JP3350374B2 - 集束イオンビーム装置並びに処理方法及び半導体デバイスの製造方法 - Google Patents
集束イオンビーム装置並びに処理方法及び半導体デバイスの製造方法Info
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Landscapes
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、集束イオンビーム
を照射することによって例えば半導体ＬＳＩ等の試料、
その製造ラインにおける修正も含む加工、観察、検査等
の処理を行う処理方法及び半導体デバイスの製造方法並
びに集束イオンビーム装置及びヘリコン波プラズマ型イ
オン源に関する。
を照射することによって例えば半導体ＬＳＩ等の試料、
その製造ラインにおける修正も含む加工、観察、検査等
の処理を行う処理方法及び半導体デバイスの製造方法並
びに集束イオンビーム装置及びヘリコン波プラズマ型イ
オン源に関する。
【０００２】
【従来の技術】集束イオンビームの応用は、半導体製造
分野でのマスクレスイオン注入、イオン露光、マスク修
正、配線修正、分析分野など多岐に渡っている。マスク
修正や配線修正では液体金属イオン源が用いられ、また
分析分野ではデュオプラズマトロン型イオン源などが用
いられている。ところで、半導体製造分野では、製造ラ
インにおけるイオン注入やリソグラフィ、エッチング等
の各工程において、それら各工程が所期の仕様を満足し
ているかを管理することが、製造歩留まりを向上する上
で、非常に重要となってきている。そこで、Ｓｉウエハ
やＳｉデバイスなどの試料に対してＦＩＢを照射した
際、電気的汚染やビーム照射によるコンタミネーション
を発生することなく製造ラインの試料の特定個所を微細
加工、微細成膜、分析することが可能な集束イオンビー
ム発生手段が要求された。この要求を実現できるプラズ
マイオン源である磁界とマイクロ波電界との相互作用を
利用したＥＣＲプラズマ（ＥｌｅｃｔｒｏｎＣｙｃｌｏ
ｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ プラズマ）発生源とＥ
ＨＤイオン源とを備えた処理装置及び処理方法について
は、特開平７−３２０６７０号公報に記載されている。
また上記要求を実現できる電界電離ガスイオン源やＥＨ
Ｄイオン源を備えた検査方法およびその装置について
は、特開平６−３４２６３８号公報に記載されている。
分野でのマスクレスイオン注入、イオン露光、マスク修
正、配線修正、分析分野など多岐に渡っている。マスク
修正や配線修正では液体金属イオン源が用いられ、また
分析分野ではデュオプラズマトロン型イオン源などが用
いられている。ところで、半導体製造分野では、製造ラ
インにおけるイオン注入やリソグラフィ、エッチング等
の各工程において、それら各工程が所期の仕様を満足し
ているかを管理することが、製造歩留まりを向上する上
で、非常に重要となってきている。そこで、Ｓｉウエハ
やＳｉデバイスなどの試料に対してＦＩＢを照射した
際、電気的汚染やビーム照射によるコンタミネーション
を発生することなく製造ラインの試料の特定個所を微細
加工、微細成膜、分析することが可能な集束イオンビー
ム発生手段が要求された。この要求を実現できるプラズ
マイオン源である磁界とマイクロ波電界との相互作用を
利用したＥＣＲプラズマ（ＥｌｅｃｔｒｏｎＣｙｃｌｏ
ｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ プラズマ）発生源とＥ
ＨＤイオン源とを備えた処理装置及び処理方法について
は、特開平７−３２０６７０号公報に記載されている。
また上記要求を実現できる電界電離ガスイオン源やＥＨ
Ｄイオン源を備えた検査方法およびその装置について
は、特開平６−３４２６３８号公報に記載されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術に記載さ
れた電界電離ガスイオン源やＥＨＤイオン源を用いる場
合、対象とする試料もしくは試料製造ラインにコンタミ
ネーションを与えないために対象とする試料の表面の材
質に応じてイオン材料を交換したり、その先にある絞り
込むアパーチヤ等の材質を交換する必要があり、非常に
操作が複雑である。この課題を改善したのが上記従来技
術に記載されたプラズマイオン源としてのＥＣＲプラズ
マ発生源である。しかしながら、プラズマイオン源とし
てのＥＣＲプラズマ発生源においては、マイクロ波回路
を導波管等の立体回路で構成し、更に磁束密度を８７５
ガウス程度に高くする必要があるため磁界を発生ための
コイルが大口径（直径５００ｍｍ程度）化し、その結果
装置サイズが大きくなってしまうと共にイオン電流密度
が低いため加工速度が遅いという課題を有していた。
れた電界電離ガスイオン源やＥＨＤイオン源を用いる場
合、対象とする試料もしくは試料製造ラインにコンタミ
ネーションを与えないために対象とする試料の表面の材
質に応じてイオン材料を交換したり、その先にある絞り
込むアパーチヤ等の材質を交換する必要があり、非常に
操作が複雑である。この課題を改善したのが上記従来技
術に記載されたプラズマイオン源としてのＥＣＲプラズ
マ発生源である。しかしながら、プラズマイオン源とし
てのＥＣＲプラズマ発生源においては、マイクロ波回路
を導波管等の立体回路で構成し、更に磁束密度を８７５
ガウス程度に高くする必要があるため磁界を発生ための
コイルが大口径（直径５００ｍｍ程度）化し、その結果
装置サイズが大きくなってしまうと共にイオン電流密度
が低いため加工速度が遅いという課題を有していた。
【０００４】本発明の目的は、上記従来技術の課題を解
決すべく、小型化されたプラズマイオン源を用いてウエ
ハやデバイス等の試料に対して集束イオンビームを照射
して、電気的汚染やコンタミネイションの発生を防止し
て試料の特定個所に対して微細加工、微細成膜、観察、
分析、計測、検査等処理を実現できるようにした処理方
法及び半導体デバイスの製造方法並びに集束イオンビー
ム装置を提供することである。また本発明の他の目的
は、プラズマ密度およびイオンビームの電流密度を高く
したプラズマイオン源を用いてウエハやデバイス等の試
料に対して集束イオンビームを照射して、電気的汚染や
コンタミネイションの発生を防止して試料の特定個所に
対して微細加工、微細成膜、観察、分析、計測、検査等
処理を高速で実現できるようにした処理方法及び半導体
デバイスの製造方法並びに集束イオンビーム装置を提供
することである。また本発明の他の目的は、小型化し、
且つイオンビームの電流密度を高くして処理速度を高め
たヘリコン波プラズマ型イオン源及び集束イオンビーム
装置を提供することである。
決すべく、小型化されたプラズマイオン源を用いてウエ
ハやデバイス等の試料に対して集束イオンビームを照射
して、電気的汚染やコンタミネイションの発生を防止し
て試料の特定個所に対して微細加工、微細成膜、観察、
分析、計測、検査等処理を実現できるようにした処理方
法及び半導体デバイスの製造方法並びに集束イオンビー
ム装置を提供することである。また本発明の他の目的
は、プラズマ密度およびイオンビームの電流密度を高く
したプラズマイオン源を用いてウエハやデバイス等の試
料に対して集束イオンビームを照射して、電気的汚染や
コンタミネイションの発生を防止して試料の特定個所に
対して微細加工、微細成膜、観察、分析、計測、検査等
処理を高速で実現できるようにした処理方法及び半導体
デバイスの製造方法並びに集束イオンビーム装置を提供
することである。また本発明の他の目的は、小型化し、
且つイオンビームの電流密度を高くして処理速度を高め
たヘリコン波プラズマ型イオン源及び集束イオンビーム
装置を提供することである。
【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、本発明は、ヘリコン波を励起してガスをプラズマ化
してイオンビームを出射するヘリコン波プラズマ型イオ
ン源と、該ヘリコン波プラズマ型イオン源から出射され
たイオンビームを集束する静電光学系とを備えたことを
特徴とする集束イオンビーム装置である。また本発明
は、前記集束イオンビーム装置において、前記ヘリコン
波プラズマ型イオン源においてプラズマ化するガスが、
希ガスまたはＯ2ガスやＳＦ6ガス等の負性ガスまたはＣ
Ｆ4、ＣＨＦ3、Ｃ2Ｆ6、Ｃ3Ｆ8あるいはＣ4Ｆ8ガス等の
ＣＦ系ガスであることを特徴とする。また本発明は、前
記集束イオンビーム装置において、前記ヘリコン波プラ
ズマ型イオン源を、ガスが導入されるチャンバと、該チ
ャンバ内に対して磁場を発生させる磁場発生手段と、該
磁場発生手段によって発生した磁場にヘリコン波を励起
してガスをプラズマ化するヘリコン波励起手段と、前記
チャンバ内でプラズマ化されたイオンを加速する基準電
極と、該基準電極によって加速されたイオンをイオンビ
ームとして引き出す引き出し電極とを備えて構成したこ
とを特徴とする。また本発明は、前記集束イオンビーム
装置において、更に前記静電光学系により集束されたイ
オンビームを偏向させる偏向電極を備えたことを特徴と
する。
に、本発明は、ヘリコン波を励起してガスをプラズマ化
してイオンビームを出射するヘリコン波プラズマ型イオ
ン源と、該ヘリコン波プラズマ型イオン源から出射され
たイオンビームを集束する静電光学系とを備えたことを
特徴とする集束イオンビーム装置である。また本発明
は、前記集束イオンビーム装置において、前記ヘリコン
波プラズマ型イオン源においてプラズマ化するガスが、
希ガスまたはＯ2ガスやＳＦ6ガス等の負性ガスまたはＣ
Ｆ4、ＣＨＦ3、Ｃ2Ｆ6、Ｃ3Ｆ8あるいはＣ4Ｆ8ガス等の
ＣＦ系ガスであることを特徴とする。また本発明は、前
記集束イオンビーム装置において、前記ヘリコン波プラ
ズマ型イオン源を、ガスが導入されるチャンバと、該チ
ャンバ内に対して磁場を発生させる磁場発生手段と、該
磁場発生手段によって発生した磁場にヘリコン波を励起
してガスをプラズマ化するヘリコン波励起手段と、前記
チャンバ内でプラズマ化されたイオンを加速する基準電
極と、該基準電極によって加速されたイオンをイオンビ
ームとして引き出す引き出し電極とを備えて構成したこ
とを特徴とする。また本発明は、前記集束イオンビーム
装置において、更に前記静電光学系により集束されたイ
オンビームを偏向させる偏向電極を備えたことを特徴と
する。
【０００６】また本発明は、ガスが導入されるチャンバ
と、該チャンバ内に対して磁場を発生させる磁場発生手
段と、該磁場発生手段によって発生した磁場にヘリコン
波を励起してガスをプラズマ化するヘリコン波励起手段
と、前記チャンバ内でプラズマ化されたイオンを加速す
る基準電極と、該基準電極によって加速されたイオンを
イオンビームとして引き出す引き出し電極とを備えたこ
とを特徴とするヘリコン波プラズマ型イオン源である。
また本発明は、前記ヘリコン波プラズマ型イオン源にお
いて、前記磁場発生手段によって発生する磁場強度を制
御する制御手段を備えたことを特徴とする。
と、該チャンバ内に対して磁場を発生させる磁場発生手
段と、該磁場発生手段によって発生した磁場にヘリコン
波を励起してガスをプラズマ化するヘリコン波励起手段
と、前記チャンバ内でプラズマ化されたイオンを加速す
る基準電極と、該基準電極によって加速されたイオンを
イオンビームとして引き出す引き出し電極とを備えたこ
とを特徴とするヘリコン波プラズマ型イオン源である。
また本発明は、前記ヘリコン波プラズマ型イオン源にお
いて、前記磁場発生手段によって発生する磁場強度を制
御する制御手段を備えたことを特徴とする。
【０００７】また本発明は、ヘリコン波を励起してガス
をプラズマ化するヘリコン波プラズマ型イオン源から出
射されたイオンビームを静電光学系で集束して試料に照
射して処理することを特徴とする処理方法である。また
本発明は、前記処理方法において、前記処理は、化学反
応に基づく処理であることを特徴とする。
をプラズマ化するヘリコン波プラズマ型イオン源から出
射されたイオンビームを静電光学系で集束して試料に照
射して処理することを特徴とする処理方法である。また
本発明は、前記処理方法において、前記処理は、化学反
応に基づく処理であることを特徴とする。
【０００８】また本発明は、ヘリコン波を励起してガス
をプラズマ化するヘリコン波プラズマ型イオン源から出
射されたイオンビームを静電光学系で集束して試料に照
射して試料の電気的特性を損なうことなく加工すること
を特徴とする処理方法である。また本発明は、前記処理
方法において、前記加工は、化学反応に基づく加工であ
ることを特徴とする。また本発明は、前記処理方法にお
いて、前記プラズマ化するガスが、希ガスまたは負性ガ
スまたはＣＦ系であることを特徴とする。
をプラズマ化するヘリコン波プラズマ型イオン源から出
射されたイオンビームを静電光学系で集束して試料に照
射して試料の電気的特性を損なうことなく加工すること
を特徴とする処理方法である。また本発明は、前記処理
方法において、前記加工は、化学反応に基づく加工であ
ることを特徴とする。また本発明は、前記処理方法にお
いて、前記プラズマ化するガスが、希ガスまたは負性ガ
スまたはＣＦ系であることを特徴とする。
【０００９】また本発明は、ヘリコン波を励起してガス
をプラズマ化するヘリコン波プラズマ型イオン源から出
射されたイオンビームを静電光学系で集束して半導体デ
バイスに照射して処理して半導体デバイスを製造するこ
とを特徴とする半導体デバイスの製造方法である。
をプラズマ化するヘリコン波プラズマ型イオン源から出
射されたイオンビームを静電光学系で集束して半導体デ
バイスに照射して処理して半導体デバイスを製造するこ
とを特徴とする半導体デバイスの製造方法である。
【００１０】また本発明は、前記半導体デバイスの製造
方法において、前記処理は、化学反応に基づく処理であ
ることを特徴とする。また本発明は、前記半導体デバイ
スの製造方法において、前記プラズマ化するガスが、希
ガスまたは負性ガスまたはＣＦ系であることを特徴とす
る。また本発明は、ヘリコン波を励起して希ガスをプラ
ズマ化し、スパッタ開始電圧の高い金属材料または半導
体デバイスの不純物とならない金属材料でできた電極に
開けた穴から引き出した正イオンビームを、静電集束レ
ンズにより集束した集束イオンビームにより半導体デバ
イスをその電気的特性を変えずに加工、観察することを
特徴とした半導体デバイスの製造方法である。また本発
明は、ヘリコン波を励起してＯ2ガスをプラズマ化し、
スパッタ開始電圧の高い金属材料または半導体デバイス
の不純物とならない金属材料でできた電極に開けた穴か
ら引き出した負イオンビームを、集束レンズにより集束
した集束イオンビームにより半導体デバイスをチャージ
アップさせることなく加工、観察することを特徴とした
半導体デバイスの製造方法である。
方法において、前記処理は、化学反応に基づく処理であ
ることを特徴とする。また本発明は、前記半導体デバイ
スの製造方法において、前記プラズマ化するガスが、希
ガスまたは負性ガスまたはＣＦ系であることを特徴とす
る。また本発明は、ヘリコン波を励起して希ガスをプラ
ズマ化し、スパッタ開始電圧の高い金属材料または半導
体デバイスの不純物とならない金属材料でできた電極に
開けた穴から引き出した正イオンビームを、静電集束レ
ンズにより集束した集束イオンビームにより半導体デバ
イスをその電気的特性を変えずに加工、観察することを
特徴とした半導体デバイスの製造方法である。また本発
明は、ヘリコン波を励起してＯ2ガスをプラズマ化し、
スパッタ開始電圧の高い金属材料または半導体デバイス
の不純物とならない金属材料でできた電極に開けた穴か
ら引き出した負イオンビームを、集束レンズにより集束
した集束イオンビームにより半導体デバイスをチャージ
アップさせることなく加工、観察することを特徴とした
半導体デバイスの製造方法である。
【００１１】また本発明は、ヘリコン波を励起してＳＦ
6ガスをプラズマ化し、スパッタ開始電圧の高い金属材
料または半導体デバイスの不純物とならない金属材料で
できたでできた電極に開けた穴から引き出した負イオン
ビームを、集束レンズにより集束した集束イオンビーム
により半導体デバイスをチャージアップさせず、かつ化
学反応を利用した高速加工、観察することを特徴とした
半導体デバイスの製造方法である。また本発明は、ヘリ
コン波を励起してＣＦ4、ＣＨＦ3、Ｃ2Ｆ6、Ｃ3Ｆ8ある
いはＣ4Ｆ8ガスをプラズマ化し、１５０度〜３００度に
加熱し、スパッタ開始電圧の高い金属材料または半導体
デバイスの不純物とならない金属材料でできた電極に開
けた穴から引き出したイオンビームを、集束レンズによ
り集束した集束イオンビームにより半導体デバイスを高
選択加工、観察することを特徴とした半導体デバイスの
製造方法である。以上説明したように、本発明に係るヘ
リコン波プラズマ型イオン源は、磁束密度がＥＣＲプラ
ズマに比べて低くて良いことと、導波管などの立体回路
を必要としない高周波を用いることができ、装置サイズ
をＥＣＲプラズマ型に比べて、１／５（直径１００ｍｍ
程度）まで小型化することができる。さらに、ヘリコン
波プラズマは、他のプラズマに比べて、プラズマ密度が
高く、イオンビームの電流密度を上げることができ、そ
の結果対象とする半導体デバイス等の試料に対して高速
で加工などの処理を実現することができる。
6ガスをプラズマ化し、スパッタ開始電圧の高い金属材
料または半導体デバイスの不純物とならない金属材料で
できたでできた電極に開けた穴から引き出した負イオン
ビームを、集束レンズにより集束した集束イオンビーム
により半導体デバイスをチャージアップさせず、かつ化
学反応を利用した高速加工、観察することを特徴とした
半導体デバイスの製造方法である。また本発明は、ヘリ
コン波を励起してＣＦ4、ＣＨＦ3、Ｃ2Ｆ6、Ｃ3Ｆ8ある
いはＣ4Ｆ8ガスをプラズマ化し、１５０度〜３００度に
加熱し、スパッタ開始電圧の高い金属材料または半導体
デバイスの不純物とならない金属材料でできた電極に開
けた穴から引き出したイオンビームを、集束レンズによ
り集束した集束イオンビームにより半導体デバイスを高
選択加工、観察することを特徴とした半導体デバイスの
製造方法である。以上説明したように、本発明に係るヘ
リコン波プラズマ型イオン源は、磁束密度がＥＣＲプラ
ズマに比べて低くて良いことと、導波管などの立体回路
を必要としない高周波を用いることができ、装置サイズ
をＥＣＲプラズマ型に比べて、１／５（直径１００ｍｍ
程度）まで小型化することができる。さらに、ヘリコン
波プラズマは、他のプラズマに比べて、プラズマ密度が
高く、イオンビームの電流密度を上げることができ、そ
の結果対象とする半導体デバイス等の試料に対して高速
で加工などの処理を実現することができる。
【００１２】また本発明によれば、高周波電源からヘリ
コン波励起用アンテナへ供給した高周波電力によりヘリ
コン波を発生し、希ガスをプラズマ化してプラズマ中の
イオンを、３０ボルト以下のエネルギーでタングステン
あるいはタンタル電極の直径が１μｍ以下の穴を通して
引き出し、イオンエネルギー幅が数ｅＶ以下、角度電流
密度が数μＡ／ｓｒ以上であれば、２段集束レンズを用
いてビーム電流を１００ｐＡ以上、ビーム直径を０．１
μｍ以下にして、半導体ＬＳＩの電気的特性に悪影響を
与えずに加工、観察等の処理を実現することができる。
また、上記希ガスをＯ2ガスやＳＦ6ガス等の負性ガスに
変えて加速電圧の極性を負にすれば、負の電荷をもつ集
束イオンビームが得られ、絶縁物を加工、観察してもビ
ーム照射面がチャージアップすることがなく、加工位置
ずれがなく加工、観察することができる。またＦイオン
は反応性が高く、シリコン、ポリシリコン、シリコン酸
化膜、シリコン窒化膜に対して加工速度を増速すること
ができる。
コン波励起用アンテナへ供給した高周波電力によりヘリ
コン波を発生し、希ガスをプラズマ化してプラズマ中の
イオンを、３０ボルト以下のエネルギーでタングステン
あるいはタンタル電極の直径が１μｍ以下の穴を通して
引き出し、イオンエネルギー幅が数ｅＶ以下、角度電流
密度が数μＡ／ｓｒ以上であれば、２段集束レンズを用
いてビーム電流を１００ｐＡ以上、ビーム直径を０．１
μｍ以下にして、半導体ＬＳＩの電気的特性に悪影響を
与えずに加工、観察等の処理を実現することができる。
また、上記希ガスをＯ2ガスやＳＦ6ガス等の負性ガスに
変えて加速電圧の極性を負にすれば、負の電荷をもつ集
束イオンビームが得られ、絶縁物を加工、観察してもビ
ーム照射面がチャージアップすることがなく、加工位置
ずれがなく加工、観察することができる。またＦイオン
は反応性が高く、シリコン、ポリシリコン、シリコン酸
化膜、シリコン窒化膜に対して加工速度を増速すること
ができる。
【００１３】さらに、上記希ガスや負性ガスに変えて反
応性ガスであるＣＦ4、ＣＨＦ3、Ｃ2Ｆ6、Ｃ3Ｆ8，Ｃ4
Ｆ8ガス等のＣＦ系ガスを用い、かつプラズマに電圧を
印加する基準電極とイオン引き出し電極を１５０〜３０
０度に加熱しながら、ＣＦ系のイオンを集束イオンビー
ムとして引き出した場合には、シリコン、ポリシリコ
ン、シリコン窒化膜に対してシリコン酸化膜を高選択比
で加工することができる。また、プラズマ発生に用いる
ガスは希ガスのまま、加工対象物の近傍にガスノズルを
用いて、イオンビーム照射領域に反応性ガスであるＣｌ
2、ＸｅＦ2、ＣＦ4、ＣＨＦ3、Ｃ2Ｆ6、Ｃ3Ｆ8、Ｃ4Ｆ8
ガスを流して化学反応をさせることによって加工速度を
増速することも可能である。
応性ガスであるＣＦ4、ＣＨＦ3、Ｃ2Ｆ6、Ｃ3Ｆ8，Ｃ4
Ｆ8ガス等のＣＦ系ガスを用い、かつプラズマに電圧を
印加する基準電極とイオン引き出し電極を１５０〜３０
０度に加熱しながら、ＣＦ系のイオンを集束イオンビー
ムとして引き出した場合には、シリコン、ポリシリコ
ン、シリコン窒化膜に対してシリコン酸化膜を高選択比
で加工することができる。また、プラズマ発生に用いる
ガスは希ガスのまま、加工対象物の近傍にガスノズルを
用いて、イオンビーム照射領域に反応性ガスであるＣｌ
2、ＸｅＦ2、ＣＦ4、ＣＨＦ3、Ｃ2Ｆ6、Ｃ3Ｆ8、Ｃ4Ｆ8
ガスを流して化学反応をさせることによって加工速度を
増速することも可能である。
【００１４】
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図を用いて
説明する。図１は、ヘリコン波プラズマをイオン源とし
て採用した集束イオンビーム装置の要部を模式的に示し
た断面図である。ヘリコン波プラズマイオン源１００
は、希ガスや負性ガスやＣＦ系ガスがガス導入ポート６
から内部に導入されてプラズマ化される石英ガラスチャ
ンバ（室）２２と、石英ガラスチャンバ（室）２２内に
磁場を発生させるマグネット２と、該マグネット２を保
持して石英ガラスチャンバ（室）２２内の磁場強度を調
整（制御）できるように矢印方向に移動調整可能に構成
された（即ち磁場強度を調整（制御）できる制御手段を
備えた）マグネットホルダ１と、高周波電源（図示せ
ず）から同軸ケーブルの高周波導入コネクタ４を介して
高周波電力（高周波として約１〜１００ＭＨｚ、電力と
して最大１ｋＷ程度、通常１００〜３００Ｗ程度）が印
加され、上記マグネット２によって発生した磁場に対し
て平行に電磁波を伝搬させてヘリコン波を励起してプラ
ズマ化するヘリコン波励起用アンテナ３と、石英ガラス
チャンバ（室）２２内でプラズマ化されたイオンを引き
出すためのイオン引き出しアッセンブリ５と、高周波の
漏洩を防止するためのシールド３０とから構成され、イ
オンビームチャンバ１９の上部に備えられている。な
お、ガス導入ポート６には排気ポートも備えられてい
る。
説明する。図１は、ヘリコン波プラズマをイオン源とし
て採用した集束イオンビーム装置の要部を模式的に示し
た断面図である。ヘリコン波プラズマイオン源１００
は、希ガスや負性ガスやＣＦ系ガスがガス導入ポート６
から内部に導入されてプラズマ化される石英ガラスチャ
ンバ（室）２２と、石英ガラスチャンバ（室）２２内に
磁場を発生させるマグネット２と、該マグネット２を保
持して石英ガラスチャンバ（室）２２内の磁場強度を調
整（制御）できるように矢印方向に移動調整可能に構成
された（即ち磁場強度を調整（制御）できる制御手段を
備えた）マグネットホルダ１と、高周波電源（図示せ
ず）から同軸ケーブルの高周波導入コネクタ４を介して
高周波電力（高周波として約１〜１００ＭＨｚ、電力と
して最大１ｋＷ程度、通常１００〜３００Ｗ程度）が印
加され、上記マグネット２によって発生した磁場に対し
て平行に電磁波を伝搬させてヘリコン波を励起してプラ
ズマ化するヘリコン波励起用アンテナ３と、石英ガラス
チャンバ（室）２２内でプラズマ化されたイオンを引き
出すためのイオン引き出しアッセンブリ５と、高周波の
漏洩を防止するためのシールド３０とから構成され、イ
オンビームチャンバ１９の上部に備えられている。な
お、ガス導入ポート６には排気ポートも備えられてい
る。
【００１５】そして集束イオンビーム装置として、ヘリ
コン波プラズマイオン源１００のイオン引き出しアッセ
ンブリ５から引き出されたイオンビームを半導体デバイ
ス等の試料（加工対象物）１６上に集束するための２段
の集束レンズ（静電光学系）７、対物レンズ（静電光学
系）１４と、アライナ・スティグマ８と、イオンビーム
の照射をＯＮ，ＯＦＦするためのブランカ１０およびブ
ランキングアパーチャ・ファラデーカップ１１と、集束
されたイオンビームをＸ，Ｙ軸方向に偏向させるディフ
レクタ１２および１３とを備えている。なお、半導体デ
バイス等の試料（加工対象物）１６は、Ｘ，Ｙ軸方向に
移動可能な試料ステージ１７上に載置される。１５は、
試料１６の表面から得られる二次荷電粒子２４を検出す
る二次荷電粒子検出器であり、この二次荷電粒子検出器
１５で検出される二次荷電粒子の画像をディスプレイ等
の表示手段に表示することによって、試料１６の表面を
観察することができる。
コン波プラズマイオン源１００のイオン引き出しアッセ
ンブリ５から引き出されたイオンビームを半導体デバイ
ス等の試料（加工対象物）１６上に集束するための２段
の集束レンズ（静電光学系）７、対物レンズ（静電光学
系）１４と、アライナ・スティグマ８と、イオンビーム
の照射をＯＮ，ＯＦＦするためのブランカ１０およびブ
ランキングアパーチャ・ファラデーカップ１１と、集束
されたイオンビームをＸ，Ｙ軸方向に偏向させるディフ
レクタ１２および１３とを備えている。なお、半導体デ
バイス等の試料（加工対象物）１６は、Ｘ，Ｙ軸方向に
移動可能な試料ステージ１７上に載置される。１５は、
試料１６の表面から得られる二次荷電粒子２４を検出す
る二次荷電粒子検出器であり、この二次荷電粒子検出器
１５で検出される二次荷電粒子の画像をディスプレイ等
の表示手段に表示することによって、試料１６の表面を
観察することができる。
【００１６】１８は、集束されたイオンビーム２３が照
射された試料１６上に塩素ガスやフッ化キセノンガスな
どの化学的な反応性の高いガスを吹き付けるガスノズル
であり、このガスノズル１８によって吹き付けて加工面
に吸着したガス分子が照射されたイオンビーム２３によ
るエネルギーにより加工材質と化学反応を起こしてイオ
ンビーム２３による物理的スパッタに加えて化学的エッ
チング反応を進めるためのものである。２５は、チャー
ジアップ中和用電子源であり、集束されたイオンビーム
２３が照射されたことによって試料上にチャージアップ
した電荷を中和させるためのものである。２０は、静電
光学系７、１４、アライナ・スティグマ８、ブランカ１
０、ディフレクタ１２および１３に電圧または制御電圧
信号を供給する電圧導入端子である。
射された試料１６上に塩素ガスやフッ化キセノンガスな
どの化学的な反応性の高いガスを吹き付けるガスノズル
であり、このガスノズル１８によって吹き付けて加工面
に吸着したガス分子が照射されたイオンビーム２３によ
るエネルギーにより加工材質と化学反応を起こしてイオ
ンビーム２３による物理的スパッタに加えて化学的エッ
チング反応を進めるためのものである。２５は、チャー
ジアップ中和用電子源であり、集束されたイオンビーム
２３が照射されたことによって試料上にチャージアップ
した電荷を中和させるためのものである。２０は、静電
光学系７、１４、アライナ・スティグマ８、ブランカ１
０、ディフレクタ１２および１３に電圧または制御電圧
信号を供給する電圧導入端子である。
【００１７】次に、本発明に係るヘリコン波プラズマを
イオン源として採用した集束イオンビーム装置の動作に
ついて図１を用いて説明する。まず、ガス導入ポート６
から石英ガラスチャンバ（室）２２内に、圧力が０．１
〜１００Ｐａ程度になるように希ガスを導入する。制御
手段（移動調整可能に構成されたマグネットホルダ１）
によって強度が調整（制御）された磁場がマグネット２
によって石英ガラスチャンバ（室）２２内に形成され
る。そして、図中には示していないが、同軸ケーブルに
て高周波導入コネクタ４に接続された高周波電源（図示
せず）から高周波電力（高周波として約１〜１００ＭＨ
ｚ、電力として最大１ｋＷ程度、通常１００〜３００Ｗ
程度）をヘリコン波励起用アンテナ３へ供給する。ヘリ
コン波励起用アンテナ３は原理的には二つのワンターン
コイルからできており、各コイルに逆向きに高周波電流
を流すことにより、二つのコイル間に整数分の１波長の
ヘリコン波が励起され、波の磁場成分は軸方向が最大に
なる。ヘリコン波励起用アンテナの種類は図２、および
図３に示すようなアンテナ３、アンテナ１０３のような
巻き方が存在するが、発生させるＭ＝０、Ｍ＝１やＭ＝
−１モードの電磁界パターンにより使い分けられる。本
実施の形態では図２に示すヘリコン波励起用アンテナ３
を採用したが、他の巻き方のアンテナでも同様の性能が
得られる。発生したヘリコン波はヘリコン波励起用アン
テナ３の上部に置かれた磁場強度を調整（制御）可能な
マグネット２による磁界との相互作用により、石英ガラ
スチャンバ２２内にガス導入および排気ポート６からチ
ャンバ内部が圧力０．１〜１００Ｐａ程度になるよう流
した希ガス、例えばアルゴンガスをプラズマ化する。ヘ
リコン波の位相速度がプラズマ中の電子の熱運動速度の
オーダ近くになると、電子はヘリコン波と直接相互作用
を生じてエネルギーを得るようになり、高密度のアルゴ
ンガスプラズマ２１が石英ガラスチャンバ２２内に生成
される。即ち、高周波電源（図示せず）から高周波導入
コネクタ４を介してヘリコン波励起用アンテナ３へ供給
した高周波電力により、ヘリコン波を発生して希ガスを
プラズマ化することができる。このようにヘリコン波励
起用アンテナ３へ高周波電力を供給してヘリコン波を発
生するようにしたので、ヘリコン波励起用アンテナ３か
ら発生させる磁束密度を低くすることができ、小型化す
ることができる。
イオン源として採用した集束イオンビーム装置の動作に
ついて図１を用いて説明する。まず、ガス導入ポート６
から石英ガラスチャンバ（室）２２内に、圧力が０．１
〜１００Ｐａ程度になるように希ガスを導入する。制御
手段（移動調整可能に構成されたマグネットホルダ１）
によって強度が調整（制御）された磁場がマグネット２
によって石英ガラスチャンバ（室）２２内に形成され
る。そして、図中には示していないが、同軸ケーブルに
て高周波導入コネクタ４に接続された高周波電源（図示
せず）から高周波電力（高周波として約１〜１００ＭＨ
ｚ、電力として最大１ｋＷ程度、通常１００〜３００Ｗ
程度）をヘリコン波励起用アンテナ３へ供給する。ヘリ
コン波励起用アンテナ３は原理的には二つのワンターン
コイルからできており、各コイルに逆向きに高周波電流
を流すことにより、二つのコイル間に整数分の１波長の
ヘリコン波が励起され、波の磁場成分は軸方向が最大に
なる。ヘリコン波励起用アンテナの種類は図２、および
図３に示すようなアンテナ３、アンテナ１０３のような
巻き方が存在するが、発生させるＭ＝０、Ｍ＝１やＭ＝
−１モードの電磁界パターンにより使い分けられる。本
実施の形態では図２に示すヘリコン波励起用アンテナ３
を採用したが、他の巻き方のアンテナでも同様の性能が
得られる。発生したヘリコン波はヘリコン波励起用アン
テナ３の上部に置かれた磁場強度を調整（制御）可能な
マグネット２による磁界との相互作用により、石英ガラ
スチャンバ２２内にガス導入および排気ポート６からチ
ャンバ内部が圧力０．１〜１００Ｐａ程度になるよう流
した希ガス、例えばアルゴンガスをプラズマ化する。ヘ
リコン波の位相速度がプラズマ中の電子の熱運動速度の
オーダ近くになると、電子はヘリコン波と直接相互作用
を生じてエネルギーを得るようになり、高密度のアルゴ
ンガスプラズマ２１が石英ガラスチャンバ２２内に生成
される。即ち、高周波電源（図示せず）から高周波導入
コネクタ４を介してヘリコン波励起用アンテナ３へ供給
した高周波電力により、ヘリコン波を発生して希ガスを
プラズマ化することができる。このようにヘリコン波励
起用アンテナ３へ高周波電力を供給してヘリコン波を発
生するようにしたので、ヘリコン波励起用アンテナ３か
ら発生させる磁束密度を低くすることができ、小型化す
ることができる。
【００１８】ところで、ヘリコン波とは、次のように定
義される。電磁場が磁場と平行に伝搬するときには、波
数と角周波数との間に分散関係が成立ち、電磁波は右回
り（Ｒ波）と左回り（Ｌ波）の二つの円偏波に分かれ
る。ωceは電子が磁力線の周りを回る周波数で、ωciは
イオンが磁力線の周りを回る角周波数で、これらの周波
数間のＲ波がヘリコン波（ホイスラー波）である。この
ように電磁波の周波数と磁場強度（電子が磁力線の周り
を回る角周波数に関係している。）はある一定の関係が
あり、ヘリコン波のエネルギーが電子に与えられる最適
磁場強度が存在する。従って、この最適値を得るため
に、制御手段（移動調整可能に構成されたマグネットホ
ルダ１）によって磁場強度を調整（制御）する必要があ
る。
義される。電磁場が磁場と平行に伝搬するときには、波
数と角周波数との間に分散関係が成立ち、電磁波は右回
り（Ｒ波）と左回り（Ｌ波）の二つの円偏波に分かれ
る。ωceは電子が磁力線の周りを回る周波数で、ωciは
イオンが磁力線の周りを回る角周波数で、これらの周波
数間のＲ波がヘリコン波（ホイスラー波）である。この
ように電磁波の周波数と磁場強度（電子が磁力線の周り
を回る角周波数に関係している。）はある一定の関係が
あり、ヘリコン波のエネルギーが電子に与えられる最適
磁場強度が存在する。従って、この最適値を得るため
に、制御手段（移動調整可能に構成されたマグネットホ
ルダ１）によって磁場強度を調整（制御）する必要があ
る。
【００１９】石英ガラスチャンバ２２内において生成さ
れたプラズマ２１は、イオン引き出しアッセンブリ５に
接触する。このイオン引き出しアッセンブリ５は、二つ
の電極からできており、図４に示すような構造となって
いる。スパッタ開始電圧が３０ボルト程度である材料あ
るいは加工対象の半導体デバイスの不純物とならない材
料であるタングステンあるいはタンタル等で形成された
板材の中央に穴を開けた基準電極２６と、中央に穴を開
けた石英ガラススペーサ２７を挟んで、タングステンあ
るいはタンタルの板材の中央に直径１μｍ以下の穴を開
けたイオン引き出し電極２８をホルダ２９に組み込んだ
構造である。接触したプラズマ２１は図中には記載され
ていない加速電源から基準電極２６に印加された加速電
圧３０ｋＶ程度の電位となり、図中には記載されていな
い引き出し電源からイオン引き出し電極２８に印加され
たイオン引き出し電圧２９．９７ｋＶ程度により、イオ
ンは図中の下方に向かって加速され、基準電極２６、石
英ガラススペーサ２７、イオン引き出し電極２８のそれ
ぞれの中心の穴を通過する。穴を通過しないイオンは基
準電極２６やイオン引き出し電極２８に衝突するが、ス
パッタ開始電圧より低いエネルギーのイオンであるの
で、基準電極２６やイオン引き出し電極２８からは金属
イオンは放出されないか、あるいは加工対象の半導体デ
バイスの不純物とならない材料（半導体の禁制帯にキャ
リアの捕獲準位を持たない物質）なのでスパッタされて
も半導体デバイスを汚染しない。
れたプラズマ２１は、イオン引き出しアッセンブリ５に
接触する。このイオン引き出しアッセンブリ５は、二つ
の電極からできており、図４に示すような構造となって
いる。スパッタ開始電圧が３０ボルト程度である材料あ
るいは加工対象の半導体デバイスの不純物とならない材
料であるタングステンあるいはタンタル等で形成された
板材の中央に穴を開けた基準電極２６と、中央に穴を開
けた石英ガラススペーサ２７を挟んで、タングステンあ
るいはタンタルの板材の中央に直径１μｍ以下の穴を開
けたイオン引き出し電極２８をホルダ２９に組み込んだ
構造である。接触したプラズマ２１は図中には記載され
ていない加速電源から基準電極２６に印加された加速電
圧３０ｋＶ程度の電位となり、図中には記載されていな
い引き出し電源からイオン引き出し電極２８に印加され
たイオン引き出し電圧２９．９７ｋＶ程度により、イオ
ンは図中の下方に向かって加速され、基準電極２６、石
英ガラススペーサ２７、イオン引き出し電極２８のそれ
ぞれの中心の穴を通過する。穴を通過しないイオンは基
準電極２６やイオン引き出し電極２８に衝突するが、ス
パッタ開始電圧より低いエネルギーのイオンであるの
で、基準電極２６やイオン引き出し電極２８からは金属
イオンは放出されないか、あるいは加工対象の半導体デ
バイスの不純物とならない材料（半導体の禁制帯にキャ
リアの捕獲準位を持たない物質）なのでスパッタされて
も半導体デバイスを汚染しない。
【００２０】即ち、石英ガラスチャンバ２２内において
生成されたプラズマ２１から電界によりイオンを引き出
すには、必ず金属の電極が必要となる。その結果、引き
出そうとするイオンがその電極にあたり、電極材料がス
パッタされてこのスパッタされた金属イオンがイオンビ
ーム中に混入すると不純物となって加工対象物を汚染し
てしまうことになる。従って、イオンのエネルギーがス
パッタが開始するしきい値電圧より低くする必要があ
る。プラズマ２１から電極へ向かうイオンのエネルギー
は、基準電極２６とイオン引き出し電極２８との電位差
でほぼ決まるので、この電位差を電極材料のしきい値電
圧より低くすればよい。但し、電位差を大きくした方が
電流を多くとれるので、電極用の金属材料としてスパッ
タ開始しきい値電圧（３０ボルト程度）の高いタンタル
やタングステンを用いた。
生成されたプラズマ２１から電界によりイオンを引き出
すには、必ず金属の電極が必要となる。その結果、引き
出そうとするイオンがその電極にあたり、電極材料がス
パッタされてこのスパッタされた金属イオンがイオンビ
ーム中に混入すると不純物となって加工対象物を汚染し
てしまうことになる。従って、イオンのエネルギーがス
パッタが開始するしきい値電圧より低くする必要があ
る。プラズマ２１から電極へ向かうイオンのエネルギー
は、基準電極２６とイオン引き出し電極２８との電位差
でほぼ決まるので、この電位差を電極材料のしきい値電
圧より低くすればよい。但し、電位差を大きくした方が
電流を多くとれるので、電極用の金属材料としてスパッ
タ開始しきい値電圧（３０ボルト程度）の高いタンタル
やタングステンを用いた。
【００２１】引き出されたイオンビーム２３は、例えば
３枚電極からなるバトラー型の集束レンズ７に入射し、
この３枚電極間に加えられた電界によって集束される。
集束レンズ７の出口付近でイオンビーム２３のビーム径
は直径コンマ数（０．２〜０．６）μｍ程度となり、ビ
ームの偏向補正および非点収差を補正するアライナ・ス
ティグマ８、ビームをブランキングするためのブランカ
１０、ブランキング時の受け兼ビーム電流モニタのため
のブランキングアパーチャ・ファラデーカップ１１を通
過する。その後、１２、１３からなるメインディフレク
タにより加工対象物の面上の任意の位置にビームを照射
するために、イオンビーム軌道が偏向される。さらに、
イオンビーム２３は、加工対象物１６面上に結像するた
めに、対物レンズ１４により集束され、加工対象物１６
面上でビーム径０．０５〜０．２μｍ程度となる。イオ
ンビーム２３が加工対象物１６に打ち込まれると、イオ
ンの加速エネルギーにより物理的にスパッタリングが起
こって、加工対象物面が加工されると同時に、二次荷電
粒子２４が発生する。発生した二次荷電粒子２４は、イ
オンビーム２３近傍に置かれた二次荷電粒子検出器１５
に入射する。この二次荷電粒子検出器１５は二次荷電粒
子をいったん光電子に変換して増幅する装置であり、最
終的には二次荷電粒子２４を電気信号としてとらえるこ
とができる。これを利用してメインデフレクタ１２、１
３の偏向信号と同期してモニタ上を走査している輝点に
輝度変調をかけると、走査型電子顕微鏡と同じ原理でイ
オンビーム２３の走査範囲の加工対象物面上の凹凸画
像、二次イオン像を得ることができる。この二次イオン
像を用いて加工位置の位置決めや、断面観察を行う。
３枚電極からなるバトラー型の集束レンズ７に入射し、
この３枚電極間に加えられた電界によって集束される。
集束レンズ７の出口付近でイオンビーム２３のビーム径
は直径コンマ数（０．２〜０．６）μｍ程度となり、ビ
ームの偏向補正および非点収差を補正するアライナ・ス
ティグマ８、ビームをブランキングするためのブランカ
１０、ブランキング時の受け兼ビーム電流モニタのため
のブランキングアパーチャ・ファラデーカップ１１を通
過する。その後、１２、１３からなるメインディフレク
タにより加工対象物の面上の任意の位置にビームを照射
するために、イオンビーム軌道が偏向される。さらに、
イオンビーム２３は、加工対象物１６面上に結像するた
めに、対物レンズ１４により集束され、加工対象物１６
面上でビーム径０．０５〜０．２μｍ程度となる。イオ
ンビーム２３が加工対象物１６に打ち込まれると、イオ
ンの加速エネルギーにより物理的にスパッタリングが起
こって、加工対象物面が加工されると同時に、二次荷電
粒子２４が発生する。発生した二次荷電粒子２４は、イ
オンビーム２３近傍に置かれた二次荷電粒子検出器１５
に入射する。この二次荷電粒子検出器１５は二次荷電粒
子をいったん光電子に変換して増幅する装置であり、最
終的には二次荷電粒子２４を電気信号としてとらえるこ
とができる。これを利用してメインデフレクタ１２、１
３の偏向信号と同期してモニタ上を走査している輝点に
輝度変調をかけると、走査型電子顕微鏡と同じ原理でイ
オンビーム２３の走査範囲の加工対象物面上の凹凸画
像、二次イオン像を得ることができる。この二次イオン
像を用いて加工位置の位置決めや、断面観察を行う。
【００２２】上記の方法により半導体ＬＳＩのアルミ配
線などの金属部分の加工、観察を行うことができる。し
かし、半導体ＬＳＩにはシリコン酸化膜などの絶縁物も
用いられており、これを加工、観察する場合にはイオン
ビームによるチャージアップが問題となる。アルゴンな
どのイオンは正の電荷を持ったイオンであり、加工面に
正の電荷が打ち込まれることにより、絶縁物表面は正電
位にチャージアップする。このチャージアップが進むと
イオンビームの軌道がずれ、加工位置ずれを起こす。し
たがって、絶縁物を加工、観察する場合には図１中に示
したチャージアップ中和用電子源２５を稼働して負の電
荷を持つ電子をイオンビーム走査領域に照射して、チャ
ージアップを防止する。また、本装置ではプラズマをイ
オンソースとしているため、例えばアルゴンガスの代わ
りに酸素ガスを供給して酸素ガスプラズマから酸素イオ
ンビームを引き出せば、酸素イオンが負の電荷を持つた
めにイオンビーム２３は負イオンビームにすることがで
きる。ＳＦ6等の負性ガスを用いても、負イオンビーム
にすることができる。「物性応用のための負イオンの生
成と低帯電負イオン注入技術」応用物理、第６５巻、第
７号、１９９６年７月号によれば、負イオンビームを絶
縁物面に照射した場合、加工面から放出される二次荷電
粒子のうちほとんどが負の二次電子であるため、電荷の
バランスがとれやすく、帯電電位も数ボルト程度で定常
状態となるとされており、負イオンビーム２３の照射に
よる加工位置ずれはなくなる。
線などの金属部分の加工、観察を行うことができる。し
かし、半導体ＬＳＩにはシリコン酸化膜などの絶縁物も
用いられており、これを加工、観察する場合にはイオン
ビームによるチャージアップが問題となる。アルゴンな
どのイオンは正の電荷を持ったイオンであり、加工面に
正の電荷が打ち込まれることにより、絶縁物表面は正電
位にチャージアップする。このチャージアップが進むと
イオンビームの軌道がずれ、加工位置ずれを起こす。し
たがって、絶縁物を加工、観察する場合には図１中に示
したチャージアップ中和用電子源２５を稼働して負の電
荷を持つ電子をイオンビーム走査領域に照射して、チャ
ージアップを防止する。また、本装置ではプラズマをイ
オンソースとしているため、例えばアルゴンガスの代わ
りに酸素ガスを供給して酸素ガスプラズマから酸素イオ
ンビームを引き出せば、酸素イオンが負の電荷を持つた
めにイオンビーム２３は負イオンビームにすることがで
きる。ＳＦ6等の負性ガスを用いても、負イオンビーム
にすることができる。「物性応用のための負イオンの生
成と低帯電負イオン注入技術」応用物理、第６５巻、第
７号、１９９６年７月号によれば、負イオンビームを絶
縁物面に照射した場合、加工面から放出される二次荷電
粒子のうちほとんどが負の二次電子であるため、電荷の
バランスがとれやすく、帯電電位も数ボルト程度で定常
状態となるとされており、負イオンビーム２３の照射に
よる加工位置ずれはなくなる。
【００２３】一方、加工速度の面では、希ガスの種類を
変えてもイオンの質量差による物理的スパッタ率の変化
は数倍程度の変化しか望めない。そこで、塩素ガスやフ
ッ化キセノンガスなどの化学的な反応性の高いガスをガ
スノズル１８から加工面に吹き付けると、加工面に吸着
したガス分子がイオンビーム２３によるエネルギーによ
り、加工材質と化学反応を起こして、イオンビーム２３
による物理的スパッタに加えて化学的エッチング反応が
進む。この結果、イオン種の変更では実現できない十数
倍の加工速度向上が可能である。ただし、使用するガス
が加工対象物１６の電気的特性に悪影響を及ぼしたり、
半導体製造ライン全体に影響を与える場合には使用しな
い。また、ＳＦ6、ＣＦ4、ＣＨＦ3、Ｃ2Ｆ6、Ｃ3Ｆ8、
Ｃ4Ｆ8等の反応性ガスをプラズマ化した場合には、フッ
素イオンビームやＣＦ系イオンビームが得られる。フッ
素イオンビームの場合には、上記ガスノズル１８からフ
ッ化キセノンを用いたときと同様に、イオンビームの物
理的スパッタに加えて、化学的エッチングによる加工速
度増加効果が得られる。ただし、ガスノズル１８の場合
に比べて反応する粒子が少ないために、数倍の加工速度
増加となる。一方、ＣＦ4、ＣＨＦ3、Ｃ2Ｆ6、Ｃ3Ｆ8、
Ｃ4Ｆ8の反応性ガスプラズマから引き出したＣＦ系イオ
ンビームの場合には、例えば、シリコン酸化膜ＳｉＯ2
に照射すると ＳｉＯ2 ＋ＣＦ → ＳｉＦ＋Ｃ
Ｏ2 となって、カーボンが残らずにＳｉＯ2を加工すること
ができる。これに対して、シリコンやポリシリコンに照
射した場合には Ｓｉ（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ） ＋ ＣＦ → ＳｉＦ ＋
Ｃ となり、加工表面にカーボンが残り、Ｓｉの加工速度が
抑制される。従って、シリコン酸化膜とシリコンあるい
はポリシリコンとの選択比が高くなり、半導体ＬＳＩの
絶縁膜の穴開けの際に加工終点となるＳｉ基板面を誤っ
て加工することがなくなる。ただし、石英ガラスチャン
バ２２内は、ＣＦ系ラジカルが多く発生してチャンバ内
にポリマー膜が堆積するため、基準電極２６やイオン引
き出し電極２８を１５０度から３００度程度までホルダ
２９に組み込んだヒータにより加熱して、ポリマー膜の
堆積を抑制しなければならない。
変えてもイオンの質量差による物理的スパッタ率の変化
は数倍程度の変化しか望めない。そこで、塩素ガスやフ
ッ化キセノンガスなどの化学的な反応性の高いガスをガ
スノズル１８から加工面に吹き付けると、加工面に吸着
したガス分子がイオンビーム２３によるエネルギーによ
り、加工材質と化学反応を起こして、イオンビーム２３
による物理的スパッタに加えて化学的エッチング反応が
進む。この結果、イオン種の変更では実現できない十数
倍の加工速度向上が可能である。ただし、使用するガス
が加工対象物１６の電気的特性に悪影響を及ぼしたり、
半導体製造ライン全体に影響を与える場合には使用しな
い。また、ＳＦ6、ＣＦ4、ＣＨＦ3、Ｃ2Ｆ6、Ｃ3Ｆ8、
Ｃ4Ｆ8等の反応性ガスをプラズマ化した場合には、フッ
素イオンビームやＣＦ系イオンビームが得られる。フッ
素イオンビームの場合には、上記ガスノズル１８からフ
ッ化キセノンを用いたときと同様に、イオンビームの物
理的スパッタに加えて、化学的エッチングによる加工速
度増加効果が得られる。ただし、ガスノズル１８の場合
に比べて反応する粒子が少ないために、数倍の加工速度
増加となる。一方、ＣＦ4、ＣＨＦ3、Ｃ2Ｆ6、Ｃ3Ｆ8、
Ｃ4Ｆ8の反応性ガスプラズマから引き出したＣＦ系イオ
ンビームの場合には、例えば、シリコン酸化膜ＳｉＯ2
に照射すると ＳｉＯ2 ＋ＣＦ → ＳｉＦ＋Ｃ
Ｏ2 となって、カーボンが残らずにＳｉＯ2を加工すること
ができる。これに対して、シリコンやポリシリコンに照
射した場合には Ｓｉ（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ） ＋ ＣＦ → ＳｉＦ ＋
Ｃ となり、加工表面にカーボンが残り、Ｓｉの加工速度が
抑制される。従って、シリコン酸化膜とシリコンあるい
はポリシリコンとの選択比が高くなり、半導体ＬＳＩの
絶縁膜の穴開けの際に加工終点となるＳｉ基板面を誤っ
て加工することがなくなる。ただし、石英ガラスチャン
バ２２内は、ＣＦ系ラジカルが多く発生してチャンバ内
にポリマー膜が堆積するため、基準電極２６やイオン引
き出し電極２８を１５０度から３００度程度までホルダ
２９に組み込んだヒータにより加熱して、ポリマー膜の
堆積を抑制しなければならない。
【００２４】以上のように、本ヘリコン波プラズマをイ
オン源として採用した集束イオンビーム装置を用いれ
ば、従来不可能であった希ガスイオンを半導体ＬＳＩの
検査、修正に必要なビーム径０．０５〜０．２μｍ以下
にすることができ、また半導体ＬＳＩの電気的特性に影
響することなく加工、観察ができる。さらにシリコン酸
化膜などの絶縁物の加工においても、希ガスを酸素ガス
に変更すれば、チャージアップによる加工位置ずれがな
く加工、観察できる。また、ガスノズルから塩素ガスや
フッ化キセノンガスなどを加工面に吹き付けながら、高
速なイオンビーム加工が行える。また、ＣＦ４ガスなど
をプラズマ化すれば、ＣＦ系イオンビームによる高選択
比加工が実現できる。以上説明したように、本発明に係
るヘリコン波プラズマイオン源１００は、磁束密度が従
来のＥＣＲプラズマイオン源に比べて低くて良いこと
と、導波管などの立体回路を必要としない高周波を用い
ることができ、装置サイズをＥＣＲプラズマ型イオン源
に比べて１／５（直径１００ｍｍ程度）まで小型化する
ことができると共に、次の表１に示すようにヘリコン波
プラズマは、他のプラズマ（磁界とマイクロ波電界との
相互作用を利用したＥＣＲプラズマ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ
Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）、高周波電
力をトランス結合でプラズマに供給するＴＣＰ（Ｔｒａ
ｎｓｆｅｒ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ））に比べ
てプラズマ密度が高く、イオンビームの電流密度を１０
倍程度高めることができ、その結果加工等の処理速度を
早めることができる。
オン源として採用した集束イオンビーム装置を用いれ
ば、従来不可能であった希ガスイオンを半導体ＬＳＩの
検査、修正に必要なビーム径０．０５〜０．２μｍ以下
にすることができ、また半導体ＬＳＩの電気的特性に影
響することなく加工、観察ができる。さらにシリコン酸
化膜などの絶縁物の加工においても、希ガスを酸素ガス
に変更すれば、チャージアップによる加工位置ずれがな
く加工、観察できる。また、ガスノズルから塩素ガスや
フッ化キセノンガスなどを加工面に吹き付けながら、高
速なイオンビーム加工が行える。また、ＣＦ４ガスなど
をプラズマ化すれば、ＣＦ系イオンビームによる高選択
比加工が実現できる。以上説明したように、本発明に係
るヘリコン波プラズマイオン源１００は、磁束密度が従
来のＥＣＲプラズマイオン源に比べて低くて良いこと
と、導波管などの立体回路を必要としない高周波を用い
ることができ、装置サイズをＥＣＲプラズマ型イオン源
に比べて１／５（直径１００ｍｍ程度）まで小型化する
ことができると共に、次の表１に示すようにヘリコン波
プラズマは、他のプラズマ（磁界とマイクロ波電界との
相互作用を利用したＥＣＲプラズマ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ
Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）、高周波電
力をトランス結合でプラズマに供給するＴＣＰ（Ｔｒａ
ｎｓｆｅｒ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ））に比べ
てプラズマ密度が高く、イオンビームの電流密度を１０
倍程度高めることができ、その結果加工等の処理速度を
早めることができる。
【００２５】
【表１】
【００２６】また、半導体デバイス等に対して電気的特
性に悪影響を及ぼすことなく、高速で加工等の処理を行
うことができるので、検査やビット救済などの修正に使
用することができる。
性に悪影響を及ぼすことなく、高速で加工等の処理を行
うことができるので、検査やビット救済などの修正に使
用することができる。
【００２７】
【発明の効果】本発明によれば、小型のヘリコン波プラ
ズマイオン源を用いることによって、半導体デバイス等
の試料や試料を製造する製造ラインに対して電気的特性
に悪影響を与えずに高速で加工、検査、観察等の処理を
行うことができる効果を奏する。また本発明によれば、
小型のヘリコン波プラズマイオン源を用いて負の電荷を
もつ集束イオンビームを得て絶縁物に対して照射するこ
とによって加工、検査、観察等の処理をしても、ビーム
照射面がチャージアップするのを防止して、絶縁物に対
して加工位置ずれのない加工、検査、観察等の処理を実
現することができる効果を奏する。
ズマイオン源を用いることによって、半導体デバイス等
の試料や試料を製造する製造ラインに対して電気的特性
に悪影響を与えずに高速で加工、検査、観察等の処理を
行うことができる効果を奏する。また本発明によれば、
小型のヘリコン波プラズマイオン源を用いて負の電荷を
もつ集束イオンビームを得て絶縁物に対して照射するこ
とによって加工、検査、観察等の処理をしても、ビーム
照射面がチャージアップするのを防止して、絶縁物に対
して加工位置ずれのない加工、検査、観察等の処理を実
現することができる効果を奏する。
【００２８】また本発明によれば、小型のヘリコン波プ
ラズマイオン源を用いてＣＦ系の集束イオンビームを得
てシリコン酸化膜を有する半導体デバイスに対して照射
しても、シリコン酸化膜をシリコン、ポリシリコンに対
して高選択比で加工することができる効果を奏する。
ラズマイオン源を用いてＣＦ系の集束イオンビームを得
てシリコン酸化膜を有する半導体デバイスに対して照射
しても、シリコン酸化膜をシリコン、ポリシリコンに対
して高選択比で加工することができる効果を奏する。
【００２９】また本発明によれば、小型のヘリコン波プ
ラズマイオン源を用い、加工対象物の近傍にガスノズル
によりイオンビーム照射領域に反応性ガスを流すことに
よって、半導体デバイス等の試料に対して電気的特性に
悪影響を与えずにして更に高速で加工、検査、観察等の
処理を行うことができる効果を奏する。また本発明によ
れば、プラズマイオン源として小型化することによって
装置全体としても小型化をはかると共にイオンビームの
電流密度を増加して加工等の処理の高速化をはかった集
束イオンビーム装置を実現することができる効果を奏す
る。
ラズマイオン源を用い、加工対象物の近傍にガスノズル
によりイオンビーム照射領域に反応性ガスを流すことに
よって、半導体デバイス等の試料に対して電気的特性に
悪影響を与えずにして更に高速で加工、検査、観察等の
処理を行うことができる効果を奏する。また本発明によ
れば、プラズマイオン源として小型化することによって
装置全体としても小型化をはかると共にイオンビームの
電流密度を増加して加工等の処理の高速化をはかった集
束イオンビーム装置を実現することができる効果を奏す
る。
【図１】本発明に係るヘリコン波プラズマをイオン源と
して採用した集束イオンビーム装置の一実施の形態を示
した要部断面図である。
して採用した集束イオンビーム装置の一実施の形態を示
した要部断面図である。
【図２】本発明に係るヘリコン波プラズマイオン源にお
けるＭ＝０ヘリコン波励起用アンテナの巻き方を模式的
に示した図である。
けるＭ＝０ヘリコン波励起用アンテナの巻き方を模式的
に示した図である。
【図３】本発明に係るヘリコン波プラズマイオン源にお
けるＭ＝±１ヘリコン波励起用アンテナの巻き方を模式
的に示した図である。
けるＭ＝±１ヘリコン波励起用アンテナの巻き方を模式
的に示した図である。
【図４】本発明に係る集束イオンビーム装置のヘリコン
波プラズマイオン源におけるイオン引き出しアッセンブ
リを模式的に示した断面図である。
波プラズマイオン源におけるイオン引き出しアッセンブ
リを模式的に示した断面図である。
【図５】本発明に係る集束イオンビーム装置のヘリコン
波プラズマイオン源における加速電圧に対するビーム径
の計算結果を示した図である。
波プラズマイオン源における加速電圧に対するビーム径
の計算結果を示した図である。
１…マグネットホルダ、 ２…マグネット、 ３、１０
３…ヘリコン波励起用アンテナ、 ４…高周波導入コネ
クタ、 ５…イオン引き出しアッセンブリ、６…ガス導
入および排気ポート、 ７…集束レンズ（静電光学
系）、 ８…アライナ・スティグマ、 ９…試料チャン
バ、 １０…ブランカ、 １１…ブランキングアパーチ
ャ・ファラデーカップ、 １２、１３…ディフレクタ、
１４…対物レンズ（静電光学系）、 １５…二次荷電
粒子検出器、 １６…試料（加工対象物）、 １７…試
料ステージ、 １８…ガスノズル、 １９…イオンビー
ムチャンバ、 ２０…電圧導入端子、 ２１…ガスプラ
ズマ、 ２２…石英ガラスチャンバ、 ２３…イオンビ
ーム、 ２４…二次荷電粒子、 ２５…チャージアップ
中和用電子源、 ２６…基準電極、 ２７…石英ガラス
スペーサ、 ２８…イオン引き出し電極、 ２９…ホル
ダ、 ３０…シールド、 １００…ヘリコン波プラズマ
イオン源
３…ヘリコン波励起用アンテナ、 ４…高周波導入コネ
クタ、 ５…イオン引き出しアッセンブリ、６…ガス導
入および排気ポート、 ７…集束レンズ（静電光学
系）、 ８…アライナ・スティグマ、 ９…試料チャン
バ、 １０…ブランカ、 １１…ブランキングアパーチ
ャ・ファラデーカップ、 １２、１３…ディフレクタ、
１４…対物レンズ（静電光学系）、 １５…二次荷電
粒子検出器、 １６…試料（加工対象物）、 １７…試
料ステージ、 １８…ガスノズル、 １９…イオンビー
ムチャンバ、 ２０…電圧導入端子、 ２１…ガスプラ
ズマ、 ２２…石英ガラスチャンバ、 ２３…イオンビ
ーム、 ２４…二次荷電粒子、 ２５…チャージアップ
中和用電子源、 ２６…基準電極、 ２７…石英ガラス
スペーサ、 ２８…イオン引き出し電極、 ２９…ホル
ダ、 ３０…シールド、 １００…ヘリコン波プラズマ
イオン源
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西村 規正 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株 式会社日立製作所 生産技術研究所内 (72)発明者 嶋瀬 朗 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株 式会社日立製作所 生産技術研究所内 (56)参考文献 特開 平６−342638（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−142198（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−153712（ＪＰ，Ａ) 特開 平８−288260（ＪＰ，Ａ) 特開 平７−333120（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) H01J 37/317 H01J 27/16 H01J 37/08 H01J 37/30 H01L 21/3065
Claims (12)
- 【請求項１】ガスが導入されるチャンバと、該チャンバ
内に対して磁場を発生させる磁場発生手段と、該磁場発
生手段によって発生した磁場にヘリコン波を励起してガ
スをプラズマ化するヘリコン波励起手段と、前記チャン
バ内でプラズマ化されたイオンを加速するように加速電
圧が印加される基準電極と、該基準電極によって加速さ
れたイオンをイオンビームとして引き出すようにイオン
引き出し電圧が印加される引き出し電極とを備え、前記
基準電極と前記引き出し電極との電位差が前記基準電極
及び前記引き出し電極における材料のスパッタ開始電圧
よりも低くなるように前記基準電極及び前記引き出し電
極における金属材料をタンタル又はタングステンで形成
し、前記引き出し電極からイオンビームを引き出して出
射するヘリコン波プラズマ型イオン源を設け、 該ヘリコン波プラズマ型イオン源から出射されたイオン
ビームを試料上に集束する静電光学系を設けたことを特
徴とする集束イオンビーム装置。 - 【請求項２】前記ヘリコン波プラズマ型イオン源におい
て、プラズマ化するガスを希ガスとして正イオンビーム
を出射することを特徴とする請求項１記載の集束イオン
ビーム装置。 - 【請求項３】前記ヘリコン波プラズマ型イオン源におい
て、プラズマ化するガスを負性ガスとして負イオンビー
ムを出射することを特徴とする請求項１記載の集束イオ
ンビーム装置。 - 【請求項４】前記ヘリコン波プラズマ型イオン源におい
て、プラズマ化するガスをＣＦ系ガスとしてＣＦ系イオ
ンビームを出射することを特徴とする請求項１記載の集
束イオンビーム装置。 - 【請求項５】前記ヘリコン波プラズマ型イオン源におい
て、前記磁場発生手段によって発生する磁場強度を制御
する制御手段を備えたことを特徴とする請求項１乃至４
の何 れか一つに記載の集束イオンビーム装置。 - 【請求項６】更に、前記静電光学系により集束されたイ
オンビームを偏向させる偏向電極を設けたことを特徴と
する請求項１乃至４の何れか一つに記載の集束イオンビ
ーム装置。 - 【請求項７】更に、前記試料の表面から得られる二次荷
電粒子を検出する二次荷電粒子検出器と、該二次荷電粒
子検出器で検出される二次荷電粒子の画像を表示する表
示手段とを設けたことを特徴とする請求項１乃至４の何
れか一つに記載の集束イオンビーム装置。 - 【請求項８】更に、前記静電光学系により集束されたイ
オンビームが照射される試料上に反応性ガスを吹き付け
るガスノズルを設けたことを特徴とする請求項１乃至４
の何れか一つに記載の集束イオンビーム装置。 - 【請求項９】ガスが導入されるチャンバと、該チャンバ
内に対して磁場を発生させる磁場発生手段と、該磁場発
生手段によって発生した磁場にヘリコン波を励起してガ
スをプラズマ化するヘリコン波励起手段と、前記チャン
バ内でプラズマ化されたイオンを加速するように加速電
圧が印加される基準電極と、該基準電極によって加速さ
れたイオンをイオンビームとして引き出すようにイオン
引き出し電圧が印加される引き出し電極とを備え、前記
基準電極と前記引き出し電極との電位差が前記基準電極
及び前記引き出し電極における材料のスパッタ開始電圧
よりも低くなるように前記基準電極及び前記引き出し電
極における金属材料をタンタル又はタングステンで形成
し、前記引き出し電極からイオンビームを引き出して出
射するヘリコン波プラズマ型イオン源を設け、 該ヘリコン波プラズマ型イオン源から出射されたイオン
ビームを静電光学系で集光して試料に照射して処理若し
くは加工することを特徴とする処理方法 。 - 【請求項１０】前記処理若しくは加工は、化学反応に基
づく処理若しくは加工であることを特 徴とする請求項９
記載の処理方法。 - 【請求項１１】ガスが導入されるチャンバと、該チャン
バ内に対して磁場を発生させる磁場発生手段と、該磁場
発生手段によって発生した磁場にヘリコン波を励起して
ガスをプラズマ化するヘリコン波励起手段と、前記チャ
ンバ内でプラズマ化されたイオンを加速するように加速
電圧が印加される基準電極と、該基準電極によって加速
されたイオンをイオンビームとして引き出すようにイオ
ン引き出し電圧が印加される引き出し電極とを備え、前
記基準電極と前記引き出し電極との電位差が前記基準電
極及び前記引き出し電極における材料のスパッタ開始電
圧よりも低くなるように前記基準電極及び前記引き出し
電極における金属材料をタンタル又はタングステンで形
成し、前記引き出し電極からイオンビームを引き出して
出射するヘリコン波プラズマ型イオン源を設け、 該ヘリコン波プラズマ型イオン源から出射されたイオン
ビームを静電光学系で集光して半導体デバイスに照射し
て処理して半導体デバイスを製造することを特徴とする
半導体デバイスの製造方法 。 - 【請求項１２】前記処理は、化学反応に基づく処理であ
ることを特徴とする請求項１１記載の半導体デバイスの
製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30831996A JP3350374B2 (ja) | 1996-11-19 | 1996-11-19 | 集束イオンビーム装置並びに処理方法及び半導体デバイスの製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30831996A JP3350374B2 (ja) | 1996-11-19 | 1996-11-19 | 集束イオンビーム装置並びに処理方法及び半導体デバイスの製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH10149788A JPH10149788A (ja) | 1998-06-02 |
| JP3350374B2 true JP3350374B2 (ja) | 2002-11-25 |
Family
ID=17979629
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30831996A Expired - Fee Related JP3350374B2 (ja) | 1996-11-19 | 1996-11-19 | 集束イオンビーム装置並びに処理方法及び半導体デバイスの製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3350374B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2006329844A (ja) * | 2005-05-27 | 2006-12-07 | Hitachi High-Technologies Corp | 試料作製装置および方法 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2005166950A (ja) * | 2003-12-02 | 2005-06-23 | Sumitomo Precision Prod Co Ltd | プラズマ発生器及びプラズマエッチング装置 |
| JP4644470B2 (ja) * | 2004-11-10 | 2011-03-02 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | イオンビーム加工装置および試料作製方法 |
| JP4665117B2 (ja) * | 2005-08-26 | 2011-04-06 | 独立行政法人 日本原子力研究開発機構 | 小型高エネルギー集束イオンビーム装置 |
| JP2007123000A (ja) * | 2005-10-27 | 2007-05-17 | Japan Atomic Energy Agency | 折り返しタンデム型静電加速器を用いたコンパクト高エネルギー集束イオンビーム形成装置 |
| JP6691512B2 (ja) | 2017-06-23 | 2020-04-28 | 富士フイルム株式会社 | 磁気記録媒体 |
| CN113436654B (zh) | 2017-09-29 | 2022-12-02 | 富士胶片株式会社 | 磁带及磁记录回放装置 |
| JP6884220B2 (ja) | 2017-09-29 | 2021-06-09 | 富士フイルム株式会社 | 磁気テープおよび磁気記録再生装置 |
| US11361792B2 (en) | 2018-03-23 | 2022-06-14 | Fujifilm Corporation | Magnetic tape having characterized magnetic layer and magnetic recording and reproducing device |
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1996
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