(57)【要約】【課題】試料を高い加工精度でエッチングすることのできるプラズマエッチング装置を提供する。【解決手段】プラズマエッチング装置は、プラズマを発生するプラズマガン、試料の観察および膜厚測定を行う光学顕微鏡および前記試料を搭載してＸＹＺ方向に移動可能なステージを備えた処理室と、前記プラズマガンおよび前記処理室にプロセスガスを供給するガス供給源と、前記プラズマガンの内部および前記処理室の内部を排気する排気装置と、前記プラズマガンの内部圧力および前記処理室の内部圧力を検知する圧力検知装置と、前記プラズマガンに高周波電力を供給する高周波電源と、これらを制御する制御部とを備えている。【選択図】図１
2014075412.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
プラズマを発生するプラズマガン、試料の観察および膜厚測定を行う光学顕微鏡および前記試料を搭載してＸＹＺ方向に移動可能なステージを備えた処理室と、
前記プラズマガンおよび前記処理室にプロセスガスを供給するガス供給源と、
前記プラズマガンの内部および前記処理室の内部を排気する排気装置と、
前記プラズマガンの内部圧力および前記処理室の内部圧力を検知する圧力検知装置と、
前記プラズマガンに高周波電力を供給する高周波電源と、
前記プラズマガン、前記光学顕微鏡、前記ステージ、前記ガス供給源、前記排気装置、前記圧力検知装置および前記高周波電源をそれぞれ制御する制御部とを備えたプラズマエッチング装置。
【請求項２】
前記プラズマガンは、噴射型プラズマと吸引型プラズマとを同時に発生させる請求項１に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項３】
前記ステージは、前記ステージのＸＹ平面と前記ステージに搭載された前記試料の被加工面とを平行にするための傾き補正ステージを備えた請求項１に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項４】
前記プラズマガンにプラズマ加工の終点を判定するための導光ファイバを設けると共に、前記導光ファイバを膜厚測定器に接続し、前記試料のプラズマ加工中における被加工部の膜厚測定を可能とした請求項１に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項５】
前記プラズマガンにプラズマ加工の終点を判定するための導光ファイバを設けると共に、前記導光ファイバを分光分析器に接続し、前記試料のプラズマ加工中における被加工部のスペクトル分析を可能とした請求項１に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項６】
前記プラズマガンの先端と前記試料の被加工面とのギャップを検知、調整する機構を備えた請求項１に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項７】
前記光学顕微鏡を用いて前記試料の被加工面に対する合焦点位置を複数箇所測定することにより、前記試料の傾きを算出し、前記試料の傾きに応じて前記傾きを直線補間することにより、前記ステージのＺ方向を制御する請求項１に記載のプラズマエッチング装置。
【請求項８】
（ａ）プラズマエッチング装置を用いて半導体装置の表面をエッチングすることにより、不良解析の対象となるネットを露出させる工程と、
（ｂ）露出した前記ネットにプローブを当てた状態で前記ネットに電子ビームを照射し、前記プローブに流れる吸収電流像に基づいて前記ネットの不良解析を行う工程と、
を有し、
前記プラズマエッチング装置は、
プラズマを発生するプラズマガン、前記半導体装置の観察および膜厚測定を行う光学顕微鏡および前記半導体装置を搭載してＸＹＺ方向に移動可能なステージを備えた処理室と、
前記プラズマガンおよび前記処理室にプロセスガスを供給するガス供給源と、
前記プラズマガンの内部および前記処理室の内部を排気する排気装置と、
前記プラズマガンの内部圧力および前記処理室の内部圧力を検知する圧力検知装置と、
前記プラズマガンに高周波電力を供給する高周波電源と、
前記プラズマガン、前記光学顕微鏡、前記ステージ、前記ガス供給源、前記排気装置、前記圧力検知装置および前記高周波電源をそれぞれ制御する制御部とを備える半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマエッチング技術に関し、特に、半導体装置の不良解析や回路修正を行う際の前処理に適用して有効な技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の不良解析において、動的解析には電子ビーム(Electron Beam：ＥＢ)解析等が用いられており、不良箇所の特定には赤外光加熱抵抗変化(Infra Red-Optical Beam Induced Resistance Change：ＩＲ−ＯＢＩＲＣＨ)解析や、電子ビーム吸収電流(Electron Beam Absorbed Current：ＥＢＡＣ)解析等が用いられている。
【０００３】
また、これらの不良解析を行う際には、その前処理として、半導体装置（半導体ウエハ、半導体チップ、樹脂パッケージ等）の表面を覆っている絶縁膜や樹脂層を局所的に除去したり、シリコン基板を薄膜化したりすることによって、解析対象となるネット（同電位の配線経路）を露出させる作業が必要となるが、このような前処理には、集束イオンビーム(Focused Ion Beam：ＦＩＢ)加工や、プラズマエッチング加工が用いられている。
【０００４】
近年の半導体装置は、最上層配線として半導体チップのほぼ全面に幅広の電源配線およびグランド配線を設ける場合や、アレイ状に配置したバンプ電極を介して半導体チップを配線基板上にフリップチップ実装する場合がある。このような半導体装置は、半導体チップの表面側からの解析が不可能なため、裏面（シリコン基板）側から実施する手法が採られている。
【０００５】
しかし、一般的な半導体装置の場合、シリコン基板の厚さは７００μｍ〜８００μｍであり、ＦＩＢ加工でスルーホールの形成を行うことは、スルーホールのアスペクト比が高すぎて不可能であるため、まず機械研磨を用いてシリコン基板を薄膜化処理した後、ＦＩＢ加工を行なっている。
【０００６】
特許文献１は、光学顕微鏡あるいは走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の観察部に局所プラズマエッチング手段とプロービング手段とを設け、半導体装置の絶縁膜を局所エッチングして露出させた配線にプローブ（探針）を当てて不良解析を行う技術を開示している。
【０００７】
特許文献２は、ＦＩＢやＳＥＭ等の荷電粒子線装置を用いて半導体装置の検査、解析、微細加工を行う際の前処理として、当該荷電粒子線装置の試料室内に反応性ガスのプラズマ照射手段を設けて局所プラズマ加工を行う技術を開示している。
【０００８】
特許文献３は、一つの真空容器内に光学顕微鏡やＳＥＭ等の観察手段と吸引型プラズマエッチング手段とこれらの間を移動するステージとを設け、観察手段で試料（半導体装置）の加工位置決めを行った後、吸引型プラズマエッチング手段に試料を移動させてプラズマ加工（絶縁膜の剥離、除去）を行い、その後、再び試料を観察手段に移動させて加工状態の観察を行う技術を開示している。
【０００９】
特許文献４は、大気圧雰囲気中で円筒状絶縁体からヘリウム（Ｈｅ）ガスとハロゲン系ガスの混合プラズマを試料に照射して局所エッチングを行う際、円筒状絶縁体の延長線上かつ試料下に配置した磁石の磁場でプラズマを高密度化することにより、エッチング速度を高める技術を開示している。
【００１０】
特許文献５は、減圧状態の試料室内に反応性ガスを導入しつつ、プラズマ発生手段を備えたキャピラリの先端部から反応性ガスを吸引してキャピラリ内にプラズマを発生させ、このプラズマをキャピラリ先端部から噴出させて試料表面をプラズマ加工する技術を開示している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００８−０４６３２４号公報
【特許文献２】特開２００７−１１５４５３号公報
【特許文献３】特開２０１０−１３５３５１号公報
【特許文献４】特開平４−２４２９２４号公報
【特許文献５】特開２０１０−１５３７８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
上述したように、半導体装置の不良解析を行う際には、ＦＩＢあるいはプラズマエッチングを用いた前処理が行われている。また、半導体装置の裏面（シリコン基板）側から不良解析を行う場合は、機械研磨とＦＩＢとを組み合わせた前処理が行われている。
【００１３】
しかしながら、ＦＩＢは、プラズマエッチングに比べて微細加工に適している反面、加工時間が長く、装置の長時間占有による他製品の解析遅延や消耗品（プロセス等）の費用増大を招いている。
【００１４】
また、機械研磨は、砥粒を用いた研磨加工であるため、次工程のＦＩＢ加工領域内に深い研磨傷あるいは遊離砥粒が残る場合がある。そのため、研磨傷は、ＦＩＢ加工時にＦＩＢデポジションによって埋め込み、遊離砥粒は、ＦＩＢエッチングで除去しながら加工を進めるので、ＦＩＢ加工時間がさらに長くなる。
【００１５】
そのため、処理時間短縮の観点からは、プラズマエッチングを用いた前処理が望まれるが、前処理にプラズマエッチングを適用する際には、例えば所望の配線を均一に露出させる、あるいはシリコン基板を局所的に均一な膜厚で平坦に薄膜化すると言ったような、高い加工精度が要求される。
【００１６】
しかしながら、従来のプラズマエッチング技術は、このような高い加工精度を実現することが困難であったため、配線の多層化および微細化が進む近年の半導体装置の不良解析を行う際の前処理に適用することが困難であるという課題がある。
【００１７】
その他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本願において開示される課題を解決するための手段のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００１９】
本願の一実施の形態におけるプラズマエッチング装置は、
プラズマを発生するプラズマガン、試料の観察および膜厚測定を行う光学顕微鏡および前記試料を搭載してＸＹＺ方向に移動可能なステージを備えた処理室と、
前記プラズマガンおよび前記処理室にプロセスガスを供給するガス供給源と、
前記プラズマガンの内部および前記処理室の内部を排気する排気装置と、
前記プラズマガンの内部圧力および前記処理室の内部圧力を検知する圧力検知装置と、
前記プラズマガンに高周波電力を供給する高周波電源と、
これらを制御する制御部とを備えている。
【発明の効果】
【００２０】
本願において開示される課題を解決するための手段のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下の通りである。
【００２１】
試料を高い加工精度でエッチングすることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】実施の形態１のプラズマエッチング装置の全体構成図である。
【図２】実施の形態１のプラズマガンの構成図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は、実施の形態１のプラズマガンに備わるキャピラリの先端の断面図である。
【図４】実施の形態１の光学顕微鏡の構成図である。
【図５】（ａ）は、噴射型プラズマにおけるギャップ調整の模式図、（ｂ）は、ギャップとプロセスガスの流量との関係を示すグラフである。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は、光学顕微鏡を用いた３点アライメント機能の説明図である。
【図７】（ａ）は、従来のプラズマエッチングによる加工形状を示す断面図、（ｂ）は、実施の形態１によるプラズマ走査領域設定の説明図である。
【図８】（ａ）〜（ｄ）は、実施の形態１によるプラズマ走査加工の説明図である。
【図９】（ａ）は、傾き補正無しでの走査の説明図、（ｂ）は、傾き補正ありでの走査の説明図、（ｃ）は、直線補間の説明図である。
【図１０】（ａ）は、傾き補正ステージの平面図、（ｂ）は、傾き補正ステージの断面図である。
【図１１】（ａ）、（ｂ）は、実施の形態２によるギャップ調整方法の説明図である。
【図１２】（ａ）は、実施の形態３のプラズマガンに備わるキャピラリの断面図、（ｂ）は、実施の形態３のプラズマガンによる加工部の断面図である。
【図１３】実施の形態３のプラズマガンによる加工方法の説明図である。
【図１４】（ａ）、（ｂ）は、実施の形態３のプラズマガンに備わるキャピラリの別例を示す断面図である。
【図１５】（ａ）は、実施の形態４のプラズマガンに備わるキャピラリの断面図、（ｂ）は、実施の形態４のプラズマガンによる加工部の断面図である。
【図１６】（ａ）は、実施の形態４のプラズマガンに備わるキャピラリの別例を示す断面図、（ｂ）は、図１６（ａ）に示すプラズマガンによる加工部の断面図である。
【図１７】ＥＢＡＣ解析の対象となるネットの一例を示す試料の平面図である。
【図１８】図１７の一部を示す断面図である。
【図１９】実施の形態５によるＥＢＡＣ解析の前処理方法を示す斜視図である。
【図２０】実施の形態５によるＥＢＡＣ解析の前処理方法を示す断面図である。
【図２１】実施の形態５によるＥＢＡＣ解析方法を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、実施の形態では、特に必要なときを除き、同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。さらに、実施の形態を説明する図面においては、構成を分かり易くするために、平面図であってもハッチングを付す場合や、断面図であってもハッチングを省略する場合がある。
【００２４】
（実施の形態１）
まず、図１を用いて実施の形態１のプラズマエッチング装置の全体構成について説明する。
【００２５】
プラズマエッチング装置１００の処理室１０内には、加工対象となる試料（半導体装置）１を載置する傾き補正ステージ１２０と、ＸＹＺの３軸方向に移動可能で、かつ試料１の現在位置をステージ座標として検知可能なステージ１１が設けられている。また、処理室１０の一端には、試料１の載置および取り出しを行なうための扉１２が設けられている。
【００２６】
処理室１０の上面には、反射防止膜がコーティングされた光学用窓１３が設けられており、その直上には、膜厚の測定および観察のための光学顕微鏡４０が設けられている。また、処理室１０の上面には、試料１に対して局所プラズマエッチングを行なうためのプラズマガン２０が設けられている。
【００２７】
プラズマガン２０には、噴射型プラズマエッチングに用いるプロセスガスを供給するためのマスフローコントローラ３１ａおよび真空排気用の排気バルブ１４ａが接続されている。マスフローコントローラ３１ａには、各種プロセスガスを収納しているシリンダ６０、ガス切換器６１および供給バルブ６２ａが接続されている。また、プラズマガン２０には、その内部の圧力を検知するための圧力計１８ａおよびプロセスガスをプラズマ化するための高周波電源ユニット３２が接続されている。
【００２８】
プロセスガスは、試料１の加工部分の材質に応じて以下のように使い分ける。すなわち、試料１の加工部分がシリコン基板または絶縁膜（酸化シリコン膜、窒化シリコン膜等）である場合は、ＣＦ４、ＣＨＦ３、Ｃ４Ｆ８等のフッ素系ガス、あるいはこれらのフッ素系ガスに酸素（Ｏ２）を添加したガスを用いる。また、アルミニウム（Ａｌ）配線の加工には、Ｃｌ２、ＨＣｌ、ＢＣｌ、ＣＣｌ４等の塩素系ガスを用い、銅（Ｃｕ）配線の加工には、塩素（Ｃｌ２）あるいは四塩化炭素（ＣＣｌ４）、四塩化ケイ素（ＳｉＣｌ４）、ＢＣｌ３等の塩素系ガスを用いる。さらに、試料１の加工部分が半導体チップを封止する樹脂（エポキシ樹脂、ポリイミド樹脂等）である場合は、Ｏ２単体あるいはＯ２に不活性ガスを添加したガスを用いる。
【００２９】
処理室１０の底面には、処理室１０の内部を真空排気するための排気バルブ１４ｂおよび真空ポンプ１５が接続されている。真空ポンプ１５によって処理室１０およびプラズマガン２０から排出されたガスは、除害装置１６によって無害化されて大気中に放出される。また、処理室１０の底面には、真空排気されて減圧状態となった処理室１０を大気圧に戻すためのリークバルブ１７が接続されている。
【００３０】
処理室１０の側面には、処理室１０内の圧力を検知するための圧力計１８ｂと、吸引型プラズマエッチングに用いるプロセスガスを処理室１０の内部に供給するためのマスフローコントローラ３１ｂが設けられている。マスフローコントローラ３１ｂには、各種プロセスガスを収納しているシリンダ（ガス供給源）６０、ガス切換器６１および供給バルブ６２ｂが接続されている。
【００３１】
処理室１０の外部に設けられた制御部５０は、処理室１０内のステージ１１の制御、光学顕微鏡４０からの画像の取り込みおよび膜厚測定、マスフローコントローラ３１ａ、３１ｂによるプロセスガスの流量の制御、高周波電源ユニット３２の制御、排気バルブ１４ａ、１４ｂおよびリークバルブ１７の開閉制御、圧力計１８ｂからの測定データの取り込み等を行い、かつ必要に応じてそれらをモニタ５１に表示する。
【００３２】
次に、プラズマエッチング装置１００の上記した構成要素について、さらに詳しく説明する。
【００３３】
まず、処理室１０内のステージ１１は、エンコード等の位置検出手段を備えている。また、図１に示す試料交換位置のステージ座標（ｘ１、ｙ１）、光学顕微鏡４０の光軸位置（視野中心）のステージ座標（ｘ２、ｙ２）、プラズマガン２０による加工中心位置のステージ座標（ｘ３、ｙ３）と言った各サイトのステージ座標は、予め制御部５０に記憶されている。そして、制御部５０のモニタ５１あるいは図示しない操作パネルに設けられた移動先ボタンを押すと、制御部５０は、ステージ１１を上記各サイトへ移動させる。さらに、制御部５０は、光学顕微鏡４０の光軸位置をプラズマガン２０の加工中心位置に移動させる、あるいはその逆に、プラズマガン２０の加工中心位置を光学顕微鏡４０の光軸位置に移動させると言った相対移動も行う。
【００３４】
ステージ１１の上部の傾き補正ステージ１２０は、ＸＹ平面に対する試料１の傾きを略０（ゼロ）とするためのもので、その構成の一例を図１０に示す。図１０（ａ）は、傾き補正ステージ１２０の平面図であり、図１０（ｂ）は、傾き補正ステージ１２０の側面図である。
【００３５】
傾き補正ステージ１２０は、ベース１２１と、試料１を載置する可動プレート１２２と、それらを結合する引っ張りバネ１２３と、Ｚ方向に伸縮可能な複数の直動素子１２４とで構成されている。直動素子１２４は、例えばピエゾ素子で構成されており、図１に示す制御部５０からの電圧印加によって、Ｚ方向の伸縮量を任意に設定することができる。従って、光学顕微鏡４０の画像を観察しながらベース１２１の４つの角部に配置、固定された直動素子１２４のいずれかを伸縮させることにより、ＸＹ平面と試料１の表面との傾きを略一致させることが可能である。
【００３６】
次に、図２を用いてプラズマガン２０について説明する。プラズマガン２０の筺体２０１の内部には、セラミックあるいは石英等のガラスからなるキャピラリ２０２が挿入されている。このキャピラリ２０２は、筺体２０１の上下に配置したＯリング２０３ａ、２０３ｂを介して筺体２０１に保持されている。
【００３７】
キャピラリ２０２は、その内径が大きいほどプラズマを容易に発生できるが、大径のキャビティで発生させたプラズマをそのまま試料１に照射すると、不所望な領域まで加工することとなり、例えばボンディングワイヤの切断等の不具合を引き起こす。
【００３８】
そこで、プラズマガン２０は、図３に示すように、先端（下端）の内径を小さくしたキャピラリ２０２を備えている。図３（ａ）は、キャピラリ２０２の先端部のみを絞った一体成形品である。図３（ｂ）は、ストレート形状のキャピラリ２０２の先端に所望の穴径を有する円板２０２ａを接着したものである。図３（ｃ）は、キャピラリ２０２の先端に雄ネジを形成し、所望の穴径および雌ネジを有するキャップ２０２ｂを取り付けたものである。図３（ｄ）は、図３（ｃ）におけるキャップ２０２ｂを所望の穴径を有する円板２０２ｄとこれを抑えるキャップ２０２ｄとに分割したものである。
【００３９】
図３（ａ）および図３（ｂ）に示すキャピラリ２０２は、一体型であるため、加工寸法に応じた穴径のものに交換する場合は、キャピラリ２０２の全体を交換する必要がある。これに対して、図３（ｃ）および図３（ｄ）に示すキャピラリ２０２は、キャップ２０２ｂ、２０２ｄあるいは円板２０２ｃを交換することによって対応することが可能である。
【００４０】
図２に示すように、プラズマガン２０の筺体２０１の上部には、圧力計１８ａ、マスフローコントローラ３１ａおよび排気バルブ１４ａが接続されている。マスフローコントローラ３１ａは、図１に示すシリンダ６０から所望の流量のプロセスガスをキャピラリ２０２の内部に供給する。また、キャピラリ２０２の内部は、排気バルブ１４ａおよび真空ポンプ１５によって真空排気される。排気バルブ１４ａは、噴射型プラズマによるエッチング時にはプロセスガス供給前の真空排気に用いられ、吸引型プラズマによるエッチング時には、処理室１０内に供給されたプロセスガスの排気に用いられる。
【００４１】
キャピラリ２０２の外周には、高周波電源ユニット３２に接続された誘導コイル２０４が巻かれている。高周波電源ユニット３２は、高周波電源３２１とマッチングボックス３２２とで構成されており、前記制御部５０により適正な状態に調整された高周波電力が誘導コイル２０４に供給される。
【００４２】
筺体２０１の上部には、プラズマの生成によって発生した熱でキャピラリ２０２が損傷するのを防ぐために、冷媒を導入／排出するための配管が接続されており、筐体２０１の上部から導入された冷媒は、筐体２０１の内部を循環した後、再び筐体２０１の上部から排出される。
【００４３】
ここで用いる冷媒は、空気、窒素、フロンガス（クロロフルオロカーボン）等の気体、あるいは水、フッ素系不活性液等の液体である。これらの冷媒のいずれかを室温状態で供給、あるいは図示しないチラーユニットを用いて循環させることにより、キャピラリ２０２の過度な温度上昇を抑制することが可能である。
【００４４】
上記したプラズマガン２０の構成において、排気バルブ１４ａを閉じてキャピラリ２０２の上部から流量調整されたプロセスガスを供給すると共に、誘導コイル２０４に高周波電力を供給すると、電磁誘導による電場（誘導電場）が発生する。これにより、キャピラリ２０２の内部のプロセスガスがプラズマ化し、キャピラリ２０２の先端から試料１の表面に向かってプラズマが噴射する（噴射型プラズマの場合）。
【００４５】
あるいは、マスフローコントローラ３１ａを閉じ、排気バルブ１４ａ開けて処理室１０内にプロセスガスを供給すると、プロセスガスがキャピラリ２０２の先端から吸引されて上端へと流れる。この状態で誘導コイル２０４に高周波電力を供給すると、上記と同様に、プロセスガスがプラズマ化し、ガス濃度の高いキャピラリ２０２の下端側に伝播してプラズマが噴出する（吸引型プラズマの場合）。
【００４６】
次に、図４を用いて光学顕微鏡４０について説明する。光学顕微鏡４０は、照明光源４０１、ハーフミラー４０２、対物レンズ４０３、結像レンズ４０４およびカメラ４０５で構成された顕微鏡と、膜厚測定器４１１と、顕微鏡観察／膜厚測定を切り換えるための光路切換ミラー４１２とを備えている。
【００４７】
ここで用いる照明光源４０１は、試料１のシリコン基板を透過する近赤外光であり、試料１の表面のみならず、裏面からのパターン観察が可能である。また、対物レンズ４０３は、図示しないレボルバに倍率の異なるものを複数本設けている。
【００４８】
近赤外光を用いて得られる画像はモノクロ画像であるが、カラー画像を望む場合には、照明光源４０１を可視光および近赤外光を発するものに交換する。また、照明光源４０１とハーフミラー４０２との間には、光路に入出可能な波長選択フィルタを設け、ハーフミラー４０２と結像レンズ４０４との間には、光路に入出可能な光路切換ミラーを設ける。さらに、この光路切換ミラーによって曲げられた試料１からの反射光を、カラー撮影が可能な可視光カメラに導くミラーと結像レンズとを設ける。以上の構成により、波長選択フィルタおよび光路切換ミラーを光路中に入出することによって、可視光によるカラー撮影と近赤外光によるモノクロ撮影とが可能となる。
【００４９】
光学顕微鏡４０による観察時には、光路切換ミラー４１２を光路外に出す。これにより、照明光源４０１を出た照明光は、ハーフミラー４０２により光路を曲げられて対物レンズ４０３に入射し、試料１に集光、照射される。また、試料１からの反射光は、対物レンズ４０３により集光された後、ハーフミラー４０２を透過し、結像レンズ４０４によりカメラ４０５の撮像面に結像する。そして、制御部５０は、カメラ４０５からの画像信号に基づいてモニタ５１に画像を表示する。
【００５０】
一方、膜厚の測定時には、光路切換ミラー４１２を光路内に配置し、膜厚測定器４１１の内部に設けられた光源（ダイオードレーザ、ハロゲンランプ等）から測定光を照射する。この測定光は、光路切換ミラー４１２によって光路を曲げられ、対物レンズ４０３によって試料１に集光、照射される。
【００５１】
次に、試料１に照射された測定光のうち、一部は試料１の最表面からの反射光（Ｒ１）となり、他の一部は次の層との界面からの反射光（Ｒ２）となる。これらの反射光（Ｒ１、Ｒ２）は、膜透過の有無による光路差の位相ずれによる干渉光となり、対物レンズ４０３および光路切換ミラー４１２を経由して膜厚測定器４１１の受光部に達する。制御部５０は、この干渉光と予め与えた測定対象膜の屈折率から高速フーリエ変換等の手法により膜厚を求め、モニタ５１に結果を表示する。
【００５２】
上記制御部５０は、プラズマエッチング装置１００の上述した構成要素を制御するだけでなく、以下の様な機能も有している。
【００５３】
（１）ＧＵＩ(Graphycal User Interface)機能：
作業者への負荷軽減を目的として、上記構成要素の制御、および下記の機能における情報をグラフィック表示すると共に、入力操作をマウス等のポインティングデバイスやキーボードによって行なう。
【００５４】
（２）ギャップ調整機能：
安定した加工を行なうために、プラズマガン２０と処理室１０に設けられた圧力計１８およびマスフローコントローラ３１ａ、３１ｂの値からキャピラリ２０２の下端と試料１の表面とのギャップを求め、このギャップが適正範囲内となるようにステージ１１を制御する。
【００５５】
一例として、図５を用いて噴射型プラズマにおけるギャップ調整手順について詳述する。図５（ａ）は、本手順に用いる構成要素を示し、図５（ｂ）は、キャピラリ２０２の内径を２００μｍ、４００μｍ、８００μｍとした場合におけるプロセスガスの流量とギャップとの関係を示している。
【００５６】
まず、排気バルブ１４ａ、１４ｂを開放して真空ポンプ１５により処理室１０およびプラズマガン２０のキャピラリ２０２を排気した後、マスフローコントローラ３１ａ、３１ｂからキャピラリ２０２内にプロセスガスを供給する。このときのプロセスガス供給量は、図５（ｂ）に基づいて、目標とするギャップに対応した値の近傍に設定する。例えば、キャピラリ２０２の内径＝４００μｍ、目標ギャップ＝２００μｍの場合は、３×１０−５ｍ３／ｓ（＝１８００ｓｃｃｍ）とする。
【００５７】
次に、この状態で、キャピラリ２０２内の圧力（Ｐ１）＝１００Ｐａ、処理室１０内の圧力（Ｐ２）＝１０Ｐａとなるように、ステージ１１のＺ軸を移動させる。また、プラズマの走査時には、プロセスガスの流量および上記圧力（Ｐ１、Ｐ２）を一定に保つ。
【００５８】
（３）レイアウト座標取得機能：
加工位置決めを短時間に行なうために、故障診断で絞り込んだ解析対象領域（加工領域）を含む試料１のレイアウト座標をエンジニアリングワークステーション（ＥＷＳ）等から取得する。
【００５９】
（４）３点アライメント機能：
加工位置決めを短時間に行なうために、図６に示すように、光学顕微鏡４０を用いて試料１の表面または裏面から任意パターン３箇所の合焦点位置における３軸（ＸＹＺ）のステージ座標と上記レイアウト座標との対応および試料１の傾きを求める。
【００６０】
（５）プラズマ走査機能：
図７（ａ）は、従来の走査無し加工を用いて試料１のシリコン基板の薄膜化を行った場合の断面形状を示している。キャピラリ２０２の中心部は、プロセスガスの濃度が高い、すなわちプラズマ２１０の密度が高いことを反映し、最も深いガウス分布状の加工形状が得られている。しかし、このような加工形状では、後に続くＦＩＢ加工で拡散層を均一に露出させることは困難である。
【００６１】
そのため、本実施の形態１では、図７（ｂ）に示すように、故障診断で絞り込んだ解析対象領域の略中心を被加工部中心（ステージ座標：Ｘｃ、Ｙｃ、Ｚｃ）とし、加工底面に平坦性が求められる解析領域（Ａｘ、Ａｙ）を含む範囲（Ｓｘ、Ｓｙ）を走査領域として設定する。この両領域の設定は、解析領域（Ａｘ、Ａｙ）にキャピラリ２０２の先端の穴径（ｄ）を加えた程度（Ｓｘ≧Ａｘ＋ｄ、Ｓｙ≧Ａｙ＋ｄ）が望ましい。
【００６２】
そして、シリコン基板の薄膜化加工のように、深く、かつ平坦な穴底を得ようとする場合には、図８（ａ）〜（ｄ）に示すように、プラズマ走査を複数回に分けると共に、走査方向も走査毎に変える。このときの走査ピッチ（ｐｘ、ｐｙ）は、走査領域（Ｓｘ、Ｓｙ）とキャピラリ２０２の先端の穴径（ｄ）とから設定する。
【００６３】
（６）傾き補正機能：
図１において、試料１となる半導体装置を試料ホルダ２に載置、固定した後、ステージ１１上に搭載するが、通常、試料１の表面（被加工面）がステージ面と平行に置かれる可能性は低い。例えば、図９（ａ）に示すように、被加工面が右下がりの非平行な状態で走査加工を行なうと、走査範囲（Ｓｘ）における走査開始位置（Ｓｓ）のギャップ（Ｇ０）が走査終了位置（Ｓｅ）ではギャップ（Ｇ１）に広がる。そして、その分、加工深さが走査開始時の穴径（ｄ０）に対して、終了時では穴径（ｄ１）と浅くなり、試料１のパターン面と平行な加工底面が得られない。
【００６４】
そこで、上述したように、傾き補正ステージ１２０を用いて、ステージ１１のＸＹ平面と試料１の表面の傾きを一致させる（図９（ｂ））。しかし、この手段で補正しきれない場合や、より精密な補正を行なう場合は、図９（ｃ）に示すように、上記３点アライメントの結果から求めた試料１の傾きに応じて、傾き（（Ｇ０−Ｇ１）／Ｓｘ）を直線補間（例えば一定間隔（Ｐｘ）進む毎に一定間隔（Ｐｚ）下げる）することにより、ステージ１１を制御する。なお、ステージ１１のＺ軸をピエゾ素子駆動とすることにより、ｎｍオーダの分解能が得られるため、上記の一定間隔（Ｐｘ）を細かく設定でき、直線に近い補間が可能となる。
【００６５】
次に、本実施の形態１における局所プラズマ加工の手順について詳述する。ここでは、チップ単体での裏面解析を目的として、内径４００μｍのキャピラリ２０２を用いて試料１のシリコン基板（厚さ７８０μｍ）を２０±２μｍまで薄膜化処理する場合を例に説明する。
【００６６】
手順１：加工内容の入力
被加工部の材質としてシリコン（基板）、基板厚さとして７８０μｍ、加工深さとして７６０μｍ、加工に用いるキャピラリ２０２の内径として４００μｍ、キャピラリ２０２の先端と被加工部表面とのギャップとして２００μｍと言った加工内容を制御部５０に適宜入力すると共に、試料（半導体装置）１のレイアウトデータおよび故障診断結果に基づく解析対象位置を制御部５０に取り込む。
【００６７】
手順２：試料の導入
図１に示すプラズマエッチング装置１００の排気バルブ１４ａ、１４ｂおよびマスフローコントローラ３１ａ、３１ｂを閉じ、リークバルブ１７を開いて大気あるいは不活性ガスを処理室１０に導入し、圧力計１８ｂが略大気圧であることを検知した後、リークバルブ１７を閉じる。
【００６８】
次に、ステージ１１を試料交換位置（ｘ１、ｙ１）に移動させた後、処理室１０の扉１２を開け、試料ホルダ２に搭載した試料１をシリコン基板面を上に向けた状態で傾き補正ステージ１２０上に載置する。続いて、扉１２を閉じ、排気バルブ１４ａ、１４ｂを開いて処理室１０の内部を真空排気する。
【００６９】
手順３：傾き補正
ステージ１１を試料交換位置（ｘ１、ｙ１）から顕微鏡光軸位置（ｘ２、ｙ２）に移動させる。
【００７０】
図６（ａ）に示す第１のアライメント位置にステージ１１を移動させた後、試料１の第１のアライメントパターン（ここでは、フォト工程用のアライメントパターン１０２ａ）に対するフォーカス調整を行なうと共に、光学顕微鏡４０の光軸を示すモニタ５１の画面上のクロスカーソル５１１に第１のアライメントパターン１０２ａを一致させる。次に、第１のアライメントパターンにおけるレイアウト座標とステージ１１のＸＹＺ座標とを制御部５０に記憶させる。
【００７１】
続いて、上記と同様の手順により、第２のアライメントパターン１０２ｂおよび第３のアライメントパターン１０２ｃを用いてアライメント操作を行った後、各方向に対する試料１の傾きを制御部５０に演算、記憶させる。そして、この演算結果に基づき、制御部５０は、図１０に示した傾き補正ステージ１２０の直動素子１２４の伸縮量を調整する。
【００７２】
以上の操作により、試料１の表面とステージ１１のＸＹ平面とは略一致する。
【００７３】
手順４：３点アライメント
上記操作により、ステージ座標と試料１のレイアウト座標とのアライメントも完了しているが、傾き補正ステージ１２０の補正動作により、若干のずれが生じる可能性があるため、その確認、補正操作として、上記アライメント操作を繰り返す。
【００７４】
手順５：被加工領域（局所プラズマ走査領域）の設定
手順１で入力した故障診断結果に基づく解析対象位置を指定することにより、制御部５０は、上記３点アライメント結果から当該位置のステージ座標を演算し、当該対象位置を光学顕微鏡４０の視野中央に移動させる。
【００７５】
モニタ５１の画面上のクロスカーソル５１１と解析対象位置が略一致していることを光学顕微鏡像で確認した後、当該箇所を被加工部中心として設定する。これにより、図７（ｂ）に示すように、被加工部中心のステージ座標（Ｘｃ、Ｙｃ、Ｚｃ）が記憶される。
【００７６】
次に、故障診断結果に基づく解析対象位置（Ａｘ、Ａｙ）を包含する領域（Ｓｘ、Ｓｙ）を局所プラズマ走査領域として入力すると共に、走査開始点（Ｓｓ）を指定し、事前の加工データに基づいて走査回数を設定する。
【００７７】
手順６：プラズマガンへの移動およびギャップ調整
ステージ１１を相対移動させ、試料１の被加工部中心をプラズマガン２０の加工中心位置（ｘ３、ｙ３）まで移動させる。次に、プラズマガン２０のギャップ調整を行うが、噴射型プラズマを用いて加工を行う場合は、以下の手順で行う。
【００７８】
制御部５０は、図１に示す各種プロセスガスを収納しているシリンダ６０の中からシリコンエッチング用プロセスガスとしてフッ素系ガスを選択し、供給バルブ６２ａを開けると共に、マスフローコントローラ３１ａを動作させてキャピラリ２０２の内部にプロセスガスを供給する。
【００７９】
ここで、制御部５０は、マスフローコントローラ３１ａによるプロセスガス供給量を、前述の図５（ｂ）のグラフに基づき、目標とするギャップに対応した流量に設定する。例えば、今回の目標ギャップは２００μｍであり、キャピラリ２０２の内径は４００μｍであるから、３×１０−５ｍ３／ｓ（＝１８００ｓｃｃｍ）とする。この状態でキャピラリ２０２の圧力（例えば１００Ｐａ）および処理室１０の圧力（例えば１０Ｐａ）が所定の値となる位置にステージ座標のＺ軸を移動させる。
【００８０】
手順７：プラズマ加工
図７（ｂ）のプラズマ走査開始点（Ｓｓ）をプラズマガン２０の加工中心位置（ｘ３、ｙ３）まで移動させた後、高周波電源ユニット３２からプラズマガン２０の誘導コイル２０４に高周波電力を供給し、キャピラリ２０２の内部にプラズマを発生させると共に、高周波電源３２１からのモニタ信号から正常なプラズマ発生を確認する。次に、図８に示すように、ステージ１１をＸＹ方向に移動させ、相対的なプラズマ走査を開始する。
【００８１】
プラズマ走査時、手順３の傾き補正で補正しきれなかった試料１の傾きを手順４の３点アライメント結果に基づき、図９（ｃ）に示す直線補間で補う。あるいは、それらを組み合わせて用いることにより、シリコン基板の表面に対して一定のギャップでプラズマを走査することができる。
【００８２】
特に、後者のプロセスガス供給量が一定の下で差圧を一定に保つことにより、第１の走査完了時、プラズマガン２０のキャピラリ２０２の先端と掘り下げられたシリコン基板表面とのギャップは、一定（２００μｍ）に保たれているため、そのまま第２の走査に移行することができる。
【００８３】
所定の走査回数を完了したならば、高周波電力の供給を停止すると共に、プロセスガスの供給も停止する。そして、手順３のアライメント時に記憶させたＺ座標までステージ１１を下げ、試料１の被加工部中心を光学顕微鏡４０の光軸位置（ｘ２、ｙ２）に移動させる。
【００８４】
手順８：シリコン膜厚測定
モニタ５１上に表示された光学顕微鏡像を見ながらフォーカスを調整した後、図４に示す光学顕微鏡４０の光路切換ミラー４１２を光路中に挿入する。その後、膜厚測定器４１１から測定光を照射し、その反射光からシリコン膜厚を測定する。また、必要に応じてステージ１１を移動させ、解析領域内のシリコン膜厚を複数箇所測定し、シリコン膜厚の分布を調べる。
【００８５】
解析領域内のシリコン膜厚が目標範囲（２０±２μｍ）内となっているならば加工は終了となり、次の手順に移行する。他方、シリコン膜厚が目標範囲に達していない場合には、ステージ１１を目標未達領域の中心部に移動させ、ここを新たな被加工部中心位置として加工領域および走査回数を設定した後、手順６からの操作を繰り返す。また、同一の試料１の内部で複数の加工を行う場合には、上記手順１の入力データを変更し、手順５からの操作を繰り返す。
【００８６】
手順９：試料の取り出し
ステージ１１を光学顕微鏡４０の光軸位置（ｘ２、ｙ２）から試料交換位置（ｘ１、ｙ１）に移動させた後、リークバルブ１７を開き、処理室１０の内部が略大気圧となるまで大気あるいは不活性ガスを供給する。そして、扉１２を開いて試料１を試料ホルダ２と共に取り出す。
【００８７】
以上で局所プラズマ加工が終了するが、もし吸引型プラズマを用いて加工を行う場合は、供給バルブ６２ｂおよびマスフローコントローラ３１ｂを用いてプロセスガスを供給する。また、加工中の排気は、排気バルブ１４ｂを介して行い、圧力計１８ａと圧力計１８ｂとの差圧を監視してギャップ調整を行う。
【００８８】
次に、本実施の形態１のメカニズムおよび効果を説明する。本実施の形態１では、故障診断で絞り込んだ解析対象領域を含む試料１のレイアウトデータを取り込むと共に、３点アライメントによるレイアウト座標とステージ座標との対応を採用しているため、加工位置の設定が短時間で可能となる。
【００８９】
また、３点アライメントにより把握した試料１のＸＹ平面に対する傾きに基づいてプラズマ走査時のＺ方向の位置を直線補間するため、キャピラリ２０２の先端と試料１の表面とのギャップが一定となり、広い領域での平坦加工が可能となる。
【００９０】
また、ステージ１１上に傾き補正ステージ１２０を設け、上記３点アライメント結果に応じて試料１の傾きを補正するため、上記同様、広い領域での平坦加工が可能となる。
【００９１】
また、プロセスガスの供給量を一定にすると共に、処理室１０およびキャピラリ２０２の差圧を一定に保つことによって所望のギャップが得られるため、常に均一なプラズマ加工が可能となる。さらには、プラズマ走査時において、試料１の傾きおよび掘り下げられた深さにも追従できるため、広い領域を連続的に走査加工することができ、平坦な加工面が得られる。
【００９２】
（実施の形態２）
前記実施の形態１におけるギャップ調整は、図５（ｂ）に示すギャップとプロセスガス流量との関係に基づいて行うが、本実施の形態２では、以下のような方法で行う。
【００９３】
図１１（ａ）、（ｂ）は、本実施の形態２によるギャップ調整方法を説明する図であり、ＸＹＺ方向に移動可能なステージ１１上には、傾き補正ステージ１２０と共に静電容量センサ１１１が設置されている。静電容量センサ１１１は、図示しないアンプを介して制御部５０に接続されている。静電容量センサ１１１は、その内部に設けられた発振回路の電極と検出物体との間に形成される静電容量の変化から両者の距離を検出するものであり、金属のみならず、ガラス、プラスチック、液体、粉体等との距離を検出することができる。
【００９４】
次に、本実施の形態２における局所プラズマ加工の手順について詳述する。まず、前記実施の形態１における手順３の傾き補正から手順５の被加工領域の設定までを実施した後、ステージ１１を移動させ、図１１（ａ）に示すように、光学顕微鏡４０の対物レンズ４０３の光軸下に静電容量センサ１１１を位置させる。続いて、ステージ１１をＺ方向に移動させて静電容量センサ１１１の表面にフォーカスを合わせ、試料１の表面における合焦位置とのＺ方向の差（ｄ）を求める。
【００９５】
また、前述した手順６と同様に、プラズマガン２０の加工中心位置（ｘ３、ｙ３）に静電容量センサ１１１を位置させ、ステージ１１をＺ方向に移動させてキャピラリ２０２との距離をプラズマ加工時におけるギャップ（Ｇ）に一致させる。次に、ステージ１１を移動させてキャピラリ２０２の直下に試料１の被加工位置を位置させた後、図１１（ａ）で求めた合焦位置の差（ｄ）だけＺステージを移動させる。これにより、試料１の表面とキャピラリ２０２の先端とのギャップは、所望の値（Ｇ）となる。
【００９６】
次に、本実施の形態２のメカニズムおよび効果を説明する。静電容量センサ１１１の分解能は、電極の寸法や、検出対象の材質および寸法によって異なるが、１μｍ以下のものもある。従って、本実施の形態２の位置決め精度は、静電容量センサ１１１と試料１との段差（ｄ）を求める際に用いる対物レンズ４０３の焦点深度に支配されることとなる。例えば、波長１μｍの観察光および開口数（ＮＡ）＝０．４の対物レンズ４０３を用いた場合の焦点深度は、±３．１μｍとなる。
【００９７】
これに対し、前記実施の形態１の方式では、±１０μｍ程度と考えられることから、本実施の形態２の方が高精度の位置決めが可能になると考えられる。
【００９８】
（実施の形態３）
図１２（ａ）、（ｂ）に示すように、本実施の形態３は、プラズマガン２０のキャピラリ２０２を外管２０２ｅと内管２０２ｆとからなる二重管構造にしたものである。外管２０２ｅの先端位置と内管２０２ｆの先端位置は、図１２（ｂ）のように、内管２０２ｆが外管２０２ｅよりも上方に位置するか、または同一平面となるように構成されている。また、外管２０２ｅの外周には、高周波電力を供給する誘導コイル２０４が装着されている。
【００９９】
図１２には示さないが、外管２０２ｅは、プロセスガスを供給するためのマスフローコントローラ３１ａに接続されており、内管２０２ｆは、排気バルブ１４ａを介して真空ポンプ１５に接続されている。
【０１００】
本実施の形態３では、前述した実施の形態１の手順６において、被加工部中心をプラズマガン２０の加工中心位置（ｘ３、ｙ３）に移動させた後、実施の形態１または実施の形態２で説明した方法によってギャップを調整する。
【０１０１】
その後、高周波電力を供給して外管２０２ｅの内部にプラズマを発生させる。外管２０２ｅから出たプラズマは、内管２０２ｆに吸引されるために外には広がらず、試料１との間で略均一なプラズマとなるので、プラズマ走査を行わなくとも略平坦な加工領域を確保することができる。
【０１０２】
また、上記とは逆に、外管２０２ｅは、排気バルブ１４ａを介して真空ポンプ１５に接続し、内管２０２ｆは、不活性化のシリンダ６０に接続されたマスフローコントローラ３１ａに接続してもよい。そして、図１３に示すように、内管２０２ｆに不活性ガスを供給すると共に、処理室１０の内部にプロセスガスを供給し、外管２０２ｅから不活性ガスおよびプロセスガスを排気させた状態で誘導コイル２０４に高周波電力を供給する。
【０１０３】
これにより、内管２０２ｆからは不活性ガスの噴射プラズマが発生し、外管２０２ｅからはプロセスガスとプラズマ化された不活性ガスとが吸引プラズマとして発生する。不活性ガスは、プロセスガスよりもプラズマ化され易いため、キャピラリ２０２の先端から遠く離れた位置までプラズマが伸びる。この不活性ガスプラズマに雰囲気中のプロセスガスが触れることによりプロセスガスが励起され、さらに、外管２０２ｅからの吸引プラズマも加わることにより、プロセスガスプラズマの到達距離が伸びることになる。
【０１０４】
その結果、図１３に示すように、パッケージ状態の試料１に対しても、試料１の表面とパッケージとの段差やボンディングワイヤ１０４の高さを考慮せずに加工を行うことが可能となる。さらに、キャピラリ２０２の先端にコイルを巻き付けて電流を流すと、このコイルに磁界が発生し、プラズマが絞られるため、試料１の周縁部近傍を加工してもボンディングワイヤ１０４が溶断されない。
【０１０５】
なお、本実施の形態３では、キャピラリ２０２を外管２０２ｅと内管２０２ｆとに分けたが、これに限られるものではなく、例えば図１４（ａ）に示すように、噴射プラズマ用の円筒管と吸引プラズマ用の円筒管を円周状に複数配置したり、図１４（ｂ）に示すように、断面が長円状の管を複数並べて配置し、それらを噴射プラズマ用と吸引プラズマ用とに分けたりしてもよい。そして、機構上は複雑となるが、これらの管を回転させることにより、加工の均一性を向上させることができる。
【０１０６】
（実施の形態４）
本実施の形態４は、プラズマ加工中における終点検出に関するものであり、２通りの手法について説明する。
【０１０７】
一つ目は、実施の形態１で説明した光干渉法による膜厚測定を用いたものであり、図１５（ａ）に示すように、図１２に示したキャピラリ２０２の内管２０２ｆの内部に、導光手段としてのファイバ２０２ｇを装着したことを特徴としている。
【０１０８】
このファイバ２０２ｇは、赤外光を透過する性質を有しており、その一端は、図４に示す光学顕微鏡４０の膜厚測定器４１１に接続されている。そして、図１５（ｂ）に示すように、プラズマ加工中に、膜厚測定器４１１の内部に設けられた光源から測定光を照射する。
【０１０９】
ここでは、シリコン基板１０１の薄膜化を目的としていることから、測定光として赤外光を照射し、シリコン基板１０１の最表面からの反射光（Ｒ１）と、シリコン基板１０１とパターン層１０２との界面からの反射光（Ｒ２）とからシリコン基板１０１の残膜厚を求め、所望の膜厚が得られたらプラズマ加工を停止する。また、パターン層１０２の表面から加工を行う場合は、測定光として赤外光または白色光を照射し、上記と同様にして残膜厚を求める。なお、測定光として白色光を用いる場合は、ファイバ２０２ｇも、白色光を透過するものを用いる。
【０１１０】
二つ目は、プラズマ加工によって生じる発光スペクトルを利用して加工の終点検出を行うものであり、図１５（ａ）に示すファイバ２０２ｇは、図示しない分光分析器に接続される。この場合、ファイバ２０２ｇの透過波長域は、紫外光から赤外光まで広いほどよい。そして、図１２（ｂ）に示すように、シリコン基板１０１の加工時の発光スペクトルから酸素が検出されたときにシリコン基板１０１を通過したと判定し、加工を終了する。
【０１１１】
また、パターン層１０２を加工して配線を露出させる場合は、配線層間の絶縁膜（酸化シリコン膜、窒化シリコン膜、Ｌｏｗ−ｋ膜等）を構成する元素（酸素、窒素、炭素、フッ素等）の発光スペクトルから何層目の配線まで加工したかを把握し、所望する配線層まで達した時点、または所望する配線層を通過した時点を加工の終点と判定する。
【０１１２】
このように、上記した２通りの手法の何れかを用いてプラズマ加工を行うことにより、プラズマ加工位置と光学顕微鏡４０の光軸位置との間を頻繁に往復する手間が省けるので、プラズマ加工を迅速に行うことが可能となる。
【０１１３】
なお、例えば図１６（ａ）、（ｂ）に示すように、図１４（ａ）に示す複数円筒管からなるキャピラリ２０２の中央にファイバ２０２ｇを配置してもよく、その作用、効果は、上記と略同一である。
【０１１４】
（実施の形態５）
本実施の形態５は、半導体装置の配線不良（断線、短絡等）を解析する手段の一つであるＥＢＡＣ解析の前処理に適用したものである。
【０１１５】
図１７は、ＥＢＡＣ解析の対象となるネットの一例を示す試料（ここでは半導体チップ）の平面図であり、図１８は、図１７の一部（加工領域）を示す断面図である。
【０１１６】
ＥＢＡＣ解析においては、例えばＸ方向に４ｍｍ、Ｙ方向に５ｍｍと言った大寸法のネット６０１を解析する場合がある。このとき、ネット６０１が試料１の表面から深い位置に形成されている場合は、ＦＩＢを用いた解析パッドの形成が困難なため、ＥＢＡＣ解析も困難となる。
【０１１７】
このような場合は、解析の対象となるネットにおける最上層の配線をディンプル研磨で部分的に露出させた後、露出した配線部分にプローブを当てて解析を行なっていた。しかし、この方法では、研磨に長時間を要するという問題や、研磨部以外のネットが厚い絶縁膜で覆われているために、下層に位置する配線からのＥＢＡＣ反応が不明瞭になるという問題があった。
【０１１８】
そこで、本実施の形態５では、前記実施の形態１（または実施の形態２〜４）のプラズマエッチング装置１００を使ってＥＢＡＣ解析の前処理を行う。すなわち、図１９および図２０に示すように、プラズマエッチング装置１００のプラズマガン２０に設けられたキャピラリ２０２をネット６０１の経路に沿って走査し、キャピラリ２０２の先端から噴出するプラズマで絶縁膜６０２をエッチングすることにより、少なくともネット６０１の最上層に位置する配線を複数箇所露出させる。
【０１１９】
なお、この時、露出したネット６０１の最上層に位置する配線の直下に位置している絶縁膜６０２は、エッチングされずに残されている。これは後述の図２１において、露出した最上層の配線にプローブ６０３を当てる時に、衝撃によって最上層の配線が断線することを防止するためである。
【０１２０】
このように、前記実施の形態１（または実施の形態２〜４）のプラズマエッチング装置１００を用いることにより、ＥＢＡＣ解析の前処理を短時間、かつ高精度に行うことができる。
【０１２１】
その後、図２１に示すように、露出した最上層配線にプローブ６０３を当てた状態で電子ビーム（ＥＢ）６０４をを照射し、プローブ６０３に流れる吸収電流像をアンプ６０５で増幅した後、図１に示す制御部５０のモニタ５１に画像表示させることにより、ネット６０１の不良箇所の特定を行う。
【０１２２】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明はこれまで記載した実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【０１２３】
例えば、前記実施の形態では、半導体装置の不良解析の前処理に適用した例を説明したが、前記実施の形態１〜４のプラズマエッチング装置は、ＭＥＭＳ(Micro Electro Mechanical Systems)等を局所的に加工する場合に適用することもできる。
【符号の説明】
【０１２４】
１  試料
２  試料ホルダ
１０  処理室
１１  ステージ
１２  扉
１３  光学用窓
１４ａ、１４ｂ  排気バルブ
１５  真空ポンプ
１６  除害装置
１７  リークバルブ
１８ａ、１８ｂ  圧力計
２０  プラズマガン
３１ａ、３１ｂ  マスフローコントローラ
３２  高周波電源ユニット
４０  光学顕微鏡
５０  制御部
５１  モニタ
６０  シリンダ（ガス供給源）
６１  ガス切換器
６２ａ、６２ｂ  供給バルブ
１００  局所プラズマエッチング装置
１０１  シリコン基板
１０２  パターン層
１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ  アライメントパターン
１０４  ボンディングワイヤ
１１１  静電容量センサ
１２０  傾き補正ステージ
１２１  ベース
１２２  可動プレート
１２３  引っ張りバネ
１２４  直動素子
２０１  筺体
２０２  キャピラリ
２０２ａ、２０２ｃ  円板
２０２ｂ、２０２ｄ  キャップ
２０２ｅ  外管
２０２ｆ  内管
２０２ｇ  ファイバ
２０３ａ、２０３ｂ  Ｏリング
２０４  誘導コイル
２１０  プラズマ
３２１  高周波電源
３２２  マッチングボックス
４０１  照明光源
４０２  ハーフミラー
４０３  対物レンズ
４０４  結像レンズ
４０５  カメラ
４１１  膜厚測定器
４１２  光路切換ミラー
５１１  クロスカーソル
６０１  ネット
６０２  絶縁膜
６０３  プローブ
６０４  電子ビーム（ＥＢ）
６０５  アンプ
【図１】
2014075412.tif 000003
【図２】
2014075412.tif 000004
【図３】
2014075412.tif 000005
【図４】
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【図６】
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【図８】
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【図１０】
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【図１７】
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【図１８】
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【図２０】
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【図２１】
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【図５】
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【図７】
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【図９】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１９】
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