JPH06231720A - 集束荷電ビーム装置および加工観察方法 - Google Patents
集束荷電ビーム装置および加工観察方法Info
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- JPH06231720A JPH06231720A JP5019059A JP1905993A JPH06231720A JP H06231720 A JPH06231720 A JP H06231720A JP 5019059 A JP5019059 A JP 5019059A JP 1905993 A JP1905993 A JP 1905993A JP H06231720 A JPH06231720 A JP H06231720A
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- H01J2237/317—Processing objects on a microscale
- H01J2237/3174—Etching microareas
- H01J2237/31745—Etching microareas for preparing specimen to be viewed in microscopes or analyzed in microanalysers
Abstract
(57)【要約】
【目的】 特定箇所の透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）用試料
作製を簡単でより最適な形状に加工し、その場で試料薄
膜の厚さを確認する。 【構成】 イオンビーム２を試料４に照射し、エッチン
グ加工でＴＥＭ試料作製をする。電子ビーム７を試料断
面対して横方向から照射し、二次電子・反射電子・Ｘ線
・透過電子をそれぞれの検出器５，９，10，11で検出
し、試料の加工状態を確認する。また、これらの信号強
度は試料薄膜の厚さによって変化するため、信号強度を
モニターすることにより、その場で試料薄膜の厚さの推
定ができる。
作製を簡単でより最適な形状に加工し、その場で試料薄
膜の厚さを確認する。 【構成】 イオンビーム２を試料４に照射し、エッチン
グ加工でＴＥＭ試料作製をする。電子ビーム７を試料断
面対して横方向から照射し、二次電子・反射電子・Ｘ線
・透過電子をそれぞれの検出器５，９，10，11で検出
し、試料の加工状態を確認する。また、これらの信号強
度は試料薄膜の厚さによって変化するため、信号強度を
モニターすることにより、その場で試料薄膜の厚さの推
定ができる。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は集束イオンビーム照射に
より試料から発生する二次粒子を検出して試料表面を観
察し、試料表面の所定領域をイオンビームエッチングお
よびイオンビームＣＶＤ加工する集束イオンビーム装置
に電子ビーム照射系と複数の二次粒子検出器を具備する
ことにより、試料の薄膜加工および試料の厚さ推定、特
にＴＥＭ試料作製を簡単でより最適な厚さ・形状に加工
する集束荷電ビーム装置および試料加工観察方法に関す
る。
より試料から発生する二次粒子を検出して試料表面を観
察し、試料表面の所定領域をイオンビームエッチングお
よびイオンビームＣＶＤ加工する集束イオンビーム装置
に電子ビーム照射系と複数の二次粒子検出器を具備する
ことにより、試料の薄膜加工および試料の厚さ推定、特
にＴＥＭ試料作製を簡単でより最適な厚さ・形状に加工
する集束荷電ビーム装置および試料加工観察方法に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】従来の集束イオンビーム装置は特開昭59
-168652 号公報に示されている様に、液体金属イオン源
から引き出し電極によりイオンビームを引き出し、その
イオンビームをアパーチャおよび静電レンズにより集束
イオンビームにし、その集束イオンビームを偏向電極に
より試料表面の所定領域を照射するように偏向走査させ
る装置である。
-168652 号公報に示されている様に、液体金属イオン源
から引き出し電極によりイオンビームを引き出し、その
イオンビームをアパーチャおよび静電レンズにより集束
イオンビームにし、その集束イオンビームを偏向電極に
より試料表面の所定領域を照射するように偏向走査させ
る装置である。
【０００３】上記の走査された集束イオンビームの試料
４表面への繰り返し照射により、試料４の所定領域は、
イオンビームによりスパッタされて除去され、またデポ
用ガスをガス銃１４のノズルより吹き付けることによ
り、試料４の集束イオンビーム照射領域に、イオンビー
ムＣＶＤによる金属膜を成膜することができる。これら
の機能は、試作ＩＣ回路修正やプロセス評価などに利用
され、ＩＣ開発のデバック時間を大幅に短縮した（月刊
Senmi-conductor World,1987.9「ＦＩＢを用いたＶＬＳ
Ｉの新しい評価・解析技術」、日本学術振興会第１３２
委員会第１０１回研究会資料,1987.11「ＥＢテスタによ
る高速バイポーラＬＳＩの故障解析」、「集束イオンビ
ームのよるＩＣの動作解析及び配線変更」、「集束イオ
ンビームを用いた電子ビームテスティング技術」）。
４表面への繰り返し照射により、試料４の所定領域は、
イオンビームによりスパッタされて除去され、またデポ
用ガスをガス銃１４のノズルより吹き付けることによ
り、試料４の集束イオンビーム照射領域に、イオンビー
ムＣＶＤによる金属膜を成膜することができる。これら
の機能は、試作ＩＣ回路修正やプロセス評価などに利用
され、ＩＣ開発のデバック時間を大幅に短縮した（月刊
Senmi-conductor World,1987.9「ＦＩＢを用いたＶＬＳ
Ｉの新しい評価・解析技術」、日本学術振興会第１３２
委員会第１０１回研究会資料,1987.11「ＥＢテスタによ
る高速バイポーラＬＳＩの故障解析」、「集束イオンビ
ームのよるＩＣの動作解析及び配線変更」、「集束イオ
ンビームを用いた電子ビームテスティング技術」）。
【０００４】そして最近、断面ＴＥＭ用試料の作製を集
束イオンビーム装置で行い、試料の特定の場所の断面Ｔ
ＥＭ観察結果が報告されている（第３７回応用物理学
会、1990.3「集束イオンビームを用いた断面ＴＥＭ試料
作成法」）。この方法は、従来のイオンミリングによる
方法に比べると、短時間に試料の特定の場所の断面ＴＥ
Ｍ（透過型電子顕微鏡：Transmission electron micros
cope）用の試料作成ができるものである。
束イオンビーム装置で行い、試料の特定の場所の断面Ｔ
ＥＭ観察結果が報告されている（第３７回応用物理学
会、1990.3「集束イオンビームを用いた断面ＴＥＭ試料
作成法」）。この方法は、従来のイオンミリングによる
方法に比べると、短時間に試料の特定の場所の断面ＴＥ
Ｍ（透過型電子顕微鏡：Transmission electron micros
cope）用の試料作成ができるものである。
【０００５】従来装置の一実施例である集束イオンビー
ム装置を、第３図に示す。イオン銃１に液体金属イオン
源を用い、イオン銃１から引き出されたイオンビーム２
は、イオン光学系３により集束・走査され試料４表面を
照射する。なお、イオン光学系３は、イオンビーム２の
光軸部分のみを通すアパーチャ３０と、イオンビーム２
を集束させる静電レンズ３１と、集束されたイオンビー
ム２を試料４の表面上を所定領域照射するために集束イ
オンビーム２の光軸を偏向させる偏向電極３２と、集束
イオンビーム２の試料４表面上への照射をオン・オフ制
御するブランカ３３等より構成される。
ム装置を、第３図に示す。イオン銃１に液体金属イオン
源を用い、イオン銃１から引き出されたイオンビーム２
は、イオン光学系３により集束・走査され試料４表面を
照射する。なお、イオン光学系３は、イオンビーム２の
光軸部分のみを通すアパーチャ３０と、イオンビーム２
を集束させる静電レンズ３１と、集束されたイオンビー
ム２を試料４の表面上を所定領域照射するために集束イ
オンビーム２の光軸を偏向させる偏向電極３２と、集束
イオンビーム２の試料４表面上への照射をオン・オフ制
御するブランカ３３等より構成される。
【０００６】集束イオンビーム２は、試料４表面をエッ
チング加工すると同時に、イオンビーム励起の二次粒子
を放出する。この二次粒子の中の二次電子を二次電子検
出器で検出し、ＳＩＭ像を図示しない観察用ＣＲＴに表
示する。また、イオンビーム２照射と同時にＣＶＤガス
をガス銃１４ノズルより供給し、試料４表面に局所成膜
をする。このイオンビーム加工装置は、ＩＣ配線の切断
・接続や断面加工・観察等を行うことに従来使用されて
いた。
チング加工すると同時に、イオンビーム励起の二次粒子
を放出する。この二次粒子の中の二次電子を二次電子検
出器で検出し、ＳＩＭ像を図示しない観察用ＣＲＴに表
示する。また、イオンビーム２照射と同時にＣＶＤガス
をガス銃１４ノズルより供給し、試料４表面に局所成膜
をする。このイオンビーム加工装置は、ＩＣ配線の切断
・接続や断面加工・観察等を行うことに従来使用されて
いた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】しかし、従来例のよう
な装置を用いて断面ＴＥＭ用試料の作製を行う場合、ま
ず機械研磨で数１０μｍに削り込んだ試料の観察場所の
前後を、イオンビームエッチング加工で除去し、０．５
μｍ以下の壁を残す。次に加工形状や断面の確認を、イ
オンビーム照射によるダメージを避けるために、走査電
子顕微鏡（Scanning Electron Microscope；以下ＳＥＭ
と略す）像観察で行い、必要に応じて再加工をする。そ
して、加工後の試料をＴＥＭで観察し、加工が不十分で
観察できないときは、再びイオンビームエッチング加工
行う必要がある。この方法では、複数の真空装置間で試
料を出し入れするため、真空排気・試料の位置出しなど
に時間がかかることと、最適な断面ＴＥＭ試料の作製が
困難であると言う課題があった。
な装置を用いて断面ＴＥＭ用試料の作製を行う場合、ま
ず機械研磨で数１０μｍに削り込んだ試料の観察場所の
前後を、イオンビームエッチング加工で除去し、０．５
μｍ以下の壁を残す。次に加工形状や断面の確認を、イ
オンビーム照射によるダメージを避けるために、走査電
子顕微鏡（Scanning Electron Microscope；以下ＳＥＭ
と略す）像観察で行い、必要に応じて再加工をする。そ
して、加工後の試料をＴＥＭで観察し、加工が不十分で
観察できないときは、再びイオンビームエッチング加工
行う必要がある。この方法では、複数の真空装置間で試
料を出し入れするため、真空排気・試料の位置出しなど
に時間がかかることと、最適な断面ＴＥＭ試料の作製が
困難であると言う課題があった。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、集束イオンビーム装置に横方向から電子ビ
ームを試料に照射できる照射系と電子ビーム励起の二次
信号（二次電子、反射電子、透過電子、オージェ電子お
よびＸ線）を検出する検出器を装着していることを特徴
とする。
に本発明は、集束イオンビーム装置に横方向から電子ビ
ームを試料に照射できる照射系と電子ビーム励起の二次
信号（二次電子、反射電子、透過電子、オージェ電子お
よびＸ線）を検出する検出器を装着していることを特徴
とする。
【０００９】
【作用】前記集束イオンビームを走査し、イオンビーム
励起の二次電子を検出してＳＩＭ像観察を行い試料の加
工観察位置出をした後で、被加工試料表面をイオンビー
ムエッチング加工できるため、被加工試料の特定箇所の
薄膜加工、特に断面ＴＥＭ試料を作製することができ
る。そして必要に応じて、イオンビームを前記電子ビー
ムに切り換えＳＥＭ像による加工状態観察や反射電子、
透過電子、透過散乱電子励起のＸ線などをモニターする
ことにより薄膜試料の厚さの推定ができる。
励起の二次電子を検出してＳＩＭ像観察を行い試料の加
工観察位置出をした後で、被加工試料表面をイオンビー
ムエッチング加工できるため、被加工試料の特定箇所の
薄膜加工、特に断面ＴＥＭ試料を作製することができ
る。そして必要に応じて、イオンビームを前記電子ビー
ムに切り換えＳＥＭ像による加工状態観察や反射電子、
透過電子、透過散乱電子励起のＸ線などをモニターする
ことにより薄膜試料の厚さの推定ができる。
【００１０】また、前記電子ビーム励起のＸ線やオージ
ェ電子を検出することにより、試料の断面微小部の元素
分析を非破壊できる。さらに、イオンビームエッチング
前に、被加工試料の加工観察表面に前記イオンビームＣ
ＶＤで局所成膜し試料表面を平坦化することで、試料観
察表面をイオンビーム照射によるダメージから保護し被
加工試料表面の凹凸による加工面（ＴＥＭ観察面）の荒
れを軽減することができ、イオンビームエッチング加工
時に被加工試料を数度傾斜することで、前記集束イオン
ビームの広がりによる加工断面の傾きを表面に対して垂
直にしＴＥＭ観察面の薄壁の厚さを均一にすることがで
きる。従って、本発明は被加工試料、特にＴＥＭ用試料
作成を最適な形状に加工し、薄膜加工された試料の厚さ
の推定ができる。
ェ電子を検出することにより、試料の断面微小部の元素
分析を非破壊できる。さらに、イオンビームエッチング
前に、被加工試料の加工観察表面に前記イオンビームＣ
ＶＤで局所成膜し試料表面を平坦化することで、試料観
察表面をイオンビーム照射によるダメージから保護し被
加工試料表面の凹凸による加工面（ＴＥＭ観察面）の荒
れを軽減することができ、イオンビームエッチング加工
時に被加工試料を数度傾斜することで、前記集束イオン
ビームの広がりによる加工断面の傾きを表面に対して垂
直にしＴＥＭ観察面の薄壁の厚さを均一にすることがで
きる。従って、本発明は被加工試料、特にＴＥＭ用試料
作成を最適な形状に加工し、薄膜加工された試料の厚さ
の推定ができる。
【００１１】
【実施例】以下本発明の実施例について、図面を参照し
て説明する。図１は発明の断面加工観察用荷電ビーム装
置を示した概略断面図である。以下、図面に従って説明
する。
て説明する。図１は発明の断面加工観察用荷電ビーム装
置を示した概略断面図である。以下、図面に従って説明
する。
【００１２】イオン銃１に液体金属イオン源を用い、イ
オン銃１より引き出されたイオンビーム２は、イオン光
学系３で加速・集束・走査され、集束イオンビーム２と
なる。そして、集束イオンビーム２は５軸試料ステージ
４ａ上の試料４に照射される。試料４から放出されるイ
オンビーム励起の二次電子は、二次電子検出器５で検出
され、ＣＲＴ１３（図２参照）にＳＩＭ（Scanning ion
microscope)像が表示される。これによって、試料４表
面を観察し加工位置出しを行い、集束イオンビーム２照
射によるスパッタエッチング加工で試料の薄膜加工、特
にＴＥＭ観察用の試料の作成ができる。
オン銃１より引き出されたイオンビーム２は、イオン光
学系３で加速・集束・走査され、集束イオンビーム２と
なる。そして、集束イオンビーム２は５軸試料ステージ
４ａ上の試料４に照射される。試料４から放出されるイ
オンビーム励起の二次電子は、二次電子検出器５で検出
され、ＣＲＴ１３（図２参照）にＳＩＭ（Scanning ion
microscope)像が表示される。これによって、試料４表
面を観察し加工位置出しを行い、集束イオンビーム２照
射によるスパッタエッチング加工で試料の薄膜加工、特
にＴＥＭ観察用の試料の作成ができる。
【００１３】電子ビーム7 の照射系は、集束イオンビー
ム２の照射系に対して、９０度に成るよう設置されてい
る。次に集束イオンビーム２の試料4 への照射を止め、
試料4 への照射を電子ビーム７に切り換える。電子銃６
より引き出された電子ビーム７は、電子レンズ系８で加
速・集束・走査され、上記試料４に照射される。試料４
から放出される電子ビーム励起の二次電子とＸ線は、そ
れぞれ二次電子検出器５とＸ線検出器１０で検出され、
また反射電子と透過電子は、それぞれ反射電子検出器９
と透過電子検出器１１で検出される。これらの検出信号
は、薄膜加工された試料の厚さによってその強度が変化
するため、試料厚さと信号強度の関係を予め実測や計算
で求めることによって、薄膜加工中の試料厚さをおおよ
そ測定することができる。このように本発明は、薄膜加
工と薄膜試料の厚さを推測できるため、ＴＥＭ試料の特
定箇所を最適な厚さに加工できる。
ム２の照射系に対して、９０度に成るよう設置されてい
る。次に集束イオンビーム２の試料4 への照射を止め、
試料4 への照射を電子ビーム７に切り換える。電子銃６
より引き出された電子ビーム７は、電子レンズ系８で加
速・集束・走査され、上記試料４に照射される。試料４
から放出される電子ビーム励起の二次電子とＸ線は、そ
れぞれ二次電子検出器５とＸ線検出器１０で検出され、
また反射電子と透過電子は、それぞれ反射電子検出器９
と透過電子検出器１１で検出される。これらの検出信号
は、薄膜加工された試料の厚さによってその強度が変化
するため、試料厚さと信号強度の関係を予め実測や計算
で求めることによって、薄膜加工中の試料厚さをおおよ
そ測定することができる。このように本発明は、薄膜加
工と薄膜試料の厚さを推測できるため、ＴＥＭ試料の特
定箇所を最適な厚さに加工できる。
【００１４】図２は本発明装置の試料周辺部の拡大断面
図である。イオン光学系の走査電極３２および電子光学
系の走査コイル８２により走査された集束イオンビーム
２および電子ビーム７を、試料４に交互に照射し、イオ
ンおよび電子励起の二次電子５ａ、５ｂを二次電子検出
器５で検出する。検出された二次電子信号５ａ、５ｂ
は、増幅器５ｃで増幅され制御用コンピュータ（ＣＰ
Ｕ）１２に取り込まれ、表示用ＣＲＴ１３にＳＩＭ像お
よびＳＥＭ像として表示される。これによって、試料の
加工位置・加工形状・断面の確認ができる。
図である。イオン光学系の走査電極３２および電子光学
系の走査コイル８２により走査された集束イオンビーム
２および電子ビーム７を、試料４に交互に照射し、イオ
ンおよび電子励起の二次電子５ａ、５ｂを二次電子検出
器５で検出する。検出された二次電子信号５ａ、５ｂ
は、増幅器５ｃで増幅され制御用コンピュータ（ＣＰ
Ｕ）１２に取り込まれ、表示用ＣＲＴ１３にＳＩＭ像お
よびＳＥＭ像として表示される。これによって、試料の
加工位置・加工形状・断面の確認ができる。
【００１５】集束イオンビーム２照射によるスパッタエ
ッチング加工で作成されたＴＥＭ試料４観察面に、電子
ビーム７を照射し試料表面で反射した反射電子９ａを、
反射電子検出器９で検出する。検出された反射電子信号
は、増幅器９ｂで増幅されＣＰＵ１２に取り込まれ、Ｃ
ＲＴ１３に反射電子像として表示される。
ッチング加工で作成されたＴＥＭ試料４観察面に、電子
ビーム７を照射し試料表面で反射した反射電子９ａを、
反射電子検出器９で検出する。検出された反射電子信号
は、増幅器９ｂで増幅されＣＰＵ１２に取り込まれ、Ｃ
ＲＴ１３に反射電子像として表示される。
【００１６】また、照射した電子ビーム７に直接励起さ
れて試料表面から放出したＸ線１０ａと試料の薄膜加工
された部分を透過散乱した電子が観察試料面以外を励起
して放出したＸ線１０ｂを、Ｘ線検出器１０で検出す
る。検出されたＸ線信号は、増幅器１０ｃで増幅されＣ
ＰＵ１２に取り込まれ、ＣＲＴ１３にＸ線像として表示
される。さらに、照射した電子ビーム７で試料４をほと
んど散乱せずに透過した電子ビーム１１ａを、透過電子
検出器１１で検出する。検出された透過電子信号は、増
幅器１１ｂで増幅されＣＰＵ１２に取り込まれ、ＣＲＴ
１３に透過電子像として表示される。その他、照射した
電子ビーム７が電流として試料４に流れる吸収電流は、
増幅器４ｂで増幅されＣＰＵ１２に取り込まれ、ＣＲＴ
１３に吸収電流像として表示される。
れて試料表面から放出したＸ線１０ａと試料の薄膜加工
された部分を透過散乱した電子が観察試料面以外を励起
して放出したＸ線１０ｂを、Ｘ線検出器１０で検出す
る。検出されたＸ線信号は、増幅器１０ｃで増幅されＣ
ＰＵ１２に取り込まれ、ＣＲＴ１３にＸ線像として表示
される。さらに、照射した電子ビーム７で試料４をほと
んど散乱せずに透過した電子ビーム１１ａを、透過電子
検出器１１で検出する。検出された透過電子信号は、増
幅器１１ｂで増幅されＣＰＵ１２に取り込まれ、ＣＲＴ
１３に透過電子像として表示される。その他、照射した
電子ビーム７が電流として試料４に流れる吸収電流は、
増幅器４ｂで増幅されＣＰＵ１２に取り込まれ、ＣＲＴ
１３に吸収電流像として表示される。
【００１７】これらの信号強度をモニターすることによ
り、加工時の試料４厚さを推測することができるため、
ＴＥＭ試料の厚さを最適にすることが可能である。その
上、電子ビーム励起の反射電子、透過電子および電子励
起Ｘ線は、イオンビーム励起の二次電子とは性質が異な
るため、集束イオンビーム２が照射されている時でも電
子ビーム７を照射し、電子ビーム励起の反射電子像、透
過電子像およびＸ線像を観察することができる。つま
り、イオンビーム照射によるスパッタエッチング加工で
ＴＥＭ試料作成をしている間電子ビームも同時に照射
し、電子ビーム励起の反射電子、透過電子および電子励
起Ｘ線をモニターすることで、試料の厚さの確認が可能
である。
り、加工時の試料４厚さを推測することができるため、
ＴＥＭ試料の厚さを最適にすることが可能である。その
上、電子ビーム励起の反射電子、透過電子および電子励
起Ｘ線は、イオンビーム励起の二次電子とは性質が異な
るため、集束イオンビーム２が照射されている時でも電
子ビーム７を照射し、電子ビーム励起の反射電子像、透
過電子像およびＸ線像を観察することができる。つま
り、イオンビーム照射によるスパッタエッチング加工で
ＴＥＭ試料作成をしている間電子ビームも同時に照射
し、電子ビーム励起の反射電子、透過電子および電子励
起Ｘ線をモニターすることで、試料の厚さの確認が可能
である。
【００１８】図６は本発明の加工方法の一実施例を説明
するための図である。断面ＴＥＭ観察用試料４である半
導体集積回路（ＩＣ）試料の観察予定範囲を含む表面層
（デバイス形成領域）を、機械研磨で図６（ａ）のよう
な形状に削り込む。試料４は、半導体集積回路を０．５
〜１mmの幅でスライスし、更に表面４ａに形成されてい
るデバイス部を５０〜１００μｍの深さで１００μｍ以
下を残し除去する。
するための図である。断面ＴＥＭ観察用試料４である半
導体集積回路（ＩＣ）試料の観察予定範囲を含む表面層
（デバイス形成領域）を、機械研磨で図６（ａ）のよう
な形状に削り込む。試料４は、半導体集積回路を０．５
〜１mmの幅でスライスし、更に表面４ａに形成されてい
るデバイス部を５０〜１００μｍの深さで１００μｍ以
下を残し除去する。
【００１９】次に試料４の表面４ａを集束イオンビーム
照射系により集束イオンビーム２を走査しながら照射
し、その照射による二次電子を二次電子検出器５により
検出してＳＩＭ像を観察し、その観察画像は、例えば図
６（ｂ）のようになる。次に、ＳＩＭ観察画像から、断
面観察位置２２を設定する。本実施例の場合の断面観察
位置２２は、コンタクトホール１９の断面である。そし
て、観察位置２２であるであるコンタクトホール部１９
を含む広範囲にＣＶＤ金属膜２３の局所成膜エリア２０
を指定し、図示しないガス銃からのＣＶＤガス（金属有
機化合物蒸気）吹き付けと、局所成膜エリア２０内の集
束イオンビーム２の繰り返し照射により金属膜２３の膜
付け加工を行う。この金属膜２３は集束イオンビーム２
の照射による試料表面４ａのダメージを軽減する効果が
ある。
照射系により集束イオンビーム２を走査しながら照射
し、その照射による二次電子を二次電子検出器５により
検出してＳＩＭ像を観察し、その観察画像は、例えば図
６（ｂ）のようになる。次に、ＳＩＭ観察画像から、断
面観察位置２２を設定する。本実施例の場合の断面観察
位置２２は、コンタクトホール１９の断面である。そし
て、観察位置２２であるであるコンタクトホール部１９
を含む広範囲にＣＶＤ金属膜２３の局所成膜エリア２０
を指定し、図示しないガス銃からのＣＶＤガス（金属有
機化合物蒸気）吹き付けと、局所成膜エリア２０内の集
束イオンビーム２の繰り返し照射により金属膜２３の膜
付け加工を行う。この金属膜２３は集束イオンビーム２
の照射による試料表面４ａのダメージを軽減する効果が
ある。
【００２０】このとき断面観察位置２２の両端部に、集
束イオンビーム２の照射してエッチングによる穴あけ加
工で目印２１を付け、観察位置を簡単に見つけ正確に加
工できるようにする。そして図６（ｃ）のように、コン
タクトホール部１９の中心部を幅０．０５〜０．２μｍ
残し、左右のエッチングエリア２４を深さ１０μｍ位集
束イオンビーム２でスパッタエッチング加工で除去す
る。
束イオンビーム２の照射してエッチングによる穴あけ加
工で目印２１を付け、観察位置を簡単に見つけ正確に加
工できるようにする。そして図６（ｃ）のように、コン
タクトホール部１９の中心部を幅０．０５〜０．２μｍ
残し、左右のエッチングエリア２４を深さ１０μｍ位集
束イオンビーム２でスパッタエッチング加工で除去す
る。
【００２１】この時、図６（ｄ）のように試料４を数度
（２〜５°）傾けることにより、集束イオンビーム２の
形状によるエッチング断面の傾きを補正し、垂直な薄壁
を作製することができる。そして電子ビーム照射系から
電子ビーム７を試料４のデバイス断面４ｂの観察位置に
照射し、透過電子検出器１１により透過電子１１ａを検
出し、透過電子強度が十分であることを確認する。透過
電子強度が小さい場合、再び図６（ｃ）のエッチングエ
リア２４を断面観察位置２２に近づけて、集束イオンビ
ーム２の照射を行う。電子ビームは、図１に示す様に、
集束イオンビームの光軸と直角になっており、試料４の
断面に垂直に照射する。図６（ｅ）、（ｆ）はそれぞれ
加工後の上面および断面の試料４の形状である。
（２〜５°）傾けることにより、集束イオンビーム２の
形状によるエッチング断面の傾きを補正し、垂直な薄壁
を作製することができる。そして電子ビーム照射系から
電子ビーム７を試料４のデバイス断面４ｂの観察位置に
照射し、透過電子検出器１１により透過電子１１ａを検
出し、透過電子強度が十分であることを確認する。透過
電子強度が小さい場合、再び図６（ｃ）のエッチングエ
リア２４を断面観察位置２２に近づけて、集束イオンビ
ーム２の照射を行う。電子ビームは、図１に示す様に、
集束イオンビームの光軸と直角になっており、試料４の
断面に垂直に照射する。図６（ｅ）、（ｆ）はそれぞれ
加工後の上面および断面の試料４の形状である。
【００２２】図４は本発明である試料の厚さを推測する
方法を説明するための図である。図４（ａ）は、試料厚
さと反射電子強度の関係を簡単に表した図である。試料
に照射した電子ビームの飛程とその時の反射電子信号強
度をそれぞれ１．０とした場合、試料厚さが電子ビーム
の飛程より薄くなると反射電子の強度は減少する。試料
厚さと反射電子信号強度の関係は、試料元素や結晶性な
どの材質により異なるが、予め照射電子ビーム強度と反
射電子強度の強度比を測定や計算などで求めることによ
り、薄膜試料の厚さの推定ができる。この方法は、イオ
ンビームによる薄膜加工途中の試料厚さの確認に利用で
きるため、薄膜加工が必要であるＴＥＭ試料作成に最適
である。
方法を説明するための図である。図４（ａ）は、試料厚
さと反射電子強度の関係を簡単に表した図である。試料
に照射した電子ビームの飛程とその時の反射電子信号強
度をそれぞれ１．０とした場合、試料厚さが電子ビーム
の飛程より薄くなると反射電子の強度は減少する。試料
厚さと反射電子信号強度の関係は、試料元素や結晶性な
どの材質により異なるが、予め照射電子ビーム強度と反
射電子強度の強度比を測定や計算などで求めることによ
り、薄膜試料の厚さの推定ができる。この方法は、イオ
ンビームによる薄膜加工途中の試料厚さの確認に利用で
きるため、薄膜加工が必要であるＴＥＭ試料作成に最適
である。
【００２３】図４（ｂ）は、試料厚さと透過電子強度の
関係を簡単に表した図である。試料に照射した電子ビー
ムの飛程と照射電子強度をそれぞれ１．０とした場合、
試料厚さが電子ビームの飛程より薄くなると透過電子の
強度は増加する。試料厚さがまだ十分薄くないときは、
透過電子の大部分が透過散乱電子であるため、透過電子
検出器で検出できるのはかなり少ないが、試料厚さが十
分薄くなると、透過電子の大部分が透過電子検出器で検
出されるようになるためこのような図になる。これに対
して透過散乱電子は、まだ試料厚さが十分薄くないとき
にその強度が最大になり、試料厚さがそれ以上薄くなる
とその強度は減少するため、透過散乱電子励起Ｘ線強度
は図４（ｃ）のようになる。このように透過電子や透過
散乱電子励起Ｘ線も、予め照射電子ビーム強度と透過電
子強度あるいは透過散乱電子励起Ｘ線の強度比と試料厚
さの関係を測定や計算などで求めておくことにより、薄
膜試料の厚さの推定ができるため、反射電子同様に薄膜
加工途中の試料厚さの確認ができＴＥＭ試料作成に最適
である。
関係を簡単に表した図である。試料に照射した電子ビー
ムの飛程と照射電子強度をそれぞれ１．０とした場合、
試料厚さが電子ビームの飛程より薄くなると透過電子の
強度は増加する。試料厚さがまだ十分薄くないときは、
透過電子の大部分が透過散乱電子であるため、透過電子
検出器で検出できるのはかなり少ないが、試料厚さが十
分薄くなると、透過電子の大部分が透過電子検出器で検
出されるようになるためこのような図になる。これに対
して透過散乱電子は、まだ試料厚さが十分薄くないとき
にその強度が最大になり、試料厚さがそれ以上薄くなる
とその強度は減少するため、透過散乱電子励起Ｘ線強度
は図４（ｃ）のようになる。このように透過電子や透過
散乱電子励起Ｘ線も、予め照射電子ビーム強度と透過電
子強度あるいは透過散乱電子励起Ｘ線の強度比と試料厚
さの関係を測定や計算などで求めておくことにより、薄
膜試料の厚さの推定ができるため、反射電子同様に薄膜
加工途中の試料厚さの確認ができＴＥＭ試料作成に最適
である。
【００２４】図５は薄膜加工した試料断面を、それぞれ
の信号で観察した像を簡単に説明するための図である。
図のように元素や結晶性が異なる構造の試料の場合、電
子ビームの反射率や透過率も異なるため、その見え方も
かなり異なる。反射電子強度は原子番号の大きな元素ほ
ど大きいため、アルミ（Ａｌ）配線１５やポリシコン
（ｐ−Ｓｉ）配線１７などよりタングステン（Ｗ）配線
１６の方が明るなり、図５（ａ）のような反射電子像に
なる。逆に透過電子強度は原子番号の小さな元素ほど大
きいため、Ａｌ配線１５やｐーＳｉ配線１７が十分透過
できる厚さでもＷ配線１６は透過できないため図５
（ｂ）のような透過電子像になる。
の信号で観察した像を簡単に説明するための図である。
図のように元素や結晶性が異なる構造の試料の場合、電
子ビームの反射率や透過率も異なるため、その見え方も
かなり異なる。反射電子強度は原子番号の大きな元素ほ
ど大きいため、アルミ（Ａｌ）配線１５やポリシコン
（ｐ−Ｓｉ）配線１７などよりタングステン（Ｗ）配線
１６の方が明るなり、図５（ａ）のような反射電子像に
なる。逆に透過電子強度は原子番号の小さな元素ほど大
きいため、Ａｌ配線１５やｐーＳｉ配線１７が十分透過
できる厚さでもＷ配線１６は透過できないため図５
（ｂ）のような透過電子像になる。
【００２５】また、試料厚さが十分薄くないときの透過
電子のほとんどは散乱電子であるため、その透過散乱電
子が試料裏側の透過電子検出器の入口などを叩きＸ線を
放出するため、その入口の元素のＸ線をマッピングする
と図５（ｃ）のような透過散乱電子励起Ｘ線像になる。
さらに薄膜試料のＸ線発生領域は非常に小さいため、特
定場所の微小部元素分析も容易に行うことができる。そ
してその時の二次電子像が図５（ｄ）である。これらの
検出信号像を単独あるいは複数のＣＲＴ上に表示し、イ
オンビームによる薄膜加工と同時に図４のような信号強
度の変化もモニター表示することにより、試料を必要な
厚さに薄膜加工することが容易に行うことができる。
電子のほとんどは散乱電子であるため、その透過散乱電
子が試料裏側の透過電子検出器の入口などを叩きＸ線を
放出するため、その入口の元素のＸ線をマッピングする
と図５（ｃ）のような透過散乱電子励起Ｘ線像になる。
さらに薄膜試料のＸ線発生領域は非常に小さいため、特
定場所の微小部元素分析も容易に行うことができる。そ
してその時の二次電子像が図５（ｄ）である。これらの
検出信号像を単独あるいは複数のＣＲＴ上に表示し、イ
オンビームによる薄膜加工と同時に図４のような信号強
度の変化もモニター表示することにより、試料を必要な
厚さに薄膜加工することが容易に行うことができる。
【００２６】従って、本発明は試料の薄膜加工と薄膜の
厚さの推定をその場で行うことができるため、特に特定
箇所の観察と分析を行いたいＴＥＭ試料の薄膜加工には
最適である。
厚さの推定をその場で行うことができるため、特に特定
箇所の観察と分析を行いたいＴＥＭ試料の薄膜加工には
最適である。
【００２７】
【発明の効果】以上見てきたように本発明によれば、試
料の特定箇所をイオンビームよるエッチングで薄膜加工
を行い、加工作業中、必要に応じてイオンビームを電子
ビームに切り換えＳＥＭ像観察やＸ線分析を行うことに
より、加工位置・加工形状・断面の確認や微小部分析が
容易にでき、また反射電子・透過電子・透過散乱電子を
をモニターすることにより、薄膜加工された試料厚さの
推測ができるため、特定箇所の薄膜加工と厚さの確認を
必要とするＴＥＭ試料作製に有効である。
料の特定箇所をイオンビームよるエッチングで薄膜加工
を行い、加工作業中、必要に応じてイオンビームを電子
ビームに切り換えＳＥＭ像観察やＸ線分析を行うことに
より、加工位置・加工形状・断面の確認や微小部分析が
容易にでき、また反射電子・透過電子・透過散乱電子を
をモニターすることにより、薄膜加工された試料厚さの
推測ができるため、特定箇所の薄膜加工と厚さの確認を
必要とするＴＥＭ試料作製に有効である。
【図１】本発明の実施例を示す概略断面図である。
【図２】本発明の試料周辺部の拡大断面図である。
【図３】従来装置の実施例を示す概略断面図である。
【図４】本発明の方法を説明するための試料厚と各二次
信号との関係を示すグラフである。
信号との関係を示すグラフである。
【図５】本発明の観察画像例を説明するための画像図で
ある。
ある。
【図６】試料加工方法を示す平面図である。
【符号の説明】 １ イオン源 ２ イオンビーム ３ イオン光学系 ４ 試料 ４ａ 試料ステージ ４ｂ 増幅器（吸収電流用） ５ 二次電子検出器 ５ａ イオン励起二次電子 ５ｂ 電子励起二次電子 ５ｃ 増幅器（二次電子用） ６ 電子銃 ７ 電子ビーム ８ 電子光学系 ８ａ 対物レンズ（磁場） ９ 反射電子検出器 ９ａ 反射電子 ９ｂ 増幅器（反射電子用） １０ Ｘ線検出器 １０ａ 照射電子励起Ｘ線 １０ｂ 透過散乱電子励起Ｘ線 １０ｃ 増幅器（Ｘ線用） １１ 透過電子検出器 １１ａ 透過電子 １１ｂ 増幅器（透過電子用） １２ 制御用コンピュータ（ＣＰＵ） １３ 表示用ＣＲＴ １４ ガス銃 １５ アルミ（Ａｌ）配線 １６ タングステン（Ｗ）配線 １７ ポリシリコン（ｐ−Ｓｉ）配線 １８ 酸化シリコン（ＳｉＯ2 ）絶縁膜 １９ シリコン（Ｓｉ）基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 皆藤 孝 東京都江東区亀戸６丁目31番１号 セイコ ー電子工業株式会社内
Claims (2)
- 【請求項１】 被加工試料表面を走査する集束イオンビ
ーム光学系と電子ビーム光学系と、試料を移動する試料
ステージと、前記イオンビームおよび電子ビーム照射に
よる前記試料からの二次信号を捕らえる検出器を備えた
集束荷電ビーム装置において、前記イオンビームおよび
電子ビームが、前記試料表面に対してそれぞれ垂直およ
び水平方向から試料に照射するように、イオンビームお
よび電子ビーム照射系と前記試料ステージを配置され、
薄膜加工された試料断面に対して電子ビームを直角に照
射し、試料を透過した電子ビームを検出する検出器を備
えたことを特徴とする集束荷電ビーム装置。 - 【請求項２】 前記試料の薄膜加工を、前記集束イオン
ビーム照射によるスパッタエッチング加工を用いて行
い、加工作業中必要に応じてイオンビームを前記電子ビ
ーム照射に切り換え、電子ビーム励起の二次信号で前記
試料の加工位置、加工形状、断面などを確認し、特に極
微観察を行う透過型電子顕微鏡用試料を最適な形状に作
製できる集束荷電ビーム加工方法において、薄膜加工さ
れた前記試料に前記電子ビームを照射し、電子ビーム照
射強度と試料を透過した電子ビーム強度の強度比をモニ
ターすることにより、前記薄膜試料の厚さの推定がで
き、また透過電子像の観察により、前記試料厚さの均一
性や元素の違いなどによる電子の透過の状態が分かり、
薄膜加工された前記試料の厚さの確認ができることを特
徴とする集束荷電ビーム観察方法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05019059A JP3119959B2 (ja) | 1993-02-05 | 1993-02-05 | 集束イオンビーム装置および加工観察装置 |
| US08/191,863 US5525806A (en) | 1993-02-05 | 1994-02-04 | Focused charged beam apparatus, and its processing and observation method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP05019059A JP3119959B2 (ja) | 1993-02-05 | 1993-02-05 | 集束イオンビーム装置および加工観察装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH06231720A true JPH06231720A (ja) | 1994-08-19 |
| JP3119959B2 JP3119959B2 (ja) | 2000-12-25 |
Family
ID=11988866
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP05019059A Expired - Lifetime JP3119959B2 (ja) | 1993-02-05 | 1993-02-05 | 集束イオンビーム装置および加工観察装置 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5525806A (ja) |
| JP (1) | JP3119959B2 (ja) |
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