JPH03200346A - 半導体素子解析装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、ＬＳＩ等の半導体素子の解析装置、特に、イ
オンビームを用いて半導体素子の内部配線を修正した場
合に、その場で半導体素子の動作、機能を試験すること
が可能な半導体素子解析装置に関する。

〈従来の技術〉 以下、図面を参照して従来の技術を説明する。

第４図は従来の半導体素子解析装置を説明するための図
面であって王立型の集束イオンビーム装置の概略構成図
である。

同図に示すように、Ｇａイオン源１９から放出されたＧ
ａイオンビーム２０は、コンデンサーレンズ１８、ビー
ムブランカ１７、仕切りバルブ１６、可動絞り２５．８
極ステイグメータ１５、対物レンズ１４、ＸＹデフレク
タ１３を通過して、試料室３２内の試料台２４上に載置
された半導体素子６に衝突し、この衝突によって半導体
素子６から放出された２次電子を２次電子検出器１１が
検出し、この検出信号を第４図では図示しない観察用Ｃ
ＲＴに導いて、観察用ＣＲＴに半導体素子６の表面の像
を表示させる。なお、１０はガス銃、１２はメツシュ、
２１ａはイオン光学系３１を真空にするためのターボ分
子ポンプ、２１ｂは試料室３２を真空にするためのター
ボ分子ポンプ、２３は振動防止台である。

このように、従来の集束イオンビーム装置は、半導体素
子６の内部配線をＧａイオンビーム２０によって観察で
きるが、観察のみではなく、半導体素子６の内部配線の
修正として、−船釣に、内部配線の切断、内部配線の表
面保護膜の穴明け、内部配線の接続を行うことができる
。

内部配線の切断は、あるエネルギーを有するＧａイオン
ビーム２０によって半導体素子６の表面を照射すると、
入射イオンの衝突によって半導体素子６の表面から半導
体素子６を構成している原子或いは分子を真空中に引き
出すという原理を使用している。第５図の３４は、半導
体素子６の内部配線２６の切断部を示している。また、
内部配線２６同士の接続は、Ｇａイオンビーム２０を利
用して金属膜を堆積する化学的気相堆積法を応用してい
る。これは、新たに形成しようとする内部配線の両端部
の位置の絶縁膜に、第５図に示すように、Ｇａイオンビ
ーム２０によって窓２７を開口し、次に半導体素子６の
表面に原料ガス（ヘクサカルボニル・タングステン）を
ガス銃１０から吹き付けて吸着させ、Ｇａイオンビーム
２０により目的の加工領域、即ち窓２７間の半導体素子
６０表面を照射することによって、照射領域のみ選択的
にタングステン膜によるタングステン配線２８を形成し
、内部配線の変更を行うことができる。

〈発明が解決しようとする課題〉 このように、集束イオンビーム装置によって半導体素子
の内部配線の修正を行った後、この修正の結果、半導体
素子が所定の動作をするか、また、所定の機能を発揮す
るかを確認するための動作試験、機能試験（以下単に検
査という）を行う必要がある。この検査は、半導体素子
を集束イオンビーム装置の試料室から取り出して行って
いる。即ち、内部配線の修正の良否の判定は、集束イオ
ンビーム装置とは別体となっている装置での半導体素子
の検査によっているから、内部配線の修正と修正後の検
査との全体に対して多くの時間がかかっていた。そして
、もし、検査の結果が内部配線の再修正を必要とする場
合には、再び半導体素子を集束イオンビーム装置に搬入
しなければならないという不便があった。

また、従来の集束イオンビーム装置はＧａイオンビーム
の走査範囲が通常最大１００μｍであるから、１回の作
業で形成できる内部配線の最大長さが１００μｍに限定
される。故に、１００　μｍを越える内部配線を形成す
る場合には、内部配線を継ぎ足す方式を採用せざるをえ
ず、このことによっても内部配線の修正作業に多くの時
間がかかっていた。

本発明は上記事情に鑑みて創案されたものであって、半
導体素子の内部配線の修正と、修正の良否を判定する検
査とを一つの装置で行うことができると共に、１回の修
正で形成できる内部配線の長さを長（ナスことができる
半導体素子解析装置を提供する。−を目的としている。

〈課題を解決するための手段〉 上記問題を解決するために本発明の半導体素子解析装置
は、イオンビームを発生するイオン光学系と、イオン光
学系と一体でありイオンビームが照射される半導体素子
が設置され且つ気密の弾性体を介して仕切り板に取り付
けられた試料室と、試料室内で仕切り板に固定され半導
体素子が取り付けられる試料台と、試料室を試料台に対
して移動させることにより半導体素子に対してイオンビ
ームを移動させるイオンビーム移動装置と、半導体素子
の検査装置とを具備している。

〈作用〉 イオンビームを半導体素子に照射するスパッタ・工・ツ
チングによって、半導体素子の保護膜上から内部配線を
切断することができる。また、同様にして、保護膜に窓
を開口できる。更に、ガス銃によって金属ガスを半導体
素子に吹き付けてから、窓間の半導体素子の表面にイオ
ンビームを照射することによって、窓間を接続する内部
配線を形成する。この際、窓間の距離が短いとイオンビ
ームを走査させて内部配線を形成する。次いで、検査装
置によって内部配線の修正の良否を検査する。

形成しようとする内部配線が長いときは、加工始点と終
点の位置座標、内部配線の幅と経路、イオンビームの移
動速度等の加工情報を入力されたコンビ二一タが制御装
置を介してイオンビームを移動して所定の長さの内部配
線を自動的に形成する。

〈実施例〉 以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。第
１図〜第３図は本発明の一実施例を説明するための図面
であって、第１図は半導体素子解析装置の集束イオンビ
ーム装置イオン系の概略構成図、第２図は半導体素子解
析装置の概略構成図、第３図は半導体素子の内部配線の
修正例の説明図である。なお、従来の技術で説明したも
のと同等或いは類似のものには同一の符号を付して説明
する。

第２図に示すように、本実施例の半導体素子解析装置は
、集束イオンビーム装置イオン系１０１と、この集束イ
オンビーム装置イオン系１０１を制御する集束イオンビ
ーム装置制御部１０２と、集束イオンビーム装置制御部
１０２に制御命令を与える制御用コンピュータ１０３と
、半導体素子６の内部を観察する観察用ＣＲＴ１０４と
、集束イオンビーム装置イオン系１０１と集束イオンビ
ーム装置制御部１０２とを接続するケーブル１０５とを
具備している。

第１図に示すように、集束イオンビーム装置イオン系１
０１は、集束イオンビーム装置３ｏと検査装置１とを備
えている。そして、集束イオンビーム装置３０は、Ｇａ
イオンビーム２０を発生するイオン光学系３１と、この
イオン光学系３１の上部にイオン光学系３１と一体とな
っている試料室３２とを備えている。即ち、試料室３２
の下端はイオン光学系３１の上部に固定されており、上
端は上端周辺に取り付けた金属ベロー２２を介して、集
束イオンビーム装置イオン系１０１の天板である気密構
造の仕切り板３３に取り付けられている。半導体素子６
を載置する試料台５には、半導体素子６を取り付けるソ
ケットが設けられており、また、試料台５は試料室３２
内で仕切り板３３に固定されている。このように、本実
施例の集束イオンビーム装置３ｏは、従来と異なり、倒
立型としている。

そして、試料台５に対して試料室３２を、金属ベロー２
２が許容する範囲内で、それぞれＺ軸方向、Ｘ軸方向お
よびＹ軸方向（それぞれ第１図上で上下方向、左右方向
および前後方向）に移動することができるＺ軸方向移動
装置７、Ｘ軸方向移動装置８およびＹ軸方向移動装置９
からなり、且つ試料室３２を移動することによって、Ｇ
ａイオンビーム２０を試料台５に載置した半導体素子６
に対して移動させるイオンビーム移動装置３４が仕切り
板３３に取り付けられている。また、仕切り板３３は、
１対の振動防止台２３を介して集束イオンビーム装置イ
オン系１０１の１対の側壁３８の上端に橋架されている
。

半導体素子６を検査する検査装置１は、仕切り板３３の
上に配設されており、半導体素子６と検査装置１とはリ
ード線４で接続されている。なお、検査装置１の設置場
所は、仕切り板３３の上にこだわるものではなく、集束
イオンビーム装置イオン系１０１と別体とすることもで
きるが、倒立型の集束イオンビーム装置３０を採用する
ことによって、集束イオンビーム装置３０の頂部に検査
装置１を設けることができるので、検査装置１の設置が
簡単化されると共に、検査装置１を含めた集束イオンビ
ーム装置イオン系１０１の占めるスペースを小さくする
ことができる。検査装置１には直流電源２からリード線
３を介して直流電源が供給される。

試料室３５を真空にするためのターボ分子ポンプ２１ｂ
は、イオン光学系３１と一つの側壁３８との間に設けら
れている。

集束イオンビーム装置３０のその他の構成については、
第４図で説明した従来の集束イオンビーム装置とほぼ同
様である。

次ぎに本実施例の動作について説明する。

開封した半導体素子６を試料台５のソケットに固定する
。ターボ分子ポンプ２１ａおよび２１ｂによってイオン
光学系３１と試料室３２の真空引きを行い、１０−　’
　ｔｏｒｒ程度の真空に達したら、仕切りバルブ１６を
開き、観察用ＣＲＴ１０４によって第３図に示す内部配
線２６を観察する。内部配線２６の切断は、Ｇａイオン
源１９から放射されたＧａイオンビーム２０を半導体素
子６に照射するスパッタ・エツチングによって、半導体
素子６の保護膜上から内部配線２６に切断部３４を形成
することができる。また、同様にして、保護膜に窓２７
を開口することができる。

更に、内部配線２６同士を接続するには、ガス銃１０に
よってヘクサカルボニル・タングステン（Ｗ（Ｃｏ）＆
）のガスを約５０°Ｃに加熱し、図示しないバルブを開
閉することによってヘクサカルボニル・タングステンの
ガスをガス銃１０から半導体素子６に吹き付けてから、
Ｇａイオンビーム２０を窓２７間の半導体素子解析装置
に照射することによって、窓２７間を接続するタングス
テン配線２８を形成する。

コノ際、Ｇａイオンビーム２０の走査範囲は、前述ノよ
うに通常１００μｍであるから、窓２７間の距離が１０
０μｍ以内であれば、Ｇａイオンビーム２０を走査させ
て内部配線２８を形成する。次いで、検査装置１によっ
て半導体素子６の動作試験、機能試験を行って内部配線
２６の修正の良否を検査する。検査の結果が良好であれ
ば、集束イオンビーム装置３０から半導体素子６を取り
外し、更に詳細な検査を行う。

形成しようとするタングステン配線２８の長さが、例え
ば２００　μｍである場合には、Ｇａイオンビーム２０
を走査させるだけでは要望される長さのタングステン配
線２８を形成できない。従って、この場合には、加工始
点と終点の位置座標（窓２７の位置座標）、タングステ
ン配線２８の配線幅と配線経路、Ｇａイオンビーム２０
の移動速度等の加工情報を作製し、制御用コンピュータ
１０３に入力することによって、制御用コンピュータ１
０３は、集束イオンビーム装置制御部１０２を介してイ
オンビーム移動装置３４のＸ軸移動装置８、Ｙ軸移動装
置９を駆動制御してＧａイオンビーム２０を移動して所
定のタングステン配線２８を自動的に形成する。

なお、上記実施例の集束イオンビーム装置３０は、試料
室３２が上側でイオン光学系３１が下側に配置された倒
立型であり、倒立型を採用することによって前記のよう
な利点があるが、必ずしも倒立型にこだわるものではな
い。

〈発明の効果〉 以上説明したように本発明の半導体素子解析装置は、イ
オン光学系と、このイオン光学系と合体しており気密の
弾性体を介して仕切り板に取り付けられた試料室と、試
料室内でこの仕切り板に固定され半導体素子を取り付け
る試料台と、イオンビームを半導体素子に対して移動さ
せる装置と、半導体素子の検査装置とを具備している。

従って、本発明の半導体素子解析装置は、半導体素子の
内部配線の修正と、修正の良否を判定する検査とを、一
つの装置で行うことができると共に、１回の修正で形成
できる内部配線の長さを長くすることができる利点を有
する。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第３図は本発明の一実施例を説明するための図
面であって、第１図は半導体素子解析装置の集束イオン
ビーム装置イオン系の概略構成図、第２図は半導体素子
解析装置の概略構成図、第３図は半導体素子の内部配線
の修正例の説明図である。第４図および第５図は従来の
半導体素子解析装置を説明するための図面であって、第
４図は集束イオンビーム装置の概略構成図、第５図は半
導体素子の内部配線の修正例の説明図である。 １　・・・検査装置、５　・・・試料台、６　・・・半
導体素子、１０・・・ガス銃、２０・・・Ｇａイオンビ
ーム、２２・・・金属ベロー、３０・・・集束イオンビ
ーム装置、３１・・・イオン光学系、３２・・・試料室
、３３・・・仕切り板、３４・・・イオンビーム移動装
置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）イオンビームを発生するイオン光学系と、イオン
   光学系と一体でありイオンビームが照射される半導体素
   子が設置され且つ気密の弾性体を介して仕切り板に取り
   付けられた試料室と、試料室内で仕切り板に固定され半
   導体素子が取り付けられる試料台と、試料室を試料台に
   対して移動させることにより半導体素子に対してイオン
   ビームを移動させるイオンビーム移動装置と、半導体素
   子の検査装置とを具備したことを特徴とする半導体素子
   解析装置。