JP2011054497A - 断面加工観察方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＳＥＭ装置を有しない集束イオンビーム装置により断面加工観察を効率よく連続実施が可能な断面加工観察装置の提供。
【解決手段】集束イオンビームによるエッチング加工で試料に断面を形成し、集束イオンビームによる断面観察で断面観察像を取得し、断面を含む領域をエッチング加工して新たな断面を形成し、新たな断面の断面観察像を取得する断面加工観察方法において、試料上のマークと断面を含む領域に集束イオンビームを照射し表面観察像を取得し、表面観察像でマークの位置を認識し、マークの位置を基準にして新たな断面を形成するための集束イオンビームの照射領域を設定して試料断面のエッチング加工を行うことを特徴とする断面加工観察方法を用いる。
【選択図】図１

Description

本発明は、集束イオンビーム装置を用いた試料の断面加工観察に関する。

半導体などの試料の断面を加工観察する手法として、ＦＩＢ（集束イオンビーム）−ＳＥＭ装置を用いることが広く知られている。ＦＩＢ−ＳＥＭ装置によれば、集束イオンビームで加工した断面を、試料を移動させることなく、その場でＳＥＭにより観察することができる。

そして、ＳＥＭ観察した断面をさらに集束イオンビームで加工し新たな断面を形成、観察するという工程を繰り返し行うことも知られている。これにより取得した複数の断面観察像から試料内部の三次元像を構築することができる。また、断面観察像を確認しながら断面加工を進めることで、所望の断面に到達したときに断面加工を終了することができる。上記の技術を用いて試料内部の欠陥を加工観察する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開平１１−２７３６１３

以上に述べた従来の試料の断面を加工観察する方法では、集束イオンビームで加工した断面をその場でＳＥＭにより観察するため、ＦＩＢ−ＳＥＭ装置のようにＳＥＭ装置を備えなければならなかった。ＦＩＢ−ＳＥＭ装置は装置構成が複雑で高価な装置であるため、ＳＥＭ装置を有しない集束イオンビーム装置でも実現できることが望まれていた。

ところがＳＥＭ装置を有しない集束イオンビーム装置では、断面加工観察を連続的に行うためには次のような課題があった。

つまり、加工した後に断面を観察するために試料を傾斜させ、また次の加工を行うために試料の傾斜を戻す工程が必要である。特に微細な加工を行う場合は、試料台の傾斜移動の際に生じる位置ずれの影響が無視できない。正確に加工するには加工の際に毎回加工領域を設定しなければならないため作業効率が悪かった。

本発明は、ＳＥＭ装置を有しない集束イオンビーム装置でも断面加工観察を効率よく正確に連続実施が可能な断面加工観察装置を提供することを目的とするものである。

本発明は、前記課題を解決するために以下の構成及び方法を採用した。すなわち、本発明の断面加工観察方法は、集束イオンビームによるエッチング加工で試料に断面を形成し、試料を傾斜して集束イオンビームによる断面観察で断面観察像を取得し、試料の傾斜を元に戻して断面を含む領域をエッチング加工して新たな断面を形成し、試料を傾斜して新たな断面の断面観察像を取得する断面加工観察方法において、試料上の位置を示すマークと断面を含む領域に集束イオンビームを照射し表面観察像を取得し、表面観察像でマークの位置を認識し、マークの位置を基準にして新たな断面を形成するための集束イオンビームの照射領域を設定して試料断面のエッチング加工を行うことを特徴とする。これにより、試料台傾斜移動の際に生じる位置ずれの影響を受けることなく集束イオンビームの照射領域を正確に設定することができる。

また、本発明の断面加工観察方法は、マークを集束イオンビームによるエッチング加工により形成することを特徴とする。これにより、所望の位置にマークを形成することができる。

また、本発明の断面加工観察方法は、マークは試料に原料ガスを吹き付け、集束イオンビームを照射してデポジションにより形成することを特徴とする。これにより、所望の位置にマークを形成することができる。

また、本発明の断面加工観察方法は、マークは試料上の位置を示す特徴部であることを特徴とする。これにより、マークを形成する工程を省略することができる。

また、本発明の断面加工観察方法では、新たな断面を形成するための集束イオンビームの照射領域は、断面に隣接する領域であることを特徴とする。

また、本発明の断面加工観察方法では、新たな断面を形成するための集束イオンビームの照射領域の大きさは、断面を形成するための集束イオンビームの照射領域の大きさと同じであることを特徴とする。これにより、均等な間隔で断面観察することができる。

また、本発明の断面加工観察方法では、集束イオンビームの照射領域は、表面観察像上に加工枠として表示することを特徴とする。これにより、作業者が照射領域を確認しながら加工を実施することができる。

また、本発明の断面加工観察方法では、断面観察を行うために用いる集束イオンビームのビーム電流を、断面を形成するために用いる集束イオンビームのビーム電流よりも小さいビーム電流に切り替えることを特徴とする。これにより断面観察時の集束イオンビーム照射によるダメージをなくすことができる。

また、本発明の断面加工観察方法では、集束イオンビームによるエッチング加工で試料に断面を形成し、試料を傾斜して集束イオンビームによる断面観察で断面観察像を取得する断面加工観察方法において、断面観察像を取得した後に試料を傾斜し、試料上の位置を示すマークと断面を含む領域に集束イオンビームを照射し表面観察像を取得し、表面観察像でマークの位置を認識し、マークの位置を基準にして断面を追加加工するための集束イオンビームの照射領域を設定して試料のエッチング加工を行うことを特徴とする。これにより、断面観察時にエッチング加工残りを発見した場合でも、試料台を元に戻しエッチング加工残りを加工するための集束イオンビーム照射領域を正確に設定することができる。

また、本発明の断面加工観察装置は、試料を加工する断面加工観察装置において、集束イオビーム照射部と、試料を載置する試料台と、試料台を傾斜させる試料台傾斜部と、集束イオンビームを試料に照射し、試料から発生した二次粒子を検出する二次粒子検出部と、二次粒子検出部からの信号に基づいて観察像を形成する観察像形成部と、観察像を表示する表示部と、観察像上の位置を示すマークの位置を基準にして集束イオンビームの照射領域を設定する照射領域設定部と、を有することを特徴とする。これにより、試料台傾斜移動の際に生じる位置ずれの影響を受けることなく集束イオンビームの照射領域を正確に設定する装置を提供することができる。

上述したように本発明によると、ＳＥＭ装置を有しない集束イオンビーム装置でも効率よく正確に断面加工観察を行うことができる。

本発明の実施形態を示すＦＩＢ装置の概略図。 本発明の実施形態を示す試料観察像。 本発明の実施形態を示す試料断面の概略図。 本発明の実施形態を示すフローチャート。

以下、本発明の実施の形態を図１から図４に基づいて説明する。

まず図１に基づいて本発明の実施の形態を示す断面加工観察装置について説明する。イオンビーム鏡筒１（集束イオビーム照射部）のイオン源（図示略）で発生させたイオンをイオン光学系（図示略）で、試料台３上に載置された試料４の表面に集束させ走査照射させる。集束イオンビーム照射により試料４の表面から発生し二次電子は、二次電子検出器５（二次粒子検出部）で検出される。検出された二次電子の信号と集束イオンビーム照射の走査信号に基づいて観察像形成部１１で観察像を形成し、記憶する。観察像は表示部１２で表示される。

また、試料３の表面および断面にイオンビーム鏡筒１からの集束イオンビームが照射できるように試料台傾斜部６により試料台４を傾斜させる。

また、観察像上の位置を示すマークの位置を認識して、その位置を基準に集束イオンビームの照射領域を照射領域設定部１３で設定する。設定された集束イオンビームの照射領域は表示部１２で観察像上に加工枠として表示される。そして、イオンビーム鏡筒１より集束イオンビームの照射領域に集束イオンビームを照射して断面を形成する。

次に図２から図４に基づいて本発明の実施の形態を示す断面加工観察について説明する。

図２は本発明の実施形態を示す試料観察像である。図２（ａ）は試料表面に集束イオンビームを走査照射して得た二次電子像（ＳＩＭ）像である。マーク２１を集束イオンビームで形成する。マーク２１の形成は、集束イオンビームによるエッチング加工を用いても良い。また、ガス供給系（図示略）から試料表面に原料ガスを吹きつけながら集束イオンビームを照射して形成する局所デポジションを用いても良い。また、マーク２１を集束イオンビームで形成するのではなく、所望の断面近傍に観察像で認識できる位置を示す特徴部があれば、この特徴部をマークとして用いても良い。ここでは、マーク２１の形状はクロスマークであるが、この形状に限定するものではない。マーク２１は所望の断面近傍に形成することが望ましい。マーク２１と所望の断面が同一観察像内に入るように観察倍率を調整しておく。また、加工穴２２は集束イオンビームで形成した穴である。加工穴２２の台形上辺にあたる部分の側壁に断面を形成していく。この形状にした理由は、断面から発生する二次電子を、加工穴の側壁に衝突させないようにすることで効率よく二次電子検出器５に集めるためである。加工穴２２は図３（ａ）の試料断面の概略図に示すように、加工穴の深さが変化している。断面側は加工穴が深く、断面から離れるに従い浅くなっている。この形状にした理由は、加工穴２全体を深く加工するよりも加工量を節約するためである。しかし、本発明は上記の形状に限定するものではない。

次に図２（ｂ）に示すように、加工穴２２に断面を形成するための加工枠２３を設定する（図４のｓ１）。設定した加工枠２３に集束イオンビームを照射し、エッチング加工を行う（図４のｓ２）。これにより図２（ｃ）に示すように新たな加工穴２４が形成される。形成された新たな加工穴２４の断面を観察するために、試料台３を傾斜させる（図４のｓ３）。

次に図３（ｂ）に示すように試料断面に集束イオンビーム３１を照射して断面像を取得する（図４のｓ４）。図２（ｄ）は、断面２５を含む観察像である。断面２５には、試料４内部の構造が現われている。ここで、観察する時の集束イオンビームのビーム電流は新たな加工穴２４をエッチング加工したときのビーム電流に比べて小さいビーム電流を用いる。これにより断面観察する際、断面にダメージを与えることなく観察することができる。

次に試料台の傾斜を元に戻す（図４のｓ５）。試料４と集束イオンビーム３１の関係は図３（ａ）に示す状態に戻る。この状態で試料４の表面に集束イオンビームを走査照射して二次電子像を得る（図４のｓ６）。図２（ｅ）はこのときの観察像である。

次に図２（ｆ）に示すように新たな加工枠２６を設定する。この設定方法について、以下に説明する。

図２（ｅ）の観察像からマーク２１の位置を認識する。認識したマーク２１の基準にして加工枠２３に隣接するように加工枠２６を設定する。このとき加工枠２６の大きさは加工枠２３の大きさを同じにする。これにより等間隔で断面観察像を取得することができる。よって、取得した複数の断面観察像の位置関係を正確に把握することができる。

上記の加工枠の設定により、試料台４の傾斜により位置ずれが生じても自動的に正確な集束イオンビーム照射領域を設定することができる。ここで位置ずれとは、図２（ｃ）と図２（ｅ）の観察像で観察像内の新たな加工穴２４の位置が異なることである。特に加工枠の大きさが微細な場合、例えば加工枠の幅（断面と新たな断面の間隔）が１０ｎｍ程度の場合では、試料台４の傾斜による位置ずれによる影響は無視できない。

上記のとおり加工枠を設定し（図４のｓ１）、断面加工を行い、断面像を取得し（図４のｓ４）、新たな加工枠を設定する工程を繰り返し行う。これにより複数の断面像を取得することができる。得られた複数の観察像を組み合わせることにより三次元観察像を形成することができる。そして、加工終了を判断することで加工を終了する（図４のｓ７）。
また、断面加工でエッチング加工が足りないため加工残りが生じることがある。そのとき、上記の加工枠の設定により加工残りを正確に処理する（追加加工）ことができる。

つまり、断面観察時に加工残りを発見する。試料台３の傾斜を元に戻し、試料４の表面観察像を取得する。取得した表面観察像からマーク２１の位置を認識する。認識したマーク２１の基準にして前回断面加工を行った加工枠２３を取得した表面観察像上に表示する。これにより追加加工が必要な領域に正確に加工枠を設定することができる。よって、試料台傾斜による位置ずれの影響を受けることなく正確に断面の追加加工を行うことができる。

Claims (10)

1. 集束イオンビームによるエッチング加工で試料に断面を形成し、
   前記試料を傾斜して前記集束イオンビームによる断面観察で断面観察像を取得し、
   前記試料の傾斜を元に戻して前記断面を含む領域をエッチング加工して新たな断面を形成し、
   前記試料を傾斜して前記新たな断面の断面観察像を取得する断面加工観察方法において、
   前記試料上の位置を示すマークと前記断面を含む領域に前記集束イオンビームを照射し表面観察像を取得し、
   前記表面観察像で前記マークの位置を認識し、前記マークの位置を基準にして前記新たな断面を形成するための前記集束イオンビームの照射領域を設定して前記試料断面のエッチング加工を行う断面加工観察方法。
2. 前記マークは前記集束イオンビームによるエッチング加工により形成する請求項１に記載の断面加工観察方法。
3. 前記マークは前記試料に原料ガスを吹き付け、前記集束イオンビームを照射してデポジションにより形成する請求項１に記載の断面加工観察方法。
4. 前記マークは前記試料上の位置を示す特徴部である請求項１に記載の断面加工観察方法。
5. 前記新たな断面を形成するための前記集束イオンビームの照射領域は、前記断面に隣接する領域である請求項１から４のいずれか一つに記載の断面加工観察方法。
6. 前記新たな断面を形成するための前記集束イオンビームの照射領域の大きさは、前記断面を形成するための前記集束イオンビームの照射領域の大きさと同じである請求項１から５のいずれか一つに記載の断面加工観察方法。
7. 前記集束イオンビームの照射領域は、前記表面観察像上に加工枠として表示する請求項１から６のいずれか一つに記載の断面加工観察方法。
8. 前記断面観察を行うために用いる前記集束イオンビームのビーム電流を、前記断面を形成するために用いる前記集束イオンビームのビーム電流よりも小さいビーム電流に切り替える請求項１から７のいずれか一つに記載の断面加工観察方法。
9. 集束イオンビームによるエッチング加工で試料に断面を形成し、
   前記試料を傾斜して前記集束イオンビームによる断面観察で断面観察像を取得する断面加工観察方法において、
   前記断面観察像を取得した後に前記試料を傾斜し、前記試料上の位置を示すマークと前記断面を含む領域に前記集束イオンビームを照射し表面観察像を取得し、
   前記表面観察像で前記マークの位置を認識し、前記マークの位置を基準にして前記断面を追加加工するための前記集束イオンビームの照射領域を設定して前記試料のエッチング加工を行う断面加工観察方法。
10. 試料を加工する断面加工観察装置において、
    集束イオビーム照射部と、
    試料を載置する試料台と、
    試料台を傾斜させる試料台傾斜部と、
    前記集束イオンビームを前記試料に照射し、前記試料から発生した二次粒子を検出する二次粒子検出部と、
    前記二次粒子検出部からの信号に基づいて観察像を形成する観察像形成部と、
    前記観察像を表示する表示部と、
    前記観察像上の位置を示すマークの位置を基準にして前記集束イオンビームの照射領域を設定する照射領域設定部と、
    を有する断面加工観察装置。

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