JPH07161328A - 集束イオンビーム加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 集束イオンビーム装置において、試料の観察
位置を確実に求める。 【構成】 試料を固定する試料ホルダーに、試料ステー
ジの座標系における座標の明かな基準点を設け、その試
料ホルダーに固定された試料と試料ホルダーの基準点の
座標を、機械的に高精度な移動機構を必要としない座標
測定器を用いて測定する。座標を求めた試料を集束イオ
ンビーム装置に設置する。まず、その位置が既知である
試料ホルダーの基準点の位置に移動し、基準点を観察
し、続いて試料の観察位置に先に求めた座標に基づいて
試料を移動して、試料の観察位置に到達する。 【効果】 試料の観察位置を確実に求めることができ、
装置の操作性が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、集束イオンビーム加工
装置に関するものであり、特に、試料の観察位置を探す
技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】集束イオンビーム加工装置３８は、図１
に示すように、イオンを発生するイオン源１と、発生し
たイオンを集束イオンビーム３にするイオンレンズ系２
と、集束イオンビーム３を走査する偏向電極４と、集束
イオンビーム３の照射によって試料５表面から発生する
２次荷電粒子６を検出する検出器７と、検出器７の信号
を増幅する増幅器８と、２次荷電粒子６の平面強度分布
に基づいて試料５表面に形成されているパターンを表示
する画像表示装置９と、試料５を固定する試料ホルダー
１０を移動させる試料ステージ１１と、試料ステージ１
１の移動を制御する制御系１２からなる。

【０００３】試料５上の観察箇所を、試料ステージ１１
の移動によって集束イオンビーム３が照射される領域に
移動させる。そして、集束イオンビーム３を所定領域に
て走査させながら照射することによって、試料５の表面
から発生する２次荷電粒子６を検出器７にて検出し、試
料５の表面に形成されているパターンや状態を観察す
る。また、試料５の表面の所定領域を集束イオンビーム
の照射によりエッチングしたり、タングステンヘキサカ
ルボニルなどのような金属を含む化合物ガスを集束イオ
ンビーム３照射と同時に吹き付け、化合物ガスに含まれ
ている金属を試料表面の所定領域に堆積させるなどの加
工を行う。

【０００４】一般に、上記の集束イオンビーム加工装置
は、半導体製造プロセスにおいて、半導体ウエーハ上に
形成された半導体デバイスの観察、その不良解析や回路
の変更などに用いられている。集束イオンビーム加工装
置３８においては、試料５を真空容器である試料室１３
内に設置するが、試料室１３は検出器７に不要な光を入
れることができないため暗室になっており、外部から試
料５の位置を目視によって把握することが困難である。
また、集束イオンビーム加工装置３８の集束イオンビー
ム照射により検出される二次荷電粒子検出による試料観
察では、観察視野は限界がある。従って、試料５の観察
位置を探し出す作業は、装置の操作性を損なう要因とな
り、その作業性を向上することは、集束イオンビーム加
工装置３８の操作性を向上する上で重要な技術であり、
いくつかの技術が採用されている。

【０００５】第１の例として、図２に示す方法がある。
図２（Ａ）に示すように試料ホルダー１０に複数の基準
点２２を設ける。試料ホルダー１０は、集束イオンビー
ム加工装置３８外にて試料５を載置し、試料室１３内の
試料ステージの所定位置に搭載される。試料ホルダー１
０の各基準点２２は、試料ステージ１１の座標系におけ
る座標位置が明らかになっている。図２（Ｂ）のように
観察したい試料５の観察位置２４が試料ホルダー１０の
一つの基準点２２の真上になるように試料５を固定す
る。試料５を固定した試料ホルダー１０を試料室１３内
に設置し、すでに座標の判っている試料ホルダー１０の
基準点２２の座標位置に試料ステージ１１を移動し、そ
の位置に固定されている試料５の観察位置を加工又は観
察する。

【０００６】第２の例として、図３（Ａ）に示すよう
に、試料観察位置決定器４０を備えた集束イオンビーム
装置加工３８がある。試料観察位置決定器４０は、試料
室１３内の試料ステージ１１と同じ座標系を持つ第２の
試料ステージ４１と、その第２の試料ステージ４１のＸ
Ｙ方向の位置を制御する第２の試料ステージ制御系３４
と、第２の試料ステージ４１上の試料５を観察する観察
装置３５と、観察装置３５の観察像を表示する第２の画
像表示装置３６を備えている。

【０００７】上記の装置にて、図３（Ｂ）に示すよう
に、試料５を試料ホルダー１０に載置し、そしてその試
料ホルダー１０を第２の試料ステージ４１に取り付け
る。第２の試料ステージ４１は、試料ホルダー１０の位
置を一意的に決めて載置するものである。試料５の観察
位置２４が画像表示装置３６の指定された場所に表示す
るように第２の試料ステージ制御系３４を介して第２の
試料ステージ４１を移動させる。そのときの座標を求
め、その座標情報を通信線３７を介して集束イオンビー
ム装置３８の試料ステージ制御系１２に送る。第２の試
料ステージ４１で試料５の観察位置２４の座標が求めら
れ、そして試料５が固定された試料ホルダー１０を、試
料室１３内の試料ステージ１１に設置し、先に得られた
座標にしたがって試料ステージ１１を試料ステージ駆動
装置１２にて移動することにより、試料５の観察位置を
決める方法がある。

【０００８】

【発明が解決しようとしている課題】前記第１の例にお
いては、図２（Ｃ）に示すように試料５が大きい場合、
試料の観察位置２４を試料ホルダー１０の基準点２２の
真上になるように固定することが困難であるという課題
がある。また、試料上に観察位置が複数箇所ある場合、
第１の観察位置を試料ホルダー１０の基準点２２の真上
になるように固定することができても、その他の第２、
第３の観察位置２４、２４を容易に求めることができな
いという課題がある。

【０００９】前記第２の例においては、高い精度で観察
位置決めを行うことができ、また、第１の例で問題にな
った試料上の複数の観察位置の課題についても問題はな
い。しかし、第２の試料ステージ４１は装置本体と同程
度の位置決め精度を求められるため、極めて高価にな
る。また、試料観察位置決定器４０を含め装置全体が大
型化して広い設置面積が必要になるという課題があっ
た。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記問題を解
決するものである。従来の第２の方法は、試料の観察位
置決めの方法としては有効であるが、極めて高価であ
る。装置を安価にかつコンパクトにするものである。

【００１１】観察位置を求める方法は、試料室内の試料
ステージに設置したときの座標位置がわかっている複数
の基準点を持つ試料ホルダーに、試料を固定する。試料
上の観察位置と試料ホルダーの基準点の相対位置を測定
する。その後、試料を固定した試料ホルダーを試料室内
の試料ステージに設置し、試料ホルダーの基準点が画像
表示装置に表示されるように移動させる。基準点を画像
表示装置の所定の場所、例えば中央、に表示されるよう
に調整する。続いて、先に求めた相対位置に基づいて試
料ステージを移動させることによって、試料の観察場所
を表示させる。

【００１２】試料ホルダーの基準点と試料の観察位置の
相対位置を測定するための安価な第１の手段は、重ねた
とき試料ホルダーの基準点と同じ位置になる基準点を持
つ透明な板に目盛りを付けたものである。第２の手段
は、透明な２次元座標を検出するためのセンサーの埋め
込まれている板と、座標を指示するための座標指示器か
らなる透明タブレットである。

【００１３】第３の手段は、撮影装置と、撮影装置の観
察像を表示する装置と、観察像上の相対位置を測定する
手段からなるものである。

【００１４】

【作用】上記手段に従い、前記測定器を用いて、試料の
観察位置とその試料の固定されている試料ホルダーの基
準点の相対座標を求める。その後、試料を試料室内の試
料ステージに固定し、試料ステージを試料ホルダーの基
準点の位置に移動する。試料ホルダーの基準点はすでに
わかっているため、移動することができる。試料ホルダ
ーの基準点から先に求めた相対座標に基づいて試料ステ
ージを移動させることによって、試料の観察位置に到達
することができる。

【００１５】

【実施例】集束イオンビーム加工装置の主要部分は、従
来技術の項にて説明してあるので、ここでは説明を省略
する。図４に基づいて、第１の実施例について説明す
る。

【００１６】試料５を搭載した試料ホルダー１０は、位
置出し測定器５５を、脱着自在に位置を一定に取り付け
られるようになっている。その構成は以下のようになっ
ている。試料ホルダー１０には、位置マーク５２が設け
されており、位置出し測定器５５には、位置マークに相
当する位置に位置マーク穴５６が設けられており、試料
ホルダー１０に位置出し測定器５５を取り付ける時、位
置マーク５２と位置マーク穴５６の位置を合わすことに
より、位置出し測定器５５の位置を一定にして試料ホル
ダー１０に取り付けることができる。また、位置出し測
定器５５の平面部には、網目状の目盛り５７が描かれて
いる透明な板５３が取り付けられている。網目状の目盛
りは、座標を示す。なお、位置出し測定器５５の位置を
一定にして試料ホルダー１０に取り付ける構成は、いろ
いろアレンジできる。

【００１７】試料５を取り付けた試料ホルダー１０に、
試料ホルダー１０の位置マーク５２と、位置出し測定器
５５の位置マーク穴５６を合わせて位置出し測定器５５
を取り付ける。そして、網目状目盛り５７を用いて試料
５の観察位置２４の座標位置を測定する。目盛りを１ミ
リメートル刻みにすることによって、±０．５ミリメー
トル程度の位置再現性を確認することができる。

【００１８】図５に基づいて、第２の実施例について説
明する。図５（Ａ）に示すように、試料５を搭載した試
料ホルダー１０に、透明な２次元座標を示すセンサーが
埋め込まれているセンサー板６２と、そのセンサー板６
２のセンサーに刺激を送ることによって所定の位置を指
示する座標指示器６３からなる透明タブレット６１を重
ねる。図５（Ｂ）に示すように、透明タブレット６１は
通信線６５によって集束イオンビーム加工装置３８の試
料ステージ制御系６７の接続されている。試料ホルダー
１０の位置マーク５６と試料の観察位置２４を座標指示
器６３で指示し、その座標情報を試料ステージ駆動装置
１２に送信する。試料ホルダー１０を試料室１３の試料
ステージ１１に設置したとき、先に求めた座標情報に基
づいて試料ステージ１１を移動させることによって、試
料５を観察位置２４に移動させることができる。透明タ
ブレット６１としては、静電容量型や電磁誘導型などの
検出方法が知られているが、いずれの方式によっても、
検出精度は±０．５ミリメートル以下が実現されてい
る。

【００１９】図６に基づいて第３の実施例について説明
する。図６（Ａ）に示すように、試料５を載置した試料
ホルダー１０を、ある特定の倍率を持つ光学レンズ系７
３によって撮影し、撮影した試料像を光電気変換し、光
電気変換された観察像の信号を通信線によってビデオ信
号入力機能を持つコンピューター７４に送信し、ビデオ
信号をコンピューター７４のディスプレイ７５に表示す
る。このとき、コンピューター７４はマウスまたはタブ
レットなどのディスプレイ７５上の座標を指示すること
のできるディスプレイ座標指示器７６も同時に持つ。

【００２０】図６（Ｂ）に示すように、試料ホルダー１
０の基準点２２と試料上の観察位置２４を同時に表示で
きるように点線で示す領域８３を撮影する。撮影した像
をディスプレイ７５の画面上に表示し、画面上に現れる
矢印８５をディスプレイ座標指示器７６によって移動
し、試料ホルダー１０の基準点２２と試料５上の観察位
置２４を指示する。これによって得られた座標情報を通
信線７７によって集束イオンビーム加工装置３８の試料
ステージ駆動装置１２に送信する。試料５の搭載された
試料ホルダー１０を試料室１３の試料ステージ１１に設
置し、先に得られた座標情報に基づいて試料ステージ１
１を移動させることによって、試料５の観察位置２４に
試料５を移動させることができる。

【００２１】

【発明の効果】以上説明したように、この発明によれ
ば、従来の方法に比較して、簡単な装置で、確実に観察
目標位置に到達できる。その結果、集束イオンビーム装
置を用いた、観察、加工などの作業の操作性を向上させ
ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】通常の集束イオンビーム加工装置の主要部の断
面図である。

【図２】第１の従来例の試料ホルダーの平面図である。

【図３】図３（Ａ）は、第２の従来例の断面図であり、
図３（Ｂ）は、試料ホルダーの平面図である。

【図４】本発明の第１の実施例の試料ホルダーの斜視図
である。

【図５】本発明の第２の実施例の試料ホルダーとタブレ
ットの斜視図である。

【図６】図６（Ａ）は、本発明の第３の実施例の断面図
であり、図６（Ｂ）は、試料のの平面図であり、図６
（Ｃ）は、試料表面を表示したディスプレイの平面図で
ある。

【符号の説明】

５ 試料 １０ 試料ホルダー １１ 試料ステージ １２ 試料ステージ駆動装置 １３ 試料室 ２２ 基準点 ２４ 観察位置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 土井 利夫 東京都江東区亀戸６丁目31番１号 セイコ ー電子工業株式会社内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 イオンを発生するイオン源と、前記イオ
   ンを集束イオンビームとするイオンレンズ系と、前記集
   束イオンビームを走査する偏向電極と、前記集束イオン
   ビーム照射により試料の表面から放出される２次荷電粒
   子を検出するの検出器と、前記検出器により検出された
   ２次荷電粒子の検出信号を増幅する増幅器と、前記検出
   器により検出された２次荷電粒子の平面強度分布に基づ
   いて試料表面に形成されているパターンを表示する画像
   表示装置と、前記試料を移動するための試料ステージ
   と、前記試料ステージを外部から指示された座標に移動
   させる制御系よりなる集束イオンビーム加工装置におい
   て、 試料ステージの座標系においてその座標が明らかな複数
   の基準点を持つ試料ホルダーを用意し、前記試料ホルダ
   ーに固定された試料の観察位置を、その試料ホルダーの
   基準点との相対座標として測定することのできる測定器
   を用いて求め、試料の固定された試料ホルダーを試料ス
   テージに装着し、試料ホルダーの基準点に試料ステージ
   の座標系に基づいて移動し、その基準点を画像表示装置
   に表示させ、その基準点を画像表示装置の所定の場所
   （例えば中央）に移動し、その位置から先に求めた相対
   位置に移動することによって、試料の所定の観察位置に
   到達することができることを特徴とする集束イオンビー
   ム加工装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、試料ホルダーの基準
   点と試料の観察位置との相対位置の測定器として、透明
   な板に基準点と基準点からの相対座標に相当する目盛り
   の印されているものを用い、試料ホルダーの基準点と透
   明な板の基準点を合わせて重ね、試料ホルダー上の試料
   の相対座標を求めることを特徴とする集束イオンビーム
   加工装置。
3. 【請求項３】 請求項１において、試料ホルダーの基準
   点と試料の観察位置との相対位置の測定器として、透明
   な２次元座標を示すセンサーの埋め込まれている板と、
   その２次元座標を指示する座標指示器からなる透明タブ
   レットと、その透明タブレットの読み取った座標を集束
   イオンビーム装置の試料ステージ制御系に通信する手段
   からなるものを用い、透明タブレットの下に試料の搭載
   された試料ホルダーを設置し、試料ホルダーの基準点と
   試料の観察位置のそれぞれの座標を座標指示器で透明な
   板に指示することによって求め、それらの座標を集束イ
   オンビーム装置の試料ステージ制御系に送信することを
   特徴とする集束イオンビーム加工装置。
4. 【請求項４】 請求項１において、試料ホルダーの基準
   点と試料の観察位置との相対位置の測定器として、光学
   像入力装置と、入力光学像を表示する装置と、表示され
   た像から指定された２点間の相対座標を求める装置から
   なり、光学像入力装置によって、試料ホルダーの基準点
   と試料の観察位置が同時に表示されるように入力し、入
   力光学像を表示する装置の表示画面上で、試料ホルダー
   の基準点と試料の観察位置の相対座標を求めることを特
   徴とする集束イオンビーム加工装置。