JP2887407B2 - 集束イオンビームによる試料観察方法 - Google Patents
集束イオンビームによる試料観察方法Info
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- JP2887407B2 JP2887407B2 JP2192635A JP19263590A JP2887407B2 JP 2887407 B2 JP2887407 B2 JP 2887407B2 JP 2192635 A JP2192635 A JP 2192635A JP 19263590 A JP19263590 A JP 19263590A JP 2887407 B2 JP2887407 B2 JP 2887407B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、半導体装置（以下、ICと言う）の集積回路
の高密度が、微細化が急速に進んいるなか、半導体製造
プロセスの評価や故障解析を行うための、試料観察方法
に関するものである。
の高密度が、微細化が急速に進んいるなか、半導体製造
プロセスの評価や故障解析を行うための、試料観察方法
に関するものである。
本発明は、特にICの断面観察する方法に関するもであ
り、まず、半導体装置の所定の個所に集束イオンビーム
を繰り返し走査しながら照射して溝を形成する。その溝
の側面に集束イオンビームが照射するように、ICを傾け
て、集束イオンビームを照射しながら、ICの特定の材質
をエッチングするエッチングガスを吹き付けてその溝の
側面を材質によるエッチング模様または段差を形成す
る。そこで、集束イオンビーム照射により発生する二次
荷電粒子の強度もその模様に左右されるため、二次荷電
粒子強度に基づいて溝側面の画像を画像表示装置に表示
して、ICの断面をより鮮明に観察する。
り、まず、半導体装置の所定の個所に集束イオンビーム
を繰り返し走査しながら照射して溝を形成する。その溝
の側面に集束イオンビームが照射するように、ICを傾け
て、集束イオンビームを照射しながら、ICの特定の材質
をエッチングするエッチングガスを吹き付けてその溝の
側面を材質によるエッチング模様または段差を形成す
る。そこで、集束イオンビーム照射により発生する二次
荷電粒子の強度もその模様に左右されるため、二次荷電
粒子強度に基づいて溝側面の画像を画像表示装置に表示
して、ICの断面をより鮮明に観察する。
従来集束イオンビームを用いて、ICの観察評価および
試作ICの回路修正を行う上で、非常に効果をあげてき
た。
試作ICの回路修正を行う上で、非常に効果をあげてき
た。
第２図は、従来のイオンビーム加工装置の概略を示す
断面図である。金属イオンビーム１は引き出し電極（図
示せず）を含むイオン源11より発生し、イオンビーム１
の光軸の回りを取り囲むように設けられたビームモニタ
12によりそのエミッション電流を検出する。この電流値
に基づいてイオンビームの電流を制御する。
断面図である。金属イオンビーム１は引き出し電極（図
示せず）を含むイオン源11より発生し、イオンビーム１
の光軸の回りを取り囲むように設けられたビームモニタ
12によりそのエミッション電流を検出する。この電流値
に基づいてイオンビームの電流を制御する。
ICである試料２は試料ホルダ３に保持され、試料ホル
ダ３は試料を３次元的に移動させるための試料ステージ
４に載置されている。
ダ３は試料を３次元的に移動させるための試料ステージ
４に載置されている。
イオンビーム１はコンデンサレンズ13と対物レンズ18
により、試料２の表面上でスポット径はサブミクロンま
で集束される。試料表面上を照射する集束イオンビーム
１の電流は可動絞り16にても変えることができる。集束
イオンビーム１の試料上への照射領域は、試料２をXYZ
方向に駆動及び回転・傾斜させることができる試料台３
の動かし、XYデフレクタ19とブランカ14の制御により任
意に設定できる。その集束イオンビーム１照射領域で集
束イオンビームは１回または繰り返し走査する。目的の
加工場所の位置決めは、集束イオンビーム１をある程度
広い範囲で走査させ、試料表面から発生する二次荷電粒
子７（二次電子、または二次イオン）を二次荷電粒子検
出器６（二次電子検出器、または二次イオン検出器でも
よい）で検出し、その二次荷電粒子像を画像観察用のCR
T29に画像表示する。この画像観察から、XYデフレクタ1
9とブランカ14により集束イオンビーム１の走査を制御
して領域を決める。IC試料２の表面を除去加工して溝を
形成する方法は、この集束イオンビーム１で、所定の走
査領域を繰り返し走査させながら照射して、スパッタリ
ング（エッチング）により除去し溝を形成する。次に、
形成された溝の断面を観察するために試料２を試料ステ
ージにて傾斜させる。試料２き傾斜により集束イオンビ
ーム１に対する溝の側面に、集束イオンビーム１を走査
させながら照射する。この照射により発生する二次荷電
粒子（二次電子または二次イオン）を二次荷電粒子検出
器６検にて検出し、その二次荷電粒子像を画像観察用の
CRT29に画像表示する。このときの集束イオンビーム１
の走査範囲設定等は、前述の方法で行う。
により、試料２の表面上でスポット径はサブミクロンま
で集束される。試料表面上を照射する集束イオンビーム
１の電流は可動絞り16にても変えることができる。集束
イオンビーム１の試料上への照射領域は、試料２をXYZ
方向に駆動及び回転・傾斜させることができる試料台３
の動かし、XYデフレクタ19とブランカ14の制御により任
意に設定できる。その集束イオンビーム１照射領域で集
束イオンビームは１回または繰り返し走査する。目的の
加工場所の位置決めは、集束イオンビーム１をある程度
広い範囲で走査させ、試料表面から発生する二次荷電粒
子７（二次電子、または二次イオン）を二次荷電粒子検
出器６（二次電子検出器、または二次イオン検出器でも
よい）で検出し、その二次荷電粒子像を画像観察用のCR
T29に画像表示する。この画像観察から、XYデフレクタ1
9とブランカ14により集束イオンビーム１の走査を制御
して領域を決める。IC試料２の表面を除去加工して溝を
形成する方法は、この集束イオンビーム１で、所定の走
査領域を繰り返し走査させながら照射して、スパッタリ
ング（エッチング）により除去し溝を形成する。次に、
形成された溝の断面を観察するために試料２を試料ステ
ージにて傾斜させる。試料２き傾斜により集束イオンビ
ーム１に対する溝の側面に、集束イオンビーム１を走査
させながら照射する。この照射により発生する二次荷電
粒子（二次電子または二次イオン）を二次荷電粒子検出
器６検にて検出し、その二次荷電粒子像を画像観察用の
CRT29に画像表示する。このときの集束イオンビーム１
の走査範囲設定等は、前述の方法で行う。
集束イオンビームによるスパッタリング（エッチン
グ）加工によるICの溝側面は、比較的平坦であり、二次
荷電粒子像による断面（溝側面）観察を行った場合、二
次荷電粒子発生効率が似た材質や、非常に層が薄いと
き、層の境界がはっきりと観察できないと言う課題を有
していた。
グ）加工によるICの溝側面は、比較的平坦であり、二次
荷電粒子像による断面（溝側面）観察を行った場合、二
次荷電粒子発生効率が似た材質や、非常に層が薄いと
き、層の境界がはっきりと観察できないと言う課題を有
していた。
本発明は、前記課題を解決するためになされたもきで
あり、集束イオンビームによる溝側面の観察前に、集束
イオンビームにより活性化されて、IC断面の特定の材質
の層に対して選択的にエッチング作用の及ぼすエッチン
グガスを観察断面（溝側面）に吹き付けながら、集束イ
オンビームを照射する方法出ある。
あり、集束イオンビームによる溝側面の観察前に、集束
イオンビームにより活性化されて、IC断面の特定の材質
の層に対して選択的にエッチング作用の及ぼすエッチン
グガスを観察断面（溝側面）に吹き付けながら、集束イ
オンビームを照射する方法出ある。
観察する試料（IC）断面（溝側面）にエッチングガス
の吹き付けと集束イオンビームの照射を同時に行うこと
により、エッチングガスは集束イオンビームにより活性
化されて、試料の断面を形成している材質の一部にたい
してエッチング作用を起こす。このため、断面にはエッ
チング模様または段差が形成される。そこで、集束イオ
ンビーム照射により発生する二次荷電粒子の強度もその
模様に左右されるたり、凹凸ができるため二次荷電粒子
強度に基づいた溝側面の画像はより鮮明になる。
の吹き付けと集束イオンビームの照射を同時に行うこと
により、エッチングガスは集束イオンビームにより活性
化されて、試料の断面を形成している材質の一部にたい
してエッチング作用を起こす。このため、断面にはエッ
チング模様または段差が形成される。そこで、集束イオ
ンビーム照射により発生する二次荷電粒子の強度もその
模様に左右されるたり、凹凸ができるため二次荷電粒子
強度に基づいた溝側面の画像はより鮮明になる。
次に、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。
第１図は、実施例の主要部の断面図であり、その他の部
分は第２図の従来技術で示した構成と同一のため説明を
省略する。
第１図は、実施例の主要部の断面図であり、その他の部
分は第２図の従来技術で示した構成と同一のため説明を
省略する。
集束イオンビーム１は、試料ステージ４の取り付けら
れた試料ホルダ３の上に載置された試料２（IC）の表面
の所定の加工領域を繰り返し走査しながら、照射してい
るものである。従来のイオンビーム加工装置と異なる点
は、集束イオンビーム１の試料照射領域近傍に酸素ガス
を吹き付けるための酸素ガス吹付装置８が備えられてい
ることである。イオン源11にガリウム等の液体金属イオ
ン源を用い、引き出し電極、コンデンサレンズ13、対物
レンズ18等で加速、集束されたイオンビーム１となる。
集束イオンビーム１の走査により試料表面から発生する
二次電子を二次電子検出器６にて検出し、二次荷電粒子
像をCRT29に表示する。CRT29に表示された試料２の表面
を観察して、試料２の加工すべき領域を設定し、試料ス
テージ４の駆動、及びXYデフレクタ19、ブランカ14を制
御して、集束イオンビーム１を試料２表面の加工領域に
て繰り返し走査させる。
れた試料ホルダ３の上に載置された試料２（IC）の表面
の所定の加工領域を繰り返し走査しながら、照射してい
るものである。従来のイオンビーム加工装置と異なる点
は、集束イオンビーム１の試料照射領域近傍に酸素ガス
を吹き付けるための酸素ガス吹付装置８が備えられてい
ることである。イオン源11にガリウム等の液体金属イオ
ン源を用い、引き出し電極、コンデンサレンズ13、対物
レンズ18等で加速、集束されたイオンビーム１となる。
集束イオンビーム１の走査により試料表面から発生する
二次電子を二次電子検出器６にて検出し、二次荷電粒子
像をCRT29に表示する。CRT29に表示された試料２の表面
を観察して、試料２の加工すべき領域を設定し、試料ス
テージ４の駆動、及びXYデフレクタ19、ブランカ14を制
御して、集束イオンビーム１を試料２表面の加工領域に
て繰り返し走査させる。
第３〜５図は、本発明によるIC試料２の加工を簡単に
示すICの断面図である。ICは、基板（Si）35の上に層間
絶縁膜34が形成されて、その上にパターン状に配線（A
l）33が形成され、さらにその上に保護膜32が形成され
ている。
示すICの断面図である。ICは、基板（Si）35の上に層間
絶縁膜34が形成されて、その上にパターン状に配線（A
l）33が形成され、さらにその上に保護膜32が形成され
ている。
第３図において、試料２表面に溝40を形成するため
に、試料２の所定の加工領域を、集束イオンビーム１で
繰り返し走査させながら照射する。これにより、試料１
の所定領域の表面はスパッタリングによりエッチング除
去され溝40が形成される。
に、試料２の所定の加工領域を、集束イオンビーム１で
繰り返し走査させながら照射する。これにより、試料１
の所定領域の表面はスパッタリングによりエッチング除
去され溝40が形成される。
次に、第４図の様に、試料２を傾け溝40の側面に集束
イオンビームが照射するようにする。そして、集束イオ
ンビーム１を溝40の側面に照射しながら、エッチングガ
スを吹き付けるエッチングガス照射装置により、エッチ
ングガスを吹き付ける。ここでは、塩素ガスを吹きつけ
配線33をよりエッチングする。第４図のように、配線33
は深くエッチングされる。
イオンビームが照射するようにする。そして、集束イオ
ンビーム１を溝40の側面に照射しながら、エッチングガ
スを吹き付けるエッチングガス照射装置により、エッチ
ングガスを吹き付ける。ここでは、塩素ガスを吹きつけ
配線33をよりエッチングする。第４図のように、配線33
は深くエッチングされる。
更に次に、第５図に示す様に、この状態で、集束イオ
ンビーム１の照射により発生する二次荷電粒子を検出
し、画像表示する。
ンビーム１の照射により発生する二次荷電粒子を検出
し、画像表示する。
本発明により、半導体装置の多層になっている断面の
観察を層による段差付けを行い、層の境界をはっきりと
させて鮮明な二次荷電粒子画像を短時間でえることがで
き、半導体装置の製造プロセスの評価や故障解析を行う
ための、試料観察が容易になる。
観察を層による段差付けを行い、層の境界をはっきりと
させて鮮明な二次荷電粒子画像を短時間でえることがで
き、半導体装置の製造プロセスの評価や故障解析を行う
ための、試料観察が容易になる。
第１図は本発明を実施する装置の主要部の断面図、第２
図は従来装置の断面図、第３図は本発明の方法の溝形成
工程を示すIC断面図、第４図は本発明の方法の溝側面の
エッチングおよび観察を示すIC断面図、第５図はICの溝
側面を観察した画像を示す図である。 １……集束イオンビーム、２……試料 ３……試料ホルダ、４……試料ステージ ６……二次荷電粒子検出器 ７……二次荷電粒子 ８……エッチングガス吹付装置 11……イオン源 12……ビームモニタ 13……コンデンサレンズ 14……ブランカ、16……可動絞り 18……対物レンズ 19……XYティフレクタ 29……CRT、32……保護膜 33……配線、34……層間絶縁膜 35……基板、40……穴
図は従来装置の断面図、第３図は本発明の方法の溝形成
工程を示すIC断面図、第４図は本発明の方法の溝側面の
エッチングおよび観察を示すIC断面図、第５図はICの溝
側面を観察した画像を示す図である。 １……集束イオンビーム、２……試料 ３……試料ホルダ、４……試料ステージ ６……二次荷電粒子検出器 ７……二次荷電粒子 ８……エッチングガス吹付装置 11……イオン源 12……ビームモニタ 13……コンデンサレンズ 14……ブランカ、16……可動絞り 18……対物レンズ 19……XYティフレクタ 29……CRT、32……保護膜 33……配線、34……層間絶縁膜 35……基板、40……穴
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H01L 21/66 H01L 21/3065 G01N 23/22
Claims (1)
- 【請求項１】集束イオンビームを半導体装置の所定領域
に繰り返し走査させながら照射して前記半導体装置の所
定位置に溝を形成し、 形成された前記溝の側面に前記集束イオンビームを照射
する為に前記半導体装置を載置している試料ステージを
駆動して、前記半導体装置を傾斜させ、 前記溝の側面を前記集束イオンビームで照射しながら、
前記溝の側面に露出している材質のうち特定の材質を選
択的にエッチングするエッチングガスを前記溝の側面に
吹き付けて、前記溝の側面を構成している材質の違いに
対応して表面に違いを創出し、 前記集束イオンビームの前記溝の側面への照射により発
生する二次荷電粒子を検出し、 前記二次荷電粒子検出強度に基づいて、前記溝の側面の
画像を画像表示することを特徴とする集束イオンビーム
による試料観察方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2192635A JP2887407B2 (ja) | 1990-07-18 | 1990-07-18 | 集束イオンビームによる試料観察方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2192635A JP2887407B2 (ja) | 1990-07-18 | 1990-07-18 | 集束イオンビームによる試料観察方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04199534A JPH04199534A (ja) | 1992-07-20 |
| JP2887407B2 true JP2887407B2 (ja) | 1999-04-26 |
Family
ID=16294535
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2192635A Expired - Fee Related JP2887407B2 (ja) | 1990-07-18 | 1990-07-18 | 集束イオンビームによる試料観察方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2887407B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5443684A (en) * | 1994-02-28 | 1995-08-22 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Method for measuring thin film thickness |
| US8709269B2 (en) * | 2007-08-22 | 2014-04-29 | Applied Materials Israel, Ltd. | Method and system for imaging a cross section of a specimen |
-
1990
- 1990-07-18 JP JP2192635A patent/JP2887407B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04199534A (ja) | 1992-07-20 |
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