JP2008046324A - Micro manipulation device for microscopic minute work - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a manipulation device capable of removing an insulation film efficiently, transferring a probe to a measurement spot and positioning it efficiently, and performing minute work excellent in operability and certainty when directly measuring the electric property of a deep layer of a multi-layered micro wiring such as a semiconductor integrated circuit, and analyzing a defective spot while observing a sample and a needle point of the micro probe under the visual field of a microscopic observation image. <P>SOLUTION: The micro manipulation device for microscopic minute work comprises a local plasma mechanism and a structure in which a plasma capillary tube positioning stage that holds a plasma capillary tube which is an edge part of the local plasma mechanism, a sample stage, and one or more probes are placed on a prober base, and the prober base is removably mounted under the microscopic visual field. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体デバイス等極めて微細な顕体試料を、顕微鏡の視野の中に捉えて、その画像を観察しながら該顕体試料の性能検査、電気的測定等の微細作業を行ない半導体デバイス等の不良解析を行なうための装置に関するものであり、更に詳しくは、半導体集積回路などの多層微細配線深層部へダイレクトに電気的特性の測定を行なうにおいて、プラズマによるエッチングにより絶縁膜の剥離等の微細作業を行なうマイクロマニピュレーション装置を提供する。   The present invention captures an extremely fine specimen sample such as a semiconductor device in the field of view of a microscope and performs fine operations such as performance inspection and electrical measurement of the specimen specimen while observing the image of the semiconductor device. More specifically, it is related to a device for analyzing defects, and more specifically, in the measurement of electrical characteristics directly to the deep layer of a multilayer fine wiring such as a semiconductor integrated circuit, the fineness such as peeling of an insulating film by plasma etching is performed. Provided is a micromanipulation apparatus that performs work.

従来、半導体デバイス等微小な顕体試料を、単に顕微鏡で観察するだけではなく、顕微鏡観察下で極めて微細な加工を行なうという所謂微細作業は、従来から一般的に行なわれていた。しかしながら、半導体デバイスは近年益々多様化が進み、今まで使用されていなかった分野でも使われ始めており、その傾向は今後も拡大して行くと予測される。同時にデバイスそのものもULSI(Ultra−Large Scale Integration)に見られるように、更に高集積化デバイスが増加し、製造プロセスにおいても、更に複雑で高精度化が要求されて来る。特に近年、上述の半導体デバイスの高集積化、多層化に伴なう作業の微細化、高度化に対する要求と重要性に対応して、マイクロマシンを応用し、顕体試料を顕微鏡視野の中に捉えてマニピュレータを用いて電気的な測定、不良解析等の作業を行なう技術の重要性はより高まりつつある。   Conventionally, a so-called fine work of not only observing a microscopic specimen sample such as a semiconductor device with a microscope but also performing extremely fine processing under the microscope has been conventionally performed. However, semiconductor devices have been increasingly diversified in recent years and are beginning to be used in fields that have not been used so far, and this trend is expected to continue to expand in the future. At the same time, as the device itself can be seen in ULSI (Ultra-Large Scale Integration), the number of highly integrated devices is increasing, and the manufacturing process is required to be more complicated and highly accurate. In particular, in response to the demands and importance of the above-mentioned integration and multi-layering of semiconductor devices described above, the micromachine is applied and the specimen is captured in the microscope field. Therefore, the importance of techniques for performing electrical measurement, failure analysis, etc. using a manipulator is increasing.

特に開発段階においては、その開発期間を短縮するために、所謂不良解析という手法を取り入れ、設計段階での不具合やプロセス上の問題を早期に解明し、製造工程にフィードバックしてゆくことが重要となる。この不良解析の解析手法として、例えば、設計のCAD図と実際に製造されたパターンとを画像処理技術を用いて比較し、相違箇所を特定して行く方法もあるが、微細詳細部分の不良解析となるとこの方法では不十分である。実際には対象箇所を半導体基板から切り出し断面検査面の微細配線上にプローブ(微細導電性針)を接触、操作し電気的特性を実測することが行われる。具体的には、一つ一つの作業を、オペレーターが光学顕微鏡の視野下でマニピュレータをマニュアルで動かし、特定箇所に電気的に絶縁されたプローブを作用させて行なうという手法がとられている。   Especially at the development stage, in order to shorten the development period, it is important to incorporate a so-called defect analysis technique, to quickly elucidate defects in the design stage and process problems, and to feed back to the manufacturing process. Become. As an analysis method for this defect analysis, for example, there is a method of comparing a CAD drawing of a design with an actually manufactured pattern by using an image processing technique and specifying a difference portion. In this case, this method is not sufficient. Actually, a target portion is cut out from a semiconductor substrate, and a probe (a fine conductive needle) is contacted and operated on a fine wiring on a cross-sectional inspection surface to actually measure electrical characteristics. Specifically, a method is employed in which each operation is performed by an operator manually moving a manipulator under the field of view of an optical microscope and operating an electrically insulated probe at a specific location.

顕微鏡の視野下において、マニピュレータに取り付けられたマイクロプローブを操作して顕体試料の正確な移動や加工を行なう装置については例えば特許文献1において開示されており、更にマニピュレータに取り付けられた電気的機能を有するマイクロプローブを操作して顕体試料の電気的特性値の測定作業を行なう装置については、例えば特許文献2にて顕微鏡下での微細試料とマイクロプローブの動きを連動せしめ、三次元の方向での位置決め、移動や加工を行ない易くした装置が開示されている。   For example, Patent Document 1 discloses an apparatus for operating a microprobe attached to a manipulator to perform accurate movement and processing of a specimen under the microscope's field of view. Furthermore, an electrical function attached to the manipulator is disclosed. For example, in Patent Document 2, the movement of the microprobe and the microprobe under the microscope is linked in a three-dimensional direction with respect to an apparatus for measuring the electrical property value of the specimen sample by operating the microprobe having An apparatus is disclosed that facilitates positioning, movement, and processing.

更に、次世代デバイスにおいては配線同士の間隔が65nmになるとされており、現状一般化されている駆動機構およびマイクロプローブでは対応できず、より高分解能にする必要があった。また、不良解析のためにこのような駆動機構を実現しても、数十nmクラスの回路パターンに直接測定する場合は、接触圧をnNクラスで制御しなくては回路パターンを破壊してしまう問題がある。この問題に対応するために、例えばカーボンナノチューブなどのナノスケールのサブプローブをメインプローブ先端に取り付けて精度の高い測定を可能にするとともにそのサブプローブの随時の交換が可能な装置をすでに提案した(特許文献3参照)。これらの装置に使用する顕微鏡としては、光学顕微鏡の他、走査型電子顕微鏡(以下SEMと略記する)等が好ましく用いられる。   Furthermore, in the next generation device, the interval between the wirings is assumed to be 65 nm, which cannot be handled by the currently generalized drive mechanism and microprobe, and has to have higher resolution. Even if such a drive mechanism is realized for failure analysis, when measuring directly to a circuit pattern of several tens of nm class, the circuit pattern is destroyed unless the contact pressure is controlled by the nN class. There's a problem. In order to address this problem, we have already proposed a device that can attach a nano-scale sub-probe such as a carbon nanotube to the tip of the main probe to enable high-precision measurement and replace the sub-probe at any time ( (See Patent Document 3). As a microscope used in these apparatuses, a scanning electron microscope (hereinafter abbreviated as SEM) and the like are preferably used in addition to an optical microscope.

これらの装置における微小作業は、顕体試料を載置し、その上で作業を行なう試料台と、プローブを取り付けたマニピュレータとの動きによって行なわれるのであり、その駆動は各々試料台とマニピュレータに搭載した圧電素子あるいはピエゾ素子にフィードバック用の変位検出機能を付加したもので行なわれている。これによれば、数10nmレベルの微小移動が可能であり、変位検出手段にもよるが、1nm以下の分解能も比較的容易に実現する事が可能である。それぞれのマニピュレータ、即ち、それぞれのプローブにX軸、Y軸、Z軸方向への微小直線移動、更には回転作用が行なえるようにすることで、三次元レベルでの微細な作業、即ちマニピュレーションを確実に行なうことを可能にしている。   The micro work in these devices is carried out by the movement of the sample stage on which the specimen is placed and the work is performed, and the manipulator to which the probe is attached. The drive is mounted on the sample stage and the manipulator, respectively. This is performed by adding a displacement detection function for feedback to the piezoelectric element or piezoelectric element. According to this, a minute movement of several tens of nm level is possible, and although it depends on the displacement detecting means, a resolution of 1 nm or less can be realized relatively easily. Each manipulator, that is, each probe, can perform minute linear movements in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions, as well as rotation, so that fine work at three-dimensional levels, that is, manipulation, is possible. It is possible to do it reliably.

近年のICあるいはLSI等の高集積化は、一平面内の電気回路の微細化、高集積化を行なうに留まらず、回路自体を積層し多層化することで高集積化を行なうことが主流の技術になってきており、性能検査、電気的測定等の微細作業の対象も一つの平面内にある表層の微細配線回路のみではなく、絶縁膜で隔てられた二層目、三層目更にはその深部にある多層深層部の微細配線回路をも対象としたものへ拡大しつつあるのが現状である。   In recent years, high integration of ICs or LSIs is not limited to miniaturization and high integration of electric circuits in one plane, but it is mainstream to achieve high integration by stacking and multilayering the circuits themselves. It is becoming a technology, and the target of fine work such as performance inspection, electrical measurement etc. is not only the fine wiring circuit on the surface layer in one plane, but also the second layer, the third layer and further separated by an insulating film The present situation is that the micro wiring circuit of the multilayer deep layer part in the deep part is being expanded to the target.

前述の通り、縦方向に多層化された集積回路においては、各々の層は酸化珪素等の絶縁膜により隔絶されており、前述の装置では表層部分の微細配線回路の解析は行なえても、深層部分の解析は行なえない。即ち、例えX軸、Y軸、Z軸方向への微小直線移動が行なえるマイクロプローブであっても、このマイクロプローブ先端をマニピュレータの機械的動きにより強制的に深層部の所定位置に移動しても、その過程において周辺のデバイスや微細配線回路部を破壊したりダメージを与えてしまい、不良解析や測定の意味をなさなくなるのみならずプローブ自体の破損という問題にも繋がる。現在この深層部の微細配線回路の不良解析を行なうには、対象箇所の試料を半導体基板から切り出し断面検査面について、走査型電子顕微鏡(SEM)、収束イオンビーム装置(FIB)および透過型電子顕微鏡(TEM)等を駆使すれば可能ではあるが、その作業には多大の労力と時間を要する。   As described above, in an integrated circuit that is multilayered in the vertical direction, each layer is isolated by an insulating film such as silicon oxide. Even if the fine wiring circuit in the surface layer portion can be analyzed in the above-described device, The part cannot be analyzed. That is, even if the microprobe is capable of micro linear movement in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions, the tip of this microprobe is forcibly moved to a predetermined position in the deep layer by mechanical movement of the manipulator. However, in the process, peripheral devices and fine wiring circuit portions are destroyed or damaged, which not only makes sense of failure analysis and measurement but also leads to a problem of damage to the probe itself. Currently, in order to perform defect analysis of the fine wiring circuit in the deep layer portion, a sample at a target portion is cut out from a semiconductor substrate, and a scanning electron microscope (SEM), a focused ion beam device (FIB), and a transmission electron microscope are examined on a cross-sectional inspection surface. Although it is possible to make full use of (TEM) or the like, the work requires a great deal of labor and time.

従って、深層部にある微細配線回路の性能検査、電気的測定あるいは修復作業を行なうにおいては酸化珪素等の薄膜よりなる絶縁膜を、必要最小限の微小部分において効果的に剥離しかつ周囲の微細配線回路に対しては、剥離作業に伴なって損傷を与えるようなことをせず、悪影響を及ぼさないようにすることが肝要である。しかしながら、マイクロマシンを応用し、顕体試料を顕微鏡視野の中に捉えてマニピュレータ先端のプローブを用いての機械的手段による剥離作業を行なうと、前述の通り絶縁膜の必要箇所のみならず周辺部分あるいは回路部分まで損傷してしまい、好ましくない。即ち、微細部分に対する機械的な手段による剥離作業は問題が多く、その改善が強く求められているのである。剥離作業が、対象となる極めて微細な局所のみに集中して完璧に行われて初めて、所定部位の抵抗値、導電率や電流値あるいは電流波形の測定、電圧印加、絶縁性の確認等、電気的特性のダイレクトな測定を行なうことができ、不良解析のためのデータを得ることができる。   Therefore, when performing performance inspection, electrical measurement, or repairing work on the fine wiring circuit in the deep layer, the insulating film made of a thin film such as silicon oxide is effectively peeled off at the minimum necessary minute portion and the surrounding fine It is important that the wiring circuit is not damaged during the peeling operation and has no adverse effect. However, when a micromachine is applied, and the specimen is captured in the microscope field of view and is peeled off by mechanical means using the probe at the tip of the manipulator, not only the necessary part of the insulating film as described above but also the peripheral part or The circuit portion is damaged, which is not preferable. That is, peeling work by mechanical means on the fine part has many problems, and its improvement is strongly demanded. Only after the stripping work is concentrated and concentrated only on the very fine local area to be measured, the electrical resistance, electrical conductivity, current value or current waveform measurement, voltage application, insulation confirmation, etc. of a predetermined part are performed. The direct characteristic can be measured and data for failure analysis can be obtained.

半導体技術の一つに、半導体装置の解析断面を切り出し、その断面をプラズマエッチングしSEMで観察し不良解析を行なうという方法もある(例えば特許文献4)。更に、半導体製造技術の一つにプラズマを照射して、回路パターンをエッチングする技法がある。エッチャーと呼ばれるその装置は、レジスト膜をマスクパターンとして、酸化膜・シリコン基板をエッチングするものであり、成膜工程と組合せることで、シリコン基板上に、回路パターンやトランジスタなどを多層に形成して行くために用いられている。即ちプラズマエッチング手法である。更に、このプラズマエッチング手法は例えばシリコン層の膜厚に応じて局所的に制御し、均一な膜厚のシリコン層を得るというCMP手法にも応用されている(例えば特許文献5)。   As one of semiconductor technologies, there is a method in which an analysis cross section of a semiconductor device is cut out, the cross section is subjected to plasma etching, and observed with an SEM to perform defect analysis (for example, Patent Document 4). Furthermore, there is a technique of etching a circuit pattern by irradiating plasma as one of semiconductor manufacturing techniques. This device, called an etcher, etches an oxide film and silicon substrate using a resist film as a mask pattern, and in combination with a film formation process, circuit patterns and transistors are formed in multiple layers on the silicon substrate. It is used to go. That is, a plasma etching method. Furthermore, this plasma etching technique is also applied to a CMP technique in which a silicon layer having a uniform film thickness is obtained by locally controlling the plasma etching technique according to the film thickness of the silicon layer, for example (Patent Document 5).

ここで言うプラズマエッチングとは、プラズマ化した反応性ガスによる除去作用をいうものであり、例えばプラズマ化したフッ素等の反応性ガスを材料表面に照射し、生成した揮発性化合物を蒸発せしめることにより照射をうけた材料表面を精度よく除去して行くことができる。作用の効果は用いる反応性ガスの種類により異なり、また時間や印加する電圧を加減することによりその強弱をコントロールすることができるので平坦化等の手法としても用いることができる。   Plasma etching here refers to the removal action by reactive gas converted into plasma, for example, by irradiating the surface of the material with reactive gas such as fluorine converted into plasma and evaporating the generated volatile compound. The surface of the irradiated material can be removed with high accuracy. The effect of the action varies depending on the type of reactive gas used, and the strength and weakness can be controlled by adjusting the time and applied voltage, so that it can also be used as a method for flattening.

上述の技術は、プラズマ中で作られた反応性ガスの強い除去能力を応用したものであるが、この技術は、特殊原料ガスの供給が必要であり、反応管、電極等の付帯設備があり、反応ガスや蒸発ガスの吸引も必要であるため装置自体を顕微鏡に搭載して行なうということは行われていなかった。即ち、汎用SEM等の顕微鏡に搭載が可能で、絶縁膜を効率的に除去し、半導体集積回路などの多層微細配線深層部へダイレクトに電気的特性の測定を行ない不良箇所の解析を迅速にかつ非破壊で行なうという目的からは程遠いものである。
特開2000−221409号公報 特開2002−365334号公報 特願2005−038093 特開平9−205122号公報 特開平9−246250号公報
The above technology applies the strong removal ability of reactive gas produced in plasma, but this technology requires the supply of special raw material gas, and there are incidental equipment such as reaction tubes and electrodes. However, since it is also necessary to suck in the reaction gas and evaporating gas, it has not been carried out by mounting the apparatus itself on a microscope. In other words, it can be mounted on a microscope such as a general-purpose SEM, efficiently removes the insulating film, directly measures the electrical characteristics to the multilayer fine wiring deep layer such as a semiconductor integrated circuit, and quickly analyzes the defective portion. It is far from the goal of non-destructive.
JP 2000-221409 A JP 2002-365334 A Japanese Patent Application No. 2005-038093 JP-A-9-205122 JP-A-9-246250

本発明者等は、上述の問題点に鑑み、顕微鏡観察画像視野下で顕体試料とマイクロプローブの針先を観察しながら、半導体集積回路などの多層微細配線深層部へダイレクトに電気的特性の測定を行ない不良箇所の解析を行なうにおいて、絶縁膜を効率的に除去し、測定対象箇所へのプローブの移動と位置決めを効率的に行ない、同時に操作性および確実性に優れた微細作業を行なうことのできるマニピュレーション装置について鋭意研究を行なったものである。すなわち、本発明者等は、プラズマエッチング機能を備えたプローブと、X軸、Y軸、Z軸方向への駆動及びおよびT軸及び/またはR軸の回転が各々独立に可能な1つまたはそれ以上のプローバを備えたマイクロマニピュレーション装置を用いることで、深層部の不良解析が容易にできることを見出したものである。つまり、本発明の目的は半導体集積回路などの多層微細配線深層部へダイレクトに電気的特性の測定を行ない不良箇所の解析を行なうことのできるマイクロマニピュレーション装置を提供することにある。なお、本発明でいうプローバとは、プローブ(微細導電性針)を搭載した駆動系のステージを指すものとする。   In view of the above-mentioned problems, the present inventors have observed the electrical characteristics directly to a multilayer fine wiring deep layer such as a semiconductor integrated circuit while observing the specimen and the probe tip of the microprobe under the microscope observation image field of view. When performing measurement and analyzing defective parts, the insulating film is efficiently removed, the probe is moved and positioned efficiently at the measurement target part, and at the same time, fine work with excellent operability and reliability is performed. This is the result of earnest research on a manipulating device that can be used. In other words, the inventors of the present invention provide a probe having a plasma etching function and one or more of them that can be independently driven in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions and rotated in the T-axis and / or R-axis. It has been found that the defect analysis of the deep layer portion can be easily performed by using the micromanipulation apparatus provided with the above prober. That is, an object of the present invention is to provide a micromanipulation apparatus that can directly measure electrical characteristics to a multilayer fine wiring deep layer portion such as a semiconductor integrated circuit and analyze a defective portion. In the present invention, the prober refers to a stage of a driving system on which a probe (fine conductive needle) is mounted.

上述の目的は、局所プラズマ機構、および該局所プラズマ機構の先端部であるプラズマキャピラリー管を把持するプラズマキャピラリー管位置決めステージ、試料ステージおよび1つまたはそれ以上のプローバがプローバベース上に載置され、該プローバベースが顕微鏡の視野下に着脱自在に装着できる構造を有することを特徴とする顕微鏡微細作業用マイクロマニピュレーション装置により達成できる。ここでいう顕微鏡とは、光学顕微鏡、電子顕微鏡等全て公知の顕微鏡を指すものであって特に限定を受けるものではないが、特に好ましくは走査型電子顕微鏡(SEM)が用いられる。即ち、前述の顕微鏡微細作業用マイクロマニピュレーション装置において、使用する顕微鏡が走査型電子顕微鏡であり、プローバベースが走査型電子顕微鏡の試料導入室を通して走査型電子顕微鏡チャンバー中に着脱自在に装着できる構造を有することが特に好ましい。   The above objective is to place a local plasma mechanism and a plasma capillary tube positioning stage, a sample stage and one or more probers that grip a plasma capillary tube at the tip of the local plasma mechanism on a prober base, The prober base can be achieved by a micromanipulation apparatus for microscopic work, characterized in that the prober base has a structure that can be detachably mounted in the field of view of the microscope. The microscope here refers to all known microscopes such as an optical microscope and an electron microscope, and is not particularly limited, but a scanning electron microscope (SEM) is particularly preferably used. That is, in the above-described micromanipulation device for microscopic work, the microscope to be used is a scanning electron microscope, and the prober base can be detachably mounted in the scanning electron microscope chamber through the sample introduction chamber of the scanning electron microscope. It is particularly preferable to have it.

前記局所プラズマ機構は、プラズマ発生部(プラズマ電極)と、プラズマキャピラリー管と、局所プラズマ機構排気系から構成されており、そして上述のプラズマキャピラリー管は、プラズマキャピラリー管位置決めステージにて把持されている。該プラズマキャピラリー管位置決めステージは、前述の試料ステージおよび1つまたはそれ以上のプローバとともに、X軸、Y軸、Z軸方向への駆動およびT軸及び/またはR軸の回転がそれぞれ独立に可能であることがより好ましい。該プラズマキャピラリー管位置決めステージをX軸、Y軸、Z軸方向への駆動およびT軸及び/またはR軸の回転可能とすることにより、該プラズマキャピラリー管は、任意の方向へその筒先を向けることが可能となる。また、試料ステージをT軸及び/またはR軸の回転、即ち傾斜を可能とすることにより、プラズマキャピラリー管の先端に直交する面に試料面を置くことが可能となる。これにより局所プラズマ照射における、試料面とプラズマキャピラリー管の微小ギャップによるエッチング精度の問題点を解消することができる。更に試料ステージはθ軸(縦軸)まわりの回転を可能とすることもできる。   The local plasma mechanism includes a plasma generation unit (plasma electrode), a plasma capillary tube, and a local plasma mechanism exhaust system, and the above-described plasma capillary tube is held by a plasma capillary tube positioning stage. . The plasma capillary tube positioning stage can be driven independently in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions and rotated in the T-axis and / or R-axis together with the sample stage and one or more probers. More preferably. By driving the plasma capillary tube positioning stage in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions and allowing the T-axis and / or R-axis to rotate, the plasma capillary tube has its tube point directed in an arbitrary direction. Is possible. Further, by allowing the sample stage to rotate, that is, tilt, the T-axis and / or the R-axis, the sample surface can be placed on a surface orthogonal to the tip of the plasma capillary tube. Thereby, the problem of the etching accuracy due to the minute gap between the sample surface and the plasma capillary tube in local plasma irradiation can be solved. Further, the sample stage can be rotated around the θ axis (vertical axis).

上述のプラズマ発生部と、それに連結するプラズマキャピラリー管は、プローバベースに接続された3軸稼動可能なベローズ構造を有する配管中に収納され、その先端は顕微鏡チャンバー内に突出し、前記キャピラリー管とベローズ処理された配管先端部との接合部には例えばOリング等の真空シール部材が設けられている。該接合部に真空シール部材が設けられていることにより、顕微鏡チャンバー内部は外気より遮断され真空状態を保つことができるので、SEM等真空環境下で観察が行なわれるタイプの顕微鏡に対応が可能であるとともに、大気側での電界発生に伴ないプラズマ発生部で発生されたプラズマが真空側に照射が可能となる。前記配管は3軸稼動可能なベローズ構造を有するため可撓性を有し、プラズマキャピラリー管位置決めステージの駆動とともにベローズおよび真空シール部材の持つ自由度の範囲内でキャピラリー管先端を顕微鏡画像により顕微鏡視野下へ、更には測定試料の目的位置への駆動及び位置決めを行なうことができる。   The plasma generator and the plasma capillary tube connected thereto are housed in a pipe having a three-axis operable bellows structure connected to a prober base, the tip of which protrudes into the microscope chamber, and the capillary tube and the bellows A vacuum seal member such as an O-ring is provided at the joint with the treated pipe tip. By providing a vacuum seal member at the joint, the inside of the microscope chamber is shielded from the outside air and can be kept in a vacuum state, so it can be used for microscopes that are observed in a vacuum environment such as SEM. In addition, it is possible to irradiate the vacuum side with the plasma generated by the plasma generation unit accompanying the generation of the electric field on the atmosphere side. Since the pipe has a bellows structure that can operate in three axes, it has flexibility, and the capillary tube tip is viewed by a microscope image within a range of degrees of freedom of the bellows and the vacuum seal member while driving the plasma capillary tube positioning stage. Further, it is possible to drive and position the measurement sample to the target position.

更に、本発明のX軸、Y軸、Z軸方向への駆動およびT軸及び/またはR軸の回転が各々独立に可能な1つまたはそれ以上のプローバを構成するプローブは、メインプローブとそれに接合するサブプローブよりなるデュアルプローブであることが好ましい。ここでいうサブプローブとは、例えばカーボンナノチューブ(以下CNTと略記する)等からなるナノスケール微小針を指す。   Further, the probe constituting one or more probers capable of independently driving in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions and rotating the T-axis and / or R-axis according to the present invention includes the main probe and the probe. A dual probe composed of sub-probes to be joined is preferable. The subprobe here refers to a nanoscale microneedle made of, for example, a carbon nanotube (hereinafter abbreviated as CNT).

本発明でいうプラズマキャピラリー管位置決めステージ、試料ステージおよび1つまたはそれ以上のプローバがT軸及び/またはR軸の回転が各々独立に可能であるということは、プラズマキャピラリー管位置決めステージ、試料ステージおよび1つまたはそれ以上のプローバがθx軸ないし、θy軸及び/またはθz軸(縦軸)を中心に自在に上下左右に傾斜し得る構造であることを言う。また、試料ステージのθ軸回りの回転とは、試料ステージがθz軸(縦軸)を360度回転が可能であることを示す。   In the present invention, the plasma capillary tube positioning stage, the sample stage, and one or more probers can independently rotate the T-axis and / or the R-axis, which means that the plasma capillary tube positioning stage, the sample stage, and the One or more probers have a structure that can be tilted vertically and horizontally freely around the θx axis, the θy axis, and / or the θz axis (vertical axis). Further, the rotation of the sample stage around the θ axis indicates that the sample stage can rotate the θz axis (vertical axis) 360 degrees.

本発明になる局所プラズマ機構を備えた顕微鏡微細作業用マイクロマニピュレーション装置を用いることにより、従来長い時間と膨大な手間が必要であった半導体集積回路の多層微細配線の深層部にある回路の不良解析が容易にできるようになった。   By using the micromanipulation apparatus for microscopic work with a local plasma mechanism according to the present invention, a failure analysis of a circuit in a deep layer portion of a multilayer microwiring of a semiconductor integrated circuit, which conventionally required a long time and enormous effort Can now be easily done.

本発明に係る顕微鏡微細作業用マイクロマニピュレーション装置について以下に詳細に述べる。本発明の肝要は、従来のマイクロマニピュレーション装置に局所プラズマ機構を具備せしめ、それにより局所のプラズマエッチングを可能にしたものである。即ち、半導体集積回路の多層微細配線の深層部にある回路の不良解析を行なうに際し、各層間の隔壁である絶縁膜を効率的に剥離し、穿孔された部分からプローブ先端を挿入し、目的とする回路部分に針当てを行ないダイレクトに電気的特性等の測定を行なうことができる。   The micromanipulation apparatus for microscopic work according to the present invention will be described in detail below. The essential point of the present invention is that a conventional micromanipulation apparatus is provided with a local plasma mechanism, thereby enabling local plasma etching. That is, when performing a failure analysis of a circuit in a deep layer portion of a multilayer fine wiring of a semiconductor integrated circuit, an insulating film as a partition between each layer is efficiently peeled off, and a probe tip is inserted from a perforated portion. It is possible to directly measure the electrical characteristics and the like by applying needle contact to the circuit portion to be performed.

本発明にいう局所プラズマ機構とは以下の如き特徴を有するものである。即ち、プラズマとしてはRF(ラジオフリーケンシー)プラズマに属し、CF、CHF等の原料ガスをRF発振機により高周波励起し、プラズマ化し分解されたフッ素系反応ガスプラズマ雰囲気を発生させる。そして局所プラズマ機構とは、その反応ガスを極細のキャピラリー管の先端より噴射し、SiOの酸化膜の微小部分、即ち、局所に照射し固体中の原子と反応させることにより揮発性分子を形成せしめ、それを蒸発除去する。その際、アルゴンガスあるいはOガスをアシストガスとして併用し反応の円滑化をはかる。反応ガスにより除去すべき微小部分はもっとも大きく見積もっても、直径20μm、深さ500nm程度であり、効率的処理を行なうためには、プラズマキャピラリー管の先端部の穴径は0.01ないし0.1mmφとし、反応性ガスの流量が0.1ないし数cc/分となるようにすることが好ましい。局所プラズマ機構の形態としては、極細ペンシル型プラズマ銃でガス導入とプラズマ発生、照射が行なえる一体型のものが好ましく用いられる。極細ペンシル型プラズマ銃の性能を変えることで、エッチングの他に、成膜、クリーナーとして機能させることも可能である。 The local plasma mechanism referred to in the present invention has the following characteristics. That is, the plasma belongs to RF (radio frequency) plasma, and a raw material gas such as CF 4 and CHF 3 is excited at a high frequency by an RF oscillator to generate a plasma and decomposed fluorine-based reactive gas plasma atmosphere. And the local plasma mechanism is that volatile molecules are formed by injecting the reaction gas from the tip of a very thin capillary tube and irradiating a minute portion of the SiO 2 oxide film, that is, locally, and reacting with atoms in the solid. Let it evaporate off. At that time, argon gas or O 2 gas is used as an assist gas to facilitate the reaction. The smallest portion to be removed by the reaction gas is estimated to have the largest diameter of about 20 μm and a depth of about 500 nm. For efficient processing, the hole diameter at the tip of the plasma capillary tube is 0.01 to 0.00 mm. It is preferable that the diameter is 1 mm and the flow rate of the reactive gas is 0.1 to several cc / min. As the form of the local plasma mechanism, an integrated type which can perform gas introduction, plasma generation and irradiation with an ultra-fine pencil type plasma gun is preferably used. By changing the performance of the ultra-fine pencil-type plasma gun, it is possible to function as a film-forming and cleaner in addition to etching.

本発明において、実際に性能検査や電気的測定等の微細作業を行なうプローブ(評価プローブ)は、三次元運動を行なう駆動系のステージ上に搭載されたプローバの形で1つまたはそれ以上存在し、それぞれが独立にX軸、Y軸、Z軸方向への駆動及びT軸及び/またはR軸の回転が可能な動きをするものである。また、顕体試料は、独立の駆動系により前記プローバとは独立したX軸、Y軸、Z軸方向への駆動及びT軸及び/またはR軸の回転が可能な試料ステージ上に載置される。これとは別に、プラズマキャピラリー管位置決めステージがあり、これもまた独立の駆動系によりX軸、Y軸、Z軸方向への駆動及びθ軸の回転を含む三次元運動が可能である。   In the present invention, one or more probes (evaluation probes) that actually perform fine work such as performance inspection and electrical measurement exist in the form of a prober mounted on a stage of a drive system that performs three-dimensional movement. , Each move independently to drive in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions and to rotate the T-axis and / or R-axis. The specimen is placed on a sample stage that can be driven in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions and rotated in the T-axis and / or R-axis independently of the prober by an independent drive system. The Apart from this, there is a plasma capillary tube positioning stage, which is also capable of three-dimensional movement including driving in the X-axis, Y-axis and Z-axis directions and rotation of the θ-axis by an independent drive system.

本発明になる顕微鏡微細作業用マイクロマニピュレーション装置において、プラズマキャピラリー管と顕体試料との相対的位置決め作業、プラズマエッチングによる剥離作業およびプローバによる微細作業は、好ましくはSEMを顕微鏡として用いる環境下で行なわれる。即ち、上述の作業は、SEMの真空環境でSEM観察下にて、オペレーターの目視による手法、あるいはSEM画像のモニターテレビによる画像処理の手法を用いて行われる。前述のプラズマキャピラリー管位置決めステージおよびそれに把持されたプラズマキャピラリー管、試料ステージおよび1つまたはそれ以上のプローバは、プローバベース上に載置され、該プローバベースはSEMの試料導入室を通してSEMチャンバー中に着脱自在に装着できる構造を有する。即ち、既成のSEM標準ステージと交換することで、SEM本体を改造することなく本発明による装置をSEMチャンバー中に着脱自在にし、使用することができる。   In the micromanipulation apparatus for microscopic work according to the present invention, the relative positioning work between the plasma capillary tube and the specimen, the peeling work by plasma etching, and the fine work by the prober are preferably performed in an environment using an SEM as a microscope. It is. That is, the above-described operation is performed using an operator's visual method or an SEM image processing method using a monitor television under SEM observation in a SEM vacuum environment. The aforementioned plasma capillary tube positioning stage and the plasma capillary tube, sample stage and one or more probers gripped by it are placed on a prober base, which prober base passes through the sample introduction chamber of the SEM and into the SEM chamber. It has a structure that can be detachably mounted. In other words, by replacing the existing SEM standard stage, the apparatus according to the present invention can be detachably used in the SEM chamber without modifying the SEM body.

更に、前述のプローバベースには局所プラズマ機構排気系配管が具備されている。これに接続した排気装置によりSEMチャンバー内をプラズマ発生気圧(10−4ないし50Pa程度)に保持することができるとともに、局所プラズマ照射による反応性ガスやプラズマエッチングによる蒸発ガスの排気除去を行なうことができる。つまり、この局所プラズマ機構排気系はSEM排気系とは全く独立して設けられている。プラズマエッチングを行なう間、SEMポートでサポートされたSEM鏡筒シャッターおよびSEM排気系シャッターを遮断しSEM本体機能と切り離しておき、前記局所プラズマ機構排気系を稼動させることにより、SEMチャンバー内を真空にし、更に局所プラズマ照射による反応性ガスやプラズマエッチングによる蒸発ガスの排気除去を行なうことができる。即ち、プラズマ作業時に発生する反応性ガスや蒸発ガスによるSEM鏡筒やSEM排気系の腐食や汚染を防止することができる。 Further, the above prober base is provided with a local plasma mechanism exhaust system piping. The inside of the SEM chamber can be maintained at the plasma generation pressure (about 10 −4 to 50 Pa) by the exhaust device connected to this, and the reactive gas by the local plasma irradiation and the evaporation gas by the plasma etching can be removed. it can. That is, this local plasma mechanism exhaust system is provided completely independently of the SEM exhaust system. During plasma etching, the SEM barrel shutter and SEM exhaust system shutter supported by the SEM port are shut off and separated from the SEM main body function, and the local plasma mechanism exhaust system is operated to evacuate the inside of the SEM chamber. Furthermore, exhaust gas removal of reactive gas by local plasma irradiation and evaporation gas by plasma etching can be performed. That is, it is possible to prevent corrosion and contamination of the SEM lens barrel and the SEM exhaust system due to reactive gas and vapor generated during the plasma operation.

上記の局所プラズマ機構部は上述の通り、SEMチャンバー内でプラズマ処理を行ってもよいし、あるいはSEMとプラズマ環境を完全に切り離すために、対象試料の任意位置をSEM像で確認した後、位置制御された搬送システムでSEMチャンバーと切り分けられた試料導入室でプラズマ処理を行ってもよい。即ち、本発明になる装置は、プラズマを利用した試料の前処理と、その後のプローバアプローチまでの一連の作業が同一SEM内で実現できるようにした装置である。   As described above, the local plasma mechanism part may perform plasma processing in the SEM chamber, or in order to completely separate the SEM and the plasma environment, after confirming an arbitrary position of the target sample with the SEM image, Plasma processing may be performed in a sample introduction chamber separated from the SEM chamber by a controlled transfer system. That is, the apparatus according to the present invention is an apparatus in which a series of operations up to the pretreatment of a sample using plasma and the subsequent prober approach can be realized in the same SEM.

本発明で用いるプローバを構成するプローブは、メインプローブとそれに接合するサブプローブよりなるデュアルプローブであることが好ましい。即ち、2種類の電極を一体化させたプローブである。その2種類の電極は、マイクロオーダーでの作業・測定に対応したマイクロプローブ(メインプローブ)とナノオーダーの作業・測定に対応したナノプローブ(サブプローブ)から構成されている。各メイン・サブプローブ共に微細作業および電気的測定が可能である。例えば、先端半径約2μmのプローブをメインプローブとし、その先端にナノスケール径のCNTよりなるサブプローブを接合して用いる。例えば、深層部にある65nm幅の配線回路を対象とした場合、プラズマエッチングをして酸化珪素絶縁膜の穿孔した孔に2台のプローバに搭載されたCNTよりなるサブプローブ先端を入れ、該当測定箇所に針当てを行なう。これにより、微小回路を損傷することなく目的の電気的測定を行なうことができる。メインプローブの材質としては、非磁性、導電性に優れた物質、例えばタングステン、金、白金あるいはリン青銅とすることが好ましい。   The probe constituting the prober used in the present invention is preferably a dual probe comprising a main probe and a sub probe joined thereto. That is, it is a probe in which two types of electrodes are integrated. The two types of electrodes are composed of a microprobe (main probe) compatible with micro-order work / measurement and a nanoprobe (sub-probe) compatible with nano-order work / measurement. Each main and sub probe can perform fine work and electrical measurement. For example, a probe having a tip radius of about 2 μm is used as the main probe, and a sub-probe made of nano-scale CNT is joined to the tip. For example, in the case of a 65 nm wide wiring circuit in the deep layer, the tip of a sub-probe made of CNTs mounted on two probers is inserted into a hole in which a silicon oxide insulating film is perforated by plasma etching. A needle guard is applied to the point. Thereby, the intended electrical measurement can be performed without damaging the microcircuit. The material of the main probe is preferably a non-magnetic, highly conductive material such as tungsten, gold, platinum or phosphor bronze.

メインプローブとサブプローブの接合は本発明装置で顕微鏡視野下で観察しながら行なう。取り付け方法については、プラズマ照射を応用した方法、電子線を利用したコンタミ接合法、タングステンデポ(CVD)接合法あるいはナノ粒子接合法等を利用して行なうことができ、特に限定を受けるものではない。接合させる位置は、例えば電解研磨等の方法で先端を尖らせたメインプローブの先端にCNT等のサブプローブの端部を合わせて、接合を行なう。サブプローブの先端に角度を設けることにより、CNT等のサブプローブの試料面への接触を確実に行なうことができる。   The main probe and the sub-probe are joined while observing in a microscope field of view with the apparatus of the present invention. The mounting method can be performed using a method using plasma irradiation, a contamination bonding method using an electron beam, a tungsten deposition (CVD) bonding method, a nanoparticle bonding method, or the like, and is not particularly limited. . The bonding position is performed by aligning the end of the sub-probe such as CNT with the tip of the main probe whose tip is sharpened by a method such as electrolytic polishing. By providing an angle at the tip of the sub-probe, the sub-probe such as CNT can be reliably brought into contact with the sample surface.

前述のデュアルプローブに取り付けるサブプローブとしてナノスケール径のCNTを用いる場合、CNTは比較的消耗が激しく、あるいは測定作業によっては、作業終了時点で切断されて使い捨てになる場合もある。このようなことから、サブプローブは真空下での微細作業時にSEMチャンバー内にて、真空を破壊することなく、SEM観察視野内にて確認しながら交換が可能としておくことができる。交換用サブプローブは、検体試料を載置する試料ステージ上に載置されるようにしておくことが好ましい。これにより、デュアルプローブと交換用サブプローブは、各々独立した動きをするものとなるから、効率的な交換作業が可能となる。また、連続的な不良解析作業も可能となる。   When nanoscale CNTs are used as the sub-probes to be attached to the above-described dual probes, the CNTs are relatively exhausted, or depending on the measurement work, they may be cut and discarded at the end of the work. For this reason, the sub-probe can be exchanged while confirming in the SEM observation field without breaking the vacuum in the SEM chamber at the time of fine work under vacuum. It is preferable that the replacement sub-probe is placed on the sample stage on which the specimen sample is placed. As a result, the dual probe and the replacement sub-probe move independently of each other, so that an efficient replacement operation is possible. In addition, continuous failure analysis work is also possible.

以下図面に基づいて、本発明になる顕微鏡微細作業用マイクロマニピュレーション装置の実施の態様について具体的に説明を行なうが、これにより本発明の限定を行なうものではない。   Hereinafter, embodiments of the micromanipulation apparatus for microscopic work according to the present invention will be specifically described with reference to the drawings. However, the present invention is not limited thereto.

図1は本発明の顕微鏡微細作業用マイクロマニピュレーション装置の1例を示す概略説明図である。SEMチャンバー1内にプローバベース2があり、プローバベース上には複数のプローバ3と試料ステージ4が載置されており、更にプローバベースにはベローズ構造を有する配管5が取り付けられており、その中には極細のペンシル型プラズマ電子銃6が収納されている。該ペンシル型プラズマ電子銃6はプラズマ電極7とプラズマキャピラリー管8により構成されており、このプラズマキャピラリー管8の先端部はプラズマキャピラリー管位置決めステージ9により把持されており、また、配管5との接続部分にはOリング10が配置されSEMチャンバー内の機密を保つようになっている。前述のプラズマキャピラリー管位置決めステージ9、試料ステージ4およびプローバ3は、各々独立にX軸、Y軸、Z軸方向への駆動およびT軸及び/またはR軸の回転が可能である。これら各々のユニットの粗動はDCモータを駆動源とし、微動は圧電素子を駆動源として用いた(いずれも図示せず)。更にプローバベース2にはプラズマ機構排気系11が設けられている。プローバベース2上に載置された前記部品で、全体として局所プラズマ機構を構成する。   FIG. 1 is a schematic explanatory view showing an example of a micromanipulation apparatus for microscopic work according to the present invention. There is a prober base 2 in the SEM chamber 1, a plurality of probers 3 and a sample stage 4 are placed on the prober base, and a pipe 5 having a bellows structure is attached to the prober base. Contains an extremely thin pencil-type plasma electron gun 6. The pencil type plasma electron gun 6 is composed of a plasma electrode 7 and a plasma capillary tube 8, and the tip of the plasma capillary tube 8 is held by a plasma capillary tube positioning stage 9 and connected to the pipe 5. An O-ring 10 is arranged in the part to keep secret in the SEM chamber. The plasma capillary tube positioning stage 9, the sample stage 4 and the prober 3 can be independently driven in the X-axis, Y-axis and Z-axis directions and rotated in the T-axis and / or R-axis. The coarse movement of each of these units used a DC motor as a drive source, and the fine movement used a piezoelectric element as a drive source (none is shown). Further, the prober base 2 is provided with a plasma mechanism exhaust system 11. The components placed on the prober base 2 constitute a local plasma mechanism as a whole.

SEMチャンバー1の頂部にはSEM鏡筒12が配置されてなり、前記プローバ3、試料ステージ4上の顕体試料(図示せず)、キャピラリー管8をSEM視野に納めることができる。またSEMチャンバー1の底部にはSEM排気系13が設置されており、SEMチャンバー1内を真空にする作用を行なう。更にSEM鏡筒12に接するようにSEM鏡筒シャッター14が、SEM排気系13に接するようにSEM排気系シャッター15が設けられている。またSEMチャンバー1の側部には試料導入室16が設けられている。プローバベース2上に設けられた局所プラズマ機構は、前記試料導入室16からSEMチャンバー1に自在に着脱可能である。   An SEM column 12 is arranged on the top of the SEM chamber 1, and the prober 3, the specimen sample (not shown) on the sample stage 4, and the capillary tube 8 can be accommodated in the SEM visual field. Further, an SEM exhaust system 13 is installed at the bottom of the SEM chamber 1 and performs an action of evacuating the inside of the SEM chamber 1. Further, an SEM barrel shutter 14 is provided so as to be in contact with the SEM barrel 12, and an SEM exhaust system shutter 15 is provided so as to be in contact with the SEM exhaust system 13. A sample introduction chamber 16 is provided on the side of the SEM chamber 1. The local plasma mechanism provided on the prober base 2 can be freely attached to and detached from the sample introduction chamber 16 to the SEM chamber 1.

前述のペンシル型プラズマ電子銃6にはRF電源17とプラズマ発生機構18が接続されてなり、ここにおいてプラズマが発生されキャピラリー管8の先端より照射される。キャピラリー管8の先端の対向する箇所に試料ステージ4上に載置された顕体試料の剥離が必要な絶縁膜部分がくるように試料ステージ4とプラズマキャピラリー管位置決めステージ9とを操作する。操作に際しては、SEM鏡筒12で捉えたSEM画像を観察しながら前記両ステージの駆動を行なう。   An RF power source 17 and a plasma generation mechanism 18 are connected to the pencil type plasma electron gun 6 described above, where plasma is generated and irradiated from the tip of the capillary tube 8. The sample stage 4 and the plasma capillary tube positioning stage 9 are operated so that an insulating film portion that needs to be peeled off from the specimen sample placed on the sample stage 4 comes to a position where the tip of the capillary tube 8 is opposed. In operation, both stages are driven while observing the SEM image captured by the SEM column 12.

図2はプラズマキャピラリー管8の形状の一例を示す図面である。プラズマキャピラリー管8は、キャピラリー管本体8−1部分とキャピラリー管先端部分8−2より構成され、キャピラリー管本体8−1部分を囲むようにプラズマ電極(図示せず)が配置されている。キャピラリー管先端部分8−2の孔径は目的によって異なるが、大略0.01mmないし0.2mm程度である。キャピラリー管本体8−1部分で発生したプラズマはキャピラリー管先端部分8−2で加速され顕体試料の微小部分(局所)に照射される。   FIG. 2 is a drawing showing an example of the shape of the plasma capillary tube 8. The plasma capillary tube 8 includes a capillary tube body 8-1 portion and a capillary tube tip portion 8-2, and a plasma electrode (not shown) is disposed so as to surround the capillary tube body 8-1 portion. The hole diameter of the capillary tube tip portion 8-2 varies depending on the purpose, but is approximately 0.01 mm to 0.2 mm. The plasma generated in the capillary tube main body 8-1 is accelerated by the capillary tube tip portion 8-2 and applied to a minute portion (local) of the specimen.

図3は本発明に用いる微細作業用プローバ3に搭載するデュアルプローブの先端部の部分の一例を示す図面である。デュアルプローブ19はメインプローブ19−1とCNTよりなるサブプローブ19−2より構成される。2本以上のプローバに載置されたデュアルプローブを駆動し、メインプローブ19−1あるいはそれに接合したサブプローブ19−2の先端を顕体試料の測定位置に移動し、位置決めを行ない必要な測定を行なう。顕体試料はθ軸を中心とした回転を含め平面上の自在に移動が可能であり、高さ方向の変位も可能であり、更に任意の角度で傾斜させることも可能である。デュアルプローブ19は平面上及び高さ方向の自在な移動に加えその傾斜も変えることができるため、顕体試料に対する相対位置および試料に接する角度も自在に変えることができる。即ち、任意の角度で、任意の位置にメインプローブ19−1あるいはメインプローブに接合したサブプローブ19−2の先端を接触させることが可能である。   FIG. 3 is a view showing an example of a tip portion of a dual probe mounted on a fine work prober 3 used in the present invention. The dual probe 19 includes a main probe 19-1 and a sub probe 19-2 made of CNT. The dual probes mounted on two or more probers are driven, the tip of the main probe 19-1 or the sub probe 19-2 joined thereto is moved to the measurement position of the specimen, and positioning is performed to perform necessary measurements. Do. The specimen can move freely on a plane including rotation around the θ axis, can be displaced in the height direction, and can be tilted at an arbitrary angle. Since the dual probe 19 can change the inclination in addition to the free movement in the plane and in the height direction, the relative position with respect to the specimen sample and the angle in contact with the specimen can also be freely changed. That is, the tip of the main probe 19-1 or the sub probe 19-2 joined to the main probe can be brought into contact with an arbitrary position at an arbitrary angle.

図4は本発明の顕微鏡微細作業用マイクロマニピュレーション装置が装着されるSEMチャンバーの斜視図であり、図5は前記SEMチャンバー1に着脱自在なプローバベース2の斜視図である。プラズマキャピラリー管位置決めステージ、試料ステージおよび1つまたはそれ以上のプローバを搭載したプローバベース2は、一体物として、そのままSEMチャンバー1内に着脱可能である。図6は本発明のプローバベースがSEMチャンバーに装着された状態を示す斜視図である。   FIG. 4 is a perspective view of an SEM chamber in which the micromanipulation apparatus for microscopic work according to the present invention is mounted, and FIG. 5 is a perspective view of a prober base 2 detachably attached to the SEM chamber 1. A prober base 2 on which a plasma capillary tube positioning stage, a sample stage, and one or more probers are mounted can be attached to and detached from the SEM chamber 1 as an integrated object. FIG. 6 is a perspective view showing a state in which the prober base of the present invention is mounted in the SEM chamber.

本発明になる操作型電子顕微鏡マイクロマニピュレーション装置を用いた剥離作業及び不良解析作業の手順の一例を示すと以下の通りである。   An example of the procedure of the peeling work and the defect analysis work using the operation type electron microscope micromanipulation apparatus according to the present invention is as follows.

1.測定対象の顕体試料を試料ステージ4上に載置する。
2.SEM画像を観察しながら剥離を行なう位置に、顕体試料である半導体デバイスの剥離対象箇所の位置決めを行なう。
3.SEM画像を観察しながらプラズマキャピラリー管位置決めステージ9を操作しキャピラリー管8の筒先を顕体試料の剥離対象箇所に対向するようにする。
4.SEM鏡筒シャッター14およびSEM排気系シャッター15を作動せしめ、SEM電子銃および排気系をシャットダウンする。
5.ペンシル型プラズマ電子銃6を稼動せしめ、半導体デバイスの絶縁膜にプラズマを照射し、プラズマエッチングを行なう。
6.プラズマエッチング終了後、プラズマ機構排気系11を稼動せしめ、プラズマ活性ガス、プラズマエッチングに伴なう蒸発物の強制排気/除去を行なう。
7.SEM鏡筒シャッター14およびSEM排気系シャッター15を開き、SEM画像を観察しながらプラズマエッチングにより剥離された孔にデュアルプローブ19のメインプローブ19−1に接合したサブプローブ19−2の先端を挿入し、微細配線深層部の測定部分に接触し、測定評価を行なう。
1. A specimen sample to be measured is placed on the sample stage 4.
2. While observing the SEM image, the position to be peeled of the semiconductor device, which is the specimen, is positioned at the position where peeling is performed.
3. While observing the SEM image, the plasma capillary tube positioning stage 9 is operated so that the tube tip of the capillary tube 8 faces the part to be peeled of the specimen.
4). The SEM lens barrel shutter 14 and the SEM exhaust system shutter 15 are operated to shut down the SEM electron gun and the exhaust system.
5. The pencil type plasma electron gun 6 is operated, plasma is irradiated to the insulating film of the semiconductor device, and plasma etching is performed.
6). After the plasma etching is completed, the plasma mechanism exhaust system 11 is operated to forcibly exhaust / remove the plasma active gas and the vapor accompanying the plasma etching.
7). Open the SEM barrel shutter 14 and the SEM exhaust system shutter 15, and insert the tip of the sub probe 19-2 joined to the main probe 19-1 of the dual probe 19 into the hole peeled off by plasma etching while observing the SEM image. Then, contact with the measurement portion of the fine wiring deep layer portion to perform measurement evaluation.

以上の操作が1サイクルであり、同じ顕体試料の別の箇所をターゲットとして同じ操作を行なう場合は、試料ステージ、プラズマキャピラリー管位置決めステージを操作して顕体試料の次の該当箇所にプラズマキャピラリー管の筒先が来るようにし、次のサイクルをそのまま連続して行なう。   When the above operation is one cycle and the same operation is performed with another part of the same specimen as a target, the sample capillary and the capillary tube positioning stage are operated to place the plasma capillary on the next relevant part of the specimen. The next cycle is continued as it is, with the tube tip coming.

SEMに取り付けられた本発明の顕微鏡微細作業用マイクロマニピュレーション装置の一例を示す概略説明図である。It is a schematic explanatory drawing which shows an example of the micromanipulation apparatus for microscopic work of this invention attached to SEM. 本発明のプラズマキャピラリー管の形状の一例を示す図面である。It is drawing which shows an example of the shape of the plasma capillary tube of this invention. 本発明に用いる微細作業用プローバに搭載するデュアルプローブの一例で、その先端部部分を示す図面である。It is drawing which shows the front-end | tip part part in an example of the dual probe mounted in the prober for fine work used for this invention. 本発明のプローバベースが装着されるSEMチャンバーの斜視図である。It is a perspective view of the SEM chamber with which the prober base of this invention is mounted | worn. SEMチャンバーに着脱自在な本発明のプローバベースの斜視図である。It is a perspective view of the prober base of this invention detachably attached to a SEM chamber. 本発明のプローバベースがSEMチャンバーに装着された状態を示す斜視図である。It is a perspective view which shows the state with which the prober base of this invention was mounted | worn with the SEM chamber.

符号の説明Explanation of symbols

1 SEMチャンバー 2 プローバベース
3 プローバ 4 試料ステージ
5 ベローズ構造を有する配管
6 ペンシル型プラズマ電子銃
7 プラズマ電極 8 プラズマキャピラリー管
8−1 キャピラリー管本体
8−2 キャピラリー管先端部分
9 プラズマキャピラリー管位置決めステージ
10 Oリング 11 プラズマ機構排気系
12 SEM鏡筒 13 SEM排気系
14 SEM鏡筒シャッター
15 SEM排気系シャッター
16 前記試料導入室 17 RF電源
18 プラズマ発生機構 19 デュアルプローブ
19−1 メインプローブ 19−2 サブプローブ

DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 SEM chamber 2 Prober base 3 Prober 4 Sample stage 5 Piping which has a bellows structure 6 Pencil type plasma electron gun 7 Plasma electrode 8 Plasma capillary tube 8-1 Capillary tube main body 8-2 Capillary tube tip part 9 Plasma capillary tube positioning stage 10 O-ring 11 Plasma mechanism exhaust system 12 SEM barrel 13 SEM exhaust system 14 SEM barrel shutter 15 SEM exhaust system shutter 16 Sample introduction chamber 17 RF power source 18 Plasma generation mechanism 19 Dual probe 19-1 Main probe 19-2 Sub probe

Claims (5)

局所プラズマ機構、および該局所プラズマ機構の先端部であるプラズマキャピラリー管を把持するプラズマキャピラリー管位置決めステージ、試料ステージおよび1つまたはそれ以上のプローバがプローバベース上に載置され、該プローバベースが顕微鏡の視野下に着脱自在に装着できる構造を有することを特徴とする顕微鏡微細作業用マイクロマニピュレーション装置。   A local plasma mechanism, a plasma capillary tube positioning stage that grips a plasma capillary tube that is a tip of the local plasma mechanism, a sample stage, and one or more probers are mounted on a prober base, and the prober base is a microscope A micromanipulation device for microscopic work, characterized in that it has a structure that can be detachably mounted under the field of view of the microscope. 顕微鏡が走査型電子顕微鏡であり、プローバベースが走査型電子顕微鏡の試料導入室を通して走査型電子顕微鏡チャンバー中に着脱自在に装着できる構造を有することを特徴とする請求項1に記載の顕微鏡微細作業用マイクロマニピュレーション装置。   2. The microscopic work according to claim 1, wherein the microscope is a scanning electron microscope, and the prober base has a structure that can be detachably mounted in the scanning electron microscope chamber through a sample introduction chamber of the scanning electron microscope. Micromanipulation device. 局所プラズマ機構が、プラズマ発生部と、プラズマキャピラリー管と、局所プラズマ機構排気系から構成されていることを特長とする請求項1または請求項2のいずれかに記載の顕微鏡微細作業用マイクロマニピュレーション装置。   3. The micromanipulation apparatus for microscopic work according to claim 1, wherein the local plasma mechanism includes a plasma generation unit, a plasma capillary tube, and a local plasma mechanism exhaust system. . プラズマキャピラリー管位置決めステージ、試料ステージおよび1つまたはそれ以上のプローバがX軸、Y軸、Z軸方向への駆動およびT軸及び/またはR軸の回転がそれぞれ独立に可能であることを特徴とする請求項1ないし請求項3いずれかに記載の顕微鏡微細作業用マイクロマニピュレーション装置。   The plasma capillary tube positioning stage, the sample stage, and one or more probers can be independently driven in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions and rotated in the T-axis and / or R-axis. The micromanipulation apparatus for microscopic work according to any one of claims 1 to 3. プラズマ発生部とプラズマキャピラリー管がプローバベースに接続された3軸稼動可能なベローズ構造を有する配管中に収納され、プラズマキャピラリー管の先端は走査型電子顕微鏡チャンバー内に突出し、前記プラズマキャピラリー管とベローズ処理された配管先端部との接合部には真空シール部材が設けられており、該シール部材を設けることにより大気側での電界発生に伴ないプラズマ発生部で発生されたプラズマが真空側に照射が可能であることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれかに記載の顕微鏡微細作業用マイクロマニピュレーション装置。

The plasma generation unit and the plasma capillary tube are housed in a pipe having a three-axis operable bellows structure connected to a prober base. The tip of the plasma capillary tube protrudes into the scanning electron microscope chamber, and the plasma capillary tube and the bellows A vacuum seal member is provided at the joint with the treated pipe tip, and by providing the seal member, the plasma generated at the plasma generation part accompanying the generation of an electric field on the atmosphere side is irradiated to the vacuum side. The micromanipulation apparatus for microscopic work according to any one of claims 1 to 4, wherein the micromanipulation apparatus for microscopic work is characterized by the above.

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