JP4279369B2

JP4279369B2 - Semiconductor device processing method

Info

Publication number: JP4279369B2
Application number: JP04484998A
Authority: JP
Inventors: 克郎水越; 幹雄本郷; 有一濱村; 朗嶋瀬; 貴彦高橋; 憲一京谷; 泰夫園部; 建興宮内
Original assignee: Renesas Technology Corp
Current assignee: Renesas Technology Corp
Priority date: 1997-02-27
Filing date: 1998-02-26
Publication date: 2009-06-17
Anticipated expiration: 2018-02-26
Also published as: JPH10303199A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ICやLSI等の半導体装置の補修あるいは特性評価や不良解析等を目的とした半導体装置等の集束イオンビームを用いた加工方法に関するもので、特に平坦化処理された半導体装置を正確且つ短時間に加工するに好適な加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
配線等の微細化・多層化により高密度化の進む半導体装置において、任意の配線を切断あるいは接続して不良解析や部分補修を迅速に行うことができれば、その開発期間短縮に大きな効果が有る。
【０００３】
これを可能にする技術として、『月刊 Semiconductor World』1987年9月号27頁〜32頁に記載の集束イオンビーム（Focused Ion Beam：以下、FIBと略記）を用いた加工および成膜の方法が知られている。
【０００４】
FIB加工は、FIBによるスパッタリング作用を応用したものである。
【０００５】
先ず、 Ga等のイオン源から引き出されたイオンビームを静電レンズにより真空中に置かれた半導体装置上に0.5μm以下のスポット径に集束・照射し、デフレクタにより２次元的に走査する。これにより、半導体装置表面から２次電子や２次イオンが発生する。この２次電子または２次イオンをディテクタで検出し、走査電子顕微鏡と同様に上記走査に同期して検出強度に応じた輝度変調信号でＣＲＴ上に走査イオン顕微鏡像（以下、SIM（＝Scanning Ion Microscope）像と呼ぶ）として表示する。
【０００６】
従って、このSIM像は走査電子顕微鏡と同様に半導体装置の表面形状を反映しており、例えば図６に示す構造の半導体装置100においては、最上層の保護膜105の凹凸形状がSIM像のモニタ画面43上に表示される。この時、平坦化処理された層間絶縁膜104ａの下の第１層Al配線103ａの情報は得られないが、第２層および第３層のAl配線103ｂおよび103ｃについてはその上の層間絶縁膜104ｂおよび保護膜105が平坦化されていないため、Al配線103ｂおよび103ｃの有無に対応した凹凸が保護膜105に反映される。そして、その解像度は照射するイオンビームのスポット径に依存しており、スポット径が小さいほど、微細な表面状態を表すことが可能である。
【０００７】
作業者は、先ずSIM像で半導体装置内のアライメントマーク等の特定パターンを捜す。次いで、加工用座標データに基づいて該パターンから加工位置まで半導体装置を載置したステージを移動させ、再びSIM像を観察しながら加工位置の設定を行う。
【０００８】
加工位置設定後、加工寸法（＝FIBの走査領域）を設定し、所定時間あるいは上記２次電子あるいは２次イオンの変化を見ながらFIBを照射する。このFIB照射により、半導体装置を構成する保護膜・層間絶縁膜やAl配線は表面から順次スパッタリング除去され、接続用窓あけや配線切断が行われる。
【０００９】
一方、成膜は化学気相成長法（Chemical Vapor Deposition：以下、ＣＶＤと略記）を応用したもので、ＣＶＤガス分解のエネルギ源にFIBを用いており、FIB-CVDとも呼ばれている。この方法は、上記方法による位置合わせ後、成膜領域（＝FIBの走査領域）を設定する。次いで、ノズルよりＣＶＤガスを半導体装置上に吹き付けてＣＶＤガス雰囲気を形成し、所定時間FIBを照射・走査する。これにより半導体装置表面に吸着したＣＶＤガスは分解し、金属等の膜を形成する。
【００１０】
上記従来例では、上記FIB加工およびFIB-CVDを２層配線構造のECLゲートアレイや１ＭＤＲＡＭの電気的特性評価に適用し、その有用性を述べている。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来例の半導体装置に比べ最近の半導体装置の配線構造はよりいっそう微細かつ多層になっている。そして、この複雑な配線構造を実現するためにＣＭＰ（＝Chemical & Mechanical Polishing：メカノケミカルポリッシング）技術等を用いて各層間絶縁膜に平坦化処理が施されている。
【００１２】
図７ａ）はその一例を示すもので、第１層から第３層までのAl配線103ａ,103ｂ,103ｃ上の層間絶縁膜104ａ,104ｂ,104ｃは平坦化されている。このような構造の半導体装置100のSIM像は、図７ｂ）に示すように、最上層のAl配線103ｄの情報しか得られないため、SIM像を見ながら下層のAl配線103ａ,103ｂ,103ｃに対して高精度の加工位置決めを行うことは困難である。この理由は、SIM像を見ずにアライメントマーク等からの座標データに基づいて半導体装置100を移動させて位置決めを行った場合、半導体装置100の傾きやステージ精度のばらつき、等によって位置ズレを生ずるためである。この状態で配線切断等の加工を行うと、対象配線と共に隣の配線も加工する等の不具合を生ずる場合が有る。
【００１３】
本発明の目的は、このような問題点を解決し、SIM像観察が困難あるいは不可能な半導体装置の加工対象に対し、該対象部の構造に応じた有効な加工方法を提供することにある。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明は、半導体装置の保護膜および層間絶縁膜は光学的に透明なことから、半導体装置の被加工位置またはその近傍位置に光および荷電粒子で観察可能な膜を形成し、該膜の一部を除去してマーク形成を行った後、測長機能を有する光学顕微鏡を用いて該マークと被加工位置との相対距離を測定し、上記マークと該測定結果とを参照して被加工位置を特定後、FIB加工を行うものである。
【００１５】
ここで、上記被加工位置近傍とは、FIB加工位置合わせ時の最終段階におけるSIM像観察領域内のことである。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明におけるFIB加工装置の一実施例である。
【００１７】
本実施例の加工装置は、ロードロック室10と処理室20とFIB光学チャンバ30の３室から成り、ロードロック室10と処理室20はゲートバルブ11により隔離され、処理室20とFIB光学チャンバ30はFIB通過のための開口を有する仕切板31で分けられる。除振台69は床からの振動を防ぐためのもので、少なくともロードロック室10と処理室20とFIB光学チャンバ30の３室と光学系50をこの上に載置する。
【００１８】
ロードロック室10は、ホルダ12に載置・固定された半導体装置100の出し入れのための扉13を備え、内部に半導体装置100をホルダ12と共に処理室20内に搬送するための搬送機構14を備えている。また、ロードロック室10内の真空度を検知するための真空計15ａ、排気バルブ16ａを介して真空ポンプ17、リークバルブ18を介してリークガス供給手段19が配管接続されている。
【００１９】
処理室20は、内部にＸ・Ｙ・Ｚ・θの各方向に移動可能なステージ21を備え、上面にイオン照射により生じた２次荷電粒子を検出するための２次粒子ディテクタ22、エッチングガスおよびCVDガスを供給するためのノズル23とそれらの供給手段24、半導体装置100を観察するための対物レンズ25、該対物レンズ25を切り換えるための駆動機構26、レーザ光を導入するための窓27を備えている。また、下面には処理室20内の真空度を検知するための真空計15ｂおよび排気バルブ16ｂが配管接続されている。
【００２０】
対物レンズ25を処理室20内に設けた理由は、作動距離の小さい高開口数レンズの使用を可能とすることで高倍・高分解能の観察を可能とし、後述のマークと被加工位置との相対距離測定の精度を高めるためである。また、複数の対物レンズ25を備えておくことにより、加工対象である半導体装置100の形態（ウエハ、チップ、パッケージ品）に応じて適当な物を選択・使用できる。例えば、加工対象の半導体装置100が、ウエハやチップの場合には作動距離の小さい高開口数の対物レンズ25を用い、パッケージ品の場合には作動距離が比較的大きい低開口数の対物レンズ25を用いる。前者に比べて後者の場合には分解能が低下するが、画像処理装置59の画像処理（電気的に観察倍率を高め、光学的に得た画素を分割して補間する）で対応できる。
【００２１】
FIB光学チャンバ30は、側面に該チャンバ30内を排気するための真空ポンプ32を配管接続し、内部にイオン源33、引き出し電極34、集束レンズ35、ブランキング電極36、アパーチャ37、デフレクタ電極38、対物レンズ39を備えている。引き出し電極34によりイオン源33より引き出されたイオンビーム40は、集束レンズ35により集束され、電流および集束径を制限するためのアパーチャ37を通過し、対物レンズ39により微細なスポット径で半導体装置100上に照射される。この時、ブランキング電極36とデフレクタ電極38への印加電圧を図示していないコントローラで制御することにより、イオンビーム40照射のON・OFFや、イオンビーム40の半導体装置100上での走査が可能となる。そして、イオンビーム40照射によって生じた半導体装置100からの２次荷電粒子41は、２次粒子ディテクタ22により検出される。
【００２２】
このディテクタ22には、その検出信号をイオンビーム40の走査に同期して各種画像処理するための画像処理装置42を介し、該画像処理装置42によって処理された画像を表示するためのモニタ43が接続されている。尚、イオンビーム40の光軸と上記対物レンズ25の光軸は所定の距離に位置しており、ステージ21移動量にその値を与えることで、互いに略同位置を観察できる。
【００２３】
また、処理室20内の対物レンズ25の直上には光学的観察を行うための光学系50が設けられている。該光学系50は、観察光源となるレーザ発振器51、該発振器51から出たレーザ光52を導く全反射ミラー53、レーザ光52を成形するアパーチャ54、レーザ光52をＸおよびＹ方向に面状に走査する手段55、ハーフミラー56、ピンホール57、該ピンホール57を通過したレーザ光52’の光量を検出する光検出器58、該検出器58からの検出信号をレーザ光52の走査に同期して各種画像処理するための画像処理装置59、該画像処理装置59によって処理された画像を表示するためのモニタ60から構成される。
【００２４】
尚、アパーチャ54およびピンホール57は対物レンズ25の結像位置に置かれ、アパーチャ54で成形されたレーザ光52は半導体装置100上に投影され、半導体装置100の像は対物レンズ25によりピンホール57の位置に結像する。走査手段55は、２枚の全反射ミラーとその駆動機構によってガルバノメータを構成し、２枚の全反射ミラーをそれぞれ所望の角度回転させることにより、半導体装置100上にレーザ光52をＸおよびＹ方向に走査するものである。ガルバノメータの替わりに音響光学偏向器あるいは電気光学偏向器等を組み合わせ用いても良い。画像処理装置59は、モニタ60画面上に２組のクロスカーソルを表示する機能を有すると共に、該２組のクロスカーソル間のモニタ60画面の画素数と観察に用いた対物レンズ25の倍率とから両クロスカーソル間の距離を求める機能を有する。
【００２５】
上記光学系50において、レーザ発振器51から出たレーザ光52は、全反射ミラー53によりアパーチャ54に入射する。該アパーチャ54によりレーザ光52は成形されて走査手段55に達する。ここでレーザ光52はＸＹ平面に対して走査されて対物レンズ25に入射し、アパーチャ54の開口寸法に対物レンズ25の倍率Ｍの逆数（1/Ｍ）を掛けたスポット経で半導体装置100上に投影・走査される。そして、半導体装置100内の配線等の各パターンからの反射光52’は、対物レンズ25およびハーフミラー56を透過してピンホール57に達する。
【００２６】
前述したように、ピンホール57は対物レンズ25の結像位置に置かれていることから、対物レンズ25の焦点面に位置するパターンからの反射光52’が最も効率よくピンホール57を通過して光検出器58に至る。そして、画像処理装置59に検出光量の閾値を設定しておくことで、対物レンズ25の焦点面に位置するパターンのみをモニタ60表示および画像処理装置59に記憶できる。ステージ21をＺ方向に移動させながら画像を取り込み、それらを重ね合わせることで半導体装置100内の下層配線から上層配線までをモニタ60の画面上に一括表示できる。
【００２７】
次に、上記実施例を用いたFIB加工手順について説明する。ここでは、図２（ａ）に示す半導体装置100内の配線を切断することとして説明する。
【００２８】
1）半導体装置の導入
先ず、ネットワークあるいは磁気媒体等を介して加工対象の半導体装置100のレイアウトデータおよび被加工位置や加工深さ・材質等の情報を図示していないコントローラに入力・記憶する。
【００２９】
排気バルブ16ａを閉じ、リークバルブ18を開けてリークガス供給手段19からロードロック室10内に窒素やアルゴン等の不活性ガスあるいは乾燥空気等のリークガスを導入する。ロードロック室10内が略大気圧に達したらバルブ18を閉じてリークガスの供給を停止する。扉13を開けてホルダ12に固定した半導体装置100をホルダ12と共に搬送機構14上に載せ、扉13を閉じる。バルブ16ｂを閉じ、バルブ16ａを開けてロードロック室10内を所定圧力（例えば10-4Pa）に達するまで排気する。所定の圧力に達したならば、バルブ16ｂおよびゲートバルブ11を開ける。
【００３０】
ステージ21をホルダ12の受け渡し位置に移動後、搬送機構14を駆動してホルダ12を該機構14からステージ21に移す。ステージ21を移動して半導体装置100を対物レンズ25の直下に位置させる。
【００３１】
2）半導体装置の傾き補正
図２（ｂ）に示すように、モニタ60の画面上にクロスカーソル70を表示後、半導体装置100の各種パターンを観察しながらステージ21を移動し、クロスカーソル70の交点と半導体装置100を製造する際に用いた第１のアライメントマーク２とを一致させる。両者が一致したステージ25の座標を記憶後、レイアウトデータに基づいてステージ25を移動し、第２のアライメントマークとクロスカーソル70の交点とを一致させる。ここでのステージ座標と上記第１のアライメントマーク２におけるステージ座標とを比較し、ＸＹ平面における半導体装置100の傾きθ1を求める。得られた結果に基づいてステージ25を逆方向にθ1だけ回転させることにより、半導体装置100の傾きは補正される。
【００３２】
半導体装置100の傾き補正にアライメントマーク２を用いて行ったが、半導体装置100内の配線等のパターンを用いて行っても良い。また、傾きθ1に従って座標変換を行い、ステージ21は回転させず、以後の操作を変換後の座標に基づいて行っても良い。
【００３３】
3）マーク用下地膜形成
上記操作後、ステージ21を所定量移動してSIM像による観察領域内に半導体装置100を位置させ、該半導体装置100のSIM像およびクロスカーソル80をモニタ43画面上に表示する。観察倍率を適宜変えながらステージ21を移動してアライメントマーク２を捜し出す。そして、観察倍率を順次高めると共にステージ21を移動し、上記工程2）の半導体装置の傾き補正で行った時と同様に、アライメントマーク２の中心をクロスカーソル80の交点と一致させる。該操作後、被加工位置１の座標データに基づいてステージ21を移動する。これにより、被加工位置１はSIM像による観察領域内（モニタ43の表示画面内）のどこかに位置することとなる。この時のステージ21の座標をコントローラに記憶させた後、SIM像による観察倍率を、被加工位置１をFIB加工する際の最終的な位置合わせ時に適した観察領域（例えば、□20〜100μm）が得られる倍率にする。
【００３４】
次に図２ｃ）に示すように、FIB加工時のイオンビーム40の走査領域を設定するためのボックス81をモニタ43画面上に表示し、FIB-CVDでマーク用下地膜を形成するためのＸ方向およびＹ方向の走査領域をコントローラに入力する。該走査領域はモニタ43の画面内で有ればどこでも良い。
【００３５】
走査領域設定後、CVDガス供給手段24ａのバルブを開け、ノズル23ａからCVDガスを吹き付けながら、所定の条件でイオンビーム40を照射する。所定時間照射後、CVDガス供給手段24ａのバルブを閉じてCVDガス供給を停止する。これにより、図２ｃ）に示すように、走査領域にマーク用下地膜３が形成される。
【００３６】
ここで用いるCVDガスは、イオンビーム照射により分解して金属を析出するものが適しており、例えば、W、Mo、Cr、等を析出するカルボニル化合物（W(CO)6、Mo(CO)6、Cr(CO)6、等）、あるいはAu、Cu、Pt、Al、等を析出する有機金属化合物等である。そして、マーク用下地膜３として必要な膜厚は、形成した膜の材質および位置合わせ時のSIM像の観察回数によって異なるが、１μm以下で良い。
【００３７】
尚、該下地膜３の周辺にもイオンビーム40のエネルギ分布の裾部分で析出した余剰膜３’が形成される。SIM像やレーザ顕微鏡による観察では、該余剰膜３’と下地膜３の境界が不明確のため、この状態ではマークとして使用できない。
【００３８】
4）マーク形成
上記FIB加工時の走査領域を設定するためのボックス81をモニタ43画面上に表示し、図３ａ）に示すように、上記工程で形成したマーク用下地膜３の加工領域を設定する。該設定後、所定の条件でイオンビーム40を照射・走査して下地膜３を部分的に除去加工する。この除去加工において、下地膜３をイオンビーム40でスパッタ除去する方法と、エッチングガス供給手段24ｂのバルブを開けてノズル23ｂから上記金属膜のエッチングガス（例えば、塩素、臭素、等のハロゲンガス単体あるいはその化合物）を吹き付けながらイオンビーム40を照射し、イオンビーム40のエネルギで金属膜とエッチングガスを反応させて除去する方法とがある。
【００３９】
これらの何れかの方法により、下地膜３は部分的に除去されてマーク４が形成される。尚、該マーク形成における加工深さは、下地膜３の膜厚を超えて保護膜の途中まで加工しても良い。
【００４０】
5）マークから被加工位置までの相対距離の測定
FIB加工によりマーク形成後、ステージ21を移動し、モニタ60の画面上にマーク４と被加工位置１を表示する。図３ｂ）に示すように、第１のクロスカーソル70をマーク４に合わせ、第２のクロスカーソル70’を被加工位置１に合わせる。画像処理装置59の機能により、両クロスカーソル70および70’間のＸ方向およびＹ方向の距離（δｘ、δｙ）が求められる。
【００４１】
6）FIB加工
上記工程3）でコントローラに記憶させた座標位置にステージ21を移動させ、該半導体装置100のSIM像およびクロスカーソル80をモニタ43画面上に表示する。モニタ43の画面上には、図３ｃ）に示すように、下地膜３およびマーク４が表示される。上記マーク４から被加工位置１までの相対距離を測定した時と同様に、クロスカーソル80をマーク４に合わせ、クロスカーソル80から（δｘ、δｙ）離れた位置に第２のクロスカーソル80’を表示する。該第２のクロスカーソル80’の交点は被加工位置１を指示していることから、該交点を中心にFIB加工時の走査領域を設定するためのボックス81をモニタ43画面上に表示し、予めコントローラに入力した加工データに基づいて、加工領域を設定する。該設定後、イオンビーム40を照射・走査して保護膜・層間膜・配線を順次除去する。
【００４２】
この除去加工においても、上記下地膜３へのマーク形成と同様に、各層をイオンビーム40でスパッタ除去する方法と、エッチングガスを切り替え吹き付けながらイオンビーム40を照射し、イオンビーム40のエネルギで絶縁膜あるいは配線とエッチングガスを反応させて除去する方法とがある。絶縁膜用のエッチングガスとしては、フッ素あるいはXeF2、NF3、CF4、等と言ったフッ素化合物が適しており、配線用のエッチングガスとしては、上記下地膜３の加工に用いた塩素、臭素、等のハロゲンガス単体あるいはその化合物が適している。
【００４３】
7）半導体装置の取り出し
FIB加工終了後、ステージ21をロードロック室10とのホルダ12の受け渡し位置に移動する。ロードロック室10が高真空状態にあることを確認後、ゲートバルブ11を開け、搬送機構14を駆動して半導体装置100をホルダ12と共にロードロック室10内に搬送する。
【００４４】
次に、ゲートバルブ11を閉じ、バルブ16ａを閉じ、リークバルブ18を開けてロードロック室10内にリークガスを導入する。ロードロック室10内が略大気圧に達したら、リークバルブ18を閉じ、扉13を開けて半導体装置100をホルダ12ごと取り出す。そして、扉13およびバルブ16ｂを閉じ、バルブ16ａを開けてロードロック室10内を排気する。所定の圧力に達したならば、バルブ16ｂを開けて終了となる。
【００４５】
以上が本発明のFIB加工装置を用いて、半導体装置にマーク形成から配線切断まで実施した例である。
【００４６】
本発明は、上記実施例に限定されるものでなく、例えば、図１のFIB加工装置において、レーザ発振器51をハロゲンランプ等の一般的な光学顕微鏡用光源に替え、白色光を観察光に用いてマーク４と被加工位置１との距離を測定しても良い。また、CVD手段を持つFIB加工装置と光学顕微鏡とを個別に設けて用いても良い。
【００４７】
また、工程2）における半導体装置100の傾き補正をFIB光学系を用い、SIM像でアライメントマーク２を観察しながら行っても良い。
【００４８】
さらに、マーク４の形状および形成場所も上記実施例に限定されず、例えば図４ａ）に示すように、マーク用下地膜３を十文字形に除去加工してマーク４を形成しても良い。あるいは図４ｂ）に示すように、最終的加工位置合わせ時のSIM像観察領域全面にマーク用下地膜３をFIB-CVDで形成後、最終的加工位置合わせ時の観察領域内で且つ被加工位置１が含まれるよう、FIB加工により下地膜３を広く除去してマーク４を形成しても良い。そして、図４ｃ）に示すように、広く形成したマーク４の２辺から被加工位置１までの距離（δｘ、δｙ）を測定する。
【００４９】
この時のマーク用下地膜３の除去領域（＝マーク４の形成寸法）は、上記工程5）のマーク４から被加工位置１までの距離測定において、観察光が被加工位置１およびその周辺に充分に照射されるサイズ（例えば、□20μm）である。
【００５０】
この除去加工において、前述したように、下地膜３をイオンビーム40でスパッタ除去する方法と、エッチングガスを吹き付けながらイオンビーム40を照射してイオンビーム40のエネルギで金属膜とエッチングガスを反応させて除去する方法とがある。但し、イオン源33に金属Gaを用いて下地膜３をスパッタ除去した場合、露出した保護膜105中にGaが打ち込まれて保護膜105の透過率が低下して被加工位置１が光学的に見にくくなることから、エッチングガスを吹き付けながら加工した方が良い。尚、エッチングガスとしては、上記金属膜のエッチングガス（例えば、塩素、臭素、等のハロゲンガス単体あるいはその化合物）に限らず、前述の絶縁膜除去に用いたフッ素あるいはXeF2、NF3、CF4、等と言ったフッ素化合物でも良い。そして、下地膜３の膜厚を超えて保護膜105の途中まで加工しても良い。
【００５１】
さらにまた、被加工位置１をFIB加工する際の最終的な位置合わせ時の観察領域内に下地膜３およびマーク４を複数個形成しても良い。そして、図５ａ）に示すように、上記レーザ顕微鏡でマーク４から被加工位置１までの相対距離の測定を行う際、２つのクロスカーソル70および70’の交点をそれぞれマーク４および４’の中心に合わせて両マーク４および４’間の距離ｘ1も測定しておき、SIM像観察でも同様に２つのクロスカーソル80および80’の交点をそれぞれマーク４および４’の中心に合わせ、SIM像における両マーク４および４’間の距離ｘ2を測定する。そして、FIB加工時の走査領域設定ボックス81の設定位置を（δｘ×ｘ2/ｘ1、δｙ×ｘ2/ｘ1）にすることで、観察系の違いによる設定誤差を無くすることができる。尚、ここではＸ方向に２つのマーク４および４’を形成し、それに基づいてマーク４から被加工位置１までの距離（δｘ、δｙ）を補正したが、図５ｂ）に示すように、３箇所に形成してＸ方向およびＹ方向の距離ｘ1およびｙ1をそれぞれ求め、（δｘ×ｘ2/ｘ1、δｙ×ｙ2/ｙ1）と補正しても良い。
【００５２】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、FIB加工の最終位置決め時のSIM像観察領域内にマークを形成後、該マークと被加工位置を光学顕微鏡により同一画面上に表示して該画面上で測定し、最終位置決め時のSIM像観察倍率と同一の画面上でマーク表示および上記測定結果に基づいた位置に加工領域を設定するため、平坦化処理等により加工領域からのFIBの２次イオン像あるいは２次電子像による被加工位置の情報が得られない半導体装置においても、被加工位置の特定が容易且つ正確になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明におけるFIB加工装置の一例を示す略断面図である。
【図２】本発明における半導体装置の加工工程を示す図である。
【図３】本発明における各加工工程における半導体装置の平面図である。
【図４】本発明におけるマークの一例を示す半導体装置の平面図である。
【図５】本発明におけるマークの一例を示す半導体装置の平面図である。
【図６】従来の半導体装置の概略構成を示し平面図および断面図である。
【図７】本発明で加工対象としている半導体装置の概略構成を示し平面図および断面図である。
【符号の説明】
１---被加工位置、２---アライメントマーク、３---マーク形成用下地膜、４---マーク、10---ロードロック室、14---搬送機構、20---処理室、21---ステージ、22---２次粒子ディテクタ、23---ノズル、24---ガス供給手段、25---対物レンズ、30---FIB光学系チャンバ、33---イオン源、34---引き出し電極、35---集束レンズ、39---対物レンズ、40---イオンビーム、41---２次粒子、42---画像処理装置、43---モニタ、50---光学系、51---レーザ発振器、52---レーザ光、58---光検出器、59---画像処理装置、60---モニタ、100---半導体装置、101---基板、102---酸化膜、103---Al配線、104---層間絶縁膜、105---保護膜。[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a processing method using a focused ion beam of a semiconductor device or the like for the purpose of repairing or characterization of a semiconductor device such as an IC or LSI, and failure analysis. In addition, the present invention relates to a processing method suitable for processing in a short time.
[0002]
[Prior art]
In a semiconductor device whose density is increasing due to miniaturization / multilayering of wiring and the like, if any wiring can be cut or connected and defect analysis and partial repair can be performed quickly, the development period can be greatly shortened.
[0003]
As a technology that makes this possible, there is a processing and film forming method using a focused ion beam (hereinafter abbreviated as FIB) described in pages 27-32 of the September 1987 issue of “Monthly Semiconductor World”. Are known.
[0004]
FIB processing is an application of sputtering by FIB.
[0005]
First, an ion beam extracted from an ion source such as Ga is focused and irradiated to a spot diameter of 0.5 μm or less on a semiconductor device placed in a vacuum by an electrostatic lens, and two-dimensionally scanned by a deflector. Thereby, secondary electrons and secondary ions are generated from the surface of the semiconductor device. This secondary electron or secondary ion is detected by a detector, and a scanning ion microscope image (hereinafter referred to as SIM (= Scanning Ion) is displayed on the CRT with a luminance modulation signal in accordance with the detection intensity in synchronization with the scanning in the same manner as in the scanning electron microscope. Microscope) image).
[0006]
Therefore, this SIM image reflects the surface shape of the semiconductor device as in the scanning electron microscope. For example, in the semiconductor device 100 having the structure shown in FIG. 6, the uneven shape of the uppermost protective film 105 is the monitor of the SIM image. It is displayed on the screen 43. At this time, information on the first-layer Al wiring 103a under the planarized interlayer insulating film 104a cannot be obtained, but the second-layer and third-layer Al wirings 103b and 103c are interlayer insulating films thereon. Since 104b and the protective film 105 are not flattened, unevenness corresponding to the presence or absence of the Al wirings 103b and 103c is reflected in the protective film 105. The resolution depends on the spot diameter of the ion beam to be irradiated. The smaller the spot diameter, the finer the surface state can be expressed.
[0007]
The operator first searches for a specific pattern such as an alignment mark in the semiconductor device using the SIM image. Next, the stage on which the semiconductor device is mounted is moved from the pattern to the processing position based on the processing coordinate data, and the processing position is set while observing the SIM image again.
[0008]
After the processing position is set, a processing dimension (= FIB scanning area) is set, and FIB is irradiated for a predetermined time or while watching the change of the secondary electrons or secondary ions. By this FIB irradiation, the protective film, the interlayer insulating film and the Al wiring constituting the semiconductor device are sequentially removed from the surface by sputtering, and the connection window is opened and the wiring is cut.
[0009]
On the other hand, film deposition is an application of chemical vapor deposition (hereinafter abbreviated as CVD), which uses FIB as an energy source for CVD gas decomposition, and is also called FIB-CVD. In this method, after alignment by the above method, a film formation region (= FIB scanning region) is set. Next, CVD gas is blown onto the semiconductor device from a nozzle to form a CVD gas atmosphere, and FIB is irradiated and scanned for a predetermined time. Thereby, the CVD gas adsorbed on the surface of the semiconductor device is decomposed to form a film of metal or the like.
[0010]
In the above-mentioned conventional example, the above-mentioned FIB processing and FIB-CVD are applied to the electrical characteristic evaluation of an ECL gate array having a two-layer wiring structure and 1M DRAM, and the usefulness thereof is described.
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
However, the wiring structure of recent semiconductor devices is much finer and more multilayered than the conventional semiconductor device. In order to realize this complicated wiring structure, each interlayer insulating film is planarized using a CMP (= Chemical & Mechanical Polishing) technique or the like.
[0012]
FIG. 7a) shows an example, and the interlayer insulating films 104a, 104b, 104c on the Al wirings 103a, 103b, 103c from the first layer to the third layer are flattened. As shown in FIG. 7B), the SIM image of the semiconductor device 100 having such a structure can be obtained only for the uppermost Al wiring 103d, so that the lower Al wirings 103a, 103b, and 103c are observed while viewing the SIM image. On the other hand, it is difficult to perform highly accurate processing positioning. The reason for this is that when the semiconductor device 100 is moved and positioned based on the coordinate data from the alignment mark or the like without looking at the SIM image, a positional shift occurs due to the inclination of the semiconductor device 100, variations in stage accuracy, etc. Because. If processing such as wiring cutting is performed in this state, problems such as processing of adjacent wiring along with the target wiring may occur.
[0013]
An object of the present invention is to solve such problems and to provide an effective processing method according to the structure of the target portion for a processing target of a semiconductor device in which SIM image observation is difficult or impossible. .
[0014]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, according to the present invention, since the protective film and the interlayer insulating film of the semiconductor device are optically transparent, a film that can be observed with light and charged particles is formed at the processing position of the semiconductor device or in the vicinity thereof After forming a mark by removing a part of the film, the relative distance between the mark and the processing position is measured using an optical microscope having a length measuring function, and the mark and the measurement result The FIB processing is performed after specifying the processing position with reference to FIG.
[0015]
Here, the vicinity of the processing position refers to the area within the SIM image observation region at the final stage during FIB processing positioning.
[0016]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
FIG. 1 shows an embodiment of an FIB processing apparatus according to the present invention.
[0017]
The processing apparatus according to this embodiment includes three chambers, a load lock chamber 10, a processing chamber 20, and an FIB optical chamber 30, and the load lock chamber 10 and the processing chamber 20 are isolated by a gate valve 11, and the processing chamber 20 and the FIB optical chamber are separated. 30 is divided by a partition plate 31 having an opening for FIB passage. The vibration isolation table 69 is for preventing vibration from the floor, and at least the load lock chamber 10, the processing chamber 20, the FIB optical chamber 30 and the optical system 50 are placed thereon.
[0018]
The load lock chamber 10 includes a door 13 for taking in and out the semiconductor device 100 placed and fixed on the holder 12, and a transport mechanism 14 for transporting the semiconductor device 100 together with the holder 12 into the processing chamber 20. I have. In addition, a vacuum gauge 15a for detecting the degree of vacuum in the load lock chamber 10, a vacuum pump 17 via an exhaust valve 16a, and a leak gas supply means 19 via a leak valve 18 are connected by piping.
[0019]
The processing chamber 20 includes a stage 21 that can move in each of the X, Y, Z, and θ directions, a secondary particle detector 22 for detecting secondary charged particles generated by ion irradiation on the upper surface, and an etching gas. And nozzles 23 for supplying CVD gas and their supply means 24, an objective lens 25 for observing the semiconductor device 100, a drive mechanism 26 for switching the objective lens 25, and a window 27 for introducing laser light It has. Further, a vacuum gauge 15b and an exhaust valve 16b for detecting the degree of vacuum in the processing chamber 20 are connected to the lower surface by piping.
[0020]
The reason why the objective lens 25 is provided in the processing chamber 20 is that a high numerical aperture lens with a small working distance can be used to enable observation with high magnification and high resolution, and the relative relationship between a mark and a processing position described later. This is to increase the accuracy of distance measurement. Further, by providing a plurality of objective lenses 25, an appropriate object can be selected and used according to the form (wafer, chip, package product) of the semiconductor device 100 to be processed. For example, when the semiconductor device 100 to be processed is a wafer or a chip, a high numerical aperture objective lens 25 having a small working distance is used, and in the case of a package product, a low numerical aperture objective lens 25 having a relatively large working distance is used. Is used. In the latter case, the resolution is lower than in the former case, but it can be dealt with by image processing of the image processing device 59 (electrically increasing the observation magnification and dividing and interpolating optically obtained pixels).
[0021]
The FIB optical chamber 30 is connected to the side by a vacuum pump 32 for exhausting the inside of the chamber 30, and includes an ion source 33, an extraction electrode 34, a focusing lens 35, a blanking electrode 36, an aperture 37, and a deflector electrode 38 inside. The objective lens 39 is provided. The ion beam 40 extracted from the ion source 33 by the extraction electrode 34 is focused by the focusing lens 35, passes through the aperture 37 for limiting the current and the focusing diameter, and the semiconductor device 100 with a fine spot diameter by the objective lens 39. Irradiated on top. At this time, by controlling the voltage applied to the blanking electrode 36 and the deflector electrode 38 with a controller (not shown), the ion beam 40 irradiation can be turned on and off, and the ion beam 40 can be scanned on the semiconductor device 100. It becomes. The secondary charged particles 41 from the semiconductor device 100 generated by the ion beam 40 irradiation are detected by the secondary particle detector 22.
[0022]
The detector 22 has a monitor 43 for displaying an image processed by the image processing device 42 via an image processing device 42 for performing various image processing in synchronization with the scanning of the ion beam 40. It is connected. Note that the optical axis of the ion beam 40 and the optical axis of the objective lens 25 are located at a predetermined distance, and by giving the value to the movement amount of the stage 21, it is possible to observe the substantially same position.
[0023]
Further, an optical system 50 for performing optical observation is provided immediately above the objective lens 25 in the processing chamber 20. The optical system 50 includes a laser oscillator 51 serving as an observation light source, a total reflection mirror 53 that guides laser light 52 emitted from the oscillator 51, an aperture 54 that shapes the laser light 52, and a laser light 52 that is planar in the X and Y directions. Scanning means 55, half mirror 56, pinhole 57, photodetector 58 that detects the amount of laser light 52 ′ that has passed through the pinhole 57, and detection signal from the detector 58 for scanning the laser light 52 An image processing device 59 for performing various image processing in synchronization and a monitor 60 for displaying an image processed by the image processing device 59 are configured.
[0024]
The aperture 54 and the pinhole 57 are placed at the image forming position of the objective lens 25. The laser beam 52 formed by the aperture 54 is projected onto the semiconductor device 100, and the image of the semiconductor device 100 is pinholed by the objective lens 25. The image is formed at position 57. The scanning means 55 constitutes a galvanometer by two total reflection mirrors and a driving mechanism thereof, and rotates the two total reflection mirrors at desired angles, respectively, so that the laser beam 52 is directed onto the semiconductor device 100 in the X and Y directions. Scanning. In place of the galvanometer, an acousto-optic deflector or an electro-optic deflector may be used in combination. The image processing device 59 has a function of displaying two sets of cross cursors on the monitor 60 screen, and from the number of pixels of the monitor 60 screen between the two sets of cross cursors and the magnification of the objective lens 25 used for observation. It has a function to obtain the distance between both cross cursors.
[0025]
In the optical system 50, the laser light 52 emitted from the laser oscillator 51 is incident on the aperture 54 by the total reflection mirror 53. The laser beam 52 is shaped by the aperture 54 and reaches the scanning means 55. Here, the laser beam 52 is scanned with respect to the XY plane, enters the objective lens 25, and passes through the spot size obtained by multiplying the aperture size of the aperture 54 by the reciprocal (1 / M) of the magnification M of the objective lens 25. Projected and scanned. Then, the reflected light 52 ′ from each pattern such as the wiring in the semiconductor device 100 passes through the objective lens 25 and the half mirror 56 and reaches the pinhole 57.
[0026]
As described above, since the pinhole 57 is placed at the image forming position of the objective lens 25, the reflected light 52 'from the pattern located on the focal plane of the objective lens 25 passes through the pinhole 57 most efficiently. To the light detector 58. Then, by setting a threshold value of the detected light quantity in the image processing device 59, only the pattern positioned on the focal plane of the objective lens 25 can be displayed on the monitor 60 and stored in the image processing device 59. Images are captured while moving the stage 21 in the Z direction, and by superimposing them, the lower layer wiring to the upper layer wiring in the semiconductor device 100 can be collectively displayed on the screen of the monitor 60.
[0027]
Next, the FIB processing procedure using the above embodiment will be described. Here, description will be made on the assumption that the wiring in the semiconductor device 100 shown in FIG.
[0028]
1) Introduction of semiconductor device First, layout data of the semiconductor device 100 to be processed and information such as a processing position, processing depth and material are input and stored in a controller (not shown) via a network or a magnetic medium.
[0029]
The exhaust valve 16a is closed, the leak valve 18 is opened, and an inert gas such as nitrogen or argon or a leak gas such as dry air is introduced into the load lock chamber 10 from the leak gas supply means 19. When the inside of the load lock chamber 10 reaches substantially atmospheric pressure, the valve 18 is closed to stop the supply of leak gas. The semiconductor device 100 having the door 13 opened and fixed to the holder 12 is placed on the transport mechanism 14 together with the holder 12, and the door 13 is closed. The valve 16b is closed and the valve 16a is opened to evacuate the load lock chamber 10 until a predetermined pressure (for example, 10-4 Pa) is reached. When the predetermined pressure is reached, the valve 16b and the gate valve 11 are opened.
[0030]
After the stage 21 is moved to the delivery position of the holder 12, the transport mechanism 14 is driven to move the holder 12 from the mechanism 14 to the stage 21. The stage 21 is moved to position the semiconductor device 100 directly below the objective lens 25.
[0031]
2) Correction of tilt of semiconductor device As shown in FIG. 2B, after the cross cursor 70 is displayed on the screen of the monitor 60, the stage 21 is moved while observing various patterns of the semiconductor device 100. The intersection point and the first alignment mark 2 used when manufacturing the semiconductor device 100 are matched. After storing the coordinates of the stage 25 where both coincide, the stage 25 is moved based on the layout data, and the intersection of the second alignment mark and the cross cursor 70 is made coincident. The stage coordinates here are compared with the stage coordinates in the first alignment mark 2 to determine the inclination θ1 of the semiconductor device 100 in the XY plane. Based on the obtained result, the tilt of the semiconductor device 100 is corrected by rotating the stage 25 in the reverse direction by θ1.
[0032]
Although the alignment mark 2 is used to correct the tilt of the semiconductor device 100, a pattern such as a wiring in the semiconductor device 100 may be used. Further, coordinate conversion may be performed according to the inclination θ1, and the stage 21 may be performed based on the converted coordinates without rotating the stage 21.
[0033]
3) Formation of mark base film After the above operation, the stage 21 is moved by a predetermined amount so that the semiconductor device 100 is positioned in the observation region of the SIM image, and the SIM image of the semiconductor device 100 and the cross cursor 80 are displayed on the monitor 43 screen. indicate. The stage 21 is moved while appropriately changing the observation magnification to search for the alignment mark 2. Then, the observation magnification is sequentially increased and the stage 21 is moved so that the center of the alignment mark 2 coincides with the intersection of the cross cursor 80 as in the case of the tilt correction of the semiconductor device in the above step 2). After the operation, the stage 21 is moved based on the coordinate data of the processing position 1. As a result, the processing position 1 is located somewhere in the observation area (in the display screen of the monitor 43) by the SIM image. The coordinates of the stage 21 at this time are stored in the controller, and then the observation magnification based on the SIM image is set to an observation area suitable for final alignment when the processing position 1 is FIB processed (for example, □ 20 to 100 μm). The magnification is such that
[0034]
Next, as shown in FIG. 2c), a box 81 for setting the scanning region of the ion beam 40 at the time of FIB processing is displayed on the monitor 43 screen, and X for forming a mark underlayer by FIB-CVD. The scanning area in the direction and the Y direction is input to the controller. The scanning area may be anywhere as long as it exists within the screen of the monitor 43.
[0035]
After setting the scanning region, the valve of the CVD gas supply means 24a is opened, and the ion beam 40 is irradiated under predetermined conditions while blowing the CVD gas from the nozzle 23a. After the irradiation for a predetermined time, the CVD gas supply means 24a is closed to stop the CVD gas supply. As a result, as shown in FIG. 2c), the mark base film 3 is formed in the scanning region.
[0036]
As the CVD gas used here, a gas that decomposes by ion beam irradiation to precipitate a metal is suitable. For example, a carbonyl compound that precipitates W, Mo, Cr, etc. (W (CO) 6, Mo (CO) 6 , Cr (CO) 6, etc.), or organometallic compounds that deposit Au, Cu, Pt, Al, etc. The film thickness necessary for the mark base film 3 varies depending on the material of the formed film and the number of observations of the SIM image at the time of alignment, but may be 1 μm or less.
[0037]
An excess film 3 ′ deposited at the bottom of the energy distribution of the ion beam 40 is also formed around the base film 3. In observation with a SIM image or a laser microscope, the boundary between the surplus film 3 ′ and the base film 3 is unclear and cannot be used as a mark in this state.
[0038]
4) Mark formation A box 81 for setting the scanning area at the time of FIB processing is displayed on the monitor 43 screen, and as shown in FIG. 3a), the processing area of the mark base film 3 formed in the above process is set. To do. After the setting, the base film 3 is partially removed by irradiation / scanning with the ion beam 40 under predetermined conditions. In this removal processing, the base film 3 is sputtered and removed by the ion beam 40, and the etching gas supply means 24b is opened and the etching gas for the metal film (for example, halogen gas such as chlorine, bromine or the like alone) from the nozzle 23b. Alternatively, there is a method of irradiating the ion beam 40 while spraying the compound) and reacting the metal film with the etching gas with the energy of the ion beam 40 to remove it.
[0039]
By any one of these methods, the base film 3 is partially removed to form the mark 4. Note that the processing depth in the mark formation may exceed the film thickness of the base film 3 and be processed to the middle of the protective film.
[0040]
5) Measuring the relative distance from the mark to the machining position
After forming the mark by FIB processing, the stage 21 is moved, and the mark 4 and the processing position 1 are displayed on the monitor 60 screen. As shown in FIG. 3 b), the first cross cursor 70 is aligned with the mark 4 and the second cross cursor 70 ′ is aligned with the processing position 1. Due to the function of the image processing device 59, distances (δx, δy) between the cross cursors 70 and 70 ′ in the X direction and the Y direction are obtained.
[0041]
6) FIB processing The stage 21 is moved to the coordinate position stored in the controller in the above step 3), and the SIM image of the semiconductor device 100 and the cross cursor 80 are displayed on the monitor 43 screen. On the screen of the monitor 43, as shown in FIG. 3c), the base film 3 and the mark 4 are displayed. Similarly to the case where the relative distance from the mark 4 to the processing position 1 is measured, the cross cursor 80 is aligned with the mark 4 and the second cross cursor 80 ′ is placed at a position away from the cross cursor 80 by (δx, δy). indicate. Since the intersection point of the second cross cursor 80 'indicates the processing position 1, a box 81 for setting a scanning area at the time of FIB processing around the intersection point is displayed on the monitor 43 screen. A machining area is set based on machining data previously input to the controller. After the setting, the protective film, the interlayer film, and the wiring are sequentially removed by irradiating and scanning the ion beam 40.
[0042]
Also in this removal processing, similarly to the mark formation on the base film 3, each layer is sputtered and removed by the ion beam 40, and the ion beam 40 is irradiated while switching the etching gas and is insulated by the energy of the ion beam 40. There is a method of removing a film or wiring by reacting with an etching gas. As the etching gas for the insulating film, fluorine or a fluorine compound such as XeF2, NF3, CF4, etc. is suitable, and as the etching gas for wiring, chlorine, bromine, etc. used for processing the base film 3 are used. A halogen gas alone or a compound thereof is suitable.
[0043]
7) Removal of semiconductor device
After the FIB processing is completed, the stage 21 is moved to the position where the holder 12 is transferred to the load lock chamber 10. After confirming that the load lock chamber 10 is in a high vacuum state, the gate valve 11 is opened and the transfer mechanism 14 is driven to transfer the semiconductor device 100 together with the holder 12 into the load lock chamber 10.
[0044]
Next, the gate valve 11 is closed, the valve 16 a is closed, the leak valve 18 is opened, and the leak gas is introduced into the load lock chamber 10. When the inside of the load lock chamber 10 reaches substantially atmospheric pressure, the leak valve 18 is closed, the door 13 is opened, and the semiconductor device 100 is taken out together with the holder 12. Then, the door 13 and the valve 16b are closed, the valve 16a is opened, and the load lock chamber 10 is exhausted. When the predetermined pressure is reached, the valve 16b is opened and the process ends.
[0045]
The above is an example in which the semiconductor device is formed from mark formation to wiring cutting using the FIB processing apparatus of the present invention.
[0046]
The present invention is not limited to the above embodiment. For example, in the FIB processing apparatus of FIG. 1, the laser oscillator 51 is replaced with a general light source for an optical microscope such as a halogen lamp, and white light is used as observation light. The distance between the mark 4 and the processing position 1 may be measured. Further, an FIB processing apparatus having a CVD means and an optical microscope may be provided separately.
[0047]
Further, the tilt correction of the semiconductor device 100 in the step 2) may be performed using the FIB optical system and observing the alignment mark 2 with a SIM image.
[0048]
Further, the shape and the formation location of the mark 4 are not limited to the above embodiment, and the mark 4 may be formed by removing the mark base film 3 into a cross shape as shown in FIG. 4A, for example. Alternatively, as shown in FIG. 4b), after forming the mark base film 3 by FIB-CVD on the entire SIM image observation area at the time of final processing alignment, the processing position within the observation area at the time of final processing alignment The mark 4 may be formed by widely removing the base film 3 by FIB processing so that 1 is included. Then, as shown in FIG. 4c), distances (δx, δy) from the two sides of the widely formed mark 4 to the processing position 1 are measured.
[0049]
At this time, the area for removing the mark undercoat film 3 (= dimension size of the mark 4) is such that, in the distance measurement from the mark 4 to the processing position 1 in the above step 5), the observation light is applied to the processing position 1 and its periphery. The size is sufficiently irradiated (for example, □ 20 μm).
[0050]
In this removal process, as described above, the base film 3 is sputtered and removed by the ion beam 40, and the ion beam 40 is irradiated while the etching gas is blown to react the metal film and the etching gas with the energy of the ion beam 40. There is a method to remove. However, when the base film 3 is sputtered away using metal Ga for the ion source 33, Ga is implanted into the exposed protective film 105, the transmittance of the protective film 105 is lowered, and the processing position 1 is optically changed. Since it becomes difficult to see, it is better to process while blowing etching gas. The etching gas is not limited to the etching gas for the metal film (for example, a halogen gas such as chlorine or bromine, or a compound thereof), but fluorine or XeF2, NF3, CF4, etc. It may be a fluorine compound. Then, the protective film 105 may be processed halfway beyond the thickness of the base film 3.
[0051]
Furthermore, a plurality of base films 3 and marks 4 may be formed in the observation region at the time of final alignment when the processing position 1 is subjected to FIB processing. Then, as shown in FIG. 5a), when the relative distance from the mark 4 to the processing position 1 is measured with the laser microscope, the intersection of the two cross cursors 70 and 70 'is the center of the marks 4 and 4', respectively. The distance x1 between the marks 4 and 4 'is also measured in accordance with the same, and the intersection of the two cross cursors 80 and 80' is also aligned with the centers of the marks 4 and 4 'in the SIM image observation. The distance x2 between both marks 4 and 4 'is measured. By setting the setting position of the scanning area setting box 81 at the time of FIB processing to (δx × x2 / x1, δy × x2 / x1), setting errors due to differences in observation systems can be eliminated. Here, the two marks 4 and 4 ′ are formed in the X direction, and the distance (δx, δy) from the mark 4 to the processing position 1 is corrected based on the two marks 4 and 4 ′, but as shown in FIG. The distances x1 and y1 in the X direction and the Y direction may be obtained by forming them at positions, and may be corrected as (δx × x2 / x1, δy × y2 / y1).
[0052]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, after forming a mark in the SIM image observation area at the final positioning of FIB processing, the mark and the processing position are displayed on the same screen by an optical microscope and measured on the screen, In order to set the processing area at the position based on the mark display and the above measurement results on the same screen as the SIM image observation magnification at the time of final positioning, the secondary ion image or secondary image of FIB from the processing area by flattening processing etc. Even in a semiconductor device in which information on a processing position based on an electronic image cannot be obtained, the processing position can be easily and accurately specified.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing an example of an FIB processing apparatus according to the present invention.
FIGS. 2A and 2B are diagrams illustrating a process of processing a semiconductor device according to the present invention.
FIG. 3 is a plan view of the semiconductor device in each processing step according to the present invention.
FIG. 4 is a plan view of a semiconductor device showing an example of a mark in the present invention.
FIG. 5 is a plan view of a semiconductor device showing an example of a mark in the present invention.
FIG. 6 is a plan view and a cross-sectional view showing a schematic configuration of a conventional semiconductor device.
7A and 7B are a plan view and a cross-sectional view showing a schematic configuration of a semiconductor device to be processed in the present invention.
[Explanation of symbols]
1 --- Processing position, 2 --- Alignment mark, 3 --- Undercoat film for mark formation, 4 --- Mark, 10 --- Load lock chamber, 14 --- Transfer mechanism, 20 --- Processing chamber, 21 --- Stage, 22 --- Secondary particle detector, 23 --- Nozzle, 24 --- Gas supply means, 25 --- Objective lens, 30 --- FIB optics chamber, 33-- -Ion source, 34 --- Extraction electrode, 35 --- Focusing lens, 39 --- Objective lens, 40 --- Ion beam, 41 --- Secondary particles, 42 --- Image processing device, 43 --- Monitor, 50 --- Optical system, 51 --- Laser oscillator, 52 --- Laser beam, 58 --- Photo detector, 59 --- Image processing device, 60 --- Monitor, 100- --Semiconductor device, 101 --- Substrate, 102 --- Oxide film, 103 --- Al wiring, 104 --- Interlayer insulating film, 105 --- Protective film.

Claims

半導体装置の被加工位置あるいはその近傍に光および荷電粒子を用いた観察が可能なマークを形成する工程と、測長機能を有する光学顕微鏡を用いて該マークと上記被加工位置の相対距離を測定する工程と、該測定結果と上記マークを参照して上記被加工位置を特定後、集束イオンビーム加工を行う工程を備え、上記各工程を同一チャンバ内で、真空を破ることなく連続して行うことを特徴とする半導体装置の加工方法。 A step of forming a mark that can be observed using light and charged particles at or near the processing position of a semiconductor device, and a relative distance between the mark and the processing position using an optical microscope having a length measurement function And a step of performing focused ion beam processing after specifying the processing position with reference to the measurement result and the mark, and performing each of the above steps continuously in the same chamber without breaking the vacuum. A method for processing a semiconductor device.

荷電粒子像により半導体装置の被加工位置を特定する際の観察領域内に光および荷電粒子を用いて観察が可能なマークを形成する工程と、該マークと上記被加工位置との相対距離を測長機能を有する光学顕微鏡を用いて測定する工程と、該測定結果と上記マークを参照して上記被加工位置を特定後、集束イオンビーム加工を行う工程を備え、上記各工程を同一チャンバ内で、真空を破ることなく連続して行うことを特徴とする半導体装置の加工方法。The step of forming a mark that can be observed using light and charged particles in the observation region when the processing position of the semiconductor device is specified from the charged particle image, and the relative distance between the mark and the processing position is measured. A step of performing measurement using an optical microscope having a long function, and a step of performing focused ion beam processing after specifying the processing position with reference to the measurement result and the mark, and performing each of the steps in the same chamber. A method for processing a semiconductor device, which is performed continuously without breaking a vacuum.

集束イオンビーム加工における位置合わせ時の観察領域内に被加工位置を位置させた後、該観察領域内に光および荷電粒子を用いた観察が可能な膜を付与後、該膜を除去してマークを形成し、測長機能を有する光学顕微鏡を用いて該マークと上記被加工位置との相対距離を測定し、該測定結果と上記マークを参照して上記被加工位置を特定後、集束イオンビーム加工を行うことを特徴とする半導体装置の加工方法。 After positioning the processing position in the observation area at the time of alignment in focused ion beam processing, a film capable of observation using light and charged particles is provided in the observation area, and then the film is removed and marked And measuring the relative distance between the mark and the processing position using an optical microscope having a length measuring function, specifying the processing position with reference to the measurement result and the mark, and then focusing ion beam A processing method of a semiconductor device, characterized by performing processing.

集束イオンビームによる被加工位置を含む領域に光および荷電粒子を用いた観察が可能な膜を付与後、少なくとも上記被加工位置を含む領域の上記膜を除去してマークを形成し、測長機能を有する光学顕微鏡を用いて該マークと上記被加工位置との相対距離を測定し、該測定結果と上記マークを参照して上記被加工位置を特定後、集束イオンビーム加工を行うことを特徴とする半導体装置の加工方法。 Length measurement function after forming a film that can be observed using light and charged particles in the region including the processing position by the focused ion beam, and removing the film at least in the region including the processing position. Measuring the relative distance between the mark and the position to be processed using an optical microscope, and performing the focused ion beam processing after specifying the position to be processed with reference to the measurement result and the mark. A method for processing a semiconductor device.

集束イオンビームによる被加工位置を含む領域に光および荷電粒子を用いた観察が可能な膜を付与後、エッチングガス雰囲気中で集束イオンビームを少なくとも上記被加工位置を含む領域に選択的に照射・走査してマークを形成し、測長機能を有する光学顕微鏡を用いて該マークと上記被加工位置との相対距離を測定し、該測定結果と上記マークを参照して上記被加工位置を特定後、集束イオンビーム加工を行うことを特徴とする半導体装置の加工方法。 After applying a film that allows observation using light and charged particles to the region including the processing position by the focused ion beam, selectively irradiate at least the region including the processing position with the focused ion beam in an etching gas atmosphere. After scanning to form a mark, the relative distance between the mark and the processing position is measured using an optical microscope having a length measurement function, and the processing position is identified with reference to the measurement result and the mark. A method of processing a semiconductor device, characterized by performing focused ion beam processing.