JP2006170734A

JP2006170734A - 試料作製装置

Info

Publication number: JP2006170734A
Application number: JP2004362163A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Kanazawa; 大介金澤; Kazuhiro Gunji; 和弘郡司; Noriyuki Kaneoka; 則幸兼岡
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2004-12-15
Filing date: 2004-12-15
Publication date: 2006-06-29

Abstract

【課題】
試料から分析や観察に必要な部分のみの試料片を短時間に摘出でき、かつ安定した試料像の観察または精度の高い試料の加工ができる試料作製装置を提供する。
【解決手段】
試料室と、該試料室内に設置される試料ステージと、該試料ステージにセットされた試料から摘出した試料を載置する、該試料ステージに載置された試料ホルダと、前記試料ステージにセットされた試料に集束イオンビームを照射する集束イオンビーム照射光学系と、を備えた試料作製装置であって、前記試料ホルダを前記試料ステージと独立して移動させる試料ホルダ移動機構を備えた試料作製装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、集束イオンビームを用いて試料を加工する試料作成装置に係り、特に元試料から分析や観察に必要な部分のみの試料片を摘出して該試料片を観察または加工が可能な試料作製装置に関する。

半導体デバイスの高集積化に伴い、デバイス製造プロセスの評価や不良個所を電子顕微鏡を用いて行うことが一般化している。

従来は半導体デバイスが形成された半導体ウェハを割って観察用試料を取り出し、該試料を集束イオンビーム等を用いて加工した後、電子顕微鏡（反射型電子顕微鏡，透過型電子顕微鏡）にて観察していた。しかし、一部の観察のためにウェハ全部を廃棄するのはコストがかかることから、観察対象部位のみをウェハから切り出し、残りのウェハは使用する、いわゆるマイクロサンプリングが提案されている。特許文献１にはウェハを載置して観察目標部分を局所的に切り出すウェハ用試料ステージと、切り出した試料を装着して透過電子顕微鏡により観察可能な試料に加工するＴＥＭ用試料ステージをＦＩＢ試料室内に備えたＦＩＢ試料作成装置が開示されている。

特開２００２−６２２２６号公報

特許文献１記載の技術では、ＴＥＭ用試料ステージがウェハ用試料ステージから独立しているが、このような構成ではＴＥＭ用試料ステージが微小振動し焦点があわせにくい可能性があった。

一方で、図８に示すようにＴＥＭ用試料ステージ（試料キャリア）１７をウェハ用試料ステージ１の上に固定した場合、ＦＩＢ加工した試料片を試料カートリッジ(試料ホルダ)５に固着する際の固着面は、ＴＥＭの観察範囲である試料カートリッジの中心部となる。この固着面の高さを試料ホルダに搭載したウェハの観察面と一致させた場合、試料カートリッジの上部はウェハ表面よりも飛び出してしまうことになる。この高さはＴＥＭホルダの半径に近い値で通常１０mm程度である。そのため、ワーキングディスタンスを短くした電子レンズでは、試料カートリッジの上部が電子レンズに接触する可能性がある。接触を回避して試料カートリッジ周辺にステージを移動する際には２通りの方法が考えられる。１つは試料ステージを一旦下げてから目標位置に移動させた後ステージを上げる方法。もうひとつは、ステージを下げなくても接触しないルートを通って試料ステージを移動する方法である。

ステージを上下させる方法では、ステージの上下に時間を要するため高速の移動ができない。特に大口径ウェハ用の試料ステージ、及び、ウェハホルダは、重量が重く高速で上下させることが難しい。また、接触しないルートを通る場合にもステージの座標を常に監視して、ある決まった座標に移動させた後、指定したルートを通って移動することとなるので、最短の移動が困難となる。

また、図９に示すように試料カートリッジの上部がウェハ表面と同じ高さとした場合、電子レンズのワーキングディスタンスが長くなってしまい分解能が低下する問題がある。さらに試料カートリッジ位置で試料ステージを上昇させてワーキングディスタンスを短くしようとすると電子レンズ以外の突起物にウェハ表面が接触する恐れがある。

本発明の目的は、大口径の試料から電子顕微鏡で解析できる数μｍの試料片を取り出すことが短時間に確実に行え、かつ解析の際にも試料の振動等がなく安定して観察可能な試料作製装置を提供することにある。

以上に述べたような目的は、以下の構成を採ることによって達成される。

試料室と、該試料室内に設置される試料ステージと、該試料ステージにセットされた試料から摘出した試料を載置する、該試料ステージに載置された試料ホルダと、前記試料ステージにセットされた試料に集束イオンビームを照射する集束イオンビーム照射光学系と、を備えた試料作製装置であって、前記試料ホルダを前記試料ステージと独立して移動させる試料ホルダ移動機構を備えた試料作製装置。

試料室は荷電粒子線（イオンビーム，電子ビーム）が減衰しないよう、真空雰囲気に保持され得る手段を備える。試料ステージは大きな試料（半導体ウェハなど、最近は直径
３００mmのウェハが搭載可能なものが求められている）がそのままセットできるものが好ましい。大きな試料から試料を摘出するために集束イオンビームを照射して目的位置の試料を切り出すのに好適な補助機構があっても良い。例えば、大きな試料から切り出した試料を試料ホルダに移すために探針（プローブ）を備え、該探針の先に切り出した試料をデポジションガスを析出させることにより接着する機構があっても良い。試料ホルダは大きな試料から切り出した小さな試料を載置可能な構造を備え、ＸＹＺの三次元方向または一軸周りに回転できる機構を備えても良い。このようなホルダ移動機構を備えた場合は、その機構も含めて、試料ステージに接するかたちで試料ホルダが載置されていることを特徴とする。これにより、試料ステージと独立して試料ホルダを備える場合に比べ、振動等の影響がなく安定した映像を得ることができ、また加工精度も向上する。更に、試料ホルダが試料ステージと接していることで、試料ホルダと試料ステージ間で座標を共有することができ、位置決め精度を向上することができる（試料ホルダと試料ステージが別々に設けられている場合は、相互間での座標の調整が必要になる）。

本発明によれば、半導体ウェハ等の大型試料ホルダに搭載された試料を迅速に観察可能とし、かつ試料ステージの可動領域を制限することなく、迅速に移動することを可能となる。試料カートリッジに装着した試料キャリアに試料から取り出した試料片を固着してすることが短時間で実施できる試料作製装置が実現できる。

以下本発明の実施例を図面を用いて説明する。図１は試料作製装置の試料ステージ部の構成を示す図である。

ＸＹの二次平面上の任意位置に移動可能な試料ステージ１上に試料ホルダ２が搭載されており、この試料ホルダ２上には、ウェハ等の試料３とこの試料３からＦＩＢ加工された数μｍの試料片４を固着させる試料キャリア１７を装着した試料カートリッジ５とそれを固定する試料カートリッジ支持台６が搭載されている。試料ホルダ２と試料カートリッジ支持台６は固定具７によって連結されている。試料カートリッジ支持台６の下部に上下方向に稼動する微動台８を設置し、接続子９を用いて試料カートリッジ支持台６と微動台８を接続する。これにより、試料カートリッジ支持台６は微動台８によって上下方向に移動することが可能となる。

図２は試料片取出しの状態を示す図である。ウェハ等の試料３の任意の位置に試料ステージ１を移動させる。集束イオンビーム照射光学系１８から出力される集束イオンビーム１９により試料３を加工し、探針２０を用いて試料片４を取り出す。この時、試料カートリッジ５は、微動台８によって下降した位置とする。

図３は試料カートリッジの位置に試料ステージを移動させた状態を示す図である。探針２０に試料片４を保持した状態で、ステージ１を試料カートリッジ５の位置に移動する。試料カートリッジ５は下降した位置であり、試料ホルダ２に突起する部分がなく、干渉を考慮することなく最短の距離で移動することができる。

図４は試料カートリッジを上昇させた状態を示す図である。微動台８によって試料カートリッジ５を上昇させる。固定具７は試料ホルダ２の内部方向に移動し、試料カートリッジ支持台６は試料ホルダ２の拘束から開放される。開放された試料カートリッジ支持台６はガイド１１に沿って試料ホルダ２の上面方向に移動する。試料カートリッジ支持台６は、試料ステージ１全体に比べて軽量であるため高速に移動することができる。

試料カートリッジ５を上昇させた状態で探針２０に保持した試料片４を試料キャリア
１７に接着する。その後、試料カートリッジ５は微動台８によって下降させる。微動台８により試料カートリッジ支持台６が下方向に移動すると共に固定具７は試料ホルダ２の内部方向に移動し、試料カートリッジ支持台６は試料ホルダ２の拘束から開放される。開放された試料カートリッジ支持台６はガイド１１に沿って試料ホルダ２の下面方向に移動する。これにより、試料カートリッジ支持台６の最頂部は試料ホルダ２表面下に設置されることになり、試料ホルダ２上に試料３のみとなり試料ステージ１の移動に関する制限を解消することができる。また、試料カートリッジ支持台６に固定具７を格納する溝１２を用意することにより、試料カートリッジ支持台６の移動における上限と下限を設けることにより、必要以上の移動を制限する。さらに、固定具７の先端に、接触検出等の位置検出器１３を搭載することにより、微動台８を簡単に制御することが可能とする。

図５は本発明に基づく試料ステージと試料ホルダにおける試料片を固着する試料ホルダを移動させる手段を説明した断面図である。図１とは異なり試料カートリッジ支持台６を予め試料ホルダ２の内部に格納している。図１と同様に、試料ホルダ２と試料カートリッジ支持台６は固定具７より連結されている。試料カートリッジ支持台６の下部にあたる位置に上下方向に稼動する微動台８を設置し、接続子９を用いて試料カートリッジ支持台６と微動台８を接続する。これにより、試料カートリッジ支持台６は微動台８によって上下方向に移動することが可能となる。微動台８により試料カートリッジ支持台６が上方向に移動すると共に固定具７は試料ホルダ２の内部方向に移動し、試料カートリッジ支持台６は試料ホルダ２の拘束から開放される。開放された試料カートリッジ支持台６はガイド
１１に沿って試料ホルダ２の上面方向に移動する。これにより、試料カートリッジ支持台６に装填されている小型試料カートリッジ５の試料観察面１４は試料ホルダ２に装填されている試料３と同じ高さとすることが可能となり、小型試料ホルダ上の試料片４の観察及び加工が可能になる。

図６は本発明の実施例を示す試料作製装置、特に試料ステージ１の上面図である。また、図７は試料ホルダ２の実施例である。試料ホルダ２上には、小型試料カートリッジ５と前記小型試料ホルダを固定する試料カートリッジ支持台６の他に、試料台１６を搭載する構造を持つ場合においても、図１及び図５で述べた実施例を適用することにより、試料台１６を試料ホルダ２内部へ移動することが可能となる。

本発明の試料作製装置の試料ステージ部の構成を示す図である。本発明の試料作製装置において、試料片取出しの状態を示す図である。本発明の試料作製装置において、試料カートリッジの位置に試料ステージを移動させた状態を示す図である。本発明の試料作製装置において、試料カートリッジを上昇させた状態を示す図である。本発明の試料作製装置の試料ステージ部の構成を示す図である。本発明の試料作製装置、特に試料ステージを説明する平面図である。本発明に基づいた試料ホルダの実施例を示す平面図である。試料カートリッジと集束イオンビーム照射光学系の位置関係を示す図である。試料カートリッジと集束イオンビーム照射光学系の位置関係を示す図である。

符号の説明

１…試料ステージ、２…試料ホルダ、３…試料、４…試料片、５…試料カートリッジ、６…試料カートリッジ支持台、７…固定具、８…微動台、９…接続子、１０…バネ、１１…ガイド、１２…溝、１３…位置検出器、１４…試料観察面、１５…試料室、１６…試料台、１７…試料キャリア、１８…集束イオンビーム照射光学系、１９…集束イオンビーム、２０…探針。

Claims

試料室と、
該試料室内に設置される試料ステージと、
該試料ステージにセットされた試料から摘出した試料を載置する、該試料ステージに載置された試料ホルダと、
前記試料ステージにセットされた試料に集束イオンビームを照射する集束イオンビーム照射光学系と、
を備えた試料作製装置であって、
前記試料ホルダを前記試料ステージと独立して移動させる試料ホルダ移動機構を備えたことを特徴とする試料作製装置。
請求項１記載の試料作製装置において、
前記試料ホルダ移動機構は、試料ステージに搭載された上下に移動する微動台であることを特徴とする試料作製装置。
請求項２記載の試料作製装置において、
前記試料ホルダ移動機構は、更にＸ軸Ｙ軸の二次元に移動可能であることを特徴とする試料作製装置。
請求項１〜３のいずれかに記載の試料作製装置において、
前記試料ホルダは前記試料ステージに脱着可能な脱着機構を備えたことを特徴とする試料作製装置。