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JPH0770299B2 - イオンビーム加工装置および表面加工方法 - Google Patents

イオンビーム加工装置および表面加工方法

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Publication number
JPH0770299B2
JPH0770299B2 JP59066741A JP6674184A JPH0770299B2 JP H0770299 B2 JPH0770299 B2 JP H0770299B2 JP 59066741 A JP59066741 A JP 59066741A JP 6674184 A JP6674184 A JP 6674184A JP H0770299 B2 JPH0770299 B2 JP H0770299B2
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JP
Japan
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item
wiring
ion beam
processing apparatus
ion
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
JP59066741A
Other languages
English (en)
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JPS60211757A (ja
Inventor
亨 石谷
秀男 戸所
義実 川浪
馨 梅村
一二三 田村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Publication date
Application filed by Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
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Publication of JPS60211757A publication Critical patent/JPS60211757A/ja
Publication of JPH0770299B2 publication Critical patent/JPH0770299B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01JELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/30Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
    • H01J37/3002Details
    • H01J37/3005Observing the objects or the point of impact on the object

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は,イオン源から引出されたイオンを集束して得
られるイオンマイクロビームを走査して半導体基板上の
配線などのような加工試料の被加工部に直接照射するこ
とで配線の切断・接続などの加工を行なうイオンビーム
加工装置および表面加工方法に関するもので,特に,こ
の種の加工作業における作業終了の確認の高精度化を図
ったものである。
〔発明の背景〕
最近,高電流密度のイオンマイクロビームを用いる微細
加工が試みられている。このマイクロビーム加工技術
は,将来の超LSI素子を製造する上で必須の技術であ
る。
第1図は従来のイオンマイクロビーム加工装置を説明す
るための装置の基本構成図である。イオン源1から引出
されたイオンを静電レンズ2で集束し,イオンマイクロ
ビーム3(以下ビーム3と略称する)を形成し,加工試
料4に照射する。5は偏向器でビーム3を加工試料4上
で走査するためのものであり,走査電源6に接続されて
いる。ビーム3の照射により加工試料4からは二次電子
eが放出され,二次電子検出器7で検出される。なお,
破線で示した10は真空容器である。二次電子像観察部8
内のCRT(陰極線管)では,走査電源6と同期したビー
ム走査(x軸及びy軸)を行ない,二次電子検出器7か
らの二次電子強度に対応した信号をCRTの輝度変調(z
軸)に入力することにより,加工試料4のビーム走査面
上の二次電子像が観察され,これを利用して加工試料4
の加工領域を設定している。加工作業が終了すれば,そ
の加工領域の試料原子が取り除かれることから,そこに
凹みができ,下地の試料が表面に出てくるため,そこの
領域の二次電子強度が加工作業前と異なってくる。この
変化をモニタすることにより,加工作業の終了を確認し
ていた。
しかしながら,上述した従来の加工装置では,二次電子
強度の変化を加工終了のモニタに用いているため,例え
ば配線パターンの切断加工などの場合,二次電子強度変
化の加工終了指示は,必ずしも配線パターンの電気的切
断の加工終了指示とは一致しない場合がしばしば生じる
という不都合があった。主な原因は,加工の場所による
不均一性や,ビーム照射により一度取り除かれた試料原
子の再付着によるものである。
〔発明の目的〕
本発明の目的は,従来技術での上記した不都合を除去
し,その加工作業の終了を制度よくモニタすることので
きるイオンビーム加工装置および表面加工方法を提供す
ることにある。
〔発明の概要〕
上記目的を達成するための本発明の第一の要旨は、配線
を有する試料と、前記配線を第一の電位に設定する手段
と、前記試料にイオンビームを照射する手段と、前記配
線の近傍に設けられ、かつ、第二の電位に設定された金
属メッシュと、前記試料表面から発生し、前記金属メッ
シュを通過した二次電子の強度を検出することにより前
記配線の加工状態を検出するための二次電子検出器とを
有することを特徴とするイオンビーム加工装置にあり、
第二の要旨は、配線を有する試料にイオンビームを照射
し、前記イオンビームの照射により前記試料から発生し
た二次電子のうち所定値以上のエネルギを有する前記二
次電子を二次電子検出器により検出することにより前記
配線の加工状態を検出することを特徴とする表面加工方
法にある。本発明は,配線パターンなど切断作業のよう
な加工ばかりでなく,配線パターンの接続作業のような
加工にも同様に適用できるものである。
〔発明の実施例〕
以下,本発明の一実施例を第2図により説明する。イオ
ン源1は輝度の高い液体金属イオン源であり,そこから
引出されたイオンは静電レンズ2により集束され,その
ビーム3が加工試料4に照射される。なお,マイクロビ
ーム加工装置としては,ビームをオン・オフ制御するた
めのブランキング電極がイオン光学系の途中に設けてあ
るが,第2図では省略してある。
まず,配線パターンの切断作業を行なう場合について述
べる。第3図(a)は,加工試料4上の配線パターンを
その一部の位置PP′で切断してパターンをAとBに電気
的に切断する例である。
パターンは酸化シリコン(絶縁体)上に形成されたアル
ミニウム配線(導体)である。パターンA,Bはそれぞれ
電位VA,VBが与えられるように端子11,12に接続されてい
る。端子11は,制御電源13,電流計9を通して接地され
ている。端子12は,制御抵抗14,制御電源13′,電流計
9′を通して接地されている。ただし,配線パターンB
の電位は,配線パターンAと継がっている場合はVAであ
り切断後はVBが印加されることになる。
第2図に戻り加工試料4の上には半球面上の金属メッシ
ュ15が設けられており,これには可変電位Vmが制御電源
16より与えられている。この電位Vmを越える二次電子e
のみが金属メッシュ15を通過でき二次電子検出器7で検
出される。二次電子検出器7の出力を二次電子像観察部
8のCRTの輝度変調に用い,CRTのビーム偏向はビーム3
の走査と同期して行なわれる。
第3図(b)は,第3図(a)の配線パターン部からの
二次電子像である。ビーム走査によるPP′位置での切断
作業の途中においても時々,全面ビーム走査して第3図
(b)のような二次電子像を観察して切断作業が終了し
ているか否かを判断するものである。つまり,二次電子
の試料からの放出時の運動エネルギーは10eV以下のもの
が大部分であるため,VA−Vm>10Vの時は,配線パターン
Aからの二次電子の大部分は金属メッシュ15を通過でき
ないため,二次電子像観察はできない。逆に,制御電源
13あるいは16のいずれか一方,または両方,を制御する
ことにより,VAあるいはVmを変化させてVA−Vm<10Vとす
ることにより配線パターンAを二次電子像観測ができ
る。切断作業の途中では配線パターンAとBは電気的に
継がっており,両パターンとも二次電子像観測における
VAやVmの制御に対する変化は同じである。
しかし,切断作業が終了した時点からは,配線パターン
Bの電位がAの電位VAと異なるため,二次電子像観測に
おける変化は異なる。即ち,いま,パターンBが制御電
源13′に接続されていない場合を考えると,切断作業が
終了した直後から,チャージアップのため,パターンA
は見えるがパターンBは見えなくなる。こうして,切断
作業の終了を高精度に検知できることになる。さらに,
制御電源13′を用い,パターンBの電位VBを変化させる
ことにより,パターンAとBが電気的に接続しているか
否かが再確認でき,切断作業終了の判断が,さらに高精
度に行なえるようになる。
第3図(a)では2つの制御電源13,13′を設けるとし
てあるが,以上の説明から判るように,13あるいは13′
のいずれか一方の制御電源を設ければ本発明を実現する
ことは可能であり,さらに,第2図における2つの制御
電源13,16は少なくともその一方が出力電圧可変の延在
電源であれば良い。
具体的な数値例を挙げる。イオン源としてGa液体金属イ
オン源を用い,イオンマイクロビームは16keVGa+ビーム
であり,ビーム径は0.5μm,電流密度は0.3A/cm2,配線パ
ターンは酸化シリコン上のAlパターンで幅2μm,厚さ約
0.2μmである。上記の条件で,数十秒で切断作業が終
了することが判った。
次に,配線パターンの切れている部分を接続する接続作
業の場合について述べる。試料は上記実施例と同じもの
である。ただし,パターンの切れている部分の幅は約2
μmである。本実施例においては,接続作業用のマイク
ロビームとして3keVGa+ビームを用い,ビーム径は約20
μm,電流密度は約0.01A/cm2である。二次電子像観測に
は,10keVGa+ビーム,ビーム径約0.5μmを用いた。両ビ
ームはイオン源に印加する電圧を切り替えるのみで容易
に選択可能である。接続作業に要する時間は1〜2分で
あった。この接続作業の場合は,配線パターンAとBが
電気的に接続された直後から,二次電子像において両パ
ターンは,VAVmの変化に対して同じ振舞いを示すもので
ある。
なお,上述の実施例ではイオン源としてGa液体金属イオ
ン源を例に挙げて述べたが,電界電離型イオン源のよう
な他のイオン源を用いてもよいことは言うまでもない。
また,液体金属イオン源を用いる場合にも,イオン化す
べき物質にはGaに限らず,用途に応じて種々の物質を用
いることができる。合金などのイオン化物質を用いる場
合は,イオン光学系の途中に質量分析器を入れて所望の
イオン種のみを選択する構成とすることもできる。
〔発明の効果〕
以上説明したように,本発明によれば,イオンビーム加
工において,加工作業終了の確認が高精度にできるよう
になり,その結果,半導体基板上の配線パターンの切断
や接続などの加工の高精度化,高能率化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来装置の全体構成図,第2図は本発明の一実
施例説明用の全体構成図,第3図は本発明の動作及び効
果説明用の図で(a)は配線パターン部の概略図,
(b)は(a)で示した配線パターン部の二次電子像を
示す図である。 <符号の説明> 1……イオン源,2……静電レンズ 3……イオンマイクロビーム 4……加工試料,5……偏向器 6……走査電源,7……二次電子検出器 8……二次電子像観察部,9,9′……電流計 10……真空容器,13,13′,16……制御電源 15……金属メッシュ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 梅村 馨 東京都国分寺市東恋ヶ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者 田村 一二三 東京都国分寺市東恋ヶ窪1丁目280番地 株式会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭58−164135(JP,A) 特開 昭49−99077(JP,A)

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】配線を有する試料と、前記配線を第一の電
    位に設定する手段と、前記試料にイオンビームを照射す
    る手段と、前記配線の近傍に設けられ、かつ、第二の電
    位に設定して前記配線との間に電界を生じさせる導電性
    構造体と、前記試料表面から発生し、かつ、前記電界の
    空間を通過した二次電子の強度を検出することにより前
    記配線の加工状態を検知するための二次電子検出器とを
    有することを特徴とするイオンビーム加工装置。
  2. 【請求項2】前記配線との間に電界を生じさせる導電性
    構造体が金属メッシュであることを特徴とする特許請求
    の範囲第1項に記載のイオンビーム加工装置。
  3. 【請求項3】前記イオンビームは前記配線を切断する機
    能を有することを特徴とする特許請求の範囲第1項また
    は第2項に記載のイオンビーム加工装置。
  4. 【請求項4】前記配線あるいは前記導電性構造体の少な
    くとも一方に、出力電圧を任意に設定できる制御電源が
    接続されていることを特徴とする特許請求の範囲第1
    項、第2項または第3項に記載のイオンビーム加工装
    置。
  5. 【請求項5】前記金属メッシュの形状が半球面状である
    ことを特徴とする特許請求の範囲第2項に記載のイオン
    ビーム加工装置。
  6. 【請求項6】前記イオンビームは、イオン源から引き出
    されたイオンを集束して得られるイオンビームであるこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第1項、第2項、第3
    項、第4項または第5項に記載のイオンビーム加工装
    置。
  7. 【請求項7】前記イオン源は、液体金属イオン源である
    ことを特徴とする特許請求の範囲第6項に記載のイオン
    ビーム加工装置。
  8. 【請求項8】前記イオン源は、電界電離型イオン源であ
    ることを特徴とする特許請求の範囲第6項に記載のイオ
    ンビーム加工装置。
  9. 【請求項9】前記イオンビームのエネルギおよびビーム
    径が可変であることを特徴とする特許請求の範囲第1
    項、第2項、第3項、第4項、第5項、第6項、第7項
    または第8項に記載のイオンビーム加工装置。
  10. 【請求項10】前記第一の電位と前記第二の電位との電
    位差は10V未満であることを特徴とする特許請求の範囲
    第1項、第2項、第3項、第4項、第5項、第6項、第
    7項、第8項または第9項に記載のイオンビーム加工装
    置。
  11. 【請求項11】前記配線は金属により構成される金属配
    線であることを特徴とする特許請求の範囲第1項、第2
    項、第3項、第4項、第5項、第6項、第7項、第8
    項、第9項または第10項に記載のイオンビーム加工装
    置。
  12. 【請求項12】配線を有する試料と、前記配線を第一の
    電位に設定する手段と、前記試料にイオンビームを照射
    する手段と、前記配線の近傍に設けられ、かつ、第二の
    電位に設定されて前記配線との間に電界を生じさせる導
    電性構造体と、前記試料表面から発生する二次電子を検
    出する二次電子検出器とを有するイオンビーム加工装置
    を用い、前記配線にイオンビームを照射して加工する際
    に、前記配線より発生する二次電子のうち前記電界の空
    間を通過した二次電子の強度を検出して前記配線の加工
    状態を検知することを特徴とするイオンビームによる表
    面加工方法。
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JPS60211757A JPS60211757A (ja) 1985-10-24
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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5319390B2 (ja) * 1973-01-26 1978-06-20
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