JPH087121B2 - 集束荷電ビーム加工方法 - Google Patents
集束荷電ビーム加工方法Info
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- JPH087121B2 JPH087121B2 JP2192641A JP19264190A JPH087121B2 JP H087121 B2 JPH087121 B2 JP H087121B2 JP 2192641 A JP2192641 A JP 2192641A JP 19264190 A JP19264190 A JP 19264190A JP H087121 B2 JPH087121 B2 JP H087121B2
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- ion beam
- focused ion
- etching
- thin wall
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Links
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Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
- H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
- H01J2237/30—Electron or ion beam tubes for processing objects
- H01J2237/317—Processing objects on a microscale
- H01J2237/3174—Etching microareas
- H01J2237/31745—Etching microareas for preparing specimen to be viewed in microscopes or analyzed in microanalysers
Landscapes
- Sampling And Sample Adjustment (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、集束荷電ビーム加工装置を用い、被加工試
料の薄壁を作成する加工方法に係り、被加工試料として
特に断面TEM（透過電子顕微鏡）用試料を、簡単でより
最適な形状に加工する、集束荷電ビーム加工方法に関す
る。
料の薄壁を作成する加工方法に係り、被加工試料として
特に断面TEM（透過電子顕微鏡）用試料を、簡単でより
最適な形状に加工する、集束荷電ビーム加工方法に関す
る。
本発明は、集束荷電ビーム加工装置を用いて、被加工
試料の薄壁加工、特に断面TEM用試料の作成において、
加工位置、加工形状、断面等の確認が難しいという問題
点を斜め照射電子ビーム励起の二次荷電粒子像を得るこ
とにより、加工作業中必要に応じて加工状態を確認し、
最適な薄壁を作成するようにした方法である。
試料の薄壁加工、特に断面TEM用試料の作成において、
加工位置、加工形状、断面等の確認が難しいという問題
点を斜め照射電子ビーム励起の二次荷電粒子像を得るこ
とにより、加工作業中必要に応じて加工状態を確認し、
最適な薄壁を作成するようにした方法である。
最近、断面TEM用試料の作成を、集束イオンビーム加
工装置で行い、試料の特定の場所の断面TEM観察結果が
報告されている。（第37回応用物理学会 1990.3「集束
イオンビームを用いた断面TEM試料作成法」）この方法
は、従来のイオンミリングによる方法に比べると、短時
間に試料の特定の場所の断面TEM試料作成ができる。
工装置で行い、試料の特定の場所の断面TEM観察結果が
報告されている。（第37回応用物理学会 1990.3「集束
イオンビームを用いた断面TEM試料作成法」）この方法
は、従来のイオンミリングによる方法に比べると、短時
間に試料の特定の場所の断面TEM試料作成ができる。
従来装置の一実施例である、集束イオンビーム加工装
置を、第２図に示す。イオン源１にガリウム等の液体金
属イオン源を用い、イオン源から引き出したイオンビー
ム２は、コンデンサレンズ３、ビームブランキング電極
４、可動絞り５、スティグメータ電極６、対物レンズ
７、XY偏向電極８を含むイオン光学系３〜８により集束
・走査され、試料９表面を照射する。イオンビーム２
は、試料９表面をエッチング加工するとともに、試料９
表面よりイオンビーム２励起の二次荷電粒子19を放出す
る。この二次荷電粒子19を二次荷電粒子検出器20で検出
し、SIM（Scanning Ion Microscopl:走査イオン顕微
鏡）像を、観察用CRT29に表示する。
置を、第２図に示す。イオン源１にガリウム等の液体金
属イオン源を用い、イオン源から引き出したイオンビー
ム２は、コンデンサレンズ３、ビームブランキング電極
４、可動絞り５、スティグメータ電極６、対物レンズ
７、XY偏向電極８を含むイオン光学系３〜８により集束
・走査され、試料９表面を照射する。イオンビーム２
は、試料９表面をエッチング加工するとともに、試料９
表面よりイオンビーム２励起の二次荷電粒子19を放出す
る。この二次荷電粒子19を二次荷電粒子検出器20で検出
し、SIM（Scanning Ion Microscopl:走査イオン顕微
鏡）像を、観察用CRT29に表示する。
上記従来のイオンビーム加工装置を用いて、試料の薄
壁加工、特に断面TEM用試作の作成を行う場合、機械研
磨で数10μｍ程度に削り込んだ試料の観察場所の前後
を、イオンビームエッチング加工で除去し、１μｍ以下
の薄い壁を残す。そして、SIM像観察時の、イオンビー
ム照射によるダメージを避けるために、試料の加工位
置、加工形状、断面等の確認はSEM（Scanning Electron
Microscope:走査電子顕微鏡）像観察で行い、必要に応
じて再加工を行っていた。
壁加工、特に断面TEM用試作の作成を行う場合、機械研
磨で数10μｍ程度に削り込んだ試料の観察場所の前後
を、イオンビームエッチング加工で除去し、１μｍ以下
の薄い壁を残す。そして、SIM像観察時の、イオンビー
ム照射によるダメージを避けるために、試料の加工位
置、加工形状、断面等の確認はSEM（Scanning Electron
Microscope:走査電子顕微鏡）像観察で行い、必要に応
じて再加工を行っていた。
この方法では、試料の加工と加工後の観察を別々に真
空装置で行うため、真空排気、試料の位置出し等に時間
がかかった。また、試料の薄壁の表面層が、イオンビー
ム照射によりエッチングされたり、薄型のすそが広がり
場所（深さ）によって厚さが異なる形状に加工され、広
範囲の断面TEM観察ができないなどの問題点があった。
空装置で行うため、真空排気、試料の位置出し等に時間
がかかった。また、試料の薄壁の表面層が、イオンビー
ム照射によりエッチングされたり、薄型のすそが広がり
場所（深さ）によって厚さが異なる形状に加工され、広
範囲の断面TEM観察ができないなどの問題点があった。
本発明は、上記問題点を解決するために、イオンビー
ム加工装置に、電子ビーム照射系を装着した集束荷電ビ
ーム加工装置を用い、電子ビーム励起の二次荷電粒子像
観察と局所成膜、それに試料の傾斜を行うことにより、
被加工試料、特に断面TEM用試料に最適な薄壁を作成す
ることを特徴とする。
ム加工装置に、電子ビーム照射系を装着した集束荷電ビ
ーム加工装置を用い、電子ビーム励起の二次荷電粒子像
観察と局所成膜、それに試料の傾斜を行うことにより、
被加工試料、特に断面TEM用試料に最適な薄壁を作成す
ることを特徴とする。
イオンビーム照射系と電子ビーム照射系が、互いにそ
の照射軸を90度より狭い角度で、被加工試料上の同一点
を照射できるように、同一試料室に装着した集束荷電ビ
ーム加工装置を用いることにより、被加工試料のイオン
ビームエッチング加工中、必要に応じて、イオンビーム
を電子ビームに切換え、SEM像による加工状態観察がで
きる。また、イオンビームエッチング前に、被加工試料
表面に局所成膜することで、試料表面の保護と平坦化を
行い、加工仕上がりを良好にする。さらに、イオンビー
ムエッチング時に、被加工試料を数度傾斜することで、
薄壁を垂直にすることができる。従って、本発明は被加
工試料、特に断面TEM用試料を、最適な形状に加工する
ことが可能である。
の照射軸を90度より狭い角度で、被加工試料上の同一点
を照射できるように、同一試料室に装着した集束荷電ビ
ーム加工装置を用いることにより、被加工試料のイオン
ビームエッチング加工中、必要に応じて、イオンビーム
を電子ビームに切換え、SEM像による加工状態観察がで
きる。また、イオンビームエッチング前に、被加工試料
表面に局所成膜することで、試料表面の保護と平坦化を
行い、加工仕上がりを良好にする。さらに、イオンビー
ムエッチング時に、被加工試料を数度傾斜することで、
薄壁を垂直にすることができる。従って、本発明は被加
工試料、特に断面TEM用試料を、最適な形状に加工する
ことが可能である。
以下本発明の実施例について、図面を参照して説明す
る。
る。
第１図は本発明に適用した装置の実施例の構成を示す
概略図である。イオン源１にガリウム液体金属イオン源
を用い、イオン源１より引き出したイオンビーム２は、
イオン光学系で加速・集束され、XY偏向電極８と試料ス
テージ10により、試料９上の任意の場所を走査する。試
料９から放出する二次荷電粒子19は、二次荷電粒子検出
器20で検出され、表示用CRT25のSIM用表示エリア26に、
二次荷電粒子像が表示される。以上がSIMの装置構成で
ある。
概略図である。イオン源１にガリウム液体金属イオン源
を用い、イオン源１より引き出したイオンビーム２は、
イオン光学系で加速・集束され、XY偏向電極８と試料ス
テージ10により、試料９上の任意の場所を走査する。試
料９から放出する二次荷電粒子19は、二次荷電粒子検出
器20で検出され、表示用CRT25のSIM用表示エリア26に、
二次荷電粒子像が表示される。以上がSIMの装置構成で
ある。
また、電子源11より発生した電子ビーム12は、電子光
学系で加速・集束され、XY偏向コイル17と試料ステージ
10により、試料９上の任意の場所を走査する。試料９か
ら放出する二次荷電粒子19は、二次荷電粒子検出器20で
検出され、表示用CRT25のSEM用表示エリア27に、二次荷
電粒子像が表示される。以上が、SEMの装置構成であ
る。
学系で加速・集束され、XY偏向コイル17と試料ステージ
10により、試料９上の任意の場所を走査する。試料９か
ら放出する二次荷電粒子19は、二次荷電粒子検出器20で
検出され、表示用CRT25のSEM用表示エリア27に、二次荷
電粒子像が表示される。以上が、SEMの装置構成であ
る。
イオンビーム励起による二次荷電粒子19には、二次電
子と二次イオンがあり、また、電子ビーム励起による二
次荷電粒子19には、二次電子とオージェ電子があり、二
次荷電粒子検出器20は、それぞれの二次荷電粒子に最適
な検出器を用いる。特に、二次電子は放出効率が高く、
明るい二次電子像が得られる。しかし、イオンビーム励
起による二次電子と、電子ビームによる二次電子は、区
別がつかないため、二次電子像観察を行う場合、ビーム
切換器22を用い、イオン照射系と電子照射系との切換え
を行い、SIM像とSEM像を切換えて、表示用CRT25の各エ
リアに表示する。
子と二次イオンがあり、また、電子ビーム励起による二
次荷電粒子19には、二次電子とオージェ電子があり、二
次荷電粒子検出器20は、それぞれの二次荷電粒子に最適
な検出器を用いる。特に、二次電子は放出効率が高く、
明るい二次電子像が得られる。しかし、イオンビーム励
起による二次電子と、電子ビームによる二次電子は、区
別がつかないため、二次電子像観察を行う場合、ビーム
切換器22を用い、イオン照射系と電子照射系との切換え
を行い、SIM像とSEM像を切換えて、表示用CRT25の各エ
リアに表示する。
第３図（ａ）〜（ｆ）は、本発明を説明するための一
実施例を示す図である。断面TEM用試料38であるIC試料
の観察予定範囲を含む表面層（デバイス形成領域）を機
械研磨で第３図（ａ）のような形状に削り込み、第３図
（ａ）の断面TEM観察場所であるコンタクトホール部41
を含む広範囲に局所成膜エリア42を指定し、CVDガス吹
きつけとイオンビーム照射により、金属膜43を成膜し、
イオンビームによる試料表面のダメージを軽減する。次
に第３図（ｃ）のようにコンタクトホール部41の中心部
を幅0.1μｍ〜0.5μｍ残し、左右のエッチングエリア44
を、深さ10μｍ位イオンビーム２エッチング加工で除去
する。このとき第３図（ｄ）のように試料を数度（５
°）傾けることにより、エッチング壁の傾きを補正し、
第３図（ｅ）のように垂直な薄壁を作成することができ
る。そしてイオンビーム２照射を、斜め方向からの電子
ビーム12照射に切換えて、この薄壁のSEM像観察を行
う。このSEM像観察は、イオンビーム加工作業中必要に
応じて、イオンビーム２を電子ビーム12に切換えて行え
るので、加工位置、加工形状、断面等の確認ができる。
特に試料を回転させ、薄壁の両側，方向から電子ビ
ーム12照射を行い、第３図（ｆ）の（１）、（２）のよ
うに対称な断面SEM像観察をすることにより、最適な断
面TEM用試料が作成できる。
実施例を示す図である。断面TEM用試料38であるIC試料
の観察予定範囲を含む表面層（デバイス形成領域）を機
械研磨で第３図（ａ）のような形状に削り込み、第３図
（ａ）の断面TEM観察場所であるコンタクトホール部41
を含む広範囲に局所成膜エリア42を指定し、CVDガス吹
きつけとイオンビーム照射により、金属膜43を成膜し、
イオンビームによる試料表面のダメージを軽減する。次
に第３図（ｃ）のようにコンタクトホール部41の中心部
を幅0.1μｍ〜0.5μｍ残し、左右のエッチングエリア44
を、深さ10μｍ位イオンビーム２エッチング加工で除去
する。このとき第３図（ｄ）のように試料を数度（５
°）傾けることにより、エッチング壁の傾きを補正し、
第３図（ｅ）のように垂直な薄壁を作成することができ
る。そしてイオンビーム２照射を、斜め方向からの電子
ビーム12照射に切換えて、この薄壁のSEM像観察を行
う。このSEM像観察は、イオンビーム加工作業中必要に
応じて、イオンビーム２を電子ビーム12に切換えて行え
るので、加工位置、加工形状、断面等の確認ができる。
特に試料を回転させ、薄壁の両側，方向から電子ビ
ーム12照射を行い、第３図（ｆ）の（１）、（２）のよ
うに対称な断面SEM像観察をすることにより、最適な断
面TEM用試料が作成できる。
本発明は、上記説明のように、被加工試料の加工作業
中必要に応じてイオンビームを電子ビームに切換え、SE
M像観察が行えるため、加工位置、加工形状、断面等の
確認が容易にでき、また、局所成膜を被加工試料の傾斜
により、被加工試料表面を保護し、垂直な薄壁が作成で
きるので、特定場所の断面TEM用試料作成に最適であ
り、これを用いたIC試料断面TEM観察は、サブミクロン
デバイスの形状、膜質や微小欠陥などの内部構成観察に
有効である。
中必要に応じてイオンビームを電子ビームに切換え、SE
M像観察が行えるため、加工位置、加工形状、断面等の
確認が容易にでき、また、局所成膜を被加工試料の傾斜
により、被加工試料表面を保護し、垂直な薄壁が作成で
きるので、特定場所の断面TEM用試料作成に最適であ
り、これを用いたIC試料断面TEM観察は、サブミクロン
デバイスの形状、膜質や微小欠陥などの内部構成観察に
有効である。
第１図は本発明に適用した装置の一実施例の構成図、第
２図は従来装置の一実施例の構成図、第３図（ａ）〜
（ｆ）は本発明を説明するための一実施例を示す工程図
である。 １……イオン源 ２……イオンビーム ３……コンデンサレンズ（静電型） ４……ビームブランキング電極 ５……可動絞り ６……スティグメータ電極 ７……対物レンズ（静電型） ８……XY偏向電極 ９……試料 10……試料ステージ 11……電子源 12……電子ビーム 13……コンデンサレンズ（電磁型） 14……ビームブランキングコイル 15……スティグメータコイル 16……対物レンズ（電磁型） 17……XY偏向コイル 18……ガス銃 19……二次荷電粒子 20……二次荷電粒子検出器 21……前置増幅器 22……ビーム切換器 23……SIM用主増幅器 24……SEM用主増幅器 25……表示用CRT 26……SIM用表示エリア 27……SEM用表示エリア 28……増幅器 29……観察用CRT 30……高圧電源 31……イオン光学系コントローラ 32……ブランキングアンプ 33……スキャンコントローラ 34……ガス銃コントローラ 35……ステージドライバ 36……ステージコントローラ 37……制御用コンピュータシステム 38……断面TEM用試料（機械研磨後のIC試料） 39……アルミ配線 40……ポリシリコン配線 41……コンタクトホール部 42……局所成膜エリア 43……金属膜 44……エッチングエリア 45……保護膜 46……シリコン基板
２図は従来装置の一実施例の構成図、第３図（ａ）〜
（ｆ）は本発明を説明するための一実施例を示す工程図
である。 １……イオン源 ２……イオンビーム ３……コンデンサレンズ（静電型） ４……ビームブランキング電極 ５……可動絞り ６……スティグメータ電極 ７……対物レンズ（静電型） ８……XY偏向電極 ９……試料 10……試料ステージ 11……電子源 12……電子ビーム 13……コンデンサレンズ（電磁型） 14……ビームブランキングコイル 15……スティグメータコイル 16……対物レンズ（電磁型） 17……XY偏向コイル 18……ガス銃 19……二次荷電粒子 20……二次荷電粒子検出器 21……前置増幅器 22……ビーム切換器 23……SIM用主増幅器 24……SEM用主増幅器 25……表示用CRT 26……SIM用表示エリア 27……SEM用表示エリア 28……増幅器 29……観察用CRT 30……高圧電源 31……イオン光学系コントローラ 32……ブランキングアンプ 33……スキャンコントローラ 34……ガス銃コントローラ 35……ステージドライバ 36……ステージコントローラ 37……制御用コンピュータシステム 38……断面TEM用試料（機械研磨後のIC試料） 39……アルミ配線 40……ポリシリコン配線 41……コンタクトホール部 42……局所成膜エリア 43……金属膜 44……エッチングエリア 45……保護膜 46……シリコン基板
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０１Ｊ 37/305 Ａ 0805−2Ｇ
Claims (3)
- 【請求項１】試料の表面の透過型電子顕微鏡にて断面観
察する領域を含む狭い領域を残し、その領域の両側を試
料表面で走査させながら集束イオンビームにて、一定の
深さにエッチング加工する際に、断面観察する領域を含
む狭い領域の一方の側のエッチング加工は、他方の側の
加工に対して角度で５度以下に傾けて加工することによ
り前記試料表面を除去して平行な薄壁を形成し、 前記集束イオンビームによるエッチング加工後、前記集
束イオンビーム照射を停止し、 その後、前記集束イオンビーム照射軸に対して90度より
狭い角度の電子ビーム照射軸を有する走査された電子ビ
ームにて、前記エッチング加工により得られた前記試料
の薄壁面を照射し、 前記電子ビーム照射により、前記断面より発生する二次
電子を二次荷電粒子検出器により検出し、 前記二次荷電粒子検出器により検出した二次電子の信号
に基づいて、表示用CRTに前記薄壁面の画像を表示し、 前記薄壁面の画像表示により、透過型電子顕微鏡観察用
試料としての加工状態を確認し、 前記透過型電子顕微鏡観察用試料としての加工状態を確
認により、透過型電子顕微鏡観察用試料として適当でな
いと判断した時、再び集束イオンビーム照射によりエッ
チング加工することを特徴とする集束イオンビーム加工
方法。 - 【請求項２】前記電子ビーム照射による加工状態の確認
は、薄壁両面への電子ビーム照射による画像観察により
行う請求項１に記載の集束イオンビーム加工方法。 - 【請求項３】初めの、試料の表面の透過型電子顕微鏡に
て断面観察する領域を含む狭い領域を残し、その領域の
両側を走査させながら集束イオンビームにて、一定の深
さにエッチング加工することにより前記試料表面を除去
して薄壁を形成する工程の前に、前記薄膜形成領域をす
くなくとも一部含む領域の表面にCVDガスを吹きつけな
がち集束イオンビームを照射して金属膜を形成する請求
項１に記載の集束イオンビーム加工方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2192641A JPH087121B2 (ja) | 1990-07-18 | 1990-07-18 | 集束荷電ビーム加工方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2192641A JPH087121B2 (ja) | 1990-07-18 | 1990-07-18 | 集束荷電ビーム加工方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0476437A JPH0476437A (ja) | 1992-03-11 |
| JPH087121B2 true JPH087121B2 (ja) | 1996-01-29 |
Family
ID=16294629
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2192641A Expired - Lifetime JPH087121B2 (ja) | 1990-07-18 | 1990-07-18 | 集束荷電ビーム加工方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH087121B2 (ja) |
Families Citing this family (17)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP3221797B2 (ja) * | 1994-06-14 | 2001-10-22 | 株式会社日立製作所 | 試料作成方法及びその装置 |
| US5783830A (en) * | 1996-06-13 | 1998-07-21 | Hitachi, Ltd. | Sample evaluation/process observation system and method |
| WO1999005506A1 (en) * | 1997-07-22 | 1999-02-04 | Hitachi, Ltd. | Method and apparatus for preparing samples |
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