JPH0696712A

JPH0696712A - 集束イオンビーム装置

Info

Publication number: JPH0696712A
Application number: JP4244337A
Authority: JP
Inventors: Fumiko Arakawa; 史子荒川; Hiroshi Doi; 紘土井; Michiro Mamada; 道郎儘田
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-09-14
Filing date: 1992-09-14
Publication date: 1994-04-08

Abstract

(57)【要約】【目的】ＦＩＢにおいて、元素分析及び構造解析を行
なう。加工精度を向上する。【構成】ＦＩＢにおいて、実質的に２個以上の２次粒
子検出器を設け、２次粒子の放出径路を偏向させる手段
を備える。【効果】２種類以上の元素を検出できる。２次粒子を
偏向させることにより、元素の選択性を向上できる。元
素分析及び構成解析により、加工精度を向上できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路装置の
不良解析に使用される装置に関し、特に、集束イオンビ
ーム装置に適用して有効な技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体集積回路装置の高集積化、微細化
に伴い、最小加工寸法は、０.５μｍ以下になってきて
いる。このため、半導体集積回路装置の不良解析を行な
うために、集束イオンビーム（ＦＩＢ：Ｆocused Ｉon
Ｂeam）装置（以下、ＦＩＢという）が使用されてい
る。ＦＩＢを用いることにより、０.５μｍ以下の微細
領域の断面加工を行なうことができる。ＦＩＢ装置に関
しては、例えば、（１）Ｋ.Ｎikawa et al.;Ｎew appli
cations of focused ion beam technique to failure a
nalysis and process monitoring of ＶＬＳＩ ; 27th
annual proceedings of Ｉnternational Ｒeliability
Ｐhysics Ｓymposium ,Ｐ４３（１９８９）、（２）穴
澤紀道、相原龍三：応用物理５３（１９８４）１９
３、に記載されている。

【０００３】前記文献に記載されているように、ＦＩＢ
では、イオンガン（イオン銃）から発射されるイオンビ
ームを、集束、偏向させて、試料に照射する。イオン源
としては、ガリウムが用いられる。試料にガリウムイオ
ンビームを照射することにより、試料表面がスパッタエ
ッチングされる。イオンビームのビーム径は、５０乃至
５００nm程度である。このように、試料表面をスパッタ
エッチングすることにより、試料表面から２次粒子が放
出される。前記ＦＩＢには、この放出された２次粒子を
検出する２次粒子検出器が実質的に１個組込まれてい
る。この２次粒子検出器を用いて、放出される２次粒子
のうち２次電子と負の２次イオンまたは正の２次イオン
のいずれかを検出できるので、ドーズ量と２次粒子の強
度をグラフ化することにより、素子構造が単純な３次元
構造（例えば照射領域でｘ方向、ｙ方向が一様でｚ方向
のみ異なるアルミニウムとケイ素が積層構造）をもつ試
料で、下地を露出させたい時に、加工時の終点判定を行
なうことができる。

【０００４】また、このＦＩＢには、走査型イオン顕微
鏡（ＳＩＭ：Ｓcanning Ｉon Ｍicroscope：以下、Ｓ
ＩＭという）機能が備えられている。ＳＩＭ像は、前記
ＦＩＢのイオンビームを照射することにより放出される
２次電子を、前記検出器により検出し、この検出された
２次電子による画像を作成するものである。前記ＦＩＢ
では、前記イオンガン、検出器の夫々を、ＦＩＢ時とＳ
ＩＭ時で切り換えて使用し、２次イオンの強度測定、２
次電子によるＳＩＭ像の作成を別々に行なっている。

【０００５】以下に、ＦＩＢを用いた不良解析の方法を
説明する。

【０００６】まず、ＦＩＢに内蔵されるＳＩＭ機能によ
り、ビームを細く絞って、試料表面の形状を観察する。
この後、電流を多くした（ビームは太くなる）イオンビ
ームを、希望する断面が露出するように、その断面の前
方の領域をＸ方向、Ｙ方向に走査させて、この領域を除
去する。この際、試料の２次元構造（ｘ方向、ｙ方向）
が一様で、３次元で深さのみ異なるような単純構造の時
には、前述のように、２次粒子を検出することにより、
ドーズ量と２次粒子の強度をグラフ化し、エッチングの
終点判定を行なう。この様に、２次粒子の強度により、
素子構造が簡単な３次元構造の場合には、元素の種類は
判定できないが元素が違うことが検出できる。

【０００７】なお、素子構造が複雑な３次元構造の場合
には、後述するように、２次イオン質量分析計（ＳＩＭ
Ｓ：Ｓcondary Ｉon Ｍass Ｓpectrometer：以下、
ＳＩＭＳという）が用いられる。ＳＩＭＳについては、
例えば、（１）マイクロビームアナリシス第１４１委員
会、１９８５年発行「マイクロビームアナリシス」Ｐ２
８９〜Ｐ３１８、（２）「電子材料」１９８３年別冊
Ｐ１２０に記載されている。

【０００８】次に所望の断面を露出した試料（断面観察
試料）を再び、イオンビームを細く絞り、ＳＩＭ像で断
面観察する。この時、試料台ステージを傾斜させて加工
した穴の側面を観察する。すると、断面の凹凸の形状、
凹凸がなくても２次粒子の発生量の差から元素の違い等
の深さ方向の分布が観察できる。ただし、ＳＩＭ像の分
解能は、前述したように５０ｎｍである。

【０００９】断面の微細構造の観察が必要な場合には、
次に述べる前記所望の断面を露出させ加工した試料を、
走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ：Ｓcanning Ｅelectron
Ｍicroscope：以下、ＳＥＭという）により断面観察す
る。ＳＥＭの分解能は４nm程度なので、ＳＩＭよりは非
常に微細な構造を観察できる。ＳＩＭ、ＳＥＭを用いて
も元素の同定はできない。ここで元素分析を行うには、
多く（１％以上）含まれている場合には、ＥＰＭＡ（Ｅ
lectron Ｐrobe Ｍass Ａnalysis：Ｘ線マイクロアナリ
シス）が微量の場合には、ＳＩＭＳが用いられる。な
お、ＥＰＭＡについては、例えば（１）マイクロビーム
アナリシス第１４１委員会、１９８５年発行「マイクロ
ビームアナリシス」Ｐ２０７〜Ｐ２３５、（２）Ｓ．
Ｍ．ＳＺＥ「ＶＬＳＩＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ」Ｐ５３
３、に記載されている。これらの一連の手段により、不
良解析は行なわれる。

【００１０】なお、ＳＥＭを用いた断面観察用の試料を
作成するには、ＦＩＢを用いる他に、機械研磨法、クラ
ッキング法がある。しかし、機械研磨法の場合、試料を
光学顕微鏡を用いて加工しているので、寸法精度は０.
５μｍ程度であり、０．５μｍ末満の微小領域を観察で
きないという問題がある。また、クラッキング法の場合
には、寸法精度が０.５μｍ以上であり、機械研磨法の
場合と同様に、１μｍ末満の微小領域を観察できないと
いう問題がある。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者は、前記従来技術を検討した結果、以下のような問題
点を見出した。

【００１２】前述したように、半導体集積回路装置の高
集積化に伴い、素子の構造が３次元的に複雑化してきて
いる。このため、前記ＦＩＢを用いて所定の領域をエッ
チングした場合、放出される２次粒子中には、複数種類
の元素がある。しかし、前記従来のＦＩＢでは、２次粒
子検出器は実質的に１個しか設けられていないため、一
種類の元素または２次粒子の総量しか検出できない。素
子構造が単純な２次元構造の場合には、元素分析はでき
ないが２次粒子中には一種類の元素しか含まれていない
ので、実質的に１個の検出器により構造解析を行なうこ
とができる。しかし、２次粒子中に複数種類の元素があ
る場合には、元素分析ができないので構造解析を行なう
ことができなくなるという問題がある。この場合には、
強度分布の境界がはっきりしなくなるので、構造解析を
行なうことができなくなる。この結果、ＦＩＢによるエ
ッチングの終点判定が難しくなるので、加工精度が低下
する。

【００１３】また、前記ＦＩＢでは、検出器は実質的に
１個であり、エッチングによる加工とＳＩＭによる構造
観察を別々の工程で行なう必要がある。または、ＦＩＢ
による加工後に、ＳＥＭを用いて断面観察を行なってい
る。このため、全体としての加工に要する時間が長くな
るという問題があった。

【００１４】また、精密な元素分析を行なうためには、
ＳＩＭＳによる元素分析を行なう必要があるため、不良
解析に要する時間が長くなるという問題があった。

【００１５】また、素子構造の３次元化に伴い、配線が
多層構造化し、配線層間の層間絶縁膜の厚さが厚くなっ
てきている。このため、層間絶縁膜を除去して配線の表
面を露出する凹部の縦横比（アスペクト比）が大きくな
ってきている。この場合、凹部の深い領域から放出され
る２次粒子は、凹部の側壁に衝突し、凹部の外まで出て
こなくなるので、凹部の底部の２次粒子を検出できない
という問題があった。

【００１６】本発明の目的は、集束イオンビーム装置に
おいて、元素分析及び構造解析を行なうことが可能な技
術を提供することにある。

【００１７】本発明の他の目的は、集束イオンビーム装
置において、加工精度を向上することが可能な技術を提
供することにある。

【００１８】本発明の他の目的は、集束イオンビーム装
置において、試料表面の縦横比が大きい凹部内の元素分
析及び構造解析を行なうことが可能な技術を提供するこ
とにある。

【００１９】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らか
になるであろう。

【００２０】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
以下のとおりである。

【００２１】（１）イオンビームを集束、偏向させて試
料表面に照射し、このイオンビームが照射された領域の
試料表面をスパッタエッチングする手段と、このスパッ
タエッチングされた領域から放出される２次粒子を２次
粒子検出器で検出する手段とを備えた集束イオンビーム
装置において、前記２次粒子検出器を実質的に２個以上
設け、かつ、前記２次粒子の放出経路を偏向させる手段
を備える。

【００２２】（２）前記２次粒子検出器で検出された２
次粒子のうち、２次電子の情報に基づき画像を作成する
手段を備える。

【００２３】（３）前記イオンビームが照射される側と
対向する試料の裏面から、イオンビームの照射方向と一
致する方向に磁界を加える。

【００２４】

【作用】前述した手段（１）によれば、２次粒子検出器
を実質的に２個以上設けたことにより、２種類以上の２
次粒子を別個に検出できる。例えば、電子とイオンを別
々に検出できる。これにより、元素分析を行なうことが
できる。更に、２次粒子の放出経路を偏向させる手段を
備えたことにより、重量の軽い２次粒子は、重量の重い
２次粒子より大きく放出経路を偏向させられる。これに
より、元素の選択性を向上できるので、更に、正確な元
素分析を行なうことができる。これらにより、集束イオ
ンビーム装置において、元素分析を行なうことができ
る。また、集束イオンビーム装置において、元素分析を
行なうことにより、構造解析を行なうことができる。

【００２５】また、ＦＩＢにおいて、元素分析を行なう
ことができるので、ＳＩＭＳを用いて元素分析を行なう
必要がなくなり、不良解析に要する時間を短縮できる。

【００２６】前述した手段（２）によれば、試料表面を
イオンビームで加工する際中に、加工領域の２次電子画
像を得ることができるので、加工状況を確認しながら加
工できる。これにより、集束イオンビーム装置におい
て、加工精度を向上できる。また、加工後に、例えばＳ
ＥＭを用いて加工状況を観察する必要がなくなるので、
加工に要する時間を短縮できる。

【００２７】前述した手段（３）によれば、試料の裏面
から磁界を加えることにより、試料表面の凹部、特に縦
横比（アスペクト比）が大きい凹部内から、２次粒子は
螺旋運動しながら、凹部の側壁に衝突することなく凹部
の外まで出てくるので、２次粒子検出器まで２次粒子を
到達させることができる。これにより、集束イオンビー
ム装置において、縦横比（アスペクト比）が大きい凹部
の底部の元素分析を行なうことができるので、構造解析
を行なうことができる。

【００２８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面を用いて具体的
に説明する。なお、実施例を説明するための全図におい
て、同一機能を有するものは、同一符号を付け、その繰
り返しの説明は省略する。

【００２９】〔実施例１〕本発明の実施例１の集束イオ
ンビーム装置（以下ＦＩＢという）の構成を、図２（ブ
ロック図）を用いて説明する。なお、同図２では、カラ
ム内の構成のみ示し、これ以外の部分については省略す
る。

【００３０】図２に示すように、本実施例１のＦＩＢの
カラム内には、イオン源１０、バトラー型レンズ１２
Ａ，１２Ｂ、アパーチャ１３、偏向電場１４Ａ，１４Ｂ
の夫々が設けられている。

【００３１】前記イオン源１０からは、ガリウムイオン
ビーム（以下、単にイオンビームという）１１が発射さ
れる。なお、同図１では、このイオンビーム１１を鎖線
で示す。このイオンビーム１１の加速エネルギーは、例
えば、２５ＫeＶ程度である。このイオンビーム１１
は、前記２段のバトラー型レンズ１２Ａ，１２Ｂ及び５
種類あるアパーチャ１３により集束される。この集束さ
れたイオンビーム１１は、前記偏向電場１４Ａ，１４Ｂ
により、偏向される。この偏向されたイオンビーム１１
は、同図１に示すように、試料１上に照射される。この
ように、集束、偏向されたイオンビーム１１を試料１の
表面に照射することにより、試料１の表面をスパッタエ
ッチングする。この試料１は、例えば、単結晶珪素を主
体とする半導体ウェーハまたは半導体基板すなわち半導
体デバイスである。このエッチングにより、同図２に示
すように、試料１の表面には凹部２（側面並びに底面）
が形成されている。このように、試料１の表面をイオン
ビーム１１でスパッタエッチングした際には、試料１の
表面から叩き出された２次粒子が放出される。

【００３２】前記偏向電場１４Ｂと試料１との間には、
２次粒子検出器２０が設けられている。この２次粒子検
出器２０と試料１との間には、電圧発生器２７による電
界が印加されている。この２次粒子検出器２０の詳細な
構成は、図１（ブロック図）を用いて後述する。

【００３３】また、前記イオンビーム１１が照射される
側と対向する試料１の裏面には、前記イオンビーム１１
の照射方向と一致する方向から、磁界３０が加えられて
いる。更に、前記磁界３０と直交する方向には、磁界３
１が加えられている。この磁界３１は、前記磁界３０よ
りも強度は弱い。

【００３４】次に、前記２次粒子検出器２０の構成を、
図１を用いて説明する。図１に示すように、２次粒子検
出器２０は、検出器（Ｍicro Ｃhannel Ｐlate）２０
Ａを主体に構成されている。なお、検出器については
「収束イオンビームとマルチチャネル並列検出系を用い
たサブミクロンＳＩＭＳ」応用物理第５６巻第６号
（１９８７）Ｐ７４６〜Ｐ７５１に記載されている。
この検出器２０Ａ内には、複数のチャネル２１が設けら
れている。これらの複数のチャネル２１は、夫々異なる
アノード（正電極）２３に接続されている。また、これ
らの複数のチャネル２１は、共通のカソード（負電極）
に接続されている。この共通のカソードは、試料１で構
成されている。前記アノード２３とカソードである試料
１との間に印加される電圧は、バイアス２６により印加
されている。なお、バイアス２６は、同図１では１個の
み図示しているが、実質的に、複数の夫々異なるバイア
ス２６で構成されている。従って、同図１に示す検出器
２０は、実質的に、複数の検出器２０を設けた場合と同
様に、複数の２粒次子を同時に検出できる。つまり、あ
るチャネル２１内で電子を検出し、他のチャネル２１内
では負の２次イオンを検出する、または、あるチャネル
２１内である正の２次イオンを検出し、他のチャネル２
１内で他の正の２次イオンを検出するような使用方法を
実現できるので、元素分析を行なうことができる。次
に、前記２次粒子検出器２０による２次粒子の検出方法
を説明する。

【００３５】まず、イオンビーム１１によるスパッタエ
ッチングによって放出された２次粒子３Ａ，３Ｂは、メ
ッシュスクリーン２５を通して、チャネル２１内に入
る。同図１では、２次粒子のうちチャネル２１内に入っ
た２次粒子３Ａの軌跡のみを示す。このように、チャネ
ル２１内に２次粒子３Ａが入ると、チャネル２１の壁面
より、２次粒子３Ａの量に比例した電子が出る。このチ
ャネル２１の壁面から出た電子は、ゲイン２４により雪
崩的に増殖され、矢印２２で示すように、アノード２３
に吸い上げられる。このアノード２３に吸い上げられた
電子は、電気信号として検出される。これらの一連の段
階により、２次粒子３Ａの検出は行なわれる。なお、同
図１に示す２次粒子３Ｂ及び図示しない他の２次粒子３
も同様に検出される。また、前記バイアス２４の正負に
より、検出される２次粒子３を２次電子または負の２次
イオンとするか正の２次イオンとするかを選別する。こ
のようにして検出された２次粒子３のうち２次電子によ
る電気信号は、主に試料表面並びに断面観察用のＳＩＭ
像を作成するのに使用される。また、２次粒子３のう
ち、２次イオンによる電気信号は断面観察用試料の加工
中に、その強度の時間的変動（ドーズ量との関係）のプ
ロットを作成するのに使用される。このプロットから、
半導体集積回路装置を作製するためのマスクパターンの
修正の際、下地の基板（特定の膜）が現われたか否かの
終点判定を行なうことができる。

【００３６】また、前述したように、前記２次粒子３の
放出径路には、磁界３１が加えられているので、２次粒
子３の径路は偏向される。このように、磁界３１により
放出径路が偏向されるので、同図１に示すように、２次
粒子３Ａ，３Ｂは、夫々異なる径路で検出器２０のチャ
ネル２１内に入る。例えば、２次粒子３Ａの方が、２次
粒子３Ｂよりも重量が軽い場合には、同図１に示すよう
に、２次粒子３Ａの方がより大きく偏向される。従っ
て、イオンビーム１１の照射領域から遠いチャネル２１
内には軽い２次イオン３Ａが入り、近いチャネル２１内
には重い２次イオン３Ｂが入るので、２次イオン３Ａ，
３Ｂを種類毎に分けて検出できる。これにより、２次粒
子３の元素分析を行なうことができる。

【００３７】また、例えば、電子の重量は３.１×１０
Ｅ−３１（kg)であり、イオンの重量は一番軽い水素イ
オン場合でも電子の重量の約１８００倍、酸素イオンの
場合には水素イオンの約１６倍である。従って、前記磁
界３１によって、電子の放出径路は大きく偏向される
が、イオンは僅かしか偏向されないので、２次電子と２
次イオンを別々に検出できる。

【００３８】以上、説明したように、本実施例１では、
前記２次粒子検出器２０を実質的に２個以上設け、か
つ、前記２次粒子の放出経路を偏向させる手段として磁
界３１が加えている。この構成によれば、２次粒子検出
器２０を実質的に２個以上設けたことにより、２種類以
上の夫々異なる２次粒子３Ａ，３Ｂを同時に検出でき
る。例えば、電子とイオンを別々に検出できる。これに
より、元素分析を行なうことができる。更に、磁界３１
により２次粒子３の放出径路を偏向させることにより、
重量の軽い２次粒子３Ａは、重量が重い２次粒子３Ｂよ
り大きく放出径路を偏向させられる。これにより、元素
の選択性を向上できるので、更に、正確な元素分析を行
なうことができる。これらにより、ＦＩＢにおいて、元
素分析を行なうことができる。また、ＦＩＢにおいて、
元素分析を行なうことができるので、構造解析を行なう
ことができる。

【００３９】更に、ＦＩＢにおいて元素分析を行なうこ
とができるので、ＳＩＭＳを用いた元素分析を行なう必
要がなくなるので、不良解析に要する時間を短縮でき
る。

【００４０】更に、前記実質的に２個以上の２次粒子検
出器２０を設けたことにより、２次電子によるＳＩＭ象
（２次電子画像）を得ながら、イオンビーム１１により
スパッタエッチングを行なうことができる。つまり、加
工状況を確認しながら加工できるので、加工精度を向上
できる。また、ＳＥＭを用いることなく、加工領域の断
面構造を観察できるので、ＳＥＭを用いた断面観察をな
くし、加工に要する時間を短縮できる。

【００４１】また、本実施例１では、前記試料１と２次
粒子検出器２０との間には電圧発生器２７によるバイア
ス２６が加えられると共に、試料１に磁界３０が加えら
れているので、前記凹部２内からの２次粒子３の放出を
容易にできる。この場合には、前記イオンビーム１１の
運動エネルギが２５ＫeＶなのに対して、前記２次粒子
３の運動エネルギは数乃至百数十eＶ程度なので、イオ
ンビーム１１は磁界３０の影響をほとんど受けないが、
２次粒子３は大きく影響を受ける。凹部２内から２次粒
子検出器２０側へ螺旋運動しながら放出される。前記磁
界３０を加えない場合、例えば、前記凹部２の縦横比
（アスペクト比）が大きい場合には、凹部２の側壁に放
出された２次粒子３が衝突して、凹部２の外部まで２次
粒子３が放出されない。これに対して、前記磁界３０を
加えた場合には、前記凹部２の寸法が５μｍ角程度、深
さが１０μｍ程度の場合にも、２次粒子３は凹部２の側
壁に衝突せず螺旋動作しながら、凹部２の外まで放出さ
れ、２次粒子検出器２０まで到達する。従って、ＦＩＢ
において、試料１の表面の縦横比が大きい凹部２の底部
の２次粒子３の元素分析を行なうことができる。

【００４２】また、図３（実施例１のＦＩＢの変形例を
示すブロック図）に示すように、前記２次粒子検出器２
０を複数個設けても良い。この場合には、前記図１に示
したようにアノード２３を複数個に分割せず、２次粒子
検出器２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄのアノード２３
を夫々異なる電圧発生器２７Ａ，２７Ｂ，２７Ｃ，２７
Ｄに接続すれば良い。夫々の電圧発生器２７Ａ，２７
Ｂ，２７Ｃ，２７Ｄは、Ｖ１，Ｖ２，Ｖ３，Ｖ４のバイ
アスを、試料１と２次粒子検出器電圧を２０Ａ，２０
Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄの間に印加する。この構成によれ
ば、前記図１及び図２に示す場合よりも、より多くの２
次粒子３を検出できるので、検出感度を大きくできる。

【００４３】また、同図３に示すＦＩＢの場合には、試
料１側から段々と磁界３１の強度を大きくすることによ
り、２次粒子検出器２０Ａ，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄの
夫々で、軽い２次イオンから重い２次イオンを順次検出
できる。これは正イオン、負イオンのいずれの場合にも
適用できる。

【００４４】〔実施例２〕本発明の実施例２のＦＩＢの
構成を、図４及び図５（ブロック図）を用いて説明す
る。

【００４５】図４及び図５に示すように、本実施例２の
ＦＩＢは、前記実施例１のＦＩＢにおいて、極微量ノズ
ル４０により、イオンビーム１１の照射領域にガス４２
を吹きつけるようにしたものである。

【００４６】前記極微量ノズル４０には、試料室外部に
設置されたリザイバからニードルバルブ、制御バルブ４
１の夫々を介して、ガス４２が供給される。ガス４２の
流量はニードルバルブにより制御され、ガス４２の導入
及び遮断は制御バルブ４１により行なわれる。この制御
バルブ４１は、電気的に制御されている。

【００４７】本実施例２では、極微量ノズル４０からガ
ス４２として例えば酸素ガスが供給される。このよう
に、イオンビーム１１の照射領領に酸素ガスを供給する
ことにより、照射領域は酸素雰囲気になる。酸素雰囲気
中では、酸素がプラズマ状態で放出される２次粒子３
Ａ，３Ｂと衝突するので、反応して２次粒子３Ａ，３Ｂ
のイオン化効率が向上される。ガリウムイオンガンまた
はセシウムイオンガンを用いた場合には、炭素、酸素、
窒素、フッ素等の電気陰性度が高い元素以外の元素、例
えば、アルカリ金属、II族元素、III族元素等の電気陰
性度が低い元素のイオン化効率が低いため、これらの元
素を検出することができない。これに対して、イオンビ
ーム１１の照射領域を酸素雰囲気にすることにより、炭
素、酸素、窒素、フッ素等以外の元素のイオン化効率を
向上できるので、検出感度が非常に高い酸素イオンガン
を用いた場合と同程度まで検出感度を例えば向上でき
る。例えば、イオンビームの照射領域を酸素雰囲気にす
ることにより、アルカリ金属、II族元素、III族元素等
の検出感度を、１０⁴乃至１０⁶程度向上できる。

【００４８】〔実施例３〕本発明実施例３のＦＩＢの構
成を、図６（ブロック図）を用いて説明する。

【００４９】図６に示すように、本実施例３のＦＩＢ
は、前記実施例１のＦＩＢにおいて、２次粒子検出器２
０に換えてまたは加えて、光またはエネルギを検出する
検出器２８を設けたものである。

【００５０】半導体デバイスである試料１が、光、イオ
ン線、電子線等のエネルギを吸収した後には、キャリヤ
が発生し、元の基底状態に遷移して再結合する。この再
結合の際には、同図６に示すように、光４の形でエネル
ギの放出が起こることがある。この放出される光４は、
元素に対応した波長分布を持つので、検出器２８で波長
解析を行なうことにより、試料１中の物質を同定でき
る。また、検出器２８と試料１との間に、簡単な分光器
を設けても良い。

【００５１】または、試料１に、λ(nm)＝hc／Ｅ＝１２
３９.９／Ｅで表わされる波長より短い波長の光を照射
すれば、キャリヤが発生するため、試料１の電気抵抗が
低く変化する。ここで、ｈはプランクの定数、ｃは光速
度、Ｅは禁制帯幅に相当するエネルギ（ｅＶ単位）であ
る。このように、光導電現象を用いて、試料１のエネル
ギ状態を検出できる。

【００５２】また、光の放出の他には、結晶を構成して
いる原子（格子）振動の形をとる場合、すなわち、熱エ
ネルギが放出される場合もある。この場合にも、光を検
出する場合と同様に、熱波を検出器２８で検出すること
により、結晶欠陥を検出したり、不純物元素を検出でき
る。

【００５３】〔実施例４〕本発明の実施例４のＦＩＢの
構成を、図７（ブロック図）を用いて説明する。

【００５４】図７に示すように、本実施例４のＦＩＢで
は、１次粒子にＷ光源５２を用いたものである。

【００５５】この場合には、前記イオン源１０からのイ
オンビーム１１は、ブランキングプレート５０により進
路がブランキングアパーチャ５１上に曲げられ、試料１
まで到達しない。ブランキングプレート５０には、電圧
が印加されている。

【００５６】一方、Ｗ光源５２から照射される適当な波
長の光５３は、試料１に照射される。このように、試料
１に光５３を照射することにより、光４が発生するの
で、この発生した光４を、前記実施例３と同様に検出器
２８で検出する。

【００５７】また、Ｗ光源５２からの電子ビームを、集
束、偏向させ、非点収差レンズと組み合わせることによ
り、ＳＥＭのように利用できる。

【００５８】なお、前記実施例１乃至本実施例４で示し
たように、２次電子、２次イオン、光を検出して得られ
た電気信号を用いることにより、図８（強度分布図）に
示す強度分布図を得ることができる。

【００５９】図８では、酸素６０、アルミニウム６１、
モリブデン６２の夫々の強度分布を示す。ここで、同図
８のエネルギＥ₀以下のエネルギの元素の情報のみをＣ
ＲＴに写し出すことにより、例えば、アルミニウム６１
と酸素６０の部分に対する構造解析を行なうことができ
る。

【００６０】以上、本発明を実施例にもとづき具体的に
説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるもので
はなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可
能であることは言うまでもない。

【００６１】例えば、前記実施例１乃至実施例４では、
イオンビーム１１の照射領域のＳＩＭ象を主に用いる例
を示したが、本発明は、レーザまたは光学顕微鏡を用い
て照射領域を観察できる。

【００６２】また、ＦＩＢにＳＩＭＳ、ＳＥＭの機能を
加えることにより、更に正確な元素分析、構造解析を行
なうことができる。

【００６３】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。

【００６４】ＦＩＢにおいて、元素分析及び構造解析を
行なうことができる。

【００６５】前記ＦＩＢにおいて、加工精度を向上でき
る。

【００６６】前記ＦＩＢにおいて、試料表面の縦横比が
大きい凹部内の元素分析及び構造解析を行なうことがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１の２次粒子検出器の構成を示すブロ
ック図。

【図２】実施例１のＦＩＢの構成を示すブロック図。

【図３】実施例１のＦＩＢの変形例を示すブロック
図。

【図４】実施例２のＦＩＢの構成を示すブロック図。

【図５】実施例２の極微量ノズル部分の構成を示すブ
ロック図。

【図６】実施例３のＦＩＢの構成を示すブロック図。

【図７】実施例４のＦＩＢの構成を示すブロック図。

【図８】強度分布図。

【符号の説明】

１…試料、２…凹部、３Ａ，３Ｂ…２次粒子、１０…イ
オンガン、１１…イオンビーム、１２Ａ，１２Ｂ…バト
ラー型レンズ、１３…アパーチャ、１４Ａ，１４Ｂ…偏
向電場、２０…２次粒子検出器、２０Ａ…検出器、２１
…チャネル、２３…アノード、２４…ゲイン、２５…メ
ッシュスクリーン、２６…バイアス、２７…電圧発生
器、３０，３１…磁界。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｄ 9277−4Ｍ 21/66 Ｎ 7377−4Ｍ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】イオンビームを集束、偏向させて試料表
面に照射し、該イオンビームが照射された領域の試料表
面をスパッタエッチングする手段と、該スパッタエッチ
ングされた領域から放出される２次粒子を２次粒子検出
器で検出する手段とを備えた集束イオンビーム装置にお
いて、前記２次粒子検出器を実質的に２個以上設け、か
つ、前記２次粒子の放出経路を偏向させる手段を備えた
ことを特徴とする集束イオンビーム装置。
【請求項２】前記２次粒子検出器で検出された２次粒
子のうち、２次電子の情報に基づき画像を作成する手段
を備えたことを特徴とする前記請求項１に記載の集束イ
オンビーム装置。
【請求項３】前記イオンビームが照射される側と対向
する試料の裏面から、イオンビームの照射方向と一致す
る方向に磁界を加えたことを特徴とする前記請求項２に
記載の集束イオンビーム装置。