JP2015041673A

JP2015041673A - 観察方法

Info

Publication number: JP2015041673A
Application number: JP2013171294A
Authority: JP
Inventors: 大道江口; Hiromichi Eguchi
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-08-21
Filing date: 2013-08-21
Publication date: 2015-03-02

Abstract

【課題】集束イオンビーム法を用いて対象物の内部をいっそう確実に観察可能とする観察方法を提供する。
【解決手段】集束イオンビーム法を用いた加工を行なうことにより、観察領域５が露出するように、対象物２の加工領域６に対して除去加工が行なわれ、観察領域５が観察される。加工領域６は三角柱形状を有するように決定される。観察領域５を平面視したときの長さと同じ方向に関して、加工領域６は観察領域５の３倍以上の長さを有する。観察領域５が形成された観察面６ａの深さ方向の長さは、観察領域５の深さ方向の長さの２倍以上である。主表面に沿った方向において、観察領域５を平面視したときの長さが延在する方向と直交する方向に関する加工領域６の長さは、観察面６ａの深さ方向の長さ以上である。
【選択図】図１

Description

本発明は観察方法に関し、特にＦＩＢ加工により露出させた半導体素子の拡散層を電子顕微鏡を用いて観察する観察方法に関するものである。

従来、サンプル断面のたとえば拡散層を観察または測定する方法としては、電位コントラスト差を利用した電子顕微鏡による観察手法、電気容量を測定するＳＣＭ（Scanning Capacitance Microscopy）法、またはたとえば特許文献１に示すような、電気抵抗を測定するＳＳＲＭ（Scanning Spreading Resistance Microscopy）法が用いられていた。

特許文献１に示すように、たとえばＳＳＲＭ法を用いる場合には、測定しようとする拡散層の領域がサンプルの端面に露出するように加工する必要がある。このため多くの場合、サンプル内部の領域の断面を観察または測定する際にはたとえば研磨により当該領域がサンプルの最外部の端面において露出するように加工する必要がある。つまりサンプル内部の特定の領域を観察または測定する際にはその準備としてサンプルを加工する時間を多く要する。また特許文献１において上記端面を露出させた後にサンプルを試料台に張りつけるなどの追加工も必要であることから、サンプルの準備にさらなる時間およびコストを要する。

そこでたとえば特許文献２においては、サンプル内部の特定の領域を分析する際に、集束イオンビーム法（ＦＩＢ：Focused Ion Beam）を用いることにより、特定の領域が露出するようにサンプルに溝を掘る加工を行なうことを可能としている。この場合は溝の内壁面に分析しようとする特定の領域が露出するが、特許文献１のようにサンプルを加工する場合に比べて研磨などによる除去を要する領域が少ないため、簡単な処理により加工を行なうことができる。特許文献３においても特許文献２と同様に、集束イオンビーム法を用いてサンプル内部の所望の領域を局所的に露出させる技術が開示されている。

特開２００７−７３６３３号公報特開平１０−２２７７２８号公報特開２００６−９３６４２号公報

特許文献２および特許文献３においては、集束イオンビーム法を用いたサンプルへの溝加工時に、溝加工を行なう領域の寸法をあらかじめ精密に決める措置がなされていない。このように加工領域の寸法を考慮せずに溝加工を行なった場合、拡散層などの内部の観察しようとする領域が露出するように高精度に加工を行なうことができず、結果的に所望の領域の拡散層を観察することができなくなる可能性がある。あるいは仮に所望の領域の拡散層を観察するための露出ができたとしても、観察に用いる走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Scanning Electron Microscope）の発揮する分解能が著しく低下し、そのことが観察結果に好ましくない影響を及ぼす可能性がある。

またたとえば走査型電子顕微鏡を用いて拡散層などの観察を行なう場合の電子線照射量を考慮せずに電子線を照射すれば、電子線により発生する検出用の２次電子が容易に減衰し、検出器に到達する２次電子の量が拡散層を観察するための必要量に足りないため、拡散層などの観察ができなくなる可能性がある。

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、集束イオンビーム法を用いて対象物の内部をいっそう確実に観察可能とする観察方法を提供することである。

本発明の観察方法は、以下の工程を備えている。
集束イオンビーム法を用いた加工を行なうことにより、観察領域が露出するように、対象物の加工領域に対して除去加工が行なわれ、観察領域が観察される。加工領域は三角柱形状を有するように決定される。加工領域の平面視における第１の長さは、観察領域の平面視における第２の長さの３倍以上である。観察面の深さ方向の第３の長さは、観察領域の深さ方向の第４の長さの２倍以上である。加工領域の平面視における第５の長さは、第３の長さ以上である。観察領域を観察する際には、電子線の照射量は、走査型電子顕微鏡が最も高い分解能で観察領域を観察可能とするときの照射量よりも高くされる。

本発明によれば、観察領域の位置および寸法を基に加工領域の位置および寸法が決定されたうえで集束イオンビームを用いた除去加工がなされるため、簡単な加工で、かつ確実に、所望の領域であるたとえば拡散層を観察することができる。観察領域への電子線の照射量を制御することにより、さらに確実に、所望の領域のたとえば拡散層を観察することができる。

本発明の実施の形態１における、加工領域が形成された半導体素子の態様を示す概略斜視図である。図１の加工領域の構成および寸法を示す概略平面図である。図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う加工領域の第１例の構成および寸法を示す概略断面図（Ａ）と、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う加工領域の、第１例よりも傾斜角が大きい第２例の構成および寸法を示す概略断面図（Ｂ）とである。図１の加工領域の外部に形成されたマーク部の構成および寸法を示す概略平面図である。本発明の実施の形態１における観察領域の観察方法を概略的に示すフローチャートである。図５における加工領域の決定を行なう工程、および形成される加工領域の寸法を示す概略平面図である。図５における加工領域の決定を行なう工程、および形成される加工領域の寸法を示す概略断面図である。図５におけるマーキングを行なう工程を示す概略平面図である。図５における保護膜の形成を行なう工程、および形成される保護膜の寸法を示す概略平面図である。図５における集束イオンビーム加工の工程を示す概略斜視図である。図１０のＸＩ−ＸＩ線に沿う部分の概略断面図である。図５における観察領域を観察する工程を示す概略断面図である。本発明の実施の形態２における、加工領域の外部に形成されたマーク部の構成および寸法を示す概略平面図である。本発明の実施の形態３における、図２と同様の加工領域の概略平面図である。本発明の実施の形態３における、図３と同様の加工領域の概略断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図に基づいて説明する。
（実施の形態１）
まず本実施の形態の、観察を行なうサンプルすなわち対象物の構成および観察領域などについて図１を用いて説明する。

図１を参照して、本実施の形態において観察を行なう対象物は、たとえばＭＯＳＦＥＴ（Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor）のような半導体素子１００を構成する各構成要素である。次に当該構成要素について説明する。

図１に示すＭＯＳＦＥＴとしての半導体素子１００は、たとえばシリコンの単結晶からなる半導体基板１に形成されている。半導体素子１００は、その構成要素として、拡散層２と、ゲート絶縁膜３と、ゲート電極４とを主に有している。

拡散層２は、ソース領域またはドレイン領域を構成するために一般公知のｎ型またはｐ型の導電性不純物が拡散された領域である。すなわち図１中に示される２つの拡散層２のうち一方（たとえば図の左側の拡散層２）はソース領域であり、他方（たとえば図の右側の拡散層２）はドレイン領域である。ソース領域とドレイン領域とは半導体基板１の主表面に互いに間隔をあけて配置されている。つまり図１中の２つの拡散層２は半導体基板１の主表面に互いに間隔をあけて配置されている。またゲート電極４は、２つの拡散層２に挟まれる半導体基板１の主表面上に、ゲート絶縁膜３を介在して形成されている。

本実施の形態において観察を行なう対象物は、たとえば上記半導体素子１００の全体、あるいは拡散層２の内部の一部の領域である。ただし拡散層２の代わりにたとえば半導体基板１またはゲート絶縁膜３の内部の一部の領域を観察することもできる。これらの領域の内部を観察することにより、当該領域の観察を可能とするとともに、観察した領域における電気的欠陥の有無を検証することもできる。

図１の半導体素子１００は、拡散層２の内部の観察領域５を観察するために、拡散層２に加工領域６が設けられている。観察領域５はたとえば拡散層２の、半導体基板１が配置される側と反対側（上側）の表面（図１における最上面）の一部の領域（平面視における線分状の領域）から、半導体基板１の主表面に直交し上記最上面から半導体基板１に向かう鉛直方向（下方向）に延びる、たとえば矩形状の領域である。すなわち観察領域５は、上記鉛直方向に延在するたとえば矩形状の平面をなす領域である。なおここでは観察領域５は矩形状として説明しているが、観察領域５は矩形状以外の平面形状を有していてもよい。

加工領域６は、観察領域５が露出するように、拡散層２に設けられた溝状（穴状）の領域である。加工領域６は、拡散層２の図１における最上面に矩形状の開口部が設けられ、当該開口部を起点として図の下方向（半導体基板１に向かう方向）に拡散層２が除去された溝状の切り欠き部として形成されている。拡散層２が除去された加工領域６と、拡散層２が存在する領域との境界部は多面体の面を構成している。言いかえれば加工領域６は多面体状（図１においてはいわゆる三角柱形状）を構成する複数の面のそれぞれを加工領域６と加工領域６でない領域との境界部とするように形成されている。加工領域６はたとえば集束イオンビーム法（いわゆるＦＩＢ法）により拡散層２の一部を除去加工することにより形成された領域である。

加工領域６を構成する三角柱形状は、複数の面として、観察面６ａと、傾斜面６ｂと、１対の対向面６ｃとを有している。つまり加工領域６は、観察面６ａと、傾斜面６ｂと、１対の対向面６ｃとが、加工領域６と加工領域６でない領域（図１での拡散層２）との境界部となるように構成される。

観察面６ａは、観察領域５と同一の面として形成され、観察面６ａ内の一部の領域が観察領域５のなす平面と一致するように形成される矩形状の面である。すなわち観察面６ａは観察領域５と同様に、拡散層２の、半導体基板１が配置される側と反対側の表面（図１における最上面）の一部の領域（平面視における線分状の領域）から、半導体基板１の主表面に直交し上記最上面から半導体基板１に向かう鉛直方向（下方向）に延びる、矩形状の領域である。言いかえれば観察領域５は、観察面６ａと同一の面をなすように露出している。

傾斜面６ｂは、その下部（半導体基板１に最も近い側）において観察面６ａと辺を共有するが、その共有する辺が作る角度（後述する傾斜角Ｆ）が鋭角となっている。すなわち傾斜面６ｂは、観察面６ａに対して斜め方向に延在するように形成された、矩形状の面である。

対向面６ｃは、観察面６ａと傾斜面６ｂとが互いに共有する辺以外の辺と共有するように１対、それらが互いに対向するように形成された、三角形状の面である。１対の対向面６ｃは観察面６ａと直交し、かつ観察面６ａと同様に鉛直方向（下方向）に延びている。また１対の対向面６ｃは傾斜面６ｂに対しては鋭角を有するように交わっており、言い換えれば傾斜面６ｂは対向面６ｃに対して斜め方向に延在するように形成されている。また平面視において（半導体基板１の主表面に沿う方向に関して）対向面６ｃは観察面６ａとほぼ直交するように形成されている。

拡散層２の最上面のうち、加工領域６の外部の一部の領域にはマーク部７が形成されている。マーク部７は、平面視において加工領域６の観察面６ａがなす線分の延長線上に２か所、観察面６ａの中央部から少し離れた位置に１か所、合計３か所形成されている。

なお後述するように、たとえば観察領域５（観察面６ａ）の周辺において、拡散層２の最上面を覆うように保護膜が形成されてもよい。

また図１においては観察領域５が加工領域６の特に観察面６ａの形成により露出するように形成されているが、観察領域５は半導体素子１００を含むサンプルの最外部の端面において露出するように形成されてはいない。つまり加工領域６はサンプルの平面視における最外部に形成されているわけではなく、サンプルの最外部よりも内側に溝状（穴状）の領域として形成されている。しかし加工領域６はサンプル（半導体基板１）の平面視における最外部の端面に形成されてもよい。

次に図２〜図４を用いて、図１に示す本実施の形態の加工領域６について、より詳細に説明する。

図２を参照して、加工領域６は、平面視において矩形状を有しており、観察面６ａが半導体基板１の主表面に沿って延在する方向（第１方向）に関する第１の長さがＡである。また観察面６ａと同一の面をなすように露出している観察領域５の、上記第１方向に関する第２の長さがＢである。このとき長さＡは長さＢの３倍以上となっている。

図３（Ａ）を参照して、加工領域６の観察面６ａの、拡散層２の鉛直方向の寸法すなわち深さ方向に関する第３の長さＣは、観察領域５の深さ方向に関する第４の長さＤの２倍以上である。また図２および図３（Ａ）を参照して、平面視における加工領域６の、上記第１方向に直交する延在方向（第２方向）に関する第５の長さＥは、観察面６ａの深さである第３の長さＣ以上である。

図３（Ａ）を参照して、たとえば上記長さＥが深さＣに等しい場合には、観察面６ａと傾斜面６ｂとのなす傾斜角Ｆは４５度となる。これは長さＥの延在する半導体基板１の主表面方向と観察面６ａの延在する鉛直方向とは直交するため、図３（Ａ）に示す三角形は直角三角形をなすためである。これに対し図３（Ｂ）を参照して、たとえば上記長さＥが深さＣよりも長い場合には、観察面６ａと傾斜面６ｂとのなす傾斜角Ｆは４５度よりも大きくなる。

基本的に観察しようとする対象物により上記の各領域の長さおよび角度の絶対値は変化するが、ここで上記各領域の寸法の一例について述べる。たとえば観察領域５の第２の長さＢが１０μｍ、第４の長さＤは５μｍとし、傾斜角Ｆは８０度であるとすれば、加工領域６の第１の長さＡは３０μｍ以上、第３の長さＣは１０μｍ以上となり、第５の長さＥは約５６μｍ以上となる。

加工領域６を形成するのに要する時間を適正値とする観点から、第１の長さＡおよび第５の長さＥは１００μｍを超えないように形成されることが好ましい。たとえば第５の長さＥが許容される最大値である１００μｍである場合、第３の長さＣは、傾斜角Ｆが８０度の場合は約１７μｍとなり、傾斜角Ｆが４５度の場合は１００μｍとなる。

図４を参照して、図１においては加工領域６の加工を容易にするための目印として、合計３か所のマーク部７が形成されている。これらのマーク部７の位置は、加工領域６の位置に応じて決定される。すなわち形成されるマーク部７のうちの２つは、平面視において加工領域６の観察面６ａがなす線分の一方および他方の端部の双方の外側（延長線上）に２本、観察面６ａがなす線分とほぼ同一の方向（第１方向）に延在する線分状に形成されている。半導体素子１００および加工領域６の大きさにより変化するが、一例として、上記マーク部７の長さａは５μｍ程度であり、上記マーク部７と平面視において観察面６ａがなす線分の一方および他方の端部との距離ｂは３μｍ程度とすることが好ましい。

上記３か所のマーク部７のうち残りの１つは、平面視において加工領域６の１対の対向面６ｃがなす線分の延在方向に沿う方向（第２方向）に延在するように、また観察面６ａに対して距離ｃを有するように形成されている。このマーク部７は、上記第１方向に関しては、観察面６ａのなす線分の中央部とほぼ一致する位置に形成されている。なお一例としてこのマーク部７の長さａは上記の２つのマーク部７の長さａと同じく５μｍ程度であり、このマーク部７と観察面６ａとの距離ｃは１０μｍ程度とすることが好ましい。

またマーク部７の延在方向に交差する幅はたとえば１００ｎｍ程度とすることが好ましい。

次に図５〜図１０を用いて、本実施の形態における対象物の観察方法について説明する。

まずたとえば図１に示す半導体素子１００のような観察しようとする対象物を含む素子が形成された半導体基板１を準備する。この半導体基板１はたとえば半導体素子１００が複数、行列状に配置された構成を有する半導体チップであることが好ましいがこれに限らない。一例として、厚みが３００μｍ、平面視における縦方向の幅が１５ｍｍ、横方向の幅が２０ｍｍである矩形の平面形状を有する、図１の半導体素子１００を複数有する半導体チップが準備される。

次に図５を参照して、上記半導体基板１（半導体チップ）に形成された半導体素子１００のうち観察したい構成要素（対象物）の内部の観察したい領域（観察領域５）を基に、当該対象物が除去されるべき加工領域６が決定される（Ｓ１０）。ここで観察したい構成要素が図１の半導体素子１００の拡散層２の内部である場合、拡散層２の内部の一部の領域に観察領域５が設定され、当該観察領域５を露出させるために、拡散層２が除去加工されるべき加工領域６が決定される。

ただし上記のように、観察可能な構成要素は半導体素子１００の拡散層２に限らず、たとえば半導体基板１またはゲート絶縁膜３であってもよい。このため以下においては観察領域５が形成される、観察しようとする対象物を対象物８として記載している。

具体的には図６を参照して、点線で示す（実際の除去加工がなされる前の）加工領域６は、対象物８を平面視したときに、加工領域６の除去により観察領域５が露出するように形成される。すなわち加工領域６は、たとえば鉛直方向に延在する観察領域５とほぼ同一の面（としての観察面６ａ）、および観察領域５を観察可能とするために必要なスペース（対象物が除去された領域）を形成するための面（としての傾斜面６ｂおよび対向面６ｃ）を形成することにより形成される。

平面視における加工領域６の、外周（観察面６ａ、傾斜面６ｂおよび対向面６ｃにより形成される外周面）が延在する方向のうち観察領域も延在する方向である第１方向（図６の上下方向）に関する第１の長さＡが、平面視における観察領域５の上記第１方向に関する第２の長さＢの３倍以上となるように、加工領域６の上記第１方向に関する第１の長さＡが決定される。

また図７を参照して、加工領域６（図６と同様に、実際の加工前なので点線で示される）は、特に観察面６ａにおいて、深さ方向（図７の上下方向）の寸法としての第３の長さＣが、観察領域５の観察面６ａの深さ方向に関する第４の長さＤの２倍以上となるように、深さ方向に関する第３の長さＣが決定される。

ここでたとえば図７の仮想面６ｄのように観察面６ａと対向する面と、仮想面６ｅのように深さＣの位置において主表面に沿う面とを有する直方体状の溝部を形成するように加工領域６が形成されることも考えられる。しかし加工領域６は、観察領域５を露出させ、観察領域５に走査型電子顕微鏡を用いて電子線を照射することが可能な程度の最低限の大きさとなるように形成すれば十分である。このため加工領域６を形成するにあたっては仮想面６ｄ，６ｅの代わりに傾斜面６ｂを形成することにより、仮想面６ｄおよび仮想面６ｅを形成する場合に比べて加工による除去量が約半分となり、加工に要する時間およびコストを削減することが可能となる。

また加工領域６は、加工領域６の外側から観察領域５に（走査型電子顕微鏡による）電子線を照射し、その電子線により発生するいわゆる２次電子を加工領域６の外側に設置された検出器により検出可能な程度のスペースを有する程度に、図６および図７の左右方向に関する寸法Ｅを有することが好ましい。この寸法Ｅは、図６および図７に示す加工領域の外周が延在する方向のうち、観察領域５の延在する第１方向に直交する第２方向に関する第５の長さであり、第５の長さＥは上記第３の長さＣ以上であることが好ましい。このようにすることにより、観察面６ａと傾斜面６ｂとのなす傾斜角Ｆが４５度以上となる。すなわち傾斜面６ｂは観察面６ａに対して４５度以上の角度を有するように傾斜するように形成されることが好ましい。

ただし寸法Ｅは加工領域６の最上部における寸法であり、加工領域６の内部（下部）においては傾斜面６ｂにより上記第２方向に関する寸法が上記寸法Ｅよりも小さくなる。

なお図６においては、観察領域５が上記第１方向に関して加工領域６の中央部に配置されるように、加工領域６が決定されている。しかし観察領域５が上記第１方向に関して加工領域６の中央よりも一方または他方のいずれかの端部側に寄った位置に配置されるように加工領域６が形成されてもよい。

また図７において観察領域５は、加工領域６の最上部から上記鉛直方向に延在するように、すなわち加工領域６が形成される拡散層２の図１における最上面から、鉛直方向下方に延びる矩形状の領域として示されている。しかし観察領域５は、加工領域６（拡散層２）の最上面よりも下方の領域から下方に延在するように（加工領域６の最上面を共有しない態様となるように）形成されていてもよい。その場合、第３の長さＣの上側の起点は加工領域６の最上面ではなく観察領域５の上端となる。

図５を再度参照して、以上の手順により加工領域６が決定された後、実際に加工領域６に対して除去加工が行なわれる前に、マーキングが行なわれる（Ｓ２０）。具体的には図８を参照して、対象物８の最上面のうち、平面視における加工領域６（加工されるべき領域）の外部の、互いに異なる３か所にマーキングが行なわれ、マーク部７が形成される。

マーキングは集束イオンビーム源９からの集束イオンビームの照射により行なわれることが好ましい。すなわち対象物８の表面上に集束イオンビームを照射しながら移動させることにより、集束イオンビームが照射された領域の対象物８を構成する原子が弾き飛ばされることにより除去される。集束イオンビーム源９を対象物８の表面に沿った方向に移動させながら集束イオンビームを照射することにより、当該領域には、図８に示すような線状の凹部としてのマーク部７が形成される。なお３つのマーク部７が形成される位置などについては、たとえば図４に示すとおり、加工領域６の位置に応じて決定されることが好ましい。

マーキングを行なう際の集束イオンビームとしては、たとえばガリウム（Ｇａ）のイオンビームが用いられることが好ましい。たとえば幅が１００ｎｍ程度のマーク部７を形成する場合には、集束イオンビームの幅は１００ｎｍ以下に絞られることが好ましい。また集束イオンビームを照射する際には集束イオンビーム源９が、対象物８の表面に対してほぼ９０度の角度の方向から照射可能となるように設置されることが好ましい。

図５を再度参照して、以上によりマーク部７が形成された後、実際に加工領域６に対して除去加工が行なわれる前に、保護膜が形成される（Ｓ３０）。具体的には図９を参照して、観察領域５と平面的に重なる領域、および観察領域５と平面的に重なる領域の外周部の一部を覆うように、対象物８の最上面の上に保護膜１０が形成される工程である。

図９においては保護膜１０は矩形状の平面形状を有しているが、保護膜１０はこれに限らず任意の形状とすることができる。たとえば保護膜１０が矩形状の平面形状を有する場合、上記第１方向（図９の左右方向）に関する第６の長さＧは、観察領域５の上記第１方向に関する第２の長さＢの２倍以上であることが好ましい。また上記第１方向に交差する上記第２方向（図９の上下方向）に関する保護膜１０の長さＨはたとえば５μｍ程度とすることが好ましい。また保護膜１０の厚みはたとえば１００ｎｍ以上とすることが好ましい。

図９においては保護膜１０は、第１方向および第２方向に関して観察領域５が保護膜１０の中央部に配置されるように形成されているが、これに限らず、第１方向および第２方向に関して観察領域５が保護膜１０の中央よりも一方または他方のいずれかの端部側に寄った位置に配置されるように保護膜１０が形成されてもよい。

保護膜１０はたとえばタングステン（Ｗ）またはカーボン（Ｃ）の薄膜からなることが好ましく、集束イオンビーム装置に付属している薄膜堆積機能を用いて形成されることが好ましい。具体的には、対象物８の表面上に、タングステンまたはカーボンの薄膜を形成可能な反応ガスが、たとえばガス銃により吹きつけられるように供給される。反応ガスが吹きつけられるように供給されると同時に集束イオンビームが対象物８の表面上に照射される。これにより、反応ガスが供給された領域のうち集束イオンビームが照射された領域のみ、対象物８の表面上に吸着した反応ガスが化学反応を起こす。その結果、集束イオンビームが照射された領域のみ、対象物８の表面上に堆積されることにより保護膜１０のパターンが形成される。

再度図５を参照して、先の工程（Ｓ１０）において決定された加工領域６に対して集束イオンビーム加工が行なわれる（Ｓ４０）。具体的には、図１０を参照して、集束イオンビーム源９を用いて先に決定された対象物８の加工領域６に対して集束イオンビーム法を用いた除去加工が行なわれる。つまり上記のマーキング（Ｓ２０）の際の集束イオンビームと同様に、イオンビームが照射された領域の対象物８を構成する原子が弾き飛ばされることにより除去加工がなされる。この除去加工においては１対の（対象物８の主表面に対して直交する）対向面６ｃが形成されるように、１対の対向面６ｃのうちの一方が形成される位置からこれに対向する他方が形成される位置までの間を、各対向面６ｃに直交する方向に集束イオンビーム源９が走査しながら往復する。これにより対象物８には三角柱形状の除去部としての加工領域６が形成され、この加工領域６により観察領域５が露出する。

具体的には、集束イオンビーム源９からたとえばガリウムのイオンビームが、対象物８に対して照射される。このときイオンビームが照射される方向は対象物８の表面に対して約９０度の方向であることが好ましい。

また集束イオンビームを用いた加工を行なう際にイオンビームを照射させるための加速電圧は３０ｋＶ以上の比較的高い電圧とすることが好ましい。なお集束イオンビームを用いた加工を行なう際にイオンビームを照射するための電流量は、一般に使用するイオンビーム装置の性能に応じた最適値とすることが好ましい。

ここで図１１を参照して、加工領域６は深さが漸次変化するためその最下部に、観察面６ａに対して斜め方向に延在する傾斜面６ｂを有するように形成される。このような形状に加工するためには、対象物８の最上面に対してほぼ直角の方向から照射されるイオンビームの照射時間、より具体的にはイオンビームを走査する回数を、傾斜面６ｂが対象物８の上面に対して浅い位置にある、図１１の左側の領域を形成するときと、傾斜面６ｂが対象物８の上面に対して深い位置にある、図１１の右側の領域を形成するときとの間で変化させることが好ましい。すなわち、傾斜面６ｂが浅い位置にある図１１の左側の領域から傾斜面６ｂが深い位置にある図１１の右側の領域へ進むにつれてイオンビームの照射時間（走査回数）を増加させ、観察面６ａを形成する際にその照射時間（走査回数）を最大とすることが好ましい。なおイオンビームの照射を行なう全行程を通じて、イオンビームの加速電圧および電流量は一定値とすることが好ましい。

イオンビームが照射される方向を対象物８の表面（最上面）に対して約９０度の方向とすることにより、図１１の加工領域６の最も深い（最も右側の）領域に形成される観察面６ａは、対象物８の内部において対象物８の主表面（最上面）に直交するように形成することができる。また観察面６ａの形成により、これと同一の面としての観察領域５が露出する。

再度図５を参照して、次に、加工領域６の形成により露出された観察領域５が観察される（Ｓ５０）。すなわちこの工程においては観察領域５の観察および電気的欠陥の有無の検証がなされる。

具体的には、図１２を参照して、観察領域５の観察などには、たとえば加工領域６（半導体基板１）の外部に設置された走査型電子顕微鏡１１が用いられる。走査型電子顕微鏡１１は、電子源１１ａと２次電子検出器１１ｂとを有している。

電子源１１ａから加工領域６の観察面６ａと同一の面として形成される観察領域５に向けて、電子線としての１次電子１２ａが照射される。ここでは観察領域５が加工領域６内において鉛直方向に延びる平面形状を有しており、走査型電子顕微鏡１１は加工領域６の外に設置されている。このため、観察領域５のなす平面に対して斜め方向から、つまり観察領域５に対する照射角度が斜め（たとえば鋭角）となるように、観察領域５に電子線（１次電子１２ａ）が照射される。

ここで１次電子１２ａは観察領域５に衝突することにより２次電子１２ｂを発生させ、２次電子１２ｂはランダムな方向に反射されるように進行する。この２次電子１２ｂの一部が、２次電子検出器１１ｂにより検出され画像信号等に変換されることにより、観察領域５における組織の観察などの分析を行なうことができる。

このときに電子源１１ａからの１次電子１２ａの照射量は、走査型電子顕微鏡１１が最も高い分解能で観察領域５を観察可能とするときの照射量よりも高くする。具体的には、電子源１１ａからの１次電子１２ａの照射量は、走査型電子顕微鏡１１が最も高い分解能で観察領域５を観察可能とするときの照射量の１０倍以上とすることが好ましい。

ここで走査型電子顕微鏡１１の最も高い分解能とは、観察領域５を観察したときに観察像が最も明瞭に視認可能となるときの条件を、走査型電子顕微鏡１１の加速電圧、１次電子１２ａによる電流、１次電子１２ａの絞り、などをパラメータとして条件出しすることにより求められる。なおこの加速電圧などのパラメータは、個々の装置（走査型電子顕微鏡１１）の性能などに応じて変化するものであるため、パラメータが変化する都度上記の条件出しを行なうことが好ましい。上記のように走査型電子顕微鏡１１の最も高い分解能とは一様に決定できるものではなく性能などに応じて変化するが、上記の性能などに応じた変化の有無にかかわらず、都度求められた当該走査型電子顕微鏡１１の最も高い分解能を達成するときの１次電子１２ａの量よりも高い（より好ましくは１０倍以上の）量の１次電子１２ａが照射される。

次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
本実施の形態においては、集束イオンビーム法を用いて対象物の内部の観察領域５が露出するように除去加工が行なわれ、溝状の加工領域６が形成される。すなわち観察領域５を露出するためにたとえば観察領域５を含む面が半導体基板１の最外部の端面となるように半導体基板１に対して広範囲に研磨加工または切断加工を行なう必要がないため、除去加工に要する時間およびコストを削減することができる。

また溝状の開口部としての加工領域６を形成するため、観察領域５を含む面を最外部の端面とするために、観察領域５よりも外側に存在する半導体基板１の領域をすべて切断除去する必要がなくなる。このため、加工領域６より半導体基板１の外側の領域を除去することなく、半導体基板１の一部分として有効に利用することが可能となる。

加工領域６の第１の長さＡなどの寸法を、観察領域５の第２の長さＢなどの寸法に応じて決定することにより、走査型電子顕微鏡を用いて観察領域５を観察するために必要な露出を確実に行ない、かつ観察領域５への電子線の照射を確実に行なうことができる。この状態で走査型電子顕微鏡１１の１次電子１２ａによる高い分解能を発揮させれば、目的である対象物８の観察などを、確実に行なうことができる。

また加工領域６の平面視における上記第１方向に関する第１の長さＡおよび深さ方向に関する第３の長さＣを決めたうえで、加工領域６が三角柱形状となるように平面視における上記第２方向に関する第５の長さＥおよび傾斜角Ｆが決定される。このようにすれば、たとえば当該加工領域６が、上記と同じ第１の長さＡおよび第５の長さＥを有し全体が深さ方向に延在する四角柱形状（直方体状）を有する場合に比べて加工領域６を小さくすることができるため、除去加工に要する時間およびコストを削減することができる。

加工領域６の第５の長さＥを第３の長さＣ以上とすることにより、傾斜面６ｂの傾斜角Ｆを４５度以上とすることができる。傾斜角Ｆを大きくすれば、加工領域６の外側から観察領域５に向けて、観察領域５の表面に対して斜め（たとえば鋭角）の方向から照射される電子線としての１次電子１２ａにより発生しランダムな方向に進行する２次電子１２ｂが、傾斜面６ｂに衝突して減衰するなど、傾斜面６ｂに起因して２次電子検出器１１ｂ側へ進行するのを阻まれる可能性を低減することができる。これは観察領域５のなす面と傾斜面６ｂとのなす角度が大きくなることにより、観察領域５と傾斜面６ｂとに挟まれた領域が全体的に広くなるため、観察領域５からの２次電子が傾斜面６ｂに到達する可能性が低くなるためである。このため結果的に１次電子１２ａによる観察時の分解能を高めることができる。これは傾斜角Ｆを大きくすれば、２次電子１２ｂが２次電子検出器１１ｂ側へ進行するための経路（スペース）を広く確保することができるためである。

また観察領域５を観察する際に照射する１次電子１２ａの照射量を高くすることにより、観察領域５の形状などを観察する精度を高めることができる。上記のように本実施の形態における加工領域６は、観察領域５の下方において観察面６ａと傾斜面６ｂとがなす傾斜角Ｆが鋭角となっている。このためたとえば走査型電子顕微鏡１１が最も高い分解能で観察可能とするときの照射量よりも低い照射量の１次電子１２ａが照射された場合、そこから発生する２次電子１２ｂの多くが傾斜角Ｆを形成する観察面６ａと傾斜面６ｂとの接続部の近くにおいて、傾斜面６ｂに衝突して減衰する可能性がある。このようになれば、発生した２次電子１２ｂが２次電子検出器１１ｂにおいてほとんど検出されなくなるため、対象物８の観察が行なえなくなる可能性がある。そこで１次電子１２ａの照射量を極力高くすることにより（より好ましくは最大分解能発揮時の照射量の１０倍以上の照射量とすることにより）、２次電子１２ｂの検出量が低下しないよう維持することができ、観察領域５を確実に観察することができる。

本実施の形態においては、図５のフローチャートに示すように加工領域を決定した（Ｓ１０）後、実際に除去加工を行なう（Ｓ４０）前に、加工領域６の位置に応じてマーキングがなされマーク部７が３か所形成される（Ｓ２０）。マーク部７は加工領域６に対する除去加工時の目印となるため、マーキングを行なうことにより加工領域６に対する加工精度が向上する。

本実施の形態においては、図５のフローチャートに示すように加工領域を決定した（Ｓ１０）後、実際に除去加工を行なう（Ｓ４０）前に、観察領域５を覆うように保護膜１０が形成される（Ｓ３０）。この保護膜１０により、観察領域５を露出する際に観察領域５の表面に上方（対象物８の最上面側）から落ちてくるパーティクルなどが付着することにより観察領域５の表面が汚染される不具合の発生を抑制することができる。上記の効果は、保護膜１０の上記第１方向に関する第６の長さＧを第２の長さＢの２倍以上とすることによりいっそう高められる。

（実施の形態２）
図１３を参照して、本実施の形態においては、図５の工程（Ｓ２０）において形成されるマーク部７が、互いに異なる２か所のみに形成されている点において、実施の形態１（図４）と異なっている。具体的には、図４を平面視したときに観察面６ａがなす線分の１対の端部のそれぞれの外側（延長線上）に形成される２つのマーク部７のうち一方（図４における右側のマーク部７）が、本実施の形態（図１１）においては形成されていない。

なお、これ以外の本実施の形態の構成は、実施の形態１の構成とほぼ同じであるため同一の要素については同一の符号を付し、その説明は繰り返さない。

次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
上記のようにマーク部７が２か所のみに形成されても、加工領域６に対する目印としての機能を十分に果たし得るものであれば問題ない。また本実施の形態のようにマーク部７を形成する数を実施の形態１よりも減少させることにより、マーク部７の加工に要する時間およびコストを削減することができる。

（実施の形態３）
図１４および図１５を参照して、本実施の形態においては、加工領域６の傾斜角Ｆが観察面６ａに対して７０度以上の角度を有している。その結果、実施の形態１の図２および図３に示す加工領域６に比べて、平面視における上記第２方向に関する第５の長さＥが長くなっている。

次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
上記のように傾斜角Ｆを大きくすれば、観察領域５を観察する際に観察領域５において発生する２次電子１２ｂが走査型電子顕微鏡１１の２次電子検出器１１ｂの方へ進行するための間口が広くなるため、２次電子検出器１１ｂにおける検出感度が上がる。傾斜角Ｆを７０度以上にすることにより検出感度が上がるため、観察時の分解能をいっそう高めることができる。

なお傾斜角Ｆは７５度以上８０度以下とすることがより好ましい。このようにすれば、加工領域６を形成するための集束イオンビーム法を用いた加工に要する時間を過剰に増加させることなく（適度な加工時間で）、かつ上記のように加工領域６内の十分に広い間口を利用した２次電子１２ｂの検出効率の向上（１次電子１２ａの分解能の向上）を図ることができる。

（実施の形態４）
本実施の形態においては、実施の形態１〜３と基本的に同様の構成を有するが、集束イオンビームを用いた加工を行なう際にイオンビームを照射させるための加速電圧は２０ｋＶ以下と、上記各実施の形態での加速電圧（３０ｋＶ以上）に比べて比較的低い電圧とする。また集束イオンビームを用いた加工を行なう際にイオンビームを照射するための電流量は、一般に使用するイオンビーム装置の性能に応じた最適値とすることが好ましいが、これも上記各実施の形態に比べて低くする。

次に、本実施の形態の作用効果について説明する。
本実施の形態のように集束イオンビームを行なう際の加速電圧を低くすれば、実施の形態３と同様の作用効果を得ることができる。すなわち走査型電子顕微鏡１１を用いた観察領域５の観察時に、２次電子検出器１１ｂにおける検出感度を向上させ、観察領域５を観察するための分解能を向上させることができる。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１半導体基板、２拡散層、３ゲート絶縁膜、４ゲート電極、５観察領域、６加工領域、６ａ観察面、６ｂ傾斜面、６ｃ対向面、６ｄ，６ｅ仮想面、７マーク部、８対象物、９集束イオンビーム源、１０保護膜、１１走査型電子顕微鏡、１１ａ電子源、１１ｂ２次電子検出器、１２ａ１次電子、１２ｂ２次電子、１００半導体素子。

Claims

対象物の内部の観察領域を基に、前記対象物が除去される加工領域を決定する工程と、
集束イオンビーム法を用いた加工を行なうことにより、前記観察領域が露出するように、前記対象物の前記加工領域に対して除去加工を行なう工程と、
前記観察領域を観察する工程とを備え、
前記加工領域は平面視において矩形状を有し、かつ前記対象物の内部において前記対象物の主表面に直交し、前記観察領域と同一の面として形成される観察面と、前記観察面に対して斜め方向に延在する傾斜面とを有する三角柱形状を有するように決定され、
平面視における前記加工領域の外周が延在する方向のうち前記観察領域も延在する方向である第１方向に関する第１の長さは、平面視における前記観察領域の前記第１方向に関する第２の長さの３倍以上であり、
前記観察面の深さとしての第３の長さは、前記観察領域の前記観察面の深さ方向に関する第４の長さの２倍以上であり、
平面視における前記加工領域の、前記第１方向に直交する延在方向である第２方向に関する第５の長さは、前記第３の長さ以上であり、
前記観察領域を観察する工程においては、走査型電子顕微鏡を用いて前記観察領域に電子線を照射し、前記電子線の照射量を、前記走査型電子顕微鏡が最も高い分解能で前記観察領域を観察可能とするときの前記照射量よりも高くする、観察方法。
前記観察領域を観察する工程においては、前記走査型電子顕微鏡が最も高い分解能で前記観察領域を観察可能とするときの前記照射量の１０倍以上の照射量の電子線を照射する、請求項１に記載の観察方法。
前記加工領域を決定する工程の後、前記除去加工を行なう工程の前に、前記加工領域の位置に応じて、前記対象物の、平面視における前記加工領域の外部の、互いに異なる３か所にマーキングを行なう工程をさらに備える、請求項１または２に記載の観察方法。
前記加工領域を決定する工程の後、前記除去加工を行なう工程の前に、前記加工領域の位置に応じて、前記対象物の、平面視における前記加工領域の外部の、互いに異なる２か所にマーキングを行なう工程をさらに備える、請求項１または２に記載の観察方法。
前記加工領域を決定する工程の後、前記除去加工を行なう工程の前に、前記観察領域を覆うように保護膜を形成する工程をさらに備える、請求項１〜４のいずれか１項に記載の観察方法。
前記保護膜の前記第１方向に関する第６の長さは、前記第２の長さの２倍以上である、請求項５に記載の観察方法。
前記傾斜面は前記観察面に対して４５度以上の角度を有するように傾斜する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の観察方法。
前記傾斜面は前記観察面に対して７０度以上の角度を有するように傾斜する、請求項１〜６のいずれか１項に記載の観察方法。
前記除去加工を行なう工程において、前記集束イオンビームを用いた加工を行なうための加速電圧を２０ｋＶ以下とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の観察方法。