(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子を発生する荷電粒子源と、前記荷電粒子を加速し集束させ、集束荷電粒子ビームとするイオン光学系と、前記集束荷電粒子ビームを走査する偏向電極と、前記集束荷電粒子ビーム照射により試料の表面から放出される２次荷電粒子を検出する検出器と、前記検出器により検出された２次荷電粒子の信号に基づいて試料表面像を表示する画像表示装置と、前記試料を移動させるための試料ステージより構成される集束荷電粒子ビーム加工装置において、
前記偏向電極に印加する走査信号および前記画像表示装置はデジタル制御されており、前記試料の観察加工領域のＸ方向とＹ方向のサイズが異なり、かつ、Ｙ方向のサイズがＸ方向のサイズより小さい時に、試料の観察および加工の際、試料上のＹ方向の走査幅をＸ方向の走査幅の１／ｎとし（但しｎは１より大きい実数）、画像表示装置上にはＹ方向の表示尺度をＸ方向のｎ倍として表示することを特徴とする集束荷電粒子ビーム加工方法。
【請求項２】
請求項１に示す加工方法において、前記集束荷電粒子ビーム装置は、デジタルコード発生器と、前記デジタルコード発生器の出力を入力とし、前記入力信号に対応したアナログ信号を出力するＤ／Ａ変換器を持ち、前記Ｄ／Ａ変換器の出力を前記偏向電極に印加して、前記観察加工領域に集束荷電粒子ビームを走査し試料を加工する時、前記集束イオンビームのスポットサイズに比べて、前記Ｄ／Ａコンバータの分解能と加工領域幅で決まるドットピッチが大きい時には、前記観察加工領域に対応する１フレーム分を走査して加工した後、前記偏向電極に印加する信号に前記Ｄ／Ａ変換器の１ビット分以下で、かつ、ビームスポットが前回加工時のそれに一部重なるような微小オフセット値を加算して前記１フレーム分を走査することを所望回数行ない、前記ドットピッチ間の空隙が埋まるようにして加工することを特徴とする集束荷電粒子ビーム加工方法。
【請求項３】
荷電粒子を発生する荷電粒子源と、前記荷電粒子を加速し集束させ、集束荷電粒子ビームとするイオン光学系と、前記集束荷電粒子ビームを走査する偏向電極と、前記集束荷電粒子ビーム照射により試料の表面から放出される２次荷電粒子を検出する検出器と、前記検出器により検出された２次荷電粒子の信号に基づいて試料表面像を表示する画像表示装置と、前記試料を移動させるための試料ステージより構成される集束荷電粒子ビーム装置において、
前記偏向電極に印加する走査信号および前記画像表示装置はデジタル制御されており、前記試料の観察加工領域のＸ方向とＹ方向のサイズが異なり、かつ、Ｙ方向のサイズがＸ方向のサイズより小さい時に、試料の観察および加工の際、試料上のＹ方向の走査幅をＸ方向の走査幅の１／ｎとし（但しｎは１より大きい実数）、画像表示装置上にはＹ方向の表示尺度をＸ方向のｎ倍として表示することを特徴とする集束荷電粒子ビーム装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は集束荷電粒子ビームを試料の所定領域を走査させながら照射することにより、その試料表面の所定領域を加工する、及び、集束荷電粒子ビーム照射により発生する二次粒子を検出することにより試料表面を観察する集束荷電粒子ビーム装置の利用方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の集束荷電粒子ビーム装置の例を図１０に基づいて説明する。従来の集束イオンビーム装置は特開昭５９−１６８６５２号公報に示されている様に、液体金属イオン源から引き出し電極によりイオンを引き出し、そのイオンをアパーチャ及び静電レンズにより集束イオンビームにし、その集束イオンビームを偏向電極により試料表面の所定領域を照射するように偏向走査させるイオンビーム照射装置２、及びイオンビーム照射により試料５上に薄膜形成するための原料ガスを試料表面に供給する装置３が試料室１に装着されている。走査された集束イオンビーム１０の試料５表面への繰り返し照射により、試料の所定領域は、スパッタエッチングされる。この性質を用い、試料を構成する物質、例えば、半導体素子の配線部分等を除去する。また、集束イオンビーム１０の照射により試料５表面から発生する二次電子や二次イオン等の二次粒子を検出器６によって検出し、画像表示装置７によって試料５表面像を観察する。さらに、原料ガスを試料表面に供給する装置３によって試料表面に原料ガスを供給しながら、集束イオンビーム１０を試料表面へ繰り返し照射することにより、試料の所定領域に薄膜形成を行う。以上の機能を用い、特に半導体集積回路の配線変更等に利用されている。
【０００３】
また集束イオンビームをデジタルで走査する方法は例えば特公平３−４８４９９号や、特公平６−３８３２９号等に示されている。
集束イオンビーム照射系において、デジタル制御の場合、集束イオンビーム走査信号は図７に示すようにステップ状に増減する。従って試料表面のイオンビームの照射位置もステップ状に変化する。通常、画像表示装置７に画像を表示する場合、集束荷電粒子ビーム装置の偏向電極に入力する集束イオンビーム走査信号と画像表示装置７の画像走査信号とを同期させる。画像の強度信号は、検出器６により得られた二次粒子検出強度に基づいて変化させる。デジタル制御の場合は、集束イオンビーム走査信号及び画像走査信号の１ステップを画像表示装置の１ピクセルに対応させている。図１１に特公平６−３８３２９号に記載されている従来のデジタル走査方法の例を示す。図１１において、１の位置のドット３１を右から左へ、そして上から下へ走査し、その操作を１の位置のドット３１から２の位置のドット３２へ、また３の位置、４の位置のドット３３、３４へ集束イオンビーム照射の走査をずらしながら順次走査する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
集束イオンビーム照射のための集束荷電粒子ビーム走査信号において、Ｘ，Ｙ方向の走査信号の分解能を１０ビット（１０２４）、走査範囲を５００μｍ、集束イオンビームのスポットサイズＳを０．１μｍとする。この場合ドットピッチＰｄは
0003578867.tif 000002
となり、集束イオンビームスポットサイズＳよりも大きい。つまり隣同士のビーム照射の重なりが無いことになる。この様子を図８に示す。この状態で試料５表面を集束イオンビームで走査し、エッチング加工を行うと、図９（ａ）に示すように削り残しが発生し、平坦な加工形状が得られない。図１１に示す従来のデジタル走査の例では、Ｐｄ＞Ｓの場合は、加工するべき試料表面上での各ビーム照射スポットを重ね合わせることができない。
【０００５】
また特許公報平３−４８４９９号に示されているようにＰｄ＜Ｓとなるようにドットピッチを設定する場合、集束荷電粒子ビーム走査信号用のＤ／Ａ変換器の分解能を高くしなければならない。例えば図１２に示すようにビームのスポットサイズＳを０．１μｍとしビームスポットの重なりを  ０．０５以上、集束荷電粒子ビームの走査範囲を５００μｍとしたい場合は、必要なＤ／Ａ変換器の分解能は１４ビット（１６３８４）となる。この時のドットピッチＰｄは
0003578867.tif 000003
となる。しかし集束荷電粒子ビーム走査信号の振幅を大きくして走査範囲を１ｍｍにするとＤ／Ａの分解能は１５ビット（３２７６８）必要となる。
【０００６】
このように必要とされる走査信号用Ｄ／Ａ変換器の分解能は集束荷電粒子ビーム走査範囲によって変わる。実用上走査範囲としては１ｍｍ以上必要であるから、集束荷電粒子ビーム走査信号用Ｄ／Ａ変換器は１６ビット程度のものを使用することになり、非常に高価なものとなる。
【０００７】
また加工領域のＸ方向とＹ方向のサイズが極端に異なる場合、サイズの大きい方が視野に入るまで観察の倍率を下げなければならない。しかし低倍像では加工位置決めの精度が低下し、精密加工が困難となる。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために本発明では、集束イオンビームによる加工の際、偏向電極に印加する集束荷電粒子ビーム走査信号に走査信号用Ｄ／Ａ変換器の１ビット分以下の微小オフセット値を加算して加工指定領域を走査することにより、削り残しのない加工方法を提供する。本発明によるエッチング加工部の模式図を図９（ｂ）に示す。
【０００９】
また加工領域のＸ方向とＹ方向のサイズが極端に異なる場合は、試料上のＹ方向の走査幅をＸ方向の走査幅の１／ｎとし、（但しｎは１より大きい実数）画像表示装置上にはＹ方向の表示尺度をＸ方向のｎ倍として表示することにより加工位置決めの精度低下を防ぎ、加工部全体の試料表面像を観察しながら精密加工が可能となる。さらに前記微小オフセット値を走査信号に加算して加工指定領域を走査し、加工することで削り残しのない加工が可能となる。
【００１０】
本発明によれば、集束イオンビーム走査のドットピッチＰｄと集束イオンビームのスポットサイズＳの関係が
Ｐｄ  ＞  Ｓ
の場合でも、走査範囲に依存せずに、また高分解能の走査信号用Ｄ／Ａ変換器を必要とせず、試料表面上でのビーム照射位置を重ね合わせ、ビーム照射が可能となる。
【００１１】
【実施例】
図１に本発明を実施する装置の構成例を示す。集束荷電粒ビームとして集束イオンビームを照射し試料を加工する集束イオンビーム加工装置を示したものである。走査信号発生器１１は、集束イオンビームの照射スポットを走査するための集束イオンビーム走査信号（集束荷電粒子ビーム走査信号として）および画像表示７の図示しない画像表示用の電子ビームを走査するための画像走査信号を発生する。走査信号発生器１１から発生する集束イオンビーム走査信号と画像走査信号とは同一のデジタル信号である。
【００１２】
微小オフセット信号発生器１２はデジタル信号である微小オフセット信号を発生するものであり、走査信号発生器１１のみによる信号により集束イオンビーム１０の照射を、微小量（ビームスポットピッチ以下量）ずらして走査させるためのものである。走査信号発生器１１および微小オフセット信号発生器１２は制御用コンピュータ１９により制御されており、集束イオンビーム１０の走査領域およびオフセット（ずらし）量を設定する。
【００１３】
走査信号発生器１１からのデジタル信号である集束イオンビーム走査信号は、走査信号Ｄ／Ａ変換器１３に入力され、デジタル信号からアナログ集束イオンビーム走査信号へ変換される。また、微小オフセット信号発生器１２はデジタル信号である微小オフセット信号は、オフセット信号Ｄ／Ａ変換器１４に入力され、デジタル信号からアナログオフセット信号へ変換される。
【００１４】
ここで、走査信号Ｄ／Ａ変換器１３からのＸ方向アナログ集束イオンビーム走査信号とオフセット信号Ｄ／Ａ変換器１４からのＸ方向アナログオフセット信号とは、Ｘ加算器１５に入力され、加算される。また、走査信号Ｄ／Ａ変換器１３からのＹ方向アナログ集束イオンビーム走査信号とオフセット信号Ｄ／Ａ変換器１４からのＹ方向アナログオフセット信号とは、Ｙ加算器１６に入力され、加算される。Ｘ加算器１５の出力とＹ加算器１６の出力は、それぞれＸ出力アンプ１７とＹ出力アンプ１８に入力され、それぞれの信号は増幅されて、イオン照射装置２の偏向電極２０に印加される。
【００１５】
微小オフセット信号の最大値としては、試料５表面での最大偏向距離が±１μｍ程度となるように微小オフセット信号Ｄ／Ａ変換器１４を設定する。微小オフセット信号Ｄ／Ａ変換器１４の分解能を１０ビット（１０２４）とすると、０．００１９５μｍ／ビットとなり、０．１μｍのビームスポットを重ね合わせるには充分な値である。また集束イオンビーム１０の走査範囲を１ｍｍ、走査信号Ｄ／Ａ変換器１３を１０ビット（１０２４）とすると、ドットピッチは０．９８μｍとなる。
【００１６】
図２に本発明による試料表面への集束イオンビーム走査方法を説明するための図である。ここでは、説明を簡単にするために、各円は直径が０．５μｍの集束イオンビーム１０のビームスポットを示す。０．９８μｍのドットピッチは集束イオンビーム１０のビームスポット径よりも遙に大きい。集束イオンビーム１０の照射の手順としては、まず微小オフセット信号発生器１２からの出力を０とする。偏向電極２０に印加される電圧は、走査信号発生器１１からの集束荷電粒子ビーム走査信号に基づいた電圧になる。このとき、つまり微小オフセット値を０にして走査すると、円中に１と記された位置に集束イオンビーム１０が照射される。１フレーム分の走査後、試料５表面上でドットピッチの１／３に相当するＸ側のみ微小オフセット信号を設定して、走査すると円中に２と記された位置に集束イオンビーム１０が照射される。この状態で１フレーム分の走査後、引き続き、試料５表面上でドットピッチの２／３に相当するＸ側の微小オフセット信号を設定して、走査すると円中に３と記された位置にビームが照射される。以下同様にしてＸ側に０を、Ｙ側にドットピッチの１／３の微小オフセット信号を設定して走査することで、ドットピッチ間にもビームを照射できる。そして、引き続き同様に、円中に５、６、７、８、９と記された位置に順次微小オフセット量を設定し、集束イオンビームを走査させる。なお、図２において、円中に１と最も近傍にある５とに記されたドットとの間には、円から外れた領域が存在するが、これは図を見やすくしたためであり、実際は集束イオンビーム１０の走査領域では全域、集束イオンビーム１０にて照射される。
【００１７】
図３には本発明によるライン走査方法を説明する図を示す。図２の場合と同様に微小オフセット値を０にして走査し、円中に１と記された位置にビームを照射する。１ラインの走査後、試料５表面上でドットピッチの１／３に相当するＸ側の微小オフセット信号を設定して、走査すると円中に２と記された位置にビームが照射される。この状態で１ラインの走査後、試料５表面上でドットピッチの２／３に相当するＸ側の微小オフセット信号を設定して、走査すると円中に３と記された位置にビームが照射される。以下この手順を繰り返してビームのライン走査を行い、ライン上の加工を行う。
【００１８】
図４に本発明による集束イオンビーム走査方法のもう一つの例を示す。図の様にドットピッチを一辺とする領域を一区画として、走査する領域を区画に分割する。走査領域の右端および下端には一区画に満たない領域も有り得る。ビーム照射は区画１について、走査信号発生器１１からの集束荷電粒子ビーム走査信号を一定にし、微小オフセット電圧を変化させながら円中の番号の１から９の位置に行う。走査信号発生器１１からの集束荷電粒子ビーム走査信号を区画２の円中に１と記された位置になるようにし、区画２についても同様にしてビーム照射を行う。以下区画３、区画４、区画５・・・・の順にビーム照射を行う。
【００１９】
図５には本発明による加工領域のＸ方向とＹ方向のサイズが極端に異なる場合の画像表示方法を説明する図を示す。同図（ａ）に被加工物である試料５と加工領域３０の寸法を示す。試料５は、１４×３μｍであり、加工領域３０は、１０２×１μｍである。通常の画像表示装置７での画像表示方法ではＸ方向とＹ方向の表示の尺度は等しく、図５（ｂ）に示す様な表示となる。本発明による方法ではＹ方向の表示の尺度をＸ方向のｎ倍とする。ｎ＝３の場合を図５（ｃ）に示す。
Ｙ方向が拡大表示されるため、Ｙ方向の加工領域の指定（位置決め）を精度良く行うことができる。またこの場合はＹ方向の走査範囲はＸ方向の１／３となる。この様子を図６に示す。従ってドットピッチはＹ方向の方がＸ方向に比べて短くなる。Ｘ方向のドット密度を高めるには図２で説明した方法をＸ方向のみに適応する。
【００２０】
上記説明では説明の簡便化のため、ドットピッチを１／３に分割した集束イオンビームの照射法を示したが、更に細分化した方がよりきれいな加工形状が得られる。
また、上記実施例では特に言及していないが、加算器１５、１６を用いずに、走査信号印加用の偏向電極と、微小オフセット信号印加用の偏向電極をそれぞれ用意して、上記と同様の制御をすることもできる。
【００２１】
【発明の効果】
本発明によれば、集束イオンビーム走査のドットピッチＰｄと集束イオンビームのスポットサイズＳの関係が
Ｐｄ  ＞  Ｓ
の場合でも、走査範囲に依存せずに、また高分解能の走査信号用Ｄ／Ａ変換器を必要とせず、試料表面上でのビーム照射位置を重ね合わせることができる。従って削り残しの無い加工が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を実施する装置の構成例を示すブロック図を示す。
【図２】本発明による試料表面への集束イオンビーム走査方法を示す平面図である。
【図３】本発明によるライン走査方法を示す平面図をである。
【図４】本発明による集束イオンビーム走査方法の他の例を示す平面図である。
【図５】本発明による加工領域のＸ方向とＹ方向のサイズが極端に異なる場合の画像表示方法を示す平面図である。
【図６】本発明の実施例の走査方法を示す平面図である。
【図７】デジタル制御による走査信号の模式図を示す。
【図８】ドットピッチとビームスポット径を説明する図を示す。
【図９】図９（ａ）は従来の加工方法による加工形状の模式図を示し、図９（ｂ）は本発明の加工方法による加工形状の斜視図を示す。
【図１０】従来の集束イオンビーム装置のブロック図を示す。
【図１１】従来のデジタル走査の例を説明する平面図である。
【図１２】ビームスポットの重なりを説明する平面図である。
【符号の説明】
１  試料室
２  イオンビーム照射装置
３  原料ガス供給装置
４  試料ステージ
５  試料
６  二次粒子検出器
７  画像表示装置
８  イオン光学系制御電源
９  試料ステージ駆動系
１０  イオンビーム
１１  走査信号発生器
１２  微小オフセット信号発生器
１３  Ｄ／Ａ変換器
１４  微小オフセット信号用Ｄ／Ａ変換器
１５  加算器
１６  加算器
１７  出力アンプ
１８  出力アンプ
１９  制御用コンピュータ
２０  偏向電極
２１  微小オフセット値が０の場合のビーム照射位置
２２  微小オフセット値加算時のビーム照射位置  Ａ
２３  微小オフセット値加算時のビーム照射位置  Ｂ
２４  微小オフセット値加算時のビーム照射位置  Ｃ
２５  微小オフセット値加算時のビーム照射位置  Ｄ
２６  微小オフセット値加算時のビーム照射位置  Ｅ
２７  微小オフセット値加算時のビーム照射位置  Ｆ
２８  微小オフセット値加算時のビーム照射位置  Ｇ
２９  微小オフセット値加算時のビーム照射位置  Ｈ
３０  加工領域
３１  １の位置のドット
３２  ２の位置のドット
３３  ３の位置のドット
３４  ４の位置のドット
【図１】
0003578867.tif 000004
【図２】
0003578867.tif 000005
【図３】
0003578867.tif 000006
【図４】
0003578867.tif 000007
【図５】
0003578867.tif 000008
【図６】
0003578867.tif 000009
【図７】
0003578867.tif 000010
【図８】
0003578867.tif 000011
【図９】
0003578867.tif 000012
【図１０】
0003578867.tif 000013
【図１１】
0003578867.tif 000014
【図１２】
0003578867.tif 000015