(57)【要約】      （修正有）【課題】製造されたデバイスの内部構造をテストするために薄いサンプルを準備して像形成する方法を提供する。【解決手段】物体のサンプルを形成し、物体からサンプルを抽出し、真空チャンバーにおいて表面分析及び電子透過度分析を含むマイクロ分析をこのサンプルに受けさせるための方法及び装置が開示される。ある実施形態では、抽出されたサンプルの物体断面表面を像形成するための方法が提供される。任意であるが、サンプルは、真空チャンバー内で繰り返し薄くされて像形成される。ある実施形態では、サンプルは、任意のアパーチャーを含むサンプル支持体に位置される。任意であるが、サンプルは、物体断面表面がサンプル支持体の表面に実質的に平行となるようにサンプル支持体の表面に位置される。サンプル支持体に装着されると、サンプルは、真空チャンバー内でマイクロ分析を受けるか、又はロードステーションにロードされる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
サンプルを形成してその像形成を行う方法において、
ａ）真空チャンバーに物体を入れる段階と、
ｂ）前記物体からサンプルを形成する段階と、
ｃ）電子ビームの少なくとも一部分が前記サンプルの少なくとも一部分を横断するようにして前記サンプルの像形成を行う段階と、
を備え、前記形成する段階及び像形成を行う段階を前記真空チャンバー内で実行するようにした方法。
【請求項２】
前記物体は、前記形成する段階中に前記物体の厚みのせいぜい１０％の深さまで貫通される、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記形成する段階は、イオンビームミリング及び電子ビームミリングより成るグループから選択されたビームミリングを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項４】
前記電子ビームは、前記サンプルの物体断面表面に実質的に直角に入射する、請求項１に記載の方法。
【請求項５】
前記像形成を行う段階は、前記物体断面表面を像形成することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項６】
前記像形成を行う段階は、少なくとも１つの前記サンプルをサンプル支持体に位置することを含む、請求項１に記載の方法。
【請求項７】
前記サンプルは、前記サンプルの物体断面表面が前記サンプル支持体の表面に実質的に平行となるように前記サンプル支持体の前記表面に位置される、請求項６に記載の方法。
【請求項８】
前記サンプル支持体は、少なくとも１つのアパーチャーを含み、前記サンプル支持体の前記表面の面積の約９８％未満が前記少なくとも１つのアパーチャーにより占有される、請求項６に記載の方法。
【請求項９】
物体のサンプルを形成してその像形成を行う方法において、
ａ）真空チャンバーに上記物体を入れる段階と、
ｂ）上記物体からサンプルを形成する段階と、
ｃ）上記サンプルの物体断面表面にマイクロ分析を受けさせる段階と、
を備え、前記形成及びマイクロ分析を、前記真空チャンバーにサンプルがある間に実行するようにした方法。
【請求項１０】
前記像形成を行う段階は、少なくとも１つのサンプルをサンプル支持体に位置させることを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１１】
前記マイクロ分析は、電子顕微鏡法、イオンビーム像形成、光学顕微鏡法、オージェ電子の検出、後方散乱電子の検出、二次電子の検出、Ｘ線の検出、及び電子透過度分析より成るグループから選択された少なくとも１つのプロセスを含む、請求項９に記載の方法。
【請求項１２】
前記マイクロ分析は、イオンビーム及び電子ビームより成るグループから選択された粒子ビームをサンプルに受けさせることを含み、前記粒子ビームは、前記物体断面表面に実質的に直角に入射される、請求項９に記載の方法。
【請求項１３】
物体のサンプルを抽出して装着する方法において、
ａ）サンプルが物体の物体断面表面を含むように前記物体からサンプルを形成する段階と、
ｂ）少なくとも１つのアパーチャーを含むサンプル支持体の表面に、サンプルの前記物体断面表面が前記サンプル支持体の前記表面に実質的に平行となるように、少なくとも１つのサンプルを位置させる段階と、
を備えた方法。
【請求項１４】
上記サンプルの少なくとも一部分が前記アパーチャーの上に位置される、請求項１３に記載の方法。
【請求項１５】
前記形成する段階及び前記位置させる段階を真空チャンバー内で行う、請求項１３に記載の方法。
【請求項１６】
サンプルを形成してその像形成を行う方法において、
ａ）真空チャンバーに物体を入れる段階と、
ｂ）前記真空チャンバー内で上記物体からサンプルを形成する段階と、
ｃ）上記サンプルの少なくとも一部分をイオンビームで薄くする段階と、
ｄ）前記サンプルの少なくとも一部分に電子ビームを電子ビームを受けさせるようにして上記薄くされたサンプルの像形成を行う段階と、
を備え、前記薄くする段階及び像形成を行う段階を、前記サンプルが前記真空チャンバー内にある間に少なくとも一度繰り返し、複数の像を発生するようにした方法。
【請求項１７】
前記形成する段階は、イオンビームミリング及び電子ビームミリングより成るグループから選択されたビームミリングを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１８】
前記像形成を行う段階は、上記サンプルの物体断面表面を像形成することを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項１９】
少なくとも１つの前記像形成を行う段階は、電子透過度分析と、二次電子、後方散乱電子及びオージェ電子より成るグループから選択された電子の検出とで構成されたグループから選択された少なくとも１つのプロセスを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２０】
前記サンプルは、第１の前記像形成を行う段階の時間には電子透過度スレッシュホールドより厚く、更に、前記サンプルは、その後の像形成を行う段階の時間には電子を透過する、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
少なくとも１つの前記像形成を行う段階は、光子の検出を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２２】
前記薄くする段階及び像形成を行う段階を、前記サンプルの前記少なくとも一部分が前記薄くする段階により排除されるまで少なくとも一度繰り返す、請求項１６に記載の方法。
【請求項２３】
前記薄くする段階は、収束イオンビーム及びアルゴンイオンのビームより成るグループから選択された少なくとも１つのイオンビームを前記サンプルに受けさせることを含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２４】
前記薄くする段階は、材料の選択的除去を含む、請求項１６に記載の方法。
【請求項２５】
前記薄くする段階は、前記物体断面表面に実質的に直角に入射する粒子ビームを前記サンプルに受けさせることを含み、前記粒子ビームは、イオンビーム及び電子ビームより成るグループから選択される、請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【関連出願への相互参照】
【０００１】
[0001]本出願は、参考としてここにその全体を援用する２００４年７月１４日に出願された米国仮特許出願第６０／５８８２７２号の優先権を主張する。
【発明の分野】
【０００２】
[0002]本発明は、一般に、半導体デバイスの監視に関し、より詳細には、製造されたデバイスの内部構造をテストするために薄いサンプルを準備して像形成することに関する。
【発明の背景】
【０００３】
[0003]電子的材料の研究、及びそのような材料を電子的構造体へ形成するプロセスにおいては、欠陥を分析してデバイスを確認する目的で電子構造体の試料が顕微鏡検査にしばしば使用される。例えば、シリコンウェハのような電子的構造体の試料は、ウェハにおける特定の特性特徴部を研究するために走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）及び透過電子顕微鏡（ＴＥＭ）でしばしば分析される。このような特性特徴部は、製造された回路、及び製造プロセス中に生じた欠陥を含んでもよい。電子顕微鏡は、半導体デバイスの極微構造を分析するための最も有用な装置の１つである。
【０００４】
[0004]電子顕微鏡検査のために電子構造体の試料を準備する際には、種々の研磨及びミリングプロセスを使用して、特定の特性特徴部が露出されるまで構造体を断片化することができる。
【０００５】
[0005]デバイスの寸法がサブハーフミクロンレベルへと減少され続けるにつれて、電子顕微鏡において研究するための試料を準備する技術が益々重要になってきた。光学顕微鏡により構造体を研究する従来の方法は、光学顕微鏡の解像度が受け容れられないものであるために、近代的な電子構造体における特徴部の研究には使用できない。
【０００６】
[0006]収束イオンビーム（ＦＩＢ）技術では、収束イオンビームを使用して、材料が局部的に堆積又は除去される。典型的なイオンビームは、高強度ソースにより発生されたときに、その収束スポットサイズが１００ｎｍより小さい。このような高強度イオンのソースは、液体金属イオン源又はガスフィールドイオン源のいずれかである。これらソースは、両方とも、イオンビームを発生するのにフィールドイオン化又は蒸発に依存するニードル型の形態を有する。イオンビームが発生された後に、それが高い真空中で偏向され、希望の表面エリアに向けられる。半導体処理産業では、収束イオンビームを切削又は取り付け方法に適当に使用して、回路の修理やマスクの修理やマイクロ加工プロセスを遂行することができる。切削プロセスは、通常、収束イオンビームで表面を局部的にスパッタリングすることにより遂行される。
【０００７】
[0007]イオンビームミリングプロセスでは、サブミクロン直径に収束されたＧａ＋のようなイオンのビームにより材料が選択的にエッチングされ、この技術は、収束イオンビームエッチング又はミリングとしばしば称される。このＦＩＢミリングは、マスク又は集積回路上にパターンを再形成したり、マイクロ構造体を診断断面化したりするのに非常に有用な技術である。典型的なＦＩＢエッチングプロセスでは、Ｇａ＋のようなイオンのビームを、エッチングされるべき表面に入射させ、そのビームを偏向して、希望のパターンを形成する。収束イオンビームを使用して試料の表面を衝撃し、電子的構造体の表面に空洞を形成して、その構造体の特性特徴部を電子顕微鏡検査で調査する。
【０００８】
ＦＩＢ技術は、一次イオンビームを使用して、高い電流で材料層を除去すると共に、低い電流で新たに形成された表面を観察する。表面の観察は、表面がイオンによって衝撃されるときにサンプル表面から放出される二次電子を検出することにより行われる。表面から放出された二次電子を受け取って像を形成するために検出器が使用される。ＦＩＢ方法は、ＳＥＭ／ＴＥＭで得られるような高い解像度の像を発生することはできないが、検査されるべき特性特徴部を含むことのできる新たに形成された断面表面を識別するのに充分使用できる。５〜１０ｎｍの解像度まで観察を行えるＦＩＢ技術の能力は、電子的構造体に精密な平面を切削して、電子的構造体を、ＦＩＢで可能である以上の解像度でＳＥＭ又はＴＥＭ技術により後で検査できるようにする。
【０００９】
[0008]ＴＥＭ技術は、内部構造についてＳＥＭ技術を使用して得られるより高い解像度の像及びそれより詳細な記述を与えることができるが、電子を透過するサンプルについてしか有効でない。従って、ＴＥＭサンプルについては、電子ビームが貫通するに充分なほど、且つ像のボケを引き起こす複数の散乱を回避するに充分なほど、サンプルが薄くなければならないことが基本的に要求される。それにも拘わらず、この分野では、ウェハから抽出されるサンプルは、もろいもので、割れたり砕けたりし易いという認識がある。更に、抽出された薄いサンプルの壊れ易い性質は、薄いサンプルを抽出するプロセスを自動化することが困難であり、従って、これらプロセスを自動化する努力を妨げることを意味する。ＴＥＭサンプルを得て像形成するための信頼性のある自動的な技術が要望され続け、ＴＥＭサンプリングが半導体分析及び製造の重要な部分となっている。
【００１０】
[0009]電子の透過性分析をナノメーターレベルの空間解像度で実行するための付加的な技術は、走査透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）である。ＴＥＭは、電子ビームをサンプルに照射し、透過した電子ビームをレンズの使用で拡大する装置である。一方、ＳＴＥＭは、電子ビームをマイクロエリアに収束し、電子ビームでサンプルを走査しながら、透過した電子ビームの強度を測定することにより二次元像を得る装置である。参考としてここに援用する米国第２００３０１２７５９５号は、走査透過電子顕微鏡のための方法及び装置を開示している。
【００１１】
[0010]ＳＥＭとＦＩＢを単一の装置に結合する自動マルチカラムツールにより可能とされて、ＳＥＭサンプルを得て像形成するための自動技術が既に良く知られており、欠陥の自動調査及びプロセスの監視に使用されている。このようなマルチカラムツールの市場で入手できるモデルは、例えば、ＳＥＭＶｉｓｉｏｎ（登録商標）Ｇ２ＦＩＢ（カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリアルズ）、及びＤｅａｌＢｅａｍ（登録商標）（オレゴン州ヒルズボロのＦＥＩカンパニー）を含む。又、ＳＥＭＶｉｓｉｏｎ（登録商標）Ｇ２ＦＩＢは、プロセス制御にも使用されることに注意されたい。
【００１２】
[0011]潜在的な該当背景材料を開示した米国特許、公告された米国特許出願のリストを以下に列挙する。以下の米国特許及び公告された米国特許出願は、各々、参考としてその全体をここに援用するものである。
【００１３】
[0012]ライ氏等の「Preparation of Transmission Electron Microscope Samples」と題する米国特許第６，１９４，７２０号；
[0013]本発明者及び共同作業者の１人の「System and Method for Directing a Miller」と題する米国特許第６，６７０，６１０号；
[0014]ケリー氏等の「Methods of Sampling Specimens for Microanalysis」と題する米国特許第６，７００，１２１号；
[0015]ケリー氏等の「Methods of Sampling Specimens for Microanalysis」と題する米国特許出願公告第２００１／００４４１５６号；
[0016]ムア氏等の「Method For Sample Separation and Lift-Out」と題する米国特許出願公告第２００１／００４５５１１号；
[0017]アラニ氏の「Ion Beam Milling System and Method for Electron Microscopy Specimen Preparation」と題する米国特許出願公告第２００２／００００５２２号；
[0018]ムア氏等の「Total Release Method for Sample Extraction from a Charged-Particle Instrument」と題する米国特許出願公告第２００２／０１２１６１４号；
[0019]ロビンソン氏等の「Transmission electron microscope sample preparation」と題する米国特許出願公告第２００４／０２４５４６６号；
[0020]アダチ氏等の「Sample manufacturing apparatus」と題する米国特許出願公告第２００４／０１２９８９７号；
[0021]グラニュワールド氏の「Sample preparation for transmission electron microscopy」と題する米国特許出願公告第２００４／０１６４２４２号；
[0022]イワサキ氏等の「Micro-sample pick-up apparatus and micro-sample pick-up method」と題する米国特許出願公告第２００４／０２４６４６５号；
[0023]ラスムッセン氏の「Sample Manipulation System」と題する米国特許出願公告第２００４／０１７８３５５号。
【００１４】
[0024]現在、ほとんどの半導体製造施設では、顕微鏡分析のための半導体ウェハの電子透過度サンプルが現場で得られ、その後、電子透過度分析のために電子顕微鏡ラボラトリーへ運搬される。
【００１５】
[0025]時間遅延のあるプロセス監視、及び製造プロセスにおいてある時間遅延の後でなければ識別されない欠陥は、半導体製造者にとって経費高であり、従って、欠陥のある製造プロセスをできるだけ速やかに且つ好ましくは現場で識別することが望まれる。
【００１６】
[0026]電子透過度マイクロ分析のためにウェハからサンプルを抽出する方法及びシステムが要望され続けている。このような方法は、単一ツールにおいて実施できるのが好ましい。又、このような方法は、半導体製造プロセスへ容易に一体化するために、単一ツール内で自動化されるのが更に好ましい。このような方法は、ウェハにホールを設けたり、ウェハを分割したり、さもなければ、サンプル抽出後に半導体ウェハを使用不能にすることなく、サンプルの抽出を許すのが好ましい。
【００１７】
[0027]更に、欠陥分析及びプロセス制御分析については、ウェハのサンプルの断面表面を像形成することがしばしば必要である。従って、特性特徴部を含むサンプルの断面をマイクロ分析するための技術も要望され続けている。
【発明の概要】
【００１８】
[0028]前記要望は、本発明の多数の態様により満足される。
【００１９】
[0029]真空チャンバー内に位置された物体からサンプルを形成及び抽出すると共に、真空チャンバー内でそのサンプルに対して電子透過度分析を実行するための方法及び装置がここに初めて開示される。ここに開示する装置は、真空チャンバーと、サンプルを形成するためのイオンビーム源と、サンプルを抽出し、操作するためのロボットマニピュレータと、電子ビームの少なくとも第１部分がサンプルの少なくとも一部分を横断するようにサンプルを像形成するための第１の電子顕微鏡装置とを備えている。
【００２０】
[0030]多くの実施形態によれば、イオンビーム源、ロボットマニピュレータ及び第１の電子顕微鏡装置は、全て、真空チャンバー内に少なくとも部分的に位置される。
【００２１】
[0031]幾つかの実施形態によれば、この装置は、更に、物体及び任意であるがサンプルを支持するための少なくとも１つのステージを備えている。
【００２２】
[0032]ある実施形態では、ステージは、２００ｍｍ以上のウェハを支持するように構成された支持面を備えている。
【００２３】
[0033]ある実施形態では、ステージは、表面積が少なくとも３００００平方ミリメーターの支持面を備えている。
【００２４】
[0034]ある実施形態では、物体及びサンプルの両方を支持するために１つのステージが設けられる。他の実施形態では、物体を支持するために１つのステージが設けられると共に、サンプルを支持するために個別のステージが設けられる。更に別の実施形態では、物体のみに対して１つのステージだけが設けられ、サンプルは、プローブ又はニードルに取り付けられてそれにより支持される間に、電子透過度分析を受ける。
【００２５】
[0035]ある実施形態によれば、少なくとも１つのステージが可動である。
【００２６】
[0036]ある実施形態において、イオンビーム源は、物体を支持するステージに対して傾斜可能なイオンビームカラムである。
【００２７】
[0037]ある実施形態によれば、第１の電子顕微鏡装置は、電子ビームを放出するための電子ビーム源と、サンプルの少なくとも一部分を横断する電子ビームの第１部分から導出された電子を検出するための電子検出器とを備え、その各々は、真空チャンバー内に少なくとも部分的に位置される。ある実施形態では、電子ビーム源及び電子検出器は、サンプルを支持するステージの上面の互いに反対側に位置される。
【００２８】
[0038]ある実施形態によれば、電子ビーム源は、電子に薄い試料を横断させるに充分な高いエネルギーで電子ビームを放出するように構成される。
【００２９】
[0039]ある実施形態では、第１の電子顕微鏡装置は、ＳＴＥＭ装置である。或いは又、第１の電子顕微鏡装置は、ＴＥＭ装置である。
【００３０】
[0040]任意であるが、ここに開示する装置は、更に、抽出されたサンプルの表面を分析するための検出器も備えている。従って、ある実施形態では、更に、抽出されたサンプルの表面からの電子の散乱から派生した電子を検出するための少なくとも１つの付加的な電子検出器も設けられる。ある実施形態では、この電子検出器は、抽出されたサンプルの表面から電子ビームの第２部分が散乱することにより派生した電子を検出するように動作する。特定の実施形態では、第１の電子顕微鏡装置は、ＳＥＭ電子カラムと、ＳＴＥＭ検出器と、二次及び／又は後方散乱電子を検出するためのＳＥＭ検出器とを備えている。
【００３１】
[0041]サンプルの表面からの電子の散乱から派生する電子は、例えば、二次電子、後方散乱電子、及びオージェ電子を含む。
【００３２】
[0042]任意であるが、この装置は、サンプルの表面から散乱する電子ビームから派生したＸ線を検出するためのＸ線検出器を備えている。
【００３３】
[0043]ある実施形態では、ここに開示する装置は、電子透過度分析のための任意の第２の専用電子顕微鏡装置を備えている。ある実施形態では、第１の電子顕微鏡装置は、電子透過度分析及び表面分析の両方に対して構成され、一方、第２の電子顕微鏡装置は、電子透過度分析に最適であるようにされる。
【００３４】
[0044]ある実施形態では、第２の電子顕微鏡装置は、ＳＴＥＭ装置である。或いは又、第２の電子顕微鏡装置は、ＴＥＭ装置である。
【００３５】
[0045]ある実施形態では、ここに開示する装置は、２つ以上の電子ビーム源、２つ以上のイオンビームカラム、及び複数の検出器を備えている。
【００３６】
[0046]ある実施形態によれば、イオンビーム源、電子顕微鏡装置、第２の電子顕微鏡装置、ロボットマニピュレータ、及びステージの移動を制御するモーターから選択された少なくとも１つのエレメントにコントローラが作動的に結合される。１つの特定の実施形態では、コントローラは、物体から形成されてサンプル支持体に任意に装着されたサンプルの電子透過度分析のために、ここに開示した少なくとも１つの方法を実行するようにプログラムされる。
【００３７】
[0047]ある実施形態によれば、ロボットマニピュレータは、サンプルに逆に取り付けることのできるプローブ又はニードルを備えている。
【００３８】
[0048]ある実施形態によれば、電子顕微鏡装置は、透過電子顕微鏡装置を備えている。或いは又、電子顕微鏡装置は、走査透過電子顕微鏡装置を備えている。
【００３９】
[0049]ある実施形態によれば、この装置は、更に、サンプル又は物体がイオンビームを受けることから派生したイオン及び／又は電子を検出するように位置されたイオン検出器又は電子検出器のような少なくとも１つの荷電粒子検出器を備えている。
【００４０】
[0050]多数の実施形態において、物体からサンプルを形成した同じツール内で抽出サンプルに表面分析を受けさせることが望まれる。表面分析技術は、例えば、ＳＥＭ像形成、Ｘ線及びオージェ電子の検出を含む。
【００４１】
[0051]ウェハのサンプルを形成し、抽出し、像形成するための装置であって、真空チャンバーと、この真空チャンバー内に少なくとも部分的に位置されて、サンプルを形成するためのイオンビーム源と、真空チャンバー内に少なくとも部分的に位置されて、サンプルを抽出し操作するためのロボットマニピュレータと、サンプルの表面から電子ビームを散乱させるための電子ビーム源と、サンプルに電子ビームを受けさせることから派生したオージェ電子を検出するためのオージェ電子検出器とを備えた装置がここに初めて開示される。
【００４２】
[0052]又、ウェハのサンプルを形成し、抽出し、像形成するための装置であって、真空チャンバーと、この真空チャンバー内に少なくとも部分的に位置されて、サンプルを形成するためのイオンビーム源と、真空チャンバー内に少なくとも部分的に位置されて、サンプルを抽出し操作するためのロボットマニピュレータと、サンプルの表面から電子ビームを散乱させるための電子ビーム源と、サンプルに電子ビームを受けさせることから派生したＸ線を検出するためのＸ線検出器とを備えた装置がここに初めて開示される。
【００４３】
[0053]本発明のある実施形態によれば、真空チャンバー内でサンプルを形成し、像形成する方法が提供される。この方法は、真空チャンバーに物体を入れる段階と、物体からサンプルを形成する段階と、電子ビームの少なくとも一部分がサンプルの少なくとも一部分を横断するようにサンプルを像形成する段階とを備えている。ある実施形態では、形成及び像形成段階が真空チャンバー内で実行される。
【００４４】
[0054]ある実施形態によれば、物体は、半導体ウェハのような実質的に円筒形状の物体である。他の実施形態によれば、物体は、ダイのようなプリズム状物体である。
【００４５】
[0055]ある実施形態によれば、物体は、形成段階中に物体の厚みのせいぜい１０％の深さまで貫通される。他の実施形態によれば、物体は、形成段階中に物体の厚みのせいぜい３％、５％、２０％又は５０％の深さまで貫通される。
【００４６】
[0056]ある実施形態によれば、形成されたサンプルは、サンプル支持体に位置され、サンプル支持体に位置されている間にその場で像形成される。ある実施形態によれば、上記位置されるのは、ロボットマニピュレータを使用して実行される。
【００４７】
[0057]ある実施形態によれば、上記形成段階は、収束イオンビーム又は電子ビームのミリングを含む。本発明のある実施形態によれば、上記形成段階は、機械的クリービングを含む。本発明のある実施形態によれば、上記形成段階は、レーザ切削を含む。
【００４８】
[0058]ある実施形態によれば、上記形成段階は、イオンビームミリング及び電子ビームミリングより成るグループから選択されたビームミリングを含む。
【００４９】
[0059]理論で拘束されることを望まないが、上記形成段階がイオンビームミリングを含むが機械的クリービングは除外するようなサンプル形成方法が望ましいことをここに開示する。というのは、それらは、サンプルが抽出されるエリアの付近でしかウェハにダメージを及ぼさないからである。
【００５０】
[0060]特定の実施形態によれば、上記形成段階は、イオンビームを使用して物体に第１カットを切削し、この第１カットは、物体の表面上のターゲット位置を少なくとも部分的に取り巻き、更に、物体の表面に対して鋭角に、イオンビームを使用して、物体に第２カットを切削し、これにより、ターゲット位置をアンダーカットすることを含む。
【００５１】
[0061]任意であるが、上記形成段階は、物体が位置されるステージに対してＦＩＢカラムを傾斜させることを含む。それとは別に、又はそれに加えて、ステージ自体が傾斜される。
【００５２】
[0062]ある実施形態では、上記形成段階は、オブジェクト平面内でオブジェクトを回転することを含む。
【００５３】
[0063]特定の実施形態によれば、サンプル支持体は、少なくとも１つのアパーチャーを含む。特定の実施形態によれば、電子ビームは、１つのアパーチャーの少なくとも一部分を横断する。特定の実施形態によれば、サンプルの少なくとも一部分がアパーチャーの上に位置される。
【００５４】
[0064]ある実施形態によれば、像形成は、サンプルの物体断面表面を像形成することを含む。ある実施形態によれば、サンプルは、電子ビームがサンプルの物体断面表面に実質的に直角に入射するようにして像形成される。理論で束縛することを望まないが、ある実施形態においてサンプルの物体断面表面を像形成すると、物体の断面の内部構造の細部が露呈され、欠陥分析に有用であることをここに開示する。
【００５５】
[0065]ある実施形態によれば、サンプルは、サンプルの物体断面表面がサンプル支持体の表面に実質的に平行となるようにサンプル支持体の表面に位置される。理論で束縛することを望まないが、この配向でサンプル支持体にサンプルを位置させることは、断面表面に対して所定の配向で断面表面に粒子ビームをその後に受けさせることが望まれる状況において有用であることをここに開示する。
【００５６】
[0066]ある実施形態によれば、サンプルは、２つの実質的に平行な表面を有するセグメントを含む。
【００５７】
[0067]ある実施形態によれば、サンプルは、サンプルの外面に実質的に垂直な２つの実質的に平行な表面を有するセグメントを含む。
【００５８】
[0068]任意であるが、サンプルがサンプル支持体に装着された後に、サンプルは、像形成の前及び／又は後に更に薄くされる。ある実施形態では、サンプルを薄くすることは、サンプルの物体断面表面に、物体断面に直角に入射する収束イオンビームを受けさせることを含む。
【００５９】
[0069]ある実施形態によれば、サンプル支持体は、ＴＥＭグリッドを備えている。
【００６０】
[0070]ある実施形態において、サンプル支持体は、円筒形であり、厳密に１つのアパーチャーを含む。
【００６１】
[0071]サンプル支持体は、この技術で知られた適当な材料を含む。適当な材料は、銅、ニッケル、モリブデン、及び白金を含むが、これらに限定されない。
【００６２】
[0072]更に別の実施形態において、サンプル支持体は、ＴＥＭグリッド以外のもので、サンプル支持体の上面の圧倒的大部分未満が少なくとも１つのアパーチャーで占有されるようなほぼ内実のフラットな支持体であるのが好ましい。理論で束縛することを望まないが、このようなサンプル支持体を使用すると、サンプルがサンプル支持体に位置されてプロセスが安定化され、この場合も、熟練した技術者により方法を実施する必要性が回避される。
【００６３】
[0073]ある実施形態によれば、サンプル支持体の表面積の約９８％未満が少なくとも１つのアパーチャーにより占有される。特定の実施形態によれば、サンプル支持体の表面積の約５０％未満が少なくとも１つのアパーチャーにより占有される。
【００６４】
[0074]ある実施形態によれば、サンプルは、２つの実質的に平行な表面を有するセグメントを含み、プローブは、サンプルが物体から抽出されて回転されたときにサンプルの平行な表面の１つが物体から離れた方を向くように、幾何学的な配向でサンプルに添付される。
【００６５】
[0075]ある実施形態によれば、プローブは、像形成の前にサンプルに添付される。プローブを取り付ける１つの例示的な位置は、形成されたサンプルの外面である。
【００６６】
[0076]ある実施形態によれば、プローブは、外面に実質的に非並行である。
【００６７】
[0077]ある実施形態によれば、プローブは、外面から離れるように配向される。任意であるが、プローブは、サンプルの外面の直角ベクトルから実質的に５５度の角度で配向される。
【００６８】
[0078]ある実施形態において、サンプルを物体から除去するときには、それを実質的に１２０度回転した後にサンプル支持体に装着する。
【００６９】
[0079]ニードル又はプローブを添付するための既知の技術が本発明に適している。ある実施形態によれば、ニードル又はプローブの尖端が、イオンビーム金属堆積によりサンプルに固定される。或いは又、ニードル又はプローブの尖端は、静電吸引によりサンプルに固定される。
【００７０】
[0080]プローブは、電子透過度像形成を行う前にサンプルから任意に取り外される。プローブ又はニードルを取り外す技術は、例えば、イオンビームミリングを含む。
【００７１】
[0081]ある実施形態によれば、上記像形成段階は、サンプルをサンプル支持体に位置させることを含み、前記プローブは、位置させた後にサンプルから取り外される。
【００７２】
[0082]ここに開示する方法では、いかなる形状の物体も適している。従って、ある実施形態では、実質的に円筒状であるウェハからサンプルが形成される。ある実施形態では、サンプルを形成して抽出するために、ウェハは、真空チャンバーに入れる前に予めクリーブされる。ある実施形態では、物体が実質的にプリズム状である。
【００７３】
[0083]サンプルを形成して像形成する方法であって、物体を真空チャンバーに入れる段階と、物体からサンプルを形成する段階と、サンプルの物体断面表面にマイクロ分析を受けさせる段階とを備え、上記形成及びマイクロ分析を、サンプルが真空チャンバーにある間に実行する方法がここに初めて開示される。
【００７４】
[0084]ある実施形態によれば、マイクロ分析は、イオンビーム及び電子ビームより成るグループから選択された粒子ビームをサンプルに受けさせることを含み、粒子ビームは、前記物体断面表面に実質的に直角に入射する。
【００７５】
[0085]サンプルを抽出し装着する方法がここに最初に開示される。ここに開示する方法は、サンプルが物体の物体断面表面を含むように物体からサンプルを形成する段階と、少なくとも１つのアパーチャーを含むサンプル支持体の表面に少なくとも１つのサンプルを位置させて、サンプルの物体断面表面がサンプル支持体の表面に実質的に平行になるようにする段階とを備えている。
【００７６】
[0086]ある実施形態によれば、サンプルは、更に、サンプルが物体から形成された同じ真空チャンバー内で電子透過度分析を受ける。或いは又、少なくとも１つのサンプルは、ロードステーション又はカセットに装着される。任意であるが、ロードステーション又はカセットは、電子透過度分析のための個別のツールへ運搬することができる。
【００７７】
[0087]ある実施形態によれば、サンプルの形成は、物体にくぼみを生じさせ、上記方法は、更に、そのくぼみに材料を堆積することを含む。
【００７８】
[0088]特定の実施形態によれば、堆積は、真空チャンバーにおいて実行される。特定の実施形態によれば、くぼみは、堆積された材料で完全に埋められる。特定の実施形態によれば、堆積は、収束イオンビーム堆積を含む。
【００７９】
[0089]理論で束縛することを望まないが、本発明の実施形態により提供される方法は、半導体ウェハへのダメージを最小にしながら、ウェハ断面の電子透過度を含む欠陥分析及びプロセス制御も許すことをここに開示する。更に、堆積材料でくぼみを任意に埋めることは、サンプリングプロセスによりウェハに生じるダメージを最小にすることもここに開示する。
【００８０】
[0090]真空チャンバー内で物体のサンプルを形成し、真空チャンバー内でサンプルを繰り返し薄くして像形成し、複数の像を形成する方法がここに初めて開示される。ここに開示する方法は、真空チャンバー内に物体を用意する段階と、真空チャンバー内で物体からサンプルを形成する段階と、サンプルの少なくとも一部分をイオンビームで薄くする段階と、薄くされたサンプルの像を形成する段階であって、前記サンプルの少なくとも一部分に電子ビームを受けさせる段階とを備えている。
【００８１】
[0091]ある実施形態では、前記像形成段階の少なくとも１つは、電子透過度分析を含む。
【００８２】
[0092]ある実施形態では、前記像形成段階の少なくとも１つは、二次電子、後方散乱電子、オージェ電子及び光子より成るグループから選択された粒子を検出することを含む。
【００８３】
[0093]ある実施形態では、サンプルは、第１像形成段階中の時間には電子透過度スレッシュホールドより厚く、次いで、サンプルは、前記その後の像形成段階中の時間には電子透過である。
【００８４】
[0094]ある実施形態では、少なくとも１つの像形成段階は、更に、サンプルの少なくとも一部分に光学顕微鏡法を受けさせることを含む。
【００８５】
[0095]ある実施形態では、薄くして像形成する段階は、前記電子顕微鏡試料の少なくとも一部分が前記薄くする段階により除去されるまで少なくとも一度繰り返される。
【００８６】
[0096]イオンビームでサンプルを薄くするためのいかなる既知の方法も、ここに開示する方法に適している。適切な方法は、サンプルに収束イオンビームを受けさせるもの、及びサンプルにイオン銃からのアルゴンイオンのビームを受けさせるものを含むが、これらに限定されない。
【００８７】
[0097]ある実施形態では、薄くする段階は、材料の選択的除去を含む。
【００８８】
[0098]理論で束縛することを望まないが、繰り返し薄くすること及びサンプルの電子透過度分析について述べる本発明の実施形態は、ウェハから除去する際に必ずしも電子透過でないサンプルにも適していることを開示する。本発明のこの実施形態は、特に効果的である。というのは、構造上より健全なサンプルは、ウェハから形成され又は除去される際に、割れのような機械的ダメージを受け難いからである。より安定したサンプルは、取り扱い易く、サンプル準備及び像形成の方法が自動化される実施形態に特に適している。
【００８９】
[0099]更に、ある実施形態では、像形成のための最適なサンプル厚みは前もって分からないことに注意されたい。従って、本発明の実施形態は、各々が異なるサンプル厚みを反映する複数の像を得るための方法を提供する。ある実施形態では、サンプルを薄くし像形成する別の仕方が自動的に遂行される。
【００９０】
[00100]特定の実施形態において、サンプルがサンプル支持体に装着されたときに、イオンビームミリング及び電子顕微鏡像形成の別の仕方がその場で遂行される。ある実施形態では、これは、それ以外で使用されるものより厚く且つより安定なサンプルの装着を許す。
【００９１】
[00101]本発明のある実施形態は、サンプル形成の前に物体又は半導体ウェハの予めのクリービングを除外するものではないが、本発明の技術は、サンプルを抽出する前にウェハを予めクリービングすることを必要とせず、又、サンプル形成プロセスの一部分として機械的ミリングを必要としない。ウェハを予めクリービングしない実施形態及び方法は、自動化し易く、従って、半導体製造の慣習に対する妨げを最小限にするようにして欠陥分析及びプロセス制御を行う。理論で束縛することを望まないが、本発明の方法を使用してウェハからサンプルを得ることは、ウェハへのダメージを最小限とし、ウェハのほとんどを無傷のままにし、且つ製造プロセスの全コストに対する欠陥分析の経済的衝撃を最小限にすることに注意されたい。
【００９２】
[00102]本発明者は、真空チャンバーと、物体からサンプルを形成するためのイオンビーム源と、形成されたサンプルを抽出し操作するためのロボットマニピュレータと、ツール内で物体から抽出されたサンプルの電子透過度分析を遂行するための電子顕微鏡装置とを備えたツールを初めて開示する。これまで、この自動ツールは、サンプルの取り扱いに関連した困難さ、より詳細には、電子透過サンプルを自動的に除去してそのサンプルを像形成のために装着する困難さのために、不可能であった。より詳細には、サンプルが形成された同じ真空チャンバーにおいてウェハからサンプル移送プロセスにより制限されない非常に小さな厚みにサンプルをミリングできるようなプロセスがないと、ここに開示するツールの製作が除外される。理論で束縛することを望まないが、本発明の実施形態の方法は、これらの困難さを克服することに注意されたい。
【００９３】
[00103]これら及び更に別の実施形態は、以下の詳細な説明及び実施例から明らかとなろう。
【発明の詳細な説明】
【００９４】
[00129]ここに述べる実施形態は、ここに述べる革新的技術の多数の効果的な使用の幾つかの例を与えるものと分類されるに過ぎないことを理解されたい。一般に、本出願の明細書でなされる説明は、必ずしも、特許請求の範囲に述べる種々の発明を何ら限定するものではない。更に、ある説明は、ある発明特徴に適用できるが、他のものには適用できない。
【００９５】
[00130]本発明の多数の実施形態によれば、ここに開示するサンプル形成のための方法は、物体の一部分を切削することで始まる。１つの特定の実施形態では、物体が半導体ウェハであるが、他の実施形態では、物体は、例えば、生物学的材料、マイクロメカニカルデバイス、薄膜、等を含む。
【００９６】
[00131]図１は、ターゲット位置１０６の付近で一部分を抽出すべき物体１０２を例示するもので、この物体１０２は、上面即ち外面１１２を含む。図１において、図示された物体１０２は、円筒形であるが、これに限定されず、本発明は、実質的に長方形のプリズム状の物体、不規則な大きさの物体、又は他の形状を含むいかなる形状の物体でも実施できる。ある実施形態では、物体１０２は、半導体ウェハである。多くの実施形態では、物体１０２は、円筒形状の半導体ウェハであり、図１に示された物体１０２の直径及び物体１０２の厚みの大きさは、正しいスケールではないことに注意されたい。このような多くの実施形態では、ウェハは、図１に示す以上に、直径に対して非常に薄い。
【００９７】
[00132]多くの実施形態では、最初の切削は物体１０２の上面を貫通する。特定の実施形態では、ターゲット位置１０６は、電子透過度分析を使用して更なる調査を保証する特定の当該特徴部の存在に基づいて選択される。これら特徴部は、例えば、多数の逐次堆積された層で作られたキャパシタやメモリセルの金属コンタクトのような欠陥半導体デバイスを含む。半導体産業では、このような欠陥デバイスは、通常、種々の表面及び電圧特徴部を使用した電気的欠陥サイトマップにより探索される。このような特徴部は、通常、ウェハのバルクへと貫通するマイクロ構造を有し、他のセル回路のような他のマイクロ構造によって包囲され得る。説明上、当該特徴部は、Ｚ及びＹ軸により定義されたＹ−Ｚ平面にあると仮定する。特徴部がＹ−Ｚ平面に含まれるので、Ｙ−Ｚ平面は、試料の準備において露出されるべき物体１０２の断面平面を定義する。
【００９８】
[00133]物体１０２の上面１１２には１つのターゲット位置１０６しか示されていないが、種々の実施形態では、２つ以上のターゲット位置１０６が存在し、それら複数のターゲット位置からサンプルが抽出されて像形成される。
【００９９】
[00134]特定の位置１０６を識別した後に、上面１１２を通して物体１０２を切削することによりサンプルが形成される。特定の要求ではないが、多数の実施形態では、切削技術は、イオンビームミリング技術、好ましくは、収束イオンビームミリング技術を含む。収束イオンビーム（ＦＩＢ）技術では、物体１０２又は物体１０２の小区分が試料ホルダ（図示せず）に装着されて、収束イオンビームミリングのために収束イオンビームチャンバー（図示せず）に便利に入れられる。ＦＩＢ技術を使用して物体１０２を切削する多数の実施形態では、本発明は、物体の他の部分が偶発的なダメージを受けないようなサンプル抽出方法を提供することに注意されたい。このような偶発的なダメージは、物体１０２が半導体ウェハである実施形態では、特にコストがかかる。
【０１００】
[00135]ＦＩＢは、単一ビームモデルでもよいし、二重ビームモデルでもよい。典型的なＦＩＢ器具は、ＳＥＭＶｉｓｉｏｎ（登録商標）Ｇ２ＦＩＢを含むアプライドマテリアルズ（カリフォルニア州、サンタクララのアプライドマテリアルズ）により製造されたもの、及びオレゴン州ヒルズボロのＦＥＩカンパニーからモデル２００、８２０、８３０又は８３５として入手できるものである。当業者は、シュメッシュ氏等の「System and Method for Directing a Miller」と題する米国特許第６，６７０，６１０号を参照されたい。
【０１０１】
[00136]図１に示されたＸ−Ｙ平面は、「物体平面」と称される。
【０１０２】
[00137]図２Ａから図２Ｃは、物体１０２の上面１１２を経て２本の実質的に平行なトレンチ１１０及び１０８を形成するイオンビームによりサンプル１０４が最初に形成される本発明の実施形態を示す。図２Ａにおいて、ベクトルＢは、イオンビームの入射ベクトルを表わし、一方、ベクトルＮは、サンプル１０４の外面１２４の外方の法線を表わす。ここで使用するサンプルの「外面」とは、物体１０２の上面１１２に対応してサンプルに添付された表面を指す。サンプル１０４がその後に物体１０２から除去されて回転されるときには、サンプル１０４に添付された外面１２４がサンプルと共に回転する。
【０１０３】
[00138]図２Ａ−図２Ｄに示す実施形態では、サンプル１０４が、２つの実質的に平行な壁をもつ薄いサンプルであるか、又はメンブレーン形状のサンプルであり、更に、サンプル１０４は、実質的に長方形のプリズムの形状をもつ領域を含む。ある実施形態では、Ｙ軸に沿ったこの長方形プリズムの巾が〜１５乃至２０μｍであり、Ｚ軸に沿ったこの長方形プリズムの深さが〜３乃至５μｍである。他の実施形態では、この長方形プリズムの深さが１０ミクロン以下であり、ある実施形態では、２０ミクロン以下であり、又、ある実施形態では、５０ミクロン以下である。
【０１０４】
[00139]サンプル１０４の一部分に電子透過度分析を受けさせるよう意図されたある実施形態では、Ｘ軸に沿った厚みが２０−１００ｎｍである。しかし、この厚み範囲は、これに限定されると解釈されるべきではない。というのは、本発明の実施形態は、物体から抽出されたサンプルを、そのサンプルが形成された同じ真空チャンバーにおいて薄くするための装置及び方法を提供するからである。従って、サンプル１０４の一部分に電子透過度分析を受けさせるよう意図されたある実施形態では、Ｘ軸に沿った厚みが１００ｎｍより大きく、１ミクロン程度の大きさのこともある。これらの実施形態では、サンプルは、その形成後であって、電子透過度分析の前に、薄くされる。理論で拘束されることを望まないが、サンプルが厚いほど、割れたり砕けたりするおそれが少なくなることに注意されたい。
【０１０５】
[00140]サンプル１０４に、電子透過度分析以外のマイクロ分析を受けさせるよう意図された実施形態では、サンプルは、Ｘ軸に沿っていかなる厚みでもよくなる。ある実施形態では、サンプル厚みは、１００ｎｍより大きい。
【０１０６】
[00141]上述したこれらの寸法は、単なる例示的な値であり、異なる寸法のサンプルも受け入れられることを理解されたい。
【０１０７】
[00142]図２Ｂに示すように、メンブレーン形状のサンプル１０４は、外面１２４と、近位物体断面表面１２０と、遠位物体断面表面１２２とを含む。ここで使用する「サンプル壁」とは、サンプル内に添付された外面に実質的に垂直にサンプル１０４に添付されたサンプルの表面である。サンプル壁は、例えば、近位物体断面表面１２０及び遠位物体断面表面１２２を含む。ある実施形態では、サンプル壁は、外面に隣接している。
【０１０８】
[00143]ある実施形態では、サンプルは、２つの実質的に平行な表面を有するセグメントで構成される。ここで使用する「物体断面表面」とは、平行なトレンチ１１０及び１０８の形成時にこれら平行なトレンチに実質的に平行にサンプルに添付されたサンプル壁である。物体断面表面は、例えば、近位物体断面表面１２０及び遠位物体断面表面１２２を含む。
【０１０９】
[00144]本発明のある実施形態によれば、サンプル壁、より詳細には、物体断面表面に、マイクロ分析を受けさせ、サンプル壁又は物体断面表面に電子ビームを受けさせてマイクロ分析像を形成するのが有用であることが本発明者により分かった。
【０１１０】
[00145]任意であるが、物体断面表面は、繰り返し薄くされてマイクロ分析され、露出された異なる物体断面表面を各々表わす複数の像が形成される。
【０１１１】
[00146]図２Ｂに示されたサンプル形成段階については、近位サンプル壁と遠位サンプル壁との間に基本的な相違がなく、サンプル形成方法は、この段階におけるサンプルの幾何学形状に何ら非対称性を要求しないことに注意されたい。従って、表面１２０及び１２２を「近位」及び「遠位」物体断面表面と表現することは、図２Ｂに示すサンプル形成段階については任意である。本発明のある実施形態によれば、近位物体断面表面１２０及び遠位物体断面表面１２２は、サンプル形成及び抽出プロセスにおけるその後の段階で異なる仕方で処理される。
【０１１２】
[00147]メンブレーン形状のサンプル１０４の形成に続いて、サンプル１０４は、その周囲の物体１０２から除去される。
【０１１３】
[00148]完全に形成されたサンプルを切削し、そのサンプルをウェハから除去するための種々の技術は、この分野で良く知られている。例えば、米国特許第６，７００，１２１号は、２つの隣接する平行なトレンチを形成することにより大きな物体からサンプルを切削するものであって、サンプルを大きな物体にテザーで接続した状態でサンプルを形成するものを開示している。サンプルは、その後、マイクロマニピュレータを使用して大きな物体から取り外される。この技術は、例えば、参考としてここにその全体を援用する米国特許第６，１８８，０７２号に開示されたものを含むが、これに限定されない。
【０１１４】
[00149]完全に形成されたサンプルを切削し、その後にそのサンプルを取り外すための更に別の技術が、参考としてここにその全体を援用する米国特許出願公告第２００２／０１２１６１４号に開示されており、これは、イオンビームを実質的に直角に入射させてウェハに第１カットを切削し、その後、イオンビームでウェハに第２カットを切削して、ターゲットをアンダーカットし、サンプルがウェハから完全に解除されるようにすることで、サンプルを分離し持ち上げる方法を開示している。サンプルは、プローブをサンプルに添付し、次いで、サンプルをプローブと共にウェハから分離することにより、ウェハから除去することができる。ウェハの一部分からサンプルを形成し、このサンプルをウェハから除去するためのこれらの開示された方法、及び当業者に知られた他の方法のいずれかを、本発明により使用できることを理解されたい。
【０１１５】
[00150]図２Ｃは、メンブレーン形状のサンプル１０４をアンダーカットするための方法を例示する。図２Ｃに示す実施形態では、ビームＢの入射角をシフトして、表面１１２から傾斜されるようにベクトルＢを配向し、長方形プリズムの下に楔１２６を形成する。近位物体断面表面１２０又は遠位物体断面表面１２２、或いはその両方の表面は、任意であるが、実質的に平行なトレンチ１１０及び１０８が形成された後に、ＦＩＢビームで研磨されてもよいことに注意されたい。
【０１１６】
[00151]微粒子ビームが入射する物体に対してそのビームを再配向するための異なる技術がこの分野で知られている。ある実施形態では、物体が回転及び傾斜可能なステージに位置され、このステージを回転及び／又は傾斜させることにより入射角を変化させる。ある実施形態では、ビーム源がイオンビームカラムであり、このビームカラムを回転又は傾斜させることで入射角を変化させる。例えば、微粒子ビームカラムの回転の開示は、参考としてここに援用する米国特許第５，３２９，１２５号に得られる。しかしながら、これに限定されるものではなく、ビームカラムを傾斜するためのこの分野で知られた他の技術も、本発明に適していることに注意されたい。
【０１１７】
[00152]又、既知の技術の組合せも、本発明に適していることに注意されたい。
【０１１８】
[00153]図２Ｄは、サンプル形成の次のステップ、即ちサンプル１０４を物体１０２に接続している２つの残留壁の一方１２１を切断するステップの斜視図である。図２Ｄに例示する実施形態では、薄い接続壁１２１がミリングビームの使用で切断される。ある実施形態によれば、薄い接続壁１２１は、Ｘ軸に対して角度θで任意に切断されることに注意されたい。θの値は、例えば、約０．０１°から約０．２°の範囲である。
【０１１９】
[00154]図２Ｄの実施形態に示すように、接続壁１２１が角度θで切断されると、近位物体断面表面１２０と遠位物体断面表面１２２との間の幾何学的対称性が破壊される。
【０１２０】
[00155]特定の実施形態において、サンプル除去の前に、プローブ又はニードルが、ウェハからサンプルを除去するためにサンプルに取り付けられる。ある実施形態では、物体１０２がステージ（図示せず）にのせられ、ニードル又はプローブが物体１０２に取り付けられると、ステージを下げることによりサンプルが除去される。
【０１２１】
[00156]適当なニードルは、例えば、ザ・マイクロマニピュレータ・コ・インク（ネバダ州カーソンシティ）から入手できることに注意されたい。
【０１２２】
[00157]図３Ａは、ＦＩＢと共に金属堆積を使用してサンプル１０４にニードル１２８が溶接されるシステムを例示する。溶接は、ニードル１２８をサンプル１０４に添付する１つの方法に過ぎず、静電吸引力又は接着剤を使用してニードル１２８を添付することを含む他の技術も、本発明の実施に適していることを理解されたい。
【０１２３】
[00158]ニードル１２８の並進及び回転運動は、人間のオペレータにより制御されてもよいし、或いはロボットコントローラにより制御されてもよい。
【０１２４】
[00159]特定の実施形態では、ニードルの位置は、真空又は大気圧マニピュレータを使用して制御される。本発明の方法が自動的に遂行される実施形態では、ニードルの動きがロボットコントローラにより制御される。ニードル又はプローブは、サンプル１０４の外面１２４上のいかなる位置にいかなる角度で取り付けられてもよいが、ニードル又はプローブをサンプル１０４に取り付ける特定の配向についてここに開示する。図３Ａ及び３Ｂは、ニードルの配向及び位置を例示している。従って、ある実施形態によれば、プローブ又はニードルは、それがサンプルの外面１２４に実質的に非平行となるようにしてサンプルの外面１２４に添付される。
【０１２５】
[00160]図３Ａ及び図３Ｂに示す実施形態では、プローブ又はニードル１２８は、外面１２４から離れるように配向されることに注意されたい。ある実施形態によれば、この配向は、外面１２４の中心１２５と、外面における前記プローブの投影を表わすベクトルとの間の最小距離が、外面１２４の中心１２５と、プローブ又はニードル１２８とサンプルの外面１２４との間の接触点１２７との間の距離により与えられることを意味する。ある実施形態によれば、プローブ又はニードル１２８は、サンプル１０４の外面１２４の法線ベクトルから実質的に５５度の角度に配向される。
【０１２６】
[00161]図３Ａ及び図３Ｂに示す実施形態では、接触点１２７においてプローブ又はニードルの方向に発生するプローブ又はニードルベクトルは、サンプル１０４に添付されたｘ−ｙ−ｚ軸に対して（１、１、１）方向に配向されることに注意されたい。取り付けられたニードルの（１、１、１）配向は、近位物体断面表面１２０と遠位物体断面表面１２２との間をもう一度区別することに注意されたい。
【０１２７】
[00162]ある実施形態では、プローブ又はニードルの配向は、物体１０２から除去するときのサンプル１０４の回転を容易にし、サンプル１０４がウェハ１０２から除去されたときに近位物体断面表面１２０が上を向くようにする。ある実施形態では、図３Ｃに示すように、回転が実質的に１２０度の回転である。
【０１２８】
[00163]図３Ｂは、プローブ又はニードルが取り付けられるときに、サンプル１０４を物体１０２に取り付けている第２の壁１２３が切断される本発明の実施形態を示す。ある実施形態では、第２の壁１２３の切断は、収束イオンビームで実行される。
【０１２９】
[00164]プローブ又はニードル１２８が取り付けられたサンプル１０４が切断されて物体１０２から取り外されるときに、サンプル１０４が物体１０２から除去される。ある実施形態では、この除去は、サンプル１０４を、添付されたプローブ１２８と共に物体から持ち上げることにより行われる。ある実施形態では、サンプル１０４の除去は、サンプルがプローブ又はニードル１２８に取り付けられている間に物体１０２がのせられたステージ（図示せず）を下げることにより実行される。
【０１３０】
[00165]図４Ａ及び図４Ｂには、サンプル１０４が物体１０２から抽出されて回転された後のサンプル１０４が一例として示されている。図４Ａ−Ｂに示されたメンブレーン形状のサンプル１０４は、Ｙ−Ｚ平面にビーム形状を有することに注意されたい。ビーム形状は本発明の要件ではないが、この形状は、サンプルに特別な安定性を吹き込み、サンプルの形成中、サンプルの除去中、又はサンプルの像形成中に、サンプルにクラックが生じたり折れたりする確率を下げることが理解される。オリジナルサンプル１０４が（図４Ａに示す軸に基づいてＸ方向に）薄過ぎる場合には、サンプルがより壊れ易いものとなり、ウェハから除去するとき又はその後に物理的なダメージを受けたり、このプロセスを自動化する努力に悪影響を及ぼしたりすることが理解される。一方、オリジナルサンプル１０４が厚過ぎる場合には、サンプルに電子を受けさせることが望まれる実施形態に対して、厚み次元（図４Ａに示すＸ次元）において電子透過度分析を許すためにサンプルを薄くするその後の努力を妨げることがある。ＦＩＢミリングを使用してサンプルをその後に薄くする実施形態の場合、最初に厚過ぎるサンプルは、電子透過度分析に適した厚みにサンプルをＦＩＢミリングするに必要な時間を付随的に増加させる。
【０１３１】
[00166]図５Ａに示すように、物体１０２からのサンプル１０４の抽出に続いて、サンプル１０４は、サンプル支持体１３４の上面１３０に添付される。ある実施形態では、サンプル１０４は、物体１０４から抽出され、プローブ又はニードル１２８に取り付けられ、更に、真空チャンバー内に懸架されるときに、イオンビームの下にある。その後、サンプル支持体１３４を保持するステージがサンプル１０４の下に運ばれ、サンプル支持体１３４の希望の位置にそれを下げることができる。
【０１３２】
[00167]図５Ａに示す実施形態では、サンプル１０４がサンプル支持体１３４に添付されて、サンプル１０４の外面１２４がサンプル支持体１３４の上面１３０に実質的に垂直になるようにし、これにより、サンプル１０４の断面のその後の電子透過度分析を許す。一実施形態では、サンプル１０４は、図４Ｂに示すように回転されて、サンプル支持体１３０に対するサンプル１０４の希望の配向を得る。
【０１３３】
[00168]任意であるが、サンプル１０４は、物体断面表面がサンプル支持体１３４の上面１３０に実質的に平行になるように回転される。ある実施形態では、サンプル１０４は、近位物体断面表面１２０がサンプル支持体１３４の上面１３０に実質的に平行になるように回転される。
【０１３４】
[00169]ある実施形態によれば、「サンプル支持体の表面に実質的に平行な」サンプルの物体断面は、せいぜい１０度の裕度内でサンプル支持体の表面に平行である。ある実施形態では、この裕度は、せいぜい５度である。ある実施形態では、この裕度は、せいぜい３度である。ある実施形態では、この裕度は、せいぜい１度である。
【０１３５】
[00170]特定の実施形態では、ニードル１２８又は他の適当なプローブは、サンプル１０４がサンプル支持体１３４に位置された後に除去される。
【０１３６】
[00171]サンプル１０４は、次いで、任意のマイクロ分析のために適当なサンプル支持体に任意に添付される。ある実施形態では、マイクロ分析は、透過度分析を含む。
【０１３７】
[00172]図５Ａ及び図５Ｂに示すように、サンプル支持体１３４は、少なくとも１つの任意のアパーチャー１３２を含み、電子ビームが電子透過度分析中にこれを通過することができる。特定の実施形態では、サンプル１０４は、その少なくとも一部分が１つのアパーチャー１３２に又はその上に来るようにサンプル支持体１３４の上面１３０に配置される。他の実施形態では、サンプル支持体が内実で、アパーチャーはない。
【０１３８】
[00173]特定の実施形態では、サンプル１０４は、サンプル支持体１３４に装着される間に電子透過度分析を受ける。従って、サンプル１０４は、その少なくとも一部分が１つのアパーチャー１３２に又はその上に来るようにサンプル支持体１３４の上面１３０に配置され、電子ビームがサンプル１０４及びアパーチャー１３２の両方の少なくとも一部分を横断するのを許す。
【０１３９】
[00174]図５Ｃに示すように、サンプル支持体１３４に装着するのに続いて、サンプル１０４は、粒子ビーム１４２、例えば、ビーム源１４０から放出される電子ビームや収束イオンビームのようなイオンビームを受ける。図５Ｃに示すように、電子ビームは、サンプル１０４の物体断面表面、例えば、近位物体断面表面１２０又は遠位物体断面表面１２２に実質的に直角に入射する。図５Ｃに示すように、電子ビームは、サンプル支持体１３４の上面１３０に実質的に垂直な線と同一直線状にある。
【０１４０】
[00175]ある実施形態によれば、電子透過度分析に関してサンプルの表面に「実質的に直角に入射する」電子ビームは、せいぜい５度の裕度内で表面の局部平面に直角に入射する。ある実施形態では、この裕度は、せいぜい３度である。ある実施形態では、この裕度は、せいぜい１度である。ある実施形態では、この裕度は、せいぜい０．５度である。
【０１４１】
[00176]ある実施形態によれば、表面分析に関してサンプルの表面に「実質的に直角に入射する」電子ビームは、せいぜい１０度の裕度内で表面の局部平面に直角に入射する。ある実施形態では、この裕度は、せいぜい５度である。ある実施形態では、この裕度は、せいぜい３度である。ある実施形態では、この裕度は、せいぜい１度である。
【０１４２】
[00177]ある実施形態によれば、サンプルを形成し又は薄くすることに関してサンプル又は物体の表面に「実質的に直角に入射する」収束イオンビームは、せいぜい１０度の裕度内で表面の局部平面に直角に入射する。ある実施形態では、この裕度は、せいぜい５度である。ある実施形態では、この裕度は、せいぜい３度である。
【０１４３】
[00178]サンプル支持体１３４は、少なくとも１つのこのようなアパーチャー１３２を含み、特定の実施形態では、サンプル支持体１３４は、多数のこのようなアパーチャー１３２を含み、２つ以上のサンプル１０４をサンプル支持体１３４に添付することができ、各サンプル１０４は、その一部分がアパーチャー１３２に又はその上に来るように添付される。２つ以上のサンプル１０４がサンプル支持体１３４に添付される実施例が図６に示されている。
【０１４４】
[00179]ある実施形態では、サンプル支持体に装着されるサンプルの密度は、１平方ミリメーター当たり約１００個のサンプルという大きさである。理論で束縛されるのを望まないが、ある実施形態では、複数のサンプルをサンプル支持体に装着することは、ツールからサンプル支持体を除去する必要なく異なるサンプルに対して単一のサンプル支持体を再使用するプロセスを容易にすることに注意されたい。
【０１４５】
[00180]図６の実施形態では、アパーチャー１３２によって占有されるサンプル支持体１３４の表面積は僅かな部分だけである。本発明がこれに限定されると解釈されるべきでない。内実の表面及び少なくともアパーチャーを含むいかなるサンプル支持体も、本発明に適している。他のサンプル支持体は、例えば、サンプル支持体の表面積の圧倒的多くがアパーチャーにより占有されるこの分野で良く知られたＴＥＭグリッドを含む。しかし、アパーチャーが占有するサンプル支持体の表面積が圧倒的多くより少ない場合には、内実の支持体の表面にサンプルを位置させるプロセスを自動化するのが一般に容易であることが認識される。
【０１４６】
[00181]図５−図６に示されたようにサンプル支持体１３４にサンプル１０４を装着する像は、本発明のある実施形態を示すに過ぎないことに注意されたい。或いは又、サンプル１０４は、物体断面表面がサンプル支持体１３４の上面１３０に実質的に平行である既に示された配向以外の幾何学的配向でサンプル支持体１３４に装着される。
【０１４７】
[00182]図７Ａ及び図７Ｂは、本発明のある実施形態に基づきサンプル支持体１３４に装着されたサンプル１０４を例示している。図７Ｃに示すように、サンプル支持体１３４への装着に続いて、サンプル１０４は、粒子ビーム１４２、例えば、ビーム源１４０から放出される電子ビームや収束イオンビームのようなイオンビームを受ける。図７Ｃに示すように、電子ビームは、サンプル１０４の物体断面表面、例えば、近位物体断面表面１２０又は遠位物体断面表面１２２に実質的に直角に入射する。図７Ｃに示すように、電子ビームは、サンプル支持体１３４の上面１３０に対して斜めの線と同一直線状にある。
【０１４８】
[00183]ある実施形態では、サンプルの少なくとも一部分に電子透過度分析を受けさせるのが望ましい。特定の実施形態では、近位物体断面表面１２０と遠位物体断面表面１２２との間の距離を厚みとする場合に、サンプル支持体１３４に添付されたメンブレーン形状のサンプル１０４が電子透過度分析にとって厚過ぎるときには、サンプル１０４が、サンプル支持体１３４に添付されている間に、好ましくはイオンビームミリング装置を使用して、適切な厚みにミリングされる。
【０１４９】
[00184]更に別の実施形態では、適切なサンプル厚みが前もって分からず、メンブレーン形状のサンプル１０４がサンプル支持体１３４に添付されている間に現場で決定することが必要になることがある。
【０１５０】
[00185]物体のサンプルを形成し、抽出し、その像を形成するための自動ツールであって、電子ビームの少なくとも一部分がサンプルの少なくとも一部分を横断するようにしてサンプルを像形成する電子顕微鏡装置を備えた自動ツールがここに初めて開示される。特に、欠陥分析及びプロセス制御に有用なツールが要望される半導体製造の分野において、イオンビームミリング装置及び電子透過度顕微鏡装置の両方を含むツールの要望が続いていることに注意されたい。
【０１５１】
[00186]ある実施形態では、この装置は、物体、及び任意であるが、得られたサンプルを支持するための１つ以上のステージを備えている。得られたサンプルがステージに支持されるある実施形態では、電子ビーム源及び電子検出器が、少なくとも１つのステージの上面の互いに反対側に位置される。ある実施形態では、この幾何学的構成は、ステージに位置されたサンプルを通過する電子の検出を行う。或いは又、この装置は、物体を支持するためのステージは含むが、サンプルを支持するためのステージは含まない。
【０１５２】
[00187]この装置においてサンプルが抽出される物体は、例えば、半導体ウェハを含むが、これに限定されない。ある実施形態では、少なくとも１つのステージは、シリコンウェハを支持するように適応される。ある実施形態では、少なくとも１つのステージは、物体を支持するための支持面を含み、この支持面は、サイズが少なくとも３００００ｍｍ２であり、２００ｍｍ以上のウェハを支持するに充分な大きさである。
【０１５３】
[00188]サンプルがステージに支持されない特定の実施形態では、サンプルは、ニードル又はプローブに取り付けられてそれにより支持されるときに、電子透過度分析を使用して像形成される。これら実施形態では、電子ビーム源と電子検出器は、サンプルが電子透過度分析を受ける間に置かれるべきエリアの互いに反対側になるように位置される。
【０１５４】
[00189]特定の実施形態では、このツールは、物体からイオンビームで形成されたサンプルを除去するためのニードル又はプローブを含むロボットマニピュレータも備えている。任意であるが、ロボットマニピュレータは、得られたサンプルを顕微鏡分析のために電子顕微鏡サンプル支持体に位置させるようにプログラムされる。
【０１５５】
[00190]図８Ａ−図８Ｅは、可動ステージ、ＦＩＢ装置、サンプルマニピュレータ装置、及び電子透過度分析のための電子顕微鏡装置を含む第１のマルチカラムツール３２２の、本発明のある実施形態による装置を示す等尺図及び等尺破断図である。図８Ａ−Ｅを参照すれば、第１のマルチカラムツール３２２は、ウェハ又はダイのような大きな物体からサンプルを形成するためのＦＩＢカラム３１０と、電子ビームの少なくとも一部分がサンプルを横断するようにしてサンプルに電子ビームを受けさせる電子ビーム源３０８と、横断する電子ビームの一部分から派生した電子を検出するための電子検出器３０６と、少なくとも１つのステージ３１２と、形成されたサンプルを抽出し操作するためのロボットマニピュレータ３２０とを備えていることが明らかである。ここに例示する実施形態では、少なくとも１つのステージ３１２、ＦＩＢカラム３１０、電子ビーム源３０８、電子検出器３０６、及びロボットサンプルマニピュレータ３２０は、コンポーネントを収容するための真空チャンバー３０４内に部分的に又は完全に配置される。
【０１５６】
[00191]ある実施形態では、ステージは、３つまでの次元で並進移動可能であり、回転軸（図示せず）を備えている。任意であるが、ステージ３１２は、該ステージ３１２に位置されたウェハを傾斜させるための傾斜軸を備えている。
【０１５７】
[00192]特定の実施形態では、物体がステージ３１２にのせられ、このステージは、図８Ｃ−図８Ｄに示すように、任意のオリフィス３５８を備えている。任意であるが、電子検出器３０６の一部分がオリフィス３５８を通して突出する。
【０１５８】
[00193]ステージ３１２は、任意であるが、可動であり、より詳細には、並進移動可能で且つ回転可能である。ある実施形態では、ステージは、モーターに作動的に接続される。図８Ｂ、図８Ｃ及び図８Ｅに示すように、可動のステージは、トラック３４０に装着される。ある実施形態では、サンプルが電子透過度分析を受ける間にサンプル支持体に任意に位置されたサンプルを支持するために、ステージ３１２及びサンプル支持キャリア３５０も使用される。図８に示すように、サンプル支持キャリア３５０は、ステージ３１２のオリフィス３５８内に配置される。
【０１５９】
[00194]ある実施形態では、ステージ３１２は、２００ｍｍ以上のウェハ３３６を支持するように構成された上面又は支持面３６０を備えている。
【０１６０】
[00195]ある実施形態では、ステージ３１２は、表面積が少なくとも３００００平方ミリメーターの上面又は支持面３６０を備えている。
【０１６１】
[00196]任意であるが、ＦＩＢカラム３１０及び／又は電子ビームカラム３０８は、ステージ３１２に対して傾斜することができる。
【０１６２】
[00197]サンプルが電子透過度分析を受けている間にサンプルを支持するタスクに対してステージ３１２以外の第２のステージ（図示せず）でも適していることが明らかである。任意であるが、第２のステージは、傾斜することができる。
【０１６３】
[00198]サンプルを支持するための第２のステージは、真空内に完全に又は部分的にあるマニピュレータでよい。
【０１６４】
[00199]図８Ｄに示すように、装置は、複数のサンプル支持体に対する任意のホルダー３３８を含む。
【０１６５】
[00200]図８Ｂ、図８Ｅに示すように、サンプルマニピュレータ３２０は、ニードル又はプローブ３４２を含む。
【０１６６】
[00201]図８Ａ−図８Ｅに示すように、装置は、イオン検出器又は電子検出器のような任意のＦＩＢ検出器３３０を備えている。
【０１６７】
[00202]図８Ａ−図８Ｅに示すように、単一の電子ビーム源３０８は、電子を放出し、これら電子は、電子透過度検出器３０６、及び任意の後方散乱及び／又は二次電子検出器３３４、例えば、ＳＥＭ検出器によって検出される。しかしながら、ある実施形態では、２つ以上の電子ビーム源３０８が存在することが明らかである。ある実施形態では、電子ビーム源３０８は、ＳＥＭカラムである。ある実施形態では、電子ビーム源３０８がＳＥＭカラムで、サンプルを切削する役割を任意に演じる。
【０１６８】
[00203]図８Ａ−図８Ｅに示すように、電子ビーム源３０８と電子透過度検出器３０６は、像形成されるべきサンプルの互いに反対側に位置される。図８Ｄに示すように、電子ビーム源３０８と電子透過度検出器３０６が位置されるのは、装着されたサンプルを保持するサンプル支持体を支持しているサンプル支持キャリア３５０の互いに反対側であると共に、ステージ３１２の上面３６０の互いに反対側でもある。
【０１６９】
[00204]これに対して、図８Ｅから明らかなように、任意のＳＥＭ検出器３３４は、電子ビーム源３０８と同じ、ステージ３１２の側にある。
【０１７０】
[00205]これは、図８Ａ−図８Ｅに示された実施形態に適しているが、この幾何学形状は、特に、サンプルが、ステージではなく、取り付けられたプローブ又はニードルにより支持されている間に電子透過度分析を受けるような実施形態に本発明を限定するものではない。これらの実施形態では、電子透過度分析の時間中に、電子ビーム源３０８により与えられた電子ビームが電子検出器３０６で検出されるべきサンプルの少なくとも一部分を横断できるように分析サンプルが置かれる位置の互いに反対側に電子ビーム源３０８と電子検出器３０６を位置させる必要があることが明らかであろう。
【０１７１】
[00206]ある実施形態では、装置は、２つ以上の後方散乱及び／又は二次電子検出器３３４、及び／又は２つ以上の電子透過度検出器３０６を含むことが明らかである。ある実施形態では、装置は、任意の光学顕微鏡装置（図示せず）を含む。又、ある実施形態では、装置は、Ｘ線を検出するように任意に構成された任意の光子検出器（図示せず）を含む。
【０１７２】
[00207]ある実施形態では、電子ビーム源３０８は、ＳＥＭカラムであり、電子透過度検出器３０６は、ＳＴＥＭ検出器である。他の実施形態では、電子透過度検出器３０６は、ＴＥＭ検出器である。
【０１７３】
[00208]図８Ｅに示すように、ステージ３１２は、ＦＩＢ切削ゾーンにある。ある実施形態では、電子透過度検出器３０６は、引っ込め可能であり、図８に示すように、電子透過度検出器３０６は、ステージをＦＩＢ切削ゾーンへ移動する前に引っ込められる。
【０１７４】
[00209]特定の実施形態では、第１のマルチカラムツール３２２は、イオンビーム源３１０、電子ビーム源３０８、電子検出器３０６、可動ステージ３１２、二次顕微鏡装置（図示せず）、及びロボットマニピュレータ３２０より成るグループから選択された少なくとも１つの装置に作動的に結合されるプロセッサ及びメモリを含むコントローラ（図示せず）も備えている。特定の実施形態では、コントローラ（図示せず）は、イオンビーム源３１０、電子ビーム源３０８及びロボットマニピュレータ３２０に作動的に結合される。特定の実施形態では、コントローラ（図示せず）は、装置に任意に含まれる他のマイクロ分析装置を制御するように動作する。
【０１７５】
[00210]ある実施形態では、プロセスコントローラは、可動ステージ３１２のような少なくとも１つのステージの並進移動及び／又は回転を制御するように動作する。
【０１７６】
[00211]ある実施形態では、第１のマルチカラムツール３２２は、更に、ＥＤＸ分析に対して任意のオージェ電子検出器（図示せず）及び／又はＸ線検出器（図示せず）を備えている。
【０１７７】
[00212]ある実施形態では、プロセスコントローラは、サンプルを形成し、サンプルを回転し、サンプルをサンプル支持体上に位置させる方法、及びここに開示するサンプルマイクロ分析をツールで実行するようにプログラムされる。
【０１７８】
[00213]図９Ａ−図９Ｃは、本発明のある実施形態によるＸ−Ｙ−Ｚ−Θロボットサンプルマニピュレータ３２０を例示する。図９Ａ−９Ｃに示すロボットマニピュレータ３２０は、図８Ａ−図８Ｅ及び図１０Ａ−図１０Ｆに示すマルチカラムツール３２２及び３６２に適しているが、図９Ａ−図９Ｃに示すロボットマニピュレータ３２０は、一例として設けられたもので、これに限定されると解釈されるべきでないことが明らかであろう。
【０１７９】
[00214]図９Ａ−図９Ｃに示すツール軸と、先に述べた物体及び／又は抽出されたサンプル内に添付される軸との間には接続がないことに注意されたい。更に、図９Ａ−９Ｃに示すロボットサンプルマニピュレータに対して変更を行うことができ、従って、これらの図は、単なる例示で、これに限定されるものではないことを理解されたい。
【０１８０】
[00215]図９Ａ−図９Ｃに示すように、ロボットサンプルマニピュレータは、回転軸５０２に位置された柔軟なベロー５０８内の回転シャフト５１２を備えている。柔軟なベロー５０８は、真空シールを維持しながら回転シャフトの軸方向及び横方向移動を許す。回転メカニズムは、回転ベアリング及びシールを含む。
【０１８１】
[00216]回転軸の端部には、ニードル又はプローブ１２８がある。ある実施形態では、ニードルは、形成されたサンプルを物体から抽出するのに使用できる。
【０１８２】
[00217]図９Ａ−図９Ｂに示すように、回転軸５０２は、マニピュレータベース５０４に対する法線から実質的に５５度に配向される。
【０１８３】
[00218]図９Ｃは、Ｘ−Ｙ−Ｚ−Θロボットサンプルマニピュレータの断面図である。このサンプルマニピュレータは、真空シール表面５１４を含む。
【０１８４】
[00219]図１０Ａ−図１０Ｆは、本発明のある実施形態により物体のサンプルを抽出し、そのサンプルに表面分析を受けさせる第２のマルチカラムツール３６２の等尺図及び等尺破断図である。
【０１８５】
[00220]図１０Ａ−図１０Ｆを参照すれば、この第２のマルチカラムツール３６２は、ウェハ又はダイのような大きな物体からサンプルを形成するためのＦＩＢカラム３１０と、サンプルの表面から電子ビームを散乱させるための電子ビーム源３０８Ｂと、少なくとも１つのステージ３１２Ｂと、形成されたサンプルを抽出し操作するためのロボットマニピュレータ３２０と、ＥＤＸ装置３６４と、オージェ電子検出器３６６とを備え、これらは、全て、コンポーネントを収容するための真空チャンバー３０４内に部分的に又は完全に配置される。図１０Ａ−Ｆに例示されたマルチカラムツール３６２は、ＥＤＸ３６４及びオージェ電子検出器３６６の両方を含むが、本発明のある実施形態では、マルチカラムツールにＥＤＸ３６４及びオージェ電子検出器３６６の一方しか設けられないことが明らかである。
【０１８６】
[00221]ある実施形態では、ステージ３１２Ｂは、３つまでの次元で並進移動可能であり、回転軸（図示せず）を備えている。更に、ステージ３１２は、そのステージ３１２Ｂに位置された物体又はサンプルを傾斜させるための傾斜軸も備えている。
【０１８７】
[00222]特定の実施形態では、任意に移動可能で、特に、並進移動及び回転可能なステージ３１２Ｂに物体がのせられる。ある実施形態では、ステージがモーターに作動的に接続される。図１０Ｂ−図１０Ｆに示すように、可動ステージは、トラック３４０に装着される。ある実施形態では、ステージ３１２は、２００ｍｍ以上のウェハ３３６を支持するように構成された支持面３６０を備えている。
【０１８８】
[00223]ある実施形態では、ステージ３１２は、表面積が少なくとも３００００平方ミリメーターの支持面３６０を備えている。
【０１８９】
[00224]任意であるが、ＦＩＢカラム３１０及び／又は電子ビームカラム３０８は、ステージ３１２に対して傾斜することができる。
【０１９０】
[00225]物体又はウェハを支持するためのステージ３１２Ｂ以外の第２のステージ（図示せず）も、サンプルに表面分析を受けさせる間にサンプルを支持するタスクに適していることが明らかであろう。サンプルを支持する第２のステージは、完全に又は部分的に真空中に入れられたマニピュレータでよい。
【０１９１】
[00226]図１０Ｃ−図１０Ｆに示すように、装置は、複数のサンプル支持体のための任意のホルダー３３８を備えている。
【０１９２】
[00227]図１０Ｂ−図１０Ｅに示すように、ロボットサンプルマニピュレータ３２０は、ニードル又はプローブ３４２を備えている。
【０１９３】
[00228]図１０Ｂ−図１０Ｃに示すように、装置は、イオン検出器又は電子検出器のような任意のＦＩＢ検出器３３０を備えている。
【０１９４】
[00229]マルチカラムツール３６２は、ウェハ誘導のためにＳＥＭ検出器３３４を備えている。
【０１９５】
[00230]図１０Ｅに示すように、ロボットマニピュレータのニードル又はプローブ３４２でウェハ３３６からサンプル１０４を抽出した後に、サンプルは、電子ビーム源３０８Ｂと、オージェ電子検出器３６６及びＥＤＸ装置３６４のＸ線検出器の少なくとも一方とを使用して表面マイクロ分析を行うために、サンプル支持体１３４Ｃにのせられる。
【０１９６】
[00231]特定の実施形態では、第２のマルチカラムツール３６２は、プロセッサ及びメモリを含むコントローラ（図示せず）も備えている。
【０１９７】
[00232]ある実施形態では、プロセスコントローラは、サンプルを形成し、サンプルを回転し、サンプルをサンプル支持体上に位置させる方法、及びここに開示するサンプル表面マイクロ分析をツールで実行するようにプログラムされる。
【０１９８】
[00233]図１０Ａ−図１０Ｆに示すように、第２のマイクロカラムツール３６２は、電子透過度分析装置がないが、このような任意の電子透過度分析装置をツール３６２に追加できることが理解されよう。
【０１９９】
[00234]図１１は、本発明のある実施形態によりサンプルを得てこのサンプルをサンプル支持体に位置させる方法を示すフローチャートである。ある実施形態によれば、図１１に示す方法は、図８Ａ−図８Ｅのマルチカラムツール３２２又は図１０Ａ−図１０Ｆのマルチカラムツール３６２の真空チャンバー３０４のような単一の真空チャンバーにおいて実行される。従って、これら実施形態によれば、物体断面表面（１２０又は１２２）を有するサンプル１０４は、最初に、ＦＩＢカラム３１０からの収束イオンビームでウェハから形成される（４００）。その後、ニードル又はプローブ１２８がサンプル１０４に取り付けられる（４０２）。ある実施形態では、この取り付け４０２は、ＦＩＢカラム３１０からの収束イオンビームで行われる。
【０２００】
[00235]サンプル１０４は、次いで、物体１０２から除去され（４０４）、サンプルの外面１２４がサンプル支持体１３４の上面１３０に実質的に垂直となるようにサンプル支持体１３４に対して配向される（４０６）。任意であるが、サンプル１０４は、物体断面表面がサンプル支持体１３４の上面１３０に実質的に平行となるように回転される。ある実施形態では、サンプル１０４は、近位物体断面表面１２０がサンプル支持体１３４の上面１３０に実質的に平行となるように回転される。
【０２０１】
[00236]次いで、サンプル支持体１３４を保持するステージ３１２のようなステージが、ニードル又はプローブ１２８によりサンプルを支持しながら、サンプルの下に配置される（４０７）。ある実施形態では、ステップ４０６がステップ４０７に先行する。或いは又、ステップ４０７がステップ４０６に先行する。
【０２０２】
[00237]ある実施形態では、サンプル支持体１３４は、ステージ３１２により支持される。
【０２０３】
[00238]次いで、サンプル１０４は、ロボットマニピュレータ３２０でサンプル支持体１３４に装着され（４０８）、次いで、ＦＩＢカラム３１０からの収束イオンビームで取り付け又は溶接される（４１０）。
【０２０４】
[00239]ある実施形態では、単一ツール又は真空チャンバー内で形成されたサンプルは、その単一ツール又は真空チャンバー内で繰り返しマイクロ分析を受けると共に薄くされることに注意されたい。
【０２０５】
[00240]図１２Ａ−図１２Ｄは、本発明のある実施形態により単一ツールにおいてサンプルを形成し、サンプルを再々薄くしてマイクロ分析するための反復方法を示す種々の実施形態のフローチャートである。図１２Ａ−図１２Ｄに示す実施形態によれば、形成されたサンプルは、単一の真空チャンバー内に位置されたまま、マイクロ分析を受けて薄くされることが交互に行われ、異なる厚みのサンプルのマイクロ分析から各々導出される一連の像を発生する。ある実施形態では、サンプルは、それが像形成される同じ真空チャンバー内で大きな物体から形成された後に、繰り返し薄くされて像形成される。
【０２０６】
[00241]図１２Ａ−図１２Ｄに示すプロセスは、ここに述べる本発明の他の態様とは独立して使用できることを理解されたい。特定の実施形態では、サンプルがサンプル支持体に添付され、そこで、像形成されて薄くされることが交互に行われる。特定の実施形態では、このプロセスは、ＦＩＢ及び電子顕微鏡装置の両方を含んでいて電子透過度分析を行うことのできる単一のツールで実行される。
【０２０７】
[00242]ある実施形態では、サンプルを再々薄くすることは、収束イオンビームがサンプルの物体断面表面に実質的に直角に入射するようにサンプルに収束イオンビームを受けさせることを含む。
【０２０８】
[00243]ある実施形態では、マイクロ分析は、電子透過度分析を含む。
【０２０９】
[00244]ある実施形態では、マイクロ分析は、二次電子の検出、後方散乱電子の検出、及びＸ線を含む光子の検出より成るグループから選択された少なくとも１つのプロセスを含む。
【０２１０】
[00245]１つのツールにおいてこのプロセスを実行することで、２つの異なるツール間でサンプルを前後に移送する必要性が排除され、図１２Ａ−図１２Ｄに示されたプロセスの自動化が許される点に注意されたい。
【０２１１】
[00246]図１２Ａ−図１２Ｄは、本発明の実施形態を示すフローチャートである。このプロセスは、真空チャンバーにおいてサンプルを形成することで始まる（６０２）。図１２Ａに示すように、サンプルが形成された後に、表面分析を行い（６０４）、且つ薄くすることで表面を除去する（６０６）という反復プロセスを受ける。ある実施形態では、表面分析６０４は、サンプルの表面からの散乱電子に関連したプロセス、例えば、ＳＥＭ、ＥＤＸ及びオージェ電子の検出を含む。任意であるが、サンプルは、光学顕微鏡法を受ける。ある実施形態では、表面分析６０４のときに、二次電子検出のためにサンプルが厚いものである。ある実施形態によれば、表面分析６０４のときに、マイクロ分析されるサンプルの下に検出器は必要とされない。
【０２１２】
[00247]サンプルを薄くするためのいかなる既知の方法も、本発明に適していることに注意されたい。ある実施形態では、サンプルは、収束イオンビームを使用して薄くされる（６０６）。ある実施形態では、薄くすることによる表面の除去は、スパッタリングアルゴンイオンビームにより行われる。
【０２１３】
[00248]薄くすることによる表面の除去６０６が適当な回数繰り返された後に、サンプルは、電子透過度分析に充分なほど薄くなる。サンプルが電子透過度分析に充分なほど薄くなる「電子透過度スレッシュホールド」は、特定の厚み数値に関して定義されないことを理解されたい。というのは、この数値は、電子ビーム源のエネルギー、電子透過度分析を受ける材料の性質、等々の多数のファクタに依存するからである。理論で束縛されるのを望まないが、ある場合には、サンプルを薄くして電子透過度スレッシュホールドと同程度の大きさの厚みにすることで、電子透過度分析像の解像度を改善することができる。
【０２１４】
[00249]サンプルが充分に薄くされると、電子透過度分析６０８を受ける。ある実施形態では、透過度分析６０８の段階中に、分析されるサンプルの下に検出器が必要とされる。更に、データ収集ステップ６１０Ａ−Ｄは、図１２Ａ−Ｄにおいて最終的なステップとして示されているが、図示されたプロセス全体にわたってデータが収集されてもよいことを理解されたい。
【０２１５】
[00250]ここに例示する１つの実施形態では、サンプルの像形成される部分は、半導体ウェハのような物体の断面を表わす。
【０２１６】
[00251]ある実施形態では、サンプルは、２つ以上の形式のマイクロ分析を受ける。更に、ここに開示する方法は、電子透過度分析に適用できるが、これに限定されず、ある実施形態では、電子透過度分析以外のマイクロ分析技術が使用される。
【０２１７】
[00252]ある実施形態では、薄くすることは、サンプルの表面からある材料を選択的に除去するＦＩＢを使用することを含む。従って、ここに例示する実施形態では、ＦＩＢイオンミリングは、キセノンジフルオライドのような相互作用種を導入することを含む。
【０２１８】
[00253]図１２Ｂは、サンプルを再々薄くし且つ像形成する反復プロセスの別の実施形態を示す図である。図１２Ｂに示す実施形態では、マイクロ分析の単一ステップ６１２は、表面分析及び透過度分析の両方を含む。
【０２１９】
[00254]図１２Ｃは、マイクロ分析が透過度分析しか含まない実施形態を示している。
【０２２０】
[00255]図１２Ｄは、マイクロ分析が表面分析のみを含み、透過度分析は除外する実施形態を示す。
【０２２１】
[00256]図１３は、本発明のある実施形態によりサンプルを薄くするところを示す図である。
【０２２２】
[00257]任意であるが、ここに述べる方法及び装置を使用して準備された少なくとも１つのサンプルは、サンプル支持体に位置され、ツールから移送され、ロードステーションへロードされる。図１４は、異なるサンプル配送オプションを示すフローチャートである。一実施形態によれば、形成されたサンプル６０２は、表面分析のためにアンロードされる（６３０）。任意であるが、サンプルは、マイクロ分析を行いながら薄くされる（６３６）か、又はマイクロ分析を行わずに薄くされ（６３２）、その後、表面及び／又は透過度分析のためにアンロードされる（６３４）。ある実施形態では、ロードステーションへロードして移送することが自動化されると共に、ロボットアーム（図示せず）により制御され、サンプル支持体に装着されたサンプルを得るための完全自動化プロセスが提供される。
【０２２３】
[00258]本発明の説明及び特許請求の範囲において、「備える」、「含む」及び「有する」という各動詞及びその同根語は、その動詞の目的語（１つ又は複数）が必ずしもその動詞の主語（１つ又は複数）のメンバー、コンポーネント、エレメント又はパーツの完全なリストでないことを指示するのに使用される。
【０２２４】
[00259]本発明は、その実施形態を一例として詳細に説明したが、本発明の範囲を何ら限定するものではない。ここに述べた実施形態は、異なる特徴を含むが、その全てが本発明の全ての実施形態に必要とされるのではない。本発明のある実施形態は、幾つかの特徴のみを使用し、或いはそれら特徴の考えられる組合せを使用する。当業者であれば、ここに説明した本発明の実施形態、及びここに説明した実施形態で注目した特徴の異なる組合せを含む本発明の実施形態を変更することができよう。本発明の範囲は、特許請求の範囲のみによって限定される。
【図面の簡単な説明】
【０２２５】
【図１】サンプルを得るべきウェハの斜視図である。
【図２Ａ】サンプル形成の実施形態を示す斜視図である。
【図２Ｂ】サンプル形成の実施形態を示す断面図である。
【図２Ｃ】サンプル形成の実施形態を示す断面図である。
【図２Ｄ】サンプル形成の実施形態を示す斜視図である。
【図３Ａ】サンプルに取り付けるプローブの実施形態を示す斜視図である。
【図３Ｂ】サンプル形成の実施形態を示す斜視図である。
【図３Ｃ】（１、１、１）のニードル配向を伴う種々の回転角を示す図である。
【図４Ａ】ウェハから抽出された後のサンプルを例示する斜視図である。
【図４Ｂ】回転された後のサンプルを例示する斜視図である。
【図５Ａ】サンプル支持体に位置されたサンプルを例示する斜視図である。
【図５Ｂ】サンプルからプローブを取り外した後にサンプル支持体に位置されたサンプルを例示する斜視図である。
【図５Ｃ】サンプル支持体に位置される間に粒子ビームを受けるサンプルを例示する等尺図である。
【図６】２つ以上のサンプルがサンプル支持体に位置された実施形態を例示する斜視図である。
【図７Ａ】サンプル支持体に位置されたサンプルを例示する等尺図である。
【図７Ｂ】サンプル支持体に位置されたサンプルを例示する等尺図である。
【図７Ｃ】サンプル支持体に位置される間に粒子ビームを受けるサンプルを例示する等尺図である。
【図８Ａ】本発明のある実施形態によりサンプルを形成し、次いで、その形成されたサンプルの電子透過度分析を行うツールを例示する等尺図である。
【図８Ｂ】本発明のある実施形態によりサンプルを形成し、次いで、その形成されたサンプルの電子透過度分析を行うツールの等尺破断図である。
【図８Ｃ】本発明のある実施形態によりサンプルを形成し、次いで、その形成されたサンプルの電子透過度分析を行うツールの等尺破断図である。
【図８Ｄ】本発明のある実施形態によりサンプルを形成し、次いで、その形成されたサンプルの電子透過度分析を行うツールの等尺破断図である。
【図８Ｅ】本発明のある実施形態によりサンプルを形成し、次いで、その形成されたサンプルの電子透過度分析を行うツールの等尺破断図である。
【図９Ａ】本発明のある実施形態によりＸ−Ｙ−Ｚ−Θロボットサンプルマニピュレータを示す図である。
【図９Ｂ】本発明のある実施形態によりＸ−Ｙ−Ｚ−Θロボットサンプルマニピュレータを示す図である。
【図９Ｃ】本発明のある実施形態によりＸ−Ｙ−Ｚ−Θロボットサンプルマニピュレータを示す図である。
【図１０Ａ】本発明のある実施形態によりサンプルを形成し、次いで、その形成されたサンプルの表面分析を行うツールを例示する等尺図である。
【図１０Ｂ】本発明のある実施形態によりサンプルを形成し、次いで、その形成されたサンプルの表面分析を行うツールを例示する等尺破断図である。
【図１０Ｃ】本発明のある実施形態によりサンプルを形成し、次いで、その形成されたサンプルの表面分析を行うツールを例示する等尺破断図である。
【図１０Ｄ】本発明のある実施形態によりサンプルを形成し、次いで、その形成されたサンプルの表面分析を行うツールを例示する等尺破断図である。
【図１０Ｅ】本発明のある実施形態によりサンプルを形成し、次いで、その形成されたサンプルの表面分析を行うツールを例示する等尺破断図である。
【図１０Ｆ】本発明のある実施形態によりサンプルを形成し、次いで、その形成されたサンプルの表面分析を行うツールを例示する等尺破断図である。
【図１１】本発明のある実施形態によりサンプルを形成し、装着するところを示すフローチャートである。
【図１２Ａ】本発明のある実施形態によりサンプルを形成し、サンプルを再々薄くしてマイクロ分析を行う反復方法の実施例を示すフローチャートである。
【図１２Ｂ】本発明のある実施形態によりサンプルを形成し、サンプルを再々薄くしてマイクロ分析を行う反復方法の実施例を示すフローチャートである。
【図１２Ｃ】本発明のある実施形態によりサンプルを形成し、サンプルを再々薄くしてマイクロ分析を行う反復方法の実施例を示すフローチャートである。
【図１２Ｄ】本発明のある実施形態によりサンプルを形成し、サンプルを再々薄くしてマイクロ分析を行う反復方法の実施例を示すフローチャートである。
【図１３】本発明のある実施形態によりサンプルを薄くするところを示す図である。
【図１４】種々のサンプル配送オプションを示すフローチャートである。
【符号の説明】
【０２２６】
１０２…物体、１０４…サンプル、１０６…ターゲット位置、１０８、１１０…トレンチ、１１２…上面又は外面、１２０…近位物体断面表面、１２１…接続壁、１２２…遠位物体断面表面、１２４…外面、１２６…楔、１２８…プローブ又はニードル、１３０…上面、１３２…アパーチャー、１３４…サンプル支持体、１４０…ビーム源、１４２…粒子ビーム、３０４…真空チャンバー、３０６…電子検出器、３０８…電子ビーム源、３１０…ＦＩＢカラム、３１２…ステージ、３２０…ロボットマニピュレータ、３２２…第１のマルチカラムツール、３３０…ＦＩＢ検出器、３３４…ＳＥＭ検出器、３３６…ウェハ、３４０…トラック、３５０…サンプル支持キャリア、３５８…オリフィス、３６０…上面、３６２…第２のマルチカラムツール、３６４…ＥＤＸ装置、３６６…オージェ電子検出器、５０２…回転軸、５０４…マニピュレータベース、５０８…柔軟なベロー、５１２…回転シャフト、５１４…真空シール面
【図１】
2006100788.tif 000002
【図２Ａ】
2006100788.tif 000003
【図２Ｂ】
2006100788.tif 000004
【図２Ｃ】
2006100788.tif 000005
【図２Ｄ】
2006100788.tif 000006
【図３Ａ】
2006100788.tif 000007
【図３Ｂ】
2006100788.tif 000008
【図３Ｃ】
2006100788.tif 000009
【図４Ａ】
2006100788.tif 000010
【図４Ｂ】
2006100788.tif 000011
【図５Ａ】
2006100788.tif 000012
【図５Ｂ】
2006100788.tif 000013
【図５Ｃ】
2006100788.tif 000014
【図６】
2006100788.tif 000015
【図７Ａ】
2006100788.tif 000016
【図７Ｂ】
2006100788.tif 000017
【図７Ｃ】
2006100788.tif 000018
【図８Ａ】
2006100788.tif 000019
【図８Ｂ】
2006100788.tif 000020
【図８Ｃ】
2006100788.tif 000021
【図８Ｄ】
2006100788.tif 000022
【図８Ｅ】
2006100788.tif 000023
【図９Ａ】
2006100788.tif 000024
【図９Ｂ】
2006100788.tif 000025
【図９Ｃ】
2006100788.tif 000026
【図１０Ａ】
2006100788.tif 000027
【図１０Ｂ】
2006100788.tif 000028
【図１０Ｃ】
2006100788.tif 000029
【図１０Ｄ】
2006100788.tif 000030
【図１０Ｅ】
2006100788.tif 000031
【図１０Ｆ】
2006100788.tif 000032
【図１１】
2006100788.tif 000033
【図１２Ａ】
2006100788.tif 000034
【図１２Ｂ】
2006100788.tif 000035
【図１２Ｃ】
2006100788.tif 000036
【図１２Ｄ】
2006100788.tif 000037
【図１３】
2006100788.tif 000038
【図１４】
2006100788.tif 000039
【外国語明細書】
2006100788000001.pdf