JPH1186772A

JPH1186772A - Ｆｉｂ用アシストガス導入装置

Info

Publication number: JPH1186772A
Application number: JP9238310A
Authority: JP
Inventors: Daisuke Kamuki; 大介加無木
Original assignee: Jeol Ltd
Current assignee: Jeol Ltd
Priority date: 1997-09-03
Filing date: 1997-09-03
Publication date: 1999-03-30
Anticipated expiration: 2017-09-03
Also published as: JP3457855B2

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明はＦＩＢ用アシストガス導入装置に関
し、試料の種類に応じてアシストガスを迅速かつ容易に
切り換えることができるＦＩＢ用アシストガス導入装置
を提供することを目的としている。【解決手段】集束イオンビームを試料に照射して試料
をエッチングする装置において、真空チャンバ内に、複
数のガス種と、パージ用のガスをそれぞれ切り換えバル
ブを介して同一ポートに設け、前記パージ用ガスのライ
ンと、各部分を独立かつ自在に加熱する加熱手段を設け
て構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はＦＩＢ用アシストガ
ス導入装置に関する。近年、半導体の構造欠陥を解析す
る方法として、集束イオンビーム（ＦＩＢ）を用いて試
料表面のエッチングを行ない、加工断面を走査イオン顕
微鏡（ＳＩＭ）で観察することが行われている。また、
更にＦＩＢ装置にＳＥＭ（走査電子顕微鏡）を取り付け
てＦＩＢで加工した断面をＳＥＭでリアルタイムでモニ
タすることが可能なデュアルビーム装置等も実用化され
ている。また、最近では加工部位にエッチングガスを噴
霧して化学的エッチングとの相互作用によりエッチング
速度を向上させる試み（ガスアシストエッチング）もな
されている。

【０００２】

【従来の技術】図３は従来装置の構成例を示す図であ
る。図において、１０はＦＩＢ（又はＳＩＭ）鏡筒であ
る。ＦＩＢ鏡筒１０において、１はイオン源、２はイオ
ン源１からのイオンを引き出す引き出し電極、３は引き
出されたイオンビームを集束する第１コンデンサレン
ズ、４はアパーチャである。５は軸合わせ用の偏向器、
６は偏向器５で偏向されたイオンビームを集束する第２
コンデンサレンズ、７はイオンビームをオン／オフする
ビームブランカ、８はイオンビームを偏向（走査）させ
る偏向器である。

【０００３】２０はＦＩＢ鏡筒１０と接続される真空チ
ャンバである。該真空チャンバ２０において、１１はス
テージ、１２は該ステージ１１上に載置される試料、１
３は試料１２から放射される２次電子を検出する２次電
子検出器である。該２次電子検出器１３の出力は、信号
処理回路（図示せず）に送られる。

【０００４】１４は試料１２上にアシストガスを噴霧す
るノズル、１５は該ノズル１４を駆動するノズル駆動機
構である。該ノズル駆動機構１５は、ノズル先端をＸ，
Ｙ，Ｚの３次元方向に動かすことができる。１６はエッ
チングアシスト用ガスが充填されたガス容器、１７は該
ガス容器１６の出射部に取り付けられた第１のバルブ
（バルブ１）である。

【０００５】１８はロータリーポンプ（ＲＰ）に引かれ
る排気ライン、１９は排気ライン１８に取り付けられた
第２のバルブ（バルブ２）、２１はガスライン２２に取
り付けられた第３のバルブ（バルブ３）である。２３は
ガス容器１６を加熱するヒータである。このように構成
された装置の動作を説明すれば、以下の通りである。

【０００６】イオン源１より発生されたイオンビーム
は、真空チャンバ２０内のステージ１１に配置された試
料１２に照射される。この時、ガス容器１６内に充填さ
れたＸｅＦ₂（固体）をヒータ２３によって加熱するこ
とにより、ＸｅＦ₂（気体）が昇華して発生する。これ
をイオンビームの照射位置に噴霧することにより、ガス
アシストエッチングを行なう。

【０００７】イオンビームにより試料１２をエッチング
する場合、特殊の気体を噴霧することによりエッチング
速度が向上することが知られている。そこで、エッチン
グ時にガス容器１６で発生したＸｅＦ₂（気体）をノズ
ル１４から試料１２に噴霧するのである。この時の各バ
ルブの状態は、バルブ１が開、バルブ２が閉、バルブ３
が開である。

【０００８】この時のガス導入ノズル１４は、ノズル駆
動機構１５によってイオンビームの照射位置に配置さ
れ、バルブ１７及びバルブ２１の開閉によりガスのオン
／オフを行なう。なお、ガス容器１６内は、予め加熱前
にロータリーポンプにより排気されているため、バルブ
１９及びバルブ１９を開くことにより、真空チャンバ２
０内の真空度を劣化させることがない。

【０００９】このように構成された装置において、イオ
ン源１から放射されたイオンは、引き出し電極２の作用
で引き出され、続く第１コンデンサレンズ３により集束
され、アパーチャ４を通過して偏向器５で軸合わせされ
る。偏向器５で軸合わせされたイオンビームは、第２コ
ンデンサレンズ６で集束され、偏向器８で振られて試料
１２に照射される。この時、ノズル１４からはアシスト
ガスが試料１２に噴霧され、試料１２のエッチングを効
率よく行なう。

【００１０】この時、試料１２から放射された２次電子
は、２次電子検出器１３により検出され、図示しない信
号処理系で信号処理された後、モニタに表示され、オペ
レータによる観察が行なわれる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】半導体はＳｉを基材と
するＳｉＯ₂、Ａｌ、Ｗ、レジスト等の複数の材料から
なる積層構造であるため、エッチングガスの効果はその
試料１２の被エッチング材料によって異なる。このた
め、エッチングする試料１２やエッチングの目的によっ
ては、その材料に最適なガス種に変更しなければならな
い。例えば、加工材料がＳｉである場合には、ＣＦ₄や
ＸｅＦ₂、加工材料がＳｉＯ₂である場合には、ＣＨＦ₃
やＣＦ₄等が用いられる。

【００１２】また、ＦＩＢでは、ガスアシストエッチン
グ以外の目的でもガス導入が行われている。例えば、イ
オンビームはその性質上、ＳＩＭ観察の際にも試料面を
エッチングしてしまう。このため、エッチングされやす
い材料の場合、エッチングされにくい材料（例えばＷ
（タングステン））をデポジションする（膜を形成す
る）という試みもされている。

【００１３】また、導電性のある金属材料を表面に塗布
することにより、導電性を持たせることも可能となる。
このような場合には、デポジション用のガス導入ユニッ
トを新たに設けなくてはならない。ガスとしては、Ｗ
（ＣＯ）₆（昇華性固体粉末）等が用いられる。昇華性
固体粉末は、加熱すると昇華してガスになる。

【００１４】その他、ウエハの加工部位を観察した後、
生産ラインに戻したいという要求も増えている。このよ
うな場合、ＦＩＢでエッチングされた加工部位にＳｉＯ
₂等をデポジットして加工部位の修復を行なっている。
以上のような場合、目的に合わせてガス導入ノズルを付
け変えるか、複数のガス導入ノズルを装置に設けなくて
はならない。

【００１５】近年では、ＥＤＳ（エネルギー分散型Ｘ線
分光器）やＳＩＭＳ（２次イオン質量分光器）等の分析
装置を取り付ける要求もあり、ＦＩＢ単能機ならまだし
も、特に上記デュアルビームのような装置では、ＳＥＭ
とＳＩＭが取り付けられているため、その他のオプショ
ン用取り付けポート等も、試料室の寸法上制限されてい
る。

【００１６】このような事情により、複数のノズルを取
り付けることが困難であり、ガス種を変更する際には装
置を停止させ、目的とするガス種を導入するノズルに付
け換える必要があった。また、試料室外に複数のガス源
を設け、切り換えバルブでガスを切り換えて試料室のノ
ズルに送る構成では、加熱により昇華したガスが目詰ま
り等を起こす可能性がある。更に、ガスを送るラインが
長くなると、配管内の残留ガスによる無用な混合を起こ
しやすく、或いはガスの切り換えに時間がかかる。

【００１７】本発明はこのような課題に鑑みてなされた
ものであって、試料の種類に応じてアシストガスを迅速
かつ容易に切り換えることができるＦＩＢ用アシストガ
ス導入装置を提供することを目的としている。

【００１８】

【課題を解決するための手段】前記した課題を解決する
本発明は、集束イオンビームを試料に照射して試料をエ
ッチングする装置において、真空チャンバ内に、複数の
ガス種と、パージ用のガスをそれぞれ切り換えバルブを
介して同一ポートに設け、前記パージ用ガスのライン
と、各部分を独立かつ自在に加熱する加熱手段を設けた
ことを特徴としている。

【００１９】この発明の構成によれば、複数のガス種
（パージ用のガスを含む）を同一ポートから噴射させる
ようにし、前記パージ用ラインと各部分を独立に加熱す
ると共に切り換えバルブを制御して、アシストガスを迅
速かつ容易に切り換えることができる。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態例を詳細に説明する。図１は本発明の一実施の
形態例を示す構成図である。図３と同一のものは、同一
の符号を付して示す。図において、３０はパージ用の窒
素（Ｎ₂）ガスを充填する窒素ガス容器、３１は該窒素
ガス容器３０から窒素ガスを送り出すパージライン、３
２は該パージライン３１を加熱するヒータである。

【００２１】３３は第１のアシストガスを充填するガス
容器、３４は第２のアシストガスを充填するガス容器で
ある。３５はガス容器３３を加熱するヒータ、３６はガ
ス容器３４を加熱するヒータである。

【００２２】３７はガス容器３３の出口に設けられたバ
ルブ、３８はガス容器３４の出口に設けられたバルブで
ある。３９はガスを一時的に貯める補助容器である。バ
ルブ３７とバルブ３８はこの補助容器３９に繋がってい
る。４０はパージライン３１と補助容器３９の間に設け
られたバルブ、４１は補助容器３９を加熱するヒータで
ある。

【００２３】４２は補助容器３９内のガスを排出（パー
ジ）するパージラインアウト、４３は該パージラインア
ウト４２を加熱するヒータである。４４はパージライン
アウト４２と補助容器３９との間に設けられたバルブ、
４５は補助容器３９のノズル１４側に設けられたバル
ブ、４６はノズル１４を加熱するヒータである。これら
ヒータとしては、例えばシースヒータが用いられる。こ
のように構成された装置の動作を説明すれば、以下の通
りである。

【００２４】ガス容器３３に充填されたＸｅＦ₂（固
体）をヒータ３５で加熱することにより、昇華されたＸ
ｅＦ₂（気体）が発生する。ここで、加熱温度は昇華点
以上で、しかも必要とする蒸気圧が得られる温度であ
る。この時、ヒータ３５は温度コントローラ（図示せ
ず）で一定の温度に制御される。場合によっては、ＢＡ
ゲージやピラニーゲージ等で真空チャンバ２０内の真空
度をモニタしたり、補助容器３９内の圧力をモニタし
て、常に一定の蒸気圧になるようにヒータ３５を温度制
御することもできる。

【００２５】続いてガス容器３３で発生したガスはバル
ブ３７を開放することにより補助容器３９に送られる。
該補助容器３９は、ガス容器３３内で発生するガス量
が、ガス導入ノズル１４から噴霧される量より少ない場
合においても、安定にガスを供給するためのガス溜めで
ある。

【００２６】また、バルブ３７は、ヒータの異常加熱等
の理由で、補助容器３９内の圧力が上昇しすぎた場合に
は閉じられ、補助容器３９へのガスの供給を停止する。
バルブ４５は、補助容器３９に充填されたガスをノズル
１４を介して試料１２の加工部位に噴霧するためのスト
ップバルブである。

【００２７】また、ノズル１４は、ノズル駆動機構１５
によりＸ，Ｙ，Ｚ軸に駆動され、エッチングに最適な位
置になるようにＳＩＭやＳＥＭでモニタしながら調整さ
れる。更に、該ノズル駆動機構１５は、試料ステージ１
１を上下させたり、傾斜させる場合に、ノズル１４が試
料１２に当たって試料１２を破壊したり、反対にノズル
１４が変形したりしないようにノズルの出し入れを行な
う。なお、ノズル１４の先端は、交換可能なキャピラリ
ー管になっており、付け換えることによって所望のコン
ダクタンスが得られるようになっている。

【００２８】次に、ガス種を変更する場合について説明
する。ガス容器３３のガスをガス容器３４のガスに切り
換える場合、全てのバルブを閉じた状態からバルブ４４
を開き、前記補助容器３９内の残留ガスをロータリーポ
ンプ（ＲＰ）により排気する。続いてバルブ４０を開
き、窒素ガス容器３０から窒素ガスをパージライン３１
を介して補助容器３９内に供給する。

【００２９】この時、窒素ガスはパージライン３１に巻
き付けられたヒータ３２により加熱されて補助容器３９
内に送られるため、結晶の析出しやすい昇華ガス等の場
合にも効率よくパージされる。また、パージライン３１
にヒータを巻く代わりに窒素ガス容器３０とバルブ４０
の間にヒータを巻き付けた容器を設けてもよい。

【００３０】なお、昇華ガスを扱う場合には、流系の温
度の低い箇所があると結晶が析出して配管の目詰まり
や、ガスのコンタミの原因となるため、ガスの流れる各
バルブや配管を一定の温度を保つように加熱する必要が
ある。あるいは、加熱温度をあまり高く設定できない場
合や、全流系を正確に一定温度に加熱することが困難な
場合には、ガスの流れる方向に対して流系の温度を徐々
に上げていくと良い。そして、ガス容器からノズルへと
繋がる流系に数度の温度勾配をつければ、より結晶の析
出は起こりにくくなる。パージライン３１やパージライ
ンアウト４２は、ノズル１４の位置合わせの際にノズル
１４の駆動を阻害しないようにフレキシブルなパイプで
真空チャンバ２０から取り出されている。

【００３１】また、該パージラインアウト４２の出口際
には、バルブ４４が設けられている。このバルブ４４
は、通常は閉じられており、ガスを切り換えて使用する
場合等、補助容器３９内のガスを置換、或いは窒素ガス
によるパージを行なう場合に、該補助容器３９に充填さ
れたガスを排気するための切り換え動作を行なう。そし
て、補助容器３９の排気が終了した後、バルブ４０と４
４を閉じ、バルブ４５を開放することにより、試料１２
にガス容器３４のガスがノズル１４から噴霧される。

【００３２】このように、本発明によれば、複数のガス
種（パージ用のガスを含む）を同一ポートから噴射させ
るようにし、前記パージ用ラインと各部分を独立に加熱
すると共に切り換えバルブを制御して、アシストガスを
迅速かつ容易に切り換えることができる。

【００３３】図２はヒータ制御部の構成例を示す図であ
る。図において、５０はヒータにパワーを供給する電
源、６０はガス源切換え・温度制御部、７０は温度制御
部である。６１は各部に設けられたヒータ、６２は該ヒ
ータ６１の温度を検出する温度センサ、６３は温度調節
器、６４は半固定抵抗、ＳＷは切換えスイッチである。

【００３４】また、７１はヒータ、７２は該ヒータ７１
の温度を検出する温度センサ、７３は温度調節器、７４
は半固定抵抗である。ガス源の数に見合った、ヒータ６
１，７１、ヒータの温度を測定する温度センサ６２，７
２、温度センサ６２，７２の出力信号で流れる電流を制
御する温度調節器６３，７３、各ヒータに適した電力を
供給するように調整する半固定抵抗６４，７４、電源５
０からの電力を切り換えるためのスイッチＳＷを設けた
ガス源・切換え・温度調節部６０により、各ガス源の温
度を調節する。

【００３５】また、ガスのバルブ、配管、補助容器、ノ
ズル等の数に見合った回路を有する温度制御部７０によ
り、加熱を要する部分を常時、適切な温度に調節する。
以上、全てのヒータ部分を個別に調整可能としたが、部
分的には半固定抵抗は固定抵抗に置換することができ、
或いは省略することができる。同じく、温度調節部を省
略して、抵抗器のみとすることもできる。ガス源・切換
え・温度制御部６０において、上述の実施の形態例では
スイッチＳＷにより単純にヒータ６１を切り換えるよう
にしているが、オフの間は予備加熱の状態、即ち電流を
完全に切らずにおいて、使用時の立ち上がりを容易にす
ることもできる。

【００３６】上述の実施の形態例では、２種類のガス種
を切り換える場合について説明したが、本発明はこれに
限るものではない。真空チャンバ内に配置することが可
能であれば、複数のガス種を充填したガス容器を設ける
ことができる。

【００３７】また、常温で気体のガス種を使用する場合
は、外部に設けられたボンベからフレキシブルチューブ
を介してパージライン或いは直接補助容器にガスを導入
してもよい。但し、その場合にはノズルの駆動を妨げる
ことなく接続し、Ｏリング等で真空を保持する必要があ
る。

【００３８】また、補助容器３９は、昇華ガスを使用す
る場合で、しかも昇華されたガスがガス容器だけでは十
分でない場合に用いる。つまり、ガス容器の容積を十分
に大きくすることが可能ならばなくてもよい。その場
合、ノズル先端のキャピラリーのコンダクタンスに影響
のない程度に容積を小さくすることが必要である。

【００３９】更に、上述の実施の形態例では、ノズル先
端のキャピラリーによってコンダクタンスを持たせてい
たが、これに限るものではなく、例えばバルブ４５を可
変リークバルブにしてガス流量を制御するようにしても
よい。

【００４０】本発明による効果は、以下の通りである。
ガスアシストエッチングの効果は、エッチング速度の向
上と加工によって生じる飛翔物質の再付着低減である。

【００４１】一つのガス導入ノズルで複数のガス種を
切り換え可能にしたため、エッチングガスの種類の変更
や、ガスデポジット等を行なう際に複数の導入機構を取
り付ける必要がない。（現在、ＦＩＢ装置はＳＥＭやＳ
ＩＭの他、ＥＤＳ等の分析装置を取り付けることが多
く、しかも試料１２を傾斜して観察するため、オプショ
ンを取り付ける空間が殆どない。）ガス容器を真空チャンバ２０内に配置したため、ガス
容器からノズルまでの配管を極力短くすることができ、
配管内に昇華ガス等の結晶が析出しにくい。又は析出し
てもパージに要する時間が短かい。また、エッチングガ
スやデポジットガスは毒性の高いものが多く、真空チャ
ンバ内に配置することによって系外に漏れる危険性が少
なくなる。

【００４２】

【発明の効果】以上、詳細に説明したように、本発明に
よれば、集束イオンビームを試料に照射して試料をエッ
チングする装置において、真空チャンバ内に、複数のガ
ス種と、パージ用のガスをそれぞれ切り換えバルブを介
して同一ポートに設け、前記パージ用ガスのラインと、
各部分を独立かつ自在に加熱する加熱手段を設けること
により、複数のガス種（パージ用のガスを含む）を同一
ポートから噴射させるようにし、前記パージ用ラインと
各部分を独立に加熱すると共に切り換えバルブを制御し
て、アシストガスを迅速かつ容易に切り換えることがで
きる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態例を示す構成図である。

【図２】ヒータ制御部の構成例を示す回路図である。

【図３】従来装置の構成例を示す図である。

【符号の説明】

１イオン源２引き出し電極３第１コンデンサレンズ４アパーチャ５偏向器６第２コンデンサレンズ７ビームブランカ８偏向器１０ＦＩＢ鏡筒１１ステージ１２試料１３２次電子検出器１４ノズル３０窒素ガス容器３１パージライン３２ヒータ３３ガス容器３４ガス容器３５ヒータ３６ヒータ３７バルブ３８バルブ３９補助容器４０バルブ４１ヒータ４２パージラインアウト４３ヒータ４４バルブ４５バルブ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】集束イオンビームを試料に照射して試料
をエッチングする装置において、真空チャンバ内に、複数のガス種と、パージ用のガスをそれぞれ切り換えバ
ルブを介して同一ポートに設け、前記パージ用ガスのラインと、各部分を独立かつ自在に
加熱する加熱手段を設けたことを特徴とするＦＩＢ用ア
シストガス導入装置。