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【其他】革新离子蚀刻技术，制作无损TEM试样
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革新离子蚀刻技术，制作无损TEM试样 2009/12/02 00:00 打印 E-mail  图1：分别使用“Xact”和原有方法将Si加工成TEM试样的示例(点击放大)  图2：Si与Si氧化膜界面的观察示例(点击放大)  图3：闪存的元件观察示例(点击放大)  图4：浮游栅与通道氧化膜部分的观察示例(点击放大)  图5：加工用Xe离子束（图中红线）与状态检测用电子线（图中蓝线）(点击放大)  图6：“Xact”的外观(点击放大) 在生产电子显微镜（transmission electron microscope：TEM）观察试样时能够基本避免薄膜加工损伤的离子蚀刻装置已经问世。该装置是以色列SELA开发的“Xact”。按照设想，Xact可以在最尖端LSI的生产一线应用于抽检，以提高成品率。也可以应用于元件开发和故障诊断。 对于力争开发最尖端LSI、尽快提高成品率的工厂，正确分析元件在工序中和制造后的界面形状及状态、对工艺条件提出正确反馈是必要条件。在此之前，上述用途的观察一直使用扫描电子显微镜（scanning electron microscope：SEM）。但是在栅极长度小于45nm的最尖端LSI的开发一线和生产一线，SEM的分辨率不足，无法充分进行分析。因此，观察需要使用TEM。 TEM观察存在试样制作瓶颈 一般来说，TEM观察的难度高于SEM观察。TEM观察试样需要使用机械研磨和FIB（Focused Ion Beam）离子蚀刻等方法，使其厚度缩小到电子线能够穿透的水平。在加工薄膜时，晶体缺陷和加工中的离子残留会诱发结构变化，造成试样受损。一旦状态与观察对象的原型形成较大差异，则观察的意义将随之消失。 以利用FIB对厚度为50nm的试样进行双面研磨为例，在典型情况下，受损区域为单侧5nm左右，共计10nm。随着观察元件从45nm到32nm的逐步微细化，有时需要分离出不到20nm的区域进行观察。这样的话，观察到的将全部是受损部分。 要想在制作试样时尽量避免损伤，熟练的技术和经验必不可少。因此，在生产一线很难轻松完成观察。而且，试样制作耗费的时间也长于SEM观察，分析工作的效率偏低。 利用照射条件可变的Xe离子束进行加工 Xact把名为“Adaptive Ion Milling（AIM）”的新型离子蚀刻法应用于试样薄膜加工，采取了逐个剥离试样表面原子的方式。这一改进使试样损伤降低到了单侧不足2nm。与同样应用于试样制作的离子蚀刻技术FIB相比，AIM具有两项特点。 第一，使用离子源非活性且原子半径较大的Xe。过去，FIB离子蚀刻一直使用容易聚焦至离子源的Ga。由于半径大的Xe离子无法进入Si晶体，因此基本没有残留物。 第二，使用照射光束不聚焦、照射区域较大的“Gentle Beam”研磨试样。众所周知，使用Gentle Beam能够使试样损伤减少到最小。例如，需要尽量避免损伤的后处理使用的是以Ar为离子源的Gentle Beam。但在加工中使用Gentle Beam面临着控制精度和效率等难题。因此，FIB的使用更为普遍。 AIM能够改变照射离子束的能量和与试样接触的角度。而且能够利用电子线照射正在加工的试样，在检测试样厚度和状态的同时，自动调整离子束的能量和角度，以最小的伤害高效将其加工成薄膜。试样的厚度和状态由传感器检测投射电子、2次电子和背散射电子（Back Scattered Electron：BSE）后计算得出。使用这项技术不仅能自动检测厚度是否达到要求，还能自动中止加工。从而一举降低试样的制作难度。而且，这项技术的工作效率高，在生产一线，一班（8小时）可以制造5个以上的试样。 使用照射区域宽广的Gentle Beam还具有能够实现大区域的薄膜化并对其进行观察的副效果。对于5～10μm区域以内的元件，可以观察其形状和界面状态分布。目前，Xact仅适用于Si类元件的观察。对于非Si类材料的支持将成为今后的课题。（记者：伊藤 元昭） ■日文原文 イオン?ミリングの技術を一新して，損傷のないTEM試料を作製 |
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