JP2003098131A - 試料ホルダー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】本発明の目的とするところは、試料の高さ調整
が簡単で、且つ試料の高さを正確に定めることができ、
さらに試料台上にセットする試料の向きを予め正確に決
めて設置できる試料ホルダーを提供することにある。 【解決手段】本発明は、試料２０を保持するための試料
台６を高さ調節自在に設けたホルダー基台１に設けられ
た高さ合わせ用台１１に位置決めして取り付けた試料高
さ調整台１２の試料高さ調整面により試料２０の測定検
査面を予め位置決めし、この位置決めされた試料２０に
向けて、上記試料台６を進めて、上記位置決めされた試
料２０を上記試料台６で保持する。そして、試料高さ調
整台１２を取り外す。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば、半導体材
料を物性分析器により分析する際に分析対象の試料を保
持する試料ホルダーに関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、イオンマイクロプローブ方式に
より、半導体材料の物性を分析する物性検査装置が知ら
れているが、この物性検査は、真空室内において、試料
表面に一次イオン源から酸素やセシウムなどの一次イオ
ンを照射し、スパッタされた固体表面を構成する主成分
や不純物の二次イオンを質量分析計に電場によって引き
込み、その二次イオンを分析し、試料の物質を同定す
る。

【０００３】半導体ウェーハの物性検査を行なう場合、
半導体ウェーハから一部を切り出した試料を図１２に示
すような試料ホルダーに保持し、この試料ホルダーご
と、物性検査装置の真空室内に設置する。この際、検査
精度を高めるため、試料の検査表面にイオンビームの焦
点が定まり、さらに、その位置から確実に質量分析計に
向かう二次イオン吸引電場の生成がなされるように、試
料を正確にセッテングする必要がある。

【０００４】従って、試料ホルダーに試料を取り付ける
段階から試料の検査表面の高さを正確に整えておく必要
があり、また、試料の検査表面の向きや傾きについても
同様である。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
試料ホルダー５０は図１２に示すように、基台５１に試
料台５２のねじ部５３をねじ込んであり、試料台５２の
高さは試料台５２を回転させることにより調整するよう
になっている。そして、試料台５２上に試料５４を銀ペ
ースト等で固定した後、試料台５２を回転させて、目視
によって試料５４の高さを見て調節していた。

【０００６】このため、試料の高さ調整作業には高度に
熟練した技能が必要であって、簡便に試料の高さ調整を
行なうことは困難であった。また、正確な高さ調整を行
なうことには限度があった。さらに、高さ調整の際、試
料台５２上に銀ペースト等で試料５４を固定した後、そ
の試料台５２自体を回転させるため、固定した試料５４
の向きが変わる。従って、試料５４の最終的な向きを予
め想定するものの、正確に定まり難く、予想が外れ易
い。このように試料５４の最終的な向きを予め予想して
試料５４を試料台５２に固定するため、最適な向きに試
料５４を正確に定まることが困難であった。例えば、半
導体チップなどの試料のように試料表面の中心の一点だ
けでなく、細長い狭い特定の領域のみを検査したい場合
もあり、このような領域の向きを正確に定めて設置する
には多くの手間と時間がかかっていた。

【０００７】本発明は上記課題に着目してなされたもの
であり、その目的とするところは、試料の高さ調整が簡
単で、且つ試料の高さを正確に定めることができ、さら
に試料台上にセットする試料の向きについても予め正確
に決めて設置できる試料ホルダーを提供することにあ
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
試料を保持するための試料台を高さ調節自在に設けたホ
ルダー基台と、このホルダー基台に設けられ、上記試料
台の突き出し側へ突き出した高さ合わせ用台と、この高
さ合わせ用台に位置決めして着脱自在に取り付けられ、
上記試料台に向き合う試料高さ調整面を有する試料高さ
調整台とを具備し、上記試料高さ調整台の試料高さ調整
面により、試料の測定検査面を予め位置決めし、この位
置決めされた試料に向けて、上記試料台を進め、上記試
料を位置決め状態のまま保持するようにしたことを特徴
とする試料ホルダーである。

【０００９】また、請求項２に係る発明は、試料を保持
するための試料台は、ホルダー基台にねじ込まれ、それ
自身を回転することにより突き出し方向の高さが調節さ
れるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の試料
ホルダーである。

【００１０】高さ合わせ用台に位置決めして取り付けた
試料高さ調整台の試料高さ調整面により、試料の測定検
査面を予め位置決めし、この位置決めされた試料に向け
て、上記試料台を進め、上記位置決めされた試料を上記
試料台で保持する。そして、試料高さ調整台を取り外
す。

【００１１】

【発明の実施の形態】（第１の実施形態）図１乃至図９
を参照して本発明の第１の実施形態に係る試料ホルダー
を説明する。

【００１２】本実施形態の試料ホルダーは図１及び図２
に示すように円板状の部材によって形成されたホルダー
基台１を備える。ホルダー基台１の周辺部には複数のね
じ孔２が間隔をあけて配置されており、各ねじ孔２はホ
ルダー基台１の厚さ方向に貫通して形成されている。各
ねじ孔２にはそれぞれ後述する試料台６の雄ねじ部７が
ねじ込まれている。

【００１３】また、ホルダー基台１の周側端面の一部は
平坦に切り落とされた平坦部３が形成され、この平坦部
３には物性検査装置の室内で試料台６を取り扱う際に操
作棒を嵌め込むための操作用穴４が形成されている。ま
た、操作用穴４の近くのホルダー基台１上面には検査時
において一次イオンビームを調整するために一次イオン
ビームのイオン電流量をモニターするために用いる孔５
が形成されている。

【００１４】ホルダー基台１の上面周辺部には各ねじ孔
２にそれぞれ対応位置して試料台６が配置されている。
試料台６は雄ねじ部７を備え、この雄ねじ部７を上記ね
じ孔２にねじ込むようになっている。試料台６はその雄
ねじ部７の一端に形成されており、また、雄ねじ部７の
他端にはドライバーなどの調整用工具を係止するための
溝８が形成されている。そして、試料台６はそれ自身を
回転させることによりホルダー基台１に対し昇降する進
退自在なものである。

【００１５】ホルダー基台１の上面中央には高さ合わせ
用台１１がホルダー基台１と一体に形成されている。こ
の高さ合わせ用台１１の上面９は平坦であり、この高さ
合わせ用台１１の上面９は後述する試料高さ調整台１２
を密に接合させて試料高さ調整台１２を位置決めする試
料の高さの基準面となっている。高さ合わせ用台１１に
は後述する固定ねじ１３をねじ込むねじ孔１４が形成さ
れている。そして、高さ合わせ用台１１には試料高さ調
整台１２が固定ねじ１３によって着脱自在に取り付けら
れる。

【００１６】試料高さ調整台１２は円板によって形成さ
れ、その下面１５は、全面にわたり一つの平面であり、
高さ合わせ用台１１の上面９に接合させたとき、その上
面９に一致する試料高さ調整面になっている。また、試
料高さ調整台１２の中央上面部には凹部１６が形成さ
れ、この凹部１６には上記固定ねじ１３を貫通させるた
めの孔１７が形成されている。

【００１７】上記固定ねじ１３は頭付きのボルトであ
り、頭部１８の高さは凹部１６の深さ未満であり、試料
高さ調整台１２に取り付けたとき、頭部１８は凹部１６
から外に出ず、凹部１６内に完全に収納されるようにな
っている。

【００１８】尚、上記各部材は検査方式に適応する材料
を用いるが、本実施形態のイオンマイクロプローブ検査
法にあっては非磁性金属材料、例えば、ステンレス（Ｓ
ＵＳ）やチタンを用いる。

【００１９】次に、本実施形態に係る試料ホルダーを用
いてイオンマイクロプローブ検査法により半導体材料の
物性を検査する手順について図５乃至図９を参照して説
明する。

【００２０】まず、図５に示すように、ホルダー基台１
の上面側に試料高さ調整台１２を略同軸的に配置した
後、図６に示すように、高さ合わせ用台１１の上面９に
試料高さ調整台１２の下面１５を重ね合わせる。さら
に、試料高さ調整台１２の孔１７に固定ねじ１３を通
し、この固定ねじ１３を試料高さ調整台１２のねじ孔１
４にねじ込み、高さ合わせ用台１１の上面９に試料高さ
調整台１２を固定する。この結果、試料高さ調整台１２
の下面１５は高さ合わせ用台１１の上面９に接合させら
れるため、その両面９，１５は一致する。また、このと
き、予め、試料台６は試料高さ調整台１２の下面１５か
ら十分に離れる位置に退避させておく。

【００２１】次に、このようにしてホルダー基台１に試
料高さ調整台１２を組み付けた状態で図７に示すよう
に、ホルダー全体を天地反転し、図示しない作業台に載
置する。

【００２２】この状態で、半導体ウェーハから一部を切
り出した試料２０を、試料パターンの向きを確認後、検
査測定面を下向きにして試料高さ調整台１２の下面１５
（現在は上向き状態）においての試料台６の下方に対応
位置する領域に直接載せる。これにより、試料２０の測
定検査面の位置決めと共に試料２０の向きが定まる。

【００２３】尚、試料高さ調整台１２上に試料２０を載
せる際、薬包紙を敷いて試料２０の測定面が試料高さ調
整台１２の表面に直接触れないようにしても良い。ま
た、試料２０を載置する領域を見極め易くするため、そ
の載置すべき領域に目印を付しておいても良い。

【００２４】試料高さ調整台１２の下面１５の上に試料
２０を載置した後、図７に示すように、その試料２０の
上面（試料の検査表面ではなく試料の裏面）に銀ペース
ト等を塗布する。そして、ホルダー基台１の裏側からね
じ孔２に調整用工具を差し込み、試料台６の雄ねじ部７
の溝８に調整用工具を係止させて雄ねじ部７を回転操作
し、試料台６をゆっくりと下げ、試料２０の銀ペースト
等の塗布部分に軽く当てる。このとき、試料台６を銀ペ
ースト等の部分に軽く当る程度で十分なので、試料２０
が強く押されることがない。試料２０は試料台６に接着
する。この接着手段としてはカーボンテープ等を用いて
も良い。

【００２５】これにより試料２０の検査表面の高さが試
料高さ調整台１２の仮面１５によって揃えられ、かつ、
試料の高さの基準面となっている、高さ合わせ用台１１
の上面９に各試料２０の検査表面の高さが一致する。ま
た、試料高さ調整台１２の下面１５に試料２０が揃えら
れるので、試料２０の検査表面に傾きが生じない。

【００２６】試料台６に試料２０を保持した後、図９に
示すように、ホルダー基台１から試料高さ調整台１２を
取り外す。そして、試料２０を保持した試料ホルダー全
体を検査装置内に導入し、イオンマイクロプローブ方式
により、試料２０を分析する。

【００２７】本実施形態の試料ホルダーによれば、試料
２０の検査表面の高さが試料高さ基準面に揃えられ、か
つ、各試料２０の相互の検査表面の高さも揃えられる。

【００２８】また、試料高さ調整台１２に試料２０を設
置した後、試料台６の高さを調整しながらゆっくりと試
料台６を試料２０に当てるようにするので、一旦設置し
た試料２０の向きがずれることがなく、初めから試料２
０の最終的な向きを予め決めて最適な向きに試料２０を
正確に保持することができる。

【００２９】従って、例えば、半導体チップなどの試料
のように試料表面の中心の一点だけでなく、細長い狭い
特定の部分のみを検査したい場合において、特に利便性
が高まる。さらに、平面度の高い試料高さ調整台１２の
表面によって試料２０の検査表面を正確に位置決めで
き、また、試料２０の検査表面の傾きをなくし、検査精
度を上げ、再現性の高いデータを取得できるようにな
る。

【００３０】（第２の実施形態）図１０は、本発明の第
２の実施形態に係る試料ホルダーを示す。本実施形態で
は、試料高さ調整台１２をホルダー基台１に固定する手
段として固定ねじ１３の代わりにクランプ３０を利用す
るものである。クランプ３０は一対の把持片３１，３２
を有しており、この一対の把持片３１，３２により、高
さ合わせ用台１１の上面９に試料高さ調整台１２を重ね
合わせ接合させた状態のホルダー基台１と試料高さ調整
台１２を挟み込み、両者を保持する。このため、ホルダ
ー基台１に試料高さ調整台１２を簡便に組み付けること
ができる。

【００３１】（第３の実施形態）図１１は本発明の第３
の実施形態に係る試料ホルダーを示す。本実施形態で
は、試料高さ調整台１２をホルダー基台１に固定する手
段として固定ねじ１３やクランプ３０の代わりにマグネ
ット吸着手段を利用するものである。すなわち、試料高
さ調整台１２の少なくとも中央部を磁化し、ホルダー基
台１の高さ合わせ用台１１の上面９に接合させた状態で
試料高さ調整台１２を吸着させて固定する。尚、検査分
析の種類によっては試料ホルダーが磁化されていてはい
けない場合がある。この場合には検査前に試料ホルダー
の消磁処理を行なう。

【００３２】（他の変形例）試料高さ調整台１２上に試
料２０を載せる際、試料２０を載置する領域の中央部分
に凹部を形成したり打ち抜き孔を形成したりして、試料
２０の検査測定部分を試料高さ調整台１２の表面等に触
れないようにする逃げ部を形成しても良い。この場合、
試料２０の周辺部のみが試料高さ調整台１２の表面に当
り位置決めされる。この逃げ部は試料２０を載置すべき
領域の目印ともなる。

【００３３】上記各実施形態のものではホルダー基台１
に試料台６をねじ込む形式であったが、ホルダー基台１
にスライド用孔を設け、このスライド用孔に試料台６の
軸部を差し込んでスライド自在なものとし、試料高さ調
整台１２に載置した試料２０の位置に試料台６を移動さ
せたところで、ホルダー基台１側に設けた締付けビスや
押さえカム等のロック機構により試料台６の軸部を固定
するようにしても良い。

【００３４】また、試料高さ調整台１２の下面１５を同
一平面とし、その中央部分を高さ合わせ用台１１の上面
９に接合させて、試料高さ調整台１２の下面１５の高さ
を決めたが、試料高さ調整台１２の位置決め用下面１５
と、高さ合わせ用台１１の上面９に接合する面が同一平
面ではなく、例えば、両面９，１５が段差をもって配置
されるようにしたものでも良い。

【００３５】尚、本発明は前述した各実施形態に限定さ
れるものではなく、他の形態にも適用が可能である。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、試
料のセッテング及び測定時におけるアライメントの作業
の簡略化が図れ、また、試料の高さや向きを正確に定め
得ると共に、試料間のばらつきがなくなることによる測
定の高精度化が図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施形態に係る試料ホルダーの
ホルダー基台の平面図である。

【図２】同じく本発明の第１の実施形態に係る試料ホル
ダーのホルダー基台の正面図である。

【図３】同じく本発明の第１の実施形態に係る試料ホル
ダーの試料高さ調整台の正面図である。

【図４】同じく本発明の第１の実施形態に係る試料ホル
ダーの試料高さ調整台の一部切欠して示す正面図であ
る。

【図５】同じく本発明の第１の実施形態に係る試料ホル
ダーの試料セッテング手順の一過程の説明図である。

【図６】同じく本発明の第１の実施形態に係る試料ホル
ダーの試料セッテング手順の一過程の説明図である。

【図７】同じく本発明の第１の実施形態に係る試料ホル
ダーの試料セッテング手順の一過程の説明図である。

【図８】同じく本発明の第１の実施形態に係る試料ホル
ダーの試料セッテング手順の一過程の説明図である。

【図９】同じく本発明の第１の実施形態に係る試料ホル
ダーの試料セッテング手順の一過程の説明図である。

【図１０】本発明の第２の実施形態に係る試料ホルダー
の正面図である。

【図１１】本発明の第３の実施形態に係る試料ホルダー
の正面図である。

【図１２】従来の試料ホルダーの説明図。

【符号の説明】

１…ホルダー基台 ２…孔 ３…平坦部 ４…操作用穴 ５…係止用穴 ６…試料台 ８…溝 ９…上面 １１…合わせ用台 １２…調整台 １４…孔 １５…下面 １６…凹部 １７…孔 １８…頭部 ２０…試料

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料を保持するための試料台を高さ調節
   自在に設けたホルダー基台と、 このホルダー基台に設けられ、上記試料台の突き出し側
   へ突き出した高さ合わせ用台と、 この高さ合わせ用台に位置決めして着脱自在に取り付け
   られ、上記試料台に向き合う試料高さ調整面を有する試
   料高さ調整台とを具備し、 上記試料高さ調整台の試料高さ調整面により、試料の測
   定検査面を予め位置決めし、この位置決めされた試料に
   向けて、上記試料台を進め、上記試料を位置決め状態の
   まま保持するようにしたことを特徴とする試料ホルダ
   ー。
2. 【請求項２】 試料台は、ホルダー基台にねじ込まれ、
   それ自身を回転することにより突き出し方向の高さが調
   節されるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の
   試料ホルダー。