(57)【要約】【課題】本発明は、集束イオンビーム装置および半導体装置の製造方法に関し、多層構造物の下層構造を検出できる集束イオンビーム装置および半導体装置の製造方法を得ることを目的とする。【解決手段】本発明に係る集束イオンビーム装置は、試料が搭載されるステージと、該試料にイオンビームを照射するイオンビームカラムと、該イオンビームカラムの外側に設けられ、該イオンビームカラムの光軸上と該光軸外との間を移動し、該光軸上で該試料を光学撮像する光学撮像部と、を備える。【選択図】図１
2020013762.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
試料が搭載されるステージと、
前記試料にイオンビームを照射するイオンビームカラムと、
前記イオンビームカラムの外側に設けられ、前記イオンビームカラムの光軸上と前記光軸外との間を移動し、前記光軸上で前記試料を光学撮像する光学撮像部と、
を備えることを特徴とする集束イオンビーム装置。
【請求項２】
前記イオンビームカラムのフォーカスが前記試料に合うときの前記ステージの高さと、前記光学撮像部のフォーカスが前記試料に合うときの前記ステージの高さと、の差分を記憶し、前記差分に基づき前記ステージの高さを変更する制御部を備えることを特徴とする請求項１に記載の集束イオンビーム装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記イオンビームの照射の後に光学撮像する場合、または、光学撮像した後に前記イオンビームを照射する場合に、前記差分に基づき前記ステージの高さを変更することを特徴とする請求項２に記載の集束イオンビーム装置。
【請求項４】
前記ステージには、アライメントマークが設けられ、
前記制御部は、前記アライメントマークに基づき、前記イオンビームカラムのフォーカスが前記試料に合うときの前記ステージの高さと、前記光学撮像部のフォーカスが前記試料に合うときの前記ステージの高さと、を検出することを特徴とする請求項２または３に記載の集束イオンビーム装置。
【請求項５】
前記試料は、第１層と、前記第１層の上に設けられた第２層を有し、
前記光学撮像部は、前記第２層を透過し前記第１層により反射される光を撮像することを特徴とする請求項１から４の何れか１項に記載の集束イオンビーム装置。
【請求項６】
前記光学撮像部は、光学マイクロスコープを備えることを特徴とする請求項１から５の何れか１項に記載の集束イオンビーム装置。
【請求項７】
前記光学撮像部は、前記ステージとは独立して移動することを特徴とする請求項１から６の何れか１項に記載の集束イオンビーム装置。
【請求項８】
前記光学撮像部は、前記試料に面する可動式ミラーまたはプリズムを有することを特徴とする請求項１から７の何れか１項に記載の集束イオンビーム装置。
【請求項９】
前記光学撮像部の光軸を中心として設けられたリング照明を備え、
前記リング照明は、照射方向または波長が可変であることを特徴とする請求項１から８の何れか１項に記載の集束イオンビーム装置。
【請求項１０】
第１層の上に第２層を形成し、
前記第２層にイオンビームカラムからイオンビームを照射し、
前記イオンビームカラムの外側に設けられた光学撮像部を前記イオンビームの光軸上に配置し、前記第２層を透過し前記第１層により反射される光を前記光学撮像部により撮像することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、集束イオンビーム装置および半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、集束イオンビーム装置が開示されている。集束イオンビーム装置は、
集束イオンビームを照射する集束イオンビーム鏡筒と、集束イオンビームの照射によって発生した二次荷電粒子を検出する検出器を備える。集束イオンビーム鏡筒は、ＦＩＭ（Ｆｉｅｌｄ  Ｉｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）像を取得する画像取得機構を有する。画像取得機構はコンデンサーレンズとアパーチャーとの間に設けられたミラーを含む。また、検出器で検出された二次荷電粒子からは観察画像データが生成され、表示部に観察画像が出力される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１９１８６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に示される二次荷電粒子を用いた表面観察では、一般に多層構造物の最表面層しか観察できない。このため、下層構造物の位置を特定するためには、例えば別装置で位置を確認し、マーキング等をする必要があった。従って、同一の装置内で全ての作業を完了することができず、作業が複雑化するおそれがあった。また、特許文献１のように鏡筒内にミラーを設置すると、アパーチャー、偏向器等に妨げられ、光学像を得ることが困難な可能性がある。
【０００５】
本発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、多層構造物の下層構造を検出できる集束イオンビーム装置および半導体装置の製造方法を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る集束イオンビーム装置は、試料が搭載されるステージと、該試料にイオンビームを照射するイオンビームカラムと、該イオンビームカラムの外側に設けられ、該イオンビームカラムの光軸上と該光軸外との間を移動し、該光軸上で該試料を光学撮像する光学撮像部と、を備える。
【０００７】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、第１層の上に第２層を形成し、該第２層にイオンビームカラムからイオンビームを照射し、該イオンビームカラムの外側に設けられた光学撮像部を該イオンビームの光軸上に配置し、該光学撮像部により該第２層を透過し該第１層により反射される光を撮像する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る集束イオンビーム装置および半導体装置の製造方法では、光学撮像部により多層構造物を構成する透明膜を介して下層構造を撮像できる。また、イオンビームカラムの外側に光学撮像部が設けられることで、イオンビームカラムの内部に設けられる部品に妨げられることなく、光学像を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施の形態１に係る集束イオンビーム装置を説明する図である。
【図２】実施の形態１に係る光学撮像部を説明する図である。
【図３】実施の形態１に係るアライメントマークを説明する図である。
【図４】実施の形態１に係る集束イオンビーム装置の光学撮像時の状態を示す図である。
【図５】実施の形態１に係る集束イオンビーム装置のイオンビーム照射時の状態を示す図である。
【図６】実施の形態１の変形例に係る集束イオンビーム装置を説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施の形態に係る集束イオンビーム装置および半導体装置の製造方法について図面を参照して説明する。同じ又は対応する構成要素には同じ符号を付し、説明の繰り返しを省略する場合がある。
【００１１】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る集束イオンビーム装置１００を説明する図である。集束イオンビーム装置１００は、ステージ１０を備える。ステージ１０は、５軸ステージである。ステージ１０は、Ｚ−Ｔｉｌｔステージ１０ｂと、Ｚ−Ｔｉｌｔステージ１０ｂの上に設けられたＸ−Ｙ−θステージ１０ａから構成される。Ｚ−Ｔｉｌｔステージ１０ｂは、試料１２の高さおよび水平方向に対する傾きを調節する。Ｘ−Ｙ−θステージ１０ａは、試料１２の水平方向の位置及び水平面内での回転角を調節する。
【００１２】
ステージ１０の上面には試料１２が搭載される。試料１２は、例えば厚さ３００μｍ、横幅２０ｍｍ、縦幅２０ｍｍの多層構造物である半導体装置である。試料１２において、各層間は透明膜で区切られている。本実施の形態では、試料１２は、第１層１２ａと、第１層１２ａの上に設けられた最表面の層である第２層１２ｂを有する。第２層１２ｂは透明膜から形成される。
【００１３】
ステージ１０の上方にはイオンビームカラム１４が設けられる。イオンビームカラム１４は試料１２にイオンビームを照射する。イオンビームは例えばＧａイオンビームである。イオンビームの照射により、試料１２表面の原子が弾き出され、試料１２の表面が微細に加工される。イオンビームカラム１４の内部には、図示しないレンズ、アパーチャーおよび偏向器等が設けられている。
【００１４】
集束イオンビーム装置１００は、検出器１６を備える。検出器１６は、試料１２へのイオンビームの照射に伴い放出される２次電子を検出する。検出された２次電子は２次電子映像化機構１８で映像に変換される。この映像は、表示部２０に表示される。検出器１６によって得られる画像は、ＳＩＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｉｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）像である。これにより、試料１２の表面の観察が可能になる。
【００１５】
集束イオンビーム装置１００は、光学撮像部３０を備える。光学撮像部３０は、例えば光学マイクロスコープ３１を備え、試料１２を光学撮像する。光学撮像部３０は、イオンビームカラム１４の外側に設けられる。光学撮像部３０で撮像された光学像は、光学像映像化機構２２で映像に変換される。この映像は、表示部２４に表示される。光学撮像部３０は、第２層１２ｂを透過し第１層１２ａにより反射される光を撮像する。光学撮像部３０は、少なくとも試料１２が反射する可視光を検出および撮像するものとしても良い。光学撮像部３０により、多層構造物を構成する透明膜を介して下層構造を撮像できる。
【００１６】
光学撮像部３０は、光軸を中心として円環状に設けられたリング照明３３を備える。リング照明３３は、照射方向または波長が可変である。リング照明３３は、後述するミラー３２の下方に設けられる。円環状のリング照明３３は、複数の部分に分割され、部分ごとに分割制御される。リング照明３３において点灯させる部分を変更することで、照射方向を変更できる。照射方向の調節により、試料１２の凹凸による影が調節される。これにより、試料１２の凹凸を強調して光学像を得ることができる。また、リング照明３３の波長変更により、試料１２の材質による光の吸収を強調できる。これにより、試料１２の材料組成を明確にできる。従って、異物等を検出し易くできる。
【００１７】
ステージ１０、試料１２、検出器１６、光学撮像部３０、イオンビームカラム１４のイオンビーム出力部分は、真空チャンバー４０の内部に設けられる。
【００１８】
集束イオンビーム装置１００は制御部５０を備える。制御部５０は、例えばイオンビームカラム１４に対する試料１２の位置あわせ、光学撮像部３０に対する試料１２の位置あわせ、イオンビームカラム１４と光学撮像部３０の光軸の調節等を行う。制御部５０は、２次電子映像化機構１８および光学像映像化機構２２を制御しても良い。また、制御部５０は上述したリング照明３３の照射方向および波長の制御を行っても良い。
【００１９】
図２は、実施の形態１に係る光学撮像部３０を説明する図である。光学撮像部３０は、移動機構３６を有する。移動機構３６は、土台３４とモーター３５から構成される。土台３４は、光学マイクロスコープ３１を搭載し、光学マイクロスコープ３１を水平方向に保持する。土台３４は、光学マイクロスコープ３１の受光面がイオンビームカラム１４の光軸９０に対して垂直方向を向くように、光学マイクロスコープ３１を保持する。モーター３５は土台３４を少なくともＸ、Ｙ方向である水平方向に移動させる。これにより、光学マイクロスコープ３１は水平方向に移動する。光学撮像部３０は、ステージ１０とは独立して移動する。
【００２０】
光学マイクロスコープ３１の受光側にはミラー３２が取り付けられる。移動機構３６によって、ミラー３２は矢印８０に示される方向に移動する。ミラー３２はイオンビームカラム１４と試料１２の間において、イオンビームカラム１４の光軸９０上と光軸９０外との間を移動する。
【００２１】
光学撮像部３０は、光軸９０上で試料１２を光学撮像する。ミラー３２は、矢印８１に示されるように、イオンビームカラム１４の光軸９０上において試料１２からの光を光学マイクロスコープ３１に導く。
【００２２】
図３は、実施の形態１に係るアライメントマーク１０ｃを説明する図である。ステージ１０の上面には、アライメントマーク１０ｃが設けられる。アライメントマーク１０ｃは、試料１２の搭載部の外側に設けられる。制御部５０は、アライメントマーク１０ｃを用いて、イオンビームカラム１４の光軸９０と、光学撮像部３０の光軸が同軸となるように移動機構３６を制御する。
【００２３】
また、制御部５０は、アライメントマーク１０ｃに基づき、イオンビームカラム１４のフォーカスが試料１２に合うときのステージ１０の高さＺ１と、光学撮像部３０のフォーカスが試料１２に合うときのステージ１０の高さＺ２とを検出する。制御部５０は不揮発性メモリ等の記憶部と、演算部とを有する。制御部５０は、高さＺ１、Ｚ２を記憶部に記憶する。また、制御部５０は、演算部により高さＺ１と高さＺ２との差分Ｚ１−Ｚ２を演算し、記憶部に記憶する。制御部５０は、後述するように、差分Ｚ１−Ｚ２に基づきステージ１０の高さを変更する。
【００２４】
図４は、実施の形態１に係る集束イオンビーム装置１００の光学撮像時の状態を示す図である。図５は、実施の形態１に係る集束イオンビーム装置１００のイオンビーム照射時の状態を示す図である。図４、５を用いて、本実施の形態の集束イオンビーム装置１００の動作および半導体装置の製造方法を説明する。なお、図４、５において制御部５０、２次電子映像化機構１８および光学像映像化機構２２は省略されている。
【００２５】
まず、第１層１２ａの上に第２層１２ｂを形成することで、試料１２を形成する。次に、ステージ１０の上に試料１２を搭載し、第２層１２ｂをイオンビームで加工する。加工において、イオンビームの照射と光学撮像を繰り返し、光学撮像によって得られる光学像を参照してイオンビームの照射条件を調整する。
【００２６】
まず、イオンビームの照射の後に光学撮像する場合の動作について説明する。初期状態として、ステージ１０はイオンビームカラム１４のフォーカスが試料１２に合うときの高さＺ１に設定され、ミラー３２は光軸９０の外側にあるものとする。また、制御部５０は、イオンビームカラム１４と光学撮像部３０のフォーカスの調整を行ったうえで、差分Ｚ１−Ｚ２を記憶しているものとする。
【００２７】
まず、制御部５０はステージ１０の現在の高さを記憶する。次に制御部５０は、図４の矢印８２に示されるように、差分Ｚ１−Ｚ２だけステージ１０を下降させる。これにより、ステージ１０は、光学撮像部３０のフォーカスが試料１２に合う高さＺ２に設定される。
【００２８】
次に、制御部５０は、図４の矢印８３に示されるように光学撮像部３０をイオンビームカラム１４の光軸９０上に移動させる。この状態で、光学撮像部３０は試料１２の光学像を取得する。これにより、表示部２４に試料１２の光学像が表示される。
【００２９】
次に、光学撮像した後にイオンビームを照射する場合の動作について説明する。図４に示される状態を初期状態として、制御部５０は、図５の矢印８４に示されるように、光学撮像部３０をイオンビームカラム１４の光軸９０外に移動させる。このように、本実施の形態ではイオンビームの光軸９０から光学撮像部３０を容易に回避させることができる。つまり、イオンビーム照射時に光学マイクロスコープ３１を保護できる。また、光学撮像部３０がイオンビーム加工又はＳＩＭ像取得に影響を及ぼすことを防止できる。
【００３０】
次に、制御部５０は、矢印８５に示されるように、差分Ｚ１−Ｚ２だけステージ１０を上昇させる。これにより、ステージ１０は、イオンビームカラム１４のフォーカスが試料１２に合う高さＺ１に設定される。
【００３１】
次に、第２層１２ｂにイオンビームカラム１４からイオンビーム９１を照射する。イオンビーム９１の照射は、表示部２４に表示された光学像に基づき調節されても良い。使用者は、光学像を見ながらステージ１０を操作することで、加工位置を容易に調節できる。また、イオンビーム９１の照射により発生する２次電子を検出器１６が検出する。これにより、ＳＩＭ像が表示部２０に表示される。
【００３２】
このように、本実施の形態では光学像、ＳＩＭ像により多様な観察をすることができる。また、光学撮像部３０は、イオンビーム９１の光軸９０と同軸上にあるため、イオンビーム９１による加工箇所と光学観察箇所とを一致させることができる。従って、試料１２の観察評価を容易にできる。
【００３３】
また、光学マイクロスコープ３１は、例えば５００倍未満の低倍率にて、試料１２を広範囲に撮像する。このため、試料１２の広範囲の観察を容易に実施できる。また、光学マイクロスコープ３１で光学撮像することにより、試料１２の最上層に加えて下層も観察できる。このため、下層構造物の位置を別装置で確認する必要が無く、同一の装置内で加工作業を完了できる。従って、イオンビームによる加工を容易に実施できる。
【００３４】
また、本実施の形態では光学撮像部３０がイオンビームカラム１４の外側に設けられる。これにより、イオンビームカラム１４の内部に設けられるアパーチャー、偏向器等の部品に妨げられることなく、光学像を得ることができる。
【００３５】
また、制御部５０は、イオンビーム９１の照射の後に光学撮像する場合、または、光学撮像した後にイオンビーム９１を照射する場合に、差分Ｚ１−Ｚ２に基づきステージ１０の高さを変更する。差分Ｚ１−Ｚ２を繰り返し利用することで、イオンビーム９１の照射と光学撮像との切り替え毎にフォーカスを合わせる必要が無く、加工時間を短縮できる。また、撮像と加工の繰り返しを容易にできる。
【００３６】
本実施の形態では、光軸９０は試料１２の上面と垂直である。これに限らず、光軸９０は試料１２に対して傾いていても良い。また、光学マイクロスコープ３１は水平方向の移動に限らず、光軸９０上と光軸９０外との間を移動できれば良い。また、リング照明３３は、用途に応じて設けなくても良い。
【００３７】
図６は、実施の形態１の変形例に係る集束イオンビーム装置２００を説明する図である。集束イオンビーム装置２００は、ミラー３２の代わりに可動式ミラー２３２を備える点が集束イオンビーム装置１００と異なる。これ以外の構成は、集束イオンビーム装置１００と同様である。可動式ミラー２３２は、光学マイクロスコープ３１の受光側の端部において、試料１２に面するように設けられる。
【００３８】
集束イオンビーム装置２００では、可動式ミラー２３２の角度の調節により、試料１２をさまざまな角度から光学撮像できる。これにより、さらに詳細な観察が可能となる。また、可動式ミラー２３２に代えて、プリズムを用いても良い。
【００３９】
なお、本実施の形態で説明した技術的特徴は適宜に組み合わせて用いてもよい。
【符号の説明】
【００４０】
１００、２００  集束イオンビーム装置、１０  ステージ、１０ｃ  アライメントマーク、１２  試料、１２ａ  第１層、１２ｂ  第２層、１４  イオンビームカラム、３０  光学撮像部、３１  光学マイクロスコープ、３３  リング照明、５０  制御部、９０  光軸、９１  イオンビーム、２３２  可動式ミラー
【図１】
2020013762.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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