(57)【要約】【課題】微細試料片を取り出す半導体ウェーハの汚染を防止する。【解決手段】集束イオンビーム２で薄膜加工した半導体ウェーハの微細試料片３を摘出するために、搬送手段７に設けられた保持手段先端部９を試料片３に接触させ、接触面の表面活性化による原子間結合を利用して両者を接合して、取り出す。保持手段先端部９はカートリッジ機能１１を有していて、試料の材料に応じた複数の材質の先端部９が選択可能に用意される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
真空雰囲気中の試料ステージ上に載置したウェーハ等の試料から、観察や分析のための微小試料片を取り出す試料作製方法において、
イオンビームを用いて試料の一部を微小試料片として分離し、前記微小試料片と保持手段の先端部を接触させ、両者の原子間結合を利用して接合して前記微小試料片を摘出することを特徴とする試料作製方法。
【請求項２】
請求項１において、前記微小試料片と前記保持手段の先端部を接触の前に、イオンビームによる両接触面の活性化処理を行うことを特徴とする試料作製方法。
【請求項３】
請求項１または２において、前記保持手段の先端部は試料の材質に応じて選択されることを特徴とする試料作製方法。
【請求項４】
請求項１、２または３において、前記保持手段の先端部は前記微小試料片の接触面積に合わせてイオンビームによる加工を行うことを特徴とする試料作製方法。
【請求項５】
真空雰囲気中の試料ステージ上に載置したウェーハ等の試料から、観察や分析のための微小試料片を摘出する試料作製装置において、
イオンビームを用いて前記試料から分離された微小試料片を保持する保持手段と、前記微小試料片の接触面と前記保持手段の先端部の接触面をイオンビーム加工により活性化させるイオンビーム制御部と、両方の前記接触面を接触させ、原子間結合を利用して両者を接合して前記微小試料片を取り出す搬送手段とその制御装置を設けたことを特徴とする試料作製装置。
【請求項６】
請求項５において、前記保持手段は複数の先端部を収納可能にするカートリッジで、前記試料の材質に応じ、金、タングステン、カーボンなど複数の材質から選択する構造を有していることを特徴とする試料作製装置。
【請求項７】
請求項５において、前記制御装置は前記保持手段を制御して前記先端部の接触面を前記微小試料片の接触面に適応して加工されることを特徴とする試料作製装置。
【請求項８】
請求項５、６または７において、試料から摘出した微小試料片は透過形電子顕微鏡もしくは走査形電子顕微鏡による観察、またはエネルギー分散型X線分析装置による元素分析の試料として用いられることを特徴とする試料作製装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電子顕微鏡の観察やエネルギー分散型X線分析装置による元素分析のために、微小試料片を摘出する試料作製方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
透過形電子顕微鏡や走査形電子顕微鏡や、エネルギー分散型X線分析装置を用いた極微細領域での観察、分析の必要性が高まり、その試料作製のために集束イオンビームによる試料薄膜化が広く用いられている。
【０００３】
平面試料の作製方法としては、特許文献１に記載の薄膜試料化の方法が確立されている。この方法では、試料近傍にデポガス源を設け、微小試料片と保持手段の接合にデポガスを導入し、集束イオンビームを照射することでデポジション膜を形成させ、デポジション膜のコンタクト力によって薄膜化した微小試料片を摘出する。
【０００４】
【特許文献１】特開2000−214056号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述のように観察や分析に微小試料片を用いる場合、デポジション膜の残存やデポガス源に装填のW（CO）6タングステンヘキサカルボニルや、C16H10ピレンの定期的な供給が必要である。また、極微細領域での観察や異物分析精度への影響が問題となっている。また、半導体ウェーハなどから微小試料片を取り出す場合、ウェーハ全体をデポジションにより汚染させるという問題がある。
【０００６】
本発明の目的は、上記の課題に鑑み、デポジション膜のコンタクト力による接合を行わず、原子間結合を利用し、微小試料片を簡単に、かつ汚染なく取り出しできる試料作製方法及び装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために本発明は、真空雰囲気中の試料ステージ上に載置したウェーハ等の試料から、観察や分析のための微小試料片を取り出す試料作製方法において、イオンビームを用いて試料の一部を微小試料片として分離し、前記微小試料片と保持手段の先端部を接触させ、両者の原子間結合（原子間力）を利用して接合して前記微小試料片を摘出することを特徴とする。
【０００８】
ここで、前記微小試料片と前記保持手段の先端部を接触の前に、イオンビームによる両接触面の活性化処理を行うことを特徴とする。
【０００９】
また、前記保持手段の先端部は試料の材質に応じて選択される。また、前記保持手段の先端部は前記微小試料片の接触面積に合わせてイオンビームによる加工を行うことを特徴とする。
【００１０】
本発明の試料作製装置は、真空雰囲気中の試料ステージ上に載置したウェーハ等の試料から、観察や分析のための微小試料片を摘出する試料作製装置において、イオンビームを用いて前記試料から分離された微小試料片を保持する保持手段と、前記微小試料片の接触面と前記保持手段の先端部の接触面をイオンビーム加工により活性化させるイオンビーム制御部と、両方の前記接触面を接触させ、原子間結合を利用して両者を接合して前記微小試料片を取り出す搬送手段とその制御装置を設けたことを特徴とする。
【００１１】
また、前記保持手段は複数の先端部を収納可能にするカートリッジでなり、前記試料の材質に応じ、金、タングステン、カーボンなど複数の材質から選択する構造を有している。
【００１２】
また、前記制御装置は前記保持手段を制御して前記先端部の接触面を前記微小試料片の接触面に適応して加工することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明による試料作製方法および装置によれば、試料作製時に問題となっていたデポジション膜の形成による観察像やX線分析精度への影響がなく、デポガス源への定期的なガス源の供給も不要である。また、微小試料片を簡単、かつ汚染なく取り出しできる効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明はウェーハ欠陥部の解析のために、観察や分析のための微細試料を取り出す方法及び装置である。本発明による試料作製装置の実施形態は、集束イオンビームの照射光学系と集束イオンビームを任意の位置に照射するイオンビーム偏向系と、微小試料を摘出する保持手段と、保持手段を制御する位置制御系と、試料を移動する試料ステージを具備する。以下、実施例を挙げて詳細に説明する。
【００１５】
図１は、本発明による試料作製装置の１実施例を示す概略構成である。試料作製装置１は、集束イオンビーム２を試料３に照射するイオンビーム照射系４と、試料３からの二次電子や二次イオンを検出する二次粒子検出器５と、試料３を真空雰囲気内に挿入するための試料交換機構２０と、試料３を載置する試料ステージ6を有している。ちなみに、図１の試料作製装置１の外郭線から内部は真空雰囲気に構成されている。
【００１６】
また、微細加工した微細試料片１２を摘出する搬送手段７と、搬送手段７を微細試料片１２に接触させるなどを行う制御装置８と、保持手段先端部９と、微細試料加工面の活性化処理を行うイオンビーム制御部１０を有している。搬送手段７はカートリッジ１１により構成され、複数の材質からなる保持手段先端部９の選択が、真空雰囲気外より可能となる構成である。
【００１７】
イオンビーム照射系４は周知の光学系であり詳細は省略する。集束イオンビーム２は試料面で、μｍ〜サブμｍレベルで集束し走査することで、試料の観察、加工に用いられる。
【００１８】
二次粒子検出器５で、観察や加工時に発生する二次電子や二次イオンを検出し、画像化することで、試料表面や加工領域などをＣＲＴ16により観察できる。試料中の微細試料片１２の加工は試料表面や、加工領域などの画像を観察しながら、任意の形状に作製する。
【００１９】
作製した微細試料片１２を取出すために使用する保持手段先端部９は、微細試料片１２と接触し易くするために、集束イオンビーム２により任意に加工する必要がある。このため、制御装置８の一機能として先端部制御機能８１を有し、保持手段先端部９の回転制御１８や角度制御１９を行う。
【００２０】
図２は保持手段先端部の加工方法の１例を示す。搬送手段７は内蔵の回転機構と、回転角度制御機構を有し、先端部制御機能８１によって制御される。（ａ）は保持手段先端部9に集束イオンビーム２を照射した状態で、（ｂ）のように連続して回転制御１８することにより、先端部９が針状加工１４される。このとき、接触面への平行度１５が調整される。さらに、（ｃ）のように針状加工した保持手段先端部9を任意の方向に角度制御１９を行い、集束イオンビーム２による任意の接触面積１７に断面加工を行うと、（ｄ）のように微細試料片１２のサイズに合わせた保持手段先端部９の加工ができる。
【００２１】
微細試料片１２の取り出しは、微細試料片１２が搬送手段の保持手段先端部9と接触する直前に、酸化膜などの除去を目的として集束イオンビーム２により、接触面の活性化処理を行なう。同時に、保持手段先端部9についても集束イオンビーム２による活性化処理を行ない、微細試料片１２との原子間結合を容易にする。
【００２２】
制御装置８は接触制御機能８２を有し、活性化処理後に保持手段先端部9を微細試料片１２に接触させる制御を行う。保持手段先端部9を微細試料片１２に接触させることにより、活性面同士は原子間結合により接合される。
【００２３】
このように、本実施例を用いることで、試料中の任意の微細試料片を搬送手段７によって取り出すことが可能となるので、透過形電子顕微鏡や走査形電子顕微鏡の観察試料として用いることができる。
【００２４】
図３は、保持手段先端部のカートリッジ機能を示す概略構成例である。この実施例のカートリッジ機能１１は複数の保持手段先端部９（９−１〜９−４）を収納可能である。カートリッジ機能１１は、試料ステージ6上に細緻される試料３の材質に応じ、金、タングステン、カーボンなど複数の材質による先端部９を収納し、その任意の選択が可能に構成されている。すなわち、接触制御機能８２は搬送手段７に内蔵の先端部選択制御機構１８を介してカートリッジ機能１１を回転し、任意の保持手段先端部９−１〜９−４を選択して、カートリッジ機能１１からその先端部を引き出しする。引き出された保持手段先端部９は接触面積の加工の後に微細試料片１２と接触し、原子間結合で接合する。その後、接触制御機能８２により引き戻されて、微細試料片１２が摘出される。カートリッジ機能によれば、真空雰囲気下においても保持手段先端部の交換が容易である。なお、保持手段先端部９は予め先端を数μｍに加工しておいても良い。
【００２５】
図４は本発明による試料作製方法の１実施例を示すフローチャートで、制御装置８の手順を示している。まず、カートリッジ機能１１を回転して、使用する保持手段先端部９の選択を行う（ｓ１０１）。選択された先端部９の針状加工の要否を判断し（ｓ１０２）、要であれば選択した先端部を回転し（ｓ０１３）、集束イオンビームによる針状加工を行う（ｓ１０４）。
【００２６】
次に、試料中から微細試料の加工を行い（ｓ１０５）、保持先端部と微細試料との接触面積の設定を行う（ｓ１０６）。すなわち、微細試料のサイズに合わせた保持手段先端部９の接触面積の設定を行う。そして、設定された接触面積となるように、保持手段先端部の加工を行う（ｓ１０７）。ここで、微細試料と保持手段先端部の双方は、イオンビーム制御部１０により、接触面のイオンビームによる表面活性化が行われる。
【００２７】
次に、保持手段先端部を試料近傍まで、搬送手段による送り出しを行い（ｓ１０８）、微細試料と先端部の原子間結合による接合を行う（ｓ１０９）。最後に、搬送手段による先端部の引き戻しを行い（ｓ１１０）、微細試料が摘出される。
【００２８】
以上に説明した本実施例によれば、微細試料片の取り出しにデポジション膜を用いないので、ウェーハの汚染を防止できる。また、デポガス源への定期的なガス源の供給といった煩わしさもなくなる。また、接合前に保持手段先端部の加工を行うので、試料細片との接合が容易になる。さらに、保持手段先端部の材料を真空雰囲気中で可変できるカートリッジ構造を採用したので、試料の材質に応じた保持先端部を容易に選択できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の１実施例による試料作製装置の構成図。
【図２】保持手段先端部の接触前の加工方法を示す説明図。
【図３】１実施例による保持手段先端部を装着するカートリッジ機能の斜視図。
【図４】本発明の１実施例による試料作製方法のフローチャート。
【符号の説明】
【００３０】
１…試料作製装置、２…集束イオンビーム、３…試料、４…イオンビーム照射系、５…二次粒子検出器、６…試料ステージ、７…搬送手段、８…制御装置、９，９−１〜９−４…保持手段先端部、１０…イオンビーム制御部、１１…カートリッジ機能、１２…微細試料片、１６…ＣＲＴ、２０…試料交換機構、１４…針状加工、１７…接触面積、１８…回転制御、１９…角度制御、８１…先端部制御、８２…接触制御。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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