JPH0512851B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は、イオンビームマイクロ加工に係り、
特に被加工部以外に照射するイオンビームを減少
させ、被加工部以外に与える損傷を最小にするイ
オンビーム加工装置に関するものである。

〔発明の背景〕

高輝度（〜10⁶A／cm²sr）の液体金属イオン源
の提案により、従来不可能であつたサブミクロン
に集束したイオンビームが現実のものとなり、そ
の研究開発が活発となつている。サブミクロンの
イオンビームによつて開拓される新分野は、イオ
ンビームリソグラフイ、マスクレスドーピング、
サブミクロン分析等であるが、サブミクロンの加
工が可能となつてマイクロ加工分野とも新しい手
段を提供することになつた。

第１図は、従来のイオンビーム加工装置の一例
の構成図であつて、ソース（イオン発生器）１に
液体金属イオン源を装着したイオンビーム加工装
置の概略構成を示した図である。以下、各部の機
能について概説する。

装置主要部は、真空ポンプ１８で排気している
真空チヤンバ１１内に収納されている。真空ポン
プ１８には、振動のないイオンポンプ、クライオ
ポンプ、ソープシヨンポンプ等を使用し、真空チ
ヤンバ１１、真空系コントローラ１９で10^-7〜
10^-8Torrの真空度を維持している。また、サブ
ミクロンの加工を行なう装置のため、床面からの
振動を遮断する必要があり、真空チヤンバ１１は
質量の大きい定盤１６上に設置し、それらを空気
バネ１７で浮上させる。

ソース１に対して引き出し電極３にマイナス電
圧を印加してイオンビーム２を引き出し、レンズ
電極７，８，９に適当な電圧を印加し、ターゲツ
ト１２上にイオンビーム２を集束させる。ブラン
キング電極５には高速で電圧を印加してイオンビ
ーム２を偏向させ、第２アパーチヤ６を通過させ
るか否かを切り替えてターゲツト１２上でのイオ
ンビーム２をオンオフする。

第１アパーチヤ４は、ブランキング電極５間に
入射するイオンビーム２を制限し、ブランキング
に必要な印加電圧を下げ、ブランキングを高速化
させる役割を持つ。また、第２アパーチヤ６は、
ブランキングアパーチヤとしての役割と同時に、
ターゲツト１２に到達するビーム電流を決定する
デイフアイニングアパーチヤとしての役割を持
つ。これらの光学系の制御は光学系コントローラ
２４で行なう。

また、デフレクタ１０でイオンビーム２を偏向
走査させるが、このとき、ターゲツト１２から放
出される２次電子ｅを２次電子デイテクタ２０で
検出し、それをヘツドアンプ２１で増幅し、その
信号でCRT２２に輝度変調をかける。これによ
り、走査電子顕微鏡と同様の機能を持つ走査イオ
ン顕微鏡（Scanning Ion Microscope；以後
SIMと呼ぶ。）としてターゲツト１２の観察が可
能である。SIMはSIMコントローラ２３でコント
ロールする。SIMコントローラ２３からの信号で
ブランキング電極５への印加電圧の制御ができる
が、ブランキング領域は、辺長可変な長方形程度
であり、複雑な形状のブランキングはできない。

テーブル１３およびその駆動部１４はテーブル
コントローラ１５でコントロールし、ビーム照射
部を50μｍ×50μｍのSIM画面内に入れるように
ビーム照射部の位置情報をメモリしたマイクロコ
ンピユータを装備している。

以上がイオンビームマスクロ加工装置の概略構
成であるが、次に、この装置による加工特性につ
いて、第２図、第３図のイオンビーム加工過程の
説明図に従つて説明する。

第２図は、一例としてBN基板３０（ただし表
面に薄くTaを蒸着してある。）上の円柱状のAu
パターン２６を集束したイオンビーム２で加工し
た場合の加工進行過程を示したものである。ビー
ム走査領域３２はAuパターン３１を含む最小の
大きさとした。第２図ａはビームの照射開始時の
状態である。走査領域３２が正方形のため、その
端ではBN基板３０上にもイオンビーム２が照射
されてしまう。同図ｂは途中まで加工が進んだ状
態である。Auパターン３１は、外側から加工さ
れていくため、中央にAuパターン３１が残り、
周辺の走査領域ではBN基板３０が走査領域３２
の形状に彫られる。同図ｃでは、Auパターン３
１が除去された最終段階となり、BN基板３０に
正方形の穴があいた状態となる。

第３図は、別の加工例で、SiO₂３３上のAl配
線３４を切断する過程を示したものである。イオ
ンビーム２の走査領域３２は同図ａのようにAl
配線３４の巾に設定して加工を開始する。同図ｂ
まで加工が進んだ段階では、加工がAl配線３４
の端から進行するため、走査領域３４の端では下
地のSiO₂３３が露出するが、中央部にはAl配線
３４が残留している。完全にAl配線３４を切断
すると、同図ｃのようにSiO₂３３を彫り込んだ
加工形状となる。

以上のように、イオンビーム加工では、加工対
象による加工選択性が小さいことと、被加工部が
平坦な下地基板上にある場合には特に被加工部の
端での加工が速く進行することとにより、下地基
板の損傷が避けえない。したがつて、この問題を
解決することがイオンビームマイクロ加工を実用
化する上で必須の事項であつた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記事情に鑑みて、２次粒子
画像を検出するための試料上に照射する集束イオ
ンビームの走査を必要最小限に留め、しかも被加
工部への集束イオンビームの照射位置合わせを正
確に行つて下層や周辺に損傷を与えることなく、
被加工物へのマイクロ加工を実現することができ
るようにしたイオンビーム加工装置を提供するこ
とにある。

〔発明の概要〕

本発明は、上記目的を達成するために、高精度
イオンビームを発生する高輝度イオン源と、該高
輝度イオン源から発生した高輝度イオンビームを
集束させるレンズ電極と、該レンズ電極により集
束される集束イオンビームを偏向して走査させる
偏向電極と、前記集束イオンビームについて照
射・停止をさせるブランキング電極とを備え、前
記収束イオンビームを照射走査して試料上の所望
の被加工物に加工を施すイオンビーム加工装置で
あつて、前記集束イオンビームを照射走査するこ
とによつて前記試料から放出される２次粒子を検
出する２次粒子検出手段と、該２次粒子検出手段
から検出されるアナグロ２次粒子画像信号をデイ
ジタル２次粒子画像信号に変換するＡ／Ｄ変換手
段と、該Ａ／Ｄ変換手段で変換されたデイジタル
２次粒子画像信号を記憶する画像メモリと、該画
像メモリに記憶されたデイジタル２次粒子画像信
号を読出して該デイジタル２次粒子画像をCRT
画面に表示し、更に該表示されたCRT画面内に
制御可能な領域指定表示（カーソル線やライトペ
ン等による）を表示し、前記表示されたデイジタ
ル２次粒子画像上における被加工物を前記領域指
定表示で囲むように領域指定表示の位置を制御し
て該領域指定表示の位置情報を出力する表示手段
と、該表示手段から出力される領域指定表示の位
置情報に基づいて前記集束イオンビームを前記被
加工物に照射走査すべく少なくとも前記偏向電極
を制御する中央コントローラとを備えたことを特
徴とするイオンビーム加工装置である。特に本発
明においては、試料上に照射する集束イオンビー
ムの走査を必要最小限でCRT画面上に鮮明で、
且つ静止したデイジタル２次粒子画像を表示し、
更に該表示されたCRT画面内に制御可能な領域
指定表示（カーソル線やライトペン等による）を
表示し、前記表示されたデイジタル２次粒子画像
上における被加工部を前記領域指定表示で囲むよ
うに領域指定表示の位置を制御して該領域指定表
示の位置情報を出力し、該出力される領域指定表
示の位置情報に基づいて集束イオンビームを常に
被加工部の形状に合せて照射走査すべく少なくと
も偏向電極を制御することにより、被加工物への
集束イオンビームの照射位置合わせを正確に行う
ことができ、その結果下層や周辺に損傷を与える
ことなく、被加工物へのマイクロ加工を実現する
ことができる。

〔発明の実施例〕

以下、本発明に係る方法・装置の実施例を図に
基づいて併せて説明する。

まず、第４図は、本発明に係るイオンビーム加
工装置の一実施例の構成図である。ここで、２５
は処理回路、２６はメモリ、２７は中央コントロ
ーラであつて、その他の符号は第１図における同
一符号のものと均等のものである。以下、各部を
概説する。

イオンビーム２によつてターゲツト１２から発
生した２次電子ｅを２次電子デイテクタ２０で検
出する。検出した２次電子ｅの信号をヘツドアン
プ２１で増幅し、２値化回路とＡ／Ｄ変換器とを
有する処理回路２５へ導き、デジタル化した信号
（データ）をメモリ２６に格納する。

中央コントローラ２７では、２次電子ｅの信号
入力時に、ヘツドアンプ２１の増幅率を調整する
と同時に、処理回路２５の２値化閾値を設定す
る。中央コントローラ２７で画像処理をした情報
は、CRT２２で確認することができる。また、
中央コントローラ２７で判断した被加工部の端
で、ブランキング電源をオン・オフするように光
学系コントローラ２４に指示を与える。さらに、
SIMコントローラ２３に指示して、デフレクタ電
源を制御して走査範囲の調整を行なわせる。即
ち、イオンビームの走査範囲の調整は、デフレク
タ電源を制御するだけで行なうことができること
は明らかである。

第５図は、上記の被加工物の端辺検出の説明図
であつて、本実施例における加工時の電気的な作
業手順を示したものである。第５図ａのように、
SIM画面３５の中央において、例えばBN基板上
のAuのような被加工物３６の観察ができている
場合、１本の走査線３７で走査して２次電子電流
を検出すると、同図ｂのような電流変化が得られ
る。この段階では、２次電子デイテクタ２０に引
き込む２次電子量、ヘツドアンプ２１の増幅率、
バツクグラウング電流の差し引き率等を適当に選
び、被加工部とそれ以外の部分のコントラストが
明確になるように各電圧を調整しておく。そこ
で、適当な所に２値化閾値３８を設定した結果、
同図ｃのような電圧に変換した情報が得られる。
同図ｃでV₂からV₁に電圧が変化する点（△印）
が被加工物３６でイオンビームがさしかかる点、
V₁からV₂に電圧が変化する点（○印）が被加工
物３６からイオンビームがはずれる点である。そ
こで、同図ｄのように△印の点でブランキング電
圧をオフし、○印の点でブランキング電圧をオン
すれば、被加工物３６にだけビームの照射がで
き、被加工物３６以外へのビーム照射がなくなつ
て下地基板への損傷が少ない加工が可能となる。

ここで、第６図、第７図に示す加工中のCRT
画面の説明図に従つて、その加工経過を説明す
る。

実際のＸ線用マスクの欠陥修正過程を示したの
が第６図である。これは、薄く（500Å程度）Ta
を蒸着したBN基板上にAuパターンを形成した
ものについて示したものであるが、このパターン
中に欠陥が生じた場合、それが次々とウエハーに
転写され、その部分がすべて不良となるため、欠
陥の除去が不可欠である。その除去過程は以下の
通りである。同図ａは、20μｍ×20μｍの走査範
囲でSIM像をとり、それを一度メモリ２６に取り
込んだのちにCRT２２に表示している図である。
この像を出している間、イオンビーム２にはブラ
ンキングをかけ、ターゲツト１２に損傷を与えな
いようにしている。また、最初に欠陥３６を画面
３５に出すには、Ｘ線用マスク欠陥検査装置で検
査した結果をイオンビーム加工装置のテーブルコ
ントローラ１５のマイクロコンピユータへ入力し
てテーブル１３を駆動させ、欠陥位置をイオンビ
ーム２の中心軸に持つていくようにする。同図ａ
の状態の画面３５を得たら、画面３５内でカーソ
ル線（領域指定表示）３９を動かし、欠陥３６を
囲む最小の長方形を得るようにする。カーソル線
３９の位置を中央コントローラ２７が検出し、カ
ーソル線３９で囲まれ領域をビームの走査範囲と
する信号をSIMコントローラ２３へ送信してデフ
レクタ電源を制御させ、１回ビームを走査させて
同図ｂの画面を得る。この画面を得た際に第５図
の手順でビームブランキング位置を検出し、次
に、そこで決定したブランキング境界４１内だけ
を４回走査する。走査速度は、例えば１フレーム
について0.5sec程度とすれば、256×256絵素の画
面情報の処理が可能である。４回走査後の状態を
示したのが同図ｃである。その状態では、走査領
域の中央部にAu欠陥３６が残り、その周辺に下
地のBN基板が露出している。そこで、再度画像
をメモリし、中央コントローラ２７で残留してい
る欠陥３６の端辺を検出し、ビームイブランキン
グ境界４１を設定し直し、さらに加工を続行す
る。この方法によつて、数回下地のBN基板上を
ビームが走査するが、従来に比べBN基板への損
傷が極めて少ない加工を行ないうる。

また、第７図は、SiO₂上のAl配線４２の切断
の例を示したものであるが、低倍率のSIM像から
次第に倍率を上げ、切断すべきAl配線４２が20μ
ｍ×20μｍのビーム走査範囲内に入る所までテー
ブル１３を制御し、ターゲツト１２を移動させ
る。次に、同図ａのように、Ｘ線用マスクの欠陥
修正の手順と同様にカーソル線３９を移動させ、
ビーム走査領域を決める。同図ｂの状態で１回ビ
ームを走査し、ターゲツト１２の表面形状をメモ
リし、中央コントローラ２７で加工端を検出す
る。ただ、この場合、配線の切断幅を同図ｂの状
態の画面３５上でライトペンまたはカーソル線を
移動させて決定しておく必要がある。その状態か
ら加工を開始するが、Al配線４２の切断の場合
は、Alのスパツタ率がAuのスパツタ率に比べ低
いために加工速度が遅いので、10フレームに１回
画像をメモリし、ビームブランキング境界４１を
設定し直して加工を進めればよい。その過程を示
したのが、同図ｂ，ｃ，ｄである。前述のＸ線用
マスクと同様に、この加工方法によつて下地基板
の損傷を極めて小さくすることが可能となる。

上述の実施例では、ターゲツト１２から放出さ
れる２次電子ｅの信号によつてブランキング領域
を決定したが、他の実施例として、ターゲツト１
２からの試料電流を直接ヘツドアンプ２１に導
き、その信号を処理しても同等の効果が得られ
る。

その基本構成図を第８図に示す。各構成部分は
第４図に示すものと均等であり、信号の処理等も
前述の実施例における２次電子検出と同じであ
る。ただ、試料電流をモニタした場合は、２次電
子をモニタした場合に比べてターゲツト１２の表
面形状の情報がより平面的になり、対象とするタ
ーゲツトによつてはより正確な加工端情報が得ら
れる。

以上で説明した２次電子や試料電を検出する方
法・装置はターゲツト表面形状の段差が比較的大
きい場合には有効である。しかし、表面の段差が
小さく、さらにターゲツト上の物質間で２次電子
放出能の差が小さいような場合には、その他の実
施例として２次電子以外に２次イオンを検出して
ビームブランキング境界を検出するものが有効で
ある。

その基本構成図を第９図に示す。ここで、２８
はエネルギーフイルタ、２９は質量分析器、２１
Ａはヘツドアンプ、２５Ａは処理回路、２６Ａは
メモリであつて、その他の符号は第４図における
同一符号のものと均等のものである。

２次電子検出系は第４図で説明した系路と同様
に２次電子像をメモリして中央コントローラ２７
で処理するものである。

２次イオン検出系は、ターゲツト１２から放出
された２次イオンｉのエネルギーを一定にするエ
ネルギーフイルタ２８と、質量分析計２９、ヘツ
ドアンプ２１Ａと、さら２次イオンｉの検出情報
を２値化、Ａ／Ｄ変換する処理回路２５Ａおよび
２次イオン検出情報用のメモリ２６Ａとで構成さ
れる。

その動作は、前述の２次電子検出処理系とほぼ
同等である。しかし、２次電子放出能がターゲツ
ト１２へ入射するビーム電流と同じオーダである
のに対し、２次イオン放出能は、その最大の物質
でもビーム電流の１桁下であり、一般にビーム電
流の２桁か４桁下の値である。したがつて２次イ
オンｉの検出量を増すために、本実施例では、９
フレームを各フレームごとに0.5secで走査して加
工し、次に１フレームを2secで走査し、２次イオ
ン像をメモリ・処理する走査を繰り返すようにす
る。例えば、ターゲツト１２としてＸ線用マスク
を使用すれば質量分析器２９のｍ／ｅは197に固
定して２次イオン像を得ることができる。

このようにして得られた２次イオン像３５を示
したのが第１０図ａである。検出した２次イオン
量が少ないために判然とした像は得られない。走
査線３７上での２次イオン検出量も、同図ｂのよ
うにノイズの影響もあり、被加工物の端辺を求め
るのは困難である。そこで、同図ｂの２次イオン
検出量を各絵素の前後２絵素ずつの情報を取り込
んで平均化すると、同図ｃのように比較的滑らか
な２次イオン量の情報が得られる。ここで適当な
２値化閾値３８を決め２値化すると同図ｄのよう
になる。その後は、２次電子を検出した場合と同
様に、△印の点でブランキングオフ、○印の点で
ブランキングオンし、被加工部以外へのビーム照
射を低減し、下地基板への損傷が極めて小さく、
実用上問題のない加工が可能となる。

このように、以上の実施例によれば、第１の効
果は、被加工部以外へのビーム照射を低減し、下
地基板への損傷の小さい高品質な加工が可能にな
ることである。これは、加工中における被加工物
の形状変化まで追跡し、それに対応したビームブ
ランキングをコントロールする機能を持たせたこ
とによるものである。

第２の効果は、この機能によつてもたらされる
もので、被加工物の形状変化および物質変化に対
応することが可能となることである。従来は、対
象となる被加工物の加工データを積み上げ、そこ
から最適の加工条件を決定していた。しかし、そ
のような従来方法では、被加工物の形状の変動に
対応しきれない事態が生ずる。また、被加工物が
レイアウト変更等によつて形状が大きく変化する
が、物質自体が別の物に替つた場合には、再度初
めから加工条件を決め直す必要があつた。これに
対しては、インプロセスの加工モニタ・コントロ
ールが可能となり、それらの問題も解決できるよ
うになる。

〔発明の効果〕

以上詳細に説明したように本発明によれば、試
料上に照射する集束イオンビームの走査を必要最
小限でCRT画面上に鮮明で、且つ静止したデイ
ジタル２次粒子画像を表示し、更に該表示された
CRT画面内に制御可能な領域指定表示を表示し、
前記表示されたデイジタル２次粒子画像上におけ
る被加工物を前記領域指定表示で囲むように領域
指定表示の位置を制御して該領域指定表示の位置
情報を出力し、該出力される領域指定表示の位置
情報に基いて集束イオンビームを被加工部に照射
走査すべく少なくとも変更電極を制御することに
より、被加工部への集束イオンビームの照射位置
合わせを正確に行うことができ、その結果下層や
周辺に損傷を与えることなく、マスクの欠陥や半
導体の配線等の被加工部へのマイクロ加工を実現
することができ、半導体を製造する際の歩留まり
向上、品質向上、および効率向上に顕著な効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来のイオンビーム加工装置の一例
の構成図、第２図、第３図は、イオンビーム加工
過程の説明図、第４図は、本発明に係るイオンビ
ーム加工装置の一実施例の構成図、第５図は、そ
の被加工物の端辺検出の説明図、第６図、第７図
は、同加工中のCRT画面の説明図、第８図は、
本発明に係るイオンビーム加工装置の他の実施例
の構成図、第９図は、同じく、その他の実施例の
構成図、第１０図は、その被加工物の端辺検出の
説明図である。 １……ソース、２……イオンビーム、３……引
き出し電極、４……第１アパーチヤ、５……ブラ
ンキング電極、６……第２アパーチヤ、７……第
１レンズ電極、８……第２レンズ電極、９……第
３レンズ電極、１０……デフレクタ、１１……真
空チヤンバ、１２……ターゲツト、１３……テー
ブル、４……テーブル駆動部、１５……テーブル
コントローラ、１６……定盤、１７……空気バ
ネ、１８……真空ポンプ、１９……真空系コント
ローラ、２０……２次電子デイテクタ、２１，２
１Ａ……ヘツドアンプ、２２……CRT、２３…
…SIMコントローラ、２４……光学系コントロー
ラ、２５，２５Ａ……処理回路、２６，２６Ａ…
…メモリ、２７……中央コントローラ、２８……
エネルギーフイルタ、２９……質量分析器、３５
……CRT画面、３６……被加工物、３７……走
査線、３８……２値化閾値、３９……カーソル
線、４０……Auパターン、４１……ブランキン
グ境界、４２……Al配線。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 高精度イオンビームを発生する高輝度イオン
   源と、該高輝度イオン源から発生した高輝度イオ
   ンビームを集束させるレンズ電極と、該レンズ電
   極により集束される集束イオンビームを偏向して
   走査させる偏向電極と、前記集束イオンビームに
   ついて照射・停止をさせるブランキング電極とを
   備え、前記集束イオンビームを照射走査して試料
   上の所望の被加工物に加工を施すイオンビーム加
   工装置であつて、前記集束イオンビームを照射走
   査することによつて前記試料から放出される２次
   粒子を検出する２次粒子検出手段と、該２次粒子
   検出手段から検出されるアナグロ２次粒子画像信
   号をデイジタル２次粒子画像信号に変換するＡ／
   Ｄ変換手段と、該Ａ／Ｄ変換手段で変換されたデ
   イジタル２次粒子画像信号を記憶する画像メモリ
   と、該画像メモリに記憶されたデイジタル２次粒
   子画像信号を読出して該デイジタル２次粒子画像
   をCRT画面に表示し、更に該表示されたCRT画
   面内に制御可能な領域指定表示を表示し、前記表
   示されたデイジタル２次粒子画像上における被加
   工部を前記領域指定表示で囲むように領域指定表
   示の位置を制御して該領域指定表示の位置情報を
   出力する表示手段と、該表示手段から出力される
   領域指定表示の位置情報に基いて前記集束イオン
   ビームを前記被加工部に照射走査すべく少なくと
   も前記偏向電極を制御する中央コントローラとを
   備えたことを特徴とするイオンビーム加工装置。 ２ 前記表示手段は、CRT画面上に表示される
   デイジタル２次粒子画像を、順次前記画像メモリ
   から読出して倍率を変更して表示できるように構
   成したことを特徴とする特許請求の範囲第１項記
   載のイオンビーム加工装置。