JPH02123749A - 断面加工観察装置 - Google Patents

断面加工観察装置

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JPH02123749A JP63278036A JP27803688A JPH02123749A JP H02123749 A JPH02123749 A JP H02123749A JP 63278036 A JP63278036 A JP 63278036A JP 27803688 A JP27803688 A JP 27803688A JP H02123749 A JPH02123749 A JP H02123749A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体、特に超微細加工によりＳｉ等のウェハ
ーに高密度に集積されたＬＳＩのプロセス評価に用いよ
うとするもので、半導体製造プロセスの問題点を発見す
るための断面加工観察装置に関する。
〔従来の技術と本発明が解決しようとする問題点〕ＬＳ
Ｉの集積度を向上させるには、各素子を小さく作る事と
同時に、多層配線やトレンチキャパシタのように三次元
構造を持った集積回路が有力視されている。またこれに
伴い、半導体製造プロセスはますます複雑になり、数十
から数百の行程が必要となっている。これらの行程の評
価には、従来走査電子顕微鏡による表面観察が主に用い
られていた。しかし三次元構造の解析には、内部構造の
評価が必要となり走査電子顕微鏡による非破壊表面観察
では限度があるので、試料を機械的に割るか切断して、
断面形状の観察を行っていた。
この機械的方法ではある特定の場所を観察することが大
変難しい。特に不良解析ではＬＳＩの特定の場所の断面
を見る必要がある。例えば多層配線の上下間を接続する
コンタクトホールは１チツプ上に無数にあるが不良とな
っている個所は１個か精々数か所で、これを従来の機城
的切断、研磨。
エツチング等の方法では、位置の精度が出ないからある
特定の不良コンタクトホールの解析が難しかった。
第１図はＬＳＩのコンタクトホール部を上面から観察し
た所で、１はアルミ配線、２はポリシリコン配線、３は
コンタクトホール部である。この様な部分の断面観察を
行うには１図中の一点破線４の部分で切断する。第２図
は断面図で、１はアルミ配線、２はポリシリコン配線、
３は保護膜（窒化シリコン等）、４はシリコン基板であ
る。
走査イオン顕微鏡でイオンスパッタにより、第１図４の
クレータを作り、試料ステージを傾斜させ、第２図の如
き観察を行う方法が実用化されつつあるが、この方法で
は断面形状を連続的に観察するにはステージを、加工角
度（通常、水平）と観察角度（４５度から６０度位）を
何回か往復せねばならず、機械的誤差や、煩わしい操作
が必要となる。また加工中は断面が見えないので、微小
な異物や異常形状を見逃す危険がある。
〔課題を解決するための手段〕
ＯｉＩ記問題点を解決するために、本発明が採用する主
たる構成は、試料面を走査照射するイオンビーム照射系
と電子ビーム照射系、各ビーム照射時に試料から放出さ
れる２次電子を捕らえる検出器、上記検出器の出力を表
示する像表示装置、および、ビーム切換器とからなり、
上記イオンビーム照射系と上記電子ビーム照射系は互い
にその照射軸を９０度または９０度より狭い角度に配置
され、試料上の同一点にイオンビームおよび電子ビーム
を走査照射できるように、同一試料室に装着されており
、−上記ヒーム切換器は、上記イオンビームとＮ　子ビ
ームとを交互に切換えるものであり、上記像表示装置は
、上記切換器の切換え動作に応して上記検出器の出力を
試料表面像および断面加工像として表示するものである
ことを特徴とする断面加工観察装置である。
また、上記電子ビーム照射系をイオン照射系に置換した
断面加工観察装置を提供するものである。
〔作用〕
試料を、イオンビーム軸に垂直、あるいは垂直に近い角
度に置き、イオンビーム照射系の走査イオン顕微鏡機能
により加工位置を同定する。
次に加工位置にイオンビームを集中させスパッタにより
溝堀加工を行う。加工進行中、ビーム切換器によりイオ
ンビーム照射から電子ビーム照射に切換えて、斜方向か
ら電子ビームを照射し観察を行う。その後、また、ビー
ム切換器をイオンビーム照射系に切換えて溝堀加工を行
う。この操作を適宜回数繰り返す。
断面観察用の電子ビーム照射系に代えて、イオンビーム
照射系を用いた場合でも、断面加工部の観察ができるこ
とは明らかである。
このように、断面加工と断面加工部の観察とは独立の照
射系で行うので、リアルタイムで断面加工部の観察が可
能である。
〔実施例〕
以下図面を参照しつつ本発明の実施例を詳細に説明する
。
第３図は本発明の概念図である。図中の１はイオン源、
２はコンデンサレンズ、３はビームブランキング、４は
対物レンズ、５はＸＹ偏向電極、６は試料７から発生す
る二次電子を捕らえる検出器で、以上１から７までで走
査イオン顕微鏡を構成する。８は電子銃、９はコンデン
サレンズ、１０はビームブランキング、１１は対物レン
ズ、１２はＸＹ偏向電極で、以上８から！２までで走査
電子顕微鏡筒部を構成し、試料７に細くしぼった電子線
を照射し試料から放出される二次電子を検出器６で捕ら
える。試料から出る二次電子はイオンビーム励起の時も
電子ビーム励起の二次電子も区別が付かないから走査像
を得ようとする場合は、イオンビームと電子ビームを同
時に照射することは出来ない。
このため１３に示すビーム切換器を用い、走査像を表示
するために、イオン照射系と電子照射系との切換を行う
。
また、１４は像表示用デイスプレィで、この実施例では
制御用コンピュータのＣＲＴ、１５．１６はデイスプレ
ィ中に設けられた夫々の像を表示するエリアである。
第１図で示すコンタクトホール部を横切る直線部（破線
部で示す）の断面を観察する例について説明する。
このために、第１図の破線で囲む矩形部をイオンビーム
照射により溝堀加工して、コンタクトホール部を切る断
面部を露出させ、これを斜め方向からの電子線ビーム照
射に切換えて観察する。
この場合、本発明装置では、溝堀加工用のイオンビーム
照射系と断面観察用の電子線ビーム照射系とが独立に設
けられているので、加工作業中必要に応じて、リアルタ
イムにイオンビーム照射系の走査をビーム切換器により
電子ビーム照射系の走査に切換えて、夫々の像表示エリ
ア１５．１６に同期した二次電子強度を輝度変調像とし
て表示する。
これにより、１５には試料７の断面電子顕微鏡像が得ら
れ、１６には加工中の試料表面を示すイオン像が得られ
る。
この構成により目的とする場所の断面形状の観察を連続
的に行うことができる。
また、試料を保持する試料ステージにその傾斜角度が可
変な構造のものを使えば、イオンビーム加工が任意な角
度で行うことができるので、断面観察の自由度が増加す
る。
〔発明の効果〕
本発明は、上記の構成により目的とする場所の断面形状
を加工中でも、必要に応じて即時照射系を切換えるだけ
で観察できるので、微小な異物や異状形状を直ちに発見
できる効果を有する。
また、加工時と観察時とで試料ステージの傾斜角を切換
える操作を必要とする従来の技術のような煩わしい操作
や操作に伴う機械的誤差が入る余地がないなど本発明の
効果は多大である。
【図面の簡単な説明】
第１図はＬＳＩのコンタクトホール部の上面図、第２図
は第１図中の断面図、第３回は本発明の一実施例を示す
図である。。 １　・　・ ３　・　・ ６　・　・ ７　・　・ ８　・　・ １０・　・ １３・　・ １４・　・ １５・　・ １６・　・ ２１・　・ ２２・　・ ２３・　・ ２４・　・ ２５・　・ ２６・　・ ・イオン銃 ・ビームブランキング電極 ・二次電子検出器 試料 ・電子銃 ・ビームブランキングコイル ・ビーム切換器 ・表示用ＣＲＴ ・電子線励起二次電子像表示エリア ・イオン励起二次電子像表示エリア ・アルミ配線 ・ポリシリコン配線 ・コンタクトホール部 ・加工エリア ・保護膜 ・シリコン基板　　　　　　　　以

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）試料面を走査照射するイオンビーム照射系と電子
    ビーム照射系、各ビーム照射時に試料から放出される２
    次電子を捕らえる検出器、上記検出器の出力を表示する
    像表示装置、および、ビーム切換器とからなり、上記イ
    オンビーム照射系と上記電子ビーム照射系は互いにその
    照射軸を９０度または９０度より狭い角度に配置され、
    試料上の同一点にイオンビームおよび電子ビームを走査
    照射できるように、同一試料室に装着されており、上記
    ビーム切換器は、上記イオンビームと電子ビームとを交
    互に切換えるものであり、上記像表示装置は、上記切換
    器の切換え動作に応じて上記検出器の出力を試料表面像
    および断面加工像として表示するものであることを特徴
    とする断面加工観察装置。
  2. （２）請求項１における電子ビーム照射系をイオン照射
    系に置換した断面加工観察装置。
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