JP3874552B2

JP3874552B2 - 穴加工装置

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Publication number: JP3874552B2
Application number: JP29994898A
Authority: JP
Inventors: 毅大西; 英巳小池
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1998-10-21
Filing date: 1998-10-21
Publication date: 2007-01-31
Anticipated expiration: 2018-10-21
Also published as: JP2000117460A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、薄膜試料を集束イオンビームで加工する装置に係り、特に、微細貫通穴を高精度に加工する装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
微細貫通穴を加工する技術としては、（１）レーザ光線を利用した溶断加工法、（２）針状電極と試料との間で放電を起こして加工する放電加工法、（３）集束イオンビーム（Focused Ion Beam：以下ＦＩＢと略す）を利用した微細スパッタリング加工法（ＦＩＢ加工法）が知られている。ＦＩＢ加工法は、ＦＩＢで試料上を走査し、試料から放出される二次粒子信号によりコンピュータ画面上に走査イオン顕微鏡（Scanning Ion Microscope：以下ＳＩＭと略す）像を形成し、ＳＩＭ像を基に加工領域を設定し、加工領域に選択的にビーム照射を行って試料を加工するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術の溶断加工法は、加熱により試料を蒸発させて加工するため、サブミクロン精度での加工形状の管理が困難である。また、光のエネルギーを効率良く吸収する試料を選択して使用する必要がある。放電加工法は、放電による局所加熱により加工するため、これもサブミクロン精度での加工形状の管理が困難である。また、針状電極を微細穴に挿入することが困難なため、特にアスペクト比の高い穴加工は困難である。ＦＩＢ加工法は、溶断加工法や放電加工法と比較し、ＳＩＭ像を利用して正確に位置決めができること、加工にスパッタリング現象を利用することから、サブミクロン精度での加工形状の管理が行い易い等の利点を有する。しかし、従来のＦＩＢ加工で設定する加工領域はあくまで試料表面の加工穴の形状であった。
【０００４】
近年、荷電粒子線装置の高性能化に伴い、装置で使用するビーム開口絞り板の穴径を微細にするニーズが増加している。荷電粒子線がイオンの場合、絞り板はスパッタリングされて使用時間と共に薄くなるため、絞り板の板厚はある程度大きい方が望ましい。また、荷電粒子線が電子の場合、スパッタリングによる影響は出ないが、電子はイオンと比較して絞り板を透過しやすいため、電子線の加速電圧によっては絞り板の板厚を大きめに設定する必要がある。このような制約の中で荷電粒子線の集束性能を確保するために、絞り穴径を微細にする必要があり、結果的に、アスペクト比（加工穴深さ／加工穴径）が１以上の微細貫通穴が必要になる場合が多い。
【０００５】
これを従来のＦＩＢ加工法で加工する場合、スパッタリング粒子の再付着現象やスパッタリング効率のビーム入射角度依存性により、実際に絞り板裏面に形成される貫通穴径は表面で設定した加工穴径よりも小さくなる。
以上のように、従来技術では、サブミクロン精度の微細な貫通穴加工が簡便に行えない。本発明の目的は、試料裏面に所望形状の貫通穴が高精度に形成できる加工装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
ＦＩＢ加工法により試料に貫通穴を加工するとき、試料表面の貫通穴形状と試料裏面の貫通穴形状との間には、試料の材質、板厚等のパラメータを媒介として一定の関係がある。本発明では、試料表面の貫通穴形状（貫通穴加工のためのビーム走査領域）と試料裏面の貫通穴形状を表示装置上に同時に表示してオペレータが確認できるようにすることで前記目的を達成する。試料表裏面の貫通穴形状を表示するに当たっては、最初オペレータが試料表面の貫通穴形状を設定し、それから試料裏面の貫通穴形状を計算して表示するようにしてもよいし、オペレータが設定した試料裏面の貫通穴形状から試料表面の貫通穴形状を計算して表示するようにしてもよい。
【０００７】
すなわち、本発明の穴加工装置は、イオンビームを細く集束させて試料上を走査する手段と、試料から放出される二次粒子を検出して試料像を得る手段と、試料像上に加工穴の表面加工領域を表示する手段と、試料像上に加工穴の試料裏面形状又は穴底形状を表示する手段とを含むことを特徴とする。加工穴が試料を貫通する穴である場合には、試料像上にその貫通穴の表面加工領域と試料裏面形状を表示する。また、加工穴が底を有する穴である場合には、試料像上にその有底穴の表面加工領域と加工穴の穴底形状を表示する。加工穴の表面加工領域と加工穴の試料裏面形状又は穴底形状は、同一画面上に重ねて表示するのが好ましい。
【０００８】
加工穴の表面加工領域と試料裏面形状又は穴底形状を同一画面上に重ねて表示するに当たり、先に加工穴の表面加工領域を設定し、それから加工穴の試料裏面形状又は穴底形状を計算して表示するようにしてもよいし、先に加工穴の試料裏面形状又は穴底形状を設定し、それから加工穴の表面加工領域を計算して表示するようにしてもよい。すなわち、少なくとも加工穴の表面加工領域情報と加工厚さ又は加工深さ情報を利用して加工穴の試料裏面形状又は穴底形状を計算する手段を備えてもよいし、あるいは少なくとも加工穴の試料裏面形状又は穴底形状の情報と試料の加工厚さ又は加工深さ情報を利用して加工穴の表面加工領域を計算する手段を備えてもよい。
【０００９】
また、本発明の穴加工装置は、イオンビームを細く集束させて薄膜構造を有する試料上を走査する手段と、試料から放出される二次粒子を検出して試料像を得る手段と、試料像上に薄膜を貫通する貫通穴の表面加工領域を表示する手段と、試料像上に薄膜裏面の貫通穴形状を表示する手段とを含むことを特徴とする。試料は、試料それ自体が薄膜であってもよいし、試料の一部に薄膜構造を含むものであってもよいが、穴加工は薄膜を対象として行う。表面加工領域と薄膜裏面の貫通穴形状は同一画面上に重ねて表示する。
【００１０】
表面加工領域と薄膜裏面の貫通穴形状を同一画面上に重ねて表示するに当たり、先に表面加工領域を設定し、それから薄膜裏面の貫通穴形状を計算して表示するようにしてもよいし、先に薄膜裏面の貫通穴形状を設定し、それから表面加工領域を計算して表示するようにしてもよい。すなわち、少なくとも表面加工領域の情報と薄膜の厚さ情報を利用して薄膜裏面の貫通穴形状を計算する手段を備えてもよいし、少なくとも薄膜裏面の貫通穴形状の情報と薄膜の厚さ情報を利用して表面加工領域を計算する手段を備えてもよい。
【００１１】
また、本発明の穴加工装置は、イオンビームを細く集束させて試料上を走査する手段と、試料から放出される二次粒子を検出して試料像を得る手段と、試料像上に設定された加工穴の表面加工領域をもとに加工穴の試料裏面形状又は穴底形状を試料像に重ねて表示する第１の表示手段と、試料像上に設定された加工穴の試料裏面形状又は穴底形状をもとに加工穴の表面加工領域を試料像に重ねて表示する第２の表示手段と、第１の表示手段と第２の表示手段とを選択的に機能させる選択手段とを備えることを特徴とする。第１の表示手段と第２の表示手段を選択することにより、先に加工穴の表面加工領域を設定し、それから加工穴の試料裏面形状又は穴底形状を計算して表示する運転モードとすることもできるし、先に加工穴の試料裏面形状又は穴底形状を設定し、それから加工穴の表面加工領域を計算して表示する運転モードとすることもできる。
【００１２】
本発明によると、加工穴の表面加工領域（ＦＩＢ走査領域）を表示することにより、ＦＩＢ走査領域内に異物等が無いかどうかを確認することができる。そして、表面加工領域をＦＩＢ走査することにより、出口側の穴形状が設計通りの形状となった貫通穴あるいは穴底の形状が設計通りの形状となった有底穴を加工することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。以下では、説明を簡単にするために、主に薄膜に貫通穴を加工する場合について述べる。
図１は、本発明の実施の形態で使用したＦＩＢ装置の概略構成図である。ＦＩＢカラム２００は、制御装置５００により統括的に制御される。ＦＩＢカラム２００で加速・集束されたイオンビーム１２０は試料１１１に照射される。試料１１１上をビーム走査しながら検出器１１２により二次電子を検出し、それを制御装置５００に接続された表示装置、例えばＣＲＴのウインドウ上に表示する。オペレータは、得られたＳＩＭ像を基に実現したい薄膜裏面形状を設定する。加工穴が有底穴である場合には、ここでオペレータは穴底形状を設定することになる。設定した形状は薄膜裏面形状表示手段５０２によってＣＲＴのウインドウ上に表示される。設定した薄膜裏面形状を実現するために必要なＦＩＢ偏向領域が計算され、ＦＩＢ偏向領域表示手段によりＣＲＴのウインドウ上に表示される。
【００１４】
図２は、本発明の実施の形態で使用したＦＩＢ装置のイオン光学系の構成図である。液体金属イオン源エミッタ１００から引出し電極１０１により引き出されたイオンは、コンデンサーレンズ１０２と対物レンズ１０９により試料１１１上に集束される。両レンズ間には、ビーム開口を制限する可変アパーチャ１０３、光軸調整及び非点補正を行うアライナ・スティグマ１０４、ビームをブランキングするブランカ１０５、ブランキングアパーチャ１０６、ビーム走査を行うデフレクタ１０８が配されている。ブランカ１０５の動作時には、ビームはファラデーカップ１０７に入射する。試料１１１は試料ステージ１１０上に実装され、Ｘ，Ｙ，θの３軸方向に動かすことができる。ステージ１１０の上方には、ＦＩＢ照射によって試料１１１から放出される二次電子を検出する検出器１１２が実装されている。
【００１５】
図３は、本発明の実施の形態で用いた制御装置の構成図である。高圧電源２０３は、ＦＩＢカラム２００内のイオン源やレンズ電極に高電圧を印加する。絞り制御電源２０４は可変アパーチャ１０３を制御し、所望のアパーチャ径を選択する。アライナ・スティグマ制御電源２０５はアライナ・スティグマ１０４の８極の電極電圧を制御し、電気的な軸合わせと非点補正を行う。ビーム電流計測アンプ２０６は、ブランキング時にファラデーカップ１０７に流入するビーム電流を計測する。ブランキング制御電源２０７は、ブランカ１０５のブランキング電極を駆動し、ビームブランキングを行う。偏向アンプ２０８は、８極２段の静電偏向器（デフレクタ）１０８を駆動する。ビーム走査のための偏向信号及びブランキングのための信号はスキャナ２１１から供給される。プリアンプ２０９は検出器１１２からの信号を輝度電圧信号に変換する。変換された輝度信号はディジタル値に変換され、画像メモリー２１２に書き込まれる。スキャンと同期をとることにより、試料のＳＩＭ像がメモリー上に形成される。ステージ制御電源２１０はステージをＸ，Ｙ，θ軸方向に駆動する。排気制御電源２１３はステージ室及びイオン光学系鏡筒を真空に保つための真空排気系を駆動する。各制御電源は制御バス２０２を介してＦＩＢ制御コンピュータ２０１から統括的に制御される。画像メモリー２１２の情報はコンピュータ２０１のＣＲＴに表示でき、像観察と加工位置決め、加工中のモニターが行える。本実施の形態ではコンピュータ２０１の制御プログラム２５０内に、ＦＩＢ偏向領域表示手段５０１と薄膜裏面形状表示手段５０２を設けた。
【００１６】
図４は、試料に貫通穴を加工する本発明の第１の実施例を示す機能ブロック図である。本実施例では、材質指定手段３００、板厚指定手段３０１、裏面加工形状指定手段３０２、加工条件設定手段３０３を備え、これらの手段によりオペレータが各パラメータを設定する。与えられたパラメータは表面加工領域（ＦＩＢ偏向領域）設定手段３０４に入力され、表面加工領域（ＦＩＢ偏向領域）設定手段３０４では表面加工領域設定が行われる。ＦＩＢ装置の表示画面上には、裏面加工形状指定手段３０２から入力された裏面加工形状が裏面加工形状表示手段３０８を介して表示されるとともに、表面加工領域（ＦＩＢ偏向領域）設定手段３０４で設定されたＦＩＢ偏向領域が偏向領域表示手段３０５を介して表示され、また、加工時間が加工時間表示手段３０６を介して表示される。試料の裏面加工形状とＦＩＢ偏向領域は、試料のＳＩＭ像上に重畳表示される。オペレータはＦＩＢ偏向領域の大きさと加工時間を確認した上で、加工制御手段３０７を起動して貫通穴加工を行う。
【００１７】
図５は、第１の実施例においてＣＲＴ上に表示されたエリアエディタウインドウの説明図である。このウインドウ１には試料のＳＩＭ像３が表示され、ＳＩＭ像３上の所望の場所に加工領域を設定することができる。薄膜裏面の貫通穴形状４はＳＩＭ像３上に重畳表示して設定できる。図５には、裏面の貫通穴形状４として矩形を選択した状態が示されている。このエリアエディタウインドウ１は、図４に示した機能ブロック図の裏面加工形状設定手段３０２の一部、裏面加工形状表示手段３０８、偏向領域表示手段３０５に相当する。エリアエディタウインドウ１にはＯＰＴＩＯＮプルダウンメニュー２があり、選択肢中のスルホールミリング（ＴＨＭＩＬＬ）２ａを選択することで貫通穴加工のパラメータ設定ウインドウを開くことができる。なお、図５に例示したＳＩＭ像３には異物１０も表示されている。
【００１８】
図６は、貫通穴加工のパラメータ設定ウインドウ６の説明図である。貫通穴パラメータ設定ウインドウ６は、試料の材質選択ボックス７、試料厚さ設定ボックス８及び貫通穴の加工形状設定のための図形リスト９を有する。図は、材質は登録された材料（Ｍｏ，Ｓｉ，Ｃｕ．．．．）の中からモリブデン（Ｍｏ）７ａを選択した状態を示している。また、厚みはアローボタンをクリックすることにより、あるいはボックス８に直接数値を入力することにより設定することができる。図は、試料厚さを５μｍに設定した状態を示している。
【００１９】
貫通穴の加工形状は、図形リスト９に用意されている円形や矩形等の図形の中から所望の図形を選択することで行われる。図は、加工形状として矩形９ｂを選択した状態を示している。図形リスト９で選択された図形は、図５に示したＳＩＭ像３上に表示される。その後、ＳＩＭ像上に表示された図形のハンドルをドラッグして図形のサイズを変更する、あるいは図形全体をドラッグして位置を移動するといった一般の図形描画の要領で試料裏面の加工形状及び加工位置を指定することができる。
【００２０】
この貫通穴パラメータ設定ウインドウ６の材質選択ボックス７及び試料厚さボックス８は、図４に示した機能ブロック図の材質指定手段３００、板厚指定手段３０１及び裏面加工形状指定手段３０２の一部に相当する。
図５に示したエリアエディタ上で試料裏面に形成したい貫通穴の加工形状４を設定すると、後述のようにして自動的に穴加工のための試料表面でのＦＩＢ偏向領域（表面加工領域）５の位置及び形状が計算され、裏面の加工形状４に重ねて表示される。オペレータが裏面の加工形状を変化させると、それに応じて表面加工領域の表示も変わる。試料表面でのＦＩＢ偏向領域５が入力された裏面加工形状４と同一画面上に重ねて表示されるため、貫通穴の３次元的な形状が一見して把握できる。また、ＦＩＢ偏向領域（加工領域）内に異物が存在するかどうかという判断もできる利点がある。このように、予め試料のＳＩＭ像３を取得し、得られたＳＩＭ像３を基に裏面加工位置（形状）４を設定し、その同じ画面上にＦＩＢ偏向領域５を表示することで、表面の異物１０を避けて加工することができ、加工の歩留まりを向上することができる。
【００２１】
次に、図４に示した裏面加工形状指定手段３０２から貫通穴の裏面加工形状４の指定を受けて、表面加工領域設定手段３０４でＦＩＢ偏向領域５を求める処理について説明する。
最初に、裏面加工形状として矩形を選択した場合について説明する。オペレータが裏面加工形状として、図６に示した貫通穴パラメータ設定ウインドウ６の図形リスト９で矩形９ｂを選択した段階で、図７に例示する偏向領域設定のフローが選択され、処理が行われる。図５に示したエリアエディタウインドウ１で矩形の位置及びサイズが指定されると、図７のステップ１１において、裏面加工形状、すなわち矩形のｘ軸長さ（Ｘｂ）、ｙ軸長さ（Ｙｂ）、ｘ軸中心位置（Ｘｃ）、ｙ軸中心位置（Ｙｃ）が読み取られる。
【００２２】
続くステップ１２では、図６に示した貫通穴パラメータ設定ウインドウ６から入力された板厚（Ｔ）の情報、及び材質（Ｍ）の情報を読み取る。ステップ１４では、ステップ１３で読み取った材質の情報をもとに、次ステップで使用するパラメータ（側壁傾斜係数）ａを設定する。ここでは、予め、材質とパラメータの対応表をソフトウエア上に形成しておき、その対応表から側壁傾斜係数ａを設定するようにした。
【００２３】
次に、ステップ１５において、表面のＦＩＢ偏向領域５に対し、裏面の加工形状４がどの程度小さくなるかの補正幅Ｃを計算する。図８は、ＦＩＢによる薄膜加工のモデルを示す模式的断面図である。試料１１１は膜厚Ｔを有する。この薄膜裏面に幅Ｂの貫通穴を形成するには、ＦＩＢを試料表面において幅Ｓの範囲で偏向する必要がある。加工穴の側壁４００はほぼ直線的な傾斜形状を示すことが実験的に分かったので、近似式として一次関数を用いた。側壁４００の傾斜部の幅Ｃは下の〔数１〕により算出できる。ｂは定数である。本実施例の場合、ａ＝０．０５，ｂ＝０で計算した。
【００２４】
【数１】
Ｃ＝ａ・Ｔ＋ｂ
次のステップ１６では、表面でのＦＩＢ偏向領域を次の〔数２〕により計算する。Ｘｓは矩形偏向領域のｘ軸長さ、Ｙｓはｙ軸長さである。矩形偏向領域のｘ軸中心座標Ｘｃ及びｙ軸中心座標Ｙｃには、ステップ１１で読み込んだ値を用いる。
【００２５】
【数２】
Ｘｓ＝Ｘｂ＋２Ｃ
Ｙｓ＝Ｙｂ＋２Ｃ
ステップ１７では、ステップ１６で計算されたｘ軸長さＸｓ及びｙ軸長さＹｓと、ｘ軸中心座標Ｘｃ及びｙ軸中心座標Ｙｃを反映した矩形のＦＩＢ偏向領域５を、図５に破線で示すように、エリアエディタウインドウ１に表示する。
【００２６】
図９は、設定された矩形のＦＩＢ偏向領域を加工する際の加工時間を設定するフローを示すものである。まず、ステップ２１において表面のＦＩＢ偏向領域（Ｘｓ，Ｙｓ）を読み込み、ステップ２２で板厚（Ｔ）を読み込む。続くステップ２３では、次の〔数３〕によって加工体積Ｖを計算する。
【００２７】
【数３】
Ｖ＝Ｘｓ・Ｙｓ・Ｔ・α
ここで、αは穴を完全に貫通させるため、少し多めに加工時間を設定するための係数であり、本実施例ではα＝１．１とした。
【００２８】
次に、ステップ２４で材質（Ｍ）を読み込む。ステップ２５では、ステップ２４で読み込んだ材質Ｍの情報をもとにスパッタリング速度係数η（μｍ³／ｎＡ・ｓ）を設定する。本実施例ではＭとηの対応表をソフトウエア上に作成しておき、この対応表からηを設定した。ステップ２６では、ビーム電流Ｉｐ（ｎＡ）を読み込む。本実施例では、予め登録されているビーム電流値を参照した。加工時間を正確に求めるため、加工前に実際にビーム電流を計測し、その値で加工時間を計算することもできる。最後にステップ２７において、次の〔数４〕により加工時間ＦＴを計算する。
【００２９】
【数４】
ＦＴ＝Ｖ／（η・Ｉｐ）
以上のように計算された偏向領域（Ｘｓ，Ｙｓ）と加工時間ＦＴの条件でＦＩＢを試料に照射することで、試料の裏面に所望の加工形状を有する微細穴を形成することができた。
【００３０】
次に、第２の実施例として、加工形状が丸穴の貫通穴を加工する場合について説明する。図６に示した貫通穴加工パラメータ設定ウインドウ６の図形リスト９で丸穴９ａを選択すると、図１０に示すように、エリアエディタウインドウ１のＳＩＭ像３上に円形の裏面加工形状４ａが表示され、更に後述する処理を経て円形のＦＩＢ偏向領域５ａが重ねて表示される。
【００３１】
オペレータが裏面加工形状として、図６に示した貫通穴パラメータ設定ウインドウ６の図形リスト９で円形９ａを選択した段階で、図１１に例示する偏向領域設定のフローが選択され、偏向領域表示処理が行われる。また、図１２に示す加工時間設定処理が行われる。図１１及び図１２に示した処理は、第１の実施例に関して図７及び図９で説明した処理に類似した処理である。ただし、貫通穴の加工形状が第１の実施例の矩形に対して丸穴であるため、データの一部及び途中の計算式が異なっている。例えば、図１１のステップ３１では半径Ｒを読み込む。同様にステップ３６では、ＦＩＢ偏向領域の半径Ｒｓを計算する。また、図１２のステップ４１では、ＦＩＢ偏向領域の半径Ｒｓを読み込み、ステップ４３では前記〔数３〕に代えて次の〔数５〕によって加工体積Ｖを計算する。
【００３２】
【数５】
Ｖ＝π・Ｒ²・Ｔ・α
この第２の実施例により、丸形の貫通穴を精度良く簡便に加工することができた。
【００３３】
以上の実施例では、試料として５μｍ厚のモリブデン薄板を用いたが、ソフトウエア内の対応表を各種材料に対して充実させることで様々な材料の様々な板厚の試料に対して正確な貫通穴加工が簡便に実行できる装置環境が実現できる。また、前記実施例では、加工ビーム条件を加速電圧＝３０ｋＶ、イオン種＝Ｇａ、ビーム電流１ｎＡと固定して用いたが、加工穴の大きさに応じて最適な加工ビーム条件を選択することもでき、この場合、各ビームに対してソフトウエア内の対応表を充実させることでより使い易いシステムとすることができる。
【００３４】
また、前記実施例では先に貫通穴の裏面形状を設定し、それを実現するのに必要なＦＩＢ偏向領域（表面加工領域）を計算により求めて表示したが、先にＦＩＢ偏向領域を設定し、その条件によって形成される貫通穴の裏面形状を表示するようにしてもよい。その場合には、オペレータが例えば図５に示したエリアエディタウインドウ１に表示されている貫通穴の裏面形状４を見ながらＦＩＢ偏向領域５の大きさを微調整し、裏面形状４が所望の大きさになるようにＦＩＢ偏向領域５の大きさを調整する。
【００３５】
オペレータが設定した表面加工領域に基づいて貫通穴の裏面形状を計算する処理は、前記実施例における処理を一部変更することで行うことができる。例えば矩形の貫通穴を加工する場合には、図７に示した処理のステップ１１を表面加工形状の読み込みに変更し、ステップ１６の偏向領域計算を次の〔数６〕による裏面加工形状計算に変更すればよい。
【００３６】
【数６】
Ｘｓ＝Ｘｂ−２Ｃ
Ｙｓ＝Ｙｂ−２Ｃ
同様に、円形の貫通穴を加工する場合には、図１１に示した処理のステップ３１を表面加工形状の読み込みに変更し、ステップ３６の偏向領域計算を次の〔数７〕による裏面加工形状計算に変更すればよい。
【００３７】
【数７】
Ｒｓ＝Ｒ−２Ｃ
これらを切り替え使用することで、より設定の自由度が増し、使いやすいシステムとなる。
【００３８】
図１３により、二層構造の薄膜を加工する第３の実施例を説明する。図１３に模式的に断面を示した試料は、ニッケル薄板の第１層６０１にモリブデンをスパッタリング蒸着して第２層６０２を形成したものであり、これにＦＩＢによって貫通穴６００を形成した。第１層６０１には絞り板の機械的強度を確保する機能があり、第２層６０２は絞り開口を決定する層として機能する。このような二層構造の薄膜にＦＩＢで貫通穴６００を加工する場合には、第２層６０２の厚みが第１層６０１の厚みと比較して薄い時は、加工側壁の傾斜角度を一定として計算してもよいが、材質の違いに起因するスパッタリング率の違いを考慮して各層の加工形状を計算することで、最終的に形成される第２層裏面の加工穴形状をより高精度に管理することができる。
【００３９】
図１４に、二層構造の薄膜に裏面加工形状が矩形の貫通穴を開ける際に、各層の材質の違いを考慮に入れて薄膜表面の加工領域を計算、表示する場合のフローチャートの一例を示す。ここでは、図１３に示した第１層６０１の板厚をＴ１、第２層６０２の板厚をＴ２、第１層の材質Ｍ１に基づく側壁傾斜係数をａ１、第２層の材質Ｍ２に基づく側壁傾斜係数をａ２とする。必要な変数の数が層の数分だけ増えるため、図６に示した貫通穴パラメータ設定ウインドウ６の入力ボックスも層の数分だけ用意する必要がある。
【００４０】
図１４に示した処理のフローは図７に示した処理のフロートと類似しているが、層が２層あるため、ステップ５２で第１層と第２層の板厚Ｔ１，Ｔ２を読み込み、またステップ５３では第１層と第２層の材質Ｍ１，Ｍ２を読み込む。ステップ５では、材質Ｍ１，Ｍ２に基づいて第１層の側壁傾斜係数ａ１及び第２層の側壁傾斜係数ａ２を設定する。ステップ５５では、第１層４０１に形成される貫通穴の補正幅Ｃ１（図８参照）及び第２層４０２に形成される貫通穴の補正幅Ｃ２を、例えば次の〔数８〕のように一次関数で近似して計算する。ｂ１，ｂ２は定数である。
【００４１】
【数８】
Ｃ１＝ａ１・Ｔ１＋ｂ１
Ｃ２＝ａ２・Ｔ２＋ｂ２
ステップ５６では、偏向領域（表面加工領域）のｘ軸長さＸｓ、ｙ軸長さＹｓを次の〔数９〕のように計算し、ステップ５７でそれを表示装置に設定された薄膜の裏面加工形状の上に重ねて表示する。
【００４２】
【数９】
Ｘｓ＝Ｘｂ＋２（Ｃ１＋Ｃ２）
Ｙｓ＝Ｙｂ＋２（Ｃ１＋Ｃ２）
ここでは、矩形の貫通穴加工について説明したが、円形の貫通穴加工についても同様に計算し表示することができる。また、オペレータが偏向領域（表面加工領域）を設定し、その設定に基づいて裏面加工形状を計算して表示することも同様に可能である。
【００４３】
以上の実施例では絞り板という均質な薄膜の貫通穴加工を行ったが、半導体集積回路等の薄膜が積層された構造体についても、本発明の技術を適用することで特定の膜の裏面貫通穴形状を設計通りの形状とした穴加工を操作性良く行うことができる。
【００４４】
次に、図１５により、半導体集積回路の配線変更のための有底穴加工を行う第４の実施例について説明する。半導体集積回路を開発する場合、設計の誤りを迅速に修正して動作チェックを行うため、ＦＩＢを利用して配線の切断や接続を行う場合がある。図１５（ａ）及び（ｂ）は、絶縁層６０３内に形成されたアルミ配線６０４ａと６０４ｂを電気的に接続する手法を示すものである。
【００４５】
まず、図１５（ａ）に示すように、ＦＩＢを用いて絶縁層６０３にアルミ配線６０４ａ及び６０４ｂに達する穴６００ａ，６００ｂを形成する。次に、図１５（ｂ）に示すように、Ｗ（ＣＯ）₆ガスを試料近傍に供給してＦＩＢを加工穴６０６ａ，６０６ｂをつなぐ形状に走査し、ＦＩＢアシストデポジションによりタングステン・デポジション膜６０５を形成する。このタングステン・デポジション膜６０５は、アルミ配線６０４ａと６０４ｂをつなぐジャンパ線として機能する。
【００４６】
本実施例における有底穴６００ａ，６００ｂの加工は、例えば貫通穴を加工する前記実施例のフローチャートである図７において、貫通穴の裏面加工形状を有底穴の穴底形状で置き換え、板厚を加工厚さ（加工深さ）で置き換えることにより、同様に実行することができる。加工時間は、図９に示した処理によって設定してもよいし、あるいは加工穴から放出される二次イオンを質量分析する等の方法でアルミニウムの成分を検出して加工穴がアルミ配線６０４ａ，６０４ｂに達したことを検知して加工終了としても良い。
【００４７】
本実施例によると、絶縁層６０３に設けられた穴６００ａ，６００ｂの穴底形状６０６ａ，６０６ｂを高精度に管理することができ、ジャンパ線の接続抵抗を高精度に管理することができる。
【００４８】
【発明の効果】
本発明によると、裏面の穴形状を所望形状とする貫通穴加工あるいは穴底の形状を所望形状とする有底穴の加工を、高精度かつ簡便に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ＦＩＢ装置の概略構成図。
【図２】ＦＩＢ装置のイオン光学系の構成図。
【図３】制御装置の構成図。
【図４】本発明の一実施例の機能ブロック図。
【図５】エリアエディタウインドウの一例の説明図。
【図６】貫通穴加工のパラメータ設定ウインドウの説明図。
【図７】矩形偏向領域設定の一例を示すフローチャート。
【図８】ＦＩＢによる薄膜加工のモデルを示す模式的断面図。
【図９】矩形の偏向領域を加工する際の加工時間設定の一例を示すフローチャート。
【図１０】エリアエディタウインドウの他の例の説明図。
【図１１】円形偏向領域設定の一例を示すフローチャート。
【図１２】円形の偏向領域を加工する際の加工時間設定の一例を示すフローチャート。
【図１３】二層構造の薄膜を加工する実施例の説明図。
【図１４】二層構造の薄膜に矩形の貫通穴を形成する場合の処理の流れの一例を示すフローチャート。
【図１５】半導体集積回路の配線変更のための加工についての説明図。
【符号の説明】
１…エリアエディタウインドウ、２…ＯＰＴＩＯＮプルダウンメニュー、３…ＳＩＭ像、４…裏面加工形状、５…表面ＦＩＢ偏向領域、６…貫通穴パラメータ設定ウインドウ、７…材質設定ボックス、８…厚み設定ボックス、９…図形リスト、１０…異物、１００…エミッタ、１０１…引出し電極、１０２…コンデンサレンズ、１０３…可変アパーチャ、１０４…アライナ・スティグマ、１０５…ブランカ、１０６…ブランキングアパーチャ、１０７…ファラデーカップ、１０８…デフレクタ、１０９…対物レンズ、１１０…試料ステージ、１１１…試料、１１２…検出器、２００…ＦＩＢカラム、２０１…コンピュータ、２０２…制御バス、２０３…高圧電源、２０４…絞り制御電源、２０５…アライナ・スティグマ制御電源、２０６…ビーム電流計測アンプ、２０７…ブランキング制御電源、２０８…偏向アンプ、２０９…プリアンプ、２１０…ステージ制御電源、２１１…スキャナ、２１２…画像メモリー、２１３…排気制御電源、３００…材質指定手段、３０１…板厚指定手段、３０２…裏面加工形状指定手段、３０３…加工条件設定手段、３０４…表面加工領域設定手段、３０５…偏向領域表示手段、３０６…加工時間設定手段、３０７…加工制御手段、３０８…裏面加工形状表示手段、４００…加工穴側壁、５００…制御装置、５０１…ビーム偏向領域表示手段、５０２…薄膜裏面形状表示手段、６００，６００ａ，６００ｂ…貫通穴、６０１…第１層、６０２…第２層、６０３…絶縁層、６０４ａ，６０４ｂ…アルミ配線、６０５…タングステン・デポジション膜

Claims

イオンビームを細く集束させて試料上を走査する手段と、試料から放出される二次粒子を検出して試料像を得る手段と、前記試料像上に加工穴の表面加工領域を表示する手段と、前記試料像上に前記加工穴の試料裏面形状又は穴底形状を表示する手段とを含むことを特徴とする穴加工装置。
前記加工穴の表面加工領域と前記加工穴の試料裏面形状又は穴底形状を同一画面上に重ねて表示することを特徴とする請求項１記載の穴加工装置。
少なくとも前記加工穴の表面加工領域情報と加工厚さ又は加工深さ情報を利用して前記加工穴の試料裏面形状又は穴底形状を計算する手段を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の穴加工装置。
少なくとも前記加工穴の試料裏面形状又は穴底形状の情報と試料の加工厚さ又は加工深さ情報を利用して前記加工穴の表面加工領域を計算する手段を備えることを特徴とする請求項１又は２記載の穴加工装置。
イオンビームを細く集束させて薄膜構造を有する試料上を走査する手段と、試料から放出される二次粒子を検出して試料像を得る手段と、前記試料像上に前記薄膜を貫通する貫通穴の表面加工領域を表示する手段と、前記試料像上に薄膜裏面の貫通穴形状を表示する手段とを含むことを特徴とする穴加工装置。
前記表面加工領域と前記薄膜裏面の貫通穴形状を同一画面上に重ねて表示することを特徴とする請求項５記載の穴加工装置。
少なくとも前記表面加工領域の情報と薄膜の厚さ情報を利用して前記薄膜裏面の貫通穴形状を計算する手段を備えることを特徴とする請求項５又は６記載の穴加工装置。
少なくとも前記薄膜裏面の貫通穴形状の情報と薄膜の厚さ情報を利用して前記表面加工領域を計算する手段を備えることを特徴とする請求項５又は６記載の穴加工装置。
イオンビームを細く集束させて試料上を走査する手段と、試料から放出される二次粒子を検出して試料像を得る手段と、前記試料像上に設定された加工穴の表面加工領域をもとに前記加工穴の試料裏面形状又は穴底形状を前記試料像に重ねて表示する第１の表示手段と、前記試料像上に設定された加工穴の試料裏面形状又は穴底形状をもとに前記加工穴の表面加工領域を前記試料像に重ねて表示する第２の表示手段と、前記第１の表示手段と第２の表示手段とを選択的に機能させる選択手段とを備えることを特徴とする穴加工装置。
前記加工穴の表面加工領域と前記加工穴の試料裏面形状又は穴底形状を同一画面上に重ねて表示することを特徴とする請求項９記載の穴加工装置。
少なくとも前記加工穴の表面加工領域情報と加工厚さ又は加工深さ情報を利用して前記加工穴の試料裏面形状又は穴底形状を計算する手段を備えることを特徴とする請求項９又は１０記載の穴加工装置。
少なくとも前記加工穴の試料裏面形状又は穴底形状の情報と試料の加工厚さ又は加工深さ情報を利用して前記加工穴の表面加工領域を計算する手段を備えることを特徴とする請求項９又は１０記載の穴加工装置。
イオンビームを細く集束させて薄膜構造を有する試料上を走査する手段と、試料から放出される二次粒子を検出して試料像を得る手段と、前記試料像上に設定された前記薄膜を貫通する貫通穴の表面加工領域をもとに前記薄膜裏面の貫通穴形状を前記試料像に重ねて表示する第１の表示手段と、前記試料像上に設定された前記薄膜裏面の貫通穴形状をもとに前記貫通穴の表面加工領域を前記試料像に重ねて表示する第２の表示手段と、前記第１の表示手段と第２の表示手段とを選択的に機能させる選択手段とを備えることを特徴とする穴加工装置。
前記表面加工領域と前記薄膜裏面の貫通穴形状を同一画面上に重ねて表示することを特徴とする請求項１３記載の穴加工装置。
少なくとも前記表面加工領域の情報と薄膜の厚さ情報を利用して前記薄膜裏面の貫通穴形状を計算する手段を備えることを特徴とする請求項１３又は１４記載の穴加工装置。
少なくとも前記薄膜裏面の貫通穴形状の情報と薄膜の厚さ情報を利用して前記表面加工領域を計算する手段を備えることを特徴とする請求項１３又は１４記載の穴加工装置。