JPS61248346A - 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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JPS61248346A
JPS61248346A JP60239266A JP23926685A JPS61248346A JP S61248346 A JPS61248346 A JP S61248346A JP 60239266 A JP60239266 A JP 60239266A JP 23926685 A JP23926685 A JP 23926685A JP S61248346 A JPS61248346 A JP S61248346A
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electron
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plane
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MAIKURION Ltd PAATONAASHITSUPU
MICRION Ltd
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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】 本発明は一般には集束イオンビームプロセスに関し、よ
り詳細には正確で高度に制御された方法で不導体である
エツチングターゲットをスパッタリングするためのサブ
ミクロンの集束イオンビームの使用に関する。本発明は
光学及びイオン照射マスク及びＸ線リソグラフィーマス
ク及び十字線ケ修理する独自の方法を具現化している。
絶縁体のエツチングに伴なう主な技術的困難は、エツチ
ングプロセスの間にイオンビームによす堆積された電荷
を排除するためにこれらの絶縁体の不活性に関連してい
る。局部的な市１位はビーム形状を非常に低下するよう
な、入射ビームの電位にほとんど達する。ビームの位置
はこの時にはもはや電子駆動信号の信頼できる関数では
ない。
クラス３５０のサブクラス２５１，２８１．３１０．４
２３．４２７．４９２．２及び４９２．３；クラス１５
６のサブクラス６４３；及びクラス４３０のサブクラス
９４２のサーチは、米国特ト第３，２１９，８１７号、
第３，６６５，１８５号、第３゜８４５，３０５号、第
３，８７８，３９２号、第４，０５２．６１４号、第４
，２４９，０７７号、第４，３８１，４５３号、英国明
細書第９９９，３８０号及びＨｅｌｍｕｔ　Ｌｉｅｂ＋
の［結合イオン及び電子マイクロプローブ装置の設計（
ＤＥＳＩＧＮ　ＯＦ　Ａ　ＣＯＭＢ−ＩＮＥＤ　ＩＯＮ
　ＡＮＤ　ＥＬＥＣＴＲＯＮ　ＭＩＣＲＯＰＲＯ−ＢＥ
　ＡＰＰＡＲＡＴＵＳ　）　Ｊ　（Ｉｎｔ、　Ｊ、　Ｍ
ａｓｓ、　Ｓｐｅｃ−ｔｒｏｍ、　Ｉｏｎ　Ｐｈｙｓ、
、　６　Ｎｏｓ、　５−６　（１９７１）。
ＰＰ、４０１−４１２）を発見した。発見された他の従
来技術は、米国特許第３，６６５，１８５号、第３．９
２０，９８９号、第４．２４９，０７７号、第４，３６
１．７６２号、第４，４４７，７２４号、第４，４６３
゜２５５号、第４，４５３，０７８号、第３，９２０，
９８９号、４，２４９，０７７号、第４，３６１，７６
２号及び、１４，４４７，７２４，７及び引用された引
例を含んでいる。これらの最も重要なものは、電荷中和
についての既知の技術として電子流を説明している特許
第４，４６３，２５５号であると思われる。
本発明によれば、ターゲットを正確にスパッタエツチン
グする微細に焦束されイオンビーム源、電子源、及びイ
オンビームの正確な位置決め及びターゲット上のサブミ
クロン形状の維持を可能にするためにターゲット上のイ
オンビーム電荷を中和するようにターゲット上に電子を
向けろ手段が備えられている。本発明の別の特徴によれ
ば、ターゲットをエツチングするプロセスを制御するた
めにターゲット表面からたたき出された粒子をモニタて
る手段が備えられ℃いる。
以下に図面を参照して本発明について詳細に説明する。
ｔＰＪＩ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を形成するためにレンズ１２により集
束されたイオンを与えるイオン源１１を備え℃いる。こ
の集束されたイオンビーム１４は基版１６の表面１５上
に衝突するように偏向板１３により偏向される。低エネ
ルギ電子＠１１７は電子ビーム２１を形成するためにレ
ンズ１８により角−束゛される電子源を備えている。電
子ビームは、イオンビーム１４が表面１５上に鮮鋭に集
束されている点を囲んでいる表面１５の一部分に注ぐ集
束された電子スポットを形成するために制御要素２２を
介して通る。
制御要素２２は充満した電子ビームを偏向するためにあ
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はシステムコンピュータ２５へ信号を
与えるために、表面１５からたたき出されたイオンを検
出する。電子及びイオン検出器２６に、グリッド２７が
演算増幅器３１を介して信号を与えるように適正にバイ
アスされた時に、グリッド２７を通って表面１５からた
たき出された電子及びイオンを検出する。この演算増幅
器３１を通る信号もシステムコンピュータ２５に印加さ
れる。
システムコンピュータ２５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３
１の対応した指定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？接続す
る。典型的な電子選択電位及びイオン選択電位けそれぞ
れ＋３００から＋６００ボルト及び−３００から一２０
００ボルトの範囲内にある。マルチプレクサ制御３４は
電子鏡１７のプレート２２を偏向する偏向信号を与える
。システムコンピュータ２５＆”！、偏向プレート１３
を附勢するために増幅器３５を偏向する偏向信号も与え
る。
装置の要素に当該技術におい℃知られており、本発明の
原理をあいまいにすることを避けろためにここでは詳細
には説明しない。例えば、イオン源ＩＨｊＦＥＩ社から
市販されているものである。
低エネルギ電子状１７はＫｉｍｂａｌｌ　Ｐｈｙｓｉｃ
ｓ社から市販され１いろものである。電子及びイオン検
出器２６はＧａｌｉｌｅｏ社から市販され１いる　１チ
ャンネル嶌子増倍管から成っている。
装置の構成が説明されたので、動作モードが説明される
。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
かも発生する。イオン源１１Ｔｔ丁静電レンズ１２によ
つ℃加速されそして集束されるイオンを与える。デフレ
クタ１３ハ表面１５上に典型的にはほぼ１平方ミリメー
トルの領域内で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＆１６０表面１５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ろ
。
（３）原子が表面１５からたたき出される。
（４）　　ビーム１４からの１次イオンが表面１５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が小さく保たれかつこのビームが表面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
上にエツチングて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ビルドアップして、非集
束電界を形成するこの電界は表面におけるイオンビーム
の形成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′Ｃは、電子及びイオン共
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表面１５を電子！
ｊ＃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２５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表面１５上の電子の数
を効果的に制御する信号を、電子鏡制御電極２２に与え
る。切り換え可能な負のイオン及び電子検出器２６は、
システムコンビ＝−夕２５に適正な信号を供給するため
に可変利得を有する演算増幅器３１によって増幅された
電気信号を与えるように負のイオン及び電子を通過させ
るべくグリッド２７がバイアスされた時に、表面１５か
ら逃げる電子及びイオンの数を計測する。
コンピュータシステム２５はこれらの検出した信号をモ
ニタして、プロセスが使用可能なように乱さないように
電子の流れ及びタイミングを制御する。ビーム１４によ
る正イオンの電荷を中和するために表面１５上の電子の
流れを調整することにより、このプロセスは帯電した表
面によって生じる乱れに影響されない。
重装置は既知の方法に従って制御を行なうシステムコン
ピュータに関連して説明されたが、本発明は所望の制御
をマニュアルに行なうようにもできる。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３
２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３１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、信号をデフレクタ１３に印加することによってイ
オンビーム１４を偏向する代わりに、イオンビーム１４
は静止したま゛まであって基板１６が偏位するようにで
きろ。基板１６ハ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℃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、デフレクタ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れの突然の変化が
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２６から受信した信号によって較正される。この
特定の振幅は基板表面１５上の特定の位置に対応してい
る。
本装【！引マホトオプテカルマスク及び十字線（ｒｅ−
ｔｉｃｌｅｓ　）を修理する際に特に有用である。マス
りあろ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（光阻止粒子のエツチング）、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１し復されるように
）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℃、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℃、イオンビーム【工欠陥
を４「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
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
る一時には、ビーム２１内の低エネルギ流の電子が検出
器２６に引き寄せられ、所望の信号を１畳する。
そのため、状態に応じて、電子鏡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１゛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′″Ｃ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は取りながら、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を出るイオンの形式を定量的に決定スるために
使用される。この情報はシステムコンピュータ２５によ
り処理され、ビーム１４のエツチング位ｔヶ調整し又、
典型的にはガラスである基板１６の望ましくないエツチ
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。
透明な峰埋においては、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′緘子、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、　Ａｔｗｏｏ
ｄ及びＪ、　）Ｌ　Ｂｒｕ−ｎｉｎｇ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？エツ
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ツチングを必
要とする。正確な光学要素がエツチングされねばならな
いので、電子中和ビーム２１はイオンエツチングビーム
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が表面１５
上を走査される時に、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１０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次イオンビームエツチングの領域に到達する電
子流ＶＣ付し゛″ＣＣ増加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　Ｘ　１０″′９゛ア
ンペアであり、約ＩＡ／ｃＩＩｔの密度を有している。
電子ビームの電流は典型的には１０１６アンペアであり
１０−’　Ａ／ｉの転流密度を有し又いる。電子ビーム
電流は浚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。
以上、表面上に鮮鋭に集束されたイオンビームを保持す
ることを可能にしかつイメージング及び制御を行なうよ
うに、イオンビーム衝撃に応答して基板上に発生された
表面電荷を中和する新しい装置及び方法が説明された。
【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ツ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、４２　；
レンズ、１３：偏向プレート、１４：イオンビーム、１
５：表面、１６：基板、１７：電子銃、１８：レンズ、
２１：′１ｉ子ビーム、２２：電子銃制御電極、２４：
イオン検出器、２６：を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、（外５名）

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）集束イオンビーム処理装置であつて 所定の表面プレーン内の基板表面上に衝突する細かく集
    束されたイオンビーム源、 電子ビーム源、及び 前記表面プレーン内に前記イオンビームにより発生され
    る表面電荷を中和して、前記表面プレーン内の前記イオ
    ンビームの焦点ぼけ及び望ましくない偏向を低減するた
    めに、前記イオンビームと相交わっている前記表面プレ
    ーン内の点を囲む領域内の前記表面プレーンに向けて前
    記電子ビームを向ける手段、 から成ることを特徴とする集束イオンビーム処理装置。
  2. （２）特許請求の範囲第１項において、 前記表面プレーンから２次放出された粒子を検出する検
    出手段、及び該検出手段により与えられる信号に応答し
    て、前記イオンビーム及び前記電子ビームを共に作用す
    るようにかつ前記イオンビームを所望の方法及び位置に
    前記表面プレート内にエッチングさせるように制御する
    制御手段、を備える集束イオンビーム処理装置。
  3. （３）特許請求の範囲第２項において、前記検出手段が
    、前記イオンビームによる基板表面上の衝突に応答して
    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
    器から成る集束イオンビーム処理装置。
  4. （４）特許請求の範囲第２項において、前記検出手段が
    、前記イオンビームによる衝突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
    びイオン検出器から成る集束イオンビーム処理装置。
  5. （５）特許請求の範囲第４項において、前記電子及びイ
    オン検出器と前記表面プレーンとの間に挿入され、イオ
    ンが前記電子及びイオン検出器に入ることを可能にしつ
    つ電子が入ることを防止する電界を選択的に確立するグ
    リッド手段、及び前記電界を確立するために前記グリッ
    ド手段を選択的にバイアスする手段を備える集束イオン
    ビーム処理装置。
  6. （６）特許請求の範囲第５項において、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
    前記表面プレーン上に衝突するという時間を制御するマ
    ルチプレクサ制御手段を備える集束イオンビーム処理装
    置。
  7. （７）特許請求の範囲第１項において、前記イオンビー
    ム及び前記電子ビームが、それぞれイオンビーム電流よ
    りも非常に大きい電流及びイオンビーム電流密度よりも
    非常に小さい電流密度を有する電流を発生する集束イオ
    ンビーム処理装置。
  8. （８）特許請求の範囲第１項において、前記所定の表面
    プレーン内に前記基板表面を有する基板を備え、前記基
    板が優れた絶縁材料でありかつ前記表面内に薄い導電層
    を形成させることにより前記表面上の前記イオンビーム
    の衝突に応答し、前記導電表面が電荷を中和するために
    前記イオンビームにより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ために前記電子ビーム
    源からの電子流に対して増大した表面導電領域を与える
    集束イオンビーム処理装置。
  9. （９）集束イオンビーム処理装置を使用する方法におい
    て、所定の表面プレーン内の基板表面上に微細に集束さ
    れたイオンビームを向けること、及び 前記イオンビームにより発生された前記表面プレーン内
    の表面電荷を中和して前記表面プレーン内の前記イオン
    ビームの焦点ぼけ及び望ましくない偏向を低減するため
    に、前記イオンビームと相交わる前記表面プレーン内の
    点を囲む領域内の前記表面プレーンに電子ビームを向け
    ること、の各ステップから成ることを特徴とする集束イ
    オンビーム処理装置を使用する方法。
  10. （１０）特許請求の範囲第９項において、前記表面の特
    性を検出するために前記表面への前記イオンビームの衝
    突に応答した前記表面プレーンからの２次放出粒子を検
    出すること、及び 前記イオンビーム及び前記表面が相互に置き換えられた
    時に、前記表面から放出されている粒子の密度の変化を
    監視することにより、前記表面上の所定の位置でエッチ
    ングするために前記イオンビームを位置決めすること、 の各ステップを有する集束イオンビーム処理装置を使用
    する方法。
  11. （１１）特許請求の範囲第１０項において、前記イオン
    ブームの衝突に応答して前記表面から２次的に放出され
    た電子及びイオンの両方を検出するステップを有する集
    束イオンビーム処理装置を使用する方法。
  12. （１２）特許請求の範囲第９項において、基板表面を損
    傷し、そして前記基板の所望の光学特性を乱すことなく
    前記イオンビームによる１次イオンビームエッチングの
    領域を前記表面上に到達するように前記イオンビームか
    らの電子流に対して増大した表面導電領域を与えるため
    に実質的に前記基板の上側１０ナノメートル内に薄い導
    電層を形勢するべく前記イオンビームにより不純物を注
    入するステップを有する集束イオンビーム処理装置を使
    用する方法。
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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US90/001320 US4639301B2 (en) 1985-04-24 1985-04-24 Focused ion beam processing
US726713 1985-04-24

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Publication Number Publication Date
JPS61248346A true JPS61248346A (ja) 1986-11-05
JPH063728B2 JPH063728B2 (ja) 1994-01-12

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JP (2) JPH063728B2 (ja)
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