JP5055594B2 - 荷電粒子ビーム装置における試料移設方法及び荷電粒子ビーム装置 - Google Patents
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Description
半導体デバイスの特定微小部をTEMで観察するには、試料基板の表面に、荷電粒子ビームを照射して特定微小部を分離することにより試料を作製し、この試料をマニプレータを用いて試料基板から取り外して移動させ、観察用の試料ホルダ上に固定する試料作製作業が必要になる。
これらの問題を解消するものとして、最近、一対の左右のアームからなる、いわゆるナノピンセットと呼ばれる極小試料把持手段を用いて試料を把持運搬することが開発されている(例えば、特許文献1〜5参照)。
前者の左右アームを同時駆動するものの場合、操作が容易であるが、把持した試料の姿勢が試料の被把持面や試料の形状に依存する。
また、後者の左右アームを同時駆動しないもの場合、試料の姿勢をコントロールすることは可能であるが、把持姿勢が不安定なため、操作が安定しない不具合がある。
しかしながら、前述した単なる極小試料把持手段を用いた試料の把持運搬方法では、試料の姿勢が、被把持面や試料の形状に依存したり、操作が安定しない等の理由から、試料ホルダ上での試料の姿勢が、もともと試料基板上に置かれた状態からずれることがあり、また、このように試料ホルダ上で試料の姿勢がずれた場合に、それをもとの状態に戻す適当な修正手段を有していないのが実情である。
つまり、例えば、移設前において試料の上面が集束イオンビームに対して垂直であったならば、移設後においても、試料の上面が集束イオンビームに対して垂直に保たれるように試料は姿勢制御される。
このため、例えば、荷電粒子ビーム装置によって試料基板として加工されたときと同じ状態で、試料を試料ホルダに取り付け、この取り付けた試料を、例えば、TEMによって観察することができ、また、その後、荷電粒子ビーム装置によって追加工することができる。
これにより、試料の真上から鉛直方向へ向けて荷電粒子ビームを照射する場合、鉛直方向へ沿った試料の姿勢制御が可能となる。
この場合、荷電粒子ビームを用いたエッチングまたはデポジションは通常行われる技術であり、この通常行われる技術を基にマーキングを施すので、安定した試料の姿勢制御が可能である。
この場合、試料把持手段自体の角度をなんら変える必要がなく、試料把持手段を試料移設場所の設置面に沿って平行に移動させるだけで、試料の姿勢を変えることができる。このため、姿勢制御がきわめて容易になる。
この荷電粒子ビーム装置によれば、チャンバ内において、試料基板上にある試料を、試料ホルダまで運搬して、そこに試料基板上にあった姿勢と同一の姿勢を保持しながら、オペレータの力量に依存することなく、容易に取り付けることができ、また自動的に取り付けることもできる。
この荷電粒子ビーム装置によれば、マーキング観察による試料の姿勢ずれ量を求め、そのずれ量を基に試料の姿勢制御を行っており、結局、姿勢ずれ量をなくすことで、試料を移設前の姿勢に合致するよう、オペレータの力量に依存することなく、容易に制御するこ
とができる。
図1は荷電粒子ビーム装置の一例である集束イオンビーム装置の全体の概略構成を示す斜視図、図2は試料の斜視図、図3は試料にマーキングを施した状態を表す斜視図である。
図1において、符号1は集束イオンビーム鏡筒である。ここから集束イオンビームが真空チャンバ3内に放出される。真空チャンバ3内であって集束イオンビーム鏡筒1の下方位置には、加工対象物あるいは観察対象物である例えば半導体ウエハ等の試料基板Waを載せるための試料台4、および試料基板Waから作製される試料Wbを保持するための試料ホルダ5が、互いに直交するXYZの3軸方向へそれぞれ独立して作動するとともに、Z軸回りへ回転作動する試料ステージ6によって移動可能に支持されている。
具体的には、この制御手段12は、試料Wbの下面を試料ホルダ5に当接させた状態で、試料Wbの上部を把持したマニピュレータ7を、試料ホルダに対し試料ホルダ5の接置面に沿って平行に相対移動させることにより、試料Wbの姿勢を制御する際に、二次電子検出器8による試料マーキングの観察結果に基づき、試料の姿勢ずれ量を求め、この姿勢ずれ量からマニピュレータ7の必要移動量を求め、この必要操作量に基づきマニピュレータ7を試料ホルダ5に対して相対移動させて試料Wbの姿勢を制御する。
まず、試料基板Waから試料Wbを作製する。すなわち、試料基板Waの表面に集束イオンビームを照射し、TEM用電子線が透過可能な厚さを有する微細な試料Wbを作製する。このとき試料Wbを試料基板Waから完全に切り離し、その後、その一部を、接着剤やデポジションによって試料基板Waに接着してもよく、あるいは一部を残した状態で作製してもよい。
試料Wbは、図2に示すように、例えば幅Sが14μm、厚さTが2μm〜3μm、高さHが7μm程度のごく微細なものである。
なお、マーキングは、試料Wbの表面いずれでもよいが、少なくとも試料Wbの側面、特に厚さ方向の側面には必要である。
姿勢制御は、図3に示すように、X軸回りの姿勢制御、Z軸回りの姿勢制御、Y軸回りの姿勢制御の3つがある。
以下、マーキングの観察と試料ステージ6による試料ホルダ5の移動とが繰り返される。そして、このマーキングMbが図5(b)のように縦方向に揃った時点で、試料のX軸回りの姿勢制御が終了する。
以下、マーキングの観察と試料ステージ6による試料ホルダ5の回転とが繰り返される。そして、試料上面に施された2箇所のマーキングMaを結ぶ線が、試料ステージ6が置かれた座標系のX軸に平行になった時点で、試料のZ軸回りの姿勢制御が終了する。
なお、この試料の場合、幅方向の長さが比較的長いので、Y軸回りのずれ量は極めて小さく、実際に問題になることは少ない。
上記のように試料Wbに対する姿勢制御が終了した時点で、接着剤あるいはデポジション等適宜接着手段によって、試料Wbを試料ホルダ5に固定する。
つまり、例えば、試料基板Wa上で試料の上面Wbaが荷電粒子ビームの対して垂直であったならば、試料ホルダ5上においても、試料の上面Wbaが荷電粒子ビームの対して垂直に保たれるように試料Wbを姿勢制御することができる。
このため、荷電粒子ビーム装置によって試料基板Waとして加工されたときと同じ姿勢で、試料Wbを例えばTEMによって観察することができる。例えば、試料が電子デバイスである場合には、加工したときと同じ位置出しができるので、例えばビアホール等の位置出しが可能となる。また、必要に応じ、荷電粒子ビーム装置によって、初期の試料基板Waに取り付けた姿勢を保った状態で、試料ホルダ5上にある試料Wbを追加工することが可能となる。
この状態で、図7に示すように、集束イオンビーム鏡筒1から出射されるイオンビームを試料Wbに照射して該試料Wbを薄膜化する。このとき、集束イオンビーム鏡筒1から出射されるイオンビームは、もともと、当該試料が試料基板上に置かれた状態と同じ角度で試料に当たることとなり、理想的な薄膜化が実現できる。
なお、試料Wbの表面が電子ビーム鏡筒9の正面になるように設定すると、電子ビーム鏡筒9からの電子ビームが試料Wbに対して深い角度で当たるため、試料の薄膜化の進行状況を詳細に観察することができる。
イオンビームを用いた薄膜化が終了すると、気体イオンビーム鏡筒10からの気体イオンビームを照射して仕上げ加工を行うため、試料を回転させる。
半導体デバイスなどの特定微小部を観察する必要のある試料などの場合、進行状況を見ながら徐々に仕上げ加工を進めることが多いため、電子ビーム鏡筒9による観察は非常に重要である。
これらの操作によって、試料Wbへ追加工が可能となる。
例えば、前記実施形態では、試料にビームによるマーキングを施すのに、集束イオンビーム鏡筒1から出射されるイオンビームによるエッチングを利用しているが、これに限られることなく、デポジションによってマーキングを施してもよい。
3 真空チャンバ(チャンバ)
4 試料台
5 試料ホルダ
6 試料ステージ
7 マニピュレータ(試料把持手段)
8 二次電子検出器(観察手段)
9 電子ビーム鏡筒
10 気体イオンビーム鏡筒
11 ガス銃
12 制御手段
Wa 試料基板
Wb 試料
Claims (6)
- 試料基板から試料を作成する工程と、
前記試料に集束イオンビーム鏡筒から出射した集束イオンビームを照射してマーキングを施すマーキング工程と、
試料把持手段によって前記試料を把持した状態で該試料を前記試料基板から切り離し、該切り離した試料を試料ホルダまで運搬する運搬工程と、
前記集束イオンビーム鏡筒から出射した集束イオンビームを前記試料に照射して前記マーキングを観察しながら、前記試料ホルダ上の前記試料の姿勢を制御する姿勢制御工程と、
を備えることを特徴とする荷電粒子ビーム装置における試料移設方法。 - 前記マーキング工程において、前記試料の少なくとも側面にマーキングを施すことを特徴とする請求項1記載の荷電粒子ビーム装置における試料移設方法。
- 前記マーキング工程において、マーキングはエッチングまたはデポジションによって施されることを特徴とする請求項1または2に記載の荷電粒子ビーム装置における試料移設方法。
- 前記姿勢制御工程において、前記試料の下面を前記試料ホルダに当接させた状態で、前記試料把持手段によって前記試料の上部を前記試料ホルダに対し相対移動させて前記試料の姿勢を制御することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1項に記載の荷電粒子ビーム装置における試料移設方法。
- 請求項1〜4のいずれか一項に記載の荷電粒子ビーム装置における試料移設方法を実施する荷電粒子ビーム装置であって、
チャンバ内において、試料台上の前記試料基板に集束イオンビームを照射して試料基板から試料を作成するとともに、該試料の表面に集束イオンビームを照射してマーキングを施す集束イオンビーム鏡筒と、
前記チャンバ内で前記試料基板から切り離された前記試料を把持して試料ホルダまで運搬する試料把持手段と、
前記試料ホルダ上で前記集束イオンビーム鏡筒から出射された集束イオンビームを前記試料に照射した状態で、該試料の表面に施された前記マーキングを観察する観察手段と、
前記観察手段による観察結果に基づき前記試料把持手段を前記試料ホルダに対して相対移動させて前記試料の姿勢を制御する制御手段と、
を備えることを特徴とする荷電粒子ビーム装置。 - 前記制御手段は、前記観察手段による観察結果に基づき前記試料の姿勢ずれ量を求め、該姿勢ずれ量から前記試料把持手段の必要移動量を求め、該必要操作量に基づき前記試料把持手段を前記試料ホルダに対して相対移動させて前記試料の姿勢を制御することを特徴とする請求項5に記載の荷電粒子ビーム装置。
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