JPH0260A - イオンビーム加工装置 - Google Patents

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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はマスク等の特に１．５μ以下の微細な回路パタ
ーンを有する被加工物をイオンビームによって修正加工
するイオンビーム加工方法及びその装置に関する。

〔従来の技術〕

近年、半導体集積回路（ＩＣ）は微細化、高集積化が著
しく進み、配線パータンの寸法は３μから２μへと移行
しつつあり、数年後には１〜１．５μパターンの実現が
予測されている。

第１図（ａ）に、フォトマスクの断面を示す。

この図に示されるフォトマスクは、ガラス基板１の上に
クロムなどの金属材料、酸化鉄などの金属化合物材料等
、露光用の光に対して、透過率の低い材料の薄膜（厚さ
数１００〜数１０００人）を蒸着してフォトエツチング
技術により所望のパターン２に形成されている。ここで
、寸法Ａはパターンの間隔９寸法Ｂはパターンの幅であ
る。

第１図（ｂ）は、さらに微細な配線パターンの形成に用
いられるＸ線露光用マスクの断面を示す。

この図に示されるマスクは、Ｓｉの支持基板３に支えら
れ厚さ数μのパリレン４上に、厚さ２００人程度のＣｒ
薄膜５を有し、その上にＸ線に対する吸収の大きいＡ　
ｕ　６の数１０００人の膜によりパターンが形成されて
いる。Ａ　ｕ　６の上部にある厚さ約１０００人のＣｒ
７は、Ａｕ６をエツチングしてパターンを形成する際の
マスクとなるよう、リフトオフ法により形成されたもの
である。

第２図は、これらのマスクの一部を上から見た図である
。

この図に示されるマスクは、ガラス基板８の上に配線パ
ターン９が形成されており、この配線パターン９はたと
えば金属Ｃｒの薄膜により形成されている。このような
マスクには、符号１０．１１゜１２で示される欠陥が、
パターン形成工程で発生するのが普通である。これは、
主としてフォトエツチング工程における異物の介在によ
る。符号１０゜１１は、黒点欠陥と呼ばれ、金属Ｃｒが
本来存在してはならない場所に存在するものである。符
号１２は、白点欠陥と呼ばれ、本来存在すべき場所の金
属Ｃｒが欠落したものである。このような欠陥のあるフ
ォトマスクをそのまま使用すれば、この欠陥がそのまま
ウェハー上の素子パターンに転写され、ＩＣの不良を生
じる。前記２種の欠陥のうち、黒点欠陥の方が数が多い
。

第３図は、前述のごときマスクの欠陥検査装置の従来例
を示し、第４図は該装置の２値化回路の機能を示す。

前記第３図に示される装置において、検査すべきマスク
１３はＸＹ子テーブル４の上に固定される。

そして、光源１５から出た光は光ファイバ１６により導
かれてマスク１３を下方から照射する。この透過光照明
のもとで、対物レンズ１７はマスクパターンの像を光学
素子１ｇ、　１９．２０をへて微小な光電変換素子を一
列に配置したリニアイメージセンサ２１の上へ結像する
。

このリニアイメージセンサ２Ｉの出力は、２　Ｍ他回路
２３に入れられて２値化される。すなわち第４図（ａ）
のごときリニアイメージセンサ２１の出力を、任意に設
定された出力レベルｈよりも高いか低いかによって、第
４図（ｂ）のごとく、０レベルとルベルとから成るディ
ジタル信号に置換する。これは、マスクパターン像をと
らえたリニアイメージセンサ２１からの電気的出力が、
光学的。

電気的、その他の要因によって影響を受け、ＳＺＮ比が
悪くなっているのを改善するためである。

ＸＹ子テーブル４は、制御装置で制御される駆動モータ
によりリニアイメージセンサ２１の配列の方向と垂直に
移動する。したがって、２値化回路２３からの出力はマ
スクパターンの像を２次元的に走査するものとなる。

一方、磁気テープ２４に貯えられる正確な原パターンの
情報は、−旦高速の読み出しが可能な磁気ディスク２５
に保存される。ＸＹ子テーブル４の位置は、刻々リニア
エンコーダ２６．２７により読み取られ、対応する場所
における磁気ディスク２５からの原パターンの情報と２
値化回路出力との比較が比較回路２８において行われる
。

このようにして、原パターンとは異なったパターン、す
なわち欠陥の位置が欠陥位置配線回路２９によってカセ
ットテープ３０に記録される。

第５図は、以上のようにして見出されたマスクの欠陥の
レーザによる修正装置の従来例を示す。

この装置では、レーザ発振器３１から出たレーザビーム
３２は反射ミラー３３により反射され、アパーチャ（矩
形開口）４７を介し半透過ミラー３４を通過した後、レ
ンズ３５により集光され、微動載物台３６の上に設置さ
れたマスク３７の欠陥３８に照射されてこれを除去する
。

修正中、ハーフミラ−３９，照明ランプ４０．凹面ミラ
ー４１．コンデンサレンズ４２から成る照明光学系によ
り、試料であるマスク３７の表面を照明する。

ここで欠陥の位置出しについては、第３図に示される欠
陥検査装置により欠陥位置の情報を記録したカセットテ
ープ４５からの情報に基づいて載物台３６の恥動制御装
置４６によって欠陥位置が接眼レンズ４３．４４の視野
の中に入るように、マスクを載せた載物台３６が移動し
た後、観察しながら載物台３６を微動させることによっ
て行う。

〔発明が解決しようとする課題〕

以上説明したマスクの欠陥検査・修正に関する従来技術
には、次のような欠点がある。すなわち、（１）欠陥の
検査を光学的な方法によって行っているため、光の回折
限界以下の分解能をうろことは不可能であり、実用的な
分解能はおよそ０６５μが限界であると考えられる。し
たがってＶＬＳＩ等の微細パターンの、０．５μ以下の
欠陥を検査することはできない。

（２）欠陥の除去修正をレーザ装置により行っているた
め、レーザ光の集光限界以下の精度で除去修正を行うこ
とは困難である。実用的な除去修正精度は、０．５μが
限界と考えられるため、１．５μ以下のＶＬＳＩの微細
パターンの修正には適さない。

（３）欠陥の検査と修正とを別々の装置によって行って
いるため、装置が高価となり、工数も増えている。特に
、位置検出−位置決めを繰り返すため、この部分の機構
と工程が重複し、無駄である。

本発明の目的は、以上のような従来技術の欠点をなくし
、微細な回路パターンを有する被加工物について０．５
μ以下の分解能でもって修正加工を行いうるようにした
イオンビーム加工方法及びその装置を提供するにある。

〔課題を解決するための手段〕

即ち、本発明は上記目的を達成するために高輝度イオン
源から高輝度イオンビームを引出し、静電レンズで集束
し、集束イオンビームを偏向電極により広い走査域にな
るように走査して微細回路パターンを有する被加工物か
ら発生する２次荷電粒子を検出器で検出して拡大ＳＩＭ
像を得て修正個所を検出し、集束イオンビームを偏向電
極により上記修正個所に狭い走査域になるように走査し
て修正し、ブランキング電極によりイオンビームの上記
被加工物への照射、停止を行うことを特徴とするイオン
ビーム加工方法である。

更に本発明は、高輝度イオン源と、該高輝度イオン源か
ら高輝度イオンビームを引出す引出し電極と、該引出し
電極から引き出された高輝度イオンビームを集束させる
静電レンズと、該静電レンズで集束された集束イオンビ
ームを偏向させる偏向電極と、イオンビームの微細回路
パターンを有する被加工物への照射、停止を行うブラン
キング電極と、上記被加工物から発生する２次荷電粒子
を検出する２次荷電粒子検出器と、該２次荷電粒子検出
器から得られるＳＩＭ像を表示する表示手段と、上記被
加工物上の修正個所を検出する際広い走査域になるよう
にし、上記修正個所を加工する際狭い走査域になるよう
にする制御手段とを備えたことを特徴とするイオンビー
ム加工装置である。

Ｃ作用〕 上記構成により、被加工物にダメージを与えることなく
修正個所・を検出することができ、微細な回路パターン
に対して微細な修正作業を正確に行うことができる。

〔実施例〕

以下、本発明を図面に基づいて説明する。

第６図は、本発明方法を実施するための、マスクの欠陥
検査・修正装置の一例を示す。

この第６図において、架台４７にはエアサーボ４８によ
り防諜措置が講じられており、前記架台４７の上に真空
容器４９が設置されている。

前記真空容器４９には、下半部に試料室５０が設けられ
、その側部に試料交換室５１が設けられている。

真空容器４９の上半部と試料室５０１Ｊはゲートバルブ
５２により仕切られ、試料室５０と試料交換室５１とは
他のゲートバルブ５３により仕切られている。また。

真空容器４９には真空引き手段が連結されている。

前記真空引き手段は、真空容器４９の上半部側と試料室
５０と試料交換室５１とに接続された真空パイプ５４．
５５．５６．オイルロータリポンプ５７．オイルトラッ
プ５８．イオンポンプ５９．ターボ分子ポンプ６０およ
びバルブ６１．６２．６３．６４とを有し、前記真空容
器４９内と試料室５０と試料交換室５１とを１０−’　
ｔ。

ｒｒ以下の真空に排気しうるようになっている。

前記架台４７上の試料室５０には、載物台６５が設置さ
れ、該載物台６５の上に試料台７０が載置され、その上
にマスクである試料７４が設置されるようになっている
。また、試料台７０には引き出し具７０’　が付設され
ている。

前記載物台６５は、回転導入端子７１．７２．７３を介
して試料室５０の外部からＸ方向駆動モータ６６、Ｙ方
向駆動モータ６７、Ｚ方向微動マイクロメータ６８およ
びθ方向（回転）移動リング６９により、Ｘ。

Ｙ方向の移動、２方向および水平面内の回転角の微調整
を行いうるように構成されている。前記Ｘ。

ＹＩ［動モータ６６、６７、Ｚ方向微動マイクロメータ
６８およびθ方向移動リング６９は、制御装置１０３に
接続され、これにより制御されるようになっている。

前記真空容器４９の内部には、上方より載物台６５方向
に向かって順次、高輝度イオン源である液体金属イオン
源７５と、コントロール（バイアス）電極７６と、イオ
ンビーム７８の引き出し電極７７と、アパーチャ（円形
開口）７９およびマイクロメータ付アパーチャ（矩形開
口）１０６と、静電レンズ８０．８１゜８２と、ブラン
キング電極８３と、アパーチャア９′　と、Ｘ、Ｙ方向
の偏向電極８４．８５と、２次荷電粒子検出器９５とが
設けられている。

前記液体金屑イオン源７５のフィラメントは、電源８６
に接続され、該電源８６により加熱される。

前記コントローラ電極７６は、電源８７に接続され、液
体金属イオン源７５のフィラメントに設けられたチップ
の先端付近に、低い正負の電圧を印加して電流を制御す
る。

前記引き出し電極７７は、電源８８に接続され、液体金
属イオン源７５のフィラメントに電流を流して加熱した
うえで１０−’　ｔｏｒｒ以下の真空中において電源８
８により引き出し電極７７に数ＫＶ〜数１０ＫＶの負の
電圧を印加すると、前記フィラメントに設けられたチッ
プの先端よりイオンビーム７８が引き出される。

前記アパーチャア９は、引き出されたイオンビーム７８
の中央部分を取り出す。

前記静電レンズ８０．８１は、電源８９．９０に接続さ
れ、これらの静電レンズ８０．８１とその下位に設置さ
れた静電レンズ８３とで、前記アパーチャア９により取
り出されたイオンビーム７８を０．５μφ以下の微細な
領域に集束する。

前記ブランキング電極８３は、電源９２に接続され、き
わめて速い速度でイオンビーム７８を走査し、アパーチ
ャア９′の外信へ外し、試料７４へのイオンビームの照
射を高速で停止させる。

前記偏向電極８４．８５は、電源９３に接続され静電レ
ンズ８０．８１．８２で集束されたイオンビーム７８に
Ｘ、Ｙ方向の偏向を与え、試料７４の表面にスポット７
８′　　を結ばせる。

前記２次荷電粒子検出器９５は、試料室５０に配置され
、資料７４にイオンビーム７８が照射されたとき、資料
７４から発生する２次荷電粒子である２次電子または２
次イオンを受は止め、その強度を電流に変換し、その出
力をＳＩＭ＠察装置９６に送入するようになっている。

前記液体金属イオン源７５のフィラメント用の電源８６
と、コントロール電極用の電源８７と引き出し電極用の
電源８８と静電レンズ用の電源８９．９０とは、数１０
ＫＶの高圧電源９１に接続されている。また。

前記ブランキング電極用の電源９２と偏向電極用の電源
９３とは、制御装置９４に接続され、一定のパタ７ンに
従ってイオンビーム７８を走査させるようになっている
。

前記偏向電極用の電源９３と２次荷電粒子検出器９５と
は、ＳＩＭｌｉ％％装置９６に接続されている。このＳ
ＩＭＩ察装置９６は、偏向電極用の電源９３からのイオ
ンビーム７８のＸ、Ｙ方向の偏向量に関する信号を受け
、これと同期させてブラウン管９７の輝点を走査し、か
つその輝点の輝度と２次荷電粒子検出器９５からの電流
強度に応じて変化させることにより、試料７４の各点に
おける２次電子放出能に応じた試料の像をうるというＳ
　Ｉ　Ｍ　（５ｃａｎｎ］ｎｇＩ　ｏｎ　　Ｍｉｃｒｏ
ｓｃｏｐｅ　：走査型イオン顕微鏡）の機能によって試
料面の拡大１ｍを行いうるように構成されており、その
情報を試料７４の検査装置に送入するようになっている
。

前記試料７４の検査装置は、メモリコープ９８と比較回
路９９と磁気ディスク１００とを備えている。前記メモ
リスコープ９８は、２次荷電粒子検出器９５からの信号
に基づ＜ＳＩＭｗｉ察装置９６の画像を一緒に記録する
。前記磁気ディスク１００には磁気テープ１０１を通じ
て原パターンの情報が格納される。

そして、前記比較回路９９は載物台６５の制御装置１０
３からの画像位置の情報に基づいて、該情報に対応する
位置における試料７４のパターンの画像をメモリスコー
プ９８から引き出し、原パターンの情報を磁気ディスク
１００から引き出して両パターンを比較し、両パターン
が不一致のとき、欠陥有りと判定する。

前記試料７４の検査装置には制御系１０２が接続され、
該制御系１０２には前記高圧電源９１と制御装置９４と
が接続されている。そして、この制御系１０２は高圧電
源９１と制御装置９４とに接続された電源を、試料７４
のｗｌ察および欠陥検査時には小電流、低加速電圧、広
い走査域のイオンビーム取り出し条件に切り換え、試料
７４のパターンの欠陥を検出後、該欠陥の除去・修正時
には大電流、高加速電圧。

狭走査域のイオン取り出し条件に切り換え制御しうるよ
うに構成されている。

なお、第６図中１０４．１０５はそれぞれ第３図におけ
るリニアエンコーダ２６．２７に相当するものである。

次に、前記実施例のマスクの欠陥検査・修正装置の作用
に関連して、本発明方法を説明する。

試料室５０へ試料７４を入れる前に、真空引き手段によ
り真空容器４９全体の真空引きを行う。

ついで、試料台７０に付設された引き出し具７０’を介
して試料台７０を試料交換室５１に引き出し、ゲートバ
ルブ５３を閉じ、試料交換室５１の扉を開き、試料台７
０上にマスクである試料７４を設置し、試料交換室５１
の予備排気を行ってから試料室５０に入れ、載物台６５
の定位置に試料台７０を載置し、制御装置１０３により
Ｘ、Ｙ方向駆動モータ６６、６７を作動させ、載物台６
５を試料７４の検査スタート位置に移動調整し、さらに
Ｚ方向微動マイクロメータ６８とθ方向移動リング６９
とを作動させ、Ｚ方向および水平面に対する回転角を微
調整する。

次に、制御系１０２により高圧電極９１および制御装置
９４を切り換え、各電極８６〜９０．９２．９３を試料
７４の観察および欠陥検査時に適する小電流、低加速電
圧、広い走査域のイオンビーム取り出し条件にセットし
たうえで、試料７４の観察および欠陥検査に入る。

そして、電源８６により液体金属イオン源７５のフィラ
メントに電流が供給されて加熱され、１０’−Ｓｔ。

ｒｒ以下の真空中で、電源８８により引き出し電極７７
に数ＫＶ〜数１０ＫＶの負の電圧が印加されると、液体
金属イオン源７５のフィラメントに設けられたチップの
先端の極めて狭い領域からイオンビーム７８が引き出さ
れる。このイオンビーム７８の引き出し時において、電
源８７を通じてコントロール電極７６から液体金属イオ
ン源７５のフィラメントの先端付近に低い正負の電圧を
印加し、電流を制御する。

前記液体金属イオン源７５から引き出されたイオンビー
ム７８は、アパーチャア９によりその中央部分のみが取
り出され、さらに電源８９．９０を通じて電圧が印加さ
れる静電レンズ８０．８１と他の静電レンズ８２とによ
り０．５μφ以下のスポット７８′になるように集束さ
れ、電源９３から電圧が印加されて作動する偏向電極８
４．８５によりＸ、Ｙ方向に偏向され、試料７４の表面
にスポット７８′が結ばれ、試料７４の表面にイオンビ
ーム７８が照射される。

前述のごとく、試料７４の表面にイオンビーム７８を照
射すると、試料７４から２次荷電粒子が発生する。この
２次荷電粒子である２次電子または２次イオンは、２次
荷電粒子検出器９５により受は止められ、その強度が電
流に変換されてＳＩＭ［察装置９６に送入される。

また、ＳＩＭ観察装置９６は偏向電極用の電源９３から
イオンビーム７８のｘ、Ｙ方向の偏向量に関する信号を
受け、これと同期させてブラウン管９７の輝点を走査し
、かつその輝点の輝度を２次荷電粒子検出器９５からの
電流強度に応じて変化させることにより、試料７４の各
点における試料の像を得て試料面の拡大観察を行う。

ついで、ＳＩＭ１１察装置９６で得られた試料７４の画
像を、試料７４の検査装置のメモリスコープ９８に記録
する。

次に、試料７４の検査装置の比較回路９９において。

メモリスコープ９８から試料７４の画像を取り出し、載
物台６５の駆動系の制御装置１０３からの画像位置情報
に基づき、磁気ディスク１００に格納されている原パタ
ーンの情報中より前記試料７４の画像に対応する位置の
パターンの情報を取り出し、前記試料７４の画像と原パ
ターンの情報とを比較し、両者が不一致のときに欠陥有
りと判定する。

このように、０．５μφ以下のイオンビーム７８の走査
による２次電子像または２次イオン像を用いることによ
って０．５μ以下のパターンの欠陥を検査することがで
きる。

試料７４の１察、検査後は、ブランキング電極８３を作
動させ、きわめて速い速度でイオンビーム７８を走査さ
せ、アパーチャア９′の外側に外し試料７４へのイオン
ビーム７８の照射を高速で停止させる。

前記試料７４の検査装置の比較回路９９により試料７４
のパターン中に欠陥を検出したときは、制御系１０２を
修正に適する大電流、高加速電圧、狭い走査域のイオン
ビーム７８の取り出し条件に切り換え、液体金屑イオン
源７５から大電流のイオンビーム７８を取り出し、コン
トロール電極７６により高加速電圧を与え、静電レンズ
８０．８１．８２により０．５μφ以下のイオンビーム
７８のスポットに集束しかつ偏向電極８４．８５により
走査範囲を限定し、パターンの欠陥位置にイオンビーム
７８を照射し、スパッタリング除去により欠陥を修正す
る。また、前記イオンビーム７８を欠陥位置に結像投影
させてスパッタリング除去するようにしてもよい。

このように、マイクロイオンビームを用いて修正を行う
ことにより、０．５μ以下の微細な欠陥をも除去・修正
することができる。

前記試料７４のパターンの欠陥を修正した後、再び制御
系を試料７４のｗ４察、検査に適する値に切り換え、前
述の動作を繰り返し、修正後の試料７４を検査すること
もできる。

試料７４のパターンの欠陥を完全修正後は、各電源を作
動停止させた後、真空容器４９の上半部と試料室５０間
のゲートバルブ５２を閉じ、他のゲートバルブ５３を開
け、引き出し具７０′　を介して試料台７４を試料交換
室５１へ引き出し、修正された製品であるマスクを取り
出す。

なお、本発明では前記高圧電源９１に代えて分割抵抗器
を用いる場合もある。

また、２次荷電粒子検出器９５に２値化回路を接続し、
基準レベルにより高いか、低いかによって０レベルとル
ベルとの２値化信号に変換したうえでＳＩＭ［察装置に
送入するようにしてもよい。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば高輝度イオン源から
のイオンビームを、荷電粒子光学系により０．５μφ以
下の微細な領域に集束して走査し、イオンビームのスポ
ットを微細な回路パターンに照射し、その２次荷電制御
粒子の強度を測定して修正個所を検出する際は広い走査
域となるようにし、修正する際は狭い走査域となるよう
に制御して、０．５μ以下の分解能で修正作業を行うこ
とができる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）、（ｂ）は本発明で対称とするマスクの一
例を示す断面図、第２図は同平面図、第３図はマスクの
欠陥の検査装置の従来例を示す図、第４図（ａ）、（ｂ
）は前記検査装置中の２値化回路の機能説明図、第５図
はマスクの欠陥装置の従来例を示す図、第６図は本発明
方法を実施する装置の一例を示す系統図である。 １０、１１．１２・・・マスクの配線パターンの欠陥。 ４７・・・架台、　　　　　　　４９・・・真空容器、
５０・・・試料室、　　　　　　５１・・・試料交換室
、５４〜６４・・・真空引き手段を構成する部材、６５
・・・載物台、 ６６、６７・・・Ｘ、Ｙ方向叩動モータ、６８・・・Ｚ
方向微動マイクロメータ、６９・・・θ方向移動リング
、７０・・・試料台、７１〜７３・・・回転導入端子、
７４・・・マスクである試料、７５・・・高輝度イオン
源である液体金属イオン源、７６・・・コントロール電
極、 ７７・・・イオンビームの引き出し電極、７８・・・イ
オンビーム、 ７８′　・・・イオンビームのスポット。 ７９、７９’・・・アパーチャ、８０〜８３・・・静電
レンズ、８４・・・ブランキング電極、８４．８５・・
・偏向電極、８６〜９０・・・電源、　　　　　９１・
・・高圧電源、９２、９３・・・電源、 ９４・・・ブランキング電極および偏向電極の電源の制
御装置、 ９５・・・２次荷電粒子検出器、 ９６・・・ＳＩＮ＠察装置、　　９８・・・メモリスコ
ープ。 ９９・・・試料のパターンの画像と原パターンの情報と
の比較回路、 １００・・・原パターンの情報の格納用の磁気ディスク
、１０２・・・観察・検査時と欠陥修正時とで電源の作
動条件を切り換える制御系、 １０３・・・載物台の駆動系の制御装置。 鴇 図 （α） （ｂ） 第 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、高輝度イオン源から高輝度イオンビームを引出し、
   静電レンズで集束し、集束イオンビームを偏向電極によ
   り広い走査域になるように走査して微細回路パターンを
   有する被加工物から発生する２次荷電粒子を検出器で検
   出して拡大ＳＩＭ像を得て修正個所を検出し、集束イオ
   ンビームを偏向電極により上記修正個所に狭い走査域に
   なるように走査して修正し、ブランキング電極によりイ
   オンビームの上記被加工物への照射、停止を行うことを
   特徴とするイオンビーム加工方法。 ２、高輝度イオン源と、該高輝度イオン源から高輝度イ
   オンビームを引出す引出し電極と、該引出し電極から引
   き出された高輝度イオンビームを集束させる静電レンズ
   と、該静電レンズで集束された集束イオンビームを偏向
   させる偏向電極と、イオンビームの微細回路パターンを
   有する被加工物への照射、停止を行うブランキング電極
   と、上記被加工物から発生する２次荷電粒子を検出する
   ２次荷電粒子検出器と、該２次荷電粒子検出器から得ら
   れるＳＩＭ像を表示する表示手段と、上記被加工物上の
   修正個所を検出する際広い走査域になるようにし、上記
   修正個所を加工する際狭い走査域になるようにする制御
   手段とを備えたことを特徴とするイオンビーム加工装置
   。