JP2018152165A - 集束イオンビーム装置の制御方法および制御プログラム - Google Patents

集束イオンビーム装置の制御方法および制御プログラム Download PDF

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Abstract

【課題】ＦＩＢによる加工時の加工位置ずれおよび加工サイズずれを補正する技術を提供する。【解決手段】集束イオンビーム装置の制御方法は、第１加工視野において集束イオンビームの照射により試料表面に第１加工図形を形成する工程（Ｓ１０２）と、第１加工図形の外形寸法に基づいて、次の第２加工視野の位置を決定する工程（Ｓ１０３）と、決定された第２加工視野の位置にステージを移動させる工程（Ｓ１０６、Ｓ１０７）と、を有する。さらに、第２加工視野において集束イオンビームの照射により第２加工図形を形成する工程（Ｓ１０８）を有する。【選択図】図４

Description

本発明は、集束イオンビーム装置の制御方法および制御プログラムに関し、例えばＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）などの微細構造体を製造する集束イオンビーム装置の制御方法および制御プログラムに関する。
特許文献１には、集束イオンビーム（ＦＩＢ：Focused Ion Beam）装置で、試料画像内で加工領域の一部を加工した後、試料ステージを移動量だけ移動させ、残りの加工領域を別の試料画像内に表示させて加工する技術が開示されている。
特開２０１４−２０９４５０号公報
上述したようなＦＩＢ装置では、ＦＩＢ装置の加工を行う画面の最大視野のサイズを超える面積の加工を行う必要がある。この際に、ＦＩＢによる加工時の加工位置ずれおよび加工サイズずれが生じる場合があり、これらのずれを補正することが求められている。
上述した特許文献１の技術では、試料画像の表示範囲を超える加工領域を加工する場合であっても加工位置ずれを補正することができるが、加工サイズずれについては考慮されていない。
本発明の目的は、ＦＩＢによる加工時の加工位置ずれおよび加工サイズずれを補正する技術を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴については、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
一実施の形態における集束イオンビーム装置の制御方法は、第１加工視野において集束イオンビームの照射により試料表面に第１加工図形を形成する工程と、この第１加工図形の外形寸法に基づいて、次の第２加工視野の位置を決定する工程と、この決定された第２加工視野の位置にステージを移動させる工程と、を有する。
一実施の形態における別の集束イオンビーム装置の制御方法は、集束イオンビームの照射により試料表面に形成された第１加工図形の少なくとも一部を含む所定の加工視野において、集束イオンビームの照射により二次電子像を取得する工程と、この二次電子像の輝度を所定の方向に積算することで第１加工図形の端部座標を計測する工程と、この第１加工図形の端部座標に基づいて、次の第２加工図形を形成する位置を決定する工程と、を有する。
一実施の形態における集束イオンビーム装置の制御プログラムは、第１加工視野において集束イオンビームの照射により試料表面に第１加工図形を形成する工程と、この第１加工図形の外形寸法に基づいて、次の第２加工視野の位置を決定する工程と、この決定された第２加工視野の位置にステージを移動させる工程と、をコンピュータに実行させる。
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
一実施の形態によれば、ＦＩＢによる加工時の加工位置ずれおよび加工サイズずれを補正することができる。
実施の形態１におけるデバイス加工装置の構成の一例を示す構成図である。 図１のデバイス加工装置のソフトウェア構成の一例を示す説明図である。 図１のデバイス加工装置において、輝度プロファイルの積算方向および走査方向の指定を行うＧＵＩ画面の一例を示す説明図である。 実施の形態１におけるデバイス加工方法の手順の一例を示すフローチャートである。 （ａ）〜（ｄ）は図４において、各工程における加工状態の一例を示す説明図である。 （ａ）（ｂ）は図４において、各工程における加工状態の一例を示す説明図である。 実施の形態２におけるデバイス加工方法の手順の一例を示すフローチャートである。 （ａ）〜（ｅ）は図７において、各工程における加工状態の一例を示す説明図である。 実施の形態の概要において、周期配列パターンの一例を示す説明図である。 （ａ）（ｂ）は実施の形態の概要において、ＦＩＢで成膜された膜のＳＩＭ画像と、矩形領域で平均化された輝度プロファイルとの一例を示す説明図である。 （ａ）（ｂ）は実施の形態の概要において、ＦＩＢで成膜された膜のＳＩＭ画像と、矩形領域で平均化された輝度プロファイルとの一例を示す説明図である。 改善の余地において、大面積成膜の実験の一例として、各々所定サイズの膜を、ステージ移動を伴い、順に成膜した例を示す説明図である。 図１２の実験の一例で得られた膜の上面ＳＩＭ画像を示す説明図である。 （ａ）（ｂ）は改善の余地において、ＦＩＢ加工における所望の寸法からのずれの要因を示す説明図である。 （ａ）（ｂ）は改善の余地において、基板が加工された溝のＳＩＭ画像と、輝度プロファイルとの一例を示す説明図である。 改善の余地において、大面積成膜の手順の一例を示す説明図である。 （ａ）（ｂ）は改善の余地において、ＦＩＢで成膜された膜のＳＩＭ画像と、輝度プロファイルとの一例を示す説明図である。 改善の余地において、加工サイズのずれの一例として、ＦＩＢにより膜を加工した結果の上面ＳＩＭ画像を示す説明図である。 改善の余地において、ＦＩＢで成膜された膜の断面ＳＥＭ画像の一例を示す説明図である。
以下、実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、図面をわかりやすくするために、平面図であってもハッチングを付す場合があり、また断面図であってもハッチングを省略する場合がある。
以下の実施の形態の特徴をわかりやすくするために、まず、関連技術に存在する改善の余地について説明する。
［改善の余地］
改善の余地について、図１２〜図１９を用いて説明する。この改善の余地について説明する内容において、ＦＩＢ加工における材料や寸法などは一例を示すものであり、本実施の形態を限定するものではない。
例えば、ＭＥＭＳなどの微細構造体の製造において、ＦＩＢの加工を用いたＭＥＭＳセンサ製造技術の開発が進んでいる。ＦＩＢの加工には、例えば、エッチング、成膜および接着などがあるが、以下においては、エッチングおよび成膜について説明する。
現在、ＦＩＢ装置の加工を行う画面の最大視野は、例えば８００ｍｍ×８００ｍｍのものがある。多くのＭＥＭＳセンサ製造時には、このサイズを超える大面積加工を行う必要がある。このように最大視野を超える連結した図形を加工することは、以下のような課題がある。
この課題を、図１２〜図１４を用いて説明する。図１２は、大面積成膜の実験の一例として、各々所定サイズの膜を、ステージ移動を伴い、順に成膜した例を示す説明図である。図１３は、図１２の実験の一例で得られた膜の上面ＳＩＭ画像を示す説明図である。図１４は、ＦＩＢ加工における所望の寸法からのずれの要因（ａ）（ｂ）を示す説明図である。
最大視野を超える図形の加工には、加工→ステージ移動→加工→…、を繰り返し実施する必要がある。本発明者らの実験の一例として、図１２に示すように、各々所定サイズ（例えば２０ｍｍ×２０ｍｍサイズ）の膜６１（例えばＳｉＯ２膜）の成膜を、ステージ６２の移動を伴い、（１）→（２）→（３）→（４）の順に繰り返した。この結果、得られた膜６１の上面ＳＩＭ（Scanning Ion Microscope）画像は、図１３に示すように、成膜位置のずれによって、隣接する膜６１と膜６１との間の重なり６３や隙間６４が発生した。この問題は、ＦＩＢ加工において、図１４に示すように、設定エリア６５に対する加工エリア６６の位置ずれである（ａ）加工位置ずれ、設定エリア６５に対する加工エリア６６のサイズずれである（ｂ）加工サイズずれ、という２つの要因を含んでいる。
以下、これら２つの要因について説明する。
＜加工位置ずれ＞
ＦＩＢ装置で加工（エッチング、成膜）位置がずれる課題について、図１５〜図１７を用いて説明する。図１５は、基板が加工された溝のＳＩＭ画像（ａ）と、輝度プロファイル（ｂ）との一例を示す説明図である。図１６は、大面積成膜の手順の一例を示す説明図である。図１７は、ＦＩＢで成膜された膜のＳＩＭ画像（ａ）と、輝度プロファイル（ｂ）との一例を示す説明図である。
加工位置ずれの要因としては、（ｉ）ステージ移動の精度、（ｉｉ）成膜ガス銃の上下動作に伴う電界の変化、がある。（ｉ）はエッチング、成膜に共通する課題であり、（ｉｉ）は成膜に固有の課題である。なお、大面積成膜の流れは、ステージ移動→ガス銃下げる（試料に接近）→成膜→ガス銃上げる→ステージ移動→…、とする。
（ｉ）（ｉｉ）のずれを補正するために、現状のＦＩＢ装置では、「基準パターンの画像認識」＋「ビーム照射位置の微調整」、という対策がなされている。基準パターンとしては、十字マークなどを基板上に深さ１ｍｍ程度加工されたものを用いることが多い。本発明者らの実験の一例として、図１５（ａ）（ｂ）に示すように、基板７１（例えばＳｉ基板）が所定深さ（例えば深さ３．５ｍｍ）で加工された溝７２を基準パターンとしてＳＩＭ観察した結果、破線に沿った解析部７３で画像の輝度プロファイルを見れば、輝度の変化が大きい部分（図１５（ｂ）に示すＡ部）が現れることで、加工された位置を検出することができる。
ここまで、加工位置ずれの補正方法について説明したが、大面積加工においては、この方法が適用できない場合がある。例えば、５ｍｍ×５ｍｍなどの領域全面にＦＩＢ成膜を行う場合、領域内に基準パターン（マーク）を形成できないケースがある。この場合には、図１６に示すように、基板７１上に成膜した膜７５に隣接するエリア７６に新たに成膜を行う際、視野７７内の成膜済みエリア７８を使って位置合わせを行う必要がある。
しかしながら、ＦＩＢで成膜された基板７１上の膜７９は、エッジが急峻でない等の原因により、図１７（ａ）（ｂ）に示すように、破線に沿った解析部８０でＳＩＭ画像の輝度プロファイルを見ても、輝度の変化が大きい部分が現れず、エッジ検出が困難な場合がある。輝度プロファイルでエッジが検出できなければ、上述した「基準パターンの画像認識」も困難であるため、ビーム照射位置の微調整による加工位置の補正が行えないという課題がある。
＜加工サイズずれ＞
次に、加工（エッチング、成膜）サイズがずれる課題について、図１８〜図１９を用いて説明する。図１８は、加工サイズのずれの一例として、ＦＩＢにより膜を加工した結果の上面ＳＩＭ画像を示す説明図である。図１９は、ＦＩＢで成膜された膜の断面ＳＥＭ画像の一例を示す説明図である。
上述の加工位置ずれの課題を解決して、所定の位置に加工枠を設定したとしても、図１８に示すように、基板７１上の膜８１（例えばＣ膜）をＦＩＢにより加工し、この加工後の穴８２の仕上がりサイズが指定した設定エリア８３のサイズと異なる場合がある。図１８に示すように、破線で示す加工枠を設定エリア８３として指定した結果、この指定した加工枠よりも広い領域に穴８２が形成されている。この原因は、ＦＩＢのビーム広がりや、加工中のドリフト等である。サイズの広がりが予め把握されていれば、それを考慮して、指定する加工枠の設定エリア８３を小さくすればよいが、ビームの広がりやドリフトは常に一定ではなく、試料によっても変化するので、実際に大面積加工を行いながらサイズ広がりを把握し、リアルタイムに次の隣接する加工枠の設定にフィードバックさせることが望ましい。
また、図１９に示すように、ＦＩＢで基板７１上に成膜した膜８４は、膜８４の中央部８５は膜厚が均一になるが、膜８４の端部８６にだれが発生する。大面積成膜を行う際には、膜８４の端部８６の存在も考慮し、膜８４の中央部８５と端部８６との全領域で膜厚が均一になるようにする必要がある。
そこで、本実施の形態では、上述した関連技術に存在する改善の余地に対する工夫を施している。以下では、この工夫を施した本実施の形態における技術的思想について、図面を参照しながら説明する。本実施の形態における技術的思想は、ＦＩＢによる加工時の加工位置ずれおよび加工サイズずれを補正する技術を提供することにある。
［実施の形態の概要］
まず、実施の形態の概要について、図９〜図１１を用いて説明する。図９は、周期配列パターンの一例を示す説明図である。図１０は、ＦＩＢで成膜された膜のＳＩＭ画像（ａ）と、矩形領域で平均化された輝度プロファイル（ｂ）との一例を示す説明図である。図１１は、ＦＩＢで成膜された膜のＳＩＭ画像（ａ）と、矩形領域で平均化された輝度プロファイル（ｂ）との一例を示す説明図である。
本実施の形態では、ＦＩＢによる大面積加工において、設定エリアと実加工エリアとのずれ（加工位置ずれおよび加工サイズずれ）を補正するものである。ここで「大面積」とは、必ずしも全面塗りつぶしの加工とは限らず、例えば図９に示すように、基板９１上に小面積の図形９２（六角形の例を図示）が周期配列されたパターンも含む。この場合、周期配列された個々の図形９２は１視野９３で加工できるが、パターンを配置する領域は大きく、全パターンを加工するにはステージ移動を伴う。
従来技術の課題の１つは、図１７（ａ）（ｂ）で示したように、ＦＩＢで成膜した膜の輝度ラインプロファイルを見ても、膜のエッジが検出できないことであった。これに対して、本発明者らは、図１０（ａ）（ｂ）に示すような実験結果を得た。図１０（ａ）（ｂ）に示すように、同じＦＩＢで基板９１上に成膜した膜９４（例えばＳｉＯ２膜）に対して、破線枠で示す矩形領域の解析部９５の輝度を積算したＸ方向（図１０（ａ）の横方向）のプロファイルを計算すると、膜９４の端部（エッジ）に対応する位置（図１０（ｂ）に示すＢ部）での輝度の変化を判別できることを見出した。この膜９４の場合、矩形のＹ方向（図１０（ａ）の縦方向）サイズが例えば３０ピクセル程度以上であれば、矩形領域で平均化された輝度プロファイル上、膜９４の端部の輝度変化が明確になることがわかった。この方法により、従来は困難であった加工位置の微調整が行えるようになる。
本実施の形態において、従来のＦＩＢ装置のパターン画像認識との違いは、認識対象の図形の端部を検出するのに、図１０（ａ）（ｂ）の場合、Ｙ方向の情報を積算して、Ｘ方向の輝度プロファイルを計測すればよいという、積算方向および走査方向の情報をもとに画像認識を行うという点である。
図１０（ａ）（ｂ）で示した矩形領域の積算プロファイル計測を用いれば、膜のエッジ検出だけでなく、上述した加工のサイズの広がりや、膜の端部のだれにも対応可能である。図１１（ａ）（ｂ）は、ＦＩＢで成膜された膜の積算プロファイル計測の結果の一例である。図１１（ａ）（ｂ）に示すように、ＦＩＢで基板９１上に成膜した膜９６（例えばＳｉＯ２膜）に対して、破線枠で示す矩形領域の解析部９７の輝度を積算したＸ方向のプロファイルを計算すると、膜厚がほぼ均一の中央部９８と、だれが発生する端部９９とを分けて検出できていることがわかる。端部９９のだれた領域は、中央部９８に比べて膜厚が薄いので、大面積成膜を行う際には、隣接する領域同士で端部９９を重ね合わせて成膜すれば、全領域にわたって膜厚を均一化できると考えられる。
以下、上述した実施の形態の概要に基づいた各実施の形態を詳細に説明する。
［実施の形態１］
実施の形態１について、図１〜図６を用いて説明する。実施の形態１では、デバイスの一例として、ＭＥＭＳ構造体（ＭＥＭＳ素子）、特にＭＥＭＳセンサを説明するが、他の微細構造体や他のセンサなどにも適用できるものである。
＜デバイス加工装置＞
実施の形態１におけるデバイス加工装置について、図１〜図３を用いて説明する。図１は、実施の形態１におけるデバイス加工装置の構成の一例を示す構成図である。
本実施の形態におけるデバイス加工装置は、図１に示すＦＩＢ装置を有する。ＦＩＢ装置は、真空容器１を有しており、真空容器１内には、イオンを放出するイオン源２、コンデンサレンズ３、ビーム制限アパーチャ４、イオンビーム走査偏向器５およびアパーチャ回転機構６などから構成されるイオンビーム照射系が配置されている。イオンビーム照射系からは、イオンビーム７が照射される。イオンビーム照射系の部分を、ＦＩＢ鏡筒８とも呼ぶ。
イオン源２としては、例えば、液体金属イオン源およびプラズマイオン源などを有する。液体金属イオン源はガリウムイオンを放出し、イオンビーム照射系からガリウムイオンビームとして照射される。プラズマイオン源はアルゴンイオンまたはキセノンイオンを放出し、イオンビーム照射系からアルゴンイオンビームまたはキセノンイオンビームとして照射される。
また、ＦＩＢ装置には、電子銃９、電子銃９から放出する電子ビーム１０を集束する電子レンズ１１および電子ビーム走査偏向器１２などから構成される電子ビーム照射系が配置されている。さらに、ＦＩＢ装置には、試料１３、二次粒子検出器１４、試料ステージ１５、プローブ（マニュピレータ）１６および成膜する際のソースガス（堆積ガス）または切削する際のエッチングを促進するためのガスを真空容器１に導入するガス源１７などが配置されている。ここで試料１３とは、複数のＭＥＭＳ構造体（ＭＥＭＳ素子）を形成する半導体ウェハなどの基板である。
このように、本実施の形態におけるデバイス加工装置は、イオンビーム照射系および二次粒子検出器１４を備えていることで、二次粒子検出器１４をＳＩＭ（Scanning Ion Microscope）画像取得に用いることができる。また、本実施の形態におけるデバイス加工装置は、電子ビーム照射系も備えていることで、二次粒子検出器１４をＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）画像取得にも用いることができる。
また、本実施の形態におけるデバイス加工装置には、ＦＩＢ装置を制御する装置として、試料ステージ制御装置２１、マニュピレータ制御装置２２、ガス源制御装置２３、二次粒子検出器制御装置２４、アパーチャ回転制御機構２５、イオン源制御装置２６、レンズ制御装置２７、計算処理装置３１およびデータベース３２を記憶する記憶装置などを有する。本実施の形態におけるデバイス加工装置は、計算処理装置３１およびデータベース３２を記憶する記憶装置などを含むコンピュータを有している。
試料ステージ１５は、試料載置面内の直交２方向への直線移動機構、試料載置面に垂直方向への直線移動機構、試料載置面内回転機構、および試料載置面内に傾斜軸を持つ傾斜機構を備え、これらの制御は計算処理装置３１からの指令によって試料ステージ制御装置２１で行われる。
また、計算処理装置３１は、装置ユーザが必要な情報を入力する情報入力手段、二次粒子検出器１４の検出信号を基に生成された画像や、情報入力手段によって入力した情報などを表示するディスプレイなどを備える。情報入力手段には、例えば後述する図２に示すモード入力部３４などを含む。ディスプレイには、例えば後述する図２に示すモード選択画面３３などを表示する。また、計算処理装置３１は、後述する図２に示す中央制御部３５などのソフトウェア機能部を実現する。また、データベース３２は、例えば後述する図２に示す構造物ライブラリ３２ａ、ＣＡＤ（Computer-Aided Design）データ３２ｂおよび加工条件データ３２ｃなどを格納している。
ＦＩＢ装置では、イオン源２より放出されたイオンは、コンデンサレンズ３および対物レンズによって試料１３上にイオンビーム７として集束される。なお、集束条件設定は計算処理装置３１への入力によってなされる。また、試料１３上に照射されるイオンビーム７のビーム径は、イオン源２を光源とする試料１３上への結像と、コンデンサレンズ３などによる収差によって決定される。コンデンサレンズ３などによる収差は、ビーム制限アパーチャ４の開口が大きくなると増大し、ビーム径の拡大となる。
次に、上述したデバイス加工装置のソフトウェア構成について、図２を用いて説明する。図２は、デバイス加工装置のソフトウェア構成の一例を示す説明図である。
図２に示すように、デバイス加工装置のＦＩＢ装置には、データベース３２、モード選択画面３３、モード入力部３４、中央制御部３５、ビーム制御データ３６に基づいて制御するビーム制御部３７、ガス制御データ３８に基づいて制御するガス源制御装置２３、および、位置情報に基づいて制御する試料ステージ制御装置２１などが備わっている。ビーム制御部３７は、図１に示したアパーチャ回転制御機構２５、イオン源制御装置２６およびレンズ制御装置２７などである。
中央制御部３５は、デバイス加工装置のソフトウェア構成を構築するために、加工制御プログラムを有している。この加工制御プログラムとして、例えば、デバイス加工を自動的に行うためのプログラムの他、撮影されたＳＩＭ画像の積算プロファイルを計測する機能、および、プロファイル計測により得られた寸法データをステージ移動量やビーム照射位置にフィードバックする機能などの各プログラムを含んでいる。
また、データベース３２には、各種データが格納されており、例えば、構造物ライブラリ３２ａ、ＭＥＭＳ構造体の形状および寸法の設計データなどのＣＡＤデータ３２ｂ、ＭＥＭＳ構造体の加工位置および加工条件などの加工条件データ３２ｃなどが格納されている。
例えば、デバイス加工装置においては、デバイス加工の実行に先立って、作業者により計算処理装置３１の情報入力手段から、構造物ライブラリ３２ａ、ＣＡＤデータ３２ｂおよび加工条件データ３２ｃが入力されて、データベース３２に格納されている。
デバイス加工時には、モード選択画面３３において、作業者が計算処理装置３１のモード入力部３４から、デバイス加工方法を選択する。デバイス加工方法には、本実施の形態１のデバイス加工方法（図４〜図６）、および後述する実施の形態２のデバイス加工方法（図７〜図８）などがある。このデバイス加工方法の選択では、加工図形の登録、および輝度プロファイルの積算方向および走査方向の指定（図３）なども行う。加工図形の登録には、１視野内の単位図形、および、Ｘ、Ｙの繰り返し回数などを含む。
図３は、輝度プロファイルの積算方向および走査方向の指定を行うＧＵＩ（Graphical User Interface）画面の一例を示す説明図である。図３では、１視野内で加工する単位図形（六角形の例を図示）に対して、輝度プロファイルの積算を行う方向および走査を行う方向を指定するＧＵＩ画面の一例を示しており、単位図形のエッジを画像認識する際、どの領域を輝度プロファイルの計算に用いるかをユーザが指定する。図３に示すＧＵＩ画面４１では、単位図形４２の輝度プロファイル計算（１）に用いる領域４３に対して、輝度プロファイル計算（１）の積算方向４４と走査方向４５とを指定することができる。同様に、輝度プロファイル計算（２）に用いる領域４６に対しても、輝度プロファイル計算（２）の積算方向４７と走査方向４８とを指定することができる。このように、輝度プロファイルの計算領域は複数指定できることが望ましい。
そして、計算処理装置３１の中央制御部３５は、モード選択画面３３において選択されたデバイス加工方法のシーケンスに基づいて、データベース３２内の構造物ライブラリ３２ａ、ＣＡＤデータ３２ｂおよび加工条件データ３２ｃを参照し、ビーム制御データ３６およびガス制御データ３８を作成する。
この中央制御部３５で作成されたビーム制御データ３６およびガス制御データ３８は、ビーム制御部３７およびガス源制御装置２３にそれぞれ送られる。そして、ビーム制御部３７において、ビーム制御データ３６に基づいて、ＦＩＢ装置のＦＩＢ鏡筒８に配置されたイオンビーム照射系の制御が行われる。また、ガス源制御装置２３において、ガス制御データ３８に基づいて、ガス源１７の制御が行われる。この時、試料ステージ制御装置２１において、加工条件データ３２ｃに含まれる位置情報に基づいて、試料ステージ１５の制御が行われる。
また、デバイス加工時に、二次粒子検出器１４で取得したＳＩＭ画像の加工形状は、データベース３２内にＣＡＤデータ３２ｂとして格納され、これに基づいて、中央制御部３５において、積算プロファイルの計算を行い、試料ステージ制御装置２１、ビーム制御部３７およびガス源制御装置２３にフィードバックを行う。
このように、本実施の形態におけるデバイス加工装置では、加工図形の登録および輝度プロファイルの積算方向および走査方向の指定を受け付けると、計算処理装置３１により自動的に、積算プロファイルの計算を行い、各制御装置にフィードバックすることで、ＭＥＭＳ構造体の形成を自動的に行うことができる。
＜デバイス加工方法＞
実施の形態１におけるデバイス加工方法について、図４〜図６を用いて説明する。図４は、実施の形態１におけるデバイス加工方法の手順の一例を示すフローチャートである。図５〜図６は、図４において、各工程における加工状態の一例を示す説明図である。
本実施の形態１におけるデバイス加工方法は、上述（図１）したＦＩＢ装置を有するデバイス加工装置において、上述（図２）したデバイス加工装置のソフトウェア構成を構築する加工制御プログラムを実行して、ＦＩＢ装置の制御方法を実現することで可能となるものである。
デバイス加工方法（ＦＩＢ装置の制御方法）の手順では、図４に示すように、まず、ＦＩＢ装置は、第１加工点に試料ステージ１５の移動を行う（工程Ｓ１０１）。試料ステージ１５には、加工対象の基板である試料１３が搭載されている。
次に、ＦＩＢ装置は、第１加工図形５１の加工を行う（工程Ｓ１０２）。この工程Ｓ１０２は、第１加工視野５２においてイオンビーム７の照射により試料１３の表面に第１加工図形５１を形成する工程である。この工程Ｓ１０２では、例えば、スポットビーム方式またはプロジェクションビーム方式が用いられる。スポットビーム方式は、試料１３上に集束されたイオンビーム７を走査して成膜を行う集束ビーム方式である。プロジェクションビーム方式は、成形マスクを用いてマスク図形の形状のイオンビーム７を試料１３上に投射し、成膜を行う投射ビーム方式である。本実施の形態では、いずれの方式による成膜に対しても適用可能である。この成膜を行う時には、ガス源１７から作るべき膜に対応するガスを吹き付けながら、イオンビーム７を照射する。なお、成膜に限らず、エッチングを行う加工時においても同様である。
この第１加工図形５１の加工を行う工程Ｓ１０２では、例えば図５（ａ）に示すように、第１加工視野５２のサイズに収まる大きさの第１加工図形５１のサイズとなる。本実施の形態１では、加工点の第１加工視野５２のサイズに対して、第１加工図形５１のサイズがどの程度かは規定しない。しかしながら、一般的にＦＩＢ装置では、第１加工視野５２の中央部と端部との間で収差に起因したビーム歪みが生じる。このため、均一な大面積加工を行うには、第１加工視野５２の端部で加工を行わずに済むように、第１加工図形５１のサイズを第１加工視野５２のサイズの例えば５０％以下にすることが有効である。
次に、ＦＩＢ装置は、第１加工図形５１のパターン認識を行う（工程Ｓ１０３）。この工程Ｓ１０３は、第１加工図形５１の外形寸法に基づいて、次の第２加工視野５４の位置を決定する工程である。この工程Ｓ１０３では、イオン源２からイオンビーム７を照射し、二次粒子検出器１４で検出した二次電子像のＳＩＭ画像を計算処理装置３１に取り込んで、第１加工図形５１のパターンの加工サイズ計測および端部のだれ検出を行う。また、第１加工図形５１のパターンをディスプレイに表示して観察することも可能である。
この第１加工図形５１のパターン認識を行う工程Ｓ１０３では、例えば図５（ｂ）に示すように、加工サイズ計測において、膜の中央部と端部とを区別して、Ｘ方向およびＹ方向のサイズを計測する。具体的には、第１加工図形５１の外形寸法の計測の結果、第１加工図形５１のうち比較的中央部にあって成膜の膜厚が均一である第１領域と、第１加工図形５１のうち比較的端部にあって成膜の膜厚が不均一である第２領域との寸法がそれぞれ計測される。なお、エッチングを行う場合には、成膜の膜厚に代わってエッチングの深さとなる。
次に、ＦＩＢ装置は、第１加工図形５１の設計寸法に対するサイズずれの検出を行う（工程Ｓ１０４）。この工程Ｓ１０４では、工程Ｓ１０３で計測した加工サイズに基づいて、設計寸法に対するサイズずれを検出する。
次に、工程Ｓ１０４で検出したサイズずれは、第２加工点への試料ステージ１５の移動量修正が必要なほどに大きいかを判断する（工程Ｓ１０５）。この判断の結果、サイズずれが大きい場合は、移動量補正の上、第２加工点へ試料ステージ１５を移動する（工程Ｓ１０６）。一方、サイズずれが大きくない場合は、所定の移動量で第２加工点へ試料ステージ１５を移動する（工程Ｓ１０７）。この工程Ｓ１０６、Ｓ１０７は、決定された第２加工視野５４の位置に試料ステージ１５を移動させる工程である。
この第２加工点へ試料ステージ１５を移動する工程Ｓ１０６、Ｓ１０７では、例えば図５（ｃ）に示すように、第１加工図形５１の角部を含んだ大きさの第２加工視野５４のサイズとなる。図５（ｃ）の例では、第１加工図形５１に対する第２加工視野５４は、第１加工図形５１の右上角部を含み、右上方向に移動した第２加工視野５４となっている。
そして、ＦＩＢ装置は、第２加工図形５３の加工を行う（工程Ｓ１０８）。この工程Ｓ１０８は、第２加工視野５４においてイオンビーム７の照射により第２加工図形５３を形成する工程である。この工程Ｓ１０８では、第２加工視野５４に収まるように第２加工図形５３の位置決めを行い、加工時には、工程Ｓ１０２と同様に、例えば、スポットビーム方式またはプロジェクションビーム方式が用いられる。この第２加工図形５３の加工を行う工程Ｓ１０８でも、例えば図５（ｄ）に示すように、第２加工視野５４のサイズに収まる大きさの第２加工図形５３のサイズとなる。本実施の形態１において、第１加工図形５１と第２加工図形５３とは、形と大きさが同じである合同の図形である。
以上のように、本実施の形態１におけるデバイス加工方法では、第１加工図形５１を加工し、この第１加工図形５１の設計寸法に対するサイズずれを検出し、それを第２加工点への試料ステージ１５の移動量へ反映させて、第２加工図形５３の加工を行う。但し、サイズずれが小さい場合（試料ステージ１５の移動を繰り返しても、常に加工視野内に加工図形が収まる場合）は、第２加工点への試料ステージ１５の移動量を、設定段階から変更する必要はない。
また、本実施の形態１におけるデバイス加工方法において、第１加工図形５１と第２加工図形５３との位置関係は図６のようになる。図６（ａ）のように、第１加工図形５１と第２加工図形５３との両者を市松格子状に配置させれば、第２加工図形５３の加工完了時に、第２加工図形５３のサイズ計測を行う際、Ｘ方向およびＹ方向ともに隣接スペースは未加工のため、第２加工図形５３のエッジを検出することができ、サイズ計測が可能である。他の加工図形５５〜５７においても同様である。
一方、図６（ｂ）のように、既にＸ方向およびＹ方向の隣接スペースが加工された状態で第２加工図形５３の加工を行うと、第１加工図形５１との境界を検出できなければ、第２加工図形５３のサイズ計測を行えない。他の加工図形５６〜５８においても同様である。
従って、第１加工図形５１と第２加工図形５３とは図６（ａ）のように市松格子状に配置するのがよい。但し、市松格子状が最適配置なのは、図形が四角形の場合である。三角形や六角形、円などについては、別の最適配置があり得る。
図６（ａ）の例では、市松格子状の配置における加工順序が、例えば、…→第○加工図形５６→…第１加工図形５１→第２加工図形５３→第３加工図形５５→…→第△加工図形５７→…の順となる。加工点は、左下から右上への斜め方向に移動し、折り返して、左下から右上への斜め方向への移動を繰り返し、この繰り返しでは右から左への方向に移動する。加工点を斜め方向に移動させる場合には、試料１３が搭載された試料ステージ１５を斜め方向に移動させるように制御すればよい。
以上説明した本実施の形態１によれば、ＦＩＢによる大面積加工（エッチング、成膜）の面内均一性（深さ均一性、位置精度）を向上することができる。本発明者らが上述した図１２に示した成膜の実験を行った結果、上述した図１３に示したような隣接パターン間の重なりや隙間が発生することがなく、図１２に示したような成膜が実現できた。これにより、図１４に示したような、（ａ）加工位置ずれ、（ｂ）加工サイズずれ、という２つの要因が解決され、従来技術に比べて面内均一性が改善したことがわかった。
［実施の形態２］
実施の形態２について、図７〜図８を用いて説明する。本実施の形態において、デバイス加工装置は、前記実施の形態１（図１、図２）と同じなので、ここでの説明は省略する。本実施の形態２では、前記実施の形態１と異なるデバイス加工方法について主に説明する。
＜デバイス加工方法＞
実施の形態２におけるデバイス加工方法について、図７〜図８を用いて説明する。図７は、実施の形態２におけるデバイス加工方法の手順の一例を示すフローチャートである。図８は、図７において、各工程における加工状態の一例を示す説明図である。
本実施の形態２におけるデバイス加工方法（ＦＩＢ装置の制御方法）の手順では、工程Ｓ２０１〜工程Ｓ２０７は、前記実施の形態１における工程Ｓ１０１〜工程Ｓ１０７と同じなので、ここでの説明は省略する。また、図８における（ａ）〜（ｃ）、（ｅ）は、図５における（ａ）〜（ｄ）と同じである。
工程Ｓ２０６、Ｓ２０７の終了後、ＦＩＢ装置は、第１加工図形５１のパターン認識を行う（工程Ｓ２０８）。この工程Ｓ２０８は、イオンビーム７の照射により試料１３の表面に形成された第１加工図形５１の少なくとも一部を含む所定の第２加工視野５４において、イオンビーム７の照射により二次電子像を取得し、この二次電子像の輝度を所定の方向に積算することで第１加工図形５１の端部（エッジ）座標を計測する工程である。この工程Ｓ２０８では、イオン源２からイオンビーム７を照射し、二次粒子検出器１４で検出した二次電子像のＳＩＭ画像を計算処理装置３１に取り込んで、矩形プロファイルでエッジ検出を行う。矩形プロファイルでエッジ検出を行うことは、上述した図３や図１０および図１１を用いて説明した通りである。
この第１加工図形５１のパターン認識を行う工程Ｓ２０８では、例えば図８（ｄ）に示すように、エッジ検出において、第１加工図形５１の右上角部のＸ方向およびＹ方向のエッジを検出する。このように、第１加工図形５１のエッジを検出するためには、第１加工図形５１の右上角部のＸ方向およびＹ方向が有用となる。
次に、ＦＩＢ装置は、ビーム照射位置の微調整を行う（工程Ｓ２０９）。この工程Ｓ２０９は、第１加工図形５１のエッジ座標に基づいて、次の第２加工図形５３を形成する位置を決定する工程であり、この第２加工図形５３を形成する位置の制御はビーム光学系のビーム制御部３７において電気的制御により行われる。この工程Ｓ２０９では、工程Ｓ２０８で検出したエッジに基づいて、イオン源２から照射するイオンビーム７の照射位置を微調整する。
そして、ＦＩＢ装置は、第２加工図形５３の加工を行う（工程Ｓ２１０）。この工程Ｓ２１０は、第２加工視野５４においてイオンビーム７の照射により第２加工図形５３を形成する工程であり、前記実施の形態１における工程Ｓ１０８と同じである。
以上のように、本実施の形態２におけるデバイス加工方法では、第１加工図形５１を加工し、この第１加工図形５１の設計寸法に対するサイズずれを検出し、それを第２加工点への試料ステージ１５の移動量へ反映させ、さらに、矩形プロファイルでエッジを検出し、それをイオンビーム７の微調整に反映させて、第２加工図形５３の加工を行う。
以上説明した本実施の形態２においても、前記実施の形態１と同様に、ＦＩＢによる大面積加工（エッチング、成膜）の面内均一性（深さ均一性、位置精度）を向上することができる。特に、本実施の形態２においては、ビーム照射の位置調整がない前記実施の形態１に比べて、より一層、面内均一性を向上することができる。
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
例えば、前記実施の形態においては、デバイスの一例として、ＭＥＭＳ構造体（ＭＥＭＳ素子）を説明したが、他の微細構造体などにも適用することができる。また、ＭＥＭＳ構造体の一例として、ＭＥＭＳセンサを説明したが、他のセンサなどにも適用することができる。
なお、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
また、ある実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることが可能である。
１ 真空容器
２ イオン源
７ イオンビーム
８ ＦＩＢ鏡筒
９ 電子銃
１０ 電子ビーム
１３ 試料
１４ 二次粒子検出器
１５ 試料ステージ
１７ ガス源
２１ 試料ステージ制御装置
２２ マニュピレータ制御装置
２３ ガス源制御装置
２４ 二次粒子検出器制御装置
２５ アパーチャ回転制御機構
２６ イオン源制御装置
２７ レンズ制御装置
３１ 計算処理装置
３２ データベース
３２ａ 構造物ライブラリ
３２ｂ ＣＡＤデータ
３２ｃ 加工条件データ
３３ モード選択画面
３４ モード入力部
３５ 中央制御部
３６ ビーム制御データ
３７ ビーム制御部
３８ ガス制御データ
４１ ＧＵＩ画面
４２ 単位図形
４３、４６ 領域
４４、４７ 積算方向
４５、４８ 走査方向
５１ 第１加工図形
５２ 第１加工視野
５３ 第２加工図形
５４ 第２加工視野
５５〜５８ 加工図形

Claims (13)

  1. 第１加工視野において集束イオンビームの照射により試料表面に第１加工図形を形成する工程と、
    前記第１加工図形の外形寸法に基づいて、次の第２加工視野の位置を決定する工程と、
    決定された前記第２加工視野の位置にステージを移動させる工程と、
    を有する、集束イオンビーム装置の制御方法。
  2. 請求項１記載の集束イオンビーム装置の制御方法において、
    前記第１加工図形の外形寸法は、前記集束イオンビームの照射により得られる二次電子像により計測される、集束イオンビーム装置の制御方法。
  3. 請求項２記載の集束イオンビーム装置の制御方法において、
    前記第１加工図形の外形寸法の計測の結果、前記第１加工図形のうち比較的中央部にあってエッチング深さまたは成膜膜厚が均一である第１領域と、前記第１加工図形のうち比較的端部にあってエッチング深さまたは成膜膜厚が不均一である第２領域との寸法がそれぞれ計測される、集束イオンビーム装置の制御方法。
  4. 請求項１記載の集束イオンビーム装置の制御方法において、
    前記第２加工視野において前記集束イオンビームの照射により第２加工図形を形成する工程をさらに有する、集束イオンビーム装置の制御方法。
  5. 請求項４記載の集束イオンビーム装置の制御方法において、
    前記第１加工図形と前記第２加工図形とは合同である、集束イオンビーム装置の制御方法。
  6. 請求項４記載の集束イオンビーム装置の制御方法において、
    前記第１加工図形と前記第２加工図形とは市松格子状に配置される、集束イオンビーム装置の制御方法。
  7. 請求項１記載の集束イオンビーム装置の制御方法において、
    前記集束イオンビームの照射は、成形マスクを用いた投射ビーム方式により行われる、集束イオンビーム装置の制御方法。
  8. 集束イオンビームの照射により試料表面に形成された第１加工図形の少なくとも一部を含む所定の加工視野において、前記集束イオンビームの照射により二次電子像を取得する工程と、
    前記二次電子像の輝度を所定の方向に積算することで前記第１加工図形の端部座標を計測する工程と、
    前記第１加工図形の端部座標に基づいて、次の第２加工図形を形成する位置を決定する工程と、
    を有する、集束イオンビーム装置の制御方法。
  9. 請求項８記載の集束イオンビーム装置の制御方法において、
    前記第２加工図形を形成する位置の制御は、ビーム光学系の電気的制御により行われる、集束イオンビーム装置の制御方法。
  10. 請求項８記載の集束イオンビーム装置の制御方法において、
    第２加工視野において前記集束イオンビームの照射により前記第２加工図形を形成する工程をさらに有する、集束イオンビーム装置の制御方法。
  11. 第１加工視野において集束イオンビームの照射により試料表面に第１加工図形を形成する工程と、
    前記第１加工図形の外形寸法に基づいて、次の第２加工視野の位置を決定する工程と、
    決定された前記第２加工視野の位置にステージを移動させる工程と、
    をコンピュータに実行させる、集束イオンビーム装置の制御プログラム。
  12. 請求項１１記載の集束イオンビーム装置の制御プログラムにおいて、
    前記第２加工視野において前記集束イオンビームの照射により第２加工図形を形成する工程をさらに前記コンピュータに実行させる、集束イオンビーム装置の制御プログラム。
  13. 請求項１２記載の集束イオンビーム装置の制御プログラムにおいて、
    前記第２加工図形を形成する工程には、
    前記第１加工図形の少なくとも一部を含む所定の加工視野において、前記集束イオンビームの照射により二次電子像を取得する工程と、
    前記二次電子像の輝度を所定の方向に積算することで前記第１加工図形の端部座標を計測する工程と、
    前記第１加工図形の端部座標に基づいて、前記第２加工図形を形成する位置を決定する工程と、
    を含む、集束イオンビーム装置の制御プログラム。
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