JP2631290C - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ＩＣ内部の配線をイオンビームによるエッチングあるいは、金属膜
のデポジションにより配線変更を行なうイオンビーム加工装置において、イオン
ビーム照射により、試料から発生した二次電子のエネルギーを分析することで、
試料の電位を測定するようにしたＩＣテスタ機能を有する、イオンビーム加工装
置に関する。 〔発明の概要〕 本発明は、イオンビーム加工装置において、ＩＣ配線の切断や接続加工の前後及
び加工中の電位を測定するために、二次電子のエネルギー弁別用グリット電極を 備え、該グリットを通過した二次電子を検出することにより、加工試料表面電位
をリアルタイムに測定できるようにした、イオンビーム加工装置を提供するもの
である。 〔従来の技術〕 ＩＣ配線の高密度化、微細化が急激な進歩を遂げている中で、それに対応した
デバイス評価技術や故障解析技術が必要である。ＩＣの内部信号を先端の細いタ
ングステン針などで直接接触させて、オシロスコープ等で測定していた従来の方
法では、金属針の細さや微小領域への位置合わせの困難さから、ＶＬＳＩへの適
用は不可能な状況になってきた。これに代わるものとして、ＥＢテスタが開発さ
れ、微細パターン上の信号測定が可能になった。 しかし、この方法も多層配線構造を持つ素子やパシベーション膜の上からの適
用に対しては有効でない。そこで開発されたのが、イオンビームエッチングによ
る配線上のパシベーション膜の穴あけや、配線の切断、イオンビームＣＶＤ法を
利用した金属膜形成によるパシベーション膜越しの配線接続や、プロービングパ
ットの形成等が行える集束イオンビーム加工装置である。この装置で、ＩＣ配線
上のパシベーション膜の穴あけや、プロビングパットの形成により、ＥＢテスタ
でＩＣの内部信号を測定できるようになつた。（月刊 Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔ
ｏｒ Ｗoｒｌｄ １９８７．９「ＦＩＢを用いたＶＬＳＩの新しい評価・解
析技術」） 第２図は、一般的なＥＢテスタを示す図で、１は電子ビーム，２は対物レンズ
，３は走査電極，４はグリット電極，５は引き出し電極，６はＩＣ等の試料，７
は二次電子，８は二次電子検出器，９は増幅器，１０は比較器，１１はグリツト
電線，１２はモニター，１３は引き出し電極電源である。 このような構域のＥＢテスタは、電子ビーム１の試料６への照射により発生し
た二次電子７を引き出し電極５とグリット電極４との減速電界で、そのエネルギ
ーに応じて弁別し、該グリットを通過した二次電子のみが二次電子検出器８で検
出される。検出信号は、増幅器９により増幅され比較器１０に入力され、この信
号が基準信号と一致するように電源１１からグリット電極４へ電位を制御して与
えられ、この電位はオシロスコープや記録計などのモニター１２に表示される。 第３図は、集束イオンビーム加工装置の実施例を示す図で、２１はイオン源，
２２はイオンビーム，２３はビームモニタ，２４はコンデンサレンズ，２５はブ
ランカ，２６は仕切りバルブ，２７は可変絞り，２８は８極スティグメータ，２
９は対物レンズ，３０はＸＹデフレクタ，３１はガス銃，３２は試料，３３は試
料ステージ，３４は高圧電源，３５はイオン光学系コントローラ，３６はブラン
キングアンプ，３７はスキャンコントローラ，３８はガス銃コントローラ，３９
は二次電子検出器，４０は増幅器，４１はＣＲＴ，４２はステージドライバー，
４３はステージコントローラ，４４は制御用コンピユータシステムである。 このような構成の集束イオンビーム装置は、イオン源２１に、ガリウム等の液
体金属イオン源を用い、ビームモニタ２３によりエミッション電流を検出し、ビ
ームの安定化を図っている。イオンビーム２２は、コンデンサレンズ２４と対物
レンズ２９によって試料３２上にフォーカスされて照射される。又、可動絞り２
了によりビーム電流が変えることができる。試料ステージ３３とＸＹデフレクタ
３０により、集束されたイオンビームは試料上の任意の場所を走査することがで
きる。目的加工場所の位置決めは、イオンビーム照射により試料から発生する二
次電子を、二次電子検出器３９で検出し、二次電子像をＣＲＴ２１に表示する。
制御用コンピュータシステム４４は、この二次電子像を取り込み、複数の加工条
件を登録し、連続加工処理が可能である。 〔発明が解決しようとする問題点〕 従来は、集束イオンビーム加工装置でＩＣの配線変更やプロービングパットを
形成した後に、ＩＣを真空チャンバーから取り出し、ＥＢテスタ等の外部テスタ
で動作解析するという作業が必要であった。この方法だと、試料の出し入れや再
加工時の真空引き・再加工・再解析等の作業が加わり、作業時間が増大する等の
欠点を有する。 〔問題点を解決するための手段〕 本発明は、集束イオンビーム加工装置において、イオンビーム照射により試料
から発生した二次電子を引き出す引き出し電極と、そのエネルギーに応じて弁別
するためのグリットを備え、該グリットを通過した二次電子を検出することによ
り、加工試料表面電位の測定が可能な二次電子分光装置を配置すること特徴とす る。 〔作用〕 本発明のイオンビーム加工装置は、イオンビーム照射により発生した二次電子
のエネルギーを弁別する二次電子分光装置を有するため、加工試料表面電位の測
定が可能になり、ＩＣ試料に外部のパターンジェネレータから信号を入れること
により、一台で加工から動作解析まで行えるため、作業時間の大幅な短縮が可能
である。 〔実施例〕 以下、本発明のイオンビーム加工装置の実施例を図面を参照して説明する。 第１図及び第３図は、イオンビーム加工装置に二次電子分光装置を備えたもの
の一実施例で、図中、４５はグリット電極，４６は引き出し電極，４７はグリッ
ト電瀕，４８は引き出し電源，４９はイオン照射による二次電子，５０は比較器
，５１はＩＣソケット付ホルダー，５２はパターンジェネレータである。液体金
属イオン源（図示せず），引き出し電極（図示せず），及びアパーチャー（図示
せず）等により得られたイオンビーム２２は、対物レンズ２９によりサブミクロ
ン程度に集束され、ＸＹデフレクタ３０によりＩＣ試料上を走査する。イオンに
よって励起された二次電子４９は、検出器３９で検出され、ＣＲＴ４１で像観察
されて、加工場所の位置合わせが可能である。イオンビーム２２による加工領域
を設定し、つまりイオンビーム２２の走査範囲を限定し、イオンビームエッチン
グによるパシベーション膜の穴あけ・配線の切断や、イオンビームＣＶＤ法を利
用して配線接続・プロービング・パットの形成等の加工をする。次に、イオンビ
ーム２２の走査範囲を広げる、又はイオンビーム電流を小さくし、電流密度を下
げてエッチングを押さえる。イオン励起の二次電子４９は、引き出し電極４６に
より引き出され、グリット電極４５へ向かい、引き出し電極４６をグリット電極
４５の間の減速電界に打ち勝つエネルギーを有する二次電子のみがグリット４５
を通過し、検出器３９で検出される。増幅器４０により信号が増幅され比較器５
０に入力され、この信号が基準信号と一致するように電源４７からグリット電極
４５へ電位を制御して与えられる。そして、比較器５０の基準信号を適当に選び
、二次電子強度が一定になるようにグリット電位を制御すれば、グリット電位が
試 料電位に対応するので、グリット電位をモニターすることで、試料の電位が測定
できる。ここで、ＩＣ試料３２をＩＣソケット付ホルダー５１に取り付け、外部
のパターンジェネレータ５２から信号を入力することにより、加工後の動作解析
ができる。制御用コンピュータシステムは、二次電子像を取り込み、複数の加工
条件の登録によって連続加工処理やリピート加工処理を行ったり、試料ステージ
３３の操作やグリット電位のモニターを行なうことができる。 第４図は、本発明である集束イオンビーム加工装置を使用して、ＩＣ試料の加
工及び動作解析を行なう手順を示した図です。 図中、５３は２層配線構造を持つＩＣ試料，５４は基板，５５はパシベーショ
ン膜，５６はＡｌ配線，５７は金属有機化合物ガス，５８はイオンビームＣＶＤ
による金属膜である。先ず最初に集束イオンビーム２２によるエッチングを利用
して、パシベーション膜５５に穴を開ける（ａ）。次に、ガス銃３１よりガス分
子５７を供給し、ＩＣ試料５３表面に吸着させ、イオン照射領域に選択適に金属
膜を形成させる（ｂ）。加工後に、イオンビーム２２の電流密度を下げ、二次電
子４９のエネルギーを弁別して、加工試料表面電位を測定する。 〔発明の効果〕 本願発明のイオンビーム加工装置は、イオンビーム照射により発生した二次電
子のエネルギーを弁別する二次電子分光装置を有するため、イオンビームによる
エッチング加工や金属膜形成を行った後のＩＣ試料の加工表面電位測定が可能な
ため、外部のパターンジェネレータから信号を入力することにより、加工から動
作解析まで行え、作業時間の大幅な短縮ができる。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field] The present invention relates to an ion beam processing apparatus in which wiring inside an IC is etched by an ion beam or a wiring is changed by depositing a metal film. By analyzing the energy of secondary electrons generated from the sample,
The present invention relates to an ion beam processing apparatus having an IC tester function for measuring a potential of a sample. [Summary of the Invention] The present invention provides an ion beam processing apparatus including a grid electrode for energy discrimination of secondary electrons in order to measure potentials before and after and during processing of cutting and connection processing of an IC wiring. It is an object of the present invention to provide an ion beam processing apparatus capable of measuring a surface potential of a processed sample in real time by detecting secondary electrons that have passed. [Prior Art] With the rapid progress in increasing the density and miniaturization of IC wiring, device evaluation technology and failure analysis technology corresponding to the progress are required. In the conventional method, in which the internal signal of the IC was directly contacted with a tungsten needle with a thin tip and measured with an oscilloscope, etc. It has become impossible. As an alternative to this, an EB tester has been developed to enable signal measurement on fine patterns. However, this method is also not effective for an element having a multilayer wiring structure or for application from above a passivation film. Therefore, it has been developed to drill holes in the passivation film on the wiring by ion beam etching, cut the wiring, connect the wiring through the passivation film by forming a metal film using the ion beam CVD method, and form a probing pad. It is a focused ion beam processing device. With this apparatus, the internal signal of the IC can be measured by the EB tester by drilling a passivation film on the IC wiring and forming a probing pad. (Monthly Semiconductor
or World 1987. 9 "New VLSI evaluation / analysis technology using FIB") FIG. 2 is a diagram showing a general EB tester, wherein 1 is an electron beam, 2 is an objective lens, 3 is a scanning electrode, 4 Is a grid electrode, 5 is an extraction electrode, 6 is a sample such as an IC, 7
Is a secondary electron, 8 is a secondary electron detector, 9 is an amplifier, 10 is a comparator, 11 is a grid wire, 12 is a monitor, and 13 is an extraction electrode power supply. The EB tester in such a region discriminates secondary electrons 7 generated by irradiating the sample 6 with the electron beam 1 with a deceleration electric field between the extraction electrode 5 and the grid electrode 4 in accordance with the energy, and discriminates the grid. Are detected by the secondary electron detector 8 only. The detection signal is amplified by the amplifier 9 and input to the comparator 10, and the potential is controlled and applied from the power supply 11 to the grid electrode 4 so that the signal coincides with the reference signal. This potential is applied to an oscilloscope or a recorder. It is displayed on the monitor 12. FIG. 3 is a view showing an embodiment of a focused ion beam processing apparatus.
22 is an ion beam, 23 is a beam monitor, 24 is a condenser lens, 25 is a blanker, 26 is a partition valve, 27 is a variable aperture, 28 is an 8-pole stig meter, 2
9 is an objective lens, 30 is an XY deflector, 31 is a gas gun, 32 is a sample, 33 is a sample stage, 34 is a high voltage power supply, 35 is an ion optical system controller, 36 is a blanking amplifier, 37 is a scan controller, and 38 is a gas. Gun controller, 39
Is a secondary electron detector, 40 is an amplifier, 41 is a CRT, 42 is a stage driver,
Reference numeral 43 denotes a stage controller, and reference numeral 44 denotes a control computer system. The focused ion beam apparatus having such a configuration uses a liquid metal ion source such as gallium as the ion source 21 and detects an emission current with the beam monitor 23 to stabilize the beam. The ion beam 22 is focused and irradiated on the sample 32 by the condenser lens 24 and the objective lens 29. Movable diaphragm 2
Thus, the beam current can be changed. The focused ion beam can scan an arbitrary position on the sample by the sample stage 33 and the XY deflector 30. The positioning of the target processing place is performed by detecting secondary electrons generated from the sample by ion beam irradiation with the secondary electron detector 39 and displaying the secondary electron image on the CRT 21.
The control computer system 44 can take in the secondary electron image, register a plurality of processing conditions, and perform continuous processing. [Problems to be Solved by the Invention] Conventionally, after changing the wiring of an IC or forming a probing pad with a focused ion beam processing apparatus, the operation of removing the IC from a vacuum chamber and analyzing the operation with an external tester such as an EB tester is conventionally performed. Was needed. According to this method, work such as evacuation, rework, reanalysis, etc. at the time of loading / unloading and reworking of a sample is added, and there is a drawback that the working time is increased. [Means for Solving the Problems] The present invention, in a focused ion beam processing apparatus, comprises an extraction electrode for extracting secondary electrons generated from a sample by ion beam irradiation, and a grit for discriminating according to the energy. And a secondary electron spectrometer capable of measuring the surface potential of the processed sample by detecting the secondary electrons passing through the grit. [Operation] The ion beam processing apparatus of the present invention has a secondary electron spectrometer that discriminates the energy of secondary electrons generated by ion beam irradiation. By inputting a signal from the pattern generator described above, processing from processing to motion analysis can be performed by one unit, so that the working time can be significantly reduced. Embodiments Hereinafter, embodiments of the ion beam processing apparatus of the present invention will be described with reference to the drawings. FIGS. 1 and 3 show an embodiment in which a secondary electron spectroscopy apparatus is provided in an ion beam processing apparatus. In the drawings, reference numeral 45 denotes a grid electrode, 46 denotes an extraction electrode, 47 denotes a grid electrode, and 48 denotes an extraction electrode. A power supply, 49 is secondary electrons by ion irradiation, 50 is a comparator, 51 is a holder with an IC socket, and 52 is a pattern generator. An ion beam 22 obtained by a liquid metal ion source (not shown), an extraction electrode (not shown), an aperture (not shown), and the like is focused by an objective lens 29 to about a submicron, and the XY deflector 30 Scan over the IC sample. The secondary electrons 49 excited by the ions are detected by the detector 39 and image-observed on the CRT 41, so that the processing location can be aligned. The processing area by the ion beam 22 is set, that is, the scanning range of the ion beam 22 is limited, and the hole of the passivation film is cut by the ion beam etching, the wiring is cut, and the wiring connection, the probing, and the pad are performed by using the ion beam CVD method. Processing such as formation. Next, the scanning range of the ion beam 22 is expanded, or the ion beam current is reduced, and the current density is reduced to suppress etching. The secondary electrons 49 of the ion excitation are extracted by the extraction electrode 46 and directed to the grid electrode 45, and only the secondary electrons having energy that overcomes the decelerating electric field between the grid electrode 45 and the grid electrode 45 are formed.
And is detected by the detector 39. The signal is amplified by the amplifier 40 and the comparator 5
The power is supplied from the power supply 47 to the grid electrode 45 by controlling the potential so that this signal coincides with the reference signal. If the reference signal of the comparator 50 is appropriately selected and the grid potential is controlled so that the secondary electron intensity becomes constant, the grid potential corresponds to the sample potential. The potential can be measured. Here, the operation after the processing can be analyzed by attaching the IC sample 32 to the holder 51 with an IC socket and inputting a signal from the external pattern generator 52. The control computer system can take in the secondary electron image, perform a continuous processing or a repeat processing by registering a plurality of processing conditions, operate the sample stage 33, and monitor the grid potential. FIG. 4 is a diagram showing a procedure for processing and analyzing an operation of an IC sample using the focused ion beam processing apparatus according to the present invention. In the figure, 53 is an IC sample having a two-layer wiring structure, 54 is a substrate, 55 is a passivation film, 56 is Al wiring, 57 is a metal organic compound gas, and 58 is ion beam CVD.
Is a metal film. First, a hole is formed in the passivation film 55 by using etching by the focused ion beam 22 (a). Next, gas molecules 57 are supplied from the gas gun 31 and are adsorbed on the surface of the IC sample 53 to form a metal film in the ion irradiation area selectively (b). After processing, the current density of the ion beam 22 is reduced, the energy of the secondary electrons 49 is discriminated, and the surface potential of the processed sample is measured. [Effects of the Invention] Since the ion beam processing apparatus of the present invention has a secondary electron spectroscopy apparatus that discriminates the energy of secondary electrons generated by ion beam irradiation, after performing etching processing or metal film formation by the ion beam, Since the processing surface potential of the IC sample can be measured, by inputting a signal from an external pattern generator, processing from processing to operation analysis can be performed, and the working time can be greatly reduced.

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明の集束イオンビーム加工装置の断面及びブロック図、第２図は
一般的なＥＢテスタの断面及びブロック図、第３図は集束イオンビーム加工装置
の断面及びブロック図、第４図（ａ）（ｂ）（ｃ）は本発明の集束イオンビーム
加工装置を用いて、ＩＣ試料の加工及び動作解析を行なう手順を示した断面図で
ある。 ２２・・・イオンビーム ２９・・・対物レンズ ３０・・・ＸＹデフレクタ ３１・・・ガス銃 ３２・・・試料 ３３・・・試料ステージ ３７・・・スキャンコントローラ ３８・・・ガス銃コントローラ ３９・・・二次電子検出器 ４０・・・増幅器 ４１・・・ＣＲＴ ４４・・・制御用コンピュータシステム ４５・・・グリット電極 ４６・・・引き出し電極 ４７・・・グリット電源 ４８・・・引き出し電源 ４９・・・イオン照射による二次電子 ５０・・・比較器 ５１・・・ＩＣソケット付ホルダー ５２・・・パターンジェネレータ ５３・・・ＩＣ試料 ５４・・・基板 ５５・・・パシベーション膜 ５６・・・Ａｌ配線 ５７・・・金属有機化合物ガス ５８・・・金属膜（イオンビームＣＶＤ膜）BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a sectional view and a block diagram of a focused ion beam processing apparatus of the present invention, FIG. 2 is a sectional view and a block diagram of a general EB tester, and FIG. FIGS. 4 (a), 4 (b) and 4 (c) are cross-sectional views showing a procedure for processing and analyzing the operation of an IC sample using the focused ion beam processing apparatus of the present invention. 22 ... Ion beam 29 ... Objective lens 30 ... XY deflector 31 ... Gas gun 32 ... Sample 33 ... Sample stage 37 ... Scan controller 38 ... Gas gun controller 39 ..Secondary electron detector 40 ... Amplifier 41 ... CRT 44 ... Control computer system 45 ... Grit electrode 46 ... Pull-out electrode 47 ... Grit power supply 48 ... Pull-out power supply 49 ... Secondary electrons by ion irradiation 50 ... Comparator 51 ... Holder with IC socket 52 ... Pattern generator 53 ... IC sample 54 ... Substrate 55 ... Passivation film 56 ... Al wiring 57: Metal organic compound gas 58: Metal film (ion beam CVD film)

Claims (1)

【特許請求の範囲】 (1)ＩＣ試料をＸ−Ｙ−Ｚ方向に駆動する試料台と、 前記ＩＣ試料に液体金属イオン源から集束イオンビームを照射するイオンビー
ム照射系と、 集束イオンビーム照射位置に金属有機化合物ガスを吹き付けるガス銃と、 集束イオンビーム照射によりＩＣ試料から発生する二次電子を検出する二次電
子検出器とを備えたイオンビーム加工装置において、 前記ＩＣ試料を固定すると共に外部のパターンジェネレータの信号を前記ＩＣ
試料に入力できるＩＣソケットを備え、 前記ＩＣ試料と前記二次電子検出器との間に、二次電子引出し電極とグリッド
電極からなる、前記イオンビーム照射により発生した二次電子をエネルギーに応
じて弁別する二次電子分光装置を配置し、 前記二次電子強度を用いて前記ＩＣ試料の電位を測定するようにしたＩＣテス
タ機能を有する、イオンビーム加工装置。A sample stage for driving Claims A (1) IC sample X-Y-Z-direction, and the ion beam irradiation system for irradiating a focused ion beam from a liquid metal ion source to the IC sample, focused ion beam irradiation a gas gun for spraying metal organic compound gas at a position, secondary battery for detecting secondary electrons generated from the IC sample by the focused ion beam irradiation
In the ion beam processing apparatus that includes a child detector, the IC external pattern generator signal while fixing the IC sample
An IC socket capable of inputting to a sample is provided, and a secondary electron extraction electrode and a grid are provided between the IC sample and the secondary electron detector.
Made of the electrode and to the secondary electrons generated by ion beam irradiation secondary electron spectrometer to discriminate and arranged according to energy, to measure the potential of the IC sample using the secondary electron intensity IC Tess
Ion beam processing equipment having a data function .