JPH1055774A - 集束イオンビーム加工装置および集束イオンビーム加工方法 - Google Patents
集束イオンビーム加工装置および集束イオンビーム加工方法Info
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Abstract
て、加工時間の決定方法に関するものである。薄膜磁気
ヘッド素子加工の場合に代表される単層加工、単層試料
に対する加工、ないしは、多層でも二次粒子の発生効率
が同等の試料への加工において、本加工条件管理方法を
利用することにより、物質、層構造に依存しない加工条
件決定が可能となる。 【解決手段】 集束イオンビーム加工条件を、照射イオ
ンビームのエネルギー、イオン数、被加工物質、及び、
加工体積に基づいて管理する。
Description
用いた微細加工において、加工時間の決定方法及びその
決定方法を利用した集束イオンビ−ム加工装置に関する
ものである。
穴あけのように異なる材質への加工には、二次電子、な
いしは、二次イオンの強度変化を利用する終点検出が実
施されていた。
づいて説明する。集束イオンビーム装置は、液体金属イ
オン源から引き出し電極によりイオンを引き出し、その
イオンをアパーチャ及び静電レンズにより集束イオンビ
ームにし、その集束イオンビームを偏向電極により試料
表面の所定領域を照射するように偏向走査させるイオン
ビーム照射装置2、及びイオンビーム照射により試料5
上に薄膜形成するための原料ガスを試料表面に供給する
装置3が試料室1に装着されている。走査された集束イ
オンビーム10の試料5表面への繰り返し照射により、
試料の所定領域は、スパッタエッチングされる。この性
質を用い、試料を構成する物質、例えば、半導体素子の
配線部分等を除去する。また、集束イオンビーム10の
照射により試料5表面から発生する二次粒子を検出器6
によって検出し、画像表示装置7によって試料5表面像
を観察する。さらに、必要に応じ、加工ビーム照射領域
を設定し、穴あけ加工等のエッチング加工を二次粒子な
どの強度変化を加工の深さ管理、終点検出に利用し行
う。一方、原料ガスを試料表面に供給する装置3によっ
て試料表面に原料ガスを供給しながら、集束イオンビー
ム10を試料表面へ繰り返し照射することにより、試料
の所定領域に薄膜形成を行う。
プリント回路基板、及び、薄膜磁気ヘッド等の加工、修
正に利用されている。
による加工、修正手段において、集束イオンビーム照射
により、試料表面から発生する二次電子、ないしは、二
次イオンなどの二次粒子、あるいは、試料吸収電流の強
度変化を利用する終点検出が実施されている。これは、
均一材質の加工の終点検出には利用できないという問題
があった。つまり、多層構造の試料を加工する場合は、
図2で示すように、材質が変わる際二次粒子の強度変化
が確認でき、イオンビームが達している加工深さを把握
できる。しかし、単層試料、ないしは、多層でも二次粒
子の発生効率が同等の試料への加工の場合、図3で示す
ように二次粒子の強度変化がない、ないしは、非常に少
ないため加工深さを管理することは非常に困難である。
に本発明は、加工終点の検知を均一層、多層双方の加工
に適用できる加工時間管理方法を提供するものである。
具体的には、ある特定材質の試料に対して、高輝度イオ
ンビームの加速電圧、イオン電流、及び、被加工材質、
体積と加工スピードとの関係を加工定数(Ke)として
実測データに基づき計算し、その加工定数(Ke)デー
タを装置内で管理する。実際に加工する試料の各加工条
件に従い、穴あけ、切断加工に要する加工時間、加工フ
レーム数を決定するものである。
算出される。 Ke=Ip×Dt×Tf/Ps2 ×De (1)式 ここで、イオンビームの加速は一定とし、各記号は下記
項目を表す。 Ip:イオンビーム電流(pA) Ps:画素間隔(μm/画素) Dt:イオンビーム走査速さ(秒/画素) Tf:加工フレーム数(回) De:加工深さ(μm) 加工フレーム数とは、図4にイオンビーム走査方法の一
例を示すように、画面上指定した加工枠内の各画素の走
査が1回終了したものを1フレームとし、加工終了まで
に必要とされる繰り返し回数を表す値である。
特定の加速電圧で、イオンビーム電流Ip(pA)、画
素間隔Ps(μm/画素)、イオンビーム走査速さDt
(秒/画素)の集束イオンビームにて、加工深さDe
(μm)だけ集束イオンビーム加工する。そのときの加
工フレーム数を計測し、加工定数(Ke)を求める。次
に、実際に試料(試料材質は、特定材質)を加工する際
の、イオンビーム電流、画素間隔、イオンビーム走査速
さ、加工深さと求めた加工定数(Ke)により、加工フ
レーム数(回)を求めて、その加工フレーム数だけ集束
イオンビームを照射して加工する。
と加工深さDe(μm)の積は、加工体積を示すもので
ある。つまり、集束イオンビームを用いた試料加工にお
いて、イオンビーム照射回数を決定するにあたり、照射
イオンビームの電圧、イオンビーム電流、被加工物質、
及び、加工体積に基づいて前記イオンビームの照射回数
を算出し、前記照射時間にて試料を加工することによ
り、二次荷電粒子を検出(モニタリング)することな
く、加工終点を検出することができ、所定の深さをエッ
チング除去することができる。
まず、集束イオンビーム装置の加工定数(Ke)を求め
る。図1において、試料5は、半導体基板の表面に1μ
m厚のSiO2 膜を形成したものである。イオン照射装
置2からの集束イオンビーム10を最も加工効率の良い
条件に設定する。例えば、集束イオンビームの加速電圧
を30kV、イオンビーム電流を300pA、イオンビ
ームの走査速さを8×10-6秒/画素、加工深さ5μ
m、画素間隔を40/800(μm/画素)に設定す
る。なお、画素間隔は、加工領域を40μm×40μm
とし、集束イオンビームの走査画素を縦800画素×横
800画素とした。
らの集束イオンビーム10の照射によりイオンエッチン
グ加工する。この時、試料5の表面から放出される2次
荷電粒子(例えば、2次電子)を検出器6により検出す
る。検出器6による2次荷電粒子の検出により、半導体
基板の表面に形成された1μm厚のSiO2 膜の除去加
工の終点が検出される。SiO2 膜の除去加工するの
に、23650フレームの繰り返し走査が必要であっ
た。この結果を、(1)式に代入すると、加工定数(K
e)は4541となる。この加工定数を各試料材質につ
いて求める。なお更に、集束イオンビーム10の加速電
圧の加工定数(Ke)に対する関数を求めることによ
り、集束イオンビーム加工条件の設定が容易になる。
上に駆動可能な試料ステージ4を有する集束イオンビー
ム装置の試料室1内に装填し、真空排気後試料ステージ
を試料ステージ駆動装置9により動かし試料上の加工位
置上に試料5を移動する。その加工位置に集束イオンビ
ームを照射、走査し、発生する二次粒子を縦800画
素、横800画素の画面上に画像データとして取り込
む。このとき、全画像データで全フレームサイズとして
表示される。所謂イオン顕微鏡として試料の拡大画像が
画像表示装置7に表示される。画像データ、又は画像表
示装置の拡大画像上で集束イオンビームによる加工の加
工位置および加工領域を確認し指定する。指定された加
工領域を集束イオンビームが走査照射するように、イオ
ン照射装置2は、イオン光学系制御電源8にて制御され
る。
の加工深さを指定することにより、イオンビーム電流に
対する加工終了まで必要なフレーム数が、装置内で管理
されている加工定数(Ke)から算出される。同様に、
フレーム数を指定することにより、加工深さが算出され
る。
を用い、SiO2 の試料に加工枠描画後深さ1μmのエ
ッチング加工を40μmの画面上に行う場合を述べる。
ビーム電流300pA 、イオンビーム走査速さを8×1
0-6(秒/画素)、加工深さ1μmを加工条件として設
定する。先に述べたようにSiの加工定数Keは454
1であり実際の加工に必要なフレーム数4730が次の
式で算出される。
0×800×8×10-6×300) 尚この加工条件はコンピュータ等の記憶、演算装置で算
出する事が可能である。この計算からわかるように、同
一画面サイズ上の加工の場合、加工フレーム数は基本的
に加工面積には依存しない。
と、そのデータに基づいた信号はイオン光学系制御電源
8に入力される。イオン光学系制御電源8は、イオン照
射系2を制御する。つまり、試料5の所定の走査領域に
て集束イオンビームは照射され、その領域は加工され
る。算出されたフレーム数(本例では4730)に達し
た時点で集束イオンビームはイオン照射装置2に含まれ
るブランカによりブランキングされ加工は終了する。こ
の際加工条件は画像表示装置7に含まれるコンピュータ
等の記憶装置にで管理することにより、加工の自動終了
が可能となる。
手段、照射集束イオンビームの電流電圧を設定する手
段、加工フレーム数を決定する手段及び加工フレーム数
を決定する設定する手段が含まれている。本方法を利用
することにより、加工条件を単純化するため、一定の加
速電圧(例えば30kV)、及び、一定のイオンビーム
走査速さにて、イオンビーム電流制御のための可動絞り
等を用い、数種類のビーム電流に予め条件を限定し加工
することも可能である。
および薄膜磁気ヘッド素子の加工に有効である。
イオンビーム加工において、物質、層構造に依存しない
加工条件決定が可能となった。
す。
フである。
フである。
る。
Claims (4)
- 【請求項1】 集束イオンビームを用いた試料加工にお
いて、イオンビーム照射回数を決定するにあたり、照射
イオンビームの電圧、イオンビーム電流、被加工物質、
及び、加工体積に基づいて前記イオンビームの照射回数
を算出し、前記照射時間にて試料を加工することを特徴
とする集束イオンビーム加工方法。 - 【請求項2】前記試料が半導体素子である請求項1記載
の集束イオンビーム加工方法。 - 【請求項3】前記試料が薄膜磁気ヘッド素子である請求
項1記載の集束イオンビーム加工方法。 - 【請求項4】 集束イオンビ−ムを試料上に照射、走査
し、発生する二次粒子を画像デ−タとして取り込む手段
と、前記画像デ−タ上で加工領域を指定する手段と、前
記加工領域内の加工対象箇所の材質、加工体積、照射イ
オンビームの電圧、照射イオンビーム電流及び加工深さ
を指定する手段と、加工フレ−ム数を設定する手段より
なることを特徴とする集束イオンビ−ム加工装置。
Priority Applications (1)
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JP08210259A JP3074375B2 (ja) | 1996-08-08 | 1996-08-08 | 集束イオンビーム加工装置および集束イオンビーム加工方法 |
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Publications (2)
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Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3074375B2 (ja) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008270025A (ja) * | 2007-04-23 | 2008-11-06 | Hitachi High-Technologies Corp | 荷電粒子ビーム装置 |
JP2014116292A (ja) * | 2012-11-15 | 2014-06-26 | Hitachi High-Tech Science Corp | 断面加工観察方法及び装置 |
JP2015096817A (ja) * | 2013-11-15 | 2015-05-21 | 富士通株式会社 | 二次イオン質量分析方法及び二次イオン質量分析装置 |
-
1996
- 1996-08-08 JP JP08210259A patent/JP3074375B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2008270025A (ja) * | 2007-04-23 | 2008-11-06 | Hitachi High-Technologies Corp | 荷電粒子ビーム装置 |
JP2014116292A (ja) * | 2012-11-15 | 2014-06-26 | Hitachi High-Tech Science Corp | 断面加工観察方法及び装置 |
US9966226B2 (en) | 2012-11-15 | 2018-05-08 | Hitachi High-Tech Science Corporation | Cross-section processing and observation method and cross-section processing and observation apparatus |
JP2015096817A (ja) * | 2013-11-15 | 2015-05-21 | 富士通株式会社 | 二次イオン質量分析方法及び二次イオン質量分析装置 |
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JP3074375B2 (ja) | 2000-08-07 |
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