(57)【要約】【課題】半導体素子の評価精度の向上と半導体素子の評価に要する時間の低減とを両立できる評価試料の作製方法を提供する。【解決手段】評価試料の作製方法は、集束イオンビームの照射によって形成された露出面をそれぞれ有する、半導体素子の複数の試料を用意する工程と、前記露出面が支持体に対向するように前記複数の試料を前記支持体に配置する工程と、前記複数の試料の各前記露出面が前記支持体に対向した状態で前記複数の試料を樹脂によって包埋する工程と、包埋された前記複数の試料の各前記露出面から前記支持体を剥離する工程と、前記支持体が剥離された前記複数の試料の各前記露出面を研磨装置によって研磨する工程と、を有する。【選択図】図１
2020148609.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
集束イオンビームの照射によって形成された露出面をそれぞれ有する、半導体素子の複数の試料を用意する工程と、
前記露出面が支持体と対向するように前記複数の試料を前記支持体に配置する工程と、
前記複数の試料の各前記露出面が前記支持体に対向した状態で前記複数の試料を樹脂によって包埋する工程と、
包埋された前記複数の試料の各前記露出面から前記支持体を剥離する工程と、
前記支持体が剥離された前記複数の試料の各前記露出面を研磨装置によって研磨する工程と、を有する評価試料の作製方法。
【請求項２】
前記支持体は、前記複数の試料の各前記露出面と対向する支持面を有し、
前記複数の試料を前記支持体に配置する工程において、前記複数の試料は、当該支持面に対する前記露出面の傾きが±３°以内となるように、前記支持体に配置される、請求項１に記載の評価試料の作製方法。
【請求項３】
前記複数の試料を前記支持体に配置する工程において、前記複数の試料は、各前記露出面が互いに対して±３°以内の傾きを有するように配置される、請求項１又は請求項２に記載の評価試料の作製方法。
【請求項４】
前記複数の試料を前記支持体に配置する工程では、前記複数の試料のそれぞれが静電気によってガラス部材に付着されて前記支持体に搬送される、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の評価試料の作製方法。
【請求項５】
前記複数の試料を包埋する工程では、前記支持体に配置された前記複数の試料及び前記支持体に蒸着材料を蒸着した後に、前記複数の試料が前記樹脂によって包埋される、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の評価試料の作製方法。
【請求項６】
前記複数の試料を包埋する工程では、前記複数の試料を包埋する前記樹脂に前記支持体に接する樹脂面が形成され、
前記複数の試料の各前記露出面は、各前記試料の厚さ方向において、前記樹脂面から１０μｍ以内に配置されている、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の評価試料の作製方法。
【請求項７】
前記樹脂は、導電性を有する材料を含む、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の評価試料の作製方法。
【請求項８】
前記樹脂は、銀ペーストによって形成される、請求項７に記載の評価試料の作製方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、評価試料の作製方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子を評価するための評価試料の作製方法が知られている。例えば、特許文献１には、半導体素子のキャリア濃度分布を評価するための評価試料を作製する評価試料の作製方法が記載されている。この評価試料の作製方法では、ダイシング加工機によって試料が切断され、切断によって形成された露出面が研磨装置によって研磨される。これによって、評価の測定を行うための測定面が形成される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−３２２５９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
半導体素子の評価精度を向上するため、測定面の位置精度の向上が求められている。例えば、半導体素子のキャリア濃度分布の評価では、測定面を±０．５μｍ以下の位置精度で形成することが求められている。集束イオンビーム（ＦＩＢ：Focused  Ion  Beam）によって所望の測定箇所に上記測定面を形成する場合、当該測定面を上記所望の位置精度で形成することが可能である。しかしながら、この場合、測定面は集束イオンビームの照射によってダメージを受けるため、半導体素子の評価精度は低下する。
【０００５】
研磨装置による研磨によって測定面が形成される場合、研磨される量が大きいほど、測定面の位置精度は低下する。ダイシング加工機では、特許文献１に示されているような方法で、所望の測定箇所から数μｍ程度離れた位置に上記露出面を形成することも可能だが、ダイシング加工時に発生するクラック及び欠けなどにより測定箇所を破壊してしまうおそれがある。一方で、測定箇所の破壊を避けるために測定箇所から数十μｍ離れた位置で露出面を作製し、この露出面から所望の測定箇所まで研磨装置によって研磨する場合、±０．５μｍの位置精度で測定面を構成するには熟練した技術を要する。したがって、この方法では、測定面を上記位置精度で形成しつつ、評価試料の製造効率を確保することは困難である。評価試料の製造効率が低下すれば、半導体素子の評価に要する時間は増大する。
【０００６】
本開示は、このような問題に鑑みてなされたものであり、半導体素子の評価精度の向上と半導体素子の評価に要する時間の低減とを両立できる評価試料の作製方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示に係る評価試料の作製方法は、集束イオンビームの照射によって形成された露出面をそれぞれ有する、半導体素子の複数の試料を用意する工程と、前記露出面が支持体に対向するように前記複数の試料を前記支持体に配置する工程と、前記複数の試料の各前記露出面が前記支持体に対向した状態で前記複数の試料を樹脂によって包埋する工程と、包埋された前記複数の試料の各前記露出面から前記支持体を剥離する工程と、前記支持体が剥離された前記複数の試料の各前記露出面を研磨装置によって研磨する工程と、を有する。
【発明の効果】
【０００８】
本開示によれば、半導体素子の評価精度の向上と半導体素子の評価に要する時間の低減とを両立できる評価試料の作製方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施形態に係る評価試料の作製方法のフローチャートである。
【図２】図２は、集束イオンビームによる試料の形成を説明するための図である。
【図３】図３は、集束イオンビームによる試料の形成を説明するための図である。
【図４】図４は、集束イオンビームによる試料の形成を説明するための図である。
【図５】図５は、複数の試料を支持体に配置する工程を説明するための図である。
【図６】図６は、複数の試料を樹脂によって包埋する工程を説明するための図である。
【図７】図７は、硬化した樹脂を剥離する工程を説明するための図である。
【図８】図８は、複数の試料の各露出面を研磨する工程を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［本開示の実施形態の説明］
最初に本開示の実施形態を列記して説明する。
【００１１】
本開示に係る評価試料の作製方法は、集束イオンビームの照射によって形成された露出面をそれぞれ有する、半導体素子の複数の試料を用意する工程と、前記露出面が支持体に対向するように前記複数の試料を前記支持体に配置する工程と、前記複数の試料の各前記露出面が前記支持体に対向した状態で前記複数の試料を樹脂によって包埋する工程と、包埋された前記複数の試料の各前記露出面から前記支持体を剥離する工程と、前記支持体が剥離された前記複数の試料の各前記露出面を研磨装置によって研磨する工程と、を有する。
【００１２】
この評価試料の作製方法では、複数の試料の各露出面が集束イオンビームの照射によって形成されている。このため、上記露出面をダイシング加工機によって形成する場合よりも所望の測定箇所に近い位置に露出面を形成できる。したがって、研磨装置によって、容易に所望の位置精度で測定面を形成できる。また、上記作製方法では、集束イオンビームの照射によってダメージを受けた部分は、研磨によって削られる。このため、半導体素子の評価精度が向上する。さらに、複数の試料は、上記露出面が支持体に対向するように支持体に配置された後に樹脂によって包埋されている。このため、複数の試料の露出面を一度に研磨することができる。したがって、上記評価試料の作製方法によれば、半導体素子の評価精度の向上と半導体素子の評価に要する時間の低減とを両立することができる。
【００１３】
上記支持体は、前記複数の試料の各前記露出面と対向する支持面を有してもよい。前記複数の試料を前記支持体に配置する工程において、前記複数の試料は、当該支持面に対する前記露出面の傾きが±３°以内となるように、前記支持体に配置されてもよい。この場合、樹脂に包埋された試料の露出面が研磨装置の研磨面に適切に当接する。このため、測定面の位置精度が容易に確保される。
【００１４】
上記複数の試料を前記支持体に配置する工程において、前記複数の試料は、各前記露出面が互いに対して±３°以内の傾きを有するように配置されてもよい。この場合、複数の試料の露出面を一度に研磨しても、各試料に形成される測定面の位置精度が容易に確保される。
【００１５】
前記複数の試料を前記支持体に配置する工程では、前記複数の試料のそれぞれが静電気によってガラス部材に付着されて前記支持体に搬送されてもよい。この場合、複数の試料を支持体に配置する速度の向上とコストの抑制が両立される。この結果、コストが抑制されつつ、半導体素子の評価に要する時間が更に低減される。
【００１６】
前記複数の試料を包埋する工程では、前記支持体に配置された前記複数の試料及び前記支持体に蒸着材料を蒸着した後に、前記複数の試料が前記樹脂によって包埋されてもよい。この場合、蒸着によって各試料が支持体に固定されるため、複数の試料を樹脂によって包埋する際に、樹脂ペーストによって試料が移動してしまうことを防止できる。
【００１７】
前記複数の試料を包埋する工程では、前記複数の試料を包埋する前記樹脂に前記支持体に接する樹脂面が形成されてもよい。前記複数の試料の各前記露出面は、各前記試料の厚さ方向において、前記樹脂面から１０μｍ以内に配置されてもよい。この場合、研磨による位置精度が容易に確保される。したがって、各試料に形成される測定面の位置精度が容易に確保される。
【００１８】
上記樹脂は、導電性を有する材料を含んでもよい。この場合、樹脂を介して試料の電気的な評価を行うことができる。
【００１９】
上記樹脂は、銀ペーストによって形成されてもよい。この場合、樹脂の導電性が容易に確保される。このため、樹脂を介した試料の電気的な評価の精度が向上する。
［本開示の実施形態の詳細］
【００２０】
実施形態に係る評価試料の作製方法の具体例を、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、本発明の評価試料の作製方法はこれらの例示に限定されるものでなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。以下の説明では、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００２１】
図１から図８を参照して、本実施形態に係る評価試料の作製方法について説明する。図１は、実施形態に係る評価試料の作製方法のフローチャートである。図２から図８は、評価試料の作製方法における各工程を説明するための図である。
【００２２】
まず、図１から図４に示されているように、半導体素子１に集束イオンビームＬを照射し、試料１０を作製する（ステップＳ１）。具体的には、図２に示されているように半導体素子１に集束イオンビームＬを照射して、図３及び図４に示されているように半導体素子１から試料１０を切り出す。図２における破線は、集束イオンビームＬによる試料１０の切り出し線を示す。この際、図３に示されているように、試料１０には、集束イオンビームＬの照射によって露出面１０ａが形成される。次に、図４に示されているように、露出面１０ａを有する試料１０を切り離す。図３及び図４において、矢印は集束イオンビームの照射を示している。試料１０は、例えば、薄片状であり、２〜２０μｍの厚さを有する。試料１０は、例えば５〜５０μｍの幅を有する。試料１０の厚さ方向は、露出面１０ａに交差する方向である。本実施形態では、露出面１０ａは、試料１０の厚さ方向Ｄにおいて、所望の測定箇所から０.１〜５μｍ離れた位置に形成される。ステップＳ１を複数回行って、複数の試料を用意する。本実施形態では、試料１０は、同一の半導体素子１の異なる場所から形成される。
【００２３】
次に、図１及び図５に示されているように、複数の試料１０を１つの支持体１１に対して配置する（ステップＳ２）。本実施形態では、用意された複数の試料１０の一つ一つが、静電気によって搬送部材１２に付着され、１つの支持体１１上に搬送される。搬送部材１２は、例えば、長尺状のガラス部材である。搬送部材１２の先端は、数μｍ程度に先鋭化されている。試料１０は、電圧が印加された静電チャックによって支持体１１に搬送されてもよい。
【００２４】
支持体１１は、試料１０が配置される支持面１１ａを有する。各試料１０は、それぞれの露出面１０ａが支持体１１の支持面１１ａに対向するように支持体１１に配置される。本実施形態では、各試料１０は、それぞれの露出面１０ａが支持面１１ａに接するように支持体１１に配置される。支持面１１ａは、平坦である。複数の試料１０は、各露出面１０ａが互いに対して±３°以内の傾きを有するように支持体１１に配置される。各試料１０は、支持面１１ａに対する露出面１０ａの傾きが±３°以内となるように、支持体１１に配置される。支持体１１は、例えば、樹脂からなる。支持体１１を構成する樹脂材料としては、例えば、シリコーン又はポリテトラフルオロエチレンが挙げられる。支持体１１は、水溶紙又は水溶性フィルムであってもよいし、有機溶剤に溶解する有機膜であってもよい。支持体１１は、金属板、樹脂体、又は半導体基板に離型剤を塗布したものであってもよい。この場合、支持面１１ａに離型剤が塗布される。離型剤としては、例えば、シリコーンオイルが挙げられる。
【００２５】
次に、支持体１１に試料１０が配置された状態で、蒸着材料の蒸着を行う（ステップＳ３）。蒸着材料は、試料１０の露出面１０ａが支持体１１に接した状態で、複数の試料１０及び支持体１１に蒸着される。このため、蒸着材料は、試料１０に対して、露出面１０ａ以外の部分に蒸着される。各試料１０と支持体１１との境にも蒸着材料が蒸着されるため、複数の試料１０は蒸着された蒸着材料によってそれぞれ支持体１１に固定される。蒸着材料は、例えば、導電性材料である。導電性材料としては、例えば、金、白金、又は炭素が挙げられる。なお、後述する樹脂１３が導電性を有する場合には、上記蒸着は行われなくてもよい。
【００２６】
次に、図１及び図６に示されているように、支持体１１に配置された複数の試料１０を樹脂１３によって包埋する（ステップＳ４）。複数の試料１０は、各露出面１０ａが支持体１１に対向した状態で樹脂１３によって包埋される。本実施形態では、複数の試料１０は、各露出面１０ａが支持体１１に接した状態で樹脂１３によって包埋される。樹脂１３は、支持面１１ａに接する樹脂面１３ａを有する。複数の試料１０の各露出面１０ａと樹脂面１３ａとは、略同一面に形成される。換言すれば、各露出面１０ａ及び樹脂面１３ａは、支持面１１ａの平坦度に応じた誤差の範囲で、各試料１０の厚さ方向Ｄにおいて同一の高さに位置する。具体的には、各露出面１０ａは、各試料１０の厚さ方向Ｄにおいて樹脂面１３ａから１０μｍ以内に配置されている。
【００２７】
本実施形態では、樹脂１３は、導電性を有する材料を含む。本実施形態では、複数の試料１０が配置された支持体１１に樹脂ペーストが塗布され、塗布された樹脂ペーストの硬化処理が行われる。硬化処理は、樹脂ペーストの種別に応じて、加熱、乾燥、又は紫外線の照射などによって行われる。これによって、樹脂１３が形成される。樹脂ペーストとしては、例えば、少なくとも一種の金属粒子を含有する金属ペーストが挙げられる。樹脂ペーストでは、金属粒子が混合或いは分散されている。金属ペースとしては、例えば、銀粒子を含む銀ペーストが挙げられる。樹脂１３は、絶縁性であってもよい。この場合、各試料１０とのその周囲を導電性材料で蒸着によってコーティングする。
【００２８】
次に、図１及び図７に示されているように、複数の試料１０及び樹脂１３から支持体１１を剥離する（ステップＳ５）。換言すれば、樹脂１３に包埋された複数の試料１０の各露出面１０ａから、支持体１１が剥離される。この結果、樹脂面１３ａが、外部に露出する。各露出面１０ａが支持面１１ａと接していた場合、各露出面１０ａは樹脂１３から露出する。
【００２９】
次に、図１及び図８に示されているように、研磨装置２０によって樹脂１３に包埋された複数の試料１０を研磨する（ステップＳ６）。具体的には、支持体１１が剥離された露出面１０ａを研磨装置２０によって研磨する。樹脂１３に包埋された複数の試料１０は、露出面１０ａ及び樹脂面１３ａが研磨装置２０の研磨面２０ａに対向するように配置される。本実施形態では、樹脂１３に包埋された複数の試料１０は、露出面１０ａ及び樹脂面１３ａが研磨装置２０の研磨面２０ａに接するように配置される。研磨面２０ａが回転方向Ａに回転することで、露出面１０ａが樹脂面１３ａと共に研磨される。
【００３０】
本実施形態では、露出面１０ａが、樹脂面１３ａと共に化学機械研磨（ＣＭＰ：chemical  mechanical  polishing）処理によって研磨される。このＣＭＰ処理には、例えばコロイダルシリカスラリーが研磨剤として用いられる。露出面１０ａは、数分程度のＣＭＰ処理で、試料１０の厚さ方向Ｄに０．１〜１μｍ程度削られる。これによって、所望の測定箇所に対して、例えば±０．５μｍの位置精度で測定面が形成される。
【００３１】
以上のステップＳ１からステップＳ６によって、評価試料が作製される。作製された評価試料は、上記測定面を有する複数の試料１０と樹脂１３とを含む。本実施形態では、作製された評価試料は、走査型プローブ顕微鏡（ＳＰＭ：Scanning  Probe  Microscope）によって評価される。この場合、電圧を印加したプローブを評価試料の上記測定面に沿って走査し、測定面の位置に応じた電気的特性を測定する。
【００３２】
以上説明したように、本実施形態に係る評価試料の作製方法では、複数の試料１０の各露出面１０ａが集束イオンビームＬの照射によって形成されている。このため、上記露出面１０ａをダイシング加工機によって形成する場合よりも所望の測定箇所に近い位置に露出面１０ａを形成できる。したがって、研磨装置２０によって、容易に所望の位置精度で測定面を形成できる。また、上記作製方法では、集束イオンビームＬの照射によってダメージを受けた部分は、研磨によって削られる。このため、半導体素子１の評価精度が向上する。さらに、複数の試料１０は、上記露出面１０ａが支持体１１に対向するように支持体１１に配置された後に樹脂１３によって包埋されている。このため、複数の試料１０の露出面１０ａを一度に研磨することができる。したがって、本実施形態に係る評価試料の作製方法によれば、半導体素子の評価精度の向上と半導体素子の評価に要する時間の低減とを両立することができる。
【００３３】
複数の試料１０を支持体１１に配置する工程において、複数の試料１０は、当該支持面１１ａに対する露出面１０ａの傾きが±３°以内となるように、支持体１１に配置される。この場合、樹脂１３に包埋された試料１０の露出面１０ａが研磨装置２０の研磨面２０ａに適切に当接する。このため、測定面の位置精度が容易に確保される。
【００３４】
上記複数の試料１０を支持体１１に配置する工程において、複数の試料１０は、各露出面１０ａが互いに対して±３°以内の傾きを有するように配置される。この場合、複数の試料１０の露出面１０ａを一度に研磨しても、各試料１０に形成される測定面の位置精度が容易に確保される。
【００３５】
複数の試料１０を支持体１１に配置する工程では、各試料１０が静電気によってガラス部材に付着されて支持体１１に搬送される。この場合、複数の試料１０を支持体１１に配置する速度の向上とコストの抑制が両立される。この結果、コストが抑制されつつ、半導体素子１の評価に要する時間が更に低減される。
【００３６】
複数の試料１０を包埋する工程では、支持体１１に配置された各試料１０及び支持体１１に蒸着材料を蒸着した後に、各試料１０が樹脂１３によって包埋される。この場合、蒸着によって各試料１０が支持体１１に固定されるため、複数の試料１０を樹脂１３によって包埋する際に、樹脂ペーストによって試料１０が移動してしまうことを防止できる。また、蒸着材料が、導電性材料であれば、各試料１０の電気的な評価をより簡単に行うことができる。
【００３７】
複数の試料１０を包埋する工程では、複数の試料１０を包埋する樹脂１３に支持体１１に接する樹脂面１３ａが形成されている。複数の試料１０の各露出面１０ａは、各試料１０の厚さ方向Ｄにおいて、樹脂面１３ａから１０μｍ以内に配置されている。この場合、研磨による位置精度が容易に確保される。したがって、各試料１０に形成される測定面の位置精度が容易に確保される。
【００３８】
上記樹脂１３は、導電性を有する材料を含む。この場合、樹脂１３を介して各試料１０の電気的な評価を行うことができる。
【００３９】
上記樹脂１３は、銀ペーストによって形成される。この場合、樹脂１３の導電性が容易に確保される。このため、樹脂１３を介した各試料１０の電気的な評価の精度が向上する。
【００４０】
以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は必ずしも上述した実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
【００４１】
例えば、上記実施形態では、２つの試料１０を樹脂１３で包埋した。しかし、樹脂１３で包埋される試料１０は、３つ以上であってもよい。
【００４２】
搬送部材１２は、ケイ素、銅、又はモリブデンなどを含むメッシュであってもよい。搬送部材１２は、炭素又はプラスチックの支持膜が表面に設けられた銅又はモリブデンなどを含むメッシュであってもよい。これらを搬送部材１２として用いる場合、当該搬送部材１２に複数の試料１０が乗った状態で搬送部材１２及び複数の試料１０が支持体１１に配置されてもよい。この場合、搬送部材１２上に各試料１０が乗った状態で、各試料１０は樹脂１３によって包埋されてもよい。
【符号の説明】
【００４３】
１…半導体素子、１０…試料、１０ａ…露出面、１１…支持体、１１ａ…支持面、１２…搬送部材、１３…樹脂、１３ａ…樹脂面、２０…研磨装置、２０ａ…研磨面、Ｄ…厚さ方向、Ｌ…集束イオンビーム。
【図１】
2020148609.tif 000003
【図２】
2020148609.tif 000004
【図３】
2020148609.tif 000005
【図４】
2020148609.tif 000006
【図５】
2020148609.tif 000007
【図６】
2020148609.tif 000008
【図７】
2020148609.tif 000009
【図８】
2020148609.tif 000010