JP4286555B2 - イオンビーム加工方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、集積回路変更や故障解析やフォトマスク欠陥修正などの集束イオンビームを用いた加工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
集束イオンビームを用いた加工装置は、ミリング機能やガス雰囲気中での薄膜堆積機能の有する微細加工能力と、高い位置決め精度を利用して、集積回路の故障診断や修正、フォトマスクの欠陥修正、半導体デバイス断面等の透過型電子顕微鏡(TEM)用の試料作成や、磁気抵抗(MR)効果を利用した磁気ヘッドの加工、微小電気機械システム(MEMS)の加工等に用いられている。
【０００３】
集束イオンビーム装置での加工は長時間を要することも多く、なおかつ高い精度の加工が求められることから、加工途中でドリフト量を検出し、ドリフト分を加味したイオンビーム照射領域の微調整を行ってドリフトの影響を低減することが行われてきた。ドリフト量を精度良く求めるために、試料上の被加工領域以外に微細な穴をあらかじめイオンビームで形成し、微細な穴を含む領域の二次電子像もしくは下地膜に含まれる原子種の二次イオン像を取得して微細な穴の位置をあらかじめ求めておき、加工を開始し加工の途中で形成した微細な穴を含む領域の二次電子像もしくは下地膜に含まれる原子種の二次イオン像を再び取得して微細な穴の位置の移動量を求めてイオンビーム照射領域の微調整することが行われている。
【０００４】
例えばフォトマスクの欠陥修正装置の場合、まずガラス基板上の遮光膜に被加工領域以外の場所に微細な穴をあらかじめイオンビームで形成しておき、加工前に微細な穴を含む領域を走査してガラス基板に含まれるSiの二次イオン像から微細な穴の位置を検出し、その位置が登録される。次に欠陥領域の加工を開始し、加工を途中で中断して形成した微細な穴を含む領域を再び走査してガラス基板に含まれるSiの二次イオン像から現在の微細な穴の位置を求め、登録した位置との差をドリフト量と見なしてイオンビーム照射領域の微調整を行い加工を再開し、現在の穴の位置を登録が更新される。穴位置の検出と登録した位置との比較からドリフトの算出、イオンビーム照射領域の微調整を行い加工を再開することを繰り返すことで加工精度の向上がはかられている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】
特開昭６３-３０５３５８号公報（第３−４頁、第１図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
下地基板に含まれる二次イオン像でドリフト量を補正する場合、入射イオンの注入や微細な穴が小さすぎると、FIB-CVD原料ガスまたはガスアシストエッチング用のガスが、イオンビームで形成した穴に吸着して二次イオン像が見えなくなる。このため、穴を大きくしなければならない。しかし、穴を大きくするとドリフト補正の精度が落ちる。また、穴を大きくするとフォトマスクの欠陥修正装置の場合は、穴を大きくすると、ドリフト補正用に開けた穴も転写されたりしてしまうという問題があった。
【０００６】
フォトマスクの欠陥修正装置の場合、前記問題点を克服する方法としてドリフト補正用に開けた穴を加工終了後FIB-CVD膜で埋めることが行われてきた。しかし、遮蔽膜パターンによっては一次ビームであるGaの照射により膜が付かなくなって穴を埋めるつもりが更にエッチングしてしまい穴が転写されやすくしていたり、また、穴埋めできても穴の周辺のガラス基板にビームのテール成分に起因するハローで欠陥を逆に作りこんだりしてしまうという問題があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
ガラス基板上の遮光膜に被加工領域以外の場所にあらかじめイオンビームで形成しておいた微細な穴を含む領域を走査するときに、下地膜に含まれる原子種の二次イオン信号を検出するのではなく、基板に注入された入射イオンと同じ原子種の二次イオン信号を検出し、穴の位置を記憶しておく。加工の途中で形成した穴を含む領域を走査し、再び入射イオンと同じ原子種の二次イオン信号を検出して穴の位置を検出し、前回の穴の位置と今回の穴の位置を比較して穴の位置の移動量を求め、これをドリフト量と見なしてドリフト分のオフセットを加えた照射領域で加工を再開する。
【０００８】
【作用】
穴位置を検出するときに入射イオンビームと同じ原子種の二次イオンを検出するので、入射イオンの注入により二次イオンが見えなくなることはない。また、小さな穴でFIB-CVD原料ガスまたはガスアシストエッチング用のガスが吸着しても穴を含む領域の走査の度に入射イオンが注入されリフレッシュされるため、二次イオン信号が見えなくなることもないので、高精度でドリフトを補正することができる。
【０００９】
フォトマスクの欠陥修正装置の場合でも、縮小投影露光装置の波長の半分以下の小さな穴でドリフト補正が行えるので、ドリフト量を検出するために開けた穴が転写されることもない。穴埋めの必要がなくなるので、前記の穴埋めに起因する問題も発生しない。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、イオンビーム加工装置としてフォトマスクリペア装置を例にとり本発明の一実施形態について説明する。
欠陥を含むフォトマスク(バイナリマスクもしくは位相シフトマスク)5を図2に示すようなイオンビーム欠陥修正装置の真空チャンバ内に導入し、欠陥検査装置で位置が同定された欠陥位置にXYステージ10を移動する。まずイオン源1から放出され20〜30kVまで加速されたイオンビーム2をコンデンサレンズ3aと対物レンズ3bで集束し試料上に入射させる。イオンビーム２を偏向器4でフォトマスク5に走査照射したときに発生した二次電子もしくは二次イオン6を走査に同期して二次電子検出器もしくは二次イオン検出器7で取りこむ。その二次電子像もしくは二次イオン像から微細な穴を開ける場所を決め、図1に示すような0.1um以下の微細な穴２３を開ける。フォトマスク5は絶縁体であるガラス基板22の上に導電性の遮光膜パターン21を堆積したものである。従って、二次電子像もしくは二次イオン像取得時には、イオンビームのプラスイオンが遮光膜パターン２１上にチャージアップして二次電子像もしくは二次イオン像が見えなくなってしまう。そこで電荷中和用電子銃9で数100Vに加速され集束された電子ビーム8を照射し電荷が中和された状態で観察する。穴あけ終了後、穴を含む領域24をイオンビームで走査し、入射イオンビームと同じ原子種の二次イオンを検出して、穴あけ位置23を記憶しておく。
【００１１】
次に欠陥を含む領域の二次電子像もしくは二次イオン像を取得して、欠陥修正領域25(白欠陥もしくは黒欠陥)を認識する。白欠陥もしくは黒欠陥と認識した領域25のみ、ガス導入用バルブ13を開け、遮蔽膜原料ガス(白欠陥時)もしくは高い透過率を保った加工を行うためのアシストガス(黒欠陥時)11をガス銃12から流しながら選択的に走査し、欠陥領域25の加工を行う。加工を途中で中断し、穴を開けた位置として記憶した位置23を中心とした微小領域24を走査し、入射イオンビーム2と同じ原子種の二次イオンを検出して現在の参照穴の位置26を求め、記憶しておく。イオンビームで加工すべき場所もドリフトにより参照穴の変位と同じ量だけ平行移動していると考えられるので、記憶していた前回の位置との差ΔXおよびΔYをドリフト量と見なして加工時のイオンビーム照射領域設定25にも同じΔXおよびΔYのオフセットを加えたイオンビーム照射領域設定27で加工を再開する。加工の中断と、穴位置の検出、記憶した穴位置との比較からドリフト量の算出、ドリフトを加味した加工領域の微調整、加工再開を繰り返すことで、ドリフトを補正し精度の高い加工を行う。
【００１２】
前記の欠陥修正において、微細な穴を開けるかわりに、図3に示すように、イオンビームで特徴的なパターン28を遮光膜パターン21上に形成し、加工途中でパターンを含む領域24の入射イオンビーム2と同じ原子種の二次イオンを検出してパターン29を観察する。取得したイメージと前回のイメージのパターンマッチングによりドリフト量ΔXおよびΔYを検出して加工時のイオンビーム照射領域25にドリフト量ΔXおよびΔYのオフセットを加えた照射領域27で加工を再開し、加工の中断と、パターンの検出、パターンマッチングからドリフト量の算出、ドリフトを加味した加工領域の微調整、加工再開を繰り返すことで、ドリフトを補正して精度の高い加工を行うこともできる。
【００１３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、加工の途中で形成した穴を含む領域を走査するときに、基板に注入された入射イオンの強度分布から微細な穴の位置の移動量を求めてドリフト量と見なしてイオンビーム照射領域の微調整を行うので、入射イオンの注入により二次イオンが見えなくなることがない。また、小さな穴にFIB-CVD原料ガスまたはガスアシストエッチング用のガスが吸着しても穴を含む領域の走査の度に入射イオンが注入されリフレッシュされるため、二次イオン信号が見えなくなることもないので、高精度でドリフトを補正することができる。フォトマスクの欠陥修正装置の場合でも、縮小投影露光装置の波長の半分以下の小さな穴でドリフト補正が行えるので、ドリフト量を検出するために開けた穴が転写されることもない。穴埋めの必要がなくなるので、穴埋めに起因する問題も発生しない。もちろん、本発明はフォトマスクリペア装置だけではなく、他のイオンビーム加工装置にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の特徴を最も良くあらわす説明図である。
【図２】実施形態を説明するためのフォトマスクリペア装置の構成図である。
【図３】本発明の実施形態の説明図である。
【符号の説明】
１ イオン源
２ イオンビーム
３ａ コンデンサレンズ
３ｂ 対物レンズ
４ 偏向電極
５ バイナリマスクもしくは位相シフトマスク
６ 二次イオンもしくは二次電子
７ 二次イオン検出器もしくは二次電子検出器
８ 電荷中和用電子ビーム
９ 電荷中和用電子銃
１０ X-Yステージ
１１ デポガス銃またはエッチガス銃
１２ 遮光膜原料またはエッチング時のアシストガス
１３ ガス導入用バルブ
２１ 遮光膜パターン
２２ ガラス基板
２３ 入射イオンビームと同じ原子種の二次イオン信号
２４ ドリフト補正用の部分走査領域
２５ ドリフト補正用走査時の入射イオンビームと同じ原子種の二次イオン信号
２６ 加工時のイオンビーム照射領域
２７ ドリフトを補正したイオンビーム照射領域
２８ 入射イオンビームと同じ原子種の二次イオンパターン
２９ ドリフト補正用走査時の入射イオンビームと同じ原子種の二次イオンパターン
【発明の属する技術分野】
本発明は、集積回路変更や故障解析やフォトマスク欠陥修正などの集束イオンビームを用いた加工方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
集束イオンビームを用いた加工装置は、ミリング機能やガス雰囲気中での薄膜堆積機能の有する微細加工能力と、高い位置決め精度を利用して、集積回路の故障診断や修正、フォトマスクの欠陥修正、半導体デバイス断面等の透過型電子顕微鏡(TEM)用の試料作成や、磁気抵抗(MR)効果を利用した磁気ヘッドの加工、微小電気機械システム(MEMS)の加工等に用いられている。
【０００３】
集束イオンビーム装置での加工は長時間を要することも多く、なおかつ高い精度の加工が求められることから、加工途中でドリフト量を検出し、ドリフト分を加味したイオンビーム照射領域の微調整を行ってドリフトの影響を低減することが行われてきた。ドリフト量を精度良く求めるために、試料上の被加工領域以外に微細な穴をあらかじめイオンビームで形成し、微細な穴を含む領域の二次電子像もしくは下地膜に含まれる原子種の二次イオン像を取得して微細な穴の位置をあらかじめ求めておき、加工を開始し加工の途中で形成した微細な穴を含む領域の二次電子像もしくは下地膜に含まれる原子種の二次イオン像を再び取得して微細な穴の位置の移動量を求めてイオンビーム照射領域の微調整することが行われている。
【０００４】
例えばフォトマスクの欠陥修正装置の場合、まずガラス基板上の遮光膜に被加工領域以外の場所に微細な穴をあらかじめイオンビームで形成しておき、加工前に微細な穴を含む領域を走査してガラス基板に含まれるSiの二次イオン像から微細な穴の位置を検出し、その位置が登録される。次に欠陥領域の加工を開始し、加工を途中で中断して形成した微細な穴を含む領域を再び走査してガラス基板に含まれるSiの二次イオン像から現在の微細な穴の位置を求め、登録した位置との差をドリフト量と見なしてイオンビーム照射領域の微調整を行い加工を再開し、現在の穴の位置を登録が更新される。穴位置の検出と登録した位置との比較からドリフトの算出、イオンビーム照射領域の微調整を行い加工を再開することを繰り返すことで加工精度の向上がはかられている（例えば特許文献１参照）。
【特許文献１】
特開昭６３-３０５３５８号公報（第３−４頁、第１図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
下地基板に含まれる二次イオン像でドリフト量を補正する場合、入射イオンの注入や微細な穴が小さすぎると、FIB-CVD原料ガスまたはガスアシストエッチング用のガスが、イオンビームで形成した穴に吸着して二次イオン像が見えなくなる。このため、穴を大きくしなければならない。しかし、穴を大きくするとドリフト補正の精度が落ちる。また、穴を大きくするとフォトマスクの欠陥修正装置の場合は、穴を大きくすると、ドリフト補正用に開けた穴も転写されたりしてしまうという問題があった。
【０００６】
フォトマスクの欠陥修正装置の場合、前記問題点を克服する方法としてドリフト補正用に開けた穴を加工終了後FIB-CVD膜で埋めることが行われてきた。しかし、遮蔽膜パターンによっては一次ビームであるGaの照射により膜が付かなくなって穴を埋めるつもりが更にエッチングしてしまい穴が転写されやすくしていたり、また、穴埋めできても穴の周辺のガラス基板にビームのテール成分に起因するハローで欠陥を逆に作りこんだりしてしまうという問題があった。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
ガラス基板上の遮光膜に被加工領域以外の場所にあらかじめイオンビームで形成しておいた微細な穴を含む領域を走査するときに、下地膜に含まれる原子種の二次イオン信号を検出するのではなく、基板に注入された入射イオンと同じ原子種の二次イオン信号を検出し、穴の位置を記憶しておく。加工の途中で形成した穴を含む領域を走査し、再び入射イオンと同じ原子種の二次イオン信号を検出して穴の位置を検出し、前回の穴の位置と今回の穴の位置を比較して穴の位置の移動量を求め、これをドリフト量と見なしてドリフト分のオフセットを加えた照射領域で加工を再開する。
【０００８】
【作用】
穴位置を検出するときに入射イオンビームと同じ原子種の二次イオンを検出するので、入射イオンの注入により二次イオンが見えなくなることはない。また、小さな穴でFIB-CVD原料ガスまたはガスアシストエッチング用のガスが吸着しても穴を含む領域の走査の度に入射イオンが注入されリフレッシュされるため、二次イオン信号が見えなくなることもないので、高精度でドリフトを補正することができる。
【０００９】
フォトマスクの欠陥修正装置の場合でも、縮小投影露光装置の波長の半分以下の小さな穴でドリフト補正が行えるので、ドリフト量を検出するために開けた穴が転写されることもない。穴埋めの必要がなくなるので、前記の穴埋めに起因する問題も発生しない。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下に、イオンビーム加工装置としてフォトマスクリペア装置を例にとり本発明の一実施形態について説明する。
欠陥を含むフォトマスク(バイナリマスクもしくは位相シフトマスク)5を図2に示すようなイオンビーム欠陥修正装置の真空チャンバ内に導入し、欠陥検査装置で位置が同定された欠陥位置にXYステージ10を移動する。まずイオン源1から放出され20〜30kVまで加速されたイオンビーム2をコンデンサレンズ3aと対物レンズ3bで集束し試料上に入射させる。イオンビーム２を偏向器4でフォトマスク5に走査照射したときに発生した二次電子もしくは二次イオン6を走査に同期して二次電子検出器もしくは二次イオン検出器7で取りこむ。その二次電子像もしくは二次イオン像から微細な穴を開ける場所を決め、図1に示すような0.1um以下の微細な穴２３を開ける。フォトマスク5は絶縁体であるガラス基板22の上に導電性の遮光膜パターン21を堆積したものである。従って、二次電子像もしくは二次イオン像取得時には、イオンビームのプラスイオンが遮光膜パターン２１上にチャージアップして二次電子像もしくは二次イオン像が見えなくなってしまう。そこで電荷中和用電子銃9で数100Vに加速され集束された電子ビーム8を照射し電荷が中和された状態で観察する。穴あけ終了後、穴を含む領域24をイオンビームで走査し、入射イオンビームと同じ原子種の二次イオンを検出して、穴あけ位置23を記憶しておく。
【００１１】
次に欠陥を含む領域の二次電子像もしくは二次イオン像を取得して、欠陥修正領域25(白欠陥もしくは黒欠陥)を認識する。白欠陥もしくは黒欠陥と認識した領域25のみ、ガス導入用バルブ13を開け、遮蔽膜原料ガス(白欠陥時)もしくは高い透過率を保った加工を行うためのアシストガス(黒欠陥時)11をガス銃12から流しながら選択的に走査し、欠陥領域25の加工を行う。加工を途中で中断し、穴を開けた位置として記憶した位置23を中心とした微小領域24を走査し、入射イオンビーム2と同じ原子種の二次イオンを検出して現在の参照穴の位置26を求め、記憶しておく。イオンビームで加工すべき場所もドリフトにより参照穴の変位と同じ量だけ平行移動していると考えられるので、記憶していた前回の位置との差ΔXおよびΔYをドリフト量と見なして加工時のイオンビーム照射領域設定25にも同じΔXおよびΔYのオフセットを加えたイオンビーム照射領域設定27で加工を再開する。加工の中断と、穴位置の検出、記憶した穴位置との比較からドリフト量の算出、ドリフトを加味した加工領域の微調整、加工再開を繰り返すことで、ドリフトを補正し精度の高い加工を行う。
【００１２】
前記の欠陥修正において、微細な穴を開けるかわりに、図3に示すように、イオンビームで特徴的なパターン28を遮光膜パターン21上に形成し、加工途中でパターンを含む領域24の入射イオンビーム2と同じ原子種の二次イオンを検出してパターン29を観察する。取得したイメージと前回のイメージのパターンマッチングによりドリフト量ΔXおよびΔYを検出して加工時のイオンビーム照射領域25にドリフト量ΔXおよびΔYのオフセットを加えた照射領域27で加工を再開し、加工の中断と、パターンの検出、パターンマッチングからドリフト量の算出、ドリフトを加味した加工領域の微調整、加工再開を繰り返すことで、ドリフトを補正して精度の高い加工を行うこともできる。
【００１３】
【発明の効果】
以上説明したように、この発明によれば、加工の途中で形成した穴を含む領域を走査するときに、基板に注入された入射イオンの強度分布から微細な穴の位置の移動量を求めてドリフト量と見なしてイオンビーム照射領域の微調整を行うので、入射イオンの注入により二次イオンが見えなくなることがない。また、小さな穴にFIB-CVD原料ガスまたはガスアシストエッチング用のガスが吸着しても穴を含む領域の走査の度に入射イオンが注入されリフレッシュされるため、二次イオン信号が見えなくなることもないので、高精度でドリフトを補正することができる。フォトマスクの欠陥修正装置の場合でも、縮小投影露光装置の波長の半分以下の小さな穴でドリフト補正が行えるので、ドリフト量を検出するために開けた穴が転写されることもない。穴埋めの必要がなくなるので、穴埋めに起因する問題も発生しない。もちろん、本発明はフォトマスクリペア装置だけではなく、他のイオンビーム加工装置にも適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の特徴を最も良くあらわす説明図である。
【図２】実施形態を説明するためのフォトマスクリペア装置の構成図である。
【図３】本発明の実施形態の説明図である。
【符号の説明】
１ イオン源
２ イオンビーム
３ａ コンデンサレンズ
３ｂ 対物レンズ
４ 偏向電極
５ バイナリマスクもしくは位相シフトマスク
６ 二次イオンもしくは二次電子
７ 二次イオン検出器もしくは二次電子検出器
８ 電荷中和用電子ビーム
９ 電荷中和用電子銃
１０ X-Yステージ
１１ デポガス銃またはエッチガス銃
１２ 遮光膜原料またはエッチング時のアシストガス
１３ ガス導入用バルブ
２１ 遮光膜パターン
２２ ガラス基板
２３ 入射イオンビームと同じ原子種の二次イオン信号
２４ ドリフト補正用の部分走査領域
２５ ドリフト補正用走査時の入射イオンビームと同じ原子種の二次イオン信号
２６ 加工時のイオンビーム照射領域
２７ ドリフトを補正したイオンビーム照射領域
２８ 入射イオンビームと同じ原子種の二次イオンパターン
２９ ドリフト補正用走査時の入射イオンビームと同じ原子種の二次イオンパターン
Claims (2)
- イオンビームでの加工前にあらかじめ前記イオンビームを入射させて試料の被加工領域以外に微細な参照穴を形成しておき、所望の領域の加工前と加工途中で前記形成した参照穴を含む領域の走査を行い、前記イオンビームと同じ原子種の二次イオン像から前記参照穴の位置の移動量を算出し、該移動量に基づいてイオンビームの照射位置を補正することで加工中のイオンビームの照射位置のドリフトを補正しながら加工することを特徴とするイオンビーム加工方法。
- イオンビームでの加工前にあらかじめ前記イオンビームで試料上の被加工領域以外に特徴的なパターンを形成し、前記被加工領域の加工前と加工途中で前記形成した特徴的パターンを含む領域の走査を行い、前記イオンビームと同じ原子種の二次イオン像に対してパターンマッチングを行って移動量を算出して、該移動量に基づいてイオンビームの照射位置を補正することで加工中のイオンビームの照射位置のドリフトを補正しながら加工することを特徴とするイオンビーム加工方法。
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