(57)【要約】【課題】ＳＥＭで観察する試料表面以外にはダメージを与えないで、検査の終わったウエハを再びラインに戻して使用でき、歩留まりを向上できる不良解析装置を提供することにある。【解決手段】イオンビームを照射して試料を加工する収束イオンビーム装置１０と、収束イオンビーム装置１０により加工された箇所に電子ビームを照射する走査型電子顕微鏡２０と、走査型電子顕微鏡２０による電子ビーム照射と同時に、この電子ビーム照射位置よりも広い範囲に、収束イオンビーム装置１０による加工時のイオンビームの加速電圧よりも低い加速電圧にてＡｒイオンシャワーを照射するイオンシャワー装置３０を備える。このイオンシャワーの照射により、上記走査型電子顕微鏡による電子ビーム照射によって上記試料表面がチャージアップするのを防止し、走査型電子顕微鏡２０による電子ビーム照射によって発生した二次電子を検出し、画像表示する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンビームを照射して試料を加工する収束イオンビーム装置と、この収束イオンビーム装置により加工された箇所に電子ビームを照射する走査型電子顕微鏡と、この走査型電子顕微鏡による電子ビーム照射によって発生した二次電子を検出し、画像表示する不良解析装置において、
上記走査型電子顕微鏡による電子ビーム照射と同時に、この電子ビーム照射位置よりも広い範囲に、上記収束イオンビーム装置による加工時のイオンビームの加速電圧よりも低い加速電圧にてイオンシャワーを照射するイオンシャワー装置とを備え、
このイオンシャワーの照射により、上記走査型電子顕微鏡による電子ビーム照射によって上記試料表面がチャージアップするのを防止することを特徴とする不良解析装置。
【請求項２】
請求項１記載の不良解析装置において、
上記イオンシャワー装置のイオン源として、不活性ガスのイオン源を用いることを特徴とする不良解析装置。
【請求項３】
請求項１記載の不良解析装置において
電子ビーム照射によって発生した二次電子を画像処理する際、上記イオンシャワー装置によるイオンシャワーにより発生した二次電子信号を除去する画像処理装置を備えたことを特徴とする不良解析装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェハなどの一部の欠陥を解析する不良解析装置に係り、特に、収束イオンビーム装置（ＦＩＢ）により欠陥の一部を加工した後、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により加工部分を観察する場合に好適な不良解析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の不良解析装置では、解析対象物の試料が半導体や絶縁物のとき、ＳＥＭによって観察しようとすると、ＳＥＭの電子によって、試料がチャージアップし観察できない現象が生じることがある。このチャージアップ対策としては、試料表面にカーボン（Ｃ）やアルミニューム（Ａｌ），白金（Ｐｔ）などを蒸着する方法が知られている。
【０００３】
また、例えば、特開平２−１５５４６号公報に記載のように、試料の裏面からイオンシャワーを照射してチャージアップした電子を中和する方法が知られている。
【特許文献】
特開平２−１５５４６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、カーボンなどを試料の表面に蒸着する方法は、半導体用ウエハに複数のチップが形成され、そのうちの一つのチップの欠陥を調査する場合でも、観察面以外の試料全表面にチャージアップ防止用金属を蒸着しなければならず、調査後汚染によりウエハは破棄する必要があった。したがって、欠陥のあるチップ以外の正常なチップまで廃棄することとなり、歩留まりが低下するという問題があった。
【０００５】
また、特開平２−１５５４６号公報に記載の方法では、イオンシャワーを試料表面に照射した場合、試料が加工され、ダメージを与えるため、歩留まりが低下するという問題があった。
【０００６】
本発明の目的は、ＳＥＭで観察する試料表面以外にはダメージを与えないで、検査の終わったウエハを再びラインに戻して使用でき、歩留まりを向上できる不良解析装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
（１）上記目的を達成するために、本発明は、イオンビームを照射して試料を加工する収束イオンビーム装置と、この収束イオンビーム装置により加工された箇所に電子ビームを照射する走査型電子顕微鏡と、この走査型電子顕微鏡による電子ビーム照射によって発生した二次電子を検出し、画像表示する不良解析装置において、上記走査型電子顕微鏡による電子ビーム照射と同時に、この電子ビーム照射位置よりも広い範囲に、上記収束イオンビーム装置による加工時のイオンビームの加速電圧よりも低い加速電圧にてイオンシャワーを照射するイオンシャワー装置とを備えるようにしたものである。
かかる構成により、イオンシャワーの照射により、上記走査型電子顕微鏡による電子ビーム照射によって上記試料表面がチャージアップするのを防止して、ＳＥＭで観察する試料表面以外にはダメージを与えないで、検査の終わったウエハを再びラインに戻して使用でき、歩留まりを向上し得るものとなる。
【０００８】
（２）上記（１）において、好ましくは、上記イオンシャワー装置のイオン源として、不活性ガスのイオン源を用いるようにしたものである。
【０００９】
（３）上記（１）において、好ましくは、電子ビーム照射によって発生した二次電子を画像処理する際、上記イオンシャワー装置によるイオンシャワーにより発生した二次電子信号を除去する画像処理装置を備えるようにしたものである。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、図１〜図６を用いて、本発明の一実施形態による不良解析装置の構成及び動作について説明する。
図１は、本発明の一実施形態による不良解析装置の全体構成図である。図２及び図３は、チャージアップの説明図である。図４は、本発明の一実施形態による不良解析装置を用いたチャージアップ防止の原理説明図である。
【００１１】
本実施形態による不良解析装置は、欠陥部の加工用に用いる収束イオンビーム装置（ＦＩＢ）１０と、ＦＩＢ１０によって加工された箇所を観察するために用いる走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）２０と、ＳＥＭ２０による観察時のチャージアップ防止目的に用いるＡｒイオンシャワー３０とを備えている。
【００１２】
ＦＩＢ１０は、イオン銃１１からイオンビーム１２を照射し、ＦＩＢ電磁レンズ１３とＦＩＢ対物レンズ１５によりビームが絞られ、ＦＩＢ偏向レンズ１４により、試料ホルダー４０に保持された試料４２の面上を走査する。試料４２は、例えば、半導体ウェハであり、その表面には複数の半導体チップが形成されている。複数のチップの内、例えば、１つのチップに欠陥部があることが検出された場合、ＦＩＢ１０からイオンビーム１２をその欠陥部に照射して、欠陥部の断面構成が観察可能なような加工する。なお、欠陥部へのイオンビーム照射により、試料４２の表面からは二次電子が発生するが、発生した二次電子は二次電子検出器５０に導かれ、画像処理装置４２で処理された信号を画像表示モニター４４に表示する。
【００１３】
ＳＥＭ２０は、電子銃２１から電子ビーム２２を照射し、ＳＥＭ電磁レンズ２３とＳＥＭ対物レンズ２５によりビームが絞られ、ＳＥＭ偏向レンズ２４により試料４２の面上を走査する。ここでは、ＦＩＢ１０によって加工された欠陥部の断面形状が分かる部分に電子ビーム２２を照射して、欠陥部を観察し、不良解析を行う。電子ビームの照射により二次電子が発生するが、発生した二次電子は二次電子検出器５０に導かれ、画像処理装置５２で処理された信号を画像表示モニター４４に表示する。
【００１４】
ここで、ＳＥＭ２０の電子ビーム２２を加速電圧１ｋＶで観察する場合は問題ないが、加速電圧を高く（２〜１５ｋＶ）して観察した場合、観察面がチャージアップし電子ビーム照射位置がずれ、欠陥部分が観察できない現象が発生する。特に、ＦＩＢ１０によって欠陥部を加工した場合、加工した部分には加工粉が付着するため、加速電圧１ＫＶ程度で観察すると、加工粉の影響で断面形状がよく観察できない場合がある。このような場合、加速電圧を２〜１５ＫＶと高くすると欠陥部の観察がしやすくなるが、その一方で、上述したように、チャージアップによる問題が生じてくる。
【００１５】
ここで、図２及び図３を用いて、ＳＥＭの電子ビーム照射によるチャージアップ現象について説明する。
【００１６】
図２（Ａ）に示すように、試料ホルダー４０に保持された試料（半導体ウェハ）４２に電子ビーム２２を照射すると、通常、チャージアップしない場合は、図２（Ｂ）に示すように、試料４２の上に形成された細長いパターン４２Ａや円形のパターン４２Ｂが画像表示モニタ４４によって観察される。しかしながら、加速電圧を高く（２〜１５ｋＶ）して観察した場合、試料４２の表面に電子ｅ−がチャージアップすることにより、図２（Ｃ）に示すように、チャージアップした領域４２Ｃでは、パターンが観察されず、観察されるパターン４２Ａ’，４２Ｂ’は、チャージアップ領域４２Ｃ以外となり、不完全な像が観察されることになる。
【００１７】
また、図３（Ａ）に示すように、電子ｅ−によるチャージアップが発生すると、電子ビーム２２’の照射位置が移動する。その結果、図３（Ｂ）に示すように、図２（Ｃ）に示した状態に比べて、電子ビームの照射位置が移動した分、観察される位置が移動する。
【００１８】
以上のチャージアップによる現象を回避するため、本実施形態では、図１に示すように、ＳＥＭ２０による観察時のチャージアップ防止目的に用いるＡｒイオンシャワー３０を備えている。
【００１９】
Ａｒイオンシャワー３０は、Ａｒイオン銃３１からＡｒイオンビーム３２を照射し、Ａｒ用電磁レンズ３３とＡｒ用対物レンズ３４により、適度に調整され試料４２に照射する構造になっている。
【００２０】
ここで、図４（Ａ）に示すように、電子ビーム２２の照射部の試料（半導体ウエハ）４２の表面にＡｒイオンビーム３２を照射し、電子ｅ−とプラスイオン（＋）との電気的中和を図り、試料（半導体ウエハ）４２のチャージアップの防止を図るようにしている。
【００２１】
ここで、イオンシャワーとしては、Ａｒ（アルゴン）の他に、Ｎ２（窒素）等の不活性ガスのイオンシャワーを用いている。不活性ガス以外のイオンシャワーを用いると、そのイオンシャワーの原子が試料４２の表面に付着するため、汚染されるチップが増加し、歩留まりが低下するからである。
【００２２】
また、Ａｒイオンシャワーの加速電圧は、１００〜５００Ｖ程度の低加速電圧としている。この加速電圧は、ＦＩＢ加工時の加速電圧（３０〜４０ＫＶ）よりも低い加速電圧としている。加速電圧を高くするとイオンビームによって試料の表面がエッチングされるため、試料にダメージが与えられるので、これを避けるため、ＦＩＢ加工時の加速電圧（３０〜４０ＫＶ）よりも低い加速電圧としている。
【００２３】
なお、ＦＩＢ加工を行った後、その端面を平面に加工するフラットミリングでは、Ａｒイオンの加速電圧を２〜３ＫＶとしており、Ａｒイオンシャワー３０の加速電圧は、２〜３ＫＶ程度とすることも可能である。
【００２４】
次に、図５及び図６を用いて、本実施形態による不良解析装置の動作について説明する。
図５は、本発明の一実施形態による不良解析装置の動作時の模式図である。図６は、本発明の一実施形態による不良解析装置によって検出される二次電子信号の説明図である。
【００２５】
図５に示すように、電子ビーム２２は、試料４２の表面のＳＥＭ画像観察位置Ｓ１内を、偏向レンズ２４によって走査される。電子ビーム２２の走査に伴って、試料４２の表面から発生した二次電子は、二次電子検出器５０によって検出される。
【００２６】
一方、Ａｒイオンシャワー３２は、Ａｒイオンビーム照射範囲Ｉ１のように、ＳＥＭ画像観察位置Ｓ１より大きな範囲に照射される。Ａｒイオンビームの照射によっても試料４２の表面から発生した二次電子は、二次電子検出器５０によって検出される。
【００２７】
二次電子検出器５０によって検出された二次電子の強度は、例えば、図６（Ａ）に示すようになる。図６において、横軸は、走査範囲Ｌを示し、図５に示したＳＥＭ画像観察位置Ｓ１の巾に相当する。縦軸は、二次電子強度を示している。図６（Ａ）に示すように、検出される二次電子強度は、Ａｒイオンビーム３２により発生した僅かなイオンビームによる二次電子Ｉｘと、電子ビーム２２により発生した電子ビームによる二次電子Ｓｘとなる。イオンビームによる二次電子Ｉｘは、イオンビームが広い範囲を低い加速電圧で照射されるため、強度も少なく、また、全体の巾に渡ってほぼ一定の強度となる。一方、電子ビームによる二次電子Ｓｘは、試料の表面のパターンに応じて変動し、例えば、図２（Ｂ）の線状のパターンの場合、図６（Ａ）に示すような正弦波状の強度となる。イオンビームによる二次電子Ｉｘがバックグラウンドのように存在するため、電子ビームによる二次電子ＳｘのＳＮ比が相対的に低下することになる。
【００２８】
そこで、本実施形態では、最初に、Ａｒイオンビーム３２のみを試料の表面に照射し、そのとき発生する二次電子を二次電子検出器５０により検出し、検出された二次電子強度Ｉｘを画像処理装置５２に記憶する。次に、Ａｒイオンビーム３２と電子ビーム２２を同時に、図５に示すように照射することにより、そのとき発生する二次電子を二次電子検出器５０により検出し、検出された二次電子強度Ｓｘ＋Ｉｘを画像処理装置５２に記憶する。そして、画像処理装置５２は、最初に記憶されたイオンビームによる二次電子強度Ｉｘを、Ａｒイオンビーム３２と電子ビーム２２を同時に照射した場合において検出される二次電子強度Ｓｘ＋Ｉｘから差し引いた上で、画像表示モニター５４に表示することにより、結果として、電子ビームに対する二次電子信号だけをＳＥＭ画像として表示でき、ＳＮ比を向上することができる。
【００２９】
以上説明したように、本実施形態によれば、半導体用ウエハなどの不良解析において、チャージアップを防ぐために行う導電性をとるための蒸着作業が不要になるばかりでなく、高精度の不良解析ができ、欠陥解析終了後にウエハを再利用するためラインに戻すことが可能となる。したがって、正常なチップはそのまま使用できるため、歩留まりを向上できる。また導電性をとるための蒸着作業のため、一旦試料を装置外に取り出す手間が省け、不良解析時間を短縮できる。
【００３０】
【発明の効果】
本発明によれば、ＳＥＭで観察する試料表面以外にはダメージを与えないで、検査の終わったウエハを再びラインに戻して使用でき、歩留まりを向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態による不良解析装置の全体構成図である。
【図２】チャージアップの説明図である。
【図３】チャージアップの説明図である。
【図４】本発明の一実施形態による不良解析装置を用いたチャージアップ防止の原理説明図である。
【図５】本発明の一実施形態による不良解析装置の動作時の模式図である。
【図６】本発明の一実施形態による不良解析装置によって検出される二次電子信号の説明図である。
【符号の説明】
１０…ＦＩＢ
１１…イオン銃
１２…イオンビーム
１３…ＦＩＢ電磁レンズ
１４…ＦＩＢ偏向レンズ
１５…ＦＩＢ対物レンズ
２０…ＳＥＭ
２１…電子銃
２２…電子ビーム
２３…ＳＥＭ電磁レンズ
２４…ＳＥＭ偏向レンズ
２５…ＳＥＭ対物レンズ
３０…Ａｒイオンシャワー
３１…Ａｒイオン銃
３２…Ａｒイオンビーム
３３…Ａｒ用電磁レンズ
３４…Ａｒ用対物レンズ
４０…試料ホルダー
４２…試料
５０…二次電子検出器
５２…画像処理装置
５４…画像表示モニター
【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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【図６】
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