TW557469B - Method of observing secondary ion image by focused ion beam - Google Patents

Description

557469 A7 B7 五、發明説明（1 ) 發明背景 本發明相關於使用聚焦離子束來實施處理以在半導體 裝置的某一位置處形成一截面以用於缺陷分析或類似者以 及觀察上述截面的方法。 隨著L S I (大型積體電路）等的製造成爲具有增力口 的裝置密度及較小的尺寸，已曾提出在開發步驟及製造步 驟期間以聚焦離子束來處理及觀察L S I截面的技術。 具體地說，要被處理的截面的位置是藉著掃描離子顯 微徑的功能來決定。在使用被處理的截面成爲平面下，藉 著無掩模蝕刻功能來形成長方形孔。使想要的截面部份曝 光，然後使樣本傾斜以將上述的截面部份引導於離子束的 照射方向。藉著掃描離子顯微徑的功能再次觀察被處理的 截面部份。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 當藉著掃描離子顯微鏡的功能來觀察以上述方法製造 的截面部份時，聚焦離子束的離子電流被設定爲小於 5 p A (微微安培）以減小射束直徑。以此方式，獲得高 解析度影像。但是，當射束電流減小時，二次帶電粒子訊 號的強度也減小，因而使訊號對雜訊比（S / N )惡化。 特別是，二次離子的強度只是二次電子的強度的大約1 / 1 0到1/1 0 0 0。因此，在以調整聚焦離子束的焦點 所需的數秒的影像更新率來掃描之下，S / N低。不能獲 得工作所需的影像品質。向來難以在觀看不良品質的影像 的同時精細調整施加於物鏡的電壓，以將聚焦離子束的焦 點定在樣本上，以及獲得小於1 0 n m (毫微米）的高解 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -4- 557469 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（2 ) 析度影像。習慣上是以減慢框掃描率成爲增進S / N的方 法。此方法增加二次離子訊號蓄積的時間，因而增進影像 品質。但是，影像更新率低。因此，必須有熟練的技巧來 在觀看此影像的同時調整聚焦離子束的焦點。並非任何人 均可輕易地實施此調整。 發明槪說 上述的問題可由包含第一及第二處理步驟的本發明來 解決。在第一步驟中，藉著二次帶電粒子偵測器來偵測二 次電子。在觀察二次電子影像的同時調整離子光學鏡片的 焦點。在第二步驟中，在不重新調整在第一步驟中被調整 的光學鏡片的焦點之下，以二次帶電粒子偵測器來偵測二 次離子。觀察二次離子影像。如此，獲得聚焦的高解析度 二次離子影像。 圖式簡要敘述 圖1爲用來執行本發明的宜器的方塊圖。 圖2 A至2 C爲顯示截面微加工方法的樣本表面的平 面圖。 圖3爲被處理的樣本的截面的立體圖。 圖4爲二次電子影像的示意圖。 元件對照表 1 液態金屬離子源 2 聚光透鏡 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）~~ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 557469 A7 B7 五、發明説明（3 ) 3 遮沒電極 4 偏轉電極 5 物鏡 6 聚焦離子束 7 a 二次帶獨 1粒子 1 (二次， 8子） 7b 二次帶1 墜粒子 :(二次离 隹子） (請尤閱资背面之注意事項再填寫本頁) 8 a 二次帶電粒子偵測器（二次亀f偵測器） 8 b 二次帶電粒子偵測器（二次離子偵測器） 9 樣本 1〇 可移動樣本台 11 A / D轉換器 12 電腦 1 3 離子光學鏡片控制電源 14 顯示單元 32 導電互連部份 33 接觸孔 34 位置 3 5 區域 3 6 蝕刻區域 3 7 截面 發明的詳細敘述 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 參考圖1敘述儀器的組態。如圖1所示，用來實施本 發明的儀器的例子配備有包含液態金屬離子源1的聚焦離 子束產生部份，用來使從液態金屬離子源1分出的離子束 聚光的聚光透鏡2，物鏡5 ’以及打開及關閉樣本上的離 子束的遮沒電極3。用來偏轉及掃描聚焦離子束的偏轉電 極4設置在聚焦離子束6的軸線上。儀器另外包含上面放 置有以聚焦離子束6照射的樣本9的可移動樣本台1 〇， 用來偵測由於聚焦離子束6的照射而射出的二次帶電粒子 7 a及7 b的二次帶電粒子偵測器8 a ’ 8 b ’以及用來 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）-6 _ 557469 A7 B7 五、發明説明（4 ) 根據由二次帶電粒子偵測器8 a ，8 b所測得的二次帶電 粒子7 a及7 b的強度來顯示樣本9的表面的影像的顯示 單元1 4。 二次帶電粒子偵測器8 a及8 b包含用來偵測二次電 子7 a的二次電子偵測器8 a及用來偵測二次離子7 b的 二次離子偵測器8 b。二次帶電粒子偵測器8 a及8 b可 由一個偵測器構成，而其可以開關在二次電子偵測器8 a 與二次離子偵測器8 b之間切換。 來自二次帶電粒子偵測器8 a及8 b的訊號送至A / D轉換器1 1以實施A / D轉換。轉換成數位訊號的二次 帶電粒子7 a及7 b的訊號由電腦1 2運算處理，以在顯 示單元1 4上顯示影像。電力根據來自電腦1 2的訊號經 由離子光學鏡片控制電源1 3而供應至液態金屬離子源1 ，聚光透鏡2，遮沒電極3，偏轉電極4，以及物鏡5。 二次帶電粒子偵測器由用來偵測二次電子7 a的二次電子 偵測器8 a及用來偵測二次離子7 b的二次離子偵測器 8 b構成。 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 以下參考圖2敘述使用聚焦離子束系統來處理及觀察 截面的方法。使用L S I成爲截面要被觀察的樣本9。如 圖2 A所示，發現要被觀察的L S I的樣本9的包含接觸 孔3 3的掃描離子顯微鏡影像。 在接觸孔3 3附近觀察到導電互連部份3 2。藉著將 聚焦離子束6引至樣本9的表面並同時加以掃描及偵測爲 從樣本9的表面發出的二次帶電粒子的二次電子7 a或二 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2!〇Χ297公釐）_ 7 557469 A7 B7 五、發明説明（5 ) 次離子7 b而獲得掃描離子顯微鏡影像。從圖2 A的影像 建立要形成截面的位置3 4。 然後，如圖2 B所示，藉著F I B - C V D方法以膜 塗覆含有接觸孔3 3的區域3 5。在F I B — CVD方法 中，藉著氣槍（未顯示）使源氣吸附在樣本表面上。以 2 0到3 0 K e V (千電子伏特）的能量加速的離子束6 在區域3 5內掃描並且加以照射。以此方式，只在所照射 的區域3 5上選擇性地形成膜。在此實施例中，使用W ( C〇）6成爲源氣，因而形成鎢膜。當然，可使用不同的氣 體而形成其他的金屬膜來實施本發明。如果此膜的形成的 實施時間長，則樣本的塗覆區域的表面平坦化。在掃描離 子顯微鏡影像上不易辨識出導電圖型。因此，在平面化之 前完成的膜的形成的情況中，較易於形成截面。 經濟部中央榡準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 在膜形成之後，將聚焦離子束6引至蝕刻區域3 6以 實施蝕刻操作，如圖2 C所示。鈾刻區域3 6幾乎爲長方 形，並且具有位在形成截面的位置3 4處的一側邊。以例 如2到1 Ο η A (毫微安培）的高電流射束實施粗鑽孔。 精鑽孔是藉著將射束引至要被觀察的截面的位置3 4而以 例如3 Ο P A (微微安培）到2 η A (毫微安培）的適度 電流射束來實施。被處理的樣本截面的立體圖顯示在圖3 中。因此，如圖4所示形成側壁截面3 7。 然後，樣本台1 0傾斜，以將處理的樣本9的截面 3 7曝露於離子束的照射方向。用掃描離子顯微鏡以相當 低的電流射束（例如小於1 P A )來觀察此截面3 7。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -8- 557469 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7五、發明説明（6 ) 在截面要被觀察的例如外來材料的不正常部份小的情 況中，可在無塗覆層下形成截面。並且，在此情況中’藉 著實施上述的操作可獲得較準確的截面形狀。 爲在以上述的方法製備的截面3 7藉著掃描離子顯微 鏡的功能被觀察時獲得高解析度的影像，聚焦離子束6的 電流被設定成小於5 p A，因而使射束直徑變窄。在第一 處理步驟中，在以數秒的影像更新率觀察二次電子影像的 同時調整離子光學鏡片的焦點。影像可爲框蓄積影像或點 蓄積影像。 在導出足夠的影像品質的情況中，影像更新率可小於 1秒。二次電子偵測器8 a被用來偵測二次電子7 a。結 果，獲得如圖4所示的二次電子影像。施加於物鏡5的電 壓在觀看此影像下被精細調整。焦點被設於樣本9。獲得 高解析度的二次電子影像。二次電子產生的比二次離子多 。因此，如果影像更新率爲數秒，則以相當高的訊號對雜 訊比獲得影像。易於調整焦點。 在第二處理步驟中，使用二次離子偵測器8 b來偵測 二次離子7 b。此時，物鏡5的焦點已經由第一處理步驟 調整，因而不須重新調整。但是，偵測的離子在二次電子 7 a與二次離子7 b之間切換，因此施加於帶電粒子偵測 器8 a及8 b的引入電壓的極性改變。因此’視場在二次 離子影像與二次電子影像之間變化。在此實施例中，D C 電壓疊加在偏轉電極4上。聚焦離子束6的位置偏轉。尺 寸被調整。因此，視場被調整而獲得影像。然後’以每框 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）~ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 557469 A7 B7 五、發明説明（7 ) 數十到數百秒的掃描率來接受二次離子影像。因此’獲得 具有於小於1 0 n m (毫微米）的影像解析度的良好S / N的二次離子影像。在本發明中，當觀察小訊號強度的二 次離子影像時，在觀察產生相當大量的訊號的二次電子影 像下調整離子光學鏡片。然後，觀察二次離子影像。以此 方式，可輕易地獲得聚焦的二次離子影像。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）

Claims (1)

1. 557469 A8 B8 C8 D8 申請專利範圍 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 附件2 第88 1 0053 1號專利申請案 1補I L· ----- "" *^ 中文申請專利範圍修正本 民國92年6月5日修正 1 ·〜種藉著聚焦離子束來觀察二次離子影像的方法 ’包含以下步驟： (a )提供一聚焦離子束（F I Β )系統，該F I Β 系統包含： 聚焦離子束產生部份，包含液態金屬離子源，用 來使從該離子源分出的離子束聚焦的離子光學鏡片，以及 用來打開及關閉樣本上的該離子束的遮沒電極； 偏轉電極，用來偏轉及掃描該聚焦離子束； 可移動樣本台，其上放置有以該聚焦離子束照射 的樣本；及 一次帶電粒子偵測器，用來偵測由於該聚焦離子 束的照射而射出的二次帶電粒子； (b )在以該二次帶電粒子偵測器偵測二次電子且觀 察二次電子影像的同時調整該離子光學鏡片的焦點；及 (c )在不重新調整以步驟（b )調整的該離子光學 鏡片的焦點下以該二次帶電粒子偵測器偵測二次離子且觀 察二次離子影像。 2 ·如申請專利範圍第1項所述的藉著聚焦離子束來 觀察二次離子影像的方法，其中該二次帶電粒子偵測器包 含用來只偵測二次離子的一偵測器及用來只偵測二次電子 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝▲ 訂 絲 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210x297公嫠） 557469

   六、申請專利範圍 的另一偵測器。 3 _如申請專利範圍第1項所述的藉著聚焦離子束來 觀察二次離子影像的方法，其中該二次帶電粒子偵測器爲 用來在設定引入電壓於正極性下偵測二次電子而在設定引 入電壓於負極性下偵測二次離子的二次帶電粒子偵測器， 逆且設置有用來補償由於切換該引入電壓的極性所造成的 \ 該#焦離子束的打擊位置的變化的補償機構，該方法包含 以下步驟： 在以二次帶電粒子偵測器偵測二次電子且觀察二次電 子影像的同時調整離子光學鏡片的焦點；及 在不重新調整以上述步驟調整的離子光學鏡片的焦點 下以二次帶電粒子偵測器偵測二次離子，藉著用來補償聚 焦離子束的打擊位置的變化的補償機構來實施調整以使得 二次電子影像的視場與二次離子影像的視場被帶至相同的· 位置，且觀察二次離子影像。 丨Ί曹』------裝_-----訂------錄一 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 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標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） -2 -