JP2683951B2 - 断面観察用走査型電子顕微鏡およびそれを用いた断面観察方法 - Google Patents
断面観察用走査型電子顕微鏡およびそれを用いた断面観察方法Info
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- JP2683951B2 JP2683951B2 JP2214840A JP21484090A JP2683951B2 JP 2683951 B2 JP2683951 B2 JP 2683951B2 JP 2214840 A JP2214840 A JP 2214840A JP 21484090 A JP21484090 A JP 21484090A JP 2683951 B2 JP2683951 B2 JP 2683951B2
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Description
【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、断面観察用走査型電子顕微鏡およびそれ
を用いた断面観察方法に関し、特に、半導体ウェハの断
面状態を観察する断面観察用走査型電子顕微鏡およびそ
れを用いた断面観察方法に関する。
を用いた断面観察方法に関し、特に、半導体ウェハの断
面状態を観察する断面観察用走査型電子顕微鏡およびそ
れを用いた断面観察方法に関する。
［従来の技術］ 従来、半導体集積回路の不良解析やプロセス評価にお
いて、表面観察や断面観察を行なうものとして走査型電
子顕微鏡（以下SEMという）が知られている。このSEM
（Scanning Electron Microscope）を用いた断面観察方
法においては、ウェハの観察したい断面部分が観察でき
るようにウェハを切断するという方法をとっていた。
いて、表面観察や断面観察を行なうものとして走査型電
子顕微鏡（以下SEMという）が知られている。このSEM
（Scanning Electron Microscope）を用いた断面観察方
法においては、ウェハの観察したい断面部分が観察でき
るようにウェハを切断するという方法をとっていた。
第７図は、従来のSEMによる断面観察方法を用いた場
合に必要とされる半導体ウェハの斜視図である。第７図
を参照して、従来のSEMを用いる断面観察方法について
説明する。半導体ウェハ27上には複数のチップが形成さ
れている。まず、断面観察を行なうべき断面観察用テス
トチップ28を選定する。その後、断面観察用テストチッ
プ28の観察断面129が現われるように半導体ウェハ27を
切断する。このようにして断面観察用テストチップ28の
観察断面129が露出された後、その観察断面129をSEMを
用いて断面観察していた。このように、従来は、断面観
察用テストチップ28の観察断面129を露出させるため
に、半導体ウェハ27を人手で切断していた。
合に必要とされる半導体ウェハの斜視図である。第７図
を参照して、従来のSEMを用いる断面観察方法について
説明する。半導体ウェハ27上には複数のチップが形成さ
れている。まず、断面観察を行なうべき断面観察用テス
トチップ28を選定する。その後、断面観察用テストチッ
プ28の観察断面129が現われるように半導体ウェハ27を
切断する。このようにして断面観察用テストチップ28の
観察断面129が露出された後、その観察断面129をSEMを
用いて断面観察していた。このように、従来は、断面観
察用テストチップ28の観察断面129を露出させるため
に、半導体ウェハ27を人手で切断していた。
［発明が解決しようとする課題］ 前述のように、従来のSEMを用いて半導体ウェハの断
面観察を行なう方法では、断面観察を行なう際に、断面
観察用テストチップ28の観察断面129を露出させるため
に半導体ウェハ27を人手で切断していた。この半導体ウ
ェハ27を切断する方法では、人手で断面観察を行ないた
い観察断面129に対応する部分を切断するため、特定箇
所の断面を正確に露出させることは非常に困難であっ
た。また、この方法では、試料作成および断面観察に長
時間を要するという不都合があった。さらに、断面観察
を行なうために半導体ウェハを切断してしまうため、そ
のウェハは以後のウェハプロセスを施すことができない
こととなる。この結果、各ウェハプロセスごとに断面観
察用のウェハを用意しなければならいという問題点があ
った。つまり、従来のSEMを用いた断面観察方法では、
ウェハを人手で切断するため特定箇所の断面を正確に露
出させることができないとともに、断面観察に長時間を
要していた。また、各ウェハプロセスごとに断面観察用
ウェハが必要であった。
面観察を行なう方法では、断面観察を行なう際に、断面
観察用テストチップ28の観察断面129を露出させるため
に半導体ウェハ27を人手で切断していた。この半導体ウ
ェハ27を切断する方法では、人手で断面観察を行ないた
い観察断面129に対応する部分を切断するため、特定箇
所の断面を正確に露出させることは非常に困難であっ
た。また、この方法では、試料作成および断面観察に長
時間を要するという不都合があった。さらに、断面観察
を行なうために半導体ウェハを切断してしまうため、そ
のウェハは以後のウェハプロセスを施すことができない
こととなる。この結果、各ウェハプロセスごとに断面観
察用のウェハを用意しなければならいという問題点があ
った。つまり、従来のSEMを用いた断面観察方法では、
ウェハを人手で切断するため特定箇所の断面を正確に露
出させることができないとともに、断面観察に長時間を
要していた。また、各ウェハプロセスごとに断面観察用
ウェハが必要であった。
そこで、従来、SEMを用いた断面観察方法を改良する
ものとして、SEM鏡筒部分にFIB（Focused−Ion−Beam）
鏡筒部分を一体化した断面観察用電子顕微鏡を用いた断
面観察方法が提案されている。これらは、たとえば、J.
Appl.Phys.62（６） 15 September 1987 P2163〜P2
168に開示されている。この提案された断面観察用電子
顕微鏡を用いた断面観察方法としては、まず、電子ビー
ムとイオンビームを基準マークで位置合わせする。そし
て、電子ビームで加工場所を観察したイオンビームで加
工する。このような断面観察用電子顕微鏡を用いれば、
断面観察を行なうために半導体ウェハを人手で割る必要
がないという利点がある。
ものとして、SEM鏡筒部分にFIB（Focused−Ion−Beam）
鏡筒部分を一体化した断面観察用電子顕微鏡を用いた断
面観察方法が提案されている。これらは、たとえば、J.
Appl.Phys.62（６） 15 September 1987 P2163〜P2
168に開示されている。この提案された断面観察用電子
顕微鏡を用いた断面観察方法としては、まず、電子ビー
ムとイオンビームを基準マークで位置合わせする。そし
て、電子ビームで加工場所を観察したイオンビームで加
工する。このような断面観察用電子顕微鏡を用いれば、
断面観察を行なうために半導体ウェハを人手で割る必要
がないという利点がある。
しかし、この提案された断面観察用電子顕微鏡では、
SEMによる観察は半導体ウェハから発生する２次電子を
用いて行なうので、FIB加工と同時にSEM観察を行なうこ
とはできない。すなわち、FIB,SEMによる半導体ウェハ
への走査では、いずれも半導体ウェハから２次電子が発
生するため、FIBで半導体ウェハの断面を切り出す際に
同時にSEMにより断面観察を行なっても、SEMの走査によ
る２次電子のみを検出することができないのである。し
たがって、この提案された断面観察用電子顕微鏡では、
観察断面を切り出す際に、FIBで所定量を切り出した
後、SEMで断面観察を行なうという工程を繰り返す必要
があり、観察断面を切り出す時間を短縮することが困難
であるという問題点があった。さらに、FIBによる観察
断面の切り出しと同時にSEMによる観察ができないの
で、特定箇所の観察断面をより正確に得ることは困難で
あるという問題点があった。
SEMによる観察は半導体ウェハから発生する２次電子を
用いて行なうので、FIB加工と同時にSEM観察を行なうこ
とはできない。すなわち、FIB,SEMによる半導体ウェハ
への走査では、いずれも半導体ウェハから２次電子が発
生するため、FIBで半導体ウェハの断面を切り出す際に
同時にSEMにより断面観察を行なっても、SEMの走査によ
る２次電子のみを検出することができないのである。し
たがって、この提案された断面観察用電子顕微鏡では、
観察断面を切り出す際に、FIBで所定量を切り出した
後、SEMで断面観察を行なうという工程を繰り返す必要
があり、観察断面を切り出す時間を短縮することが困難
であるという問題点があった。さらに、FIBによる観察
断面の切り出しと同時にSEMによる観察ができないの
で、特定箇所の観察断面をより正確に得ることは困難で
あるという問題点があった。
この発明は、上記のような課題を解決するためになさ
れたもので、半導体ウェハの特定箇所の断面をより正確
に短時間で切り出して観察することが可能な断面観察用
走査型電子顕微鏡およびそれを用いた断面観察方法を提
供することを目的とする。
れたもので、半導体ウェハの特定箇所の断面をより正確
に短時間で切り出して観察することが可能な断面観察用
走査型電子顕微鏡およびそれを用いた断面観察方法を提
供することを目的とする。
［課題を解決するための手段］ 請求項１における発明は、被観察物の断面に電子ビー
ムを照射してその被観察物の断面状態を観察する断面観
察用走査型電子顕微鏡であって、イオンビーム走査手段
と、電子ビーム走査手段と、第１の電子検出手段と、第
２の電子検出手段と、走査領域観察手段とを含んでい
る。イオンビーム走査手段は被観察物にイオンビームを
走査するためのものである。電子ビーム走査手段は、イ
オンビーム走査手段から所定の角度傾斜した位置に設置
されており、電子ビームを走査するためのものである。
第１の電子検出手段は、イオンビームおよび電子ビーム
の走査によって被観察物から発生される２次電子を検出
するためのものである。第２の電子検出手段は、電子ビ
ームの走査によって被観察物から反射される反射電子を
検出するためのものである。走査領域観察手段は、第１
および第２の電子検出手段の検出結果に基づいて電子ビ
ーム走査手段により走査される領域の断面状態を観察す
るためのものである。ここで、この請求項１に記載の発
明では、第１の電子検出手段と第２の電子検出手段とが
１つの電子検出器によって構成されており、その１つの
電子検出器はバイアス電圧を切換えるバイアス電圧切換
手段を含んでいる。そのバイアス電圧切換手段により１
つの電子検出器のバイアス電圧を切換えることによって
２次電子と反射電子の２種類の電子の検出を行なう。
ムを照射してその被観察物の断面状態を観察する断面観
察用走査型電子顕微鏡であって、イオンビーム走査手段
と、電子ビーム走査手段と、第１の電子検出手段と、第
２の電子検出手段と、走査領域観察手段とを含んでい
る。イオンビーム走査手段は被観察物にイオンビームを
走査するためのものである。電子ビーム走査手段は、イ
オンビーム走査手段から所定の角度傾斜した位置に設置
されており、電子ビームを走査するためのものである。
第１の電子検出手段は、イオンビームおよび電子ビーム
の走査によって被観察物から発生される２次電子を検出
するためのものである。第２の電子検出手段は、電子ビ
ームの走査によって被観察物から反射される反射電子を
検出するためのものである。走査領域観察手段は、第１
および第２の電子検出手段の検出結果に基づいて電子ビ
ーム走査手段により走査される領域の断面状態を観察す
るためのものである。ここで、この請求項１に記載の発
明では、第１の電子検出手段と第２の電子検出手段とが
１つの電子検出器によって構成されており、その１つの
電子検出器はバイアス電圧を切換えるバイアス電圧切換
手段を含んでいる。そのバイアス電圧切換手段により１
つの電子検出器のバイアス電圧を切換えることによって
２次電子と反射電子の２種類の電子の検出を行なう。
請求項２に記載の発明は、被観察物の断面に電子ビー
ムを照射して被観察物の断面状態を観察する断面観察用
走査型電子顕微鏡を用いた断面観察方法であって、被観
察物の断面観察を行なう位置にイオンビームを走査して
断面を切り出す。その断面を切り出しながら同時に断面
に電子ビームを走査し、被観察物から反射される反射電
子を検出して断面の切り出し過程を断面を切り出しなが
ら同時に観察する。その断面を切り出すことによって切
り出された断面に電子ビームを走査して被観察物から２
次電子を発生させ、その２次電子を検出して電子ビーム
が走査された断面の断面状態を観察する。
ムを照射して被観察物の断面状態を観察する断面観察用
走査型電子顕微鏡を用いた断面観察方法であって、被観
察物の断面観察を行なう位置にイオンビームを走査して
断面を切り出す。その断面を切り出しながら同時に断面
に電子ビームを走査し、被観察物から反射される反射電
子を検出して断面の切り出し過程を断面を切り出しなが
ら同時に観察する。その断面を切り出すことによって切
り出された断面に電子ビームを走査して被観察物から２
次電子を発生させ、その２次電子を検出して電子ビーム
が走査された断面の断面状態を観察する。
請求項３における断面観察方法では、上記した請求項
２の構成において、反射電子は第１の電子検出手段によ
って検出し、２次電子は第２の電子検出手段によって検
出する。
２の構成において、反射電子は第１の電子検出手段によ
って検出し、２次電子は第２の電子検出手段によって検
出する。
請求項４における断面観察方法では、上記した請求項
２の構成において、反射電子は第１の電子検出手段によ
って検出するとともに、２次電子はその第１の電子検出
手段のバイアス電圧を切換えることによって検出する。
２の構成において、反射電子は第１の電子検出手段によ
って検出するとともに、２次電子はその第１の電子検出
手段のバイアス電圧を切換えることによって検出する。
請求項５における断面観察方法では、上記した請求項
２の構成において、断面の切り出し過程を観察する工程
が、必要な断面が得られたときにイオンビームの走査を
中止する工程を含むように構成する。
２の構成において、断面の切り出し過程を観察する工程
が、必要な断面が得られたときにイオンビームの走査を
中止する工程を含むように構成する。
［作用］ 請求項１に係る断面観察用走査型電子顕微鏡では、２
次電子を検出する第１の電子検出手段と反射電子を検出
する第２の電子検出手段とが１つの電子検出器によって
構成され、かつその１つの電子検出器はバイアス電圧を
切換えるバイアス電圧切換手段を含み、そのバイアス電
圧切換手段により電子検出器のバイアス電圧を切換える
ことによって２次電子と反射電子の２種類の電子の検出
が行なわれるので、容易に２次電子と反射電子とを１つ
の電子検出器で検出することが可能となる。
次電子を検出する第１の電子検出手段と反射電子を検出
する第２の電子検出手段とが１つの電子検出器によって
構成され、かつその１つの電子検出器はバイアス電圧を
切換えるバイアス電圧切換手段を含み、そのバイアス電
圧切換手段により電子検出器のバイアス電圧を切換える
ことによって２次電子と反射電子の２種類の電子の検出
が行なわれるので、容易に２次電子と反射電子とを１つ
の電子検出器で検出することが可能となる。
請求項２〜５に係る断面観察用走査型電子顕微鏡を用
いた断面観察方法では、イオンビームを走査して断面を
切り出しながら同時に電子ビームを走査してそれによる
反射電子を検出して断面の切り出し過程が団を切り出し
ながら同時に観察されるので、断面の切り出し過程をリ
アルタイムで観察することが可能となる。これにより、
観察すべき断面をより正確に短時間で切り出すことが可
能となる。
いた断面観察方法では、イオンビームを走査して断面を
切り出しながら同時に電子ビームを走査してそれによる
反射電子を検出して断面の切り出し過程が団を切り出し
ながら同時に観察されるので、断面の切り出し過程をリ
アルタイムで観察することが可能となる。これにより、
観察すべき断面をより正確に短時間で切り出すことが可
能となる。
［発明の実施例］ 第１図は、本発明の一実施例を示した断面観察用走査
型電子顕微鏡の概略図である。第１図を参照して、断面
観察用走査型電子顕微鏡は、SEM鏡筒部分100と、FIB鏡
筒部分200と、試料室部分300とを含む。
型電子顕微鏡の概略図である。第１図を参照して、断面
観察用走査型電子顕微鏡は、SEM鏡筒部分100と、FIB鏡
筒部分200と、試料室部分300とを含む。
SEM鏡筒部分100は、電子ビームを発生させるための電
子銃１と、電子銃１から発生された電子ビーム30を集束
させるためのSEM第１レンズ２と、SEM第１レンズ２によ
って集束された電子ビームをON,OFFさせるためのSEMブ
ランキングコイル３と、SEMブランキングコイル３を通
過した電子ビーム30を走査させるためのSEM偏向コイル
５と、SEM偏向コイル５を通過した電子ビーム30を再び
集光させためのSEM第２レンズ４とを含む。電子銃1,SEM
第１レンズ２およびSEM第２レンズ4,SEMブランキングコ
イル3,SEM偏向コイル５には、それぞれ電子銃駆動用電
源6,SEMレンズ電源7,SEMブランキング電源8,SEM偏向電
源９が接続されている。
子銃１と、電子銃１から発生された電子ビーム30を集束
させるためのSEM第１レンズ２と、SEM第１レンズ２によ
って集束された電子ビームをON,OFFさせるためのSEMブ
ランキングコイル３と、SEMブランキングコイル３を通
過した電子ビーム30を走査させるためのSEM偏向コイル
５と、SEM偏向コイル５を通過した電子ビーム30を再び
集光させためのSEM第２レンズ４とを含む。電子銃1,SEM
第１レンズ２およびSEM第２レンズ4,SEMブランキングコ
イル3,SEM偏向コイル５には、それぞれ電子銃駆動用電
源6,SEMレンズ電源7,SEMブランキング電源8,SEM偏向電
源９が接続されている。
FIB鏡筒部分200は、イオンビームを発生させるための
液体金属イオン源10と、液体金属イオン源10から発生さ
れたイオンビーム31を集束させるためのFIB第１レンズ1
1と、FIB第１レンズ11によって集束されたイオンビーム
31をON,OFFさせるためのFIBブランキング電極12と、FIB
ブランキン電極12を通過したイオンビーム31を再び集束
させるためのFIB第２レンズ13と、FIB第２レンズ13によ
り集束されたイオンビーム31を偏向させるためのFIB偏
向電極14とを含む。液体金属イオン源10,FIB第１レンズ
11およびFIB第２レンズ13,FIBブランキング電極12,FIB
偏向電極14には、それぞれイオン源駆動用電源15,FIBレ
ンズ電源16,FIBブランキング電源17,FIB偏向電源18が接
続されている。
液体金属イオン源10と、液体金属イオン源10から発生さ
れたイオンビーム31を集束させるためのFIB第１レンズ1
1と、FIB第１レンズ11によって集束されたイオンビーム
31をON,OFFさせるためのFIBブランキング電極12と、FIB
ブランキン電極12を通過したイオンビーム31を再び集束
させるためのFIB第２レンズ13と、FIB第２レンズ13によ
り集束されたイオンビーム31を偏向させるためのFIB偏
向電極14とを含む。液体金属イオン源10,FIB第１レンズ
11およびFIB第２レンズ13,FIBブランキング電極12,FIB
偏向電極14には、それぞれイオン源駆動用電源15,FIBレ
ンズ電源16,FIBブランキング電源17,FIB偏向電源18が接
続されている。
試料室部分300は、半導体ウェハ27を設置するための
試料台19と試料台19を移動させるための試料台駆動装置
20と、電子ビーム30の半導体ウェハ27によって反射され
た反射電子を検出するための反射電子検出器21と、電子
ビーム30およびイオンビーム31の走査によって半導体ウ
ェハ27から発生される２次電子を検出するための２次電
子検出手段23とを含む。反射電子検出器21および２次電
子検出器23には、それぞれ反射電子検出器制御電源22お
よび２次電子検出器制御電源24が接続されている。さら
に、反射電子検出器21および２次電子検出器23には、検
出信号増幅器25が接続され、検出信号増幅器25には、観
察用CRT26が接続される。
試料台19と試料台19を移動させるための試料台駆動装置
20と、電子ビーム30の半導体ウェハ27によって反射され
た反射電子を検出するための反射電子検出器21と、電子
ビーム30およびイオンビーム31の走査によって半導体ウ
ェハ27から発生される２次電子を検出するための２次電
子検出手段23とを含む。反射電子検出器21および２次電
子検出器23には、それぞれ反射電子検出器制御電源22お
よび２次電子検出器制御電源24が接続されている。さら
に、反射電子検出器21および２次電子検出器23には、検
出信号増幅器25が接続され、検出信号増幅器25には、観
察用CRT26が接続される。
観察用CRT26には、SEM偏向電源９およびFIB偏向電源1
8が接続されている。また、SEM鏡筒部分100は、試料の
断面が観察できるように試料台19に対して入射角約60度
程度で取付けられている。FIB鏡筒部分200は、試料台19
に対してほぼ垂直に取付けられている。なお、SEM鏡筒
部分100の加速電圧は1KV以上に設定されている。また、
反射電子検出器21および２次電子検出器23は、反射電子
検出器制御電源22および２次電子検出器制御電源24によ
って制御される。すなわち、反射電子検出器21および２
次電子検出器23によって検出された信号は検出信号増幅
器25によって増幅され、走査同期信号35に同期して観察
用CRT26に映し出される。なお、反射電子検出器21に
は、電子ビーム30およびイオンビーム31の走査時に発生
した２次電子を検出することを防ぐためにバイアス電圧
が印加されている。
8が接続されている。また、SEM鏡筒部分100は、試料の
断面が観察できるように試料台19に対して入射角約60度
程度で取付けられている。FIB鏡筒部分200は、試料台19
に対してほぼ垂直に取付けられている。なお、SEM鏡筒
部分100の加速電圧は1KV以上に設定されている。また、
反射電子検出器21および２次電子検出器23は、反射電子
検出器制御電源22および２次電子検出器制御電源24によ
って制御される。すなわち、反射電子検出器21および２
次電子検出器23によって検出された信号は検出信号増幅
器25によって増幅され、走査同期信号35に同期して観察
用CRT26に映し出される。なお、反射電子検出器21に
は、電子ビーム30およびイオンビーム31の走査時に発生
した２次電子を検出することを防ぐためにバイアス電圧
が印加されている。
第２図は、第１図に示した断面観察用走査型電子顕微
鏡を用いた断面観察方法に用いられる半導体ウェハの平
面図である。半導体ウェハ27には、複数のチップが形成
されており、そのうち断面観察を行なう断面観察用テス
トチップ28が予め選定されている。
鏡を用いた断面観察方法に用いられる半導体ウェハの平
面図である。半導体ウェハ27には、複数のチップが形成
されており、そのうち断面観察を行なう断面観察用テス
トチップ28が予め選定されている。
第３図ないし第５図は第１図に示した断面観察用走査
型電子顕微鏡により断面観察を行なう断面観察プロセス
を説明するための概略図である。第１図ないし第５図を
参照して、断面観察方法について説明する。まず、第３
図を参照して、イオンビーム31の走査によって断面を切
り出すためのイオンビーム走査領域を設定するプロセス
を説明する。試料台駆動装置20（第１図参照）により試
料台19（第１図参照）を自動または手動で断面観察を行
なう切出し領域付近50に移動する。切出し領域付近50に
イオンビーム31を走査して半導体ウェハ27から発生され
た２次電子34を検知してその像を観察用CRT26上に表示
させる。この観察用CRT26の表示に基づいてキーボード
やマウスなどの入力デバイスにより切出しのためのイオ
ンビーム走査領域29の位置指定を行なう。この場合検出
器としては、２次電子検出器23のみを作動させる。
型電子顕微鏡により断面観察を行なう断面観察プロセス
を説明するための概略図である。第１図ないし第５図を
参照して、断面観察方法について説明する。まず、第３
図を参照して、イオンビーム31の走査によって断面を切
り出すためのイオンビーム走査領域を設定するプロセス
を説明する。試料台駆動装置20（第１図参照）により試
料台19（第１図参照）を自動または手動で断面観察を行
なう切出し領域付近50に移動する。切出し領域付近50に
イオンビーム31を走査して半導体ウェハ27から発生され
た２次電子34を検知してその像を観察用CRT26上に表示
させる。この観察用CRT26の表示に基づいてキーボード
やマウスなどの入力デバイスにより切出しのためのイオ
ンビーム走査領域29の位置指定を行なう。この場合検出
器としては、２次電子検出器23のみを作動させる。
次に、第４図を参照して、イオンビーム31の走査によ
るスパッタエッチング機能を用いて観察したい断面を切
出すプロセスを説明する。まず、イオンビーム走査領域
29にイオンビームを走査させて断面切出しを開始する。
同時に、電子ビーム30を走査させて切出される断面の反
射電子32を反射電子検出器21により検出する。反射電子
検出器21の検出信号を検出信号増幅器により増幅し観察
用CRT26に表示する。これにより、イオンビーム31によ
る切出し過程を監視することができる。この場合、反射
電子検出器21のみ動作させ、２次電子検出器23は動作さ
せないでおく。このようにして、切出しの過程をリアル
タイムで監視して必要な断面が得られたときにイオンビ
ーム走査を即座に中止する。これによって、特定箇所の
極微細領域の断面を従来の提案された改良例に比べてよ
り正確に得ることができる。また、従来の提案された改
良例に比べてより短時間で観察断面を切り出すことがで
き、断面観察プロセスの迅速化を図ることができる。
るスパッタエッチング機能を用いて観察したい断面を切
出すプロセスを説明する。まず、イオンビーム走査領域
29にイオンビームを走査させて断面切出しを開始する。
同時に、電子ビーム30を走査させて切出される断面の反
射電子32を反射電子検出器21により検出する。反射電子
検出器21の検出信号を検出信号増幅器により増幅し観察
用CRT26に表示する。これにより、イオンビーム31によ
る切出し過程を監視することができる。この場合、反射
電子検出器21のみ動作させ、２次電子検出器23は動作さ
せないでおく。このようにして、切出しの過程をリアル
タイムで監視して必要な断面が得られたときにイオンビ
ーム走査を即座に中止する。これによって、特定箇所の
極微細領域の断面を従来の提案された改良例に比べてよ
り正確に得ることができる。また、従来の提案された改
良例に比べてより短時間で観察断面を切り出すことがで
き、断面観察プロセスの迅速化を図ることができる。
次に、第５図を参照して、イオンビーム31の走査によ
って切出された断面の断面観察を行なうプロセスを説明
する。イオンビーム31の走査によって切り出された断面
に電子ビーム30のみを走査する。電子ビーム30の走査に
よって半導体ウェハ27から発生される２次電子33を２次
電子検出器23により検出する。２次電子検出器23の検出
信号を検出信号増幅器25により増幅して観察用CRT26上
に表示する。この２次電子観察により高精度な断面観察
を行なうことができる。このように、本実施例では、非
常に高精度に任意の断面を切り出して即座に観察が行な
えるため、微小領域の断面を効率的に観察することがで
きる。また、あるプロセス中に混入した微小異物の断面
観察にも応用できるため、ウェハプロセスの清浄度制御
にも有効である。
って切出された断面の断面観察を行なうプロセスを説明
する。イオンビーム31の走査によって切り出された断面
に電子ビーム30のみを走査する。電子ビーム30の走査に
よって半導体ウェハ27から発生される２次電子33を２次
電子検出器23により検出する。２次電子検出器23の検出
信号を検出信号増幅器25により増幅して観察用CRT26上
に表示する。この２次電子観察により高精度な断面観察
を行なうことができる。このように、本実施例では、非
常に高精度に任意の断面を切り出して即座に観察が行な
えるため、微小領域の断面を効率的に観察することがで
きる。また、あるプロセス中に混入した微小異物の断面
観察にも応用できるため、ウェハプロセスの清浄度制御
にも有効である。
また、反射電子検出器21,2次電子検出器23としては、
シンチレータ，光電子増倍管などが用いられる。本実施
例では、反射電子検出器21と２次電子検出器23は各々独
立して設けたが、同一のものを用いてもよい。第６図
は、本発明の他の実施例による反射電子検出器および２
次電子検出器として共通の電子検出器を用いた場合の断
面観察用走査型電子顕微鏡の概略図である。第６図を参
照して、２次電子検出器23は、反射電子検出器としても
用いられる。すなわち、反射電子検出器21,2次電子検出
器23として共通のものを用いる場合には、バイアス電圧
を切換えスイッチ40により、切換えることによってこの
効果が得られる。具体的には、２次電子は通常数十〜数
百eVであるのに対して、反射電子は入射する電子ビーム
30のエネルギに近く、たとえば10KeVSEMであれば、〜10
KeV,1KeVSEMであれば、〜1KeVである。したがって、検
出器のバイアス電圧を1KeV弱の逆バイアスにすれば、反
射電子のみを検出することができる。これにより、電子
ビーム30による反射電子の像のみを監視することができ
る。なお、本実施例では、２次電子検出器23は、電子ビ
ーム30によって発生した２次電子33とイオンビーム31に
よって発生した２次電子34のいずれも検出できるように
取付けたが、２次電子像の輝度の照射位置によって比対
称性が問題となる場合には、複数の２次電子検出器を適
当な位置に取付けて最適化してもよい。また、本実施例
では、断面切り出しのためのイオンビームおよび走査領
域設定のためのイオンビームに同一のイオンビームを用
いたが、本発明はこれに限らず、イオンビーム走査によ
って試料表面のイオンビーム照射損傷が問題となる場合
には、イオンビーム電流を小さくすることや画像メモリ
への２次電子像取込みなどによってイオンビーム照射量
を必要最小限にすることにより、照射損傷を小さくする
ようにしてもよい。さらに、本実施例では、イオンビー
ムの直接エッチングによる試料構成原子の物理的スパッ
タリングを用いたが、本発明はこれに限らず、反応ガス
をノズルを介して導入し、化学的反応によりアシストエ
ッチング機能を併用して断面を切り出すようにしてもよ
い。また、本実施例では、ウェハ27内に１チップの断面
観察用テストチップ28を設けプロセス全体を監視するこ
とよるプロセス評価を行なったが、本発明はこれに限ら
ず、半導体素子の不良解析に用いてもよい。
シンチレータ，光電子増倍管などが用いられる。本実施
例では、反射電子検出器21と２次電子検出器23は各々独
立して設けたが、同一のものを用いてもよい。第６図
は、本発明の他の実施例による反射電子検出器および２
次電子検出器として共通の電子検出器を用いた場合の断
面観察用走査型電子顕微鏡の概略図である。第６図を参
照して、２次電子検出器23は、反射電子検出器としても
用いられる。すなわち、反射電子検出器21,2次電子検出
器23として共通のものを用いる場合には、バイアス電圧
を切換えスイッチ40により、切換えることによってこの
効果が得られる。具体的には、２次電子は通常数十〜数
百eVであるのに対して、反射電子は入射する電子ビーム
30のエネルギに近く、たとえば10KeVSEMであれば、〜10
KeV,1KeVSEMであれば、〜1KeVである。したがって、検
出器のバイアス電圧を1KeV弱の逆バイアスにすれば、反
射電子のみを検出することができる。これにより、電子
ビーム30による反射電子の像のみを監視することができ
る。なお、本実施例では、２次電子検出器23は、電子ビ
ーム30によって発生した２次電子33とイオンビーム31に
よって発生した２次電子34のいずれも検出できるように
取付けたが、２次電子像の輝度の照射位置によって比対
称性が問題となる場合には、複数の２次電子検出器を適
当な位置に取付けて最適化してもよい。また、本実施例
では、断面切り出しのためのイオンビームおよび走査領
域設定のためのイオンビームに同一のイオンビームを用
いたが、本発明はこれに限らず、イオンビーム走査によ
って試料表面のイオンビーム照射損傷が問題となる場合
には、イオンビーム電流を小さくすることや画像メモリ
への２次電子像取込みなどによってイオンビーム照射量
を必要最小限にすることにより、照射損傷を小さくする
ようにしてもよい。さらに、本実施例では、イオンビー
ムの直接エッチングによる試料構成原子の物理的スパッ
タリングを用いたが、本発明はこれに限らず、反応ガス
をノズルを介して導入し、化学的反応によりアシストエ
ッチング機能を併用して断面を切り出すようにしてもよ
い。また、本実施例では、ウェハ27内に１チップの断面
観察用テストチップ28を設けプロセス全体を監視するこ
とよるプロセス評価を行なったが、本発明はこれに限ら
ず、半導体素子の不良解析に用いてもよい。
以上のように、第１図に示した断面観察用走査型電子
顕微鏡では、SEM鏡筒部分100にFIB鏡筒部分200を一体的
に取付けるとともに２次電子検出器23に加えて反射電子
検出器21を新たに設置することにより、イオンビーム31
によって観察断面を切り出すときに、電子ビーム30を走
査してその反射電子を検出してリアルタイムで断面観察
を行なうことができる。したがって、ウェハ内の任意の
チップの特定箇所の断面をより正確に短時間で切り出し
て観察することができる。
顕微鏡では、SEM鏡筒部分100にFIB鏡筒部分200を一体的
に取付けるとともに２次電子検出器23に加えて反射電子
検出器21を新たに設置することにより、イオンビーム31
によって観察断面を切り出すときに、電子ビーム30を走
査してその反射電子を検出してリアルタイムで断面観察
を行なうことができる。したがって、ウェハ内の任意の
チップの特定箇所の断面をより正確に短時間で切り出し
て観察することができる。
第４図に示した断面観察用走査型電子顕微鏡を用いた
断面観察方法では、イオンビーム31を走査して断面切出
しを開始すると同時に、電子ビーム30を走査させて切り
出しつつある断面の反射電子30を反射電子検出器21によ
り検出することにより、イオンビーム31による観察断面
の切出しの過程をリアルタイムで観察できる。したがっ
て、必要な断面が得られたときにイオンビーム走査を即
座に中止することができ、より正確に観察断面を加工す
ることができる。
断面観察方法では、イオンビーム31を走査して断面切出
しを開始すると同時に、電子ビーム30を走査させて切り
出しつつある断面の反射電子30を反射電子検出器21によ
り検出することにより、イオンビーム31による観察断面
の切出しの過程をリアルタイムで観察できる。したがっ
て、必要な断面が得られたときにイオンビーム走査を即
座に中止することができ、より正確に観察断面を加工す
ることができる。
［発明の効果］ 請求項１に記載の断面観察用走査型電子顕微鏡によれ
ば、電子検出器のバイアス電圧切換手段により電子検出
器のバイアス電圧を切換えることによって２次電子と反
射電子の２種類の電子の検出を行なうように構成したの
で、１つの電子検出器でより容易に２次電子と反射電子
の２種類の電子の検出を行なうことができる。
ば、電子検出器のバイアス電圧切換手段により電子検出
器のバイアス電圧を切換えることによって２次電子と反
射電子の２種類の電子の検出を行なうように構成したの
で、１つの電子検出器でより容易に２次電子と反射電子
の２種類の電子の検出を行なうことができる。
請求項２〜５に記載の断面観察方法によれば、イオン
ビームを走査して断面を切り出しながら同時にその断面
に電子ビームを走査してそれによる反射電子を検出して
断面の切り出し過程を断面を切り出しながら同時に観察
することによって、断面の切り出し過程をリアルタイム
で観察することができ、その結果観察すべき断面をより
正確に短時間で切り出して観察することができる。
ビームを走査して断面を切り出しながら同時にその断面
に電子ビームを走査してそれによる反射電子を検出して
断面の切り出し過程を断面を切り出しながら同時に観察
することによって、断面の切り出し過程をリアルタイム
で観察することができ、その結果観察すべき断面をより
正確に短時間で切り出して観察することができる。
第１図は本発明の一実施例を示した断面観察用走査型電
子顕微鏡の概略図、第２図は第１図に示した断面観察用
走査型電子顕微鏡による断面観察方法に用いられる半導
体ウェハの平面図、第３図ないし第５図は第１図に示し
た断面観察用走査型電子顕微鏡を用いた断面観察方法を
説明するための観察プロセス図、第６図は本発明の他の
実施例による反射電子検出器および２次電子検出器とし
て共通の電子検出器を用いた場合の断面観察用走査型電
子顕微鏡の概略図、第７図は従来の走査型電子顕微鏡に
よる断面観察方法に用いられる半導体ウェハの斜視図で
ある。 図において、１は電子銃、５はSEM偏向コイル、10は液
体金属イオン源、14はFIB偏向電極、21は反射電子検出
器、23は２次電子検出器、25は検出信号増幅器、26は観
察用CRT、27は試料（半導体ウェハ）、30は電子ビー
ム、31はイオンビーム、40は切換スイッチである。な
お、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
子顕微鏡の概略図、第２図は第１図に示した断面観察用
走査型電子顕微鏡による断面観察方法に用いられる半導
体ウェハの平面図、第３図ないし第５図は第１図に示し
た断面観察用走査型電子顕微鏡を用いた断面観察方法を
説明するための観察プロセス図、第６図は本発明の他の
実施例による反射電子検出器および２次電子検出器とし
て共通の電子検出器を用いた場合の断面観察用走査型電
子顕微鏡の概略図、第７図は従来の走査型電子顕微鏡に
よる断面観察方法に用いられる半導体ウェハの斜視図で
ある。 図において、１は電子銃、５はSEM偏向コイル、10は液
体金属イオン源、14はFIB偏向電極、21は反射電子検出
器、23は２次電子検出器、25は検出信号増幅器、26は観
察用CRT、27は試料（半導体ウェハ）、30は電子ビー
ム、31はイオンビーム、40は切換スイッチである。な
お、図中、同一符号は同一または相当部分を示す。
Claims (5)
- 【請求項１】被観察物の断面に電子ビームを照射して前
記被観察物の断面状態を観察する断面観察用走査型電子
顕微鏡であって、 前記被観察物にイオンビームを走査するためのイオンビ
ーム走査手段と、 前記イオンビーム走査手段から所定の角度傾斜した位置
に設置された前記電子ビームを走査するための電子ビー
ム走査手段と、 前記イオンビームおよび前記電子ビームの走査によって
前記被観察物から発生される２次電子を検出するための
第１の電子検出手段と、 前記電子ビームの走査によって前記被観察物から反射さ
れる反射電子を検出するための第２の電子検出手段と、 前記第１および第２の電子検出手段の検出結果に基づい
て前記電子ビーム走査手段により走査される領域の断面
状態を観察するための走査領域観察手段とを含み、 前記第１の電子検出手段と前記第２の電子検出手段とは
１つの電子検出器によって構成されており、 前記１つの電子検出器はバイアス電圧を切換えるバイア
ス電圧切換手段を含み、 前記バイアス電圧切換手段により前記電子検出器のバイ
アス電圧を切換えることによって前記２次電子と前記反
射電子の２種類の電子の検出を行なうことを特徴とす
る、断面観察用走査型電子顕微鏡。 - 【請求項２】被観察物の断面に電子ビームを照射して前
記被観察物の断面状態を観察する断面観察用走査型電子
顕微鏡を用いた断面観察方法であって、 前記被観察物の断面観察を行なう位置にイオンビームを
走査して断面を切り出すステップと、 前記断面を切り出しながら同時に前記断面に前記電子ビ
ームを走査し、前記被観察物から反射される反射電子を
検出して前記断面の切り出し過程を前記断面を切り出し
ながら同時に観察するステップと、 前記断面を切り出すステップにより切り出された断面に
前記電子ビームを走査して前記被観察物から２次電子を
発生させ、前記２次電子を検出して前記電子ビームが走
査された断面の断面状態を観察するステップとを含む、
断面観察用走査型電子顕微鏡を用いた断面観察方法。 - 【請求項３】前記反射電子は第１の電子検出手段によっ
て検出し、 前記２次電子は第２の電子検出手段によって検出する、
請求項２に記載の断面観察用走査型電子顕微鏡を用いた
断面観察方法。 - 【請求項４】前記反射電子は第１の電子検出手段によっ
て検出し、前記２次電子は前記第１の電子検出手段のバ
イアス電圧を切換えることによって検出する、請求項２
に記載の断面観察用走査型電子顕微鏡を用いた断面観察
方法。 - 【請求項５】前記断面の切り出し過程を観察するステッ
プは、必要な断面が得られたときにイオンビームの走査
を中止するステップを含む、請求項２に記載の断面観察
用走査型電子顕微鏡を用いた断面観察方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| US07/601,140 US5093572A (en) | 1989-11-02 | 1990-10-23 | Scanning electron microscope for observation of cross section and method of observing cross section employing the same |
Applications Claiming Priority (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP28692989 | 1989-11-02 | ||
| JP1-286929 | 1989-11-02 | ||
| JP2-40364 | 1990-02-21 | ||
| JP4036490 | 1990-02-21 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH03272554A JPH03272554A (ja) | 1991-12-04 |
| JP2683951B2 true JP2683951B2 (ja) | 1997-12-03 |
Family
ID=26379821
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2214840A Expired - Fee Related JP2683951B2 (ja) | 1989-11-02 | 1990-08-13 | 断面観察用走査型電子顕微鏡およびそれを用いた断面観察方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2683951B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2023048969A (ja) * | 2021-09-28 | 2023-04-07 | エムエススコープス カンパニー，リミテッド | 走査型静電容量顕微鏡法のための試験片を準備する方法 |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5783830A (en) * | 1996-06-13 | 1998-07-21 | Hitachi, Ltd. | Sample evaluation/process observation system and method |
| JP3432091B2 (ja) * | 1996-11-05 | 2003-07-28 | 日本電子株式会社 | 走査電子顕微鏡 |
| US6843927B2 (en) * | 2002-08-27 | 2005-01-18 | Kla-Tencor Technologies Corporation | Method and apparatus for endpoint detection in electron beam assisted etching |
| JP2007142453A (ja) * | 2007-01-25 | 2007-06-07 | Renesas Technology Corp | 半導体デバイスの断面観察方法及び断面観察装置 |
| JP4572934B2 (ja) * | 2007-12-25 | 2010-11-04 | 株式会社日立製作所 | 試料作製装置 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS52102792A (en) * | 1976-02-25 | 1977-08-29 | Hitachi Ltd | Depth concentration analyzer |
| NL7902963A (nl) * | 1979-04-13 | 1980-10-15 | Philips Nv | Detektor voor elektronenmikroskoop. |
| JPS61131352A (ja) * | 1984-11-30 | 1986-06-19 | Hitachi Ltd | 走査形電子顕微鏡 |
-
1990
- 1990-08-13 JP JP2214840A patent/JP2683951B2/ja not_active Expired - Fee Related
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Ｊ．Ａｐｐｌ．Ｐｈｙｓ．，６２（６），ＰＰ．２１６３−２１６８ （１９８７） |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2023048969A (ja) * | 2021-09-28 | 2023-04-07 | エムエススコープス カンパニー，リミテッド | 走査型静電容量顕微鏡法のための試験片を準備する方法 |
| JP7330326B2 (ja) | 2021-09-28 | 2023-08-21 | エムエススコープス カンパニー，リミテッド | 走査型静電容量顕微鏡法のための試験片を準備する方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH03272554A (ja) | 1991-12-04 |
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