JPH09283496A

JPH09283496A - 荷電粒子ビーム照射によるパターン形成方法及びその装置

Info

Publication number: JPH09283496A
Application number: JP8096531A
Authority: JP
Inventors: Akira Shimase; 朗嶋瀬; Yuichi Hamamura; 有一濱村; Junzo Azuma; 淳三東; Michinobu Mizumura; 通伸水村
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-04-18
Filing date: 1996-04-18
Publication date: 1997-10-31
Also published as: US5952658A

Abstract

(57)【要約】【課題】配線層と絶縁層とを積層した多層配線構造体を
有するLSI等の電子装置を荷電粒子ビームで加工するに
際し、誤判定がなく、自動化した、判定にあたって加工
の過度の進行を回避できる信頼性の高い加工終点検出手
段を備えたパターン形成方法及びその装置を提供する。【解決手段】集束イオンビーム加工装置１００からの２
次イオン信号（MCP信号）を分岐して、一方を集束イオ
ンビーム加工装置のメインコントローラ７０に、他方を
加工終点検出モジュール８０に送り、加工終点検出モジ
ュール内において、ビーム走査領域内の一定領域からの
信号をハード的に加算する。加算した信号をソフト的に
平均化、微分処理を施し、加工終点アルゴリズムを通し
て、加工終点を判定する。判定した時点で、加工停止信
号を集束イオンビーム加工装置のメインコントローラ７
０に送信し、逆に加工停止確認信号を受信し、１つの加
工を終了する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、イオンビームや電
子ビーム等の荷電粒子を集束して所定の基板に微細なパ
ターンを形成するパターン形成方法及びパターン形成装
置に係わり、特に微細なパターン形成を必要とするLSI
等の半導体装置や液晶表示装置等の電子装置の製造にお
いて、パターン形成時に荷電粒子を照射することにより
加工面から発生する２次イオンをモニタして高精度の加
工終点を検出するのに好適なパターン形成方法及びパタ
ーン形成装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】イオンビームや電子ビーム等の荷電粒子
ビームを集束して所定の基板に照射し、微細なパターン
を形成するパターン形成方法及び形成装置については、
種々の方法及び装置が提案されている。ここでは、その
代表例としてイオンビームを集束してLSIを加工する場
合について説明する。

【０００３】加速したイオンビームをLSIに照射すると
表面からLSIの構成物質がスパッタリングによって除去
さる。このスパッタリングを制御してイオンビームによ
りLSIを加工する手法は従来から知られていた。

【０００４】近年、この手法の内、例えばＧａ等の液体
金属イオン源等の高輝度なイオン源を使用した集束イオ
ンビームを用いて、LSIの配線を切断したり、配線に窓
を開け（正確には配線上に形成された絶縁膜に窓を開け
配線を露出させる）、そこに金属をCVD(Chemical Vapor
Deposition＝化学蒸着法)等によって埋め込み、配線を
別の配線に接続することで、論理LSIの論理変更、また
は、LSIの不良解析を行なうことが一般的になりつつあ
る。この際にそれぞれの応用において要求される加工の
歩留りを確保するために問題となるのは、加工位置と加
工深さの精度である。

【０００５】加工位置については、LSIを載置したステ
ージをレーザで測長して正確な位置を計測し、機械的な
位置のずれをイオンビームの偏向で補正する手法、ま
た、イオンビームのプラス電荷によるLSI表面のチャー
ジアップを電子シャワーからの電子のマイナス電荷で中
和する手法等を駆使して、必要な精度で設定している。

【０００６】一方、深さについては、例えば特開昭63-1
64219号公報に記載されているように、予めLSI構成物質
のスパッタ率を測定しておき、実際の加工の際には正確
なイオンドーズを計測することで深さ精度を向上させる
手法がある。

【０００７】また、イオンを被加工物質に照射すると、
照射した表面から２次粒子が放出される。この２次粒子
は光や２次電子、２次イオンであるが、これはLSIを構
成している各層の材質の差によって違った収率を持つ。
したがって、これらを検出して加工の進行をモニタし、
所定の信号変化を認識した時点で加工を停止すること
で、加工深さ精度を確保する手法もある。これらの手法
に関しては、例えば特公平3-28017号公報、特開昭58-20
2038号公報、特公平5-14416号公報、特開平6-96712号公
報、及び、ジャーナル・オブ・バキューム・サイエンス
・アンド・テクノロジー B6(6), Nov/Dec 1988の2100頁
から2103頁(J. Vac. Sci. Technol.)などに記載されて
いる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】パターンを形成するに
際し、所定の深さで加工を停止するための手法としての
イオンドーズの正確な計測は、単一な材質を加工する場
合には、この手法しか取り得ない有力な深さ制御手段で
ある。しかし、加工する対象が例えばLSIの場合、表面
には下層の配線の存在を反映した凹凸がある。この凹凸
が加工領域に含まれると、スパッタ率がイオンの入射角
に依存して大きくなる性質のため、イオンドーズを正確
に計測しても、加工深さが平坦な領域の加工の場合から
ずれてくる。さらに、加工中に幾つかの層を通過する場
合にも、ずれが生じる。

【０００９】また、最上層に広い電源配線を配置したLS
I等の場合には、電源配線を通過した上で、その下の配
線を加工する必要がある。この場合、配線層は通常アル
ミ等の金属で形成されているが、この金属は多結晶であ
る。その時スパッタ率が結晶方位によって異なるため、
配線層を通過する際には、加工速度がばらつき、その時
の加工速度は確定困難である。したがって、イオンドー
ズの正確な計測は、平坦で、しかも単一な加工対象の場
合には有効であるが、LSIのように配線層と絶縁層とが
複数層積層された複雑な構造をもつ対象については、加
工深さ制御の補助手段としかならず、正確な深さに加工
するためには、直接その時点での加工層の加工状態を認
識する必要がある。

【００１０】加工層の情報はイオン照射で発生する２次
粒子に含まれている。２次粒子としての光を検出する方
式は一部で実用化されており、先に示した文献「ジャー
ナル・オブ・バキューム・サイエンス・アンド・テクノ
ロジー B6(6), Nov/Dec 1988の2100頁から2103頁）」に
その方式が記載されている。

【００１１】ここで光と呼んでいるのはイオン衝撃励起
光を指している。これは、スパッタされたLSI構成物質
の原子が一部励起されており、これが加工穴から射出さ
れた付近で基底状態に戻る際、その物質に特有の波長を
持った光を放出するものである。しかし、近年のLSIの
ように微細化と多層化が進んだ場合、微細で高アスペク
ト比の加工穴からの光は収率が低く、実用的な加工終点
判定には採用困難である。

【００１２】さらに、２次電子は、集束イオンビーム加
工装置に標準的に装備されている２次粒検出器としての
MCP(Micro Channel Plate)、またはシンチレータ＋光電
子増倍管の組み合わせで検出可能であるが、光を検出す
るには別途光検出器を装備する必要がある。実際にこの
装備は光の効率的収集を狙う場合、ビーム集束性を向上
させるため可能なかぎり接近させるべきイオン光学系の
最終段レンズの下端とビーム集束点であるステージ上面
との距離で規定されている空間にその検出器を設置する
のは、機械設計上の困難と他のアッセンブリ(ex．電子
シャワーやガスノズル)の機能の犠牲または制限を伴
う。したがって、光検出についてはメリットを見い出す
のが困難であり、これを実用性のある加工終点検出の手
段として採用はできない。

【００１３】LSI等のように表面が酸化珪素（SiO₂）等
の絶縁層で覆われている場合、イオンビームを照射した
領域にはプラス電荷が蓄積し、いわゆるチャージアップ
を生じる。チャージアップした領域にさらにイオンビー
ムを照射すると、イオンのプラス電荷とチャージアップ
した表面のプラス電荷が反発しあって、イオンビームの
軌道が偏向され、設定した加工位置からずれた位置を加
工することになる。これは加工にとっては致命的であ
り、高い歩留りを要求される応用でなくても、容認され
得るものではない。

【００１４】さらに、チャージアップの電圧はイオンの
加速電圧まで上昇する可能性があるが、実際にはチャー
ジアップした最上層の絶縁膜の耐圧を越えた時点で絶縁
破壊を起こして、下層の配線層へ電荷を開放する。この
際、LSI表面から配線層へ破壊の痕跡を形成し、そこは
電流のリークするパスとなる場合がある。この絶縁破壊
は甚だしい場合には、電荷が開放した配線層の部分の上
層の絶縁膜が破壊の衝撃で飛散させられることも発生す
る。これらも、そのLSIを次の工程での処理を施して解
析する場合には致命的である。

【００１５】そこで、上述のように、電子シャワーを設
置し、そこから引き出した電子を加工領域近傍に照射
し、電子のマイナス電荷によって、イオンのプラス電荷
を中和してビームのチャージアップによる偏向を回避し
ている。この時、電子シャワーからの電子はLSIに照射
する必要があるため、電界の向きは電子をLSI側に誘導
する方向を向いている。つまり、このような電界が設定
されている場合には、イオンビーム照射によって放出さ
れた２次電子はLSIから一旦出たとしても、すぐにLSI側
に押し戻されてしまうことになる。このため、電子シャ
ワーで電荷中和を実施している時には、２次電子検出は
不可能である。したがって、表面が導体である加工対象
に対しては、２次電子を検出して加工の終点を判定する
ことは可能であるが、通常のLSIで表面に導体のコーテ
ィングを施せない場合には、２次電子の終点判定手段と
しての採用は不可能である。

【００１６】２次電子が１次イオンビームと同オーダー
の収率があるのに対し、２次イオンはその１％から１０
％オーダーであり、収率は高くない。しかし、光よりは
高い収率を持つ。また、電子シャワーをLSIに照射した
状態でも、２次イオンは検出可能であり、LSI加工にお
ける終点検出においては唯一実用性のある検出粒子であ
る。実際、先に示した特許公報類（特公平3-28017号、
特開昭58-202038号、特公平5-14416号、特開平6-96712
号）には２次イオンを終点検出の手段とするとの記載が
ある。

【００１７】しかし、特公平3-28017号公報において
は、２次イオンを検出する手段に関する具体的な記載は
なく、特開昭58-202038号公報、特公平5-14416号公報に
おいては、２次イオンディテクタとして質量分析計を装
備した系を形成している。また、特開平6-96712号公報
においては２次イオン検出により元素分析と構造解析を
実施する方式が記載されているが、LSI加工における加
工終点検出に関する実用的な記載はない。すなわち、従
来の２次イオンを検出する加工終点検出方法では、積層
を形成する物質のイオン検出量の加工中における変化を
検出する方式を開示しているのみで、実際の集束イオン
ビームによるLSI加工での終点検出における下記の３つ
の問題点を解決する方法は開示されていない。

【００１８】（１）LSIの配線層及び絶縁層の構造は、
単純にアルミのごとき導体と酸化珪素の組み合わせだけ
でなく、デバイス性能の面から多種の構造を有するよう
になってきている。特に、近年エレクトロマイグレーシ
ョンを回避する目的でアルミ配線層をタングステン等の
別の金属で挟む方式がよく採用されるようになってい
る。このような多層構造をもつような新しい配線層に対
する加工終点検出方式が確立されていない。

【００１９】（２）LSI加工においては、加工の物量が
増大しており、２次イオン信号を注視して加工の終点を
判定し、加工を停止する装置のオペレータへの負担が大
きくなっている。特に、配線の修正等のように加工が長
時間に及ぶものについては、加工ミスが生じがちである
が、その応用では１つのミスでそのチップは不良品とな
るため、加工歩留りが低下し、着工チップに対して必要
な良品チップを取得できなくなる。また、オペレータご
とで終点を判定する信号変化がばらつくため、配線に窓
を開け、そこからCVD法等で金属をデポジションして配
線を引き出す応用等において、チップ自体の配線と新た
にデポジションした配線との接続抵抗に違いが生じ、LS
Iの信号転送速度にばらつきが発生する。これもチップ
を不良とする原因であり、回避せねばならない。

【００２０】（３）加工スループットを上げることが不
可欠な加工の場合、加工にはイオンビーム電流の大きな
ビームを使用する。この場合、加工終点の判定は速やか
に行なわなければ、予定以上に加工が進行し、加工歩留
りが低下する。例えば、2nAのビームでアルミ配線を加
工する場合、加工寸法が1μｍ□だとすると、1秒での加
工深さの進行はほぼ1μｍとなる。これは配線層の厚さ
に対応する程の加工深さであり、1秒加工し過ぎると、
配線に窓を開けようとしても、実際には配線を抜いて下
地まで加工してしまうことになる。実際には、使用する
ビーム電流と加工寸法の最適化で、この加工の過度の進
行を若干は緩和しているが、スループットからの要求か
らそれにも限度があり、加工終点の判定を短時間で行な
わなければならない。

【００２１】以上、加工ビームとなる荷電粒子として集
束イオンビームによるLSIの加工例を中心に従来技術の
問題点を述べたが、この種の微細加工によるパターン形
成は、電子ビームにおいても同様であり、また、被加工
物もLSIに限らずその他例えばガラス基板上に薄膜トラ
ンジスタ（ＴＦＴ）を高密度に形成したアクティブマト
リックス方式の液晶表示装置等の電子装置においても同
様であり、いずれも重要なパターン形成技術であって配
線層と絶縁層とが積層された多層配線構造体を有する電
子装置一般に共通した問題である。

【００２２】したがって、本発明の目的は、このような
従来技術の問題点を解消することにあり、具体的には荷
電粒子ビームを集束して所定の基板に微細なパターンを
形成するパターン形成方法及びパターン形成装置におい
て、２次イオンを加工終点検出信号としてモニタする方
式を改良し、加工精度の高い終点検出を可能とするパタ
ーン形成方法及びパターン形成装置を提供することにあ
る。なお、LSIを集束イオンビームで加工する例は、具
体的で理解し易いため以後の説明においても、これまで
通り代表例としてLSIの加工例を中心に説明することと
する。

【００２３】

【課題を解決するための手段】上記（１）の問題を解決
するためには、LSI、液晶表示装置等の多層配線構造体
を有する電子装置の配線に対して集束イオンビームのご
とき荷電粒子ビームで加工を行ない、その際、この加工
領域から検出される２次イオン信号の変化を記録し、そ
の波形を解析することで、LSI配線等の配線構造体にお
ける２次イオン信号強度変化を把握する。また、加工方
法によって、２次イオン信号の変化は異なり、これを実
際の応用に準じた加工について記録し、終点判定が容易
となる最適な加工方法を検討することも必要となる。

【００２４】上記（２）の問題を解決するためには、得
られた２次イオン強度の解析結果を基に、終点判定のア
ルゴリズムを構築する。これは、２次イオン信号が配線
層においてピークを持つものであれば、このピークを検
出し、逆にボトムを持つものであれば、そのボトムを検
出する。それらピークもしくはボトムと配線層各界面と
の対応は予めデータとして把握しているものであり、こ
れから、所定の層までの加工が可能となる。

【００２５】上記（３）の問題を解決するには、加工の
進行によって刻々変化する２次イオン信号を短いインタ
ーバルで取り込み、処理する。また、処理した信号を終
点判定アルゴリズムに通し、終点判定する経路のインタ
ーバルも信号取り込みインターバルに対応する時間とす
る。

【００２６】ここで本発明のパターン形成方法の目的を
達成することのできる具体的な手段について説明すると
以下の通りである。すなわち、本発明のパターン形成方
法は、電子装置の絶縁層と配線層とが積層された多層配
線構造体の所定領域に荷電粒子ビームを集束して照射
し、加工終点を検出しながら所定深さまで加工するパタ
ーン形成方法であって、前記配線が絶縁層よりも２次イ
オン放出能の高い物質層と低い物質層との積層構造を有
して構成され、前記ビーム照射によって照射領域から放
出される２次イオン強度をモニタして加工終点を検出す
るに際し、２次イオン信号の変化を記録し、その波形を
解析することで２次イオン放出能の高い物質層における
２次イオン強度のピーク、もしくは２次イオン放出能の
低い物質層における２次イオン強度のボトムを検出して
加工終点を判定するようにすることを特徴としている。

【００２７】ここで荷電粒子ビームとしては電子ビー
ム、もしくは例えばＧａイオン等の液体金属イオン源か
ら放出されるイオンビームが用いられ、電子装置として
は、例えばLSI、液晶表示装置等のように絶縁層と配線
層とが積層された多層配線構造体を有するものが対象と
なる。

【００２８】絶縁層よりも２次イオン放出能の高い物質
層として代表的なものは、例えばタングステン、タング
ステン合金、モリブデン、モリブデン合金、チタン、チ
タン合金、タンタル、及びタンタル合金の少なくとも１
種の金属が挙げられる。一方、絶縁層よりも２次イオン
放出能の低い物質層としては、アルミ、アルミ合金、及
び多結晶シリコンの少なくとも１種の金属が挙げられ
る。

【００２９】そして好ましくは、上記ビーム照射によっ
て照射領域から放出される２次イオン強度をモニタして
加工終点を検出するに際しては、以下に示すいずれかの
方法とすることが望ましい。すなわち、２次イオン信号
を加工走査面内で加算して、加算した２次イオン信号の
変化の方向をモニタすることで加工の終点を判定する。
２次イオン信号を加工走査面内で加算した上で平均化し
て、変化の方向をモニタすることで加工の終点を判定す
る。２次イオン信号を加工走査面内で加算した上で平均
化して、この平均化した２次イオン信号を微分して、変
化の方向をモニタする。

【００３０】また、２次イオン信号を加工走査面内で加
算した上で平均化して、この平均化した２次粒子信号を
微分して、微分信号の符号の変化で２次イオン信号のピ
ークを検出することで加工の終点を判定する。最初から
加工終点判定を開始せず、設定可能な終点判定開始ドー
ズを設ける。設定可能な２次イオン信号の閾値を設け、
この閾値を越えたことを判定して加工の終点を判定す
る。

【００３１】さらにまた、設定可能な２次イオン信号の
微分信号の閾値を設け、この閾値を越えたことを判定し
て加工の終点を判定する。ビームの照射領域より狭い２
次イオン信号の取得領域を設け、２次イオン放出能の高
い物質層における２次イオン強度のピーク、もしくは２
次イオン放出能の低い物質層における２次イオン強度の
ボトムを検出する共に、配線の加工後に加工底面に生じ
た凹凸から発生する２次イオン強度のピークと検出する
ことで、加工の終点をより精度よく判定する。

【００３２】また、本発明の目的を達成することのでき
るパターン形成装置は、荷電粒子源から荷電粒子ビーム
を引き出し、レンズと偏向電極によって加工すべき試料
上に集束・偏向・照射することで試料に所定のパターン
を形成する荷電粒子ビーム加工装置を備えたパターン形
成装置において、荷電粒子ビームの照射によって試料の
加工対象領域から放出する２次粒子を２次粒子検出器で
検出し、この検出信号を増幅した２次粒子の信号強度信
号を分岐し、分岐した信号の一方を荷電粒子ビーム加工
装置のコントローラとは異なる加工終点判定モジュール
へ入力し、加工終点判定モジュール内で荷電粒子ビーム
加工装置のコントローラとは独立に加工終点判定を行な
うように構成したことを特徴としている。

【００３３】上記荷電粒子源としては電子銃による電子
源、もしくは例えばＧａイオン等の液体金属イオン源か
らなるイオン源で構成することであり、イオン源とした
場合には電子ビーム加工装置となり、イオン源とした場
合には集束イオンビーム加工装置となる。

【００３４】また、試料の加工対象領域から放出する２
次粒子を２次電子とした場合には、上記２次粒子検出器
を２次電子検出器で構成し、２次イオンとした場合には
２次イオン検出器で構成する。

【００３５】そして好ましくは、上記入力した２次粒子
信号を照射ビームの１面の走査における各ビーム照射ス
ポットごとに加算し、１面ごとの加算データを加算回路
でラッチし、ラッチしたデータを一定の時間間隔で読み
だし、処理系に入力する構成とすることである。また、
上記加工終点検出モジュールをハード部分で構成するこ
とである。その他については、発明の実施の形態の中で
具体的に説明する。

【００３６】

【発明の実施の形態】LSIの検査工程において配線修正
を必要とする場合の配線構造体の加工例について以下説
明する。加工の進行によってLSIは上層から徐々に深く
加工されていくが、加工している絶縁層や配線層等の各
層はそれぞれに違った２次イオン放出能を有している。
例えば、タングステン、酸化硅素、窒化硅素、アルミで
はLSI内で、この順に２次イオン放出能が大きいことが
分かってきた。また、酸素の介在が２次イオン放出能に
影響することは従来より知られた事実である。これらの
組み合わせを考慮して、実際のLSIでの各応用に対応し
た最適な加工方法において、２次イオン信号変化をデー
タベースとして持つ。

【００３７】上記データベースを基に配線加工における
２次イオン信号強度変化の類型を把握し、これに従った
終点判定アルゴリズムを記述し、これをプログラム化し
て、加工における終点判定を実施する。この際、入力し
た２次イオン信号はノイズを含んでいるため、平滑化処
理等を行ない、信号のピークやボトムを判定するため
に、微分処理をかける場合もある。

【００３８】上記のように幾つかの処理が終点判定には
必要となるため、実際の終点判定は刻々の２次イオン信
号入力から、処理すべき信号個数分だけ遅れることとな
る。これが原因となる加工の過度の進行を防止するた
め、信号の取り込みと処理、判定に要する時間を短縮す
る必要がある。しかし、集束イオンビーム加工装置自身
のコントローラは加工中に電圧、真空度等を常にモニタ
しているため、終点検出時間を短縮することが困難であ
る。そこで、集束イオンビーム加工装置のコントローラ
とは別に専用の終点検出装置を設け、そこで上記作業を
実施することで、上記時間を短縮できる。

【００３９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明
する。（１）装置の構成例図１は、本発明の集束イオンビーム加工装置の一構成例
を模式的に示した断面ブロック図である。イオン源１か
ら引き出したイオンビーム２（例えばＧａイオン等の金
属イオン）はレンズ３とレンズ４とで集束され、ステー
ジ１０に載置したターゲットであるLSI９上に照射さ
れ、加工されて所定のパターンが形成される。この時発
生する２次粒子の内の２次イオン８を２次粒子検出器で
あるMCP７(=Micro Channel Plate)で検出する。

【００４０】なお、LSIの表面には一般に絶縁層が被覆
されているため、イオン照射によりチャージアップが生
じ、これを防止するために少なくともイオン照射領域に
は電子シャワー１３から電子１４が常に供給されてい
る。また、これらは真空ポンプ１１で通常１０^-7Torr台
に真空排気されている。

【００４１】MCP７で増幅された２次イオン信号を検出
電極６で検出し、まず、装置本体近傍に設置されたヘッ
ドアンプ１２でさらに増幅する。この信号がMCP信号と
してMCP信号合成モジュール３０に入力される。MCP信号
合成モジュール３０にはMCP信号と同時に、イオンビー
ム２の偏向電極５に走査信号を与えている走査信号発生
モジュール５０を制御するスキャンクロック発生モジュ
ール４０からの同期信号も入力している。これらの信号
を合成することで、MCP信号合成モジュール３０は、MCP
信号と同期信号とをデジタル信号として出力する。

【００４２】なお、通常の装置ではこれらの信号を集束
イオンビーム装置のメインコントローラ７０に送り、そ
こで所定の処理を加え、走査電子顕微鏡(SEM)と同じ原
理でLSI表面の凹凸像を表示する走査イオン顕微鏡(SIM)
像を形成してモニタ９１に表示する。また、同時に、終
点判定のための処理をさらに加え、２次イオン信号強度
変化も、モニタ９１に表示する。

【００４３】しかし、この方式では集束イオンビーム加
工装置全系を監視・制御しているメインコントローラ７
０が終点判定まで実施することになり、判定のためのMC
P信号監視頻度は低下せざるを得ず、判定インターバル
の間に加工が過度に進行する弊害があった。メインコン
トローラ７０の能力が高く、判定インターバルが短く設
定できる、あるいは、加工中は装置の監視を停止する等
の施策が可能であれば、メインコントローラに全ての終
点判定まで担わせることもできるが、現状では、それは
困難である。

【００４４】そこで、本実施例ではMCP信号合成モジュ
ール３０からの信号を信号分岐回路６０に入力し、そこ
で同じ信号２系統に分岐させて、一方を集束イオンビー
ム加工装置のメインコントローラ７０に、また、他方を
加工終点検出モジュール８０に分配して、加工の終点判
定については、全て加工終点検出モジュール８０で行な
うこととして、加工終点判定のインターバルを短縮する
方式を採用した。

【００４５】加工終点検出モジュール８０では入力した
MCP信号を（２）で後述するように処理し、終点判定を
行なうが、終点だと判断した場合には、加工停止信号を
集束イオンビーム加工装置のメインコントローラ７０へ
の入力経路である外部信号入出力モジュール９０に送信
し、加工を停止させる。

【００４６】また、集束イオンビーム加工装置のメイン
コントローラ７０側では加工が停止したことを確認させ
るため、外部信号入出力モジュール９０を介して加工停
止確認信号を加工終点検出モジュール８０に送信する。
この方式によれば、通常集束イオンビーム加工装置のメ
インコントローラ７０での判定インターバルが１秒単位
であるのに対し、加工終点検出モジュール８０では幾つ
かの処理と判定を行なったとしても、0.1秒以下のイン
ターバルで加工終点判定を実行でき、加工が過度に進行
することは無くなる。

【００４７】加工終点検出モジュール８０の内容につい
ては図２に示す通りである。すなわち、分岐回路６０か
ら入力されたMCP信号と同期信号は、MCP信号入力回路８
１でMCP信号と同期信号とに分けられ、それぞれ加算回
路８２とタイミング回路８３に送られる。タイミング回
路８３には、終点検出モジュールコントローラ８０とし
て機能させているパーソナルコンピュータからの加算領
域設定をデジタル入出力モジュール８５ａを介して入力
されてくる。これは、イオンビームの１面走査の中で走
査端をどれだけ除いた部分から信号を取得するかを設定
するもので、走査端からの信号を除くことで、加工穴側
壁からの信号を除去し、MCP信号の内の各層自体からの
信号を明確にする効果を持たせるための措置である。こ
こで設定した領域に従って、タイミング回路８３はMCP
信号の加算タイミングを加算回路８２に送信する。

【００４８】加算回路８２では加算タイミングに従い、
MCP信号を１面ごとに加算し、データとしてラッチす
る。終点検出モジュールコントローラ８４では自身の処
理速度に従ったインターバルでデジタル入出力モジュー
ル８５ａを介して加算回路８２にラッチしたデータを読
みだす。これに幾つかの処理を施し、加工終点を判定す
ることになる。判定の結果、終点であれば加工停止信号
をデジタル入出力モジュール８５ｂ及び外部信号入出力
モジュール９０を介して集束イオンビーム加工装置のメ
インコントローラ７０に送り、加工停止確認信号を受け
取るのは前記の通りである。

【００４９】なお、ここで加算回路８２にラッチしたデ
ータを終点検出モジュールコントローラ８４側から読み
出しにいく方式を採用したことで、一定のインターバル
でMCP信号を入力できるようにしている。このため、加
工している装置側の条件が変化した場合でも、終点判定
側のプログラムは一連の処理を一定時間で実行できる。

【００５０】さらに、本実施例では、終点検出モジュー
ルコントローラ８４をパーソナルコンピュータ、拡張ボ
ード、回路基板で構成したが、（２）に記載の終点判定
アルゴリズムを実行するためには、必ずしもパーソナル
コンピュータを使用する必要はなく、全てハードのみで
組むことも可能である。その場合、高速な終点判定サイ
クルを実行でき、さらに精度の高い終点判定が可能とな
る。

【００５１】（２）加工終点判定方法の実例次に終点判定アルゴリズムの構築のために、MCP信号の
解析が必要である。ここで図３に示すようなLSIの断面
構造の加工例について説明する。図３において２は集束
イオンビーム（FIB）、１５は酸化硅素の絶縁層、１６
はアルミできた配線層、１８は窒化硅素層、２１は加工
された穴をそれぞれ示している。図示のように酸化硅素
の絶縁層１５の中にアルミできた配線層１６がある場合
について、FIBで加工していくと、図４の右側のよう
に、２次イオン信号がアルミ部分（アルミのボトムをＢ
₁で表示）では低下する。これは２次イオン放出能が酸
化硅素に較べ、アルミの方が低いためである。なお、図
４の縦軸は２次イオン信号強度を、横軸は加工時間（加
工深さに相当）をそれぞれ示している。

【００５２】この場合には、終点の判定は微係数がマイ
ナスの状態で変化している状態において、微係数がさら
にマイナス方向に大きくなる状態（Ｂ₁で表示したボト
ム）を検出することになり、MCP信号の２階微分を求
め、これから加工終点を判断するようなアルゴリズムが
必要となる。しかし、微分自体がノイズに弱く、僅かな
ノイズでも微分値が大きく変動するため、２階まで微係
数を計算するのは、ノイズによる誤判定が増加し、実用
的でない。なお、図４の左側に見られるMCP信号の落ち
込み（Ｂ₂で表示したボトム）は、窒化硅素１８が酸化
硅素１５に較べて２次イオン放出能が低いことから生じ
る信号変化である。

【００５３】一方、図５に符号１７で示すようなタング
ステン１７ａ、１７ｂで挟まれたアルミ配線１６の場合
には、タングステンの２次イオン放出能が酸化硅素１５
に較べて高いため、図６に示すように上下のタングステ
ン１７ａ、１７ｂで２つのピークＰ₁、Ｐ₂を示す。

【００５４】この信号変化は微係数を１階とれば検出が
容易であり、終点判定のアルゴリズムでのノイズによる
誤判定を減少させられる。そこで、量産段階まで含めら
れればより有効であるが、少なくとも開発段階にあるLS
Iにおいては、集束イオンビームによる各種の回路修
正、あるいは、不良解析の頻度が高いため、配線層の構
造として、図５の例に見るように絶縁層よりも２次イオ
ン放出能の高い物質（例えばタングステン）を配線層
（例えばアルミ）の上下に配することが望ましい。

【００５５】さらにその物質の間にはその物質よりも２
次イオン放出能の低い物質を挟むと、上下の物質からの
２次イオン信号が２つのピークとして分離でき、終点判
定がより容易になる。したがって、LSIの製作におい
て、全プロセスを勘案した上で、配線層の上下に配線層
よりも２次イオン放出能が高い層を配することは、回路
変更や不良解析等の集束イオンビームを使用したLSI加
工に有効である。

【００５６】なお、配線層が全て層間絶縁膜としての酸
化硅素よりも２次イオン放出能の高い物質で形成されて
いるだけでも、２次イオン放出能の低い物質で形成され
ている場合に比較すれば、終点判定は容易であり、単層
で配線層を形成する場合には、相対的に絶縁層より高い
２次イオン放出能を示す配線層を持つLSI構造を選択す
ることは、加工終点検出効率向上に効果的である。

【００５７】図２に示したように、タイミング回路８２
を使用して、加工している領域の中の信号取得領域を変
化させる方式が上記終点検出モジュール８０では可能で
あるが、その効果について以下に述べる。

【００５８】図７はイオンビーム照射領域を模式的に示
す平面図で、図５と同様の配線構造体を加工する通常の
加工例である。加工領域としては３μｍ□、スキップ巾
と呼ぶ信号を取得しない周辺部の巾を0.25μｍとした
時、そこから得られるMCP信号の変化は図８に示し通り
である。これは図６と同様にタングステンを示す２つの
ピークＰ₁、Ｐ₂が検出されている。

【００５９】一方、スキップ巾をさらに拡げて１μｍに
設定し、加工穴２１の側壁の影響を極力排除した図９の
場合、２次イオン信号には図１０に示す３つのピークＰ
₁、Ｐ₂、Ｐ₃が現われる。これについて解析した結果、
図１１に示したそれぞれのMCP信号変化点（符号１〜
８）は、図１２にそれぞれ対応させて要部断面を示すよ
うに、最初の２つのピーク２、４はタングステンとアル
ミの各界面に対応しており、これらは図１０のピークＰ
₁、Ｐ₂にそれぞれ該当する。しかし、最後のピーク６
（図１０のＰ₃に該当）は、配線層加工時に発生した加
工底面の凹凸が、タングステンの加工速度が酸化硅素に
較べて遅いことで、配線層を抜けた後の絶縁層の加工底
面で拡大することが原因で発生する。

【００６０】したがって、配線層への窓開け、あるい
は、切断であれば、最初の２つのピークの検出によっ
て、充分加工終点を判定できるが、もし、加工底面の平
坦性まで問題にする加工の場合には、加工領域に対して
信号取得領域を充分小さくとり、２次イオン信号を解析
し、所望の加工底面を持つ加工形状を得ることが可能と
なる。

【００６１】このように２次イオン信号の加工の進行に
伴う変化を解析したことにより、加工の終点を判定する
ための判定アルゴリズムの構築が可能となった。前記の
ようにタングステンの２次イオン信号ピークを明確に認
識できれば、終点判定可能であるので、本実施例では判
定に１階の微係数を使用することとした。ただし、２次
イオンを検出している場合、２次イオンは２次電子に較
べて収率が低く、MCP信号としてはノイズを含む信号と
なっている。このため、一定レベルまでノイズを除去し
ない限り、微係数は終点判定可能な信号とはならない。

【００６２】そこで、本実施例では図１３に示すように
加工終点検出モジュール８０で処理を施し、MCP信号の
ノイズを除去している。集束イオンビーム加工装置１０
０から入力したMCP信号は、加工終点検出モジュール８
０内の加算回路８２でハード的にイオンビームの１走査
フレーム内で加算する。ここで信号取得領域内に含まれ
るイオンビーム照射ポイント数について、積算平均化を
実施したことになる。

【００６３】実際にはこれだけでは信号を平滑化しきれ
ないため、MCP信号は加算された後、ソフト的にまず平
均処理によって、さらに平滑化する。これはある時点の
加算されたMCP信号は、その時点以前の設定された数分
のMCP信号の平均値としてデータに記録していく方法
で、単純移動平均と呼ばれる。この平滑化の方法として
は、一定の重みをつけて平滑化する多項式適合平滑化処
理もあるが、その処理では一定以上のノイズを信号の変
化として残す傾向があるため、本実施例では単純移動平
均を採用している。MCP信号の状況によっては、多項式
適合平滑化処理のような別の処理を採用することも可能
である。このようにソフト的に平滑化したMCP信号は、M
CP信号としてモニタ９１に表示している。

【００６４】次に、微分処理をかけるが、これには多項
式適合微分処理と呼ばれる処理方法でMCP信号の微係数
を求めている。これは、単純な微分処理に較べ、平滑化
処理を含んだ処理であり、ここでさらに平滑化を加えて
いる。このように処理した微分信号もモニタ９１に表示
すると共に、判定アルゴリズムを通して、加工終点の判
定を行なう。

【００６５】実際の平滑化した後のMCP信号と微分信号
は図１４に示すような変化を示す。この図の縦軸は２次
イオン信号強度と信号微分信号とを、横軸は配線層の深
さ方向を示しており、併せてイオンドーズ量を示してい
る。ここで、この加工は図１１に示したMCP信号変化を
示す試料と同じ配線構造を有する試料であるが、この場
合には加工を２段階で行なっており、図１４に示した信
号は第２段目の加工であるため、最初の窒化硅素１８に
よる信号の変化（Ｂ₂）は、そこには現われていない。

【００６６】図１４の信号では、まだ完全に信号が平滑
化されておらず、微分信号には細かな上下動が見られ
る。単純移動平均と多項式適合微分処理の次数を上げれ
ば、信号自体は滑らかにできるが、終点判定にその次数
に対応した遅れが生じると共に、信号のピーク自体がな
だらかとなり、終点判定に支障をきたすため、ノイズが
残っていても、終点判定が可能であれば、図１４に示し
た程度の信号を使用することとしている。

【００６７】また、ここでは加工領域が２μｍ□以下で
あり、かつ、加工のスループットを上げるために１nA以
上の電流のイオンビームを使用している、したがって、
信号取得領域を狭くすることが不可能で、MCP信号のピ
ークとしては２つのピークしか現われていない。しか
し、前記のように２つのピークＰ₁、Ｐ₂は図５に示した
タングステンの上層１７ａ・下層１７ｂにそれぞれ対応
するため、これで加工終点の判定は可能である。ただ
し、微分信号はタングステンでのピークを明確に示して
いるが、タングステンのピークを示す前に、一度符号が
反転しており、これが誤判定の要因となり得る。これを
ノイズによる信号変化として考慮しない判定アルゴリズ
ムとする必要がある。

【００６８】図１４のように信号が変化することが明ら
かになったため、図１５に示す終点判定アルゴリズムを
構築した。図１１に示すように１段で表面から対象配線
層まで加工しようとすると、途中の窒化硅素層１８で大
きな信号変化（ボトムＢ₂で表示）が現われる。また、
図１４に示したように、２段で加工し、窒化硅素１８の
信号変化（Ｂ₂）を抜けた後から信号を検出し始めると
しても、２段目の加工開始直後には一度加工穴２１が深
くなる前に加工穴端部の影響で２次イオン信号が立ち上
げることが多い。

【００６９】したがって、加工の開始直後は終点の判定
を行なわず、一定の深さまで加工を進め、信号変化があ
る程度落ち着いた状態から、判定を開始することとし
た。このため、アルゴリズムには判定開始ドーズを設定
している。判定開始ドーズまでイオンドーズが進んだ時
点で、終点検出を開始するが、その後の信号変化は図１
４と図１５に示す通りであり、まずタングステン１７ａ
が露出した所でMCP信号が立ち上がり、微分信号はそこ
までマイナスであったものがプラスとなり、符号が反転
する。この時点では上層のタングステン１７ａが露出し
ているが、実際には加工穴中心で露出している状態で配
線を接続する窓としては不十分である。このため、タン
グステン１７ａを抜け、アルミ１６が露出する最初のピ
ークＰ₁が下降を始める時点を検出して、その点を窓開
け加工の終点と判定することとした。これは微分信号が
一度プラスとなった後にマイナスとなり、符号が再度反
転する時点である。

【００７０】ここで、ノイズによるMCP信号の変化をピ
ークと判断しないため、微分信号側に閾値を設け、一定
の閾値を越えない限り、タングステンのピークとは判断
しないこととした。この場合、本来、MCP信号側の変化
に閾値を設け、信号の最下点から一定以上続けて上昇を
示したという条件としてもよい。ただし、今回は幾つか
の平滑化を経た後では、ノイズが発生させるピークは緩
やかな変化しか示さず、一方、タングステンのピークは
明確に鋭いピークを示すことが明らかとなっていたた
め、閾値として微分信号側を選択した。

【００７１】窓開けを狙った加工であれば、この時点で
加工を終了し、加工停止操作に入るが切断を狙った加工
の場合、さらに加工を進め、次のタングステン１７ｂの
ピークＰ₂を検出する。これも最初のピークＰ₁の検出と
同様に一定の微分閾値を越えた状況で微分信号の符号が
−→＋→−と変化した時点を捕えて、下層のタングステ
ン１７ｂを抜けかかった状態と判断する。ただし、切断
の場合、この状態では加工底面にタングステンがまだ残
留しており、部分的に配線はつながっている状態であ
る。このため、一定のオーバードースを設定し、追加掘
り込みをかけ、それが終了した時点を切断加工の終点と
して、加工終了操作に移行する。

【００７２】加工終了操作は前記の通り、加工終点検出
モジュール８０から集束イオンビーム加工装置１００へ
加工停止信号を送信し、逆に加工停止確認信号を受信
し、一箇所の加工を終了する（図１参照）。なお、窓開
けにおいて、上層のタングステン１７ａのピ-クＰ₁で加
工を停止させず、そこから一定のオ-バ-ド-ズを加え
る、あるいは、下層のタングステン１７ｂを検出した点
で加工を停止することで、次工程である配線接続プロセ
スでの接続面積を大きくとり、接続抵抗を低くする方式
も、加工時間との兼ね合いで採用可能である。また、下
層のタングステン１７ｂのピークＰ₂で窓開けの終点を
判定する方式を採用する場合であれば、上層のタングス
テン１７ａは必ずしも必要なく、下層のタングステン１
７ｂだけでも上記と同様の終点判定を実施することが可
能となる。

【００７３】このように加工の終点を判定するが、集束
イオンビーム加工装置側のMCP電圧の設定、あるいは、M
CP自体の劣化等の状況の変化で、MCP信号の強度が変化
する場合がある。強度が変化すると、ピークを判定する
ための閾値が、本来の設定状況からずれ、誤判定を起こ
すこととなる。そこで、本実施例では判定開始ドーズに
おけるMCP信号の強度によって、閾値の値を調整する方
式を採用し、集束イオンビーム加工装置側での変動を補
正している。

【００７４】また、現状で上記の方式で問題なく補正で
きているが、実際にはMCP信号はコントラストとブライ
トネスの両者の調整で変化するため、より正確な調整に
は両者を勘案する必要なある。これには、本実施例での
加工で主に使用しているLSIにおける窒化硅素層１８の
信号変化を利用するのが適当である。つまり、酸化硅素
層１５から窒化硅素層１８、さらに、酸化硅素層１５に
加工が進行する際のMCP信号のそれぞれのピークＰとボ
トムＢの値を基に、最適な閾値を計算する。

【００７５】この部分でのMCP信号変化については、表
面からの深さが一定であり、かつ、酸化硅素１５と窒化
硅素１８が共に配線材料である結晶粒を持つ金属に較べ
て均一であるため、常に信頼性の高い信号変化を示し、
標準加工には最適である。

【００７６】なお、ビームの集束状態が良好でない場合
には、この部分の加工で信号の変化がなだらかとなるた
め、この加工によって、閾値に対して、ビームの集束状
態による影響まで含められる。また、加工対象のLSI上
の別の領域に明確な２次イオン信号変化を示す層構造を
持つ領域を設け、そこで上記の操作を実施してもよい。

【００７７】実際の加工においては、加工終点検出での
判定開始ドーズ等のパラメタを一定にすると、装置自体
の操作性が向上する。このため、加工を２段以上とし、
最終段では一定の条件（例えば、加工対象配線層の１μ
ｍ上まで加工を進めておく。）での終点判定とするよう
に、そこまでの加工を実行する方式を主に採用してい
る。

【００７８】アルミの２次イオン放出能が低いことは前
記の通りである。したがって、図１６の配線構造のよう
に、最上層に厚いアルミ配線１６がある場合に、加工対
象配線層のアルミ（タングステン）配線１７まで１段で
加工すると、図１７に示すように、アルミ（タングステ
ン）配線１７のピークＰ₁、Ｐ₂が現われない。これは加
工穴２１側壁に付着したアルミ１６が加工中常に加工底
面に叩き落とされ、高いタングステンの２次イオン放出
能をキャンセルしているためである。

【００７９】そこで、図１８に示すように、まず、１段
目の加工をアルミ配線１６ａを抜く深さＤ₁まで行な
う。この時、２次イオン信号は図１９のように、アルミ
層１６ａで大きく落ち込む。その後、イオンビームを絞
ることにより加工寸法を縮小し、加工穴２１側壁へのイ
オンビーム照射を低減した状態で２段目の加工すると、
図２０に示すように、二つのタングステン１７ａ、１７
ｂに対応するピークＰ₁、Ｐ₂が検出できる。なお、これ
らの二つのピーク間のボトムＢは、アルミ層１６ｂを示
している。

【００８０】このように、加工対象である配線層（この
例では配線１７）の上方に、２次イオン放出能の低い物
質で形成された層（この例ではアルミ配線１６ａ）があ
る場合、対象配線１７に対する加工寸法より大きな寸法
でその層が抜ける深さＤ₁まで１段目の加工し、その
後、縮小された所定の寸法で２段目の加工をすることに
よって、終点検出に必要な２次イオン信号を得ることが
でき、これは多くの場合、有効な手法である。

【００８１】なお、以上の実施例ではイオンビーム照射
によるチャージアップを回避することからと、２次イオ
ン放出能が本発明で主に加工したLSIでの加工終点検出
に最適であったため、２次イオンの検出を主体に説明し
たが、加工表面に導電層をコーティングできる場合や、
チャージアップが少なくビーム照射点の移動が生じない
加工対象の場合には、２次電子で上記に記載した２次イ
オンと同等の機能を有する限り、より多くの粒子を検出
可能な２次電子を加工終点検出に利用することができ
る。

【００８２】

【発明の効果】以上詳述したように本発明により所期の
目的を達成することができた。すなわち、本発明によれ
ば、現在主流になりつつあるタングステン層を含んだ配
線層に対して、集束イオンビーム加工時において、加工
の終点を明確に判定することができる。また、加工の終
点判定を自動化できるため、オペレータの負担を軽減で
きると共に、オペレータ間での加工終点判定の差がなく
なり、常に一定の深さでの加工が可能となる。また、終
点判定インターバルを短くできるため、加工が過度に進
行することを回避できる。これらによって、集束イオン
ビーム加工における加工歩留りを向上させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例となる集束イオンビーム加工
装置の概略断面図と各モジュールの構成図である。

【図２】加工終点検出モジュールの内容を示す構成図で
ある。

【図３】LSIのアルミ配線を加工する状況を示す断面図
である。

【図４】図３の加工を実施した時の２次イオン信号の変
化を示すグラフである。

【図５】LSIのタングステンで挟まれたアルミ配線を加
工する状況を示す断面図である。

【図６】図５の加工を実施した時の２次イオン信号の変
化を示すグラフである。

【図７】加工領域と信号取得領域を示す加工領域の平面
図である。

【図８】図７の加工を実施した時の２次イオン信号の変
化を示すグラフである。

【図９】加工領域と信号取得領域を示す加工領域の平面
図である。

【図１０】図９の加工を実施した時の２次イオン信号の
変化を示すグラフである。

【図１１】図９の加工を実施した時の２次イオン信号の
変化と各信号変化点を示すグラフである。

【図１２】図１１の各信号変化点に対応する加工状態を
示すLSIの断面図である。

【図１３】加工終点検出モジュール内で実行する信号処
理を示すフローチャートである。

【図１４】第２段目の加工におけるMCP信号と微分信号
の変化を示すグラフである。

【図１５】終点判定アルゴリズムを示すフローチャート
と信号のグラフとLSIの断面図である。

【図１６】上層アルミ配線を通した加工を１段で実施し
た状況を示すLSIの断面図である。

【図１７】図１６の加工を実施した時の２次イオン信号
の変化を示すグラフである。

【図１８】上層アルミ配線を通した加工を２段で実施し
た状況を示すLSIの断面図である。

【図１９】図１８の第１段目の加工を実施した時の２次
イオン信号の変化を示すグラフである。

【図２０】図１８の第２段目の加工を実施した時の２次
イオン信号の変化を示すグラフである。

【符号の説明】

１…イオン源、２…イオンビーム、３、４…レンズ、５…偏向電極、６…検出電極、７…MCP、８…２次イオン、９…LSI、１０…ステージ、１１…真空ポンプ、１２…ヘッドアンプ、１３…電子シャワー、１４…電子、１５…酸化硅素、１６…アルミ配線、１７…アルミ（タングステン）配線、１７ａ、１７ｂ…タングステン、１８…窒化硅素、１９…ビーム走査領域、２０…信号取得領域、３０…ＭＣＰ信号合成モジュール、４０…スキャンクロック発生モジュール、５０…走査信号発生モジュール、６０…信号分岐回路、７０…集束イオンビーム加工装置メインコントローラ、８０…加工終点検出モジュール、９０…外部信号入出力モジュール、９１…モニタ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者水村通伸神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】電子装置の絶縁層と配線層とが積層された
多層配線構造体の所定領域に荷電粒子ビームを集束して
照射し、加工終点を検出しながら所定深さまで加工する
パターン形成方法であって、前記配線が絶縁層よりも２
次イオン放出能の高い物質層と低い物質層との積層構造
を有して構成され、前記ビーム照射によって照射領域か
ら放出される２次イオン強度をモニタして加工終点を検
出するに際し、２次イオン信号の変化を記録し、その波
形を解析することで２次イオン放出能の高い物質層にお
ける２次イオン強度のピーク、もしくは２次イオン放出
能の低い物質層における２次イオン強度のボトムを検出
して加工終点を判定するようにして成るパターン形成方
法。
【請求項２】荷電粒子ビームをイオンビームとし、電子
装置をLSIもしくは液晶表示装置として成る請求項１記
載のパターン形成方法。
【請求項３】上記絶縁層よりも２次イオン放出能の高い
物質層を、タングステン、タングステン合金、モリブデ
ン、モリブデン合金、チタン、チタン合金、タンタル、
及びタンタル合金の少なくとも１種で構成して成る請求
項１記載のパターン形成方法。
【請求項４】上記絶縁層よりも２次イオン放出能の低い
物質層を、アルミ、アルミ合金、及び多結晶シリコンの
少なくとも１種で構成して成る請求項１記載のパターン
形成方法。
【請求項５】上記ビーム照射によって照射領域から放出
される２次イオン強度をモニタして加工終点を検出する
に際し、２次イオン信号を加工走査面内で加算して、加
算した２次イオン信号の変化の方向をモニタすることで
加工の終点を判定するようにして成る請求項１乃至４い
ずれか一つに記載のパターン形成方法。
【請求項６】上記ビーム照射によって照射領域から放出
される２次イオン強度をモニタして加工終点を検出する
に際し、２次イオン信号を加工走査面内で加算した上で
平均化して、変化の方向をモニタすることで加工の終点
を判定するようにして成る請求項１乃至４いずれか一つ
に記載のパターン形成方法。
【請求項７】上記ビーム照射によって照射領域から放出
される２次イオン強度をモニタして加工終点を検出する
に際し、２次イオン信号を加工走査面内で加算した上で
平均化して、この平均化した２次イオン信号を微分し
て、変化の方向をモニタするようにして成る請求項１乃
至４いずれか一つに記載のパターン形成方法。
【請求項８】上記ビーム照射によって照射領域から放出
される２次イオン強度をモニタして加工終点を検出する
に際し、２次イオン信号を加工走査面内で加算した上で
平均化して、この平均化した２次粒子信号を微分して、
微分信号の符号の変化で２次イオン信号のピークを検出
することで加工の終点を判定するようにして成る請求項
１乃至４いずれか一つに記載のパターン形成方法。
【請求項９】上記ビーム照射によって照射領域から放出
される２次イオン強度をモニタして加工終点を検出する
に際し、最初から加工終点判定を開始せず、設定可能な
終点判定開始ドーズを設けて成る請求項１乃至４いずれ
か一つに記載のパターン形成方法。
【請求項１０】上記ビーム照射によって照射領域から放
出される２次イオン強度をモニタして加工終点を検出す
るに際し、設定可能な２次イオン信号の閾値を設け、こ
の閾値を越えたことを判定して加工の終点を判定するよ
うにして成る請求項１乃至４いずれか一つに記載のパタ
ーン形成方法。
【請求項１１】上記ビーム照射によって照射領域から放
出される２次イオン強度をモニタして加工終点を検出す
るに際し、設定可能な２次イオン信号の微分信号の閾値
を設け、この閾値を越えたことを判定して加工の終点を
判定するようにして成る請求項１乃至４いずれか一つに
記載のパターン形成方法。
【請求項１２】上記ビーム照射によって照射領域から放
出される２次イオン強度をモニタして加工終点を検出す
るに際し、ビームの照射領域より狭い２次イオン信号の
取得領域を設け、２次イオン放出能の高い物質層におけ
る２次イオン強度のピーク、もしくは２次イオン放出能
の低い物質層における２次イオン強度のボトムを検出す
る共に、配線の加工後に加工底面に生じた凹凸から発生
する２次イオン強度のピークと検出することで、加工の
終点をより精度よく判定するようにして成る請求項１乃
至４いずれか一つに記載のパターン形成方法。
【請求項１３】上記ビーム照射によって照射領域から放
出される２次イオン強度をモニタして加工終点を検出す
るに際し、終点判定開始ドーズにおける２次イオン信号
強度から２次イオン信号の終点判定閾値を設定するよう
にして成る請求項１２記載のパターン形成方法。
【請求項１４】上記ビーム照射によって照射領域から放
出される２次イオン強度をモニタして加工終点を検出す
るに際し、終点判定開始ドーズにおける２次イオン信号
強度から２次イオン信号の微分信号の終点判定閾値を設
定するようにして成る請求項１２記載のパターン形成方
法。
【請求項１５】上記ビーム照射によって照射領域から放
出される２次イオン強度をモニタして加工終点を検出す
るに際し、配線構造体上の２次イオン信号変化を明確に
示す層構造を有する領域において加工を実施し、この領
域における２次イオン信号変化から、２次イオン信号の
終点判定閾値を設定するようにして成る請求項１０記載
のパターン形成方法。
【請求項１６】上記ビーム照射によって照射領域から放
出される２次イオン強度をモニタして加工終点を検出す
るに際し、配線構造体上の２次イオン信号変化を明確に
示す層構造を有する領域において加工を実施し、この領
域における２次イオン信号変化から、２次イオン信号の
微分信号の終点判定閾値を設定するようにして成る請求
項１２記載のパターン形成方法。
【請求項１７】上記ビーム照射によって照射領域から放
出される２次イオン強度をモニタして加工終点を検出す
るに際し、加工終点を検出すべき加工対象層では、同条
件で終点を検出するべく、多段の加工を実施し、加工対
象層を加工する時点での加工条件を一定にするようにし
て成る請求項１２記載のパターン形成方法。
【請求項１８】上記ビーム照射によって照射領域から放
出される２次イオン強度をモニタして加工終点を検出す
るに際し、２次イオン放出能が低い物質で構成された層
の下に加工対象層が存在する場合、この２次イオン放出
能の低い物質層を、加工対象層の加工領域より広い領域
で加工して除去してから、次いで加工対象層を加工する
ことで、加工対象層への２次イオン放出能の低い物質層
の影響を回避するようにして成る請求項１２記載のパタ
ーン形成方法。
【請求項１９】荷電粒子源から荷電粒子ビームを引き出
し、レンズと偏向電極によって加工すべき試料上に集束
・偏向・照射することで試料に所定のパターンを形成す
る荷電粒子ビーム加工装置を備えたパターン形成装置に
おいて、荷電粒子ビームの照射によって試料の加工対象
領域から放出する２次粒子を２次粒子検出器で検出し、
この検出信号を増幅した２次粒子の信号強度信号を分岐
し、分岐した信号の一方を荷電粒子ビーム加工装置のコ
ントローラとは異なる加工終点判定モジュールへ入力
し、加工終点判定モジュール内で荷電粒子ビーム加工装
置のコントローラとは独立に加工終点判定を行なうよう
に構成して成るパターン形成装置。
【請求項２０】上記荷電粒子源をイオン源とし、試料に
所定のパターンを形成する荷電粒子ビーム加工装置を集
束イオンビーム加工装置で構成して成る請求項１９記載
のパターン形成装置。
【請求項２１】試料の加工対象領域から放出する２次粒
子を２次電子とし、２次粒子検出器を２次電子検出器で
構成して成る請求項１９記載のパターン形成装置。
【請求項２２】試料の加工対象領域から放出する２次粒
子を２次イオンとし、２次粒子検出器を２次イオン検出
器で構成して成る請求項１９記載のパターン形成装置。
【請求項２３】上記入力した２次粒子信号を照射ビーム
の１面の走査における各ビーム照射スポットごとに加算
し、１面ごとの加算データを加算回路でラッチし、ラッ
チしたデータを一定の時間間隔で読みだし、処理系に入
力する構成として成る請求項２０もしくは２１記載のパ
ターン形成装置。
【請求項２４】上記加工終点検出モジュールをハード部
分で構成して成る請求項１９もしくは２０記載のパター
ン形成装置。