JPH04149945A - 荷電ビーム断面加工・観察装置 - Google Patents
荷電ビーム断面加工・観察装置Info
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- JPH04149945A JPH04149945A JP27352690A JP27352690A JPH04149945A JP H04149945 A JPH04149945 A JP H04149945A JP 27352690 A JP27352690 A JP 27352690A JP 27352690 A JP27352690 A JP 27352690A JP H04149945 A JPH04149945 A JP H04149945A
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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。
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、半導体集積回路の高密度化、微細化が急激な
進歩を遂げている中で、高性能、高倍転性のデバイスを
得るための、プロセス評価に用いようとするもので、半
導体製造プロセス評橘や、故障解析を行うための荷電ビ
ーム断面加工・観察装置に関する。
進歩を遂げている中で、高性能、高倍転性のデバイスを
得るための、プロセス評価に用いようとするもので、半
導体製造プロセス評橘や、故障解析を行うための荷電ビ
ーム断面加工・観察装置に関する。
〔発明の概要］
本発明は、イオンビーム照射により試料から放出される
二次電子を検出し画像表示する走査イオン顕微鏡（以下
ＳＩＭ）機能と、電子ビーム照射により試料から放出さ
れる二次電子を検出し画像表示する走査電子顕微鏡（以
下ＳＥＭ）機能を有する荷電ビーム装置で、イオンビー
ム照射によりスパッタエツチング加工と、原料ガス吹付
とイオンビーム照射による金属膜付は加工により、断面
加工を行い、この断面を電子ビーム照射によるＳＥＭ像
で断面観察を行うために、試料に同一点を重畳照射系を
配置し、二次電子信号処理を各ビーム毎に設定可能な制
御系を備え、ビーム切換器連動させ、イオンビーム照射
によるＳＥＭ像を電子ビーム照射によるＳＥＭ像を、瞬
時に然も良好な一次電子像を提供するものである。
二次電子を検出し画像表示する走査イオン顕微鏡（以下
ＳＩＭ）機能と、電子ビーム照射により試料から放出さ
れる二次電子を検出し画像表示する走査電子顕微鏡（以
下ＳＥＭ）機能を有する荷電ビーム装置で、イオンビー
ム照射によりスパッタエツチング加工と、原料ガス吹付
とイオンビーム照射による金属膜付は加工により、断面
加工を行い、この断面を電子ビーム照射によるＳＥＭ像
で断面観察を行うために、試料に同一点を重畳照射系を
配置し、二次電子信号処理を各ビーム毎に設定可能な制
御系を備え、ビーム切換器連動させ、イオンビーム照射
によるＳＥＭ像を電子ビーム照射によるＳＥＭ像を、瞬
時に然も良好な一次電子像を提供するものである。
半導体集積回路に高密度化微細化多層配線や三次元構造
をもったデバイスが開発され製造プロセスは、ますます
複雑になってきている。これらの行程評価には、従来Ｓ
ＥＭが主に用いられていた。
をもったデバイスが開発され製造プロセスは、ますます
複雑になってきている。これらの行程評価には、従来Ｓ
ＥＭが主に用いられていた。
そして、断面観察は、試料を機械的切断・研磨・エツチ
ング等で断面加工を行いＳＥＭで断面観察していた。し
かしこの方法は、加工位置出しの精度を出すのが難しく
、−試料で一断面図、しかも、加工時間が長いなどの問
題があり、半導体集積回路の特定に場所の断面図を、複
数個観察することはできなった。そこで、イオンビーム
断面加工観察装置が開発された。（日本学術振興会・荷
電粒子ビームに工業への応用第１３２委員会第１０９回
研究試料、１９８９．１２ｒ断面観察用集束イオンビー
ム装置５Ｍｌ−８３００Ｊ）この装置は、イオン源より
発生したイオンは、２段の静電レンズを含むイオン光学
系により、集束イオンビームとなり、試料上に照射され
る。集束イオンビームは、試料ステージと、ＸＹ偏向電
極により、試料の任意の場所を走査することができる。
ング等で断面加工を行いＳＥＭで断面観察していた。し
かしこの方法は、加工位置出しの精度を出すのが難しく
、−試料で一断面図、しかも、加工時間が長いなどの問
題があり、半導体集積回路の特定に場所の断面図を、複
数個観察することはできなった。そこで、イオンビーム
断面加工観察装置が開発された。（日本学術振興会・荷
電粒子ビームに工業への応用第１３２委員会第１０９回
研究試料、１９８９．１２ｒ断面観察用集束イオンビー
ム装置５Ｍｌ−８３００Ｊ）この装置は、イオン源より
発生したイオンは、２段の静電レンズを含むイオン光学
系により、集束イオンビームとなり、試料上に照射され
る。集束イオンビームは、試料ステージと、ＸＹ偏向電
極により、試料の任意の場所を走査することができる。
目的加工場所の位置決めは、イオンビーム励起の二次電
子を二次電子検出で検出し、二次電子像を観察用ＣＲＴ
に表示することにより、位置確認ができる。
子を二次電子検出で検出し、二次電子像を観察用ＣＲＴ
に表示することにより、位置確認ができる。
ここで、集束イオンビームの走査領域を狭め、有機金属
化合物ガス銃で原料ガスを試料表面に吹付、イオンビー
ムＣＶＤ （化学的気相堆積）法による金属膜付けを行
った後、観察したい断面の穴開は位置に走査領域を制限
し、イオンビームエツチング加工により、局所断面加工
を行う。断面加工後、可動絞りの穴径を小さくし、ビー
ム電流量を減らし、前記断面部分が見えるように、試料
を５軸ステージにより傾斜させ二次電子像を観察用ＣＲ
Ｔに表示させ、断面観察を行うイオンビーム断面加工・
観察装置である。
化合物ガス銃で原料ガスを試料表面に吹付、イオンビー
ムＣＶＤ （化学的気相堆積）法による金属膜付けを行
った後、観察したい断面の穴開は位置に走査領域を制限
し、イオンビームエツチング加工により、局所断面加工
を行う。断面加工後、可動絞りの穴径を小さくし、ビー
ム電流量を減らし、前記断面部分が見えるように、試料
を５軸ステージにより傾斜させ二次電子像を観察用ＣＲ
Ｔに表示させ、断面観察を行うイオンビーム断面加工・
観察装置である。
前記荷電ビーム断面加工・観察装置のイオンビームによ
る断面加工と、電子ビームによる断面観察は、ビーム切
換器によって切り換え、各ビーム照射時に試料から放出
される二次電子を二次電子検出器で捕らえ、その出力信
号を画像表示装置に表示していた。しかし、イオンビー
ムによる断面加工時の試料から放出される二次電子量と
、電子ビームによる断面観察時の試料から放出される二
次電子量は、かなり異なるため、鮮明な３１Ｍ像とＳＥ
Ｍ像の切換ができなかった。
る断面加工と、電子ビームによる断面観察は、ビーム切
換器によって切り換え、各ビーム照射時に試料から放出
される二次電子を二次電子検出器で捕らえ、その出力信
号を画像表示装置に表示していた。しかし、イオンビー
ムによる断面加工時の試料から放出される二次電子量と
、電子ビームによる断面観察時の試料から放出される二
次電子量は、かなり異なるため、鮮明な３１Ｍ像とＳＥ
Ｍ像の切換ができなかった。
前記問題を解決するために、各ビーム毎に、二次電子像
のコントラスや明るさを設定できる二次電子検出器制御
系を備え、ビーム切換器と連動させ、イオンビームによ
る位置出しや断面加工などの３１Ｍ像と、電子ビームに
よる断面観察などのＳＥＭ像と、電子ビームによる断面
観察などのＳＥＭ像を、ビーム切り換えと連動に、画像
表示装置へ鮮明に表示することができることを特徴とす
る荷電ビーム断面加工・観察装置である。
のコントラスや明るさを設定できる二次電子検出器制御
系を備え、ビーム切換器と連動させ、イオンビームによ
る位置出しや断面加工などの３１Ｍ像と、電子ビームに
よる断面観察などのＳＥＭ像と、電子ビームによる断面
観察などのＳＥＭ像を、ビーム切り換えと連動に、画像
表示装置へ鮮明に表示することができることを特徴とす
る荷電ビーム断面加工・観察装置である。
試料をイオンビーム軸に垂直、あるいは垂直に近い角度
に置き、５１Ｍ像による加工位置出しを行い、有機化合
物である原料ガス吹付とイオンビーム照射による金属膜
付は加工により、イオンビーム照射によるスパッタエツ
チング加工により孔を作り、断面加工を行う。つぎにビ
ーム切換器によりイオンビーム照射から電子ビーム照射
に切り換えて、斜方向から電子ビーム照射による３２Ｍ
像観察を行う。通常、断面加工と断面観察操作は数回繰
り返し行うため、本発明のように、イオンビームと電子
ビームが独立の照射系で各ビーム毎に二次電子像のコン
トラスや明るさを設定できる二次電子検出制御系を備え
ることにより、リアルタイムで断面加工時の５１Ｍ像と
、断面観察のＳＥＭ像を、ビーム切り換えと連動させ、
画像表示装置へ鮮明に表示することが可能である。
に置き、５１Ｍ像による加工位置出しを行い、有機化合
物である原料ガス吹付とイオンビーム照射による金属膜
付は加工により、イオンビーム照射によるスパッタエツ
チング加工により孔を作り、断面加工を行う。つぎにビ
ーム切換器によりイオンビーム照射から電子ビーム照射
に切り換えて、斜方向から電子ビーム照射による３２Ｍ
像観察を行う。通常、断面加工と断面観察操作は数回繰
り返し行うため、本発明のように、イオンビームと電子
ビームが独立の照射系で各ビーム毎に二次電子像のコン
トラスや明るさを設定できる二次電子検出制御系を備え
ることにより、リアルタイムで断面加工時の５１Ｍ像と
、断面観察のＳＥＭ像を、ビーム切り換えと連動させ、
画像表示装置へ鮮明に表示することが可能である。
第１図は、本発明の一実施例の構成を示す概略図です。
イオン′ａ３１にガリウム液体金属イオン源を用い、イ
オン光学系３で加速・集束されたイオンビーム１を、Ｘ
Ｙ偏向電極３８とビームブランキング電場４０および試
料ステージ４により、試料２上の任意に場所を走査する
。試料２から放出する二次電子５は、二次電子検出器６
で検出され、観察用ＣＴＲ２０に二次電子像が表示され
る。
オン光学系３で加速・集束されたイオンビーム１を、Ｘ
Ｙ偏向電極３８とビームブランキング電場４０および試
料ステージ４により、試料２上の任意に場所を走査する
。試料２から放出する二次電子５は、二次電子検出器６
で検出され、観察用ＣＴＲ２０に二次電子像が表示され
る。
以上が走査イオン顕微鏡（ＳＩＭ）の構成である。
また電子源１０より発生した電子ビーム１１は、電子光
学系４１で加速・集束され、ＸＹ偏向コイル１６で試料
２上を走査する。電子ビーム１１の照射により試料２か
ら放出する二次電子５は、次電子検出器６で検出され、
観察ＣＲＴ２０に二次電子像が表示される。以上が走査
電子ｉ！Ｊｔ微鏡（ＳＥＭ）に構成である。
学系４１で加速・集束され、ＸＹ偏向コイル１６で試料
２上を走査する。電子ビーム１１の照射により試料２か
ら放出する二次電子５は、次電子検出器６で検出され、
観察ＣＲＴ２０に二次電子像が表示される。以上が走査
電子ｉ！Ｊｔ微鏡（ＳＥＭ）に構成である。
イオンビーム励起による二次電子５と、電子ビーム励起
による二次電子５は、区別が付かないため、二次電子像
を観察用ＣＲＴに表示する場合、ビーム切換器１７を用
い、イオン照射系と電子照射系との切り換えを行い、５
１Ｍ像とＳＥＭ像を切り換える。そして、イオンビーム
励起の二次電子量と電子ビーム励起の二次電子量の差を
補正し、５１Ｍ像とＳＥＭ像のコントラストや明るさを
ほぼ等しく見やすくするために、主増幅器７の前に、Ｓ
ＩＭ用前置増幅器１８とＳＥＭ用１９を別々に備え、ビ
ーム切換器１７と連動させ、また、二次電子検出器６内
の光電子増倍管（図示せず）の高圧電源を、ＳＩＭ用と
ＳＥＭ用別々にし、ビーム切換器１７と連動させること
により、鮮明で見やすい５１Ｍ像とＳＥＭ像との切り換
えを行う。また、制御用コンピュータの表示用ＣＲＴ２
０にＳＩＭ像表示エリア２１とＳＥＭ像表示エリア２２
を設け、それぞれの像を静止像として表示する。
による二次電子５は、区別が付かないため、二次電子像
を観察用ＣＲＴに表示する場合、ビーム切換器１７を用
い、イオン照射系と電子照射系との切り換えを行い、５
１Ｍ像とＳＥＭ像を切り換える。そして、イオンビーム
励起の二次電子量と電子ビーム励起の二次電子量の差を
補正し、５１Ｍ像とＳＥＭ像のコントラストや明るさを
ほぼ等しく見やすくするために、主増幅器７の前に、Ｓ
ＩＭ用前置増幅器１８とＳＥＭ用１９を別々に備え、ビ
ーム切換器１７と連動させ、また、二次電子検出器６内
の光電子増倍管（図示せず）の高圧電源を、ＳＩＭ用と
ＳＥＭ用別々にし、ビーム切換器１７と連動させること
により、鮮明で見やすい５１Ｍ像とＳＥＭ像との切り換
えを行う。また、制御用コンピュータの表示用ＣＲＴ２
０にＳＩＭ像表示エリア２１とＳＥＭ像表示エリア２２
を設け、それぞれの像を静止像として表示する。
第２図で、コンタクトホール部２３の配線２７の断面観
察例を説明する。始めに、第２図の破線を示す断面観察
部を含む領域４０に集束イオンビーム１の照射とガス銃
８からの原料ガス（通常タングステンカルボニル）の吹
付けを同時に行い、その領域４０に金属膜付けを行う。
察例を説明する。始めに、第２図の破線を示す断面観察
部を含む領域４０に集束イオンビーム１の照射とガス銃
８からの原料ガス（通常タングステンカルボニル）の吹
付けを同時に行い、その領域４０に金属膜付けを行う。
次に第２図の一点Ｍ線で囲む加工エリア２６をイオンビ
ーム照射によるスパノタエフチングで溝堀加工して、コ
ンタクトホール部２３の断面を露出させ、次にこれを斜
め方向からの電子ビーム照射に切り換えて、第３図の断
面像を得る。つまり、基板４６上にある絶縁膜断面４８
と配線断面４１．４２と保護膜断面４５及び本方式によ
り形成された金属膜断面４７が観察される。配！４１と
配線４２のコンタクト部２３が観察される。この場合、
本発明装置では、イオンビーム照射系と電子ビーム照射
系とが独立で、ビーム切換器１７によりイオンビームと
電子ビームが切り換えられると同時に、ＳＩＭ像用とＳ
ＥＭ像用の二次電子検出器６の光電子増倍管高圧と、二
次電子信号の前置増幅器１８．１９も連動で切り換えら
れるため、５１Ｍ像とＳＥＭ像のコントラストや明るさ
をそれぞれ見やすく調整できる。そして、加工作業中必
要に応して、リアルタイムにイオンビームと電子ビーム
をビーム切換器により切り換え、鮮明な５１Ｍ像とＳＥ
Ｍ像がそれぞれ表示される。この構成により、目的とす
る場所の断面加工と、断面形状の観察を、連続的に切り
換えることができる。
ーム照射によるスパノタエフチングで溝堀加工して、コ
ンタクトホール部２３の断面を露出させ、次にこれを斜
め方向からの電子ビーム照射に切り換えて、第３図の断
面像を得る。つまり、基板４６上にある絶縁膜断面４８
と配線断面４１．４２と保護膜断面４５及び本方式によ
り形成された金属膜断面４７が観察される。配！４１と
配線４２のコンタクト部２３が観察される。この場合、
本発明装置では、イオンビーム照射系と電子ビーム照射
系とが独立で、ビーム切換器１７によりイオンビームと
電子ビームが切り換えられると同時に、ＳＩＭ像用とＳ
ＥＭ像用の二次電子検出器６の光電子増倍管高圧と、二
次電子信号の前置増幅器１８．１９も連動で切り換えら
れるため、５１Ｍ像とＳＥＭ像のコントラストや明るさ
をそれぞれ見やすく調整できる。そして、加工作業中必
要に応して、リアルタイムにイオンビームと電子ビーム
をビーム切換器により切り換え、鮮明な５１Ｍ像とＳＥ
Ｍ像がそれぞれ表示される。この構成により、目的とす
る場所の断面加工と、断面形状の観察を、連続的に切り
換えることができる。
本発明は、上記の構成により半導体試料の目的の場所の
断面像を、加工作業中必要に応して、リアルタイムにイ
オンビームと電子ビームを切り換えて、鮮明な像を表示
出来るので、微小な異物や異状形状を直ちに発見できる
効果を存する。
断面像を、加工作業中必要に応して、リアルタイムにイ
オンビームと電子ビームを切り換えて、鮮明な像を表示
出来るので、微小な異物や異状形状を直ちに発見できる
効果を存する。
第１図は、本発明の一実施例の構成を示す図、第２図は
ＬＳＩのコンタクトホール部の上面図、第３図は第３図
中の断面図を示す図である。 ・集束イオンビ ム ・試料 ３ ・ ・ ４ ・ ・ ・ ５ ・ ・ ・ ６ ・ ・ ・ ７ ・ ・ ・ ８ ・ ・ ・ ９ ・ ・ ・ １０ ・ ・ １１ ・ ・ １２ ・ ・ １３ ・ ・ １４ ・ ・ １５ ・ ・ １６ ・ ・ １７ ・ ・ １８ ・ ・ １９ ・ ・ ２０ ・ ・ ２１ ・ ・ ２２ ・ ・ ・イオン光学系 ・試料ステージ ・二次電子 ・二次電子検出 主増幅器 ・有機金属化合物ガス銃 ビームブランキング電極 ・電子源 ・電子ビーム ・コンデンサレンズ（電磁型） ・ビームブランキングコイル ・スティングメータコイル ・対物レンズ（電磁型） ・ＸＹ変更コイル ・ビーム切換器 ・ＳＩＭ用前置増幅器 ・ＳＥＭ用前置増幅器 ・表示用ＣＲＴ ・ＳＩＭ増表示エリア ＳＥＭ増表示エリア ２３ ・ ・コンタクトホール部 ２６ ・ 加工エリア 以 上
ＬＳＩのコンタクトホール部の上面図、第３図は第３図
中の断面図を示す図である。 ・集束イオンビ ム ・試料 ３ ・ ・ ４ ・ ・ ・ ５ ・ ・ ・ ６ ・ ・ ・ ７ ・ ・ ・ ８ ・ ・ ・ ９ ・ ・ ・ １０ ・ ・ １１ ・ ・ １２ ・ ・ １３ ・ ・ １４ ・ ・ １５ ・ ・ １６ ・ ・ １７ ・ ・ １８ ・ ・ １９ ・ ・ ２０ ・ ・ ２１ ・ ・ ２２ ・ ・ ・イオン光学系 ・試料ステージ ・二次電子 ・二次電子検出 主増幅器 ・有機金属化合物ガス銃 ビームブランキング電極 ・電子源 ・電子ビーム ・コンデンサレンズ（電磁型） ・ビームブランキングコイル ・スティングメータコイル ・対物レンズ（電磁型） ・ＸＹ変更コイル ・ビーム切換器 ・ＳＩＭ用前置増幅器 ・ＳＥＭ用前置増幅器 ・表示用ＣＲＴ ・ＳＩＭ増表示エリア ＳＥＭ増表示エリア ２３ ・ ・コンタクトホール部 ２６ ・ 加工エリア 以 上
Claims (1)
- 試料表面を走査する集束イオンビーム照射系と電子ビー
ム照射系、前記試料を移動させる試料ステージ、前記試
料表面に膜付け原料ガスを吹き付ける有機金属化合物ガ
ス吹付装置、荷電ビーム照射時に前記試料から放出され
る二次電子を捕らえる二次電子検出器、前記検出器の出
力を表示する画像表示装置、および、ビーム切換器から
成る荷電ビーム装置において、前記集束イオンビーム照
射系を電子ビーム照射系を、互いにその照射軸を９０度
より狭い角度に配置し、各ムービ毎に二次電子検出器に
信号処理を最適な状態に設定可能な制御系と備え、前記
ビーム切換器と連動させ、前記集束イオンビームと電子
ビームを前記ビーム切換で切換えると同時に、前記二次
電子制御系を切換えることにより、前記集束イオンビー
ムにより試料表面像、および、断面加工像と、前記電子
ビームによる断面図を、前記画像表示装置に、すばやく
、良好な二次電子像を表示するものであることを特徴と
する荷電ビーム断面加工・観察装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2273526A JP3041403B2 (ja) | 1990-10-12 | 1990-10-12 | 荷電ビーム断面加工・観察装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2273526A JP3041403B2 (ja) | 1990-10-12 | 1990-10-12 | 荷電ビーム断面加工・観察装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04149945A true JPH04149945A (ja) | 1992-05-22 |
| JP3041403B2 JP3041403B2 (ja) | 2000-05-15 |
Family
ID=17529083
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2273526A Expired - Lifetime JP3041403B2 (ja) | 1990-10-12 | 1990-10-12 | 荷電ビーム断面加工・観察装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3041403B2 (ja) |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5532494A (en) * | 1993-04-07 | 1996-07-02 | Hitachi, Ltd. | Treatment and observation apparatus using scanning probe |
| JP2008083071A (ja) * | 2007-12-25 | 2008-04-10 | Hitachi Ltd | 試料作製装置 |
| US7700367B2 (en) * | 2003-07-08 | 2010-04-20 | Sii Nanotechnology Inc. | Method of making lamina specimen |
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