JP4205992B2 - イオンビームによる試料加工方法、イオンビーム加工装置、イオンビーム加工システム、及びそれを用いた電子部品の製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体デバイスなどの電子部品の検査・解析技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ダイナミックランダムアクセスメモリに代表される半導体メモリやマイクロプロセッサ、半導体レーザなど半導体デバイス、および磁気ヘッドなど電子部品の製造においては、高歩留まり製造が求められる。
【０００３】
すなわち不良発生による製品歩留りの低下は、採算の悪化を招く。このため、不良の原因となる欠陥や異物、加工不良の早期発見および早期対策が大きな課題となる。例えば、電子部品の製造現場では、入念な検査による不良発見、およびその発生原因の解析に注力されている。基板を用いた実際の電子部品製造工程では、完成後の基板を検査して、回路パターンの欠陥や異物など異常箇所の原因を追及して対策方法が検討される。
【０００４】
通常、試料の微細構造観察には高分解能の走査型電子顕微鏡（以下、ＳＥＭと略記）が用いられるが、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くなっており、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）が用いられる。
【０００５】
最近では、集束イオンビームを試料に照射した時に試料構成粒子が試料外に放出される作用を応用した加工方法、すなわち集束イオンビーム（以下、ＦＩＢと略記）加工が利用されるようになった。特にＦＩＢを用いれば、ウェーハを分断することなくＴＥＭ試料を作製することも可能である（例えば、特許文献１参照）。この方法では、図２に示すように、ＦＩＢ１の照射による角穴１０１、底穴１０２、切り欠き溝１０３などの形成、イオンビームアシストデポジション膜（以下、デポ膜４と略す）による接続およびプローブ３によるマイクロサンプル６の搬送などが駆使される。そして、マイクロサンプル６を、ＦＩＢ１で薄膜化加工するとＴＥＭ試料となる。なお、この手法は、マイクロサンプリング法とかピックアップ法と呼ばれる手法である。
【０００６】
また、図３の（ａ）に示すように、ウェーハ２０１上に薄膜２０２を形成し、図３の（ｂ）に示すようにＦＩＢ１で試料薄膜周辺を、一部を残して切り取り、試料薄膜２０３をウェーハ２０１から分離準備する。そして、イオンビーム加工装置からウェーハ２０１を取りだし、大気中でガラス棒の静電気を利用して、試料薄膜２０３をウェーハ２０１から完全に分離してＴＥＭ試料ホルダ２０４に移動させる。この方法でも、分離した試料薄膜をＴＥＭで観察することができる。なお、この手法は、リフトアウト法と呼ばれる手法である。
【０００７】
また、試料の分離方法を用いてウェーハを分断することなく、試料から検査用の微小試料を取り出し、ウェーハは次のプロセスに戻す手法について提案されている（例えば、特許文献２参照）。ここでは、試料に複数の加工プロセスを施して電子部品を形成する電子部品製造方法において、加工プロセスの終了時に試料を分断することなく試料の一部を摘出してＴＥＭ試料を作製することにより、加工プロセスでの進捗をモニタまたは検査・解析を行う工程を含む方法を開示している。この手法によれば、ウェーハの分断によって失われる半導体デバイスはなくなり、トータルの半導体デバイスの製造コストを低減することができる。
【０００８】
しかし、本手法では、微小試料を分離するときなどに、ガリウム（以下、Ｇａ）をイオン種とするＦＩＢを用いているために、ＦＩＢを構成していたＧａが、微小試料を取り出した加工領域に残る。このＧａの存在は、半導体デバイス製造にとっては不良発生原因となる可能性が高い。特に、Ｓｉ半導体に対してはｐ型の不純物でることから問題は深刻である。すなわち、Ｇａの汚染をそのままにして、ウェーハを次のプロセスに戻すと、汚染であるＧａが拡散し、正常に製造プロセスを経ていた半導体素子に侵入し、電気的特性不良やコンタクト不良を発生させるという問題があった。この対策として、化学薬液を使った洗浄を、微小試料を取り出したウェーハに施したりすることが考えられる。しかし、工程数が多くなり、製造コストが高くなるという問題があった。さらに、ＦＩＢは、例えば３０ｋｖ加速で照射した場合、試料表面から深さ１０ｎｍ程度は内部に入射しており、表面だけの洗浄では、試料中に埋めこまれたイオンビーム元素種を含む汚染を完全には除去不能となる。
【０００９】
Ｇａ汚染に関する対応についての提案がなされている（例えば、特許文献３参照）。この方法では、イオン源としてＧａを用いた集束イオンビームを照射した試料をプロセスに戻すために、試料の特性に顕著な影響を及ぼさない気体元素のイオンビームを用いて、Ｇａの打ち込まれた部分を除去するか、気体イオンビーム、もしくはエネルギビームを用いてＧａの打ち込まれた部分を被覆するように有機金属膜を析出する方法が開示されている。すなわち、アルゴン（以下、Ａｒ）、酸素イオン、酸素ラジカルのいずれかを用いて加工観察領域をクリーン化し化合物を堆積させた後、再び製造工程に戻すことが開示されている。
【００１０】
また、Ａｒイオンビームで断面加工する技術につての提案がなされている（例えば、特許文献４参照）。ここではヘリコン波イオン源を使い、ビーム径０.１μｍのＡｒイオンビームによるＳＥＭ観察用の断面加工について開示している。しかし、対象物がＳＥＭの分解能で観察できる場合についてのみ開示しており、ＳＥＭでは観察できない場合のＴＥＭによる観察に関しては考慮されていなかった。
【００１１】
【特許文献１】
特開平０５−５２７２１号公報
【特許文献２】
特開２０００−１５６３９３号公報
【特許文献３】
特開平０６−２６０１２９号公報
【特許文献４】
特開平０７-３２０６７０号公報
【発明が解決しようとする課題】
ウェーハを分断することなく、高分解能電子顕微鏡観察用の試料を分離または分離準備して、さらにウェーハをプロセスに問題となる元素で汚染することなく、ウェーハをプロセスに戻しても不良を発生させないようにするという技術には、次のような課題が残されていた。
【００１２】
まず、従来の技術ではＴＥＭ用試料をウェーハを割断することなく摘出する技術は、上述したマイクロサンプリング法、ピックアップ法、リフトアウト法を含めＧａイオン種を用いる手法しかなかった。したがって、Ｇａ汚染に対応する手法が検討された。しかし、従来のＧａ汚染に対応する方法で、気体元素のイオンビームを用いて、Ｇａの打ち込まれた部分を除去する方法では、Ｇａは広く飛散しているため、Ｇａ汚染領域が加工領域に比べ広くなり、広い領域にＡｒを照射せざるを得なかった。
【００１３】
また、完全にＧａを除去するためには、加工深さよりも深くＡｒイオンでスパッタせざるを得なかった。このため、かえってＡｒイオンによる処理痕を後のプロセスに問題が生じないようにするための対策に手間がかかったり、ＦＩＢによる加工の後にクリーン化工程が余分に必要になるため、コストが高くなるという課題を有していた。
【００１４】
また、気体イオンビーム、もしくはエネルギビームを用いてＧａの打ち込まれた部分を被覆するように有機金属膜を析出する方法では、金属膜のそのものがプロセス汚染となったり、金属膜が厚みを持つため、周辺部と膜厚不均一になるため後のプロセスに悪影響を与える懸念があった。
【００１５】
また、従来の方法で、ビーム径０.１μｍのＡｒイオンビームによるＳＥＭ観察用の断面加工する方法では、そもそも、この方法ではＳＥＭでは観察できない場合のＴＥＭによる観察は想定していなかった。この方法は、従来のＧａＦＩＢの使用する場合と同じ考えで、ビーム径０.１μｍの微細なイオンビームを形成して、表面に垂直で平坦な断面を加工しようとするものである。しかし、Ａｒのような気体元素イオンを発生させるイオン源の輝度が、ＧａＦＩＢを形成するのに用いられる液体金属イオン源に比べ少なくとも２桁から３桁低い。このためビーム径０.１μｍのビームを形成しようとすると、目標の１００ｐＡを得ることは、実際は非常に困難であり、たとえ得られたとしても実用上の必要な時間、その性能を保つことは達成されていなかった。実際、ビーム径０.１μｍにした場合に得られるのは、数ｐＡの電流であり実用化されなかった。
【００１６】
すなわち、Ａｒイオンビームではビーム径をＧａＦＩＢのように小さくしようとすると、電流が小さくなり加工速度が小さすぎるため、Ａｒイオンビームは使用不可能というのが当業者の常識であった。したがって、Ｇａイオン種によるウェーハ汚染は公知の課題ではあったが、Ａｒイオンを使ってＴＥＭ試料を作製しようとする発想はなかった。
【００１７】
本発明の目的は、上述の問題点に鑑み、半導体デバイス等の歩留向上のために、途中の検査がウェーハ等の試料を割断することなく実施でき、さらに試料がプロセスで問題となるＧａのような元素で汚染されることなく、試料から解析用サンプルを分離または分離準備する試料加工方法、イオンビーム加工装置、イオンビーム加工システム、及びそれを用いた電子部品の製造方法を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、ウェーハから微小試料を摘出するまでは、元素種として不活性ガス種、酸素または窒素のうち少なくとも一つの元素種を含む第１のイオンビームを用いて、試料の一部を試料片に加工する。これにより、ウェーハはＧａによって汚染されることは無くなる。ここでは、従来のようなビーム径０.１μｍの微細なイオンビームではなく、電流数ナノアンペアが得られる比較的ビーム径の太いイオンビームを用いる。所望の電流が得られるのであれば、微細なイオンビームを用いても構わない。摘出した試料片をＴＥＭ用試料に加工する工程は、別のイオンビーム照射系で第２の微細なイオンビーム（例えば、ＧａＦＩＢ）を用いて行う。これにより、ウェーハがＧａにより汚染されることなくＴＥＭ用試料を得ることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について、図面を参照して説明する。
【００２０】
本発明による分離または分離準備する試料加工方法、およびイオンビーム加工装置の実施例は、ある加工プロセス後において試料の基板表面を含む一部を分離または分離準備する方法にあり、さらに、これを実現するイオンビーム加工装置にある。また、本発明によるイオンビーム加工システムの実施例は、２台のイオンビーム装置で試料の基盤表面を含む一部を分離する方法にあり、さらにこれを実現するシステムにある。また、さらに本発明に係わる電子部品の製造方法の実施例は、試料に複数の加工プロセスを施して電子部品を形成する電子部品製造過程において、上記基板表面を含む一部の上記加工プロセスでの加工進捗を検査・解析し、上記基板を更に加工プロセスへ戻し回路パターンを製造する方法にある。
【００２１】
本発明による分離または分離準備する試料加工方法、イオンビーム加工装置またはシステムを用いた検査・解析方法を含む電子部品製造過程での基本的な流れ（ウェーハの流れ）を、図１を用いて説明する。
【００２２】
まず、複数のウェーハからなるロット１３が任意のＮ番目のプロセス１１に投入される。Ｎ番目のプロセスまでには、例えば、ウェーハ上に第１の膜形成工程がある。次に、複数のウェーハのうち検査用ウェーハ１４を選別し、残されたウェーハは待機する。選別した検査用ウェーハ１４は、まず検査電子顕微鏡１５に導入される。ここで、異常が発見された場合には、その位置がアドレスとして記録され、その情報がウェーハ対応イオンビーム装置１７に送られる。このウェーハ対応イオンビーム装置１７で検査用ウェーハ１４から検査すべき箇所を含むマイクロサンプル６を、Ａｒ（アルゴン）イオンビームとマニピュレータ先端に取り付けたプローブ、およびデポガスＷ（ＣＯ）６によって作製したデポ膜等を用いて摘出する。
【００２３】
マイクロサンプル６を摘出された検査用ウェーハ１４は、摘出穴をＡｒイオンビームによるデポジションで酸化膜を埋めこむ。その後、ウェーハ１４は再び上記残されたロット１３に組み込まれ、次のＮ＋１番目のプロセス１２に投入される。Ｎ＋１番目のプロセスでは、このウェーハ１４に、別の第２の膜が形成される。一方、ウェーハから摘出したマイクロサンプル６は、ＧａＦＩＢを照射するイオンビーム装置１８に送られる。ここでマイクロサンプル６は、ＧａＦＩＢにより薄膜化されＴＥＭ観察用試料に加工される。透過電子顕微鏡１９では、膜形成界面等の試料構造の詳細な観察や元素分析が行われる。
【００２４】
以上のように、Ｎ番目のプロセス１１からＮ＋１番目プロセス１２に至る間に、解析用のマイクロサンプル６がＡｒイオンビームによって摘出され、ウェーハをＧａで汚染せず、さらにＡｒイオンビームでは困難なＴＥＭ試料作製は、別のイオンビーム装置のＧａＦＩＢで行うことが大きな特徴である。また、検査によってマイクロサンプル６を摘出した加工領域を含む半導体デバイスは、Ｎ＋１番目以降のプロセスは無効となり製品となることはないが、ウェーハ枚数は減少することはない。すなわち、Ｎ番目のプロセスに投入するウェーハとＮ＋１番目のプロセスに投入するウェーハ数は同じであり、マイクロサンプル６が取り出された領域以外で製造された半導体デバイスは良品であれば製品として製造数に貢献する。
【００２５】
次に、本発明におけるウェーハ対応イオンビーム加工装置１７（図１）の構成例を、図４に示す。
【００２６】
本ウェーハ対応イオンビーム装置１７は、真空容器４１を有しており、真空容器内には、Ａｒ、ネオン、キセノン、クリプトン、酸素、窒素等のうち少なくとも一つの元素種のガスイオンを放出するデュオプラズマトロン８１、コンデンサレンズ８２、対物絞り８３、イオンビーム走査偏向器８４、対物レンズ８６などから構成されるイオンビーム照射系が配置されている。さらに、プローブ３、二次粒子検出器３６、デポガス源３７、試料台３９および試料ウェーハ４２の一部を摘出した微小な摘出試料を固定するサンプルキャリア（図示してない）などが配置されている。また、本装置を制御する装置として、デュオプラズマトロン制御装置９１、レンズ制御装置９２、イオンビーム走査偏向制御装置９３、マニピュレータ４３を制御するマニピュレータ制御装置９４、二次粒子検出回路９６、デポガス源制御装置９７、試料台制御装置９５、および計算処理装置９０、などが配置されている。
【００２７】
本実施例では、デュオプラズマトロン８１Ａｒガスを導入し、Ａｒイオンビーム８５を形成した。本イオンビーム照射系のビーム電流とビーム径の関係を、図５に示す。ここでイオンビーム８５の加速電圧は３０ｋＶとした。また、デュオプラズマトロン８１の光源サイズを決定するアパーチャ径は５０μｍとした。なお、図５中の各データ点は、対物絞り８３の穴径に対する特性値を示す。この図には、従来のＧａＦＩＢ照射系の特性を併せて示した。また、図５中の直線は、イオン電流密度一定の特性を表している。
【００２８】
図５において、従来のＧａＦＩＢでは、数１０ｎｍのビーム径で電流密度が最大になっていることがわかる。これは、従来のＦＩＢが加工も微細な観察が可能なように、ナノメータからマイクロメータのビーム径領域で性能を求められることに起因する。一方、Ａｒイオンビームの特性は、マイクロサンプルを基板から摘出するのに好適なように数μｍに電流密度が最大となるようにした。ここで、試料上のビーム径は、光源の寸法をレンズ系によって試料上に集束する際の倍率によって決まる大きさ、および、レンズの球面収差や色収差などによって決まるビームのぼけ量によって決定される。
【００２９】
ここで、従来のＦＩＢ照射系は、ＦＩＢによりマイクロサンプルを摘出する際に用いるように、サブマイクロメートルのビーム径のビームを作製した。このため、レンズ倍率をほぼ等倍にして、絞り穴径を大きくし数ｎＡ以上のビーム電流を得ていた。しかし、これにより収差によるぼけ量が拡大し、試料上のビーム径は光源サイズが約５０ｎｍに比較すると増大されていた。この照射系にデュオプラズマトロンを搭載すると、その光源サイズが５０μｍであるために、試料上でイオンビーム径は小さくとも数１０μｍとなってしまい、とてもマイクイロサンプルの摘出は不可能であった。
【００３０】
そこで、本発明では、レンズ倍率を１/１０以下の大幅な縮小として、さらにレンズ収差を低下させるため、対物レンズ先端と試料間距離を１０ｍｍ以下にした。また、レンズの使用条件を制御することにより、試料上のビーム径が少なくとも光源よりも縮小できるようにしてビーム径数μｍに最適化した。これらにより、マイクロサンプルを摘出が可能なビーム性能を得ることができた。なお、本実施例のイオン照射系では、約０.２μｍから１０μｍまでのビーム径が得られているが、特に、図５中の楕円で囲んだ特性が、加工時間を数１０分にできることから、マイクロサンプル摘出には好適である。
【００３１】
また、本実施例で、デュオプラズマトロンの冷却をする際、冷却機構８７のファンの振動がこのような微細ビーム形成には障害になることが判明した。これを防止するために、デュオプラズマトロンと冷却機構８７の間に除振機構８８を設けた。
【００３２】
また、従来、Ａｒイオンビームでクリーン化することが検討されていたが、ウェーハをプロセスラインに戻す際にイオンビームの質量分離器が検討されたことがなかった。しかし、今回、デュオプラズマトロンから放出されるイオンビームにはわずかながら鉄やクロムのイオンが混入することがわかり、これが、ウェーハを汚染して半導体デバイスの不良を発生させる可能性があることがわかった。そこで、本実施例では。これを防ぐため、イオンビーム照射系に質量分離器８９を設け、Ａｒイオンビームのみが試料に到達するようにした。
【００３３】
Ａｒイオンビームを用いたマイクロサンプル作製のための加工動作については従来とは異なり、イオンビーム径が比較的大きいことを考慮する必要がある。すなわち、従来のＦＩＢようにビーム径０.１μｍを使った微細な加工は困難であり、大まかな加工でマイクロサンプルを作製することが求められる。
【００３４】
この方法は、図６に示すように、まず始めに、Ａｒイオンビームを照射し目標位置の両外側に矩形穴３０１、３０２を試料２に形成する（ステップ（ａ））。これらの矩形穴の大きさは約４×１０μｍで深さは約１０μｍとした。図に模式的に示すように矩形穴の角は、ビーム径が約３μｍと大きいために丸みがかった形状となる。その後、図７に示すように、試料台を傾ける（ステップ（ｂ））。次に、図８に示すように、Ａｒイオンビームを試料表面に斜めから照射することにより、斜溝３０３を形成する（ステップ（ｃ））。この斜溝の大きさは約２０×４０μｍで深さは約１２μｍとした。次に、図９に示すように、試料台傾斜を戻し、プローブ３を、プローブ制御装置により制御し、マイクロサンプル６の一部に接触させる（ステップ（ｄ））。その後、図１０に示すように、接触させたプローブ３とマイクロサンプル６を、デポ膜４を用いて固定する（ステップ（ｅ））。
【００３５】
次に、図１１に示すように、矩形穴３０４を試料２に形成することにより摘出試料６を基板から切り出す（ステップ（ｆ））。次に、図１２に示すように、プローブ３をプローブ駆動装置によって上昇させ摘出する（ステップ（ｇ））。マイクロサンプル６を摘出した後は、図１３に示すように、基板に取り出し痕３０５が残る（ステップ（ｈ））。
【００３６】
次に、図１４に示すように、この切り出されたマイクロサンプル６をサンプルキャリア８に接触を行う（ステップ（ｉ））。接触させた後、図１５に示すように、デポ膜４を用いて両者を固定する（ステップ（ｊ））。固定後、図１６に示すように、プローブ３接続部にＡｒイオンビーム８５を照射し、スパッタ加工を行い、プローブ３をマイクロサンプル６から分離する（ステップ（ｋ））。なお、図６〜図１６中の右図は、それぞれのＡＡ'断面図である。
【００３７】
マイクロサンプル６は、サンプルキャリア８に設置された状態で保持される。ウェーハ対応イオンビーム加工装置１７の第２の試料台となるマイクロサンプル用試料台９９を搭載しており、サンプルキャリア８はこの第２の試料台上に設置される。そして、マイクロサンプル用試料台９９に設置されたまま、ＧａＦＩＢを照射するイオンビーム装置１８に、ウェーハ対応イオンビーム加工装置１７の筐体の開口部を経て搬送される。なお、ここでマイクロサンプル用試料台９９は、その先端が取り外し可能となっており、ウェーハ対応イオンビーム装置内に、その先端部のみ導入し、試料台の上に配置しても良い。
【００３８】
次に、イオンビーム装置１８（図１）の構成と動作について、図１７を用いて説明する。
【００３９】
イオンビーム装置１８は、真空容器４１を有しており、真空容器内には、Ｇａを放出する液体金属イオン源３２、ビーム制限アパーチャ３３、イオンビーム走査偏向器３４、およびイオンビームレンズ３１などから構成されるＦＩＢ照射光学系３５、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３６、などが配置されている。そして、二次粒子検出回路６３、ＦＩＢ制御装置６５、ＦＩＢ計算処理装置６６などが配置される。そしてマイクロサンプル用試料台９９が試料台となる。
【００４０】
次に、本イオンビーム装置の動作について説明する。まず、液体金属イオン源３２から放出したイオンをビーム制限アパーチャ３３、イオンビームレンズ３１を通して試料ウェーハ３８に照射する。ＦＩＢ１は、試料上で０.０５から０.２μｍ程度に集束される。
【００４１】
図８に、ＴＥＭ用試料作製の様子を示す。図１８の（ａ）から（ｂ）へ、マイクロサンプル６の解析領域を薄膜化加工する。なお、図１８の（ｃ）は、（ｂ）の鳥瞰図である。ここでは、最初は径０.２μｍのビームを用い、徐々に微細なビームを用い、最終目標の膜厚１００ｎｍの薄膜は０.０５μｍのビームで形成した。このような、微細な加工は、上述したＡｒイオンビーム加工装置１７では困難である。本発明では、このようにして、Ａｒイオンビーム加工装置１７とイオンビーム加工装置１８との連携により、ＴＥＭ用試料の作製が行われる。
【００４２】
本実施例によれば、ウェーハをプロセスに問題となる元素で汚染することなく、ウェーハから解析用サンプルを分離または分離準備する方法が提供され、さらにウェーハを評価のために無駄に廃棄せず、かつ検査のための試料を取り出したウェーハをプロセスに戻しても不良を発生させない新たな検査・解析方法が提供される。
【００４３】
また、本発明による電子部品製造方法を用いることで、ウェーハ等の試料を割断することなく評価でき、新たな不良を発生させず、高価なウェーハを無駄にすることはない。ひいては、電子部品の製造歩留りが向上する。さらに、解析用サンプルを分離または分離準備する試料加工方法、検査・解析方法、および電子部品の製造方法を実現できるイオンビーム加工装置、イオンビーム加工システムを提供し得る。
【００４４】
また、本実施例では、ウェーハ対応イオンビーム加工装置１７での加工データ（情報）を、計算処理装置９０（図４）からＦＩＢ計算処理装置６６を介して、ＦＩＢイオンビーム加工装置１８にオンライン伝送し、ＦＩＢ加工を自動で行い作業効率を大幅に改善した。これは、本実施例では、微細な加工を行うため加工データが複雑となり、これを失敗無く行うためにはマイクロサンプル摘出の加工データの解析、および薄膜加工の自動設定が重要だったからである。また、ウェーハ対応イオンビーム加工装置１７では、装置内に搬入されたウェーハを、表面に刻印された番号を画像認識により識別して計算処理装置９０に伝達することを可能とした。この識別情報は、計算処理装置９０からＦＩＢ計算処理装置６６を介して、ＦＩＢイオンビーム加工装置１８にオンライン伝送される。これにより、ＦＩＢイオンビーム加工装置１８に搬送された試料片に対応する識別情報を管理でき、解析結果を正確にウェーハに対応させることができる。
【００４５】
また、ウェーハ対応イオンビーム加工装置１７とＦＩＢイオンビーム加工装置１８を一体化してシステムを構成しても良い。この場合には、ウェーハ対応イオンビーム加工装置１７にはＦＩＢイオンビーム加工装置１８に試料を搬出するための開口部を有する。そして、その開口部はサンプルキャリア搬送装置と結合されている。したがって、マイクロサンプルはサンプルキャリアに設置したまま、搬送装置を介してＦＩＢイオンビーム加工装置１８に搬送される。
【００４６】
なお、以上の実施例では、Ａｒイオンビーム照射系とＦＩＢイオンビーム照射系は別々の装置に組み込んだが、両者を同じ装置に組み込んでもよい。この場合には、Ａｒイオンビームによるマイクロサンプルの摘出が終了後、ウェーハをＧａで汚染することを避けるためウェーハは装置から取り出すか、Ｇａの飛散などによる汚染の懸念がないようにする必要がある。この場合では、装置コストの大幅な低減が可能である。ただし、ＴＥＭ試料作製のスループットは低下することになる。
【００４７】
また、以上に述べた実施例では、ウェーハ対応イオンビーム装置でマイクロサンプルを取り出す方法を採用した例を述べたが、図３に示したようにウェーハ対応イオンビーム装置で、マイクロサンプルの分離の準備をして、ウェーハ対応イオンビーム装置からウェーハを取り出して、別の機構でマイクロサンプルを分離して摘出してもよい。例えば、ウェーハから、大気中でガラス棒の静電気を利用して、マイクロサンプルを摘出する。このように、マイクロサンプルを装置内で分離しなくとも、マイクロサンプルの外形のほとんどをイオンビームによって加工して、分離準備する方法、装置およびシステムについても、本発明に含まれる。
【００４８】
また、以上のように、ウェーハから解析用のマイクロサンプルを取り出すウェーハ対応イオンビーム装置ばかりでなく、同装置に取りつけられた電子ビーム照射装置から放出された電子ビームにより断面部などデバイス内部を観察して、デバイス解析をするウェーハ対応イオンビーム装置も、本発明によるイオンビーム装置に含まれる。
【００４９】
また、以上に述べた実施例では、イオンビームサイズを表すのにビーム径を用いた。これはビーム形状が、ほぼ円形であり、ビームプロファイルが、図９に示すように表される場合である。なお、本実施例では、ビーム径とは、図９に示すように、ビームプロファイル強度の約３７％の位置でのビーム幅とした。このような円形のビームに限らず楕円または方形に近いビームでも、光源に比べそのサイズが小さくなるようにレンズを制御して、ビームサイズの最大幅を概略０.２から１０μｍにすれば、本発明の目的は達成できる。
【００５０】
また、以上に述べた実施例では、Ａｒイオンビームをスポット状に集束した例を述べたが、イオンビーム照射系の途中に、ある形状の孔を持つマスクを挿入し、そのマスク形状を試料上に投影した成形ビームを用いる場合についても、本発明は適用され得る。
【００５１】
図２１に、この例の装置の概略構成図を示す。本イオンビーム加工装置は、真空容器４１を有しており、真空容器４１内には、Ａｒ、ネオン、キセノン、クリプトン、酸素、窒素等のうち少なくとも一つの元素種のガスイオンを放出するデュオプラズマトロン８１、コンデンサレンズ８２、ステンシルマスク４０１、対物レンズ８６などから構成されるイオンビーム照射系が配置されている。さらに、プローブ３、二次粒子検出器３６、デポガス源３７、試料台３９および試料ウェーハ４２の一部を摘出した微小な摘出試料を固定するサンプルキャリア（図示してない）などが配置されている。また、本装置を制御する装置として、デュオプラズマトロン制御装置９１、レンズ制御装置９２、マニピュレータ４３を制御するマニピュレータ制御装置９４、二次電子検出器の増幅器９６、デポガス源制御装置９７、試料台制御装置９５、および計算処理装置７４、などが配置されている。
【００５２】
ここでは、デュオプラズマトロン８１にＡｒガスを導入し、イオンビームを引き出す。まず、このイオンビーム４０２をコンデンサレンズ８２により対物レンズ８６の中心近傍に集束させる。ここで、イオンビームは矩形の穴を有するステンシルマスク４０１を通過する。対物レンズ８６は、ステンシルマスク４０１を試料上に投影する条件で制御する。すると、試料上には矩形の成形イオンビームが照射され、矩形の穴が加工される。この矩形穴を、図６〜図１６で示した加工に用いて、試料片を加工して、マイクロサンプルを分離または分離準備することができる。なお、ここでイオンビームの加速電圧は４０ｋｖとした。また、デュオプラズマトロンの光源サイズを決定するアパーチャ径は５０μｍとした。
【００５３】
本実施例では、イオンビームは概円形ではないため、図１９で用いたビームスポット径の定義は使えないが、図２０に示すように、成形イオンビームのビームプロファイルの裾でビーム強度の１６％から８４％までの距離をイオンビーム径と置き換えれば、これが光源サイズよりも小さくなるようにして、イオンビーム照射系を構成し、マイクロサンプルを摘出できるようにすればよい。
【００５４】
また、以上に述べた実施例では、Ａｒイオンビームを用いたが、他に窒素、酸素、ネオン、キセノン、クリプトンなどの元素、およびこれらの混合イオンビームでも同様な効果が得られるのは明らかである。
【００５５】
以上のように、本発明によれば、ウェーハ等の試料をプロセスに問題となる元素で汚染することなく、ウェーハから解析用サンプルを分離または分離準備する方法が実現し、さらにウェーハを評価のために無駄に廃棄せず、かつ検査のための試料を取り出したウェーハをプロセスに戻しても不良を発生させない新たな検査・解析方法が実現される。また、本発明による電子部品製造方法を用いることで、ウェーハを割断することなく評価でき、新たな不良を発生させず、高価なウェーハを無駄にすることはない。ひいては、電子部品の製造歩留りが向上する。さらに、解析用サンプルを分離または分離準備する方法、検査・解析方法、および電子部品製造方法を実現できるイオンビーム装置が提供される。
【００５６】
以下、本発明の代表的な構成例とその効果を列挙する。
【００５７】
（１）本発明のイオンビームによる試料加工方法は、元素種として不活性ガス種、酸素または窒素のうち少なくとも一つの元素種を含む第１のイオンビームを用いて、試料の一部を試料片に加工する工程と、前記加工された試料片を前記試料から分離する工程と、前記第１のイオンビームとは異なる第２のイオンビームを用いて、前記分離された試料片を加工する工程とを含むことを特徴とする。
【００５８】
これにより、試料がプロセスで問題となるＧａのような元素で汚染されることなく、試料から解析用サンプルを分離または分離準備する試料加工方法が提供される。
【００５９】
（２）本発明のイオンビームによる試料加工方法は、第１のイオンビーム加工装置内の第１のイオン源により、元素種として不活性ガス種、酸素または窒素のうち少なくとも一つの元素種を含む第１のイオンビームを生成する工程と、生成された前記第１のイオンビームを用いて試料の一部を試料片に加工する工程と、前記第１のイオンビームを用いて前記試料片を前記試料から分離する工程と、前記試料片を試料台に載置し保持する工程と、前記試料台に保持された前記試料片を第２のイオンビーム加工装置に搬送する工程と、前記第２のイオンビーム加工装置内の第２のイオン源により、前記第１のイオンビームの元素種以外の元素種を含む第２のイオンビームを生成する工程と、前記生成された第２のイオンビームを用いて前記試料片を電子顕微鏡用試料に加工する工程とを有することを特徴とする。
【００６０】
これにより、試料がプロセスで問題となるＧａのような元素で汚染されることなく、試料から解析用サンプルを分離または分離準備する試料加工に用いる。特に、第１イオンビーム加工装置と２のイオンビーム加工装置を連携して用いて電子顕微鏡用試料を加工する方法が提供される。
【００６１】
（３）本発明のイオンビーム加工装置は、イオン源と、前記イオン源から放出されるイオンビームを集束し偏向するための光学系と、前記イオンビームを照射し走査して試料の一部を試料片に加工する手段と、前記イオンビームにより加工された前記試料片を前記試料から分離するためのプローブとを有し、かつ、前記イオン源で生成される前記イオンビームは、元素種として不活性ガス種、酸素または窒素のうち少なくとも一つの元素種を含むことを特徴とする。
【００６２】
これにより、試料がプロセスで問題となるＧａのような元素で汚染されることなく、試料から解析用サンプルを分離または分離準備する試料加工方法に用いるイオンビーム加工装置が提供される。
【００６３】
（４）本発明のイオンビーム加工装置は、イオン源と、前記イオン源から放出されたイオンビームを成形用マスクにより成形し、集束・偏向するための光学系と、試料上に投影された前記成形イオンビームを走査して前記試料の一部を試料片に加工する手段と、前記成形イオンビームにより加工された前記試料片を前記試料から分離するためのプローブとを有し、かつ、前記イオン源で生成される前記イオンビームは、元素種として不活性ガス種、酸素または窒素のうち少なくとも一つの元素種を含むことを特徴とする。
【００６４】
これにより、試料がプロセスで問題となるＧａのような元素で汚染されることなく、試料から解析用サンプルを分離または分離準備する試料加工方法を実現するイオンビーム加工装置が提供される。特に、成形イオンビームを用いることにより高速に試料片加工ができるのに好適なイオンビーム加工装置が提供される。
【００６５】
（５）本発明のイオンビーム加工システムは、第１のイオン源と、前記第１のイオン源から放出される第１のイオンビームを集束し偏向するための光学系と、前記第１のイオンビームを照射し走査して試料の一部をマイクロサンプルに加工する手段と、前記第１のイオンビームにより加工された前記マイクロサンプルを前記試料から分離するプローブと、前記マイクロサンプルを載置し保持するためのマイクロサンプル用試料台とを備え、かつ、前記第１のイオン源で生成される前記イオンビームが、元素種として不活性ガス種、酸素または窒素のうち少なくとも一つの元素種を含むようにした第１のイオンビーム加工装置と、前記第１のイオンビームとは異なる元素種の第２のイオンビームを生成する第２のイオン源を備えた前記第２のイオンビーム加工装置とを有し、分離した前記マイクロサンプルを、前記マイクロサンプル用試料台に保持したまま、前記第１のイオンビーム装置から前記第２のイオンビーム装置に搬送し、前記マイクロサンプルを前記第２のイオンビームを用いて加工するよう構成したことを特徴とする。
【００６６】
これにより、試料がプロセスで問題となるＧａのような元素で汚染されることなく、試料から解析用サンプルを分離または分離準備する試料加工方法が実現されるイオンビーム加工システムが提供される。特に、マイクロサンプル用試料台を用いることにより第１のイオンビームと第２のイオンビーム装置の連携がスムーズに行え、電子顕微鏡用試料を効率良く作製可能なイオンビーム加工システムが提供される。
【００６７】
また、前記構成において、前記第１のイオンビーム加工装置で分離された前記マイクロサンプルに関する加工情報を、前記第２のイオンビーム加工装置へ伝送する伝送手段を設けてなることを特徴とする。
【００６８】
これにより、試料がプロセスで問題となるＧａのような元素で汚染されることなく、試料から解析用サンプルを分離または分離準備する試料加工方法が実現されるイオンビーム加工システムが提供される。特に、第１のイオンビーム加工装置で分離された前記マイクロサンプルに関する加工情報を、前記第２のイオンビーム加工装置へ伝送するため、第１のイオンビームと第２のイオンビーム装置の連携がスムーズに行え、電子顕微鏡用試料を効率良くかつ、歩留まり良く作製可能なイオンビーム加工システムが提供される。
【００６９】
（６）本発明による電子部品の製造方法は、試料を加工して電子部品を形成する製造プロセスにおける任意の工程後に、前記試料の検査のため、元素種として不活性ガス種、酸素または窒素のうち少なくとも一つの元素種を含む第１のイオンビームを用いて、前記試料の一部を試料片に加工する工程と、前記加工された試料片を前記試料から分離する工程とを有し、前記試料片を分離した前記試料を、前記任意の工程の次の工程に戻して前記製造プロセスを継続するよう構成したことを特徴とする。また、前記試料片を前記第１のイオンビームの元素種とは異なる第２のイオンビームを用いて、前記試料片を電子顕微鏡用試料に加工する工程を有し、前記試料から摘出された前記試料片を検査・解析するよう構成したことを特徴とする。
【００７０】
これにより、半導体デバイス等の歩留向上のために、途中の検査がウェーハ等の試料を割断することなく実施でき、さらに試料がプロセスで問題となるＧａのような元素で汚染されることなく、試料から解析用サンプルを分離または分離準備する試料加工方法を用いた電子部品の製造方法が提供される。
【００７１】
なお、上述した本発明の構成例のいずれかにおいて、上述の試料は、シリコン半導体ウェーハ、エピタキシャル成長シリコンウェーハ、基板に形成されたシリコン薄膜を有するウェーハ、化合物半導体ウェーハ、磁気ヘッド集積ウェーハのうちのいずれかであるとする。
【００７２】
【発明の効果】
本発明は、半導体デバイス等の歩留向上のために、途中の検査がウェーハ等の試料を割断することなく実施でき、さらに試料がプロセスで問題となるＧａのような元素で汚染されることなく、試料から解析用サンプルを分離または分離準備する方法を実現し、また、それを実現するイオンビーム装置またはシステムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電子部品製造過程にかかわるプロセスにおけるウェーハの流れを説明するための図。
【図２】従来の試料から微小試料を分離するフローを説明するための図。
【図３】従来の試料から微小試料を分離準備する方法を説明するための図。
【図４】本発明の一実施例によるウェーハ対応イオンビーム加工装置を示す図。
【図５】イオンビーム照射系のイオン電流−ビームサイズ特性を示す図。
【図６】本発明による微小試料を分離する方法のプロセス（ａ）を説明するための模式図。
【図７】本発明による微小試料を分離する方法のプロセス（ｂ）を説明するための模式図。
【図８】本発明による微小試料を分離する方法のプロセス（ｃ）を説明するための模式図。
【図９】本発明による微小試料を分離する方法のプロセス（ｄ）を説明するための模式図。
【図１０】本発明による微小試料を分離する方法のプロセス（ｅ）を説明するための模式図。
【図１１】本発明による微小試料を分離する方法のプロセス（ｆ）を説明するための模式図。
【図１２】本発明による微小試料を分離する方法のプロセス（ｇ）を説明するための模式図。
【図１３】本発明による微小試料を分離する方法のプロセス（ｈ）を説明するための模式図。
【図１４】本発明による微小試料を分離する方法のプロセス（ｉ）を説明するための模式図。
【図１５】本発明による微小試料を分離する方法のプロセス（ｊ）を説明するための模式図。
【図１６】本発明による微小試料を分離する方法のプロセス（ｋ）を説明するための模式図。
【図１７】本発明の一実施例に用いるイオンビーム加工装置を示す図。
【図１８】本発明による微小試料を分離した後、透過電子顕微鏡用試料を作製する方法を説明するための模式図。
【図１９】本発明によるアルゴンイオンビームの強度プロファイルを示す模式図
【図２０】本発明によるアルゴンイオンビーム（成形イオンビーム）の強度プロファイルを示す模式図。
【図２１】本発明によるウェーハ対応イオンビーム加工装置の別の例を示す図。
【符号の説明】
１…ＦＩＢ、２…試料、３…プローブ、４…デポ膜、５…デポガス、６…マイクロサンプル、７…薄膜部、８…サンプルキャリア、１１…Ｎ番目のプロセス、１２…Ｎ＋１番目のプロセス、１３…ロット、１４…検査用ウェーハ、１５…検査電子顕微鏡、１７…ウェーハ対応イオンビーム装置、１８…イオンビーム装置、１９…透過電子顕微鏡、３１…イオンビームレンズ、３２…液体金属イオン源、３３…ビーム制限アパーチャ、３４…イオンビーム走査偏向器、３５…ＦＩＢ照射光学系、３６…二次粒子検出器、３７…デポ源、４１…真空容器、４２…加工穴、６３…二次粒子検出回路、６５…ＦＩＢ制御装置、６６…ＦＩＢ計算処理装置、７４…計算処理装置、８１…デュオプラズマトロン、８２…コンデンサレンズ、８３…対物絞り、８４…イオンビーム走査偏向器、８５…アルゴンイオンビーム、８６…対物レンズ、８７…冷却機構、８８…除振機構、８９…質量分析器、９０…計算処理装置、９１…デュオプラズマトロン制御装置、９２…イオンビームレンズ制御装置、９３…イオンビーム走査偏向制御装置、９４…マニュピレータ、９５…試料台制御装置、９６…二次粒子検出回路、９７…デポガス源制御装置、９８…質量分離器制御装置、９９…マイクロサンプル用試料台、１０１…角穴、１０２…底穴、１０３…切り欠き溝、１０４…ガスノズル、２０１…ウェーハ、２０２…薄膜、２０３…試料薄膜、２０４…ＴＥＭ試料ホルダ、３０１…矩形穴、３０２…矩形穴、３０３…斜溝、３０４…矩形穴、３０５…取り出し痕、４０１…ステンシルマスク、４０２…イオンビーム。
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体デバイスなどの電子部品の検査・解析技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ダイナミックランダムアクセスメモリに代表される半導体メモリやマイクロプロセッサ、半導体レーザなど半導体デバイス、および磁気ヘッドなど電子部品の製造においては、高歩留まり製造が求められる。
【０００３】
すなわち不良発生による製品歩留りの低下は、採算の悪化を招く。このため、不良の原因となる欠陥や異物、加工不良の早期発見および早期対策が大きな課題となる。例えば、電子部品の製造現場では、入念な検査による不良発見、およびその発生原因の解析に注力されている。基板を用いた実際の電子部品製造工程では、完成後の基板を検査して、回路パターンの欠陥や異物など異常箇所の原因を追及して対策方法が検討される。
【０００４】
通常、試料の微細構造観察には高分解能の走査型電子顕微鏡（以下、ＳＥＭと略記）が用いられるが、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くなっており、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）が用いられる。
【０００５】
最近では、集束イオンビームを試料に照射した時に試料構成粒子が試料外に放出される作用を応用した加工方法、すなわち集束イオンビーム（以下、ＦＩＢと略記）加工が利用されるようになった。特にＦＩＢを用いれば、ウェーハを分断することなくＴＥＭ試料を作製することも可能である（例えば、特許文献１参照）。この方法では、図２に示すように、ＦＩＢ１の照射による角穴１０１、底穴１０２、切り欠き溝１０３などの形成、イオンビームアシストデポジション膜（以下、デポ膜４と略す）による接続およびプローブ３によるマイクロサンプル６の搬送などが駆使される。そして、マイクロサンプル６を、ＦＩＢ１で薄膜化加工するとＴＥＭ試料となる。なお、この手法は、マイクロサンプリング法とかピックアップ法と呼ばれる手法である。
【０００６】
また、図３の（ａ）に示すように、ウェーハ２０１上に薄膜２０２を形成し、図３の（ｂ）に示すようにＦＩＢ１で試料薄膜周辺を、一部を残して切り取り、試料薄膜２０３をウェーハ２０１から分離準備する。そして、イオンビーム加工装置からウェーハ２０１を取りだし、大気中でガラス棒の静電気を利用して、試料薄膜２０３をウェーハ２０１から完全に分離してＴＥＭ試料ホルダ２０４に移動させる。この方法でも、分離した試料薄膜をＴＥＭで観察することができる。なお、この手法は、リフトアウト法と呼ばれる手法である。
【０００７】
また、試料の分離方法を用いてウェーハを分断することなく、試料から検査用の微小試料を取り出し、ウェーハは次のプロセスに戻す手法について提案されている（例えば、特許文献２参照）。ここでは、試料に複数の加工プロセスを施して電子部品を形成する電子部品製造方法において、加工プロセスの終了時に試料を分断することなく試料の一部を摘出してＴＥＭ試料を作製することにより、加工プロセスでの進捗をモニタまたは検査・解析を行う工程を含む方法を開示している。この手法によれば、ウェーハの分断によって失われる半導体デバイスはなくなり、トータルの半導体デバイスの製造コストを低減することができる。
【０００８】
しかし、本手法では、微小試料を分離するときなどに、ガリウム（以下、Ｇａ）をイオン種とするＦＩＢを用いているために、ＦＩＢを構成していたＧａが、微小試料を取り出した加工領域に残る。このＧａの存在は、半導体デバイス製造にとっては不良発生原因となる可能性が高い。特に、Ｓｉ半導体に対してはｐ型の不純物でることから問題は深刻である。すなわち、Ｇａの汚染をそのままにして、ウェーハを次のプロセスに戻すと、汚染であるＧａが拡散し、正常に製造プロセスを経ていた半導体素子に侵入し、電気的特性不良やコンタクト不良を発生させるという問題があった。この対策として、化学薬液を使った洗浄を、微小試料を取り出したウェーハに施したりすることが考えられる。しかし、工程数が多くなり、製造コストが高くなるという問題があった。さらに、ＦＩＢは、例えば３０ｋｖ加速で照射した場合、試料表面から深さ１０ｎｍ程度は内部に入射しており、表面だけの洗浄では、試料中に埋めこまれたイオンビーム元素種を含む汚染を完全には除去不能となる。
【０００９】
Ｇａ汚染に関する対応についての提案がなされている（例えば、特許文献３参照）。この方法では、イオン源としてＧａを用いた集束イオンビームを照射した試料をプロセスに戻すために、試料の特性に顕著な影響を及ぼさない気体元素のイオンビームを用いて、Ｇａの打ち込まれた部分を除去するか、気体イオンビーム、もしくはエネルギビームを用いてＧａの打ち込まれた部分を被覆するように有機金属膜を析出する方法が開示されている。すなわち、アルゴン（以下、Ａｒ）、酸素イオン、酸素ラジカルのいずれかを用いて加工観察領域をクリーン化し化合物を堆積させた後、再び製造工程に戻すことが開示されている。
【００１０】
また、Ａｒイオンビームで断面加工する技術につての提案がなされている（例えば、特許文献４参照）。ここではヘリコン波イオン源を使い、ビーム径０.１μｍのＡｒイオンビームによるＳＥＭ観察用の断面加工について開示している。しかし、対象物がＳＥＭの分解能で観察できる場合についてのみ開示しており、ＳＥＭでは観察できない場合のＴＥＭによる観察に関しては考慮されていなかった。
【００１１】
【特許文献１】
特開平０５−５２７２１号公報
【特許文献２】
特開２０００−１５６３９３号公報
【特許文献３】
特開平０６−２６０１２９号公報
【特許文献４】
特開平０７-３２０６７０号公報
【発明が解決しようとする課題】
ウェーハを分断することなく、高分解能電子顕微鏡観察用の試料を分離または分離準備して、さらにウェーハをプロセスに問題となる元素で汚染することなく、ウェーハをプロセスに戻しても不良を発生させないようにするという技術には、次のような課題が残されていた。
【００１２】
まず、従来の技術ではＴＥＭ用試料をウェーハを割断することなく摘出する技術は、上述したマイクロサンプリング法、ピックアップ法、リフトアウト法を含めＧａイオン種を用いる手法しかなかった。したがって、Ｇａ汚染に対応する手法が検討された。しかし、従来のＧａ汚染に対応する方法で、気体元素のイオンビームを用いて、Ｇａの打ち込まれた部分を除去する方法では、Ｇａは広く飛散しているため、Ｇａ汚染領域が加工領域に比べ広くなり、広い領域にＡｒを照射せざるを得なかった。
【００１３】
また、完全にＧａを除去するためには、加工深さよりも深くＡｒイオンでスパッタせざるを得なかった。このため、かえってＡｒイオンによる処理痕を後のプロセスに問題が生じないようにするための対策に手間がかかったり、ＦＩＢによる加工の後にクリーン化工程が余分に必要になるため、コストが高くなるという課題を有していた。
【００１４】
また、気体イオンビーム、もしくはエネルギビームを用いてＧａの打ち込まれた部分を被覆するように有機金属膜を析出する方法では、金属膜のそのものがプロセス汚染となったり、金属膜が厚みを持つため、周辺部と膜厚不均一になるため後のプロセスに悪影響を与える懸念があった。
【００１５】
また、従来の方法で、ビーム径０.１μｍのＡｒイオンビームによるＳＥＭ観察用の断面加工する方法では、そもそも、この方法ではＳＥＭでは観察できない場合のＴＥＭによる観察は想定していなかった。この方法は、従来のＧａＦＩＢの使用する場合と同じ考えで、ビーム径０.１μｍの微細なイオンビームを形成して、表面に垂直で平坦な断面を加工しようとするものである。しかし、Ａｒのような気体元素イオンを発生させるイオン源の輝度が、ＧａＦＩＢを形成するのに用いられる液体金属イオン源に比べ少なくとも２桁から３桁低い。このためビーム径０.１μｍのビームを形成しようとすると、目標の１００ｐＡを得ることは、実際は非常に困難であり、たとえ得られたとしても実用上の必要な時間、その性能を保つことは達成されていなかった。実際、ビーム径０.１μｍにした場合に得られるのは、数ｐＡの電流であり実用化されなかった。
【００１６】
すなわち、Ａｒイオンビームではビーム径をＧａＦＩＢのように小さくしようとすると、電流が小さくなり加工速度が小さすぎるため、Ａｒイオンビームは使用不可能というのが当業者の常識であった。したがって、Ｇａイオン種によるウェーハ汚染は公知の課題ではあったが、Ａｒイオンを使ってＴＥＭ試料を作製しようとする発想はなかった。
【００１７】
本発明の目的は、上述の問題点に鑑み、半導体デバイス等の歩留向上のために、途中の検査がウェーハ等の試料を割断することなく実施でき、さらに試料がプロセスで問題となるＧａのような元素で汚染されることなく、試料から解析用サンプルを分離または分離準備する試料加工方法、イオンビーム加工装置、イオンビーム加工システム、及びそれを用いた電子部品の製造方法を提供することにある。
【００１８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明では、ウェーハから微小試料を摘出するまでは、元素種として不活性ガス種、酸素または窒素のうち少なくとも一つの元素種を含む第１のイオンビームを用いて、試料の一部を試料片に加工する。これにより、ウェーハはＧａによって汚染されることは無くなる。ここでは、従来のようなビーム径０.１μｍの微細なイオンビームではなく、電流数ナノアンペアが得られる比較的ビーム径の太いイオンビームを用いる。所望の電流が得られるのであれば、微細なイオンビームを用いても構わない。摘出した試料片をＴＥＭ用試料に加工する工程は、別のイオンビーム照射系で第２の微細なイオンビーム（例えば、ＧａＦＩＢ）を用いて行う。これにより、ウェーハがＧａにより汚染されることなくＴＥＭ用試料を得ることができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について、図面を参照して説明する。
【００２０】
本発明による分離または分離準備する試料加工方法、およびイオンビーム加工装置の実施例は、ある加工プロセス後において試料の基板表面を含む一部を分離または分離準備する方法にあり、さらに、これを実現するイオンビーム加工装置にある。また、本発明によるイオンビーム加工システムの実施例は、２台のイオンビーム装置で試料の基盤表面を含む一部を分離する方法にあり、さらにこれを実現するシステムにある。また、さらに本発明に係わる電子部品の製造方法の実施例は、試料に複数の加工プロセスを施して電子部品を形成する電子部品製造過程において、上記基板表面を含む一部の上記加工プロセスでの加工進捗を検査・解析し、上記基板を更に加工プロセスへ戻し回路パターンを製造する方法にある。
【００２１】
本発明による分離または分離準備する試料加工方法、イオンビーム加工装置またはシステムを用いた検査・解析方法を含む電子部品製造過程での基本的な流れ（ウェーハの流れ）を、図１を用いて説明する。
【００２２】
まず、複数のウェーハからなるロット１３が任意のＮ番目のプロセス１１に投入される。Ｎ番目のプロセスまでには、例えば、ウェーハ上に第１の膜形成工程がある。次に、複数のウェーハのうち検査用ウェーハ１４を選別し、残されたウェーハは待機する。選別した検査用ウェーハ１４は、まず検査電子顕微鏡１５に導入される。ここで、異常が発見された場合には、その位置がアドレスとして記録され、その情報がウェーハ対応イオンビーム装置１７に送られる。このウェーハ対応イオンビーム装置１７で検査用ウェーハ１４から検査すべき箇所を含むマイクロサンプル６を、Ａｒ（アルゴン）イオンビームとマニピュレータ先端に取り付けたプローブ、およびデポガスＷ（ＣＯ）６によって作製したデポ膜等を用いて摘出する。
【００２３】
マイクロサンプル６を摘出された検査用ウェーハ１４は、摘出穴をＡｒイオンビームによるデポジションで酸化膜を埋めこむ。その後、ウェーハ１４は再び上記残されたロット１３に組み込まれ、次のＮ＋１番目のプロセス１２に投入される。Ｎ＋１番目のプロセスでは、このウェーハ１４に、別の第２の膜が形成される。一方、ウェーハから摘出したマイクロサンプル６は、ＧａＦＩＢを照射するイオンビーム装置１８に送られる。ここでマイクロサンプル６は、ＧａＦＩＢにより薄膜化されＴＥＭ観察用試料に加工される。透過電子顕微鏡１９では、膜形成界面等の試料構造の詳細な観察や元素分析が行われる。
【００２４】
以上のように、Ｎ番目のプロセス１１からＮ＋１番目プロセス１２に至る間に、解析用のマイクロサンプル６がＡｒイオンビームによって摘出され、ウェーハをＧａで汚染せず、さらにＡｒイオンビームでは困難なＴＥＭ試料作製は、別のイオンビーム装置のＧａＦＩＢで行うことが大きな特徴である。また、検査によってマイクロサンプル６を摘出した加工領域を含む半導体デバイスは、Ｎ＋１番目以降のプロセスは無効となり製品となることはないが、ウェーハ枚数は減少することはない。すなわち、Ｎ番目のプロセスに投入するウェーハとＮ＋１番目のプロセスに投入するウェーハ数は同じであり、マイクロサンプル６が取り出された領域以外で製造された半導体デバイスは良品であれば製品として製造数に貢献する。
【００２５】
次に、本発明におけるウェーハ対応イオンビーム加工装置１７（図１）の構成例を、図４に示す。
【００２６】
本ウェーハ対応イオンビーム装置１７は、真空容器４１を有しており、真空容器内には、Ａｒ、ネオン、キセノン、クリプトン、酸素、窒素等のうち少なくとも一つの元素種のガスイオンを放出するデュオプラズマトロン８１、コンデンサレンズ８２、対物絞り８３、イオンビーム走査偏向器８４、対物レンズ８６などから構成されるイオンビーム照射系が配置されている。さらに、プローブ３、二次粒子検出器３６、デポガス源３７、試料台３９および試料ウェーハ４２の一部を摘出した微小な摘出試料を固定するサンプルキャリア（図示してない）などが配置されている。また、本装置を制御する装置として、デュオプラズマトロン制御装置９１、レンズ制御装置９２、イオンビーム走査偏向制御装置９３、マニピュレータ４３を制御するマニピュレータ制御装置９４、二次粒子検出回路９６、デポガス源制御装置９７、試料台制御装置９５、および計算処理装置９０、などが配置されている。
【００２７】
本実施例では、デュオプラズマトロン８１Ａｒガスを導入し、Ａｒイオンビーム８５を形成した。本イオンビーム照射系のビーム電流とビーム径の関係を、図５に示す。ここでイオンビーム８５の加速電圧は３０ｋＶとした。また、デュオプラズマトロン８１の光源サイズを決定するアパーチャ径は５０μｍとした。なお、図５中の各データ点は、対物絞り８３の穴径に対する特性値を示す。この図には、従来のＧａＦＩＢ照射系の特性を併せて示した。また、図５中の直線は、イオン電流密度一定の特性を表している。
【００２８】
図５において、従来のＧａＦＩＢでは、数１０ｎｍのビーム径で電流密度が最大になっていることがわかる。これは、従来のＦＩＢが加工も微細な観察が可能なように、ナノメータからマイクロメータのビーム径領域で性能を求められることに起因する。一方、Ａｒイオンビームの特性は、マイクロサンプルを基板から摘出するのに好適なように数μｍに電流密度が最大となるようにした。ここで、試料上のビーム径は、光源の寸法をレンズ系によって試料上に集束する際の倍率によって決まる大きさ、および、レンズの球面収差や色収差などによって決まるビームのぼけ量によって決定される。
【００２９】
ここで、従来のＦＩＢ照射系は、ＦＩＢによりマイクロサンプルを摘出する際に用いるように、サブマイクロメートルのビーム径のビームを作製した。このため、レンズ倍率をほぼ等倍にして、絞り穴径を大きくし数ｎＡ以上のビーム電流を得ていた。しかし、これにより収差によるぼけ量が拡大し、試料上のビーム径は光源サイズが約５０ｎｍに比較すると増大されていた。この照射系にデュオプラズマトロンを搭載すると、その光源サイズが５０μｍであるために、試料上でイオンビーム径は小さくとも数１０μｍとなってしまい、とてもマイクイロサンプルの摘出は不可能であった。
【００３０】
そこで、本発明では、レンズ倍率を１/１０以下の大幅な縮小として、さらにレンズ収差を低下させるため、対物レンズ先端と試料間距離を１０ｍｍ以下にした。また、レンズの使用条件を制御することにより、試料上のビーム径が少なくとも光源よりも縮小できるようにしてビーム径数μｍに最適化した。これらにより、マイクロサンプルを摘出が可能なビーム性能を得ることができた。なお、本実施例のイオン照射系では、約０.２μｍから１０μｍまでのビーム径が得られているが、特に、図５中の楕円で囲んだ特性が、加工時間を数１０分にできることから、マイクロサンプル摘出には好適である。
【００３１】
また、本実施例で、デュオプラズマトロンの冷却をする際、冷却機構８７のファンの振動がこのような微細ビーム形成には障害になることが判明した。これを防止するために、デュオプラズマトロンと冷却機構８７の間に除振機構８８を設けた。
【００３２】
また、従来、Ａｒイオンビームでクリーン化することが検討されていたが、ウェーハをプロセスラインに戻す際にイオンビームの質量分離器が検討されたことがなかった。しかし、今回、デュオプラズマトロンから放出されるイオンビームにはわずかながら鉄やクロムのイオンが混入することがわかり、これが、ウェーハを汚染して半導体デバイスの不良を発生させる可能性があることがわかった。そこで、本実施例では。これを防ぐため、イオンビーム照射系に質量分離器８９を設け、Ａｒイオンビームのみが試料に到達するようにした。
【００３３】
Ａｒイオンビームを用いたマイクロサンプル作製のための加工動作については従来とは異なり、イオンビーム径が比較的大きいことを考慮する必要がある。すなわち、従来のＦＩＢようにビーム径０.１μｍを使った微細な加工は困難であり、大まかな加工でマイクロサンプルを作製することが求められる。
【００３４】
この方法は、図６に示すように、まず始めに、Ａｒイオンビームを照射し目標位置の両外側に矩形穴３０１、３０２を試料２に形成する（ステップ（ａ））。これらの矩形穴の大きさは約４×１０μｍで深さは約１０μｍとした。図に模式的に示すように矩形穴の角は、ビーム径が約３μｍと大きいために丸みがかった形状となる。その後、図７に示すように、試料台を傾ける（ステップ（ｂ））。次に、図８に示すように、Ａｒイオンビームを試料表面に斜めから照射することにより、斜溝３０３を形成する（ステップ（ｃ））。この斜溝の大きさは約２０×４０μｍで深さは約１２μｍとした。次に、図９に示すように、試料台傾斜を戻し、プローブ３を、プローブ制御装置により制御し、マイクロサンプル６の一部に接触させる（ステップ（ｄ））。その後、図１０に示すように、接触させたプローブ３とマイクロサンプル６を、デポ膜４を用いて固定する（ステップ（ｅ））。
【００３５】
次に、図１１に示すように、矩形穴３０４を試料２に形成することにより摘出試料６を基板から切り出す（ステップ（ｆ））。次に、図１２に示すように、プローブ３をプローブ駆動装置によって上昇させ摘出する（ステップ（ｇ））。マイクロサンプル６を摘出した後は、図１３に示すように、基板に取り出し痕３０５が残る（ステップ（ｈ））。
【００３６】
次に、図１４に示すように、この切り出されたマイクロサンプル６をサンプルキャリア８に接触を行う（ステップ（ｉ））。接触させた後、図１５に示すように、デポ膜４を用いて両者を固定する（ステップ（ｊ））。固定後、図１６に示すように、プローブ３接続部にＡｒイオンビーム８５を照射し、スパッタ加工を行い、プローブ３をマイクロサンプル６から分離する（ステップ（ｋ））。なお、図６〜図１６中の右図は、それぞれのＡＡ'断面図である。
【００３７】
マイクロサンプル６は、サンプルキャリア８に設置された状態で保持される。ウェーハ対応イオンビーム加工装置１７の第２の試料台となるマイクロサンプル用試料台９９を搭載しており、サンプルキャリア８はこの第２の試料台上に設置される。そして、マイクロサンプル用試料台９９に設置されたまま、ＧａＦＩＢを照射するイオンビーム装置１８に、ウェーハ対応イオンビーム加工装置１７の筐体の開口部を経て搬送される。なお、ここでマイクロサンプル用試料台９９は、その先端が取り外し可能となっており、ウェーハ対応イオンビーム装置内に、その先端部のみ導入し、試料台の上に配置しても良い。
【００３８】
次に、イオンビーム装置１８（図１）の構成と動作について、図１７を用いて説明する。
【００３９】
イオンビーム装置１８は、真空容器４１を有しており、真空容器内には、Ｇａを放出する液体金属イオン源３２、ビーム制限アパーチャ３３、イオンビーム走査偏向器３４、およびイオンビームレンズ３１などから構成されるＦＩＢ照射光学系３５、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３６、などが配置されている。そして、二次粒子検出回路６３、ＦＩＢ制御装置６５、ＦＩＢ計算処理装置６６などが配置される。そしてマイクロサンプル用試料台９９が試料台となる。
【００４０】
次に、本イオンビーム装置の動作について説明する。まず、液体金属イオン源３２から放出したイオンをビーム制限アパーチャ３３、イオンビームレンズ３１を通して試料ウェーハ３８に照射する。ＦＩＢ１は、試料上で０.０５から０.２μｍ程度に集束される。
【００４１】
図８に、ＴＥＭ用試料作製の様子を示す。図１８の（ａ）から（ｂ）へ、マイクロサンプル６の解析領域を薄膜化加工する。なお、図１８の（ｃ）は、（ｂ）の鳥瞰図である。ここでは、最初は径０.２μｍのビームを用い、徐々に微細なビームを用い、最終目標の膜厚１００ｎｍの薄膜は０.０５μｍのビームで形成した。このような、微細な加工は、上述したＡｒイオンビーム加工装置１７では困難である。本発明では、このようにして、Ａｒイオンビーム加工装置１７とイオンビーム加工装置１８との連携により、ＴＥＭ用試料の作製が行われる。
【００４２】
本実施例によれば、ウェーハをプロセスに問題となる元素で汚染することなく、ウェーハから解析用サンプルを分離または分離準備する方法が提供され、さらにウェーハを評価のために無駄に廃棄せず、かつ検査のための試料を取り出したウェーハをプロセスに戻しても不良を発生させない新たな検査・解析方法が提供される。
【００４３】
また、本発明による電子部品製造方法を用いることで、ウェーハ等の試料を割断することなく評価でき、新たな不良を発生させず、高価なウェーハを無駄にすることはない。ひいては、電子部品の製造歩留りが向上する。さらに、解析用サンプルを分離または分離準備する試料加工方法、検査・解析方法、および電子部品の製造方法を実現できるイオンビーム加工装置、イオンビーム加工システムを提供し得る。
【００４４】
また、本実施例では、ウェーハ対応イオンビーム加工装置１７での加工データ（情報）を、計算処理装置９０（図４）からＦＩＢ計算処理装置６６を介して、ＦＩＢイオンビーム加工装置１８にオンライン伝送し、ＦＩＢ加工を自動で行い作業効率を大幅に改善した。これは、本実施例では、微細な加工を行うため加工データが複雑となり、これを失敗無く行うためにはマイクロサンプル摘出の加工データの解析、および薄膜加工の自動設定が重要だったからである。また、ウェーハ対応イオンビーム加工装置１７では、装置内に搬入されたウェーハを、表面に刻印された番号を画像認識により識別して計算処理装置９０に伝達することを可能とした。この識別情報は、計算処理装置９０からＦＩＢ計算処理装置６６を介して、ＦＩＢイオンビーム加工装置１８にオンライン伝送される。これにより、ＦＩＢイオンビーム加工装置１８に搬送された試料片に対応する識別情報を管理でき、解析結果を正確にウェーハに対応させることができる。
【００４５】
また、ウェーハ対応イオンビーム加工装置１７とＦＩＢイオンビーム加工装置１８を一体化してシステムを構成しても良い。この場合には、ウェーハ対応イオンビーム加工装置１７にはＦＩＢイオンビーム加工装置１８に試料を搬出するための開口部を有する。そして、その開口部はサンプルキャリア搬送装置と結合されている。したがって、マイクロサンプルはサンプルキャリアに設置したまま、搬送装置を介してＦＩＢイオンビーム加工装置１８に搬送される。
【００４６】
なお、以上の実施例では、Ａｒイオンビーム照射系とＦＩＢイオンビーム照射系は別々の装置に組み込んだが、両者を同じ装置に組み込んでもよい。この場合には、Ａｒイオンビームによるマイクロサンプルの摘出が終了後、ウェーハをＧａで汚染することを避けるためウェーハは装置から取り出すか、Ｇａの飛散などによる汚染の懸念がないようにする必要がある。この場合では、装置コストの大幅な低減が可能である。ただし、ＴＥＭ試料作製のスループットは低下することになる。
【００４７】
また、以上に述べた実施例では、ウェーハ対応イオンビーム装置でマイクロサンプルを取り出す方法を採用した例を述べたが、図３に示したようにウェーハ対応イオンビーム装置で、マイクロサンプルの分離の準備をして、ウェーハ対応イオンビーム装置からウェーハを取り出して、別の機構でマイクロサンプルを分離して摘出してもよい。例えば、ウェーハから、大気中でガラス棒の静電気を利用して、マイクロサンプルを摘出する。このように、マイクロサンプルを装置内で分離しなくとも、マイクロサンプルの外形のほとんどをイオンビームによって加工して、分離準備する方法、装置およびシステムについても、本発明に含まれる。
【００４８】
また、以上のように、ウェーハから解析用のマイクロサンプルを取り出すウェーハ対応イオンビーム装置ばかりでなく、同装置に取りつけられた電子ビーム照射装置から放出された電子ビームにより断面部などデバイス内部を観察して、デバイス解析をするウェーハ対応イオンビーム装置も、本発明によるイオンビーム装置に含まれる。
【００４９】
また、以上に述べた実施例では、イオンビームサイズを表すのにビーム径を用いた。これはビーム形状が、ほぼ円形であり、ビームプロファイルが、図９に示すように表される場合である。なお、本実施例では、ビーム径とは、図９に示すように、ビームプロファイル強度の約３７％の位置でのビーム幅とした。このような円形のビームに限らず楕円または方形に近いビームでも、光源に比べそのサイズが小さくなるようにレンズを制御して、ビームサイズの最大幅を概略０.２から１０μｍにすれば、本発明の目的は達成できる。
【００５０】
また、以上に述べた実施例では、Ａｒイオンビームをスポット状に集束した例を述べたが、イオンビーム照射系の途中に、ある形状の孔を持つマスクを挿入し、そのマスク形状を試料上に投影した成形ビームを用いる場合についても、本発明は適用され得る。
【００５１】
図２１に、この例の装置の概略構成図を示す。本イオンビーム加工装置は、真空容器４１を有しており、真空容器４１内には、Ａｒ、ネオン、キセノン、クリプトン、酸素、窒素等のうち少なくとも一つの元素種のガスイオンを放出するデュオプラズマトロン８１、コンデンサレンズ８２、ステンシルマスク４０１、対物レンズ８６などから構成されるイオンビーム照射系が配置されている。さらに、プローブ３、二次粒子検出器３６、デポガス源３７、試料台３９および試料ウェーハ４２の一部を摘出した微小な摘出試料を固定するサンプルキャリア（図示してない）などが配置されている。また、本装置を制御する装置として、デュオプラズマトロン制御装置９１、レンズ制御装置９２、マニピュレータ４３を制御するマニピュレータ制御装置９４、二次電子検出器の増幅器９６、デポガス源制御装置９７、試料台制御装置９５、および計算処理装置７４、などが配置されている。
【００５２】
ここでは、デュオプラズマトロン８１にＡｒガスを導入し、イオンビームを引き出す。まず、このイオンビーム４０２をコンデンサレンズ８２により対物レンズ８６の中心近傍に集束させる。ここで、イオンビームは矩形の穴を有するステンシルマスク４０１を通過する。対物レンズ８６は、ステンシルマスク４０１を試料上に投影する条件で制御する。すると、試料上には矩形の成形イオンビームが照射され、矩形の穴が加工される。この矩形穴を、図６〜図１６で示した加工に用いて、試料片を加工して、マイクロサンプルを分離または分離準備することができる。なお、ここでイオンビームの加速電圧は４０ｋｖとした。また、デュオプラズマトロンの光源サイズを決定するアパーチャ径は５０μｍとした。
【００５３】
本実施例では、イオンビームは概円形ではないため、図１９で用いたビームスポット径の定義は使えないが、図２０に示すように、成形イオンビームのビームプロファイルの裾でビーム強度の１６％から８４％までの距離をイオンビーム径と置き換えれば、これが光源サイズよりも小さくなるようにして、イオンビーム照射系を構成し、マイクロサンプルを摘出できるようにすればよい。
【００５４】
また、以上に述べた実施例では、Ａｒイオンビームを用いたが、他に窒素、酸素、ネオン、キセノン、クリプトンなどの元素、およびこれらの混合イオンビームでも同様な効果が得られるのは明らかである。
【００５５】
以上のように、本発明によれば、ウェーハ等の試料をプロセスに問題となる元素で汚染することなく、ウェーハから解析用サンプルを分離または分離準備する方法が実現し、さらにウェーハを評価のために無駄に廃棄せず、かつ検査のための試料を取り出したウェーハをプロセスに戻しても不良を発生させない新たな検査・解析方法が実現される。また、本発明による電子部品製造方法を用いることで、ウェーハを割断することなく評価でき、新たな不良を発生させず、高価なウェーハを無駄にすることはない。ひいては、電子部品の製造歩留りが向上する。さらに、解析用サンプルを分離または分離準備する方法、検査・解析方法、および電子部品製造方法を実現できるイオンビーム装置が提供される。
【００５６】
以下、本発明の代表的な構成例とその効果を列挙する。
【００５７】
（１）本発明のイオンビームによる試料加工方法は、元素種として不活性ガス種、酸素または窒素のうち少なくとも一つの元素種を含む第１のイオンビームを用いて、試料の一部を試料片に加工する工程と、前記加工された試料片を前記試料から分離する工程と、前記第１のイオンビームとは異なる第２のイオンビームを用いて、前記分離された試料片を加工する工程とを含むことを特徴とする。
【００５８】
これにより、試料がプロセスで問題となるＧａのような元素で汚染されることなく、試料から解析用サンプルを分離または分離準備する試料加工方法が提供される。
【００５９】
（２）本発明のイオンビームによる試料加工方法は、第１のイオンビーム加工装置内の第１のイオン源により、元素種として不活性ガス種、酸素または窒素のうち少なくとも一つの元素種を含む第１のイオンビームを生成する工程と、生成された前記第１のイオンビームを用いて試料の一部を試料片に加工する工程と、前記第１のイオンビームを用いて前記試料片を前記試料から分離する工程と、前記試料片を試料台に載置し保持する工程と、前記試料台に保持された前記試料片を第２のイオンビーム加工装置に搬送する工程と、前記第２のイオンビーム加工装置内の第２のイオン源により、前記第１のイオンビームの元素種以外の元素種を含む第２のイオンビームを生成する工程と、前記生成された第２のイオンビームを用いて前記試料片を電子顕微鏡用試料に加工する工程とを有することを特徴とする。
【００６０】
これにより、試料がプロセスで問題となるＧａのような元素で汚染されることなく、試料から解析用サンプルを分離または分離準備する試料加工に用いる。特に、第１イオンビーム加工装置と２のイオンビーム加工装置を連携して用いて電子顕微鏡用試料を加工する方法が提供される。
【００６１】
（３）本発明のイオンビーム加工装置は、イオン源と、前記イオン源から放出されるイオンビームを集束し偏向するための光学系と、前記イオンビームを照射し走査して試料の一部を試料片に加工する手段と、前記イオンビームにより加工された前記試料片を前記試料から分離するためのプローブとを有し、かつ、前記イオン源で生成される前記イオンビームは、元素種として不活性ガス種、酸素または窒素のうち少なくとも一つの元素種を含むことを特徴とする。
【００６２】
これにより、試料がプロセスで問題となるＧａのような元素で汚染されることなく、試料から解析用サンプルを分離または分離準備する試料加工方法に用いるイオンビーム加工装置が提供される。
【００６３】
（４）本発明のイオンビーム加工装置は、イオン源と、前記イオン源から放出されたイオンビームを成形用マスクにより成形し、集束・偏向するための光学系と、試料上に投影された前記成形イオンビームを走査して前記試料の一部を試料片に加工する手段と、前記成形イオンビームにより加工された前記試料片を前記試料から分離するためのプローブとを有し、かつ、前記イオン源で生成される前記イオンビームは、元素種として不活性ガス種、酸素または窒素のうち少なくとも一つの元素種を含むことを特徴とする。
【００６４】
これにより、試料がプロセスで問題となるＧａのような元素で汚染されることなく、試料から解析用サンプルを分離または分離準備する試料加工方法を実現するイオンビーム加工装置が提供される。特に、成形イオンビームを用いることにより高速に試料片加工ができるのに好適なイオンビーム加工装置が提供される。
【００６５】
（５）本発明のイオンビーム加工システムは、第１のイオン源と、前記第１のイオン源から放出される第１のイオンビームを集束し偏向するための光学系と、前記第１のイオンビームを照射し走査して試料の一部をマイクロサンプルに加工する手段と、前記第１のイオンビームにより加工された前記マイクロサンプルを前記試料から分離するプローブと、前記マイクロサンプルを載置し保持するためのマイクロサンプル用試料台とを備え、かつ、前記第１のイオン源で生成される前記イオンビームが、元素種として不活性ガス種、酸素または窒素のうち少なくとも一つの元素種を含むようにした第１のイオンビーム加工装置と、前記第１のイオンビームとは異なる元素種の第２のイオンビームを生成する第２のイオン源を備えた前記第２のイオンビーム加工装置とを有し、分離した前記マイクロサンプルを、前記マイクロサンプル用試料台に保持したまま、前記第１のイオンビーム装置から前記第２のイオンビーム装置に搬送し、前記マイクロサンプルを前記第２のイオンビームを用いて加工するよう構成したことを特徴とする。
【００６６】
これにより、試料がプロセスで問題となるＧａのような元素で汚染されることなく、試料から解析用サンプルを分離または分離準備する試料加工方法が実現されるイオンビーム加工システムが提供される。特に、マイクロサンプル用試料台を用いることにより第１のイオンビームと第２のイオンビーム装置の連携がスムーズに行え、電子顕微鏡用試料を効率良く作製可能なイオンビーム加工システムが提供される。
【００６７】
また、前記構成において、前記第１のイオンビーム加工装置で分離された前記マイクロサンプルに関する加工情報を、前記第２のイオンビーム加工装置へ伝送する伝送手段を設けてなることを特徴とする。
【００６８】
これにより、試料がプロセスで問題となるＧａのような元素で汚染されることなく、試料から解析用サンプルを分離または分離準備する試料加工方法が実現されるイオンビーム加工システムが提供される。特に、第１のイオンビーム加工装置で分離された前記マイクロサンプルに関する加工情報を、前記第２のイオンビーム加工装置へ伝送するため、第１のイオンビームと第２のイオンビーム装置の連携がスムーズに行え、電子顕微鏡用試料を効率良くかつ、歩留まり良く作製可能なイオンビーム加工システムが提供される。
【００６９】
（６）本発明による電子部品の製造方法は、試料を加工して電子部品を形成する製造プロセスにおける任意の工程後に、前記試料の検査のため、元素種として不活性ガス種、酸素または窒素のうち少なくとも一つの元素種を含む第１のイオンビームを用いて、前記試料の一部を試料片に加工する工程と、前記加工された試料片を前記試料から分離する工程とを有し、前記試料片を分離した前記試料を、前記任意の工程の次の工程に戻して前記製造プロセスを継続するよう構成したことを特徴とする。また、前記試料片を前記第１のイオンビームの元素種とは異なる第２のイオンビームを用いて、前記試料片を電子顕微鏡用試料に加工する工程を有し、前記試料から摘出された前記試料片を検査・解析するよう構成したことを特徴とする。
【００７０】
これにより、半導体デバイス等の歩留向上のために、途中の検査がウェーハ等の試料を割断することなく実施でき、さらに試料がプロセスで問題となるＧａのような元素で汚染されることなく、試料から解析用サンプルを分離または分離準備する試料加工方法を用いた電子部品の製造方法が提供される。
【００７１】
なお、上述した本発明の構成例のいずれかにおいて、上述の試料は、シリコン半導体ウェーハ、エピタキシャル成長シリコンウェーハ、基板に形成されたシリコン薄膜を有するウェーハ、化合物半導体ウェーハ、磁気ヘッド集積ウェーハのうちのいずれかであるとする。
【００７２】
【発明の効果】
本発明は、半導体デバイス等の歩留向上のために、途中の検査がウェーハ等の試料を割断することなく実施でき、さらに試料がプロセスで問題となるＧａのような元素で汚染されることなく、試料から解析用サンプルを分離または分離準備する方法を実現し、また、それを実現するイオンビーム装置またはシステムを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による電子部品製造過程にかかわるプロセスにおけるウェーハの流れを説明するための図。
【図２】従来の試料から微小試料を分離するフローを説明するための図。
【図３】従来の試料から微小試料を分離準備する方法を説明するための図。
【図４】本発明の一実施例によるウェーハ対応イオンビーム加工装置を示す図。
【図５】イオンビーム照射系のイオン電流−ビームサイズ特性を示す図。
【図６】本発明による微小試料を分離する方法のプロセス（ａ）を説明するための模式図。
【図７】本発明による微小試料を分離する方法のプロセス（ｂ）を説明するための模式図。
【図８】本発明による微小試料を分離する方法のプロセス（ｃ）を説明するための模式図。
【図９】本発明による微小試料を分離する方法のプロセス（ｄ）を説明するための模式図。
【図１０】本発明による微小試料を分離する方法のプロセス（ｅ）を説明するための模式図。
【図１１】本発明による微小試料を分離する方法のプロセス（ｆ）を説明するための模式図。
【図１２】本発明による微小試料を分離する方法のプロセス（ｇ）を説明するための模式図。
【図１３】本発明による微小試料を分離する方法のプロセス（ｈ）を説明するための模式図。
【図１４】本発明による微小試料を分離する方法のプロセス（ｉ）を説明するための模式図。
【図１５】本発明による微小試料を分離する方法のプロセス（ｊ）を説明するための模式図。
【図１６】本発明による微小試料を分離する方法のプロセス（ｋ）を説明するための模式図。
【図１７】本発明の一実施例に用いるイオンビーム加工装置を示す図。
【図１８】本発明による微小試料を分離した後、透過電子顕微鏡用試料を作製する方法を説明するための模式図。
【図１９】本発明によるアルゴンイオンビームの強度プロファイルを示す模式図
【図２０】本発明によるアルゴンイオンビーム（成形イオンビーム）の強度プロファイルを示す模式図。
【図２１】本発明によるウェーハ対応イオンビーム加工装置の別の例を示す図。
【符号の説明】
１…ＦＩＢ、２…試料、３…プローブ、４…デポ膜、５…デポガス、６…マイクロサンプル、７…薄膜部、８…サンプルキャリア、１１…Ｎ番目のプロセス、１２…Ｎ＋１番目のプロセス、１３…ロット、１４…検査用ウェーハ、１５…検査電子顕微鏡、１７…ウェーハ対応イオンビーム装置、１８…イオンビーム装置、１９…透過電子顕微鏡、３１…イオンビームレンズ、３２…液体金属イオン源、３３…ビーム制限アパーチャ、３４…イオンビーム走査偏向器、３５…ＦＩＢ照射光学系、３６…二次粒子検出器、３７…デポ源、４１…真空容器、４２…加工穴、６３…二次粒子検出回路、６５…ＦＩＢ制御装置、６６…ＦＩＢ計算処理装置、７４…計算処理装置、８１…デュオプラズマトロン、８２…コンデンサレンズ、８３…対物絞り、８４…イオンビーム走査偏向器、８５…アルゴンイオンビーム、８６…対物レンズ、８７…冷却機構、８８…除振機構、８９…質量分析器、９０…計算処理装置、９１…デュオプラズマトロン制御装置、９２…イオンビームレンズ制御装置、９３…イオンビーム走査偏向制御装置、９４…マニュピレータ、９５…試料台制御装置、９６…二次粒子検出回路、９７…デポガス源制御装置、９８…質量分離器制御装置、９９…マイクロサンプル用試料台、１０１…角穴、１０２…底穴、１０３…切り欠き溝、１０４…ガスノズル、２０１…ウェーハ、２０２…薄膜、２０３…試料薄膜、２０４…ＴＥＭ試料ホルダ、３０１…矩形穴、３０２…矩形穴、３０３…斜溝、３０４…矩形穴、３０５…取り出し痕、４０１…ステンシルマスク、４０２…イオンビーム。
Claims (13)
- 第１のイオン源と、前記第１のイオン源から放出される第１のイオンビームを集束・偏向するための光学系と、前記第１のイオンビームを照射し走査して試料の一部をマイクロサンプルに加工する手段と、前記第１のイオンビームにより加工された前記マイクロサンプルを前記試料から分離するプローブと、前記マイクロサンプルを載置し保持するためのマイクロサンプル用試料台と、を備える第１のイオンビーム加工装置と、
第２のイオンビームを生成する第２のイオン源を備え、前記第２のイオンビームを用いて、分離した前記マイクロサンプルを透過型電子顕微鏡用試料に加工するように構成された第２のイオンビーム加工装置と、を有し、
前記第１のイオンビームは、元素種として不活性ガス種、酸素および窒素のうち少なくとも一つの元素種を含む一方、前記第２のイオンビームは、ガリウムイオンビームであることを特徴とするイオンビーム加工システム。 - 前記分離したマイクロサンプルを前記マイクロサンプル用試料台に保持したまま、前記第１のイオンビーム加工装置から前記第２のイオンビーム加工装置に搬送するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のイオンビーム加工システム。
- 前記光学系は、前記第１イオンビームを成形用マスクを介して成形し、集束・偏向するためのものであって、
前記試料の表面上における成形イオンビームの強度プロファイルの裾の幅が、光源サイズ以下になるように前記光学系を制御する手段を備えてなることを特徴とする請求項１に記載のイオンビーム加工システム。 - 前記第１のイオンビームに含まれる重金属イオンを除去するための質量分離器を備えてなることを特徴とする請求項１に記載のイオンビーム加工システム。
- 前記第１のイオン源を冷却するための冷却機構と、前記冷却機構に起因する振動を除去するための除振機構を設けたことを特徴とする請求項１に記載のイオンビーム加工システム。
- 前記第１のイオンビームのビーム径を、前記試料の表面上で０.２から１０マイクロメートルになるように前記光学系を制御する手段を備えてなることを特徴とする請求項１に記載のイオンビーム加工システム。
- 前記第１のイオンビーム加工装置および前記第２のイオンビーム加工装置は、同一の装置に組み込まれて構成されることを特徴とする請求項１に記載のイオンビーム加工システム。
- 前記試料に電子ビームを照射するための電子ビーム照射装置をさらに備えることを特徴とする請求項１に記載のイオンビーム加工システム。
- 前記光学系は対物レンズを有し、
前記対物レンズの先端と前記試料との間の距離が１０ミリメートル以下であることを特徴とする請求項１に記載のイオンビーム加工システム。 - 前記第１のイオンビーム加工装置で分離された前記マイクロサンプルに関する加工情報を、前記第２のイオンビーム加工装置へ伝送する伝送手段を設けてなることを特徴とする請求項１に記載のイオンビーム加工システム。
- 前記第１のイオン源がデュオプラズマトロンであることを特徴とする請求項１に記載のイオンビーム加工システム。
- 第１のイオンビームを用いて試料の一部を試料片に加工する工程と、
前記加工された試料片を前記試料から分離する工程と、
分離した前記試料片を第２のイオンビームを用いて透過型電子顕微鏡用試料に加工する工程とを有し、
前記第１のイオンビームは、元素種として不活性ガス種、酸素および窒素のうち少なくとも一つの元素種を含み、
前記第２のイオンビームは、ガリウムイオンビームであることを特徴とする電子部品の製造方法。 - 前記第１のイオンビームは、成形用マスクを介して成形され、集束・偏向され、
前記試料の表面上における成形イオンビームの強度プロファイルの裾の幅が、光源サイズ以下であることを特徴とする請求項１２に記載の電子部品の製造方法。
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