JP3174316B2 - Focused ion beam apparatus and sample image display method using the same - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、LSI等の不良解析に使用される微細断面観
察装置の三次元画像データ収集およびその再成に関する
ものである。Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to three-dimensional image data collection and reconstruction of a microscopic cross section observation apparatus used for failure analysis of LSIs and the like.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

集束イオンビームの半導体分野での応用は、上記資料
にも記載されているごとく周知のことである。集束イオ
ンビームの機能としては、（１）試料表面をスキヤンし
て得られる表面の拡大像、（２）スパツタリングによる
微細加工、即ち配線パターンの修正、穴あけ、配線切断
など、（３）タングステンなどの金属膜デポジシヨンに
より配線追加などがあげられる。近年のLSIはデバイス
の微細化が進み、サブミクロン・オーダの加工手段とし
集束イオンビームが注目されている。例えばLSI内のセ
ルのサイズが0.6μｍ×1.0μｍ、パターンが03μｍ幅層
間接続穴径0.3μｍφ、絶縁膜厚さ0.01μｍなどすべて
サブミクロンのオーダとなる。これらのLSIの開発時の
パターン修正や、不良解析には当然のこと上記オーダの
加工手段が要求される。一方ガリウムなどの液体金属を
ニードルに濡らして強電界を印してイオンビームを発生
させ、数十μｍφのアパーチヤと静電レンズで得られる
集束イオンビームのビーム径は0.03μｍφ程度で、上記
LSIの事象を明確に表示するには不充分であるが、表面
の加工手段としては極めて有効なものである。なぜなら
ば、LSI内の配線パターンが多層になつているので表面
の像のみでは不良解析の助けとはならず、部分的にエツ
チングを行なつて不良部位と思われる部分を掘出する必
要があり、この点で集束イオンビームは極めて有効であ
る。The application of the focused ion beam in the semiconductor field is well known as described in the above documents. The functions of the focused ion beam include (1) an enlarged image of the surface obtained by scanning the sample surface, (2) fine processing by sputtering, ie, correction of a wiring pattern, drilling, and cutting of a wiring, and (3) tungsten and the like. Addition of wiring and the like can be given by metal film deposition. In recent years, devices have been miniaturized, and focused ion beams have been attracting attention as processing means on the order of submicrons. For example, the size of the cell in the LSI is 0.6 μm × 1.0 μm, the pattern is 03 μm, the interlayer connection hole diameter is 0.3 μmφ, and the insulating film thickness is 0.01 μm. Naturally, processing of the above order is required for pattern correction and failure analysis during the development of these LSIs. On the other hand, a liquid metal such as gallium is wetted on the needle and a strong electric field is applied to generate an ion beam.The beam diameter of the focused ion beam obtained with an aperture of several tens of μmφ and an electrostatic lens is about 0.03 μmφ.
Although it is not enough to clearly display LSI events, it is extremely effective as a surface processing means. Because the wiring pattern in the LSI is multilayered, failure analysis is not possible only with the surface image, and it is necessary to perform partial etching to excavate the parts that are considered defective parts. In this regard, a focused ion beam is extremely effective.

〔発明が解決しようとする課題〕[Problems to be solved by the invention]

上記従来の集束イオンビーム技術は、試料の表面にイ
オンビームを照射して所望の部分の加工を行い、試料を
傾斜させてその断面像を得るという点においては問題な
いが、しかし、集束イオンビームで加工するということ
は、目的の試料をスパツタして破壊してしまうことで、
誤つて加工することが許されない操作である。特に、加
工する試料のパターンが大きく、更に、集束イオンビー
ムのビーム径がそれに比べてはるかに小さく安定に動作
する場合は問題ないが、加工する試料のパターンが微細
になり、集束イオンビームのビーム径、安定度が無視で
きないオーダになると誤つて加工してしまう可能性が大
きくなり、重大な問題となる。The above-mentioned conventional focused ion beam technique has no problem in that the surface of the sample is irradiated with the ion beam to process a desired portion, and the sample is tilted to obtain a cross-sectional image thereof. Processing by means of spattering the target sample and destroying it.
This operation is not allowed to be processed by mistake. In particular, there is no problem in the case where the pattern of the sample to be processed is large and the beam diameter of the focused ion beam is much smaller than that to operate stably. However, the pattern of the sample to be processed becomes fine and the beam of the focused ion beam becomes small. If the diameter and the stability are in a non-negligible order, the possibility of erroneous processing increases, which is a serious problem.

又、所望の部位の断面を観察しているうちに時々刻々
試料面をエツチングするので、最もよく観察したい部位
をやり過ぎてしまうこともある。In addition, since the sample surface is etched every moment while observing the cross section of the desired portion, the portion to be observed most often may be overdosed.

本発明の目的は、上記問題を解決することにある。 An object of the present invention is to solve the above problem.

〔課題を解決するための手段〕[Means for solving the problem]

上記目的を達成するために、三次元的な画像データを
記憶することのできる記憶装置を具備し、集束イオンビ
ームで所望部位の加工によって、試料からスパッタされ
る荷電粒子を検出し、その信号を上記記憶装置に記憶さ
せる。そして、この記憶した画像データの中から、二次
元的な領域を選択的に読み出すことにより、三次元的な
スパッタ領域中における所望の断面を選択的に表示す
る。In order to achieve the above object, a storage device capable of storing three-dimensional image data is provided.By processing a desired portion with a focused ion beam, charged particles sputtered from a sample are detected, and a signal of the signal is detected. The data is stored in the storage device. Then, by selectively reading out a two-dimensional region from the stored image data, a desired cross section in the three-dimensional sputter region is selectively displayed.

〔作用〕[Action]

集束イオンビームをX,Y方向にステツプ状に一定周期
でスキヤンし、そのスキヤンに対応して検出信号を全て
記憶装置に記憶し、試料表面の一画面のデータを得る。
一方試料表面は一回のスキヤンによつて、試料表面の物
質、イオンビームの種類やエネルギーそしてドース量な
どによりスパツタされる量が決まる。スキヤン回数を重
ねることによつて内部の層の画像データが記憶される。
すなわち、深さ方向のステップはスキヤンの回数に比例
した量となる。The focused ion beam is scanned stepwise in the X and Y directions at a constant period, and all the detection signals are stored in the storage device corresponding to the scan to obtain data of one screen of the sample surface.
On the other hand, the amount of spatter on the sample surface is determined by a single scan, depending on the material on the sample surface, the type and energy of the ion beam, the dose, and the like. The image data of the inner layer is stored by repeating the number of scans.
That is, the number of steps in the depth direction is an amount proportional to the number of scans.

この様にして、X,Y方向及び深さ方向の三次元の画像
データとして記憶することができる。In this way, the image data can be stored as three-dimensional image data in the X, Y and depth directions.

次に、この記載された三次元の画像データを、例えば
Ｘ方向のアドレスが一定であるＹ方向と深さ方向のデー
タを表示するとＹ方向に平行な断面像が得られる。又、
X,Y、深さ方向の所望の関数で断面を設定すれば所望の
傾斜した面の断面像を再成することができる。Next, when the described three-dimensional image data is displayed, for example, in the Y direction and the depth direction in which the address in the X direction is constant, a cross-sectional image parallel to the Y direction is obtained. or,
If a cross section is set by a desired function in the X, Y, and depth directions, a cross section image of a desired inclined surface can be reproduced.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。イ
オン源材料となる液体金属がニードルに濡されたイオン
源１に高電圧を印加し、引出電極２との間に強電界を発
生させ、ニードルの先端から精度の高いイオンビームを
生成する。コンデンサーレンズ３と対物レンス６の二つ
は静電レンズで前記イオンビームを試料７の表面で集束
させる。アパーチヤー４はイオンビームの径を可変す
る。偏向電極５はイオンビームを試料表面でX,Y方向に
スキヤンする。試料７はステージ８の上に載せ、X,Y,Z
方向、回転、傾斜など試料表面の任意のところをイオン
ビームの照射位置に移動できる。試料表面にイオンビー
ムを照射して放出される荷電粒子検出器９は、荷電粒子
が電子の場合はシンチレータホトマル等であり、荷電粒
子がイオンの場合はマルチダイノードや、四重極質量分
離器等である。制御系はコントローラ14はスキヤン信号
発生器15の周期やX,Y方向偏向量イオンビームの照射位
置などの設定する。スキヤン信号発生器15からのスキヤ
ン信号はD/A変換器16でアナログ量に変換し増幅器17で
電圧増幅して鏡体の偏向電極５に印加される。荷電粒子
検出器９からの画像信号は増幅器10で増幅されA/D変換
器でデイジタル量に変換し、記憶装置12にスキヤン信号
と同期して記憶される。記憶装置12に記憶された画像デ
ータは表示装置13に再成して求める断面像を得る。Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. A high voltage is applied to the ion source 1 in which the liquid metal as the ion source material is wetted by the needle to generate a strong electric field between the ion source 1 and the extraction electrode 2, thereby generating a highly accurate ion beam from the tip of the needle. The condenser lens 3 and the objective 6 are electrostatic lenses that focus the ion beam on the surface of the sample 7. The aperture 4 changes the diameter of the ion beam. The deflection electrode 5 scans the ion beam in the X and Y directions on the sample surface. The sample 7 is placed on the stage 8, and X, Y, Z
Any position on the sample surface, such as direction, rotation, or inclination, can be moved to the ion beam irradiation position. The charged particle detector 9 emitted by irradiating the sample surface with an ion beam is a scintillator photomar when the charged particles are electrons, and a multi-dynode or a quadrupole mass separator when the charged particles are ions. It is. In the control system, the controller 14 sets the period of the scan signal generator 15 and the irradiation position of the X- and Y-direction deflection ion beam. The scan signal from the scan signal generator 15 is converted into an analog quantity by the D / A converter 16, amplified by the amplifier 17, and applied to the deflection electrode 5 of the mirror. The image signal from the charged particle detector 9 is amplified by the amplifier 10, converted into a digital amount by the A / D converter, and stored in the storage device 12 in synchronization with the scan signal. The image data stored in the storage device 12 is reproduced on the display device 13 to obtain a desired cross-sectional image.

第２図は、集束イオンビームで加工した試料を示す。
試料表面にX,Y方向にイオンビームを一定周期でスキヤ
ンを繰り返すと試料の表面を四角に堀ることができる。
そして斜めから見れば特定の斜面が観察することができ
る。これは従来の集束イオンビームによる断面観察装置
である。この方法の欠点は、観察対象が微細となり、イ
オンビームの大きさ、変動が影響する程度になると所望
の部位の断面を正確に得ることができず又、断面観察す
る時に試料を傾斜し再度加工するために元の位置に戻す
とステージのバツクラシユや、イオンビームの変動など
のため位置合せが極めて煩雑となる。FIG. 2 shows a sample processed by a focused ion beam.
When the ion beam is repeatedly scanned on the sample surface in the X and Y directions at a constant cycle, the surface of the sample can be dug into a square.
When viewed from an oblique direction, a specific slope can be observed. This is a conventional section observation apparatus using a focused ion beam. The disadvantage of this method is that if the size of the observation object becomes very small and the size and fluctuation of the ion beam affect the cross section, the cross section of the desired part cannot be obtained accurately. If the position is returned to the original position, the position alignment becomes extremely complicated due to the stage crash and the fluctuation of the ion beam.

第３図は、本発明の三次元の画像データの例を示す。
Ｘ方向にイオンビームをスキヤンしながらＹ方向にもス
キヤンするとXY平面の画像データが得られる。このスキ
ヤンを繰り返すと、試料表面ではスキヤンの毎に相当量
スパツタされるので、深さ方向とスキヤンの回数に相関
があり三次元の画像データが得られる。その三次元の画
像データのＸ方向の値を一定にして再成すると図中点線
の断面の像が得られる。又X,Y、深さ方向の任意の位置
で、任意の角度で断面像を再成することも可能である。FIG. 3 shows an example of three-dimensional image data of the present invention.
When the ion beam is scanned in the X direction while scanning in the Y direction, image data on the XY plane is obtained. When this scan is repeated, a considerable amount of sputter is performed on the sample surface for each scan, so that there is a correlation between the depth direction and the number of scans, and three-dimensional image data can be obtained. When the three-dimensional image data is regenerated with the value in the X direction kept constant, an image of a cross section indicated by a dotted line in the figure is obtained. It is also possible to reconstruct a cross-sectional image at any position in the X, Y and depth directions at any angle.

第４図は、加工エツヂの影響を軽減するために集束イ
オンビームの偏向範囲を広く設定し、画像データの取込
み範囲を狭くしてデータの質の向上を計つた例である。FIG. 4 is an example in which the deflection range of the focused ion beam is set wide in order to reduce the influence of the processing edge, and the range of taking in the image data is narrowed to improve the data quality.

第５図は、測定中に集束イオンビームの変動によりデ
ータの取込み位置がドリフトした様子を示したものでこ
れらの装置の変動は既知の部位の構造により補正するこ
とができる。FIG. 5 shows a state in which the data acquisition position has drifted due to the fluctuation of the focused ion beam during the measurement. The fluctuation of these devices can be corrected by the structure of a known part.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

本発明によれば、三次元の画像データを記憶するの
で、任意の位置、任意の角度の断面像を再成することが
できるので、微細部位の断面観察には極めて効果があ
る。又、三次元の画像処理によつて像質の向上すること
もできるので性能向上にも効果がある。そして又、集束
イオンビームなどの装置の変動もデータ処理で容易に補
正できる。According to the present invention, since three-dimensional image data is stored, a cross-sectional image at an arbitrary position and an arbitrary angle can be regenerated, which is extremely effective for observing a cross section of a fine part. In addition, since the image quality can be improved by three-dimensional image processing, the performance is also improved. Further, the fluctuation of the apparatus such as the focused ion beam can be easily corrected by the data processing.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第１図は本発明の一実施例のブロツク図、第２図は従来
の集束イオンビームの断面観察を説明する試料表面上の
加工例を示す図、第３図は本発明の記憶装置に記憶され
る三次元の画像データおよび断面像再成を説明する一実
施例を示す図、第４図は集束イオンビームの偏向範囲と
データ取込み範囲の関係を示す図、第５図は集束イオン
ビームの測定中のドリフトによりデータ取込位置が変動
した三次元画像データの一実施例を示す図である。 １……イオン源、２……引出電極、３……コンデンサ・
レンズ、４……アパーチヤ、５……偏向電極、６……対
物レンズ、７……試料、８……ステージ、９……荷電粒
子検出器、10……前置増幅器、11……A/D変換器、12…
…記憶装置、13……表示装置、14……コントローラ、15
……スキヤン信号発生器、16……D/A変換器、17……電
圧増幅器。FIG. 1 is a block diagram of one embodiment of the present invention, FIG. 2 is a diagram showing a conventional processing example on a sample surface for explaining a cross section observation of a focused ion beam, and FIG. 3 is stored in a storage device of the present invention. FIG. 4 is a diagram showing an embodiment for explaining three-dimensional image data and cross-sectional image reconstruction performed, FIG. 4 is a diagram showing a relationship between a deflection range of a focused ion beam and a data capture range, and FIG. FIG. 7 is a diagram illustrating an example of three-dimensional image data in which a data capturing position has changed due to a drift during measurement. 1 ... ion source, 2 ... extraction electrode, 3 ... capacitor
Lens 4, Aperture 5, Deflection electrode 6, Objective lens 7, Sample 8, Stage 9, Charged particle detector 10, Preamplifier 11, A / D Transducers, 12…
... storage device, 13 ... display device, 14 ... controller, 15
… SCAN signal generator, 16… D / A converter, 17… Voltage amplifier.

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項１】イオン源と、当該イオン源から放出される
イオンビームを走査する走査偏向器と、当該走査偏向器
に走査信号を供給する信号発生器と、試料に対する前記
イオンビームの照射に起因して放出される二次荷電粒子
を検出する検出器と、当該検出器の出力に基づく輝度情
報を表示する表示装置を備えた集束イオンビーム加工装
置において、前記信号発生器から供給される走査信号
と、前記試料に対する走査回数に基づいて、前記検出器
からの出力信号を前記イオンビームの走査方向及び深さ
方向毎の画像データとして記憶する記憶装置と、前記試
料の深さ方向の成分を持つ任意の二次元領域を選択する
手段を備え、当該手段の選択に基づいて前記表示装置
に、前記二次元領域像を表示することを特徴とする集束
イオンビーム加工装置。An ion source, a scanning deflector for scanning an ion beam emitted from the ion source, a signal generator for supplying a scanning signal to the scanning deflector, and irradiation of the sample with the ion beam In a focused ion beam processing apparatus including a detector that detects secondary charged particles emitted as a display and a display device that displays luminance information based on an output of the detector, a scanning signal supplied from the signal generator. And a storage device for storing an output signal from the detector as image data for each of the scanning direction and the depth direction of the ion beam based on the number of scans on the sample, and a component in the depth direction of the sample. A focused ion beam processing apparatus comprising: means for selecting an arbitrary two-dimensional area; and displaying the two-dimensional area image on the display device based on the selection of the means. 【請求項２】イオン源と、当該イオン源から放出される
イオンビームを走査する走査偏向器と、当該走査偏向器
に走査信号を供給する信号発生器と、試料に対する前記
イオンビームの照射に起因して放出される二次荷電粒子
を検出する検出器と、当該検出器の出力に基づく輝度情
報を表示する表示装置を備えた集束イオンビーム加工装
置を用いて、試料像を表示する試料像表示方法におい
て、 前記信号発生器から供給される走査信号と、前記試料に
対する走査回路に基づいて、前記検出器からの出力信号
を前記イオンビームの走査方向及び深さ方向毎の画像デ
ータとして記憶し、前記試料の深さ方向の成分を持つ任
意の二次元領域を選択に基づいて、前記表示装置に、前
記選択された二次元領域に相当する画像データを表示す
ることを特徴とする試料像表示方法。2. An ion source; a scanning deflector for scanning an ion beam emitted from the ion source; a signal generator for supplying a scanning signal to the scanning deflector; Image display that displays a sample image using a focused ion beam processing device that includes a detector that detects secondary charged particles emitted as light and a display device that displays luminance information based on the output of the detector In the method, based on a scanning signal supplied from the signal generator and a scanning circuit for the sample, storing an output signal from the detector as image data for each scanning direction and depth direction of the ion beam, Based on selection of an arbitrary two-dimensional region having a component in the depth direction of the sample, the display device displays image data corresponding to the selected two-dimensional region. Sample image display method.