JP3996134B2 - Microscope equipment - Google Patents
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Description
この発明は、電子を薄片試料に照射し、２次的に発生する２種類以上の信号により画像を構成するための顕微鏡装置に関する。 The present invention is irradiated with an electron in the thin sample, about the microscope equipment for forming an image by secondarily two or more signals generated.
加速した電子線を薄片試料に照射し、試料を透過した透過電子の強度から試料に含まれる情報を引き出す透過型電子顕微鏡装置は、ＴＥＭ（Transmission Electron Microscope）が一般的だったが、近年、電子レンズにより絞った電子線を試料上で走査するＳＥＭ(Scanning Electron Microscope)方式で、かつ薄片試料を用いるＳＴＥＭ（Scanning Transmission Electron Microscope）が多用されるようになっている。ＳＴＥＭはＴＥＭより簡便な操作で使用できることから急速に市場を拡大している。 A TEM (Transmission Electron Microscope) was generally used as a transmission electron microscope device to irradiate an accelerated electron beam to a thin sample and extract the information contained in the sample from the intensity of transmitted electrons transmitted through the sample. An SEM (Scanning Electron Microscope) method in which an electron beam focused by a lens is scanned on a sample, and a STEM (Scanning Transmission Electron Microscope) using a thin sample is widely used. Since STEM can be used with simpler operations than TEM, the market is rapidly expanding.
一方で、これらの電子顕微鏡装置での観察対象である材料およびデバイス分野は、急速に微細化または微小化が進み、単純にこれらの試料を薄片化するだけでは、明瞭な画像を得ることができなくなってきた。ＦＩＢ(Focused Ion Beam)による特定部位の薄片化という試料作成技術も発達しているが、更なる観察材料の微細化に対応していくには不充分である。従って、透過電子を用いて画像を得るだけでは、微小な構造が充分に捉えきれなくなっているため、近年の電子顕微鏡装置には、透過電子に加えて、広角散乱電子、２次電子や反射電子など、試料に電子線を照射した際に、２次的に発生する様々な信号により画像を構成する機能を備えていることが多い。特に、２次電子像は、透過電子像よりも薄片試料の加工位置ずれなどの影響を受けにくいという特徴を有する。 On the other hand, the field of materials and devices that are the objects of observation in these electron microscope apparatuses are rapidly miniaturized or miniaturized, and clear images can be obtained simply by thinning these samples. It ’s gone. Although a sample preparation technique for thinning a specific part by FIB (Focused Ion Beam) has been developed, it is not sufficient to cope with further miniaturization of observation materials. Therefore, since a minute structure cannot be sufficiently captured only by obtaining an image using transmission electrons, in recent electron microscope apparatuses, in addition to transmission electrons, wide-angle scattered electrons, secondary electrons, and reflected electrons. For example, when an electron beam is irradiated to a sample, the image is often provided with various signals that are generated secondarily. In particular, the secondary electron image has a characteristic that it is less affected by the processing position shift of the thin sample than the transmission electron image.
そこで、従来では、例えば、非特許文献１に示されるように、ＦＩＢによる薄片化の際に、加工位置を正確に判断するための手段として、ＳＴＥＭによるＳＥＭ観察という方法が一般的に用いられている。
Therefore, conventionally, as shown in
以下、図面を参照しながら、電子顕微鏡を用いたシリコン半導体の薄片試料での２次電子像の構成方法について説明する。図２４は、従来の電子顕微鏡の装置の構成を示す模式断面図である。電子線２を発生させる電子銃１と電子線２を収束する電子レンズ３は約１×１０-7Ｐａの高真空容器内に、２次電子検出器９および電子線２を任意の領域に走査させる偏向コイル８、電子レンズ４、試料ホルダ５の先端に固定された試料６、透過電子検出器１０が約１×１０-5Ｐａの真空容器内に図２４のように配置されている。偏向コイル８は偏向信号制御装置７によって制御され、信号同期装置により、２次電子検出器９または透過電子検出器１０の信号と同期され、表示装置１２へ信号が出力されるように構成されている。
Hereinafter, a method for constructing a secondary electron image in a thin piece sample of a silicon semiconductor using an electron microscope will be described with reference to the drawings. FIG. 24 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of a conventional electron microscope apparatus. The
図２５（ａ）〜図２５（ｃ）は、従来の２次電子像の構成方法において、試料形態を表す斜方投影図である。 FIG. 25A to FIG. 25C are oblique projection views showing sample forms in the conventional method of constructing a secondary electron image.
図２５（ａ）を参照すると、ダイシングソーなどによって試料の全長を３ｍｍ以下に切り出したシリコン半導体の一部をＦＩＢ装置によって薄片試料厚さ１５を約０．１μｍに成形している。ＦＩＢ加工に際しては、電子線入射および透過方向に対して遮蔽する部分がないように薄片試料部を形成する必要がある。
Referring to FIG. 25 (a), a part of a silicon semiconductor cut out to a length of 3 mm or less by a dicing saw or the like is formed into a
図２５（ｂ）を参照すると、図２５（ａ）の薄片試料部を拡大した図であり、シリコン半導体のシリコン基板１６上に形成されたトランジスタ１７を電気的に動作させるために金属配線が形成されている。金属配線１８はプラグ１９により金属配線２０と電気的に導通しているが、金属配線２１は、薄片試料厚さ１５の内部にプラグがないため、金属配線２２とは導通していない。これらの金属配線やプラグなどが層間絶縁膜２３中に形成されている。
Referring to FIG. 25 (b), it is an enlarged view of the thin sample portion of FIG. 25 (a), in which metal wiring is formed to electrically operate the
図２５（ｃ）を参照すると、薄片試料上を電子線２で走査する時の電子線と薄片試料との位置関係を表す図である。電子線２は、横方向と縦方向とで決まった点数を照射し、その点数とアドレスは、電子顕微鏡の装置で得られる画像の画素数とアドレスに一致し、縦横比が同じ比率であれば画素数の増減ができる。横６４０画素、縦４８０画素とした場合、電子線照射枠１３０内を横６４０列、縦４８０行、合計３０７２００角に分割して順番に電子線２を照射していることになる。ここでは簡単にするため、例えば、縦Ｙ行目の1行分を走査線１３１として、この走査線１３１上を電子線２が走査した場合について説明する。
Referring to FIG. 25 (c), it is a diagram showing the positional relationship between the electron beam and the thin sample when the thin sample is scanned with the
図２６は、従来の２次電子像の構成方法において、走査線１３１と２次電子検出器９の検出強度との関係を説明するためのグラフである。横軸は走査線１３１の列に相当する６４０画素分の長さを示しており、縦軸は走査線１３１上を電子線２が走査したときの２次電子検出器９の検出強度を示している。層間絶縁膜２３上を電子線２が走査した領域３１での２次電子検出器９の強度は１３２、金属配線１８上を電子線２が走査した領域３２での２次電子検出器９の強度が１３３、金属配線２１上を電子線２が走査した領域３３の２次電子検出器９の強度が１３４で示される。これらの２次電子強度に対応した色情報が、予め設定された色調情報のグレイスケール２５６階調の適合テーブルから自動的に決定される。
FIG. 26 is a graph for explaining the relationship between the
図２７は、従来の２次電子像の構成方法において、電子線照射枠１３０に対し、縦Ｙ行目の走査線１３１の行に、２次電子強度に対応した色情報を挿入したときの画像の構成方法を説明する図である。層間絶縁膜２３上を電子線２が走査した領域３１での２次電子検出器９の強度１３２に対応する色情報を、Ｙ行目の領域３１に相当する列に挿入する。同様に、金属配線１８上を電子線２が走査した領域３２での２次電子強度が１３３、金属配線２１上を電子線２が走査した領域３３の２次電子強度が１３４、それぞれに対応する色情報を、Ｙ行目の領域３２および３３に相当する列の画素に挿入する。このようにして、全ての画素に２次電子検出器の検出強度に対応する色情報を挿入すると、２次電子像が構成される。
しかしながら、前述した従来の構成では、２次電子検出器９で検出された信号のみから、画素に挿入する色情報を決定しているため、必ずしも、正確な情報を示していない。例えば、金属配線１８と金属配線２１とでは、電子線が照射されることで電位差が生じており、その結果、同じ材質の金属配線でありながら２次電子の発生効率に差が生じ、異なる強度の信号として２次電子検出器９に検出されることになる。このとき、従来の画像の構成方法では、同じ材質の金属配線で、濃淡の異なる画像となり、明るい金属配線側に全体の色調を合わせると、片方は暗くなりすぎ、逆に、暗い金属配線側に全体の色調を合わせると、片方は明るくなりすぎる画像となり、画像の濃淡を調整だけでは、適切な色調の画像を構成できないという問題を有していた。
However, in the above-described conventional configuration, the color information to be inserted into the pixel is determined only from the signal detected by the secondary electron detector 9, and therefore accurate information is not necessarily shown. For example, a potential difference is generated between the
したがって、この発明の目的は、電子などの荷電粒子を薄片試料に照射した際に、２次的に発生する２次電子など２種類以上の信号により、試料中に含まれる材質変化や電位による画像の濃淡のばらつきを抑えた、高品質の画像を構成するための顕微鏡装置を提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an image based on a material change or potential contained in a sample by two or more kinds of signals such as secondary electrons that are secondarily generated when a thin sample is irradiated with charged particles such as electrons. suppressed variations in shading is to provide a microscope equipment for constituting a high quality image.
上記課題を解決するためにこの発明の請求項１記載の顕微鏡装置は、薄片化した部分を有する観察用試料を試料ホルダに取り付け、前記試料に荷電粒子線を照射した際に、前記試料から発生した２次電子を検出する２次電子検出器、または前記試料を透過した透過電子を検出する透過電子検出器を用いて画像を構成する顕微鏡装置であって、前記荷電粒子線を前記試料に照射した際に、前記試料ホルダとアースに接地した配線との間に流れる、電流変化を検出するための電流計と、前記電流計により検出された第１の信号と、前記２次電子検出器で検出された第２の信号または前記透過電子検出器で検出された第３の信号とを入力とする信号処理装置とを備え、前記信号処理装置は、前記電流計により検出された前記第１の信号が、帯電現象を起こしていることを示す電流値幅の範囲に含まれるかどうかを判定し、前記試料の、同じ材質の領域から検出された前記第２の信号の強度を等しくする補正が必要な前記画像のアドレスを決定する機能を有していることを特徴とする。
In order to solve the above problems, a microscope apparatus according to
請求項２記載の顕微鏡装置は、請求項１記載の顕微鏡装置において、前記信号処理装置は、表示装置へ画像を構成する第４の信号が出力することを特徴とする前記荷電粒子は、電子であり、透過検出器は透過電子を検出するために設けられている。
The microscope device according to
請求項３記載の顕微鏡装置は、請求項２記載の顕微鏡装置において、前記荷電粒子線を任意の領域に走査させる偏向コイルを制御する偏向信号制御装置を備え、前記信号処理装置は、前記偏向信号制御装置から入力されている第５の信号に同期させて、前記第４の信号を前記表示装置へ出力することを特徴とする。 A microscope apparatus according to a third aspect is the microscope apparatus according to the second aspect , further comprising a deflection signal control device that controls a deflection coil that scans the charged particle beam in an arbitrary region, and the signal processing device includes the deflection signal. The fourth signal is output to the display device in synchronization with a fifth signal input from the control device.
請求項４記載の顕微鏡装置は、請求項１〜３のうちいずれか１項に記載の顕微鏡装置において、前記信号処理装置は、前記アースに導通している第１の金属配線の２次電子の検出強度Ａと前記アースに導通していない第２の金属配線の２次電子の検出強度Ｂから補正係数Ａ／Ｂを決定し、前記２次電子検出器で検出された前記第２の信号に、前記補正係数Ａ／Ｂを乗算して補正する機能を有していることを特徴とする。
The microscope device according to
請求項５記載の顕微鏡装置は、請求項１〜４のうちいずれか１項に記載の顕微鏡装置において、前記電流計は、前記荷電粒子線を前記試料に照射した際に前記試料中に生じる１×１０-12Ｃ以下の電荷量を検出できることを特徴とする。
The microscope apparatus according to
この発明の請求項１記載の顕微鏡装置によれば、荷電粒子線を試料に照射した際に、試料ホルダとアースに接地した配線との間に流れる、電流変化を検出するための電流計と、電流計により検出された第１の信号と、２次電子検出器で検出された第２の信号または透過電子検出器で検出された第３の信号とを入力とする信号処理装置とを備え、信号処理装置は、電流計により検出された第１の信号が、帯電現象を起こしていることを示す電流値幅の範囲に含まれるかどうかを判定し、試料の、同じ材質の領域から検出された第２の信号の強度を等しくする補正が必要な画像のアドレスを決定する機能を有しているので、荷電粒子線を試料に照射し、２次的に発生する２種類以上の信号により、試料中に含まれる材質変化や電位による画像の濃淡のばらつきを抑えた、高品質の画像を構成することができる。 According to the microscope apparatus of the first aspect of the present invention, when a charged particle beam is irradiated onto a sample, an ammeter for detecting a change in current flowing between the sample holder and a wiring grounded to the ground; A signal processing device that receives the first signal detected by the ammeter and the second signal detected by the secondary electron detector or the third signal detected by the transmission electron detector; The signal processing device determines whether or not the first signal detected by the ammeter is included in the range of the current value width indicating that the charging phenomenon occurs, and is detected from the region of the same material of the sample. Since it has a function of determining an address of an image that needs to be corrected to equalize the intensity of the second signal, the sample is irradiated with a charged particle beam and two or more types of signals generated secondarily are used. Image density due to material changes and potential Suppressed variations in, it is possible to construct a high-quality image.
すなわち、観察用試料を取り付けた試料ホルダとアースに接地した配線との間に流れる電流変化を検出するための電流計により、電子線が試料を照射した際に試料中に生じる電荷量を検出できる。このため、この電流計より検出した信号と２次電子検出器または透過電子検出器などから得られた信号とを信号処理装置により補正することで、２次元で表示可能な画像が構成される。従って、電子線の走査した領域に対応した２次電子像および透過電子像を、薄片試料とアースに接地した配線との間に流れた電流変化により補正している。この場合、電子線を照射する全てのアドレスにおいて、電流計により検出される電流値が電流値幅に含まれるかどうかの判定を行い、該当するアドレス全てに補正係数を乗算することで、補正した２次電子信号を作り、これらの２次電子信号に対応した色情報を、各画素に挿入することで、２次元で表示可能な２次電子像の構成ができる。その結果、試料中に含まれる材質変化や電位による画像の濃淡のばらつきを抑えた、高品質の画像を得ることができる。 That is, the amount of charge generated in the sample when the electron beam irradiates the sample can be detected by an ammeter for detecting a change in current flowing between the sample holder to which the observation sample is attached and the wiring grounded to the ground. . For this reason, an image that can be displayed in two dimensions is formed by correcting the signal detected by the ammeter and the signal obtained from the secondary electron detector or the transmission electron detector by a signal processing device. Therefore, the secondary electron image and the transmission electron image corresponding to the scanned region of the electron beam are corrected by the change in current flowing between the thin sample and the wiring grounded to the ground. In this case, it is determined whether or not the current value detected by the ammeter is included in the current value width at all addresses to which the electron beam is irradiated, and corrected by multiplying all the corresponding addresses by the correction coefficient. By creating secondary electron signals and inserting color information corresponding to these secondary electron signals into each pixel, a secondary electron image that can be displayed in two dimensions can be constructed. As a result, it is possible to obtain a high-quality image in which variation in image density due to a change in material or potential contained in the sample is suppressed.
請求項２では、信号処理装置は、表示装置へ画像を構成する第４の信号が出力するので好ましい構成である。 According to a second aspect of the present invention, the signal processing device is a preferable configuration because the fourth signal constituting the image is output to the display device.
請求項３では、荷電粒子線を任意の領域に走査させる偏向コイルを制御する偏向信号制御装置を備え、信号処理装置は、偏向信号制御装置から入力されている第５の信号に同期させて、第４の信号を表示装置へ出力するので好ましい構成である。この場合、電流計より検出した信号と２次電子検出器または透過電子検出器などから得られた信号とを信号処理装置により補正することで補正信号を得て、電子線の偏向信号と同期することにより、２次元で表示可能な画像が構成される。 According to a third aspect of the present invention, a deflection signal control device that controls a deflection coil that scans a charged particle beam in an arbitrary region is provided, and the signal processing device is synchronized with a fifth signal input from the deflection signal control device, This is a preferable configuration because the fourth signal is output to the display device. In this case, the signal detected by the ammeter and the signal obtained from the secondary electron detector or transmission electron detector are corrected by the signal processing device to obtain a correction signal, which is synchronized with the deflection signal of the electron beam. Thus, an image that can be displayed in two dimensions is formed.
請求項４では、信号処理装置は、アースに導通している第１の金属配線の２次電子の検出強度Ａとアースに導通していない第２の金属配線の２次電子の検出強度Ｂから補正係数Ａ／Ｂを決定し、２次電子検出器で検出された第２の信号に、補正係数Ａ／Ｂを乗算して補正する機能を有しているので好ましい構成である。この場合、電流計より検出した信号と２次電子検出器から得られた信号とを信号処理装置により補正することで補正信号を得て、２次元で表示可能な画像が構成される。 According to a fourth aspect of the present invention, the signal processing device is configured to detect the secondary electron detection intensity A of the first metal wiring that is conductive to the ground and the secondary electron detection intensity B of the second metal wiring that is not conductive to the ground. This is a preferable configuration because it has a function of determining the correction coefficient A / B and correcting the second signal detected by the secondary electron detector by multiplying the correction coefficient A / B. In this case, a correction signal is obtained by correcting the signal detected by the ammeter and the signal obtained from the secondary electron detector by the signal processing device, and an image that can be displayed in two dimensions is constructed.
請求項５では、電流計は、荷電粒子線を試料に照射した際に試料中に生じる１×１０-12Ｃ以下の電荷量を検出できるので好ましい構成である。 According to the fifth aspect of the present invention , the ammeter is a preferable configuration because it can detect a charge amount of 1 × 10 −12 C or less generated in the sample when the sample is irradiated with the charged particle beam.
この発明の第１の実施の形態を図１に基づいて説明する。 A first embodiment of the present invention will be described with reference to FIG.
図１は、本発明の実施の形態１に係る電子顕微鏡の装置の構成を示す模式断面図である。
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing the configuration of an electron microscope apparatus according to
図１に示すように、薄片化した部分を有する観察用試料を試料ホルダ５に取り付け、試料に電子線を照射した際に２次的に発生する信号を検出する２次電子検出器９または透過検出器１０を用いて画像を構成する顕微鏡装置であって、電子線を試料に照射した際に、試料ホルダ５とアースに接地した配線との間に流れる、微弱な電流変化を検出するための電流計１４と、電流計１４から得られた信号と２次電子検出器９または透過検出器１０から得られた信号とを一定の割合で混ぜ合わせることのできる信号処理装置１１とを備えている。
As shown in FIG. 1, a secondary electron detector 9 for detecting a signal that is secondarily generated when an observation sample having a thinned portion is attached to a
この場合、電子線２を発生させる電子銃１と電子線２を収束する電子レンズ３は約１×１０-7Ｐａの高真空容器内に、２次電子検出器９および電子線２を任意の領域に走査させる偏向コイル８、電子レンズ４、試料ホルダ５の先端に固定された試料６、透過電子検出器１０が約１×１０-5Ｐａの真空容器内に図１のように配置されている。偏向コイル８は偏向信号制御装置７によって制御され、信号処理装置１１には、２次電子検出器９と透過電子検出器１０の信号が入力されると同時に、試料６とアース間の電流計１４と偏向信号制御装置７からの信号も信号処理装置１１へ入力され、信号処理装置１１から表示装置１２へ信号が出力されるように構成されている。
In this case, the
このような電子顕微鏡の装置によって、画像を構成するための動作を説明する。電子銃１より照射される電子線２を電子レンズ３によって収束し、さらに電子レンズ４によって絞られた電子線２を、試料ホルダ５の先端に固定された試料６上に偏向コイル８により走査しながら照射している。このとき、試料から発生した２次電子を２次電子検出器９で、試料中を透過した透過電子を透過電子検出器１０で検出し、信号処理装置１１へ信号を伝達する。一方、電子線２が照射されることによって、試料中に生じた電荷による一時的な電位差は、アースへ接地された配線１３により平衡状態へと移行するため、配線１３を通して電荷が運ばれる。このとき運ばれる電荷量を電流変化として電流計１４により検出し、信号を信号処理装置１１へ伝達する。信号処理装置１１では、電流計１４により検出された信号と、２次電子検出器９で検出した信号または透過電子検出器１０で検出した信号と一定の割合で混ぜ合わせた補正信号を作り、偏向信号制御装置７からの信号と同期して表示装置１２へ出力することで画像を構成する。
An operation for constructing an image using such an electron microscope apparatus will be described. The
なお上記実施形態では、電子線を試料に照射する電子顕微鏡の装置としたが、本発明はこれに限定されない。試料６に照射する荷電粒子は、照射することによって試料中に電荷が生じるもので、偏向コイルによって試料を走査できるものであればよい。
In the above embodiment, an electron microscope apparatus for irradiating a sample with an electron beam is used. However, the present invention is not limited to this. The charged particles with which the
以上のように実施の形態１によれば、観察用試料を取り付けた試料ホルダ５とアースに接地した配線１３との間に流れる微弱な電流変化を検出するための電流計１４によって、電子線２が試料６を照射した際に試料中に生じる電荷量を検出できる。このため、この電流計１４により検出された信号と２次電子検出器９または透過電子検出器１０などから検出された信号とを信号処理装置１１により一定の割合で混ぜ合わせ、電子線２の偏向信号と同期することにより、２次元で表示可能な画像が構成できる。従って、電子線２の走査した領域に対応した２次電子および透過電子の信号を、試料中に生じた電荷量により補正している。その結果、試料中に含まれる材質変化や電位による画像の濃淡のばらつきを抑えた、高品質の画像を得ることができる。
As described above, according to the first embodiment, the
この発明の第２の実施の形態を図２〜図４に基づいて説明する。 A second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図２（ａ）〜図２（ｃ）は、本発明の実施の形態２に係る電子顕微鏡の２次電子像の構成方法において、試料形態を表す斜方投影図である。試料６は、実施の形態１において前述した電流計１４を備えた電子顕微鏡の装置の試料ホルダ５先端に固定されている。
FIGS. 2A to 2C are oblique projection views showing sample forms in the method of constructing the secondary electron image of the electron microscope according to the second embodiment of the present invention. The
図２（ａ）を参照すると、ダイシングソーなどによって試料の全長を３ｍｍ以下に切り出されたシリコン半導体の一部をＦＩＢ（Focused Ion Beam以下ＦＩＢ）装置によって薄片試料厚さ１５を約０．１μｍに成形している。ＦＩＢ加工に際しては、電子線入射および透過方向に対して遮蔽する部分がないように薄片試料部を形成する必要がある。
Referring to FIG. 2 (a), a part of a silicon semiconductor cut out to 3 mm or less by a dicing saw or the like is used to reduce the
図２（ｂ）を参照すると、図２（ａ）の薄片試料部を拡大した図であり、シリコン半導体のシリコン基板１６上に形成されたトランジスタ１７を電気的に動作させるために金属配線が形成されている。金属配線１８はプラグ１９により金属配線２０と電気的に導通しているが、金属配線２１は、薄片試料部の内部にプラグがないため、金属配線２２とは導通していない。これらの金属配線やプラグなどが層間絶縁膜２３中に形成されている。
Referring to FIG. 2 (b), it is an enlarged view of the thin sample portion of FIG. 2 (a), and metal wiring is formed to electrically operate the
図２（ｃ）を参照すると、図２（ｂ）の薄片試料部を電子線２で走査する時の電子線２と薄片試料部との位置関係を表す図である。電子線２は、走査線２４上を図２（ｃ）の左から右へと走査している。走査線２４上の薄片試料の内部には、金属配線１８と金属配線２１とがありこれらを層間絶縁膜２３が囲うような形態となっている。
Referring to FIG. 2C, it is a diagram showing the positional relationship between the
図３（ａ）〜図３（ｃ）は、本発明の実施の形態２に係る電子顕微鏡の２次電子像の構成方法において、走査線２４上を電子線２が走査した場合の、薄片試料部の内部に含まれる構造と電子線２および電流計１４との関係を説明する模式断面図である。
3 (a) to 3 (c) show thin piece samples when the
図３（ａ）を参照すると、走査線２４の薄片試料部の内部には、金属配線１８と金属配線２１とがあり、これらを層間絶縁膜２３が囲うような形態となっており、電子線２が層間絶縁膜２３上を走査したとき、電子線２が照射されている走査点２５から２次電子２６と、電子線２によって走査点２５の薄片試料中からはじきだされた電子２７が発生する。このとき、電子線２の走査点２５はプラスに帯電するため、この帯電を中和するためにアースに接続された配線１３から電子が供給されるが、層間絶縁膜２３上の走査点２５では電気的抵抗が高く、アースからの電子の供給は充分に行われないため、電流計１４はほとんど電流を検出しない。そのため、層間絶縁膜２３を電子線２が走査したとき、走査点２５はプラスに帯電したままになるので、２次電子２６が発生しても、そのほとんどが帯電の中和に消費され、薄片試料から２次電子２６は離脱しにくくなる。即ち、層間絶縁膜２３からの２次電子２６の発生効率が低下する。
Referring to FIG. 3A, there are a
図３（ｂ）を参照すると、電子線２の走査点２５は金属配線１８上にあり、走査点２５からは２次電子２６と、薄片試料中からはじきだされた電子２７が発生して、走査点２５はプラスに帯電する。しかし、金属配線１８はプラグ１９により金属配線２０に導通しているため電気的抵抗は低く、アースに接続された配線１３から電子が供給されて走査点２５での帯電は中和されるため、電流計１４は電流を検出する。このため、金属配線１８上を電子線２が走査しても、走査点２５は帯電しないため、２次電子２６の発生効率は低下しない。
Referring to FIG. 3 (b), the
図３（ｃ）を参照すると、電子線２の走査点２５は金属配線２１上にあり、走査点２５からは２次電子２６と、薄片試料中からはじきだされた電子２７が発生して、走査点２５はプラスに帯電するが、金属配線２１はプラグがなく、金属配線２２とは導通していないため、帯電を中和するためのアースとの電気的抵抗は高く、アースに接続された配線１３からの電子の供給は充分に行われないことから、電流計１４は電流を検出しない。このため、金属配線２１上を電子線２が走査すると、走査点２５はプラスに帯電するため、２次電子２６の発生効率は低下する。
Referring to FIG. 3C, the
図４（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施の形態２に係る電子顕微鏡の２次電子像の構成方法において、走査線２４と電流計１４の検出強度または２次電子検出器９の検出強度との関係を説明するためのグラフである。横軸は走査線２４の走査距離を示しており、縦軸は走査線２４上を電子線２が走査したときの電流計１４の検出強度または２次電子検出器９の検出強度を示している。
4 (a) and 4 (b) show the detection intensity of the
図４（ａ）を参照すると、横軸は走査線２４の走査距離を示しており、縦軸は走査線２４上を電子線２が走査したときの電流計１４の検出強度を示している。層間絶縁膜２３上を電子線２が走査した領域２８については、走査点２５はプラスに帯電しているが、非導通であるため、電流計１４には極少量の電流しか検出されない。しかし、金属配線１８上を電子線２が走査した領域２９は、導通しているため、帯電を中和する際に電流計１４に電流が検出される。金属配線２１上を電子線２が走査した領域３０は、金属配線１８と同じ材料であるが、非導通であるため、電流計１４には、極少量の電流しか検出されない。
Referring to FIG. 4A, the horizontal axis indicates the scanning distance of the
図４（ｂ）を参照すると、横軸は走査線２４の走査距離を示しており、縦軸は走査線２４上を電子線２が走査したときの２次電子検出器９の検出強度を示している。層間絶縁膜２３上を電子線２が走査した領域３１は、走査点２５がプラスに帯電しているため、２次電子の発生効率は低く、２次電子検出器９により検出される２次電子の強度は低い。金属配線１８上を電子線２が走査した領域３２は、電気的に中和されているため、２次電子の発生効率は抑えられることなく、検出される２次電子の強度は高い。金属配線２１上を電子線２が走査した領域３３は、走査点２５がプラスに帯電しているため、２次電子の発生効率は低く、検出される２次電子の強度は低い。一般に、２次電子の発生効率は原子番号の大きい方が高いため、走査点２５がプラスに帯電している領域では、元素番号の大きい元素で構成されている構造物の方が、検出される２次電子の強度は高くなる。即ち、層間絶縁膜２３上を電子線２が走査した領域３１より、金属配線２１上を電子線２が走査した領域３３の方が、検出される２次電子の強度は高い。
Referring to FIG. 4B, the horizontal axis indicates the scanning distance of the
図４（ｃ）、（ｄ）は、本発明の実施の形態２に係る電子顕微鏡の２次電子像の構成方法において、２次電子像の補正方法を説明する図である。 FIGS. 4C and 4D are diagrams for explaining a secondary electron image correction method in the secondary electron image construction method of the electron microscope according to the second embodiment of the present invention.
図４（ｃ）を参照すると、走査線２４と電流計１４の検出強度との関係を示すグラフに、電流計１４で検出された電流値に対して、走査点２５で帯電現象を起こしたと推定できる電流値幅３４を設定していることを説明する図である。このとき、層間絶縁膜２３上を電子線２が走査した領域２８と金属配線２１上を電子線２が走査した領域３０を含む領域３５は、走査点２５で帯電現象を起こしていることを示す電流値幅３４の範囲に全て含まれるため、走査線２４の中では、金属配線１８上を電子線２が走査した領域２９以外の全ての点が補正対象として選択される。
Referring to FIG. 4C, a graph showing the relationship between the scanning
図４（ｄ）を参照すると、走査線２４と２次電子検出器９の検出強度との関係を示すグラフに、金属配線１８上を電子線２が走査した領域３２での２次電子の検出強度Ａと、金属配線２１上を電子線２が走査した領域３３の２次電子の検出強度Ｂ、補正後の２次電子の検出強度Ｃの関係を説明する図である。横軸は走査線２４の走査距離を示しており、縦軸は走査線２４上を電子線２が走査したときの２次電子検出器９の検出強度を示している。このとき、同じ金属配線の２次電子の検出強度を等しくするための補正係数はＡ／Ｂとなる。従って、金属配線１８上を電子線２が走査した領域３２以外の全ての点の２次電子の検出信号に対してＡ／Ｂを乗算することで、金属配線１８と２１は、導通あるいは非導通に関わりなく同等の２次電子の検出強度となる。このようにして、電子線２を照射する全てのアドレスにおいて、電流計１４により検出される電流値が電流値幅３４に含まれるかどうかの判定を行い、該当するアドレス全てに補正係数Ａ／Ｂを乗算することで、補正した２次電子信号を作り、これらの２次電子信号に対応した色情報が、予め設定された色調情報のグレイスケール２５６階調の適合テーブルから自動的に決定され、各画素に挿入することで、２次元で表示可能な２次電子像の構成ができる。
Referring to FIG. 4D, a graph showing the relationship between the scanning
このような２次電子像の補正をすることができるのは、電子線を薄片試料部に照射した際に、観察用試料を取り付けた試料ホルダとアースに接地した配線との間に流れる微弱な電流変化を検出するための電流計により、微弱な電流変化を信号として検出し、この信号から補正が必要なアドレスを決定することで、２次電子検出器から得られた信号に補正係数を乗算することができるためである。 Such correction of the secondary electron image is possible because the thin sample portion is irradiated with an electron beam between the sample holder with the observation sample attached and the wiring grounded to the ground. A weak current change is detected as a signal by an ammeter for detecting the current change, and an address that needs to be corrected is determined from this signal to multiply the signal obtained from the secondary electron detector by a correction coefficient. This is because it can be done.
なお上記実施形態では、電子線を試料に照射するとしたが、本発明はこれに限定されない。試料６に照射する荷電粒子は、照射することによって試料中に電荷が生じるもので、偏向コイルによって試料を走査できるものであればよい。
In the above embodiment, the sample is irradiated with the electron beam, but the present invention is not limited to this. The charged particles with which the
なお上記実施形態では、ＦＩＢを用いて、試料厚さ０．１μｍの薄片試料部を成形していたが、本発明はこれに限定されない。薄片試料部とアースに接地する配線とで電気的に導通し、加速した荷電粒子が透過できる厚さを成形できればよい。 In the above embodiment, the thin sample portion having a sample thickness of 0.1 μm is formed using FIB, but the present invention is not limited to this. It is only necessary to form a thickness that allows electrical conduction between the thin sample portion and the wiring that is grounded to the ground, and allows the accelerated charged particles to pass therethrough.
なお上記実施形態では、薄片試料にシリコン半導体を用いていたが、本発明はこれに限定されない。薄片試料部とアースに接地する配線とで電気的に導通する構造を含み、加速した荷電粒子が透過できる厚さを成形できる試料であればよい。 In the above embodiment, the silicon semiconductor is used for the thin sample, but the present invention is not limited to this. Any sample may be used as long as it includes a structure in which the thin sample part and the wiring grounded to the ground are electrically connected and can form a thickness that allows the accelerated charged particles to pass therethrough.
以上のように、実施の形態２に係る電子顕微鏡の２次電子像の構成方法によれば、観察用試料を取り付けた試料ホルダとアースに接地した配線との間に流れる微弱な電流変化を検出することにより、補正が必要なアドレスを決定し、２次電子検出器から得られた信号に補正係数を乗算することができる。補正した２次電子信号に対応した色情報を、各画素に挿入することで、２次元で表示可能な２次電子像の構成ができ、薄片試料内の電気的な極性と無関係の適切な色調の画像を得ることができる。 As described above, according to the method for constructing the secondary electron image of the electron microscope according to the second embodiment, a weak current change flowing between the sample holder to which the observation sample is attached and the wiring grounded to the ground is detected. By doing so, it is possible to determine an address that needs to be corrected and to multiply the signal obtained from the secondary electron detector by a correction coefficient. By inserting color information corresponding to the corrected secondary electron signal into each pixel, a secondary electron image that can be displayed in two dimensions can be formed, and an appropriate color tone that is independent of the electrical polarity in the thin sample is obtained. Images can be obtained.
この発明の第３の実施の形態を図５〜図８に基づいて説明する。 A third embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図５（ａ）〜図５（ｃ）および図６は、実施の形態３に係る電子顕微鏡の透過電子像の構成方法において、試料形態を表す斜方投影図である。 FIG. 5A to FIG. 5C and FIG. 6 are oblique projection views showing sample forms in the method for constructing a transmission electron image of an electron microscope according to the third embodiment.
図５（ａ）を参照すると、目的のシリコン半導体チップ４０をエポキシ樹脂などでダミーシリコン基板４１と張り合わせ、円形に打ち抜いた後、ディンプルグラインダを用いて、目的のシリコン半導体チップ４０の表面４２が凹状の最も低い部分になるように擂り鉢形状に加工する。円形の大きさは、試料ホルダに固定できる約３ｍｍΦ以下とする必要がある。
Referring to FIG. 5A, the target
図５（ｂ）を参照すると、イオンミリング装置などを用いて円形試料を両面からスパッタエッチングすると、擂り鉢状の底の部分から、薄片化されて穴４３が開口する。穴４３の縁で、目的のシリコン半導体チップ４０の表面４２が重なっている箇所を薄片試料部４４とする。薄片試料部４４は電子線が透過できる厚さである０．５μｍ以下の箇所を有した試料である必要がある。
Referring to FIG. 5 (b), when a circular sample is sputter-etched from both sides using an ion milling device or the like, the
図５（ｃ）を参照すると、薄片試料部４４の内部には、シリコン基板２０上にトランジスタのゲート電極やこれを動作させるための金属配線が形成され、薄片試料部４４は穴４３の縁を最も薄い厚さの領域として外周方向に試料厚さが厚くなる楔形状となっている。試料厚さが０．１μｍ前後の厚み４５の領域４６には、トランジスタのゲート電極４７と積層された金属配線構造４８が含まれており、試料厚さが０．３μｍ前後の厚み４９の領域５０には、トランジスタのゲート電極５１と積層された金属配線構造５２が含まれている。このような形態の薄片試料部４４を透過電子検出器１０により検出される信号を用いて透過電子像を構成すると、試料厚さが０．１μｍ前後の厚み４５の領域４６に、適切な色調を表示させようとすると、０．３μｍ前後の厚み４９の領域５０は、暗すぎる画像となり、逆に、０．３μｍ前後の厚み４９の領域５０を適切な色調を表示させると、試料厚さが０．１μｍ前後の厚み４５の領域４６は、明るすぎる画像となり、適切な色調の画像とならない。
Referring to FIG. 5 (c), the gate electrode of the transistor and metal wiring for operating the transistor are formed on the
図６を参照すると、図５（ｃ）の楔形状の薄片試料部４４を電子線２で走査する時の電子線と薄片試料部との位置関係を表す図である。電子線２は、走査線５３上を図６の左から右へ、即ち試料厚みの薄い領域から厚い領域へと走査している。このとき走査線５３は薄片試料部のシリコン基板２０のみとし、電子線２はシリコン基板２０以外の構造物上を走査してはならない。
Referring to FIG. 6, it is a diagram showing the positional relationship between the electron beam and the thin sample part when the wedge-shaped
図７は、本発明の実施の形態３に係る電子顕微鏡の透過電子像の構成方法において、走査線５３上を電子線２が走査した場合の、楔形状の薄片試料部の試料厚さと電子線２および電流計１４との関係を説明する模式断面図である。試料は、実施の形態１において前述した電流計を備えた電子顕微鏡装置の試料ホルダ先端に固定される。
FIG. 7 shows the sample thickness and electron beam of a wedge-shaped thin sample part when the
図７を参照すると、試料厚さが０．１μｍ前後の厚み４５近傍のシリコン基板上を電子線２が照射されると、薄片試料を通過する透過電子線５４とシリコン基板中でエネルギーを失った吸収電子による電流５５に分離し、試料厚さが０．３μｍ前後の厚み４９近傍のシリコン基板上に電子線２が照射されると、薄片試料を通過する透過電子線５６とシリコン基板中でエネルギーを失った吸収電子による電流５７に分離する。シリコン基板中でエネルギーを失った吸収電子による電流５５および５７は、電流計１４を経てアースへと流れ、このときの電流計１４により検出される電流値は、電流５５＜電流５７であり、試料厚さに比例してシリコン基板中で吸収される電流は増加する。
Referring to FIG. 7, when the
図８（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施の形態３に係る電子顕微鏡の透過電子像の構成方法において、走査線５３上を電子線２が走査した場合の、走査線５３と電流計１４の検出強度との関係を説明するためグラフであり、横軸は走査線５３の走査距離を示しており、縦軸は走査線５３上を電子線２が走査したときの電流計１４の検出強度、または透過電子検出器１０の検出強度との関係を示している。
8A and 8B show the
図８（ａ）を参照すると、試料厚さが０．１μｍ前後の厚み４５の領域４６の範囲内で基準強度Ｄを決定し、走査線５３内の任意の走査点での電流計１４の強度Ｆとすると、Ｆ／Ｄを補正係数とする。
Referring to FIG. 8 (a), the reference intensity D is determined within the range of a
図８（ｂ）を参照すると、シリコン基板を透過した透過電子の検出強度は、薄片試料部の厚さが増すと減少するため、右下がりの曲線５８となるが、走査線５３の各走査点で得られた透過電子の検出強度に、補正係数Ｆ／Ｄを乗算することにより、試料厚さの違いによって生じる色調の違いを補正した透過電子の検出強度、即ち直線５９が得られる。
Referring to FIG. 8B, the detected intensity of the transmitted electrons that have passed through the silicon substrate decreases as the thickness of the thin sample portion increases, so that the
このようにして、走査線５３に平行かつ同等距離内は、全て同じ試料厚さに近似しているものとし、走査線５３の各画素に対応する列に補正係数Ｆ／Ｄを乗算することで、補正した透過電子信号を作り、これらの透過電子信号に対応した色情報が、予め設定された色調情報のグレイスケール２５６階調の適合テーブルから自動的に決定され、各画素に挿入することで、２次元で表示可能な透過電子像の構成ができる。従って、シリコン基板上の走査線５３で得られた走査距離に対応した補正係数を用いて、透過電子検出器１０の検出強度を補正すれば、試料厚さが０．１μｍ前後の厚み４５の領域４６に含まれるトランジスタのゲート電極４７と積層された金属配線構造４８と、試料厚さが０．３μｍ前後の厚み４９の領域５０に含まれるトランジスタのゲート電極５１と積層された金属配線構造５２とでは、同じ材料の構造の場合は、ほぼ同じ色調の画像として得ることができる。
In this way, it is assumed that the same sample thickness is approximated within the same distance and parallel to the
このような透過電子像の補正をすることができるのは、電子線を薄片試料に照射した際に、観察用試料を取り付けた試料ホルダとアースに接地した配線との間に流れる電流変化を検出するための電流計により、電流変化を信号として検出し、この信号から補正係数を決定することで、透過電子検出器から得られた信号に補正係数を乗算することができるためである。 The transmission electron image can be corrected by detecting changes in the current flowing between the sample holder with the observation sample and the grounded wire when the thin sample is irradiated with the electron beam. This is because an ammeter for detecting the current change is detected as a signal, and the correction coefficient is determined from this signal, whereby the signal obtained from the transmission electron detector can be multiplied by the correction coefficient.
なお上記実施形態では、電子線を試料に照射するとしたが、本発明はこれに限定されない。試料６に照射する荷電粒子は、照射することによって試料中に電荷が生じるもので、偏向コイルによって試料を走査できるものであればよい。
In the above embodiment, the sample is irradiated with the electron beam, but the present invention is not limited to this. The charged particles with which the
なお上記実施形態では、イオンミリングを用いて、楔形の薄片試料部を成形していたが、本発明はこれに限定されない。薄片試料部とアースに接地する配線とで電気的に導通し、加速した荷電粒子が透過できる厚さであって、試料厚さの変化が急峻でなければよい。 In the above embodiment, the wedge-shaped thin sample portion is formed using ion milling, but the present invention is not limited to this. The thickness should be such that the thin sample portion and the wiring grounded to the ground are electrically connected and allow the accelerated charged particles to pass therethrough, and the change in the sample thickness is not steep.
なお上記実施形態では、薄片試料にシリコン半導体を用いていたが、本発明はこれに限定されない。薄片試料部とアースに接地する配線とで電気的に導通する構造を含み、加速した荷電粒子が透過できる厚さであって、試料厚さの変化する方向に平行に同一材料で形成された構造を含めばよい。 In the above embodiment, the silicon semiconductor is used for the thin sample, but the present invention is not limited to this. Includes a structure that conducts electricity between the thin sample part and the wiring that is grounded to the ground, and has a thickness that allows accelerated charged particles to pass through, and is formed of the same material in parallel with the direction in which the sample thickness changes Should be included.
以上のように、実施の形態３に係る電子顕微鏡の透過電子像の構成方法によれば、観察用試料を取り付けた試料ホルダとアースに接地した配線との間に流れる電流変化を検出することにより、この信号から補正係数を決定することで、透過電子検出器から得られた信号に補正係数を乗算することができる。補正した透過電子信号に対応した色情報を、各画素に挿入することで、２次元で表示可能な透過電子像の構成ができ、薄片試料内の試料厚さと無関係の適切な色調の画像を得ることができる。 As described above, according to the method for constructing a transmission electron image of the electron microscope according to the third embodiment, by detecting a change in current flowing between the sample holder to which the observation sample is attached and the wiring grounded to the ground By determining the correction coefficient from this signal, the signal obtained from the transmission electron detector can be multiplied by the correction coefficient. By inserting color information corresponding to the corrected transmission electron signal into each pixel, a transmission electron image that can be displayed in two dimensions can be constructed, and an image with an appropriate color tone that is independent of the sample thickness in the thin sample is obtained. be able to.
この発明の第４の実施の形態を図９〜図１２に基づいて説明する。 A fourth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図９は、本発明の実施の形態４の顕微鏡画像処理方法に係る電子顕微鏡用の薄片試料厚さ測定方法において、電子線２が試料６に照射されたときの試料厚さｔと電流計１４に流れる電流との関係を説明する模式断面図である。
FIG. 9 shows a sample thickness t and an
図９（ａ）に示すように、電子線２は試料厚さｔが充分に薄い時に、ほぼ全ての電子が透過する全透過状態となり、電流計１４には電子線の吸収による信号は検出されない。図９（ｂ）に示すように、試料厚さｔがある程度厚くなると、電子線２は一部が透過し、残りの電子はエネルギーを失い試料ホルダ５を通じて電流計１４に信号として検出される半透過状態となる。そして、図９（ｃ）に示すように、試料厚さｔが充分に厚い時は、ほぼ全ての電子が試料中でエネルギーを失い、試料ホルダ５から配線１３へと電子が運ばれ、電流計１４に信号として検出される全吸収状態となる。従って、電流計１４の信号を用いた画像の構成を行うためには、試料厚さｔを電流計１４の信号から測定できる参照データを取得しておく必要がある。
As shown in FIG. 9A, when the sample thickness t is sufficiently thin, the
以下に図１０から図１２までを用いて試料厚さ測定方法を示す。 The sample thickness measurement method will be described below with reference to FIGS.
図１０は、本発明の実施の形態４に係る電子顕微鏡用の薄片試料部厚さ測定方法において、参照データを取得するための試料形態を表す斜方投影図である。ダイシングソーなどによって試料の全長を３ｍｍ以下に切り出したシリコン半導体の一部を、ＦＩＢ装置によって、電子線２の入射方向に対して垂直方向に厚さが変化するテーパ形状７０を有した薄片試料に成形した。ＦＩＢ加工に際しては、電子線入射および透過方向に対して遮蔽する部分がないように薄片試料部を形成する必要がある。
FIG. 10 is an oblique projection showing a sample form for obtaining reference data in the thin sample part thickness measuring method for an electron microscope according to the fourth embodiment of the present invention. A part of the silicon semiconductor cut out to a length of 3 mm or less by a dicing saw or the like is turned into a thin piece sample having a tapered
図１１は、本発明の実施の形態４に係る電子顕微鏡用の薄片試料部厚さ測定方法において、参照データを取得するための試料形態を表す模式断面図である。電子線２は、テーパ形状７０を距離Ｘだけ走査している。テーパ形状７０の斜面７１と中心線７２との成す角をαとし、試料６が取り付けられた試料ホルダ５とアースに接地された配線１３の間に電流計１４が接続されている。
FIG. 11: is a schematic cross section showing the sample form for acquiring reference data in the thin piece sample part thickness measuring method for electron microscopes which concerns on
図１２は、本発明の実施の形態４に係る電子顕微鏡用の薄片試料部厚さ測定方法において、参照データとなる試料厚さｔと電流計１４の検出強度との関係を説明するためのグラフである。横軸に電子線２の走査距離Ｘ、縦軸に電流計１４で検出された電流強度をプロットしている。
FIG. 12 is a graph for explaining the relationship between the sample thickness t serving as reference data and the detection intensity of the
図１１を参照すると、ＦＩＢを用いて加工したテーパ形状７０の斜面７１とテーパ形状７０の中心線７２との成す角αはＦＩＢ加工時の表面観察像から、電子線２の走査距離Ｘは電子顕微鏡の倍率からそれぞれ求めることができる。試料厚さｔは、ｔ＝２・Ｘ・ｔａｎαで算出されるので、試料厚さｔとこれに対応した電流計１４により検出された電流強度をプロットすると、試料厚さｔと電子線が試料に照射された際に生じる電荷量の相関関係を示す図１２が作成される。電子線２は最も薄い部分から、約０.１μｍ以下の厚さまでは、試料による電子線の吸収はほとんど起こらないため、全く電流が流れないか、アースから微量の電子が供給される全透過領域（ａ）となる。試料厚さｔが約０.１μｍ以上になると試料による電子線の吸収が発生し、吸収された電子量がアースへ運ばれるため、電流計１４により検出される電流強度は試料厚さｔに比例して上昇し、試料厚さｔが約０.３μｍ以上になると急激に電流強度が増加する半透過領域（ｂ）となり、これ以降は、電子線２は試料を全く透過しない全吸収領域（ｃ）となる。電子線２の照射条件により、試料厚さｔと電流計１４により検出される電流強度は異なるため、照射条件毎にこのグラフを作成しておくことで、照射条件と電流計１４の電流強度から、試料厚さｔを求めることが可能となる。
Referring to FIG. 11, the angle α formed by the
このような試料厚さ測定ができるのは、ＦＩＢを用いた加工により、テーパ形状７０を形成することで、テーパ形状７０の斜面７１とテーパ形状７０の中心線７２との成す角αを測定し、試料厚さｔを算出することができ、電子線２が試料照射した際に生じる電荷量と試料厚さｔと相関関係を、電子線２の照射条件に応じてグラフを作成することができたためである。
The sample thickness can be measured by forming the tapered
なお上記実施形態では、電子線を試料に照射したが、本発明はこれに限定されない。試料に照射する荷電粒子は、照射することによって試料中に電荷が生じるもので、偏向コイルによって試料を走査できるものであればよい。 In the above embodiment, the sample is irradiated with the electron beam, but the present invention is not limited to this. The charged particles to be irradiated onto the sample may be any particles that generate charges in the sample by irradiation and can scan the sample with a deflection coil.
なお上記実施形態では、ＦＩＢを用いて、テーパ形状を有する薄片試料部を形成し、テーパの斜面とテーパの中心線との成す角αを測定したが、本発明はこれに限定されない。テーパ形状を有する薄片試料部を形成し、そのテーパ角を正確に知る手段が備わっていればよい。 In the above embodiment, the thin sample portion having a tapered shape is formed using FIB, and the angle α formed by the tapered slope and the taper center line is measured. However, the present invention is not limited to this. It suffices if a thin sample part having a tapered shape is formed and a means for accurately knowing the taper angle is provided.
このように、実施の形態４に係る電子顕微鏡用の薄片試料部厚さ測定方法によれば、電子線を試料に照射した際に生じる電荷量と試料厚さとの相関関係を示すグラフを、電子線照射条件別に作成することができ、照射領域の試料厚さを電流計により検出された電流強度から正確に知ることができる。 Thus, according to the thin sample part thickness measuring method for an electron microscope according to the fourth embodiment, the graph showing the correlation between the amount of charge generated when the sample is irradiated with the electron beam and the sample thickness It can be created for each irradiation condition, and the sample thickness in the irradiation region can be accurately known from the current intensity detected by the ammeter.
この発明の第５の実施の形態を図１３〜図１６に基づいて説明する。 A fifth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図１３（ａ）〜図１３（ｃ）および図１４は、本発明の実施の形態５に係る電子顕微鏡を用いた半導体素子の検査方法において、薄片試料部の形態と構成を説明する斜方投影図である。 FIGS. 13 (a) to 13 (c) and FIG. 14 are oblique projections for explaining the configuration and configuration of the thin sample part in the semiconductor element inspection method using the electron microscope according to the fifth embodiment of the present invention. FIG.
図１３（ａ）を参照すると、ダイシングソーなどによって試料の全長を３ｍｍ以下に切り出されたシリコン半導体の一部を、ＦＩＢ装置によって薄片試料厚さ１５を検査するプラグ径よりも厚く成形している。このとき、ＦＩＢ加工断面にプラグが当たらないようにするため、ＦＩＢ加工面はプラグの外周よりも片側約０．１μｍ以上離れた層間絶縁膜部分とする。また、ＦＩＢ加工に際しては、電子線入射および透過方向に対して遮蔽する部分がないようにする必要がある。
Referring to FIG. 13 (a), a part of the silicon semiconductor cut out to a length of 3 mm or less by a dicing saw or the like is formed thicker than the plug diameter for inspecting the
図１３（ｂ）を参照すると、図１３（ａ）の薄片試料部を拡大して表示した図であり、シリコン半導体のシリコン基板１６上に形成されたトランジスタ１７を電気的に動作させるために金属配線部が層間絶縁膜２３中に形成されている。トランジスタのソースまたはドレイン領域にはプラグ形成されており、このプラグには低抵抗のプラグ８０と高抵抗のプラグ８１とが混在している。プラグ８０およびプラグ８１は、いずれも1層目金属配線８２に接続されており、一部の1層目金属配線８２は、２層目金属配線８３へ配線間プラグ８４により電気的に接続されている。ＦＩＢ加工による薄片化を行う前には、全てのプラグは金属配線を通じて、その信号を伝達するために接続されているが、ＦＩＢ加工による薄片化後には、加工した位置や金属配線パターンによって、シリコン基板としか接続されなくなったプラグと、上層金属配線によって、シリコン基板よりも低抵抗の経路が残されるプラグが生じる場合がある。
Referring to FIG. 13 (b), it is an enlarged view of the thin sample part of FIG. 13 (a), and a metal for electrically operating the
図１３（ｃ）を参照すると、ＦＩＢ加工による薄片化の際に、シリコン基板に接続された全てのプラグの電気的経路を一様にする作業を施した薄片試料を示している。薄片試料部をＦＩＢイオンビーム軸に対して９０度傾斜し、イオンビームによるスパッタエッチングすることで、1層目金属配線８２と２層目金属配線８３とを接続しているプラグ８４の中央付近で、上層配線との切り離しを行う。このような作業を行うことで、シリコン基板に接続された全てプラグは、シリコン基板よりも低抵抗な電気経路が存在しなくなる。
Referring to FIG. 13 (c), there is shown a thin piece sample that has been subjected to the work of making the electrical paths of all the plugs connected to the silicon substrate uniform during thinning by FIB processing. The thin sample part is inclined by 90 degrees with respect to the FIB ion beam axis and sputter-etched by the ion beam, so that it is near the center of the
図１４を参照すると、図１３（ｃ）のように成形された薄片試料部を電子線２で走査するときの電子線と薄片試料部との位置関係を表す図である。走査線８５は、検査対象の全てのプラグ上を通る直線とし、プラグ以外の部分は全て層間絶縁膜２７である必要がある。
Referring to FIG. 14, it is a diagram showing the positional relationship between the electron beam and the thin sample part when the thin sample part formed as shown in FIG. The
図１５は、本発明の実施の形態５に係る電子顕微鏡を用いた半導体素子の検査方法において、電子線２がプラグ上を走査したときの、電子線２から薄片試料中に吸収された電子が電流計１４を経てアースまで到達するまでの、電気的抵抗を表した模式断面図である。
FIG. 15 is a diagram illustrating a method for inspecting a semiconductor element using an electron microscope according to
電子線２が走査点８６にあるとき、試料中で吸収された電子は、電気的抵抗の低いプラグを通じてシリコン基板２０へ向って流れる。このとき、走査点８６からプラグ底部までの抵抗８７と、シリコン基板２０を通じて電流計１４まで到達する際の抵抗８８は、薄片試料内の全てのシリコン基板に接続されたプラグについて同等だが、シリコン基板２０に接続されたプラグの底部とシリコン基板表面との接触抵抗８９は、個々のプラグによって異なる。即ち、低抵抗のプラグ８０と高抵抗のプラグ８１は、シリコン基板２０に接続されたプラグの底部とシリコン基板表面との接触抵抗８９が異なっている。
When the
図１６は、本発明の実施の形態５に係る電子顕微鏡を用いた半導体素子の検査方法において、走査線８５と電流計１４の検出強度との関係を説明するためのグラフであり、横軸は走査線８５の走査距離、縦軸は走査線８５上を電子線２が走査したときの電流計１４の検出強度を示している。
FIG. 16 is a graph for explaining the relationship between the scanning
低抵抗のプラグ８０上を電子線２が走査したときは、吸収電子の流れに対しての電気抵抗は低く、電流計１４は電流値９０を示すが、高抵抗のプラグ８１は、低抵抗のプラグ８０より吸収電子に対する電気的抵抗が高くなるため、電流計１４は電流値９０よりも低い値９１を示す。これにより、低抵抗のプラグ８０と高抵抗のプラグ８１を見分けることが可能となり、電流計１４の電流強度によって、相対的な抵抗値を求めることもできる。このように、シリコン基板に接続する個々のプラグの抵抗が見分けられることにより、電気回路的に不良箇所が最小回路単位中に絞られていても、その最小回路単位内に数個のプラグが含まれていて、正確な不良プラグが絞られていない場合に、不良プラグの見極めが可能となる。
When the
このような半導体素子の検査ができるのは、試料中で吸収される電子の導電経路をシリコン基板方向に決定するために、ＦＩＢを用いて検査する素子上の配線部を削りとる試料形成を行い。観察用試料を取り付けた試料ホルダとアースに接地した配線との間の電流計により、個々の素子での吸収電流量を信号として検出することで、相対的に抵抗値を求めることができるためである。 The semiconductor element can be inspected by forming a sample by scraping the wiring portion on the element to be inspected using FIB in order to determine the conductive path of electrons absorbed in the sample in the direction of the silicon substrate. . This is because the resistance value can be obtained relatively by detecting the amount of absorbed current in each element as a signal with the ammeter between the sample holder with the observation sample attached and the wiring grounded to ground. is there.
なお上記実施形態では、電子線を試料に照射するとしたが、本発明はこれに限定されない。試料６に照射する荷電粒子は、照射することによって試料中に電荷が生じるもので、偏向コイルによって試料を走査できるものであればよい。
In the above embodiment, the sample is irradiated with the electron beam, but the present invention is not limited to this. The charged particles with which the
なお上記実施形態では、シリコン基板に接続されたプラグの電気的抵抗を求めたが、本発明はこれに限定されない。試料中で吸収される電子の導電経路を検査する全てのプラグで一様にできればよい。 In the above embodiment, the electrical resistance of the plug connected to the silicon substrate is obtained, but the present invention is not limited to this. What is necessary is just to be able to make uniform in all the plugs which test | inspect the conduction path of the electron absorbed in a sample.
なお上記実施形態では、検査試料にシリコン半導体中のプラグを用いていたが、本発明はこれに限定されない。試料中で吸収される電子の導電経路を、検査する全ての構造で一様にできるような構造を有するデバイスであればよい。 In the above embodiment, the plug in the silicon semiconductor is used as the inspection sample, but the present invention is not limited to this. Any device may be used as long as the conductive path of electrons absorbed in the sample can be made uniform in all structures to be inspected.
以上のように、実施の形態５に係る電子顕微鏡を用いた半導体素子の検査方法によれば、試料中で吸収される電子の導電経路をシリコン基板方向に決定するために、ＦＩＢを用いて検査する素子上の配線部を削りとる試料形成することで、コンタクトからシリコン基板へと流れた吸収電流を検出し、近接する個々のコンタクトとシリコン基板間の相対的な抵抗を求めることができる。 As described above, according to the semiconductor element inspection method using the electron microscope according to the fifth embodiment, the FIB is used to determine the conductive path of electrons absorbed in the sample in the direction of the silicon substrate. By forming a sample by scraping the wiring portion on the element to be detected, the absorbed current flowing from the contact to the silicon substrate can be detected, and the relative resistance between each adjacent contact and the silicon substrate can be obtained.
この発明の第６の実施の形態を図１７〜図１９に基づいて説明する。 A sixth embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図１７（ａ）〜図１７（ｃ）は、本発明の実施の形態６に係る電子顕微鏡を用いた半導体素子の検査方法において、薄片試料の形態と構成を説明する斜方投影図である。 FIG. 17A to FIG. 17C are oblique projection views for explaining the form and configuration of a thin piece sample in the semiconductor element inspection method using the electron microscope according to the sixth embodiment of the present invention.
図１７（ａ）を参照すると、ダイシングソーなどによって試料の全長を３ｍｍ以下に切り出されたシリコン半導体の一部を、ＦＩＢ装置によって薄片試料厚さ１５を検査するプラグ径よりも厚く成形している。このとき、ＦＩＢ加工断面にプラグが当たらないようにするため、ＦＩＢ加工面はプラグの外周よりも片側約０．１μｍ以上離れた層間絶縁膜部分とする。また、ＦＩＢ加工に際しては、電子線入射および透過方向に対して遮蔽する部分がないようにする必要がある。
Referring to FIG. 17 (a), a part of the silicon semiconductor cut out to a length of 3 mm or less by a dicing saw or the like is formed thicker than the plug diameter for inspecting the
図１７（ｂ）を参照すると、図１７（ａ）の薄片試料部を拡大して表示した図であり、シリコン半導体のシリコン基板１６上に形成された金属配線の連続パターンが層間絶縁膜２３中に形成されている。このような金属配線パターンは、半導体プロセスでの加工上の不具合を高感度で検出するために用いるものだが、多数のプラグが直列に接続されるため、パターン全体の電気的抵抗変動には敏感である反面、不具合箇所の特定は困難である。例えば、１層目金属配線１００と２層目金属配線１０１が、上下の金属配線との接触抵抗が低抵抗であるプラグ１０２と１層目金属配線１００とプラグ底部の接触抵抗が高抵抗となっているプラグ１０３が混在している場合について考える。薄片化された検査パターンが接続されている金属配線に、電気信号を試料外部へ取り出す配線を接続し、電流計１０４を、反対側に電流計１０５を接続する。
FIG. 17B is an enlarged view of the thin sample portion of FIG. 17A, and a continuous pattern of metal wiring formed on the
図１７（ｃ）を参照すると、図１７（ｂ）のように成形された薄片試料を電子線２で走査線１０６上を走査する。走査線１０６は、検査対象の全てのプラグ上を通る直線とし、プラグ以外の部分は全て層間絶縁膜２３である必要がある。
Referring to FIG. 17C, the thin piece sample formed as shown in FIG. 17B is scanned on the
図１８（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施の形態６に係る電子顕微鏡を用いた半導体素子の検査方法において、方法と構成を説明する模式断面図である。
FIGS. 18A and 18B are schematic cross-sectional views illustrating the method and configuration in a semiconductor element inspection method using an electron microscope according to
図１８（ａ）を参照すると、電子線２が１層目金属配線１００とプラグ底部の接触抵抗が高抵抗となっているプラグ１０３の左側の、上下の金属配線との接触抵抗が低抵抗であるプラグ１０２上を走査したときの、電子線２から薄片試料中に吸収された電子がアースまで到達するまでの経路を示した模式図である。走査されたプラグの右側に、１層目金属配線１００とプラグ底部の接触抵抗が高抵抗となっているプラグ１０３があるため、吸収された電子は、走査されたプラグの左側へ多く流れ、電流計１０４を経てアースへ流れる。
Referring to FIG. 18A, the contact resistance between the
図１８（ｂ）を参照すると、電子線２が１層目金属配線１００とプラグ底部の接触抵抗が高抵抗となっているプラグ１０３の右側の、上下の金属配線との接触抵抗が低抵抗であるプラグ１０２上を走査したときの、電子線２から薄片試料中に吸収された電子がアースまで到達するまでの経路を示した模式図である。走査されたプラグの左側に、１層目金属配線１００とプラグ底部の接触抵抗が高抵抗となっているプラグ１０３があるため、吸収された電子は、走査されたプラグの右側へ多く流れ、電流計１０５を経てアースへ流れる。
Referring to FIG. 18B, the contact resistance between the
図１９（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施の形態６に係る電子顕微鏡を用いた半導体素子の検査方法において、走査線１０６と電流計の検出強度との関係を説明するためのグラフであり、図１９（ａ）は、横軸は走査線１０６の走査距離、縦軸は走査線１０６上を電子線２が走査したときの電流計１０４の検出強度を示している。図１９（ｂ）は、横軸は走査線１０６の走査距離、縦軸は走査線１０６上を電子線２が走査したときの電流計１０５の検出強度を示している。
19A and 19B are graphs for explaining the relationship between the
図１９を参照すると、１層目金属配線１００とプラグ底部の接触抵抗が高抵抗となっているプラグ１０３を境にして、電流計１０４および１０５で検出される吸収電流強度が大きく変化するため、プラグ上を電子線２が走査したことを示すピーク１０７と１０８とで、電流計の検出強度が異なってあらわれる。この電流変化の大きいピークの１０７または１０８のどちらかのプラグで高抵抗となっていることがわかる。半導体製造のプロセス上、プラグ下に異常があると推測される場合は、電流変化１０７が高抵抗箇所を表していることが特定可能である。一方、プラグのどの部分に異常があるのか不明のときは、走査線１０６を、１層目金属配線１００上に移動し、続けて２層目金属配線１０１上に移動させて、電流計１０４および１０５の検出強度の違いにより、目的の高抵抗のプラグを特定することが可能である。
Referring to FIG. 19, since the absorbed current intensity detected by the
このような半導体素子の検査ができるのは、試料中で吸収される電子の導電経路を検査する金属配線のパターンに限定し、電流計へ接続される配線を、この金属配線パターンに直接に接続することで、微妙な電流変化が電流計で検出できるためである。 Such semiconductor elements can be inspected only for metal wiring patterns that inspect the conduction path of electrons absorbed in the sample, and the wiring connected to the ammeter is directly connected to this metal wiring pattern. This is because a subtle change in current can be detected by an ammeter.
なお上記実施形態では、電子線を試料に照射するとしたが、本発明はこれに限定されない。試料６に照射する荷電粒子は、照射することによって試料中に電荷が生じるもので、偏向コイルによって試料を走査できるものであればよい。
In the above embodiment, the sample is irradiated with the electron beam, but the present invention is not limited to this. The charged particles with which the
なお上記実施形態では、検査試料にシリコン半導体中の金属配線パターンのプラグを用いていたが、本発明はこれに限定されない。試料中で吸収される電子の導電経路を、検査する全ての構造で一様にできるような構造を有するデバイスであればよい。 In the above embodiment, the plug of the metal wiring pattern in the silicon semiconductor is used for the inspection sample, but the present invention is not limited to this. Any device may be used as long as the conductive path of electrons absorbed in the sample can be made uniform in all structures to be inspected.
以上のように、実施の形態６に係る電子顕微鏡を用いた半導体素子の検査方法によれば、試料中で吸収される電子の導電経路を、検査する金属配線パターンに限定するため、金属配線パターンの両端を、電流計を経てアースに接地するように試料形成し、コンタクトから電流計に流れた吸収電流を検出して、個々のコンタクトの抵抗を相対的に求めることができる。 As described above, according to the semiconductor element inspection method using the electron microscope according to the sixth embodiment, the conductive path of electrons absorbed in the sample is limited to the metal wiring pattern to be inspected. A sample is formed so that both ends of the electrode are grounded via an ammeter, and an absorbed current flowing from the contact to the ammeter is detected to relatively determine the resistance of each contact.
この発明の第７の実施の形態を図２０〜図２３に基づいて説明する。 A seventh embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.
図２０（ａ）〜図２０（ｃ）および図２１は、本発明の実施の形態７に係る半導体素子検査のための薄片試料の形成方法において、試料の形態と構成を説明する平面図である。 20 (a) to 20 (c) and FIG. 21 are plan views illustrating the form and configuration of a sample in the method for forming a thin sample for semiconductor element inspection according to the seventh embodiment of the present invention. .
図２０（ａ）を参照すると、電子顕微鏡の試料ホルダに固定する際に用いる試料補強用リングを約１／２に切り取った半円リング１１０を示す図である。試料補強リングは電気抵抗の高いプラスティックや、金属製のリングを非導電体材料で被覆したものである必要がある。
Referring to FIG. 20 (a), it is a diagram showing a
図２０（ｂ）を参照すると、半円リング１１０の中央部含む約１／３を覆い隠せる板１１１を、半円リング上に被せている様子を示す図である。板１１１は真空中でガスを多量に出さないものである必要がある。このような状態で、真空蒸着機により、低抵抗の金属膜を蒸着し、蒸着後、板１１１を取り除く。
Referring to FIG. 20 (b), it is a diagram showing a state where a
図２０（ｃ）を参照すると、板１１１の被せてあった部分に、金属膜が蒸着されなかった分離部１１２ができていることを示す図である。半円リングの表面は金属膜蒸着部１１３が左右２箇所と、中央に金属膜が蒸着されていない分離部１１２とで構成され、半円リング裏面には、金属膜の蒸着は行わない。
Referring to FIG. 20 (c), it is a diagram showing that a
図２１を参照すると、ダイシングソーなどによって半円リング１１０の外周直径以下の大きさに切り出された試料１１４を、半円リング１１０に固定した状態を示す。試料１１４は、半導体表面側１１４を半円リングの切り取り面の方に向けて固定する。半円リング１１０の両端の金属膜蒸着部１１３に接着剤などで固定し、試料１１４の半導体表面側１１４の中央部に、電子線入射および透過方向に対して遮蔽する部分がないようにする必要がある。
Referring to FIG. 21, a state in which a
図２２は、本発明の実施の形態６における電子顕微鏡の試料ホルダ先端１１６の試料固定部１１７に図２１に示した半円リング１１０を取り付けた場合の構成を示す図である。試料固定部１１７上に半円リング１１０を載せ、板ばね１１８をねじ１１９で締めて、半円リングを試料ホルダ先端１１６に固定する。板ばね１１８の左側にはリード線１２０が取り付けられ、電流計１０４へと接続されている。また、板ばね１１８の右側にはリード線１２１が取り付けられ、電流計１０５へ接続されている。試料ホルダ先端１１６と試料固定部１１７は非道電材料で形成されているか、表面を被覆されていなければならない。
FIG. 22 is a diagram showing a configuration when the
図２３（ａ）、（ｂ）は、本発明の実施の形態７に係る半導体素子検査のための薄片試料の形成方法において、薄片試料の結線方法を説明する平面図である。 FIGS. 23A and 23B are plan views for explaining a method for connecting thin piece samples in the thin piece sample forming method for semiconductor element inspection according to the seventh embodiment of the present invention.
図２３（ａ）を参照すると、図２１の試料を半導体表面側からの上方図であり、ＦＩＢ加工による薄片試料部１２２を成形している。このときの薄片試料部１２２の厚さは、検査対象のプラグの直径よりも厚くしなくてはならない。
Referring to FIG. 23 (a), the sample of FIG. 21 is an upper view from the semiconductor surface side, and a
図２３（ｂ）を参照すると、薄片試料内部の金属配線の延長線上にＦＩＢ加工により加工穴を成形し、加工穴底が金属配線に到達した後、ＦＩＢによる金属膜の選択堆積１２３を行い、半円リング１１０上に形成した金属膜蒸着部１１３に接触させることで、左側の金属膜蒸着部１１３に接触している板ばね１１８に接続されたリード線１２０により電流計１０４へつながり、薄片試料部１２２に電子線２が走査されたときの吸収電流が検出できる。同様に、右側の金属膜蒸着部１１３に接触している板ばね１１８に接続されたリード線１２１より電流計１０５へつながり、薄片試料部１２２に電子線２が走査されたときの吸収電流が検出できる。
Referring to FIG. 23 (b), a processed hole is formed by FIB processing on the extension line of the metal wiring inside the thin sample, and after the bottom of the processed hole reaches the metal wiring,
このような半導体素子検査のための薄片試料の形成ができるのは、電子顕微鏡の試料ホルダに固定する際に用いる試料補強用リングに、電気的に分離した金属膜を蒸着することで、ＦＩＢによる金属膜の選択堆積の微小な配線に対して接続を容易とし、かつ試料ホルダとダイシングソーなどによって切り出された試料との電気的接続を容易とすることができたためである。 A thin sample for such a semiconductor element inspection can be formed by depositing an electrically separated metal film on a sample reinforcing ring used for fixing to a sample holder of an electron microscope, and using FIB. This is because it is possible to easily connect to a minute wiring for selective deposition of the metal film and to easily connect the sample holder and the sample cut out by a dicing saw or the like.
なお上記実施形態では、電子線を試料に照射するとしたが、本発明はこれに限定されない。試料６に照射する荷電粒子は、照射することによって試料中に電荷が生じるもので、偏向コイルによって試料を走査できるものであればよい。
In the above embodiment, the sample is irradiated with the electron beam, but the present invention is not limited to this. The charged particles with which the
なお上記実施形態では、検査試料にシリコン半導体中の金属配線パターンのプラグを用いていたが、本発明はこれに限定されない。試料中で吸収される電子の導電経路を、検査する全ての構造で一様にできるような構造を有するデバイスであればよい。 In the above embodiment, the plug of the metal wiring pattern in the silicon semiconductor is used for the inspection sample, but the present invention is not limited to this. Any device may be used as long as the conductive path of electrons absorbed in the sample can be made uniform in all structures to be inspected.
なお上記実施形態では、試料補強用リングに半円リングを用いていたが、本発明はこれに限定されない。試料の強度を高め、試料ホルダに検査用パターンの左右からの吸収電流の電気信号を伝えられるように、左右で電気的に分離されていればよい。 In the above embodiment, a semicircular ring is used as the sample reinforcing ring, but the present invention is not limited to this. What is necessary is just to isolate | separate electrically from right and left so that the intensity | strength of a sample can be raised and the electrical signal of the absorption current from the right and left of a test pattern can be transmitted to a sample holder.
なお上記実施形態では、試料ホルダへの試料の固定に板ばねを用いていたが、本発明はこれに限定されない。試料を試料ホルダに固定でき、試料ホルダ内部のリード線に検査用パターンの左右からの吸収電流の電気信号を伝えられるように、左右で電気的に分離されていればよい。 In the above embodiment, the leaf spring is used for fixing the sample to the sample holder, but the present invention is not limited to this. It is only necessary that the sample can be fixed to the sample holder and electrically separated on the left and right so that the electric signals of the absorption current from the left and right of the test pattern can be transmitted to the lead wires inside the sample holder.
以上のように、実施の形態７に係る半導体素子検査のための薄片試料の形成方法によれば、非導電材料の半円リングの片側に、前記半円リング中央を板で覆った状態で、導電性の金属膜を蒸着することで、試料ホルダに固定した後に、ＦＩＢでの金属膜の選択堆積によって取り出された試料中の吸収電流を容易に検出することができる。 As described above, according to the method for forming a thin piece sample for semiconductor element inspection according to the seventh embodiment, the semicircular ring center is covered with a plate on one side of the semicircular ring of the nonconductive material, By evaporating the conductive metal film, it is possible to easily detect the absorption current in the sample taken out by selective deposition of the metal film with FIB after being fixed to the sample holder.
本発明にかかる顕微鏡装置、顕微鏡画像処理方法および半導体素子の検査方法は、荷電粒子線を試料に照射し、２次的に発生する２種類以上の信号により、試料中に含まれる材質変化や電位による画像の濃淡のばらつきを抑えた、高品質の画像を構成することができ、電子顕微鏡装置として有用である。 The microscope apparatus, the microscope image processing method, and the semiconductor element inspection method according to the present invention are configured to irradiate a sample with a charged particle beam and to change a material or potential contained in the sample by two or more kinds of signals generated secondarily. Therefore, it is possible to construct a high-quality image in which variation in image density is suppressed, and is useful as an electron microscope apparatus.
１ 電子銃
２ 電子線
３，４ 電子レンズ
５ 試料ホルダ
６ 試料ホルダ５の先端に固定された試料
７ 偏向信号制御装置
８ 偏向コイル
９ ２次電子検出器
１０ 透過電子検出器
１１ 信号処理装置
１２ 表示装置
１３ 試料ホルダ５とアースに接地した配線
１４ 電流計
１５ 薄片試料厚さ
１６ シリコン基板
１７ トランジスタ
１８ 金属配線
１９ プラグ
２０，２１，２２ 金属配線
２３ 層間絶縁膜
２４ 走査線
２５ 走査点
２６ ２次電子
２７ 薄片試料中からはじきだされた電子
２８ 層間絶縁膜２３上を電子線２が走査した領域
２９ 金属配線１８上を電子線２が走査した領域
３０ 配線２１上を電子線２が走査した領域
３１ 層間絶縁膜２３上を電子線２が走査した領域
３２ 金属配線１８上を電子線２が走査した領域
３３ 金属配線２１上を電子線２が走査した領域
３４ 電流値幅
３５ 電子線２が走査した領域３０を含む領域
４０ 目的のシリコン半導体チップ
４１ ダミーシリコン基板
４２ 目的のシリコン半導体チップ４０の表面
４３ 穴
４４ 薄片試料部
４５ ０．１μｍ前後の試料厚み
４６ ４５の領域
４７ トランジスタのゲート電極
４８ 積層された金属配線構造
４９ ０．３μｍ前後の試料厚み
５０ ４９の領域
５１ トランジスタのゲート電極
５２ 積層された金属配線構造
５３ 走査線
５４，５６ 透過電子線
５５，５７ シリコン基板中でエネルギーを失った吸収電子による電流
５８ 補正前の透過電子の検出強度曲線
５９ 補正後の透過電子の検出強度線
７０ テーパ形状
７１ テーパ形状７０の斜面
７２ テーパ形状７０の中心線
８０ 低抵抗のプラグ
８１ 高抵抗のプラグ
８２ 1層目金属配線
８３ ２層目金属配線
８４ 配線間プラグ
８５ 走査線
８６ 走査点
８７ 走査点８６からプラグ底部までの抵抗
８８ シリコン基板を通じて電流計１４までの抵抗
８９ プラグの底部とシリコン基板表面との接触抵抗
９０ 電流値
９１ 電流値９０よりも低い電流値
１００ １層目金属配線
１０１ ２層目金属配線
１０２ 上下の金属配線との接触抵抗が低抵抗であるプラグ
１０３ １層目金属配線１００とプラグ底部の接触抵抗が高抵抗となっているプラグ
１０４，１０５ 電流計
１０６ 走査線
１０７，１０８ 吸収電流値のピーク
１１０ 半円リング
１１１ 半円リング１１０の中央部含む約１／３を覆い隠せる板
１１２ 金属膜が蒸着されなかった分離部
１１３ 金属膜蒸着部
１１４ ダイシングソーなどによって切り出された試料
１１５ 半導体表面側
１１６ 試料ホルダ先端
１１７ 試料固定部
１１８ 板ばね
１１９ ねじ
１２０，１２１ リード線
１２２ ＦＩＢ加工による薄片試料部
１２３ ＦＩＢによる金属膜の選択堆積
１３０ 電子線照射枠
１３１ 走査線
１３２ 領域３１での２次電子検出器９の強度
１３３ 領域３２での２次電子検出器９の強度
１３４ 領域３３の２次電子検出器９の強度
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electron gun 2 Electron beam 3, 4 Electron lens 5 Sample holder 6 Sample fixed to the tip of the sample holder 5 Deflection signal control device 8 Deflection coil 9 Secondary electron detector 10 Transmission electron detector 11 Signal processing device 12 Display Device 13 Wiring grounded to sample holder 5 and ground 14 Ammeter 15 Thin sample thickness 16 Silicon substrate 17 Transistor 18 Metal wiring 19 Plug 20, 21, 22 Metal wiring 23 Interlayer insulating film 24 Scan line 25 Scan point 26 Secondary electron 27 Electrons repelled from thin sample 28 Region 29 scanned by electron beam 2 on interlayer insulating film 23 Region 30 scanned by electron beam 2 on metal interconnect 18 Region 31 scanned by electron beam 2 on interconnect 21 Region 32 scanned by electron beam 2 on interlayer insulating film 23 Region 33 scanned by electron beam 2 on metal interconnect 18 Region scanned by electron beam 2 on metal interconnect 21 34 Current value width 35 Region 40 including region 30 scanned by electron beam 2 Target silicon semiconductor chip 41 Dummy silicon substrate 42 Surface 43 of target silicon semiconductor chip 40 Hole 44 Thin sample portion 45 Sample thickness 46 45 around 0.1 μm Region 47 transistor gate electrode 48 layered metal wiring structure 49 sample thickness 50 around 0.3 μm region 51 transistor gate electrode 52 layered metal wiring structure 53 scanning lines 54, 56 transmission electron beams 55, 57 Current 58 due to absorbed electrons losing energy in silicon substrate 58 Detection intensity curve of transmission electron before correction 59 Detection intensity line 70 of transmission electron after correction Tapered shape 71 Slope 72 of taper shape 70 Center line 80 of taper shape 70 Low Resistance plug 81 High resistance plug 82 First layer metal wiring 83 Second layer metal wiring 84 Inter-wiring plug 85 Scan line 86 Scan point 87 Resistance 88 from the scan point 86 to the bottom of the plug Resistance 89 from the silicon substrate to the ammeter 14 Contact resistance 90 between the bottom of the plug and the silicon substrate surface Current value 91 Current value 90 Low current value 100 First layer metal wiring 101 Second layer metal wiring 102 Contact resistance between the upper and lower metal wirings is low resistance 103 Contact resistance between the first layer metal wiring 100 and the bottom of the plug is high resistance Plugs 104 and 105 Ammeter 106 Scanning lines 107 and 108 Absorption current value peak 110 Semicircular ring 111 Plate that can cover about 1/3 including the central portion of the semicircular ring 110 112 Separation part 113 on which no metal film was deposited Metal film deposition unit 114 Sample 115 cut out by dicing saw, etc.
Claims (5)
前記荷電粒子線を前記試料に照射した際に、前記試料ホルダとアースに接地した配線との間に流れる、電流変化を検出するための電流計と、
前記電流計により検出された第１の信号と、前記２次電子検出器で検出された第２の信号または前記透過電子検出器で検出された第３の信号とを入力とする信号処理装置とを備え、
前記信号処理装置は、前記電流計により検出された前記第１の信号が、帯電現象を起こしていることを示す電流値幅の範囲に含まれるかどうかを判定し、前記試料の、同じ材質の領域から検出された前記第２の信号の強度を等しくする補正が必要な前記画像のアドレスを決定する機能を有していることを特徴とする顕微鏡装置。 A sample for observation having a sliced portion is attached to a sample holder, and when the sample is irradiated with a charged particle beam, a secondary electron detector that detects secondary electrons generated from the sample or transmitted through the sample A microscope apparatus that constructs an image using a transmission electron detector that detects transmission electrons,
An ammeter for detecting a change in current flowing between the sample holder and a wiring grounded to the ground when the charged particle beam is irradiated onto the sample; and
A signal processing device that receives as input a first signal detected by the ammeter and a second signal detected by the secondary electron detector or a third signal detected by the transmission electron detector; With
The signal processing device determines whether the first signal detected by the ammeter is included in a range of a current value width indicating that a charging phenomenon occurs, and an area of the same material of the sample A microscope apparatus having a function of determining an address of the image that needs to be corrected to equalize the intensity of the second signal detected from .
前記信号処理装置は、表示装置へ画像を構成する第４の信号が出力することを特徴とする顕微鏡装置。 The microscope apparatus according to claim 1, wherein
The microscope apparatus characterized in that the signal processing device outputs a fourth signal constituting an image to a display device.
前記荷電粒子線を任意の領域に走査させる偏向コイルを制御する偏向信号制御装置を備え、
前記信号処理装置は、前記偏向信号制御装置から入力されている第５の信号に同期させて、前記第４の信号を前記表示装置へ出力することを特徴とする顕微鏡装置。 The microscope apparatus according to claim 2, wherein
A deflection signal control device that controls a deflection coil that scans the charged particle beam in an arbitrary region;
The microscope apparatus, wherein the signal processing device outputs the fourth signal to the display device in synchronization with a fifth signal input from the deflection signal control device.
前記信号処理装置は、前記アースに導通している第１の金属配線の２次電子の検出強度Ａと前記アースに導通していない第２の金属配線の２次電子の検出強度Ｂから補正係数Ａ／Ｂを決定し、前記２次電子検出器で検出された前記第２の信号に、前記補正係数Ａ／Ｂを乗算して補正する機能を有していることを特徴とする顕微鏡装置。 The microscope apparatus according to any one of claims 1 to 3,
The signal processing device corrects a correction coefficient from a detection intensity A of secondary electrons of the first metal wiring that is conductive to the ground and a detection intensity B of secondary electrons of the second metal wiring that is not conductive to the ground. A microscope apparatus having a function of determining A / B and correcting the second signal detected by the secondary electron detector by multiplying by the correction coefficient A / B.
前記電流計は、前記荷電粒子線を前記試料に照射した際に前記試料中に生じる１×１０-12Ｃ以下の電荷量を検出できることを特徴とする顕微鏡装置。 In the microscope apparatus according to any one of claims 1 to 4 ,
2. The microscope apparatus according to claim 1, wherein the ammeter is capable of detecting a charge amount of 1 × 10 −12 C or less generated in the sample when the charged particle beam is irradiated onto the sample.
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