JP2003016988A - フォーカストイオンビーム装置及びそれを利用したフォーカストイオンビーム加工方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】表面が平坦化されたＬＳＩなどのサンプルの表
面に，ＦＩＢ加工により配線の切断や接続を精度よく行
うことができるＦＩＢ装置及びＦＩＢ加工方法を提供す
る。 【解決手段】ステージ上に載置されたサンプルに対して
フォーカスト・イオン・ビーム（ＦＩＢ）を照射して当
該照射位置でエッチングまたはパターン形成を行うＦＩ
Ｂ装置において，加工位置の周囲にＦＩＢを照射して位
置合わせマークを形成する位置合わせマーク形成手段
と，当該位置合わせマークが形成された加工位置の領域
の光学顕微鏡画像と当該領域へのＦＩＢ照射により取得
される走査型イオン顕微鏡画像（ＳＩＭ画像）とを，前
記位置合わせマーク画像を基準にして重ね合わせて，重
ね合わせた画像に従って加工位置を検出する加工位置検
出手段とを有することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は，フォーカストイオ
ンビーム（Focussed Ion Beam, ＦＩＢ）装置及びそれ
を利用したＦＩＢ加工方法に関し，特に，平坦化された
微細な多層配線を有するＬＳＩに対してＦＩＢ加工する
ためのＦＩＢ装置及びそれを利用したＦＩＢ加工方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】以前のＦＩＢ装置は，ＬＳＩの所望の位
置を削って走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）写真をとるため
の断面を露出することなどに利用されていた。そのよう
な用途においては，ＦＩＢ加工の位置が比較的広い領域
にわたるため，加工位置の検出にそれほどの高い精度は
要求されなかった。

【０００３】ところが，近年において，ＦＩＢ装置は，
高真空雰囲気の装置内のＬＳＩなどの被加工サンプルに
対して，集束されたＧａイオンビームを配線パターンに
照射してスパッタエッチングを行って断線させたり，Ｃ
ＶＤ（Ｗを含んだ有機金属ガス）による新たな配線パタ
ーンを形成して配線間を接続することで，配線パターン
の一部変更を行うために利用されるようになってきた。
このようにして，微細化されたＬＳＩの配線パターンを
一部断線させたり接続させたりするためには，加工位置
を高精度に検出してＦＩＢを照射する必要がある。

【０００４】一方で，より微細化されたＬＳＩを実現す
るために，多層配線の平坦化が一般的になってきてい
る。従来の多層配線は，段差部の高低差が増大し，段差
部での配線膜の被覆率の低下による断線不良やエレクト
ロマイグレーションなどによる断線の発生が問題になっ
ていた。そこで，近年においては，配線パターンを形成
しそれをカバーする層間絶縁膜を化学的機械的ポリッシ
ング（Chemical Mechanical Polishing, CMP）法により
平坦化し，更にその上に配線パターンを形成するなどの
工程により，多層配線構造の平坦化が行われている。

【０００５】このようなＬＳＩの平坦化構造は，加工位
置の高精度な検出を非常に困難にしている。ＦＩＢ装置
内に搬入されたＬＳＩの表面観察は，装置のＦＩＢを利
用した走査型イオン顕微鏡（ＳＩＭ，Scanning Ion Mic
roscope）機能を利用して，ビームをＬＳＩ表面に走査
しその反射二次電子を検出することで行われる。そのよ
うにして検出されたＬＳＩの表面形状を頼りにして，表
面の加工位置を検出することができるのみである。従っ
て，加工位置に凹凸が存在しない場合は，ＳＩＭ画像か
ら加工位置を特定することはできない。

【０００６】そこで，チップの周辺に通常設けられる接
続パッドの凹凸をＳＩＭにより検出し，加工位置の座標
を目標にしてステージを移動することで加工位置を検出
することなどが提案されているが，その場合のステージ
移動に伴うステージ誤差により，加工対象の配線パター
ン位置を正確に特定することはできない。

【０００７】また，従来のＦＩＢ装置を利用したＦＩＢ
加工において，加工位置を求める方法として，イメージ
オーバレイ法とＣＡＤナビゲーション法とが提案されて
いる。イメージオーバレイ法では，加工位置の画像をあ
らかじめ光学顕微鏡で取得し，サンプルをＦＩＢ装置内
に搬入し，ステージ駆動によりサンプルの加工位置の座
標まで移動し，そこで取得したＳＩＭ画像と，光学顕微
鏡画像とを，倍率やローテーションを合わせることで重
ね合わせし，重ね合わせられた光学顕微鏡画像を頼りに
して，加工位置を検出し，ＦＩＢ加工する。光学顕微鏡
は，表面形状だけでなく下層のＡｌ配線パターン形状も
検出することができるので，表面が平坦な領域下の配線
パターン位置の検出に有効である。また，ＳＩＭ画像と
光学顕微鏡画像の重ね合わせには，サンプルのＬＳＩ表
面に存在する凹凸パターンに対応する両方の画像を利用
する。

【０００８】また，ＣＡＤナビゲーション法では，ＦＩ
Ｂ装置のステージ座標とＬＳＩ設計データのパターンデ
ータであるＣＡＤデータとをリンクさせ，加工位置をＣ
ＡＤデータ上で指定することで，ステージがサンプルの
加工位置に自動的に移動する。上記のリンク工程では，
ＬＳＩの周辺に設けられた接続パッドなどの所定のパタ
ーンを基準にしてＳＩＭ画像上にＣＡＤデータ画像を重
ね合わせる。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】上記のイメージオーバ
レイ法では，ＬＳＩ表面の加工位置の周辺に最上層の凹
凸パターンが存在することが必要である。従って，広い
領域にわたって表面に凹凸パターンが存在しない場合
は，加工領域での光学顕微鏡画像をＳＩＭ画像上に重ね
合わせることができず，その領域内の加工位置を検出す
ることができない。また，ＣＡＤナビゲーション法で
は，チップの周辺に設けられた接続パッド位置から，チ
ップ内部の加工位置までステージが移動したことに伴
い，ステージ精度誤差による位置ずれが生じることがあ
り，その場合には正確に加工位置を検出することは困難
である。更に，ＣＡＤナビゲーション法でも，結局は加
工位置周囲における凹凸パターンを基準にしてＳＩＭ画
像にＣＡＤデータ画像を重ね合わせることが必要にな
り，凹凸パターンが少ない平坦化された領域内では正確
な加工位置の検出が困難である。

【００１０】そこで，本発明の目的は，平坦化されたサ
ンプル表面におけるＦＩＢ加工位置を正確に検出するこ
とができるＦＩＢ装置及びそれを利用したＦＩＢ加工方
法を提供することにある。

【００１１】更に，本発明の目的は，ＦＩＢ装置におい
てＦＩＢ加工位置を正確に検出可能なＬＳＩの形成方法
及びそれを利用したＦＩＢ加工方法を提供することにあ
る。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに，本発明の第１の側面は，ステージ上に載置された
サンプルに対してフォーカスト・イオン・ビーム（ＦＩ
Ｂ）を照射して当該照射位置でエッチングまたはパター
ン形成を行うＦＩＢ装置において，加工位置の周囲にＦ
ＩＢを照射して位置合わせマークを形成する位置合わせ
マーク形成手段と，当該位置合わせマークが形成された
加工位置の領域の光学顕微鏡画像と当該領域へのＦＩＢ
照射により取得される走査型イオン顕微鏡画像（ＳＩＭ
画像）とを，前記位置合わせマーク画像を基準にして重
ね合わせて，重ね合わせた画像に従って加工位置を検出
する加工位置検出手段とを有することを特徴とする。

【００１３】上記のＦＩＢ装置では，被加工サンプルの
表面が平坦化されていても，ＦＩＢ装置が有する微細領
域へのエッチング機能またはパターン形成機能を利用し
て，その平坦化表面に位置合わせマークを自動的に形成
することができる。従って，加工位置の領域内にかかる
位置合わせマークを形成し，その位置合わせマークが形
成された領域の光学顕微鏡画像とＳＩＭ画像とを位置合
わせマークを基にして重ね合わせして，加工位置を高精
度に検出し，そこにＦＩＢを照射することができる。位
置合わせマークは，ＦＩＢ加工によりエッチングされた
凹形状のパターンか，或いはＦＩＢ加工によりパターン
形成された凸形状のパターンのいずれでも良い。

【００１４】上記発明のより好ましい実施例では，位置
合わせマークの自動形成手段において，加工位置と加工
領域の倍率とを指定することで，加工倍率にほぼ反比例
した大きさと間隔の位置合わせマークを加工位置の周囲
に形成することを特徴とする。加工倍率が低い場合は位
置合わせパターンは形状が大であり間隔も大であり，加
工倍率が高い場合はそれに比例して位置合わせパターン
も形状が小で間隔も小である。それにより，ＳＩＭ画像
を取得する加工領域の周辺に，加工対象パターンを覆い
隠すことなく位置合わせマークを形成することができ
る。

【００１５】上記の目的を解決するために，本発明の第
２の側面は，被加工サンプルのＬＳＩに対して，最上層
のカバー絶縁膜に対して，設計ルールに応じたサイズで
且つ間隔の位置合わせマークを全面に形成しておき，か
かるＬＳＩに対して，ＦＩＢ装置内にて加工位置検出を
行う。この加工位置検出工程では，加工位置を含む領域
のＳＩＭ画像と光学顕微鏡画像またはＣＡＤ画像とを，
前記位置合わせマークを基にして重ね合わせし，加工位
置を検出し，そこにＦＩＢを照射することを特徴とす
る。

【００１６】被加工サンプルのＬＳＩが，多層配線構造
において平坦化されていても，最上層のシリコン酸化膜
やシリコン窒化膜などの絶縁カバー膜に対して，設計ル
ールに応じたサイズで且つ間隔の位置合わせマークを全
面に形成することで，加工位置の周辺には，かかる位置
合わせマークが必ず存在するようにすることができる。
この位置合わせマークの形成は，最上層の絶縁カバー膜
に対して接続パッド領域上をエッチング除去する工程
で，同時に形成することもできれば，追加のエッチング
工程で形成することもできる。そのために，位置合わせ
マーク用のＣＡＤデータが追加される。

【００１７】従って，かかる位置合わせマークに従っ
て，電子顕微鏡画像のみならずＣＡＤデータ画像につい
ても，ＳＩＭ画像との重ね合わせが可能になる。加工領
域において画像の重ね合わせができれば，その重ね合わ
せた電子顕微鏡画像またはＣＡＤデータ画像によって，
表面が平坦であっても加工位置を正確に検出し，ＦＩＢ
を照射して加工することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下，図面を参照して本発明の実
施の形態例を説明する。しかしながら，本発明の保護範
囲は，以下の実施の形態例に限定されるものではなく，
特許請求の範囲に記載された発明とその均等物にまで及
ぶものである。

【００１９】図１は，本実施の形態例におけるＦＩＢ装
置の全体構成図である。図１は，ＦＩＢ装置は，フォー
カスト・イオン・ビーム（ＦＩＢ）を生成し，被加工サ
ンプル表面にかかるビームを照射するＦＩＢ鏡筒部１０
と，その鏡筒部を制御するコンピュータからなる制御ユ
ニット１２とを有する。また，本実施の形態のＦＩＢ装
置は，ＦＩＢ鏡筒部１０内にあるいは隣接して光学顕微
鏡１４を有する。

【００２０】ＦＩＢ鏡筒部１０内には，イオンビーム銃
１６と，偏向器からなるビームブランカ１８と，イオン
ビームを絞るフォーカスレンズ２０と，所望の位置にビ
ームを偏向し走査する偏向器２２と，ＦＩＢ加工用のガ
スを発生するガス発生手段２４と，被加工サンプルのＬ
ＳＩから反射する２次電子を検出する二次電子検出手段
２６と，被加工サンプルを載置してＸ，Ｙ方向に移動可
能なステージ２８とが設けられる。また，ステージ２８
は，赤外線などを利用した光学顕微鏡１４とＦＩＢ鏡筒
部１０との間を移動することができる。従って，ステー
ジ２８に載置された被加工サンプルに対して，光学顕微
鏡画像を取得することができると共に，従来と同様にＦ
ＩＢを走査して反射される二次電子からＳＩＭ画像を取
得することもできる。

【００２１】制御ユニット１２は，一種のコンピュータ
システムであり，コントローラ３０は，ＣＰＵなどの演
算機能を有する。コントローラ３０からの指令信号によ
りビーム銃駆動部３２がイオン・ビーム銃１６を駆動
し，ブランキング駆動部３４がビームブランカ１８を駆
動し，レンズ駆動部３６がフォーカスレンズ２０を駆動
し，偏向器駆動部３８が偏向器２２を駆動する。また，
ステージ駆動制御部４４も，コントローラからの指令信
号に従って，図示しないステージ駆動モータを駆動す
る。また，二次電子検出手段２６からの検出信号は，二
次電子入力部４２に入力され，コントローラ３０に供給
される。

【００２２】制御ユニット１２は，制御プログラム４８
を実行することで，ＦＩＢ加工対象物のＬＳＩ表面に位
置合わせマークを自動形成し，更に，指定した加工位置
に対して自動でＦＩＢ加工を行う。そのための，後述す
る設定値が格納された設定値ファイル５２と，光学顕微
鏡画像やＳＩＭ画像が格納される画像データファイル５
０と，ＬＳＩの設計データを格納するＣＡＤ設計データ
ファイル４６とが，コントローラ３０からアクセス可能
になっている。

【００２３】図２は，本実施の形態例におけるＦＩＢ加
工方法のフローチャート図である。以下，図２に従っ
て，本実施の形態例におけるＦＩＢ装置とそれを利用し
たＦＩＢ加工方法を説明する。まず，被加工サンプルで
あるＬＳＩがＦＩＢ装置内のステージ２８上に載置され
る（Ｓ１０）。

【００２４】図３は，被加工サンプルであるＬＳＩの一
例を示す平面図及び断面図である。図３（Ａ）は平面
図，（Ｂ）はＸ１−Ｙ１に沿った断面図であり，シリコ
ン半導体基板６０の表面上に絶縁膜６２，第１層配線層
Al-I，層間絶縁膜６４，６６，第２層配線層Al-II，第
２層間絶縁膜６８，カバー絶縁膜７０が形成されてい
る。第１層配線パターンAl-Iは，図３（Ａ）の平面図の
水平方向に形成され，第２層配線パターンAl-IIは，垂
直方向に形成され，それらの間は，適宜ビアホールVIA
を経由して接続され，多層配線構造になっている。第２
層配線パターン上にも図示しない第３層配線パターンが
形成され，そこにも層間絶縁膜が形成されているが，図
３の領域には第３層配線パターンは存在しない。第２層
配線パターンを形成した後の層間絶縁膜は平坦化工程に
より平坦化される。従って，第３層配線パターンが形成
されないと，図示されるとおりカバー膜７０の表面は平
坦化されている。

【００２５】かかる表面が平坦化された場合，図３
（Ａ）に示した領域のＳＩＭ画像は，ＦＩＢを照射した
ことに伴い表面で発生する反射二次電子に変化がなく，
真っ黒な画像になる。一方，かかる領域の光学顕微鏡画
像は，カバー絶縁膜７０より下の配線パターンも検出す
ることができる。しかし，両画像を重ね合わせるための
基準となるマークがないので，重ね合わせることはでき
ない。

【００２６】図２に戻り，ＦＩＢ鏡筒１０内のステージ
３８上に載置されたＬＳＩに対して，チップ表面に露出
して設けられた接続パッドから原点位置を検出する（Ｓ
１２）。図４は，チップ全体を示す図である。ＬＳＩの
チップ８０の周辺には，接続用のパッド８１が複数個設
けられる。このパッド８１のうちいずれかのパッド８１
の角をチップ原点と定義し，その原点８２をＦＩＢ走査
により求められるＳＩＭ画像から検出する。そして，ス
テージの座標系とチップ原点との相対関係を特定する。
その結果，ステージ移動によりチップ８０内の加工位置
８４に移動することが可能になる。

【００２７】チップ内の原点位置を検出して，ステージ
座標系とチップ座標系との相対位置関係が特定される
と，オペレータによりＦＩＢ加工位置の設定（Ｓ１４）
と，加工領域の観察倍率の設定（Ｓ１６）とが行われ
る。この設定は，加工位置の周囲に位置合わせマークを
形成するために必要な初期値設定である。この設定に必
要な設定値データは，設定値データファイル５２に格納
されている。

【００２８】上記のＦＩＢ加工位置の設定と観察倍率の
設定とが行われると，コントローラ３０がステージ駆動
制御部４４を介して，ステージ３８を移動させ，チップ
８０内の加工位置８４をＦＩＢ鏡筒の観察領域内に移動
させる。そして，コントローラ３０は，設定された観察
倍率により決められる位置合わせマークのパターンを，
ＦＩＢ加工により自動形成する（Ｓ１８）。ＣＶＤ法に
よるＦＩＢ加工であれば，位置合わせマークはＬＳＩ表
面に形成される凸パターンとなり，スパッタエッチング
法によるＦＩＢ加工であれば，位置合わせマークはＬＳ
Ｉ表面に形成される凹パターンになる。

【００２９】図５は，観察領域内の加工位置の周囲に形
成される位置合わせマークの自動形成を説明する図であ
る。また，図６は，位置合わせマークの自動形成におけ
る観察倍率と位置合わせマークサイズとの関係を示す図
表である。上記の工程Ｓ１４にて設定されたチップ内の
加工位置の中心（Ｘ，Ｙ）が，観察領域８６の中心９０
になり，工程Ｓ１６により設定された観察倍率に応じ
て，図６の図表の設定値から位置合わせマークのサイズ
が一義的に決定される。例えば，観察倍率が100,000倍
に設定されると，観察領域である加工領域は２４μｍ角
に，位置合わせマークのサイズは２．４μｍ角にそれぞ
れ設定される。

【００３０】それに伴い，図５に示されるとおり，観察
領域８６の中心９０から±１０μｍ上下の４隅に，位置
合わせマークの矩形パターン８８が形成される。観察倍
率は，被加工サンプルであるＬＳＩの微細化の程度に依
存するものであり，設計ルールに対応する。微細化が高
い場合は観察倍率も高く設定され，微細化が低い場合は
観察倍率も低く設定される。更に，位置合わせマーク８
８のパターンサイズは，観察領域である加工領域８６の
約１／１０程度に設定されることが好ましい。このよう
に，ＬＳＩの設計ルールに従う観察倍率を設定すること
で，観察領域内のＦＩＢ加工対象の配線パターンを被覆
することのない位置合わせマークのパターン８８を形成
することができる。位置合わせマークのパターンが加工
対象の配線パターンに重なると，ＦＩＢ加工を困難にす
るからである。

【００３１】図６に示されるとおり，観察倍率が低けれ
ば（設計ルール上微細化が低い場合），観察領域（加工
領域）のサイズは大きく，それに伴い位置合わせマーク
のサイズも大きくなる。一方，観察倍率が高ければ（設
計ルール上微細化が高い場合），観察領域（加工領域）
のサイズは小さく，位置合わせマークのサイズも小さく
なる。観察領域や位置合わせマークのサイズは，観察倍
率にほぼ反比例する。

【００３２】工程Ｓ１８では，先に設定された加工位置
と加工領域の観察倍率の設定に伴い，コントローラ３０
がステージ３８を移動して，観察領域内に加工位置中心
９０が位置するようにし，更に，コントローラ３０が，
偏向器２２などを利用してＦＩＢを偏向させて，加工領
域８６内の四隅に少なくとも３個の位置合わせマーク８
８を形成する。

【００３３】図７は，位置合わせマークが形成された状
態のＬＳＩを示す図である。図７は，図３と同様に，
（Ａ）に平面図，（Ｂ）に断面図を示す。但し，図７
（Ａ）のX2-Y2に沿った断面図が図７（Ｂ）に示されて
いる。

【００３４】図７（Ｂ）の右隅に示されるとおり，ＬＳ
Ｉの平坦な表面７２上に，凸形状の位置合わせマーク８
８が形成されている。この凸形状の場合は，Ｗを含む有
機金属ガス雰囲気中でＦＩＢを照射することで，ＣＶＤ
法によりその位置合わせマーク８８が形成される。或い
は，位置合わせマーク８８は，図７（Ｂ）の左隅に示し
たような凹形状でも良い。この場合は，エッチングガス
雰囲気中でＦＩＢ照射することで，スパッタエッチング
法によりその位置合わせマーク８８が形成される。

【００３５】図２に戻り，位置合わせマーク用のパター
ン形成工程（Ｓ１８）が終了すると，コントローラ３０
は，ステージ３８を移動してＬＳＩを光学顕微鏡１４側
に移動させ，光学顕微鏡画像を取得する（Ｓ２０）。光
学顕微鏡１４は，例えば赤外線をＬＳＩに対して走査
し，その透過光を赤外線撮像素子により取得する。かか
る画像はデジタル化されて，後の拡大・縮小，ローテー
ションが可能な形態にされ，画像データファイル５０内
に格納される。光学顕微鏡画像は，平面が平坦であって
も平面のパターンやカバー絶縁膜７０の下の配線パター
ンも含まれる。

【００３６】コントローラ３０は，ステージ３８を駆動
してＬＳＩをＦＩＢ鏡筒部１０内に移動し，ＦＩＢ鏡筒
の中心位置に加工領域の中心９０が位置するようにす
る。そして，今度は，コントローラ３０が，加工領域に
ＦＩＢを走査して，その反射二次電子からＳＩＭ画像を
取得する（Ｓ２１）。この時，ＬＳＩの表面には凸形状
または凹形状の位置合わせマーク８８が形成されている
ので，ＳＩＭ画像内には，必ず位置合わせマーク８８の
画像が含まれる。このＳＩＭ画像も画像データファイル
５０に格納される。

【００３７】図８は，ＳＩＭ画像と光学顕微鏡画像とを
示す図である。図８（Ａ）は，ＳＩＭ画像であり，ＬＳ
Ｉ表面にはあらかじめ位置合わせマーク８８が形成され
ているので，ＦＩＢを走査して得られるＳＩＭ画像内に
は，位置合わせパターン８８の画像が含まれる。実際の
ＳＩＭ画像では，この位置合わせパターン８８は，やや
ぼんやりした画像として捉えられる。

【００３８】図８（Ｂ）は，光学顕微鏡画像である。図
７に示したＬＳＩに対する画像であり，表面に形成した
位置合わせマーク８８の画像と，第１層の配線パターン
Al-Iと第２層の配線パターンAl-IIの画像とが含まれ
る。

【００３９】そこで，光学顕微鏡画像について，その倍
率の拡大，縮小，及びローテーションの調整が行われ，
光学顕微鏡画像がＳＩＭ画像と重ね合わせ可能な大きさ
及び傾きに調整される（Ｓ２２）。そして，両画像が，
位置合わせマーク８８を基準にして重ね合わせられる
（Ｓ２４）。重ね合わせた画像は，例えば図８（Ｂ）の
ようになる。

【００４０】コントローラ３０は，ＦＩＢ装置の座標系
において位置合わせマーク８８の位置を特定しているの
で，その位置合わせマークを基準にして光学顕微鏡画像
を重ね合わせることで，ＦＩＢ座標系における配線パタ
ーンの位置を容易に検出することができる。そこで，最
後に，コントローラ３０は，重ね合わせた画像に従っ
て，加工位置にＦＩＢ照射して必要なＦＩＢ加工を行う
（Ｓ２６）。このＦＩＢ加工は，加工内容に応じて，適
宜プログラムを作成し，その加工プログラムをコントロ
ーラ３０に実行させることで，自動的に行うことができ
る。

【００４１】図９，図１０は，ＦＩＢ加工プロセス例を
示す図である。両図とも，（Ａ）が平面図，（Ｂ）がそ
のＸ２−Ｙ２の断面図である。この例では，図中１番上
の第１層配線パターンAl-Iと２番目の第１層配線パター
ンAl-I間を接続するＦＩＢ加工である。まず，図９に示
されるとおり，ＦＩＢ照射によるスパッタエッチング法
により，絶縁膜７０，６８，６６，６４を除去して，配
線パターンAl-Iの一部を露出する露出孔１００，１０２
を形成する。コントローラ３０は，偏向器２２を駆動し
てＦＩＢを領域１００，１０２に照射することで，露出
孔１００，１０２を形成する。この時のＦＩＢ照射位置
は，上記の重ね合わせ画像を利用して検出される。

【００４２】次に，図１０に示される通り，露出孔１０
０，１０２とそれを結ぶ表面７２上に，Ｗを含む接続パ
ターン１０４を形成する。即ち，コントローラ３０は，
ガス銃２４からＣＶＤ用のＷを含む有機金属ガスを供給
しながら，偏向器２２を駆動して露出孔１００，１０２
とそれを結ぶ表面７２上にＦＩＢを照射することで，接
続パターン１０４を形成することができる。この時のＦ
ＩＢ照射位置も，上記の重ね合わせ画像を利用して検出
される。

【００４３】次に，第２の実施の形態におけるＦＩＢ加
工方法について説明する。第１の実施の形態では，ＦＩ
Ｂ装置がもともと持っているＦＩＢ加工機能を利用し
て，加工領域に位置合わせマークを形成し，それを基準
にしてＦＩＢによるＳＩＭ画像と光学顕微鏡画像とを重
ね合わて，表面が平坦化された領域内の加工位置の検出
を可能にした。これに対して，第２の実施の形態例で
は，ＬＳＩの製造工程の最後に，カバー絶縁膜をエッチ
ングしてチップ全面に位置合わせマークを形成する。そ
れに伴い，多層配線構造で平坦化技術が採用されても，
最終工程で表面に凹凸を持つ位置合わせマークが形成さ
れるので，その後のＦＩＢ加工時におけるＦＩＢ画像と
光学顕微鏡画像またはＣＡＤデータ画像との重ね合わせ
を可能にする。

【００４４】図１１は，第２の実施の形態例におけるチ
ップ上に形成された位置合わせマークの例を示す図であ
る。チップ８０の周辺には，複数の接続パッドPADが形
成される。それに対して，本実施の形態では，接続パッ
ドの内側領域全面に，マトリクス状の位置合わせパター
ン１１４が規則的に形成される。このパターンの形状
は，ＣＡＤデータ量を減らすために矩形であることが好
ましい。しかし，位置合わせパターン１１４は，格子状
のパターンであっても良い。

【００４５】また，図１１に示される通り，チップ８０
の中心にチップセンタパターン１１０も形成される。Ｃ
ＡＤデータでは，通常チップ中心を原点にしてパターン
データが定義されている。従って，チップセンタパター
ン１１０が形成されていると，ステージ移動により加工
位置に移動するときの工数を少なくできる。また，チッ
プセンタパターン１１０は，位置合わせパターン１１４
と区別するために，例えば十字形状が採用されることが
好ましい。更に，汎用性を持たせるために，チップ８０
の四隅にもパッドPADの内側に基準パターン１１２を形
成して，加工位置への移動を容易にする。

【００４６】図１２は，位置合わせパターンのサイズ，
間隔と設計ルールとの関係を示す図表である。第２の実
施の形態例における位置合わせパターン１１４は，その
パターンサイズと配置間隔が，設計ルールに応じて設定
される。図１２の図表に示されるとおり，設計ルールが
０．３５μｍ（最小パターンサイズが０．３５μｍ）の
場合は，位置合わせパターン１１４のサイズが３．５μ
ｍに，その配置間隔が３５μｍに設定される。従って，
隣接する位置合わせパターン１１４の間に，約５０本の
最小配線パターンが形成される程度の間隔で，パターン
１１４が形成される。また，設計ルールが更に高い微細
化レベルになると，それに伴い，位置合わせパターン１
１４のサイズは小さくなり，配置間隔も狭くなる。

【００４７】この位置合わせパターンのサイズと間隔
は，第１の実施の形態例と同様の考え方による。即ち，
微細化度が低い場合は，位置合わせパターンのサイズは
大きく，配置間隔も大きいが，微細化度が高くなると，
位置合わせパターンのサイズは小さく，配置間隔も狭く
なる。これにより，加工領域内に確実に位置合わせパタ
ーン１１４が存在することになり，且つ，位置合わせパ
ターン１１４が加工対象パターンを覆い被せてしまう可
能性が低くなる。

【００４８】図１３は，第２の実施の形態例におけるＦ
ＩＢ加工方法のフローチャート図である。このフローチ
ャートを説明する前に，第２の実施の形態におけるＬＳ
Ｉの製造方法について説明する。ＬＳＩの製造工程の最
後に，カバー絶縁膜を形成した後，パッド領域上のカバ
ー絶縁膜を除去するエッチング工程がある。本実施の形
態では，このパッド領域のエッチング工程の後に，図１
１に示した位置合わせパターン１１４とチップセンタパ
ターン１１０などを形成する露光工程とエッチング工程
とを追加する。つまり，位置合わせパターン１１４やチ
ップセンタパターン１１０を有するCADデータから形成
された露光マスクを利用して，カバー絶縁膜上のレジス
タを露光し，所定のエッチング工程によりカバー膜の途
中まで除去する。それにより，図７の断面図に示された
ような凹形状のパターンが形成される。

【００４９】図１３に戻り，最初に被加工サンプルであ
るＬＳＩの表面の加工領域の光学顕微鏡画像を取得する
（Ｓ３０）。この画像データは記憶手段に格納され，保
存される。次に，ＦＩＢ装置内に被加工サンプルのＬＳ
Ｉを搬送し，ステージ３８上に載置する（Ｓ３４）。そ
して，光学顕微鏡画像データをＦＩＢ装置の制御ユニッ
ト１２に転送し，画像データファイル５０内に格納する
（Ｓ３６）。このデータの転送は，ＬＳＩを搬送する前
に行っても良い。

【００５０】そして，コントローラ３０はステージを駆
動して，ＬＳＩのチップセンタパターン１１０から加工
位置に移動する（Ｓ３８）。この移動では，ＬＳＩチッ
プのセンタにチップセンタパターン１１０があらかじめ
形成されているので，ＦＩＢ走査して取得されるＳＩＭ
画像から，このチップセンタパターン１１０を特定する
ことができる。従って，チップセンタから定義されてい
るＣＡＤデータを利用して，加工位置座標へのステージ
移動を少ない工数で行うことができる。チップ周辺のパ
ッド位置を基準にしてステージ移動する場合は，一旦チ
ップセンタを原点とするＣＡＤデータ上の座標をパッド
位置を原点とする新たな座標系に変換する必要があり，
工程が煩雑になってしまう。

【００５１】その後，コントローラ３０は，ＦＩＢを走
査して反射二次電子を検出することにより，加工位置を
含む加工領域のＳＩＭ画像を取得する（Ｓ４０）。そし
て，ＳＩＭ画像に一致するように，先に取得した光学顕
微鏡画像の倍率とローテーションを調整する（Ｓ４
２）。それに伴い，ＳＩＭ画像と光学顕微鏡画像とは，
図８に示したものと同様に，両者とも位置合わせパター
ンを含む画像になる。従って，両画像が，位置合わせパ
ターンを基準にして，容易に重ね合わせられる（Ｓ４
６）。

【００５２】そして，最後に，コントローラ３０は，重
ね合わせた画像に従って，ＦＩＢ加工位置を特定して，
そこにＦＩＢを照射することで，配線パターンの断線ま
たは接続を自在に行うことができる（Ｓ５０）。配線パ
ターンの接続方法は，図９，１０で示した通りである。
配線パターンの切断は，ＦＩＢ照射してエッチングガス
を導入することで，ＦＩＢ照射領域のみスパッタエッチ
ングが可能となる。

【００５３】第２の実施の形態では，ＬＳＩパターン表
面に，ＣＡＤデータを利用して位置合わせパターンが形
成される。従って，ＦＩＢ加工位置を特定するために，
ＣＡＤデータ画像とＳＩＭ画像とを重ね合わせることも
可能である。その場合は，図１３に示される通り，工程
Ｓ３０の代わりに，工程Ｓ３２が，工程Ｓ４２，Ｓ４６
の代わりに工程Ｓ４４，Ｓ４８がそれぞれ実行される。
ＣＡＤデータ内にも位置合わせパターンが存在するの
で，ＣＡＤデータ画像をＦＩＢ画像と重ね合わせること
が可能である。

【００５４】第２の実施の形態に関連する公知例とし
て，特開平５−９０３７０号公報がある。この公知例に
は，チップ表面に格子状の位置合わせ用凹凸パターンを
形成し，それを基準にしてＦＩＢ加工時の位置検出を行
うことが記載されている。しかし，位置合わせ用凹凸パ
ターンのサイズや間隔が，設計ルールに応じて異なるよ
うに設定されることは記載されていない。更に，その位
置合わせ用凹凸パターンを基準にして，光学顕微鏡画像
やＣＡＤデータ画像とＦＩＢ画像とを重ね合わせて，そ
の重ね合わせ画像に従って加工位置を検出することも記
載されていない。

【００５５】以上のとおり，第２の実施の形態では，表
面が平坦化されてしまうＬＳＩ表面に，製造プロセスの
最終工程で位置合わせパターンを形成する工程を追加す
るだけで，その後のＦＩＢ加工での加工位置検出を容易
にすることができる。ＦＩＢ加工は，通常量産品ではな
く，試作品などにおいて回路の一部変更などに利用され
ることが一般的であり，かかる製造工程の追加は，試作
品においてのもっぱら必要になるものであり，量産品の
コストアップにはつながらない。

【００５６】以上，実施の形態例をまとめると以下の付
記の通りである。

【００５７】（付記１）ステージ上に載置されたサンプ
ルに対してフォーカスト・イオン・ビーム（ＦＩＢ）を
照射して該照射位置でエッチングまたはパターン形成を
行うＦＩＢ装置において，加工位置の周囲にＦＩＢを照
射して，前記サンプルの表面に，位置合わせマークを形
成する位置合わせマーク形成手段と，当該位置合わせマ
ークが形成された加工位置の領域の光学顕微鏡画像と当
該領域へのＦＩＢ照射により取得される走査型イオン顕
微鏡画像（ＳＩＭ画像）とを，前記位置合わせマーク画
像を基準にして重ね合わせて，当該重ね合わせた画像に
従って加工位置を検出する加工位置検出手段とを有し，
前記加工位置検出手段により検出された位置に前記ＦＩ
Ｂを照射して前記エッチングまたはパターン形成を行う
ことを特徴とするＦＩＢ装置。

【００５８】（付記２）付記１において，更に，前記光
学顕微鏡画像を取得する撮像手段を有し，前記撮像手段
と，前記マーク形成手段及び加工位置検出手段が設けら
れたＦＩＢ鏡筒部との間を，前記ステージが移動自在に
設けられていることを特徴とするＦＩＢ装置。

【００５９】（付記３）付記１において，前記位置合わ
せマーク形成手段は，前記加工位置と当該加工位置を含
む加工領域の倍率との指定に応答して，前記倍率に反比
例した大きさと間隔の位置合わせマークを形成すること
を特徴とするＦＩＢ装置。

【００６０】（付記４）付記３において，前記倍率が低
い場合は，前記位置合わせパターンはサイズが大であり
間隔も大であり，前記倍率が高い場合は，当該倍率に反
比例して位置合わせマークもサイズが小で間隔も小であ
ることを特徴とするＦＩＢ装置。

【００６１】（付記５）付記１において，前記位置合わ
せマークは，前記サンプル表面上にパターンを形成した
凸形状，或いは，前記サンプル表面をエッチングした凹
形状であることを特徴とするＦＩＢ装置。

【００６２】（付記６）ステージ上に載置されたサンプ
ルに対してフォーカスト・イオン・ビーム（ＦＩＢ）を
照射して該照射位置でエッチングまたはパターン形成を
行うＦＩＢ加工方法において，前記サンプルをＦＩＢ装
置内に搬入し，加工位置の周囲にＦＩＢを照射して，前
記サンプルの表面に，位置合わせマークを形成する位置
合わせマーク形成工程と，当該位置合わせマークが形成
された加工位置の領域の光学顕微鏡画像と当該領域への
ＦＩＢ照射により取得される走査型イオン顕微鏡画像
（ＳＩＭ画像）とを，前記位置合わせマーク画像を基準
にして重ね合わせて，当該重ね合わせた画像に従って加
工位置を検出する加工位置検出工程と，前記加工位置検
出工程により検出された位置に，前記ＦＩＢを照射して
前記エッチングまたはパターン形成を行うＦＩＢ加工工
程とを有することを特徴とするＦＩＢ加工方法。

【００６３】（付記７）付記６において，前記位置合わ
せマーク形成工程において，前記加工位置と当該加工位
置を含む加工領域の倍率とを指定し，サンプル表面の当
該加工位置に移動し，前記倍率に反比例した大きさと間
隔の位置合わせマークを形成することを特徴とするＦＩ
Ｂ加工方法。

【００６４】（付記８）付記６において，前記サンプル
は，多層配線構造を有する集積回路装置であり，前記Ｆ
ＩＢ加工工程にて，前記多層配線構造内の配線パターン
が切断されたり，或いは接続されたりすることを特徴と
するＦＩＢ加工方法。

【００６５】（付記９）ステージ上に載置されたサンプ
ルに対してフォーカスト・イオン・ビーム（ＦＩＢ）を
照射して該照射位置でエッチングまたはパターン形成を
行うＦＩＢ加工装置の制御ユニットに実行されるコンピ
ュータプログラムにおいて，前記ＦＩＢ加工装置内に搬
入された前記サンプルに対して，加工位置の周囲にＦＩ
Ｂを照射して，前記サンプルの表面に，位置合わせマー
クを形成する位置合わせマーク形成手順と，当該位置合
わせマークが形成された加工位置の領域の光学顕微鏡画
像と当該領域へのＦＩＢ照射により取得される走査型イ
オン顕微鏡画像（ＳＩＭ画像）とを，前記位置合わせマ
ーク画像を基準にして重ね合わせて，当該重ね合わせた
画像に従って加工位置を検出する加工位置検出手順とを
有することを特徴とするＦＩＢ加工装置の制御ユニット
用コンピュータプログラム。

【００６６】（付記１０）ステージ上に載置された集積
回路装置に対してフォーカスト・イオン・ビーム（ＦＩ
Ｂ）を照射して該照射位置でエッチングまたはパターン
形成を行うＦＩＢ加工方法において，前記集積回路装置
の表面に，所定のサイズで所定の間隔で複数の位置合わ
せパターンを形成する工程と，当該位置合わせマークが
形成された加工位置の領域の光学顕微鏡画像と，当該領
域へのＦＩＢ照射により取得される走査型イオン顕微鏡
画像（ＳＩＭ画像）とを，前記位置合わせマーク画像を
基準にして重ね合わせて，当該重ね合わせた画像に従っ
て加工位置を検出する加工位置検出工程と，前記加工位
置検出工程により検出された位置に，前記ＦＩＢを照射
して前記エッチングまたはパターン形成を行うＦＩＢ加
工工程とを有することを特徴とするＦＩＢ加工方法。

【００６７】（付記１１）ステージ上に載置された集積
回路装置に対してフォーカスト・イオン・ビーム（ＦＩ
Ｂ）を照射して該照射位置でエッチングまたはパターン
形成を行うＦＩＢ加工方法において，所定のサイズで所
定の間隔で複数の位置合わせパターンを有するＣＡＤデ
ータに従って，前記集積回路装置の表面に前記位置合わ
せパターンを形成する工程と，当該位置合わせマークが
形成された加工位置の領域の前記ＣＡＤデータに基づく
ＣＡＤデータ画像と，当該領域へのＦＩＢ照射により取
得される走査型イオン顕微鏡画像（ＳＩＭ画像）とを，
前記位置合わせマーク画像を基準にして重ね合わせて，
当該重ね合わせた画像に従って加工位置を検出する加工
位置検出工程と，前記加工位置検出工程により検出され
た位置に，前記ＦＩＢを照射して前記エッチングまたは
パターン形成を行うＦＩＢ加工工程とを有することを特
徴とするＦＩＢ加工方法。

【００６８】（付記１２）付記１０または１１におい
て，前記位置合わせパターンの形成工程において，前記
集積回路装置の微細化の設計ルールに応じて，前記位置
合わせパターンのサイズと間隔とが設定されていること
を特徴とするＦＩＢ加工方法。

【００６９】（付記１３）付記１２において，前記微細
化の設計ルールにおいて微細化度が低い場合は，前記位
置合わせパターンはサイズが大であり間隔も大であり，
前記微細化度が高い場合は，当該微細化度に比例して位
置合わせマークもサイズが小で間隔も小であることを特
徴とするＦＩＢ加工方法。

【００７０】（付記１４）付記１０または１１におい
て，前記位置合わせパターン形成工程において，チップ
の中心にチップセンタパターンを更に形成することを特
徴とするＦＩＢ加工方法。

【００７１】

【発明の効果】以上，本発明によれば，表面が平坦化さ
れたＬＳＩなどの被加工サンプルに対しても，加工位置
の検出を高精度に行うことができ，微細パターンに対す
るＦＩＢ加工を可能にする。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態例におけるＦＩＢ装置の全体構成
図である。

【図２】本実施の形態例におけるＦＩＢ加工方法のフロ
ーチャート図である。

【図３】被加工サンプルであるＬＳＩの一例を示す平面
図及び断面図である。

【図４】チップ全体を示す図である。

【図５】観察領域内の加工位置の周囲に形成される位置
合わせマークの自動形成を説明する図である。

【図６】位置合わせマークの自動形成における観察倍率
と位置合わせマークサイズとの関係を示す図表である。

【図７】位置合わせマークが形成された状態のＬＳＩを
示す図である。

【図８】ＳＩＭ画像と光学顕微鏡画像とを示す図であ
る。

【図９】ＦＩＢ加工プロセス例を示す図である。

【図１０】ＦＩＢ加工プロセス例を示す図である。

【図１１】第２の実施の形態例におけるチップ上に形成
された位置合わせマークの例を示す図である。

【図１２】位置合わせパターンのサイズ，間隔と設計ル
ールとの関係を示す図表である。

【図１３】第２の実施の形態例におけるＦＩＢ加工方法
のフローチャート図である。

【符号の説明】

１０ ＦＩＢ鏡筒部 １２ ＦＩＢ制御ユニット ３０ コントローラ ４６ ＣＡＤデータファイル ４８ 制御プログラム ５０ 画像データファイル ５２ 設定値データファイル

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 5C034 AA02 AA03 AB04 DD05 5F033 HH19 JJ01 JJ19 KK00 PP20 QQ09 QQ14 XX36

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ステージ上に載置されたサンプルに対して
   フォーカスト・イオン・ビーム（ＦＩＢ）を照射して該
   照射位置でエッチングまたはパターン形成を行うＦＩＢ
   装置において，加工位置の周囲にＦＩＢを照射して，前
   記サンプルの表面に，位置合わせマークを形成する位置
   合わせマーク形成手段と，当該位置合わせマークが形成
   された加工位置の領域の光学顕微鏡画像と当該領域への
   ＦＩＢ照射により取得される走査型イオン顕微鏡画像
   （ＳＩＭ画像）とを，前記位置合わせマーク画像を基準
   にして重ね合わせて，当該重ね合わせた画像に従って加
   工位置を検出する加工位置検出手段とを有し，前記加工
   位置検出手段により検出された位置に前記ＦＩＢを照射
   して前記エッチングまたはパターン形成を行うことを特
   徴とするＦＩＢ装置。
2. 【請求項２】請求項１において，更に，前記光学顕微鏡
   画像を取得する撮像手段を有し，前記撮像手段と，前記
   マーク形成手段及び加工位置検出手段が設けられたＦＩ
   Ｂ鏡筒部との間を，前記ステージが移動自在に設けられ
   ていることを特徴とするＦＩＢ装置。
3. 【請求項３】請求項１において，前記位置合わせマーク
   形成手段は，前記加工位置と当該加工位置を含む加工領
   域の倍率との指定に応答して，前記倍率に反比例した大
   きさと間隔の位置合わせマークを形成することを特徴と
   するＦＩＢ装置。
4. 【請求項４】請求項３において，前記倍率が低い場合
   は，前記位置合わせパターンはサイズが大であり間隔も
   大であり，前記倍率が高い場合は，当該倍率に反比例し
   て位置合わせマークもサイズが小で間隔も小であること
   を特徴とするＦＩＢ装置。
5. 【請求項５】ステージ上に載置されたサンプルに対して
   フォーカスト・イオン・ビーム（ＦＩＢ）を照射して該
   照射位置でエッチングまたはパターン形成を行うＦＩＢ
   加工方法において，前記サンプルをＦＩＢ装置内に搬入
   し，加工位置の周囲にＦＩＢを照射して，前記サンプル
   の表面に，位置合わせマークを形成する位置合わせマー
   ク形成工程と，当該位置合わせマークが形成された加工
   位置の領域の光学顕微鏡画像と当該領域へのＦＩＢ照射
   により取得される走査型イオン顕微鏡画像（ＳＩＭ画
   像）とを，前記位置合わせマーク画像を基準にして重ね
   合わせて，当該重ね合わせた画像に従って加工位置を検
   出する加工位置検出工程と，前記加工位置検出工程によ
   り検出された位置に，前記ＦＩＢを照射して前記エッチ
   ングまたはパターン形成を行うＦＩＢ加工工程とを有す
   ることを特徴とするＦＩＢ加工方法。
6. 【請求項６】付記５において，前記位置合わせマーク形
   成工程において，前記加工位置と当該加工位置を含む加
   工領域の倍率とを指定し，サンプル表面の当該加工位置
   に移動し，前記倍率に反比例した大きさと間隔の位置合
   わせマークを形成することを特徴とするＦＩＢ加工方
   法。
7. 【請求項７】ステージ上に載置されたサンプルに対して
   フォーカスト・イオン・ビーム（ＦＩＢ）を照射して該
   照射位置でエッチングまたはパターン形成を行うＦＩＢ
   加工装置の制御ユニットに実行されるコンピュータプロ
   グラムにおいて，前記ＦＩＢ加工装置内に搬入された前
   記サンプルに対して，加工位置の周囲にＦＩＢを照射し
   て，前記サンプルの表面に，位置合わせマークを形成す
   る位置合わせマーク形成手順と，当該位置合わせマーク
   が形成された加工位置の領域の光学顕微鏡画像と当該領
   域へのＦＩＢ照射により取得される走査型イオン顕微鏡
   画像（ＳＩＭ画像）とを，前記位置合わせマーク画像を
   基準にして重ね合わせて，当該重ね合わせた画像に従っ
   て加工位置を検出する加工位置検出手順とを有すること
   を特徴とするＦＩＢ加工装置の制御ユニット用コンピュ
   ータプログラム。
8. 【請求項８】ステージ上に載置された集積回路装置に対
   してフォーカスト・イオン・ビーム（ＦＩＢ）を照射し
   て該照射位置でエッチングまたはパターン形成を行うＦ
   ＩＢ加工方法において，前記集積回路装置の表面に，所
   定のサイズで所定の間隔で複数の位置合わせパターンを
   形成する工程と，当該位置合わせマークが形成された加
   工位置の領域の光学顕微鏡画像と，当該領域へのＦＩＢ
   照射により取得される走査型イオン顕微鏡画像（ＳＩＭ
   画像）とを，前記位置合わせマーク画像を基準にして重
   ね合わせて，当該重ね合わせた画像に従って加工位置を
   検出する加工位置検出工程と，前記加工位置検出工程に
   より検出された位置に，前記ＦＩＢを照射して前記エッ
   チングまたはパターン形成を行うＦＩＢ加工工程とを有
   することを特徴とするＦＩＢ加工方法。
9. 【請求項９】ステージ上に載置された集積回路装置に対
   してフォーカスト・イオン・ビーム（ＦＩＢ）を照射し
   て該照射位置でエッチングまたはパターン形成を行うＦ
   ＩＢ加工方法において，所定のサイズで所定の間隔で複
   数の位置合わせパターンを有するＣＡＤデータに従っ
   て，前記集積回路装置の表面に前記位置合わせパターン
   を形成する工程と，当該位置合わせマークが形成された
   加工位置の領域の前記ＣＡＤデータに基づくＣＡＤデー
   タ画像と，当該領域へのＦＩＢ照射により取得される走
   査型イオン顕微鏡画像（ＳＩＭ画像）とを，前記位置合
   わせマーク画像を基準にして重ね合わせて，当該重ね合
   わせた画像に従って加工位置を検出する加工位置検出工
   程と，前記加工位置検出工程により検出された位置に，
   前記ＦＩＢを照射して前記エッチングまたはパターン形
   成を行うＦＩＢ加工工程とを有することを特徴とするＦ
   ＩＢ加工方法。
10. 【請求項１０】請求項８または９において，前記位置合
    わせパターンの形成工程において，前記集積回路装置の
    微細化の設計ルールに応じて，前記位置合わせパターン
    のサイズと間隔とが設定されていることを特徴とするＦ
    ＩＢ加工方法。