JPH02152155A - 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

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JPH02152155A JP63304369A JP30436988A JPH02152155A JP H02152155 A JPH02152155 A JP H02152155A JP 63304369 A JP63304369 A JP 63304369A JP 30436988 A JP30436988 A JP 30436988A JP H02152155 A JPH02152155 A JP H02152155A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

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。
〔従来の技術〕
第３図の左側面図は、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、マスクレスエツチング機能、マスクレスデポジ
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、マスクレスエツ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。
〔発明が解決しようとする課題〕
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し、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。
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。
〔課題を解決するための手段〕
本発明が上記目的を達成するために採用する手段は、下
記のとおりである。
ｆｉ＋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、マスクレスエツチン
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。
０次に、マスクレスエツチングａｆｆｔ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
断面観察（計測・分析を含む）を行う。
（２）上記手順［３］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［５］の断面観察は小電流とする上
記ｆｉ＋のミクロ断面加工・観察方法。
なお、上記＋１１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ツチング機能に
よりスライス加工を行い、以後、■〜［５］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・処理装置に人力し、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。
〔作用〕
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。
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。
（実施例〕 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（ａｌはＩＣの観察したい断面位置２を一
点鎖線で示した図、第１図（ｂｌは上記トレンチ１を含
む領域をＦ　Ｉ　ＢＣＶＤ法で膜付けしたところをハン
チングで示した図、第１図（ｃ＋はエツチング機能によ
り観察位置を１辺とした角形の穴あけをした図、第１図
（ｄｌは試料テーブルを傾斜させて（右側をアノフ）、
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ＡＡ
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。ここに、１はトレンチ、２は
断面加工位置、３はＦＩＢＣＶＤによる膜付は部分、４
は穴あけ部、５は断面、６はＳｉ基板、７はＳｉＯ□１
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（ａｌ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　（
Ｆ　Ｉ　Ｂ　　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は空孔部が穴埋めされるとともに
トレンチｌを含む領域３の上面は平ｌｕ化される。この
膜付は後にエツ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、正値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。
粗い穴あけは、比較的高電流でなされる。たとえば、３
０ＫｅＶ、　６ｎＡガリウムイオンビームで、ΔｌＳｉ
Ｏ２，Ｓｉの穴あけ時間は約０．６〜０．７ｓｅｃ／μ
ｍ３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。
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
。
この断面に比較的低電流ビーム（３０〜２ρＡ）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。
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、マクスレスエツチン
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。
〔発明の効果〕
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。
【図面の簡単な説明】
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＋ａｌ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ｆｂ
ｌは上記トレンチを含む領域をＦＩＢＣＶＤ法で膜付け
したところをハツチングで示した図、第１図（Ｃ１はエ
ツ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ｆｄ＋は試料ステージを傾斜させて（
右側を７ノブ）、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ｌ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。 ■ ２　・　・　・ ３　・　・ ４　・ ５　・　・ ６　・　・　・ ２１・　・　・ ２２・　・　・ ２３・　・　・ ２４・　・　・ ２６　　・　・ ２７・　・　・ ２８・　・　・ ３１・　・　・ ３２・　・　・ ！・レンチ 断面加工位置 ＦＩＢ　　ＣＶＤによる膜付は部分 穴あけ部 断面 Ｓｉ基板 ｉｎｇ イオン鏡筒 試料ステージ サンプルホルダー 試料 次荷電粒子検出器 ガス銃 真空チャンバー イオンビーム 走査制御部 画像取込み・再構成制御部 ３３・・・画像メモリ部 表示部 以上 出願人　セイコー電子工業株式会社 代理人　弁理士　林　　敬　之　助 （ａ） （ｂ） （Ｃ） 吊２図 第３図

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. （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
    。 ［１］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。 ［２］次に、マスクレスデ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。 ［３］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。 ［４］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。 ［５］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。
  2. （２）上記手順［３］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［５］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。
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