JPH09115473A

JPH09115473A - 試料加工装置

Info

Publication number: JPH09115473A
Application number: JP7266847A
Authority: JP
Inventors: Masako Asahina; 匡子朝比奈
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1995-10-16
Filing date: 1995-10-16
Publication date: 1997-05-02

Abstract

(57)【要約】【課題】高精度な断面解析が行なえる試料加工装置を
提供する。【解決手段】試料加工装置１２は、イオン源１と、ハ
ーフミラー２０と、偏光板２１と、ビーム位置調整用偏
光板２２と、電流モニタ２と、レンズ３，６と、可動絞
り４と、スティグメータ５と、走査電極７とを備える。
試料９は、ＸＹステージ１０ａ上に載置され、ＸＹステ
ージ１０ａは、ＸＹステージ駆動手段１９に接続され
る。ＸＹステージ駆動手段１９は、コントローラ部２３
に接続される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、試料加工装置に
関し、特に、半導体装置などの微細な試料の断面構造を
解析すべく、集束イオンビームを用いてその試料を加工
する試料加工装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来から、集束イオンビームを用いて試
料を加工する試料加工装置は知られている。図７は、集
束イオンビームを用いる従来の試料加工装置１２を模式
的に示す構成図である。

【０００３】図７を参照して、試料加工装置１２は、集
束イオンビームを発するイオン源１と、電流値を設定す
る電流モニタ２と、レンズ３，６と、電流モニタ２の情
報に従って集束イオンビームを絞り込むための可動絞り
４と、スティグメータ５と、走査電極７と、試料９が載
置される試料台１０とを備える。なお、図７において、
１１はエッチング領域を示している。そして、イオン源
１から発せられた集束イオンビーム８は、電流モニタ２
を通過することにより電流値が設定され、レンズ３およ
び可動絞り４を通過する。そして、スティグメータ５に
よって試料９における照射位置が設定され、レンズ６お
よび走査電極７を通過して試料９のエッチング領域１１
に照射されることとなる。

【０００４】上記のような試料加工装置１２を用いて、
ウエハなどの試料９が加工され、断面構造が解析され
る。図８は、集束イオンビーム８が照射されることによ
り、ウエハなどの試料９が加工されている様子を示す部
分断面斜視図である。

【０００５】図８を参照して、第１のパターン１３上に
は第２のパターン１４が形成され、この第２のパターン
１４を覆うように第３のパターン１５が形成される。そ
して、この第３のパターン１５を覆うように第４のパタ
ーン１６が形成されている。この第４のパターン１６内
に、異物１７が存在している。

【０００６】図９は、図８における矢印２６方向から見
た試料９の断面構造を示す図である。この図９に示され
るように、試料９の断面構造を観察することにより、異
物１７の材質などの情報が得られることとなる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
試料加工装置１２では、図７に示されるように、１つの
集束イオンビーム８しか発生させることができなかっ
た。そのため、１箇所の欠陥や異物に対して１つの断面
情報しか得られなかった。それにより、たとえば集束イ
オンビーム８の照射位置がずれた場合には、異物や欠陥
の断面情報が得られない場合があるという問題点があっ
た。

【０００８】また、同一欠陥，異物でも、集束イオンビ
ーム８を当てる場所によって得られる断面情報が異な
る。このため、１箇所のみの断面情報だけでは、異物や
欠陥の発生箇所の断定が困難となるという問題点もあっ
た。

【０００９】さらに、従来の試料加工装置１２では、必
ず作業者が、どの場所の断面情報を得たいかを指定する
必要があった。

【００１０】この発明は、上記のような課題を解決する
ためになされたものである。この発明の目的は、複数の
集束イオンビームを同時に照射することにより集束イオ
ンビームの照射位置が少々ずれた場合においても異物や
欠陥の断面情報がほぼ確実に得られ、異物や欠陥の発生
箇所の判断も容易となる試料加工装置を提供することに
ある。

【００１１】この発明の他の目的は、欠陥情報を予め登
録することにより自動的に複数箇所の断面情報が得られ
る試料加工装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】この発明に係る試料加工
装置は、集束イオンビームを用いてウエハなどの試料を
加工する装置であり、イオンビーム発生手段と、イオン
ビーム照射手段と、ステージとを備える。イオンビーム
発生手段は、複数の集束イオンビームを発生させる。イ
オンビーム照射手段は、イオンビーム発生手段によって
発生された複数の集束イオンビームを試料の複数箇所に
同時に照射することにより試料の複数箇所を同時に加工
するものである。ステージは、試料を載置するためのも
のである。

【００１３】上述のように、この発明に係る試料加工装
置は、複数のイオンビームを発生させるイオンビーム発
生手段と、複数の集束イオンビームを試料の複数箇所に
同時に照射し得るイオンビーム照射手段とを備えてい
る。それにより、同時に複数の集束イオンビームを試料
の所望の箇所に照射して試料を加工することが可能とな
る。そのため、集束イオンビームの照射位置間隔や数な
どを適切に調整することにより、集束イオンビームが少
々ずれた場合であってもほぼ確実に異物の存在する箇所
の試料の断面情報を得ることが可能となる。また、複数
の集束イオンビームを用いることによって、異物や欠陥
に関する複数の断面情報を得ることができ、異物や欠陥
の発生箇所の判断も容易となる。

【００１４】また、上記のイオンビーム照射手段は、異
物の大きさに応じて複数の集束イオンビームの照射位置
間の間隔を調整するイオンビーム照射位置調整手段を含
むことが好ましい。このイオンビーム照射位置調整手段
を有することにより、異物などの大きさに応じて集束イ
オンビームの照射位置間の間隔を調整することが可能と
なる。そして、たとえば、集束イオンビームの照射位置
間の間隔を異物の大きさ（最小径など）よりも小さくす
ることにより、集束イオンビームが少々ずれた位置に照
射された場合でも、ほぼ確実に異物などの存在する位置
における試料の断面を加工することが可能となる。それ
により、所望の断面構造がより確実に得られる。

【００１５】また、上記のステージには、このステージ
を２次元方向（一つの平面に沿う任意の方向）に移動さ
せるステージ駆動手段が接続されることが好ましく、ス
テージ駆動手段には、異物などの位置情報が入力されそ
の位置情報に基づいてステージ駆動手段の動作制御を行
なうコントローラ部が接続されることが好ましい。この
ようなステージ駆動手段と、コントローラ部とを備える
ことにより、自動的に異物などの存在する位置における
試料の断面情報を得ることが可能となる。その結果、作
業者がどの場所の断面情報を得たいかを指定する必要が
なくなり、作業性を向上させることが可能となる。

【００１６】

【発明の実施の形態】以下、図１〜図６を用いて、この
発明の実施の形態について説明する。

【００１７】（実施の形態１）まず、図１を用いて、本
発明の実施の形態１における試料加工装置について説明
する。図１は、この発明の実施の形態１における試料加
工装置を模式的に示す構成図である。

【００１８】図１を参照して、本実施の形態１における
試料加工装置１２では、イオン源１から発せられる集束
イオンビーム１８を２方向に分割する分割手段が設けら
れている。具体的には、イオン源１の下にハーフミラー
２０が設置される。このハーフミラー２０によって、イ
オン源１から発せられた集束イオンビーム１８は、図１
に示されるように、ハーフミラー２０を透過する方向
と、ハーフミラー２０によって反射される方向とに分割
されることとなる。

【００１９】そして、ハーフミラー２０によって反射さ
れた集束イオンビーム１８は、偏光板２１によって反射
され、電流モニタ２，レンズ３，６，可動絞り４，ステ
ィグメータ５および走査電極７を通過してビーム位置調
整用偏光板２２に照射される。そして、このビーム位置
調整用偏光板２２によって集束イオンビーム１８は再び
反射され、試料９の所定位置に照射されることとなる。
一方、ハーフミラー２０を透過した集束イオンビーム１
８も、電流モニタ２，レンズ３，６，可動絞り４，ステ
ィグメータ５，走査電極７を通過して試料９に照射され
る。

【００２０】上記のように、イオン源１から発せられる
集束イオンビームを２方向に分割する分割手段（ハーフ
ミラー２０）を有しているため、試料９の表面の異なる
位置に同時に複数の集束イオンビーム１８を照射するこ
とが可能となる。それにより、集束イオンビーム１８の
照射位置が少々ずれた場合においても、ほぼ確実に異物
（図示せず）が存在する試料９の断面情報を得ることが
可能となる。

【００２１】なお、図１では、１つのイオンビームを２
方向に分割する場合について説明したが、ハーフミラー
２０の数を増やすなどして３方向以上に１つのイオンビ
ームを分割することも可能である。また、ハーフミラー
２０以外の方法によって１つのイオンビームを複数に分
割するものであってもよい。

【００２２】また、ビーム位置調整用偏光板２２の角度
を適切に調整することにより、試料９に照射される集束
イオンビームの照射位置間の間隔を調整することが可能
となる。この間隔は、異物の大きさに応じて適宜調整さ
れることが好ましい。より具体的には、照射される集束
イオンビームの照射位置間の間隔が、異物の大きさ（た
とえば異物の最小径）より小さくなるように調整される
ことが好ましい。それにより、集束イオンビーム１８の
照射位置が少々ずれた場合においても、確実に、異物な
どの存在する場所における試料９の断面を加工すること
が可能となる。

【００２３】再び図１を参照して、試料９は、たとえば
半導体ウエハなどからなり、ＸＹステージ１０ａ上に載
置されることが好ましい。このＸＹステージ１０ａは、
Ｘ，Ｙの２次元方向に移動し得るステージである。この
ＸＹステージ１０ａには、上記の２次元方向にＸＹステ
ージ１０ａを駆動するためのＸＹステージ駆動手段１９
が接続される。そして、このＸＹステージ駆動手段１９
には、メモリ機能を有するコンピュータが内蔵されるコ
ントローラ部２３が接続される。このコントローラ部２
３には、前工程において検知された異物の大きさや位置
などの情報が記憶されており、これらの情報に基づい
て、ＸＹステージ駆動手段１９の動作制御を行なう。

【００２４】それにより、ＸＹステージ駆動手段１９に
よってＸＹステージ１０ａが駆動され、試料９の所望の
位置に上記の集束イオンビーム１８が照射されることと
なる。このように、予め異物の位置や大きさなどの情報
がコントローラ部２３に登録されることにより、作業者
がどの場所の断面情報を得たいかをその都度指定する必
要がなくなり、作業性を向上させることが可能となる。
また、図１に示されるように、コントローラ部２３とビ
ーム位置調整用偏光板２２とを接続してもよい。それに
より、コントローラ部２３に登録された異物の大きさの
情報に応じて自動的にビーム位置調整用偏光板２２の角
度を制御して集束イオンビーム１８の照射位置間の間隔
を調整することも可能である。

【００２５】なお、図１において、２４は、試料加工装
置１２を用いて加工された試料９の断面構造を観測する
ための観測部を示している。この観測部２４内におい
て、走査型電子顕微鏡などによって試料９の断面構造が
観察される。

【００２６】次に、図３〜図６を用いて、複数の集束イ
オンビーム１８ａ，１８ｂ，１８ｃを用いて試料９の断
面構造を観察する手法についてより具体的に説明する。
図３は、３つの集束イオンビーム１８ａ〜１８ｃを用い
て試料９の加工を行なっている様子を模式的に示す部分
断面斜視図である。図４は、図３におけるＩＶ−ＩＶ線
に沿う断面図である。

【００２７】図３および図４に示されるように、所定の
間隔で複数の集束イオンビーム１８ａ〜１８ｃを照射す
ることにより、確実に異物１７が存在する部分における
試料９の断面構造を得ることが可能となることに加え
て、１つの異物に対して複数の断面情報をも得ることが
可能となる。それにより、確実に異物の断面情報が得ら
れるばかりでなく、異物の発生箇所の断定も容易とな
る。なお、異物１７が何らかの欠陥である場合も、同様
に、この欠陥の発生場所の断定に対し有力な情報が得ら
れることとなる。また、上記の３つの集束イオンビーム
１８ａ〜１８ｃを使用する場合には、異物１７の位置
と、３つの集束イオンビーム１８ａ〜１８ｃの内中央近
傍に位置する集束イオンビーム１８ｂの照射位置とを位
置合わせすることが好ましい。それにより、図４におい
て左右のいずれの方向に集束イオンビーム１８ａ〜１８
ｃの照射位置がずれても確実に異物１７の断面情報が得
られる。

【００２８】図５には、上記の集束イオンビーム１８ａ
〜１８ｃによって得られる断面構造がそれぞれ示されて
いる。具体的には、図５（ａ）は、集束イオンビーム１
８ａによって得られた断面構造を示し、図５（ｂ）は、
集束イオンビーム１８ｂによって得られた断面構造を示
し、図５（ｃ）は、集束イオンビーム１８ｃによって得
られた断面構造を示している。これらの図に示されるよ
うに、異物１７に関し、従来よりも多くの情報が一度に
得られる。

【００２９】次に、図６を用いて、複数の集束イオンビ
ームの照射位置間の間隔について説明する。図６（ａ）
は、４つの集束イオンビーム１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，
１８ｄが同時に照射された場合を模式的に示す図であ
る。図６（ｂ）は、異物１７の大きさが小さい場合にあ
えて１つの集束イオンビーム１８ｂのみを使用している
様子を示す図である。

【００３０】まず図６（ａ）を参照して、複数の集束イ
オンビーム１８ａ〜１８ｄの照射位置間の間隔Ｗ１，Ｗ
２，Ｗ３は、適宜調整可能であるが、各間隔Ｗ１，Ｗ
２，Ｗ３が、異物１７の最小径よりも小さいことが好ま
しい。なお、間隔Ｗ１，Ｗ２，Ｗ３の値は互いに等しい
ものであってもよいし、互いに異なるものであってもよ
い。

【００３１】次に、図６（ｂ）を参照して、異物１７が
かなり小さい場合には、１本の集束イオンビーム１８ａ
のみを用いてもよい。しかしながら、この場合において
も、集束イオンビーム１８ａを挟むように２本の集束イ
オンビームを照射することが好ましい。それにより、集
束イオンビーム１８ａの照射位置がずれた場合において
も、異物１７が存在する部分における試料９の断面構造
をより確実に得ることが可能となる。

【００３２】上述のように、複数の集束イオンビームの
照射位置間の間隔を適宜調整することにより、解析した
い欠陥や異物のサイズに応じた断面解析が可能となる。
それにより、たとえば、欠陥や異物の小さい場合や予め
欠陥や異物の発生箇所の推定がなされている場合に、集
束イオンビームの照射位置間の間隔を広くかつ集束イオ
ンビーム数を減少させることが可能となり、解析時間を
短縮することが可能となる。

【００３３】（実施の形態２）次に、図２を用いて、こ
の発明の実施の形態２について説明する。図２は、この
発明の実施の形態２における試料加工装置を示す概略構
成図である。

【００３４】図２を参照して、本実施の形態２では、４
つのイオン源１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄが設けられ、それ
に対応した数の電流モニタ２，レンズ３，６，可動絞り
４，位置調整用スティグメータ２５，走査電極７がそれ
ぞれ設けられる。上記のように、４つのイオン源１ａ〜
１ｄを設けることにより、４つの集束イオンビーム１８
を試料９に照射することが可能となる。それにより、上
記の実施の形態１の場合と同様の効果が得られる。

【００３５】なお、照射位置調整用スティグメータ２５
は、コントローラ部２３に接続され、このコントローラ
部２３によって動作制御されることが好ましい。それに
より、異物の大きさに応じて、集束イオンビーム１８の
照射位置間の間隔を調整することが可能となる。

【００３６】なお、上述の実施の形態１，２では、２つ
あるいは４つの集束イオンビーム１８を用いる場合につ
いて説明したが、それ以外の数の複数の集束イオンビー
ム１８を用いるものであってもよい。また、複数の集束
イオンビームを発生させて試料９に照射し得るものであ
れば、上述の実施の形態１および実施の形態２に示され
る手法以外の手法を用いることも可能である。

【００３７】以上、本発明の実施の形態について説明し
たが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示で
あって制限的なものではないと考えられるべきである。
本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請
求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が
含まれることが意図される。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の実施の形態１における試料加工装
置の概略構成図である。

【図２】本発明の実施の形態２における試料加工装置
の概略構成図である。

【図３】この発明に従って試料が加工されている様子
を示す部分断面斜視図である。

【図４】図３におけるＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図であ
る。

【図５】（ａ）〜（ｃ）は、それぞれ集束イオンビー
ム１８ａ〜１８ｃによって図３に示される試料が切断さ
れた場合の各々の断面を示す図である。

【図６】（ａ）および（ｂ）は、異物の大きさによっ
て集束イオンビーム数や間隔を変更している様子を示す
断面図である。

【図７】従来の試料加工装置の一例を示す概略構成図
である。

【図８】従来の試料加工装置によって試料が加工され
ている様子を示す部分断面斜視図である。

【図９】図８における矢印２６方向から見た断面図で
ある。

【符号の説明】

１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄイオン源、２電流モニ
タ、３，６レンズ、４可動絞り、５スティグメー
タ、７走査電極、８，１８，１８ａ，１８ｂ，１８
ｃ，１８ｄ集束イオンビーム、９試料、１０試料
台、１０ａＸＹステージ、１２試料加工装置、１７
異物、１９ＸＹステージ駆動手段、２０ハーフミ
ラー、２１偏光板、２２ビーム位置調整用偏光板、
２３コントローラ部、２４観測部、２５照射位置
調整用スティグメータ。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】集束イオンビームを用いて試料を加工す
る試料加工装置であって、複数の集束イオンビームを発生させるイオンビーム発生
手段と、前記イオンビーム発生手段によって発生された前記複数
の集束イオンビームを試料の複数箇所に同時に照射する
ことにより前記試料の複数箇所を同時に加工するイオン
ビーム照射手段と、前記試料を載置するステージと、を備えた、試料加工装
置。
【請求項２】前記イオンビーム発生手段は、１つのイ
オン源と、前記イオン源から発せられる１つの集束イオ
ンビームを第１と第２の集束イオンビームに分割する分
割手段とを含み、前記イオンビーム照射手段は、前記第１の集束イオンビ
ームを前記試料に照射する第１のイオンビーム照射手段
と、前記第２の集束イオンビームを前記試料に照射する
ための第２のイオンビーム照射手段とを含む、請求項１
に記載の試料加工装置。
【請求項３】前記イオンビーム発生手段は、複数のイ
オン源を含み、前記イオンビーム照射手段は、前記複数のイオン源の数
に応じて複数個設けられる、請求項１に記載の試料加工
装置。
【請求項４】前記イオンビーム照射手段は、異物の大
きさに応じて前記複数の集束イオンビームの照射位置間
の間隔を調整するイオンビーム照射位置調整手段を含
む、請求項１ないし３のいずれかに記載の試料加工装
置。
【請求項５】前記ステージには、前記ステージを２次
元方向に移動させるステージ駆動手段が接続され、前記ステージ駆動手段には、異物の位置情報が入力され
前記異物の位置情報に基づいて前記ステージ駆動手段の
動作制御を行なうコントローラ部が接続される、請求項
１ないし４のいずれかに記載の試料加工装置。