DE4226694C2 - Verfahren zum Separieren eines kleinen Abschnittes einer Probe - Google Patents
Verfahren zum Separieren eines kleinen Abschnittes einer ProbeInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Separieren eines
kleinen Abschnittes einer Probe, insbesondere ein Verfahren
zum Separieren eines kleinen Abschnittes aus einem Halbleiterwafer.
Aus der JP 62-233 737(A) (Patents Abstr. of Japan, Sect. P.
Vol. 12 (1988) Nr. 100 (P-683)) ist ein Verfahren zum Separieren eines
kleinen Abschnittes einer Probe bekannt, bei dem die Probenoberfläche
zuerst in wenigstens zwei verschiedene Richtungen
bearbeitet wird, um den zu separierenden Probenabschnitt abzugrenzen;
dann wird dieser Abschnitt durch Kleben an einer Sonde
befestigt und anschließend durch Kältebehandlung abgetrennt.
Weiterhin sind aus J. Vac. Sci. Technol. B3, 1985, Seiten
71-74, JP 2-3248(A) (Patents Abstr. of Japan, Sect. E. Vol. 14
(1990) Nr. 139 (E-903)), EP 0 476 479 A2 und US 4 734 158 Methoden
zum Bearbeiten von Halbleiterproben mittels eines fokussierten
Ionenstrahls aus wenigstens zwei Richtungen bekannt. Aus
Japanese Journal of Applied Physics 29, 1990, Seiten 2283-2287
und Japanese Journal of Applied Physics 29, 1990, Seiten
L188-L190 sind außerdem Verfahren zum Kleben mittels eines fokussierten
Ionenstrahls bekannt.
Eine weitere herkömmliche Technik für eine solche Separierung
ist in "Microscopy of Semiconducting Materials Conference",
Oxford (1989), Seiten 501 bis 506 beschrieben. In dieser
Druckschrift ist ein Beispiel dargestellt, bei dem eine Dünnschichtprobe,
die mit einem Transmissions-Elektronenmikroskop
(im folgenden auch abgekürzt "TEM") untersucht wird, mittels
eines fokussierten Ionenstrahles ausgeschnitten wird.
Eine andere herkömmliche Technik ist in "Proceedings of Inter
national Reliability Physics Symposium" (1989), Seiten 43 bis 52
beschrieben. Demnach wird ein Schnitt eines Elements mittels
eines fokussierten Ionenstrahls bearbeitet und die Struktur des
Schnittes durch ein Raster-Ionenmikroskop (im folgenden "SIM"
abgekürzt) betrachtet.
Für die herkömmliche TEM-Untersuchung wird im allgemeinen die
Probe durch Polieren dünn gemacht. Es ist dabei unmöglich, die
Untersuchungsstelle und die Richtung der Probe wie gewünscht
genau einzustellen. Die ersterwähnte Technik ist deshalb ein
hervorragendes Verfahren zur Betrachtung des Abbildes eines
bestimmten Abschnittes einer Probe durch ein TEM. Bei diesem
Verfahren ist es jedoch erforderlich, einen Bereich mit einer
Länge von mehreren Millimetern und einer Breite von 100 bis 500
µm, der den zu untersuchenden Abschnitt einschließt, mechanisch
von dem integrierten Halbleiterchip oder Halbleiterwafer zu
trennen. Wenn das Probensubstrat ein Wafer ist, ist es erforder
lich, den Wafer zur Untersuchung zu zerschneiden. Des weiteren
ist es unter dem Gesichtspunkt der Bearbeitungsgenauigkeit und
der Schäden schwierig, eine Probe mit einer Dicke von nicht mehr
als 100 µm mittels einer Diamant-Wafersäge oder dergleichen
mechanisch zu bearbeiten. Es besteht daher der Nachteil, daß der
restliche Abschnitt, der durch die mechanische Bearbeitung nicht
dünn genug gemacht werden kann, mit dem fokussierten Ionenstrahl
zu bearbeiten ist, was eine lange Zeit erfordert.
Bei der herkömmlichen Betrachtung eines Abschnittes mittels
eines Rasterelektronenmikroskopes (REM) wird die Probe gespalten
und die Spaltebene betrachtet. Es ist daher unmöglich, einen
gewünschten Abschnitt genau zu bestimmen, und es ist schwierig,
den Schnitt davon zu untersuchen. Die erwähnten herkömmlichen
Techniken haben zwar den Vorteil, daß ein Schnitt an einer be
stimmten Stelle einer Probe betrachtet werden kann. Andererseits
ist es schwierig, einen Schnitt
im wesentlichen flach und parallel zur Probenober
fläche zu erhalten, und es ist daher zum Beispiel unmöglich,
einen horizontalen Schnitt durch ein Kontaktloch zu betrachten.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum
Separieren eines kleinen Abschnittes einer Probe zu schaffen,
mit dem sich kleindimensionierte Probenabschnitte im µm-Bereich
mit beliebiger Form auf einfache Weise abtrennen lassen.
Die Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen wiedergegeben.
Das Verfahren zum Separieren eines kleinen Abschnittes
einer Probe umfaßt die Schritte des Bestrahlens einer Oberfläche
der Probe mit fokussierten Ionenstrahlen aus wenigstens zwei
verschiedenen Richtungen, so daß die Probe der Bearbeitung durch
die fokussierten Ionenstrahlen unterworfen ist; des Verbindens
einer Sonde mit dem zu separierenden Abschnitt, bevor der Abschnitt
von der Probe getrennt wird; und des Separierens des
Abschnittes von der Probe, wobei der separierte Abschnitt der
Probe von der Sonde gehalten und in eine gewünschte Position
gebracht wird.
Bei diesem Separierverfahren werden vorzugsweise der Abschnitt der
Probe und die Sonde mittels einer wieder abgeschiedenen Schicht
von abgesputterten Teilchen, die bei der Bearbeitung mit dem
fokussierten Ionenstrahl erzeugt werden, oder durch eine ionen
strahlinduzierte Abscheidungsschicht verbunden, die durch die
Bestrahlung mit dem fokussierten Ionenstrahl in einer Gasatmo
sphäre ausgebildet wird.
Vorzugsweise wird weiter die Bearbeitung mit dem fokussierten
Ionenstrahl durch eine Ätzung in einer reaktiven Gasatmosphäre
unterstützt.
Vorzugsweise ist die Probe ein Halbleiterwafer.
Vorzugsweise wird der Kontakt zwischen dem Abschnitt
der Probe und der Sonde durch die Änderung in der Leuchtdichte
der Abbildung durch die Sekundärpartikel in der Umgebung des von
der Probe zu trennenden Abschnittes beurteilt.
Weiterhin kann das Verfahren zum Separieren eines sehr klei
nen Abschnittes von einer Probe die Schritte des Bestrahlens
einer Oberfläche der Probe mit einem fokussierten Ionenstrahl im
wesentlichen senkrecht zu der Oberfläche, wobei der fokussierte
Ionenstrahl in der Umgebung des zu separierenden Abschnittes zur
Ausbildung eines Loches mit einer vorgegebenen Tiefe rechteck
förmig abgelenkt wird; des Neigens der Oberfläche der Probe
relativ zu der Bestrahlungsachse des fokussierten Ionenstrahles
um einen Winkel von weniger als 90 Grad und Bestrahlen des seit
lichen Abschnittes der Probe, der das Loch bildet, mit dem
fokussierten Ionenstrahl, um im wesentlichen parallel zu der
Oberfläche des zu separierenden Abschnittes ein Bodenloch
auszubilden; des Bestrahlens der Oberfläche der Probe mit dem
fokussierten Ionenstrahl im wesentlichen senkrecht zu der Ober
fläche und des Ablenkens des fokussierten Ionenstrahles längs
eines Umfangs des zu separierenden Abschnittes, um längs des
Umfanges einen Graben zu bilden; des Kontaktierens der Spitze
der Sonde eines Manipulators mit der Oberfläche des zu separie
renden Abschnittes; des Verbindens der Spitze der Sonde mit der
Oberfläche des zu separierenden Abschnittes; des Bestrahlens der
Oberfläche der Probe mit dem fokussierten Ionenstrahl im wesent
lichen senkrecht zur Oberfläche und des Ablenkens des fokussier
ten Ionenstrahles längs des Umfanges des zu separierenden Ab
schnittes, um eine eingeschnittene Kerbe zum Separieren des
Abschnittes von der Probe auszubilden; und des Bewegens des mit
der Spitze der Sonde verbundenen, separierten Abschnittes durch
den Manipulator in eine vorgegebene Position umfassen. Dabei ist es
gleichgültig, welcher der Schritte des Ausbildens der Gräben und
des Ausbildens des Bodenloches zuerst ausgeführt wird.
Dabei besteht die Sonde vorzugsweise aus einem
elektrisch leitenden Material, das über einen hochohmigen Wider
stand mit einer Spannungsversorgung verbunden ist. Aus der
Änderung des elektrischen Potentials der Probe wird darauf
geschlossen, ob die Spitze der Sonde mit dem zu separierenden
Abschnitt in Kontakt gekommen ist oder nicht.
Zur Lösung der obigen Aufgabe wird somit erfindungsgemäß die
Oberfläche des Probensubstrates durch Einstrahlen des fokus
sierten Ionenstrahles aus wenigstens zwei Richtung bearbeitet,
und der zu separierende Abschnitt ist bei dem Schritt des
Separierens mit einer externen Sonde verbunden. Es
ist daher möglich, den separierten Abschnitt wie gewünscht zu
bewegen, nachdem der Abschnitt separiert ist.
Erfindungsgemäß können, nachdem die Oberfläche des Substrates der Probe
durch Bestrahlen mit dem fokussierten Ionenstrahl aus wenigstens
zwei Richtungen bearbeitet wurde, das Substrat und die
kleine Probe mit dem zu untersuchenden Abschnitt mechanisch von
einander getrennt werden. Da die separierte Probe des weiteren
beim Schritt des Separierens des Abschnittes mit
einer externen Sonde verbunden ist, ist es möglich, den sepa
rierten Abschnitt so zu halten, daß durch Bewegen der Sonde die
Probe in jede gewünschte Position bewegt werden kann. Die sepa
rierte Probe, die von der Sonde gehalten wird, kann getrennt vom
ursprünglichen Substrat in verschiedene Untersuchungsvorrich
tungen bewegt werden. Die separierte Probe kann außerdem in
eine Form weiterverarbeitet werden, die zur Analyse geeignet
ist. Andererseits kann das Substrat der Probe nach der Trennung
für andere oder zusätzliche Untersuchungen verwendet werden, da
es nicht gebrochen ist.
Da die Probe mit einem fokussierten Ionenstrahl separiert wurde,
kann die Größe der separierten Probe auch viel kleiner gemacht
werden als bei der Anwendung der herkömmlichen Trennmethoden. Es
ist daher möglich, die erforderliche Zeit zur Bearbeitung einer Probe in eine dünne
Schicht, die für eine TEM-Untersuchung geeignet ist,
erheblich zu verkürzen.
Das erfindungsgemäße Verfahren wird
im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen mit Hilfe der
Zeichnung näher erläutert. Es zeigen
Fig. 1(a) bis 1(g) Vorgänge bei der Separation bei einem ersten
Ausführungsbeispiel;
Fig. 2(a) und 2(b) ein Beispiel für einen Separationsvorgang für
eine Probe, die zur TEM-Untersuchung geeignet ist;
Fig. 3 eine Vorrichtung zur Erzeugung eines fokussierten Ionen
strahles, mit der das Separationsverfahren ausgeführt werden kann;
Fig. 4 eine vergrößerte schematische Ansicht eines Manipulators;
Fig. 5 eine Aufsicht auf einen Wafer mit
Positionen zum Herausschneiden von separierten Proben für
eine Mehrpunkt-TEM-Analyse.
Die Fig. 3 zeigt den grundsätzlichen Aufbau einer Vorrichtung
zur Erzeugung eines fokussierten Ionenstrahles. Die von einer
Flüssigmetall-Ionenquelle 100 ausgesendeten Ionen werden zu
einem fokussierten Ionenstrahl 1 ausgebildet. Der Ionenstrahl
wird durch eine Kondensorlinse 101 und eine Objektivlinse 106
auf eine Probe 2 fokussiert. Zwischen den beiden Linsen 101 und
106 sind eine einstellbare Blende 102, ein Ausricht-Stigmator
103, eine Sperre 104 und eine Ablenkeinheit 105 angeordnet. Die
Blende 102 ist mit einer Blendenansteuerung 102a und die Sperre
104 mit einem Sperrenverstärker 104a verbunden. Die Ablenkein
heit 105 ist an eine Ablenksteuerung 105a angeschlossen.
Auf einem in den Richtungen von zwei Achsen (X, Y) beweglichen
Objekttisch ist die Probe 2 an der drehbaren Welle eines Proben
rotators 120 befestigt, der am Objekttisch 108 angebracht ist.
Der Objekttisch 108 wird mittels X- und Y-Ansteuereinheiten
gemäß den Signalen aus einer Tischsteuerung 108a bewegt. Die
drehbare Welle des Rotators 120 verläuft bei der in der Fig. 3
gezeigten Vorrichtung parallel zur Oberfläche des Objekttisches
108.
Ein aus einer Gasquelle 107 abgegebenes Gas (W(CO)6) wird durch
eine Gasdüse 6 in die Umgebung des Probenbestrahlungsabschnittes
des fokussierten Ionenstrahls 1 geleitet. Die Gasquelle 107 wird
von einer Gasquellensteuerung 107a gesteuert. An der Oberfläche
der Probe 2 bei der Bestrahlung mit dem fokussierten Ionenstrahl
1 erzeugte Sekundärelektronen werden von einem Sekundärelektro
nendetektor 109 erfaßt. Das analoge Sekundärelektronensignal aus
dem Sekundärelektronendetektor 109 wird in ein digitales Signal
umgewandelt. Das digitale Signal wird dem Bildspeicher eines
Computers 110 synchron mit der Steuerung der Ablenkung des fo
kussierten Ionenstrahls 1 zugeführt, so daß auf einem Bildschirm
110a eine Raster-Ionenmikroskopabbildung dargestellt wird.
Wie in der Fig. 4 gezeigt, umfaßt ein Manipulator 112 drei
piezoelektrische Elemente 30 des Zweielement-Typs, die mitein
ander jeweils um 90° verdreht verbunden sind, so daß der Mani
pulator in den Richtungen der drei Achsen X, Y und Z angetrieben
werden kann. Am äußeren Ende des Manipulators 112 ist eine Me
tallsonde 31 angebracht. Der Endabschnitt der Sonde 31 ist so
bearbeitet, das er die Form einer Platte hat. Das heißt, daß die
Sonde 31 vorzugsweise aus einem Halteabschnitt mit einer Dicke
von nicht weniger als 50 µm und einem Sondenkopf mit einer Dicke
von nicht mehr als 10 µm besteht. Der Sondenkopf ist an einer
Seite des Halteabschnittes so vorgesehen, daß er vom Ende des
Halteabschnittes vorsteht. Der Manipulator 112 ist wie in der
Fig. 3 gezeigt mit einer Manipulatorsteuerung 112a verbunden.
Der Computer 110 steuert über einen Systembus 111 die Blendenan
steuerung 102a, um an der Blende 102 die gewünschte Öffnung
einzustellen. Der Computer 110 steht auch mit der Ablenksteue
rung 105a, der Manipulatorsteuerung 112a, der Tischsteuerung
108a, der Gasquellensteuerung 107a usw. in Verbindung, so daß
der Computer 110 die Ablenkung des Ionenstrahles in der Ablenk
einheit 105, die Erfassung des Signales vom Sekundärelektronen
detektor 109, die Ansteuerung des Manipulators 112, die Ver
schiebung des Objekttisches 108, die Versorgung mit Gas usw.
überwacht und steuert.
Als nächstes wird die Bearbeitung der Probe 2 mit einer solchen
Vorrichtung zur Erzeugung eines Ionenstrahles beschrieben. Die
Fig. 1(a) bis 1(g) zeigen beispielhaft die Schritte (a) bis (g)
beim Separieren eines Teils der Probe 2 mit einem zu untersu
chenden Abschnitt von der Probe 2. Dabei soll die Probe 2 ein
Siliziumsubstrat sein, und der separierte Teil der Probe 2 wird
im folgenden als "separierte Probe" bezeichnet. Der Separations
vorgang wird aufeinanderfolgend anhand der Schritte (a) bis (g)
erläutert.
- a) In der Fig. 1(a) wird die Lage der Probe 2 beibehalten, so daß der fokussierte Ionenstrahl 1 senkrecht auf die Oberfläche der Probe 2 einfällt. In der Nähe des zu separierenden Abschnit tes wird der fokussierte Ionenstrahl 1 rechteckförmig abgelenkt, so daß in der Oberfläche der Probe 2 ein rechteckiges Loch 3 mit der erforderlichen Tiefe ausgebildet wird.
- b) Gemäß Fig. 1(b) ist die Probe 2 gekippt, so daß die Achse des fokussierten Ionenstrahles 1 relativ zu der Oberfläche der Probe 2 unter einem Winkel von etwa 70° gekippt ist. Der fo kussierte Ionenstrahl 1 wird auf einen Seitenabschnitt des rechteckigen Loches 3 der Probe 2 eingestrahlt, so daß ein Bodenloch 4 parallel zu der Oberfläche des zu separierenden Abschnittes ausgebildet wird. Der Kippwinkel der Probe 2 (die Lage der Probe 2) wird mittels des Probenrotators 120 geändert.
- c) Gemäß Fig. 1(c) wird die Lage der Probe 2 so geändert, daß die Oberfläche der Probe 2 wieder senkrecht zum fokussierten Ionenstrahl 1 liegt. Der fokussierte Ionenstrahl 1 wird längs eines Umfangsabschnittes der zu separierenden Probe abgelenkt, so daß ein Graben 5 ausgebildet wird.
- d) Nach Fig. 1(d) wird der Manipulator 112 so betrieben, daß das obere Ende der Sonde 31 mit dem von der Probe 2 zu separie renden Abschnitt in Kontakt kommt. Es wird festgestellt, ob das Ende der Sonde 31 mit dem Abschnitt in Kontakt steht oder nicht. Das Feststellungsverfahren wird später noch beschrieben.
- e) Gemäß Fig. 1(e) wird über die Düse 6 in die Umgebung des zu separierenden Abschnittes W(CO)6-Gas 7 zugeführt. Der fokussier te Ionenstrahl 1 wird lokal auf einen Bereich der Probe 2 einge strahlt, der das Ende der Sonde 31 umfaßt, um eine Abscheidungs schicht 8 zu bilden. Der von der Probe 2 zu separierende Ab schnitt und das vordere Ende der Sonde 31, die miteinander in Kontakt stehen, werden mittels der Abscheidungsschicht 8 mitein ander verbunden. Der zu separierende Abschnitt und die Sonde 31 können miteinander über eine ionenstrahlinduzierte Abscheidungs schicht verbunden werden, die durch die fokussierten Ionenstrah len in einer Gasatmosphäre erzeugt wird. Alternativ können der zu separierende Abschnitt und die Sonde miteinander durch eine wieder abgeschiedene Schicht verbunden werden, die durch die abgesputterten Teilchen gebildet wird, die bei der Bearbeitung mit dem fokussierten Ionenstrahl erzeugt werden.
- f) Gemäß Fig. 1(f) wird der fokussierte Ionenstrahl 1 längs des Umfanges des zu separierenden Abschnittes geführt, um die Gräben 5 zu verlängern und den zu separierenden Abschnitt vollständig abzutrennen. Es wird so eine separierte Probe 9 aus der Probe 2 herausgeschnitten. Die herausgeschnittene separierte Probe 9 wird von der damit verbundenen Sonde 31 gehalten.
- g) Nach Fig. 1(g) wird der Manipulator 112 so betrieben, daß die separierte Probe 9 zu der gewünschten Stelle befördert wird.
Bei dem obigen Ausführungsbeispiel wird, wenn ein durch den fokus
sierten Ionenstrahl 1 zu bearbeitender Bereich bestimmt ist,
vorher in einem den zu bearbeitenden Bereich einschließenden
Gebiet eine Raster-Abtastung mit dem fokussierten Ionenstrahl
durchgeführt, wobei Sekundärelektronen
an der Oberfläche der Probe 2 erzeugt werden. Die
Menge der Sekundärelektronen wird als Helligkeitssignal für eine
SIM-Abbildung verwendet. Die Sekundärelektronen werden vom Se
kundärelektronendetektor 109 erfaßt. Es ist dann leicht, den
Bereich der Probe (in den Richtungen der X- und Y-Achsen) mit
tels der SIM-Abbildung festzulegen. Es ist jedoch schwierig, den
Kontakt zwischen der Sonde 31 und der Probe 2 zu beurteilen, da
eine die Z-Achse betreffende Positionsinformation dazu erforder
lich ist. Obwohl eine grobe Positionsinformation bezüglich der
Z-Achse aus dem Brennpunktzustand des fokussierten Ionenstrahls
1 erhalten werden kann, ist es schwierig, damit den Kontakt im
Mikrometerbereich abzuschätzen.
Bei diesem Ausführungsbeispiel ist daher die Sonde 31 elektrisch
leitend, sie wird im Schritt (d) über einen hochohmigen Wider
stand mit einer Spannungsquelle (die Spannung an der Spannungs
quelle ist Vs) verbunden. Das elektrische Potential der Sonde 31
ist im wesentlichen gleich Vs, wenn die Sonde 31 nicht mit der
Probe 2 in Kontakt steht. Das elektrische Potential der Sonde 31
wird gleich dem elektrischen Potential (Erdpotential) der Probe
2, wenn die Sonde 31 mit der Probe 2 in Kontakt steht. Da der
Kontakt eine Änderung des Pegels des Helligkeitssignals in der
SIM-Abbildung der Sonde 31 hervorruft, ist es folglich möglich,
den Kontakt auf der Basis dieses Pegels genau festzustellen.
Danach wird der Abschnitt der herausgeschnittenen separierten
Probe 9 erneut der Bearbeitung mit dem fokussierten Ionenstrahl
(Endbearbeitung mit einem schwachen Strahl) unterworfen, und die
Struktur des Abschnittes wird durch ein REM (Rasterelektronen
mikroskop) betrachtet. Es ist auch möglich, auf die gleiche
Weise die Rückseite der separierten Probe 9 fertigzustellen, um
die Struktur davon zu betrachten. Es ist
nämlich möglich, auch einen zu der Oberfläche der Probe
parallelen Abschnitt zu betrachten. Die von der Sonde 31 gehal
tene, separierte Probe 9 kann getrennt von der Probe 2 in ver
schiedene Untersuchungsvorrichtungen eingebracht werden, um
darin untersucht und gemessen zu werden. Zum Beispiel kann durch
eine Sekundärionen-Massenspektroskopie (abgekürzt "SIMS") eine
Elementanalyse erfolgen. Es ist auch möglich, die separierte
Probe 9 erneut zu bearbeiten, um eine für eine Analyse geeignete
Form zu erhalten. Zum Beispiel kann, nachdem die separierte
Probe 9 in eine Keilform gebracht wurde, wobei sich der zu
untersuchende Abschnitt im Bereich der Spitze befindet, deren
Komponenten durch das CAT-Verfahren festgestellt werden (Kom
positions-Analyse mittels des Dicken-Streifenbildes).
Die Fig. 2(a) und 2(b) zeigen ein Ausführungsbeispiel, bei dem ein
Abschnitt der Probe 2 in der gleichen Weise wie bei dem obigen
Beispiel separiert wird, und bei der diese separierte
Probe 9 zu einer dünnen Schicht ausgebildet wird, um mittels
eines TEM betrachtet zu werden.
Gemäß Fig. 2(a) wird vorher ein Abschnitt 9a der separierten
Probe 9 so ausgeschnitten, daß er dünn ist. Gemäß Fig. 2(b) wird
der dünne Abschnitt 9a der separierten Probe 9 mittels des
fokussierten Ionenstrahls 1 noch dünner gemacht, um eine dünne
Schicht zu bilden. Der Abschnitt 9a wird als Probe für die
Beobachtung mit dem TEM verwendet. Dabei
ist es möglich, von einer bestimmten Stelle der Probe 2 leicht
und mit hoher Genauigkeit eine TEM-Probe zu entnehmen, so daß es
nicht erforderlich ist, das ganze Probensubstrat zu zertrennen.
Die Fig. 5 zeigt ein Beispiel einer Mehrpunkt-TEM-Analyse eines
Halbleiterwafers 52. Dabei wird eine Anzahl von
sehr kleinen Proben an Analysepunkten 50a bis 50e, 51a und 51b
vom Halbleiterwafer 52 separiert, und nachdem die separierten
Proben auf die gleiche Weise, wie in der Fig. 2 gezeigt,
zu dünnen Schichten bearbeitet wurden, wird eine TEM-Un
tersuchung durchgeführt. Ein bei der Analyse verwendeter Proben
tisch weist einen Mechanismus auf, der eine Bewegung in der X-
und Y-Richtung und ein Kippen des Wafers ermöglicht. Es kann
somit eine Anzahl von separierten Proben von einem Wafer erhal
ten werden, wie es in Fig. 5 gezeigt ist.
In diesem Fall beeinflussen sich die herauszunehmenden Abschnit
te zum Zeitpunkt der Separierung nicht. Es ist daher
möglich, von gewünschten Stellen eine Anzahl von Probenabschnit
ten zu entnehmen. Auch ist es möglich, zwei nahe beieinander
liegende Proben für die TEM-Betrachtung zu entnehmen, im Gegen
satz zu den herkömmlichen Verfahren, bei denen es schwierig ist,
von zwei nahe beieinanderliegenden Punkten wie den Punkten 51a
und 51b TEM-Proben zu erhalten, da dazu ein Trennen des Wafers
erforderlich ist. Bei dem hier beschriebenen Verfahren ist es
darüber hinaus möglich, am Wafer weitere Untersuchungen oder
Bearbeitungen auszuführen, auch wenn bereits eine Anzahl von Proben
abschnitten entnommen wurde.
Bei den obigen Beispielen wurde ein Metallelement als
Sonde verwendet. Es kann jedoch auch eine Sonde aus SiO2, Al, W
oder dergleichen verwendet werden, die durch ein Halbleiter-
Herstellungsverfahren hergestellt ist. Die Anwendung eines
Halbleiter-Herstellungsverfahrens ist deshalb von Vorteil, da
gleichzeitig große Mengen von Sonden gleicher Gestalt herge
stellt werden können. Wenn die Sonde durch einen dicken Halte
abschnitt und einen dünnen und kleinen Sondenkopfabschnitt
gebildet ist, läßt sich die Sonde leicht handhaben und mit
einer zu separierenden Probe verbinden.
Mit dem beschriebenen Separier
verfahren kann ein auf einem Chip ausgeformtes Bauelement leicht von
dem Chip getrennt, zu einer gewünschten Stelle auf einem anderen
Chip transportiert und dort befestigt werden.
Wenn die zu separierende Probe groß ist, ist der mit einem fokussier
ten Ionenstrahl für die Separation zu bearbeitende Abschnitt
ebenfalls groß. Wenn für die Bearbeitung mit dem fokussierten
Ionenstrahl nur der physika
lische Effekt des Sputterns verwendet wird, erfordert die
Bearbeitung eine lange Zeit. In einem solchen Fall kann durch
Einleiten eines reaktiven Gases in die Umgebung des zu bearbei
tenden Abschnittes das durch den fokussierten Ionenstrahl
unterstützte Ätzen die Bearbeitungsgeschwindigkeit und die
Bearbeitungszeit verbessern.
Claims (11)
1. Verfahren zum Separieren eines kleines Abschnittes (9)
einer Probe (2) mit den Verfahrensschritten:
- a) Bestrahlen einer Oberfläche der Probe (2) mit einem fokussierten Ionenstrahl (1) in einer ersten Richtung, wobei der fokussierte Ionenstrahl (1) in der Umgebung des zu separierenden Abschnittes (9) zur Ausbildung eines Lochs (3) mit seitlichen Abschnitten und einer vorgegebenen Tiefe abgelenkt wird;
- b) Bestrahlen eines seitlichen Abschnittes der das Loch (3) bildenden seitlichen Abschnitte der Probe (2) mit dem fokussierten Ionenstrahl (1) in einer zweiten Richtung, wobei ein Bodenloch (4) ausgebildet wird;
- c) Verbinden einer Sonde (31) mit dem zu separierenden Abschnitt (9) mit Hilfe des Ionenstrahls (1), bevor der Abschnitt (9) von der Probe (2) getrennt wird; und
- d) Bestrahlen der Oberfläche der Probe (2) mit dem fokussierten Ionenstrahl (1) und Ablenken des fokussierten Ionenstrahls längs eines Umfangs des Abschnittes (9), wobei der Abschnitt (9) von der Sonde (31) gehalten und von der Probe (2) abgetrennt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei
im Verfahrensschritt (a) die Probe (2) mit dem fokussierten Ionenstrahl (1) im wesentlichen senkrecht zu ihrer Oberfläche bestrahlt wird;
zur Durchführung des Verfahrensschrittes (b) die Probe (2) relativ zur Achse des fokussierten Ionenstrahls um einen Winkel von weniger als 90 Grad geneigt wird;
vor dem Verfahrensschritt (c) die Probe (2) mit dem fokussierten Ionenstrahl (1) im wesentlichen senkrecht zu ihrer Oberfläche bestrahlt und der fokussierte Ionenstrahl längs des Umfangs des zu separierenden Abschnittes abgelenkt wird, um längs des Umfanges Gräben (5) zu bilden;
im Verfahrensschritt (c) die Spitze der Sonde (31) eines Manipulators mit der Oberfläche des zu separierenden Abschnitts verbunden wird; und
im Verfahrensschritt (d) die Gräben zum vollständigen Separieren des Abschnittes (9) von der Probe (2) verlängert werden, wonach der mit der Spitze der Sonde (31) verbundene, separierte Abschnitt (9) durch den Manipulator in eine vorgegebene Position bewegt wird.
im Verfahrensschritt (a) die Probe (2) mit dem fokussierten Ionenstrahl (1) im wesentlichen senkrecht zu ihrer Oberfläche bestrahlt wird;
zur Durchführung des Verfahrensschrittes (b) die Probe (2) relativ zur Achse des fokussierten Ionenstrahls um einen Winkel von weniger als 90 Grad geneigt wird;
vor dem Verfahrensschritt (c) die Probe (2) mit dem fokussierten Ionenstrahl (1) im wesentlichen senkrecht zu ihrer Oberfläche bestrahlt und der fokussierte Ionenstrahl längs des Umfangs des zu separierenden Abschnittes abgelenkt wird, um längs des Umfanges Gräben (5) zu bilden;
im Verfahrensschritt (c) die Spitze der Sonde (31) eines Manipulators mit der Oberfläche des zu separierenden Abschnitts verbunden wird; und
im Verfahrensschritt (d) die Gräben zum vollständigen Separieren des Abschnittes (9) von der Probe (2) verlängert werden, wonach der mit der Spitze der Sonde (31) verbundene, separierte Abschnitt (9) durch den Manipulator in eine vorgegebene Position bewegt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei
der zu separierende Abschnitt (9) der Probe (2) und die
Sonde (31) mittels einer wieder abgeschiedenen Schicht (8)
von abgesputterten Teilchen verbunden werden, die bei der Bearbeitung
mit dem fokussierten Ionenstrahl (1) erzeugt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei
der zu separierende Abschnitt (9) der Probe (2) und die
Sonde (31) mittels einer ionenstrahlinduzierten Abscheidungsschicht
(8) verbunden werden, die durch die Bestrahlung mit
dem fokussierten Ionenstrahl (1) in einer Gasatmosphäre (7)
erzeugt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei
die Bearbeitung mit dem fokussierten Ionenstrahl (1)
durch eine Ätzung in einer reaktiven Gasatmosphäre unterstützt
wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei als
Probe (2) ein Halbleiterwafer verwendet wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei
eine Sonde (31) verwendet wird, die einen Halteabschnitt
mit einer Dicke von nicht weniger als 50 µm und einen Sondenkopf
aufweist, der an einer Seite des Halteabschnittes vorgesehen
ist, vom vorderen Ende des Halteabschnittes weg
vorsteht und eine Dicke von nicht mehr als 10 µm hat.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei
eine Sonde (31) verwendet wird, die mittels eines Halbleiter-Herstellungsverfahrens
hergestellt ist.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei
der Kontakt zwischen dem zu separierenden Abschnitt (9)
der Probe (2) und der Sonde (31) durch eine Änderung in der
Helligkeit eines Abbildes der Sekundärteilchen in der Umgebung
des von der Probe (2) zu separierenden Abschnittes (9)
festgestellt wird.
10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei
eine Sonde (31) verwendet wird, die aus einem elektrisch
leitenden Material besteht, das über einen hochohmigen Widerstand
mit einer Spannungsversorgung verbunden ist, und wobei
aus der Änderung des elektrischen Potentials der Probe
(2) darauf geschlossen wird, ob die Spitze der Sonde (31) mit
dem zu separierenden Abschnitt (9) in Kontakt gekommen ist.
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei der
separierte Abschnitt (9) während oder nach der Separation von
der Probe (2) mittels des fokussierten Ionenstrahls (1) teilweise
gedünnt wird.
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