもので、微小試料を加工する際のユーザの負担を効果的に低減できる微小試料の加工方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様に係る微小試料の加工方法は、微小試料の断面のＳＥＭ画像を取得するステップと、取得したＳＥＭ画像の一部の領域を指定するステップと、指定した領域の濃淡度を指定するステップと、集束イオンビームを照射して、微小試料を加工するステップと、加工した微小試料の断面のＳＥＭ画像を取得するステップと、取得したＳＥＭ画像の指定した領域の濃淡度を算出するステップと、算出した濃淡度が、指定した濃淡度を満たすかどうかを判定するステップとを具備し、算出した濃淡度が指定した濃淡度を満たすまで、微小試料を加工するステップから濃淡度を算出するステップまでを繰り返すことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、微小試料を加工する際のユーザの負担を効果的に低減できる微小試料の加工方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態に係る観察装置の構成を示す図である。
【図２】第１の実施形態に係る観察装置の詳細観察系の構成を示す図である。
【図３】第１の実施形態に係る制御装置の構成を示す図である。
【図４】第１の実施形態に係る制御装置の機能構成を示す図である。
【図５】グレイスケールの測定領域の一例を示すＳＥＭ画像である。
【図６】終了条件とオーバー量の設定画面の一例を示す図である。
【図７】ＦＩＢ加工量とグレイスケール値との関係を示す図である。
【図８Ａ】終了条件とオーバー量の関係を示す図である。
【図８Ｂ】終了条件とオーバー量の関係を示す図である。
【図９Ａ】ＦＩＢ加工前のＳＥＭ画像である。
【図９Ｂ】ＦＩＢ加工後のＳＥＭ画像である。
【図１０】第１の実施形態に係る観察装置の動作を示すフローチャートである。
【図１１】グレイスケールの測定ラインの一例を示す図である。
【図１２】終了条件とオーバー量の設定画面の一例を示す図である。
【図１３Ａ】コンタクトの断面図である。
【図１３Ｂ】コンタクトの断面図である。
【図１４Ａ】コンタクト断面図のグレイスケール値を示す図である。
【図１４Ｂ】コンタクト断面図のグレイスケール値を示す図である。
【図１５Ａ】ゲートの断面図である。
【図１５Ｂ】ゲートの断面図である。
【図１６Ａ】ゲート断面図のグレイスケール値を示す図である。
【図１６Ｂ】ゲート断面図のグレイスケール値を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【０００９】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る観察装置１の構成を示す図である。図１には、観察装置１の具体例としてＤｕａｌＢｅａｍＦＩＢ装置を示した。観察装置１１は、大きく分けて、処理装置１０および制御装置２０から構成される。処理装置１０は、ウェハＷから観察対象である微小試料を切り出す。そして、切り出した微小試料をＦＩＢにより５０ｎｍ程度の厚さに加工（以下、ＦＩＢ加工）し、ＳＴＥＭもしくはＴＥＭ（以下、単にＴＥＭ）により微小試料の断面を撮像する。制御装置２０は、処理装置１０全体を制御する。
【００１０】
処理装置１０は、搬送ロボット１０１、ハッチ１０２、載置台１０３、搬送ロボット１０４、試料台１０５、第１のカラム１０６、第２のカラム１０７、真空試料室１０８、真空ポンプ１０９などを具備する。搬送ロボット１０１は、カセット台３０上に置かれたカセット４０内に収容されている半導体基板（以下、ウェハ）Ｗを真空試料室１０８内の載置台１０３へと搬送する。
【００１１】
ハッチ１０２は、搬送ロボット１０１が載置台１０３へウェハＷを搬送する際にオープン（Open）する。ウェハＷが載置台１０３へ搬送され、搬送ロボット１０１が安全位置へ退避すると、ハッチ１０２は、クローズ（Close）する。搬送ロボット１０４は、載置台１０３上のウェハＷを試料台１０５上へ搬送する。試料台１０５は、図示しないステップモータ等により高精度で前後左右へ移動する。試料台１０５は、ウェハＷ上の指定箇所が第１のカラム１０６の真下に来るよう移動する。
【００１２】
第１のカラム１０６および第２のカラム１０７は、それぞれの中心軸がウェハＷ表面付近で一点に交わるように真空試料室１０８へ取り付けられる。第１のカラム１０６は、内部にイオン源、このイオン源から放出されるイオンビームを集束するレンズおよびイオンビーム走査偏向器等を具備する。第１のカラム１０６は、試料台１０５に載置されたウェハＷ上へイオンビームを照射する。第１のカラム１０６から照射されるイオンビームは、ウェハＷからの微小試料の切り出しや、切り出した微小試料の加工に用いられる。
【００１３】
第２のカラム１０７は、内部に電子銃、この電子銃から放出される電子線を集束する電子レンズおよび電子ビーム走査偏向器等を具備する。第２のカラム１０７は、切り出した微小試料へ電子線を照射する。第２のカラム１０７から照射される電子線は、観察対象である微小試料のＳＥＭ画像もしくはＴＥＭ画像を得るために用いられる。
【００１４】
真空ポンプ１０９は、真空試料室１０８内を真空引きし、真空試料室１０８内を適切な圧力に維持する。尚、第１のカラム１０６、第２のカラム１０７にも排気系（図示せず）を個別に具備し、第１のカラム１０６内、および第２のカラム１０７内を適切な圧力に維持する。
【００１５】
図２は、第１の実施形態に係る観察装置の観察系の詳細構成を示す図である。
図２に示すように、試料台１０５の周りには、二次電子検出器１１０、Ｘ線検出器１１１、プローブ１１２、ガス供給装置１１３が配置される。また、真空試料室１０８の外部には、プローブ１１２を制御するプローブ制御装置１１４が配置される。
【００１６】
二次電子検出器１１０は、ウェハＷから放出される二次電子を検出する。二次電子検出器１１０で検出された二次電子を利用して、微小試料のＳＥＭ画像が生成される。Ｘ線検出器１１１は、第２のカラム１０７から電子線を微小試料へ照射した際に得られるＸ線（特性Ｘ線）を検出する。Ｘ線検出器１１１で検出されたＸ線を利用して、微小試料のＴＥＭ画像が生成される。ガス供給装置１１３は、ウェハＷから切り出した微小試料を固定するための堆積性ガス（例えば、Ｗ（タングステン））を供給する。プローブ制御装置１１４は、プローブ１１２を制御する。
【００１７】
図３は、制御装置２０の構成を示す図である。制御装置２０は、本体部２１、モニタ２２、入力部２３を具備する。本体部２１は、ＰＣ（Personal Computer）やＣＰＣＩ（Compact PCI:登録商標）などで構成される。
【００１８】
本体部２１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２０１、ＲＯＭ（Read Only Memory）２０２、ＲＡＭ（Random Access Memory）２０３、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）２０４、ユーザＩ／Ｆ２０５、Ｉ／Ｆ２０６を具備する。ＣＰＵ２０１は、処理装置１０全体を制御する。ＲＯＭ２０２は、ＣＰＵ２０１の動作コードを格納する。ＲＡＭ２０３は、ＣＰＵ２０１の動作時に使用される作業領域である。ＨＤＤ２０４は、ＣＰＵ２０１の動作プログラム等を記憶する。ユーザＩ／Ｆ２０５は、入力部２３からの入力情報を受け付けるインターフェースである。Ｉ／Ｆ２０６は、処理装置１０との間でデータを送受信するインターフェースである。モニタ２２は、処理装置１０の状態や微小試料のＳＥＭ画像およびＴＥＭ画像などを表示する。入力部２３は、キーボードやマウス等の入力用デバイスである。ユーザは、入力部２３を操作して所望の処理を実現する。
【００１９】
図４は、第１の実施形態に係る制御装置２０の機能構成を示す図である。
制御装置２０は、記憶部３０１、算出部３０２、判定部３０３、制御部３０４、受信部３０５、送信部３０６を具備する。なお、ＣＰＵ２０１が、ＲＯＭ２０２の動作コードやＨＤＤ２０４に記憶されているプログラムをＲＡＭ２０３にロードして実行することにより、図４に示した機能が実現される。
【００２０】
記憶部３０１には、ユーザにより入力部２３から入力された設定が記憶される。以下は、記憶部３０１に記憶される設定項目である。
１．測定領域。
２．終了条件。
３．オーバー（Over）量。
【００２１】
図５は、測定領域Ｐの設定の一例を示す図である。図５では、半導体デバイスのＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）上に測定領域Ｐを設定している。測定領域Ｐは、グレイスケール値（画素の濃淡度）を測定する領域である。ユーザは、入力部２３を操作して、モニタ２２に映し出された微小試料のＳＥＭ画像の任意の領域を指定して測定領域Ｐを設定する。
【００２２】
この測定領域Ｐは、画素が２０から３０程度含まれるように設定する。測定領域Ｐに含まれる画素は、ユーザが選択してもよく、ユーザがある一点（一画素）を選択すると、該選択した画素の周囲の画素を含む領域（縦横それぞれ５画素程度）が測定領域Ｐとして設定されるように構成してもよい。
【００２３】
グレイスケール値は、画像の濃淡を数値化したものであり、白色のグレイスケール値を２５６、黒色のグレイスケール値を１と定義する。つまり、測定領域の各画素の色が、白色に近いほどグレイスケール値は高い値となる。なお、後述する終了条件を満たすかどうかの判定は、測定領域Ｐに含まれる各画素のグレイスケール値の平均値を用いる。複数の画素のグレイスケール値の平均値を用いることで終了条件の判定精度が安定する。
【００２４】
図６は、終了条件とオーバー量の設定画面の一例を示す図である。ユーザは、モニタ２２に映し出された図６の画像を参照しながら、入力部２３を操作して、終了条件およびオーバー量を設定する。
【００２５】
終了条件は、イオンビームにより微小試料をＦＩＢ加工する際の終了条件である。この終了条件は、「大小関係」および「グレイスケール値」で指定する。例えば、終了条件を「≦」「３０」と指定すると、測定領域Ｐのグレイスケール値の平均値が３０以下となったところで、イオンビームによる微小試料のＦＩＢ加工を停止する。
【００２６】
オーバー量は、測定領域Ｐのグレイスケール値が終了条件を満たしたところから、さらにＦＩＢ加工を行う加工量である。この終了条件は、「μｍ」または「ｓｅｃ」で指定する。例えば、終了条件を「１０ｓｅｃ」と指定すると、測定領域Ｐのグレイスケール値が終了条件を満たしたところから、さらに１０秒間、微小試料がＦＩＢ加工される。
【００２７】
算出部３０２は、所定の時間間隔もしくは所定の加工量間隔で、測定領域Ｐに対応する画素を取得するよう制御部２０４へ指示する。制御部３０４は、指示に基づき、測定領域Ｐに対応する画素を取得する。算出部３０２は、取得した測定領域Ｐに対応する画素のグレイスケール値の平均値を算出する。
【００２８】
判定部３０３は、算出部３０２で算出したグレイスケール値の平均値が記憶部３０１に記憶されている終了条件を満たすかどうかを判定する。
【００２９】
制御部３０４は、処理装置１０全体を制御する。制御部３０４は、入力部２３から入力される指示、算出部３０２からの指示、および判定部３０３での判定結果に基づいて、処理装置１０全体を制御する。
【００３０】
受信部３０５は、処理装置１０から送信されるデータを受信する。送信部３０６は、処理装置１０へ制御データを送信する。
【００３１】
図７は、ＦＩＢ加工量とグレイスケール値との関係を示す図である。図７の横軸は、微小試料のＦＩＢ加工量、縦軸は、測定領域Ｐのグレイスケール値の平均値である。なお、図７中の符号ＡないしＣについては、図８Ａ、図８Ｂにおいて述べる。
【００３２】
半導体デバイスのメモリ部分は、トランジスタが一定の周期で配列している。このため、そのメモリ部分をイオンビームでＦＩＢ加工すると、加工面には一定の周期で同じ構造物が出現する。つまり、メモリ部分をＦＩＢ加工する際、所定の間隔で測定領域ＰのＳＥＭ画像を取得し、この取得した測定領域ＰのＳＥＭ画像のグレイスケール値をプロットする。すると、図７に示す加工量（スライス量）とグレイスケール値との関係が得られる。
【００３３】
図８Ａ、図８Ｂは、終了条件とオーバー量の関係を示す図である。図８Ａ、図８Ｂの横軸は、微小試料のＦＩＢ加工量、縦軸は、測定領域Ｐのグレイスケール値である。図８Ａ、図８Ｂ中の一点鎖線は、終了条件で設定されたグレイスケール値を示している。
【００３４】
図８Ａは、グレイスケール値が図７のＡ点からＢ点へと変化する場合の関係を示している。図８Ａでは、終了条件の「大小関係」を「≧」、「グレイスケール値」を「８０」と設定したものとする。微小試料のＦＩＢ加工の開始当初は、グレイスケール値が低く、終了条件を満たさない。このため、微小試料のＦＩＢ加工は、継続される。微小試料のＦＩＢ加工が進むに従い、測定領域Ｐのグレイスケール値が変化し、測定領域Ｐのグレイスケール値の平均値が終了条件を満たす（グレイスケール値が８０以上となる）と、オーバー量で設定された時間もしくは距離だけ微小試料をＦＩＢ加工して処理を終了する。
【００３５】
図８Ｂは、グレイスケール値が図７のＢ点からＣ点へと変化する場合の関係を示している。図８Ｂでは、終了条件の「大小関係」を「≦」、「グレイスケール値」を「３０」と設定したものとする。微小試料のＦＩＢ加工の開始当初は、グレイスケール値が高く、終了条件を満たさない。このため、微小試料のＦＩＢ加工は、継続される。微小試料のＦＩＢ加工が進むに従い、測定領域Ｐのグレイスケール値が変化し、測定領域Ｐのグレイスケール値の平均値が終了条件を満たす（グレイスケール値が３０以下となる）と、オーバー量で設定された時間もしくは距離だけ微小試料をＦＩＢ加工して処理を終了する。
【００３６】
図９Ａ、図９Ｂは、実際に図８Ｂで説明した条件で、微小試料をＦＩＢ加工した際のＳＥＭ画像である。図９Ａは、ＦＩＢ加工開始前のＳＥＭ画像である。図９Ｂは、ＦＩＢ加工開始後のＳＥＭ画像である。図９Ａ、図９Ｂに示すように、測定領域Ｐのグレイスケール値がＦＩＢ加工前後で変化していることがわかる。
【００３７】
次に、第１の実施形態に係る観察装置１の動作について説明する。図１０は、第１の実施形態に係る観察装置１の動作を説明するフローチャートである。
【００３８】
搬送ロボット１０１および搬送ロボット１０４は、カセット４０に収容されたウェハＷが試料台１０５上へ搬送する。ウェハＷの搬送後、ハッチ１０２がクローズし、真空ポンプ１０９が真空試料室１０８を真空引きする（ステップＳ１０１）。ここまでの作業は、ユーザが処理装置１０の入力部２３を用いて手動で操作してもよく、自動でウェハＷを搬送してもよい。自動で行う場合は、制御部３０４から動作に必要な指示信号が処理装置１０へ送信される。
【００３９】
ユーザは、入力部２３を操作して、第１のカラム１０６からイオンビームをウェハＷへ照射し、ウェハＷから観察対象を切り出す。ユーザは、プローブ１１２を使用して微小試料をウェハＷから取り外し、図示しない試料台へ移動させる。次に、ガス供給装置１１３から堆積性ガスを真空試料室１０８内へ供給し、第１のカラム１０６からイオンビームを照射して、微小試料を試料台へ接合する（ステップＳ１０２）。
【００４０】
ユーザは、モニタ２２に表示される微小試料のＳＥＭ画像（図５参照）および設定画面（図６参照）を参照して、測定領域Ｐ、終了条件およびオーバー量を設定する（ステップＳ１０３）。設定後、ユーザは、入力部２３を操作して、微小試料のＦＩＢ加工をスタートさせる。
【００４１】
制御部３０４は、第１のカラム１０６からイオンビームを一定時間照射して微小試料をＦＩＢ加工する（ステップＳ１０４）。制御部３０４は、第２のカラム１０７から電子線を照射して、微小試料の測定領域ＰのＳＥＭ画像を取得する。算出部３０２は、取得した測定領域ＰのＳＥＭ画像からグレイスケール値の平均値を算出する（ステップＳ１０５）。判定部３０３は、算出したグレイスケール値の平均値が、終了条件を満たしているかどうか判定する（ステップＳ１０６）。
【００４２】
制御部３０４は、判定結果が終了条件を満たさない場合（ステップＳ１０６のＮｏ）、ステップＳ１０４の動作へ戻る。制御部３０４は、判定結果が終了条件を満たしている場合（ステップＳ１０６のＹｅｓ）、設定されたオーバー量分だけ微小試料をＦＩＢ加工する（ステップＳ１０７）。
【００４３】
なお、ユーザは、所望断面が得られるように微小試料を手動で追加工する。そして、所望断面が得られたところで、ＴＥＭ画像を取得する。
【００４４】
以上のように、第１の実施形態に係る観察装置１は、微小試料のＦＩＢ加工を行う際に、設定された測定領域Ｐのグレイスケール値を所定の間隔で測定する。そして、測定領域Ｐのグレイスケール値の平均値が終了条件を満たすと、オーバー量で設定された時間または距離だけ微小試料をＦＩＢ加工して動作を終了する。
【００４５】
このため、作業時間が最も長い微小試料のＦＩＢ加工を自動で行うことができる。また、所望断面のリファレンス画像（参照画像）を予め作成しておく必要がない。その結果、ユーザの作業負担を効果的に軽減できる。さらに、グレイスケール値を算出するために、測定領域Ｐの部分だけを撮像すればよい。つまり、参照画像と比較するために、微小試料の断面全体を撮像する必要がない。このため、作業時間を効果的に短縮できる。また、測定領域Ｐに含まれる複数の画素のグレイスケール値の平均値を用いて終了条件を判定しているので、誤検知を効果的に防止できる。
【００４６】
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、グレイスケール値を点で測定する実施形態について説明した。この第２の実施形態では、グレイスケール値を線（以下、ライン）で測定する実施形態について説明する。グレイスケール値の測定をラインとすることで、半導体デバイスの構造変化を２次元的にとらえることができ、より効果的にＦＩＢ加工の終点を検出できる。なお、第２の実施形態に係る観察装置２の構成は、第１の実施形態に係る観察装置１と同様であるため重複した説明を省略する。
【００４７】
この第２の実施形態に係る観察装置２では、以下の設定項目が、ユーザにより設定されて記憶部３０１に記憶される。
１．測定ラインＬ。
２．終了条件。
３．オーバー（Over）量。
以下、各設定項目について説明するが、オーバー量については、第１の実施形態と同じであるため重複した説明を省略する。
【００４８】
図１１は、測定ラインＬの設定の一例を示す図である。測定ラインＬは、後述するラインプロファイルを測定するためのライン（線）である。ユーザは、モニタ２２に映し出された微小試料のＳＥＭ画像を参照して測定ラインＬを設定する。測定ラインＬは、ＳＥＭ画像上の１点を指定すると、該１点を含み横方向に延びる直線を測定ラインＬとしてもよいし、ＳＥＭ画像上の２点を指定して、該２点を含む直線を測定ラインＬとしてもよい。
【００４９】
なお、ユーザにより設定された測定ラインＬを中心として上下にそれぞれ１５画素分（計３０画素）のグレイスケール値の平均値をラインプロファイルとする。ラインプロファイルを終了条件の判定に使用することで、第１の実施形態と同様に、終了条件の判定精度が安定する。また、１５画素は一例であり、その数は１５画素に限られない。例えば、測定ラインＬを中心として上下にそれぞれ２０画素分（計４０画素）のグレイスケール値の平均値をラインプロファイルとして用いてもよい。
【００５０】
図１２は、第２の実施形態に係る観察装置２の終了条件とオーバー量の設定画面の一例を示す図である。ユーザは、モニタ２２に映し出された図１２の画像を参照しながら、入力部２３を操作して、各項目を設定する。
【００５１】
初期値は、「グレイスケール値」と「取込画素数」から構成される。グレイスケール値は、微小試料のＦＩＢ加工の終了条件設定の際に使用する値であり、ユーザが指定する。取込画素数は、指定したグレイスケール値と同じ値を有するラインプロファイル数である。この取込画素数は、算出部３０２が算出する。
【００５２】
終了条件は、イオンビームにより微小試料をＦＩＢ加工する際の終了条件である。この終了条件は、「係数（倍）」または「画素数」で指定する。例えば、終了条件の係数を「１．５」と指定すると、グレイスケール値が６０であるラインプロファイルの画素数が、取込画素数の１．５倍となったところで、イオンビームによる微小試料のＦＩＢ加工を停止する。また、終了条件の画素数を「９００」と指定すると、グレイスケール値が６０であるラインプロファイルの画素数が９００なったところで、イオンビームによる微小試料のＦＩＢ加工を停止する。
【００５３】
図１３Ａから図１６Ｂは、グレイスケール値をラインで測定する場合のパターンを説明するための図である。図１３Ａ，図１３Ｂは、微小試料のＦＩＢ加工が進むに従い、断面構造（形状）が横方向に変化するパターンを示す。図１３Ａ，１３Ｂ中の一点鎖線は、グレイスケール値の測定ラインＬである。図１４Ａ，図１４Ｂは、図１３Ａ，１３Ｂの測定ラインＬのラインプロファイルの変化をそれぞれ示す。図１４Ａ，図１４Ｂの縦軸は、グレイスケール値、横軸は、測定ラインＬの左端からの画素数である。
【００５４】
形状変化のパターンとして、微小試料のＦＩＢ加工が進むに従い、図１３Ａから図１３Ｂへと変化するパターンと、図１３Ｂから図１３Ａへと変化するパターンとが考えられる。このように断面構造（形状）が横方向に変化する構造として、半導体デバイスのコンタクト等がある。
【００５５】
図１５Ａ，図１５Ｂは、微小試料のＦＩＢ加工が進むに従い、断面構造（形状）が縦方向に変化するパターンを示す。図１５Ａ，１５Ｂ中の一点鎖線は、グレイスケール値の測定ラインＬである。図１６Ａ，図１６Ｂは、図１５Ａ，１５Ｂの測定ラインＬのラインプロファイルの変化をそれぞれ示す。図１６Ａ，図１６Ｂの縦軸は、グレイスケール値、横軸は、測定ラインＬの左端からの画素数である。
【００５６】
形状変化のパターンとして、微小試料のＦＩＢ加工が進むに従い、図１５Ａから図１５Ｂへと変化するパターンと、図１５Ｂから図１５Ａへと変化するパターンとが考えられる。このように断面構造（形状）が縦方向に変化する構造として、半導体デバイスのゲート等がある。なお、第２の実施形態に係る観察装置２の動作については、図１０で説明した第１の実施形態に係る観察装置１の動作と同様であるため重複した説明を省略する。
【００５７】
以上のように、第２の実施形態に係る観察装置２は、微小試料のＦＩＢ加工を行う際に、設定された測定ラインＬのラインプロファイルを所定の間隔で測定する。そして、測定結果が終了条件を満たすと、オーバー量で設定された時間または距離だけ微小試料をＦＩＢ加工して動作を終了する。
【００５８】
このため、半導体デバイスの構造変化を２次元的にとらえることができ、より効果的にＦＩＢ加工の終点を検出できる。その他の効果は、第１の実施形態と同じである。
【符号の説明】
【００５９】
１…観察装置、１０…処理装置、２０…制御装置、２１…本体部、２２…モニタ、２３…入力部、３０…カセット台、４０…カセット、１０１…搬送ロボット、１０２…ハッチ、１０３…載置台、１０４…搬送ロボット、１０５…試料台、１０６…第１のカラム、１０７…第２のカラム、１０８…真空試料室、１０９…真空ポンプ、１１０…二次電子検出器、１１１…Ｘ線検出器、１１２…プローブ、１１３…ガス供給装置、１１４…プローブ制御装置、２０１…ＣＰＵ、２０２…ＲＯＭ、２０３…ＲＡＭ、２０４…ＨＤＤ、２０５…ユーザＩ／Ｆ、２０６…Ｉ／Ｆ、３０１…記憶部、３０２…算出部、３０３…判定部、３０４…制御部、３０５…受信部、３０６…送信部。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体デバイスなどの微小試料の加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスなどの微小試料をＳＴＥＭ（Scanning Transmission Electron Microscope）やＴＥＭで観察する場合、電子の透過方向に観察したい対象物のみ含むように、数十から百ｎｍの厚さまで薄く加工する必要がある。しかし半導体デバイスの微細化に伴い、微小試料（ＴＥＭサンプル）の加工も薄片化が進み、解析したい構造物のみを薄片化した微小試料内に収めることが非常に困難になってきた。そこで近年、ＦＩＢ（Focused Ion Beam）カラムにＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）カラムを搭載したＤｕａｌＢｅａｍＦＩＢが開発され、ＦＩＢ加工面を直接ＳＥＭで観察することができる（特許文献１参照）。なお、ＦＩＢ加工途中で、ＳＥＭ画像により微小試料を観察する機能を一般にスライスアンドビューもしくはカットアンドシーと呼ぶ。
ＤｕａｌＢｅａｍＦＩＢでは、ユーザは、観察したい断面（所望断面）が現れるまでＦＩＢを用いて、微小試料の加工（以下、ＦＩＢ加工）とＳＥＭによる撮像を繰り返した後、ＴＥＭにより上記断面を撮像する。しかし、試料の加工および観察の全てを手動（マニュアル）で行うため、ユーザの負担が非常に大きい。
このため、微小試料の加工方法として、所望断面をＳＥＭで撮像したリファレンス画像（参照画像）を予め登録し（微小試料のＦＩＢ加工および撮像はユーザが行う）、この登録した参照画像と同じ画像が得られるまで、微小試料のＦＩＢ加工と撮像を自動（オート）で繰り返す方法が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１１−２１３９３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ＳＴＥＭ画像やＴＥＭ画像による観察は、不具合を解析する場合などに行う。このため、現実的には、同一の参照画像を何度も使用することは考えにくい。さらに、参照画像は、ユーザが自ら微小試料を加工する必要がある。このため、従来の観察装置では、ユーザの負担を効果的に低減できなかった。
この発明は、かかる従来の問題を解消するためになされたもので、微小試料を加工する際のユーザの負担を効果的に低減できる微小試料の加工方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様に係る微小試料の加工方法は、微小試料の断面のＳＥＭ画像を取得するステップと、取得したＳＥＭ画像の一部の領域を指定するステップと、指定した領域の濃淡度を指定するステップと、集束イオンビームを照射して、微小試料を加工するステップと、加工した微小試料の断面のＳＥＭ画像を取得するステップと、取得したＳＥＭ画像の指定した領域の濃淡度を算出するステップと、算出した濃淡度が、指定した濃淡度を満たすかどうかを判定するステップとを具備し、算出した濃淡度が指定した濃淡度を満たすまで、微小試料を加工するステップから濃淡度を算出するステップまでを繰り返すことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００６】
本発明によれば、微小試料を加工する際のユーザの負担を効果的に低減できる微小試料の加工方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】第１の実施形態に係る観察装置の構成を示す図である。
【図２】第１の実施形態に係る観察装置の詳細観察系の構成を示す図である。
【図３】第１の実施形態に係る制御装置の構成を示す図である。
【図４】第１の実施形態に係る制御装置の機能構成を示す図である。
【図５】グレイスケールの測定領域の一例を示すＳＥＭ画像である。
【図６】終了条件とオーバー量の設定画面の一例を示す図である。
【図７】ＦＩＢ加工量とグレイスケール値との関係を示す図である。
【図８Ａ】終了条件とオーバー量の関係を示す図である。
【図８Ｂ】終了条件とオーバー量の関係を示す図である。
【図９Ａ】ＦＩＢ加工前のＳＥＭ画像である。
【図９Ｂ】ＦＩＢ加工後のＳＥＭ画像である。
【図１０】第１の実施形態に係る観察装置の動作を示すフローチャートである。
【図１１】グレイスケールの測定ラインの一例を示す図である。
【図１２】終了条件とオーバー量の設定画面の一例を示す図である。
【図１３Ａ】コンタクトの断面図である。
【図１３Ｂ】コンタクトの断面図である。
【図１４Ａ】コンタクト断面図のグレイスケール値を示す図である。
【図１４Ｂ】コンタクト断面図のグレイスケール値を示す図である。
【図１５Ａ】ゲートの断面図である。
【図１５Ｂ】ゲートの断面図である。
【図１６Ａ】ゲート断面図のグレイスケール値を示す図である。
【図１６Ｂ】ゲート断面図のグレイスケール値を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態を詳細に説明する。
【０００９】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る観察装置１の構成を示す図である。図１には、観察装置１の具体例としてＤｕａｌＢｅａｍＦＩＢ装置を示した。観察装置１１は、大きく分けて、処理装置１０および制御装置２０から構成される。処理装置１０は、ウェハＷから観察対象である微小試料を切り出す。そして、切り出した微小試料をＦＩＢにより５０ｎｍ程度の厚さに加工（以下、ＦＩＢ加工）し、ＳＴＥＭもしくはＴＥＭ（以下、単にＴＥＭ）により微小試料の断面を撮像する。制御装置２０は、処理装置１０全体を制御する。
【００１０】
処理装置１０は、搬送ロボット１０１、ハッチ１０２、載置台１０３、搬送ロボット１０４、試料台１０５、第１のカラム１０６、第２のカラム１０７、真空試料室１０８、真空ポンプ１０９などを具備する。搬送ロボット１０１は、カセット台３０上に置かれたカセット４０内に収容されている半導体基板（以下、ウェハ）Ｗを真空試料室１０８内の載置台１０３へと搬送する。
【００１１】
ハッチ１０２は、搬送ロボット１０１が載置台１０３へウェハＷを搬送する際にオープン（Open）する。ウェハＷが載置台１０３へ搬送され、搬送ロボット１０１が安全位置へ退避すると、ハッチ１０２は、クローズ（Close）する。搬送ロボット１０４は、載置台１０３上のウェハＷを試料台１０５上へ搬送する。試料台１０５は、図示しないステップモータ等により高精度で前後左右へ移動する。試料台１０５は、ウェハＷ上の指定箇所が第１のカラム１０６の真下に来るよう移動する。
【００１２】
第１のカラム１０６および第２のカラム１０７は、それぞれの中心軸がウェハＷ表面付近で一点に交わるように真空試料室１０８へ取り付けられる。第１のカラム１０６は、内部にイオン源、このイオン源から放出されるイオンビームを集束するレンズおよびイオンビーム走査偏向器等を具備する。第１のカラム１０６は、試料台１０５に載置されたウェハＷ上へイオンビームを照射する。第１のカラム１０６から照射されるイオンビームは、ウェハＷからの微小試料の切り出しや、切り出した微小試料の加工に用いられる。
【００１３】
第２のカラム１０７は、内部に電子銃、この電子銃から放出される電子線を集束する電子レンズおよび電子ビーム走査偏向器等を具備する。第２のカラム１０７は、切り出した微小試料へ電子線を照射する。第２のカラム１０７から照射される電子線は、観察対象である微小試料のＳＥＭ画像もしくはＴＥＭ画像を得るために用いられる。
【００１４】
真空ポンプ１０９は、真空試料室１０８内を真空引きし、真空試料室１０８内を適切な圧力に維持する。尚、第１のカラム１０６、第２のカラム１０７にも排気系（図示せず）を個別に具備し、第１のカラム１０６内、および第２のカラム１０７内を適切な圧力に維持する。
【００１５】
図２は、第１の実施形態に係る観察装置の観察系の詳細構成を示す図である。
図２に示すように、試料台１０５の周りには、二次電子検出器１１０、Ｘ線検出器１１１、プローブ１１２、ガス供給装置１１３が配置される。また、真空試料室１０８の外部には、プローブ１１２を制御するプローブ制御装置１１４が配置される。
【００１６】
二次電子検出器１１０は、ウェハＷから放出される二次電子を検出する。二次電子検出器１１０で検出された二次電子を利用して、微小試料のＳＥＭ画像が生成される。Ｘ線検出器１１１は、第２のカラム１０７から電子線を微小試料へ照射した際に得られるＸ線（特性Ｘ線）を検出する。Ｘ線検出器１１１で検出されたＸ線を利用して、微小試料のＴＥＭ画像が生成される。ガス供給装置１１３は、ウェハＷから切り出した微小試料を固定するための堆積性ガス（例えば、Ｗ（タングステン））を供給する。プローブ制御装置１１４は、プローブ１１２を制御する。
【００１７】
図３は、制御装置２０の構成を示す図である。制御装置２０は、本体部２１、モニタ２２、入力部２３を具備する。本体部２１は、ＰＣ（Personal Computer）やＣＰＣＩ（Compact PCI:登録商標）などで構成される。
【００１８】
本体部２１は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）２０１、ＲＯＭ（Read Only Memory）２０２、ＲＡＭ（Random Access Memory）２０３、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）２０４、ユーザＩ／Ｆ２０５、Ｉ／Ｆ２０６を具備する。ＣＰＵ２０１は、処理装置１０全体を制御する。ＲＯＭ２０２は、ＣＰＵ２０１の動作コードを格納する。ＲＡＭ２０３は、ＣＰＵ２０１の動作時に使用される作業領域である。ＨＤＤ２０４は、ＣＰＵ２０１の動作プログラム等を記憶する。ユーザＩ／Ｆ２０５は、入力部２３からの入力情報を受け付けるインターフェースである。Ｉ／Ｆ２０６は、処理装置１０との間でデータを送受信するインターフェースである。モニタ２２は、処理装置１０の状態や微小試料のＳＥＭ画像およびＴＥＭ画像などを表示する。入力部２３は、キーボードやマウス等の入力用デバイスである。ユーザは、入力部２３を操作して所望の処理を実現する。
【００１９】
図４は、第１の実施形態に係る制御装置２０の機能構成を示す図である。
制御装置２０は、記憶部３０１、算出部３０２、判定部３０３、制御部３０４、受信部３０５、送信部３０６を具備する。なお、ＣＰＵ２０１が、ＲＯＭ２０２の動作コードやＨＤＤ２０４に記憶されているプログラムをＲＡＭ２０３にロードして実行することにより、図４に示した機能が実現される。
【００２０】
記憶部３０１には、ユーザにより入力部２３から入力された設定が記憶される。以下は、記憶部３０１に記憶される設定項目である。
１．測定領域。
２．終了条件。
３．オーバー（Over）量。
【００２１】
図５は、測定領域Ｐの設定の一例を示す図である。図５では、半導体デバイスのＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）上に測定領域Ｐを設定している。測定領域Ｐは、グレイスケール値（画素の濃淡度）を測定する領域である。ユーザは、入力部２３を操作して、モニタ２２に映し出された微小試料のＳＥＭ画像の任意の領域を指定して測定領域Ｐを設定する。
【００２２】
この測定領域Ｐは、画素が２０から３０程度含まれるように設定する。測定領域Ｐに含まれる画素は、ユーザが選択してもよく、ユーザがある一点（一画素）を選択すると、該選択した画素の周囲の画素を含む領域（縦横それぞれ５画素程度）が測定領域Ｐとして設定されるように構成してもよい。
【００２３】
グレイスケール値は、画像の濃淡を数値化したものであり、白色のグレイスケール値を２５６、黒色のグレイスケール値を１と定義する。つまり、測定領域の各画素の色が、白色に近いほどグレイスケール値は高い値となる。なお、後述する終了条件を満たすかどうかの判定は、測定領域Ｐに含まれる各画素のグレイスケール値の平均値を用いる。複数の画素のグレイスケール値の平均値を用いることで終了条件の判定精度が安定する。
【００２４】
図６は、終了条件とオーバー量の設定画面の一例を示す図である。ユーザは、モニタ２２に映し出された図６の画像を参照しながら、入力部２３を操作して、終了条件およびオーバー量を設定する。
【００２５】
終了条件は、イオンビームにより微小試料をＦＩＢ加工する際の終了条件である。この終了条件は、「大小関係」および「グレイスケール値」で指定する。例えば、終了条件を「≦」「３０」と指定すると、測定領域Ｐのグレイスケール値の平均値が３０以下となったところで、イオンビームによる微小試料のＦＩＢ加工を停止する。
【００２６】
オーバー量は、測定領域Ｐのグレイスケール値が終了条件を満たしたところから、さらにＦＩＢ加工を行う加工量である。この終了条件は、「μｍ」または「ｓｅｃ」で指定する。例えば、終了条件を「１０ｓｅｃ」と指定すると、測定領域Ｐのグレイスケール値が終了条件を満たしたところから、さらに１０秒間、微小試料がＦＩＢ加工される。
【００２７】
算出部３０２は、所定の時間間隔もしくは所定の加工量間隔で、測定領域Ｐに対応する画素を取得するよう制御部２０４へ指示する。制御部３０４は、指示に基づき、測定領域Ｐに対応する画素を取得する。算出部３０２は、取得した測定領域Ｐに対応する画素のグレイスケール値の平均値を算出する。
【００２８】
判定部３０３は、算出部３０２で算出したグレイスケール値の平均値が記憶部３０１に記憶されている終了条件を満たすかどうかを判定する。
【００２９】
制御部３０４は、処理装置１０全体を制御する。制御部３０４は、入力部２３から入力される指示、算出部３０２からの指示、および判定部３０３での判定結果に基づいて、処理装置１０全体を制御する。
【００３０】
受信部３０５は、処理装置１０から送信されるデータを受信する。送信部３０６は、処理装置１０へ制御データを送信する。
【００３１】
図７は、ＦＩＢ加工量とグレイスケール値との関係を示す図である。図７の横軸は、微小試料のＦＩＢ加工量、縦軸は、測定領域Ｐのグレイスケール値の平均値である。なお、図７中の符号ＡないしＣについては、図８Ａ、図８Ｂにおいて述べる。
【００３２】
半導体デバイスのメモリ部分は、トランジスタが一定の周期で配列している。このため、そのメモリ部分をイオンビームでＦＩＢ加工すると、加工面には一定の周期で同じ構造物が出現する。つまり、メモリ部分をＦＩＢ加工する際、所定の間隔で測定領域ＰのＳＥＭ画像を取得し、この取得した測定領域ＰのＳＥＭ画像のグレイスケール値をプロットする。すると、図７に示す加工量（スライス量）とグレイスケール値との関係が得られる。
【００３３】
図８Ａ、図８Ｂは、終了条件とオーバー量の関係を示す図である。図８Ａ、図８Ｂの横軸は、微小試料のＦＩＢ加工量、縦軸は、測定領域Ｐのグレイスケール値である。図８Ａ、図８Ｂ中の一点鎖線は、終了条件で設定されたグレイスケール値を示している。
【００３４】
図８Ａは、グレイスケール値が図７のＡ点からＢ点へと変化する場合の関係を示している。図８Ａでは、終了条件の「大小関係」を「≧」、「グレイスケール値」を「８０」と設定したものとする。微小試料のＦＩＢ加工の開始当初は、グレイスケール値が低く、終了条件を満たさない。このため、微小試料のＦＩＢ加工は、継続される。微小試料のＦＩＢ加工が進むに従い、測定領域Ｐのグレイスケール値が変化し、測定領域Ｐのグレイスケール値の平均値が終了条件を満たす（グレイスケール値が８０以上となる）と、オーバー量で設定された時間もしくは距離だけ微小試料をＦＩＢ加工して処理を終了する。
【００３５】
図８Ｂは、グレイスケール値が図７のＢ点からＣ点へと変化する場合の関係を示している。図８Ｂでは、終了条件の「大小関係」を「≦」、「グレイスケール値」を「３０」と設定したものとする。微小試料のＦＩＢ加工の開始当初は、グレイスケール値が高く、終了条件を満たさない。このため、微小試料のＦＩＢ加工は、継続される。微小試料のＦＩＢ加工が進むに従い、測定領域Ｐのグレイスケール値が変化し、測定領域Ｐのグレイスケール値の平均値が終了条件を満たす（グレイスケール値が３０以下となる）と、オーバー量で設定された時間もしくは距離だけ微小試料をＦＩＢ加工して処理を終了する。
【００３６】
図９Ａ、図９Ｂは、実際に図８Ｂで説明した条件で、微小試料をＦＩＢ加工した際のＳＥＭ画像である。図９Ａは、ＦＩＢ加工開始前のＳＥＭ画像である。図９Ｂは、ＦＩＢ加工開始後のＳＥＭ画像である。図９Ａ、図９Ｂに示すように、測定領域Ｐのグレイスケール値がＦＩＢ加工前後で変化していることがわかる。
【００３７】
次に、第１の実施形態に係る観察装置１の動作について説明する。図１０は、第１の実施形態に係る観察装置１の動作を説明するフローチャートである。
【００３８】
搬送ロボット１０１および搬送ロボット１０４は、カセット４０に収容されたウェハＷが試料台１０５上へ搬送する。ウェハＷの搬送後、ハッチ１０２がクローズし、真空ポンプ１０９が真空試料室１０８を真空引きする（ステップＳ１０１）。ここまでの作業は、ユーザが処理装置１０の入力部２３を用いて手動で操作してもよく、自動でウェハＷを搬送してもよい。自動で行う場合は、制御部３０４から動作に必要な指示信号が処理装置１０へ送信される。
【００３９】
ユーザは、入力部２３を操作して、第１のカラム１０６からイオンビームをウェハＷへ照射し、ウェハＷから観察対象を切り出す。ユーザは、プローブ１１２を使用して微小試料をウェハＷから取り外し、図示しない試料台へ移動させる。次に、ガス供給装置１１３から堆積性ガスを真空試料室１０８内へ供給し、第１のカラム１０６からイオンビームを照射して、微小試料を試料台へ接合する（ステップＳ１０２）。
【００４０】
ユーザは、モニタ２２に表示される微小試料のＳＥＭ画像（図５参照）および設定画面（図６参照）を参照して、測定領域Ｐ、終了条件およびオーバー量を設定する（ステップＳ１０３）。設定後、ユーザは、入力部２３を操作して、微小試料のＦＩＢ加工をスタートさせる。
【００４１】
制御部３０４は、第１のカラム１０６からイオンビームを一定時間照射して微小試料をＦＩＢ加工する（ステップＳ１０４）。制御部３０４は、第２のカラム１０７から電子線を照射して、微小試料の測定領域ＰのＳＥＭ画像を取得する。算出部３０２は、取得した測定領域ＰのＳＥＭ画像からグレイスケール値の平均値を算出する（ステップＳ１０５）。判定部３０３は、算出したグレイスケール値の平均値が、終了条件を満たしているかどうか判定する（ステップＳ１０６）。
【００４２】
制御部３０４は、判定結果が終了条件を満たさない場合（ステップＳ１０６のＮｏ）、ステップＳ１０４の動作へ戻る。制御部３０４は、判定結果が終了条件を満たしている場合（ステップＳ１０６のＹｅｓ）、設定されたオーバー量分だけ微小試料をＦＩＢ加工する（ステップＳ１０７）。
【００４３】
なお、ユーザは、所望断面が得られるように微小試料を手動で追加工する。そして、所望断面が得られたところで、ＴＥＭ画像を取得する。
【００４４】
以上のように、第１の実施形態に係る観察装置１は、微小試料のＦＩＢ加工を行う際に、設定された測定領域Ｐのグレイスケール値を所定の間隔で測定する。そして、測定領域Ｐのグレイスケール値の平均値が終了条件を満たすと、オーバー量で設定された時間または距離だけ微小試料をＦＩＢ加工して動作を終了する。
【００４５】
このため、作業時間が最も長い微小試料のＦＩＢ加工を自動で行うことができる。また、所望断面のリファレンス画像（参照画像）を予め作成しておく必要がない。その結果、ユーザの作業負担を効果的に軽減できる。さらに、グレイスケール値を算出するために、測定領域Ｐの部分だけを撮像すればよい。つまり、参照画像と比較するために、微小試料の断面全体を撮像する必要がない。このため、作業時間を効果的に短縮できる。また、測定領域Ｐに含まれる複数の画素のグレイスケール値の平均値を用いて終了条件を判定しているので、誤検知を効果的に防止できる。
【００４６】
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、グレイスケール値を点で測定する実施形態について説明した。この第２の実施形態では、グレイスケール値を線（以下、ライン）で測定する実施形態について説明する。グレイスケール値の測定をラインとすることで、半導体デバイスの構造変化を２次元的にとらえることができ、より効果的にＦＩＢ加工の終点を検出できる。なお、第２の実施形態に係る観察装置２の構成は、第１の実施形態に係る観察装置１と同様であるため重複した説明を省略する。
【００４７】
この第２の実施形態に係る観察装置２では、以下の設定項目が、ユーザにより設定されて記憶部３０１に記憶される。
１．測定ラインＬ。
２．終了条件。
３．オーバー（Over）量。
以下、各設定項目について説明するが、オーバー量については、第１の実施形態と同じであるため重複した説明を省略する。
【００４８】
図１１は、測定ラインＬの設定の一例を示す図である。測定ラインＬは、後述するラインプロファイルを測定するためのライン（線）である。ユーザは、モニタ２２に映し出された微小試料のＳＥＭ画像を参照して測定ラインＬを設定する。測定ラインＬは、ＳＥＭ画像上の１点を指定すると、該１点を含み横方向に延びる直線を測定ラインＬとしてもよいし、ＳＥＭ画像上の２点を指定して、該２点を含む直線を測定ラインＬとしてもよい。
【００４９】
なお、ユーザにより設定された測定ラインＬを中心として上下にそれぞれ１５画素分（計３０画素）のグレイスケール値の平均値をラインプロファイルとする。ラインプロファイルを終了条件の判定に使用することで、第１の実施形態と同様に、終了条件の判定精度が安定する。また、１５画素は一例であり、その数は１５画素に限られない。例えば、測定ラインＬを中心として上下にそれぞれ２０画素分（計４０画素）のグレイスケール値の平均値をラインプロファイルとして用いてもよい。
【００５０】
図１２は、第２の実施形態に係る観察装置２の終了条件とオーバー量の設定画面の一例を示す図である。ユーザは、モニタ２２に映し出された図１２の画像を参照しながら、入力部２３を操作して、各項目を設定する。
【００５１】
初期値は、「グレイスケール値」と「取込画素数」から構成される。グレイスケール値は、微小試料のＦＩＢ加工の終了条件設定の際に使用する値であり、ユーザが指定する。取込画素数は、指定したグレイスケール値と同じ値を有するラインプロファイル数である。この取込画素数は、算出部３０２が算出する。
【００５２】
終了条件は、イオンビームにより微小試料をＦＩＢ加工する際の終了条件である。この終了条件は、「係数（倍）」または「画素数」で指定する。例えば、終了条件の係数を「１．５」と指定すると、グレイスケール値が６０であるラインプロファイルの画素数が、取込画素数の１．５倍となったところで、イオンビームによる微小試料のＦＩＢ加工を停止する。また、終了条件の画素数を「９００」と指定すると、グレイスケール値が６０であるラインプロファイルの画素数が９００なったところで、イオンビームによる微小試料のＦＩＢ加工を停止する。
【００５３】
図１３Ａから図１６Ｂは、グレイスケール値をラインで測定する場合のパターンを説明するための図である。図１３Ａ，図１３Ｂは、微小試料のＦＩＢ加工が進むに従い、断面構造（形状）が横方向に変化するパターンを示す。図１３Ａ，１３Ｂ中の一点鎖線は、グレイスケール値の測定ラインＬである。図１４Ａ，図１４Ｂは、図１３Ａ，１３Ｂの測定ラインＬのラインプロファイルの変化をそれぞれ示す。図１４Ａ，図１４Ｂの縦軸は、グレイスケール値、横軸は、測定ラインＬの左端からの画素数である。
【００５４】
形状変化のパターンとして、微小試料のＦＩＢ加工が進むに従い、図１３Ａから図１３Ｂへと変化するパターンと、図１３Ｂから図１３Ａへと変化するパターンとが考えられる。このように断面構造（形状）が横方向に変化する構造として、半導体デバイスのコンタクト等がある。
【００５５】
図１５Ａ，図１５Ｂは、微小試料のＦＩＢ加工が進むに従い、断面構造（形状）が縦方向に変化するパターンを示す。図１５Ａ，１５Ｂ中の一点鎖線は、グレイスケール値の測定ラインＬである。図１６Ａ，図１６Ｂは、図１５Ａ，１５Ｂの測定ラインＬのラインプロファイルの変化をそれぞれ示す。図１６Ａ，図１６Ｂの縦軸は、グレイスケール値、横軸は、測定ラインＬの左端からの画素数である。
【００５６】
形状変化のパターンとして、微小試料のＦＩＢ加工が進むに従い、図１５Ａから図１５Ｂへと変化するパターンと、図１５Ｂから図１５Ａへと変化するパターンとが考えられる。このように断面構造（形状）が縦方向に変化する構造として、半導体デバイスのゲート等がある。なお、第２の実施形態に係る観察装置２の動作については、図１０で説明した第１の実施形態に係る観察装置１の動作と同様であるため重複した説明を省略する。
【００５７】
以上のように、第２の実施形態に係る観察装置２は、微小試料のＦＩＢ加工を行う際に、設定された測定ラインＬのラインプロファイルを所定の間隔で測定する。そして、測定結果が終了条件を満たすと、オーバー量で設定された時間または距離だけ微小試料をＦＩＢ加工して動作を終了する。
【００５８】
このため、半導体デバイスの構造変化を２次元的にとらえることができ、より効果的にＦＩＢ加工の終点を検出できる。その他の効果は、第１の実施形態と同じである。
【符号の説明】
【００５９】
１…観察装置、１０…処理装置、２０…制御装置、２１…本体部、２２…モニタ、２３…入力部、３０…カセット台、４０…カセット、１０１…搬送ロボット、１０２…ハッチ、１０３…載置台、１０４…搬送ロボット、１０５…試料台、１０６…第１のカラム、１０７…第２のカラム、１０８…真空試料室、１０９…真空ポンプ、１１０…二次電子検出器、１１１…Ｘ線検出器、１１２…プローブ、１１３…ガス供給装置、１１４…プローブ制御装置、２０１…ＣＰＵ、２０２…ＲＯＭ、２０３…ＲＡＭ、２０４…ＨＤＤ、２０５…ユーザＩ／Ｆ、２０６…Ｉ／Ｆ、３０１…記憶部、３０２…算出部、３０３…判定部、３０４…制御部、３０５…受信部、３０６…送信部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
微小試料の断面へ集束イオンビームを照射して加工する微小試料の加工方法であって、
微小試料の断面のＳＥＭ画像を取得するステップと、
前記取得したＳＥＭ画像の一部の領域を指定するステップと、
前記指定した領域の濃淡度を指定するステップと、
前記集束イオンビームを照射して、前記微小試料を加工するステップと、
前記加工した微小試料の断面のＳＥＭ画像を取得するステップと、
前記取得したＳＥＭ画像の前記指定した領域の濃淡度を算出するステップと、
前記算出した濃淡度が、前記指定した濃淡度を満たすかどうかを判定するステップと
を具備し、
前記算出した濃淡度が前記指定した濃淡度を満たすまで、前記微小試料を加工するステップから前記濃淡度を算出するステップまでを繰り返すことを特徴とする微小試料の加工方法。
【請求項２】
前記領域を指定するステップでは、前記ＳＥＭ画像を構成する複数の画素のうちの一部を指定することを特徴とする請求項１に記載の微小試料の加工方法。
【請求項３】
前記領域を指定するステップでは、前記ＳＥＭ画像を構成する複数の画素から直線状に複数の画素を指定することを特徴とする請求項１に記載の微小試料の加工方法。
【請求項４】
前記微小試料の加工量を指定するステップと、
前記算出した濃淡度が前記指定した濃淡度を満たした後、前記指定された加工量だけ前記微小試料をさらに加工するステップと、
をさらに具備したことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の微小試料の加工方法。
【請求項５】
前記加工量は、時間または距離で指定することを特徴とする請求項４に記載の微小試料の加工方法。
【請求項１】
微小試料の断面へ集束イオンビームを照射して加工する微小試料の加工方法であって、
微小試料の断面のＳＥＭ画像を取得するステップと、
前記取得したＳＥＭ画像の一部の領域を指定するステップと、
前記指定した領域の濃淡度を指定するステップと、
前記集束イオンビームを照射して、前記微小試料を加工するステップと、
前記加工した微小試料の断面のＳＥＭ画像を取得するステップと、
前記取得したＳＥＭ画像の前記指定した領域の濃淡度を算出するステップと、
前記算出した濃淡度が、前記指定した濃淡度を満たすかどうかを判定するステップと
を具備し、
前記算出した濃淡度が前記指定した濃淡度を満たすまで、前記微小試料を加工するステップから前記濃淡度を算出するステップまでを繰り返すことを特徴とする微小試料の加工方法。
【請求項２】
前記領域を指定するステップでは、前記ＳＥＭ画像を構成する複数の画素のうちの一部を指定することを特徴とする請求項１に記載の微小試料の加工方法。
【請求項３】
前記領域を指定するステップでは、前記ＳＥＭ画像を構成する複数の画素から直線状に複数の画素を指定することを特徴とする請求項１に記載の微小試料の加工方法。
【請求項４】
前記微小試料の加工量を指定するステップと、
前記算出した濃淡度が前記指定した濃淡度を満たした後、前記指定された加工量だけ前記微小試料をさらに加工するステップと、
をさらに具備したことを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の微小試料の加工方法。
【請求項５】
前記加工量は、時間または距離で指定することを特徴とする請求項４に記載の微小試料の加工方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１６Ａ】
【図１６Ｂ】
【図５】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【図２】
【図３】
【図４】
【図６】
【図７】
【図８Ａ】
【図８Ｂ】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３Ａ】
【図１３Ｂ】
【図１４Ａ】
【図１４Ｂ】
【図１５Ａ】
【図１５Ｂ】
【図１６Ａ】
【図１６Ｂ】
【図５】
【図９Ａ】
【図９Ｂ】
【公開番号】特開２０１１−８０７７１（Ｐ２０１１−８０７７１Ａ）
【公開日】平成２３年４月２１日（２０１１．４．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２３０８２２（Ｐ２００９−２３０８２２）
【出願日】平成２１年１０月２日（２００９．１０．２）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年４月２１日（２０１１．４．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月２日（２００９．１０．２）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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