JPH0935677A - 荷電粒子線照射方法および装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 下層配線でも加工位置を特定できるイオンビ
ーム加工技術の提供。 【構成】 イオンビーム照射部１と平行に光学顕微鏡３
０を設備する。下層配線の加工に際して、まず、光学顕
微鏡３０で試料２０の下層配線のパターン画像を得、加
工したい位置が指定される。ステージ６で試料がイオン
ビーム照射部１に移動されイオンビーム５が照射されて
複数の探索用マークが表示される。ステージ６で試料が
光学顕微鏡３０に移動され、パターン画像と各マーク画
像との重畳画像が形成され、重畳画像で各マーク同士間
距離、各マークと指定位置間距離が測定される。試料が
イオンビーム照射部１に再び移動され、マーク画像が形
成されて各マーク同士の距離が測定される。この測定距
離と重畳画像での各測定距離とで試料表面の指定位置に
当たる加工位置が演算される。この演算位置にイオンビ
ーム照射部１でイオンビーム５が実際に照射されて所望
の加工が施される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、荷電粒子線照射技術、
特に、荷電粒子線を試料の表面層の下に隠れた所望の位
置に精密に照射するための技術に関し、例えば、荷電粒
子線の一例であるイオンビームを半導体装置の表面層内
部に形成されたアルミニウム配線の所望の位置に照射し
て加工するのに利用して有効な技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体装置の製造工程において、荷電粒
子線の一例であるイオンビームを半導体装置に照射して
穿孔や切断等の加工を実施することが研究されている。
従来のこの種のイオンビーム加工装置として、被加工物
である半導体装置（以下、試料という。）を保持して三
次元的に移動させるステージと、イオンビームを試料の
上に二次元的に走査して照射するイオンビーム照射部
と、イオンビームの照射によって発生した二次粒子を検
出してその検出信号により画像（以下、ＳＩＭ像とい
う。）を形成するＳＩＭ像形成部とを備えているものが
ある。このイオンビーム加工装置によって試料が加工さ
れるに際しては、イオンビーム照射部からイオンビーム
が照射されてＳＩＭ像形成部によって試料のＳＩＭ像が
形成され、加工したい場所がこのＳＩＭ像によって指定
され、指定された場所にイオンビーム照射部によってイ
オンビームが照射されて試料に対する加工が実行され
る。そして、このイオンビーム加工装置においては、Ｓ
ＩＭ像形成部はその原理上、試料に凹凸によって形成さ
れたパターンや表面材質についてのＳＩＭ像を形成する
ことができる。

【０００３】一般に、半導体装置の製造工程において、
半導体装置の表面層内部に形成された最下層アルミニウ
ム配線の層間絶縁膜は平坦化が進んでいるため、最下層
アルミニウム配線は前記したイオンビーム加工装置によ
って加工することができない。なぜならば、凹凸によっ
て形成されたパターンや表面材質のＳＩＭ像だけを形成
することができるイオンビーム加工装置においては、最
下層アルミニウム配線の位置情報を得ることができない
結果、加工すべき位置を特定することができないためで
ある。最近では、第２アルミニウム配線の上の層間絶縁
膜も平坦化されているため、従来のイオンビーム加工装
置によっては第２アルミニウム配線についても加工する
ことができない。平坦化は今後さらに一層進む傾向にあ
るため、将来は最上層アルミニウム配線層の観察ですら
従来のイオンビーム加工装置によっては加工することが
できなくなると予想される。

【０００４】ところで、層間絶縁膜は光学的には透明で
あるため、光学顕微鏡を使用することにより最下層のア
ルミニウム配線まで観察することができる。そこで、実
公昭５９−１０６８７号公報においては、光学顕微鏡に
よって観察位置を粗く設定した上で電子顕微鏡による観
察を開始するように構成した光学観察装置を備えた電子
線装置が提案されている。

【０００５】なお、この種のイオンビーム照射装置を述
べてある例としては、特公平６−１６３９１号公報があ
る。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前記し
た光学観察装置を備えた電子線装置は、加工位置の位置
決めのために光学顕微鏡が使用されているのではなく、
単に粗い観察位置を設定するために使用されているた
め、光学顕微鏡の倍率が低く、かつ、光学顕微鏡の光軸
と光学観察装置の光軸も１００μｍオーダーのずれがあ
り、また、加工位置を設定するのに必要な工夫も提案さ
れていないのが実情である。

【０００７】本発明の目的は、荷電粒子線の照射に伴う
粒子に基づく画像によって形成されないパターンについ
て位置を特定して荷電粒子線を精密かつ正確に照射する
ことができる荷電粒子線照射技術を提供することにあ
る。

【０００８】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち代表的なものの概要を説明すれば、次の通り
である。

【００１０】すなわち、試料に荷電粒子線を二次元的に
走査して照射する荷電粒子線照射部と、荷電粒子線の照
射によって発生する粒子を検出してその検出信号により
画像を形成する画像形成部とを備えている荷電粒子線照
射装置において、前記試料の表面層を透過可能な測定波
を照射するとともに、前記試料からの強度変調信号波を
受けて画像を形成する透過可能形顕微鏡と、前記試料を
保持して前記透過可能形顕微鏡と前記荷電粒子線照射部
との間を往復移動させるステージと、前記透過可能形顕
微鏡によって指定された位置に相当する前記試料の表面
における位置の近傍の複数箇所に前記荷電粒子線をそれ
ぞれ照射させて探索用マークを表示させるように前記荷
電粒子線照射部を制御するコントローラと、前記透過可
能形顕微鏡によって前記試料の表面に前記測定波が照射
されてその強度変調信号波が受けられて形成されたパタ
ーン画像において位置を指定し、また、この指定位置の
パターン画像と前記各マークの画像とが重畳されて形成
された重畳画像において各マーク同士の距離および各マ
ークと指定位置との距離をそれぞれ測定するコントロー
ラと、前記各距離を測定された試料について前記荷電粒
子線が照射されて発生粒子が検出されることによって形
成された画像において前記各マーク同士の距離を測定
し、これら測定距離と前記各測定距離とによって前記試
料の表面における前記指定位置に相当する位置を演算す
るコントローラと、を備えていることを特徴とする。

【００１１】

【作用】前記した手段において、例えば、試料の所望の
位置に荷電粒子線が照射されて加工が施されるに際し
て、まず、ステージに保持された試料には透過可能形顕
微鏡により測定波が照射され、その試料からの強度変調
信号波が受けられて試料表面層下に形成されたパターン
の画像が形成されるとともに、このパターン画像によっ
て所望の位置が指定される。

【００１２】次いで、ステージが荷電粒子線照射部に移
動され、試料に荷電粒子線照射部により荷電粒子線が表
面における指定位置に相当する位置の近傍の複数箇所に
それぞれ照射されることにより、試料の表面に探索用の
各マークがそれぞれ表示される。

【００１３】次に、ステージが透過形顕微鏡に移動さ
れ、透過可能形顕微鏡によって試料の表面に測定波が照
射されてその強度変調信号波が受けられて指定位置のパ
ターン画像と各マークの画像との重畳画像が形成され
る。この重畳画像において各マーク同士間距離および各
マークと指定位置間距離がそれぞれ測定される。

【００１４】その後、ステージが荷電粒子線照射部に再
び移動され、荷電粒子線が照射されて発生粒子が検出さ
れることによって画像が形成されるとともに、この画像
において各マーク同士の距離が測定され、これら測定距
離と前記各測定距離とによって試料の表面における指定
位置に相当する位置が演算される。そして、この演算さ
れた位置に荷電粒子照射部によって荷電粒子が実際に照
射されて所望の加工が施される。

【００１５】

【実施例】図１は本発明の一実施例であるイオンビーム
加工装置を示す概略正面断面図を一部に含むブロック図
である。図２は試料の一例である半導体装置を示す縦断
面図である。図３は本発明の一実施例であるイオンビー
ム加工方法の各工程を示す各画面図である。図４は試料
が封止体に搭載されている場合の一実施例を示す斜視図
である。図５はマーク交点座標を自動的に認識する場合
の一実施例を示す模式図である。

【００１６】本実施例において、本発明に係る荷電粒子
線照射装置は、荷電粒子線の一例であるイオンビームを
使用して半導体装置に穿孔や切断等の加工を施すイオン
ビーム加工装置として構成されている。このイオンビー
ム加工装置は荷電粒子線照射部としてのイオンビーム照
射部１を備えており、このイオンビーム照射部１は次の
作用を実行するように構成されている。イオンビーム照
射部１のイオン源２からイオン源コントローラ１３によ
って制御されて引き出されたイオンビーム５は、レンズ
コントローラ１４によって制御された第１静電レンズ３
ａおよび第２静電レンズ３ｂによって集束される。集束
されたイオンビーム５はデフレクタコントローラ１６か
らの走査信号によって制御されるデフレクタ４により、
ＸＹＺＴＲ五軸ステージ（以下、ステージという。）６
の上に保持されているワークとしての試料２０における
一定領域を二次元的に走査されて照射される。

【００１７】また、イオンビーム加工装置は画像形成部
としてのＳＩＭ像形成部７を備えており、このＳＩＭ像
形成部７は次の作用を実行するように構成されている。
イオンビーム照射部１によってイオンビーム５が試料２
０に照射されると、試料２０から二次粒子８が発生しデ
ィテクタ９によって検出される。ディテクタ９によって
検出された二次粒子８の数に対応した輝度変調信号がＣ
ＲＴ１５に印加されることにより、ＳＩＭ像が形成され
る。ＳＩＭ像形成部７のＣＲＴ１５には後述する制御を
実行するコントローラ１８が接続されている。

【００１８】試料２０を保持するステージ６はステージ
コントローラ１７によって制御されるように構成されて
いる。ステージ６に保持された試料２０はイオンビーム
照射部１の照射位置と、後記する光学顕微鏡の観察位置
との間を往復移動される。ステージ６が設備された真空
チャンバ１９は真空ポンプ１０によって、例えば、５×
１０^-6Ｔｏｒｒ以上の高真空度に維持されている。真空
チャンバ１９は定盤１１によって全体的に保持されてお
り、この定盤１１は系全体の震動を防止するためにエア
サポート１２によって支持されている。

【００１９】このイオンビーム加工装置によって例えば
ガリウム（Ｇａ）のイオンビームを直径０．１μｍ以下
に集束し、直径０．５μｍのコンタクトホールを切断し
た場合には、その位置精度を±０．１μｍに維持するこ
とができる。また、このイオンビーム加工装置のワーク
すなわち試料２０としては、半導体装置およびフォトマ
スク等を選定することができる。本実施例においては、
試料２０が図２に示されている半導体装置である場合に
ついて説明する。図２において、試料２０としての半導
体装置は下からシリコン基板（サブストレート）２１、
酸化シリコン膜２２、最下層アルミニウム配線２３、層
間絶縁膜２４、第２アルミニウム配線２５、層間絶縁膜
２６、最上層アルミニウム配線２７およびパッシベーシ
ョン膜２８によって形成されている。

【００２０】このイオンビーム加工装置には透過可能形
顕微鏡としての共焦点光学顕微鏡（以下、光学顕微鏡と
いう。）３０がイオンビーム照射部１と平行に設備され
ている。光学顕微鏡３０は試料２０の表面層を構成する
層間絶縁膜を透過可能な測定波としての可視光線３１を
照射する光源３２を備えており、光源３２の光軸上には
中間レンズ３３と対物レンズ３４とが配設されている。
中間レンズ３３側は真空チャンバ１９の外側に設置され
て、対物レンズ３４側は真空チャンバ１９の内側に設置
されているため、中間レンズ３３と対物レンズ３４との
間には真空封止のための窓ガラス３５が介在されてい
る。また、光軸上の中間レンズ３３と光源３２との間に
はハーフミラー３６が配設されており、ハーフミラー３
６の光学的後方位置にはテレビカメラ３７が光軸を一致
されて設備されている。テレビカメラ３７の出力端には
モニター３８が電気的に接続されており、モニター３８
はテレビカメラ３７の撮影した画像を映し出すように構
成されている。モニター３８にはコントローラ３９が電
気的に接続されており、このコントローラ３９はコンピ
ュータやコンソール等から構築されており、モニター３
８に映し出された画像の任意の位置を指定することがで
きるとともに、カーソル４０を操作して二点間の距離を
測定することができるように構成されている。コントロ
ーラ３９は指定した位置や測定した距離を一時的に記憶
するメモリーを備えている。

【００２１】次に、前記構成に係るイオンビーム加工装
置の作用を説明することにより、本発明の一実施例であ
るイオンビーム加工方法を説明する。

【００２２】まず、ステージ６の上に保持された試料２
０が光学顕微鏡３０の観察位置に機械的に位置決めされ
る。光学顕微鏡３０の光源３２から測定波としての可視
光線３１が照射されて観察位置が照明されると、試料２
０からの強度変調信号波としての反射光が対物レンズ３
４、窓ガラス３５、中間レンズ３３を透過してハーフミ
ラー３６に導かれてテレビカメラ３７に受光される。テ
レビカメラ３７に接続されたモニター３８はこの受光信
号を処理することによって撮影したテレビ画像を形成す
る。

【００２３】ここで、可視光線３１は層間絶縁膜および
パッシベーション膜を透過することができるため、テレ
ビカメラ３７は試料２０である半導体装置における各層
間絶縁膜２４、２６およびパッシベーション膜２８の下
に形成された最下層アルミニウム配線２３、第２アルミ
ニウム配線２５、最上層アルミニウム配線２７のパター
ン光学画像（以下、パターン光学画像という。）４１を
形成することができる。また、本実施例における共焦点
光学顕微鏡３０は焦点距離を最下層アルミニウム配線２
３、第２アルミニウム配線２５、最上層アルミニウム配
線２７にそれぞれ合わせることによって、これらアルミ
ニウム配線２３、２５、２７のパターン光学画像４１を
モニター３８の一画面に同時に映し出すことができる。
なお、ここではアルミニウム配線を持って説明したが、
他の材質を用いてもかまわない。また、パターンを形成
したものならば配線以外の用途に用いるものでもよい。

【００２４】このようにして形成された試料２０のパタ
ーン光学画像４１の一例が図２（ａ）に示されている。
作業者はステージ６を操作して試料２０の光学顕微鏡３
０に対する観察位置との相対位置を変更して行き、これ
から加工したい場所を探索する。そして、加工したい場
所が探索されると、その加工したい場所が指定位置であ
る指定点Ｗとして指定される。そして、図３（ａ）に示
されているように、作業者はステージ６を操作して指定
点Ｗをパターン光学画像４１における略中央に配置させ
る。続いて、作業者はコントローラ３９を操作してカー
ソル４０をこの指定点Ｗに一致させる。このカーソル４
０の一致操作によって、指定点Ｗのパターン光学画像４
１における位置座標がコントローラ３９によって自動的
に認識されて、その座標値がそのパターン光学画像４１
と共にコントローラ３９のメモリーに記憶される。

【００２５】次いで、試料２０を保持したステージ６が
そのまま機械的に平行移動されて、試料２０はイオンビ
ーム照射部１の照射位置に機械的に位置決めされる。こ
の照射位置において、イオンビーム照射部１によってイ
オンビームが照射されるとともに、ＳＩＭ像形成部７に
よってＳＩＭ像４２が形成され、ＳＩＭ像４２がＣＲＴ
１５に映し出される。この際、図３（ｂ）に示されてい
るように、イオンビーム照射部１のイオンビーム５の実
際の照射によって試料２０の表面における指定点Ｗに相
当する仮想上の仮想点であって加工点になる位置
（Ｗ’）の近傍の原点、Ｘ軸点およびＹ軸点の関係にな
る３箇所に原点マークＯ、Ｘ点マークＸおよびＹ点マー
クＹがそれぞれ加工されて表示される。この原点マーク
Ｏ、Ｘ点マークＸおよびＹ点マークＹのＳＩＭ像４２に
おける位置座標はそのＳＩＭ像４２と共にコントローラ
１６のメモリーに仮に記憶される。

【００２６】この際、試料２０において先に指定した指
定点Ｗに相当する仮想点Ｗ’の上にいずれかのマークが
加工されて表示されてしまうのを回避するため、原点マ
ークＯ、Ｘ点マークＸおよびＹ点マークＹはＳＩＭ像４
２の画面の中心からステージ６に予め設定された位置制
御精度以上の寸法だけ離れた位置にそれぞれ付される。
すなわち、指定点Ｗがパターン光学画像４１の中心に位
置合わせされていることにより、ステージ６がそのまま
機械的に平行移動されてイオンビーム照射部１の照射位
置に移された試料１においては、ＳＩＭ像上での指定点
Ｗの仮想点であって加工点Ｗ’はＳＩＭ像４２に中心に
位置するため、この中心を避けることによっていずれか
のマークが加工点Ｗ’に加工されてしまう事故を防止す
ることができる。例えば、原点マークＯからＸ方向に３
０μｍだけ離れた位置にＸ点マークＸが付され、原点マ
ークＯからＹ方向に３０μｍだけ離れた位置にＹ点マー
クＹが付される。原点マークＯからＸ点マークＸまでの
距離はＳＩＭ像４２の上でのＸ方向の絶対距離とし、原
点マークＯからＹ点マークＹまでの距離はＳＩＭ像４２
でのＹ方向の絶対距離とする。

【００２７】次に、各マークを付された（実際に表示さ
れた）試料２０はステージ６がそのまま機械的に平行移
動されることによって、光学顕微鏡３０の観察位置に再
び戻されて機械的に位置決めされる。続いて、試料２０
は光学顕微鏡３０によって再び撮像され、図３（ｃ）に
示されているように、試料２０における各層間絶縁膜２
４、２６およびパッシベーション膜２８の下に形成され
た各配線２３、２５、２７のパターン光学画像と、試料
２０の最上層のパッシベーション膜２８の表面に刻設さ
れた各マークＯ、Ｘ、Ｙの光学画像とが同時に単一の画
像（以下、重畳画像という。）４１’としてモニター３
８に映し出される。そして、作業者はコントローラ３９
を操作してカーソル４０をモニター３８に映し出された
原点マークＯ、Ｘ点マークＸ、Ｙ点マークＹおよび先に
指定した指定点Ｗに順次一致させて行くことにより、次
の各距離をコントローラ３９に自動的に測定させるとと
もに、その測定結果をメモリーに記憶させる。すなわ
ち、原点マークＯとＸ点マークＸとのＸ間距離（以下、
光学画像Ｏ−Ｘ距離という。）４３、原点マークＯとＹ
点マークＹとのＹ間距離（以下、光学画像Ｏ−Ｙ距離と
いう。）４４、原点マークＯと指定点ＷとのＸ間距離
（以下、光学画像指定点Ｘ軸距離という。）４５、原点
マークＯと指定点ＷとのＹ間距離（以下、光学画像指定
点Ｙ軸距離という。）４６、が測定される。

【００２８】次いで、重畳画像４１’において各距離を
測定された試料２０はステージ６がそのまま機械的に平
行移動されることにより、イオンビーム照射部１の照射
位置に再び移動されて機械的に位置決めされる。この照
射位置において、イオンビーム照射部１およびＳＩＭ像
形成部７による撮像が実施され、ＳＩＭ像４２が図３
（ｄ）に示されているようにＣＲＴ１５に表示される。
そして、作業者はコントローラ１８を操作してカーソル
４７をＣＲＴ１５に映し出された原点マークＯ、Ｘ点マ
ークＸ、Ｙ点マークＹに順次一致させて行くことによっ
て、次の各距離をコントローラ１８に自動的に測定させ
るとともに、その測定結果をメモリーに記憶させる。す
なわち、原点マークＯとＸ点マークＸとのＸ間距離（以
下、ＳＩＭ像Ｏ−Ｘ距離という。）４３’、原点マーク
ＯとＹ点マークＹとのＹ間距離（以下、ＳＩＭ像Ｏ−Ｙ
距離という。）４４’、がそれぞれ測定される。

【００２９】続いて、ＳＩＭ像Ｏ−Ｘ距離４３’が真値
にされて光学画像Ｏ−Ｘ間距離４３との縮尺比が算出さ
れ、この縮尺比を光学画像指定点Ｘ軸距離４５に乗じた
値が、ＳＩＭ像４２における原点マークＯと指定点Ｗに
相当するこれから加工すべき加工点Ｗ’とのＸ間距離
（以下、ＳＩＭ像加工点Ｘ軸距離という。）４５’とし
て求められる。すなわち、次の（１）式が演算される。 （ＳＩＭ像加工点Ｘ軸距離４５’）＝（光学画像指定点Ｘ軸距離４５）×（Ｓ ＩＭ像Ｏ−Ｘ距離４３’）／（光学画像Ｏ−Ｘ間距離４３）・・・（１）

【００３０】また、ＳＩＭ像Ｏ−Ｙ距離４４’が真値に
されて光学画像Ｏ−Ｙ間距離４４との縮尺比が算出さ
れ、この縮尺比を光学画像指定点Ｙ軸距離４６に乗じた
値が、ＳＩＭ像４２における原点マークＯと指定点Ｗに
相当するこれから加工すべき加工点Ｗ’とのＹ間距離
（以下、ＳＩＭ像加工点Ｙ軸距離という。）４６’とし
て求められる。すなわち、次の（２）式が演算される。 （ＳＩＭ像加工点Ｙ軸距離４６’）＝（光学画像指定点Ｙ軸距離４６）×（Ｓ ＩＭ像Ｏ−Ｙ距離４４’）／（光学画像Ｏ−Ｙ間距離４４）・・・（２）

【００３１】なお、ＳＩＭ像Ｏ−Ｘ距離４３’およびＳ
ＩＭ像Ｏ−Ｙ距離４４’としては、原点マークＯ、Ｘ点
マークＸ、Ｙ点マークＹの表示工程において仮に記憶さ
れた値を使用してもよい。

【００３２】以上のようにして求められたＳＩＭ像加工
点Ｘ軸距離４５’およびＳＩＭ像加工点Ｙ軸距離４６’
が使用されることによって、図３（ｄ）に示されている
ように、加工点指示カーソル４８が加工点Ｗ’を指示す
る。この際、図３（ｅ）に示されているように、加工点
指示カーソル４８の座標原点は加工場所設定用カーソル
４９の任意の指示点５０を選択することにより、カーソ
ル４９の中心、カーソル四隅、カーソルの各辺の中央点
を基準に選定することができる。

【００３３】そして、ステージ６に保持された試料２０
における加工点指示カーソル４８によって指示されて加
工場所設定用カーソル４９によって設定された場所に
は、イオンビーム照射部１によってイオンビーム５が照
射され、照射された場所に穿孔や切断等の加工が施され
る。すなわち、試料２０である半導体装置の表面下にあ
って表面の凹凸として現れていない最下層アルミニウム
配線２３や第２アルミニウム配線２５についても、切断
加工や貫通孔の穿孔加工および盲穴の掘削加工が正確に
実行されることになる。

【００３４】ところで、図４に示されているように試料
２０としての半導体装置（ペレット）が封止体５１に搭
載されたままである場合には、ステージ６はＺ方向に移
動させて退避作動を実行する必要がある。すなわち、イ
オンビーム照射部１の照射位置と光学顕微鏡の観察位置
との間の距離５４の移動に際して、ステージ６はＺ軸方
向に最大１０ｍｍ程度相対的に下降されることにより、
封止体５１の最上部５２をＺ方向に退避距離５３だけ移
動され、対物レンズ３４に最上部５２が接触するのを回
避する制御が実施される。この退避作動によって、対物
レンズ３４と封止体５１との衝突を回避することができ
るため、対物レンズ３４の破損や、試料２０の遊動を回
避することができる。

【００３５】半導体装置の表面に加工された原点マーク
Ｏ、Ｘ点マークＸ、Ｙ点マークＹはＳＩＭ像４２および
パターン光学画像４１としてＣＲＴ１５およびモニター
３８の画面等に写し出されるため、作業者は目視観察に
よって各マークＯ、Ｘ、Ｙの交点座標（中心）を認識す
ることができる。しかし、各マークＯ、Ｘ、Ｙの交点座
標は自動的に認識することもできる。そして、自動的に
マークの交点座標を認識することにより、人為的な誤差
の発生を回避することができるため、加工点Ｗ’の位置
認識精度をより一層向上させることができる。ここで、
マークとは前記実施例における原点マークＯ、Ｘ点マー
クＸ、Ｙ点マークＹは勿論のこと、半導体装置に形成さ
れたパターンや、半導体装置の製造に際して半導体ウエ
ハに形成されたターゲット等の凹凸変化の全て形状や構
造を含む。そして、マークはエッチングされた凹形状の
パターンであってもよいし、デポジションされた凸形状
のパターンであってもよい。

【００３６】次に、交点座標の自動認識方法の一実施例
を、図５に示されている原点マークＯの場合について説
明する。

【００３７】まず、Ｘラインスキャニング５６によって
Ｘ輝度変調信号５７が入手される。続いて、Ｙラインス
キャニング５８によってＹ輝度変調信号５９が入手され
る。次いで、Ｘ輝度変調信号５７が波形処理されて原点
マークＯのＸ座標６０が求められる。続いて、Ｙ輝度変
調信号５９が波形処理されて、原点マークＯのＹ座標６
１が求められる。以上のようにして求められたＸ座標６
０とＹ座標６１との交点が原点マークＯの中心として認
識されることになる。

【００３８】前記実施例によれば次の効果が得られる。 （１） イオンビーム照射部と平行に光学顕微鏡を設備
することにより、半導体装置の表面にイオンビーム照射
部によって加工した位置探索用のマークを層間絶縁膜下
のアルミニウム配線と重ねて光学画像として観察して、
位置探索用マークとアルミニウム配線との相対位置を測
定することができるため、その測定データに基づいてイ
オンビーム照射部の照射位置と試料である半導体装置と
の位置合わせを正確に実行することができ、その結果、
ＳＩＭ像形成部では観察不可能な半導体装置の下層構造
に対してであっても、イオンビーム照射部によって正確
に所望の加工を実施することができる。

【００３９】（２） 前記（１）により、半導体装置の
不良解析等に際して、層間絶縁膜下におけるアルミニウ
ム配線を所望に応じて精密かつ正確に露出させることが
できるため、半導体装置の不良解析等の精度を向上させ
ることができ、しいては、半導体装置の生産性を向上さ
せることができる。

【００４０】（３） ステージをＺ方向に退避作動する
ように構成することにより、イオンビーム照射部の照射
位置と光学顕微鏡の観察位置との間の試料の移動に際し
て、イオンビーム照射部やＳＩＭ像形成部および光学顕
微鏡と試料との衝突事故を回避することができるため、
構成各部の損傷や試料の不測の遊動を未然に防止するこ
とができる。

【００４１】（４） マークの交点座標を自動的に認識
するように構成することにより、人為的な誤差の発生を
回避することができるため、加工点の位置認識精度をよ
り一層向上させることができる。

【００４２】以上本発明者によってなされた発明を実施
例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変更可能であることはいうまでもない。

【００４３】例えば、荷電粒子線照射部は、イオンビー
ムを照射するように構成するに限らず、電子線を照射す
るように構成してよい。但し、荷電粒子線照射部が電子
を照射するように構成された場合には、その電子線照射
部による加工はフォトレジストに対する露光等のように
比較的に限定されたものになる。

【００４４】また、画像形成部は、イオンビームの照射
によって発生する二次粒子を検出してその検出信号によ
って画像を形成するように構成するに限らず、電子線の
照射によって発生する反射電子または二次電子を検出し
てその検出信号によって画像を形成するように構成して
もよい。

【００４５】透過可能形顕微鏡は、共焦点光学顕微鏡を
使用して構成するに限らず、通常の光学顕微鏡によって
構成してもよいし、光源としてレーザーが使用されたレ
ーザー顕微鏡を使用してもよいし、さらには、Ｘ線が使
用されたＸ線顕微鏡を使用してもよい。すなわち、透過
可能形顕微鏡は、試料を構成する材質のうち被加工物か
ら表面に至る箇所に存在する材料に対して透過する光源
を有し、被加工物が非破壊で観察することができる顕微
鏡である。

【００４６】探索用のマークは原点位置、Ｘ点位置およ
びＹ点位置に表示するに限らず、三角点測量法を使用す
る場合においては他の位置に配置してもよいし、３箇所
に限らず、２箇所以上であればよい。

【００４７】前記実施例においては試料として半導体装
置を使用した場合について説明したが、試料は半導体装
置に限らず、半導体ウエハやフォトマスク、液晶パネ
ル、コンパクト・ディスク、光ディスク、磁気ディスク
等であってもよい。

【００４８】以上の説明では主として本発明者によって
なされた発明をその背景となった利用分野である半導体
装置の不良解析技術に適用した場合について説明した
が、それに限定されるものではなく、半導体装置の製造
工程における冗長回路の切断、能動素子や受動素子のト
リミング、形成されたパターンの位置精度の検証や位置
合わせ等にも適用することができる。

【００４９】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、次
の通りである。

【００５０】荷電粒子線照射部と平行に透過可能形顕微
鏡を設備することにより、試料の表面に荷電粒子線照射
部によって加工した位置探索用のマークを試料の下層パ
ターンと重ねて多重画像として観察して、位置探索用マ
ークと下層パターンとの相対位置を測定することができ
るため、その測定データに基づいて荷電粒子線照射部の
照射位置と試料との位置合わせを正確に実行することが
でき、その結果、荷電粒子線照射による画像形成部では
観察不可能な試料下層パターンに対してであっても、荷
電粒子線照射部によって精密かつ正確に所望の加工を実
施することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例であるイオンビーム加工装置
を示す概略正面断面図を一部に含むブロック図である。

【図２】試料の一例である半導体装置を示す縦断面図で
ある。

【図３】本発明の一実施例であるイオンビーム加工方法
の各工程を示す各画面図である。

【図４】試料が封止体に搭載されている実施例を示す斜
視図である。

【図５】マーク交点座標を自動的に認識する実施例を示
す模式図である。

【符合の説明】

１…イオンビーム照射部（荷電粒子線照射部）、２…イ
オン源、３ａ…第１静電レンズ、３ｂ…第２静電レン
ズ、４…デフレクタ、５…イオンビーム、６…ステー
ジ、７…ＳＩＭ像形成部（画像形成部）、８…二次粒
子、９…ディテクタ、１０…真空ポンプ、１１…定盤、
１２…エアサポート、１３…イオン源コントローラ、１
４…レンズコントローラ、１５…ＣＲＴ、１６…デフレ
クタコントローラ、１７…ステージコントローラ、１８
…ＣＲＴコントローラ、１９…真空チャンバ、２０…試
料、２１…シリコン基板（サブストレート）、２２…酸
化シリコン膜、２３…最下層アルミニウム配線、２４…
層間絶縁膜、２５…第２アルミニウム配線、２６…層間
絶縁膜、２７…最上層アルミニウム配線、２８…パッシ
ベーション膜、３０…共焦点光学顕微鏡（透過可能形顕
微鏡）、３１…可視光線（測定波）３２…光源、３３…
中間レンズ、３４…対物レンズ、３５…窓ガラス、３６
…ハーフミラー、３７…テレビカメラ、３８…モニタ
ー、３９…コントローラ、４０…カーソル、４１…パタ
ーン光学画像、４１’…重畳画像、４２…ＳＩＭ像、Ｏ
…原点マーク、Ｘ…Ｘ点マーク、Ｙ…Ｙ点マーク、４３
…光学画像Ｏ−Ｘ距離、４４…光学画像Ｏ−Ｙ距離、４
５…光学画像指定点Ｘ軸距離、４６…光学画像指定点Ｙ
軸距離、４３’…ＳＩＭ像Ｏ−Ｘ距離、４４’…ＳＩＭ
像Ｏ−Ｙ距離、４５’…ＳＩＭ像加工点Ｘ軸距離、４
６’…ＳＩＭ像加工点Ｙ軸距離、４７…カーソル、４８
…加工点指示カーソル、４９…加工場所設定用カーソ
ル、５０…指示点、５１…封止体、５２…最上部、５３
…退避距離、５４…移動距離、５６…Ｘラインスキャニ
ング、５７…Ｘ輝度変調信号、５８…Ｙラインスキャニ
ング、５９…Ｙ輝度変調信号、６０…Ｘ座標、６１…Ｙ
座標、Ｗ…指定点、Ｗ’…指定点Ｗに相当する仮想上の
位置であって加工点。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 水野 文夫 東京都青梅市今井2326番地 株式会社日立 製作所デバイス開発センタ内 (72)発明者 石原 世子 東京都青梅市今井2326番地 株式会社日立 製作所デバイス開発センタ内 (72)発明者 大鋸谷 薫 東京都青梅市今井2326番地 株式会社日立 製作所デバイス開発センタ内 (72)発明者 広瀬 博 茨城県ひたちなか市市毛882番地 株式会 社日立製作所計測器事業部内

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 試料に荷電粒子線が二次元的に走査され
   て照射されるとともに、その照射によって発生する粒子
   が検出されてその検出信号により画像が形成される荷電
   粒子線照射方法において、 前記試料に照射された試料表面層透過可能の測定波のそ
   の試料からの強度変調信号波が受けられて前記試料表面
   層下に形成されたパターンの画像が形成されるととも
   に、このパターン画像によって位置が指定される位置指
   定工程と、 前記試料の表面における前記指定位置に相当する位置の
   近傍の複数箇所に前記荷電粒子線がそれぞれ照射されて
   各探索用マークがそれぞれ表示されるマーク表示工程
   と、 前記試料の表面に前記測定波が照射されてその強度変調
   信号波が受けられて前記指定位置のパターン画像と前記
   各マークの画像とが重畳されて形成され、この重畳画像
   において各マーク同士の距離および各マークと指定位置
   との距離がそれぞれ測定される距離測定工程と、 前記各距離を測定された試料について前記荷電粒子線が
   照射されて発生粒子が検出されることによって画像が形
   成されるとともに、この画像において前記各マーク同士
   の距離が測定され、これら測定距離と前記各測定距離と
   によって前記試料の表面における前記指定位置に相当す
   る位置が演算される演算工程と、 を備えていることを特徴とする荷電粒子線照射方法。
2. 【請求項２】 前記マーク表示工程において、前記試料
   の表面における前記指定位置に相当する位置の近傍の原
   点、Ｘ軸点およびＹ軸点の関係になる３箇所に前記荷電
   粒子線がそれぞれ照射されて原点マーク、Ｘ点マークお
   よびＹ点マークがそれぞれ表示され、 また、前記距離測定工程において、前記試料の表面に前
   記測定波が照射されてその強度変調信号波が受けられて
   前記指定位置のパターン画像と前記各マークの画像とが
   重畳されて形成されるとともに、この重畳画像において
   原点マークとＸ点マーク間距離、原点マークとＹ点マー
   ク間距離、原点マークと指定位置とのＸ軸方向距離、お
   よび、原点マークと指定位置とのＹ軸方向距離がそれぞ
   れ測定され、 さらに、前記演算工程において、前記荷電粒子線が照射
   されて発生粒子が検出されることによって形成された画
   像において原点マークとＸ点マーク間距離、および、原
   点マークとＹ点マーク間距離がそれぞれ測定され、これ
   ら距離と前記各測定距離とによって前記試料の表面にお
   ける前記指定位置に相当する位置が演算されることを特
   徴とする請求項１に記載の荷電粒子線照射方法。
3. 【請求項３】 前記荷電粒子線がイオンビームであり、
   前記試料における前記演算工程によって求められた位置
   にイオンビームが照射されて、その照射部位が実際に加
   工されることを特徴とする請求項１または請求項２に記
   載の荷電粒子照射方法。
4. 【請求項４】 試料に荷電粒子線を二次元的に走査して
   照射する荷電粒子線照射部と、荷電粒子線の照射によっ
   て発生する粒子を検出してその検出信号により画像を形
   成する画像形成部とを備えている荷電粒子線照射装置に
   おいて、 前記試料の表面層を透過可能な測定波を照射するととも
   に、前記試料からの強度変調信号波を受けて画像を形成
   する透過可能形顕微鏡と、 前記試料を保持して前記透過可能形顕微鏡と前記荷電粒
   子線照射部との間を往復移動させるステージと、 前記透過可能形顕微鏡によって指定された位置に相当す
   る前記試料の表面における位置の近傍の複数箇所に前記
   荷電粒子線をそれぞれ照射させて探索用マークを表示さ
   せるように前記荷電粒子線照射部を制御するコントロー
   ラと、 前記透過可能形顕微鏡によって前記試料の表面に前記測
   定波が照射されてその強度変調信号波が受けられて形成
   されたパターン画像において位置を指定し、また、この
   指定位置のパターン画像と前記各マークの画像とが重畳
   されて形成された重畳画像において各マーク同士の距離
   および各マークと指定位置との距離をそれぞれ測定する
   コントローラと、 前記各距離を測定された試料について前記荷電粒子線が
   照射されて発生粒子が検出されることによって形成され
   た画像において前記各マーク同士の距離を測定し、これ
   ら測定距離と前記各測定距離とによって前記試料の表面
   における前記指定位置に相当する位置を演算するコント
   ローラと、 を備えていることを特徴とする荷電粒子線照射装置。
5. 【請求項５】 前記荷電粒子線照射部がイオンビームを
   照射するように構成されているとともに、前記画像形成
   部がイオンビームの照射によって発生する二次粒子を検
   出してその検出信号により画像を形成するように構成さ
   れており、また、透過可能形顕微鏡が光学顕微鏡によっ
   て構成されていることを特徴とする請求項４に記載の荷
   電粒子線照射装置。