JPH01179153A - フォーカスイオンビーム加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 近年、半導体製造の分野において素子の高密度化に伴い
、微細パターンの加工技術の必要性が高まってきた。そ
の要求に応える技術としてフォーカスイオンビーム（以
下、ＦＩＢと言う）加工装置に関する。

〔発明の概要〕

フォーカスイオンビーム照射系とフォーカスイオンビー
ムを走査させる走査系と二次荷電粒子検出系と二次荷電
粒子検出系の出力により画像表示する画像表示系よりな
るＦＩＢ加工装置に光学的観察手段を設けたもので、フ
ォーカスイオンビーム照射での試料観察による試料表面
のダメージをすくな（したものである。

〔従来の技術とその問題点〕

現在ＦＩＢ加工装置はフォトマスクリペアやデバイス加
工などに利用されている。フォトマスクリペアではガラ
ス基板上のクロム層の余剰部分（黒欠陥）は数１０ｋＶ
に加速されたＦＩＢによるスパッタ現象を利用して除去
している。またクロム層の欠乏した部分（白欠陥）には
イオンビーム誘起による有機カーボン膜の堆積（ＣＶ　
Ｏ）によって修正している。

またデバイス加工ではシリコンウェハやタップ上のパタ
ーの切断やＣＶＤを利用した金属膜付けによるパターン
の接続やバッドの形成、パフシベーシッン膜のスパッタ
リングによる除去などに利用されている。

しかし、　従来フォトマスクリペア装置やデバイス加工
装置では、加工位置を決めるための観察手段として、試
料表面の観察範囲に走査しているＦＩＢを照射しイオン
ビーム照射時に試料から放出される２次イオンあるいは
２次電子を検出して画像を形成させ、それを用いていた
。しかしこの方法による場合、次のような問題点が生じ
る。

マスクリペア装置においては、 １）観察のためのフォーカスイオンビームが照射された
部分でｉよスパッタリングによりクロム酸化層が除去さ
れ光の反射率が低下する。

２）　ガラスの部分には（ガリウム）イオンが打ち込ま
れ光の透過率が減少する。

デバイス加工装置においては、 ｌ）加工領域がトランジスタ領域ではイオンが打ち込ま
れて、特性が変化してしまう。

２）　−様なパンシイベーシッン膜で覆われている時画
像にコントラストがつかない。

いずれにしてもＦＩＢによる画像形成は破壊観察であっ
て、画像観察によって試料に必ずダメージを与えてしま
う、従って加工位置を探し出すためのフォーカスイオン
ビーム照射による画像形成は必要最小限に抑えなければ
ならない、また加工後の確認をするための上記方法によ
る画像形成はできれば行わない方が良い。

フォトマスクリペアでは欠陥検査装置から欠陥座標が出
力されるので、それを読み込むことによって欠陥位置の
発見は比較的容易に行われる。しかし欠陥修正後の確認
はＦＩＨによる画像形成ではダメージの点で望ましくな
いので、修正がすべて終了後、真空外に取り出して光学
＝ｕｉ鏡で観察していた、しかしこの方法では加工位置
の位置出しが極めて煩わしい。

また、デバイス加工では欠陥部分をあらかじめ検査する
手段がないためａには欠陥位置座標は不明である場合が
多い、従って光学ａｍ鏡による位置出しが必要となるが
従来では真空外で光学顕微鏡により位置出しを行った後
、サンプルを試料ステージにセントするという方法がと
られていた。

これでは−度に１個の欠陥の位置出ししか行えず、１個
の欠陥修正毎に真空をリークするので極めて能率が悪い
。

（問題点を解決するための手段） 以上述べた如く、ＦＩＢを用いた装置では像を観察する
こと自体が破壊観察であって試料にダメージを与えてし
まう、そこで試料にダメージを与えない像観察手段とし
て光学的観察手段をもうける。

〔実施例〕

第１図は装置の構成を示す、排気系８により真空状態の
真空チャンバー６内に於いて、イオン源ｌで発生したイ
オンは数１０ｋＶに加速され、イオン光学系２の中に構
成された静電レンズ、静電偏向系（図示せず）によって
集束、走査され、ＸＹステージ３上のサンプルホルダー
４にセットされたサンプル（試料）５上に照射される。

イオン光学系２で細（絞られたフォカスイオンビーム７
は、同じ（イオン光学系２の内に構成された静電偏向系
によってＸ、Ｙ方向に走査される。ＸＹステージ３の位
置出しを静電偏向系の電圧制御によって所望の位置にフ
ォーカスイオンビーム７を照射することにより、サンプ
ル５表面にスパッタエツチングの加工をしたり、サンプ
ルに同時にガスを吹きつけてケミカル・ペーパー・デポ
ジション（Ｃｈｅｓｉｃａｌ　Ｖａｐｅｒ　Ｄｅｐｏｓ
ｉｔｉｏｎ）による膜付けをしたりする。イオン照射系
の軸から離れた位置にサンプルの法線方向から観察する
ズーム撮像レンズ１２とＣＣＤ１３よりなる光学的観察
の光学系１１を設置する。光学系１１には画像表示する
光学系用表示装置２４が結合されている。

イオン光学系の軸と光学的観察系の軸を分離する理由は
以下の通りである。

イ）イオン照射系及び光学観察系ともワーキングデイス
タンス（試料と各県との距離）が小さい程、分解能が良
（なる、そのため両方を同軸にセントすると、一方のワ
ーキングデイスタンスが長くならざるを得ないため性能
が大幅にダウンしてしまう０両者の軸を分離して設置す
る場合はスペースの制限がないため、ワーキングデイス
タンスを最適にでき、両者の性能は最善を期すことがで
きる。

口）イオンビームの軸近傍に光学レンズがあるとそれは
絶縁体であるからチャージアンプしてイオンビームに不
正偏向や非常の発生などの悪影響を及ぼす。

ハ）光学レンズをイオンビーム照射点の近くに設置する
と、サンプルからスパッタされた粒子によって汚染され
、レンズ表面が曇ってくる。

イオンビーム照射軸と、光学レンズの軸は位置関係が定
まっているから、コンピュータコントロールされたＸＹ
ステージ３によってステージ３を一定量移動させること
により、一方の視野中心を他の視野中心に自動的に持っ
てくることができる。

尚、ステージ移動量のモニターとしてレーザー干渉計を
組み込んでいれば組み立ての視野のセンタリング精度は
０．１μｍ以下にすることも可能である。

イオン照射系やｘＹステージ３、光学系１１の対物レン
ズ１４は真空チェンバー６の内部に組み込まれ、真空チ
ェンバー６は排気系によって１Ｏ−６Ｔｏｒｒ以下の高
真空に排気される。

第２図は光学系の構造を示すものである。対物レンズの
軸１５はサンプル５面の法線方向に一致させている。対
物レンズ１５を通った光はミラーあるいはプリズム１６
によって進路を曲げられる。

プリズム１６と撮像ズームレンズ１７の間には真空を隔
離して光を通すための窓カラスとしての真空シール窓１
８が設置されていて、撮像ズームレンズ系１７、ＣＣＤ
カメラ２８、落射照明系２９は真空の外に設置される。

対物レンズ１４は固定されているが、試料面の高さの微
小なずれによるピントずれは撮像ズームレンズ系１７及
び盪像カメラ２８の移動によって補正をする。また撮像
ズームレンズ系１７のレンズ移動により倍率をズーム可
変にできる。

照明系２９はその発生熱によってステージやイオン照射
系に熱ドリフトを与えることがあるため真空外に設置す
る。ハーフミラ−やプリズム１６を用いてレンズの光軸
から照明する場合と、オプティカルファイバーを用いて
レンズの光軸外から照明する方法ファイバー照明１９が
ある。第４図に示すようにファイバーオプティクスを用
いる場合には対物レンズの円周上から均等に照明するの
が望ましい、オプティカルファイバー２０の束は真空チ
ャンバー６の内と外の二つに分割され、真空隔離の真空
シール窓１８の両側に金属カバー２２にカバーされて接
着剤２１によって接着され光の散逸を最小に抑えている
。更に、固定枠２３により固定されている（第３図）。

撮像ズームレンズ系１７の結像位置にはＣＯＤカメラ２
８が設置されていて、像は第１図の光学用表示装置２４
上に表示される。

〔発明の効果〕

本発明によりＦＩＢを用いる加工装置において、目的加
工位置のサーチや、加工結果の確認が光学ａ微鏡で観察
できるため次の効果が期待される。

■　視野探しによって試料に余分のダメージを与えるこ
とがなくなった。

■　加工結果の確認のため試料に余分のダメージを与え
ることがなくなった。

■　サンプルを真空外に取り出して光学顕微鏡で観察す
る場合と異なり、この発明ではイオンビーム照射と光学
観察が交互にスピーデイ−にか、つワンタッチで位置出
しができるようになったので、作業能率が桁違いに向上
する。

口 ■　光学像は広視野（Ｍａｘ１５ｍ　　）が観察できる
のでサンプルの位置探しか極めて容易になった。

口 （ＦＩＢによる像観察はＭａｙｌ、２５ｍｍ　　が普通
では限度となる） ■　ＦＩＢによる像は表面の清浄性に大きく左右され、
汚れた表面では観察が困難なため位置出しが極めて難し
いが、光学観察では汚れにはほとんど影響さない、従っ
て汚れたサンプルであっても位置出しが容易になった。

【図面の簡単な説明】

第１図は本願発明を示す装置の断面図、第２図は光学系
の断面図、第３図はファイバーと真空チャンバーの取り
つけを示す断面図、第４図はファイバー照明平面図であ
る。 以　　　　上 出願人　セイコー電子工業株式会社 ファイバーの真空チャンバー取４寸：ＩＰ断面図第３図 ファイバー３！（ｗ４平面図 第４図

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. （１）フォーカスイオンビームを利用した装置、例えば
   フォトマスクリペア装置、デバイス加工装置などにおい
   て、１次イオンの照射系及び１次イオン走査系、試料ス
   テージ、２次粒子（２次イオンや２次電子）検出系、２
   次粒子による画像表示系などの構成要素に加え、光学的
   像観察手段を備えたフォーカスイオンビーム加工装置。
2. （２）上記光学的像観察手段は、イオンビームが照射さ
   れるチェンバー内にてサンプルの像観察がなされるよう
   に取り付けられている特許請求の範囲第１項記載のフォ
   ーカスイオンビーム加工装置。
3. （３）光学像観察用の対物レンズ光軸は観察されるべき
   フォトマスクやウェハに対して垂直に設定されている特
   許請求の範囲第１項記載のフォーカスイオンビーム加工
   装置。
4. （４）光学レンズ系のチャージアップによる１次ビーム
   の不正偏向、あるいは１次ビームによるサンプルでスパ
   ッタされた粒子により光学顕微鏡レンズ系の汚染を避け
   るため、光学顕微鏡の光軸や、イオンビーム照射系の軸
   に対して一定の距離に離されている特許請求の範囲第１
   項記載のフォーカスイオンビーム加工装置。
5. （５）イオンビーム照射系光軸位置と光学顕微鏡の光軸
   位置の間のサンプル送りはコンピュータコントロールさ
   れた精密ＸＹステージで高精度に自動的に行う特許請求
   の範囲第１項記載のフォーカスイオンビーム加工装置。
6. （６）あるいは上記ステージ送りの軸出し精度をさらに
   高めるためにレーザー干渉系などを用いた測長器により
   、ステージ移動計数値を用いてフィードバックしてステ
   ージ移動量をコントロールする特許請求の範囲第１項記
   載のフォーカスイオンビーム加工装置。
7. （７）サンプルの高き変化に対して、十分な焦点深度を
   持ち、光学的対物レンズは位置が固定されていて、フォ
   ーカスは真空外に設置された接眼レンズ、あるいは撮像
   素子の移動により行う特許請求の範囲第１項記載のフォ
   ーカスイオンビーム加工装置。
8. （８）光学像観察のための照明ランプは真空外に設置さ
   れ、ハーフミラー及び真空セパレートのためのガラス窓
   を通し、対物レンズを通じて行われる特許請求の範囲第
   １項記載のフォーカスイオンビーム加工装置。
9. （９）あるいは上記照明は対物レンズの周りに軸対称に
   設置されたオプティカルファイバーによって行われる特
   許請求の範囲第１項記載のフォーカスイオンビーム加工
   装置。
10. （１０）対物レンズは固定倍率であるが、真空の外にズ
    ーム式倍率可変機構を備えていて倍率可変ができるが、
    真空中に可動部分がなく、真空中への発塵やアウトガス
    を出さない特許請求の範囲第１項記載のフォーカスイオ
    ンビーム加工装置。