JP3117950B2 - 荷電粒子装置 - Google Patents

荷電粒子装置

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JP3117950B2
JP3117950B2 JP10140005A JP14000598A JP3117950B2 JP 3117950 B2 JP3117950 B2 JP 3117950B2 JP 10140005 A JP10140005 A JP 10140005A JP 14000598 A JP14000598 A JP 14000598A JP 3117950 B2 JP3117950 B2 JP 3117950B2
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、集束イオンビーム装置
ＦＩＢ（Focused Ion Beam）と走査電子顕微鏡ＳＥＭ
（Scanning Electron Microscope）を組み合わせた荷電
粒子装置に関するものである。これは、半導体装置の欠
陥観察に良く使われる。
【０００２】
【従来技術】従来ＦＩＢ・ＳＥＭを組み合わせた荷電粒
子装置は、特開平２−１２３７４９号公報に開示されて
いる。図３において、走査しながら集束イオンビーム１
１を試料表面に対して垂直に照射する集束イオンビーム
照射鏡筒１と、試料３の集束イオンビーム１１が走査照
射している位置に、斜めから集束された電子ビーム１２
を走査照射する電子ビーム照射鏡筒２を備えている。集
束イオンビーム照射鏡筒１からの集束イオンビーム１１
により、試料３表面から発生する二次荷電粒子を図示し
ない二次荷電粒子検出器により検出し、その検出強度に
基づいて試料３表面画像は図示しないＣＲＴに表示され
る。また、ＣＲＴに表示された試料３表面画像に基づい
て、集束イオンビーム１１の走査領域を設定し、試料３
表面の所定領域をエッチング除去することができる。つ
まり、集束イオンビーム１１を走査領域似て繰り返し走
査・照射することにより、試料３の所定位置にて、試料
断面を形成することができる。
【０００３】集束イオンビーム１１により形成された試
料３の断面に、電子ビーム照射鏡筒２からの集束された
電子ビーム１２を、走査しながら照射する。電子ビーム
１２照射により試料断面から発生する二次荷電粒子を二
次荷電粒子検出器により検出し、その検出強度に基づい
て試料断面画像はＣＲＴに表示される。電子ビーム１２
照射により試料断面から発生する二次線は、二次電子等
の二次荷電粒子に限らずＸ線も放出される。このＸ線に
含まれる固有Ｘ線を検出することにより、断面された部
分ので成分を分析することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】一般に、イオンビーム
を集束するレンズは、静電レンズを用い、集束イオンビ
ーム１１を走査するために集束イオンビーム光軸に対し
て直交する電界を印加する走査電極を用いる。また、一
般に、電子ビーム１２に関しては、ヨークコイルを用い
て、磁界により、集束したり、偏向走査している。
【０００５】そして、一般に、集束イオンビーム１１照
射と、電子ビーム１２照射は、交互に繰り返して作動さ
せている。電子ビーム照射鏡筒２からの電子ビーム１２
を作動させた後、電子ビーム１２の照射を止めてヨーク
オイルに流れる電流を０にしても、電子ビーム１２を集
束走査させるヨークコイルで発生させた磁界が完全に０
にならず、残留してしまう。残留する磁界は、その作動
履歴によって、常に一定ではなく、時々変化している。
このため、集束イオンビーム照射鏡筒１からの集束イオ
ンビーム１１を作動させると、残留している磁界のた
め、集束イオンビーム１１の軌跡が変化する。つまり、
観察のたびに、観察画像の位置が変化するばかりでな
く、加工する際に、加工領域が、所望の領域と異なるこ
とになる。また、集束イオンビーム１１を構成するイオ
ンは、一般に、異なる荷電比のもので構成される。例え
ば、１価、２価、クラスターイオンである。この異なる
荷電比により、偏向される量が異なるため、集束されて
いるイオンビーム１１は見かけ上広がることになる。つ
まり、集束イオンビーム装置としての分解能が低くな
る。
【０００６】また、二次荷電粒子検出器には、試料３表
面から発生した二次荷電粒子を二次荷電粒子検出器に引
き込むために、二次電子取り入れ口に電界が形成されて
いる。この二次荷電粒子検出器による電界のため、電子
ビーム１２は偏向される。特に、電子ビーム１２の加速
電圧を切替えると、電子ビーム１２の偏向量（軌跡が曲
げられる量）は異なるため、電子ビーム１２が照射され
る位置が変化する。つまり、集束イオンビーム１１の試
料表面での照射位置と電子ビーム１２の照射位置を一致
させても、電子ビーム１１の加速電圧を切替えると、そ
れらの位置がずれることになる。特に、ＦＩＢ・ＳＥＭ
を組み合わせた荷電粒子装置においては、試料３近傍に
配置すべき物が多いため、電子ビーム照射鏡筒２先端と
試料との距離（ワーキングディスタンス）が長くなるた
め、二次電子検出器からの電界による電子ビーム１２の
偏向量が大きくなる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】走査させながら集束イオ
ンビームを試料表面に照射する集束イオンビーム照射鏡
筒の先端に、集束イオンビーム照射軸を囲むように、磁
気シールドする防磁筒を設ける。また、走査させなが
ら、試料の断面を照射する電子ビーム照射鏡筒の先端
に、電子ビーム照射軸を囲むように、電場を遮断する防
電筒を配置する。
【０００８】集束イオンビームの軌跡上で、集束イオン
ビーム照射鏡筒先端と試料との間が、最も電子ビーム照
射鏡筒に近く、電子ビーム照射鏡筒のヨークコイルから
の磁場の影響が最も大きい。集束イオンビーム照射鏡筒
先端に防磁筒を設けることにより、残留磁気に影響され
ることなく、集束イオンビーム照射位置は、常に、一定
になる。また、イオン価による集束イオンビームの広が
りがなくなり、微少スポットが得られ、分解能が高くな
る。
【０００９】更に、電子ビームの軌跡上で、電子ビーム
照射鏡筒先端と試料との間が、電子ビームが露出してお
り、また二次荷電粒子検出器にも近い。電子ビーム照射
鏡筒先端と試料との間が、二次荷電粒子検出器の二次荷
電粒子を引き込むための電界の影響をまともに受ける。
電子ビーム照射鏡筒の先端に、防電筒を設けることによ
り、露出量が減る。そして、電子ビームは二次荷電粒子
検出器により偏向量が軽減され、電子ビームの加速電圧
を切替えても、電子ビームの照射位置の変化量は軽減さ
れる。
【００１０】
【発明の実施の形態】本発明の一実施例を図１に基づい
て説明する。集束イオンビーム照射鏡筒について説明す
る。集束イオンビーム照射鏡筒１には、以下図示しない
が、一方の端部に、液体金属イオンビームを発生するイ
オン源が配置されている。そして集束イオンビーム照射
鏡筒１内に、イオンビーム軸周りに、イオンを集束し集
束イオンビーム１１とする静電レンズと、集束イオンビ
ーム１１を偏向走査する走査電極と、集束イオンビーム
１１の照射をオン・オフするブランカ電極が配置されて
いる。集束イオンビーム照射鏡筒１からは、細く集束さ
れた集束イオンビーム１１が発生し、試料３の表面の所
定領域を照射する。集束イオンビーム照射鏡筒１の筒部
は、非磁性材料にて作られている。
【００１１】また、電子ビーム照射鏡筒２について説明
する。電子ビーム照射鏡筒２内には、図示しない電子銃
がその端部に配置されている。また、電子ビーム照射鏡
筒２内には、電子ビーム１２を集束し、偏向走査する図
示しないヨークコイルが配置されている。電子ビーム照
射鏡筒２からは、細く絞られた電子ビーム１２が発生
し、集束イオンビーム１１により形成された試料３の断
面を照射する。つまり、集束イオンビーム照射鏡筒１と
電子ビーム照射鏡筒２からのそれぞれのビーム１１、１
２は、試料３に対してほぼ一致する位置を照射するよう
に、集束イオンビーム照射鏡筒１と電子ビーム照射鏡筒
２とは、配置されている。電子ビーム照射鏡筒２の筒部
は、高透磁率性の磁性材料でできている。これは、ヨー
クコイルにて発生した磁界を効率良く３次元形成するた
めである。
【００１２】更に、集束イオンビーム照射鏡筒１先端に
は、集束イオンビーム１１の光軸を囲むように、磁気シ
ールドする防磁筒２１が脱着可能に取り付けられてい
る。防磁筒２１は、磁気シールド性のある材質であれ
ば、何でもよいが、パーマロイが望ましい。これは、装
置内に、エッチング性ガス導入する場合（イオンビーム
アシストエッチングを行うため）があるため、或る程度
の耐食性も必要なためにパーマロイを用いる。防磁筒２
１のために、電子ビーム照射鏡筒２から磁界は、防止さ
れ、集束イオンビーム１１の飛程は、磁界により影響さ
れない。また、防磁筒２１は、脱着可能に集束イオンビ
ーム照射鏡筒１先端に取り付けられているため、試料３
等の接触により防磁筒２１が破損しても容易に、取り替
えることができる。
【００１３】また、電子ビーム照射鏡筒２の先端部に
は、防電筒２２が取り付けられている。前にも説明した
ように、電子ビーム照射鏡筒２の筒部分は、高透磁材料
でできており、防電筒２２は、非磁性で導電性の材料
（例えばアルミニウム、オーステナイト系ステンレス、
銅）でできている。また、防電筒２２は、電位的に接地
状態で、脱着可能に電子ビーム照射鏡筒２の先端部に取
り付けられている。電子ビーム照射鏡筒２の先端部に防
電筒２２が取り付けられているため、図示しない二次荷
電粒子検出器からの電場を、電子ビーム１２に影響を与
えることがなくなり、電子ビーム１２の加速電圧の切替
えによる、電子ビーム１２の飛程の変化は軽減される。
また、防電筒２２、脱着可能に電子ビーム照射鏡筒２先
端に取り付けられているため、試料３等の接触により防
電筒２２が破損しても容易に、取り替えることができ
る。
【００１４】別の実施例を図２に基づいて説明する。集
束イオンビーム照射鏡筒１、及びその先端に取り付けら
れた防磁筒２１は、図１に示した実施例と同じである。
電子ビーム照射鏡筒２が、その分解能を向上させるた
め、所謂、磁界漏洩型の電子ビーム照射鏡筒２を用いる
場合がある。磁界漏洩型の電子ビーム照射鏡筒２は、そ
の先端から磁界が外部に洩れているタイプである。この
洩れている磁界も電子ビーム１２の集束や走査に寄与し
ているものである。電子ビーム照射鏡筒２の先端から外
部に洩れている磁界は、集束イオンビーム照射鏡筒１の
先端に取り付けられた防磁筒２１の影響で、乱れること
になる。そして、電子ビーム２の非点性が増大し、照射
位置がシフトし、そしてスポット径の増大をもたらす。
このため、図２に実施例では、高透磁率材料の電子ビー
ム照射鏡筒用防磁筒２５が電子ビーム照射鏡筒２の先端
に脱着可能に取り付けられている。電子ビーム照射鏡筒
用防磁筒２５と電子ビーム照射鏡筒２との間には、図４
に示すように磁性的に隙間３０を設けてある。磁界漏洩
型の電子ビーム照射鏡筒２からの洩れ磁界は、電子ビー
ム照射鏡筒用防磁筒２５及び隙間３０により対物レンズ
としての性能を損なうことなくコントロールされている
ため、集束イオンビーム照射鏡筒１の先端に取り付けら
れた防磁筒２１に影響されることはなくなる。
【００１５】
【発明の効果】以上の様に本発明によれば、ＦＩＢとＳ
ＥＭを組み合わせた荷電粒子装置において、集束イオン
ビーム照射鏡筒の先端に防磁筒を設けている。このこと
により、集束イオンビームは、電子ビーム照射鏡筒から
発生する磁場に影響されることなく試料を照射するの
で、位置がずれたり、ビームが太くならない。また、電
子ビーム照射鏡筒先端に、防電筒がもうけられている。
このため、電子ビームは二次荷電粒子検出器から発生す
る電場の影響を少なくすることができる。そして、電子
ビームの照射位置のシフトを防止できる。また、電子ビ
ーム照射鏡筒が漏洩型の場合、電子ビーム照射鏡筒先端
に、防磁筒を設けることにより、集束イオンビーム照射
鏡筒の先端に防磁筒の影響を受けることなく、電子ビー
ムの照射位置のシフトを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明の一実施例の主要断面図であ
る。
【図２】図２は、本発明の他の実施例の主要断面図であ
る。
【図３】図３は、従来例の主要断面図である。
【図４】図４は、図２のＡ部分の拡大断面図である。
【符号の説明】
１ 集束イオンビーム照射鏡筒 ２ 電子ビーム照射鏡筒 ３ 試料 １１ 集束イオンビーム １２ 電子ビーム ２１ 防磁筒 ２２ 防電筒 ２５ 電子ビーム照射鏡筒用防磁筒 ３０ 隙間
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01J 37/09 H01J 37/28 H01J 37/305 H01L 21/66

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 荷電粒子である液体金属イオンを発生す
    るイオン源と、前記液体金属イオンを集束し、集束イオ
    ンビームにして試料表面を照射する静電レンズと、前記
    集束イオンビームを走査するための走査電極と、前記集
    束イオンビームの前記試料への照射をオン・オフするブ
    ランカを内部に備えた非磁性の集束イオンビーム照射鏡
    筒と、 電子ビームを発生する電子銃と、前記電子ビームを集束
    ・走査させるヨークコイルを内部に備え、前記試料の前
    記集束イオンビーム照射位置に前記電子ビームを照射す
    る高透磁率材料にて作られた電子ビーム照射鏡筒と、 前記集束イオンビーム又は電子ビームの前記試料への照
    射により試料表面から発生する２次荷電粒子を検出する
    ２次荷電粒子検出器と、 ２次荷電粒子検出器が検出した２次荷電粒子の強度に基
    づいて前記試料の表面の画像を表示する画像表示装置
    と、 前記電子ビーム照射鏡筒からの磁界を実質的に前記集束
    イオンビームの光軸の軌跡に影響を与えないために前記
    集束イオンビーム照射鏡筒の先端に取り付けられた高透
    磁率材料よりなる防磁筒よりなることを特徴とする荷電
    粒子装置。
  2. 【請求項２】 荷電粒子である液体金属イオンを発生す
    るイオン源と、前記液体金属イオンを集束し、集束イオ
    ンビームにして試料表面を照射する静電レンズと、前記
    集束イオンビームを走査するための走査電極と、前記集
    束イオンビームの前記試料への照射をオン・オフするブ
    ランカを内部に備えた非磁性の集束イオンビーム照射鏡
    筒と、 電子ビームを発生する電子銃と、前記電子ビームを集束
    ・走査させるヨークコイルを内部に備え、前記試料の前
    記集束イオンビーム照射位置に前記電子ビームを照射す
    る高透磁率材料にて作られた電子ビーム照射鏡筒と、 前記集束イオンビーム又は電子ビームの前記試料への照
    射により試料表面から発生する２次荷電粒子を検出する
    ２次荷電粒子検出器と、 ２次荷電粒子検出器が検出した２次荷電粒子の強度に基
    づいて前記試料の表面の画像を表示する画像表示装置
    と、 前記２次荷電粒子検出器からの電界を実質的に前記電子
    ビームの光軸の軌跡に影響を与えないために前記電子ビ
    ーム照射鏡筒の先端に取り付けられた非磁性で導電性の
    材料よりなる防電筒よりなることを特徴とする荷電粒子
    装置。
  3. 【請求項３】 荷電粒子である液体金属イオンを発生す
    るイオン源と、前記液体金属イオンを集束し、集束イオ
    ンビームにして試料表面を照射する静電レンズと、前記
    集束イオンビームを走査するための走査電極と、前記集
    束イオンビームの前記試料への照射をオン・オフするブ
    ランカを内部に備えた非磁性の集束イオンビーム照射鏡
    筒と、 電子ビームを発生する電子銃と、前記電子ビームを集束
    ・走査させるヨークコイルを内部に備え、前記試料の前
    記集束イオンビーム照射位置に前記電子ビームを照射す
    る高透磁率材料にて作られた電子ビーム照射鏡筒と、 前記集束イオンビーム又は電子ビームの前記試料への照
    射により試料表面から発生する２次荷電粒子を検出する
    ２次荷電粒子検出器と、 ２次荷電粒子検出器が検出した２次荷電粒子の強度に基
    づいて前記試料の表面の画像を表示する画像表示装置
    と、 前記電子ビーム照射鏡筒からの磁界を実質的に前記集束
    イオンビームの光軸の軌跡に影響を与えないために前記
    集束イオンビーム照射鏡筒の先端に取り付けられた高透
    磁率材料よりなる防磁筒と、 前記防磁筒により前記電子ビーム照射鏡筒からの磁界が
    影響されなうように前記電子ビーム照射鏡筒の先端に取
    り付けられた高透磁率材料よりなる電子ビーム照射鏡筒
    用防磁筒よりなることを特徴とする荷電粒子装置。
  4. 【請求項４】 荷電粒子である液体金属イオンを発生す
    るイオン源と、前記液体金属イオンを集束し、集束イオ
    ンビームにして試料表面を照射する静電レンズと、前記
    集束イオンビームを走査するための走査電極と、前記集
    束イオンビームの前記試料への照射をオン・オフするブ
    ランカを内部に備えた非磁性の集束イオンビーム照射鏡
    筒と、 電子ビームを発生する電子銃と、前記電子ビームを集束
    ・走査させるヨークコイルを内部に備え、前記試料の前
    記集束イオンビーム照射位置に前記電子ビームを照射す
    る高透磁率材料にて作られた電子ビーム照射鏡筒と、 前記集束イオンビーム又は電子ビームの前記試料への照
    射により試料表面から発生する２次荷電粒子を検出する
    ２次荷電粒子検出器と、 ２次荷電粒子検出器が検出した２次荷電粒子の強度に基
    づいて前記試料の表面の画像を表示する画像表示装置
    と、 前記電子ビーム照射鏡筒からの磁界を実質的に前記集束
    イオンビームの光軸の軌跡に影響を与えないために前記
    集束イオンビーム照射鏡筒の先端に取り付けられた高透
    磁率材料よりなる防磁筒と、 前記２次荷電粒子検出器からの電界を実質的に前記電子
    ビームの光軸の軌跡に影響を与えないために前記電子ビ
    ーム照射鏡筒の先端に取り付けられた非磁性で導電性の
    材料よりなる防電筒よりなることを特徴とする荷電粒子
    装置。
  5. 【請求項５】 荷電粒子である液体金属イオンを発生す
    るイオン源と、前記液体金属イオンを集束し、集束イオ
    ンビームにして試料表面を照射する静電レンズと、前記
    集束イオンビームを走査するための走査電極と、前記集
    束イオンビームの前記試料への照射をオン・オフするブ
    ランカを内部に備えた非磁性の集束イオンビーム照射鏡
    筒と、 電子ビームを発生する電子銃と、前記電子ビームを集束
    ・走査させるヨークコイルを内部に備え、前記試料の前
    記集束イオンビーム照射位置に前記電子ビームを照射す
    る高透磁率材料にて作られた電子ビーム照射鏡筒と、 前記集束イオンビーム又は電子ビームの前記試料への照
    射により試料表面から発生する２次荷電粒子を検出する
    ２次荷電粒子検出器と、 ２次荷電粒子検出器が検出した２次荷電粒子の強度に基
    づいて前記試料の表面の画像を表示する画像表示装置
    と、 前記電子ビーム照射鏡筒からの磁界を実質的に前記集束
    イオンビームの光軸の軌跡に影響を与えないために前記
    集束イオンビーム照射鏡筒の先端に脱着可能に取り付け
    られた高透磁率材料よりなる防磁筒よりなることを特徴
    とする荷電粒子装置。
  6. 【請求項６】 荷電粒子である液体金属イオンを発生す
    るイオン源と、前記液体金属イオンを集束し、集束イオ
    ンビームにして試料表面を照射する静電レンズと、前記
    集束イオンビームを走査するための走査電極と、前記集
    束イオンビームの前記試料への照射をオン・オフするブ
    ランカを内部に備えた非磁性の集 束イオンビーム照射鏡
    筒と、 電子ビームを発生する電子銃と、前記電子ビームを集束
    ・走査させるヨークコイルを内部に備え、前記試料の前
    記集束イオンビーム照射位置に前記電子ビームを照射す
    る高透磁率材料にて作られた電子ビーム照射鏡筒と、 前記集束イオンビーム又は電子ビームの前記試料への照
    射により試料表面から発生する２次荷電粒子を検出する
    ２次荷電粒子検出器と、 ２次荷電粒子検出器が検出した２次荷電粒子の強度に基
    づいて前記試料の表面の画像を表示する画像表示装置
    と、 前記２次荷電粒子検出器からの電界を実質的に前記電子
    ビームの光軸の軌跡に影響を与えないために前記電子ビ
    ーム照射鏡筒の先端に脱着可能に取り付けられた非磁性
    で導電性の材料よりなる防電筒よりなることを特徴とす
    る荷電粒子装置。
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