JPH0237718A - イオンビームによる加工方法 - 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による半導体装置等の加工ｌ
こ係り、特に加工前のマーク検出を高精度に行なった上
で、高速に加工する゛のに好適なイオンビーム集束状態
制御に関する。

〔従来の技術〕

従来の集束イオンビーム装置としては、特開昭５９−１
６８６５２号公報、４！開昭６２−２２９９５６号公報
等が知られている。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術では大口径ビームでのマーク検出はビーム
径が大きいため、位置精度がビーム径に近い値までし力
）得られず、半導体装置等を加工する際には周辺ζこ加
工禁止御所がある領域を避け、広い余裕のある領域で、
粗い位置決め精度を考慮に入れて、広めの加工領域を設
定していた。このため、特定の余裕のある領域しか加工
できない上、加工領域が広いため加工時間が長く、スル
ーグツトを制限していた。

本発明の目的は大口径ビームにおいても小口径ビームと
同等の位置検出精度を実現させ、大口径ビームでの加工
の適用範囲を広げると共に、スループットを向上させる
ことにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的は適当なイオン光学系を選択し、レンズに印加
する電圧を変化させて、ビームの集束状態を変え、マー
ク検出に最適な集束状態と加工に最適な集束状態とを切
り替えることにより達成される。

〔作用〕

通常、ビームの集束状態は第５図に示したレンズ電極ロ
ヘ印加する電圧（レンズ電圧と呼ぶ。）を変えて変化さ
せられる。第５図はレンズ電圧モ変化させた時のビーム
形状の変化の例を示している。レンズ電圧が低い囚状態
はビーム径の大きなお椀形のビームであるが、レンズ電
圧を少し上げるとビーム径が小さくなり吊蝋形のω）状
態に移る。

さらＩこ、（Ｑ状態ではビームの裾が広がり始め、（２
）状態では大きく裾の広がったビームとなる。ところが
Ｑ）状態ではビーム中心ｌこ鋭いピークを持っている。

さらにレンズ電圧を上げると（ト）状態の様にピークが
下がり裾がさらに広がり、■状態ではピークが完全に消
失したなだらかな分布ｌこ変化する０この変化は使用す
るレンズ系によって異なるが、特定のレンズを用いて上
述の変化を顕著に示させることができる。

マーク検出の分解能はビームのピーク巾で決まる。この
ため、■）状態のビームのマーク検出分解能が最も高い
。これをマーク検出に使うとして、この形状をＭＤ形状
（Ｍａｒｋ　Ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ）と呼ぶとする。ＭＤ
形状のビームでは第６図に示す様ｌこマーク中心を検出
した時の分布が狭く、要求される精度を満足する。し力
）し、裾が広く、ビーム電流の大部分がこの傭の中に含
まれるため、狭い領域を加工すると狙った加工領域内に
裾部の電流が入らない。したがって、加工領域の周辺部
を広く加工することになり、加工領域内の加工深さがイ
オンドーズ量から見積った深さに対し１／４から１／３
程度になり、実質的な加工速度が遅い。一方、第５図の
のン状態はピーク巾は広く、＃Ｉ６図の様ｌこマーク検
出には適さないが、裾の広がりが小さいため加工領域が
小さくても裾部が加工領域外へ外れる割合が小さく、加
工深さはイオンドーズ量から見積った深さｔこ近い値が
得られる。このため、加工時ｌこはこの形状のビームを
使用する方が有利で、この形状８ＭＬ形状（ＭｉＬＪ　
ｉｎｇ　）と呼ぶことｆこする０ 上記の様ｌζマーク検出（こはＭＤ形状、加工ＩこはＭ
Ｌ形状が適しているため、それらを必要に応じ使い分け
る墨で、高精度な位置決めをした上で、高速な加工が可
能となる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例ｉこついて図面を用いて具体的に
説明する。

第３図は本発明の集束イオンビーム加工装置の一実施例
を示した図である。集束イオンビームを形成する際、イ
オン源７としては輝度の高い一液体金属イオン源等を使
用し、そこ力）ら引き出したイオンビーム１をレンズ１
１．１２．１３で集束し、被加工物１７であるウェハ等
へ照射し加工する。この時、イオン源７からのビーム放
出をコントロールするコントロール′電極８．ビームを
引き出すための電圧を印加する引き出し電極９．被加工
物１７上でのビーム電流とビーム径を決めるデイファイ
デイングアパーチャ１０．ビームをオンオフするための
ビームブランキング電極１４とビームブランキングアパ
ーチャ１５．さらｌこビームの偏向と形状調整を行なう
デフレクタ・スティグマ電極１６を通過させ、ビームに
所定の電流、形状、方向を与える。イオンビーム加工に
おいて目的に応じて２種類以上のビーム径を使い分ける
事は非常に有用で、このためにデイファイデイングアバ
−チャ１０に２つ以上のアパーチャを穿孔し、これを切
り替える。２１は２次粒子像８表示ＴるＣＲＴ’Ｅ＝有
するデイ７レクタコントクーラであるっ２２ＣＲＴ上で
は加工領域を設定する手段である０２５はテーブルコン
トローラである。２４はコントロール電極８．引出し電
極９、靜ｉ１Ｅレンズ１１　、１２．１５をフントロー
ルするコントロール電源である。２５はブランキング電
極１４をコントロールするブランキングコントローラで
ある。２６はコントロール電源２４．ブランキングコン
トローラ２５．デイ７レクタコントローラ２１．テーブ
ルコントローラ２３を制御するコンピュータで加工領域
設定手段２２や他のコントロールデータに基いて各コン
トローラを制御するものである。

半導体装置等の加工では加工位置を設定するためＩこ、
まず、２次粒子検出器２旧こよってＣＲＴに表示させて
マーク検出を行なう。マーク検出精度は加工対策によっ
て変化するが３μｍルールの半導体装置に対しては±０
．５μｍ以下が求められる。

例えば２孔のデイファイデイングアパーチャ１０でビー
ムを決める場合を考える。この時のマーク検出と加工ｌ
こ関する模式図をｌ！４図に示した。小口径の孔を通っ
たビームは電流は小さいが、ビーム径が小さいため、例
えば第４図の様なマークをビームが横切った場合、２次
粒子検出器２０＃こより２次電子、または、２次イオン
等の２次粒子を検出すると、マークエツジ部で鋭いピー
クが得られる。これを基にマーク中心を求めるとマーク
中心の検出分布も鋭いピークとなり、求められる検出精
度から逸脱する確率は低い。しかし、加工速度は電流が
小さいため遅い。一方、大口径の孔を通ったビームは電
流が大きいため、加工速度は速い。

ところが、ビーム径が大きいためマーク上を走査した時
、検出信号は広い山が重なった形となり、マーク中心の
検出分布も広がり、要求される検出精度を満足しなくな
る。

１つの方法として小口径　ビームでマーク検出した上で
大口径゛　ビームに切り替えて加工することも考えらち
る。しかし、ビーム径の切り替えには機械的な動作が伴
なうため、ビーム中心が１μｍオーダから、１０μｍオ
ーダでずれ、そのずれ量も常に同一とは限らない。した
がって、事前に位置ずれを測定しておいても位置の再現
に信頼性が乏しい０ 本発明に従い大電流ビームで半導体装置等を加工する方
法を第１図に示す。加工のシーケンスをスタートさせ、
まず、マーク検出のためにビームをＭＤ形状に変える様
コンピュータ２６に指令信号２７により指令し、コント
ロール電源２４を介して静電レンズ１１．１２．１＋の
電圧を調整する。このビームで±０．５μｍ以内の精度
で２次粒子検出器２０でマー、りを検出し１１次に加工
のためＥこＭＬ形状ｌこなる様ニコンピュータ２６に指
令信号２７により指令し、コントロール電源２４を介し
て再度静電レンズ１１゜１２、１５の電圧を調整する。

ＭＬ形状で所定の位置に所定の深さまで加工した後、次
の加工をする力ζ再度マーク検出するかを判断してコン
ピュータ２６に指令し、次のシーケンスへ進む。全加工
が終了したら、シーケンスをストップする。これらの動
作プログラムをコンピュータ２６内のメモリに記憶して
おき、このプログラムによってコントロール電源２４を
介して静電レンズ１１　、１２．１３をｆＡｕｔ、でも
よいことは明らかである。レンズ電圧の調整は通常下記
の様に行なう。ＭＤ形状のビームでは２次粒子検出器２
０で２次粒子を検出して走査電子顕微鏡と同じ原理で得
られる走査イオン顕微鏡像（ＳＩＭ）の像分解能が最も
高くなる様ζこマニュアルでコントロール電源２４によ
りレンズ電圧を調整するか、適当なパターン上でビーム
を走査し、２次粒子検出器２０により検出された２次粒
子信号のピーク値が最も高くなる電圧をコンピュータ２
６は自動検出する。ＭＬ形状のビームは事前に第５図に
示すビーム形状を調べ、上記の様に手動または自動で求
められるＭＤ形状のビームを得るレンズ電圧力）ら変化
させる電圧を求めておき、コンピュータ２６に記憶させ
、コンピュータ２６はコントロール電源２４を介してレ
ンズ電圧をその電圧にｖ４整Ｔる。または、コンピュー
タ２６からの指令でレンズ電圧を変化させつつ、ナイフ
ェツジを横切る様にビームを走査させ、コンピュータ２
６がＭＬ形状に一致するレンズ電圧を捜す方法で調整す
る。

機械的に第３図のデイファイデイングアバ−チャ１０を
切り替える場合に比べて小さくその量は一定だが、ＭＤ
形状とＭＬ形状でのビーム中心はソース中心のずれ、ま
たは、レンズ電極間の軸ずれが原因でずれる。このため
、このずれｔをｘ、ｙ両方について測定し、加工の際ｌ
こ補正する必要がある。ずれ量の測定法としては、例え
ば第２図の様に、ＭＬ形状で加工したライン４から距離
りだけ離してＭＤ形状でライン３を加工する。次に、こ
れら２本のラインを横切る様にビーム１そ走査し、２次
粒子信号６を検出する。コンピュータ２６はこの信号で
それぞｎのラインの中心を示す２っのピーク値間の距１
１Ａｌ＋　−４，Ｉｓ・・・Ｉｎをディフレクタコント
ローラ２１力）ら得られるビーム走査電圧と走査距離の
関係２１１）ら求め、それらの平均値！とＬとの差力１
らＭＤ形状とＭＬ形状のビーム中心のずれを求める方法
がある。

〔発明の効果〕

以上説明したようｌこ本発明ｆこよれば、大口径のアパ
ーチャを通した大電流のビームでも、分解能の高いマー
ク検出が行なえるため、位置決め精度が高い加工を高速
で行なうことができる０

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る加ニジーケンスを示す図、第２図
は本発明に係るビーム中心ずれそ求める方式を説明する
斜視図、第５図は本発明ｌこ係るイオンビーム加工装置
の一実施例を示す概略構成囚、第４図は従来の２絞りｆ
こよるビームを用いたマーク検出と加工の状態を示す説
明図、第５図は本発明に係るレンズ電圧の変化ｌこよる
ビーム形状変化を示すビームＩｗＬ流分布図、第６図は
本発明の基となる大口径ビームでの２つのタイプのビー
ムｉこよるマーク検出と加工の状態を示す説明図である
０１・・・イオンビーム　　２・・・ライン走査３・・
・ＭＤビーム加工跡 ４・・・ＭＬビーム加工跡 ５・・・検出走査　　　　６・・・検出信号７・・・イ
オン源　　　　８・・・コントロール電極９・・・引き
出し電極 １０・・・デイファイデイングアパーチャ１１　、１２
．１５・・・レンズｔｉ １４・・・ビームブランキング電極 １５・・・ブランキングアパーチャ １６・・・偏向電極　　　　１７・・・被加工物フイ°
オ′）ジ争、 １０司１カ絞り １６ｆＢＩ５１）電極 １附１）ｊＪＤ工物

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、集束イオンビームを被照射物に照射する過程におい
   て、上記被照射物上での照射位置を特定するためのマー
   クを検出する際と照射する際とのビーム集束状態を変え
   ることを特徴とするイオンビームによる加工方法。 ２、上記マークを検出する際のビーム集束状態として上
   記イオンビームのビーム中心に鋭いピークが存在する状
   態を選択し、上記照射する際のビーム集束状態として上
   記イオンビームのビームテールの短い状態を選択するこ
   とを特徴とする請求項１記載のイオンビームによる加工
   方法。