JP5296413B2 - 複合荷電粒子ビーム装置を用いた断面画像取得方法および複合荷電粒子ビーム装置 - Google Patents
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Description
この方法は、複合荷電粒子ビーム装置を利用したCut&Seeと呼ばれる手法で、資料の断面像を見ることができることに加え、試料の立体的な観察を様々な方向から行うことができるという、他の方法にはない利点を有している。具体的には、試料に対してFIBを照射してエッチング加工を行い、断面を露出させる。続いて、露出した断面をSEM観察して断面像を取得する。続いて、再度エッチング加工を行って、次の断面を露出させた後、SEM観察により2枚目の断面像を取得する。このように、エッチング加工とSEM観察とを繰り返して、複数枚の断面像を取得する。そして、取得した複数枚の断面像を最後に重ね合わせることで、三次元画像を構築する方法である。
そこで従来技術では、FIBドリフトを補正した上でFIBを照射し、エッチング加工を行っている。
近時では、試料の細部を観察するため、断面像の撮影倍率を増加させる傾向にある。そのため、SEMドリフトによりSEM画像内から観察対象断面が外れる可能性が増加している。
また、所定時点の断面から現在の断面までの距離tと、断面に対する荷電粒子ビームの入射角度θとに基づいて、同じ位置で荷電粒子ビームをふらせて走査した時、所定時点に対する現在の断面像の画面上におけるオフセット量をt・sinθとして正確に算出することができる。そのオフセット量を補正して断面像を撮影するので、断面のスライス量が多くなっても、断面像における断面位置のオフセットを防止することが可能になる。したがって、所定位置に断面が配置された複数の断面像を取得することができる。なお、ドリフト量とともにオフセット量を補正して断面像を撮影するので、撮影時の着目領域にプラスされるマージン領域の増加を抑制することができる。
この場合には、断面の近傍にリファレンスマークが存在しない場合でも、マーク画像を撮影してドリフト量を算出することができる。
この場合には、倍率変更に時間を要しないので、撮影時間の増加を抑制することができる。
この場合には、別途リファレンスマークを形成する必要がないので、試料加工工程を簡略化して必要とされる準備作業を削減することができる。
この発明によれば、断面への不純物の付着(コンタミネーション)による断面像の画質劣化を防止することができる。また、所定時点に対する現在の断面のオフセット量を正確に算出することができる。さらに、断面のスライス量が多くなっても、断面像における断面位置のオフセットを防止することが可能になる。したがって、高倍率で断面像を撮影する場合でも、所定位置に断面が配置された複数の断面像を取得することができる。
この場合には、断面の近傍にリファレンスマークが存在しない場合でも、マーク画像を撮影してドリフト量を算出することができる。
この場合には、倍率変更に時間を要しないので、撮影時間の増加を抑制することができる。
また、所定時点の断面から現在の断面までの距離tと、断面に対する荷電粒子ビームの入射角度θとに基づいて、同じ位置で荷電粒子ビームをふらせて走査した時、所定時点に対する現在の断面像の画面上におけるオフセット量をt・sinθとして正確に算出することができる。そのオフセット量を補正して断面像を撮影するので、断面のスライス量が多くなっても、断面像における断面位置のオフセットを防止することが可能になる。したがって、高倍率で断面像を撮影する場合でも、所定位置に断面が配置された複数の断面像を取得することができる。
(複合荷電粒子ビーム装置)
図1は、本実施形態に係る複合荷電粒子ビーム装置の概略構成図である。本実施形態に係る複合荷電粒子ビーム装置は、集束イオンビーム(FIB)及び電子ビーム(EB)の2種類の荷電粒子ビームをそれぞれ照射することが可能な、FIB−SEM複合タイプの荷電粒子ビーム装置である。この複合荷電粒子ビーム装置は、試料2が載置される試料台3と、該試料台3を変位させるステージ4と、試料2に対してFIB及びEBを照射する照射機構5と、FIB及びEBの照射によって発生した二次荷電粒子Eを検出する二次荷電粒子検出器6と、FIBが照射される試料2の表面付近にデポジション膜DPを形成するための原料ガスGを供給するガス銃7と、検出された二次荷電粒子Eに基づいて試料2の画像データを生成する制御部8と、生成された画像データを表示する表示部9とを備えている。
また制御部8は、二次荷電粒子検出器6で検出された二次荷電粒子Eを輝度信号に変換して試料像(断面像およびマーク画像)を生成している。そして、生成した試料像をメモリ部8aに記憶して取得すると共に、表示部9に表示させている。これにより、オペレータは、生成された試料像を確認できるようになっている。
次に、本実施形態に係る複合荷電粒子ビーム装置を用いた断面画像取得方法について説明する。
図2は本実施形態に係る断面画像取得方法のフローチャートであり、図3は加工された試料の斜視図である。本実施形態では、試料2における観察対象断面40の内部構造を解析するため、複数の断面30〜33において観察対象断面40を含む画像(断面像)を撮影し、これら断面像を三次元的に重ね合わせることにより、観察対象断面40の三次元画像を構築する。具体的には、FIBを照射して観察対象断面40を含む断面31を露出させる断面露出加工工程(S30)と、断面31にEBを走査して断面像を撮影する断面像撮影工程(S52)とを、断面31〜33について繰り返し行う。
次に、SEMドリフト補正用のマーク基準画像を撮影する(S10)。
図4は、ある所定時点におけるSEM観察視野である。まず、マークMがSEM観察視野W0に入るように、SEMの倍率を調整する(倍率調整工程;S11)。後述する断面像撮影用の倍率調整工程(S50)では、観察対象断面40の細部を撮影するため高倍率に設定するのに対して、この倍率調整工程(S11)では、観察対象断面40から離間配置されたマークMを撮影するため低倍率に設定する。なお、マークMがSEM観察視野内に配置されている場合には、倍率調整工程(S11)を省略し、断面像撮影時と同じ高倍率を採用してもよい。
次に、ドリフト量算出手段によりFIBドリフト量を算出する(FIBドリフト量算出工程;S20)。具体的には、まず図3に示す試料2の上方からFIBを走査して、マークMを含むマーク画像を撮影する(マーク画像撮影工程;S22)。次に、マーク画像におけるマークMの重心を算出する。そして、今回撮影したマーク画像におけるマーク重心位置と、所定時点に撮影したマーク基準画像におけるマーク重心位置とを比較し、両者のずれ量をFIBドリフト量として算出する(ドリフト量算出工程;S24)。
次に、ドリフト量算出手段によりSEMドリフト量を算出する(SEMドリフト量算出工程;S40)。
図5は、現在のSEM観察視野である。まず、マーク基準画像の撮影時と同じ倍率に、SEMの倍率を調整する(倍率調整工程;S41)。次に、マーク基準画像の撮影時と同じ領域MRにEBを走査して、マーク画像を撮影する(マーク画像撮影工程;S42)。図5では、SEM観察視野W1のうち領域MRのみにEBを走査して、マークM1を含むマーク画像51を撮影する。
図6は、ドリフト量算出工程の説明図である。まず、マーク基準画像50とマーク画像51とのパターンマッチングを行ってマーク画像51の移動量(−y1,−z1)を算出しSEMドリフト量とする。
図7は、観察対象断面のオフセットの説明図であり、図3のA−A線における断面図である。また図8は観察対象断面がオフセットした状態の断面像である。本実施形態では、図7に示すように、光軸がXZ平面と平行なSEM鏡筒から、断面30,31の斜め上方より、EBを照射して断面像を撮影する。そのため、SEM鏡筒内で同じ範囲内でEBを偏向移動して観察対象断面を走査した時に、SEM鏡筒から見て奥側にある断面31の観察対象断面41は、手前側にある断面30の観察対象断面40より、図8に示す断面像において上方にオフセットすることになる。
図7において、断面30,31の法線Lに対するEBの入射角度をθとし、断面30から断面31までの距離をtとする。このとき、断面像における観察対象断面のオフセット量は、t・sinθで表すことができる。
なお、図4に示す低倍率のSEM観察視野W0のまま、一部領域60のみをEB走査し、撮影された画像60を拡大して断面像を得ることも可能である(デジタルズーム相当手法)。この場合には、倍率変更に時間を要しないので、撮影時間の増加を抑制することができる。
dy=−y1
dz=−z1+t・sinθ
図9は、第1補正方法の説明図である。図5に示すSEM観察視野W1から、視野中心を全補正量(dy,dz)だけ移動させて倍率を拡大すると、図9に示すSEM観察視野T1になる。このSEM観察視野T1の全領域をEB走査して断面像61を得る。その結果、断面像61の観察対象断面41の位置は、所定時点における断面像60の観察対象断面40の位置に一致する。このようにEB走査領域を補正すれば、観察対象断面が常に所定位置に配置された断面像を得ることができる。
S60の判断がYesの場合にはS62に進み、撮影した複数の断面像を重ね合わせ、観察対象断面の三次元画像を作成する。本実施形態では、観察対象断面が常に所定位置に配置された断面像が得られているので、複数の断面像を位置合わせすることなく単純に重ね合わせることで、観察対象断面の三次元画像を得ることができる。
この構成によれば、SEMドリフト量を算出し、そのドリフト量を補正して断面像を撮影するので、高倍率で断面像を撮影する場合でも、所定位置に断面が配置された複数の断面像を取得することができる。その際、断面以外の領域をEB走査してマーク画像を撮影するので、断面への不純物の付着(コンタミネーション)による断面像の画質劣化を防止することができる。
例えば、上記実施形態における「所定時点」は最初の断面像の撮影時としたが、直前の断面像の撮影時を「所定時点」に設定してもよい。
Claims (7)
- 試料に集束イオンビーム鏡筒からの集束イオンビームを、前記試料表面の垂直方向から走査して前記試料の断面を露出させる断面露出工程と、前記断面に前記集束イオンビーム鏡筒の光軸と鋭角をなすように光軸が配置された荷電粒子ビーム鏡筒からの荷電粒子ビームを走査して前記試料の断面像を撮影する断面像撮影工程と、を繰り返し行って、複数の前記断面像を取得する画像取得方法であって、
断面露出工程の所定時点で、前記断面露出部近傍の試料表面に位置するリファレンスマークに前記荷電粒子ビームを走査して、該リファレンスマークの画像を撮影するリファレンスマーク画像撮影工程と、
前記所定時点に撮影された前記リファレンスマーク画像の位置を基準位置として、前記所定時点より後になされた断面露出工程時に撮影された前記リファレンスマーク画像の位置の前記基準位置からのズレ量に基づいて現在の前記荷電粒子ビームのドリフト量を算出するドリフト量算出工程と、
を有し、
前記所定時点より後になされた断面露出工程で露出された断面に対する前記断面像撮影工程では、前記所定時点の前記断面から、前記所定時点より後になされた断面露出工程で露出された断面までの距離をt、前記断面法線方向に対する前記荷電粒子ビームの入射角度をθとして、前記所定時点における前記断面に対する前記荷電粒子ビームの走査領域を、前記ドリフト量にt・sinθを加えた量に基づいて補正し、前記断面像を撮影する、
ことを特徴とする複合荷電粒子ビーム装置を用いた断面画像取得方法。 - 前記リファレンスマーク画像撮影工程では、前記断面像撮影工程より倍率を低くして前記リファレンスマーク画像を撮影することを特徴とする請求項1に記載の複合荷電粒子ビーム装置を用いた断面画像取得方法。
- 前記断面像撮影工程では、前記リファレンスマーク画像撮影工程と同じ倍率を撮影条件にして、撮像する領域を前記断面像領域に限定して拡大撮像することを特徴とする請求項1に記載の複合荷電粒子ビーム装置を用いた断面画像取得方法。
- 前記リファレンスマークは、前記集束イオンビームのドリフト量の算出に兼用されることを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の複合荷電粒子ビーム装置を用いた断面画像取得方法。
- 試料表面の垂直方向から前記試料に集束イオンビームを走査して前記試料の断面を露出させる集束イオンビーム鏡筒と、
前記集束イオンビーム鏡筒の光軸と鋭角をなすように光軸が配置され、前記断面に荷電粒子ビームを走査する荷電粒子ビーム鏡筒と、
前記荷電粒子ビーム鏡筒を用いて前記試料の断面像を撮影する断面像撮影手段と、
を有する複合荷電粒子ビーム装置であって、
前記断面像撮影手段は、前記断面露出部近傍の試料表面に位置するリファレンスマークに前記荷電粒子ビームを走査して、該リファレンスマークの画像を撮影しうるように形成され、
断面露出時の所定時点で撮影された前記リファレンスマーク画像の位置を基準位置として、前記所定時点より後になされた断面露出時に撮影された前記リファレンスマーク画像の位置の前記基準位置からのズレ量に基づいて現在の前記荷電粒子ビームのドリフト量を算出するドリフト量算出手段を備え、
前記断面像撮影手段は、前記所定時点の前記断面から、前記所定時点より後に露出された断面までの距離をt、前記断面法線方向に対する前記荷電粒子ビームの入射角度をθとして、前記所定時点における前記断面に対する前記荷電粒子ビームの走査領域を、前記ドリフト量にt・sinθを加えた量に基づいて補正し、前記断面像を撮影しうるように形成されている、
ことを特徴とする複合荷電粒子ビーム装置 - 前記断面像撮影手段は、前記断面像撮影時より倍率を低くして前記リファレンスマーク画像を撮影しうるように形成されていることを特徴とする請求項5に記載の複合荷電粒子ビーム装置。
- 前記断面像撮影手段は、前記リファレンスマーク画像撮影時と同じ倍率を撮影条件にして、撮像する領域を前記断面像領域に限定して拡大撮像するように形成されていることを特徴とする請求項5に記載の複合荷電粒子ビーム装置。
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