JP2006276031A - Sample analysis method and device - Google Patents
Sample analysis method and device Download PDFInfo
- Publication number
- JP2006276031A JP2006276031A JP2006159235A JP2006159235A JP2006276031A JP 2006276031 A JP2006276031 A JP 2006276031A JP 2006159235 A JP2006159235 A JP 2006159235A JP 2006159235 A JP2006159235 A JP 2006159235A JP 2006276031 A JP2006276031 A JP 2006276031A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- sample
- piece
- vacuum
- chamber
- probe
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
Images
Landscapes
- Sampling And Sample Adjustment (AREA)
- Testing Or Measuring Of Semiconductors Or The Like (AREA)
Abstract
Description
本発明は、半導体ウエハを検査して微小異物や欠陥など所望箇所を検出し、その所望箇所を含む試料片を集束イオンビームと移送手段を用いて摘出して、上記試験片を観察や分析、計測装置に対応した形状に加工して観察や分析、計測装置に送る試料解析方法および試料解析装置に係わる。 The present invention inspects a semiconductor wafer to detect a desired location such as a minute foreign object or a defect, extracts a sample piece including the desired location using a focused ion beam and a transfer means, and observes and analyzes the test piece. The present invention relates to a sample analysis method and a sample analysis apparatus which are processed into a shape corresponding to a measurement apparatus and observed and analyzed, and sent to the measurement apparatus.
半導体素子製造では良品をよど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や生産ラインの停止につながり、採算に大きく影響する。このため半導体素子の製造現場では、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品の撲滅と原因追及に注力している。実際には製造工程で、定期的または定量数ごとにウエ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。ウエハの場合、検査箇所と検査項目を予め決めておき各ウエ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、完成後のウエハ全面を隈無く検査して、回路パターンの欠陥や異物など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。 In semiconductor element manufacturing, it is required to continue producing good products without stagnation. Since the number of production is large, the occurrence of defects in a certain process leads to a decrease in product yield and production line stoppage, which greatly affects profitability. For this reason, at the manufacturing site of semiconductor elements, careful inspection is performed after a specific process or after the device is completed, and efforts are made to eliminate defective products and to investigate the causes. Actually, in the manufacturing process, wafers and devices are extracted regularly or at a fixed number, and the presence or absence of defective portions is inspected. In the case of wafers, the inspection location and inspection items are determined in advance, and each wafer is constantly monitored to detect abnormalities in the manufacturing process. If there is an abnormal part such as a pattern defect or a foreign object, the device is discarded or a countermeasure is taken to investigate the cause of the abnormality.
検査方法の一例として、ウエハ全面もしくは一部の領域の外観について異物の付着や形成された回路パターンの欠陥などを検出する検査方法があり、光や電子線を用いたウエハ外観検査装置(以下、ウエハ検査装置と略記)やウエハ検査電子顕微鏡(以下、検査SEMと略記)や、回路の断線や短絡など電気的不良を検出するプローバ装置などがある。 As an example of the inspection method, there is an inspection method for detecting adhesion of foreign matters or defects in a circuit pattern formed on the entire surface of a wafer or a partial area of the wafer. There are a wafer inspection device), a wafer inspection electron microscope (hereinafter abbreviated as inspection SEM), and a prober device for detecting an electrical failure such as a circuit disconnection or short circuit.
さらに詳細な試料外観観察には高分解能の走査型電子顕微鏡(以下、SEMと略記)が用いるが、半導体の高集積化に伴い、対象物がSEMの分解能では観察できないほど極微細なものについても解析することが必要となっている。この場合、SEMに代って観察分解能が高い透過型電子顕微鏡(以下、TEMと略記)が有力な装置となっている。 High-resolution scanning electron microscopes (hereinafter abbreviated as SEM) are used for more detailed specimen appearance observation. However, as the integration of semiconductors increases, objects that are so fine that the SEM resolution cannot be observed are also observed. It is necessary to analyze. In this case, a transmission electron microscope (hereinafter abbreviated as TEM) having a high observation resolution instead of SEM is a promising apparatus.
ここでTEM用の試料作製方法について説明する。図2は従来のTEM試料の作製方法のうちの一方法を説明する図である。図2(a)はLSIを形成した半導体ウエハ(以下、略してウエハ30という)で、上層部31と基板部32とからなる。このウエハ30のうちの特定領域についてTEM試料を作製するとする。まず、観察したい領域に目印を付け、観察領域を破壊しないようにウエハ30にダイアモンドペンなどで傷付け劈開するか、ダイシングソ−で例えば切断線33に沿って分断する。図2(b)のような切り出した短冊状ペレット34を2枚、作製するTEM試料の中央部が観察領域となるようにするため、観察領域同士を向かい合うように接着剤35で貼り合わせて、貼り合わせ試料36を作る(図2(c))。次に、この貼り合わせ試料36をダイヤモンドカッターでスライスし、スライス試料37を切り出す(図2(d))。このスライス試料37の大きさは、3×3×0.5mm程度である。さらに、このスライス試料37を研磨材を用いて研磨盤上で薄く研磨し、厚さ20μm程度の研磨試料38を作製し、これをTEMステージに搭載する単孔型TEMホルダ39に固定する(図2(e))。次に、この研磨試料38の両面からにイオンビーム40照射(図2(f))して、イオンシニングを行い(図2(g))、中央部に穴が開いたらイオンビーム40照射を止めてTEM試料41とする(図2(h))。
こうして、100nm程度以下に薄くなった薄片部42をTEM観察領域(図中円内)としていた。このような方法であるため、観察したい箇所がミクロンレベルで特定されている場合、位置出しは非常に難しい。
Here, a method for preparing a sample for TEM will be described. FIG. 2 is a diagram for explaining one of the conventional methods for producing a TEM sample. FIG. 2A shows a semiconductor wafer (hereinafter referred to as a
Thus, the thin piece portion 42 thinned to about 100 nm or less was used as a TEM observation region (in the circle in the figure). Because of this method, positioning is very difficult when the location to be observed is specified at the micron level.
また、TEM試料作製に関する別の従来手法として集束イオンビーム(以下、FIBと略す)加工を利用する例がある。図3で説明する。まず、観察すべき領域の近傍を、図3(a)に示すようにウエハ30をダイシングを行って(符号33が切断線である。)短冊状ペレット34を切り出す(図3(b))。このペレットの大きさは、おおよそ3×0.05×0.5mm(ウエハの厚み)である。この短冊状ペレット34をやや半円形した薄い金属片からなるTEM試料ホルダ37に固定する(図3(c))。この短冊状ペレット34の中の観察領域を、厚さ0.1ミクロン程度の薄片部(以下、ウォール部という)43を残すようにFIB24を照射し(図3(d))、薄壁部を形成する(以下、ウォール加工と言う。図3(e))。これをTEM試料41として、TEMホルダをTEMステージに搭載し、TEM装置に導入してウォール部43を観察する。この方法によって、観察部をミクロンレベルで位置出しすることが可能になった。また、この手法に関しては、例えば、E.C.G.Kirkらが、論文集 Microscopy of Semiconducting Materials 1989, Institute of Physics Series No.100., p.501-506(公知例1)において説明している。
In addition, there is an example in which focused ion beam (hereinafter abbreviated as FIB) processing is used as another conventional method relating to TEM sample fabrication. This will be described with reference to FIG. First, the
このように、TEMは高分解能観察が期待できるが、試料作製に多大の努力を要するという面を持ち合わせている。 As described above, TEM can be expected to provide high-resolution observation, but has the aspect of requiring a great deal of effort for sample preparation.
上述のように、従来の試料解析方法や試料作製方法には以下のような問題点があった。
(1)座標の問題:ウエハ全面もしくは一部の検査によって発見した異物や欠陥などの不良箇所を解析する際、ウエハ検査装置や検査SEMなどの検査装置内で不良箇所の座標が明らかになっても、実際に分析装置や観察装置、計測装置(以下、略して分析装置と代表させる)に入るような寸法に分断して分析試料片に加工しなければならず、先の不良箇所の正確な位置がわからなくなり、所望の解析ができないという問題が生じる。
(2)試料作製の問題:ウエハ検査装置や検査SEMによるウエハ全面もしくは一部の検査の結果、ある位置に不良箇所を検出しても、ウエハから解析試料片を作製する時に、解析の目的とする微小異物が無くなったり変質したり、又は、別の損傷を引き起こし重畳して本来の目的とする不良箇所の原因究明ができなくなることがある。これは従来の試料作製方法が試料の切断や研磨、へき開など機械的や化学的な手法に依っていたためで、当初の不良箇所をそのまま状態で分析装置に導入して的確な解析結果を得る歩留りは高いものではなかった。また、このような的確な解析が長時間に及ぶために最終的な製品に不良品が続発して多大の損害をもたらす場合すらある。
(3)ウエハ破損の問題:製造途中のある工程での仕上がりを監視するするために、ウエハの特定部のみの継続的な検査においては、定期的に定量数毎に、たった数点の検査箇所に対してウエハを分断して、検査箇所以外はすべて廃棄している。最近ではウエハ径が200mmとなり、さらに300mm、またそれ以上に大口径化する傾向にあるため、付加価値が高いデバイスが数多く搭載されたウエハを数箇所の検査のために切断や劈開で分離して、廃棄処分することは非常に不経済であった。
As described above, the conventional sample analysis method and sample preparation method have the following problems.
(1) Coordinate problem: When analyzing a defective part such as a foreign substance or a defect found by inspection of the entire surface or a part of the wafer, the coordinates of the defective part are clarified in an inspection apparatus such as a wafer inspection apparatus or inspection SEM. However, it must be divided into dimensions that can fit into the analyzer, observation device, and measurement device (hereinafter referred to as the “analyzer” for short), and processed into an analytical sample piece. There is a problem that the position is not known and the desired analysis cannot be performed.
(2) Problem of sample preparation: Even if a defective part is detected at a certain position as a result of inspection of the whole or part of the wafer by a wafer inspection apparatus or inspection SEM, In some cases, the minute foreign matter disappears or deteriorates, or another damage is caused and superimposed, and the cause of the original defective portion cannot be investigated. This is because the conventional sample preparation method relied on mechanical and chemical methods such as cutting, polishing, and cleaving of the sample, and the yield of obtaining accurate analysis results by introducing the original defective part into the analyzer as it was. Was not expensive. In addition, since such an accurate analysis takes a long time, defective products may occur in succession in the final product, resulting in a great deal of damage.
(3) Problem of wafer breakage: In order to monitor the finish of a certain process in the middle of the manufacturing process, in continuous inspection of only a specific part of the wafer, only a few points are inspected periodically for each fixed quantity. On the other hand, the wafer is divided and all parts other than the inspection point are discarded. Recently, the wafer diameter has become 200 mm, and the diameter tends to increase to 300 mm and beyond, so wafers with many high-value-added devices can be separated by cutting or cleaving for several inspections. Disposing of it was very uneconomical.
ここで、上記問題点(1)から(3)のいずれにも関係する例としてTEM試料を例に説明する。TEMは上述のように高分解能を有しているため、微小部分の解析には有力なツールであるが、 不良領域の特定から解析結果が出るまでに非常に長い時間を要するため、観察したいときに即座に結果の見えるSEMのようには普及していない。解析結果までに長時間を要する原因の一つは、TEM観察以前の試料作製過程にある。TEM観察領域は厚さを100nm程度にまで薄片化しなければならないため、従来方法では研磨や機械加工など試料作製者の熟練を要する手作業が伴っている。しかも、観察領域がミクロンレベルで特定されると試料作製は極めて困難になる。また、事前に顕微鏡に依ってミクロンオーダで特定していた不良領域の位置を試料作製中に見失ったり、間違ってしまうことが多々ある。また、ウエハから所望の試料片を作製するには、ウエハ劈開や切断など機械的加工によっているため試料への新たな損傷が発生し、本来の不良領域との区別がつかなくなる場合がある。さらに、TEMの試料室は非常に小さく、試料片をミリオーダの大きさに細分化しなければならず、ウエハは必ず分断せざるを得ない。一旦、分析や観察を行った後に、さらに隣接した箇所を別の分析や観察の必要が出た場合には、先の試料作製の分断のために後の分析領域が破壊や損傷を受けていたり、正確な位置関係が分からなくなって継続した分析や観察情報が得られないという問題を発生する。 Here, a TEM sample will be described as an example related to any of the problems (1) to (3). TEM has a high resolution as described above, so it is a powerful tool for analyzing minute parts, but it takes a very long time to identify the failure area and obtain the analysis result. It is not as widespread as SEM with immediate results. One of the causes of the long time required for analysis results is the sample preparation process before TEM observation. Since the thickness of the TEM observation region must be reduced to about 100 nm, the conventional method is accompanied by manual operations that require the skill of the sample creator, such as polishing and machining. Moreover, if the observation region is specified at the micron level, sample preparation becomes extremely difficult. In addition, the position of a defective area, which has been specified in a micron order in advance by a microscope, is often lost or mistaken during sample preparation. In addition, since a desired sample piece is produced from a wafer by mechanical processing such as wafer cleavage or cutting, new damage to the sample may occur, making it impossible to distinguish the original defective area. Furthermore, the sample chamber of the TEM is very small, and the sample piece must be subdivided into a size on the order of millimeters, and the wafer must be divided. Once an analysis or observation has been performed, if further analysis or observation of the adjacent area is necessary, the subsequent analysis area may be damaged or damaged due to the division of the previous sample preparation. This causes a problem that the accurate positional relationship is not known and continuous analysis and observation information cannot be obtained.
このような従来技術に対して、各種検査方法によって得られた不良箇所に対して、ウエハ形状を維持したまま、ウエハ上の所望の箇所のみを機械的や化学的な損傷を重畳することなく、各種分岐装置に導入できる試料片に加工して解析できる試料解析方法ならびに試料解析装置が望まれていた。 With respect to such a conventional technique, with respect to a defective portion obtained by various inspection methods, while maintaining the wafer shape, without overlapping mechanical or chemical damage only on a desired portion on the wafer, There has been a demand for a sample analysis method and a sample analyzer that can be processed and analyzed into sample pieces that can be introduced into various branching apparatuses.
上述の諸課題に鑑み、本発明の第1の目的は、ウエハ全面または一部の検査で検出した異物や欠陥など所望箇所を、ウエハを切断分離せずに正確に位置出して、各種分析に適した試料片に加工して各種分析装置で上記所望領域を解析できる試料解析方法を提供することにある。また、第2の目的は、上記第1目的を実現する試料解析装置を提供することにある。 In view of the above-mentioned problems, a first object of the present invention is to accurately locate a desired portion such as a foreign matter or a defect detected by inspection of the entire surface of a wafer or a part thereof without cutting and separating the wafer and performing various analyzes. An object of the present invention is to provide a sample analysis method capable of processing a desired sample piece and analyzing the desired region with various analyzers. A second object is to provide a sample analyzer that realizes the first object.
上記第1の目的を達成するためには、
目的とする試料片を観察、分析、計測のうちの少なくともいずれかによって調べる試料解析方法であって、試料基板を検査手段によって検出した異物や欠陥など所望箇所の座標情報を記憶する工程と、上記所望箇所の座標情報を基にして上記試料基板から上記所望箇所を含む試料片を集束イオンビームによる加工を利用して摘出して、上記摘出した上記試料片を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対応する試料ホルダに固定し、上記試料ホルダに固定した上記試料片を分析または観察または計測のうちの少なくともいずれかに適する形状に加工する工程と、上記試料片を固定した上記試料ホルダを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導入して上記所望箇所の解析を行なう工程とからなる試料解析方法を用いて、
特に、上記検査手段が光学式ウエハ検査装置、ウエハ検査用走査電子顕微鏡、レーザ走査顕微鏡、光学式顕微鏡のうちの少なくともいずれかを用いる。
In order to achieve the first object,
A sample analysis method for examining a target sample piece by at least one of observation, analysis, and measurement, the step of storing coordinate information of a desired location such as a foreign substance or a defect detected by an inspection means on a sample substrate, and Based on the coordinate information of the desired location, the sample piece including the desired location is extracted from the sample substrate using processing by a focused ion beam, and the extracted sample piece is analyzed by an analyzer, an observation device, or a measurement device. Fixing to the sample holder corresponding to at least one of them, processing the sample piece fixed to the sample holder into a shape suitable for at least one of analysis, observation or measurement, and fixing the sample piece The sample holder is introduced into at least one of an analysis device, an observation device, and a measurement device to analyze the desired portion. Using the sample analysis method consisting of a degree,
In particular, the inspection means uses at least one of an optical wafer inspection apparatus, a scanning electron microscope for wafer inspection, a laser scanning microscope, and an optical microscope.
また、上記試料片を集束イオンビームによる加工を利用して摘出する工程の前に、光学顕微鏡による位置合わせ工程をともなってもよい。 In addition, an alignment step using an optical microscope may be performed before the step of extracting the sample piece using processing using a focused ion beam.
さらに、上記試料解析方法において、特に、上記試料片を集束イオンビームによる加工を利用して摘出する工程の前に、上記集束イオンビームによって上記所望箇所近傍に上記所望箇所が確認できる目印を付す工程をともなうことで所望箇所を確実に加工できる。 Furthermore, in the sample analysis method, in particular, before the step of extracting the sample piece using processing by a focused ion beam, a step of attaching a mark that allows the desired location to be confirmed in the vicinity of the desired location by the focused ion beam With this, the desired part can be processed reliably.
また、上記試料解析方法において、上記試料ホルダに固定した上記試料片に対してさらに集束イオンビーム照射による薄壁加工を施して透過型電子顕微鏡観察用の試料に仕上げる工程を含むことで、透過型電子顕微鏡観察までに要する時間が大幅に単縮できる。 The sample analysis method further includes a step of performing thin wall processing by focused ion beam irradiation on the sample piece fixed to the sample holder to finish a sample for observation with a transmission electron microscope. The time required for electron microscope observation can be greatly reduced.
また、上記第2の目的は、
ウエハを検査して異物や欠陥など所望箇所の座標情報を記憶するウエハ検査部と、上記所望箇所の座標情報を基にして上記試料基板に対して集束イオンビームを利用して上記所望箇所を含む試料片を摘出して分析または観察または計測のうちの少なくともいずれかに適する試料ホルダに固定して加工する試料作製部とから構成され、上記ウエハ検査部と試料作製部とは上記ウエハを移動するための真空搬送路によって連結した構造とする。または、
ウエハを検査して異物や欠陥など所望箇所の座標情報を記憶するウエハ検査部と、上記所望箇所の座標情報を基にして上記試料基板に対して集束イオンビームを利用して上記所望箇所を含む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試料ホルダに固定して、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部と、上記試料片の解析を行なう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の解析部とを少なくとも有し、上記ウエハ検査部と試料作製部、解析部とは上記ウエハを移動するための真空搬送路によって連結した構造とする。または、
ウエハを検査して異物や欠陥など所望箇所の座標情報を記憶するウエハ検査部と、上記所望箇所の座標情報を基にして上記試料基板に対して集束イオンビームを利用して上記所望箇所を含む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試料ホルダに固定して、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部と、上記試料片の解析を行なう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の解析部とが機械的に独立して構成され、少なくとも上記ウエハ検査部での上記所望箇所の座標情報を上記試料作製部と上記解析部に伝達する情報伝達手段によって連結した構造とする試料解析装置でもよい。また、この構造においては、さらに、ウエハ検査部と試料作製部と解析部の間は、ウエハおよび試料ホルダもしくは試料ホルダを搭載した治具を真空容器によって搬送する構造としてもよい。
The second purpose is to
A wafer inspection unit for inspecting a wafer to store coordinate information of a desired location such as a foreign substance or a defect, and the desired location using the focused ion beam with respect to the sample substrate based on the coordinate information of the desired location A sample preparation section for extracting and fixing a sample piece to a sample holder suitable for analysis, observation or measurement, and processing the wafer. The wafer inspection section and the sample preparation section move the wafer. For this purpose, the structure is connected by a vacuum transfer path. Or
A wafer inspection unit for inspecting a wafer to store coordinate information of a desired location such as a foreign substance or a defect, and the desired location using the focused ion beam with respect to the sample substrate based on the coordinate information of the desired location Extract the sample piece and fix it on a sample holder suitable for at least one of the analysis device, observation device or measurement device, and form a sample piece in a shape suitable for at least one of the analysis device, observation device or measurement device. It has at least a sample preparation unit to be processed and an analysis unit that analyzes the sample piece, or at least one analysis unit of an observation device or a measurement device. The wafer inspection unit, the sample preparation unit, and the analysis unit are The wafer is connected by a vacuum transfer path for moving the wafer. Or
A wafer inspection unit for inspecting a wafer to store coordinate information of a desired location such as a foreign substance or a defect, and the desired location using the focused ion beam with respect to the sample substrate based on the coordinate information of the desired location Extract the sample piece and fix it on a sample holder suitable for at least one of the analysis device, observation device or measurement device, and form a sample piece in a shape suitable for at least one of the analysis device, observation device or measurement device. A sample preparation unit to be processed and at least one of an analysis device, an observation device, or a measurement device for analyzing the sample piece are mechanically independent, and at least the wafer inspection unit described above A sample analysis apparatus having a structure in which coordinate information of a desired location is connected by an information transmission unit that transmits the sample preparation unit and the analysis unit may be used. In this structure, a wafer and a sample holder or a jig on which the sample holder is mounted may be transported by a vacuum container between the wafer inspection unit, the sample preparation unit, and the analysis unit.
上記試料解析装置もしくは試料解析システムにおいて、特に、検査装置が光学式ウエハ検査装置、ウエハ検査用走査電子顕微鏡、レーザ走査顕微鏡、光学式顕微鏡のうちのいずれかにすること、もしくは、解析部における観察装置が特に、インレンズ型走査型電子顕微鏡、透過型電子顕微鏡のうちのいずれかとすることで、効率よく検査することができる。 In the sample analysis apparatus or the sample analysis system, in particular, the inspection apparatus is any one of an optical wafer inspection apparatus, a scanning electron microscope for wafer inspection, a laser scanning microscope, and an optical microscope, or observation in an analysis unit. In particular, when the apparatus is one of an in-lens scanning electron microscope and a transmission electron microscope, inspection can be performed efficiently.
このような試料作製装置を用いることで上記目的は達成される。 The above object is achieved by using such a sample preparation apparatus.
本発明による試料解析方法および装置を用いることで、所望の箇所をマークしたその場で、ウエハを細分化することなく、また、ウエハから人の手作業を介することなくTEM観察始めその他の分析、計測、観察のための試料を作製することでき、解析結果を得るまでの時間を短縮させることができる。 By using the sample analysis method and apparatus according to the present invention, it is possible to start TEM observation and other analyzes from the wafer without subdividing the wafer on the spot where a desired location is marked, and without manual operation from the wafer. Samples for measurement and observation can be prepared, and the time required to obtain analysis results can be shortened.
本発明による試料作製装置の実施形態は、ウエハを検査して異物や欠陥など所望箇所の座標情報を記憶するウエハ検査部と、上記所望箇所の座標情報を基にして試料基板に対して集束イオンビームを利用して上記所望箇所を含む試料片を摘出して、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試料ホルダに固定して、これら装置に対応する形状に加工する試料作製部とから構成され、上記ウエハ検査部と試料作製部とは上記ウエハを移動するための真空搬送路によって連結した構成とする。 An embodiment of a sample preparation apparatus according to the present invention includes a wafer inspection unit that inspects a wafer and stores coordinate information of a desired location such as a foreign substance or a defect, and a focused ion with respect to a sample substrate based on the coordinate information of the desired location. A sample piece that includes the desired portion is extracted using a beam, fixed to a sample holder suitable for at least one of an analysis device, an observation device, and a measurement device, and processed into a shape corresponding to these devices The wafer inspection unit and the sample preparation unit are connected by a vacuum transfer path for moving the wafer.
以下に、その具体的実施形態例を示す。 Below, the concrete example of embodiment is shown.
<実施形態例1>
図1は、本発明による試料解析方法を実現するための試料解析装置の一実施例を示す概略構成図である。
試料解析装置100は、ウエハ検査部101と試料作製部102が機械的に連結されている。ウエハ検査部101はウエハ外観検査装置や検査SEM、プローバ装置に該当する。ウエハ検査によって不良箇所を検出して解析の必要がある場合、ウエハ検査部101と試料作製部102の間に設置したバルブ106を開いて、ウエハ12を試料作製部102へ搬送できる。試料作製部102で加工作製された試料片は別にあるTEM, SEMなど観察装置や分析装置や計測装置などに搬入して不良箇所を解析する。逆に、ウエハ検査の結果、異常がない場合にはウエハ12は試料作製部102に送る必要はなく、次の製造工程の装置に搬送する。
<
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an embodiment of a sample analyzing apparatus for realizing a sample analyzing method according to the present invention.
In the
ウエハ検査部101の例として、ここでは検査SEMの場合を示しており、電子ビーム照射光学系103、二次電子検出器104、試料室107内でウエハ12を載置して移動可能な試料ステージ105などから構成している。二次電子検出器104に流入する二次電子信号と電子ビーム照射光学系103のビーム偏向を同期させてウエハ表面形状を表示手段13’に表示でき、ウエハ検査部101全体の制御を計算処理装置17’によって行なう。ウエハ検査にはウエハ上に形成された複数個のデバイスを比較する方法や、デバイスの中のセル同士を比較する方法などがあるが、ここでは限定しない。このようなウエハ検査部100で検出された所望箇所の座標情報を一旦、計算処理装置17’に記憶し、情報伝達手段110によって試料作製部102の計算処理部17に伝達できる。また検査中のウエハ外観や座標情報は表示手段13’に表示できる。
As an example of the
試料作製部102は、試料基板12や摘出試料の加工や観察をするFIB照射光学系2、このFIB照射によって試料から放出する二次電子や二次イオンを検出する二次粒子検出器3、FIB照射領域にデポジション膜を形成するための元材料ガスを供給するデポガス源4、半導体ウエハや半導体チップなどの試料基板12を載置する試料ステージ5、摘出試料を試料ホルダに移し変える移送手段8、試料基板12を観察するための光学顕微鏡9、この光学顕微鏡26による像や二次粒子検出器3による像を映す表示手段13、試料作製部102全体を制御する計算処理装置17、試料ステージ5を設置する試料室18などを少なくとも備えた構成である。さらに詳細を図4を用いて説明する。
The
図4は、図1で示した構成部品に加えて、試料基板12の一部を摘出した微小な摘出試料を固定する試料ホルダ6、試料ホルダを保持する保持手段7(以下、ホルダカセットともいう)、試料ステージ5の位置を制御するためのステージ制御装置10、移送手段8を試料ステージ5と独立に駆動するための移送手段制御装置11、試料ホルダ6や試料基板12や移送手段8などをイオンビーム照射によって発生する2次電子または2次イオンによって映像化する画像表示手段13、FIB照射光学系2のFIB制御装置14なども構成され、この他、デポガス源制御装置15、二次粒子検出制御装置16、画像表示手段13、移送手段制御装置11などは計算処理装置17により制御される。
4 shows, in addition to the components shown in FIG. 1, a sample holder 6 for fixing a minute extracted sample obtained by extracting a part of the
FIB照射光学系2は、液体金属イオン源20から放出したイオンをビーム制限アパチャ21、集束レンズ22、対物レンズ23を通すことで10nm径程度から1ミクロン径程度のFIB24を形成する。FIB24を偏向器25を用いて試料基板12上を走査することで、走査形状に試料基板12にミクロンからサブミクロンレベルの加工ができる。ここでの加工とは、スパッタリングによる凹部や、FIBアシストデポジションによる凸部、もしくは、これらを組み合わせて試料基板の形状を換える操作を指す。FIB照射によって形成するデポジション膜は、移送手段8の先端にある接触部と試料基板12を接続したり、摘出試料を試料ホルダに固定するために使用する。また、FIB照射時に発生する二次電子や二次イオンを二次粒子検出器3で検出して画像化することで加工領域などを観察することができる。
The FIB irradiation optical system 2 forms the
試料ステージ5は試料室18に設置され、FIB照射光学系2なども真空容器内に配置されている。試料ステージ5は、試料ホルダ6を搭載した保持手段(試料ホルダカセット)7が着脱でき、ステ−ジ制御装置10によって、3次元(X,Y,Z)方向の移動及び傾斜、回転が制御される。試料基板12は必要に応じて試料基板搬送路19を用いて出入りする。
The sample stage 5 is installed in the
試料ホルダ6は図5に示すような凸型断面をした短冊状シリコン片27である。この短冊状シリコン片27は、シリコンウエハからへき開やダイシングソーを利用して形成した。本実施例で用いた試料ホルダの大きさは長さ2.5mm、上部幅50ミクロン、下部幅200ミクロン、高さ0.5mm(シリコンウエハ厚)で、摘出試料の固定面をシリコンウエハ面または劈開面とすることで、摘出試料70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、試料ホルダ形状はここに示した寸法に限ることはないが、固定面をウエハ面もしくはへき開面にすることと幅をできる限り薄くすることが、TEM観察しやすくするために必要である。図5は摘出試料70を一個の試料ホルダ6に3個搭載した例である。一方、従来のTEM用の試料ホルダは図6(a)の単孔型や(b)のメッシュ型であり、単孔型は中央に直径1mm程度の単孔75が設けられた直径3mm程度の薄厚金属円板76であるが、本発明による試料作製方法で得られる摘出試料70のように10〜20ミクロンと小さいと、摘出試料70を単孔75の側壁に正確に取付けることが非常に難しい。また、メッシュ型では薄肉金属円板76にはメッシュ77が貼られていて試料の大きさに合わせた間隔のメッシュ77を用いれば取付け位置はある程度任意に選ぶことができるが、観察したい領域が電子線経路がメッシュ77の陰になりTEM観察できなくなる危険性が非常に高かった。
The sample holder 6 is a strip-shaped
ホルダカセット(保持手段)7は試料ホルダ6を支える治具であり、試料ステージ5に搭載する。試料ステージ5は、ウエハも載置できる汎用の大型ステージや、デバイスチップが搭載できる程度の小型ステージを指す。1個のホルダカセット7に搭載する試料ホルダ6の数は1個でも複数個でも良い。また、試料ステージ5に設置できるホルダカセット7の数は1個でも複数個でも良い。
The holder cassette (holding means) 7 is a jig that supports the sample holder 6 and is mounted on the sample stage 5. The sample stage 5 refers to a general-purpose large stage on which a wafer can be placed or a small stage to which a device chip can be mounted. One or more sample holders 6 may be mounted on one
光学顕微鏡9には従来の光学式顕微鏡より高分解能が期待できるレーザ走査顕微鏡を用いた。レーザ走査顕微鏡は発振器28を出たレーザ光を対物レンズによって集束して試料に照射して、微小レーザスポットで励起された焦点からの蛍光は、ダイクロイックミラーを通過して、試料の焦点と共焦点の位置に設置したアパチャを通ってCCD29に届いて試料の焦点からの蛍光のみによって像が形成される。視野を一様に励起する方法に比較して迷光は極めて少なく、焦点以外のからの蛍光が仮に発生しても、上記アパチャに妨げられてCCD29には到達せずクリヤな像が得られる。試料基板12とダイクロイックミラーの間に2枚のミラーを設置して、X,Y方向に走査することで、試料表面像を得ることができ表示手段13に表示する。この光学顕微鏡9は、試料基板12に予め設置していたマーク(図示せず)座標と、検査部101で得られた座標情報と、関係から
なお、集束イオンビーム装置にレーザー顕微鏡を備えた装置については、特開平9-134699号公報『集束イオンビーム装置』(公知例3)に示されているが、試料基板12の特定領域部分を摘出する移送手段8の存在については一切記載されていない。
As the
移送手段8は試料基板が大口径のウエハであっても、その任意の箇所から素早くサンプリングすることを実現するために、移動速度が早くストロークが大きい粗動部60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61とで構成し、移送手段全体を試料ステージ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。粗動部のXYZ方向の駆動はモータやギヤ、圧電素子などで構成して、数mm程度のストロークで、数ミクロンの移動分解能を有している。微動部は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ミクロンの移動分解能が得ている。図7は移送手段8の粗動部60と微動部61の構成例である。粗動部60は狭窄部62を支点として支柱63が3個のエンコーダ64X、64Z、64Y(図示せず)によってXYZ軸方向に移動できる。粗動部60の駆動系は試料室壁66の横ポートを介して大気側にあり、真空はベローズ65によって遮断されている。バイモルフ圧電素子67の先端には直径50ミクロン程度の細く先鋭化したタングステン製のプローブ68を連結し、粗動部60とは延長棒69によって連結した。バイモルフ圧電素子67に電圧を与えることで、プローブ68先端は微動する。このように移送手段8には、構成、サイズ、設置位置を充分に考慮しなければず、本発明による試料作製装置ではこれらすべてを解決している。
Even if the sample substrate is a large-diameter wafer, the transfer means 8 has a coarse moving part 60 with a high moving speed and a large stroke, and a moving resolution of the coarse moving part in order to realize quick sampling from an arbitrary place. And the fine moving
この移送手段8に類似した従来技術として特開平5-52721号公報『試料の分離方法及びこの分離方法で得た分離試料の分析方法』(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るが、その搬送手段の設置位置は不明で、唯一上記公報の図3からステージ上に設置されていると読み取れる。このように、搬送手段が試料ステージに設置されていると、対象試料が例えば直径300mmのウエ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届かないという致命的問題点を有することになる。さらに、この3軸がバイモルフ圧電素子の構成では、バイモルフ圧電素子は一端を支点にして他端がたわむ動きをするため、他端は印加電圧に従って円弧を描く。つまり、XY平面内の移動では1個のバイモルフ圧電素子の動作のみでは搬送手段先端のプローブが1軸方向に直線的に動作しない。従って、3個のバイモルフ圧電素子で微動部を構成してプローブ先端を所望の位置に移動させるためには3個のバイモルフ圧電素子を非常に複雑に制御しなければならないという特性を有している。
As a conventional technique similar to the transfer means 8, there is JP-A-5-52721 “Sample separation method and analysis method of a separated sample obtained by this separation method” (known example 2).
According to this prior art, the transport means for transporting the separated sample is constituted by three bimorph piezoelectric elements corresponding to the XYZ axes. However, the installation position of the transport means is unknown, and only from FIG. Can be read if installed on stage. Thus, when the transfer means is installed on the sample stage, when the target sample is at the center of a wafer having a diameter of 300 mm, for example, the movement stroke at the tip of the transfer means is from the position of the transfer means to the desired location of the sample Since it is far smaller than the distance, it has a fatal problem that it cannot be reached by the transfer means installed on the sample stage. Further, in the configuration of the bimorph piezoelectric element with these three axes, the bimorph piezoelectric element moves with the other end deflecting with one end as a fulcrum, so the other end draws an arc according to the applied voltage. That is, in the movement in the XY plane, the probe at the tip of the transport means does not move linearly in one axial direction only by the operation of one bimorph piezoelectric element. Therefore, in order to configure the fine movement portion with three bimorph piezoelectric elements and move the probe tip to a desired position, the three bimorph piezoelectric elements must be controlled very complicatedly. .
<実施形態例2>
上記実施形態例1では、ウエハ検査部101と試料作製部102を機械的に結合させ、試料基板12であるウエハを両装置間で搬走させる例を説明した。本実施形態例2は図8のようにウエハ検査部101と試料作製部102が機械的に独立していて、不良箇所の座標情報が両者の計算処理装置17、17’を往来する例である。試料基板であるウエハ12は小型で真空状態にできる搬送用容器107に封入して運搬する。ウエハ検査部101での座標情報などは計算処理装置17’から情報伝達手段110を通じて試料作製部102の計算処理装置17に伝達できる。このような構成により、ウエハ検査部101で検出したウエハ12の不良箇所は試料作製部102において、各種解析装置で解析し易い形状に加工作製する。
<Embodiment 2>
In the first embodiment, the example in which the
<実施形態例3>
次に、本発明による試料解析方法の一実施形態を説明する。ここでは、試料の例としてTEM観察すべき試料片の作製方法を取り上げ、ウエハ観察から試料片加工、TEM観察までの試料解析方法の具体的説明を行なう。また、手順を明確にするために以下にいくつかの工程に分割して、図を用いて説明する。
(1)外観検査工程:
まず、検査すべきウエハの全面もしくはその一部について異常の有無を検査する。検査内容は、光(レーザ)によるウエハ検査装置や電子ビームによる検査SEMなどの外観検査や、プローブ装置による電気回路検査などである。この検査によって異物や欠陥、配線異常など不良箇所の位置を知ることができる。この時、ウエハに予め設置した目印(ウエハマーク)を基準にして上記不良箇所の該当デバイス座標と、その該当デバイスに予め設置したマークを基準にした座標情報として計算処理装置に記憶する。
(2)試料作製工程
(a)マーキング工程:
上記ウエハを試料作製部に導入して、まず、先の該当デバイスの目印(デバイスマーク)を探し出す。ここで、デバイスマークは試料作製部に設置したレーザ顕微鏡で探す。さらに詳しい探索によって上記不良箇所を探し出すが、このとき、FIB照射による二次電子像によって探索すると、試料表面はFIBによってスパッタされるため表面損傷を受け、最悪の場合、所望の解析すべき不良物が無くなってしまうことが生じる。従って、ウエハ検査時のウエハマークとデバイスマークと不良箇所の座標および、試料作製部内でのウエハマークとデバイスマークの座標をもとに、試料作製装置内での不良箇所の座標を計算により導出した後、不良箇所が確認できるように複数ヵ所にFIBによってマークをつける。
<Embodiment 3>
Next, an embodiment of a sample analysis method according to the present invention will be described. Here, a sample piece manufacturing method to be observed by TEM will be taken as an example of the sample, and a specific description of the sample analysis method from wafer observation to sample piece processing and TEM observation will be given. Further, in order to clarify the procedure, it will be described below with reference to the drawings divided into several steps.
(1) Appearance inspection process:
First, the entire surface of the wafer to be inspected or a part thereof is inspected for abnormalities. The inspection contents include a visual inspection such as a wafer inspection device using light (laser) and an inspection SEM using an electron beam, and an electric circuit inspection using a probe device. By this inspection, it is possible to know the position of a defective part such as a foreign object, a defect, or a wiring abnormality. At this time, the calculation processing apparatus stores the corresponding device coordinates of the defective portion on the basis of a mark (wafer mark) previously set on the wafer and coordinate information based on the mark previously set on the corresponding device.
(2) Sample preparation process
(a) Marking process:
The wafer is introduced into the sample preparation unit, and first, a mark (device mark) of the corresponding device is searched. Here, the device mark is searched for with a laser microscope installed in the sample preparation section. The above-mentioned defective part is found by a more detailed search. At this time, when searching by a secondary electron image by FIB irradiation, the sample surface is sputtered by FIB, so the surface is damaged, and in the worst case, a defective object to be analyzed is desired. Will be lost. Therefore, the coordinates of the defective part in the sample preparation apparatus were derived by calculation based on the coordinates of the wafer mark, device mark and defective part at the time of wafer inspection, and the coordinates of the wafer mark and device mark in the sample preparation part. After that, FIB is marked in multiple places so that the defective part can be confirmed.
本例では図9aのように、観察領域を挟んで10ミクロン間隔で+マーク80を2個施した。上記2個のマークを結ぶ直線は試料ステージの傾斜軸と平行になるように事前に、試料ステージを回転調整しておく。
In this example, as shown in FIG. 9a, two +
(b)大矩形穴加工工程:
上記2個のマーク80を結ぶ直線上で、2個のマークの両側にFIB81によって2個の矩形穴82を設けた。開口寸法は例えば10×7ミクロン、深さ15ミクロン程度で、両矩形穴の間隔を30ミクロンとした。いずれも、短時間に完了させるために直径0.15ミクロン程度で電流約10nAの大電流FIBで加工した。
加工時間はおよそ5分であった。
(b) Large rectangular hole machining process:
Two
Processing time was approximately 5 minutes.
(c)垂直溝加工工程:
次に、図9bのように上記マーク80を結ぶ直線より約2ミクロン 隔てて、かつ、一方の矩形穴82と交わるように、他方の矩形穴には交わらないように幅約2ミクロン 、長さ約30ミクロン、深さ約10ミクロンの細長垂直溝83を形成する。ビームの走査方向は、FIBが試料を照射した時に発生するスパッタ粒子が形成した垂直溝や大矩形穴を埋めることがないようにする。一方の矩形穴82と交わらない小さな領域は、後に摘出すべき試料を支える支持部84になる。
(c) Vertical grooving process:
Next, as shown in FIG. 9b, the width is about 2 microns apart from the straight line connecting the
(d)傾斜溝加工工程:
上記(b)(c)工程の後、試料面を小さく傾斜(本実施例では20°)させる。ここで、上記2個のマーク80を結ぶ直線は試料ステージの傾斜軸に平行に設定している。そこで、図9cのように上記マーク80を結ぶ直線より約2ミクロン 隔てて、かつ、上記細長垂直溝83とは反対側に、上記両矩形穴82を結ぶように、幅約2ミクロン 、長さ約32ミクロン 、深さ約15ミクロンの溝を形成する。FIB照射によるスパッタ粒子が形成した矩形穴82を埋めることがないようにする。試料基板面に対して斜めから入射したFIB81によって細長傾斜溝85が形成され、先に形成した細長垂直溝83と交わる。(b)から(d)の工程によって、支持部84を残してマーク80を含み、頂角が70°の直角三角形断面のクサビ型摘出試料が片持ち梁の状態で保持されている状態になる。
(d) Inclined groove machining process:
After the steps (b) and (c), the sample surface is inclined slightly (20 ° in this embodiment). Here, the straight line connecting the two
(e)プローブ固定用デポ工程:
次に、図9dのように試料ステージを水平に戻し、摘出すべき試料86の支持部84とは反対の端部に移送手段先端のプローブ87を接触させる。接触は試料とプローブとの導通や両者間の容量変化によって感知することができる。また、不注意なプローブ87の押し付けによって、摘出すべき試料86やプローブ87の破損を避けるために、プローブ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。次に、摘出すべき試料86にプローブ88を固定するために、プローブ先端を含む約2ミクロン平方の領域に、デポジション用ガスを流出させつつFIBを走査させる。このようにしてFIB照射領域にデポ膜88が形成され、プローブ87と摘出すべき試料86とは接続される。
(e) Probe fixing depot process:
Next, the sample stage is returned to the horizontal position as shown in FIG. 9d, and the
(f)摘出試料摘出工程:
摘出試料を試料基板から摘出するために、支持部84にFIB照射してスパッタ加工することで、支持状態から開放される。支持部84は試料面上から見て2ミクロン平方、深さ約10ミクロンであるため2〜3分のFIB走査で除去できる。
(図9e, f)
(g)摘出試料搬送(試料ステージ移動)工程:
プローブ87の先端に接続されて摘出した摘出試料89は試料ホルダに移動させるが、実際には試料ステージを移動させ、FIB走査領域内に試料ホルダ90を移動させる。このとき、不意の事故を避けるために、プローブを+Z方向に退避させておくとよい。ここで、試料ホルダ90の設置状態は後述するように種々の形態があるが、本例では、サイドエントリ型のTEMステージ上に設置していることを想定している。(図9g)
(h)摘出試料固定工程:
FIB走査領域内に試料ホルダ90が入ってくると試料ステージ移動を停止し、プローブをーZ方向に移動させ、試料ホルダ90に接近させる。摘出試料89が試料ホルダ90に接触した時、デポガスを導入しつつ摘出試料89と試料ホルダ90と接触部にFIBを照射する。この操作によって摘出試料は試料ホルダに接続できる。本実施例では摘出試料89の長手方向の端面にデポ膜92を形成した。
FIB照射領域は3ミクロン平方程度で、デポ膜92の一部は試料ホルダ90に、一部は摘出試料側面に付着し、両者が接続される。(図9h )
(i)プローブ切断工程:
次に、デポ用のガスを導入を停止した後、プローブ87と摘出試料89を接続しているデポ膜にFIB81を照射してスパッタ除去することで、プローブ87を摘出試料89から分離でき、摘出試料89は試料ホルダ90に自立する。(図9i)
(j)試料片加工工程(ウオール加工):
最後に、FIB照射して、最終的に観察領域を厚さが100nm以下程度のウォール93になるように薄く仕上げ加工を施してTEM試料とする。このとき、摘出試料の長手方向の側面の一方が垂直面であるため、ウォール加工のためにFIB照射領域を決定する際、この垂直面を基準にすることで試料基板89表面にほぼ垂直なウォール93を形成することができる。また、FIB照射に先立ち、ウォール面をより平面的に加工するために、ウォール形成領域を含む上面にFIBデポ膜を形成しておくとよい。この方法は既によく知られている。上述の加工の結果、横幅約15ミクロン、深さ約10ミクロンのウォールが形成でき、TEM観察領域ができあがる。以上、マーキングからウォール加工完成まで、約1時間30分で、従来のTEM試料作製方法に比べて数分の1に時間短縮できた。(図j)
(3)解析工程(TEM観察):
ウォール加工後、サイドエントリ型TEMステージを引き抜き、TEMの試料室に導入する。このとき、電子線経路と、ウォール面が垂直に交わるようにTEMステージを回転させて挿入する。その後のTEM観察技術についてはよく知られているので、ここでは省略する。
(f) Extracted sample extraction process:
In order to extract the extracted sample from the sample substrate, the supporting
(Fig. 9e, f)
(g) Extracted sample transport (sample stage movement) process:
Although the extracted
(h) Extracted sample fixing process:
When the
The FIB irradiation area is about 3 microns square, part of the
(i) Probe cutting process:
Next, after the introduction of the deposition gas is stopped, the
(j) Sample piece processing step (wall processing):
Finally, FIB irradiation is performed, and finally the observation region is thinly processed so as to become a
(3) Analysis process (TEM observation):
After wall processing, the side entry type TEM stage is pulled out and introduced into the TEM sample chamber. At this time, the TEM stage is rotated and inserted so that the electron beam path and the wall surface intersect perpendicularly. Since subsequent TEM observation techniques are well known, they are omitted here.
なお、上記試料解析方法のうち試料作製工程に類似した従来技術として公知例2がある。本試料作製工程が従来方法と全く異なることを示すために従来方法を図10で説明する。まず、試料50の表面に対しFIB24が直角に照射するように試料50の姿勢を保ち、試料上でFIB24を矩形に走査させ、試料表面に所要の深さの角穴51を形成する(図10(a))。次に、試料表面に対するFIBの軸が約70°傾斜するように試料を傾斜させ、底穴52を形成する。試料の傾斜角の変更は、試料ステージ(図示せず)によって行われる(図10(b))。試料の姿勢を変更し、試料の表面がFIBに対して再び垂直になるように試料を設置し、切り欠き溝53を形成する(図10(c))。マニピュレータ(図示せず)を駆動し、マニピュレータ先端のプローブ54の先端を、試料50を分離する部分に接触させる(図10(d))。ガスノズル55から堆積性ガス56を供給し、 FIBをプローブの先端部を含む領域に局所的に照射し、イオンビームアシストデポジション膜(以下、デポ膜57と略す)を形成する。接触状態にある試料の分離部分とプローブ44の先端はデポ膜46で接続される(図10(e))。 FIB24で残りの部分を切り欠き加工し(図10(f))、試料50から分離試料58を切り出す。
切り出された分離試料58は、接続されたプローブ54で支持された状態になる(図10(g))。この分離試料58を、上記第2の従来手法と同様にFIBで加工し、観察しようとする領域をウォール加工するとTEM試料(図示せず)となる。
In the sample analysis method, there is a known example 2 as a conventional technique similar to the sample preparation process. In order to show that this sample preparation process is completely different from the conventional method, the conventional method will be described with reference to FIG. First, the posture of the
The cut out separated sample 58 is supported by the connected probe 54 (FIG. 10 (g)). When this separated sample 58 is processed by FIB in the same manner as in the second conventional method and a region to be observed is wall processed, a TEM sample (not shown) is obtained.
試料基板から微小試料を摘出するためには、微小試料を基板から分離することが必須で、摘出試料の底面となる面と基板との分離工程(以下、底浚いと呼ぶ)が伴う。公知例2に示されたFIBによる底浚い法では、基板表面に対し斜方向からFIBを入射させて加工するため、摘出した試料片の底面には、底浚い時のイオンビーム入射角と加工アスペクト比からなる傾斜が付く。また、図10bに示した斜めからのFIB照射を実現するための角穴51が非常に大きくなければならない。これは角穴51の形成時に多大の時間を要することを示している。また、この公知例では斜めFIB照射するために試料を約70°も大きく傾斜させている。FIBの集束性から要求される対物レンズと試料との間隔を考慮すると、このような大傾斜はFIB性能を悪化させてしまい、満足な加工が出来ないと予想される。通常用いられているFIB装置性能を維持するには60°程度が限度である。また、直径300mmなど大口径ウエハ用試料ステージを70°も大きく傾斜させることは、機械的に非常に困難である。たとえ70°の大傾斜が可能としても摘出試料の底面は70°の傾斜を持ち、水平面の試料ホルダに設置すると、本来の試料表面は試料ホルダ面に対して20°も傾斜しており、表面に対してほぼ垂直な断面やウォ−ルを形成することが困難となる。試料基板の表面に対しほぼ垂直な断面やウォールを形成するためには、底面の傾斜を小さくして底面を表面に平行に近くすることが必須で、そのためには試料傾斜をさらに大きくしなければならず、これは上述の装置上の制約からさらに困難になる。従って、本発明が目指すような摘出した試料を別の部材(試料ホルダ)に設置して、他の観察装置や分析装置に導入するためには、垂直断面が形成できる別の底浚い方法を検討しなければならない。(但し、公知例2では分離した試料は試料ホルダの類に設置することなく、搬送手段のプロ−ブに付けたまま観察する方法であるため、底面の形状は影響しない。)
このように、本発明による試料作製工程と公知例2による試料分離方法と大きく異なる点は、(1)試料の摘出(分離)に際してのビーム照射方法が全く異なり、摘出試料をなるべく薄くするためと、底面の分離を簡便に、また、試料ステージの傾斜をなるべく小さくするために長手方向(TEM観察面に平行方向)の側面を傾斜加工したこと、(2)摘出した試料は移送手段とは別の部材である試料ホルダに固定することにあり、ウエハからも試料片が摘出できる試料作製装置と試料作製方法を提供している。
In order to extract a minute sample from a sample substrate, it is essential to separate the minute sample from the substrate, which involves a separation step (hereinafter referred to as a bottom edge) between the surface to be the bottom surface of the extracted sample and the substrate. In the bottoming method by FIB shown in the known example 2, since the FIB is incident on the substrate surface from an oblique direction and processed, the ion beam incident angle and processing aspect at the time of bottoming are placed on the bottom surface of the extracted sample piece. There is a slope of ratio. Also, the
As described above, the sample preparation process according to the present invention and the sample separation method according to the known example 2 are significantly different from each other in that (1) the beam irradiation method at the time of sample extraction (separation) is completely different and the extracted sample is made as thin as possible. The side surface in the longitudinal direction (parallel to the TEM observation surface) is inclined to simplify the separation of the bottom surface and to make the inclination of the sample stage as small as possible. (2) The extracted sample is separate from the transfer means. A sample preparation device and a sample preparation method are provided that can be removed from a wafer by fixing to a sample holder which is a member of the above.
<実施形態例4>
上記実施形態例の試料解析工程はTEM解析に限らず、他の観察手法、分析手法や観察手法に用いることも可能である。
<Embodiment example 4>
The sample analysis process of the above embodiment is not limited to TEM analysis, and can be used for other observation techniques, analysis techniques, and observation techniques.
例えば、解析装置がインレンズ型の高分解能SEMである場合にも適用できる。
インレンズ型SEMは観察試料を対物レンズ内に入れる方式で、分解能がアウトレンズに比べて非常に良いため表面観察の強力なツールであるが、試料をレンズ内に入れる都合上、数ミリ程度に小さくしなければならない。従って、ウエハ検査装置などで不良箇所を発見し、その部分をさらに詳しく観察しようとしてもウエハのままではインレンズ型の走査電子顕微鏡内に導入することはできず、ウエハを分断して細分化せざるを得なかった。本発明による試料解析方法によると、ウエハから所望の領域の試料片を摘出することができるため、インレンズ型SEMで高分解能観察をすることができる。観察領域はウエハ表面ばかりでなく、摘出する際に形成できる断面も観察できるため、試料片摘出時のFIB照射方向を適切に行なえば、不良箇所の断面も観察することができる。このような方法によって、座標の問題、試料作製の問題、ウエハ分割の問題を解決して試料解析を行なうことができる。また、その他、オージェ電子分光分析や二次イオン質量分析など元素分析を行なう試料解析についても同様に行なえる。
For example, the present invention can also be applied when the analysis device is an in-lens type high resolution SEM.
In-lens type SEM is a method that puts the observation sample in the objective lens and is a powerful tool for surface observation because the resolution is very good compared to the out lens, but for the convenience of putting the sample in the lens, it is about several millimeters Must be small. Therefore, even if a defective part is discovered by a wafer inspection apparatus or the like and the part is further observed, it cannot be introduced into the in-lens scanning electron microscope as it is, but the wafer is divided and subdivided. I had to. According to the sample analysis method according to the present invention, a sample piece in a desired region can be extracted from a wafer, so that high-resolution observation can be performed with an in-lens SEM. Since the observation region can observe not only the wafer surface but also the cross section that can be formed at the time of extraction, if the FIB irradiation direction at the time of sample piece extraction is appropriately performed, the cross section of the defective portion can also be observed. By such a method, sample analysis can be performed by solving the problem of coordinates, the problem of sample preparation, and the problem of wafer division. In addition, sample analysis for performing elemental analysis such as Auger electron spectroscopy or secondary ion mass spectrometry can be performed in the same manner.
2…FIB照射光学系、3…二次粒子検出器、4…デポガス源、5…試料ステージ、6…試料ホルダ、7…保持手段(ホルダカセット)、8…移送手段、9…光学顕微鏡、100…試料解析装置、101…ウエハ検査部、102…試料作製部、103…電子ビーム照射系、104…二次電子検出器、105…試料ステージ、107…搬送用容器、110…情報伝達手段。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 2 ... FIB irradiation optical system, 3 ... Secondary particle detector, 4 ... Depo gas source, 5 ... Sample stage, 6 ... Sample holder, 7 ... Holding means (holder cassette), 8 ... Transfer means, 9 ... Optical microscope, 100 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... Sample analyzer, 101 ... Wafer inspection part, 102 ... Sample preparation part, 103 ... Electron beam irradiation system, 104 ... Secondary electron detector, 105 ... Sample stage, 107 ... Container for conveyance, 110 ... Information transmission means.
Claims (9)
所望の試料片を前記試料から該真空試料室内で分離する工程と、
該真空試料室内でプローブを当該試料片に接触させて固定する工程と、
該試料片を前記真空試料室内に設けられた試料ホルダに固定する工程と、
前記試料ホルダに固定された上記試料片から、前記プローブを前記真空試料室内で分離する工程と
を含む試料作製方法において、
上記プローブを上記試料片に接続する工程は、上記プローブの先端を含む領域にデポジション膜用のガスを流出させつつ集束イオンビーム照射して該集束イオンビーム照射領域にデポジション膜を形成することで成されることを特徴とする試料作製方法。 A process of irradiating a sample placed in a vacuum sample chamber with an ion beam;
Separating a desired sample piece from the sample in the vacuum sample chamber;
Contacting and fixing the probe to the sample piece in the vacuum sample chamber;
Fixing the sample piece to a sample holder provided in the vacuum sample chamber;
Separating the probe from the sample piece fixed to the sample holder in the vacuum sample chamber,
The step of connecting the probe to the sample piece includes forming a deposition film in the focused ion beam irradiation region by irradiating the focused ion beam while allowing the deposition film gas to flow out to the region including the tip of the probe. A method for preparing a sample, comprising:
所望の試料片を前記試料から該真空試料室内で分離する工程と、
該真空試料室内でプローブを当該試料片に接触させて固定する工程と、
該試料片を前記真空試料室内に設けられた試料ホルダに固定する工程と、
前記試料ホルダに固定された上記試料片から、前記プローブを前記真空試料室内で分離する工程と
を含む試料作製方法において、
上記試料片を試料ホルダに固定する工程は、上記摘出試料片と試料ホルダの接触部を含む領域にイオンビーム照射によるデポジション膜を形成することを特徴とする試料作製方法。 A process of irradiating a sample placed in a vacuum sample chamber with an ion beam;
Separating a desired sample piece from the sample in the vacuum sample chamber;
Contacting and fixing the probe to the sample piece in the vacuum sample chamber;
Fixing the sample piece to a sample holder provided in the vacuum sample chamber;
Separating the probe from the sample piece fixed to the sample holder in the vacuum sample chamber,
The step of fixing the sample piece to the sample holder comprises forming a deposition film by ion beam irradiation in a region including a contact portion between the extracted sample piece and the sample holder.
所望の試料片を前記試料から該真空試料室内で分離する工程と、
該真空試料室内でプローブを当該試料片に接触させて固定する工程と、
該試料片を前記真空試料室内に設けられた試料ホルダに固定する工程と、
前記試料ホルダに固定された上記試料片から、前記プローブを前記真空試料室内で分離する工程と
を含む試料作製方法において、
上記試料片を試料ホルダに固定する工程は、摘出した試料片の長手方向の端面にデポジション膜を形成して固定することを特徴とする試料作製方法。 A process of irradiating a sample placed in a vacuum sample chamber with an ion beam;
Separating a desired sample piece from the sample in the vacuum sample chamber;
Contacting and fixing the probe to the sample piece in the vacuum sample chamber;
Fixing the sample piece to a sample holder provided in the vacuum sample chamber;
Separating the probe from the sample piece fixed to the sample holder in the vacuum sample chamber,
The step of fixing the sample piece to the sample holder comprises forming a deposition film on the end surface of the extracted sample piece in the longitudinal direction and fixing the sample piece.
所望の試料片を前記試料から該真空試料室内で分離する工程と、
該真空試料室内でプローブを当該試料片に接触させて固定する工程と、
該試料片を前記真空試料室内に設けられた試料ホルダに固定する工程と、
前記試料ホルダに固定された上記試料片から、前記プローブを前記真空試料室内で分離する工程と
を含む試料作製方法において、
試料片を試料ホルダに固定した後、上記プローブを上記試料片から分離する工程は、上記プローブと摘出試料とを接続しているデポジション膜にイオンビームを照射してスパッタ除去することによることを特徴とする試料作製方法。 A process of irradiating a sample placed in a vacuum sample chamber with an ion beam;
Separating a desired sample piece from the sample in the vacuum sample chamber;
Contacting and fixing the probe to the sample piece in the vacuum sample chamber;
Fixing the sample piece to a sample holder provided in the vacuum sample chamber;
Separating the probe from the sample piece fixed to the sample holder in the vacuum sample chamber,
After fixing the sample piece to the sample holder, the step of separating the probe from the sample piece is performed by irradiating the deposition film connecting the probe and the sample to be extracted by irradiating the ion beam and performing sputter removal. A sample preparation method characterized.
所望の試料片を前記試料から該真空試料室内で分離する工程と、
該真空試料室内でプローブを当該試料片に接触させて固定する工程と、
該試料片を前記真空試料室内に設けられた試料ホルダに固定する工程と、
前記試料ホルダに固定された上記試料片から、前記プローブを前記真空試料室内で分離する工程と
を含む試料作製方法において、
分離される上記試料片は、上記試料表面と交差して、上記試料表面に対して斜め方向から入射するイオンビームによって加工される加工面を有することを特徴とする試料作製方法。 A process of irradiating a sample placed in a vacuum sample chamber with an ion beam;
Separating a desired sample piece from the sample in the vacuum sample chamber;
Contacting and fixing the probe to the sample piece in the vacuum sample chamber;
Fixing the sample piece to a sample holder provided in the vacuum sample chamber;
Separating the probe from the sample piece fixed to the sample holder in the vacuum sample chamber,
The sample preparation method according to claim 1, wherein the sample piece to be separated has a processed surface that is processed by an ion beam that intersects the sample surface and is incident on the sample surface from an oblique direction.
所望の試料片を前記試料から該真空試料室内で分離する工程と、
該真空試料室内でプローブを当該試料片に接触させて固定する工程と、
該試料片を前記真空試料室内に設けられた試料ホルダに固定する工程と、
前記試料ホルダに固定された上記試料片から、前記プローブを前記真空試料室内で分離する工程と
を含む試料作製方法において、
上記摘出する試料片は、試料表面に対して垂直方向からの集束イオンビーム照射による3面の加工と、試料表面と交差して上記試料表面に対して斜め方向から入射する集束イオンビーム照射による1面の加工によって形成されることを特徴とする試料作製方法。 A process of irradiating a sample placed in a vacuum sample chamber with an ion beam;
Separating a desired sample piece from the sample in the vacuum sample chamber;
Contacting and fixing the probe to the sample piece in the vacuum sample chamber;
Fixing the sample piece to a sample holder provided in the vacuum sample chamber;
Separating the probe from the sample piece fixed to the sample holder in the vacuum sample chamber,
The sample piece to be extracted is processed by three surfaces by focused ion beam irradiation from a direction perpendicular to the sample surface, and focused ion beam irradiation 1 that intersects the sample surface and enters the sample surface from an oblique direction. A sample preparation method, characterized by being formed by processing a surface.
摘出する前記試料片はクサビ型形状であることを特徴とする試料作製方法。 In the sample preparation method according to claim 5 or 6,
The sample preparation method, wherein the sample piece to be extracted has a wedge shape.
摘出する前記試料片は直角三角形断面であることを特徴とする試料作製方法。 In the sample preparation method in any one of Claim 5 to 7,
The sample preparation method, wherein the sample piece to be extracted has a right triangle cross section.
所望の試料片を前記試料から該真空試料室内で分離する工程と、
該真空試料室内でプローブを当該試料片に接触させて固定する工程と、
該試料片を前記真空試料室内に設けられた試料ホルダに固定する工程と、
前記試料ホルダに固定された上記試料片から、前記プローブを前記真空試料室内で分離する工程と
を含む試料作製方法において、
分離した上記試料片は透過電子顕微鏡のための薄片試料であって、
上記分離する試料片の長手方向の一方の面を上記試料の表面に垂直な面に加工し、上記薄片試料に仕上げる加工においては上記垂直な面を基準にして加工することを特徴とする試料作製方法。 A process of irradiating a sample placed in a vacuum sample chamber with an ion beam;
Separating a desired sample piece from the sample in the vacuum sample chamber;
Contacting and fixing the probe to the sample piece in the vacuum sample chamber;
Fixing the sample piece to a sample holder provided in the vacuum sample chamber;
Separating the probe from the sample piece fixed to the sample holder in the vacuum sample chamber,
The separated sample piece is a thin piece sample for a transmission electron microscope,
Sample preparation characterized in that one surface in the longitudinal direction of the sample piece to be separated is processed into a surface perpendicular to the surface of the sample, and the processing for finishing the thin piece sample is performed on the basis of the perpendicular surface. Method.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006159235A JP4177860B2 (en) | 2006-06-08 | 2006-06-08 | Sample preparation method |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2006159235A JP4177860B2 (en) | 2006-06-08 | 2006-06-08 | Sample preparation method |
Related Parent Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2004167933A Division JP4096916B2 (en) | 2004-06-07 | 2004-06-07 | Sample analysis method and apparatus |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006276031A true JP2006276031A (en) | 2006-10-12 |
JP2006276031A5 JP2006276031A5 (en) | 2008-08-07 |
JP4177860B2 JP4177860B2 (en) | 2008-11-05 |
Family
ID=37210916
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2006159235A Expired - Lifetime JP4177860B2 (en) | 2006-06-08 | 2006-06-08 | Sample preparation method |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4177860B2 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20170143443A (en) * | 2016-06-21 | 2017-12-29 | 에프이아이 컴퍼니 | Methods and apparatus for semiconductor sample workflow |
-
2006
- 2006-06-08 JP JP2006159235A patent/JP4177860B2/en not_active Expired - Lifetime
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR20170143443A (en) * | 2016-06-21 | 2017-12-29 | 에프이아이 컴퍼니 | Methods and apparatus for semiconductor sample workflow |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP4177860B2 (en) | 2008-11-05 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP4185962B2 (en) | Sample preparation equipment | |
JP3677968B2 (en) | Sample analysis method and apparatus | |
JP3843637B2 (en) | Sample preparation method and sample preparation system | |
JP4293201B2 (en) | Sample preparation method and apparatus | |
JP2008153239A5 (en) | ||
JP4185604B2 (en) | Sample analysis method, sample preparation method and apparatus therefor | |
JP2000214056A (en) | Method and apparatus for fabricating planar sample | |
JPH11108813A (en) | Method and device for preparing sample | |
JP4185963B2 (en) | Sample analysis method and sample preparation method | |
JP4589993B2 (en) | Focused ion beam device | |
JP4353962B2 (en) | Sample analysis method and sample preparation method | |
JP4354002B2 (en) | Sample preparation apparatus and focused ion beam apparatus | |
JP4185961B2 (en) | Focused ion beam device | |
JP2006294632A5 (en) | ||
JP3695181B2 (en) | Substrate extraction method and electronic component manufacturing method using the same | |
JP3709886B2 (en) | Sample analysis method and apparatus | |
JP4612746B2 (en) | Sample preparation equipment | |
JP2004343131A (en) | Method and device for analyzing sample | |
JP4096916B2 (en) | Sample analysis method and apparatus | |
JP4177860B2 (en) | Sample preparation method | |
JP4590007B2 (en) | Focused ion beam device, sample piece manufacturing method using the same, and sample holder | |
JP2009014734A5 (en) | ||
JP4367433B2 (en) | Sample preparation method and apparatus | |
JP4590023B2 (en) | Sample holder | |
JP2006276031A5 (en) |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
RD02 | Notification of acceptance of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7422 Effective date: 20080228 |
|
RD04 | Notification of resignation of power of attorney |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A7424 Effective date: 20080411 |
|
A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20080623 |
|
A871 | Explanation of circumstances concerning accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A871 Effective date: 20080623 |
|
A975 | Report on accelerated examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971005 Effective date: 20080716 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20080819 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20080822 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20110829 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120829 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120829 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130829 Year of fee payment: 5 |
|
EXPY | Cancellation because of completion of term |