(57)【要約】【課題】加工対象に対応した正確な終点検出を可能にする技術を提供する。【解決手段】イオンビーム加工装置は、イオンビーム１３ａの走査によって対象物から発生する二次粒子を検出する荷電粒子検出器１５と、この荷電粒子検出器１５で検出した二次粒子によるＳＩＭ像において複数の加工箇所のＳＩＭ像の明度の時間変化を検出し、この明度に応じてイオンビーム１３ａによる加工条件を制御する制御装置２０と、を備える。制御装置２０は、ＳＩＭ像上に配置した複数の加工領域に対して独立にＳＩＭ像の明度の時間変化を検出する検出処理部２１ａと、明度の閾値を設定する設定処理部２１ｂと、対象物の加工中において、検出処理部２１ａで検出した加工領域の明度が、設定処理部２１ｂで設定した閾値に相当した場合をそれぞれの加工領域の加工終点として、加工領域毎に加工を独立に終了する終了処理部２１ｃと、を含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
イオンビームの走査によって対象物から発生する二次粒子を検出する検出器と、
前記検出器で検出した二次粒子による走査イオン顕微鏡像において複数の加工箇所の走査イオン顕微鏡像の明度の時間変化を検出し、前記明度に応じてイオンビームによる加工条件を制御する制御装置と、
を備える、イオンビーム加工装置。
【請求項２】
請求項１に記載のイオンビーム加工装置において、
前記制御装置は、
前記走査イオン顕微鏡像上に配置した複数の加工領域に対して独立に走査イオン顕微鏡像の明度の時間変化を検出する検出処理部と、
明度の閾値を設定する設定処理部と、
前記対象物の加工中における前記検出処理部で検出した加工領域の明度が、前記設定処理部で設定した閾値に相当した場合をそれぞれの加工領域の加工終点として、加工領域毎に加工を独立に終了する終了処理部と、
を含む、イオンビーム加工装置。
【請求項３】
請求項１に記載のイオンビーム加工装置において、
前記制御装置は、
前記走査イオン顕微鏡像上に配置した１つの加工領域に対し、複数の検出点において独立に走査イオン顕微鏡像の明度の時間変化を検出する検出処理部と、
明度の閾値を設定する設定処理部と、
前記対象物の加工中における前記検出処理部で検出した検出点の明度が、前記設定処理部で設定した閾値に相当した場合をそれぞれの検出点の加工終点として、検出点を含む１つの加工領域の加工を終了する終了処理部と、
を含む、イオンビーム加工装置。
【請求項４】
請求項１に記載のイオンビーム加工装置において、
前記制御装置は、
１つ以上の異なる材料からなる層状構造を有する対象物を加工する場合、前記走査イオン顕微鏡像の明度が大きく変わる点を層境界として、層毎の加工時間を検出する検出処理部と、
材料毎の加工レートを設定する設定処理部と、
前記対象物の加工中における前記検出処理部で検出した加工時間に基づいて、前記設定処理部で設定した材料毎の加工レートから各層の膜厚を算出する算出処理部と、
を含む、イオンビーム加工装置。
【請求項５】
請求項１に記載のイオンビーム加工装置において、
前記制御装置は、
１つ以上の異なる材料からなる層状構造を有する対象物を加工する場合、前記走査イオン顕微鏡像の明度が大きく変わる点を層境界として検出する検出処理部と、
層毎の加工条件を設定する設定処理部と、
前記対象物の加工中における前記検出処理部による層境界の検出に応じて、前記設定処理部で設定した層毎の加工条件を適用する適用処理部と、
を含む、イオンビーム加工装置。
【請求項６】
請求項１に記載のイオンビーム加工装置において、
前記制御装置は、
前記走査イオン顕微鏡像において複数の加工箇所の走査イオン顕微鏡像の明度の時間変化を表示する表示部を含む、イオンビーム加工装置。
【請求項７】
請求項１に記載のイオンビーム加工装置において、
前記対象物は、ＭＥＭＳの構造体である、イオンビーム加工装置。
【請求項８】
請求項１に記載のイオンビーム加工装置において、
前記対象物は、加工領域と試し掘り領域とを含み、
前記イオンビーム加工装置は、前記試し掘り領域でエッチングを行って終点に達するまでの加工時間を測定し、この測定した加工時間をもとに前記加工領域の加工レートを決定する、イオンビーム加工装置。
【請求項９】
イオンビームの走査によって対象物から発生する二次粒子を検出する検出工程と、
前記検出工程で検出した二次粒子による走査イオン顕微鏡像において複数の加工箇所の走査イオン顕微鏡像の明度の時間変化を検出し、前記明度に応じてイオンビームによる加工条件を制御する制御工程と、
を備える、イオンビーム加工方法。
【請求項１０】
請求項９に記載のイオンビーム加工方法において、
前記制御工程では、前記対象物の加工中において、前記走査イオン顕微鏡像上に配置した複数の加工領域に対して独立に走査イオン顕微鏡像の明度の時間変化を検出し、この検出した加工領域の明度が、設定した閾値に相当した場合をそれぞれの加工領域の加工終点として、加工領域毎に加工を独立に終了する、イオンビーム加工方法。
【請求項１１】
請求項９に記載のイオンビーム加工方法において、
前記制御工程では、前記対象物の加工中において、前記走査イオン顕微鏡像上に配置した１つの加工領域に対し、複数の検出点において独立に走査イオン顕微鏡像の明度の時間変化を検出し、この検出した検出点の明度が、設定した閾値に相当した場合をそれぞれの検出点の加工終点として、検出点を含む１つの加工領域の加工を終了する、イオンビーム加工方法。
【請求項１２】
請求項９に記載のイオンビーム加工方法において、
前記制御工程では、１つ以上の異なる材料からなる層状構造を有する対象物の加工中において、前記走査イオン顕微鏡像の明度が大きく変わる点を層境界として、層毎の加工時間を検出し、この検出した加工時間に基づいて、設定した材料毎の加工レートから各層の膜厚を算出する、イオンビーム加工方法。
【請求項１３】
請求項９に記載のイオンビーム加工方法において、
前記制御工程では、１つ以上の異なる材料からなる層状構造を有する対象物の加工中において、前記走査イオン顕微鏡像の明度が大きく変わる点を層境界として検出し、この層境界の検出に応じて、設定した層毎の加工条件を適用する、イオンビーム加工方法。
【請求項１４】
請求項９に記載のイオンビーム加工方法において、
前記制御工程では、前記走査イオン顕微鏡像において複数の加工箇所の走査イオン顕微鏡像の明度の時間変化を表示する、イオンビーム加工方法。
【請求項１５】
請求項９に記載のイオンビーム加工方法において、
前記対象物は、ＭＥＭＳの構造体である、イオンビーム加工方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオンビーム加工装置およびイオンビーム加工方法に関し、例えばＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems：微小電気機械システム）を製造するイオンビーム加工装置およびイオンビーム加工方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、加工中に観察されるイオン顕微鏡像の輝度の変化を検出する輝度変化検出手段と、前記輝度の変化を検出した時点で加工を停止する終点検出手段を具備するイオンビーム装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−３３０７０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述した特許文献１の技術では、イオン顕微鏡像の輝度の変化で加工の終点検出ができるが、加工対象に加工ばらつきがあった場合には正確な終点検出が難しい。例えば、複数の加工箇所毎の終点検出では、加工対象に膜厚ばらつきがあった場合、加工箇所毎に終点検出が必要となる。
【０００５】
本発明の目的は、加工対象に対応した正確な終点検出を可能にする技術を提供することにある。
【０００６】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴については、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【０００８】
一実施の形態におけるイオンビーム加工装置は、イオンビームの走査によって対象物から発生する二次粒子を検出する検出器と、前記検出器で検出した二次粒子による走査イオン顕微鏡像において複数の加工箇所の走査イオン顕微鏡像の明度の時間変化を検出し、前記明度に応じてイオンビームによる加工条件を制御する制御装置と、を備える。
【０００９】
一実施の形態におけるイオンビーム加工方法は、イオンビームの走査によって対象物から発生する二次粒子を検出する検出工程と、前記検出工程で検出した二次粒子による走査イオン顕微鏡像において複数の加工箇所の走査イオン顕微鏡像の明度の時間変化を検出し、前記明度に応じてイオンビームによる加工条件を制御する制御工程と、を備える。
【発明の効果】
【００１０】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００１１】
一実施の形態によれば、加工対象に対応した正確な終点検出が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態におけるイオンビーム加工装置の構成の一例を示す構成図である。
【図２】（ａ）〜（ｃ）は実施の形態におけるイオンビーム加工方法の第１例として、複数の加工領域に対する終点検出を行う場合を示す説明図である。
【図３】（ａ）〜（ｃ）は実施の形態におけるイオンビーム加工方法の第２例として、１つの加工領域における加工ばらつきを反映した終点検出を行う場合を示す説明図である。
【図４】（ａ）および（ｂ）は実施の形態におけるイオンビーム加工方法の第３例として、加工中の多層膜毎の膜厚測定を行う場合を示す説明図である。
【図５】（ａ）および（ｂ）は実施の形態におけるイオンビーム加工方法の第４例として、各層毎に最適な加工条件の再設定を行う場合を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。
【００１４】
また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。
【００１５】
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。
【００１６】
同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
【００１７】
また、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、図面をわかりやすくするために、平面図であってもハッチングを付す場合があり、また断面図であってもハッチングを省略する場合がある。
【００１８】
以下、実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。実施の形態の特徴をわかりやすくするために、まず、関連技術に存在する改善の余地について説明する。
【００１９】
［改善の余地］
近年、ＩｏＴ（Internet of Things：モノのインターネット）時代になり、様々なセンシングを可能とするセンサ類の需要が高まっている。特に、ＭＥＭＳセンサは広く用いられており、多種多様なＭＥＭＳセンサを迅速に供給する要請がある。従来のＭＥＭＳの製造プロセスは、いわゆるシリコンを用いたＬＳＩ（Large Scale Integrated Circuit：大規模集積回路）と同様のリソグラフィプロセスを主にしたものであるが、少量多品種製品あるいはプロトタイプを迅速に製造するためには、ＦＩＢ（Focused Ion Beam：集束イオンビーム）装置を用いた直接造形プロセスにてＭＥＭＳ構造体を形成することが有効である。
【００２０】
ＦＩＢ装置は、イオンビームによる直接造形（エッチング、デポジション）が可能である。ＭＥＭＳの作製にＦＩＢ装置を用いる場合、ウェハプロセスと異なる課題がある。ウェハプロセスでは、選択比の大きいガスエッチングによるエッチストップ、ＳＩＭＳ（Secondary Ion Mass Spectrometry：二次イオン質量分析法）による終点検出技術を用いる。ＦＩＢを用いる場合、一般的には予め算出したエッチングレートからエッチング時間を決定し深さを制御する。しかしながら、加工形状によってエッチングレートが変わるため、高精度な制御が困難である。
【００２１】
また、ＦＩＢ装置は、イオンビームによるエッチング時に加工部分（加工窓）のみリアルタイム画像が取得できる。例えば、複数の異なる材料からなる層状構造の積層膜において、所望の層でエッチングを終了する場合、各層の電子密度を反映して、加工窓の明度（ここでは、明度と記載するが、類似する輝度やコントラストなどの概念も含むものとする）が変化する。これを利用し、所望の層でエッチングを終えることが可能である。
【００２２】
前述した特許文献１には、加工中に観察されるイオン顕微鏡像の輝度の変化を検出する輝度変化検出手段と、前記輝度の変化を検出した時点で加工を停止する終点検出手段を具備するイオンビーム装置が開示されている。このイオンビーム装置では、加工用イオンビームと観察用イオンビームを利用し、イオン顕微鏡像の輝度の変化で加工の終点検出が可能である。
【００２３】
しかしながら、前述した特許文献１の技術では、加工対象に加工ばらつきがあった場合には正確な終点検出が難しい。例えば、複数の加工箇所毎の終点検出では、加工対象に膜厚ばらつきがあった場合、加工箇所毎に終点検出が必要となる。
【００２４】
そこで、本実施の形態では、上述した関連技術に存在する改善の余地に対する工夫を施している。以下では、この工夫を施した本実施の形態における技術的思想について、図面を参照しながら説明する。本実施の形態における技術的思想は、加工対象に対応した正確な終点検出を可能にする技術を提供することにある。
【００２５】
［実施の形態］
実施の形態におけるイオンビーム加工装置およびイオンビーム加工方法について、図１〜図５を用いて説明する。本実施の形態では、イオンビーム加工装置およびイオンビーム加工方法において、デバイスの一例として、ＭＥＭＳの構造体のデバイスを製造するイオンビーム加工装置およびイオンビーム加工方法を説明するが、他のデバイスにも適用できるものである。
【００２６】
＜イオンビーム加工装置＞
実施の形態におけるイオンビーム加工装置について、図１を用いて説明する。図１は、実施の形態におけるイオンビーム加工装置の構成の一例を示す構成図である。
【００２７】
本実施の形態におけるイオンビーム加工装置は、図１に示すように、ＦＩＢ装置１０と、制御装置２０と、を有する。ＦＩＢ装置１０は、イオンビームによる直接造形が可能であり、かつ、イオンビームによる加工時にリアルタイム画像の取得が可能である。ＦＩＢ装置１０は、制御装置２０により制御される。
【００２８】
ＦＩＢ装置１０は、真空チャンバ１１と、ステージ１２と、イオン銃１３と、ガス銃１４と、荷電粒子検出器１５などを有する。真空チャンバ１１は、基板３０に製造するデバイスのエッチングとデポジションなどの加工や、加工後のデバイスの観察などを行うチャンバである。ステージ１２は、真空チャンバ１１内にあり、デバイスを製造する基板３０を載せるステージである。
【００２９】
イオン銃１３は、真空チャンバ１１内にあり、イオンビーム１３ａを用いたエッチングとデポジションとＳＩＭ（Scanning Ion Microscope：走査イオン顕微鏡）像取得とに用いるイオン銃である。ガス銃１４は、真空チャンバ１１内にあり、ガス１４ａを用いたエッチングとデポジションとに用いるガス銃である。荷電粒子検出器１５は、ＳＩＭ像取得に用いる検出器である。この荷電粒子検出器１５は、イオンビーム１３ａの走査によって対象物であるデバイスから発生する二次粒子を検出する検出器である。
【００３０】
制御装置２０は、ＦＩＢ装置１０の構成要素であるステージ１２の駆動、イオン銃１３からのイオンビーム１３ａの照射、ガス銃１４からのガス１４ａの吹き付けなどを制御する装置である。
【００３１】
また、制御装置２０は、計算機システムの機能として、計算処理装置２１と、表示入力装置２２と、出力装置２３などを有する。計算処理装置２１は、検出処理部２１ａと、設定処理部２１ｂと、終了処理部２１ｃと、算出処理部２１ｄと、適用処理部２１ｅと、ストレージ２１ｆなどを有する。制御装置２０は、ＦＩＢ装置１０に対して、デバイスの加工や観察などを指示するシステムでもある。
【００３２】
この制御装置２０は、荷電粒子検出器１５で検出した二次粒子によるＳＩＭ像において複数の加工箇所のＳＩＭ像の明度の時間変化を検出し、この明度に応じてイオンビーム１３ａによる加工条件を制御する制御装置である。
【００３３】
制御装置２０では、例えば加工において、イオンビーム１３ａによるエッチング時に取得したＳＩＭ像の明度の変化を利用してエッチングの終点検出を行う処理などを計算処理装置２１で行う。
【００３４】
計算処理装置２１において、例えば、検出処理部２１ａは、ＳＩＭ像上に配置した複数の加工領域に対して独立にＳＩＭ像の明度の時間変化を検出する処理などを行う。設定処理部２１ｂは、明度の閾値を設定する処理などを行う。終了処理部２１ｃは、対象物であるデバイスの加工中における検出処理部２１ａで検出した加工領域の明度が、設定処理部２１ｂで設定した閾値に相当した場合をそれぞれの加工領域の加工終点として、加工領域毎に加工を独立に終了する処理などを行う。
【００３５】
この計算処理装置２１における検出処理部２１ａ、設定処理部２１ｂ、終了処理部２１ｃ、算出処理部２１ｄおよび適用処理部２１ｅの各処理の詳細は、イオンビーム加工方法の各例において後述する。
【００３６】
ストレージ２１ｆは、基板３０に製造するデバイスの設計データや、この設計データに基づいて加工を行うための作製レシピおよび加工データなどが電子情報として格納される記憶装置である。
【００３７】
表示入力装置２２は、表示機能とタッチ方式などによる入力機能とを有する。表示入力装置２２は、表示入力用インターフェース２２ａと、開始ボタン２２ｂなどを有する。表示入力用インターフェース２２ａでは、ＳＩＭ像の表示や操作者によるＳＩＭ像の確認、加工領域の表示や操作者による加工領域の入力、加工条件の表示や操作者による加工条件の入力などを行う。この表示入力用インターフェース２２ａは、ＳＩＭ像において複数の加工箇所のＳＩＭ像の明度の時間変化を表示する表示部である。開始ボタン２２ｂは、操作者による必要情報の入力後に開始入力（ワンクリック、ワンタッチ、ワンタップ）することで、加工開始を指示するボタンである。  
【００３８】
出力装置２３は、加工や観察の結果などを出力する。出力装置２３は、ＳＩＭ像、加工領域、加工条件などを出力する。
【００３９】
本実施の形態におけるイオンビーム加工装置では、操作者による必要情報の入力後に開始ボタン２２ｂが開始入力されることで、ＭＥＭＳの構造体のデバイスの製造が自動で実行される。例えば、イオンビーム加工装置は、イオンビーム１３ａの走査によって対象物であるデバイスから発生する二次粒子を検出する検出工程と、この検出した二次粒子によるＳＩＭ像において複数の加工箇所のＳＩＭ像の明度の時間変化を検出し、この明度に応じてイオンビーム１３ａによる加工条件を制御する制御工程と、を自動で行う。
【００４０】
このイオンビーム加工装置による検出工程および制御工程の詳細は、イオンビーム加工方法の各例において後述する。
【００４１】
＜イオンビーム加工方法＞
実施の形態におけるイオンビーム加工方法について、図２〜図５を用いて説明する。図２はイオンビーム加工方法の第１例、図３はイオンビーム加工方法の第２例、図４はイオンビーム加工方法の第３例、図５はイオンビーム加工方法の第４例をそれぞれ説明する説明図である。
【００４２】
本実施の形態におけるイオンビーム加工方法は、上述したイオンビーム加工装置において実行され、図２に示すような第１例と、図３に示すような第２例と、図４に示すような第３例と、図５に示すような第４例とがある。
【００４３】
本実施の形態におけるイオンビーム加工方法は、イオンビーム１３ａの走査によって対象物であるデバイスから発生する二次粒子を検出する検出工程と、この検出した二次粒子によるＳＩＭ像において複数の加工箇所のＳＩＭ像の明度の時間変化を検出し、この明度に応じてイオンビーム１３ａによる加工条件を制御する制御工程と、を有する。
【００４４】
イオンビーム加工方法において、検出工程は、イオンビーム加工装置の荷電粒子検出器１５で行う処理であり、制御工程は、イオンビーム加工装置の制御装置２０で行う処理である。このイオンビーム加工方法において、表示入力装置２２の表示入力用インターフェース２２ａには、ＳＩＭ像において複数の加工箇所のＳＩＭ像の明度の時間変化などを表示することができる。
【００４５】
以下において、イオンビーム加工方法の第１例、第２例、第３例、第４例を順に説明する。
【００４６】
＜＜第１例＞＞
本実施の形態におけるイオンビーム加工方法の第１例を説明する。図２は、第１例として、複数の加工領域に対する終点検出を行う場合を示す説明図である。図２において、（ａ）はエッチング前のデバイスを示す断面図、（ｂ）はエッチング後のデバイスを示す断面図、（ｃ）はエッチング時間に対する明度の変化を示す説明図である。
【００４７】
第１例において、図１に示したイオンビーム加工装置の制御装置２０は、検出処理部２１ａと、設定処理部２１ｂと、終了処理部２１ｃとを有する。検出処理部２１ａは、ＳＩＭ像上に配置した複数の加工領域に対して独立にＳＩＭ像の明度の時間変化を検出する。設定処理部２１ｂは、明度の閾値を設定する。終了処理部２１ｃは、デバイスの加工中における検出処理部２１ａで検出した加工領域の明度が、設定処理部２１ｂで設定した閾値に相当した場合をそれぞれの加工領域の加工終点として、加工領域毎に加工を独立に終了する。
【００４８】
第１例のイオンビーム加工方法において、制御装置２０による制御工程では、デバイスの加工中において、ＳＩＭ像上に配置した複数の加工領域に対して独立にＳＩＭ像の明度の時間変化を検出し、この検出した加工領域の明度が、設定した閾値に相当した場合をそれぞれの加工領域の加工終点として、加工領域毎に加工を独立に終了する。
【００４９】
ＦＩＢ装置は、上述したように、イオンビーム１３ａによる穴加工のエッチング時に加工部分（加工窓）のＳＩＭ像を、イオンビーム１３ａの走査によってデバイスから発生する二次粒子を荷電粒子検出器１５で検出することによって取得することできる。
【００５０】
デバイスとして、例えば、図２（ａ）に示すように、シリコンＳｉの基板５１上に、二酸化珪素ＳｉＯ２の第１層膜５２、タングステンＷの第２層膜５３、二酸化珪素ＳｉＯ２の第３層膜５４、窒化珪素ＳｉＮの第４層膜５５が順に積層された多層構造を有するＭＥＭＳの構造体を考える。このデバイスは、複数の異なる材料からなる層状構造を有する。
【００５１】
この多層構造のデバイスは、イオンビーム１３ａによる穴加工のエッチング時に、各層の電子密度を反映して、加工窓の明度が変化する。明度は、荷電粒子検出器１５で検出した二次電子（二次粒子）の量で決まる。各層の材料が異なると、層毎の電子密度が違うため、検出する二次電子の量に違いが出る。このため、明度に違いが生じる。二酸化珪素ＳｉＯ２、タングステンＷおよび窒化珪素ＳｉＮの明度では、暗い方から明るい方へ順に、窒化珪素ＳｉＮ、二酸化珪素ＳｉＯ２、タングステンＷの並びとなる。
【００５２】
本実施の形態では、このような明度の変化を利用し、所望の層で穴加工のエッチングを終了することが可能である。例えば、タングステンＷの第２層膜５３を検出した時点でエッチングを終了する場合、エッチング時間に対する明度の変化を示す図２（ｃ）において、タングステンＷに相当する明度に変化したところで、エッチングを終了する。この場合に、タングステンＷに相当する明度は、予め閾値として設定処理部２１ｂで設定される。
【００５３】
特に、第１例においては、図２（ｂ）に示すように、複数の加工領域６１、６２がある場合に、検出処理部２１ａで複数の加工領域６１、６２に対して独立にＳＩＭ像の明度の時間変化を検出し、終了処理部２１ｃにおいて、検出処理部２１ａで検出した加工領域６１、６２の明度が、設定処理部２１ｂで設定した閾値に相当した場合を加工領域６１、６２の加工終点として、加工領域毎に加工を独立に終了する。
【００５４】
このような加工領域毎の独立な穴加工の終点検出において、タングステンＷの第２層膜５３に膜厚ばらつきがあった場合、加工領域毎に独立に終点検出を行い、穴加工を独立に終了する。図２（ｂ）においては、加工領域６１のタングステンＷの第２層膜５３の膜厚が小さく、加工領域６２のタングステンＷの第２層膜５３の膜厚が大きいので、加工領域６１の終点検出を行って穴加工を終了し、また、加工領域６２の終点検出を行って穴加工を終了する。
【００５５】
本実施の形態におけるイオンビーム加工方法の第１例によれば、ＳＩＭ像上に配置した複数の加工領域６１、６２に対して独立に終点検出し、加工領域毎に加工深さを独立に制御することができる。この結果、ウェハ面内の加工領域毎に加工深さが異なり、ウェハ面内で終点検出が異なる加工領域毎の加工が可能となる。
【００５６】
＜＜第２例＞＞
本実施の形態におけるイオンビーム加工方法の第２例を説明する。図３は、第２例として、１つの加工領域における加工ばらつきを反映した終点検出を行う場合を示す説明図である。図３において、（ａ）、（ｂ）、（ｃ）はエッチング時間経過に対する１つの加工領域のＳＩＭ像の明度変化を示している。
【００５７】
第２例において、図１に示したイオンビーム加工装置の制御装置２０は、検出処理部２１ａと、設定処理部２１ｂと、終了処理部２１ｃとを有する。検出処理部２１ａは、ＳＩＭ像上に配置した１つの加工領域に対し、複数の検出点において独立にＳＩＭ像の明度の時間変化を検出する。設定処理部２１ｂは、明度の閾値を設定する。終了処理部２１ｃは、デバイスの加工中における検出処理部２１ａで検出した検出点の明度が、設定処理部２１ｂで設定した閾値に相当した場合をそれぞれの検出点の加工終点として、検出点を含む１つの加工領域の加工を終了する。
【００５８】
第２例のイオンビーム加工方法において、制御装置２０による制御工程では、デバイスの加工中において、ＳＩＭ像上に配置した１つの加工領域に対し、複数の検出点において独立にＳＩＭ像の明度の時間変化を検出し、この検出した検出点の明度が、設定した閾値に相当した場合をそれぞれの検出点の加工終点として、検出点を含む１つの加工領域の加工を終了する。
【００５９】
第２例において、デバイスは、第１例と同様に、シリコンＳｉの基板５１上に、二酸化珪素ＳｉＯ２の第１層膜５２、タングステンＷの第２層膜５３、二酸化珪素ＳｉＯ２の第３層膜５４、窒化珪素ＳｉＮの第４層膜５５が順に積層された多層構造を有するＭＥＭＳの構造体を考える。
【００６０】
この第２例でも、イオンビーム１３ａによる穴加工のエッチング時に、明度の変化を利用し、所望の層、例えば、タングステンＷの第２層膜５３を検出した時点で穴加工のエッチングを終了することが可能である。
【００６１】
特に、第２例においては、１つの加工領域における加工ばらつきを反映した終点検出を行う場合である。穴加工では、デポジションなどにおける加工のばらつきや、下地のラフネスを反映して、均一な加工ができない場合がある。このような場合に、第２例では、加工窓の複数の検出点において、明度を測定し、それぞれの検出点で異なる終点とする。この場合に、明度の閾値は予め設定処理部２１ｂで設定される。
【００６２】
第２例においては、図３に示すように、検出処理部２１ａで１つの加工領域７１に対し、複数の検出点７２、７３、７４において独立にＳＩＭ像の明度の時間変化を検出し、終了処理部２１ｃにおいて、検出処理部２１ａで検出した検出点７２、７３、７４の明度が、設定処理部２１ｂで設定した閾値に相当した場合を検出点７２、７３、７４の加工終点として、検出点７２、７３、７４を含む１つの加工領域７１の加工を終了する。
【００６３】
図３において、（ａ）から（ｃ）の方向にエッチング時間が経過し、それぞれのエッチング時間における加工領域７１のＳＩＭ像は、（ａ）（ｂ）（ｃ）のように、窒化珪素ＳｉＮの第４層膜５５、二酸化珪素ＳｉＯ２の第３層膜５４、タングステンＷの第２層膜５３に対応して明度が変化する。この場合、加工領域７１を更に複数の加工領域にわけて、それぞれに対応する検出点７２、７３、７４を設定し、検出点７４が終点に到達したら、この検出点７４を含む加工領域は加工を終了するが、検出点７２および７３を含む加工領域は終点に到達していないので加工を続行する。次に、検出点７３が終点に到達すると、この検出点７３を含む加工領域の加工を終了する。最後に、検出点７２が終点に到達すると、この検出点７２を含む加工領域の加工を終了する。
【００６４】
本実施の形態におけるイオンビーム加工方法の第２例によれば、ＳＩＭ像上に配置した１つの加工領域７１に対し、複数の検出点７２、７３、７４において独立に終点を検出し、検出した検出点を含む加工領域毎に加工深さを独立に制御することができる。この結果、ウェハ面内の加工領域の検出点毎に加工深さが異なり、ウェハ面内で終点検出が異なる検出点を含む加工領域毎の加工が可能となる。
【００６５】
＜＜第３例＞＞
本実施の形態におけるイオンビーム加工方法の第３例を説明する。図４は、第３例として、加工中の多層膜毎の膜厚測定を行う場合を示す説明図である。図４において、（ａ）は窒化珪素ＳｉＮの第４層膜の膜厚測定、（ｂ）は二酸化珪素ＳｉＯ２の第３層膜の膜厚測定を示している。
【００６６】
第３例において、図１に示したイオンビーム加工装置の制御装置２０は、検出処理部２１ａと、設定処理部２１ｂと、算出処理部２１ｄとを有する。検出処理部２１ａは、１つ以上の異なる材料からなる層状構造を有するデバイスを加工する場合、ＳＩＭ像の明度が大きく変わる点を層境界として、層毎の加工時間を検出する。設定処理部２１ｂは、材料毎の加工レートを設定する。算出処理部２１ｄは、デバイスの加工中における検出処理部２１ａで検出した加工時間に基づいて、設定処理部２１ｂで設定した材料毎の加工レートから各層の膜厚を算出する。
【００６７】
第３例のイオンビーム加工方法において、制御装置２０による制御工程では、１つ以上の異なる材料からなる層状構造を有するデバイスの加工中において、ＳＩＭ像の明度が大きく変わる点を層境界として、層毎の加工時間を検出し、この検出した加工時間に基づいて、設定した材料毎の加工レートから各層の膜厚を算出する。
【００６８】
第３例において、デバイスは、第１例と同様に、シリコンＳｉの基板５１上に、二酸化珪素ＳｉＯ２の第１層膜５２、タングステンＷの第２層膜５３、二酸化珪素ＳｉＯ２の第３層膜５４、窒化珪素ＳｉＮの第４層膜５５が順に積層された多層構造を有するＭＥＭＳの構造体を考える。
【００６９】
この第３例でも、イオンビーム１３ａによる穴加工のエッチング時に、明度の変化を利用し、所望の層、例えば、二酸化珪素ＳｉＯ２の第３層膜５４、タングステンＷの第２層膜５３を検出した時点で穴加工のエッチングを終了することが可能である。
【００７０】
特に、第３例においては、加工中の多層膜毎の膜厚測定を行う場合である。１つ以上の異なる材料からなる層状構造を有するデバイスの加工では、ＳＩＭ像の明度の変化から界面を検出できるため、各層の加工時間と各層の加工レートから膜厚を得ることができる。第３例でも、各層の加工時間と各層の加工レートから膜厚測定を行う。この場合に、各層の材料毎の加工レートは予め設定処理部２１ｂで設定される。
【００７１】
第３例においては、図４に示すように、検出処理部２１ａでＳＩＭ像の明度が大きく変わる点を層境界として、層毎の加工時間を検出し、算出処理部２１ｄにおいて、デバイスの加工中に、検出処理部２１ａで検出した加工時間に基づいて、設定処理部２１ｂで設定した材料毎の加工レートから各層の膜厚を算出する。
【００７２】
図４（ａ）は、加工領域８１において、二酸化珪素ＳｉＯ２の第３層膜５４を検出した時点で穴加工のエッチングを一時的に終了する場合を示し、さらにエッチングを進めて、図４（ｂ）は、タングステンＷの第２層膜５３を検出した時点で穴加工のエッチングを最終的に終了する場合を示している。なお、二酸化珪素ＳｉＯ２の第３層膜５４を検出した時点で穴加工のエッチングを最終的に終了することも可能であり、この場合は図４（ａ）のみとなる。
【００７３】
図４（ａ）に示すように、二酸化珪素ＳｉＯ２の第３層膜５４を検出した時点で穴加工のエッチングを一時的に終了する場合に、ＳＩＭ像の明度の変化から界面８２を検出し、エッチングした窒化珪素ＳｉＮの第４層膜５５の膜厚を、この窒化珪素ＳｉＮの第４層膜５５の加工時間と窒化珪素ＳｉＮの材料の加工レートから算出する。
【００７４】
さらにエッチングを進めて、図４（ｂ）に示すように、タングステンＷの第２層膜５３を検出した時点で穴加工のエッチングを最終的に終了する場合に、ＳＩＭ像の明度の変化から界面８３を検出し、エッチングした二酸化珪素ＳｉＯ２の第３層膜５４の膜厚を、この二酸化珪素ＳｉＯ２の第３層膜５４の加工時間と二酸化珪素ＳｉＯ２の材料の加工レートから算出する。
【００７５】
本実施の形態におけるイオンビーム加工方法の第３例によれば、１つ以上の異なる材料からなる層状構造を有するデバイスの加工の際、加工領域８１において、複数の層境界の界面８２、８３までの加工時間と各層の加工レートから、加工中に多層膜毎の膜厚を算出することができる。この結果、デバイスの加工中に膜厚を測定して、多層膜毎の膜厚の品質管理が可能となる。
【００７６】
＜＜第４例＞＞
本実施の形態におけるイオンビーム加工方法の第４例を説明する。図５は、第４例として、各層毎に最適な加工条件の再設定を行う場合を示す説明図である。図５において、（ａ）は窒化珪素ＳｉＮの第４層膜の加工電流値の再設定、（ｂ）は二酸化珪素ＳｉＯ２の第３層膜の加工電流値の再設定を示している。
【００７７】
第４例において、図１に示したイオンビーム加工装置の制御装置２０は、検出処理部２１ａと、設定処理部２１ｂと、適用処理部２１ｅとを有する。検出処理部２１ａは、１つ以上の異なる材料からなる層状構造を有するデバイスを加工する場合、ＳＩＭ像の明度が大きく変わる点を層境界として検出する。設定処理部２１ｂは、層毎の加工条件（加工電流値、ガスアシスト有無など）を設定する。適用処理部２１ｅは、デバイスの加工中における検出処理部２１ａによる層境界の検出に応じて、設定処理部２１ｂで設定した層毎の加工条件を適用する。
【００７８】
第４例のイオンビーム加工方法において、制御装置２０による制御工程では、１つ以上の異なる材料からなる層状構造を有するデバイスの加工中において、ＳＩＭ像の明度が大きく変わる点を層境界として検出し、この層境界の検出に応じて、設定した層毎の加工条件を適用する。
【００７９】
第４例において、デバイスは、第１例と同様に、シリコンＳｉの基板５１上に、二酸化珪素ＳｉＯ２の第１層膜５２、タングステンＷの第２層膜５３、二酸化珪素ＳｉＯ２の第３層膜５４、窒化珪素ＳｉＮの第４層膜５５が順に積層された多層構造を有するＭＥＭＳの構造体を考える。
【００８０】
この第４例でも、イオンビーム１３ａによる穴加工のエッチング時に、明度の変化を利用し、所望の層、例えば、二酸化珪素ＳｉＯ２の第３層膜５４、タングステンＷの第２層膜５３を検出した時点で穴加工のエッチングを終了することが可能である。
【００８１】
特に、第４例においては、各層毎に最適な加工条件の再設定を行う場合である。１つ以上の異なる材料からなる層状構造を有するデバイスの加工では、ＳＩＭ像の明度の変化から界面を検出できるため、各界面を検出して各層毎に最適な加工条件を再設定することができる。例えば、加工を終了する層のひとつ前の層の加工電流値を下げ、確実な終点検出とフラットな加工形状を得ることができる。また、二酸化珪素ＳｉＯ２の層は、二フッ化キセノンＸｅＦ２のガスアシストが利用可能なため、二酸化珪素ＳｉＯ２の層のみガスアシスト加工を選択するなどが可能である。この場合に、各層毎に、加工電流値、ガスアシスト有無などの加工条件は予め設定処理部２１ｂで設定される。
【００８２】
第４例においては、図５に示すように、検出処理部２１ａでＳＩＭ像の明度が大きく変わる点を層境界として検出し、適用処理部２１ｅにおいて、デバイスの加工中に、検出処理部２１ａによる層境界の検出に応じて、設定処理部２１ｂで設定した加工条件を適用する。
【００８３】
図５（ａ）は、加工領域９１において、二酸化珪素ＳｉＯ２の第３層膜５４を検出した時点で穴加工のエッチングを一時的に終了する場合を示し、さらにエッチングを進めて、図５（ｂ）は、タングステンＷの第２層膜５３を検出した時点で穴加工のエッチングを最終的に終了する場合を示している。
【００８４】
図５（ａ）に示すように、二酸化珪素ＳｉＯ２の第３層膜５４を検出した時点で穴加工のエッチングを一時的に終了する場合に、エッチングする窒化珪素ＳｉＮの第４層膜５５はエッチング終了の二酸化珪素ＳｉＯ２の第３層膜５４のひとつ前の層なので、スループットの向上のために加工電流値を上げて、窒化珪素ＳｉＮの第４層膜５５をエッチングする。この場合に、ＳＩＭ像の明度の変化から界面９２を検出してエッチングを一時的に終了する。
【００８５】
さらにエッチングを進めて、図５（ｂ）に示すように、タングステンＷの第２層膜５３を検出した時点で穴加工のエッチングを最終的に終了する場合に、エッチングする二酸化珪素ＳｉＯ２の第３層膜５４はエッチング終了の層なので、穴底のフラットな形状を得るために加工電流値を下げて、二酸化珪素ＳｉＯ２の第３層膜５４をエッチングする。この場合に、ＳＩＭ像の明度の変化から界面９３を検出してエッチングを最終的に終了する。
【００８６】
また、図５（ｂ）は、二酸化珪素ＳｉＯ２の第３層膜５４をエッチングする場合なので、二フッ化キセノンＸｅＦ２のガス１４ａを吹き付けて加工をアシストするガスアシストを利用することも可能である。
【００８７】
本実施の形態におけるイオンビーム加工方法の第４例によれば、１つ以上の異なる材料からなる層状構造を有するデバイスの加工の際、加工領域９１において、層境界の界面９２、９３に到達する毎に各層に最適な加工条件を適用して加工することができる。この結果、スループットを向上して加工時間を短縮し、穴底をフラットな形状にして高精度な加工を実現することが可能となる。
【００８８】
＜効果＞
以上説明した本実施の形態におけるイオンビーム加工装置およびイオンビーム加工方法によれば、加工対象に対応した正確な終点検出が可能となる。より具体的には、複数の加工領域に対する終点検出、１つの加工領域における加工ばらつきを反映した終点検出、加工中の多層膜毎の膜厚測定、および、各層毎に最適な加工条件の再設定を実現することができる。
【００８９】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００９０】
例えば、前記実施の形態においては、デバイスの一例として、ＭＥＭＳの構造体のデバイスを説明したが、他のデバイスなどにも適用することができる。また、ＭＥＭＳの構造体についても、二酸化珪素ＳｉＯ２、タングステンＷ、二酸化珪素ＳｉＯ２、および窒化珪素ＳｉＮを積層した多層構造に限られるものではない。
【００９１】
また、イオンビーム加工装置は、ＦＩＢ装置１０に限らず、ＦＩＢ装置とＳＥＭ（Scanning Electron Microscope：走査電子顕微鏡）装置との複合装置であるＦＩＢ−ＳＥＭ装置を用いることも可能である。この場合には、電子銃を有することで、観察の際に電子ビームを用いたＳＥＭ像を取得することができる。さらに、前記実施の形態と同様に、ＳＥＭ像の明度の変化を利用して、エッチングの終点検出などを行うこともできる。
【００９２】
また、イオンビーム加工装置は、対象物として、前記実施の形態で説明したような加工領域の他に、試し掘り領域を含むものを対象にしてもよい。この場合には、対象物は、加工領域と試し掘り領域とを含む。そして、イオンビーム加工装置は、試し掘り領域でエッチングを行ってみて、終点に達するまでの加工時間を測定する。そして、この測定した加工時間をもとに、加工領域の加工レートを決定する。これにより、加工領域をエッチングする際には、この決定した加工レートでエッチングを行うことができる。
【００９３】
なお、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。
【００９４】
また、実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００９５】
１０  ＦＩＢ装置
１１  真空チャンバ
１２  ステージ
１３  イオン銃
１３ａ  イオンビーム
１４  ガス銃
１４ａ  ガス
１５  荷電粒子検出器
２０  制御装置
２１  計算処理装置
２１ａ  検出処理部
２１ｂ  設定処理部
２１ｃ  終了処理部
２１ｄ  算出処理部
２１ｅ  適用処理部
２１ｆ  ストレージ
２２  表示入力装置
２２ａ  表示入力用インターフェース
２２ｂ  開始ボタン
２３  出力装置
３０  基板
５１  基板
５２  第１層膜
５３  第２層膜
５４  第３層膜
５５  第４層膜
６１，６２  加工領域
７１  加工領域
７２，７３，７４  検出点
８１  加工領域
８２，８３  界面
９１  加工領域
９２，９３  界面
【図１】
2018006063.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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