JPH10223574A - 加工観察装置 - Google Patents
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Classifications
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- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L21/00—Processes or apparatus adapted for the manufacture or treatment of semiconductor or solid state devices or of parts thereof
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- H01L21/04—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer
- H01L21/18—Manufacture or treatment of semiconductor devices or of parts thereof the devices having potential barriers, e.g. a PN junction, depletion layer or carrier concentration layer the devices having semiconductor bodies comprising elements of Group IV of the Periodic Table or AIIIBV compounds with or without impurities, e.g. doping materials
- H01L21/30—Treatment of semiconductor bodies using processes or apparatus not provided for in groups H01L21/20 - H01L21/26
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Abstract
(57)【要約】
【課題】試料の角度を変更することなく加工断面のＳＩ
Ｍ像を得る。 【解決手段】集束イオンビームを照射して、試料７表面
を加工する加工用イオンビーム照射系１と、集束イオン
ビームを照射して、試料７から放出される二次イオンを
検出することにより、試料７表面の状態を検出する観察
用イオンビーム照射系２と、加工用イオンビーム照射軸
および観察用イオンビーム照射軸の交点に試料表面を保
持するための試料保持部６と、試料７表面の状態を表示
する表示装置３ａとを備える。
Ｍ像を得る。 【解決手段】集束イオンビームを照射して、試料７表面
を加工する加工用イオンビーム照射系１と、集束イオン
ビームを照射して、試料７から放出される二次イオンを
検出することにより、試料７表面の状態を検出する観察
用イオンビーム照射系２と、加工用イオンビーム照射軸
および観察用イオンビーム照射軸の交点に試料表面を保
持するための試料保持部６と、試料７表面の状態を表示
する表示装置３ａとを備える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、イオンビームによ
り試料の加工および観察を行なう加工観察装置に関す
る。
り試料の加工および観察を行なう加工観察装置に関す
る。
【０００２】
【従来の技術】半導体の製造技術は、ウエハの大型化、
配線の微細化、多層化の傾向にあり、半導体の製造や検
査に用いられる設備等も、総てこの傾向に沿うものでな
ければならない。例えば、半導体の一部を削り取り、そ
の断面を観察し不良解析に供する集束イオンビーム（Ｆ
ＩＢ）装置も例外ではない。
配線の微細化、多層化の傾向にあり、半導体の製造や検
査に用いられる設備等も、総てこの傾向に沿うものでな
ければならない。例えば、半導体の一部を削り取り、そ
の断面を観察し不良解析に供する集束イオンビーム（Ｆ
ＩＢ）装置も例外ではない。
【０００３】通常、ＦＩＢを用いる加工観察装置は、細
く集束したイオンビームにより試料を加工する加工手段
と、イオンビーム照射時に試料から放出される二次荷電
粒子を検出し、ＳＩＭ（走査型イオン顕微鏡）像を作成
する観察手段とを備える。集束イオンビームにより試料
を加工すると、通常、断面がＦＩＢのビーム軸に平行な
加工穴が得られる。従来のＦＩＢ装置では、この加工穴
の断面を集束イオンビームにより走査して観察するため
には、断面をビーム軸に対して傾斜させる（すなわち、
加工後の試料を傾ける）必要があった。
く集束したイオンビームにより試料を加工する加工手段
と、イオンビーム照射時に試料から放出される二次荷電
粒子を検出し、ＳＩＭ（走査型イオン顕微鏡）像を作成
する観察手段とを備える。集束イオンビームにより試料
を加工すると、通常、断面がＦＩＢのビーム軸に平行な
加工穴が得られる。従来のＦＩＢ装置では、この加工穴
の断面を集束イオンビームにより走査して観察するため
には、断面をビーム軸に対して傾斜させる（すなわち、
加工後の試料を傾ける）必要があった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】このような従来の断面
加工観察装置では、試料を傾斜させるために、大きな試
料室が必要となる。これは、装置全体の重量を増大させ
るため、設置場所に制限があった。この問題は、試料が
大きくなるに従って、顕著になる。
加工観察装置では、試料を傾斜させるために、大きな試
料室が必要となる。これは、装置全体の重量を増大させ
るため、設置場所に制限があった。この問題は、試料が
大きくなるに従って、顕著になる。
【０００５】試料室を図３に示す。試料室は、厚さｈの
板に囲また、高さ（ビーム照射軸方向の長さ）Ｈの筐体
であり、上面の板は、図３（１）に示す正方形の天板１
８である。加工・観察時には、試料室１７内の空間１７
ａは高真空に保たれるため、大気圧で筐体の天板が押さ
れ、図３（２）に示すように歪みを生じる。この歪みに
よりビーム手段の軸が歪むと初期の性能が得られない。
このため、歪みは極力小さくしなければならない。この
歪みの大きさｄは、材料、形状が一定の場合、天板１８
の一辺の長さａの４乗に比例し、試料室材料の肉厚ｈの
３乗に逆比例する。これらのことは試料室１７の各面に
ついて成り立つ。
板に囲また、高さ（ビーム照射軸方向の長さ）Ｈの筐体
であり、上面の板は、図３（１）に示す正方形の天板１
８である。加工・観察時には、試料室１７内の空間１７
ａは高真空に保たれるため、大気圧で筐体の天板が押さ
れ、図３（２）に示すように歪みを生じる。この歪みに
よりビーム手段の軸が歪むと初期の性能が得られない。
このため、歪みは極力小さくしなければならない。この
歪みの大きさｄは、材料、形状が一定の場合、天板１８
の一辺の長さａの４乗に比例し、試料室材料の肉厚ｈの
３乗に逆比例する。これらのことは試料室１７の各面に
ついて成り立つ。
【０００６】つぎに、筐体のサイズについて考える。筐
体中央にビームの照射軸があるとすると、試料７の全域
にビームを照射するためには、試料７を、縦横にそれぞ
れ試料サイズの２倍ずつ移動させなければならない。従
って、天板１８の一辺の長さａは、試料径の２倍に、試
料室材料の肉厚ｈの２倍を加えた値以上でなければなら
ない。ゆえに、試料室１７の、照射軸に対して垂直な断
面積は、試料サイズの約４倍より大きくになるため、内
部を真空に保持した場合の大気中から押される圧力も４
倍以上に大きくなる。
体中央にビームの照射軸があるとすると、試料７の全域
にビームを照射するためには、試料７を、縦横にそれぞ
れ試料サイズの２倍ずつ移動させなければならない。従
って、天板１８の一辺の長さａは、試料径の２倍に、試
料室材料の肉厚ｈの２倍を加えた値以上でなければなら
ない。ゆえに、試料室１７の、照射軸に対して垂直な断
面積は、試料サイズの約４倍より大きくになるため、内
部を真空に保持した場合の大気中から押される圧力も４
倍以上に大きくなる。
【０００７】また、ビームの照射軸に対する試料の角度
を、０°〜９０°に変更する場合、試料室１７の高さＨ
を、ステージ６の厚さと試料７の厚さとの和、および、
試料１７の径の２倍の、いずれか大きい方（通常、試料
径）より大きく必要がある。
を、０°〜９０°に変更する場合、試料室１７の高さＨ
を、ステージ６の厚さと試料７の厚さとの和、および、
試料１７の径の２倍の、いずれか大きい方（通常、試料
径）より大きく必要がある。
【０００８】以上の事から、試料径が多くなればなるほ
ど、試料室１７のサイズを大きくしなければならず、ま
た、そこにかかる圧力も大きくなることから、歪みを小
さく抑えるためには、試料室材料の肉厚ｈを指数関数的
に厚くしなければならないことがわかる。
ど、試料室１７のサイズを大きくしなければならず、ま
た、そこにかかる圧力も大きくなることから、歪みを小
さく抑えるためには、試料室材料の肉厚ｈを指数関数的
に厚くしなければならないことがわかる。
【０００９】試料径１００ｍｍ(４インチ)の場合の試料
室１７の重量を１とし、これに対する、歪みｄがこの試
料室１７と同じになるように材料の肉厚ｈを定めた種々
のサイズの試料室１７の重量比を図４に示す。
室１７の重量を１とし、これに対する、歪みｄがこの試
料室１７と同じになるように材料の肉厚ｈを定めた種々
のサイズの試料室１７の重量比を図４に示す。
【００１０】半導体製造のためのウエハの直径、半導体
製造業界では、１００ｍｍ、１５０ｍｍ、２００ｍｍと
推移してきたが、次世代は３００ｍｍ、４００ｍｍにな
る予想されている。そこで、図４には、これらの径の試
料を保持することのできるサイズの試料室の重量比を示
した。この図から明らかなように、試料室１７の重量比
は、２００ｍｍから３００ｍｍの間で急に大きくなるこ
とがわかる。従って、従来技術によれば、直径３００ｍ
ｍ以上の試料を加工・観察するための装置は、非常に重
くなってしまい、設置場所の制限が大きい。
製造業界では、１００ｍｍ、１５０ｍｍ、２００ｍｍと
推移してきたが、次世代は３００ｍｍ、４００ｍｍにな
る予想されている。そこで、図４には、これらの径の試
料を保持することのできるサイズの試料室の重量比を示
した。この図から明らかなように、試料室１７の重量比
は、２００ｍｍから３００ｍｍの間で急に大きくなるこ
とがわかる。従って、従来技術によれば、直径３００ｍ
ｍ以上の試料を加工・観察するための装置は、非常に重
くなってしまい、設置場所の制限が大きい。
【００１１】また、加工と観察とを連続的に繰り返す場
合には、試料の角度変更（通常、４５°〜６０°程度）
を繰り返さなければならず、操作が煩わしいだけでな
く、試料ステージの位置精度の限界から微細加工が困難
になるといった精度上の問題が生ずることがあった。
合には、試料の角度変更（通常、４５°〜６０°程度）
を繰り返さなければならず、操作が煩わしいだけでな
く、試料ステージの位置精度の限界から微細加工が困難
になるといった精度上の問題が生ずることがあった。
【００１２】そこで、本発明は、試料の角度を変更する
ことなく加工断面のＳＩＭ像を得ることのできる加工観
察装置を提供することを目的とする。
ことなく加工断面のＳＩＭ像を得ることのできる加工観
察装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明では、集束イオンビームを照射して、試料表
面を加工する加工用イオンビーム照射系と、集束イオン
ビームを照射して、試料から二次荷電粒子を放出させる
観察用イオンビーム照射系と、加工用イオンビーム照射
軸および観察用イオンビーム照射軸の交点に試料表面を
支持するための試料支持部と、上記二次荷電粒子を検出
し、検出結果を出力する検出器と、該検出器の出力を表
示する表示装置とを備える加工観察装置が提供される。
め、本発明では、集束イオンビームを照射して、試料表
面を加工する加工用イオンビーム照射系と、集束イオン
ビームを照射して、試料から二次荷電粒子を放出させる
観察用イオンビーム照射系と、加工用イオンビーム照射
軸および観察用イオンビーム照射軸の交点に試料表面を
支持するための試料支持部と、上記二次荷電粒子を検出
し、検出結果を出力する検出器と、該検出器の出力を表
示する表示装置とを備える加工観察装置が提供される。
【００１４】このように、加工用イオン鏡筒と観察専用
イオン鏡筒を配置することにより、本発明の加工観察装
置では、加工と観察のために試料の角度を変更する必要
がない。試料の角度を変更しない場合、試料ステージの
角度変更のために、試料を保持するチャンバを大きくす
る必要がなく、サイズの大きな試料を加工する装置であ
っても、そのコストを低く抑えることができる。従っ
て、本発明では、試料支持部は、試料の加工対象表面
が、上記加工用イオンビーム照射系の照射軸を法線とす
る平面になるように支持することが望ましい。しかし、
透過型電子顕微鏡をさらに備え、これによって試料表面
を観察する場合には、加工対象平面を加工用イオンビー
ムの照射軸を法線とする平面に対して±５°以内の角度
で傾けることができるようにしてもよい。
イオン鏡筒を配置することにより、本発明の加工観察装
置では、加工と観察のために試料の角度を変更する必要
がない。試料の角度を変更しない場合、試料ステージの
角度変更のために、試料を保持するチャンバを大きくす
る必要がなく、サイズの大きな試料を加工する装置であ
っても、そのコストを低く抑えることができる。従っ
て、本発明では、試料支持部は、試料の加工対象表面
が、上記加工用イオンビーム照射系の照射軸を法線とす
る平面になるように支持することが望ましい。しかし、
透過型電子顕微鏡をさらに備え、これによって試料表面
を観察する場合には、加工対象平面を加工用イオンビー
ムの照射軸を法線とする平面に対して±５°以内の角度
で傾けることができるようにしてもよい。
【００１５】前述のように、従来技術によれば、試料サ
イズが３００ｍｍを超えると、試料室重量が飛躍的に増
大してしまうため、あまり実用的ではなかった。しか
し、本発明によれば、試料を傾斜させることなく観察す
ることができるため、試料サイズが３００ｍｍ以上であ
っても、試料室１７の高さＨを、従来の装置の０．３倍
以下にすることができ、全体の重量は、従来装置の半分
程度にできる。従って、本発明では、試料支持部とし
て、稼働範囲が縦横各３００ｍｍ以上の（すなわち、加
工用イオンビーム照射系の照射軸を法線とする平面内
で、ｘ軸方向、ｙ軸方向ともに、それぞれ３００ｍｍ以
上、試料を移動させることのできる）ｘｙステージを備
えるものを用いることができる。
イズが３００ｍｍを超えると、試料室重量が飛躍的に増
大してしまうため、あまり実用的ではなかった。しか
し、本発明によれば、試料を傾斜させることなく観察す
ることができるため、試料サイズが３００ｍｍ以上であ
っても、試料室１７の高さＨを、従来の装置の０．３倍
以下にすることができ、全体の重量は、従来装置の半分
程度にできる。従って、本発明では、試料支持部とし
て、稼働範囲が縦横各３００ｍｍ以上の（すなわち、加
工用イオンビーム照射系の照射軸を法線とする平面内
で、ｘ軸方向、ｙ軸方向ともに、それぞれ３００ｍｍ以
上、試料を移動させることのできる）ｘｙステージを備
えるものを用いることができる。
【００１６】なお、加工用イオンビーム照射系は、内部
を真空にすることのできるイオンビーム照射鏡筒を備
え、さらに、この鏡筒内に、イオンビームを発生させる
イオン源と、該イオン源からのイオンビームを集束する
イオンビーム集束手段とを備える。さらに、イオンビー
ムを偏向するイオンビーム偏向手段を備えていてもよ
い。
を真空にすることのできるイオンビーム照射鏡筒を備
え、さらに、この鏡筒内に、イオンビームを発生させる
イオン源と、該イオン源からのイオンビームを集束する
イオンビーム集束手段とを備える。さらに、イオンビー
ムを偏向するイオンビーム偏向手段を備えていてもよ
い。
【００１７】なお、加工時の便宜のためには、加工用イ
オンビーム照射系が、加工手段と観察手段との両方を備
えていることが望ましい。この場合、加工用イオンビー
ム照射系は、上述の構成に加えて、外部から入力された
指示に応じて、動作モードを、試料表面の加工を行なう
加工モードと、試料表面に集束イオンビームを照射し
て、試料から二次荷電粒子を放出させる観察モードとの
間で切り換えるモード切換手段を、さらに備える。この
モード切換手段は、例えば、加工モードが指示される
と、プローブ電流を３ｎＡ以上にする手段と、観察モー
ドが指示されると、プローブ電流を３０ｐＡ以下にする
手段とを備える。
オンビーム照射系が、加工手段と観察手段との両方を備
えていることが望ましい。この場合、加工用イオンビー
ム照射系は、上述の構成に加えて、外部から入力された
指示に応じて、動作モードを、試料表面の加工を行なう
加工モードと、試料表面に集束イオンビームを照射し
て、試料から二次荷電粒子を放出させる観察モードとの
間で切り換えるモード切換手段を、さらに備える。この
モード切換手段は、例えば、加工モードが指示される
と、プローブ電流を３ｎＡ以上にする手段と、観察モー
ドが指示されると、プローブ電流を３０ｐＡ以下にする
手段とを備える。
【００１８】また、加工用イオンビーム照射系は、外部
からの指示に応じて、レンズ条件およびマスクを変更す
ることにより、ビームを投射型イオンビームと集束イオ
ンビームとの間で変更できるものを用いることが望まし
い。
からの指示に応じて、レンズ条件およびマスクを変更す
ることにより、ビームを投射型イオンビームと集束イオ
ンビームとの間で変更できるものを用いることが望まし
い。
【００１９】観察用イオンビーム照射系は、加工用と同
様、イオンビーム照射鏡筒、イオン源、および、イオン
ビーム集束手段を備える。この観察用イオンビーム照射
系としては、例えば、プローブ電流３０ｐＡ以下の領域
で使用可能な集束イオンビーム装置であれば足りる。な
お、観察用イオンビーム照射系も、イオンビーム偏向手
段を備えていてもよい。
様、イオンビーム照射鏡筒、イオン源、および、イオン
ビーム集束手段を備える。この観察用イオンビーム照射
系としては、例えば、プローブ電流３０ｐＡ以下の領域
で使用可能な集束イオンビーム装置であれば足りる。な
お、観察用イオンビーム照射系も、イオンビーム偏向手
段を備えていてもよい。
【００２０】なお、コストを抑えるためには、加工用イ
オンビーム照射系および観察用イオンビーム照射系の制
御部の少なくとも一部を共通にすることが望ましい。す
なわち、各照射系のイオン源およびイオンビーム集束手
段のうちの少なくとも一部が、共通の制御装置により制
御されるようにし、この制御装置が、外部からの指示に
応じて、上記加工用イオンビーム照射系と上記観察用イ
オンビーム照射系との間で、制御対象を切り換える手段
を備えるようにすることが望ましい。また、加工用イオ
ンビーム照射系と、観察用イオンビーム照射系とが、鏡
筒内部の雰囲気を排気して鏡筒内を真空にするための排
気機構を共用するようにすることも、コスト低減のため
に有効である。このように、制御系および排気系を、両
照射系の間で極力共用することにより、コストを低減す
ることができる。
オンビーム照射系および観察用イオンビーム照射系の制
御部の少なくとも一部を共通にすることが望ましい。す
なわち、各照射系のイオン源およびイオンビーム集束手
段のうちの少なくとも一部が、共通の制御装置により制
御されるようにし、この制御装置が、外部からの指示に
応じて、上記加工用イオンビーム照射系と上記観察用イ
オンビーム照射系との間で、制御対象を切り換える手段
を備えるようにすることが望ましい。また、加工用イオ
ンビーム照射系と、観察用イオンビーム照射系とが、鏡
筒内部の雰囲気を排気して鏡筒内を真空にするための排
気機構を共用するようにすることも、コスト低減のため
に有効である。このように、制御系および排気系を、両
照射系の間で極力共用することにより、コストを低減す
ることができる。
【００２１】なお、本発明では、加工用ＦＩＢおよび観
察用ＳＩＭに加えて、さらに、試料支持部に支持された
試料の表面状態を示す情報（例えば、表面の画像など）
を出力する第２の観察手段（例えば、電子、イオンおよ
び／またはＸ線を検出する検出器を備え、検出結果を出
力する）や、二次イオンを質量分析する手段を、を備え
てもよい。
察用ＳＩＭに加えて、さらに、試料支持部に支持された
試料の表面状態を示す情報（例えば、表面の画像など）
を出力する第２の観察手段（例えば、電子、イオンおよ
び／またはＸ線を検出する検出器を備え、検出結果を出
力する）や、二次イオンを質量分析する手段を、を備え
てもよい。
【００２２】この第２の観察手段としては、走査型電子
顕微鏡（電子ビームによる観察手段）および／または光
学顕微鏡（光ビームによる観察手段）を用いることがで
きる。例えば、光学顕微鏡の一種である走査型レーザ顕
微鏡を第２の観察手段として用いれば、イオンビームで
は観察できない膜の下部形状を容易に観察できるため好
ましい。
顕微鏡（電子ビームによる観察手段）および／または光
学顕微鏡（光ビームによる観察手段）を用いることがで
きる。例えば、光学顕微鏡の一種である走査型レーザ顕
微鏡を第２の観察手段として用いれば、イオンビームで
は観察できない膜の下部形状を容易に観察できるため好
ましい。
【００２３】この第２の観察手段を設ける場合、表示装
置は、同一画面内に、上述の二次荷電粒子の検出器の出
力（観察用イオンビーム照射系および／または加工用イ
オンビーム照射系のビーム照射による二次荷電粒子の検
出結果）とともに、第２の観察手段の出力をも表示する
複数データ表示手段を備えることが望ましい。このよう
にすれば、複数の観察手段による多角的な情報を、同一
画面内に表示することができるため、操作者は、例え
ば、光学顕微鏡による画像から、光は透過するが荷電ビ
ームは透過しにくい膜の下部形状（例えば、下層の配線
の形状など）を認識し、この認識した情報から加工位置
を決定して、試料表面の該位置を加工するといった作業
を容易に行なうことができる。また、外部から入力され
た指示に応じて、質量分析結果も、同一画面内に表示す
るようにしてもよい。
置は、同一画面内に、上述の二次荷電粒子の検出器の出
力（観察用イオンビーム照射系および／または加工用イ
オンビーム照射系のビーム照射による二次荷電粒子の検
出結果）とともに、第２の観察手段の出力をも表示する
複数データ表示手段を備えることが望ましい。このよう
にすれば、複数の観察手段による多角的な情報を、同一
画面内に表示することができるため、操作者は、例え
ば、光学顕微鏡による画像から、光は透過するが荷電ビ
ームは透過しにくい膜の下部形状（例えば、下層の配線
の形状など）を認識し、この認識した情報から加工位置
を決定して、試料表面の該位置を加工するといった作業
を容易に行なうことができる。また、外部から入力され
た指示に応じて、質量分析結果も、同一画面内に表示す
るようにしてもよい。
【００２４】また、本発明の加工観察装置は、加工用イ
オンビーム照射鏡筒内にガスを供給する手段を、さらに
備えることが望ましい。このようにすれば、鏡筒内にガ
スを供給することが容易にできるため、供給するガスを
適宜選択することにより、ビームエネルギ支援デポジシ
ョンやビームエネルギ支援エッチングを行なったり、二
次イオンの生成効率向上させたりすることができる。な
お、本発明の加工観察装置は、加工部に不活性元素イオ
ンを照射する手段を備えてもよい。
オンビーム照射鏡筒内にガスを供給する手段を、さらに
備えることが望ましい。このようにすれば、鏡筒内にガ
スを供給することが容易にできるため、供給するガスを
適宜選択することにより、ビームエネルギ支援デポジシ
ョンやビームエネルギ支援エッチングを行なったり、二
次イオンの生成効率向上させたりすることができる。な
お、本発明の加工観察装置は、加工部に不活性元素イオ
ンを照射する手段を備えてもよい。
【００２５】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例について図
面を用いて説明する。 ＜実施例１＞本実施例の加工観察装置の構成を、図１に
示す。この装置は加工用イオンビーム照射系１と、観察
用イオンビーム照射系２と、試料から放出された二次電
子を検出する検出器２６と、各照射系１，２を制御する
制御部３と、照射系１，２の切り換えを行なう切換手段
４と、各鏡筒１ａ，２ａの排気を行なう排気ポンプ５
と、試料を保持する試料保持部と、検出器２６の検出結
果を表示する表示装置３ａと、切り換え指示の入力など
を受け付ける入力装置３ｂとを備える。
面を用いて説明する。 ＜実施例１＞本実施例の加工観察装置の構成を、図１に
示す。この装置は加工用イオンビーム照射系１と、観察
用イオンビーム照射系２と、試料から放出された二次電
子を検出する検出器２６と、各照射系１，２を制御する
制御部３と、照射系１，２の切り換えを行なう切換手段
４と、各鏡筒１ａ，２ａの排気を行なう排気ポンプ５
と、試料を保持する試料保持部と、検出器２６の検出結
果を表示する表示装置３ａと、切り換え指示の入力など
を受け付ける入力装置３ｂとを備える。
【００２６】試料保持部は、試料７を支持し、水平方向
に移動させるための試料ステージ６と、試料の雰囲気を
真空に保つための試料室１７と、ミラー１９と、レーザ
位置測定装置２０とを備える。本実施例では、試料７は
ステージ６上に載置される。観察用イオンビーム照射系
２のビーム照射軸１０２は、加工用イオンビーム照射系
１のビーム照射軸１０１から６０°傾いており軸１０１
および１０２の交点に、試料ステージ６の上に載置され
た試料７の表面が配置されるようになっている。加工対
象の試料表面と、加工用照射系１の照射軸１０１とのな
す角は９０°であり、加工対象の試料表面と、観察用照
射系２の照射軸１０２のなす角は約３０°である。
に移動させるための試料ステージ６と、試料の雰囲気を
真空に保つための試料室１７と、ミラー１９と、レーザ
位置測定装置２０とを備える。本実施例では、試料７は
ステージ６上に載置される。観察用イオンビーム照射系
２のビーム照射軸１０２は、加工用イオンビーム照射系
１のビーム照射軸１０１から６０°傾いており軸１０１
および１０２の交点に、試料ステージ６の上に載置され
た試料７の表面が配置されるようになっている。加工対
象の試料表面と、加工用照射系１の照射軸１０１とのな
す角は９０°であり、加工対象の試料表面と、観察用照
射系２の照射軸１０２のなす角は約３０°である。
【００２７】本実施例では試料ステージ６を傾斜させる
ことなく加工断面が観察ができることから、試料の角度
を変更する手段を設けなくてもよい。本実施例によれ
ば、観察のために傾斜させる時間および加工のために水
平に戻す時間が節約できるとともに、傾斜に伴う位置ズ
レもなく、多大な効率向上が期待できる。なお、ミラー
１９およびレーザ位置測定装置２０は、試料の位置をサ
ブミクロンで計測するものである。本実施例では、試料
を傾斜させないため、このように高精度の計測装置が配
置できた。
ことなく加工断面が観察ができることから、試料の角度
を変更する手段を設けなくてもよい。本実施例によれ
ば、観察のために傾斜させる時間および加工のために水
平に戻す時間が節約できるとともに、傾斜に伴う位置ズ
レもなく、多大な効率向上が期待できる。なお、ミラー
１９およびレーザ位置測定装置２０は、試料の位置をサ
ブミクロンで計測するものである。本実施例では、試料
を傾斜させないため、このように高精度の計測装置が配
置できた。
【００２８】試料７は、直径３００ｍｍ（すなわち１２
インチ）のウエハである。本実施例では試料を傾斜しな
いため、試料室１７の高さＨを、試料を傾斜させる従来
装置の０.３倍以下にすることができた。また、本実施
例の加工観察装置全体の重量は、従来装置の重量（図４
に示した）の約半分になった。
インチ）のウエハである。本実施例では試料を傾斜しな
いため、試料室１７の高さＨを、試料を傾斜させる従来
装置の０.３倍以下にすることができた。また、本実施
例の加工観察装置全体の重量は、従来装置の重量（図４
に示した）の約半分になった。
【００２９】加工用イオンビーム照射系１は、鏡筒１ａ
と、イオン源８と、引出電極９と、イオンビーム集束手
段（コンデンサレンズ（集束レンズ）１０、対物レンズ
１６、ブランキング電極１２、ビーム制限絞り１３、精
密制限絞り機構１４およびアライナ機構１１）と、イオ
ンビーム偏向手段（走査電極１５）と、モード切換手段
（図示せず）とを備える。
と、イオン源８と、引出電極９と、イオンビーム集束手
段（コンデンサレンズ（集束レンズ）１０、対物レンズ
１６、ブランキング電極１２、ビーム制限絞り１３、精
密制限絞り機構１４およびアライナ機構１１）と、イオ
ンビーム偏向手段（走査電極１５）と、モード切換手段
（図示せず）とを備える。
【００３０】本実施例では、イオン源８としてＧａ液体
金属イオン源を使用しており、エミッタおよび引出電極
９の間に印加された電界によりＧａイオンが放出され
る。このイオンはコンデンサーレンズ１０、対物レンズ
１６によって試料７上に集束される。
金属イオン源を使用しており、エミッタおよび引出電極
９の間に印加された電界によりＧａイオンが放出され
る。このイオンはコンデンサーレンズ１０、対物レンズ
１６によって試料７上に集束される。
【００３１】加工用イオンビーム照射系１は、レンズの
動作モードを変更することにより（すなわち、プローブ
電流およびレンズ電圧などを変更することにより）、試
料を加工することも、観察することもできる。モード切
換手段は、制御部３からの指示に応じて、ビーム制限絞
り１３の径とレンズ電圧などを変更することにより、動
作モードを変更する。
動作モードを変更することにより（すなわち、プローブ
電流およびレンズ電圧などを変更することにより）、試
料を加工することも、観察することもできる。モード切
換手段は、制御部３からの指示に応じて、ビーム制限絞
り１３の径とレンズ電圧などを変更することにより、動
作モードを変更する。
【００３２】観察モードは、対物レンズ１６のみを動作
させるモードであり、プローブ電流を１００ｐＡ以下、
プローブ径を１００ｎｍ以下として動作させるモードで
ある。このモードは電流が少ないため、試料がスパッタ
される量は比較的少なく、ビーム径が細いため観察する
のに適している。
させるモードであり、プローブ電流を１００ｐＡ以下、
プローブ径を１００ｎｍ以下として動作させるモードで
ある。このモードは電流が少ないため、試料がスパッタ
される量は比較的少なく、ビーム径が細いため観察する
のに適している。
【００３３】一方、加工モードは、イオンビームを、コ
ンデンサレンズ１０と対物レンズ１６との間に一度集束
させるモードである。このモードは、プローブ電流を１
０ｎＡ以上とするため、試料表面の加工に適している。
実際に加工する場合は、試料表面の加工位置付近の像を
観察モードにより取得し、この像上で加工位置を決定
し、次に加工モードに変更して加工を行うようにすれ
ば、加工位置の設定が容易にできる。
ンデンサレンズ１０と対物レンズ１６との間に一度集束
させるモードである。このモードは、プローブ電流を１
０ｎＡ以上とするため、試料表面の加工に適している。
実際に加工する場合は、試料表面の加工位置付近の像を
観察モードにより取得し、この像上で加工位置を決定
し、次に加工モードに変更して加工を行うようにすれ
ば、加工位置の設定が容易にできる。
【００３４】試料上のプローブ径とプローブ電流とは、
レンズ径が一定の場合、ビームの開き角（すなわちビー
ム制限絞り１３の径）と、レンズモード（すなわちレン
ズ電圧）とによって決定される。なお、本実施例におけ
る、各動作モードでのビーム電流（ビーム制限絞りの径
に比例）とビーム径との関係を、図２に示す。
レンズ径が一定の場合、ビームの開き角（すなわちビー
ム制限絞り１３の径）と、レンズモード（すなわちレン
ズ電圧）とによって決定される。なお、本実施例におけ
る、各動作モードでのビーム電流（ビーム制限絞りの径
に比例）とビーム径との関係を、図２に示す。
【００３５】加工の際は、加工速度と加工の切れの関係
で、ビームを粗加工用、中加工用、仕上げ加工用とを切
り換えることが多い。これらの切り換えの際や、観察ビ
ームを加工ビームに切り換える際に、ビーム軸が正確に
合致していないと、加工位置が指定した場所からずれて
しまうことになる。そこで、本実施例の加工観察装置で
は、ビームの切り換えに際しても、ビームの照射軸が移
動しないように工夫されている。すなわち、加工用イオ
ンビーム照射系１は、加工ビームと観察ビームを切り換
える際に照射軸を移動させないための工夫として、精密
制限絞り機構１４およびアライナ機構１１などを備え
る。
で、ビームを粗加工用、中加工用、仕上げ加工用とを切
り換えることが多い。これらの切り換えの際や、観察ビ
ームを加工ビームに切り換える際に、ビーム軸が正確に
合致していないと、加工位置が指定した場所からずれて
しまうことになる。そこで、本実施例の加工観察装置で
は、ビームの切り換えに際しても、ビームの照射軸が移
動しないように工夫されている。すなわち、加工用イオ
ンビーム照射系１は、加工ビームと観察ビームを切り換
える際に照射軸を移動させないための工夫として、精密
制限絞り機構１４およびアライナ機構１１などを備え
る。
【００３６】観察用イオンビーム照射系２は、イオンビ
ーム照射鏡筒２ａと、イオン源８と、引出電極９と、イ
オンビーム集束手段（対物レンズ１６、ブランキング電
極１２およびビーム制限絞り１３）と、イオンビーム偏
向手段（走査電極１５）とを備える。イオンビームの照
射を受けて試料が放出する２次荷電粒子（本実施例では
二次電子）を検出器が検出することにより、表示画面に
ＳＩＭ像が表示される。ＳＩＭ像は、ＳＥＭ像に比べて
原子番号の違いによる二次電子信号量の違いが大きいた
め、ＬＳＩなどの複合材料の断面観察には好適である。
ーム照射鏡筒２ａと、イオン源８と、引出電極９と、イ
オンビーム集束手段（対物レンズ１６、ブランキング電
極１２およびビーム制限絞り１３）と、イオンビーム偏
向手段（走査電極１５）とを備える。イオンビームの照
射を受けて試料が放出する２次荷電粒子（本実施例では
二次電子）を検出器が検出することにより、表示画面に
ＳＩＭ像が表示される。ＳＩＭ像は、ＳＥＭ像に比べて
原子番号の違いによる二次電子信号量の違いが大きいた
め、ＬＳＩなどの複合材料の断面観察には好適である。
【００３７】観察用イオンビーム照射系２は、観察モー
ド専用のため、集束レンズ１０やモード切換手段、精密
制限絞り機構１４およびアライナ機構１１がない。しか
し、この他の構成については、加工用イオンビーム照射
系１および観察用イオンビーム照射系２の間で、共通す
るものが多い。従って、本実施例では、２つの照射系
１，２の間で、モード切換に関するもの以外の制御系の
ほとんどを共用している。また、２つの照射系１，２の
鏡筒部１ａ，２ａの排気は、共通のイオンポンプ５によ
り行なわれる。
ド専用のため、集束レンズ１０やモード切換手段、精密
制限絞り機構１４およびアライナ機構１１がない。しか
し、この他の構成については、加工用イオンビーム照射
系１および観察用イオンビーム照射系２の間で、共通す
るものが多い。従って、本実施例では、２つの照射系
１，２の間で、モード切換に関するもの以外の制御系の
ほとんどを共用している。また、２つの照射系１，２の
鏡筒部１ａ，２ａの排気は、共通のイオンポンプ５によ
り行なわれる。
【００３８】観察モードは、プローブ電流を変化させる
ことが少ないため、ビーム制限絞りの径を変える必要は
ほとんど無い。プローブ電流は、通常、１〜２ｐＡとす
る。ご場合のプローブ径は１０ｎｍ以下になり、これ
は、加工用イオンビーム照射系１により加工された断面
を観察するのに十分である。
ことが少ないため、ビーム制限絞りの径を変える必要は
ほとんど無い。プローブ電流は、通常、１〜２ｐＡとす
る。ご場合のプローブ径は１０ｎｍ以下になり、これ
は、加工用イオンビーム照射系１により加工された断面
を観察するのに十分である。
【００３９】制御部３は、図１に示すように、主記憶装
置３１と中央演算処理装置（ＣＰＵ）３２と、外部記憶
装置３３ととを備える情報処理装置であり、入力装置３
ｂを介して入力された指示に応じて、加工用イオンビー
ム照射系１の動作モードの変更や、イオンビーム偏向手
段１５の制御などのための制御信号を切換手段４を介し
て加工用イオンビーム照射系１に送信する。また、制御
部３は、入力装置３ｂを介して入力された指示に応じ
て、加工用イオンビーム照射系１と観察用イオンビーム
照射系２との切換を指示する制御信号を切換手段４に送
信する。
置３１と中央演算処理装置（ＣＰＵ）３２と、外部記憶
装置３３ととを備える情報処理装置であり、入力装置３
ｂを介して入力された指示に応じて、加工用イオンビー
ム照射系１の動作モードの変更や、イオンビーム偏向手
段１５の制御などのための制御信号を切換手段４を介し
て加工用イオンビーム照射系１に送信する。また、制御
部３は、入力装置３ｂを介して入力された指示に応じ
て、加工用イオンビーム照射系１と観察用イオンビーム
照射系２との切換を指示する制御信号を切換手段４に送
信する。
【００４０】なお、本実施例では、制御部３として、外
部記憶装置３３にあらかじめ保持されたプログラムを主
記憶装置３１に読み込み、該主記憶装置３１に保持され
たプログラムに含まれるインストラクションをＣＰＵ３
２が実行することにより、上述のような制御信号を発行
する情報処理装置を用いたが、本発明はこれに限られな
い。例えば、あらかじめ保持された上述のプログラムを
実行する汎用プロセッサや、ハードワイヤードロジック
を含む特定のハードウエア装置などを制御部３として用
いてもよい。
部記憶装置３３にあらかじめ保持されたプログラムを主
記憶装置３１に読み込み、該主記憶装置３１に保持され
たプログラムに含まれるインストラクションをＣＰＵ３
２が実行することにより、上述のような制御信号を発行
する情報処理装置を用いたが、本発明はこれに限られな
い。例えば、あらかじめ保持された上述のプログラムを
実行する汎用プロセッサや、ハードワイヤードロジック
を含む特定のハードウエア装置などを制御部３として用
いてもよい。
【００４１】＜実施例２＞本実施例では、加工用イオン
ビーム照射系１として、レンズ条件およびマスクを変更
することにより、投射型ビームモードまたは走査型ビー
ムモードとなるＦＩＢ装置を用いた。他の構成は、実施
例１と同様である。本実施例の加工用イオンビーム照射
系１を、図５に示す。本実施例の加工用イオンビーム照
射系１は、鏡筒１ａの内部に、イオン源８と、引出電極
９と、アパーチャ２１と、マスク兼絞り２２と、イオン
ビーム集束手段（コンデンサレンズ（集束レンズ）１
０、アライナ機構１１、ブランキング電極１２、マスク
兼絞り２２および対物レンズ１６）と、イオンビーム偏
向手段（走査電極１５）と、モード切換手段（図示せ
ず）とを備える。マスク兼絞り２２は、投射させるパタ
ーンの貫通孔２２ａと、ビーム制限絞りのための貫通孔
２２ｂとを備える。
ビーム照射系１として、レンズ条件およびマスクを変更
することにより、投射型ビームモードまたは走査型ビー
ムモードとなるＦＩＢ装置を用いた。他の構成は、実施
例１と同様である。本実施例の加工用イオンビーム照射
系１を、図５に示す。本実施例の加工用イオンビーム照
射系１は、鏡筒１ａの内部に、イオン源８と、引出電極
９と、アパーチャ２１と、マスク兼絞り２２と、イオン
ビーム集束手段（コンデンサレンズ（集束レンズ）１
０、アライナ機構１１、ブランキング電極１２、マスク
兼絞り２２および対物レンズ１６）と、イオンビーム偏
向手段（走査電極１５）と、モード切換手段（図示せ
ず）とを備える。マスク兼絞り２２は、投射させるパタ
ーンの貫通孔２２ａと、ビーム制限絞りのための貫通孔
２２ｂとを備える。
【００４２】投射型ビームモードでは、図５（ａ）に示
すように、集束レンズ１０を投射レンズとして作用さ
せ、イオンをマスク兼絞り２２の投射パターン貫通孔２
２ａの上に照射する。このマスクのパタンは、投射レン
ズとして作用する対物レンズ１６により試料上に一定の
縮小比で投射される。これにより、試料７表面の投射部
がスパッタ加工される。この場合、集束イオンモードに
比べて大きい電流密度で加工できるため、加工速度を向
上させることができる。なお、マスクの貫通孔を数多く
用意するのは困難であるため、この投射型ビームは、同
形状の加工を複数回繰り返す場合有効である。
すように、集束レンズ１０を投射レンズとして作用さ
せ、イオンをマスク兼絞り２２の投射パターン貫通孔２
２ａの上に照射する。このマスクのパタンは、投射レン
ズとして作用する対物レンズ１６により試料上に一定の
縮小比で投射される。これにより、試料７表面の投射部
がスパッタ加工される。この場合、集束イオンモードに
比べて大きい電流密度で加工できるため、加工速度を向
上させることができる。なお、マスクの貫通孔を数多く
用意するのは困難であるため、この投射型ビームは、同
形状の加工を複数回繰り返す場合有効である。
【００４３】走査型モードでは、図５（ｂ）に示すよう
に、ビーム制限絞りのための貫通孔２２ｂが用いられ
る。本実施例においても、実施例１における観察モード
と同様に、この走査型モードの観察モードにより加工場
所のイオン像が表示されると、加工観察装置は、入力装
置３ｂを介してその像の上での加工位置の指定の入力を
受け付け、その指定された位置が加工対象位置となるよ
うに、走査電極１５を制御してイオンビームを偏向させ
る。このため、投射と集束両モード間の軸ずれを補正す
る手段として、制御部３は、アライナ/スチグマ電極１
１の電圧を予め記憶しておきモード変更に伴って、その
値を実現させる。
に、ビーム制限絞りのための貫通孔２２ｂが用いられ
る。本実施例においても、実施例１における観察モード
と同様に、この走査型モードの観察モードにより加工場
所のイオン像が表示されると、加工観察装置は、入力装
置３ｂを介してその像の上での加工位置の指定の入力を
受け付け、その指定された位置が加工対象位置となるよ
うに、走査電極１５を制御してイオンビームを偏向させ
る。このため、投射と集束両モード間の軸ずれを補正す
る手段として、制御部３は、アライナ/スチグマ電極１
１の電圧を予め記憶しておきモード変更に伴って、その
値を実現させる。
【００４４】＜実施例３＞本実施は、実施例１の加工観
察装置に、第２の観察手段として共焦点走査型レーザー
顕微鏡および質量分析計をさらに複合させた加工観察装
置の実施例である。本実施例の加工観察装置を図６に示
す。
察装置に、第２の観察手段として共焦点走査型レーザー
顕微鏡および質量分析計をさらに複合させた加工観察装
置の実施例である。本実施例の加工観察装置を図６に示
す。
【００４５】本実施例の加工観察装置は、実施例１と同
様の、加工用イオンビーム照射系１、観察用イオンビー
ム照射系２、二次電子検出器２６、制御部３、切換手段
４、排気ポンプ５、試料保持部と、表示装置３ａ、およ
び、入力装置３ｂに加えて、さらに、試料表面を光ビー
ムにより観察するための光ビーム手段（光学顕微鏡）２
３と、試料室１７内にガスを供給するためのガス供給手
段２５と、イオンビームの照射により放出される二次イ
オンを質量分析するための質量分析計２７とを備える。
なお、光ビーム手段として、本実施例では共焦点走査型
レーザー顕微鏡２３を用いた。
様の、加工用イオンビーム照射系１、観察用イオンビー
ム照射系２、二次電子検出器２６、制御部３、切換手段
４、排気ポンプ５、試料保持部と、表示装置３ａ、およ
び、入力装置３ｂに加えて、さらに、試料表面を光ビー
ムにより観察するための光ビーム手段（光学顕微鏡）２
３と、試料室１７内にガスを供給するためのガス供給手
段２５と、イオンビームの照射により放出される二次イ
オンを質量分析するための質量分析計２７とを備える。
なお、光ビーム手段として、本実施例では共焦点走査型
レーザー顕微鏡２３を用いた。
【００４６】試料７が平坦化半導体デバイスである場
合、イオンビームによる像（すなわちＳＩＭ像）では、
下層配線の位置が確認できないことが多い。この場合、
本実施例のように、共焦点走査型レーザー顕微鏡のよう
な保護膜を透過するビーム手段を用いると、下層配線の
位置が確認できることが多い。そこで、本実施例の装置
を用いれば、つぎの（１）〜（３）のような工程を繰り
返して半導体ウエハの加工を行なうことができる。
合、イオンビームによる像（すなわちＳＩＭ像）では、
下層配線の位置が確認できないことが多い。この場合、
本実施例のように、共焦点走査型レーザー顕微鏡のよう
な保護膜を透過するビーム手段を用いると、下層配線の
位置が確認できることが多い。そこで、本実施例の装置
を用いれば、つぎの（１）〜（３）のような工程を繰り
返して半導体ウエハの加工を行なうことができる。
【００４７】（１）制御部３は、共焦点走査型レーザー
顕微鏡２３により試料の状態を表示し、入力装置３ｂを
介して加工位置の入力を受け付け、入力された加工位置
を主記憶装置３１に正確に記憶する。
顕微鏡２３により試料の状態を表示し、入力装置３ｂを
介して加工位置の入力を受け付け、入力された加工位置
を主記憶装置３１に正確に記憶する。
【００４８】（２）制御部３は、記憶された加工位置
に、予め計測されているビーム手段１と光ビーム手段２
３の光軸のずれ量を加えて実際の加工位置を求め、ステ
ージ６を制御してこの実際の加工位置に試料７を移動さ
せ、加工用集束イオンビーム照射系１により、試料表面
を加工する。
に、予め計測されているビーム手段１と光ビーム手段２
３の光軸のずれ量を加えて実際の加工位置を求め、ステ
ージ６を制御してこの実際の加工位置に試料７を移動さ
せ、加工用集束イオンビーム照射系１により、試料表面
を加工する。
【００４９】（３）制御部３は、切換手段４により照射
系を切り換え、観察用集束イオンビーム照射系２により
加工断面にイオンビームを照射して、二次電子を検出し
た検出器２６からの出力を表示装置３ａに表示する。こ
れにより、加工断面のＳＩＭ像が表示される。
系を切り換え、観察用集束イオンビーム照射系２により
加工断面にイオンビームを照射して、二次電子を検出し
た検出器２６からの出力を表示装置３ａに表示する。こ
れにより、加工断面のＳＩＭ像が表示される。
【００５０】本実施例の装置のように、試料７を傾斜さ
せない装置では、ステージ精度がよいため、工程（２）
において１μｍ以下の精度で加工ができる。加工位置精
度がさらに要求される場合は、工程（１）により加工位
置を決定した後、一旦、加工用集束イオンビーム照射系
１により加工位置の周辺にマークを加工し、再び、工程
（１）に戻して、表層のマークと下層の配線の位置寸法
差を走査型レーザ顕微鏡の持っている計測手段を用いて
計測し、再び工程（２）に戻して、この位置寸法差をも
とにＳＩＭ像上の計測手段によって加工位置を決定して
加工するようにすればよい。
せない装置では、ステージ精度がよいため、工程（２）
において１μｍ以下の精度で加工ができる。加工位置精
度がさらに要求される場合は、工程（１）により加工位
置を決定した後、一旦、加工用集束イオンビーム照射系
１により加工位置の周辺にマークを加工し、再び、工程
（１）に戻して、表層のマークと下層の配線の位置寸法
差を走査型レーザ顕微鏡の持っている計測手段を用いて
計測し、再び工程（２）に戻して、この位置寸法差をも
とにＳＩＭ像上の計測手段によって加工位置を決定して
加工するようにすればよい。
【００５１】本実施例の装置は、観察対象部位の分析を
する手段として、四重極型質量分析計２７を備えてい
る。観察用集束イオンビーム照射系２によりビームを分
析対象部位照射（停止または走査）し、その時発生する
二次イオンを四重極型質量分析計２７により分析するこ
とで、観察対象部位の質量分析をすることができる。本
実施例では、ステージを傾斜させないため、質量分析に
おいても、その分析効率は、傾斜させる従来装置に比べ
て飛躍的に向上した。
する手段として、四重極型質量分析計２７を備えてい
る。観察用集束イオンビーム照射系２によりビームを分
析対象部位照射（停止または走査）し、その時発生する
二次イオンを四重極型質量分析計２７により分析するこ
とで、観察対象部位の質量分析をすることができる。本
実施例では、ステージを傾斜させないため、質量分析に
おいても、その分析効率は、傾斜させる従来装置に比べ
て飛躍的に向上した。
【００５２】なお、二次イオンの発生効率は、試料室内
に酸素やヨウ素のガスを供給することにより向上する。
そこで、本実施例では、質量分析を行なう際には、ガス
導入手段２５を設け、試料室１７内に酸素ガスまたはヨ
ウ素ガスを供給する。本実施例では、観察用集束イオン
ビーム照射系２のイオンとして３０ｋＶのＧａを用いて
半導体シリコンウエハの質量分析を行なったところ、試
料室１７内に酸素ガスを導入することによって、Ｓｉの
イオン生成効率が導入しない場合の４０倍以上に向上さ
せることができた。
に酸素やヨウ素のガスを供給することにより向上する。
そこで、本実施例では、質量分析を行なう際には、ガス
導入手段２５を設け、試料室１７内に酸素ガスまたはヨ
ウ素ガスを供給する。本実施例では、観察用集束イオン
ビーム照射系２のイオンとして３０ｋＶのＧａを用いて
半導体シリコンウエハの質量分析を行なったところ、試
料室１７内に酸素ガスを導入することによって、Ｓｉの
イオン生成効率が導入しない場合の４０倍以上に向上さ
せることができた。
【００５３】また、ガス供給手段２５により金属デポジ
ション用ガスまたは絶縁物デポジション用ガスを供すれ
ば、加工用イオンビーム照射系１で集束イオンビームを
照射することにより、ビームエネルギ支援デポジション
を行なうことができる。ハロゲンあるいはその化合物の
ガス、または、水蒸気などをガス供給手段２５により試
料室１７内に導入すれば、加工用イオンビーム照射系１
で集束イオンビームを照射することにより、ビームエネ
ルギ支援エッチングを行なうことができる。
ション用ガスまたは絶縁物デポジション用ガスを供すれ
ば、加工用イオンビーム照射系１で集束イオンビームを
照射することにより、ビームエネルギ支援デポジション
を行なうことができる。ハロゲンあるいはその化合物の
ガス、または、水蒸気などをガス供給手段２５により試
料室１７内に導入すれば、加工用イオンビーム照射系１
で集束イオンビームを照射することにより、ビームエネ
ルギ支援エッチングを行なうことができる。
【００５４】＜実施例４＞本実施は、実施例３の加工観
察装置に、さらに、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）２４
と、不活性元素イオン供給手段２９と、Ｘ線検出器２８
とが追加されている加工観察装置の実施例である。本実
施例によれば、Ｘ線検出器２８により特性Ｘ線を検出す
ることができ、さらに、加工断面をＳＥＭにより観察す
ることができる。
察装置に、さらに、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）２４
と、不活性元素イオン供給手段２９と、Ｘ線検出器２８
とが追加されている加工観察装置の実施例である。本実
施例によれば、Ｘ線検出器２８により特性Ｘ線を検出す
ることができ、さらに、加工断面をＳＥＭにより観察す
ることができる。
【００５５】ＳＥＭにより観察に際して、加工時のけず
りくずの再付着、加工イオンによる試料表面のミキシン
グ等により電子ビームではうまく観察できない場合に
は、不活性元素（ここではアルゴン）イオン供給手段２
９を用いて加工部に不活性イオンを照射することで、こ
の不都合な層を削り取れば、明瞭なＳＥＭ像を得ること
ができる。このようにすれば、この不都合な層を加工用
ビームにより除去するために試料を傾斜させる必要がな
い。従って、このように不活性元素イオン供給手段２９
を設ければ、ＳＥＭを用いる場合にも、試料を傾斜させ
ることなく断面を観察することができる。
りくずの再付着、加工イオンによる試料表面のミキシン
グ等により電子ビームではうまく観察できない場合に
は、不活性元素（ここではアルゴン）イオン供給手段２
９を用いて加工部に不活性イオンを照射することで、こ
の不都合な層を削り取れば、明瞭なＳＥＭ像を得ること
ができる。このようにすれば、この不都合な層を加工用
ビームにより除去するために試料を傾斜させる必要がな
い。従って、このように不活性元素イオン供給手段２９
を設ければ、ＳＥＭを用いる場合にも、試料を傾斜させ
ることなく断面を観察することができる。
【００５６】本実施例では、上述のように、種々の加
工、観察、分析装置が備えられている。このような複雑
な組み合わせは、本発明により初めて実現されたもので
ある。試料を傾斜させる方式では、試料の傾斜のための
空間を確保する必要から、各装置を配置できる空間が不
足するため、実装設計上、このような組み合わせを実現
することはできなかった。
工、観察、分析装置が備えられている。このような複雑
な組み合わせは、本発明により初めて実現されたもので
ある。試料を傾斜させる方式では、試料の傾斜のための
空間を確保する必要から、各装置を配置できる空間が不
足するため、実装設計上、このような組み合わせを実現
することはできなかった。
【００５７】本実施例における表示画面例を、図９に示
す。本実施例の制御部３は、表示装置３ａの表示画面９
０に、同一画像内に、観察用イオンビーム照射系２の照
射したビームによる加工断面のＳＩＭ像９１と、加工用
イオンビーム照射系１の照射したビームによる試料表面
のＳＩＭ像９２（ここでは、試料が平坦デバイスである
ため画像が白一色になっている）と、ＳＥＭ２４による
加工断面のＳＥＭ像９３と、質量分析計２７による質量
スペクトル９４と、走査型レーザー顕微鏡像２３による
試料表面の顕微鏡像９５と、Ｘ線検出器２８によるＸ線
スペクトル９６とを表示することができる。これは、主
記憶装置３１にこれらの画像を表示するための情報を保
持し、編集して表示装置３ａに出力する手段を制御装置
３が備えているためである。本実施例によれば、このよ
うな、従来装置では得られない多様な情報を、同一画面
内に表示することができる。
す。本実施例の制御部３は、表示装置３ａの表示画面９
０に、同一画像内に、観察用イオンビーム照射系２の照
射したビームによる加工断面のＳＩＭ像９１と、加工用
イオンビーム照射系１の照射したビームによる試料表面
のＳＩＭ像９２（ここでは、試料が平坦デバイスである
ため画像が白一色になっている）と、ＳＥＭ２４による
加工断面のＳＥＭ像９３と、質量分析計２７による質量
スペクトル９４と、走査型レーザー顕微鏡像２３による
試料表面の顕微鏡像９５と、Ｘ線検出器２８によるＸ線
スペクトル９６とを表示することができる。これは、主
記憶装置３１にこれらの画像を表示するための情報を保
持し、編集して表示装置３ａに出力する手段を制御装置
３が備えているためである。本実施例によれば、このよ
うな、従来装置では得られない多様な情報を、同一画面
内に表示することができる。
【００５８】
【発明の効果】本発明によれば、試料の角度を変更する
ことなく加工断面のＳＩＭ像を得ることができる。これ
により、試料サイズの増大に伴う試料室重量の増大を抑
えることができ、装置重量を従来の約半分することがで
きた。また、試料を傾斜させないため、ステージ精度が
向上して微細加工が可能になるとともに、加工観察効率
を大幅に向上させることができた。
ことなく加工断面のＳＩＭ像を得ることができる。これ
により、試料サイズの増大に伴う試料室重量の増大を抑
えることができ、装置重量を従来の約半分することがで
きた。また、試料を傾斜させないため、ステージ精度が
向上して微細加工が可能になるとともに、加工観察効率
を大幅に向上させることができた。
【図１】 実施例の加工観察装置の説明図である。
【図２】 イオンビーム系の各モードにおけるプローブ
径とプローブ電流との関係を示すグラフである。
径とプローブ電流との関係を示すグラフである。
【図３】 図３（１）は、試料室の天板の平面図であ
る。図３（２）は、内部を真空にした時の試料室の歪み
を示す断面図である。
る。図３（２）は、内部を真空にした時の試料室の歪み
を示す断面図である。
【図４】 従来技術における、ウエハ径と試料室の重量
との関係を示すグラフである。
との関係を示すグラフである。
【図５】 図５（ａ）は、実施例２の加工用イオンビー
ム照射系の投射型ビームモードにおける動作を示す説明
図である。図５（ｂ）は、実施例２の加工用イオンビー
ム照射系の走査型ビームモードにおける動作を示す説明
図である。
ム照射系の投射型ビームモードにおける動作を示す説明
図である。図５（ｂ）は、実施例２の加工用イオンビー
ム照射系の走査型ビームモードにおける動作を示す説明
図である。
【図６】 実施例３の加工観察装置を示す説明図であ
る。
る。
【図７】 実施例４の加工観察装置を示す説明図であ
る。
る。
【図８】 実施例４における表示画面例を示す説明図で
ある。
ある。
１…加工用イオンビーム照射系、２…観察用イオンビー
ム照射系、３…制御部、４…切換手段、５…排気ポン
プ、６…試料保持部（試料ステージ）、７…試料、８…
イオン源、９…引出電極、１０…コンデンサーレンズ、
１１…アライナ／スチグマ電極、１２…ブランキング電
極、１３…ビーム制限絞り、１４…絞り駆動部、１５…
走査電極、１６…対物レンズ、１７…試料室、１８…天
板、１９…ミラー、２０…レーザ位置測定装置、２１…
アパーチャ、２２…マスク兼絞り、２３…光ビーム手
段、２４…走査電子ビーム手段、２５…ガス供給手段、
２６…電子検出器、２７…質量分析計、２８…Ｘ線検出
器、２９…不活性元素イオン供給手段。
ム照射系、３…制御部、４…切換手段、５…排気ポン
プ、６…試料保持部（試料ステージ）、７…試料、８…
イオン源、９…引出電極、１０…コンデンサーレンズ、
１１…アライナ／スチグマ電極、１２…ブランキング電
極、１３…ビーム制限絞り、１４…絞り駆動部、１５…
走査電極、１６…対物レンズ、１７…試料室、１８…天
板、１９…ミラー、２０…レーザ位置測定装置、２１…
アパーチャ、２２…マスク兼絞り、２３…光ビーム手
段、２４…走査電子ビーム手段、２５…ガス供給手段、
２６…電子検出器、２７…質量分析計、２８…Ｘ線検出
器、２９…不活性元素イオン供給手段。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｈ０１Ｊ 37/305 Ｈ０１Ｊ 37/317 Ｄ 37/317 Ｈ０１Ｌ 21/66 Ｃ Ｈ０１Ｌ 21/66 Ｇ０１Ｒ 31/28 Ｌ (72)発明者 岩本 寛 茨城県ひたちなか市市毛882番地 株式会 社日立製作所計測器事業部内
Claims (11)
- 【請求項１】集束イオンビームを照射して、試料表面を
加工する加工用イオンビーム照射系と、 集束イオンビームを照射して、試料から二次荷電粒子を
放出させる観察用イオンビーム照射系と、 上記加工用イオンビーム照射系の照射軸、および、上記
観察用イオンビーム照射系の照射軸の交点に試料表面を
支持するための試料支持部と、 試料から放出された二次荷電粒子を検出し、検出結果を
出力する検出器と上記検出器の出力を表示する表示装置
とを備え、 上記加工用イオンビーム照射系および上記観察用イオン
ビーム照射系は、それぞれ、 内部を真空にすることのできるイオンビーム照射鏡筒
と、 上記鏡筒内に配置された、イオンビームを発生させるイ
オン源、および、該イオン源からのイオンビームを集束
するイオンビーム集束手段とを備えることを特徴とする
加工観察装置。 - 【請求項２】請求項１において、 上記試料支持部は、 試料の加工対象表面と、上記加工用イオンビーム照射系
の照射軸を法線とする平面とのなす角度を、±５°以内
に支持することを特徴とする加工観察装置。 - 【請求項３】請求項１において、 上記試料支持部は、 上記加工用イオンビーム照射系の照射軸を法線とする平
面内で、ｘ軸方向、ｙ軸方向ともに、それぞれ３００ｍ
ｍ以上、試料を移動させることのできるｘｙステージを
備えることを特徴とする加工観察装置。 - 【請求項４】請求項１において、 上記加工用イオンビーム照射系は、 外部から入力された指示に応じて、動作モードを、上記
加工を行なう加工モードと、集束イオンビームを照射し
て、試料から二次荷電粒子を放出させる観察モードとの
間で切り換えるモード切換手段を、さらに備えることを
特徴とする加工観察装置。 - 【請求項５】請求項４において、 上記モード切換手段は、 上記加工モードが指示されると、プローブ電流を３ｎＡ
以上にする手段と、 上記観察モードが指示されると、プローブ電流を３０ｐ
Ａ以下にする手段とを備えることを特徴とする加工観察
装置。 - 【請求項６】請求項１において、 上記加工用イオンビーム照射系および上記観察用イオン
ビーム照射系の、 上記イオン源および上記イオンビーム集束手段のうちの
少なくとも一部は、共通の制御装置により制御され、 外部からの指示に応じて、上記加工用イオンビーム照射
系と上記観察用イオンビーム照射系との間で、制御対象
を切り換える手段を、さらに備えることを特徴とする加
工観察装置。 - 【請求項７】請求項１において、 上記試料支持部に支持された試料の表面状態を示す情報
を出力する第２の観察手段をさらに備え、 上記第２の観察手段は、 走査型電子顕微鏡および光学顕微鏡の少なくともいずれ
かであることを特徴とする加工観察装置。 - 【請求項８】請求項７において、 上記表示装置は、同一画面内に、上記検出器の出力とと
もに、上記第２の観察手段の出力をも表示する複数デー
タ表示手段を備えることを特徴とする加工観察装置。 - 【請求項９】請求項７において、 上記第２の観察手段は、走査型レーザ顕微鏡であること
を特徴とする加工観察装置。 - 【請求項１０】請求項１において、 上記加工用イオンビーム照射系の上記イオンビーム照射
鏡筒内に、ガスを供給する手段を、さらに備えることを
特徴とする加工観察装置。 - 【請求項１１】請求項１において、 上記観察用イオンビーム照射系は、 上記二次荷電粒子に含まれる二次イオンを質量分析する
手段を、さらに備えることを特徴とする加工観察装置。
Priority Applications (4)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9027803A JPH10223574A (ja) | 1997-02-12 | 1997-02-12 | 加工観察装置 |
| TW087101390A TW418457B (en) | 1997-02-12 | 1998-02-04 | Processing/observing instrument |
| KR1019980003946A KR19980071255A (ko) | 1997-02-12 | 1998-02-11 | 가공·관찰 장치 |
| US09/531,527 US20020017619A1 (en) | 1997-02-12 | 2000-03-21 | Processing/observing instrument |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP9027803A JPH10223574A (ja) | 1997-02-12 | 1997-02-12 | 加工観察装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10223574A true JPH10223574A (ja) | 1998-08-21 |
Family
ID=12231146
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP9027803A Pending JPH10223574A (ja) | 1997-02-12 | 1997-02-12 | 加工観察装置 |
Country Status (4)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20020017619A1 (ja) |
| JP (1) | JPH10223574A (ja) |
| KR (1) | KR19980071255A (ja) |
| TW (1) | TW418457B (ja) |
Cited By (11)
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| JP2009038043A (ja) * | 2008-11-04 | 2009-02-19 | Hitachi High-Technologies Corp | 半導体の加工観察装置、および半導体の加工観察装置の操作方法 |
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| US8735030B2 (en) | 2010-04-15 | 2014-05-27 | Carl Zeiss Smt Gmbh | Method and apparatus for modifying a substrate surface of a photolithographic mask |
| US9012867B2 (en) | 2003-10-16 | 2015-04-21 | Carl Zeiss Microscopy, Llc | Ion sources, systems and methods |
| US9159527B2 (en) | 2003-10-16 | 2015-10-13 | Carl Zeiss Microscopy, Llc | Systems and methods for a gas field ionization source |
Families Citing this family (19)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US7084399B2 (en) | 2000-07-18 | 2006-08-01 | Hitachi, Ltd. | Ion beam apparatus and sample processing method |
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| US7130029B2 (en) * | 2000-09-20 | 2006-10-31 | Kla-Tencor Technologies Corp. | Methods and systems for determining an adhesion characteristic and a thickness of a specimen |
| US6806951B2 (en) * | 2000-09-20 | 2004-10-19 | Kla-Tencor Technologies Corp. | Methods and systems for determining at least one characteristic of defects on at least two sides of a specimen |
| US6782337B2 (en) * | 2000-09-20 | 2004-08-24 | Kla-Tencor Technologies Corp. | Methods and systems for determining a critical dimension an a presence of defects on a specimen |
| US6891627B1 (en) | 2000-09-20 | 2005-05-10 | Kla-Tencor Technologies Corp. | Methods and systems for determining a critical dimension and overlay of a specimen |
| US6694284B1 (en) | 2000-09-20 | 2004-02-17 | Kla-Tencor Technologies Corp. | Methods and systems for determining at least four properties of a specimen |
| US7349090B2 (en) * | 2000-09-20 | 2008-03-25 | Kla-Tencor Technologies Corp. | Methods and systems for determining a property of a specimen prior to, during, or subsequent to lithography |
| JP2004087174A (ja) * | 2002-08-23 | 2004-03-18 | Seiko Instruments Inc | イオンビーム装置およびイオンビーム加工方法 |
| JP4537730B2 (ja) * | 2004-02-25 | 2010-09-08 | エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社 | 半導体検査方法及びそのシステム |
| EP1816668A2 (en) * | 2006-02-01 | 2007-08-08 | FEI Company | Particle-optical apparatus with a predetermined final vacuum pressure |
| JP5127148B2 (ja) * | 2006-03-16 | 2013-01-23 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | イオンビーム加工装置 |
| DE102008013511B4 (de) * | 2007-03-12 | 2018-11-22 | Hitachi High-Tech Science Corporation | Vorrichtung zum Bearbeiten und Beobachten von Proben sowie Verfahren zum Bearbeiten und Beobachten von Querschnitten |
| KR100945875B1 (ko) * | 2007-12-26 | 2010-03-05 | 주식회사 동부하이텍 | 에프아이비를 이용한 티이엠 분석 방법 및 그 구조 |
| JP2011054497A (ja) * | 2009-09-03 | 2011-03-17 | Sii Nanotechnology Inc | 断面加工観察方法および装置 |
| US9245722B2 (en) * | 2013-09-16 | 2016-01-26 | Georgia Tech Research Corporation | SMS probe and SEM imaging system and methods of use |
| JP6239401B2 (ja) * | 2014-02-12 | 2017-11-29 | 株式会社日立ハイテクサイエンス | 荷電粒子ビーム装置 |
| JP6300553B2 (ja) * | 2014-02-12 | 2018-03-28 | 株式会社日立ハイテクサイエンス | 荷電粒子ビーム装置 |
| TWI685012B (zh) * | 2014-12-22 | 2020-02-11 | 美商卡爾蔡司顯微鏡有限責任公司 | 帶電粒子束系統、用以處理樣品的方法、用以製造約瑟夫接面的方法與用以產生複數個約瑟夫接面的方法 |
-
1997
- 1997-02-12 JP JP9027803A patent/JPH10223574A/ja active Pending
-
1998
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