JPS60126834A - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は、イオンビームマイクロ加工に係り、特に被加
工部以外に照射するイオンビームを減少させ、被加工部
以外に与える損傷を最小にするイオンビーム加工方法お
よびその装置に関するものである。

〔発明の背景〕

高輝度（〜１０６Ａ／ｃｍ　２ｓ　ｒ　）の液体金属イ
オン源の提案によシ、従来不可能であったサブミクロン
に集束したイオンビームが現実のものとなムその研究開
発が活発となっている。サブミクロンのイオンビームに
よって開拓される新分野は、イオンビームリソグラフィ
、マスクンスト−ピング。

サブミクロン分析等であるが、サブミクロンの加工が可
能となってマイクロ加工分野とも新しい手段を提供する
ことになった。

第１図は、従来のイオンビーム加工装置の一例の構成図
であって、ソース（イオン発生器）１に液体金属イオン
源を装着したイオンビーム加工装置の概略構成を示しだ
図である。以下、各部の機能について概説する。

装置主要部は、真空ポンプ１８で排気している真空チャ
ンバ１１内に収納されている。真空ポンプ１８には、振
動のないイオンポンプ、クライオポンプ、ソープション
ポンプ等を使用し、真空チャンバ１１は、真空系コント
ローラ１９で１０−７〜１０−’Ｔｏ’ｒｒの真空度を
維持している。また、サブミクロンの加工を行なう装置
のため、床面がらの振動を遮断する必要がるシ、真空チ
ャンバ１１は質量の大きい定盤１６上に設置し、それら
を空気バネ１７で浮上させる。

ソース１に対して引き出し電極３にマイナス電圧を印加
してイオンビーム２を引き出し、レンズ電極７，８．９
に適当な電圧を印加し、ターゲット１２上にイオンビー
ム２を集束させる。ブランキング電極５には高速で電圧
を印加してイオンビーム２を偏向させ、第２アパーチヤ
６を通過させるか否かを切り替えてターゲット１２上で
のイオンビーム２をオンオフする。

第１アパーチヤ４は、ブランキング電極５間に入射する
イオンビーム２を制限し、ブランキングに必要な印加電
圧を下げ、ブランキングを高速化させる役割を持つ。壕
だ、第２アパーチヤ６は、ブランキングアパーチャとし
ての役割と同時に、ターゲット１２に到達するビーム電
流を決定するディファイニングアパーチャとしての役割
を持つ。

これらの光学系の制御は光学系コントローラ２４で行な
う。

また、デフＶクタ１０でイオンビーム２を偏向走査させ
るが、このとき、ターゲット１２がら放出される２次電
子ｅを２次電子ディテクタ２ｏで検出し、それをヘッド
アンプ２１で増幅し、その信号でＣＲＴ２２に輝度変調
をかける。これにより、走査電子顕微鏡と同様の機能を
持つ走査イオン顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｉｏｎ　Ｍ
ｉＣｒｏｓＣｏｐｅＨ以後ＳＩＭと呼ぶ。）としてター
ゲット１２の観察が可能である。ＳＩＭはＳＩＭコント
ローラ２３でコントロールする。ＳＩＭコントローラ２
３がらの信号でブランキング電極５への印加電圧の制御
ができるが、ブランキング領域は、辺長可変な長方形程
度であり、複雑な形状のブランキングはできない。

テーブル１３およびその駆動部１４はテーブルコントロ
ーラ１５でコントロールし、ビーム照射部を５０μｍ×
５０μｍのＳＩＭ画面内に入れるようにビーム照射部の
位置情報をメモリしたマイクロコンピュータを装備して
いる。

以上がイオンビームマスクロ加工装置の概略構成である
が、次に、この装置による加工特性について、第２図、
第３図のイオンビーム加工過程の説明図に従って説明す
る。

第２図は、−例としてＢＮ基板３０（ただし表面に薄＜
Ｔａを蒸着しである。）上の円柱状のＡ　１１　パター
ン２６’ｉ集束したイオンビーム２で加工した場合の加
工進行過程を示したものである。

ビーム走査領域３２はＡｕパターン３１を含む最小の太
きさとした。第２図（ａ）はビームの照射開始時の状態
である。走査領域３２が正方形のため、その端ではＢＮ
ｉＮｉ板上０上イオンビーム２が照射されてしまう。同
図（ｂ）は途中まで加工が進んだ状態である。Ａｔｊパ
ターン３１は、外側から加工されていくため、中央にＡ
ｕパターン３１が残り、周辺の走査領域ではＢＮ基板３
０が走査領域３２の形状に彫られる。同図（Ｃ）では、
Ａｕパターン３１が除去された最終段階となｐ、ＢＮ基
板３０に正方形の穴があいた状態となる。

第３図は、別の加工例で、５ｉ０２３３上のＡｉ配線３
４を切断する過程を示したものである。

イオンビーム２の走査領域３２は同図（ａ）のようにＡ
ｔ配線３４の巾に設定して加工を開始する。同図（ｂ）
まで加工が進んだ段階では、加工がＡｔ配線３４の端か
ら進行するだめ、走査領域３４の端では下地のＳｉＯ□
３３が露出するが、中央部にはＡｔ配線３４が残留して
いる。完全にＡｔ配線３４を切断すると、同図（Ｃ）の
ように５ｉＯ２３３を彫り込んだ加工形状となる。

以上のように、イオンビーム加工では、加工対象による
加工選択性が小さいことと、被加工部が平坦な下地基板
上にある場合には特に被加工部の端での加工が速く進行
することとにより、下地基板の損傷が避けえない。した
がって、この問題を解決することがイオンビームマイク
ロ加工を実用化する上で必須の事項であった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、イオンビームマイクロ加工における下
地基板の損傷を最小にすることができるイオンビーム加
工方法およびその装置を提供することにある。

〔発明の概要〕

まず、本発明に係るイオンビーム加工方法は、イオンビ
ームを発生し、それを集束・偏向してターゲットの照射
・走査をし、被加工物に所望の加工を施す機能を有する
イオンビーム加工装置における加工過程で、上記ターゲ
ットから放出される２次粒子まだは試料電流を検出し、
そのデータに基づいて被加工部の端辺を判別し、被加工
部以外へのイオンビーム照射を低減するようにイオンビ
ームの制御をするようにしたものである。

また、本発明に係るイオンビーム加工装置は、イオンビ
ームを発生し、それを集束・偏向してターゲットの照射
・走査をし、被加工物に所望の加工を施す機能を有する
イオンビーム加工装置において、ターゲットから放出さ
れる２次粒子または試料電流を検出する手段と、その検
出データを２値化してＡ／Ｄ変換する処理回路と、その
処理情゛報を記憶しておくメモリと、その記憶データを
順次に取り込んで画像処理をし、被加工部の端辺を判定
し、その判定結果に基づいてイオンビームの制御をする
中央コントローラとを設けるように構成したものである
。

なお、これらを補足して説明すると次のとおりである。

イオンビーム加工で下地基板に損傷を与えず被加工部の
みを加工するには、被加工部の存在する領域を把握し、
その領域内にビーム照射領域を限定すればよい。イオン
ビーム加工装置内に電子顕微鏡を装備させた場合には、
インプロセスモニタの可能性もあるが、実際には電子顕
微鏡によって検出した被加工部端の情報をイオンビーム
加工装置側へ伝達してイオンビームの走査域を決めた場
合に生じる位置の不一致を取りきることが困難なために
実用的ではない。そこで、加工端の正確な検出には、実
際に加工しているイオンビーム照射によって発生する２
次電子、２次イオン等の２次粒子を検出するのが望まし
い。まだ、イオンビーム加工では、平坦な下地基板上に
ある被加工物を加工すると、被カロエ物の端部の加工速
度が中央部に比べて速く、このために被加工物は端から
加工され、ビーム照射領域の端部で下地基板が露出して
も中央部には被加工物が残っていることが明らかとなっ
た。この問題の解決には、加工時における走査速度、ビ
ーム電流、ビーム集束性等を走査領域の中央部と端部で
変化させる方法もあるが、適当な条件をめても被加工物
の変化に対応しきれない。実際の加工時にＳＩＭ画面を
観察すると被加工物の残留状態の把握が可能であること
が明らかとなった。そこで、イオンビーム照射で発生す
る２次粒子を検出して被加工物の残留状態を把握し、そ
の情報からブランキング電圧のオン・オフを制御し、極
力被加工物にのみビームを照射するようにし、−被加工
物の下地に損傷を与えないようにするものである。

〔発明の実施例〕

以下、本発明に係る方法・装置の実施例を図に基づいて
併せて説明する。

まず、第４図は、本発明に係るイオンビーム加工装置の
一実施例の構成図である。とこで、２５は処理回路、２
６はメモリ、２７は中央コントローラであって、その他
の符号は第１図における同一符号のものと杓等のもので
ある。以下、各部を概説する。

イオンビーム２によってターゲット１２から発生した２
次電子ｅ　ｆ　２次電子ディテクタ２０で検出する。検
出した２次電子ｅの信号をヘッドアンプ２１で増幅し、
２値化回路とＡ／Ｄ変換器とを有する処理回路２５へ導
き、デジタル化した信号（データ）をメモリ２６に格納
する。

中央コントローラ２７では、２次電子ｅの信号入力時に
、ヘッドアンプ２１の増幅率を調整すると同時に、処理
回路２５の２値化閾値を設定する。

中央コントローラ２７で画像処理をした情報は、ＣＲＴ
２２で確認することができる。また、中央コントローラ
２７で判断した被加工部の端で、ブランキング電源をオ
ン・オフするように光学系コントローラ２４に指示を与
える。さらに、ＳＩＭコントローラ２３に指示して、デ
フレクタ電源を制御して走査範囲の調整を行なわせる。

第５図は、上記の被加工物の端辺検出の説明図であって
、本実施例における加工時の電気的な作業手順を示した
ものである。第５図（ａ）のように、ＳＩＭ画面３５の
中央において、例えばＢＮ基板上のＡＩのような被加工
物３６の観察ができている場合、１本の走査線３７で走
査して２次電子電流を検出すると、同図（ｂ）のような
電流変化が得られる。この段階では、２次電子ディテク
タ２０に引き込む２次電子量、ヘッドアンプ２１の増幅
率、バックグララング電流の差し引き率等を適当に選び
、被加工部とそれ以外の部分のコントラストが明確にな
るように各電圧を調整しておく。そこで、適当な所に２
値化閾値３８を設定した結果、同図（Ｃ）のような電圧
に変換した情報が得られる。同図（Ｃ）でＶ２からＶＩ
ＶＣ電圧が変化する点（乙卯）が被加工物３６にイオン
ビームがさしかかる点、Ｖｌから■２に電圧が変化する
点（○印）が被加工物３６からイオンビームがはずれる
点である。

そこで、同図（ｄ）のようにΔ印の点でブランキング′
亀圧をオフし、○印の点でブランキング電圧をオンすれ
ば、被加工物３６にだけビームの照射ができ、被加工物
３６以外へのビーム照射がなくなって下地基板への損傷
が少ない加工が可能となる。

ここで、第６図、第７図に示す加工中のＣＲＴ画面の説
明図に従って、その加工経過を説明する。

実際のＸ線用マスクの欠陥修正過程を示したのが第６図
である。これは、薄（（５００Ａ程度）Ｔａを蒸着した
ＢＮ基板上にＡＬＪパターンを形成したものについて示
したものであるが、このパターン中に欠陥が生じた場合
、それが次々とウェハーに転写され、その部分がすべて
不良となるため、欠陥の除去が不可欠である。その除去
過程は以下の通りである。同図（ａ）は、２０μｍ×２
０μｍの走査範囲でＳＩＭ像をとり、それを一度メモリ
２６に取シ込んだのちにＣＲＴ２２に表示している図で
ある。この像を出している間、イオンビーム２にはブラ
ンキングをかけ、ターゲット１２に損傷を与えないよう
にしている。また、最初に欠陥３６を画面３５に出すに
は、Ｘ線用マスク欠陥検査装置で検査した結果をイオン
ビーム加工装置のテーブルコントローラ１５のマイクロ
コンピュータへ入力してテーブル１３を駆動させ、欠陥
位置をイオンビーム２の中心軸に持っていくようにする
。同図（ａ）の状態の画面３５を得たら、画面３５内で
カーソル線３９を動かし、欠陥３６を囲む最小の長方形
を得るようにする。カーソル線３９の位置を中央コント
ローラ２７が検出し、カーソル線３９で囲まれ領域をビ
ームの走査範囲とする信号をＳＩＭコントローラ２３へ
送信してデーフレフタ電源を制御させ、１回ビームを走
査させて同図（ｂ）の画面を得る。この画面を得た際に
第５図の手順でビームブランキング位置を検出し、次に
、そこで決定したブランキング境界４１内だけを４回走
査する。走査速度は、例えば１フレームについてＱ、　
５　Ｓｅｃ程度とすれば、２５６Ｘ２５６絵素の画面情
報の処理が可能である。４回走査後の状態を示したのが
同図（Ｃ）である。その状態では、走査領域の中央部に
ＡＬＩ欠陥３６が残り、その周辺に下地のＢＮ基板が露
出している。そこで、再度画像をメモリし、中央コント
ローラ２７で残留している欠陥３６の端辺を検出し、ビ
ームブランキング境界４１を設定し直し、さらに加工を
続行する。この方法によって、数回下地のＢＮ基板上を
ビームが走査するが、従来に比べＢＮ基板への損傷が極
めて少ない加工を行ないうる。

また、第７図は、５ｉＯｚ上のＡｔ配線４２の切断の例
を示したものであるが、低倍率のＳＩＭ像から次第に倍
率を上げ、切断すべきＡ４配線４２が２０μｍ×２０μ
ｍのビーム走査範囲内に入る所までテーブル１３を制御
し、ターゲット１２を移動させる。次に、同図（ａ）の
ように、Ｘ線用マスクの欠陥修正の手順と同様にカーソ
ル線３９を移動させ、ビーム走査領域を決める。同図（
ｂ）の状態で１回ビームを走査し、ターゲット１２の表
面形状をメモリし、中央コントローラ２７で加工端を検
出する。ただ、この場合、配線の切断幅を同図（ｂ）の
状態の画面３５上でライトペンまだはカーソル線を移動
させて決定しておく必要がある。その状態から加工釡開
始するが、Ａｔ配線４２の切断の場合は、Ａｔのスパッ
タ率がＡｕのスパッタ率に比べ低いために加工速度が遅
いので、１０フレームに１回画像をメモリし、ビームブ
ランキング境界４１を設定し直して加工を進めればよい
。その過程を示したのが、同図（ｂ）　、　（ｃ）　、
　（ｄ）である。前述のＸ線用マスクと同様に、この加
工方法によって下地基板の損傷を極めて小さくすること
が可能となる。

上述の実施例では、ターゲット１２から放出される２次
電子ｅの信号によってブランキング領域を決定しだが、
他の実施例として、ターゲット１２からの試料電流を直
接ヘッドアンプ２１に導き、その信号を処理しても同等
の効果が得られる。

その基本構成図を第８図に示す。各構成部分は第４図に
示すものと均等であシ、信号の処理等も前述の実施例に
おける２次電子検出と同じである。

ただ、試料電流をモニタした場合は、２次電子をモニタ
した場合に比べてターゲット１２の表面形状の情報がよ
り平面的になシ、対象とするターゲットによってはよシ
正確な加工端情報が得られる。

以上で説明した２次電子や試料電流を検出する方法・装
置はターゲット表面形状の段差が比戦的大きい場合には
有効である。しかし、表面の段差が小さく、さらにター
ゲット上の物質量で２次電子放出能の差が小さいような
場合には、その他の実施例として２次電子以外に２次イ
オンを検出してビームブランキング境界を検出するもの
が有効である。

その基本構成図を第９図に示す。ここで、２８はエネル
ギーフィルタ、２９は質量分析器、２１Ａはヘッドアン
プ、２５Ａは処理回路、２６Ａはメモリであって、その
他の符号は第４図における同一符号のものと均等のもの
である。

２次電子検出系は第４図で説明した糸路と同様に２次電
子像をメモリして中央コントローラ２７で処理するもの
である。

２次イオン検出系は、ターゲット１２から放出された２
次イオンｉのエネルギーを一定にするエネルギーフィル
タ２８と、質量分析計２９．ヘッドアンプ２１Ａと、さ
らに２次イオンｉの検出情報を２値化、Ａ／Ｄ変換する
処理回路２５Ａおよび２次イオン検出情報用のメモリ２
６Ａとで構成される。

その動作は、前述の２次電子検出処理系とほぼ同等であ
る。しかし、２次電子放出能がターゲット１２へ入射す
るビーム電流と同じオーダであるのに対し、２次イオン
放出能は、その最大の物質でもビーム電流の１桁下であ
り、一般にビーム電流の２桁から４桁下の値である。し
たがって、２次イオンＩの検出量を増すために、本実施
例では、９フレームを各フレームごとにＱ、　５　Ｓｅ
Ｇで走査して加工し、次に１フレームを２８氏で走査し
、２次イオン像をメモリ・処理する−１や作を繰り返す
ようにする。例えば、ターゲット１２としてＸ線用マス
クを使用すれば質量分析器２９のｍ　／　ｅは１９７に
同定して２次イオン像を得ることができる。

このようにして得られた２次イオン像３５ｆ：示しだの
が第１０図（ａ）である。検出した２次イオン量が少な
いだめに判然とした像は得られ１い。走査線３７上での
２次イオン検出量も、同図（ｂ）のようにノイズの影響
もアリ、被加工物の端辺をめるのは困難である。そこで
、同図（ｂ）の２次イオン検出量を各絵素の前後２絵素
ずつの情報を取り込んで平均化すると、同図（Ｃ）のよ
うに比較的滑らかな２次イオン量の情報が得られる。こ
こで適当な２値化閾値３８を決め２値化すると同図（ｄ
）のようになる。その後は、２次電子を検出した場合と
同様に、Δ印の点でブランキングオフ、○印の点でブラ
ンキングオンし、被加工部以外へのビーム照射を低減し
、下地基板への損傷が極めて小さく、実用上問題のない
加工が可能となる。

このように、以上の実施例によれば、第１の効果は、被
加工部以外へのビーム照射を低減し、下地基板への損傷
の小さい高品質な加工が可能になることである。これは
、加工中における被加工物の形状変化まで追跡し、それ
に対応したビームブランキングをコントロールする機能
を持たせたことによるものである。

第２の効果は、この機能によってもたらされるもので、
被加工物の形状変化および物質変化に対応することが可
能となることである。従来は、対象となる被加工物の加
工データを積み上げ、そこから最適の加工条件を決定し
ていた。しかし、そのような従来方法では、被加工物の
形状の変動に対応しきれない事態が生ずる−あまた、被
加工物がレイアウト変更等によって形状が大きく変化す
るか、物質自体が別の物に替った場合には、再度初めか
ら加工条件を決め直す必要があった。これに対しては、
インプロセスの加工モニタ・コントロールが可能となシ
、それらの問題も解決できるようになる。

〔発明の効果〕

以上、詳細に説明したように本発明によれば、下地基板
の損傷を最小とするイオンビームマイクロ加工が可能と
なるので、半導体装置製造の歩留向上５品質面−ヒ、効
率向上に顕著な効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、従来のイオンビーム加工装置の一例の’ｆ＋
４成図、第２図、第３図は、イオンビーム加工過程の説
明図、第４図は、本発明に係るイオンビーム加工装置の
一実施例の構成図、第５図は、その被加工物の端辺検出
の説明図、第６図、第７図は、同加工中のＣＲＴ画面の
説明図、第８図は、本発明に係るイオンビーム加工装置
の他の実施例の構成図、第９図は、同じく、その他の実
施例の構成図、第１０図は、その被加工物の端辺検出の
説明図である。 １・・・ソース、２・・・イオンビーム、３・・・引き
出し電極、４・・・第１アパーチヤ、５・・・ブランキ
ング電極、６・・・第２アパーチヤ、７・・・第２レン
ズ電極、８・・・第２レンズ電極、９・・・第３レンズ
電極、１０・・・デフレクタ、１１・・・真空チャンバ
、１２・・・ターゲット、１３・・・テーブル、１４・
・・テーブル駆動部、１５・・・テーブルコントローラ
、１６・・・定盤、１７・・・空気バネ、１１３ｙ、−
°真望ポンプ、１９・・・真空系コントローラ、２０・
・・２次電子ディテクタ、２１゜２１Ａ・・・ヘッドア
ンプ、２２・・・ＣＩ”？、’１，２３・・・ＳＩＭ：
ｆｆントローラ、２４・・・光学系コントローラ、２５
．２５Ａ・・・処理回路、２６．２６’Ａ・・・メモリ
、２７・・・中央コントローラ、２８・・・エネルギー
フィルタ、２９・・・質量分析器、３５・・・ＣＲＴ画
面、３６・・・被加工物、３７・・・走査線、３８・・
・２値化閾（Ｌ３９・・・カーソル線、４０・・・Ａｕ
パターン、＄　ｌ　口 １７Ｑ− 第２目 （久） 痒３　固 （０−） （ｂ） 第５　目 第　ｚ　図 第１頁の続き ［相］発明者宮内　建興

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　イオンビームを発生し、それを集束・偏光してタ
   ーゲットの照射・走査を・し、被加工物に所望の加工を
   施す機能を有するイオンビーム加工装置における加工過
   程で、上記ターゲットから放出される２次粒子または試
   料電流を検出し、そのデータに基づいて被加工部の端辺
   を判別し、被加工部以外へのイオンビーム照射を低減す
   るようにイオンビームの制御をするイオンビーム加工方
   法。 ２、特許請求の範囲第１項記載のものにおいて、被加工
   部以外へのイオンビーム照射が低減されるように、被加
   工部の端辺でイオンビームの走査速度を変化させるよう
   にしたイオンビーム加工方法。 ３、特許請求の範囲第１項または第２項記載のものにお
   いて、被加工部の端辺の検出時と被加工部の加工時とで
   、イオンビームの走査回数、走査速度またはビーム電流
   を異なった値のものとするようにしたイオンビーム加工
   方法。 ４、特許請求の範囲第１項または第２項記載のものにお
   いて、被加工部の端辺の検出を行なうときに、２次粒子
   としての２次電子もしくは２次イオン、または試料電流
   のうち、１まだは２以上の組合せを利用するようにした
   イオンビーム加工方法。 ５、　イオンビームを発生し、それを集束・偏向してタ
   ーゲットの照射・走査をし、被加工物に所望の加工を施
   す機能を有するイオンビーム加工装置において、ターゲ
   ットから放出される２次粒子または試料電流を検出する
   手段と、その検出データを２値化してＡ／Ｄ変換する処
   理回路と、その処理情報を記憶しておくメモリと、その
   記憶データを順次に取シ込んで画像処理をし、被加工部
   の端辺を判定し、その判定結果に基づいてイオンビーム
   の制御をする中央コントローラとを設けるように構成し
   たことを特徴とするイオンビーム加工装置。 ６、特許請求の範囲第５項記載のも゛のにおいて、２次
   粒子または試料電流を検出する手段は、２次粒子として
   ２次電子もしくは２次イオンの検出手段、まだは試料電
   流の検出手段のうち、１″！！たけ２以上の組合せによ
   るものからなるようにしたイオンビーム加工装置。 ７、特許請求の範囲第５項記載のものにおいて、中央コ
   ントローラは、ターゲットの表面情報収集用ビーム走査
   と加工用ビーム走査とで、イオンビームの走査回数、走
   査速度またはビーム電流を異なった値のものとするよう
   に制御するようにしたものであるイオンビーム加工装置
   。