JPH0216558A - 集束イオンビーム装置 - 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］ この発明は集束イオンビーム装置、特にイオンビームの
照射によって試料から散乱された２次電子を検出する２
次電子検出器を改良した集束イオンビーム装置に関する
ものである。

［発明の概要］ 電子ビームを照射することによってチャージアップの防
止をはかりながら、イオンビーム照射光学系によってイ
オンビームを試料に照射し、試料面の観察と加工等を行
う集束イオンビーム装置において、試料から散乱された
２次電子を検出するフォトマルタイプの２次電子検出器
に過大な負荷がかかるのを防止するために、電子銃から
照射される電子ビームをオン、オフさせ、これに同期し
て２次電子検出器のフオトマル高圧をオン、オフさせる
ようにした。

［従来技術］ 近年、半導体素子のＬＳＩが大規模化、高集積化される
ようになった背景の１つには、そのＬＳＩ製造技術の著
しい発達を挙げることができる。

ＬＳＩｇｇ造技術の１つにＦＩＢ技術があり、このＦＩ
Ｂ技術は描写、（即ち拡大観察）技術である上に加工技
術でもあり、ＬＳＩ回路のフォトマスク及びレチクルの
欠陥をａＸ修正できるまでになった。

このような、ＦＩＢ技術に用いられる集束イオンビーム
装置の一般例が第６図に示されている。

この集束イオンビーム装置は、試料１が載置されるステ
ージ２と、試料１にイオンビームを照射するイオンビー
ム装置３と、試料１のイオンビームが照射される部分に
化合物ガスを吹き付けるガス銃４と、イオンビームが照
射される試料１の所定領域に電子ビームを照射する電子
銃５と、イオンビームの照射によって試料から散乱され
た２次電子を検出するフォトマルタイプの２次電子検出
器６とを有して成る。試料１はシリコン３ｉを含むガラ
ス基板１ａと、ガラス基板１ａの表面上に形成されたフ
ォトマスク１ｂとからなり、フォトマスク１ｂにはクロ
ムＣｒが含まれている。イオンビーム装！１３は、イオ
ンビーム発生源と、イオンビーム発生源から放出された
イオンビームを屈折したり変更させたりする各種部材か
らなり、試料１上にイオンビームを集束し且つ照射する
イオンビーム照射光学系を構成している。

そしてこのような集束イオンビーム装置によってＩＣ基
板等の試料を観察し、その試料の欠陥を認識した上で、
この欠陥部分を修正する。この集束イオンビーム装置は
、イオンビームを照射、走査するフォトマスク１ｂ等が
絶縁物であることから、フォトマスク１ｂが形成されて
いるガラス基板１ａに電荷が蓄積し、その部分がチャー
ジアップする。このチャージアップを防ぐため、試料観
察時には中和用の電子ビームを電子銃５によって照射し
ながら、イオンビームを試料１に当て観察を行う。そし
てこの観察時において、イオンビームの照射によって試
料から散乱された２次電子を２次電子検出器６によって
検出しようとすると、電子銃５から照射される中和用の
電子ビームが多いため、２次電子検出器６では２次電子
を検出することが困難である。そこで、これまで試料１
を観察するに際しては、イオンビームと電子ビームとを
交互に照射させ、チャージアップを防止しながらイオン
ビームをオン（即ち照射）した時のみ２次電子検出器６
の信号を読取る方法が採られていた。このような方法を
採用したフォトマルタイプの２次電子検出器の構成を第
７図に示す。

この２次電子検出器６は、２次電子の入口となるライト
パイプ７と、ライトパイプ７を通った２次電子に感応し
て光電変換を行うと共に、電圧を増幅させるフォトマル
８と、フォトマル８の出力を増幅させる増幅器９と、増
幅器９の出力をオン。

オフ動作によって画像処理部へ取込んだり或いは遮断し
たりするスイッチ１０とからなる。フォトマル８には、
何段にも亘って２次電子のエネルギー増幅を行うために
電極が複数個設けられており、その電極には０乃至１．
２キロボルトのフォトマル高圧をかけるための電源１１
が接続されている。

そしてこの２次電子検出器の動作時において、フォトマ
ル８にはフォトマル高圧が常時かけられており、２次電
子の検出は第８図に示すような動作タイミングによって
実行されていた。即ち、第８図中（ａ）および（ｂ）に
示すように、イオンビームと電子ビームを交互に照射さ
せる一方、同図中（Ｃ）に示すように、イオンビームを
オンした時にのみスイッチ１０をオンさせ、２次電子検
出器の信号を読取るようにしている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、このような従来のフォトマルタイプの２
次電子検出器を用いた集束イオンビーム装置にあっては
、フォトマル８に対してフォトマル高圧が常時印加され
ているため、電子銃５がオン動作し電子ビームのみが照
射されている時も、２次電子検出器６の電極は増幅動作
し、フォトマル８に過大電流が流れ、これが何回も繰返
されることによって、フォトマル８の劣化が起き°る。

即ち、試料１を観察するための２次電子は一般に極めて
弱い電子ビームであるから、この２次電子を検出するに
充分なフォトマル高圧に設定すると、電子銃５をオンし
た時に照射される電子ビームはあまりにも大きな値であ
るから、これを検知した場合フォトマル８に過大電流が
流れる。又、電子銃をオン、オフすることに対応して、
イオンビーム装＠３もオフ、オン動作を繰返すため、イ
オンビーム装置３の鏡筒も汚れ易くなり、特に低加速イ
オンビームを照射するような場合、チャージアップする
等の問題を起しやすい。

本発明はこのような従来の欠点に鑑みてなされたもので
、イオンビームと電子ビームとを交互に照射させながら
試料観察を行うに際しても、２次電子検出器のフォトマ
ルに対して過大電流が流れることがなく、このフォトマ
ルの劣化を防止し得る集束イオンビーム装置を提供する
ことを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明は前記目的を達成するため、試料にイオンビーム
を集束照射するイオンビーム照射光学系と、このイオン
ビームが照射される試料に電子ビームを照射する電子銃
と、イオンビームによって試料から散乱された２次電子
を検出する２次電子検出器とを有する集束イオンビーム
装置において、２次電子検出器に用いられるフォトマル
に所定の電圧を印加覆る電源回路内に、電圧を印加又は
遮断するスイッチ部材を設け、電子銃がオン、オフ動作
せしめられた時、このオン、オフ動作に同期して２次電
子検出器のフォトマル高圧を、電子銃がオン時にフォト
マル高圧がオフ、電子銃がオフ時にフォトマル高圧がオ
ンとなるようにしたことを要旨とするものである。

［作　　用］ 本発明の集束イオンビーム装置にあっては、イオンビー
ムはイオンビーム装置から継続的に照射されて試料に当
てたままにし、電子銃をオン、オフ動作させて電子ビー
ムを試料に対して断続的に照射する。そして電子銃のオ
ン、オフ動作に同期して、フォＩ・マルに電圧を印加す
る電源回路のスイッチをオン、オフ動作する。これによ
り、試料のチャージアップを防止すると共に、中和用の
電子ビームを人聞に照射しても、２次イオン検出器のフ
ォトマルが劣化することがなく、２次電子信号を良好に
取出すことができる。

［実　施　例］ 第１図乃至第３図は、本発明の集束イオンビーム装置の
一実施例の全体構成及びこの実施例において用いられる
２次電子検出器の概略構成及びその動作例を示す図であ
る。この実施例に係る集束イオンビーム装置は、真空室
１５の内部下方位置に設けられ且つ試料１を支持するス
テージ２と、真空室１５の上端部分に設けられたイオン
源１６と、イオン源１６から照射されたイオンビームを
集束せしめるコンデンサレンズ１７と、コンデンサ１７
の後方位置に設けられたブランキング電極１８と、コン
デンサレンズ１７によって集束されたイオンビーム１９
を試料１の上に焦点合せする対物レンズ２０と、イオン
ビーム１９を試料１上で走査せしめる走査電極２１と、
試料１上に化合物ガスを吹付けるガス銃２２と、同じく
試料１上にチャージアップ中和用の電子ビームを照射す
る電子銃２３と、イオンビーム１９の照射によって試料
１の表面から放出された２次電子２４を検出するための
２次電子検出器２５とを備えて成る。

イオン源１６、コンデンサレンズ１７、ブランキング電
極１８、対物レンズ２０、及び走査電極２１は、ステー
ジ２上の試料１にイオンビーム１９を集束照射するイオ
ンビーム照射光学系を構成している。２次電子検出器２
５によって作成された２次電子検出信号は、Ａ／Ｄコン
バータ２６に送られ、そして表示部２７に送られて試料
１の表面構造を表示するようになっている。そしてこれ
らイオンビーム照射光学系、電子銃２３．２次電子検出
器２５、Ａ／Ｄコンバータ２６及び表示部２７は制御部
を構成するＣＰＵ２８によって動作コントロールされる
。

２次電子検出器２５は、第２図に示すように、２次電子
２４が導入されるライトバイブ２９と、ライトバイブ２
９を通過した２次電子を受光して、この受光感度を何段
階にも亘って倍加するフォトマル３０と、フォトマル３
０の出力を増幅させる増幅器３１と、フォトマル３０の
各電極に対してフォトマル高圧を印加するための電源３
２と、この電源回路電圧印加をオン、オフ動作させるス
イッチ３３とからなり、電源３２及びスイッチ３３から
なる電源回路は、ＣＰＵ２８からの指令に基づいて動作
せしめられる。

このような構成を有する集束イオンビーム装置の動作に
ついて説明する。この実施例においては、試料１の観察
時において、イオンビーム照射光学系のイオン源１６か
らは第３図（ａ）に示すように常時イオンビーム１９が
試料１に照射される。

一方、電子銃２３はＣＰＬＪ２８の指令によってオン、
オフ動作が断続的に行われ、第３図（ｂ）に示すように
、電子ビームが一定の時間間隔ごとに試料１に照射され
る。一方、２次電子検出器２５においては、ＣＰＵ２８
からの指令により、電子銃２３の動作に同期して、第３
図（Ｃ）に示すようにフォトマル高圧印加用の電源回路
のスイッチ３３がオン、オフ動作せしめられる。即ちＣ
ＰＵ２８は電子銃２３と２次電子検出ｆｉ２５の動作を
コントロールし、電子銃２３がオン動作せしめられて電
子ビームが試料１に照射されている時は、２次電子検出
器２５のスイッチ３２をオフさせ、逆に電子銃２３がオ
フ動作せしめられて電子ビームが遮断されている時は、
２次電子検出器２５のスイッチ３３をオン動作させる。

このため、試料１の観察時において、電子銃２３のオン
動作によって大量の電子ビームが試料１に照射されてい
る場合においても、２次電子検出器２５はオフ動作して
いるから、フォトマル３０が過大の電子ビームを検知し
て劣化することはなくなる。しかも、電子銃２３がオフ
動作している時は、イオンビームの照射によって試料１
から散乱された２次電子を、２次電子検出器２５をオン
動作させることによって検出できるから、試料１の表面
構造を正確に観察することができる。更に、イオンビー
ムの照射に対して一定の時間間隔を置いて電子銃２３が
オン動作せしめられ、所定の囚の電子ビームが試料１上
に供給されるから試料１のチャージアップも又防止する
ことができる。このためチャージアップの防止と、２次
電子２４による試料１の観察との両方が実現できる。

第４図は、本発明の集束イオンビーム装置に用いられる
２次電子検出器の第２の実施例を示す図である。この実
施例に係る２次電子検出！Ｉ３４において、フォトマル
３５の電極に゛は、互いに並列に配設された高電圧電源
３６及び低電圧電源３７と、これら高電圧電源３６と低
電圧電源３７との間の切換えを行うスイッチ３８とから
なる電源回路が接続されている。高電圧電源′３６は、
電子銃２３のオフ動作時における、イオンビームによる
２次電子でも信号が得られるに十分なフォトマル高圧が
かけられる電圧に設定され、低電圧電源３７は電子銃２
３がオン動作せしめられて、チャージアップ防止のため
の電子ビームを検出しても２次電子検出器２５のフォト
マル３５が劣化しないに十分低い電圧に設定されている
。そしてスイッチ３８は、ＣＰＬＪ２８からの指令によ
って電子銃２３の動作に同期して切換え動作せしめられ
、電子銃２３がオン動作した時は、低電圧電源をフォト
マル３５の電極に接続し、電子銃２３がオフ動作した時
は、高電圧電源３６をフォトマル３５の電極に接続する
。これによって、前記第１の実施例におけると同様、試
料１のチャージアップを防止すると共に、多聞の電子ビ
ームを照射してもフォトマル３５が劣化することはなく
２次電子信号を良好に検出することができる。

第５図は、本発明の集束イオンビーム装置に用いられる
２次電子検出器の第３の実施例を示す図である。この実
施例に係る２次電子検出器３９にオン動作を行なう端子
４１ａとオフ動作を行う端子４１ｂとを有し前記電源４
２ａ、４２ｂの間の全段接続と部分接続とを切換えるス
イッチ４３とから成る電源回路が設けられている。そし
て、フォトマル４０には複数段に亘る電極が設けられて
いる一方、これらの複数の電極のうち最初の数段（１〜
４段）には低電圧電源４２ａが接続される〜１０００ボ
ルトの電圧に設定される。

このような構成を有する集束イオンビーム装置において
は、ＣＰＵ２８の指令によって、電子銃２−３の動作に
同期して作動し、この電子銃２３がオフ動作している時
は、スイッチ４３をオン端子４１ａに接続し、フォトマ
ル４０において全ての段に亘って２次電子検出信号の増
幅動作を行うようにする一方、電子銃２３がオン動作し
ている時は、スイッチ４３をオフ端子４１ｂに接続し、
フォトマル４０の最初の数段（１〜４段）の電極グルー
プを低電圧電源４のプラス端子側に共通に接続させ、フ
ォトマル４０における増幅動作を遮断するようにしてい
る。このような構成によっても、前記第１及び第２の実
施例におけると同様、試料１のチャージアップを防止す
ると共に、電子銃２３から中和用の電子ビームを多量に
試料１に照射しても、フォトマル４０が劣化することが
なく、しかも２次電子信号を良好に取出すことができる
。

なお、この実施例においては、第５図中に点線で示すよ
うに、オフ端子４１ｂを低電圧′Ｒ源４のプラス端子側
に接続させることにより、スイッチ４３のオン、オフ動
作時におけるフォトマル４０の［発明の効果コ 以上説明したように、本発明によれば、集束イオンビー
ム装置において試料観察時に電子ビームの照射をオン、
オフさせ、これに同期して２次電子検出器のフォトマル
高圧をオン、オフさせるようにしたため、イオンビーム
の照射による試料のチャージアップを防止する一方で、
多口の電子ビームを照射しても２次電子検出器のフォト
マルが劣化することなく良好な状態で長時間に亘６２次
電子検出による試料観察が行えるという効果が得られる
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の集束イオンビーム装置の第１の実施例
の概略構成を示す図、第２図は前記第１の実施例に用い
られる２次電子検出器の概略構成を示す図、第３図は前
記第１の実施例の２次電子検出器の動作を示すタイミン
グチャート、第４図は本発明の集束イオンビーム装置に
用いられる２次電子検出器の第２の実施例の概略構成を
示す図、第５図は本発明の集束イオンビーム装置に用い
られる２次電子検出器の第３の実施例の概略構成を示す
図、第６図は、従来の集束イオンビーム装置の概略構成
を示す図、第７図は前記従来の集束イオンビーム装置に
用いられる２次電子検出器の概略構成を示す図、第８図
は前記従来の２次電子検出器の動作状態を示すタイミン
グチャートである。 １・・・試料、２・・・ステージ、１６・・・イオン源
、１７・・・コンデンサレンズ、１９・・・イオンビー
ム、２０・・・対物レンズ、２１・・・走査電極、２２
・・・ガス銃、２３・・・電子銃、２５．３４．３９・
・・２次電子検出器、２６・・・Ａ／Ｄ・・・コンバー
タ、２７・・・表示部、２８・・・ＣＰＬＩ　（制御部
）、２９・・・ライトパイプ、３０．３５．４０・・・
フォトマル、３２．３６．３７．４１・・・電源、３３
．３８．４３・・・スイッチ。 出願人　　セイコー電子工業株式会社

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 試料が載置されるステージと、試料にイオンビームを集
   束照射するイオンビーム照射光学系と、そのイオンビー
   ムが照射される試料に化合物ガスを吹き付けるガス銃と
   、イオンビームが照射される試料の所定領域に電子ビー
   ムを照射する電子銃と、試料から散乱された２次電子を
   検出するフォトマルタイプの２次電子検出器と、を有す
   る集束イオンビーム装置において、 電子銃がオン、オフ動作せしめられたとき、このオン、
   オフ動作に同期して２次電子検出器のフオトマル高圧を
   、電子銃がオン時にフオトマル高圧がオフ、電子銃がオ
   フ時にフオトマル高圧がオンとなるように制御する手段
   を設けたことを特徴とする集束イオンビーム装置。