(57)【要約】【課題】より明瞭な観察又は分析を可能にする試料、試料作製方法及び試料作製装置を提供すること。【解決手段】試料作製方法は、一方の側に切欠部３０ａを有し、試料２０を支持する支持基板３０を作製する支持基板作製工程と、試料２０のコンタクト側が支持基板の一方の側を向き、平面投影面において試料２０の一部が切欠部３０ａの断面に重なるように試料２０と支持基板３０とを接合する接合工程と、試料２０の面１０ｂ側（基板側）から集束イオンビームを照射して、切欠部と重なった部分において、コンタクトの延在方向に沿うように試料に薄膜領域２０ａを形成する照射工程と、を含む。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板と、前記基板の一方の側に形成されたコンタクトと、を有する試料に対して、前記一方の側の反対側から集束イオンビームを照射する照射工程を含むことを特徴とする試料作製方法。
【請求項２】
前記照射工程の前に、
一方の側に切欠部を有し、前記試料を支持する支持基板を作製する支持基板作製工程と、
前記試料の前記コンタクト側が前記支持基板の前記一方の側を向き、平面投影面において前記試料の一部が前記切欠部の断面に重なるように前記試料と前記支持基板とを接合する接合工程と、をさらに含み、
前記照射工程において、前記切欠部と重なった部分において、前記コンタクトの延在方向に沿うように前記試料に薄膜領域を形成することを特徴とする請求項１に記載の試料作製方法。
【請求項３】
前記接合工程の後、かつ前記照射工程の前に、
前記切欠部と重複する前記試料の一部が残存するように、少なくとも前記試料を切削する第１切削工程をさらに含むことを特徴とする請求項２に記載の試料作製方法。
【請求項４】
前記接合工程の前に、
前記基板の前記一方の側に形成された絶縁層と、前記絶縁層を貫通して延在する前記コンタクトと、を有する半導体素子を切削し、前記試料を切り出す第２切削工程と、
前記接合工程において前記切欠部と重複する部分を薄化するように前記試料を切削する第３切削工程と、
前記第１切削工程の後に、前記試料を保持機構に取り付ける取付工程と、をさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の試料作製方法。
【請求項５】
基板と、前記基板の一方の側に形成されたコンタクトと、を有する半導体素子を切削し、試料を切り出す第２切削工程と、
前記試料の少なくとも一部を薄化する第３切削工程と、
一方の側に切欠部を有し、前記試料を支持する支持基板を作製する支持基板作製工程と、
前記支持基板の前記一方の側から、前記試料の前記コンタクトの側を前記支持基板の前記一方の側に向けて、前記試料の一部と前記切欠部とが重なるように前記試料と前記支持基板とを接合する接合工程と、
前記切欠部と重複する前記試料の一部が残存するように、少なくとも前記試料を切削する第１切削工程と、
前記試料を保持機構に取り付ける取付工程と、
を含む工程を自動的に実施することを特徴とする試料作製装置。
【請求項６】
基板と、
前記基板の一方の側に形成された絶縁層と、
前記絶縁層を貫通するコンタクトと、
少なくとも一部が薄膜化され、前記基板、前記絶縁層及び前記コンタクトを含む薄膜領域と、を備え、
前記コンタクトは、前記薄膜領域に沿って延在し、
前記基板は、前記薄膜領域を上側にしたときに前記コンタクトよりも上方に存在することを特徴とする試料。
【請求項７】
前記薄膜領域は、集束イオンビームを前記基板の側から照射することによって形成されたことを特徴とする請求項６に記載の試料。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、各種装置で観察又は分析するための試料、該試料を作製する方法及び該試料を作製する装置に関する。特に、本発明は、例えば透過型電子顕微鏡やエネルギー分散型Ｘ線分光装置で半導体素子の一部を観察又は分析するための試料、試料作製方法及び試料作製装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子における不良箇所や欠陥は、例えば透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ；Transmission Electron Microscope）を用いて観察される。そこで、ＴＥＭで観察するための半導体素子の試料は、集束イオンビーム（ＦＩＢ；Focused Ion Beam）を用いて作製することができる。
【０００３】
図７に、半導体素子のＴＥＭ観察用試料を作製する背景技術に係る試料作製方法を説明するための概略工程図を示す。図８に、図７（ａ）又は図７（ｂ）の状態における半導体素子又は試料の概略部分断面図を示す。観察対象となる半導体素子５０は、半導体基板５４と、半導体基板５４上に形成された絶縁層５５と、半導体基板５４上に形成されたコンタクト５６を有する。コンタクト５６は、上面である第１面５０ａ方向に向かって延在している。
【０００４】
背景技術に係る試料作製方法を説明する。まず、半導体素子５０を切削線５２で切断し（図７（ａ））、ターゲット領域５１を含むように試料６０を切り出す（図７（ｂ））。図７において、ターゲット領域５１は、半導体素子５０及び試料６０の面上にチェック柄で図示してある。次に、試料６０を点線６２で切削し、ターゲット領域５１を薄化する（図７（ｃ）。次に、試料６０をＣリング等の保持機構（キャリア）７２に、半導体素子５０の第１面５０ａを上にして貼り付ける（図７（ｄ））。次に、ターゲット領域５１をＴＥＭ観察できるように、ターゲット領域５１をＦＩＢによって０．１μｍ〜０．２μｍ程度に薄膜化又は薄片化する（図７（ｅ））。背景技術においては、このように作製した試料６０を用いてターゲット領域５１の断面構造をＴＥＭによって観察する。
【０００５】
特許文献１及び特許文献２には、ＴＥＭ観察用の試料作製方法が開示されている。
【０００６】
特許文献１に記載の試料作製方法は、半導体基板の厚さ方向の一方側の部分のうち、平面から見て観察対象部分を含む所定領域を除く領域を厚さ方向に所定寸法削り取ることによって観察対象部分を含む凸状部を半導体基板の厚さ方向の一方側に形成する第１工程と、半導体基板をその厚さ方向にエッチングすることによって観察対象部分を含む凸状部の部分を透過型電子顕微鏡で観察可能な程度に薄膜化する第２工程と、を含む。
【０００７】
特許文献２に記載の無機物極薄片の作製方法は、基板上に所定の厚さの第１の無機物薄膜を形成し、該第１の無機物薄膜の一端辺部に第１の無機物よりも硬質の第２の無機物粉末もしくは線状無機物を付着し、該硬質の第２の無機物粉末もしくは線状無機物が付着された第１の無機物薄膜の前面に垂直にイオンビーム照射し、その後に当該第１の無機物薄膜の裏面側からイオンビームを１０〜２０度の範囲の角度に傾斜させて照射する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００２−３９９２６号公報
【特許文献２】特開平８−２０９３４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
以下の分析は、本発明の観点から与えられる。
【００１０】
図７に示す工程においては、特許文献１に記載の試料作製方法と同様にして、試料６０は、半導体素子５０の上面５０ａ側からＦＩＢによってエッチングされている。すなわち、ＦＩＢによるエッチングは、コンタクト５６側からコンタクト５６の延在方向（矢印方向）に沿って行われることになる。図９に、背景技術に係る試料作製方法によって作製した試料のＴＥＭ写真を示す。図９に示す矢印は、ＦＩＢ処理方向を示している。コンタクト５６がタングステン（Ｗ）のように絶縁層５５より硬い金属である場合、コンタクト５６が存在する箇所は、エッチングレートが遅くなるので、その下の半導体基板５４にはカーテニング５７が発生してしまう。ここで、カーテニング（加工筋ともいう）とは、コンタクト５７下方の部分が十分にエッチングされずに厚く残ってしまうことをいう。図９において、半導体基板５４に存在する筋状の黒い領域がカーテニング５７であり、他の領域より厚い領域であることを示している。すなわち、図９は、ターゲット領域５１における半導体基板５４の厚さにばらつきが生じていることを示している。カーテニング５７が発生すると、ＴＥＭ像においては黒くなってしまうので、ターゲット領域５１を観察しにくくなる弊害が生じる。また、エネルギー分散型Ｘ線分光分析（ＥＤＳ；Energy-Dispersive X-ray Spectroscopy）においては、濃度はターゲット領域５１の厚さに依存することになるので、濃度プロファイルを測定すると、カーテニング５７によって厚くなった領域は、実際よりもその濃度が濃くみえてしまう。
【００１１】
また、特許文献２に記載の無機物極薄片の作製方法においては、構成上、試料の裏側から０度の角度でイオンビームを照射することはできない。また、特許文献２に記載の無機物極薄片の作製方法のように、試料に対して１０〜２０度の角度からイオンビームを照射すると試料にダメージが発生してしまうことがある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の第１視点によれば、基板と、基板の一方の側に形成されたコンタクトと、を有する試料に対して、一方の側の反対側から集束イオンビームを照射する照射工程を含む試料作製方法が提供される。
【００１３】
本発明の第２視点によれば、基板と、基板の一方の側に形成されたコンタクトと、を有する半導体素子を切削し、試料を切り出す第２切削工程と、試料の少なくとも一部を薄化する第３切削工程と、一方の側に切欠部を有し、試料を支持する支持基板を作製する支持基板作製工程と、支持基板の一方の側から、試料のコンタクトの側を支持基板の一方の側に向けて、試料の一部と切欠部とが重なるように試料と支持基板とを接合する接合工程と、切欠部と重複する試料の一部が残存するように、少なくとも試料を切削する第１切削工程と、試料を保持機構に取り付ける取付工程と、を含む工程を自動的に実施する試料作製装置が提供される。
【００１４】
本発明の第３視点によれば、基板と、基板の一方の側に形成された絶縁層と、絶縁層を貫通するコンタクトと、少なくとも一部が薄膜化され、基板、絶縁層及びコンタクトを含む薄膜領域と、を備える試料が提供される。コンタクトは、薄膜領域に沿って延在する。基板は、薄膜領域を上側にしたときにコンタクトよりも上方に存在する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明によれば、基板側からエッチングすることにより、エッチングレートを一定にすることができる。これにより、カーテニングの発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の試料作製方法の一実施形態を説明するための概略工程図。
【図２】本発明の試料作製方法の一実施形態を説明するための概略工程図。
【図３】本発明の試料作製方法の一実施形態を説明するための概略工程図。
【図４】図１の状態における半導体素子又は試料の概略部分断面図。
【図５】図３（ｋ）の状態における試料２０の概略部分断面図。
【図６】本発明の試料作製方法によって作成した試料のＴＥＭ写真。
【図７】半導体素子のＴＥＭ観察用試料を作製する背景技術に係る試料作製方法を説明するための概略工程図。
【図８】図７（ａ）又は図７（ｂ）の状態における半導体素子又は試料の概略部分断面図。
【図９】背景技術に係る試料作製方法によって作製した試料のＴＥＭ写真。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
上記各視点の好ましい形態を以下に記載する。
【００１８】
上記第１視点の好ましい形態によれば、試料作製方法は、照射工程の前に、一方の側に切欠部を有し、試料を支持する支持基板を作製する支持基板作製工程と、試料のコンタクト側が支持基板の一方の側を向き、平面投影面において試料の一部が切欠部の断面に重なるように試料と支持基板とを接合する接合工程と、をさらに含む。照射工程において、切欠部と重なった部分において、コンタクトの延在方向に沿うように試料に薄膜領域を形成する。
【００１９】
上記第１視点の好ましい形態によれば、試料作製方法は、接合工程の後、かつ照射工程の前に、切欠部と重複する試料の一部が残存するように、少なくとも試料を切削する第１切削工程をさらに含む。
【００２０】
上記第１視点の好ましい形態によれば、試料作製方法は、接合工程の前に、基板の一方の側に形成された絶縁層と、絶縁層を貫通して延在するコンタクトと、を有する半導体素子を切削し、試料を切り出す第２切削工程と、接合工程において切欠部と重複する部分を薄化するように試料を切削する第３切削工程と、第１切削工程の後に、試料を保持機構に取り付ける取付工程と、をさらに含む。
【００２１】
上記第３視点の好ましい形態によれば、薄膜領域は、集束イオンビームを基板の側から照射することによって形成される。
【００２２】
本発明の試料作製方法の一形態について説明する。図１〜図３に、本発明の試料作製方法の一実施形態を説明するための概略工程図を示す。図１は、被観察体１０から試料２０を切り出し、試料２０を一次的に成形する工程を示す概略工程図である。図２は、試料２０のＦＩＢ処理に使用するダミー基板３０を形成する工程を示す概略工程図である。図３は、一次的に成形した試料２０とダミー基板３０を用いて試料２０を２次的に成形する工程を示す概略工程図である。図１に示す形態においては、被観察体１０は半導体素子である。図４に、図１の状態における半導体素子又は試料の概略部分断面図を示す。半導体素子１０は、半導体基板１４と、半導体基板１４上に形成された絶縁層１５と、半導体基板１４上に形成され、絶縁層１５を貫通するコンタクト１６と、を有する。コンタクト１６は、半導体基板１４から、上面である第１面１０ａに向かって延在している。
【００２３】
試料２０の一次成形について説明する。まず、半導体素子１０を切削線１２で切削機構（例えばダイサー）で切断し（図１（ａ））、ターゲット領域１１を含むように試料２０を切り出す（図１（ｂ）；第２切削工程）。図１〜図３において、ターゲット領域１１は、半導体素子１０及び試料２０の面にチェック柄で図示してある。このとき、試料２０における第１面１０ａは上向き（上面）となっている。また、試料２０におけるターゲット領域１１の位置は、後のＦＩＢ処理により観察箇所をＴＥＭ観察できるように、試料２０の側面寄りとなるようにする。
【００２４】
次に、ＦＩＢ処理によりターゲット領域１１をＴＥＭ観察用薄膜処理できるように、例えば点線で示す切削線１３に沿って、切削機構（例えばダイサー）で試料２０を薄化する（図１（ｃ）；第３切削工程）。例えば、ターゲット領域１１を含む部分がＴＥＭの電子透過方向に対して例えば２０μｍ〜３０μｍ厚となるように試料２０を切削機構で切削する。
【００２５】
次に、試料を支持する支持基板３０の成形について説明する。まず、支持基板の平板状の母材３１を例えば点線３２に沿って切削し（図２（ｄ））、母材３１に溝部又は凹部（以下「溝部」という）３１ａを形成する（図２（ｅ））。次に、溝部３１ａに垂直な例えば点線３３に沿って母材３１を薄く切削し、支持基板３０を形成する（図２（ｆ）；支持基板作製工程）。これにより、支持基板３０は、片側の中央部分に切欠部３０ａを有する平板状となる。図２においては、母材３１に溝部３１ａを形成した後に、母材３１をスライスしているが、母材３１をスライスした後に、切欠部３０ａを形成してもよい。
【００２６】
次に、試料２０の二次成形について説明する。まず、図２（ｆ）において作製した支持基板３０（図３（ｇ））に、図１（ｃ）において作製した試料２０を重ね合わせて、接着剤等で支持基板３０と試料２０とを接合する（図３（ｈ）；接合工程）。このとき、平面投影面において、試料２０のターゲット領域１１と支持基板３０の切欠部３０ａの断面が重複するようにする。すなわち、ターゲット領域１１は、支持基板３０に掛からないようにする。試料２０の第１面１０ａ（コンタクト１６側）は、支持基板３０の方を向いている。支持基板３０の切欠部３０ａが形成されている側において、試料２０と支持基板３０とは重複している。
【００２７】
次に、例えば点線２２に沿って試料２０及び支持基板３０、又は試料２０のみを切削する。（図３（ｉ）及び（ｊ）；第１切削工程）。このとき、第１面１０ａとは反対側の第２面１０ｂ側からの後のＦＩＢ処理によってターゲット領域１１をＴＥＭ観察用薄膜処理できるように、ターゲット領域１１に沿うように試料２０を切削する。これにより、ターゲット領域１１は、切欠部３０ａと重複する部分に残存する。なお、図３においては、切削面であっても、第１面１０ａと反対側の面を第２面１０ｂと表記している。
【００２８】
次に、支持基板３０をＣリング等の保持機構（キャリア）３５に貼り付ける（図３（ｋ）；取付工程）。このとき、支持基板３０に対して試料２０が上側になるようにする。これにより、試料２０の第２面１０ｂは上向きとなる。また、ターゲット領域１１と支持基板３０の切欠部３０ａがＴＥＭの電子透過方向に重なるようにする。また、ターゲット領域１１をＦＩＢ処理できる位置に試料２０を配置する。
【００２９】
図５に、図３（ｋ）の状態における試料２０の概略部分断面図を示す。次に、ターゲット領域１１をＴＥＭ観察できるように、第２面１０ｂから（図５に示す矢印方向から）ＦＩＢ処理して、ターゲット領域１１に例えば０．１μｍ〜０．２μｍ厚の薄膜領域２０ａを形成する（図３（ｌ）；照射工程）。このとき、ＦＩＢ処理は、図１（ａ）に示す半導体素子１０の下面方向から施すことになる。すなわち、半導体基板１５側からＦＩＢを照射することになる。ＦＩＢの照射方向は、半導体基板１５面に対して０°〜１８０°であると好ましい。これにより、カーテニングの発生を抑制することができる。図１〜図３に示す形態においては、ＦＩＢの照射方向は、半導体基板１５面に対して９０°により近くなるようにすると好ましい。なお、本発明において、寸法は、Å単位であれば、例えばＴＥＭや走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ；Scanning Electron Microscope）によって測定することができ、ｎｍやμｍ単位であれば、例えばエリプソメータを用いて測定することができる。
【００３０】
これにより、試料２０の薄膜領域２０ａは、切欠部３０ａと重なった部分に形成される。試料２０の薄膜領域２０ａは、薄膜化された半導体基板１４、絶縁層１５及びコンタクト１６を有すると共に、コンタクト１６に沿うように形成される。半導体基板１４は、薄膜領域２０ａを上側にしたときに、絶縁層１５及びコンタクト１６よりも上方に位置する。コンタクト１６は、薄膜領域２０ａを上側にしたときに半導体基板１４から下方を向くように延在している。
【００３１】
本発明の試料作製方法においては、半導体素子１０の下面方向からＦＩＢ処理を施すことになる。これにより、試料２０におけるエッチングレートを一定にすることができる。また、薄膜領域２０ａにおける半導体基板１４にカーテニングが発生することを防止することができる。
【００３２】
次に、本発明の試料作製装置の一実施形態について説明する。試料作製装置は、図１（ａ）、図１（ｂ）、図２（ｄ）、図２（ｅ）、及び図３（ｈ）に示す工程において、被観察体である半導体素子１０、支持基板３０、母材３１、及び試料２０を切削する切削機構（例えばダイサー）と、図３（ｈ）に示す工程において、試料２０と支持基板３０とを接合する接合機構と、図３（ｋ）及び図３（ｌ）において試料２０を保持する保持機構（キャリア）３５と、を備える。試料作製装置は、図１（ａ）〜図１（ｃ）、図２（ｄ）〜図２（ｆ）及び図３（ｇ）〜図３（ｌ）に示す工程を所定の条件に基づいて自動的に実施することができると好ましい。
【００３３】
本発明の試料作製方法によって得られた試料は、半導体基板にカーテニングを有していない。これにより、本発明の試料によれば、より明瞭な観察又は分析を実施することができるようになる。
【００３４】
なお、本発明において、コンタクトとは、絶縁層を貫通する金属配線であればよく、例えばビア、スルーホールと呼ばれるものも含むものとする。また、本発明におけるコンタクトの材料は、特に限定されるものではないが、本発明は、コンタクトが絶縁層よりも硬い材料のときに有用であり、例えばタングステンのようにより硬い金属を用いる場合に特に有用である。
【実施例】
【００３５】
図６に、本発明の試料作製方法によって作成した試料のＴＥＭ写真を示す。試料２０は、上述の実施形態と同様に、半導体基板１４と、絶縁層１５と、コンタクト１６と、を有する。図６に示す矢印は、ＦＩＢ処理の方向を示している。背景技術係る試料作製方法によれば、図９に示すように、半導体基板５４にはカーテニングが発生することになるが、本発明の試料作製方法によれば、図６に示すように、半導体基板１４にはカーテニングは確認されていない。これにより、本発明によれば、試料をより明確に観察又は分析することが可能となる。
【００３６】
本発明の試料、試料作製方法及び試料作製装置は、上記実施形態に基づいて説明されているが、上記実施形態に限定されることなく、本発明の範囲内において、かつ本発明の基本的技術思想に基づいて、上記実施形態に対し種々の変形、変更及び改良を含むことができることはいうまでもない。また、本発明の請求の範囲の枠内において、種々の開示要素の多様な組み合わせ・置換ないし選択が可能である。
【００３７】
本発明のさらなる課題、目的及び展開形態は、請求の範囲を含む本発明の全開示事項からも明らかにされる。
【符号の説明】
【００３８】
１０          被観察体（半導体素子）
１０ａ        第１面
１０ｂ        第２面
１１          ターゲット領域
１２          切削線
１４          半導体基板
１５          絶縁層
１６          コンタクト
１７          切削線
２０          試料
２０ａ        薄膜領域
２２          切削線
３０          支持基板
３０ａ        切欠部
３１          母材
３１ａ        溝部又は凹部
３５          保持機構
５０          被観察体（半導体素子）
５０ａ        第１面
５０ｂ        第２面
５１          ターゲット領域
５２          切削線
５４          半導体基板
５５          絶縁層
５６          コンタクト
５７          カーテニング
６０          試料
６２          切削線
７２          保持機構
【図１】
2011038888.tif 000003
【図２】
2011038888.tif 000004
【図３】
2011038888.tif 000005
【図４】
2011038888.tif 000006
【図５】
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【図６】
2011038888.tif 000008
【図７】
2011038888.tif 000009
【図８】
2011038888.tif 000010
【図９】
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