JPH0676781A - イオンビーム走査画像の取得方法、および集束イオンビーム装置 - Google Patents

イオンビーム走査画像の取得方法、および集束イオンビーム装置

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JPH0676781A
JPH0676781A JP4228851A JP22885192A JPH0676781A JP H0676781 A JPH0676781 A JP H0676781A JP 4228851 A JP4228851 A JP 4228851A JP 22885192 A JP22885192 A JP 22885192A JP H0676781 A JPH0676781 A JP H0676781A
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ion beam
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JP4228851A
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Tadashi Kishi
正 岸
Toshitsugu Ueda
敏嗣 植田
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Yokogawa Electric Corp
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Yokogawa Electric Corp
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 集束イオンビームのビーム径を350Åより
さらに小さくした場合でも、イオンビーム照射による変
化を画像化する方法を提供すること、および、そのよう
な方法を用いた集束イオンビーム装置を提供することで
ある。 【構成】 試料上でイオンビームを走査し、その走査に
伴ってその試料に流れる吸収電流の量を電流測定アンプ
7により検出して、モニタ12上で走査電流像を描く。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明はイオンビーム走査画像の
取得方法、および集束イオンビーム装置に関する。
【0002】
【従来の技術】ガリウム(Ga)などをイオン種とする
集束イオンビーム装置は、LSIにおける微細なマスク
レスパターン加工が可能であり、LSIや、さらに微細
なデバイスの観察,製造,加工装置等として、近年、注
目されている。
【0003】図6は、LSIの断面観察やパターン修正
用として現在使用されている、Gaイオンをイオン種と
する集束イオンビーム装置の概要を示す図である。この
集束イオンビーム装置は、イオンポンプ11により真空
引きされたイオンカラム1より集束Gaイオンビーム3
を出射し、このビームを、真空チャンバー(ターボポン
プ6により真空引きされている)内の試料台5上にセッ
トされた試料(IC)4に照射して,表面から発生する
2次電子を検出して走査電子像を描くものである。
【0004】集束したGaイオンビームの照射によっ
て、試料の極表面で発生する2次電子は、イオンビーム
の電子数の数倍であり、この2次電子は、チャンネル・
エレクトロン・マルチプライヤ20で検出され、アンプ
21により増幅されて、ビデオモニタ12に入力され
る。
【0005】ビデオモニタ12には、集束イオンビーム
のX、Y方向の走査を制御するコントローラ9から、X
−Y信号(走査位置情報)も入力されており、ビデオモ
ニタ12は、アンプ21からの信号をZ方向の信号と
し、それをX−Y座標と対応づけて表示する。これによ
り、走査型電子顕微鏡(SEM)のSEM像に類似の画
面(SIM像)を得ることができる。なお、参照番号8
はX−Y走査信号発生器であり、アンプ10はビーム走
査信号の増幅用のアンプである。
【0006】SIM画像はSEM像と比べて、同じ倍率
ならコントラストがはっきりした鮮明な画像を得ること
ができ、また、試料の観察しかできないSEMと違っ
て、SIMの場合は、試料表面のエッチングを行い、そ
のエッチング断面を観察する等の加工と観察の双方を連
続して行える利点をもつ。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】上述の従来技術には、
以下の問題点があることが、本発明者の検討の結果、明
らかとなった。
【0008】すなわち、現在の集束イオンビーム装置の
最小イオンビーム径は、350Å程度である。今後の電
子デバイスの集積度向上を考慮すると、イオンビーム径
はさらに絞られるのは必須であるが、このようなイオン
ビームのさらなる絞り込みを行うと、その照射イオンビ
ーム量が減少し、これに伴って試料表面で発生する2次
電子量も減少し、チャンネルエレクトロンマルチプライ
ヤでは、正確な検出ができなくなる。これは、チャンネ
ルエレクトロンマルチプライヤにおけるS/Nが悪化し
て、信号がノイズに埋もれてしまうためである。
【0009】チャンネルエレクトロンマルチプライヤの
検出精度の向上にも限度があり、また、そもそも、試料
表面で発生し、空間を経て入射する電子を検出するとい
う検出構造自体に不安定要因を含み(すなわち、その入
射する電子そのものにノイズが多く重畳されていると考
えられる)、現状の技術では、集束イオンビームのさら
なる絞り込みに対応できない。
【0010】イオンビーム照射による変化を画像化でき
ないと、ビーム走査の調整等ができず、結局、そのよう
な微小なビーム径の集束イオンビームを、デバイスの加
工や観察に利用できないことになる。
【0011】本発明は、このような検討結果に基づいて
なされたものであり、その目的は、集束イオンビームの
ビーム径を350Åよりさらに小さくした場合でも、イ
オンビーム照射による変化を画像化する方法を提供する
こと、および、そのような方法を用いた集束イオンビー
ム装置を提供することにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
(1)本発明のイオンビーム走査画像の取得方法は、試
料上でイオンビームを走査し、その走査に伴ってその試
料に流れる電流の量を測定し、前記イオンビームの走査
位置に対する電流の量を検出して、これにより走査電流
像を描くことを特徴とするものである。 (2)また、本発明の集束イオンビーム装置は、加速さ
れたイオンビームを発生させるイオンビーム発生手段
と、イオンビームの照射対象である試料を載置する試料
台と、この試料台を取り囲む真空チャンバーと、試料に
流れる電流を測定するための電流測定手段と、前記イオ
ンビームを走査するための走査手段と、この走査手段に
よるイオンビーム走査に対応して前記電流測定手段によ
り測定される電流量の変化を検出し、走査イオン像を描
くモニタ手段とを具備することを特徴とするものであ
る。
【0013】
【作用】試料にイオンビームを照射する場合、イオンビ
ームの加速電圧が30KV程度以下であれば、イオンは
試料中に入ることなく、試料の極表面をエッチングしな
がら、その試料表面で反射される。このとき、試料の極
表面からは、相当数の2次電子が発生する。試料が例え
ば、接地されているとして、この場合に、グランドから
試料に流れる電流(吸収電流)に着目する。
【0014】この試料の吸収電流量は、照射されたイオ
ンビームによりチャージされるチャージ電流に、2次電
子の放出による電流を加えた量となる。すなわち、4n
Aのイオンビームをアルミニュウム(Al)配線に照射
したとき、この配線から11nAの2次電子電流が放出
されたとすると、そのアルミニュウム配線(試料)を流
れる吸収電流量は、4nA+11nA=15nA程度と
なる。
【0015】すなわち、試料の吸収電流には、2次電子
放出に対応した電流が瞬時的に流れるのであり、試料表
面からの2次電子の変化を捉えるのも、試料を流れる吸
収電流量の変化を捉えるのも、結局は、同じ物理現象を
観察することになる。
【0016】次に、2次電子および吸収電流の検出精度
について考察する。2次電子検出のためのチャンネル・
エレクトロンの検出限界は数十pAオーダであり、それ
以下では、S/Nが悪化して検出できなくなる。一方、
試料吸収電流の測定においては、1pA以下の微小電流
の変化を容易に検出できる。これは、2次電子検出が放
出電子を受けての特殊な測定態様であるに対し、吸収電
流の測定が、通常の導体中を流れる連続した電流量の測
定であり、通常の高精度の電子回路を利用でき、後者の
測定精度が安定していることによる。
【0017】従って、イオンビーム照射後の2次電子放
出による変化を、試料の吸収電流量の変化として捉え、
高精度の電子回路(例えば、電流−電圧変換型アンプ)
により測定することにより、イオンビーム径を絞った場
合にも、把握できるようになる。このため、正確な走査
イオン像をモニタ上に描くことができ、これにより、微
小ビーム径の集束イオンビームを用いた試料の加工,観
察等を実現できる。
【0018】
【実施例】次に、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図1は本発明の集束イオンビーム装置の一
実施例の構成を示す図である。
【0019】(装置の構成)図中、参照番号1はイオン
ビームを発生,集束させるためのイオンカラムであり、
2は真空チャンバー,3はガリウム(Ga)イオンビー
ムである。参照番号4は試料(IC),5は試料台,1
1はカラムの真空引きをするためのイオンポンプ,6は
真空チャンバー内を排気するターボポンプ,7は試料4
の吸収電流を測定するための電流−電圧変換型の反転ア
ンプ(電流測定アンプ),8はビームをX−Y方向にス
キャンさせる信号の発生器,9はこの発生器8の信号を
用いたコントローラ(倍率等を調整する働きをする),
10は実際のビームをX−Yにスキャンさせるための電
圧を発生するアンプ,12は走査電流像を得るためのビ
デオモニタである。
【0020】(装置の動作)試料であるIC(4)に、
イオンビーム3を照射し、このイオンビームを、参照番
号8,9,10の構成を使って、所定速度でX,Y方向
に走査する。
【0021】集束イオンビーム3が試料4に入射する
と、電子ビームの場合と異なり、試料中に深く侵入する
ことなく表面で電荷を失って反射し、そこからイオンビ
ームの電子数の数倍の2次電子が発生する。
【0022】これに伴って、電流測定アンプ7側から試
料台5を介して試料4中に電流が流れ、この電流量を、
電流測定アンプ7により測定,増幅する。この測定信号
を、ビデオモニタ12のブラウン管のZ端子に入力し、
輝度調節を行い、一方、コントローラ9からのX−Y信
号をブラウン管のX,Y端子に入力し、ビーム走査に対
応した走査電流像をブラウン管上に描く。
【0023】(吸収電流測定による走査電流像の特色) (a)図2の下側には、試料の材質を種々に変化させて
吸収電流量を測定した結果(ア)と、集束イオンビーム
の試料への入射角を変化させた場合の吸収電流量を測定
した結果(イ)とが示されている。Gaイオンビームの
電流は16pA,ビーム径は500Åである。
【0024】吸収電流量は試料の材質に応じて変化し、
また、ビーム入射角θに応じて変化していることがわか
る。従って、吸収電流を検出する本発明の方法によれ
ば、試料表面の材質の変化や、凹凸の状態を正確に検知
できる。
【0025】(b)図3に示されるような半導体デバイ
スの表面において、イオンビームをA−Cに沿って繰り
返しスキャンした場合の、2次電子検出波形(チャンネ
ルエレクトロンにより検出)と吸収電流検出波形が図4
に示される。図4において、吸収電流像は、反転アンプ
7により検出しているために、2次電子像とは逆の極性
として描かれている。
【0026】図3では、Si基板30上に、SiO2
31がパッシベーション膜として設けられ、SiO2
31上の一部には、ポリシリコン層32が形成されてい
る。SiO2 膜31は絶縁物のために、2次電子の放出
が極めて少なく、ポリシリコン層32の場合には、導体
であるためにイオンビームの電子数の2,3倍の2次電
子が放出される。従って、イオンビームがA−B間を走
査している場合には吸収電流量は少なく、B−C間を走
査している場合には吸収電流量はかなり増大する。図4
では、このような周期的な変化がよく現れている。
【0027】ここで注目すべき点は、図4における比較
例としての2次電子像(上側)に比べ、本発明による吸
収電流像(下側)は、特に2次電子の放出が多い領域に
おいて、波形の乱れが少なく、S/Nが格段に良いこと
であり、また、波形の再現性も優れていることである。
2次電子検出の場合には、ビームをこれ以上絞ると、ビ
ーム電流が減って画像化が困難になるが、試料吸収電流
の検出の場合は、さらに、ビーム径を1/4〜1/5程
度まで絞り込んで検出できることがわかる。
【0028】(c)試料の吸収電流を検出し、オシロス
コープ上で画像化した場合の像が、図5(a)に示され
る。図5(b)は比較例としての2次電子像であるが、
画像の反転を除いては、同様の画像が得られており、本
発明を用いた試料吸収電流像の方がより鮮明である。
【0029】
【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、以
下の効果が得られる。 (1)集束イオンビームを350Å程度以下に、さらに
絞り込んだ場合にも、イオンビーム照射による変化を捉
えて画像化できるようになる。これにより、より高分解
能の顕微鏡による試料の観察や、電子デバイスに対する
微細な加工,修正等が行えるようになる。 (2)装置としては、従来のチャンネル・エレクトロン
(2次電子検出器)を電流測定アンプに代えるだけでよ
く、装置構成が簡単で、実現が容易である。また、電流
測定アンプの精度向上に伴い、分解能のさらなる向上も
期待できる。 (3)これらにより、将来の量子効果ICのようなデバ
イスの超微細化にも充分適用可能な、観察,加工技術を
確立できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の集束イオンビーム装置の一実施例の構
成を示す図である。
【図2】試料の材質を種々に変化させて吸収電流量を測
定した結果と、集束イオンビームの試料への入射角を変
化させた場合の吸収電流量を測定した結果を説明するた
めの図である。
【図3】イオンビームの照射対象例である。
【図4】図3に示されるような試料の表面において、イ
オンビームをA−Cに沿って繰り返しスキャンした場合
の、2次電子検出波形(チャンネルエレクトロンにより
検出)と吸収電流検出波形を、比較して示す図である。
【図5】(a)は試料の吸収電流を検出し、オシロスコ
ープ上で画像化した場合(本発明)の像を示す図、
(b)は比較例としての2次電子像を示す図である。
【図6】従来の集束イオンビーム装置の構成例を示す図
である。
【符号の説明】
1 イオンカラム 2 真空チャンバー 3 イオンビーム 4 試料(IC) 5 試料台 6 ターボポンプ 7 電流測定アンプ 8 X−Y走査信号発生器 9 コントローラ 10 アンプ 11 イオンポンプ 12 ビデオモニタ

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 試料上でイオンビームを走査し、その走
    査に伴ってその試料に流れる電流の量を測定し、前記イ
    オンビームの走査位置に対する電流の量を検出して、こ
    れにより走査電流像を描くことを特徴とするイオンビー
    ム走査画像の取得方法。
  2. 【請求項2】 加速されたイオンビームを発生させるイ
    オンビーム発生手段と、イオンビームの照射対象である
    試料を載置する試料台と、この試料台を取り囲む真空チ
    ャンバーと、試料に流れる電流を測定するための電流測
    定手段と、前記イオンビームを走査するための走査手段
    と、この走査手段によるイオンビーム走査に対応して前
    記電流測定手段により測定される電流量の変化を検出
    し、走査電流像を描くモニタ手段とを具備することを特
    徴とする集束イオンビーム装置。
JP4228851A 1992-08-27 1992-08-27 イオンビーム走査画像の取得方法、および集束イオンビーム装置 Pending JPH0676781A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2005243368A (ja) * 2004-02-25 2005-09-08 Sii Nanotechnology Inc Fib/sem複合装置の画像ノイズ除去
KR100734252B1 (ko) * 2001-03-16 2007-07-02 삼성전자주식회사 빔 감지기를 포함한 이온주입장치 및 그에 의한 도즈량측정방법

Cited By (2)

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