JP2011221023A - 試片製造装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】自動化方式によって試片を製造できる試片製造装置及び方法を提供する。
【解決手段】試片製造装置１０は、基板が置かれるステージ２２０と、前記ステージ２２０に置かれた前記基板にレーザービームを照射し、前記基板から分析領域を含む試片を切り出すレーザービームユニット２６０とを含む。また、前記基板が前記ステージ２２０にローディングされる前に、前記基板に形成された欠陥の位置を検出する欠陥検査部１００をさらに含む。自動化方式にレーザービームを利用して基板から直接試片を製造することによって、試片製造に必要とする時間を短縮し、試片品質の均一度も向上させることができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、試片（ｓｐｅｃｉｍｅｎ）製造装置及び方法に関し、より詳細には透過電子顕微鏡用分析試片を製造する装置及び方法に関する。

一般的に半導体素子製造工程で蒸着工程を反復的に行うことによってウエハー上に多数の膜が形成される。もし前記工程で形成された膜のうち、特定の膜に欠陥が発生すれば、後続工程により形成される半導体素子に異常が発生する。したがって、半導体素子製造工程が進行されたウエハー内に欠陥が発生したウエハーを選択した後、ウエハーから分析用試片（ｓｐｅｃｉｍｅｎ）を切り出して特定の膜の欠陥の有無を判断する分析作業を必要とする。分析作業には透過電子顕微鏡（Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、ＴＥＭ）が使われ、分析試片は高電位差に加速された電子が試料に入射及び透過されるように約１μｍ以下の厚さを有する薄片に形成される。

特開２００８−２５６５６０号公報

本発明は、自動化方式によって試片を製造できる試片製造装置及び方法を提供する。

本発明の目的はここに制限されず、言及されなかった他の目的は下の記載から当業者に明確に理解できるものとする。

上記目的を達成するためになされた本発明の実施形態による試片製造装置は、基板が置かれるステージと、前記ステージに置かれた前記基板にレーザービームを照射し、前記基板から分析領域を含む試片を切り出すレーザービームユニットとを含む。

本発明の実施形態によれば、前記ステージを垂直移動及び水平移動並びに回転させるステージ駆動器をさらに含み、前記ステージ駆動器は、前記レーザービームユニットに対して前記ステージを相対移動させ得る。

本発明の実施形態によれば、前記基板は欠陥が形成された基板を含み、前記レーザービームユニットは前記欠陥が前記分析領域に含まれるように前記試片を前記基板から切り出すことができる。

本発明の実施形態によれば、前記基板が前記ステージにローディングされる前に、前記基板に形成された前記欠陥の位置を検出する欠陥検査部をさらに含むことができる。

本発明の実施形態によれば、前記欠陥検査部から前記欠陥の位置に関する信号を受信し、前記ステージに置かれた前記基板の前記欠陥が前記レーザービームユニットの下に整列されるように前記ステージ駆動器をコントロールするコントローラーをさらに含むことができる。

本発明の実施形態によれば、前記試片は、ベースと、上端部に前記分析領域が含まれるように前記ベースの上面から突出される突出部とを含み、前記レーザービームユニットは前記ベースと前記突出部の周辺領域を前記レーザービームによって除去することができる。

本発明の実施形態によれば、前記レーザービームユニットは、電源供給部材と、前記電源供給部材が供給する電流を利用して前記レーザービームを生成し、前記レーザービームを前記基板に照射するレーザービーム照射部材とを含み、前記電源供給部材は除去領域によって異なる大きさの前記電流を前記レーザービーム照射部材に供給できる。

本発明の実施形態によれば、前記電流の大きさは前記ベースの周辺領域を除去する時より前記突出部の周辺領域を除去する時にさらに小さくすることができる。

上記目的を達成するためになされた本発明の実施形態よる試片製造方法は、分析対象の基板をステージにローディングし、前記レーザービームユニットが前記基板に前記レーザービームを照射して分析領域を含む試片を前記基板から切り出すことを含む。

本発明の実施形態によれば、前記基板は複数個の欠陥が形成された基板を含み、前記基板の前記ステージへのローディング前に前記欠陥の位置を検出し、検出された前記欠陥の位置から順次的に前記欠陥が含まれた前記試片を前記基板から切り出すことができる。

本発明の実施形態によれば、前記試片はベースと、上端部に前記欠陥が含まれるように前記ベースの上面から突出され、前記ベースの長さ方向に沿って延在する突出部を含み、前記ベースと前記突出部の周辺領域を前記レーザービームによって除去し、前記基板から前記試片を切り出すことができる。

本発明の実施形態によれば、前記ベースの周辺領域を除去する時より前記突出部の周辺領域を除去する時に、さらに小さな強度の前記レーザービームを照射することができる。

本発明の実施形態によれば、前記ベースは四角形断面のロード形状に提供され、前記突出部は前記ベースの幅より小さな幅を有する四角形断面のロード形状に提供され、前記突出部の断面は前記ベースの断面の中心部上に位置できる。

本発明の実施形態によれば、前記突出部の長さ方向に向かう両側面のうちの少なくとも１つには、リセスが形成されることができ、前記リセスは前記突出部の突出方向に向かい、上端が開放されるように形成されることができる。

本発明の他の実施形態によれば、前記ベースは四角形断面のロード形状に提供され、前記突出部は上に行くにつれて漸進的に前記ベースの幅より小さな幅を有するような断面のロード形状に提供されていることができる。

本発明の他の実施形態によれば、前記ベースは四角形断面のロード形状に提供され、前記突出部は前記ベースの幅より小さな幅を有する四角形断面のロード形状に提供され、前記突出部の断面は前記ベースの断面の一側端領域上に位置できる。

本発明の実施形態によれば、前記ベースと前記突出部によって形成される端領域は傾斜面に提供され得る。

本発明の実施形態によれば、前記ベースと前記突出部によって形成される端領域は曲面に提供され得る。

本発明によれば、自動化方式で試片を製造することによって、試片製造に必要とする時間を短縮し、試片品質の均一度も向上させることができる。

そして本発明によれば、レーザービームを利用して基板から直接試片を製造できる。但し、以下に説明された図面は、但し例示の目的のためのものであり、本発明の範囲を制限するためのものではない。

本発明の実施形態による試片製造装置の構成を示すブロック図である。 図１の試片製造部を示す図面である。 基板の欠陥をレーザービーム照射部材に整列する方法を説明するための図面である。 図３の第１欠陥の周辺領域を拡大した図面である。 図３のＡ−Ａ’線による断面図である。 透過電子顕微鏡の分析に使われる試片のこと例を示す図面である。 レーザービームを利用して試片を製造する過程を示す図面である。 図６ＡのＢ−Ｂ’線による面図である。 レーザービームを利用して試片を製造する過程を示す図面である。 図７ＡのＣ−Ｃ’線による断面図である。 透過電子顕微鏡の分析に使われる試片の他の実施形態を示す図面である。 透過電子顕微鏡の分析に使われる試片の他の実施形態を示す図面である。 透過電子顕微鏡の分析に使われる試片の他の実施形態を示す図面である。 透過電子顕微鏡の分析に使われる試片の他の実施形態を示す図面である。 透過電子顕微鏡の分析に使われる試片の他の実施形態を示す図面である。 透過電子顕微鏡の分析に使われる試片の他の実施形態を示す図面である。

以下、添付の図面を参照した発明の望ましい実施形態により試片製造装置及び方法を詳細に説明する。まず、各図面の構成要素に参照符号を付与することにおいて、同一の構成要素に対しては、たとえ他の図面上に表示されていても可能なかぎり同一の符号を有するようにしていることに留意しなければならない。また、本発明を説明するにおいて、関連の公知構成、または機能に対する具体的な説明が本発明の要旨を逸脱できると判断される場合にはその詳細な説明は省略する。
（実施形態）

図１は、本発明の実施形態による試片製造装置１０の構成を示すブロック図である。図１を参照すれば、試片製造装置１０は透過電子顕微鏡ＴＥＭの試料分析に使われる試片を製造するために、欠陥検査部１００と試片製造部２００とを含む。

欠陥検査部１００は基板のパターン面をスキャン（Ｓｃａｎ）して基板に形成された欠陥（Ｄｅｆｅｃｔｓ）の位置情報、すなわち欠陥座標を検出する。試片製造部２００は欠陥検査部１００から基板における欠陥座標を受信して、基板上の欠陥座標にで欠陥が含まれた試片を直接製造する。試片の製造は欠陥座標に基づいて順次的に進行される。

従来には、作業者の修正業務に基板の一部分を切断し、基板の切断された部分から欠陥が含まれた試片を製造した。しかし、本発明の実施形態による試片製造部２００は基板を切断することなく、自動化方式に全体基板上で直接試片を製造する。また、従来には、集束されたイオンビーム（Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ、ＦＩＢ）を利用して試片を製造したが、本発明の実施形態による試片製造部２００はレーザービーム（Ｌａｓｅｒ Ｂｅａｍ）を利用して試片を製造する。

一方、試片製造部２００には欠陥がない基板もローディングできる。この場合、試片製造部２００は基板上の予め設定された位置で試片を製造できる。これは、特定膜質を蒸着する工程を進行した後、膜質の蒸着が正常になされたか、またはコンタクトホールがよく埋められたのかなどを確認するために、透過電子顕微鏡を利用して基板の断面を観察するためである。

図２は図１の試片製造部を示す図面である。図１及び図２を参照すれば、試片製造部２００はステージ２２０、ステージ駆動器２４０、レーザービームユニット２６０、およびコントローラー２８０を含む。
ステージ２２０には、基板Ｗがローディングされる。基板は欠陥が形成された基板であり得る。ステージ駆動器２４０はステージ２２０を垂直／水平方向に直線移動させ、ステージ２２０に垂直な中心軸を中心にステージ２２０を回転させることができる。基板Ｗは、ステージ２２０の直線移動及び回転によって直線移動及び回転される。ステージ駆動器２４０はステージ２２０上の基板Ｗを基準位置に整列させるためにステージ２２０を回転させ、基板Ｗ上への試片製造のためにステージ２２０を垂直／水平方向に直線移動させることができる。

レーザービームユニット２６０はステージ２２０の上部に配置される。レーザービームユニット２６０はステージ２２０に置かれた基板Ｗに対し、下方向に垂直になるようにレーザービームＬＢを照射し、基板Ｗから欠陥を含む試片を切り出す。レーザービームユニット２６０は電源供給部材２６２と、レーザービーム照射部材２６４とを含む。電源供給部材２６２はレーザービーム照射部材２６４に電流を供給する。レーザービーム照射部材２６４はレーザービームＬＢを生成し、レーザービームＬＢを基板Ｗに照射する。電源供給部材２６２が供給する電流はレーザービーム照射部材２６４のレーザー発振器２６５に印加され、レーザー発振器２６５は印加された電流を利用してレーザービームＬＢを生成する。生成されたレーザービームＬＢは光学系２６７を経て基板Ｗに照射される。

コントローラー２８０はステージ駆動器２４０とレーザービームユニット２６０の電源供給部材２６２をコントロールする。コントローラー２８０は欠陥検査部１００から欠陥座標に関する信号を受信し、ステージ２２０に置かれた基板Ｗの欠陥がレーザービームユニット２６０の下に整列されるようにステージ駆動器２４０をコントロールする。これに加えて、コントローラー２８０は固定された位置のレーザービームユニット２６０から下方向に垂直になるように照射されるレーザービームＬＢが欠陥の周辺領域を除去するようにステージ駆動器２４０をコントロールできる。また、コントローラー２８０はレーザービームＬＢの強度が調節されるようにレーザービームユニット２６０の電源供給部材２６２をコントロールできる。

以下には、前記のような構成を有する試片製造装置を利用して試片を製造する方法を説明する。

まず、欠陥検査部１００は基板のパターン面をスキャンし、試片製造に使われる基板に形成された欠陥（Ｄｅｆｅｃｔｓ）の位置情報、すなわち欠陥座標を検出する。検出された欠陥座標は試片製造部２００のコントローラー２８０に伝達され、基板は試片製造部２００のステージ２２０に移動される。ステージ２２０に移動された基板Ｗはステージ２２０の回転によって基準位置に整列され、基板Ｗ上の欠陥はステージ２２０の水平移動によってレーザービーム照射部材２６４の下に整列される。

図３は基板の欠陥をレーザービーム照射部材の下に整列させる方法を説明するための図面である。図３を参照すれば、複数個の欠陥Ｄ１、Ｄ２、Ｄ３が形成された基板Ｗがステージ２２０にローディングされる。ステージ駆動器２４０はステージ２２０を垂直な中心軸を基準に回転させ、基板Ｗを基準位置に整列させる。以後、コントローラー２８０は欠陥座標に基づいてステージ駆動器２４０をコントロールする。ステージ駆動器２４０はコントローラー２８０のコントロールによってステージ２２０を水平方向、すなわち第１方向Iと第２方向IIに移動させ、基板Ｗ上の第１欠陥Ｄ１をレーザービーム照射部材２６４の下に整列させる。この時、レーザービーム照射部材２６４は特定位置に固定された状態で保持される。

第１欠陥Ｄ１の整列後、第１欠陥Ｄ１の位置において試片製造工程が進行される。以後、第２欠陥Ｄ２の整列及び第２欠陥Ｄ２位置における試片製造工程、そして第３欠陥Ｄ３の整列及び第３欠陥Ｄ３位置における試片製造工程が順次的に進行されることができる。

次に、試片製造工程が進行される欠陥周辺領域の断面構造と、この領域で製造される試片の形状に対して説明する。

図４Ａは図３の第１欠陥Ｄ１周辺領域を拡大した図面で、図４Ｂは図３のＡ−Ａ’線に沿った断面図である。図４Ａ及び図４Ｂを参照すれば、基板Ｗはベース基板Ｓとベース基板Ｓ上に順次的に形成された第１乃至第３膜質層Ｌ１、Ｌ２、Ｌ３とを含むことができる。例えば、第１膜質層Ｌ１と第２膜質層Ｌ２との間に第１欠陥Ｄ１が存在すれば、第１膜質層Ｌ１の蒸着工程と第２膜質層Ｌ２の蒸着工程との間で基板Ｗが汚染されたことが分かる。このような工程不良は基板Ｗの断面分析を通じて明らかにすることができ、基板Ｗの断面分析には透過電子顕微鏡ＴＥＭが使われることができる。

透過電子顕微鏡ＴＥＭを利用した基板Ｗの断面分析には欠陥Ｄ１含む試片が利用され、試片は、例えば、図５に示す形状に提供され得る。試片の形状はこれ以外にも多様な形状を有することができ、これに対する詳細な説明は後述する。

図５は透過電子顕微鏡の分析に使われる試片の一実施形態を示す図面である。図５を参照すれば、試片３００ａはベース３１０ａと突出部３２０ａとを含む。ベース３１０ａは四角形断面のロード形状を有し、突出部３２０ａはベース３１０ａの断面幅より小さな幅を有する四角形断面のロード形状を有することができる。突出部３２０ａはベース３１０ａの上面から突出される。突出部３２０ａは突出部３２０ａの断面がベース３１０ａの断面の中心部上に位置するように突出できる。

例えば、試片の全体高さＨ１は、約８００μｍで、突出部３２０ａの高さＨ２は約１００μｍで、突出部３２０ａの断面幅、すなわち突出部３２０ａの厚さは約１μｍ以下とすることができる。突出部３２０ａのうち、約４〜７μｍ範囲の上端部が透過電子顕微鏡ＴＥＭの分析に利用され、第１欠陥Ｄ１は４〜７μｍ範囲の上端部に含まれる。

上述のような形状の試片を第１欠陥Ｄ１の位置で製造する過程を説明すれば以下の通りである。図６Ａと図７Ａとはレーザービームを利用して試片を製造する過程を示す図面である。そして、図６Ｂは図６ＡのＢ−Ｂ’線に沿った断面図で、図７Ｂは図７ＡのＣ−Ｃ’線に沿った断面図である。

図６Ａ及び図６Ｂを参照すれば、レーザービーム照射部材２６４は第１欠陥Ｄ１から離れた位置に固定され、基板Ｗに向けて垂直になるように下方向にレーザービームＬＢを照射する。照射されたレーザービームＬＢは基板Ｗを貫通するように基板Ｗを蝕刻する。この時、基板は、レーザービームＬＢの蝕刻によって第１欠陥Ｄ１を含む直六面体形状の予備試片ＳＰ１が形成されるように、第１方向Iと第２方向IIに水平移動する。

図７Ａ及び図７Ｂを参照すれば、予備試片ＳＰ１が形成された後、レーザービーム照射部材２６４は基板Ｗと予備試片ＳＰ１の移動によって予備試片ＳＰ１の上面上側に位置する。レーザービーム照射部材２６４は固定された位置で予備試片ＳＰ１の上面にレーザービームＬＢを照射する。照射されたレーザービームＬＢは図５に示した突出部３２０ａの高さに該当する深さで予備試片ＳＰ１の上面を蝕刻する。予備試片ＳＰ１の上面の内、突出部３２０ａの厚さに該当する中心領域を除外した余りの領域がレーザービームＬＢによって蝕刻されるように、予備試片ＳＰ１は第１方向Iと第２方向IIに水平移動する。この時、照射されるレーザービームＬＢ強度は予備試片ＳＰ１の周囲を蝕刻する時のレーザービームＬＢ強度より小さくすることができる。レーザービームＬＢ強度は電源供給部材（図２の図面番号２６２）からレーザー発振器２６５へ供給される電流の大きさで調節できる。

以上の説明のような過程を通じて、図５に示した形状の試片が製造できる。以下には透過電子顕微鏡ＴＥＭの分析に使われる試片の他の例を説明する。他の例による試片、またレーザービームを利用して基板上で直接製造できる。したがって、試片の製造過程に対する説明は省略し、試片の形状に対するだけ説明する。

図８乃至図１３は透過電子顕微鏡の分析に使われる試片の他の実施形態を示す図面である。

図８を参照すれば、試片３００ｂはベース３１０ｂと突出部３２０ｂとを含む。ベース３１０ｂと突出部３２０ｂとは図５に示した試片３００ａのベース３１０ａ及び突出部３２０ａと同一なのでこれに対する説明は省略する。突出部３２０ｂの長さ方向に向いた一側面には、リセス３２２ｂが形成される。リセス３２２ｂは突出部３２０ｂの突出方向に向けて、上端が開放されるように側面の中心部に形成されることができる。

図９を参照すれば、試片３００ｃはベース３１０ｃと突出部３２０ｃとを含む。ベース３１０ｃと突出部３２０ｃとは図５に示した試片３００ａのベース３１０ａ及び突出部３２０ａと同一なのでこれに対する説明は省略する。突出部３２０ｃの長さ方向に向いた両側面にはリセス３２２ｃ−１、リセス３２２ｃ−２が形成される。リセス３２２ｃ−１、リセス３２２ｃ−２は突出部３２０ｂの突出方向に向けて、上端が開放されるように両側面の中心部に形成されることができる。

図１０を参照すれば、試片３００ｄはベース３１０ｄと突出部３２０ｄとを含む。ベース３１０ｄは四角形断面のロード形状を有し、突出部３２０ｄは上に行くにつれて漸進的にベース３１０ｄの幅より小さな幅を有するように切られた断面のロード形状を有することができる。突出部３２０ｄはベース３１０ｄの上面から突出される。

図１１を参照すれば、試片３００ｅはベース３１０ｅと突出部３２０ｅとを含む。ベース３１０ｅは四角形断面のロード形状を有し、突出部３２０ｅはベース３１０ｅの断面幅より小さな幅を有する四角形断面のロード形状を有することができる。突出部３２０ｅはベース３１０ｅの上面から突出される。突出部３２０ｅは突出部３２０ｅの断面がベース３１０ｅの断面の一側端領域の上に位置するように突出できる。

図１２を参照すれば、試片３００ｆはベース３１０ｆと突出部３２０ｆとを含む。ベース３１０ｆと突出部３２０ｆとは図１１に示した試片３００ｅのベース３１０ｅ及び突出部３２０ｅと同一なのでこれに対する説明は省略する。ベース３１０ｅと突出部３２０ｅにより形成される端領域は傾斜面に提供できる。これは応力集中による端領域のクラック（Ｃｒａｃｋ）の発生を防止するためである。

図１３を参照すれば、試片３００ｇはベース３１０ｇと突出部３２０ｇとを含む。ベース３１０ｇと突出部３２０ｇは図１１に示した試片３００ｅのベース３１０ｅ及び突出部３２０ｅと同一なのでこれに対する説明は省略する。ベース３１０ｇと突出部３２０ｇにより形成される端領域は曲面に提供できる。これは応力集中による端領域のクラック（Ｃｒａｃｋ）の発生を防止するためである。

本発明の実施形態による試片製造装置は、レーザーを利用した自動化方式に前記のような多様な形状の試片を基板上に直接製造できる。したがって、修正業務によって試片を製造する従来の方法と比べて、試片製造に必要とする時間を短縮でき、試片品質の均一度も向上させることができる。

以上の説明は本発明の技術思想を例示的に説明したことに過ぎず、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者ならば、本発明の本質的な特性から逸脱しない範囲で多様な修正及び変形が可能である。したがって、本発明に開示された実施形態は本発明の技術思想を限定するためのものではなく、説明するためのものであり、このような実施形態によって本発明の技術思想の範囲が限定されるものではない。本発明の保護範囲は下の請求範囲によって解析されなければならなく、それと同等な範囲内にある全ての技術思想は本発明の権利範囲に含まれるものと解析できる。

１００ 欠陥検査部
２００ 試片製造部
２２０ ステージ
２４０ ステージ駆動器
２６０ レーザービームユニット
２８０ コントローラー
３００ａ 試片

Claims (10)

1. 基板が置かれるステージと、
   前記ステージに置かれた前記基板にレーザービームを照射し、前記基板から分析領域を含む試片を切り出すレーザービームユニットとを含むことを特徴とする試片製造装置。
2. 前記ステージを垂直移動及び水平移動並びに回転させるステージ駆動器をさらに含み、
   前記ステージ駆動器は、前記レーザービームユニットに対して前記ステージを相対移動させることを特徴とする請求項１に記載の試片製造装置。
3. 前記基板は欠陥が形成された基板を含み、
   前記レーザービームユニットは前記欠陥が前記分析領域に含まれるように前記試片を前記基板から切り出すことを特徴とする請求項２に記載の試片製造装置。
4. 前記基板が前記ステージにローディングされる前に、前記基板に形成された前記欠陥の位置を検出する欠陥検査部をさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の試片製造装置。
5. 前記欠陥検査部から前記欠陥の位置に関する信号を受信し、前記ステージに置かれた前記基板の前記欠陥が前記レーザービームユニットの下に整列されるように前記ステージ駆動器をコントロールするコントローラーをさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の試片製造装置。
6. 前記試片は、
   ベースと、
   上端部に前記分析領域が含まれるように前記ベースの上面から突出される突出部とを含み、
   前記レーザービームユニットは前記ベースと前記突出部の周辺領域を前記レーザービームによって除去することを特徴とする請求項１に記載の試片製造装置。
7. 前記レーザービームユニットは、
   電源供給部材と、
   前記電源供給部材が供給する電流を利用して前記レーザービームを生成し、前記レーザービームを前記基板に照射するレーザービーム照射部材とを含み、
   前記電源供給部材は除去領域によって異なる大きさの前記電流を前記レーザービーム照射部材に供給することを特徴とする請求項６に記載の試片製造装置。
8. 分析対象の基板をステージにローディングし、
   前記レーザービームユニットが前記基板に前記レーザービームを照射して分析領域を含む試片を前記基板から切り出すことを特徴とする試片製造方法。
9. 前記基板は複数個の欠陥が形成された基板を含み、
   前記基板の前記ステージへのローディング前に前記欠陥の位置を検出し、検出された前記欠陥の位置に基づいて順次的に前記欠陥が含まれた前記試片を前記基板から切り出すことを特徴とする請求項８に記載の試片製造方法。
10. 前記試片はベースと、上端部に前記欠陥が含まれるように前記ベースの上面から突出されて前記ベースの長さ方向に沿って延在する突出部を含み、
    前記ベースの周辺領域を除去する時より前記突出部の周辺領域を除去する時に、より小さな強度の前記レーザービームを照射し、前記基板から前記試片を切り出すことを特徴とする請求項９に記載の試片製造方法。

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