DE4226694A1 - Verfahren zum separieren einer probe und verfahren zum untersuchen der separierten probe - Google Patents
Verfahren zum separieren einer probe und verfahren zum untersuchen der separierten probeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Separieren einer Probe
und ein Verfahren zum Untersuchen der separierten Probe und
insbesondere ein Verfahren zum Separieren eines kleinen Berei
ches aus einem Probensubstrat wie einem Halbleiterwafer und ein
Untersuchungsverfahren unter Verwendung des Separierverfahrens.
Eine herkömmliche Technik für eine solche Separierung ist in
"Microscopy of Semiconducting Materials Conference", Oxford
(1989), Seiten 501 bis 506 beschrieben. In dieser Druckschrift
ist ein Beispiel dargestellt, bei dem eine Dünnschichtprobe, die
mit einem Transmissions-Elektronenmikroskop (im folgenden auch
abgekürzt "TEM") untersucht wird, mittels eines fokussierten
Ionenstrahles ausgeschnitten wird.
In der Fig. 7 der anliegenden Zeichnung ist eine dieser Be
schreibung entsprechende Anordnung gezeigt. Ein Chip 71 mit
einer Länge von mehreren Millimetern und einer Breite von 100
bis 500 µm wird mit einer Diamant-Wafersäge aus einer integrier
ten Halbleiterschaltung herausgeschnitten und fest auf einem
Kupfergitter 72 (dem TEM-Standardgitter zur Untersuchung des
Chips) angebracht. Der Chip 71 wird dann mit dem fokussierten
Ionenstrahl bearbeitet, um eine Dünnschichtprobe 73 auszubilden.
Anschließend wird die Dünnschichtprobe 73 dann zur Betrachtung
mit dem TEM mit einem Elektronenstrahl 74 bestrahlt. Das Be
zugszeichen 75 bezeichnet eine rechteckige Öffnung.
Eine andere herkömmliche Technik ist in "Proceedings of Inter
national Reliability Physics Symposium" (1989), Seiten 43 bis 52
beschrieben. Demnach wird ein Schnitt eines Elements mittels
eines fokussierten Ionenstrahl bearbeitet und die Struktur des
Schnittes durch ein Raster-Ionenmikroskop (im folgenden "SIM"
abgekürzt) betrachtet.
Für die herkömmliche TEM-Untersuchung wird im allgemeinen die
Probe durch Polieren dünn gemacht. Es ist dabei unmöglich, die
Untersuchungsstelle und die Richtung der Probe wie gewünscht
genau einzustellen. Die ersterwähnte Technik ist deshalb ein
hervorragendes Verfahren zur Betrachtung des Abbildes eines
bestimmten Abschnittes einer Probe durch ein TEM. Bei diesem
Verfahren ist es jedoch erforderlich, einen Bereich mit einer
Länge von mehreren Millimetern und einer Breite von 100 bis 500
µm, der den zu untersuchenden Abschnitt einschließt, mechanisch
von dem integrierten Halbleiterchip oder Halbleiterwafer zu
trennen. Wenn das Probensubstrat ein Wafer ist, ist es erforder
lich, den Wafer zur Untersuchung zu zerschneiden. Des weiteren
ist es unter dem Gesichtspunkt der Bearbeitungsgenauigkeit und
der Schäden schwierig, eine Probe mit einer Dicke von nicht mehr
als 100 µm mittels einer Diamant-Wafersäge oder dergleichen
mechanisch zu bearbeiten. Es besteht daher der Nachteil, daß der
restliche Abschnitt, der durch die mechanische Bearbeitung nicht
dünn genug gemacht werden kann, mit dem fokussierten Ionenstrahl
zu bearbeiten ist, was eine lange Zeit erfordert.
Bei der herkömmlichen Betrachtung eines Abschnittes mittels
eines Rasterelektronenmikroskopes (REM) wird die Probe gespalten
und die Spaltebene betrachtet. Es ist daher unmöglich, einen
gewünschten Abschnitt genau zu bestimmen, und es ist schwierig,
den Schnitt davon zu untersuchen. Die erwähnten herkömmlichen
Techniken haben zwar den Vorteil, daß ein Schnitt an einer be
stimmten Stelle einer Probe betrachtet werden kann. Andererseits
ist es ein Nachteil davon, daß es schwierig ist, einen Schnitt
im wesentlichen oder genau flach und parallel zur Probenober
fläche zu erhalten, und es ist daher zum Beispiel unmöglich,
einen horizontalen Schnitt durch ein Kontaktloch zu betrachten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum
Separieren einer Probe zu schaffen, bei dem, wenn ein gewünsch
ter Punkt auf dem Chip einer integrierten Schaltung oder einem
Halbleiterwafer zu untersuchen ist, nur der zu untersuchende
Abschnitt ohne Zerschneiden des Chips oder des Wafers herausge
nommen werden kann und die herausgenommene Probe aus allen
Richtungen untersucht werden kann, wobei die für die Untersu
chung erforderliche Gesamtzeit kurz sein soll.
Um diese Aufgabe zu lösen, sind das erfindungsgemäße Separier
verfahren und das erfindungsgemäße Untersuchungsverfahren wie
folgt aufgebaut:
Das Verfahren zum Separieren eines sehr kleinen Abschnittes von
einer Probe umfaßt die Schritte des Bestrahlens einer Oberfläche
der Probe mit fokussierten Ionenstrahlen aus wenigstens zwei
verschiedenen Richtungen, so daß die Probe der Bearbeitung durch
die fokussierten Ionenstrahlen unterworfen ist; des Verbindens
einer Sonde mit dem zu separierenden Abschnitt, bevor der Ab
schnitt von der Probe getrennt wird; und des Separierens des
Abschnittes von der Probe, wobei der separierte Abschnitt der
Probe von der Sonde gehalten und in eine gewünschte Position
gebracht wird.
Bei diesem Separierverfahren wird vorzugsweise der Abschnitt der
Probe und die Sonde mittels einer wieder abgeschiedenen Schicht
von abgesputterten Teilchen, die bei der Bearbeitung mit dem
fokussierten Ionenstrahl erzeugt werden, oder durch eine ionen
strahlinduzierte Abscheidungsschicht verbunden, die durch die
Bestrahlung mit dem fokussierten Ionenstrahl in einer Gasatmo
sphäre ausgebildet wird.
Vorzugsweise wird weiter die Bearbeitung mit dem fokussierten
Ionenstrahl durch eine Ätzung in einer reaktiven Gasatmosphäre
unterstützt.
Vorzugsweise ist die Probe ein Halbleiterwafer und wird durch
ein Halbleiter-Herstellungsverfahren hergestellt.
Vorzugsweise wird schließlich der Kontakt zwischen dem Abschnitt
der Probe und der Sonde durch die Änderung in der Leuchtdichte
der Abbildung durch die Sekundärpartikel in der Umgebung des von
der Probe zu trennenden Abschnittes beurteilt.
Alternativ umfaßt das Verfahren zum Separieren eines sehr klei
nen Abschnittes von einer Probe die Schritte des Bestrahlens
einer Oberfläche der Probe mit einem fokussierten Ionenstrahl im
wesentlichen senkrecht zu der Oberfläche, wobei der fokussierte
Ionenstrahl in der Umgebung des zu separierenden Abschnittes zur
Ausbildung eines Loches mit einer vorgegebenen Tiefe rechteck
förmig abgelenkt wird; des Neigens der Oberfläche der Probe
relativ zu der Bestrahlungsachse des fokussierten Ionenstrahles
um einen Winkel von weniger als 90 Grad und Bestrahlen des seit
lichen Abschnittes der Probe, der das Loch bildet, mit dem
fokussierten Ionenstrahl, um im wesentlichen parallel zu der
Oberfläche des zu separierenden Abschnittes ein Bodenloch
auszubilden; des Bestrahlens der Oberfläche der Probe mit dem
fokussierten Zonenstrahl im wesentlichen senkrecht zu der Ober
fläche und des Ablenkens des fokussierten Ionenstrahles längs
eines Umfangs des zu separierenden Abschnittes, um längs des
Umfanges einen Graben zu bilden; des Kontaktierens der Spitze
der Sonde eines Manipulators mit der Oberfläche des zu separie
renden Abschnittes; des Verbindens der Spitze der Sonde mit der
Oberfläche des zu separierenden Abschnittes; des Bestrahlens der
Oberfläche der Probe mit dem fokussierten Ionenstrahl im wesent
lichen senkrecht zur Oberfläche und des Ablenkens des fokussier
ten Ionenstrahles längs des Umfanges des zu separierenden Ab
schnittes, um eine eingeschnittene Kerbe zum Separieren des
Abschnittes von der Probe auszubilden; und des Bewegens des mit
der Spitze der Sonde verbundenen, separierten Abschnittes durch
den Manipulator in eine vorgegebene Position. Dabei ist es
gleichgültig, welcher der Schritte des Ausbildens der Gräben und
des Ausbildens des Bodenloches zuerst ausgeführt wird.
Vorzugsweise wird dabei der Abschnitt der Probe mit der Sonde
mittels einer ionenstrahlinduzierten Abscheidungsschicht ver
bunden, die durch den in einer Gasatmosphäre eingestrahlten
fokussierten Ionenstrahl ausgebildet wird.
Des weiteren besteht dabei die Sonde vorzugsweise aus einem
elektrisch leitenden Material, das über einen hochohmigen Wider
stand mit einer Spannungsversorgung verbunden ist. Aus der
Änderung des elektrischen Potentials der Probe wird darauf
geschlossen, ob die Spitze der Sonde mit dem zu separierenden
Abschnitt in Kontakt gekommen ist oder nicht.
Gemäß einer zweiten Alternative der vorliegenden Erfindung
umfaßt das Verfahren zum Separieren eines sehr kleinen Ab
schnittes einer Probe und zum Untersuchen der Probe die Schritte
des Bestrahlens einer Oberfläche der Probe mit fokussierten
Ionenstrahlen aus wenigstens zwei verschiedenen Richtungen, so
daß die Probe der Bearbeitung durch fokussierte Ionenstrahlen
unterworfen ist; des Verbindens einer Sonde mit dem zu separie
renden Abschnitt, bevor der Abschnitt von der Probe getrennt
wird; des Separierens des Abschnittes von der Probe, wobei der
separierte Abschnitt der Probe von der Sonde gehalten wird; und
Betrachten eines Schnittbildes des separierten Abschnittes der
Probe mittels einer Betrachtungseinrichtung in dem Zustand, bei
dem der separierte Abschnitt von der Sonde gehalten wird.
Gemäß einer dritten Alternative der vorliegenden Erfindung
umfaßt das Verfahren zum Separieren eines sehr kleinen Ab
schnittes einer Probe und zum Untersuchen der Probe die Schritte
des Bestrahlens einer Oberfläche der Probe mit fokussierten
Ionenstrahlen aus wenigstens zwei verschiedenen Richtungen, so
daß die Probe der Bearbeitung durch fokussierte Ionenstrahlen
unterworfen ist; des Verbindens einer Sonde mit dem zu separie
renden Abschnitt, bevor der Abschnitt von der Probe getrennt
wird; des Separierens des Abschnittes von der Probe, wobei der
separierte Abschnitt der Probe von der Sonde gehalten wird;
teilweises Verdünnen des Abschnittes während oder nach der
Separation von der Probe; und Beobachten des verdünnten Ab
schnittes mit einem Transmissions-Elektronenmikroskop.
Gemäß einer vierten Alternative der vorliegenden Erfindung
umfaßt das Verfahren zum Separieren eines sehr kleinen Ab
schnittes einer Probe und zum Untersuchen der Probe die Schritte
des Bestrahlens einer Oberfläche der Probe mit fokussierten
Ionenstrahlen aus wenigstens zwei verschiedenen Richtungen, so
daß die Probe der Bearbeitung durch fokussierte Ionenstrahlen
unterworfen ist; des Verbindens einer Sonde mit dem zu separie
renden Abschnitt, bevor der Abschnitt von der Probe getrennt
wird; des Separierens des Abschnittes von der Probe, wobei der
separierte Abschnitt von der Sonde gehalten wird; und Erhalten
von Informationen über die Komponenten des separierten Abschnit
tes mittels einer Sekundärionenanalyse in dem Zustand, bei dem
der separierte Abschnitt von der Sonde gehalten wird.
Zur Lösung der obigen Aufgabe wird somit erfindungsgemäß die
Oberfläche des Probensubstrates durch Einstrahlen des fokus
sierten Ionenstrahles aus wenigstens zwei Richtung bearbeitet,
und der zu separierende Abschnitt ist bei dem Schritt des
Separierens mechanisch mit einer externen Sonde verbunden. Es
ist daher möglich, den separierten Abschnitt wie gewünscht zu
bewegen, nachdem der Abschnitt separiert ist.
Erfindungsgemäß kann, da die Oberfläche des Substrates der Probe
durch Bestrahlen mit dem fokussierten Ionenstrahl aus wenigstens
zwei Richtungen bearbeitet wird, das Substrat und eine sehr
kleine Probe mit dem zu untersuchenden Abschnitt mechanisch von
einander getrennt werden. Da die separierte Probe des weiteren
beim Schritt des Separierens des Abschnittes mechanisch mit
einer externen Sonde verbunden ist, ist es möglich, den sepa
rierten Abschnitt so zu halten, daß durch Bewegen der Sonde die
Probe in jede gewünschte Position bewegt werden kann. Die sepa
rierte Probe, die von der Sonde gehalten wird, kann getrennt vom
ursprünglichen Substrat in verschiedene Untersuchungsvorrich
tungen gegeben werden. Die separierte Probe kann außerdem in
eine Form weiterverarbeitet werden, die zur Analyse geeignet
ist. Andererseits kann das Substrat der Probe nach der Trennung
für andere oder zusätzliche Untersuchungen verwendet werden, da
es nicht gebrochen ist.
Da die Probe mit einem fokussierten Ionenstrahl separiert wurde,
kann die Größe des separierten Probe auch viel kleiner gemacht
werden als bei der Anwendung der herkömmlichen Trennmethoden. Es
ist daher möglich, die zur Bearbeitung einer Probe in eine dünne
Schicht, die für eine TEM-Untersuchung geeignet ist, erforder
liche Zeit erheblich zu verkürzen.
Ausführungsbeispiele für das erfindungsgemäße Verfahren werden
im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1(a) bis 1(g) Vorgänge bei der Separation in einer ersten
Ausführungsform des Separationsverfahrens;
Fig. 2(a) und 2(b) ein Beispiel für einen Separationsvorgang für
eine Probe, die zur TEM-Untersuchung geeignet ist;
Fig. 3 eine Vorrichtung zur Erzeugung eines fokussierten Ionen
strahles, die das Separationsverfahren ausführen kann;
Fig. 4 eine vergrößerte schematische Ansicht eines Manipulators;
Fig. 5 eine Aufsicht auf einen Wafer mit einem Beispiel für die
Positionen zum Herausschneiden von separierten Proben für
eine Mehrpunkt-TEM-Analyse;
Fig. 6(a) bis 6(c) perspektivische Ansichten, die beispielhaft
das Einsetzen einer separierten Probe an einer anderen
Stelle darstellen; und
Fig. 7 eine perspektivische Ansicht zur Erläuterung eines her
kömmlichen Probenseparierverfahrens und eines herkömm
lichen Probenuntersuchungsverfahrens.
Die Fig. 3 zeigt den grundsätzlichen Aufbau einer Vorrichtung
zur Erzeugung eines fokussierten Ionenstrahles. Die von einer
Flüssigmetall-Ionenquelle 100 ausgesendeten Ionen werden zu
einem fokussierten Ionenstrahl 1 ausgebildet. Der Ionenstrahl
wird durch eine Kondensorlinse 101 und eine Objektivlinse 106
auf eine Probe 2 fokussiert. Zwischen den beiden Linsen 101 und
106 sind eine einstellbare Blende 102, ein Ausricht-Stigmator
103, eine Sperre 104 und eine Ablenkeinheit 105 angeordnet. Die
Blende 102 ist mit einer Blendenansteuerung 102a und die Sperre
104 mit einem Sperrenverstärker 104a verbunden. Die Ablenkein
heit 105 ist an eine Ablenksteuerung 105a angeschlossen.
Auf einem in den Richtungen von zwei Achsen (X, Y) beweglichen
Objekttisch ist die Probe 2 an der drehbaren Welle eines Proben
rotators 120 befestigt, der am Objekttisch 108 angebracht ist.
Der Objekttisch 108 wird mittels X- und Y-Ansteuereinheiten
gemäß den Signalen aus einer Tischsteuerung 108a bewegt. Die
drehbare Welle des Rotators 120 verläuft bei der in der Fig. 3
gezeigten Vorrichtung parallel zur Oberfläche des Objekttisches
108.
Ein aus einer Gasquelle 107 abgegebenes Gas (W(CO)6) wird durch
eine Gasdüse 6 in die Umgebung des Probenbestrahlungsabschnittes
des fokussierten Ionenstrahls 1 geleitet. Die Gasquelle 107 wird
von einer Gasquellensteuerung 107a gesteuert. An der Oberfläche
der Probe 2 bei der Bestrahlung mit dem fokussierten Ionenstrahl
1 erzeugte Sekundärelektronen werden von einem Sekundärelektro
nendetektor 109 erfaßt. Das analoge Sekundärelektronensignal aus
dem Sekundärelektronendetektor 109 wird in ein digitales Signal
umgewandelt. Das digitale Signal wird dem Bildspeicher eines
Computers 110 synchron mit der Steuerung der Ablenkung des fo
kussierten Ionenstrahls 1 zugeführt, so daß auf einem Bildschirm
110a eine Raster-Ionenmikroskopabbildung dargestellt wird.
Wie in der Fig. 4 gezeigt, umfaßt ein Manipulator 112 drei
piezoelektrische Elemente 30 des Zweielement-Typs, die mitein
ander jeweils um 90° verdreht verbunden sind, so daß der Mani
pulator in den Richtungen der drei Achsen X, Y und Z angetrieben
werden kann. Am äußeren Ende des Manipulators 112 ist eine Me
tallsonde 31 angebracht. Der Endabschnitt der Sonde 31 ist so
bearbeitet, das er die Form einer Platte hat. Das heißt, daß die
Sonde 31 vorzugsweise aus einem Halteabschnitt mit einer Dicke
von nicht weniger als 50 µm und einem Sondenkopf mit einer Dicke
von nicht mehr als 10 µm besteht. Der Sondenkopf ist an einer
Seite des Halteabschnittes so vorgesehen, daß er vom Ende des
Halteabschnittes vorsteht. Der Manipulator 112 ist wie in der
Fig. 3 gezeigt mit einer Manipulatorsteuerung 112a verbunden.
Der Computer 110 steuert über einen Systembus 111 die Blendenan
steuerung 102a, um an der Blende 102 die gewünschte Öffnung
einzustellen. Der Computer 110 steht auch mit der Ablenksteue
rung 105a, der Manipulatorsteuerung 112a, der Tischsteuerung
108a, der Gasquellensteuerung 107a usw. in Verbindung, so daß
der Computer 110 die Ablenkung des Ionenstrahles in der Ablenk
einheit 105, die Erfassung des Signales vom Sekundärelektronen
detektor 109, die Ansteuerung des Manipulators 112, die Ver
schiebung des Objekttisches 108, die Versorgung mit Gas usw.
überwacht und steuert.
Als nächstes wird die Bearbeitung der Probe 2 mit einer solchen
Vorrichtung zur Erzeugung eines Ionenstrahles beschrieben. Die
Fig. 1(a) bis 1(g) zeigen beispielhaft die Schritte (a) bis (g)
beim Separieren eines Teils der Probe 2 mit einem zu untersu
chenden Abschnitt von der Probe 2. Dabei soll die Probe 2 ein
Siliziumsubstrat sein, und der separierte Teil der Probe 2 wird
im folgenden als "separierte Probe" bezeichnet. Der Separations
vorgang wird aufeinanderfolgend anhand der Schritte (a) bis (g)
erläutert.
- a) In der Fig. 1(a) wird die Lage der Probe 2 beibehalten, so daß der fokussierte Ionenstrahl 1 senkrecht auf die Oberfläche der Probe 2 einfällt. In der Nähe des zu separierenden Abschnit tes wird der fokussierte Ionenstrahl 1 rechteckförmig abgelenkt, so daß in der Oberfläche der Probe 2 ein rechteckiges Loch 3 mit der erforderlichen Tiefe ausgebildet wird.
- b) Gemäß Fig. 1(b) ist die Probe 2 gekippt, so daß die Achse des fokussierten Ionenstrahles 1 relativ zu der Oberfläche der Probe 2 unter einem Winkel von etwa 70° gekippt ist. Der fo kussierte Ionenstrahl 1 wird auf einen Seitenabschnitt des rechteckigen Loches 3 der Probe 2 eingestrahlt, so daß ein Bodenloch 4 parallel zu der Oberfläche des zu separierenden Abschnittes ausgebildet wird. Der Kippwinkel der Probe 2 (die Lage der Probe 2) wird mittels des Probenrotators 120 geändert.
- c) Gemäß Fig. 1(c) wird die Lage der Probe 2 so geändert, daß die Oberfläche der Probe 2 wieder senkrecht zum fokussierten Ionenstrahl 1 liegt. Der fokussierte Ionenstrahl 1 wird längs eines Umfangsabschnittes der zu separierenden Probe abgelenkt, so daß Gräben 5 ausgebildet werden.
- d) Nach Fig. 1(d) wird der Manipulator 112 so betrieben, daß das obere Ende der Sonde 31 mit dem von der Probe 2 zu separie renden Abschnitt in Kontakt kommt. Es wird festgestellt, ob das Ende der Sonde 31 mit dem Abschnitt in Kontakt steht oder nicht. Das Feststellungsverfahren wird später noch beschrieben.
- e) Gemäß Fig. 1(e) wird über die Düse 6 in die Umgebung des zu separierenden Abschnittes W(CO)6-Gas 7 zugeführt. Der fokussier te Ionenstrahl 1 wird lokal auf einen Bereich der Probe 2 einge strahlt, der das Ende der Sonde 31 umfaßt, um eine Abscheidungs schicht 8 zu bilden. Der von der Probe 2 zu separierende Ab schnitt und das vordere Ende der Sonde 31, die miteinander in Kontakt stehen, werden mittels der Abscheidungsschicht 8 mitein ander verbunden. Der zu separierende Abschnitt und die Sonde 31 können miteinander über eine ionenstrahlinduzierte Abscheidungs schicht verbunden werden, die durch die fokussierten Ionenstrah len in einer Gasatmosphäre erzeugt wird. Alternativ können der zu separierende Abschnitt und die Sonde miteinander durch eine wieder abgeschiedene Schicht verbunden werden, die durch die abgesputterten Teilchen gebildet wird, die bei der Bearbeitung mit dem fokussierten Ionenstrahl erzeugt werden.
- f) Gemäß Fig. 1(f) wird der fokussierte Ionenstrahl 1 längs des Umfanges des zu separierenden Abschnittes geführt, um die Gräben 5 zu verlängern und den zu separierenden Abschnitt vollständig abzutrennen. Es wird so eine separierte Probe 9 aus der Probe 2 herausgeschnitten. Die herausgeschnittene separierte Probe 9 wird von der damit verbundene Sonde 31 gehalten.
- g) Nach Fig. 1(g) wird der Manipulator 112 so betrieben, daß die separierte Probe 9 zu der gewünschten Stelle befördert wird.
Bei der obigen Ausführungsform wird, wenn ein durch den fokus
sierten Ionenstrahl 1 zu bearbeitender Bereich bestimmt ist,
vorher in einem den zu bearbeitenden Bereich einschließenden
Gebiet eine Raster-Abtastung mit dem fokussierten Ionenstrahl
durchgeführt, wobei Sekundärelektronen (typischerweise Sekun
därelektronen) an der Oberfläche der Probe 2 erzeugt werden. Die
Menge der Sekundärelektronen wird als Helligkeitssignal für eine
SIM-Abbildung verwendet. Die Sekundärelektronen werden vom Se
kundärelektronendetektor 109 erfaßt. Es ist dann leicht, den
Bereich der Probe (in den Richtungen der X- und Y-Achsen) mit
tels der SIM-Abbildung festzulegen. Es ist jedoch schwierig, den
Kontakt zwischen der Sonde 31 und der Probe 2 zu beurteilen, da
eine die Z-Achse betreffende Positionsinformation dazu erforder
lich ist. Obwohl eine grobe Positionsinformation bezüglich der
Z-Achse aus dem Brennpunktzustand des fokussierten Ionenstrahls
1 erhalten werden kann, ist es schwierig, damit den Kontakt im
Mikrometerbereich abzuschätzen.
Bei dieser Ausführungsform ist daher die Sonde 31 elektrisch
leitend, sie wird im Schritt (d) über einen hochohmigen Wider
stand mit einer Spannungsquelle (die Spannung an der Spannungs
quelle ist Vs) verbunden. Das elektrische Potential der Sonde 31
ist im wesentlichen gleich Vs, wenn die Sonde 31 nicht mit der
Probe 2 in Kontakt steht. Das elektrische Potential der Sonde 31
wird gleich dem elektrischen Potential (Erdpotential) der Probe
2, wenn die Sonde 31 mit der Probe 2 in Kontakt steht. Da der
Kontakt eine Änderung des Pegels des Helligkeitssignals in der
SIM-Abbildung der Sonde 31 hervorruft, ist es folglich möglich,
den Kontakt auf der Basis dieses Pegels genau festzustellen.
Danach wird der Abschnitt der herausgeschnittenen separierten
Probe 9 erneut der Bearbeitung mit dem fokussierten Ionenstrahl
(Endbearbeitung mit einem schwachen Strahl) unterworfen, und die
Struktur des Abschnittes wird durch ein REM (Rasterelektronen
mikroskop) betrachtet. Es ist auch möglich, auf die gleiche
Weise die Rückseite der separierten Probe 9 fertigzustellen, um
die Struktur davon zu betrachten. Es ist bei dieser Ausführungs
form nämlich möglich, auch einen zu der Oberfläche der Probe
parallelen Abschnitt zu betrachten. Die von der Sonde 31 gehal
tene, separierte Probe 9 kann getrennt von der Probe 2 in ver
schiedene Untersuchungsvorrichtungen eingebracht werden, um
darin untersucht und gemessen zu werden. Zum Beispiel kann durch
eine Sekundärionen-Massenspektroskopie (abgekürzt "SIMS") eine
Elementanalyse erfolgen. Es ist auch möglich, die separierte
Probe 9 erneut zu bearbeiten, um eine für eine Analyse geeignete
Form zu erhalten. Zum Beispiel kann, nachdem die separierte
Probe 9 in eine Keilform gebracht wurde, wobei sich der zu
untersuchende Abschnitt im Bereich der Spitze befindet, deren
Komponenten durch das CAT-Verfahren festgestellt werden (Kom
positions-Analyse mittels des Dicken-Streifenbildes).
Die Fig. 2(a) und 2(b) zeigen eine Ausführungsform, bei der ein
Abschnitt der Probe 2 in der gleichen Weise wie bei der obigen
Ausführungsformsepariert wird, und bei der diese separierte
Probe 9 zu einer dünnen Schicht ausgebildet wird, um mittels
eines TEM betrachtet zu werden.
Gemäß Fig. 2(a) wird vorher ein Abschnitt 9a der separierten
Probe 9 so ausgeschnitten, daß er dünn ist. Gemäß Fig. 2(b) wird
der dünne Abschnitt 9a der separierten Probe 9 mittels des
fokussierten Ionenstrahls 1 noch dünner gemacht, um eine dünne
Schicht zu bilden. Der Abschnitt 9a wird als Probe für die
Beobachtung mit dem TEM verwendet. Bei dieser Ausführungsform
ist es möglich, von einer bestimmten Stelle der Probe 2 leicht
und mit hoher Genauigkeit eine TEM-Probe zu entnehmen, so daß es
nicht erforderlich ist, das ganze Probensubstrat zu zertrennen.
Die Fig. 5 zeigt ein Beispiel einer Mehrpunkt-TEM-Analyse eines
Halbleiterwafers 52. Bei diesem Beispiel wird eine Anzahl von
sehr kleinen Proben an Analysepunkten 50a bis 50e, 51a und 51b
vom Halbleiterwafer 52 separiert, und nachdem die separierten
Proben auf die gleiche Weise wie bei dem in der Fig. 2 gezeigten
Beispiel zu dünnen Schichten gemacht wurden, wird eine TEM-Un
tersuchung durchgeführt. Ein bei der Analyse verwendeter Proben
tisch weist einen Mechanismus auf, der eine Bewegung in der X-
und Y-Richtung und ein Kippen des Wafers ermöglicht. Es kann
somit eine Anzahl von separierten Proben von einem Wafer erhal
ten werden, wie es bei dem Beispiel in der Fig. 5 gezeigt ist.
In diesem Fall beeinflussen sich die heraus zunehmenden Abschnit
te zum Zeitpunkt der Separierung einander nicht. Es ist daher
möglich, von gewünschten Stellen eine Anzahl von Probenabschnit
ten zu entnehmen. Auch ist es möglich, zwei nahe beieinander
liegende Proben für die TEM-Betrachtung zu entnehmen, im Gegen
satz zu den herkömmlichen Verfahren, bei denen es schwierig ist,
von zwei nahe beieinanderliegenden Punkten wie den Punkten 51a
und 51b TEM-Proben zu erhalten, da dazu ein Trennen des Wafers
erforderlich ist. Bei dem hier beschriebenen Verfahren ist es
darüberhinaus möglich, am Wafer weitere Untersuchungen oder
Bearbeitungen auszuführen, auch wenn eine Anzahl von Proben
abschnitten entnommen wurden.
Bei den obigen Ausführungsformen wurde ein Metallelement als
Sonde verwendet. Es kann jedoch auch eine Sonde aus SiO2, Al, W
oder dergleichen verwendet werden, die durch ein Halbleiter-
Herstellungsverfahren hergestellt wird. Die Anwendung eines
Halbleiter-Herstellungsverfahrens ist deshalb von Vorteil, da
gleichzeitig große Mengen von Sonden gleicher Gestalt herge
stellt werden können. Wenn die Sonde durch einen dicken Halte
abschnitt und einen dünnen und kleinen Sondenkopfabschnitt
gebildet wird, läßt sich die Sonde leicht handhaben und mit
einer separierten Probe verbinden.
Die Fig. 6(a) bis 6(c) zeigen eine Ausführungsform, bei der das
beschriebene Separationsverfahren dazu verwendet wird, Transi
storelemente einzusetzen. Die einzusetzenden Transistorelemente
werden vorher mit dem oben beschriebenen Separationsverfahren
aus einem Chip herausgetrennt. Im folgenden wird der Vorgang des
Einsetzens beschrieben.
Fig. 6(a): In dem gewünschten Abschnitt eines Substrates, in den
das Einsetzen erfolgen soll, wird mit einem fokussierten Ionen
strahl ein quadratisches Loch 61 ausgebildet.
Fig. 6(b): Ein Manipulator wird so betrieben, daß eine separier
te Probe 63 (zum Beispiel ein Transistor oder dergleichen) zu
dem quadratischen Loch 61 bewegt und in das Loch 61 eingesetzt
wird. Der Sondenkopf wird dann mittels eines fokussierten Ionen
strahles abgeschnitten, um die separierte Probe 63 in dem qua
dratischen Loch 61 zurückzulassen.
Fig. 6(c): Eine Elektrode auf der separierten Probe 63 und eine
Verdrahtung 60 auf dem Chip-Substrat werden miteinander durch
eine aufgesetzte Leiterbahn 62 verbunden. Die aufgesetzte Lei
terbahn 62 wird wie die separierte Probe mit dem Manipulator
bewegt und aufgebracht, und die Elektrode und die Leiterbahn
werden durch abgeschiedenes W verbunden, das durch eine lokale
Einstrahlung eines fokussierten Ionenstrahles in einer W(CO)6-
Gasatmosphäre erhalten wird.
Wie beschrieben kann somit mit dem erfindungsgemäßen Separier
verfahren ein auf einem Chip ausgeformtes Bauelement leicht von
dem Chip getrennt, zu einer gewünschten Stelle auf einem anderen
Chip transportiert und dort befestigt werden.
Wenn die separierte Probe groß ist, ist der mit einem fokussier
ten Ionenstrahl für die Separation zu bearbeitende Abschnitt
ebenfalls groß. Da für die Bearbeitung mit dem fokussierten
Ionenstrahl bei den obigen Ausführungsformen nur der physika
lische Effekt des Sputterns verwendet wird, erfordert die
Bearbeitung eine lange Zeit. In einem solchen Fall kann durch
Einleiten eines reaktiven Gases in die Umgebung des zu bearbei
tenden Abschnittes das durch den fokussierten Ionenstrahl
unterstützte Ätzen die Bearbeitungsgeschwindigkeit und die
Bearbeitungszeit verbessern.
Aus der obigen Beschreibung ist ersichtlich, daß, wenn ein ge
wünschter Punkt auf einem Halbleiterchip oder Wafer zu unter
suchen ist, nur der erforderliche Abschnitt mit dem fokussierten
Ionenstrahl herausgeschnitten wird, wobei der separierte Ab
schnitt so gehalten werden kann, daß er einfach und leicht zu
der gewünschten Stelle zu bewegen ist. Es ist somit möglich, nur
den erforderlichen sehr kleinen Bereich zu separieren, ohne daß
der Chip oder der Wafer auseinandergeschnitten zu werden
braucht. Da die separierte Probe nach dem Abtrennen von einer
Sonde gehalten wird, ist es möglich, die separierte Probe zu
jedem gewünschten Platz zu transportieren, und es ist möglich,
die Lage der separierten Probe wie gewünscht zu ändern, so daß
daran Untersuchungen mit einem TEM oder dergleichen ausgeführt
werden können. Da außerdem der durch den fokussierten Ionen
strahl bearbeitete Bereich auf den Umfangsabschnitt der zu un
tersuchenden Probe begrenzt ist, ist die insgesamt bearbeitete
Menge des Substrates so klein, daß die für die Untersuchung
erforderliche Zeit verkürzt ist.
Claims (14)
1. Verfahren zum Separieren eines kleines Abschnittes von einer
Probe, gekennzeichnet durch die Schritte des Bestrahlens einer
Oberfläche der Probe (2) mit fokussierten Ionenstrahlen (1) aus
wenigstens zwei verschiedenen Richtungen, so daß die Probe der
Bearbeitung durch die fokussierten Ionenstrahlen unterworfen
wird; des Verbindens einer Sonde (31) mit dem zu separierenden
Abschnitt (9), bevor der Abschnitt von der Probe getrennt wird;
und des Separierens des Abschnittes (9) von der Probe, wobei der
separierte Abschnitt der Probe von der Sonde gehalten wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zu
separierende Abschnitt der Probe und die Sonde mittels einer
wieder abgeschiedenen Schicht (8) von abgesputterten Teilchen
verbunden werden, die bei der Bearbeitung mit dem fokussierten
Ionenstrahl erzeugt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zu
separierende Abschnitt der Probe und die Sonde mittels einer
ionenstrahlinduzierten Abscheidungsschicht (8) verbunden werden,
die durch die Bestrahlung mit dem fokussierten Ionenstrahl in
einer Gasatmosphäre erzeugt wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß die Bearbeitung mit dem fokussierten Ionenstrahl
durch eine Ätzung in einer reaktiven Gasatmosphäre unterstützt
wird.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Probe ein Halbleiterwafer ist.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die
Sonde einen Halteabschnitt mit einer Dicke von nicht weniger als
50 µm und einen Sondenkopf aufweist, der an einer Seite des
Halteabschnittes vorgesehen ist, vom vorderen Ende des Halteab
schnittes weg vorsteht und eine Dicke von nicht mehr als 10 µm
hat.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die
Sonde mittels eines Halbleiter-Herstellungsverfahrens herge
stellt wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn
zeichnet, daß der Kontakt zwischen dem zu separierenden Ab
schnitt der Probe und der Sonde durch eine Änderung in der
Helligkeit eines Abbildes der Sekundärteilchen in der Umgebung
des von der Probe zu separierenden Abschnittes festgestellt
wird.
9. Probenuntersuchungsverfahren zum Separieren eines kleinen
Abschnittes von einer Probe und zum Untersuchen des kleinen
Abschnittes, gekennzeichnet durch die Schritte des Bestrahlens
einer Oberfläche der Probe (2) mit fokussierten Ionenstrahlen
(1) aus wenigstens zwei verschiedenen Richtungen, so daß die
Probe der Bearbeitung durch die fokussierten Ionenstrahlen
unterworfen wird; des Verbindens einer Sonde (31) mit dem zu
separierenden Abschnitt (9), bevor der Abschnitt von der Probe
getrennt wird; des Separierens des Abschnittes von der Probe,
wobei der separierte Abschnitt der Probe von der Sonde gehalten
wird; und des Betrachtens eines Schnittbildes des separierten
Abschnittes der Probe mittels einer Betrachtungseinrichtung in
dem Zustand, bei dem der separierte Abschnitt von der Sonde
gehalten wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch die Schritte
des teilweisen Verdünnens des separierten Abschnittes während
oder nach der Separation von der Probe und des Betrachtens des
verdünnten Abschnittes mit einem Transmissions-Elektronenmikro
skop.
11. Verfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch den Schritt
des Erhaltens von Informationen über die Komponenten des sepa
rierten Abschnittes mittels einer Sekundärionenanalyse.
12. Verfahren zum Separieren eines kleinen Abschnittes von einer
Probe, gekennzeichnet durch die Schritte des Bestrahlens einer
Oberfläche der Probe (2) mit einem fokussierten Ionenstrahl (1)
im wesentlichen senkrecht zu der Oberfläche, wobei der fokus
sierte Ionenstrahl in der Umgebung des zu separierenden Ab
schnittes zur Ausbildung eines Loches (3) mit einer vorgegebenen
Tiefe rechteckförmig abgelenkt wird; des Neigens der Oberfläche
der Probe relativ zu der Bestrahlungsachse des fokussierten
Ionenstrahles um einen Winkel von weniger als 90 Grad und des
Bestrahlens des seitlichen Abschnittes der Probe, der das Loch
bildet, mit dem fokussierten Ionenstrahl, um im wesentlichen
parallel zu der Oberfläche des zu separierenden Abschnittes ein
Bodenloch (4) auszubilden; des Bestrahlens der Oberfläche der
Probe mit dem fokussierten Ionenstrahl im wesentlichen senkrecht
zu der Oberfläche und des Ablenkens des fokussierten Ionenstrah
les längs des Umfangs des zu separierenden Abschnittes, um längs
des Umfanges Gräben (5) zu bilden; des Kontaktierens der Spitze
der Sonde (31) eines Manipulators mit der Oberfläche des zu se
parierenden Abschnittes; des Verbindens der Spitze der Sonde mit
der Oberfläche des zu separierenden Abschnittes; des Bestrahlens
der Oberfläche der Probe mit dem fokussierten Ionenstrahl im
wesentlichen senkrecht zur Oberfläche und des Ablenkens des fo
kussierten Ionenstrahles längs des Umfanges des zu separierenden
Abschnittes, um eine eingeschnittene Kerbe zum Separieren des
Abschnittes von der Probe auszubilden; und des Bewegens des mit
der Spitze der Sonde verbundenen, separierten Abschnittes durch
den Manipulator in eine vorgegebene Position.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der
Abschnitt der Probe und die Sonde mittels einer ionenstrahlindu
zierten Abscheidungsschicht verbunden werden, die durch den in
einer Gasatmosphäre eingestrahlten fokussierten Ionenstrahl
erzeugt wird.
14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die
Sonde aus einem elektrisch leitenden Material besteht, das über
einen hochohmigen Widerstand mit einer Spannungsversorgung ver
bunden ist, und daß aus der Änderung des elektrischen Potentials
der Probe darauf geschlossen wird, ob die Spitze der Sonde mit
dem zu separierenden Abschnitt in Kontakt gekommen ist oder
nicht.
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