JP2519512B2 - 集束イオンビ―ム装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は集束イオンビーム、特に試料上形成された配
線パターン膜のエッチング走査において、このエッチン
グ作業が終了したことを確実に検出できるようにした集
束イオンビーム装置に関するものである。

［発明の概要］ 電子ビームを照射することによってチャージアップの
防止をはかりながら、イオンビーム照射光学系によって
イオンビームを試料に照射し、試料面上に形成された配
線パターンのエッチング加工等を行なう集束イオンビー
ム装置において、前記エッチング加工による配線パター
ンの削り取りが行なわれたことを確実に検知することが
できるようにする為、配線パターンに信号導出部材を接
続し、この信号導出部材からの信号に基づいて配線パタ
ーンの加工の終了を検出するようにした。

又、前記電子ビームの照射によって試料から放出され
るオージェ電子或いは特性Ｘ線を検出する手段を設け、
それぞれの検出手段の出力に基づいて配線パターン膜の
加工の終点を検出するようにした。

［従来技術］ 近年、半導体素子のLSIが大規模化、高集積化される
ようになった背景の１つには、そのLSI製造技術の著し
い発達をあげることができる。LSI製造技術の１つにFIB
技術があり、このFIB技術は描写（即ち拡大観察）技術
であるうえに加工技術でもあり、LSI回路の配線パター
ンの欠陥を認識修正できるまでになった。このような、
FIB技術に用いられる集束イオンビーム装置の一般例が
第９図に示されている。

この集束イオンビーム装置は、試料１を支持するＸ−
Ｙステージ２と、イオン源３、コンデンサレンズ４、ブ
ランキング電極５、対物レンズ６、及び走査電極７によ
って構成され、Ｘ−Ｙステージ２上の試料１にイオンビ
ーム８を集束照射するイオンビーム照射光学系９と、試
料１上に金属化合物ガスを導入するガス銃10と、試料１
観察時において、当該試料１上にイオンビーム８を照射
して得られた２次荷電粒子（例えば２次イオン）を検出
する２次荷電粒子検出器11と、試料１の所定領域に電子
ビームを照射する電子銃12と、前述の各種機能部材の動
作をコントロールする制御部13とから成る。試料１は、
第10図に示すように、シリコンSi或いはガリウムヒ素Ga
As等の基板1aと、基板1a上に描かれたアルミニウムAl等
による配線パターンを持っている。

そして、このような集束イオンビーム装置によって、
IC基板等の試料１を観察し、その試料１の欠陥を認識し
たうえで、この欠陥部分を修正する。例えば、配線パタ
ーンにエッチングを施すか或いは配線パターン1bを切断
加工する等の場合、制御部13のコントロールの下にまず
試料１の上にイオンビームを照射し、配線パターン1bの
エッチング加工を行ない、適当な量だけエッチングが進
んだ時には、集束イオンビーム装置を観察モードに切換
え、試料１の観察を行なう。この観察モードで、いまだ
配線パターン1bの切断が不十分である場合は、集束イオ
ンビーム装置を加工モードに切換え、再びイオンビーム
を試料１に照射して配線パターン1bの切断加工を行な
う。そして次に、集束イオンビーム装置を観察モードに
切換え、試料１の観察を行なう、というように試料１の
観察と加工とを交互に行なっていた。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、このような従来の集束イオンビーム装
置にあっては、２次荷電粒子検出器11による２次荷電粒
子の粒子を検出するには感度が不十分であり、十分な影
像が得られないという不具合があった。又、イオンビー
ムの試料１への照射によって、試料１に生じるチャージ
アップや試料１の部分に酸素が存在する等で試料観察の
為の２次荷電粒子の強度が大幅に変化してしまい、均一
な試料１の影像が得られないという不具合もあった。

本発明は、このような従来の課題に鑑みて為されたも
ので、その目的は、IC等における配線パターンのエッチ
ング或いは切断加工において、この加工の終点を高精度
で検出することができる集束イオンビーム装置を提供す
ることである。

［課題を解決するための手段］ 本願では、前記課題を解決する為、集束イオンビーム
装置に、IC等の試料上の配線パターンに接続される信号
導出部材と、この信号導出部材からの信号に基づいて配
線パターン加工の終点を検出する手段とを設け、配線パ
ターンの修正に際して信号の導出の有無を調べることに
より終点検出を行なうようにしたことを要旨とする。又
本願発明の他の特徴として、前記信号導出部材及びこれ
に接続された加工終点検出手段に代えて、Ｘ線分光器を
備え、試料への電子の照射によって試料から励起された
特性Ｘ線を前記Ｘ線分光器へ検出し、これによって終点
検出を行なうようにしたことを要旨とする。更に又、本
願発明の他の態様として、前記信号導出部材及びこれに
接続された加工終点検出手段に代えてエネルギアナライ
ザを備え、試料へのイオンビームの照射によりこの試料
から励起されたオージェ電子をエネルギアナライザで検
出し、終点検出を行なうようにしたことを要旨とする。

［作用］ まず本発明の第１の態様である試料上の配線パターン
に信号導出部材を接続し、又この信号導出部材に終点検
出手段を接続した集束イオンビーム装置においては、試
料であるICチップ等の配線パターンに、信号導出部材が
接続された状態で試料にイオンビームが照射されてエッ
チング加工等が行なわれる。そしてこのエッチング加工
等が進行して配線パターンの加工終点に達すると、配線
パターンが断線されるから、信号導出部材には電流が流
れずこの断線が直ちに終点検出手段によって検知され
る。

又本発明の第２の態様である、特性Ｘ線検出器を備え
た集束イオンビーム装置にあっては、イオンビーム照射
による加工の初期段階においては、配線パターンを構成
する成分の特徴を表わす特性Ｘ線が試料から放出され、
これが検出されて試料上における配線パターンの存在が
認識される。次いでイオンビーム加工が進行するにつれ
て配線パターンが削り取られ、基板が現われるようにな
ると、試料からは先とは異なった特性Ｘ線、即ち基板の
特性を示すＸ線が放出され、これが特性Ｘ線検出器で検
出されて集束イオンビーム装置の終点検出が行なわれ
る。

更に本発明の第３の態様である電子エネルギアナライ
ザを設置した集束イオンビーム装置にあっては、電子銃
から照射された電子によって試料面からは最初は配線パ
ターンを構成する成分を表わすオージェ電子スペクトル
が検出され、次にイオンビームの照射による加工が進行
し、配線パターンが断線するに至ると、基板のガラス成
分が現われ、この成分の特徴を表わすオージェ電子スペ
クトルが現われるようになる。この試料から放出される
オージェ電子のスペクトルの変化によって配線パターン
の断線が検知され、集束イオンビーム装置における終点
検出が行なわれる。

［実 施 例］ 第１図乃至第３図は、本願第１発明による集束イオン
ビーム装置における終点検出機構の第１の実施例を示す
図である。この実施例において、符号20は試料ホルダで
あり、この試料ホルダ20の上には第３図に示されように
ICチップ21のような試料１が支持される。この試料ホル
ダ20はベース22の上に載置されて、Ｘ−Ｙ方向に移動す
ることのできるＸ−Ｙステージ２の上に置かれ、Ｘ−Ｙ
ステージ２と共にＸ方向及びＹ方向に移動することがで
きる。この実施例において、試料ホルダ20のほぼ中央よ
りの部分には、下方に向けて形成されたくぼみ穴25が設
けられ、このくぼみ穴25内には４基の柱状の支持機構26
が設けられ、この支持機構26の上には、プリント基板27
が支持されている。このプリント基板27の中央よりの部
分には、ICパッケージ28が設けられ、このICパッケージ
28の中にICチップ21が設置されている。プリント基板27
の基端側（第３図中上方）部分には、コネクタ接続部27
aが設けられ、このコネクタ接続部において、試料ホル
ダ20の外側から試料ホルダ20内に延びるコネクタ23が接
続される。コネクタ23からはケーブル24が延び、このケ
ーブル24の基端側部分はコンタクト機構29に接続されて
いる。コンタクト機構29は第２図にその具体例が示され
ているように、前方端部分にケーブル24が接続される一
方、後端部分の裏側には下向きに突出した端子30がビス
31によって固定取付けされている。一方このコンタクト
機構29に対応するＸ−Ｙステージ２の端縁部分には、コ
ンタクト機構29の端子30に対向する接続端子32がビス33
によって固定取付けされている。そして接続端子32の固
定部分からはＸ−Ｙステージ２の外方に延びるリード線
34が接続されている。そしてリード線34の基端部分は配
線パターン加工の終点を検出するテスタ等に接続されて
いる。なお第３図において、ICチップ21の入出力端子は
プリント基板27の回路を通してコネクタ23のケーブル24
に接続されており、コネクタ23、ケーブル24、コンタク
ト機構29、及びリード線34によって信号導出部材を構成
している。そしてこの信号導出部材と前記テスタ35とに
よって集束イオンビーム装置の終点検出装置が構成され
る。

このような構成を有する集束イオンビーム装置におい
て、ICチップ21は第３図に示すような形で試料ホルダ20
に支持され、イオンビーム加工が施される。例えばICチ
ップ21上の配線パターン1bを切断加工したい場合は、そ
の該当する配線パターン線がコネクタ23を介してテスタ
35に接続され、ICチップ21にイオンビームが照射されて
配線パターン1bのエッチングが行なわれる。この配線パ
ターン1bのエッチング操作の間、ICチップ21の該当する
配線パターン1bには電流が導通され、この電流はコネク
タ23を介してテスタ35で検知される。そして配線パター
ン1bに対するイオンビーム加工が進行して、その配線パ
ターン1bが切断されると、当該配線パターン1bには電流
が導通しなくなり、テスタ35側においてはこの電流のオ
フによって終点検出を行なう。このように、配線パター
ン1bに電流を通しながらイオンビーム加工を行なう為、
この実施例による終点検出は極めて正確なものとなる。

第４図及び第５図は、本願第１発明の第２の実施例を
示す図である。この実施例においては、試料であるICチ
ップ21がICウェハ36上に複数個整列配置されている状態
で終点検出を行なうものである。この実施例では、試料
ホルダ20の上にはICウェハ36が載置され、このICウェハ
36の上方部分には２つのプローブカード37,38が設置さ
れている。プローブカード37,38は、その下面部分に信
号取出し用の端針39,40を有しており、これらの端針39,
40の基端部分はリード線41に接続されている（プローブ
カード38についてのみ図示してある）。端針39,40の先
端部分はくの字形に折り曲げられており、先端部分が下
方を向くようになっていると共に、端針39,40自体があ
る程度弾性的に撓み変形するようになっている。そして
プローブカード37,38は第５図中矢印Ｓで示すように上
下方向に移動させることができるように設置されてい
る。

かかる構成において、ICウェハ36の中の特定のICチッ
プ21に対して配線パターン修正の為にエッチング加工に
よる断線を行ないたい場合は、試料ホルダ20を支えてい
るＸ−Ｙステージ２を平面内で駆動して、前記特定のIC
チップがプローブカード37又は38に対応する位置にくる
ように操作する。このＸ−Ｙ平面でのICウェハ36の移動
の間においては、プローブカード37及び38はICウェハ36
から離れるよう上方位置まで退避せしめられている。そ
して、前記ICチップ21のＸ−Ｙ平面内での位置が定めら
れたら、その位置で、Ｘ−Ｙステージ２の駆動がとめら
れ、次いでプローブカード37又は38（或いは両方とも）
が下方に移動せしめられ、端針39または40がICチップ21
の特定の配線パターンに接触せしめられる。そして、リ
ード線41を通して端針39又は40及びICチップ21の配線パ
ターンに電流が流され、この電流はリード線41が接続さ
れたテスタ（前記テスタ35と同様なものである）によっ
て検知される。このようなプローブカード37,38を用い
た信号導出走査によってICチップ21の配線パターンへの
電流の流れを検出しつつ、そのICチップ21には集束イオ
ンビームが照射され、ICチップ21の配線パターンのエッ
チング作業が行なわれる。そして、この配線パターン1b
のエッチング作業が進行して、当該配線パターン1bが切
断されると、リード線41には電流が流れなくなり、これ
をテスタで検知して加工の終点が検出される。なお、プ
ローブカード37,38はICウェハ36内の特定のICチップに
片方のプローブカード37又は38のみが接続されて、信号
の導出が行なわれてもよいし、或いはICチップ21上の欠
陥修正を行ないたい配線パターンに両方のプローブカー
ド37,38の端針39,40が接続され、双方のプローブカード
37,38間で１つの導電回路を構成して、配線パターン1b
への電流への流れを検出するようにしてもよい。

第６図は、前記第１の発明の態様における２つの実施
例とは全く異なった方法による終点検出を行なう終点検
出装置の実施例を示す図である。この実施例にかかる集
束イオンビーム装置は、真空室45の内部下方位置に設け
られ且つ試料１を支持するＸ−Ｙステージ２と、真空室
45の上端部分に設けられたイオン源46と、イオン源46か
ら照射されたイオンビームを集束せしめるコンデンサレ
ンズ47と、コンデンサレンズ47の後方位置に設けられた
ブランキング電極48と、コンデンサレンズ47によって集
束されたイオンビーム49を試料１の上に焦点合せする対
物レンズ50と、イオンビーム49を試料１上で走査せしめ
る走査電極51と、試料１上にガスを吹き付けるガス銃52
と、同じく試料１上にチャージアップ中和用の電子ビー
ムを照射する電子銃53と、イオンビーム49の照射によっ
て試料１の表面から放出された２次荷電粒子（例えば２
次イオン）54を検出する２次荷電粒子検出器55と、電子
銃53から試料１への電子の照射によって試料１から放出
された特性Ｘ線を検出する特性Ｘ線検出器56、或いは試
料１への集束イオンビーム49の照射によって、試料１か
ら放出されたオージェ電子を検出するエネルギアナライ
ザ57と、これら各種機能部材の動作をコントロールする
制御部58とを備えて成る。イオン源46、コンデンサレン
ズ47、ブランキング電極48、対物レンズ50、走査電極51
が、Ｘ−Ｙステージ２の上の試料１にイオンビーム49を
集束照射するイオンビーム照射光学系を構成している。
そして、電子銃53から電子を試料１に向けて放出しなが
ら、イオンビーム照射光学系59を駆動して、試料１内の
IC配線パターンをエッチング加工すると、前記電子銃53
からの電子が試料１面上に当ることによって、試料１か
らは特性Ｘ線が放出され、この特性Ｘ線は特性Ｘ線検出
器56によって検知される。そして、ICチップ21に対する
配線パターンのエッチング作業が進行して、配線パター
ンが完全に切断されると、基材のシリコン成分が見える
ようになり、これは特性Ｘ線検出器56によって検出され
る。よって、この特性Ｘ線検出器56の作動によって、配
線パターン修正におけるエッチング作業の終点が検出さ
れる。

更に別の態様として、電子銃53から電子を試料１の上
に放出せしめ、その状態でイオンビーム照射光学系59を
作動させてICチップ21等の配線パターンのエッチング作
業を行なう。この場合の試料１の観察は、電子銃53から
放出された電子が試料１に照射されることにより、この
試料１からはオージェ電子が放出され、このオージェ電
子をエネルギアナライザ57によって検出している。そし
て前記配線パターンに対するエッチング作業が進行し
て、当該配線パターンが削り取られ、或いは切断された
場合、基材のシリコン成分が表面に出てくることによっ
て、エネルギアナライザ57においては、第７図或いは第
８図に示すように点ａや点ｂの位置で、出力特性が変化
する。従って、これらの出力特性の変化点をとらえるこ
とにより、配線パターンに対するエッチング作業等の終
点検出を行なうことができる。このオージェ電子の検出
による終点検出にあっては、このオージェ電子の検出動
作が例えば酸素等の存在によって影響を受けることはな
く、正確な終点検出が行なえる。オージェ電子は、元素
に特有のエネルギを有している為、例えば配線パターン
修正の時に必要なチャージ中和の為の電子スプレー化で
あっても、エネルギ分析することにより十分精度高くオ
ージェ電子スペクトル（前記第７図及び第８図参照）を
得ることができる。

又前述の特性Ｘ線検出器を用いた終点検出に際して
も、その特性Ｘ線を検出、分析することにより、試料１
の表面にはいかなる元素が存在しているかを判断でき
る。よって、始めは配線パターンを構成する例えばアル
ミニウムAlやクロムCrが試料１の表面上に存在していた
ところで、配線パターンに対するスパッタエッチング作
業が進行して基材のシリコン成分Siが見えるようになる
と、特性Ｘ線の強度分布が変化するから、これを認識し
て終点検出を行なうことができる。

また、以上の実施例ではICチップを用いた例について
説明したが、非接触で検出できるＸ線検出器あるいはエ
ネルギアナライザを備えたものでは、フォトマスクにつ
いても同様に適用でき、配線パターンのCrと基板の成分
より終点検出を行なうことができる。

［発明の効果］ 以上説明したように、集束イオンビーム装置において
配線パターンのエッチング加工等を行なう場合、本発明
では、ICチップ等の試料から直接信号導出部材を通して
電流の流れを検出するか、又は特性Ｘ線検出器やエネル
ギアナライザを使って、所定の２次荷電粒子の強度分布
の変化をとらえて終点検出行なうようにした為、信頼性
の高い終点検出を行なうことができるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本願第１発明の一実施例を示す正面図、第２図
は前記実施例の信号導出部材の部分の構成を詳細に示す
図、第３図は前記実施例の平面図、第４図は本願第１発
明の第２の実施例において終点検出の対象となるICウェ
ハの概略構成図、第５図は前記第２の実施例の正面図、
第６図は本願第２及び第３発明を組込んだ集束イオンビ
ーム装置の構成を示す図、第７図は本願第２発明におい
て、終点検出動作時に得られるオージェ電子スペクトル
を示すグラフ、第８図は第７図において示されたグラフ
の微分値を表わすグラフ、第９図は従来の集束イオンビ
ーム装置の構成を示す図、第10図は試料であるICチップ
の配線パターンの一例を示す平面図である。 １……試料、２……Ｘ−Ｙステージ、20……試料ホル
ダ、21……ICチップ（試料）、23……コネクタ、24……
ケーブル、27……プリント基板、29……コンタクト機
構、34……リード線、35……テスタ、36……ICウェハ、
37,38……プローブカード、39,40……端針、41……リー
ド線、53……電子銃、54……２次荷電粒子、55……２次
荷電粒子検出器、56……特性Ｘ線検出器、57……エネル
ギアナライザ、59……集束イオンビーム照射光学系。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】真空室内の所定位置に、配線パターンが形
   成されたICチップをＸ−Ｙ方向に駆動するステージと、
   前記ステージ上の前記ICチップにイオンビームを集束照
   射するイオンビーム照射光学系と、前記イオンビームが
   照射される前記ICチップに化合物ガスを吹き付けるガス
   銃と、前記イオンビームが照射される前記ICチップの所
   定領域に所定量の電子ビームを照射する電子銃と、前記
   ICチップからの２次荷電粒子を検出する荷電粒子検出器
   とを備え、前記荷電粒子検出器にて検出した粒子に基づ
   き、前記ICチップに形成されている配線パターンを２次
   元的に表示すると共に、前記配線パターンを欠陥の認識
   し、かつ前記欠陥を修正する集束イオンビーム装置にお
   いて、 前記ステージには、前記ICチップを設置する試料ホルダ
   を備え、前記試料ホルダには、前記ICチップの入出力端
   子と電流検出するテスタとを電気的に接続するコネクタ
   を備え、前記ICチップからの信号に基づいて配線パター
   ンの加工終点を検出できるようにしたことを特徴とする
   集束イオンビーム装置。