特許 5959139 Ｓ／ＴＥＭのサンプルを分析する方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5959139

(24)【登録日】2016年7月1日

(45)【発行日】2016年8月2日

(54)【発明の名称】Ｓ／ＴＥＭのサンプルを分析する方法

(51)【国際特許分類】

   G01N 23/04 20060101AFI20160719BHJP

   G01N 1/28 20060101ALI20160719BHJP

【ＦＩ】

   G01N23/04

   G01N1/28 G

【請求項の数】3

【全頁数】31

(21)【出願番号】特願2009-533599(P2009-533599)

(86)(22)【出願日】2007年10月22日

(65)【公表番号】特表2010-507783(P2010-507783A)

(43)【公表日】2010年3月11日

(86)【国際出願番号】US2007082166

(87)【国際公開番号】WO2008049134

(87)【国際公開日】20080424

【審査請求日】2010年8月19日

【審判番号】不服2014-9451(P2014-9451/J1)

【審判請求日】2014年5月21日

(31)【優先権主張番号】60/853,183

(32)【優先日】2006年10月20日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】501419107

【氏名又は名称】エフ・イ−・アイ・カンパニー

(74)【代理人】

【識別番号】100103171

【弁理士】

【氏名又は名称】雨貝 正彦

(72)【発明者】

【氏名】ジェイソン・アルジャヴァック

(72)【発明者】

【氏名】ペイ・ゾウ

(72)【発明者】

【氏名】デビッド・ジェイムス・タスカー

(72)【発明者】

【氏名】マクシムス・テオドルス・オッテン

(72)【発明者】

【氏名】ゲルハルト・ダニエル

【合議体】

【審判長】 尾崎 淳史

【審判官】 小川 亮

【審判官】 渡戸 正義

(56)【参考文献】

【文献】 再公表特許第２００２／０７５８０６（ＪＰ，Ａ１）

【文献】 米国特許第７０４１９８５（ＵＳ，Ｂ１）

【文献】 特開平７−３３３１２０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−３４０６１１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−１０８８１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００４−１６４９６６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特許第５２６６２３６（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特許第５２６８８８２（ＪＰ，Ｂ２）

【文献】 特許第５７１１２０４（ＪＰ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

IPC G01N 23/04

G01N 1/28

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板上の１つ以上の部位からの１つ以上のサンプルをＴＥＭ分析する方法において、
前記サンプルについての、分析されるサンプル部位ごとの位置データを含むプロセス・パラメータ値のセットを選択する工程と、
前記基板を、前記選択したプロセス・パラメータ値にしたがって前記基板を処理するための荷電粒子ビーム・システムの中に搭載する工程と、
前記位置データを用いて前記１つ以上のサンプル部位へ荷電粒子ビームを自動的に移動する工程と、
前記サンプル部位を撮像する工程と、
サンプル位置の一方の側の基板表面をミリングし、次に前記サンプル位置の他方の側をミリングすることにより、前記基板の表面を自動的にミリングする工程であって、前記サンプルには厚さ１００ｎｍ未満の中央部とこの中央部よりも厚い周辺部が含まれ、前記サンプルが前記基板に連結したままである工程と、
前記荷電粒子ビーム・システムから外位置サンプル抽出ツールに前記基板が移された後に、前記基板から前記サンプルを抽出し、それぞれのサンプルをサンプル・ホルダ上の指定位置に配置する工程であって、マイクロプローブが、前記サンプルをプローブ先端に付着させるために中空管を介して真空を印加し、その後、前記サンプルを前記プローブ先端から解放するために、前記中空管を介した真空の印加を維持または停止し、あるいは、前記中空管を介して圧力を印加する工程と、
前記サンプルを、サンプルごとの前記プロセス・パラメータ値を取り込むＴＥＭシステムへ移す工程であって、前記ＴＥＭシステムが、前記選択したプロセス・パラメータ値にしたがって前記サンプルを処理する、前記サンプルをＴＥＭシステムへ移す工程と、
前記ＴＥＭシステムを用いて前記サンプルを撮像する工程と、
前記サンプルについての情報を得るためにＴＥＭ画像を分析する工程と
を含み、
前記基板から前記サンプルを抽出することが、
（ｉ）前記外位置サンプル抽出ツール内において、抽出する前記１つ以上のサンプルを含む前記基板を、移動可能なステージ上に配置することであって、前記サンプルは前記基板に物理的に連結していることと、
（ｉｉ）真空源に接続された前記中空管を含み、その先端が開放されている前記マイクロプローブを移動させて前記１つ以上のサンプルのうちの１つと接触させることと、
（ｉｉｉ）前記１つ以上のサンプルのうちの１つを前記マイクロプローブの先端に対して保持するように前記真空を前記マイクロプローブの先端中に印加することと、
（ｉｖ）前記１つ以上のサンプルのうちの１つが取り付けられた前記マイクロプローブを前方に押すことにより、前記基板と前記サンプルの連結を切り離すことと、
（ｖ）前記１つ以上のサンプルのうちの１つが前記サンプル・ホルダ上の所望の位置と接触するように前記マイクロプローブを移動させることと、
（ｖｉ）前記プローブ先端から解放された前記サンプルから離れるように前記マイクロプローブを移動させることと、を含み、
前記基板が半導体ウェハを含む方法。

【請求項2】

前記半導体ウェハである前記基板にウェハＩＤを付与する工程と、
前記ウェハＩＤを、前記ウェハ上に作成された前記サンプルについての少なくとも前記選択したプロセス・パラメータ値および位置データと合致させてウェハ部位のリストを作成する工程と、
前記サンプル・ホルダ上のサンプルの前記指定位置を有する前記ウェハ部位のリストを前記ＴＥＭシステムと合致させて前記サンプル部位のリストを作成する工程と、
前記サンプル部位のリストをそれぞれのサンプルの前記ＴＥＭ画像の前記分析と合致させる工程と
をさらに含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

１つ以上のサンプル部位についての限界寸法を決定するためにＴＥＭ画像を分析する工程と、
決定された前記寸法に応じて少なくとも１つのウェハ処理パラメータを調整する工程と
をさらに含む、請求項１または２に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本出願は、２００６年１０月２０日出願の米国特許仮出願第６０／８５３，１８３号に基づく優先権を主張するものである。

【0002】

本発明は、透過型電子顕微鏡および走査型透過電子顕微鏡用のサンプル調製および分析方法に関する。

【背景技術】

【0003】

集積回路の作製などの半導体製造は、一般にフォトリソグラフィの使用を伴う。回路形成中の半導体基板、通常シリコン・ウェハは、放射で露光されると溶解度を変化させるフォトレジストなどの材料でコーティングされる。放射源と半導体基板の間に配置されるマスクまたはレチクルなどのリソグラフィ・ツールは、影を落とし、基板のどの領域が放射で露光されるか制御する。露光後、フォトレジストは露光された領域または露光されていない領域から除去され、その後のエッチングまたは拡散プロセス中にウェハの各部を保護するフォトレジストのパターン層をウェハ上に残す。

【0004】

フォトリソグラフィ・プロセスは、しばしは「チップ」と称される複数の集積回路デバイスまたは電気機械デバイスをウェハそれぞれの上に形成することを可能にする。次いでウェハは、単一の集積回路デバイスまたは電気機械デバイスをそれぞれ含む個々のダイに分割される。最終的に、これらダイは、さらなる工程にかけられ、個々の集積回路チップまたは電気機械デバイスにパッケージ化される。

【0005】

製造プロセス中には、露出および焦点が変動するので、リソグラフィ・プロセスによって現像されるパターンを継続的に監視または測定し、パターンの寸法が許容範囲内であるかどうか判定することが必要になる。しばしばプロセス制御と称されるそうした監視の重要性は、パターンの大きさが小さくなるにつれて、特に最小フィーチャ（ｆｅａｔｕｒｅ）・サイズがリソグラフィ・プロセスによって利用可能な解像度の限界に近づくにつれて、かなり増している。かつてなく高いデバイス密度を達成するために、ますます小さいフィーチャ・サイズが要求されている。これには、相互接続ラインの幅および間隔、コンタクト・ホールの間隔および直径、ならびに様々なフィーチャの角およびエッジなどの表面形状が含まれる。ウェハのフィーチャは、３次元構造であり、完全な特徴付けでは、ラインまたはトレンチの上部幅など、表面の寸法だけでなく、フィーチャの全面的な３次元の外形（ｐｒｏｆｉｌｅ）を描写しなければならない。プロセス・エンジニアは、製造プロセスを微調整するためにそのような表面フィーチャの限界寸法（ＣＤ：ｃｒｉｔｉｃａｌ ｄｉｍｅｎｓｉｏｎｓ）を正確に測定し、所望のデバイスの形状が得られることを確実にしなければならない。

【0006】

典型的には、ＣＤ測定は、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）などの機器を用いて行われる。走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）では、１次電子ビームが、観察される表面を走査する微細スポットに集束される。２次電子は、１次ビームが表面に当たると表面から放出される。この２次電子が検出され、画像が形成され、この画像の各点の輝度は、ビームが、表面上の対応するスポットに当たる際に検出される２次電子の個数によって決定される。しかし、フィーチャがますます小さくなり続けると、測定されるフィーチャが、通常のＳＥＭによってもたらされる解像度に対して小さくなりすぎる時点が訪れる。

【0007】

透過型電子顕微鏡（ＴＥＭ）により、観察者は、ナノメートル程度で極めて小さいフィーチャを見ることが可能になる。材料の表面を撮像するだけのＳＥＭと対照的に、ＴＥＭは、サンプルの内部構造の分析も可能にする。ＴＥＭでは、幅広のビームがサンプルに当たり、サンプルを通って透過される電子は、サンプルの画像を形成するように集束される。サンプルは、１次ビーム中の多くの電子がサンプルを通って移動し反対側の部位に抜け出ることを可能にするために、十分に薄くなければならない。サンプルは、ラメラ（ｌａｍｅｌｌａ）とも称され、典型的には厚さ１００ｎｍ未満である。

【0008】

走査型透過電子顕微鏡（ＳＴＥＭ）では、１次電子ビームは微細スポットに集束され、このスポットはサンプル表面にわたって走査される。ワーク・ピース（ｗｏｒｋ ｐｉｅｃｅ）を通って透過される電子は、サンプルの向こう側で電子検出器によって収集され、画像上の各点の強度は、１次ビームが、対応する表面上の点に当たる際に収集される電子の個数に対応する。

【0009】

サンプルは、（ＴＥＭとＳＴＥＭのいずれにしても）透過型電子顕微鏡法を用いて観測するため、薄くしなければならないので、サンプルの調製は、繊細な手間のかかる作業であり得る。「ＴＥＭ」という用語は、本明細書では、ＴＥＭまたはＳＴＥＭを指し、ＴＥＭ用のサンプルを調製することに言及することは、ＳＴＥＭ上で観測するためにサンプルを調製することも含むと理解されたい。本明細書で使用される「Ｓ／ＴＥＭ」という用語も、ＴＥＭおよびＳＴＥＭの両方を指す。

【0010】

ＴＥＭの試験片を調製することについては、いくつかの技法が知られている。これら技法は、劈開、化学研磨、機械研磨、または幅広のビームの低エネルギー・イオン・ミリング、あるいは上記の１つまたは複数の組み合わせを含んでよい。これら技法の欠点は、これら技法が部位に特化したもの（ｓｉｔｅ−ｓｐｅｃｉｆｉｃ）でないことであり、出発材料をますます小さい断片に薄く切ることがしばしは必要であり、それによって原試料の大部分を破壊することになる。

【0011】

他の技法は、「リフト・アウト（ｌｉｆｔ−ｏｕｔ）」法と一般に称され、取り囲んでいる基板の部分を破壊または損傷することなくサンプルを基板またはバルク試料から切断するために集束イオン・ビームを使用する。そのような技法は、物理科学または生物科学に一般的な材料と同様に、集積回路の製造に使用されるプロセスの結果を分析するのに役立つ。これら技法を使用して（例えば、断面図または平面図において）任意の配向のサンプルを分析することができる。ＴＥＭで直接用いるために十分に薄くサンプルを抽出する技法もあれば、観察前に追加の薄化を必要とする「チャンク（ｃｈｕｎｋ）」または大きいサンプルを抽出する技法もある。加えて、これら「リフト・アウト」試験片は、ＴＥＭ以外の他の分析ツールによって直接分析されてもよい。サンプルがＦＩＢシステムの真空チャンバ内で基板から抽出される技法は、通常「原位置（ｉｎ−ｓｉｔｕ）」技法と称され（ウェハ全体がサンプルを取り除くために別のツールへ移されるときなど）、サンプルが真空チャンバの外側に取り出されるものは、「外位置（ｅｘ−ｓｉｔｕ）」技法と呼ばれる。

【0012】

抽出前に十分に薄化されたサンプルはしばしば、観測するために薄い電子透過膜で覆われた金属格子（ｇｒｉｄ）へ移され、その金属格子へ装着される。図１Ａは、従来技術のＴＥＭ格子１０の上へ装着されたサンプルを示す。典型的なＴＥＭ格子１０は、銅、ニッケルまたは金製である。寸法は変わり得るが、典型的な格子は、例えば、直径３．０５ｍｍであってよく、９０×９０μｍの大きさのセル１４と、幅３５μｍのバー１３とからなる中間部１２を有する。衝突電子ビーム中の電子は、セル１４を通過することはできるが、バー１３によっては阻止されることになる。中間部１２は、縁部１６によって囲まれている。縁部の幅は、０．２２５ｍｍである。縁部１６には、方向マーク１８を除き、セルがない。薄い電子透過支持膜の厚さ１５は、サンプルキャリア全体にわたって均一であり、約２０ｎｍの値である。分析されるＴＥＭ試験片は、セル１４内に配置または装着される。

【0013】

例えば、一般に用される外位置のサンプル調製技法では、図２に示すように、タングステンなどの材料の保護層２２は、電子ビームまたはイオン・ビーム蒸着を用いてサンプル表面２１上の対象の領域を覆って蒸着される。次に、図３および図４に示すように、高ビーム電流（それに呼応して大きいビーム・サイズである）を用いる集束イオン・ビームを使用して多量の材料を対象の範囲の前後部から離れるようにミリングする。ミリングされた２つの矩形部２４および２５の間の残りの材料は、対象の領域を含む薄い垂直のサンプル・セクション２０を形成する。対象の範囲の後側でミリングされたトレンチ２５は、前トレンチ２４より小さい。より小さい後トレンチは、主に時間を節約するためのものであるが、より小さいトレンチはまた、出来上がったサンプルが平坦部を越えてより大きいミリングされたトレンチの中に落下し、それにより微細加工の途中に試験片を除去することが困難になり得るのも防止する。

【0014】

図５に示すように、試験体が所望の厚さに達した後で、ステージは傾けられ、Ｕ字形の切り込み２６が、サンプル・セクション２０の周辺に部分的に沿ってある角度で作成され、サンプルの上部の両側で、タブ２８によってサンプルは吊るされたままになる。小さいタブ２８は、サンプルが十分にＦＩＢ研磨された後、最少量の材料を自由にミリングすることが可能になるので、薄い試験片の上に蓄積する再堆積アーチファクト（ｒｅｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｒｔｉｆａｃｔ）の可能性を低減する。次いで、サンプル・セクションは、次第により精細になるビーム・サイズを用いてさらに薄化される。最後に、タブ２８は切断され、ラメラ２７は完全に切り離される。材料の最後のタブが切り離されると、ラメラ２７がトレンチの上でわずかに動いたり、倒れたりするのを観察できる。完成し分離したラメラ２７を図６に示す。

【0015】

次いで、完成したラメラ２７を含むウェハは、ＦＩＢから除去され、マイクロマニピュレータを装備する光学顕微鏡の下に配置される。マイクロマニピュレータに取り付けられたプローブは、ラメラの上に位置を定められ、ラメラと接触するまで慎重に降ろされる。図７に示すように、静電力が、ラメラ２７をプローブ先端２９に引き付けることになる。次いで、ラメラを引き付けた先端２９は典型的には、図８に示すようにＴＥＭ格子１０に動かされ、ラメラが、バー１３とバー１３の間のセル１４のうちの１つにおける格子上に配置されるまで降ろされる。

【0016】

どの方法を使用するにしても、ＴＥＭ分析用のサンプルの調製は、困難であり、時間のかかるものである。ＴＥＭサンプルの調製および分析に関係している多くのステップは、手動操作の機器を用いて行われなければならない。このため、ＴＥＭサンプルをうまく調製するには、高度な訓練を受け、熟達した操作者および技能者を使用することが一般に必要とされる。その場合にも、再現性およびスループットの任意の適当な水準を満たすことはとても難しい。

【0017】

サンプルの調製にＦＩＢ法を使用することにより、ＴＥＭ分析用のサンプルを調製するために必要とされる時間が数時間だけに削減された。しかし、ＣＤ計測は、ある具体的なプロセスを十分に特徴付けし、適格と認めるために、ウェハ上の異なる位置からの複数のサンプルをしばしば必要とする。状況次第では、例えば、所与のウェハから１５個から５０個のＴＥＭサンプルから分析することが望ましいことになる。そのように多くのサンプルを既知の方法を用いて抽出し、測定しなければならないときには、１つのウェハからのサンプルを処理するための合計時間は、数日または数週間にもなり得る。ＴＥＭ分析によって発見できる情報は、とても有益であり得るが、ＴＥＭサンプルを作成および測定するプロセス全体は、従来とても手間を要し、時間のかかるものであり、製造プロセス制御のためにこのタイプの分析を使用することは、実用的ではなかった。

【0018】

ＴＥＭサンプルの作成、抽出および測定をより十分に自動化し、スループットおよび再現性を高め、それによりＴＥＭ測定が、プロセス制御用の統合された計測または原位置での計測に取り入れることができる方法が必要とされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0019】

【特許文献1】ＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＵＳ０７／８２１５９

【特許文献2】ＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＵＳ０７／８２０３０

【特許文献3】米国特許出願第１１／２５２，１１５号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0020】

したがって、本発明の目的は、ＴＥＭサンプル分析用の改良された方法を提供することにある。本発明の好ましい実施形態は、ＴＥＭサンプル作成、抽出、測定およびデータの取り扱い用、特に小さい形状（厚さ１００ｎｍ未満）のＴＥＭラメラ用の改良された方法を提供することにある。本発明のいくつかの好ましい実施形態により、ＴＥＭサンプル作成および抽出を一部または全部自動化する方法が提供され、それによりＴＥＭサンプルの作成および分析のプロセスを労力のより少ないものにし、ＴＥＭ分析のスループットおよび再現性を高める。

【0021】

本発明の他の目的は、１つまたは複数のサンプル部位のＴＥＭ分析からデータを取得するのにかかる時間を低減し、それによってＴＥＭ測定は、プロセス制御のために統合されたまたはｉｎ ｓｉｔｕの計測に取り入れることができるようにすることである。本発明の好ましい実施形態は、半導体ウェハ上に製造される集積回路または他の構造などの対象に対するＳ−ＴＥＭベースの計測用のインライン・プロセスも提供する。

【課題を解決するための手段】

【0022】

上記は以下の本発明の詳細な説明をより良く理解するために、本発明の特徴および技術的な利点をかなり幅広く概説した。本発明の追加の特徴および利点を、以下に説明することにする。当業者によれば、開示した概念および具体的な実施形態は、本発明と同じ目的を実行するための他の構造を変更または設計するための基礎として容易に利用できることが理解されよう。当業者によればそうした均等な構成は、添付した特許請求の範囲に記載の本発明の精神および範囲から逸脱しないことがやはり理解されよう。

【0023】

本発明およびその利点をより深く理解するために、次に、添付図面と併せて以下の説明に言及する。

【図面の簡単な説明】

【0024】

【図1】典型的な従来技術のＴＥＭ格子を示す図である。

【図2】従来技術による外位置サンプル調製技法の各ステップを示す図である。

【図3】従来技術による外位置サンプル調製技法の各ステップを示す図である。

【図4】従来技術による外位置サンプル調製技法の各ステップを示す図である。

【図5】従来技術による外位置サンプル調製技法の各ステップを示す図である。

【図6】従来技術による完成し分離したラメラの顕微鏡写真である。

【図7】従来技術によるプローブおよび静電気引力を用いたラメラの移送を示す図である。

【図8】従来技術によるプローブおよび静電気引力を用いたラメラの移送を示す図である。

【図9】本発明による自動化したＳ／ＴＥＭサンプルマネージメントを示す図である。

【図10】本発明の好ましい実施形態による１つまたは複数のＴＥＭサンプルを作成するステップ、処理するステップ、および測定するステップを示す流れ図である。

【図11】本発明の好ましい実施形態による１つまたは複数のラメラを作成するステップを示す流れ図である。

【図12】高精度のフィデューシャルがミリングされ、保護層がラメラ位置を覆って蒸着された後の図１１のプロセスによるラメラ部位を示す図である。

【図13】低精度のフィデューシャルがミリングされた後の図１１のプロセスによるラメラ部位を示す図である。

【図14】バルク・ミリングが完了した後の図１１のプロセスによるラメラ部位を示す図である。

【図15】バルク・ミリングが完了した後の本発明によるラメラ・サンプルの高解像度の顕微鏡写真を示す図である。

【図16】図１１のプロセスによって作成されるラメラを示す図である。

【図17】図１１のプロセスによって作成されるラメラを示す図である。

【図18】本発明によるラメラの高解像度の顕微鏡写真を示す図である。

【図19A】一方のビームが、ラメラを薄化するために使用される一方、他方のビームが、ミリングのエンドポイントを見出すためにラメラを撮像する場合のデュアル・ビーム・システムを示す図である。

【図19B】エンドポイントを見出すために、１つのビームがミリングおよび撮像することを可能にするために、サンプルを回転する場合の単一のビーム・システムを示す図である。

【図19C】ミリングのエンドポイントを見出すために、本発明により、撮像され得るミリング・プロセスおよび画像処理中のラメラ部位を示す図である。

【図20】本発明による外位置サンプル抽出デバイスを用いての抽出に適しているラメラを示す図である。

【図21】本発明による外位置ラメラ抽出デバイスを示す図である。

【図22】本発明による外位置サンプル抽出デバイスを用いたサンプルの抽出のステップを示す流れ図である。

【図23】トップダウン照明を用いるときの光ビームの可能な経路を示す光路図の一例を示す図である。

【図24】斜照明を用いるときの光ビームの可能な経路を示す光路図の一例を示す図である。

【図25】本発明による勾配の付いたプローブを示す図である。

【図26A】本発明に従ってプローブ先端を下降させて抽出すべきサンプルと接触させるステップを示す図である。

【図26B】本発明に従ってプローブ先端を下降させて抽出すべきサンプルと接触させるステップを示す図である。

【図27】本発明に従ってプローブ先端を移動させて抽出すべきサンプルと接触させるステップを示す図である。

【図28】本発明に従ってプローブ先端を移動させて抽出すべきサンプルと接触させるステップを示す図である。

【図29】本発明に従って抽出されたサンプルをＴＥＭ格子へ搬送するステップを示す図である。

【図30】本発明に従って抽出されたサンプルをＴＥＭ格子へ搬送するステップを示す図である。

【図31】本発明に従って抽出されたサンプルをＴＥＭ格子へ搬送するステップを示す図である。

【図32】本発明に従って抽出されたサンプルをＴＥＭ格子へ搬送するステップを示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0025】

本発明の好ましい実施形態により、半導体ウェハ上に製造される集積回路または他の構造などの対象に対するＳ／ＴＥＭベースの計測についてのインライン・プロセスが提供される。このプロセスは、一部または全部自動化することができ、このプロセスをウェハ製造施設内で利用して、トラブルに対応するためにまたはプロセスを改善するために迅速なフィードバックをプロセス・エンジニアに与えることができる。

【0026】

本発明の他の実施形態により、ラメラ作成、抽出、および測定用の改良された方法が提供される。好ましい実施形態は、部位間のばらつきがごく少ないＳ／ＴＥＭ計測のための厚さ５０〜１００ｎｍのＳ／ＴＥＭサンプルを作成することができる。このプロセスは、幅１０μｍ×深さ〜５μｍ×厚さ〜５００ｎｍのラメラであり、最終目標厚さ（５０〜１００ｎｍ）で最終的に薄化される窓（ｗｉｎｄｏｗ）が３μｍ×３μｍのものを製作できる。このプロセス全体は、全部自動化されることが好ましく、約１８分で、部位間で３シグマの最終的なラメラの厚さのばらつき約２０ｎｍでラメラを製作する。

【0027】

本発明の好ましい方法または装置は、多くの新規の態様を有しており、本発明は、様々な目的のために様々な方法または装置の中に具現化できるので、必要とされる態様すべてがすべての実施形態に存在するわけではない。また、説明した各実施形態の態様の多くは、別々に特許性があり得る。

【0028】

サンプルマネージメント
図９は、本発明による自動化したＳ／ＴＥＭサンプルマネージメントを示す。図９の好ましい実施形態では、ＴＥＭサンプルは、サンプル（例えば、半導体ウェハから抽出されるラメラ）を順次処理する能力を有する一群の様々な処理ツールによって処理される。Ｓ／ＴＥＭサンプルマネージメント・ツール一式１００は概して、プロセス制御部１１０と、ＦＩＢシステム１１４に動作可能に接続された（またはＦＩＢシステム１１４と動作可能に一体化した）Ｆａｂ Ｈｏｓｔコンピュータ１１２と、ラメラ抽出ツール１１６と、Ｓ／ＴＥＭシステム１１８とを含む。好ましい実施形態では、ＦＩＢシステム１１４は、本発明の譲受人であるオレゴン州ヒルズバラのＦＥＩカンパニーから入手可能であるＣｅｒｔｕｓ／ＣＬＭなどのデュアル・ビームＦＩＢ／ＳＥＭシステムを含み、Ｓ／ＴＥＭシステム１１８は、やはりＦＥＩカンパニーから入手可能であるＴｅｃｎａｉ Ｇ２ Ｓ／ＴＥＭなどのシステムを含む。図９の好ましい実施形態では、それぞれの処理ツールは、コンピュータ・ステーション１２０に動作可能に接続されており（またはコンピュータ・ステーション１２０と動作可能に一体化しており）、このコンピュータ・ステーション１２０は、ＴＥＭサンプルの作成および処理を実行するためのソフトウェア１２２を使用する。任意の適当なソフトウェアの（従来のおよび／または自己生成した）アプリケーション、モジュール、およびコンポーネントが、ソフトウェアを実行するために使用されてよい。例えば、図９の実施形態では、自動化したＳ／ＴＥＭサンプルマネージメントは、やはりＦＥＩカンパニーから入手可能である自動化した機械制御および計測用のＩＣ３Ｄ（登録商標）ソフトウェアを用いて実行される。

【0029】

図９を参照すると、一実施形態では、ネットワーク１３０を介してコンピュータ・ステーション１２０に接続されるプロセス制御部１１０が示されている。ネットワーク１３０は、仮想プライベート・ネットワーク（「ＶＰＮ」）、ローカル・エリア・ネットワーク（「ＬＡＮ」）、広域ネットワーク（「ＷＡＮ」）、またはそれらの任意の組み合わせなどの任意の適当なネットワーク構成であってよい。同様に、プロセス制御部１１０の機能、Ｆａｂ Ｈｏｓｔ １１２の機能、制御部１２４の機能、コンピュータ・ステーション１２０の機能、またはデータ記憶装置１２６の機能を実行するコンピュータは、デスクトップ・コンピュータ、ラップトップコンピュータ、ＰＤＡ、サーバシステム、メインフレーム、個別コンポーネントで作られた処理システム、および／またはそれらの１つまたは複数の組み合わせなどの任意の適当な計算装置であってよい。それら計算装置は、Ｗｉｎｄｏｗｓ（登録商標）、Ｕｎｉｘ（登録商標）、Ｌｉｎｕｘ（登録商標）、Ｓｏｌａｒｉｓ（登録商標）などの従来のオペレーティング・システム、および／またはカスタマイズされ、業務に特化したオペレーティング・システムを実行できる。示した装置は、（変更されている可能性があろうと）従来の機器の任意の適当な組み合わせを用いて実行可能であり、多くのシステムの実施形態では、含まれない可能性さえもある。（例えば、ネットワーク１３０は利用されない可能性がある。）
図１０は、本発明の好ましい実施形態による１つまたは複数のＴＥＭサンプルを作成するステップ、処理するステップ、および測定するステップを示す流れ図である。ステップ２０１では、ＣＤ−Ｓ／ＴＥＭ計測プロセスの前工程で、Ｆａｂ Ｈｏｓｔ １１２は、ある特定のウェハ上で実行される１つまたは複数の特定のプロセスをスケジュール設定する。このプロセスは、操作者が入力、または利用可能なレシピのメニューから選択できる。あるいは、プロセスまたはレシピは、プロセス制御部１１０によってスケジュール設定できる。それぞれの処理ツールは、制御部１２４と結合されており、制御部１２４は、Ｆａｂ Ｈｏｓｔからの命令、およびウェハ識別情報を受信する。それぞれの制御部１２４はまた、自動化した機械制御および計測用のＩＣ３Ｄソフトウェアなどのソフトウェア１２２と情報をやりとりする。

【0030】

ウェハ１０１は、ウェハＩＤ番号または他の名称によって一意的に識別されることが好ましい。適宜、ウェハＩＤ情報を、ウェハ表面にエッチングしてもよい。具体的なプロセスには、例えば、所望のラメラ部位を位置決めし、ＳＥＭまたはＦＩＢによってラメラ部位を撮像し、画像処理および計測に基づいて特定の位置でフィデューシャル（ｆｉｄｕｃｉａｌ）マークをミリングし、ウェハ表面上の精密な位置でラメラをミリングし、およびＳ／ＴＥＭ分析を用いてラメラ・サンプルを分析するための命令またはレシピが含まれてよい。大抵の場合、すべての具体的なプロセスは、使用者の介在がほとんどなしまたは全くなしに自動的に行われることが好ましい。この計測プロセスは、実行されるある特定のレシピと特定のウェハＩＤを合致することによって制御できる。

【0031】

次いで、ステップ２０２では、１つまたは複数のウェハ１０１は、生産ライン１２８から一旦外される。ウェハは、当業界でよく知られているようにマルチ・ウェハ・キャリアおよび自動搭載用ロボットによって移されるのが好ましいが、手動で移されてもよい。キャリアがＦＩＢシステムへ移された後に、ステップ２０４において、キャリアのある特定のスロットに存在するウェハが、所望の位置でＴＥＭラメラをミリングするために、Ｃｅｒｔｕｓ Ｄｕａｌ ＢｅａｍシステムなどのＦＩＢシステム１１４の中に搭載される。適宜、ステップ２０６では、ＯＣＲ装置が、正しいウェハが処理されることを確認するためにウェハ表面にエッチングされたＩＤを読み取ってよい。

【0032】

ウェハ１０１がＦＩＢ装置１１４の中に搭載されると、ステップ２０８において、所望のラメラごとの部位が位置決めされる。このＦＩＢ装置は、ラメラ部位を大まかに位置決めするために、ＦＡＢ Ｈｏｓｔ １１２によって与えられるＸＹ座標を使用することができる。ステップ２１０では、このＦＩＢは、所望のラメラ部位に移動する。適宜、ステップ２１２において、保護層がこの部位を覆って蒸着される。次いで、ステップ２１４では、１つまたは複数のフィデューシャルマークが、すぐ近くにミリングされる。あるいは、１つまたは複数のフィデューシャルが、除去されるラメラ上に配置されてよい。また、いくつかの実施形態では、フィデューシャルマークは、例えば、ＳＥＭまたはＦＩＢ蒸着による、またはＳＥＭミリングによるイオン・ビーム・ミリング以外の既知の技法によって作成されてよい。好ましくは、高精度のフィデューシャルマークが用いられ、フィデューシャルマークごとの正確な位置およびラメラごとの正確な位置は、より詳細に後述するとともに、２００７年１０月２２日出願の同時係属中のＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＵＳ０７／８２１５９で述べるように、自動化した機械視覚ベースの計測（ｍａｃｈｉｎｅ−ｖｉｓｉｏｎ ｂａｓｅｄ ｍｅｔｒｏｌｏｇｙ）および画像認識に基づいたパターン認識によって決定できる。ウェハ上に他のラメラ部位がある場合には、ステップ２１６において、このプロセスは、ステップ２１０へ戻り、所望のラメラ部位それぞれでステップ２１０から２１６を繰り返す。

【0033】

すべてのラメラ部位が位置決めされ、所望のフィデューシャルがミリングされたら、ステップ２１８において、ＦＩＢは、ミリングされていないラメラ部位に移動する。ステップ２２０では、ラメラが、それぞれの所望の位置で図１１を参照して以下に述べるプロセスを用いて作成される。すべての所望のラメラがミリングされた後に、サンプルは、ウェハ１０１から抽出され、ＴＥＭ格子１０２の上へ搭載される。ラメラの抽出は、ｉｎ−ｓｉｔｕまたはｅｘ−ｓｉｔｕのいくつかの既知の方法によって行われてよい。好ましい実施形態では、ラメラがミリングされると、ステップ２２４において、ウェハ全体が、以下に述べる外位置抽出器（「ＥＳＰ：Ｅｘ−Ｓｉｔｕ Ｐｌｕｃｋｅｒ」）などの別個のラメラ抽出ツール１１６へ移される。ウェハは、当業界でよく知られているようにマルチ・ウェハ・キャリアおよび自動搭載用ロボットによって移されるのが好ましいが、手動で移されてもよい。ステップ２２６では、ウェハ部位のリスト（例えば、部位ＩＤ、ラメラ位置ごとのＸＹ座標のリスト、ウェハＩＤ、ロットＩＤ、およびキャリア・スロット番号など）を、ラメラ抽出ツール１１６はＦＩＢシステム１１４から取り込む。あるいは、ウェハ部位のリストは、ＦＡＢ Ｈｏｓｔまたは他のプロセス制御部によって供給される。当業者は、本明細書中で述べるように情報または命令が一方の装置から別の装置に伝えられるたびに、転送が、直接転送（ツール・ツー・ツール）または（プロセス制御部を介してなど）他の装置もしくは制御部を介してなどいくつかの既知の方法によって実行できることが理解するであろう。

【0034】

ステップ２２８では、ＥＳＰ１１６は、抽出されていないラメラの部位へ移動するために機械的ステージを使用する。ステップ２３０では、例えば、メカニカル／静電／圧力マニピュレータを用いてラメラは抽出され、ステップ２３１でＴＥＭ格子の上へ配置される。ＴＥＭデータが適切なウェハ位置に適切に移すことができるように、新しいＴＥＭ格子を使用して各特定の位置でのすべての部位からのラメラを格子上に装着することが好ましい。抽出される別のラメラがある場合には、ステップ２３２で、このプロセスはステップ２２８に戻り、ステップ２２８〜２３２が抽出されていないラメラごとに繰り返される。

【0035】

すべてのラメラが抽出され、ＴＥＭ格子１０２が埋められた後で、ステップ２３４において、ウェハ１０１および格子１０２は、ラメラの抽出ツール１１６から降ろされ、次いでウェハ１０１は、生産ラインへ戻される。やはり、ウェハは、当業界でよく知られているようにマルチ・ウェハ・キャリアおよび自動搭載用ロボットによって移されるのが好ましいが、ウェハを手動で移すこともできる。ステップ２３６では、埋められた格子１０２は、格子識別番号を一意に付されたカートリッジ１０４に配置される。ステップ２３８では、ラメラ部位のリストは、ラメラ抽出ツールから取り込まれる。ラメラ部位のリストは、他のデータとしては、配置されるラメラごとの格子の座標、対応する部位ＩＤ、ウェハＩＤおよびロットＩＤを含むことが好ましい。

【0036】

ステップ２４０では、埋められた格子１０２は、ＴＥＭ／ＳＴＥＭシステムの中に搭載される。ステップ２４２では、サンプルは、Ｓ／ＴＥＭによって撮像される。Ｓ／ＴＥＭ撮像の前に、自動配向決定ルーチンを使用してそれぞれのラメラが撮像のため適切に向けられていることを確実にすることができる。好適な自動配向決定ルーチンは、電子ビームに対してそれぞれのラメラを回転させ中央に置くために、自動で動くステージおよびビームとともにＩＣ３Ｄによって作動されるパターン認識を使用できる。それぞれのサンプルがツール内の適切な作業高さで撮像されるように、他のルーチンを使用してステージを昇降してよい。ラメラ上の予め定められた対象の範囲を使用して自動配向決定ルーチンのための枠組みを与えてもよい。対象の範囲が定められると、その対象の範囲を撮像し、サンプルの向きの軸すべてについて最良の適合を決定するために、例えば材料のコントラストまたは鮮明度によって画像を評価し、それが電子ビームに直交する（アルファおよびベータの向き）ことを確実にする。

【0037】

ステップ２４４では、限界寸法が測定され、ステップ２４６では、その結果が、ローカルＩＣ３Ｄデータベースに記憶される。撮像後、格子は、廃棄または保管庫内に配置されてよい。ステップ２４８において、ラメラごとの計測データは、データベースからプロセス制御部１１０へエクスポートされ、上流と下流の両方のプロセス制御に用いることができる。ステップ２５０において、処理される他のウェハがある場合、プロセスは、ステップ２０４へ戻り、次のウェハが搭載される。このプロセス全体は、すべてのウェハの処理が完了されるまで繰り返される。

【0038】

ラメラ作成
現在、ＦＩＢシステム用のＴＥＭラメラ作成プロセスは、ラメラ作成のために手動入力を対象のフィーチャまたは部位を位置決めするための１次的方法として使用する。典型的には、所望のラメラ位置が手動で位置決めされた後で、フィデューシャルまたは位置決めマークがすぐ近くにミリングされる。ＦＩＢ撮像は必然的にいくらかのサンプルの損傷を引き起こすので、保護層が、撮像および／またはミリングの前に、所望のラメラ位置を覆うように蒸着される。この保護層は、基板上のフィーチャを見ることをより困難にさせるので、典型的には、フィデューシャルマークを保護層の中にミリングして、ビームを向け、切断するために適所に位置決めするのを助ける。このフィデューシャルは、位置決めマークとしてその後の処理に使用される。次いで、このフィデューシャルを手がかりに画像認識を使用してその後のラメラのミリングのための位置を見つける。このフィデューシャルをミリングするために、所望のラメラ部位近くの位置が、典型的には手動で選択され、次いで所望のフィデューシャルパターンがその位置において自動でミリングされる。

【0039】

ラメラ部位を手動で識別し、次いでフィデューシャルの位置を手動で選択するこの方法は、高度の精度または正確度を与えない。結果として、既知の自動ラメラ・ミリングの手法は、厚さ約５００ｎｍであるラメラの粗いミリングに制限される。典型的には、さらなる薄化は、所望のラメラ厚さ１００ｎｍ以下を達成するために手動制御される。

【0040】

図１１は、本発明の好ましい実施形態による１つまたは複数のラメラを作成するステップを示す流れ図である。この実施形態では、機械視覚ベースの計測および画像認識、高精度のフィデューシャルマーク、ならびに自動フィデューシャル配置を使用してラメラの配置の正確度および精度を大幅に改善させる。プロセス中の様々なステップを図５〜図１１に示す。

【0041】

まず、ステップ３０１において、ウェハは、オレゴン州ヒルズバラのＦＥＩカンパニーすなわち本発明の譲受人から市販のＣｅｒｔｕｓ Ｄｕａｌ ＢｅａｍシステムなどのＦＩＢシステムの中に搭載される。ステップ３０２において、ウェハ表面上のラメラ部位は、画像認識ソフトウェアを用いて自動的に位置決めされる。適当な画像認識ソフトウェアは、例えば、マサチューセッツ州ＮａｔｉｃｋのＣｏｇｎｅｘ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎから入手可能である。画像認識ソフトウェアは、同様のフィーチャのサンプル画像によって、またはＣＡＤデータからの形状の情報によって所望のラメラ位置を位置決めするように「トレーニング」できる。自動化したＦＩＢまたはＳＥＭ計測を使用してラメラ部位を識別する、またはラメラ部位を識別するのを助けることもできる。計測は、画像ベースのパターン認識、エッジ検出、ＡＤＲ、重心計算、ブロブ（ｂｒｏｂｓ）などからなり得る。

【0042】

任意のステップ３０４において、ラメラ部位は、１時間２０分の間、幅１５μｍ×高さ３μｍの保護用の５ｋＶ ＦＩＢタングステン蒸着が施される。これにより、３０ｋＶ ＦＩＢの部位整列ステップ（ｓｉｔｅ ａｌｌｉｇｎｍｅｎｔ ｓｔｅｐ）および蒸着ステップ中の損傷を防ぐために十分なタングステンを部位表面上に与える。この保護層は、ＳＥＭ同時計数に対する５ｋＶ１８０ｐＡ ＦＩＢ開口が４μｍ未満の場合には、直接配置されてよく、それ以外の場合には部位整列のプロセスが、この蒸着の配置をさらに精確にするために使用できる。

【0043】

ステップ３０６において、所望のラメラ位置それぞれに対する任意の所望のフィデューシャルマークの精密な位置が特定される。例えば、サンプル位置を撮像するためにＦＩＢまたはＳＥＭを用いて、フィデューシャル位置は、操作者がマウスを使用して所望のフィデューシャル位置の周りに仮想ボックスをドラッグすることによって特定できる。次いで、自動化した計測ソフトウェアが、サンプル位置での識別可能なフィーチャ（例えば、フィーチャの右端から１５ｎｍ）に対してフィデューシャル位置を精密に測定し得る。それぞれのラメラ部位が位置決めされると、次いでフィデューシャルは、それぞれのラメラ部位で、それぞれのフィデューシャルとそれぞれのラメラ位置の間の空間的関係が等しくなるように特定された精密な位置で自動的にミリングされ得る。フィデューシャル位置は、ウェハ表面上のある特定の構造に対するフィデューシャル位置を特定するためにＣＡＤデータを用いて特定されてもよい。

【0044】

好ましい実施形態では、ＩＣ３Ｄソフトウェアのビジョン・ツール（ｖｉｓｉｏｎ ｔｏｏｌ）の使用によって精細なフィデューシャルの配置が実現される。特定のパターンは、画像認識ソフトウェアによって位置決めすることができ、画像認識ソフトウェア使用して目標構造を位置決めすることができる。次いで、一連のカリパス（エッジの位置を突き止めるパターン認識ツール）を使用して目標構造のエッジを見つけ、目標構造の近くの精細なフィデューシャルが中央にくるように精密に合わせる。ＩＣ３Ｄのシェイプ・リンク機能（ｓｈａｐｅ ｌｉｎｋｉｎｇ ｃａｐａｂｉｌｉｔｉｅｓ）の広範な使用により、それぞれの部位の直接測定に基づいて部位のフィデューシャルを確実に配置できる。

【0045】

好ましくは、高精度の（精細な）フィデューシャルと低精度の（粗い）フィデューシャルの組み合わせを使用してラメラの配置精度および正確度を最適化する。現在、ラメラ位置およびミリングに用いられるフィデューシャルは、ミリングされた２本の線の交差点によって形成される「Ｘ」などの低精度のフィーチャだけからなる。しかし、十分なラメラを製作するのに必要な解像度では、それぞれのミリングされた線は、幅数ナノメートルになる。エッジ検出ソウトウェアを使用してそれぞれのミリングされた線の中心線、次いで具体的な基準点を決定するための使用される２本の数学的に決定された中心線の交差点を決定しなければならない。典型的には、このフィデューシャルを使用するこのタイプの決定には、あまりに多くの誤差があり、多くの小さい形状のラメラの応用に必要とされる誤差範囲内でラメラ位置を正確に決定することができない。

【0046】

好ましい実施形態では、典型的な低精度のフィデューシャルマークとより高精度のマークとの組み合わせが使用される。図１２に示す矩形部４０６などの高精度のフィデューシャルによりラメラ位置がよりずっと正確に決定されることが可能になる。図１２に示す矩形のフィデューシャル４０６は、所望のラメラ位置４２７どちらの端部にも位置決めされる。高精度のフィデューシャルは、以下に述べる低精度のフィデューシャルより小さい。このため、高精度のフィデューシャルは、バルク・ミリングに用いられる大きいＦＩＢビームを用いて識別可能でなく、より小さいＦＩＢビームを用いたラメラの最終的な配置にのみ用いられる。図１２中の矩形のフィデューシャルは、それらの上部エッジおよび底部エッジのＹ位置を決定するために画像分析を用いて位置決めされる。これにより、フィデューシャルがＦＩＢ撮像中に損傷を受ける場合でも、正確な位置決めになる。エッジ検出ソウトウェアは、ラメラの上部エッジおよび底部エッジを精密に位置決めするために上部エッジおよび底部エッジを識別さえすればよい。これら矩形のフィデューシャルのためのパターン認識は、２測定ストラテジに基づいており、すなわち、フィデューシャルの上部エッジおよび底部エッジが測定される。エッジ位置が位置決めされると、ラメラの上部エッジおよび底部エッジと平行である中心線または軸が決定できる。基板４０３がＦＩＢを用いて撮像される際、表面は漸次、スパッタされ除かれる。上述の高精度のフィデューシャルは、このＦＩＢの損傷に非常に耐性があり、というのも測定される両エッジは、ほぼ同じ割合で変わることになり、それでラメラ配置の誤差全体はとても低くなるからである。

【0047】

図１３中の大きい円などの低精度のフィデューシャル４０４は、おおよそのラメラ位置を素早く見つけバルク・ミリングを行うなどの全体構造のパターン認識のために使用できる。適当な低精度のフィデューシャルは、迅速なバルク材料の除去に適している低解像度（より大きいビーム・サイズ）のイオン・ビームを用いてサンプルが撮像されるときに容易に識別することができる。複数のフィデューシャル、および低精度のフィデューシャルと高精度のフィデューシャルならびに様々なフィデューシャルの形（図１３に示すような）の組み合わせを使用して、よりさらに正確な配向を決定することができる。

【0048】

フィデューシャル位置が決定されたら、ステップ３０８において、高精度のフィデューシャルは、所望の位置でミリングされる。図１２に示すように、最終的な薄化プロセス中にラメラを垂直配置するために、１ｎＡ ３０ｋＶのＦＩＢを用いて、小さい矩形のフィーチャ４０６が、ラメラ部位（破線４０７によって差し示される）の各端部でミリングされる。好ましい実施形態では、適当なフィデューシャルパターンにより、最終的なラメラ配置が１０ｎｍの範囲内で正確であることが可能になる。いくつかの実施形態では、このフィデューシャルのサイズおよび形は、所望のラメラのサイズ、幅、または位置に応じて変わり得る。

【0049】

ステップ３１０において、高精度のフィデューシャルがミリングされた後に、例えば、タングステンまたは白金から構成されるバルク保護層４０８は、ミリング・プロセス中にサンプルを損傷から保護するためにラメラ部位を覆って蒸着される。図１３は、保護層４０８がウェハ表面４０３上の所望のラメラ位置を覆って蒸着されたラメラ部位４０２を示す。表面のごく近くで情報が必要とされる場合のいくつかのサンプルについては、蒸着を行うための低エネルギーＦＩＢ（〜５ｋｅＶ）を用いて保護層を蒸着することは役立ち得る。高精度のフィデューシャル４０６は、後々の処理中に高精度のフィデューシャル４０６を保護するために、保護材料を用いて軽く埋め戻されることも好ましい。

【0050】

ステップ３１２において、バルク保護用の蒸着後、図１３に示すように大きい円形のフィデューシャル４０４が、精細なフィデューシャルの周りにミリングされる。これら低精度のフィデューシャルは、おおよそのラメラ位置の素早い再発見やラメラのバルク・ミリングのための位置の決定などの全体構造のパターン認識に用いられる。より大きいビーム・サイズが、バルク・ミリングに用いられることになるので、適当な低精度のフィデューシャルは、より低い解像度の画像においても、パターン認識ソフトウェアによって容易に識別されるはずである。次いで、このシステムは、フィデューシャルを位置決めすること、およびラメラ部位がフィデューシャルから一定のオフセットで配置されていることを知ることによって、それぞれの所望のラメラ部位に容易に再配置することができる。

【0051】

ステップ３１４においてウェハ上に他のラメラ部位がある場合には、ＦＩＢシステムは、次のラメラ部位の座標に移動する（ステップ３１５）。その場合は、このプロセスは、ステップ３０２へ戻り、ラメラ・ミリング・プロセスが開始される前にステップ３０２から３１４が残りのすべてのラメラ部位について繰り返される。

【0052】

すべてのラメラ部位でフィデューシャルがミリングされたら、ステップ３１６において、ＦＩＢシステムは、ミリングされていないラメラ部位に移動する。ステップ３１８において、バルク基板のミリングを使用してラメラを粗く成形する。図１４は、ステップ３１８のバルク・ミリングが完了した後のラメラ部位を示す。より大きいイオン・ビーム・サイズがバルク材料の除去に適することになる。好ましい実施形態では、それぞれのラメラは、基板上の隣接する２つの矩形部４２４、４２５を切断するためにＦＩＢを用いて形成され、２つの矩形部の間の残りの材料は対象の領域を含む薄い垂直なサンプル・セクション４２７を形成する。イオン・ビームは、基板表面に対してほぼ直角で基板に向けられることが好ましい。ビームは、抽出されるサンプル・セクションに隣接する矩形の領域内で走査され、所定の深さを有する矩形の穴４２４を形成する。ミリングされた穴は、抽出されたサンプル中の対象のフィーチャを含むのに十分に深くなくてはならない。このミリングされた穴は、以下に述べるようにサンプルの機械的剛性を増大させるために、薄化したサンプルの下部に（対象のフィーチャの下方に）バルク材料が残ってもよいほど十分に深意ことが好ましい。ビームは、抽出されるサンプル・セクションに隣接する矩形の領域４２５内で走査されるが、第１の矩形の穴から前記サンプル・セクションの反対側までは走査されない。好ましくは、２つの矩形の穴の間の残りの材料は、抽出されるラメラを含む薄い垂直なサンプル・セクションを形成する。

【0053】

低精度のフィデューシャル４０４を使用して、（より迅速にサンプルを取り除くためにより大きいビーム直径を用いた）ラメラのバルク・ミリングについてのビーム位置を制御できる。ラメラの両側面から中に入る典型的な断面ミル・パターンが使用でき、厚さ約２μｍの粗ラメラを残す。次いで、このラメラは、アンダーカット・ステップの準備として両側に施される断面クリーニングのためのミリングで約８００ｎｍまでさらに薄化される。図１５は、バルク・ミリングが完了した後のラメラ・サンプルの高解像度の顕微鏡写真を示す。

【0054】

ステップ３２０において、フィデューシャルおよびバルク・ミリングがなされた後に、ラメラは、アンダーカット・プロセスを受ける。好ましくは、ＦＩＢカラムは約４．５度傾けられ、ラメラの底部は、１ｎＡの断面クリーニングでアンダーカットされる。または、サンプル・ステージが傾けられてもよい。アンダーカットの精密な位置は、精細なフィデューシャルを突き止めるとともに測定するためのビジョン・ツールを用いて位置決めすることができる。より大きいＦＩＢの傾斜が（ハードウェアの制約に従って）採用され得るが、浅い入射角のアンダーカットは、ＴＥＭサンプル作製プロセスに２つの利益をもたらす。第１に、ラメラ面は、大きい入射角で撮像されず、したがってＧａ＋注入量および損傷を低減する。第２に、アンダーカット・プロセスで、中間薄化ステップとしての役割を果たし、この中間薄化ステップは、いくつかの異なる基板（ＴＩ ＳｉＧｅ、ＴＩ ＳＴＩ、ＭｅｔｒｏＣａｌ、ＩＦＸ ＤＴＭＯ、Ｆｕｊｉｔｓｕ ｃｏｎｔａｃｔ）について適度に狭い範囲の幅までラメラの厚さを減じる。ラメラ・サンプル５２７についてのアンダーカット５０２およびサイドカット５０４が、図１６に示されている。

【0055】

ステップ３２２において、次いでサンプルは１８０度回転され、上記プロセスが底部を切り離すためにラメラの上部エッジで繰り返される。これにより、目標構造を中心とした厚さが約５００ｎｍである粗いラメラになる。

【0056】

ステップ３２４において、ラメラの側部を切り離すためにラメラの底部から上面近くまで２カ所切断するが、ラメラはタブ５０６（図１６に示す）によってラメラの上部での両側で吊るされたままにしておく。ラメラの最終的な薄化が完了したら、プローブがラメラに取り付けられ、タブまたはヒンジが断ち切られ、それによりラメラが抽出される。あるいは、プローブは、以下および２００７年１０月２０日出願の同時係属中のＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＵＳ０７／８２０３０に記載されているように、ラメラのヒンジを破断するために使用されてよい。

【0057】

任意のステップ３２６において、ＩＣ３Ｄビジョン・ツールは、精細なフィデューシャルを突き止めるために使用され、バルク・ミリング・プロセスによる任意の再堆積物およびフィデューシャルをミリングするプロセス中に蒸着された保護用のタングステン層を除去することができる。

【0058】

第１の２つの矩形のバルク・ミリング切断およびアンダーカットによって形成されるラメラは、厚さ約５００ｎｍになることが好ましい。ステップ３２８において、（対象の領域を含む）ラメラの中央部５１０は、好ましくは、以下に述べるミル・パターンで、ＦＩＢの傾斜１．２度の３０ｐＡのビームを用いて、両側面から薄化される。以下に述べるように、ラメラ・ミリングに通常用いられる典型的なクリーニング・ミル・パターンは、非常に薄いラメラ（１００ｎｍ未満）の湾曲または反りを引き起こす。ミル・パターンを用いることによりサンプル面上を複数のビームが通過し、サンプルの反りを防ぐことを出願人は発見した。このミル・パターンを、薄化プロセス中のラメラの反りをなくす方法の他の実施形態とともに、以下にもっと詳細に述べる。

【0059】

最終的な薄化切断が、ラメラのエッジを見つけるために（画像認識とともに）カリパスを用いて行われてよく、その上、最終的なラメラの厚さは、ラメラ面からのミリング位置のオフセットによって決定される。例えば、サンプルから抽出されるラメラごとに、ラメラの正確な位置がフィデューシャル位置から決定されてよい。第１の切断は、所望のサンプルの中央から離れるように所望のラメラの半分の厚さでミリングされる。ＦＩＢまたはＳＥＭ撮像を用いてトップ・ダウン方式でサンプルを見る際、自動化した計測ソフトウェアは、第１の切断のエッジおよびフィデューシャル位置を測定し、第２の切断の位置を精密に決定できる。ビーム位置を精密に制御するために高精度のフィデューシャルの位置を用いて、ラメラは、反復可能なプロセスにおいて微細に集束されたＦＩＢを用いて厚さ１００ｎｍ以下まで薄化される。

【0060】

リアル・タイム・パターン認識を使用してＦＩＢを配置するのが好ましい。リアル・タイム・パターン認識および計測を行う適当なＦＩＢシステムは、本発明の譲受人であるＦＥＩカンパニーから入手可能であるＣｅｒｔｕｓ ３Ｄ Ｄｕａｌ Ｂｅａｍシステムである。

【0061】

任意のステップ３３０において、低ｋＶクリーニングが、傾斜４．５度の１８０ｐＡ ５ｋＶのＦＩＢを用いて最終的に薄化される窓に関して行われる。出願人は、ラメラのそれぞれの面上の１０秒のクリーニング・ミルが、ＴＥＭ撮像の状態の大幅な改善をもたらすことを発見した。

【0062】

ウェハ上に他のミリングされていないラメラ部位がある場合には、ステップ３３２において、ＦＩＢシステムは、次のミリングされていないラメラ部位の座標へ移動する。次いでプロセスはステップ３１６に戻り、ステップ３１６〜３３２が、残りのすべてのミリングされていないラメラ部位について繰り返される。

【0063】

図１１を参照して述べた方法によって製作された最終的なラメラ構造を図１６〜図１８に示す。以下に述べるように、中央のラメラ「窓」５１０は、厚さ１００ｎｍ以下まで薄くされてよく、機械的強度が増大したサンプルをもたらすために周囲の材料をより厚く残す。好ましくは、中央の窓は、幅約３μｍ、深さ４μｍおよび厚さ５０〜７０ｎｍである。窓５１０を囲むより厚い材料（図１５に参照符合５１２によって示す）は、ミリング・プロセス中にラメラが反るのを防ぐ助けもする。この「窓のある」ラメラ構造の機械的強度の増大は、２００７年１０月２０日出願の同時係属中のＰＣＴ出願ＰＣＴ／ＵＳ０７／８２０３０に記載されるような外位置ラメラ抽出デバイスを用いるときには、やはり非常に望ましい。図１８は、上述のプロセスを用いて作成されたラメラの高解像度の顕微鏡写真を示す。

【0064】

上述のようにフィデューシャルマークに対するミリング位置の決定に加えて、ミリング・プロセスは、トップ・ダウンのパターン認識および計測を用いてエンドポイントを見出すことができる。好ましい実施形態では、図１９Ａ中に概略的に示すように（原寸に比例していない）、ＦＩＢミリングは、垂直に装着されたＦＩＢカラム５２１が基板４０３をミリングしてラメラ４２７を作成するために使用され、ＳＥＭカラム５２２がラメラ４２７を撮像するために使用されるデュアル・ビームＦＩＢ／ＳＥＭシステムにおいて行われ、それにより自動化した計測ソフトウェアが、ラメラ４２７が所望の厚さまで薄化されたか決定できる。あるいは、一方のビームがミリングするために使用され、他方が撮像するために使用されるデュアルＦＩＢシステムを使用してもよい。図１９Ｂ中に概略的に示すように（原寸に比例していない）、単一のＦＩＢカラム５２１を備えるシステムを使用してもよく、（従来技術で知られているように）同じビームがミリングおよび撮像するために使用できるようにサンプルは傾けられ、回転される。ＦＩＢがサンプルを撮像するために使用される場合には、ラメラへの損傷の危険があることを当業者は認識するであろう。

【0065】

図１９Ｃも参照すると、最初のバルク・ミリング４２４がラメラ４２７の一方の側で完了した後、第２のバルク・ミリング４２５のエンドポイント（ｅｎｄｐｏｉｎｔ）は、１００ｎｍ未満のフィーチャについての断面がＣＤ−ＳＥＭによって測定されるのと同じやり方でラメラの幅を監視することによって制御できる。

【0066】

典型的には、構造の断面の幅を測定するために、ＳＥＭが、自動計測ソフトウェアと併せて使用される。電子ビームが、露光される断面にわたって走査される際に、２次検出が用いられるのであれ、後方散乱検出が用いられるのであれ、典型的には構造のエッジでの電子強度の変化がある。構造のエッジでのコントラストに基づいてエッジ位置を特定するための、およびそれらエッジ間の距離を決定するためのアルゴリズムが使用される。

【0067】

本発明の好ましい実施形態は、断面計測についてのこれら既知の技法の新規な応用を成す。最終的なラメラの位置および厚さは、デュアル・ビーム・システムのＦＩＢをサンプル断面を露光するために用い、ＳＥＭを自動化された計測分析のためのサンプル撮像に用いる既知のスライス・アンド・ビューテクニック（ｓｌｉｃｅ ａｎｄ ｖｉｅｗ ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ）に類似したミリングおよび撮像技術に基づくことになる。したがって、パターン認識ツールおよびエッジ検出ツールなどの画像処理ツールは、ラメラの厚さを精密に制御するために使用できる。これらのタイプの従来技術の「断面観察」技術は、例えば、Ｃｈｉｔｔｕｒｉらによる米国特許出願第１１／２５２，１１５号に「Ｍｅｔｈｏｄ Ｏｆ Ｍｅａｓｕｒｉｎｇ Ｔｈｒｅｅ−Ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｒｏｕｇｈｎｅｓｓ Ｏｆ Ａ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ」として記載されており、この出願は、本発明の譲受人であるＦＥＩカンパニーに譲渡されている。

【0068】

好ましくは、薄化はまず、ラメラの一方の側で完了されることになる。最初のミリングの位置は、上述したフィデューシャル位置または他の計測を用いて制御されることになる。次いでサンプルが、集束イオン・ビームまたは走査型電子顕微鏡を用いてトップ・ダウン方式で撮像されることになる。ＣＤ−ＳＥＭと同様に、イオン・ビームまたは電子ビームが基板の表面にぶつかるときに、２次電子および後方散乱電子が放出される。これらの電子はそれぞれ、当技術分野で知られているように２次電子検出器または後方散乱電子検出器によって検出される。２次電子検出器または後方散乱電子検出器によって生成されるアナログ信号は、ディジタルの輝度値に変換される。ビーム（イオンまたは電子）がラメラ表面にわたって走査される際に、構造のエッジで放出電子強度の変化がある。構造のエッジのうちのいずれかでの輝度値の差またはコントラストに基づいてエッジ位置を特定し、それらエッジの間の距離を決定するためのアルゴリズムが使用される。画像の分析が（例えば、所望のラメラ／サンプルの最小幅などの）ある特定の基準が満たされていないと判定する場合には、ミリングおよび画像処理のステップが繰り返される。

【0069】

ラメラの抽出および装着
本発明の好ましい実施形態では、上述のようにいくつかのラメラがウェハ上に作成されると、ラメラは、ウェハ表面から自動的に抽出され、Ｓ／ＴＥＭ分析のためにＴＥＭ格子の上へ配置できる。好ましくは、ラメラの抽出および装着は、ウェハ全体をＦＩＢシステムから本明細書に記載した外位置プラッカー（「ＥＳＰ」）などの別個のラメラ抽出ツールまで移すことによって外位置で行われる。当該分野では周知のように、ウェハはマルチ・ウェハ・キャリアおよび自動搭載ロボットによってサンプル抽出ツールまで搬送されることが好ましいが、ウェハは手動で搬送することもできる。ウェハＩＤごとの全ラメラ部位のリストは、ＥＳＰによってＦＩＢシステム１１４から抽出される。ラメラ抽出ツール１１６は、それぞれのラメラ部位へ移動するために機械的ステージを使用する。ラメラは、真空／静電マニピュレータを用いて抽出され、ＴＥＭ格子の上へ配置される。ラメラ抽出プロセスは、完全に自動化されることが好ましい。あるいは、この抽出プロセスは、完全にまたは部分的に手動で制御することができる。

【0070】

図２１は本発明に係る外位置サンプル抽出ツール６１０（以下、「外位置プラッカー」または「ＥＳＰ」という）の好適な実施形態を示すブロック図である。好適な実施形態では、ＥＳＰはサンプルの外位置抽出用の独立したツールである。ＥＳＰは、機械的ステージ６１２を有するＴＥＭ試験片抽出器、ビデオ・フィード６１５を有する光学顕微鏡６１４、およびサンプル抽出用の（本願明細書ではマイクロプローブとも呼ぶ）プローブ６１６を備える。図２５も参照すると、プローブ６１６は約４５°に傾斜した平坦な先端部を有する円筒形中空管を備えることが好ましく、サンプルをプローブ先端まで引き上げるために、中空管を真空にすることができる。プローブ６１６はプローブの円筒（長手方向）軸線がウェハ（基板）上面に対して約４５°の角度になるように配向されている。被抽出サンプルが垂直のサンプル面を有する場合、この配向によって、プローブもサンプル面に対して４５°に配向される。プローブ６１６は４５°に勾配の付いた表面を有する引き伸ばされた１ｍｍのホウケイ酸塩管を備えることが好ましい。適したプローブは、外径１０−１２μｍの長くて薄いマイクロキャピラリを製作するためにＮａｒｉｓｈｉｇｅ ＰＣ−１０などのマイクロピペット・プラーを用いて先端が改変された標準的なホウケイ酸塩マイクロピペットを用いることによって製造可能である。

【0071】

好適な一実施形態では、ＥＳＰは、統合されかつ単一の制御地点（例えば、コントロールＰＣ）６１８を介して制御される以下の構成要素を備える：ＸＹＺＲ機械的基板ステージ６１２上に設置されたウェハ・ホルダ６２２、プローブ・ホルダおよびモータと、マイクロプローブをプローブの円筒（長手）軸線周囲で回転させることのできるＸＹＺプローブ・ステージとを含んだマイクロマニピュレータ・システム６１７、回転可能ＴＥＭ格子ホルダ６２０、ＴＥＭ格子回転コントローラ６２１、任意の別個の格子ステージ（図示せず）（ウェハ・ホルダおよびＴＥＭ格子ホルダは共に１つの機械的ステージ上に設置可能である）、（付着性を最小化するために可能な限り粗くされた）４５°の平坦な先端を有する引っ張り微細加工されたマイクロピペット・プローブ６１６、湿度および温度の影響を最小化するための任意の制御された環境（図示せず）、プローブ６１６中に真空を印加するための１以上の真空ポンプ６２４または他の装置、圧縮空気源などの空圧源６２３、基板を撮像するためのレンズ６１３を有する光学顕微鏡６１４、斜角６４０から基板を照明して撮像および／またはマシン・ベースのパターン認識を促進するのに用いられる光学システム６２６（光ファイバ束６２７を用いる）、動作／接触センサおよびコントローラ６２８、空気流または真空センサ６３０、および防振台６３２。

【0072】

図２１の好適な実施形態では、ＥＳＰはサンプルの抽出および操作を実施するためのソフトウェアを用いるコンピュータ・ステーション６１８に動作可能に接続（または一体化）されている。コンピュータ・ステーション６１８は、適したソフトウェアを介して、ラメラを製作するのに用いられるＦＩＢシステムから抽出すべきサンプルのためのｘ−ｙ座標を受け取ることができる。次いで、サンプルが抽出され、ＴＥＭ格子へ搬送されたら、各ラメラの場所を対応するＴＥＭ格子場所と一致させることができる（一般に、１個のセルに対して１個のラメラ）。これによって、最終的なＴＥＭ結果が元のウェハ上の特定のサンプル部位と自動的に再び適合され得るように、プロセス全体を通してデータ追跡が可能となる。コンピュータ・ステーション６１８はまた、サンプル・ステージおよび格子ステージを位置決めするためおよびマイクロプローブを位置決めするために、ステージ・コントローラおよびマイクロマニピュレータ・コントローラに動作可能に接続されることも好ましい。

【0073】

小さな真空圧をマイクロプローブ先端を通してラメラに印加することによって、ラメラは、先行技術のように静電力だけを用いるよりも、はるかに正確に制御可能になる。ラメラは確実に適所に保持され、先行技術のように簡単には落下しない。（以下でより詳細に述べるように）プローブ先端とサンプルとの間の静電引力を最小化すれば、プローブ先端に付着し続けるのではなく、サンプルが置かれた場所に正確に留まる可能性が非常に高くなる。静電引力を用いて（全体として、または真空圧と併せて）サンプルをプローブ先端に付着させる場合であっても、マイクロプローブ上の角度の付いた勾配は、プローブ先端をその長手軸線周囲に１８０°回転させる能力を伴って、ラメラをＴＥＭ格子フィルム上に平坦に配置させ、これがサンプルとＴＥＭ格子フィルムとの間の引力を最大化しやすくするので、サンプルをフィルムに付着させ、それが置かれた位置に留まらせる。（ＴＥＭステージをサンプル間で頻繁に調節しなくてもよいので）これによってサンプルの配置および配向を正確に制御することが可能になるので、分析の予測可能性および処理能力が大幅に増大される。

【0074】

図２２はウェハから多数のサンプルを抽出する際の本発明によるステップを示すフローチャートである。これらのステップはコンピュータ可読命令を介してコンピュータ・ステーション６１８によって自動的に実行および制御されるのが好ましいが、完全または部分的に手動で制御することも可能である。

【0075】

ステップ７０１では、ミリングされているが抽出されていないサンプルを含んだウェハがＥＳＰウェハ・ホルダ６２２内に搭載される。好適な実施形態では、サンプルは図２−６を参照して上述したように製作されているが、ラメラは基板から部分的にだけ分離され、ラメラを適所に保持する材料の小さなタブを両側に残したままにするのが好ましい。ウェハ・ホルダ６２２がＸＹＺＲ機械的基板ステージ上に設置されている。ウェハは既知の方法を用いて自動的または手動的に整列可能である。

【0076】

ウェハ基板が整列された後、ステップ７０２では、ＥＳＰはサンプルを製作するのに用いられるＦＩＢシステムからインポートされた位置データを用いてサンプル部位まで移動することができる。ＥＳＰ光学顕微鏡６１４を用いて、基板がサンプル部位で撮像される。正確なサンプルの場所および配向が決定され、プローブが適所に移動される。図２７−２８も参照すると、（図２１および２６Ａ−Ｂに示すように、プローブは一般に、プローブ６３１の円筒軸線と基板表面の平面との交差が鋭角６４２を成すように下方に傾斜されるが）サンプル・ステージはプローブの配向がラメラ面に対して概ね直角になるように回転される。すなわち、プローブの円筒軸線はサンプル表面に対して直角の平面内にある。このプロセスは、手動制御を用いてプローブおよび／または基板を移動させてプローブ先端をサンプルの裏側のミリングされた空洞に位置決めするサンプル部位を観察しているオペレータによって実行可能である。好適な実施形態では、このプロセスはマシンをベースにした画像認識を用いて自動的に実行することができる。

【0077】

サンプルの位置決めおよび格子整列を促進するために、斜照明および明視野照明の両方が使用されるべきである。抽出すべきラメラを位置決めするためにラメラ空洞を撮像するのに、斜照明が使用されるべきである。図２１、２６Ａ、および２７も参照し、ラメラ自身がＸ−Ｙ平面９２９にあるものと仮定すると、照明６７２は、基板４０３の表面から反射する光が光学顕微鏡６１４のレンズ６１３の受光角に入らないように、ラメラ８２７のＸ−Ｙ平面に対して直角の平面に、基板表面に対して鋭角６４０に方向付けられるのが好ましい。照明は基板表面に対して約２０°の角度で方向付けられるのがさらに好ましい。

【0078】

レンズの受光角度に入る光は非常に少ないので、ラメラ空洞の壁に角度が付いているために、トップダウン照明による空洞内では像コントラストが非常に悪い。図２３および２４に示すように、空洞内では多数の反射が起こるので、その信号量は空洞内の壁の角度に大きく依存し、これらは用途毎に著しく変動しうる。その結果、いくつかの場合には、照明は上記９０°の角度以外の角度に方向付けられる必要があり得る。好適な実施形態では、照明角度はオペレータによって手動で、または自動的に調整可能であるべきである。明視野照明を用いてアライメント・マークおよびＴＥＭ格子を撮像することができる。

【0079】

残念ながら、ラメラは時に、空洞から見つからないか、不適切に位置決めされる恐れがある。そういった場合、ラメラが存在するか否かを迅速に判断することができることが重要である。図２３では、点線８１５はラメラが存在しないトップダウン照明を表す。図２３に示すように、トップダウン照明がラメラ空洞９２４、９２５内にあり、ラメラが存在しない状態では、光線８１５は多数の反射を生じ、レンズ（図示せず）の受光角度８０６には再度入らない。同様に、ラメラ８２７が空洞９２４、９２５内にある場合、光線（実線８１４で示す）も受光角度８０６外の角度で反射する。したがって、トップダウン照明を用いれば、（ラメラ８２７の存在の有無にかかわらず）ラメラ空洞９２４、９２５全体は暗く見える。

【0080】

しかし、斜照明を用いる場合、より多くの反射光がレンズに入る。図２４に示すように、点線８２５はラメラが存在しない斜照明を示す。この場合、光線は２つの空洞側壁から反射し、レンズに入る。したがって、ラメラが存在しない場合、空洞９２４の左半分はより明るく見える。線８２４はラメラ８２７が適所に存在する斜照明を表す。この場合、反射光はレンズから逃げやすく、（ラメラ８２７の上部は見えるが）空洞９２４、９２５は暗く見える。したがって、斜照明を用いれば、ラメラがまだ空洞内にあるか否かおよびラメラがほぼ期待された位置にあるか否かを容易に判断可能である。空洞壁の傾斜およびラメラ面の傾斜に応じて、適した照明角度がウェハ平面に対して、かつウェハに対して直角の軸線に対して調整してサンプルの場所を最適化し得る。

【0081】

例えば、基板表面に対して適した斜角で設置された光ファイバ束を用いて斜照明を提供することができる。抽出すべきサンプルが一方の側から来る照明および他方側から来るプローブと位置決め可能なように、照明源はプローブおよびナノマニピュレータの反対に設置されることが好ましい。照明源はプローブと同じ平面に設置されることも好ましい。その結果、ラメラ面がプローブに対して直角になるようにサンプル・ステージを回転させることで、照明源に対してサンプルも適切に位置決めされる。

【0082】

ステップ７０４では、サンプル抽出プローブは抽出すべきサンプル上の適所へ移動される。図２５−２８に示すように、サンプルを抽出するために、ＥＳＰプローブ先端９４０は、所望のプローブ取り付け部位に対して大まかに直角になるように、一般には図２７−２８に示すサンプルの中央になるように配向される。図２５−２６に示すように、ＥＳＰプローブ先端９４０は、約４５°の角度９４４で勾配が付いていることも好ましく、ＥＳＰプローブ６１６全体はウェハ上面（点線９３３で示す）に対して約４５°の角度６４２で配向される。抽出すべきサンプルが垂直のサンプル面を有する場合、サンプル面（点線９５２で示す）に対するプローブ６１６の角度９３２も４５°になる。その結果、この勾配付きのプローブ面はサンプル面に対して実質的に平行になる。このプローブの内壁を点線９１７で示す。

【0083】

サンプルを抽出するために、ステップ７０６では、ＥＳＰプローブは図２６Ａ、２６Ｂに示すようなサンプル面９５１の１つに隣接する矩形領域９２４のようなサンプル面の前方の空洞内へ下降される。図２６Ａの矢印９２０はプローブが適所に下降されるときの運動方向を示す。

【0084】

真空がより強力な引っ張り力をラメラ上に及ぼすように、プローブ先端はできるだけ大きなものであるべきである一方で、プローブ面がサンプル側に接触してサンプルがプローブ先端へ引き込まれるような十分な深さまで、サンプル面の前方の空洞に収まるようにプローブ先端は十分小さなものでなければならない。本発明のサンプル構造上の適したプローブ接触を図２０の点線の円５２０で示す。

【0085】

当業者であれば、プローブの内径が、真空が印加されるときに管を通る気流に大きな影響を及ぼすことを認識する。内径が大きいと、より強力な吸引が可能となる。しかし、内径はサンプルがプローブ内部に引き込まれないように、抽出すべきサンプルの最小寸法よりも小さいことが望ましい。好適な実施形態では、以下に示すように、サンプルとプローブとの間の表面接触を最小化するため、ひいては、サンプルとプローブとの間の静電引力または他の引力を最小化するために、プローブ先端は粗くした面を有する。

【0086】

図２７−２８も参照すると、ステップ７０８では、次いでプローブ６１６はサンプル面９５１に向かって（点線６１６’で示す位置へ）移動され、開いているプローブ先端中に真空が印加される。図２７の矢印９９２は、サンプルと接触するためにプローブ６１６が前方に移動されるときの運動方向を示す。矢印９１８は真空が印加されたときの空気流の方向を示す。ステップ７１０では、プローブ先端がサンプル面９５１と接触すると、プローブ６１６は前方に僅かに押されて、サンプルと基板との間に残っている連結を分断することができる。サンプルを完全に分離するためには、矢印９１９に示すようにプローブを前後に動かすことが必要になることがある。サンプルは静電力とプローブ先端中に及ぼされる真空圧との組合せによって、プローブ先端に対して保持される。いくつかの実施形態では、プローブは静電力のみによって適所に保持可能である。真空圧を用いてサンプルを適所に保持する場合、プローブ先端がサンプルとプローブ先端との間の静電引力を最小化するようになされることが好ましい。例えば、プローブ先端は、サンプルとプローブとの間の表面接触を最小化するために粗くした表面を有することもできるし、静電引力を低減させる材料で被覆することもできる。静電引力を最小化することにより、サンプルを解放し、サンプルを所望の場所により正確に配置することが容易になる。

【0087】

また、いくつかの実施形態では、導電性コーティングを有するプローブを用いて、プローブ先端がサンプルといつ接触するかを接触センサが決定しやすくすることができる。サンプル接触は、プローブ先端中に印加される真空の圧力変動を監視するためにフロー・センサを用いることによって決定されてもよい。

【0088】

ステップ７１２では、次いで、サンプルが基板の上方で安全になるまで、サンプルをウェハから離れる方に上昇させることができる。図２９−３０に示すように、ステップ７１４では、次いでプローブ６１６を矢印９３０で示すように１８０°回転させて、水平のドロップオフ位置にサンプルを配置する。回転後、サンプル面は基板表面に対して平行な平面にある。上記のように、ＥＳＰプローブ先端９４０は約４５°の角度で勾配が付けられるのが好ましく、ＥＳＰプローブ６１６全体はサンプル面に対して約４５°の角度に配向される。このことによって、サンプル抽出のために、勾配の付いたプローブ先端を垂直のサンプル面に対して実質的に平行することが可能になり、回転後に水平の支持フィルムに対して実質的に平行にすることも可能になる。当業者は勾配の角度およびプローブ全体の角度は変更可能であることを認識する。しかし、２つの角度の合計は一般に、約９０°になるべきであり、そこではサンプルは実質的に垂直な面を有する。例えば、６０°の勾配を使用する場合、プローブは（サンプル面に対して）約３０°の角度で配向されるべきである。４５°以外の角度を用いる場合、ＴＥＭ格子を傾斜させて、プローブが回転された後にサンプルをＴＥＭ格子上に平坦に配置できるようにしなければならないことがある。別の好適な実施形態では、ＴＥＭ格子などのサンプル・ホルダは垂直に設置されてもよい。この場合、回転は必要なく、（プローブ先端によって垂直に保持された）サンプルはサンプル・ホルダ上に直接置かれてもよい。

【0089】

ステップ７１６では、次いで、ＴＥＭ格子ホルダが顕微鏡の光学視野の中央に位置するようにＥＳＰステージが移動される。ＴＥＭ格子ホルダは、ＴＥＭ格子を回転させることによって格子がウェハ・ステージのＸＹ軸線と整列できるように、回転ステージ上に設置されることが好ましい。好ましくは、４５°でない勾配／プローブ配向を用いる場合、ステージを傾斜させることもできる。サンプルの位置決めの配向誤差に対処するために、適した方向に格子を回転させることもできる。ステップ７１８では、プローブは、サンプルが所望のＴＥＭ格子セルの上方に位置するように位置決めされる。ステップ７２０では、プローブ６１６はサンプル８２７が図３１−３２に示すように格子支持フィルム１７と接触するまで下降される。線９３４はサンプル８２７が支持フィルム１７上に配置されるときのプローブ６１６の運動方向を示す。接触は適切な接触センサが決定することも、既知の位置および較正データに基づいて自動的に制御することもできる。ＴＥＭ格子に使用されるこの特別なフィルムは、滑らかで均一な表面を有するフィルムであることが好ましい。ラメラとフィルムとの間の良好な表面接触を確保してラメラの搬送および正確な位置決めを促進するためには、より堅固な表面が良い。

【0090】

多くの場合、プローブ先端を通る真空が印加されたままであっても、サンプルがＴＥＭ格子表面上に置かれると、ラメラはフィルム表面に付着する。ステップ７２１では、プローブ先端からのサンプルの解放を促進するために、真空圧は場合によっては停止される。いくつかの実施形態では、任意のステップ７２２において、プローブ先端に付着したままのサンプルの解放を強制するために、真空圧を僅かに過度の圧力４０６に変化させることができる。

【0091】

次いで、図３２に示すようにステップ７２４では、次いでプローブはＴＥＭ格子上方の安全な距離まで移動される。線９３８はサンプルが解放された後のプローブの運動方向を表す。ステップ７２６で抽出すべき他のサンプルがある場合、ステップ７０２−７２４に記載したプロセスが繰り返される。全サンプルが抽出されると、ウェハは製造ラインに戻される（ステップ７２８）。

【0092】

本発明は先行技術に対して多数の大きな利点を提供する。一般的なＴＥＭサンプル調製方法を用いると、高度に訓練された熟練のオペレータは、ＴＥＭ分析に適した１つのサンプルのラメラを形成し抽出するのに約３時間かかる。トップダウンＳＥＭまたはＣＤ−ＳＥＭ分析のような現行のインライン測定技法のためには、ウェハにわたって２０もの異なる部位を測定する必要があることがある。先行技術のＴＥＭサンプル調製方法を用いると、異なる２０の部位から適したＴＥＭサンプルを調製するのに実に約６０時間かかる。

【0093】

また、ＴＥＭサンプル調製の大半は手動で行わなければならないので、そのプロセスは、とても手間を要し、高度な熟練者の使用を必要とする（それはもちろん高い労働コストにつながる）。本発明によって得られるＴＥＭ分析の処理能力および再現性の増大によって、半導体ウェハ上の集積回路などの物体のＴＥＭをベースにした測定をインライン・プロセス制御に使用することができる。例えば、本発明によるＴＥＭ分析をウェハ作製施設に利用して、問題解決あるいは処理の改善のための迅速なフィードバックをプロセス・エンジニアに提供することも考えられる。ＴＥＭでしか測定できない非常に小さなフィーチャのためのこの種のプロセス制御は、先行技術のＴＥＭサンプル調製方法を用いては不可能である。

【0094】

さらに、現在の手動のＴＥＭサンプル調製方法では、サンプルにはばらつきが多い。プロセス制御用の計測技術を使用するために、サンプルができる限り均一であることが非常に望ましい。現在の方法は、ＴＥＭラメラの最終的な薄化が手動制御されることを必要とするので、様々なサンプルの部位からのラメラについて避けられないサンプルの厚さのばらつきがある。フィデューシャルの配置（実際のラメラ位置を決定する）などのサンプル作成プロセスにおける他の重要な要素の手動制御は、よりいっそうのばらつきをもたらし、最終的なラメラ調整の精度をさらに低減する。ラメラが異なる操作者によって調製されるときは、サンプル同士の間のばらつきが、よりいっそう大きくなる。

【0095】

しかし、本発明を用いると、ＴＥＭサンプル調製プロセスの大幅な改善になる。上述のように、本発明の好ましい実施形態は、部位間のばらつきが非常にごく少ない、厚さ５０〜１００ｎｍのＳＴＥＭサンプルを作成し、抽出するために使用されている。このプロセスは、約１８分で、部位間で３シグマの最終的なラメラの厚さのばらつき約２０ｎｍでラメラを製作する。ウェハ表面上の２０個の異なる部位を標本抽出するために必要とされる時間は、（現在の方法の６０時間に対して）約６時間まで低下する。また、このプロセスは、それほど手間を要さず、高度の鍛錬または経験を有する操作者を必要としない。より多くのプロセスが自動化されているので、ラメラ・サンプル同士の間のばらつきは、やはり最小限度に抑えられる。

【0096】

本発明によってもたらされるＴＥＭ分析のスループットおよび再現性の増大により、半導体ウェハ上の集積回路などの対象に対するＴＥＭベースの計測がインライン・プロセス制御に用いられることが可能になる。例えば、本発明によるＴＥＭ分析は、迅速なフィードバックをトラブルに対応するまたはプロセスを改善するためのプロセス・エンジニアに与えるためにウェハ製造施設内で利用できる。ＴＥＭによってのみ測定され得る非常に小さいフィーチャについてのこの種のプロセス制御は、従来技術のＴＥＭサンプル調製の方法を用いて可能ではない。

【0097】

本発明は、幅広い適用可能性を有し、述べたような、上記例に示される多くの利益をもたらすことができる。本実施形態は、具体的な応用例に応じて大きく変わることになり、すべての実施形態が、すべての利益をもたらし、本発明によって達成可能な目的のすべてに適合するわけではない。例えば、好ましい実施形態において、ＴＥＭラメラ・サンプルは、サブ・ミクロンのスポットに集束されるガリウム・イオンのビームを発生させるためのガリウム液体金属イオン源を用いて作成される。そのような集束イオン・ビーム・システムは、例えば、本発明の譲受人であるＦＥＩカンパニーから市販されている。しかし、先の説明の大半は、ＦＩＢミリングの使用に向けられているのであるが、所望のＴＥＭサンプルを処理するために使用されるミリング・ビームは、例えば、電子ビーム、レーザ・ビーム、または例えば液体金属イオン源もしくはプラズマ・イオン源からの集束もしくは成形イオン・ビーム、あるいは他の任意の荷電粒子ビームを含んでよい。また、上述の本発明は、ダイ・トゥ・ダイＡＤＲまたはセル・トゥ・セルＡＤＲによって欠陥を識別できる自動欠陥レビュー（ＡＤＲ）技法を用いて使用可能である。欠陥を含むラメラは、ミリングのフィデューシャルの有無に関わらず作成され、除去され得る。また、先の説明の大半は、半導体ウェハに向けられているのであるが、本発明は、任意の適当な基板または表面に適用されてよい。上述の各ステップは、コンピュータ制御下で自動的に行われることが好ましい。すなわち、各ステップは、プログラムされた命令に従ったコンピュータによっておよび人間の介在なしに行われる。自動操作は、人がいずれかのステップまたはプロセス全体を開始することを除外しない。

【0098】

本発明および本発明の利点を詳細に説明してきたが、様々な変形、置換、および変更が、本明細書に記載した本実施形態に対して添付の特許請求の範囲によって画定される本発明の精神および範囲から逸脱することなくなされ得ることを理解されたい。さらに、本発明の範囲は、本明細書に記載したプロセス、機械、製造物、組成物、手段、方法、およびステップの具体的な実施形態に限定されるものではない。当業者が、本発明の開示から容易に理解するように、本明細書に記載した対応する実施形態と実質的に同じ機能を行いまたは実質的に同じ結果を達成する現在存在するまたは後に開発されるプロセス、機械、製造物、組成物、手段、方法、またはステップは、本発明によって利用され得る。したがって、添付の特許請求の範囲は、それらの範囲内にそうしたプロセス、機械、製造物、組成物、手段、方法、またはステップを含むものである。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19A】

【図19B】

【図19C】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23】

【図24】

【図25】

【図26A】

【図26B】

【図27】

【図28】

【図29】

【図30】

【図31】

【図32】