JP3489989B2 - パターン膜形成方法及びそれに用いる集束イオンビーム加工装置 - Google Patents
パターン膜形成方法及びそれに用いる集束イオンビーム加工装置Info
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Description
面に吹付けながら、集束イオンビームを試料の所定領域
で照射してパターン膜を形成する方法に関するものであ
る。
ーン膜の形成方法は、以下の通りである。試料表面の新
たにパターン膜を形成する所定領域に、膜付け用ガス
(例えば、ピレン等の有機化合物ガス)を局所的に吹付
ける。それと同時に、集束イオンビームを所定領域で繰
り返し走査させながら照射する。所定領域に吹付けられ
た膜付け用ガスは、試料の所定領域及びその近傍の試料
表面に吸着される。所定領域で試料表面に吸着された有
機化合物は、集束イオンビームの照射により、分解し、
カーボン膜が形成される。集束イオンビームは繰り返し
走査照射しているため、そのカーボン膜は、パターン膜
として所望の厚さに形成される。このパターン膜は、半
導体装置製造に用いられるマスクの修正や、半導体装置
そのもののパターン形成(パターン修正)に用いられ
る。
物ガスを用いると、配線用としての金属パターンが形成
され、シリコン化合物ガスを用いると絶縁膜が形成され
る。なお、ここで、集束イオンビーム照射により膜を形
成するこれら有機化合物ガス、金属有機化合物ガス、シ
リコン化合物ガス等を原料ガスと呼ぶ。集束イオンビー
ムの繰り返し走査を同一回数にしても、この方法により
形成される膜の厚さは、形成されるパターン膜の面積の
大きさに応じて変化する。パターン膜の面積が大きい
と、パターン膜の厚さが厚くなり、面積が小さいと、厚
さが薄くなる。これは、パターン膜を形成する領域が広
いと、集束イオンビームがパターン膜形成領域を一通り
(1画面)走査するのに時間がかかり、次の集束イオン
ビームの走査により照射される迄の間に、試料表面に吸
着される原料ガスの量が多くなる。そして形成されるパ
ターン膜の厚さは厚くなる。形成するパターンの面積が
小さい場合は、逆の現象でパターン膜の厚さは、薄くな
る。図4に、その状況の一部を示した。図4は、パター
ン膜を形成する面積と或る一定のパターン膜の厚さを得
るのに必要な集束イオンビーム走査回数の関係を示した
グラフである。線30は、面積が小さいほど、膜形成能
力が低いことを示している。
以上に集束イオンビーム照射によるエッチング効果が優
位となり、膜が全く形成されなかったり、集束イオンビ
ーム照射領域の基板を逆に削ってしまうことになる。以
上のように、形成するパターン膜の面積により、所望す
る膜の厚みを一定にすることができない。これを回避す
るために、先ず第一に、形成するパターン膜の面積が或
る一定(例えば、約50平方μm、図4のa)以下で
は、集束イオンビーム照射によりパターン膜を形成する
際、同一箇所に再度集束イオンビームが照射されるまで
の時間間隔を設定して、原料ガスが十分に試料表面に吸
着されるようにする。つまり、集束イオンビームがパタ
ーン膜を形成領域を1画面走査するごとに、照射休止時
間を設けている。照射休止時間は、例えば膜形成領域が
約50平方μmの時にある位置が集束イオンビームの繰
り返し走査により再度照射されるタイミングと同一のタ
イミングになるように設定される。
に、パターン形成面積が極端に小さいとき、パターン膜
の形成スピードが速くなる。パターン形成領域の幅が集
束イオンビーム径とがオーダー的に同じ程度に小さくな
った時に起きる。つまり、集束イオンビームの繰り返し
走査を同一回数で膜の形成を行った時に、面積が小さく
なるほど膜の厚さが厚くなる。この原因は不明である
が、照射されるイオンビームの一部が、一般には、膜形
成では無くエッチングにも費やされている為に、同一の
原料ガス付着量に対して、線幅が細い所で膜形成効果が
向上するためである。
予め一定の膜厚を得るための走査回数と形成するパター
ン膜の面積の関係を求めておく。膜形成に必要なイオン
ビームの走査回数を図4に示すグラフに従い所望する膜
の面積に応じて変更させている。
したい膜の形状がパターンの幅の広い部分と極端に狭い
部分が混在していない場合には有効である。しかし、形
成したい膜の形状がパターンの幅の広い部分と極端に狭
い部分が混在している場合、例えば、図1の様に四角い
大きなパターン形状21に集束イオンビーム径とオーダ
ー的に同じ様な線幅の小さな突起状のパターン部21a
が付いている様な膜を形成しようとする時、線幅の小さ
な突起状のパターン部21aでの膜形成効率は高くな
る。小さな突起状のパターン部21aが部分的に膜厚が
高くなり全体的に膜厚を一定に保つことができない。そ
して、不必要に膜厚を高くしたくない場合等には問題と
なる。
ンビームによりエッチングされており、形成されたパタ
ーン膜の周辺部をエッチングした物や集束イオンビーム
の一部が散乱されるにより、ハローと呼ばれるより薄い
膜がパターン膜の周辺に形成される。形成されたパター
ン膜の膜厚が高くなるほどハローの膜厚は厚くなる。特
に、マスクのパターンを修正する技術に於いては、光を
減衰させる成分となるために露光上問題となる。仮に、
線幅の小さな突起状のパターン部での膜厚が所望する膜
厚になるようにした時には、面積の大きなパターン部の
膜厚が薄く、光を十分に遮光できなくなり、やはり問題
となる。また、このハローの問題は、配線変更の場合に
も近傍の配線との間での抵抗値を減少させる為に問題と
なる。
め、膜形成の途中に於いて膜形成の為のイオンビーム走
査領域を平面内の全方向に対して縮小する。上記方法に
より、線幅の非常に狭い膜を形成しようとしている物に
対しては、イオンビーム走査領域が膜周辺部より膜厚の
低い膜中央部分だけになる。初期のイオンビーム走査領
域が非常に狭いとき、イオンビーム走査領域そのものが
無くなり、膜付け加工が終了する。これによりフリンジ
部にて不必要に膜厚が高くなるのを押さえることができ
る。或いは大小異なる複数の膜を同時に形成する時に
も、小さい膜のみが異常に膜厚が高くなる事を押さえる
事ができる。
実施例に基づいて説明する。図3は、本発明を実施する
装置である。1はイオンビームを発するイオン源であ
る。例えばガリウム液体金属イオン源が用いられる。2
はコンデンサレンズであってイオンビーム発生用電源お
よび制御部16及びイオン源1から発生制御されたイオ
ンビームを集束する。3は上部偏向板であって電圧印加
によりコンデンサレンズ2を通過したイオンビームを大
きく偏向させる。必要に応じイオンビームのブランキン
グ等を行なうためである。4はイオンビーム経路に対し
て直交する方向に移動できる可動絞りである。
を通過したイオンビームの非点補正を行ない真円イオン
ビームスポットを得るためのレンズである。6は対物レ
ンズであって非点補正されたイオンビームのスポットを
試料9表面上に結像するためのものである。7は走査電
極であってX及びY2組の電極よりなる。イオンビーム
スポットを試料上でラスタスキャンし、例えばマスクや
半導体デバイスのパターン膜の補修加工を行なう。
カルボニル金属ガスをそれぞれマスク、半導体デバイス
の膜付け箇所(所定領域)に吹きつけるものである。同
時に膜付け箇所にイオンビームを走査しながら照射し、
表面に吸着したピレンガスやヘキサカルボニル金属ガス
を分解し、パターン膜を形成する。集束イオンビームの
照射により、前記試料9表面から放出される二次荷電粒
子は二次荷電粒子検出器10によって検出され、信号増
幅処理部11により増幅およびA/D変換処理され輝度
信号となる。輝度信号と走査制御部13からの走査信号
と共にディスプレイ12に入力されて二次荷電粒子像が
表示される。この二次荷電粒子像によって試料9上のパ
ターン膜を形成すべき位置及び領域(所定領域)を探し
だす。
り、決められた試料9表面の所定領域にて、集束イオン
ビームを繰り返し走査するように、走査制御部13は設
定される。走査制御部13からの走査信号は、走査電極
7に入力され、走査電極7を通過した集束イオンビーム
は、所定の偏向を受ける。これにより、集束イオンビー
ムは、試料9の所定領域を繰り返し走査することにな
る。
器15が接続されている。走査調整器15は、走査電極
7に入力される走査信号を、変換するものである。つま
り、集束イオンビームの走査領域を、繰り返し走査の途
中で、所定領域から縮小した領域にするものである。例
えば、主及び副走査信号の上下信号からある一定の量だ
けカットした信号とするものである。これを、走査領域
にて言い換えると、X方向では、上下共に狭くなり、Y
方法では左右共に狭くなった領域になる。なお、この走
査範囲調整器15は、走査制御部13に備えられること
もできる。また、走査範囲の切替えは、走査範囲調整器
15又は走査制御部13に備えられたカウンタ(集束イ
オンビームの走査回数を数えるもの)やタイマにて自由
に設定できる。
1には、パターン膜を形成する領域を斜線部で示した。
この領域を所定領域21とする。初め、この所定領域2
1にガス銃8から例えばピレン用ガスを吹き付けると同
時に、走査制御部13にて、集束イオンビームを所定領
域21に走査しながら照射する。集束イオンビームを所
定領域1にて一定回数走査・照射した後、走査範囲調整
器15にて、走査範囲を所定領域1をX、Y方向である
一定幅だけ縮小させた領域(縮小領域22)にする。な
お、ガス銃8からのガスは吹付けたままである。
る。図2は、図1の点線で囲った縮小された膜付け加工
である縮小領域22をあらためて書き表したものであ
る。縮小するタイミングは、図1に示す様な、縮小によ
って膜付け走査領域が無くなる形状3の膜の高さが目的
とする高さに成長した時点とする。これは、実験的の高
さを求め、この実験結果から、走査範囲の切替え時期を
求め、予めその時期を走査範囲調整器15又は走査制御
部13に備えられたカウンタやタイマにセットして切替
えることもできる。
ル的にドットにて走査されている。隣同士のドット間
は、装置及び拡大倍率により異なるが、0.01〜0.
1μm位である。そして、本発明で縮小する量は、0.
01〜0.3μmが望まれる。XY方向片側で0.01
μm以下であると、初めに形成されたパターン膜のフリ
ンジ部の厚くなる部分と縮小されて形成されるパターン
膜のフリンジ部と重なり、結果的にフリンジ部が厚くな
り、またハローも厚く形成される。
成されたパターン膜のフリンジ部の厚くなる部分と縮小
されて形成されるパターン膜のフリンジ部との間が広く
なり、その部分が所定の厚さを得ることができない。さ
らに、膜付け用ガスが十分に供給・吸着されることを目
的としてイオンビームを走査するときに一定のタイミン
グでイオンビームをブランキングする方法で膜を形成す
ることもある。
したい膜の形状が、パターン幅の広い部分とパターン幅
の極端に狭い部分が混在しているような時でも、全体的
にパタン膜の厚さを一定に保つことができる。しかもハ
ロー成分の膜厚も不必要に厚くならず。膜厚を膜の幅に
関わらずより均等に保て、形成する膜の位置をより正確
に保ち加工する事ができる。
の所定領域を表わす平面図である。
の所定領域より狭い領域を表わす平面図である。
る。
ために必要な集束イオンビームの走査回数の関係を示す
図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 集束イオンビームを試料表面を走査させ
ながら照射し、前記試料より生じる2次粒子を検出器で
検出し、前記検出器からの信号をA/D変換し、表示装置
に前記試料画面像を表示し、前記試料画面像に基づきパ
ターン膜を形成する所定領域を設定し、前記所定領域に
膜付け用ガスを吹き付けながら前記集束イオンビームを
前記所定領域で走査させてパターン膜を形成し、その
後、前記集束イオンビームの走査する領域を繰り返し走
査の途中で縮小することを特徴とするパターン膜形成方
法。 - 【請求項2】 前記縮小する量は、前記所定領域に対し
て 0.01 μ〜 0.3 μ m の一定幅であることを特徴とする請求
項1記載のパターン膜形成方法。 - 【請求項3】 試料表面上のパターン膜を形成する所定
領域に膜付け用ガスを吹き付け、前記 パターン膜を形成する所定領域に集束イオンビーム
を走査し、前記 パターン膜を形成する途中において集束イオンビー
ムの走査領域を前記所定領域に対して縮小させることを
特徴とするパターン膜形成方法。 - 【請求項4】イオンビームを発するイオン源と、 前記イオンビームを集束し、集束イオンビームとするコ
ンデンサレンズと、 試料の表面の所定領域を前記集束イオンビームを走査さ
せる走査電極と、 前記走査電極に走査信号を入力する走査制御部と、 前記試料より生じる2次粒子を検出する検出器と、 前記検出器からの信号を増幅およびA/D変換する信号
処理部と、 前記走査制御部からの走査信号と前記信号処理部からの
信号により、試料表面画像を表示する表示装置と、 前記集束イオンビームの走査領域を、前記所定領域を所
定回数走査した後、前記所定領域から縮小した領域にす
る走査範囲調整器と、からなることを特徴とする集束イ
オンビーム加工装置。 - 【請求項5】イオンビームを発するイオン源と、 前記イオンビームを集束し、集束イオンビームとするコ
ンデンサレンズと、 前記集束イオンビームを走査させる走査電極と、 試料表面の所定領域にて前記集束イオンビームを繰り返
し走査するように設定されて、前記走査電極に走査信号
を入力する走査制御部と、 前記試料より生じる2次粒子を検出する検出器と、 前記検出器からの信号を増幅およびA/D変換する信号
処理部と、 前記走査制御部からの走査信号と前記信号処理部からの
信号により、試料表面画像を表示する表示装置と、 前記集束イオンビームの走査範囲を、前記所定領域から
一定幅縮小した領域にする走査範囲調整器と、からなる
ことを特徴とする集束イオンビーム加工装置。
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