JP2004354371A - 微小試料取り出し装置および微小試料取り出し方法 - Google Patents

Abstract

【課題】マニピュレータ付顕微鏡を用いた微小試料の取り出しをより確実に実行する。
【解決手段】低振動ステッピングモータを利用してプローブを回転させるＸＹＺ駆動機構５は支持するものを３次元方向へ駆動させる。駆動機構とプローブ保持具３の間にそれぞれに固定して低振動ステッピンモータ４を設ける。プローブ保持具は円筒状あるいは円柱状でプローブ２を保持する。プローブ保持具は低振動ステッピングモータの回転軸に取り付けられる。プローブにより微小試料１を取り出した後、低振動ステッピングモータを回転させてプローブ保持具全体を回転させる。この時プローブ先端の様子を工学顕微鏡、電子顕微鏡、あるいはイオン顕微鏡により観察し、微小試料が所望の向きになった時点で低振動ステッピングモータの回転を止める。以上のようにプローブ保持具に触れずに精度良く調整することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、荷電粒子ビーム等により切り出された電子顕微鏡等の微小試料を取り出す際に用いられる微小試料取り出し装置に関する。

集束イオンビーム装置は、任意箇所の微細加工が可能であり、半導体装置の製造過程で発生したウェーハの欠陥をＴＥＭ（Transmission Electron Microscope：透過型電子顕微鏡）等によって観察するための試料を作製する用途として広く普及している。

従来、ウェーハの特定箇所をＴＥＭで観察するための試料の作製方法として、ピックアップ法あるいはリフトアウト法と呼ばれる方法が知られている（例えば、非特許文献１参照）。以下に、この方法について図４（ａ）〜（d）を参照して説明する。まず、図４（ａ）に示すように、ウェーハ６の所望の箇所に集束イオンビーム７を照射し、観察の対象となる領域を薄片化加工する。次いで、図４（ｂ）に示すように、薄片化加工された部分をプローブ２の先端に付着させて微小試料１として取り出す。また、この微小試料の取出しには図６に示されるマニピュレータ付顕微鏡が使用される。このマニピュレータ付顕微鏡は、プローブ2、それを保持するためのプローブ保持部3、プローブを操作するためのＸＹＺ駆動機構5および光学顕微鏡１１により構成される。微小試料1は、横の長さが１０〜２０μｍ、縦の長さが５μｍ程度と非常に微小であり、プローブ2の先端への微小試料1の付着は、プローブ2の先端と微小試料１との間に働く静電気力を利用して行うことができる。微小試料１は図４（c）に示すように、有機薄膜９上に置かれる。そして、有機薄膜９上に微小試料１を置いたものが、観察試料としてＴＥＭ観察に供される。また、一旦有機薄膜９上に置かれた薄片試料は追加工することが出来ないが、とり出されたあとの薄片試料に追加工が必要な場合（以下、追加工可能なリフトアウト法）には、図４（ｄ）に示されるように、薄片試料１を、特殊試料台８に立てた状態で置かれる。この場合、微小試料の設置には厳密な位置決めが要求される。なお、図４（ｄ）では特殊試料台13は長方形に描かれているが、この形状は長方形に限らず様々な形状のものが提案されている（例えば、非特許文献２参照）。
F. A. Stevie et al. "Application of focused ion beam lift-out specimen preparation to TEM, SEM, STEM, AES,STEM,AES and SIMS analysis", Surface and Interface Analysis,31,pp345(2001) 坂田大祐、「追加工ができるＦＩＢリフトアウト法」、日本電子顕微鏡学会第５８回学術講演会要旨集、Vol.37、P247(2002)

微小試料を取り出す際の微小試料のプローブへの付着は、プローブと微小試料間に働く静電気力により行われるため、微小試料のプローブ上での向きは任意の方向を向くことになる。そのため、取り出した微小試料を有機薄膜に置く前に、微小試料がプローブに対して下向きとなるようにプローブを回転させる。このプローブの回転は、従来のマニピュレータ付顕微鏡でも、プローブ保持具に直に手を触れて回転させることで行うことが出来るが、手振れによる振動で微小試料を紛失したり(図５（ａ）)、手で触れることによるずれのため偏心が大きくなる（図５（ｂ））といった問題を生じる。また、追加工可能なリフトアウト法では、微小試料を試料台に立てて置く際、その位置決めは厳密に行う必要があり、微小試料の向きも精度良く調整する必要があるが、従来の方法では、精度の良い調整が出来ず、微小試料が倒れてしまう（図５（ｃ））という問題があった。

また、上記した例では観察手段として光学顕微鏡を用いた場合について説明してきたが、観察手段として電子顕微鏡やイオン顕微鏡を用いた場合、マニピュレータは真空装置内に設置されており、プローブ保持具に振れることが出来ない為、回転方向の調整を行うことが不可能であった。

そこで本発明は、プローブ保持部に振動を与えず、しかも微小試料の回転方向を精度良く調整できる微小試料取り出し装置及び方法を提供することを目的とする。

上記目的を達成するため、マニピュレータ付顕微鏡に低振動プローブ回転機構を搭載する。この回転機構を利用することにより,微小試料に振動を与えることなく、微小試料の回転方向の向きを精度良く調整できる。

以上に説明した通り、本発明によれば、マニピュレータ付顕微鏡に低振動回転機構を搭載した微小試料取り出し装置を用いて微小試料の取り出しを行うため、取り出した後,微小試料の向きを精度良く慎重に補正することが出来る。そのため、取り出した微小試料を所望の向きに確実に設置することが出来る。また、本発明は追加工可能なリフトアウト法には非常に有効である。該リフトアウト法の場合、微小試料の設置は特殊試料台に立てた状態で設置する必要があるため、精密な位置決めが必要とされる。従来のマニピュレータ付顕微鏡では、微小試料の向き補正を精度良く行うことが出来ないため、人為的なミスが生じやすかった。しかし、本発明では、微小試料取り出し装置に搭載された低振動回転機構を用いているので、精度良く微小試料の向き補正が可能であり、微小試料を確実に設置することが可能となる。

以下に、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。

図1は、一般的な回転機構例として低振動ステッピングモータを利用してプローブを回転させる機構例を示している。ＸＹＺ駆動機構５はその支持するものをＸ，Ｙ，Ｚの３次元方向に駆動させる。ＸＹＺ駆動機構５とプローブ保持具３の間にそれぞれに固定して低振動ステッピングモータ４を設ける。プローブ保持具３は円筒状あるいは円柱状でプローブ２を保持する。プローブ保持具３は低振動ステッピングモータ４の回転軸に取り付けられる。プローブ2により微小試料1を取り出した後、低振動ステッピングモータ4を回転させ、プローブ保持具3全体を回転させる。この時、プローブ先端部の様子は光学顕微鏡により観察され、微小試料が所望の向きになった時点で低振動ステッピングモータの回転を止める。以上のように微小試料1の向きを、プローブ保持具3に触れずに精度良く調整することが可能である。観察手段としては、他に電子顕微鏡やイオン顕微鏡を用いることもできる。すなわち本発明においてはプローブ保持具にふれずに微少試料の向きを調整することができるので、真空装置内に配置された試料を電子顕微鏡やイオン顕微鏡で観察しながら微少試料の向きを調整することができる。

上記の例ではプローブ保持具全体を回転させる機構について述べた。これらの機構をプローブ保持具に内蔵させることにより、プローブ保持具先端部のみを回転させることも可能である。プローブ保持具に回転機構を内蔵させた場合、回転する部分の長さが短くなり、偏心があった場合にも回転時のずれを低減させることができる。

図２に本発明の微小試料取り出し方法の実施例を示す。ここでは、追加工可能なリフトアウト法における実施例を説明する。まず、図２（ａ）に示すように、ウェーハの所望の箇所に集束イオンビーム７を照射し、観察の対象となる領域を薄片化加工する。通常、このときの薄片部の厚さは1〜10μｍ程度である。次いで、図２（ｂ）に示すように、微小試料１をプローブ２に付着させる。微小試料１を取り出す際、微小試料のプローブへの付着は、プローブと微小試料間に働く静電気力により行われる。このため、微小試料のプローブ上での向きは任意の方向を向くことになる。そこで、図２（c）に示すように,微小試料取り出し装置に搭載された回転機構を用いて微小試料の向きを顕微鏡により確認しながら精度良く調整する。この向き調整は低振動回転機構を用いているので、微小試料に振動を与える心配はない。従って、振動によって微小試料を紛失することはない。向き調整が行われた微小試料は図２（ｄ）に示すように、追加工用の特殊試料台８上に置かれ固定した後、荷電粒子ビーム７により追加工が施される。

追加工可能なリフトアウト法では、微小試料を置く向きを変えることにより観察面を変更することが出来る。図３はその例を示している。図３（a）は微小試料を取り出した後、微小試料を、取り出したウェーハの表面側が上向きとなるように置く。上方から荷電粒子ビームを走査照射し、薄片化する。そして薄片化した後に、表面と直行の向き、つまり断面方向の観察を行う例である。図３（ｂ）はウェーハの表面側を横向きにおき、表面と同じ向きにエッチング加工を行い薄片化する。つまり、平面方向の観察を行う例である。この場合、微小試料を観察したい面に合わせて正確に所望の向きに調整することが重要となる。本発明では、微小試料取り出し装置に搭載された回転機構を用いて微小試料の向きを正確に調整することが出来る。そのため、本発明はこの用途において非常に有効である（図３(Ａ)）。

本発明の一実施形態である、モータを用いたプローブの回転機構を説明する図である。 微少試料の取り出しと該微少試料の特殊試料台への設置における本発明の実施例を説明する図である。 特殊試料台への微小試料の設置時における本発明の実施例を説明する図である。 従来のマニピュレータ顕微鏡を用いた微小試料の取り出し方法を説明した図である。 従来の微小試料取り出し方法の問題点を説明した図である。 従来のマニピュレータ付顕微鏡の構成を説明する図である。

符号の説明

１ 微小試料
２ プローブ
３ プローブ保持具
４ 低振動（ステッピング）モータ
５ プローブ操作用ＸＹＺ駆動機構
６ ウェーハ
７ 荷電粒子ビーム
８ 特殊試料台
９ 有機薄膜
１０ 人間の手
１１ 光学顕微鏡

Claims (6)

1. 被加工試料より切り出された微小試料を取り出すことを目的とされた、試料を取り出すためのプローブと、前記プローブを保持するためのプローブ保持具と、前記プローブ保持具をＸＹＺの３次元方向に動作させるＸＹＺ駆動機構と試料及びプローブを観察する為の観察機構を搭載したマニピュレータ付顕微鏡において、前記プローブをその中心軸の回りに回転させる低振動R軸回転機構を搭載することを特徴とする微小試料取り出し装置。
2. 前記低振動Ｒ軸回転機構は、前記ＸＹＺ駆動機構と前記プローブ保持具の間にそれぞれに接続されて設けられていることを特徴とする請求項１に記載の微小試料取り出し装置。
3. 前記低振動Ｒ軸回転機構は、前記プローブ保持具内に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の微小取り出し装置。
4. 前記観察機構が、光学顕微鏡であることを特徴とする請求項１に記載の微小取り出し装置。
5. 前記観察機構が、電子顕微鏡あるいはイオン顕微鏡であることを特徴とする請求項１に記載の微小取り出し装置。
6. 被加工試料より切り出された微小試料を、試料を取り出すためのプローブと前記プローブを保持するためのプローブ保持具と前記プローブ保持具を操作するためのＸＹＺ駆動機構と試料及びプローブを観察する為の観察機構を搭載したマニピュレータ付顕微鏡を用いて取り出す方法において、前記マニピュレータ付顕微鏡に低振動R軸回転機構を搭載させることにより、プローブの回転方向を制御して切り出された微小試料の向きを制御することを特徴とする微小試料取り出し方法。

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