JP2006156179A - Ｆｉｂ自動加工時のドリフト補正方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明はＦＩＢ自動加工時のドリフト補正方法及び装置に関し、試料へ正確な加工を行なうことができるＦＩＢ自動加工時のドリフト補正方法及び装置を提供することを目的としている。
【解決手段】 試料上へのＦＩＢ加工時において、試料上に参照画像領域を設定する参照画像設定手段と、ＦＩＢ加工時に前記参照画像領域の画像を読み込む画像読み込み手段２０と、ＦＩＢ加工時に、前記読み込んだ画像からイオンビーム照射前と照射後の画像のずれの方向と量を求める演算制御手段３０と、該演算制御手段３０の出力を受けて画像のずれの方向と量とに基づいて画像のずれを補正してビーム偏向系の補正を行なうビーム偏向系調整手段とを具備し、前記演算制御手段３０は、参照画像が最適な明かるさ又はコントラストになるように構成する。
【選択図】 図１

Description

本発明はＦＩＢ自動加工時のドリフト補正方法及び装置に関する。

ＦＩＢ装置（集束イオンビーム装置）により、試料面を微細加工するためビーム照射を行なう場合、ビーム照射時間が長くなると、試料が載置されるステージ系や電気系が時間と共にドリフトすることにより、正確なビーム描画が得られないことがある。特に半導体デバイスのデザインルールの縮小下により微細加工で必要とされる位置精度は１００ｎｍ以下になってきている。このような位置精度を実現するためには微細加工中に照射位置が動いてしまうドリフト量はその１／１０位の１０ｎｍ以下が必要になってきている。このため、試料上に固有のマークを付けて、このマークの位置ずれを基にドリフトによるビーム照射補正を行なうことが行われる（例えば特許文献１参照）。

また、作成する試料断面と平行な方向に直線形状加工を行ない、加工中にこの直線形状加工領域を参照して直線に対して垂直方向に限定した直線位置をドリフト補正のための計測値として加工位置を補正する技術が知られている（例えば特許文献２参照）。

従来のこの種のＦＩＢ装置においては、高精度のパルスモータを用いたり、ステージ用マークを利用したステージ移動を実施している。そこでステージ位置を決定後、加工が開始され、位置補正がされる。つまり、ドリフト補正は加工開始後からなる。
特開平９−２７４８７９号公報（段落０００９〜段落００１１、図１） 特開２００３−３３１７７５号公報（段落００１７〜段落００３１、図１）

前述した従来の技術では、イオンビームの位置において、ステージの移動を伴う自動加工を実施する場合、あるマークによるステージの移動を補正しているのが現状である。ＦＩＢ装置では、試料を自動加工することが目的であるが、加工位置を複数加工するため、ステージ位置を機械的精度により正確に再現することは困難であった。このため、ステージの機械的精度を上げたり、固有のマークをつけてステージ移動で補正をして再現させていた。

また、試料へのビーム照射時に試料からの反射信号を読み取って、試料位置の補正を行なう方法の場合、加工領域から飛翔した加工粉末が参照画像領域に付着したり、加工ビームが加工領域で散乱したりするので、画像が真っ白くなったり又は真っ黒くなったりして参照画像領域の画像を正確に読み込むことができず、加工精度が低下するという問題があった。

本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであって、試料へ正確な加工を行なうことができるＦＩＢ自動加工時のドリフト補正方法及び装置を提供することを目的としている。

（１）請求項１記載の発明は、試料上へのＦＩＢ加工時において、試料上に参照画像領域を設けるステップと、前記参照画像領域のイオンビーム照射前と照射後の画像（確認用画像）から画像のずれの方向と量を演算により求めるステップと、前記演算により求めた画像のずれの方向と量とに基づいて画像のずれを補正してビーム偏向系の調整を行なうステップとにより構成されるＦＩＢ自動加工時のドリフト補正方法であって、前記ドリフト後に取得した確認用画像がずれを検出するのに適さない明かるさ又はコントラストの場合、適切な明かるさ又はコントラストで取得した画像で補正を行なうことを特徴とする。

（２）請求項２記載の発明は、前記参照画像のイオンビーム照射前と照射後の画像から画像のずれの方向と量を求める手段としてフーリエ変換を用いることを特徴とする。
（３）請求項３記載の発明は、前記参照画像として特定の形状のマークを付したものを用いることを特徴とする。

（４）請求項４記載の発明は、前記イオンビーム照射前と照射後の画像からフーリエ変換以外の画像処理を用いて画像のずれの方向と量を求めることを特徴とする。
（５）請求項５記載の発明は、試料上へのＦＩＢ加工時において、試料上に参照画像領域を設定する参照画像設定手段と、ＦＩＢ加工時に前記参照画像領域の画像を読み込む画像読み込み手段と、ＦＩＢ加工時に、前記読み込んだ画像からイオンビーム照射前と照射後の画像のずれの方向と量を求める演算制御手段と、該演算制御手段の出力を受けて画像のずれの方向と量とに基づいて画像のずれを補正してビーム偏向系の補正を行なうビーム偏向系調整手段とを具備し、前記ドリフト後に取得した確認用画像がずれを検出するのに適さない明かるさ又はコントラストの場合、適切な明かるさ又はコントラストで取得した画像で補正を行なうことを特徴とする。

（１）請求項１記載の発明によれば、ドリフト後に取得した確認用画像がずれを検出するのに適さない明かるさ又はコントラストの場合、適切な明かるさ又はコントラストで取得した画像で補正を行なうようにしているので、正確な参照画像を読み込むことができ、従って試料へ正確な加工を行なうことができる。

（２）請求項２記載の発明によれば、参照画像のイオンビーム照射前と照射後の画像から画像のずれの方向と量を求める手段としてフーリエ変換を用いることにより、画像のずれの方向と量を正確に求めることができる。

（３）請求項３記載の発明によれば、参照画像として特定のマークを付したものを用いることにより、より正確に画像のずれの方向と量を求めることができる。
（４）請求項４記載の発明によれば、イオンビーム照射前と照射後の画像からフーリエ変換以外の画像処理を用いて画像のずれの方向と量を求めることができる。

（５）請求項５記載の発明によれば、ドリフト後に取得した確認用画像がずれを検出するのに適さない明かるさ又はコントラストの場合、適切な明かるさ又はコントラストで取得した画像で補正を行なうようにしているので、正確な参照画像を読み込むことができ、従って試料へ正確な加工を行なうことができる。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態例を詳細に説明する。
図１は本発明の要部の一実施の形態例を示す構成図である。図において、１はイオンを出射するイオン源、２はイオン源１から出射されたイオンビームを収束させる光学系、３はイオンビームを偏向するビーム偏向系調整手段としての偏向器である。１０は加工領域と参照画像領域とからなる加工設定画面である。該加工設定画面１０において、１１は参照画像領域、１２は第１の加工領域（加工１領域）、１３は第２の加工領域（加工２領域）である。

図２は加工設定画面の説明図である。図に示す加工設定画面は、イオンビームでスキャンされる試料の領域に対応しており、参照画像設定手段（図示せず）により与えられる。参照画像領域１１は、イオンビームによる微細加工時に生じるドリフトを測定するためのものであり、該参照画像領域１１から読み込まれた画像を画像１とする。この画像１は、何らかの構造が含まれるものであればよい。

第１の加工領域（加工１領域）１２と第２の加工領域（加工２領域）１３は、実際にイオンビームを照射してエッチング等の加工を行なう領域である。１４は加工１領域と加工２領域により挟まれた領域であり、薄膜となる。つまり、試料を加工１領域と加工２領域とに分けてエッチングすることにより、これら２つの領域に挟まれた領域を形成せしめ、薄膜として利用するものである。この薄膜１４をＳＥＭ（走査電子顕微鏡）やＴＥＭ（透過電子顕微鏡）で観察する。

再び、図１の説明に戻る。２０は参照画像領域１１の画像を読み込む画像読み込み手段である。具体的には、イオンビームで参照画像領域１１をスキャンして該参照画像領域１１から反射される反射粒子信号を検出器で検出して電気信号に変換する。該画像読み込み手段２０としては、例えばＰＭＴが用いられる。２１はドリフト前の画像、２２はドリフト後の画像である。３０は画像読み込み手段２０から読み込んだ画像情報を受けて、イオンビーム照射前と照射後の画像から画像のずれの方向と量を求める演算制御手段である。該演算制御手段３０としては、例えばコンピュータが用いられる。

演算制御手段３０は、前記ずれの方向と量とから位置補正量を求め、偏向器３に偏向補正量として与える。具体的には、演算制御手段３０から出力されるｘ方向、及びｙ方向の補正量信号は、増幅器４，５を介してこれら増幅器４，５で増幅された後、偏向器３に与えられる。このように構成された装置の動作を説明すれば、以下の通りである。

先ず、加工設定画面１０の設定を行なう。この加工設定画面１０の設定は、オペレータが試料の適当な領域を設定することで行なう。加工設定画面１０が設定されると、オペレータは、参照画像設定手段（図示せず）を用いて参照画像領域１１を決定する。この参照画像領域は、イオンビーム照射前と照射後における画像のずれの方向と量を算出するのに最も適当な部分が用いられる。

次に、加工１領域と加工２領域とを決定する。加工１領域と加工２領域とは、ＴＥＭ等で観察する薄片１４を作成するために必要な領域である。このことから、イオンビームによりエッチングされる面積と加工１領域と加工２領域間の距離が決定される。加工１領域と加工２領域間の距離はとりもなおさず薄片１４の厚さとなる。このようにして決定された参照画像領域１１と加工１領域と加工２領域は演算制御手段３０に付属のメモリ（図示せず）に格納される。

このようにして参照画像領域１１と加工１領域と加工２領域とが決定されたら、オペレータは、装置の動作をスタートさせる。演算制御手段３０は、付属のメモリに格納された参照画像領域１１の位置データに基づいて参照画像領域１１を偏向器３によりスキャンし、ドリフト前の画像データ２１を読み込む。読み込まれた画像データ２１は、演算制御手段３０に付属のメモリに格納される。

次に、演算制御手段３０は偏向器３を走査して加工１領域をスキャンする。このスキャンは試料が所定の深さまでエッチングされるまで繰り返される。例えば、加工１領域の全面スキャンを５回行なうと、装置のスキャン動作を停止させて、画像のずれの補正操作を行なう。具体的には、参照画像領域１１をスキャンして画像情報（ドリフト後の画像２２）を得る。そして、このようにして得られた画像情報と、前記メモリに格納されていたドリフト前の画像情報との間でフーリエ変換を行なうことにより、画像のずれの方向と量を検出する。具体的には、演算制御手段３０がドリフト前の画像情報と、５回スキャンした後の画像情報との間でフーリエ変換を行なうことにより画像の位置ずれを検出する。フーリエ変換を用いて画像のずれを求める技術は周知である（例えば、特開平９−４３１７３号公報参照）。フーリエ変換を用いれば、画像のずれの方向と量を正確に求めることができる。なお、前記したスキャンの回数５は、これに限るものではなく、任意の数を設定することができる。

以上のような操作を行なう場合に、参照画像領域１１に加工１領域と加工２領域でエッチングされた試料の粉末が付着したり、加工ビームが加工領域で散乱したりするので、画像が真っ白くなったり又は真っ黒くなったりすることがある。このような現象が発生すると、参照画像領域の画像を正確に読み込むことができない。

そこで、本発明では、５回スキャンした後で画像情報を読み込む際に、読み込んだ画像領域の明かるさとコントラストを判断する。明かるさが明るすぎる場合、画像は真っ白くなり、明かるさが暗すぎる場合、画像は真っ黒になる。また、コントラストが悪い場合には、画像の構造を認識することができない。本発明は加工技術であるから、このような不具合は非常に問題である。そこで、このような場合には、読み込んだ画像を適当な明かるさ又はコントラストに変換した後、画像データの補正を行なうようにする。以下、具体的な調整法について説明する。

図３は明かるさ又はコントラスト調整系の説明図である。図１と同一のものは、同一の符号を付して示す。図において、１はイオン銃、２はイオンビームを収束する光学系、３は光学系２を通過したイオンビームをスキャンする偏向器、７はイオンビームが照射される試料である。

４０は試料７から出射される２次電子を検出する２次電子検出器、４１は該２次電子検出器４０で検出された画像信号を増幅するアンプ、４２は該アンプ４１の出力を受けてディジタル画像データに変換するＡ／Ｄ変換器、３０は該Ａ／Ｄ変換器４２の出力を受けて、読み込んだ画像の明かるさ又はコントラストを調整する演算制御手段である。該演算制御手段３０の出力は、アンプ４１のＡ入力端子とＢ入力端子にそれぞれ制御信号として与えられている。また、該演算制御手段３０からは、光学系２と偏向器３にそれぞれ制御信号が与えられるようになっている。前記アンプ４１のＡ入力は明かるさ調整用の制御信号入力端子、Ｂ入力はコントラスト調整用の制御信号入力端子である。２次電子検出器４０とアンプ４１とで、図１の画像読み込み手段２０を構成している。このように構成された装置の動作を説明すれば、以下の通りである。

試料加工に５回のスキャンが終了したとする。演算制御手段３０は、偏向器３に制御信号を与えて、試料７の参照画像領域１１をスキャンさせる。この時、試料表面からは画像に応じた２次電子が放出される。この２次電子は２次電子検出器４０で検出され、アンプ４１で増幅された後、Ａ／Ｄ変換器４２に与えられる。ここで、アンプ４１の制御入力端子Ａ，Ｂはそれぞれ所定の値に設定されている。Ａ／Ｄ変換器４２は、参照画像信号をディジタル画像データに変換し、演算制御手段３０に与える。

該演算制御手段３０は、入力された参照画像信号が明かるさ又はコントラストが適当であるかどうかを所定の画像処理アルゴリズムを用いて判断する。この画像処理アルゴリズムは、既存の技術を用いて実現することができる。例えば、参照画像が明るすぎる場合には、画像データは全てのビットがオール１に近い値になり、参照画像が暗すぎる場合には画像データは全てのビットがオール０に近い値になるので、画像の明かるさ、暗さは判定することができる。コントラストの状態は、所定の画像処理アルゴリズムを用いて判定する。

演算制御手段３０は、このようにして判断した画像データの明かるさとコントラストが適当な値である場合には、そのまま前述した試料加工を実行する。画像データの明かるさが不適当な場合には、演算制御手段３０はアンプ４１のＡ入力端子に制御信号を与える。この結果、アンプ４１の出力は適当な値に設定される。一方、画像データのコントラストが不適当な場合には、演算制御手段３０はアンプ４１のＢ入力端子に制御信号を与える。この結果、アンプの出力は適当な値に設定される。

このようにして参照画像データが適当な値になった時、メモリに記憶されている参照画像データと２次電子検出器４０で読み込んだ画像データとの間でフーリエ変換を行ない、画像の位置のずれの方向又は量を算出する。このようにして補正量が求まったら、演算制御手段３０は、偏向器３を制御して、加工領域を正しい位置でスキャンして加工を行なう。

このように、本発明によれば、ドリフト後に取得した確認用画像がずれを検出するのに適さない明かるさ又はコントラストの場合、適切な明かるさ又はコントラストで取得した画像で補正を行なうようにしているので、正確な参照画像を読み込むことができ、従って試料へ正確な加工を行なうことができる。

以上の説明において、参照画像としては、試料中に存在する何らかの構造が存在する領域を用いる場合を例にとった。しかしながら、試料によっては構造がほとんどないものもあるので、そのような場合には、特定のマークを用いる必要がある。以下、マークの形成について説明する。図４はマークの形成方法の説明図である。図において、１０は加工設定画面である。１５は蒸着領域（デポ領域）、１６は蒸着領域１５の中心近傍にエッチングにより形成された穴である。

マークを形成する場合、先ず蒸着領域１５を形成し、次に蒸着領域１５の中央部にエッチングにより穴１６を形成する。このようにすれば、参照画像として画像の構造が明確なものを作成することができる。このようなマークを含む領域を参照画像として用いると、画像のずれと量とをより正確に求めることができる。

上述の実施の形態例では、画像のずれの方向と量を求めるのにフーリエ変換を用いた場合を例にとった。しかしながら、本発明はこれに限るものではなく、画像のずれの方向と量とが求まるものであれば、フーリエ変換以外の画像処理技術を用いて、画像のずれの方向と量とを求めることができる。

本発明の要部の一実施の形態例を示す構成図である。 加工設定画面の説明図である。 明かるさ又はコントラストの調整系の説明図である。 マークの形成方法の説明図である。

符号の説明

１ イオン銃
２ 光学系
３ 偏向器
４ 増幅器
５ 増幅器
１０ 加工設定画面
１１ 参照画像領域
１２ 加工領域
１３ 加工領域
２０ 画像読み込み手段
２１ ドリフト前画像
２２ ドリフト後画像
３０ 演算制御手段

Claims (5)

1. 試料上へのＦＩＢ加工時において、試料上に参照画像領域を設けるステップと、
   前記参照画像領域のイオンビーム照射前と照射後の画像（確認用画像）から画像のずれの方向と量を演算により求めるステップと、
   前記演算により求めた画像のずれの方向と量とに基づいて画像のずれを補正してビーム偏向系の調整を行なうステップと、
   により構成されるＦＩＢ自動加工時のドリフト補正方法であって、
   前記ドリフト後に取得した確認用画像がずれを検出するのに適さない明かるさ又はコントラストの場合、適切な明かるさ又はコントラストで取得した画像で補正を行なうことを特徴とするＦＩＢ自動加工時のドリフト補正方法。
2. 前記参照画像のイオンビーム照射前と照射後の画像から画像のずれの方向と量を求める手段としてフーリエ変換を用いることを特徴とする請求項１記載のＦＩＢ自動加工時のドリフト補正方法。
3. 前記参照画像として特定の形状のマークを付したものを用いることを特徴とする請求項１記載のＦＩＢ自動加工時のドリフト補正方法。
4. 前記イオンビーム照射前と照射後の画像からフーリエ変換以外の画像処理を用いて画像のずれの方向と量を求めることを特徴とする請求項１記載のＦＩＢ自動加工時のドリフト補正方法。
5. 試料上へのＦＩＢ加工時において、試料上に参照画像領域を設定する参照画像設定手段と、
   ＦＩＢ加工時に前記参照画像領域の画像を読み込む画像読み込み手段と、
   ＦＩＢ加工時に、前記読み込んだ画像からイオンビーム照射前と照射後の画像のずれの方向と量を求める演算制御手段と、
   該演算制御手段の出力を受けて画像のずれの方向と量とに基づいて画像のずれを補正してビーム偏向系の補正を行なうビーム偏向系調整手段と、
   を具備し、
   前記ドリフト後に取得した確認用画像がずれを検出するのに適さない明かるさ又はコントラストの場合、適切な明かるさ又はコントラストで取得した画像で補正を行なうことを特徴とするＦＩＢ自動加工時のドリフト補正装置。

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