JPH09259810A

JPH09259810A - 集束イオンビーム装置の被観察物解析方法

Info

Publication number: JPH09259810A
Application number: JP8066937A
Authority: JP
Inventors: Kenji Tsuruhara; 健次鶴原
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1996-03-22
Filing date: 1996-03-22
Publication date: 1997-10-03

Abstract

(57)【要約】【課題】特定箇所の状況の確認が容易で、加工領域の
変化に対応できる集束イオンビーム装置の被観察物解析
方法を提供することにある。【解決手段】イオンビーム照射部３は、微動ステージ
２上の半導体素子１の特定箇所を一定の間隔で断面加工
および断面観察を繰り返す。すなわち、最初の断面が形
成されると、微動ステージ２は、半導体素子１を傾斜さ
せ、イオンビーム照射部３は、イオンビームにより当該
断面を走査する。制御部６１は、検出器４の信号に基づ
いて断面画像データを生成し、位置データと共に記憶部
６２へ格納する。その後、半導体素子１は傾斜前の位置
に戻され、次の断面加工が開始される。加工および観察
が全て終了すると、３次元データ表示処理部６３は、３
次元データ記憶部６２に記憶した各断面画像データと位
置データとから特定箇所を立体的に表示する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、集束イオンビーム
装置において、半導体素子などの被観察物の特定箇所を
イオンビームにより加工および観察し、当該被観察物を
解析する方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】集束イオンビーム装置は、半導体素子な
どの照射対象物にイオンビームを照射することにより、
該照射対象物のイオンビーム照射位置において、表面形
状を観察したり、スパッタエッチング法により微細加工
したり、あるいは、金属膜を形成したりできる。これに
より、集束イオンビーム装置は、半導体素子の配線修正
や特定箇所の断面観察を行うことができ、近年の半導体
素子の不良解析には、必要不可欠な装置となっている。

【０００３】上記集束イオンビーム装置を用いた従来の
解析方法では、最初に、集束イオンビーム装置に設けら
れた微動ステージ上に半導体素子をセットし、周囲を真
空状態にして、イオンビームを半導体素子に走査可能な
状態にまで、集束イオンビーム装置をセットアップす
る。次に、イオンビームで半導体素子上のある領域を走
査して、半導体素子の表面より放出される２次電子や２
次イオンを検出する。さらに、検出結果に基づいて、コ
ンピュータなどを用いて画像処理を施し、該領域の表面
形状を示すＳＩＭ像をモニタ上に表示する。微動ステー
ジを移動させる毎にＳＩＭ像を表示し、解析を行う箇所
である特定箇所を表示できるように微動ステージの位置
合わせを行う。

【０００４】上記集束イオンビーム装置は、半導体素子
の特定箇所に形成された断面を観察する際、イオンビー
ムを半導体素子に対して斜めから走査して、所望の断面
を観測する。それゆえ、図１８に示すように、断面観測
時には、半導体素子の特定箇所７１に断面を形成すると
共に、視野の妨げとなる領域をスパッタリング加工にて
取り除く必要がある。該加工領域７２は、断面の深さ
と、観察する角度とによって決定される。

【０００５】したがって、使用者は、例えば、キーボー
ドなどを用いて、図１８の（ａ）に示すように上記特定
箇所７１を表示したＳＩＭ像に対し、例えば、エッチン
グやデポなど、断面加工の条件設定として、上記加工領
域７２、加工（エッチング）時間、およびイオンビーム
の電流値を指定する。

【０００６】上記加工領域７２は、観察に必要な視野を
確保するため、比較的広範囲になり、低い電流値のイオ
ンビームを用いて、該加工領域７２をスパッタリング
し、大きな穴を空けるためには時間を要する。一方、イ
オンビームの電流値を上げると、イオンビームの口径や
電流値の変動や、スパッタリングの重なりによるエッチ
ングなどによって、断面が汚くなり、断面の観察に支障
をきたす。したがって、集束イオンビーム装置は、イオ
ンビームの電流値を数ｎＡオーダーまで上げて大雑把に
加工する荒加工を行った後、イオンビームの電流値を数
ｐＡオーダーまで下げてきれいに加工する仕上げ加工を
行って、短い所要時間できれいな断面を得ている。

【０００７】荒加工は、所望の断面７３を誤って削らな
いように、断面７３の数μｍ手前で終了する。これによ
り、図１８の（ｂ）に示すように、視野確保のためのス
ペースが確保される。また、該荒加工によって形成され
た断面７４は、上記エッチングなどによって、汚くなっ
ている。その後、図１８（ｃ）に示すように、仕上げ加
工を行い、上記汚い断面７４をきれいにすると共に、残
余の領域を削る。これにより、特定箇所７１に所望の断
面７３が形成される。

【０００８】断面加工が終了すると、一般的には６０°
までの範囲で、半導体素子を傾斜させる。さらに、イオ
ンビームの電流値を数ｐＡオーダーまで下げて、イオン
ビームのイオンビーム径を最小まで絞り込む。このイオ
ンビームにより、傾斜させた特定箇所７１の断面７３を
走査してＳＩＭ像を取得する。さらに、コンピュータな
どを用いて画像処理を施した後、図１８の（ｄ）に示す
ように、モニターなどへ段名形状を表示する。イオンビ
ーム電流値が低いため、イオンビームによる損傷を与え
ずに断面を観察することができる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の観察方法では、いずれも、平面的な断面像しか表示
することができないという問題がある。一般的に、断面
観察の対象となる半導体素子は、立体的な３次元構造を
持っているため、上記の一平面のみの断面で得られる情
報は限られている。また、加工を行う場所により得られ
る断面像が変化するため、一平面の観察では極めて不都
合である。

【００１０】例えば、図１９の（ａ）に示すように、特
定箇所７１にダスト不良が生じている場合、断面７３ａ
ないし７３ｃのように、断面７３を形成する場所に応じ
て、ダストの形状、位置、および、半導体素子のどの層
でダストが形成されているかなどの情報が相違する。ま
た、図１９の（ｂ）に示すように、特定箇所７１に電流
リーク箇所が形成されている場合、断面７３ｄないし７
３ｆを観察して得た断面画像では、不良発生状況の判断
や、不良発生箇所の特定が困難である。

【００１１】さらに、観察する場所を変更するために
は、位置を指定して、新たな断面７３を形成する必要が
ある。したがって、断面７３ｄから７３ｆの順番に断面
を形成する場合は問題がないが、断面７３ｄないし７３
ｆを観察した結果、特に、断面７３ｇなど、他の断面７
３と交差する断面や各断面間など、既に削られている断
面は、観察することができない。

【００１２】加えて、上記の方法では、イオンビームの
イオンビーム径や電流値の変動などの影響を受けやす
く、観察対象が微小になるに従って、所望の断面を得る
ことが困難になる。また、断面を観察する時に、半導体
素子を傾斜させ、再度加工するため元の位置に戻すと、
微動ステージのバックラッシュや加工条件の設定におい
て、正確な位置合わせが困難になる。

【００１３】この問題を解決するために、例えば、特開
平４−１８８５５３号公報では、イオンビームによる加
工と表面観測とを同時に行い、半導体素子の表面に平行
な平面の画像を順次取得し、３次元画像データとして蓄
積すると共に、画像変換により任意の断面を得る方法が
開示されている。

【００１４】この方法は、前述の断面観測方法と同様に
して、半導体素子の表面のＳＩＭ画像を取得する。さら
に、図２０の（ａ）に示すように、特定箇所７１を覆う
ように加工領域７２ａを設定し、該加工領域７２ａの加
工時間と、加工に使用するイオンビームのイオンビーム
径および電流値とを指定する。

【００１５】続いて、集束イオンビーム装置は、上記加
工領域７２ａをＸ方向、Ｙ方向にステップ状に一定周期
で走査する。半導体素子の物質、イオンビームの種類
（イオンビーム電流値の違い）やエネルギー、ドーズ量
などによって、スパッタリングされる量が決まるので、
図２０の（ｂ）に示すように、１回の走査によって、加
工領域７２ａは、略一定の深さまで堀り進められる。ま
た、走査に対応して、２次電子や２次イオンの検出信号
全てを記憶装置に記憶し、特定箇所７１におけるＸ、Ｙ
方向の平面画像データを取得する。したがって、走査を
繰り返すことによって、記憶装置には、内部の層の平面
画像が順次記憶されていく。

【００１６】この結果、図２０の（ｃ）に示すように、
観察すべき深さまで加工が進んだ段階では、全ての層の
平面画像が記憶装置に記憶される。各平面画像におい
て、深さ方向のステップは、走査回数に比例しているの
で、図２１に示すように、各走査によって得られた平面
画像を走査回数の順番に重ねることによって、Ｘ、Ｙ、
およびＺ方向の３次元の画像データとなる。

【００１７】制御コンピュータは、使用者の指示に応じ
て、例えば、３次元画像データからＸ方向のアドレスが
同一のデータを取り出し、Ｙ方向とＺ方向とに並べて表
示する。この結果、図２１の破線で示すように、Ｙ方向
に平行な任意の断面像を得ることができる。上記の方法
によって、集束イオンビーム装置は、蓄積した平面画像
データから、任意の位置かつ任意の角度で断面像を再生
することができる。

【００１８】ところが、上記の方法においても、表示さ
れる画像は、前述の断面観察方法の場合と変わらず、情
報の限られた平面的な断面像である。また、断面の位置
を指定しないと、断面像を得ることができない。したが
って、例えば、図１９の（ｂ）に示す７３ｄないし７３
ｆのように、機械的に断面の位置を指定した場合、これ
らの断面像から、不良が発生したことを確認し、不良箇
所や不良状況の確認に適した断面７３ｇの位置を指定す
る必要がある。したがって、不良状況や不良箇所の特定
は、依然として困難である。

【００１９】加えて、この方法では、特定箇所の加工と
観察とを同時に行っているため、イオンビームのイオン
ビーム電流値が大きくなり、観測時の精度が低下すると
いう問題が発生する。また、正常に観察するために、加
工中は、イオンビームのイオンビーム径とイオンビーム
電流値とを変更することができない。さらに、下の層を
見るためには、上の層を削除する必要がある。したがっ
て、加工領域７２ａの平面方向の広さを深さに応じて変
化させることができない。この結果、加工領域７２ａ全
体を一定の深さで穴を形成することとなり、不良箇所に
関わりが無い部分も不所望に削ってしまう虞れがある。
この結果、不良箇所が半導体素子を構成する他の層への
影響などの解析が困難になるという問題を新たに生ず
る。

【００２０】本発明は、上記の問題点を鑑みてなされた
ものであり、その目的は、特定箇所の状況の確認が容易
で、加工領域の変化に対応できる集束イオンビーム装置
の被観察物解析方法を提供することにある。

【００２１】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明に係る集
束イオンビーム装置の被観察物解析方法は、上記課題を
解決するために、被観察物の所望の位置にイオンビーム
を照射して、断面加工する断面加工工程と、上記断面加
工工程にて、被観察物に形成した断面をイオンビームで
走査し、被観察物より放出される荷電粒子を検出して、
当該断面表面の断面画像データを取得する観察工程とを
有する集束イオンビーム装置の被観察物解析方法におい
て、以下の工程を設けたことを特徴としている。

【００２２】すなわち、被観察物の特定箇所に対して、
所定の間隔を空けて上記断面加工工程および観察工程を
繰り返し、各断面加工工程にて断面を形成した位置を示
す位置データと各観察工程における断面画像データとを
蓄積する蓄積工程と、上記蓄積工程にて蓄積した各断面
画像データおよび位置データから、上記特定箇所の形状
を３次元表示する表示工程とを含んでいる。

【００２３】なお、上記蓄積工程は、例えば、半導体メ
モリやディスク装置などの記憶装置に、断面画像データ
および位置データを記憶することによって実現される。
また、上記表示工程は、例えば、コンピュータなどの演
算処理装置が上記記憶装置に記憶した各断面画像データ
を構成する画素を３次元の直交座標系に沿って並べ、例
えば、輪郭抽出や隠線処理など、種々の画像処理を行う
ことによって実現される。

【００２４】上記各工程を行うことによって、集束イオ
ンビーム装置は、特定箇所を立体的に表示できる。した
がって、従来の平面的に表示する方法に比べて、特定箇
所の不良状態や不良箇所の全貌が把握しやすい。さら
に、特定の断面を注視する場合にも、該断面を指定しや
すい。

【００２５】加えて、従来の断面観察方法のように、所
望の断面をそれぞれ指定しなくても、機械的に断面を形
成し、各断面を観測したデータを変換して、任意の角度
の断面を得ることができる。したがって、特定箇所の不
良状態に応じて、形成する断面を変更しなくてもよい。
この結果、比較的容易に特定箇所の自動観察を実現でき
る。

【００２６】さらに、従来の平面画像から断面画像を再
生する方法とは異なり、各加工工程では、イオンビーム
を照射する領域が互いに異なっている。したがって、各
加工時において誤差が生じても、誤差は、累積されず、
容易に補正できる。この結果、上記従来の解析方法に比
べて、観察時の精度を向上できる。

【００２７】また、請求項２の発明に係る集束イオンビ
ーム装置の被観察物解析方法は、請求項１記載の発明の
構成において、上記断面加工工程にて、形成する断面の
表面からの深さをそれぞれ別に設定できることを特徴と
している。

【００２８】なお、上記断面の深さは、一断面加工工程
において、イオンビームの照射時間を変化させたり、各
断面加工工程間で、イオンビームの照射時間をそれぞれ
別に設定することによって、個別に設定できる。

【００２９】それゆえ、例えば、例えば、半導体素子の
他の層への影響などを解析する場合など、特定箇所の下
方などに加工したくない領域が存在した場合でも、該領
域を避けて、断面加工工程の加工領域を設定できる。し
たがって、従来の平面画像から断面画像を再生する方法
に比べて、より複雑な形状の特定箇所に対しても自動観
測できる。この結果、特定箇所と周囲の箇所との関係の
解析が容易になる。

【００３０】さらに、請求項３の発明に係る集束イオン
ビーム装置の被観察物解析方法は、請求項１または２に
記載の発明の構成において、上記被観察物へ照射するイ
オンビームのイオンビーム口径およびイオンビーム電流
値の少なくとも一方は、上記観察工程と上記断面加工工
程とで互いに異なって設定されることを特徴としてい
る。

【００３１】それゆえ、各工程に適したイオンビームに
て被観察物を走査できる。この結果、上記従来の解析方
法に比べて、観察時の精度をさらに向上できる。

【００３２】

【発明の実施の形態】本発明の一実施形態について図１
ないし図１７に基づいて説明すると以下の通りである。
すなわち、本実施形態に係る被観察物解析方法を適用し
た集束イオンビーム装置は、半導体素子などの観察対象
物へイオンビームを照射して、当該半導体素子を加工し
たり、その表面を観測するために用いられている。

【００３３】上記集束イオンビーム装置は、図１に示す
ように、半導体素子１を固定する微動ステージ２と、該
半導体素子１へイオンビームを照射するイオンビーム照
射部３と、イオンビームを半導体素子１へ照射した際に
生ずる２次電子あるいは２次イオンを検出する２次電子
・２次イオン検出器（以下では、検出器と略称する）４
と上記各部を制御する制御回路部５とを備えている。さ
らに、制御回路部５からの情報に基づいて当該制御回路
部５へ種々の条件を設定すると共に、検出器４の検出結
果に基づき、断面画像データを作成して蓄積し、３次元
表示する制御コンピュータ６と、制御コンピュータ６の
入出力装置となるモニタ７およびキーボード８とが設け
られている。

【００３４】これにより、図２に示すように、集束イオ
ンビーム装置は、以下に述べる３つの処理を行うことが
できる。まず、第１の処理は、形状観察であり、図１に
示すイオンビーム照射部３は、図２の（ａ）に示すよう
に、サブミクロンに絞られたイオンビームで半導体素子
１の表面を走査する。このとき、検出器４は、イオンビ
ームの照射によって半導体素子１の表面から放出された
２次電子または２次イオンを検出する。さらに、図１に
示す制御回路部５によって、これをＡ／Ｄ変換および増
幅処理した後、制御コンピュータ６は、画像処理を施
し、半導体素子１の表面形状をモニタ７へ表示する。こ
れにより、使用者は、半導体素子１の表面形状を観察す
ることができる。なお、集束イオンビーム装置で観察さ
れる像は、一般的に、ＳＩＭ（ Scanning Ion Microsci
oe：走査イオン顕微鏡）像と呼ばれる。

【００３５】第２の処理は、スパッタエッチング法によ
る微細加工であり、図２の（ｂ）に示すように、上記イ
オンビーム照射部３は、イオンビームを半導体素子１へ
局所的に走査する。この結果、該半導体素子１表面上の
原子や分子は、真空中にはじきだされる。このスパッタ
リング現象を応用したエッチングによって、集束イオン
ビーム装置は、半導体素子１をサブミクロン精度で加工
することができる。これにより、半導体素子１に形成さ
れた保護膜１ａの穴開け、あるいは、金属配線１ｂの切
断などのパターン修正を行うことができる。

【００３６】第３の処理は、金属膜形成加工である。図
２の（ｃ）に示すように、集束イオンビーム装置に設け
られたガス銃９は、金属膜１ｃの原料となる原料ガスを
半導体素子１の表面に吹き付けて吸着させる。その後、
図１に示すイオンビーム照射部３は、イオンビームで所
望の範囲を走査する。この結果、走査した部分だけが化
学反応を起こし、半導体素子１の所望の部分に金属膜１
ｃを形成できる。

【００３７】用途に応じ、上記３つの処理を行うことに
よって、集束イオンビーム装置は、半導体素子１の配線
を修正したり、あるいは、特定箇所を断面観察できる。
これにより、半導体素子１の修正や不良解析を行うこと
ができる。

【００３８】上記各部をさらに詳細に説明する前に、説
明の便宜上、方向を以下のように定義する。すなわち、
図３の（ａ）に示すように、イオンビームの進行方向と
半導体素子１の表面とが直交している場合を基準に考
え、イオンビームの進行方向および半導体素子１の深さ
方向をＺ方向、これに直交し、かつ、互いに直交する２
方向をそれぞれＸおよびＹ方向とする。なお、半導体素
子１の表面を観察している場合、Ｙ方向を下方と呼ぶ。
また、図３の（ｂ）や（ｃ）に示すように、断面観察時
には、両者のＸ、Ｙ、Ｚ方向は、一致していないので、
特に区別する必要がある場合には、どちらを基準にした
方向かをその都度指定する。

【００３９】上記微動ステージ２は、図３に示すよう
に、半導体素子１を載置する載置面２ａを備えており、
例えば、導電性のテープや導電性のペーストなどによっ
て、該載置面２ａ上に半導体素子１を固定できる。ま
た、該微動ステージ２は、±０．０５μｍの高精度に
て、Ｘ−ＹおよびＺ方向、あるいは、傾斜や回転稼働で
きる。したがって、解析を行う特定箇所１１が半導体素
子１のどこにあっても、微動ステージ２は、該特定箇所
１１をイオンビームの走査位置に案内できる。

【００４０】ところで、特定箇所１１の中心点１２が微
動ステージ２の中央に位置していない場合、半導体素子
１を傾斜させると、特定箇所１１の位置および高さが傾
斜の前後で変化する。したがって、図３の（ａ）に示す
ように、微動ステージ２の載置面２ａがイオンビームの
進行方向と直交している状態において、イオンビームが
上記中心点１２に正しくフォーカシングしていても、図
３の（ｂ）に示すように、半導体素子１を傾斜させる
と、イオンビームのフォーカス位置や照射位置が特定箇
所１１からズレてしまう。この結果、特定箇所１１を正
しく観察および加工できなくなる。この変化を防止する
ため、図３の（ｃ）に示すように、微動ステージ２の
Ｘ、ＹおよびＺ方向の位置を補正する必要がある。な
お、図３では、イオンビームを示す破線の矢印の先端
が、イオンビームの合焦位置を示している。

【００４１】本実施形態に係る微動ステージ２は、位置
補正のために、図示しないユーセントリック機構を備え
ている。これにより、予め、傾斜前の状態と傾斜後の状
態とで特定箇所１１に合焦させ、Ｘ、Ｙ、Ｚ方向につい
て、両状態の補正値ΔＸ，ΔＹ，ΔＺをそれぞれ設定す
ることにより、微動ステージ２の位置を傾斜の前後で自
動的に補正することができる。なお、図３の（ｃ）で
は、Ｘ方向の補正が不要であったため、ΔＸを図示して
いない。

【００４２】また、図１に示すイオンビーム照射部３
は、イオン源物質をプラズマ化してイオンを生成するイ
オン源３１と、該イオン源３１からイオンビームを引き
出すための引き出し電極３２と、引き出したイオンビー
ムを集束する静電レンズ３３および対物レンズ３６と、
両レンズ３３および３６の間に介在し、イオンビームの
経路を必要に応じて切り換えるブランキング電極３４、
および、イオンビームのイオンビーム径およびイオンビ
ーム電流値を選択するアパーチャー３５と、上記対物レ
ンズ３６の後段に配され、イオンビームのイオンビーム
形状を補正する非点補正レンズ３７と、整形されたイオ
ンビームをＸ−Ｙ方向に偏向し、半導体素子１にイオン
ビームを走査する偏向電極３８とを備えている。

【００４３】上記アパーチャー３５は、例えば、イオン
ビームの通路を制限するなどして、イオンビーム径とイ
オンビーム電流値を変更することができる。本実施形態
に係るイオンビーム照射部３は、以下の表１、および、
図４に示すように、アパーチャーＮｏ．０〜４の５段階
のアパーチャー３５…を持ち合わせている。

【００４４】

【表１】

【００４５】各アパーチャー３５は、アパーチャーＮ
ｏ．の数字の低い方がイオンビーム径が太く、かつ、イ
オンビーム電流値が高いように設定されている。これに
より、より低い数字のアパーチャーを用いた方が、加工
スピードが速くなり、より高い数字のアパーチャーを用
いた方が、より細かに半導体素子１を加工できる。した
がって、アパーチャーＮｏ．０ないし２は、主として、
半導体素子１の荒加工に用いられ、アパーチャーＮｏ．
３および４は、仕上げ加工に用いられる。

【００４６】さらに、アパーチャーＮｏ．４は、観察モ
ードにも用いられている。イオンビーム照射部３におい
て、観察モードへの変更は、制御回路部５に設けられた
後述の集束レンズ制御回路５２が行っている。本実施形
態に係るイオンビーム照射部３では、イオンビームを集
束する各レンズ３３・３６・３７が静電レンズなので、
上記集束レンズ制御回路５２は、各レンズ３３・３６・
３７へ印加する電圧を変えることによって、イオンビー
ムを絞っている。この結果、イオンビーム照射部３は、
極細かつ低電流値のイオンビームを得ることができ、集
束イオンビーム装置は、高分解能にてダメージなしで半
導体素子１を観察できる。

【００４７】一方、制御回路部５は、イオン源３１およ
び引き出し電極３２に係る電圧を制御するイオン源制御
回路５１と、イオンビームを集束する静電レンズ３３、
対物レンズ３６、および非点補正レンズ３７を制御する
集束レンズ制御回路５２と、偏向電極３８を制御する偏
向制御回路５３とを備えている。さらに、検出器４を制
御すると共に、該検出器４からの検出信号を増幅してデ
ジタル値へ変換する検出器制御回路５４と、微動ステー
ジ２を制御して、半導体素子１とイオンビームとの位置
関係を調整するステージ制御回路５５とが設けられてい
る。

【００４８】さらに、制御コンピュータ６には、上記検
出器制御回路５４を介して、上記検出器４からの検出信
号を受け取って、断面画像データを形成すると共に、例
えば、キーボード８の指示、あるいは、断面画像データ
などに基づいて、制御回路部５へ各種条件を設定する制
御部６１と、断面画像データと位置データとの組み合わ
せを記憶する記憶部６２と、特定箇所１１を立体的に表
示するために、記憶部６２に蓄積した各断面画像データ
および位置データを変換して、立体的な画像をモニタ７
へ表示する３次元データ表示処理部６３とを備えてい
る。なお、記憶部６２は、例えば、半導体メモリやディ
スク装置などの記憶装置の一領域として実現され、制御
部６１、三次元データ表示処理部６３は、例えば、ＣＰ
Ｕ（Central Processing Unit)などが所定のプログラム
を実行することによって実現される機能ブロックであ
る。

【００４９】上記制御部６１は、検出器制御回路５４に
よって、デジタル値に変換された検出器４からの全ての
検出信号を受け取る。該検出信号は、イオンビームが走
査している位置、すなわち、イオンビームの偏向方向に
応じて変化する。したがって、偏向方向と該検出信号と
を同期させることにより、イオンビームの各走査位置に
おける半導体素子１の表面形状および材質を検出でき
る。制御部６１は、これらを走査位置に対応して再構成
して、半導体素子１の表面の画像データをモニタ７上に
表示できる。

【００５０】また、該画像データに対して、輝度の変化
による輪郭抽出などの画像処理を行い、イオンビームに
よって形成された穴など、半導体素子１表面の特徴的な
部分の大きさや位置を認識できる。これにより、微動ス
テージ２が半導体素子１を所望の位置に配されているか
否かや、イオンビームによって、所望の大きさの穴が半
導体素子１に形成されたか否かを判定できる。さらに、
キーボード８などから入力される使用者の指示や上記判
定結果などに応じて、制御部６１は、制御回路部５を介
し、微動ステージ２およびイオンビーム照射部３を制御
できる。

【００５１】上記記憶部６２は、例えば、断面の位置座
標などからなる位置データと、各断面画像データを構成
する画素を走査した順番に格納した断面画像データとを
組み合わせて、一対のデータとして記憶できる。記憶部
６２には、このデータを記憶する領域が複数設けられて
おり、半導体素子１の特定箇所１１に形成する各断面に
対応する上記各データを、例えば、位置データの順番な
どに並べて、格納できる。

【００５２】また、上記３次元データ表示処理部６３
は、記憶部６２に格納したデータから、任意のＸ、Ｙ、
Ｚ座標の画素のデータを読み出し、所望の視点から見た
立体的な画像をモニタ７へ表示できる。表示の方法とし
ては、様々な方法が考えられるが、本実施形態では、後
述の図１７に示すように、例えば、隣接する画素データ
から輪郭を抽出し、さらに、輪郭の前後関係を判定し
て、隠れている部分を破線などで表示している。

【００５３】上記構成において、断面３次元解析方法に
従って半導体素子１の特定箇所を解析する場合の集束イ
オンビーム装置各部の動作を、図６ないし図１７を参照
して、図５に示すフローチャートに基づき、各ステップ
毎に説明すると以下の通りである。本実施形態に係る断
面３次元解析方法は、ステップ１（以下では、Ｓ１のよ
うに略称する）ないしＳ５の各ステップからなるイオン
ビーム照射部３のセットアップ工程と、Ｓ６ないしＳ９
からなる加工前の設定および調整工程と、Ｓ１０ないし
Ｓ１２からなる加工条件の設定工程と、Ｓ１３ないしＳ
２０からなる断面画像データ蓄積工程（蓄積工程）と、
Ｓ２１およびＳ２２からなる３次元画像表示工程（表示
工程）とに分けることができる。

【００５４】まず、Ｓ１ないしＳ５からなるセットアッ
プ工程では、集束イオンビーム装置が半導体素子１に加
工できる状態になるまでのセットアップ作業を行う。す
なわち、Ｓ１では、微動ステージ２上に、半導体素子１
を導電性のテープもしくは導電性ペーストにて、動かな
いように固定する。次に、イオンビームの照射が可能な
ように、例えば、図示しない真空ポンプなどによって、
イオンビームの進路や半導体素子１を高真空状態にする
（Ｓ２）。

【００５５】続いて、Ｓ３では、イオンビーム照射部３
を立ち上げる。具体的には、イオン源３１は、例えば、
アーク放電などによって、該イオン源３１内に導入され
たイオン源物質をプラズマ化する。また、イオン源３１
と引き出し電極３２との間には、高電圧が加えられる。
これにより、高輝度のイオンビームがイオン源３１から
引き出されて加速される。静電レンズ３３、アパーチャ
ー３５、対物レンズ３６は、加速されたイオンビームを
集束する。なお、イオン源制御回路５１と集束レンズ制
御回路５２と偏向制御回路５３は、イオン源３１および
引き出し電極３２と、静電レンズ３３、対物レンズ３６
および非点補正レンズ３７と、偏向電極３８とに、それ
ぞれ印加する電圧を制御している。これにより、イオン
ビーム照射部３は、常に安定したイオンビームを照射す
ることができる。

【００５６】さらに、Ｓ４において、偏向制御回路５３
は、偏向電極３８へ印加する電圧を制御して、集束した
イオンビームをＸ−Ｙ方向に偏向させる。これにより、
イオンビームは、半導体素子１の表面上を走査しながら
照射される。半導体素子１にイオンビームを走査する
と、該半導体素子１の表面形状および材質分布に基づい
て、２次電子および２次イオンが放出される。検出器４
は、放出された２次電子および２次イオンを検出する。
検出器制御回路５４は、検出器４の検出信号を増幅し、
Ａ／Ｄ変換して、制御コンピュータ６へ送出する。制御
コンピュータ６は、受け取った信号に基づいて、半導体
素子１の表面形状を認識し、モニタ７上へ映し出す。な
お、一定時間、イオンビームを走査し続けると、半導体
素子１表面のスパッタリングが重なって、エッチング状
態となる。

【００５７】次に、Ｓ５では、全てのアパーチャー３５
を順次選択し、各アパーチャー３５に対し、イオンビー
ムのフォーカス調整を行い、調整後のフォーカス値とイ
オンビーム電流値などの条件を制御コンピュータ６に記
憶する。これにより、加工中にアパーチャー３５を変更
しても、その都度、記憶した条件に基づいて、フォーカ
スを調整し、イオンビームのフォーカスを常に維持する
ことができる。この結果、常に安定したイオンビームが
得られ、アパーチャー３５を変更しても、安定して高精
度な加工が可能となる。

【００５８】全てのアパーチャー３５について、イオン
ビームのフォーカス調整が終わると、続くステップに備
えて、イオンビーム照射部３は、観察モードに設定さ
れ、アパーチャーＮｏ．４のアパーチャー３５が選択さ
れる。

【００５９】続いて、以下に説明するＳ６ないしＳ９で
は、加工前の設定と調整を行う。すなわち、Ｓ６では、
制御コンピュータ６は、ステージ制御回路５５を介し
て、微動ステージ２のＸ、Ｙ、高さ方向、回転、および
傾斜を設定して、半導体素子１におけるイオンビームの
照射位置を決定する。さらに、制御コンピュータ６は、
Ｓ４と同様にして、イオンビームの照射位置における半
導体素子１の表面形状をモニタ７上に表示する。使用者
は、表面形状を観察しながら、例えば、キーボード８を
用いて、微動ステージ２の新たな位置を指示し、半導体
素子１上の特定箇所を探す。これにより、半導体素子１
を固定した微動ステージ２は、所望の位置に概ね導かれ
る。

【００６０】次に、制御コンピュータ６は、図６に示す
ように、モニタ７上に十字ライン１３を表示する。使用
者は、該十字ライン１３の交点１４と特定箇所とが一致
するように、微動ステージ２の位置を微調整して、位置
合わせを行う（Ｓ７）。さらに、Ｓ８では、図７に示す
ように、特定箇所１１の周囲の半導体素子１表面に、各
加工の際に基準点となる４点のマーキング１２を施す。
具体的には、アパーチャーＮｏ．２のアパーチャー３５
を用い、特定箇所１１の周囲、かつ、各十字ライン１３
上に、数十秒間イオンビームを集中的にして照射する。
このスポット加工により、数μｍ程度の深さ円形の穴が
半導体素子１に掘られる。なお、特定箇所１１と各マー
キング１５との距離は、特定箇所１１の観察に影響しな
いように設定される。

【００６１】続いて、Ｓ９において、ユーセントリック
機構の調整を行う。まず、図３の（ａ）に示すように、
微動ステージ２の載置面２ａが平面状態にあり、かつ、
イオンビームが特定箇所１１の中心点１２に正確にフォ
ーカシングされている状態において、Ｘ、Ｙ、高さ位置
など、微動ステージ２の位置座標を制御コンピュータ６
に記憶する。次に、載置面２ａを任意の角度（例えば、
６０°）に傾斜させる。特定箇所１１は、微動ステージ
２の中心にあるとは限らないので、図３の（ｂ）に示す
ように、イオンビームの照射位置およびフォーカス位置
は、傾斜によって特定箇所１１よりズレる。この状態
で、上記Ｓ６およびＳ７と同様に、半導体素子１の表面
形状を観察しながら、微動ステージ２のＸ、Ｙ、高さの
位置を調整し、図３の（ｃ）に示すように、特定箇所１
１へイオンビームを再度合焦させる。制御部６１は、合
焦した時における微動ステージ２の位置座標を記憶し、
傾斜時における補正値ΔＸ、ΔＹ、ΔＺを求め、ステー
ジ制御回路５５へ設定する。

【００６２】これにより、微動ステージ２のユーセント
リック機構を調整でき、傾斜するか否かに関わらず、イ
オンビームのフォーカス位置を特定箇所１１へ追従させ
ることができる。この結果、特定箇所１１の中心点１２
は、モニタ７上の十字ライン１３の交点１４に常に表示
される。

【００６３】上記加工前の設定および調整に続き、以下
に示すＳ１０ないしＳ１２では、各種の加工条件を設定
する。すなわち、Ｓ１０では、図７に示すように、微動
ステージ２が平面状態に設定し、上記十字ライン１３の
交点１４へ特定箇所１１を表示させる。さらに、この状
態における表面画像データを制御コンピュータ６へ記憶
する。この表面画像データと、上記Ｓ９にて記憶した微
動ステージ２の位置座標は、後述する断面加工時におい
て、ドリフト補正に対するリファレンスとなる。

【００６４】次に、Ｓ１１において、使用者は、例え
ば、キーボード８などにより制御コンピュータ６へ指示
して、図８の（ａ）に示すように、特定箇所１１を覆う
任意の大きさのスライス加工範囲１６を設定する。制御
コンピュータ６が当該スライス加工範囲１６を認識する
と、図８の（ｂ）に示すように、制御コンピュータ６
は、自動的に、十字ライン１３を中心にして、上記スラ
イス加工範囲１６をモニタ７画面いっぱいに拡大表示す
る。

【００６５】さらに、使用者は、スライス加工範囲１６
に対して、任意の数のスライス加工数を入力する。制御
コンピュータ６は、入力に基づいて、スライス加工範囲
１６をＹ方向に分割するスライスライン１７…を表示す
る。これにより、スライス加工範囲１６は、スライスラ
イン１７…によって分割され、複数のスライス加工枠１
８…に分けられる続いて、断面観察に必要な深さｄをμｍで指定する。半
導体素子１は、積層構造をしており、製造プロセスによ
って膜厚が変わるため、予め必要な深さｄを調査してお
いて値を指定する。

【００６６】図８の（ｂ）に示す表示例では、スライス
加工範囲１６のＹ方向の長さは、１．６μｍに設定され
ている。したがって、スライス加工数として１６を入力
すると、隣接するスライスライン１７間の距離、すなわ
ちスライス加工枠１８の幅は、０．１μｍとなる。ま
た、本実施形態では、図９に示すように、半導体素子１
の半導体基板１ｄに達するように、深さｄを３μｍに設
定した。

【００６７】次に、Ｓ１２において、制御コンピュータ
６は、Ｓ１１にて指定された条件から、ステップ加工枠
２１の位置を演算する。具体的には、断面を観察する
際、断面へイオンビームを照射する必要があるため、図
９に破線で示すように、視野確保のための空間を必要と
する。半導体素子１の表面に沿って、かつ、断面から離
れる方向における上記空間の開口部の幅ｘは、観察角
度、すなわち、微動ステージ２の傾斜角度θと、上記深
さｄとから、下式（１）に示すように、ｘ＝ｔａｎ（θ）×ｄ・・・（１）となる。例えば、深さｄが３μｍの断面を、６０°で観
察する場合の開口部の幅ｘは、上式（１）より、５．２
μｍ必要となる。

【００６８】本実施形態では、図９に実線で示すよう
に、加工時間を短縮するため、ステップ状にステップ加
工跡２０を形成して上記空間を確保している。さらに、
スライス加工範囲１６に近づくに従って、アパーチャー
Ｎｏ．の大きなアパーチャー３５に切り替えながら、ス
テップ加工跡２０を形成する。したがって、スライス加
工範囲１６から遠い順に、ステップ加工跡２０ａないし
２０ｅとすると、ステップ加工跡２０ａは、アパーチャ
ーＮｏ．０のアパーチャー３５によって、ステップ加工
跡２０ｂないし２０ｅは、それぞれアパーチャーＮｏ．
１ないし４のアパーチャー３５によって形成する。

【００６９】したがって、本実施形態に係る制御コンピ
ュータ６は、図１０に示すように、例えば、スライス加
工範囲１６の下方に上記ステップ加工跡２０ａないし２
０ｅに対応してステップ加工枠２１ａないし２１ｅを設
定する。また、各アパーチャー３５に対する加工範囲お
よび加工時間は、スライス加工範囲１６の広さ、深さ
ｄ、およびスライス加工範囲１６からの距離に応じて、
制御コンピュータ６が適切な値を算出して自動的に設定
する。なお、加工時にドリフトが生じた場合を考慮し
て、各ステップ加工枠２１ａないし２１ｅは、隣接する
ステップ加工枠２１間がそれぞれ１０％のオーバーラッ
プを持つように設定される。

【００７０】加工条件の設定が終了すると、以下のＳ１
３ないしＳ２０では、断面加工、断面観察を繰り返して
断面画像データを蓄積する。まず、Ｓ１３では、ステッ
プ加工を行う。すなわち、制御部６１は、Ｓ１２にて設
定された各ステップ加工枠２１ａないし２１ｅについ
て、後述のＳ１４と同様に、対応するアパーチャー３５
を自動選択し、アパーチャー３５の変更による４点マー
キングのアライメントを行う。そして、加工時間など、
Ｓ１２にて指定された条件に従って、アパーチャーＮ
ｏ．０の高イオンビーム電流値からアパーチャーＮｏ．
４の低イオンビーム電流値までのイオンビームを用い、
ステップ加工枠２１ａないし２１ｅを順に加工する。加
工中は、一定の周期で全面走査を行い、制御部６１は、
検出器４の検出信号から表面画像データを生成し、４点
マーキングの位置座標を認識する。さらに、Ｓ１０で記
憶しているリファレンスの表面画像データと比較して位
置座標のズレを求める。これに基づいて、制御部６１
は、偏向制御回路５３を介して常にドリフト補正をかけ
ている。これにより、加工中、イオンビームのドリフト
を最小眼に防ぐことができる。

【００７１】次に、Ｓ１４では、以降のスライス加工の
ためにイオンビームの電流値を変更する。具体的には、
制御部６１は、選択したアパーチャー３５に応じて、上
記Ｓ５にて記憶したフォーカス調整および条件を読み出
し、制御回路部５を介してイオンビーム照射部３へ指示
する。これにより、加工精度を落とすことなく、イオン
ビームを自動的に変更できる。本実施形態では、各スラ
イスライン１７の間隔は０．１μｍと狭く設定されてお
り、加工は、アパーチャーＮｏ．４の観察モードで行
う。特定箇所１１の観察範囲にもよるが、通常、スライ
ス加工範囲１６は、０．数μｍ²程度である。したがっ
て、極端に広域でなければ、観察モードで加工しても、
１スライス加工は、短時間で終了する。

【００７２】イオンビームを観察モードに変更後、集束
イオンビーム装置は、Ｓ１５において、図１１に示すよ
うに、Ｓ１３と同様にして、ステップ加工終了後の表面
画像データを取得し、４点マーキングの位置座標を認識
する。さらに、制御部６１は、図１２に示すように、加
工前のリファレンス画像データと重ね合わせて表示す
る。

【００７３】また、ステップ加工跡２０と半導体素子１
の表面とでは、形状が異なっているため、表面の画像デ
ータ取得時に、表面形状による２次電子の検出強度の差
を輝度レベルとして表わすと、輝度レベルは、図１３に
示すように、走査範囲に応じて変化する。なお、図１３
は、Ｙ方向に沿って走査した場合を示しており、ｙ１
は、ステップ加工枠２１ａのＹ方向側端面に、ｙ２は、
ステップ加工枠２１ｅの逆方向側端面に、それぞれ対応
している。これにより、制御部６１は、ステップ加工跡
２０のエッヂを判断でき、ステップ加工後の断面１９の
位置を求めることができる。

【００７４】Ｓ１６では、Ｓ１５にて得た断面１９の位
置に基づいて、Ｓ１１で指定したスライス加工枠１８を
補正する。仮に、ドリフトによって、加工残りかオーバ
ーエッチングが発生し、断面１９が所望の位置からズレ
ていた場合、制御部６１は、輝度レベルとリファレンス
の表面画像データを元に、ズレ量を算出する。さらに、
そのズレ量を加算あるいは減算して、スライス加工枠１
８を補正する。これにより、図１４に示すように、これ
までのスライス加工の誤差に関わらず、正しい位置にス
ライス加工枠１８を設定できる。なお、スライス加工枠
１８は、イオンビームの変動によるＸ方向への加工残り
を生じないように、Ｘ方向および逆Ｘ方向には、オーバ
ーラップして設定される。また、該スライス加工枠１８
における加工時間は、Ｓ１２にて設定されたスライス加
工枠１８の深さｄに応じて、設定される。

【００７５】スライス加工枠１８が設定されると、Ｓ１
７では、該スライス加工枠１８へイオンビームを所定の
時間照射して、スライス加工する。加工中、ステップ加
工と同様に一定周期でフル走査を行い、４点マーキング
を読み取ってドリフト補正を常に行っているので、加工
中のドリフトは最小限に抑えられる。この結果、最初の
断面１９ａが形成される。

【００７６】スライス加工枠１８の加工が終了したら、
Ｓ１５と同様に、リファレンスの表面画像データと加工
後の表面画像データとを合わせ込んで輝度レベルの差に
よる断面位置を求める。さらに、制御コンピュータ６の
記憶部６２に設けられた当該加工に対応する領域（フレ
ーム）には、位置データとして、該断面位置の位置座標
が記憶される。なお、上記Ｓ１６およびＳ１７が、特許
請求の範囲に記載の断面加工工程に対応している。

【００７７】次に、観察工程であるＳ１８では、半導体
素子１を６０°まで傾斜する。微動ステージ２のユーセ
ントリック機構が働くので、特定箇所１１は、モニタ７
の中心に表示されたままである。制御部６１は、イオン
ビームの走査スピードを高解像度のスピードに変更し、
該スピードにて断面観察像を取得する。さらに、図８の
（ｂ）に示すように、スライスライン１７…を表示した
倍率に観測倍率を合わせ、オートコントラストにより適
度な明るさにまで断面観察像を調整する。また、６０°
観察から９０°観察にするため、例えば、上記断面観察
像に倍率補正を行い、擬似的に断面画像データを補正す
る。断面画像データの補正が終了すると、制御部６１
は、当該加工に対応した上記フレームへ、補正済みの断
面画像データを格納する。断面画像データが記憶される
と、微動ステージ２は、半導体素子１の傾斜を戻す。

【００７８】続いて、全てのスライス加工枠１８の処理
が終了したか否かを判定し（Ｓ１９）、最後のスライス
加工枠１８ｐの処理が終了するまで、Ｓ１６以下の処理
を繰り返す。この結果、スライス加工枠１８ａないし１
８ｐまでの加工、および観察を自動的に繰り返し、図１
５に示すように、各断面１９の断面画像データ２２を取
得し、各断面画像データと位置データとを記憶部６２に
設けられた各フレーム（ａないしｐ）へ記憶する。な
お、図１５では、（ａ）ないし（ｐ）に示す断面画像デ
ータ２２は、各スライス加工枠１８ａないし１８ｐにそ
れぞれ対応しており、特に区別する場合は、スライス加
工枠１８ａに対応する断面画像データ２２を２２ａと称
する。

【００７９】全ての処理が終了すると（Ｓ１９にて、YE
S の場合）、観察状態を解除して（Ｓ２０）、以下に示
すＳ２１およびＳ２２にて、上記各断面画像データおよ
び位置データに基づき、特定箇所１１を立体的に表示す
る。

【００８０】具体的には、制御コンピュータ６は、図１
６に示すように、記憶部６２に記憶した全ての断面画像
データ２２ａないし２２ｐを、それぞれの位置データ、
すなわち、Ｙ座標との対応をとりながら、順番に並べ
る。各断面画像データ２２は、半導体素子１の各断面１
９を示しており、Ｘ方向およびＺ方向に各画素を並べて
構成されている。したがって、Ｙ座標と対応をとること
によって、３次元データ表示処理部６３は、記憶部６２
から、特定箇所１１の任意のＸ、Ｙ、Ｚ座標に対して、
対応する画素を読み出すことができる。このように、形
成された３次元画像データから、３次元データ表示処理
部６３は、例えば、各画素と隣接する画素とを比較して
輪郭を抽出し、輪郭間の前後関係を計算するなどして、
隠線処理を行う（Ｓ２１）。この結果、３次元データ表
示処理部６３は、例えば、図１７に示すように、任意の
視点から特定箇所１１を眺めた立体的な画像をモニタ７
へ表示できる（Ｓ２２）。当然ながら、この立体的な画
像から、特定箇所１１の不良箇所の概略を把握し、所望
の位置および角度を持つ断面の画像を表示することもで
きる。

【００８１】以上のように、本実施形態に係る集束イオ
ンビーム装置は、例えば、偏向電極３８などによって、
イオンビームをＸ方向、あるいはＹ方向に走査できるイ
オンビーム照射部３と、断面加工時と断面観察時とで、
イオンビームに対する半導体素子１表面の角度を変更で
きる微動ステージ２と、イオンビームの走査時に、半導
体素子１から放出される２次電子および２次イオンを検
出する検出器４と、断面画像データと位置データとの組
み合わせを複数記憶できる記憶部６２と、上記検出器４
の検出信号に応じて、断面画像データを形成し、位置デ
ータと共に記憶部６２へ格納する制御部６１と、記憶部
６２の断面画像データおよび位置データから特定箇所１
１を立体的に表示する３次元データ表示処理部６３とを
備えている。

【００８２】さらに、上記集束イオンビーム装置を用い
て、上記Ｓ１６およびＳ１７のように、特定箇所１１に
所定の間隔をおいて設定されるスライスライン１７毎
に、イオンビームを照射して断面を形成する工程と、上
記Ｓ１８のように、微動ステージ２上の半導体素子１を
傾斜させ、形成した断面をイオンビームで走査して、断
面画像データを形成する工程、および、該断面画像デー
タと位置データとの組み合わせを記憶部６２に記憶する
工程とを繰り返し、全てのスライスライン１７の断面画
像データと位置データとの組み合わせを記憶部６２に蓄
積している。さらに、Ｓ２０およびＳ２１のように、蓄
積したデータを解析して、特定箇所１１を立体的に表示
する工程が設けられている。

【００８３】特定箇所１１を立体的に表示することによ
って、特定箇所１１の不良状態や不良箇所の全貌が把握
しやすく、特定の断面を注視する場合にも、該断面を指
定しやすい。また、従来の断面観察方法のように、所望
の断面をそれぞれ指定しなくても、機械的に断面を形成
し、各断面を観測したデータを変換して、任意の角度の
断面を得ることができる。したがって、特定箇所１１の
不良状態に応じて、形成する断面を変更しなくてもよ
い。この結果、比較的容易に特定箇所１１の自動観察を
実現できる。

【００８４】なお、本実施形態に係る３次元データ表示
処理部６３は、輪郭抽出および隠線処理によって、立体
的な画像を表示しているが、これに限るものではない。
視線の方向から眺めて、奥の方から各画素を順番に並べ
たり、レイトレーシングなどの手法を用いてもよい。ま
た、Ｘ、Ｙ、Ｚ座標から、極座標など他の座標系に変換
した後、処理してもよい。３次元データ表示処理部６３
が、記憶部６２に蓄積したデータから、特定箇所１１を
立体的に表示できれば、本実施形態と同様の効果を得る
ことができる。

【００８５】ところで、従来の平面画像から断面画像を
再生する方法では、常に同じ領域を走査して加工するた
め、加工時に生じた深さ方向の誤差は、累積される。と
ころが、本実施形態の解析方法では、各加工時におい
て、イオンビームを照射する領域が互いに異なってい
る。したがって、各加工時において誤差が生じても、例
えば、上記Ｓ１６に示すように、その都度スライス加工
枠１８を補正できる。さらに、加工時と観察時とでも、
イオンビームを照射する領域および方向が、互いに異な
っている。これにより、観察時に走査したイオンビーム
によって、断面が浸食されても、同様にして、スライス
加工枠１８を補正できる。この結果、上記従来の解析方
法に比べて、観察時の精度を上げることができる。

【００８６】また、従来の平面画像から断面画像を再生
する方法では、同じ領域を走査して、加工および観察を
行うため、加工の深さは、一定になってしまう。ところ
が、本実施形態の解析方法では、例えば、スライス加工
範囲１６内の底部（Ｚ方向端部）に加工したくない領域
がある場合、該領域を避けて、他のスライスライン１７
の観察を妨げない範囲で、各スライスライン１７で互い
に異なる深さｄを設定したり、一スライスライン１７内
で互いに異なる深さｄを設定できる。

【００８７】例えば、各スライスライン１７間で異なる
深さｄが設定された場合、上記Ｓ１６において、スライ
ス加工枠１８の加工時間は、該スライス加工枠１８に対
応する深さｄに対応して設定される。一方、一スライス
ライン１７内で互いに異なる深さｄが設定されている場
合、上記Ｓ１７において、イオンビームを走査している
位置に応じて、加工時間を変化させる。

【００８８】これにより、スライス加工範囲１６内に加
工したくない領域があっても、該領域を避けて、残余の
部分の断面画像データを取得できる。この結果、特定箇
所１１近傍に、破壊できない部分があり、加工する領域
が複雑な形状をしていても、予め、形状を指定すること
により、上記従来の解析方法に比べて柔軟に、特定箇所
１１を自動観測できる。

【００８９】また、本実施形態に係る集束イオンビーム
装置は、前述の表１に示すように、複数のアパーチャー
３５を備えている。さらに、上記従来の解析方法と異な
り、加工と観察とを別に行っている。したがって、互い
に異なるイオンビーム径およびイオンビーム電流値を持
つイオンビームで半導体素子１を走査しても、なんら支
障を生じない。そこで、本実施形態に係る解析方法にお
いて、加工時と観察時とで、イオンビーム径あるいはイ
オンビーム電流値を変更する工程を加えることによっ
て、両者に適したイオンビームで半導体素子１を走査で
きる。この結果、上記従来の解析方法に比べて、観察時
の精度をさらに向上できる。

【００９０】なお、本実施形態では、Ｓ４にて、予め、
各アパーチャー３５…に対するフォーカス調整および条
件を記憶しており、アパーチャー３５を変更する毎に、
記憶に基づいて、再調整している。したがって、アパー
チャー３５の変更時において、手動で調整する必要がな
く、特定箇所１１の自動観測がさらに容易になる。

【００９１】なお、本実施形態では、集束イオンビーム
装置は、半導体素子１を観察しているが、これに限るも
のではない。例えば、金属や絶縁体など、他の観察対象
にも本実施形態に係る解析方法を適用できる。

【００９２】

【発明の効果】請求項１の発明に係る集束イオンビーム
装置の被観察物解析方法は、以上のように、被観察物の
特定箇所に対して、所定の間隔を空けて断面加工工程お
よび観察工程を繰り返し、各断面加工工程にて断面を形
成した位置を示す位置データと各観察工程における断面
画像データとを蓄積する蓄積工程と、上記蓄積工程にて
蓄積した各断面画像データおよび位置データから、上記
特定箇所の形状を３次元表示する表示工程とを含んでい
る構成である。

【００９３】それゆえ、従来の平面的に表示する方法に
比べて、特定箇所の不良状態や不良箇所の全貌を把握し
やすくなるという効果を奏する。さらに、所定の間隔を
空けて配された断面の画像データから任意の角度の断面
を得ることができるので、比較的容易に特定箇所の自動
観察を実現できるという効果を併せて奏する。

【００９４】加えて、従来の平面画像から断面画像を再
生する方法とは異なり、各加工工程では、イオンビーム
を照射する領域が互いに異なっている。この結果、上記
従来の解析方法に比べて、観察時の精度を向上できると
いう効果も奏する。

【００９５】請求項２の発明に係る集束イオンビーム装
置の被観察物解析方法は、以上のように、請求項１記載
の発明の構成において、上記断面加工工程にて、形成す
る断面の表面からの深さをそれぞれ別に設定できる構成
である。

【００９６】それゆえ、従来の平面画像から断面画像を
再生する方法に比べて、より複雑な形状の特定箇所に対
しても自動観測できる。この結果、特定箇所と周囲の箇
所との関係をさらに容易に解析できるという効果を奏す
る。

【００９７】請求項３の発明に係る集束イオンビーム装
置の被観察物解析方法は、以上のように、請求項１また
は２に記載の発明の構成において、上記被観察物へ照射
するイオンビームのイオンビーム口径およびイオンビー
ム電流値の少なくとも一方は、上記観察工程と上記断面
加工工程とで互いに異なって設定される構成である。

【００９８】それゆえ、各工程に適したイオンビームに
て被観察物を走査でき、従来の平面画像から断面画像を
再生する方法に比べて、観察時の精度をさらに向上でき
るという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示すものであり、３次元
表示装置を備えた集束イオンビーム装置要部を示すブロ
ック図である。

【図２】上記集束イオンビーム装置の機能を説明するも
のであり、（ａ）は、表面観測時において、（ｂ）は、
エッチング時において、（ｃ）は、デポ時の各時点にお
いて、イオンビーム照射対象物近傍をそれぞれ示す断面
図である。

【図３】上記集束イオンビーム装置の微動ステージに設
けられたユーセントリック機構を示す説明図である。

【図４】上記集束イオンビーム装置において、アパーチ
ャーＮｏ．とイオンビーム電流値とイオンビームの口径
との関係を示すグラフである。

【図５】上記集束イオンビーム装置において使用されて
いる断面３次元解析法を示すフローチャートである。

【図６】上記集束イオンビーム装置において、加工の前
処理を説明するものであり、特定箇所の位置合わせにお
ける表示例である。

【図７】上記集束イオンビーム装置において、加工の前
処理を説明するものであり、特定箇所近傍のマーキング
の例を示す平面図である。

【図８】上記集束イオンビーム装置において、スライス
加工枠の設定例を示すものであり、（ａ）は、特定箇所
近傍を示す平面図であり、（ｂ）は、（ａ）に示すスラ
イス加工枠近傍を拡大した拡大図である。

【図９】上記集束イオンビーム装置において、半導体素
子の特定箇所近傍におけるステップ加工後の断面図であ
る。

【図１０】上記集束イオンビーム装置において、ステッ
プ加工枠の設定例を示す平面図である。

【図１１】上記集束イオンビーム装置において、ステッ
プ加工跡の形成例を示す平面図である。

【図１２】上記集束イオンビーム装置において、ステッ
プ加工後の位置合わせを説明する平面図である。

【図１３】上記集束イオンビーム装置において、断面を
含む半導体素子の表面を走査した際、走査位置と輝度レ
ベルとの関係を示すグラフである。

【図１４】上記集束イオンビーム装置において、スライ
ス加工時のスライス加工枠を説明するものであり、特定
箇所近傍を詳細に示す拡大平面図である。

【図１５】上記集束イオンビーム装置において、図１４
に示す各スライスラインの断面を観察して得た断面画像
データである。

【図１６】上記集束イオンビーム装置において、断面画
像から３次元への変換方法を説明するものであり、図１
５の各断面画像データを３次元に並べた説明図である。

【図１７】上記集束イオンビーム装置において、図１６
の各断面画像データを立体的に表示した場合の表示例で
ある。

【図１８】従来の一般的な断面観察法を示すものであ
り、（ａ）は、観察前において、（ｂ）は、荒加工後に
おいて、（ｃ）は、仕上げ加工後において、半導体素子
の特定箇所をそれぞれ示す斜視図であり、（ｄ）は、断
面の観察により得られた断面画像データを示している。

【図１９】半導体素子に発生する不良の一例を示すもの
であり、（ａ）は、ダスト不良箇所、（ｂ）は、電源リ
ーク箇所をそれぞれ示す平面図である。

【図２０】従来の他の観察方法を示す説明図であり、
（ａ）は、観察前において、（ｂ）は、加工途中におい
て、（ｃ）は、加工後において、半導体素子の特定箇所
をそれぞれ示す斜視図である。

【図２１】上記観察方法において、各平面画像データか
ら任意の断面画像データへの変換方法を示す説明図であ
る。

【符号の説明】

１半導体素子（被観察物）２微動ステージ３イオンビーム照射部４２次電子・２次イオン検出器６制御コンピュータ１１特定箇所６２記憶部６３３次元データ表示処理部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】被観察物の所望の位置にイオンビームを照
射して、断面加工する断面加工工程と、上記断面加工工
程にて、被観察物に形成した断面をイオンビームで走査
し、被観察物より放出される荷電粒子を検出して、当該
断面表面の断面画像データを取得する観察工程とを有す
る集束イオンビーム装置の被観察物解析方法において、被観察物の特定箇所に対して、所定の間隔を空けて上記
断面加工工程および観察工程を繰り返し、各断面加工工
程にて断面を形成した位置を示す位置データと各観察工
程における断面画像データとを蓄積する蓄積工程と、上記蓄積工程にて蓄積した各断面画像データおよび位置
データから、上記特定箇所の形状を３次元表示する表示
工程とを含んでいることを特徴とする集束イオンビーム
装置の被観察物解析方法。
【請求項２】上記断面加工工程にて、形成する断面の表
面からの深さをそれぞれ別に設定できることを特徴とす
る請求項１記載の集束イオンビーム装置の被観察物解析
方法。
【請求項３】上記被観察物へ照射するイオンビームのイ
オンビーム口径およびイオンビーム電流値の少なくとも
一方は、上記観察工程と上記断面加工工程とで互いに異
なって設定されることを特徴とする請求項１または２記
載の集束イオンビーム装置の被観察物解析方法。