JPH063728B2 - 集束イオンビーム処理装置 - Google Patents

集束イオンビーム処理装置

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JPH063728B2
JPH063728B2 JP60239266A JP23926685A JPH063728B2 JP H063728 B2 JPH063728 B2 JP H063728B2 JP 60239266 A JP60239266 A JP 60239266A JP 23926685 A JP23926685 A JP 23926685A JP H063728 B2 JPH063728 B2 JP H063728B2
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、例えばリペアリング（修理）装置として使用
される集束イオンビーム処理装置に関する。
一般に、イオンビームを基板表面に収束させてこの表面
をエッチングしたりマスクをリペアーしたりする技術が
半導体の分野で利用されている。このような技術は、最
近のように超高密度化のために、イオンビームを高収束
して精度良く基板表面に入射させるのには問題がある。
即ち、イオンビームを基板に入射されると、基板が絶縁
体の場合には、電荷がチャージされるので、この電荷に
より入射ビームが偏向や発散され、入射ビームの収束性
ならびに入射位置に悪影響を与える。この影響はイオン
ビームを微細化すればするほど大きくなり、超高密度化
の妨げとなっている。
従って、この発明の目的は、基板にチャージされる電荷
の影響をなくして、高収束で所望の位置にイオンビーム
を走査させることの可能な集束イオンビーム処理装置を
提供することである。
以下に図面を参照して本発明について詳細に説明する。
第１図には、本発明による装置の組み合わされたブロッ
ク図が示されている。この装置は、微細に集束されたイ
オンビーム１４を形成するようにレンズ１２により集束
されるイオンを与えるイオンビーム源１１を備えてい
る。この集束されたイオンビーム１４は基板１６の被処
理面１５を走査するように偏向板（イオンビーム走査手
段）１３により偏向される。低エネルギ電子銃（電子ビ
ーム源）１７は電子ビーム２１を射出し、このビームは
レンズ１８により集束される。電子ビーム２１は、イオ
ンビーム１４が被処理面１５上にシャープに集束されて
いる点を囲んでいる被処理面１５の一部分に注ぐ集束さ
れた電子スポットを形成し、後述するイオンビームの入
社の不都合な偏向を防止するための制御要素（偏向防止
手段）２２を通る。制御要素２２は充満した電子ビーム
を所定の方向に偏向するためにあるいはブランキングす
るためにマルチプレクサ制御３４を介して信号を受信す
る。
イオン検出器２４は、被処理面１５からたたき出された
イオンを検出し、システムコンピュータ１６へ検出信号
を与える。電子及びイオン検出器（検出手段）２６は、
グリッド２７がバイアスされているときに、グリッド２
７を通る被処理面１５からたたき出された２次電子及び
イオン（２次粒子）を検出し、この検出信号を演算増幅
器３０を介してシステムコンピュータ６（制御手段）に
送る。この検出信号によりイオンビームがモニターされ
る。このシステムコンピュータ６はバイアス制御３１と
腕３３に接続されたリレー３２とを制御して、バイアス
制御３１の対応した指定の夫々の端子上に与えられたイ
オン選択電位あるいは電子選択電位に選択的にグリッド
２７を接続する。代表的な電子選択電位及びイオン選択
電位は、それぞれ＋３００から＋６００ボルト及び−３
００から−２０００ボルトの範囲内にある。マルチプレ
クサ制御（制御手段）３４は電子銃１７の制御要素２２
に２次粒子の検出信号に応じた偏向信号を与え、電子ビ
ームの偏向またはブランキングをする。システムコンピ
ュータ６は、偏向プレート１３を付勢するために増幅器
３５に偏向信号も与える。
イオン源１１は例えば、ＦＥＩ社から市販されているも
のである。低エネルギ電子銃１７はKimball Physics社
から市販されているものである。電子及びイオン検出器
２６はGalileo社から市販されている１チャンネル電子
増倍管から成っている。
第１図の装置は、イメージング、イオン電荷中和、及び
スパッタリングプロセスの終了点の検出に有用である。
このために、イオンビーム１４は液体金属イオン源１１
から発生する。イオン源１１は加速され、そして静電レ
ンズ１２によって集束されるイオンを与える。偏向プレ
ート１３は被処理面１５上で典型的にはほぼ１平方ミリ
メートルの領域の視野内にイオンビーム１４を正確に位
置決めする。イオンビーム１４が基板１６の被処理面１
５上に衝突した時に、沢山の現象が生じる。
(1)低エネルギの２次電子が発生される。
(2)正及び負の低エネルギの２次イオンが発生される。
(3)原子が被処理面１５からたたき出される。
(4)ビーム１４からの１次イオンが被処理面１５中に注
入される。
第２図には、これらのプロセスの図による表示が示され
ている。このようにして発生された粒子はイオンビーム
１４の直下の領域からのみ出る。そのために、ビーム１
４径が小さく保たれ、かつこのビームが被処理面１５に
衝突するところに正確に位置決めされることが重要であ
る。基板１６が導体でない場合には、半導体あるいは絶
縁体表面をエッチングする時に典型的に発生するもの
は、入射したイオン電荷がビームの下にたまって、非集
束電界を形成する。電界は表面におけるイオンビームの
成形を妨害するだけでなく、イオン及び電子が表面を離
れる時にそれらの軌道も妨害する。たった数ボルトの電
位がこれらのプロセスを著しく低下させる。第１図の装
置においては、電子及びイオンが共に、集束されたイオ
ンビーム１４の下の表面に関する正確な形状及び構造情
報を提供するために使用される。この情報は表面のイメ
ージングとスパッタリングの速度決定との両方に有用で
ある。
イオンビーム１４の衝突の点の周りの非処理面１５を電
子銃１７からの電子によって覆うことにより、これらの
電子は照射されたイオンの正電荷を中和し、これにより
望ましくない非集束電荷を低減させる。
マルチプレクサ制御３４はシステムコンピュータ６から
の信号に応答して、所望の中和を行なうために十分なエ
ネルギの電子を維持するように被処理面１５上の電子の
数を効果的に制御する信号を、電子銃制御電極２２に与
える。
切り換え可能な負イオン及び電子検出器２６は、グリッ
ド２７がイオン及び電子を通過可能なようにバイアスさ
れている時に、被処理面１５からの出た電子もしくはイ
オンの数を計測し、可変利得の演算増幅器３０により増
幅された電気信号をシステムコンピュータ６に供給す
る。システムコンピュータ６はこれらの検出した信号を
モニタして、処理プロセスが実質的に乱されないように
しながら、電子流及びタイミングを制御する。ビーム１
４からの正イオンの電荷を中和するように被処理面１５
上の電子流を調整することにより、このプロセスは帯電
した表面によって生じるような乱れがない。
本装置は、２次粒子検出手段からの検出信号をシステム
コンピュータに入力して、イオンビームの補正を自動的
に行うように説明されたが、検出信号をモニター用とし
てのみ利用し、制御をマニュアルで行なっても良い。例
えば、偏向信号は適当なポテンショメータを動作するこ
とにより、マニュアルにデフレクタ１３に印加でき、ま
たリレー３２は電子とイオンとの検出を切り替えるよう
にマニュアルに動作でき、またメータ等の可視インジケ
ータが演算増幅器３０の出力端に配置できる。制御要素
２２に印加される制御信号はマニュアルに制御できる。
更に、信号を偏向板１３に印加することによってイオン
ビーム１４を走査する代わりに、イオンビーム１４を静
止させ、基板１６を変位するようにできる。基板１６は
機械的な台上に支持できる。この台は好適には検出イオ
ン及び／あるいは電子の流れの鋭い変化によって典型的
に示される特徴が存在する位置を特定することを楽にす
るように容易に決定できる位置間で、相互に垂直な方向
に偏位させる正確な機械的偏位機構を備えている。
好適には、偏向板１３に印加された偏向信号は、検出し
た電子及び／あるいはイオンの流ての突然の変化が特定
の偏向信号の振幅に関連するようにチャンネル電子増倍
管２４から受信した信号によって較正される。この特定
の振幅は基板被処理面１５上の特定の位置に対応してい
る。
本発明はホトオプテカルマスク及び十字線（reticles）
を修理する際に特に有用である。マスクあるいは十字線
の大部分の領域は高い絶縁性のガラスであるために、こ
れらの表面は正イオンにより衝撃された時に電荷の蓄積
の影響を受ける。本発明はこの電荷の蓄積を中和する。
本発明は不透明な修理（光阻止粒子のエッチング）、透
明な修理（透過領域を不透明にすること）、及びイメー
ジング（不完全な領域がイオンビームに対して正確に位
置決めでき、また基板の他の特徴が修復されるように）
に対して使用できる。これらの操作の全ては本発明を使
用することによって、電荷の蓄積を中和しかつプロセス
を促進するために強化される。次の例を説明する。
不透明な修理プロセスにおいて、イオンビームは欠陥を
なしている材料をたたき出すために使用される。電子の
電荷の中和は、イオンイメージング及び２次電子イオン
イメージングの両方が欠陥の位置を決定しまたスパッタ
リングをモニタするために使用されるように、実時間及
びマルチプレクスモードの両方で使用される。例えば、
２次電子が所望のイメージを発生するために使用されて
いる時には、ビーム２１内の低エネルギ流の電子が検出
器２４に引き寄せられ、所望の信号を重畳する。そのた
め、状態に応じて、電子銃１７は、電荷の中和と２次電
子のイメージングとを同時に可能にするために１次イオ
ンビーム１４と協働して時分割の多重化した方法でオン
及びオフに切り換えられる。（異なった形式のコントラ
ストを発生するために使用される）正のイオンのイメー
ジングに対しては、電子中和器が１次イオンビーム１４
と同時に使用される。この方法は、リレー３２が動作さ
れた時には、バイアス制御１３からグリッド２７へのバ
イアスが、２次的に放出された正イオンを受け取りなが
ら、中和ビーム２１の負に帯電した低エネルギの電子を
排除する。
不透明な欠陥の修理においては、ＳＩＭデテクタ２４が
基板１６を出るイオンの型式を定量的に決定するために
使用される。この情報はシステムコンピュータ６により
処理され、ビーム１４のエッチング位置を調整して、典
型的にはガラスである基板１６の望ましくないエッチン
グを最小にする。電子中和は前述した２次イオンイメー
ジングの方法と同様の方法で実時間でこのプロセスの間
に使用される。
透明な修理においては、ガラス内に不透明な領域を発生
する好適な方法は１９８３年５月にカリフォルニア、ロ
サンゼルスでの第１７回電子、イオン及びホトビームシ
ンポジウムで提示されたA.Wagner.D.Barr,D.Atwood及び
J.H.Bruningによる論文に説明されているような各種の
形式の光学ディフューザ（散乱箇所）をエッチングする
ことである。このプロセスは絶縁ガラス表面についての
正確なかつかなり長い時間のエッチングを必要とする。
正確な光学要素がエッチングされねばならないので、電
子中和ビーム２１はイオンエッチングビーム１４の領域
に集中される。
電荷中和を助けるためにイオンビーム誘導の導電性を使
用することが有利である。イオンビーム１４が被処理面
１５上を操作される時に、十分な結晶の損傷及び不純物
の注入が行なわれ、先の絶縁ガラス基板１６の上側の１
０ナノメータの範囲内に薄い導電層を形成させる。この
導電層は、１次イオンビームエッチングの領域に到達す
る電子流に対して増加した表面導電領域を与えながら
も、ガラスの望ましい光学特性を乱すことはない。この
ように、最終的に電子ビーム２１を収束させることは必
要ではなく、また中和ビームは１次イオンビーム１４の
ものより小さい電流密度を有するものが使用できる。イ
オンビーム電流は典型的には0.5×１０-9アンペアであ
り、約１Ａ／cm2の密度を有している。電子ビームの電
流は典型的には１０-6アンペアであり１０-4Ａ／cm2の
転流密度を有している。電子ビーム電流は最終的に集束
されたイオンビームの電流よりも非常に大きく、またそ
の電流密度は最終的に集束されたイオンビームの電流密
度よりも非常に小さい。
上記本発明の装置によれば、イオンビームの被処理面へ
の入射は電荷粒子によって偏向されることがない。この
ために、精度の良い走査が可能となる。さらに被処理面
から射出された２次粒子を検出することにより、イオン
ビームが正確な走査を行っているか、否かをモニターす
ることができるので、このモニター結果に応じてイオン
ビームの走査を制御することができ、微細なリペアリン
グ等も高精度で行うことができる。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明による装置の組合わされたブロック図、
第２図は本発明によるエッチングプロセスを表示する図
である。 ６…システムコンピュータ、１１…イオン源、１２…レ
ンズ、１３…偏向プレート、１４…イオンビーム、１５
…被処理面、１６…基板、１７…電子銃、１８…レン
ズ、２１…電子ビーム、２２…電子銃制御電極、２４…
イオン検出器、２６…電子及びイオン検出器、２７…グ
リッド、３１…バイアス制御、３２…リレー、３３…
腕、３４…マルチプレクサ制御。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 デービツド・シー・シエイヴアー アメリカ合衆国マサチユーチツツ州01741, カーライル，カーライル・パインズ・ドラ イブ 123 (56)参考文献 特開 昭59−43520（ＪＰ，Ａ) 特開 昭59−838（ＪＰ，Ａ)

Claims (11)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】被処理面に集束されたイオンビームを照射
    するイオンビーム源と、 低エネルギー電子ビームを射出する電子ビーム源と、 イオンの帯電による前記イオンビームの照射点の広がり
    または偏向を防止するために、前記イオンビームの照射
    部に前記電子ビームを差し向ける手段と、 前記イオンビームが被処理面を走査するようにイオンビ
    ームと被照射面とを相対的に移動させるイオンビーム走
    査手段と、 前記イオンビームの照射により照射部より発生される２
    次粒子を検出する検出手段と、 前記２次粒子の検出手段並びに前記電子ビーム源とに接
    続されていて、前記検出手段からの信号に応じて前記電
    子ビーム源を調整して、前記イオンビーム源の集束され
    た照射部の表面電荷を中和の程度を制御する制御手段
    と、 を具備することを特徴とする集束イオンビーム処理装
    置。
  2. 【請求項２】前記制御手段は更に前記検出手段からの信
    号検出信号に応じて前記イオンビーム走査手段を制御す
    るものである特許請求の範囲第１項に記載の集束イオン
    ビーム処理装置。
  3. 【請求項３】前記制御手段は前記差し向け手段をイオン
    ビーム走査手段と共に制御し、電子ビームをイオンビー
    ムの走査と共に走査されることを特徴とする特許請求の
    範囲第２項に記載の集束イオンビーム処理装置。
  4. 【請求項４】前記検出手段が、前記イオンビームによる
    基板表面への照射に応答して基板を出るイオンの形式を
    検出する２次イオン質量検出器を有することを特徴とす
    る特許請求の範囲第１項に記載の集束イオンビーム処理
    装置。
  5. 【請求項５】前記検出手段が、前記イオンビームによる
    照射に応答して基板の表面から２次的に放出された電子
    及びイオンを検出する電子及びイオン検出器を有するこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の集束イオ
    ンビーム処理装置。
  6. 【請求項６】前記電子及びイオン検出器と前記被処理面
    との間に挿入され、イオンと電子との一方を選択的にイ
    オン検出器に入ることを可能にする電界を選択的に確立
    するグリッド手段と、及び前記電界を確立するためにグ
    リッド手段を選択的にバイアスする手段とを有すること
    を特徴とする特許請求の範囲第５項に記載の集束イオン
    ビーム処理装置。
  7. 【請求項７】前記イオンビーム及び前記電子ビームが相
    互に排他的な時間間隔の間に前記被処理面上に照射する
    ように時間を制御するマルチプレクサ制御手段を有する
    ことを特徴とする特許請求の範囲第６項に記載の集束イ
    オンビーム処理装置。
  8. 【請求項８】前記電子ビームが、前記イオンビームの電
    流よりも大きい電流及びイオンビームの電流密度よりも
    小さい電流密度を有することを特徴とする特許請求の範
    囲第１項に記載の集束イオンビーム処理装置。
  9. 【請求項９】前記被処理面を有する基板を備え、この基
    板が絶縁材料であり、前記被処理面上の前記イオンビー
    ムによる照射に応答して前記被処理面に薄い導電層を形
    成させて、前記表面上をエッチングする１次イオンビー
    ムの領域に到達する前記電子ビーム源からの電子流に対
    して増大した導電層の領域を与え、電荷を中和する様に
    したことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の集
    束イオンビーム処理装置。
  10. 【請求項１０】前記電子及びイオン検出器が電子の検出
    を行う時、及び前記電子ビームが被処理表面を照射する
    時を互いに排他的に制御するマルチプレクサを更に有す
    ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の集束
    イオンビーム処理装置。
  11. 【請求項１１】前記制御手段が電子ビームを制御して前
    記被処理面から放出された２次粒子の電圧コントラスト
    を形成することによりそれから得られるイメージのコン
    トラストを高める特許請求の範囲第１項に記載の集束イ
    オンビーム処理装置。
JP60239266A 1985-04-24 1985-10-25 集束イオンビーム処理装置 Expired - Lifetime JPH063728B2 (ja)

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