JPH0264643A - 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 本発明は集束イオンビーム装置、特に試料上に形成され
たパターン膜に対して膜付は作業を行なうに際し、この
膜付は作業の性能を向上さけるようにした集束イオンビ
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、試料面上に形成されたパタ
ーン膜に対して金属膜簀の膜付は加工を行なうに際し、
試料に対するガス銃の高さ位置を正確に割出させ、イオ
ンビームによる膜形成作業に際して均一な膜厚を実現す
るため、イオンビーム照射光学系に加えて光学顕微鏡を
設け、且つＸ−Ｙステージに基準面を設ける一方、この
Ｘ−Ｙステージの上に７方向（垂直方向）に移動可能な
試料台を設置し、前記光学顕微鏡と基準面により基準の
高さ位置を決め、これを基にガス中及び試料台上の試料
を上下移動させ両者間の位置関係を設定し得るようにし
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！！ｊ　造技術
の著しい発達を挙げることができる。ＬＳＩ製造技術の
１つにＦＩＢ技術があり、このＦ１Ｂ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
路のパターン膜の欠陥を認識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３図に示されている。

この集束イオンビーム装置は、試料１を支持するＸ−Ｙ
ステージ２と、イオン源３、コンデンサレンズ４、ブラ
ンキング電極５、対物レンズ６、及び走査電極７によっ
て構成され、Ｘ−Ｙステージ２上の試料１にイオンビー
ム８を集束照射するイオンビーム照射光学系９と、試料
１上に金属化合物ガスを導入するガス銃１０と、試料１
観察時において、当該試料１上にイオンビーム８を照射
して得られた２次荷電粒子（２次イオンや２次電子）を
検出する２次荷電粒子検 山型１１と、試料１の所定領域に電子ビームを照射する
電子銃１２と、前述の各種機能部材の動作をコントロー
ルする制御部１３とから成る。試料１は、ガラス基板上
にクロムＯｒ等のパターンが描かれたフォトマスクやシ
リコン３ｉ或いはガリウムヒ素ＧａＡｓの基板上にアル
ミニウムＩＷのパターン配線の描かれたＩＣである。試
料１は、第４図に示すように基板１ａ上にパターン％１
ｂが描かれている。

このような集束イオンビーム装置によって、１０Ｍ板等
の試料１を観察し、その試料１の欠陥を認識した上で、
この欠陥部分を修正する。例えば、第４図におけるパタ
ーン膜１ｂの新線部分に帯１Ｃのような金属膜によるパ
ターン膜付けを行なう場合、制御部１３のコントロール
のもとに先ず集束イオンビーム装置を観察モードにし、
試料１の上にイオンビームを照射してこの試料の高さ位
置を見定め、この観察による試料位置に基づいてガス銃
１０の高さ位置を決定する。例えば、試料１上に金属膜
付けを行なう場合の当該試料１の加工位置とガス銃１０
との間の距離は、ガス銃１０のノズルの径や長さあるい
は化合物ガスの蒸気圧等によって決まり、５００から１
０００ミクロン程度で一定で使用される。これは、第５
図に示すように、この距離が変動すると、膜厚が変化す
るからである。そして、前記の方法でガス銃１０の高さ
位置が決定されたなら、次に集束イオンビーム装置を加
工モードに切換え、ガス銃１０から金属化合物ガスを試
料１上に吹き出しながらイオンビーム照射光学系９によ
ってイオンビーム８が試料１上に照射され、パターン膜
付けが行なわれる。

発明が解決しようとする課題 しかしながら、前記のように、ガス銃１０の高さ位置を
設定するために、先ずイオンビームの照射によって試料
１上を１２察してこの試料１の高さ位置を求め、この観
察データに基づいてガス銃１０の高さを決定する方法に
あっては、イオンビーム観察における焦点深度が比較的
深いため、この焦点合わせによって前記適切な値を出す
には、誤差が大きくガス銃１０の適当な位置を設定する
ことができないという欠点があり、また、焦点位置を探
し出すために不要なビームを照射することになるので、
試料１の損傷を生じる恐れがある。そこで、集束イオン
ビーム装置においてガス銃１０の高さ位置を前記方式よ
りは正確に設定するためには、Ｘ−Ｙステージ２の上に
試料１を設置した後、ガス銃１０を一旦試料１に当接さ
せ、この位置を基準位置Ｏとし、次に設定したい高さ（
例えば６００ミクロン）までガス銃１０を上方へ移動さ
せ、これによってガス銃１０の高さ位置を設定するとい
う方法があった。しかしながらこの後者の方法にあって
は、試料１面上に直接ガス銃１０を突き当てるため、試
料１であるＩＣチップ等の回路が損（セする恐れが多分
にあった。　本発明はこのような従来の問題点を解決す
るために為されたもので、その目的は、試料を傷付ける
ことなく、しかも試料からガス銃までの高さ位置を極め
て正確に割出し設定することのできる集束イオンビーム
装置を提供することである。

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、集束イオンビーム装
置のイオンビーム照射光学系の近傍に光学顕微鏡を備え
、また試料を載置するＸ−Ｙステージには高さ位置の基
準面が設けられる一方、このＸ−Ｙステージの上にはＺ
方向、即ち上下方向に移動可能な試料台が設けられ、Ｘ
−Ｙステージをイオンビーム照射光学系と光学顕微鏡と
の間で移動可能とし、光学顕微鏡による基準面の観察結
果に基づいてガス中及び試料台を７方向へ移動させ両者
の位置関係を決定し得るようにしたことを要旨とするも
のである。

作　　　用 本発明による集束イオンビーム装置でパターン膜付けを
行なうにあたっては、先ずＸ−Ｙステージを光学顕微鏡
の側へ移動させ、この光学顕微鏡によってＸ−Ｙステー
ジの基準面を観察する。そして光学顕微鏡を焦点合わせ
することによって基準面の高さ位置を正確に割出した後
ガス銃を基準面に当て、この高さ位置を基準高さとする
。次にガス銃を基準面から所定の高さ分だけ上方に移動
させ、パターン膜付けを行なう場合のガス銃の高さ位置
を決定する。次に、試料台の上に試料を設置し、この試
料をＸ−Ｙステージの駆動によって光学顕微鏡の下へ移
動させる。この時、光学顕微鏡は先に基準面を観察した
時と同じ焦点に固定しておき、この焦点で試料が正しく
結像されるように試料を上下移動させる。そして光学顕
微鏡で試料が正しく結像されたところで、試料の高さ位
置を決定し、この状態で試料をイオンビーム照射光学系
の下へと移動させる。このように光学顕微鏡を用いて試
料の高さを決めることは、光学顕微鏡の像の焦点合ねせ
を行うことであり、この手順は、被加工領域を探し、特
定する時は、現在でも通常の手順として行なわれており
、余分な作業とはならない。こうして、試料とガス銃と
の高さ位置が決定された後、集束イオンビーム装置は加
工モードに切換えられ、ガス銃から金属化合物ガスが吹
き出されながらイオンビーム照射光学系によってイオン
ビームが試料上に照射され、パターン膜付けの作業が行
なわれる。前記試料とガス銃との高さ設定において、基
準面と試料との高さ位置の観察は光学顕微鏡によって行
なわれ、光学顕微鏡は焦点深度が楊めて浅いため、この
観察によって割出された基準面の高さ位置及び試料の高
さ位置は慟めて正確なものとなり、基準面をもとに決定
されたガス銃の高さ位置も又極めて正確な値となる。

また、１回ガス銃と光学顕微鏡との間で基準高さが決ま
ると、次回からは試料の高さは光学顕微鏡の焦点に合わ
せるだけでよく、パターン膜付けの作業性が極めて向上
する。したがって、試料に対するパターン膜付けの性能
は大幅に向上する。

実　　施　　例 第１図及び第２図は本発明による集束イオンビーム装置
の一実施例の全体構成及びこの集束イオンビーム装置に
おけるガス銃及び試料の位置設定動作を示すフローチャ
ートである。

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Ｘ−Ｙ
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、コンデンサレ
ンズ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の上に焦点合わせする対物レンズ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上に金属化合物ガスを吹ぎ付けるガス
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次荷電粒子
２４を検出するための２次荷電粒子検出器２５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２６を構成している。２次荷電粒子
検出器２５によって作成された２次荷電粒子検出信号は
、Ａ／Ｄコンバータ２７によってアナログ−ディジタル
変換される。更にこの実施例に係る集束イオンビーム装
置では、イオンビーム照射光学系の近傍に光学顕微鏡２
８が設けられている。又、Ｘ−￥ステージ２の上には試
料１を載置する試料台２つが設けられている一方、これ
に隣接した部位には基準面２ａが設けられている。Ｘ−
Ｙステージ２は水平面内をＸ及びＹ方向に移動可能であ
り、且つ試料台２つはＸ−Ｙステージ２の上において、
水平面に対して垂直の７方向に移動可能である。Ｘ−Ｙ
ステージ２にはＸ−Ｙステージ駆動部３０が接続されて
おり、このＸ−Ｙステージ駆動部３０の作動によってＸ
又はＹ方向に移動せしめられる。又試料台２９には試料
台駆動部が接続され、この試料台駆動部３１の作動によ
ってＺ方向に移動せしめられる。又、ガス銃２２にはガ
ス銃駆動部３２が接続されており、このガス銃駆動部３
２の作動によってガス銃２２の試料１へ向けての進退運
動と、ガス銃２２によるガスの吹き出し及び停止の動作
を行なわせる。又、光学顕微鏡２８には、フォーカス駆
動部３３が接続され、光学顕微鏡２８の焦点合わせ動作
を行なう。又この光学顕微鏡２８の出力部には、像観察
によって得られた画信号をアナログ−ディジタル変換す
るＡ／Ｄコンバータ３４と、このＡ／Ｄコンバータ３４
がら出力された画像データを格納する画像メモリ３５と
、画像メモリ３５のデータを表示するデイスプレィ等の
表示部３６とが接続されている。そして前記各駆動部３
０，３１３２．３３及び表示部３６の動作をコントロー
ルすると共に、電子銃２３．２次荷電粒子検出器２５、
及びイオンビーム照射光学系２６の動作をコントロール
する制御部３７が設けられている。この制御部３７はｃ
ＰＵがら構成されており、集束イオンビーム装置の各動
作モードにおいて、その動作に必要な各種作動部の動作
をコントロールする。　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、例えば試料１としてのＩＣチ
ップにおけるパターン膜付けの作業に先立つガス銃２２
及び試料１の位置設定Ｗ）１作につぃて第２図を参照し
て説明する。

先ず位置設定モードにおける動作がスタートすると、制
御部３７は処理ステップ（以下単にステップという）Ｓ
ＴＩにおいて、Ｘ−Ｙステージ駆動部３０を動作させて
Ｘ−Ｙステージ２を光学顕微鏡２８の方向へ移動させる
。次いでステップＳＴ２において制御部３７はＸ−Ｙス
テージ２の基準面２ａが光学顕微鏡２８の光軸上にある
か否かをチエツクし、このチエツク動作において基準面
２ａが前記光軸上にない場合はＸ−Ｙステージを駆動し
続ける。一方ステップＳＴ２において基準面２ａが光軸
３８上にあると判断された場合は、Ｘ−Ｙステージ２の
駆動を止め、ステップＳＴ３に移行し、フォーカス駆動
部３３を動作させて光学顕微鏡２８の焦点合わせを行な
わせる。次に、ステップＳＴ４において基準面２ａの観
察データを収集し、次いでステップＳＴ５において光学
顕微鏡２８の焦点が合致したか否かをチエツクする。

このステップＳＴ５における光学顕微鏡２８の焦点合わ
せのチエツクにおいて焦点があっていないと判断された
場合は、更に引続きステップＳＴ３において光学顕微鏡
２８の焦点駆動を行なわせ、ステップＳＴ４における基
準面２ａの観察データの収集及びステップＳＴ５にＪ３
ける光学顕微鏡２８の焦点合わせチエツクを行なう。そ
してステップＳＴ５において光学顕微鏡２８の焦点合わ
せが為されたと判断された場合は、ステップＳＴ６の処
理に移行し、ガス銃２２を駆動させる。このガス銃２２
の駆動に際しては、ガス銃２２は進退運動モードに設定
され、先ず、ガス銃２２を基準面２ａに当て、この位置
をガス銃２２の基準位置とした上で、この基準位置から
所定の距離（例えば６００ミクロン）だけガス銃２２を
後退運動させる。これによって、ＩＣチップのパターン
膜付けに際してのガス銃２２の設置位置が決定されたこ
とになる。次に、制御部３７はステップＳＴ７の動作に
移行し、Ｘ−Ｙステージ２を移動させ、試料１を光学顕
微鏡２８の光軸３８上に合わ（土る。

そして、ステップＳＴ８において試Ｆ４１が光学顕微１
２８の光＠３８上にあるか否かをチエツクし、このチエ
ツク動作において試料１が前記光軸３８上にない場合は
更にＸ−Ｙステージ２を駆動させ、試料１が光軸３８の
上にあるか否かをチエツクする。そして試料１が光軸３
８にあった場合は、ステップＳＴ９の処理に移行し、試
料台駆動部３１を動作せしめて試料台２９を２方向に駆
動する。

この時光学顕微鏡２８は先の基準面２ａの観察において
正しく結像した時と同じ焦点に固定されている。そして
、ステップ５ＴＩＯで試料１面の観察データを光学顕微
鏡２８によって収集すると共に、ステップ５Ｔ１１にお
いて光学顕微鏡２８の焦点があったか、即ち試料１が正
しく結像したか否かをチエツクする。そしてこの焦点合
わせチエツク動作において、光学顕微１２８の焦点があ
っていないと判断された場合は、ステップＳＴ９に戻っ
て試料台２９を７方向に駆動すると共に、ステップ５Ｔ
１０における観察データの収集を行ない、更にステップ
５Ｔ１１において光学顕微鏡２８の焦点合わせをチエツ
クする。そしてステップ５Ｔ１１で光学顕微１２８の焦
点があったと判断された場合は、ステップ５Ｔ１２に移
行してＸ−Ｙステージ２をイオンビーム照射光学系２８
の方へ移動せしめる。そして、ステップ５Ｔ１３におい
て試料１がイオンビーム軸上にあるか否かをチエツクし
、未だ試料１がイオンビーム軸上にないと判断された場
合は、ステップ５Ｔ１２に戻って更にＸ−Ｙステージ２
を駆動させ、ステップ５Ｔ１３において試料１がイオン
ビーム軸上にあるか否かを再度チエツクする。そして試
料１がイオンビーム軸上にあると判断された場合はガス
銃２２並びに試料１の位置設定処理動作を終了する。

前記試料１とガス銃２２との高さ設定において、基準面
２ａと試料１との高さ位置の観察は光学顕微ｖｔ２８に
よって行なわれ、光学顕微鏡２８は焦点深度が極めて浅
いため、この観察によって割出された基準面２ａの高さ
位置及び試料１の高さ位置は極めて正確なものとなり、
基準面２ａをもとに決定されたガス銃２２の高さ位置も
又極めて正確な値となる。そして、このようにして試お
１１とガス銃２２の位置が正しく設定されるため、次の
パターン膜付は動作モードに入った場合は、試料１の上
にはガス銃２２から試料１上には均一な呈（特に均一な
厚さ）の金属化合物ガスが供給され、イオンビーム１９
を集束照射することによって、試料１の上には均一な厚
さのパターン膜が形成されるのである。尚、ガス銃２２
自体の前進後退の位置再現性は高いため、−度ステップ
ＳＴ１からステップＳＴ６の作業を行なうと、次回から
はステップＳＴ７以下の作業を行なうことでガス銃２２
の位置は設定できる。

発明の詳細 な説明したように本発明によれば、集束イオンビーム装
置のイオンビーム照射光学系の近傍に光学顕微鏡を設け
、又Ｘ−Ｙステージには基準面を設置すると共に、この
Ｘ−Ｙステージの上にはＺ方向に移動可能な試料台を設
置し、この試料台の上に試料を載置して光学顕微鏡の焦
点合ねせを行なうことによってガス銃並びに試料の位置
設定を行なうようにしたため、試料からガス銃までの距
ｌ１ｆｔ設定が極めて正確になり、試料におけるパター
ン膜付は作業におけるパターン膜の形成が極めて均一に
行なえるようになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る集束イオンビーム装置
の構成を示すブロック図、第２図は前記実施例における
パターン膜付は作業に際してのガス銃並びに試料の位置
設定を行なう処理動作を示すフローチャート、第３図は
従来の集束イオンビーム装置の構成を示す図、第４図は
試料として用いられるＩＣチップのパターン膜及びパタ
ーン膜付けされる部位の一例を示す平面図、第５図はガ
ス銃のノズル高さと膜厚の関係を示すグラフである。 １・・・試料、２・・・Ｘ−Ｙステージ、２ａ・・・基
準面、２２・・・ガス銃、２３・・・電子銃、２５・・
・２次荷電粒子検出器、２６・・・イオンビーム照射光
学系、２８・・・光学顕微鏡、２９・・・試料台、３０
・・・Ｘ−Ｙステージ駆動部、３１・・・試料台駆動部
、３２・・・ガス銃駆動部、３３・・・フォーカス駆動
部、３６・・・表示部、３７・・・制御部、３８・・・
光軸。 本発明の一実艶例と示オフ゛口・７７図第１図 従来汐１ヒ示貰図 第３図 本発明の刈、埋初作ａ示Ｔフローナｖ−ｆＩＣテ・ノア
°の−伊１δ示オーｌ１ｌ−面図第４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 真空室内の所定位置に、Ｘ−Ｙ方向に移動可能なステー
   ジと、このステージ上の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、前記
   イオンビーム照射光学系の近傍に設けられた光学顕微鏡
   とを備え、Ｘ−Ｙステージには高さ位置の基準面が設け
   られ、またこのＸ−Ｙステージ上には試料が載置され且
   つＺ方向に移動可能な試料台が設置され、更に、Ｘ−Ｙ
   ステージには、当該Ｘ−Ｙステージをイオンビーム照射
   光学系と光学顕微鏡との間で移動させるＸ−Ｙステージ
   駆動部と、試料台を上下方向に移動させる試料台駆動部
   と、ガス銃を駆動するガス銃駆動部と、これら各駆動部
   の動作をコントロールする制御部とが設けられているこ
   とを特徴とする集束イオンビーム装置。