JPH05209849A - Sample analysis apparatus and method - Google Patents

Sample analysis apparatus and method

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JPH05209849A
JPH05209849A JP4198275A JP19827592A JPH05209849A JP H05209849 A JPH05209849 A JP H05209849A JP 4198275 A JP4198275 A JP 4198275A JP 19827592 A JP19827592 A JP 19827592A JP H05209849 A JPH05209849 A JP H05209849A
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JP
Japan
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sample
image
effective
pixel
zone
Prior art date
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JP4198275A
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Japanese (ja)
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Graeme Dowsett Mark
グレイム ダウセット マーク
Stephen Paul Thompson
ポール トンプソン スティーブン
Lawrence Wilkes John
ローレンス ウィルクス ジョン
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Kratos Analytical Ltd
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Kratos Analytical Ltd
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Publication date
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    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/30Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
    • H01J37/3002Details
    • H01J37/3005Observing the objects or the point of impact on the object
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/252Tubes for spot-analysing by electron or ion beams; Microanalysers
    • H01J37/256Tubes for spot-analysing by electron or ion beams; Microanalysers using scanning beams
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/25Tubes for localised analysis using electron or ion beams
    • H01J2237/2505Tubes for localised analysis using electron or ion beams characterised by their application
    • H01J2237/2516Secondary particles mass or energy spectrometry
    • H01J2237/2527Ions [SIMS]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
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    • H01J2237/30Electron or ion beam tubes for processing objects
    • H01J2237/304Controlling tubes
    • H01J2237/30405Details
    • H01J2237/30411Details using digital signal processors [DSP]

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Analysing Materials By The Use Of Radiation (AREA)

Abstract

PURPOSE: To obtain a device and a method for analyzing a sample by which chamical characteristics and other features of the sample can be identified spatially concerning analysis of sample surface by using the radiation from the sample through a primary beam. CONSTITUTION: This device is provided with a means 51 for displaying a visual picture related to the surface of a sample 1 and means 3 and 5 for changing the beam position oh the sample according to the picture. In addition, the beam quiescent time for each pixcel of the sample can be changed.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、サンプル分析装置およ
びサンプル分析方法に関する。本発明は、特定のものを
対象としないが、特に、サンプルの表面を分析するため
のサンプル分析装置およびサンプル分析方法に関連して
いる。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a sample analysis device and a sample analysis method. The present invention is not specifically directed, but in particular to a sample analyzer and a sample analysis method for analyzing the surface of a sample.

【0002】[0002]

【従来の技術】現代の材料工学においては、不均一なパ
ターン化されたサンプルおよび、異方性のあるパターン
化されたサンプルを分析するような要求が生じている。
係るサンプルの例として、ファイバ強化プラスチック,
高温超伝導体や金属合金等の多結晶体,半導体および他
の電子デバイス,そして層状複合体および被覆された材
料等が挙げられる。加えて、たとえば鉱石や、動物また
は植物の細片等といった自然界に見出される幾つかのサ
ンプルもまた、不均一性を呈してパターン化されている
か、あるいは異方性を呈してパターン化されているか、
あるいはその両方を呈している。
2. Description of the Prior Art In modern material engineering, there is a demand for analyzing non-uniform patterned samples and anisotropic patterned samples.
Examples of such samples include fiber reinforced plastics,
Examples include polycrystals such as high temperature superconductors and metal alloys, semiconductors and other electronic devices, and layered composites and coated materials. In addition, some samples found in nature, such as ores and animal or plant debris, are also heterogeneously patterned or anisotropically patterned. ,
Or present both.

【0003】上記要求は、化学的特徴について、サンプ
ルの同一性およびサンプルの位置の両方を、典型的には
例えば1mmから100ミクロンの高い分解能で決定す
る必要のあるサンプルにおいて起こる。この要求は、た
とえば分析すべきパターン化されたサンプルの正確なエ
リアを知るために起こり、係る分析は、予め分かってい
ない任意の形の範囲に限られている。その上、パターン
化されたサンプルの場合、マイクロ機械加工処理は、着
目する部分を晒す必要があり、除去を必要とする塊の形
状は任意であり、しかも前もって分からない。また、マ
イクロ機械加工は、サンプルの損傷部分を修復するとき
に使用することもできる。いずれの場合においても、マ
イクロ機械加工が行われているか、または実施されたサ
ンプル内の領域を決定する必要がある。
The above requirements arise in samples where it is necessary to determine both the identity of the sample and the position of the sample with respect to their chemical characteristics, typically with high resolution, eg 1 mm to 100 microns. This requirement arises, for example, in order to know the exact area of the patterned sample to be analyzed, which analysis is limited to a range of arbitrary shape not previously known. Moreover, in the case of patterned samples, the micromachining process needs to expose the area of interest and the shape of the mass that needs to be removed is arbitrary and not known in advance. Micromachining can also be used when repairing damaged parts of a sample. In either case, it is necessary to determine the area within the sample where micromachining has been performed or has been performed.

【0004】サンプルを分析するために質量分光技術が
用いられるとき、係る技術はサンプルから材料を消費す
る。従って、たとえばサンプル内の選択された部分に何
かのドープ物質が非常に小さい比率で存在するような半
導体デバイスの場合、この部分はサンプルの表面上に反
復されているので、複数のこれら部分に亘って注目する
材料をサンプルから励起するのに有効である。
When mass spectroscopy techniques are used to analyze a sample, such techniques consume material from the sample. Thus, for example, in the case of a semiconductor device where some doping material is present in a very small proportion in a selected part of the sample, this part is repeated on the surface of the sample, so that several of these parts are It is effective for exciting the material of interest from the sample.

【0005】[0005]

【発明が解決しようとする課題】公知のサンプル分析装
置には、たとえば二次イオン質量分析装置(SIMS)
があり、一般的に、サンプルにおける矩形分析ゾーンま
たは円形分析ゾーンを分析し得るだけである。
Known sample analyzers include, for example, secondary ion mass spectrometers (SIMS).
There are generally only rectangular or circular analysis zones in the sample that can be analyzed.

【0006】H.Frenzel 外は、1988年の「SIMS V
I」の 219頁から 224頁の論文の中でSIMS装置を説
明しており、その記載において、この装置は「チェッカ
ー・ボード」ゲーティングを用いることによって、分析
ゾーンの異なる各部分から材料を分析することが可能で
あると説明している。しかしながら係る装置は、たとえ
ば隣接した正方形または矩形の配列といったサンプル内
にて、予め規定され限定された形状から材料が分析され
得るだけである。
[0006] H. Frenzel et al.
The "I", pages 219 to 224, describes a SIMS instrument in which it analyzes materials from different parts of the analysis zone by using "checker board" gating. It is possible to do it. However, such a device can only analyze material from a predefined and defined shape in a sample, eg an array of adjacent squares or rectangles.

【0007】本発明の目的は、サンプル上に亘ってサン
プルの化学的特性または他の特徴について空間的識別を
可能にするサンプル分析装置および分析方法を提供する
ことである。
[0007] It is an object of the present invention to provide a sample analyzer and method that allows spatial identification of a sample's chemical properties or other characteristics over the sample.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明の第1の形態によ
れば、サンプル分析装置が提供されており、係る装置
は、サンプル面の点から材料を放出させるのに有効なビ
ームを生成するための励起手段と、上記サンプルの画像
を形成するための画像形成手段と、上記ビームとサンプ
ルとが交差する位置を制御するための手段とを備えて、
これにより、上記材料が、上記画像形成手段によって形
成されたサンプルの画像に従ってサンプル上の一連の異
なる点から放出されるように構成されている。
According to a first aspect of the present invention, there is provided a sample analyzer which produces a beam effective for emitting material from a point on a sample surface. Excitation means, an image forming means for forming an image of the sample, and means for controlling the position where the beam and the sample intersect,
Thereby, the material is arranged to be released from a series of different points on the sample according to the image of the sample formed by the image forming means.

【0009】本発明の第2の形態によれば、サンプル分
析方法が提供されており、係る方法は、サンプル上の一
点から材料を放出させるのに有効な励起ビームを生成す
るステップと、上記サンプルの画像を形成するステップ
と、上記ビームと上記サンプルとの交差する位置を制御
するステップとを備えて、これにより上記材料が、上記
サンプルの画像に従ってサンプル上の一連の異なる点か
ら放出されるように構成されている。
According to a second aspect of the present invention, there is provided a method of analyzing a sample, the method comprising the step of producing an excitation beam effective to eject material from a point on the sample; Of the image and controlling the intersection of the beam and the sample so that the material is emitted from a series of different points on the sample according to the image of the sample. Is configured.

【0010】[0010]

【実施例】まず図1を参照すると、この装置は、モータ
駆動されるサンプル・ステージMMSにマウントされた
サンプル1上に荷電粒子ビームを指向させるのに有効な
荷電粒子源PSを備えている。このビームは、X方向用
の走査装置3およびY方向用の走査装置5によって指向
され、係る各装置は、選択された休止時間の間、荷電粒
子ビームがサンプル1と交差する位置を制御するために
設けられており、詳細には以下に記述される。上記X方
向およびY方向の走査装置3,5は、荷電粒子ビームに
対し時間的に変動する電界または磁場を与えるのに有効
な磁気的または電気的な荷電粒子光学系、あるいはこれ
ら2つを幾つか組み合わせた形態をとることができる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENT Referring first to FIG. 1, the apparatus comprises a charged particle source PS effective to direct a charged particle beam onto a sample 1 mounted on a motorized sample stage MMS. This beam is directed by a scanning device 3 for the X direction and a scanning device 5 for the Y direction, each such device controlling the position where the charged particle beam intersects the sample 1 during a selected dwell time. And is described in detail below. The X-direction and Y-direction scanning devices 3 and 5 are magnetic or electrical charged particle optics effective to give a time-varying electric field or magnetic field to the charged particle beam, or some of these two. Or it can take a combined form.

【0011】このビーム走査動作は、「3方向ベクト
ル」として知られている3つの数値から成るセットを3
つのランダム・アクセス・メモリ7,9,11内にロー
ドすることによって制御される。3つの数値から成る各
セットは、2つの直交する方向XおよびYの関数に従っ
て、ビームがサンプル1と交差する位置を規定すると共
に、各ポイントすなわちサンプル上のピクセルにおける
ビームの休止時間を規定する。3つのランダムアクセス
・メモリ7,9,11は、X方向およびY方向の走査装
置3,5のための電子装置と共に全体を構成するもので
あるが、示された本実施例においては、通信用バス13
に接続されており、このバス13は、順番にコンピュー
タ・システム15に接続され、選択的にローカル処理装
置16と接続されている。
This beam scanning operation consists of three sets of three numbers known as "three-way vectors".
Controlled by loading into one random access memory 7, 9, 11. Each set of three numbers defines the position where the beam intersects sample 1 according to a function of two orthogonal directions X and Y, as well as the dwell time of the beam at each point or pixel on the sample. The three random access memories 7, 9, 11 together form the electronic device for the scanning devices 3, 5 in the X and Y directions, but in the embodiment shown, for communication purposes. Bus 13
, Which in turn is connected to computer system 15 and optionally to local processing unit 16.

【0012】3つのランダム・アクセス・メモリ7,
9,11内にロードされた数値は、適当な電子装置手段
(図示せず)によって連続的に取り出された後、X方向
およびY方向用の走査装置3,5のために各デジタル/
アナログ変換器17,19に入力される。タイミング・
システム21は、この休止時間を制御する役目をしてい
る。デジタル/アナログ変換器17,19からの各出力
は、各増幅器23,25を介してX方向およびY方向用
の走査装置3,5に接続され、走査装置3,5に適当な
電圧を印加する。この増幅器23,25の利得は、個々
の利得装置27,29によって制御されており、各利得
調整器27,29は、ビームがサンプルと交差する連続
点間の実際間隔すなわちピクセル間隔と共に、サンプル
1上のビームの最大変位値とビームとが交差する連続点
の実際間隔すなわち領域サイズとを決定する。
Three random access memories 7,
The numerical values loaded in 9, 11 are taken out successively by suitable electronic means (not shown) and then for each digital / digital device for the scanning devices 3, 5 for the X and Y directions.
It is input to the analog converters 17 and 19. timing·
The system 21 is responsible for controlling this downtime. The outputs from the digital / analog converters 17 and 19 are connected to the scanning devices 3 and 5 for the X direction and the Y direction via the amplifiers 23 and 25, respectively, and apply appropriate voltages to the scanning devices 3 and 5. .. The gain of this amplifier 23, 25 is controlled by an individual gain device 27, 29, each gain adjuster 27, 29 including the actual or pixel spacing between successive points where the beam intersects the sample, as well as the sample 1 Determine the maximum displacement of the upper beam and the actual spacing or area size of the continuous points where the beams intersect.

【0013】サンプル1に対する荷電粒子の位置合わせ
に係る付加的な制御は、バス13を介したコンピュータ
15の制御の下で、X方向およびY方向用の位置決めバ
ッファ35,37を通して、適当な大きさの更なる数値
をX方向およびY方向用のデジタル・アナログ変換器3
1,33内にロードすることによって実行される。
The additional control relating to the alignment of the charged particles with respect to the sample 1 is performed under the control of the computer 15 via the bus 13 through the positioning buffers 35 and 37 for the X direction and the Y direction. Further numerical values for X-direction and Y-direction digital-analog converter 3
It is executed by loading in 1, 33.

【0014】更にこの装置は、パルス・カウンタ39を
備えた適当な信号検出手段と、アナログ検出器41とを
備えており、この信号検出手段は、サンプル上の一次粒
子ビームが衝突することによって、サンプル1から放出
された荷電粒子に対応する信号を測定するべく動作す
る。トータル・イオンまたはトータル電子検出器43
は、測定された信号を統合するために設けられ、サンプ
ル1の個々の分析ゾーンからの信号を蓄積する。各分析
ゾーンは、ピクセル休止タイマ21に接続されたピクセ
ル・カウンタ49の制御のもとで、分析ゾーン用ランダ
ム・アクセス・メモリ45と、分析ゾーン指示用ランダ
ム・アクセス・メモリ47とによって確定される。また
この装置は、サンプル1の発光体の光学的画像を捕捉す
る光学的画像処理部51を備えている。
The apparatus further comprises a suitable signal detecting means with a pulse counter 39 and an analog detector 41, said signal detecting means being caused by the impingement of the primary particle beam on the sample. It operates to measure the signal corresponding to the charged particles emitted from sample 1. Total ion or total electron detector 43
Are provided for integrating the measured signals and accumulate the signals from the individual analysis zones of sample 1. Each analysis zone is defined by the analysis zone random access memory 45 and the analysis zone indicating random access memory 47 under the control of the pixel counter 49 connected to the pixel pause timer 21. .. The apparatus also includes an optical image processing unit 51 that captures an optical image of the illuminant of Sample 1.

【0015】このように、この装置を使用する場合、サ
ンプル1上の荷電粒子ビームの位置は、最初に選択した
点または連続点によって制御され、これはサンプル1の
光学的画像面上で選択された1つまたは複数の領域に対
応している。この光学的画像は、画像処理部51で作ら
れた後、たとえばマウス等のコンピュータ連鎖型指示装
置PDを使用しながら、コンピュータ15に接続された
視覚ディスプレイ装置に表示される。モータ駆動される
サンプル・ステージへのフィードバックは、ステージ制
御装置53を介して行われ、サンプルの画像面で選択さ
れた各ポイントを装置の視界範囲の中間に位置決めする
のに使用される。また、予め選択されたパターンまたは
画像が、コンピュータ15と組み合わされた画像記録部
55にロードされた後、調査パターン面でサンプルを解
読するサンプル・ステージを用いて、パターンまたは画
像と、サンプル1から捕捉された画像との間の相互関係
を、該相互関係が見つかるまで捜し求めるようにしても
よい。
Thus, when using this device, the position of the charged particle beam on the sample 1 is controlled by the initially selected point or series of points, which is selected on the optical image plane of the sample 1. It corresponds to one or more areas. After being produced by the image processing unit 51, this optical image is displayed on a visual display device connected to the computer 15 while using a computer chain type pointing device PD such as a mouse. Feedback to the motorized sample stage is provided via the stage controller 53 and is used to position each selected point in the image plane of the sample in the middle of the field of view of the device. In addition, after the preselected pattern or image is loaded into the image recording unit 55 combined with the computer 15, the pattern or image and the sample 1 are read from the sample 1 using a sample stage that decodes the sample on the inspection pattern surface. The correlation with the captured image may be sought until the correlation is found.

【0016】コンピュータ連動型指示装置PDは、更
に、サンプルの画像面上で選択された各領域のアウトラ
インを生成するためにも使用される。
The computer-linked pointing device PD is also used to generate an outline of each selected area on the image plane of the sample.

【0017】このようにサンプルを位置決めすると、メ
モリ7,9,11内にロードされる3つのベクトル値
は、ビームとサンプルが交差する連続点と、休止時間と
を制御するので、予め決められた走査動作に従いなが
ら、選択された領域内に含まれるピクセルに亘ってビー
ムを走査することができる。
With this sample positioning, the three vector values loaded into the memories 7, 9, 11 control the points of intersection of the beam and the sample and the dwell time, and thus are predetermined. The beam can be scanned over the pixels contained within the selected area while following the scanning operation.

【0018】いずれかのピクセルに対する休止時間が経
過したとき、次のセットの3つのベクトル値がメモリ
7,9,11内に入力されるので、このサイクルは走査
動作が完了するまで繰り返される。
When the dwell time for any of the pixels has expired, this cycle is repeated until the scan operation is complete, since the next set of three vector values are input into the memories 7, 9, 11.

【0019】以下、図2から図11を参照すると、図2
は方法を示しており、その中で係る装置は、ビーム輸送
システムの光学軸と直交する平面内の任意な方向に予め
決められた最大値までの幾らかの距離だけ、サンプル1
上で粒子ビームを変位させるのに使用される。いずれか
のピクセルに対する休止時間が経過したとき、次のセッ
トの3つのベクトル値が3つのランダムアクセス・メモ
リ7,9,11内に入力される。
Referring now to FIGS. 2-11, FIG.
Shows a method in which a device such as Sample 1 can be used for some distance up to a predetermined maximum in any direction in a plane orthogonal to the optical axis of the beam transport system.
Used to displace the particle beam above. When the dwell time for any pixel has expired, the next set of three vector values are entered into the three random access memories 7, 9, 11.

【0020】サンプル1上でのビームの変位は、図3に
例示されるように、順序付けされた系列で実行されてお
り、図3は10×10のフライバック・ラスタの形でピ
クセル順序を示している。通常、ビーム走査器は、固有
識別符号により識別されるべき領域の外側のエリアでビ
ームを位置決めするための手段(図示せず)を組み込ん
でおり、これは一般的にサンプルから離れたところにあ
るのでブランク時間を生成する。またビームは、各走査
周期の終了時に制御される時間に亘りスイッチ・オフさ
れて、ブランク時間を生成するようにしてもよい。
The beam displacement on sample 1 was performed in an ordered sequence, as illustrated in FIG. 3, which shows the pixel order in the form of a 10 × 10 flyback raster. ing. Typically, the beam scanner incorporates means (not shown) for positioning the beam in an area outside the area to be identified by the unique identification code, which is typically remote from the sample. So it produces a blank time. The beam may also be switched off for a controlled time at the end of each scanning cycle to produce a blank time.

【0021】込み入った領域内におけるピクセル・パタ
ーンの例が図4に示されている。サンプルにおけるビー
ムの順序的な変位たとえば、いずれかの方向に均一また
は不均一に寸法が調整された距離幅といった変位は、
「内部ラスタ (inner raster)」として示されるピクセ
ル・パターンを形成する。
An example of a pixel pattern in a crowded area is shown in FIG. Sequential displacement of the beam in the sample, e.g. displacement such as uniform or non-uniformly dimensioned distance width in either direction
Form a pixel pattern shown as an "inner raster".

【0022】次に、図5を参照すると、この図は、除外
された内部エリア(IA)をもつ領域について2つの例
を示している。係る領域は、たとえば半導体デバイスの
分析にその適用を見出すことができる。従って、たとえ
ば半導体デバイス上の相互結合トラックの画像は多角形
状の領域内に囲まれ、この領域には、除外されたトラッ
クをもっていない上記デバイスの部分がある。この領域
内のピクセルだけがイオン・ビームによって走査され
て、トラックの全体または一部を移動するので、実質的
には上記デバイスの周辺部分に影響を与えることは無
い。
Referring now to FIG. 5, this figure shows two examples for regions with excluded internal areas (IA). Such areas can find their application in the analysis of semiconductor devices, for example. Thus, for example, an image of interconnected tracks on a semiconductor device is enclosed within a polygonal area, which area has parts of the device that do not have excluded tracks. Only the pixels in this region are scanned by the ion beam and move all or part of the track, so that they do not substantially affect the peripheral portion of the device.

【0023】除外された内部エリアを組み込む領域の他
の扱いは、サンプルの画像に対して輝度閾値が設定さ
れ、これにより、上記閾値よりも大きい輝度をもつ全て
のピクセルが領域内に組み込まれる場合である。たとえ
ば半導体デバイス上の相互結合トラックがアルミニウム
で作られ、画像が対照モード (contrast mode)でとられ
たとすると、囲んでいる領域からアルミニウムを区別す
るので、トラック上のピクセルは全て領域内に含まれる
ことになる。また、画像に対して強度閾値が設定され、
この閾値より小さい強度をもつ全てのピクセルが領域内
に組み込まれるようにしてもよい。従って、アルミニウ
ムで作られた相互結合トラックをもつ半導体デバイスの
場合、アルミニウムを周囲部分から区別する対照モード
で画像が作られたとすると、このトラックを除く全ての
ピクセルが領域内に含まれることになる。
Another treatment of regions that incorporate excluded internal areas is when a brightness threshold is set for the sample image, so that all pixels with a brightness greater than the threshold are included in the region. Is. For example, if the interconnect tracks on a semiconductor device were made of aluminum and the image was taken in contrast mode, it would distinguish the aluminum from the surrounding area, so that all pixels on the track would be contained within the area. It will be. Also, an intensity threshold is set for the image,
All pixels with intensities below this threshold may be incorporated into the region. Thus, for a semiconductor device with an interconnect track made of aluminum, if the image was made in a contrast mode that distinguishes aluminum from its surroundings, all pixels except this track will be included in the area. ..

【0024】変換画像は、上述と同様な対比手法または
他の対比手法を用いれば、サンプルの画像に対して何ら
かの数学的変換をすることによって形成され得る。この
変換画像は、上記手法に基づき多角形エリアを重畳させ
ると、領域内で設定されるピクセルを定義することがで
きる。一方、強度閾値が設定され、これにより上記強度
より大きいか、または小さいピクセルが領域内に含まれ
るようにしてもよい。アルミニウムで作られたトラック
を備えた半導体の場合、もしトラックが汚れていたり、
ノイズがあったりするときには、領域選択処理の前に数
学的ノイズ除去手法が適用され得る。
The transformed image can be formed by some mathematical transformation on the sample image, using a contrasting technique similar to that described above or other contrasting techniques. In this converted image, the pixels set in the area can be defined by overlapping the polygonal areas based on the above method. On the other hand, an intensity threshold value may be set so that pixels larger or smaller than the above intensity are included in the region. In the case of a semiconductor with a track made of aluminum, if the track is dirty,
When there is noise, a mathematical denoising method can be applied before the area selection processing.

【0025】所望の内部ラスタに対応する3つのベクト
ルは、コンピュータ15またはローカル処理装置16に
よって演算され得る。図6に示されるように、これらラ
スタは、幾つかの近接した領域,近接していない領域お
よび重複した領域のうち少なくとも1つの領域の形態を
とることができ、これらの領域は「サブ・ラスタ」と呼
ばれる。次に図7を参照すると、ビームの位置決めは、
X方向およびY方向成分の位置決めバッファ35,37
を介してコンピュータ1または装置16によって再プロ
グラムされ、この結果、内部ラスタは、それ自身、「外
部ラスタ」の境界内でサンプル上を横方向に走査され
る。もし内部ラスタの寸法が内部ラスタの変位よりも大
きいならば、外部ラスタは内部ラスタ内に「入れ子され
た」と言い表せる。図7から分かるように、この方法に
おいて内部ラスタを適当に変位させることによって、領
域内のピクセルの輝度は一時的に増加されるので、高い
分解能画像を生成することができる。
The three vectors corresponding to the desired internal raster can be computed by computer 15 or local processing unit 16. As shown in FIG. 6, these rasters can take the form of at least one of several contiguous regions, non-contiguous regions and overlapping regions, these regions being “sub-rasters”. Is called. Referring now to FIG. 7, the beam positioning is
Positioning buffers 35 and 37 for X-direction and Y-direction components
Is reprogrammed by the computer 1 or device 16 via the so that the inner raster is itself scanned laterally over the sample within the boundaries of the "outer raster". If the dimensions of the inner raster are larger than the displacement of the inner raster, then the outer raster can be said to be "nested" within the inner raster. As can be seen from FIG. 7, by appropriately displacing the inner raster in this method, the brightness of the pixels in the region is temporarily increased, so that a high resolution image can be generated.

【0026】ここで内部ラスタの寸法は、内部ラスタの
全体的な変位幅よりも小さいならば、内部ラスタは、外
部ラスタ内に「入れ子された」と言い表すことができ
る。この状態は図8に示されており、上部左側のサブ・
ラスタは領域内の7つの位置に変位されている。
Here, the inner raster can be said to be "nested" within the outer raster if the dimensions of the inner raster are smaller than the overall displacement width of the inner raster. This state is shown in Fig. 8, where the sub
The raster has been displaced to seven positions within the area.

【0027】ビーム走査装置3,5は、内部ラスタを生
成するのに使用される電圧を電気的に浮動状態とするこ
とによって、X方向およびY方向に領域を移動させるべ
く配置される。従って、領域および内部ラスタのうち少
なくとも一方は、適当な特徴をもってサンプル1内に位
置決めされ得る。ここでこの装置がSIMSの装置であ
り、その装置がたとえば、サンプル1から二次イオンを
収集するのに高い抽出フィールド (high extraction fi
eld)が使用され、抽出フィールド極性が反転されて正イ
オン分析から負イオン分析に変化するようなとき、係る
ビームの位置決めは、内部ラスタとサンプル関する選択
された特性との間の登録を保存するのに使用され得る。
The beam scanning devices 3, 5 are arranged to move the region in the X and Y directions by electrically floating the voltage used to generate the internal raster. Therefore, at least one of the region and the inner raster can be positioned in the sample 1 with suitable features. Here, this device is a SIMS device, which is, for example, a high extraction field for collecting secondary ions from sample 1.
eld) is used and the extraction field polarity is reversed and changes from positive ion analysis to negative ion analysis, such beam positioning preserves the registration between the internal raster and selected characteristics of the sample. Can be used for.

【0028】全てのピクセルに間隔をもたせること、こ
のために領域の全体の大きさは、X方向およびY方向の
増幅器23,25の利得を変えることによって変えるこ
とができ、種々の領域の大きさの例が図9に示されてい
る。
The spacing of all pixels, and therefore the overall size of the area, can be varied by changing the gain of the amplifiers 23, 25 in the X and Y directions, and the size of the various areas. An example of is shown in FIG.

【0029】サンプル1のどのピクセルにおいてもビー
ムが存在する時間は、個々に制御され得ることが分かる
であろう。従って、ミリング (milling)動作は、図10
および図11に示されるようにサンプル面でビームによ
って実行され、たとえばベベル (bevel)等の表面プロフ
ァイルが作られ得る。図10に示された動作において、
このベベルは、サンプルの右手方向の終端に向かうピク
セルに対して、サンプル面におけるビームの休止時間を
増やすことによって得られる。同様な結果は、図11に
示した処理によって得られ、サンプルの右手方向に向か
うピクセルに対してピクセル密度が大きくされている。
It will be appreciated that the time the beam is present at any pixel in sample 1 can be individually controlled. Therefore, the milling operation is as shown in FIG.
And performed by the beam at the sample surface as shown in FIG. 11 to create a surface profile such as a bevel. In the operation shown in FIG.
This bevel is obtained by increasing the dwell time of the beam at the sample plane for pixels towards the right-hand end of the sample. Similar results are obtained by the processing shown in FIG. 11, and the pixel density is increased with respect to the pixels in the right-hand direction of the sample.

【0030】ここで、スパッタ・レートが見える範囲内
で変化するとき、ピクセル間隔,ピクセル休止時間また
はその両方が択一的に制御され、その結果、浸食された
領域が平らに残存することが分かるであろう。
It can be seen here that when the sputter rate varies within the visible range, the pixel spacing, the pixel dwell time, or both are alternatively controlled so that the eroded area remains flat. Will.

【0031】上記に述べられた装置の分解能は、実施例
としては、内部ラスタが最大65,536個のピクセル
を備えた場合、各ピクセルの位置は、65,536分の
1の精度で確定される。休止時間は、適格に16,00
0分の1の精度で確定される。装置内に組み込まれた分
析ゾーン用ランダムアクセス・メモリ45は、概して、
256に達する分析ゾーンからのデータを各ゾーンに対
して32ビットの精度で十分に格納するメモリを備えて
いる。
The resolution of the apparatus described above is, by way of example, that if the internal raster comprises a maximum of 65,536 pixels, the position of each pixel is determined with a precision of 65,536. It Downtime is 16,000 eligible
It is confirmed with a precision of 1/0. The analysis zone random access memory 45 built into the device generally
It has sufficient memory to store up to 256 data from the analysis zones with 32-bit precision for each zone.

【0032】サンプルの画像は、他の適当な手段によっ
て捕捉され得ることが分かるはずである。これらは、光
源によって生成された位相コントラストおよび輝度コン
トラストを含んでいる。また、サンプル表面の視覚的に
ディスプレイ表示可能なマップは、原子記号および地形
的なコントラスト毎に生成され、この地形的なコントラ
ストは、収束された一次電子ビームによって引き起こさ
れた二次電子(SEM)によって生成される。一次電子
ビームは、サンプルからのイオン放射によって化学的ま
たは他のコントラストを生成するのに使用されてもよ
い。収束された一次電子ビームまたは高速の原子ビーム
は、このようにしてサンプルから放出される電子から、
原子記号および地形的なコントラストを生成するのに使
用され、すなわちサンプルから放出された二次イオンか
ら化学的または他のコントラストを生成するのに使用さ
れ得る。
It should be appreciated that the image of the sample can be captured by other suitable means. These include the phase and intensity contrast produced by the light source. In addition, a visually displayable map of the sample surface is generated for each atomic symbol and topographical contrast, which topographical contrast is caused by the focused primary electron beam secondary electron (SEM). Generated by. The primary electron beam may be used to create a chemical or other contrast by ion emission from the sample. The focused primary electron beam or fast atomic beam is thus emitted from the sample,
It can be used to create atomic symbols and topographical contrasts, ie, chemical or other contrasts from secondary ions emitted from the sample.

【0033】このように形成された画像は、その後、分
析ゾーンや、電流密度分布の形状をビームによって照射
されるサンプルエリア範囲にわたって選択するのに使用
され得る。
The image thus formed can then be used to select the analysis zone and the shape of the current density distribution over the sample area range illuminated by the beam.

【0034】本発明に係る装置および方法に関する特別
な用途は、サンプルにおける特定な分析ゾーンからの信
号が、リアルタイムで次の信号に加えられることが要求
される点であることが分かるはずである。たとえば、ト
ランジスタ・アレイで構成された半導体デバイスは、多
くの対応的にドープされた部分を備えており、個々の部
分にはドープ物質が含まれているが、SIMSの深さの
断面において、その垂直方向の厳密な分析に対して、そ
の量は極めて微量である。もし、同様にドープされた部
分が、コンピュータの視覚的なディスプレイ装置を通し
てディスプレイ表示されたサンプルの画像から確認可能
であれば、個々の多角形のセットが各ドープされた部分
のまわりに描かれ、その多角形内のピクセルからの信号
が次の深さ断面内で合計されて1つの分析信号を与える
ことができる。このように注目の部分におけるドープ物
質の深さ方向の分布は、周囲の部分のドープ物質の分布
と関係なく優れた統計的精度で得られる。
It will be appreciated that a particular application for the device and method according to the invention is that the signal from a particular analysis zone in a sample is required to be added in real time to the next signal. For example, a semiconductor device made up of a transistor array comprises many correspondingly doped portions, each portion containing a doped material, but at the SIMS depth cross-section. For rigorous vertical analysis, the amount is extremely small. If similarly doped portions are visible from an image of the sample displayed on the computer through a visual display device, a set of individual polygons are drawn around each doped portion, The signals from the pixels in that polygon can be summed in the next depth section to give one analytical signal. As described above, the distribution of the doping material in the depth direction in the target portion can be obtained with excellent statistical accuracy regardless of the distribution of the doping material in the peripheral portion.

【0035】[0035]

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、サ
ンプル上に亘ってサンプルの化学的特性または他の特徴
について空間的識別を可能にするサンプル分析装置とそ
の方法を提供することができる。
As described above, according to the present invention, it is possible to provide a sample analyzer and a method thereof which enable spatial discrimination of chemical properties or other characteristics of a sample over the sample. ..

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

【図1】本発明に係る装置の一実施例の概略的なブロッ
ク図である。
1 is a schematic block diagram of an embodiment of an apparatus according to the present invention.

【図2】本発明に係る方法を示し、サンプルの画像のピ
クセルがアドレスされる方法の説明図である。
FIG. 2 illustrates a method according to the present invention, in which pixels of a sample image are addressed.

【図3】ラスタ走査配列のピクセル順序を示す説明図で
ある。
FIG. 3 is an explanatory diagram showing a pixel order of a raster scanning array.

【図4】領域内に囲まれたピクセル・パターンを示す説
明図である。
FIG. 4 is an explanatory diagram showing a pixel pattern surrounded by a region.

【図5】2種類の領域を示す説明図である。FIG. 5 is an explanatory diagram showing two types of areas.

【図6】サンプルの画像内における複数の近接したサブ
・ラスタと近接していないサブ・ラスタを示す説明図で
ある。
FIG. 6 is an explanatory diagram showing a plurality of adjacent sub-rasters and a non-adjacent sub-raster in a sample image.

【図7】内部ラスタ内に組まれた外部ラスタを示す説明
図である。
FIG. 7 is an explanatory diagram showing an external raster assembled in an internal raster.

【図8】ランダムな外部ラスタ内に組まれた内部ラスタ
を示す説明図である。
FIG. 8 is an explanatory diagram showing an internal raster assembled in a random external raster.

【図9】領域の大きさに関してアナログ利得の作用を示
す説明図である。
FIG. 9 is an explanatory diagram showing the effect of analog gain on the size of a region.

【図10】本発明に係る実施例に従って、サンプルの表
面プロファイルをミリングするための第1の方法を示す
説明図である。
FIG. 10 is an illustration showing a first method for milling the surface profile of a sample according to an embodiment of the present invention.

【図11】本発明に係る実施例に従って、サンプルの表
面プロファイルをミリングするための第2の方法を示す
説明図である。
FIG. 11 is an illustration showing a second method for milling the surface profile of a sample according to an embodiment of the present invention.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…サンプル 3…X方向の走査装置 5…Y方向の走査装置 7,9,11…ランダムアクセス・メモリ 15…コンピュータ・システム 17,19…デジタル/アナログ変換器 27,29…利得装置 31,33…位置決め用のデジタル/アナログ変換器 35,37…位置決め用のバッファ/RAM 51…光学的画像処理部 1 ... Sample 3 ... X-direction scanning device 5 ... Y-direction scanning device 7, 9, 11 ... Random access memory 15 ... Computer system 17, 19 ... Digital / analog converter 27, 29 ... Gain device 31, 33 ... Positioning digital / analog converters 35, 37 ... Positioning buffer / RAM 51 ... Optical image processing unit

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジョン ローレンス ウィルクス イギリス国,ノース ヨークシャー ワイ オー179アールジー,マルトン,アクラム, レイク ビュー(番地なし) ─────────────────────────────────────────────────── ————————————————————————————————————————————————————————————————————————————————— YorkWay_179 RG, Malton, Akram, Lakeview (No Address)

Claims (16)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 サンプル(1)面の一点から材料を放出
させるのに有効なビームを生成するための励起手段(P
S)と、 前記サンプル(1)の画像を形成するための画像形成手
段(51)と、 前記ビームと前記サンプル(1)との交差位置を制御す
るための手段(3,5)とを具備し、 これによって前記材料が、前記画像形成手段(51)に
よって形成された前記サンプルの画像に従って該サンプ
ル上の一連の異なる点から放出される、サンプル分析装
置。
1. Excitation means (P) for producing a beam effective to emit material from a point on the sample (1) surface.
S), image forming means (51) for forming an image of the sample (1), and means (3, 5) for controlling the crossing position of the beam and the sample (1). A sample analyzer, whereby the material is released from a series of different points on the sample according to the image of the sample formed by the image forming means (51).
【請求項2】 前記制御手段(3,5)は、前記サンプ
ル上の多角形ゾーン内に含まれる各点に対応する分析ゾ
ーンを規定するのに有効となっている、請求項1に記載
の装置。
2. The control means (3, 5) according to claim 1, which is effective for defining an analysis zone corresponding to each point contained within a polygonal zone on the sample. apparatus.
【請求項3】 前記多角形ゾーンが凹部ゾーンである、
請求項2に記載の装置。
3. The polygonal zone is a recessed zone.
The device according to claim 2.
【請求項4】 前記多角形ゾーンの内の少なくとも1つ
のエリア(IA)が前記分析ゾーンから除外される、請
求項2または3に記載の装置。
4. Apparatus according to claim 2 or 3, wherein at least one area (IA) of the polygonal zone is excluded from the analysis zone.
【請求項5】 前記制御手段(3,5)は、前記分析ゾ
ーンを規定するのに有効なコンピュータ連動型の指示装
置(PD)を含む、請求項2から4のいずれか1項に記
載の装置。
5. The control means (3, 5) according to any one of claims 2 to 4, wherein the control means (3, 5) includes a computer-linked pointing device (PD) effective for defining the analysis zone. apparatus.
【請求項6】 前記画像の輝度曲線を決定するのに有効
な手段と、該輝度曲線に従って前記分析ゾーンを決定す
る手段とを具備する、請求項2から5のいずれか1項に
記載の装置。
6. An apparatus according to claim 2, comprising means effective for determining a brightness curve of the image and means for determining the analysis zone according to the brightness curve. ..
【請求項7】 前記分析ゾーンを規定するのに有効なア
ルゴリズム発生手段を具備する、請求項2から6のいず
れか1項に記載の装置。
7. A device according to claim 2, comprising algorithm generating means effective to define the analysis zone.
【請求項8】 3つの数値のセットを格納し、該各セッ
トが前記サンプル上の各点に対応するピクセルについて
位置とビームの休止時間とを規定する手段(45)と、 該ピクセルに対する所定の休止時間の間いずれのピクセ
ルも何らかの順序でアドレス指定するための手段と、 を具備する請求項1から7のうちのいずれか1項に記載
の装置。
8. A means (45) for storing a set of three numbers, each set defining a position and a beam dwell time for a pixel corresponding to each point on the sample, and a predetermined (45) for the pixel. 8. A device as claimed in any one of claims 1 to 7, comprising means for addressing any pixel in any order during the dwell time.
【請求項9】 異なるピクセルからの信号を蓄積するた
めの手段(43)を具備する、請求項8に記載の装置。
9. Device according to claim 8, comprising means (43) for accumulating signals from different pixels.
【請求項10】 前記サンプルの画像から3つの数値の
セットを生成するのに有効な手段を具備する、請求項8
に記載の装置。
10. An effective means for generating a set of three numbers from the sample image.
The device according to.
【請求項11】 前記サンプルの画像に関係なく3つの
数値のセットを生成するのに有効な処理手段を具備す
る、請求項8に記載の装置。
11. The apparatus of claim 8 comprising processing means effective to generate a set of three numbers independent of the image of the sample.
【請求項12】 分析ゾーンの各ピクセルの位置が格納
部のアドレスを決定し、該格納部で該ピクセルからの信
号が蓄積されるように構成された電気的格納手段を具備
する、請求項8から11のうちのいずれか1項に記載の
装置。
12. The electrical storage means is arranged such that the position of each pixel in the analysis zone determines the address of the storage and the signal from the pixel is stored in the storage. 11. The device according to any one of 1 to 11.
【請求項13】 前記ビーム走査機構に作用して各ピク
セルの位置を同じ量だけ変位させる変位手段(31,3
3,35,37)を具備する、請求項8に記載の装置。
13. Displacement means (31, 3) for acting on the beam scanning mechanism to displace the position of each pixel by the same amount.
The device according to claim 8, comprising 3, 35, 37).
【請求項14】 前記変位手段によって引き起こされた
変位を時間の関数に従って変えるための手段を具備す
る、請求項13に記載の装置。
14. Apparatus according to claim 13, comprising means for varying the displacement caused by said displacement means as a function of time.
【請求項15】 前記ビームの休止時間を時間の関数に
従って変えるための手段を具備する、請求項8に記載の
装置。
15. Apparatus according to claim 8 comprising means for varying the dwell time of the beam as a function of time.
【請求項16】 サンプル上の一点から材料を放出させ
るのに有効な励起ビームを生成するステップと、 前記サンプルの画像を形成するステップと、 前記ビームと前記サンプルとの交差位置を制御するステ
ップとを具備し、 前記材料が、前記サンプルの画像に従って該サンプル上
の一連の異なる点から放出される、サンプル分析方法。
16. Generating an excitation beam effective to eject material from a point on the sample; forming an image of the sample; controlling the intersection of the beam and the sample. A sample analysis method, wherein the material is released from a series of different points on the sample according to an image of the sample.
JP4198275A 1991-07-25 1992-07-24 Sample analysis apparatus and method Pending JPH05209849A (en)

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GB9116038:2 1991-07-25
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