JP2013200987A - 断面加工観察装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】所望の観察対象が断面に露出した場合に断面加工観察を終了させる自動断面加工観察装置を実現する。
【解決手段】イオンビーム９によるスライス加工と加工で形成された断面から放出される二次電子によるＳＩＭ像取得とからなるプロセスを繰り返し実行させる制御部１１を有し、制御部１１は、観察像を複数のエリアに分割し、複数のエリアのうち一のエリアの画像と、プロセスで取得した他の断面の観察像の一つのエリアに対応するエリアの画像との間で変化が生じた場合、プロセスを終了させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、試料の断面加工と観察を行う断面加工観察装置に関するものである。
半導体デバイスなどの内部構造や欠陥の解析手法として、集束イオンビームにより試料の断面加工を行い、所望の構造や欠陥を含む断面を露出させ、その断面を走査電子顕微鏡で観察する断面加工観察方法が知られている。この手法によれば、試料内部にある所望の観察対象をピンポイントで露出させることができるので、迅速に構造や欠陥を観察することができる。
また、断面加工と断面観察を一つの集束イオンビームで行う方法も開示されている（特許文献１参照）。この方法によれば、走査電子顕微鏡を備えない装置であっても断面加工観察を実施することができる。
特開２０１１−５４４９７号公報
ところで、近年、断面加工観察で取得した複数の断面観察像を組合せ、断面加工でエッチングされた領域の三次元像を構築する技術が知られている。高密度な三次元像を構築する場合、数十から数百の観察像を取得し組み合わせて三次元像を構築する。そのため、自動で断面加工観察のプロセスを実施する装置が必要であった。
自動で断面加工観察のプロセスを実施する場合、所望の観察対象が断面に露出した時点でプロセスを終了させる必要がある。プロセスの終点検出をする手法として、例えば、取得した観察像を画像認識し、所望の観察対象が観察像に現れた時点でプロセスを終了させる手法が知られている。
しかしながら、試料が半導体デバイスのような断面にデバイスパターンが現れる試料であると、観察像毎にデバイスパターンが形状変化するため、観察対象の出現をデバイスパターンの形状変化と誤認識してしまうことがあり、プロセス終点を検出することが困難であった。
この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、所望の観察対象が断面に露出した場合に断面加工観察を終了させる自動断面加工観察を実施可能な断面加工観察装置を提供することである。
上記の目的を達成するために、この発明は以下の手段を提供している。
本発明に係る断面加工観察装置は、試料を載置する試料台と、試料に集束イオンビームを照射する集束イオンビーム鏡筒と、集束イオンビームの照射により試料から放出される荷電粒子を検出する荷電粒子検出器と、集束イオンビームによるスライス加工と加工で形成された断面から放出される荷電粒子による観察像取得とからなるプロセスを繰り返し実行させる制御部と、を有し、制御部は、観察像を複数のエリアに分割し、複数のエリアのうち一つのエリアの画像と、プロセスで取得した他の断面の観察像の前記一つのエリアに対応するエリアの画像との間で変化が生じた場合、プロセスを終了させる。
これにより、半導体デバイスのように観察像毎に断面に露出されるデバイスパターンの形状が変化する試料の断面加工観察であっても、観察像よりプロセス終点を検出することができる。
本発明に係る断面加工観察装置によれば、所望の観察対象が断面に露出した場合に断面加工観察を終了させる自動断面加工観察を実施することができる。
本発明に係る実施形態の断面加工観察装置の構成図である。 本発明に係る実施形態の断面加工観察の説明図である。 本発明に係る実施形態の断面加工観察の説明図である。 本発明に係る実施形態の断面加工観察の説明図である。 本発明に係る実施形態の断面加工観察の説明図である。 本発明に係る実施形態の断面加工観察装置の構成図である。
以下、本発明に係る断面加工観察装置の実施形態について説明する。
本実施形態の断面加工観察装置は、図１に示すように、ＦＩＢ鏡筒２と、試料室３を備えている。試料室３内に収容された試料７にＦＩＢ鏡筒２からイオンビーム９を照射する。
断面加工観察装置は荷電粒子検出器として二次電子検出器４を備えている。二次電子検出器４は、イオンビーム９の照射により試料７から発生した二次電子を検出することができる。
断面加工観察装置は試料７を載置する試料台６を備える。試料台６を傾斜させることにより試料７へのイオンビーム９の入射角度を変更することができる。試料台６の傾斜は試料台制御部１６により制御される。
断面加工観察装置は、ＦＩＢ制御部１３と、像形成部１４と、表示部１７を備える。ＦＩＢ制御部１３はＦＩＢ鏡筒２に照射信号を送信し、ＦＩＢ鏡筒２からイオンビーム９を照射させる。像形成部１４は、ＦＩＢ制御部１３のイオンビーム９を走査させる信号と、二次電子検出器４で検出した二次電子の信号とからＳＩＭ像のデータを形成する。表示部１７はＳＩＭ像を表示することができる。
断面加工観察装置は、入力部１０と、制御部１１を備える。オペレータが断面加工観察の開始の情報を入力部１０に入力すると、入力部１０は自動断面加工観察のプロセス開始の信号を制御部１１に送信する。制御部１１は自動断面加工観察のアルゴリズムを実行する。
次に自動断面加工観察のプロセスについて、図２から図６を用いて説明する。プロセスの準備として、図２（ａ）に示すように、断面を観察するためのイオンビーム９を断面に照射できるように試料７に加工溝３１を形成する。試料７の表面７ａにイオンビーム９を走査照射しエッチング加工により加工溝３１を形成する。図２（ｂ）は、図２（ａ）のＡ−Ａ断面図であり、イオンビーム９で断面７ｂを走査照射できるようにスロープ形状の加工溝３１を形成する。スロープ形状にすることにより、凹型の溝を形成する場合に比べてエッチング量が少なく、加工時間を短縮することができる。
そして、制御部１１は、自動断面加工観察のアルゴリズムを実行する。制御部１１は、ＦＩＢ制御部１３と、像形成部１４と、を制御し、スライス加工と、それにより露出した断面の観察とを繰り返し実行させる。すなわち、スライス領域３２にイオンビーム９ａを走査照射し、エッチング加工を施し、この加工により露出された断面にイオンビーム９を走査照射しＳＩＭ像を取得する。次にスライス領域３３にイオンビーム９ｂを走査照射し、エッチング加工を施し、次の断面を露出させＳＩＭ像を取得する。これによりスライス領域の幅Ｄ１の間隔で、複数の断面のＳＩＭ像を取得することができる。
ここで、図３を用いてプロセス中の試料台６の動作について説明する。制御部１１は、試料台制御部１６を制御し、試料台６の傾斜を繰り返し実行する。
スライス加工においては、図３（ａ）に示すように試料７の表面７ａがイオンビーム９に対し垂直になるように試料台６を設定する。そして、イオンビーム９を照射し、スライス領域３２をエッチング加工する。
次に、観察像取得のために、図３（ｂ）に示すようにスライス加工により形成された断面７ｃにイオンビーム９を照射できるように試料台６を傾斜させる。この状態で断面７ｃにイオンビーム９を走査照射し、発生した二次電子を検出することで断面７ｃの観察像を取得する。
次に、再びスライス加工を実施するために、試料台６を再び、図３（ｃ）に示すように試料７の表面７ａがイオンビーム９に対し垂直になるように試料台６を設定する。そして、次のスライス加工を実施する。
上記のプロセスを繰り返し実施し、複数の観察像を取得する。
次にプロセスの終点検出について説明する。制御部１１は、像形成部１４で形成された観察像について次の処理を施し、終点を検出した場合、プロセスを終了させる。
図４（ａ）は取得した断面のＳＩＭ像５１である。ＳＩＭ像５１にはデバイスパターン４２が現れている。制御部１１は、ＳＩＭ像５１を複数のエリアに分割ライン４３により分割する。
図４（ｂ）はさらにスライス加工を進めて取得したＳＩＭ像５２である。エリア５２ｋに欠陥４４が現れている。これにより、制御部１１は、ＳＩＭ像５２の中で一つのエリアだけ画像が変化したことを認識する。制御部１１はここでプロセスを終了する。これにより、所望の観察対象、ここでは欠陥４４が断面に露出したときにプロセスを終了することができる。
ところで、半導体デバイスは、様々な形状を有しており、プロセス中に断面に露出されるデバイスパターンの形状は変化する。デバイスパターンの変化を観察対象の出現と誤認しないために、制御部１１は、複数のエリアで画像の変化を検出したときはプロセスを終了させない。
図５（ａ）は取得した断面のＳＩＭ像５５である。ＳＩＭ像５５にはデバイスパターン４２が現れている。制御部１１は、ＳＩＭ像５５を複数のエリアに分割ライン４３により分割する。図５（ｂ）はさらにスライス加工を進めて取得したＳＩＭ像５６である。デバイスパターン４２とは異なる形状のデバイスパターン４５が現れている。ここでは、ＳＩＭ像５５と比較して、複数のエリアで画像が変化している。この場合、制御部１１は、プロセスを終了させない。
これにより、断面加工観察装置は、半導体デバイスのように観察像毎にデバイスパターンが形状変化する試料の断面加工観察であっても、観察像よりプロセス終点を検出することができる。
次に、本発明に係る断面加工観察装置の別の実施形態について説明する。
本実施形態の断面加工観察装置は、上記の断面加工観察装置に加えて、図７に示すように試料７に電子ビーム８を照射するＥＢ鏡筒１を備える。
断面加工観察装置は荷電粒子検出器として二次電子検出器４と反射電子検出器５を備えている。二次電子検出器４は、電子ビーム８又はイオンビーム９の照射により試料７から発生した二次電子を検出することができる。反射電子検出器５はＥＢ鏡筒１内部に備えられている。反射電子検出器５は、電子ビーム８を試料７に照射した結果、試料７により反射された反射電子を検出することができる。
断面加工観察装置は、さらに、ＥＢ制御部１２と、ＦＩＢ制御部１３と、像形成部１４と、表示部１７を備える。ＥＢ制御部１２はＥＢ鏡筒１に照射信号を送信し、ＥＢ鏡筒１から電子ビーム８を照射させる。ＦＩＢ制御部１３はＦＩＢ鏡筒２に照射信号を送信し、ＦＩＢ鏡筒２からイオンビーム９を照射させる。像形成部１４は、ＥＢ制御部１２の電子ビーム８を走査させる信号と、反射電子検出器５で検出した反射電子の信号とから反射電子像を形成する。表示部１７は反射電子像を表示することができる。また、像形成部１４は、ＥＢ制御部１２の電子ビーム８を走査させる信号と、二次電子検出器４で検出した二次電子の信号とからＳＥＭ像のデータを形成する。表示部１７はＳＥＭ像を表示することができる。また、像形成部１４は、ＦＩＢ制御部１３のイオンビーム９を走査させる信号と、二次電子検出器４で検出した二次電子の信号とからＳＩＭ像のデータを形成する。表示部１７はＳＩＭ像を表示することができる。
本実施形態によれば、スライス加工でイオンビーム９により形成された断面に、試料台６を傾斜させることなく電子ビーム８を照射し、観察像として、ＳＥＭ像を取得することができる。従って、ＥＢ鏡筒１を備えない断面加工観察装置に比べて、短時間で断面加工観察を実施することができる。
１…ＥＢ鏡筒
２…ＦＩＢ鏡筒
３…試料室
４…二次電子検出器
５…反射電子検出器
６…試料台
７…試料
７ａ…表面
７ｂ、７ｃ…断面
８…電子ビーム
９、９ａ、９ｂ…イオンビーム
１０…入力部
１１…制御部
１２…ＥＢ制御部
１３…ＦＩＢ制御部
１４…像形成部
１６…試料台制御部
１７…表示部
３１…加工溝
３２、３３、３４…スライス領域
４２、４５…デバイスパターン
４３…分割ライン
４４…欠陥
５１、５２、５５、５６…ＳＩＭ像
５２ｋ…エリア
Ｄ１…幅

Claims (4)

  1. 試料を載置する試料台と、
    前記試料に集束イオンビームを照射する集束イオンビーム鏡筒と、
    前記集束イオンビームの照射により前記試料から放出される荷電粒子を検出する荷電粒子検出器と、
    前記集束イオンビームによるスライス加工と、前記加工で形成された断面から放出される前記荷電粒子による観察像取得と、からなるプロセスを繰り返し実行させる制御部と、を有し、
    前記制御部は、前記観察像を複数のエリアに分割し、前記複数のエリアのうち一のエリアの画像と、前記プロセスで取得した他の断面の観察像の前記一つのエリアに対応するエリアの画像との間で変化が生じた場合、前記プロセスを終了させる断面加工観察装置。
  2. 前記制御部は、前記観察像を複数のエリアに分割し、前記複数のエリアのうち二以上のエリアの画像と、前記プロセスで取得した他の断面の観察像の前記二以上のエリアに対応するエリアの画像との間で変化が生じた場合、前記プロセスを終了させない請求項１に記載の断面加工観察装置。
  3. 前記制御部は、スライス加工と前記断面の観察像取得とを前記集束イオンビームで行うために、前記試料台を傾斜させる請求項１または２に記載の断面加工観察装置。
  4. 前記断面に電子ビームを照射する電子ビーム鏡筒を有し、
    前記観察像は、前記電子ビームの照射により発生した二次電子または反射電子による観察像である請求項１または２に記載の断面加工観察装置。
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