JP3041405B2 - ミクロ断面観察方法 - Google Patents
ミクロ断面観察方法Info
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- JP3041405B2 JP3041405B2 JP2321834A JP32183490A JP3041405B2 JP 3041405 B2 JP3041405 B2 JP 3041405B2 JP 2321834 A JP2321834 A JP 2321834A JP 32183490 A JP32183490 A JP 32183490A JP 3041405 B2 JP3041405 B2 JP 3041405B2
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- Japan
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- section
- cross
- ion beam
- sample
- observation
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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、不良解析などのために半導体デバイスの特
定位置を断面観察する方法に関する。
定位置を断面観察する方法に関する。
LSI（大規模集積回路）等の高集積化、微細化に伴
い、開発工程や製造工程におけるLSIの断面加工、断面
観察を集束イオンビーム例えばガリウムイオンビーム装
置で実施する技術が特開平２−152155号公報等で示され
ている。
い、開発工程や製造工程におけるLSIの断面加工、断面
観察を集束イオンビーム例えばガリウムイオンビーム装
置で実施する技術が特開平２−152155号公報等で示され
ている。
これは、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
加工部を一面として角型に穴あけし、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する技術である。
置出しし、さらにマスクレスエッチング機能により断面
加工部を一面として角型に穴あけし、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する技術である。
従来の方法では、断面観察時にLSIの表面保護膜や層
間膜などの絶縁膜の二次荷電粒子（例えば二次電子）像
は全て同じように暗く見えるため、絶縁膜間の区別がつ
かなかった。
間膜などの絶縁膜の二次荷電粒子（例えば二次電子）像
は全て同じように暗く見えるため、絶縁膜間の区別がつ
かなかった。
そのため、断面形成後に試料を試料室から取り出し、
酸などで断面をウェットエッチングし各層間に段差をつ
けた後、走査イオン（あるいは電子）顕微鏡でその断面
観察をするのが一般的であった。
酸などで断面をウェットエッチングし各層間に段差をつ
けた後、走査イオン（あるいは電子）顕微鏡でその断面
観察をするのが一般的であった。
本発明の目的は、酸などによる断面のウェットエッチ
ングせずに絶縁膜間のコントラストが二次荷電粒子像上
で得られる断面観察方法を提供することにある。
ングせずに絶縁膜間のコントラストが二次荷電粒子像上
で得られる断面観察方法を提供することにある。
本発明において開示される発明の概要を説明すれば、
次のとおりである。
次のとおりである。
試料の断面形成部を走査イオン顕微鏡機能等を用い
て、位置出しを行う。
て、位置出しを行う。
場合により、次にマスクレステポ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。
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、加工穴の側壁の少なくとも１
つが観察断面位置となるようにする。
あけ加工を行い、その際、加工穴の側壁の少なくとも１
つが観察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を回転、傾斜
し、走査イオン顕微鏡機能を用いて、前記加工穴の断面
観察を開始する。
し、走査イオン顕微鏡機能を用いて、前記加工穴の断面
観察を開始する。
観察時に断面上に集束イオンビーム照射を二次荷電粒
子（例えば二次電子）像上で、絶縁膜間にコントラスト
差がつくまで繰り返し行う。
子（例えば二次電子）像上で、絶縁膜間にコントラスト
差がつくまで繰り返し行う。
必要に応じてを再度実施し断面を形成する。これに
より、で現れた絶縁膜間のコントラストは消える。
より、で現れた絶縁膜間のコントラストは消える。
本発明者達は、試料の任意位置の断面観察時に、断面
上に集束イオンビームを照射し続けることにより、ある
種の絶縁膜（窒化膜、有材膜）の部分のみ像が明るく変
化すること。変化の度合いは膜の種類によって異なるこ
とを見出した。すると、従来は一様に暗く見えていた絶
縁膜の像にコントラストがつくため、酸などによるウェ
ットエッチングすることなく多層になっている絶縁膜層
の各層の形状観察が可能となる。これは窒化膜、有材膜
等の絶縁膜においては、あるスレシッュホールド以上の
イオンビームドーズにより、極表面層が変質し、ある程
度の導電性を持つようになるためと考えられる。つま
り、表面変質が起こる前は絶縁膜部分は一様にチャージ
アップしていたものが、変質後は絶縁膜の種類ごとにチ
ャージアップ電位が変化するため、コントラストが生じ
ると考えられる。
上に集束イオンビームを照射し続けることにより、ある
種の絶縁膜（窒化膜、有材膜）の部分のみ像が明るく変
化すること。変化の度合いは膜の種類によって異なるこ
とを見出した。すると、従来は一様に暗く見えていた絶
縁膜の像にコントラストがつくため、酸などによるウェ
ットエッチングすることなく多層になっている絶縁膜層
の各層の形状観察が可能となる。これは窒化膜、有材膜
等の絶縁膜においては、あるスレシッュホールド以上の
イオンビームドーズにより、極表面層が変質し、ある程
度の導電性を持つようになるためと考えられる。つま
り、表面変質が起こる前は絶縁膜部分は一様にチャージ
アップしていたものが、変質後は絶縁膜の種類ごとにチ
ャージアップ電位が変化するため、コントラストが生じ
ると考えられる。
また、このときイオンビーム照射が過剰になると、特
に配線と絶縁膜との境界が若干はっきりしなくなること
があるが、上記のようにして再度断面を形成すること
でこの問題は解決できるとともに、絶縁膜種間コントラ
ストを消すことが可能である。
に配線と絶縁膜との境界が若干はっきりしなくなること
があるが、上記のようにして再度断面を形成すること
でこの問題は解決できるとともに、絶縁膜種間コントラ
ストを消すことが可能である。
第１図は本発明の一実施例であるイオンビームによる
LSIのミクロ断面観察方法を説明するための図で、第１
図（ａ）は形成した断面を観察するため試料ステージを
傾斜（例えば60゜に）させて、従来の観察方法（例えば
ビームエネルギー30KeV、ビーム電流２〜30pA）で断面
を観察した例を示した図、第１図（ｂ）は本発明を実施
して断面を観察した一例を示した図である。
LSIのミクロ断面観察方法を説明するための図で、第１
図（ａ）は形成した断面を観察するため試料ステージを
傾斜（例えば60゜に）させて、従来の観察方法（例えば
ビームエネルギー30KeV、ビーム電流２〜30pA）で断面
を観察した例を示した図、第１図（ｂ）は本発明を実施
して断面を観察した一例を示した図である。
〈具体例１〉 試料の断面形成終了後、第１図（ａ）に示す如く、断
面観察のため試料ステージを60゜傾斜させて、断面をイ
オンビーム照射方向へ観察可能の位置に向ける。次に、
集束させたガリウムイオンビームを断面を含む領域に電
流密度1pA/μm2、ビームスキャンスピード0.2秒〜画面
で約45秒照射すると、窒化物系の絶縁膜のみが第１図
（ｂ）に示す如く明るくなり、絶縁膜間のコントラスト
を確認できる。また、本実施例で電流密度を上げること
でコントラストがつくまでの時間を短縮することができ
る。このコントラストを確認できた後に、この断面を比
較的低電流ビーム（例えば2pA〜30pA）で走査イオン顕
微鏡により観察する。
面観察のため試料ステージを60゜傾斜させて、断面をイ
オンビーム照射方向へ観察可能の位置に向ける。次に、
集束させたガリウムイオンビームを断面を含む領域に電
流密度1pA/μm2、ビームスキャンスピード0.2秒〜画面
で約45秒照射すると、窒化物系の絶縁膜のみが第１図
（ｂ）に示す如く明るくなり、絶縁膜間のコントラスト
を確認できる。また、本実施例で電流密度を上げること
でコントラストがつくまでの時間を短縮することができ
る。このコントラストを確認できた後に、この断面を比
較的低電流ビーム（例えば2pA〜30pA）で走査イオン顕
微鏡により観察する。
〈具体例２〉 CCD（Charge Coupled Devece）イメージセンサの断面
観察時に、上記の同様の手順で数十秒から数分間イオン
ビームを照射することで、感光部のレンズ部などの有機
膜間でのコントラストがつくので、各有機膜の断面形状
観察が可能となる。
観察時に、上記の同様の手順で数十秒から数分間イオン
ビームを照射することで、感光部のレンズ部などの有機
膜間でのコントラストがつくので、各有機膜の断面形状
観察が可能となる。
なお、上記方法で本発明を実施するにあたり、イオン
ビーム照射の影響によりLSI断面の配線層と絶縁膜間等
の境界が不鮮明になることがあるが、断面形成の手順に
従い、断面部をわずかに（例えば0.1μｍ程度）イオン
ビームエッチングすることで、より鮮明な断面像を再度
得ることが可能である。この場合、元の断面観察と同様
にコントラストのつかない断面像を得ることが可能であ
る。また、本発明は他の装置や他の手段で形成した断面
にも適用可能であることを明記しておく。
ビーム照射の影響によりLSI断面の配線層と絶縁膜間等
の境界が不鮮明になることがあるが、断面形成の手順に
従い、断面部をわずかに（例えば0.1μｍ程度）イオン
ビームエッチングすることで、より鮮明な断面像を再度
得ることが可能である。この場合、元の断面観察と同様
にコントラストのつかない断面像を得ることが可能であ
る。また、本発明は他の装置や他の手段で形成した断面
にも適用可能であることを明記しておく。
本発明によれば、上記のように断面観察時に集束イオ
ンビームを断面上に照射することにより、断面形成後に
ウェットエッチング等をすることなしに、絶縁膜各層間
のコントラストが得られ、断面観察時の情報量を短時間
で増やすことができる。
ンビームを断面上に照射することにより、断面形成後に
ウェットエッチング等をすることなしに、絶縁膜各層間
のコントラストが得られ、断面観察時の情報量を短時間
で増やすことができる。
また、請求項１の実施にあたり、集束イオンビーム照
射の影響により、LSI断面の配線層と絶縁膜との境界が
少しずつぼやけてくることがあるが、必要に応じて断面
形成の手順に従い断面部をわずかにエッチングし断面を
再形成することで境界の鮮明な断面像を再び得ると同時
に絶縁膜のコントラストを消すことが可能となる。
射の影響により、LSI断面の配線層と絶縁膜との境界が
少しずつぼやけてくることがあるが、必要に応じて断面
形成の手順に従い断面部をわずかにエッチングし断面を
再形成することで境界の鮮明な断面像を再び得ると同時
に絶縁膜のコントラストを消すことが可能となる。
以上により、従来の集束イオンビームによるミクロ断
面加工・観察方法では不可能であった多層絶縁膜の各層
の形状観察が可能となった。
面加工・観察方法では不可能であった多層絶縁膜の各層
の形状観察が可能となった。
第１図（ａ）は形成した断面を従来の観察方法で観察し
た一例を示した図、第１図（ｂ）は本発明を実施して断
面を観察した一例を示した図、第２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……保護膜と層間絶縁膜 １−１……窒化物系保護膜 １−２……酸化珪素層間絶縁膜 ２……上層配線 ３……下層配線 ４……珪素基板 ５……境界不明瞭部 21……イオン鏡筒 22……試料ステージ 23……試料ホルダー 23……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 34……増幅器 35……表示部
た一例を示した図、第１図（ｂ）は本発明を実施して断
面を観察した一例を示した図、第２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……保護膜と層間絶縁膜 １−１……窒化物系保護膜 １−２……酸化珪素層間絶縁膜 ２……上層配線 ３……下層配線 ４……珪素基板 ５……境界不明瞭部 21……イオン鏡筒 22……試料ステージ 23……試料ホルダー 23……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 34……増幅器 35……表示部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01J 37/28 H01J 37/30 H01L 21/66
Claims (4)
- 【請求項１】イオンビーム電流値を切り替える手段を備
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、二次荷電粒子検出
器とを備え、走査イオン顕微鏡機能、マスクレスエッチ
ング機能をもつ集束イオンビーム装置を用いて、試料の
任意位置のミクロ断面加工及び観察を行う観察方法にお
いて、前記試料の所定位置の断面加工後、該断面をイオ
ンビーム照射方向に向くよう試料を傾斜し、二次荷電粒
子像上で絶縁膜間に絶縁膜各層の材質の違いによるコン
トラスト差がつくまで集束イオンビーム照射を行った
後、断面観察を行うことを特徴とするミクロ断面観察方
法． - 【請求項２】請求項１記載のミクロ断面観察方法による
観察後に、必要に応じて断面形成の手順に従って断面部
をわずかに（例えば0.1μｍ程度）イオンビームエッチ
ングすることで、ビーム照射過剰による悪影響を排除す
ると同時に請求項１記載のコントラストを消せることを
特徴とするミクロ断面観察方法。 - 【請求項３】イオンビーム電流値を切り替える手段を備
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、二次荷電粒子検出
器とを備え、走査イオン顕微鏡機能、マスクレスエッチ
ング機能をもつ集束イオンビーム装置を用いて、試料の
任意位置のミクロ断面加工及び観察を行う観察方法にお
いて、 走査イオン顕微鏡機能を用いて試料の断面形成部の位置
だしを行う工程と、 マスクレスエッチング機能によって穴あけ加工を行う工
程と、 前記加工穴の観察したい断面を前記走査型イオン顕微鏡
にて観察できる方向に試料を傾斜する工程と、 前記断面上に集束イオンビーム照射を、二次荷電粒子像
上で絶縁膜間にコントラスト差がつくまで繰り返し行う
工程と、 走査型イオン顕微鏡機能を用いて前記加工穴の断面観察
を行う工程と、 を有することを特徴とするミクロ断面観察方法。 - 【請求項４】前記コントラスト差がつくまで照射する集
束イオンビーム電流は、前記断面観察時に比べて電流密
度を上げて照射されることを特徴とする請求項１または
３に記載のミクロ断面観察方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2321834A JP3041405B2 (ja) | 1990-11-26 | 1990-11-26 | ミクロ断面観察方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2321834A JP3041405B2 (ja) | 1990-11-26 | 1990-11-26 | ミクロ断面観察方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04192247A JPH04192247A (ja) | 1992-07-10 |
| JP3041405B2 true JP3041405B2 (ja) | 2000-05-15 |
Family
ID=18136949
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2321834A Expired - Lifetime JP3041405B2 (ja) | 1990-11-26 | 1990-11-26 | ミクロ断面観察方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3041405B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8709269B2 (en) * | 2007-08-22 | 2014-04-29 | Applied Materials Israel, Ltd. | Method and system for imaging a cross section of a specimen |
| JP5085475B2 (ja) * | 2008-09-12 | 2012-11-28 | セイコーアイ・テクノリサーチ株式会社 | 試料作製方法および試料作製装置 |
-
1990
- 1990-11-26 JP JP2321834A patent/JP3041405B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04192247A (ja) | 1992-07-10 |
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