TW386178B - Cross section formation observing method by a focused ion beam - Google Patents

Description

A7 B7 五、發明說明（1 ) 發明背景 本發明與一種橫截面之觀察方法有關，該方法利用如 作缺陷分析所使用之聚焦離子束在半導體裝置中之一特定 位置形成橫截面。 由於L S I所增加之積體密度及尺寸縮減等因素，公 開了利用聚焦猶子束裝屬之一種技術，在開發及巽造程序 中加以執行L S I (、大型積體）之橫截面形成及橫截面觀 察。 根據JP — A - 2 - 1 5 2155，利用掃瞄離子顯 微功能找到橫截面形成位置，以無罩蝕刻功能打開一方形 小孔，將橫截面形成部份視爲一平面，暴露出所要的橫截 面部份。因此，將樣本加以傾斜且將橫截面部份導向離子 束照射方向，且再次利用掃瞄離子顯微功能加以觀察橫截 面形成部份。 當利用掃瞄離子顯微功能加以觀察由以上方法所形成 之橫截面部份時，假如在J P — A_2_l 52 1 55中 所說明之2 - 3 Ο P A離子束電流下取觀察倍數爲 1 0 0 0 0倍或更高時則存在一問題爲橫截面受到聚焦離 子束照射之鈾刻，因此失去要觀察之形狀。而且，另一問 題爲影像解析度不夠而無法淸楚觀察橫截面之細緻構造。 JP—B—62-60699說明一種方法，可在偵 測一作品影像時降低離子束位準。然而，對於形成橫截面 後之觀察則無說明。離子束直徑爲0·5且因遠離問 題之解析度，要觀察橫截面就過大了。 本紙張尺度適用t國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱〉 (請先閱讀背面之！意事項再填寫本頁)

-C 經濟部智慧財產局員工消費合作杜印製 A7 B7 五、發明說明（2 ) 發明摘要 爲解決以上問題，本發明利用一聚焦離子束裝置之聚 焦離子束，提供橫截面形成觀察方法，包含 —聚焦離子束產生部份，該聚焦離子束產生部份具一 液態金靥離子源，將启箱子—源廨I之戴子束加』L聚一 聚焦透鏡系統，以及、用以切換樣本上離子束之一消隱電極 一限制聚焦離子束之限制光圈， 一偏向掃瞄聚焦離子束之偏向電極， —移動式樣本台，可將樣本安置在上面，以聚焦離子 束加以照射》 一第二帶電粒子偵測器，用以偵測由於照射聚焦離子 束而出現之第二帶電粒子，以及 一顯示器，根據第二帶電粒子偵測器之一訊號加以顯 示樣本表面之影像，其中該方法包含： 一第一程序，以聚焦離子束對樣本上之預期點加以照 射並以測射蝕刻法形成一橫截面；以及 一第二程序，至少從液態金屬離子源加以控制發射電 流來改變電流及聚焦離子束之直徑，因此，當以第二帶電 粒子偵測器加以掃瞄，偵測由橫截面發生之第二帶電粒子 時即對橫截面加以照射聚焦離子束，且根據第二帶電粒子 偵測器之訊號加以顯示樣本表面之影像來觀察橫截面。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) --------訂---------線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 ___B7 五、發明說明（3 ) 圖式簡述 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 第1 圖爲 說明實施本發明之一裝置構造例子設計橫截 面 圖 0 第2 A - 2 D爲說明微横截面形成方法步驟之平面圖 及 透 視圖 〇 第3 uBq~~»f5y -說明發射電流奥半最大値全寬下能量馮係 之 圖 形。 、、 第4 圖爲 一側視圖，誅明控制由於離子束限制光圈所 造 成之離子束分佈半角α。 · 主 要 元件對照 表 1 液態 金屬 離子源 2 聚焦 透鏡 3 消隱 電極 4 偏向 電極 5 物鏡 1 5 限 制光 Pgl 聞 6 聚焦 離子 束軸 1 0 樣 本台 9 樣本 8 a 、8 b 偵測器 7 a 、7 b 粒子 1 4 顯 示器 7 a 電 子 本紙張尺度適用争國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公芨） -------— — — illllll^il------^Λιτ i. (請先閱讀背面之法意事項再填寫本頁) A7 ___B7___ 五、發明說明（4 ) 7 b 離子 11 A/D轉換器 13 電源 3 3 接觸孔 32 相互連結 3 4 位置 3 5 區域' 、 3 6 蝕刻區 3 7 橫截面 « 發明詳述 根據第1圖加以說明裝置之構造。爲實施本發明，一 裝置結構之例子，如第1圖所示，設置一聚焦離子束產生 部份，其包含一液態金饜離子源1，一作爲聚焦透鏡系統 之一聚焦透鏡2及一物鏡5將自液態金靥離子源1縮回之 離子束加以聚焦，一限制離子束之限制光圈1 5，以及切 換樣本上離子束之消隱電極3。而且，在聚焦離子束軸6 上佈置偏向掃瞄聚焦離子束之偏向電極4。而且，裝置之 構造具一可將樣本9安置在上面，以聚焦離子束6加以照 射之移動式樣本台1 0，用以偵測因照射聚焦離子束6而 發生之第二帶電粒子7 a及7 b的第二帶電粒子偵測器 8a、8b，根據第二帶電粒子偵測器8 a、8b所偵測 之第二帶電粒子7a、 7b強度》加以顯示樣本9表面影 像之顯示器14等等。 本紙張尺度.適用令國國家標準<CNS)A4規格（210 X 297公爱） (請先閱讀背面之庄意事項再填寫本頁) -訂-！ 線· 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 A7 ____B7___ 五、發明說明（5 ) 第二帶電粒子偵測器8 a、8b包含一用以偵測第二 電子7 a之第二電子偵測器8 a及用以偵測第二離子7b 之第二離子偵測器8 b。順便，第二帶電粒子偵測器8 a 、8b之構造可爲一偵測器並具一開關可在第二電子偵測 器8 a及第二離子偵測器8 b之間加以切換。 將來自第二帶屬教子值測器8 a * 8上之一m麗加必 輸入並在一 A/D轉、換器1 1中作A/D轉換。第二帶電 粒子7 a、7b及A/D轉換訊號，爲了在顯示器14上 顯示影像而由一操作員（未示·出）加以作算術運算。液態 金藺離子源1，聚焦透鏡2，消隱電極3，偏向電極4及 物鏡5之電力則根據來自運作單元（未示出）之訊號，經 由一離子光學系統控制電源13加以供應。 利用第2 A - 2 D圖之聚焦離子束裝置，以下針對横 截面形成觀察方法加以說明。使用一 L 3工作爲樣本9加 以觀察其橫截面。如第2 A圖中所示，決定對在樣本9中 包含一接觸孔3 3的掃瞄離子顯微影像加以觀察。順便觀 察在接觸孔3 3附近之相互連結3 2。當以聚焦離子束6 對樣本9表面加以掃瞄並偵測出第二電子7 a或第二離子 7 b，作爲從樣本9表面發生之第二帶電粒子時，即藉照 射得到掃瞄離子顯微影像。以第2 A圖之一影像加以設定 形成一橫截面之位置3 4。 次之，如第2B圖所示，薄膜以FIB—CVD方法 形成在包含接觸孔3 3上區域3 5上。F I B — CVD方 法以氣鎗將原材氣體吸入樣本表面且在區域3 5上掃瞄時 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之1意事項再填寫本頁) !1 訂·！------線 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 __B7_ 五、發明說明（6 ) 以一靠2 0 — 3 0 k e v能量加速之離子束6加以照射。 由於這樣，該方法在照射區域3 5上選取性地形成一薄膜 。在本實施中使用W ( C 0 ) 6作爲原料氣體，形成一鎢膜 。本發明自然也可改變氣體而以另一金屬薄膜形成加以實 施。如形成此薄膜之時間長的話，樣本之薄膜形成表面則 爲平整而在I猫雞子臬微鏡姆則不易親察4&亙連之瀾案 。於是，在整平前先、結束薄膜之形成加以促進薄膜之形成 〇 在薄膜形成後，如第2 C圖所示，對蝕刻區3 6照射 一聚焦離子束6加以蝕刻。蝕刻區3 6幾乎爲方形，它的 一邊在位置3 4加以形成橫截面。以一高電流束（如，2 一 1 Ο nA )開啓一粗略之小孔。而且，以對要觀察之橫 截面位置34照射一中電流束（如，30pA — 2nA) 來作爲結束。於是，如第2 D圖所示，形成一邊壁橫截面 3 7° 次之，對樣本台1 0加以傾斜，使樣本9之形成橫截 面3 7暴露在離子束之照射方向中。利用掃瞄離子顯微鏡 ，以相當小之電流束（如，1 p A或更小）加以觀察此橫 截面3 7。 順便在也要觀察無關事務之不尋常部份爲小之處，就 會有非形成薄膜之橫截面狀況。在這種情況下，如施行以 上運作即具一較高準確性之橫截面形狀。 早已熟知之事實爲，當以掃瞄離子顯微功能觀察由以 上方法所形成之橫截面3 7時，以調整離子束限制光圈直 — — — — — — — I— ill _^^一 I ! I I I β (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -y - 經濟部智慧財產局員工消费合作社印製 A7 _B7__ 五、發明說明（7 ) 徑及透鏡聚焦狀況加以調整離子束電流及直徑。在本發明 中，不只控制離子束限制光圈直徑及透鏡聚焦狀況而且自 液態金屬離子源控制發射電流，以橫截面觀察之刻度大小 加以調整聚焦離子束電流及直徑。 就離子束電流爲數P A之區域而言，離子束直徑d大 槪以下列麗係式4 4 4..表承·」 -........................ . d2-(M· dg) 2+(c.· α - ΔΕ/Ε) 2 ( 1) ^其中，M爲光學系統之倍率，d g爲液態金屬離子源 之大小，c爲光學系統之色差係數，α爲離子束分佈半角 ，Ε爲離子束能量，而ΔΕ爲離子束能量寬度。早已熟知 之事實爲，改善聚焦透鏡系統可降低光學系統c之色差係 數。 在本發明中，注意以上公式（1 )之第二項並控制來 自液態金靥離子源之發射電流，將ΛΕ値儘可能保持在一 小値，因而可降低d値。 第3圖表示一來自液態金屬離子源之發射電流與一半 最大値下離子束能量全寬間之關係。從此圖中淸楚表示， 半最大値下之能量全寬隨發射電流之增加而降低。通常， 當實施橫截面形成時使用3 0 PA - 1 Ο nA之離子束電 流。於是，使用約爲2 — 3 // A之來自液態金屬離子源之 發射電流。如使用一比這還小之發射電流，可將ΔΕ保持 爲小。然而，在發射電流之過小區域，離子之發射則變得 本紙張尺度逋用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） -1U- ---：-----j-----— II 訂！！線 Λ*ν <請先閲讀背面之1意事項再填寫本頁)_ A7 B7 五、發明說明（8 ) 不稞。考慮的結果，發現靠將發射電流設定在約1 # A之 穩定發射，可將ΔΕ保持爲小。 此時，在樣本表面之聚焦離子束電流以下列公式（2 )表示； I = π · a 2 · d I X d Ω ( 2 ) __________ 其中，d Ι/(1Ω爲液態金屬離子源之離子照射角電 流密度》自第4圖淸楚表示，· α値可以限制光圈之直徑加 以控制。對離子束限制光圈直徑之控制爲，例如，準備一 具備多數開口之金屬箔片，該箔片上有不同直徑之開口且 藉調整金屣箔片之位置加以選取允許離子束穿過之開口》 如限制光圈直徑降低，則離子束電流過度降低而第二帶電 粒子出現量即降低。結果，雜訊成份增加而無法獲得優選 之影像品質。考慮結果，以4 0 之限制光圈直徑及 0 . 3pA之離子束電流獲得IpA之離子束電流以及 l〇nm ( = 0 . 0 1以m)之影像解析度，且由於設定 限制光圈直徑爲30#m而獲得7nm(=〇,〇〇7 #m)之影像解析度。 在觀察樣本表面之狀況中，離子束垂直照射在樣本表 面上。在此狀態下，如使用1 PA或更小的離子束電流， 第二帶電粒子出現量即降低，且只能得到一具有許多雜訊 之影像。然而，在橫截面観察中，傾斜樣本台，以相對於 橫截面之某一角度加以照射離子束。由於這樣，第二帶電 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之J1-意事項再填寫本頁

-· ! I I I 訂------— II 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 A7 B7 五、發明說明（9 ) 粒子出現量比垂直照射時增加許多，而得到具優選影像品 質之橫截面影像。 根據本發明，當經由掃瞄離子顯微功能加以觀察橫截 面時，取觀察倍率爲1 0 0 0 0倍或更高些之情況下，可 降低由於聚焦離子束照射，利用蝕刻所造成橫截面之變形 。而且*哥得到約0 . 0 0 7 m — 0 · 0 1 扭之;影像 解析度也可淸晰觀察、到橫截面之細緻構造。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ------- 訂·！-線 rL. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -ΊΖ- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. A8 B8 C8 D8 六、申請專利範圍 1. 藉由聚焦離子束裝置之利用聚焦離子束之一種橫 截面形成觀察方法，包含， —聚焦離子束產生部份，該聚焦離子束產生部份具一 液態金屬離子源，將自離子源縮回之離子束加以聚焦之一 聚焦透鏡系統，以及用以切換樣本上離子束之一消隱電極 一限制聚焦離子束之限制光圈， 一偏向掃瞄聚焦離子束之偏向電極， —移動式樣本台，可將樣本安置在上面，以聚焦離子 束加以照射， 一第二帶電粒子偵測器，甩以偵測由於照射聚焦離子 束出現之第二帶電粒子，以及 一顯示器，根據第二帶電粒子偵測器之一訊號加以顯 示樣本表面之影像，其中該方法包含： 一第一程序，以聚焦離子束對樣本上之預期點加以照 射並以濺射蝕刻法形成一橫截面；以及 —第二程序，至少從液態金屬離子源加以控制發射電 流來改變電流及聚焦離子束之直徑，因此，當以第二帶電 粒子偵測器加以掃瞄，偵測由橫截面發生之第二帶電粒子 時即對橫截面加以照射聚焦離子束，且根據第二帶電粒子 偵測器之訊號加以顯示樣本表面之影像來觀察横截面。 2. 如申請專利範圍第1項之利用聚焦離子束之橫截 面形成觀察方法，其中，所說明之第二程序在控制至少來 自液態金屬離子源之發射電流，使聚焦離子束電流爲1 p 本紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210X297公釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 C 經.¾部智慧財是局員工消費合作社印製 -13- 386178 六、申請專利範圍 A或更小。 (請先閲讀背面之注#ί項再填寫本頁) 訂 t. 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家#準（CNS ) Α4規格（210X297公釐） -14-