JP2006309952A - 複合荷電粒子ビーム装置及びそれにおける照射位置決め方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】SEM鏡筒2とFIB鏡筒1と二次電子検出器4とを備えた複合装置において、SEM鏡筒から電子ビームを試料面に走査し試料面上にマイナスの電荷を帯電させると共にその顕微鏡画像(SEM像)を観察する。観察しながらこの帯電した領域にFIB鏡筒からプラスイオンを照射すると、FIB照射位置にコントラスト変化が現れる。このコントラスト変化位置を測定することでFIB照射位置を特定できる。
【選択図】図3
Description
イオンビームと電子ビームにより同一の登録マークを観察し、イオンビームによる顕微鏡像(SIM像)と電子ビームによる顕微鏡像(SEM像)を比較することによりあらかじめ視野合わせを行い、SEM像のみによりイオンビームの加工指定を行う技術が特許文献2に開示されている。しかし実際の試料上ではあらかじめ視野を合わせておいても、試料の位置よって二次電子検出器による電界や試料表面の帯電により電子ビームとイオンビームの位置がずれてしまうという問題が生じる。そこでイオンビームによる加工を行う際はかならずSIM像を観察し加工位置の指定を行っている。
本発明の、複合荷電粒子ビーム装置における照射位置決め方法は、電子ビームを試料面に照射して帯電させた状態と、この帯電状態を示した領域に逆電荷のイオンビームを照射したときの状態変化をSEM機能で顕微鏡観察して、逆電荷イオンビームの照射位置を特定する。
本発明の、複合荷電粒子ビーム装置における照射位置決め方法は、正電荷のイオンビームを試料面に照射して正に帯電させた状態と、この帯電状態を示した領域に逆電荷の電子ビームを照射したときの状態変化をFIB機能で顕微鏡観察して、電子ビームの照射位置を特定する。
また本発明の、複合荷電粒子ビーム装置における照射位置決め方法は、電子ビーム又は正電荷のイオンビームである第一の荷電粒子ビームを試料面に照射して帯電させた状態と、この帯電させた領域に逆電荷のイオンビーム又は電子ビームである第二の荷電粒子ビームを照射したときの状態変化を第一の荷電粒子ビームで顕微鏡観察して、第二の荷電粒子ビームの照射位置を特定し、第二の荷電粒子ビーム照射位置を第一の荷電粒子ビームの顕微鏡像から指定する。
また本発明の、複合荷電粒子ビーム装置における照射位置決め方法は、電子ビーム又は正電荷のイオンビームである第一の荷電粒子ビームを試料面に照射して帯電させた状態と、この帯電状態させた領域に逆電荷のイオンビーム又は電子ビームである第二の荷電粒子ビームを照射したときの状態変化を第一の荷電粒子ビームで顕微鏡観察して、第二の荷電粒子ビームの照射位置を第一の荷電粒子ビームの顕微鏡像に対し画像処理を行い特定する。
本発明の複合荷電粒子ビーム装置は、電子ビーム又は正電荷のイオンビームである第一の荷電粒子ビームを試料面に照射して帯電させた状態と、高い帯電状態を示した領域に逆電荷のイオンビーム又は電子ビームである第二の荷電粒子ビームを照射したときの状態変化を第一の荷電粒子ビームで顕微鏡観察して、第二の荷電粒子ビームの照射位置を第一の荷電粒子ビームの顕微鏡像に対し画像処理を行い特定する機能を設ける。
本発明の複合荷電粒子ビーム装置は、電子ビーム又は正電荷のイオンビームを試料面に照射して帯電させた状態と、この帯電させた領域に逆電荷のイオンビーム又は電子ビームを照射したときの状態変化を顕微鏡観察して解析するものであり、正電荷のイオンビームとして液体金属イオン源を使用する。
また、本発明の複合荷電粒子ビーム装置は、電子ビーム又は正電荷のイオンビームを試料面に照射して帯電させた状態と、高い帯電状態を示した領域に逆電荷のイオンビーム又は電子ビームを照射したときの状態変化を顕微鏡観察して解析する。
本発明の複合荷電粒子ビーム装置は、電子ビーム又は正電荷のイオンビームを試料面に照射して帯電させた状態と、この高い帯電状態を示した領域に逆電荷のイオンビーム又は電子ビームを照射したときの状態変化を顕微鏡観察して解析する。
また、本発明の複合荷電粒子ビーム装置は、第一の荷電粒子ビーム鏡筒と、前記第一の荷電粒子ビームとは反対の極性を有する荷電粒子ビームを照射する第二の荷電粒子ビーム鏡筒と、前記荷電粒子ビームを試料に照射した時に試料から発生する二次電子を検出する二次電子検出器と、前記荷電粒子ビーム鏡筒及び二次電子検出器を収容する真空チャンバーと、前記第一及び第二の荷電粒子ビーム鏡筒それぞれの制御電源と、
前記制御電源を制御し、かつ、前記二次電子検出器からの信号を処理し及びその処理したデータとその信号に対応するビーム照射位置と共に画像データとして記憶する制御用コンピュータと、前記画像データに基づく前記制御用コンピュータからの画像信号を入力し、画像表示するディスプレイとを有し、前記第一の荷電粒子ビームを試料面に照射して帯電させた状態と、前記帯電した領域に前記第二の荷電粒子ビームを照射したときの状態とのコントラストの変化を示す第一の荷電粒子像に基づく画像データとして取得し、該取得した画像データから第二の荷電粒子ビーム照射位置を特定する機能を有する。
本発明の複合荷電粒子ビーム装置は、第二の荷電粒子ビーム照射位置を特定した後、この特定した照射位置の第一の荷電粒子像中心からの位置を計算し、第一の荷電粒子像における照射位置と、第二の荷電粒子像における照射位置のズレ量を算出し、この算出したズレ量に基づいて、第一の荷電粒子像上で、任意の第二の荷電粒子照射領域を指定する。
本発明の、複合荷電粒子ビーム装置における照射位置決め方法は、電子ビームを試料面に照射して高く帯電させた状態と、この高い帯電状態を示した領域に逆電荷のイオンビームを照射したときの状態変化をSEM機能で顕微鏡観察して、逆電荷イオンビームの照射位置を特定するものであるから、単にビームスポット照射を特定領域に行うだけでよく、試料上を走査する必要がないため試料へのイオンビーム照射量を減少し、試料上の目標箇所以外へのイオンビーム照射によるダメージを減少できる。
本発明の、複合荷電粒子ビーム装置における照射位置決め方法は、正電荷のイオンビームを試料面に照射して正に高く帯電させた状態と、この高い帯電状態を示した領域に逆電荷の電子ビームを照射したときの状態変化をFIB機能で顕微鏡観察して、電子ビームの照射位置を特定するものであるから、単にビームスポット照射を特定領域に行うだけでよく、試料上を走査する必要がないため試料への電子ビーム照射量を減少し、試料上の目標箇所以外への電子ビーム照射によるダメージや汚染を軽減できる。
また本発明の、複合荷電粒子ビーム装置における照射位置決め方法は、電子ビーム又は正電荷のイオンビームである第一の荷電粒子ビームを試料面に照射して帯電させた状態と、高い帯電状態を示した領域に逆電荷のイオンビーム又は電子ビームである第二の荷電粒子ビームを照射したときの状態変化を第一の荷電粒子ビームで顕微鏡観察して、第二の荷電粒子ビームの照射位置を特定し、第二の荷電粒子ビーム照射位置を第一の荷電粒子ビームの顕微鏡像から指定するものであるから、単にビームスポット照射を特定領域に行うだけでよく、試料上を走査する必要がないため、試料中の目標箇所以外への荷電粒子ビーム照射量を最小限にした第二のビーム照射位置指定が可能となる。
また本発明の、複合荷電粒子ビーム装置における照射位置決め方法は、電子ビーム又は正電荷のイオンビームである第一の荷電粒子ビームを試料面に照射して帯電させた状態と、高い帯電状態を示した領域に逆電荷のイオンビーム又は電子ビームである第二の荷電粒子ビームを照射したときの状態変化を第一の荷電粒子ビームで顕微鏡観察して、第二の荷電粒子ビームの照射位置を第一の荷電粒子ビームの顕微鏡像に対し画像処理を行い特定するものであるから、装置使用者の習熟度によることなく試料中の目標箇所以外への荷電粒子ビーム照射量を最小限にした第二のビーム照射位置特定が可能となる。
本発明の複合荷電粒子ビーム装置は、第一の荷電粒子ビーム鏡筒と、前記第一の荷電粒子ビームとは反対の極性を有する荷電粒子ビームを照射する第二の荷電粒子ビーム鏡筒と、前記荷電粒子ビームを試料に照射した時に試料から発生する二次電子を検出する二次電子検出器と、前記荷電粒子ビーム鏡筒及び二次電子検出器を収容する真空チャンバーと、前記第一及び第二の荷電粒子ビーム鏡筒それぞれの制御電源と、前記制御電源を制御し、かつ、前記二次電子検出器からの信号を処理し及びその処理したデータとその信号に対応するビーム照射位置と共に画像データとして記憶する制御用コンピュータと、前記画像データに基づく前記制御用コンピュータからの画像信号を入力し、画像表示するディスプレイとを有し、前記第一の荷電粒子ビームを試料面に照射して帯電させた状態と、前記帯電した領域に前記第二の荷電粒子ビームを照射したときの状態とのコントラストの変化を示す画像データを取得し、該取得した画像データから第二の荷電粒子ビーム照射位置を特定する機能を有するものであるから、装置使用者に負担をかけずに試料中の目標箇所以外への荷電粒子ビーム照射量を最小限にした第二のビーム照射位置特定を可能とした複合荷電粒子ビーム装置を構成できる。
本発明の複合荷電粒子ビーム装置は、電子ビーム又は正電荷のイオンビームを試料面に照射して帯電させた状態と、この帯電状態させた領域に逆電荷のイオンビーム又は電子ビームを照射したときの状態変化を顕微鏡観察して解析するものであり、正電荷のイオンビームとして液体金属イオン源を使用した複合荷電粒子ビーム装置であるから、イオンビームを細く絞ることにより、特定の箇所において穴あけ等の微細加工を行うことが可能であり、かつイオンビーム照射位置の指定時に試料へのダメージを最小にした複合荷電粒子ビーム装置を構成できる。
また、本発明の複合荷電粒子ビーム装置は、電子ビーム又は正電荷のイオンビームを試料面に照射して帯電させた状態と、高い帯電状態を示した領域に逆電荷のイオンビーム又は電子ビームを照射したときの状態変化を顕微鏡観察して解析するものであるから、単にビームスポット照射を特定領域に行うだけでよく、試料上を走査する必要がないため、可変成型ビームのような走査を行わないイオンビームの位置決めを行うことができる。また電子ビームを用いてイオンビームの加工位置を指定することで、位置決めが困難な可変成型イオンビームの加工位置指定を行うことができる。
本発明の複合荷電粒子ビーム装置は、電子ビーム又は正電荷のイオンビームを試料面に照射して帯電させた状態と、高い帯電状態を示した領域に逆電荷のイオンビーム又は電子ビームを照射したときの状態変化を顕微鏡観察して解析するものであるから、単にビームスポット照射を特定領域に行うだけでよく、試料上を走査する必要がないため、アルゴンイオンビームに代表される希ガスを使用した気体放電型イオンビームのようなブロードなイオンビームにおいても位置決めを行うことができる。また電子ビームを用いてイオンビームの加工位置を指定することで、位置決めが困難なブロードな希ガス放電型イオンビームの加工位置指定を行うことができる。
本発明の原理は電子ビーム又は正電荷のイオンビームをあらかじめ試料面に照射して帯電させた状態にし、高い帯電状態を示した領域に逆電荷のイオンビーム又は電子ビームを照射したときに顕微鏡像に現れる状態変化を基にしている。この現象について詳述する。まずこの現象と同様な原理である導電性のプローブを半導体デバイスに接触させることで配線に生じるコントラスト(電位コントラスト)変化が非特許文献2に開示されている。システム中に導電性のプローブを備えたSEM装置で、試料を観察中にプローブが試料の局部に触れると、ディスプレイ上でその部分が明るくなったり、反対に暗くなったりする現象が見られる。この現象は電位コントラストと呼ばれ、図15の左に示すようにSEMによって表面に配線Rが露出している試料面を観察しているとき、その配線R部分がSEM観察画像では明るく表示されているとする。その明るく表示されている配線R部分に導電性のプローブ19が接触した瞬間、図15右に示すように配線Rの部分が暗くなるといった現象である。これはSEM観察に際して試料表面にはマイナスの電荷を帯びた電子が照射されることになり、その電子が配線R部分に帯電した状態となっていたところ、導電性のプローブ19が接触してそのチャージを放出しその部分の電位が変化したことによるものである。SEMの観察画像は電子ビームが試料面上で例えばラスタ状に走査されるとき、照射部分の性状に応じて二次電子が放出されるので、この二次電子を検出して照射位置と対応させ、二次元的に画像表示させたものである。図16の上段に示すように試料のある領域がプラスに帯電していたとすると、電子ビームの照射によって放出された二次電子はマイナスの電荷をもっているため、この領域に引きつけられ、二次電子検出器(SED)に届きにくく検出されにくい状態となる。したがって、その部分の画像は暗くなる。これに対し図16の下段に示すように試料のある領域がマイナスに帯電していたとすると、電子ビームの照射によって放出された二次電子にはこの領域のチャージによる反発力が及び、二次電子検出器方向に押し出され検出され易い状態となる。したがって、その部分の画像は明るくなる。
本発明の基本原理は図15に示すプローブの替わりに電荷の正負が異なるイオンビームをスポット照射することにより生じる試料上の電位変化を観察することに基づいている。図2と図3はこの基本原理を説明するための図である。これらの図については後述する実施例の中で説明する。
本発明の照射位置決め方法のフローについて詳述する。第一に試料を帯電させることから始まる。この帯電には電子ビームを用いる場合とイオンビームを用いる場合がある。電子ビームを用いる場合は、SEMのビーム電流を大電流(nA程度)とし、試料面の観察を行う。大電流の電子ビームを試料に照射することで試料表面を負に帯電させる(ステップ1)。このとき試料の構造に対応して帯電状態は変化する。つぎに帯電に伴うコントラスト変化が明らかになったなら、帯電した部分の適当な箇所にイオンビームをスポット照射して正の電荷を注入する(ステップ2)。イオン照射を行いながら、そのときの試料面の様子をSEM観察する(ステップ3)。SEM像上にイオンビーム照射箇所が周囲の領域に対してコントラスト変化として観察でき、電子ビームとイオンビームの位置関係を検知することができる(ステップ4)。
本構成図に基づいて上記フローの各ステップについて説明する。
ステップ1
帯電に電子を用いるかイオンを用いるかの選択、そしてビーム電流をいくらにするかの設定をキーボード等の入力手段を介してコンピュータ5へ入力する。それを受けてコンピュータ5は指定されたFIB鏡筒1又はSEM鏡筒2のFIB用電源8又はSEM用電源9へ設定情報を送り、荷電粒子を試料に照射して試料を観察すると共に帯電させる。以下ここではSEM鏡筒2により帯電に電子を用いることを選択した場合について述べる。試料の大電流観察で、帯電が十分進みコントラスト変化を明らかにする。
ステップ2
コンピュータ5からの走査指令を受けSEM鏡筒2が顕微鏡観察用の電子ビーム走査を実行すると、電子ビームは照射した箇所から二次電子を放出させ、二次電子検出器4が検出してコンピュータ5へその検出値を位置データと共に記憶する。走査領域のデータが記憶蓄積されたなら、コンピュータ5はそれを画像情報としてディスプレイへ出力しディスプレイはその時の試料画像を表示する。
ステップ3
上記試料画像からオペレータが適当な箇所を決めてディスプレイ上でその位置をマウス等の入力手段で指定すると、コンピュータ5はその位置情報を、チャージを中和する電荷をもった側の鏡筒であるFIB鏡筒に送る。信号を受信したFIB鏡筒は目標箇所にビームスポットが来るように偏向器を調整すると共に指示された加速電圧でイオンビームを照射して逆の電荷を注入する。
ステップ4
コンピュータ5の制御の下に電子ビーム鏡筒が顕微鏡機能で作動され、上記ステップ3のイオン照射がなされるときの試料面の様子をSEM観察する。先述したようにSEM像にイオンビーム照射位置がコントラスト変化として現れる。
ステップ5
コンピュータ5によりSEM像の画像解析を行い、FIBスポット箇所の位置を特定し、SEM像中心からの位置を計算しFIBとSEMの位置ズレ量を算出する。
ステップ6
コンピュータ5は算出した位置ズレ量をチャージを中和する電荷をもった側の鏡筒であるFIB鏡筒の偏向量に換算しメモリーに蓄える。
ステップ7
蓄えた偏向量をコンピュータ5はFIB鏡筒に送る。信号を受信したFIB鏡筒はSEM鏡筒中心位置にビームスポットが来るように偏向器を調整する。
ステップ8
SEM像を観察しながらFIBにて加工を行う場合には、コンピュータ5は、SEM像にて指定された加工位置をメモリーに蓄えた偏向量によりFIBの加工位置に換算し、その加工位置を指示する信号をFIB鏡筒に送る。信号を受信したFIB鏡筒は指定された加工位置にビームを照射し試料加工を行う。
上記と異なる態様のひとつとして、FIBの代わりにアパーチャの像を投影する可変成型イオンビームを使用する場合においても同様なフローが適用可能である。図11は通常の走査を行うFIBの代わりにアパーチャの像を投影する可変成型イオンビームを記述している。FIBにおいてイオンビームは試料上に集束されており、偏向電極によりある領域を走査することで特定領域の加工を行う。図11に示す可変成型イオンビームにおいては走査を行わずアパーチャの像を試料上に投影する。アパーチャの形状としては円孔、長方形等任意の形状が可能である。このような可変成型イオンビームにおいても上記機能を搭載した装置が可能である。この装置の形態において本機能、フローを搭載したシステムを追加することでビーム位置の調整が可能となる。またはSEM像を利用した加工領域の指定が可能となる。
さらに、上記と異なる態様のひとつとして、FIB鏡筒に加え、希ガスを使用した気体放電型のイオンビーム鏡筒を追加したFIB/SEM複合装置に関するものがある。図13は希ガスを使用した気体放電型のイオンビーム鏡筒を追加したFIB/SEM複合装置を記述している。希ガスを使用した気体放電型のイオンビーム鏡筒においてはビーム径が大きいためにビームを走査することによって得られる顕微鏡像だけではビーム位置の調整が困難である。この装置において本機能、フローを搭載したシステムを追加することでSEMで走査した領域内に気体イオンビームを一点に照射し、SEM像中に現れたコントラスト変化を観察することでビーム位置の調整が可能となる。またSEMと気体イオンビームの相対位置を測定することでSEM像を利用した加工領域の指定が可能となる。
図6左下に示すようにSEM像において、画像処理を行うことでコントラスト変化箇所の位置を特定する。図6左下の十字印で表されている中心位置からのズレ量X,Yを測定することでイオンビーム照射位置またはイオンビームと電子ビームのズレ量を特定することができる。
3 真空チャンバー 4 二次電子検出器
5 制御コンピュータ 6 位置決め機能
7 位置合わせ機構 8 FIB用電源
9 SEM用電源 10 試料
11 液体金属イオン源FIB鏡筒 12 位置決めソフト
13 可変成型イオンビーム鏡筒 14 任意形状のスリットを備えたアパーチャ
15 アパーチャ 16 CL
17 OL 18 気体放電型イオン源を使用したイオンビーム鏡筒
19 プローブ
Claims (9)
- 複数の荷電粒子ビーム鏡筒を同一真空チャンバーに配置した複合荷電粒子ビーム装置における前記複数の荷電粒子ビームの照射位置決め方法において、第一の荷電粒子ビームを試料面に照射して帯電させた状態と、前記帯電させた領域に前記第一の荷電粒子ビームとは反対の極性を持つ第二の荷電粒子ビームを照射したときの状態とのコントラストの変化を第一の荷電粒子ビームにより顕微鏡観察して第二の荷電粒子ビーム照射位置を特定することを特徴とする複合荷電粒子ビーム装置における照射位置決め方法。
- 前記第一の荷電粒子ビームが電子ビーム、前記第二の荷電粒子ビームがイオンビームであり、前記イオンビームの照射はスポット照射である請求項1に記載の複合荷電粒子ビーム装置における照射位置決め方法。
- 前記第一の荷電粒子ビームが集束イオンビーム、前記第二の荷電粒子ビームが電子ビームであり、前記電子ビームの照射はスポット照射である請求項1に記載の複合荷電粒子ビーム装置における照射位置決め方法。
- 前記第二の荷電粒子ビーム照射位置を特定した後、前記特定した照射位置の第一の荷電粒子像中心からの位置を計算することで、第一の荷電粒子像における照射位置と、第二の荷電粒子像における照射位置のズレ量を算出し、この算出したズレ量に基づいて、第一の荷電粒子像上で、任意の第二の荷電粒子照射領域を指定する請求項1に記載の複合荷電粒子ビーム装置における照射位置決め方法。
- 複数の荷電粒子ビーム鏡筒を同一真空チャンバーに配置した複合荷電粒子ビーム装置において第一の荷電粒子ビームを試料面に照射して帯電させた状態と、前記帯電させた領域に第二の荷電粒子ビームを照射したときの状態とのコントラスト変化を第一の荷電粒子ビームにより顕微鏡観察して第二の荷電粒子ビーム照射位置を特定し、所望の第二の荷電粒子ビーム照射領域の指定をコントラスト変化の観察を行った第一の荷電粒子ビームによる顕微鏡像で行うことを特徴とする複合荷電粒子ビーム装置における照射位置決め方法。
- 第一の荷電粒子ビーム鏡筒と、前記第一の荷電粒子ビームとは反対の極性を有する荷電粒子ビームを照射する第二の荷電粒子ビーム鏡筒と、
前記荷電粒子ビームを試料に照射した時に試料から発生する二次電子を検出する二次電子検出器と、
前記荷電粒子ビーム鏡筒及び二次電子検出器を収容する真空チャンバーと、
前記第一及び第二の荷電粒子ビーム鏡筒それぞれの制御電源と、
前記制御電源を制御し、かつ、前記二次電子検出器からの信号を処理し及びその処理したデータとその信号に対応するビーム照射位置と共に画像データとして記憶する制御用コンピュータと、
前記画像データに基づく前記制御用コンピュータからの画像信号を入力し、画像表示するディスプレイとを有し、
前記第一の荷電粒子ビームを試料面に照射して帯電させた状態と、前記帯電した領域に前記第二の荷電粒子ビームを照射したときの状態とのコントラストの変化を示す画像データを取得し、該取得した画像データから第二の荷電粒子ビーム照射位置を特定する機能を有することを特徴とする複合荷電粒子ビーム装置。 - 前記荷電粒子ビーム鏡筒のうちイオンビームを照射するイオンビーム鏡筒は液体金属イオン源を使用した集束イオンビーム鏡筒である請求項6に記載の複合荷電粒子ビーム装置。
- 前記荷電粒子ビーム鏡筒のうちイオンビームを照射するイオンビーム鏡筒は絞りのパターンを投影することを特徴とした可変成型イオンビーム鏡筒である請求項6に記載の複合荷電粒子ビーム装置。
- 電子ビーム鏡筒と複数のイオンビーム鏡筒と二次荷電粒子検出器とをそなえた複合装置であって、第一のイオンビーム鏡筒は液体金属イオン源を使用した集束イオンビーム鏡筒であって第二のイオンビーム鏡筒は希ガスを使用した気体放電型イオンビーム鏡筒であることを特徴とした請求項6に記載の複合荷電粒子ビーム装置。
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