JPH06190569A - イオンビーム加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 試料表面をスパッタエッチして一定深さの断
面切り出しを行いＳＥＭ観察を行う際、平坦なエッチン
グ面を得ることを可能とする。 【構成】 試料表面の三次元情報を得るために、光源４
からの光をビームスプリッタ７，対物レンズ８を通して
試料１表面に照射し、その反射光のうち、ビームスプリ
ッタ７を通過した光のみを光検出器１０にて検出する。
これを画像処理系１１にて三次元情報として画像表示
し、その三次元情報を高さ認知系１２にとりこむことに
より試料の最高部の位置を認識し、イオンビーム光学系
の偏向コイル３による走査を２次元的に制御することに
より選択的にイオンビームエッチングを行う。 【効果】 平坦なエッチング表面を得ることにより、エ
ッチング加工時間を短縮し、試料へのダメージを減少す
ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はイオンビームにより試
料のエッチング加工を行うイオンビーム加工装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】図２は従来の集束イオンビーム加工装置
を示す構成図であり、図において、１は三次元方向への
移動，傾斜が可能な試料台（図示せず）上に保持された
試料、２は液体金属イオン源（図示せず）より発生した
イオンビームを細く絞るアパーチャレンズを有するイオ
ンビーム光学系、３はイオンビーム光学系２中を走るイ
オンビームを走査するための偏向コイルである。また３
０は上記イオンビーム光学系からのイオンビームにより
試料１の表面をスパッタエッチングされて形成された凹
部である。

【０００３】次に動作について説明する。イオンビーム
光学系２によって細く絞られた集束イオンビーム（ＦＩ
Ｂ）を偏向コイル３により走査させながら試料１表面に
照射することにより、試料１の所望の領域をイオンビー
ムでスパッタリングすることにより、エッチング加工を
行い、凹部３０を形成する。この技術を用いることによ
り、例えば半導体素子の評価を行う場合、チップ内の不
良，異常箇所のある特定箇所のエッチングを行って、評
価したい部分の断面切り出しを確実に行うことができ、
この凹部３０の側壁を、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ；Sc
anning Electron Microscopy）などの手法を用いて、こ
の場合斜め方向からのぞき込むようにしてであるが、観
察することが可能である。

【０００４】即ち、図３を用いてより詳しく説明する
と、試料１の表面にＦＩＢの照射によりスパッタリッグ
を行って局所領域の開口３０を形成し、その露出した断
面３０ａをＳＥＭなどにより観察する際、該局所領域の
試料表面が図３(b) 一点鎖線の４０，４１に示すような
段差を有し、この段差をそのまま保ってスパッタリング
が行われて深さｈ1 だけエッチングした後も開口底面に
段差４２，４３がそのまま残った場合や、また、スパッ
タリングレートが遅い物質の箇所が凸形状となり、これ
がやはり段差４２，４３として開口底面に残った場合
に、これらの段差４２，４３が観察したい試料断面３０
ａを隠してしまい、ＳＥＭによる観察ができなくなると
いう問題があった。そこで、従来は、図３(c) に示すよ
うに、観察部分３０ａが完全に見えるように、高さｈ１
だけエッチングした後、さらに高さｈ2 だけ削る、とい
うように、必要以上の深さまで試料をエッチングしてい
た。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の集束イオンビー
ム加工装置は以上のように構成されているので、例えば
半導体デバイス等の表面に数千オングストローム以上の
段差を持つような試料に対し、その段差を含む領域のエ
ッチングを行って、特定の深さ（ｈ1 ）に存在する部分
の断面観察や分析を行おうとする場合には、試料表面の
最も高い部分が評価したい部分よりも深い位置になるよ
う、即ち評価したい部分の位置（深さｈ１）よりも数千
オングストローム以上深い位置（ｈ1 ＋ｈ2 ）まで、エ
ッチングを行わなければならないという問題点があっ
た。従ってエッチング時間も長くかかるとともに、試料
のイオンビーム照射によるダメージも大きいという問題
があった。

【０００６】この発明は上記のような問題点を解消する
ためになされたもので、試料表面の高い部分を選択的に
エッチングして、平坦な加工面を得ることができ、必要
以上のエッチングを行う必要のない集束イオンビーム加
工装置を得ることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この発明に係るイオンビ
ーム加工装置は、試料表面に光を照射し、その試料表面
からの反射光を検出する光学系と、該光学系からの信号
を画像処理し三次元画像情報を得る画像処理系と、該画
像処理系からの三次元画像情報から上記試料表面の高さ
情報を得る高さ認知系とを有する高さ測定系と、上記試
料表面にイオンビームを照射し、該試料表面のスパッタ
リング等の処理を行うイオンビーム光学系と、上記高さ
測定系からの試料表面の高さ情報に応じて上記イオンビ
ーム光学系から出力されるイオンビームの照射方向を２
次元的に制御するイオンビーム制御装置とを備え、試料
表面の三次元の形状情報を画像処理化し、その画像処理
化した三次元形状情報のうちの高さ情報を認知してイオ
ンビーム光学系の偏向コイルを制御することにより、試
料の最も高い部分を選択的にエッチングできる機能を有
するようにしたものである。

【０００８】

【作用】この発明においては、試料の高さ情報を認知す
ることにより、試料表面の高い部分を選択的にエッチン
グして平坦な加工表面を得ることができ、所望の断面の
ＳＥＭ観察を、必要以上のエッチングを行うことなく、
容易に行うことができる。

【０００９】

【実施例】以下、この発明の実施例を図について説明す
る。 実施例１．図１はこの発明の一実施例による集束イオン
ビーム加工装置の構成図である。図において、１，２，
３は図２と同様、試料，イオンビーム光学系，偏光コイ
ルを示すが、この図１においては、試料１は表面に凹凸
を有するものを示している。また、４は光を発する光
源、５は光源４からの光を二次元で走査させる光走査素
子、６はその光の極めて微細な１点だけを通過させるピ
ンホール、７はピンホール６を通過した光を試料１上へ
照射するよう配置されたビームスプリッタ、８はこのビ
ームを試料１上に集光させる対物レンズ、９はビームス
プリッタ７からみてピンホール６と対物レンズ８に対し
て共役の位置にあるピンホール、１０はピンホール９の
後方に配置された、試料１で反射され、ビームスプリッ
タ７を通過した光を検出する光検出器、１１は光検出器
１０にて検出した信号を三次元情報として画像表示する
画像処理系、１２は画像処理系１１による画像処理情報
の中から高さ方向の情報を認知し、偏向コイル３の制御
を行う高さ認知系（イオンビーム制御装置）である。

【００１０】次に動作について説明する。まず、光源４
からの光を光走査素子５により所望の領域を走査させ
る。ピンホール６を通過した光はビームスプリッタ７に
より試料１方向に向けられ、対物レンズ８により試料１
上の１点で焦点を結ぶ。試料１からの反射光は試料１が
焦点の合った位置に置かれたときのみ、ピンホール９を
通過して光検出器１０により検出される。

【００１１】このような測定系を有する集束イオンビー
ム加工装置において、まず試料１の最高部の位置に焦点
を合わせてそのとき試料表面からの反射光を検出する光
検出器１０により得られる電気信号から、画像処理系１
１によって上記試料表面の２次元画像を作り、次に焦点
位置を少しずつ下げていきながら、同じように２次元画
像を作っていって、最後に全ての情報を積算すること
で、画像処理系１１によって３次元の立体画像情報を作
成する。そして、この三次元画像情報から試料表面の最
高部４０，４１等の位置、即ち高さ情報を高さ認知系
（制御装置）１２により認知する。この試料表面の最高
部の高さ情報より偏向コイル３を制御することにより、
図４(a) に示すように試料表面に段差がある場合には、
イオンビーム光学系２により絞られた集束イオンビーム
を，試料１表面の最高部４０，４１等に選択的に照射す
る，即ち選択的スパッタリングを行って試料表面１を平
坦化する。そして、このような画像処理と選択的なイオ
ンビーム照射を繰り返すことにより、平坦な加工表面を
得た後、所望の局部領域にイオンビームを照射し、深さ
ｈ1 のエッチング加工を行って凹部３０を形成し、得ら
れた局所領域の凹部３０の断面３０ａのＳＥＭ観察を行
う。ここで、集束イオンビームは、図１に示す一対の偏
向コイル３と、これと垂直な方向に配置されたもう一対
の偏向コイル（図示せず）とにより、図示の紙面内の試
料表面の横方向と、図示の紙面に垂直な方向とにそれぞ
れ振られることとなり、２次元の走査が行われる。か
つ、このように２次元方向のイオンビームの走査を行い
ながらエッチングを行うことを、深さ方向に継続してい
くことにより、３次元形状のエッチングを行うことがで
きる。こととなる

【００１２】また、図４(b) に示すように、平坦な試料
表面に対しエッチングを行った結果、スパッタリングレ
ートの遅い物質が含まれていることによって開口底面に
やはり段差４２，４３が残ったような場合には、この段
差４２，４３に対し、上記のような画像処理と選択的な
イオンビーム照射を繰り返すことにより、平坦な開口底
面３０ｂを得るようにする。これにより、凹部の断面３
０ａのＳＥＭ観察を行うことができる。

【００１３】このような本実施例によれば、試料の三次
元方向の形状情報を画像処理化し、さらにその結果から
高さ方向の情報を認知してイオンビームの偏向コイルを
制御することにより、試料の最も高い部分を選択的にエ
ッチングできるようにしたので、平坦なエッチング表面
を得ることができる。また、従来のように余分の深さま
でエッチングを行う必要がなく、スパッタリング深さを
必要最小限とすることができるので、一定の深さを持つ
断面切り出しを行う場合などのエッチング時間を短縮す
ることができ、試料に対するイオンビーム照射によるダ
メージを減少することができる効果がある。

【００１４】なお、上記実施例では、その径を約０．５
μｍ程度まで絞ることのでき、微細化パターンを形成す
ることのできる集束イオンビーム加工装置の場合につい
て説明したが、本発明は、その径が数μｍ〜数十μｍで
あるイオンビームを用いた加工装置にも適用することが
できるのは勿論である。

【００１５】

【発明の効果】以上のように、この発明にかかるイオン
ビーム加工装置によれば、試料の三次元方向の形状情報
を検知するとともに、その画像処理を行って３次元画像
情報を得、該３次元画像情報から該試料表面の高さ情報
を認知してイオンビーム光学系を制御することにより、
試料の最も高い部分を選択的にエッチングできる機能を
有するものとしたので、平坦なエッチング表面を得るこ
とができ、そのため、一定の深さを持つ断面切り出しを
行う場合などのエッチング時間を短縮することができ、
試料に対するイオンビーム照射によるダメージを減少す
ることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例による集束イオンビーム加
工装置の構成図である。

【図２】従来の集束イオンビーム加工装置の構成図であ
る。

【図３】従来の集束イオンビーム加工装置による場合の
問題点を説明するための図である。

【図４】この発明の一実施例においてスパッタリングに
より開口を形成する方法を説明するための図である。

【符号の説明】

１ 試料 ２ イオンビーム光学系 ３ 偏向コイル ４ 光源 ５ 光走査素子 ６ ピンホール ７ ビームスプリッタ ８ 対物レンズ ９ ピンホール １０ 光検出器 １１ 画像処理系 １２ 高さ認知系 ３０ 局所領域の開口 ３０ａ 観察しようとする試料断面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 広瀬 幸範 兵庫県伊丹市瑞原４丁目１番地 三菱電機 株式会社エル・エス・アイ研究所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 イオンビームにより試料のエッチング加
   工を行うイオンビーム加工装置において、 試料表面に光を照射し、その試料表面からの反射光を検
   出する光学系と、該光学系からの信号を画像処理し三次
   元画像情報を得る画像処理系と、該画像処理系からの三
   次元画像情報から上記試料表面の高さ情報を得る高さ認
   知系とを有する高さ測定系と、 上記試料表面にイオンビームを照射し、該試料表面のス
   パッタリング等の処理を行うイオンビーム光学系と、 上記高さ測定系からの三次元の情報に応じて上記イオン
   ビーム光学系から出力されるイオンビームの照射方向を
   ２次元的に制御するイオンビーム制御装置とを備えたこ
   とを特徴とするイオンビーム加工装置。
2. 【請求項２】 上記光学系は、光源からの光を試料表面
   に向かう方向に反射させるビームスプリッタと、上記試
   料表面からの反射光で上記ビームスプリッタを通過した
   光を検出する光検出器とを備えたものであることを特徴
   とする請求項１記載のイオンビーム加工装置。