JP2004045172A

JP2004045172A - ３次元構造評価方法

Info

Publication number: JP2004045172A
Application number: JP2002202194A
Authority: JP
Inventors: Kazuhisa Yamazaki; 山崎　一寿; ▲柳▼下　皓男; Akio Yagishita
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2002-07-11
Filing date: 2002-07-11
Publication date: 2004-02-12

Abstract

【課題】３次元構造評価方法に関し、簡単な手段に依って、評価対象物の表面から内部へ向かう形状や元素の分布の変化を立体的に知ることができるようにして、種々なデバイスや部品などの製造プロセスの確認や故障解析など行うことを可能にする。
【解決手段】評価対象試料の一定厚さ分を研磨してから該研磨面の画像データをコンピュータに取り込む作業を複数回繰り返して奥行き方向の画像データ（図３の（Ａ）〜（Ｆ）を参照）を蓄積するステップと、該蓄積した画像データを位置ずれなどを補正して重ね合わせて３次元データを構築するステップと、該３次元データを任意の位置且つ任意の方向について読み出して３次元的画像として表示し（図３の（Ｇ）参照）該評価対象試料を立体的に評価するステップとが含まれる。
【選択図】　　　　図３

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置や磁気ディスク装置に於ける磁気ヘッドのように微細な構造をもつデバイス、或いは、３次元的に入り組んだ構造をもつ部品などを評価するのに好適な３次元構造評価方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、前記したような例えば微細な構造をもつデバイスの内部を知るには、目的とする箇所まで、機械研磨及びイオン・ビームを用い、平面或いは断面の研磨を行って形状の観察や分析を行うようにしている。
【０００３】
然しながら、前記従来の技術に依った場合、得られる形状、或いは、元素の分布に関する情報は、２次元の情報でしかなく、全体からすれば、ごく限られた居所的な情報であり、その為、例えばデバイスの構造を知得するには、研磨に依って得られる局所的な２次元情報から３次元構造を推測しなければならなかった。
【０００４】
図４ははんだ接合部薄膜の研磨面を表す顕微鏡写真であり、（Ａ）は平面研磨に依る観察面、（Ｂ）は断面研磨に依る観察面をそれぞれ示している。
【０００５】
図４（Ａ）に見られる平面研磨面である観察面、及び、図４（Ｂ）に見られる断面研磨に依る観察面から、薄膜の３次元構造を正確に知得することが容易でないことは云うまでもない。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明では、簡単な手段に依って、評価対象物の表面から内部へ向かう形状や元素の分布の変化を立体的に知ることができるようにして、種々なデバイスや部品などの製造プロセスの確認や故障解析など行うことを可能にする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明に依る３次元構造評価方法に於いては、評価対象試料の一定厚さ分を研磨してから該研磨面の構造・形状、元素分布、結晶構造、物質の化学結合状態などの画像データをコンピュータに取り込む作業を複数回繰り返して奥行き方向の画像データを蓄積するステップと、該蓄積した画像データを位置ずれなどを補正して重ね合わせて３次元データを構築するステップと、該３次元データを任意の位置且つ任意の方向について読み出して３次元的画像として表示し該評価対象試料を立体的に評価するステップとが含まれる。
【０００８】
前記手段を採ることに依り、２次元データを基に構築された３次元データから任意の位置及び任意の方向で評価対象物である電子デバイスや部品の形状・構造や元素分布などの評価・解析を行うことができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１及び図２は本発明の一実施の形態を明らかにするプロセス・フローの説明図であり、以下、図を参照しつつ説明する。尚、この場合、観察対象物は楔状物体２が立方体１中に埋まっている構造になっている。
【００１０】
図１（Ａ）及び（Ｂ）参照
（１）　目的とする箇所、即ち、試料である立方体１に於ける表面の形状観察及び観察データ（画像データ）をコンピュータへ取り込むことから始め、規定の膜厚分の研磨と研磨面の形状観察と観察データのコンピュータへの取り込み作業を繰り返し、その作業の都度、コンピュータには観察データが蓄積されゆくことになる。
【００１１】
図２（Ａ）参照
（２）　蓄積された観察データは、コンピュータに於いて、表面から内部方向、即ち、奥行き方向に重ね合わせて３次元データとして構築する。
【００１２】
図２（Ｂ）参照
（３）　構築された３次元データを任意の位置で、且つ、任意の方向で読み出して立体構造の観察面を表示して評価・解析を行う。尚、図２（Ｂ）に見られる楔状物体２は任意の位置及び方向で断面にできることを表しているので、図１（Ａ）に表されている楔状物体２の形状とは一致しない。
【００１３】
実施例
図３ははんだ薄膜の評価・解析を行う場合を説明する為の表面及び研磨面を表す観察装置に依る写真（Ａ乃至Ｆ）、及び、構築した３次元データから読みだした３次元画像を表す説明図（Ｇ）であり、以下、これ等の図を参照しつつ説明する。
【００１４】
この場合、研磨装置としては、ミクロトームやタイマー付きの湿式研磨装置などの機械研磨装置、或いは、イオン・ミリングやＦＩＢ（ｆｏｃｕｓｅｄ　ｉｏｎ　ｂｅａｍ）などのイオン・ビームを用いることができる。
【００１５】
また、観察装置としては、ＳＥＭ（ｓｃａｎｎｉｎｇ　ｅｌｅｃｔｒｏｎ　ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｙ）、ＥＭＰＡ（ｅｌｅｃｔｒｏｎ　ｐｒｏｂｅ　ｍｉｃｒｏａｎａｌｙｓｉｓ）法（装置）、ＥＢＳＰ（ｅｌｅｃｔｒｏｎ　ｂａｃｋ−ｓｃａｔｔｅｒ　ｐａｔｔｅｒｎ）法（装置）、オージェ電子分光装置、Ｘ線光電子分光法（装置）、飛行時間型二次イオン質量分析法（装置）など、数多くの種類があり、要は、２次電子像、反射電子像を観察及び撮像できものであれば良い。
【００１６】
図３（Ａ）乃至（Ｆ）参照
（１）
（Ａ）は、はんだ薄膜の表面をＳＥＭを用いて観察し、コンピュータに蓄積した２次電子画像であり、（Ｂ）はイオン・ビームを用いて表面から２０〔ｎｍ〕の厚さ分を研磨し、その研磨面を観察し、コンピュータに蓄積した２次電子画像であり、以下、２０〔ｎｍ〕の厚さ分の研磨、観察及び２次電子画像のコンピュータへの蓄積を繰り返している。
【００１７】
（Ｂ）〜（Ｆ）に表示されたエッチング時間については１００〔秒〕の差が見られるが、その時間が２０〔ｎｍ〕の厚さ分の研磨時間に相当する。
【００１８】
（Ａ）〜（Ｆ）を通観することで、表面から奥行き方向（内部方向）への形状変化を認識することができ、これ等の蓄積２次電子画像をコンピュータ内に於いて位置ずれなどを補正して重ね合わせ３次元データを構築する。
【００１９】
図３（Ｇ）参照
（２）
前記のようにして構築した３次元データから観察したい任意の部分に於いて任意の方向の面を読み出してディスプレイに表示するか、或いは、紙に印刷して評価・解析を行う。
【００２０】
図３（Ｇ）は、５０枚の表面形状観察面を用いて構築した３次元データから読み出した断面像であって、図３（Ａ）〜（Ｆ）との対応について例示してあり、例えば孔の位置と深さとが合致して反映された画像を観察できる。尚、図３（Ｇ）は、３６×３６〔μｍ〕角、深さ方向は１〔μｍ〕で作製したデータから得られた像を示している。
【００２１】
本発明に於いては、前記説明した実施の形態を含め、多くの形態で実施することができ、以下、それを付記として例示する。
（付記１）
評価対象試料の一定厚さ分を研磨してから該研磨面の構造・形状、元素分布、結晶構造、物質の化学結合状態などの画像データをコンピュータに取り込む作業を複数回繰り返して奥行き方向の画像データを蓄積するステップと、
該蓄積した画像データを位置ずれなどを補正して重ね合わせて３次元データを構築するステップと、
該３次元データを任意の位置且つ任意の方向について読み出して３次元的画像として表示し該評価対象試料を立体的に評価するステップと
が含まれてなることを特徴とする３次元構造評価方法。
【００２２】
（付記２）
一定厚さ分の研磨にミクロトーム或いはタイマ付き湿式研磨装置などの機械研磨装置、又は、イオン・ミリングや集束イオン・ビームなどのイオン・ビームを用いること
を特徴とする（付記１）記載の３次元構造評価方法。
【００２３】
（付記３）
コンピュータに蓄積する画像データが２次電子画像或いは反射電子画像であること
を特徴とする（付記１）記載の３次元構造評価方法。
【００２４】
（付記４）
コンピュータに蓄積する画像データがＥＢＳＰ（ｅｌｅｃｔｒｏｎ　ｂａｃｋ−ｓｃａｔｔｅｒ　ｐａｔｔｅｒｎ）法で得られる結晶方位像からなることを特徴とする（付記１）記載の３次元構造評価方法。
【００２５】
（付記５）
コンピュータに蓄積する画像データがオージェ電子分光装置、或いは、２次イオン質量分析装置で得られる元素分布像であることを特徴とする（付記１）記載の３次元構造評価方法。
【００２６】
（付記６）
コンピュータに蓄積する画像データがＸ線光電子分光装置、或いは、飛行時間型２次イオン質量分析装置で得られる化合物の化学結合状態分布像であることを特徴とする（付記１）記載の３次元構造評価方法。
【００２７】
（付記７）
試料を最少で２〔ｎｍ〕〜３〔ｎｍ〕の厚さ分を研磨する手段と、
研磨面の
形状及び組成像で評価・認識する手段、
結晶情報で評価・認識する手段
元素分布で評価・認識する手段
化合物の化学結合状態の分布で評価・認識する手段
が同一チャンバ内に組み込まれてなること
を特徴とする３次元構造評価装置。
【００２８】
【発明の効果】
本発明に依る３次元構造評価方法に於いては、評価対象試料の一定厚さ分を研磨してから該研磨面の構造・形状、元素分布、結晶構造、物質の化学結合状態などの画像データをコンピュータに取り込む作業を複数回繰り返して奥行き方向の画像データを蓄積するステップと、蓄積した画像データを位置ずれなどを補正して重ね合わせて３次元データを構築するステップと、３次元データを任意の位置且つ任意の方向について読み出して３次元的画像として表示し評価対象試料を立体的に評価するステップとが含まれる。
【００２９】
前記構成を採ることに依り、２次元データを基に構築された３次元データから任意の位置及び任意の方向で評価対象物である電子デバイスや部品の形状・構造や元素分布などの評価・解析を行うことができ、そして、評価・解析を行うのに必要な技術としては、従来から知られている研磨技術、及び、研磨面の撮像とコンピュータの操作技術のみであって、特殊な技術は必要としないので、実施は極めて容易である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態を明らかにするプロセス・フローの説明図である。
【図２】本発明の一実施の形態を明らかにするプロセス・フローの説明図である。
【図３】はんだ薄膜の評価・解析を行う場合を説明する為の表面及び研磨面を表す観察装置に依る写真（Ａ乃至Ｆ）、及び、構築した３次元データから読みだした３次元画像を表す説明図（Ｇ）である。
【図４】はんだ接合部薄膜の研磨面を表す顕微鏡写真であり、（Ａ）は平面研磨に依る観察面、（Ｂ）は断面研磨に依る観察面である。
【符号の説明】
１　試料である立方体
２　立方体１中に埋め込まれた楔状物体

Claims

評価対象試料の一定厚さ分を研磨してから該研磨面の構造・形状、元素分布、結晶構造、物質の化学結合状態などの画像データをコンピュータに取り込む作業を複数回繰り返して奥行き方向の画像データを蓄積するステップと、
該蓄積した画像データを位置ずれなどを補正して重ね合わせて３次元データを構築するステップと、
該３次元データを任意の位置且つ任意の方向について読み出して３次元的画像として表示し該評価対象試料を立体的に評価するステップと
が含まれてなることを特徴とする３次元構造評価方法。
コンピュータに蓄積する画像データが２次電子画像或いは反射電子画像であること
を特徴とする請求項１記載の３次元構造評価方法。
コンピュータに蓄積する画像データがＥＢＳＰ（ｅｌｅｃｔｒｏｎ　ｂａｃｋ−ｓｃａｔｔｅｒ　ｐａｔｔｅｒｎ）法で得られる結晶方位像からなること
を特徴とする請求項１記載の３次元構造評価方法。
コンピュータに蓄積する画像データがオージェ電子分光装置、或いは、２次イオン質量分析装置で得られる元素分布像であること
を特徴とする請求項１記載の３次元構造評価方法。
コンピュータに蓄積する画像データがＸ線光電子分光装置、或いは、飛行時間型２次イオン質量分析装置で得られる化合物の化学結合状態分布像であること
を特徴とする請求項１記載の３次元構造評価方法。