JP7407906B2 - 半導体解析システム - Google Patents
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Description
<半導体解析システムの構成>
図1は、本発明の実施の形態1に係る半導体解析システムの一例を示す概略構成図である。半導体解析システム100は、FIB-SEM装置(加工装置)101、TEM装置102、および上位制御装置103を含む。ここで、SEMとは走査型電子顕微鏡である。また、TEMとは透過型電子顕微鏡であり、後述するSTEMとは走査型透過電子顕微鏡である。
図3は、本発明の実施の形態1に係るFIB-SEM装置の一例を示す概略構成図である。図3に示すように、FIB-SEM装置101は、イオンビームカラム301a、イオンビームカラム301aを制御するイオンビームカラム制御器331、電子ビームカラム302a、電子ビームカラム302aを制御する電子ビームカラム制御器332、半導体ウエハWAFを載置することが可能なウエハステージ304、ウエハステージ304を制御するウエハステージ制御器334を備えている。
図4は、図2のALTS装置の一例を示す概略構成図である。図4に示すように、ALTS装置201は、第1光学顕微鏡401a、第1光学顕微鏡401aを制御するための第1光学顕微鏡制御器431、第2光学顕微鏡402a、第2光学顕微鏡402aを制御するための第2光学顕微鏡制御器432、半導体ウエハWAFを載置することが可能なウエハステージ404、ウエハステージ404を制御するウエハステージ制御器434を備えている。
図5は、本発明の実施の形態1に係るTEM装置の一例を示す概略構成図である。図5のTEM装置102は、TEMモードで使用することが可能であるし、モードを切り替えることによりSTEMモードで使用することも可能である。
上位制御装置103は、図1に示すように、メモリ103a、薄膜試料SAMを作製された薄膜加工領域の位置を検出する位置検出部103b、薄膜試料SAMの厚みを検出する厚み検出部103c、薄膜試料SAM作製によるダメージ量を検出するダメージ量検出部103d、FIB制御部103eを備えている。
図8は、半導体ウエハ上に作製された薄膜試料の概念図である。FIB-SEM装置101内において、半導体ウエハWAF上には1つ又は複数の薄膜試料SAMが作製される。本実施の形態では、薄膜試料SAMは、半導体ウエハWAFと1つの支持部803とで連結されているが、支持部803の個数は2つ以上でも構わない。
次に半導体解析システム100を用いた半導体解析方法について説明する。図10は、本発明の実施の形態1に係る半導体解析方法の一例を示すフロー図である。図10では、各工程がFIB-SEM装置101、上位制御装置103、TEM装置102と対応して示されている。
上位制御装置103は、TEM装置102から出力された観察結果に基づき薄膜試料SAMに対する評価を行う(ステップS1019)。以下、薄膜試料SAMに対する測定方法について詳しく説明する。薄膜試料SAMに対する評価項目には、例えば薄膜加工領域の位置ずれ量、膜厚の厚みずれ量、FIB加工によるダメージ量等が含まれる。
ステップS1020では、ステップS1019の評価結果に基づきFIB加工条件の更新を行う。図11は、FIB加工条件の更新方法を説明する図である。図11(a)は、薄膜加工領域の位置ずれ量に基づくFIB加工条件の更新方法を説明する図である。図11(b)は、薄膜試料の膜厚に基づくFIB加工条件の更新方法を説明する図である。図11(c)および図11(d)は、FIB加工によるダメージ量に基づくFIB加工条件の更新方法を説明する図である。
本実施の形態によれば、上位制御装置103は、TEM画像に基づく薄膜試料SAMに対する評価を行い、薄膜試料SAMの評価結果に基づいて加工条件を更新する。この構成によれば、TEM装置102による薄膜試料SAMの観察結果をFIB-SEM装置101へフィードバックしてFIB加工条件を変更することができるので、後続の半導体ウエハWAFにおける薄膜試料自動作製の精度向上および薄膜試料自動観察の精度を向上させることが可能となる。
次に、実施の形態2について説明する。なお、以下では、前述の実施の形態と重複する箇所については原則として説明を省略する。
図13は、本発明の実施の形態2に係る学習データの更新方法の一例を示すフロー図である。図13においても、各工程がFIB-SEM装置101、上位制御装置103、TEM装置102と対応して示されている。
図14は、学習モデルを用いた加工終点検知の判定方法を説明する図である。図14には、説明の便宜上、FIB-SEM装置101および上位制御装置103のみが示されている。
本実施の形態では、前述の実施の形態における効果に加え、以下の効果が得られる。本実施の形態によれば、学習器1202は、学習モデルを用いてSEM画像に基づく薄膜試料SAMに対する加工終点検知の良否判定処理(第2良否判定処理)を行い、加工制御部1203は、学習器1202における加工終点検知の良否判定結果に基づき、加工継続または加工終了の指示を前記加工装置に対して行う。
Claims (10)
- 半導体ウエハを加工して観察用の薄膜試料を作製する加工装置と、
前記薄膜試料の透過型電子顕微鏡像を取得する透過型電子顕微鏡装置と、
前記加工装置および前記透過型電子顕微鏡装置を制御する上位制御装置と、
を備え、
前記上位制御装置は、
前記透過型電子顕微鏡像に基づく前記薄膜試料に対する評価を行い、前記薄膜試料の評価結果に基づいて加工条件を更新し、更新した加工条件を前記加工装置へ出力し、
且つ前記透過型電子顕微鏡像から前記薄膜試料のダメージ層の厚みを算出し、算出した前記ダメージ層の厚みに基づいて、加工による前記薄膜試料のダメージ量を前記評価結果として算出する、
半導体解析システム。 - 請求項1に記載の半導体解析システムにおいて、
前記透過型電子顕微鏡像のFFTパターンにおける円形状のパターンの強度と、前記ダメージ層の厚みとの関係を予め取得しておき、
前記上位制御装置は、前記FFTパターンにおける円形状のパターンの強度から前記ダメージ層の厚みを算出する、
半導体解析システム。 - 請求項1に記載の半導体解析システムにおいて、
前記上位制御装置は、前記薄膜試料の前記ダメージ量がダメージ量判定閾値以上である場合、前記加工条件を更新する、
半導体解析システム。 - 請求項3に記載の半導体解析システムにおいて、
前記上位制御装置は、加速電圧を低くするよう前記加工条件を更新する、
半導体解析システム。 - 請求項1に記載の半導体解析システムにおいて、
前記上位制御装置は、前記透過型電子顕微鏡像から前記薄膜試料における薄膜加工領域の位置を検出し、前記薄膜加工領域の検出位置と前記薄膜加工領域の設定位置とを比較し、前記設定位置に対する前記検出位置の位置ずれ量を前記薄膜試料の前記評価結果として算出する、
半導体解析システム。 - 請求項5に記載の半導体解析システムにおいて、
前記上位制御装置は、前記薄膜加工領域の前記位置ずれ量が位置ずれ量判定閾値以上である場合、前記加工条件を更新する、
半導体解析システム。 - 請求項1に記載の半導体解析システムにおいて、
前記上位制御装置は、前記透過型電子顕微鏡像から前記薄膜試料の膜厚を検出し、前記薄膜試料の検出膜厚と設定膜厚とを比較し、前記設定膜厚に対する前記検出膜厚の厚みずれ量を評価結果として算出する、
半導体解析システム。 - 請求項7に記載の半導体解析システムにおいて、
前記上位制御装置は、前記検出膜厚の前記厚みずれ量が厚みずれ量判定閾値以上である場合、前記加工条件を更新する、
半導体解析システム。 - 請求項1に記載の半導体解析システムにおいて、
前記加工装置は、走査型電子顕微鏡像を取得する走査型電子顕微鏡装置を備え、
前記上位制御装置は、前記透過型電子顕微鏡像に基づく前記薄膜試料に対する加工終点検知の第1良否判定処理を行う判定器と、前記判定器における前記加工終点検知の第1良否判定結果と前記走査型電子顕微鏡像とを対比することで前記加工終点検知を行うための学習モデルを生成する学習器と、加工制御部とを備え、
前記学習器は、前記学習モデルを用いて前記走査型電子顕微鏡像に基づく前記薄膜試料に対する前記加工終点検知の第2良否判定処理を行い、
前記加工制御部は、前記学習器における前記加工終点検知の第2良否判定結果に基づき、加工継続または加工終了の指示を前記加工装置に対して行う、
半導体解析システム。 - 請求項1に記載の半導体解析システムにおいて、
前記透過型電子顕微鏡装置は、走査型透過電子顕微鏡像を前記透過型電子顕微鏡像として取得する、
半導体解析システム。
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