DE4226694A1 - Verfahren zum separieren einer probe und verfahren zum untersuchen der separierten probe - Google Patents

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.