JPH02184854A - イオンビーム装置及びその制御方法 - 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〕 本発明は、集束イオンビーム加工方法に係り、ト（ニフ
ォトマスクやＸ線マスクなどの露光用マスクのパターン
欠陥修正およびＬＳＩ配線の修正などを行うのに好適な
集束イオンビーム加工方法に関する。

〔従来の技術〕

従来、フォトマスク、Ｘ線マスクの欠陥を修正する方法
として、イオンビームを微細なスポットに集束し、試料
上の欠陥に照射してこれをスパッタ除去するものが実施
されている。

この場合、欠陥部のみを除去し、正常な部分にダメージ
を与えないため、加工深さを高精度に設定する必要があ
る。

従来、この方法としてたとえば特願昭６１−３０８４１
８号公報に記載されているように、集中イオンによる加
工中、所定時間毎にビーム電流を測定し、あらかじめ求
めておいた加工速度係数（単位電流による単位時間当り
の被加工物の加工体積）　との積を時間積分して加工体
積を求め、これをビーム走査領域面積で除して加工深さ
を得る方法が提案されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来例は、イオンビーム電流が加工中、ドリフトし
、加工開始時のビーム電流値をもとに加工時間によって
、加工深さを制御すると誤差が発生するため、加工中の
ビーム電流を測定しようとするものである。その方式は
、第９図に示すように、イオン源２１より引出されたイ
オンビームを第１、第２．第３レンズ電極（図中、　２
２．２３．２４）により、試料２８上に集束し、デフレ
クタ電極２７の偏向電圧によって、ビーム加工領域内で
走査する。

そしてビーム電流を電流係ＡＩまたは電流計Ａ２または
電流計Ａ３のいずれか１つを用いて測定する。

電流系Ａ１は第３レンズ電極２２に入るソース電流ｉ、
を測定するためのもので、ソース電流ｉ、はビーム電流
１．とは、関数 ｉｌ、＝ｆ（ｔｓ） で表され、この関数を一次関数で近似して、あらかじめ
、実測により一次関数の係数を求めておき、加工中、得
られるソース電流１．値から上式を用いてビーム電流ｌ
、を求めるものである。求めたイオンビーム電流とあら
かじめ求めておいた加工速度係数との積を時間積分して
加工体積を求め、加工領域面積で除し、加工深さを求め
る。

ところで、電極２２では、イオンビームの照射によって
、２次電子３５が発生する。このとき、電極２２が平板
電極の場合、２次電子が電極外部に出、鏡筒からアース
に流れ、電流計Ａ、の値は流入したイオン電流より大き
な値を示す。その対策として従来技術では、電流計Ａｔ
による電流値を用いている。しかし、第３電極（ビーム
リミッティングアパーチャ）２４に流れ込むアパーチャ
電’ａ！＾を電流計Ａ３によって求め、これからビーム
電流を求める方式に対しては、電極２４の形状およびそ
の他の電流値の測定点がないため、電極２４から発生す
る２次電子３６の影響を避けることができないという問
題があった。ただし、ビーム電流だけを求めるなら、２
次電子による電流は、電極に流れ込むアパチャ電流ｉ、
に比例するため、電流計Ａ３の値から正しい電流値を求
めることが可能である。

また、上記従来技術では電流の測定点として、ビーム電
流を算出することなく、直接測定できるブランキングア
パチャ２６、試料ステージ２９については述べていない
。そのため、ビーム電流は電極に流入する電流を測定し
、それをあらかじめ求めておいたビーム電流と測定電流
の関数から求めている。しかし、この関数は返信式であ
ることや加工前と加工中で条件が変化していくなど、誤
差は避けられないという問題があった。ただし、試料ス
テージ２９については、第１０図に示すように、加工中
、所定時間毎に、試料ステージ２７を移動し、イオンビ
ーム３７が試料ステージ２７のファラデイカツブ３８に
入るようにして、電流計Ａ４で測定することが可能であ
る。しかるにこの方法では、電流測定毎に、試料ステー
ジ２９を移動するため、加工時間が無駄になるかあるい
は試料ステージの位置決め精度を良くしないと、加工位
置がずれる問題があった。

本発明の目的は、加工中、ビーム電流を測定するさい、
２次電子による電流およびビーム電流を算出する誤差の
影響および加工時間の無駄をなくして、高精度、高速度
に測定し、これを用いて加工深さを制御するイオンビー
ム加工方法を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するために、本発明のイオンビーム加工
方法においては、イオンビームの一部または全部のいず
れか一方が流入する電極に電極側が陽性になるように直
流電圧を印加して電極から発生する二次電子を抑えて電
極に流入する加工深さに対応するイオンビーム電流のみ
を測定するものである。

また、イオンビーム電流の安定化をはかるため、測定し
たイオンビーム電流に基いて、イオンビーム電流が一定
になるように引出し電極の電圧を変化させるものである
。

また、イオンビーム電流値を求めるさい、電極流入電流
から算出すると算出のための関数の近似誤差などが発生
するので、これを防止するため、イオンビームが全部流
入するブランキング電極もしくは試料ステージのいずれ
か一方に直流電圧を印加してイオンビームを直接測定す
るものである。

また加工中、加工停止することなくイオンビーム電流を
測定するため、イオンビーム走査時の帰線部分のブラン
キング期間でイオンビーム電流を測定するものである。

また試料ステージを移動することなくイオンビーム電流
を測定するため、イオンビーム走査時の試料走査期間中
にイオンビーム電流を測定するものである。

またイオンビームの電流値を正確に求めるため、イオン
ビームの一部または全部のいずれか一方が流入する電極
に電極が陽性になるように直流電圧を印加するとともに
、その電圧値は電圧を増加したときイオンビーム電流が
減少していき、一定になったときの電圧値に設定するも
のである。

また高精度に加工深さを制御するため、イオンビームの
電流測定を一定時間毎に行い、測定時間に対して積分し
、単位電流による単位時間当りの被加工物の加工体積で
ある加工速度係数を乗算して加工体積を求め、これをビ
ーム走査面積で除算して加工深さを得るものであ。

〔作用〕

イオンビームの全部または一部のいずれか一方が電極ま
たは試料ステージ上の試料のいずれか一方に入射すると
、電極または試料のいずれか一方から二次電子が発生す
る。

そのため、電極または試料ステージのいずれか一方に電
流計を接続してイオンビーム電流値を測定すると、電流
値は、電極または試料のいずれか一方に入射するイオン
ビーム電流値より二次電子による電流分だけ増加する。

そのとき電極または試料ステージのいずれか一方にｌｌ
０Ｖの直流電圧を印加すると、電極または試料のいずれ
か一方から発生する二次電子は再び電極または試料のい
ずれか一方に戻り、電流計はイオンビーム全部または一
部が電極または試料のいずれか一方に入射する真の電流
値を測定する。

またブランキングアパチャには、ブランキング期間中、
試料ステージ上の試料には、イオンビーム走査中性の電
極と異なり、測定すべきイオンビームの全体が入射する
。

したがってブランキングアパチャまたは試料ステージの
いずれか一方に数１０■の直流電圧を印加して電流を測
定すると、換算することなく直接、イオンビーム電流値
を測定することができる。

またこのとき、測定時間は、ブランキングアパチャでは
イオンビーム走査中の水平、垂直ブランキング期間であ
り、試料ステージでは、イオンビーム走査中のビーム照
射期間であり、それぞれ加工中の一部の時間を利用して
測定可能であるから、加工時間の無駄を省くことができ
る。

さらにイオンビーム電流を検出して加工深さの制御に使
用するとともにイオンビーム電流の安定化をはかるので
、加工精度を向上することができる。

〔実施例〕

以下、本発明の第１の実施例である集光イオンビーム加
工装置を示す第１図乃至第４図について説明する。

第１図に示すように、本実施例の集光イオンビーム加工
装置は試料ステージ９によりＸ、７両方向を位置決めさ
れる試料８の上方位置に高輝度の液体金属イオン源１と
、該液体金属イオン源１よリイオンビームを引出す引出
し電極２と、引き出されたイオンビーム１０を集光する
１枚または複数の電極からなるレンズ電極３とイオンビ
ーム１０を絞るためのビームリミッティングアパチャ４
と、イオンビーム１０をオン・オフするブランキング電
極５と、ブランキングアパチャ６と集光されたイオンビ
ーム１０により試料８の加工領域を走査する複数の電極
からなる偏向電極７とを備えている。

また液体金属イオン源１はイオンビーム１０を加速する
加速電源１２に接続し、引出し電源１１は電極２に接続
している。またレンズ電極３は、レンズ電極１３に接続
している。またビームリミッティングアパチャ４は、該
ビームリミッティングアパチャ４から発生する二次電子
を抑えるための直流電源１４とイオンビーム電流を測定
する電流計１５と、測定した電流値を＾／Ｄ変換するた
めのＡ／Ｄ変換器１６と変換された電流値を人力するマ
イクロコンピュータ１７とに接続している。

つぎに動作について説明する。

引出し電源１１により引出し電極２に数ｋＶの高電圧を
印加して液体金属イオン源１からイオンビーム１０を引
き出すと、引き出されたイオンビーム１０は、レンズ電
極１３により１０数ｋＶに印加されたレンズ電極３によ
り集光される。

集光されたイオンビーム１０は、ビームリミッティング
アパチャ４で所望のビーム径が得られるように絞り込む
。このとき第２図（ａ）に示すように、ビームリミッテ
ィングアパチャ４で遮断されたイオンビームｌＯは、ビ
ームリミッティング４に流れ込むとともにビームリミッ
ティングアパチャ４では入射するイオンビーム１０によ
り二次電子４０が発生する。

この二次電子４０は、鏡筒からアースに流れ、ビームリ
ミッティングアパチャ４には戻ってこない。

そのため、イオンビーム１０がビームリミッティングア
パチャ４に流入する電流をｉｌ、二次電子４０の発生に
ともなう電流ｉ、とすると、電流計１５による電流値は
Ｉ　ａ　＋Ｉ　ｅとなり、ビームリミッティングアパチ
ャ４に流入する電流ｉ、よりｉ、だけ大きな値となる。

そこで、本実施例では、数１０Ｖの値の直流電源１４に
より第２図（ｂ）に示すように、ビームリミッティング
アパチャ４側が陽極になるように直流電圧を印加する。

するとビームリミッティングアパチャ４から発生する二
次電子４０は、再びビームリミッティングアパチャ４に
引き戻され、これによって二次電子４０の発生は抑えら
れる。

この場合、ビームリミッティングアパチャ４に引き戻さ
れる二次電子４０の量は、印加する電圧値ＶＢが増加す
るのにしたがって大きくなっていき、二次電子４０の発
生にともなう電流１８は０に近づいていく。

一方ビームリミッティングアバチャ４に流入する電流ｌ
、は、印加する電圧値■、の増加に対して無関係である
。

したがって第３図に示すように、電流計１５で測定され
る電流値１７は、電圧値■、の増加に対して減少してい
き、ある値にＶ。に達したとき一定値となる。

この減少した分は、二次電子４０の発生にともなう電流
値１０．で、一定となった分が真のビームリミッティン
グアパチ＋４０への流入電流ｉｂである。

また一定となったときの電圧値■。をイオンビーム電流
測定時の直流電源１４の設定値とする。

ついで、電流計１５で測定された電流値はＡ／Ｄ変換器
１６でディジタル化され、マイクロコンピュータ１７に
入力される。

このようにして得られた電流値は、ビームリミッティン
グアパチャ４に流入する電流値であり、試料８に流入す
るイオンビーム電流値を得るには、加工前、あらかじめ
アパチャ流入電流ｉ、とイオンビーム電流ｌ、との関係
を求めておく必要がある。

そこで、アパチャ流入電流１１とビーム電流ｌ。

とを関係を求めると第４図に示すように、−次関数近似
が可能であるから、そのパラメータをあらかじめマイク
ロコンピュ・−夕１７に記憶しておく。

ついでこの関係を用いて得られたビームリミッティング
アパチャ４に流入する電流ｉ、からマイクロコンピュー
タ１７を用いてイオンビーム電流１゜算出する。

ただし、このような算出方法によってイオンビーム電流
ｉ、を求める場合、二次電子４０による電流ｉ。は、ビ
ームリミッティングアパチャ４に流入する電流ｉ、に比
例するため、二次電子４０による電流１．の影響があっ
ても、ビームリミッティングアパチャ４に流入する電流
ｉａを求めることが可能である。

加工深さを求める場合には、上記のようにして得られた
イオンビーム電流ｉｂの値を一定時間毎に測定し、測定
値をマイクロコンピュータ１７により加算することによ
り、時間に対する積分を求め、加工速度係数を乗算して
加工体積を求め、これを加工走査面積で除算することに
より加工深さを求めることができる。

このようにすることによって、ビームリミッティングア
パチャ４に流入する電流ｉ、は二次電子４０による影響
を受けることなく測定することができるとともに、イオ
ンビーム電流ｉ、を算出することができるので、このイ
オンビーム電流ｌ、が時間の経過にともなって変動して
いく場合でも算出することができ、これによってイオン
ビーム電流ｌｂから加工深さを高精度に制御することが
できる。

つぎに本発明の第２の実施例である集光イオンビーム加
工装置を示す第５図および第６図について説明する。

第５図に示す本実施例の集光イオンビーム加工装置は、
前記第１図に示す実施例と比較し、イオンビーム電流ｉ
、を測定するための電流計１５がブランキングアパチャ
６に接続している点のみが相異し、それ以外は同一であ
るから、同一符号をもって示すとともに相異点について
説明する。

本実施例においては、第１図に示す第１の実施例のよう
にイオンビーム電流ｌ、をビームリミッティングアパチ
ャ４に流入する電流ｉａから近似式を用いて算出する方
法と違って直接求めるものである。

つぎに動作について説明する。

引出し電極２により引出されたイオンビーム１０は、レ
ンズ電極３によって試料８に集束される。

このとき、ブランキングアパチャ６に数１０Ｖの電圧を
印加すると、イオンビーム１０は曲げられ、ブランキン
グアパチャ６によって遮断され、イオンビーム１０は試
料１０に到達しない。

ブランキングアパチャ６によって遮断されるイオンビー
ム１０は、試料８に入射するイオンビームと同一電流値
であるから、ブランキングアパチャ６に電圧を印加して
電流計１５に測定値を求めることにより、イオンビーム
電流値を直接求めることができる。

またイオンビーム１０がブランキングアパチャ６に入射
するとき、ブランキングアパチャ６から二次電子が発生
し、それだけ電流計１５で測定される電流値■８は増加
する。

そこで、本実施例では、直流電源１４によりブランキン
グアパチャ６に直流電圧を印加して二次電子の発生を抑
えている。

このとき、直流電源１４のバイアス電圧Ｖ０の設定方法
は第１図に示す実施例と同様な方法によっ行う。

ところで、イオンビーム電流の測定時点は、加工中、一
定時間毎にブランキングをかけ、イオンビーム１０を遮
断した時点でイオンビーム１０の電流値を測定すること
が可能である。

しかるに、第６図（ａ）に示すように矩形の加工を行う
ときには、イオンビーム１０を矩形に走査するため、第
５図に示す偏向電極７に第６図（ｂ）に示すような鋸歯
状波を印加する。このとき■−■、■■の帰線部分では
、第６図（Ｃ）に示すように、ブランキング電極５に電
圧を印加する。したがって第６図（ｄ）に示すように、
ブランキング期間に対応して電流測定のトリガをマイク
ロコンピュータ１７に入力することによってブランキン
グ期間に測定を行うことができる。

また、このようにして電流値を測定することにより、二
次電子による影響を受けることなく、イオンビーム１０
を直接測定することができ、かつ算出にともなう近似誤
差あるいは、加工前と加工中の条件の変化による誤差が
なくなるとともに加工中、加工停止することなく測定で
きるので、加工時間の無駄を省くことができる。

さらにイオンビーム電流値を用いて加工深さを制御でき
ることは、第１図に示す第１の実施例と同様である。

つぎに本発明の第３の実施例である集束イオンビーム加
工装置を示す第７図により説明する。

第７図に示す第３の実施例は、第１．第２の実施例１と
比較し、イオンビーム電流を測定するための電流計１５
を試料ステージ９に接続している点が相異し、それ以外
は同一である。

本実施例においても、第２の実施例と同様、イオンビー
ム１０の電流ｌ、を直接測定するものである。

また第１．第２の実施例と同様、レンズ電極３によって
集束されたイオンビームｌＯは偏向電極７によって試料
８上を走査する。

このとき、試料８０表面から二次電子が発生する。その
ため、電流計１５に流れる電流はイオンビームｌＯの電
流ｉ、に対し、二次電子発生にともなう電流１１分だけ
大きくなる。

そこで、直流電源１４から試料ステージ９に直流電圧を
印加して該試料ステージ９を陽極にすることにより、試
料８からの二次電子の発生を抑えることができ、これに
よって電流計１５によりイオンビーム１０の電流ｉ、を
直接測定することができる。

この場合イオンビーム電流１１の測定時点は、第２の実
施例の場合と違ってブランキング期間に行わず、第６図
（１））におけるイオンビーム１０の走査期間■−■、
■−■で行う。

このようにすることによって試料ステージ９においても
、試料ステージ９を移動することなくイオンビーム電流
ｉ、の測定が可能であり、試料ステージ９の移動にとも
なう加工時間の無駄および位置決め誤差を防止すること
ができる。

なお、上記のように測定されたイオンビーム電流値を用
いて加工深さを制御できることは、前記の実施例と同様
である。

つぎに本発明の第４の実施例である集束イオンビーム加
工装置を示す第８・図により説明する。

第８図に示す第４の実施例は第１の実施例と比較し、マ
イクロコンピュータ１７から引出し電源１１へのフィー
ドバック回路１７′を備えている点が相違し、それ以外
は同一であるので、相違点について説明する。

第４の実施例では、第１の実施例で得られたイオンビー
ム電流値を引出し電源１１にフィードバックし、これに
よって引出し電源１１の電圧を変化させてイオンビーム
電流ｉ、を一定にしようとするものである。

この場合、得られるイオンビーム電流ｉ、は、液体金属
イオン源１などの状態変化によって変動するが、電流値
の変化に対応して引出し電圧を変化させることによって
イオンビーム電流値を一定にすることができる。

この方法は、第２．第３の実施例においても可能である
。

またこの方法は、イオンビーム１０の一部あるいはすべ
てが流入する電極において、単にイオンビーム１０の電
流値をモニタする場合にも使用可能である。

したがって、上記各実施例においては、集束イオンビー
ムにより、フォトマスクやＸ線マスクなどの露光用マス
クのパターン欠陥修正およびＬＳＩ配線の修正などを行
う場合試料ステージを移動することなく、二次電子の発
生を抑えて加工深さに対応するイオンビームの電流のみ
を直接測定することができるので、二次電子による電流
、イオンビームの電流の算出誤差、加工時間の無駄を排
除し、イオンビームを欠陥部のみに当ててこれを除去し
、正常な部分にダメージを与えることなく高精度でイオ
ンビーム加工を行うことができる。

また測定したイオンビームの電流値に基いて引出し電圧
を変化させ、イオンビーム電流を一定にすることができ
るので、高精度で安定したイオンビーム加工を行うこと
ができる。

〔発明の効果〕 以上述べたるように、本発明によるイオン加工方法にお
いては、二次電子による電流、イオンビームの電流の算
出誤差、加工時間の無駄を排除するとともに、イオンビ
ームの欠陥部のみを除去し、正常な部分にダメージを与
えることなく、高精度で安定したイオンビーム加工を行
うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例であるイオンビーム加工
装置の要部を示す説明図、第２図（ａ）（ｂ）は第１の
実施例におけるイオンビーム電流測定説明図、第３図は
第１の実施例におけるバイアス電圧とイオンビーム測定
電流との関係を示す説明図、第４図は第１の実施例にお
けるアパチャ電流とイオンビーム電流との関係を示す説
明図、第５図は本発明の第２の実施例であるイオンビー
ム加工装置の要部を示す説明図、第６図は第２の実施例
におけるイオンビーム測定時間のタイミングチャート図
、第７図は本発明の第３の実施例であるイオンビーム加
工装置の要部を示す説明図、第８図は本発明の第４実施
例であるイオンビーム加工装置の要部を示す説明図、第
９図は従来のイオンビーム加工装置を示す要部説明図、
１０図は従来のイオンビーム加工装置におけるイオンビ
ーム電流測定説明図である。 １・・・液体金属イオン源、２・・・引出し電極、３・
・・レンズ電極、４・・・ビームリミッティングアパチ
ャ、５・・・ブランキング電極、６・・・ブランキング
アパチャ、７・・・偏向電極、８・・・試料、９・・・
試料ステージ、１０・・・イオンビーム、１１・・・引
出し電極、１２・・・加速電源、１３・・・レンズ電源
、１４・・・直流電源、１５・・・電流計、１６・・・
Ａ／Ｄ変換器、１７・・・マイクロコンピュータ、１９
・・・二次電子ディテクタ。 代理人　弁理士　　秋　　本　　正　　実第１図 第　２　図 （ａ） すしイ峯ｉ、４イイ刈東 ち１出し電才ふ し〉ス“會杢を ビーモリ氾チイングア八シへャ ひ・う＞升シク′嘴し石Ｃ フ“ヲ〉′Ｃ；Ｃ；グアへャ ７侑向堂禄 ８拭糟 ９　拭ず叶７テーシ“ １０　イオンビーム ７１　ｑ出し嘴１家 ７２Ｊｏｔ働冴２ ７３　し−に電算 １４°這ま′９庫 ７５・を鬼神 ７６射戊挾芥 ７７　マイクロコ〉ビに一夕 ４　ビーモリ之イテイ〉２”了ハ怖ヤ ］４１ｉ〕ふ−１を源 ］５電文計 第　３ 図 第４図 ７Ｉぐチャ電ええａ 謁 図 目 ６　プ７２シ２′７パ手ヤ ］２ 加遇！昭況 第　７　図 ］ ｉＩ岑釡属イイ〉源 ７偏匈ｔう ］３　し〉ス“七とψ１ ５　フ・ラン′＋巧゛９杢に ６　：　　７′５＞？／’グ了ハ０＋ヤ］］　ヴｊ払し
１１梗１ ］２．力０！【ｉ七夛柴。 ］７　マイ２０つンこ０ユータ ］９ニゲ噸七）テ避７５ 第８図 ＝ｃ）’、Ｕ 第１０　図 二へう〉雰ング７ハ″チャ ］２．方０珪′術斥 手続補正書（自発） 平成１年６月１―

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、イオン源からイオンビーム光学系にてイオンビーム
   を引き出し集束させ、ブランキング系にてイオンビーム
   を遮断し、偏向系にてイオンビームを試料上で走査して
   試料を加工するイオンビーム加工方法において、イオン
   ビームの一部もしくは全部のいずれか一方が流入する電
   極に電極側が陽極になるように直流電圧を印加して電極
   から発生する二次電子を抑えて電極に流入する加工深さ
   に対応するイオンビーム電流のみを測定するイオンビー
   ム加工方法。 ２、イオンビーム光学系の引出し電極は測定したイオン
   ビームの電流に基づいて電圧を変化し、イオンビーム電
   流を一定化する請求項１記載のイオンビーム加工方法。 ３、イオンビームが全部流入するブランキング系のブラ
   ンキング電極もしくは試料を搭載する試料ステージのい
   ずれか一方に直流電圧を印加してイオンビームを直接測
   定する請求項１記載のイオンビーム加工方法 ４、イオンビーム走査時の帰線部分のブランキング期間
   で電極に流入するイオンビーム電流を測定する請求項３
   記載のイオンビーム加工方法。 ５、イオンビーム走査時の試料走査期間中にイオンビー
   ム電流を測定する請求項３記載のイオンビーム加工方法
   。 ６、イオンビームの一部または全部のいずれか一方が流
   入する電極に電極が陽極になるように直流電圧を印加す
   るとともにその電圧値は電圧を増加したときイオンビー
   ム電流が減少していき、一定になったときの電圧値を設
   定する請求項１記載のイオンビーム加工方法。 ７、電極に流入するイオンビーム電流を一定時間毎に測
   定し、該イオンビーム電流を測定時間で積分し、単位電
   流による単位時間当りの被加工物の加工体積である加工
   速度係数を乗算して加工体積を求め、これをビーム走査
   面積で除算して加工深さを得る請求項１記載のイオンビ
   ーム加工方法。