JP5039961B2 - 三次元画像構築方法 - Google Patents
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Description
この方法は、荷電粒子ビーム装置を利用したCut&Seeと呼ばれる手法で、試料の断面像を見ることができることに加え、試料の立体的な観察を様々な方向から行うことができるという、他の方法にはない利点を有している。具体的には、試料に対してFIBを照射してエッチング加工を行い、断面を露出させる。続いて、露出した断面をSEM観察して断面像を取得する。続いて、再度エッチング加工を行って、次の断面を露出させた後、SEM観察により2枚目の断面像を取得する。このように、エッチング加工とSEM観察とを繰り返して、複数枚の断面像を取得する。そして、最後に取得した複数枚の断面像を重ね合わせることで、三次元画像を構築する方法である。
また、三次元画像を構築する際に、試料の断面画像を重ね合わせるのではなく、平面画像を重ね合わせることで三次元画像を構築する装置も知られている(特許文献2参照)。
即ち、特許文献1に記載された装置によれば、ドリフトの原因の1つとされるFIBの照射精度を向上してドリフトを低減しているだけであり、僅かながらでも生じてしまうものである。なお、ドリフトそのものを完全になくすことは不可能である。
そのため、この方法でドリフトを低減させたとしても、できるだけ正確な三次元画像を構築するために、複数の断面像を重ね合わせる際に手動で微調整したり、何らかのパターンを有する試料である場合には、そのパターンが連続して繋がるように自動補正したりする等の作業を並行して行わざるを得なかった。
本発明に係る三次元画像構築方法は、試料の表面に集束イオンビームを照射すると共に原料ガスを供給して、表面を保護するデポジション膜を形成する保護工程と、前記集束イオンビームを利用して、一方向に向かってライン状に延びる補正用マークを前記デポジション膜に形成するマーク形成工程と、前記補正用マークを横切るように前記集束イオンビームを照射しながら前記デポジション膜及び前記試料をエッチング加工して、デポジション膜及び試料の断面を露出させる露出工程と、露出した前記デポジション膜及び前記試料の断面に荷電粒子ビームを照射すると共に、該照射によってデポジション膜及び試料から放出された二次荷電粒子に基づいて断面像を取得する取得工程と、前記露出工程及び前記取得工程を所定回数繰り返し行って、前記一方向に向かって前記断面像を連続的に複数枚取得する繰り返し工程と、前記マーク形成工程時に形成した補正用マークを構築するように、前記断面像に写り込んだ補正用マークの断面を基準にして、前記複数枚の断面像を取得した順番に重ね合わせて基礎三次元画像を構築する構築工程と、を備え、前記取得工程の際、前記荷電粒子ビームを照射する前に、前記断面像に写り込んだ前記補正用マークの断面を基準として照射位置を補正することを特徴とするものである。
まず、試料の表面に集束イオンビーム(FIB)、又は、電子ビーム(EB)を照射すると共に、デポジション膜を形成するための原料ガスを供給して、試料の表面を保護するためのデポジション膜を形成する保護工程を行う。次いで、この保護膜として形成したデポジション膜を利用して補正用マークを形成するマーク形成工程を行う。この際、FIBを利用して、一方向に向かってライン状に延びるように補正用マークを形成する。
次いで、露出したデポジション膜及び試料の断面に荷電粒子ビームを照射する。すると、この荷電粒子ビームの照射によって、デポジション膜及び試料の断面から二次荷電粒子が発生する。そして、この二次荷電粒子に基づいて、デポジション膜及び試料の断面像を取得する。この取得工程によって、1枚目の断面像を取得することができる。なお、この断面像には、補正用マークの断面も写り込んだ状態となっている。
そして、複数枚の断面像を取得した後、各断面像を取得した順番に重ね合わせる構築工程を行う。この際、断面像に写り込んだ補正用マークを基準にして、隣接する断面像同士を順々に重ね合わせていく。つまり、マーク形成工程時に形成したライン状の補正用マークを構築するように複数枚の断面像を重ね合わせる。これにより、各断面像を取得した時に、各断面像がドリフトの影響を受けていたとしても、位置ずれを補正しながら断面像同士を重ね合わせることができる。
また、本発明によれば、荷電粒子ビームを照射してデポジション膜及び試料の断面像を取得する取得工程の際に、補正用マークを基準として荷電粒子ビームの照射位置を補正する。つまり、荷電粒子ビームのドリフト補正を行った後、断面像の取得を行う。これにより、荷電粒子ビームの照射位置誤差に伴うドリフトを極力低減できるので、後に行う構築工程の際に画像処理の負担を減少することができる。よって、構築工程を効率良く行うことができる。また、複数枚の断面像をより正確に重ね合わせることができる。
試料の断面を露出させる露出工程の際に、補正用マークを基準としてFIBの照射位置を補正する。つまり、FIBのドリフト補正を行った後、エッチング加工を行う。これにより、FIBの照射位置誤差に伴うドリフトを極力低減できるので、後に行う構築工程の際に画像処理の負担を減少することができる。よって、構築工程を効率良く行うことができる。また、複数枚の断面像をより正確に重ね合わせることができる。
この発明に係る三次元画像構築方法においては、各断面像を取得した際に、補正用マークの断面が複数露出する。よって、構築工程を行う際に、位置ずれ補正を複数の補正用マークを基準として行えるので、さらに正確な試料の三次元画像を構築することができる。
この荷電粒子ビーム装置1は、図1に示すように、試料2が載置される試料台3と、該試料台3を変位させるステージ4と、試料2に対してFIB及びEBを照射する照射機構5と、FIB及びEBの照射によって発生した二次荷電粒子Eを検出する二次荷電粒子検出器6と、FIBが照射される試料2の表面付近にデポジション膜DPを形成する原料ガスGを供給するガス銃7と、検出された二次荷電粒子Eに基づいて、試料2の画像データを生成する制御部8と、生成された画像データを試料像として表示する表示部9とを備えている。
上記ステージ4は、制御部8の指示にしたがって作動するようになっており、例えば、試料台3を5軸で変位させることができるようになっている。即ち、図1に示すように、試料台3を水平面に平行で且つ互いに直交するX軸及びY軸と、これらX軸及びY軸に対して直交するZ軸とに沿ってそれぞれ移動させたり、試料台3をZ軸回りにローテーションさせたり、試料台3をX軸(又はY軸)回りにチルトさせたりすることができるようになっている。このように試料台3を5軸に変位させることで、試料2をあらゆる姿勢に変位させた状態で、FIB及びEBを照射できるようになっている。
この三次元画像構築方法は、保護工程、マーク形成工程、露出工程、取得工程、繰り返し工程、構築工程、抽出工程を順次行って、断面像(試料像)Xを連続的に複数枚取得した後、これら複数枚の断面像Xを重ね合わせることで試料2の三次元画像を構築する方法である。これら各工程について、以下に詳細に説明する。なお本実施形態では、試料2全体の三次元画像を構築するのではなく、コンタクトホール2cが形成されている領域の断面像Xを取得して、三次元画像を構築する場合を説明する。
続いて、以降の工程で断面像Xを取得する際の視野を確保するための粗加工を行う。つまり、観察開始位置にFIBを照射してエッチング加工(深堀加工)を行い、図4に示すようにV字状の溝部20を形成する。
まず、ライン状に形成した補正用マークMを横切るように、ステージ4によって試料台3を移動させながらFIBを照射してエッチング加工を行い、デポジション膜DP及び試料2の断面をそれぞれ露出させる露出工程を行う。この際、デポジション膜DP及び試料2の断面が補正用マークMに直交する面となるように、試料台3を移動させながらFIBを照射してエッチング加工を行う。特に、この工程では補正用マークMを横切るようにFIBを照射しているので、図7に示すように、デポジション膜DPの断面に補正用マークMの断面も露出した状態となっている。
そして、複数枚の断面像Xの取得が終了した後、オペレータはメモリ部8aに記憶されている各断面像Xを取得した順番に重ね合わせる構築工程を制御部8に行わせる。或いは、オペレータ自身が、この構築工程を行う。この際、断面像Xに写り込んだ補正用マークMを基準にして、図8に示すように、隣接する断面像X同士を順々に重ね合わせていく。つまり、マーク形成工程時に形成したライン状の補正用マークMを構築するように複数枚の断面像Xを重ね合わせる。これにより、各断面像Xを取得したときに、各断面像Xがドリフトの影響を受けていたとしても、位置ずれを補正しながら断面像X同士を重ね合わせることができる。
更に本実施形態では、デポジション膜DPをエッチング加工して補正用マークMを形成しているので、該補正用マークMが剥がれて取れてしまうといった不具合がなく、指標としての信頼性を向上することができる。
G 原料ガス
M 補正用マーク
X 断面像
DP デポジション膜
EB 電子ビーム(荷電粒子ビーム)
FIB 集束イオンビーム(荷電粒子ビーム)
2 試料
Claims (7)
- 試料の表面に集束イオンビームを照射すると共に原料ガスを供給して、表面を保護するデポジション膜を形成する保護工程と、
前記集束イオンビームを利用して、一方向に向かってライン状に延びる補正用マークを前記デポジション膜に形成するマーク形成工程と、
前記補正用マークを横切るように前記集束イオンビームを照射しながら前記デポジション膜及び前記試料をエッチング加工して、デポジション膜及び試料の断面を露出させる露出工程と、
露出した前記デポジション膜及び前記試料の断面に荷電粒子ビームを照射すると共に、該照射によってデポジション膜及び試料から放出された二次荷電粒子に基づいて断面像を取得する取得工程と、
前記露出工程及び前記取得工程を所定回数繰り返し行って、前記一方向に向かって前記断面像を連続的に複数枚取得する繰り返し工程と、
前記マーク形成工程時に形成した補正用マークを構築するように、前記断面像に写り込んだ補正用マークの断面を基準にして、前記複数枚の断面像を取得した順番に重ね合わせて基礎三次元画像を構築する構築工程と、を備え、
前記取得工程の際、前記荷電粒子ビームを照射する前に、前記断面像に写り込んだ前記補正用マークの断面を基準として照射位置を補正することを特徴とする三次元画像構築方法。 - 請求項1に記載の三次元画像構築方法において、
前記構築工程後、前記基礎三次元画像から前記デポジション膜の三次元画像を除去して、前記試料の三次元画像だけを抽出する抽出工程を行うことを特徴とする三次元画像構築方法。 - 請求項1又は2に記載の三次元画像構築方法において、
前記露出工程の際、前記集束イオンビームを照射する前に、前記補正用マークを基準として照射位置を補正することを特徴とする三次元画像構築方法。 - 請求項1から3のいずれか1項に記載の三次元画像構築方法において、
前記マーク形成工程の際、前記集束イオンビームの照射により前記デポジション膜をエッチング加工することで前記補正用マークを形成することを特徴とする三次元画像構築方法。 - 請求項1から3のいずれか1項に記載の三次元画像構築方法において、
前記マーク形成工程の際、前記集束イオンビームの照射と同時に前記原料ガスを供給して、前記デポジション膜上にさらにデポジション膜を堆積させることで前記補正用マークを形成することを特徴とする三次元画像構築方法。 - 請求項1から5のいずれか1項に記載の三次元画像構築方法において、
前記マーク形成工程の際、前記補正用マークを並行に複数本形成することを特徴とする三次元画像構築方法。 - 請求項1から6のいずれか1項に記載の三次元画像構築方法において、
前記露出工程の際、前記補正用マークに直交するように前記断面を露出させることを特徴とする三次元画像構築方法。
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