JPS62154543A

JPS62154543A - 荷電ビ−ム装置

Info

Publication number: JPS62154543A
Application number: JP60292628A
Authority: JP
Inventors: Sumio Hosaka; 純男保坂; Hideo Nakamura; 英夫中村; Hifumi Tamura; 田村　一二三
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1985-12-27
Filing date: 1985-12-27
Publication date: 1987-07-09

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の利用分野〕本発明はイオンエツチング及び電子線ＬＳＩ検査を可能
にする荷電ビーム装置に関する。

〔発明の背景〕

従来の装置は、文献（日立評論Ｖｏ９．６５（７）’８
３　　Ｐ３３）に記載のように、絶縁物で覆われたＬＳ
Ｉの電気特性を電子線プローブで測定する際、絶縁物へ
の？＋Ｆ電防止のため低加速電子あるいはストロボ法を
用いて絶縁物下の素子の特性を測定した。しかし、ＬＳ
Ｉ等の半導体素子の電気特性が高速になると上記の手段
でも波形の歪みが問題になり、高速デバイスへの適用が
困難となった。

一方、絶縁物除去に着目した試みは、文献（日本学術振
興会第１３２委員会第８５回研究会資料Ｐ。

４８〜５３）に記載のように、上記の問題を軽減できる
と報告されている。これはイオンビーム加工により被測
定箇所の絶縁物を除去し電子線プローブによるＬＳＩ検
査を行う方法である。しかし、現状ではイオンエツチン
グ装置で部分的に絶縁物を除去し、その後、試料を大気
中に取り出し、電子線ＬＳＩテスターの真空内に挿入し
てデバイスの特性を測定する方法をとっている。上記の
ような方法では、同−鏡体及び同一真空中で、上記の処
理が行われていないため、経済的に高価であり、測定す
るにも多大な時間を要し、実施するのが困難であるとい
う問題がある。

〔発明の目的〕

本発明の目的は上記の問題を解決するためになされたも
のであり、同一真空中で同一鏡体によりイオンビームエ
ツチング及び電子線プローブによるＬＳＩ検査を可能と
する荷電ビーム装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

上記の目的を達成するため、本発明においては、電界放
射型イオン源に注目し、該イオン源の針状チップに正、
負の電圧を印加することにより、各々、電界放射（液体
金Ｒ）イオン源及び電界放射型電子源として同一放射源
からイオンもしくは電子ビームを取り出し、イオンエツ
チング及びＬＳＩ検査可能な手段を具備することにより
、絶縁物に覆われたＬＳＩの特性を容易にかっ、精度よ
く検査できるように構成したものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１〜第３図を用いて、簡単
に説明する。

第１図は本発明の一実施例図であり、イオンビームエツ
チング時の形態を示す。尚、本発明の基本構成は電子線
プローブによるＬＳＩ検査の場合と全く同じであり、制
御系や電源が若干具なるのみである。また１本実施例で
は、イオン及び電子を取扱うため、質量に依存しない静
電レンズ及び静電型偏向器等から成る静電型光学系を用
いており、非常に有効である。

第１図において、放射源には電界放射型イオン源３２を
用い、タングステン針状チップ１、るっぽ２、イオン種
の原料４、原料４の蒸発防止のための蓋３、引き出し電
極５、中間電極６、後段加速・減速電極７から構成され
ている。光学系は平行平板型偏向器８、ブランキング用
のアパチャ１２．３枚電極１４，１５．１６より成るア
インツエルレンズより構成している。検出系は、２次電
子２３の検出を行うため、エネルギフィルタ用反射電極
１８及び、シンチレータ、光ガイド、光増幅器から成る
２次電子検出器２４がら構成している。また、試料のＬ
Ｓ１１９は移動台２１上のＬＳＩ（ＩＣ）”／ケラト２
０に設定され、ＬＳＩ駆動用ケーブル２２より電気的な
ＬＳＩ駆動回路２８に結線されている。制御系は偏向回
路２５、図形発生回路及び位相調整回路２６、電位測定
回路、２次電子像観察回路及びディスプレイ２７、ＬＳ
Ｉ駆動回路２８、移動台制御回路２９、インタフェース
３ｏ及び計算機システム３】がら構成されている。

イオン源のるっぽ２内にはＧａ等の金属を充填し、図の
ごとく、引き出し電極５、中間電極６及び後段加速・減
速電極７とチップ１との間に高電圧源９，１０，１１よ
り、Ｖ　Ｏ＋　Ｖ　１　ｔ　Ｖ　ｚを各々に印加すると
、Ｇａ等の金属イオンビームを引き出すことができる。

また、ｖ２によりイオンエネルギが決定され、イオン引
き出し電圧Ｖｏに対してＶ工を調整することにより、Ｖ
ｏ及びｖ２を変えても引き出されたイオンビームの焦点
位置を一定にすることができる。偏向器はイオンビーム
３３を２次元偏向するとともに、ブランキング機能をも
含むように設計され、アパチャ１２により、ブランキン
グが行われる。アインツエルレンズの中間電極１５に、
両側の電極に対して正あるいは負の電圧を印加すること
によって、イオンビーム３３をＬＳ１１９上に絞ること
ができる。この時、１４．１５の電極は接地電位とする
。また、ＬＳＩ検査で使用するエネルギフィルタ用反射
電極１８はイオンビーム軸上にないことが望ましい。

次に、イオンエツチングを行う手順を述べる。

イオンエツチングを行う前に、イオンビー１１１３がど
の場所を走査できるのか調べる必要がある。

即ち、イオンビーム３３を偏向回路２５からの信号によ
り、ラスク走査を行い、２次電子像観察回路２７で２次
電子像を得て、移動台２１及び図形発生回路２６で所望
の位置をイオンエツチングする。この場合、荷電ビーム
描画法のように、マーク検出を行い、所望の位置を決定
する方法を採用することが自動運転の場合には適してい
る。この時のイオンエツチングの走査方法としてはベク
タ走査法が望ましい。また、１回以上、多数回重ねエツ
チングすることも重要となる。これらは、インタフェイ
ス３０及び計算機システム３１により計算機制御で実行
することができる。一方、手動方法では２次電子像を観
察しながら所望の位置をイオンエツチングすることがで
きる。

イオンエツチング後、第２図のごとくイオン源３２部の
供給電圧を第１図と逆極性に切換えることにより電子を
引き出すことができる。ＬＳＩ検査の場合は低加速の電
子ビーム１３が必要であるので、Ｖ２で低エネルギの電
子ビーム１３を引き出すように設定する。この時、電子
ビーム１３の焦点位置がイオンビーム３３での位置より
ずれるので、ｖｌを調整することにより、イオンビーム
３３と同じ場所に焦点を結ぶことができる。これにより
、アインツエルレンズの動作条件を変えずに、イオンビ
ームと同位置に焦点を結ぶことができる。尚、荷電ビー
ムのエネルギ及び極性が異なるので偏向感度を考慮して
偏向電圧を印加する必要がある。また、エネルギフィル
タ用反射電極１８はアインツエルレンズ（対物レンズ）
（１４゜１５．１６）と試料１９との間に設定して、試
料１９からの２次電子２３のエネルギ分布の測定やＬＳ
Ｉの電位測定を２次電子ｉｉｌ！察回路及び電位測定回
路２７で行うことができる。また、通常のストロボ法に
より高速の回路動作も低速で観測することができる。尚
、これらの測定の前に、イオンエツチングの場合と同様
に、マーク検出や２次電子像Ｗｔ祭により、電子ビーム
偏向位置を測定しておく必要がある。この結果により、
イオンエツチングによって絶縁物を除去した部分のＬＳ
Ｉ検査を行うことができる。また、上記の説明では省略
したが、ＬＳＩ検査時は、ＬＳＩ駆動回路２８によりＬ
ＳＩが計算機の指令により駆動され、その時の特性が測
定される。

以上の実施例をＬＳＩ断面を用いて具体的に説明する。

第３図に被測定素子１９の一断面を示す。

同図（ａ）は一つのＭＯ８型トランジスタの断面を示し
ており、ｐ形Ｓｉ基板４８に、ソース４６゜ドレイン４
７、酸化膜４４、ゲート電極４２、ソース電極４３及び
ドレイン電極４６が形成されている。さらに、上記の電
極等は絶縁膜４０で保護されている。該絶縁膜４０はＳ
ｉＮやＰＳＧ等で形成される。尚、４５は隣の素子との
電気絶縁を行うための酸化膜部分である。今、ドレイン
電極４１の部分のＬＳＩ動作特性を測定する場合、本発
明を第１図のような形態にして、第３図（ｂ）のごとく
ドレイン電極４１をイオンエツチングして、絶縁膜層４
０より露出させる。その後、第２図のような形態に本発
明の装置を設定して、電子ビームプローブにより、第３
図（Ｃ）のごとくドレイン４７部の動作特性を測定する
。

以上のように、本発明は同一真空中で、かつ、同一鏡体
でイオンエツチング及びＬＳＩ検査が必要に応じて容易
にできる。

尚１本実施例では、イオン・電子光学系に、静電型光学
系を使用したが、電磁型光学系を含んでも桶ねない。ま
た、専用のブランキング電極、質量分離器（ウィーンフ
ィルタ）、スティグマ−電極、アライナ電極を含んでい
ること、あるいは、対物レンズ（アインツエルレンズ）
以外にコンデンサレンズ等を有することや、これらの電
極の配置が本実施例と異っていても、本発明を逸脱する
ものではない。さらに、エネルギフィルタ用反射電極１
８は荷電ビームの通過部に小さな穴を設け、電極１８と
荷電ビームが衝突しないようにすることも考えられる。

移動台においてはレーザ測長器等の精密な計ｘｔｑ手段
が必要となる。また１本実施例の説明では省略したが制
御系を除いては全て真空中に設置されている。さらに、
検査後、イオンエツチング手段を使用してアルミ配線を
切断するような修正手段を付加することも本発明の範囲
である。

〔発明の効果〕

以上説明したごとく、本発明においては、同一真空中、
同一鏡体で絶縁物に覆われたＬ　Ｓ　Ｉの動作特性を正
確に測定することが容易となる。即ち、従来から困薙と
されていたイオンエツチングとＬＳＩ検査との複合操作
が、本発明により実現できる。これにより装置の小型化
あるいは低価格化が実現でき、操作の柔軟性が増し、高
精度の検査を極めて短時間のうちに行うことができるよ
うになるので、ＬＳ丁開発に大きく貢献できるという優
れた効果が得られる。さらに、本発明は、今後、研究開
発が増々必要となる三次元デバイス等のＬＳＩの動作特
性の検査にも非常に有効な手段となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例であり、イオンエツチング時
の構成図、第２図は本発明の一実施例であり、ＬＳＩ検
査時の構成図、第３図は本発明を用いて、ＬＳＩ検査を
行う際の試料断面の変化を示し、検査手順の一具体例を
示すものである。】・・・タングステン針状チップ、２・・・るつぼ、３
・・・蓋、４・・・イオン種の原料、５・・・引き出し
電極、６・・・中間電極、７・・・後段加速・減速電極
、８・・・偏向器兼ブランキング電極、１２・・・アパ
チャ、１８・・・エネルギフィルタ用反射電極、１９・
・・試料（ＬＳＩ）、２０・・・ＩＣソケット、２１・
・・移動台、２４・・・２電子検出器、２５・・・偏向
回路、２６・・・図形発生回路及び位相調整回路、２７
・・・２次電子ａｌｌｉｌ！察回路及び電位測定回路、
２８・・・ＬＳＩ駆動回路、２９・・・移動台制御回路
、３０・・・インタフェイス、３１・・・計算機システ
ム、３２・・・電界放射型イオン源、１３・・・電子ビ
ーム、３３・・・イオンビーム、４ｏ・・・絶縁物、４
１・・・ドレイン電極、４２・・・ゲート電極、４３・
・・ソース電極、４４・・・絶縁物（ａ化物）、４５・
・・素子分離用絶縁物、４６・・・ソース、４７・・・
早　／　　口第　２　の乎　３　口

Claims

【特許請求の範囲】１、同一放出源から正、負の荷電粒子を取り出すことが
できる荷電粒子源を有し、同一光学システム及び同一真
空中で、像観察イオンビームによるエッチングあるいは
電子ビームによるＬＳＩ検査を可能ならしめることを特徴とした荷電ビー
ム装置。２、上記の荷電粒子源において、電界放出型イオン源を
用いたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の荷
電ビーム装置。３、第１項記載の光学システムにおいて、イオン及び電
子を取り扱えるように、静電型のレンズ及び偏向器を用
いたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の荷電
ビーム装置。４、第１項記載のイオンエッチングにおいて、ベクタ走
査方式を用いて１回以上重ねエッチングすることを特徴
とする特許請求の範囲第１項記載の荷電ビーム装置。５、第１項記載の装置において、試料台上にＬＳＩ（Ｉ
Ｃ）ソケットを設け、ＬＳＩ等を容易に交換可能とする
手段を具備することを特徴とした特許請求の範囲第１項
記載の荷電ビーム装置。６、第１項記載の装置において、イオンビームによるエ
ッチング時に、電子ビームプローブによるＬＳＩテスト
で使用するエネルギフィルタ用の電極をイオンビーム光
軸上から移動すること、及び、ＬＳＩテスト時に電子ビ
ーム光軸上に戻す手段を具備すること、あるいは、荷電
ビームが上記の電極に入射しないような構造とした電極
を具備することを特徴とした特許請求の範囲第１項記載
の荷電ビーム装置。