JP2002334818A - 半導体製造装置、および半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 一の基板処理工程と次段の基板処理工程との
間にインラインに挿入可能で、部分的に破壊検査を行っ
た後で被処理基板を半導体製造ラインに戻せるインライ
ンモニタを含んだ半導体製造装置を提供する。 【解決手段】 インラインモニタにおいて被処理基板を
集束イオンビーム加工して試験片をピックアップし、加
工後の被処理基板を、次段の基板処理工程において要求
される清浄度にクリーニングしてから半導体製造ライン
に戻す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は一般に半導体製造装
置に係り、特にインラインモニタを有する半導体製造装
置に関する。

【０００２】半導体装置の製造においては、歩留の向
上、あるいは生産効率の向上のため、様々なプロセス工
程において、基板上に形成された素子構造中の膜質や形
状などについて、プロセスの状態をモニタすることが必
要である。

【０００３】

【従来の技術】従来このようなプロセスモニタは、被処
理基板を処理装置から取り出し、さらにかかる被処理基
板を切断することにより試験片を形成し、かかる試験片
の断面を、例えば光学顕微鏡あるいは走査型電子顕微鏡
により解析することにより行われていた。しかし、この
ようなモニタは破壊検査であり、検査に使われた基板は
その後、廃棄するしかなかった。

【０００４】一方、最近の技術の流れとして、形成され
る半導体装置の製造費用を低減する要請があり、多数の
半導体装置が同時に得られるように被処理基板の径を増
大させる傾向がある。しかし、このような大口径の被処
理基板は、一枚一枚が高価であり、モニタのたびに基板
を廃棄するのは非効率であると考えられる。

【０００５】これに対して従来より、モニタに使った基
板に対して追加のプロセスを行うことのできるプロセス
モニタ方法が、特開平５−５２７２１号公報に記載され
ている。

【０００６】この公知のプロセスモニタ方法では、被処
理基板から集束イオンビーム照射により試験片が切り出
され、切り出された試験片はプローブによりピックアッ
プされ、ピックアップされた試験片に対して走査型電子
顕微鏡や透過型電子顕微鏡、あるいは二次イオン質量分
析装置による観察あるいは分析が行われる。プロープに
よる試験片のピックアップは、プローブ先端を基板上に
形成された試験片に接触させた状態でＷ等のメタル膜を
ＣＶＤ法により堆積し、かかるメタル膜により試験片と
プローブとを機械的に結合することで実現される。

【０００７】一方、特開平６−２６０１２９号公報に
は、被処理基板上において試験片をＧａ等の集束イオン
ビームを使って加工・形成し、これをその場で観察・検
査し、さらに検査の後、前記被処理基板を製造工程に戻
すことのできる集束イオンビーム装置が記載されてい
る。

【０００８】前記従来の集束イオンビーム装置では、被
処理基板上にＧａ等の集束イオンビームを使った加工に
より断面構造を露出した試験領域が形成され、前記試験
領域の観察および検査の後、前記被処理基板は製造ライ
ンに戻される。その際、試験領域の加工に使われたＧａ
等のイオンによる被処理基板の汚染を除去するため、上
記従来の集束イオンビーム装置では前記試験領域の加工
の後、製造ラインに戻す前に、前記被処理基板上に基板
を汚染しないＡｒイオンや酸素イオン、あるいは酸素ラ
ジカル等のビームを照射してスパッタクリーニングを行
い、さらに観察の後、前記試験領域を局所的にＷ膜によ
り覆い、基板上に堆積したイオンの飛散を抑制すること
が記載されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記特開平５
−５２７２１号公報に記載の従来技術は、プローブ先端
に固定された試験片を切り出すためのスタンドアローン
型の集束イオンビーム加工装置に係るものであり、半導
体装置の製造ラインにインラインで挿入できるコンパク
トな試験・検査装置の構成は記載されていない。すなわ
ち、前記特開平５−５２７２１号公報に記載の装置で
は、オペレータが切り出された試験片を、プローブご
と、走査型電子顕微鏡などの試験・検査装置に搬送し、
装着する必要がある。また、試験片を切り出した後の被
処理基板は、その都度、一枚一枚製造ラインに戻す必要
があり、その際にオペレータが介在しなければならな
い。

【００１０】一方、前記特開平６−２６０１２９号公報
記載の従来技術もスタンドアローン型の集束イオンビー
ム加工および検査装置を記載しており、被処理基板の集
束イオンビームによる加工と、加工された断面形状の観
察とが同一の装置内において行われる構成になっている
が、検査を終了した被処理基板を半導体装置の製造工程
に戻す際には、オペレータが介在して被処理基板を一枚
一枚戻す必要がある。さらに、このような部分的に破壊
的な検査が行われた基板を半導体装置の製造工程に直接
に戻した場合には、汚染等により問題を生じる場合があ
る。

【００１１】半導体装置の製造工程においては、製造ラ
インから抜き出して検査した被処理基板を自動化された
工程により製造ラインに戻せることが、半導体装置の製
造効率の点からは好ましい。しかも、かかる検査工程は
製造ラインの様々な段階において使えるのが好ましく、
従って検査された被処理基板を製造ラインに戻す際に
は、戻される工程に対応した状態に基板表面を整えてか
ら戻す必要がある。これらの課題は、前記従来の技術に
よっては、解決することができない。

【００１２】そこで、本発明は上記の課題を解決した、
新規で有用な半導体製造装置および製造方法を提供する
ことを概括的課題とする。

【００１３】本発明のより具体的な課題は、半導体装置
の製造工程において製造ラインから抜き出して検査した
被処理基板を自動化された工程により製造ラインに、戻
される工程に対応した状態に基板表面を整えてから戻せ
る半導体装置の製造装置、および半導体装置の製造方法
を提供することにある。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の課題を、
請求項１に記載したように、前段の基板処理装置と後段
の基板処理装置とに結合され、被処理基板を格納した搬
送容器を搬送する搬送路と、前記搬送容器を出し入れす
る基板出入部と、前記基板出入部に結合して設けられ、
前記搬送容器中の被処理基板を保持して搬送する基板搬
送部と、前記基板搬送部に結合して設けられた真空室を
備え、前記真空室中において前記基板搬送部から搬送さ
れた被処理基板に対して検査領域を加工し、さらに加工
された検査領域に対して検査を行う加工・検査部とを備
えた半導体製造システムにおいて、前記加工・検査部
は、前記真空室中に設けられ前記被処理基板を保持する
ステージと、前記ステージ上の被処理基板に向けてイオ
ンビームを発射するイオンビーム源と、前記イオンビー
ムを前記被処理基板上において、前記検査領域に集束さ
せるイオン光学系と、前記ステージ上の被処理基板の表
面を検査する検査装置とよりなり、前記加工・検査部に
は、先端を前記検査領域に係合させ、前記検査領域に形
成された試験片をピックアップするプローブが設けられ
ていることを特徴とする半導体製造装置により、または
請求項２に記載したように、前記プローブは、前記試験
片を静電吸着することを特徴とする請求項１記載の半導
体製造装置により、または請求項３に記載したように、
前記プローブは、金属よりなることを特徴とする請求項
１または２記載の半導体製造装置により、または請求項
４に記載したように、前記プローブは、無機絶縁物より
なることを特徴とする請求項１または２記載の半導体製
造装置により、または請求項５に記載したように、前記
加工・検査部には、さらに前記被処理基板近傍に、前記
検査領域に対応して、気相金属化合物を供給するノズル
が設けられていることを特徴とする請求項１記載の半導
体製造装置により、または請求項６に記載したように、
さらに、被処理基板上に前記検査領域を設定するプログ
ラム制御装置を含むことを特徴とする請求項１〜５のう
ち、いずれか一項記載の半導体製造装置により、または
請求項７に記載したように、さらに検査後の被処理基板
を洗浄する洗浄装置を備えたことを特徴とする請求項１
〜６のうち、いずれか一項記載の半導体製造装置によ
り、または請求項８に記載したように、前記洗浄装置
は、集束イオンビームクリーニング装置と、枚葉式ウェ
ットクリーニング装置と、バッチ式洗浄装置のうち、い
ずれかより選ばれることを特徴とする請求項７記載の半
導体製造装置により、または請求項９に記載したよう
に、前記集束イオンビームクリーニング装置は、前記加
工・検査部内に設けられていることを特徴とする請求項
８記載の半導体製造装置により、または請求項１０に記
載したように、前記枚葉式ウェットクリーニング装置
は、前記基板搬送部に結合されていることを特徴とする
請求項８記載の半導体製造装置により、または請求項１
１に記載したように、前記バッチ式洗浄装置は前記搬送
路のうち、前記次段の基板処理装置に至る途中に設けら
れていることを特徴とする請求項８記載の半導体製造装
置により、または請求項１２に記載したように、さらに
前記検査・加工部は、前記プローブ先端に保持された試
験片を観察する走査型電子顕微鏡を含むことを特徴とす
る請求項１〜１１のうち、いずれか一項記載の半導体製
造装置により、または請求項１３に記載したように、前
記走査型電子顕微鏡は、前記試験片を切り出した後の被
処理基板断面を観察することを特徴とする請求項１２記
載の半導体製造装置により、または請求項１４に記載し
たように、被処理基板上への半導体装置の製造方法であ
って、先行する処理工程で処理された被処理基板を、集
束イオンビーム加工装置中に導入する工程と、前記被処
理基板上に複数の検査領域を定義する工程と、前記複数
の検査領域から、一つの検査領域を選択する工程と、前
記集束イオンビーム加工装置中において、前記被処理基
板上、前記選択された検査領域において、集束イオンビ
ーム加工により、試験片を前記被処理基板から遊離した
状態で形成する工程と、前記試験片をプローブによりピ
ックアップする工程と、前記ピックアップされた試験片
を検査する工程と、前記被処理基板をクリーニングする
工程と、前記洗浄された被処理基板を次段の基板処理工
程に送る工程とよりなることを特徴とする半導体装置の
製造方法により、または請求項１５に記載したように、
さらに検査後の被処理基板を洗浄する工程を含むことを
特徴とする請求項１４記載の半導体製造装置により、ま
たは請求項１６に記載したように、前記洗浄工程は、集
束イオンビームクリーニング工程または、枚葉式ウェッ
トクリーニング工程または、バッチ式ウェット洗浄工程
よりなることを特徴とする請求項１５記載の半導体装置
の製造方法により、または請求項１７に記載したよう
に、前記検査工程は、前記集束イオンビーム加工装置内
において実行されることを特徴とする請求項１４〜１６
のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法によ
り、または請求項１８に記載したように、前記検査工程
は、前記集束イオンビーム加工装置内において、電子顕
微鏡観察を行うことにより実行されることを特徴とする
請求項１４〜１７のうち、いずれか一項記載の半導体装
置の製造方法により、または請求項１９に記載したよう
に、前記検査工程は、前記集束イオンビーム加工装置内
において、前記プローブ先端に保持されている試験片に
ついて実行されることを特徴とする請求項１４〜１８の
うち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法によ
り、または請求項２０に記載したように、前記検査工程
は、前記試験片をプローブごと、前記集束イオンビーム
加工装置の外部に取り出して実行されることを特徴とす
る請求項１４〜１６のうち、いずれか一項記載の半導体
装置の製造方法により、または請求項２１に記載したよ
うに、前記検査工程は、前記集束イオンンビーム加工装
置内において、前記試験片を切り出した後の被処理基板
の断面について実行されること特徴とする請求項１４〜
１８のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法
により、解決する。

【００１５】本発明によれば、被処理基板から試験片を
切り出す集束イオンビーム加工装置中に試験片を検査す
る検査装置を組み込むことにより、半導体装置の製造ラ
インに組み合わせ、さらに、かかる試験・検査装置に検
査終了した被処理基板を洗浄する洗浄装置を設けること
により、連続処理可能な装置が得られる。また本発明に
よれば、半導体製造装置中に、上流側基板処理装置で処
理された基板を部分的に破壊検査し、しかも前記検査を
終了した被処理基板を下流側基板処理装置に戻すことの
できるインラインモニタを構成することが可能になる。
かかるインラインモニタ構成により、高価な被処理基板
が検査のために廃棄されることがなくなり、またプロセ
ス全体を正確にモニタすることができるため、半導体装
置の製造効率および歩留りが飛躍的に向上する。本発明
は、特に大口径基板を使う半導体製造工程において効果
的である。

【００１６】本発明では、被処理基板から集束イオンビ
ーム加工により切り出された試験片をプローブでピック
アップすることにより、試験片を任意の角度から観察す
ることが可能になる。また、かかる試験片はプローブご
と、集束イオンビーム加工装置から隣接する検査装置に
搬送して検査することも可能で、さらに外部に取り出
し、スタンドアローン型のＴＥＭやＳＥＭ，ＳＩＭＳ等
の検査装置により検査することも可能である。

【００１７】

【発明の実施の形態】［第１実施例］図１は、本発明の
第１実施例による半導体製造システム１０の全体構成を
示す。

【００１８】図１を参照するに、前記半導体製造システ
ム１０はロボット搬送路１１で結合された複数の基板処
理装置１２および１３を含み、前記基板処理装置１２と
１３との間には、基板処理装置１２から基板処理装置１
３に流される被処理基板の一部を供給され、部分的に破
壊検査した後、それを前記ロボット搬送路１１に戻し、
さらに下流の基板処理装置１３に送るインラインモニタ
１４が設けられている。

【００１９】図１において、前記基板処理装置１２にお
いて処理された基板は搬送容器内にまとめられた後、容
器ごと、前記ロボット搬送路１１の一部を構成する搬送
路１１Ａを通って次の基板処理装置１３に送られるが、
一部の基板は、別の搬送路１１Ｂを通って前記インライ
ンモニタ１４に搬送される。さらに、前記インラインモ
ニタ１４での検査が終了した基板は、さらに別の搬送路
１１Ｃを通って前記搬送路１１に戻され、前記基板処理
装置１３に送られる。

【００２０】図２は、前記インラインモニタ１４の構成
を示す。

【００２１】図２を参照するに、前記インラインモニタ
１４は前記搬送路１１Ｂおよび１１Ｃに結合され、搬送
容器１中に保持された複数の被処理基板２を受け渡しす
るカセットローダ１４Ａと、前記カセットローダ１４Ａ
に結合された真空搬送路１４Ｂとを備え、さらに前記真
空搬送路１４Ｂには集束イオンビーム加工ユニット１４
Ｃと、被処理基板に対して枚葉ウェットクリーニングを
行うウェットクリーニングユニット１４Ｄとが設けられ
ており、前記真空搬送路１４Ａは前記カセットローダ１
４Ａに搬送された搬送容器１から被処理基板２を一枚ず
つ取り出し、これを集束イオンビーム加工ユニット１４
Ｃへ、さらに前記集束イオンビーム加工ユニット１４Ｃ
からウェットクリーニングユニット１４Ｄに搬送する。

【００２２】前記真空搬送路１４Ａは、前記ウェットク
リーニングユニット１４Ｄに搬送された前記被処理基板
２をカセットローダ１４Ａに戻す。

【００２３】図３は、前記集束イオンビーム加工ユニッ
ト１４Ｃの概略的構成を示す。

【００２４】図３を参照するに、前記集束イオンビーム
加工ユニット１４Ｃは被処理基板１２を、基板１２表面
上の点Ｏにおいてユーセントリック（eucentric）に保
持する傾斜自在な保持台１４Ｃ₁と、前記保持台１４Ｃ₁
上の被処理基板２上の前記点Ｏに集束イオンビームを照
射する集束イオンビーム照射装置１４Ｃ₂と、同じく前
記被処理基板２上の前記点Ｏ近傍を観察できる走査型電
子顕微鏡１４Ｃ₃とを含み、前記集束イオンビーム照射
装置１４Ｃ₂は、前記被処理基板２の前記点Ｏ近傍の領
域を、集束イオンビームにより加工する。また、前記走
査型電子顕微鏡１４Ｃ₃は、前記集束イオンビームによ
り前記被処理基板２中に形成された断面を、観察する。

【００２５】図３の集束イオンビーム加工ユニット１４
Ｃは、さらに前記被処理基板２の表面近傍に可動プロー
ブ１４Ｃ₄を備え、前記可動プローブ１４Ｃ₄は前記被処
理基板２上において前記集束イオンビームにより切り出
された試験片を静電吸着して保持する。

【００２６】図４（Ａ），（Ｂ）は、前記集束イオンビ
ーム加工ユニット１４Ｃ中における集束イオンビーム加
工による、被処理基板２からの試験片の切り出し工程を
示す図である。

【００２７】図４（Ａ），（Ｂ）を参照するに、前記被
処理基板２の表面には、前記点Ｏ近傍において、集束イ
オンビームＦＩＢにより溝２Ａが、必要に応じて前記基
板２を傾けながら形成され、その結果前記溝２Ａ中にお
いて試験片２Ｂが切り出される。

【００２８】このようにして切り出された試験片２Ｂ
は、前記溝２Ａ中において静電気力により基板１２から
浮遊した状態で形成され、従って前記プローブ１４Ｃ₄
を近接させることにより、前記試験片２Ｂを前記プロー
ブ１４Ｃ₄上に静電吸着することができる。前記プロー
ブ１４Ｃ₄の先端に保持された試験片２Ｂは、プローブ
１４Ｃ₄ごと、図２に示す前記集束イオンビーム加工ユ
ニット１４Ｃの一部に形成されたロードロック１４ｃを
介して外部に取り出され、必要に応じてＴＥＭ分析、Ｓ
ＥＭ分析、ＳＩＭＳ分析などが行われる。前記プローブ
１４Ｃ₄としては、金属あるいはガラス等の無機絶縁物
を使うことができる。

【００２９】また前記集束イオンビーム加工ユニット１
４Ｃでは、図４（Ａ），（Ｂ）の工程で、前記試験片２
Ｂの切り出しに伴って前記溝２Ｂ中に形成された基板断
面２Ｃを、前記走査型電子顕微鏡１４Ｃ₃により観察す
ることが可能である。

【００３０】図５は、前記プローブ１４Ｃ₄を駆動する
駆動系の概略的構成を示す。

【００３１】図５を参照するに、前記プローブ１４Ｃ₄
はＸＹＺ圧電駆動ステージ１４ｃ₁₁上に着脱自在に装着
されており、前記ＸＹＺ圧電ステージ１４ｃ₁₁はＸＹＺ
電磁駆動装置１４ｃ₁₂上に保持されている。また前記Ｘ
ＹＺ圧電ステージｃ₁₁およびＸＹＺ電磁駆動装置１４ｃ
₁₂は駆動制御装置１４ｃ₁₃により駆動され、前記プロー
ブ１４Ｃ₄は前記被処理基板１２上をＸＹ面内で前記点
Ｏに対応する検査領域向って駆動され、前記検査領域に
近接した時点で前記圧電ステージを、Ｚ軸成分も含めて
駆動することにより、前記プローブ１４Ｃ₄の先端部が
図４（Ａ），（Ｂ）に矢印で示すように試験片２Ｂに向
かって近接・離間し、前記浮遊状態にある試験片２Ｂを
静電吸着する。このようにして先端部に試験片２Ｂを保
持したプローブ１４Ｃ₄は、前記ＸＹＺ電磁駆動装置１
４ｃ₁₂により前記ロードロック１４ｃに搬送され、集束
イオンビーム加工ユニット１４Ｃから取り出される。さ
らに前記プローブ１４Ｃ₄は前記圧電駆動装置１４ｃ₁₁
から取り外される。

【００３２】図６は図３の構成で使われるユーセントリ
ック保持台１４Ｃ₁の構成を、より詳細に示す。

【００３３】図６を参照するに、前記保持台１４Ｃ₁は
ＸＹＺステージ１４ｃ₁と、その上に基板２上の点Ｏ
を、Ｘ−Ｙ平面に垂直な方向に通過する軸の回りに回動
自在に設けられたφステージ１４ｃ₂と、前記φステー
ジ１４ｃ₂上に設けられ、前記被処理基板２を保持し、
これを前記点Ｏを通る軸に対して傾斜させるθステージ
１４ｃ₃とよりなっており、前記θステージ１４ｃ₃上に
は、前記被処理基板２を着脱自在に固定するメカニカル
クランプ機構１４ｃ₇が形成されている。

【００３４】かかるθステージ１４ｃ₃の傾斜を可能に
するために、前記φステージ１４ｃ₂には前記点Ｏに中
心が一致する円周面よりなる凹面１４ｃ₅が形成されて
おり、一方前記θステージ１４ｃ₃は、前記凹面に対応
する凸面１４ｃ₆を有し、前記凸面１４ｃ₆が前記凹面１
４ｃ₅に係合することにより、前記被処理基板２を、そ
の表面上の点Ｏの周りで傾斜させることが可能になる。

【００３５】図７は、前記集積イオンビーム照射装置１
４Ｃ₂の構成を示す。

【００３６】図７を参照するに、前記集積イオンビーム
照射装置１４Ｃ₂はＧａ等の液体金属を保持するイオン
源１０１と、前記イオン源１０１で形成されたＧａ等の
液体金属イオンを加速してイオンビームを形成するイオ
ンビームガン１０２とを備え、このようにして形成され
たイオンビームは、その光軸中に配設されたアパーチャ
プレート１０３を通過することにより所望の断面形状に
整形され、対物レンズ１０４により前記保持台１４Ｃ₁
上に保持された被処理基板２の点Ｏに集束される。

【００３７】また、前記集積イオンビーム照射装置は、
前記イオンビームの光路に沿って、収差補正コイル１０
５、ブランキング電極１０６、偏向制御コイル１０７を
備え、前記アパーチャプレート１０３はビーム絞り駆動
回路１０３Ａにより、ブランキング電極１０６はブラン
キング制御回路１０６Ａにより、偏向制御コイル１０７
は偏向制御回路１０７Ａにより、また対物レンズ１０４
はレンズ駆動回路１０４Ａにより駆動される。

【００３８】図７の構成では、さらに先に図６で説明し
た基板保持台１４Ｃ₁がステージ制御回路１０８により
制御され、また前記被処理基板２の表面に流れる電流が
電流検出回路１０９により検出される。さらに図５で説
明したプローブ１４Ｃ₄が、プローブ制御回路１１０に
より制御される。

【００３９】また図７の構成では、前記被処理基板２の
近傍に二次電子検出器１１１が設けられ、前記集束イオ
ンビーム加工を行う際に放出される二次電子が検出され
る。かかる二次電子の検出を行うことにより、図４
（Ａ），（Ｂ）で説明した集束イオンビーム加工を、前
記溝２Ａおよび試験片２Ｂの形状をモニタしながら行う
ことが可能になる。

【００４０】前記ビーム絞り駆動回路１０３Ａ，ブラン
キング制御回路１０６Ａ，偏向制御回路１０７Ａ，ステ
ージ制御回路１０８，電流検出回路１０９，プローブ制
御回路１１０，および二次電子検出器１１１は、システ
ムバス１１２を介して、画像表示装置１１３Ａを備えた
システムコントローラ１１３に接続される。このシステ
ムコントローラ１１３は、前記集束イオンビーム照射装
置１４Ｃ₂のみならず、図２のインラインモニタ１４全
体をも制御する。

【００４１】図８は、図３の集束イオンビーム加工ユニ
ット１４Ｃで使われる走査型電子顕微鏡１４Ｃ₃の構成
を示す。

【００４２】図８を参照するに、前記操作型電子顕微鏡
１４Ｃ₃は電子源２０１とこれに協働する電子銃２０２
とを含み、前記電子銃２０２は電子ビーム形成し、これ
を光軸に沿って、前記保持台１４Ｃ₁上に保持された被
処理基板２に向けて発射する。前記電子ビームは光軸に
沿って配列されたブランキング電極２０４と、偏向コイ
ル２０５と、縮小光学系を構成する電磁レンズ２０６と
を通過し、さらにブランキングアパーチャプレート２０
７を通過した後、電磁対物レンズ２０８により、前記被
処理基板２上に集束される。また、前記被処理基板２の
表面近傍に二次電子検出器２０９が配設され、基板２上
への電子ビーム照射に伴う二次電子放出を検出する。

【００４３】前記ブランキング電極２０４はブランキン
グ制御回路２０４Ａにより制御され、前記偏向コイルは
偏向制御回路２０５Ａにより制御され、前記縮小電磁レ
ンズは制御回路２０６Ａにより制御され、対物レンズ２
０８は制御回路２０８Ａにより制御される。前記ブラン
キング制御回路２０４Ａ，偏向制御回路２０５Ａ，制御
回路２０６Ａ，制御回路２０８Ａおよび二次電子検出器
２０９は、前記システムバス１１２を介してシステムコ
ントローラ１１３に接続されている。

【００４４】先にも説明したように前記走査型電子顕微
鏡１４Ｃ₃は、光軸が前記被処理基板２上の点Ｏにおい
て、前記集束イオンビーム照射装置１４Ｃ₂の光軸と自
室的に交差するように配設されており、図４（Ａ），
（Ｂ）で説明した集束イオンビーム加工工程の後、前記
溝２Ａにより露出された基板２の断面を観察することが
可能である。

【００４５】ところで、このように集束イオンビーム加
工を行った被処理基板２では、前記溝２Ａの底部には集
束イオンビーム加工で使われたＧａ原子が打ち込まれて
おり、また基板２の表面には飛散したＧａ原子が付着し
ている。このうち、基板２中に打ち込まれたＧａ原子は
拡散長が限られており、このような基板中に打ち込まれ
たＧａ原子は、被処理基板２を次の基板処理工程に戻し
ても実質的に問題を生じることはないが、基板表面に付
着したＧａ原子は後の基板処理工程を汚染する。

【００４６】このため、本実施例では前記集束イオンビ
ーム加工ユニット１４Ｃに前記集束イオンビーム照射装
置１４Ｃ₂および走査型電子顕微鏡１４Ｃ₃に隣接して気
体イオンビーム照射装置１４Ｃ₅を設け、加工処理され
た被処理基板２を次の基板処理工程に戻す前に、Ａｒあ
るいは酸素等よりなる気体イオンビームを前記検査領域
に照射し、前記被処理基板１２の表面に付着しているＧ
ａ原子をプラズマクリーニング処理により除去する。

【００４７】次に、このようにしてプラズマクリーニン
グされた被処理基板は、前記集束イオンビーム加工ユニ
ット１４Ｃから、枚葉式ウェットクリーニングユニット
１４Ｄに搬送される。

【００４８】図１０は前記枚葉式ウェットクリーニング
ユニット１４Ｄの構成を示す。

【００４９】図１０を参照するに、前記枚葉式ウェット
クリーニングユニット１４Ｄは前記被処理基板２を吸着
・保持するスピンチャック３０１と、前記スピンチャッ
ク３０１に結合され、前記スピンチャック３０１上に保
持された前記被処理基板２をコントローラ３０３の制御
の下で回転させるモータ３０２とを備え、前記スピンチ
ャック３０１上に保持されて高速回転している被処理基
板２上には、被処理基板２の上部に移動可能に設けられ
た洗浄液ノズル３０３から、純水等の洗浄液が噴射され
る。このために、前記洗浄液ノズル３０３は洗浄液タン
ク３０３Ａに、ライン３０３Ｂにより接続されている。

【００５０】さらに前記枚葉式ウェットクリーニングユ
ニット１４Ｄ中には、前記スピンチャック３０１上に保
持された被処理基板２の周囲に、飛散する洗浄液を回収
するカップ３０４が設けられ、集められた洗浄液は廃液
出口３０６を通って排出される。また、前記カップ３０
５内のミストは、排気ライン３０７を通って排出され
る。

【００５１】図１０のクリーニングユニット１４Ｄは、
さらに前記被処理基板２の下側にも、別の洗浄液ノズル
３０８が設けられ、前記洗浄液ノズル３０８は洗浄液タ
ンク３０８Ａから純水等の洗浄液を供給され、前記被処
理基板２の裏面を洗浄する。

【００５２】このようにして洗浄された被処理基板２
は、前記真空搬送路１４Ｂを通ってカセットローダ１４
Ａに戻され、搬送容器１に戻される。

【００５３】前記搬送容器１中の被処理基板２が全て検
査された後、前記被処理基板２は搬送容器１ごと、前記
搬送路１１Ｃを通って次の基板処理装置１３に搬送され
る。

【００５４】図１１は、図２の構成の一変形例を示す。
図１１中、先に説明した部分には同一の参照符号を付
し、説明を省略する。

【００５５】図１１を参照するに、本実施例の構成で
は、前記搬送路１１Ｃの途中にバッチ式の洗浄装置１４
Ｅが設けられており、前記洗浄装置１４Ｅ中において前
記被処理基板２は、搬送容器ごと、洗浄液中に浸漬され
る。

【００５６】次段の基板処理工程の種類如何では検査を
終了した被処理基板の厳密な洗浄は必要なく、前記被処
理基板２は、前記集束イオンビーム加工ユニット１４Ｃ
での処理の後、直接に前記カセットローダ１４Ａに戻さ
れ、前記バッチ式洗浄装置１４Ｅにおいて洗浄される。
例えば、次段の基板処理工程が、Ｗ等の金属層の堆積工
程である場合には、被処理基板２の厳密な洗浄は必要な
く、前記被処理基板２は、前記集束イオンビーム加工ユ
ニット１４Ｃでの集束イオンビーム照射装置１４Ｃ₂を
使った加工の後、気体イオンビーム照射装置１４Ｃ₅に
よるクリーニング工程および枚葉式ウェットクリーニン
グユニット１４Ｄでのクリーニング工程を省略して直接
に前記バッチ式洗浄装置１４Ｅにおいてウェット洗浄を
行い、次段の基板処理装置１３に送ることができる。こ
の場合には、前記ウェットクリーニング装置１４Ｄを省
略することができる。このように、本発明によるインラ
インモニタ１４では、次段の基板処理装置１３における
基板処理工程に応じて、枚葉式ウェットクリーニング装
置１４Ｄあるいはバッチ式洗浄装置１４Ｅを使うことが
可能である。

【００５７】先にも説明したように、図２あるいは図１
１のインラインモニタ１４は、図７に示すシステムコン
トローラ１１３により制御される。

【００５８】図１２、１３は、前記システムコントロー
ラ１１３の動作を説明するフローチャートである。

【００５９】図１２を参照するに、ステップ１において
被処理基板２上に複数の、例えば４９点の検査領域が、
前記画像表示装置１１３Ａを使って定義され、ステップ
２において上流側基板処理装置１２において、前記イン
ラインモニタ１４を使った部分的破壊検査に使う被処理
基板２が抽出され、基板処理装置１２においける処理
後、前記搬送容器１中に回収される。被処理基板２を全
数検査する場合には、全ての被処理基板が前記搬送容器
１中に回収される。検査対象の被処理基板２を格納した
搬送容器１は、ステップ３において前記搬送路１１Ｂを
通って前記インラインモニタ１４のカセットローダ１４
Ａに搬送される。

【００６０】次にステップ４において、前記カセットロ
ーダ１４Ａ中の搬送容器１から一枚ずつ被処理基板２が
ピックアップされ、前記真空搬送路１４Ｂを通って前記
集束イオンビーム加工ユニット１４Ｃに搬送される。

【００６１】次にステップ５において、前記イオンビー
ム加工ユニット１４Ｃに搬送された被処理基板２は、前
記集束イオンビーム加工装置１４Ｃ₂を、前記保持台１
４Ｃ₁を適宜傾けながら駆動することにより加工され、
図４（Ａ），（Ｂ）に示すように試験片２Ｂが形成され
る。先にも説明したように試験片２Ｂは前記被処理基板
２から静電気力により浮遊した状態で形成され、ステッ
プ６において前記プローブ１４Ｃ₄を駆動することによ
り、前記試験片２Ｂを前記プローブ１４Ｃ₃の先端部に
静電吸着することができる。

【００６２】このようにしてプローブ１４Ｃ₄上に保持
された試験片２Ｂはステップ７において前記走査型電子
顕微鏡１４Ｃ₃により、様々な角度から観察される。

【００６３】さらにステップ８において、このように試
験片２Ｂを静電吸着したプローブ１４Ｃ₄は前記ロード
ロック１４ｃを介して外部に取り出され、さらにＴＥ
Ｍ，ＳＥＭあるいはＳＩＭＳ等のスタンドアローン型検
査装置において検査される。

【００６４】一方ステップ８の工程の後、ステップ９に
おいて前記走査型電子顕微鏡１４Ｃ ₂が駆動され、前記
試験片２Ｂを切り出した後の断面２Ｃの構造が検査され
る。

【００６５】さらにステップ１０において、前記被処理
基板２は気体イオンビーム照射装置１４Ｃ₅、あるいは
前記枚葉式ウェットクリーニングユニット１４Ｄ、ある
いは図１１のバッチ式洗浄装置１４Ｅにより洗浄され、
さらにステップ１１において前記カセットローダ１４Ａ
中の搬送容器１に戻される。

【００６６】全ての被処理基板２が前記搬送容器１に戻
った時点において前記搬送容器１はステップ１２で前記
カセットローダ１４Ａから図１１に示すバッチ式洗浄装
置１４Ｅに送られ、洗浄の後、ステップ１４において次
段の基板処理装置１３に、基板搬送路１１Ｃを通って搬
送される。 ［第２実施例］図１４は、本発明の第２実施例によるイ
ンラインモニタ２４の構成を示す。ただし図１４中、先
に説明した部分に対応する部分には同一の参照符号を付
し、説明を省略する。

【００６７】図１４を参照するに、本実施例では図２の
インラインモニタに、さらに先に説明したプローブ１４
Ｃ₄と同様なプローブを備えた試験片ピックアップユニ
ット１４Ｆが、前記真空搬送路１４Ｂに結合して設けら
れており、前記集束イオンビーム加工ユニット１４Ｃに
おいて試験片２Ｂを切り出された被処理基板２は、試験
片２Ｂ共々前記真空搬送路１４Ｂを通って前記試験片ピ
ックアップユニット１４Ｆに搬送される。その際、前記
試験片ピックアップユニット１４Ｆには前記試験片２Ｂ
が被処理基板２から静電気力で浮遊した状態で供給され
る。

【００６８】前記試験片ピックアップユニット１４Ｆに
は走査型電子顕微鏡あるいは光学顕微鏡が設けられてお
り、前記顕微鏡観察下、前記プローブを駆動することに
より前記試験片２Ｂが静電吸着によりピックアップさ
れ、ピックアップされた試験片２Ｂは前記プローブご
と、ロードロック１４ｆを介して外部に取り出される。

【００６９】このようにして取り出された試験片に対し
ては、ＴＥＭやＳＥＭ，ＳＩＭＳ等の様々な分析が施さ
れる。 ［第３実施例］図１５は、図２あるいは図１１の構成の
インラインモニタにおいて、前記集束イオンビーム加工
ユニット１４Ｃの代わりに使われる本発明の第３実施例
による集束イオンビーム加工ユニット３４Ｃの構成を示
す。ただし図１５中、先に説明した部分には同一の参照
符号を付し、説明を省略する。

【００７０】図１５を参照するに、本実施例の集束イオ
ンビーム加工ユニット３４Ｃでは前記被処理基板２の表
面近傍に、気相金属化合物原料、例えばＷ（ＣＯ）₆を
供給するノズル１４Ｃ_６が設けられており、ノズル１４
Ｃ₆から前記気相金属化合物原料を供給して、前記被処
理基板２の表面に、局所的に金属膜を形成する。さらに
前記集束イオンビーム加工ユニット３４Ｃ中には前記検
査領域Ｏを照射するレーザ１４Ｃ₇が設けられている。

【００７１】より詳細に説明すると、図１６（Ａ）の工
程において前記被処理基板２の表面に試験片２Ｂに対応
する構造２Ｂ’が、集束イオンビーム加工により、前記
被処理基板２に結合した状態で形成され、さらに前記プ
ローブ１４Ｃ₄が前記試験片構造２Ｂ’の近傍まで、あ
るいはコンタクトするまで駆動される。

【００７２】さらに図１６（Ｂ）の工程において前記ノ
ズル１４Ｃ₆より気相金属化合物原料が前記被処理基板
２の表面に供給され、さらに前記レーザ１４Ｃ₇を駆動
することにより、前記プローブ１４Ｃ₄の先端と前記試
験片構造２Ｂ’との間がＣＶＤ−Ｗ層により結合され
る。そこで、図１６（Ｂ）の工程においてさらに集束イ
オンビーム照射を行うことにより、前記試験片２Ｂを被
処理基板２から分離させることができる。

【００７３】かかる構成によれば、前記プローブ１４Ｃ
₄の先端に試験片２Ｂを確実に、かつ剛性的に装着する
ことが可能になる。

【００７４】以上、本発明を好ましい実施例について説
明したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるも
のではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において
様々な変形・変更が可能である。

【００７５】

【発明の効果】 本発明によれば、被処理基板から試験
片を切り出す集束イオンビーム加工装置中に試験片を検
査する検査装置を組み込むことにより、半導体装置の製
造ラインに組み合わせ、さらに、かかる試験・検査装置
に検査終了した被処理基板を洗浄する洗浄装置を設ける
ことにより、連続処理可能な装置が得られる。また本発
明によれば、半導体製造装置中に、上流側基板処理装置
で処理された基板を部分的に破壊検査し、しかも前記検
査を終了した被処理基板を下流側基板処理装置に戻すこ
とのできるインラインモニタを構成することが可能にな
る。かかるインラインモニタ構成により、高価な被処理
基板が検査のために廃棄されることがなくなり、またプ
ロセス全体を正確にモニタすることができるため、半導
体装置の製造効率および歩留りが飛躍的に向上する。本
発明は、特に大口径基板を使う半導体製造工程において
効果的である。

【００７６】本発明では、被処理基板から集束イオンビ
ーム加工により切り出された試験片をプローブでピック
アップすることにより、試験片を任意の角度から観察す
ることが可能になる。また、かかる試験片はプローブご
と、集束イオンビーム加工装置から隣接する検査装置に
搬送して検査することも可能で、さらに外部に取り出
し、スタンドアローン型のＴＥＭやＳＥＭ，ＳＩＭＳ等
の検査装置により検査することも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例によるインラインモニタを
使った半導体製造システムの全体構成を示す図である。

【図２】本発明の第１実施例によるインラインモニタの
構成を示す図である。

【図３】図２のインラインモニタにおける集束イオンビ
ーム加工・検査ユニットの構成を示す図である。

【図４】（Ａ），（Ｂ）は、図３の集束イオンビーム加
工・検査ユニットを使った、被処理基板からの試験片の
切り出しおよびピックアップ工程の様子を示す図であ
る。

【図５】図３の集束イオンビーム加工・検査ユニットで
使われるプローブの駆動構成を示す図である。

【図６】図３の集束イオンビーム加工・検査ユニットで
使われるユーセントリックステージの構成を示す図であ
る。

【図７】図３の集束イオンビーム加工・検査ユニットで
使われる集束イオンビーム照射装置の構成を示す図であ
る。

【図８】図３の集束イオンビーム加工・検査ユニットで
使われる走査型電子顕微鏡の構成を示す図である。

【図９】集束イオンビーム加工に伴う被処理基板の汚染
を説明する図である。

【図１０】図２のインラインモニタで使われる枚葉式ウ
ェット洗浄装置の構成を示す図である。

【図１１】図２のインラインモニタの一変形例を示す図
である。

【図１２】図２のインラインモニタの制御シーケンスを
示す図（その１）である。

【図１３】図２のインラインモニタの制御シーケンスを
示す図（その２）である。

【図１４】本発明の第２実施例によるインラインモニタ
の構成を示す図である。

【図１５】本発明の第３実施例による集束イオンビーム
加工・検査ユニットの構成を示す図である。

【図１６】（Ａ），（Ｂ）は、図１５の集束イオンビー
ム加工・検査ユニットを使った試験片のピックアップお
よび切り出し工程を示す図である。

【符号の説明】

１ 搬送容器 ２ 被処理基板 ２Ａ 溝 ２Ｂ 試験片 ２Ｃ 断面 １０ 半導体製造システム １１，１１Ａ，１１Ｂ，１１Ｃ 基板搬送路 １２，１３ 基板処理装置 １４，２４ インラインモニタ １４Ａ カセットローダ １４Ｂ 真空搬送路 １４Ｃ 集束イオンビーム加工・検査ユニット １４Ｃ₁ ユーセントリックステージ １４Ｃ₂ 集束イオンビーム照射装置 １４Ｃ₃ 走査型電子顕微鏡 １４Ｃ₄ プローブ １４Ｃ₅ 気体イオンビーム照射装置 １４Ｃ₆ 気相金属化合物ノズル １４Ｃ₇ レーザ １４ｃ，１４ｆ ロードロック １４ｃ₁，１４ｃ₁₂ ＸＹＺステージ １４ｃ₂ φ回転ステージ １４ｃ₃ θ傾斜ステージ １４ｃ₅，１４ｃ₆ ガイド面 １４ｃ₇ メカニカルチャック １４ｃ₁₁ ＸＹＺ圧電ステージ １４ｃ₁₃ コントローラ １４Ｄ 枚葉式ウェットクリーニング装置 １４Ｅ バッチ式洗浄装置 １４Ｆ 試験片ピックアップ装置 １０１ 金属イオン源 １０２ イオンビームガン １０３ ビーム整形アパーチャ １０３Ａ アパーチャ駆動回路 １０４ 対物レンズ １０４Ａ レンズ駆動回路 １０５ 収差補正コイル １０６ ブランキング電極 １０６Ａ ブランキング制御回路 １０７ 偏向コイル １０８ ステージ制御回路 １１０ プローブ制御回路 １１２ システムバス １１３ システムコントローラ １１３Ａ 画像表示装置 ２０１ 電子ビーム源 ２０２ 電子銃 ２０３ アパーチャプレート ２０４ ブランキング電極 ２０４Ａ ブランキング制御回路 ２０５ 偏向コイル ２０５Ａ 偏向制御回路 ２０６ 電磁レンズ ２０６Ａ 電磁レンズ駆動回路 ２０７ ブランキングアパーチャ ２０８ 対物レンズ ２０８Ａ 対物レンズ駆動回路 ３０１ スピンチャック ３０２ モータ ３０３，３０８ 洗浄液ノズル ３０３Ａ，３０８Ａ 洗浄液タンク ３０３Ｂ，３０８Ｂ 洗浄液ライン ３０５ カップ ３０６ 廃液ドレイン ３０７ 排気ライン

フロントページの続き Ｆターム(参考） 4M106 AA01 BA03 CA51 DG19 DG28 DH08 DH50 DJ04 DJ05 5F031 CA02 FA01 FA03 FA09 FA12 HA72 MA23 MA33 NA05

Claims (21)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 前段の基板処理装置と後段の基板処理装
   置とに結合され、被処理基板を格納した搬送容器を搬送
   する搬送路と、 前記搬送容器を出し入れする基板出入部と、 前記基板出入部に結合して設けられ、前記搬送容器中の
   被処理基板を保持して搬送する基板搬送部と、 前記基板搬送部に結合して設けられた真空室を備え、前
   記真空室中において前記基板搬送部から搬送された被処
   理基板に対して検査領域を加工し、さらに加工された検
   査領域に対して検査を行う加工・検査部とを備えた半導
   体製造システムにおいて、 前記加工・検査部は、前記真空室中に設けられ前記被処
   理基板を保持するステージと、前記ステージ上の被処理
   基板に向けてイオンビームを発射するイオンビーム源
   と、前記イオンビームを前記被処理基板上において、前
   記検査領域に集束させるイオン光学系と、前記ステージ
   上の被処理基板の表面を検査する検査装置とよりなり、 前記加工・検査部には、先端を前記検査領域に係合さ
   せ、前記検査領域に形成された試験片をピックアップす
   るプローブが設けられていることを特徴とする半導体製
   造装置。
2. 【請求項２】 前記プローブは、前記試験片を静電吸着
   することを特徴とする請求項１記載の半導体製造装置。
3. 【請求項３】 前記プローブは、金属よりなることを特
   徴とする請求項１または２記載の半導体製造装置。
4. 【請求項４】 前記プローブは、無機絶縁物よりなるこ
   とを特徴とする請求項１または２記載の半導体製造装
   置。
5. 【請求項５】 前記加工・検査部には、さらに前記被処
   理基板近傍に、前記検査領域に対応して、気相金属化合
   物を供給するノズルが設けられていることを特徴とする
   請求項１記載の半導体製造装置。
6. 【請求項６】 さらに、被処理基板上に前記検査領域を
   設定するプログラム制御装置を含むことを特徴とする請
   求項１〜５のうち、いずれか一項記載の半導体製造装
   置。
7. 【請求項７】 さらに検査後の被処理基板を洗浄する洗
   浄装置を備えたことを特徴とする請求項１〜６のうち、
   いずれか一項記載の半導体製造装置。
8. 【請求項８】 前記洗浄装置は、集束イオンビームクリ
   ーニング装置と、枚葉式ウェットクリーニング装置と、
   バッチ式洗浄装置のいずれかより選ばれることを特徴と
   する請求項７記載の半導体製造装置。
9. 【請求項９】 前記集束イオンビームクリーニング装置
   は、前記加工・検査部内に設けられていることを特徴と
   する請求項８記載の半導体製造装置。
10. 【請求項１０】 前記枚葉式ウェットクリーニング装置
    は、前記基板搬送部に結合されていることを特徴とする
    請求項８記載の半導体製造装置。
11. 【請求項１１】 前記バッチ式洗浄装置は前記搬送路の
    うち、前記次段の基板処理装置に至る途中に設けられて
    いることを特徴とする請求項８記載の半導体製造装置。
12. 【請求項１２】 さらに前記検査・加工部は、前記プロ
    ーブ先端に保持された試験片を観察する走査型電子顕微
    鏡を含むことを特徴とする請求項１〜１１のうち、いず
    れか一項記載の半導体製造装置。
13. 【請求項１３】 前記走査型電子顕微鏡は、前記試験片
    を切り出した後の被処理基板断面を観察することを特徴
    とする請求項１２記載の半導体製造装置。
14. 【請求項１４】 被処理基板上への半導体装置の製造方
    法であって、 先行する処理工程で処理された被処理基板を、集束イオ
    ンビーム加工装置中に導入する工程と、 前記被処理基板上に複数の検査領域を定義する工程と、 前記複数の検査領域から、一つの検査領域を選択する工
    程と、 前記集束イオンビーム加工装置中において、前記被処理
    基板上、前記選択された検査領域において、集束イオン
    ビーム加工により、試験片を前記被処理基板から遊離し
    た状態で形成する工程と、 前記試験片をプローブによりピックアップする工程と、 前記ピックアップされた試験片を検査する工程と、 前記被処理基板をクリーニングする工程と、 前記洗浄された被処理基板を次段の基板処理工程に送る
    工程とよりなることを特徴とする半導体装置の製造方
    法。
15. 【請求項１５】 さらに検査後の被処理基板を洗浄する
    工程を含むことを特徴とする請求項１４記載の半導体製
    造装置。
16. 【請求項１６】 前記洗浄工程は、集束イオンビームク
    リーニング工程または、枚葉式ウェットクリーニング工
    程または、バッチ式ウェット洗浄工程よりなることを特
    徴とする請求項１５記載の半導体装置の製造方法。
17. 【請求項１７】 前記検査工程は、前記集束イオンビー
    ム加工装置内において実行されることを特徴とする請求
    項１４〜１６６のうち、いずれか一項記載の半導体装置
    の製造方法。
18. 【請求項１８】 前記検査工程は、前記集束イオンビー
    ム加工装置内において、電子顕微鏡観察を行うことによ
    り実行されることを特徴とする請求項１４〜１７のう
    ち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
19. 【請求項１９】 前記検査工程は、前記集束イオンビー
    ム加工装置内において、前記プローブ先端に保持されて
    いる試験片について実行されることを特徴とする請求項
    １４〜１８のうち、いずれか一項記載の半導体装置の製
    造方法。
20. 【請求項２０】 前記検査工程は、前記試験片をプロー
    ブごと、前記集束イオンビーム加工装置の外部に取り出
    して実行されることを特徴とする請求項１４〜１６のう
    ち、いずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
21. 【請求項２１】 前記検査工程は、前記集束イオンンビ
    ーム加工装置内において、前記試験片を切り出した後の
    被処理基板の断面について実行されること特徴とする請
    求項１４〜１８のうち、いずれか一項記載の半導体装置
    の製造方法。