JPH03272554A - Scanning electron microscope for section observation and section observing method using it - Google Patents

Scanning electron microscope for section observation and section observing method using it

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JPH03272554A
JPH03272554A JP2214840A JP21484090A JPH03272554A JP H03272554 A JPH03272554 A JP H03272554A JP 2214840 A JP2214840 A JP 2214840A JP 21484090 A JP21484090 A JP 21484090A JP H03272554 A JPH03272554 A JP H03272554A
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Abstract

PURPOSE:To cut out a section of a semiconductor wafer in its specified place precisely and quickly and observe it by performing electron beam scan over the section which was cut out by scanning with an ion beam, and detecting reflex electrons reflected by the semiconductor wafer. CONSTITUTION:The section of a semiconductor wafer 27 cut out by the ion beam scan of an ion beam scanning means 220 is scanned with an electron beam 30 using an electron beam scanning means 100, and an electron detecting means 21 detects reflex electrons which are reflected by the semiconductor wafer 27 due to the electron beam scan. Accordingly the section observing is made by a scan region observing means 26 through utilization of the reflex electrons simultaneously with cutting-out of the section to be observed. This enables observing the section of semiconductor wafer in its specified place upon cutting out precisely and quickly.

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] この発明は、断面観察用走査型電子顕微鏡およびそれを
用いた断面観察方法に関し、特に、半導体ウェハの断面
状態を観察する断面観察用走査型電子顕微鏡およびそれ
を用いた断面観察方法に関する。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to a scanning electron microscope for cross-sectional observation and a cross-sectional observation method using the same, and particularly to a scanning electron microscope for cross-sectional observation that observes the cross-sectional state of a semiconductor wafer. This article relates to an electron microscope and a cross-sectional observation method using the same.

[従来の技術] 従来、半導体集積回路の不良解析やプロセス評価におい
て、表面観察や断面観察を行なうものとして走査型電子
顕微鏡(以下SEMという)が知られている。このSE
M(Scanning  Electron  Mic
roscope)を用L)た断面観察方法においては、
ウエノ\の観察したい断面部分が観察できるようにウエ
ノ\を切断するという方法をとっていた。
[Prior Art] Conventionally, a scanning electron microscope (hereinafter referred to as SEM) has been known as a device for performing surface observation and cross-sectional observation in failure analysis and process evaluation of semiconductor integrated circuits. This SE
M (Scanning Electron Mic
In the cross-sectional observation method using L)
The method used was to cut the Ueno\ so that the desired cross section of the Ueno\ could be observed.

第7図は、従来のSEMによる断面観察方法を用いた場
合に必要とされる半導体ウエノ\の斜視図である。第7
図を参照して、従来のSEMを用いる断面観察方法につ
いて説明する。半導体ウェハ27上には複数のチップが
形成されている。まず、断面観察を行なうべき断面観察
用テストチップ28を選定する。その後、断面観察用テ
ストチップ28の観察断面129が現われるように半導
体ウェハ27を切断する。このようにして断面観察用テ
ストチップ28の観察断面129が露出された後、その
観察断面129をSEMを用いて断面観察していた。こ
のように、従来は、断面観察用テストチップ28の観察
断面129を露出させるために、半導体ウェハ27を人
手で切断していた。
FIG. 7 is a perspective view of a semiconductor wafer required when using the conventional SEM cross-sectional observation method. 7th
A cross-sectional observation method using a conventional SEM will be described with reference to the drawings. A plurality of chips are formed on the semiconductor wafer 27. First, a cross-sectional observation test chip 28 to be subjected to cross-sectional observation is selected. Thereafter, the semiconductor wafer 27 is cut so that the observed cross section 129 of the test chip 28 for cross-sectional observation appears. After the observed cross section 129 of the cross-sectional observation test chip 28 was exposed in this manner, the observed cross section 129 was observed in cross section using an SEM. In this way, conventionally, the semiconductor wafer 27 has been manually cut in order to expose the observation cross section 129 of the test chip 28 for cross-section observation.

[発明が解決しようとする課題] 前述のように、従来のSEMを用いて半導体ウェハの断
面観察を行なう方法では、断面観察を行なう際に、断面
観察用テストチップ28の観察断面129を露出させる
ために半導体ウェハ27を人手で切断していた。この半
導体ウエノX27を切断する方法では、人手で断面観察
を行ないたい観察断面129に対応する部分を切断する
ため、特定箇所の断面を正確に露出させることは非常に
困難であった。また、この方法では、試料作成および断
面観察に長時間を要するという不都合があった。さらに
、断面観察を行なうために半導体ウェハを切断してしま
うため、そのウェハは以後のウェハプロセスを施すこと
ができないこととなる。
[Problems to be Solved by the Invention] As described above, in the method of observing a cross section of a semiconductor wafer using a conventional SEM, when observing a cross section, the observation cross section 129 of the test chip 28 for cross section observation is exposed. Therefore, the semiconductor wafer 27 has been cut manually. In this method of cutting the semiconductor Ueno X27, a portion corresponding to the observed cross section 129 to be observed is manually cut, so it is very difficult to accurately expose the cross section at a specific location. Furthermore, this method has the disadvantage that it takes a long time to prepare the sample and observe the cross section. Furthermore, since the semiconductor wafer is cut to perform cross-sectional observation, the wafer cannot be subjected to any subsequent wafer processing.

この結果、各ウェハプロセスごとに断面観察用のウェハ
を用意しなければならないという問題点があった。つま
り、従来のSEMを用いた断面観察方法では、ウェハを
人手で切断するため特定箇所の断面を正確に露出させる
ことができないとともに、断面観察に長時間を要してい
た。また、各ウェハプロセスごとに断面観察用ウェハが
必要であった。
As a result, a problem arises in that a wafer for cross-sectional observation must be prepared for each wafer process. In other words, in the conventional cross-sectional observation method using an SEM, the wafer is manually cut, so it is not possible to accurately expose the cross-section at a specific location, and it takes a long time to observe the cross-section. In addition, a wafer for cross-sectional observation was required for each wafer process.

そこで、従来、SEMを用いた断面観察方法を改良する
ものとして、SEM鏡筒部分にFIB(Focused
−Ion−Beam)鏡筒部分を一体化した断面観察用
電子顕微鏡を用いた断面観察方法が提案されている。こ
れらは、たとえば、J、AppH,Phys、62 (
6)  15  September  1987  
F2163〜P2168に開示されている。この提案さ
れた断面観察用電子顕微鏡を用いた断面観察方法として
は、まず、電子ビームとイオンビームを基準マークで位
置合わせする。そして、電子ビームで加工場所を観察し
た後イオンビームで加工する。このような断面観察用電
子顕微鏡を用いれば、断面観察を行なうために半導体ウ
ェハを人手で割る必要がないという利点がある。
Therefore, in order to improve the conventional cross-sectional observation method using SEM, an FIB (Focused
-Ion-Beam) A cross-sectional observation method using a cross-sectional observation electron microscope with an integrated lens barrel has been proposed. These are, for example, J, AppH, Phys, 62 (
6) 15 September 1987
It is disclosed in F2163 to P2168. As a cross-sectional observation method using this proposed cross-sectional observation electron microscope, first, an electron beam and an ion beam are aligned using reference marks. After observing the processing location using an electron beam, processing is performed using an ion beam. If such a cross-sectional observation electron microscope is used, there is an advantage that there is no need to manually break the semiconductor wafer in order to perform cross-sectional observation.

しかし、この提案された断面観察用電子顕微鏡では、S
EMによる観察は半導体ウェハから発生する2次電子を
用いて行なうので、FIB加工と同時にSEM観察を行
なうことはできない。すなちわ、FIB、SEMによる
半導体ウェハへの走査では、いずれも半導体ウェハから
2次電子が発生するため、FIBで半導体ウェハの断面
を切り出す際に同時にSEMにより断面観察を行なって
も、SEMの走査による2次電子のみを検出することが
できないのである。したがって、この提案された断面観
察用電子顕微鏡では、観察断面を切り出す際に、FIB
で所定量を切り出した後、SEMで断面観察を行なうと
いう工程を繰り返す必要があり、観察断面を切り出す時
間を短縮することが困難であるという問題点があった。
However, in this proposed cross-sectional observation electron microscope, S
Since EM observation is performed using secondary electrons generated from the semiconductor wafer, SEM observation cannot be performed simultaneously with FIB processing. In other words, when scanning a semiconductor wafer with FIB and SEM, secondary electrons are generated from the semiconductor wafer, so even if you simultaneously observe the cross section of the semiconductor wafer with SEM when cutting out the cross section of the semiconductor wafer with FIB, the SEM It is not possible to detect only secondary electrons caused by scanning. Therefore, in this proposed cross-sectional observation electron microscope, when cutting out the observed cross-section, the FIB
It is necessary to repeat the process of cutting out a predetermined amount using SEM and then observing the cross section using SEM, which poses a problem in that it is difficult to shorten the time required to cut out the observed cross section.

さらに、FIBによる観察断面の切り出しと同時にSE
Mによる観察ができないので、特定箇所の観察断面をよ
り正確に得ることは困難であるという問題点があった。
Furthermore, at the same time as cutting out the observed cross section by FIB, SE
Since observation using M is not possible, there is a problem in that it is difficult to obtain an observed cross section of a specific location more accurately.

この発明は、上記のような課題を解決するためになされ
たもので、半導体ウェハの特定箇所の断面をより正確に
短時間で切り出して観察することが可能な断面観察用走
査型電子顕微鏡およびそれを用いた断面観察方法を提供
することを目的とする。
This invention was made to solve the above-mentioned problems, and provides a scanning electron microscope for cross-sectional observation that can more accurately cut out and observe a cross-section of a specific part of a semiconductor wafer in a short time, and the same. The purpose of this study is to provide a cross-sectional observation method using

[課題を解決するための手段] 第1請求項に係る発明は、半導体ウェハにイオンビーム
を走査して断面を切り出すためのイオンビーム走査手段
と、イオンビーム走査手段により切り出された半導体ウ
ェハの断面に電子ビームを走査するための電子ビーム走
査手段と、イオンビームおよび電子ビームの走査によっ
て半導体ウェハから発生される2次電子および電子ビー
ムの走査によって半導体ウェハから反射される反射電子
を検出するための電子検出子□と、電子検出手段の検出
結果に基づいて電子ビームの走査手段により走査された
領域の断面状態を観察するための走査領域観察手段とを
含む。
[Means for Solving the Problem] The invention according to the first claim includes an ion beam scanning means for scanning a semiconductor wafer with an ion beam to cut out a cross section, and a cross section of the semiconductor wafer cut out by the ion beam scanning means. an electron beam scanning means for scanning an electron beam, and a means for detecting secondary electrons generated from the semiconductor wafer by the scanning of the ion beam and the electron beam, and backscattered electrons reflected from the semiconductor wafer by the scanning of the electron beam. It includes an electron detector □ and scanning area observing means for observing the cross-sectional state of the area scanned by the electron beam scanning means based on the detection result of the electron detecting means.

第2請求項に係る発明は、半導体ウェハが設置された試
料台を断面観察を行なう領域付近に移動するステップと
、試料台を移動した後、断面観察を行なう付近にイオン
ビームを走査して半導体ウェハから2次電子を発生させ
、該発生させた2次電子を検出して断面観察を行なう位
置を設定するステップと、設定された断面観察を行なう
位置にイオンビームを走査して断面を切り出すステップ
と、断面を切り出すときに断面に電子ビームを走査し、
半導体ウェハから反射される反射電子を検出して断面の
切り出し過程を観察するステップと、断面を切り出すス
テップにより切り出された断面に電子ビームを走査して
半導体ウェハから2次電子を発生させ、該2次電子を検
出して電子ビームが走査された断面の断面状態を観察す
るステップとを含む。
The invention according to claim 2 includes a step of moving a sample stage on which a semiconductor wafer is installed to the vicinity of an area where cross-sectional observation is to be performed, and after moving the sample stage, scanning an ion beam in the vicinity of the area where cross-sectional observation is to be performed to conduct semiconductor wafers. A step of generating secondary electrons from the wafer, detecting the generated secondary electrons, and setting a position for cross-sectional observation; and a step of scanning the ion beam at the set position for cross-sectional observation and cutting out the cross-section. Then, when cutting out the cross section, an electron beam is scanned over the cross section,
a step of detecting backscattered electrons reflected from the semiconductor wafer to observe the process of cutting out the cross section, and scanning the cross section cut out in the step of cutting out the cross section with an electron beam to generate secondary electrons from the semiconductor wafer; and detecting the second electron to observe the cross-sectional state of the cross-section scanned by the electron beam.

[作用] 第1請求項に係る発明では、イオンビーム走査手段によ
るイオンビーム走査によって切り出される半導体ウェハ
の断面に、電子ビーム走査手段により電子ビームが走査
され、その電子ビーム走査によって半導体ウェハから反
射される反射電子が電子検出手段により検出されるので
、観察すべき断面を切り出しながら同時に反射電子を利
用して断面観察が行なわれる。
[Operation] In the invention according to the first claim, an electron beam is scanned by the electron beam scanning means on a cross section of the semiconductor wafer cut out by ion beam scanning by the ion beam scanning means, and the electron beam is reflected from the semiconductor wafer by the electron beam scanning. Since the reflected electrons are detected by the electron detection means, cross-sectional observation is performed using the reflected electrons while simultaneously cutting out the cross section to be observed.

第2請求項に係る発明では、半導体ウェハが設置された
試料台が断面観察を行なう領域付近に移動された後、断
面観察を行なう位置にイオンビームが走査されて断面が
切り出され、その切り出される断面に電子ビームが走査
され、その電子ビーム走査によって半導体ウェハから反
射される反射電子が検出されて断面の切り出し過程が観
察されるので、観察すべき断面を加工しながら同時に断
面観察が行なわれる。
In the invention according to the second claim, after the sample stage on which the semiconductor wafer is installed is moved to the vicinity of the area where cross-section observation is to be performed, an ion beam is scanned to the position where cross-section observation is to be performed to cut out the cross-section; An electron beam is scanned over the cross section, and reflected electrons reflected from the semiconductor wafer are detected by the scanning of the electron beam to observe the cutting process of the cross section, so that the cross section to be observed is processed and the cross section is observed at the same time.

[発明の実施例コ 第1図は、本発明の一実施例を示した断面観察用走査型
電子顕微鏡の概略図である。第1図を参照して、断面観
察用走査型電子顕微鏡は、SEM鏡筒部分100と、F
IB鏡筒部分200と、試料室部分300とを含む。
Embodiment of the Invention FIG. 1 is a schematic diagram of a scanning electron microscope for cross-sectional observation showing an embodiment of the invention. Referring to FIG. 1, the scanning electron microscope for cross-sectional observation includes an SEM lens barrel portion 100 and an F
It includes an IB lens barrel section 200 and a sample chamber section 300.

SEM鏡筒部分100は、電子ビームを発生させるため
の電子銃1と、電子銃1から発生された電子ビーム30
を集束させるためのSEM第ルンズ2と、SEM第ルン
ズ2によって集束された電子ビームをON、OFFさせ
るためのSEMブランキングコイル3と、SEMブラン
キングフィル3を通過した電子ビーム3oを走査させる
ためのSEM偏向コイル5と、SEM偏向コイル5を通
過した電子ビーム30を再び集光させためのSEM第2
レンズ4とを含む。電子銃1.SEM第ルンズ2および
SEM第2レンズ4.SEMブランキングコイル3.S
EM偏向コイル5には、それぞれ電子銃駆動用電源6.
SEMレンズ電源7、SEMブランキング電源8.SE
M偏向電源9が接続されている。
The SEM lens barrel portion 100 includes an electron gun 1 for generating an electron beam and an electron beam 30 generated from the electron gun 1.
A SEM lunes 2 for focusing, a SEM blanking coil 3 for turning on and off the electron beam focused by the SEM lunes 2, and a SEM blanking coil 3 for scanning the electron beam 3o that has passed through the SEM blanking fill 3. and an SEM second SEM deflection coil 5 for refocusing the electron beam 30 that has passed through the SEM deflection coil 5.
lens 4. Electron gun 1. SEM second lens 2 and SEM second lens 4. SEM blanking coil 3. S
Each of the EM deflection coils 5 includes an electron gun driving power source 6.
SEM lens power supply 7, SEM blanking power supply 8. S.E.
An M deflection power source 9 is connected.

FIB鏡筒部分200は、イオンビームを発生させるた
めの液体金属イオン源10と、液体金属イオン源10か
ら発生されたイオンビーム31を集束させるためのFI
B第ルンズ11と、FIB第ルンズ11によって集束さ
れたイオンビーム31をON、OFFさせるためのFI
Bブランキング電極12と、FIBブランキン電極12
を通過したイオンビーム31を再び集束させるためのF
IB第2レンズ13と、FIB第2レンズ13により集
束されたイオンビーム31を偏向させるためのFIB偏
向電極14とを含む。液体金属イオン源10.FIB第
ルンズ11およびFIB第2レンズ1B、FIBブラン
キング電極12゜FIB偏向電極14には、それぞれイ
オン源駆動用電源15.FIBレンズ電源16.FIB
ブランキング電源17.FIB偏向電源18が接続され
ている。
The FIB lens barrel portion 200 includes a liquid metal ion source 10 for generating an ion beam and an FI for focusing an ion beam 31 generated from the liquid metal ion source 10.
FI for turning on and off the ion beam 31 focused by the B-th lunse 11 and the FIB-th lunse 11
B blanking electrode 12 and FIB blanking electrode 12
F for refocusing the ion beam 31 that has passed through
It includes a second IB lens 13 and an FIB deflection electrode 14 for deflecting the ion beam 31 focused by the second FIB lens 13. Liquid metal ion source 10. The FIB lens 11, the FIB second lens 1B, the FIB blanking electrode 12° and the FIB deflection electrode 14 are connected to an ion source driving power source 15. FIB lens power supply 16. FIB
Blanking power supply 17. A FIB deflection power supply 18 is connected.

試料室部分300は、半導体ウェハ27を設置するため
の試料台19と試料台1つを移動させるための試料台駆
動装置20と、電子ビーム30の半導体ウェハ27によ
って反射された反射電子を検出するための反射電子検出
器21と、電子ビーム30およびイオンビーム31の走
査によって半導体ウェハ27から発生される2次電子を
検出するための2次電子検出手段23とを含む。反射電
子検出器21および2次電子検出器23には、それぞれ
反射電子検出器制御電源22および2次電子検出器制御
電源24が接続されている。さらに、反射電子検出器2
1および2次電子検出器23には、検出信号増幅器25
が接続され、検出信号増幅器25には、観察用CRT2
6が接続される。
The sample chamber section 300 includes a sample stand 19 for setting a semiconductor wafer 27, a sample stand drive device 20 for moving one sample stand, and detects backscattered electrons reflected by the semiconductor wafer 27 of the electron beam 30. and a secondary electron detection means 23 for detecting secondary electrons generated from the semiconductor wafer 27 by scanning of the electron beam 30 and the ion beam 31. A backscattered electron detector control power supply 22 and a secondary electron detector control power supply 24 are connected to the backscattered electron detector 21 and the secondary electron detector 23, respectively. Furthermore, the backscattered electron detector 2
1 and the secondary electron detector 23, a detection signal amplifier 25 is provided.
is connected to the detection signal amplifier 25, and the observation CRT 2
6 is connected.

観察用CRT26には、SEM偏向電源9およびFIB
偏向電源18が接続されている。また、SEM鏡筒部分
100は、試料の断面が観察できるように試料台1つに
対して入射角的60度程度で取付けられている。FIB
鏡筒部分200は、試料台19に対してほぼ垂直に取付
けられている。
The observation CRT 26 is equipped with an SEM deflection power supply 9 and an FIB
A deflection power source 18 is connected. Further, the SEM lens barrel portion 100 is attached at an incident angle of about 60 degrees to one sample stage so that the cross section of the sample can be observed. FIB
The lens barrel portion 200 is attached substantially perpendicularly to the sample stage 19.

なお、SEM鏡筒部分100の加速電圧はIKV以上に
設定されている。また、反射電子検出器21および2次
電子検出器23は、反射電子検出器制御電源22および
2次電子検出器制御電源24によって制御される。すな
わち、反射電子検出器21および2次電子検出器23に
よって検出された信号は検出信号増幅器25によって増
幅され、走査同期信号35に同期して観察用CRT26
に映し出される。なお、反射電子検出器21には、電子
ビーム30およびイオンビーム31の走査時に発生した
2次電子を検出することを防ぐためにバイアス電圧が印
加されている。
Note that the acceleration voltage of the SEM lens barrel portion 100 is set to be higher than IKV. Further, the backscattered electron detector 21 and the secondary electron detector 23 are controlled by a backscattered electron detector control power source 22 and a secondary electron detector control power source 24. That is, the signals detected by the backscattered electron detector 21 and the secondary electron detector 23 are amplified by the detection signal amplifier 25, and are output to the observation CRT 26 in synchronization with the scanning synchronization signal 35.
will be displayed on the screen. Note that a bias voltage is applied to the backscattered electron detector 21 in order to prevent secondary electrons generated during scanning of the electron beam 30 and the ion beam 31 from being detected.

第2図は、第1図に示した断面観察用走査型電子顕微鏡
を用いた断面観察方法に用いられる半導体ウェハの平面
図である。半導体ウェハ27には、複数のチップが形成
されており、そのうち断面観察を行なう断面観察用テス
トチップ28が予め選定されている。
FIG. 2 is a plan view of a semiconductor wafer used in the cross-sectional observation method using the scanning electron microscope for cross-sectional observation shown in FIG. A plurality of chips are formed on the semiconductor wafer 27, and among them, a test chip 28 for cross-sectional observation is selected in advance.

第3図ないし第5図は第1図に示した断面観察用走査型
電子顕微鏡により断面観察を行なう断面観察プロセスを
説明するための概略図である。第1図ないし第5図を参
照して、断面観察方法について説明する。まず、第3図
を参照して、イオンビーム31の走査によって断面を切
り出すためのイオンビーム走査領域を設定するプロセス
を説明する。試料台駆動装置20(第1図参照)により
試料台19(第1図参照)を自動または手動で断面観察
を行なう切出し領域付近50に移動する。
3 to 5 are schematic diagrams for explaining a cross-sectional observation process in which cross-sectional observation is performed using the cross-sectional observation scanning electron microscope shown in FIG. 1. A cross-sectional observation method will be explained with reference to FIGS. 1 to 5. First, with reference to FIG. 3, a process of setting an ion beam scanning area for cutting out a cross section by scanning the ion beam 31 will be described. The sample stage 19 (see FIG. 1) is automatically or manually moved by the sample stage driving device 20 (see FIG. 1) to the vicinity 50 of the cutting area where cross-sectional observation is to be performed.

切出し領域付近50にイオンビーム31を走査して半導
体ウェハ27から発生された2次電子34を検知してそ
の像を観察用CRT26上に表示させる。この観察用C
RT26の表示に基づいてキーボードやマウスなどの人
力デバイスにより切出しのためのイオンビーム走査領域
29の位置指定を行なう。この場合検出器としては、2
次電子検出器23のみを作動させる。
The ion beam 31 is scanned in the vicinity of the cutting region 50 to detect the secondary electrons 34 generated from the semiconductor wafer 27, and the image thereof is displayed on the observation CRT 26. This observation C
Based on the display of the RT 26, the position of the ion beam scanning area 29 for cutting out is specified using a human-powered device such as a keyboard or a mouse. In this case, the detector is 2
Only the secondary electron detector 23 is activated.

次に、第4図を参照して、イオンビーム31の走査によ
るスパッタエツチング機能を用いて観察したい断面を切
出すプロセスを説明する。まず、イオンビーム走査領域
29にイオンビームを走査させて断面切出しを開始する
。同時に、電子ビーム30を走査させて切出される断面
の反射電子32を反射電子検出器21により検出する。
Next, with reference to FIG. 4, a process of cutting out a cross section to be observed using the sputter etching function by scanning the ion beam 31 will be described. First, the ion beam scan area 29 is scanned with an ion beam to start cutting out a cross section. At the same time, a backscattered electron detector 21 detects backscattered electrons 32 in a cross section cut out by scanning the electron beam 30 .

反射電子検出器21の検出信号を検出信号増幅器により
増幅し観察用CRT26に表示する。これにより、イオ
ンビーム31による切出し過程を監視することができる
。この場合、反射電子検出器21のみ動作させ、2次電
子検出器23は動作させないでおく。このようにして、
切出しの過程をリアルタイムで監視して必要な断面が得
られたときにイオンビーム走査を即座に中止する。これ
によって、特定箇所の極微細領域の断面を従来の提案さ
れた改良例に比べてより正確に得ることができる。また
、従来の提案された改良例に比べてより短時間で観察断
面を切り出すことができ、断面観察プロセスの迅速化を
図ることができる。
A detection signal from the backscattered electron detector 21 is amplified by a detection signal amplifier and displayed on a CRT 26 for observation. Thereby, the cutting process by the ion beam 31 can be monitored. In this case, only the backscattered electron detector 21 is operated, and the secondary electron detector 23 is not operated. In this way,
The cutting process is monitored in real time and the ion beam scan is immediately stopped when the required cross section is obtained. As a result, a cross section of an ultrafine region at a specific location can be obtained more accurately than in conventional proposed improvements. Moreover, compared to the conventional proposed improvement example, the observed cross section can be cut out in a shorter time, and the cross-sectional observation process can be speeded up.

次に、第5図を参照して、イオンビーム31の走査によ
って切出された断面の断面観察を行なうプロセスを説明
する。イオンビーム31の走査によって切り出された断
面に電子ビーム30のみを走査する。電子ビーム30の
走査によって半導体ウェハ27から発生される2次電子
33を2次電子検出器23により検出する。2次電子検
出器23の検出信号を検出信号増幅器25により増幅し
て観察用CRT26上に表示する。この2次電子観察に
より高精度な断面観察を行なうことができる。このよう
に、本実施例では、非常に高精度に任意の断面を切り出
して即座に観察が行なえるため、微小領域の断面を効率
的に観察することができる。また、あるプロセス中に混
入した微小異物の断面観察にも応用できるため、ウェハ
プロセスの清浄度制御にも有効である。
Next, with reference to FIG. 5, a process for observing a cross section cut out by scanning the ion beam 31 will be described. Only the electron beam 30 is scanned over the cross section cut out by the scanning of the ion beam 31. Secondary electrons 33 generated from the semiconductor wafer 27 by the scanning of the electron beam 30 are detected by the secondary electron detector 23 . A detection signal from the secondary electron detector 23 is amplified by a detection signal amplifier 25 and displayed on a CRT 26 for observation. This secondary electron observation allows highly accurate cross-sectional observation. In this manner, in this embodiment, an arbitrary cross section can be cut out with extremely high precision and observed immediately, so that the cross section of a minute area can be efficiently observed. It can also be applied to cross-sectional observation of minute foreign matter mixed in during a certain process, and is therefore effective in controlling the cleanliness of wafer processes.

また、反射電子検出器21.2次電子検出器23として
は、シンチレータ、光電子増倍管などが用いられる。本
実施例では、反射電子検出器21と2次電子検出器23
は各々独立して設けたが、同一のものを用いてもよい。
Further, as the backscattered electron detector 21 and the secondary electron detector 23, a scintillator, a photomultiplier tube, etc. are used. In this embodiment, a backscattered electron detector 21 and a secondary electron detector 23 are used.
are provided independently, but the same one may be used.

第6図は、本発明の他の実施例による反射電子検出器お
よび2次電子検出器として共通の電子検出器を用いた場
合の断面観察用走査型電子顕微鏡の概略図である。!6
図を参照して、2次電子検出器23は、反射電子検出器
としても用いられる。すなわち、反射電子検出器21,
2次電子検出器23として共通のものを用いる場合には
、バイアス電圧を切換えスイッチ40により、切換える
ことによってこの効果が得られる。具体的には、2次電
子は通常数十〜数百eVであるのに対して、反射電子は
入射する電子ビーム30のエネルギに近く、たとえば1
0KeVSEMであれば、〜10KeV、IKeVSE
Mであれば、〜IKeVである。したがって、検出器の
バイアス電圧をIKeV弱の逆バイアスにすれば、反射
電子のみを検出することができる。
FIG. 6 is a schematic diagram of a scanning electron microscope for cross-sectional observation in which a common electron detector is used as a backscattered electron detector and a secondary electron detector according to another embodiment of the present invention. ! 6
Referring to the figure, the secondary electron detector 23 is also used as a backscattered electron detector. That is, the backscattered electron detector 21,
When a common secondary electron detector 23 is used, this effect can be obtained by switching the bias voltage using the switch 40. Specifically, secondary electrons usually have an energy of several tens to hundreds of eV, whereas reflected electrons have an energy close to that of the incident electron beam 30, for example, 1
If 0KeVSEM, ~10KeV, IKeVSE
If M, it is ~IKeV. Therefore, by setting the bias voltage of the detector to a reverse bias of a little less than IKeV, only reflected electrons can be detected.

これにより、電子ビーム30による反射電子の像のみを
監視することができる。なお、本実施例では、2次電子
検出器23は、電子ビーム30によって発生した2次電
子33とイオンビーム31によって発生した2次電子3
4のいずれも検出できるように取付けたが、2次電子像
の輝度の照射位置によって比対称性が問題となる場合に
は、複数の2次電子検出器を適当な位置に取付けて最適
化してもよい。また、本実施例では、断面切り出しのた
めのイオンビームおよび走査領域設定のためのイオンビ
ームに同一のイオンビームを用いたが、本発明はこれに
限らず、イオンビーム走査によって試料表面のイオンビ
ーム照射損傷が問題となる場合には、イオンビーム電流
を小さくすることや画像メモリへの2次電子像取込みな
どによってイオンビーム照射量を必要最小限にすること
により、照射損傷を小さくするようにしてもよい。さら
に、本実施例では、イオンビームの直接エツチングによ
る試料構成原子の物理的スパッタリングを用いたが、本
発明はこれに限らず、反応ガスをノズルを介して導入し
、化学的反応によりアシストエツチング機能を併用して
断面を切り出すようにしてもよい。また、本実施例では
、ウェハ27内に1チツプの断面観察用テストチップ2
8を設はプロセス全体を監視することによるプロセス評
価を行なったが、本発明はこれに限らず、半導体素子の
不良解析に用いてもよい。
Thereby, only the image of reflected electrons by the electron beam 30 can be monitored. In this embodiment, the secondary electron detector 23 detects secondary electrons 33 generated by the electron beam 30 and secondary electrons 3 generated by the ion beam 31.
4. However, if the relative symmetry becomes a problem depending on the irradiation position of the brightness of the secondary electron image, multiple secondary electron detectors can be installed at appropriate positions for optimization. Good too. Furthermore, in this example, the same ion beam was used for cutting out the cross section and for setting the scanning area, but the present invention is not limited to this. If irradiation damage is a problem, try to minimize the ion beam irradiation amount by reducing the ion beam current or importing the secondary electron image into the image memory, etc. Good too. Furthermore, in this example, physical sputtering of sample constituent atoms by direct etching with an ion beam was used; however, the present invention is not limited to this; a reactive gas is introduced through a nozzle, and an assisted etching function is achieved through a chemical reaction. You may also use this together to cut out the cross section. In addition, in this embodiment, one test chip 2 for cross-sectional observation is placed in the wafer 27.
8, the process was evaluated by monitoring the entire process, but the present invention is not limited to this, and may be used for failure analysis of semiconductor devices.

以上のように、第1図に示した断面観察用走査型電子顕
微鏡では、SEM鏡筒部分100にFIB鏡筒部分20
0を一体的に取付けるとともに2次電子検出器23に加
えて反射電子検出器21を新たに設置することにより、
イオンビーム31によって観察断面を切り出すときに、
電子ビーム30を走査してその反射電子を検出してリア
ルタイムで断面観察を行なうことができる。したがって
、ウェハ内の任意チップの特定箇所の断面をより正確に
短時間で切り出して観察することができる。
As described above, in the scanning electron microscope for cross-sectional observation shown in FIG.
0 integrally and by newly installing a backscattered electron detector 21 in addition to the secondary electron detector 23,
When cutting out the observation cross section with the ion beam 31,
By scanning the electron beam 30 and detecting the reflected electrons, cross-sectional observation can be performed in real time. Therefore, it is possible to more accurately cut out and observe a cross section of a specific location of an arbitrary chip within a wafer in a short time.

第4図に示した断面観察用走査型電子顕微鏡を用いた断
面観察方法では、イオンビーム31を走査して断面切出
しを開始すると同時に、電子ビーム30を走査させて切
り出しつつある断面の反射電子30を反射電子検出器2
1により検出することにより、イオンビーム31による
観察断面の切出しの過程をリアルタイムで観察できる。
In the cross-sectional observation method using the scanning electron microscope for cross-sectional observation shown in FIG. Backscattered electron detector 2
1, the process of cutting out the observation section by the ion beam 31 can be observed in real time.

したがって、必要な断面が得られたときにイオンビーム
走査を即座に中止することができ、より正確に観察断面
を加工することができる。
Therefore, ion beam scanning can be stopped immediately when a necessary cross section is obtained, and the observed cross section can be processed more accurately.

[発明の効果〕 第1請求項に記載の発明によれば、半導体ウェハの断面
観察を行なう位置にイオンビーム走査手段によりイオン
ビームを走査して断面を切り出し、その切り出す断面に
電子ビーム走査手段により電子ビームを走査して半導体
ウェハから反射される反射電子を電子検出手段により検
出することにより、観察すべき断面を切り出しながら同
時に反射電子を利用して断面観察が行なわれるので、半
導体ウェハの特定箇所の断面をより正確により短時間で
切り出して観察することができる。
[Effects of the Invention] According to the invention described in the first claim, the ion beam scanning means scans the ion beam at the position where the cross section of the semiconductor wafer is to be observed to cut out the cross section, and the cut cross section is scanned by the electron beam scanning means. By scanning the electron beam and detecting the backscattered electrons reflected from the semiconductor wafer using an electron detection means, the cross section to be observed is cut out and at the same time the cross-sectional observation is performed using the backscattered electrons, so it is possible to detect a specific location on the semiconductor wafer. cross section can be cut out and observed more accurately and in a shorter time.

第2請求項に記載の発明によれば、半導体ウェハが設置
された試料台を断面観察を行なう領域付近に移動した後
、断面観察を行なう位置にイオンビームを走査して断面
を切り出し、その切り出している断面に電子ビームを走
査し半導体ウェハから反射される反射電子を検出して断
面の切り出し過程を検出することにより、観察すべき断
面を加工しながら同時に断面観察が行なわれるので、観
察断面を正確により短時間で切り出して断面観察を行な
うことができる。
According to the invention set forth in claim 2, after the sample stage on which the semiconductor wafer is installed is moved to the vicinity of the area where the cross section is to be observed, the ion beam is scanned at the position where the cross section is to be observed to cut out the cross section; By scanning an electron beam across the cross section of the semiconductor wafer and detecting the reflected electrons reflected from the semiconductor wafer to detect the process of cutting out the cross section, the cross section can be observed while simultaneously processing the cross section to be observed. It is possible to accurately cut out and observe the cross section in a short time.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の一実施例を示した断面観察用走査型電
子顕微鏡の概略図、第2図は第1図に示した断面観察用
走査型電子顕微鏡による断面観察方法に用いられる半導
体ウェハの平面図、第3図ないし第5図は第1図に示し
た断面観察用走査型電子顕微鏡を用いた断面観察方法を
説明するための観察プロセス図、第6図は本発明の他の
実施例による反射電子検出器および2次電子検出器とし
て共通の電子検出器を用いた場合の断面観察用走査型電
子顕微鏡の概略図、第7図は従来の走査型電子顕微鏡に
よる新品観察方法に用いられる半導体ウェハの斜視図で
ある。 図において、1は電子銃、5はSEM偏向コイル、10
は液体金属イオン源、14はFIB偏向電極、21は反
射電子検出器、23は2次電子検出器、25は検出信号
増幅器、26は観察用CRT127は試料(半導体ウェ
ハ)、30は電子ビーム、31はイオンビーム、40は
切換スイッチである。 なお、図中、同一符号は同一ま
たは相当部分を示す。 も1図 300−・−拭°衿!@分 8 も50 彰2図 2日 ′!−,3図 も6図
FIG. 1 is a schematic diagram of a scanning electron microscope for cross-sectional observation showing an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a diagram of a semiconductor wafer used in the cross-sectional observation method using the scanning electron microscope for cross-sectional observation shown in FIG. FIGS. 3 to 5 are observation process diagrams for explaining the cross-sectional observation method using the scanning electron microscope for cross-sectional observation shown in FIG. 1, and FIG. 6 is a diagram showing another embodiment of the present invention. A schematic diagram of a scanning electron microscope for cross-sectional observation when a common electron detector is used as a backscattered electron detector and a secondary electron detector according to an example, and FIG. FIG. 2 is a perspective view of a semiconductor wafer. In the figure, 1 is an electron gun, 5 is an SEM deflection coil, and 10
14 is a liquid metal ion source, 14 is a FIB deflection electrode, 21 is a backscattered electron detector, 23 is a secondary electron detector, 25 is a detection signal amplifier, 26 is an observation CRT 127 is a sample (semiconductor wafer), 30 is an electron beam, 31 is an ion beam, and 40 is a changeover switch. In addition, in the figures, the same reference numerals indicate the same or corresponding parts. Also 1 figure 300--wipe collar! @ 8 minutes 50 Akira 2 figures 2 days'! -, Figure 3 and Figure 6

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)半導体ウェハの断面に電子ビームを照射して前記
半導体ウェハの断面状態を観察する断面観察用走査型電
子顕微鏡であって、 前記半導体ウェハにイオンビームを走査して断面を切り
出すためのイオンビーム走査手段と、前記イオンビーム
走査手段により切り出された前記半導体ウェハの断面に
前記電子ビームを走査するための電子ビーム走査手段と
、 前記イオンビームおよび前記電子ビームの走査によって
前記半導体ウェハから発生させる2次電子および前記電
子ビームの走査によって前記半導体ウェハから反射され
る反射電子を検出するための電子検出手段と、 前記電子検出手段の検出結果に基づいて前記電子ビーム
走査手段により走査される領域の断面状態を観察するた
めの走査領域観察手段とを含む、断面観察用走査型電子
顕微鏡。
(1) A scanning electron microscope for cross-sectional observation that irradiates a cross-section of a semiconductor wafer with an electron beam to observe the cross-sectional state of the semiconductor wafer, the scanning electron microscope comprising: an ion beam that scans the semiconductor wafer with an ion beam to cut out the cross-section; a beam scanning means; an electron beam scanning means for scanning the electron beam on a cross section of the semiconductor wafer cut out by the ion beam scanning means; an electron beam generated from the semiconductor wafer by scanning the ion beam and the electron beam; electron detection means for detecting secondary electrons and reflected electrons reflected from the semiconductor wafer by scanning of the electron beam; and an area scanned by the electron beam scanning means based on the detection result of the electron detection means. A scanning electron microscope for cross-sectional observation, including a scanning area observation means for observing a cross-sectional state.
(2)半導体ウェハの断面に電子ビームを照射して前記
半導体ウェハの断面状態を観察する断面観察用走査型電
子顕微鏡を用いた断面観察方法であって、 前記半導体ウェハが設置された試料台を断面観察を行な
う領域付近に移動するステップと、前記試料台を移動し
た後、前記断面観察を行なう付近にイオンビームを走査
して前記半導体ウェハから2次電子を発生させ、該発生
された2次電子を検出して前記断面観察を行なう位置を
設定するステップと、 前記設定された断面観察を行なう位置にイオンビームを
走査して断面を切り出すステップと、前記断面を切り出
すときに前記断面に前記電子ビームを走査し、前記半導
体ウェハから反射される反射電子を検出して前記断面の
切り出し過程を観察するステップと、 前記断面を切り出すステップにより切り出された断面に
前記電子ビームを走査して前記半導体ウェハから2次電
子を発生させ、該2次電子を検出して前記電子ビームが
走査された断面の断面状態を観察するステップとを含む
、断面観察用走査型電子顕微鏡を用いた断面観察方法。
(2) A cross-sectional observation method using a scanning electron microscope for cross-sectional observation in which the cross-sectional state of the semiconductor wafer is observed by irradiating the cross-section of the semiconductor wafer with an electron beam, the sample stage on which the semiconductor wafer is installed. a step of moving the sample stage to the vicinity of the area where cross-sectional observation is to be performed; and after moving the sample stage, scanning an ion beam to the vicinity where the cross-sectional observation is to be performed to generate secondary electrons from the semiconductor wafer; a step of detecting electrons and setting a position for performing the cross-sectional observation; a step of scanning an ion beam at the set position for performing the cross-sectional observation to cut out a cross-section; scanning the beam and detecting backscattered electrons reflected from the semiconductor wafer to observe the process of cutting out the cross section; and scanning the electron beam over the cross section cut out in the step of cutting out the cross section to remove the semiconductor wafer. A cross-sectional observation method using a scanning electron microscope for cross-sectional observation, comprising the steps of: generating secondary electrons from a cross-section, detecting the secondary electrons, and observing a cross-sectional state of a cross-section scanned by the electron beam.
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