JP2004031549A - 不良解析方法及び不良解析システム - Google Patents

Abstract

【課題】デバイスの不良解析において、後になって検査により確定される任意の観察所望場所に対応可能な観察試料を確保できる不良解析システムを提供する。
【解決手段】任意のデバイスプロセス完了後に、微小試料摘出装置１０２でウェーハ１０８の一部を、１繰返しパターン以上のサイズの微小試料１１０として、プローブで摘出して微小試料保管具１０９に載せ替え、微小試料保管装置１０３に保管される。保管試料のデータは保管試料データ記録装置１０４で管理される。ウェーハ１０８が後プロセスを経た後の不良解析要求１２０から観察所望場所が決定された後、微小試料追加工装置１０５で微小試料保管具１０９から微小試料１１０を取り出し、観察試料ホルダへ載せ替えて観察所望場所の追加工により不良解析試料１１３を作製し、不良解析装置１０６で解析された解析情報１１８が出力される。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子部品等の不良解析を行う不良解析技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ダイナミックランダムアクセスメモリ（Ｄｙｎａｍｉｃ　Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ、ＤＲＡＭ）に代表される半導体メモリやマイクロプロセッサ、半導体レーザなど半導体デバイス、および磁気ヘッドなど電子部品の製造においては、高歩留り製造が求められる。
【０００３】
すなわち、不良発生による製品歩留りの低下は、採算の悪化を招く。このため、不良の原因となる欠陥や異物、加工不良の早期発見および早期対策が大きな課題となる。例えば、半導体デバイスの製造現場では、入念な検査による不良発見、およびその発生原因の解析に注力されている。ウェーハを用いた実際の電子部品製造工程では、工程途中のウェーハを検査して、回路パターンの欠陥や異物など異常箇所の原因を追及して対策方法が検討される。
【０００４】
通常、試料の微細構造観察には高分解能の走査型電子顕微鏡（以下、ＳＥＭと略記）が用いられるが、半導体の高集積化に伴い、対象物がＳＥＭの分解能では観察できなくなっており、ＳＥＭに代ってさらに観察分解能が高い透過型電子顕微鏡（以下、ＴＥＭと略記）が用いられる。
【０００５】
従来のＴＥＭ試料作製には劈開や切断などで試料基板を小片にする作業が伴い、試料基板がウェーハの場合は、ほとんどの場合にはウェーハを割断せざるを得なかった。
【０００６】
最近では、イオンビームを試料基板に照射し、スパッタ作用によって試料基板を構成する粒子が試料基板から放出される作用を応用した微小領域の加工方法、すなわち集束イオンビーム（以下、ＦＩＢと略記）加工を利用する例がある。
【０００７】
これは、まずダイシング装置等を用いてウェーハ等の試料基板から観察すべき領域を含む厚さサブミリメートルの短冊状ペレットに切り出す。次に、この短冊状ペレットの一部をＦＩＢによって薄壁状に加工してＴＥＭ試料とする。ここでＦＩＢ加工されたＴＥＭ観察用の試料の特徴は、試験片の一部がＴＥＭ観察用に、厚さが約１００ｎｍの薄膜に加工してあることにある。この方法によって、所望の観察部をマイクロメートルレベルの精度で位置出しして観察することが可能になったが、やはりウェーハを割断しなければならない。
【０００８】
このように、半導体デバイス等の製造途中で、ある工程の結果を監視することは、歩留まり管理上、その利点は大きいが、既に述べたような試料作製ではウェーハは割断され、ウェーハの破片は次のプロセスに進むことなく廃棄される。特に近年では、ウェーハは、半導体デバイスの製造単価を下げるため大口径化が進んでいる。すなわち、１枚のウェーハで製造できる半導体デバイスの個数を増やして、単価を低減する。しかし、逆にウェーハそのものの価格が高価となり、また、製造工程が進むに従い付加価値が増し、さらには、ウェーハの破棄によって失われる半導体デバイスの個数も増大する。従って、従来のウェーハの割断を伴うような検査方法は非常に不経済であった。
【０００９】
これに対して、ウェーハを割断することなく試料作製できる方法がある。この方法は、特開平０５ー５２７２１号公報（従来例１）に開示されている。
【００１０】
この方法は、図２（ａ）〜（ｇ）に示されるように、まず、試料基板２０２の表面に対しＦＩＢ２０１が直角に照射するように試料基板２０２の姿勢を保ち、試料基板上でＦＩＢ２０１を矩形に走査させ、試料表面に所要の深さの角穴２０７を形成する（図２（ａ））。次に、試料基板２０２を傾斜させ、底穴２０８を形成する。試料基板２０２の傾斜角の変更は、試料ステージ（図示せず）によって行われる（図２（ｂ））。試料基板２０２の姿勢を変更し、試料基板２０２の表面がＦＩＢ２０１に対して再び垂直になるように試料基板２０２を設置し、切り欠き溝２０９を形成する（図２（ｃ））。マニピュレータ（図示せず）を駆動し、マニピュレータ先端のプローブ２０３の先端を、試料基板２０２を分離する部分に接触させる（図２（ｄ））。次に、ガスノズル２１０から堆積性ガス２０５を供給し、　ＦＩＢ２０１をプローブ２０３の先端部を含む領域に局所的に照射し、イオンビームアシストデポジション膜２０４を形成する。接触状態にある試料基板２０２の分離部分とプローブ２０３の先端はイオンビームアシストデポジション膜２０４で接続される（図２（ｅ））。ＦＩＢ２０１で残りの部分を切り欠き加工し（図２（ｆ））、試料基板２０２から分離試料である微小試料２０６を切り出す。切り出された微小試料２０６は、接続されたプローブ２０３で支持された状態になる（図２（ｇ））。
【００１１】
この微小試料２０６を、ＦＩＢ２０１で加工し、観察しようとする領域を薄膜加工するとＴＥＭ試料（図示せず）となる。この方法で分離した微小試料を各種解析装置に導入することで解析することができる。
【００１２】
また、以上は試料作製装置で微小試料を取り出す方法を採用した例であるが、試料作製装置で、断面試料薄膜の形状を加工し、試料作製装置から試料基板を取り出して、大気中で別の機構で断面試料薄膜を取り出す方法もある。例えば、「Ｍａｔｅｒｉａｌ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｓｏｃｉｅｔｙ、Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ　Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ、ｖｏｌ．４８０、１９９７、ｐｐ．１９−２７」（従来例２）の文献に記載されている。また、同様に「Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　２２ｎｄ　Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ　Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ　ｆｏｒ　Ｔｅｓｔｉｎｇ　ａｎｄ　Ｆａｉｌｕｒｅ　Ａｎａｌｙｓｉｓ、１８−２２　Ｎｏｖｅｍｂｅｒ　１９９６、ｐｐ．１９９−２０５」（従来例３）の文献に記載されている。
【００１３】
これは、図３の（ａ）に示すように、ウェーハ３０８上の目標位置の両側を階段状にＦＩＢ３０１で加工して断面試料薄膜３０７を作製し、次に試料ステージを傾斜することによって、ＦＩＢ３０１と試料表面とのなす角度を変えて、試料基板に照射し、図３の（ｂ）に示すようにＦＩＢ３０１で試料薄膜周辺を切り、試料薄膜３０７をウェーハと分離する。そして、ＦＩＢ装置からウェーハを取りだし、大気中でガラス棒を加工部分に接近させ、静電気を利用して試料薄膜３０７をガラス棒に吸着させてウェーハから取り出し、このガラス棒をメッシュ３０９に移動させ、メッシュ上に静電吸着させるか、透明接着物に加工面を面するように設置する。このように、加工を施した断面試料薄膜を装置内で取り出さなくとも、断面試料薄膜の外形のほとんどをイオンビームによって加工しても、分離した断面試料薄膜をＴＥＭに導入することで解析することができる。
【００１４】
また、従来例１と類似の手法をプロセス管理に利用したデバイス製造方法としては、例えば、特開２０００−１５６３９３号公報（従来例４）に記載されている。
【００１５】
この方法では、図４に示すようなフローによりプロセス管理を行う。プロセスｍ１に投入されたロット４０１はプロセスｍ１の完了後、ロット４０１のうち所定の枚数を検査用試料４０２として選別し、残された試料４０３は待機する。選別した検査用試料４０２検査すべき箇所４０４を微小試料４０５として摘出する。微小試料４０５を摘出された検査用試料４０２は再び上記残された試料４０３に組み込まれ、ロット４０１Ａとして次のプロセスｍ２に投入する。ここで、微小試料４０５は各種解析装置４０６に対応できるように加工を施し、経路ｆを通って解析装置４０６に送り、微小試料４０５の注目する部分を解析する。解析結果は計算処理機４０７に送りデータベースとして保存する。蓄えられたデータベースは必要に応じて通信経路ｈを通ってプロセスｍ１もしくはプロセスｍ２に伝達し、プロセス条件の変更等の指示を行う。
【００１６】
このように、プロセスｍ１からプロセスｍ２に至る間に、ウェーハは経路ａ、ｂ、ｃ、ｄを経て、その間、解析すべき微小試料が摘出されることが大きな特徴である。また、検査によって試料基板が減少することはなく、プロセスｍ１に投入するロット４０１とプロセスｍ２に投入するロット４０１の試料基板数は同じである。従って、これまでのようにウェーハの分断によって失われる半導体デバイスはなくなり、トータルの半導体デバイスの製造歩留りを高め、製造コストを低減することができる。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
不良解析では、別の検査装置、例えばプローブ検査やＥＢテスタ等で、不良モードが発見された場合に、その原因プロセスを究明する。ここで、本発明での不良解析は、ウェーハ内の特異的な位置にのみ存在する不良ではなく、加工プロセスを根本原因としてウェーハ全面、または、ある範囲の領域に広がって存在する不良を主なターゲットとしている。
【００１８】
不良解析手順として、検査で不良が発見された後に所望領域を決定してから、従来例１、従来例２、従来例３のような手段を用いて、観察、分析試料を作製する場合には、以下のような課題が残される。
【００１９】
デバイス形成後に作製した観察試料で異常部が発見できたとしても、場合によってはその原因プロセスが究明できないことがある。この例について、図５（ａ）〜（ｄ）を用いて説明する。
【００２０】
図５（ａ）は、ある配線プロセスを終了したデバイスの断面を示している。この例では、デュアルダマシンプロセスでの金属配線形成を示しており、絶縁層５０２に形成された配線用穴領域に金属配線５０１が形成される。この時点では、金属配線５０１は正常に形成されている。次に形成される配線キャップ層５０３の形成プロセスでは、３００〜４００℃程度の熱工程が入る。これにより、図５（ｂ）に示すように、金属配線５０１の接続孔部分に空隙不良部５０４が形成される場合がある。もしくは、図５（ｂ）で不良が発生しなかった場合でも、図５（ｃ）に示す絶縁層５０５形成時の４００〜５００℃の熱工程により、やはり空隙不良部５０４が発生する場合もある。
【００２１】
しかし、最終工程まで終了した後に、例えば、プローブ検査により断線や高抵抗部が判明してから観察すべき場所を決定し、従来例１〜３のような方法で断面を形成して配線工程を調べる場合には、図５（ｄ）のような空隙不良部５０４が観察はされても、どのプロセスが直接空隙形成の原因となったかを判明させるのは大変困難である。このため、後のプロセスよる影響の無い情報からの原因究明が重要となる。
【００２２】
先述の従来例４は、予めモニタすべき領域が決定されており、その領域を観察用の薄膜や断面に加工すれば良い加工プロセスモニタには大変有効である。しかし、不良解析として使用するためには以下のような課題が残されていた。
【００２３】
不良解析では、観察、分析すべき場所は予め特定できない。このため、各プロセス、または複数のプロセス終了時に微小試料を摘出し、ＴＥＭ試料等に予め加工してしまうと、後の検査で観察したい領域が決定され、その領域が作製したＴＥＭ試料位置と異なる場合には、その所望位置はすでに加工で消滅している可能性が大きく、観察できない。また、不良解析の場合には位置のみならず、観察したい面の方向も重要である。例えば、ＤＲＡＭの場合、ワード線に平行な断面、垂直な断面、また、試料表面に平行な面等の方向が有り得る。これらの位置や方向の組合せを考えると、予め作製したＴＥＭ薄膜位置（または他の観察、分析用の断面位置）が不良解析の所望領域と一致する可能性はかなり低い。このため、不良解析では、観察、分析用の試料加工は検査後の不良データに基づき決定された位置の加工が必要である。
【００２４】
本発明は、上述の問題点に鑑みてなされたものであり、デバイス等の不良解析において、後になって検査により確定される任意の観察所望場所に対応可能な観察試料を確保できる不良解析技術を提供することを目的とする。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、所定の処理プロセス終了毎に微小試料（または、試料）を摘出、保管し、後の不良データに基づいて決定された観察、分析位置に微小試料の追加工を行う。すなわち、基板に所望とするパターンを形成するための任意の処理プロセス終了毎に、加工ビームを用いて前記基板からその一部を試料として摘出する微小試料摘出装置（または、試料摘出装置）と、摘出した前記試料を保管する微小試料保管装置（または、試料保管装置）と、前記試料に関する管理情報をデータベースとして統括する保管試料データ記録装置と、不良解析要求に従い保管していた前記試料を解析可能な形態に加工する微小試料追加工装置（または、試料追加工装置）と、加工された前記試料を解析する不良解析装置とを具備することを基本的な構成とする。
【００２６】
以下、本発明による不良解析システムの代表的な構成例を列挙する。
【００２７】
（１）基板に所望とするパターンを形成するための任意の処理プロセス終了毎に、イオンビーム加工により前記基板からその一部を試料として摘出し、前記試料を保管する試料保管具（または、微小試料保管具）に搬送する試料摘出装置と、前記基板の少なくとも製品名、基板名、処理プロセス名と前記試料の保管位置とを対応させたデータベースを構築する保管試料データ記録装置と、前記試料保管具を前記保管試料データ記録装置のデータベースに対応して保管する試料保管装置と、選別された前記試料を前記試料保管具から取り出して追加工情報に基づき追加工を行う試料追加工装置と、追加工された前記試料を解析する不良解析装置とを具備するよう構成する。
【００２８】
これにより、後工程で判明した不良に対して工程を遡って不良原因を特定することができるため、原因究明が効率的になる。
（２）基板に所望の回路パターンを形成するための異なる２つ以上の処理プロセスのそれぞれの後に、イオンビーム加工により前記基板からそれぞれその一部を試料として摘出し、前記試料を保管する試料保管具に搬送する試料摘出装置と、前記基板の少なくとも製品名、基板名、処理プロセス名と前記試料の保管位置とを対応させたデータベースを構築する保管試料データ記録装置と、前記試料保管具を前記保管試料データ記録装置のデータベースに対応して保管し、前記試料の製品完成後の任意の製品指定に対応する前記試料を選別する試料保管装置と、不良解析要求に従い選別された前記試料を取り出して追加工情報に基づき追加工を行う試料追加工装置と、追加工された前記試料を解析する不良解析装置とを具備するよう構成する。
【００２９】
これにより、製品出荷後に判明した不良デバイスに対して不良原因を特定することができ、顧客に対する説明に有効である。
【００３０】
（３）前記構成の不良解析システムにおいて、前記試料保管装置が、前記試料保管具を前記保管試料データ記録装置のデータベースに対応して保管し、かつ、少なくとも２つの処理プロセスを経た後の不良検査において予め設定した閾値から不良と判断された前記基板に対応する前記試料を選別するよう構成されていることを特徴とする。さらに、前記不良解析装置から得られる前記試料の構造観察もしくは分析データを、前記処理プロセスのプロセスパラメータと対応させて不良試料データとして記録する不良データベース記録装置を有することを特徴とする。
【００３１】
これにより、不良が生じやすいプロセスパラメータを特定しやすくなるため、先端プロセス制御でパラメータを振るべき方向が限定でき、効率化に繋がる。
【００３２】
（４）前記構成の不良解析システムにおいて、前記イオンビーム加工を制御するイオンビーム制御系を有し、かつ、前記イオンビーム制御系は、摘出する前記試料の大きさを、前記基板上に形成された回路パターンの繰返し間隔よりも大きく設定するよう構成されていることを特徴とする。
【００３３】
これにより、後の追加工により１デバイスパターン内の任意位置での不良解析が可能となる。
【００３４】
（５）前記構成の不良解析システムにおいて、前記試料保管具が、前記基板の少なくとも製品名、基板名、処理プロセス名と前記試料の保管位置とを対応させたデータベースを格納した読み書き可能なＩＣメモリを有することを特徴とする。
【００３５】
これにより、プロセス履歴と微小試料位置を容易に対応付けすることができる。
【００３６】
（６）前記構成の不良解析システムにおいて、前記試料保管具が、前記基板の少なくとも製品名、基板名、処理プロセス名と前記試料の保管位置とを対応させたデータベースと、前記試料とを１対１で対応可能な数値を格納した非接触ＩＣチップを有することを特徴とする。
【００３７】
これにより、プロセス履歴と微小試料を１対１で容易に対応付けすることができる。
【００３８】
（７）前記構成の不良解析システムにおいて、前記試料摘出装置と前記試料保管装置、または前記試料保管装置と前記試料追加工装置とが、大気に暴露することなく前記試料保管具を授受できるように接続可能に構成されていることを特徴とする。
【００３９】
これにより、微小試料の汚染が抑制され、不良解析の信頼性が向上する。
【００４０】
（８）前記構成の不良解析システムにおいて、前記試料保管具の形成材料が、シリコンであることを特徴とする。
【００４１】
これにより、基板がシリコンのデバイスにおいて微小試料の汚染が抑制され、不良解析の信頼性が向上する。
【００４２】
（９）前記構成の不良解析システムにおいて、前記試料加工装置が、前記試料の摘出前に摘出座標を顕在化するためのマークを前記試料に加工するためのイオンビームマーク加工機能を有することを特徴とする。
【００４３】
これにより、摘出後の微小試料の元基板に対応する座標を容易に識別することができる。
【００４４】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施例について、図面を用いて詳述する。
【００４５】
図１は、本発明による不良解析システムの一実施例の構成を示す。この不良解析システム１０１は、数ミクロンから数十ミクロン程度のサイズの微小試料を、ウェーハを割断せずに直接摘出可能な微小試料摘出装置１０２と、摘出した微小試料を保管する微小試料保管装置１０３と、微小試料の管理データを統括する保管試料データ記録装置１０４と、不良解析要求に従い保管しておいた微小試料を解析可能な形態に加工する微小試料追加工装置１０５と、加工された微小試料を解析する不良解析装置１０６から構成される。
【００４６】
以下、不良解析システムの概要について説明する。まず始めに、デバイス製造プロセスの中で、不良解析が後に必要となる可能性があると予想されるプロセスを選択する。
【００４７】
図６に示す６０１〜６０７は、デバイス製造の各プロセスであり、例えば、露光やドライエッチングやＣＶＤ（化学気相成長）やウェットエッチングやＣＭＰ（化学機械研磨）等に相当するものである。その中で、例えば、プロセス６０２とプロセス６０５を微小試料摘出プロセスとして選択したとすると、摘出スケジュールと摘出位置の情報１１９として予め保管試料データ記録装置１０４に入力しておく。
【００４８】
図１において、例えば、プロセス６０２を処理する装置がプロセス装置１０７であるとすると、この情報に従い、プロセス装置１０７でプロセスが終了したウェーハ１０８は不良解析システム１０１内の微小試料摘出装置１０２に導入される。このとき、保管試料データ記録装置１０４は、プロセス装置１０７（もしくはプロセス装置１０７のプロセス条件を管理するデータベース）からプロセス情報１１４を受け取り、微小試料摘出装置１０２にウェーハ内の微小試料を摘出すべき位置と、微小試料を保管すべき微小試料保管具の位置等の情報１１５を送信する。この摘出位置情報と保管位置情報を元に、微小試料摘出装置１０２はウェーハ１０８から微小試料１１０を摘出し、微小試料保管具１０９の指定位置に保管する。ここで、微小試料保管装置１０３が微小試料摘出装置１０２に接続され、微小試料保管具１０９は微小試料保管装置１０３に保管される。この微小試料保管装置１０３内の保管位置情報１１６は保管試料データ記録装置１０４に送られる。
【００４９】
こうして、微小試料はデータとして保管試料データ記録装置１０４で管理され、ハードとして微小試料保管装置１０３に保管される。微小試料１１０を摘出されたウェーハ１０８は、図６に示すように、その後のプロセス６０３にまわされ、次は、プロセス６０５が終了したウェーハが不良解析システム１０１内の微小試料摘出装置１０２に導入されて微小試料を摘出されることになる。このようにしてプロセスの要所要所で、同様に微小試料が微小試料保管装置１０３に保管される。
【００５０】
この微小試料摘出時点（微小試料が微小試料保管具に収まっている時点）で保管試料データ記録装置１０４に記録されている情報の例としては、プロセスフロー、各プロセス条件（温度、時間等）、プロセス日時、ウェーハロットナンバー、微小試料摘出プロセス、微小試料摘出ロット、微小試料摘出ウェーハ、微小試料摘出チップ、微小試料摘出ビットアドレス、微小試料摘出方向、微小試料保管具ナンバー、微小試料保管穴ナンバー等である。
【００５１】
その後、例えば、検査工程後に、不良解析すべきプロセスと不良解析内容が決定されると、その不良解析要求１２０が保管試料データ記録装置１０４に入力される。保管試料データ記録装置１０４はデータベースから対応する微小試料１１０の保管位置を検索する。微小試料保管装置１０３は、この保管位置情報を受け取り、接続された微小試料追加工装置１０５に対応する微小試料保管具１０９を導入する。微小試料追加工装置１０５は保管試料データ記録装置１０４から微小試料保管具１０９内の微小試料１１０の保管位置と追加工位置の情報１１７を受け取り、対応する微小試料１１０を取出し、試料ホルダ上に載せ替え、薄膜加工等の追加工（例えばゲート垂直断面等）を行う。こうして追加工された不良解析試料１１３は、不良解析装置１０６に導入されて不良解析され、解析情報１１８が保管試料データ記録装置１０４に送信されて保存され、プロセス情報等と結合した不良解析情報１２１として出力される。このようにして、不良解析要求に対して不良解析データ（画像データを含む）が出力される。
【００５２】
このようなシステムとすることで、任意のプロセス直後の微小試料を保管しておくことができるため、後になって判明する不良解析要求に対して、不良を直接解析することが可能となり、効率のよい解析が実現できる。
【００５３】
次に、本発明の不良解析システムを構成する装置の中で、キー装置となる微小試料摘出装置の具体的構成について、図７を用いて説明する。
【００５４】
微小試料摘出装置１０２は、半導体ウェーハ１０８等の試料基板を載置する可動の試料台７０２と、ウェーハ１０８の観察、加工位置を特定するため試料台７０２の位置を制御する試料位置制御装置７０３と、ウェーハ１０８にイオンビーム７０４を照射して加工を行うイオンビーム光学系７０５と、ウェーハ１０８の近傍を観察するための電子ビーム７０６を照射する電子ビーム光学系７０７と、ウェーハ１０８からの２次電子を検出する２次電子検出器７０８を有する。
【００５５】
イオンビーム光学系７０５の構成は以下の通りである。イオンを発生するイオン源７１５は、加速電源７１６により接地電位に対して加速電圧が印加される。イオン源７１５のイオン放出が不安定な場合には、通電加熱電源７１７により通電加熱を行い、イオン源７１５の状態改善をする。イオンの引出し電界を形成する引き出し電極７１８は、引き出し電源７１９によりイオン源７１５に対して引出し電圧が印加される。これにより引き出されたイオンビームは、アパーチャ７２０によりビーム広がりが制限される。このアパーチャ７２０は、引き出し電極７１８と同電位である。このアパーチャ７２０を通過したイオンビームは、集束電源７２１により集束電圧を印加された集束レンズ７２２により集束される。集束されたイオンビームは、偏向電源７２３が印加される偏向器７２４により、走査、偏向が行われる。偏向されたイオンビームは、対物電源７２５により対物電圧を印加された対物レンズ７２６によりウェーハ１０８表面上に集束される。上記の加速電源７１６、引き出し電源７１９、集束電源７２１、偏向電源７２３、対物電源７２５は、イオンビーム光学系制御装置７２７により制御される。
【００５６】
イオンビーム７０４により加工されたウェーハ１０８内の微小試料を摘出するプローブ７２８は、プローブ位置制御装置７３０で制御されるプローブ駆動装置７２９で駆動される。プローブ７２８と微小試料の固定等に使用されるイオンビームアシストデポジション膜を形成するためのデポジションガスを供給するデポジションガス源７３１はデポジションガス源制御装置７３２により、その位置、ヒータ温度、バルブ開閉等を制御される。摘出された微小試料を保管する穴を複数個有する微小試料保管具１０９は、試料台７０２の脇に配置されている。
【００５７】
電子ビーム光学系７０７は、電子ビーム光学系制御装置７３３により電子ビーム照射条件、位置等を制御される。イオンビーム光学系制御装置７２７、試料位置制御装置７０３、プローブ位置制御装置７３０、二次電子検出器７０８の検出情報を表示する表示装置７３４等は、中央処理装置７３５により制御される。試料台７０２、微小試料保管具１０９、イオンビーム光学系７０５、電子ビーム光学系７０７、二次電子検出器７０８、プローブ７２８等は、真空容器７３７内に配置される。中央処理装置７３５は、保管試料データ記録装置１０４と微小試料の摘出位置情報や保管位置情報のやり取りを行う。
【００５８】
ここで、具体的な微小試料の微小試料保管具１０９への保管法について、図８（ａ）〜（ｉ）を用いて説明する。ここでは、あるデバイスプロセス終了後にウェーハ１０８が、図７に示す微小試料摘出装置１０２に導入された状態から説明する。
【００５９】
始めに、微小試料摘出予定部の両外側に矩形穴８０１、８０２をイオンビーム７０４によりウェーハ１０８に形成する（図８（ａ））。次にイオンビーム７０４により矩形溝８０６を形成する（図８（ｂ））。次に、試料台７０２を傾けてイオンビーム７０４を試料表面に斜めから照射することにより、斜溝８０８を形成し、ウェーハ１０８と一部の支持部８０５のみで接続された微小試料１１０を形成する。（図８（ｃ））。試料台傾斜を戻し、プローブ駆動装置７２９をプローブ位置制御装置７３０により制御し、プローブ７２８を微小試料１１０の一部に接触させる。接触させたプローブ７２８と微小試料１１０をイオンビームアシストデポジションを用いて固定する（図８（ｄ））。イオンビームアシストデポジション膜８０９が形成された後、支持部８０５をイオンビーム７０４で切断する（図８（ｅ））。
【００６０】
こうして、微小試料１１０を切り出し、プローブ７２８をプローブ駆動装置７２９によって上昇させ摘出する（図８（ｆ））。次に、この切り出された微小試料１１０を微小試料保管具１０９内の保管穴８１１へ挿入する（図８（ｇ））。こうして挿入した後、イオンビーム７０４によりプローブ７２８先端を切断し微小試料１１０を分離する（図８（ｈ））。こうして、微小試料保管具１０９に微小試料１１０が保管される。（図８（ｉ））。そのプロセスから複数箇所の微小試料を摘出する場合にはこの工程を繰返し、別の保管穴８１２へ保管する。
【００６１】
以上の微小試料摘出は、試料台７０２が傾斜する、図７のような微小試料摘出装置で説明した。しかし、図１５に示すように、試料台１５０１が非傾斜で、イオンビーム光学系１５０２が試料面に対して傾斜して配置された装置構成において、試料台１５０１の試料表面法線を回転軸とする回転制御により、上述のような微小試料摘出加工を実現することが可能である。
【００６２】
ちなみに、図１５を構成する機構等は、上述の傾斜配置構成を除いて、図１に示すものと同様であり、また、図１５では、図示の関係上、プローブ関係機構とデポジションガス源関係機構等は省略しているが、実際は存在している。
【００６３】
ここで、ウェーハ１０８は、微小試料摘出装置１０２から取り出され、次のデバイスプロセス（図６の場合では、プロセス６０３）へと回される。ただし、ウェーハ１０８は、このままでは微小試料摘出用の加工穴が空いた状態であり、この後のプロセスにおいてこの加工穴がプロセス不良の原因となる可能性がある。このため、この加工穴を埋め戻すことが望まれる。図９（ａ）〜（ｃ）に埋め戻し手法の一例を示す。
【００６４】
図９（ａ）は、ウェーハ１０８から、微小試料１１０をプローブ７２８により摘出したところを示しており、加工穴９０１が空いた状態である。この加工穴９０１に対して、図９（ｂ）に示すように、デポジションガス源７３１からデポジションガス９０２（例えば、フェナントレンやタングステンヘキサカルボニルやテトラエトキシシラン等）を供給しながらイオンビーム７０４を走査することで、図９（ｃ）に示すように、堆積物９０３により穴埋めを行うことができる。こうして埋め戻されたウェーハ１０８を次のプロセスに戻すことで、加工穴に起因するプロセス不良を抑制することができる。
【００６５】
一方、摘出した微小試料１１０を保管する微小試料保管具１０９は、複数の微小試料保管具を保管可能な微小試料保管装置１０３に保管される。微小試料保管装置１０３は、例えば、図１０のような構成をしており、任意の微小試料保管具１０９をロード、アンロード可能なロード／アンロード機構１００１を有し、装置接続部１００２で微小試料摘出装置１０２や微小試料追加工装置１０５に接続可能であり、微小試料保管具１０９は大気に暴露されることなくロード、アンロードが可能である。
【００６６】
このようにして保管されている微小試料に対して、ウェーハ１０８の後工程での検査等で観察、分析すべき箇所が決定される。例えば、プローブ検査では、ショート、断線、書き込み、読み出し等の不良情報等が得られる。この不良情報を元に、観察すべき場所、例えば、金属配線断線が多発している場合は金属配線形成プロセス後の数プロセス分の断面観察を、また、例えば、プラグ、コンタクト等の高抵抗の場合には、プラグ用エッチング穴の残膜やプラグ断面、または接続部の平面観察等を、というように実際観察すべきプロセスと領域、方向等が決定される。
【００６７】
こうして決定された情報に基づき、対応するウェーハロット、ウェーハ、プロセス、チップが決定され、その微小試料保管具１０９が微小試料追加工装置１０５に導入され、対応する保管穴から微小試料（例えば、ここでは微小試料１１０）を取り出す。この取り出しについては、図１１（ａ）〜（ｅ）により説明する。
【００６８】
図１１（ａ）に示すように、微小試料１１０をプローブ１１０５を用いて取り出す。ここで、図では手前側に保管穴８１１等が露出しているように描写されているが、実際は側面には露出していない孤立した穴である。この取り出し方は、前述したイオンビームアシストでポジション膜を使用する固定でも良いし、後述するピンセット形でも良い。
【００６９】
検査結果から決定された観察、分析（以後、記述を簡易化するために観察とのみ表記）領域が、例えば、元ウェーハ１０８の試料表面に垂直な断面の場合には、その観察断面が、図１１（ｂ）に示すように、観察装置に導入するための微小試料ホルダ１１０１の微小試料固定面１１０２の長手方向１１０３に平行で、且つ微小試料固定面１１０２に垂直になるような姿勢になるように固定する。この固定は、例えばイオンビームアシストデポジション膜１１０４等により行う。この後、プローブ１１０５を除去し（例えば、プローブ１１０５固定にイオンビームアシストでポジションを使用した場合には、イオンビーム１１０６によるプローブ１１０５先端の切断等を利用）、その後、目標位置を断面加工、または厚さ１００ｎｍ程度の薄膜加工することで、図１１（ｃ）に示すように、所望位置のＳＥＭやＴＥＭの断面観察が可能となる。
【００７０】
検査結果から決定された観察領域が、元ウェーハ１０８の試料表面に平行な面の場合には、その観察平面が、図１１（ｄ）に示すように、微小試料ホルダ１１０１の微小試料固定面１１０２の長手方向１１０３に平行で、且つ微小試料固定面１１０２に垂直になるような姿勢になるように固定する。この図１１（ｄ）に示すような固定は、プローブ１１０５が回転機構を有し、微小試料１１０の姿勢を取り出し時から９０°回転できる場合に可能である。もし、プローブ１１０５に回転機構がない場合には、図１１（ｄ’）に示すように、予め微小試料ホルダ１１０１の方を９０°傾斜させておき、それに対して微小試料１１０を固定する。その後、プローブ１１０５を垂直断面の場合と同様に除去し、図１１（ｄ’）の場合は姿勢を９０°戻す。そして、目標平面位置を断面加工、または薄膜加工することで、図１１（ｅ）に示すように、所望位置の平面観察が可能となる。
【００７１】
ここでは、微小試料摘出装置１０２と微小試料追加工装置１０５は別装置として説明したが、同一の装置を微小試料摘出と追加工に使用しても問題ない。
【００７２】
ここで、摘出すべき微小試料１１０のサイズについて説明する。本発明で目的としているのは、デバイス検査後に決定された任意の観察面を提供できることであるから、デバイスの最低繰返しパターンを確保する必要がある。当然大きな周期の繰返しパターンも存在するが、ここではプロセスに影響無く、且つイオンビーム加工により現実的時間で加工可能な１００μｍ程度以下のサイズの繰返しパターンを対象とする。
【００７３】
例えば、図１２（ａ）に示すようなデバイスパターン１２０１、１２０２、１２０３、１２０４が繰返しパターンになっているとすると、その中で、最低でも１パターン１２０１が含まれるようなサイズ微小試料１１０を摘出するようにする。ここで、この繰返しパターンは、試料表面は当然のこと、試料内部（深さ方向）に関しても、１パターンを含むようにする。
【００７４】
図１２（ａ）では、例えば、ＤＲＡＭのような１パターンにトランジスタやキャパシタが１個ずつあるような単純構成の場合を説明したが、例えば、ＳＲＡＭ（Ｓｔａｔｉｃ　Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）の場合は、１パターンに６トランジスタが存在する場合もあり、このような時はこれらを全て含むサイズを摘出する必要がある。
【００７５】
図１２（ｂ）は、あるＳＲＡＭの配線工程後の表面を示した例であるが、その中で１ビット記憶に相当する繰返しパターンは、図１２（ｃ）に示すもの（図１２（ｂ）では点線で境界を示している。）である。このため、例えばこれを摘出するイオンビーム加工としては、図１２（ｄ）中の１２０５で示すような領域を取る必要がある。摘出する微小試料のサイズを以上のように確保することで、パターン中の任意の場所の追加工が可能となる。
【００７６】
次に、ウェーハ１０８内での微小試料を摘出する座標について説明する。本システムで解析対象としているのは、特異点的に存在する異常よりも、プロセス自身の問題による異常である。プロセス自身の異常は、ウェーハの中心や周辺等の位置で異なる場合が多いため、１つのプロセスにつきウェーハ１０８面内で、図１３（ａ）に示す点１３０２や１３０３のような９点を保管することが望ましい。
【００７７】
このため、次の微小試料摘出プロセスでは、やはり同様に９点摘出するのであるが、図１３（ｂ）に示す点１３０４や１３０５のように前回の摘出位置（点１３０２、１３０３等）と異なる位置を選択する。これ以降の摘出も同様に摘出位置をずらして設定する。図１３（ｃ）は、例えば、４種類のプロセス後に解析すべき点（点１３０６、１３０７、１３０８、１３０９等）を示したものである。この図では、見易くするためにウェーハサイズに対して解析すべき位置の表示を大きく描写しているが、実際は解析すべき領域は充分に小さい。このため、例えば、図１３（ｄ）のように、全ての解析すべき点が一つのチップ１３１０に収まる場合が多く、不良解析のために犠牲となるチップは少量で済むので効率的である。ただし、摘出部（前述の加工穴の埋め戻し加工を含む）の極近傍では、摘出加工部の変質に伴う影響を受けた異常が発生している可能性があるので、プロセス毎の解析点はあまり近づけ過ぎないようにする必要もある。
【００７８】
また、微小試料として一旦ウェーハから摘出すると、元ウェーハ内での座標と微小試料内の座標を一致させることが難しくなる。この座標を一致させるためには、以下に説明するようなマーキングが有効である。
【００７９】
ウェーハ１０８内の座標系を、図１４（ａ）に示すように、ノッチ１４０２を下にして、その外周接線の交点を座標原点１４０３とする。このため、解析位置１４０１の座標は、横（Ｘ）方向座標１４０４、縦（Ｙ）方向座標１４０５で表現される。この解析位置１４０１は図示の関係上Ｘで描写しているが、実際はこのような目印は存在しない。このため、この解析位置１４０１を識別するために、図１４（ｂ）で示すように、マーク１４０７、１４０８をイオンビーム加工で形成する。
【００８０】
ここで、内側の四角枠が摘出する微小試料の領域１４０９であり、２つの四角に囲まれた領域がイオンビーム加工予定領域１４０６である。このため、マーク１４０７、１４０８は少なくとも領域１４０９内にかかるように形成する。ただし、摘出位置の目印をウェーハ１０８にも残すという意味では、加工予定領域１４０６の外側にまで残るようにマーク１４０７、１４０８を形成することが望ましい。図１４（ｃ）は、摘出用のイオンビーム加工後を表しており、イオンビーム加工領域１４１０で切断され、図１４（ｄ）に示すように摘出されても、マーク１４０８、１４０７位置により解析位置１４０１が識別が可能である。
【００８１】
以上のように、本発明の微小試料を任意のプロセス毎に摘出し保管する不良解析システムにより、以前に終了してしまったプロセスに対し、その場の試料を確保しておくことができるため、その後のプロセス影響を受けない目的位置の観察像の取得が可能であり、不良原因究明の効率化が可能な不良解析システムが実現できる。
【００８２】
次に、本発明における試料保管具の形状例について、図１６により説明する。
【００８３】
図１６（ａ）は、ウェーハ１０８を載置する試料台１０２に対し、スライド式に脱着可能な微小試料保管具１０９を示す例である。図１６（ｂ）は、この微小試料保管具１０９を拡大した図である。保管穴８１１、８１２等の複数の穴を有する。ここでは図の記載の関係上、保管穴８１１のサイズをかなり大きめに図示しているが、実際には微小試料保管具１０９のサイズが数ｍｍから数ｃｍに対して、保管穴８１１は数１０μｍ程度の大きさである。ここで、溝１６０２でスライド式に試料台１０２に装着される。微小試料保管具のみの形状は、図１６（ｃ）に示す。この微小試料保管具は、ウェーハ１０８の取り出しと同時、または引き続いて取り出すことが可能である。そして、次の別のウェーハに対しては、新たな微小試料保管具を導入する。
【００８４】
さらに、保管穴の形状としては、図１１に示した保管穴８１１で示した摘出微小試料１１０の楔型形状に対応した形状が理想ではあるが、このような形状はイオンビームやレーザビーム等の加工に頼らざるを得ない可能性が高く、大量に作製するためには効率的でない。このため、ホトリソとエッチング等を利用して形成可能な形状が望ましい。
【００８５】
この保管穴の断面形状の例を、図１７に示す。図１７（ａ）は、矩形穴形状の保管穴１７０１の例である。この場合、微小試料１１０の再取り出しを考慮し、深さは微小試料１１０よりも少し浅めに形成されている。こうすることで、微小試料１１０の姿勢を保つことができる。また、微小試料の垂直面でなく面積の大きい傾斜面を接触面とし、より安定な保管を可能にするのが、図１７（ｂ）に示すような平行四辺形型の保管穴１７０２である。この場合も保管穴１７０２の深さは、微小試料１１０よりも浅くして、姿勢を保持できるようにしている。また、微小試料１１０の最上面が微小試料保管具１０９の面よりも飛び出しており、危険な場合には、図１７（ｃ）のように微小試料１１０の最上面よりも上を保護する形で、ガード部１７０３が存在することが望ましい。こうすることで、容易に安全な微小試料保管具を形成することができる。
【００８６】
この微小試料保管具の材質としては、微小試料を汚染しないものが望ましい。このため、例えば試料基板がシリコンウェーハであれば、微小試料保持具もシリコンで作製すれば、汚染を抑制することができる。またシリコンはホトリソとエッチングによる微細加工にも適するため、上記のような保管穴の形成にも最適である。
【００８７】
この微小試料保管具１０９（微小試料１１０）は、１枚のウェーハ（もしくは１つのロット）に対して同一微小試料保管具で管理する方が効率的であることから、プロセス装置間を移動する元ウェーハと同一管理されることが望ましい。この一形態としてウェーハケース（カセット）に付属して管理する形態例を、図１８により説明する。
【００８８】
ウェーハカセット１８０２は、同一ロットでプロセス処理するウェーハ群１８０１を保管、移動するためのものである。この側面に微小試料保管具１０９を設置可能な保管具固定部１８０３を有する構成とする。このようにすることで、ウェーハプロセスと微小試料の対応付けが容易となる。
【００８９】
また、微小試料１１０（微小試料保管具）を元ウェーハと同一管理する別の方法として、図１９に示すウェーハ型の試料保管具について説明する。
【００９０】
図１９（ａ）は、ウェーハ１０８から微小試料１１０をプローブ７２８により摘出したところを示す。ウェーハ１０８には微小試料を取り出した加工痕１９０２が存在する。このウェーハ１０８をウェーハカセット１８０２に戻すわけであるが、このウェーハカセット１８０２の中の一つは、ウェーハではなく、ウェーハと同形状をした微小試料保管具１９０１である。ウェーハ１０８が戻った後、次に試料台７０２には、この微小試料保管具１９０１が導入される。
【００９１】
この微小試料保管具１９０１には、微小試料の保管穴１９０３等が形成されている。この穴のサイズについては、図１６に示した場合と同様で、図示の関係上、大きなサイズで描写しているが、実際は、ウェーハサイズ、例えば２００ｍｍや３００ｍｍに対して数１０μｍである。図１９（ｂ）に示すように、この保管穴１９０３に微小試料１１０を保管する。この後、微小試料保管具１９０１は、図１９（ｃ）に示すように、ウェーハカセット１８０２の所定の位置に戻される。もちろん、プロセス装置にセットする場合、この微小試料保管具１９０１は間違ってプロセス装置に導入されないように管理する。
【００９２】
このウェーハ型の微小試料保管具は、１ウェーハからあるプロセス後に数箇所から微小試料を摘出する場合には、摘出毎にウェーハのロード、アンロードを介するため、時間的に不利であるが、１箇所のみ摘出する場合にはウェーハと同一に管理しやすいという点で有効である。
【００９３】
以上のように、穴形状の選択により微小試料保管具の量産性が向上し、また、ウェーハと同一に微小試料保管具を搬送できる形態とすることで、管理が容易となる。
【００９４】
次に、本発明による不良解析システムでのプロセス、微小試料データの管理法について説明する。
【００９５】
先述した実施例でも説明したように、微小試料を識別するために微小試料保管具１０９にナンバーを振るわけであるが、これは、例えば、図２０のように微小試料保管具１０９の表面に、対応ウェーハロットナンバー２００１、例えば「Ｌｏｔ＃０１２３」を刻印されていても良いし、独自のナンバーを振っていても良い。また、保管穴毎に、例えば、保管穴８１１に微小試料保管穴ナンバー２００２として「０１」等を刻印していると管理しやすい。
【００９６】
また、微小試料保管具１０９のデータ管理法としては、図２１に示すような方法もある。図２１（ａ）は、微小試料保管具１０９自身にプロセス情報と何処で微小試料を摘出すべきか等を記載したプロセスタグ２１０１をとりつけるプロセスタグ保持具２１０２を有する形態としたものである。これにより、どのプロセス後に微小試料を摘出すべきかがプロセスオペレータに一目で分かるようにできる。
【００９７】
また、微小試料保管具１０９に直接でなく、図２１（ｂ）のように、保管具固定部１８０３にプロセスタグ保持具２１０３を有する形態にすると、直接真空に入らない領域であり、汚染の面で安全となる。また、微小試料保管具をウェーハカセットと同一管理できる場合には、図２１（ｃ）に示すように、このプロセスタグ２１０１はウェーハカセット１８０２にプロセスタグ保持具２１０４で固定できるようにしても良い。
【００９８】
また、プロセスタグの代わりにフラッシュメモリのようなメモリカードにプロセスタグに相当する情報を書き込み、図２１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の形態にそれぞれ対応する図２２（ａ）、（ｂ）、（ｃ）のメモリカード２２０１を保持するメモリカード保持具２２０２、２２０３、２２０４を有する形態としても良い。この場合、メモリカード２２０１のプロセス情報等の読み書きが可能なリーダ、ライタ等の端末をプロセスオペレータがアクセス可能なところに用意しておく。
【００９９】
また同様に、図２１（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の形態にそれぞれ対応して、図２３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の非接触ＩＣチップ２３０１を使用する方法もある。この非接触ＩＣチップは０．４ｍｍ程度のサイズで高周波アナログ回路とメモリを集積されたチップである。この非接触ＩＣチップには単一の（重複の無い）数値が記録されており、この数値と微小試料情報（プロセスフロー、各プロセス条件（温度、時間等）、プロセス日時、ウェーハロットナンバー、微小試料摘出プロセス、微小試料摘出ロット、微小試料摘出ウェーハ、微小試料摘出チップ、微小試料摘出ビットアドレス、微小試料摘出方向、微小試料保管具ナンバー、微小試料保管穴ナンバー等）を保管試料データ記録装置１０４で対応したデータベースを構築しておく。こうすることで、非接触ＩＣチップに書き込まれている数値を読み出すだけで、微小試料の情報を即座に取り出すことができる。
【０１００】
この非接触型ＩＣは、小さく、安価であるため、図２４に示すように１つの微小試料保管具２４０３に対して１つではなく、各微小試料（例えば１１０）に対して微小試料保管部（例えば２４０１）を設け、この微小試料保管部毎に非接触ＩＣチップ（例えば２４０２）が付属した形態にすることも可能である。この場合は、微小試料と保管データがハードとデータとして１対１で対応するため、管理が確実となる。
【０１０１】
以上のように、ウェーハプロセス情報と微小試料摘出情報を管理し、検査情報による観察位置を決定して、観察試料を作製することで、不良解析データ管理の確実性が増し、不良原因究明が容易となる。
【０１０２】
次に、本発明による不良解析システムにおいて、微小試料を搬送するプローブの効率的形状について説明する。
【０１０３】
先述した例では、プローブと微小試料の固定にイオンビームアシストデポジションを利用した場合について説明したが、この場合、分離時にイオンビームスパッタによりプローブが損傷する。これに対し、非破壊で、より効率的なプローブ形態として図２５のピンセット型プローブ２５０１がある。このプローブは先端が分かれた形態をしており、この弾性変形により微小試料を挟むものである。
【０１０４】
こうして、図２５（ａ）に示すように摘出された微小試料１１０は、図２５（ｂ）に示す微小試料保管具１０９に搬送され、保管穴８１１に挿入される。ここでこのピンセット型プローブ２５０１を矢印２５０２の方向に引き抜くことにより分離し、微小試料１１０は保管穴８１１に残る。微小試料１１０を再度取り出しするときには、再度ピンセット型プローブ２５０１の先端の弾性変形で保持し、微小試料ホルダへ搬送する。
【０１０５】
このようにピンセット型プローブを利用することで、プローブも非破壊で効率良く微小試料の保管、再取り出しが可能となる。
【０１０６】
以下、本発明による不良解析システムを、製品履歴調査に適用する手順について説明する。
【０１０７】
図２６に、不良解析システムの構成と情報の流れを示す。構成は図１と同じであるが、本例の場合は製品出荷後の不良を対象としているため、微小試料保管装置１０３には製品として既に出荷したチップの元ウェーハから摘出した微小試料も全て保管しておく。この製品デバイスにおいて出荷後に不良が判明した場合、製品不良情報２６０２が製品データベース２６０１に入力されると、対応する製品とウェーハ名、更に不良原因の可能性が高いプロセスと観察位置（例えば、配線工程プロセス後のゲート垂直断面等）が決定され、この選別情報２６０３を保管試料データ記録装置１０４に入力する。保管試料データ記録装置１０４は微小試料データベースから対応する微小試料の保管位置を割出す。
【０１０８】
こうして、本発明による実施例と同様に不良解析され、不良原因特定が行われる。この解析情報（画像等も含む）も保管試料データ記録装置１０４に送信され、保存される。この解析情報２６０４は、製品データベース２６０１に送信され、始めの製品不良情報２６０２と結合されて管理される。このようにして特定された不良原因を製品顧客への説明に使用する。
【０１０９】
このように、本不良解析システムにより、製品出荷後でも対応するプロセスの不良原因究明が可能であり、顧客への状況説明に有効である。
【０１１０】
次に、本発明による不良解析システムを、先端プロセス制御のサポートデータ取得に適用する手順について説明する。
【０１１１】
先端プロセス制御（ＡＰＣ、Ａｄｖａｎｃｅｄ　Ｐｒｏｃｅｓｓ　Ｃｏｎｔｒｏｌ）は、多変数のプロセスパラメータを振ることにより歩留り変化を管理し、歩留りが向上するプロセス条件を予測して最適化を行う方法である。この場合、パラメータの振り方によっては、最適条件から大幅に外れて、有効な先端プロセス制御に到達しない可能性がある。このため、プロセスパラメータの振るべき方向や範囲を限定するために、本不良解析システムにより、以下に説明する通りサポートデータを取得する。
【０１１２】
図２７に、不良解析システムの構成と情報の流れを示す。微小試料の保管までの流れは、先述した実施例と同様である。その後、ウェーハは検査装置２７０１で検査され、予め設定された閾値から不良と判定されたウェーハ、プロセスと更に不良が観察される可能性が高い観察位置が決定され、この選別情報２７０３を保管試料データ記録装置１０４に入力する。保管試料データ記録装置１０４はデータベースから対応する微小試料の保管位置を割出す。
【０１１３】
こうして、先述した実施例と同様に不良解析され、不良原因特定が行われる。この解析情報（画像等も含む）も保管試料データ記録装置１０４に送信され、保存される。この解析情報２７０４は不良試料のプロセス情報１１４、検査情報２７０５と共に不良データベース記録装置２７０２に送信され、保存される。この不良データベース２７０２から不良が生じやすいプロセスパラメータを特定が容易となる。
【０１１４】
このように、本不良解析システムにより、不良が生じやすいプロセスパラメータを特定しやすくなるため、先端プロセス制御でパラメータを振るべき方向が限定でき、効率化に繋がる。
【０１１５】
次に、初期的なウェーハ検査により異常部と判明した位置が、その後のプロセスで不良原因となる経緯をモニタするための不良解析システムの例について説明する。
【０１１６】
図２８に、不良解析システムの構成と情報の流れを示す。先述した実施例では、微小試料の摘出位置は、図１３で説明したように予め適当な位置を設定しておくわけであるが、本例の場合は摘出位置を検査装置２８０５の検査結果から決定する。
【０１１７】
この位置決定については、図２９で説明する。例えば、図２９（ａ）はウェーハの異物検査結果であり、点２９０１、２９０２等のＸ印は異物が観察された位置である。ここでは、特に形状、サイズ等の観点から同様のものと考えられる異物に絞っている。これらの位置をその後の選択プロセス後に微小試料を摘出する位置として、情報１１９を保管試料データ記録装置１０４に入力しておく。この情報に従い、例えば、あるプロセス後のウェーハからは、図２９（ｂ）に示すように、点２９０１を含む領域２９０３を摘出する。次の選択プロセス後のウェーハからは、図２９（ｃ）に示すように、点２９０２を含む領域２９０４を摘出する。こうして、順次微小試料を保管しておく。その後、不良解析要求２８０１に従い、微小試料の選別情報２８０３を保管試料データ記録装置１０４に入力する。保管試料データ記録装置１０４は、データベースから対応する微小試料の保管位置を割出す。
【０１１８】
こうして、先述した実施例と同様に不良解析され、不良原因特定が行われる。この解析情報（画像等も含む）も保管試料データ記録装置１０４に送信され、保存される。この解析情報２８０４は、不良データベース記録装置２８０２に送信され、保存される。この不良データベース２８０２から初期検査の異常部が対応プロセスにおいてどのような不良を引き起こすかの情報を得ることができる。
【０１１９】
このように、本不良解析システムにより、初期異常部を注目した不良発生原因の特定が可能となるため、プロセス管理条件の把握が容易となる。
【０１２０】
以上、詳述したように、本発明は、以前に終了してしまったプロセスに対し、その場の試料を確保しておくことができるため、その後のプロセスの影響を受けない目的位置の観察像の取得が可能であり、不良原因究明の効率化が可能である。
【０１２１】
【発明の効果】
本発明によれば、デバイス等の不良解析において、後になって検査により確定される任意の観察所望場所に対応可能な観察試料を確保できる不良解析技術を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による不良解析システムの一実施例の全体構成を説明する図。
【図２】従来の試料分離法（従来例１）を説明する図。
【図３】従来の試料分離法（従来例２、３）を説明する図。
【図４】従来のプロセス毎に微小試料を摘出する方法（従来例４）を説明する図。
【図５】後プロセスによる観察断面構造への影響を説明する図。
【図６】デバイスプロセスフローの内の微小試料摘出選択プロセスを説明する図。
【図７】微小試料摘出装置の構成例を説明する図。
【図８】微小試料摘出フローの一例を説明する図。
【図９】加工穴の埋め戻し法の一例を説明する図。
【図１０】微小試料保管装置の別の構成例を説明する図。
【図１１】微小試料の保管具からの取り出しと追加工の一例を説明する図。
【図１２】デバイス繰返しパターンに対して微小試料に必要なサイズの一例を説明する図。
【図１３】ウェーハ内の微小試料摘出位置例を説明する図。
【図１４】座標識別用マーキングの一例を説明する図。
【図１５】傾斜イオンビーム光学系による微小試料摘出装置の構成を説明する図。
【図１６】微小試料保管具の形状の一例を説明する図。
【図１７】微小試料保管具の保管穴形状の一例を説明する図。
【図１８】微小試料保管具をウェーハカセットと同一管理する例を説明する図。
【図１９】ウェーハ型微小試料保管具の一例を説明する図。
【図２０】微小試料保管具の管理番号刻印の一例を説明する図。
【図２１】プロセスタグによる微小試料保管具の情報管理の一例を説明する図。
【図２２】メモリカードによる微小試料保管具の情報管理の一例を説明する図。
【図２３】非接触ＩＣチップによる微小試料保管具の情報管理の一例を説明する図。
【図２４】非接触ＩＣチップによる個別微小試料管理の一例を説明する図。
【図２５】ピンセット型プローブによる微小試料搬送の一例を説明する図。
【図２６】製品履歴調査に適用する場合における不良解析システムの構成例を説明する図。
【図２７】プロセスコントロールサポートデータベース作成に適用する場合における不良解析シシステムの構成例を説明する図。
【図２８】異常部を注目して不良原因となる経緯をモニタする場合における不良解析システムの構成例を説明する図。
【図２９】異常部を注目して微小試料を摘出する場合における微小試料摘出位置の選択を説明する図。
【符号の説明】
１０１…不良解析システム、１０２…微小試料摘出装置、１０３…微小試料保管装置、１０４…保管試料データ記録装置、１０５…微小試料追加工装置、１０６…不良解析装置、１０７…プロセス装置、１０８…ウェーハ、１０９…微小試料保管具、１１０…微小試料、１１３…不良解析試料、１１４…プロセス情報、１１５…情報、１１６…保管位置情報、１１７…情報、１１８…解析情報、１１９…情報、１２０…不良解析要求、１２１…不良解析情報、２０１…ＦＩＢ、２０２…試料基板、２０３…プローブ、２０４…イオンビームアシストデポジション膜、２０５…堆積性ガス、２０６…微小試料、２０７…角穴、２０８…底穴、２０９…切り欠き溝、２１０…ガスノズル、３０１…ＦＩＢ、３０７…試料薄膜、３０８…ウェーハ、３０９…メッシュ、４０１…ロット、４０２…検査用試料、４０３…残された試料、４０４…検査すべき場所、４０５…微小試料、４０６…各種解析装置、４０７…計算処理機、５０１…金属配線、５０２…絶縁層、５０３…キャップ層、５０４…空隙不良部、５０５…絶縁層、６０１〜６０７…プロセス、７０２…試料台、７０３…試料位置制御装置、７０４…イオンビーム、７０５…イオンビーム光学系、７０６…電子ビーム、７０７…電子ビーム光学系、７０８…二次電子検出器、７１５…イオン源、７１６…加速電源、７１７…通電加熱電源、７１８…引き出し電極、７１９…引き出し電源、７２０…アパーチャ、７２１…集束電源、７２２…集束レンズ、７２３…偏向電源、７２４…偏向器、７２５…対物電源、７２６…対物レンズ、７２７…イオンビーム光学系制御装置、７２８…プローブ、７２９…プローブ駆動装置、７３０…プローブ位置制御装置、７３１…デポジションガス源、７３２…デポジションガス源制御装置、７３３…電子ビーム光学系制御装置、７３４…表示装置、７３５…中央処理装置、７３７…真空容器、８０１、８０２…矩形穴、８０５…支持部、８０６…矩形溝、８０８…斜溝、８０９…イオンビームアシストデポジション膜、８１１、８１２…保管穴、９０１…加工穴、９０２…デポジションガス、９０３…堆積物、１００１…ロード／アンロード機構、１００２…装置接続部、１１０１…微小試料ホルダ、１１０２…微小試料固定面、１１０３…長手方向、１１０４…イオンビームアシストデポジション膜、１１０５…プローブ、１１０６…イオンビーム、１２０１、１２０２、１２０３、１２０４…デバイスパターン、１２０５…イオンビーム加工領域、１３０２〜１３０９…点、１３１０…チップ、１４０１…解析位置、１４０２…ノッチ、１４０３…座標原点、１４０４…横方向座標、１４０５…縦方向座標、１４０６…加工予定領域、１４０７、１４０８…マーク、１４０９…領域、１４１０…イオンビーム加工領域、１５０１…試料台、１５０２…イオンビーム光学系、１６０２…溝、１７０１、１７０２…保管穴、１７０３…ガード部、１８０１…ウェーハ群、１８０２…ウェーハカセット、１８０３…保管具固定部、１９０１…微小試料保管具、１９０２…加工痕、１９０３…保管穴、２００１…ウェーハロットナンバー、２００２…微小試料保管穴ナンバー、２１０１…プロセスタグ、２１０２、２１０３、２１０４…プロセスタグ保持具、２２０１…メモリカード、２２０２、２２０３、２２０４…メモリカード保持具、２３０１…非接触ＩＣチップ、２４０１…微小試料保管部、２４０２…非接触ＩＣチップ、２４０３…微小試料保管具、２５０１…ピンセット型プローブ、２５０２…矢印、２６０１…製品データベース、２６０２…製品不良情報、２６０３…選別情報、２６０４…解析情報、２７０１…検査装置、２７０２…不良データベース記録装置、２７０３…選別情報、２７０４…解析情報、２７０５…検査情報、２８０１…不良解析要求、２８０２…不良データベース記録装置、２８０３…選別情報、２８０４…解析情報、２８０５…検査装置、２９０１、２９０２…点、２９０３、２９０４…領域。

Claims (12)

1. 基板に所望とするパターンを形成するための任意の処理プロセス終了毎に、加工ビームを用いて前記基板からその一部を試料として摘出する工程と、摘出した前記試料を保管する工程と、前記試料に関する管理情報をデータベースとして統括する工程と、不良解析要求に従い保管していた前記試料を解析可能な形態に加工する工程と、加工された前記試料を解析する工程とを具備してなることを特徴とする不良解析方法。
2. 基板に所望とするパターンを形成するための任意の処理プロセス終了毎に、イオンビーム加工により前記基板からその一部を試料として摘出し、前記試料を保管する試料保管具に搬送する試料摘出装置と、前記基板の少なくとも製品名、基板名、処理プロセス名と前記試料の保管位置とを対応させたデータベースを構築する保管試料データ記録装置と、前記試料保管具を前記保管試料データ記録装置のデータベースに対応して保管する試料保管装置と、選別された前記試料を前記試料保管具から取り出して追加工情報に基づき追加工を行う試料追加工装置と、追加工された前記試料を解析する不良解析装置とを具備してなることを特徴とする不良解析システム。
3. 基板に所望の回路パターンを形成するための異なる２つ以上の処理プロセスのそれぞれの後に、イオンビーム加工により前記基板からそれぞれその一部を試料として摘出し、前記試料を保管する試料保管具に搬送する試料摘出装置と、前記基板の少なくとも製品名、基板名、処理プロセス名と前記試料の保管位置とを対応させたデータベースを構築する保管試料データ記録装置と、前記試料保管具を前記保管試料データ記録装置のデータベースに対応して保管し、前記試料の製品完成後の任意の製品指定に対応する前記試料を選別する試料保管装置と、不良解析要求に従い選別された前記試料を取り出して追加工情報に基づき追加工を行う試料追加工装置と、追加工された前記試料を解析する不良解析装置とを具備してなることを特徴とする不良解析システム。
4. 前記試料保管装置が、前記試料保管具を前記保管試料データ記録装置のデータベースに対応して保管し、かつ、少なくとも２つの処理プロセスを経た後の不良検査において予め設定した閾値から不良と判断された前記基板に対応する前記試料を選別するよう構成されていることを特徴とする請求項２記載の不良解析システム。
5. 前記不良解析装置から得られる前記試料の構造観察もしくは分析データを、前記処理プロセスのプロセスパラメータと対応させて不良試料データとして記録する不良データベース記録装置を有することを特徴とする請求項４記載の不良解析システム。
6. 前記イオンビーム加工を制御するイオンビーム制御系を有し、かつ、前記イオンビーム制御系は、摘出する前記試料の大きさを、前記基板上に形成された回路パターンの繰返し間隔よりも大きく設定するよう構成されていることを特徴とする請求項２記載の不良解析システム。
7. 前記試料保管具が、前記基板の少なくとも製品名、基板名、処理プロセス名と前記試料の保管位置とを対応させたデータベースを格納した読み書き可能なＩＣメモリを有することを特徴とする請求項２記載の不良解析システム。
8. 前記試料保管具が、前記基板の少なくとも製品名、基板名、処理プロセス名と前記試料の保管位置とを対応させたデータベースと、前記試料とを１対１で対応可能な数値を格納した非接触ＩＣチップを有することを特徴とする請求項２記載の不良解析システム。
9. 前記試料摘出装置と前記試料保管装置、または前記試料保管装置と前記試料追加工装置とが、大気に暴露することなく前記試料保管具を授受できるように接続可能に構成されていることを特徴とする請求項２記載の不良解析システム。
10. 前記試料摘出装置と前記試料追加工装置とを、同一の装置で構成したことを特徴とする請求項２記載の不良解析システム。
11. 前記試料保管具の形成材料が、シリコンであることを特徴とする請求項２記載の不良解析システム。
12. 前記試料摘出装置が、前記試料の摘出前に摘出座標を顕在化するためのマークを前記試料に加工するためのイオンビームマーク加工機能を有することを特徴とする請求項２記載の不良解析システム。

Images