JP2007066670A - Fib加工の位置合わせ方法及びfib装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】 多層構造を有する被加工体において、FIB像として認識不可能な位置、さらには光学像としても認識不可能な位置に対しても、精度よく位置合わせを行うことができ、短時間で加工を行うことができるFIB加工の位置合わせ方法及びFIB装置を提供する。
【解決手段】 被加工体の加工目的位置の近傍の上層膜をFIB加工によって除去し、FIB像において識別可能なレイアウトパターンを露出させる。当該露出パターンの形状を認識した後、被加工体のレイアウトデータ上で露出パターンを特定する。このようにして特定されたレイアウトデータ上における露出パターンの座標、及び予め指示されているレイアウトデータ上における目的位置の座標から、現実の被加工体上の目的位置を加工位置に位置させるために必要な移動量が演算される。そして、当該移動量に基づいて、現実の被加工体の位置合わせを行う。
【選択図】 図1
【解決手段】 被加工体の加工目的位置の近傍の上層膜をFIB加工によって除去し、FIB像において識別可能なレイアウトパターンを露出させる。当該露出パターンの形状を認識した後、被加工体のレイアウトデータ上で露出パターンを特定する。このようにして特定されたレイアウトデータ上における露出パターンの座標、及び予め指示されているレイアウトデータ上における目的位置の座標から、現実の被加工体上の目的位置を加工位置に位置させるために必要な移動量が演算される。そして、当該移動量に基づいて、現実の被加工体の位置合わせを行う。
【選択図】 図1
Description
本発明は、収束イオンビーム(FIB:Focused Ion Beam)加工の位置合わせ方法及びFIB装置に関し、特に、FIB像として認識不可能な位置、さらには光学像としても認識不可能な位置に対して位置合わせを行う技術に関する。
半導体装置の故障解析や形状評価に、FIBエッチング加工(以下、FIB加工という。)により目的部位の断面を露出させ、断面を観察する手法が用いられている。
このようなFIB装置では、FIBの加工中心に被加工体の加工位置を位置させる位置合わせは、FIBを被加工体がエッチングされることのない低いエネルギーで入射させ、このときに被加工体から放出される2次電子や2次イオン等により得られる像(以下、FIB像という。)に基づいて行われている。しかしながら、近年の半導体装置は、微細な配線パターンと層間絶縁膜とが多数積層された構造を備えているため、FIB加工を行うべき目的部位が絶縁膜や金属膜等に被覆されていることが多く、最表面の形状や最表面に露出している部分の材質の差異が画像化されるFIB像では目的部位の特定ができないことが多い。このため、目的部位をFIB像において特定可能とするために、FIB加工前に、被加工体の最表面にFIB像で識別可能(画像化が可能)なマークが光学顕微鏡やレーザ顕微鏡等での観察下で形成され、当該マークに基づいて位置合わせが行われている(例えば、特許文献1参照)。
ここで、従来技術によるFIB加工位置の位置合わせ方法を説明する。図12は、半導体ウェハや半導体チップ等のサンプル200において、断面観察を行う目的部位201の光学像2を示す平面図である。ここでは、図中のA−A線における断面を観察するものとする。また、サンプル200の表面は、平坦な絶縁膜で被覆されているものとする。
上記サンプル200のFIB加工を行う場合、まず、図12に示した光学像2に基づいて、目的部位201がFIBの照射範囲内に位置するように、FIB装置内にサンプル200が配置される。
上記状態で、カーボン膜やシリコン酸化膜等の膜を選択的に堆積させるFIB装置の機能を利用して、図13に示すように、目的部位201の直上に光を透過する程度の膜厚(例えば、0.03μm程度)の堆積膜202により縞状のパターン(ライン・アンド・スペースパターン)を形成する。なお、図13において、FIB像1に破線で示す目的部位201は、説明のために示したものである。現実のFIB像1では、最表面の平坦面が観測されるだけであり目的部位201を識別することができない。
次に、FIB装置からサンプル200を取出し、光学顕微鏡により目的部位201を堆積膜202とともに観測する。このとき、堆積膜202は光を透過するため、図14に示すように、光学像2では、縞状の堆積膜202を通じて目的部位201が観察される。また、このとき、目的部位201が縞状の堆積膜202のいずれのライン、若しくはスペースの下層に位置しているかが確認される。図14の例では、図12に示したA−A線が中央のスペースに位置している。
この後、サンプル200は、再度FIB装置に搬入され、FIB像1上で、光学像2で確認した堆積膜202のラインあるいはスペースを目印としてFIB加工が行われる。これにより、図15に示すように、目的部位201に断面加工部203が形成される。この後、FIB加工によって露出された断面が、例えば、FIB像により観察される。
特開2001−15570号公報
CMP(Chemical Mechanical Polishing)技術にて表面を平坦化しながら配線を何層にも重ねて形成している、多層配線構造を有する半導体装置では、光を透過しない銅等からなる配線が複数の層に渡って複雑なレイアウトで形成されている。このため、断面を観察すべき目的部位が下層にある場合、当該目的部位は上層配線の直下に位置していることも多い。また、一般に、半導体装置では、上層の構造に比べて下層の構造が微細になっているため、最上層の配線の下層には、非常に多数の微細なパターンが隠されている。このような状況下では、光学像では、上層の配線しか認識できず、当該配線の下層に位置している目的部位の位置を正確に特定することは困難である。このため、光学像において、目的部位が特定可能であることを前提とした上記従来技術では、目的部位の断面を正確に露出させることはできない。
また、上述の従来技術では、目的部位の断面を露出させるために、(1)光学顕微鏡による目的部位の確認、(2)目的部位に対応する領域へのFIB装置によるマーキング、(3)光学顕微鏡にて目的位置とマークとの相対位置の確認、(4)FIB装置による断面加工、の一連の作業を行う必要がある。このため、光学顕微鏡とFIB装置との間で、サンプルの搬入出を繰り返す必要があり、作業効率が悪いという問題があった。
本発明は、上記従来の問題を鑑みて提案されたものであって、光学像により位置特定が不可能な目的部位に対しても、精度よく位置合わせを行うことができるとともに、サンプルの搬入出回数が少なく、効率よく断面加工を行うことができるFIB加工位置の位置決め方法及びFIB装置を提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明のFIB加工の位置決め方法は、まず、FIB加工を行う目的位置と異なる位置に、FIBの照射により得られる像において識別可能な被加工体内のパターンをFIB加工により露出させ、当該パターンの形状を認識する。次いで、被加工体のレイアウトデータにおいて認識したパターンの位置を特定し、当該レイアウトデータにおける認識したパターンの座標及び前記目的位置の座標に基づいて、現実の被加工体の前記目的位置を加工位置に位置させるための移動量を演算する。そして、求められた移動量に基づいて、現実の被加工体の位置合わせを行う。
以上の構成によれば、FIB加工前にFIB像さらには光学像により、FIB加工すべき目的位置が特定できない状況下であっても、目的位置を容易にかつ精度よく加工位置として位置決めすることができる。
また、パターンを露出させるFIB加工の加工位置は、目的位置近傍の被加工体の表面に形成された凹部に基づいて位置合わせを行うことができる。当該凹部は、例えば、被加工体の表面にレーザビームを照射することにより形成することができる。
本方法は、特に、被加工体の表面が平坦面である場合や、被加工体の目的位置が遮光体に被覆されている場合等に好適である。
一方、他の観点では、本発明は、上記方法が適用されるFIB装置を提供することができる。すなわち、本発明に係るFIB装置は、FIBの照射により得られる像からパターン形状を認識する手段と、被加工体のレイアウトデータから、前記形状が認識されたパターンを特定する手段と、前記レイアウトデータにおける前記形状が認識されたレイアウトパターンの座標及び前記レイアウトデータにおけるFIB加工を行うべき目的位置の座標に基づいて、現実の被加工体の前記目的位置を加工位置に位置させるための移動量を演算する手段と、前記演算された移動量に基づいて、現実の被加工体を移動させる手段とを備えた構成である。
本発明によれば、FIB像においても、さらには光学像においても、FIB加工を行う目的位置が特定できない状況下であっても、目的位置をFIB加工位置に容易にかつ確実に、正確に位置合わせすることができる。さらに、従来に比べて、1つのサンプルの加工を行う際に、FIB装置へのサンプルの搬入出回数が少ないため、作業効率よくFIB加工を行うことができるという優れた効果を奏することができる。
以下、本発明の一実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ここで、図1は本発明による加工位置の位置合わせの手順を示すフロー図である。また、図2〜図10は、図1に示すフローにおける各処理を説明するための平面図である。なお、以下では、半導体素子が形成された半導体基板上に、絶縁膜形成、CMP平坦化、及び銅配線形成を繰り返すことにより、6層の多層配線構造が形成された半導体装置をサンプル(被加工体)とし、当該サンプルの故障解析のために断面を露出させる事例に基づいて説明を行う。また、以下では、各配線層を下層から、第1層配線、第2層配線、・・・、第6層配線と呼称する。
図2は、FIB加工を行うサンプル100の第3層配線102と第4層配線103の配置を示すレイアウトデータ104である。ここで、断面観察を行う目的位置101は第3層配線と第4層配線とを電気的に接続するコンタクトプラグであるとする。なお、図2において、当該コンタクトプラグは、点線で示す円内に位置している。また、当該目的位置101が故障位置であることは、LSIテスタ等により測定された電気特性等に基づいて推定されるものである。
図3は、レイアウトデータに基づいて特定された現実のサンプル100における目的位置101の近傍を光学顕微鏡等により観察した光学像2を示す平面図である。本実施形態のサンプル100は、第5層配線105と第6層配線106とが格子状に配置されており、光学像2において、下層にある目的位置101を識別することが困難である。
さて、本実施形態では、まず、レーザマーキング装置により、目的位置101の近傍にマーキングを行う。公知のように、レーザマーキング装置は、微細なステップ(例えば、ミクロン単位)で水平方向への移動位置を制御可能なステージを備えている。当該ステージ上に載置されたサンプル100は、各配線層を形成する際のフォトリソグラフィに使用されるフォトマスクのレイアウトデータ(設計データ)から取得される座標に基づいて、上記目的位置101の近傍で、かつ目的位置101と異なる部位がレーザビーム照射位置に位置するように移動される。そして、レーザビームの照射が行われ、目的位置101の近傍にレーザマーキング部107が形成される(図1 S1)。図4は、レーザマーキング部107が形成されたサンプル100の光学像2を示す平面図である。上述のように、目的位置101の近傍で、かつ目的位置101とは異なる位置にレーザマーキング部107が形成されている。
次いで、FIB装置が備えるステージにサンプル100を設置し、目的位置101がFIBの照射範囲内に位置するように、FIB装置内にサンプル100を搬入する。図5は、レーザマーキング部107が形成されたサンプル100のFIB像1を示す平面図である。上述のように、FIB像1は最表面の形状、あるいは最表面に露出している部位の材質の差異が画像化されるため、サンプル100の最上層に形成されている絶縁膜(パッシべーション膜)の形状のみが画像として表示され、その下層の構造を識別することができない。したがって、FIB像1において目的位置101を識別することは不可能であるが、図5では説明のため、目的位置101を点線の円で示している。なお、レーザマーキング部107は、サンプル100の表面に凹部として形成されているため、FIB像1に画像として識別可能な状態で表示されている。すなわち、ここでは、レーザマーキング部107がFIB像1内に表示される状態することで、目的位置101の近傍に容易に位置合わせすることができる(図1 S2)。
続いて、図6に示すように、レーザマーキング部107近傍の適切な領域の上層膜をFIB加工により除去することにより、FIB像1中で画像として識別可能な配線パターンを露出させた露出部108を形成する(図1 S3)。ここで、適切な領域とは、例えば、特徴的なレイアウトパターンを含む領域等である。また、本実施形態では、目的位置101が、第3層配線と第4層配線とを接続するコンタクトプラグであるので、本実施形態では、露出部108を形成する際に、サンプル100の表面から第3層配線102が露出する深さまでの部分をFIBエッチングにより除去している。なお、当該FIBエッチングでは、例えば、微小量のFIBエッチングとFIB像観察とを繰返し実行し、第3層配線が露出した時点でエッチングを完了する、あるいは、FIBのエネルギーを調節してFIBエッチングの加工深さを調整することにより行えばよい。
このようにして形成された露出部108は、銅等からなる配線と絶縁膜とが表面に露出しているため、FIB像1において画像として表示されるため当該配線パターンの形状を認識することができる(図1 S4)。そして、当該配線層(ここでは、第3層配線)のレイアウトデータ上で、当該露出した配線パターンの位置が特定される(図1 S5)。これにより、レイアウトデータ上における前記特定した配線パターンの座標を取得することができる。また、上述のように、レイアウトデータ上において目的位置101は特定されているため、レイアウトデータ上における目的位置101の座標も取得することが可能である。そして、レイアウトデータ上における前記特定されたパターンの座標、及びレイアウトデータ上における目的位置101の座標から、現実のサンプル100上の目的位置101をFIB加工位置に位置させるための移動量が演算される(図1 S6)。
このような移動量の演算は、以下のようにして行うことができる。例えば、露出部108に露出させた第3層配線102の端部や角部等、座標の特定が容易な2点以上の箇所が基準点として設定される。ここでは、図6に示すように、露出させた第3層配線102の角部のうちの2箇所をそれぞれ第1基準点109、第2基準点110としている。ここで、FIB像1上におけるXY座標系により特定される各基準点109、110の座標は、第1基準点109が(1、1)、第2基準点110が(2、3)であるとする。
一方、図7は、図6に示すFIB像1に対応する領域の第3層配線102のみのレイアウトデータ104を示している。図7において、破線で示す領域113が図6の露出部108に対応し、第3基準点111と第4基準点112がそれぞれ図6の各基準点109、110に対応する。ここで、レイアウトデータ104上におけるXY座標系により特定される各基準点111、112の座標は、第3基準点が(10、10)、第4基準点が(200、300)である。また、レイアウトデータ104における座標系では、目的位置101の座標は、(300、400)になっている。
以上のような、各基準点の座標の関係、及びレイアウトデータ104上における目的位置101の座標から、FIB像1における目的位置101の座標を求めることができる。この事例の場合、FIB像1上の座標系において目的位置101の座標は、(2.57、3.68)として求められる。なお、このように2箇所以上の基準点を設定することにより、レイアウトデータ上のXY座標軸とFIB像上でのXY座標軸とが同一の向きになっていない場合であっても、FIB像1上における目的位置101の座標を演算することができる。
また、上記座標演算は、例えば、以下のようにして行うことができる。まず、FIB像上の座標系で第1基準点が原点となるように平行移動した第2基準点の座標と、レイアウトデータ上の座標系で第3基準点が原点となるように平行移動した第4基準点の座標とから、両座標間で成立する変換行列(回転移動及び拡大縮小の関係を示す行列)を求める。そして、当該変換行列にレイアウトデータ上の座標系で第3基準点が原点となるように平行移動した目的位置の座標を適用すれば、FIB像上の座標系で第1基準点が原点とした目的位置の座標を得ることができる。
図8のFIB像1に示すように、FIB装置の現在の加工中心が第1基準点109にあるとすると、サンプル100が設置されているステージを、FIB像1におけるXY座標系でX方向に2.9、Y方向に1.9に対応して移動させることにより、図9示すように、目的位置101がFIB装置の加工中心に位置する(図1 S7)。当該状態で、例えば、平面視において矩形状の加工範囲が、矩形を構成するいずれかの辺上に位置合わせされた目的位置101が位置する状態で設定され、FIB加工が行われる(図1 S8)。これにより、図10に示すように断面加工部114が形成される。このとき、断面加工部114の深さは、第3層配線102よりも深い位置まで加工される。この後、FIB装置のステージのティルト機能により、断面加工部114に露出した断面にFIBが入射可能な状態にサンプル100を傾斜させ、例えば、FIB像により断面の観察が行われる(図1 S9)。
以上説明したように、本実施形態によれば、FIB像においても、さらには光学像においても、FIB加工を行う目的位置を特定することができない状況下において、目的位置をFIB加工中心に容易にかつ正確に位置合わせすることができる。また、上述のように、本実施形態では、レーザマーキング装置にてマーキングを行った後の処理は、全てFIB装置内で行うことができる。すなわち、1つのサンプルのFIB加工を行う際に、FIB装置へのサンプルの搬入出回数が従来に比べて少ないため、作業効率よくFIB加工を行うことができる。
なお、上記位置合わせは、例えば、図11に示すようなFIB装置により、自動的に実施することが可能である。図11は、本実施形態のFIB装置の要部を示す機能ブロック図である。
図11に示すように、本実施形態のFIB装置は、FIB像1を表示するFIB像表示手段11と、FIB像1の形状認識を行う画像認識手段12、及び画像認識手段12が認識した形状をレイアウトデータ入力手段14から入力されたレイアウトデータ上で特定するレイアウト特定手段13を有している。また、目的位置設定手段15は、例えば、作業者がレイアウトデータ上における座標を入力する等により、レイアウトデータ上における目的位置101の位置をレイアウト特定手段13に指示するための手段である。
例えば、FIB像表示手段11に表示されたFIB像1において、画像認識手段12が露出部108に対応する領域のFIB像1のエッジ検出等を行うことにより、露出させた配線パターン(ここでは、第3層配線)の形状を認識する(図1 S4)。そして、レイアウト特定手段13が、画像認識手段12が認識した形状を、パターンマッチング等によりレイアウトデータ上で特定する(図1 S5)。また、レイアウト特定手段13は、このようにしてレイアウトデータ上で特定した前記パターンの座標、及び、目的位置設定手段15により、当該レイアウトデータ上に指定された目的位置101の座標から、例えば、上述した手順により、現実の被加工体の前記目的位置を加工位置に位置させるための移動量を演算する(図1 S6)。このようにして演算された移動量が、被加工体が搭載されたステージの移動制御を行うステージ制御手段17に入力されるとともに、当該ステージ制御手段17が入力された移動量に基づいてステージを移動する。これにより、サンプル100上の目的位置101が、FIB加工位置として位置合わせされる(図1 S7)。なお、本構成のFIB装置において、前記画像認識手段12がレーザマーキング部107を認識する構成とし、露出部108の形成位置をも自動的に位置合わせする構成としてもよい。なお、本構成のFIB装置において、前記画像認識手段12がレーザマーキング部107を認識する構成とし、露出部108の形成位置をも自動的に位置合わせする構成としてもよい。なお、画像認識手段12及びレイアウト特定手段13は、例えば、専用の演算回路や、プロセッサとRAMやROM等のメモリとを備えたハードウェア、及び当該メモリに格納され、プロセッサ上で動作するソフトウェア等として実現することができる。
以上説明したように、本発明によれば、FIB像として認識不可能な位置、さらには光学像としても認識不可能な目的位置に対しても、当該目的位置をFIB加工中心に容易にかつ確実に位置合わせすることができる。さらに、従来に比べて、1つのサンプルの加工を行う際に、FIB装置へのサンプルの搬入出回数が少ないため、作業効率よくFIB加工を行うことができる。
なお、本発明は、以上で説明した実施形態に限定されるものではなく、本発明の効果を奏する範囲において、種々の変形及び応用が可能である。例えば、上記では、露出部108を1箇所とした事例を説明したが、2箇所以上の露出部を形成し、各露出部に露出させた配線パターンに基づいて上記移動量を演算してもよい。これにより、上記移動量を演算する基準点の距離を大きくすることができ、加工位置の位置合わせ精度をさらに高めることができる。また、サンプル表面へのマークの形成にレーザマーキング装置を用いることは必須ではなく、FIB像において認識可能なマークを形成可能な手法であれば任意の手法を採用することができる。さらに、このようなマーキングは被加工体の表面が平坦である場合等、被加工体の表面に被加工体上での位置の特定が可能な凹凸が存在しない場合のみに行えばよい。
本発明は、多層構造を有する被加工体の加工目的位置が、光学像やFIB像により特定できない状況下であっても、精度よく短時間で加工を行うことができるという効果を有し、FIB加工位置の位置合わせ方法、及びFIB装置として有用である。
半導体サンプルの不良解析
1 FIB像
2 光学像
100 サンプル
101 目的部位
102 第3層配線
103 第4層配線
104 レイアウトデータ
105 第5層配線
106 第6層配線
107 レーザマーキング
108 露出部
109 基準点A
110 基準点B
111 基準点C
112 基準点D
113 露出部に対応する領域
114 断面加工部
200 サンプル
201 目的部位
202 堆積膜
203 断面加工部
2 光学像
100 サンプル
101 目的部位
102 第3層配線
103 第4層配線
104 レイアウトデータ
105 第5層配線
106 第6層配線
107 レーザマーキング
108 露出部
109 基準点A
110 基準点B
111 基準点C
112 基準点D
113 露出部に対応する領域
114 断面加工部
200 サンプル
201 目的部位
202 堆積膜
203 断面加工部
Claims (6)
- 被加工体に収束イオンビームを照射してエッチングを行うFIB(Focused Ion Beam)加工の際の被加工体の位置合わせ方法であって、
FIB加工を行う目的位置と異なる位置に、FIBの照射により得られる像において識別可能な被加工体内のパターンを、FIB加工により露出させるステップと、
前記露出したパターンの形状を認識するステップと、
前記被加工体のレイアウトデータにおいて、前記認識したパターンの位置を特定するステップと、
前記レイアウトデータにおける前記認識したパターンの座標及び前記レイアウトデータにおける前記目的位置の座標に基づいて、現実の被加工体の前記目的位置を加工位置に位置させるための移動量を演算するステップと、
前記演算された移動量に基づいて、現実の被加工体の位置合わせを行うステップと、
を含むFIB加工の位置合わせ方法。 - 前記パターンを露出させるFIB加工の加工位置が、前記目的位置近傍の被加工体の表面に形成された凹部に基づいて位置合わせされる請求項1記載のFIB加工の位置合わせ方法。
- 前記凹部が、前記被加工体の表面にレーザビームを照射することにより形成される請求項2記載のFIB加工の位置合わせ方法。
- 前記被加工体の表面が平坦面である請求項1から3のいずれかに記載のFIB加工の位置合わせ方法。
- 前記被加工体が、前記目的位置に、当該目的位置を被覆する遮光体を備えた請求項1から3のいずれかに記載のFIB加工の位置合わせ方法。
- 被加工体に収束イオンビームを照射し、エッチング加工を行うFIB装置において、
FIBの照射により得られる像からレイアウトパターン形状を認識する手段と、
被加工体のレイアウトデータから、前記認識されたレイアウトパターンを特定する手段と、
前記レイアウトデータにおける前記形状が認識されたレイアウトパターンの座標及び前記レイアウトデータにおけるFIB加工を行うべき目的位置の座標に基づいて、現実の被加工体の前記目的位置を加工位置に位置させるための移動量を演算する手段と、
前記演算された移動量に基づいて、現実の被加工体を移動させる手段と、
を備えたことを特徴とするFIB装置。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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