JP3041403B2 - 荷電ビーム断面加工・観察装置 - Google Patents
荷電ビーム断面加工・観察装置Info
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- JP3041403B2 JP3041403B2 JP2273526A JP27352690A JP3041403B2 JP 3041403 B2 JP3041403 B2 JP 3041403B2 JP 2273526 A JP2273526 A JP 2273526A JP 27352690 A JP27352690 A JP 27352690A JP 3041403 B2 JP3041403 B2 JP 3041403B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体集積回路の高密度化、微細化が急激
な進歩を遂げている中で、高性能、高信頼性のデバイス
を得るための、プロセス評価に用いようとするもので、
半導体製造プロセス評価や、故障解析を行うための荷電
ビーム断面加工・観察装置に関する。
な進歩を遂げている中で、高性能、高信頼性のデバイス
を得るための、プロセス評価に用いようとするもので、
半導体製造プロセス評価や、故障解析を行うための荷電
ビーム断面加工・観察装置に関する。
本発明は、イオンビーム照射により試料から放出され
る二次電子を検出し画像表示する走査イオン顕微鏡（以
下SIM）機能と、電子ビーム照射により試料から放出さ
れる二次電子を検出し画像表示する走査電子顕微鏡（以
下SEM）機能を有する荷電ビーム装置で、イオンビーム
照射によりスパッタエッチング加工と、原料ガス吹付と
イオンビーム照射による金属膜付け加工により、断面加
工を行い、この断面を電子ビーム照射によるSEM像で断
面観察を行うために、試料に同一点を重畳照射系を配置
し、二次電子信号処理を各ビーム毎に設定可能な制御系
を備え、ビーム切換器連動させ、イオンビーム照射によ
るSEM像を電子ビーム照射によるSEM像を、瞬時に然も良
好な二次電子像を提供するものである。
る二次電子を検出し画像表示する走査イオン顕微鏡（以
下SIM）機能と、電子ビーム照射により試料から放出さ
れる二次電子を検出し画像表示する走査電子顕微鏡（以
下SEM）機能を有する荷電ビーム装置で、イオンビーム
照射によりスパッタエッチング加工と、原料ガス吹付と
イオンビーム照射による金属膜付け加工により、断面加
工を行い、この断面を電子ビーム照射によるSEM像で断
面観察を行うために、試料に同一点を重畳照射系を配置
し、二次電子信号処理を各ビーム毎に設定可能な制御系
を備え、ビーム切換器連動させ、イオンビーム照射によ
るSEM像を電子ビーム照射によるSEM像を、瞬時に然も良
好な二次電子像を提供するものである。
半導体集積回路に高密度化微細化多層配線や三次元構
造をもったデバイスが開発され製造プロセスは、ますま
す複雑になってきている。これらの行程評価には、従来
SEMが主に用いられていた。そして、断面観察は、試料
を機械的切断・研磨・エッチング等で断面加工を行いSE
Mで断面観察していた。しかしこの方法は、加工位置出
しの精度を出すのが難しく、一試料で一断面図、しか
も、加工時間が長いなどの問題があり、半導体集積回路
の時定に場所の断面図を、複数個観察することはできな
った。そこで、イオンビーム断面加工観察装置が開発さ
れた。（日本学術振興会・荷電粒子ビームに工業への応
用第132委員会第109回研究試料、1989.12「断面観察用
集束イオンビーム装置SMI−8300」）この装置は、イオ
ン源より発生したイオンは、２段の静電レンズを含むイ
オン光学系により、集束イオンビームとなり、試料上に
照射される。集束イオンビームは、試料ステージと、XY
偏向電極により、試料の任意の場所を走査することがで
きる。目的加工場所の位置決めは、イオンビーム励起の
二次電子を二次電子検出で検出し、二次電子像を観察用
CRTに表示することにより、位置確認ができる。ここ
で、集束イオンビームの走査領域を狭め、有機金属化合
物ガス銃で原料ガスを試料表面に吹付、イオンビームCV
D（化学的気相堆積）法による金属膜付けを行った後、
観察したい断面の穴開け位置に走査領域を制限し、イオ
ンビームエッチング加工により、局所断面加工を行う。
断面加工後、可動絞りの穴径を小さくし、ビーム電流量
を減らし、前記断面部分が見えるように、試料を５軸ス
テージにより傾斜させ二次電子像を観察用CRTに表示さ
せ、断面観察を行うイオンビーム断面加工・観察装置で
ある。
造をもったデバイスが開発され製造プロセスは、ますま
す複雑になってきている。これらの行程評価には、従来
SEMが主に用いられていた。そして、断面観察は、試料
を機械的切断・研磨・エッチング等で断面加工を行いSE
Mで断面観察していた。しかしこの方法は、加工位置出
しの精度を出すのが難しく、一試料で一断面図、しか
も、加工時間が長いなどの問題があり、半導体集積回路
の時定に場所の断面図を、複数個観察することはできな
った。そこで、イオンビーム断面加工観察装置が開発さ
れた。（日本学術振興会・荷電粒子ビームに工業への応
用第132委員会第109回研究試料、1989.12「断面観察用
集束イオンビーム装置SMI−8300」）この装置は、イオ
ン源より発生したイオンは、２段の静電レンズを含むイ
オン光学系により、集束イオンビームとなり、試料上に
照射される。集束イオンビームは、試料ステージと、XY
偏向電極により、試料の任意の場所を走査することがで
きる。目的加工場所の位置決めは、イオンビーム励起の
二次電子を二次電子検出で検出し、二次電子像を観察用
CRTに表示することにより、位置確認ができる。ここ
で、集束イオンビームの走査領域を狭め、有機金属化合
物ガス銃で原料ガスを試料表面に吹付、イオンビームCV
D（化学的気相堆積）法による金属膜付けを行った後、
観察したい断面の穴開け位置に走査領域を制限し、イオ
ンビームエッチング加工により、局所断面加工を行う。
断面加工後、可動絞りの穴径を小さくし、ビーム電流量
を減らし、前記断面部分が見えるように、試料を５軸ス
テージにより傾斜させ二次電子像を観察用CRTに表示さ
せ、断面観察を行うイオンビーム断面加工・観察装置で
ある。
前記荷電ビーム断面加工・観察装置のイオンビームに
よる断面加工と、電子ビームによる断面観察は、ビーム
切換器によって切り換え、各ビーム照射時に試料から放
出される二次電子を二次電子検出器で捕らえ、その出力
信号を画像表示装置に表示していた。しかし、イオンビ
ームによる断面加工時の試料から放出される二次電子量
と、電子ビームによる断面観察時の試料から放出される
二次電子量は、かなり異なるため、鮮明なSIM像とSEM像
の切換ができなかった。
よる断面加工と、電子ビームによる断面観察は、ビーム
切換器によって切り換え、各ビーム照射時に試料から放
出される二次電子を二次電子検出器で捕らえ、その出力
信号を画像表示装置に表示していた。しかし、イオンビ
ームによる断面加工時の試料から放出される二次電子量
と、電子ビームによる断面観察時の試料から放出される
二次電子量は、かなり異なるため、鮮明なSIM像とSEM像
の切換ができなかった。
前記問題を解決するために、各ビーム毎に、二次電子
像のコントラスや明るさを設定できる二次電子検出器制
御系を備え、ビーム切換器と連動させ、イオンビームに
よる位置出しや断面加工などのSIM像と、電子ビームに
よる断面観察などのSEM像と、電子ビームによる断面観
察などのSEM像を、ビーム切り換えと連動に、画像表示
装置へ鮮明に表示することができることを特徴とする荷
電ビーム断面加工・観察装置である。
像のコントラスや明るさを設定できる二次電子検出器制
御系を備え、ビーム切換器と連動させ、イオンビームに
よる位置出しや断面加工などのSIM像と、電子ビームに
よる断面観察などのSEM像と、電子ビームによる断面観
察などのSEM像を、ビーム切り換えと連動に、画像表示
装置へ鮮明に表示することができることを特徴とする荷
電ビーム断面加工・観察装置である。
試料をイオンビーム軸に垂直、あるいは垂直に近い角
度に置き、SIM像による加工位置出しを行い、有機化合
物である原料ガス吹付とイオンビーム照射による金属膜
付け加工により、イオンビーム照射によるスパッタエッ
チング加工により孔を作り、断面加工を行う。つぎにビ
ーム切換器によりイオンビーム照射から電子ビーム照射
に切り換えて、斜方向から電子ビーム照射によるSEM像
観察を行う。通常、断面加工と断面観察操作は数回繰り
返し行うため、本発明のように、イオンビームと電子ビ
ームが独立の照射系で各ビーム毎に二次電子像のコント
ラスや明るさを設定できる二次電子検出制御系を備える
ことにより、リアルタイムで断面加工時のSIM像と、断
面観察のSEM像を、ビーム切り換えと連動させ、画像表
示装置へ鮮明に表示することが可能である。
度に置き、SIM像による加工位置出しを行い、有機化合
物である原料ガス吹付とイオンビーム照射による金属膜
付け加工により、イオンビーム照射によるスパッタエッ
チング加工により孔を作り、断面加工を行う。つぎにビ
ーム切換器によりイオンビーム照射から電子ビーム照射
に切り換えて、斜方向から電子ビーム照射によるSEM像
観察を行う。通常、断面加工と断面観察操作は数回繰り
返し行うため、本発明のように、イオンビームと電子ビ
ームが独立の照射系で各ビーム毎に二次電子像のコント
ラスや明るさを設定できる二次電子検出制御系を備える
ことにより、リアルタイムで断面加工時のSIM像と、断
面観察のSEM像を、ビーム切り換えと連動させ、画像表
示装置へ鮮明に表示することが可能である。
第１図は、本発明の一実施例の構成を示す概略図で
す。イオン源31にガリウム液体金属イオン源を用い、イ
オン光学系３で加速・集束されたイオンビーム１を、XY
偏向電極38とビームブランキング電極40および試料ステ
ージ４により、試料２上の任意に場所を走査する。試料
２から放出する二次電子５は、二次電子検出器６で検出
され、観察用CTR20に二次電子像が表示される。以上が
走査イオン顕微鏡（SIM）の構成である。また電子源10
より発生した電子ビーム11は、電子光学系41で加速・集
束され、XY偏向コイル16で試料２上を走査する。電子ビ
ーム11の照射により試料２から放出する二次電子５は、
二次電子検出器６で検出され、観察CRT20に二次電子像
が表示される。以上が走査電子顕微鏡（SEM）に構成で
ある。
す。イオン源31にガリウム液体金属イオン源を用い、イ
オン光学系３で加速・集束されたイオンビーム１を、XY
偏向電極38とビームブランキング電極40および試料ステ
ージ４により、試料２上の任意に場所を走査する。試料
２から放出する二次電子５は、二次電子検出器６で検出
され、観察用CTR20に二次電子像が表示される。以上が
走査イオン顕微鏡（SIM）の構成である。また電子源10
より発生した電子ビーム11は、電子光学系41で加速・集
束され、XY偏向コイル16で試料２上を走査する。電子ビ
ーム11の照射により試料２から放出する二次電子５は、
二次電子検出器６で検出され、観察CRT20に二次電子像
が表示される。以上が走査電子顕微鏡（SEM）に構成で
ある。
イオンビーム励起による二次電子５と、電子ビーム励
起による二次電子５は、区別が付かないため、二次電子
像を観察用CRTに表示する場合、ビーム切換器17を用
い、イオン照射系と電子照射系との切り換えを行い、SI
M像とSEM像を切り換える。そして、イオンビーム励起の
二次電子量と電子ビーム励起の二次電子量の差を補正
し、SIM像とSEM像のコントラストや明るさをほぼ等しく
見やすくするために、主増幅器７の前に、SIM用前置増
幅器18とSEM用19を別々に備え、ビーム切換器17と連動
させ、また、二次電子検出器６内の光電子像倍管（図示
せず）の高圧電源を、SIM用とSEM用別々にし、ビーム切
換器17と連動させることにより、鮮明で見やすいSIM像
とSEM像との切り換えを行う。また、制御用コンピュー
タの表示用CRT20にSIM像表示エリア21とSEM像表示エリ
ア22を設け、それぞれの像を静止像として表示する。第
２図で、コンタクトホール部23の配線27の断面観察例を
説明する。始めに、第２図の破線を示す断面観察部を含
む領域40に集束イオンビーム１の照射とガス銃８からの
原料ガス（通常タングステンカルボニル）の吹付けを同
時に行い、その領域40に金属膜付けを行う。次に第２図
の一点鎖線で囲む加工エリア26をイオンビーム照射によ
るスパッタエッチングで溝堀加工して、コンタクトホー
ル部23の断面を露出させ、次にこれを斜め方向からの電
子ビーム照射に切り換えて、第３図の断面像を得る。つ
まり、基板46上にある絶縁膜断面48と配線断面41、42と
保護膜断面45及び本方式により形成された金属膜断面47
が観察される。配線41と配線42のコンタクト部23が観察
される。この場合、本発明装置では、イオンビーム照射
系と電子ビーム照射系とが独立で、ビーム切換器17によ
りイオンビームと電子ビームが切り換えられると同時
に、SIM像用とSEM像用の二次電子検出器６の光電子増倍
管高圧と、二次電子信号の前置増幅器18、19も連動で切
り換えられるため、SIM像とSEM像のコントラストや明る
さをそれぞれ見やすく調整できる。そして、加工作業中
必要に応じて、リアルタイムにイオンビームと電子ビー
ムをビーム切換器により切り換え、鮮明なSIM像とSEM像
がそれぞれ表示される。この構成により、目的とする場
所の断面加工と、断面形状の観察を、連続的に切り換え
ることができる。
起による二次電子５は、区別が付かないため、二次電子
像を観察用CRTに表示する場合、ビーム切換器17を用
い、イオン照射系と電子照射系との切り換えを行い、SI
M像とSEM像を切り換える。そして、イオンビーム励起の
二次電子量と電子ビーム励起の二次電子量の差を補正
し、SIM像とSEM像のコントラストや明るさをほぼ等しく
見やすくするために、主増幅器７の前に、SIM用前置増
幅器18とSEM用19を別々に備え、ビーム切換器17と連動
させ、また、二次電子検出器６内の光電子像倍管（図示
せず）の高圧電源を、SIM用とSEM用別々にし、ビーム切
換器17と連動させることにより、鮮明で見やすいSIM像
とSEM像との切り換えを行う。また、制御用コンピュー
タの表示用CRT20にSIM像表示エリア21とSEM像表示エリ
ア22を設け、それぞれの像を静止像として表示する。第
２図で、コンタクトホール部23の配線27の断面観察例を
説明する。始めに、第２図の破線を示す断面観察部を含
む領域40に集束イオンビーム１の照射とガス銃８からの
原料ガス（通常タングステンカルボニル）の吹付けを同
時に行い、その領域40に金属膜付けを行う。次に第２図
の一点鎖線で囲む加工エリア26をイオンビーム照射によ
るスパッタエッチングで溝堀加工して、コンタクトホー
ル部23の断面を露出させ、次にこれを斜め方向からの電
子ビーム照射に切り換えて、第３図の断面像を得る。つ
まり、基板46上にある絶縁膜断面48と配線断面41、42と
保護膜断面45及び本方式により形成された金属膜断面47
が観察される。配線41と配線42のコンタクト部23が観察
される。この場合、本発明装置では、イオンビーム照射
系と電子ビーム照射系とが独立で、ビーム切換器17によ
りイオンビームと電子ビームが切り換えられると同時
に、SIM像用とSEM像用の二次電子検出器６の光電子増倍
管高圧と、二次電子信号の前置増幅器18、19も連動で切
り換えられるため、SIM像とSEM像のコントラストや明る
さをそれぞれ見やすく調整できる。そして、加工作業中
必要に応じて、リアルタイムにイオンビームと電子ビー
ムをビーム切換器により切り換え、鮮明なSIM像とSEM像
がそれぞれ表示される。この構成により、目的とする場
所の断面加工と、断面形状の観察を、連続的に切り換え
ることができる。
本発明は、上記の構成により半導体試料の目的の場所
の断面像を、加工作業中必要に応じて、リアルタイムに
イオンビームと電子ビームを切り換えて、鮮明な像を表
示出来るので、微小な異物や異状形状を直ちに発見でき
る効果を有する。
の断面像を、加工作業中必要に応じて、リアルタイムに
イオンビームと電子ビームを切り換えて、鮮明な像を表
示出来るので、微小な異物や異状形状を直ちに発見でき
る効果を有する。
第１図は、本発明の一実施例の構成を示す図、第２図は
LSIのコンタクトホール部の上面図、第３図は第３図中
の断面図を示す図である。 １……集束イオンビーム ２……試料 ３……イオン光学系 ４……試料ステージ ５……二次電子 ６……二次電子検出 ７……主増幅器 ８……有機金属化合物ガス銃 ９……ビームブランキング電極 10……電子源 11……電子ビーム 12……コンデンサレンズ（電磁型） 13……ビームブランキングコイル 14……スティングメータコイル 15……対物レンズ（電磁型） 16……XY変更コイル 17……ビーム切換器 18……SIM用前置増幅器 19……SEM用前置増幅器 20……表示用CRT 21……SIM増表示エリア 22……SEM増表示エリア 23……コンタクトホール部 26……加工エリア
LSIのコンタクトホール部の上面図、第３図は第３図中
の断面図を示す図である。 １……集束イオンビーム ２……試料 ３……イオン光学系 ４……試料ステージ ５……二次電子 ６……二次電子検出 ７……主増幅器 ８……有機金属化合物ガス銃 ９……ビームブランキング電極 10……電子源 11……電子ビーム 12……コンデンサレンズ（電磁型） 13……ビームブランキングコイル 14……スティングメータコイル 15……対物レンズ（電磁型） 16……XY変更コイル 17……ビーム切換器 18……SIM用前置増幅器 19……SEM用前置増幅器 20……表示用CRT 21……SIM増表示エリア 22……SEM増表示エリア 23……コンタクトホール部 26……加工エリア
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｌ 21/66 Ｇ０１Ｎ 1/28 Ｆ (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01J 37/28 G01N 1/28 H01J 37/20 H01J 37/22 H01J 37/31 H01L 21/66
Claims (3)
- 【請求項１】試料表面に集束イオンビームを走査させる
集束イオンビーム照射系と、前記試料表面に電子ビーム
を走査させる電子ビーム照射系と、前記試料を移動させ
る試料ステージと、前記集束イオンビーム又は前記電子
ビーム照射時に前記試料表面から放出される二次電子を
捕らえる二次電子検出器と、前記二次電子検出器の出力
を画像として表示する画像表示装置と、前記集束イオン
ビーム照射系からの集束イオンビームと前記電子ビーム
照射系からの電子ビームとのビームを切り替えるビーム
切替器から成る荷電ビーム断面加工・観察装置におい
て、前記集束イオンビーム照射系と前記電子ビーム照射
系とを互いにその照射軸を90度より狭い角度に配置し、
前記集束イオンビーム及び前記電子ビームのビーム毎に
前記二次電子検出器から出力される信号処理を最適な状
態に設定可能な二次電子制御系とを備え、前記ビーム切
替器と前記二次電子制御系とを連動させ、前記集束イオ
ンビームと電子ビームとを前記ビーム切替器で切り替え
ると同時に、前記二次電子制御系の設定が切り替わり、
前記集束イオンビームによる試料表面画像と前記電子ビ
ームによる断面画像とを前記画像表示装置に画像表示す
ることを特徴とする荷電ビーム断面加工・観察装置。 - 【請求項２】前記信号処理は、主増幅器の前におかれる
SIM用前置増幅器とSEM用前置増幅器によってなされ、前
記ビーム切替器によりイオンビームと電子ビームが切り
替えられると同時に連動して切り替えられることを特徴
とする請求項１記載の荷電ビーム断面加工・観察装置。 - 【請求項３】前記二次電子検出器内の光電子倍増管高圧
電源をSIM用とSEM用別々にして、前記ビーム切替器によ
りイオンビームと電子ビームが切り替えられると同時に
連動して切り替えられることを特徴とする請求項１又は
２記載の荷電ビーム断面加工・観察装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2273526A JP3041403B2 (ja) | 1990-10-12 | 1990-10-12 | 荷電ビーム断面加工・観察装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2273526A JP3041403B2 (ja) | 1990-10-12 | 1990-10-12 | 荷電ビーム断面加工・観察装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04149945A JPH04149945A (ja) | 1992-05-22 |
| JP3041403B2 true JP3041403B2 (ja) | 2000-05-15 |
Family
ID=17529083
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2273526A Expired - Lifetime JP3041403B2 (ja) | 1990-10-12 | 1990-10-12 | 荷電ビーム断面加工・観察装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3041403B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7718981B2 (en) | 2005-12-09 | 2010-05-18 | Sii Nanotechnology Inc. | Composite charged-particle beam system |
Families Citing this family (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3373585B2 (ja) * | 1993-04-07 | 2003-02-04 | 株式会社日立製作所 | 走査型プローブ加工観察装置 |
| JP3887356B2 (ja) * | 2003-07-08 | 2007-02-28 | エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社 | 薄片試料作製方法 |
| JP4572934B2 (ja) * | 2007-12-25 | 2010-11-04 | 株式会社日立製作所 | 試料作製装置 |
| JP2010197272A (ja) * | 2009-02-26 | 2010-09-09 | Jeol Ltd | 電子顕微鏡の試料コーティング方法 |
| JP6336887B2 (ja) * | 2014-10-22 | 2018-06-06 | 日本電子株式会社 | 試料作製装置及び試料作製方法 |
| CN112882353B (zh) * | 2021-01-28 | 2021-11-30 | 清华大学 | 一种基于柔性纳米伺服运动系统的扫描电镜直写光刻系统 |
-
1990
- 1990-10-12 JP JP2273526A patent/JP3041403B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7718981B2 (en) | 2005-12-09 | 2010-05-18 | Sii Nanotechnology Inc. | Composite charged-particle beam system |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04149945A (ja) | 1992-05-22 |
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