CN102013379B - 断面加工观察方法以及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供能够用不具有SEM装置的聚焦离子束装置高效率地连续实施断面加工观察的断面加工观察方法以及装置。作为解决手段，提供一种断面加工观察方法，通过基于聚焦离子束的蚀刻加工在试样上形成断面，通过基于聚焦离子束的断面观察而取得断面观察图像，对包含所述断面的区域进行蚀刻加工，形成新断面，取得新断面的断面观察图像，其特征在于，向试样上的包含标记和断面的区域照射聚焦离子束，取得表面观察图像，在表面观察图像上识别标记的位置，以标记的位置为基准，设定用于形成新断面的聚焦离子束的照射区域，进行试样断面的蚀刻加工。

Description

断面加工观察方法以及装置
技术领域
本发明涉及使用了聚焦离子束装置的试样断面加工观察。
背景技术
公知使用FIB(FocusedIonBeam，聚焦离子束)-SEM(ScanningElectronMicroscope，扫描电子显微镜)装置作为对半导体等试样的断面进行加工观察的方法。利用FIB-SEM装置，不用移动试样就能当场通过SEM来观察用聚焦离子束加工后的断面。
并且，还公知反复进行如下工序：进一步用聚焦离子束对SEM观察到的断面进行加工，形成新的断面，观察新的断面。由此，可根据取得的多个断面观察图像，构建试样内部的三维图像。另外，在确认断面观察图像的同时进行断面加工，由此可在断面加工到达期望的断面时结束断面加工。使用上述技术来对试样内部的缺陷进行加工观察的方法已被公开(例如，参照专利文献1)。
专利文献1：日本特开平11-273613
在上述现有的对试样断面进行加工观察的方法中，为了当场用SEM对用聚焦离子束加工后的断面进行观察，必须要像FIB-SEM装置那样具有SEM装置。FIB-SEM装置是装置结构复杂、昂贵的装置，因此期待着利用不具有SEM装置的聚焦离子束装置也能对加工后的断面进行观察。
但是，在不具有SEM装置的聚焦离子束装置中，为了连续地进行断面加工观察，存在下述课题。
即，为了在加工后观察断面，需要具有使试样倾斜的工序；为了进行接下来的加工，需要具有使试样的倾斜复原的工序。特别是在进行精细加工时，不能忽视试样台倾斜移动时产生的位置偏差的影响。为了准确地加工，在加工时必须每次都要设定加工区域。因此，作业效率较差。
发明内容
本发明的目的在于，提供能够用不具有SEM装置的聚焦离子束装置高效率地、准确地连续实施断面加工观察的断面加工观察装置。
为了解决上述课题，采用下面的结构以及方法。即，本发明的断面加工观察方法通过基于聚焦离子束的蚀刻加工在试样上形成断面，使试样倾斜，通过基于聚焦离子束的断面观察而取得断面观察图像，使试样的倾斜复原，对包含断面的区域进行蚀刻加工，形成新断面，使试样倾斜，取得新断面的断面观察图像，其特征在于，该断面加工观察方法包括下述步骤：向试样上的包含表示位置的标记和断面在内的区域照射聚焦离子束，取得表面观察图像；以及在表面观察图像上识别标记的位置，以标记的位置为基准，设定用于形成新断面的聚焦离子束的照射区域，进行试样断面的蚀刻加工；其中，用于形成新断面的聚焦离子束的照射区域是与断面相邻的区域，以识别出的标记为基准以与第1加工框相邻的方式设定第2加工框，此时，将第2加工框的尺寸设为与第1加工框的尺寸相同，用于形成新断面的聚焦离子束的照射区域的尺寸与用于形成断面的聚焦离子束的照射区域的尺寸相同。由此，能够准确地设定聚焦离子束的照射区域，而不会受到试样台倾斜移动时产生的位置偏差的影响。此外，能够按照均匀的间隔进行断面观察。
另外，在本发明的断面加工观察方法中，通过基于聚焦离子束的蚀刻加工来形成标记。由此，能够在期望的位置形成标记。
另外，在本发明的断面观察方法中，通过向试样喷射原料气体，照射聚焦离子束进行沉积来形成标记。由此，能够在期望的位置形成标记。
另外，在本发明的断面观察方法中，标记是试样上的表示位置的特征部。由此，能够省略形成标记的工序。
另外，在本发明的断面观察方法中，用于形成新断面的聚焦离子束的照射区域是与断面相邻的区域。
另外，在本发明的断面观察方法中，将聚焦离子束的照射区域作为加工框显示在表面观察图像上。由此，作业者能够在确认照射区域的同时实施加工。
另外，在本发明的断面观察方法的特征在于，将用于进行断面观察的聚焦离子束的束电流切换为比用于形成断面的聚焦离子束的束电流小的束电流。由此，能够减轻断面观察时的聚焦离子束照射导致的损伤。
另外，本发明的断面加工观察方法通过基于聚焦离子束的蚀刻加工在试样上形成断面，使试样倾斜，通过基于聚焦离子束的断面观察而取得断面观察图像，该断面加工观察方法包括下述步骤：在取得断面观察图像后使试样倾斜，向试样上的包含表示位置的标记和断面的区域照射聚焦离子束，取得表面观察图像；以及在表面观察图像上识别标记的位置，以标记的位置为基准，设定用于对断面进行追加加工的聚焦离子束的照射区域，进行试样的蚀刻加工而形成新断面；其中，用于形成新断面的聚焦离子束的照射区域是与断面相邻的区域，以识别出的标记为基准以与第1加工框相邻的方式设定第2加工框，此时，将第2加工框的尺寸设为与第1加工框的尺寸相同，用于形成新断面的聚焦离子束的照射区域的尺寸与用于形成断面的聚焦离子束的照射区域的尺寸相同。由此，即使在断面观察时发现了蚀刻加工残余的情况下，也能使试样台复原，准确地设定用于对蚀刻加工残余进行加工的聚焦离子束照射区域。此外，能够按照均匀的间隔进行断面观察。
另外，本发明的断面加工观察装置通过基于聚焦离子束的蚀刻加工在试样上形成断面，使所述试样倾斜，通过基于所述聚焦离子束的断面观察而取得断面观察图像，使所述试样的倾斜复原，对包含所述断面的区域进行蚀刻加工，形成新断面，使所述试样倾斜，取得所述新断面的断面观察图像，该断面加工观察装置具有：聚焦离子束照射部；载置试样的试样台；使试样台倾斜的试样台倾斜部；二次粒子检测部，其向试样照射聚焦离子束，检测从试样产生的二次粒子；观察图像形成部，其根据来自二次粒子检测部的信号，形成观察图像；显示部，其显示观察图像；以及照射区域设定部，其以观察图像上的表示位置的标记的位置为基准，设定聚焦离子束的照射区域；其中，用于形成新断面的聚焦离子束的照射区域是与断面相邻的区域，以识别出的标记为基准以与第1加工框相邻的方式设定第2加工框，此时，将第2加工框的尺寸设为与第1加工框的尺寸相同，用于形成新断面的聚焦离子束的照射区域的尺寸与用于形成断面的聚焦离子束的照射区域的尺寸相同。由此，能够提供准确地设定聚焦离子束的照射区域而不会受到试样台倾斜移动时产生的位置偏差影响的装置。此外，能够按照均匀的间隔进行断面观察。
如上所述，根据本发明的断面加工观察方法，即使是不具有SEM装置的聚焦离子束装置，也能高效率地、准确地进行断面加工观察。
附图说明
图1是示出本发明实施例的FIB装置的概略图。
图2是示出本发明实施例的试样观察图像。
图3是示出本发明实施例的试样断面的概略图。
图4是示出本发明实施例的流程图。
具体实施方式
下面，根据图1～图4说明本发明的实施例。
首先，根据图1对示出本发明实施例的断面加工观察装置进行说明。离子束镜筒1使聚焦离子束扫面照射载置于试样台3上的试样4的表面。二次电子检测器5检测通过聚焦离子束照射而从试样4的表面产生的二次电子。观察图像形成部11根据检测出的二次电子的信号和聚焦离子束照射的扫描信号，形成并存储观察图像。显示部12显示观察图像。
另外，试样台倾斜部6使试样台3倾斜，以使来自离子束镜筒1的聚焦离子束能够照射到试样4的表面以及断面。
另外，照射区域设定部13识别观察图像上的表示位置的标记的位置，以该位置为基准，设定聚焦离子束照射区域。显示部12在观察图像上将设定后的聚焦离子束照射区域作为加工框进行显示。然后，离子束镜筒1向聚焦离子束照射区域照射聚焦离子束，形成断面。
接着，根据图2～图4，说明表示本发明实施例的断面加工观察。
图2是示出本发明实施例的试样观察图像。图2(a)是将聚焦离子束扫描照射至试样表面而得到的二次电子图像(SIM)。利用聚焦离子束形成标记21。也可以使用基于聚焦离子束的蚀刻加工来形成标记21。另外，也可以使用局部沉积来形成标记21，该局部沉积是从气体供给系统(图示略)向试样表面喷射原料气体并照射聚焦离子束而形成的。另外，如果期望的断面附近存在可通过观察图像识别的特征部，则也可以将该特征部用作标记，而不是用聚焦离子束形成标记21。这里，标记21的形状为交叉标记，但并不限于该形状。优选的是，标记21形成在期望的断面附近。预先调整观察放大率以使标记21与期望的断面进入同一观察图像内。另外，加工孔22是利用聚焦离子束形成的孔。在与加工孔22的梯形上边相接的部分的侧壁形成断面。设为该形状的理由在于，使从断面产生的二次电子以不与加工孔的侧壁碰撞的方式高效地汇聚到二次电子检测器5中。关于加工孔22，如图3(a)的试样断面的概略图所示，加工孔的深度是变化的。在断面侧，加工孔较深，越远离断面则加工孔越浅。设为该形状的理由在于，与将加工孔22整体加工得较深相比，节约加工量。但是，本发明并不限于上述形状。
接着，如图2(b)所示，设定用于在加工孔22形成断面的加工框23(s1)。向设定后的加工框23照射聚焦离子束，进行蚀刻加工(s2)。由此，如图2(c)所示，形成新的加工孔24。为了观察形成后的新加工孔24的断面，使试样台3倾斜(s3)。
接着，如图3(b)所示，向试样断面照射聚焦离子束31取得断面图像(s4)。图2(d)是包含断面25的观察图像。在断面25中出现了试样4内部的构造。这里，观察时的聚焦离子束的束电流小于对新加工孔24进行蚀刻加工时的束电流。由此能够减轻对断面的损伤，观察断面。
接着，使试样台的倾斜复原(s5)。试样4与聚焦离子束31的位置关系恢复到图3(a)所示的状态。在该状态下将聚焦离子束扫描照射至试样4的表面，得到二次电子图像(s6)。图2(e)是此时的观察图像。
接着，如图2(f)所示，设定新的加工框26。下面说明其设定方法。
从图2(e)的观察图像中识别标记21的位置。以识别出的标记21为基准以与加工框23相邻的方式设定加工框26。此时，将加工框26的尺寸设为与加工框23的尺寸相同。由此，能够按照相等间隔取得断面观察图像。因此，能够准确地掌握取得的多个断面观察图像的位置关系。
通过上述的加工框设定，即使由于试样台4的倾斜产生了位置偏差，也能自动地设定准确的聚焦离子束照射区域。这里，位置偏差是指，观察图像内的新加工孔24的位置在图2(c)与图2(e)的观察图像中不同。特别是在加工框的尺寸较精细的情况下，例如加工框的宽度即断面与新断面之间的间隔为10nm左右的情况下，不能忽视试样台4的倾斜移动导致的位置偏差带来的影响。
如上所述，反复进行如下工序：设定加工框(s1)，进行断面加工，取得断面图像(s4)，设定新的加工框。由此，能够取得多个断面图像。通过对得到的多个观察图像进行组合，能够形成三维观察图像。然后，判断加工结束，由此结束加工(s7)。
另外，有时在断面加工中由于蚀刻加工不足而产生加工残余。此时，通过上述的加工框设定，可准确地对加工残余进行追加加工。
即，首先在断面观察时发现加工残余。使试样台3的倾斜复原，取得试样4的表面观察图像。然后，从取得的表面观察图像中识别标记21的位置。以识别出的标记21为基准，显示在取得进行了上一次断面加工的加工框23后的表面观察图像上。由此，能够在需要追加加工的区域准确地设定加工框。因此能够准确地进行断面的追加加工，而不会受到试样台倾斜导致的位置偏差的影响。

Claims (8)

1.一种断面加工观察方法，通过基于聚焦离子束的蚀刻加工在试样上形成断面，使所述试样倾斜，通过基于所述聚焦离子束的断面观察而取得断面观察图像，使所述试样的倾斜复原，对包含所述断面的区域进行蚀刻加工，形成新断面，使所述试样倾斜，取得所述新断面的断面观察图像，该断面加工观察方法包括下述步骤：
向所述试样上的包含表示位置的标记和所述断面在内的区域照射所述聚焦离子束，取得表面观察图像；以及
在所述表面观察图像上识别所述标记的位置，以所述标记的位置为基准，设定用于形成所述新断面的所述聚焦离子束的照射区域，进行所述试样断面的蚀刻加工；其中，
用于形成所述新断面的所述聚焦离子束的照射区域是与所述断面相邻的区域，
以识别出的所述标记为基准以与第1加工框相邻的方式设定第2加工框，此时，将所述第2加工框的尺寸设为与所述第1加工框的尺寸相同，
用于形成所述新断面的所述聚焦离子束的照射区域的尺寸与用于形成所述断面的所述聚焦离子束的照射区域的尺寸相同。
2.根据权利要求1所述的断面加工观察方法，其中，
所述标记是通过基于所述聚焦离子束的蚀刻加工而形成的。
3.根据权利要求1所述的断面加工观察方法，其中，
所述标记是向所述试样喷射原料气体，照射所述聚焦离子束而通过沉积形成的。
4.根据权利要求1所述的断面加工观察方法，其中，
所述标记是所述试样上的表示位置的特征部。
5.根据权利要求1～4中的任意一项所述的断面加工观察方法，其中，
所述聚焦离子束的照射区域作为加工框显示在所述表面观察图像上。
6.根据权利要求1～4中的任意一项所述的断面加工观察方法，其中，
将用于进行所述断面观察的所述聚焦离子束的束电流切换为比用于形成所述断面的所述聚焦离子束的束电流小的束电流。
7.一种断面加工观察方法，通过基于聚焦离子束的蚀刻加工在试样上形成断面，使所述试样倾斜，通过基于所述聚焦离子束的断面观察而取得断面观察图像，该断面加工观察方法包括下述步骤：
在取得所述断面观察图像后使所述试样的倾斜复原，向所述试样上的包含表示位置的标记和所述断面在内的区域照射所述聚焦离子束，取得表面观察图像；以及
在所述表面观察图像上识别所述标记的位置，以所述标记的位置为基准，设定用于对所述断面进行追加加工的所述聚焦离子束的照射区域，进行所述试样的蚀刻加工而形成新断面；其中，
用于形成所述新断面的所述聚焦离子束的照射区域是与所述断面相邻的区域，
以识别出的所述标记为基准以与第1加工框相邻的方式设定第2加工框，此时，将所述第2加工框的尺寸设为与所述第1加工框的尺寸相同，
用于形成所述新断面的所述聚焦离子束的照射区域的尺寸与用于形成所述断面的所述聚焦离子束的照射区域的尺寸相同。
8.一种断面加工观察装置，通过基于聚焦离子束的蚀刻加工在试样上形成断面，使所述试样倾斜，通过基于所述聚焦离子束的断面观察而取得断面观察图像，使所述试样的倾斜复原，对包含所述断面的区域进行蚀刻加工，形成新断面，使所述试样倾斜，取得所述新断面的断面观察图像，所述断面加工观察装置具有：
聚焦离子束照射部；
载置试样的试样台；
使试样台倾斜的试样台倾斜部；
二次粒子检测部，其向所述试样照射所述聚焦离子束，检测从所述试样产生的二次粒子；
观察图像形成部，其根据来自所述二次粒子检测部的信号，形成观察图像；
显示部，其显示所述观察图像；以及
照射区域设定部，其以所述观察图像上的表示位置的标记的位置为基准，设定所述聚焦离子束的照射区域；其中，
用于形成所述新断面的所述聚焦离子束的照射区域是与所述断面相邻的区域，
以识别出的所述标记为基准以与第1加工框相邻的方式设定第2加工框，此时，将所述第2加工框的尺寸设为与所述第1加工框的尺寸相同，
用于形成所述新断面的所述聚焦离子束的照射区域的尺寸与用于形成所述断面的所述聚焦离子束的照射区域的尺寸相同。
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Applicant after: Hitachi High Tech Science Corp.

Address before: Chiba County, Japan

Applicant before: Seiko Nanotechnology Inc.

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Free format text: CORRECT: APPLICANT; FROM: SEIKO NANOTECHNOLOGY INC. TO: HITACHI HIGH TECH SCIENCE CORP.

C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant