JPH06342638A

JPH06342638A - 検査方法およびその装置

Info

Publication number: JPH06342638A
Application number: JP13168993A
Authority: JP
Inventors: Kaoru Umemura; 馨梅村; Yoshimi Kawanami; 義実川浪; Yuichi Madokoro; 祐一間所
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1993-06-02
Filing date: 1993-06-02
Publication date: 1994-12-13

Abstract

(57)【要約】（修正有）【目的】シリコンウエハまたはシリコンデバイスを試
料とし、試料または試料の製造ラインに対してコンタミ
ネイションを与えないイオン源または集束イオンビーム
照射系で形成した集束イオンビームを試料に照射し、試
料上に新たな構造を形成するか、集束イオンビーム照射
によって得られる信号を得て、試料または製造工程の来
歴を検査する方法およびその装置を提供する。【構成】ゲルマニウムやシリコン単体、もしくはそれ
らの合金をイオン材料とした液体金属イオン源１１、不
活性ガス種、特に、ネオン、クリプトン、アルゴン、ゼ
ノン、窒素をイオン材料とした電界電離ガスイオン源ま
たはＥＨＤイオン源の何れかのイオン源と、集束イオン
ビーム形成照射手段と、試料であるシリコンウエハまた
はシリコンデバイスを保持する試料台１９と、集束イオ
ンビームの試料への照射によって試料の製造来歴の検査
する検査手段から構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体ウエハやデバイ
スに対して、集束イオンビーム照射し、微細加工、観
察、分析、計測の何れかを施して、試料製造工程の来歴
の良、不良を検査する検査方法およびその装置に係り、
特に、集束イオンビーム照射の際、ウエハやデバイス、
またはそれらの製造ラインを汚染しない検査方法および
その装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】集束イオンビーム（Focused Ion Beam：
以下、略してＦＩＢと記す）の応用は多岐に渡り、半導
体製造分野でのマスクレスイオン注入、イオン露光、マ
スク修正、配線修正、分析分野での二次イオン質量分析
（ＳＩＭＳ）、観察するための試料作成についてはＳＥ
Ｍ（走査型電子顕微鏡）観察用断面作成、ＴＥＭ（透過
型電子顕微鏡）観察用薄片作成などがある。

【０００３】一方、半導体製造工程におけるイオン注入
やリソグラフィ、エッチング等の各工程において、それ
ら各工程が所期仕様を満たしているか、また、不意の微
塵埃などで所望の形状形成の達成が損なわれていないか
などの工程管理を、各工程後に行なうことは製造歩留の
向上の面から非常に重要である。このような管理は、試
料への外部からのコンタミネイションを避けるために、
製造ライン中で行うことが必須である。所謂、インライ
ン観察または分析である。現在、表面観察については、
光学顕微鏡や走査型電子顕微鏡を用いて、実際の製造ラ
インにおいてなされている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】発明が解決しようとす
る課題を明らかにするために、以下、ＦＩＢ応用に見
られる問題点、集束イオンビームのためのイオン源、
イオン源の問題点に分けて説明する。

【０００５】ＦＩＢ応用に見られる問題点素子の局所的な断面の様子を観察するＦＩＢ断面加工装
置や、特定箇所の組成分析を行なうＦＩＢ／ＳＩＭＳ装
置は、現在、半導体素子製造において使用されている光
学顕微鏡や走査型電子顕微鏡のように量産の製造ライン
では用いられておらず、専ら試験サンプルとして抜き取
った試料について行なわれている。つまり、再び、製造
ラインに戻さないという前提である。理由は、現状のＦ
ＩＢ装置は試料または試料製造ラインにコンタミネイシ
ョインを与えるからである。

【０００６】例えば、ＳｉウエハやＳｉデバイスにＧａ
-ＦＩＢで上記の断面加工やＳＩＭＳ分析を施すと、Ｇ
ａがＳｉ上に堆積し、そのＧａはＳｉに対するｐ型ドー
パント（アクセプタ）として働き、長期間に電気的劣化
をもたらす。また、Ｇａの蒸気圧が非常に低いため、Ｇ
ａ-ＦＩＢによる加工領域周辺にＧａのデポジション領
域が観察される。これは単なる電気的汚染を超え、導電
膜の形成となり、配線間の短絡などデバイスにとっては
重大な問題を引き起こす。また、Ａｕ-Ｓｉ合金を用い
た液体金属イオン源（ＬＭＩＳ）を用いたＳi-ＦＩＢで
局所的な微細加工を施したとしても、ＬＭＩＳから蒸発
するＡｕ粒子が試料であるＳｉウエハまたはデバイスを
重金属汚染し、デバイス動作に悪影響をもたらす。

【０００７】一旦このような履歴を経た観察試料や分析
試料は再び製造ラインに復帰させることはできない。復
帰させることで、試料は勿論のこと、製造ラインも汚染
され、その後に製造されるウエハやデバイスまで汚染さ
れ、半導体素子製造の歩留りに甚大な被害をもたらすか
らである。従って、このようなＦＩＢによる観察や分析
は、オフライン、つまり、再びラインに復帰させないこ
とを前提に行なわざるを得なかった。また、最近のシリ
コンメモリプロセスでは、ウエハ１枚に数１００もの素
子が作り込まれるため、ＦＩＢによる工程管理を従来の
ようにオフラインで行なうと、１回の加工や分析度にウ
エハ１枚をラインから除外することになり、加工や分析
を施さなかった残りの素子を無駄にすることになり不経
済であった。

【０００８】以上のような背景から、ウエハやデバイス
などの試料、更には製造ラインまでも汚染することな
く、ＦＩＢを用いて、インラインで行なえる試料自身ま
たは試料製造工程の来歴の検査方法やそれを実現する装
置が望まれていた。

【０００９】半導体装置におけるイオンビーム加工方法
に関しては、特開平２−９０５２０号の『イオンビーム
加工方法』（公知例１）において開示されている。この
公知例では、半導体装置が特にＳｉ基板であって、イオ
ン種がＳｉ、Ｃ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｓｍのうち少なくとも１
種を用いることが示され、特に実施例として、Ｓｉイオ
ンを得るためにＡｕ-Ｓｉ合金（Ａｕ₈₂Ｓｉ₁₈）をイオ
ン源に用いた例が示され、また、Ｇｅ、Ｓｍについても
Ａｌ、Ａｕ等の合金から得られることが記載されてい
る。

【００１０】集束イオンビーム形成のためのイオン源ＦＩＢでＳｉ基板やデバイスに電気的汚染を与えず加工
するには、Ｓｉ基板内でエネルギ順位を形成しないＳｉ
イオンやＧｅイオンが好適であることは明らかである。

【００１１】ＬＭＩＳからＳｉまたはＧｅイオンビーム
を得る最も簡単な方法は、イオン材料としてＳｉまたは
Ｇｅを含んだ合金を用いてイオン材料の融点や蒸気圧を
低めて動作させ、ＦＩＢ光学系内に設けたＥ×Ｂ質量分
析器によってＳｉ+、Ｓｉ²+イオンやＧｅ+、Ｇｅ²+イオ
ンのみを選択して集束化することである。良く知られた
Ｓｉ系合金はＡｕ−Ｓｉ，Ｐｔ−Ｓｉ，Ａｌ−Ｓｉ合金
などであり、Ｇｅ系合金は、Ａｕ-Ｇｅ、Ｆｅ-Ｇｅ、Ｐ
ｔ-Ｇｅ、Ｃｕ-Ｇｅ等である。

【００１２】このように、ＳｉやＧｅイオンを放出させ
ようとする場合、イオン材料としてＡｕ、Ｃｕ、Ｆｅ、
Ｐｔ等との合金を用いることが一般に知られている。し
かし、これら合金をイオン材料として用いることは、前
節で説明したように、被加工物であるＳｉ素子を、合金
成分であるＳｉやＧｅ以外の元素（例えば、Ａｕ、Ｃ
ｕ、Ｐｔ）で汚染されるため、インライン検査に求めら
れる非汚染検査とはならない。特に、ＡｕやＰｔのよう
な重金属をＳｉ半導体製造ラインに持ち込むことはタブ
ーとされていることは周知のことである。

【００１３】そこで、ＦＩＢによる非汚染検査を実現す
るためには、ＬＭＩＳの最適なイオン材料としてＳｉ単
体やＧｅ単体でなければならないことが判る。

【００１４】現状のイオン源の問題点Ｓｉ単体は融点が１４０７℃、融点での蒸気圧４×１０
^-4(Torr)と非常に高いために、ＬＭＩＳの温度制御や熱
蒸発制御が困難で、ＬＭＩＳのイオン材料として実用性
が少なかった。一方、Ｇｅ単体の場合、融点が９４７
℃、蒸気圧が１ｘ１０^-6(Torr)であり、Ｓｉと比較し
て、融点が非常に低く、融点での蒸気圧も低くイオン材
料としては有望である。しかし、従来ＬＭＩＳのエミッ
タ材として広く使われてきたＷ（タングステン）を、Ｓ
ｉ−ＬＭＩＳやＧｅ−ＬＭＩＳのエミッタとして用いる
と、ＳｉやＧｅは活性であるため、Ｗを短時間に侵食し
てエミッタとしての役割を果たさなくさせる。また、エ
ミッタとして用いられるＴａ，Ｍｏ，Ｒｅなどの高融点
金属についても、溶融ＳｉやＧｅに浸漬させると数時間
で侵食、破壊されてしまい、これらＬＭＩＳの寿命が極
端に短命であるという問題点を有していた。更に、セラ
ミック材のＳｉＣについては、溶融ＳｉやＧｅと全く濡
れず、これもエミッタとしての役割を果たさないという
問題を抱えていた。従って、単体のＳｉやＧｅをイオン
材料としたＬＭＩＳからのＳｉイオンＧｅイオンの放出
の試みは殆どない。単体ＳｉやＧｅを用いてのイオン放
出の報告は見られても、極めて短時間であり、放出イオ
ンを集束化させ、Ｓｉ−ＦＩＢやＧｅ−ＦＩＢを形成
し、試料の加工を施したという報告は未だない。従っ
て、溶融ＳｉやＧｅに侵食されず、長時間安定した濡れ
を維持できるエミッタ、リザーバ材の探索が、Ｓｉ−Ｌ
ＭＩＳまたはＧｅ−ＬＭＩＳを実現させるための重要課
題である。

【００１５】また、上記公知例１には、敢えてＳｉ単体
やＧｅ単体、もしくはＳｉとＧｅの合金をイオン材料と
しなければならない理由や効果は記載されておらず、Ｓ
ｉ単体やＧｅ単体をイオン材料としたイオン源から放出
させたＦＩＢによって半導体素子を微細加工する方法、
また、これを実現するための好適なイオン源構成（エミ
ッタ材、リザーバ材）については開示されていない。

【００１６】なお、上述ではイオン材料としてＳｉとＧ
ｅのみに注目したが、試料や製造ラインへの汚染の観点
からは不活性ガス種のＦＩＢも望ましい。しかし、Ｎ
ｅ，Ａｒ，Ｋｒ，Ｘｅ等の不活性ガス元素は、電界電離
イオン源を用いてイオン放出させようという試みはある
ものの、未だにＦＩＢ形成までには至っていない。

【００１７】以上の問題点をまとめると、（１）従来のＧａ-ＦＩＢ装置やＳＩＭＳ装置は汚染を
伴うため、それらをＳｉ半導体素子製造ラインで用いる
ことができなかった。半導体素子製造ラインにおける検
査方法として、ウエハやデバイス、更にそれら製造ライ
ンに対して汚染を伴わないＧａ-ＦＩＢに替わる検査方
法がなかった。

【００１８】（２）Ｓｉ単体、Ｇｅ単体、もしくはＳｉ
／Ｇｅ合金をイオン材料とする長寿命で高安定なイオン
放出が可能なＳｉ-ＬＭＩＳ、Ｇｅ-ＬＭＩＳがなかっ
た。

【００１９】（３）長寿命で高安定な不活性ガスイオン
の集束ビームが形成できる高輝度イオン源がなかった。

【００２０】（４）ＳｉやＧｅイオン、不活性ガスイオ
ンのＦＩＢ形成装置がなかったため、これらのＦＩＢに
よってＳｉウエハやデバイスの検査ができなかった。

【００２１】従って、このような問題点（１）を克服す
る検査方法を生み出し、さらにその方法を実現するイオ
ン源の問題点（２）、（３）を解決し、それらイオン源
を搭載し、問題点（４）を克服した検査装置が望まれて
いた。

【００２２】そこで、本発明の第１の目的は、ウエハや
デバイスなどの試料に対してＦＩＢを照射して、試料も
しくは試料製造ラインにコンタミネイションを与えるこ
となく、試料自身またはその製造来歴を検査する検査方
法を提供することである。

【００２３】本発明の第２の目的は、第１の目的を実現
させるための集束イオンビームを用いた検査装置を提供
することにある。

【００２４】本発明の第３の目的は、ウエハやデバイス
に対して集束イオンビームを照射して、電気的汚染やビ
ーム照射によるコンタミネイションの発生させることな
く試料の特定箇所の微細加工、観察、分析、計測を実現
させる形成させる具体的な検査装置を提供することにあ
る。

【００２５】

【課題を解決するための手段】上記第１の目的を達成す
るためには、（１）集束イオンビームを試料に照射し
て、該試料上に新たな構造を形成することによるか、も
しくは上記集束イオンビーム照射による上記試料からの
信号を得ることによって上記試料自身またはその製造来
歴を検査する方法であって、上記集束イオンビームは上
記試料または試料の製造ラインに対するコンタミネイシ
ョンを発生しないイオン源および集束イオンビーム照射
系によって形成されることを特徴とする検査方法、
（２）集束イオンビームを試料に照射して、該試料に微
細加工を施すか、もしくは集束イオンビーム照射による
上記試料からの信号を得て上記試料の観察、分析または
計測の少なくともいずれかを施すことによって、上記試
料自身またはその製造来歴を検査する検査方法であっ
て、上記集束イオンビームは上記試料または試料の製造
ラインに対するコンタミネイションを発生しないイオン
源および集束イオンビーム照射系によって形成されるこ
とを特徴とする検査方法、（３）上記（１）記載の検査
方法における試料上への新たな構造の形成、または上記
（２）記載の検査方法における集束イオンビーム照射に
よる微細加工が、集束電子ビームによる観察もしくは分
析に先立つ工程であることを特徴とする検査方法、
（４）上記（１）から（３）のいずれかの検査方法にお
いて、上記集束イオンビームが特に、上記試料または試
料の製造ラインに対して電気的汚染となる重金属元素ま
たはアルカリ金属元素、または試料に対するドーパント
となる元素を発生しないイオン源および集束イオンビー
ム照射系によって形成されることを特徴とする検査方
法、（５）上記（１）から（４）のいずれかの検査方法
において、上記集束イオンビームが特に、不活性ガスイ
オンビームもしくは窒素イオンビームであることを特徴
とする検査方法、（６）上記（１）から（５）のいずれ
かの検査方法において、特に、上記試料がシリコンウエ
ハもしくはシリコンデバイスであることを特徴とする検
査方法、（７）上記（６）記載の検査方法において、前
記集束イオンビームが特に、集束シリコンイオンビー
ム、集束ゲルマニウムイオンビームのいずれかであるこ
とを特徴とする検査方法、（８）上記（２）または
（３）の検査方法において、上記微細加工が特に、集束
イオンビームの照射によるスパッタリング現象を利用し
た微細凹部形成か、上記集束イオンビームと反応性ガス
の照射による集束イオンビームアシステッドエッチング
を利用した高速凹部形成か、上記集束イオンビームと有
機ガスの照射による集束イオンビームアシステッドデポ
ジションを利用した膜形成か、試料表面の異物除去のた
めの表面クリーニングかのうちの少なくともいずれか一
つであることを特徴とする検査方法、（９）上記（２）
の検査方法において、前記試料上の観察が、特に前記集
束イオンビームの照射時に生じる二次電子、二次イオ
ン、励起光の何れかを検出することによる観察であるこ
とを特徴とする検査方法、（１０）上記（２）の検査方
法において、前記集束イオンビーム照射による試料から
の信号を得て行なう分析が、特に集束イオンビーム照射
によって放出した二次イオンを質量分離して試料の組成
分析を行なう二次イオン質量分析であることを特徴とす
る検査方法、（１１）上記（２）または（３）の検査方
法において、上記微細加工が、特に、試料断面の構造を
集束イオンビームもしくは集束電子ビームで観察するた
めの断面作成加工であることを特徴とする検査方法、
（１２）上記（３）の検査方法において、集束電子ビー
ムによる観察もしくは分析に先立つ工程が、特に、試料
表面下の構造を露出させるための集束イオンビーム照射
による断面作成加工であり、集束電子ビームによる観察
が集束電子ビーム走査による上記表面下の構造の観察で
あることを特徴とする検査方法、（１３）上記（３）の
検査方法において、集束電子ビームによる観察もしくは
分析に先立つ工程が、特に、試料表面下の構造を露出さ
せるための集束イオンビーム照射による断面作成加工で
あり、集束電子ビームによる分析が該集束電子ビーム照
射によって試料から生じるオージェ電子またはＸ線を検
出して試料の構成元素を明らかにすることを特徴とする
検査方法、（１４）上記（３）の検査方法において、集
束イオンビーム照射による微細加工が、特に、上記試料
の特定箇所の切片を作成するための加工であり、集束電
子ビーム透過による該薄片の観察に先立つ工程であるこ
とを特徴とする検査方法、（１５）上記（１）または
（２）の検査方法において、特に、集束イオンビームを
照射による試料から得られる信号によって、試料構造と
比較して、上記試料の構造に対する良、不良を判定する
工程を伴うことを特徴とする検査方法、（１６）半導体
製造ラインを流れるウエハまたはデバイス、またはそれ
ら製造ラインに対してコンタミネイションを発生しない
イオン源およびイオンビーム照射系によって形成された
集束イオンビームを上記ウエハまたはデバイスに照射し
て、上記ウエハまたはデバイス自身またはその製造来歴
を検査する方法であって、上記検査後、上記ウエハまた
はデバイスを半導体製造の次工程に送るか、廃棄するか
の判断を下す工程を伴うことを特徴とする検査方法、
（１７）上記（１５）の検査方法において、上記試料の
構造に対する良、不良を判定する工程が、特に、集束イ
オンビームもしくは集束電子ビームの照射によって得た
上記ビームの照射部の二次電子像と、予めコンピュータ
に登録した所期構造パターンとの比較からなることを特
徴とする検査方法、（１８）上記（１５）の検査方法に
おいて、上記試料の構造に対する良、不良を判定する工
程が、特に、集束イオンビームもしくは集束電子ビーム
の照射によって得た上記ビームの照射部の組成分布と、
予めコンピュータに登録した所期構造組成パターンとの
比較からなることを特徴とする検査方法のいずれかによ
って達成できる。

【００２６】また、第２の目的は、（１９）イオン源
と、該イオン源から放出したイオンを集束イオンビーム
に形成して照射する集束イオンビーム照射系と、試料を
保持する試料台と、該試料への上記集束イオンビーム照
射によって試料自身または試料製造来歴を検査する検査
手段から構成された検査装置であって、特に、上記イオ
ン源が上記試料または試料製造ラインに対してコンタミ
ネイションとならない元素をイオン材料とすることを特
徴とする検査装置、（２０）上記（１９）の検査装置に
おいて、特に、更に上記集束イオンビーム照射系が集束
イオンビーム形成時に上記試料または試料製造ラインに
対してコンタミネイションとなる元素を発生しない集束
イオンビーム照射系で構成されたことを特徴とする検査
装置、（２１）上記（１９）または（２０）のいずれか
の検査装置において、上記イオン源が特に、ネオン、ク
リプトン、アルゴン、ゼノン、窒素のうちのいずれかを
イオン材料とする電界電離型ガスイオン源または電気流
体力学的イオン源であることを特徴とする検査装置、
（２２）上記（１９）の検査装置において、上記試料が
特に、シリコンウエハまたはシリコンデバイスであるこ
とを特徴とする検査装置、（２３）上記（２１）の検査
装置において、上記イオン源は特に、シリコン単体、ゲ
ルマニウム単体、シリコン／ゲルマニウム合金のうちの
何れかをイオン材料とする電気流体力学的イオン源であ
ることを特徴とする検査装置、（２４）上記（１９）の
検査装置において、上記集束イオンビームの直接照射を
受けるイオンビーム照射系の部品が、特に試料の主構成
元素によって作成されているか、被覆されていることを
特徴とする検査装置、（２５）上記（２４）の検査装置
において、上記試料が特に、シリコンウエハまたはシリ
コンデバイスであり、かつ上記イオンビーム照射系部品
のうち特にビーム絞りが、シリコン単体、ゲルマニウム
単体、もしくはそれらの炭化物、窒化物、酸化物のいず
れかで作成されていることを特徴とする検査装置、（２
６）上記（１９）の検査装置において、上記検査手段が
特に、観察手段、分析手段、計測手段のうちの少なくと
も１つであることを特徴とする検査装置、（２７）上記
（２６）の検査装置において、上記観察手段が、集束イ
オンビーム照射によって放出される二次電子を捕らえる
二次電子検出器、二次イオンを捕らえる二次イオン検出
器の少なくともいずれかと、ＣＲＴとから構成され、集
束イオンビーム照射位置の外観を二次電子像または二次
イオン像で映像化する手段であることを特徴とする検査
装置、（２８）上記（１８）から（２２）の何れかの検
査装置において、上記集束イオンビームを照射される特
定箇所の微細加工手段、観察手段、分析手段、計測手段
のうちの少なくとも１つの手段、上記集束イオンビーム
を照射部からの信号での製造来歴の良、不良を判断する
手段、上記試料を再び製造ラインに戻す、または製造ラ
インから除外する手段から構成されたことを特徴とする
検査装置、（２９）上記（１９）から（２２）のいずれ
かの検査装置において、上記試料室に上記試料を大気に
曝すことなく移動できる通路を有し、集束イオンビーム
照射による検査工程の前工程もしくは後工程、またはそ
れら両工程を実行する装置と結合した構造であることを
特徴とする検査装置によって実現できる。

【００２７】更に、上記第３の目的は、（３０）上記
（１９）から（２９）のいずれかの検査装置において、
集束イオンビームを照射した試料を大気に曝すことなく
電子ビームが照射できる電子ビーム照射系を備えたこと
を特徴とする検査装置、（３１）上記（１９）から（３
０）のいずれかの検査装置が、特に、試料表面に付着し
た異物を集束イオンビームによって除去することを特徴
とする表面異物除去装置、（３２）上記（１９）から
（３０）のいずれかの検査装置が、特に、フォトマスク
上のパターンを検査し、必要に応じてパターンの追加、
除去を行なうことを特徴とするマスク修正装置によって
達成される。

【００２８】

【作用】イオン源に、ネオン、クリプトン、アルゴン、
ゼノンや窒素のいずれかをイオン材料とした電界電離イ
オン源やＥＨＤイオン源を用いることにより、試料やそ
の製造ラインに電気的特性に影響を与えるコンタミネイ
ションを発生することはない。特に、試料がシリコンウ
エハやシリコンデバイスである場合には、シリコン単
体、ゲルマニウム単体もしくはシリコン／ゲルマニウム
合金をイオン材料としたＥＨＤイオン源を用いること
で、これから得られるＦＩＢを試料に照射しても、試料
やその製造ラインに電気的な汚染を与えることはない。
また、イオンビームが照射するイオン光学系部品、例え
ばビーム制限絞りがシリコンやゲルマニウム板である
と、イオンスパッタによって生じた粒子が試料に付着し
ても、電気的影響はない。

【００２９】集束イオンビームを試料に照射することに
より、試料やその製造ラインにコンタミネイションを与
えること無く試料に微細加工を施したり、試料表面を観
察したり、または集束イオンビーム照射によって生じる
試料からの信号を利用して分析や計測することで試料自
身またはその製造来歴を検査する事ができる。

【００３０】

【実施例】

（実施例１）本実施例１と実施例２では、集束イオンビ
ームの発生源としてゲルマニウム単体をイオン材料とし
たゲルマニウム液体金属イオン源（以下、Ｇｅ−ＬＭＩ
Ｓと略記）と、これを用いたシリコンウエハ検査装置に
ついて説明する。

【００３１】まず、本検査装置に搭載するＧｅ−ＬＭＩ
Ｓの全体構成を図２に示す。図２において、１は針状電
極（エミッタとも言う）、３は溜め部（リザーバとも言
う）、７、７’は導線（フィラメントとも言う）、８は
引出し電極である。

【００３２】エミッタ１はエミッタ支持端子２に固定さ
れ、リザーバ３を貫通して設置されている。リザーバ３
内にはイオン材料（本実施例ではゲルマニウム単体）４
が充填され、絶縁性の座５に固着された電流導入端子
６、６’を通して導入される電流によってフィラメント
７、７’、リザーバ３が加熱され、リザーバ３内のゲル
マニウム４が溶融状態になりエミッタ１先端に達する。
ここで、引出し電極８にエミッタ１電位に対して負の高
電圧（電源などは図示せず）を印加することで、エミッ
タ１先端の溶融ゲルマニウム４はイオン９となって放出
される。

【００３３】エミッタ１の具体的形状は、シャフト径
０.２５ｍｍ、先端半径５０°、先端曲率半径約２μｍ
の針状で、リザーバ３は内径０.７ｍｍ、外径１．０ｍ
ｍ、高さ２ｍｍの円管状である。エミッタとリザーバの
材質は前節で詳述したように、通常よく用いられている
タングステンではなく、いずれも炭化タングステン（Ｗ
Ｃ）である。また、直径０.１ｍｍのフィラメント７、
７’もＷＣからなる。また、座５はアルミナセラミック
製である。

【００３４】動作温度（リザーバ温度）は９５０℃から
９７０℃以内に設定することで長時間動作が期待でき
る。１０００℃以上の動作温度にすると、イオン材料の
蒸発が激しく、寿命の短命化や絶縁物への付着による絶
縁破壊を生じ適切ではない。逆に、９５０℃以下ではエ
ミッタ先端のゲルマニウムが凝固し、これも安定イオン
放出を阻害する。

【００３５】本イオン源は、イオン材料にＧｅ単体を
用いたため一次イオンビーム内に重金属、ドーパント元
素イオンを含むことはなく、試料面への重金属、ドーパ
ント元素の汚染を除去したこと、エミッタ、リザーバ
材に炭化タングステンを用いいたため溶融Ｇｅとの反応
を軽減し、長寿命化が実現したことで、引いてはイオン
源の交換までの時間が長くなった、という利点を有す
る。

【００３６】（実施例２）ここでは、実施例１に示した
Ｇｅ−ＬＭＩＳを搭載したＳｉウエハ検査装置の実施例
を図１を用いて説明する。

【００３７】最大加速電圧３０ｋＶのＦＩＢ装置１０に
本発明によるＧe-ＬＭＩＳ１１を搭載した。１２はＧe-
ＬＭＩＳのエミッタ、１３は引出し電極を示し、ＦＩＢ
光学系は、イオン源から放出したイオンの拡がりを制限
するビーム制限アパチャ１４、集束レンズ１５、１
５’、電場と磁場を重畳したＥ×Ｂ質量分離器（ウィー
ンフィルタ）１６、絞り１７、偏向器１８などから成
る。試料台１９上の試料２０にＧe-ＦＩＢ２１を照射
し、照射地点から放出した二次電子２２を二次電子検出
器２３に取り込み、Ｇe-ＦＩＢ２１の偏向とＣＲＴ（図
示せず）の走査を同期させることでＣＲＴ上にＧe-ＦＩ
Ｂ２１走査領域の二次電子像を描かせることができる。

【００３８】本発明による装置の特徴の一つは、ビーム
制限アパチャ１４、絞り１７はシリコン板で作成したこ
とにある。Ｇｅ−ＬＭＩＳ１１から放出したＧｅイオン
がイオン光学部品、特に、ビーム制限アパチャ１４、絞
り１７を照射し、そこから生じる二次粒子、二次イオン
が試料に到達して汚染源となるためである。したがっ
て、従来アパチャなどに頻繁に用いられていたモリブデ
ンやタングステンは用いず、シリコン板を用いた。シリ
コン板のほかに、炭素板、炭化シリコン板についても同
様の効果を示した。

【００３９】このような構成のＦＩＢ照射系でＧｅイオ
ンビームを集束させ、二次電子像の分解能から７０ｎｍ
程度のビーム径に集束されていることが明らかになっ
た。

【００４０】更に、試料は製造ラインを流れるウエハに
対して、ラインから随時サンプリングでき、バルブ２
４、２４’で仕切られた試料室２５に搬入、排出できる
構成である。このため製造ライン内で検査でき、検査か
ら工程条件の修正までのターンアラウンド時間の節約と
いう効果をもたらした。

【００４１】以下、このＳｉウエハ検査装置を用いた検
査例を説明する。

【００４２】検査内容は、多層配線間の絶縁層の形成が
所定の厚さを有しているかを確認することである。多層
配線構造を正確に動作させるには、配線間の絶縁膜が所
定の膜厚を有し、絶縁耐圧を示すことが重要課題の一つ
である。しかし、検査対象としたデバイスでは、この絶
縁膜形成の再現性が悪く、時折、所定膜厚より薄いため
に配線間でリークを起こす事故が発生し、製品歩留の悪
化をもたらしていた。

【００４３】そこで、製造ラインをながれるシリコンウ
エハを無作為に抽出し、シリコンウエハ上で、予め決め
られた検査用デバイス内の特定箇所にＧｅ-ＦＩＢを照
射して、断面を形成して観察した。図３はシコンウエハ
面の一部にＦＩＢを照射している様子を立体的に示した
図である。Ｇｅ-ＦＩＢ３０の走査により、一辺が約５
μｍ、深さ約５μｍの矩形穴３１を形成し、３層配線の
断面（矩形穴の側面）を、ＦＩＢ照射によって得られる
二次電子像によって観察、検査した。３２は第１層配
線、３３は第２層配線、３４は第３層配線、３５は第１
層間絶縁膜、３６は第２層間絶縁膜、３７は表面保護膜
であり、第１配線３２と第２配線３３が絶縁され、第２
配線３３と第３配線３４が上下関係に接続してことが観
察できる。第１配線３２と第２配線３２の間の絶縁層３
５と第２配線３３に注目し、特にこの部分を拡大して観
察した様子を図４に示す。図４から絶縁層３５の上面が
平坦でないため、第２配線３３の一部（Ａ点）が第１配
線のＢ点に接近していることが観察でき、このＡＢ間で
耐圧が低下していたことが明らかになった。この操作を
１ウエハについて１０箇所の検査用デバイスについて行
なった結果、全点が同じ傾向を示すため、第１層間絶縁
膜３５の平坦化プロセスの条件に修正を施した。プロセ
ス条件の修正後に同様の検査を行なった結果、検査箇所
の全点が所定の寸法、耐圧を満たし、そのウエハ及びそ
のロットを良品と判断して次工程に回した。

【００４４】このような検査方法により、多層配線形成
工程における不良品をいち早く検出することができ、最
終製品の歩留向上に大きく寄与した。

【００４５】本装置は、一次イオンビーム照射系のイ
オン源にＧｅ−ＬＭＩＳを搭載することでイオン源から
の重金属、ドーパント元素イオンの放出を除去できたこ
と、イオン光学系内のパーツ、特に、ビーム制限アパ
チャ、絞りにシリコン材を用いることでイオンビーム照
射による重金属などの二次粒子の発生を除去したことで
不純物汚染を回避できたこと、試料は製造ラインを流
れるウエハに対して、ラインから随時サンプリングでき
試料室に搬入、排出できる構成であるため製造ライン内
で検査でき、ターンアラウンド時間の節約という効果を
もたらした。

【００４６】本実施例では、一次イオンビームはＧｅ-
ＦＩＢを用いたが、Ｓｉ-ＦＩＢでも良く、また、Ｓｉ-
Ｇｅ合金をイオン材料としてＳｉとＧｅの混合ビームを
用いても良い。また、検査内容は、今回は多層配線部の
断面観察について説明したがこれに限らず、電子ビーム
プロービングのためのコンタクトホールの形成、表面配
線の短絡部の切断などに用いてもよいことは言うまでも
ない。

【００４７】また、本実施例では、試料はＳｉウエハで
あったため、Ｇｅ-ＬＭＩＳを用い、更に、Ｇｅ-ＦＩＢ
が通過するイオンビーム照射系のアパチャにはＳｉ板を
採用したが、試料が他の材料の場合、イオン源やアパチ
ャ材を交換する。例えば、試料がガリウムヒ素（ＧａＡ
ｓ）の場合、イオン源はＧａ-ＬＭＩＳを、イオンビー
ム照射系のアパチャにはＳｂ板を採用しても差し支えな
い。

【００４８】（実施例３）本実施例は、Ａｒガス電界電
離イオン源（以下、Ａｒ−ＦＩＳと略記）を二次イオン
質量分析装置（以下、ＳＩＭＳと記載）に搭載した例で
ある。図５を用いて説明する。二次イオン質量分析装置
４０自体の基本構成は、従来からあるＦＩＢ光学系を擁
する一次イオンビーム照射系４１、試料室４２、二次イ
オン分析部４３からなるが、イオン発生部がＡｒ−ＦＩ
Ｓであることに最大の特徴を有する。一次イオンビーム
照射系４１はＡｒ−ＦＩＳ４４、集束レンズ４５、４
５’、Ｅ×Ｂ質量分離器４６、アライナ４７、偏向器４
８、バルブ４９、４９’などからなる。二次イオン分析
部４３には四重極質量分析計を設置した。勿論、扇型磁
場を有する質量分析計でも問題はない。５０はアルゴン
ガスを貯溜されたガスタンク。５１はエミッタ５２を冷
却するための冷却手段である。

【００４９】イオン源４４で電界電離されたアルゴンガ
スは、集束レンズ４５、４５’で集束され、試料５３に
照射される。照射部分から二次イオン５４が放出され、
これを二次イオン分析部４３で質量分析し、試料表面近
傍の組成分析ができる。

【００５０】従来のＦＩＢ照射系を持つＳＩＭＳ装置は
一次イオンビーム種がＧａであったため、一度分析した
試料を再び半導体製造ラインに復帰させることがライン
の汚染の立場からできなかったことと、分析中（ビーム
照射中）にガリウム液滴が分析部に堆積し、分析結果を
信頼性の無いものにするという問題点を有していた。

【００５１】しかし、本発明によるＡｒ−ＦＩＳ搭載Ｓ
ＩＭＳを用いることで、分析後の試料面をガリウムなど
金属汚染することなく製造ラインに復帰させることがで
き、また、分析中に一次イオンビームが分析データに影
響することがないので、半導体素子製造のインラインで
の信頼性ある分析装置として用いることができる。更
に、分析感度はＧａ-ＦＩＢと大きな違いはない。

【００５２】本実施例でのＳＩＭＳは、実施例２と同
様、試料は製造ラインを流れるウエハに対してラインか
ら随時サンプリングでき、試料室に搬入・排出できる構
成であるため製造ライン内で検査でき、ターンアラウン
ド時間の節約という効果をもたらした。

【００５３】（実施例４）本実施例４は、電気流体力学
的（エレクトロハイドロダイナミック）ゼノンイオン源
（以下、Ｘｅ-ＥＨＤイオン源と略記）を搭載した極微
小部の表面異物除去装置について説明する。

【００５４】最近の半導体デバイス製造におけるクリー
ン化技術は高度になってきたが、微塵埃などの完全なる
除去は望めず、それらの混入による不良デバイスの発生
は避け難い。特に、混入した微塵埃が絶縁層内であった
り、配線間にまたがっていると、デバイス動作に致命的
支障を来たす。特に、超大型コンピュータに内蔵される
ＵＬＳＩのように、単品で作成されるがために単価が非
常に高額なデバイスについては、上記のような微塵埃の
ための配線短絡などは決して許されない。従って、この
ような欠陥を早急に見つけ、かつ、その場で対処できる
装置が望まれていた。

【００５５】本実施例で示すＸｅ-ＥＨＤイオン源を搭
載した表面異物除去装置は、エッチングや膜形成等の各
プロセス終了後に、ウエハ表面異物検査装置によって表
面に付着した微小異物を検出し、特に従来の方法では除
去できにくかった異物について、Ｘｅ-ＦＩＢ照射によ
る特定領域のスパッタエッチングを施し、微塵埃を除去
する装置である。

【００５６】図６（ａ）は表面異物除去装置の概略横断
面図で、上方から見た図である。６０はイオン源、６１
は集束イオンビーム照射系、６２は試料、６３は二次電
子検出器である。試料台６４はデバイス製造ラインから
随時、バルブ６５を介して搬入・搬出ができる。集束イ
オンビーム照射系６１によって集束されたＸｅ-ＦＩＢ
６６は、試料６２に照射される。

【００５７】イオン源の概略縦断面を図６（ｂ）に示
す。イオン源６０の形式はＥＨＤイオン源である。供給
口６７導入された液体Ｘｅ６８はリザーバ６９に貯溜さ
れ、その一部はキャピラリ７０を通り先端に至る。キャ
ピラリ７０中には電界を集中させるためのエミッタ７１
が貫通して設置されている。リザーバ６９内の液体Ｘｅ
６８の冷却維持方法は、供給口７２から冷却槽７３内に
液体窒素７４に供給し、熱伝導率のよいサファイア７５
によって結合したリザーバ６９を熱伝導により低温が維
持される。液体Ｘｅ６８はエミッタ６９に至り、引出し
電極７６によって形成された高電界によりエミッタ６９
先端においてＥＨＤモードで電離される。

【００５８】液体ＸｅをＥＨＤイオン源モードでイオン
放出した例はこれまでにない。

【００５９】以下、本発明による装置の適用例を示す。
ここで示す試料は超大型コンピュータに搭載されるＳｉ
-ＵＬＳＩである。図７（ａ）は上記ウエハ８０表面の
配線８１、８１’に異物８２が付着した部分の拡大図で
ある。この試料は、異物８２が導電性であるために配線
８１、８１’が短絡を起こしていた。

【００６０】異物を除去するために、まず、上記試料の
表面観察は表面異物検査装置（図示せず）によって行な
い、異物が発見されると、その正確な位置情報を記憶
し、本実施例の表面異物除去装置内に入れる。異物は試
料台を自動制御することで、イオンビーム照射位置に来
るよう移動できる。次に、低電流のＸｅ-ＦＩＢ８３を
異物よりやや広い領域に照射し、この時放出される二次
電子によって試料表面を観察し、異物８２を確認する。
この時の異物８２は直径約１μｍの球形であった。Ｘｅ
-ＦＩＢ８３の試料電流を高め、異物８２を覆う領域を
走査した。約１０分間の照射によって、図７（ｂ）のよ
うに試料表面はＦＩＢ照射による照射跡８４は若干残る
ものの、上記異物は完全に除去でき、配線８１、８１’
間の短絡はなくなり、両配線間の耐圧は復帰した。

【００６１】このＦＩＢが不活性ガスの一種であるＸｅ
であるため、ＦＩＢ照射による試料表面の汚染は無いの
が最大の利点である。

【００６２】この装置は上に示した異物除去の他に、表
面に形成された薄い酸化膜を除去することもでき、走査
型電子顕微鏡での観察や、ＦＩＢによる表面観察の際に
明確なコントラストで観察することにも利用できる。

【００６３】（実施例５）本実施例５では、ＦＩＢの照
射地点周辺に有機金属ガスを吹き付け、ＦＩＢとガスと
の反応で、ガス中の金属が基板に堆積するさせる、所
謂、ＦＩＢアシステッドデポジション（以下、ＦＩＢＡ
Ｄと略記）を利用する配線修正装置について説明する。
本実施例では、イオン材料がＳｉ単体であるＬＭＩＳを
用いてＳｉ-ＦＩＢを形成し、このＳｉ-ＦＩＢと有機金
属ガスの組み合わせでタングステン（Ｗ）配線を形成し
た。

【００６４】ＦＩＢＡＤのよく知られた例は、完成に近
い半導体デバイスに対して、配線のデバッグとしてヘキ
サカルボニルタングステン（Ｗ(ＣＯ)₆）ガスとＧａ-Ｆ
ＩＢを用いてＷ配線を堆積させる例がある。つまり、所
定のプロセスを経て作成されたデバイスの中で、回路設
計ミスなどによる部分的不良が生じ、所望の動作をしな
いデバイスに対して配線をつなぎ変える手法、所謂、配
線修正である。ＦＩＢＡＤが適用されるまでのデバッグ
では、新たにフォトマスクマスクを作り直し、再度同じ
プロセスを経て作り直されていたため、１度デバッグす
るには１ヶ月以上もの時間を要し、完成までに多大の時
間と費用を必要としていた。一方、ＦＩＢＡＤを用いる
と、不良箇所のみを修正するため、修正には数時間で済
み、時間とコストの面から多大の短縮をもたらした。

【００６５】しかし、これまでのＦＩＢＡＤには致命的
問題を抱えていた。つまり、修正されたデバイスの動作
寿命が短いことである。原因は、デバッグ時に新たな配
線を有機金属ガスとＧａ-ＦＩＢを用いて金属を堆積さ
せていたため、この時、Ｇａがデバイス表面に付着し、
これがＳｉに対するアクセプタとして働き、長期間に電
気的劣化をもたらした為である。つまり、一次イオンビ
ーム種に問題があった。

【００６６】そこで、従来のＧａ-ＬＭＩＳに替えてＳ
ｉ-ＬＭＩＳを用いた。Ｓｉは基板と同元素であるた
め、電気的汚染を伴わないという最大の利点を有してい
る。従来、ＬＭＩＳからＳｉイオンを放出させるには、
Ａｕ-Ｓｉ合金を用いることで、低融点でＳｉイオンを
得ることができるため盛んに用いられていた。しかし、
この方法ではイオン材料中にＡｕが含有しているため、
Ａｕが熱蒸発などによってＳｉデバイスプロセスに対し
て重金属汚染源となり、市販するデバイスの製作や検
査、修正などには応用することができなかった。

【００６７】そこで、本実施例ではイオン材料としてＳ
ｉ単体を採用した。溶融Ｓｉは非常に活性で、従来のエ
ミッタ材であるタングステンとは極めて迅速に反応し、
エミッタを破損させ、イオン放出を短時間で停止させる
という問題を抱えていたが、本実施例では、エミッタお
よびリザーバに炭化タングステンを採用することで、溶
融Ｓｉとの反応を軽減して、累積５００時間以上の長時
間運転を実現した。

【００６８】実際にＳｉ-ＦＩＢによるＷ配線を行な
い、Ｓｉデバイスのデバッグを行なった。Ｗの堆積効率
を比較すると、従来のＧａ-ＦＩＢの場合と同程度であ
った。さらに、Ｇａ-ＦＩＢによる修正デバイスの寿命
を比較するとＳｉ-ＦＩＢによるものは、修正後約３年
経過しても問題を起こすことなく動作し続け、従来のＧ
ａ-ＦＩＢによる修正デバイスの少なくとも約３倍以上
の寿命を持つことがわかった。つまり、ＦＩＢ種がドー
パントとして働かないためデバイスに電気的な汚染を与
えることが無くなったためである。

【００６９】本実施例の装置を用いることにより、重金
属汚染が生じないことと、ＦＩＢ種がドーパントとして
働かないため、これまで製造ライン外で行なわれていた
デバイス修正が、製造ライン内で行なうことができ、デ
バイス完成までの時間短縮がなされ、かつ、修正された
デバイスの寿命を延ばすことができた。

【００７０】ここでは、完成に近いパターニングされた
デバイスの修正について説明したが、シリコンウエハに
ついても同様の操作ができる。

【００７１】また、Ｓｉ-ＬＭＩＳに関しては、エミッ
タ、リザーバ材として炭化ケイ素、窒化ケイ素を用いて
も同様の効果を示した。

【００７２】実施例１から５は、本発明の僅かな例に過
ぎない。本発明の趣旨は、一次イオンビーム種そのもの
による汚染や、一次イオンビーム照射によって生じるイ
オン光学部品の微塵埃の発生を抑えた検査方法および装
置を提供することであって、集束レンズ、偏向器など光
学部品の個数や配列などはビーム集束性や試料電流の増
加などの観点から、種々の改変が可能であることは周知
である。また、イオン源の種類と一次イオンビーム照射
系の組合せについても、本実施例で示した組合せのみで
はなく、加工効率、分析感度などの点で許容できるな
ら、他の組合せでも良いことは言うまでもない。

【００７３】

【発明の効果】本発明による、検査方法およびその装置
によって、ゲルマニウムやシリコン単体、もしくはそれらの合金
をイオン材料とした液体金属イオン源により、一次イオ
ンビーム種による重金属やドーパントの汚染なしにシリ
コンウエハやデバイスを検査することができる。

【００７４】不活性ガス種、特に、ネオン、クリプト
ン、アルゴン、ゼノン、窒素イオン材料とした電界電離
ガスイオン源やＥＨＤイオン源により、一次イオンビー
ム種による重金属、アルカリ元素試料に対するドーパン
トなどの汚染なしにウエハやを検査することができる。

【００７５】一次イオンビーム照射系の中で特に、イ
オンビームによって直接照射される部品を、シリコン、
ゲルマニウム単体、もしくはそれらの炭化物、窒化物で
作成したことにより、集束イオンビーム形成時の二次的
な汚染物の発生を大幅に低減することができる。

【００７６】シリコン半導体プロセスにおいて、イン
ラインでシリコンウエハやデバイスの微細加工、局所領
域の組成分析などの検査ができるウエハ検査装置、二次
イオン質量分析装置、配線修正装置、透過型電子顕微鏡
用試料作成装置を提供することができる。

【００７７】シリコンウエハやデバイス自身、および
製造工程の来歴の検査をシリコン半導体プロセスライン
においてできるため、不良箇所の修理や、製造工程の条
件変更などが即座に対応でき、不良発見から対応までの
ターンアラウンドタイムが大幅に削減される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例であるゲルマニウム液体金属
イオン源を搭載したシリコンウエハ検査装置を説明する
ための概略構成図である。

【図２】図１に示したシリコンウエハ検査装置に搭載し
たゲルマニウム液体金属イオン源を説明するための概略
構成図である。

【図３】本発明のシリコンウエハ検査装置の効果を示す
ために、ゲルマニウム集束イオンビームによってウエハ
上に矩形孔を形成している様子を示す図ある。

【図４】図３における断面の拡大断面であり、本発明の
ウエハ検査装置によって発見された配線間耐圧不良の原
因を説明するための図である。

【図５】本発明の一実施例である、アルゴン電界電離ガ
スイオン源を搭載したインライン二次イオン質量分析装
置を説明するための概略構成図である。

【図６】（ａ）は本発明の一実施例である、ゼノンＥＨ
Ｄイオン源を搭載した表面異物除去装置を、（ｂ）は
（ａ）に用いたゼノンＥＨＤイオン源を説明するための
概略断面図である。

【図７】（ａ）は本発明による表面異物除去装置の効果
を説明するために注目したデバイス表面に付着した異物
を示す図であり、（ｂ）は本発明による表面異物除去装
置の効果を示すために、ゼノン集束イオンビームによっ
て異物を除去した後の様子を示す図である。

【符号の説明】

１、１２、５２、６７、７１…エミッタ、２…エミッタ
支持端子、３、６５、６９…リザーバ、４…イオン材
料、５…絶縁性座、６、６’…電流導入端子７、７’…
フィラメント、８、１３、７６…引出し電極、９…イオ
ン、１０…ＦＩＢ装置、１１…ゲルマニウム液体金属イ
オン源、１４…ビーム制限アパチャ、１５、１５’、４
５、４５’…集束レンズ、１６、４６…Ｅ×Ｂ質量分離
器、１７…絞り、１８、４８…偏向器、１９、６４…試
料台、２０、６２、６８、７３…試料、２１、３０…ゲ
ルマニウム集束イオンビーム、２２…二次電子、２３、
６３…二次電子検出器、２４、２４’、４９、４９’、
６５…バルブ、２５、４２…試料室、３１…矩形穴、３
２…第１層配線、３３…第２層配線、３４…第３層配
線、３５…第１層間絶縁膜、３６…第２層間絶縁膜、３
７…表面保護膜、４０…二次イオン質量分析装置、４１
…一次イオンビーム照射系、４３…二次イオン分析部、
４４…アルゴンガス電界電離イオン源、４７…アライ
ナ、５０…ガスタンク、５１…冷却手段、６０…イオン
源、６１…集束イオンビーム照射系、６６、８３…ゼノ
ン集束イオンビーム、６７、７２…供給口、６８…液体
ゼノン、７０…キャピラリ、７３…冷却槽、７４…液体
窒素、７５…サファイア、８０…ウエハ、８１、８１’
…配線、８２…異物、８４…照射跡。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｈ０１Ｊ 37/31 9172−5Ｅ 49/26 4230−5Ｅ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】集束イオンビームを試料に照射して、該試
料上に新たな構造を形成することによるか、もしくは上
記集束イオンビーム照射による上記試料からの信号を得
ることによって上記試料自身またはその製造来歴を検査
する方法であって、上記集束イオンビームは上記試料ま
たは試料の製造ラインに対するコンタミネイションを発
生しないイオン源および集束イオンビーム照射系によっ
て形成されることを特徴とする検査方法。
【請求項２】集束イオンビームを試料に照射して、該試
料に微細加工を施すか、もしくは集束イオンビーム照射
による上記試料からの信号を得て上記試料の観察、分析
または計測の少なくともいずれかを施すことによって、
上記試料自身またはその製造来歴を検査する検査方法で
あって、上記集束イオンビームは上記試料または試料の
製造ラインに対するコンタミネイションを発生しないイ
オン源および集束イオンビーム照射系によって形成され
ることを特徴とする検査方法。
【請求項３】請求項１記載の検査方法における試料上へ
の新たな構造の形成、または請求項２記載の検査方法に
おける集束イオンビーム照射による微細加工が、集束電
子ビームによる観察もしくは分析に先立つ工程であるこ
とを特徴とする検査方法。
【請求項４】請求項１から３のいずれかに記載の検査方
法において、上記集束イオンビームが特に、上記試料ま
たは試料の製造ラインに対して電気的汚染となる重金属
元素またはアルカリ金属元素、または試料に対するドー
パントとなる元素を発生しないイオン源および集束イオ
ンビーム照射系によって形成されることを特徴とする検
査方法。
【請求項５】請求項１から４のいずれかに記載の検査方
法において、上記集束イオンビームが特に、不活性ガス
イオンビームもしくは窒素イオンビームであることを特
徴とする検査方法。
【請求項６】請求項１から５のいずれかに記載の検査方
法において、特に、上記試料がシリコンウエハもしくは
シリコンデバイスであることを特徴とする検査方法。
【請求項７】請求項６記載の検査方法において、前記集
束イオンビームが特に、集束シリコンイオンビーム、集
束ゲルマニウムイオンビームのいずれかであることを特
徴とする検査方法。
【請求項８】請求項２または３に記載の検査方法におい
て、上記微細加工が特に、集束イオンビームの照射によ
るスパッタリング現象を利用した微細凹部形成か、上記
集束イオンビームと反応性ガスの照射による集束イオン
ビームアシステッドエッチングを利用した高速凹部形成
か、上記集束イオンビームと有機ガスの照射による集束
イオンビームアシステッドデポジションを利用した膜形
成か、試料表面の異物除去のための表面クリーニングか
のうちの少なくともいずれか一つであることを特徴とす
る検査方法。
【請求項９】請求項２記載の検査方法において、前記試
料上の観察が、特に前記集束イオンビームの照射時に生
じる二次電子、二次イオン、励起光の何れかを検出する
ことによる観察であることを特徴とする検査方法。
【請求項１０】請求項２記載の検査方法において、前記
集束イオンビーム照射による試料からの信号を得て行な
う分析が、特に集束イオンビーム照射によって放出した
二次イオンを質量分離して試料の組成分析を行なう二次
イオン質量分析であることを特徴とする検査方法。
【請求項１１】請求項２または３に記載の検査方法にお
いて、上記微細加工が、特に、試料断面の構造を集束イ
オンビームもしくは集束電子ビームで観察するための断
面作成加工であることを特徴とする検査方法。
【請求項１２】請求項３記載の検査方法において、集束
電子ビームによる観察もしくは分析に先立つ工程が、特
に、試料表面下の構造を露出させるための集束イオンビ
ーム照射による断面作成加工であり、集束電子ビームに
よる観察が集束電子ビーム走査による上記表面下の構造
の観察であることを特徴とする検査方法。
【請求項１３】請求項３記載の検査方法において、集束
電子ビームによる観察もしくは分析に先立つ工程が、特
に、試料表面下の構造を露出させるための集束イオンビ
ーム照射による断面作成加工であり、集束電子ビームに
よる分析が該集束電子ビーム照射によって試料から生じ
るオージェ電子またはＸ線を検出して試料の構成元素を
明らかにすることを特徴とする検査方法。
【請求項１４】請求項３記載の検査方法において、集束
イオンビーム照射による微細加工が、特に、上記試料の
特定箇所の切片を作成するための加工であり、集束電子
ビーム透過による該薄片の観察に先立つ工程であること
を特徴とする検査方法。
【請求項１５】請求項１または２に記載の検査方法にお
いて、特に、集束イオンビームを照射による試料から得
られる信号によって、試料構造と比較して、上記試料の
構造に対する良、不良を判定する工程を伴うことを特徴
とする検査方法。
【請求項１６】半導体製造ラインを流れるウエハまたは
デバイス、またはそれら製造ラインに対してコンタミネ
イションを発生しないイオン源およびイオンビーム照射
系によって形成された集束イオンビームを上記ウエハま
たはデバイスに照射して、上記ウエハまたはデバイス自
身またはその製造来歴を検査する方法であって、上記検
査後、上記ウエハまたはデバイスを半導体製造の次工程
に送るか、廃棄するかの判断を下す工程を伴うことを特
徴とする検査方法。
【請求項１７】請求項１５記載の検査方法において、上
記試料の構造に対する良、不良を判定する工程が、特
に、集束イオンビームもしくは集束電子ビームの照射に
よって得た上記ビームの照射部の二次電子像と、予めコ
ンピュータに登録した所期構造パターンとの比較からな
ることを特徴とする検査方法。
【請求項１８】請求項１５記載の検査方法において、上
記試料の構造に対する良、不良を判定する工程が、特
に、集束イオンビームもしくは集束電子ビームの照射に
よって得た上記ビームの照射部の組成分布と、予めコン
ピュータに登録した所期構造組成パターンとの比較から
なることを特徴とする検査方法。
【請求項１９】イオン源と、該イオン源から放出したイ
オンを集束イオンビームに形成して照射する集束イオン
ビーム照射系と、試料を保持する試料台と、該試料への
上記集束イオンビーム照射によって試料自身または試料
製造来歴を検査する検査手段から構成された検査装置で
あって、特に、上記イオン源が上記試料または試料製造
ラインに対してコンタミネイションとならない元素をイ
オン材料とすることを特徴とする検査装置。
【請求項２０】請求項１９記載の検査装置において、特
に、更に上記集束イオンビーム照射系が集束イオンビー
ム形成時に上記試料または試料製造ラインに対してコン
タミネイションとなる元素を発生しない集束イオンビー
ム照射系で構成されたことを特徴とする検査装置。
【請求項２１】請求項１９または２０のいずれかに記載
の検査装置において、上記イオン源が特に、ネオン、ク
リプトン、アルゴン、ゼノン、窒素のうちのいずれかを
イオン材料とする電界電離型ガスイオン源または電気流
体力学的イオン源であることを特徴とする検査装置。
【請求項２２】請求項１９記載の検査装置において、上
記試料が特に、シリコンウエハまたはシリコンデバイス
であることを特徴とする検査装置。
【請求項２３】請求項２１記載の検査装置において、上
記イオン源は特に、シリコン単体、ゲルマニウム単体、
シリコン／ゲルマニウム合金のうちの何れかをイオン材
料とする電気流体力学的イオン源であることを特徴とす
る検査装置。
【請求項２４】請求項１９記載の検査装置において、上
記集束イオンビームの直接照射を受けるイオンビーム照
射系の部品が、特に試料の主構成元素もしくは周期律表
によって作成されているか、被覆されていることを特徴
とする検査装置。
【請求項２５】請求項２４記載の検査装置において、上
記試料が特に、シリコンウエハまたはシリコンデバイス
であり、かつ上記イオンビーム照射系部品のうち特にビ
ーム絞りが、シリコン単体、ゲルマニウム単体、もしく
はそれらの炭化物、窒化物、酸化物のいずれかで作成さ
れていることを特徴とする検査装置。
【請求項２６】請求項１９記載の検査装置において、上
記検査手段が特に、観察手段、分析手段、計測手段のう
ちの少なくとも１つであることを特徴とする検査装置。
【請求項２７】請求項２６記載の検査装置において、上
記観察手段が、集束イオンビーム照射によって放出され
る二次電子を捕らえる二次電子検出器、二次イオンを捕
らえる二次イオン検出器の少なくともいずれかと、ＣＲ
Ｔとから構成され、集束イオンビーム照射位置の外観を
二次電子像または二次イオン像で映像化する手段である
ことを特徴とする検査装置。
【請求項２８】請求項１８から２２の何れかに記載の検
査装置において、上記集束イオンビームを照射される特
定箇所の微細加工手段、観察手段、分析手段、計測手段
のうちの少なくとも１つの手段、上記集束イオンビーム
を照射部からの信号での製造来歴の良、不良を判断する
手段、上記試料を再び製造ラインに戻す、または製造ラ
インから除外する手段から構成されたことを特徴とする
検査装置。
【請求項２９】請求項１９から２２のいずれかに記載の
検査装置において、上記試料室に上記試料を大気に曝す
ことなく移動できる通路を有し、集束イオンビーム照射
による検査工程の前工程もしくは後工程、またはそれら
両工程を実行する装置と結合した構造であることを特徴
とする検査装置。
【請求項３０】請求項１９から２９のいずれかに記載の
検査装置において、集束イオンビームを照射した試料を
大気に曝すことなく電子ビームが照射できる電子ビーム
照射系を備えたことを特徴とする検査装置。
【請求項３１】請求項１９から３０のいずれかに記載の
検査装置が、特に、試料表面に付着した異物を集束イオ
ンビームによって除去することを特徴とする表面異物除
去装置。
【請求項３２】請求項１９から３０のいずれかに記載の
検査装置が、特に、フォトマスク上のパターンを検査
し、必要に応じてパターンの追加、除去を行なうことを
特徴とするマスク修正装置。
【請求項３３】請求項１８から３０のいずれかに記載の
検査装置が、特に、集束イオンビームによってデバイス
上の回路を検査し、必要に応じて破線の短絡部、断線
部、欠落部の修正を行なうことを特徴とする配線修正装
置。
【請求項３４】請求項１８から３０のいずれかに記載の
検査装置が、特に、デバイス上の故障回路を分離するた
めにデバイス上に予め設けたヒューズを集束イオンビー
ムによって切断するヒューズ切断装置。