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JPH08329876A - Method and device for preparing observation specimen - Google Patents

Method and device for preparing observation specimen

Info

Publication number
JPH08329876A
JPH08329876A JP7131840A JP13184095A JPH08329876A JP H08329876 A JPH08329876 A JP H08329876A JP 7131840 A JP7131840 A JP 7131840A JP 13184095 A JP13184095 A JP 13184095A JP H08329876 A JPH08329876 A JP H08329876A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
sample
electron
observation
electron beam
image
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP7131840A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Keiya Saitou
啓谷 斉藤
Hiroshi Yamaguchi
博司 山口
Fumikazu Ito
文和 伊藤
Junzo Azuma
淳三 東
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Priority to JP7131840A priority Critical patent/JPH08329876A/en
Publication of JPH08329876A publication Critical patent/JPH08329876A/en
Pending legal-status Critical Current

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  • Sampling And Sample Adjustment (AREA)
  • ing And Chemical Polishing (AREA)

Abstract

PURPOSE: To prepare a TEM specimen by the electron beam assist etching process by furnishing a gas supply system in the TEM. CONSTITUTION: An electron beam is led out from an electron source 1 and cast onto a specimen 40 upon converging by the first and the second condenser lens 4, 5, while a reactive gas is sent from gas containers 38, 39 onto the specimen through nozzles 30, 31. The electron beam is deflected for scanning, and chemical reactions of the reactive gas with the specimen are induced with the beam energy, and processing is made by a local etching process. After the processing, the reactive gas is exhausted, and observation of the specimen is made by the generated TEM image. An accurate and flaw-free TEM specimen having an optimum thickness can be achieved with a fine electron beam.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、透過型電子顕微鏡で観
察試料の作成方法及び作成装置に係り、特に、反応性ガ
ス雰囲気中で試料に電子ビームを照射し、照射部で化学
反応を誘起して局所的にエッチングを行なう電子ビーム
アシストエッチングによる観察試料作成方法およびに観
察試料作成装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method and an apparatus for preparing a sample to be observed with a transmission electron microscope, and particularly to irradiating a sample with an electron beam in a reactive gas atmosphere to induce a chemical reaction in the irradiation section. The present invention relates to an observation sample preparation method and an observation sample preparation device by electron beam assisted etching for locally etching.

【0002】[0002]

【従来の技術】近時、半導体デバイスの多層化と微細化
が進み、デバイスの製造プロセスの評価のため断面方向
から観察し、各層の寸法や形状、界面状態、更には結晶
状態の測定等の要求が高くなっている。その観察方法と
して透過型電子顕微鏡(以下、TEMと略す)によるも
のがある。従来、TEM用の試料は半導体デバイスの観
察部分を劈開し、二枚の試料片のデバイス表面を張り合
わせ、機械研磨、イオン研磨によって薄膜化し作成して
いたが、位置決め精度が低く、特定の箇所を観察する事
が難しかった。
2. Description of the Related Art In recent years, semiconductor devices have become multi-layered and miniaturized, and in order to evaluate the manufacturing process of devices, observation from the cross-sectional direction is performed to measure the size and shape of each layer, the interface state, and further the crystalline state. The demand is high. As an observation method, there is a transmission electron microscope (hereinafter abbreviated as TEM). Conventionally, a sample for TEM has been prepared by cleaving an observation part of a semiconductor device, laminating the device surfaces of two sample pieces, and mechanically polishing or ion-polishing to make a thin film, but the positioning accuracy is low, and a specific portion is It was difficult to observe.

【0003】これらに対し種々の方法が提案されてい
る。第一の方法として、集束イオンビーム(以下、FI
Bと略す)加工装置によってTEM用試料を作成する方
法がある。図15は、従来の技術におけるFIB加工装
置の構成図である。図15において、50は液体金属イ
オン源、51は引出し電極、53は第1レンズ電極、5
6は偏向電極、57は第2レンズ電極、58は二次電子
検出器、59は試料である。
Various methods have been proposed for these. As a first method, a focused ion beam (hereinafter, FI
(Abbreviated as B) There is a method of preparing a TEM sample by a processing device. FIG. 15 is a configuration diagram of a FIB processing apparatus according to a conventional technique. In FIG. 15, 50 is a liquid metal ion source, 51 is an extraction electrode, 53 is a first lens electrode, 5
6 is a deflection electrode, 57 is a second lens electrode, 58 is a secondary electron detector, and 59 is a sample.

【0004】液体金属イオン源50より引出し電極51
によってイオンビームを引出し、第1レンズ電極53、
第2レンズ電極57によって集束して試料59に照射
し、イオンのスパッタリングによって前記試料59を加
工する。加工時の位置決めは、偏向電極56によってイ
オンビームをこの試料59上で走査し、試料59から発
生する二次電子を二次電子検出器58で検出して得られ
る走査イオン顕微鏡(以下、SIMと略す)像で行なっ
ている。
Extraction electrode 51 from liquid metal ion source 50
Ion beam is extracted by the first lens electrode 53,
The sample 59 is focused by the second lens electrode 57 and irradiated on the sample 59, and the sample 59 is processed by ion sputtering. The positioning during processing is performed by scanning the sample 59 with an ion beam by the deflection electrode 56 and detecting secondary electrons generated from the sample 59 with the secondary electron detector 58 (hereinafter referred to as SIM). The image is abbreviated).

【0005】これとは別に、第二の方法として、TEM
の電子ビーム光学系に対し横方向から直角にFIB加工
装置のイオンビーム光学系を配置し、イオンビームによ
るスパッタ加工でTEM用の試料を作成し、TEMの電
子ビーム照射によって発生する二次電子による走査型電
子顕微鏡(以下、SEMと略す)像及びTEM像で試料
の加工位置、形状、断面厚さを確認する特開平6−23
1719号公報記載の技術がある。
Apart from this, as a second method, TEM
The ion beam optical system of the FIB processing apparatus is arranged at a right angle to the electron beam optical system of the above, and a sample for TEM is prepared by sputtering with an ion beam, and secondary electrons generated by irradiation of the TEM electron beam are used. Japanese Patent Laid-Open No. 6-23 confirms the processing position, shape, and sectional thickness of a sample with a scanning electron microscope (hereinafter abbreviated as SEM) image and TEM image.
There is a technique described in Japanese Patent No. 1719.

【0006】また、第三の方法として、イオンビーム光
学系に対し、横方向から直角に電子ビームを試料断面に
照射し、二次電子、反射電子、X線、透過電子等から試
料の厚さを推定し加工する特開平6−231720号公
報記載の技術がある。
As a third method, the cross section of the sample is irradiated with an electron beam at right angles to the ion beam optical system, and the thickness of the sample is measured from secondary electrons, backscattered electrons, X-rays, and transmitted electrons. There is a technique described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 6-231720 for estimating and processing.

【0007】更に、第四の方法として、SEMにガス導
入機構を配設し、試料に反応ガスを吸着させ電子ビーム
を照射して化学反応を促進し、試料表面の原子と反応ガ
スとの揮発性反応生成物として取り除く電子ビーム励起
ドライエッチングにより、微小領域の断面観察を行なう
方法がある。これに関連するものとして、特開平4−2
73143号公報記載の技術がある。
Further, as a fourth method, a gas introduction mechanism is provided in the SEM, and the sample is adsorbed with the reaction gas and irradiated with an electron beam to accelerate the chemical reaction, whereby the atoms on the sample surface and the reaction gas are volatilized. There is a method of observing a cross section of a minute region by electron beam excitation dry etching which is removed as a sexual reaction product. Related to this, Japanese Patent Laid-Open No. 4-2
There is a technique described in Japanese Patent No. 73143.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術のうち、
第一の方法であるFIB加工装置による試料加工方法
を、図16について詳細に説明する。図16は、従来の
技術におけるFIB加工装置による試料加工方法の説明
図である。図16において、70はイオンビーム径、7
2は電子ビーム径、73はTEM試料の観察箇所、74
は観察箇所の厚さである。
Of the above-mentioned conventional techniques,
The sample processing method by the FIB processing apparatus which is the first method will be described in detail with reference to FIG. FIG. 16 is an explanatory diagram of a sample processing method by a conventional FIB processing apparatus. In FIG. 16, 70 is the ion beam diameter, 7
2 is the electron beam diameter, 73 is the observation point of the TEM sample, and 74
Is the thickness of the observation point.

【0009】図16に示すように、イオンビームの径7
0は30〜50nmであり、電子ビームのビーム径72
の1〜3nmと比較して大きい。また、TEM試料の観
察箇所73の厚さ74は、電子を透過させるため100
〜200nm程度の厚さにする必要がある。この厚さ
は、イオンビーム径70の数倍の大きさに相当する。そ
のため、SIM像によってパターンの位置決めを行なう
と、ビーム径が大きいため、位置決め精度がわるく、解
像度が良くない。
As shown in FIG. 16, the diameter of the ion beam is 7
0 is 30 to 50 nm, and the beam diameter of the electron beam is 72
Is larger than 1 to 3 nm. Further, the thickness 74 of the observation portion 73 of the TEM sample is 100 because the electron is transmitted.
It is necessary to set the thickness to about 200 nm. This thickness corresponds to several times the ion beam diameter 70. Therefore, when the pattern is positioned by the SIM image, the beam diameter is large, so that the positioning accuracy is poor and the resolution is not good.

【0010】また、加工箇所の厚さ74がイオンビーム
のビーム径70の数倍程度のため、加工精度を高くする
ためには作業に熟練を要する。また、位置決めを行なう
ときSIM像によって行なうためイオン照射による表面
の加工という問題がある。更に、イオンの質量は、イオ
ンの原子量をAとすれば、電子の(1840×A)倍と
大きいため、イオンビーム照射によって試料に格子欠陥
等の損傷を与える恐れがある。
Further, since the thickness 74 of the processed portion is about several times as large as the beam diameter 70 of the ion beam, skill is required for the work in order to improve the processing accuracy. Further, since the positioning is performed by SIM image, there is a problem that the surface is processed by ion irradiation. Further, the mass of the ion is as large as (1840 × A) times that of the electron, where A is the atomic weight of the ion, so that the sample may be damaged by the ion beam irradiation such as lattice defect.

【0011】また、第二の方法及び第三の方法は、TE
MやSEMに対し直角方向にイオンビーム光学系を配置
するもので、TEM用試料の加工はイオンビームによっ
て行なっており、したがって、前記イオンビームによる
低解像度、低位置決め精度、低加工精度、及び試料の損
傷等の問題がある。また、第四の方法は、試料に穴加工
し、断面観察する方法について記述されているが、試料
を薄片するTEM用試料の作成及び観察方法について触
れられていない。
The second and third methods are TE
An ion beam optical system is arranged in a direction perpendicular to M and SEM, and the sample for TEM is processed by the ion beam. Therefore, the low resolution, the low positioning accuracy, the low processing accuracy, and the sample by the ion beam are used. There is a problem such as damage. Further, the fourth method describes a method of forming a hole in a sample and observing a cross section, but does not mention a method of making and observing a sample for TEM that slices the sample.

【0012】本発明の目的は、かかる従来技術の問題点
を解決するためになされたものであり、高精度で、低損
傷に、かつ観察すべき箇所を加工することなく、微細な
TEM観察を行なうことできる例えば半導体デバイスの
TEM用観察のための試料作成方法及びその装置を提供
することをその目的とする。
The object of the present invention is to solve the above problems of the prior art, and enables fine TEM observation with high precision, low damage, and without processing the portion to be observed. It is an object of the present invention to provide a sample preparation method and apparatus for observing a semiconductor device for TEM which can be performed.

【0013】[0013]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係る観察試料作成方法の構成は、試料の二
次電子像により位置決めし、反応性ガス雰囲気中で前記
試料に電子ビームを照射し、前記電子ビームの照射部で
局所的に反応性エッチングを施し当該試料を薄く加工
し、前記加工後に前機反応性ガスを排気し、透過電子顕
微鏡観察することを特徴とするものである。前項記載の
観察試料作成方法において、前記電子ビームの試料照射
面を透過電子顕微鏡の観察面とし、透過電子顕微鏡像に
より加工状態を観察し、当該試料を所定厚さに加工する
ことを特徴とするものである。前項記載の観察試料作成
方法において、前記試料の加工時に、透過電子強度を測
定することを特徴とするものである。前項記載の観察試
料作成方法において、前記電子ビームを光軸が互いに直
角なる二つの光学系で形成し、一の光学系で試料の透過
電子顕微鏡像を観察し、その観察に基づき他方の光学系
で前記試料を加工することを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, the constitution of the method for preparing an observation sample according to the present invention is such that an electron beam is applied to the sample in a reactive gas atmosphere by positioning by the secondary electron image of the sample. It is characterized in that the sample is thinly processed by performing reactive etching locally at the irradiation part of the electron beam, and the reactive gas is exhausted after the processing, and is observed by a transmission electron microscope. . In the observation sample preparation method described in the preceding paragraph, the sample irradiation surface of the electron beam is used as an observation surface of a transmission electron microscope, the processing state is observed by a transmission electron microscope image, and the sample is processed to have a predetermined thickness. It is a thing. In the observation sample preparation method described in the preceding paragraph, the transmitted electron intensity is measured when the sample is processed. In the observation sample preparation method according to the preceding paragraph, the electron beam is formed by two optical systems whose optical axes are orthogonal to each other, the transmission electron microscope image of the sample is observed by one optical system, and the other optical system is based on the observation. The sample is processed according to.

【0014】上記目的を達成するため、本発明に係る観
察試料作成装置の構成は、電子を発生する電子源と、試
料を取り付ける試料ホルダーと、前記試料ホルダーを装
填する試料室と、前記電子源から引出した電子ビームを
前記試料に照射する照射レンズ系と、前記照射を受けた
試料からの透過電子を結像させる結像レンズ系と、前記
結像した透過電子顕微鏡像を観察する観察室と、前記照
射を受けた試料からの二次電子及び透過電子をそれぞれ
検出する二次電子検出器、透過電子検出器とからなる走
査型透過電子顕微鏡に、前記試料に反応性ガスを供給す
るガス供給手段と、前記試料ホルダーを回転させる回転
手段とを配設し、前記二次電子検出器と前記透過電子検
出器の検出信号からのそれぞれの画像データから当該試
料の加工範囲を定める設定手段とを設けたことを特徴と
するものである。
In order to achieve the above object, the observation sample preparation apparatus according to the present invention has an electron source for generating electrons, a sample holder for mounting a sample, a sample chamber for loading the sample holder, and the electron source. An irradiation lens system for irradiating the sample with an electron beam extracted from the sample, an imaging lens system for forming an image of transmitted electrons from the irradiated sample, and an observation room for observing the formed transmission electron microscope image. A gas supply for supplying a reactive gas to the sample, to a scanning transmission electron microscope including a secondary electron detector for detecting secondary electrons and transmitted electrons from the irradiated sample, and a transmission electron detector, respectively. Means and rotating means for rotating the sample holder are provided, and the processing range of the sample is determined from the respective image data from the detection signals of the secondary electron detector and the transmission electron detector. In which it characterized in that a setting means that.

【0015】上記目的を達成するため、本発明に係る観
察試料作成装置の他の構成は、電子を発生する電子源
と、試料を取り付ける試料ホルダーと、前記試料ホルダ
ーを装填する試料室と、前記電子源から引出した電子ビ
ームを前記試料に照射する照射レンズ系と、前記照射を
受けた試料からの二次電子を検出する二次電子検出器か
らなる走査型電子顕微鏡に、前記試料に反応性ガスを供
給するガス供給系と、前記試料からの透過電子を検出す
る透過電子検出器と、前記試料ホルダーを回転させる回
転手段と、前記二次電子検出器の検出信号による画像デ
ータ及び前記透過電子検出器の検出信号強度から当該試
料の加工範囲を設定する手段とを設けたことを特徴とす
るものである。
In order to achieve the above object, another configuration of the observation sample preparation apparatus according to the present invention is an electron source for generating electrons, a sample holder for mounting a sample, a sample chamber for loading the sample holder, and A scanning electron microscope including an irradiation lens system for irradiating the sample with an electron beam extracted from an electron source, and a secondary electron detector for detecting secondary electrons from the irradiated sample is responsive to the sample. A gas supply system for supplying gas, a transmitted electron detector for detecting transmitted electrons from the sample, a rotating means for rotating the sample holder, image data by the detection signal of the secondary electron detector, and the transmitted electrons. Means for setting the processing range of the sample from the detection signal intensity of the detector is provided.

【0016】上記目的を達成するため、本発明に係る観
察試料作成装置のさらに他の構成は、電子を発生する電
子源と、試料を取り付ける試料ホルダーと、前記試料を
装填する試料室と、前記電子源からの電子ビームを前記
試料に照射する照射レンズ系と、前記照射を受けた試料
からの透過電子を結像させる結像レンズ系と、前記結像
した透過電子顕微鏡像を観察する観察室とからなる透過
電子顕微鏡を備え、前記透過電子顕微鏡の電子光学系に
直角に配置した電子源と、前記電子源からの電子ビーム
を前記試料に照射する照射レンズ系と、前記試料に反応
性ガスを供給するガス供給系と、前記試料からの二次電
子を検出する二次電子検出器と、前記二次電子検出器と
の検出信号による画像データから当該試料の加工範囲を
設定する手段とを設けたことを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, still another configuration of the observation sample preparation apparatus according to the present invention is an electron source for generating electrons, a sample holder for mounting a sample, a sample chamber for loading the sample, and An irradiation lens system for irradiating the sample with an electron beam from an electron source, an imaging lens system for forming an image of transmitted electrons from the irradiated sample, and an observation room for observing the formed transmission electron microscope image. An electron source arranged perpendicular to the electron optical system of the transmission electron microscope, an irradiation lens system for irradiating the sample with an electron beam from the electron source, and a reactive gas for the sample. A gas supply system for supplying the secondary electron detector, a secondary electron detector for detecting secondary electrons from the sample, and means for setting a processing range of the sample from image data obtained by a detection signal from the secondary electron detector. It is characterized in that the digits.

【0017】[0017]

【作用】上記各技術手段の働きは下記のとおりである。
本発明に係る観察試料作成装置の構成では、走査型透過
電子顕微鏡(以下、単にSTEMという)では、電子ビ
ームの照射方法として、電子ビームを拡げ平行光として
照射するTEMモードと、電子ビームを絞り走査しなが
ら照射するSTEMモードがあるが、TEM観察用の試
料の加工が終了するまでは、STEMモードによって照
射が行われるので、試料のTEM観察位置への位置決め
時には反応性ガスは供給せず、電子ビームを試料上で走
査し、二次電子像により位置決めをするので、電子ビー
ムはイオンビームに比べて1桁ビーム径が小さいため、
位置決め精度が高くすることができる。また、電子ビー
ムでは、イオンビームのスパッタリングのような加工を
防止することができる。
The function of each of the above technical means is as follows.
In the configuration of the observation sample preparation device according to the present invention, in the scanning transmission electron microscope (hereinafter, simply referred to as STEM), as a method of irradiating the electron beam, a TEM mode of expanding the electron beam and irradiating it as parallel light, and an electron beam aperture Although there is a STEM mode in which irradiation is performed while scanning, irradiation is performed in the STEM mode until processing of the sample for TEM observation is completed, so reactive gas is not supplied when the sample is positioned at the TEM observation position. Since the electron beam is scanned on the sample and positioned by the secondary electron image, the electron beam has a beam diameter smaller by one digit than the ion beam.
The positioning accuracy can be increased. Further, with the electron beam, processing such as ion beam sputtering can be prevented.

【0018】TEM観察部は、反応性ガスを試料に吹き
付け吸着させ、電子ビームを走査し、電子ビームのエネ
ルギーで、反応性ガスと試料の化学反応を誘起し、反応
生成物を脱離させて局所的にエッチングする電子ビーム
アシストエッチングにより加工をすることができる。こ
のとき、試料がSi系ならF系のガス、GaAs系なら
Cl系のガスを使用する。
The TEM observation section sprays and adsorbs the reactive gas onto the sample, scans the electron beam, induces a chemical reaction between the reactive gas and the sample by the energy of the electron beam, and desorbs the reaction product. Processing can be performed by electron beam assisted etching that locally etches. At this time, if the sample is Si-based, F-based gas is used, and if the sample is GaAs-based, Cl-based gas is used.

【0019】また、加工箇所が複数の材質により層状あ
るいは3次元的構造になっているときは、それぞれの材
質に対応する反応性ガスを混合することにより、加工中
に、ガス種を切換えることなく、加工を行なわせること
ができる。加工時、ビーム径を微細に絞ることができる
ため高精度な加工が可能であり、また電子は質量が小さ
いため試料の損傷も少なくすることができる。
When the processing portion has a layered structure or a three-dimensional structure made of a plurality of materials, the reactive gas corresponding to each material is mixed to switch the gas species during the processing. , Can be processed. At the time of processing, the beam diameter can be finely narrowed, so that highly accurate processing is possible, and since the electron has a small mass, damage to the sample can be reduced.

【0020】TEM観察は、TEMモード及びSTEM
モードによって可能であるが、加工状態を確認するまで
はSTEMモードによって行なわれるので、STEMモ
ードによる観察は反応性ガスの供給を停止して排気し、
加工した試料を、例えば90°回転して加工断面を電子
ビームの光軸と直角にし、電子ビームを走査してSTE
M像により行なわせることができる。このとき、STE
M像の一部が暗くなっている場合、電子がイオンに比べ
て質量が小さいため試料の損傷が少ないので、電子ビー
ムを加工断面に直角に照射しながら加工することができ
る。
TEM observation is performed in TEM mode and STEM.
It is possible depending on the mode, but since it is performed in STEM mode until the processing state is confirmed, observation in STEM mode stops the supply of reactive gas and exhausts it,
The processed sample is rotated, for example, by 90 ° so that the processed cross section is perpendicular to the optical axis of the electron beam, and the electron beam is scanned for STE.
It can be performed by M image. At this time, STE
When a part of the M image is dark, the mass of electrons is smaller than that of ions, so that the sample is less damaged, so that the electron beam can be processed while irradiating the processed cross section at right angles.

【0021】加工は、暗部にのみ電子ビームを走査する
ように設定し、試料を例えば90°回転した状態で再度
ガスを供給しながら電子ビームを走査し、STEM像を
観察しながら加工を行うことができる。前記STEM像
の暗部を消滅させ、加工を停止することにより、最適な
所望厚さのTEM用試料が得られると共にSTEM像が
観察することができる。TEMの照射レンズ系及び結像
レンズ系のレンズ電圧を調整してTEMモードにするこ
とにより、加工した試料のTEM像を加工時と同一の装
置で、その場で観察することができる本発明の係る観察
試料作成装置の他の構成では、走査型電子顕微鏡では、
位置決め、加工を、上記構成のSTEMと同様に行い、
加工厚さの設定を、加工後、試料を例えば90度回転し
て加工断面を電子ビームの光軸と直角にし、透過電子検
出器により透過電子強度を測定し、あらかじめ求めてお
いた透過電子強度と試料の厚さの関係から最適にするこ
とができる。本発明の係る観察試料作成装置のさらに他
の構成では、STEMに直角に電子光学系を設けたもの
で、加工を前記の直角に設けた電子光学系で行い、最適
な厚さの確認およびTEM観察をSTEMですることが
できる。
The processing is carried out by setting the electron beam to scan only the dark part, scanning the electron beam while supplying gas again while the sample is rotated by 90 °, and observing the STEM image. You can By eliminating the dark portion of the STEM image and stopping the processing, a TEM sample having an optimum desired thickness can be obtained and the STEM image can be observed. By adjusting the lens voltage of the irradiation lens system and the imaging lens system of the TEM to be in the TEM mode, the TEM image of the processed sample can be observed in-situ with the same apparatus as during processing. In another configuration of such an observation sample preparation device, in the scanning electron microscope,
Positioning and processing are performed in the same way as the STEM with the above configuration,
After setting the processing thickness, rotate the sample, for example, 90 degrees to make the processing cross section perpendicular to the optical axis of the electron beam, measure the transmitted electron intensity with the transmitted electron detector, and obtain the transmitted electron intensity that was obtained in advance. And the thickness of the sample can be optimized. In still another configuration of the observation sample preparation apparatus according to the present invention, the STEM is provided with an electron optical system at a right angle, and the processing is performed by the electron optical system provided at the right angle to confirm the optimum thickness and TEM. Observation can be done with STEM.

【0022】[0022]

【実施例】以下、本発明の各実施例を図1ないし図14
により説明する。 〔実施例 1〕図1は、本発明の一実施例に係るTEM
用観察試料作成装置の全体構成図である。図1に示すよ
うに、1は熱電子放出型電子源、2は6段加速方式加速
管、3は光軸調整コイル、4は第1コンデンサレンズ、
5は第2コンデンサレンズ、6は走査コイル、7は対物
レンズ、8は第1中間レンズ、9は第2中間レンズ、1
0は第1投射レンズ、11は第2投射レンズ、12は二
次電子検出器、13は試料室、14は観察室、15は蛍
光板、16は透過電子検出器、17、18はモニタ、1
9は偏向信号発生器、20はマイクロコンピュータ、2
1は画像メモリ、22はA/D変換器、23はスパッタ
イオンポンプ、24はターボ分子ポンプ、25はロータ
リポンプ、26はターボ分子ポンプ、27はロータリポ
ンプ、30、31は吹き付けガスノズル、32、33は
ガスバルブ、34、35はガス流量制御器、36、37
はガスボンベ開閉用ガスバルブ、38、39は反応性ガ
スを納するガスボンベ、40は試料、121は画像メモ
リ、122はA/D変換器である。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to FIGS.
This will be described below. [Embodiment 1] FIG. 1 shows a TEM according to an embodiment of the present invention.
It is a whole block diagram of the observation sample preparation apparatus for use. As shown in FIG. 1, 1 is a thermionic emission type electron source, 2 is a 6-stage acceleration type acceleration tube, 3 is an optical axis adjusting coil, 4 is a first condenser lens,
5 is a second condenser lens, 6 is a scanning coil, 7 is an objective lens, 8 is a first intermediate lens, 9 is a second intermediate lens, 1
0 is the first projection lens, 11 is the second projection lens, 12 is the secondary electron detector, 13 is the sample chamber, 14 is the observation chamber, 15 is the fluorescent plate, 16 is the transmission electron detector, 17 and 18 are monitors, 1
9 is a deflection signal generator, 20 is a microcomputer, 2
1 is an image memory, 22 is an A / D converter, 23 is a sputter ion pump, 24 is a turbo molecular pump, 25 is a rotary pump, 26 is a turbo molecular pump, 27 is a rotary pump, 30, 31 are blowing gas nozzles, 32, 33 is a gas valve, 34 and 35 are gas flow controllers, 36 and 37
Is a gas valve for opening and closing a gas cylinder, 38 and 39 are gas cylinders containing a reactive gas, 40 is a sample, 121 is an image memory, and 122 is an A / D converter.

【0023】TEM用試料加工装置は、電子源1、電子
源から引出した電子ビームを試料40に照射する照射レ
ンズ系と、試料を装填する試料室13と、試料40から
の電子を結像させる結像レンズ系と、結像したTEM像
を観察する観察室14と、試料40からの二次電子及び
透過電子を検出する二次電子検出器12、透過電子検出
器16を備えたSTEMに対し、試料40に反応性ガス
を供給するガスボンベ38、39、ガスボンベ38、3
9からのガス流量を制御するガス流量制御器34、3
5、ガスを試料40に吹き付けるガスノズル30、31
からなるガス供給系と、二次電子検出器12、透過電子
検出器16からの検出信号を映像信号として格納する画
像メモリ121、加工範囲を設定するマイクロコンピュ
ータ20、加工範囲を走査する偏向信号を発生する偏向
信号発生器19トからなる走査範囲指示部と配設したも
のである。
The sample processing apparatus for TEM includes an electron source 1, an irradiation lens system for irradiating the sample 40 with an electron beam extracted from the electron source, a sample chamber 13 for loading the sample, and an image of electrons from the sample 40. For an STEM equipped with an imaging lens system, an observation chamber 14 for observing the formed TEM image, a secondary electron detector 12 for detecting secondary electrons and transmitted electrons from the sample 40, and a transmitted electron detector 16. , Gas cylinders 38, 39 for supplying a reactive gas to the sample 40, gas cylinders 38, 3
Gas flow rate controller 34, 3 for controlling the gas flow rate from 9
5. Gas nozzles 30, 31 for blowing gas onto the sample 40
A gas supply system consisting of a secondary electron detector 12, an image memory 121 for storing detection signals from the transmission electron detector 16 as a video signal, a microcomputer 20 for setting a processing range, and a deflection signal for scanning the processing range. It is provided with a scanning range instructing section which is composed of a deflection signal generator 19 for generation.

【0024】図1に示すように、電子ビーム光学系は、
LaB6からなる熱電子放出型の電子源1と、前記電子
源1より放出された電子を200keVまで加速し、ビ
ームを形成する6段加速方式の加速管2と、前記加速さ
れた電子ビームの光軸を調整する光軸調整コイル3と、
前記加速された電子ビームを試料40上にTEMモード
では0.1μm〜1μm程度、STEMモードでは数n
m程度に収束して照射する第1コンデンサレンズ4と、
前記収束された電子ビームを2段収束する第2コンデン
サレンズ5と、透過した電子を結像させる対物レンズ7
と、前記結像した像を順次拡大し、螢光板15上に映し
だす第1中間レンズ8、第2中間レンズ9、第1投射レ
ンズ10、第2投射レンズ11からなる4段結像レンズ
系と、前記蛍光板15の像を観察する観察室14とから
構成される。
As shown in FIG. 1, the electron beam optical system includes
A thermionic emission type electron source 1 made of LaB 6, an accelerating tube 2 of a six-stage acceleration method for accelerating the electrons emitted from the electron source 1 to 200 keV and forming a beam, and the accelerated electron beam An optical axis adjusting coil 3 for adjusting the optical axis,
The accelerated electron beam is projected on the sample 40 to about 0.1 μm to 1 μm in the TEM mode, and several n in the STEM mode.
a first condenser lens 4 which converges and irradiates about m
A second condenser lens 5 that converges the converged electron beam in two stages, and an objective lens 7 that forms an image of the transmitted electron.
And a four-stage imaging lens system including a first intermediate lens 8, a second intermediate lens 9, a first projection lens 10, and a second projection lens 11 that sequentially magnify the formed image and project it on the fluorescent plate 15. And an observation chamber 14 for observing the image of the fluorescent plate 15.

【0025】また、STEMモードにおいては、電子ビ
ームを試料40上に走査する走査コイル6と、走査した
とき試料40から発生する二次電子を検出する二次電子
検出器12と、前記試料40を透過した透過電子を検出
する透過電子検出器16とからなる。なお、上記構成に
おいて、加速管2、光軸調整コイル3、第1コンデンサ
レンズ4、第2コンデンサレンズ5等を照射レンズ系、
対物レンズ7、第1中間レンズ8、第2中間レンズ9、
第1投射レンズ10、第2投射レンズ11等を結像レン
ズ系という。
In the STEM mode, the scanning coil 6 for scanning the electron beam on the sample 40, the secondary electron detector 12 for detecting secondary electrons generated from the sample 40 when scanning, and the sample 40 are provided. And a transmitted electron detector 16 for detecting transmitted transmitted electrons. In the above configuration, the accelerating tube 2, the optical axis adjusting coil 3, the first condenser lens 4, the second condenser lens 5, etc. are used as an irradiation lens system,
Objective lens 7, first intermediate lens 8, second intermediate lens 9,
The first projection lens 10, the second projection lens 11, etc. are referred to as an imaging lens system.

【0026】試料加工装置のガス供給系は、試料40を
電子ビームアシストエッチングによって加工するため、
反応性ガスを試料40の表面に供給するように構成され
ている。前記ガス供給系は、二系統からなり、反応性ガ
スをそれぞれ格納するガスボンベ38、39と、前記ガ
スボンベ38、39をそれぞれ開閉するガスバルブ3
6、37と、前記反応性ガス流量をそれぞれ調節するガ
ス流量制御器34、35と、前記反応性ガス流路をそれ
ぞれ開閉するガスバルブ32、33と、前記反応性ガス
を試料40表面にそれぞれ吹き付けるガスノズル30、
31とからなっている。
Since the gas supply system of the sample processing apparatus processes the sample 40 by electron beam assisted etching,
It is configured to supply the reactive gas to the surface of the sample 40. The gas supply system is composed of two systems, and gas cylinders 38 and 39 for storing a reactive gas, respectively, and a gas valve 3 for opening and closing the gas cylinders 38 and 39, respectively.
6, 37, gas flow rate controllers 34 and 35 for adjusting the reactive gas flow rates, gas valves 32 and 33 for opening and closing the reactive gas flow paths, and the reactive gas sprayed on the surface of the sample 40, respectively. Gas nozzle 30,
It consists of 31.

【0027】前記電子ビーム光学系は、高真空に保つた
め、電子源1及び照射レンズ系をスパッタイオンポンプ
23により、試料室13をターボ分子ポンプ24、ロー
タリポンプ25により、観察室14をターボ分子ポンプ
26と、ロータリポンプ27とによりそれぞれ独立に差
動排気するようになっている。また、試料室13と照射
レンズ系及び結像レンズ系の間にはそれぞれ絞りを設
け、前記反応性ガスの電子ビーム光学系への流入を阻止
している。
In order to maintain a high vacuum in the electron beam optical system, the electron source 1 and the irradiation lens system are operated by the sputter ion pump 23, the sample chamber 13 by the turbo molecular pump 24 and the rotary pump 25, and the observation chamber 14 by the turbo molecular pump. The pump 26 and the rotary pump 27 are configured to perform differential pumping independently. Further, diaphragms are respectively provided between the sample chamber 13 and the irradiation lens system and the imaging lens system to prevent the reactive gas from flowing into the electron beam optical system.

【0028】次に、試料40の加工すべき領域を設定す
る制御系について説明する。まず、二次電子像系は、二
次電子を検出する二次電子検出器12と、この検出信号
をA/D変換するA/D変換器122と、変換されたデ
ィジタル信号を格納する画像メモリ121とから構成さ
れる。同様に、透過電子像系は、透過電子を検出する透
過電子検出器16と、透過電子検出器16の検出信号を
A/D変換するA/D変換器22と、前記変換されたデ
ィジタル信号を格納する画像メモリ21とから構成され
ている。
Next, the control system for setting the region of the sample 40 to be processed will be described. First, the secondary electron image system includes a secondary electron detector 12 for detecting secondary electrons, an A / D converter 122 for A / D converting the detection signal, and an image memory for storing the converted digital signal. And 121. Similarly, the transmission electron image system includes a transmission electron detector 16 for detecting transmission electrons, an A / D converter 22 for A / D converting the detection signal of the transmission electron detector 16, and the converted digital signal. It is composed of an image memory 21 for storing.

【0029】加工範囲を設定するマイクロコンピュータ
20は、偏向信号発生器19と接続され、前記画像メモ
リ121、画像メモリ21から画像信号メモリを読みだ
し、前記偏向信号発生器19から偏向信号を発生させる
と共に、モニタ17、18と接続され、上記画像信号メ
モリを二次電子像、透過電子像としてそれぞれモニタ1
7、18とに表示させるようになっている。
The microcomputer 20 for setting the processing range is connected to the deflection signal generator 19, reads the image signal memory from the image memory 121 and the image memory 21, and causes the deflection signal generator 19 to generate a deflection signal. In addition, the monitor 1 is connected to monitors 17 and 18, and the image signal memory is used as a secondary electron image and a transmission electron image in the monitor 1 respectively.
7 and 18 are displayed.

【0030】次に、図2を参照して、図1の実施例に係
るTEM用観察試料作成装置の動作について説明する。
図2は、図1のTEM用観察試料作成装置による試料の
断面図、図3は、図2に示す試料の斜視図、図4は、図
2に示す試料の試料ホルダーの斜視図である。図2に示
されるTEM観察用の試料は、GaAs基板90に分子
線エピタキシーによってGaAs層92a、92b、9
2cとAlGaAs層91a、91b、91c、91d
とを交互に成長させた1次元超格子構造の素子であり、
図示左側の数字は各層の厚みの一例である。なお、本明
細書の説明において示す数字は、同様に一例である。
Next, the operation of the TEM observation sample preparation apparatus according to the embodiment of FIG. 1 will be described with reference to FIG.
2 is a sectional view of the sample by the TEM observation sample preparation device of FIG. 1, FIG. 3 is a perspective view of the sample shown in FIG. 2, and FIG. 4 is a perspective view of a sample holder of the sample shown in FIG. The sample for TEM observation shown in FIG. 2 includes GaAs layers 92a, 92b, 9 on a GaAs substrate 90 by molecular beam epitaxy.
2c and AlGaAs layers 91a, 91b, 91c, 91d
Is an element of a one-dimensional superlattice structure in which and are grown alternately,
The numbers on the left side of the drawing are examples of the thickness of each layer. It should be noted that the numbers shown in the description of the present specification are similarly examples.

【0031】図3を参照して、試料作成について説明す
る。図3において、40は試料、41は観察部、42は
突起部、49は電子ビーム照射方向である。図示されて
いる数字は一例を示すものである。図3に示されるよう
に、試料40を前記素子から、幅500μm、長さ2m
mで切り出し、その表面に機械加工により幅30μm、
高さ70μmの突起部42を設ける。さらに、前記突起
部42の中央に電子ビームアシストエッチングで破線部
の加工を行ない、観察部41の厚さを電子ビームが透過
できるように100nm以下になるよう加工し観察用試
料40が作成される。試料40のTEM観察時、電子は
図示矢印電子ビーム照射方向49の方向から照射され
る。
The sample preparation will be described with reference to FIG. In FIG. 3, 40 is a sample, 41 is an observation part, 42 is a protrusion, and 49 is an electron beam irradiation direction. The numbers shown are for example only. As shown in FIG. 3, the sample 40 was separated from the device by a width of 500 μm and a length of 2 m.
The width is 30 μm by machining on the surface.
Protrusions 42 having a height of 70 μm are provided. Further, the broken line portion is processed by electron beam assisted etching in the center of the protrusion 42, and the thickness of the observation portion 41 is processed to 100 nm or less so that the electron beam can be transmitted, and the observation sample 40 is prepared. . At the time of TEM observation of the sample 40, the electrons are emitted from the direction of the electron beam irradiation direction 49 shown in the figure.

【0032】次に、図4を参照して試料を試料ホルダに
取り付けについて説明する。図4において、43は試料
ホルダである。x、y、zは左右(図面に対し左右)、
前後(図面に対し垂直)、上下(図面に対し上下)の方
向、θは、y軸を中心とする回転方向である。試料40
をサイドエントリ型の試料ホルダ43に、その突起部4
2が上部になるように装着する。前記突起部42の長手
方向は、当該試料ホルダ43の長手方向と一致させる。
Next, attachment of the sample to the sample holder will be described with reference to FIG. In FIG. 4, 43 is a sample holder. x, y, z are left and right (left and right with respect to the drawing),
A front-back direction (perpendicular to the drawing), a vertical direction (up-down direction with respect to the drawing), and θ are rotation directions around the y-axis. Sample 40
To the side-entry type sample holder 43,
Attach so that 2 is on top. The longitudinal direction of the protrusion 42 is made to coincide with the longitudinal direction of the sample holder 43.

【0033】前記試料ホルダ43は、従来のTEM観察
試料ホルダと異なり、底部に電子透過用の穴がなく、ま
たθ=±90°回転可能なように幅が小さくして構成さ
れている。また、前記試料ホルダ43は、従来技術にお
けるTEMと同様、試料室13に装填した状態でx軸、
y軸にそれぞれ±1mm、z軸に0.3mm程度、微動
できる機構になっている。試料40の試料ホルダ43へ
の装着は、通常のSEMで行なわれる従来の方法と同様
である。
Unlike the conventional TEM observation sample holder, the sample holder 43 does not have a hole for electron transmission at the bottom and has a small width so that it can rotate by θ = ± 90 °. Further, the sample holder 43 is mounted on the sample chamber 13 in the x-axis, as in the TEM in the prior art.
The mechanism is such that the y axis can be finely moved by ± 1 mm and the z axis can be moved by about 0.3 mm. The mounting of the sample 40 on the sample holder 43 is similar to the conventional method performed by a normal SEM.

【0034】次に、図5、図6を参照して試料ホルダに
試料室13への装填、試料の観察手順を説明する。図5
は、図1のTEM用試料加工装置に試料ホルダ装填説明
図、図6は、図1のTEM用試料加工装置による各加工
工程の試料とSEM像とSTEM像の略示説明図であ
る。図5に示すごとく、試料ホルダ43を対物レンズ7
内で、かつ吹き付けノズル30、31により上部より反
応ガスが吹きつけられるような試料室13の位置に装填
する。これは、高分解能を実現するため試料を対物レン
ズ内に設置する、いわゆるインレンズ方式を用いたもの
である。
Next, the procedure for loading the sample holder into the sample chamber 13 and observing the sample will be described with reference to FIGS. Figure 5
1 is an explanatory view of loading a sample holder on the TEM sample processing apparatus of FIG. 1, and FIG. 6 is a schematic explanatory view of a sample, an SEM image, and a STEM image of each processing step by the TEM sample processing apparatus of FIG. As shown in FIG. 5, the sample holder 43 is attached to the objective lens 7
It is loaded inside the sample chamber 13 such that the reaction gas is sprayed from above by the spray nozzles 30 and 31. This uses a so-called in-lens system in which a sample is placed in an objective lens in order to realize high resolution.

【0035】次に、図6を中心に、図1を参照して、試
料40の加工手順及び観察手順を説明する。図6は、最
左欄のNO.は工程1から工程6までの順序を示し、左
欄の各図は最左欄の各工程における試料の加工方法、中
欄の各図は最左欄の各工程におけるSEM像、右欄の各
図は最左欄の各工程におけるSTEM像を示している。
工程1から工程5までは、STEMモード、工程6はT
EMモードでの観察、加工が行なわれる。図6におい
て、図中、91a、91b、91c、91d、92a、
92b、92cは図2の同一符号と同等部分であり、4
0、41、43は、図3、6の同一符号と同等部分であ
るので説明を省略する。新たな符号のみを説明する。4
4は電子ビーム、45は反応性ガス、48は加工領域、
100は暗部、110、111、112、113、11
5、は各段階におけるSEM像、114、116は各段
階におけるSTEM像である。
Next, with reference to FIG. 1, focusing on FIG. 6, the processing procedure and the observation procedure of the sample 40 will be described. FIG. 6 shows NO. Shows the order from Step 1 to Step 6, each figure in the left column shows a sample processing method in each step in the leftmost column, each figure in the middle column shows an SEM image in each step in the leftmost column, each in the right column The figure shows STEM images in each step in the leftmost column.
Steps 1 to 5 are in STEM mode, step 6 is T
Observation and processing are performed in the EM mode. 6, in the figure, 91a, 91b, 91c, 91d, 92a,
Reference numerals 92b and 92c denote the same parts as those in FIG.
Since 0, 41, and 43 are the same parts as those in FIG. Only new codes will be described. Four
4 is an electron beam, 45 is a reactive gas, 48 is a processing area,
100 is a dark part, 110, 111, 112, 113, 11
5 is an SEM image at each stage, and 114 and 116 are STEM images at each stage.

【0036】まず、工程1で加工すべき領域の位置決め
を行なう。電子源1から放出された電子を加速管2で1
00keVに加速し、第一コンデンサレンズ4、第二コ
ンデンサレンズ5でビーム径を2〜3nmとなるように
微細に絞り電子ビーム44とし、前記走査コイル6によ
り試料40上を走査する。このとき、前記試料40から
発生する二次電子を二次電子検出器12で検出し、検出
信号をA/D変換器122でディジタル信号に変換し、
画像メモリ121に格納する。
First, in step 1, the region to be processed is positioned. The electrons emitted from the electron source 1 are transferred to the acceleration tube 2
It is accelerated to 00 keV, and the first condenser lens 4 and the second condenser lens 5 finely squeeze the electron beam 44 so that the beam diameter becomes 2-3 nm, and the scanning coil 6 scans the sample 40. At this time, secondary electrons generated from the sample 40 are detected by the secondary electron detector 12, and the detection signal is converted into a digital signal by the A / D converter 122,
It is stored in the image memory 121.

【0037】次ぎに、マイクロコンピュータ20により
画像メモリ121の画像データを工程1のSEM像11
0としてモニタ17に表示する。SEM像110上でマ
イクロコンピュータ20に加工領域48を設定する。こ
れにより加工時、電子ビーム44を加工領域48のみ自
動的に走査することが可能である。このように位置決め
は微細な電子ビームによって行なうため、高精度でしか
もイオンビームのようにスパッタリングで加工されるこ
ともない。
Next, the image data in the image memory 121 is converted by the microcomputer 20 into the SEM image 11 in step 1.
It is displayed as 0 on the monitor 17. The processing area 48 is set in the microcomputer 20 on the SEM image 110. This allows the electron beam 44 to automatically scan only the processing area 48 during processing. Since the positioning is performed by the fine electron beam as described above, it is highly accurate and is not processed by sputtering unlike the ion beam.

【0038】次に、工程2において、加工領域48を加
工する。加工には反応性ガス45を試料40に吹き付
け、電子ビーム44を照射し、試料4表面に吸着した反
応性ガス45を分解して、電子ビーム44の照射箇所の
みを局所エッチングを行なわせる。反応性ガス45とし
ては、試料4の材質がGaAs系のため、Cl系ガスの
Cl2、SiCl4、CCl4等が用いられるが、本実施
例ではCl2ガスを用いる。ただし、Cl2ガスは、Ga
Asに対して電子ビーム44を照射しなくてもエッチン
グを自発的に生じる。
Next, in step 2, the processing area 48 is processed. For processing, the reactive gas 45 is blown onto the sample 40, the electron beam 44 is irradiated, the reactive gas 45 adsorbed on the surface of the sample 4 is decomposed, and only the irradiation portion of the electron beam 44 is locally etched. As the reactive gas 45, Cl 2 gas such as Cl 2 , SiCl 4 , CCl 4 or the like is used because the material of the sample 4 is GaAs, but Cl 2 gas is used in this embodiment. However, the Cl 2 gas is Ga
Etching occurs spontaneously without irradiating the electron beam 44 on As.

【0039】ここで、図6の各工程の説明を一時中断
し、上記自発的エッチングに対する対処方法について説
明する。一の方法として、観察部41の厚さを自発性エ
ッチングによる加工量を考慮してあらかじめ厚く設定し
ておき、加工終了時点で最適な厚さになるようにする手
段がある。自発性エッチングによる加工量は、反応性ガ
ス45のガス圧に依存し、加工時間に比例する。そこ
で、予め自発性エッチングによって加工される量を予測
し、それを考慮して電子ビームアシストエッチングによ
る加工量を少なめに設定して最終的に目標とする厚さに
する。
Here, the description of each step in FIG. 6 will be temporarily suspended, and a method for coping with the above spontaneous etching will be described. As one method, there is a means for setting the thickness of the observation portion 41 to be thick in advance in consideration of the amount of processing by spontaneous etching so that the thickness becomes optimum at the end of processing. The processing amount by the spontaneous etching depends on the gas pressure of the reactive gas 45 and is proportional to the processing time. Therefore, the amount to be processed by spontaneous etching is predicted in advance, and the amount to be processed by electron beam assisted etching is set to be small in consideration of the amount to finally obtain the target thickness.

【0040】また、これとは別に、他の一の方法とし
て、電子ビームアシストエッチングによって加工する
際、試料40の温度を低くすることにより自発性エッチ
ングを抑えることもできる。さらに、他の一の方法とし
て自発性エッチングを抑えるガスを反応性ガス45に混
合してエッチングする方法がある。例えば、混合するガ
スとしてSiCl4、CCl4を用い、反応性ガスCl2
との混合比を適当な値にすることにより、自発性エッチ
ングを抑えることができる。
In addition to this, as another method, it is possible to suppress spontaneous etching by lowering the temperature of the sample 40 when processing by electron beam assisted etching. Furthermore, as another method, there is a method in which a gas that suppresses spontaneous etching is mixed with the reactive gas 45 and etching is performed. For example, SiCl 4 and CCl 4 are used as a mixed gas, and a reactive gas Cl 2 is used.
Spontaneous etching can be suppressed by setting the mixing ratio of and to an appropriate value.

【0041】前記反応性ガスCl2の割合が大きいと、
加工部側壁に相当する観察部41の自発性エッチングが
大きく、SiCl4ガスやCCl4ガスの割合が大きいと
自発性エッチングが小さい代わりに全体の加工速度が小
さい。ここでは、混合ガスとしてSiCl4を用いる。
前記ガスボンベ38にCl2ガス、ガスボンベ39にS
iCl4ガスを収納し、バルブ36、37を開き、流量
制御器34、35でガス流量及び前記二つのガスの混合
比を調節し、バルブ32、33を開き、ノズル30、3
1を介して反応性ガス45として、Cl2とSiCl4
スを試料40に吹き付け吸着させる。マイクロコンピュ
ータ20により、加工領域48が偏向信号発生器19に
設定され、自動的に電子ビーム44が加工領域48を走
査し照射する。
When the ratio of the reactive gas Cl 2 is large,
The spontaneous etching of the observation portion 41 corresponding to the side wall of the processed portion is large, and when the proportion of SiCl 4 gas or CCl 4 gas is large, the spontaneous etching is small but the overall processing speed is small. Here, SiCl 4 is used as the mixed gas.
Cl 2 gas in the gas cylinder 38 and S in the gas cylinder 39
The iCl 4 gas is stored, the valves 36 and 37 are opened, the gas flow rates and the mixing ratio of the two gases are adjusted by the flow rate controllers 34 and 35, the valves 32 and 33 are opened, and the nozzles 30 and 3 are opened.
Cl 2 and SiCl 4 gas are sprayed onto the sample 40 as a reactive gas 45 via 1 to be adsorbed. The processing area 48 is set in the deflection signal generator 19 by the microcomputer 20, and the electron beam 44 automatically scans and irradiates the processing area 48.

【0042】前記電子ビーム44のエネルギーによって
反応性ガス45が分解し、試料40と反応してエッチン
グが進行する。このとき加工部側壁に相当する観察部4
1には混合ガスSiCl4によるSiの薄膜が形成さ
れ、Cl2ガスによる自発性エッチングを防ぐと考えら
れる。前記形成されるSiの薄膜厚さは非常に薄いた
め、これが残っていてもTEM観察には影響はない。ま
た後の工程5で観察部41に直角に電子ビームを照射し
て加工する段階でSiの薄膜は除去できる。工程2に示
す前記SEM像111から加工中の加工領域48の状態
をモニタできる。
The reactive gas 45 is decomposed by the energy of the electron beam 44 and reacts with the sample 40 to progress the etching. At this time, the observation section 4 corresponding to the side wall of the processing section
It is considered that a Si thin film is formed by the mixed gas SiCl 4 in 1 to prevent spontaneous etching by Cl 2 gas. Since the thin film of the formed Si is very thin, even if it remains, it does not affect the TEM observation. Further, in the subsequent step 5, the Si thin film can be removed at the stage of processing by irradiating the observation section 41 with an electron beam at a right angle. From the SEM image 111 shown in step 2, the state of the processing region 48 being processed can be monitored.

【0043】再び、工程2の加工領域48の加工につい
て、図7を参照して説明する。前記加工領域48を加工
するとき、加工時間を短縮することおよび観察部41を
高精度に仕上げるため加工を二段階に分けて行なわれ
る。図7は、図6の加工工程2の加工方法の拡大説明図
である。図7において、左図は粗加工の方法、右図は仕
上げ加工の方法をそれぞれ示している。図中、図6と同
一符号は同等部分であるので、説明を省略する。新たな
符号のみを説明する。48aは、加工領域48における
粗加工領域、48bは、加工領域48における仕上げ加
工領域である。
Again, the processing of the processing area 48 in step 2 will be described with reference to FIG. When the processing region 48 is processed, the processing is performed in two steps in order to reduce the processing time and finish the observation part 41 with high accuracy. FIG. 7 is an enlarged explanatory diagram of the processing method of the processing step 2 of FIG. In FIG. 7, the left figure shows the roughing method, and the right figure shows the finishing method. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. Only new codes will be described. Reference numeral 48a is a rough processing area in the processing area 48, and 48b is a finish processing area in the processing area 48.

【0044】図7の左図に示す第1段階の粗加工では、
第一コンデンサレンズ4、第二コンデンサレンズ5によ
り電子ビーム44の径を0.5μm程度の大きさにし、
電子ビーム電流を大きくして粗加工領域48aの走査を
行ない、観察部41の周辺1μmを残して高速に加工す
る。次に、図7の右図に示す第二段階の仕上げ加工で
は、加速電圧を100keVとし、第一コンデンサレン
ズ4、第二コンデンサレンズ5により電子ビーム径を2
〜3nm程度と微細に絞り、仕上げ加工領域48bの走
査を行ない観察部41が得られる。
In the first stage rough machining shown in the left diagram of FIG.
The diameter of the electron beam 44 is set to about 0.5 μm by the first condenser lens 4 and the second condenser lens 5,
The electron beam current is increased to scan the rough processing area 48a, and high-speed processing is performed while leaving 1 μm around the observation portion 41. Next, in the second stage finishing process shown on the right side of FIG. 7, the acceleration voltage is set to 100 keV and the electron beam diameter is set to 2 by the first condenser lens 4 and the second condenser lens 5.
The observation part 41 is obtained by finely narrowing down to about 3 nm and scanning the finishing region 48b.

【0045】前記図7の左図の粗加工粗加工終了後、加
工結果の確認と図7の右図に示す第二段階の仕上げ加工
を行なうために、SEM像によって観察が行うが、試料
未加工部が観察される場合がある。試料未加工部の前記
SEM像の観察と加工方法を図8を参照して説明する。
図8は、SEM像による試料未加工部の観察と加工方法
と試料断面図の略示説明図である。図8において、左図
は観察像、中図は加工方法1、右図は加工方法2を示
し、上段は、観察,加工方法1,加工方法2におけるS
EM像、下段は、観察,加工方法1,加工方法2におけ
る断面を示している。図中、図6と同一符号は同等部分
であるので、説明を省略する。新たな符号のみを説明す
る。46は未加工領域、47は電子ビームを照射する斜
線部、117、118、119はSEM像である。
After the roughing shown in the left diagram of FIG. 7 is finished, the SEM image is used to observe the result of the machining and the second stage finishing process shown in the right diagram of FIG. The processed part may be observed. The observation and processing method of the SEM image of the sample unprocessed portion will be described with reference to FIG.
FIG. 8 is a schematic explanatory view of a sample unprocessed portion observed by a SEM image, a processing method, and a sample cross-sectional view. In FIG. 8, the left figure shows the observed image, the middle figure shows the processing method 1, the right figure shows the processing method 2, and the upper row shows S in observation, processing method 1, and processing method 2.
The EM image and the lower part show cross sections in observation, processing method 1 and processing method 2. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. Only new codes will be described. Reference numeral 46 is an unprocessed region, 47 is a hatched portion for irradiating an electron beam, 117, 118, and 119 are SEM images.

【0046】図8の左図のSEM像と断面が示すよう
に、SEM像117には未加工領域46が観察される場
合がある。前記未加工領域46が生じる原因としては、
加工時の試料の傾きあるいは電子ビームの裾の広がりに
よるものなどが考えられる。これに対し、図8の中図に
示すように、電子ビーム44のビーム径を仕上げ加工時
と同様細く絞って加工する加工方法1と、図8の右図に
示すように、加工時間を短縮するため試料40を傾斜さ
せて粗加工時の太い電子ビーム径で加工する加工方法2
とがある。
As shown in the SEM image and cross section in the left diagram of FIG. 8, an unprocessed region 46 may be observed in the SEM image 117. The cause of the unprocessed area 46 is as follows.
This may be due to the inclination of the sample during processing or the spread of the tail of the electron beam. On the other hand, as shown in the middle diagram of FIG. 8, the processing method 1 in which the beam diameter of the electron beam 44 is narrowed down similarly to the finishing process, and the processing time is shortened as shown in the right diagram of FIG. Processing method 2 in which the sample 40 is inclined and processed with a thick electron beam diameter during rough processing
There is.

【0047】図8の中図が示す前記加工方法1では、電
子ビーム44を2〜3nm程度に絞り、SEM像118
から斜線部47のみを走査して未加工領域46を加工す
ることができる。図8の右図が示す前記加工方法2で
は、SEM像117の未加工領域46の大きさから未加
工料領域46の傾斜角度がわかるため、それと同程度に
試料40を傾斜させ、太い電子ビーム径で未加工領域4
6を速い速度で加工できる。
In the processing method 1 shown in the middle diagram of FIG. 8, the SEM image 118 is obtained by narrowing the electron beam 44 to about 2 to 3 nm.
Therefore, the unprocessed region 46 can be processed by scanning only the shaded portion 47. In the processing method 2 shown in the right diagram of FIG. 8, since the tilt angle of the unprocessed material region 46 can be known from the size of the unprocessed region 46 of the SEM image 117, the sample 40 is tilted to the same extent as that and the thick electron beam is used. Diameter unprocessed area 4
6 can be processed at high speed.

【0048】図示されていないが、試料ホルダ43の構
造を、従来技術のTEMホルダと同様に試料装着箇所だ
け、θ方向及びそれと90°の方向2軸に回転できる機
構とすることにより、試料4の観察部40の面と直角方
向のSEM像を得、より精度の高い加工を行なうことも
できる。
Although not shown in the drawing, the structure of the sample holder 43 is set to a mechanism capable of rotating the sample mounting position only in the θ direction and biaxially with 90 ° in the same manner as the conventional TEM holder. It is also possible to obtain a SEM image in the direction perpendicular to the surface of the observation section 40 and perform more accurate processing.

【0049】再び、図6を参照して各工程を説明する。
前記仕上げ加工終了後、図6の工程3により加工状態を
確認するためSEM像112の観察が行なわれる。観察
は、一旦電子ビーム44を止め、反応性ガス45の供給
を停止し、前記反応性ガス45の排気が終了した時点
で、電子ビーム44を発生させ、加速電圧100ke
V、電子ビーム径2〜3nmで行なわれる。加工状態を
観察し加工が不完全の場合は、工程2に戻り、再度、反
応性ガスを供給して加工を行なうことができる。
Again, each step will be described with reference to FIG.
After the finishing process is completed, the SEM image 112 is observed in order to confirm the processing state in step 3 of FIG. For the observation, the electron beam 44 was once stopped, the supply of the reactive gas 45 was stopped, and when the exhaust of the reactive gas 45 was completed, the electron beam 44 was generated and the accelerating voltage 100 ke
V, electron beam diameter 2-3 nm. When the processing state is observed and the processing is incomplete, the process returns to step 2 and the reactive gas can be supplied again to perform the processing.

【0050】次に、工程4によりSTEMモードにおけ
るTEM観察が行なわれる。蛍光板15をあげ、図4の
試料ホルダ43をθ=90°回転させ、更にx軸、y軸
に微動させて観察部41を電子ビーム光学系の光軸に合
わせる。加速電圧を200keV、ビーム径2〜3nm
の微細な電子ビームで反応性ガス45は供給せず、試料
40を走査する。試料40から発生する二次電子は二次
電子検出器12、試料40を透過した電子は透過電子検
出器16によって検出される。
Next, in step 4, TEM observation is performed in the STEM mode. The fluorescent plate 15 is raised, the sample holder 43 in FIG. 4 is rotated by θ = 90 °, and further finely moved along the x axis and the y axis to align the observation section 41 with the optical axis of the electron beam optical system. Accelerating voltage of 200 keV, beam diameter 2-3 nm
The reactive gas 45 is not supplied by the fine electron beam of, and the sample 40 is scanned. Secondary electrons generated from the sample 40 are detected by the secondary electron detector 12, and electrons transmitted through the sample 40 are detected by the transmission electron detector 16.

【0051】前記二次電子検出器12の検出信号、透過
電子検出器16の検出信号は、それぞれA/D変換器1
22、22によってディジタル信号に変換され、電子ビ
ーム走査と同期させて画像メモリ121、21に格納さ
れる。マイクロコンピュータ20によって画像データを
モニタ17、18にSEM像、STEM像として表示す
る。
The detection signal of the secondary electron detector 12 and the detection signal of the transmission electron detector 16 are respectively the A / D converter 1
It is converted into a digital signal by 22 and 22 and stored in the image memories 121 and 21 in synchronization with the electron beam scanning. The microcomputer 20 displays the image data on the monitors 17 and 18 as SEM images and STEM images.

【0052】このようにして得られたSEM像113、
STEM像114は、観察部41の同一箇所を表示して
いる。前記SEM像113、STEM像114では観察
部41の試料表面からAlGaAs層91d、91c、
91b、91aとGaAs層92c、92b、92aと
が交互に層状になっている状態が観察される。SEM像
113は、視野全体に一様なコントラストで観察される
が、STEM像114は観察部の厚さの不均一によって
画像に部分的に明部、暗部が生じる。例えば、図示のS
TEM像114においては、暗部100の部分は試料4
0の厚さが厚く電子が透過しにくいため生じたと考えら
れる。このとき暗部100を囲む領域をマイクロコンピ
ュータ20により再加工領域として設定する。
The SEM image 113 thus obtained,
The STEM image 114 displays the same portion of the observation unit 41. In the SEM image 113 and the STEM image 114, the AlGaAs layers 91d, 91c,
It is observed that 91b, 91a and GaAs layers 92c, 92b, 92a are alternately layered. The SEM image 113 is observed with a uniform contrast over the entire visual field, but the STEM image 114 has a bright portion and a dark portion partially in the image due to the uneven thickness of the observation portion. For example, S in the figure
In the TEM image 114, the dark portion 100 is the sample 4
It is considered that this occurred because the thickness of 0 was large and it was difficult for electrons to pass through. At this time, the area surrounding the dark portion 100 is set as a rework area by the microcomputer 20.

【0053】次に、工程5により再加工領域の加工が行
なわれる。従来のFIB加工ではイオンを用いるため、
その質量は電子に比べて大きく、観察面に直角にイオン
ビームを照射すると試料は損傷してしまう恐れがあっ
た。電子の場合には質量が小さいため、損傷の可能性が
小さく、観察面に直角に電子ビームを照射しながら加工
する。
Next, in step 5, the reprocessed region is processed. Since ions are used in conventional FIB processing,
Its mass is larger than that of electrons, and there is a risk that the sample will be damaged if the observation surface is irradiated with an ion beam at a right angle. In the case of electrons, since the mass is small, the possibility of damage is low, and the observation surface is processed by irradiating it with an electron beam at a right angle.

【0054】マイクロコンピュータ20により偏向信号
発生器19に再加工領域の走査範囲を設定し、バルブ3
2、33を開いて反応性ガス45を供給し、電子ビーム
44の加速電圧、ビーム径を、前記工程4のSTEM観
察時と同一にして加工する。加工と同時にSEM像、S
TEM像を観察し、STEM像116が明瞭に検出され
るまで加工が行なわれる。
The scanning range of the rework area is set in the deflection signal generator 19 by the microcomputer 20, and the valve 3
2 and 33 are opened and a reactive gas 45 is supplied, and the electron beam 44 is processed with the same accelerating voltage and beam diameter as in the STEM observation of the above step 4. SEM image, S at the same time as processing
The TEM image is observed, and the processing is performed until the STEM image 116 is clearly detected.

【0055】なお、工程4で、STEM像の観察部41
全体が暗く、観察部41全体がまだ電子透過可能な厚さ
になっていない場合は、次ぎの工程5に進まず、再び工
程2に戻って再加工することもできる。STEM像では
格子像などは観察できないため、工程6によりTEM像
の観察が行なわれる。TEM像の観察は、蛍光板15を
下降させ、コンデンサレンズ1、コンデンサレンズ2で
電子ビームを観察領域全体に拡げて、平行ビームとして
観察部41に照射し、試料40を透過した電子を対物レ
ンズ7で結像し、結像した像を第1中間レンズ8、第二
中間レンズ9、第一投射レンズ10、第二投射レンズ1
1で順次拡大し、蛍光板15上に映しだし観察室14で
観察する。これにより試料40を他の装置に移動し取り
付けることなくその場で観察ができる。
In step 4, the STEM image observation section 41 is used.
If the whole is dark and the entire observation portion 41 is not yet electron-transmissive in thickness, it is possible to return to step 2 for reprocessing without proceeding to the next step 5. Since the lattice image cannot be observed in the STEM image, the TEM image is observed in step 6. For observing the TEM image, the fluorescent plate 15 is lowered, the electron beam is spread over the entire observation area by the condenser lens 1 and the condenser lens 2, and the observation section 41 is irradiated with a parallel beam, and the electron transmitted through the sample 40 is irradiated by the objective lens 7. The first intermediate lens 8, the second intermediate lens 9, the first projection lens 10, the second projection lens 1
The image is sequentially enlarged at 1 and projected on the fluorescent screen 15 and observed in the observation room 14. As a result, the sample 40 can be observed on the spot without moving and attaching it to another device.

【0056】〔実施例 2〕次に、本発明の他の一実施
例を図9により説明する。図9は、本発明の他の一実施
例に係る試料作成方法の各加工工程の試料とSEM像と
STEM像の略示説明図である。図9において、最左欄
のNo.は各工程を示し、左欄の各図は各工程における
試料、中欄の図はSEM像、右欄の図はSTEM像を示
している。図中、図6と同一符号は同等部分であるので
再度の説明は省略し、新たな符号のみを説明する。12
3はSEM像、124はSTEM像、125は暗部であ
る。
[Embodiment 2] Next, another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 9 is a schematic explanatory view of a sample, an SEM image, and a STEM image in each processing step of the sample manufacturing method according to another embodiment of the present invention. In FIG. 9, No. in the leftmost column. Shows each step, each figure in the left column shows the sample in each step, the figure in the middle column shows the SEM image, and the figure in the right column shows the STEM image. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. 6 are the same parts, and therefore the repetitive description will be omitted and only new reference numerals will be described. 12
3 is an SEM image, 124 is a STEM image, and 125 is a dark part.

【0057】図9の〔実施例 2〕で示される各工程
4′、5′、6′は、図6の〔実施例1〕において説明
した工程4で、STEM像の観察部41全体が暗く、観
察部41が電子透過可能な厚さになっていない場合、そ
の再加工をTEMモードによって行なうものである。
Steps 4 ', 5', and 6'shown in [Example 2] of FIG. 9 are steps 4 described in [Example 1] of FIG. 6, and the entire observation portion 41 of the STEM image is dark. If the observation portion 41 is not thick enough to transmit electrons, the reprocessing is performed in the TEM mode.

【0058】工程4′では、STEM像124の全体が
暗部125の場合には、図9の中段図の工程5′に示す
ように試料40は、90°回転したままの状態で電子ビ
ーム44をコンデンサレンズ4、5により観察領域全体
に拡げて平行ビームとして一括照射し、同時に反応性ガ
ス45を供給して観察部41の全体をエッチングする。
In step 4 ', when the entire STEM image 124 is the dark portion 125, the sample 40 is irradiated with the electron beam 44 while being rotated by 90 ° as shown in step 5'in the middle diagram of FIG. The condenser lenses 4 and 5 are spread over the entire observation region and are collectively irradiated as a parallel beam. At the same time, the reactive gas 45 is supplied to etch the entire observation part 41.

【0059】このような加工によって観察部41が電子
透過可能な厚さになると対物レンズ7、中間レンズ8、
9、投射レンズ10、11によって蛍光板15上にTE
M像が結像し、観察部41がTEM観察可能な状態にな
ったことがわかる。そこで、反応性ガス45の供給を停
止し、残留ガスを排気する。
When the observation portion 41 has a thickness that allows electron transmission through such processing, the objective lens 7, the intermediate lens 8,
9. TE on the fluorescent plate 15 by the projection lenses 10 and 11
It can be seen that the M image is formed and the observing section 41 is in a state where TEM observation is possible. Therefore, the supply of the reactive gas 45 is stopped and the residual gas is exhausted.

【0060】次に、図9に示す工程6′においては、工
程5′の加工時の電子ビームの照射状態のままでTEM
観察を行うことができる。また、試料40のTEM観察
位置の位置決めにそれ程精度を要しない場合、TEMモ
ードによる加工を、図6に示した工程2から行なうこと
もできる。その場合、図6の工程2から試料40を90
°回転した状態で、今述べたTEMモードによって加
工、観察を行なうことができる。
Next, in step 6'shown in FIG. 9, the TEM is used while the irradiation state of the electron beam at the time of processing in step 5'is maintained.
Observations can be made. Further, when the positioning of the TEM observation position of the sample 40 does not require so much accuracy, the processing in the TEM mode can be performed from the step 2 shown in FIG. In that case, 90 from the sample 2 in step 2 of FIG.
In the rotated state, processing and observation can be performed in the TEM mode just described.

【0061】〔実施例 3〕次に、本発明のさらに他の
実施例を図10、図11により説明する。図10は、本
発明の他の一実施例の試料作成方法における試料断面
図、図11は、本発明のさらに他の実施例に係る試料作
成方法における反応ガス供給系構成図である。〔実施例
3〕は、図1の〔実施例 1〕における試料40の材
質が、GaAs系の化合物半導体であったのに対し、S
i系の材料からなるMOS半導体素子を対象とする点が
異なる。図10において、93はSi基板、94はSi
n+層、95はSiO2、96はAl配線、97はりんガ
ラス(以下、PSGという)、98はSiO2、99は
ポリSiゲートである。
[Third Embodiment] Next, still another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 10 is a sectional view of a sample in a sample preparing method according to another embodiment of the present invention, and FIG. 11 is a reaction gas supply system configuration diagram in a sample preparing method according to still another embodiment of the present invention. In [Example 3], the material of the sample 40 in [Example 1] of FIG. 1 was a GaAs-based compound semiconductor.
The difference is that it is intended for MOS semiconductor devices made of i-based materials. In FIG. 10, 93 is a Si substrate and 94 is a Si substrate.
n + layer, 95 is SiO 2 , 96 is Al wiring, 97 is phosphor glass (hereinafter referred to as PSG), 98 is SiO 2 , and 99 is poly-Si gate.

【0062】図10に示すように、試料40は、MOS
半導体のゲート部分で、Si基板93上にSin+層9
4、SiO295、Al配線96、ポリSiゲート9
9、SiO298、PSG97とを順次積層してから構
成される。この試料40をTEM観察用に電子ビームア
シストエッチングするとき、SiO2、Si、PSG部
分は、F系の反応性ガスXeF2、CF4、SF6により
エッチング可能であるが、Alに対しては、F系のガス
は反応性が低いためエッチングが進行しない。一般に、
AlはCl系のガスCl2、SiCl4、BCl3で反応
し、エッチングされる。
As shown in FIG. 10, the sample 40 is a MOS
Sin + layer 9 on Si substrate 93 at the semiconductor gate
4, SiO 2 95, Al wiring 96, poly-Si gate 9
9, SiO 2 98, and PSG 97 are sequentially laminated. When this sample 40 is subjected to electron beam assisted etching for TEM observation, the SiO 2 , Si, and PSG portions can be etched by the F-based reactive gases XeF 2 , CF 4 , and SF 6 , but with respect to Al, Etching does not proceed because the F and F gases have low reactivity. In general,
Al reacts with Cl-based gases Cl 2 , SiCl 4 , and BCl 3 and is etched.

【0063】前記の如く、材質として、SiとAlが共
存する場合、例えば最初XeF2ガスを用いてSi系の
材質をエッチングし、Alが露出した時点で反応性ガス
を切換えるという方法もあるが、ガスの切換えに手間が
かかる。また、各材質が層状になっている場合はガスの
切換えで対処できるが、各材質が3次元的に複雑に配置
されている場合には難しい。そこで、このようなとき
は、反応性ガスとして、F系のガスとCl系のガスを混
合して用いる。そして各材質の加工速度の調節は、ガス
の混合比によって行うことができる。本例では、XeF
2、Cl2を用いる。そのため、ガスボンベ38にはXe
2、ガスボンベ39にはCl2を格納する。そして流量
制御器34、35を調節してガス流量を調節するととも
に両ガスの混合比を調節して異なる材質の加工速度が同
程度になるように設定する。そして、エッチングガスを
ノズル30、31を介して試料40に供給する。
As described above, when Si and Al coexist as materials, for example, there is a method in which the Si-based material is first etched using XeF 2 gas and the reactive gas is switched when Al is exposed. , It takes time to switch the gas. Further, when each material is layered, it can be dealt with by switching the gas, but it is difficult when each material is three-dimensionally arranged in a complicated manner. Therefore, in such a case, an F-based gas and a Cl-based gas are mixed and used as the reactive gas. The processing speed of each material can be adjusted by the gas mixture ratio. In this example, XeF
2 and Cl 2 are used. Therefore, the gas cylinder 38 has Xe.
F 2 and Cl 2 are stored in the gas cylinder 39. Then, the flow rate controllers 34 and 35 are adjusted to adjust the gas flow rate, and the mixing ratio of both gases is adjusted to set the processing speeds of different materials to the same level. Then, the etching gas is supplied to the sample 40 through the nozzles 30 and 31.

【0064】次ぎに、図11を参照して、本実施例にお
けるガス供給系について説明する。図中、図1と同一符
号は同等部分であるので、再度の説明は省略する。新た
な符号のみを説明する。101は供給管、102はガス
ノズル、である。図1の〔実施例 1〕では、2種類の
ガスはノズル30、31によりそれぞれ試料40上に別
々に供給していたが、本実施例においては、図11に示
すようにガスバルブ32、33を1つの供給管101に
接続し、供給管101で混合してガスノズル102によ
り試料に供給するものである。
Next, the gas supply system in this embodiment will be described with reference to FIG. In the figure, the same reference numerals as those in FIG. Only new codes will be described. Reference numeral 101 is a supply pipe, and 102 is a gas nozzle. In [Embodiment 1] of FIG. 1, two kinds of gas were separately supplied onto the sample 40 by the nozzles 30 and 31, respectively, but in the present embodiment, gas valves 32 and 33 are provided as shown in FIG. It is connected to one supply pipe 101, mixed by the supply pipe 101, and supplied to the sample by the gas nozzle 102.

【0065】〔実施例 4〕次に、本発明のさらに他の
実施例を図12を参照して説明する。図12は、本発明
のさらに他の実施例における観察試料作成装置の構成図
である。本実施例は、図1の〔実施例 1〕のTEMの
代わりにSEMを用いたものである。図12において、
130は電子源、131はコンデンサレンズ、132は
走査コイル、133は対物レンズ、134、135はガ
スノズル、136は試料ホルダー、137は二次電子検
出器、138は透過電子検出器、139はイオンポン
プ、140はターボ分子ポンプ、141はロータリポン
プ、142はターボ分子ポンプ、143はロータリポン
プ、144、145はバルブ、146は陽極、147は
試料室である。
[Embodiment 4] Next, still another embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 12 is a configuration diagram of an observation sample preparation device according to still another embodiment of the present invention. In this embodiment, an SEM is used instead of the TEM of [Embodiment 1] in FIG. In FIG.
130 is an electron source, 131 is a condenser lens, 132 is a scanning coil, 133 is an objective lens, 134 and 135 are gas nozzles, 136 is a sample holder, 137 is a secondary electron detector, 138 is a transmission electron detector, and 139 is an ion pump. , 140 is a turbo molecular pump, 141 is a rotary pump, 142 is a turbo molecular pump, 143 is a rotary pump, 144, 145 are valves, 146 is an anode, and 147 is a sample chamber.

【0066】観察試料作成装置の電子ビーム光学系は、
Wからなる熱電子放出型の電子源130と、前記電子源
130より放出された電子を25keVまで加速する陽
極146と、前記加速された電子を収束するコンデンサ
レンズ131と、前記収束した電子ビームを走査する走
査コイル132と、前記収束した電子ビームを試料40
上に収束して照射する対物レンズ133と、前記照射し
た電子ビームにより試料40から発生する二次電子を検
出する二次電子検出器137と、試料40を透過する電
子を検出する透過電子検出器138とから構成されてい
る。
The electron beam optical system of the observation sample preparation device is
Thermionic emission type electron source 130 made of W, the anode 146 that accelerates the electrons emitted from the electron source 130 to 25 keV, the condenser lens 131 that converges the accelerated electrons, and the converged electron beam The scanning coil 132 for scanning and the converged electron beam are used for the sample 40.
An objective lens 133 that converges and irradiates the sample on top, a secondary electron detector 137 that detects secondary electrons generated from the sample 40 by the irradiated electron beam, and a transmitted electron detector that detects electrons that penetrate the sample 40. And 138.

【0067】装置のガス供給系は、図1の〔実施例
1〕の同様にして二系統の配管系により、異なる種類の
反応性ガスをバルブ144、145を開閉し、ガスノズ
ル134、135を介して試料40の表面に吹き付ける
ようになっている。前記電子ビーム光学系は、高真空に
保つため電子源130はイオンポンプ139により、コ
ンデンサレンズ131、対物レンズ133はターボ分子
ポンプ140、ロータリポンプ141とにより、試料室
147はターボ分子ポンプ142、ロータリポンプ14
3により独立に差動排気する。
The gas supply system of the apparatus is as shown in FIG.
In the same manner as in [1], two types of piping systems are used to spray different types of reactive gases onto the surface of the sample 40 via the gas nozzles 134 and 135 by opening and closing the valves 144 and 145. In order to maintain a high vacuum in the electron beam optical system, the electron source 130 is an ion pump 139, the condenser lens 131, the objective lens 133 is a turbo molecular pump 140 and a rotary pump 141, and the sample chamber 147 is a turbo molecular pump 142 and a rotary pump 141. Pump 14
Differentially exhausts independently by 3.

【0068】また、二次電子検出器137、透過電子検
出器138の検出信号からそれぞれ二次電子像、透過電
子像を得、加工範囲を設定し走査コイル132に偏向信
号を出力する部分は、図1の〔実施例 1〕の同様の構
造となっている。また、試料ホルダ136は、通常のS
EMと同様のものであるが、±90°回転可能な構造と
する。
Further, a portion for obtaining a secondary electron image and a transmission electron image from the detection signals of the secondary electron detector 137 and the transmission electron detector 138 respectively, setting a processing range, and outputting a deflection signal to the scanning coil 132, The structure is similar to that of [Example 1] in FIG. Further, the sample holder 136 is an ordinary S
Same as EM, but with a structure that can rotate ± 90 °.

【0069】次に、観察試料作成装置の動作について説
明する。試料40の表面を上部にして試料ホルダ136
に装着し試料ホルダ136を試料室147に装填する。
本実施例では、加工が図6に示す〔実施例 1〕におけ
る工程1の位置決め、工程2の加工、工程3の加工状態
の観察と工程4以降が異なる。但し、電子ビーム径が7
〜10nmと大きくなるため、加工精度は少し悪くな
る。
Next, the operation of the observation sample preparation device will be described. Sample holder 136 with the surface of sample 40 facing up
And the sample holder 136 is loaded into the sample chamber 147.
In the present embodiment, the processing is different in the positioning of the step 1, the processing of the step 2, the observation of the processing state of the step 3 and the step 4 and subsequent steps in [Example 1] shown in FIG. However, the electron beam diameter is 7
Since it is as large as -10 nm, the processing accuracy becomes a little worse.

【0070】次に、図6の工程4に相当する加工が行な
われる。試料ホルダ136を90°回転させて観察が行
なわれる。この場合、SEMでは、加速電圧が25ke
Vと小さいため、観察部41の厚さが100nm程度と
薄くなっても電子は試料40内で大きく散乱し、観察部
41から脱出した散乱電子を透過電子検出器138で検
出し、この透過電子検出信号から透過電子像を構成して
も解像度が悪く、透過電子像として検出することは難し
い。
Next, processing corresponding to step 4 in FIG. 6 is performed. Observation is performed by rotating the sample holder 136 by 90 °. In this case, with SEM, the acceleration voltage is 25 ke
Since it is as small as V, even if the thickness of the observation section 41 is thinned to about 100 nm, the electrons are largely scattered in the sample 40, and the scattered electrons escaped from the observation section 41 are detected by the transmission electron detector 138. Even if a transmission electron image is formed from a detection signal, the resolution is poor and it is difficult to detect it as a transmission electron image.

【0071】しかし、画像の明るさは透過電子の強度に
対応しており、画像の明るさは観察部41の厚さに対応
して変化するから、予め厚さと明るさ、すなわち透過電
子強度の関係を求めておけば、画像の明るさからTEM
観察に最適な厚さの加工は可能である。もし画像の明る
さが暗い場合、図6の工程2に戻る、あるいは工程5の
ように試料40を90°回転させた状態で加工し、透過
電子像が明るくなった時点で加工を停止することも可能
である。本実施例では、TEM観察時は試料40を別の
TEMへ移す必要があるが、イオンビーム加工と比べ
て、加工の精度が高く、損傷がなく、観察部41の厚さ
を透過電子でモニタができるため、最適な厚さになって
いるなどの長所がある。
However, the brightness of the image corresponds to the intensity of the transmitted electrons, and the brightness of the image changes according to the thickness of the observation section 41. If you ask for the relationship, TEM from the brightness of the image
Processing of the optimum thickness for observation is possible. If the brightness of the image is dark, return to step 2 in FIG. 6, or process the sample 40 while rotating it by 90 ° as in step 5, and stop the processing when the transmitted electron image becomes bright. Is also possible. In this embodiment, it is necessary to transfer the sample 40 to another TEM at the time of TEM observation, but as compared with the ion beam processing, the processing accuracy is high, there is no damage, and the thickness of the observation portion 41 is monitored by transmission electrons. Since it can be done, it has advantages such as being the optimum thickness.

【0072】〔実施例 5〕次に、本発明のさらに他の
実施例を図13、14を参照して説明する。本実施例で
は、試料の加工をSEMによる電子ビームアシストエッ
チングで行い、試料のTEM観察は同一チャンバ内のT
EMによって行なえるように、二つの光学系を直角に配
設したものである。図13は、本発明のさらに他の実施
例における観察試料作成装置の構成図、図14は、図1
3の実施例の観察試料作成装置における試料加工方法の
略示説明図である。
[Fifth Embodiment] Next, still another embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. In this embodiment, the sample is processed by electron beam assisted etching by SEM, and the TEM observation of the sample is performed in the same chamber.
The two optical systems are arranged at right angles so that they can be performed by EM. FIG. 13 is a block diagram of an observation sample preparation device according to still another embodiment of the present invention, and FIG.
It is a schematic explanatory drawing of the sample processing method in the observation sample preparation apparatus of the Example of FIG.

【0073】本実施例に係る観察試料作成装置の構成
は、TEM光学系を、図1の〔実施例1〕と、SEM光
学系は図12の〔実施例 4〕と、ガス供給系は図11
の〔実施例 3〕とそれぞれ同一である。したがって、
図中、図1、図11、図12と同一符号は同等部分であ
る。ただし、TEM光学系でTEM観察を行なうとき、
電子ビームを走査して透過電子を検出するSTEMモー
ドは使用せず、電子ビームを平行にして観察領域全面に
照射し透過電子像を得るTEMモードによって行なわれ
ている。ガス供給系は異なる種類のガスを別々のノズル
から供給する方法と混合して一つのノズルから供給する
方法のどちらも可能であるが、本実施例では、後者の構
成を用いた。
The observation sample preparation device according to the present embodiment has a TEM optical system as shown in FIG. 1 [Example 1], an SEM optical system as shown in FIG. 12 [Example 4], and a gas supply system as shown in FIG. 11
[Embodiment 3] of the above. Therefore,
In the figure, the same reference numerals as those in FIGS. 1, 11, and 12 denote the same parts. However, when performing TEM observation with the TEM optical system,
The STEM mode in which the electron beam is scanned to detect the transmitted electrons is not used, but the TEM mode in which the electron beam is irradiated in parallel to the entire observation region to obtain a transmitted electron image is used. The gas supply system may be either a method of supplying different kinds of gas from separate nozzles or a method of supplying mixed gas from one nozzle, but the latter configuration is used in this embodiment.

【0074】次に、観察試料作成について説明する。試
料40は、その試料表面がSEM光学系の光軸方向と直
角になるように試料ホルダ43を装填する。加工はSE
M光学系によって〔実施例 4〕と同様にして図6に示
す工程1の位置決め、工程2の加工、工程3の加工状態
での観察を行なうことができる。
Next, the preparation of the observation sample will be described. The sample 40 is loaded with the sample holder 43 so that the sample surface is perpendicular to the optical axis direction of the SEM optical system. Processing is SE
By the M optical system, it is possible to perform the positioning in the step 1, the processing in the step 2 and the observation in the processed state in the step 3 shown in FIG. 6 in the same manner as in [Example 4].

【0075】次に、図6に示す工程4のSTEM観察に
相当する部分では、試料ホルダ43を回転せず、その位
置でTEM光学系によりTEMモードで観察する。この
とき、加工が精度よく行なわれていれば、TEM観察で
きる。しかし、TEM像の一部が暗く観察できないとき
は、その領域を再加工領域としてマイクロコンピュータ
20に設定する。
Next, in the portion corresponding to the STEM observation in step 4 shown in FIG. 6, the sample holder 43 is not rotated, and the TEM optical system is used to observe the position at that position. At this time, TEM observation is possible if the processing is performed accurately. However, when a part of the TEM image is dark and cannot be observed, the area is set in the microcomputer 20 as a rework area.

【0076】次に、図14(a)は、TEM像の一部が
暗い場合の加工方法を示している。この場合、図6の工
程5に相当する再加工が行なわれる。前記再加工は、S
EM光学系の電子ビームにより試料40の表面方向から
行なわれる。そのため、TEM光学系の電子ビームは停
止する。この再加工は、反応性ガス45を供給しながら
マイクロコンピュータ20に設定された領域をSEMの
電子ビーム44を走査して行なわれる。加工が終了した
時点で反応性ガス45の供給を停止し、電子ビーム44
をTEM光学系に切換えてTEM観察が行なわれる。
Next, FIG. 14A shows a processing method when a part of the TEM image is dark. In this case, reworking corresponding to step 5 in FIG. 6 is performed. The rework is S
It is performed from the surface direction of the sample 40 by the electron beam of the EM optical system. Therefore, the electron beam of the TEM optical system stops. This reprocessing is performed by scanning the region set in the microcomputer 20 with the electron beam 44 of the SEM while supplying the reactive gas 45. When the processing is completed, the supply of the reactive gas 45 is stopped and the electron beam 44
Is switched to the TEM optical system for TEM observation.

【0077】次ぎに、図6の工程4において、TEM像
の全体が暗く、像が観察できないとき、TEM光学系の
電子ビームによって加工することも可能である。図14
(b)に、この場合の加工方法を示している。TEM光
学系の電子ビーム44は、観察時と同一条件で照射し、
反応性ガス45を供給して加工する。加工時、TEM像
を観察し、TEM像が検出可能になった段階でガス供給
を停止する。ガス供給停止後もTEM像観察を続けて行
なうことができる。本実施例では電子光学系を二系統設
けなければならないので、装置の構成が複雑になるが、
試料40を回転させる必要がないため、操作性がすぐれ
ている。
Next, in step 4 of FIG. 6, when the entire TEM image is dark and the image cannot be observed, it is possible to process it by the electron beam of the TEM optical system. 14
The processing method in this case is shown in (b). The electron beam 44 of the TEM optical system is irradiated under the same conditions as during observation,
Reactive gas 45 is supplied for processing. During processing, the TEM image is observed, and the gas supply is stopped when the TEM image becomes detectable. Even after the gas supply is stopped, the TEM image can be continuously observed. In this embodiment, two electron optical systems must be provided, which complicates the device configuration.
Since it is not necessary to rotate the sample 40, operability is excellent.

【0078】[0078]

【発明の効果】以上、詳細に説明したごとく、本発明の
構成によれば、高精度で、低損傷に、かつ観察すべき箇
所を加工することなく、微細なTEM観察を行なうこと
できる例えば半導体デバイスのTEM用観察のための試
料作成方法及びその装置を提供することができる。よ
り、具体的に説明すれば、TEM観察用の試料を作成す
るために、2次電子像によって位置決めするため、微細
な電子ビームを用いることにより高精度な位置決めが可
能となり、イオンのようにスパッタリングによる加工を
防止する効果がある。観察試料加工は、反応性ガス雰囲
気中で試料に微細に絞った電子ビームを照射し、電子ビ
ームの照射部で局所的に反応性エッチングを行わせ、電
子はイオンに比べて質量が小さいため、高精度、かつ損
傷の少ない加工効果がある。また、観察試料の加工後、
反応性ガスを排気することにより同一装置内で透過電子
顕微鏡像の観察できる効果がある。また、反応ガス雰囲
気中で試料に電子ビームを照射する際、電子ビームの照
射面を透過電子顕微鏡像の観察面とし、試料を加工する
と同時に加工状態を観察したり、透過電子強度を検出し
て未加工部分を再加工することにより、試料を最適な厚
さに加工できる効果がある。
As described above in detail, according to the configuration of the present invention, it is possible to perform fine TEM observation with high accuracy, low damage, and without processing a portion to be observed, for example, a semiconductor. A sample preparation method and apparatus for TEM observation of a device can be provided. More specifically, in order to prepare a sample for TEM observation, positioning is performed by a secondary electron image. Therefore, it is possible to perform highly accurate positioning by using a fine electron beam, and to perform sputtering like ions. Has the effect of preventing processing due to Observation sample processing is performed by irradiating a sample with a finely focused electron beam in a reactive gas atmosphere and locally performing reactive etching at the irradiation portion of the electron beam, because electrons have a smaller mass than ions, It has a high-precision and little damage processing effect. In addition, after processing the observation sample,
By exhausting the reactive gas, there is an effect that a transmission electron microscope image can be observed in the same device. Also, when irradiating a sample with an electron beam in a reaction gas atmosphere, the irradiation surface of the electron beam is used as the observation surface of a transmission electron microscope image to observe the processing state at the same time as processing the sample and to detect the transmitted electron intensity. Reworking the unprocessed part has the effect of processing the sample to an optimum thickness.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の一実施例に係るTEM用観察試料作成
装置の全体構成図である。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of an observation sample preparation device for TEM according to an embodiment of the present invention.

【図2】図1のTEM用観察試料作成装置による試料の
断面図である。
FIG. 2 is a cross-sectional view of a sample by the observation sample preparation device for TEM of FIG.

【図3】図2に示す試料の斜視図である。FIG. 3 is a perspective view of the sample shown in FIG.

【図4】図2に示す試料の試料ホルダーの斜視図であ
る。
FIG. 4 is a perspective view of a sample holder for the sample shown in FIG.

【図5】図1のTEM用観察試料作成装置に試料ホルダ
ー装填説明図である。
5 is an explanatory view of loading a sample holder on the observation sample preparation device for TEM of FIG. 1. FIG.

【図6】図1のTEM用観察試料作成装置による各加工
工程の試料とSEM像とSTEM像の略示説明図であ
る。
FIG. 6 is a schematic explanatory view of a sample, an SEM image, and a STEM image of each processing step by the observation sample preparation device for TEM of FIG.

【図7】図6の加工工程2の加工方法の拡大説明図であ
る。
FIG. 7 is an enlarged explanatory view of a processing method of processing step 2 of FIG.

【図8】SEM像による試料未加工部の観察と加工方法
と試料断面図の略示説明図である。
FIG. 8 is a schematic explanatory view of a sample unprocessed portion observed by an SEM image, a processing method, and a sample cross-sectional view.

【図9】本発明の他の一実施例に係る試料作成方法の各
加工工程の試料とSEM像とSTEM像の略示説明図で
ある。
FIG. 9 is a schematic explanatory view of a sample, an SEM image, and a STEM image in each processing step of the sample manufacturing method according to another embodiment of the present invention.

【図10】本発明の他の一実施例に係る試料作成方法に
おける試料断面図である。
FIG. 10 is a sectional view of a sample in a sample manufacturing method according to another embodiment of the present invention.

【図11】本発明のさらに他の一実施例に係る試料作成
方法における反応ガス供給系構成図である。
FIG. 11 is a configuration diagram of a reaction gas supply system in a sample preparation method according to still another embodiment of the present invention.

【図12】本発明のさらに他の一実施例に係る観察試料
作成装置の構成図である。
FIG. 12 is a configuration diagram of an observation sample preparation device according to still another embodiment of the present invention.

【図13】本発明のさらに他の一実施例に係る観察試料
作成装置の構成図である。
FIG. 13 is a configuration diagram of an observation sample preparation device according to still another embodiment of the present invention.

【図14】図13の観察試料作成装置における試料加工
方法の略示説明図である。
FIG. 14 is a schematic explanatory view of a sample processing method in the observation sample preparation device of FIG.

【図15】従来の技術におけるFIB装置の構成図であ
る。
FIG. 15 is a configuration diagram of a FIB device according to a conventional technique.

【図16】従来の技術におけるFIB装置による試料加
工方法の説明図である。
FIG. 16 is an explanatory diagram of a sample processing method by a FIB device in the related art.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…電子源、2…加速管、3…光軸調整コイル、4…第
一コンデンサレンズ、5…第二コンデンサレンズ、6…
走査コイル、7…対物レンズ、8…第一中間レンズ、9
…第二中間レンズ、10…第一投射レンズ、11…第二
投射レンズ、12…二次電子検出器、13…試料室、1
4…観察室、15…蛍光板、16…透過電子検出器、1
7、18…モニタ、19…偏向信号発生器、20…マイ
クロコンピュータ、21…画像メモリ、22…A/D変
換器、23…スパッタイオンポンプ、24…ターボ分子
ポンプ、25…ロータリポンプ、26…ターボ分子ポン
プ、27…ロータリポンプ、30、31…ガスノズル、
32、33…ガスバルブ、34、35…ガス流量制御
器、36、37…ガスバルブ、38、39…ガスボン
ベ、40…試料、41…観察部、42…突起部、43…
試料ホルダ、44…電子ビーム、45…反応性ガス、4
6…未加工領域、47…電子ビーム照射する斜線部、4
8…加工領域、48a…粗加工領域、48b…仕上げ加
工領域、49…電子ビーム照射方向、50…液体金属イ
オン源、51…引出し電極、53…第一レンズ電極、5
6…偏向電極、57…第二レンズ電極、58…二次電子
検出器、59…試料、70…イオンビーム径、72…電
子ビーム径、73…TEM試料の観察箇所、74…観察
箇所の厚さ、90…GaAs基板、91a、91b、9
1c、91d…AlGaAs層、92a、92b、92
c…GaAs層、93…Si基板、94…Sin+層、
95…SiO2、96…Al配線、97…PSG、98
…SiO2、99…ポリSiゲート、100…暗部、1
01…供給管、102…ガスノズル、110、111、
112、113、115…SEM像、114、116…
STEM像、117、118、119…SEM像、12
1…画像メモリ、122…A/D変換器、123…SE
M像、124…STEM像、125…暗部、130…電
子源、131…コンデンサレンズ、132…走査コイ
ル、133…対物レンズ、134、135…ガスノズ
ル、136…試料ホルダ、137…二次電子検出器、1
38…透過電子検出器、139…イオンポンプ、140
…ターボ分子ポンプ、141…ロータリポンプ、142
…ターボ分子ポンプ、143…ロータリポンプ、14
4、145…バルブ、146…陽極、147…試料室
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Electron source, 2 ... Acceleration tube, 3 ... Optical axis adjustment coil, 4 ... First condenser lens, 5 ... Second condenser lens, 6 ...
Scanning coil, 7 ... Objective lens, 8 ... First intermediate lens, 9
... second intermediate lens, 10 ... first projection lens, 11 ... second projection lens, 12 ... secondary electron detector, 13 ... sample chamber, 1
4 ... Observation room, 15 ... Fluorescent plate, 16 ... Transmission electron detector, 1
7, 18 ... Monitor, 19 ... Deflection signal generator, 20 ... Microcomputer, 21 ... Image memory, 22 ... A / D converter, 23 ... Sputter ion pump, 24 ... Turbo molecular pump, 25 ... Rotary pump, 26 ... Turbo molecular pump, 27 ... rotary pump, 30, 31 ... gas nozzle,
32, 33 ... Gas valve, 34, 35 ... Gas flow controller, 36, 37 ... Gas valve, 38, 39 ... Gas cylinder, 40 ... Sample, 41 ... Observation part, 42 ... Projection part, 43 ...
Sample holder, 44 ... Electron beam, 45 ... Reactive gas, 4
6 ... Unprocessed area, 47 ... Shaded area for electron beam irradiation, 4
8 ... Processing area, 48a ... Rough processing area, 48b ... Finishing processing area, 49 ... Electron beam irradiation direction, 50 ... Liquid metal ion source, 51 ... Extraction electrode, 53 ... First lens electrode, 5
6 ... Deflection electrode, 57 ... Second lens electrode, 58 ... Secondary electron detector, 59 ... Sample, 70 ... Ion beam diameter, 72 ... Electron beam diameter, 73 ... Observation portion of TEM sample, 74 ... Thickness of observation portion 90 ... GaAs substrate, 91a, 91b, 9
1c, 91d ... AlGaAs layer, 92a, 92b, 92
c ... GaAs layer, 93 ... Si substrate, 94 ... Sin + layer,
95 ... SiO 2 , 96 ... Al wiring, 97 ... PSG, 98
... SiO 2 , 99 ... poly-Si gate, 100 ... dark area, 1
01 ... Supply pipe, 102 ... Gas nozzle, 110, 111,
112, 113, 115 ... SEM images, 114, 116 ...
STEM images 117, 118, 119 ... SEM images, 12
1 ... Image memory, 122 ... A / D converter, 123 ... SE
M image, 124 ... STEM image, 125 ... Dark part, 130 ... Electron source, 131 ... Condenser lens, 132 ... Scan coil, 133 ... Objective lens, 134, 135 ... Gas nozzle, 136 ... Sample holder, 137 ... Secondary electron detector 1
38 ... Transmission electron detector, 139 ... Ion pump, 140
… Turbo molecular pump, 141… Rotary pump, 142
… Turbo molecular pump, 143… Rotary pump, 14
4, 145 ... Valve, 146 ... Anode, 147 ... Sample chamber

───────────────────────────────────────────────────── 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 37/20 H01J 37/244 37/244 G01N 1/28 F (72)発明者 東 淳三 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地 株 式会社日立製作所生産技術研究所内─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification number Internal reference number FI Technical indication location H01J 37/20 H01J 37/244 37/244 G01N 1/28 F (72) Inventor Junzo Higashi Kanagawa 292 Yoshida-cho, Totsuka-ku, Yokohama-shi Incorporated company Hitachi, Ltd.

Claims (7)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 試料の二次電子像により位置決めし、反
応性ガス雰囲気中で前記試料に電子ビームを照射し、前
記電子ビームの照射部で局所的に反応性エッチングを施
し当該試料を所定厚さに加工し、前記加工後に前記反応
性ガスを排気し、透過電子顕微鏡観察することを特徴と
する観察試料作成方法。
1. A sample is positioned by a secondary electron image of the sample, the sample is irradiated with an electron beam in a reactive gas atmosphere, and reactive etching is locally performed at a portion irradiated with the electron beam so that the sample has a predetermined thickness. A process for preparing an observation sample, which comprises subjecting the reaction gas to processing, evacuating the reactive gas after the processing, and observing with a transmission electron microscope.
【請求項2】 請求項1記載の観察試料作成方法におい
て、 前記試料へ電子ビーム照射時に、当該電子ビームの試料
照射面を透過電子顕微鏡の観察面とし、当該透過電子顕
微鏡像の観察による加工状態に基づき、当該試料を所定
厚さに加工することを特徴とする観察試料作成方法。
2. The observation sample preparation method according to claim 1, wherein when the sample is irradiated with an electron beam, a sample irradiation surface of the electron beam is used as an observation surface of a transmission electron microscope, and a processed state is obtained by observing the transmission electron microscope image. A method for preparing an observation sample, characterized in that the sample is processed into a predetermined thickness based on the above.
【請求項3】 請求項2記載の観察試料作成方法におい
て、 前記試料の加工時に、前記透過電子強度を測定すること
を特徴とする観察試料作成方法。
3. The observation sample preparation method according to claim 2, wherein the transmitted electron intensity is measured when the sample is processed.
【請求項4】 請求項1記載の観察試料作成方法におい
て、 前記電子ビームを光軸が互いに直角なる二つの電子光学
系で形成し、一の電子光学系で試料の透過電子顕微鏡像
を観察し、その観察に基づき他の電子光学系の電子ビー
ムで前記試料を加工することを特徴とする観察試料作成
方法。
4. The method for preparing an observation sample according to claim 1, wherein the electron beam is formed by two electron optical systems whose optical axes are orthogonal to each other, and a transmission electron microscope image of the sample is observed by one electron optical system. An observation sample preparation method characterized by processing the sample with an electron beam of another electron optical system based on the observation.
【請求項5】 電子を発生する電子源と、試料を取り付
ける試料ホルダーと、前記試料ホルダーを装填する試料
室と、前記電子源からの電子ビームを前記試料に照射す
る照射レンズ系と、前記照射を受けた試料からの透過電
子を結像させる結像レンズ系と、前記結像した透過電子
顕微鏡像を観察する観察室と、前記照射を受けた試料か
らの二次電子及び透過電子をそれぞれ検出する二次電子
検出器、透過電子検出器とからなる走査型透過電子顕微
鏡を備え、 前記試料に反応性ガスを供給するガス供給手段と、前記
試料ホルダーを回転させる回転手段と、前記二次電子検
出器と前記透過電子検出器の検出信号に基づくそれぞれ
の画像データから当該試料の加工範囲を定める設定手段
とを設けたことを特徴とする観察試料作成装置。
5. An electron source for generating electrons, a sample holder for mounting a sample, a sample chamber for loading the sample holder, an irradiation lens system for irradiating the sample with an electron beam from the electron source, and the irradiation. An imaging lens system for forming an image of transmitted electrons from the received sample, an observation chamber for observing the formed transmitted electron microscope image, and detecting secondary electrons and transmitted electrons from the irradiated sample, respectively. A scanning transmission electron microscope comprising a secondary electron detector and a transmission electron detector, a gas supply means for supplying a reactive gas to the sample, a rotating means for rotating the sample holder, and the secondary electron An observation sample preparation device comprising a detector and setting means for determining a processing range of the sample from respective image data based on detection signals of the transmission electron detector.
【請求項6】 電子を発生する電子源と、試料を取り付
ける試料ホルダーと、前記試料ホルダーを装填する試料
室と、前記電子源からの電子ビームを前記試料に照射す
る照射レンズ系と、前記照射を受けた試料からの二次電
子検出する二次電子検出器とからなる走査型電子顕微鏡
を備え、 前記試料に反応性ガスを供給するガス供給系と、前記試
料からの透過電子を検出する透過電子検出器と、前記試
料ホルダーを回転させる回転手段と、前記二次電子検出
器の検出信号による画像データ及び前記透過電子検出器
の検出信号強度から当該試料の加工範囲を設定する手段
とを設けたことを特徴とする観察試料作成装置。
6. An electron source for generating electrons, a sample holder for mounting a sample, a sample chamber for loading the sample holder, an irradiation lens system for irradiating the sample with an electron beam from the electron source, and the irradiation. A scanning electron microscope comprising a secondary electron detector for detecting secondary electrons from the sample that has received the gas, a gas supply system for supplying a reactive gas to the sample, and a transmission for detecting transmitted electrons from the sample. An electron detector, rotation means for rotating the sample holder, and means for setting the processing range of the sample from the image data by the detection signal of the secondary electron detector and the detection signal intensity of the transmission electron detector are provided. An observation sample preparation device characterized in that
【請求項7】 電子を発生する電子源と、試料を取り付
ける試料ホルダーと、前記試料を装填する試料室と、前
記電子源からの電子ビームを前記試料に照射する照射レ
ンズ系と、前記照射を受けた試料からの透過電子を結像
させる結像レンズ系と、前記結像した透過電子顕微鏡像
を観察する観察室とからなる透過電子顕微鏡を備え、 前記透過電子顕微鏡の電子光学系に直角に配置した電子
源と、前記電子源からの電子ビームを前記試料に照射す
る照射レンズ系と、前記試料に反応性ガスを供給するガ
ス供給系と、前記試料からの二次電子を検出する二次電
子検出器と、前記二次電子検出器との検出信号による画
像データから当該試料の加工範囲を設定する手段とを設
けたことを特徴とする観察試料作成装置。
7. An electron source for generating electrons, a sample holder for mounting a sample, a sample chamber for loading the sample, an irradiation lens system for irradiating the sample with an electron beam from the electron source, and the irradiation. An image forming lens system for forming an image of transmitted electrons from the received sample, and a transmission electron microscope including an observation chamber for observing the formed transmission electron microscope image are provided, and the transmission electron microscope is arranged at right angles to the electron optical system of the transmission electron microscope. An arranged electron source, an irradiation lens system that irradiates the sample with an electron beam from the electron source, a gas supply system that supplies a reactive gas to the sample, and a secondary device that detects secondary electrons from the sample. An observation sample preparation device comprising an electron detector and means for setting a processing range of the sample from image data obtained by detection signals from the secondary electron detector.
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