JPH07335171A - 集束イオンビーム装置における加工位置特定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ウエハ全体を無駄にすることなく正確に加工
位置の特定を行うことができる集束イオンビーム装置に
おける加工位置特定方法を実現する。 【構成】 試料４の表層を部分的に除去し、表層が除去
された領域で、イオンビームＩＢを走査し、この走査に
基づく２次電子を検出することによって試料像を陰極線
管７上に表示する。また、試料像の特定位置のラインプ
ロファイル信号から試料表面上の特徴部分に基づくピー
ク信号を計数し、試料の加工位置の特定を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、集束イオンビ
ームによって試料の特定部位に穴を穿ち、その穴の断面
の状態を走査電子顕微鏡で観察するようにした集束イオ
ンビーム装置における加工位置特定方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】シリコンウエハ上に完成されたＤＲＡＭ
（ダイナミックランダムアクセスメモリ）などのメモリ
チップは、プローバなどにより電気的に正常に動作する
か否かがテストされる。このテストの結果により特定の
部位（ビット）に不良が発見された場合には、その不良
が生じた原因を調べる目的で、製造工程上の問題点の解
析を行う。

【０００３】この解析のために、集束イオンビーム装置
と電子ビーム装置との複合装置が用いられる。すなわ
ち、まず不良が発見されたウエハを試料として装着し、
その不良部分に集束イオンビームを走査しながら照射す
る。この集束イオンビームの照射によって試料の特定領
域は方形の穴が穿たれる。次に穿たれた穴の断面部分で
電子ビームの走査を行い、例えば断面部分からの２次電
子を検出し、この検出信号に基づいて２次電子走査像を
表示する。この２次電子像を観察し、不良部位の解析を
行う。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記したイオンビーム
による試料の特定部位の加工と走査電子顕微鏡像の観察
において重要なことは、プローバが出力する試料の不良
位置の情報に基づいて、集束イオンビーム装置内で正確
に試料の加工部位を特定し、位置決めできなければなら
ないことである。しかしながら、集束イオンビーム装置
における試料を載せた移動ステージの位置決め精度は、
数１０μｍと比較的大きいのに対して、特定のビット
（不良部位）の大きさは３μｍ四方と比較的小さいた
め、試料の特定ビットを集束イオンビームの加工位置に
正確に位置決めすることはできない。

【０００５】そのため、事前に試料表面の２次イオン像
を得、この２次イオン像を観察しながら、試料の不良部
位を発見することが考えられる。しかしながら、完成し
たメモリチップの表面は防湿のために厚い酸化膜で覆わ
れており、２次イオン像の観察では不良部位（ビット）
を見付ける手掛かりとなるビット線やワード線を観察す
ることができない。

【０００６】このため、現在では、メモリチップ上に覆
われた酸化膜を化学処理で除去した後、光学顕微鏡にそ
の試料を入れ、光学顕微鏡によってビット線やワード線
を数え、不良ビットを特定し、その後、その不良ビット
部分にレーザマーカを用いてマークを付す作業を行って
いる。そして、マークが付された試料を集束イオンビー
ム装置に装填し、２次イオン像の観察を行ってマーク位
置を見付け、このマーク位置を基準にして加工位置の位
置決めを行っている。

【０００７】このような従来技術では、ウエハ全体の酸
化膜を剥がすことから、不良解析のために高価なプロセ
スを経たウエハを１枚全部消耗しなければならない。ま
た、光学顕微鏡の下でメモリの番地を数えるという煩わ
しい、またミスの発生しやすい作業が必要となる。更
に、不良箇所を光学顕微鏡で見付けた後、レーザマーキ
ングという予備作業が必要となるなど、従来の方法は多
くの問題点を有している。

【０００８】本発明は、このような点に鑑みてなされた
もので、その目的は、ウエハ全体を無駄にすることなく
正確に加工位置の特定を行うことができる集束イオンビ
ーム装置における加工位置特定方法を実現するにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明に基づく集束イオ
ンビーム装置における加工位置特定方法は、試料の特定
位置でイオンビームを試料に照射し、特定位置において
試料を加工し、加工部分の試料像の観察を行うようにし
た集束イオンビーム装置において、試料の表層を部分的
に除去する第１のステップ、試料上の特定視野でビーム
を２次元的に走査し、この走査に基づいて試料から得ら
れた信号を検出し、検出信号を表示装置に供給して試料
の２次元像を得る第２のステップ、表示装置上でライン
プロファイルを得る位置と、ラインプロファイル中のピ
ーク数をカウントする始点と終点位置を特定する第３の
ステップ、第２のステップで得られる２次元像をメモリ
ーに取り込む第４のステップ、メモリーに取り込まれた
像信号の指定された位置のラインプロファイルから信号
変化数をカウントする第５のステップ、第３のステップ
で特定された終点位置にイオンビームによってピットを
形成する第６のステップ、視野を移動させピット位置を
第２のステップにおける始点位置に一致させる第７のス
テップ、ビームを２次元的に走査し、この走査に基づい
て試料から得られた信号を検出し、検出信号を表示装置
に供給して試料の２次元像を得ると共に、像信号をメモ
リーに取り込み、指定された位置のラインプロファイル
からピーク数をカウントし、前記第５のステップでカウ
ントされた値と加算するステップより成る。

【００１０】

【作用】本発明に基づく集束イオンビーム装置における
加工位置特定方法は、試料の表層を部分的に除去し、表
層が除去された領域で、試料像のラインプロファイル信
号から試料表面上の特徴部分に基づくピーク信号を計数
し、試料の加工位置の特定を行う。

【００１１】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細
に説明する。図１は本発明の方法を実施するための装置
の一例を示している。１はイオンビームカラムであり、
詳しくは図示していないが、このカラム１内には、イオ
ン銃と、イオン銃から発生し加速されたイオンビームを
集束する集束レンズや対物レンズと、試料に照射される
イオンビームを２次元的に走査するための偏向器などが
含まれている。２はイオンビームカラム１の下部に設け
られた試料室であり、この試料室２内には移動ステージ
３が設けられ、そして、この移動ステージ３上には試料
４が載せられている。試料室２には、試料４へのイオン
ビームＩＢの照射に基づいて発生した、例えば２次電子
を検出するための検出器５が配置されている。なお、図
示していないが、試料室２の上には電子ビームカラムが
配置されており、走査電子顕微鏡像の観察が可能なよう
に構成されている。

【００１２】検出器５の検出信号は、輝度信号制御回路
６を介して陰極線管７に供給されると共に、画像メモリ
ー８に供給される。画像メモリー８はラインプロファイ
ル作成回路９に接続されている。ラインプロファイル作
成回路９において作成されたラインプロファイル信号
は、ピーク計数回路１０に供給される。ピーク計数回路
１０で計数された値はカウント数表示回路１１に供給さ
れる。

【００１３】上記ラインプロファイル作成回路９、ピー
ク計数回路１０、カウント数表示回路１１は、制御コン
ピュータ１２によって制御されている。制御コンピュー
タ１２は、更に、カーソル制御回路１３、加工制御回路
１４をも制御している。カウント数表示回路１１とカー
ソル制御回路１３からの出力信号は、前記輝度信号制御
回路６に供給されている。また、カーソル制御回路１３
にはカーソル操作パネル１５が接続されている。加工制
御回路１４は、制御コンピュータ１２からの指令に基づ
いて、イオンビームカラム１の各構成要素を制御する。
このような構成の動作を次に説明する。

【００１４】まず、試料室２内の移動ステージ３上に欠
陥部分が発見されたウエハ試料４が載せられる。このウ
エハ試料については、事前にプローバにより欠陥部位の
位置（番地）が判明している。この欠陥部位がイオンビ
ームの光軸下に配置されるように移動ステージ３が駆動
される。移動ステージ３の移動精度は、前記したよう
に、例えば、１０μｍ程度と欠陥部位の正確な加工観察
にとって必要な精度である３μｍより低い。このため、
移動ステージの移動によって加工位置を決定し、直ちに
イオンビームによる加工を実行することはできない。

【００１５】そのため、加工位置の正確な特定を実施し
なければならない。この特定方法を試料がダイナミック
ランダムアクセスメモリー（ＤＲＡＭ）の場合を例にし
て説明する。ＤＲＡＭのメモリーセルは、基本的には２
５６ビット×２５６ビット＝６４Ｋビット，または、５
１２ビット×２５６ビット＝１２８Ｋビットを単位とし
て配列されている。図２は４Ｍ−ＤＲＡＭのメモリーセ
ルＭの配置を示しており、６４Ｋビットの単位セルが横
に１６、縦に４配置されている。なお、それらの単位間
には、センスアンプや列デコーダなどの異種回路が配置
されているため、この部分にパターン上の区切りができ
ており、これを論理アドレス計数の副基準とすることが
できる。

【００１６】論理アドレスは、チップ全体について見た
場合には、単純に左から右に向かって番号が増加するよ
うに配置されているわけではないが、１単位内では左か
ら右に、上から下に向かって順に番号が振られている。
しかし集束イオンビーム装置を使用する装置のオペレー
タにとっては、指定された任意の論理アドレスが、図２
のどの単位領域（６４Ｋビット領域）に含まれているか
は既知である。従って、以下、単位領域内での位置の特
定について説明する。

【００１７】メモリーセルＭの物理的大きさは、現在主
流になりつつある０．５μｍルールの場合、おおよそ３
μｍ×１．５μｍである。従って、６４Ｋビット領域の
大きさは、８００μｍ×４００μｍとなる。加工観察し
たいビットの論理アドレスが分かっているとき、オペレ
ータは、そのビットを含む単位領域の境界から数えて何
本目のビット線と何本目のワード線の交点にそのビット
が存在するかを知っている。集束イオンビーム装置にお
いて、座標変換プログラムを用いて得られた物理座標に
基づいて、目的のビットを観察視野内に移動した場合、
装置の移動ステージの精度が±１０μｍとすると、視野
中心から±１０μｍ範囲内のどこかに目的のビットが存
在することになる。

【００１８】次に視野中心を含んで、例えば、２０μｍ
×１００μｍの範囲にイオンビームを走査して試料表面
の酸化膜である表層を除去する。この様子を図３（ａ）
に示すが、この図で十字マークが視野中心、点線で囲ま
れた領域Ｒ１が第１回目のイオンビームの照射による表
層除去領域である。この表層除去領域Ｒ１では、表層に
覆われていたワード線Ｗが露出されている。

【００１９】次に視野を左に移動し、図３（ｂ）に示す
ように第１回目の表層除去領域Ｒ１に隣り合った２０μ
ｍ×１００μｍの範囲にイオンビームを走査して試料表
面の酸化膜である表層を除去する。図中、一点鎖線で囲
まれた領域Ｒ２が２回目の表層除去領域である。その後
更に視野を左に移動し、図３（ｃ）に示すように第２回
目の表層除去領域Ｒ２に隣り合った２０μｍ×１００μ
ｍの範囲にイオンビームを走査して試料表面の酸化膜で
ある表層を除去する。図中、二点鎖線で囲まれた領域Ｒ
３が３回目の表層除去領域である。この時、単位領域境
界Ｂが現れたらその段階でイオンビームによる表層除去
プロセスを停止する。

【００２０】上記したプロセスは、制御コンピュータ１
２から移動ステージ３の制御回路（図示せず）や、加工
制御回路１４を制御することによって実行される。図３
（ｃ）の状態で単位領域境界Ｂが現れた後、画像メモリ
ー８に２次電子検出信号に基づく画像信号が供給され記
憶される。この画像メモリー８に記憶された画像信号の
うち、特定水平位置のラインプロファイル信号がライン
プロファイル作成回路９によって作成される。このライ
ンプロファイル信号に基づき、ピーク計数回路１０はピ
ーク数を計数する。

【００２１】次に、ラインプロファイル信号取得位置の
設定や、ピーク計数の始点と終点の設定動作について説
明する。カーソル操作パネル１５のカーソル選択スイッ
チＣ１を押すと、陰極線管７上には始点カーソルが表示
される。このカーソルの表示は、カーソル制御回路１３
からの信号により、輝度制御回路６を制御することによ
って行う。図４は陰極線管７の画面を示しており、図中
Ｂが単位領域境界であり、Ｃ１が始点カーソルである。
なお、図３と図４では走査イオン顕微鏡像（ＳＩＭ像）
の倍率が異なっている。この始点カーソルＣ１の位置
は、カーソル操作パネル１５上の矢印キーを操作するこ
とによって移動させることができ、その結果、始点カー
ソルＣ１を任意の位置に設定することができる。図４の
場合、始点カーソルＣ１は単位領域境界Ｂとその隣り合
ったワード線Ｗとの間に設定される。

【００２２】次に、カーソル操作パネル１５のカーソル
選択スイッチＣ２を押すと、陰極線管７上には終点カー
ソルが表示される。図４中、Ｃ２が終点カーソルであ
る。この終点カーソルＣ２の位置は、矢印キーを操作す
ることによって移動させることができ、その結果、終点
カーソルＣ２を任意の位置に設定することができる。更
に、カーソル操作パネル１５のカーソル選択スイッチＣ
３を押すと、陰極線管７上にはラインプロファイル設定
位置を示すカーソルが表示される。図４の場合、カーソ
ルＣ３がラインプロファイル設定位置カーソルである。

【００２３】このように、カーソル操作パネル１５中の
カーソル選択スイッチなどを操作し、３つのカーソルＣ
１，Ｃ２，Ｃ３を任意の位置に設定する。この設定され
た位置に基づく信号はラインプロファイル作成回路９、
ピーク計数回路１０に供給される。ラインプロファイル
作成回路９は、設定されたラインプロファイル位置信号
に基づいて画像メモリー８に記憶されている画像信号か
ら所定の水平位置の信号を取り出す。その後、カーソル
操作パネル１５中のカウントスイッチＫを押すと、ピー
ク計数回路１０は、ラインプロファイル信号に含まれて
いるピークの数を計数する。この計数に当たっての始点
と終点は、カーソルＣ１，Ｃ２によって設定されてお
り、この始点と終点との間のピーク数が計数される。な
お、ラインプロファイル中のピークは、ワード線やビッ
ト線の上をイオンビームによって走査する際に得られ
る。

【００２４】ピーク計数回路１０によって計数された値
は、カウント数表示回路１１に供給されるが、この表示
回路１１に基づき、陰極線管７の画面の一部にそのカウ
ント数が表示される。図４の陰極線管画面において、Ｄ
の部分にカウント数が表示される。次に、カーソル操作
パネル１５中の十字スイッチを押し、陰極線管７の画面
に十字マークを表示する（図４参照）。この十字マーク
の位置は矢印キーによって移動され、任意の位置に設定
される。十字マークの設定位置は、終点カーソルＣ３上
かあるいはその近傍であり、この位置設定が終わった
後、制御コンピュータ１２からの制御により、加工制御
回路１４はイオンビームカラム１を制御し、この十字マ
ーク位置にピットを形成する。

【００２５】前記した十字マーク位置へのピットの形成
後、移動ステージ３を移動させ、視野を移動させる。す
なわち、この動作により、陰極線管画面の視野は右側に
移動する。オペレータは陰極線管画面を観察し、ピット
の位置がカーソルＣ１の位置にきたときに移動ステージ
３の移動を停止する。その後、カーソルＣ１とＣ２の位
置の微調整を行い、計数するワード線の設定を行う。こ
の時、ピットの位置を確認しながら、ワード線の重複し
た計数が行われないように、また、逆にワード線の計数
の漏れがないように、カーソルＣ１の位置を設定する必
要がある。

【００２６】カーソルＣ１，Ｃ２，Ｃ３の位置の再調整
が終了した後、カウントスイッチＫを押し、各カーソル
で設定された位置のラインプロファイルにおけるピーク
数の計数を行う。ピーク計数回路で計数された値は、カ
ウント数表示回路１１に供給され、この回路において既
に計数されている値と加算処理が行われ、加算された値
は陰極線管上に表示される。このような第２回目のワー
ド線の計数処理の後、第１回目の計数後と同様に、終点
カーソルＣ２の位置にピットを形成し、更に第３回目の
ワード線の計数処理が第１回目，第２回目と同様のステ
ップで実行される。

【００２７】上記した処理により、単位領域境界Ｂを基
準としたワード線の数の計数が行われる。オペレータ
は、陰極線管上に表示されたワード線の数をモニター
し、予め確認されている欠陥部位のビットの番地との比
較を行う。例えば、欠陥部位の番地が２４５であり、陰
極線管上に表示されたワード線の数が２３０となった場
合、その後は最後に形成されたピットの位置からワード
線の数を目視により数え、合計２４５の位置の極く近傍
に、例えば、十字マークをイオンビームにより形成して
おく。

【００２８】上記した一連の処理により欠陥部位の水平
方向の位置の特定が完了する。この後欠陥部位の垂直方
向の位置の特定を行う。垂直方向の位置の特定に当たっ
ては、まず、陰極線管画面上、垂直方向（上方向）に前
記した水平方向（横方向）と同じようにウエハ上の表層
（酸化膜）と層間絶縁膜の除去を行う。この場合、絶縁
膜を効率良く除去するために、特定のエッチングガスを
導入しながら、選択エッチングを行うと、上のワード線
を失うことなく下のビット線を露出させることができ
る。

【００２９】このようにして選択エッチングを視野を変
化させながら行うことにより、垂直方向の単位領域境界
が出現する。この単位領域境界が出現したら選択エッチ
ングを停止し、その後、水平方向のワード線の計数と同
様の処理方法でビット線の計数を行う。そして、欠陥部
位の番地に該当するビット線を見付け、前記したワード
線の計数処理により見付けられた欠陥部位のワード線と
の交点部分を確認することができる。この交点部分が欠
陥部位であり、この部分で所定の大きさにイオンビーム
が照射され、適宜な穴が穿たれる。その後形成された穴
の断面が走査電子顕微鏡などにより観察され、欠陥部位
の解析作業が行われる。

【００３０】以上の処理内容により、ウエハ全面の酸化
膜を除去するようなことを行う必要がなくなり、極く限
られた範囲のウエハの表層のみエッチングで取り除くよ
うにしたので、ウエハに形成されたほとんどのチップを
駄目にすることは防止されると共に、正確な加工位置の
特定を行うことができる。

【００３１】以上本発明の実施例を説明したが、本発明
はこの実施例に限定されない。例えば、陰極線管への像
の表示は、イオンビームを走査することによって得られ
た２次電子を検出することによって行ったが、図示はし
ていないが、電子ビームカラムからの電子ビームを試料
上で走査し、その結果発生した２次電子や反射電子を検
出することによって像を得るようにしても良い。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明に基づく集
束イオンビーム装置における加工位置特定方法は、試料
の表層を部分的に除去し、表層が除去された領域で、試
料像のラインプロファイル信号から試料表面上の特徴部
分に基づくピーク信号を計数し、試料の加工位置の特定
を行うように構成したので、従来のようにウエハ試料の
全面の表層を除去する必要はない。その為、高価なプロ
セスを経たウエハを１枚全部駄目にすることは防止され
る。また、ラインプロファイル中のピーク信号を自動的
に計数するようにしたので、正確な欠陥部位の位置の特
定を行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を実施するための装置の一例を示す図で
ある。

【図２】メモリーセルの配置を示した図である。

【図３】試料表面の表層の除去の様子を示す図である。

【図４】陰極線管画面を示す図である。

【符号の説明】

１ イオンビームカラム ２ 試料室 ３ 移動ステージ ４ 試料 ５ 検出器 ６ 輝度信号制御回路 ７ 陰極線管 ８ 画像メモリー ９ ラインプロファイル作成回路 １０ ピーク計数回路 １１ カウント数表示回路 １２ 制御コンピュータ １３ カーソル制御回路 １４ 加工制御回路 １５ カーソル操作パネル

フロントページの続き (72)発明者 坂口 清志 東京都昭島市武蔵野三丁目１番２号 日本 電子株式会社内 (72)発明者 島山 八郎 東京都昭島市武蔵野三丁目１番２号 日本 電子株式会社内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料の特定位置でイオンビームを試料に
   照射し、特定位置において試料を加工し、加工部分の試
   料像の観察を行うようにした集束イオンビーム装置にお
   いて、 試料の表層を部分的に除去する第１のステップ、 試料上の特定視野でビームを２次元的に走査し、この走
   査に基づいて試料から得られた信号を検出し、検出信号
   を表示装置に供給して試料の２次元像を得る第２のステ
   ップ、 表示装置上でラインプロファイルを得る位置と、ライン
   プロファイル中のピーク数をカウントする始点と終点位
   置を特定する第３のステップ、 第２のステップで得られる２次元像をメモリーに取り込
   む第４のステップ、 メモリーに取り込まれた像信号の指定された位置のライ
   ンプロファイルから信号変化数をカウントする第５のス
   テップ、 第３のステップで特定された終点位置にイオンビームに
   よってピットを形成する第６のステップ、 視野を移動させピット位置を第２のステップにおける始
   点位置に一致させる第７のステップ、 ビームを２次元的に走査し、この走査に基づいて試料か
   ら得られた信号を検出し、検出信号を表示装置に供給し
   て試料の２次元像を得ると共に、像信号をメモリーに取
   り込み、指定された位置のラインプロファイルからピー
   ク数をカウントし、前記第５のステップでカウントされ
   た値と加算するステップより成る集束イオンビーム装置
   における加工位置特定方法。