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FIB加工装置における傾斜像シフトの補正方法 - 株式会社日立製作所
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発明の名称 FIB加工装置における傾斜像シフトの補正方法
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開平6−267482
公開日 平成6年(1994)9月22日
出願番号 特願平5−55420
出願日 平成5年(1993)3月16日
代理人 【弁理士】
【氏名又は名称】小川 勝男
発明者 石井 忠夫 / 石谷 亨 / 岩田 浩二 / 白石 陽子 / 阿部 智子
要約 目的


構成
イオンビーム照射系(1,2)と、X,Y軸駆動系6,Z軸駆動系7、及び傾斜軸駆動系5を備えたステージ3と、その位置検出器9と、これらを制御する制御計算機4とから構成され、標準マーク試料をステージに固定し、予め特定の2つの傾斜角に対し位置座標を求め、これを元に傾斜中心軸座標を生成する傾斜補正用データ生成器10と、当該データに基づいて、任意傾斜角に対する観察点の傾斜写像を求め、像シフト量を算出し、ステージの駆動系とイオンビーム照射系の少なくとも一方にフィードバックする傾斜補正器8を新たに備えた。
特許請求の範囲
【請求項1】試料面を走査照射するイオンビーム照射系と、当該試料を固定し任意領域を加工及びその断面観察を実施するX,Y軸駆動系,Z軸駆動系,Y軸に平行な傾斜軸の駆動系を備えたステージと、当該各軸駆動系の現在位置を読み取る位置検出器と、これらを制御する制御計算機とから構成される集束イオンビーム(FIB)加工装置において、予め特定の2つの傾斜面に対する標準マークの位置座標データを求め、当該実測データを元に傾斜中心軸の座標を生成する傾斜補正用データ生成器と、当該傾斜補正用データに基づいて、任意傾斜角に対する観察点の傾斜写像位置座標を求め、観察点の傾斜に伴う像シフト量を算出し、当該像シフト量を傾斜の補正量として、ステージのX及びZ軸駆動系、該イオンビーム照射系の少なくとも一方にフィードバックする傾斜補正器を備え、傾斜に伴う観察点の像シフトを無くしたことを特徴とするFIB加工装置における傾斜像シフトの補正方法。
発明の詳細な説明
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体分野、特に超微細加工により高密度に集積されたLSIのプロセス評価のために、試料を切断加工し、その加工断面を試料を傾斜して観察する時に生起する観察点の像シフトの補正方法に関する。
【0002】
【従来の技術】従来技術は、FIB加工装置で切断した試料の断面を観察するためには、通常1つのイオン源からのイオンビームで試料の加工及び観察を実施するため、イオンビームに対して観察面が見えるように、ステージを傾斜させる必要がある。この時、傾斜の中心と観察点が一致していない場合には、ステージを水平とした加工時の像が、ステージの傾斜による断面の観察時に視野からはずれてしまい、再度、視野に像が入るように、ステージの調整あるいは走査ビームのシフトを行う必要がある。この問題を解決するために従来は、図2に示す原理が用いられている。すなわち、ステージ3の上に固定された試料上の観察点Pにイオンビーム1が照射されている時、この観察点Pが試料の傾斜軸上となるように、ステージが傾斜する機械機構を備えている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】この従来の方法は、数10μmの領域の断面観察には十分良いものであった。しかし、1μm程度以下の高精度を要求するサブミクロンの寸法を有する素子の加工及び断面観察には、ステージ自体の製作誤差や設置誤差等により不十分である。
【0004】本発明は上記問題を解決するために、傾斜に伴う像シフトを高精度を有するステージの駆動系とイオンビーム照射系の少なくとも一方にフィードバックし、補正するものである。又、これにより、単一イオン源からのイオンビームを用いて試料の加工及び観察を行うFIB加工装置において、加工角度(0度:水平)と観察角度(45度から60度)を繰り返し往復時にステージの煩わしい操作を不要とするものである。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するために、本発明では、予め特定の少なくとも2つの傾斜角に対する標準マークの位置座標データを求め、当該実測データを元にして得られる傾斜中心軸の座標を基準とし、任意傾斜角に対する観察点の傾斜写像位置座標を求め、観察点の傾斜に伴う像シフト量を算出し、当該像シフト量を傾斜の補正量として、ステージのX及びZ軸駆動系とイオンビーム照射系の少なくとも一方にフィードバックし傾斜像シフトの補正を行うようにしたものである。
【0006】
【作用】標準マークを有する試料をステージに固定し、標準マークがイオンビームの真下に来る(標準マーク像が視野に入る)ようにステージを調整する。特定の少なくとも2つの傾斜角(例えば45度及び60度)にステージを傾斜させ、その都度、理想的な傾斜中心軸の座標を用いて、指定傾斜角に対する標準マークの傾斜写像位置座標を求め、標準マークの傾斜に伴う像シフト量を算出し、傾斜軸駆動と同時に、当該像シフト量を傾斜の補正量として、ステージのX及びZ軸を駆動する。その後、標準マークが視野の中に入るようにステージを調整し2つの傾斜角に対する標準マークの座標を読み取る。上記標準マークの2つの傾斜角に対する実測座標より正確な傾斜中心軸の座標を求め、以後、これを用いて任意傾斜角に対する像シフト量を算出し、傾斜に伴う像シフトを補正する。
【0007】
【実施例】以下、図面を参照しつつ本発明の実施例を詳細に説明する。
【0008】図3は、本発明の基本的原理を説明する図である。ステージ3上に固定された試料2にイオンビーム1が照射されている状態で、試料2の厚さtを無限小とした時の観察点P1が傾斜中心軸P0を中心として傾斜角θだけ傾斜させることにより、P2 点にシフトすることを表している。
【0009】本発明の基本的原理を説明するに当り以下の仮定を置く。
【0010】1) ステージの傾斜回転軸は、Y微動軸に平行とする。
【0011】2) ステージのY微動軸は、FIB走査のY軸に平行とする。
【0012】3) 加工試料の厚さを一定とする。
【0013】4) イオンビームは、FIBの走査中心で加工試料に垂直入射する。
【0014】上記仮定の下で図3中の3つの点P0,P1,P2の関係式をX−Z平面上で考える。今、傾斜角θ=0度における試料上での厚さ0時の観察点P1の(x,z)座標を(0,0),傾斜中心軸P0の座標を(−x0,−z0),傾斜角θ時の観察点P2の座標を(x2,z2)とする。ここで、座標原点をP1からP0に移動すると、それぞれの点座標は、P0(0,0),P1(x0,y0),P2(x′2,y′2)となる。但し、x′2=x2+x0,z′2=z2+z0である。
【0015】この時、点P2は点P0を中心とする点P1の傾斜写像点であるため、次の式が成り立つ。
【0016】
【数1】
x′2=x0cosθ+z0sinθ z′2=−x0sinθ+z0cosθ x′2=x2+x0及び z′2=z2+z0 …(数1)
を考慮すると、3つの点P0,P1,P2 の間には、次の関係式が成り立つ。
【0017】
【数2】
2=x0(cosθ−1)+z0sinθ z2=−x0sinθ+z0(cosθ−1) …(数2)
以上より、試料ステージ傾斜による観察点の像シフト補正は、点P0 の座標を予め求めることにより、任意傾斜角θに対する像シフトの補正量(x2,z2)を計算可能である。
【0018】又、試料が厚みtを持つ場合の観察点の回転写像点を、P3(x3,z3)とすると、次の関係式が成り立つ。
【0019】
【数3】
3=x2+tsinθ=x0(cosθ−1)+(z0+t)sinθ z3=z2+t(cosθ−1)=−x0sinθ+(z0+t)(cosθ−1)…(数3)
そこで、本発明では、上述のような傾斜像シフト補正方法を用いて、傾斜に伴う観察像のシフトを補正し断面観察を可能ならしめたものである。
【0020】図1は、本発明の一実施例を説明する図である。
【0021】本発明の傾斜像シフトの補正のためには、予め傾斜中心軸の座標を傾斜補正用データとして求める必要がある。以下その手順の一実施例を示す。傾斜補正用標準マークを有する試料2をステージ3上に固定し、イオン源11からのイオンビーム1が標準マークの中央に照射するように、制御計算機4からの指令に基づいて、X,Y軸駆動系6を介して、ステージを調整する。次に特定の2つの傾斜角(例えば45度及び60度)に対して、制御計算機4からの指令に基づいて、傾斜補正器8を通り、傾斜軸駆動系5を介して傾斜させ、その都度、予め傾斜補正用データ生成器10内に格納しておいた、ステージ機械機構系より求まる理想的な傾斜中心軸の座標を読み取り、傾斜補正器8内で(数2)式、又は(数3)式に基づき、指定傾斜角に対する標準マークの像シフト補正量を算出し、その補正量(△x,△z)を、X,Y軸駆動系6及びZ軸駆動系7にフィードバックする。その後、標準マークが視野の中央に入るように、制御計算機4からの指令に基づき、X,Y軸駆動系6及びZ軸駆動系7を介して、ステージを微調整し、2つの傾斜角に対する標準マークの座標をステージの位置検出器9を介して傾斜補正用データ生成器10により実測する。
【0022】今、上記2つの傾斜角に対する標準マークの実測座標を(x45,z45)及び(x60,z60)とすると、(数2)式から次式が成り立つ。
【0023】
【数4】

【0024】
【数5】

【0025】よって傾斜中心軸の座標(x0,z0)は、SIM像観察から実測可能なX軸座標のみで次式のように表せる。
【0026】
【数6】

【0027】この傾斜中心軸座標の算出は、傾斜補正用データ生成器10内で実施され、前記、理想的な傾斜中心軸の座標データの代わりとして格納し、以後の傾斜に伴う像シフト補正量の算出時に、傾斜補正器8により参照される。
【0028】図4は、以上の傾斜中心軸の座標を取得する一実施例の処理フロー図である。上記例において、傾斜中心軸の座標算出のための実測データを、傾斜角45度及び60度に対して求めたが、本発明では、上記数値に限定されるものではなく適宜、設定可能である。また、上記2つの実測データをX及びZ軸の関数としてではなく、Z軸を固定した、X軸及びイオンビームの焦点位置を可変する対物レンズ電圧の関数とみなすことにより、Z軸駆動系を持たないステージに対しても、傾斜に伴う像シフトの補正が可能である。
【0029】
【発明の効果】以上のように、本発明によれば、2つの傾斜角に対して標準マークを用いて得られる傾斜中心軸の座標を基準にすることにより、任意傾斜角に対する像シフトの補正量が得られ、この補正量をステージの駆動系にフィードバックすることにより、1つのイオン源からのイオンビームで試料の加工及び断面観察を行うFIB加工装置において、加工及び観察を繰り返し時の加工像と観察像との位置ずれを補正するための手動によるステージ微動という煩わしい操作が不要となり、実用に供してその効果は大きい。




 

 


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