JP2006331847A - イオンビーム加工・観察装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 試料表面の穴にデポジション膜を正確に形成することができる技術を提供することにある。
【解決手段】
本発明は、試料表面に穴をあけ又は試料表面の穴にデポジション膜を形成するイオンビーム加工・観察装置に関する。イオンビーム加工・観察装置には、試料表面の穴の深さ又は穴に形成されたデポジション膜の高さを計測する計測器が設けられている。試料表面の穴あけ加工中又は試料表面の穴埋め加工中、穴を含む領域の像と穴の深さ又はデポジション膜の高さが表示される。
【選択図】 図１

Description

本発明は半導体デバイスの検査工程にて用いられるイオンビーム加工・観察装置に関し、特に、観察用の穴とその穴を埋めるデポジション膜を形成するイオンビーム加工・観察装置に関する。

マイクロプロセッサやメモリ等の半導体デバイスの製造においては、不良デバイスが少なく高歩留りであることが求められている。そのため、歩留りの低下の原因となる導通不良や短絡などの欠陥や異物の早期発見、及び、早期対策が大きな課題となる。

不良デバイスを検出するために、従来、デバイスの機能が完成した段階で、プローブを用いたＬＳＩテスタなどで電気的な検査が行われていた。しかしながら、近年では、早期検出や早期対策を目指してプロセスの途中での検査が行われるようになっている。この場合、検査が終了後、半導体デバイスは製造プロセスに戻される。

不良原因を解析するために、検査で不良と判断された部分の断面を観察する。断面を観察するためには、ウェーハ等の試料にイオンビームを照射し、スパッタ現象を利用して試料の表面を削り、断面を生成する。この断面を走査電子顕微鏡（ＳＥＭ）で観察し不良原因を解析する。

しかしながら、半導体デバイスの集積度が上がるにつれプロセスの微細化が進み、試料の断面を走査電子顕微鏡で観察するには、分解能が不十分となっている。

そこで、イオンビームを用いた加工により、試料の一部を切り取り、切り取った試料片を、高分解能な走査電子顕微鏡や透過電子顕微鏡を用いて観察・解析する手法がある。

このように試料表面に断面を形成し、又は、試料の一部を切り取る方法では、試料に穴が形成される。試料を、穴が残ったまま、半導体製造プロセスに戻すと、不良デバイスとなる可能性がある。そこで、穴をデポジション膜によって埋めてから半導体製造プロセスに戻す方法が行われる。その例として特開２００３−３１１４３５号「イオンビームによる穴埋め方法、イオンビーム加工・観察装置、及び電子部品の製造方法」がある。

特開２００３−３１１４３５号公報

従来技術では、穴を埋めるデポジション膜の厚さ又は高さを正確に制御することができなかったため、穴の周囲と穴を埋めたデポジション膜の高さが同一とはならず、半導体デバイスの表面に凹凸ができることがある。例えば、デポジション膜の厚さが小さい場合には、穴は完全に埋められず凹部となり、デポジション膜の厚さが大きい場合には、穴を埋めたデポジション膜は凸部となる。

一般的な半導体プロセスおいては、半導体デバイスの表面に５０ｎｍ以上の凹凸があると、ＣＭＰ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｐｏｌｉｓｈｉｎｇ）にて、凸部分が削られる。削り取られた試料片によりスクラッチが発生したり、フォトレジストプロセスにおけるスピン・コーターでのレジスト剤塗布が一様にならない問題があった。

本発明の目的は、試料表面の穴にデポジション膜を正確に形成することができる技術を提供することにある。

本発明は、試料表面に穴をあけ又は試料表面の穴にデポジション膜を形成するイオンビーム加工・観察装置に関する。イオンビーム加工・観察装置には、試料表面の穴の深さ又は穴に形成されたデポジション膜の高さを計測する計測器が設けられている。

試料表面の穴あけ加工中又は試料表面の穴埋め加工中、穴を含む領域の像と穴の深さ又はデポジション膜の高さが表示される。

計測器は、レーザビームを穴又はデポジション膜に照射するレーザビーム発生器と照射領域からのレーザビームを受光するレーザビーム受光器を含む。計測器は、走査電子顕微鏡であってよい。

本発明によれば、試料表面の穴にデポジション膜を正確に形成することができる。

以下図面を参照して本発明の実施例を説明する。

図１は本発明のイオンビーム加工・観察装置の第１の実施例を示す。本例のイオンビーム加工・観察装置は、試料室３に設けられたＦＩＢカラム１を有し、ＦＩＢカラム１は、イオン源１１、引出し電極１３、収束レンズ１４、絞り１５、偏向器１６、及び、対物レンズ１７を有し、内部は高真空に保持されている。試料室３には、ステージ３１、二次電子検出器４１、デポガス源５１、高さ測定器（発光側）６１、及び、高さ測定器（受光側）６２が設けられている。

イオンビーム加工・観察装置は、更に、ＦＩＢカラム制御部１８、全体制御部１９、ステージ制御部３４、デポガス制御部５３、高さ測定制御部６３、信号処理器４２、及び、表示部４を有する。

ＦＩＢカラム制御部１８は、イオン源１１、引出し電極１３、収束レンズ１４、絞り１５、偏向器１６、及び、対物レンズ１７に印加する電圧を制御する。

ステージ制御部３４は、ウェーハ等の試料３２を保持するステージ３１を制御し、ステージ３１を３次元方向及び回転方向に移動させる。

デポガス制御部５３は、デポガス源５１に格納されたデポガス５２の供給開始、供給停止を制御する。デポガス５２は、例えば、Ｗ（ＣＯ）_６である。高さ測定制御部６３は、高さ測定器（発光側）６１、及び、高さ測定器（受光側）６２を制御する。高さ測定器６１は、レーザ光源を有し、試料３２上の測定位置にレーザ光を照射する。高さ測定器６２は、レーザ光を受光し、それを電気的信号に変換する素子、例えば、フォトダイオードを有する。高さ測定器６１と高さ測定器６２の動作は、後に説明する。

イオン源１１はＧａ等の液体金属である。イオン源１１に高電圧を印加し、引出し電極１３にイオン源１１に加えた高電圧よりも低い電圧を印加すると、イオン源１１からイオンビーム１２が放出される。イオンビーム１２は収束レンズ１４によって収束され、絞り１５を通過するイオンビーム量が調整される。絞り１５を通過したイオンビーム１２は、偏向器１６によって偏向され、対物レンズ１７によって集光される。試料３２上には、フォーカスされたイオンビーム１２が走査される。

試料３２上にイオンビーム１２を照射するとスパッタリング現象により試料３２の表面の構成原子が放出される。それによって試料３２の表面が削られ、穴が形成される。穴は、試料３２の断面が観察できるように、即ち、穴の内壁に、試料３２の断面が露出するように、形成される。穴が形成されたら、ステージ３１を傾斜させることにより、試料３２の断面を観察することができる。

デポガス５２を供給しながらイオンビーム１２を照射するとデポガスの成分が変化してＷ（タングステン）のデポジション膜３３が試料３２上に形成される。通常、このデポジション膜は、断面観察用の穴の周囲の試料表面を保護するために用いたり、配線を修正したりする場合に使用するが、以下に説明するように、断面観察用の穴を埋めるために使用される。

二次電子検出器４１は、イオンビーム１２が照射された試料３２から発生する二次電子を検出する。信号処理器４２は、二次電子検出器４１からの二次電子検出信号をビーム偏向の走査信号と同期して処理し、全体制御部１９に出力する。全体制御部１９は、表示部４の画面に、ＳＩＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）像を表示する。

図２を参照して、試料に形成された穴及びデポジション膜の高さの測定方法を説明する。図２Ａは、穴の周囲の高さと穴埋めしたデポジション膜３３の高さが一致している場合を示す。高さ検出器（発光側）６１は試料３２上のデポジション膜３３が形成された領域に、レーザビーム６４を照射する。高さ検出器（発光側）６１が照射するレーザビーム６４のビーム径は、穴を包含する大きさである。高さ検出器（受光側）６２は、レーザ照射領域からのレーザ光６５を検出する。本例では、レーザ照射領域は、平坦である。従って、高さ検出器（受光側）６２はレーザ照射領域から最大のレーザ光６５を検出する。

図２Ｂは、穴の周囲の高さより穴埋めしたデポジション膜３３の高さが低い場合を示す。本例では、デポジション膜３３によって凹部が形成されている。即ち、レーザ照射領域は、平坦でない。高さ検出器（発光側）６１は試料３２上のデポジション膜３３が形成された領域に、レーザビーム６４を照射する。レーザビーム６４の一部は、穴の周囲に照射されるが、大部分は、デポジション膜３３によって生成された凹部に照射される。凹部に照射されたレーザビーム６４は、図示のように、散乱ビーム６６となり、高さ検出器（受光側）６２の方向に向かわない。散乱ビーム６６の一部は、高さ検出器（発光側）６１方向に向かう。従って、高さ検出器（受光側）６２が受光するレーザ光は、図２に示した場合より少ない。

図２Ｃは、穴の周囲の高さより穴埋めしたデポジション膜３３の高さが高い場合を示す。本例では、デポジション膜３３によって凸部が形成されている。即ち、レーザ照射領域は、平坦でない。高さ検出器（発光側）６１は試料３２上のデポジション膜３３が形成された領域に、レーザビーム６４を照射する。レーザビーム６４の一部は、穴の周囲に照射されるが、大部分は、デポジション膜３３によって生成された凸部に照射される。凸部に照射されたレーザビーム６４は、図示のように、散乱ビーム６６となり、高さ検出器（受光側）６２の方向に向かわない。散乱ビーム６６の一部は、高さ検出器（発光側）６１方向に向かう。従って、高さ検出器（受光側）６２が受光するレーザ光は、図２に示した場合より少ない。

図３は、表示部４に表示された穴あけ加工時の操作画面７００を示す。この操作画面７００は、画像表示エリア７３、条件表示エリア７５、穴あけボタン７７、デポジション膜形成ボタン７８、穴埋めボタン７９、開始ボタン８０、停止ボタン８１を含む。穴あけボタン７７をクリックすることによって、画像表示エリア７３には、穴あけエリア周辺の試料３２のＳＩＭ像と穴あけエリアを指定するラバーバンド７４が表示される。試料表面には既に円形のコンタクトホールが形成されている。コンタクトホールの断面を形成するように、ラバーバンド７４を設定する。開始ボタン８０をクリックすると、イオンビーム１２が試料３２表面のラバーバンド７４の領域に照射され、穴あけ加工が開始される。条件表示エリア７５には、加工サイズ、試料の材質、及び、経過時間が表示される。加工サイズは、穴の寸法である。

図４は、表示部４に表示された穴埋め加工時の操作画面７０１を示す図である。穴埋めボタン７９をクリックすることによって、画像表示エリア７３には、穴の周囲のＳＩＭ像と穴埋めエリアを指定するラバーバンド７４が表示される。試料表面には既にコンタクトホールの断面を露出させるための矩形の穴が形成されている。穴埋めボタン７９をクリックした場合、ラバーバンド７４は、標準では、穴の位置に表示される。マウスのドラッグ操作等によりラバーバンド７４の位置を変更することができる。開始ボタン８０をクリックすると、デポガス源５１からデポガスが供給され、ラバーバンド７４の領域にデポジション膜が形成される。こうしてデポジション膜によって穴が埋められる。穴埋めボタン７９の代わりに、デポジション膜形成ボタン７８をクリックしてもよい。この場合には、マウスのドラッグ操作等によりラバーバンド７４の領域を設定する。

図５を参照して、穴埋め加工の処理を説明する。ステップＳ１０１にて、デポガス５２の供給を開始する。ステップＳ１０２にて、イオンビーム１２の照射を開始する。ステップＳ１０３にて、高さ測定器（発光側）６１はレーザビームを穴埋めエリアに照射し、高さ測定器（受光側）６２は照射領域からのビームを受光し、受光量を測定する。ステップＳ１０４にて、ビーム受光量が最大となったか否かを判定する。受光量が最大となったとき、ステップＳ１０５にて、イオンビーム１２の照射を停止する。ステップＳ１０６にて、デポガスの供給を停止し、穴埋め加工を終了する。

本例では、デポジション膜の高さを測定しながら穴埋めする。即ち、デポジション膜の高さを測定し、それに基づいてデポジション膜の形成を停止する。例えば、デポジション膜の高さが穴の周囲の高さと略同一となったときに、デポジション膜の形成を停止する。又は、試料表面の凹凸が５０ｎｍ以下となったときに、デポジション膜の形成を停止する。こうして、穴埋めしたデポジション膜の高さを穴の周囲の高さと略等しくすることができる。試料表面の凹凸を５０ｎｍ以下にすることができる。従って、デポジション膜で穴埋めしたウェーハをプロセスラインに戻しても、不良デバイスが発生する問題を回避できる。また、ウェーハを廃棄することがなく経済的な効果がある。

図６は、本発明のイオンビーム加工・観察装置の第２の実施例を示す。本例のイオンビーム加工・観察装置は、図１の第１の実施例と比較して、高さ検出器（発光側）と高さ検出器（受光側）が異なり、それ以外は、第１の例と同様である。従って、図６には、本例の高さ検出器（発光側）６７と高さ検出器（受光側）６８のみが図示されている。

本例では、高さ検出器（発光側）６７は、穴の径より小さいビーム径のレーザビームを発生する。高さ検出器（受光側）６８は、ＣＣＤ（Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｄｅｖｉｃｅ）等を用いて、レーザビーム６５の受光位置を検出する。高さ検出器（発光側）６７からのレーザビームの出射位置が一定であるとき、高さ検出器（受光側）６８のレーザビームの入射位置、即ち受光位置は、レーザビーム照射領域の高さによって変化する。従って、高さ検出器（受光側）６８のレーザビームの受光位置に基づいて、デポジション膜の高さを計測する。

図６Ａは、穴の周囲の高さと穴埋めしたデポジション膜３３の高さが一致している場合を示す。高さ検出器（発光側）６７は試料３２上のデポジション膜３３上に、穴の径より小さいビーム径のレーザビーム６４を照射する。高さ検出器（受光側）６８は、レーザ照射領域からのレーザ光６５を検出し、入射位置を記憶する。本例では、レーザ照射領域の高さは、穴の周囲の高さと同一である。従って、高さ検出器（受光側）６８が検出した受光位置を基準位置とする。

図６Ｂは、穴の周囲の高さより穴埋めしたデポジション膜３３の高さが低い場合を示す。本例では、デポジション膜３３によって凹部が形成されている。高さ検出器（発光側）６７は試料３２上のデポジション膜３３上に、レーザビーム６４を照射する。高さ検出器（受光側）６８は、レーザ照射領域からのレーザ光６５を検出し、受光位置を記憶する。本例では、レーザ照射領域の高さは、穴の周囲の高さより低い。従って、高さ検出器（受光側）６８が検出した受光位置は、基準位置より偏奇している。この偏奇量によって、デポジション膜３３による凹部の深さを計測する。

図６Ｃは、穴の周囲の高さより穴埋めしたデポジション膜３３の高さが高い場合を示す。本例では、デポジション膜３３によって凸部が形成されている。高さ検出器（発光側）６７は試料３２上のデポジション膜３３上に、レーザビーム６４を照射する。高さ検出器（受光側）６８は、レーザ照射領域からのレーザ光６５を検出し、受光位置を記憶する。本例では、レーザ照射領域の高さは、穴の周囲の高さより高い。従って、高さ検出器（受光側）６８が検出した受光位置は、基準位置より偏奇している。この偏奇量によって、デポジション膜３３による凸部の高さを計測する。

本例では、レーザビーム６４のビーム径を小さくすることによって、局所的な凹部の深さ又は凸部の高さを測定することができる。従って、穴の周囲より高いデポジション膜３３内に形成された凹部を埋めることも、穴の周囲より低いデポジション膜内に形成された凸部を除去することも可能である。

図７は、表示部４に表示された穴埋め加工時の操作画面７０２を示す図である。本例の操作画面７０２は図４の操作画面７０１と略同一であるが、本例の操作画面７０２では、条件表示エリア７５には、加工サイズ、試料の材質、及び、高さが表示される点が異なる。加工サイズは、デポジション膜の寸法であり、高さは、デポジション膜の現在の高さである。デポジション膜の高さが穴の周囲の高さと同じになったとき、穴埋め加工を終了する。

図８を参照して、穴埋め加工の処理を説明する。ステップＳ２０１にて、デポガス５２の供給を開始する。ステップＳ２０２にて、イオンビーム１２の照射を開始する。ステップＳ２０３にて、高さ測定器（発光側）６７はレーザビームを穴埋めエリアに照射し、高さ測定器（受光側）６８は照射領域からのビームを受光し、受光位置から、穴の深さ、即ち、デポジション膜の高さを計測し、それを表示する。ステップＳ２０４にて、デポジション膜の高さが穴の周囲位置の高さと略同一になったか否かを判定する。デポジション膜の高さが穴の周囲位置の高さと略同一になったとき、ステップＳ２０５にて、イオンビーム１２の照射を停止する。ステップＳ２０６にて、デポガスの供給を停止し、穴埋め加工を終了する。

本例では、デポジション膜の高さを測定しながら穴埋めする。即ち、デポジション膜の高さを測定し、それに基づいてデポジション膜の形成を停止する。デポジション膜の高さが穴の周囲の高さと略同一となったときに、デポジション膜の形成を停止する。又は、試料表面の凹凸が５０ｎｍ以下となったときに、デポジション膜の形成を停止する。こうして、穴埋めしたデポジション膜の高さを穴の周囲の高さと略等しくすることができる。試料表面の凹凸を５０ｎｍ以下にすることができる。従って、デポジション膜で穴埋めしたウェーハをプロセスラインに戻しても、不良デバイスが発生する問題を回避できる。また、ウェーハを廃棄することがなく経済的な効果がある。

図９は、本発明のイオンビーム加工・観察装置の第３の実施例を示す。本例のイオンビーム加工・観察装置は、図１の第１の実施例と比較して、高さ検出器（発光側）と高さ検出器（受光側）が異なり、それ以外は、第１の例と同様である。従って、図９には、本例の高さ検出器（発光側）９０と高さ検出器（受光側）９１のみが図示されている。

本例では、高さ検出器（発光側）９０は、半導体レーザ等の光源９２、レンズ９３、レンズ９４を含む。高さ測定器（受光側）９１は、ＣＣＤ等の光の強度を二次元的に検出する受光素子９５と信号処理手段９６とを含む。高さ検出器（発光側）９０は、２つのレンズ９３、９４間の距離Ｌを変化させることによって、レーザビーム６４のビーム径を変化させることができる。高さ測定器（受光側）９１はレーザビームの受光量と受光位置の両者を測定する。

図９Ａは、レンズ９３、９４間の距離ＬがＬ１であり、高さ検出器（発光側）９０は比較的ビーム径が大きいレーザビーム６４を出射した場合を示す。これは図２に示した場合に相当する。信号処理手段９６は、受光素子９５が受光したレーザ光の受光量に基づいて、デポジション膜３３の高さが周囲の高さより高いか、低いか、又は、同一かを判定し、更に、デポジション膜３３の高さを計測する。本例では、信号処理手段９６は、受光信号の重心位置を求めることにより、ビームが照射された領域の平均的な高さを測定することもできる。

図９Ｂは、レンズ９３、９４間の距離ＬがＬ２であり、高さ検出器（発光側）９０は比較的ビーム径が小さいレーザビーム６４を出射した場合を示す。これは図６に示した場合に相当する。信号処理手段９６は、受光素子９５が受光したレーザ光の受光位置に基づいて、デポジション膜３３の高さが周囲の高さより高いか、低いか、又は、同一かを判定し、更に、デポジション膜３３の高さを計測する。本例では、信号処理手段９６は、受光位置と受光信号の重心位置を求めることにより、ビームが照射された領域のデポジション膜３３の高さを計測することができる。

図１０は本発明のイオンビーム加工・観察装置の第４の実施例を示す。本例のイオンビーム加工・観察装置は、図１の第１の実施例と比較して、ＳＥＭカラム２が付加的に設けられている点が異なる。ＳＥＭカラム２の光軸は試料の法線に対して傾斜している。図１０では、ＦＩＢカラム制御部１８、全体制御部１９、ステージ制御部３４、デポガス制御部５３、高さ測定制御部６３、信号処理器４２、及び、表示部４の図示は省略されている。

ＳＥＭカラム２は、電子源２１、引出し電極２３、収束レンズ２４、絞り２５、偏向器２６、対物レンズ２７、及び、反射電子検出器２８を有し、内部は高真空に保持されている。ＦＩＢカラム制御部１８と同様に、電子源２１、引出し電極２３、収束レンズ２４、絞り２５、偏向器２６、及び、対物レンズ２７を制御するＳＥＭカラム制御部が設けられているが、その図示は省略されている。

本例によると、イオンビーム１２の照射によるＳＩＭ像と電子ビーム２２の照射によるＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｅｌｅｃｔｒｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）像の両者を得ることができるが、ＳＩＭ像を得る方法は、図１を参照して説明したのでここでは省略し、以下に電子ビーム２２によるＳＥＭ像を得る方法を説明する。

電子源２１に高電圧を印加し、引出し電極２３に電子源２１に加えた高電圧よりも低い電圧を印加すると、電子源２１から電子ビーム２２が放出される。電子ビーム２２は収束レンズ２４によって収束され、絞り２５を通過する電子ビーム量が調整される。絞り２５を通過した電子ビーム２２は、偏向器２６によって偏向され、対物レンズ２７によって集光される。試料３２上には、フォーカスされた電子ビーム２２が走査される。

反射電子検出器２８は、電子ビーム２２が照射された試料３２から発生する反射電子を検出する。信号処理器４２は、反射電子検出器２８からの反射電子検出信号を電子ビーム偏向の走査信号と同期して処理し、全体制御部１９に出力する。全体制御部１９は、表示部４の画面に、ＳＥＭ像を表示する。

本例のイオンビーム加工・観察装置では、イオンビーム１２によって試料３２の表面に穴あけ加工又はデポジション膜形成を行っている間に、そのＳＥＭ像をリアルタイムに観察することができる。

対物レンズ２７を変化させることにより、電子ビーム２２の焦点位置が変化し、焦点が異なったＳＥＭ像が得られる。電子ビーム２２の走査範囲をイオンビーム１２で穴あけする位置に設定し、ＳＥＭ像の焦点が穴底に合うように対物レンズ２７を制御することにより、その焦点距離から穴の深さを求めることができる。また、穴あけ後の穴埋めの際にも穴埋めの高さ情報をモニタすることができる。

図１１は表示部４に表示された穴あけ加工時の操作画面７０３を示す。この操作画面７０３は、画像表示エリア７３、条件表示エリア７５、選択ボタン７６、穴あけボタン７７、デポジション膜形成ボタン７８、開始ボタン８０、停止ボタン８１を含む。本例の操作画面７０３は図３の操作画面７００と比較して、選択ボタン７６が設けられている点が異なる。

選択ボタン７６は、ＦＩＢかＳＥＭかを選択するために設けられる。選択ボタン７６をクリックし、ＦＩＢを選択し、穴あけボタン７７をクリックすることによって、画像表示エリア７３には、穴あけエリア周辺の試料３２のＳＩＭ像と穴あけエリアを指定するラバーバンド７４が表示される。試料表面には既に円形のコンタクトホールが形成されている。コンタクトホールの断面を形成するように、ラバーバンド７４を設定する。開始ボタン８０をクリックすると、イオンビーム１２が試料３２表面のラバーバンド７４の領域に照射され、穴あけ加工が開始される。条件表示エリア７５には、加工サイズ、試料の材質、及び、深さが表示される。加工サイズは穴の寸法である。深さは、現在の穴の深さである。

穴あけ加工中、電子ビーム２２が穴に照射され、反射電子検出器２８は、穴からの反射電子ビーム２２を検出する。穴のＳＥＭ像の焦点が合うように対物レンズ２７の位置が制御される。対物レンズ２７の制御位置によって、穴の深さ、即ち、デポジション膜の高さを計測する。尚、ＳＥＭ像は操作画面７０３上に表示されない。デポジション膜の高さが穴の周囲の高さと同じになったとき、穴埋め加工を終了する。

図１２は、選択ボタン７６をクリックし、ＳＥＭを選択したとき、表示部４に表示される操作画面７０４の例を示す。画像表示エリア７４には、ＳＥＭ像が表示される。操作画面７０４には、走査速度設定ボタン８４が設けられている。走査速度設定ボタン８４によって適切な走査速度を選択し、穴あけした断面のＳＥＭ画像を表示する。

図１３は、選択ボタン７６をクリックし、ＦＩＢを選択したとき、表示部４に表示される操作画面７０５の例を示す。穴埋めボタン７９をクリックすることによって、画像表示エリア７３には、穴の周囲のＳＩＭ像と穴埋めエリアを指定するラバーバンド７４が表示される。試料表面には既にコンタクトホールの断面を露出させるための矩形の穴が形成されている。ラバーバンド７４は、標準では、穴の位置に表示される。マウスのドラッグ操作等によりラバーバンド７４の位置を変更することができる。開始ボタン８０をクリックすると、デポガス源５１からデポガスが供給され、ラバーバンド７４の領域にデポジション膜が形成される。こうしてデポジション膜によって穴が埋められる。

条件表示エリア７５には、加工サイズ、試料の材質、及び、深さが表示される。加工サイズは、デポジション膜の寸法であり、深さは、穴の現在の深さである。穴の深さが穴の周囲の高さと同じになったとき、穴埋め加工を終了する。

図１４は本発明のイオンビーム加工・観察装置の第５の実施例を示す。本例のイオンビーム加工・観察装置は、図１０の第４の実施例と比較して、ＦＩＢカラム１の光軸とＳＥＭカラム２の光軸は共に、試料の法線に対して傾斜している。本例では、図示のように、試料表面に、深さ方向に傾斜した穴をあけることができ、また、深さ方向に傾斜した穴にデポジション膜で穴埋めすることができる。

高さ測定器６９は試料３２の上方に設けられている。高さ測定器６９は、発光部と受光部を有する。従って、本例の高さ測定器６９は、上述の高さ測定器（発光側）と高さ測定器（受光側）を一体化したものであり、試料室の接続ポートは１つでよい。高さ測定器６９を試料３２の上方に設けることにより、深さ方向に傾斜した穴の深さを計測することができ、深さ方向に傾斜した穴を埋めるデポジション膜の高さを計測することができる。

図１４では、ＦＩＢカラム制御部１８、全体制御部１９、ステージ制御部３４、デポガス制御部５３、高さ測定制御部６３、信号処理器４２、及び、表示部４の図示は省略されている。

本発明によれば、デポジション膜の高さを測定しながら正確なデポジションができるために、穴埋めだけでなく、半導体デバイス内の回路を導電性デポジション膜で接続する配線修正を行うことができる。即ち、半導体デバイス内の回路の配線修正をおいて、正確な抵抗値で配線する用途にも適用できる。

以上、本発明の例を説明したが、本発明は上述の例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲にて様々な変更が可能であることは当業者に理解されよう。

本発明のイオンビーム加工・観察装置の第１の実施例を示す図である。 本発明によるデポジション膜の高さの測定方法を示す図である。 穴あけ時の操作画面を示す図である。 穴埋め時の操作画面を示す図である。 穴埋めの処理を示す図である。 本発明のイオンビーム加工・観察装置の第２の実施例を示す図である。 穴埋め時の操作画面を示す図である。 穴埋めの処理を示す図である。 本発明のイオンビーム加工・観察装置の第３の実施例を示す図である。 本発明のイオンビーム加工・観察装置の第４の実施例を示す図である。 穴あけ時の操作画面を示す図である。 ＳＥＭ像観察時の操作画面を示す図である。 穴埋め時の操作画面を示す図である。 本発明のイオンビーム加工・観察装置の第５の実施例を示す図である。

符号の説明

１：ＦＩＢカラム、２：ＳＥＭカラム、３：試料室、４：表示部、１１：イオン源、１２：イオンビーム、１３：引出し電極、１４：集束レンズ、１５：ビーム絞り、１６：偏向器、１７：対物レンズ、１８：ＦＩＢカラム制御部、１９：全体制御部、２１：電子源、２２：電子ビーム、２３：引出し電極、２４：収束レンズ、２５：ビーム絞り、２６：偏向器、２７：対物レンズ、２８：反射電子検出器、３１：ステージ、３２：試料、３３：デポジション膜、３４：ステージ制御部、４１：二次電子検出器、４２：信号処理器、５１：デポガス源、５２：デポガス、５３：デポガス制御部、６１：高さ測定器（発光側）、６２：高さ測定器（受光側）、６３：高さ測定制御部、６４：発光ビーム、６５：受光ビーム、６６：散乱ビーム、６７：高さ測定器（発光側）、６８：高さ測定器（受光側）、６９：高さ測定器、７３：画像表示エリア、７４：穴あけエリア、７５：条件表示エリア、７６：選択ボタン、７７：穴あけボタン、７８：デポ加工ボタン、７９：穴埋めボタン、８０：穴あけ開始ボタン、８１：穴あけ停止ボタン、９０：高さ測定器（発光側）、９１：高さ測定器（受光側）、９２：発光源、９３：レンズ、９４：レンズ、９５：受光素子、９６：信号処理手段

Claims (22)

1. 走査イオンビームを試料上に照射するイオンビーム照射系と、デポガスを供給するデポガス源と、試料表面の穴の深さ又は該穴に形成されたデポジション膜の高さを計測する計測器と、を有し、上記試料表面の穴にデポジション膜を形成するとき、試料表面の穴の深さ又は該穴に形成されたデポジション膜の高さを計測し、上記デポジション膜の形成を停止することを特徴とするイオンビーム加工・観察装置。
2. 請求項１記載のイオンビーム加工・観察装置において、デポジション膜の高さが穴の周囲の高さと略同じになったと判定されたとき、上記デポジション膜の形成を停止することを特徴とするイオンビーム加工・観察装置。
3. 請求項１記載のイオンビーム加工・観察装置において、試料表面の凹凸が５０ｎｍ以下となるようにデポジション膜を形成することを特徴とするイオンビーム加工・観察装置。
4. 請求項１記載のイオンビーム加工・観察装置において、上記計測器は、デポジション膜にレーザビームを照射するレーザビーム発生器とレーザビーム照射領域からのレーザビームを受光するレーザビーム受光器とを有することを特徴とするイオンビーム加工・観察装置。
5. 請求項４記載のイオンビーム加工・観察装置において、上記レーザビーム発生器は試料表面の穴より大きいビーム径のレーザビームを照射し、上記レーザビーム受光器が受光する受光量から穴の深さ又はデポジション膜の高さを計測することを特徴とするイオンビーム加工・観察装置。
6. 請求項４記載のイオンビーム加工・観察装置において、上記レーザビーム発生器は試料表面の穴より小さいビーム径のレーザビームを照射し、上記レーザビーム受光器が受光する受光位置から穴の深さ又はデポジション膜の高さを計測することを特徴とするイオンビーム加工・観察装置。
7. 請求項１記載のイオンビーム加工・観察装置において、上記レーザビーム発生器はビーム径が大きいレーザビーム又はビーム径が小さいレーザビームを照射し、上記レーザビーム発生器がビーム径が大きいレーザビームを照射したときは、上記レーザビーム受光器が受光する受光量から穴の深さ又はデポジション膜の高さを計測し、上記レーザビーム発生器がビーム径が小さいレーザビームを照射したときは、上記レーザビーム受光器が受光する受光位置から穴の深さ又はデポジション膜の高さを計測することを特徴とするイオンビーム加工・観察装置。
8. 請求項１記載のイオンビーム加工・観察装置において、上記計測器は、走査電子ビームを試料上に照射するための電子ビーム照射系と、電子ビーム照射領域からの反射電子ビームを検出する反射電子検出器と、該反射電子検出器からの信号に基づいてＳＥＭ像を生成する走査電子顕微鏡を含むことを特徴とするイオンビーム加工・観察装置。
9. 請求項１記載のイオンビーム加工・観察装置において、上記試料表面に穴あけするとき、上記計測器による計測によって穴の深さが所定の深さになったと判定されたとき、上記穴あけを停止することを特徴とするイオンビーム加工・観察装置。
10. 走査イオンビームを試料上に照射するイオンビーム照射系と、イオンビーム照射領域からの二次電子線を検出する二次電子検出器と、該二次電子検出器からの信号に基づいて生成されたＳＥＭ像を表示する表示装置と、デポガスを供給するデポガス源と、試料表面の穴の深さ又は該穴に形成されたデポジション膜の高さを計測する計測器と、を有し、試料表面の穴にデポジション膜を形成中に、上記表示装置は、上記試料表面の穴を含む領域のＳＩＭ像と上記計測器によって計測された上記試料表面の穴のデポジション膜の高さを表示することを特徴とするイオンビーム加工・観察装置。
11. 請求項１０記載のイオンビーム加工・観察装置において、上記計測器は、デポジション膜にレーザビームを照射するレーザビーム発生器とレーザビーム照射領域からのレーザビームを受光するレーザビーム受光器とを有し、該レーザビーム受光器の受光量又は受光位置に基づいて上記試料表面の穴の深さ又は該穴に形成されたデポジション膜の高さを計測することを特徴とするイオンビーム加工・観察装置。
12. 請求項１０記載のイオンビーム加工・観察装置において、試料表面に穴を形成中に、上記表示装置は、上記試料表面の穴を含む領域のＳＩＭ像と上記計測器によって計測された上記試料表面の穴の深さを表示することを特徴とするイオンビーム加工・観察装置。
13. 請求項１０記載のイオンビーム加工・観察装置において、上記計測器は、走査電子ビームを試料上に照射するための電子ビーム照射系と、電子ビーム照射領域からの反射電子ビームを検出する反射電子検出器と、該反射電子検出器からの信号に基づいてＳＥＭ像を生成する走査電子顕微鏡を含み、上記表示装置は上記走査電子顕微鏡によるＳＥＭ像を表示することを特徴とするイオンビーム加工・観察装置。
14. 請求項１３記載のイオンビーム加工・観察装置において、上記表示装置は、デポジション膜を含む領域のＳＩＭ像又はＳＥＭ像を切り替えて表示することを特徴とするイオンビーム加工・観察装置。
15. 請求項１０記載のイオンビーム加工・観察装置において、上記表示装置は、穴あけ加工又は穴埋め加工するための操作画面を表示し、該操作画面は、画像表示エリア、条件表示エリア、穴あけボタン、穴埋めボタン、を含み、上記画像表示エリアには、試料表面のＳＩＭ像と加工エリアを指定するラバーバンドが表示されることを特徴とするイオンビーム加工・観察装置。
16. 請求項１５記載のイオンビーム加工・観察装置において、上記条件表示エリアには加工サイズ、材質、穴の深さ又はデポジション膜の高さが表示されることを特徴とするイオンビーム加工・観察装置。
17. 真空中にてデポガスを供給しながらイオンビームを試料表面の穴に照射することによりデポジション膜を形成することと、
    上記穴に形成されたデポジション膜の高さを計測することと、
    上記デポジション膜の高さが上記穴の周囲の高さに等しくなったとき上記デポガスの供給と上記イオンビームの照射を停止することと、
    を含むイオンビーム加工・観察方法。
18. 請求項１７記載のイオンビーム加工・観察方法において、上記デポジション膜の形成中に表示装置に上記穴を含む領域のＳＩＭ像と上記デポジション膜の高さを表示することと、
    を含むイオンビーム加工・観察方法。
19. 請求項１７記載のイオンビーム加工・観察方法において、上記デポジション膜の形成中に表示装置に上記穴を含む領域のＳＩＭ像又はＳＥＭ像を切り替えて表示することと、
    を含むイオンビーム加工・観察方法。
20. 請求項１７記載のイオンビーム加工・観察方法において、上記デポジション膜の計測は、
    上記デポジション膜にレーザビームを照射することと、
    レーザビーム照射領域からのレーザビームを受光することと、
    上記レーザビームの受光量又は受光位置から上記デポジション膜の高さを求めることと、
    を含むことを特徴とするイオンビーム加工・観察装置。
21. 真空中にてイオンビームを試料表面に照射することにより穴を形成することと、
    上記穴の深さを計測することと、
    上記穴の深さが所定の値になったとき上記イオンビームの照射を停止することと、
    を含むイオンビーム加工・観察方法。
22. 請求項２１記載のイオンビーム加工・観察方法において、上記デポジション膜の形成中に表示装置に上記穴を含む領域のＳＩＭ像と上記デポジション膜の高さを表示することと、
    を含むイオンビーム加工・観察方法。

Images