JP3613039B2

JP3613039B2 - 試料作製装置

Info

Publication number: JP3613039B2
Application number: JP34255098A
Authority: JP
Inventors: 聡富松; 馨梅村
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-12-02
Filing date: 1998-12-02
Publication date: 2005-01-26
Anticipated expiration: 2018-12-02
Also published as: JP2000171364A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウエハやデバイスチップから所望の特定領域を含む試料片のみをイオンビームを用いて摘出して、微小領域分析や計測用の試料片の作製を行う微小試料作製装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
分析装置に用いる微小試料片作製を容易にする試料作製装置として、集束イオンビーム（以下ＦＩＢと略す）加工とマイクロマニピュレーション技術を組み合わせて数μｍ〜数１０μｍオーダの微小試料を試料基板から摘出する装置が考案されている。この手法に関しては、特開平５−５２７２１号公報（公知例１）に開示されている。この公知例１では、プローブ先端位置決め法について明記はされていないが、実施例からイオンビーム走査と二次電子検出による走査イオン顕微鏡像（ＳｃａｎｎｉｎｇＩｏｎＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ、ＳＩＭ像）によりプローブ先端位置を同定しているものと考えられる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記の試料作製装置を自動化する場合、プローブ先端位置を自動的に同定する手法が必要となる。しかし、上記従来手法（公知例１）ではＳＩＭ像を用いて操作者がプローブ先端を判断しているものと考えられ、この場合、装置の自動化は不可能である。また、ＳＩＭ像を用いてパターン認識によりプローブ先端を同定する手法も考えられるが、以下の問題点が存在する。
【０００４】
試料表面構造（材質）によってはＳＩＭ像においてプローブと同輝度の領域が存在する可能性があるため、プローブ境界が不鮮明になり、先端同定が困難になる可能性がある。また、プローブへの異物吸着やイオンビーム照射によりプローブ形状が変化し、パターン認識による照合が困難になる可能性がある。また、パターン認識の精度を高めるためには高価なパターン認識装置を必要とする。
【０００５】
本発明の目的は、自動化に適したプローブ先端位置決めを、確実かつ容易に実現でき試料作製装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明の試料作製装置は、イオンビーム加工と、プローブを用いた試料片の搬送技術、さらには試料片の試料片ホルダへの固定技術を用いた試料作製装置において、試料片搬送用プローブへの流入電流をイオンビーム、電子線ビームなどの荷電粒子線ビームの走査信号と同期させ、データ化することでプローブ先端位置の同定を容易にする。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明による微小試料作製装置は、半導体ウエハや半導体チップなどの基板を載置する可動の試料台と、基板の分析位置近傍に接触させるプローブと、プローブを試料台と独立に駆動するプローブ駆動手段と、プローブ駆動手段を制御し基板損傷を抑制してプローブ接触を行うマニピュレータ駆動装置と、プローブに流入する電流を検出するプローブ電流検出装置と、プローブと基板の分析位置近傍部を接続する手段と、基板の分析位置近傍にイオンビームを照射し基板の分析位置を含む試料片の形成加工をするイオンビーム光学系と、試料片を載置する試料片ホルダを可動に保持する手段と、試料片と試料片ホルダを固定する手段と、プローブと試料片を分離する手段とを有する構成とした。
【０００８】
また、本発明の試料作製装置のより好ましい実施形態として、次のような構成がある。
【０００９】
（１）上記プローブ電流検出装置により検出される上記プローブ流入電流と上記イオンビームの走査と同期した信号によりプローブ形状を認識して先端位置同定を行う。
【００１０】
（２）上記プローブ電流検出装置において、上記プローブ流入電流を適当な閾値により２値化して先端位置同定を行うと、より容易に先端位置決めできる。
【００１１】
図１は、本発明による試料作製装置の一実施形態を示す構成ブロック図である。試料作製装置は、半導体ウエハや半導体チップ等の基板２を載置する可動の試料台３と、基板２の分析しようとする位置を特定するため試料台３の位置を制御する試料位置制御装置９と、プローブ１１を基板２の分析位置近傍に移動させ、プローブ１１を試料台３と独立に駆動するプローブ駆動手段４と、基板２の分析位置近傍にイオンビーム１３を照射し、基板２の分析位置を含む試料片の成形加工をするイオンビーム光学系１と、２次電子を検出し、基板２、プローブ１１または試料片ホルダ１９の近傍を観察する観察手段を構成する２次電子検出器１２と、イオンビームアシストデポジション用ガスを供給するためのデポジションガス源８とを持つ。
【００１２】
デポジションガス源８はプローブ１１の先端部と基板２の分析位置近傍部を接続したり、試料片と試料片ホルダ１９とを固定するために使用するための固定接続手段を構成する。試料台３は分離摘出した試料片を固定する試料片ホルダ１９を載置するためのホルダ留め２０を持つ。イオンビーム光学系１の駆動装置７、デポジションガス源制御装置８’、試料位置制御装置９、表示装置５、マニピュレータ駆動装置４’などは、中央処理装置６により制御される。ここで、イオンビーム光学系１内の１０は偏向器である。また、プローブ１１とプローブ駆動手段４はマニピュレータを構成する。プリアンプ３２はプローブ１１の流入（流出）電流を増幅し、中央処理装置６に送る。
【００１３】
本装置を用いることで、基板２からのイオンビーム加工による試料片（図示せず）の摘出、プローブ１１およびその駆動手段４からなるマニピュレータによる上記試料片の搬送および上記試料片のホルダ１９への固定などの、分析装置用微小試料作製操作を確実かつ容易に行うことができる。
【００１４】
以下では、プローブ先端位置同定法の詳細について述べる。本実施例で用いた回路のブロック図を図２に示す。
【００１５】
このブロック図は、図１におけるプローブ１１、プリアンプ３２、マニピュレータ駆動装置４’、中央処理装置６の一部に対応する。プリアンプ３２はプローブ１１への流入電流Ｉｐ３１を増幅し、プローブ形状情報生成回路３５の画像信号Ｓｐ３３を生成する。またプローブ形状情報生成回路３５の走査信号には図１のイオンビーム駆動装置７の偏向器１０に用いるイオンビーム偏向走査信号Ｓｄ３４を用いる。
【００１６】
上記走査信号Ｓｄに同期して画像信号Ｓｐ３３をプローブ形状情報生成回路３５において画像化する。すなわちイオンビームがプローブに照射されていない領域はＳｐ＝０であり、イオンビームがプローブに照射されている領域はＳｐ≠０になるため、プローブの形状を取り出すことができる。
【００１７】
この情報をメモリ３６に貯え、表示装置３７に表示すると、図３に示すように、プローブが存在しない領域はＳｐ＝０で暗（図３中斜線部）、プローブが存在する領域はＳｐ≠０で明（図３中白色部）のように表示でき、プローブ形状を認識することができる。また、一旦メモリ３６に取り込まなくても、直接プローブ形状情報生成回路３５から表示装置３７に表示することも可能である。
【００１８】
ここで、理想的にはプローブが存在していない領域でＳｐ＝０、プローブが存在する領域でＳｐ＝Ｓｂ（イオンビーム電流で決まる定数）≠０になるはずであるが、実際にはノイズや有限のイオンビーム径により必ずしも理想通りにはならない。このような場合、プローブ形状情報生成回路３５において適当な閾値により画像信号Ｓｐを２値化して画像化することで、プローブ境界をより確実に取り出すことができる。
【００１９】
次にプローブ先端の座標を得る手法について述べる。ここでは簡単のため、上述のように画像信号Ｓｐが２値化（０と１とする）された状態を前提に説明する。
【００２０】
図４（ａ）は図３の画像に対応するメモリー内容を示した図である。ＮはＸ方向視野のデジタル分割数であり、ＭはＹ方向視野のデジタル分割数である。即ち、この視野はＮ×Ｍ個のドットで構成されており、データの座標は（Ｘｉ，Ｙｊ）（ｉ，ｊは整数）で表される。各Ｙにある横線は、画像信号Ｓｐを表しており、図４（ｂ）に示すように０か１かを表している。
【００２１】
図４（ａ）においてＹ０からＹｍ−１までは画像信号Ｓｐ３３は全Ｘに対して０であり、ＹｍからＹＭまではあるＸの範囲に対して画像信号Ｓｐが１である。この情報を元に、プローブ先端座標抽出回路３８が先端座標を取出す。例えば図４（ａ）の場合はＹ０からＹｍへの画像信号Ｓｐ読出しの中で立ち上がり（０→１）と立ち下がり（１→０）のＸ間隔が最も小さいところが先端と判断され、（Ｘｎ，Ｙｍ）がプローブ先端座標３９（図２）となる。
【００２２】
もし、図５（ａ）の様にプローブが横を向いていることで立ち上がりと立ち下がりの間隔が存在しない場合（ｂ）には、図５（ｃ）（画像信号Ｓｐの０、１は図５（ｄ）の規則に従う）の様にＸ方向に画像信号Ｓｐを読出し、同様に立ち上がりと立ち下がりのＹ間隔が最も小さいところを取出せば、その座標がプローブ先端座標となる。万が一、２値化によってもノイズが消せず、プローブ以外の領域にＳｐ＝１の特異点が存在し、上記の先端位置同定ができない場合には、メモリ内の全ドットに対してそのドットの周辺ドットとの平均をとり、スムージング化を行うことで特異点を消すことができる。
【００２３】
このプローブ先端位置同定法の場合は、プローブ領域以外にプローブと同輝度の領域が存在する可能性があるＳＩＭ像からの画像パターン認識の場合とは異なり、プローブ領域以外ではプローブへの電流流入が無いため、上記のように精度良く先端位置を同定することができる。
【００２４】
上述のように、プローブ先端位置を自動的に同定することができれば、図２のブロック図に示すとおりプローブの目標位置座標４１を入力し、現在のプローブ位置との誤差情報Ｓｃ４２を位置誤差計算回路４０で計算してマニピュレータ駆動装置４’を駆動することで、自動的にプローブを目標座標に駆動することができる。
【００２５】
また、このプローブ先端位置同定法は、観察手段としてイオンビーム光学系以外に電子ビーム光学系を使用する場合にも走査信号Ｓｄの代わりに電子ビーム偏向走査信号を用いることで同様に使用することが可能である。
【００２６】
【発明の効果】
本発明によると、集積回路チップや半導体ウエハから、人の手作業を介することなく、直接、分析装置に導入可能な微小試料片を作製することできる。特に、プローブ先端位置決めを容易に行うことができ、自動化に適するため、容易かつ高速、確実に分析用試料片を作製することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例による微小試料摘出装置の全体概略構成図。
【図２】本発明によるプローブ先端位置同定のための機能ブロック図。
【図３】本発明の一実施例におけるプローブ形状情報生成回路によるプローブ形状像を示す図。
【図４】本発明の一実施例によるプローブ形状情報のメモリ情報とプローブ先端座標の関係を示す説明図。
【図５】本発明の他の実施例によるプローブ形状情報のメモリ情報とプローブ先端座標の関係を示す説明図。
【符号の説明】
１…イオンビーム光学系、２…基板、３…試料台、４…プローブ駆動手段、４’…マニピュレータ駆動装置、５…表示装置、６…中央処理装置、７…イオンビーム駆動装置、８…デポジションガス源、８’…デポジションガス源駆動装置、９…試料位置制御装置、１０…偏向器、１１…プローブ、１２…２次電子検出器、１３…イオンビーム、１９…試料片ホルダ、２０…ホルダ留め、３１…プローブ流入電流、３２…プリアンプ、３３…画像信号、３４…走査信号、３５…プローブ形状情報生成回路、３６…メモリ、３７…表示装置、３８…プローブ先端座標抽出回路、３９…プローブ先端座標、４０…位置誤差計算回路、４１…目標座標、４２…誤差情報。

Claims

試料を載置する試料台と、
前記試料の所望領域近傍に接触させるプローブと、
前記プローブを駆動させるプローブ駆動手段と、
前記プローブに流入する電流を検出するプローブ電流検出手段と、
前記試料に荷電粒子線を照射する荷電粒子線光学系と、
中央処理装置と、
前記荷電粒子線の走査信号と、前記荷電粒子線の走査信号と同期した前記プローブ流入電流情報とを記憶するためのメモリとを有し、
前記中央処理装置は、前記メモリの情報を基に前記プローブの位置情報を求める手段を備えることを特徴とする荷電粒子線装置。
請求項１記載の荷電粒子線装置において、
前記中央処理装置は、前記プローブ電流検出手段により前記プローブ電流を2数値化して座標を求め、プローブの位置情報を求めることを特徴とする荷電粒子線装置。
請求項１記載の荷電粒子線装置において、
前記荷電粒子線光学系はイオンビーム光学系または電子ビーム光学系を含むことを特徴とする荷電粒子線装置。
請求項１記載の荷電粒子線装置は、
荷電粒子線を照射された、前記試料及びプローブから2次的に発生する荷電粒子を検出する検出器と、
前記検出器により得られた2次荷電粒子情報を画像化する手段と、
前記プローブへの流入電流情報と前記荷電粒子線の走査信号で得られた流入電流像を画像化する手段と、
前記画像を表示する手段を有することを特徴とする荷電粒子線装置。
請求項１記載の荷電粒子線装置において、
前記表示手段は前記プローブが移動している間も前記試料及びプローブの2次荷電粒子像を表示することを特徴とする荷電粒子線装置。
前記４または５記載の表示手段は、
前記2次荷電粒子像と共に、前記プローブへの流入電流情報及び前記荷電粒子線の走査信号で得られた流入電流像を表示することを特徴とする荷電粒子線装置。
試料を載置する試料台と、
前記試料の所望領域近傍に接触させるプローブと、
前記プローブを駆動させるプローブ駆動手段と、
前記プローブに流入する電流を検出するプローブ電流検出手段と、
前記試料に荷電粒子線を照射する荷電粒子線光学系と、
中央処理装置と、
前記荷電粒子線の走査信号と、前記荷電粒子線の走査信号と同期した前記プローブ流入電流情報とを記憶するためのメモリとを有し、
前記中央処理装置は、前記メモリの情報を基に前記プローブ駆動手段を制御する手段を有することを特徴とする荷電粒子線装置。