JP2672808B2 - イオンビーム加工装置 - Google Patents
イオンビーム加工装置Info
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Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、イオンビームマイクロ
加工に係り、特に被加工物以外に照射するイオンビーム
を減少させ、被加工物以外に与える損傷を最小にするイ
オンビーム加工装置に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】高精度（〜１０6Ａ／ｃｍ2ｓｒ）の液体
金属イオン源の提案により、従来不可能であったサブミ
クロンに集束したイオンビームが現実のものとなり、そ
の研究開発が活発となっている。サブミクロンのイオン
ビームによって開拓される新分野は、イオンビームリソ
グラフイ，マスクレスドーピング，サブミクロン分析等
であるが、サブミクロンの加工が可能となってマイクロ
加工分野とも新しい手段を提供することになった。 【０００３】第１図は、従来のイオンビーム加工装置の
一例の構成図であって、ソース（イオン発生器）１に液
体金属イオン源を装着したイオンビーム加工装置の概略
構成を示した図である。以下、各部の機能について概説
する。 【０００４】装置主要部は、真空ポンプ１８で排気して
いる真空チャンバ１１内に収納されている。真空ポンプ
１８には、振動のないイオンポンプ，クライオポンプ，
ソープシヨンポンプ等を使用し、真空チャンバ１１は、
真空系コントローラ１９で１０~7〜１０~8Ｔｏｒｒの真
空度を維持している。また、サブミクロンの加工を行な
う装置のため、床面からの振動を遮断する必要があり、
真空チャンバ１１は質量の大きい定盤１６上に設置し、
それらを空気バネ１７で浮上させる。 【０００５】ソース１に対して引き出し電極３にマイナ
ス電圧を印加してイオンビーム２を引き出し、レンズ電
極７，８，９に適当な電圧を印加し、ターゲット１２上
にイオンビーム２を集束させる。ブランキング電極５に
は高速で電圧を印加してイオンビーム２を偏向させ、第
２アパーチャ６を通過させるか否かを切り替えてターゲ
ット１２上でのイオンビーム２をオンオフする。 【０００６】第１アパーチャ４は、ブランキング電極５
間に入射するイオンビーム２を制限し、ブランキングに
必要な印加電圧を下げ、ブランキングを高速化させる役
割を持つ。また、第２アパーチャ６は、ブランキングア
パーチャとしての役割と同時に、ターゲット１２に到達
するビーム電流を決定するデイフアイニングアパーチャ
としての役割を持つ。これらの光学系の制御は光学系コ
ントローラ２４で行なう。 【０００７】また、デフレクタ１０でイオンビーム２を
偏向走査させるが、このとき、ターゲット１２から放出
される２次電子ｅを２次電子デイテクタ２０で検出し、
それをヘッドアンプ２１で増幅し、その信号でＣＲＴ２
２に輝度変調をかける。これにより、走査電子顕微鏡と
同様の機能を持つ走査イオン顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ
Ｉｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ；以後ＳＩＭと呼
ぶ。）としてターゲット１２の観察が可能である。ＳＩ
ＭはＳＩＭコントローラ２３でコントロールする。ＳＩ
Ｍコントローラ２３からの信号でブランキング電極５へ
の印加電圧の制御ができるが、ブランキング領域は、辺
長可変な長方形程度であり、複雑な形状のブランキング
はできない。 【０００８】テーブル１３およびその駆動部１４はテー
ブルコントローラ１５でコントロールし、ビーム照射部
を５０μｍ×５０μｍのＳＩＭ画面内に入れるようにビ
ーム照射部の位置情報をメモリしたマイクロコンピュー
タを装備している。 【０００９】以上がイオンビームマスク加工装置の概略
構成であるが、次に、この装置による加工特性につい
て、第２図、第３図のイオンビーム加工過程の説明図に
従って説明する。 【００１０】第２図は、一例としてＢＮ基板３０（ただ
し表面に薄くＴａを蒸着してある。）上の円柱状のＡｕ
パターン３１を集束したイオンビーム２で加工した場合
の加工進行過程を示したものである。ビーム走査領域３
２はＡｕパターン３１を含む最小の大きさとした。第２
図（ａ）はビームの照射開始時の状態である。走査領域
３２が正方形のため、その端ではＢＮ基板３０上にもイ
オンビーム２が照射されてしまう。同図（ｂ）は途中ま
で加工が進んだ状態である。Ａｕパターン３１は、外側
から加工されていくため、中央にＡｕパターン３１が残
り、周辺の走査領域ではＢＮ基板３０が走査領域３２の
形状に彫られる。同図（ｃ）では，Ａｕパターン３１が
除去された最終段階となり、ＢＮ基板３０に正方形の穴
があいた状態となる。 【００１１】第３図は、別の加工例で、ＳｉＯ2３３上
のＡｌ配線３４を切断する過程を示したものである。イ
オンビーム２の走査領域３２は同図（ａ）のようにＡｌ
配線３４の巾に設定して加工を開始する。同図（ｂ）ま
で加工が進んだ段階では、加工がＡｌ配線３４の端から
進行するため、走査領域３４の端では下地のＳｉＯ2３
３が露出するが、中央部にはＡｌ配線３４が残留してい
る。完全にＡｌ配線３４を切断すると、同図（ｃ）のよ
うにＳｉＯ2３３を彫り込んだ加工形状となる。 【００１２】 【発明が解決しようとする課題】以上のように、イオン
ビーム加工では、加工対象による加工選択性が小さいこ
とと、被加工部が平坦な下地基板上にある場合には特に
被加工部の端での加工が速く進行することとにより、下
地基板の損傷が避けえない。したがって、この問題を解
決することがイオンビームマイクロ加工を実用化する上
で必須の事項であった。 【００１３】本発明は、上記問題点を解決してイオンビ
ームマイクロ加工における下地基板の損傷を最小にする
ことができるイオンビーム加工方法およびその装置を提
供することにある。 【００１４】 【課題を解決するための手段】まず、本発明に係るイオ
ンビーム加工装置は、高輝度イオンビームを発生する高
輝度イオン源と、該高輝度イオン源から発生した高輝度
イオンビームを集束させるレンズ電極と、該レンズ電極
により集束される集束イオンビームを偏向して走査させ
る偏向電極と、前記集束イオンビームについて照射・停
止をさせるブランキング電極とを備え、前記集束イオン
ビームを照射走査して試料上の所望の被加工部に加工を
施すイオンビーム加工装置であって、前記集束イオンビ
ームを照射走査することによって前記試料から放出され
る２次粒子を検出する検出手段と、該検出手段から検出
されるアナログ画像信号をディジタル画像信号に変換す
るＡ／Ｄ変換手段と、該Ａ／Ｄ変換手段で変換されたデ
ィジタル画像信号を記憶する画像メモリと、該画像メモ
リに記憶されたディジタル画像信号を読出して該ディジ
タル画像をＣＲＴ画面に表示する表示手段と、該表示手
段のＣＲＴ画面上に表示された前記ディジタル画像上で
前記試料の被加工領域を設定する被加工領域設定手段
と、前記ディジタル画像を表示しているときに、前記試
料上への前記集束イオンビームの照射を停止させる前記
ブランキング電極の制御と、前記被加工領域設定手段に
より設定された被加工領域に前記集束イオンビームの照
射走査範囲を制御すべく少なくとも前記偏向電極の制御
とを行う中央コントローラとを備えたことを特徴とす
る。 【００１５】 【作用】次に、これらを補足して本発明の作用を説明す
ると次のとおりである。 【００１６】イオンビーム加工で下地基板に損傷を与え
ず被加工部のみを加工するには、被加工部の存在する領
域を把握し、その領域内にビーム照射領域を限定すれば
よい。イオンビーム加工装置内に電子顕微鏡を装備させ
た場合には、インプロセスモニタの可能性もあるが、実
際には電子顕微鏡によって検出した被加工部端の情報を
イオンビーム加工装置側へ伝達してイオンビームの走査
域を決めた場合に生じる位置の不一致を取りきることが
困難なために実用的ではない。そこで、加工端の正確な
検出には、実際に加工しているイオンビーム照射によっ
て発生する２次電子、２次イオン等の２次粒子を検出す
るのが望ましい。また、イオンビーム加工では、平坦な
下地基板上にある被加工物を加工すると、被加工物の端
部の加工速度が中央部に比べて速く、このために被加工
物は端から加工され、ビーム照射領域の端部で下地基板
が露出しても中央部には被加工物が残っていることが明
らかとなった。この問題の解決には、加工時における走
査速度、ビーム電流、ビーム集束性等を走査領域の中央
部と端部で変化させる方法もあるが、適当な条件を求め
ても被加工物の変化に対応しきれない。実際の加工時に
ＳＩＭ画面を観察すると被加工物の残留状態の把握が可
能であることが明らかとなった。そこで、イオンビーム
照射で発生する２次粒子を検出して被加工物の残留状態
を把握し、その情報からブランキング電圧のオン・オフ
を制御し、極力被加工物にのみビームを照射するように
し、被加工物の下地に損傷を与えないようにするもので
ある。 【００１７】 【実施例】以下、本発明に係る方法・装置の実施例を図
に基づいて併せて説明する。 【００１８】まず、第４図は、本発明に係るイオンビー
ム加工装置の一実施例の構成図である。ここで、２５は
処理回路、２６はメモリ、２７は中央コントローラであ
って、その他の符号は第１図における同一符号のものと
均等のものである。以下、各部を概説する。 【００１９】イオンビーム２によってターゲット１２か
ら発生した２次電子ｅを電子デイテクタ２０で検出す
る。検出した２次電子ｅの信号をヘッドアンプ２１で増
幅し、２値化回路とＡ／Ｄ変換器とを有する処理回路２
５へ導き、デジタル化した信号（データ）をメモリ２６
に格納する。 【００２０】中央コントローラ２７では、２次電子ｅの
信号入力時に、ヘッドアンプ２１の増幅率を調整すると
同時に、処理回路２５の２値化閾値を設定する。中央コ
ントローラ２７で画像処理をした情報は、ＣＲＴ２２で
確認することができる。また、中央コントローラ２７で
判断した被加工部の端で、ブランキング電源をオン・オ
フするように光学系コントローラ２４に指示を与える。
さらに、ＳＩＭコントローラ２３に指示して、デフレク
タ電源を制御して走査範囲の調整を行なわせる。 【００２１】第５図は、上記の被加工物の端辺検出の説
明図であって、本実施例における加工時の電気的な作業
手順を示したものである。第５図（ａ）のように、ＳＩ
Ｍ画面３５の中央において、例えばＢＮ基板上のＡｕの
ような被加工物３６の観察ができている場合、１本の走
査線３７で走査して２次電子電流を検出すると、同図
（ｂ）のような電流変化が得られる。この段階では、２
次電子デイテクタ２０に引き込む２次電子量、ヘッドア
ンプ２１の増幅率、バックグラウンド電流の差し引き率
等を適当に選び、被加工部とそれ以外の部分のコントラ
ストが明確になるように各電圧を調整しておく。そこ
で、適当な所に２値化閾値３８を設定した結果、同図
（ｃ）のような電圧に変換した情報が得られる。同図
（ｃ）でＶ2からＶ1に電圧が変化する点（△印）が被加
工物３６にイオンビームがさしかかる点、Ｖ1からＶ2に
電圧が変化する点（○印）が被加工物３６からイオンビ
ームがはずれる点である。そこで、同図（ｄ）のように
△印の点でブランキング電圧をオフし、○印の点でブラ
ンキング電圧をオンすれば、被加工物３６にだけビーム
の照射ができ、被加工物３６以外へのビーム照射がなく
なって下地基板への損傷が少ない加工が可能となる。 【００２２】ここで、第６図、第７図に示す加工中のＣ
ＲＴ画面の説明図に従って、その加工経過を説明する。 【００２３】実際のＸ線用マスクの欠陥修正過程を示し
たのが第６図である。これは、薄く（５００Å程度）Ｔ
ａを蒸着したＢＮ基板上にＡｕパターンを形成したもの
について示したものであるが、このパターン中に欠陥が
生じた場合、それが次々とウエハーに転写され、その部
分がすべて不良となるため、欠陥の除去が不可欠であ
る。その除去過程は以下の通りである。同図（ａ）は、
２０μｍ×２０μｍの走査範囲でＳＩＭ像をとり、それ
を一度メモリ２６に取り込んだのちにＣＲＴ２２に表示
している図である。この像を出している間、イオンビー
ム２にはブランキングをかけ、ターゲット１２に損傷を
与えないようにしている。また、最初に欠陥３６を画面
３５に出すには、Ｘ線用マスク欠陥検査装置で検査した
結果をイオンビーム加工装置のテーブルコントローラ１
５のマイクロコンピュータへ入力してテーブル１３を駆
動させ、欠陥位置をイオンビーム２の中心軸に持ってい
くようにする。同図（ａ）の状態の画面３５を得たら、
画面内でカーソル線３９を動かし、欠陥３６を囲む最小
の長方形を得るようにする。カーソル線３９の位置を中
央コントローラ２７が検出し、カーソル線３９で囲まれ
領域をビームの走査範囲とする信号をＳＩＭコントロー
ラ２３へ送信してデフレクタ電源を制御させ、１回ビー
ムを走査させて同図（ｂ）の画面を得る。この画面を得
た際に第５図の手順でビームブランキング位置を検出
し、次に、そこで決定したブランキング境界４１内だけ
を４回走査する。走査速度は、例えば１フレームについ
て０．５ｓｅｃ程度とすれば、２５６×２５６絵素の画
面情報の処理が可能である。４回走査後の状態を示した
のが同図（ｃ）である。その状態では、走査領域の中央
部にＡｕ欠陥３６が残り、その周辺に下地のＢＮ基板が
露出している。そこで、再度画像をメモリし、中央コン
トローラ２７で残留している欠陥３６の端辺を検出し、
ビームブランキング境界４１を設定し直し、さらに加工
を続行する。この方法によって、数回下地のＢＮ基板上
をビームが走査するが、従来に比べＢＮ基板への損傷が
極めて少ない加工を行ないうる。 【００２４】また、第７図は、ＳｉＯ2上のＡｌ配線４
２の切断の例を示したものであるが、低倍率のＳＩＭ像
から次第に倍率を上げ、切断すべきＡｌ配線４２が２０
μｍ×２０μｍのビーム走査範囲内に入る所までテーブ
ル１３を制御し、ターゲット１２を移動させる。次に、
同図（ａ）のように、Ｘ線用マスクの欠陥修正の手順と
同様にカーソル線３９を移動させ、ビーム走査領域を決
める。同図（ｂ）の状態で１回ビームを走査し、ターゲ
ット１２の表面形状をメモリし、中央コントローラ２７
で加工端を検出する。ただ、この場合、配線の切断幅を
同図（ｂ）の状態の画面３５上でライトペンまたはカー
ソル線を移動させて決定しておく必要がある。その状態
から加工を開始するが、Ａｌ配線４２の切断の場合は、
Ａｌのスパッタ率がＡｕのスパッタ率に比べて低いため
に加工速度が遅いので、１０フレームに１回画像をメモ
リし、ビームブランキング境界４１を設定し直して加工
を進めればよい。その過程を示したのが、同図（ｂ），
（ｃ），（ｄ）である。前述のＸ線用マスクと同様に、
この加工方法によって下地基板の損傷を極めて小さくす
ることが可能となる。 【００２５】上述の実施例では、ターゲット１２から放
出される２次電子ｅの信号によってブランキング領域を
決定したが、他の実施例として、ターゲット１２からの
試料電流を直接ヘッドアンプ２１に導き、その信号を処
理しても同等の効果が得られる。 【００２６】その基本構成図を第８図に示す。各構成部
分っは第４図に示すものと均等であり、信号の処理等も
前述の実施例における２次電子検出と同じである。た
だ、試料電流をモニタした場合は、２次電子をモニタし
た場合に比べてターゲット１２の表面形状の情報がより
平面的になり、対象とするターゲットによってはより正
確な加工端情報が得られる。 【００２７】以上で説明した２次電子や試料電流を検出
する方法・装置はターゲット表面形状の段差が比較的大
きい場合には有効である。しかし、表面の段差が小さ
く、さらにターゲット上の物質間で２次電子放出能の差
が小さいような場合には、その他の実施例として２次電
子以外に２次イオンを検出してビームブランキング境界
を検出するものが有効である。 【００２８】その基本構成図を第９図に示す。ここで、
２８はエネルギーフイルタ、２９は質量分析器、２１Ａ
はヘッドアンプ、２５Ａは処理回路、２６Ａはメモリで
あって、その他の符号は第４図における同一符号のもの
と均等のものである。 【００２９】２次電子検出系は第４図で説明した系路と
同様に２次電子像をメモリして中央コントローラ２７で
処理するものである。 【００３０】２次イオン検出系は、ターゲット１２から
放出された２次イオンのｉのエネルギーを一定にするエ
ネルギーフイルタ２８と、質量分析計２９、ヘッドアン
プ２１Ａと、さらに２次イオンｉの検出情報を２値化、
Ａ／Ｄ変換する処理回路２５Ａおよび２次イオン検出情
報用のメモリ２６Ａとで構成される。 【００３１】その動作は、前述の２次電子検出系とほぼ
同等である。しかし、２次電子放出能がターゲット１２
へ入射するビーム電流と同じオーダであるのに対し、２
次イオン放出能は、その最大の物質でもビーム電流の１
桁下であり、一般にビーム電流の２桁から４桁下の値で
ある。したがって、２次イオンｉの検出量を増すため
に、本実施例では、９フレームを各フレームごとに０．
５ｓｅｃで走査して加工し、次に１フレームを２ｓｅｃ
で走査し、２次イオン像をメモリ・処理する操作を繰り
返すようにする。例えば、ターゲット１２としてＸ線用
マスクを使用すれば質量分析器２９のｍ／ｅは１９７に
固定して２次イオン像を得ることができる。 【００３２】このようにして得られた２次イオン像３５
を示したのが第１０図（ａ）である。検出した２次イオ
ン量が少ないために判然とした像は得られない。走査線
３７上での２次イオン検出量も、同図（ｂ）のようにノ
イズの影響もあり、被加工物の端辺を求めるのは困難で
ある。そこで、同図（ｂ）の２次イオン検出量を各絵素
の前後２絵素ずつの情報を取り込んで平均化すると、同
図（ｃ）のように比較的滑らかな２次イオン量の情報が
得られる。ここで適当な２値化閾値３８を決め２アパー
チャ値化すると同図（ｄ）のようになる。その後は、２
次電子を検出した場合と同様に、△印の点でブランキン
グオフ、○印の点でブランキングオンし、被加工部以外
へのビーム照射を低減し、下地基板への損傷が極めて小
さく、実用上問題のない加工が可能となる。 【００３３】 【発明の効果】以上、詳細に説明したように本発明によ
れば、下地基板の損傷を最小とするイオンビームマイク
ロ加工が可能となるので、半導体装置製造の歩留向上，
品質向上，効率向上に顕著な効果が得られる。
加工に係り、特に被加工物以外に照射するイオンビーム
を減少させ、被加工物以外に与える損傷を最小にするイ
オンビーム加工装置に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】高精度（〜１０6Ａ／ｃｍ2ｓｒ）の液体
金属イオン源の提案により、従来不可能であったサブミ
クロンに集束したイオンビームが現実のものとなり、そ
の研究開発が活発となっている。サブミクロンのイオン
ビームによって開拓される新分野は、イオンビームリソ
グラフイ，マスクレスドーピング，サブミクロン分析等
であるが、サブミクロンの加工が可能となってマイクロ
加工分野とも新しい手段を提供することになった。 【０００３】第１図は、従来のイオンビーム加工装置の
一例の構成図であって、ソース（イオン発生器）１に液
体金属イオン源を装着したイオンビーム加工装置の概略
構成を示した図である。以下、各部の機能について概説
する。 【０００４】装置主要部は、真空ポンプ１８で排気して
いる真空チャンバ１１内に収納されている。真空ポンプ
１８には、振動のないイオンポンプ，クライオポンプ，
ソープシヨンポンプ等を使用し、真空チャンバ１１は、
真空系コントローラ１９で１０~7〜１０~8Ｔｏｒｒの真
空度を維持している。また、サブミクロンの加工を行な
う装置のため、床面からの振動を遮断する必要があり、
真空チャンバ１１は質量の大きい定盤１６上に設置し、
それらを空気バネ１７で浮上させる。 【０００５】ソース１に対して引き出し電極３にマイナ
ス電圧を印加してイオンビーム２を引き出し、レンズ電
極７，８，９に適当な電圧を印加し、ターゲット１２上
にイオンビーム２を集束させる。ブランキング電極５に
は高速で電圧を印加してイオンビーム２を偏向させ、第
２アパーチャ６を通過させるか否かを切り替えてターゲ
ット１２上でのイオンビーム２をオンオフする。 【０００６】第１アパーチャ４は、ブランキング電極５
間に入射するイオンビーム２を制限し、ブランキングに
必要な印加電圧を下げ、ブランキングを高速化させる役
割を持つ。また、第２アパーチャ６は、ブランキングア
パーチャとしての役割と同時に、ターゲット１２に到達
するビーム電流を決定するデイフアイニングアパーチャ
としての役割を持つ。これらの光学系の制御は光学系コ
ントローラ２４で行なう。 【０００７】また、デフレクタ１０でイオンビーム２を
偏向走査させるが、このとき、ターゲット１２から放出
される２次電子ｅを２次電子デイテクタ２０で検出し、
それをヘッドアンプ２１で増幅し、その信号でＣＲＴ２
２に輝度変調をかける。これにより、走査電子顕微鏡と
同様の機能を持つ走査イオン顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ
Ｉｏｎ Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ；以後ＳＩＭと呼
ぶ。）としてターゲット１２の観察が可能である。ＳＩ
ＭはＳＩＭコントローラ２３でコントロールする。ＳＩ
Ｍコントローラ２３からの信号でブランキング電極５へ
の印加電圧の制御ができるが、ブランキング領域は、辺
長可変な長方形程度であり、複雑な形状のブランキング
はできない。 【０００８】テーブル１３およびその駆動部１４はテー
ブルコントローラ１５でコントロールし、ビーム照射部
を５０μｍ×５０μｍのＳＩＭ画面内に入れるようにビ
ーム照射部の位置情報をメモリしたマイクロコンピュー
タを装備している。 【０００９】以上がイオンビームマスク加工装置の概略
構成であるが、次に、この装置による加工特性につい
て、第２図、第３図のイオンビーム加工過程の説明図に
従って説明する。 【００１０】第２図は、一例としてＢＮ基板３０（ただ
し表面に薄くＴａを蒸着してある。）上の円柱状のＡｕ
パターン３１を集束したイオンビーム２で加工した場合
の加工進行過程を示したものである。ビーム走査領域３
２はＡｕパターン３１を含む最小の大きさとした。第２
図（ａ）はビームの照射開始時の状態である。走査領域
３２が正方形のため、その端ではＢＮ基板３０上にもイ
オンビーム２が照射されてしまう。同図（ｂ）は途中ま
で加工が進んだ状態である。Ａｕパターン３１は、外側
から加工されていくため、中央にＡｕパターン３１が残
り、周辺の走査領域ではＢＮ基板３０が走査領域３２の
形状に彫られる。同図（ｃ）では，Ａｕパターン３１が
除去された最終段階となり、ＢＮ基板３０に正方形の穴
があいた状態となる。 【００１１】第３図は、別の加工例で、ＳｉＯ2３３上
のＡｌ配線３４を切断する過程を示したものである。イ
オンビーム２の走査領域３２は同図（ａ）のようにＡｌ
配線３４の巾に設定して加工を開始する。同図（ｂ）ま
で加工が進んだ段階では、加工がＡｌ配線３４の端から
進行するため、走査領域３４の端では下地のＳｉＯ2３
３が露出するが、中央部にはＡｌ配線３４が残留してい
る。完全にＡｌ配線３４を切断すると、同図（ｃ）のよ
うにＳｉＯ2３３を彫り込んだ加工形状となる。 【００１２】 【発明が解決しようとする課題】以上のように、イオン
ビーム加工では、加工対象による加工選択性が小さいこ
とと、被加工部が平坦な下地基板上にある場合には特に
被加工部の端での加工が速く進行することとにより、下
地基板の損傷が避けえない。したがって、この問題を解
決することがイオンビームマイクロ加工を実用化する上
で必須の事項であった。 【００１３】本発明は、上記問題点を解決してイオンビ
ームマイクロ加工における下地基板の損傷を最小にする
ことができるイオンビーム加工方法およびその装置を提
供することにある。 【００１４】 【課題を解決するための手段】まず、本発明に係るイオ
ンビーム加工装置は、高輝度イオンビームを発生する高
輝度イオン源と、該高輝度イオン源から発生した高輝度
イオンビームを集束させるレンズ電極と、該レンズ電極
により集束される集束イオンビームを偏向して走査させ
る偏向電極と、前記集束イオンビームについて照射・停
止をさせるブランキング電極とを備え、前記集束イオン
ビームを照射走査して試料上の所望の被加工部に加工を
施すイオンビーム加工装置であって、前記集束イオンビ
ームを照射走査することによって前記試料から放出され
る２次粒子を検出する検出手段と、該検出手段から検出
されるアナログ画像信号をディジタル画像信号に変換す
るＡ／Ｄ変換手段と、該Ａ／Ｄ変換手段で変換されたデ
ィジタル画像信号を記憶する画像メモリと、該画像メモ
リに記憶されたディジタル画像信号を読出して該ディジ
タル画像をＣＲＴ画面に表示する表示手段と、該表示手
段のＣＲＴ画面上に表示された前記ディジタル画像上で
前記試料の被加工領域を設定する被加工領域設定手段
と、前記ディジタル画像を表示しているときに、前記試
料上への前記集束イオンビームの照射を停止させる前記
ブランキング電極の制御と、前記被加工領域設定手段に
より設定された被加工領域に前記集束イオンビームの照
射走査範囲を制御すべく少なくとも前記偏向電極の制御
とを行う中央コントローラとを備えたことを特徴とす
る。 【００１５】 【作用】次に、これらを補足して本発明の作用を説明す
ると次のとおりである。 【００１６】イオンビーム加工で下地基板に損傷を与え
ず被加工部のみを加工するには、被加工部の存在する領
域を把握し、その領域内にビーム照射領域を限定すれば
よい。イオンビーム加工装置内に電子顕微鏡を装備させ
た場合には、インプロセスモニタの可能性もあるが、実
際には電子顕微鏡によって検出した被加工部端の情報を
イオンビーム加工装置側へ伝達してイオンビームの走査
域を決めた場合に生じる位置の不一致を取りきることが
困難なために実用的ではない。そこで、加工端の正確な
検出には、実際に加工しているイオンビーム照射によっ
て発生する２次電子、２次イオン等の２次粒子を検出す
るのが望ましい。また、イオンビーム加工では、平坦な
下地基板上にある被加工物を加工すると、被加工物の端
部の加工速度が中央部に比べて速く、このために被加工
物は端から加工され、ビーム照射領域の端部で下地基板
が露出しても中央部には被加工物が残っていることが明
らかとなった。この問題の解決には、加工時における走
査速度、ビーム電流、ビーム集束性等を走査領域の中央
部と端部で変化させる方法もあるが、適当な条件を求め
ても被加工物の変化に対応しきれない。実際の加工時に
ＳＩＭ画面を観察すると被加工物の残留状態の把握が可
能であることが明らかとなった。そこで、イオンビーム
照射で発生する２次粒子を検出して被加工物の残留状態
を把握し、その情報からブランキング電圧のオン・オフ
を制御し、極力被加工物にのみビームを照射するように
し、被加工物の下地に損傷を与えないようにするもので
ある。 【００１７】 【実施例】以下、本発明に係る方法・装置の実施例を図
に基づいて併せて説明する。 【００１８】まず、第４図は、本発明に係るイオンビー
ム加工装置の一実施例の構成図である。ここで、２５は
処理回路、２６はメモリ、２７は中央コントローラであ
って、その他の符号は第１図における同一符号のものと
均等のものである。以下、各部を概説する。 【００１９】イオンビーム２によってターゲット１２か
ら発生した２次電子ｅを電子デイテクタ２０で検出す
る。検出した２次電子ｅの信号をヘッドアンプ２１で増
幅し、２値化回路とＡ／Ｄ変換器とを有する処理回路２
５へ導き、デジタル化した信号（データ）をメモリ２６
に格納する。 【００２０】中央コントローラ２７では、２次電子ｅの
信号入力時に、ヘッドアンプ２１の増幅率を調整すると
同時に、処理回路２５の２値化閾値を設定する。中央コ
ントローラ２７で画像処理をした情報は、ＣＲＴ２２で
確認することができる。また、中央コントローラ２７で
判断した被加工部の端で、ブランキング電源をオン・オ
フするように光学系コントローラ２４に指示を与える。
さらに、ＳＩＭコントローラ２３に指示して、デフレク
タ電源を制御して走査範囲の調整を行なわせる。 【００２１】第５図は、上記の被加工物の端辺検出の説
明図であって、本実施例における加工時の電気的な作業
手順を示したものである。第５図（ａ）のように、ＳＩ
Ｍ画面３５の中央において、例えばＢＮ基板上のＡｕの
ような被加工物３６の観察ができている場合、１本の走
査線３７で走査して２次電子電流を検出すると、同図
（ｂ）のような電流変化が得られる。この段階では、２
次電子デイテクタ２０に引き込む２次電子量、ヘッドア
ンプ２１の増幅率、バックグラウンド電流の差し引き率
等を適当に選び、被加工部とそれ以外の部分のコントラ
ストが明確になるように各電圧を調整しておく。そこ
で、適当な所に２値化閾値３８を設定した結果、同図
（ｃ）のような電圧に変換した情報が得られる。同図
（ｃ）でＶ2からＶ1に電圧が変化する点（△印）が被加
工物３６にイオンビームがさしかかる点、Ｖ1からＶ2に
電圧が変化する点（○印）が被加工物３６からイオンビ
ームがはずれる点である。そこで、同図（ｄ）のように
△印の点でブランキング電圧をオフし、○印の点でブラ
ンキング電圧をオンすれば、被加工物３６にだけビーム
の照射ができ、被加工物３６以外へのビーム照射がなく
なって下地基板への損傷が少ない加工が可能となる。 【００２２】ここで、第６図、第７図に示す加工中のＣ
ＲＴ画面の説明図に従って、その加工経過を説明する。 【００２３】実際のＸ線用マスクの欠陥修正過程を示し
たのが第６図である。これは、薄く（５００Å程度）Ｔ
ａを蒸着したＢＮ基板上にＡｕパターンを形成したもの
について示したものであるが、このパターン中に欠陥が
生じた場合、それが次々とウエハーに転写され、その部
分がすべて不良となるため、欠陥の除去が不可欠であ
る。その除去過程は以下の通りである。同図（ａ）は、
２０μｍ×２０μｍの走査範囲でＳＩＭ像をとり、それ
を一度メモリ２６に取り込んだのちにＣＲＴ２２に表示
している図である。この像を出している間、イオンビー
ム２にはブランキングをかけ、ターゲット１２に損傷を
与えないようにしている。また、最初に欠陥３６を画面
３５に出すには、Ｘ線用マスク欠陥検査装置で検査した
結果をイオンビーム加工装置のテーブルコントローラ１
５のマイクロコンピュータへ入力してテーブル１３を駆
動させ、欠陥位置をイオンビーム２の中心軸に持ってい
くようにする。同図（ａ）の状態の画面３５を得たら、
画面内でカーソル線３９を動かし、欠陥３６を囲む最小
の長方形を得るようにする。カーソル線３９の位置を中
央コントローラ２７が検出し、カーソル線３９で囲まれ
領域をビームの走査範囲とする信号をＳＩＭコントロー
ラ２３へ送信してデフレクタ電源を制御させ、１回ビー
ムを走査させて同図（ｂ）の画面を得る。この画面を得
た際に第５図の手順でビームブランキング位置を検出
し、次に、そこで決定したブランキング境界４１内だけ
を４回走査する。走査速度は、例えば１フレームについ
て０．５ｓｅｃ程度とすれば、２５６×２５６絵素の画
面情報の処理が可能である。４回走査後の状態を示した
のが同図（ｃ）である。その状態では、走査領域の中央
部にＡｕ欠陥３６が残り、その周辺に下地のＢＮ基板が
露出している。そこで、再度画像をメモリし、中央コン
トローラ２７で残留している欠陥３６の端辺を検出し、
ビームブランキング境界４１を設定し直し、さらに加工
を続行する。この方法によって、数回下地のＢＮ基板上
をビームが走査するが、従来に比べＢＮ基板への損傷が
極めて少ない加工を行ないうる。 【００２４】また、第７図は、ＳｉＯ2上のＡｌ配線４
２の切断の例を示したものであるが、低倍率のＳＩＭ像
から次第に倍率を上げ、切断すべきＡｌ配線４２が２０
μｍ×２０μｍのビーム走査範囲内に入る所までテーブ
ル１３を制御し、ターゲット１２を移動させる。次に、
同図（ａ）のように、Ｘ線用マスクの欠陥修正の手順と
同様にカーソル線３９を移動させ、ビーム走査領域を決
める。同図（ｂ）の状態で１回ビームを走査し、ターゲ
ット１２の表面形状をメモリし、中央コントローラ２７
で加工端を検出する。ただ、この場合、配線の切断幅を
同図（ｂ）の状態の画面３５上でライトペンまたはカー
ソル線を移動させて決定しておく必要がある。その状態
から加工を開始するが、Ａｌ配線４２の切断の場合は、
Ａｌのスパッタ率がＡｕのスパッタ率に比べて低いため
に加工速度が遅いので、１０フレームに１回画像をメモ
リし、ビームブランキング境界４１を設定し直して加工
を進めればよい。その過程を示したのが、同図（ｂ），
（ｃ），（ｄ）である。前述のＸ線用マスクと同様に、
この加工方法によって下地基板の損傷を極めて小さくす
ることが可能となる。 【００２５】上述の実施例では、ターゲット１２から放
出される２次電子ｅの信号によってブランキング領域を
決定したが、他の実施例として、ターゲット１２からの
試料電流を直接ヘッドアンプ２１に導き、その信号を処
理しても同等の効果が得られる。 【００２６】その基本構成図を第８図に示す。各構成部
分っは第４図に示すものと均等であり、信号の処理等も
前述の実施例における２次電子検出と同じである。た
だ、試料電流をモニタした場合は、２次電子をモニタし
た場合に比べてターゲット１２の表面形状の情報がより
平面的になり、対象とするターゲットによってはより正
確な加工端情報が得られる。 【００２７】以上で説明した２次電子や試料電流を検出
する方法・装置はターゲット表面形状の段差が比較的大
きい場合には有効である。しかし、表面の段差が小さ
く、さらにターゲット上の物質間で２次電子放出能の差
が小さいような場合には、その他の実施例として２次電
子以外に２次イオンを検出してビームブランキング境界
を検出するものが有効である。 【００２８】その基本構成図を第９図に示す。ここで、
２８はエネルギーフイルタ、２９は質量分析器、２１Ａ
はヘッドアンプ、２５Ａは処理回路、２６Ａはメモリで
あって、その他の符号は第４図における同一符号のもの
と均等のものである。 【００２９】２次電子検出系は第４図で説明した系路と
同様に２次電子像をメモリして中央コントローラ２７で
処理するものである。 【００３０】２次イオン検出系は、ターゲット１２から
放出された２次イオンのｉのエネルギーを一定にするエ
ネルギーフイルタ２８と、質量分析計２９、ヘッドアン
プ２１Ａと、さらに２次イオンｉの検出情報を２値化、
Ａ／Ｄ変換する処理回路２５Ａおよび２次イオン検出情
報用のメモリ２６Ａとで構成される。 【００３１】その動作は、前述の２次電子検出系とほぼ
同等である。しかし、２次電子放出能がターゲット１２
へ入射するビーム電流と同じオーダであるのに対し、２
次イオン放出能は、その最大の物質でもビーム電流の１
桁下であり、一般にビーム電流の２桁から４桁下の値で
ある。したがって、２次イオンｉの検出量を増すため
に、本実施例では、９フレームを各フレームごとに０．
５ｓｅｃで走査して加工し、次に１フレームを２ｓｅｃ
で走査し、２次イオン像をメモリ・処理する操作を繰り
返すようにする。例えば、ターゲット１２としてＸ線用
マスクを使用すれば質量分析器２９のｍ／ｅは１９７に
固定して２次イオン像を得ることができる。 【００３２】このようにして得られた２次イオン像３５
を示したのが第１０図（ａ）である。検出した２次イオ
ン量が少ないために判然とした像は得られない。走査線
３７上での２次イオン検出量も、同図（ｂ）のようにノ
イズの影響もあり、被加工物の端辺を求めるのは困難で
ある。そこで、同図（ｂ）の２次イオン検出量を各絵素
の前後２絵素ずつの情報を取り込んで平均化すると、同
図（ｃ）のように比較的滑らかな２次イオン量の情報が
得られる。ここで適当な２値化閾値３８を決め２アパー
チャ値化すると同図（ｄ）のようになる。その後は、２
次電子を検出した場合と同様に、△印の点でブランキン
グオフ、○印の点でブランキングオンし、被加工部以外
へのビーム照射を低減し、下地基板への損傷が極めて小
さく、実用上問題のない加工が可能となる。 【００３３】 【発明の効果】以上、詳細に説明したように本発明によ
れば、下地基板の損傷を最小とするイオンビームマイク
ロ加工が可能となるので、半導体装置製造の歩留向上，
品質向上，効率向上に顕著な効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来のイオンビーム加工装置の一例の構成図。
【図２】イオンビーム加工過程の説明図。
【図３】イオンビーム加工過程の説明図。
【図４】本発明に係るイオンビーム加工装置の一実施例
の構成図。 【図５】その被加工物の端辺検出の説明図。 【図６】同加工中のＣＲＴ画面の説明図。 【図７】同加工中のＣＲＴ画面の説明図。 【図８】本発明に係るイオンビーム加工装置の他の実施
例の構成図。 【図９】その他の実施例の構成図。 【図１０】その他の端辺検出の説明図。 【符号の説明】 １ ソース ２ イオンビーム ３ 引き出し電極 ４ 第１アパーチャ ５ ブランキング電極 ６ 第２アパーチャ ７ 第１レンズ電極 ８ 第２レンズ電極 ９ 第３レンズ電極 １０ デフレクタ １１ 真空チャンバ １２ ターゲット １３ テーブル １４ テーブル駆動部 １５ テーブルコントローラ １６ 定盤 １７ 空気バネ １８ 真空ポンプ １９ 真空系コントローラ ２０ ２次電子デイテクタ ２１，２１Ａ ヘッドアンプ ２２ ＣＲＴ ２３ ＳＩＭコントローラ ２４ 光学系コントローラ ２５，２５Ａ 処理回路 ２６，２６Ａ メモリ ２７ 中央コントローラ ２８ エネルギーフイルタ ２９ 質量分析器 ３５ ＣＲＴ画面 ３６ 被加工物 ３７ 走査線 ３８ ２値化閾値 ３９ カーソル線 ４０ Ａｕパターン ４１ ブランキング境界 ４２ Ａｌ配線
の構成図。 【図５】その被加工物の端辺検出の説明図。 【図６】同加工中のＣＲＴ画面の説明図。 【図７】同加工中のＣＲＴ画面の説明図。 【図８】本発明に係るイオンビーム加工装置の他の実施
例の構成図。 【図９】その他の実施例の構成図。 【図１０】その他の端辺検出の説明図。 【符号の説明】 １ ソース ２ イオンビーム ３ 引き出し電極 ４ 第１アパーチャ ５ ブランキング電極 ６ 第２アパーチャ ７ 第１レンズ電極 ８ 第２レンズ電極 ９ 第３レンズ電極 １０ デフレクタ １１ 真空チャンバ １２ ターゲット １３ テーブル １４ テーブル駆動部 １５ テーブルコントローラ １６ 定盤 １７ 空気バネ １８ 真空ポンプ １９ 真空系コントローラ ２０ ２次電子デイテクタ ２１，２１Ａ ヘッドアンプ ２２ ＣＲＴ ２３ ＳＩＭコントローラ ２４ 光学系コントローラ ２５，２５Ａ 処理回路 ２６，２６Ａ メモリ ２７ 中央コントローラ ２８ エネルギーフイルタ ２９ 質量分析器 ３５ ＣＲＴ画面 ３６ 被加工物 ３７ 走査線 ３８ ２値化閾値 ３９ カーソル線 ４０ Ａｕパターン ４１ ブランキング境界 ４２ Ａｌ配線
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(72)発明者 原市 聡
神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地
株式会社日立製作所 生産技術研究所内
(72)発明者 宮内 建興
神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地
株式会社日立製作所 生産技術研究所内
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．高輝度イオンビームを発生する高輝度イオン源と、
該高輝度イオン源から発生した高輝度イオンビームを集
束させるレンズ電極と、該レンズ電極により集束される
集束イオンビームを偏向して走査させる偏向電極と、前
記集束イオンビームについて照射・停止をさせるブラン
キング電極とを備え、前記集束イオンビームを照射走査
して試料上の所望の被加工部に加工を施すイオンビーム
加工装置であって、前記集束イオンビームを照射走査す
ることによって前記試料から放出される２次粒子を検出
する検出手段と、該検出手段から検出されるアナログ画
像信号をディジタル画像信号に変換するＡ／Ｄ変換手段
と、該Ａ／Ｄ変換手段で変換されたディジタル画像信号
を記憶する画像メモリと、該画像メモリに記憶されたデ
ィジタル画像信号を読出して該ディジタル画像をＣＲＴ
画面に表示する表示手段と、該表示手段のＣＲＴ画面上
に表示された前記ディジタル画像上で前記試料の被加工
領域を設定する被加工領域設定手段と、前記ディジタル
画像を表示しているときに、前記試料上への前記集束イ
オンビームの照射を停止させる前記ブランキング電極の
制御と、前記被加工領域設定手段により設定された被加
工領域に前記集束イオンビームの照射走査範囲を制御す
べく少なくとも前記偏向電極の制御とを行う中央コント
ローラとを備えたことを特徴とするイオンビーム加工装
置。 ２．前記被加工領域設定手段が前記ＣＲＴ画面に表示し
たカーソル線により被加工領域を設定することを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載のイオンビーム加工装
置。 ３．前記被加工領域設定手段がライトペンであり、該ラ
イトペンで前記ＣＲＴ画面に表示された前記試料のデイ
ジタル画像上で前記被加工領域を設定することを特徴と
する特許請求の範囲第１項記載のイオンビーム加工装
置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19041096A JP2672808B2 (ja) | 1996-07-19 | 1996-07-19 | イオンビーム加工装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP19041096A JP2672808B2 (ja) | 1996-07-19 | 1996-07-19 | イオンビーム加工装置 |
Related Parent Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4242856A Division JPH0771755B2 (ja) | 1992-09-11 | 1992-09-11 | イオンビーム加工装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH09164489A JPH09164489A (ja) | 1997-06-24 |
| JP2672808B2 true JP2672808B2 (ja) | 1997-11-05 |
Family
ID=16257686
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP19041096A Expired - Lifetime JP2672808B2 (ja) | 1996-07-19 | 1996-07-19 | イオンビーム加工装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2672808B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101947688A (zh) * | 2010-08-17 | 2011-01-19 | 中国航空工业集团公司北京航空制造工程研究所 | 一种基于图像处理的电子束表面加工方法 |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6521902B1 (en) | 2000-08-15 | 2003-02-18 | International Business Machines Corporation | Process for minimizing electrostatic damage and pole tip recession of magnetoresistive magnetic recording head during pole tip trimming by focused ion beam milling |
| KR101883268B1 (ko) * | 2016-12-08 | 2018-08-01 | 한국생산기술연구원 | 기화성기재를 포함하는 마이크로 드릴링장치 |
-
1996
- 1996-07-19 JP JP19041096A patent/JP2672808B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101947688A (zh) * | 2010-08-17 | 2011-01-19 | 中国航空工业集团公司北京航空制造工程研究所 | 一种基于图像处理的电子束表面加工方法 |
| CN101947688B (zh) * | 2010-08-17 | 2012-06-20 | 中国航空工业集团公司北京航空制造工程研究所 | 一种基于图像处理的电子束表面加工方法 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH09164489A (ja) | 1997-06-24 |
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