JPH0771754B2

JPH0771754B2 - イオンビーム加工方法

Info

Publication number: JPH0771754B2
Application number: JP4242855A
Authority: JP
Inventors: 朗嶋瀬; 博司山口; 英志門岡; 聡原市; 建興宮内
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-09-11
Filing date: 1992-09-11
Publication date: 1995-08-02
Anticipated expiration: 2010-08-02
Also published as: JPH06134582A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、イオンビームマイクロ
加工に係り、特に被加工物以外に照射するイオンビーム
を減少させ、被加工物以外に与える損傷を最小にするイ
オンビーム加工方法およびその装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】高精度（〜１０⁶Ａ／ｃｍ²ｓｒ）の液体
金属イオン源の提案により、従来不可能であったサブミ
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っている。サブミクロンのイオン
ビームによっ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ってマイクロ
加工分野とも新しい手段を提供することになった。

【０００３】第１図は、従来のイオンビーム加工装置の
一例の構成図であって、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
空チャンバ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、真空チャンバ１１は、真空景
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
チャンバ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、ターゲット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アパーチャ６を通過させるか否
かを切り替えてターゲット１２上でのイオンビーム２を
オンオフする。

【０００４】第１アパーチャ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アパーチャ６は、ブランキングア
パーチャとしての役割と同時に、ターゲット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ャ
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、ターゲット
１２から放出される２次電子ｅを２次電子デイテクタ２
０で検出し、それをヘッドアンプ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（Ｓｃ
ａｎｎｉｎｇＩｏｎＭｉｃｒｏｓｃｏｐｅ；以後Ｓ
ＩＭと呼ぶ。）としてターゲット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１
４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
ンピュータを装備している。以上がイオンビームマスク
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
程の説明図に従って説明する。

【０００５】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３１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３
２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３１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。

【０００６】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ＳｉＯ₂３
３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。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】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。したがって、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
で必須の事項であった。本発明は、上記問題点を解決し
てイオンビームマイクロ加工における下地基板の損傷を
最小にすることができるイオンビーム加工方法およびそ
の装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】まず、本発明に係るイオ
ンビーム加工方法は、高輝度イオン源から発生した高輝
度イオンビームをレンズ電極により集束させ、該集束イ
オンビームを偏向電極により偏向して走査させ、試料上
の所望の被加工部に加工を施すイオンビーム加工方法に
おいて、前記集束イオンビーム照射走査することによっ
て前記試料から放出される２次粒子または試料電流を検
出し、該検出されるアナログ画像信号をＡ／Ｄ変換手段
でディジタル画像信号に変換し、該変換されたディジタ
ル画像信号を画像メモリに記憶させて該記憶されたディ
ジタル画像信号を読出してＣＲＴに表示し、前記変換さ
れたディジタル画像信号に基づいて被加工部の端辺を判
別し、該判別された被加工部の端辺の位置情報に基づい
て集束イオンビームの照射走査範囲を制御して被加工部
に加工を施すことを特徴とする。

【０００９】

【作用】次に、これらを補足して本発明の作用を説明す
ると次のとおりである。イオンビーム加工で下地基板に
損傷を与えず被加工部のみを加工するには、被加工部の
存在する領域を把握し、その領域内にビーム照射領域を
限定すればよい。イオンビーム加工装置内に電子顕微鏡
を装備させた場合には、インプロセスモニタの可能性も
あるが、実際には電子顕微鏡によって検出した被加工部
端の情報をイオンビーム加工装置側へ伝達してイオンビ
ームの走査域を決めた場合に生じる位置の不一致を取り
きることが困難なために実用的ではない。そこで、加工
端の正確な検出には、実際に加工しているイオンビーム
照射によって発生する２次電子、２次イオン等の２次粒
子を検出するのが望ましい。また、イオンビーム加工で
は、平坦な下地基板上にある被加工物を加工すると、被
加工物の端部の加工速度が中央部に比べて速く、このた
めに被加工物は端から加工され、ビーム照射領域の端部
で下地基板が露出しても中央部には被加工物が残ってい
ることが明らかとなった。この問題の解決には、加工時
における走査速度、ビーム電流、ビーム集束性等を走査
領域の中央部と端部で変化させる方法もあるが、適当な
条件を求めても被加工物の変化に対応しきれない。実際
の加工時にＳＩＭ画面を観察すると被加工物の残留状態
の把握が可能であることが明らかとなった。そこで、イ
オンビーム照射で発生する２次粒子を検出して被加工物
の残留状態を把握し、その情報からブランキング電圧の
オン・オフを制御し、極力被加工物にのみビームを照射
するようにし、被加工物の下地に損傷を与えないように
するものである。

【００１０】

【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
ントローラであって、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によってターゲット１２から発生し
た２次電子ｅを電子デイテクタ２０で検出する。検出し
た２次電子ｅの信号をヘッドアンプ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、ヘッドアンプ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に支持して、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。

【００１１】第５図は、上記の被加工物の端辺検出の説
明図であって、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、ＳＩ
Ｍ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、ヘッドア
ンプ２１の増幅率、バックグラウンド電流の差し引き率
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に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
なって下地基板への損傷が少ない加工が可能となる。

【００１２】ここで、第６図、第７図に示す加工中のＣ
ＲＴ画面の説明図に従って、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×２０
μｍの走査範囲でＳＩＭ像をとり、それを一度メモリ２
６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、ターゲット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
コンピュ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の中心軸に持っていくようにす
る。同図（ａ）の状態の画面３５を得たら、画面内でカ
ーソル線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０．５ｓｅ
ｃ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。この方法によって、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。

【００１３】また、第７図は、ＳｉＯ₂上のＡｌ配線４
２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２０
μｍ×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、ターゲット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
ット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のスパッタ率がＡｕのスパッタ率に比べて低いため
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、
この加工方法によっ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。

【００１４】上述の実施例では、ターゲット１２から放
出される２次電子ｅの信号によってブランキング領域を
決定したが、他の実施例として、ターゲット１２からの
試料電流を直接ヘッドアンプ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。各構成部分っは第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ット１２の表面
形状の情報がより平面的になり、対象とするターゲット
によってはより正確な加工端情報が得られる。

【００１５】以上で説明した２次電子や試料電流を検出
する方法・装置はターゲッ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、さらにターゲット上の物質間で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、２１Ａはヘッドアンプ、２５Ａは処理回路、
２６Ａはメモリであって、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。

【００１６】２次イオン検出系は、ターゲット１２から
放出された２次イオンの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、ヘッドアン
プ２１Ａと、さらに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次電子検出系とほぼ同等である。しかし、２次電子
放出能がターゲット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桁から４桁下の値である。したがって、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
・処理する操作を繰り返すようにする。例えば、ターゲ
ット１２としてＸ線用マスクを使用すれば質量分析器２
９のｍ／ｅは１９７に固定して２次イオン像をい得るこ
とができる。

【００１７】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アパー
チャ値化すると同図（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。

【００１８】このようにして、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、この機能によっ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って形状が大きく変化する
が、物質自体が別の物に替わった場合には、再度初めか
ら加工条件を決め直す必要があった。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。

【００１９】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように本発明によ
れば、下地基板の損傷を最小とするイオンビームマイク
ロ加工が可能となるので、半導体装置製造の歩留向上，
品質向上，効率向上に顕著な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のイオンビーム加工装置の一例の構成図。

【図２】イオンビーム加工過程の説明図。

【図３】イオンビーム加工過程の説明図。

【図４】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。

【図５】その被加工物の端辺検出の説明図。

【図６】同加工中のＣＲＴ画面の説明図。

【図７】同加工中のＣＲＴ画面の説明図。

【図８】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。

【図９】その他の実施例の構成図。

【図１０】その他の端辺検出の説明図。

【符号の説明】

１ソース２イオンビーム３引き出し電極４第１アパーチャ５ブランキング電極６第２アパーチャ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真空チャンバ１２ターゲット１３テーブル１４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２０２次電子デイテクタ２１，２１Ａヘッドアンプ２２ＣＲＴ２３ＳＩＭ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３５ＣＲＴ画面３６被加工物３７走査線３８２値化閾値３９カーソル線４０Ａｕパターン４１ブランキング境界４２Ａｌ配線

───────────────────────────────────────────────────── 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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高輝度イオン源から発生した高輝度イオン
ビームをレンズ電極により集束させ、該集束イオンビー
ムを偏向電極により偏向して走査させ、試料上の所望の
被加工部に加工を施すイオンビーム加工方法において、
前記集束イオンビーム照射走査することによって前記試
料から放出される２次粒子または試料電流を検出し、該
検出されるアナログ画像信号をＡ／Ｄ変換手段でディジ
タル画像信号に変換し、該変換されたディジタル画像信
号を画像メモリに記憶させて該記憶されたディジタル画
像信号を読出してＣＲＴに表示し、前記変換されたディ
ジタル画像信号に基づいて被加工部の端辺を判別し、該
判別された被加工部の端辺の位置情報に基づいて集束イ
オンビームの照射走査範囲を制御して被加工部に加工を
施すことを特徴とするイオンビーム加工方法。
【請求項２】高輝度イオン源から発生した高輝度イオン
ビームをレンズ電極により集束させ、該集束イオンビー
ムを偏向電極により偏向して走査させ、試料上の所望の
被加工部に加工を施すイオンビーム加工方法において、
前記集束イオンビームを照射走査することによって前記
試料から放出される２次粒子または試料電流を検出し、
該検出されるアナログ画像信号をＡ／Ｄ変換手段でディ
ジタル画像信号に変換し、該変換されたディジタル画像
信号を画像メモリに記憶させて該記憶されたディジタル
画像信号を読出してＣＲＴに表示し、該表示されたＣＲ
Ｔの画面上において被加工部の端辺を指定し、該指定さ
れた被加工部の端辺の位置情報に基づいて集束イオンビ
ームの照射走査範囲を制御して被加工部に加工を施すこ
とを特徴とするイオンビーム加工方法。