JP2001266785A - イオンビーム加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 多層配線構造を有するＬＳＩ等の半導体装置
にイオンビームを照射して加工するに際し、イオンビー
ム照射時に加工領域から２次粒子が放出されることより
変動する試料電流をモニタすることで加工終点の判定を
行うイオンビーム加工装置において、試料ステージへ適
切なバイアスを印加し、検出された試料電流に所定の信
号処理を実施することで、電子シャワーの影響を受けず
に、より高感度で高精度な加工終点検出を可能とするイ
オンビーム加工装置を提供する。 【解決手段】 集束されたイオンビーム２を半導体装置
９上に照射し、電子シャワー銃２０から供給される電子
シャワー１９によりチャージアップを防止しつつ、所定
の領域を加工するイオンビーム加工装置において、調整
電源２１により試料ステージ１０にバイアス印加を行
い、電子シャワー１９による影響を受けずに電流計２２
で試料電流を検出する。検出された試料電流は、信号処
理モジュール２３でノイズ除去処理を経て、メインコン
トローラ１４へ送られ、ＳＩＭ像と同時にＣＲＴ１５に
表示される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、集束イオンビーム
を半導体装置の所定の領域に照射して微細なパターンを
形成するイオンビーム加工装置において、加工深さをモ
ニタしながら加工するのに最適なイオンビーム加工装置
に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体装置の多層配線技術の進歩
にともない、集束イオンビームを用いた加工技術におい
ては加工深さの制御が重要となっている。

【０００３】加工深さを検出する方法としては、特公平
６−２００５９号公報に示されるように、ビーム照射時
の２次粒子の発生による試料電流の変化をモニタするこ
とで、加工深さ精度を確保する方法がある。半導体装置
のような絶縁層と金属配線層との複数層からなる被加工
物へイオンビームを照射する場合、被加工物の表面から
は２次粒子が発生するが、その収率は被加工物の材質に
よって異なるため、試料ステージを通ってアース側へ流
れる試料電流も変動する。これをモニタすることで加工
深さを判断することが可能となる。

【０００４】図７に、特許第２５３９３５９号公報に記
載の半導体装置へのイオンビーム加工装置を示す。イオ
ン源１と引き出し電極３の間に電圧をかけてイオンビー
ム２を引き出し、集束レンズ４で、試料ステージ１０に
載置された半導体装置９上にビームを集束する。イオン
光学系は上記電極以外にビームディファイディングアパ
ーチャ５、ブランキング電極６、ブランキングアパーチ
ャ７、ディフレクタ電極８がある。ブランキング電極６
に電圧を与え、イオンビームを高速で偏向し、メインコ
ントローラ１４からの信号に応じて半導体装置９に照射
するビームのオン／オフを行う。また、ディフレクタ電
極８にはイオンビーム偏向電圧が与えられる。ＭＣＰ
（Ｍｉｃｒｏ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｐｌａｔｅ）１３で半
導体装置９の表面にビームが照射される際に発生する２
次電子１１や２次イオン１２を検出し、メインコントロ
ーラ１４で処理した後、ＣＲＴ１５に走査イオン顕微鏡
（ＳＩＭ）像を表示する。この時、ＭＣＰ１３へ与える
バイアスの極性を切り替えることにより、２次電子検出
モードと２次イオン検出モードを選択することができ
る。２次電子１１は、引き込み電源３０から引き込み電
極３１にプラス電位を与え、ファラデーカップ３３中へ
導入する。ファラデーカップ３３にはそこから発生する
２次電子を逃がさないように電子トラップ電極３２にト
ラップ電源３４からマイナス電位をかける。また、ファ
ラデーカップ３３自身を２次電子加速電源３５でプラス
電位に浮かしている。試料電流と２次電子電流につい
て、それぞれヘッドアンプ３６およびヘッドアンプ３７
で増幅した後、減算器３８で減算処理を行うことによ
り、２次電子の効果を除いた試料電流が得られる。この
試料電流をＡ／Ｄコンバータ３９に通し、メインコント
ローラ１４で信号処理することにより、加工深さおよび
加工終点を検出することができる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】イオンビーム照射時、
試料が絶縁体の場合には試料が正符号の電位に帯電して
しまい、試料電位が上昇し、１次粒子ビームが不安定に
なったり、２次粒子が充分検出されなくなるなどの問題
がある。これを回避する方法として、２次イオン検出モ
ードにおいて、試料表面の広範囲に電子シャワー銃から
電子を照射し、試料表面の帯電を防止する電子シャワー
法が実用化されており、半導体装置の微細化にともなっ
て不可欠な技術となっている。

【０００６】上記従来技術においては、２次イオン検出
モードで上述の電子シャワーを実施している際に、電子
シャワー銃から供給される電子もファラデーカップへ導
入されることになり、試料電流の正確な変動量をモニタ
できなくなるという欠点がある。

【０００７】本発明は、半導体装置へのイオンビーム加
工において、電子シャワー銃から供給される電子の影響
を受けずに、より簡単に正確な加工終点の検出を行える
構成としたイオンビーム加工装置を提供することを目的
とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明のイオンビーム加工装置においては、イオン
ビームを照射して加工するに際し、上記ビーム照射によ
って電子装置に発生する試料電流を加工終点の検出信号
とする手法を用いるものであり、また、試料ステージに
適切なバイアスを印加して、電子シャワーによって試料
ステージ側へ押し戻される２次電子の影響を回避するこ
とで、試料電流の信号変化を高感度で検出可能な加工終
点検出手法を用いるものであることを特徴とするもので
ある。

【０００９】さらに、微小な試料電流へのノイズ成分の
影響を回避するため、モニタ中の信号に対して信号処理
を施すことで、試料電流の信号変化をより高感度に検出
可能な加工終点検出手法を用いるものであることを特徴
とするものである。

【００１０】そして、上記ビーム照射によって発生する
試料電流をモニタして加工終点を検出するに際し、加工
領域の２次粒子放射能に応じて適切なバイアスを印加可
能な調整電源を有する加工装置であることが望ましい。

【００１１】さらに、上記ビーム照射によって発生する
試料電流をモニタして加工終点を検出するに際し、検出
された試料電流に応じて信号処理可能なモジュールを有
する加工装置であることが望ましい。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施の形態に基
づいて、本発明を詳細に説明する。

【００１３】図１は、本発明のイオンビーム加工装置の
一実施形態の構成を示した模式図である。前述の通り、
イオンビーム２を引き出して、集束、偏向を経て、半導
体装置９を加工する。この時、電子シャワー銃２０は、
半導体装置９表面の広範囲に電子シャワー１９を照射
し、表面のプラス電位の帯電を防止する。ここで、電子
シャワー銃２０がある場合、電子シャワー１９の電子も
ＭＣＰ１３で検出されるため、２次電子検出モードは使
用できない。そのため、荷電粒子の検出モードは２次イ
オン検出モードとし、ＭＣＰ１３にはマイナス電位のバ
イアスを与える。加工中の試料電流の変化は電流計２２
で検出され、信号処理モジュール２３においてＡ／Ｄ変
換、ノイズ除去を経て、メインコトローラ１４に送ら
れ、ＳＩＭ像と同時にＣＲＴ１５に表示される。

【００１４】図２は、イオンビーム照射時の２次粒子の
動きについて示したものである。イオンビーム２が、試
料ステージ１０に設置された半導体装置９に照射される
と（照射条件：引き出し電圧は、３０ｋｅＶ、ビーム電
流は、２００ｐＡ、ビーム径は、０．１μｍ）、加工領
域からは２次電子１１や２次イオン１２が発生するが、
電子シャワー銃２０から電子シャワー１９が供給されて
いる場合には（照射条件：加速電圧は、約２００Ｖ、電
流は、数１００ｐＡ）、同じマイナス電荷である２次電
子１１が半導体装置９に押し戻されることになるため、
２次電子１１の発生による試料電流への影響は無視でき
るほど小さくなる。

【００１５】したがって、試料電流は２次イオンによる
影響が支配的となるが、２次イオン１２は２次電子１１
に比べて収率が極端に低いため、図３の試料電流の変化
例に示すように全体としてはほとんど変化が見られなく
なる。

【００１６】そこで、図４に示すように、調整電源２１
により、試料ステージ１０に対してマイナス電位のバイ
アス（−２０Ｖ程度）を印加する。このマイナス電位の
バイアスは半導体装置９表面にマイナス電界２４を発生
させ、電子シャワー銃２０から電子シャワー１９が供給
されることによって押し戻された２次電子１１を押し返
す働きをするため、電流計２２において検出される試料
電流は２次電子１１の発生による影響も反映した変化を
示す。図５に、この時の試料電流の変化例を示す。図５
では（Ａ）までの加工で絶縁膜がほとんど除去され、
（Ｂ）において金属配線層が完全に露出する。

【００１７】しかし、図５の状態ではノイズ成分が多い
ため、判断を間違う可能性がある。そこで信号処理モジ
ュール２３によって、Ａ／Ｄ変換とノイズ除去を行うこ
とにより、図６に示すように、変化点を明瞭に判断でき
る波形を得ることが可能である。

【００１８】実際の加工時においては、加工開始前の状
態で、試料電流がほぼ０Ａになるように調整電源２１を
設定することで、電子シャワー銃１０から供給された電
子の影響を除いた状態での試料電流をモニタすることが
可能となる。

【００１９】

【発明の効果】以上、詳述したように、本発明により、
多層配線構造を有するＬＳＩ等の半導体装置の所定領域
にイオンビームを照射して加工するに際し、試料電流を
モニタして加工終点を検出するイオンビーム加工装置に
おいて、試料ステージに適切なバイアスを印加し、所定
の信号処理を行うことで、２次イオン検出モードにおい
て、電子シャワー銃の影響を受けずに、高感度な試料電
流変化をすることができるようになるという効果を奏す
るものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態であるイオンビーム加工装
置の構成図である。

【図２】イオンビーム照射時の２次粒子の発生と試料電
流の関係を説明するためのモデル図である。

【図３】図２における試料電流の変化を示すグラフであ
る。

【図４】本発明の一実施形態における試料電流検出を説
明するためのモデル図である。

【図５】図４における試料電流の変化を示すグラフであ
る。

【図６】図５の試料電流に対して信号処理を実施した時
の変化を示すグラフである。

【図７】従来技術によるイオンビーム加工装置の構成図
である。

【符号の説明】

１ イオン源 ２ イオンビーム ３ 引き出し電極 ４ 集束レンズ ５ ビームディファイディングアパーチャ ６ ブランキング電極 ７ ブランキングアパーチャ ８ ディフレクタ電極 ９ 半導体装置 １０ 試料ステージ １１ ２次電子 １２ ２次イオン １３ ＭＣＰ（Ｍｉｃｒｏ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｐｌａ
ｔｅ） １４ メインコントローラ １５ ＣＲＴ １９ 電子シャワー ２０ 電子シャワー銃 ２１ 調整電源 ２２ 電流計 ２３ 信号処理モジュール ２４ マイナス電界 ３０ 引き込み電源 ３１ 引き込み電極 ３２ 電子トラップ電極 ３３ ファラデーカップ ３４ ２次電子トラップ電源 ３５ ２次電子加速電源 ３６ ヘッドアンプ（試料電流側） ３７ ヘッドアンプ（２次電子電流側） ３８ 減算器 ３９ Ａ／Ｄコンバータ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 絶縁層と金属配線層とが積層された多層
   配線構造を有するＬＳＩ等の半導体装置の所定領域にイ
   オンビームを照射して加工するに際し、電子シャワー銃
   により前記半導体装置の帯電を防止しつつ、前記ビーム
   照射によって変動する試料電流をモニタして加工深さを
   検出する構成としたイオンビーム加工装置において、 試料ステージに対して加工領域の２次粒子放射能に応じ
   たバイアスを印加する手段を設けることにより、高感度
   に試料電流を検出可能としたことを特徴とするイオンビ
   ーム加工装置。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のイオンビーム加工装置
   において、検出された試料電流に対し、更に、ノイズ除
   去を行う手段を設けることにより、試料電流の変化を明
   瞭に判別することを可能としたことを特徴とするイオン
   ビーム加工装置。