(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
分析ツールを校正するための方法であって、
ある元素を既知の濃度にて含有する校正標準を調製するステップであって、前記既知の濃度が第一の分析ツールを用いることによって決定されるステップと、
前記校正標準の前記既知の濃度を代表する一部分を集束ビームを用いて採取するステップと、および
前記校正標準の前記部分を用いて第二の分析ツールを校正するステップを含むことを特徴とする方法。
【請求項２】
さらに、前記第二の分析ツールの検出限界を前記既知の濃度について決定するステップを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項３】
校正標準を調製するステップが、前記校正標準に前記元素を既知の濃度だけ注入するステップを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項４】
前記前記第一の分析ツールが、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）による分析ツールあるいはラザフォード後方散乱分光法（ＲＢＳ）による分析ツールであることを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項５】
前記校正標準の一部分を採取するステップが、前記校正標準の一部分を集束イオンビーム過程を用いて採取するステップを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項６】
前記一部分を採取するステップが、約５０nm〜約５０００nmの間の厚さをもつ薄い部分を採取するステップを含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
【請求項７】
分析ツールを校正するためのシステムであって、
校正標準内の元素の濃度を決定する能力を有する第一の分析ツールと、
集束ビーム装置と、
前記集束ビーム装置を用いて前記校正標準から採取（抽出）され、前記第一の分析ツールによって決定された前記濃度を代表する一部分と、および
前記校正標準の前記部分を用いて校正される第二の分析ツールから構成されることを特徴とするシステム。
【請求項８】
前記集束ビーム装置が集束イオンビーム装置から成ることを特徴とする請求項７記載のシステム。
【請求項９】
前記採取された一部分が、約５０nm〜約５０００nmの間の厚さをもつ薄い部分から成ることを特徴とする請求項７記載のシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、一般的には、分析ツールを校正するための方法、より詳細には、分析ツールと関連する検出限界の決定を含む分析ツールを校正するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】  今日の半導体処理においては、しばしば、新たなあるいは従来の（製造）プロセスの結果を知るために、半導体ダイの一部分を分光学的に調べることが必要となる。この検査は、実験プロセスの結果を確認するために行なわれることも、半導体デバイス内の特定の故障あるいは欠陥の性質を決定するために行なわれることも、さらには、半導体デバイス内の不純物を発見するために行なわれることもある。勿論、集積回路の性質のために、この検査は、しばしば、問題のダイから採取されたサンプルに関して遂行される。走査電子顕微鏡法／エネルギー分散分光法（ＳＥＭ／ＥＤＳ）が、しばしば、半導体ダイのフィーチャ内の目標材料の組成を決定するために用いられる。これらサンプルを検査するために、他の分析ツールも利用でき、例えば、オージェ電子分光法（ＡＥＳ）、二次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ）、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）などが知られている。【０００３】  しばしば、半導体ダイあるいはウエハが製造ラインから採取され、上述の分析ツールの一つの中に持ち込まれ、不純物が調べられる。これは、あるタイプの不純物が、ある濃度にて、ある特定の材料内に存在した場合、これらは典型的には半導体デバイスの故障の原因となるために、半導体製造における非常に重要なステップを占める。通常、ある特定の材料内においてはどのような不純物が望ましくないか、および許容できない不純物濃度についても知られており、これら分析ツールは、しばしば、この助けとなる。【０００４】  あるタイプの分析ツールは、特定の濃度の特定の不純物を発見するために、他のタイプの分析ツールより効果的である。現在、ある幾つかの分析ツールは、異なるアプリケーションに対して、より適することが知られている。ただし、今日、各ツールのある与えられた材料内に含有されるある与えられた元素に対する検出限界は近似的にしか知られておらず、必ずしも、ある許容できる確かさの範囲内では知られていない。このため、半導体製造産業においては、ある半導体ウエハに関してあるテストを遂行するある人が、かなり大きな確かさにて、ある元素は検出されなかったが、Ｘなる量以下では存在すると、断言することはできないという問題が存在する。さらに、様々な異なる分析ツールの様々な検出限界は十分な確かさでは知られておらず、必ずしも、ある与えられた不純物シナリオをある特定のツールに割当てることはできない。
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  従って、当分野においては、検査用の分析ツールに対して用いることができ、しかも、その不純物がどのような元素から成り、どのような不純物濃度にて存在するかに依存して各分析ツールの検出限界を知ることができ、従来の技術と関連する問題を解決することができる校正方法に対する必要性が存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００６】  従来の技術の上述の欠陥を解決するために、本発明は分析ツールを校正するための方法を提供する。この方法は、一つの実施例においては、ある元素を既知の濃度にて含有する校正標準を調製するステップ、およびこの校正標準内の前記元素の濃度を代表する一部分を集束ビームを用いて採取するステップを含む。次に校正標準の採取された部分を用いて分析ツールが校正される。
本発明のより完全な理解を期すために、以下に本発明の実施例を図面を参照しながら説明する。
【発明を実施するための形態】
【０００７】  図１は本発明がその内部で動作する環境を形成する分析ツールを校正するためのシステム１００を示す。システム１００は校正標準１０５を含む。校正標準１０５は、内部に既知の濃度の元素を含有する既知のマトリックス１１０、例えば、シリコンから成る。校正標準１０５は典型的には比較的大きなサンプルとされるが、元素の濃度は、好ましくは、校正標準１０５を通じて一様であることを要求される。ここで用いられる"元素（element）"なる用語は、単体の元素（atomic element）、例えば、フッ素を意味することも、あるいは化合物、例えば、二フッ化ホウ素を意味することもある。
【０００８】  図１には、さらに、校正標準１０５の濃度を決定する能力を持つ第一の分析ツール１２０が示される。第一の分析ツール１２０は、好ましくは、校正標準１０５の上方に配置される。次に、第一の分析ツール１２０によって、校正標準１０５が走査され、校正標準１０５の濃度データが得られ、通常は、これがグラフにて表現される。この校正方法のこの特定の段階において用いるのに適する分析ツール１２０の一つには、二次イオン質量分析計（ＳＩＭＳ）がある。これは、サンプルが内部に一様な濃度の元素を含有する場合、かなり正確なデータを得る能力を有するためである。
【０００９】  システム１００は、さらに集束ビーム装置１３０を含む。集束ビーム装置には、一つの好ましい実施例においては、１９９９年６月６日付けで出願された、本発明と譲受人を同一とする"Scanning Electron Microscope/Energy DispersiveSpectroscopy Sample Preparation Method and Sample Produced Thereby"なる名称の合衆国特許出願第０９／３３７，９６６号において開示されている集束イオンビーム（ＦＩＢ）装置が用いられる。さらに、集束ビーム装置１３０には、別の実施例として、校正標準１０５の薄い部分を採取するために用いることができる亜原子粒子ビーム装置、レーザビーム装置、あるいは任意の他の適用可能なビーム装置を用いることもできる。
【００１０】  システム１００はさらにサンプルホルダ１４０を含む。サンプルホルダ１４０は、集束ビーム装置１３０によって校正標準１０５から採取された校正標準の一部１４５を保持する。サンプルホルダ１４０は様々な異なる分析ツールとともに用いることができるように設計される。こうすることで、校正標準の一部分１４５をあるツールから別のツールに移動させることがより簡単になる。さらに、校正標準の一部分１４５をあるホルダから別のホルダに移動したり、複数の部分１４５を作成する必要もなくなり、このため分析過程の時間を大幅に削減することが可能となる。
【００１１】  図２Ａ〜２Ｃはサンプルホルダ１４０（図１）の一つの好ましい実施例の平面図および底面図を示す。この好ましい実施例においては、サンプルホルダ２００として、１９９９年５月２５日付けで出願された、本発明と譲受人を同一とする"Sample Holder for Multiple Diagnostic Tools and Methods of Manufacture and Operation Thereof"なる名称の合衆国特許出願第０９／３３７，９６６号において開示されているサンプルホルダが用いられる。この好ましいサンプルホルダ２００は、本体２１０とメーティングプラグ２２０から構成される。本体２１０は反対方向を向く第一と第二の主表面２１１、２１２、第一の主表面２１１内の後退部２１３、および本体を貫通する本体開口２１４を持つ。後退部２１３は、ベース２１３ｂを持ち、本体開口２１４は、後退部のベース２１３ｂから本体２１０を通って第二の主表面２１２へと貫通する。本体開口２１４の直径２１４ａは後退部２１３の直径２１３ａよりも小さい。プラグ２２０は、プラグ２２０を貫通するプラグ開口２２４を持ち、これは、取り付けられた場合、本体開口２１４と整合する。プラグ２２０の外側面２２１は後退部２１３の内側面２１３ｃと噛み合うように適合化される。
【００１２】
図１に戻り、図１には第二の分析ツール１５０も示される。第二の分析ツール１５０としては、例えば、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）、あるいは走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）において用いられるエネルギー分散分光法（ＥＤＳ）、微小熱量法、オージェ電子分光法（ＡＥＳ）、あるいはＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）が選択される。ただし、当業者においては理解できるように、分析ツールは上述の一つに制限されるものではなく、他の分析ツールを選択することもできる。さらに、説明の実施例において示されるように、第二の分析ツール１５０は、サンプルホルダ１４０を保持するように適合化されたサンプルホルダベイ１５５を備えることもできる。
【００１３】  次に、図１も引き続き参照しながら、図３に示す流れ図３００との関連で、分析ツールを校正するための方法について説明する。図３のステップ３０５において、システムは、最初に、初期化を遂行する。初期化の後に、ステップ３１０において、既知のマトリックス１１０が得られる。既知のマトリックス１１０は、任意の材料であり得る。より具体的には、既知のマトリックス１１０は、半導体ウエハの製造において典型的に用いられる任意の材料であり得る。これら材料の例には、シリコン、二酸化シリコン、ゲルマニウム、アルミニウム、銅、タンタル、あるいはタングステンが含まれる。ただし、これらは可能な材料の全てを網羅するリストではないことに注意する。
【００１４】  ステップ３１５において、既知の注入（インプラント）元素が選択される。これは、単体の元素であっても、化合物であっても構わない。一般には、こうして選択される元素は、分析すべき元素に依存する。より具体的には、これら元素は、典型的には、半導体ウエハおよび集積回路の製造において現在用いられている元素である。半導体製造産業において現在用いられている元素の一例としては、フッ素がある。ステップ３２０において、選択された元素がマトリックス１１０内に、既知の濃度だけ導入され、こうして、校正標準が作成される。当業者においてはマトリックス内に元素を導入するための従来の方法が明らかであると思われる。例えば、様々な堆積技法やイオン注入（インプランテーション）技法を用いることができる。周知のように、イオンの注入法を用いて、マトリックス１１０内に導入される元素の量が正確に制御される。濃度は色々と変えることができるが、一つの実施例においては、マトリックス内の既知の元素の濃度は、約１Ｅ２１  ａｔｏｍｓ／cm３とされる。当業者においては理解できるように、ステップ３１０、３１５、３２０は、既知の元素および濃度を持つマトリックスが既に作成されてない場合にのみ必要とされる。
【００１５】  ステップ３２５において、校正標準１０５が第一の分析ツール内に置かれる。第一の分析ツール１２０は、説明の実施例においては、二次イオン質量分析計（ＳＩＭＳ）とされるが、当業者においては理解できるように、他の精度の高い第一の分析ツール１２０を用いることもできる。次に、ステップ３３０において、第一の分析ツール１２０を用いて、校正標準１０５の標準濃度プロフィルが得られる。現在のＳＩＭＳおよび適当と思われる場合、任意の他の技法を用いることで、どのような元素が、どの程度の濃度にて存在するかを、十分な確かさにて、決定することが可能であり、こうして、図４に示すようなＳＩＭＳプロフィルが得られる。ここで、図４は、フッ素の標準ＳＩＭＳプロフィル４００を示す。
【００１６】  ステップ３３０において標準プロフィルを決定した後、ステップ３３５において、校正標準の濃度を代表する一部分１４５が採取される。上述のように、好ましくは、この部分１４５を採取するためには、集束ビーム装置１３０が用いられる。より解説的な一つの実施例においては、この集束ビーム装置１３０としては、集束イオンビーム装置が用いられ、他の幾つかの実施例においては、亜原子ビーム装置あるいはレーザビーム装置が用いられる。上述のように、集束ビーム装置１３０を用いて、部分１４５が採取される。好ましくは、部分１４５は、校正標準１０５の元素の濃度を最も良く代表する表面近傍の領域から採取される。ただし、校正標準１０５内の濃度の一様性の状況によっては部分１４５を異なる領域から採取することもできる。
【００１７】  部分１４５は、一つのより具体的な実施例においては、約５０nm〜５０００nmの範囲の厚さを持つ薄い部分とされる。もう一つの実施例においては、この薄い部分は、約２００００nmなる長さおよび約５０００nmなる深さを持つ部分とされる。ただし、当業者においては理解できるように、集束ビーム装置１３０を用いて、他の様々な厚さ、長さ、および幅を持つ部分を採取することもできる。
【００１８】  オプションとしてのステップ３４０において、部分１４５がサンプルホルダ１４０内に置かれる。サンプルホルダ１４０を用いると、後に説明のステップにおいて部分１４５をより正確に第二の分析ツール１５０に固定することが可能となる。サンプルホルダ１４０は、極めて便利ではあるが、ただし、必須ではなく、説明の方法はこれを用いなくても実施できることに注意する。例えば、殆どの分析ツールは、自身のサンプルホルダ１４０を持ち、このような場合は、必要であれば、その分析ツール自身のサンプルホルダを用いることもできる。
【００１９】
ステップ３４５において、部分３４５が第二の分析ツール１５０の走査経路下に置かれる。この第二の分析ツール１５０は校正されるべきツールである。前述のように、この第二の分析ツール１５０は、例えば、走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）、透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）、あるいは走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）において用いられるエネルギー分散分光法（ＥＤＳ）、微小熱量法、オージェ電子分光法（ＡＥＳ）、あるいはＸ線光電子分光法（ＸＰＳ）であり得る。ただし、説明の校正のための方法は、上述以外の他の分析ツールを校正するために用いることもできる。
【００２０】  部分１４５が第二の分析ツール１５０内に置かれた後、ステップ３５０において、部分１４５のプロフィルが得られる。図５は第二の分析ツール１５０によって得られたプロフィル５００を示す。プロフィル５００は、部分１４５内のフッ素の濃度をグラフ的に表す。いったんプロフィル５００が得られると、このプロフィル５００が標準プロフィル４００と比較される。この比較のために、ステップ３５５において、図６に示すようなプロフィル６００が得られる。第二の分析ツールが正しく校正されている場合は、比較プロフィル６００から見て、プロフィル５００によって表される部分１４５のピーク濃度レベルと校正標準１０５のピーク濃度レベルとが良く一致すべきである。図６においては、プロフィル５００のピーク濃度はプロフィル４００のそれより下にあり、このため、正しい濃度が反映されるように、第二の分析ツール１５０を調節、すなわち、校正することが必要とされる。
【００２１】  比較プロフィル６００は、さらに、ステップ３６０によって示されるように、第二の分析ツール１５０の検出限界を決定するために用いることもできる。濃度検出限界は、第二の分析ツール１５０がそれ以下では元素の濃度を正確に検出する（読み出す）ことができないような限界を表す。図７に示すように、第一の分析ツール１２０は、フッ素の濃度をプロフィル４００によって示されるように、約１Ｅ１６  ａｔｏｍｓ／cm３から約１Ｅ１５  ａｔｏｍｓ／cm３の範囲に渡って検出することができる。他方、第二の分析ツール１５０は、これも図からわかるように、フッ素の濃度をプロフィル５００によって示されるように、約１Ｅ１７  ａｔｏｍｓ／cm３までしか検出することができない。従って、この特定の第二の分析ツール１５０の説明の元素の濃度およびマトリックスに対する検出限界は線７１０によって示される通り、約１Ｅ１７  ａｔｏｍｓ／cm３であることがわかる。
【００２２】  第二の分析ツール１５０の検出限界を得た後、この過程はステップ３６５において終了する。勿論、上述の過程は、必要に応じて、同一の部分１４５あるいは異なるマトリックス内に異なる元素を含有する異なる部分１４５を用いて、別の複数の第二の分析ツールに対して繰り返すこともできる。
本発明が詳細に説明されたが、当業者においては本発明の精神および範囲内に入る様々な変更、置換、および代替が可能であり、本発明は許される範囲内で最も広く解釈されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明がその中で動作する環境を形成する分析ツールを校正するためのシステムを示す図である。
【図２】  Ａ〜Ｃは、サンプルホルダの特に好ましい実施例の平面図および底面図を示す図である。
【図３】  分析ツールを校正するための方法の流れ図である。
【図４】  既知の校正標準の標準SIMSプロフィルを示す図である。
【図５】  第二の分析ツールによって得られた校正標準の一部分の濃度プロフィルを示す図である。
【図６】  図４に示されるプロフィルと図５に示されるプロフィルの比較のグラフを示す図である。
【図７】  図６のグラフと類似するが、さらに第二の分析ツールの検出限界を示す図である。
【符号の説明】１００  システム
１０５  校正標準
１１０  既知のマトリックス
１２０  第一の分析ツール
１３０  集束ビーム装置
１４０  サンプルホルダ
１４５  校正標準の一部分
１５０  第二の分析ツール
２００  サンプルホルダ
２１０  サンプルホルダの本体
２２０  メーティングプラグ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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