JP2006155984A - 荷電粒子ビーム装置での加工位置決め方法及びそれに用いる赤外顕微鏡 - Google Patents

Abstract

【課題】 透明試料以外でも試料表面に特徴のある形状がない場合でも、荷電粒子ビーム装置における加工位置決めを高精度かつ容易に行えるようにする。
【解決手段】 赤外顕微鏡による観察を行いながら荷電粒子ビーム装置における加工・観察対象箇所１が視野内にくるように移動し、加工・観察対象箇所１周辺に光学観察系と同軸に配置されたレーザー光学系７によって、荷電粒子ビーム装置における二次荷電粒子像の目印となるレーザーマーク２をつける。次に、赤外透過像とCADデータとの重畳により、CADデータ上に加工・観察対象箇所とレーザーマークを登録する。そして、荷電粒子ビーム装置から読み出した登録データと二次荷電粒子像との関連付けによって、高精度かつ容易に加工位置を決定することができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、集束イオンビーム装置（FIB）や走査型電子顕微鏡（SEM）などの荷電粒子ビーム装置において、その加工位置の決定方法に関し、特に可視光光学顕微鏡では見えない試料表面下の所定位置に加工位置を決定する方法及びそれに用いるレーザ顕微鏡に関する。

従来の荷電粒子ビーム装置における加工位置決めにおいては、可視光光学顕微鏡像と荷電粒子ビーム照射による二次荷電粒子像との重ね合わせによって、加工位置を決定していた（例えば、特許文献１参照）。もしくは、加工・観察対象箇所近辺に可視光光学観察系と同軸に配置されたレーザー光学系によりマーキングを行い、マーキングを行った位置の光学像と二次荷電粒子像との重ね合わせによって、加工位置を決定していた（例えば、特許文献２参照）。
特開平１１−１４４６７０（第４−５頁、第３−４図） 特開平１１−３２９３１５（第４頁、第1図）

従来の加工位置決めにおいては、加工・観察対象箇所が試料表面下にあって、かつ上層が絶縁膜のような透明膜でない場合は、可視光光学顕微鏡で観察することができないという問題点があった。また、絶縁膜のような透明膜であり、加工・観察対象箇所が可視光光学顕微鏡で観察できる場合でも、絶縁膜ではレーザーの吸収がないため、レーザーマーキングを行うことができず、試料表面に特徴的な形状がない場合は、試料表面しか観察できない二次荷電粒子像と可視光光学顕微鏡像とでは重ね合わせができないという問題点があった。

本発明は、上記問題点を解決し、ICなどの半導体試料の配線パターンが形成された試料において、配線パターンが形成された層が不透明膜で覆われた試料への適用、および、試料表面形状に依存しない手法を提供し、荷電粒子ビーム装置における加工位置決めを高精度かつ容易にすることを課題とする。

上記の課題を解決するために、本発明においては、赤外顕微鏡による観察を行い、かつ、加工・観察対象箇所周辺へレーザーマーキングを行うことによって、試料表面に特徴的な形状がない場合でも二次荷電粒子像で観察できるようにすると共に、さらに、赤外観察による透過像とCADデータとの重畳から、加工・観察対象箇所およびレーザーマーキング箇所をCADデータ上に登録し、荷電ビーム装置上で前記登録データを読み出し、二次荷電粒子像と前記登録データとの関連付けによって加工位置決めを行う。

また、例えば絶縁膜のようなレーザーの吸収がない試料の場合は、あらかじめ試料表面に荷電粒子ビームによるデポジション膜を形成しておき、赤外顕微鏡で加工・観察対象箇所を観察し、前記デポジション膜上にレーザーマーキングを行うことで、加工位置決めを行うことができる。

赤外観察が可能な光学観察系と、それと同軸に配置されたマーキング用のレーザー光学系は、荷電ビーム装置との複合装置でも、個別の装置でもよい。

本発明は、以下に記載されるような効果を奏する。

光学観察系に赤外顕微鏡を用いることによって、透明試料はもちろんのこと、例えばデバイスで使用されているSi基板を透過して、配線層を観察することができる。

また、レーザーマーキングを行うことによって、荷電粒子ビーム装置において試料表面形状によらず二次荷電粒子像で観察することができる。

また、絶縁膜のようなレーザーの吸収のないサンプルの場合においても、あらかじめ加工・観察対象箇所周辺に荷電粒子ビームによるデポジション膜を形成し、デポジション膜上にレーザーマーキングを行うことによって、二次荷電粒子像で観察することができる。

さらに、赤外顕微鏡の観察による透過像とCADデータとの重畳により、加工・観察対象箇所およびレーザーマークをCADデータ上に登録し、荷電粒子ビーム装置から読み出した前記登録データと二次荷電粒子像との関連付けによって、荷電粒子ビーム装置による加工位置決めを高精度に行うことができる。

また、CADデータを用いることによって、光学顕微鏡像にあわせた二次荷電粒子像の表示倍率の補正だけでなく、二次荷電粒子像にあわせてCADデータの表示倍率を任意に変化させることが可能なため、荷電粒子ビーム装置による加工位置決めを容易にすることができる。

本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、赤外顕微鏡とCADデータを利用した荷電粒子ビーム装置での加工位置決めの各工程における試料の図を示すものである。その工程は、
（イ）第一工程：試料の裏面からの赤外顕微鏡による観察で、加工・観察対象箇所１を発見する工程（図１（a））、
（ロ）第二工程：荷電粒子ビーム装置における二次荷電粒子像の目印のために、赤外顕微鏡と同軸に配置されたレーザー光学系によって、加工・観察対象箇所周辺にレーザーマーキング２を行う工程（図１（ｂ））、
（ハ）第三工程：CADデータ処理用ソフトを使用し、赤外顕微鏡の観察による透過像（破線部分）とCADデータ（実線部分）とのアライメントによって、加工・観察対象箇所周辺のCADデータと赤外透過像を重畳させる工程（図１（c））
（ニ）第四工程：CADデータ上に加工・観察対象箇所とレーザーマークを登録する工程（図１（ｄ））、
（ホ）第五工程：複数のモニタのそれぞれに、もしくは一つのモニタに同時に表示された荷電粒子ビーム装置の二次荷電粒子像上と上記登録データ上において、それぞれの任意のレーザーマークを順に関連付けし、荷電粒子ビーム装置における試料ステージの移動、またはビームシフトによる位置補正、表示倍率の変更などの荷電粒子ビーム照射光学系の補正を行い、登録データと二次荷電粒子像とを一致させる工程（図１（e））、
（ヘ）第六工程：上記関連付けをしてから、二次荷電粒子像に加工・観察対象箇所１を表示させることによって加工位置決めを行う工程（図１（ｆ））
とからなる。

図２はレーザー機能つき赤外顕微鏡の一例の概略図である。試料3が可動ステージ４上にセットされている。赤外対応CCDカメラ５は試料3の赤外透過像を取得する。試料照明１１から発生した光のうち、波長選択フィルター１２によって任意の波長の光のみを透過させることによって、赤外観察も可視観察も可能となる。可動ステージ４はX、Y、および面内回転方向のほか、Z方向にも動作し、赤外透過像を取得時のZ座標と、試料表面での可視観察時のZ座標との差から、膜厚を推定することができる。これによって、荷電粒子ビーム装置における加工時の深さ情報の目安となり、終点検出が容易となる。なお、このZ方向の動作は赤外顕微鏡鏡筒側の動作によって制御してもよい。画像は任意の対物レンズ６によって任意の倍率で取得できる。レーザー光学系７から発生するレーザーはビームスプリッタ８によって赤外対応CCDカメラ５の光軸と同軸になるように試料3に照射される。次に、コンピュータ１０の記憶手段１９に格納されたCADデータをモニタ９上に表示させる。モニタ９上に表示されたCADデータと赤外透過像でアライメントを行い、可動ステージ４によって加工・観察対象箇所周辺に移動し、赤外透過像とCADデータを重畳する。そして、荷電粒子ビーム装置における二次荷電粒子像の目印のため、加工・観察対象箇所周辺にレーザー７によってマーキングを行い、CADデータ上へ加工・観察対象箇所、レーザーマークを登録する。この登録は、コンピュータ１０内の、レーザーマークのCADへの登録手段１７によって行う。なおこのレーザーマーキングは赤外透過像を取得した時点で行ってもかまわない。全ての操作はモニタ９でその場観察しながらコンピュータ１０で行うことができる。コントロールユニット１３、１４、１５、および１６は、コンピュータ１０の演算制御手段１８からの制御信号を入力し、CCDカメラ５、レーザー光学系７、レボルバ２０、及び可動ステージ４をそれぞれ制御する。登録データは荷電粒子ビーム装置制御用PCによって荷電粒子ビーム装置で読み出し、二次荷電粒子像と読み出した登録データとの関連付けによって、加工位置を決定する。

赤外顕微鏡とCADデータを利用した荷電粒子ビーム装置での加工位置決めの工程例を示す図である。 レーザー機能つき赤外顕微鏡の一例を示す概略図である。

符号の説明

１ 加工・観察対象箇所
２ レーザーマーク
５ CCDカメラ
７ レーザー光学系
９ モニタ

Claims (2)

1. 試料表面下に配線パターンを有する半導体試料を試料ステージに載置する工程と、
   前記試料ステージを移動し、赤外顕微鏡による透過像の観察を行いながら試料表面下の荷電粒子ビーム装置における加工・観察対象箇所を赤外顕微鏡の視野内に移動する工程と、
   前記加工・観察対象箇所の周囲の試料表面上にレーザーマーキングを行う工程と、
   前記加工・観察対象箇所および前記レーザーマーキング箇所を含む赤外顕微鏡観察像と対応するCADデータを重畳し、前記CADデータ上に加工・観察対象箇所及びレーザーマーキング箇所を登録する工程と、
   荷電粒子ビーム装置にてレーザーマーキング箇所の二次荷電粒子像を観察する工程と、
   前記二次荷電粒子像と前記登録したCADデータとを関連付けることにより前記加工・観察対象箇所の位置決めを行う工程と、
   からなる荷電粒子ビーム装置での加工位置決め方法。
2. 試料を載置する３次元可動ステージと、
   前記試料の赤外透過像を取得するCCDカメラと、
   前記赤外透過像から得られる加工観察対象箇所周辺にレーザーマークをつけるためのレーザー光学系と、
   前記試料のCADデータが格納された記憶手段と、
   前記記憶手段に格納されたCADデータ、及び前記赤外透過像を表示するモニタと、
   前記可動ステージを動かすことによりモニタ上で重畳されたCADデータと赤外透過像とから、前記加工・観察対象箇所および前記レーザーマークをCADデータに登録する手段と、
   からなるレーザーマーキング機能付き赤外顕微鏡。

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