JP2006234835A - 試料作製方法および装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウェハの表面近傍欠陥を容易に解析できる試料作製方法を提供する。
【解決手段】欠陥検出手段で検出した欠陥の位置座標を基準にして、その近傍にイオンビームなどによってマーキングし、試料を透過型電子顕微鏡で観察して、マーキングと欠陥との相対位置関係から、欠陥部を特定し、目的とする欠陥部を含む試料を確実に作製する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ウェハの表面近傍欠陥を検出して解析するための試料作製方法および装置に関する。

半導体装置の製造では良品を淀みなく生産し続けることが求められる。生産個数が大量であるため、ある工程での不良発生が製品歩留りの低下に直接つながり、採算に大きく影響する。しかし、全く不良品なく生産できることは稀で、ある程度の不良品は必ず発生する。このため、欠陥や異物、加工不良をいかに早期に発見し、それらを低減するかが大きな課題となる。

このため半導体装置の製造現場では、特定のプロセス後やデバイス完成後には入念な検査が行なわれ、不良原因の追及と不良品の撲滅に注力している。実際には、製造工程で定期的または定量数ごとにウェハやデバイスを抜き取り、不良箇所の有無を検査している。例えば各プロセスでの検査箇所と検査項目を予め決めておき、各ウェハに対して常にその検査箇所をモニタして製造プロセスの異常を検出する方法や、完成後の回路パターンの欠陥や異物などをウェハの広範囲にわたって検査したり、動作確認を行ない、異常箇所があればそのデバイスを廃棄したり、異常原因を追及して対策する方法が行なわれる。

しかし、このような半導体装置の不良発生には、各種プロセスを行なう前のウェハ自身が有する表面欠陥の存在が大きく影響していることが明らかになりつつあり、プロセスを施す前のウェハ表面の評価が非常に重要になっている。

ウェハ表面近傍に発生する欠陥にはＣＯＰ（Ｃｒｙｓｔａｌ Ｏｒｉｇｉｎａｔｅｄ Ｐａｒｔｉｃｌｅｓ）欠陥やグロウイン（Ｇｒｏｗｎ−ｉｎ）欠陥などがあり、特にＧｒｏｗｎ−ｉｎ欠陥は表面からの深さが０．１から０．３μmに集中して発生している。このような欠陥が存在するウェハにデバイスを形成すると、ゲート酸化膜の絶縁破壊や接合リーク電流過多に起因した不良品が多発するとされている。このため、半導体装置製造に用いるウェハを事前に全面にわたって欠陥の数や分布を計測し、欠陥が異常に多いウェハをあらかじめ除外しておくことが、不良品を多発させない賢明な策となる。

しかし、存在する欠陥密度は、デバイス形成領域である表面から深さ０．５μm程度までの面密度に換算すると約１個／cm２となり、電子顕微鏡などの計測手段を用いた欠陥検出では膨大な時間を要する。つまり表面近傍欠陥をウェハの広範囲にわたって短時間で検出することが大きな課題となる。

最近、注目されている表面近傍微小欠陥計測装置（Ｏｐｔｉｃａｌ Ｓｈａｌｌｏｗ Ｄｅｆｅｃｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ；以下、ＯＳＤＡと略記）は、上記問題点を克服する装置であり、ウェハの広範囲にわたって欠陥分布を非破壊かつ短時間で計測でき、ウェハ評価に有力な装置となっている。

図２はＯＳＤＡ装置３０の動作原理を説明する図である。二種類のレーザ光源３１Ａ、３１Ｂから発するレーザ光３２Ａ、３２Ｂ（例えば波長は５２３nmと８１０nm）を反射鏡３３やレンズ３６によってウェハ５に斜入射させ、ウェハ５をステージ７に乗せた状態で並進および回転させながら上記レーザ光３２Ａ、３２Ｂをウェハ面に対してスパイラル状に走査させ、上記走査に伴って欠陥３４から発生するパルス状の散乱光３５をレンズ３６で集光し、波長別に光電子像倍管３７Ｂ、３７Ｅで検出し、発生した座標情報と二波長の信号強度を計算処理部３８に記録させる。また、カメラ３７Ａによってウェハ５の表面形状を記録することができ、光電子増倍管３７Ｅの前段には感度向上のために、光ガイド３７Ｄを介してイメージインテンシファイア３７Ｃがある。さらには光路途中に、ビーム平行化用レンズ３６や反射鏡３３を設置している。

計算処理部３８に蓄えられたデータによって欠陥の面内分布、欠陥の深さ位置分布、欠陥の粒径分布を求めることができる。計測可能な範囲は表面から深さ１μm程度であり、深さ分解能約０．１μm、平面分解能は１０nm程度である。従って、ウェハの表面近傍欠陥を解析するにはＯＳＤＡ装置でウェハ表面を広範囲かつ短時間に計測して、注目する所望の欠陥について電子顕微鏡を用いて詳細に解析する方法が得策となる。

なお、ＯＳＤＡ装置のさらに詳細な説明や測定例については、例えば「応用物理」（１９９７年）第５５巻、３月号、第１０９頁から第１１０頁にかけて解説されている（公知例１）。

上述したＯＳＤＡ装置は、ウェハの広範囲にわたって表面近傍欠陥の数や分布を短時間に検出することは可能であるが、欠陥の種類までは明らかにできない。
また、注目する所望の欠陥について電子顕微鏡を用いて詳細に解析しようとしても、以下の問題点のために所望の欠陥を的確に解析することは困難であった。

（１）欠陥種同定の問題
ＯＳＤＡ装置によれば短時間にウェハの広範囲にわたって表面近傍欠陥の数や分布などの情報が得られるものの、欠陥の種類や形状までは同定できない。そのため、複数種ある欠陥のうち特定の欠陥種についての発生原因の追及や、それらを低減させるための対策が打てないという問題点を抱えている。

（２）透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）試料の作製上の問題
ＯＳＤＡ装置による計測の空間分解能が１０μm程度であるため、ＯＳＤＡ装置によって検出された欠陥を高分解能のＴＥＭで解析しようとしても、サブμmの大きさの注目する表面近傍欠陥の位置をうまく特定することができない。特にＯＳＤＡで評価するウェハ表面は何ら印やパターンのない平滑面であるため、ＯＳＤＡによって欠陥のおおよその位置が明らかになっても、ＴＥＭ試料にするための手がかりがない。

また、ウェハ表面に平行な薄片をＴＥＭで観察する従来の平面ＴＥＭ観察法は、観察可能な面積が広いので、所望の欠陥部分を観察視野内に捉えうる確率は高くなるが、平面方向からのみの観察となるため、表面近傍欠陥を角度を変えて観察することができない。例えば断面方向からの形状観察ができれば、欠陥種を的確かつ正確に判断できるが、断面試料を作製する方法がない。

つまり従来技術では、特定の表面近傍欠陥を含む平面ＴＥＭ試料を作製して、ＴＥＭもしくはＳＴＥＭ観察することが、表面近傍欠陥を解析する上で有効な方法となるが、欠陥位置を正確に捉えた平面ＴＥＭ試料を作製する方法、また、平面ＴＥＭ観察で得られた欠陥について断面観察もできる試料の作製方法がなかった。

このような問題点も含んで、ＯＳＤＡ法によって短時間に得られた欠陥位置情報を利用して、特定位置の所望の欠陥について欠陥種同定ができる試料作製方法および試料作製装置が望まれていた。

上述の諸課題に鑑み、本発明の第１の目的は、ウェハの表面近傍欠陥検査で検出した表面近傍欠陥のうち、注目する欠陥を容易に観察もしくは解析できる試料作製方法を提供することにある。また、第２の目的は、上記第１の目的を実現する試料作製装置を提供することにある。

上記第１の目的である欠陥解析方法を実現するために、本発明においては次の構成からなる方法または装置が提供される。

（１）ウェハの表面近傍欠陥を検出する欠陥検出工程と、上記欠陥検出工程によって検出した表面近傍欠陥のうち所望の表面近傍欠陥の近傍に識別用のマークを施すマーキング工程とを含む試料作成方法。

（２）ウェハの表面近傍欠陥を検出して、上記表面近傍欠陥の座標情報を記憶する欠陥検出工程と、上記座標情報をもとに所望の表面近傍欠陥を識別するマークを施すマーキング工程と、上記マークをもとに上記所望の表面近傍欠陥に対して観察または計測または分析のうちのいずれかを施すのに適した試験片に加工する加工工程とを含む試料作製方法を用いることにより、ウェハ表面近傍欠陥のうち注目する欠陥を確実に捉えて形状観察できる試料を作製する。

（３）上記（１）または（２）における上記欠陥検出工程は、上記ウェハ表面の広範囲に、かつ上記ウェハに対して相対的にレーザ光を走査し、上記ウェハ表面近傍から発生する散乱光を受光して上記表面近傍欠陥の存在位置を検出する工程である。

（４）上記（３）の工程は、波長の異なる複数本のレーザ光を上記ウェハに対して相対的に走査して、上記ウェハの表面近傍から発生する散乱光によって上記表面近傍欠陥の存在位置を検出する工程とすることで、ウェハ表面近傍欠陥をより確実に検出することができる。

（５）上記（１）または（２）における上記マーキング工程は、レーザ光、イオンビーム、電子ビーム、メカニカルプローブのうちの少なくともいずれかを用いて行う。

（６）特に上記（５）において、イオンビームのうち集束イオンビームまたは投射イオンビームの照射による描画もしくは加工のいずれかによって上記ウェハの表面の一部に凹部もしくは損傷領域を形成する加工か、または（７）電子ビーム照射によって試料面に上に上記試料周辺の雰囲気を構成する成分を含む付着物を形成する加工か、または（８）先鋭化した金属プローブもしくはダイヤモンドによる機械的な凹部もしくは損傷領域を形成する加工を含む工程とすることによって、所望の表面近傍欠陥を識別するためのマークを確実に施すことができる。

（９）上記（２）における試験片は、透過型電子顕微鏡または走査型透過電子顕微鏡による観察または計測のための試験片として加工することで、検出した表面近傍欠陥の同定を確実にできる。（１０）特に上記（９）において、上記試験片における観察または計測する面を、上記ウェハの表面に対して垂直にするか、もしくは（１１）観察または計測する面を、上記ウェハの表面に対して平行にすることで、注目する表面近傍欠陥を多面的に観察することができる。さらに、（１２）上記（１０）における上記試験片をダイシング装置による上記ウェハの切断加工と、集束イオンビームによる加工によって作製すると所望の試験片が得られる。

（１３）上記（２）における加工工程は、上記マークを基準にして上記所望の表面近傍欠陥を含む微小試料を集束イオンビームによって上記ウェハから摘出する摘出工程と、上記微小試料を解析用試料ホルダに移送して固定する固定工程と、上記微小試料に対してさらに上記集束イオンビームによる加工を施して解析しやすい形状にする仕上げ工程とを含む工程であることによって、ウェハを割断することなく注目する表面近傍欠陥を含む試料片を作製することができる。

（１４）上記（２）における加工工程は、上記マークを基準にして上記ウェハを切断もしくは劈開して上記マークを含む小片とする工程と、上記小片についてウェハ裏面から研磨またはイオンシンニングのうちの少なくともいずれかを施してウェハ表面に略平行な薄片部を有する薄片試料を作製する薄片化工程を含む工程であれば、注目する表面近傍欠陥を含む平面試料片を作製することができる。

（１５）上記（１４）において、上記薄片化工程の後、さらに上記薄片部を透過型電子顕微鏡または走査型透過電子顕微鏡の観察によって上記マークと上記所望の表面近傍欠陥の相対位置関係を求める工程と、上記位置関係をもとに上記薄片部のうち上記表面近傍欠陥を含む一部を摘出して解析のための試料ホルダに固定する工程と、上記表面近傍欠陥を含んで上記ウェハ面に略垂直な薄片に加工する断面加工工程とを含むことで、注目する表面近傍欠陥を確実に含む断面試料片を作製することができる。

（１６）上記（２）の加工工程を、上記マークを基準にして上記ウェハを切断もしくは劈開して上記マークを含む小片とし、上記小片についてウェハ裏面から研磨またはイオンシンニングのうちの少なくともいずれかを施してウェハ面に略平行な薄片部を有する薄片試料を作製する工程と、上記薄片部を透過型電子顕微鏡または走査型透過電子顕微鏡の観察によって上記マークと上記所望の表面近傍欠陥の相対位置関係を求める工程と、上記薄片試料に対してさらに集束イオンビームまたは電子ビームによって所望の表面近傍欠陥の位置を詳細に識別する第２のマークを施す第２マーキング工程を伴う工程とすることで、注目する表面近傍欠陥を含む試料片をより正確に作製することができる。

（１７）上記（１６）の第２マーキング工程は、パルスレーザ、集束イオンビーム、投射イオンビーム、電子ビームのうちの少なくともいずれかを用いる工程であれば微細な箇所に確実にマーキングを施すことができる。

（１８）上記（１６）または（１７）における第２のマークが、直線状または格子点状に配置したドットもしくは線分、記号の集合のいずれかであると、試料にもともと存在する欠陥を識別しやすくする上で好適である。

（１９）上記（１６）から（１８）のいずれかにおいて、第２のマークを施した上記薄片試料を、透過型電子顕微鏡または走査型透過電子顕微鏡で観察して、所望の上記表面近傍欠陥と上記第２のマークとの相対位置関係を明らかにして、上記表面近傍欠陥の存在位置を特定する位置決定工程を伴うことで、所望の箇所を的確に見分けられるマークを付けることができる。

（２０）上記（１９）において、上記位置決定工程の後に、上記所望の表面近傍欠陥を含んで、上記表面近傍欠陥を断面方向から透過型電子顕微鏡または走査型透過電子顕微鏡で観察するための断面薄片試料に加工する断面薄片化工程を有する試料作製方法によって、注目する表面近傍欠陥を確実に含む試料片を作製することができる。

（２１）また、半導体ウェハにおける表面近傍欠陥の解析方法は、（ａ）レーザビーム照射によってウェハの表面近傍欠陥を検出する欠陥検出工程と、（ｂ）上記表面近傍欠陥の座標情報を記憶する記憶工程と、（ｃ）上記表面近傍欠陥のうち注目する表面近傍欠陥の近傍に集束イオンビーム（ＦＩＢ）照射によってマークを付けるマーキング工程と、（ｄ）上記ウェハを上記注目する欠陥と上記マークを含んだ小片に割断もしくは切断する工程と、（ｅ）上記小片を裏面から薄片化して薄片試料に加工する工程と、（ｆ）上記薄片試料を上記マークを基準に上記注目する表面近傍欠陥を透過型電子顕微鏡または走査型透過電子顕微鏡観察する観察工程の手順に従う方法によって、半導体ウェハにおける表面近傍欠陥を同定するための試料作製が実現できる。

（２２）上記（２１）において、さらに、（ａ）上記透過型電子顕微鏡または走査型透過電子顕微鏡観察による観察結果をもとに集束イオンビームによるさらに詳細な第２のマークを施す第２マーキング工程と、（ｂ）上記第２のマークを施した試料を透過型電子顕微鏡または走査型透過電子顕微鏡観察する観察工程と、ｃ）上記透過型電子顕微鏡または走査型透過電子顕微鏡観察をもとに上記注目する欠陥を含む観察領域を決定する工程と、（ｄ）上記決定した観察領域を含む微小試料を摘出する工程と、（ｅ）上記微小試料をＦＩＢによって上記所望の表面近傍欠陥を含む断面薄片試料に加工する断面薄片化工程と、（ｆ）上記断面薄片試料を透過型電子顕微鏡または走査型透過電子顕微鏡観察する工程、の手順を追加する方法によっても半導体ウェハにおける表面近傍欠陥を同定するための試料作製が実現できる。

（２３）上記（２２）または（２３）において、上記欠陥検出工程によって得た欠陥のうち、所望の欠陥について上記ウェハの表面に垂直方向と断面方向から透過型電子顕微鏡または走査型透過電子顕微鏡によって観察し、上記表面近傍欠陥を解析する表面近傍欠陥の解析方法によって注目する表面近傍欠陥を多面的に観察することができる。

また、本発明によれば、表面近傍欠陥の少ない良品のウェハを使って歩留よく半導体装置を製造するために、あらかじめ良品の半導体ウェハを選別する次のようなウェハの管理方法が可能となる。

（２４）半導体ウェハの表面近傍欠陥の検出によって得られた表面近傍欠陥の位置、数、分布、種類のうちの少なくともいずれかと、上記表面近傍欠陥の電子顕微鏡観察による形状観察結果と、上記ウェハに形成された半導体装置の動作不良の発生位置、発生数、不良の形態のうちの少なくともいずれかとの相関関係をデータベース化しておき、半導体装置の製造時に半導体ウェハの表面近傍欠陥の検出を定期的に行なって得られる検出結果と上記データベースに基づいて、上記半導体ウェハのスクリーニングを行なう半導体装置製造方法。

上記の試料作製方法または上記表面近簿欠陥の解析方法、さらには上記ウェハの管理方法あるいは半導体装置の製造方法を実現するための試料作製装置は、以下のような構成を有する。

（２５）ウェハの表面近傍欠陥を検出する欠陥検出部と、上記表面近傍欠陥のうち所望の欠陥の近傍にマークを付けるマーキング部とを少なくとも有する試料作製装置。

（２６）ウェハの表面近傍欠陥を検出する欠陥検出部と、上記表面近傍欠陥のうち所望の表面近傍欠陥の近傍にマークを付けるマーキング部と、上記欠陥検出部によって検出した欠陥のうち少なくとも注目する欠陥を含む微小試料を摘出して分析装置または観察装置または計測装置のうちの少なくともいずれかに搭載するのに適する形状に加工する試料加工部とを少なくとも有する試料作製装置。

（２７）ウェハの表面近傍欠陥を検出する欠陥検出部と、上記表面近傍欠陥のうち所望の欠陥の近傍にマークを付けるとともに、上記マークをもとにして上記表面近傍欠陥のうち所望の表面近傍欠陥を含む微小試料を摘出して、分析装置または観察装置または計測装置のうちの少なくともいずれかに適する形状の試料片に加工する試料加工部を有する試料作製装置。

（２８）上記（２６）または（２７）の試料加工部は、摘出した上記微小試料を別の部材に移動させる試料移動手段を有する構造とすることで、透過型電子顕微鏡など解析装置専用の試料ホルダに確実にしかも真空雰囲気中で搭載することができる。

（２９）上記（２５）から（２８）のいずれかにおいて、上記欠陥検出部と上記マーキング部、もしくは上記欠陥検出部と上記マーキング部と上記試料加工部、もしくは上記欠陥検出部と上記試料加工部のいずれかの相互間のウェハの出し入れを行なうウェハハンドラを設けた構成または（３０）上記（２５）から（２８）のいずれかにおいて、欠陥検出部と上記マーキング部、もしくは上記欠陥検出部と上記マーキング部と上記試料加工部、もしくは上記欠陥検出部と上記試料加工部の少なくともいずれかの相互間を上記ウェハが移動する搬送路を設けることで、欠陥検査からマーキングまたは試料作製までを効率よく実施できる。

（３１）上記（２５）から（３０）のいずれかにおいて、少なくとも上記欠陥検出部において検出した欠陥の座標情報を記憶する計算処理部を設けることで、マーキング部の位置出しを正確かつ迅速に行うことができる。

（３２）上記（２５）から（３１）のいずれかの上記欠陥検出部は、レーザを発生して上記ウェハに照射するレーザ光照射手段と、上記ウェハからの散乱光を検知する光検知手段とを少なくとも有する構成であるか、または、（３３）互いに異なった波長のレーザを発生して上記ウェハに照射する複数のレーザ発生手段と、上記ウェハからの散乱光を波長ごとに検知する複数の光検知手段とを少なくとも有する構成の試料作製装置であると表面近傍欠陥の存在位置を正確に検出できる。

（３４）上記（２５）から（３２）のいずれかのマーキング部は、レーザ光照射光学系、イオンビーム照射光学系、電子ビーム照射光学系、メカニカルプローブのうちの少なくともいずれかを有する構成とすることで、欠陥と明確に区別できるマークを付けることができる。

（３５）上記（３４）のイオンビーム照射光学系を集束イオンビーム照射手段または投射イオンビーム照射手段のいずれかとする構造とすることで、欠陥と明確に区別できるマークを付けることができる。

（３６）ウェハの表面近傍欠陥を検出して検出した欠陥の座標情報を記憶する表面近傍欠陥検出装置と、ウェハから所望の欠陥を含む微小試料片を摘出して、分析装置または観察装置または計測装置のうちの少なくともいずれかに適する形状の試料片に加工する試料作製装置と、欠陥の形状、構造を解析するＴＥＭもしくはＳＴＥＭと、ウェハ名称、欠陥座標、欠陥分布、試料片名称、欠陥画像のうちの少なくともいずれかのデータを蓄えたコンピュータとを相互にネットワークによって接続して表面近傍欠陥解析システムを構成することで、表面近傍欠陥を効率よく解析する装置を構成できる。

（３７）少なくとも一種類の波長のレーザを発生してウェハに照射するレーザ光照射部と、上記ウェハからの散乱光を検知する光検知部と、上記散乱光の発生した座標情報を記憶する計算処理手段とを少なくとも有する表面近傍欠陥検出装置において、上記ウェハの一部に集束イオンビームを照射する液体金属イオン源または電界電離ガスイオン源を搭載した集束イオンビーム照射手段を有した表面近傍欠陥検出装置によれば、表面近傍欠陥検出装置で欠陥の近傍に確実に正確にマークを施すことができる。

（３８）少なくとも一種類の波長のレーザを発生してウェハに照射するレーザ光照射部と、上記ウェハからの散乱光を検知する光検知部と、上記散乱光の発生した座標情報を記憶する計算処理手段と、所望の上記散乱光の発生部の上記座標情報をもとに発光部の近傍にレーザマークを施すレーザマーク用のレーザ光照射手段を有する表面近傍欠陥検出装置によって実現できる。

（３９）ウェハの一部にイオンビームを照射するイオンビーム装置において、少なくとも一種類の波長のレーザを発生して上記ウェハに照射するレーザ光照射部と、上記ウェハからの散乱光を検知する光検知手段と、散乱光の発生した座標情報を記憶する計算処理手段とを少なくとも有する表面近傍欠陥検出部を有した構成の集束イオンビーム装置によって検出したウェハ表面近傍欠陥の近傍に確実にマーキングすることができる。

本発明によれば、ウェハの広範囲にわたって検出した表面近傍欠陥に、容易にマーキングすることができ、かつその表面近傍欠陥を含んだ部分を容易に摘出し、薄片化できる。このため、注目した表面近傍欠陥を短時間で詳細に解析できる。

本発明による試料作製方法は、ウェハの表面近傍欠陥を検出する欠陥検出工程と、上記欠陥検出工程によって検出した表面近傍欠陥のうち所望の表面近傍欠陥の近傍に識別用のマークを施すマーキング工程とを含む方法とする。また、この試料作製方法を実現する装置は、ウェハの表面近傍欠陥を検出する欠陥検出部と、上記表面近傍欠陥のうち所望の表面近傍欠陥の近傍にマークを付けるマーキング部とを少なくとも有する構成とする。

＜実施例１＞
本実施例では、特に表面近傍欠陥検出部によって検出したウェハの欠陥のうち、所望の欠陥をウェハ面からＴＥＭ観察するための試料、いわゆる平面ＴＥＭ試料の試料作製方法について説明する。

平面ＴＥＭ試料を作製するためには、まず、欠陥を識別するマークを付けることが重要である。加工前のウェハ表面は、目印になるような配線などのパターンがない平滑面であるため、注目する欠陥を識別できる的確なマークを付することは非常に難しい。そこで、本方法では以下のようなマーキング工程を含む試料作製方法を用いる。

まず、欠陥検出部によってウェハの表面近傍欠陥の検出を行なって、得られた表面近傍欠陥の少なくとも座標情報、分布パターンなどを計算処理部に記憶させる。この時の欠陥の座標はウェハに事前に設けた基準位置を原点としている。その後、計測したウェハをマーキング部に移設して先の欠陥の座標情報をもとにマーキングを行なう。

表面近傍欠陥検出の対象とするウェハは半導体製造の加工前で、何らパターンがなく平滑である。電子ビーム走査による二次電子像（Scanning Electron Microscopy：以下、ＳＥＭ像）または、ＦＩＢ走査によって得られた二次電子像（Scanning Ion Microscopy：以下、ＳＩＭ像と略記）では、試料の表面形状を観察できるが、試料内部を見ることができない。また、ウェハ表面に目印になるような特異パターンがない試料に対して注目する欠陥の位置特定は困難である。
つまり、表面近傍欠陥の近傍にマーキングしようとしてもＳＥＭ像やＳＩＭ像からは正確な位置の判断がつかない。また、欠陥の寸法が０．１μm程度と小さく、手作業でのメカニカルなポインティングによるマーキングでは位置出しの精度が全くない。一方、ＦＩＢ走査での観察は高倍率で観察でき、その場で加工が可能なことから、欠陥座標が明らかであればマーキングの手段としてＦＩＢを用いることができる。

マーキング部は、ウェハを載置する試料ステージを有し、ウェハの基準位置を原点にして指示した座標を視野内に出せるように上記試料ステージを移動できる。欠陥検出時とマーキング時とにおいて、ウェハ上の同じ基準位置を原点に用いているが、欠陥検出時の座標の設定の仕方と、マーキング部の座標設定の仕方が異なる場合でも、事前に相互の座標系統一のための座標変換方法を決めて計算処理機に組み込んでおくことにより、相互の座標情報は共通化できる。

図３はウェハ５の表面にＦＩＢによるマークを施した例である。図３（ａ）はマークをメッシュ状に配置した例であり、マーク４１ａの間隔は約５μm、線幅約０．１μmで、縦横１０本で構成した（図３（ａ）はその一部）。図３（ｂ）は格子点状のドット４１ｂによるマーキング例である。マーキングのパタンは、他に図３（ｃ）のような短い線分４１ｃでもよいし、図３（ｄ）のような適宜の記号４１ｄの集合であってもよい。

ＳＩＭ像観察の際には、注目する表面近傍欠陥４２Ａは観察するできないが、上記マーク近傍の領域４２の内部には存在する。この領域４２は表面近傍欠陥検査部の空間分解能で決まる領域である。試料表面に施すマーク４１は要するに人工的な形状や配置であれば、欠陥と明確に区別できる。

なお、マークは所定の座標に微小電流ＦＩＢで形成する。ＦＩＢの電流が大きいと試料の破損領域が大きくなり、この後ウェハを薄片に加工する際、試料に大きな損傷を与え、本来観察すべき表面近傍欠陥４２Ａの原型を損ねる可能性が高いからである。この実施例に示した程度の領域４２であると、低倍率のＴＥＭ観察によって、マーク４１と注目する表面近傍欠陥４２Ａを同一視野で観察することができる。マーク４１は低電流のＦＩＢでウェハ５表面に軽い損傷を与える程度の浅い加工でも、ＴＥＭ観察で十分識別できる。

また、図４のように、光学顕微鏡で識別可能な大きめの大マーク４３も作る。
図４は光学顕微鏡用の大マーク４３と欠陥との相対位置を示すためのマーク４１の位置関係の例を示す。この大マーク４３はウェハ５を割断して小片５Ａとする際の目印となるもので、数１０μm程度の大きさでよい。また、大マーク４３自体は、試料に適度の深さの凹部を形成するだけで光学顕微鏡では光の反射の仕方で明確に確認できる。

次に、このウェハ５をダイヤモンドカッタやダイシングソーなどを利用して上記マーク４１と大マーク４３を含んで、大マーク４３の中間が小片５Ａのほぼ中央になるように１mm平方程度に切断する。次いで切断して得た小片５Ａを、そのウェハ表面側を接着面にして、研磨治具に固定する。上記研磨治具には種々の形態があるが、基本的にはマイクロメータヘッドなど、μmオーダの寸法が計れる機器が設置された研磨治具を用い、試料の平面性を調節しながら研磨盤に押し当てて裏面から研磨し、厚さ１０μm程度の研磨試料を作る。

次いで、研磨治具から外した上記研磨試料を単孔メッシュに固定し、イオンシンニング装置に装着する。イオンシンニングでは、上記単孔メッシュを回転させながら裏面のみにアルゴンイオンを斜め照射し、上記研磨試料をさらに薄片化する。イオンシンニングは、通常、試料の表裏面からイオン照射を行なうが、本例は表面近傍欠陥を観察することが目的であるため、表面側からのイオン照射は行なわない。最終的に上記マーク４１がある中央付近を１００nm程度以下まで薄くして平面ＴＥＭ試料５Ｂとする。

この平面ＴＥＭ試料５Ｂは単孔メッシュと共にＴＥＭステージに装着してＴＥＭ解析する。平面ＴＥＭ試料５Ｂの観察では低倍率で数１０μm平方の広領域を一度に観察でき、先にＦＩＢ加工したマーク４１は人工的な形状と配列であるため容易に探し出すことができる。このマーク４１を基準にして注目する表面近傍欠陥４２Ａを特定し、平面方向から高倍率でＴＥＭ観察できる。

このように、本発明による試料作製方法は、欠陥検出によって得た座標もしくはその近傍にＦＩＢによってマークを施し、そのマークを基準に注目する欠陥を間違いなく探し出せる試料作製方法である。

なお、本実施例では、マークを付ける方法としてＦＩＢを用いた例を示したが、パルスレーザ光照射によるウェハ表面のアブレーションを利用したマーキングでもよい。さらに、電子ビーム照射によって試料近傍の雰囲気に含まれる例えば炭素などの不純物をウェハ上に堆積させてマークとしてもよいし、また、高精度に駆動するメカニカルな金属プローブやダイヤモンドプローブによる押し当てや引っ掻きなどによってマークとしてもよい。いずれの方法もＴＥＭ観察では欠陥との区別がつくので好適である。このように本発明の試料作製方法によって、表面近傍欠陥検出によって得られた欠陥のうち、注目する欠陥を平面方向から間違いなく観察することができるため、欠陥の解析を効率よく間違いなく行なうことができる。

なお、上記実施例では欠陥検出部とマーキング部を別々に構成して、対象とする試料を欠陥検出部からマーキング部に移設する例を説明したが、装置構成として欠陥検出部とマーキング部を別にする構成に限定されることはなく、欠陥検出を行なった場所でマーキングを行なってもよい。

＜実施例２＞
本実施例は、実施例１で作製した平面ＴＥＭ試料をＴＥＭ観察して検出した注目する表面近傍欠陥について、さらに断面方向からもＴＥＭ観察するための試料作製方法である。この方法については、上記実施例１に継続する工程として説明する。

図５（ａ）は平面ＴＥＭ試料５Ｂの平面ＴＥＭ像４４であり、マーク４１ｃと表面近傍欠陥４２Ａが確認でき、マーク４１ｃと表面近傍欠陥４２Ａのおおよその相対位置関係がわかる。まず、上記の注目する表面近傍欠陥４２Ａを含む平面ＴＥＭ像４４を低倍率像から高倍率像まで複数の領域を計算処理機に記憶させるか、写真など記録紙に残す。この時、基準のマーク４１ｃも表面近傍欠陥４２Ａと同じ画面内に入るようにしておくことが重要である。好ましくは複数個のマーク４１ｃが一緒に画像内に入っていると、注目する表面近傍欠陥４２Ａの位置出しが非常に容易になる。

次に、ＴＥＭ観察した平面ＴＥＭ試料５Ｂをメッシュに搭載したまま試料作製装置に移動させ、平面ＴＥＭ試料５Ｂから注目する表面近傍欠陥４２Ａを含むμmレベルの微小試料を摘出する操作を行なう。平面ＴＥＭ試料５Ｂから注目する欠陥を含む微小試料を摘出するには、注目部の位置を正確に把握しなければならない。

先に記したマークでは、マークの間隔が大きく、注目する欠陥との位置関係が正確に把握できなので、欠陥の位置を正確に識別するために、図５（ｂ）のように、平面ＴＥＭ画像をもとに再度さらに細かなマーキングを施す（以下、ここでのマークを第２マーク４６と呼ぶ）。

第２マーク４６の形状は図３に例示したものと同様のパターンでよいが、全体寸法をさらに小さくする。具体的な寸法例として、先のマーク４１ｃよりはるかに小さい幅約０．０５μm、長さ０．３μmの短い線分を０．５μm間隔で４辺に配置する。形成する第２マーク４６をなるべく小さくするためには、ＦＩＢの電流を極力小さく、照射時間も極力短くする。マークは薄片を貫通しなくても、人工的な配置をした損傷領域として残り、人工的形状のため欠陥とは容易に区別ができる。

このような第２マーク４６を施した平面ＴＥＭ試料５Ｂを再度ＴＥＭで平面観察すると、第５（ｂ）のように、上記第２マーク４６との相対位置関係から表面近傍欠陥４２Ａの位置がさらに詳しくわかる。このＴＥＭ像を計算処理機に記憶させるか写真など記録紙に残し、これをもとに、マーキング部で注目する表面近傍欠陥４２Ａを含む微小領域を平面ＴＥＭ試料から摘出して、表面近傍欠陥４２Ａを含む垂直方向の薄片に加工して断面観察用のＴＥＭ試料を形成できる。

以下に、注目する表面近傍欠陥４２Ａを含む試料５Ｃの摘出について図６を用いて詳しく説明する。

まず、先の第２マーク４６と注目する表面近傍欠陥４２Ａが同一視野にあるＴＥＭ像をもとに、表面近傍欠陥４２Ａの位置が表面観察で認別するための位置特定用マークキング６１を施す。具体的には図６（ｂ）のように、表面近傍欠陥４２Ａを挟むような配置にＦＩＢ６２で加工を施す。位置特定用マーク６１はさらに精密な加工位置合わせを実現するために線幅の細いマーク部６１’も有している。本実施例では、観察領域を挟んで５μmと１μm間隔で線分マークを４個、ＦＩＢ照射によって施した。

次に、図６（ｃ）に示すように上記２個の位置特定用マーク６１を結ぶ線分を覆うように試料保護ための保護膜６３を形成する。保護膜６３はデポジション用ガスを供給しつつＦＩＢ６２を矩型に走査することで走査領域に金属膜を形成することによってなされる。本実施例では幅約２μm、長さ１４μm、高さ１μm程度のタングステン膜を形成した。ただし、保護膜６３はタングステンに限ることはなく、炭素膜やプラチナ膜、シリコン膜などで形成してもよい。

次に微小試料の摘出工程に入る。図６（ｄ）のように、保護膜６３を囲むように、ＦＩＢ６２によってコの字状に切り込みを入れることでカンチレバー６５ができる。寸法例として、おおよそ幅４μm、長さ１８μm、試料厚さ０．１μmである。

次に、図６（ｅ）のように、カンチレバー６５にプローブ６６を接触させる。
プローブ６６は微小試料の移送手段の先端に固定したもので、移送手段の駆動部（図示せず）には、不注意なプローブ６６の押し付けによるカンチレバー６５やプローブ６６の破損を避けるために、プローブ６６が試料に接触した時点で＋Ｚ方向駆動を停止させる機能を有している。プローブ６６の接触後、プローブ６６をカンチレバー６５に固定するために、プローブ６６がカンチレバー６５に接触した状態でプローブ６６先端を含む約２μm平方の領域にデポジション膜６７を形成する。デポジション膜６７は保護膜６３と同じ方法で形成し、同じ成分でよい。こうようにしてプローブ６６とカンチレバー６５（摘出すべき試料）とが接続できる（図６（ｆ））。

その後、図６（ｇ）のようにカンチレバー６５の支持部６８にＦＩＢ６２を照射してスパッタ加工し、カンチレバー６５を切断する。切断後、プローブ６６を徐々に上昇させると、図６（ｈ）のように微小薄片試料５Ｃを元の平面ＴＥＭ試料５Ｂから分離摘出できる。

以下は図７を用いて欠陥４２Ａを断面方向から見るための断面ＴＥＭ試料を作る加工手順を説明する。

まず、図７（ａ）のように摘出した微小薄片試料５Ｃを平面ＴＥＭ試料５Ｂから上昇した状態で停止させ、試料ステージを試料ホルダ７０が微小薄片試料５Ｃの真下に来るように相対的に移動させ、次いで（図７（ｂ）のようにプローブ６６を降下させて微小薄片試料５Ｃを試料ホルダ７０に接触させる。微小薄片試料５Ｃが試料ホルダ７０に接触した時、プローブ６６の降下は自動停止される。

次いで、微小薄片試料５Ｃを試料ホルダ７０に固定するためにデポジション膜７１を微小薄片試料５Ｃと試料ホルダ７０にまたがるように形成する。本実施例でのデポジション膜７１は、微小薄片試料５Ｃの長手方向の端辺に２μm平方程度の大きさである（図７（ｃ））。その後、デポジション膜６７にＦＩＢ６２照射して微小薄片試料５Ｃからプローブ６６を分離し、プローブ６６破損を防止するためにプローブ６６をさらに試料ホルダ７０から遠避けて待機させる。さらに微小薄片試料５Ｃを試料ホルダ７０に確実に固定するために、微小薄片試料７０の長手方向の他端辺にも２μm平方程度のデポジション膜７１’を形成する（図７（ｄ））。

次に、試料ホルダ７０に固定された微小薄片試料５Ｃに対してＦＩＢ６２を照射して、試料ホルダ７０とともに側面を除去して凹部７２を形成する。本実施例では凹部７２の間口は約１０μm、奥行約２μm、深さは約３μmとした（図７（ｅ））。さらに、反対側の側面に、中央部に厚さが約０．１μmの薄壁が残るように凹部７２’を加工する（図７（ｆ））。

図７（ｇ）が完成した薄片試料の断面試料で、中央の薄壁部７３の上部７４が注目する表面近傍欠陥４２Ａ（図示せず）が含まれた微小薄片試料５Ｃの断面試料で、高さ約０．１μm、幅約０．１μm、長さ約１０μmの細線状である。参考のために、ＴＥＭ観察時の入射する電子線の方向を矢印７５で示した。このように、電子線は微小薄片試料の表面にほぼ平行に入射する。

このように、図６と図７で示した手順によって、表面近傍欠陥４２Ａを断面方向から観察するための試料を作成できた。本実施例の方法によると高精度に欠陥部位の位置出しができる。しかもこれらの工程をすべて真空雰囲気中で行なえるため、不要な微粉末の付着などが殆どなく加工できる。

このように作製した上記断面試料をＴＥＭに導入する。その後のＴＥＭ観察技術についてはよく知られているのでここでは説明を省略する。

このように平面ＴＥＭ像と注目部の断面ＴＥＭ観察で得られた断面ＴＥＭ像とを複合的に解釈することで、注目する表面近傍欠陥４２Ａの立体構造を推測することができる。例えば本実施例の場合、欠陥像が平面ＴＥＭ観察では正方形で、断面ＴＥＭ観察では菱形であったとすると、両ＴＥＭ像を複合的に解釈して欠陥は八面体構造であると解釈できる。このように、平面のみ、もしくは断面のみのＴＥＭ観察では解釈のつきにくい欠陥構造であっても、同一欠陥を９０°異なった方向から観察することによって、構造を正確に解釈できるようになった。

なお、マーキング方法については、ＦＩＢ以外にも、予めマーク形状の開口パターンを設けたステンシルマスクを用い、投射イオンビームによって複数のマークパターンを一気に形成してもよい。特に投射イオンビームでは観察視野の大きさに関わらず一定のマークパターンを付けることができるので、高倍率の視野についてもマークの数や配置が相似形のマーキングを行なうことができる。

＜実施例３＞
本実施例は、上記試料作製方法を実現するための試料作製装置に関する実施例である。

図１は、本発明による試料作製装置の一実施例で、全体の概略構成を説明するための平面図である。試料作製装置１は、欠陥検出部２とマーキング部３がウェハハンドリング部４を介して連結された構造である。マーキング部３はウェハ５を真空容器内に導入するためのロードロック室１６を備える。ウェハハンドリング部４はウェハ５を欠陥検出部２とマーキング部３へに出し入れするための機構であり、伸縮アーム４Ａと回転機構４Ｂなどを含む構成である。

ウェハ５の移動は通常、ウェハトレイ６に設置した状態で行なう。欠陥検出部２で注目すべき欠陥が検出された場合に、ウェハ５を欠陥検出部２からマーキング部３に移送したり、また、マーキング部３からウェハ５を搬出し、再度欠陥検出部２で検査することもできる。欠陥検出部２とマーキング部３の制御ならびにデータの収集や処理は計算処理部１５で信号線１５Ａ、１５Ｂを介して行なう。

欠陥検出部２の詳細な構成を図８で説明する。欠陥検出部２はウェハ５表面の表面近傍欠陥を計測する部分で、対象とするウェハ５はウェハトレイ６に設置し固定できる。このウェハトレイ６ごと高速に回転および並進運動ができる試料ステージ７に設置する。

ウェハ５に照射するレーザ光８Ａ、８Ｂは、半導体励起ＹＡＧレーザ９Ａ（波長５３２nm）と半導体レーザ９Ｂ（波長８１０nm）から出射される。各々のレーザビームの経路中にはビーム平行化用レンズ１０Ａ、１０Ｂ、反射板１１Ａ、１１’Ａ、１１Ｂ、１１’Ｂ等が配置され、ウェハ５に対して入射角７５°で集束入射できる。レーザ光８Ａ、８Ｂは、ウェハ５を回転させることで、ウェハ表面をスパイラル状に走査する。ビーム径はおよそ５μm×２５μmである。

装置構成としてさらに、表面近傍欠陥があればレーザ光の走査に伴って欠陥からパルス的に発生する散乱光１２を集める集光レンズ１３、反射板１１Ｃ，１１’Ｃ、波長別に散乱光１２Ａ、１２Ｂを検出する光電子増倍管１４Ａ、１４Ｂ、散乱光が発生した位置と二波長の信号強度を記憶させる計算処理機１５などを有している。このような構成で得られたデータによって、欠陥のウェハ面内分布、欠陥の深さ位置分布、欠陥の粒径分布などを求めることができる。

一方、マーキング部３は、ウェハ５を載置したウェハトレイ６ごとロードロック室１６を介して真空容器１７に導入できる構造である（図１参照）。真空容器１７にはウェハ５などを観察してマークを付けるＦＩＢ照射部１８とウェハ５を載置する試料ステージ１９、二次電子または二次イオンを検出する二次粒子検出器２０を含んでいる。計算処理部１５は欠陥検査部２の計算処理部１５と兼用で、ＦＩＢ照射部１８、試料ステージ１９、二次粒子検出器２０などを信号線１５Ｂを介して制御する。

ＦＩＢ照射部１８は、例えば液体金属イオン源、ビーム制限アパチャ、集束レンズ、対物レンズなどから構成され、液体金属イオン源から放出されたイオンビームを１０nm程度から数１００nm径のＦＩＢに形成する。ＦＩＢは偏向器の電圧印加方法により種々の形状に走査でき、局所的な加工ができる。ＦＩＢ照射時に試料から発生する二次電子または二次イオンを二次粒子検出器２０で検出することで、試料のＳＩＭ像もしくは二次イオン像をディスプレイに表示でき、顕微鏡としての役割も果たす。上記ＳＩＭ像は必要に応じて計算処理部１５に記憶させる。

計算処理部１５は欠陥検出部２で得た欠陥座標の情報を受け取って処理でき、検出した表面近傍欠陥の座標のうち、欠陥の深さや大きさを考慮して、注目する欠陥の座標を指示することで、試料ステージ１９が動作し、上記注目する欠陥をＦＩＢの視野内に停止させることができる。また、計算処理部１５に事前にマーク形状を記憶させておくことで、マーキングの命令を計算処理部１５に与えることにより、瞬時に実施例１で説明したようなマークを付けることができる。

このような試料作製装置１を用いることによって、検出した欠陥のうち注目する欠陥の近傍にマークを付けることができ、マークを付けた試料を解析することによって、注目する欠陥の形態などの詳細を明らかにできる。

なお、本実施例では、マークを付ける手段としてＦＩＢ照射部１８を設置したが、ＦＩＢ照射部１８のかわりに、試料表面のアブレーションを利用してマーキングを行なうために、エキシマレーザなどのパルスレーザ光照射部あるいは半導体レーザ光照射系を設置してもよいし、試料近傍の雰囲気に含まれる不純物を付着させてマークとするために、電子ビーム照射系を設置してもよい。また、機械的な押し当てや引っ掻きなどによってマークするために高精度で駆動できメカニカルな金属プローブやダイヤモンドプローブを設置してもよい。ただし、メカニカルプローブの場合、顕微手段が必要で、走査型電子顕微鏡などが併用される。
また、ＦＩＢ照射光学系のかわりに、投射イオンビーム光学系を用いてもよい。
いずれの方法でもＴＥＭ観察では欠陥と人工的なマークとの区別がつくので、欠陥の位置を特定し易く好適である。

＜実施例４＞
図９を用いて欠陥検査部２で検出した欠陥のうち、注目する欠陥を含むμmレベルの微小試料を摘出し、断面方向からＴＥＭ観察するための試料に加工する装置を説明する。

図９の試料作製部２３は、図１におけるマーキング部３の役割も果たし、マーキング部３の基本構成に微小試料を試料ホルダに移し変える試料移送部２４を少なくとも加えた構成で、局所的にデポジション膜を形成するためのガスを供給するデポジション用ガス源２５を搭載する場合もある。勿論、試料作製部２３は試料に対してマークを付けることも可能である。

試料移送部２４を駆動するための試料移送制御部２４’、デポジション用ガス源２５を駆動するためのデポジション源制御部２５’、ＦＩＢ４９を照射するＦＩＢ照射部１８を動作させるＦＩＢ制御部１８’や試料ステージ１９の位置を制御するためのステージ制御部１９’は計算処理部１５によって制御する。符号２２は試料５の表面状態。計算処理機１５の計算結果や各種制御装置への指示、動作状態などの表示部である。

試料ホルダ（図示略）はＴＥＭの試料ステージにサンプルを搭載するための治具で、ウェハトレイ６の一部に着脱可能な構造で、必要に応じて微小試料を搭載した試料ホルダをウェハトレイ６から離脱させてＴＥＭやＳＥＭ、その他解析装置に導入できる。本実施例で用いた試料ホルダの寸法は長さ２．６mm、上部幅３０μm、下部幅２００μm、高さ０．７mm（シリコンウェハ厚）の平板形状で、摘出した微小試料の固定面をシリコンウェハ面または劈開面とすることで、摘出した微小試料を固定面に固着してＴＥＭ観察しても固定面の凹凸が電子線照射を阻害することはない。また、試料ホルダの形状や寸法はこれに限ることはないが、固定面をウェハ面もしくはへき開面にすることと固定面幅をできる限り薄くすることが、ＴＥＭ試料に短時間で加工するためと、ＴＥＭ観察しやすくするために必要である。

また、ホルダカセット２７は上記試料ホルダを搭載する治具であり、ウェハトレイ６に付属して搭載されている。１個のホルダカセット２７に搭載する試料ホルダは１個でも複数個でもよく、特に複数個であれは試料ホルダの着脱や管理に便利である。また、ウェハトレイ６に設置するホルダカセット２７が複数個であってもよい。例えば１個の試料ホルダに摘出した微小試料を１個搭載するとして、１個のホルダカセット２７に１０個の試料ホルダが搭載でき、このホルダカセット２７がウェハトレイ６に５個搭載されているとすると、１枚のウェハから５０個の微小試料を連続的に摘出することができ、種々の条件での表面近傍欠陥を効率よく摘出でき、欠陥の解析を系統立って実施できる。

試料移送部２４はＸＹＺの３軸に動く粗動機構部２４ＡとＺ方向に微動する微動機構部２４Ｂから構成され、いずれも試料移送制御部２４’によって動作する。先端には微小試料を摘出するためのプローブ２８が接続されている。

試料移送部２４は、ウェハ５が大口径であってもその任意の箇所から素早くサンプリングできるようにするために、移動速度が早くストロークが大きい粗動機構部２４Ａと、粗動部の移動分解能と同等のストロークを有して高い移動分解能の微動部２４Ｂとで構成し、試料移送部２４全体を試料ステージ７と独立して設置して、サンプリング位置の大きな移動は試料ステージ移動に分担させた。

上記粗動機構部２４ＡのＸＹＺ方向の駆動はモータやギヤ、圧電素子などで構成し、数mm程度のストロークで、１μm以下の移動分解能を有している。上記Ｚ方向の微動機構部２４Ｂは、対物レンズと試料との間隔などの機械的制約から、できるだけコンパクトであることや、精密移動することが要求されるため、バイモルフ圧電素子を用いてサブμmの移動分解能が達成される。

微動機構部２４Ｂの先端に微小試料を摘出する際に用いるプローブ２８を備えている。ただし、試料移送部２４の構成はここに示した構成に限定されることはなく、３軸とも高精度に動作する機構を設置することで上記Ｚ軸の微動機能を省略してもよいし、回転機構を追加してもよい。

この試料移送部２４に類似した従来技術として特開平５−５２７２１号公報（公知例２）がある。この従来技術によれば、分離試料を搬送する搬送手段はバイモルフ圧電素子３個をＸＹＺ軸に対応して構成していて、その搬送手段の設置位置は、上記公報からステージ上に設置されていると読み取れる。この従来例のように搬送手段が試料ステージに設置されていると、注目する分離箇所が例えば直径３００mmのウェハの中心部にある場合では、搬送手段先端の移動ストロークが、搬送手段位置から試料の所望箇所までの距離に比べて遥かに小さいため、試料ステージに設置された搬送手段では注目する分離箇所に届かないという致命的問題点を有することになる。本実施例では上述のような不具合を避けるため、試料移送部２４を試料ステージと独立して設けたことも特徴の一つである。

デポジション用ガス源２５は先端のノズル２９から有機金属ガスなど噴射できる構造で、有機金属ガスを試料に噴射しつつＦＩＢ走査することで走査領域にガス成分のデポジション膜を形成することができる。このデポジション膜は試料表面の保護や部材同士の接着の役割を果たす。

試料５であるウェハはロードロック室１６を介して試料室内の真空度を損なうことなく試料ステージ１９上に導入できる。

このような装置を用いることで、平面ＴＥＭ試料における注目する欠陥をＴＥＭ観察するための試料を確実に加工することができ、同一の表面近傍欠陥を平面と断面の２方向からＴＥＭ観察することができ、これまで不明な点が多かった表面近傍欠陥の形態を多面的に解析できるようになった。

なお、本実施例４では、マーキング部と試料作製部とを兼用としたが、分離してもよく、例えば、マーキング部には電子ビームを利用したマーキング法を採用し、試料作製部は上述のＦＩＢを利用した構成としてもよい。また、ここで示した試料作製部を用いた微小試料の摘出方法については実施例２で詳述した。

＜実施例５＞
実施例３では、欠陥検出部２とマーキング部３をまとめて備えた試料作製装置を示し、実施例４ではマーキング部を兼ねた試料作製部２３と欠陥検出部２を有した試料作製装置としたが、図１０のように、専らウェハ５の表面近傍欠陥を検出する表面近傍欠陥検出装置８０と、専らウェハ５にマークを施すマーキング装置８１が機械的に独立した構成としてもよい。本実施例の場合、表面近傍欠陥検出装置８０とマーキング装置８１の座標系を共通化し、それぞれの座標情報を共有し、各々の装置の試料ステージの駆動系を制御する命令を出したり、ウェハ５の情報を蓄える計算処理機８２を有し、各々の装置とネットワーク８３で結合された構成とする。

対象とするウェハ５をマーキング装置８１に導入すると共に、表面近傍欠陥検出装置８０で検出した注目する欠陥の座標情報を指定することで、マーキング装置８１のステージを駆動させ、注目する欠陥部を素早く視野内に捉えられるようにすることができる。また、予め計算処理機８２に登録しておいたマーク形状をもとに、連続して加工できる構成としてもよい。さらには、このマーキング装置８１が試料作製装置を兼ねていてもよく、マーキング装置と試料作製装置を独立させて、上記３つの装置を共通の計算処理機によって制御、データ収集を行なう構成でもよい。

さらに、従来の集束イオンビーム装置に波長の異なるレーザがウェハに照射でき、散乱光を集束して分光し、検出器に送る機構を組み込んだ構成とし、各波長の散乱光から得られる表面近傍欠陥の存在座標を記憶する計算機が、集束イオンビーム制御や試料ステージの制御を兼ねる構成とすることで、検出した表面近傍欠陥のおおよそ近傍に集束イオンビームを照射することができる。

さらにまた、前記の表面近傍欠陥検出装置（例えばＯＳＤＡ装置）において、試料ステージを真空容器内に設置できるようにしておき、またその真空容器には少なくとも集束イオンビーム照射光学系、二次電子検出器、デポジション用ガス供給源を設置し、検出した欠陥のうち注目する欠陥を集束イオンビームの照射領域内に試料ステージで移動できる制御系ならびに計算処理機を設けることで、注目する欠陥の近傍に集束イオンビームによってマークを付けることができる。

＜実施例６＞
本実施例は、半導体ウェハの表面近傍欠陥を製造の初期段階で検出し、その検出結果をもとに、そのウェハが半導体装置の製造に使用できるか否かを判定する、すなわちスクリーニングを行なう半導体ウェハ管理方法に関するものである。

まず、データベースを作製しなければならない。数多くの半導体ウェハについて、表面欠陥検出装置を用いて表面近傍欠陥の数、面内および深さ分布、位置、形状、種類のうちの少なくともいずれかを計算処理機に記憶させる。一方、表面近傍欠陥に関して、すでに述べた本発明の方法によって作成した試料について、ＴＥＭないしＳＴＥＭによる形状観察を行い、その結果をなるべく多くの条件、例えば、ウェハ表面からの深浅度、密集度の高低、ウェハ周辺と中心部、欠陥寸法の大小等を計算処理機に記憶させる。このように記憶された多くのデータから、表面欠陥検出装置で得られた結果とＴＥＭないしＳＴＥＭによる形状観察結果の相関をとる。例えば「ある深さに分布する欠陥は八面体空孔が多い」などの傾向をデータベース化して計算処理部に記憶させる。

一方、半導体装置の製造に先立ち、使用するウェハについて表面欠陥検出を行なう。その時に得られる表面近傍欠陥の数、面内および深さ分布、位置、形状、種類のうちの少なくともいずれかをウェハの識別番号と共に計算処理部に記憶させる。また、最終的に仕上がった半導体装置をプローバ検査等のデバイス動作計測装置によって動作確認する。このとき得られる動作が良好なチップと不良動作するチップについて、表面欠陥検出で得られた対応する場所の各評価項目との相関をとる。さらに不良動作するチップについては、欠陥検出の結果と、欠陥と電子顕微鏡観察の結果との相関、および不良動作の原因、例えば絶縁膜の耐圧不良等とを対応付けて記憶させる。

このようにして、多くのウェハに対する表面欠陥検出結果と、欠陥の電子顕微鏡観察結果と、半導体装置の動作良好、不良の結果、不良部の原因との相関をデータベースとして計算処理部に蓄えておく。

このようなデータベースをもとに、半導体装置の製造現場においては、望ましくは製造に用いるウェハの全数について表面欠陥検出を行なう。このとき得られた表面近傍欠陥の数、面内および深さ分布、位置、形状、種類のうちの少なくともいずれかのデータを計算処理機に取り込んで、これまでに蓄えたデータベースと比較すると、計測したウェハを用いてこの後半導体装置製造プロセスを継続した場合の、ウェハ１枚あたりの良品取得の歩留りがおおよそ推測できる。ウェハ１枚の製造に関わるコストと製造によって得られる予測利益の比較から、ある水準以上の欠陥の多さや分布では、製造すれば損害が生じることが明らかになるので、製造の初期の段階で不良ウェハをスクリーニングできる。このスクリーニングよって、最終的な良品の半導体装置の取得歩留りが向上する。

本発明の一実施例による試料作製装置の概略構成を示す平面図。 従来のＯＳＤＡ装置の原理を説明するための縦断面図。 本発明によるマークキングの実施例を示すウェハ表面の部分平面図。 本発明によるマークキングの実施例を示すウェハ表面の部分平面図。 本発明による第２マークの形成工程を示すウェハ表面の部分平面図。 本発明の一実施例による微小試料を摘出する工程の手順を示す斜視図。 本発明の一実施例による微小試料の断面を形成する工程の手順を示す斜視図。 本発明の一実施例による欠陥検出部の構成を示す要部斜視図。 本発明の一実施例によるマーク検出部の構成を示す要部斜視図。 本発明の一実施例による試料作製装置のブロック図。

符号の説明

１…試料作製装置、２…欠陥検出部、３…マーキング部、４…ウェハハンドリング部、５…ウェハ、６…ウェハトレイ、７…試料ステージ、８…レーザ光、９Ａ、９Ｂ…光源、１５…計算処理機、１６…ロードロック室、１７…真空容器、１８…ＦＩＢ照射部、１９…試料ステージ、２２…ディスプレイ、２３…試料作製部、２４…試料移送部、２７…ホルダカセット、２８…プローブ、４１…マーク、４２Ａ…表面近傍欠陥、４４…平面ＴＥＭ試料像、４６…第２マーク、５Ａ…ウェハ小片、５Ｂ…平面ＴＥＭ試料、５Ｃ…微小薄片試料、６３…保護膜、６６…プローブ、７０…試料ホルダ、７４…断面試料。

Claims (8)

1. 電子ビームを照射してウェハ内の欠陥を特定する工程と、
   当該特定された欠陥の近傍に、第一のプローブにより押し当てまたは引っ掻きによりマークを形成するマーキング工程、
   上記ウェハにイオンビームを照射して、上記マークをもとに上記欠陥を含む微小試料を分離し、第二のプローブにより当該微小試料を上記ウェハから摘出する工程と、
   当該微小試料に対して上記イオンビームを照射して上記欠陥の観察、計測、または分析を行うための試験片を作成する工程を備えることを特徴とする試料作製方法。
2. 電子ビームを照射してウェハ内の欠陥を特定する工程と、
   プローブにより上記特定した欠陥の近傍にマークを付けるマーキング工程と、
   上記マークをもとに上記欠陥の観察、計測または分析のいずれかを行うのに適した試験片に上記ウェハを加工する加工工程を含むことを特徴とする試料作製方法。
3. ウェハの表面近傍の欠陥を検出する欠陥検出工程と、
   上記検出した欠陥を電子ビームを走査して特定し、当該欠陥の近傍にプローブによる押し当てまたは引っ掻きによりマークを形成するマーキング工程と、
   上記マークをもとに上記欠陥の観察、計測または分析のいずれかを行うのに適した試験片に上記ウェハを加工する加工工程を含むことを特徴とする試料作製方法。
4. 請求項１から３のいずれかに記載の試料作製方法において、
   上記加工工程が、上記マークを基準にして上記ウェハの欠陥を含む微小試料を少なくともイオンビーム加工により上記ウェハから摘出する工程と、
   上記微小試料を観察、計測または分析のための試料ホルダに移送して固定する工程と、
   上記微小試料に対してさらに上記イオンビームによる加工を施して観察、計測または分析に適した形状に仕上げる工程とを含むことを特徴とする試料作製方法。
5. 請求項１から４のいずれかに記載の試料作製方法において、
   上記試験片は透過電子顕微鏡または走査透過電子顕微鏡による観察、計測または分析のための試験片であることを特徴とする試料作製方法。
6. 請求項３に記載の試料作製方法において、
   上記欠陥検出工程において上記欠陥の座標情報を記憶し、当該座標情報に基づいて上記欠陥近傍にマークを形成することを特徴とする試料作製方法。
7. ウェハ内の欠陥を検出する欠陥検出装置と、
   上記欠陥検出装置によって検出した欠陥を特定する電子ビーム光学系と、当該欠陥の近傍にマークを付けるプローブとを有するマーキング部と、上記ウェハにイオンビームを照射して、上記欠陥を含む微小試料を上記ウェハより分離、摘出し、分析、観察または計測の少なくともいずれかを行うのに適した試験片に加工する試料加工部とを有する試料作製装置とを少なくとも備えることを特徴とする試料作製システム。
8. 請求項７に記載の試料作製システムにおいて、
   上記試料加工部は、
   上記欠陥を含む上記ウェハの微小領域にイオンビームを照射するイオンビーム照射光学系と、
   上記イオンビームを上記微小領域に照射して上記ウェハより分離した微小試料を摘出するプローブと、
   上記摘出された上記微小試料を載せる試料ホルダとを少なくとも備えることを特徴とする試料作製システム。

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