JPH11265679A - プロセス管理システム及び集束イオンビーム装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウエハ内デバイスの膜厚を精度良く短時間で
測定し、プロセスへのフィードバックを素早く行うこと
により、半導体プロセスの安定稼動を実現する。 【解決手段】 半導体ウエハからウエハを割らずに分析
部をサンプリングできるＦＩＢ装置１、ＳＴＥＭ２、Ｆ
ＩＢのウエハホルダとＳＴＥＭの試料ホルダに共通に装
着できる小型の試料台、データベースソフトウエアを有
するコンピュータ３、ＦＩＢ，ＳＴＥＭ，コンピュータ
相互を接続するネットワーク５によりシステムを構成
し、ウエハ内の膜厚を高精度に早く確実に測定できるよ
うにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハのプ
ロセス上の管理点もしくは不良箇所の解析データを統合
的に管理する半導体プロセス管理システム及びそのシス
テム中で用いられる集束イオンビーム装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体素子の高機能化と低価格化
を実現するため、ウエハの大面積化とデバイス構造の微
細化が成されてきた。ウエハの大面積化に関しては、現
在主流の８インチウエハに代わって、１２インチウエハ
が検討段階に入っている。これに伴い、ウエハ一枚当た
りのチップ数も大幅に増大し、ウエハ一枚の価格も非常
に高価となっている。また、デバイス構造の微細化によ
り、デバイスの寸法を正確に制御する必要が出てきた。
このため、プロセスの途中にパターン幅を測定する測長
用の走査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscop
e：以下、ＳＥＭと略す）を導入し、パターン幅が許容
値内にあるかどうかをモニタし、その情報を他の装置に
フィードバックすることでプロセスの安定稼動を実現し
ている。しかし、測長ＳＥＭによる測定はウエハ表面に
平行な方向の長さに限られている。デバイスの微細化は
横方向の微細化だけでなく縦方向の微細化、つまり、デ
バイス内の膜（層）の厚さも微細となっており、これを
安定に管理する手法が求められている。例えばダイナミ
ック・ランダム・アクセス・メモリー（ＤＲＡＭ）の層
間絶縁膜の厚さは数ｎｍという薄さになっており、それ
を観察する装置も非常に高い分解能を有するものが必要
とされている。

【０００３】なお、半導体ウエハ上のデバイスパターン
の寸法を計測する従来技術として、例えば特開平３−２
９１８４２号公報「試料像表示装置」がある。また、集
束イオンビーム（Focused Ion Beam：以下、ＦＩＢと略
す）を利用して半導体ウエハの所望部分をウエハを割る
ことなく摘出し、それを他の場所に移植する技術として
特開平５−５２７２１号公報「試料の分離方法及びこの
分離方法で得た分離試料の分析方法」がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】試料を高い分解能で観
察するには、走査型透過電子顕微鏡（Scanning Transmi
ssion Electron Microscope：以下、ＳＴＥＭと略す）
や超高分解能走査型電子顕微鏡が用いられる。いずれも
レンズ内に試料を挿入する必要があるため、試料を小片
にカットし、装置に挿入する必要がある。このため、半
導体製造ラインから離れた、例えば分析センター等に装
置が置かれ、得られたデータも、編集されたものがドキ
ュメント化され、データベースへ登録される。試料作成
や測定に時間がかかるため、デバイス膜厚の変動情報を
プロセスにフィードバックしようと思っても、既に複数
のウエハがプロセスを流れており、タイムリーなプロセ
ス管理ができない欠点があった。

【０００５】本発明は、ウエハ内デバイスの膜厚を精度
良く、短時間で測定し、プロセスへのフィードバックを
素早く行うことにより、半導体プロセスの安定稼動を実
現するシステムを提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明においては、ウエ
ハから試料を分離摘出することのできるＦＩＢ装置、Ｓ
ＴＥＭ、ＦＩＢ装置のウエハホルダとＳＴＥＭの試料ホ
ルダの両方に装着できる試料台、データベースを有する
コンピュータ、及びＦＩＢ／ＳＴＥＭ／コンピュータを
相互に接続するネットワークを組み合わせてシステム化
することにより、前記目的を達成する。

【０００７】本発明で用いるＦＩＢ装置は、半導体ウエ
ハなどのウエハを保持し少なくともＸＹ方向及びチルト
方向にウエハを移動できる試料ステージ、ウエハの所望
場所にＦＩＢを照射するＦＩＢカラム、探針先端部がビ
ーム照射点近傍で移動可能なマニピュレータ、ビーム照
射部近傍にデポジションガスを供給するガス供給源、及
びそれらを制御する制御系から成り、ウエハの予め登録
した位置のデバイスをウエハを割らずにサンプリング
し、小型の試料台に移植することができる。移植後、各
分析点をＦＩＢにより薄壁加工する。

【０００８】小型の試料台をＦＩＢ装置のウエハホルダ
とＳＴＥＭ装置の試料ホルダの両方に装着できるように
しておけば、分離試料を素早くＳＴＥＭに導入すること
ができる。試料台に移植される試料はウエハホルダ上の
アドレス及び試料台上のアドレスで識別ができるため、
ウエハから分離された後も、元々ウエハのどの部分にあ
った試料かということを明確に対応づけすることができ
る。

【０００９】試料台を試料ホルダに装着し、ＳＴＥＭに
導入して像観察することにより、ウエハ内からサンプリ
ングした試料の高分解能顕微鏡像が得られる。このＳＴ
ＥＭ像から注目するデバイスの特徴箇所の長さを測定す
ることができる。ＳＴＥＭは高分解能という特徴に加
え、ビームを走査することから、得られる画像をディジ
タル化しやすく倍率の管理が行い易いという特徴があ
る。得られたデータをネットワークを経由してデータベ
ースに登録することにより、ウエハ上の分析点に関する
デバイスの測長情報を統合的に管理することができる。

【００１０】すなわち、本発明によるプロセス管理シス
テムは、ウエハと試料を固定する試料台とを保持して移
動できる試料ステージ、ウエハの所望場所に集束イオン
ビームを照射するＦＩＢカラム、探針先端部がビーム照
射点近傍で移動可能なマニピュレータ、及びビーム照射
部近傍にデポジションガスを供給するガス供給源を備
え、ウエハの所望の位置のデバイスあるいはデバイスの
一部を集束イオンビーム加工によって試料として取り出
して試料台に固定する機能を有する集束イオンビーム装
置と、試料を固定した前記試料台を保持して移動できる
試料ステージ、試料に集束した電子ビームを走査して照
射する電子光学系、及び試料を透過した電子を検出する
検出器を備え、試料台に固定された試料の所望場所に集
束した電子ビームを走査し、その透過電子強度に基づい
て得られる走査顕微鏡像から試料の特徴箇所の長さを測
定する機能を有する走査型透過電子顕微鏡と、ウエハの
試料取り出し位置とその位置から取り出された試料を分
析したデータとを対応付けて管理できるデータベースを
備えるコンピュータと、集束イオンビーム装置、走査型
透過電子顕微鏡及びコンピュータ相互を接続するネット
ワークとを含むことを特徴とする。分析場所を分析した
データには、形状（画像）、寸法、組成等を含ませるこ
とができる。

【００１１】試料台に試料位置などの識別記号を設けて
おくと、その識別記号を媒介としてデータベース内でウ
エハの試料取り出し位置と走査型透過電子顕微鏡による
試料測定によって得られるデータとの対応付けを行うこ
とができる。走査型透過電子顕微鏡は、測定した特徴箇
所の長さと予め登録した規定値とのズレに関する統計的
な情報を出力する機能を有することができる。また、走
査型透過電子顕微鏡からネットワークを介してデータベ
ースに登録されるデータに走査型透過電子顕微鏡画像を
含ませることができる。走査型透過電子顕微鏡はＸ線分
析装置を搭載し、電子ビーム照射によって発生する特性
Ｘ線から試料の組成情報を得、ネットワークを経由して
データベースに試料の組成情報データを登録する機能を
有することもできる。

【００１２】集束イオンビーム装置で取り出された部分
が含まれるウエハ上のチップに対し、破壊チップにとっ
て不要な処理、例えば後に行われるチップのプローブテ
ストやパッケージングを省略するように後工程の制御装
置に指令するのが好ましい。また、ウエハ上の異物の位
置と大きさなどを検出する異物検査装置をネットワーク
に接続し、異物検査装置から供給される異物のアドレス
情報を利用して集束イオンビーム装置によってウエハの
所望の位置のデバイスあるいはデバイスの一部の取り出
しを行い、走査型透過電子顕微鏡によって得られた情報
をデータベースに登録することもできる。

【００１３】本発明による集束イオンビーム装置は、走
査型透過電子顕微鏡の試料ホルダに装着可能な試料台と
ウエハとを保持して移動できる試料ステージと、ウエハ
の所望場所に集束イオンビームを照射するＦＩＢカラム
と、探針先端部がビーム照射点近傍で移動可能なマニピ
ュレータと、ビーム照射部近傍にデポジションガスを供
給するガス供給源とを備え、ウエハの所望の位置のデバ
イスあるいはデバイスの一部を集束イオンビーム加工に
よって取り出して試料台に固定する機能を有することを
特徴とする。

【００１４】本発明によると、ウエハ内の微細なデバイ
スの膜厚測定を短時間で高精度に行うことができ、それ
をプロセスにフィードバックすることにより、プロセス
の安定稼動を実現することができる。なお、本発明のウ
エハ管理システムは、半導体ウエハの管理以外にも、多
層膜構造を有する磁気ヘッドなどの製造に用いられる半
導体基板以外の基板を用いるウエハの管理にも適用でき
る。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態を説明する。図１は本発明の第１の実施の形態
を示すシステム構成図である。ＦＩＢ装置１、ＳＴＥＭ
装置２、データベース４を備えたコンピュータ３がトラ
ンシーバ６及びイーサネット５を介して相互に接続され
ている。

【００１６】ＦＩＢ装置１のＦＩＢカラム２００と試料
ステージ付近の構成を図５に示す。液体金属イオン源エ
ミッタ１００から引出し電極１０１により引き出された
イオンは、コンデンサーレンズ１０２と対物レンズ１０
９によりウエハ（試料）２１上に集束される。両レンズ
間には、可変アパーチャ１０３、アライナ・スティグマ
１０４、ブランカ１０５、ブランキングアパーチャ１０
６、デフレクタ１０８が配されている。ブランカ１０５
動作時には、ビームはファラデーカップ１０７に入射す
る。ウエハ２１はウエハホルダ２０に保持された状態で
試料ステージ１１０上に装着される。試料ステージ１１
０はウエハホルダ２０をＸ，Ｙ，Ｚ，ＸＹ平面内での回
転、Ｚ軸に対するチルト（傾斜）の５軸方向に動かすこ
とができる。ステージ上部には試料から放出される二次
電子を検出する検出器１１２、ノズル先端部からタング
ステンヘキサカルボニル（W(CO)₆）ガスをＦＩＢ照射点
近傍に吹き付けるガス供給源１１３、マニピュレータ１
１５に保持された探針１１４が実装されている。

【００１７】図６は、本発明の実施の形態で用いたＦＩ
Ｂ装置の制御系の構成図である。高圧電源２０３はイオ
ン源やレンズ電極に高電圧を印加する。絞り制御電源２
０４は可変アパーチャ１０３を制御し、所望のアパーチ
ャ径が選択できる。アライナ・スティグマ制御電源２０
５は８極の電極電圧を制御し、電気的な軸合わせと非点
補正を行う。ビーム電流計測アンプ２０６はブランキン
グ時にファラデーカップ１０７に流入するビーム電流を
計測する。ブランキング制御電源２０７はブランキング
電極を駆動し、ビームブランキングを行う。偏向アンプ
２０８は８極２段の静電偏向器１０８を駆動する。偏向
信号はスキャナ２１１から供給される。プリアンプ２０
９は検出器１１２からの信号を輝度電圧信号に変換す
る。変換された輝度信号はディジタル値に変換され、画
像メモリー２１２に書き込まれる。スキャンと同期をと
ることにより、試料の顕微鏡像がメモリー２１２上に形
成される。ステージ制御電源２１０は排気制御電源２１
３と連動してウエハホルダ２０のロード／アンロード及
びステージ移動を行う。

【００１８】ガス制御電源２１４はガス供給源１１３の
加熱とバルブの開閉を制御し、試料表面に供給されるW
(CO)₆ガス量を制御する。マニピュレータ制御電源２１
５は探針１１４の先端位置を制御する。各制御電源は制
御バス２０２を介してＦＩＢ制御コンピュータ２０１か
ら統括的に制御される。画像メモリー２１２の情報はコ
ンピュータ２０１のＣＲＴに表示でき、像観察と加工位
置決め、加工中のモニターが行える。このＦＩＢ装置に
よりウエハ内の所望場所の試料ブロックをウエハを割ら
ずに摘出できる。摘出手法の詳細は特開平５−５２７２
１号公報に記載されている。

【００１９】図４は、図２に示したＦＩＢ装置のウエハ
ホルダ２０の上面図である。ウエハホルダ２０にはウエ
ハ２１が保持できる。加えて、ウエハホルダ２０のコー
ナー部に試料台１０が実装できるようになっている。図
示した例では実装場所は４箇所あり、それぞれの実装場
所上部にａ，ｂ，ｃ，ｄの識別記号が刻印されている。

【００２０】図５は、試料台１０の詳細形状の一例を示
すものである。試料台１０は板状をしており、その上部
には溝１２が形成されている。この溝１０にウエハ２１
から摘出した試料ブロック１４の下部を挿入し、タング
ステンデポジション膜１５により機械的に固定する。試
料ブロック１４が試料台１０に固定された状態でさらに
ＦＩＢ加工を行い、薄壁１６が形成できる。溝１２に沿
って刻印１３があり、この刻印１３を目印に試料ブロッ
ク１４を固定すると、試料の判別がしやすくなる。もち
ろん、ウエハホルダ上のステージアドレスでもサンプル
固定位置の認識が可能である。

【００２１】図６は、ＳＴＥＭ２の試料ホルダ１１に試
料台１０を取り付ける様子を示すものである。ＳＴＥＭ
２にはサイドエントリー型のステージが装着されてお
り、そのステージに、試料ブロック１４が固定された試
料台１０を横方向から挿入する形となる。このように、
ＦＩＢ装置１のウエハホルダ２０とＳＴＥＭ２の試料ホ
ルダ１１に共通に装着できる試料台１０を用いることに
より、ＦＩＢ装置とＳＴＥＭ間で短時間に試料の移動が
可能となり、その途中で試料を落としたり破壊したりと
いった危険性が非常に少なくなる。また、ＦＩＢ装置に
よって切り出された個々の試料ブロックのウエハ上での
位置とＳＴＥＭによるその試料ブロックの計測結果の対
応付けを正確かつ容易に行うことができる。したがっ
て、ウエハ上の種々の分析点におけるＳＴＥＭ計測結果
をデータベース上で統合的に管理することが可能となる
ため、タイムリーなプロセス管理によって製品の歩留ま
りを上げることができる。

【００２２】次に、本発明のプロセス管理システムによ
る半導体ウエハ内の膜厚計測手順について、ウエハから
試料を分離する手順を説明する図７も参照して説明す
る。 （１）ＦＩＢ装置のウエハホルダ２０に測定対象である
ウエハ２１を装着する。また、ウエハホルダ２０に試料
台１０を装着する。 （２）ウエハホルダ２０をＦＩＢ装置１の試料ステージ
１１０にロードする。 （３）ウエハ２１内のサンプル点を登録する。登録はウ
エハマップを用い、チップアドレス及びチップ内アドレ
スを活用して行う。 （４）登録した最初のサンプル点に試料ステージ１１０
を移動する。 （５）ＦＩＢ装置により、ウエハ２１の加工エリアを含
む領域をＦＩＢでラスタ走査し、ウエハ表面から発生し
た二次電子を検出することにより、ウエハ表面の走査イ
オン顕微鏡像を取得し、試料を分離して摘出する部分を
決定する。

【００２３】（６）ウエハ２１の表面に対してＦＩＢ５
１が直角に照射されるようにウエハ２１の姿勢を保ち、
ウエハ２１上でＦＩＢ５１を矩形に走査させ、ウエハ表
面に所要の深さの角穴５３を形成する〔図７（ａ）〕。 （７）ウエハ２１の表面に対してＦＩＢ５１の軸が約７
０°傾斜するようにウエハ２１を傾斜させ、底穴５４を
形成する〔図７（ｂ）〕。 （８）ウエハ２１の姿勢を変更し、ウエハ２１の表面が
ＦＩＢ５１に対して再び垂直になるようにウエハ２１を
設置し、切り欠き溝５５を形成する〔図７（ｃ）〕。 （９）マニピュレータ１１５を駆動し、探針１１４の先
端をウエハ２１の摘出する表面部分に接触させる〔図７
（ｄ）〕。 （１０）ガス供給源１１３に接続したガスノズル５６か
ら探針１１４の接触部にタングステンヘキサカルボニル
ガス５７を供給しながらＦＩＢ照射し、堆積膜５８を形
成する。接触状態にあるウエハ２１の分離部分と探針１
１４の先端部とは堆積膜５８で接着される〔図７
（ｅ）〕。

【００２４】（１１）分離試料５９とウエハ２１が接続
している部分をＦＩＢ５１で切り欠き加工し、ウエハ２
１から試料５９を分離する。この状態で、分離された試
料５９は探針１１４の先端部に保持されている〔図７
（ｆ）〕。 （１２）探針１１４の先端部を上げ〔図７（ｇ）〕、試
料ステージ１１０の傾斜を元に戻し、試料ステージ１１
０を移動して、ＦＩＢの視野を試料台に移動する。 （１３）マニピュレータ１１５を駆動し、試料台１０上
の溝部１２に分離試料５９を挿入し、ＦＩＢアシストデ
ポジションにより試料５９を固定後、ＦＩＢ加工により
探針１１４と試料５９とを分離する。 （１４）上記工程を繰り返し、試料台１０上に５つの試
料を固定する。 （１５）登録されたサンプル点と試料台１０上の実装位
置とを対応付け、ネットワーク５を介してデータベース
４に登録する。

【００２５】（１６）各試料に更にＦＩＢ加工を施し、
試料内の注目する膜の断面が出るように薄壁加工を行
う。 （１７）ＦＩＢ装置１からウエハホルダ２０をアンロー
ドする。 （１８）ウエハホルダ２０から試料台１０を取り出し、
それをＳＴＥＭ２の試料ホルダ１１の先端部に装着す
る。 （１９）試料ホルダ１１をＳＴＥＭ２に挿入する。 （２０）試料断面のＳＴＥＭ像を順次観察し、注目する
膜の膜厚を測定する。

【００２６】（２１）得られた測長データ及びＳＴＥＭ
像の画像データをネットワーク５を介してデータベース
４に転送する。この際、試料台１１上の試料位置から、
試料がウエハ２１内のどのサンプル点に対応したもので
あったかを関連付けるための情報も同時に転送する。本
実施の形態の場合、試料台ａのアドレス１というよう
に、試料台にサブアドレスを定義してウエハ２１内のサ
ンプル点との対応付けを行った。このアドレスはウエハ
ホルダ２０及び試料台１０上にも刻印してあり、確認が
容易である。 （２２）データベース４に送られた測長情報は、規定値
との統計的なズレを判定し、そのプロセスが正常に運用
されているかどうかを判定する。

【００２７】膜厚のズレが大きいデータが検出された場
合、関連するプロセスの条件を見直す等の対策をし、プ
ロセスの安定稼動を実現する。本実施の形態では、得ら
れた測長データの統計処理をデータベース側で行った
が、ＳＴＥＭ自体にその機能を盛り込むことも可能であ
る。前記ＦＩＢ装置側での手順（１３）〜（１７）及び
ＳＴＥＭ側での手順（１８）〜（２１）の中で、測定試
料をウエハ２１内のサンプル点の対応付けする方法の一
例について詳細に説明する。

【００２８】いま、図４に示したように、ウエハホルダ
２０の試料台実装場所には、列の識別子としてａ，ｂ，
ｃ，ｄの刻印が施されているとする。また、試料台１０
の試料実装場所には、図５に示すように、行の識別子と
して１，２，３，４，５の刻印が施されているものとす
る。これらの刻印は、ＦＩＢ装置側ではＳＩＭ像で確認
できるため、例えば試料台のｂ列３行の位置をＦＩＢ光
軸に移動するには、まず列方向に試料ステージ１１０を
移動して識別子「ｂ」を探し、その状態で行方向に試料
ステージ１１０を移動して識別子「３」を探す。この手
法により、任意の試料実装場所へ移動することができ
る。

【００２９】また、ＳＩＭ像で識別子を確認しながら場
所移動を行わなくとも、列と行の位置は例えば下記の表
１のようにウエハホルダ２０上の特定アドレスに対応付
けることができるため、図８に示すＦＩＢ装置のアドレ
ス選択画面３００でアドレス（行列）を選択することに
より、対応する位置にステージを移動することができ
る。

【００３０】

【表１】

【００３１】ウエハから切り出した試料を試料台１０に
固定するとき、試料を固定する試料台上のアドレス（行
列）はマニュアルで任意に選択することもできるし、ａ
１，ａ２，…，ａ５，ｂ１，ｂ２，…というように、シ
ステム側で自動的に場所を指定することもできる。図８
に示した例では、モード選択ラジオボタン３０２でマニ
ュアル側を選択している。そして、選択すべきアドレス
（行列）ａ１，ａ２，…，ｄ４，ｄ５を表すアドレス選
択ボタン３０３の「ｂ３」のボタンを押している。選択
されたアドレス「ｂ３」は選択アドレス表示部３０１に
表示されている。この選択によって、ウエハから摘出さ
れた分離試料はウエハホルダ２０上の識別子「ｂ」の位
置に実装された試料台の識別子「３」で示される位置に
固定される。試料が試料台１０に固定された時点で、試
料のウエハ上アドレス（試料が元々ウエハのどの位置に
あったかという情報）と試料台アドレス（行列）が対応
付けられ、ネットワーク５を介してコンピュータ３に送
られてデータベース４に登録される。

【００３２】次に、操作者は、ウエハホルダ２０をＦＩ
Ｂ装置１から取り出し、試料台１０をＳＴＥＭ用サイド
エントリー型試料ホルダ１１に装着し、ＳＴＥＭ２に導
入する。観察（分析）を始める前に、試料台アドレスの
指定を行い、これから観察する試料がどの試料台アドレ
スに対応するものかを登録する。例えば、ウエハホルダ
２０上の識別子「ｂ」で示されている位置にあった試料
台上の試料をＳＴＥＭで測定するときには、ＳＴＥＭの
入力部から測定する順番にその識別子を、例えばｂ１，
ｂ２，ｂ３，ｂ４，ｂ５のように入力する。その後、Ｓ
ＴＥＭ２の二次電子像観察機能を用い、試料台１０の刻
印を目印として対応する試料を探し、順次観察する。ま
た、ＳＴＥＭのサイドエントリーステージのアドレスと
試料台１０の行情報を予め対応付けて登録しておくこと
により、前記試料台アドレス指定により、自動的にステ
ージを対応位置に移動することも可能である。

【００３３】ＳＴＥＭで得られた分析情報はネットワー
ク５を介してコンピュータ３に送られる。コンピュータ
３は、ＦＩＢ装置１とＳＴＥＭ２から送られた情報を、
試料台アドレス（行列）を媒介として関連づけ、データ
ベース４には、試料のウエハアドレスに対応してＳＴＥ
Ｍの分析データが登録される。ここでは、試料台１０上
の試料固定位置（試料台アドレス）を、ウエハホルダに
設けられた識別子と試料台に設けられた識別子の２種類
の識別子を組み合わせて指定する例について説明した。
しかし、試料台上の試料固定位置の指定方法はこの方法
だけとは限らない。例えば、試料固定場所にａ１，ａ
２，…ａ５の識別記号が刻印された試料台、ｂ１，ｂ
２，…，ｂ５の識別記号が刻印された試料台、ｃ１，ｃ
２，…，ｃ５の識別記号が刻印された試料台といったよ
うに、試料固定位置に刻印された識別記号（試料台アド
レス）が全て異なる複数の試料台を用いることで、ウエ
ハホルダ上の識別子を省略してもよい。

【００３４】ＦＩＢ装置側では、ウエハ内からサンプリ
ングした試料と試料台上の固定位置をこの識別記号によ
って対応付けし、その対応関係をネットワーク５を介し
てコンピュータ３に送り、データベース４に登録する。
一方、ＳＴＥＭ側では試料ホルダ１１に固定された試料
の測定に当たって、試料の固定位置に設けられた識別記
号を二次電子像観察機能を用いて読み取り、測定データ
と識別記号（試料台アドレス）とをペアにしてコンピュ
ータ３に送る。コンピュータ３では、識別記号を媒介と
してウエハ内の試料摘出位置と試料データとの対応をと
り、データベース４に記録する。

【００３５】ウエハ内にある試料摘出箇所を含むチップ
は機能的に破壊されていて最終的には廃棄されるため、
後工程で行われるプローブテストやパッケージングは不
要である。データベースには摘出が行われたチップの情
報を後工程に知らせる機能があり、後工程で不要な作業
が発生しないようにすることができる。また、本実施の
形態では、最終的に製品にできるチップを検査チップと
しているが、ウエハ上にモニタ専用の領域を設け、その
部分を摘出して膜厚を調べることによりプロセスを管理
することもできる。この場合、ウエハ内に専用のパター
ンを作り込む必要があるが、製品となるチップを破壊し
ないため、歩留まりは向上する。

【００３６】分析情報をデータベースとして統括的に管
理すると、以下のような利点がある。 （１）単品の分析結果（例えば、膜厚の偏差）のみなら
ず、製造ロット毎の偏差、ウエハ内の最大偏差、偏差の
時間的変化率など、多面的な分析が行えるため、プロセ
ス変動要因の解析が行いやすい。 （２）プロセス上問題がある分析結果が出た場合、過去
に同様もしくは類似の分析結果があったかどうかを検索
することができ、過去の分析結果を有効活用してプロセ
ス変動要因の早期発見ができる。

【００３７】図９は、本発明の第２の実施の形態を示す
システム構成図である。第１の実施の形態との差異は、
ＳＴＥＭの代わりに高分解能ＳＥＭ７を使用することに
ある。高分解能ＳＥＭ７はサイドエントリー型ステージ
を有している。従って、ＳＴＥＭと同様の試料ハンドリ
ングが可能となる。また、ＳＥＭを使用する場合、ＦＩ
Ｂ装置１で仕上げる断面は片方で良い。高分解能ＳＥＭ
は、ＳＴＥＭと比較して分解能が劣るものの、手軽で使
い易いという利点があり、膜厚の比較的厚い部分のプロ
セス管理を行うのに適している。

【００３８】また、ＳＴＥＭやＳＥＭの替わりに透過形
電子顕微鏡（Transmission Electron Microscope：以
下、ＴＥＭと略す）を使用するシステムも可能である。
ＴＥＭは一般的に試料の透過電子線像を蛍光板に結像
し、それを写真撮影（フィルムに焼き付け後現像）する
が、近年の撮像技術の発達により、ＣＲＴ等の画像表示
装置に直接ＴＥＭ像を表示できるようになってきた。従
って、従来のＴＥＭに撮像・画像表示システムを付け加
えて本発明に供することも可能である。

【００３９】図１０は、ウエハ上の異物の位置と大きさ
を高速に検出する異物検査装置８を接続した実施の形態
のシステム構成図である。プロセス管理では、先に述べ
たような膜厚が規定値に入っているか等の管理をするこ
とが重要であるが、加えて、プロセス上で問題となる異
物の解析を行うことも重要である。異物の形状や組成を
詳細に調べることで、欠陥が発生した原因をつきとめる
ことができる。レーザ光散乱方式等の異物検査装置８で
検出された異物の位置や大きさの情報はネットワーク５
を介してデータベース４に登録される。この情報の中か
ら調査が必要と思われる異物を選択し、ウエハ上のアド
レスをＦＩＢ装置１に転送することで、異物の断面ＳＴ
ＥＭ観察が可能となる。

【００４０】また、前記したように、本発明のシステム
では、試料がウエハから分離しているにも関らず、デー
タベースとの対応関係が常にとられているため、ＳＴＥ
Ｍで得られた情報をデータベースに早く確実に登録でき
る利点がある。本実施の形態ではＳＴＥＭにＸ線分析装
置９を装着した。これにより、欠陥の組成分析が可能と
なり、Ｘ線分析の生データもデータベースに登録するこ
とができた。生データの登録は、後で異なる観点からの
データ評価を行う場合に非常に有効である。また、これ
らの作業をクリンルーム内で短時間に行うことができ
た。

【００４１】異物検査装置８で検出された異物につい
て、粒子径が約１０μｍと比較的大きなものを選択し
た。異物アドレスをＦＩＢ装置１に送り、ウエハ内から
異物部を含む試料ブロックを摘出し、試料台に固定し
た。試料台をＳＴＥＭに装着し、Ｘ線分析を行ったとこ
ろ、異物の組成に鉄，ニッケル，クロムが含まれてお
り、ステンレス粒子であることが判明した。この分析結
果に基づき、前工程で使用しているステンレス可動部品
を発塵しないものに変更し、異物の発生を抑えることが
できた。

【００４２】

【発明の効果】本発明によれば、ウエハ内の微細な膜厚
を高速に精度良く測定することができるため、半導体プ
ロセスなどのプロセスの安定化を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施の形態を示すシステム構成
図。

【図２】本発明によるＦＩＢ装置の一例のカラム周辺の
概略構成図。

【図３】図２に示したＦＩＢ装置の制御系の構成図。

【図４】ウエハホルダの説明図。

【図５】試料台の説明図。

【図６】サイドエントリー型ホルダの説明図。

【図７】ウエハから試料を分離する手順の説明図。

【図８】アドレス選択画面の模式図。

【図９】本発明の第２の実施の形態を示すシステム構成
図。

【図１０】本発明の第３の実施の形態を示すシステム構
成図。

【符号の説明】

１…ＦＩＢ装置、２…ＳＴＥＭ、３…コンピュータ、４
…データベース、５…イーサネット（通信ケーブル）、
６…トランシーバ、７…高分解能ＳＥＭ、８…異物検査
装置、９…Ｘ線検出器、１０…試料台、１１…試料ホル
ダ、１２…溝、１３…刻印、１４…試料（分離試料）、
１５…デポジション膜、１６…薄壁（ＴＥＭ観察部）、
２０…ウエハホルダ、２１…ウエハ、２２…刻印、５１
…集束イオンビーム、５３…角穴、５４…底穴、５５…
切り欠き溝、５６…ガスノズル、５７…ガス、５８…堆
積膜、５９…分離試料、１００…エミッタ、１０１…引
出し電極、１０２…コンデンサレンズ、１０３…可変ア
パーチャ、１０４…アライナ・スティグマ、１０５…ブ
ランカ、１０６…ブランキングアパーチャ、１０７…フ
ァラデーカップ、１０８…デフレクタ、１０９…対物レ
ンズ、１１０…試料ステージ、１１２…検出器、１１３
…ガス源、１１４…探針、１１５…マニピュレータ、２
００…ＦＩＢカラム、２０１…コンピュータ、２０２…
制御バス、２０３…高圧電源、２０４…絞り制御電源、
２０５…アライナ・スティグマ制御電源、２０６…ビー
ム電流計測アンプ、２０７…ブランキング制御電源、２
０８…偏向アンプ、２０９…プリアンプ、２１０…ステ
ージ制御電源、２１１…スキャナ、２１２…画像メモリ
ー、２１３…排気制御電源、２１４…ガス制御電源、２
１５…マニピュレータ制御電源、３００…アドレス選択
画面、３０１…選択アドレス表示部、３０２…モード選
択ラジオボタン、３０３…アドレス選択ボタン

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ウエハと試料を固定する試料台とを保持
   して移動できる試料ステージ、ウエハの所望場所に集束
   イオンビームを照射するＦＩＢカラム、探針先端部がビ
   ーム照射点近傍で移動可能なマニピュレータ、及びビー
   ム照射部近傍にデポジションガスを供給するガス供給源
   を備え、ウエハの所望の位置のデバイスあるいはデバイ
   スの一部を集束イオンビーム加工によって試料として取
   り出して前記試料台に固定する機能を有する集束イオン
   ビーム装置と、 試料を固定した前記試料台を保持して移動できる試料ス
   テージ、試料に集束した電子ビームを走査して照射する
   電子光学系、及び試料を透過した電子を検出する検出器
   を備え、前記試料台に固定された試料の所望場所に集束
   した電子ビームを走査し、その透過電子強度に基づいて
   得られる走査顕微鏡像から試料の特徴箇所の長さを測定
   する機能を有する走査型透過電子顕微鏡と、 前記ウエハの試料取り出し位置と該位置から取り出され
   た試料を分析したデータとを対応付けて管理できるデー
   タベースを備えるコンピュータと、 前記集束イオンビーム装置、走査型透過電子顕微鏡及び
   コンピュータ相互を接続するネットワークとを含むこと
   を特徴とするプロセス管理システム。
2. 【請求項２】 請求項１記載のプロセス管理システムに
   おいて、前記試料台には識別記号が設けられ、前記識別
   記号を媒介として前記データベース内でウエハ内の試料
   取り出し位置と前記走査型透過電子顕微鏡による試料測
   定によって得られるデータとの対応付けが行われること
   を特徴とするプロセス管理システム。
3. 【請求項３】 請求項１記載のプロセス管理システムに
   おいて、前記走査型透過電子顕微鏡は、測定した前記特
   徴箇所の長さと予め登録した規定値とのズレに関する統
   計的な情報を出力する機能を有することを特徴とするプ
   ロセス管理システム。
4. 【請求項４】 請求項１記載のプロセス管理システムに
   おいて、前記走査型透過電子顕微鏡からネットワークを
   介して前記データベースに登録されるデータに走査型透
   過電子顕微鏡画像が含まれることを特徴とするプロセス
   管理システム。
5. 【請求項５】 請求項１記載のプロセス管理システムに
   おいて、前記走査型透過電子顕微鏡はＸ線分析装置を搭
   載し、電子ビーム照射によって発生する特性Ｘ線から試
   料の組成情報を得、前記ネットワークを経由して前記デ
   ータベースに試料の組成情報データを登録する機能を有
   することを特徴とするプロセス管理システム。
6. 【請求項６】 請求項１記載のプロセス管理システムに
   おいて、前記集束イオンビーム装置で取り出された部分
   が含まれるウエハ上のチップに対し、破壊チップにとっ
   て不要な処理を省略するように後工程の制御装置に指令
   することを特徴とするプロセス管理システム。
7. 【請求項７】 請求項１記載のプロセス管理システムに
   おいて、ウエハ上の異物を検出する異物検査装置を前記
   ネットワークに接続し、前記異物検査装置から供給され
   る異物のアドレス情報を利用して前記集束イオンビーム
   装置によってウエハの所望の位置のデバイスあるいはデ
   バイスの一部の取り出しを行い、前記走査型透過電子顕
   微鏡によって得られた情報を前記データベースに登録す
   ることを特徴とするプロセス管理システム。
8. 【請求項８】 走査型透過電子顕微鏡の試料ホルダに装
   着可能な試料台とウエハとを保持して移動できる試料ス
   テージと、ウエハの所望場所に集束イオンビームを照射
   するＦＩＢカラムと、探針先端部がビーム照射点近傍で
   移動可能なマニピュレータと、ビーム照射部近傍にデポ
   ジションガスを供給するガス供給源とを備え、 ウエハの所望の位置のデバイスあるいはデバイスの一部
   を集束イオンビーム加工によって取り出して前記試料台
   に固定する機能を有することを特徴とする集束イオンビ
   ーム装置。