DE4421517A1

DE4421517A1 - Verfahren zum Abtrag oder Auftrag von Material mittels eines Partikelstrahls und Vorrichtung zu seiner Durchführung

Info

Publication number: DE4421517A1
Application number: DE4421517A
Authority: DE
Inventors: Christopher Graham Talbot; Douglas Masnaghetti; Hongyu Ximen
Original assignee: Schlumberger Technologies Inc
Current assignee: Credence Systems Corp
Priority date: 1993-06-28
Filing date: 1994-06-20
Publication date: 1995-01-05
Also published as: JPH10321180A; JP2864347B2; US5616921A; JPH07176287A; FR2708786A1; FR2708786B1

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Bearbeitung mittels eines Strahls geladener Partikel. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf Verfahren zum Steuern des Abtrags oder Auftrags bei einem Werkstück unter Verwendung eines Strahls geladener Partikel, wie eines fokussierten Ionenstrahls (focused-ion beam FIB).

Integrierte Schaltkreiskomponenten mit drei bis fünf oder mehr Metallagen werden zunehmend eingesetzt. Bei planarisierten Komponenten sind die unterlagerten Schichten versteckt, und vergrabene Leitungen sind schwierig zu lokalisieren. Versorgungsebenen können große Bereiche des integrierten Schaltkreises überdecken, insbesondere bei fortschritt lichen hochintegrierten Logikkomponenten, wie Mikroprozessoren. Fig. 1a illustriert im Querschnitt (nicht maßstabsgetreu) einen Abschnitt einer solchen Komponente mit einem Siliciumsubstrat 100 mit Diffusionsbe reichen 110, 120, einer ersten Metallschicht M1, einer zweiten Metall schicht M2, einer dritten Metallschicht M3, einer vierten Metallschicht M4, Dielektrikum 130 und Passivierung 140. Die Schicht M4 ist eine Versorgungsebene, unter der Leiter oder Schichten M3, M2 und M1 verborgen sind.

Es ist oft erforderlich, Fenster in die Deckschicht-Versor gungsebenen zu schneiden, um Signalleitungen auf darunter liegendem Niveau freizulegen zwecks Prüfung (z. B. mit einer Elektronenstrahlsonde und/oder mechanischen Sonden) und/oder um Reparaturen durchzuführen (z. B. mit FIB und/oder Lasersystemen). Manchmal ist es auch erwünscht, ein Loch abwärts bis zu einer Metallschicht zu erzeugen, wobei der Ab trag beendet wird, wenn das Metall in dem gewünschten Bereich freigelegt ist. Fig. 1b illustriert ein idealisiertes Fenster 150 (nicht maßstabs getreu), eingebracht durch die Passivierung 140, die Schicht M4 und das Dielektrikum 130, um einen Leiter 160 der Komponente nach Fig. 1a frei zulegen.

Ein FIB wird üblicherweise für diese Zwecke eingesetzt trotz der häufig erzeugten ungleichmäßigen Oberflächen. Löcher oder Störstellen ergeben sich aus Vorzugsätzen oder -abtrag mit unterschiedlichen Raten. Diese können hervorgerufen werden durch Kanten in der Oberflächentopographie, Inhomogenitäten in unterlagerten Schich ten, unterschiedlichen Kristallorientierungen oder Kornstrukturen in dem Material, das abgetragen wird, und andere Faktoren. Die Oberfläche in nerhalb oder unter dem Fenster wird extrem rauh und kann in einigen Fällen die weitere Bearbeitung oder Reparatur begrenzen oder verhindern. Variationen von Herstellungsprozeß zu Herstellungsprozeß und sogar von Komponente zu Komponente können extrem sein. Der Abtrag von Wolfram kann besonders schwierig zu beherrschen sein, weil Wolfram langsamer abgetra gen wird als andere Materialien, und weil unterschiedliche Kornorien tierungen mit unterschiedlichen Raten abgetragen zu werden scheinen. Entsprechende Fenster können oft erzeugt werden, wenn die Bedienungs person hinreichend geübt ist, doch manchmal ist der Lochbildungseffekt so extrem, daß weitere Abtragarbeitsgänge schwierig oder unmöglich wer den. Während eine erfahrene Bedienungsperson in der Lage sein mag, mit diesem ungleichförmigen Abtrag fertig zu werden (beispielsweise durch geeignetes Neigen des Werkstücks), wäre es bevorzugt, die Notwendigkeit für eine ausgebildete Bedienungsperson zu vermeiden.

Fig. 1c zeigt ein Beispiel eines Problems, das beim FIB- Abtrag auftreten kann. Beim Abtrag der Passivierungsschicht 140 wird die Oberfläche 170 der abgetragenen Passivierung löchrig und ungleichförmig. Fig. 1d illustriert ein typisches Ergebnis, wenn der FIB-Abtrag durch die Schicht M4 fortgesetzt wird. Das Metall an der Sohle des Fensters 180 ist teilweise abgetragen, und Inseln aus Metall zwischen Bereichen, wo das Dielektrikum 130 freigelegt ist, verbleiben.

Fig. 2 ist eine FIB-Abbildung eines Abschnitts einer Kompo nente, die durchtrennt worden ist. Die Abbildung wurde mit ausgezogenen Linien verdeutlicht, um die Materialübergänge zu unterstreichen. In Fig. 2 sind sichtbar das Siliciumsubstrat 210, eine Siliciumoxidschicht 215, eine Metall-2-Schicht 220 aus Wolfram, eine Metall-3-Schicht, ge bildet aus einer Überlagerung von Wolfram 225 und Aluminium 230, eine Siliciumoxidschicht 235, die Passivierung aus Si₃N₄ 240, Wolframkontakt pfosten 245, 250 und 255 zwischen der Metall-2- und der Metall-3-Schicht und Siliciumoxidbereiche 260, 265, 270 und 275. Das Aluminium 230 und Wolfram 225 der Metall-3-Schicht sind holprig und von ungleichförmiger Dicke, wenig geeignet für den Abtrag eines idealen Fensters für das Freilegen eines Leiters der Metall-2-Schicht.

Fig. 3 ist eine FIB-Abbildung der Komponente nach Fig. 2, nachdem ein FIB benutzt worden ist, um die Herstellung eines Fensters 300 von etwa 20 × 25 Micron zu beginnen. Die Passivierung 280 ist sicht bar in dem Bereich, der das Fenster 300 umgibt. Innerhalb des Fensters sind die hellsten Bereiche 310 Aluminium, die dunkler grauen Bereiche 320 sind Wolfram, und die dunkelsten Bereiche 330 sind Dielektrikum, das sichtbar ist, wo der FIB vollständig durch die Metall-2-Schicht ge schnitten hat. Die Kante des Fensters erscheint als eine helle Linie 340.

Fig. 4 ist eine FIB-Abbildung der Komponente nach Fig. 3 nach weiterem Abtrag mit FIB für Fenster 300. Die Komponente ist ge kippt, um besser die Kanten des Fensters und die Abtragoberfläche zu zeigen. Die nicht abgetragene Oberfläche der Passivierungsschicht 280 ist rauh, nicht wie in den idealisierten Zeichnungen der Fig. 1a- 1d. Innerhalb des Fensters 300 erstrecken sich Krater und Löcher nach unten zu dem (dunklen) dielektrischen Material unterhalb der (hellen) Metallschicht, während Inseln der Metall-3-Schicht verblieben sind. Die Kanten des Fensters 300 und die Kanten rings um die Krater erscheinen hell. Vorzugsabtrag von Kanten hat die Abtragoberfläche löchrig und ungleichförmig gemacht.

Die Reparatur einer Komponente erfordert manchmal das Durch trennen eines Leiters mittels FIB-Abtrag. Die Fig. 14a zeigt einen ide alisierten schematischen Schnitt (nicht maßstabsgetreu) eines Abschnitts 1400 eines integrierten Schaltkreises mit einer Dielektrikumschicht 1405 unter einem Metall-2-Versorgungsbusleiter 1410 und mit einer Passivie rungsschicht 1415, welche die Dielektrikumschicht 1405 und den Leiter 1410 überdeckt. Fig. 14a zeigt auch ein Substrat 1420, eine Dielektri kumschicht 1425 und einen Metall-1-Leiter 1430. Fig. 14b ist eine Draufsicht zur Darstellung eines Abschnitts des integrierten Schalt kreises, wie er etwa bei einer FIB-Abbildung erscheinen würde, wobei die Kanten des Leiters 1410 sichtbar sind als topographischer Kontrast in der Abbildung längs Linien 1435 und 1440. Wenn es erwünscht ist, den Versorgungsbus zu isolieren mittels Durchtrennen des Leiters 1410, defi niert die Bedienungsperson des FIB-Systems einen "Schnittkasten" auf einer wiedergegebenen FIB-Abbildung zum Festlegen der Begrenzungen des abzutragenden Bereiches. Ein solcher "Schnittkasten" ist bei 1445 in Fig. 14b gezeigt. Der FIB-Abtrag wird dann gesteuert, um nur den Be reich innerhalb des "Schnittkastens" abzutragen, d. h. durch Abtasten lassen eines FIB 1450 zwischen den Abtastbegrenzungen 1455 und 1460, wie in der Schnittdarstellung nach Fig. 14c gezeigt.

Ein typisches Ergebnis eines solchen Abtrags ist ebenfalls in Fig. 14c dargestellt. Das topographische Relief in der Passivierungs schicht 1415 an den Kanten des Leiters 1410 führt zu einem Vorzugsab trag, was in tiefen Löchern 1465, 1470 an jedem Ende des Abtragbereichs resultiert, während der Leiter 1410 noch nicht durchtrennt ist. Fig. 14d ist eine Draufsicht zur Darstellung eines Abschnitts des integrierten Schaltkreises, wie er etwa in einer FIB-Abbildung erscheinen würde, wo bei die Kanten des Abtragbereichs sichtbar sind als topographischer Kon trast längs Linien 1475 und 1480, und mit den steilen Wandungen der Löcher 1450 und 1455, sichtbar in der Abbildung als topographischer Kon trast und teilweise als Materialkontrast bei Bereichen 1485 bzw. 1490. Das Fortsetzen des Abtrags in dieser Weise kann die Löcher 1450, 1455 bis in andere Strukturen vergrößern und möglicherweise den integrierten Schaltkreis beschädigen.

Fig. 15 ist eine FIB-Abbildung eines Grabens, der ausgehoben wurde, um einen Leistungsbus zu durchtrennen, unter Verwendung eines solchen Verfahrens nach dem Stand der Technik des FIB-Abtrags. Die Ab bildung ist mit dunklen Linien nachgezeichnet zum Unterstreichen von Kontrastmerkmalen. Bei 1505 und 1510 sind Bereiche der Passivierung sichtbar, die einen Leiter überdeckt. Kanten des ausgehobenen Grabens sind sichtbar als kontrastierende Bereiche bei 1515 und 1520. Uner wünschte tiefe Löcher an jedem Ende des ausgehobenen Grabens sind bei 1525 und 1530 sichtbar. Eine Technik, die bei einigen Bedienungspersonen von FIB Systemen verwendet wird, um das Ausmaß der Lochbildung an den Enden des Grabens zu reduzieren, besteht darin, den Abtrag zu beginnen, dann eine Kontrastabbildung eines Bereiches einschließlich des Grabens zu gewinnen und zu überprüfen, dann manuell die Begrenzungen des "Schnittkastens" zu verringern, zum Vermeiden des Vertiefens der Löcher während des weiteren Abtrags. Neben anderen Nachteilen ist eine solche Leiterdurchtrennung zeitaufwendig, und das Ergebnis hängt ab von dem Ausbildungsstand der Bedienungsperson.

Chemisch unterstütztes Ionenstrahlätzen (chemically-assisted ion beam etching = CAIBE) kann manchmal eingesetzt werden, um die Qualität der bearbeiteten Oberfläche zu verbessern. Bei CAIBE wird ein Strahl einer geeigneten Chemikalie auf die Oberflächenstelle gerichtet, wo der Ionenstrahl einwirkt. CAIBE von ungleichförmigen Oberflächen oder Kompositstrukturen kann jedoch zu "Inseln" von Material führen, die von der bearbeiteten Oberfläche weg ragen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung für dessen Durchführung zu schaffen, derart, daß eine Kompensation des Vorzugsabtrags erfolgt, der auftritt, wenn ein Werk stück mit einem Strahl von geladenen Partikeln bearbeitet wird, wie einem FIB, so daß die Ungleichförmigkeit der bearbeiteten Oberfläche minimiert wird.

Das Verfahren und die zu seiner Durchführung vorgesehenen Vor richtungen gemäß der Erfindung sind in den beigefügten Ansprüchen defi niert. Sie sind besonders geeignet für die Modifikation und Reparatur von integrierten Schaltkreiskomponenten mittels FIB. Gemäß bevorzugten Ausführungsformen wird eine Abbildung der zu bearbeitenden Oberfläche verwendet, um Maskendaten zu erzeugen, die ihrerseits verwendet werden, um die FIB-Bearbeitung zu steuern.

Beispielsweise wird ein FIB-System betrieben, um gemäß der Erfindung ein Fenster durch eine in einer oberen Schicht angeordnete Versorgungsebene zwecks Freilegung einer verborgenen Schicht zu erzeu gen. Das Fenster wird teilweise ausgehoben. Eine Abbildung (z. B. ein FIB- oder SEM-Bild) des Abtragbereichs wird gewonnen und mit Schwellendaten versehen zur Erzeugung eines Maskenbildes. Das Maskenbild unterscheidet Bereiche, wo die Versorgungsebene bereits durchtrennt worden ist, von jenen, wo dies nicht der Fall ist. Der Abtrag wird fortgeführt unter Verwendung des Maskenbildes zur Steuerung des FIB. Die Maske wird von Zeit zu Zeit aufgefrischt, bis der Abtrag beendet ist.

Diese und andere Merkmale der Erfindung werden für Fachleute deutlich aus der nachfolgenden Beschreibung und den beigefügten Zeich nungsfiguren.

Fig. 1a-1d illustrieren ein typisches Problem bei der Bearbeitung eines Werkstücks gemäß dem Stand der FIB-Technik;

Fig. 2 ist eine FIB-Abbildung eines Teils einer Komponente, die mit Metall beschichtet und aufgeschnitten wurde;

Fig. 3 ist eine FIB-Abbildung der Komponente nach Fig. 2, nachdem ein FIB benutzt worden war, um das Ausheben eines Fensters zu beginnen;

Fig. 4 ist eine FIB-Abbildung der Komponente nach Fig. 3 nach weiterer FIB-Bearbeitung;

Fig. 5 ist eine schematische Illustration eines FIB-Systems;

Fig. 6a-6p illustrieren ein Verfahren der selbstmas kierenden FIB-Bearbeitung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 7a-7p illustrieren ein Verfahren zum Selbstmaskieren des FIB-Bearbeiten gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung;

Fig. 8a-8p illustrieren ein Verfahren der selbstmas kierenden FIB-Bearbeitung gemäß einem noch weiteren bevorzugten Aus führungsbeispiel der Erfindung;

Fig. 9 ist ein Schema eines FIB-Systems mit SIMS-Bilderzeu gungsmitteln;

Fig. 10 ist ein Schema eines FIB-Systems mit Auger- oder EDX-Abbildungsmitteln;

Fig. 11-13 sind schematische Diagramme von Teilen eines FIB-Systems zur Darstellung verschiedener möglicher Wege der Durch führung der selbstmaskierenden Bearbeitung gemäß der Erfindung;

Fig. 14a bis 14d illustrieren den FIB-Abtrag zum Isolieren eines Versorgungsbusses gemäß einem Verfahren nach dem Stand der Technik;

Fig. 15 ist eine FIB-Abbildung eines Grabens, ausgehoben zum Durchtrennen eines Versorgungsbusses unter Verwendung eines FIB-Abtragverfahrens nach dem Stand der Technik;

Fig. 16a-16f illustrieren ein Verfahren zum selbstmas kierenden FIB-Bearbeiten zwecks Isolation eines Versorgungsbusses gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 17 ist eine FIB-Abbildung zur Darstellung eines "Fensters" in einer Mehrlagenkomponente, die lokal depassiviert wurde durch dielektrikum-bevorzugendes FIB-Bearbeiten;

Fig. 18 ist eine FIB-Abbildung zur Darstellung eines Bei spiels mit Leitern in dem obersten Niveau eines integrierten Schalt kreises, verschmälert durch Überätzen infolge niedriger Abtragsrate der Polyimid-Passivierung; und

Fig. 19a-19o illustrieren ein Verfahren zum selbstmas kierenden FIB-Bearbeiten für lokale Depassivierung eines integrierten Schaltkreises gemäß der Erfindung.

Ein FIB-System, das geeignet ist für das Ausführen der Verfah ren gemäß der vorliegenden Erfindung, ist die IDS 7000 FIBstation^TM, im Handel erhältlich von der Firma Schlumberger Technologies, Inc. in San Jose, Californien. Ein solches System ist beschrieben beispielsweise in US Patent Nr. 5,140,164, dem nähere Einzelheiten entnehmbar sind.

Fig. 5 illustriert schematisch ein solches System. Eine Va kuumkammer 502, evakuiert mittels Pumpen 504, umschließt eine FIB-Säule 506, eine Werkstückbühne 508 für das Halten eines Werkstücks 510, wie einer zu reparierenden integrierten Schaltkreiskomponente, einen Detek tor 512 und einen Gasinjektor 514. Die Säule 506 enthält eine Ionen quelle 516 und ionen-optische Elemente 518 für das Steuern der Ausfluch tung und Ablenkung eines Ionenstrahls 520. Der Detektor 512 kann einen Szintillator 522 und eine Photovervielfacherröhre 524 umfassen für das Auffangen von Sekundärelektronen 526, emittiert, wenn der Ionenstrahl 520 auf das Werkstück 510 auftrifft.

Das System umfaßt eine Arbeitsstation 530 mit einer Prozessor einheit (CPU) 532, einem Monitor 534 und Eingabe/Ausgabe-Komponenten (I/O) 538, wie ein Tastenfeld und/oder eine Maus. Die Arbeitsstation 530 ist über einen Bus 540 mit einer Systemsteuereinheit 542 verbunden, um fassend eine Steuer-CPU, einen Bildprozessor und einen Bildspeicher. Die Systemsteuereinheit 542 kommuniziert über einen Bus 544 mit einer Va kuumpumpensteuerung 546 für das Steuern der Vakuumpumpen 504, mit einer Gasinjektorsteuerung 548 für das Steuern des Gasinjektors 514, mit einer FIB-Hochspannungssteuerung 550 für das Steuern der Ionenquelle 516, mit der FIB-Ausfluchtungs- und -Ablenksteuerung 552 für das Steuern der ionenoptischen Elemente 518, mit der Bilderzeugungselektronik 554, die ein Detektorsignal vom Detektor 512 empfängt, und mit Werkstückbühnen steuerung 556 für das Steuern der Werkstückbühne 508 zur Positionierung des Werkstücks 510. Die Systemsteuereinheit 542 empfängt vorzugsweise Bildinformation von der Bilderzeugungselektronik 554 und, nach der spä ter zu beschreibenden Bildverarbeitung, liefert sie Strahlsteuerinforma tion an die FIB-Ausfluchtungs- und -Ablenksteuerung 552.

Im Betrieb wird ein Werkstück 510 in der Vakuumkammer 502 plaziert. Die Kammer 502 wird evakuiert. Unter Steuerung der System steuereinheit 542 tastet FIB 520 über einen ausgewählten Bereich des Werkstücks zum Abtrag von Material durch Sputterung. Mit den gegenwärtig benutzten handelsüblichen Systemen wird der Abtrag typischerweise durchgeführt bei einem FIB-Strom im Bereich von 50 pA bis 6 nA. Nachdem der Abtrag einige Zeit erfolgt ist, wird vorzugsweise der FIB-Strom reduziert, der FIB führt eine Abtastung zwecks Bilderzeugung aus, ein Sekundärpartikeldetektorsignal wird vom Detektor 512 der bilderzeugenden Elektronik 554 zugeführt, und ein resultierendes FIB-Abbild der Probe 510 wird gewonnen und im Bildspeicher gespeichert. Das Herabsetzten des FIB-Stromes für die Bilderzeugung resultiert in einem kleineren FIB-Fleck, und liefert demgemäß eine bessere Bildauflösung. Die Pixelwerte des FIB-Abbilds werden mit Schwellen versehen zum Erzeugen eines binären Abbilds, und das binäre Abbild wird verwendet als eine "Maske" zum Steuern von FIB 520 für den Abtrag während eines weiteren Zeitinter valls. Je nach verwendeter Apparatur kann die Änderung des Strahl stromes zu einem Bildversatz führen, der durch Ausfluchten korrigiert wird.

Das Ausfluchten kann bewirkt werden durch Vergleich eines Bildes, gewonnen bei einem bildgebenden (niedrigen) Strahlstrom mit einem Bild, gewonnen bei Bearbeitungs-(hohem)Strahlstrom zur Bestimmung der Versatzwerte, oder durch Anwenden eines Versatzes, der vorher bei der Eichung des Systems bestimmt wurde. Es wird in den nachfolgenden Beispielen angenommen, daß die Ausfluchtung nach Bedarf durchgeführt wurde, wenn umgeschaltet wird zwischen bildgebendem Strom und Bearbei tungsstrom. Die Maske kann von Zeit zu Zeit aufgefrischt werden durch Gewinnen eines neuen FIB-Abbilds und Schwellenbildung. Das Auffrischen des Bildes macht das Verfahren adaptiv an die Umstände, und macht es so zu einem geregelten Prozeß.

Ein Beispiel ist in den Fig. 6a-6p dargestellt. Fig. 6a zeigt einen idealisierten schematischen Schnitt (nicht maßstabsgetreu) eines Ausschnitts 600 eines typischen integrierten Schaltkreises mit einem Siliciumsubstrat 602, einem Leiter 604, einer ersten Metallschicht M1, einem Leiter 606, einer zweiten Metallschicht M2, einer Ebene 608, wie einer Versorgungs- oder Masseebene einer dritten Metallschicht M3, mit Dielektrikum 610 und mit Passivierung 612. Fig. 6b ist eine Drauf sicht zur Darstellung eines Ausschnitts des integrierten Schaltkreises, wie er etwa in einer FIB-Abbildung aussehen würde, und zeigt auch die verborgenen Leiter 604 und 606 in gestrichelten Linien.

In diesem Beispiel ist ein Fenster in der Passivierung 612 auszuheben, um Zugang zur Schicht M3 zu gewinnen. Gemäß Fig. 6c wird der Abtrag ausgeführt durch Abtasten mit dem FIB 614 über einen Bereich des integrierten Schaltkreises zwischen den Abtastgrenzen 616 und 618 mit dem Ziel der Erzeugung eines Fensters 620 mit Seitenwandungen 622. Fig. 6d ist eine Draufsicht zur Darstellung eines Abschnitts des inte grierten Schaltkreises, wie er etwa in einer FIB-Abbildung aussähe, wo bei das Fenster 620 als ein heller Bereich 624 des Metalls 608 er scheint, umgeben von hellen peripheren Kanten 626 entsprechend den Wan dungen 622, und mit einem dunkleren Bereich 628 entsprechend der Passi vierung 612. In einer typischen FIB-Abbildungswiedergabe würde das Me tall hell erscheinen, während die Passivierung und das Dielektrikum dun kel erscheinen würden; zur Vereinfachung der Darstellung ist das Metall schraffiert dargestellt, während die Passivierung und das Dielektrikum gepunktet sind.

Fig. 6e zeigt den Beginn des Abtrags, wobei FIB 614 zwischen den Begrenzungen 616 und 618 pendelt zum Entfernen von Passivierungsma terial. Fig. 6f ist eine Draufsicht zur Darstellung eines Abschnitts des integrierten Schaltkreises, wie er etwa in einer FIB-Abbildung aus sehen würde, gewonnen nach dem Abtrag in dem in Fig. 6e dargestellten Maß. In Fig. 6f sind die innerhalb des Fensterbereichs bei 632 sicht bare Passivierung und die das Fenster bei 634 umgebende dunkel, doch er scheinen die Kanten 630 des begonnenen Fensters als helle Linie 636 rings um die Peripherie des Abtragbereichs.

Fig. 6g zeigt das Ergebnis des weiteren Abtrags. Ungleichför miger Abtrag bewirkt, daß die M3-Schicht in einem oder mehreren unregel mäßigen Bereichen 638 freigelegt wird, während die Passivierung 612 über dem größten Teil des Fensterbereichs verbleibt. Fig. 6h ist eine Drauf sicht und zeigt den Ausschnitt aus dem integrierten Schaltkreis, wie er etwa in einem FIB-Abbild erscheinen würde, gewonnen nach dem Abtrag bis zu der Stufe, die in Fig. 6g dargestellt ist. In Fig. 6h erscheint die freigelegte Fläche der M3-Schicht als ein heller Fleck 640, während die umgebende Passivierung als ein dunklerer Bereich 642 erscheint. Die Kan ten 630 erscheinen als eine helle Linie 636 rings um die Peripherie des Abtragbereichs.

Das FIB-Abbild der Fig. 6h kann ohne weiteres gespeichert werden, und die Pixelintensitätswerte können mit Schwellen versehen wer den zum Erzeugen eines abgespeicherten binären Bildes. Fig. 6j ist eine Darstellung eines solchen Abbilds. Die helle Metallfläche 640 und die hellen Kantenbereiche 636 der Fig. 6h werden umgesetzt in eine massive schwarze Fläche 644 bzw. eine massive schwarze Linie 646, während die Passivierungsbereiche weiß werden. Zur Vereinfachung der Darstellung ist das Metall als schwarz dargestellt und die Passivierung als weiß in Fig. 6j. Die entgegengesetzte Umsetzung könnte gewählt werden, wenn dies gewünscht ist, wenn die Pixelwerte binarisiert werden.

Fig. 6i illustriert die Anwendung der binarisierten Bildda ten, dargestellt in Fig. 6j, als eine Maske zum Steuern des weiteren Abtrags. Das Ziel ist, mit dem FIB-Abtrag der Passivierung innerhalb des Fensterbereichs fortzufahren, während der weitere Abtrag des freigeleg ten Metalls innerhalb der Fensterfläche vermieden oder minimiert wird. Gemäß Fig. 6i ist das Ziel, zwischen den Begrenzungen 616 und 646 und zwischen den Begrenzungen 648 und 618 abzutragen, während der weitere Abtrag zwischen den Begrenzungen 646 und 648 minimiert wird. Dies kann durch irgend eine von mehreren Methoden erfolgen. Beispielsweise kann der FIB 614 zwischen den Begrenzungen 646 und 648 unterdrückt werden, wenn er zwischen den Begrenzungen 616 und 618 pendelt. Alternativ kann die Abtastrate von FIB 614 geändert werden, so daß eine relativ langsame Abtastrate, die normalerweise verwendet wird für den Abtrag zwischen den Begrenzungen 616 und 618, erheblich vergrößert wird zwischen den Begren zungen 646 und 648. Diese und andere Verfahren zum selektiven Ändern des Abtragmusters werden in weiteren Einzelheiten unten erläutert.

Fig. 6k zeigt das Ergebnis des selektiven Abtrags, wie unter Bezugnahme auf Fig. 6i beschrieben. Fig. 6l zeigt den integrierten Schaltkreis, wie er etwa in einem aufgefrischten FIB-Abbild erscheinen würde, gewonnen nach dem Abtrag bis zu der in Fig. 6k dargestellten Stufe. Die freigelegte M3-Metallfläche 650 ist nun erheblich größer als die vorher freigelegte Metallfläche 638, doch zeigt die Fläche keine tiefen Krater. Die umgebende Passivierung 652 erscheint als ein dunklerer Bereich 654. Die Kanten 656 erscheinen als eine helle Linie 658 rings um die Peripherie des Abtragbereichs.

Fig. 6l kann gespeichert werden und die Pixelintensitätswerte digitalisiert werden zum Erzeugen eines abgespeicherten binären Bildes. Fig. 6n ist eine Ansicht eines solchen Bildes. Die helle Metallfläche 650 und die helle Kantenfläche 658 der Fig. 6l sind transformiert worden in eine massive schwarze Fläche 660 bzw. eine massive schwarze Linie 662, während die Passivierungsbereiche weiß werden. Wie bei Fig. 6j ist das Metall als schwarz dargestellt und die Passivierung als weiß in Fig. 6n für die Vereinfachung der Darstellung.

Fig. 6m zeigt die Anwendung der binarisierten Bilddaten, dar gestellt in Fig. 6n als eine Maske zum Steuern des weiteren Abtrags. Das Ziel ist wiederum, mit dem FIB-Abtrag der Passivierung innerhalb der Fensterfläche fortzufahren, während ein weiterer Abtrag des freigelegten Metalls vermieden oder minimiert wird. In Fig. 6m ist es erwünscht, zwischen den Begrenzungen 616 und 664 sowie zwischen den Begrenzungen 666 und 618 abzutragen, während weiterer Abtrag zwischen den Begren zungen 664 und 666 minimiert wird. Das Ergebnis ist ein Fenster 620 mit Wandungen 622 und einem relativ flachen zentralen Bereich von freige legtem M3-Metall, wie in Fig. 6o dargestellt. Fig. 6p ist eine Drauf sicht zur Darstellung eines Ausschnitts des integrierten Schaltkreises der Fig. 6o, wie er etwa als FIB-Abbild erscheinen würde, wobei das Fenster 620 als heller Bereich 624 aus Metall 608 erscheint, umgeben von hellen peripheren Kanten 626 entsprechend den Wandungen 622, und von einem dunkleren Bereich 628 entsprechend der Passivierung 612.

Ein weiteres Beispiel ist in Fig. 7a-7p dargestellt. Fig. 7a zeigt einen idealisierten schematischen Schnitt (nicht maßstabs getreu) eines Abschnitts 700 eines typischen integrierten Schaltkreises mit einem Siliciumsubstrat 702, einem Leiter 704 einer ersten Metall schicht M1, einem Leiter 706 einer zweiten Metallschicht M2, einer Ebene 708, wie einer Versorgungs- oder Masseebene einer dritten Metallschicht M3, Dielektrikum 710 und Passivierung 712. Fig. 7b ist eine Draufsicht zur Darstellung eines Ausschnitts des integrierten Schaltkreises, wie er etwa in einem FIB-Abbild erscheinen würde.

In diesem Beispiel ist ein Fenster durch die Passivierung 712 und die M3-Metallschicht 708 auszuheben, um Zugang zu gewinnen zu Lei tern der Schichten M2 und M1. Fig. 7c zeigt das gewünschte Fenster 720, und Fig. 7d zeigt das Fenster, wie es etwa in einem FIB-Abbild erschei nen würde. Das Fenster 720 erscheint als ein heller Bereich 724 aus Me tall, umgeben von hellen peripheren Kanten 726 entsprechend den Wan dungen 722 und von einem dunkleren Bereich 728 entsprechend der Passi vierung 712.

Fig. 7e zeigt den Beginn des Abtrags, wobei FIB 714 zwischen den Begrenzungen 716 und 718 pendelt zum Abtrag von Passivierungsma terial. Fig. 7f ist eine Draufsicht zur Darstellung eines Ausschnitts des integrierten Schaltkreises, wie er etwa in einem FIB-Abbild erschei nen würde, gewonnen nach dem Abtrag bis zu der in Fig. 7e dargestellten Stufe. Die Passivierung, die innerhalb des Fensters bei 732 und das Fen ster umgebender Fläche 734 sichtbar sind, ist dunkel. Die Kanten 730 des beginnenden Fensters erscheinen als helle Linie 736.

Fig. 7g zeigt das Ergebnis eines fortgesetzten Abtrags. Un gleichförmiger Abtrag bewirkt, daß das Dielektrikum 710 an einer oder mehreren unregelmäßigen Flächen 738 freigelegt wird, während M3-Metall 708 über dem größten Teil der Fensterfläche verbleibt. Fig. 7h ist eine Draufsicht und zeigt einen Ausschnitt des integrierten Schaltkreises, wie er etwa in einem FIB-Abbild erscheinen würde, gewonnen nach dem Ab trag bis zu der in Fig. 7g dargestellten Stufe. Die freigelegte Fläche der Dielektrikumschicht erscheint als ein dunkler Fleck 740, während das umgebende M3-Metall als ein hellerer Bereich 742 erscheint. Die Kanten 730 erscheinen als helle Linie 736 rings um die Peripherie des Abtrag bereichs.

Das FIB-Abbild der Fig. 7h kann gespeichert werden, und die Pixelintensitätswerte können mit Schwellen versehen werden zum Erzeugen eines abgespeicherten binären Bildes. Fig. 7j ist eine Darstellung ei nes solchen Abbilds, in der die Passivierungsfläche 740 der Fig. 7h in eine massive schwarze Fläche 744 umgesetzt worden ist, der umgebende Metallbereich 742 transformiert worden ist in eine massive weiße Fläche 746, die Kanten 730 transformiert worden sind in eine massive weiße Li nie 748, und die das Fenster umgebende Passivierung in schwarz transfor miert worden ist. Fig. 7i entspricht Fig. 7g und ermöglicht den Ver gleich der Abtragstruktur mit den Merkmalen des mit Schwellen versehenen Abbilds 7j. In Fig. 7j sind Metall und Kanten als weiß dargestellt und Passivierung und Dielektrikum sind als schwarz dargestellt für Zwecke der Illustration. Die entgegengesetzte Umsetzung könnte vorgenommen wer den, wenn die Pixelwerte binarisiert werden. Fig. 7l ist eine Modifika tion der Abbildung nach Fig. 7j, wobei die Linie 748 entsprechend den hellen Kanten 730 des Fensters aus dem binarisierten Abbild herausmas kiert worden ist.

Fig. 7k illustriert die Verwendung der binarisierten Bildda ten, dargestellt in Fig. 7l als eine Maske zum Steuern des weiteren Ab trags. Das Ziel ist, mit dem FIB-Abtrag von M3-Metall fortzufahren in nerhalb der Fensterfläche, während der weitere Abtrag des freigelegten Dielektrikums innerhalb der Fensterfläche vermieden oder minimiert wird. Es kann auch bevorzugt sein, den weiteren Abtrag an den Kanten des Fen sters zu vermeiden. Gemäß Fig. 7k ist das Ziel, zwischen den Begren zungen 752 und 754 und zwischen den Begrenzungen 756 und 758 abzutragen, während der weitere Abtrag zwischen den Begrenzungen 754 und 756 mini miert wird. Die Begrenzungen 752 und 758 liegen etwas innerhalb der Be grenzungen 716 bzw. 718, entsprechend dem Wunsch, einen weiteren Abtrag an den Fensterrändern zu vermeiden.

Fig. 7m zeigt das Ergebnis des selektiven Abtrags, wie unter Bezugnahme auf Fig. 7k beschrieben. Fig. 7n zeigt den integrierten Schaltkreis, etwa wie er in einem aufgefrischten FIB-Abbild erscheinen würde, gewonnen nach dem Abtragen bis zu der in Fig. 7m dargestellten Stufe. Die freigelegte Dielektrikumfläche 760 ist nun erheblich größer als die vorher freigelegte Dielektrikumfläche 738 und erscheint als ein dunkler Bereich 762. Das umgebende M3-Metall 764 erscheint als ein heller Bereich 766. Die Kanten 768 erscheinen als helle Linie 770 rings um die Peripherie des Abtragbereichs. Die Passivierung erscheint als ein dunklerer Bereich 772.

Fig. 7n kann gespeichert werden und die Pixelintensitätswerte mit Schwellen versehen werden zum Erzeugen eines abgespeicherten binären Abbilds. Fig. 7p ist eine Darstellung einer solchen Abbildung. Die Di elektrikumfläche 762 und die Passivierungsfläche 772 der Fig. 7n werden in massive schwarze Flächen 774 bzw. 776 umgesetzt. Der Bereich 766 des Metalls M3 in Fig. 7n wird ein weißer Bereich 778. Die Randlinie 770 der Fig. 7n wird in eine massive schwarze Linie umgesetzt, die sich an schließt an den Bereich 776, um so einen weiteren Abtrag an den Fenster rändern zu vermeiden.

Fig. 7o illustriert die Anwendung der binarisierten Abbildda ten, dargestellt in Fig. 7p als eine Maske zum Steuern des weiteren Ab trags. Das Ziel ist wiederum, mit dem FIB-Abtrag des M3-Metalls fortzu fahren innerhalb der Fensterfläche, während der weitere Abtrag von frei gelegter Dielektrikumschicht vermieden oder minimiert wird. Gemäß Fig. 7o ist es erwünscht, zwischen den Begrenzungen 752 und 780 abzutragen, sowie zwischen den Begrenzungen 782 und 758, während der weitere Abtrag zwischen den Begrenzungen 780 und 782 minimiert wird. Das Ergebnis ist ein Fenster 720, wie in Fig. 7c gezeigt.

Noch ein weiteres Beispiel ist in Fig. 8a-8p dargestellt. Fig. 8a zeigt einen idealisierten schematischen Schnitt (nicht maß stabsgetreu) eines Abschnitts 800 eines typischen integrierten Schalt kreises mit einem Siliciumsubstrat 802, einem Leiter 804 einer ersten Metallschicht M1, einem Leiter 806 einer zweiten Metallschicht M2, einer Ebene 808, wie einer Versorgungs- oder Masseebene einer dritten Metall schicht M3, Dielektrikumschichten 810 und 812, und Passivierung 814. Außerdem ist ein Partikel 816 (z. B. aus Wolfram) vorhanden, das in der Schaltkreisstruktur während ihrer Herstellung eingeschlossen wurde. Fig. 8b zeigt einen Ausschnitt des integrierten Schaltkreises, wie er et wa in einem FIB-Abbild erscheinen würde. Die Position des verborgenen Partikels 816 ist in gestrichelten Linien 818 angedeutet (obwohl es nicht in einer FIB-Abbildung sichtbar wäre), während ein angehobener Bereich der Passivierung 814 abschattiert bei 819 erscheint.

Es wird angestrebt, den Partikel 816 für Untersuchung oder Analyse freizulegen, beispielsweise als eine Hilfe bei der Diagnose von Schwierigkeiten im Herstellungsprozeß. Im allgemeinen ist die Zusammen setzung des Partikels nicht bekannt. Fig. 8c zeigt ein Fenster 820, das ausgehoben werden kann, um Partikel 816 freizulegen. Fig. 8d zeigt das Fenster 820, wie es etwa in einer Abbildung erscheinen würde, mit irgend einer Art von Kontrast zwischen Partikel 816 und der umgebenden Struktur des integrierten Schaltkreises, wie einem Abbild, in dem atomare Elemen te oder molekulare Verbindungen, aus denen die Probe besteht, voneinan der unterscheidbar sind. Ein solches Kontrastbild kann erzeugt werden beispielsweise unter Verwendung von Sekundärionenmassenspektroskopie (SIMS) oder Auger- oder EDX-Technik. Die Augertechnik verwendet das Ab feuern von Elektronen mit Energie im Bereich von wenigen kV auf die Oberfläche der Probe und Analysieren der Energie von rückgestreuten Elektronen (anstatt Sekundärelektronen). Die Energie der rückgestreuten Elektronen ist charakteristisch für die atomaren Elemente, mit welchen die Elektronen in Wechselwirkung treten. Die EDX-Technik verwendet das Abfeuern von Elektronen auf die Probe so, daß Elektronen von Atomen in der Struktur in höhere Zustände angeregt werden. Röntgenstrahlung, die charakteristisch ist für die atomaren Elemente, wird emittiert, wenn diese Elektronen in ihren niedrigeren Zustand zurückfallen. Andere bild gebende Techniken, die einen Kontrast zwischen der umgebenden IC-Struk tur und dem Partikel 816 herstellen (beispielsweise ein Materialkon trastbild, das nicht notwendigerweise atomare Elemente unterscheidet), oder einen Umriß des Partikels 816 (beispielsweise ein topographisches Kontrastabbild) können eingesetzt werden. Gleichgültig, welche Technik verwendet wird, zeigt das Abbild der Fig. 8d den Partikel 816 als einen zentralen runden Bereich 822 (beispielsweise aus Wolfram), eine recht eckige Fensterfläche 824 (beispielsweise aus Aluminium) mit einem di elektrischen Rand 826 (beispielsweise aus Siliciumdioxid) und einen Me tallrand 828 (beispielsweise aus Aluminium) sowie die umgebende Passi vierung 830. Die Kontrastabbildung ermöglicht, die M3-Schicht abzu tragen, ohne zugleich den Wolframpartikel 816 mit abzutragen.

Das Abtragen beginnt, wie in dem Schnitt nach Fig. 8e darge stellt, durch Pendelnlassen von FIB 832 zwischen Abtastbegrenzungen 834 und 836. Gemäß dem Abbild nach Fig. 8f wird ein Abschnitt 838 der M3- Metallschicht 808 über dem Partikel 816 freigelegt, während die Passi vierung 814 sichtbar bleibt innerhalb des Restes 840 des Fensters und des das Fenster umgebenden Bereiches. Der Abtrag wird fortgesetzt, wie im Schnitt nach Fig. 8g gezeigt. Bezugnehmend auf das Abbild der Fig. 8h ist ein runder Bereich 842 aus Dielektrikummaterial 812 bei 842 sichtbar. Metall 808 ist sichtbar innerhalb des Restes 844 des Fensters, umgeben von Passivierung bei 846. Der Abtrag wird weiter fortgesetzt, wie im Schnitt nach Fig. 8i gezeigt. In der Abbildung nach Fig. 8j wird der Abtrag abgestoppt, wenn Partikel 816 bei 848 im Zentrum des di elektrischen Bereichs 842 sichtbar wird. Das Abbild der Fig. 8j wird dann binarisiert derart, daß Pixel in dem Bereich, wo Partikel 816 sichtbar ist, auf einen ersten Wert gesetzt werden (z. B. schwarz), und die übrigen Pixel auf einen zweiten Wert gesetzt werden (z. B. weiß). Das binarisierte Bild wird dann verwendet als eine Maske zum Steuern des Ab trags, wie in Fig. 8k gezeigt, um so einen weiteren Abtrag im Bereich 848 zu vermeiden. Das heißt, der Abtrag des Fensters wird fortgesetzt zwischen den Begrenzungen 834 und 850 sowie zwischen den Begrenzungen 852 und 836 derart, daß der Partikel 816 unbeschädigt bleibt. Das Abbild der Fig. 8l zeigt nicht nur, daß mehr von dem Partikel 816 bei 854 sichtbar ist, sondern auch Bereiche 856, 858, 860, wo Dielektrikum 812 durch die M3-Metallschicht 808 hindurch sichtbar wird. Das Abbild der Fig. 8l wird dann binarisiert für die Verwendung als eine Maske zum weiteren Abtrag, wie in Fig. 8m dargestellt, beispielsweise zwischen Begrenzungen 834 und 862 und zwischen Begrenzungen 864 und 836. Das Ab bild der Fig. 8n zeigt Partikel 816 bei 866, umgeben von einem Dielek trikumbereich 868, einer Peripherie von M3-Metall bei 870, und Passi vierung 814 bei 872. Fig. 8n wird binarisiert für Verwendung als eine Maske zum Steuern des weiteren Abtrags gemäß Fig. 8o. Das Abbild der Fig. 8p zeigt noch mehr von Partikel 816, sichtbar bei 874, und kann binarisiert werden zur Verwendung als eine Maske für die Steuerung weiteren Abtrags usw. Durch Auffrischen der Maske von Zeit zu Zeit kann der Partikel 816 konserviert werden, während das umgebende Material abgetragen wird.

Fig. 9 zeigt eine modifizierte Version des Systems der Fig. 5, in der gleiche Teile mit gleichen Bezugszeichen versehen sind. Die Modifikation umfaßt das Hinzufügen eines Sekundärionenmassenspektrosko piedetektors 902, dessen Ausgangssignal der bildgebenden Elektronik 554 zugeführt wird. Das Signal vom Detektor 902 ermöglicht, elementare Mate rialien der Probe 510 zu unterscheiden, und wird verwendet zum Erzeugen eines Abbilds der Probe in einer Art und Weise, welche die Elemente un terscheidet. Ein solches Abbild kann verwendet werden zum Herstellen ei ner Maske für selektives Abtragen bestimmter Materialien, beispielsweise für selektives Abtragen von Aluminium und Dielektrikum, während der Ab trag von Wolfram minimiert wird, wie in dem Beispiel der Fig. 8a-8p.

Fig. 10 zeigt eine weitere modifizierte Version 1000 des Systems der Fig. 5 mit Struktur für das Abbilden des Werkstücks 510 un ter Verwendung von Auger- oder EDX-Technik. Eine elektronen-optische Säule 1005 richtet einen Strahl von Elektronen 1010 auf Werkstück 510. Die Säule 1005 umfaßt eine Quelle 1015 und Ausfluchtungs-/Ablenkspulen 1020. Elektronenstrahlenergie wird gesteuert durch SEM-Hochspannungs steuerung 1025, während die Elektronenstrahlausfluchtung und -ablenkung gesteuert werden durch SEM-Ausfluchtungs- und Ablenksteuerung 1030. Die Steuerungen 1025 und 1030 kommunizieren mit der Systemsteuereinheit 542. Ein Detektor 1035 ist vorgesehen für das Erfassen und Analysieren der Energie von Elektronen, die von der Probe 510 rückgestreut werden (wenn die Auger-Technik verwendet wird), oder für die Erfassung von Röntgen strahlung, emittiert von den atomaren Elementen der Probe 510 (wenn die EDX-Technik verwendet wird). In beiden Fällen liefert der Detektor 1035 ein Signal, das ermöglicht, elementare Materialien der Probe 510 zu un terscheiden. Das Signal wird verwendet zum Erzeugen eines Abbilds der Probe. Das Elementar-Abbild wird verwendet zum Herstellen einer Maske für selektiven Abtrag, beispielsweise wie in dem Beispiel nach Fig. 8a-8p.

Fig. 11-13 illustrieren schematisch einige Möglichkeiten der Verwendung einer Maske zum Steuern von FIB-Strom für selektiven Ab trag mit einem FIB-System, wie dem System nach Fig. 5. Gleiche Elemen te sind durch gleiche Bezugszeichen identifiziert. FIB 520 wird auf Pro be 510 von FIB-Säule 506 gerichtet. Ionen aus der Quelle 516 werden fo kussiert durch eine erste ionen-optische Linse 1105 und eine zweite ionen-optische Linse 1110 unter Steuerung entsprechender Linsenspan nungsquellen 1190 bzw. 1195. Ablenkelemente eines Octupols 1115 lenken den FIB ab in Reaktion auf Ablenkspannungen, die geliefert werden von der X-Ablenksteuerung 1120 und der Y-Ablenksteuerung 1125. Die Ablenk spannungen werden bestimmt durch X-Adreßwerte 1130 und Y-Adreßwerte 1135, abgespeichert in einem Abbildspeicher 1140, beispielsweise in Sy stemsteuereinheit 542. Die Steuer-CPU 1145 inkrementiert Zähler, welche die X-Adressen- und Y-Adressenwerte enthalten, zum Bewirken der Abta stung des FIB 520 über der Probe 510. Der nominelle FIB-Abtragstrom und die Rasterrate werden ausgewählt durch den Benutzer auf Basis des Typs von Material und der Fläche, die abzutragen ist, und auf Basis der ge wünschten Genauigkeit und Auflösung, wie bei dem FIB-Abtrag nach dem Stand der Technik.

Um eine Abbildung zu gewinnen, wird der FIB-Strom auf einen geeigneten Pegel eingestellt, und FIB 520 tastet über die Probe 510, und ein Signaldetektor 512 erzeugt ein Detektorsignal. Das Detektorsignal wird mittels eines A-D-Wandlers 1155 umgesetzt und in einem Bildspeicher 1140 abgespeichert als ein Satz von Daten 1160, welche eine FIB-Abbil dung beschreiben. Die FIB-Abbildung kann in einem FIB-Bildfenster 1165 des Monitors 536 wiedergegeben werden. (Ein SIMS-Detektor 902 kann wie in Fig. 9 substituiert werden oder ein EDX- oder Auger-Detektor 1035 kann wie in Fig. 10 substituiert werden zum Erzeugen eines Elementen kontrastabbilds anstelle eines FIB-Abbilds. Zwecks Klarheit der Be schreibung wird bei Fig. 11-13 die Verwendung eines Sekundärpartikel detektors für die Erzeugung eines FIB-Abbilds angenommen.) Einzelne Pixelwerte der abgespeicherten FIB-Abbildungsdaten 1160 werden auf Schwellenwerte gesetzt und in einem Bildspeicher 1140 abgelegt. Ein ge speicherter Satz von Daten 1170 beschreibt Arbeitsgänge, die auszuführen sind, um aus den FIB-Abbildungsdaten 1160 einen Satz von Daten 1175 zu erzeugen, welche das Maskenbild definieren. Der Bildspeicher 1140 spei chert die Daten 1175, welche die Maskenabbildung definieren. Andere Be arbeitungen können ebenfalls bei der Erzeugung des Maskenbildes vorge nommen werden, wie das Ausblenden von Fensterkanten oder anderer Be reiche, wo selektives Abtragen zu vermeiden ist. Die Maskenbilddaten 1175 werden verwendet zum Steuern weiterer Abtragungen und können wie dergegeben werden in einem Maskenbildfenster 1180 des Monitors 536.

Die Maskenbilddaten können in verschiedener Weise verwendet werden, um den wirksamen FIB-Abtragstrom zu steuern. Eine Möglichkeit ist in Fig. 11 gezeigt. Der Binärwert der Maskenbilddaten 1175 an jeder X-Y-Adresse wird verwendet als ein Eingangssignal für die FIB-Stromsteu erung 1150, die ihrerseits ein Unterdrückungssignal an einen Strahlun terdrücker 1185 liefert. Der Strahl wird nicht unterdrückt, um einen wirksamen FIB-Abtragstrom auf einem hohen Pegel aufrecht zu erhalten, wenn FIB 520 über X-Y-Bereiche der Probe 510 geführt wird, die abzutra gen sind, und wird unterdrückt, um den wirksamen FIB-Abtragstrom auf einem herabgesetzten Pegel zu halten, wenn er über X-Y-Bereiche geführt wird, wo der Abtrag zu minimieren ist.

Eine andere Möglichkeit der Steuerung des wirksamen FIB-Ab tragstromes mit Maskenbilddaten ist in Fig. 12 gezeigt. Der Binärwert der Maskenbilddaten 1175 an jeder X-Y-Adresse wird verwendet als ein Eingangssignal für die FIB-Stromsteuerung 1250, die ihrerseits Steuer signale an die erste Linsenspannungsversorgung 1190 und an die zweite Linsenspannungsversorgung 1195 liefert. Der wirksame Abtragstrom von FIB 520 wird gesteuert durch Einstellen der Eigenschaften der ersten und zweiten ionen-optischen Linsen 1105 und 1110, beispielsweise zum Ver schieben des Brennpunkts des ionen-optischen Linsenpaares relativ zu einer strahlbegrenzenden Apertur 1285. Der wirksame FIB-Abtragstrom wird aufrechterhalten auf hohem Pegel, wenn FIB 520 über X-Y-Bereiche der Probe 510, die abzutragen sind, geführt wird, und er wird reduziert, wenn der Strahl über X-Y-Bereiche geführt wird, bei denen der Abtrag zu minimieren ist.

Fig. 13 zeigt eine weitere bevorzugte Methode der Steuerung des wirksamen FIB-Abtragstroms mit den Maskenbilddaten. Der Binärwert der Maskenbilddaten 1175 an jeder X-Y-Adresse wird verwendet als ein Eingangssignal für die FIB-Stromsteuerung 1250, die ihrerseits Steuer signale an die X-Ablenksteuerung 1120 und die Y-Ablenksteuerung 1125 liefert. FIB-Strom wird konstant gehalten, während die Abtastrate von FIB 520 eingestellt wird, um für ein längeres Verweilen (und demnach eine höhere Abtragrate) über abzutragenden X-Y-Bereichen sorgt, und für eine verringerte Verweilzeit (mit herabgesetzter Abtragrate) über X-Y- Bereichen, wo der Abtrag zu minimieren ist. Die Binärwerte der Masken bilddaten 1175 steuern demgemäß die Abtragrate durch Steuern der Ver weilzeit an jeder X-Y-Adresse.

Ein bevorzugtes Verfahren des selbstmaskierenden Abtrags kann wie folgt zusammengefaßt werden:

1. Plazieren einer Probe in einer Vakuumkammer, Evakuieren der Kammer, Abtasten mit einem FIB über der Probe und Identifizieren eines Bereichs der Probe, der abzutragen ist.
2. Begrenzen und Beginnen des Abtrags eines Fensters in der Probe mit dem FIB.
3. Beenden des Abtrags manuell oder automatisch, wenn
- a. eine abgeschätzte Zeit bis zu einem gewünschten Endpunkt verstrichen ist, oder
- b. Metall unter Dielektrikum im Kontrastbild zu erscheinen beginnt (beispielsweise wo ein Kontakt oder ein Sondenloch herzustellen ist, um Metall freizulegen), oder
- c. Dielektrikum unter Metall im Kontrastbild zu erscheinen beginnt (z. B. wo eine metallische Leitung zu trennen ist oder ein Fenster durch eine obere Metallschicht zu schneiden ist), oder
- d. zackige Lochkanten freigelegt werden, oder
- e. die Oberflächentopographie, hervorgerufen durch Vorzugs abtrag, in einem Kontrastbild sichtbar wird, oder
- f. das Kontrastbild andere Grauskaleninformationen aufweist, die brauchbar sind für maskiertes Abtragen.
4. Gewinnen von Daten, die ein Kontrastbild der Probe definieren.
5. Verarbeiten der Kontrastbilddaten zum Erzeugen von Masken bilddaten.
- a. Anwenden von Schwellenwerten auf die Kontrastbilddaten, zum Erzeugen von Maskenbilddaten.
- b. (Optional) Modifizieren der Maskenbilddaten etwa durch Ausmaskieren von Maskenbildbereichen, die betont sind infolge topographischer Merkmale (beispielsweise schräge Kanten von ausgehobenen Fenstern).
- c. Bestimmen der Übertragung des Maskenbildes auf die FIB-Mo dulation (beispielsweise zum Freilegen einer Metallschicht wird nur Dielektrikum abgetragen, wie durch dunkle Bereiche des Maskenbildes repräsentiert; zum Schneiden eines Fensters in eine Metallschicht Abtrag nur von Metall, wie durch helle Bereiche im Maskenbild repräsentiert; zum Reinigen von Kerben aufweisenden Bereichen Abtrag nur bestimmter Bereiche).
6. (Nach Erfordernis) Ausfluchten der Maskendaten mit der Strahl prosition bei Abtragstrom oder umgekehrt zum Kompensieren bezüglich Ver satzes, herrührend von der Anwendung eines unterschiedlichen Strahl stromes für den Abtrag gegenüber der Bildgewinnung.
7. Steuern des wirksamen FIB-Abtragstromes unter Verwendung der Maskenbilddaten.
- a. (Optional) Kopieren der Maskenbilddaten auf den FIB-Raster steuerpuffer.
- b. Übertragung des Ausgangs des FIB-Rastersteuerpuffers auf FIB-Intensität oder Strom oder Abtaststeuerung (beispielsweise Strahlstrom, gesteuert durch Strahlunterdrückung, durch Brenn punktverschiebung relativ zur Apertur oder durch Verändern der Rasterabtastrate).
8. Wiederaufnehmen des Abtrags durch Rasterabtastung mit dem FIB über dem definierten Bereich unter Steuerung der wirksamen FIB-Abtrag intensität unter Verwendung des Maskenbildes.
9. Wiederholen der Schritte 3-8 bis der Abtrag beendet ist. Wenn beispielsweise eine Metallschicht freizulegen ist, wird das gewünschte Resultat erreicht, wenn der abgetragene Bereich durchgehend hell ist; wenn eine Dielektrikumschicht freizulegen ist, wenn der Abtragbereich durchgehend dunkel ist; wenn zackige Kanten zu reinigen sind, wenn eine Reduktion auf einen gewünschten Pegel erfolgt ist, festgelegt durch den Benutzer. Vorzugsabtragung wird demgemäß kompensiert unter Unterdrückung der Ausdehnung von Oberflächenlöchern und Kraterbildung und dergleichen.

Eine Anzahl von Methoden kann verwendet werden, um zu bestim men, wann eine Maske oder Maskendaten für selektiven Abtrag vorbereitet und zu benutzen begonnen wird. Beispielsweise kann die Bedienungsperson auf Erfahrung aufbauen und/oder auf der nominellen Schichtdicke und Ab tragraten und/oder auf visueller Überprüfung eines gewonnenen Abbilds des Musters. Normale FIB-Endpunkterkennungstechniken können ebenfalls verwendet werden, beispielsweise die Überwachung bezüglich Änderung in der Sekundärpartikelzählung. Wenn SIMS- oder Auger- oder EDX-Erkennungs techniken verwendet werden, kann die Überwachung von Änderungen in der atomaren Zusammensetzung teilweise Freilegung einer Schicht signa lisieren.

Wie oben erwähnt, kann ein neues Bild von Zeit zu Zeit ge wonnen werden zum Auffrischen der Maske und Anpassung derselben an die sich ändernde Abtragsoberfläche in einem in sich geschlossenen Prozeß. Die Maske kann aufgefrischt werden als eine Funktion der Abtragstruktur, beispielsweise wird die Maske aufgefrischt, wenn jede Schicht freigelegt ist, wenn mehrere Schichten nacheinander abzutragen sind. Die Maske kann periodenweise aufgefrischt werden mit Perioden zwischen Millisekunden, bis zehn oder sogar hunderten von Sekunden, abhängig von dem Bereich, der bearbeitet wird, der Abtragsrate, dem Strahlstrom und dergleichen.

Wenn gewünscht, kann die Maske kontinuierlich mit fortschrei tendem Abtrag aufgefrischt werden. Beispielsweise kann das Sekundärpar tikelsignal erfaßt und analysiert werden immer dann, wenn der FIB über den Bereich pendelt, und verwendet werden zum Erzeugen oder Auffrischen der Maske oder eines Teils der Maske. Daten, die während des Abtrags ge wonnen werden, können verwendet werden zum Auffrischen der Maske ent weder als Ganzes oder zeilenweise oder punktweise.

Der FIB kann eine Rasterabtastung über der zu bearbeitenden Fläche in Sätzen von ineinander verschachtelten Linien ausführen. Bei spielsweise wird während eines ersten Durchgangs der FIB auf einen hohen Strom gesetzt und mit einer niedrigen Abtastrate über ungeradzahlig be zifferte Zeilen für den Abtrag geführt, und während eines zweiten Durch gangs wird der FIB auf einen niedrigeren Strom gesetzt und mit höherer Rate über geradzahlig bezifferte Zeilen für die Bildgewinnung geführt. Während eines dritten Durchgangs wird der FIB auf einen niedrigen Strom gesetzt und mit hoher Rate über ungeradzahlig bezifferte Zeilen für die Bildgewinnung geführt, und während eines vierten Durchgangs wird der FIB auf einen hohen Strom gesetzt und tastet mit niedriger Rate die gerad zahlig bezifferten Zeilen für den Abtrag ab. Das Verändern des Strahl stromes und der Abtastrate ermöglicht auf diese Weise beinahe kontinu ierliches Auffrischen der Maske mit fortschreitendem Abtrag. Das Kon trastbild, das verwendet wird, um die Maske zu erzeugen, kann herge stellt und aufgefrischt werden durch Anwendung eines pixelweisen "lau fenden" Durchschnitts von einer vorbestimmten Anzahl von Durchgängen. In diesem Zusammenhang braucht ein Pixel nicht einer Stelle innerhalb eines wiedergegebenen Bildes zu entsprechen, entspricht jedoch vorzugsweise einer X-Y-Abtastposition des FIB, herrührend von einem gegebenen Satz von Ablenkspannungseingängen zu der FIB-Säule.

Das Maskenbild braucht nicht hergestellt und gespeichert zu werden als ein Satz von Maskenbilddaten 1175, wie in Fig. 11-13. Das Kontrastbild kann statt dessen laufend verarbeitet werden zum Erzeugen eines Maskendatensignals für die Steuerung des wirksamen FIB-Abtrag stroms bei Durchführung des Abtrags. Beispielsweise wird der Pixelwert bei jeder X-Y-Stelle des Kontrastbildes aus dem Speicher sequentiell ausgelesen, und der Pixelwert wird mit Schwellenwerten verglichen zum Erzeugen eines binären (oder Graupegel-)Wertes, der seinerseits verwen det wird zum Steuern des wirksamen FIB-Abtragstromes an jener X-Y-Stelle.

Bühnenstrom kann verwendet werden anstelle des Sekundärparti kelsignals vom Detektor 512 zum Gewinnen eines Kontrastbildes, aus dem das Maskenbild hergestellt wird. Bühnenstrom ist der gemessene Stromfluß von der Werkstückbühne nach Masse während des Abtrags und ist die Summe des primären Ionenstromes plus Sekundärelektronenstrom plus Sekundär ionenstrom. Primärer Ionenstrom wird festgelegt, und der Sekundärionen strom ist vernachlässigbar, so daß der Bühnenstrom sich hauptsächlich mit dem Sekundärelektronenstrom ändert.

Die beschriebene Technik kann nicht nur verwendet werden, um Metall (z. B. eine metallische Versorgungsebene) auf Dielektrikum zu un terscheiden, sondern auch Dielektrikum auf Metall, Dielektrikum auf Di elektrikum, Metall auf Metall und andere Kontraste. Im hier vorliegenden Kontext ist der Ausdruck "Kontrastbild" so zu verstehen, daß er jeden Bild enthaltenden Materialkontrast umfaßt, topographischen Kontrast und/oder Spannungskontrast. Unterschiedlicher Materialkontrast an Be rührungsflächen ist besonders brauchbar für das Steuern des Abtragens mit Maskendaten gemäß der Erfindung. Der Ausdruck "Kontrastbild" umfaßt ein FIB-Bild; ein Elementenkontrastbild, wie ein SIMS-, Auger- oder EDX- Bild (z. B. wenn Abtrag nur bei Vorhandensein oder Fehlen eines be stimmten Elements oder einer bestimmten Kombination von Elementen erfol gen soll); ein SEM-Bild und/oder ein optisches Bild. Die Auflösung eines optischen Bildes kann unzureichend sein, so für die Unterscheidung von Merkmalen von weniger als etwa 1 Micron. Unter "FIB-Bild" ist ein Bild zu verstehen, erzeugt mit Hilfe eines FIB einschließlich eines Sekundär ionenbildes oder eines Sekundärelektronenbildes, jedoch nicht darauf beschränkt.

Elementenkontrastbilder (wie durch SIMS, EDX, Auger und ande re Techniken erzeugt) können verwertet werden gemäß der Erfindung für das Abtragen eines bestimmten Elements oder einer Kombination von Ele menten oder eines bestimmten Verhältnisses von Elementen in einer ausge wählten Kombination. Beispielsweise kann ein Elementenkontrastbild ver wendet werden zum Herstellen von Maskendaten für FIB-Abtrag eines Volu mens mit einer bestimmten Dotierungsmittelkonzentration, wie dem Drain bereich oder Sourcebereich eines MOS-Transistors. Umgekehrt kann ein Elementenkontrastbild verwendet werden zum Herstellen von Maskendaten für FIB-Abtrag von Material, das abweicht von einem bestimmten Element einer Kombination von Elementen oder einem Verhältnis von Elementen.

Es ist unter bestimmten Bildherstellungsbedingungen möglich (typischerweise Vakuum besser als 10^-6 Torr, vorzugsweise 10^-7 Torr, und bei einer niedrigen Strahlrasterrate), ein Kontrastbild zu gewinnen, das die Kornstruktur des Werkstücks offenbart. Ein solcher Kontrast wird auch als Tunnelkontrast bezeichnet. Ein solches Bild kann verwendet wer den zum Erzeugen von Maskendaten, die es ermöglichen, bestimmte Korn orientierungen selektiv abzutragen unter Anwendung der Techniken der vorliegenden Erfindung.

Die gewonnenen Kontrastbilder oder die Bildmasken können ver wendet werden, Bildverlagerungen zu kompensieren, die mit der Zeit auf treten können oder in Abhängigkeit von Änderungen im Strahlstrom während des Abtragprozesses. Die Iststelle, an welcher der FIB auf das Werkstück für eine gegebene X-Y-Koordinatenstelle im Speicher auftrifft, kann aus irgend einem von einer Anzahl von Gründen driften. Durch Vergleichen des letzten Kontrastbildes oder der Bildmaske des Werkstücks mit einem frü her gewonnenen Kontrastbild oder einer früheren Bildmaske des Werkstücks kann ein Versatz zwischen den Bildern bestimmt und verwendet werden zur Korrektur bezüglich dieser Drift. Die Abtraggenauigkeit wird so ver bessert. Die Verfahren können sogar benutzt werden zum Bestimmen von Versatz zwischen Bildern unterschiedlicher Art, wie zwischen einem Kon trastbild eines Werkstücks und einem Maskenbild des Werkstücks.

Wie beschrieben, wird das gewonnene Bild binarisiert durch Vergleich mit Schwellen zum Erzeugen der Maske in der Form einer Ein- Aus-Mappe für den maskierten Abtragprozeß. Graupegel könnten in ähn licher Weise verwendet werden (anstatt binäre Pegel) zum Steuern der wirksamen Abtragintensität des FIB. Das heißt, der wirksame FIB-Abtrag strom kann gesteuert werden durch solche Mittel, wie Unterdrücken des FIB oder Verändern der Rasterabtastrate des FIB als eine Funktion des Graupegels der Maskendaten. Der FIB kann auch vektorisiert werden auf eine bestimmte Stelle oder einen Satz von Stellen, die abzutragen sind. Ebenso wie die Schwelle, die verwendet wird, um eine binäre Mappe zu erstellen, von dem Benutzer definiert werden kann, kann auch die Kar tierung zwischen Graupegeln des Bildes und der wirksamen FIB-Abtragin tensität vom Benutzer definiert werden, und braucht nicht einmal linear zu sein.

Andere Verfahren der Ableitung von Maskendaten sind ebenfalls möglich. Beispielsweise kann ein topographisches Kontrastbild nur die Kanten eines topographischen Merkmals zeigen, so daß es wünschenswert sein kann, die Bereiche "zu füllen", die von den Kanten begrenzt werden, wenn eine Maske oder Maskendaten erzeugt werden. Wenn die Kanten den Umfang eines Merkmals begrenzen, kann das Kontrastbild so ausgegeben werden, daß das Merkmal aufgefüllt wird, bevor die Maskendaten auf bereitet werden.

Ein Beispiel ist in Fig. 16a-16f dargestellt. Ein Leiter 1410 (Fig. 14a) ist mittels FIB-Abtrag zu durchtrennen. Die Begren zungen eines "Schnittkastens" 1445 werden etabliert (Fig. 14b), etwa durch Begrenzen des Kastens auf einem wiedergegebenen FIB-Bild. Der Ab schnitt des FIB-Abbilds innerhalb der Schnittkastenbegrenzungen wird ge wählt als ein Ausgangspunkt für das Aufbereiten einer Maske. Es ist nicht erwünscht, über die gesamte von dem "Schnittkasten" begrenzte Fläche abzutragen, sondern nur über den Bereich des "Schnittkastens", der den Leiter 1410 überdeckt; d. h. der Bereich, der abzutragen ist, wird begrenzt von dem zentralen Abschnitt des "Schnittkastens" zwischen topographischen Kontrastlinien 1435 und 1440. Eine Ausgangsmaske 1605, dargestellt in Fig. 16c, wird hergestellt aus jenem Abschnitt des FIB- Bildes der Fig. 14b, der innerhalb des "Schnittkastens" 1445 liegt, durch Auffüllen in dem Bereich zwischen den Kontrastlinien 1435 und 1440. Wie in der Schnittdarstellung der Fig. 16a gezeigt, läßt man dann den FIB 1610 pendeln, um zwischen den Begrenzungen 1615 und 1620 abzu tragen. Die Lochbildung an den Kanten des Leiters 1410, beispielsweise an den Stellen 1625 und 1630, wird begrenzt durch Anwendung der Maske.

Nach einigem Abtrag wird ein neues FIB-Bild gewonnen, wie in Fig. 16b. Der ausgehobene Graben erscheint in dem Bild als eine obere und eine untere topographische Kontrastlinie 1635 bzw. 1640, möglicher weise äußere topographische Kontrastlinien 1645 und 1650, und deutlich definierte Kontrastlinien 1655 und 1660 (infolge des kombinierten topo graphischen und Materialkontrastes) an den exponierten Kanten des Lei ters 1410. Eine neue Abtragmaske 1665, dargestellt in Fig. 16f, wird dann hergestellt aus jenem Abschnitt des FIB-Bildes der Fig. 16b, der sich innerhalb des "Schnittkastens" 1445 befindet, durch Auffüllen in dem Bereich zwischen den Kontrastlinien 1655 und 1660. Der FIB-Abtrag wird fortgesetzt unter Anwendung der Maske 1665, zum Definieren neuer Abtastbegrenzungen 1670 und 1675. Für optimale Abtraggenauigkeit ist es bevorzugt, die Abtragmaske (oder die Maskendaten anstelle einer Maske) von Zeit zu Zeit während des Abtragprozesses aufzufrischen.

Der Fachmann erkennt, daß der Arbeitsgang des Auffüllens in dem Bereich zwischen Kontrastlinien 1435 und 1440 für das Herstellen der Maske 1605 und zwischen Kontrastlinien 1655 und 1660 für das Herstellen der Maske 1665 entweder manuell erfolgen kann oder automatisch unter Verwendung konventioneller Bildherausgabetechniken. Rechnergestützte Bildverarbeitungs- und -wiedergabesysteme sind bekannt, welche eine Vielzahl von Herausgabemöglichkeiten bereitstellen, wie die Möglichkeit, ein Bild Pixel um Pixel auszugeben, oder einen Bereich aufzufüllen, der von ausgewählten Grenzlinien begrenzt ist. Die Maskenauffrischung kann automatisiert werden, beispielsweise durch Definieren eines vorbe stimmten Grenzlinienkontrastpegels für die Bildkontrastlinien, die zu verwenden sind als Grenzlinien für die Maske. Bei Gewinnen eines FIB- Bildes, wie jenes der Fig. 16b, ermöglicht ein geeigneter voreinge stellter Kontrastpegel die automatische Auswahl von Kontrastlinien 1655 und 1660 als Begrenzungen für die Maske 1665. Bildverarbeitungstechni ken, die brauchbar sind bei der Automatisierung der Maskendatenge winnung, sind diskutiert in Texten wie D. BALLARD et al., COMPUTER VISION, Prentice Hall, ISBN 0-13-165316 (insbesondere Abschnitt 4.6 bezüglich "Contour Following") und J. RUSS, THE IMAGE PROCESSING HAND- BOOK, CRC Press, ISBN 0-8493-4233-3 (insbesondere Kapitel 6 bezüglich "Processing Binary Images").

Selbstmaskierende Abtragtechniken der vorliegenden Erfindung können mit Vorteil kombiniert werden mit der Anwendung einer oder mehrerer Chemikalien für gesteigerte und/oder differentielle FIB-Ätzung, beispielsweise wie beschrieben in US-Patent Nr. 5.055.696. In ähnlicher Weise können die Selbstmaskierungsabtragtechniken der vorliegenden Er findung eingesetzt werden bei dem chemisch induzierten Elektronenstrahl ätzen, bei dem ein Elektronenstrahl anstelle eines FIB verwendet wird zum Bewirken des Ätzens in Gegenwart einer geeigneten Chemikalie oder geeigneter Chemikalien.

Es ist auch bekannt, einen FIB (wie einen Siliciumionenstrahl) oder anderen Partikelstrahl in Kombination mit einer geeigneten Chemi kalie für das Aufbringen einer Schicht auf der Komponente zu verwenden. Siehe beispielsweise H. KOMANO et al., JAPANESE JOURNAL OF APPLIED PHYSICS, Band 28, Nr. 11 (November 1989), Seiten 2372-2375. Die Selbst maskiertechnik der Erfindung kann verwendet werden, um eine konsistente Schicht aufzubringen, wie etwa eine Isolatorschicht. In diesem Falle wird ein Materialkontrastbild verwendet zum Bestimmen, ob eine Isolier schicht intakt ist.

In den vorgestellten Beispielen wird ein Kontrastbild verwen det zum Herstellen einer Maske oder von Maskendaten, wie man es gewinnen würde aus einer Betrachtung, die im wesentlichen senkrecht auf die Ober fläche der zu behandelnden Probe gerichtet ist. Es versteht sich, daß das Bilderzeugungssystem auch verwendet werden kann, ein Bild unter an deren Winkeln bezüglich der Oberfläche der Probe zu gewinnen (beispiels weise ein SEM unter 45 Grad zu der Oberfläche) zum Unterstützen der In terpretation von topographischem Kontrast. Beispielsweise wird das Bild der Fig. 4 gewonnen aus einer Sicht, die abweicht von der normalen auf die Oberfläche des Musters, und bietet guten topographischen Kontrast. Informationen aus solchen nicht senkrechten Bildern können verwendet werden zum Erzeugen oder Verarbeiten von Maskendaten.

Manchmal ist es erwünscht, den gesamten integrierten Schalt kreis oder einen Teil desselben zu depassivieren zur Erleichterung der Behebung von Fehlern und/oder der Fehleranalyse. Bekannte Techniken verwenden des reaktive Ionenätzen (RIE), um einen integrierten Schalt kreis global zu depassivieren, wie in US-Patenten Nrn. 4.961.812 und 4.980.019 offenbart. Diese Techniken haben eine Anzahl von Nachteilen. Sie sind kompliziert und abhängig von der Bedienungsperson, was eine geschulte Bedienungsperson erfordert und einen sorgfältig ausgelegten Prozeß. Die globale RIE-Depassivierung ändert die Dielektrizitätskon stante für den gesamten integrierten Schaltkreis, und ändert demgemäß das Zeitverhalten von Schaltungen. Dies kann Fehler des integrierten Schaltkreises verdecken. Die globale RIE-Depassivierung trägt manchmal in dem Dielektrikum während der Herstellung eingefangene Partikel ab, wodurch der interessierende Fehler eliminiert oder maskiert wird. Die globale RIE-Depassivierung ist auch relativ langsam, indem sie 90 Minu ten bis 2 Stunden für einen typischen Mikroprozessor erfordert.

Es ist bekannt, den FIB-Abtrag zu beschleunigen durch Injizie ren eines halogenhaltigen Gases dicht an der Komponentenoberfläche. Die spezifischen Kennwerte des Verfahrens hängen von dem injizierten Gas ab und von dem Typ von Material, der abgetragen wird. Vorteile umfassen den beschleunigten Materialabtrag, materialabhängige Abtragraten, die einen materialselektiven Abtrag ermöglichen, und verringerte Neudeponierung, was zu saubereren Schnitten führt und zu höheren Aspektverhältnislöchern und -seitenwandungen. Xenondifluorid, XeF₂, ist ein Beispiel eines Ga ses, das den FIB-Abtrag von dielektrischen Materialien beschleunigt, wie sie häufig in integrierten Schaltkreisen verwendet werden, wie SiO₂ und Si₃N₄. Differentielle Materialabtragraten von 3 : 1 bis 10 : 1 im Vergleich mit Aluminiumsignalleitungen werden ohne weiteres erreicht. Diese Mate rialselektionseigenschaft ist wertvoll für lokale Depassivierung von Signalleitungen integrierter Schaltkreise für die Verbesserung der Elek tronenstrahlsondensignalintegrität. Während des FIB-Abtragprozesses mit XeF₂ ist die Materialabtragrate niedriger in jenen Bereichen, wo Alumi nium-/Metalleiter frei liegen. Bei fortgesetztem Abtrag wird mehr und mehr Dielektrikum entfernt unter Hinterlassen der Aluminiumleiter als auf "Plateaus" von Dielektrikum stehend, gebildet als Ergebnis der Maskie rung des Ionenstrahls gegenüber den unterlagerten Dielektriken durch die Leiter. Beispielsweise ist Fig. 17 ein FIB-Bild und zeigt ein "Fenster" 1710 in einer Mehrlagenkomponente, die lokal depassiviert wurde durch Dielektrikum bevorzugenden FIB-Abtrag unter Verwendung von XeF₂ in einem CAIBE-Prozeß zum Freilegen von Metall-4-Leiter 1715, Metall-3-Leitern 1720 und 1725, Metall-2-Leitern 1730, 1735, 1740 und 1745 und Metall-1- Leitern 1750 und 1755.

Dieses Depassivierungsverfahren funktioniert gut für Ein- und Zweilagenmetallkomponenten, welche SiO₂ und Si₃N₄ als Dielektrikum und Passivierungsmaterial verwenden. Im Falle Drei- und Vierlagenmetallkom ponenten jedoch kann ein auf oberem Niveau liegender freigelegter Leiter beschädigt oder durchschnitten werden, weil er länger dem FIB ausgesetzt ist, was erforderlich ist, um Dielektrikum von unteren Lagen abzutragen. Fig. 17 zeigt beispielsweise Beschädigung an den Metall-3-Leitern 1720 und 1725 bei 1760 bzw. 1765. Eine Beschädigung kann auch auftreten bei Dielektrikummaterialien, deren Abtrag langsam ist, wie Polyimid. Fig. 18 ist ein FIB-Abbild zur Darstellung eines Beispiels, bei dem die Lei ter 1810, 1815 und 1820 in einem oberen Niveau einer Komponente schmaler gemacht worden sind durch Überätzen infolge der langsamen Abtragrate der Polyimidpassivierung 1825 in dem XeF₂-unterstützten FIB-Ätzprozeß.

Der selbstmaskierende FIB-Abtrag gemäß der Erfindung kann ver wendet werden, um Beschädigungen zu reduzieren, hervorgerufen durch den Passivierungsabtrag, insbesondere aus einer ausgewählten lokalen Region. Gemäß der Erfindung wird eine FIB-erzeugte adaptive Maske verwendet zur Auswahl gegen den Abtrag von Metall, wenn dieses progressiv freigelegt wird. Die lokale Depassivierung unter Verwendung des selbstmaskierenden FIB-Abtrags gemäß der Erfindung hat die Vorteile: Der Arbeitsgang ist weitgehend unabhängig von der Ausbildung der Bedienungsperson, wenig oder gar keine Pre-charakterisierung ist erforderlich, die Chancen des Abtrags eines Partikels, eingebettet in die Passivierung, sind erheblich herabgesetzt, und die Dielektrizitätskonstante des Dielektrikums bezüg lich des gesamten integrierten Schaltkreises wird nicht merkbar ver ändert.

Die Depassivierung durch selbstmaskierenden Abtrag kann ausge führt werden mit oder ohne Hilfe eines das Dielektrikum bevorzugenden Gases. Während das selbstmaskierende FIB-Abtragen allein wirksam ist für das Freilegen von Leitern, hat die Verwendung des selbstmaskierenden Ab trags in Kombination mit CAIBE unter Verwendung von materialselektivem Gas eine Anzahl von Vorteilen: Materialwiederauftrag, der Leckströme zwischen Leitern hervorrufen kann, wird verringert, die Endpunkterken nung wird leichter, insbesondere für den Abtrag von tiefer Passivierung, höhere Aspektverhältnisse können erzielt werden zum Erleichtern der Freilegung von Leitern unterer Niveaus in engen Bereichen, wo die Leiter sehr dicht angeordnet sind, und der Abtrag erfolgt schneller.

Fig. 19a-19o zeigen ein Beispiel eines Prozesses für lo kale Depassivierung eines integrierten Schaltkreises gemäß der Erfin dung. Fig. 19a zeigt ein typisches FIB-Abbild, repräsentiert durch ein abgeschattetes Rechteck 1900 mit einer Auflage, die die Umrisse von ver grabenen Leitern 1902, 1904, 1906, 1908 und 1910 unter einer Passivie rungsschicht 1912 zeigen, und mit einer Durchkontaktierung 1914, welche die Leiter 1908 und 1910 verbindet. Fig. 19b zeigt ein weißes Rechteck 1916, das die Ausgangsmaske repräsentiert (eine Nullmaske oder eine Nichtmaske zum Beginnen des Prozesses). In späteren Schritten wird die Maske erzeugt durch Schwellenbildung des FIB-Abbilds. Die Fig. 19c ist ein Querschnitt nach Linie 19c-19c der Fig. 19a.

FIB-Abtrag (mit oder ohne XeF₂) wird ausgeführt, um lokal den in dem FIB-Bild der Fig. 19a dargestellten Bereich zu depassivieren. Fig. 19d zeigt ein resultierendes FIB-Abbild 1918, in welchem Aluminium des Leiters 1902 freigelegt ist. Fig. 19f ist eine Querschnittsansicht nach Linie 19f-19f der Fig. 19d. Wie in Fig. 19e erkennbar, wird eine dunkle Maskenfläche 1920 erzeugt (durch Schwellenbildung und Inver tierung des FIB-Abbilds der Fig. 19f), und die Maske 1924 wird dann verwendet während weiteren Abtrags, um den Abtrag des freiliegenden Metalls des Leiters 1902 zu vermeiden.

Der FIB-Abtrag (mit oder ohne XeF₂) wird fortgesetzt unter Verwendung der Maske nach Fig. 19e. Fig. 19g zeigt ein resultierendes FIB-Abbild 1926, in welchem eine zweite Lage von Metall exponiert worden ist, zum Freilegen der Leiter 1904 und 1908. Fig. 19i ist eine Quer schnittsansicht nach Linie 19i-19i der Fig. 19g. Nach Frei legen des Me talls der Leiter 1904 und 1908 wird das FIB-Abbild der Fig. 19g verwen det zum Erzeugen einer Maske 1928 gemäß Fig. 19h für den weiteren Ab trag, welcher vermeidet, daß das exponierte Metall der Leiter 1902, 1904 und 1908 abgetragen wird. Der Bereich 1930 der Maske 1928 ist zu maskie ren während des weiteren Abtrags, während der Bereich 1932 abzutragen ist.

Das Verfahren wird fortgesetzt, bis alle Metallschichten, die interessieren, freigelegt sind. Beispielsweise wird das FIB-Abtragen (mit oder ohne XeF₂) fortgesetzt unter Verwendung der Maske nach Fig. 19h. Fig. 19j zeigt ein resultierendes FIB-Abbild 1934, in welchem eine dritte Lage von Metall freigelegt ist zum Exponieren des Leiters 1910. Fig. 19l ist ein Querschnitt nach Linie 19l-19l der Fig. 19j. Nach Freilegen des Metalls des Leiters 1910 wird das FIB-Abbild der Fig. 19j verwendet zum Erzeugen einer Maske 1936 gemäß Fig. 19k für den weiteren Abtrag, der den Abtrag des exponierten Metalls der Leiter 1902, 1904, 1908 und 1910 vermeidet. Der Bereich 1938 der Maske 1936 ist während des weiteren Abtrags zu maskieren, während im Bereich 1940 der Abtrag fortzusetzen ist.

Das FIB-Abtragen (mit oder ohne XeF₂) wird fortgesetzt unter Verwendung der Maske nach Fig. 19k. Fig. 19m zeigt ein resultierendes FIB-Abbild 1942, in welchem eine vierte Lage von Metall exponiert worden ist zum Freilegen des Leiters 1906. Fig. 19o ist eine Querschnittsdar stellung nach Linie 19o-19o der Fig. 19m. Nach Freilegen des Metalls des Leiters 1906 kann das FIB-Abbild der Fig. 19j verwendet werden zum Erzeugen einer Maske 1944 gemäß Fig. 19n, falls weiterer Abtrag auszu führen ist unter Vermeidung des Abtragens von exponiertem Metall der Leiter 1902, 1904, 1908, 1910 und 1906. In diesem Falle wird der Bereich 1946 der Maske 1944 maskiert für den weiteren Abtrag, während der Bereich 1948 abgetragen wird.

Claims

1. Ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks durch Material abtrag oder Materialauftrag, umfassend die Schritte:

a. Abtastenlassen eines fokussierten Partikelstrahls über eine Oberfläche des Werkstücks zum Abtragen von Material von der Oberfläche oder Auftragen von Material auf die Oberfläche;
b. Herstellen eines Satzes von Daten, die eine Abbildung der Oberfläche repräsentieren, welche Abbildung einen ersten Ab bildungsabschnitt aufweist, der eine Fläche repräsentiert, die weiterzubearbeiten ist, und einen zweiten Abbildungsabschnitt aufweist, der eine Fläche repräsentiert, bei der eine weitere Bearbeitung zu minimieren ist; und
c. Abtastenlassen des fokussierten Partikelstrahls über der Oberfläche, während der fokussierte Partikelstrahl gesteuert wird, um selektiv die im ersten Abbildungsabschnitt repräsen tierte Fläche zu bearbeiten und um die Weiterbearbeitung der im zweiten Bildabschnitt repräsentierten Fläche zu minimieren.

2. Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend den Schritt des Auffrischens des Satzes von Daten, der eine Abbildung der Oberfläche re präsentiert, um dadurch die Bearbeitung der Oberfläche an Änderungen an zupassen, die bei der Oberflächenbearbeitung auftreten.

3. Das Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der fokussierte Parti kelstrahl einen fokussierten Ionenstrahl umfaßt.

4. Das Verfahren nach Anspruch 3, bei dem der fokussierte Ionen strahl einen wirksamen Bearbeitungsstrom besitzt, der während des Abta stenlassens modulierbar ist, und bei dem der Schritt c. das Modulieren des wirksamen Bearbeitungsstromes mit den Daten umfaßt als eine Funktion der Position des fokussierten Ionenstrahls relativ zu den Flächen.

5. Das Verfahren nach Anspruch 3, bei dem der Schritt b. das Ge winnen eines ersten Satzes von Pixeldaten umfaßt, die ein Kontrastabbild der Oberfläche definieren, welche Pixeldaten einen entsprechenden Inten sitätswert für jede X-Y-Stelle der Abbildung umfassen, und Schwellenbil dung der Intensitätswerte zum Erzeugen eines Satzes von Daten, die eine Maskenabbildung definieren, und bei welchem Verfahren der Schritt c. das Steuern der wirksamen Bearbeitungsrate des fokussierten Ionenstrahls an jeder X-Y-Stelle der Oberfläche umfaßt, in Abhängigkeit von dem Satz von Daten, der die Maskenabbildung definiert.

6. Das Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der fokussierte Parti kelstrahl ein fokussierter Ionenstrahl ist, und bei dem der Schritt c. ferner den Schritt umfaßt des Einführens einer Chemikalie an der Ober fläche, zum Steigern des Ab- oder Auftrags des Materials.

7. Das Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der fokussierte Parti kelstrahl ein Elektronenstrahl ist, und bei dem der Schritt c. ferner den Schritt umfaßt des Einführens einer Chemikalie an der Oberfläche, die in Gegenwart des Elektronenstrahls Materialab- oder -auftrag von der Oberfläche induziert.

8. Das Verfahren nach Anspruch 2, bei dem das Werkstück einen in tegrierten Schaltkreis umfaßt, bei dem der zu bearbeitende Bereich fer ner Passivierung und/oder Dielektrikum umfaßt, und bei dem der Bereich, bei dem die weitere Bearbeitung zu minimieren ist, Metall umfaßt.

9. Das Verfahren nach Anspruch 8, bei dem der Schritt c. ferner den Schritt umfaßt des Einführens einer Chemikalie an der Oberfläche, um vorzugsweise die Ab- oder Auftragrate der Passivierung und des Dielek trikums von der Oberfläche zu steigern, relativ zu der Abtragrate von Metall.

10. Vorrichtung für das Modifizieren eines Werkstück, umfassend:

a. eine Partikelstrahlfokussiersäule, die auf eine Ablenk steuerung reagiert für das Abtastenlassen eines fokussierten Partikelstrahls über einer Oberfläche eines Werkstücks zum Ab- oder Auftragen von Material;
b. eine Ablenksteuerung;
c. einen Detektor;
d. bildgebende Elektroniken, die auf den Detektor reagieren zum Herstellen eines Satzes von Daten, die eine Kontrastabbil dung der Oberfläche repräsentieren, welche Kontrastabbildung einen ersten Abbildungsabschnitt umfaßt, der eine weiter zu bearbeitende Fläche repräsentiert, und einen zweiten Abbil dungsabschnitt umfaßt, der eine Fläche repräsentiert, bei der eine Weiterbearbeitung zu minimieren ist; und
e. eine Bearbeitungssteuerung für das Steuern des fokussierten Partikelstrahls derart, daß vorzugsweise der im ersten Bild abschnitt repräsentierte Flächenbereich weiterbearbeitet wird, während der im zweiten Bildabschnitt repräsentierte Flächen bereich minimal weiterbearbeitet wird.

11. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zum Einbringen eines Fensters in eine obere Schicht eines integrierten Schaltkreises zwecks Freilegung einer tiefer liegenden Schicht des Schaltkreises, wobei das Verfahren umfaßt:

a. Abtastenlassen eines fokussierten Ionenstrahls über einer Oberfläche des integrierten Schaltkreises zum Beginnen des Abtrags der oberen Schicht;
b. nach teilweisem Durchbrechen der oberen Schicht Gewinnen von Daten, die eine Kontrastabbildung der Abtragsoberfläche repräsentieren;
c. Abgleichen der eine Kontrastabbildung repräsentierenden Daten mit Schwellen zum Erzeugen eines Satzes von Masken abbildungsdaten;
d. Abtastenlassen des fokussierten Ionenstrahls über der Ober fläche zum Fortsetzen des Abtrags der oberen Schicht, während die Abtragsrate des fokussierten Ionenstrahls moduliert wird mit den Maskenabbildungsdaten zum Minimieren des Abtrags, wo die obere Schicht teilweise durchbrochen ist.

12. Die Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 11, ferner um fassend den Schritt der Wiederholung der Schritte b. bis d. in zeit lichen Abständen, um dadurch den Abtrag den sich ändernden Bedingungen der Oberfläche anzupassen, wenn diese Oberfläche bearbeitet wird.

13. Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 zum Durchtrennen eines Leiters eines integrierten Schaltkreises, umfassend die Schritte:

a. Definieren der nominellen Begrenzungen eines abzutragenden Bereichs für das Durchtrennen des Leiters;
b. Gewinnen einer Kontrastabbildung des integrierten Schalt kreises innerhalb der nominellen Begrenzungen;
c. Herstellen, aus der Kontrastabbildung, eines Satzes von Maskendaten, die tatsächliche Begrenzungen eines abzutragenden Bereichs definieren, um den Leiter zu durchtrennen;
d. Abtastenlassen eines fokussierten Partikelstrahls über dem Bereich, der durch die tatsächlichen Begrenzungen definiert wird, um dadurch Material von der Oberfläche innerhalb dieser tatsächlichen Begrenzungen abzutragen; und
e. Wiederholen der Schritte b. bis d., bis der Leiter durch trennt ist.

14. Die Anwendung des Verfahrens nach Anspruch 13, bei dem die tatsächlichen Begrenzungen bestimmt werden aus topographischen Merkmalen des Leiters, wie sie in dem Kontrastabbild erscheinen.

15. Die Anwendung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 9 für das Aufbringen einer Materialschicht auf die Oberfläche einer inte grierten Schaltkreiskomponente, wobei das Verfahren die Schritte umfaßt:

a. Aufbringen von Material auf eine Oberfläche eines inte grierten Schaltkreises durch Abtastenlassen eines fokussierten Partikelstrahls über die Oberfläche des integrierten Schalt kreises in Gegenwart einer Chemikalie, die in Gegenwart des fokussierten Partikelstrahls auf der Oberfläche eine Material schicht niederzuschlagen induziert wird;
b. Gewinnung eines Kontrastabbilds der Oberfläche;
c. Herstellung, aus der Kontrastabbildung der Oberfläche, ei nes Satzes von Maskendaten mit einem ersten Abschnitt, der ei ne Fläche repräsentiert, über der eine Schicht des Materials aufgetragen worden ist, und eines zweiten Abschnitts, der eine Fläche repräsentiert, über der eine Schicht des Materials noch aufzubringen ist; und
d. selektives Auftragen des Materials auf die Oberfläche durch Abtastenlassen eines fokussierten Partikelstrahls über dem Be reich der Oberfläche, entsprechend dem zweiten Abschnitt der Maskendaten.