JP2009004126A - 荷電粒子線加工装置 - Google Patents

Abstract

【課題】加工穴の穴埋めにかかる時間を短縮しつつ穴埋め跡の高い平坦度を確保することができる荷電粒子線加工装置を提供する。
【解決手段】異種の荷電粒子線原料ガスをそれぞれ充填したガスボンベ２２Ａ，２２Ｂと、イオンビーム２を試料１３に集束し照射する荷電粒子線光学系を含むイオンビームカラム３と、試料１３を保持するホルダ４と、ガス銃１１とを有する荷電粒子線加工装置において、マイクロサンプル８１の摘出加工を行うイオンビーム２とマイクロサンプル８１を摘出した後の穴埋め加工を含む膜堆積に使用するイオンビーム２の発生源の種類を変える。
【選択図】 図１

Description

本発明は荷電粒子線加工装置に関する。

近年、マイクロプロセッサーに代表される半導体デバイス、ダイナミックランダムアクセスメモリに代表される半導体メモリ、及び磁気ヘッド等の電子部品の製造コストを削減するための検査・解析技術が注目されている。高度な検査・解析技術を用いてプロセス条件の早期最適化や高精度な不良解析は、開発期間短縮化や歩留まりの早期向上に大きく貢献する。

そのために、従来はプロセス毎に少なくとも１枚のウェーハを取り出しそれを割断し断面加工・検査を実施していたが、ウェーハが大口径化し高価となったため廃棄分（割断分）の損失が無視できなくなってきている。そこで近年、断面を検査したウェーハを製造ラインに戻し、そのウェーハ内のチップのうちの断面観察に供したチップ以外のチップを製品として扱う、いわゆるインライン断面検査技術が開発されている。

しかし、光学式やＳＥＭ式検査装置によって検出した欠陥部位を摘出した後にはウェーハに加工穴が残される。この穴を残したままのウェーハを後段のプロセスに投入すると様々な問題が生じる。例えば、成膜プロセスでは膜厚の不均一が生じたり、ＣＭＰ（Chemical Mechanical Polishing）プロセスでは異物が加工穴部に侵入して汚染源になったりし、また穴部の周囲で亀裂が発生する場合もある。したがってマイクロサンプルを摘出したウェーハは、一般に加工穴を埋めた上でラインに戻される（特許文献１等参照）。

特開２００４−４０１２９号公報

加工穴を穴埋めした箇所の平坦度は、最低限、サブミクロンレベルに抑える必要がある。その一方で、穴埋め体積は加工穴体積と同等レベルの大きな値となるため、穴埋めには長時間（数分〜数十分程度）を要し、ウェーハをラインに戻すための一連の工程の中で占める時間割合が大きい。

本発明は上記に鑑みなされたもので、加工穴の穴埋めにかかる時間を短縮しつつ穴埋め跡の高い平坦度を確保することができる荷電粒子線加工装置を提供すること目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は、荷電粒子線発生源と、荷電粒子線を試料に集束し照射する荷電粒子線光学系と、試料を保持するホルダと、ガス銃とを有する荷電粒子線加工装置において、微小試験片の摘出加工を行う荷電粒子線と微小試験片摘出後の穴埋め加工を含む膜堆積に使用する荷電粒子線原料ガスの種類を変える。

本発明により、加工穴の穴埋めにかかる時間を短縮しつつ穴埋め跡の高い平坦度を確保することができる。

以下に図面を用いて本発明の実施の形態を説明する。

図１は本発明の一実施の形態に係る荷電粒子線加工装置の概略構成図である。

図１に示した荷電粒子線加工装置は、試料１３を搭載し保持するホルダ４と、イオンビーム（荷電粒子線）２を発生させるイオン源（荷電粒子線発生源）１と、イオン源１より出てきたイオンビーム２を加工点まで導く加工光学系（荷電粒子線光学系）を含むイオンビームカラム３と、ホルダ４を５軸方向に駆動するステージ５と、試料室６と、ＦＯＵＰ（Front Opening Unified Pod）・大気搬送ユニット（図示せず）・搬送室（図示せず）・試料室６等を排気する排気系（図示せず）と、イオン源用ガス（荷電粒子線原料ガス、後述）をイオンビームカラム３に供給するガス供給系７と、イオンビーム２を照射した際に試料１３の表面で発生する２次電子を検出する２次電子検出器（ＳＥＤ）８と、試料１３からマイクロサンプル（微小試験片）を摘出するマイクロサンプリングユニット９と、本荷電粒子線加工装置に搭載された対応の各機器を制御する複数の制御系（図示せず）と、荷電粒子線加工装置全体を制御する中央制御装置１０と、ＧＵＩ（Graphical User Interface）等の操作画面を有する操作卓１４と、イオンビーム１のビームスポット（加工点）及びその近傍にＧＡＤ（Gas Assisted Deposition）用ガスを供給するガス銃１１とを備えている。高速穴加工を行うためにＧＡＥ（Gas Assisted Etching）用ガス銃を追加しても良い。ここでいう試料１３は、代表的にはウェーハが挙げられるが、それ以外にも磁気ヘッドや液晶等が含まれる。次に各部位について順次説明していく。

試料室６は、ターボ分子ポンプ・ドライポンプ・排気バルブ（いずれも図示せず）等で構成される図示しない排気系と接続されており、内部にガスを流さない状態で１０〜５Ｐａ程度の高真空度にすることができるようになっている。試料室６には、ロードロック室・大気搬送ロボット（いずれも図示せず）等が有り、これによって試料１３等は試料室６に搬入・搬出される。

ステージ５は、Ｘ，Ｙ軸方向（水平方向）及びＺ軸方向（垂直方向）に移動する他、Ｒ方向（回転方向）に回転したり、Ｔ方向（チルト方向）に傾斜したりすることができるようになっている。ステージ５のチルトは、イオンビーム２によるスパッタ加工後の試料１３の断面観察、マイクロサンプルの試料１３からの摘出のとき等になされる。チルトに伴う軸ズレは適宜補正して視野ズレを抑制する。Ｘ，Ｙ軸への駆動には、ボールネジとナット・ＤＣモータ・エンコーダを使用している。例えば、試料１３にφ３００のウェーハを使用した場合、Ｘ，Ｙ軸方向の移動距離（約３２０ｍｍ）を数秒で移動する。試料１３の位置決めにはレーザを使用しており、精度は例えばサブマイクロメートルオーダーである。Ｚ軸方向への駆動には、クサビ構造を採用しており、サブミクロンオーダーの位置出し精度を有する。

操作卓１４は、ＧＵＩ操作画面、ＳＥＭ像、ＳＩＭ像等を表示する表示部、キーボードやマウスなどの入力部等で構成されている。

２次電子検出器８は、正電位に印加されたシンチレータ（図示せず）を内部に備えている。イオンビーム２が照射されて試料１３の表面から放出される反射電子や２次電子は、シンチレータの電界で引き寄せられ、加速されてシンチレータを光らせる。シンチレータの発する光は、ライトガイド（図示せず）に導かれて光電子倍増管（図示せず）に入射し、電気信号に変換される。検出された電気信号は加工光学系によるイオンビーム２のスキャンと同期され、これにより加工点の２次電子像が生成される。

マイクロサンプリングユニット９は、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸方向の３軸方向に移動可能な構造となっている。試料１３より欠陥部位を摘出し、これをメッシュ８９（後述の図１９参照）に搭載するために各軸の駆動移動距離は数ｍｍ程度確保されている。マイクロサンプリングユニット９の駆動には、リニアアクチュエータ・ピエゾ素子等が用いられ、サブマイクロメートルオーダーの位置精度でプローブ１５を操作することができる。プローブ１５は例えばタングステン製であり、先端部の曲率半径が１μｍ以下の先鋭な形状をしている。タングステンの金属汚染が問題となる場合、プローブ１５をシリコンやカーボン、ゲルマニウム等で製作しても良い。

ガス銃１１はガスノズル１２を備えており、ＧＡＤの時にはエアシンダーによってガスノズル１２が退避位置から試料１３の加工点近傍（加工点から数百μｍの高さ）に移動する。ガスノズル１２が退避位置から加工点近傍に移動するのに要する時間は数秒程度である。ガスノズル１２から噴き出すデポジションガスには、例えばタングステンカルボニル（Ｗ（ＣＯ）６）を使用する。タングステンカルボニルは固体からガス化する温度（昇華温度）以上に加熱され、集束イオンビーム（Focused Ion Beam、以下、適宜ＦＩＢと略する）が照射されると分解されてタングステンの膜を形成する。タングステン等の金属汚染が問題となる場合、例えば、フェナントレン等のカーボン系のガスや酸化シリコン膜を生成するオルトケイサンテトラエチルＴＥＯＳ等を用いることができる。

ガス供給系７は、イオン源１に供給する種類の異なる荷電粒子原料ガスＸ（荷電粒子線原料ガス）をそれぞれ充填した複数（本例では２本）のガスボンベ２２Ａ，２２Ｂと、ガスボンベ２２Ａ，２２Ｂからの荷電粒子線原料ガスをイオン源１に導入するガス導入配管３０と、ガスボンベ２２Ａ，２２Ｂからの荷電粒子線原料ガスをそれぞれ流通／遮断するストップバルブ２３Ａ，２３Ｂと、ガスボンベ２２Ａ，２２Ｂからの荷電粒子線原料ガスの流量をそれぞれ調整する流量調整バルブ２４Ａ，２４Ｂと、ストップバルブ２３Ａ，２３Ｂの開閉及び流量調整バルブ２４Ａ，２４Ｂの開度調整をするバルブコントローラ２５とで構成される。

本実施の形態の場合、ガスボンベ２２Ａ，２２Ｂには、それぞれ酸素ガス、アルゴンガスが充填されている。ガス供給系７がイオン源１に供給する荷電粒子線原料ガスは２種に限定されるわけではなく、３種以上の荷電粒子線原料ガスを供給する構成としても良い。酸素ガスやアルゴンガスの他に、窒素ガス、クリプトンガス、キセノンガス、ネオンガス等も用いることができる。また、ストップバルブ２３Ａ，２３Ｂは、流量調整バルブ２４Ａ，２４Ｂで流量を０にできない場合は遮断用に必要だが、流量調整バルブ２４Ａ，２４Ｂで流量を０にすることができる場合は省略しても良い。

特に図示していないが、本荷電粒子線加工装置は試料１３の高さを計測するＺセンサーを有しており、試料１３の高さをサブマイクロメートルオーダーの精度で計測可能であり、この計測結果とステージ５のＺ方向への駆動機能を用いて、試料１３とイオンビームカラム３との距離を一定にすることが可能である。また本荷電粒子線加工装置には、図示しない光学顕微鏡が備えられており、試料１３のアライメント等に使用される。

図２は図１に示したイオン源カバー１９の内部構造図である。

図２において、アース電位のイオン源カバー１９に対してイオン源１は約３０ｋＶの加速電圧が印加されるため、イオン源カバー１９とイオン源１の間には気中絶縁するために少なくとも４０ｍｍの空間が介設されている。ガス供給系７はイオン源１に接続しており、ガス導入配管３０内を流れてきた荷電粒子線原料ガスはイオン源１に供給される。ガス供給系７はアース電位としているため、イオン源１との絶縁のためにイオン源１との間にガイシ１７Ａを介設している。同様に、イオンビームカラム３との絶縁のためにイオンビームカラム３との間にガイシ１７Ｂを介設している。イオン源１にはデュオプラズマトロンを用いている。デュオプラズマトロンの他には、ヘリウム、アルゴン等のガスフェーズ電界電離イオン源、誘導結合型のプラズマイオン源、電子サイクロトロン共鳴型プラズマイオン源なども使用できる。

バルブ２３Ａ，２３Ｂ，２４Ａ，２４Ｂを制御してガス供給系７からの荷電粒子線原料ガスをイオン源１に流し、イオン源１内のガス圧を数Ｔｏｒｒにしてホローカソード３１とアノード３２の間に直流電圧を印加すると、ホローカソード３１とアノード３２の間にグロー放電が発生し、イオンはホローカソード３１に、電子はアノード３２に加速され、電極に衝突して２次電子が発生する。これらの電子はアノード３２に衝突する前に荷電粒子線原料ガスを電離してイオン化する。電子及びイオンは磁石３５による磁場によって閉じ込められ、高密度プラズマを発生する。このプラズマから、アース電位の引き出し電極３３の電界によりイオンビーム２を引き出す。中間電極３４はメガオームの抵抗を介して加速電源（図示せず）と接続されており、イオンビーム電流値は、主にバイアス電極２９のバイアス電圧（加速電圧に対して負の電位を付加した電圧）を変化させて調整する。

アノード３２のイオンビーム２を通す穴径は数百μｍと小さくコンダクタンスが小さいため、イオン源１内の荷電粒子線原料ガスをアノード３２の穴からイオンビームカラム３側に抜くには長時間を要する。そこで、イオン源１からイオンビームカラム３（引き出し電極３３よりも下側）にアノード穴よりもコンダクタンスが大きなバイパス流路を設け、バイパス流路の途中にバイパス流路を開閉するバイパスバルブ１８を設けている。これにより、ガス供給系７からの供給ガスをガスボンベ２２Ａの荷電粒子線原料ガスからガスボンベ２２Ｂの荷電粒子線原料ガスに切り換える場合（又はその逆の場合）、閉状態のバイパスバルブ１８を開放し、イオン源１内の荷電粒子線原料ガスをイオンビームカラム３に排出し、短時間でイオン源１内の荷電粒子線原料ガスの種類が置換できるようになっている。イオン源１の内部のガス導入時／非導入時の真空度は真空計３６により計測される。真空計３６はイオン源１内に導入される荷電粒子線原料ガスに対する耐性を有している。

図３はイオンビームカラム３の内部構造図である。

イオンビームカラム３内の加工光学系は、質量分離器４０、偏向器４１、絞り４２、照射レンズ４３、投射マスク４４、非点補正器４５、偏向器４６、投射レンズ４７の他、図示しないアライメントコイル、ブランカー、ファラディーカップ等で構成されている。

イオンビームカラム３は、イオン源１内から発生する金属スパッタ物等の中性粒子が試料１３に直接到達しないようにするため、図３のように屈曲し数度傾斜した構成となっている。中性粒子は図示しないダンパーに照射される。このダンパーはスパッタ粒子による金属汚染を防止するために、シリコンやカーボン等で製作されている。

イオン源１から引き出されたイオンビーム２の中から必要なイオンビームのみが質量分離器４０により取り出され、偏向器４１によって数度曲げられる。また試料１３が置かれる試料室６とイオンビームカラム３１の一部とを分離するためにガンバルブ（図示せず）が設けられている。このガンバルブは、例えば試料室６のメンテナンス時に試料室６のみをリークしたい場合等に使用される。偏向器４６は、例えば８極子が使用され、投射マスク４４を通過した観察用の断面が円形のイオンビームを試料１３上に走査するために使用される。

図４は投射マスク４４の概観図である。

図４に示すように、投射マスク４４には、マイクロサンプル摘出用のコの字形の開口５０Ａ、一文字状の開口５０Ｂ、主にデポジション用の矩形の開口５０Ｃ、主にプローブ接着用の比較的大きな円形の開口５０Ｄ、主に観察用の比較的小さな開口５０Ｅ、薄膜化加工用の縦／幅のアスペクト比が比較的大きな開口（図示せず）などが開けられており、この穴を通過したビームのみが投射レンズ４７によって集光され試料１３上に照射される。投射マスク４４は、金属汚染を防止するためにシリコンで製作されている。以下、開口５０Ａ〜５０Ｅを通過したイオンビームをそれぞれＯ−７００，Ｏ−５００，Ｏ−２００，Ｏ−１００，Ｏ−２０と呼ぶことにする。

図５は投射マスク４４にイオンビーム２が照射されている様子を示す図である。

投射マスク４４を使用してイオンビーム２の断面を形成する場合、投射マスク４４を通過した後のビーム電流を最大化し、ビーム欠けが生じないようにするために、イオンビーム２は投射マスク４４の目的の開口に外接するようにサイズ及び位置が調整される。図５では、投射マスク４４に各種開口が１つずつ設けられている場合を例示しているが、同一形状の開口を複数設けて投射マスク４４の超寿命化を図っても良い。

図６は加工光学系による２種類のビームモードの模式図である。図６（ａ）は投射モードのイオンビーム、図６（ｂ）は観察モードのイオンビームを表している。

図６（ａ）の投射モードでは、収差を小さくしてシャープな加工形状を得るためにアノード３２のアパーチャ像が投射レンズ４７で結像するように照射レンズ４３を調整している。照射レンズ４３及び投射レンズ４７は、例えば３枚組のバトラーレンズで構成されており、投射マスク４４の像を投射レンズ４７で試料１３に結像させている。照射レンズ４３、投射レンズ４７の印加電圧は、それぞれ例えば約９ｋＶ、約２０ｋＶであり、縮小率は例えば約１／１６である。

図６（ｂ）の観察モードでは、投射マスク４４のイオン源１側で一度結像させ、この像を投射レンズ４７で試料１３に再度結像させている。このため、像の縮小率は投射モードの例えば１／３０程度にでき、ビームスポットの径を最小で例えば数十ｎｍ程度にすることができ、このビームを偏向コイル４６によってスキャンすることで投射モードと比較して分解能の高い２次電子像が得られる。観察モード時の照射レンズ４３及び投射レンズ４７のそれぞれの印加電圧は、例えば約２３ｋＶ、２０ｋＶである。

なお、本発明は、図１に示したようなＦＩＢ装置に限らず、図７や図８のようなＦＩＢ−ＳＥＭも適用可能であり、図７や図８に示したＦＩＢ−ＳＥＭにガス供給系７を設けることで本発明の荷電粒子線加工装置を構成することができる。図７及び図８ではガス供給系７が図示省略されているが、その他の図１と同様の部分又は同様の役割を果たす部分には同符号を付して説明を省略する。

図７に示したＦＩＢ−ＳＥＭは、図１に示した荷電粒子線加工装置に対し、イオンビームカラム３による加工点を観察点としたＳＥＭ（scanning electron microscope）５３を追加した構成と実質的に等しい。この場合、イオンビームで試料１３を加工しながらその加工面をリアルタイムで鮮明に観察することができるメリットがある。それに対し、図８に示したＦＩＢ−ＳＥＭは、ＳＥＭ５３の観察点とイオンビームカラム３による加工点が離間しており、ステージ５はＳＥＭ５３の観察点とイオンビームカラム３による加工点の間を移動するようになっている。この場合、ＳＥＭ５３とイオンビームカラム３の干渉を考慮せずに両者の設置スペースを確保することができるので、図７の構成例に比べてＳＥＭ５３やイオンビームカラム３を試料１３に接近させることができ、分解能の高い観察像を得ることが可能となる。

図９Ａ及び図９Ｂは、図８に示した荷電粒子線加工装置を用いて試料の欠陥部を摘出し欠陥を摘出した試料をラインに戻すまでの一連の手順を表したフローチャートである。図９Ａ及び図９Ｂのフローでは、例えばチップのプラグ部の接触不良等の欠陥部をＳＥＭで見つけ、その欠陥部を含むマイクロサンプルをイオンビームで加工して摘出し、サンプリング後の試料の加工穴を穴埋めしてラインに戻す。以下に図９Ａ及び図９Ｂに表した主な工程について詳細を説明する。

（１）検査装置との座標リンケージ
この工程に至る前に、電子式検査装置、ＢＦ（Bright Field）検査装置、ＤＦ（Dark Field）検査装置等によって試料１３の欠陥部を検査し、レビューＳＥＭによって欠陥が分類されている。その際、レビューＳＥＭにおいては、先ず低分解能観察（レビューモード）によりＡＤＲ（Automatic Defect Review、自動欠陥レビュー）を行ない、次にＡＤＣ（Automatic Defect Classification、自動欠陥分類）を行なう。欠陥の種別を剥離、異物、傷、塵等に分類し、更にこれらを短絡、オープン、凸欠陥、凹欠陥、ＶＣ（ボルテージコントラスト）欠陥等に分類する。欠陥情報としては、欠陥の存在する座標値、欠陥の種類、欠陥部のＳＥＭ像等がある。

このようにしてレビューＳＥＭで取得された検査情報を基にして、図８の荷電粒子線加工装置により欠陥部位をマイクロサンプリングし、欠陥を観察・解析する。そのためには、本工程（Ｓ１０１）において試料１３の欠陥部位を正確にイオンビーム２の加工点に合わせる必要があり、欠陥情報を取得した別装置（レビューＳＥＭ）と座標原点等を合わせなければならない。これには座標リンケージと呼ばれる操作を行うことによって数μｍ以内の誤差で座標位置合わせが可能となる。

（２）試料、カートリッジ搬入
試料１３はφ３００のシリコンであり、カートリッジは試料１３から摘出したマイクロサンプルを荷電粒子線加工装置の外部に取り出すためのものである。

図１０はホルダ４の斜視図である。

図１０において、ホルダ４にはカートリッジホルダ５５が取り付けられており、カートリッジ５４はカートリッジホルダ５５に対して着脱可能な構造となっている。カートリッジホルダ５５は図示しない回転機構部によって軸方向回りに回転可能である。本工程では、図示しない試料搭載機及びカートリッジ搭載機によって、ロードロック室に配置したホルダ４上に試料１３及びカートリッジ５４を搭載する。ロードロック室は図示しない排気系によって真空排気されている。ロードロック室に待機したホルダ４は、試料１３及びカートリッジ５４が搭載されたら、ステージ５によって試料室６内のＳＥＭ５３による観察点に移動する（Ｓ１０２）。

（３）ＳＥＭによる欠陥部探索
この工程（Ｓ１０３）では、レビューＳＥＭとの座標リンケージによって数μｍ程度の位置誤差で欠陥部をＳＥＭ５３の視野内に移動させる。正確な位置合わせは、欠陥部の位置を示す特徴点から目視等で探すことが可能である。

（４）電子ビームによるデポ
図１１は欠陥部のＳＥＭ像５７を示す図である。

図１１に示したＳＥＭ像５７のように、プラグ５８などの欠陥部は、ＶＣ（Voltage Contrast）で観察すると正常部と比較して比較的黒く見える（欠陥部５９）。

ここで、ガスイオンビームのプラズマ源の輝度は、ＦＩＢ装置で一般的に使用されている液体金属イオン源であるガリウムイオン源と比較してかなり低い。一方、Ｓ／Ｎ比の大きい鮮明な画像を得るには２次電子量を確保する必要があるため、ガスイオンビームの場合、最小ビーム径は比較的大きくする必要があり、分解能の低い電子像になる。一般にガスイオンビームのビーム径は最小でも数十ｎｍ程度で、直径が数十ｎｍ程度のプラグ５８の鮮明な高倍率画像をガスイオンビームで得ることは至難である。

そのため、本工程（Ｓ１０４）において、ＳＥＭ５３で欠陥部を確認してその近傍に電子ビームによるデポジションで数μｍ程度のマーク６０を形成し、ガスイオンビームでも容易に欠陥部の位置検出ができるようにする。図１１では、欠陥部５９の左右にマーク６０を形成した状態を表している。ここでは、デポ速度を最大にするため、電子ビーム加速電圧を比較的低加速電圧（１ｋＶ程度）に設定し、数十ｐＡの電子ビームを照射して一辺が数μｍの四角いマークを数分間の電子ビーム照射で形成した。本工程の完了後、ステージ５を駆動してホルダ４をイオンビーム加工点に移動させる（Ｓ１０５）。

（５）ガスＡ導入
本工程（Ｓ１０６）では、ガスボンベ２２Ａ内の荷電粒子線原料ガスＡ（酸素ガス）をイオン源１に導入する。このときの流量調整バルブ２４Ａの開度は、酸素イオンビームを大電流で安定して取り出せる条件となるように予め設定された開度に調整されており、ストップバルブ２３Ａを閉状態から開放すると、ガス導入配管３０を介して酸素ガスがイオン源１に流入する。

ガスＡ導入の工程の後、３０ｋＶの加速電圧を印加し、ホローカソード３１及びバイアス電極２９に所定の電圧を印加する。アノード３２は加速電圧となっている。引き出し電極３３はアース電位であり、加速電位との電界によってイオンビーム２が引き出される。そして、イオンビーム２のビーム径に開口５０Ｅが収まるように投射マスク４４を位置合わせする（Ｓ１０７）。試料１３面上のイオンビーム２のビーム径は、例えば百ｎｍ程度である。このビームを偏向コイル４６によって走査しＳＩＭ観察像を得る。

（６）保護膜形成
本工程（Ｓ１０８）では、ＳＩＭ像観察時のスパッタリングによる欠陥部の欠落を防止するために、試料１３の各欠陥部５９の上面に保護膜を形成する。

ここで、図１２は操作卓１４の表示画面を示した図である。

図１２に示した表示画面６３には、アラーム表示部６４と、ビームフォーカス・コントラスト・ブライトネス・加工操作中のビーム電流・加工時間等を表示するビームパラメータ表示画面部６５と、ジョブ・システム・レシピ・ダイアログ等の操作を選択するナビゲーション画面部６６と、加工プロセスを指定する加工操作画面部６７とが表示されている。

図１３は保護膜形成領域を指定する際の加工操作画面部６７を示した図である。

図１３に示したように、加工操作画面部６７には、加工スタートボタン７０、現在使用している荷電粒子線原料ガスの種類を示すガス種表示灯７１、プロセスを選択するプロセス選択領域６１、試料観察像を表示するモニタ画面部６８、ビーム種を指定するボタン６９、モニタ画面部６８の表示を切り替える表示選択領域６２、加工条件を入力する加工条件入力部７３が表示されている。

プロセス選択領域６１には、穴加工を指令する穴加工ボタン６１ａ、保護膜形成・接着作業を指令する保護膜・接着ボタン６１ｂ、穴埋めを指令する穴埋めボタン６１ｃが表示されている。表示選択領域６２には、モニタ画面部６８の表示を光学式顕微鏡像に切り換える光顕ボタン６２ａ、ＳＥＭ像に表示を切り換えるＳＥＭボタン６２ｂ、ＳＩＭ像に表示を切り換えるＳＩＭボタン６２ｃ、編集ボタン６２ｄが表示されている。加工条件入力部７３には、穴加工用ビームのスキャン幅の指定欄７３ａ、スキャン方向の指定欄７３ｂ、加工時間の指定欄７３ｃが表示されている。これら指定欄７３ａ〜７３ｃには、例えば穴加工のプロセスの際に必要な数値を入力する。

図１３では、荷電粒子線原料ガスの種類はＡ（酸素ガス）、プロセスは“保護膜・接着”を選択し、モニタ画面部６８の表示を編集画面に切り換えた場合を示している。モニタ画面部６８には、予定の保護膜形成領域７２を示す長方形が表示されている。この保護膜形成領域７２は、プロセスにおいて保護膜・接着ボタン６１ｂを押すとモニタ画面部６８上に表示されるもので、オペレータは、表示された保護膜形成領域７２の位置を調整し、保護膜を形成する。

このとき、モニタ画面部６８の保護膜形成領域７２と実際のデポ領域とが一致するように、投射マスク４４の開口５０Ｅと開口５０Ｃによるイオンビーム位置は偏向コイル４６によって予め調整されている。他の開口についても、開口５０Ｅによるイオンビーム２の位置を基準に事前に全て調整されている。

保護膜形成用のＧＡＤガスとしては、タングステンカルボニル（W（ＣＯ）６）が使用できるが、金属汚染を予防するためには、酸化シリコン膜を形成するＴＥＯＳやカーボン系のフェナントレン等を使用することができる。

加工スタートボタン７０を押すと、ガス銃１１のガスノズル１２が退避位置から加工点に接近し、ノズル１２からＧＡＤガスが噴射される。次に、投射マスク４４は開口５０Ｅから開口５０Ｃに切り替わり、開口５０Ｃを通過したイオンビーム（プロジェクションビーム）２が試料１３に投射され、ＧＡＤガスとの反応により保護膜形成領域７２にデポジション膜が堆積する。イオンビーム２はスキャンせず、デポ中は常に同じ位置に停留する。例えば１分程度で１μｍのデポジション膜が形成される。デポジション膜形成後のＳＩＭ像を図１４に示す。図１４中の７５が保護膜である。

なお、このようにして投射マスク４により断面を形成したプロジェクションビームにより試料を加工するのとは別に、保護膜形成領域７２にイオンビーム２をスキャンして保護膜を堆積させることも可能である。

（７）ビームＡによる穴加工１
プロセス選択領域６１の穴加工ボタン６１ａを操作すると、図１４中に示したようなコの字状の加工領域７６が表示される。オペレータはモニタ画面部６８内で加工領域７６を所定の位置に移動させて加工位置を決め（Ｓ１０９）、荷電粒子線原料ガスＡによるイオンビーム２（ビームＡ）でコの字型の穴加工を実行する（Ｓ１１０）。コの字型の穴加工時には、イオンビーム２のビーム径内に開口５０Ａが収まるように投射マスク４４を位置合わせする。

図１５は投射マスク４４を開口５０Ａに合わせてコの字型のプロジェクションビームを取り出して試料１３を加工している様子を示した図である。図１５では図３に示す加工光学系の一部を図示している。

コの字型の穴加工は、例えばビーム電流を１００ｎＡ程度に設定し加工速度が１μｍ／分程度となるとして数分間行なう。イオンビーム２は照射レンズ４３によって集束し、投射マスク４４に照射される。投射マスク４４の開口５０Ａを通過したイオンビームのみが投射レンズ４７によって試料１３上に結像する。このとき、イオンビーム２は水平方向に対して約４５°に傾斜している（イオンビームカラム３に対して試料１３が４５°傾くようにステージ５をＴ軸回りに傾斜させてある）。

加工後、イオンビーム２のビーム径内に開口５０Ｅが収まるように投射マスク４４を位置合わせし（Ｓ１１１）、試料１３を１８０°回転させる（Ｓ１１２）。

図１６はコの字型の穴加工後のモニタ画面部６８の観察像を表した図である。 この図１６は表示選択領域６２で編集ボタン６２ｄを操作して表示された画面であり、コの字型の穴加工が完了してステージ５を反転させたら、図１６の画面を見ながらプローブ１５を視野内に移動させて試料１３のコの字型の加工穴７９の内側領域（マイクロサンプル８１）に接触させ（Ｓ１１３）、接触部をビームＡによるデポジション領域とする（Ｓ１１４）。言い換えれば、デポ領域に適当な位置にプローブ１５を接触させる。その後、ガス銃１１からプローブ１５と試料１３の接触部近辺にＧＡＤガスを噴出させつつ、イオンビーム２（ビームＡ）を照射してデポジション膜７８を形成し（Ｓ１１５）、プローブ１５とマイクロサンプル８１とをデポジション膜７８により接着する（Ｓ１１６）。デポジション膜７８の形成には、投射マスク４４の開口５０Ｄを通過させたイオンビーム２を用いた。本例では金属汚染の予防のため、プローブ１５はシリコン製とした。

プローブ１５の接着後、イオンビーム２のビーム径内に開口５０Ｅが収まるように投射マスク４４を位置合わせする（Ｓ１１７）。その後、プロセス選択領域６１の穴加工ボタン６１ａを操作してモニタ画面部６８に一文字状の加工領域７６を表示させ、開口５０Ｅを通過したイオンビーム２によるＳＩＭ像を見ながらモニタ画面部６８内でコの字型の加工穴７９とともにプローブ１５の接着部を囲う位置に加工領域７６を移動させて加工位置を決める（Ｓ１１８）。その後、イオンビーム２のビーム径内に一文字状の開口５０Ｂが収まるように投射マスク４４を位置合わせする。

（８）ビームＡによる穴加工２
図１７は投射マスク４４を開口５０Ｂに合わせて一文字状の字型のプロジェクションビームを取り出して試料１３を加工している様子を示した図である。図１７では図３に示す加工光学系の一部を図示している。

本工程では、一文字状のイオンビーム２（ビームＡ）で穴加工することにより（Ｓ１１９）、マイクロサンプル８１を切り取って摘出する（Ｓ１２０）。一文字状の穴加工は６０ｎＡ程度のビーム電流で数分間行なった。

図１８は本実施の形態におけるマイクロサンプルの摘出加工状態を示す図であり、図１８（ａ）は開口５０Ａ，５０Ｂをそれぞれ通過したイオンビーム２の投射像７７，８４を示し、図１８（ｂ）は図１８（ａ）中のＡ−Ａ断面による断面を表している。

開口５０Ａ，５０Ｂを通過させたプロジェクションビームによる加工穴は、実際には穴部での再付着によって穴深さ方向で徐々に幅が狭まる。そのため、図８（ｂ）に示したように、加工溝８５，８６は三角形状となる。摘出するマイクロサンプル８１は、例えば縦×横×高さが約１０×１０×１１μｍのサイズである。

このとき、開口５０Ａ，５０Ｂを通過させたプロジェクションビームによる穴加工の途中において、マイクロサンプル８１のコントラストが低下する現象が見られる。この現象によって、マイクロサンプル８１と試料１３の分離を認識することが可能となる。このコントラストの変化は、試料１３と分離することによってマイクロサンプル８１がフローティング電位になり、イオンビーム照射時のマイクロサンプル８１からの２次電子等の発生量が低下するためである。観察像上での目視による判定が困難な場合、接触センサーによって分離検出することも可能である。

（９）メッシュに搭載
図１９はカーリッジ５４にマイクロサンプル８１を搭載する様子を示した図である。

マイクロサンプル８１が試料１３から分離したら、カートリッジ５４のメッシュ８９がイオンビーム加工点に近付くようにステージ５を駆動してメッシュの位置を出し（Ｓ１２１）、プローブ１５を駆動してメッシュ８９にマイクロサンプル８１を接触させ（Ｓ１２２）、メッシュ８９とマイクロサンプル８１を接着するためのデポジション膜を形成するデポ領域を決める（Ｓ１２３）。そして、ガス銃１１からＧＡＤガスを噴出させつつイオンビーム２を照射してデポジション膜を形成しマイクロサンプル８１をメッシュ８９に接着し搭載する（Ｓ１２４）。その後、プローブ１５の先端をイオンビーム２で切断する（Ｓ１２５）。プローブ１５の切断には、開口５０Ｄに通過させたイオンビーム２を用いた。

プローブ１５を切断したら、レビューＳＥＭで事前に取得された検査情報を基に、摘出したマイクロサンプル８１が現在の試料１３の最終のサンプルであるかどうかを判断する（Ｓ１２６）。つまり、現在マイクロサンプリングしている試料１３の摘出すべき欠陥部位がもうないかどうかを判断し、まだサンプリングすべき欠陥部位が存在する場合、ステージ５を駆動して次のサンプリング箇所をイオンビーム加工点に移動させ、「ビームＡによる穴加工１」の工程（Ｓ１０９）に手順を戻す。もうサンプリングすべき欠陥部位が存在しない場合、図９Ａのサンプル摘出の手順を終了し、図９Ｂの加工穴の穴埋めの手順（Ｓ２０１）に移行する。マイクロサンプルを摘出し加工穴９２が５箇所開いた試料１３を図２０に例示した。

なお、図９Ａのサンプル摘出手順では、欠陥の検査・解析のために欠陥部位をサンプリングする場合を例示したが、試料１３の予め定められた検査点をマイクロサンプリングし、試料１３の品質（出来映え）を検査する定点観測と呼ばれる方法にも図９Ａの手順は同様にして適用可能である。

ここで、摘出したマイクロサンプル８１は、本荷電粒子線加工装置の外部に取り出し、より分解能の高いＳＴＥＭ（Scanning Transmission Electron Microscope）やＴＥＭ（Transmission Electron Microscope）で観察・解析する。これにより、より高速かつ高精度に欠陥原因を知ることが可能となり、対策を迅速に行うことができる。

透過式のＴＥＭやＳＴＥＭで観察する場合、マイクロサンプル８１を薄膜化しなければならない。特に図示はしないが、本荷電粒子線加工装置はマイクロサンプル８１の薄膜化加工も可能である。マイクロサンプル８１の薄膜化加工はビームをスキャンせず図６（ａ）に示す投射モードで行う。薄膜化する断面をシャープな加工面とするためには、例えば薄膜化スリットの長軸方向とマイクロサンプル８１の薄膜化方向とは約９０度の角度をなすように投射マスク４４を配置すると良い。ビーム中心に近付く程、球面収差等の収差が小さくなり、加工面がよりシャープになるためである。

また、投射モードでは、図６で記した通り薄膜化加工を行う領域を指定するのに十分な分解能が得られない。このため、十分な分解能が得られる図６（ｂ）の観察モードで薄膜化位置を決める。観察モードのビームと投射モードのビームとでは光学条件が異なっており、軸ズレによるビーム位置ズレが発生する。そのため、観察モードでの加工位置指定では、予めそのズレ量を実測で求めておき、ズレ補正して加工領域を指定する。このとき、カートリッジホルダ５５には歯車９０が設けられており、この歯車９０に噛合するモータを駆動することでカートリッジホルダ５５を回転させることができるので、マイクロサンプル８１の観察方向や薄膜化加工の方向は任意に変更することができる。

以上がマイクロサンプル摘出の手順である。次に、図９Ｂに移って加工穴の穴埋めの作業フローについて説明する。

（１０）バイパスバルブを閉→開、ガスＢ導入
図２１は図９Ａ及び図９Ｂの作業フローの主な工程のタイミングチャートである。

図２１に示したように、図９Ａのサンプル摘出手順では、イオン源１に荷電粒子線原料ガスＡ（酸素ガス）を導入して酸素イオンビームを引き出し、欠陥部の穴加工、マイクロサンプリング、メッシュ搭載を順次実行した。次に、荷電粒子線原料ガスＡ（酸素ガス）をイオン源１内から高速に排出するためにバイパスバルブ１８を開き（Ｓ２０１）、ある真空度で（真空度が設定のしきい値を下回ったら）閉にして（Ｓ２０２）、荷電粒子線原料ガスＢ（アルゴンガス）を導入した（Ｓ２０３）。アルゴンイオンビームによって穴埋め加工を行う。

穴埋め加工を実施するにあたって、まず本工程では、イオン源１に導入する荷電粒子線原料ガスの種類をＢ（アルゴンガス）に切り替える。荷電粒子線原料ガスの種類Ｂ（アルゴンガス）に切り替える前にイオン源１内に残存する荷電粒子線原料ガスＡ（酸素ガス）を除去する必要がある。そこで、イオン源１に接続されたバイパスバルブ１８を閉から開にし、イオン源１内の荷電粒子線原料ガスＡをイオン源１から高速で排出する。具体的には、荷電粒子線原料ガスＡ（酸素ガス）の導入を停止するためにバルブコントローラ２５によって開閉バルブ２３Ａを開→閉にすると同時にバイパスバルブ１８を閉→開にする。これにより、ビームＡ（酸素ガス）の使用時には数百Ｐａ程度だったイオン源１の真空度は徐々に低下し、イオン源１内の真空度が事前に設定されたしきい値（例えば１Ｅ−３Ｐａ程度）以下になったらバイパスバルブ１８を開→閉にする。その後、開閉バルブ２３Ｂを閉→開にし、荷電粒子線原料ガスＢ（アルゴンガス）をイオン源１に導入する。流量調整バルブ２４Ｂは、高速穴埋め加工を実現する上で必要なイオンビーム電流と安定度が得られるように予め調整されている。

（１１）ビームＢによるデポ
イオン源１に荷電粒子線原料ガスＢ（アルゴンガス）を導入した後、荷電粒子線原料ガスＡ（酸素ガス）導入時と同じ方法でプラズマを点火し（Ｓ２０４）、加速電圧等を印加し、アルゴンイオンビーム（ビームＢ）２を引き出す。穴加工時と穴埋め加工時では、荷電粒子線原料ガスの種類、イオンビーム電流値等が異なるため、加速電圧、カソード印加電圧、バイアス電圧、ガス流量等のイオンビーム生成条件は異なるが、中央制御装置１０は、荷電粒子線原料ガスの種類に応じて予め設定されたイオンビーム生成条件等に自動変更する。そして、イオンビーム２のビーム径に開口５０Ｅが収まるように投射マスク４４を位置合わせする（Ｓ２０５）。

図２２は穴埋め加工領域を指定する際の加工操作画面部６７を示した図である。

図２２では、荷電粒子線原料ガスの種類はＢ（アルゴンガス）、プロセスは穴埋め、ビーム種はＯ−５００が選択された場合を例示している。試料１３の加工穴９２がモニタ画面部６８中の下部側ほど深くなっている場合、下部側ほど像が暗くなる。投射マスク４４の開口５０Ｂを通過したＯ−５００のイオンビーム９３が加工穴９２の全域をスキャンするように、スキャン方向、スキャン幅を指定欄７３ａ，７３ｂに指定する。ここでは、例えば、スキャン方向は図中の上下方向とし、スキャン幅は十数μｍとする。そして、開口５０Ｅを通過したイオンビーム２によるＳＩＭ像を見ながら、イオンビーム加工点に加工穴９２が来るようにステージ５を移動させ（Ｓ２０６）、デポ領域を決める（Ｓ２０７）。その後、イオンビーム２のビーム径内に一文字状の開口５０Ｂが収まるように投射マスク４４を位置合わせする（Ｓ２０８）。

図２３は穴埋め加工時のプロジェクションビームの概略図である。

図２３では、イオンビーム２のビーム径内に一文字状の開口５０Ｂが収まるように投射マスク４４が位置合わせされており、試料１３には断面が長方形のイオンビーム２が照射される。このイオンビーム２がガスノズル１２からのＧＡＤガス９５と反応し、イオンビーム２のスキャンに伴って加工穴９２にデポジション膜が堆積されていく（Ｓ２０９）。デポ速度とイオンビーム電流値は、加速電圧によって応じて適当な値が予め設定されている。

例として、図１８（ｂ）に示したマイクロサンプル摘出後の加工穴９２に対してO−５００ビーム９９をスキャン間隔１０４で照射する様子を示す図を図２４に示した。また、穴埋め加工時のイオンビーム２の照射方法の他の例を図２５に示した。図２５（ａ）に示した例は、イオンビーム９９を一定時間停留させた後でビーム幅分だけ移動させ、これを繰り返して順次デポジション膜を形成していく方法である。これをビーム停留方式と呼ぶことにする。一方、図２５（ｂ）に示した例はイオンビーム９９を走査して加工穴９２にデポジション膜を一様に堆積させていく方法であり、これをスキャン方式と呼ぶことにする。

図２６はデポの進行状況を時系列的に表した図であり、図２６（ａ）→図２６（ｂ）→図２６（ｃ）とデポジション膜の堆積が進行していく。

図２６（ａ）はＳ２０９の工程を経て、開口５０Ｂの通過ビームO−５００をスキャン（ビームＢによるデポ１）して加工穴９２にデポジション膜１０１が形成された状態を示しており、この時点では加工穴９２の中心部が窪んでいる。図２６（ｂ）はＳ２１０〜Ｓ２１３の工程を経て、開口５０Ｃを通過したイオンビームを数分間停留（ビームＢによるデポ２）させて窪み部分にデポジション膜１０２を重畳した状態を示しており、大きな窪み部分は埋まったものの浅い窪みがまだ残っている。図２６（ｃ）はＳ２１４〜Ｓ２１７の工程を経て、開口５０Ｄを通過した円形のイオンビームを窪み領域に走査（ビームＢによるデポ３）し、窪み部分にデポジション膜を重畳させて形成したデポジション膜１０３を表している。このように本実施の形態では、デポジション膜の堆積の進行状況に応じて、投射マスク４４の開口を切り替えてイオンビーム形状を適当な形状のものに変更する。デポジション膜１０３は高い平坦性（サブナノメートルオーダー）の平坦性を有する。ビームＢによるデポ１，２，３の前には、それぞれイオンビーム２のビーム径内に開口５０Ｅが収まるように投射マスク４４を位置合わせし（Ｓ２０５，Ｓ２１０，２１４）、開口５０Ｅを通過したイオンビーム２によるＳＩＭ像を見ながら、モニタ画面部６８内でデポ領域を決める（Ｓ２０７，Ｓ２１１，２１５）。

（１２）デポ膜の平坦度計測
図２７はＳ２１８の工程で実行する加工穴９２の埋め込みデポジション膜の表面の凹凸高さを計測する方法の一例を示した図である。具体的には、まず図２７（ａ）は加工穴９２に対してデポによる穴埋めを行なった後の状態を上方から見た平面図である。図２７（ｂ）は加工穴９２に対して十分に細い円形ビーム２を、図中の左の方向から試料１３の表面に対して約４５°の入射角で加工穴９２に照射し矢印９１方向に走査する様子を示している。図２７（ｃ）はそのイオンビーム２のスキャンライン９６を図２７（ａ）に合わせて加工穴９２の平面図に重ね合わせた図である。図２７（ｄ）はさらに加工ライン９７を穴埋め加工後の加工穴９２の平面図に重ね合わせた図である。

図２７（ａ）から判るように、膜堆積した後の加工穴９２の中央部は凸状となっており、デポジション膜に段差が生じている。例えば図２７（ｂ）に示すようにデポジション膜に高さＨの段差がある場合、４５°の入射角でイオンビーム２を照射すると段差を境に段差の高さＨとほぼ同量のズレ量ｈが加工ライン９７に発生する。言い換えれば、加工ライン９７とスキャンライン９６とのズレ量ｈが確認できれば、イオンビーム２の試料表面に対する角度からデポジション膜の段差量Ｈを算出することが可能となる。ズレ量ｈは、画像認識装置による画像処理によって自動的に求めることができる。このズレ量ｈの認識により、デポの窪み領域、位置、窪み量を検出することができる。この検出情報を基に、中央制御装置１０に予め蓄積されたデータベースから好適なデポ条件を判定してデポを実施する。ここで言うデポ条件とは、使用するビーム種、イオンビームの形状や大きさ（マスク４４の開口種）、イオンビーム電流値（加速電圧、バイアス電圧等）、スキャン方向、スキャン領域、加工時間、ビーム滞在時間、スキャン間隔等を含む。

これ以外のデポジション膜の凹凸を計測する手段としては、計測器を追加設置することも考えられる。この場合、分解能がサブマイクロメートルのレーザ顕微鏡、分解能が数ナノメートルの原子間力顕微鏡等を計測器として使用することが可能である。各々レーザビーム、カンチレバーを走査することによって、３次元的にデポジション膜の凹凸を計測することができる。

このようにしてデポジション膜の平坦度を計測したら、計測した平坦度が予め設定されたしきい値以下に収まっているかどうかを判定し（Ｓ２１９）、収まっていなければ「ビームＢによるデポ３」を再度実行すべくＳ２１４の手順に戻り（図９Ｂ中のフローＢ）、しきい値以下に収まっていれば、サンプル摘出作業の履歴から、これが最終の穴埋め加工であるかどうかを判断する（Ｓ２２０）。つまり、現在穴埋め加工している試料１３にはもう穴埋め加工すべき加工穴がないかどうかを判断し、まだ穴埋め加工すべき加工穴が存在する場合、次の穴埋め加工に手順を戻す（図９Ｂ中のフローＣ）。この場合、「ビームＢによるデポ１」を実行すべくＳ２０５の手順から実行する。それに対し、もう穴埋め加工すべき加工穴が存在しない場合、図９Ｂの穴埋め加工の手順を終了する。

次に、本実施の形態の作用効果について説明する。

ここで、図２８は酸素イオンビーム（ビームＡ）により穴埋め加工した加工穴の状態を示す模式図で、図２８（ａ）は穴埋め加工前の加工穴９２、図２８（ｂ）はイオンビーム停留方式でデポした穴埋め跡、図２８（ｃ）はスキャン方式でデポした穴埋め跡を表している。

その結果、イオンビーム停留方式では試料表面に数μｍ程度の塊上のデポ１０６が形成され（図２８（ｂ））、スキャン方式では直径が数μｍ程度の球状のデポ１０７が形成された（図２８（ｃ））。いずれの方法でも、サブマイクロメートルの平坦性は得られなかった。この結果から、本願発明者等は、デポジション膜の平坦性はデポの方式（イオンビーム停留方式・スキャン方式）の違いよりもビーム種に起因すると仮定し、ビーム種を変えてデポジション膜を形成しオージェ電子分光分析によるデポジション膜の組成分析を試行した。

図２９は酸素イオンビームによるデポジション膜とアルゴンイオンビームによるデポジション膜のオージェ電子分光分析結果を比較して示した図である。

まず、この試験では、ＧＡＤガスにはオルトケイサンテトラエチル（ＴＥＯＳ）を共通して使用し、比較するビーム種として酸素イオンビームとアルゴンイオンビームを用いた。結果として、酸素イオンビームを用いて形成したデポジション膜の平坦度は数マイクロメートルで良好な平坦度が得られなかったが、アルゴンイオンビームを用いて形成したデポジション膜の平坦度は良好なレベルに改善された。そこでデポジション膜の組成を見ると、図２９に示したように両者とも似た傾向となったが、平坦性に優れるアルゴンイオンビームによるデポジション膜の方にのみカーボンが検出された。

この結果を受け、本願発明者等は、デポジション膜の組成と形状には何らかの関係があり、適当なイオンビーム種を選択してデポジション膜を形成すれば所望の平坦度のデポジション膜が形成されることを知見した。

しかしながら、上述した組成分析試験において、酸素イオンビームを使用してデポジション膜を形成した場合、デポジション膜の十分な平坦度を得られなかったが高速加工を行えた。それに対し、アルゴンイオンビームを用いてデポジション膜を形成した場合、ビーム電流値が低下し、酸素イオンビームと比較して加工速度が低下した。このことから、本願発明者等は、酸素イオンビームとアルゴンイオンビームを比較した場合、デポジション膜の平坦性が要求される穴埋め加工ではアルゴンイオンビームの方が適当と言えるが、平坦度よりも加工速度が重視される穴加工では加工速度の速い酸素イオンビームの方が適当であると考えた。

本実施の形態によれば、上記の知見に基づいてガス供給系７を設け、マイクロサンプル８１の摘出を含む試料１３の穴加工時にイオン源１に導入する荷電粒子線原料ガスの種類と、試料１３の穴埋め加工を含む膜堆積時にイオン源１に導入する荷電粒子線原料ガスの種類とを、ガス供給系７の荷電粒子線原料ガスの切り換え手段としてのストップバルブ２３Ａ，２３Ｂにより切り換えることに想到した。これにより、本実施の形態によれば、例えば試料の欠陥部位を摘出し欠陥部位を摘出した後の試料をラインに戻す一連の工程において、加工穴の高速加工と穴埋め加工のデポジション膜表面の高平坦度を両立させることができるので、歩留まりを向上させることができる。

また、バイパスバルブ１８を設けてイオン源１からのガス排出を円滑化したことにより、イオンビーム発生源である荷電粒子線原料ガスの種類を迅速に切り換えることができる。また、イオン源１内の圧力を計測する真空計３６を設けたことにより、計測結果が事前に設定したしきい値以下になったことをもって、イオン源１内のガス排出が完了したことを確認することができる。これにより、次に使用する荷電粒子線原料ガスをイオン源１に導入するにあたって、前の荷電粒子線原料ガスの残留に起因する加工性能への影響を抑制することができる。

また、荷電粒子線原料ガスの種類毎の適当なプラズマ生成条件（加速電圧、放電電圧、バイアス電圧、真空度等）や加工光学条件（各レンズ印加電圧等）を予めデータベースに格納しておき、ガス種変更の際にデータベースを基に中央制御装置１０によってプラズマ生成条件や加工光学条件が自動調整される構成とした。これにより、作業に応じて荷電粒子線原料ガスの種類を切り換える構成としても、プラズマ生成条件や加工光学条件の設定に手間を要することがなく、高い作業効率を確保することができる。

さらに、加工穴埋め加工時にデポジション膜表面の凹凸（高さ）を計測する手段を設けたことにより、穴埋め加工を行いつつデポジション膜表面の凹凸を計測し、所定のデポ高さになっていない領域（不足部）があるかどうかを認識することができる。不足部がある場合には、その高さ測定結果を基に、中央制御装置１０によって適当なデポ条件（例えばビーム形状、スキャン方法、ビーム照射条件等）が事前に格納されたデータベースから選定され、適当なデポ条件で不足部にデポジション膜が重畳される。これにより、観察像の目視から判断してデポジション膜を重畳する場合に比べ、オペレータの技能に左右されずにデポジション膜の高い平坦度を確保することができる。

さらに、本実施の形態では、投射マスク４４を使用してイオンビーム２による加工を行うことにより、穴加工や穴埋め加工の高速化が図られている。つまり、ＦＩＢ装置を用いて試料を断面加工する場合、サブミクロンオーダーに集束したイオンビームを静電偏向走査して試料の目的位置を加工するのが一般的だが、本実施の形態では、加工目的形状に応じた形状のマスク開口を通過したイオンビーム（Projection Ion Beam）を照射して試料を加工する。

イオンビームによる加工速度は、加工面積に照射されるビーム電荷でほぼ決まる。つまり、加工面積が大きいほどＦＩＢに比較してＰＪＩＢの方が短時間で加工することができる。一般に穴加工は数μｍとなるため、ＰＪＩＢに使用するイオンビームの輝度がある一定の値以上になっていれば、ＰＪＩＢの方が高速加工することが可能となる。

但し、本実施の形態においても、投射マスク４４を退避させた状態でＦＩＢを走査して穴加工及び穴埋め加工をすることは可能である。

続いて、本発明の他の実施の形態を説明する。

図３０は本発明の他の実施の形態に係る荷電粒子線加工装置の概略構成図である。図３０において、前出の図面と同様の部分又は同様の役割を果たす部分には同符号を付して説明を省略する。

本実施の形態では、荷電粒子線原料ガスの種類を作業に応じて切り換えるのではなく、各作業に応じた種類の荷電粒子線原料ガスを同時にイオン源１内に導入する。具体的には、マイクロサンプル８１の摘出を含む試料１３の穴加工に適した荷電粒子線原料ガスの種類（例えば酸素ガス）及び試料１３の穴埋め加工を含む膜堆積に適した荷電粒子線原料ガスの種類（例えばアルゴンガス）を、穴加工時及び膜堆積時にガス導入配管３０を介してイオン源１に導入して複数種の荷電粒子線原料ガスを基にイオンビーム２を生成する。つまり、例えば酸素ガスとアルゴンガスを同時にイオン源１に導入し、両者の混合ガスをイオンビーム発生源に用いることにより、酸素イオンビームとアルゴンイオンビームの中間的性質のイオンビームを生成する。

このとき、異種の荷電粒子線原料ガスをそれぞれ充填した複数のガスボンベを用意しておいて複数種の荷電粒子線原料ガスを同時にイオン源１に導入するようにしても良いし、予め異種の荷電粒子線原料ガスを混ぜ合わせた混合ガスを充填したガスボンベを用意しておいて混合ガスをイオン源１に導入するようにしても良い。図３０の例では、高速加工用ガス（酸素ガス等）とデポジション膜均一性用ガス（アルゴンガス等）を一定の割合で混合したガスボンベ２２Ｃから混合ガスをイオン源１に導入する場合を例示している。ガスボンベ２２Ｃからの混合ガスはストップバルブ２３Ｃにより遮断／流通され、その流量は流量調整弁２４Ｃにより調整される。ストップバルブ２３Ｃや流量調整弁２４Ｃの役割や制御については、前の実施の形態のストップバルブ２３Ａ，２３Ｂ及び流量調整弁２４Ａ，２４Ｂの場合と同様である。

なお、異種の荷電粒子線原料ガスの混合比は、事前実験により、イオンビーム安定性、加工性能、埋め込み性能等が最良（適当なバランス）となる条件を求めておく。

前に実施の形態では、例えば穴加工から穴埋め加工に作業を移行する場合、イオン源１内の荷電粒子線原料ガスを置換していたが、本実施の形態では、穴加工で使用する荷電粒子線原料ガスと穴埋め加工で使用する荷電粒子線原料ガスの混合ガスを穴加工時・穴埋め加工時の双方で使用するので荷電粒子線原料ガスを置換する必要がない。したがって、荷電粒子線原料ガスの置換に要する時間分だけ作業移行に要する時間を短縮することができる。

図３１は以上に説明してきた本発明の荷電粒子線加工装置を用いたインライン不良解析のフローの一例を示す模式図である。

図３１において、１１３が本発明の荷電粒子線加工装置を表しており、工程１１０Ａ，１１０Ｂ，１１０Ｃは半導体製造ラインの一部である。例えば工程１１０Ａから試料１３の一部を取り出し、光学式又は電子ビーム方式の検査装置（レビューＳＥＭ）１１１で欠陥検査し抽出した欠陥を分類する。その後、欠陥部位を含む試料１１２を荷電粒子線加工装置１１３内に搬入し、前述したように検査装置１１１と座標リンケージして荷電粒子線加工装置１１３に備えられたＳＥＭで欠陥部を探索し、その欠陥部を含むマイクロサンプル８１をプローブ１５で摘出する。マイクロサンプル８１はＦＩＢで薄膜化加工された上でカートリッジごと荷電粒子線加工装置の外部に取り出され、別の検査装置（ＳＴＥＭやＴＥＭ）１１４によって観察・解析され、解析結果（欠陥原因の推定等）が半導体製造ラインへフィードバックされる（矢印１１６参照）。一方、マイクロサンプル８１を摘出した加工穴のある試料１２０は穴埋め加工され、穴埋め加工後の試料１１７が、試料１３を取り出した工程１１０Ａの次工程１１０Ｂに戻される。このようにして穴加工後の試料をラインに戻すことによって、資源の無駄を省ことができる。

本発明の一実施の形態に係る荷電粒子線加工装置の概略構成図である。 本発明の一実施の形態に係る荷電粒子線加工装置に備えられたイオン源カバーの内部構造図である。 本発明の一実施の形態に係る荷電粒子線加工装置に備えられた荷電粒子線光学系の構造図である。 本発明の一実施の形態に係る荷電粒子線加工装置に備えられた投射マスクの概観図である。 本発明の一実施の形態に係る荷電粒子線加工装置に備えられた投射マスクに荷電粒子線が照射されている様子を示す図である。 本発明の一実施の形態に係る荷電粒子線加工装置に備えられた荷電粒子線光学系による２種類のビームモードの模式図である。 本発明の一実施の形態に係る荷電粒子線加工装置の他の構成例の概略構成図である。 本発明の一実施の形態に係る荷電粒子線加工装置のさらに他の構成例の概略構成図である。 本発明の一実施の形態に係る荷電粒子線加工装置を用いて試料の欠陥部を摘出する手順を表したフローチャートである。 本発明の一実施の形態に係る荷電粒子線加工装置を用いて試料の加工穴を穴埋め加工する手順を表したフローチャートである。 本発明の一実施の形態に係る荷電粒子線加工装置に備えられたホルダの斜視図である。 本発明の一実施の形態に係る荷電粒子線加工装置に備えられた電子顕微鏡による欠陥部の観察像を示す図である。 本発明の一実施の形態に係る荷電粒子線加工装置に備えられた操作卓の表示画面を示した図である。 保護膜形成領域を指定する際の本発明の一実施の形態に係る荷電粒子線加工装置に備えられた操作卓の表示画面を示した図である。 保護膜形成後の試料観察像を示す図である。 本発明の一実施の形態に係る荷電粒子線加工装置に備えられた投射マスクでコの字型のプロジェクションビームを取り出して試料を加工している様子を示した図である。 コの字型の穴加工後の試料観察像を表した図である。 本発明の一実施の形態に係る荷電粒子線加工装置に備えられた投射マスクで一文字状の字型のプロジェクションビームを取り出して試料を加工している様子を示した図である。 本発明の一実施の形態に係る荷電粒子線加工装置を用いた微小試料片の摘出加工状態を示す図である。 本発明の一実施の形態に係る荷電粒子線加工装置に備えられたカーリッジに微小試料片を搭載する様子を示した図である。 微小試料片を摘出し加工穴が５箇所開いた試料を例示した図である。 図９Ａ及び図９Ｂの作業フローの主な工程のタイミングチャートである。 穴埋め加工領域を指定する際の本発明の一実施の形態に係る荷電粒子線加工装置に備えられた操作卓の表示画面を示した図である。 穴埋め加工時の荷電粒子線の概略図である。 図１８（ｂ）に示したマイクロサンプル摘出後の加工穴に荷電粒子線を照射する様子を示した図である。 穴埋め加工時の荷電粒子線の照射方法の他の例を示した図である。 デポジション膜の堆積の進行状況を時系列的に表した図である。 加工穴の埋め込みデポジション膜の表面の凹凸高さを計測する方法の一例を示した図である。 酸素イオンビームにより穴埋め加工した加工穴の状態を示す模式図である。 酸素イオンビームによるデポジション膜とアルゴンイオンビームによるデポジション膜のオージェ電子分光分析結果を比較して示した図である。 本発明の他の実施の形態に係る荷電粒子線加工装置の概略構成図である。 本発明に係る荷電粒子線加工装置を用いたインライン不良解析のフローの一例を示す模式図である。

符号の説明

１ イオン源
２ イオンビーム
３ イオンビームカラム
４ ホルダ
５ ステージ
６ 試料室
７ ガス供給系
８ ２次電子検出器
９ マイクロサンプリングユニット
１０ 中央制御装置
１１ ガス銃
１２ ガスノズル
１３ 試料
１４ 操作卓
１５ プローブ
１８ バイパスバルブ
２２Ａ−Ｃ ガスボンベ
２３Ａ，Ｂ ストップバルブ
２４Ａ，Ｂ 流量調整バルブ
２５ バルブコントローラ
３０ ガス導入配管
４４ 投射マスク
５０Ａ〜Ｅ 開口
５３ ＳＥＭ
５４ カートリッジ
５５ カートリッジホルダ
５９ 欠陥部
７９ 加工穴
８１ マイクロサンプル
８９ メッシュ
９２ 加工穴
９４ デポジション膜
１１３ 荷電粒子線加工装置

Claims (27)

1. 試料を保持するホルダと、
   荷電粒子線を発生させる荷電粒子線発生源と、
   前記荷電粒子線発生源に供給する種類の異なる荷電粒子線原料ガスをそれぞれ充填した複数のガスボンベと、
   前記複数のガスボンベからの荷電粒子線原料ガスを前記荷電粒子線発生源に導入するガス導入配管と、
   前記ガス導入配管から前記荷電粒子線発生源に導入される荷電粒子線原料ガスの種類を切り換える切り換え手段と、
   前記荷電粒子線発生源からの荷電粒子線を前記ホルダ上の試料に集束し照射する荷電粒子線光学系と、
   荷電粒子線のビームスポットにデポジションガスを供給するガス銃とを備え、
   微小試料片の摘出を含む前記試料の穴加工時に前記荷電粒子線発生源に導入する荷電粒子線原料ガスの種類と、前記試料の穴埋め加工を含む膜堆積時に前記荷電粒子線発生源に導入する荷電粒子線原料ガスの種類とを前記切り換え手段により切り換えることを特徴とする荷電粒子線加工装置。
2. 請求項１の荷電粒子線加工装置において、前記荷電粒子線光学系は、荷電粒子線の断面を成形する開口を有する投射マスクを有していることを特徴とする荷電粒子線加工装置。
3. 請求項１の荷電粒子線加工装置において、試料から前記微小試験片を摘出するためのプローブを有するマイクロサンプリングユニットを備えていることを特徴とする荷電粒子線加工装置。
4. 請求項１の荷電粒子線加工装置において、荷電粒子線原料ガス切り替え時に前記荷電粒子線発生源で使用中の荷電粒子線原料ガスを排出するためのバイパスバルブを備えていることを特徴とする荷電粒子線加工装置。
5. 請求項１の荷電粒子線加工装置において、
   前記ガス導入配管に設けた流量調整弁と、
   前記荷電粒子線発生源に導入される荷電粒子線原料ガスの種類に応じて前記流量調整弁及び前記荷電粒子線発生源の印加電圧を含むプラズマ生成条件等を制御する制御部と
   を備えていることを特徴とする荷電粒子線加工装置。
6. 請求項１の荷電粒子線加工装置において、荷電粒子線原料ガス切り替え状況を示す情報が表示する表示手段を備えていることを特徴とする荷電粒子線加工装置。
7. 請求項１の荷電粒子線加工装置において、前記穴埋め加工により形成された膜表面の平坦度を計測する計測手段を有しており、この計測手段により穴埋め加工中の膜高さを計測し、膜高さの不足量を検出して不足分の膜堆積を実行することを特徴とする荷電粒子線加工装置。
8. 請求項７の荷電粒子線加工装置において、計測手段は、試料に対して傾斜した荷電粒子線を走査した場合の加工ラインと走査ラインのズレ量を基に膜表面の平坦度を計測することを特徴とする荷電ビ粒子線加工装置。
9. 請求項７の荷電粒子線加工装置において、計測手段は、原子間力顕微鏡、レーザ顕微鏡のいずれかであることを特徴とする荷電粒子線加工装置。
10. 請求項２の荷電粒子線加工装置において、膜堆積の進行状況に応じて、前記投射マスクの開口を切り替えて荷電粒子線のビーム形状を変更することを特徴とする荷電粒子線加工装置。
11. 請求項１の荷電粒子線加工装置において、デポジションガスとしてオルトケイサンテトラエチルを用い、穴加工時には荷電粒子線原料ガスとして酸素ガスを用い、膜堆積時には荷電粒子線原料ガスとしてアルゴンガスを用いることを特徴とする荷電粒子線加工装置。
12. 請求項１の荷電粒子線加工装置において、デュオプラズマ、電界電離イオン源、誘導結合プラズマイオン源、電子サイクロトロン共鳴型プラズマイオン源のいずれかを荷電粒子線発生源として用いることを特徴とする荷電粒子線加工装置。
13. 請求項１の荷電粒子線加工装置において、前記ホルダ上の試料の電子顕微鏡像を取得する電子顕微鏡を備えていることを特徴とする荷電粒子線加工装置。
14. 請求項１の荷電粒子線加工装置において、前記ガスボンベには、アルゴン、キセノン、クリプトン、ネオン、酸素、窒素のうちのいずれかが充填されていることを特徴とする荷電粒子線加工装置。
15. 請求項１の荷電粒子線加工装置において、試料は、ウェーハ、液晶、磁気ヘッドを含むことを特徴とする荷電粒子線加工装置。
16. 試料を保持するホルダと、
    荷電粒子線を発生させる荷電粒子線発生源と、
    前記荷電粒子線発生源に供給する種類の異なる荷電粒子線原料ガスをそれぞれ充填した複数のガスボンベ又は種類の異なる荷電粒子線原料ガスの混合ガスを充填したガスボンベと、
    前記ガスボンベからの複数種の荷電粒子線原料ガスを前記荷電粒子線発生源に導入するガス導入配管と、
    前記荷電粒子線発生源からの荷電粒子線を前記ホルダ上の試料に集束し照射する荷電粒子線光学系と、
    荷電粒子線のビームスポットにデポジションガスを供給するガス銃とを備え、
    微小試料片の摘出を含む前記試料の穴加工時、及び前記試料の穴埋め加工を含む膜堆積時に、前記ガス導入配管を介して複数種の荷電粒子線原料ガスを前記荷電粒子線発生源に導入することを特徴とする荷電粒子線加工装置。
17. 請求項１６の荷電粒子線加工装置において、前記荷電粒子線光学系は、荷電粒子線の断面を成形する開口を有する投射マスクを有していることを特徴とする荷電粒子線加工装置。
18. 請求項１６の荷電粒子線加工装置において、試料から前記微小試験片を摘出するためのプローブを有するマイクロサンプリングユニットを備えていることを特徴とする荷電粒子線加工装置。
19. 請求項１６の荷電粒子線加工装置において、前記穴埋め加工により形成された膜表面の平坦度を計測する計測手段を有しており、この計測手段により穴埋め加工中の膜高さを計測し、膜高さの不足量を検出して不足分の膜堆積を実行することを特徴とする荷電粒子線加工装置。
20. 請求項１９の荷電粒子線加工装置において、計測手段は、試料に対して傾斜した荷電粒子線を走査した場合の加工ラインと走査ラインのズレ量を基に膜表面の平坦度を計測することを特徴とする荷電ビ粒子線加工装置。
21. 請求項１９の荷電粒子線加工装置において、計測手段は、原子間力顕微鏡、レーザ顕微鏡のいずれかであることを特徴とする荷電粒子線加工装置。
22. 請求項１７の荷電粒子線加工装置において、膜堆積の進行状況に応じて、前記投射マスクの開口を切り替えて荷電粒子線のビーム形状を変更することを特徴とする荷電粒子線加工装置。
23. 請求項１６の荷電粒子線加工装置において、デポジションガスとしてオルトケイサンテトラエチルを用い、荷電粒子線原料ガスとして酸素ガス及びアルゴンガスを用いることを特徴とする荷電粒子線加工装置。
24. 請求項１６の荷電粒子線加工装置において、デュオプラズマ、電界電離イオン源、誘導結合プラズマイオン源、電子サイクロトロン共鳴型プラズマイオン源のいずれかを荷電粒子線発生源として用いることを特徴とする荷電粒子線加工装置。
25. 請求項１６の荷電粒子線加工装置において、前記ホルダ上の試料の電子顕微鏡像を取得する電子顕微鏡を備えていることを特徴とする荷電粒子線加工装置。
26. 請求項１６の荷電粒子線加工装置において、前記ガスボンベには、アルゴン、キセノン、クリプトン、ネオン、酸素、窒素のうちの複数種が充填されていることを特徴とする荷電粒子線加工装置。
27. 請求項１６の荷電粒子線加工装置において、試料は、ウェーハ、液晶、磁気ヘッドを含むことを特徴とする荷電粒子線加工装置。

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