JP2007123289A - 微小試料加工観察方法及び装置 - Google Patents
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Abstract
試料となるウェーハを割ることなしにウェーハ断面を水平から垂直迄の方向からの断面
観察や分析を高分解能,高精度かつ高スループットで行える微小試料加工観察装置および
微小試料加工観察方法を実現することを目的とする。
【解決手段】
上記課題を解決するために本発明装置では、同一真空装置に集束イオンビーム光学系と
電子光学系を備え、試料の所望の領域を含む微小試料を荷電粒子線成型加工により分離し
、分離した該微小試料を摘出するプローブを備えた。
【選択図】図3
Description
を必要とする、半導体デバイス,液晶デバイス,磁気ヘッド、等の電子デバイスやマイク
ロデバイス等の研究開発や製造における観察・分析・評価手段として利用される装置シス
テムに関する。
,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、
製品の品質管理のために製造工程途中あるいは終了の段階で製品特性が検査される。検査
では、製作寸法の計測や、回路パターンの欠陥検査や異物分析がなされる。このため、各
種の手段が用意され利用されている。
beam : FIB)装置と電子顕微鏡を組み合わせた、微細加工観察装置が用いられる機会
が増している。この装置は特許文献1に開示されている。
イオンビーム装置は、真空試料室60を有しており、イオン源1,イオンビーム走査偏向
器3、およびレンズ2などから構成される集束イオンビーム光学系31,FIB照射によ
って試料から放出する二次電子や二次イオンを検出する二次粒子検出器6,半導体ウェー
ハや半導体チップなどのウェーハ21を載置する試料台24などが配置されている。また
、電子ビームを放出する電子銃7,電子ビームレンズ9,電子ビーム走査偏向器10、な
どから構成される走査電子顕微鏡光学系41を設置している。
ズ31を通してウェーハ21に照射する。FIB4は試料上で直径数ナノメートルから1
マイクロメートル程度に細束化される。FIB4をウェーハ21に照射するとスパッタリ
ング現象により試料表面の構成原子が真空中に放出される。したがってイオンビーム走査
偏向器3を用いてFIB4を走査させることで、マイクロメートルからサブマイクロメー
トルレベルの加工ができることになる。そこで、図14において試料となるウェーハ21
を装置内部の試料台24に載せ、座標値で指定された観察箇所p1を位置出し後、観察箇
所にFIB4を照射し溝穴を掘り、図15に示す観察箇所の内部断面s1を創生する。創
生された溝穴の外面や内壁面を、電子ビーム照射による走査電子顕微鏡機能で観察したり
、分析装置51で適宜分析する。尚、ウェーハプロセスで用いられる従来の微細加工観察
装置は、集束イオンビーム光学系と電子ビーム光学系を、試料表面の観察部位で両ビーム
軸が交差する様に配置されている。
観察装置の外部へ取り出し、別途用意した装置に微小試料を移して最適形状に追加工し観
察・分析する方法が考案され利用されている。この方法は、特許文献2に開示されている
。
するように試料102の姿勢を保ち、試料上でFIB4を矩形に走査させ、試料表面に所
要の深さの角穴107を形成する(図17(a))。次に、試料102を傾斜させ、底穴
108を形成する。試料102の傾斜角の変更は、試料台(図示せず)によって行われる
(図17(b))。試料102の姿勢を変更し、試料102の表面がFIB4に対して再
び垂直になるように試料102を設置し、切り欠き溝109を形成する(図17(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72の先端を、
試料102を分離する部分に接触させる(図17(d))。ガスノズル110から堆積性ガ
ス105を供給し、FIB4をプローブ72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(以下、デポ膜104と略す)を形成する。接触状態に
ある試料102の分離部分とプローブ72の先端はデポ膜104で接続される(図17
(e))。FIB4で残りの部分を切り欠き加工し(図17(f))、試料102から分離試
料である微小試料12を切出す。切出された分離試料12は、接続されたプローブ72で
支持された状態になる(図17(g))。この微小試料12を、FIB4で加工し、観察
しようとする領域をウォール加工するとTEM試料(図示せず)となる。以上がウェーハ
などの試料から所望の解析領域を含む微小試料を、FIB加工と微小試料の搬送手段を駆
使して分離する方法である。この方法で分離した微小試料を本微細加工装置の外に取り出
し、各種観察・分析装置に導入することで解析することができる。但し、試料を大気に晒
すことを嫌う場合には利用できない。また、別装置も必要になるため設備コストや設置ス
ペースの増加することが避けられない。
ことにより斜め方向から穴溝内壁断面を観察する。その場合、FIB装置のワーキングデ
ィスタンスや、対物レンズの存在、或るいは試料台の大きさに起因する構造上の制約によ
り試料台の傾斜角度調整範囲が、制限され、それ以上の角度に傾斜できない。従って溝内
壁断面の垂直観察は不可能である。しかしながら半導体デバイス製造のプロセス開発等に
おけるドライエッチング,平坦化,薄膜形成等の処理特性確認では垂直断面観察が不可欠
であるが、上記公知例の装置では対応できなかった。
方から電子ビームを照射し穴溝内壁断面を観察する場合、ウェーハ表面に垂直方向即ち溝
穴内壁断面の観察分解能が低下する。低下率は、およそ30°では約15%、最も多用さ
れる45°近辺では30%にも達する。最近の半導体デバイスの微細化は極限に達してお
り、数ナノメータ以下の精度での寸法や形状の測定が必要となっている。要求される観察
分解能は3nm以下と、走査電子顕微鏡の技術的限界域に突入している。加えてこの程度
の高分解能下では焦点深度が極めて浅くなり1μmの数10%以下の範囲しかピントが合
わないため、斜め観察時のデバイス縦方向断面の適正観察範囲は、要求領域の半分にも満
たない場合が頻発する。この問題は垂直観察することにより全観察領域で焦点の合った高
品位な観察が可能にできる。
てくる二次電子の数密度がウェーハ表面と比較して減少する。従って二次電子検出効率が
低下することで二次電子像のS/Nの低下を招き、断面観察の精度低下を余儀なくされた
。
おり、観察装置には益々高い分解能が要求されている。更には電子ビームを照射して励起
される原子特性X線の面分布をX線検出器で測定して元素分析(EDX分析)を行っても、
試料中への電子ビーム侵入によるX線発生領域の拡大により、電子ビーム径が0.1μm
以下であっても、分析の面分解能は約1μmとなってしまい、微細な構造を持つLSI素
子断面の分析には不十分であった。
チング加工,溝穴埋め込み,平坦化加工等の出来栄え評価が挙げられる。加工断面の寸法
や形状を正確に測定するために、従来はウェーハから見たい断面を含むチップサイズの試
料を割り出し、汎用の走査電子顕微鏡などで観察している。ところがデバイスの微細化進
展やウェーハの大口径化に伴い、素子回路パターンの観察したい位置で正確に破断する作
業が非常に難しいため失敗も出ている。一方、評価用ウェーハの供給能力不足や価格上昇
のため評価試料作成の失敗が許されない状況にある。
を確保できるが、試料を従来装置内で製作し、これを装置外部に取りだし、別に用意した
観察・分析装置に導入する必要があるため、微小試料の取り出しから加工・観察・分析ま
での所要時間が数時間にも及ぶ問題があった。加えて、試料を大気に暴露すると酸化や吸
湿等で劣化するケースでは、その回避が困難であった。半導体デバイスの断面観察は、最
近では半導体製造時の有益な検査手法として重視されつつあり、その場合の処理能力は現
時点で毎時2〜3ヶ所以上の観察・分析が望まれており、今後さらなる高速処理が要望さ
れる動向にある。この要望に対して従来法の処理能力は極端に低いという問題が解決され
ていない。
解能,高精度,高スループット,大気暴露による劣化無し、失敗無しに観察・分析できる
微小試料加工観察装置および微小試料加工観察方法を提供することにある。
集束イオンビーム光学系と、電子源,電子ビームを集束するレンズ,電子ビーム走査偏向
器、を備える電子ビーム光学系と、荷電粒子を試料に照射して該試料からの二次粒子を検
出する検出器と、該試料を併せ持つ試料台を備える微小試料加工観察装置において、集束
イオンビームを用いて該試料から微小試料を分離する機能と、該微小試料を摘出するため
のマニピュレータを具備し摘出された該微小試料を前記電子ビームまたは前記集束イオン
ビームで観察する機能を有することを特徴とする微小試料加工観察装置とする。これによ
り、対象試料の内部断面を二次電子の収率を高くして観察できるため高分解能観察ができ
、しかも微小試料を装置の外部に取り出すことが無いため短時間で観察・分析できる微小
試料加工観察装置を提供できる。
能を有することを特徴とする請求項1記載の微小試料加工観察装置とする。
置を移動できるため、観察分解能がより高くなる位置に微小試料を配置することができる
。また微小試料の内部断面観察方向を選択することができる。このため断面を垂直に観察
すれば、二次電子の収率も高いことから、高分解能で観察できる微小試料加工観察装置を
提供できる。
角度可変機能を含むことを特徴とする請求項2記載の微小試料加工観察装置とする。
面を垂直に観察すれば、エッチングや平坦化の形状寸法や埋め込み状況,膜厚等を高分解
能で観察でき、高精度な計測・評価ができる微小試料加工観察装置を提供できる。
駆動させるマニピュレータ制御装置と、該試料台と独立に駆動して荷電粒子ビームの該微
小試料への照射角度可変機能を有する第2の試料台を具備することを特徴とする請求項2
記載の微小試料加工観察装置とする。これにより、対象試料の内部断面を高分解能かつ短
時間で観察・分析できる微小試料加工観察装置を提供できる。また、第2の試料台に固定
した微小試料をマニピュレータから切り離して、1つのマニピュレータで複数の微小試料
を第2の試料台に固定することが可能となることで、断面観察と元素解析の時間を短縮す
ることができる。またマニピュレータから切り離して微小試料を第2の試料台に固定する
ことで、導入試料を保持する試料台の防振機構と微小試料を固定する第2の試料台の防振
機構を共有することができる。
タを該試料台と独立に駆動させるマニピュレータ制御装置とを具備し、該微小試料を前記
マニピュレータで支持した状態で、観察用荷電粒子ビームの該微小試料への照射角度可変
機能を有することを特徴とする請求項2記載の微小試料加工観察装置とする。これにより
、対象試料の内部断面を高分解能かつ短時間で観察・分析できる微小試料加工観察装置を
提供できる。また、該微小試料を固定する第2の試料台を必要としないために、微小試料
断面観察のための操作が簡単になり、操作時間を短くできる。
えることを特徴とする請求項1から5記載の微小試料加工観察装置とする。これにより、
対象試料の内部断面を高分解能かつ短時間で観察・分析できる微小試料加工観察装置を提
供できる。また、荷電粒子線照射時の原子特性X線検出による元素分析において、微小試
料を薄膜化することで、荷電粒子線の試料への侵入によるX線発生領域拡大を回避できる
ので高分解能元素分析が可能となる。
変する機構を有することを特徴とする請求項1記載の該微小試料加工観察装置とする。こ
れにより、対象試料の内部断面を高分解能かつ短時間で観察・分析できる微小試料加工観
察装置を提供する。特に、該光学系の傾斜角度を可変できるため多様な試料作製方法およ
び試料形状を実現できる。
試料加工観察装置とする。これにより、対象試料の内部断面を高分解能かつ短時間で観察
・分析できる微小試料加工観察装置を提供する。特に、2基の集束イオンビーム光学系を
用いるため、短時間の試料作製が可能になる。また、試料台を傾斜しない構造とすれば装
置の小型化も可能になる。
とする。これにより、対象試料の内部断面を高分解能かつ短時間で観察・分析できる微小
試料加工観察装置を提供する。特に装置操作の自動化により操作者の負担を軽減できるの
で、より短時間の観察・分析が可能となる。
察対象部位を微小試料として分離し、該微小試料を、マニピュレータを駆動して導入試料
から摘出し、該微小試料を、真空雰囲気の試料室内に置いたまま、電子ビームまたは集束
イオビームで該微小試料の特定部位を観察することを特徴とする微小試料加工観察方法と
する。これにより、対象試料の内部断面を二次電子の収率を高くして観察できるため高分
解能観察ができ、かつ微小試料を装置の外部に取り出すことが無いため短時間で観察・分
析できる微小試料加工観察方法を提供できる。
工観察方法とする。これにより、対象試料の内部断面を高分解能かつ短時間で観察・分析
できる微小試料加工観察方法を提供する。特に、微小試料を分離するのに加工に無駄が少
ないため短時間で微小試料作製ができる。
を特徴とする微小試料加工観察方法とする。これにより、対象試料の内部断面を高分解能
かつ短時間で観察・分析できる微小試料加工観察方法を提供する。特に、半導体ウェーハ
に適用することにより、半導体製造プロセス検査に活用でき、デバイス不良の早期発見お
よび短時間品質管理により製造歩留まりの向上に貢献する。
短時間で実施できる微小試料加工観察装置および微小試料加工観察方法が実現できる。さ
らに薄膜成形加工した微小試料をEDX分析して高精度な元素分析することにより、総合
的に断面の観察や分析の効率の良い微小試料加工観察装置を提供できる。
(実施例1)
第1の実施例の装置構成と動作を図1,図2および図3を用いて説明する。図1,図2
は装置全体構成を、図3は集束イオビーム光学系、走査電子顕微鏡光学系および試料台周
辺の構成を詳細に示す。なお、本実施の形態では、本発明の微小試料加工観察装置のうち
ウェーハ対応装置を示す。また、図3は、図1の概略俯瞰断面を表しているが、説明の都
合上、機器の向きや詳細には幾分の相違があるが本質的差ではない。図1において、装置
システムの中心部には集束イオンビーム光学系31と電子ビーム光学系41が真空試料室
60の上部に適宜設置されている。真空試料室60の内部には試料となるウェーハ21を
載置する試料台24が設置されている。2基の光学系31及び41は各々の中心軸がウェ
ーハ21表面付近で一点に交わるように調整されている。試料台24にはウェーハ21を
前後左右に高精度で移動する機構を内蔵しており、ウェーハ21上の指定箇所が集束イオ
ンビーム光学系31の真下に来るように制御される。試料台24は回転,上下、あるいは
傾斜する機能を有する。真空試料室60には図示を省略した排気装置が接続され適切な圧
力に制御されている。尚、光学系31,41にも図示を省略した排気系を個別に備え適切
な圧力に維持している。真空試料室60内にはウェーハ導入手段61,ウェーハ搬送手段
62を有する。真空試料室60に隣接してウェーハ移載ロボット82,カセット導入手段
81が配置されている。真空試料室60の左隣には装置全体及び試料加工観察評価の一連
の処理を制御管理する操作制御部100を配備している。
入手段81のテーブルに置かれ、作業開始指令が操作制御卓100から発せられると、ウ
ェーハ搬送ロボット82がカセット内の指定されたスロットから試料となるウェーハを引
き出し、図2に示すオリエンテーション調整手段83でウェーハ21の向きを所定の位置
に調整される。次いで、ウェーハ21はウェーハ搬送ロボット82によりウェーハ導入手
段61上部のハッチ62が開かれた時点でウェーハを載置台63に乗せられる。ハッチ
62を閉じると、ウェーハ周囲に狭い空間が形成されロードロック室となり、図示を省略
した真空排気手段で排気した後、載置台63を下降する。次いで、ウェーハ搬送手段61
が載置台63のウェーハ21を取り上げ、真空試料室60中央の試料台24に載置する。
尚、試料台24にはウェーハ21の反り矯正や振動防止のためウェーハ21をチャックす
る手段を必要に応じて設ける。ウェーハ21上の観察分析位置p1の座標値を操作制御部
100から入力して、試料台24を動かしウェーハ21の観察分析位置p1を集束イオン
ビーム光学系31の直下に合わせて停止する。
置では、集束イオビーム光学系31は、イオン源1,イオン源1から放出するイオンビー
ムを集束するレンズ2,イオンビーム走査偏向器3等で構成され、また、電子ビーム光学
系41は、電子銃7,前記電子銃7から放出する電子ビーム8を集束する電子レンズ9,
電子ビーム走査偏向器10で構成される。その他に、集束イオンビーム(FIB)4また
は電子ビーム8をウェーハ21に照射してウェーハからの二次粒子を検出するための二次
粒子検出器6,ウェーハ21を載せる可動の試料台24,所望の試料位置を特定するため
試料台の位置を制御する試料台制御装置25,プローブ72の先端を微小試料の摘出位置
に移動し、摘出し、集束イオンビーム(FIB)4または電子ビーム8を照射して微小試
料の特定位置を観察評価する上で最適な位置や方向を制御するためのマニピュレータ制御
装置15と電子ビーム8の照射時に励起される原子特性X線検出のためのX線検出器16
と、堆積ガス供給装置17を備えている。
料台を下げてプローブ72の先端をウェーハ21から離した状態で、試料台24に対して
水平方向(XY方向)にプローブ72を移動し、プローブ72の先端をFIB4の走査領
域に設定する。マニピュレータ制御装置15は位置座標を保存した後、プローブ72を退
避する。
に観察分析位置p2を横切ってコの字を描くように溝を形成する。加工領域は、長さ約5
μm,幅約1μm,深さ約3μmであり、片方側面でウェーハ21と接続している。その
後、試料台24を傾斜させ、FIB4で三角柱の斜面を形成するように加工する。ただし
、この状態では、微小試料22とウェーハ21とは支持部で接続されている。
ブ72を微小試料22の端部に接触させた後に、FIB4の照射により堆積性ガスを接触
点75に堆積させてプローブ72を微小試料22に接合し一体化する。更に、支持部S2
をFIB4で切断して微小試料22を切取る。微小試料22はプローブ72に支持された
状態になり、観察・分析を目的とする表面及び内部断面が微小試料22の観察分析面p3
として取り出す準備が完了する。
ーハ21表面から浮上する高さまで持ち上げる。尚、必要に応じてプローブ72に支持さ
れた状態で微小試料22にFIB4の照射角をマニピュレータの回転操作で適切に追加工
して所望の観察断面p3を形成する。この追加工の一例としてFIB4が持つビームのテ
ーパによって斜めに形成された観察断面p2を真に垂直断面とするための仕上げ加工があ
る。これまで行われてきた断面加工/観察ではFIBで掘った穴の側壁を観察面としなけ
ればならなかったのに対し、本実施例装置によれば、持ち上げた後に追加工することが可
能であり、観察対象面を適宜移動させつつ、対加工を行うことができるので、所望の断面
を適正に形成することが可能になる。
p3へ概略垂直に入射するようにマニピュレータ70を動かして微小試料22の姿勢を制
御した後静止させる。これにより、二次粒子検出器6での二次電子の検出効率は、試料断
面を観察する場合であっても、ウェーハ最表面を観察する場合と同程度になり、微小試料
22の観察分析面p3の観察条件は非常に良好なものになり、従来例で問題であった分解
能の低下を回避でき、しかも観察分析面p2,p3の角度を望ましい角度に調整できるの
で、より綿密な観察分析ができるようになる。
たまま、観察・分析するため、対象試料の内部断面を室内大気暴露による汚染や異物付着
無しに、高分解能,高精度,最適角度での観察・分析が実現可能となる。しかも1時間当
たり2〜3ヶ所以上の高い処理能力での観察・分析が可能となる。
よって種々の傾斜や移動を行うことができるので、例えば観察断面p2に孔を設け、試料
内部の3次元的な断層形成状態をも確認することが可能になる。
学系41が形成されているが、マニピュレータ70等の動作数を減らして加工/観察時間
を極力減らすためは、マニピュレータ70と電子ビーム光学系41間の相対角度が、FIB4
の照射方向に対し垂直な面内で、90°に近い角度となるように形成されることが望まし
い。なぜならこのように形成することによって、マニピュレータ70は、ウェーハ21か
ら微小試料22を持ち上げる動作、電子ビーム8に対し観察断面p2が垂直となるように
プローブ72を回転させる動作、及びその他の微調動作のみを行えば良いからである。
ち上げる例を用いているが、これに限られることはなくウェーハ21を降下させることに
より、結果的に微小試料22を持ち上げるようにしても良い。この場合、試料台24には
ウェーハ21をZ方向(FIB4の光軸方向)に移動させるZ軸移動機構を設けておく。
このような構成によれば、ウェーハ21内の微小試料22となる個所に、電子ビーム光学
系41の光軸を位置づけた状態で微小試料22の切出しと持ち上げを行うことが可能にな
る。この場合、FIB4による微小試料22の切出しから、観察断面p2の観察に至るま
での工程を電子顕微鏡で確認しつつ実行でき、かつその間の照射位置の変更をあまり行う
ことなく実現することが可能になる。
が得られるが、この電子顕微鏡像に、加工予定断面やFIB4による加工到達位置を重畳
しモデル表示すれば、FIB4による断面加工状態を容易に確認することができる。加工
予定断面を電子顕微鏡像に重畳表示するには、設定される加工深さと、倍率から算出され
る電子顕微鏡像内の寸法に基づいて、断面となる部分を示すアニメーションを電子顕微鏡
に重畳表示する。
算出し、電子顕微鏡像に現在の加工深さ表すアニメーションを重畳表示するようにすれば
、加工の進行状況を確認することが容易になる。本実施例装置の電子ビーム光学系41は
ウェーハ21に対し俯瞰的位置に配置されており、電子顕微鏡像は俯瞰像となるため、上
記アニメーションも併せて立体的に表示することにより、加工状況をより明確に確認する
ことができる。
電子に基づいて形成される走査イオン顕微鏡像(SIM像)上で、断面加工位置を設定す
る機能を備えているが、断面位置と加工深さの入力に基づいて、その他の設定や装置の動
作(試料台の駆動やイオンビームによる加工位置の決定)を自動的に行うようなシーケン
スを設けることもできる。この場合、まずSIM像上で観察断面p3の上辺となる部分を
指定すると共に、加工深さ(観察断面p3の深さ方向の寸法)を設定する。この2つの設
定に基づいて、微小試料22の傾斜部の形成角度と観察分析面p3を自動決定し、この設
定によってその後の加工を自動的に行う。また観察分析面p3(矩形領域)をSIM像上
で設定すると共に、加工深さを設定することによって、その後の加工を自動的に行うシー
ケンスを設けることも可能である。
p3が適正に位置づけられるように、プローブ72には微動機構(図示せず)が設けられ
ている。例えば図4の例では、単にプローブ72を回動させると、微小試料22はプロー
ブ72との接着点を中心に回転するので、観察断面p3は微小試料22の長手方向を回転
軸とする回転だけではなく、FIB4の照射方向を回転軸とする回転の成分が含まれるこ
とになる。この回転成分を除去するための微動機構をプローブ72に持たせておき、プロ
ーブ72の回転に併せて、或るいは回転動作とは異なるタイミングで微動機構を動作させ
ることにより、電子ビーム8光軸に対する垂直面内に、観察断面p3を正確に位置づける
ことが可能となる。また、FIB4の光軸に対し垂直な面内において、電子ビーム光学系
41に対し、プローブ72を90°より若干大きな角度となるように配置することによっ
ても同等の効果を得ることができる。この場合、プローブ72を電子ビーム光学系41に
対し、上記集束イオンビームの照射方向を回転軸とする回転成分+90°に配置すること
によって、その効果を達成する。
転軸が観察分析面p2や観察断面p3に対して斜めになっていることに起因する。即ち回
転軸が、観察分析面p2と観察断面p3に平行となるようにプローブ72を形成すれば、
上記問題を解決することができる。そのために図3のような鏡体構造を持つ装置の場合、
ウェーハ21表面に平行(FIB4の光軸に対して垂直)にプローブ72の回転軸を形成
すると良い。そしてプローブ72の先端を湾曲させることで、ウェーハ21表面に平行な
回転軸を持つプローブであっても、微小試料22を支持することが可能になる。更にプロ
ーブの回転と平行移動によって電子ビーム8の光軸下に試料を移動できるよう、電子ビー
ム光学系41に対し垂直となるようにプローブ72の回転軸を形成すると良い。
さであって且つウェーハ21と平行な回転軸を持つプローブに伝達するような機構を設け
れば、微小試料22を大きく振りまわすことなく、電子ビーム8に対する観察断面p3の
位置合わせを行うことができる。
高倍率や振動の多い設置環境下で観察・分析する場合には、微小試料22を、ウェーハ
21上の支障ない位置へ着地させるか、試料台のウェーハ周辺の空き地に設けた微小試料
ポートへ着地させることにより微小試料の振動を大幅に抑えることができ、良質の観察・
分析が可能となる。図18に示す例はその一例であり、切出した微小試料22をウェーハ
21の上に接地させることで、耐震性を向上させた例を示す図である。このような手法を
採る場合、微小試料の接地位置と、電子ビーム8の光軸が一致するように予めシーケンス
を組んでおくと良い。
。これにより、特に、微小試料を分離するのに加工に無駄が少なく、短時間の微小試料作
製が実現する。但し、図示を省略するが最も加工面が少ないため加工時間を最小化できる
四面体や、これに近い形状にしても、本発明の効果が得られることは言うまでもない。
よる侵入距離約1μmよりも電子ビーム照射方向に薄く微小試料22を製膜すると元素分
析精度が向上する。
(実施例2)
本発明の第2の実施例である微小試料加工観察装置の構成およびその動作を、装置全体
構成を示す図6,図7を用いて説明する。ここで、図7は図6の平面図を表しているが、
説明の都合上、機器の向きや詳細には幾分の相違があるが本質的差ではない。本装置では
、装置システムの中心部の真空試料室60の上部に、集束イオンビーム光学系31が垂直
に設置され、更に第2の集束イオンビーム光学系32が約40°傾斜して設置されている
。また、電子ビーム光学系41は約45°傾斜して設置されている。3基の光学系31,
32及び41は各々の中心軸がウェーハ21表面付近で一点に交わるように調整されてい
る。また、第1の実施例の装置と同様に、真空試料室60の内部には試料となるウェーハ
21を載置する試料台24が設置されている。ただし、本実施例の試料台24は水平移動
(X−Y),回転,上下移動する機能は有するが、傾斜機能は必ずしも必要ではない。
光学系31からFIB4をウェーハ21に照射して、図4に示すように観察分析位置p2
を横切ってコの字を描くように溝を形成する。ここまでは、実施の形態1と同様である。
次に、三角柱の斜面を形成するのは、もう一基の集束イオンビーム光学系32からのFIB4
により加工する。ただし、この状態では、微小試料22とウェーハ21とは支持部で接続
されている。この後、再び、集束イオンビーム光学系31からFIB4を用い、実施の形
態1と同様に微小試料を切取る。すなわち、微小試料22に、マニピュレータ70のプロ
ーブ保持部71先端のプローブ72を微小試料22の端部に接触させた後に、FIB4の
照射により堆積性ガスを接触点75に堆積させてプローブ72を微小試料22に接合し一
体化し、支持部をFIB4で切断して微小試料22を切取る。この後、微小試料22の観
察・分析等の工程は、実施の形態1と同様である。
分析ができる。本実施の形態では、特に、2基の集束イオンビーム光学系を用いることに
より、試料台の傾斜を不要にできる。試料台の傾斜機構を省略できることにより試料台の
位置決め精度を数倍〜10倍以上向上できる。LSIデバイス製造現場では、近年各種ウ
ェーハ検査評価装置に異物検査や欠陥検査を行い、ウェーハ上の異常個所の特性並びに座
標データを収録し、その座標データをその後の更なる詳細検査用装置が受け取って指定座
標位置を割り出して観察分析を行うことが慣例になってきた。位置決め精度が高いことに
より試料ウェーハ21の観察個所の位置割り出し処理を自動化でき、しかもそのアルゴリ
ズムを単純化できる。これにより所要時間が大幅に短縮できるので高いスループットが得
られる。更には、傾斜機構を持たない試料台は小形軽量で高剛性を得やすく信頼性も増す
ので、より高品質な観察分析ができ、装置の小型化や低コスト化も可能になる。
ジションを適宜往来させることにより、試料台24を傾斜せずに、第2の実施例と同様の
処理が可能になり、本発明の効果を得ることができる。
(実施例3)
本発明の第3の実施例である微小試料加工観察装置の構成およびその動作を、装置全体
構成を示す図8,図9を用いて説明する。ここで、図9は図8の平面図を表しているが、
説明の都合上、機器の向きや詳細には幾分の相違があるが本質的差ではない。本実施例の
装置では、装置システムの中心部の真空試料室60の上部に、集束イオンビーム光学系
33が約45°傾斜して設置されている。また、電子ビーム光学系42も約45°傾斜し
て設置されている。2基の光学系33,42は各々の中心軸がウェーハ21表面付近で一
点に交わるように調整されている。また、第1の実施例の装置と同様に、真空試料室60
の内部には試料台24が設置されている。また第2の実施例と同様に、試料台24は傾斜
機能を持たない。
明する。まず、試料台を下げてプローブ72の先端をウェーハ21から離した状態で、試
料台24に対して水平方向(XY方向)にプローブ72を移動し、プローブ72の先端を
FIB4の走査領域に設定する。マニピュレータ制御装置15は位置座標を保存した後、
プローブ72を退避する。
い試料の観察断面に重なる方向へ試料台の方角を合わせる。次にFIB4をウェーハ21
に照射し走査して観察に必要な長さと深さの垂直断面C1を形成する。次に、形成済みの
断面と交差する斜方切断面C2を形成する。この切断面C2の形成の際、斜面の傾斜角が
得られる位置まで試料台を水平に回転して方向を定める。次いで、垂直切断線に平行して
斜め溝をFIB4で形成する。更に、この溝に直角に一端C3を切断する。加工領域は、
長さ約5μm,幅約1μm,深さ約3μmであり、長さ約5μmの片持ち梁状態でウェー
ハ21と接続している。次に、微小試料22に、マニピュレータ70先端のプローブ72
を微小試料22の端部に接触させた後に、FIB4の照射により堆積性ガスを接触点75
に堆積させてプローブ72を微小試料22に接合し一体化する。その後、FIB4で微小
試料を支持する他端C4をFIB4で切断して微小試料22を切取る。微小試料22はプ
ローブ72に支持された状態になり、観察・分析を目的とする表面及び内部断面が微小試
料22の観察分析面p3として取り出す準備が完了する。以降の処理は、集束イオンビー
ム光学系による加工・観察、或いは電子ビーム光学系による観察に最適な方角へ微小試料
の向きを設定する際に試料台24の向きも適宜調整する必要が生じる以外は、第1の実施
例とほぼ同様につき説明を省く。
分析ができる。本実施例は、1基の集束イオンビーム光学系を試料台に対して傾斜させる
ことにより、試料台に傾斜機能を持たせることなくウェーハから微小試料を切出して摘出
できる特長がある。光学系の周りには多くの機器を併せ搭載する必要があるのでスペース
難となっており、それらの機器の合計質量も大きいため取付基板の剛性確保を含めた設計
を難しいものにしている。またメンテナンス性も気掛かりとなる。本実施例は、試料台の
傾斜機構が不要で、しかも集束イオンビーム光学系が1基で済むため、構造が単純で軽量
小形にできコストも低減できる。
(実施例4)
本発明の第4の実施例である微小試料加工観察装置の概略構成を図10を用いて説明す
る。本実施例では、図3に示した微小試料加工観察装置の基本構成に、第2試料台18と
、第2試料台の角度や高さ等を制御する第2試料台制御装置19を加えたものである。本
実施例における集束イオンビーム光学系31からイオンビームを試料に照射してウェーハ
から微小試料を摘出するまでの過程は第1実施例と同様である。本実施例は、摘出した微
小試料を、マニピュレータで支持した状態で観察・分析する代わりに、第2試料台に固定
し観察・分析を行うものである。
台18の微小試料固定部分には表面を平坦にした部材を用いているが、平坦であるかどう
かは問わない。微小試料の底面を第2試料台18に接触して、FIB4で堆積性ガスを第
2試料台18と微小試料22の接触点に堆積させて、アシストデポ膜76で第2試料台
18への微小試料22を固定する。なお、微小試料22作成時や、該堆積性ガスを堆積さ
せた時などに、観察断面の表面への異物吸着や観察断面の表面が破壊される不都合を予防
するために、FIB4の照射角を微小試料の観察断面に平行になるように第2試料台操作
で適切に角度設定した後、FIB4を照射して所望の観察断面を作成することもできる。
きる。ウェーハ21から微小試料22を摘出し、試料台脇の第2試料台18の適所へ固定
し、次の微小試料22を摘出する操作を繰り返すことにより、ウェーハ21を試料台24
に固定したまま複数個の断面観察と元素分析が可能であり、ウェーハ21全体に亘る断面
構造の分布を効率的に調べることができる。
て微小試料22が適切な角度になるように試料台24の停止方位と第2試料台18の角度
を併せ調整した状態で試料観察・分析を行えば、複数個の微小試料を連続的あるいは比較
しながら繰り返し観察分析できるので、ウェーハ21全体に亘って断面構造や元素分布を
詳細かつ能率的に調べることができる。また、図13に示す第2試料台18は、回転可能
な柱状の試料台の外周面に微小試料群を配列できるものであり、図12の場合より更に多
数の微小試料を一度に扱うことができる。
手段を付しておくことにより、事後の詳細評価が必要な場合に再び取りだし観察・分析を
実施することも可能である。
出効率が得られること、観察分析の角度を、垂直観察を含めた望ましい角度に調整できる
こと、真空雰囲気の試料室内に置いたまま観察できること、等により、微小試料22の観
察条件は非常に良好になるので、従来問題であった分解能の低下を回避でき、しかも最適
,綿密な観察分析を迅速で高効率に行うことができる。結果として高品質な観察分析を高
スループットで実行できる。
(FIB)、5…中央制御表示装置、6…二次電子検出器、7…電子銃、8…電子ビーム
、9…電子レンズ、10…電子ビーム走査偏向器、14…マニピュレータ、15…マニピ
ュレータ制御装置、16…X線検出器、17…堆積ガス供給装置、18…第2試料台、
19…第2試料台制御装置、21…ウェーハ、22…微小試料、23…カセット、24…
試料台、25…試料台制御装置、31…集束イオンビーム光学系、32…集束イオンビー
ム光学系、41…電子ビーム光学系、51…分析装置、60…真空試料室、61…ウェー
ハ搬送手段、62…ハッチ、63…載置台、70…マニピュレータ、71…プローブ保持
部、72…プローブ、75…アシストデポ膜、81…カセット導入手段、82…ウェーハ
搬送ロボット、83…オリエンテーション調整手段、90…ガス導入管、100…操作制
御部、101…試料、105…堆積性ガス、107…角穴、108…底穴、109…きり
かき溝、110…ガスノズル、p1…観察箇所、p2…観察分析面、p3…観察分析面、
s1…内部断面、s2…支持部。
Claims (7)
- 集束イオンビームを用いて試料から微小試料を分離し、当該微小試料を、電子ビームを
用いて観察する微小試料加工観察方法であって、マニュピュレータに支持されるプローブ
によって前記微小試料を摘出し、前記電子ビームが前記微小試料の断面へ概略垂直に入射
するように、前記マニュピュレータを動作させることを特徴とする微小試料加工観察方法
。 - 請求項1において、
前記電子ビームは前記集束イオンビームの照射方向に対し、斜めの方向に配置され、前
記集束イオンビームの照射方向に沿って形成される前記断面が、前記電子ビームの入射方
向に対して、概略垂直となるように、前記マニュピュレータを動作させることを特徴とす
る微小試料加工観察方法。 - 請求項1又は2において、
前記集束イオンビームによる前記微小試料の摘出と、前記電子ビームによる観察は同じ
試料室内で行われることを特徴とする微小試料加工観察方法。 - イオン源、当該イオン源から放出されるイオンビームを集束するレンズ、及び前記イオ
ンビームを走査する走査偏向器を有するイオンビーム光学系,電子源,電子源から放出さ
れる電子ビームを集束するレンズ、及び前記電子ビームを走査する走査偏向器を有する電
子ビーム光学系、及び試料を載置する試料台を備えた微小試料加工観察装置において、
前記イオンビームによって摘出される微小試料を支持するプローブと、前記試料台を降
下させる移動機構を備え、当該移動機構は、前記微小試料が前記電子光学系の光軸に位置
付けられた状態で、前記試料台を降下させることを特徴とする微小試料加工観察装置。 - 請求項4において、
前記プローブを支持するマニュピュレータを備え、当該マニュピュレータは、前記電子
ビームが、前記摘出された微小試料の断面へ概略垂直に入射するように動作することを特
徴とする微小試料加工観察装置。 - 請求項4において、
前記プローブを支持するマニュピュレータを備え、当該マニュピュレータは、前記微小
試料に対する前記電子ビームの入射角度を変化させるように動作することを特徴とする微
小試料加工観察装置。 - イオンビームによって試料から微小試料を分離し、当該微小試料を、プローブを用いて
、前記試料より摘出し、当該摘出された微小試料の姿勢を変化させて、当該微小試料の観
察断面が、前記イオンビームと同じ試料室内にて照射される電子ビームに向けられるよう
に前記プローブを動作させることを特徴とする試料加工観察方法。
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