JP5125174B2 - 微小試料加工観察方法及び装置 - Google Patents
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Description
,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。
、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。
、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。
。
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。
。
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。
(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。
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。
、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。
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。
、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。
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。
(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。
(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。
(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。
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。
,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 (47)
- 試料室内における微小試料加工分析方法であって、
試料室内に配置された試料台に載置された試料に、イオンビームを照射して微小試料を摘出し、
試料室内において、電子ビームに対する前記微小試料の向き及び/又は位置を調整し、前記微小試料に電子ビームを照射し、特性X線を検出し、元素分析する方法。 - 請求項1記載の微小試料加工分析方法であって、
前記元素分析が、EDX分析であることを特徴とする微小試料加工分析方法。 - 請求項1記載の微小試料加工分析方法であって、
試料室内において、前記摘出された微小試料がマニピュレータに保持されていることを特徴とする方法。 - 請求項1記載の微小試料加工分析方法であって、
試料室内において、前記摘出された微小試料がプローブに保持されていることを特徴とする方法。 - 請求項1−4何れか記載の微小試料加工分析方法であって、
試料室内において、前記摘出された微小試料を第2試料台に保持することを特徴とする方法。 - 請求項5記載の微小試料加工分析方法であって、
前記第2試料台が複数の前記微小試料を保持できることを特徴とする方法。 - 請求項6記載の微小試料加工分析方法であって、
試料から前記微小試料を摘出して前記第2試料台に保持することを繰り返し、複数の前記微小試料の元素分析を行うことを特徴とする微小試料加工分析方法。 - 請求項6記載の微小試料加工分析方法であって、
複数の微小試料を連続的あるいは比較しながら元素分析を行うことを特徴とする微小試料加工分析方法。 - 請求項1−8何れか記載の微小試料加工分析方法であって、
前記試料が、ダイナミックランダムアクセスメモリ,半導体メモリ,マイクロプロセッサ,半導体チップ,半導体レーザ,半導体ウェーハ,半導体デバイス,磁気ヘッド,電子デバイス,液晶デバイス、又はマイクロデバイスの何れかである方法。 - 請求項1−9何れか記載の微小試料加工分析方法であって、
前記微小試料の形状が5面体であることを特徴とする方法。 - 請求項1−9何れか記載の微小試料加工分析方法であって、
前記微小試料の形状が4面体であることを特徴とする方法。 - 請求項1−11何れか記載の微小試料加工分析方法であって、
電子ビームを微小試料に照射し、励起される原子特性X線の面分布をX線検出器で測定することを特徴とする方法。 - 請求項1−12何れか記載の微小試料加工分析方法であって、
試料室内において、イオンビームに対する前記微小試料の向き及び/又は位置を調整し、前記微小試料にイオンビームを照射して前記微小試料に薄膜形成加工することを特徴とする方法。 - 請求項13記載の微小試料加工分析方法であって、
前記薄膜に電子ビームが略垂直に入射するよう前記微小試料の向きを調整することを特徴する微小試料加工分析方法。 - 請求項13又は14何れか記載の微小試料加工分析方法において、
前記薄膜は、前記電子ビームの前記試料への照射による電子侵入距離より、電子ビーム照射方向に薄く加工されていることを特徴とする方法。 - 請求項1−15何れか記載の微小試料加工分析方法において、
微小試料の観察断面に対するイオンビームの入射角が略平行となるように前記微小試料の向きを調整し、前記微小試料にイオンビームを照射することを特徴とする方法。 - 試料を載置する試料台と;
前記試料から摘出された微小試料を保持し、イオンビーム及び電子ビームの微小試料への照射角度を変更する照射角度変更手段と;
前記試料台、及び前記照射角度変更手段が配置された試料室と;
前記試料台に載置された前記試料、及び前記照射角度変更手段に固定された前記微小試料に前記イオンビームを照射できる集束イオンビーム光学系と;
前記照射角度変更手段に固定された前記微小試料に前記電子ビームを照射できる電子ビーム光学系と;
X線を検出できるX線検出器と;
を備え、
試料室内に配置された試料台に載置された試料に、イオンビームを照射して微小試料を摘出し、
試料室内において、電子ビームに対する前記微小試料の向き及び/又は位置を調整し、 前記微小試料に電子ビームを照射し、特性X線を検出し、元素するように構成された微小試料加工分析装置。 - 請求項17記載の微小試料加工分析装置であって、
前記元素分析が、EDX分析であることを特徴とする微小試料加工分析方法。 - 請求項17又は18何れか記載の微小試料加工分析装置であって、
前記照射角度変更手段が、前記微小試料を保持できるマニピュレータを含むことを特徴とする装置。 - 請求項17又は18何れか記載の微小試料加工分析装置であって、
前記照射角度変更手段が、前記微小試料を保持できるプローブを含むことを特徴とする装置。 - 請求項17又は18何れか記載の微小試料加工分析装置であって、
前記照射角度変更手段が、前記微小試料を保持できる第2試料台を含むことを特徴とする装置。 - 請求項21記載の微小試料加工分析装置であって、
前記第2試料台が複数の前記微小試料を保持できることを特徴とする装置。 - 請求項22記載の微小試料加工分析装置であって、
試料から前記微小試料を摘出して前記第2試料台に保持することを繰り返し、複数の前記微小試料の元素分析を行うように構成されたことを特徴とする微小試料加工分析装置。 - 請求項23記載の微小試料加工分析装置であって、
複数の微小試料を連続的あるいは比較しながら元素分析を行うように構成されたことを特徴とする微小試料加工分析装置。 - 請求項17−24何れかに記載の微小試料加工分析装置であって、
前記試料が、ダイナミックランダムアクセスメモリ,半導体メモリ,マイクロプロセッサ,半導体チップ,半導体レーザ,半導体ウェーハ,半導体デバイス,磁気ヘッド,電子デバイス,液晶デバイス、又はマイクロデバイスの何れかであることを特徴とする装置。 - 請求項17−25何れか記載の微小試料加工分析装置であって、
前記微小試料の形状が5面体であることを特徴とする装置。 - 請求項17−25何れか記載の微小試料加工分析装置であって、
前記微小試料の形状が4面体であることを特徴とする装置。 - 請求項17−27何れか記載の微小試料加工分析装置であって、
前記X線検出器が、微小試料から励起される原子特性X線の面分布を測定することを特徴とする装置。 - 請求項17−28何れか記載の微小試料加工分析装置であって、
試料室内において、イオンビームに対する前記微小試料の向き及び/又は位置を調整し、前記微小試料にイオンビームを照射して前記微小試料に薄膜形成加工することを特徴とする装置。 - 請求項29記載の微小試料加工分析装置であって、
前記薄膜に電子ビームが略垂直に入射するよう前記微小試料の向きを調整するように構成ことを特徴する装置。 - 請求項29又は30何れか記載の微小試料加工分析装置において、
前記薄膜は、前記電子ビームの前記試料への照射による電子侵入距離より、電子ビーム照射方向に薄く加工されるように構成されることを特徴とする装置。 - 請求項17−31何れか記載の微小試料加工分析装置において、
微小試料の観察断面に対するイオンビームの入射角が略平行となるように前記微小試料の向きを調整し、前記微小試料にイオンビームを照射するように構成ことを特徴とする装置。 - 試料を載置する試料台と;
前記試料から摘出された微小試料を保持し、イオンビーム及び電子ビームの微小試料への照射角度を変更する照射角度変更手段と;
前記試料台、及び照射角度変更手段が配置された試料室と;
前記試料台に載置された前記試料、及び照射角度変更手段に保持された前記微小試料にイオンビームを照射できる集束イオンビーム光学系と;
前記照射角度変更手段に保持された前記微小試料に電子ビームを照射できる電子ビーム光学系と;
前記照射角度変更手段に保持された前記微小試料から励起される特性X線を測定できる検出器と;
を備える荷電粒子線装置。 - 請求項33記載の荷電粒子線装置であって、
前記照射角度変更手段が、マニピュレータであることを特徴とする装置。 - 請求項33記載の荷電粒子線装置であって、
前記照射角度変更手段が、プローブであることを特徴とする装置。 - 請求項33記載の荷電粒子線装置であって、
前記照射角度変更手段が、第2試料台であることを特徴とする装置。 - 請求項36記載の荷電粒子線装置であって、
前記第2試料台が、複数の前記微小試料を保持できることを特徴とする装置。 - 請求項37記載の荷電粒子線装置であって、
前記第2試料台に保持された複数の微小試料を、連続的あるいは比較しながら元素分析できることを特徴とする装置。 - 請求項33−38何れか記載の荷電粒子線装置であって、
前記試料が、ダイナミックランダムアクセスメモリ,半導体メモリ,マイクロプロセッサ,半導体チップ,半導体レーザ,半導体ウェーハ,半導体デバイス,磁気ヘッド,電子デバイス,液晶デバイス、又はマイクロデバイスの何れかであることを特徴とする装置。 - 請求項33−38何れか記載の荷電粒子線装置であって、
前記微小試料の形状が5面体であることを特徴とする装置。 - 請求項33−38何れか記載の荷電粒子線装置であって、
前記微小試料の形状が4面体であることを特徴とする装置。 - 請求項33−41何れか記載の荷電粒子線装置であって、
前記検出器が、微小試料から励起される特性X線の面分布を測定することを特徴とする装置。 - 請求項36−42何れか記載の荷電粒子線装置であって、
微小試料の観察断面が、電子ビームの照射方向に対して略垂直となるように第2試料台の向きを制御できることを特徴する装置。 - 請求項36−43何れか記載の荷電粒子線装置であって、
微小試料の観察断面が、イオンビームの照射方向に対して略平行となるように第2試料台の向きを制御できることを特徴する装置。 - 請求項33−44何れか記載の荷電粒子線装置であって、
前記微小試料にイオンビームを照射し、前記微小試料に薄膜形成加工できることを特徴する装置。 - 請求項45記載の荷電粒子線装置であって、
前記薄膜は、前記電子ビームの前記試料への照射による電子侵入距離より、電子ビーム照射方向に薄いことを特徴とする装置。 - 試料を載置する試料台と;
前記試料から微小試料を摘出できるマニピュレータと;
前記微小試料を保持し、イオンビーム及び電子ビームの微小試料への照射角度を変更できる第2試料台と;
前記試料台、前記マニピュレータ、及び第2試料台が配置された試料室と;
前記試料台に載置された前記試料、及び前記第2試料台に保持された前記微小試料にイオンビームを照射できる集束イオンビーム光学系と;
前記第2試料台に保持された前記微小試料に電子ビームを照射できる電子ビーム光学系と;
前記第2試料台に保持された前記微小試料から励起される特性X線を測定できる検出器と;
を備える荷電粒子線装置。
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