JP2779414B2 - ミクロ断面の加工・観察方法 - Google Patents
ミクロ断面の加工・観察方法Info
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/30—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
- H01J37/305—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for casting, melting, evaporating or etching
- H01J37/3053—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for casting, melting, evaporating or etching for evaporating or etching
- H01J37/3056—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for casting, melting, evaporating or etching for evaporating or etching for microworking, e.g. etching of gratings, trimming of electrical components
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- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N1/00—Sampling; Preparing specimens for investigation
- G01N1/28—Preparing specimens for investigation including physical details of (bio-)chemical methods covered elsewhere, e.g. G01N33/50, C12Q
- G01N1/32—Polishing; Etching
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- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
- H01J37/30—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
- H01J37/317—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for changing properties of the objects or for applying thin layers thereon, e.g. for ion implantation
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、不良解析などのために半導体デバイスの特
定位置を断面出し加工および断面観察する方法に関す
る。
定位置を断面出し加工および断面観察する方法に関す
る。
第3図は左側面図は、集束イオンビーム装置の概念図
で、この装置の特徴であるマスクレス加工特性を生かし
て、最先端半導体デバイスの開発・製造プロセスへの応
用が進められている。この装置の機能には走査イオン顕
微鏡機能、マスクレスエッチング機能、マスクレスデボ
ジション機能などがある。
で、この装置の特徴であるマスクレス加工特性を生かし
て、最先端半導体デバイスの開発・製造プロセスへの応
用が進められている。この装置の機能には走査イオン顕
微鏡機能、マスクレスエッチング機能、マスクレスデボ
ジション機能などがある。
本発明者は、この装置の特性を利用して半導体デバイ
スの断面を観察することに着想した。そして、この装置
の特性である走査イオン顕微鏡機能により断面加工部を
位置出しし、さらに、マスクレスエッチング機能により
断面加工部を1辺とする角形に穴あけし、所望の断面部
を露出させた後、試料を傾斜させて、断面部をイオンビ
ーム照射方向に向けさせ、再び、走査イオン顕微鏡機能
により断面加工部を観察した。
スの断面を観察することに着想した。そして、この装置
の特性である走査イオン顕微鏡機能により断面加工部を
位置出しし、さらに、マスクレスエッチング機能により
断面加工部を1辺とする角形に穴あけし、所望の断面部
を露出させた後、試料を傾斜させて、断面部をイオンビ
ーム照射方向に向けさせ、再び、走査イオン顕微鏡機能
により断面加工部を観察した。
しかし、この方法では、トレンチなどの凹凸部を観察
するための断面加工時に、トレンチなどにはスパッタ物
質が穴に再付着したり、凹凸部には、凹凸部の影響が切
断断面に影響を与え、縦筋が走る現象が生じ、正確な断
面像が得がたい欠点があった。
するための断面加工時に、トレンチなどにはスパッタ物
質が穴に再付着したり、凹凸部には、凹凸部の影響が切
断断面に影響を与え、縦筋が走る現象が生じ、正確な断
面像が得がたい欠点があった。
これに対して、本発明者は種々研究の結果、断面切断
の前に予め試料の表面をFIBCVD法により処理し平坦化す
ることによりきれいな断面が得られるとの知見を得た。
の前に予め試料の表面をFIBCVD法により処理し平坦化す
ることによりきれいな断面が得られるとの知見を得た。
本発明の目的は、この知見に基づき上記欠点を解決し
た断面加工法およびその観察法を提供することにある。
た断面加工法およびその観察法を提供することにある。
本発明が上記目的を選択するために採用する手段は、
下記のとおりである。
下記のとおりである。
(1)イオンビーム電流値を切換える手段を備えた集束
イオンビーム鏡筒と、XY移動機構の他に少なくとも傾斜
機構を持つ試料ステージと、デポジション原料ガスを試
料表面に吹き付けるガス銃と、二次荷電粒子検出器とを
備えて、走査イオン顕微鏡機能、マスクレスエッチング
機能、マスクレスデポジション機能の三つの機能を持つ
集束イオンビーム装置を用いて、下記のような手順で試
料の任意の位置の高精度断面加工とその断面観察とを連
続的に行うことを特徴とするミクロ断面加工・観察方
法。
イオンビーム鏡筒と、XY移動機構の他に少なくとも傾斜
機構を持つ試料ステージと、デポジション原料ガスを試
料表面に吹き付けるガス銃と、二次荷電粒子検出器とを
備えて、走査イオン顕微鏡機能、マスクレスエッチング
機能、マスクレスデポジション機能の三つの機能を持つ
集束イオンビーム装置を用いて、下記のような手順で試
料の任意の位置の高精度断面加工とその断面観察とを連
続的に行うことを特徴とするミクロ断面加工・観察方
法。
走査イオン顕微鏡機能を用いて、断面加工位置出しを
行う。
行う。
次に、マスクレスデボジション機能によって、断面加
工位置を含む領域に局所的に膜付けを行う。
工位置を含む領域に局所的に膜付けを行う。
次に、マスクレスエッチング機能によって、角形の穴
あけ加工を行い、その際、加工穴の側壁の一つが観察し
たい断面位置となるようにする。
あけ加工を行い、その際、加工穴の側壁の一つが観察し
たい断面位置となるようにする。
観察したい断面を観察できる方向に試料ステージを傾
斜する。
斜する。
再び、走査イオン顕微鏡機能を用いて、前記加工穴の
断面観察(計測・分析を含む)を行う。
断面観察(計測・分析を含む)を行う。
(2)上記手順の穴あけ断面出し加工のイオンビーム
電流を上記切換手段によって、最初は高電流として概略
穴あけを行い、次に中電流として断面の仕上げ加工を行
い、さらに手順の断面観察は小電流とする上記(1)
のミクロ断面加工・観察方法。
電流を上記切換手段によって、最初は高電流として概略
穴あけを行い、次に中電流として断面の仕上げ加工を行
い、さらに手順の断面観察は小電流とする上記(1)
のミクロ断面加工・観察方法。
なお、上記(1)記載の手順の後、手順における観
察したい断面位置の隣接部をマスクレスエッチング機能
によりスライス加工を行い、以後、〜の手順を実行
し、これを繰り返して得られた複数の断面像を画像記憶
・処理装置に入力し、しかる後に断面像を再構成すれ
ば、ミクロ断面の立体的表示像あるいは任意断面像を得
ることができる。
察したい断面位置の隣接部をマスクレスエッチング機能
によりスライス加工を行い、以後、〜の手順を実行
し、これを繰り返して得られた複数の断面像を画像記憶
・処理装置に入力し、しかる後に断面像を再構成すれ
ば、ミクロ断面の立体的表示像あるいは任意断面像を得
ることができる。
マスクレスデポジション機能を用いて試料表面の断面
加工部を含む領域の凹凸を穴埋めし平面状に膜付けする
と、これに続く断面加工時に起こる、トレンチなどの穴
部へのスパッタ物質の再付着や表面の凹凸部の影響が断
面へ縦筋となって現れるのを防ぐことができるので、正
確な断面が得られる。
加工部を含む領域の凹凸を穴埋めし平面状に膜付けする
と、これに続く断面加工時に起こる、トレンチなどの穴
部へのスパッタ物質の再付着や表面の凹凸部の影響が断
面へ縦筋となって現れるのを防ぐことができるので、正
確な断面が得られる。
また、断面加工部を順次ずらしてスライス加工し、こ
の画像を処理することにより、断面部の立体像を得るこ
とができる。
の画像を処理することにより、断面部の立体像を得るこ
とができる。
第1図は、本発明の方法を試料ICのトレンチ1を観察
する場合に適用した実施例の説明図で試料の上面から見
た図、第1図(a)はICの観察したい断面位置2の一点
鎖線で示した図、第1図(b)は上記トレンチ1を含む
領域をFIBCVD法で膜付けしたところをハッチングで示し
た図、第1図(c)はエッチング機能により観察位置を
1辺とした角形の穴あけをした図、第1図(d)を試料
テーブルを傾斜させて(右側をアップ),断面をイオン
ビーム照射方向へ観察可能の位置に向けた図である。
する場合に適用した実施例の説明図で試料の上面から見
た図、第1図(a)はICの観察したい断面位置2の一点
鎖線で示した図、第1図(b)は上記トレンチ1を含む
領域をFIBCVD法で膜付けしたところをハッチングで示し
た図、第1図(c)はエッチング機能により観察位置を
1辺とした角形の穴あけをした図、第1図(d)を試料
テーブルを傾斜させて(右側をアップ),断面をイオン
ビーム照射方向へ観察可能の位置に向けた図である。
第2図(a〜d)は、第1図(a〜d)のA−A断面
図である。
図である。
第3図は、本発明が使用する集束イオンビーム装置お
よび画像処理回路図である。ここに、1はトレンチ、2
は断面加工位置、3はFIBCVDによる膜付け部分、4は穴
あけ部、5は断面、6はSi基板、7はSiO2,21はイオン
鏡筒、22は試料ステージ、23はサンプルホルダー、24は
試料、25は二次荷電粒子検出器、26はガス銃、27は真空
チャンバー、28はイオンビーム、31は走査制御部、32は
画像取込み・再構成制御部、33は画像メモリ部、34は増
幅器、35は表示部を示す。
よび画像処理回路図である。ここに、1はトレンチ、2
は断面加工位置、3はFIBCVDによる膜付け部分、4は穴
あけ部、5は断面、6はSi基板、7はSiO2,21はイオン
鏡筒、22は試料ステージ、23はサンプルホルダー、24は
試料、25は二次荷電粒子検出器、26はガス銃、27は真空
チャンバー、28はイオンビーム、31は走査制御部、32は
画像取込み・再構成制御部、33は画像メモリ部、34は増
幅器、35は表示部を示す。
第1図(a)に示すように観察したい試料ICのトレン
チ1に走査電子顕微鏡像により位置出しを行う。次に、
トレンチ1を含む領域3を集束イオンビームCVD(FIB
CVD)法で膜付けする。
チ1に走査電子顕微鏡像により位置出しを行う。次に、
トレンチ1を含む領域3を集束イオンビームCVD(FIB
CVD)法で膜付けする。
FIB CVD法は、ガス銃26により試料表面に原料ガスを
吸着させ、20〜30KeVのエネルギーで加速したイオンビ
ーム28を局所的に照射することにより、照射領域のみに
選択的に膜を形成する方法で、本実施例では原料ガスに
W(CO)6を用いタングステン膜を形成している。勿
論、ガスを変えて他の金属膜形成によっても本発明は実
施可能である。この膜付けにより、トレンチ1を含む領
域3は空乏部が穴埋めされるとともにトレンチ1を含む
領域3の上面は平坦化される。この膜付け後にエッチン
グ機能により観察したい断面位置2を1辺として、角形
形状の穴あけ4を行う。この断面加工時には、既に説明
したように、膜付けによりトレンチ1の空孔は穴埋めさ
れ、試料の上面が平坦化されているので、断面加工時に
膜付けしない従来の方法にありがちなスパッタ物質が空
孔に再付着したり、表面部の凹凸が加工断面部に影響し
縦筋が付くことを防ぐことになる。したがって、正確な
断面形状が得られる。
吸着させ、20〜30KeVのエネルギーで加速したイオンビ
ーム28を局所的に照射することにより、照射領域のみに
選択的に膜を形成する方法で、本実施例では原料ガスに
W(CO)6を用いタングステン膜を形成している。勿
論、ガスを変えて他の金属膜形成によっても本発明は実
施可能である。この膜付けにより、トレンチ1を含む領
域3は空乏部が穴埋めされるとともにトレンチ1を含む
領域3の上面は平坦化される。この膜付け後にエッチン
グ機能により観察したい断面位置2を1辺として、角形
形状の穴あけ4を行う。この断面加工時には、既に説明
したように、膜付けによりトレンチ1の空孔は穴埋めさ
れ、試料の上面が平坦化されているので、断面加工時に
膜付けしない従来の方法にありがちなスパッタ物質が空
孔に再付着したり、表面部の凹凸が加工断面部に影響し
縦筋が付くことを防ぐことになる。したがって、正確な
断面形状が得られる。
この穴あけは、まず、粗い穴あけを行い、仕上げ加工
と2段階に行うことにより、早く、かつ正確な断面加工
がなされる。
と2段階に行うことにより、早く、かつ正確な断面加工
がなされる。
粗い穴あけは、比較的高電流でなされる。たとえば、
30keV,6nAガリウムイオンビームで、Al,SiO2,Siの穴あ
け時間は約0.6〜0.7sec/μm3である。
30keV,6nAガリウムイオンビームで、Al,SiO2,Siの穴あ
け時間は約0.6〜0.7sec/μm3である。
仕上げ加工は、中電流ビーム(2nA〜30pA)で観察し
たい断面位置2に照射することにより行われ、急傾斜の
側壁断面5が形成される。
たい断面位置2に照射することにより行われ、急傾斜の
側壁断面5が形成される。
次に、試料ステージを適当角度傾斜させてイオンビー
ム照射方向に試料の加工断面が露呈するように向けられ
る。
ム照射方向に試料の加工断面が露呈するように向けられ
る。
この断面に比較的低電流ビーム(30〜2pA)で走査イ
オン顕微鏡により観察する。この観察結果は極めて良好
で、SEMに比してコントラストが非常に強く得られる。
オン顕微鏡により観察する。この観察結果は極めて良好
で、SEMに比してコントラストが非常に強く得られる。
断面像の立体的表示像を得たいときには、上述の操作
を繰り返すことにより達成できる。即ち、観察したい断
面位置2を少しずらして位置決めし、マクスレスエッチ
ング機能によるスライス加工を行い、新たに現れた断面
部をイオンビーム照射方向に向けて傾斜させる。そし
て、この断面部に対して走査イオン顕微鏡機能を用いて
断面観察を行う。これを適宜回数繰り返す。こうして得
られた断面像を画像記憶しておき、最後に再構成して立
体的表示像を得ることができる。
を繰り返すことにより達成できる。即ち、観察したい断
面位置2を少しずらして位置決めし、マクスレスエッチ
ング機能によるスライス加工を行い、新たに現れた断面
部をイオンビーム照射方向に向けて傾斜させる。そし
て、この断面部に対して走査イオン顕微鏡機能を用いて
断面観察を行う。これを適宜回数繰り返す。こうして得
られた断面像を画像記憶しておき、最後に再構成して立
体的表示像を得ることができる。
この画像処理は、第3図の右図に示すブロック図で実
現される。
現される。
本発明によれば、上記のように断面加工に先立って観
察したい断面位置2を含む領域3を膜付けすることによ
り、トレンチなどの空孔部を穴埋めし、かつ、表面の凹
凸部をなくして平坦化したので、空孔部へのスパッタ物
質の再付着や、表面の凹凸部の影響が断面部へ縦筋とな
って現れるのを防止できる。したがって、断面の表面境
界部分とホール部分の明瞭な断面像が得られる。
察したい断面位置2を含む領域3を膜付けすることによ
り、トレンチなどの空孔部を穴埋めし、かつ、表面の凹
凸部をなくして平坦化したので、空孔部へのスパッタ物
質の再付着や、表面の凹凸部の影響が断面部へ縦筋とな
って現れるのを防止できる。したがって、断面の表面境
界部分とホール部分の明瞭な断面像が得られる。
第1図は本発明の方法をICのトレンチを観察する場合に
適用した実施例の上面説明図、第1図(a)はICの観察
したい断面位置を一点鎖線で示した図、第1図(b)は
上記トレンチを含む領域をFIBCVD法で膜付けしたところ
をハッチングで示した図、第1図(c)はエッチング機
能により観察位置を1辺とした角形の穴あけをした図、
第1図(d)は試料ステージを傾斜させて(右側をアッ
プ)、断面をイオンビーム照射方向へ観察可能の位置に
向けた図である。第2図(a〜d)は第1図(a〜d)
のA−A断面図である。第3図は本発明が使用する集束
イオンビーム装置および画像処理回路図である。 1……トレンチ 2……断面加工位置 3……FIB CVDによる膜付け部分 4……穴あけ部 5……断面 6……Si基板 7……SiO2 21……イオン鏡筒 22……試料ステージ 23……サンプルホルダー 24……試料 25……二次荷電粒子検出器 26……ガス銃 27……真空チャンバー 28……イオンビーム 31……走査制御部 32……画像取込み・再構成制御部 33……画像メモリ部 35……表示部
適用した実施例の上面説明図、第1図(a)はICの観察
したい断面位置を一点鎖線で示した図、第1図(b)は
上記トレンチを含む領域をFIBCVD法で膜付けしたところ
をハッチングで示した図、第1図(c)はエッチング機
能により観察位置を1辺とした角形の穴あけをした図、
第1図(d)は試料ステージを傾斜させて(右側をアッ
プ)、断面をイオンビーム照射方向へ観察可能の位置に
向けた図である。第2図(a〜d)は第1図(a〜d)
のA−A断面図である。第3図は本発明が使用する集束
イオンビーム装置および画像処理回路図である。 1……トレンチ 2……断面加工位置 3……FIB CVDによる膜付け部分 4……穴あけ部 5……断面 6……Si基板 7……SiO2 21……イオン鏡筒 22……試料ステージ 23……サンプルホルダー 24……試料 25……二次荷電粒子検出器 26……ガス銃 27……真空チャンバー 28……イオンビーム 31……走査制御部 32……画像取込み・再構成制御部 33……画像メモリ部 35……表示部
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) H01J 37/252 H01J 37/305 H01L 21/66
Claims (2)
- 【請求項1】イオンビーム電流値を切換える手段を備え
た集束イオンビーム鏡筒と、XY移動機構の他に少なくと
も傾斜機構を持つ試料ステージと、デポジション原料ガ
スを試料表面に吹き付けるガス銃と、二次荷電粒子検出
器とを備えて、走査イオン顕微鏡機能、マスクレスエッ
チング機能、マスクレスデポジション機能の三つの機能
を持つ集束イオンビーム装置を用いて、下記のような手
順で試料の任意位置の高精度断面加工とその断面観察と
を連続的に行うことを特徴とするミクロ断面加工・観察
方法。 走査イオン顕微鏡機能を用いて、断面加工位置出しを
行う。 次に、マスクレスデボジション機能によって、断面加
工位置を含む領域に局所的に膜付けを行う。 次に、マスクレスエッチング機能によって、角形の穴
あけ加工を行い、その際、加工穴の側壁の一つが観察し
たい断面位置となるようにする。 観察したい断面を観察できる方向に試料ステージを傾
斜する。 再び、走査イオン顕微鏡機能を用いて、前記加工穴の
側壁で断面観察(計測・分析を含む)を行う。 - 【請求項2】上記手順の穴あけ断面出し加工のイオン
ビーム電流を上記切換手段によって、最初は高電流とし
て概略穴あけを行い、次に中電流として断面の仕上げ加
工を行い、さらに手順の断面観察は小電流とする上記
請求項(1)のミクロ断面加工・観察方法。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63304369A JP2779414B2 (ja) | 1988-12-01 | 1988-12-01 | ミクロ断面の加工・観察方法 |
GB8926900A GB2227601B (en) | 1988-12-01 | 1989-11-28 | Method of forming a micro-section |
KR1019890017281A KR0178019B1 (ko) | 1988-12-01 | 1989-11-28 | 마이크로 단면 가공 및 관찰 방법 |
US07/444,716 US5028780A (en) | 1988-12-01 | 1989-12-01 | Preparation and observation method of micro-section |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP63304369A JP2779414B2 (ja) | 1988-12-01 | 1988-12-01 | ミクロ断面の加工・観察方法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH02152155A JPH02152155A (ja) | 1990-06-12 |
JP2779414B2 true JP2779414B2 (ja) | 1998-07-23 |
Family
ID=17932194
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP63304369A Expired - Lifetime JP2779414B2 (ja) | 1988-12-01 | 1988-12-01 | ミクロ断面の加工・観察方法 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5028780A (ja) |
JP (1) | JP2779414B2 (ja) |
KR (1) | KR0178019B1 (ja) |
GB (1) | GB2227601B (ja) |
Families Citing this family (35)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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