(57)【要約】【課題】  チップ１０１の表面をスライスするように除去し、ＳＥＭ１０７により断面観察を行なう工程を繰り返し、３次元像を形成する場合、チップ１０１表面の保護膜１０２が一番先に除去されるため電荷の放出経路がなくなり、チャージアップ現象が発生してしまう。【解決手段】  斜面１０５を、チップ１０１の表面に対向する位置にある観察面１０６の観察を行なう場合にＳＥＭ１０７からの電子線を遮らぬようＦＩＢを用いて形成する。観察面１０６をＳＥＭ１０７で観察した後、観察面１０６をスライスするように除去し、再びＳＥＭ１０７により新たな観察面の観察を行なう。チップ１０１の表面部には導電性の保護膜１０２が形成されているため、最表面までスライスして除去しても、電荷の逃げ道が確保されているため、チャージアップ現象を防止できる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面側には被観察領域が形成されており、また前記表面側には導電体からなる、前記被観察領域を保護するための保護膜が形成されたチップを用い、前記チップの表面から、前記チップの裏面に垂直に向かう方向を正とした深さと、
前記チップの一つの側面と垂直で、前記チップの前記側面から前記チップの内部に向かう方向を正とした奥行きと、
前記チップの前記側面及び前記表面と平行で、前記チップの外部から前記側面を見て、左から右に向かう方向を正とした幅と、を用いて配置が特定される前記チップの断面観察方法であって、
幅方向の両端では、一端が前記被観察領域の幅の最大値以上の値を有し、また他端が前記被観察領域の幅の最小値以下の値を有し、また前記被観察領域の最大奥行き以上の奥行きと、前記被観察領域の最大深さ以上の深さと、を有してなる観察面を、前記表面と平行で、かつ前記被観察領域を挟んで対向する位置に配置し、前記観察面に１次の荷電粒子を照射して得られた前記観察面からの２次電子、２次イオン、または２次光線を収集して前記観察面を観察する際に、前記１次の荷電粒子が前記観察面へ到達することを妨げる領域を、前記チップの前記側面から集束イオンビームを照射して除去する工程と、
前記１次の荷電粒子を前記観測面に照射して、前記観察面を観察し、断面像のデータを蓄積することと、前記観察面を前記集束イオンビームを用いて前記表面と平行に除去し、新しい観察面を形成することとを、前記被観察領域を全て観察するまで繰り返し行なう、または観察面を解釈するために必要となる情報が観察途中で得られた場合、繰り返しを打ち切る工程とを有することを特徴とするチップの断面観察方法。
【請求項２】
前記観察面を観察する工程では、走査形電子顕微鏡または走査形イオン顕微鏡を用いて観察することを特徴とする請求項１に記載のチップの断面観察方法。
【請求項３】
前記観察面を観察した工程のデータから、前記被観察領域の３次元構造を合成し出力する工程を有することを特徴とする請求項１または２に記載のチップの断面観察方法。
【請求項４】
前記保護膜が絶縁体からなることを特徴とする請求項１に記載のチップの断面観察方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体集積回路などが表面に形成されたチップの側面から、当該側面への集束イオンビームの照射により加工されて得られる平面に、荷電粒子を照射して、得られた信号をもとにして断面構造を観察するチップの断面観察方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
上記した断面観察方法の一つでは、特許文献１に記載されているように、集束イオンビーム（以下「ＦＩＢ」と略記）と、走査形電子顕微鏡（以下「ＳＥＭ」と略記）または走査形イオン顕微鏡（以下「ＳＩＭ」と略記）を用い、チップ表面の３次元構造を観察している。ここで、観察手段として、ＳＥＭを代表例として説明する。
【０００３】
この方法では、ＦＩＢによりまずチップの表面に形成された被観察領域と隣接する領域に、前記チップの表面と略垂直な、ＳＥＭ等による観察を行なうための観察面の形成と、前記観察面をＳＥＭ等で観察する際に影となる領域の除去とを行なう。
【０００４】
次に、ＳＥＭ等で前記観察面を観察し、前記観察面の２次元画像データを蓄積する。
【０００５】
次に、ＦＩＢを用いて前記観察面を除去し、前記観察面と略平行な新しい観察面を露出させる。
【０００６】
そして、観察面の観察と、新しい観察面の露出との繰り返しを被観察領域がある限り行ない、３次元断面像を得るものである。
【０００７】
また、公知の技術として、チップ表面をＦＩＢのビーム方向に対して略垂直になるよう設置して、チップ表面方向から、ＦＩＢでチップ表面をスライスするよう除去し、新しい面を露出させて、チップ表面と略垂直な方向からＳＥＭ観察し、２次元データを収集した後、３次元像を得る方法が知られている。
【０００８】
【特許文献１】特開平８−１１５６９９号公報（第２〜４頁、図２）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１に記載されている観察方法では、ＳＥＭ観察を用いた場合、その分解能は、１ｎｍ程度と優れているが、ＦＩＢによる新しい観察面の形成では、そのスライス厚みはＦＩＢの制御限界である２０ｎｍ程度の分解能でしか制御できないため、チップ表面の第１方向の軸では１ｎｍの分解能があるのに対し、観察面で、その方向と垂直な第２方向の軸では２０ｎｍの分解能しか得ることができない。
【００１０】
そのため、表面に平行な面方向の構造を重視して３次元構造を観察する場合、一方の軸の方向では１ｎｍの分解能が得られているのに対し、前記観察面内で一方の軸と直行する他方の軸の方向では２０ｎｍ程度の分解能しか得られないため、平行な観察方向での分解能差が大きくなり、例えばチップの観察方向が異なった場合、３次元観察像が平面方向で変形して観察されてしまう場合があった。
【００１１】
また、公知技術である、チップ表面をスライスするように除去して、チップ表面と略垂直な方向からＳＥＭ観察を行なう場合、表面に平行な面方向の分解能は均一になるが、この場合ではチップ表面が一番先に除去されるため、チップ表面上にチャージアップを防ぐための導通膜を形成しても、導通膜が除去されてからチップの観察が始まることとなり、ＳＥＭ観察に用いられる電子線が注入されることで蓄積される電荷を逃がすことができず、ＳＥＭ観察のための電子線が観察面からはじかれることにより生じる、観察面が白く光り、観察を困難とするチャージアップ現象が発生してしまう場合があった。
【００１２】
そこで本発明は、チップの平面方向の分解能が略等しい値を持ち、かつ観察を困難とするチャージアップ現象を抑制してチップの平面方向の情報を観察した２次元データを得て、さらに前記２次元データを収集し、３次元構造の断面構造を獲得するためのチップの断面観察方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記目的を達成するために本発明のチップの断面観察方法は、表面側には被観察領域が形成されており、また前記表面側には導電体からなる、前記被観察領域を保護するための保護膜が形成されたチップを用い、前記チップの表面から、前記チップの裏面に垂直に向かう方向を正とした深さと、前記チップの一つの側面と垂直で、前記チップの前記側面から前記チップの内部に向かう方向を正とした奥行きと、前記チップの前記側面及び前記表面と平行で、前記チップの外部から前記側面を見て、左から右に向かう方向を正とした幅と、を用いて配置が特定される前記チップの断面観察方法であって、幅方向の両端では、一端が前記被観察領域の幅の最大値以上の値を有し、また他端が前記被観察領域の幅の最小値以下の値を有し、また前記被観察領域の最大奥行き以上の奥行きと、前記被観察領域の最大深さ以上の深さと、を有してなる観察面を、前記表面と平行で、かつ前記被観察領域を挟んで対向する位置に配置し、前記観察面に１次の荷電粒子を照射して得られた前記観察面からの２次電子、または２次イオン、または２次光線を収集して前記観察面を観察する際に、前記１次の荷電粒子が前記観察面へ到達することを妨げる領域を、前記チップの前記側面から集束イオンビームを照射して除去する工程と、前記信号を用いて、前記観察面を観察し、断面像のデータを蓄積することと、前記観察面を前記集束イオンビームを用いて前記表面と平行に除去し、新しい観察面を形成することとを、前記被観察領域を全て観察するまで繰り返し行なう、または観察面を解釈するために必要となる情報が観察途中で得られた場合、繰り返しを打ち切る工程とを有することを特徴とする。
【００１４】
この観察方法によれば、前記観察面が、前記表面と平行で、前記被観察領域を挟んで対向する位置にあり、前記観察面を観察し、前記断面像のデータを蓄積する第１の工程と、前記観察面を前記集束イオンビームを用いて前記表面と平行にスライスするよう除去し、新しい観察面を形成する第２の工程と、第１の工程と第２の工程を前記被観察領域を全て観察するまで繰り返し行なう工程を有するため、前記被観察領域をチップの深い位置から浅い位置に向けて観察することができる。そのため、前記チップの表面に導電膜を形成することで、前記観察面に侵入してきた１次の荷電粒子の電荷を、前記表面上に導電体からなる保護膜を通じて逃がすことで、侵入してきた１次の荷電粒子の電荷の蓄積によりコントラストが低下してしまうチャージアップ現象を抑制することができる。
【００１５】
また、前記表面と平行で、前記被観察領域を挟んで対向する位置にある前記観察面を観察するため、前記チップ表面方向に、同一の分解能を有する２次元像観察手段を割り当て、深さ方向に前記集束イオンビームのスライス量に応じた分解能を割り当てることができるため、表面方向の構造の分解能を優先した３次元構造を観察する場合、表面方向での分解能差をなくすことができ、平面方向の構造を主とした３次元構造をより精密に観察することができる。
【００１６】
また、上記した本発明のチップの断面観察方法は、前記観察面を観察する工程では、走査形電子顕微鏡または走査形イオン顕微鏡を用いて観察することを特徴とする。
【００１７】
この観察方法によれば、チップの構造を、走査形電子顕微鏡により観察するため、走査形電子顕微鏡の分解能である１ｎｍ程度の微細な構造を観察することができる。また、走査形電子顕微鏡と比べ結晶粒界の検出感度が高い走査形イオン顕微鏡を用いることで、ポリシリコンやアルミニウムの結晶粒界を高い感度で観察することが可能となる。
【００１８】
また、上記した本発明のチップの断面観察方法は、前記観察面を観察した工程のデータから、前記被観察領域の３次元構造を合成し出力する工程を有することを特徴とする。
【００１９】
この観察方法によれば、前記断面像のデータを用いて３次元構造を合成し出力するため、断面構造の観察結果を、視覚的に認識しやすい形式で表現することが可能となる。
また、上記した本発明のチップの断面観察方法は、前記保護膜が絶縁体からなることを特徴とする。
この観察方法によれば、チップの材質が導電体からなる場合に、導体からなる保護膜を用いた場合と比べ、高いコントラストを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明に係るチップの断面観察方法について、図面を参照して説明する。なお、各図では、図面上で認識可能な程度の大きさとするため、各膜や各部材毎に縮尺を異ならせてある。
【００２１】
図１は、集束イオンビーム（以下「ＦＩＢ」と略記）と走査型電子顕微鏡（以下「ＳＥＭ」と略記）を用いて、チップを加工、観察する手法を示す概略断面図である。
【００２２】
チップ１０１の表面には導電性の保護膜１０２が形成されている。そして、チップ１０１は、図面右側にチップ１０１の表面を向けて、電気的に接地されたステージ１０３上に導電性ペースト１０４を用いて固定されている。また、導電性の保護膜１０２は、導電性ペースト１０４を用いてステージ１０３と電気的に導通が取られている。
【００２３】
チップ１０１の側面（図１での上面）には、ＳＥＭ１０７による観察を行なう際に影となる領域をＦＩＢ源１０８からのＦＩＢを用いて除去することで得られる斜面１０５が形成されており、チップ１０１の表面に略垂直な方向に作成された観察面１０６のＳＥＭ１０７による観察を可能としている。
【００２４】
ここで、ＳＥＭ１０７による観察は、観察面１０６を観察するために、チップ１０１の表面より深い位置（図１での左側）から、観察面１０６に向かってＳＥＭ１０７による観察用の電子線を照射する方式で行なわれる。また、観察面１０６のＳＥＭ１０７による観察が終了した後には、ＦＩＢ源１０８からのＦＩＢを用いてチップ１０１の観察面１０６をスライスするよう除去し、新たな観察面を露出させて観察する。
【００２５】
そのため、チップ１０１の表面に形成された導電性の保護膜１０２は、チップ１０１の観察が終了するまで残存することとなり、ＳＥＭ１０７を用いてチップ１０１の観察をした場合、チップ１０１の観察が終了するまで導電性の保護膜１０２を経由して、導電性ペースト１０４、ステージ１０３を通じて電荷を放出することができる。
【００２６】
従って、チップ１０１の表面に形成された観察面１０６に負電荷が蓄積し、蓄積した負電荷の影響により、ＳＥＭ１０７による観察のための電子線が観察面からはじかれることにより生じる、観察面が白く光ることで観察を困難とするチャージアップ現象を抑制することができる。
【００２７】
次に、図２、及び図３を用いて観察手順について説明する。図２、図３は本発明に係る観察手順を示すための工程断面図である。
【００２８】
（１）図２（Ａ）に示すように、表面に導電性の保護膜１０２が形成されたチップ１０１を、導電性ペースト１０４を用いてステージ１０３上に固定する。この際、導電性の保護膜１０２と導電性ペースト１０４が電気的に導通するよう導電性ペースト１０４を塗布する。
【００２９】
（２）図２（Ｂ）に示すように、表面方向を右側に向けたチップ１０１の直上から、ＦＩＢ源１０８からのＧａイオンをＦＩＢとして用いることで被測定領域を加工して、ＳＥＭ１０７による観察をする際に影となる領域を除去した斜面１０５を形成することで、ＳＥＭ観察を行なうための観察面１０６ａを露出させる工程を行なう。
【００３０】
（３）図３（Ａ）に示すように、観察面１０６ａを斜め方向からＳＥＭ１０７によリ観察し、２次元像データを得る。
【００３１】
（４）図３（Ｂ）に示すように、観察面１０６ａの直上からＦＩＢを入射し、観察面１０６と平行にスライスするようにチップ１０１を除去し、新たな観察面１０６ｂを形成する。
【００３２】
（５）被観察領域全てを観察するまで（３）、（４）の手順を繰り返す、あるいは断面像を解釈するために必要となる情報が観察途中で得られた場合のデータが得られた時点で繰り返しを打ち切る。
【００３３】
この手順を用いて観察することで、チップ１０１の表面に平行な面に対してＳＥＭ１０７による観察が行なえるため、チップ１０１の表面に平行な面に対して高い分解能を必要とするチップ１０１の観察を精度良く行なうことができる。
【００３４】
次に図４を用いて、３次元像を観察した事例について説明する。
【００３５】
図４は、異物が侵入していたチップについて、９枚の断面観察結果を測定順序（Ｓ１〜Ｓ９）に従って示した断面図である。
【００３６】
図５は、図４での９枚の断面図を組み合わせて３次元表示を行なった立体図である。チップ１０１と略平行な面に対して略同一の分解能を有する２次元像観察手段としてＳＥＭを用いたためチップ１０１と略平行な面に対して高い分解能を得ることができる。単一のＳＥＭ１０７によるデータからは、球形の異物として観察されていたものが、実際の異物の形状は円錐形を成していることがわかった。
【００３７】
＜変形例＞
上記した、表面観察に用いたＳＥＭに代えて、ＳＩＭを用いても良く、特に多結晶構造を持つ被観察領域の結晶粒界の観察ではＳＩＭを用いることで、ＳＥＭ１０７による観察に比べ粒界を高いコントラストを持って観察することができる。
【００３８】
また、ＳＥＭ１０７からの電子線を妨げぬよう、斜面１０５を形成しているが、これは斜面に限定する意図はなく、階段状、あるいは矩形など、ＳＥＭ１０７からの電子線を妨げぬよう加工された形状であれば良い。
【００３９】
また、保護膜１０２に導電性があるものを用いた例について説明したが、これはチップ１０１の材質によっては、絶縁性の保護膜を使っても良い。特に、チップが導体からなる場合には、絶縁体の保護膜を用いることで高いコントラストを得ることができる。
【００４０】
また、３次元形状に加工するための手法について説明したが、これは単一の面についての観察結果を得ても良い。特に、チップ１０１の表面に近い部分のＳＥＭ１０７による観察では、チップ１０１の最表面に導電性の保護膜１０２が形成されているため、電荷の逃げ道があるためにチャージアップを抑えてＳＥＭ１０７を用いた観察が可能となる。
【００４１】
次に、本実施形態の効果について記述する。
【００４２】
（１）ＳＥＭ１０７による観察は、観察面１０６を観察するために、チップ１０１の表面より深い位置から、観察面１０６に向かってＳＥＭ１０７による観察用の電子線を照射する方式で行なわれる。また、観察面１０６のＳＥＭ１０７による観察が終了した後には、ＦＩＢ源１０８からのＦＩＢを用いてチップ１０１の観察面１０６をスライスするよう除去し、新たな観察面を露出させて観察する。
【００４３】
そのため、チップ１０１の表面に形成された導電性の保護膜１０２は、チップ１０１の観察が終了するまで残存することとなり、ＳＥＭ１０７を用いてチップ１０１の観察をした場合、チップ１０１の観察が終了するまで導電性の保護膜１０２を経由して、導電性ペースト１０４、ステージ１０３を通じて電荷を放出することができる。
【００４４】
従って、チップ１０１の表面に形成された観察面１０６に負電荷が蓄積し、蓄積した負電荷の影響により、ＳＥＭ１０７による観察のための電子線が観察面からはじかれることにより生じる、観察面が白く光ることで観察を困難とするチャージアップ現象を抑制することができる。
【００４５】
（２）チップ１０１の表面に平行な面に対してＳＥＭ１０７による観察が行なえるため、チップ１０１の表面に平行な面に対して高い分解能を必要とするチップ１０１の観察を、別断面で観察する場合と比べより精度良く行なうことができる。
【００４６】
（３）深さの異なる位置で観察した２次元像を元に３次元像を作成するため、異物を含んだチップ１０１の観察結果を２次元像のみで解釈した場合と比べ、より正しい解釈を行なうことが可能となる。
【００４７】
（４）断面像を解釈するために必要となる情報が観察途中で得られた場合には観察を打ち切るため、チップ１０１の観察に掛かる時間を短縮できる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】チップを加工、観察する手法を示す概略断面図。
【図２】本発明に係る観察手順を示すための工程断面図。
【図３】本発明に係る観察手順を示すための工程断面図。
【図４】断面観察結果を測定順序（Ｓ１〜Ｓ９）に従って示す断面図。
【図５】断面図を組み合わせて形成した３次元表示結果を示す立体図。
【符号の説明】
【００４９】
１０１…チップ、１０２…保護膜、１０３…ステージ、１０４…導電性ペースト、１０５…斜面、１０６…観察面、１０６ａ…観察面、１０６ｂ…観察面、１０７…ＳＥＭ、１０８…ＦＩＢ源。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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