JPH11154479A - ２次電子画像検出方法及びその装置並びに集束荷電粒子ビームによる処理方法及びその装置 - Google Patents

２次電子画像検出方法及びその装置並びに集束荷電粒子ビームによる処理方法及びその装置

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JPH11154479A
JPH11154479A JP9319288A JP31928897A JPH11154479A JP H11154479 A JPH11154479 A JP H11154479A JP 9319288 A JP9319288 A JP 9319288A JP 31928897 A JP31928897 A JP 31928897A JP H11154479 A JPH11154479 A JP H11154479A
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conductive layer
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Yuichi Hamamura
有一 濱村
Akira Shimase
朗 嶋瀬
Junzo Azuma
淳三 東
Michinobu Mizumura
通伸 水村
Norimasa Nishimura
規正 西村
Yasuhiro Koizumi
裕弘 古泉
Hidemi Koike
英巳 小池
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Hitachi Ltd
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    • H01J37/28—Electron or ion microscopes; Electron or ion diffraction tubes with scanning beams
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    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
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    • H01J2237/28—Scanning microscopes
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    • H01J2237/2817—Pattern inspection

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】試料の状態、種類によらず安定して帯電を回避
し、リアルタイムで試料の２次電子画像を高解像度で検
出して試料のパターン観察や集束荷電粒子ビームの位置
決め等を高精度に実現し、１．０μｍ以下の加工処理を
実現する。 【解決手段】集束荷電粒子ビーム３を制御して試料７の
表面の所望の個所に照射して処理を施し、その表面の領
域に集束荷電粒子ビーム３を照射して試料の表面から発
生する２次電子に基づく２次電子画像を検出する集束荷
電粒子ビームによる処理方法及びその装置であって、試
料の表面に集束荷電粒子ビームが照射される領域を含め
て正イオンビーム２２を照射して試料の表面上において
導電層２９を電荷を逃がす手段３０につなげて誘起させ
ることによって、試料の表面に帯電する電荷を誘起導電
層を介して電荷を逃がす手段から逃がす。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、ＬＳＩ等の電子回
路部品やフォトマスク等のデバイス試料に対して、集束
された荷電粒子ビームを照射してデバイス試料から得ら
れる２次電子を検出してデバイス試料の微細領域の観察
や、エッチングや成膜等の加工処理を行ってデバイスの
製造、検査、及び修正等を行うための２次電子画像検出
方法及びその装置、２次荷電粒子画像検出方法及びその
装置並びに集束荷電粒子ビームによる処理方法及びその
装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】集束イオンビーム装置では、試料表面が
絶縁性であると、試料表面近傍への１次ビームの入射電
荷と表面近傍からの２次荷電粒子の収支がくずれる場合
があり、この結果、帯電が発生することがある。この帯
電現象は、１次ビームの照射位置精度の低下や試料の絶
縁破壊を引き起こすという課題があった。そこで、従来
技術（１）（特開平３−１３８８４６号公報）には、基
板表面上に集束されたイオンビームを入射させる手段
と、低エネルギー電子ビームを出射する電子ビーム源
と、前記電子ビームを、前記基板表面の前記イオンビー
ムの入射点を囲む領域に入射させて、前記イオンビーム
の入射により発生される表面電荷を中和する手段と、前
記表面電荷を中和して前記イオンビームの入射点の偏位
をサブミクロンのオーダ以内に維持するように、イオン
ビームの入射により発生される２次粒子を検出して前記
中和する電子ビームを制御する手段を備えた集束イオン
ビーム処理装置について記載されている。また、従来技
術（２）（特開昭６０−２００４４９号公報）には、集
束イオンビームを照射してドーピングを行うプロセスに
おいて、ドーピング２次電子放出量およびドーピング量
に見合った負イオン等のイオンビームを照射して中和す
ることにより他の部分に影響を与えず、プロセス部のチ
ャージアップが防止でき、更に集束イオンビームを試料
に照射させる場合、試料から放出される２次電子を検出
し、試料を観察する必要があると記載されている。
【０００３】また、従来技術（３）（特開平１−３０１
５５号公報）には、Ｓｉ基板上に形成された絶縁マスク
からなる試料へのイオン注入において、注入イオンによ
る試料の絶縁破壊を防止するために、注入イオンとは別
の電子、水素正イオンまたはヘリウム正イオン等の荷電
ビームを照射して絶縁マスク部分の抵抗率を小さくして
注入イオンの電荷を膜厚方向に流出させる方法が記載さ
れている。また、従来技術（４）（特開昭６３−２７２
０３４号公報）には、レジスト膜に荷電粒子ビームを照
射して所定のパターンを描画する方法において、荷電粒
子ビームの照射を受ける領域に、低エネルギーのイオン
を照射してレジスト膜の表面に導電性を付与して荷電粒
子ビームによるレジスト膜上へのチャージアップを防止
する技術が記載されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術（１）に
も示されているように、一般的に、集束イオンビーム処
理装置では、イオンビームを試料上に照射する際に、試
料から放出する２次イオンもしくは２次電子を荷電粒子
検出器に引き込み、この信号を増幅して、試料表面の観
察像を得ている。更に従来技術（１）では、集束イオン
ビームの入射により発生する２次粒子を検出して、これ
に基づいて中和させる電子ビームの制御を行うとしてい
る。しかしながら、この方式では、集束イオンビーム照
射量と２次荷電粒子放出量との関係を実験的に求めてお
く必要があり、さらに実際には、試料の材質の違いや試
料の表面の清浄状態により、この集束イオンビーム照射
量と２次荷電粒子放出量との関係が崩れるため、中和さ
せる電子ビームの制御が困難となる。また一般的に、２
次イオンを検出する際には、荷電粒子検出器の前段電極
に負の電圧を印加して２次イオンを荷電粒子検出器に引
き込み、一方、２次電子を検出する際には、前段電極に
正の電圧を印加する。従来技術（１）では、２次イオン
を検出する際は、常時電子ビームを照射して電荷中和を
行い、一方、２次電子を検出する際には、電子ビームが
荷電粒子検出器に引き込まれないように、集束イオンビ
ームと電子ビームを間欠的に照射する方式を採ってい
る。
【０００５】また、従来技術（２）でも、２次イオンを
検出する際は、常時負イオンビームを照射して電荷中和
を行い、一方、２次電子を検出する際には、負イオンビ
ームの供給を一時中止するとしている。以上説明したよ
うに、従来技術（１）及び（２）は、集束イオンビーム
を試料上に照射した結果帯電する電荷を、電子ビームま
たは負のイオンビームを照射することにより中和させる
ものであるため、この際２次電子検出を行うと、この中
和用の電子ビームも引き込んでしまい、集束イオンビー
ムの照射によって試料から生じる２次電子を忠実に検出
できず、常時リアルタイムで２次電子検出が不可能であ
ると共に、制御も複雑なものとなる課題を有する。ま
た、従来技術（３）及び（４）には、絶縁膜の表面に導
電性を付与して荷電粒子ビームによる絶縁膜上へのチャ
ージアップを防止する技術が記載されているのみで、試
料から放出量の多い２次電子に基づく２次電子画像を高
解像度で検出して試料に形成されたパターンの観察や該
パターンに対する集束荷電粒子ビームによる加工等の処
理を高精度に実現する点について考慮されていなかっ
た。
【０００６】本発明の目的は、上記課題を解決すべく、
集束荷電粒子ビームが照射される試料の状態および種類
によらず安定して帯電を回避し、しかもリアルタイムで
試料の表面から発生する２次電子に基づく２次電子画像
を高解像度で検出して試料に形成されたパターンの観察
や該パターンに対する集束荷電粒子ビームの位置決め等
を高精度に実現できるようにした２次電子画像検出方法
及びその装置並びに２次荷電粒子画像検出方法及びその
装置を提供することにある。また、本発明の他の目的
は、集束荷電粒子ビームが照射される試料の状態および
種類によらず安定して帯電を回避し、しかもリアルタイ
ムで試料の表面から発生する２次電子に基づく２次電子
画像を高解像度で検出して試料に形成されたパターンの
観察や該パターンに対する集束荷電粒子ビームの位置決
め等を高精度に実現し、集束荷電粒子ビームを用いて
１．０μｍ以下のサブミクロンオーダのエッチングや成
膜等の加工処理を実現することができる集束荷電粒子ビ
ームによる処理方法及びその装置を提供することにあ
る。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、集束荷電粒子ビームを試料の表面に照射
して該試料の表面から発生する２次電子に基づく２次電
子画像を検出する２次電子画像検出方法であって、前記
試料の表面上に前記集束荷電粒子ビームが照射される領
域を含めて正イオンビームを照射して導電層を誘起させ
ることによって試料の表面に帯電する電荷を前記誘起導
電層を介して逃がすことを特徴とする２次電子画像信号
検出方法である。また、本発明は、集束荷電粒子ビーム
を試料の表面に照射して該試料の表面から発生する２次
電子に基づく２次電子画像を検出する２次電子画像検出
方法であって、前記試料の表面に前記集束荷電粒子ビー
ムが照射される領域を含めて正イオンビームを照射して
前記試料の表面上において導電層を電荷を逃がす手段
（例えば接地させるプローブ等の導電性部材）につなげ
て誘起させることによって、試料の表面に帯電する電荷
を前記誘起導電層を介して前記電荷を逃がす手段から逃
がすことを特徴とする２次電子画像信号検出方法であ
る。また、本発明は、前記２次電子画像信号検出方法に
おいて、電荷を逃がす手段は接地されることを特徴とす
る。
【０００８】また、本発明は、集束荷電粒子ビームを試
料の表面に照射して該試料の表面から発生する２次電子
に基づく２次電子画像を検出する２次電子画像検出方法
であって、前記試料の表面に前記集束荷電粒子ビームが
照射される領域を含めて正イオンビームを照射して前記
試料の表面上において導電層を接地される導電性部材
（例えば接地されるプローブ）につなげて誘起させるこ
とによって、試料の表面に帯電する電荷を前記誘起導電
層を介して前記接地導電性部材から逃がすことを特徴と
する２次電子画像信号検出方法である。また、本発明
は、集束荷電粒子ビームを試料の表面に照射して該試料
の表面から発生する２次電子に基づく２次電子画像を検
出し、更に該検出される２次電子画像に基づいて前記集
束荷電粒子ビームを制御して試料の表面に照射して処理
を施す集束荷電粒子ビームによる処理方法であって、前
記試料の表面に前記集束荷電粒子ビームが照射される領
域を含めて正イオンビームを照射して前記試料の表面上
において導電層を電荷を逃がす手段につなげて誘起させ
ることによって、試料の表面に帯電する電荷を前記誘起
導電層を介して前記電荷を逃がす手段から逃がすことを
特徴とする集束荷電粒子ビームによる処理方法である。
また、本発明は、集束荷電粒子ビームを制御して試料の
表面の所望の個所に照射して処理を施し、更に該処理が
施された試料の表面の領域に集束荷電粒子ビームを照射
して該試料の表面から発生する２次電子に基づく２次電
子画像を検出する集束荷電粒子ビームによる処理方法で
あって、前記試料の表面に前記集束荷電粒子ビームが照
射される領域を含めて正イオンビームを照射して前記試
料の表面上において導電層を電荷を逃がす手段につなげ
て誘起させることによって、試料の表面に帯電する電荷
を前記誘起導電層を介して前記電荷を逃がす手段から逃
がすことを特徴とする集束荷電粒子ビームによる処理方
法である。
【０００９】また、本発明は、集束荷電粒子ビームを試
料の表面に照射して該試料の表面から発生する２次電子
に基づく２次電子画像と２次イオンに基づく２次イオン
画像とを切り替えて検出する２次荷電粒子画像検出方法
であって、前記２次電子画像を検出する際、前記試料の
表面に前記集束荷電粒子ビームが照射される領域を含め
て正イオンビームを照射して試料の表面上において導電
層を電荷を逃がす手段につなげて誘起させることによっ
て前記集束荷電粒子ビームの照射により試料の表面に帯
電する電荷を前記誘起導電層を介して前記電荷を逃がす
手段から逃がし、前記２次イオン画像を検出する際、前
記試料の表面に前記集束荷電粒子ビームが照射される領
域を含めて電子ビームまたは負イオンビームを照射して
試料の表面上において導電層を電荷を逃がす手段につな
げて誘起させることによって前記集束荷電粒子ビームの
照射により試料の表面に帯電する電荷を前記誘起導電層
を介して前記電荷を逃がす手段から逃がすことを特徴と
する２次荷電粒子画像検出方法である。
【００１０】また、本発明は、集束荷電粒子ビームを試
料の表面に照射する荷電粒子ビーム照射手段と、該荷電
粒子ビーム照射手段によって集束荷電粒子ビームが照射
されて試料の表面から発生する２次電子に基づく２次電
子画像を検出する２次電子画像検出手段（荷電粒子検出
器と該荷電粒子検出器の前段に設けられた正の電圧が印
加される引き込み電極とを有する。）とを備えた２次電
子画像検出装置であって、前記試料の表面に前記集束荷
電粒子ビームが照射される領域を含めて正イオンビーム
を照射して前記試料の表面上において導電層を誘起させ
るイオンビーム供給手段を備え、前記荷電粒子ビーム照
射手段による集束荷電粒子ビームの照射により試料の表
面に帯電する電荷を、前記イオンビーム供給手段によっ
て誘起された誘起導電層を介して逃がすように構成した
ことを特徴とする２次電子画像検出装置である。また、
本発明は、集束荷電粒子ビームを試料の表面に照射する
荷電粒子ビーム照射手段と、該荷電粒子ビーム照射手段
によって集束荷電粒子ビームが照射されて試料の表面か
ら発生する２次電子に基づく２次電子画像を検出する２
次電子画像検出手段（荷電粒子検出器と該荷電粒子検出
器の前段に設けられた正の電圧が印加される引き込み電
極とを有する。）とを備えた２次電子画像検出装置であ
って、前記試料の表面と電気的につなげて電荷を逃がす
手段（例えばプローブ）と、前記試料の表面に前記集束
荷電粒子ビームが照射される領域を含めて正イオンビー
ムを照射して試料の表面上において導電層を前記電荷を
逃がす手段につなげて誘起させる導電層誘起手段とを備
え、前記荷電粒子ビーム照射手段による集束荷電粒子ビ
ームの照射により試料の表面に帯電する電荷を、前記導
電層誘起手段によって誘起された誘起導電層を介して前
記電荷を逃がす手段から逃がすように構成したことを特
徴とする２次電子画像検出装置である。
【００１１】また、本発明は、前記２次電子画像検出装
置において、電荷を逃がす手段として、接地される導電
性部材の部分を試料の表面に接触させて構成することを
特徴とする。また、本発明は、集束荷電粒子ビームを試
料の表面に照射する荷電粒子ビーム照射手段と、該荷電
粒子ビーム照射手段によって集束荷電粒子ビームが照射
されて試料の表面から発生する２次電子に基づく２次電
子画像を検出する２次電子画像検出手段とを備え、該２
次電子画像検出手段によって検出される２次電子画像に
基づいて前記荷電粒子ビーム照射手段による集束荷電粒
子ビームを制御して試料の表面に照射して処理を施すよ
うに構成した集束荷電粒子ビームによる処理装置であっ
て、前記試料の表面に前記集束荷電粒子ビームが照射さ
れる領域を含めて正イオンビームを照射して前記試料の
表面上において導電層を誘起させる導電層誘起手段を備
え、前記荷電粒子ビーム照射手段による集束荷電粒子ビ
ームの照射により試料の表面に帯電する電荷を、前記導
電層誘起手段によって誘起された誘起導電層を介して逃
がすように構成したことを特徴とする集束荷電粒子ビー
ムによる処理装置である。
【００１２】また、本発明は、集束荷電粒子ビームを試
料の表面に照射する荷電粒子ビーム照射手段と、該荷電
粒子ビーム照射手段によって集束荷電粒子ビームが照射
されて試料の表面から発生する２次電子に基づく２次電
子画像を検出する２次電子画像検出手段とを備え、該２
次電子画像検出手段によって検出される２次電子画像に
基づいて前記荷電粒子ビーム照射手段による集束荷電粒
子ビームを制御して試料の表面に照射して処理を施すよ
うに構成した集束荷電粒子ビームによる処理装置であっ
て、前記試料の表面と電気的につなげて電荷を逃がす手
段（例えばプローブ）と、前記試料の表面に前記集束荷
電粒子ビームが照射される領域を含めて正イオンビーム
を照射して前記試料の表面上において導電層を前記電荷
を逃がす手段につなげて誘起させる導電層誘起手段とを
備え、前記荷電粒子ビーム照射手段による集束荷電粒子
ビームの照射により試料の表面に帯電する電荷を、前記
導電層誘起手段によって誘起された誘起導電層を介して
前記電荷を逃がす手段から逃がすように構成したことを
特徴とする集束荷電粒子ビームによる処理装置である。
また、本発明は、集束荷電粒子ビームを試料の表面に照
射する荷電粒子ビーム照射手段と、該荷電粒子ビーム照
射手段によって集束荷電粒子ビームが照射されて試料の
表面から発生する２次電子に基づく２次電子画像を検出
する２次電子画像検出手段とを備え、前記荷電粒子ビー
ム照射手段によって集束荷電粒子ビームを試料の表面に
照射して処理を施すように構成した集束荷電粒子ビーム
による処理装置であって、前記試料の表面に前記集束荷
電粒子ビームが照射される領域を含めて正イオンビーム
を照射して前記試料の表面上において導電層を誘起させ
る導電層誘起手段を備え、前記荷電粒子ビーム照射手段
による集束荷電粒子ビームの照射により試料の表面に帯
電する電荷を、前記導電層誘起手段によって誘起された
誘起導電層を介して逃がすように構成したことを特徴と
する集束荷電粒子ビームによる処理装置である。
【００１３】また、本発明は、集束荷電粒子ビームを試
料の表面に照射する荷電粒子ビーム照射手段と、該荷電
粒子ビーム照射手段によって集束荷電粒子ビームが照射
されて試料の表面から発生する２次電子に基づく２次電
子画像を検出する２次電子画像検出手段とを備え、前記
荷電粒子ビーム照射手段によって集束荷電粒子ビームを
試料の表面に照射して処理を施すように構成した集束荷
電粒子ビームによる処理装置であって、前記試料の表面
と電気的につなげて電荷を逃がす手段と、前記試料の表
面に前記集束荷電粒子ビームが照射される領域を含めて
正イオンビームを照射して前記試料の表面上において導
電層を前記電荷を逃がす手段につなげて誘起させる導電
層誘起手段とを備え、前記荷電粒子ビーム照射手段によ
る集束荷電粒子ビームの照射により試料の表面に帯電す
る電荷を、前記導電層誘起手段によって誘起された誘起
導電層を介して前記電荷を逃がす手段から逃がすように
構成したことを特徴とする集束荷電粒子ビームによる処
理装置である。
【００１４】また、本発明は、集束荷電粒子ビームを試
料の表面に照射する荷電粒子ビーム照射手段と、該荷電
粒子ビーム照射手段によって集束荷電粒子ビームが照射
されて試料の表面から発生する２次電子に基づく２次電
子画像と２次イオンに基づく２次イオン画像とを切り替
えて検出する２次荷電粒子画像検出手段とを備えた２次
荷電粒子画像検出装置であって、前記２次荷電粒子画像
検出手段で２次電子画像を検出する際、前記試料の表面
に前記集束荷電粒子ビームが照射される領域を含めて正
イオンビームを照射して前記試料の表面上において導電
層を誘起させ、前記２次荷電粒子画像検出手段で２次イ
オン画像を検出する際、前記試料の表面に前記集束荷電
粒子ビームが照射される領域を含めて電子ビームまたは
負イオンビームを照射して前記試料の表面上において導
電層を誘起させる導電層誘起手段とを備え、前記荷電粒
子ビーム照射手段による集束荷電粒子ビームの照射によ
り試料の表面に帯電する電荷を、前記導電層誘起手段に
よって誘起された誘起導電層を介して逃がすように構成
したことを特徴とする２次荷電粒子画像検出装置であ
る。
【００１５】また、本発明は、集束荷電粒子ビームを試
料の表面に照射する荷電粒子ビーム照射手段と、該荷電
粒子ビーム照射手段によって集束荷電粒子ビームが照射
されて試料の表面から発生する２次電子に基づく２次電
子画像と２次イオンに基づく２次イオン画像とを切り替
えて検出する２次荷電粒子画像検出手段とを備えた２次
荷電粒子画像検出装置であって、前記試料の表面と電気
的につなげて電荷を逃がす手段と、前記２次荷電粒子画
像検出手段で２次電子画像を検出する際、前記試料の表
面に前記集束荷電粒子ビームが照射される領域を含めて
正イオンビームを照射して前記試料の表面上において導
電層を前記電荷を逃がす手段につなげて誘起させ、前記
２次荷電粒子画像検出手段で２次イオン画像を検出する
際、前記試料の表面に前記集束荷電粒子ビームが照射さ
れる領域を含めて電子ビームまたは負イオンビームを照
射して前記試料の表面上において導電層を前記電荷を逃
がす手段につなげて誘起させる導電層誘起手段とを備
え、前記荷電粒子ビーム照射手段による集束荷電粒子ビ
ームの照射により試料の表面に帯電する電荷を、前記導
電層誘起手段によって誘起された誘起導電層を介して前
記電荷を逃がす手段から逃がすように構成したことを特
徴とする２次荷電粒子画像検出装置である。
【００１６】また、本発明は、集束イオンビームと、試
料の表面に導電層を電荷を逃がす手段につなげて誘起さ
せるための正のイオンビームとを共に試料室内の試料に
照射し、前記集束イオンビームの照射によって試料より
放出する２次電子を荷電粒子検出器により検出して試料
の観察もしくは処理を行う方法および装置である。
【００１７】また、本発明は、集束イオンビームを試料
室内の試料に照射し、荷電粒子検出器により試料から放
出する２次荷電粒子を検出して試料の観察もしくは処理
を行う方法および装置において、試料より放出する２次
電子を検出する際、前記集束イオンビームと試料の表面
に導電層を電荷を逃がす手段につなげて誘起させるため
の正のイオンビームとを共に照射し、試料より放出する
２次イオンを検出する際、前記集束イオンビームと試料
の表面に導電層を電荷を逃がす手段につなげて誘起させ
るための電子ビームまたは負のイオンビームとを共に照
射するものである。また、本発明は、集束イオンビーム
を試料室内の試料に照射し、荷電粒子検出器により試料
から放出する２次荷電粒子を検出して試料の観察もしく
は処理を行う方法および装置において、試料より放出す
る２次電子を検出する際、前記集束したイオンビーム
と、荷電ビーム供給手段により生成され、試料の表面に
導電層を電荷を逃がす手段につなげて誘起させるための
正のイオンビームとを共に照射し、試料より放出する２
次イオンを検出する際、前記集束したイオンビームと、
気体をプラズマ化して負イオン、電子のいずれかを引き
出して荷電ビームを発生させる荷電ビーム供給手段によ
り生成され、試料の表面に導電層を電荷を逃がす手段に
つなげて誘起させるための電子ビームもしくは負イオン
とを共に照射するものである。また、本発明は、集束し
た電子ビームと試料の表面に導電層を電荷を逃がす手段
につなげて誘起させるための正のイオンビームとを共に
試料室内の試料に照射し、前記集束電子ビームの照射に
よって試料より放出する２次電子を荷電粒子検出器によ
り検出して試料の観察もしくは処理を行うものである。
【００１８】以上説明したように、前記構成によれば、
試料の表面上において導電層を電荷を逃がす手段につな
げて誘起させることによって試料の表面に帯電する電荷
を前記誘起導電層を介して前記電荷を逃がす手段から逃
がすための正のイオンビームを試料の表面に照射したと
しても、この正のイオンビームは２次電子を検出する荷
電粒子検出器に影響を及ぼすことなく、試料の表面から
放出量の多い２次電子を荷電粒子検出器で検出して高解
像度を有する２次電子画像を検出することができ、その
結果、試料に形成されたパターンの観察や該パターンに
対する集束荷電粒子ビームの位置決め等を高精度に実現
することができ、更に集束荷電粒子ビームを用いて１．
０μｍ以下のサブミクロンオーダのエッチングや成膜等
の加工処理を実現することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】本発明に係る実施の形態につい
て、図面を用いて説明する。本発明に係る集束イオンビ
ーム処理装置としては、加速したイオンによるスパッタ
現象またはＣＶＤ現象を利用し、ＬＳＩなどの半導体デ
バイス等の試料の断面を露出させるエッチング加工や、
ＬＳＩなどの半導体デバイス等における内部配線を切断
または接続して回路変更を行って修正したり、半導体デ
バイス等を製造するための露光に対して透明な絶縁性を
有する膜またはパターンが形成されたマスクにおけるパ
ターン欠陥を修正するエッチングまたはＣＶＤ等の加工
処理に用いられている。また、本発明に係る集束イオン
ビーム処理装置において、一次入射ビームを試料上に走
査して照射し、この際試料から放射する２次イオンや２
次電子を検出して、試料表面の観察や分析が行われる。
一般的に２次イオンより２次電子の方が放出量が多く、
Ｓ／Ｎ比が高いために、高解像度のパターン観察や一次
入射ビームの被加工パターンへの位置決めや被加工領域
の設定のために、２次電子が適している。
【００２０】ところで、集束イオンビーム処理装置にお
いて、試料の表面が絶縁性を有すると、試料表面近傍へ
の入射電荷とこれにより表面近傍から放出する荷電粒子
の収支がずれ、その結果試料の表面への帯電現象が発生
し、入射ビームの照射位置精度の低下や試料の表面にお
ける絶縁破壊が引き起こされることになる。そこで、本
発明は、集束イオンビーム処理装置において、表面が絶
縁性を有する試料（被加工物：透明な絶縁膜が形成され
たマスクや絶縁物が被覆されたＬＳＩなど）に対して簡
便に帯電を回避し、常時リアルタイムで２次電子画像を
高解像度でもって検出できるようにして、試料（被加工
物）に形成されたパターンの観察や該パターンに対する
照射ビームの位置決め等を高精度に実現することにあ
る。図１は、本発明に係る集束イオンビーム処理装置の
第１の実施の形態を示す概略構成図である。１は、真空
排気装置（図示せず）により真空に保たれたイオンビー
ム鏡筒で、内部にイオン源２やイオン光学系４を設置し
ている。イオン源２は、液体金属であるＧａイオン源
や、デュオプラズマイオン源、ガスプラズマイオン源な
どで構成される。イオン光学系４は、イオン源２から引
き出されたイオンビーム３を加速及び集束し、偏向制御
やビームの照射及び非照射の制御（ブランキング）を行
なうように構成されている。即ち、イオン光学系４は、
加速電圧が印加されるように構成され、更にイオンビー
ム３を集束させるための静電レンズ、イオンビーム３を
偏向させる偏向電極、並びにイオンビームの照射および
非照射を行なうブランキング電極等が備えられている。
【００２１】真空排気装置（図示せず）により真空に保
たれたイオンビーム鏡筒１に設けたイオン源２からイオ
ンビーム３を引き出し、イオン光学系４でこのイオンビ
ーム３を加速及び集束し、偏向制御や、ビームの照射及
び非照射の制御（ブランキング）を行う。イオンビーム
３の加速は、通常２０ｋＶないし５０ｋＶ程度、イオン
ビーム３の電流は、数ｐＡないし数十ｎＡまで様々であ
るが、この限りではない。イオンビーム３のビーム径は
通常５ｎｍから１．０μｍ程度に集束させるが、用途に
応じてビーム径をさらに細く集束しても良いし、拡げて
も良い。イオン光学系４は、一実施例として、引き出し
電極、加速電極、アライナ電極、ブランキング電極、ス
ティグマ偏向電極、静電レンズ、制限アパーチャで構成
する。ホストコンピュータ１００によりイオンビームコ
ントローラ９１を介してイオン源２およびイオン光学系
４の照射制御を行なう。真空排気装置（図示せず）によ
り真空に保たれた試料室５に設けたステージ６に試料７
を搭載し（必要に応じて、試料７は試料ホルダを介して
ステージ６に搭載しても良い）、この試料７にイオンビ
ーム３を走査して、観察、エッチング加工、及びデポジ
ションガスと共同してＣＶＤ成膜等の加工処理を行う。
エッチング加工処理の際、被加工部にエッチング用ガス
を供給してガスアシストエッチング加工処理を施すよう
にしても良い。ステージ６は、ＸＹステージやティルテ
ィング機能を有する５軸ステージ等を用い、ホストコン
ピュータ１００によりステージコントローラ９４を介し
てステージ６の駆動制御を行なう。イオンビーム３を試
料７に照射する際、試料７からは２次荷電粒子（２次イ
オン及び２次電子）等が放出される。所望の電圧に印加
した引き込み電極８により、この２次的な荷電粒子を引
き込み、荷電粒子検出器９でこれを検出し、信号を増幅
し、ＳＩＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ Ｉｏｎ Ｍｉｃｒｏｓ
ｃｏｐｅ）像を生成することによって、試料７上に形成
されたパターンの観察や該パターンに対する照射ビーム
３の加工位置決めなどを行う。
【００２２】本実施の形態では、２次イオン検出に比べ
て、放出量が多く、Ｓ／Ｎ比が高く、試料７上に形成さ
れたパターンの観察や該パターンに対する照射ビーム３
の加工位置決めなどを高精度に実現するために、荷電粒
子検出器９において２次電子検出を行う場合について説
明する。２次電子検出の場合、引き込み電極８に数百Ｖ
ないし数千Ｖ程度の正の電圧を印加することによって２
次電子を効率よく荷電粒子検出器９に引き込むことが可
能となる。この荷電粒子検出器９は、シンチレータとフ
ォトマルで構成するものや、マイクロチャンネルプレー
ト等を用いる。ホストコンピュータ１００により荷電粒
子検出コントローラ９２を介して引き込み電極８、荷電
粒子検出器９の電圧印加制御を行ない、荷電粒子検出器
９により得られた信号をホストコンピュータ１００に取
り込み、画像処理を行って、このモニタ画面１００ａ上
に表示する。加工位置決めの後に加工処理を行なう場合
において、試料７上に形成されたパターンの観察や該パ
ターンに対する照射ビーム３の加工位置決めの後、引き
込み電極８に印加する電圧を極端に変更すると、イオン
ビーム３の軌道上の電界が変化し、加工位置ずれが発生
するため、エッチングや成膜等の加工処理中も引き込み
電極８への印加電圧を位置決め時とほぼ同じくする必要
がある。
【００２３】ところで、試料７の表面が絶縁性を有する
場合、イオンビーム３の電荷の蓄積や、多量の２次電子
の放出により、試料７の表面が帯電し、この帯電により
形成された電界によりイオンビーム３の軌道が曲げら
れ、加工位置ずれや、試料７の絶縁破壊に至ることもあ
る。この試料７の帯電を防ぐために、試料室５に設けた
正イオンビーム供給手段２０により正イオンビーム２２
を、試料７上のイオンビーム３の照射領域を取り囲む範
囲に照射する。この正イオンビーム供給手段２０の実施
例を詳細に説明する。図示しない材料ガスを蓄積したガ
スボンベから、流量可変バルブもしくは質量流量制御手
段２８等を介して、正イオンビーム供給手段２０に材料
ガスを導入する。この正イオンビーム供給手段２０に設
けたフィラメント２１及びアノード２３にて熱電子を放
出させ、ソレノイド２４（永久磁石で代用しても良い）
によりこの熱電子をマグネトロン型の電磁界で拘束す
る。これにより、内部の材料ガスがプラズマ化する。引
き出し電極２５に、プラズマ電位に対して負の電圧を印
加することで正イオンビーム２２を得て、必要に応じて
設けたレンズ２６にて集束し、デフレクタ２７にて試料
７の所望の位置に照射する。また、デフレクタ２７によ
り正イオンビーム２２を走査してもよい。また、プラズ
マ電位を上げるようにすることでイオンをさらに加速す
ることも可能である。この加速電圧は、絶縁試料の表面
近傍を導電化するのに必要なエネルギ以上（約１０ｅＶ
以上）で試料表面がスパッタされないよう、あるいはス
パッタにより所望の目的に影響が出ないようなエネルギ
（数＋ｅＶ、ただし正イオンビーム２２の元素質量が小
さい場合はさらに昇圧してもよい）以下に予め設定して
おく。プラズマからの正イオンビーム２２の出口にオリ
フィス（図示せず）を設け、プラズマ部を別系統で真空
排気することで、プラズマ圧力による試料室５の真空度
低下を防ぐこともできる。また、引き出し電極２５がオ
リフィスの機能を兼ねても良い。ホストコンピュータ１
００により正イオンビームコントローラ９５を介して上
記の正イオンビーム供給手段２０の制御を行なう。
【００２４】第１の実施の形態では、２次イオン検出に
比べて、放出量が多く、Ｓ／Ｎ比が高く、試料７上に形
成されたパターンの観察や該パターンに対する照射ビー
ム３の加工位置決めなどを高精度に実現すべく、２次電
子を効率よく荷電粒子検出器９に引き込むために、引き
込み電極８には正の電圧が印加されるが、上記の如く正
イオンビーム２２が絶縁試料に照射されたとしても、荷
電粒子検出器９に引き込まれることはなく、ＳＩＭ像検
出の障害となることはない。次に、試料の帯電防止のメ
カニズムを詳細に説明する。本第１の実施の形態のよう
に、絶縁物表面に加速したイオンを照射すると、一時的
に試料表面に極めて薄い誘起導電層２９が形成され、イ
オンの照射を停止するとある時定数をもって誘起導電層
２９が消滅する。また、この現象は、Ｇａのような金属
イオンに限定されない。前述したとおり、正イオンビー
ム２２を、試料７上のイオンビーム３の照射領域を取り
囲む範囲に照射するため、その広い領域で極めて薄い誘
起導電層２９が形成される。この誘起導電層２９のう
ち、加工もしくは観察に影響を与えない領域に接地プロ
ーブ３０をプローブ駆動機構３１により接触させること
により、加工もしくは観察領域に蓄積したイオンビーム
３の電荷を誘起導電層２９及びプローブ３０を介して逃
がすことが可能となる。特に、正イオンビーム２２を接
地プローブ３０が試料の表面に接触する接触点にも照射
することによって、誘起導電層２９を接地プローブ３０
に導通状態につなげることが可能となり、加工もしくは
観察に影響を与えない領域に接地プローブ３０が接触し
たとしても、加工もしくは観察領域に蓄積したイオンビ
ーム３の電荷を逃がすことが可能となる。
【００２５】なお、ホストコンピュータ１００によりプ
ローブコントローラ９３を介してプローブ駆動機構３１
を駆動制御し、試料７と接地プローブ３０との接触をひ
ずみゲージ等の接触検知手段で検知することによって、
接地プローブ３０の接触により試料７の表面を損傷して
機能上支障をきたさないようにする。また、試料７がＬ
ＳＩの場合、ダイオードを介して接地されている電極パ
ッド（図示せず）が多数形成されて表面に露出している
ことが多い。この場合、電極パッドを含む領域に正イオ
ンビーム２２を照射すれば、誘起導電層２９を電極パッ
ドに導通状態につなげることが可能となり、加工もしく
は観察領域に蓄積したイオンビーム３の電荷を、誘起導
電層２９および電極パッドからダイオードを介して逃が
すことができる場合もある。この場合には、接地プロー
ブは必ずしも必要としない。また、試料７を固定するた
めの導電性を有する金属製の押さえ板３２が試料表面と
充分接触している場合は、この押さえ板３２が試料表面
に接触する接触点を含む領域に正イオンビーム２２を照
射することで、誘起導電層２９を押さえ板３２に導通状
態につなげることが可能となり、加工もしくは観察領域
に蓄積したイオンビーム３の電荷を、誘起導電層２９お
よび導電性を有する押さえ板３２を介して逃がすことに
より、帯電を防止することができる。
【００２６】このように、電荷を逃がす手段３０、３２
は、試料７の種類に応じて適宜変更すればよい。しか
し、電荷を逃がす手段として、導電性部材によって構成
される接地されるプローブ３０を用い、試料７の表面へ
の接触点を変えることによって、試料の状態や種類に係
ることなく、対応させることが可能となる。但し、試料
７の表面への接触点を変える際、試料７と接地プローブ
３０との接触をひずみゲージ等の接触検知手段で検知
し、この検知された試料７と接地プローブ３０との接触
をプローブコントローラ９３にフィードバックし、この
フィードバックされた接触検知信号に基づいてプローブ
駆動機構３１を駆動制御することによって、試料７の表
面が損傷するのを防止することができる。ところで、前
述したとおり、正イオンビーム２２の照射によるスパッ
タの影響が問題となる場合があるため、この正イオンビ
ーム２２は低加速が望ましく、正イオンビーム２２の元
素も質量数が小さい方が良いが、この加速電圧及び気体
元素の質量数は、試料表面の電離度を左右するため、予
め実験的に適正な加速電圧および適正な気体元素を求
め、これら加速電圧および気体元素を適正化しておく。
【００２７】以上説明したように、第１の実施の形態で
は、絶縁物表面に対して電荷を逃がす手段（接地プロー
ブ３０、電極パッド、押さえ板３２）を含めてイオンビ
ーム３による加工領域に適正な加速電圧および適正な気
体元素からなる正イオンビーム２２を照射することによ
って、絶縁物表面に蓄積したイオンビーム３の電荷を逃
がすことにより帯電を回避してイオンビーム３による加
工位置ずれや、試料７の絶縁破壊を防止することができ
ると共に、引き込み電極８に正の電圧を印加して荷電粒
子検出器９により２次電子を効率よく引き込んで２次電
子を検出しても、この２次電子検出には障害とならず、
常時リアルタイムで、放出量が多く、Ｓ／Ｎ比が高い鮮
明な２次電子検出画像の取得が可能となり、その結果、
リアルタイムで試料７上に形成されたパターンの観察や
該パターンに対する照射ビーム３の加工位置決めなどを
高精度に実現することが可能となる。
【００２８】なお、上記説明した集束イオンビーム処理
装置を、多層構造を有するＬＳＩなどの修正やＬＳＩな
どの断面加工及び断面観察等に使用する場合には、放出
量が多い２次電子検出に加えて、材質による２次イオン
放出量の違いに基く異なった材質について観察すべく２
次イオン検出が必要となる。２次電子検出の場合、材質
による放出量の違いはあまり見られず、感度が鈍い性質
を有する。このように、集束イオンビーム処理装置にお
いて、２次イオンを検出するには、試料７に対して正イ
オンビーム２２の照射によって帯電を回避し、その後正
イオンビーム２２の照射を停止する必要が有る。このよ
うに正イオンビーム２２の照射を停止することによっ
て、試料７に対してイオンビーム３を照射し、引き込み
電極８に負の電圧を印加して荷電粒子検出器９により２
次イオンを効率よく引き込んで２次イオンを検出して
も、この２次イオン検出には障害とならず、２次イオン
検出も可能となる。その結果、材質による２次イオン放
出量の違いに基く異なった材質について２次イオン像に
基いて観察することが可能となり、同じ集束イオンビー
ム処理装置において、多層構造を有するＬＳＩなどの修
正やＬＳＩなどの断面加工及び断面観察等を実現するこ
とが可能となる。
【００２９】図２は、本発明に係る集束イオンビーム処
理装置の第２の実施の形態を示す概略構成図である。第
２の実施の形態は、集束イオンビーム処理装置におい
て、絶縁性試料の２次電子検出及び２次イオン検出の両
方を可能とするものである。集束イオンビーム処理装置
において、２次電子検出は、放出量が多く、Ｓ／Ｎ比が
高く、鮮明な検出画像の取得が可能となり、その結果、
試料７上に形成されたパターンの観察や該パターンに対
する照射ビーム３の加工位置決めなどを高精度に実現す
ることが可能となり、絶縁性試料に対して集束イオンビ
ームによる高精度のエッチングまたは成膜等の加工処理
を実現することができる。集束イオンビーム処理装置に
おいて、２次イオン検出は、材質による２次イオン放出
量の違いに基く異なった材質について観察することが可
能となり、集束イオンビームを用いて多層構造を有する
ＬＳＩなどの修正やＬＳＩなどの断面加工及び断面観察
等を実現することが可能となる。
【００３０】即ち、第２の実施の形態は、第１の実施の
形態で説明した集束イオンビーム処理装置において、電
子銃４０を付加したものである。引き込み電極８に正の
電圧を印可して荷電粒子検出器９により２次電子を検出
する場合は、図１に示す第１の実施の形態とほぼ同様
で、正イオンビーム２２を照射し、電子銃４０は使用し
ない。次に２次イオンを検出する場合は、まず、正イオ
ンビーム２２の照射は停止する。この正イオンビーム２
２の照射の停止には、プラズマを消滅させる方式、引き
出し電極２５の印加電圧制御によりイオンを閉じ込める
方式、気体イオンビーム供給手段２０の先端に遮蔽板
（図示せず）を設けておきこれを閉じる方式等がある。
次に、引き出し電極２５の引き込み電極に負の電圧を印
加して、荷電粒子検出器９に２次イオンを引き込めるよ
うにする。次に、電子銃４０で生成した電子ビーム４１
を、試料７のイオンビーム３の照射領域を含み、かつ接
地プローブ３０と試料７の接触点を含む領域に照射す
る。電子銃４０は、熱電子を放出するフィラメント、電
子を引き出すアノード、静電レンズ、デフレクタ等で構
成する。電子ビーム４１を照射する場合についても、あ
る加速エネルギを持った電子が絶縁物に照射されると極
めて薄い誘起導電層２９’が形成される。これにより誘
起導電層２９’と接地プローブとが導通状態につなが
り、イオンビーム３の電荷は、誘起導電層２９’及び接
地プローブ３０を介してアースに逃がすことが可能とな
る。このように、電子ビーム４１の照射と正イオンビー
ム２２の照射とを切り替えることにより、リアルタイム
で２次イオン及び２次電子の検出が可能となる。
【００３１】作業者が集束イオンビーム処理装置の制御
をまかなうホストコンピュータ１００上で、２次イオン
もしくは２次電子のいずれかを選択するコマンドを入力
して切り替えを行うと、電子シャワーコントローラ９６
と正イオンビームコントローラ２０とにより、電子銃４
０と気体イオンビーム供給手段２０とのいずれか一方を
駆動するように制御する。場合によっては、この切り替
え時は、電子ビーム４１もしくは正イオンビーム２２の
照射位置及び照射量が安定する時間を考慮する必要があ
る。電子銃４０及び気体イオンビーム供給手段２０のい
ずれにもフィラメントがあるが、フィラメントからの熱
電子放出量は温度によって変化しやすいため、未使用時
も通電をしておくことで安定化するまでの時間を短縮す
ることができる。図３は、本発明に係る集束イオンビー
ム処理装置の第３の実施の形態を示す概略構成図であ
る。第３の実施の形態は、集束イオンビーム処理装置に
おいて、絶縁性試料の２次電子検出及び２次イオン検出
の両方を可能とするものである。集束イオンビーム処理
装置において、２次電子検出は、放出量が多く、Ｓ／Ｎ
比が高く、鮮明な検出画像の取得が可能となり、その結
果、試料７上に形成されたパターンの観察や該パターン
に対する照射ビーム３の加工位置決めなどを高精度に実
現することが可能となり、絶縁性試料に対して集束イオ
ンビームによる高精度のエッチングまたは成膜等の加工
処理を実現することができる。集束イオンビーム処理装
置において、２次イオン検出は、材質による２次イオン
放出量の違いに基く異なった材質について観察すること
が可能となり、集束イオンビームを用いて多層構造を有
するＬＳＩなどの修正やＬＳＩなどの断面加工及び断面
観察等を実現することが可能となる。
【００３２】第３の実施の形態の基本的な装置構成は、
図１に示す第１の実施の形態と同じである。第３の実施
の形態において、第１の実施の形態と異なる点は、デュ
アルビーム供給手段５０によって、正の気体イオン及び
電子のいずれかも供給することが可能なことである。図
示しない材料ガスを蓄積したガスボンベから、流量可変
バルブもしくは質量流量制御手段２８等を介して、デュ
アルビーム供給手段５０に材料ガスを導入する。このデ
ュアルビーム供給手段５０に設けたフィラメント２１及
びアノード２３にて熱電子を放出させ、ソレノイド２４
（永久磁石で代用しても良い）によりこの熱電子をマグ
ネトロン型の電磁界で拘束する。これにより、内部の材
料ガスがプラズマ化する。２次電子検出時には、第１の
実施の形態と同様に、引き出し電極２５に対してプラズ
マ電位に対して負の電圧を印加することで正イオンビー
ム５２（２２）を得て、必要に応じて設けたレンズ２６
にて集束し、デフレクタ２７にて試料７上のイオンビー
ム３の照射領域を取り囲む範囲に照射して極めて薄い誘
起導電層２９を形成すると共に、加工もしくは観察領域
に蓄積したイオンビーム３の電荷を誘起導電層２９及び
電荷を逃がす手段を介して逃がす方式をとる。２次イオ
ン検出時には、電子ビームを供給するために、気体ガス
で生成したプラズマの電位に対して正の高い電圧を引き
出し電極５５に印加することにより、プラズマ内の電子
を引き出し、レンズ２６及びデフレクタ２７への印加電
圧を適宜変更し、試料上に供給するよう制御を行う。即
ち、２次イオン検出時には、気体ガスで生成したプラズ
マの電位に対して正の高い電圧を引き出し電極５５に印
加することにより、プラズマ内の電子を引き出して電子
ビーム５２（４１）を得て、レンズ２６にて集束し、デ
フレクタ２７にて試料７上のイオンビーム３の照射領域
を取り囲む範囲に照射して極めて薄い誘起導電層２９’
を形成すると共に、加工もしくは観察領域に蓄積したイ
オンビーム３の電荷を誘起導電層２９’及び電荷を逃が
す手段を介して逃がすことになる。デュアルビーム供給
手段５０における引き出し電極２５、レンズ２６及びデ
フレクタ２７の電圧は実験的あるいはシミュレーション
にて求めておいた適正値を制御系に記憶させておくか、
２次イオン検出と２次電子検出の切り替え時に、各電極
の電圧を実際に変化させながら、デュアルビーム５２の
電流（さらに、必要に応じてビーム電流の分布）を測定
して最適値を求める自動最適化シーケンスを制御系にプ
ログラミングしておくかする。また、電子を負イオンで
代用しても良い。この場合、正イオンと負イオンを含む
プラズマを生成しておく必要があり、必要に応じて複数
の種類のガスを供給する手段を備えることも有効であ
る。このデュアルビーム供給手段５０を設けることによ
り、装置構成を簡略化し、装置コストの低減を図ること
が可能となる。
【００３３】次に、本発明に係る電子ビーム照射装置
（電子顕微鏡、ＥＢ画像検出装置、ＥＢテスタ、ＥＢ描
画装置、電子ビームアシストエッチング装置、電子ビー
ムＣＶＤ装置等）の一実施の形態について図４を用いて
説明する。本発明に係る電子ビーム照射装置において、
集束イオンビーム加工装置との違いは、電子ビーム鏡筒
６１内の構成である。電子源６２は、熱電子放射型（タ
ングステンヘアピンフィラメントやランタンヘキサボラ
イドポイントカソード）、電界放射型などである。電子
ビーム６３の加速は、通常１ｋＶないし数百ｋＶ程度、
電子ビームの電流は、数ｐＡないし数十ｕＡまで様々で
ある。電子ビーム６３のビーム径は１ｎｍ程度に集束さ
せるが、用途に応じてビーム径を変えても良い。電子光
学系６４は、一実施例として、引き出し電極、加速電
極、スティグマ偏向コイル、静電レンズ、磁場レンズで
構成する。電子光学系６４内に試料を設置するインレン
ズ方式の対物レンズの使用も同様である。電子ビーム照
射装置の場合、試料７からの２次イオン放出はほとんど
ないため、必然的に２次電子検出となる。表面が絶縁性
を有する試料の場合、電子ビーム照射装置では、加速電
圧により２次電子放出量が変化することを利用して、入
射電子と２次電子の収支がほぼ一致するような加速電圧
（およそ１ｋＶ）で観察する手法がよく採られるが、加
速電圧を下げると電子ビームの分解能が下がることは避
けられない。従って、本実施の形態のような帯電防止機
構は有効であるといえる。即ち、電子ビーム６３を絶縁
物試料７に対して照射した際、試料７の帯電を防ぐため
に、試料室５に設けた正イオンビーム供給手段２０によ
り、絶縁物表面に対して電荷を逃がす手段（接地プロー
ブ３０、電極パッド、押さえ板３２）を含めて電子ビー
ム６３が照射される領域に適正な加速電圧および気体元
素からなる正イオンビーム２２を照射することによっ
て、絶縁物表面に蓄積した電子ビーム６３の電荷を逃が
すことにより帯電を回避し、引き込み電極８に正の電圧
を印加して荷電粒子検出器９により２次電子を効率よく
引き込んで２次電子を検出しても、この２次電子検出に
は障害とならず、鮮明な２次電子検出画像の取得が可能
となり、その結果、リアルタイムで試料７上に形成され
たパターンについて高分解能での観察や該パターンに対
する電子ビーム６３の位置決めなどを高精度に実現する
ことが可能となる。
【００３４】以上説明したいずれの実施の形態について
も、正の気体イオン種として、ヘリウム、ネオン、アル
ゴン、窒素、キセノン等の不活性ガスや水素等が挙げら
れる。また、第３の実施の形態における負のイオン種と
して、酸素等が挙げられる。
【００３５】また、いずれの実施の形態についても、反
応性ガス（例えば塩素、キセノンダイフロライド、ヨウ
素、臭素等）を供給する手段を設け、この反応性ガスを
ノズルを介して試料上に供給することにより加工速度を
増速する、荷電ビームガスアシストエッチング（イオン
ビームアシストエッチング、電子ビームアシストエッチ
ング）に応用することも可能である。また、前述したよ
うにデポジション用のガス（例えばタングステンヘキサ
カルボニル、ＴＥＯＳ等）をノズルを介して供給する手
段を設け、これ供給することにより、試料上に所望の堆
積膜を形成する荷電ビームＣＶＤに適用することも可能
である。
【００３６】
【発明の効果】本発明によれば、集束荷電ビーム照射に
よる絶縁性を有する試料に対する帯電を回避して高解像
度を有する鮮明な２次電子検出画像の取得が可能とな
り、その結果、絶縁性を有する試料上に形成されたパタ
ーンの観察や該パターンに対する照射ビームの位置決め
などを高精度に実現することができる効果を奏する。ま
た、本発明によれば、集束荷電ビーム照射による絶縁性
を有する試料に対する帯電を回避して高解像度を有する
鮮明な２次電子検出画像の取得が可能となり、その結
果、絶縁性を有する試料上に形成されたパターンの観察
や該パターンに対する照射ビームの加工位置決めなどを
高精度に実現することが可能となり、荷電ビームによる
高精度のエッチングまたは成膜等の加工処理を実現する
ことができる効果を奏する。
【００３７】また、本発明によれば、集束荷電ビーム照
射による表面に絶縁膜が形成されたＬＳＩやマスク（表
面に露光に対して透明な絶縁性を有する膜またはパター
ンが形成されたマスク）等の試料に対する帯電を回避し
て試料に形成されたパターンについてエッジが明瞭とな
る高コントラストの２次電子検出画像を取得することが
可能となり、その結果、集束荷電ビーム照射による高解
像度のパターン観察を実現することができ、ＬＳＩやマ
スク等の試料上に生じた欠陥をサブミクロンないしサブ
サブミクロンオーダで修正することが可能となる。この
不良の救済により、ＬＳＩやマスク等の試料の製造コス
ト低減や、ＬＳＩやマスク等の試料の再製作による製造
期間の遅れが極めて少なくすることができる効果を奏す
る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る集束イオンビーム加工装置の第１
の実施の形態を示す概略構成図である。
【図２】本発明に係る集束イオンビーム加工装置の第２
の実施の形態を示す概略構成図である。
【図３】本発明に係る集束イオンビーム加工装置の第２
の実施の形態を示す概略構成図である。
【図４】本発明に係る電子ビーム照射装置の一実施の形
態を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１…イオンビーム鏡筒、２…イオン源、３…イオンビー
ム、４…イオン光学系、５…試料室、６…ステージ、７
…試料、８…引き込み電極、９…荷電粒子検出器、２０
…正イオンビーム供給手段、２１…フィラメント、２２
…正イオンビーム、２３…アノード、２４…ソレノイ
ド、２５…引き出し電極、２６…レンズ、２７…デフレ
クタ、２９、２９’…誘起導電層、３０…接地プロー
ブ、３１…プローブ駆動機構、３２…押さえ板、４０…
電子銃、４１…電子シャワー、５０…デュアルビーム供
給手段、５２…デュアルビーム（電子、正イオン）、６
１…電子ビーム鏡筒、６２…電子源、６３…電子ビー
ム、６４…電子光学系、９１…イオンビームコントロー
ラ、９２…荷電粒子検出コントローラ、９３…プローブ
コントローラ、９４…ステージコントローラ、９５…正
イオンビームコントローラ、１００…ホストコントロー
ラ
フロントページの続き (72)発明者 水村 通伸 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 西村 規正 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 古泉 裕弘 東京都小平市上水本町五丁目20番１号株式 会社日立製作所半導体事業部内 (72)発明者 小池 英巳 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 (16)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】集束荷電粒子ビームを試料の表面に照射し
    て該試料の表面から発生する２次電子に基づく２次電子
    画像を検出する２次電子画像検出方法であって、 前記試料の表面上に前記集束荷電粒子ビームが照射され
    る領域を含めて正イオンビームを照射して導電層を誘起
    させることによって試料の表面に帯電する電荷を前記誘
    起導電層を介して逃がすことを特徴とする２次電子画像
    信号検出方法。
  2. 【請求項２】集束荷電粒子ビームを試料の表面に照射し
    て該試料の表面から発生する２次電子に基づく２次電子
    画像を検出する２次電子画像検出方法であって、 前記試料の表面に前記集束荷電粒子ビームが照射される
    領域を含めて正イオンビームを照射して前記試料の表面
    上において導電層を電荷を逃がす手段につなげて誘起さ
    せることによって、試料の表面に帯電する電荷を前記誘
    起導電層を介して前記電荷を逃がす手段から逃がすこと
    を特徴とする２次電子画像信号検出方法。
  3. 【請求項３】電荷を逃がす手段は接地されることを特徴
    とする請求項２記載の２次電子画像信号検出方法。
  4. 【請求項４】集束荷電粒子ビームを試料の表面に照射し
    て該試料の表面から発生する２次電子に基づく２次電子
    画像を検出する２次電子画像検出方法であって、 前記試料の表面に前記集束荷電粒子ビームが照射される
    領域を含めて正イオンビームを照射して前記試料の表面
    上において導電層を接地される導電性部材につなげて誘
    起させることによって、試料の表面に帯電する電荷を前
    記誘起導電層を介して前記接地導電性部材から逃がすこ
    とを特徴とする２次電子画像信号検出方法。
  5. 【請求項５】集束荷電粒子ビームを試料の表面に照射し
    て該試料の表面から発生する２次電子に基づく２次電子
    画像を検出し、更に該検出される２次電子画像に基づい
    て前記集束荷電粒子ビームを制御して試料の表面に照射
    して処理を施す集束荷電粒子ビームによる処理方法であ
    って、 前記試料の表面に前記集束荷電粒子ビームが照射される
    領域を含めて正イオンビームを照射して前記試料の表面
    上において導電層を電荷を逃がす手段につなげて誘起さ
    せることによって、試料の表面に帯電する電荷を前記誘
    起導電層を介して前記電荷を逃がす手段から逃がすこと
    を特徴とする集束荷電粒子ビームによる処理方法。
  6. 【請求項６】集束荷電粒子ビームを制御して試料の表面
    の所望の個所に照射して処理を施し、更に該処理が施さ
    れた試料の表面の領域に集束荷電粒子ビームを照射して
    該試料の表面から発生する２次電子に基づく２次電子画
    像を検出する集束荷電粒子ビームによる処理方法であっ
    て、 前記試料の表面に前記集束荷電粒子ビームが照射される
    領域を含めて正イオンビームを照射して前記試料の表面
    上において導電層を電荷を逃がす手段につなげて誘起さ
    せることによって、試料の表面に帯電する電荷を前記誘
    起導電層を介して前記電荷を逃がす手段から逃がすこと
    を特徴とする集束荷電粒子ビームによる処理方法。
  7. 【請求項７】集束荷電粒子ビームを試料の表面に照射し
    て該試料の表面から発生する２次電子に基づく２次電子
    画像と２次イオンに基づく２次イオン画像とを切り替え
    て検出する２次荷電粒子画像検出方法であって、 前記２次電子画像を検出する際、前記試料の表面に前記
    集束荷電粒子ビームが照射される領域を含めて正イオン
    ビームを照射して試料の表面上において導電層を電荷を
    逃がす手段につなげて誘起させることによって前記集束
    荷電粒子ビームの照射により試料の表面に帯電する電荷
    を前記誘起導電層を介して前記電荷を逃がす手段から逃
    がし、前記２次イオン画像を検出する際、前記試料の表
    面に前記集束荷電粒子ビームが照射される領域を含めて
    電子ビームまたは負イオンビームを照射して試料の表面
    上において導電層を電荷を逃がす手段につなげて誘起さ
    せることによって前記集束荷電粒子ビームの照射により
    試料の表面に帯電する電荷を前記誘起導電層を介して前
    記電荷を逃がす手段から逃がすことを特徴とする２次荷
    電粒子画像検出方法。
  8. 【請求項８】集束荷電粒子ビームを試料の表面に照射す
    る荷電粒子ビーム照射手段と、該荷電粒子ビーム照射手
    段によって集束荷電粒子ビームが照射されて試料の表面
    から発生する２次電子に基づく２次電子画像を検出する
    ２次電子画像検出手段とを備えた２次電子画像検出装置
    であって、 前記試料の表面に前記集束荷電粒子ビームが照射される
    領域を含めて正イオンビームを照射して前記試料の表面
    上において導電層を誘起させるイオンビーム供給手段を
    備え、前記荷電粒子ビーム照射手段による集束荷電粒子
    ビームの照射により試料の表面に帯電する電荷を、前記
    イオンビーム供給手段によって誘起された誘起導電層を
    介して逃がすように構成したことを特徴とする２次電子
    画像検出装置。
  9. 【請求項９】集束荷電粒子ビームを試料の表面に照射す
    る荷電粒子ビーム照射手段と、該荷電粒子ビーム照射手
    段によって集束荷電粒子ビームが照射されて試料の表面
    から発生する２次電子に基づく２次電子画像を検出する
    ２次電子画像検出手段とを備えた２次電子画像検出装置
    であって、 前記試料の表面と電気的につなげて電荷を逃がす手段
    と、前記試料の表面に前記集束荷電粒子ビームが照射さ
    れる領域を含めて正イオンビームを照射して試料の表面
    上において導電層を前記電荷を逃がす手段につなげて誘
    起させる導電層誘起手段とを備え、前記荷電粒子ビーム
    照射手段による集束荷電粒子ビームの照射により試料の
    表面に帯電する電荷を、前記導電層誘起手段によって誘
    起された誘起導電層を介して前記電荷を逃がす手段から
    逃がすように構成したことを特徴とする２次電子画像検
    出装置。
  10. 【請求項１０】電荷を逃がす手段として、接地される導
    電性部材の部分を試料の表面に接触させて構成すること
    を特徴とする請求項９記載の２次電子画像検出装置。
  11. 【請求項１１】集束荷電粒子ビームを試料の表面に照射
    する荷電粒子ビーム照射手段と、該荷電粒子ビーム照射
    手段によって集束荷電粒子ビームが照射されて試料の表
    面から発生する２次電子に基づく２次電子画像を検出す
    る２次電子画像検出手段とを備え、該２次電子画像検出
    手段によって検出される２次電子画像に基づいて前記荷
    電粒子ビーム照射手段による集束荷電粒子ビームを制御
    して試料の表面に照射して処理を施すように構成した集
    束荷電粒子ビームによる処理装置であって、 前記試料の表面に前記集束荷電粒子ビームが照射される
    領域を含めて正イオンビームを照射して前記試料の表面
    上において導電層を誘起させる導電層誘起手段を備え、
    前記荷電粒子ビーム照射手段による集束荷電粒子ビーム
    の照射により試料の表面に帯電する電荷を、前記導電層
    誘起手段によって誘起された誘起導電層を介して逃がす
    ように構成したことを特徴とする集束荷電粒子ビームに
    よる処理装置。
  12. 【請求項１２】集束荷電粒子ビームを試料の表面に照射
    する荷電粒子ビーム照射手段と、該荷電粒子ビーム照射
    手段によって集束荷電粒子ビームが照射されて試料の表
    面から発生する２次電子に基づく２次電子画像を検出す
    る２次電子画像検出手段とを備え、該２次電子画像検出
    手段によって検出される２次電子画像に基づいて前記荷
    電粒子ビーム照射手段による集束荷電粒子ビームを制御
    して試料の表面に照射して処理を施すように構成した集
    束荷電粒子ビームによる処理装置であって、 前記試料の表面と電気的につなげて電荷を逃がす手段
    と、前記試料の表面に前記集束荷電粒子ビームが照射さ
    れる領域を含めて正イオンビームを照射して前記試料の
    表面上において導電層を前記電荷を逃がす手段につなげ
    て誘起させる導電層誘起手段とを備え、前記荷電粒子ビ
    ーム照射手段による集束荷電粒子ビームの照射により試
    料の表面に帯電する電荷を、前記導電層誘起手段によっ
    て誘起された誘起導電層を介して前記電荷を逃がす手段
    から逃がすように構成したことを特徴とする集束荷電粒
    子ビームによる処理装置。
  13. 【請求項１３】集束荷電粒子ビームを試料の表面に照射
    する荷電粒子ビーム照射手段と、該荷電粒子ビーム照射
    手段によって集束荷電粒子ビームが照射されて試料の表
    面から発生する２次電子に基づく２次電子画像を検出す
    る２次電子画像検出手段とを備え、前記荷電粒子ビーム
    照射手段によって集束荷電粒子ビームを試料の表面に照
    射して処理を施すように構成した集束荷電粒子ビームに
    よる処理装置であって、 前記試料の表面に前記集束荷電粒子ビームが照射される
    領域を含めて正イオンビームを照射して前記試料の表面
    上において導電層を誘起させる導電層誘起手段を備え、
    前記荷電粒子ビーム照射手段による集束荷電粒子ビーム
    の照射により試料の表面に帯電する電荷を、前記導電層
    誘起手段によって誘起された誘起導電層を介して逃がす
    ように構成したことを特徴とする集束荷電粒子ビームに
    よる処理装置。
  14. 【請求項１４】集束荷電粒子ビームを試料の表面に照射
    する荷電粒子ビーム照射手段と、該荷電粒子ビーム照射
    手段によって集束荷電粒子ビームが照射されて試料の表
    面から発生する２次電子に基づく２次電子画像を検出す
    る２次電子画像検出手段とを備え、前記荷電粒子ビーム
    照射手段によって集束荷電粒子ビームを試料の表面に照
    射して処理を施すように構成した集束荷電粒子ビームに
    よる処理装置であって、 前記試料の表面と電気的につなげて電荷を逃がす手段
    と、前記試料の表面に前記集束荷電粒子ビームが照射さ
    れる領域を含めて正イオンビームを照射して前記試料の
    表面上において導電層を前記電荷を逃がす手段につなげ
    て誘起させる導電層誘起手段とを備え、前記荷電粒子ビ
    ーム照射手段による集束荷電粒子ビームの照射により試
    料の表面に帯電する電荷を、前記導電層誘起手段によっ
    て誘起された誘起導電層を介して前記電荷を逃がす手段
    から逃がすように構成したことを特徴とする集束荷電粒
    子ビームによる処理装置。
  15. 【請求項１５】集束荷電粒子ビームを試料の表面に照射
    する荷電粒子ビーム照射手段と、該荷電粒子ビーム照射
    手段によって集束荷電粒子ビームが照射されて試料の表
    面から発生する２次電子に基づく２次電子画像と２次イ
    オンに基づく２次イオン画像とを切り替えて検出する２
    次荷電粒子画像検出手段とを備えた２次荷電粒子画像検
    出装置であって、 前記２次荷電粒子画像検出手段で２次電子画像を検出す
    る際、前記試料の表面に前記集束荷電粒子ビームが照射
    される領域を含めて正イオンビームを照射して前記試料
    の表面上において導電層を誘起させ、前記２次荷電粒子
    画像検出手段で２次イオン画像を検出する際、前記試料
    の表面に前記集束荷電粒子ビームが照射される領域を含
    めて電子ビームまたは負イオンビームを照射して前記試
    料の表面上において導電層を誘起させる導電層誘起手段
    とを備え、前記荷電粒子ビーム照射手段による集束荷電
    粒子ビームの照射により試料の表面に帯電する電荷を、
    前記導電層誘起手段によって誘起された誘起導電層を介
    して逃がすように構成したことを特徴とする２次荷電粒
    子画像検出装置。
  16. 【請求項１６】集束荷電粒子ビームを試料の表面に照射
    する荷電粒子ビーム照射手段と、該荷電粒子ビーム照射
    手段によって集束荷電粒子ビームが照射されて試料の表
    面から発生する２次電子に基づく２次電子画像と２次イ
    オンに基づく２次イオン画像とを切り替えて検出する２
    次荷電粒子画像検出手段とを備えた２次荷電粒子画像検
    出装置であって、 前記試料の表面と電気的につなげて電荷を逃がす手段
    と、前記２次荷電粒子画像検出手段で２次電子画像を検
    出する際、前記試料の表面に前記集束荷電粒子ビームが
    照射される領域を含めて正イオンビームを照射して前記
    試料の表面上において導電層を前記電荷を逃がす手段に
    つなげて誘起させ、前記２次荷電粒子画像検出手段で２
    次イオン画像を検出する際、前記試料の表面に前記集束
    荷電粒子ビームが照射される領域を含めて電子ビームま
    たは負イオンビームを照射して前記試料の表面上におい
    て導電層を前記電荷を逃がす手段につなげて誘起させる
    導電層誘起手段とを備え、前記荷電粒子ビーム照射手段
    による集束荷電粒子ビームの照射により試料の表面に帯
    電する電荷を、前記導電層誘起手段によって誘起された
    誘起導電層を介して前記電荷を逃がす手段から逃がすよ
    うに構成したことを特徴とする２次荷電粒子画像検出装
    置。
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