JPH0752293B2

JPH0752293B2 - イオンビ−ム加工方法及びその装置

Info

Publication number: JPH0752293B2
Application number: JP4252187A
Authority: JP
Inventors: 啓谷斉藤; 博司山口; 朗嶋瀬; 聡原市; 建興宮内; 光義小泉; 進相内
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1987-02-27
Filing date: 1987-02-27
Publication date: 1995-06-05
Anticipated expiration: 2010-06-05
Also published as: JPS63211620A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、イオンビーム加工装置に係り、特に表面に保
護膜を有する加工対象、例えばＸ線マスク、LSI素子等
をイオンビーム加工する際に好適な方法及びその装置に
関するものである。

〔従来の技術〕

集束イオンビームにより、マスクやLSIのパターンの欠
陥部分をスパッタ加工して除去し、パターンを修正する
イオンビーム加工装置として特開昭61-24136号公報に記
載のものがある。

通常、イオンビーム加工装置によって試料を加工する場
合、加工箇所の位置決めはイオンビームで試料上を走査
し、試料面からの２次電子によって得られるSIM像（走
査イオン顕微鏡像）を用いている。つまりSIM像で表示
されたパターン形状から欠陥箇所を判断し、加工時のイ
オンビームの走査範囲を決定して行う。しかし、試料が
Ｘ線マスクの場合、加工対象であるAuパターンはPIQ等
の保護膜でコートされているため、SIM像はPIQの保護膜
の凸凹からなる像となり、Auパターンの正確な形状を得
ることができない。尚、PIQとはポリイミドイソインド
ロキナゾリンジオンの略称であり、かつ、登録商標であ
る。

すなわち第２図に示すようなＸ線マスク34が、PIQから
なる保護膜35、Ｘ線を吸収するAuパターン36、PIQから
なる緩衝材37、BNからなる支持膜38、Siからなる支持枠
39から構成されている場合、Auパターン36の欠陥部40を
イオンビーム加工装置で修正するには、欠陥部40とイオ
ンビーム光学系とを正確に位置決めする必要がある。し
かしイオンビーム43をＸ線マスク34に照射した際に発生
する２次電子による走査イオン顕微鏡像（SIM像）は、
Ｘ線マスクの表面の凸凹のみを反映した像となる。その
ためＸ線マスク34のPIQの保護膜35の表面の凸凹がAuパ
ターンの形状と一致していれば、SIM像によりAuパター
ン39を検出でき、Auパターン39の欠陥部40への位置決め
が可能となる。しかし第２図に示すようにPIQの表面の
凸凹は滑らかになっており、Auパターン36の形状を忠実
に反映していない。この傾向はAuパターン36のライン
幅、ピッチが小さくなるにつれて強まる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記の課題に対処するため第３図に示すような第１の方
法がある。即ち、Ｘ線マスク34のPIQの保護膜35を欠陥
検査によってあらかじめ得られた座標位置に従いステー
ジの位置合わせ誤差を許容してAuパターン36の上面まで
加工し、加工部のAuパターン36とPIQの保護膜35の材質
の違いによる２次電子イールドの差でAuパターン36を検
出し、Auパターン36の欠陥部40に正確に位置決めする方
法である。

また第２の方法として特開昭61-24136に論じられている
ように、Ｘ線マスク34のPIQの保護膜35が透明であるこ
とから、保護膜35を加工することなく、光学顕微鏡を使
用して、保護膜35の上からAuパターン36を検出し、Auパ
ターン36の欠陥部40に正確に位置決めする方法がある。

しかしながら従来技術のうち第１の方法は、Ｘ線マスク
34のPIQの保護膜35の加工終了時点の決定が難しい。SIM
像でAuパターンが検出された時点で加工が終了すると、
AuはPIQに比較してスパッタ率が１桁程度大きいため、A
uパターン36のうち欠陥部40以外が加工される恐れがあ
る。逆にAuパターン検出以前に加工を終了するとPIQの
保護膜35が残ってしまい、SIM像によるAuパターンの検
出は不可能である。

また第２の方法は、Ｘ線マスク34のAuパターン36の幅が
0.5μｍ、最小欠陥が0.1μｍと微細であり、光学顕微鏡
の分解能では欠陥部の検出は困難である。

本発明の目的は、パターン幅及び欠陥寸法が微細なパタ
ーンを対象とし、当該パターンを加工することなく検出
し、欠陥部に高精度に位置決めし、欠陥部のみをイオン
ビーム加工することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、試料の表面にイオンビームを照射して得ら
れる試料のSIM像と試料の表面に電子ビームを照射して
得られる試料のSEM像とを用いて試料の加工すべき領域
を決める工程と、この加工すべき領域にイオンビームを
照射することにより加工すべき領域を加工する工程とを
有することを特徴とするイオンビーム加工方法により、
また、真空に排気された処理室と、この処理室の内部で
処理すべき試料を保持する保持手段と、この保持手段に
保持された試料に集束したイオンビームを照射するイオ
ンビーム照射手段と、このイオンビームの照射により試
料から発生する２次イオンを検出して試料のSIM像を得
るSIM像検出手段と、試料に集束した電子ビームを照射
する電子ビーム照射手段と、この電子ビームの照射によ
り試料から発生する２次電子を検出して試料のSEM像を
得るSEM像検出手段と、試料のSIM像と試料のSEM像とに
基づいてイオンビーム照射手段の試料へのイオンビーム
の照射位置を補正する位置補正手段とを有することを特
徴とするイオンビーム加工装置により達成される。

〔作用〕

まず保護膜（PIQ）の厚さの90％程度を加工し除去す
る。この結果得られる加工穴を中心とするSIM像をSIM像
メモリに記憶する。このとき少なくとも加工穴のエッヂ
情報を記憶する必要がある。

次にAuパターンを検出部により検出する。即ち、検出部
では、電子銃から引き出された電子を電子レンズで集束
し、集束された電子ビームで偏向コイルによりＸ線マス
クのPIQ加工部を走査し、Ｘ線マスクの表面から得られ
る２次電子を検出して２次電子像を得、これを位置決め
部のSEM像メモリに記憶する。このときSEM像は、走査す
る電子ビームの電子がイオンビームのイオンに比べて深
く試料に入り込むため、薄いPIQの下のAuパターンから
２次電子により構成され、Auパターンの形状を得ること
ができる。

そこで位置決め部ではSIM像とSEM像の各々について、加
工穴のエッヂを検出し両画像の位置ずれを算出する。そ
してSIM像に、SEM像を位置ずれ分補正して重合し、Auパ
ターンの欠陥部が表示された画像を得る。

そして位置決め器により欠陥部をカーソル線等で指定
し、デフレクタコントロールに加工範囲を指示する。

以上により光では検出限界にある微細なパターン及びそ
の欠陥を、Auパターンを加工することなく検出し、欠陥
部を高精度に位置決めすることが可能となる。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。

第１図におけるイオンビーム加工装置は、大別すれば、
Ｘ線マスクの保護膜（PIQ）及びAuパターンを加工する
イオンビーム加工部と、Ｘ線マスクのAuパターンを検出
する検出部と、Auパターンの欠陥部の位置決めを行う位
置決め部とから構成される。

〈加工部〉まずイオンビーム加工部は高輝度の液体金属イオン源
１、イオン源１よりイオンを引き出す引出し電極２、引
き出されたイオンビーム43を集束する静電型レンズ電極
３、イオンビーム43をオンオフするブランキング電極
４、ブランキングアパチャ５、イオンビーム43を被加工
物のＸ線マスク34上で走査する静電型デフレクタ６、Ｘ
線マスク34の表面から出る２次電子を捕え電気信号に変
換する２次電子ディテクタ７、Ｘ線マスク34をイオンビ
ーム光学系に位置合わせするためのＸステージ８、Ｙス
テージ９、Ｘ線マスク34のAuパターンを検出する際、Ｘ
線マスク34を検出部に移動する移動ステージ10、イオン
の引出しを最適にするイオン源コントローラ12、イオン
を引出す引出し電極の電圧を制御する引出し電極コント
ローラ13、イオンを集束するレンズ電極３の電圧を制御
するレンズ電極コントローラ14、イオンビーム43のオン
オフを行うブランキング電極４の電圧を印加するブラン
キングコントローラ15、イオンビーム43を２次元的に走
査するデフレクタを制御するデフレクタコントローラ1
6、２次電子の信号を増幅し、SIM像として表示するSIM
像ディスプレイコントローラ27及びそのディスプレイ28
とからなる。

〈検出部〉また検出部は電子を放出する電子銃17、電子銃17より発
した電子ビーム44を細く集束する電磁型集束レンズ18、
電子ビームをＸ線マスク上で２次元的に走査する電磁型
偏向器19、像の焦点合わせを行う電磁型対物レンズ20、
電子ビーム44を絞る可動絞り21、Ｘ線マスク34から出る
２次電子を捕え、電気信号に変換する２次電子ディデク
タ25、電子銃17からの電子の放出を制御する電子銃コン
トローラ22、電子ビーム44の電子銃、焦点合わせ等を行
う集束レンズ18と対物レンズ20の電流を制御するレンズ
コントローラ23、電子ビーム44を２次元的に走査する偏
向器19を制御する偏向器コントローラ24、２次電子の信
号を増幅しSEM像として表示するSEM像ディスプレイコン
トローラ29、及びそのディスプレイ30とからなる。

そして、これらのうち電子光学系及びステージは真空ポ
ンプで10^-6Torr以下の真空度に排気された真空チャンバ
26に収められており、さらに定盤11上に設置されてい
る。

〈位置決め部〉また位置決め部は、検出部の２次電子による映像信号を
SEM像として記憶するSEM像メモリ72、イオンビーム加工
部の２次電子による映像信号をSIM像として記憶するSIM
像メモリ73、両メモリから得られる信号を用いて欠陥位
置を決定する位置決定回路82、位置決定回路82から得ら
れる欠陥が示された画像に表示するディスプレイ81、デ
ィスプレイ81に表示された画像から欠陥位置を指定する
位置決め器80、及び位置決め部の各要素をコントロール
する位置決めコントローラ71とからなる。また位置決定
回路82は、SEM像メモリ72及びSIM像メモリ73から得られ
る信号を２値化するSEM像２値化回路74並びにSIM像２値
化回路75、２値化された信号による画像から加工された
穴のエッヂを検出するSEM像エッヂ検出回路76並びにSIM
像エッヂ検出回路77、エッヂを基にSEM像とSIM像の位置
ずれを補正する位置合わせ回路78、SEM像とSIM像を重合
して欠陥が表示された画像を得る重ね合わせ回路79とか
らなる。

〈動作〉次にその動作について説明する。

被加工物のＸ線マスク34は、第２図に示すように、厚さ
３μｍのPIQからなる保護膜35、パターン幅0.5μｍ、厚
さ１μｍのＸ線を吸収するAuパターン36、厚さ２μｍの
PIQからなる緩衝材37、BNからなる支持膜38、Siからな
る支持枠39から構成されている。

ここでAuパターンの欠陥部40の最小寸法は0.1μｍであ
る。

はじめに、Auパターンを検出するため、PIQの保護膜35
を加工する。加工位置の設定は欠陥検査時に得られた位
置情報をもとにＸステージ８、Ｙステージ９を移動する
ことによって行う。しかし、ステージの位置合せ精度、
Ｘ線マスクのステージへの設定誤差等でAuパターン35の
欠陥部に正確に位置づけることはむずかしい。また欠陥
の形状も不明である。そこでPIQの保護膜35を加工する
とき、その大きさは第４図に示すようにパターン幅の数
倍、およそ３μｍ角程度とする。また加工深さはPIQ表
面とAuパターン表面の寸法が２μｍであることから1.8
μｍとする。

加工は、イオンビーム43によって行う。イオンビーム43
はイオン源１と引出し電極２との間に数KVの高電圧を印
加して引出し、レンズ電極３によってＸ線マスク34の表
面に0.5μｍ程度のビーム径で集束する。ビーム径はＸ
線マスクの保護膜35を加工するとき0.5μｍ程度、SIM像
を得るときと欠陥部40を加工するときは0.1μｍ程度と
する。これは、保護膜35であるPIQの加工は、PIQのスパ
ッタ率がAuに比べて小さいこと、加工体積が大きいこと
及び加工精度をそれ程必要としないことに依る。これら
のビーム径の調整は、図示しないレンズ電極３（第１
図）の中間にあるアパーチャの径を変えることにより行
う。デフレクタ６によるイオンビーム43の走査は、走査
範囲が３μｍ角となるようにデフレクタコントローラ16
を設定する。PIQの保護膜35の加工の終了点は、保護膜3
5の厚さがAuパターンを加工しない程度残るように定め
る。この結果、加工精度±10％が許容されることとなり
保護膜35を完全に除去する場合と比べて加工が容易であ
る。例えば、ビーム電流値が一定の場合、加工量（この
場合、加工深さ）は加工時間に比例するため、加工時間
によって加工終了点を検出できる。

PIQの保護膜35の加工を終了した時点で、保護膜35の加
工穴を中心に加工時の２倍程度の大きさ、例えば６μｍ
角の範囲でイオンビーム43を走査するようにデフレクタ
コントローラ16を設定する。そしてイオンビーム43の径
を0.1μｍとしデフレクタ６によってイオンビーム43を
走査し、Ｘ線マスクの表面からでる２次電子を２次電子
ディデクタ７で捕え、電気信号に変換して増幅し、SIM
像ディスプレイコントローラ27で、イオンビームの偏向
と同期してディスプレイ28上で輝度を変化させ、SIM像
を得る。同時に、位置決め部のSIM像メモリ73に記憶す
る。このときのSIM像（第５図ｆ）は、加工した穴46のP
IQは薄くなっているが、Auパターンの像は得ることがで
きない。加工した穴46のPIQの表面では、加工前にあっ
たPIQ48上の凸凹49が加工によってなくなっているた
め、加工前にわずかにあったAuパターンのエッヂのコン
トラストもなくなっている。逆に、加工後のPIQ48上の
凸凹49がなくなっているため、加工した穴のエッヂ47が
SIM像全体から看て輝度が高く検出される。

次にＸ線マスク34を載せた移動ステージ10を検出部に移
動する。このときイオンビームを光学系と電子ビーム光
学系の光軸を一致させておけば、Ｘステージ８、Ｙステ
ージ９は固定したままで、移動ステージの送り量を一定
にして電子ビーム光学系の下に１μｍ以下の精度でＸ線
マスクの加工部をもっていくことができる。

検出部では、電子銃17より発した電子を集束レンズ18、
対物レンズ20で集束し、集束された電子ビーム44を偏向
器19でＸ線マスク34上を２次元的に走査する。このとき
走査幅はSIM像を得た場合と同一の６μｍ角となるよう
にあらかじめ偏向器コントロール24を設定しておく。そ
してＸ線マスク34の表面からでる２次電子を２次電子デ
ィデクタ25で捕え、電気信号に変換して増幅し、SEM像
ディスプレイコントローラ29で、電子ビームの偏向と同
期してディスプレイ30上の輝度を変化してSEM像を得
る。同時に位置決め部のSEM像メモリ72に記憶する。こ
のときのSEM像は、第５図ａのように走査する電子ビー
ムの電子がイオンビームのイオンに比べて被加工物に深
く入り込むため、得られる２次電子から薄いPIQの下のA
uパターン49、欠陥部50の形状を反映したものとなる。
但し、穴の周辺のPIQ51は厚いため、その下のAuパター
ンが検出できないのはSIM像の場合と同一である。ま
た、加工穴のエッヂ部分はSIM像と同様、輝度が高く検
出される。

次に、位置決め部の位置決めコントローラ71（第１図）
の指示により位置決定回路82のSIM像２値化回路75及びS
EM像２値化回路74において、第５図ｆのSIM像を記憶し
たSIM像メモリ73及び第5aのSEM像を記憶したSEM像メモ
リ72の画像データを用いて、第５図ｆのSIM像と第５図
ａのSEM像の２値化画像を得る。

SIM像２値化回路75では、第５図ｆのSIM像に対する一走
査線52の輝度レベル54（第５図ｇ）が加工穴のエッヂ47
のみ高いため、エッヂ部のみが１、他が０の２値化レベ
ル58（第５図ｈ）が得られ、２値化画像は第５図ｉとな
る。一方、SEM像２値化回路74（第１図）では、第５図
ａのSEM像に対する一走査線53の輝度レベル55（第５図
ｂ）がPIQ保護膜の加工穴のエッヂ52、加工穴内のAuパ
ターン49のみ高いため、エッヂ52部分及び加工穴内のAu
パターン49部分のみ１、他が０の２値化レベル59（第５
図ｃ）が得られ、二値化画像は第５図ｄとなる。ところ
でSIM像２値化回路75、SEM像２値化回路74で２値化する
際の２値化レベル56.57（第５図b,g）の設定方法にはい
くつかあるがここでは輝度レベル54,55が、エッヂの部
分に関し、最大値が加工穴の上辺、最小値が加工穴の下
辺にほぼ対応しているので、最大値と最小値の中間を２
値化レベル56,57とした。

次にSEM像エッヂ検出回路76（第１図）、SIM像エッヂ検
出回路77で２値化された画像から加工された穴のエッヂ
を検出する。エッヂは第５図d,iに示すような２値化画
像のエッヂ部分63,65の内側のエッヂ線69,70とする。こ
のときエッヂ線69,70の距離が、SIM像とSEM像で異なる
場合もあるが、その処理は次に位置合わせ回路78で行
う。

位置合わせ回路78（第１図）では、第５図ｉのSIM像の
エッヂ線69及び第５図ｄのSEM像のエッヂ線70が重なる
とき（重ならない場合は距離が最小となるとき）のずら
し量を算出する。このずらし量が第５図ｉのSIM像に対
する第５図ｄのSEM像のずれ90に対応する。

次に重ね合わせ回路79（第１図）で、第５図ｉの２値化
したSIM像に、第５図ｄの２値化したSEM像から、エッヂ
線70の内側の部分だけ切り出し、位置合わせ回路78で算
出したずれ量90だけ移動して重ね合わせ画像（第５図
ｅ）を得る。この場合、２値化したSIM像、SEM像につい
て処理を行ったが、２値化する前の第５図ｆのSIM像に
対し、第５図ａのSEM像のエッヂ線の内側の部分だけを
重ね合わせることも可能である。２値化する前に画像を
重ね合わせた場合、次の位置決め器で、欠陥に位置決め
するとき、２値化する前の画像によって行うことができ
る。

次に位置決め器80（第１図）で重ね合わせ回路79で得ら
れた画像をディスプレイ81に表示し、欠陥部をカーソル
線等で指定し、デフレクタコントローラ16に加工範囲を
指示する。

次にＸ線マスク34を載せた移動ステージ10を再度イオン
ビーム加工部に移動する。このときの移動量は、イオン
ビーム加工部から検出部に移動したときの移動量と同一
である。イオンビーム加工部では、イオンビームの径を
0.1μｍとしデフレクタコントローラ16に指定した範囲
でイオンビームを走査し、第６図に示すようにAuパター
ン36の欠陥部45のみを加工し除去できる。

本実施例によればイオンビーム加工部によって得られる
SIM像のみでは検出できない保護膜（PIQ）下のAuパター
ンを検出部におけるSEM像によって検出し、これをSIM像
に重ね合わせることによって欠陥位置を決定し、欠陥の
みを加工できるという効果がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば保護膜の下にある微細なパターンの欠陥
を加工することができる。詳述すれば、イオンビームに
より保護膜の一部を残して穴加工し、薄くなった保護膜
の下のパターンを走査電子顕微鏡像によって検出し、検
出像を走査イオン像と重ねあわせることによってパター
ンの欠陥部を位置決めし、パターンの欠陥部のみを正確
かつ高精度に加工できる。光学顕微鏡では検出できない
微細なパターンを、パターン検出に伴う集束イオンビー
ムによるパターンの損傷なしに検出できかつ加工が行え
る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の全体構成図、第２図は被加
工物であるＸ線マスクの断面図、第３図は従来の技術に
よる加工の断面説明図、第４図は本発明の一実施例によ
る加工の断面説明図、第５図は本発明の一実施例の位置
決定回路の処理の説明図、第６図は本発明の一実施例に
よる加工結果の断面説明図である。１……イオン源、２……引出し電極、３……レンズ電
極、４……ブランキング電極、５……ブランキングアパ
チャ、６……デフレクタ、７……２次電子ディデクタ、
８……Ｘステージ、９……Ｙステージ、10……移動ステ
ージ、11……定盤、12……イオン源コントローラ、13…
…引出し電極コントローラ、14……レンズ電極コントロ
ーラ、15……ブランキングコントローラ、16……デフレ
クタコントローラ、17……電子銃、18……集束レンズ、
19……偏向器、20……対物レンズ、21……可動絞り、22
……電子銃コントローラ、23……レンズコントローラ、
24……偏向器コントローラ、25……２次電子ディデク
タ、26……チャンバ、27……SIM像ディスプレイコント
ローラ、28……ディスプレイ、29……SEM像ディスプレ
イコントローラ、30……ディスプレイ、71……位置決め
コントローラ、72……SEM像メモリ、73……SIM像メモ
リ、74……SEM像２値化回路、75……SIM像２値化回路、
76……SEM像エッヂ検出回路、77……SIM像エッヂ検出回
路、78……位置合わせ回路、79……重ね合わせ回路、80
……位置決め器、81……ディスプレイ、82……位置決定
回路。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者原市聡神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者宮内建興神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者小泉光義神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者相内進神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内 (56)参考文献特開昭59−151740（ＪＰ，Ａ)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料の表面にイオンビームを照射して得ら
れる前記試料のSIM像と前記試料の表面に電子ビームを
照射して得られる前記試料のSEM像とを用いて前記試料
の加工すべき領域を決める工程と、該加工すべき領域に
イオンビームを照射することにより該加工すべき領域を
加工する工程とを有することを特徴とするイオンビーム
加工方法。
【請求項２】前記加工すべき領域を決める工程は、前記
SIM像により検出した前記試料表面の位置が前記SEM像に
より検出した前記試料表面の位置に重ね合わさるように
前記イオンビームの照射領域を補正し、前記SEM像によ
り検出した前記試料表面の像に基づいて前記イオンビー
ムを照射する領域を決める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方法。
【請求項３】前記SIM像により検出した前記試料表面の
位置および前記SEM像により検出した前記試料表面の位
置は、予め前記試料の前記加工すべき領域の近傍を前記
イオンビームで加工することにより該加工された領域の
境界部分に形成されたエッジの位置であることを特徴と
する特許請求の範囲第２項記載のイオンビーム加工方
法。
【請求項４】真空に排気された処理室と、該処理室の内
部で処理すべき試料を保持する保持手段と、該保持手段
に保持された前記試料に集束したイオンビームを照射す
るイオンビーム照射手段と、該イオンビームの照射によ
り該試料から発生する２次イオンを検出して前記試料の
SIM像を得るSIM像検出手段と、前記試料に集束した電子
ビームを照射する電子ビーム照射手段と、該電子ビーム
の照射により前記試料から発生する２次電子を検出して
前記試料のSEM像を得るSEM像検出手段と、前記試料のSI
M像と前記試料のSEM像とに基づいて前記イオンビーム照
射手段の前記試料へのイオンビームの照射位置を補正す
る位置補正手段とを有することを特徴とするイオンビー
ム加工装置。
【請求項５】前記位置補正手段は、前記SIM像と前記SEM
像とを表示する画像表示部を備えたことを特徴とする特
許請求の範囲第４項記載のイオンビーム加工装置。