JP4253553B2 - 荷電粒子線を用いた成膜方法と選択エッチング方法および荷電粒子線装置 - Google Patents

Description

本発明は、堆積ガスによる成膜又はエッチングガスによる選択エッチングの方法および荷電粒子線装置、ならびにＬＳＩの製造方法およびＬＳＩ製造装置技術に関し、特に、集束イオンビーム(以下、ＦＩＢと略記する)を用いた堆積ガスによる成膜又はエッチングガスによる選択エッチングの方法に適用して有効な技術に関するものである。

ＦＩＢ装置はＦＩＢを試料表面で走査し，試料表面から発生する二次電子や二次イオンを検出し，その分布から試料表面の微細領域観察をすることができる。また，ＦＩＢを基板表面で走査して基板表面をスパッタエッチング加工することもできる。さらに，薄膜の原料となるガスを試料室に導入して試料表面に吹き付け，同時にＦＩＢを基板表面で走査すると，この原料ガスを分解させてＦＩＢ走査領域の基板表面に金属膜などをデポジション形成することができる。この成膜方法は，ＦＩＢアシストデポジション法（以下，ＦＩＢＡＤ法と略記する）と呼ばれる。さらに，スパッタエッチング加工をする際に，エッチングガスを基板に吹き付けると，基板構成物質ごとのエッチング速度を加減速することができる。このエッチング加工方法は，選択エッチング法と呼ばれる。ＦＩＢＡＤ法と選択エッチング法は幅広く利用されている。

図１は，ＦＩＢＡＤ法と選択エッチング法で用いるＦＩＢ走査とガスの導入方法を示す図である。ノズル１２から，基板２１へ局所的にガスを導入する。ノズル１２をＦＩＢ照射位置に近づけると，基板８のガス吸着量を増大することができる。ＦＩＢＡＤ法と選択エッチング法は，原料となるガス(堆積ガス又はエッチングガス)をノズル１２から吹き付けて所望の走査領域１８でＦＩＢ走査する。

図２はＦＩＢ１１の走査方法を示す。基板８の表面でＦＩＢ１１は，有限のプローブサイズ１４を有する。基板８の表面には，ノズル１２から導入された堆積ガス１５が吸着する。ＦＩＢ１１は，走査格子点１６に一定時間滞在し，走査間隔１７離れた隣の走査格子点１６に移動する。一般に，走査間隔１７は，ＦＩＢのプローブサイズ１４に合わせて１０ｎｍ〜１０００ｎｍに設定する。上述の手法で走査領域１８を繰り返し走査すると，ＦＩＢの照射密度を一様にし，同時にＦＩＢＡＤ法ではデポジション形成する膜厚、選択エッチング法ではエッチング加工深さの一様性を実現する。

ＦＩＢＡＤ法により、形成する膜の膜厚を均一化する技術としては、以下の先行技術がある。
公知例１（特開平８−２９８２４３）には、膜を堆積させる試料表面に傾斜や孔がある場合に、ＦＩＢの照射量を，ＦＩＢが照射される実効面積に応じて変えることにより、試料に対する全体的なＦＩＢ照射量を実効的に均一にするＦＩＢＡＤ法が開示されている。
公知例２（特開平３−２８９１３３）には，ＦＩＢのビーム条件（加速電圧とビーム電流）応じてビームの走査条件（ビーム走査速度と走査ピッチと走査パターン）を制御し、堆積する膜厚を均一化する技術が開示されている。
また、ＦＩＢにより選択エッチングを行なう場合に、エッチングレートを均一化する技術としては、以下の先行技術がある。
公知例３(特開平９−１２０１５３)には、ＦＩＢの照射スポットを隣接照射スポットに移動する際に、隣接照射スポットに十分なエッチングガスが供給されるまでビームスポットを走査領域外に移動して所定時間遅延する技術が開示されている。この間、ＦＩＢはブランキングされ、ビームスポットの移動位置へはＦＩＢは照射されない。そのため、照射スポットと、重なり位置でのエッチングレートが均一化される。
公知例４(特開２０００−２９２０１)には、加工部位の種類（面積、位置、形状）に応じて予めエッチングレートを求めておき、加工部位に応じてＦＩＢ照射回数を決定する技術が開示されている。

特開平８−２９８２４３号公報

特開平３−２８９１３３号公報 特開平９−１２０１５３号公報 特開２０００−２９２０１号公報

従来のＦＩＢ装置により成膜または選択エッチングを行なう場合，オペレータが、ＦＩＢを走査する領域を設定した後，最適なビーム電流と走査方法を経験により選んでいた。また、一般的に、加工時の原料ガスの供給量とＦＩＢの走査速度は固定であった。そのため，オペレータの設定が不適切な場合，成膜時に膜が基板表面に形成されないという問題や、選択エッチング時にＦＩＢの照射領域内で基板表面のエッチング差が小さいといった問題が生じていた。
公知例１に開示された技術は、照射位置に応じてＦＩＢ照射量を変える技術であるが、ＦＩＢ照射量を変えただけでは堆積する膜を均一化することはできず、従って成膜速度と均一な膜を生成することを両立することはできない。
公知例２には、ビーム条件に応じてビーム走査速度と走査ピッチと走査パターンを自動設定する技術が開示されているが、所望の走査領域に対して光学系の設定をどのように最適化すればよいのかという点について、全く開示がない。
公知例３に開示された技術では、選択比の大きな選択エッチングを行なうことが可能であるが、エッチングガスが供給されるまでビームスポットの移動が遅延する、結局、加工時間が増大する。
公知例４には、予め求めたエッチングレートを考慮して、加工部位に応じてＦＩＢ照射回数を決定する技術が開示されているが、面積、位置、形状に応じてＦＩＢの照射量を変えるだけでは、加工速度を向上する上では不十分である。加工条件を最適化しようとすれば、ＦＩＢの照射量だけではなく、ＦＩＢのビーム条件も加工部位に応じて変える必要があり、ビーム条件を変えればエッチングレートが変わるからである。

本発明の１つの目的は、集束した荷電粒子線の走査による成膜技術において，所望の走査領域に対して膜を従来よりも効率的に作成できる荷電粒子装置、ないし集束した荷電粒子線の走査による選択エッチング技術において，所望の走査領域に対して従来よりも効率的に選択エッチングが可能な荷電粒子装置を提供することにある。

ＦＩＢを用いた加工（例えば、成膜、選択エッチング等）においては、多数のパラメータを最適化する作業が必要となる。本発明の発明者らは、ＦＩＢの加工パラメータにおいて、成膜時の膜成長速度やエッチングレートが、ＦＩＢの走査周期に対する最適値が存在することを発見した。ここで、走査周期とは、荷電粒子線は、所望領域内で走査開始位置から走査終了位置に移動して、更に走査開始に戻ってくるまでの所要時間をいう。
従来、膜成長速度またはエッチングレートは、走査周期に対して単調減少するのみで、最大値ないし極大値を取りうるとは全く考えられていなかった。走査領域の面積を一定とし、加工ガスの供給量を一定にするならば、走査周期を大きくすることは、ビームの走査速度を遅くすることと同義であり、ビームの走査速度が遅くなれば、加工面積全体での加工速度が低下するのは当然だからである。

本発明では、加工速度の走査周期依存性を考慮して各ＦＩＢの加工パラメータを最適化することにより前述の課題を解決する。

上記設定にもとづく走査方法と照射密度により成膜することにより、高速に所望の膜を作成できると同じに、判断結果の表示により、操作者は成膜設定を所望の膜質などの目的に合わせて変更することもできる。その結果、荷電粒子線の走査による成膜技術において、膜を効率的に作成する技術を提供することができる。

以下、実施例について具体的に記載する。
図３には、走査領域内で、荷電粒子線のビームスポットがどのように動くかを模式的に示した。１つの円が１つのビームスポットに対応し、ビームスポットは、矢印の方向に沿って走査される。ここで、「ビームスポット」とは、入射した荷電粒子線が試料表面で占める領域の大きさをいう。ビームスポットの中心を「走査格子点」と称し、図３では、引出し番号１６で示される。１８は走査領域を示し、図３は、走査領域内で、走査格子点を３角格子に配列した例を示している。

図４は成膜速度の走査間隔依存性を示す。ここで、「走査間隔」とは、ある走査格子点と、当該走査格子点に対して最隣接する走査格子点との距離をいう。「成膜速度」とは、単位時間当たりの膜厚の成長速度である。一つのビームスポットに入射荷電粒子線が滞在するビーム滞在時間と、走査周期は固定した。成膜速度は、走査間隔が増大するに伴い、走査間隔がｄ点まで増大し、ｄ点で最大値を取った後、走査間隔の増大に伴い減少する。図中の引出番号１４は、ｄ点を意味する。ｄ点の大きさは、プローブサイズの大きさに等しい。走査間隔がｄ点より小さい領域では、走査間隔がビームスポットサイズより小さいことを意味する。この領域では、隣接スポットにビームが移動した際に、移動前のスポットと重なる位置が生じ、供給される堆積ガス分子が消費しつくされて成膜速度が減少する。そのため、走査間隔が小さくなるに従って、重なり位置の面積が増大し、成膜速度は減少する。走査間隔がｄ点より大きい領域では、接するビームスポット間に隙間ができる。隙間にはビームが照射されないため、走査領域内で膜が形成されない領域が生じ、結果的に走査領域全体で平均した成膜速度が減少する。このため、走査間隔が増大するに伴って成膜速度が減少する。走査間隔がプローブサイズに等しい状態は、ちょうど隣接しあうビームスポット間の距離がゼロである状態に等しい。

図５は成膜速度のビーム滞在時間依存性を示す。ここで、「ビーム滞在時間」とは、ビームスポットがある位置に滞在する時間のことである。走査間隔はプローブサイズに合わせ、隣接ビームスポットとの間に隙間が生じないようにしてある。走査周期およびガス供給量は固定した。成膜速度は、ビーム滞在時間が増大するに従って増大し、最適ビーム滞在時間Ｔｄで最大値を取る。最適ビーム滞在時間を過ぎると、ビーム滞在時間の増大に伴って減少する。これは、被加工領域への加工ガスの供給量と被加工領域におけるビームの滞在時間が最適値を取るときに加工速度が最大となることを意味している。

図６は成膜速度の走査周期依存性を示す。点線は、従来考えられていた成膜速度の走査周期依存性であり、実線が、本実施例における成膜速度の走査周期依存性を示す。走査間隔をプローブサイズｄに合わせて，ビーム滞在時間を最適ビーム滞在時間Ｔｄに固定した。点線においては、成膜速度は、走査周期の増加に伴って単調減少するだけであるが、実線では、走査周期がＰｄのところで成膜速度が最大値を取り，Ｐｄから離れると減少している。

図４と図５と図６より，成膜速度は，走査間隔をプローブサイズｄに設定し，かつビーム滞在時間を最適ビーム滞在時間Ｔｄに設定し、更に走査周期の大きさをＰｄに設定すると，成膜速度が最大になることがわかる。従って、成膜速度が最大にするには、３つのパラメータ、走査間隔、ビーム滞在時間および走査周期を最適な値に設定する必要がある。走査間隔の最適値であるプローブサイズｄと、ビーム滞在時間の最適値である最適ビーム滞在時間Ｔｄは，光学系の設定、特に荷電粒子線のビーム電流密度に強く依存する。ここで、プローブサイズｄは、ビーム電流密度に比例して増大する傾向がある。従って、最適ビーム滞在時間は、ビーム電流密度に反比例する。すなわち，各光学系の設定に対して成膜速度が最大になる走査面積をＳとすると、Ｓは、おおよそＳ＝Ｐｄ×ｄ^２÷Ｔｄという式で表現することができる。

次に、成膜材料としてタングステンを用いた場合を例にして、成膜速度が最大になる走査面積と各光学系の設定の関係の求め方を示す。
図７は、タングステンデポのデポレートの走査周期依存性を示す。走査周期が１ｍｓｅｃ以下でデポレートが減少する理由は，ＦＩＢにより消費されたガス分子が再度吸着して十分な量になるまでに１ｍｓｅｃ程度の時間を必要とするためである。一方，ビーム滞在時間はμｓｅｃオーダーの値であり，十分な量のガス分子を基板に吸着するには，ビーム滞在時間に比べて長い時間を必要としている。

図７で示したデポレートの走査周期依存性は，デポレートをＹとすると以下の実験式

でフィッティングすることが可能である。ここで，Ｙ_０はデポ係数，Ｐは走査周期２３，τは緩和時間，Ｙ_ＳＰはスパッタ係数である。物理的には、式１の前半は形成される膜厚のレート、Ｙ_ＳＰがスパッタによりエッチングされる膜厚のレートを式１によるフィッティングのパラメータを求めるためには，Ａ点３４とＢ点３５とＣ点３６の３点程度のデポレートの実測値を求めればよい。式１より成膜速度Ｗは

である。ここでＩｐはビーム電流，Ｔｄは最適ビーム滞在時間，Ｐは走査周期，ｄはプローブサイズである。Ｗの走査周期に対する最大値は、Ｐ＝ＰｄにおけるＷの微分係数で示され、以下の式３で表される。

ここで，Ｐｄはガス走査周期である。図８は式３より求めたＰｄ／τのＹ_ＳＰ／Ｙ_０依存性である。Ｐｄはτに反比例し，Ｙ_ＳＰ／Ｙ_０に対して増加している。このように，Ｐｄはデポレートの走査周期依存性から決定することができる。

図９は，採用したＦＩＢ装置の光学系における走査面積と最速の成膜速度を得るビーム電流の関係を示す図である。縦軸はビーム電流，横軸は各光学系の設定で成膜速度が最大になる走査面積である。成膜速度が最大になる走査面積は、式Ｓ＝Ｐｄ×ｄ^２÷Ｔｄから求めた。式Ｓ中のパラメータＰｄは、図７のフィッティングカーブよりＹ_０，τ，Ｙ_ＳＰを求めて、図８の実線に代入することにより計算することができる。式Ｓ中のパラメータＴｄは、図５の実線がピーク値になるビーム滞在時間である。さらに、式Ｓ中のパラメータｄは、図４の実線がピーク値になる走査間隔である。この走査間隔はビーム電流依存して変化するプローブサイズと一致している。式Ｓのパラメータｄに各ビーム電流のプローブサイズを代入して比較することにより，始めて各走査面積に対して最速の成膜速度を得るビーム電流の決定が可能となる。
以上説明した成膜パラメータの決定方法をまとめると以下の通りとなる。

試料表面へ堆積ガスを吹き付け，さらに荷電粒子線照射光学系により集束した荷電粒子線を走査して試料表面に成膜する方法において，デポレートの走査周期の依存性情報から成膜速度を推定し，荷電粒子線の走査間隔とビーム滞在時間を一定に保ち走査を行う成膜方法とする。さらにこの成膜方法において，
a.各光学系の設定に対するビーム電流とプローブサイズと最適ビーム滞在時間を記憶する。
b.各光学系の設定に対するデポレートの走査周期依存性をテーブル又は式１にして記憶する。
c.任意の走査領域に対する成膜速度を式２などにより求める。
d.成膜速度が最大値となる光学系の設定を図９などにより選択する。
e.選択した光学系の設定とプローブサイズによる走査間隔と最適ビーム滞在時間を用いて成膜をする。
の手段により成膜することを特徴とする成膜方法とする。

上に述べた手順を、成膜装置のシーケンサに組み込む、あるいは成膜装置の制御装置にソフトウェアとして組み込むことにより、目的の走査面積に対して成膜速度を最速にして加工を行なうことが可能な成膜装置を提供することができる。走査面積は、成膜装置のユーザインタフェースを介して入力される。なお，堆積ガスによる成膜と同様に、エッチングガスによる選択エッチングにも適用することができる。

図１０は，本実施例で説明した成膜方法を実現する荷電粒子線装置の構成例を示す。図１０の荷電粒子線装置は、イオン源１から引き出し電極２によりイオンビームを引き出し、コンデンサレンズ３によりイオンビームを集束した後、ビーム制限アパーチャー４によりイオンビームを絞り、対物レンズ６により基板８の表面にイオンビームを集束する荷電粒子線装置と、試料を載置する可動の試料台７と、２次粒子検出器９と偏向器５と制御装置１０と堆積性ガスノズル１２などにより構成される。

図１１は，図１０に示した成膜装置の制御用ユーザインタフェースである制御画面である。図１１では、制御画面に走査領域の設定用画面が表示されている。オペレータは走査イオン顕微鏡像（ＳＩＭ像）３０を参考に、成膜するための走査領域３１を設定する。走査領域３１の設定は、図１０の制御装置１０に示されたキーボードなどの入力手段を介して設定される。成膜装置の制御手段１０は、入力された走査領域３１の設定値より走査面積１９を求めた後，走査面積１９に対して最速の成膜速度を得るビーム電流３２を求めて制御画面に表示する。この走査領域設定画面には，入力された走査領域３１に対する成膜パラメータの最適値（ビーム電流，ビーム滞在時間，走査間隔など）が表示される。

図１２は，制御画面に表示される光学系設定の選択画面の一例である。成膜装置の制御装置１０は、ユーザインタフェースを介して設定された走査領域の値に対し，複数のビーム電流値に対する成膜速度を求め、光学系設定の選択画面に表示する。表示する成膜速度は、その都度計算しても良いし、制御装置内あるいは外付けの記憶手段に格納された値を読み出して表示しても良い。装置オペレータは、ユーザインタフェースを介して所望の成膜速度のビーム電流値を選択し、成膜装置は、入力されたビーム電流値に応じて最適な条件で成膜を実行する。光学系設定の選択画面は成膜速度の表示を成膜時間に置き換えることもできる。なお、ビーム電流値以外にビームモードを選択肢として光学系設定の選択画面に表示することも可能である。

実施例１では、図７〜９に示したフィッティングカーブから決まるパラメータを用いることにより、成膜パラメータＰｄ、Ｔｄ、ｄの最適値を求めた。図７〜９に示したフィッティングカーブは、基本的に一度決めてしまえば、永年使用が可能なカーブである。しかしながら、出荷時の機差、成膜条件の変化などにより、フィッティングカーブ自体を構成しなければならない場合もある。そこで、本実施例では、フィッティングカーブ及び当該カーブから定まる成膜パラメータの較正方法について説明する。

図１３には、成膜装置に付随した制御装置１０のユーザインタフェース画面に表示される成膜速度の較正画面を示す。工程および物質３７とビーム電流３９はそれぞれ選択することができる。ここで、工程とは加工の種類のことであり、本実施例では、成膜（デポ）、選択エッチングの２種類から選択する。図１３（ａ）では，工程としてデポ，成膜物質としてタングステン，ビーム電流３９として１．００ｎＡを選択した。走査間隔４０としてプローブサイズｄ，ビーム滞在時間４１は最適ビーム滞在時間２６，Ａ点３４とＢ点３５とＣ点３６は各走査周期を変えて測定した膜厚の実測値を入力する。入力された膜厚の実測値に応じて、フィッティングカーブのフィッティングパラメータであるＰｄ／τ、Ｙ_ＳＰ／Ｙ_０等が再計算され、制御装置１０内の記憶手段に格納される。制御画面には、構成画面を複数表示しても良く、図１３（ｂ）は、光学系３９の選択値を変更してフィッティングパラメータの較正を行なう場合の較正用画面を示す。工程・物質３７，光学系の設定３９の選択値を変更するたびに，走査間隔４０はプローブサイズ１４，ビーム滞在時間４１は最適ビーム滞在時間２６，Ａ点３４とＢ点３５とＣ点３６は各走査周期で測定した膜厚を入力する。

図１３では、フィッティングパラメータを成膜装置の制御装置に計算させたが、オペレータがフィッティングパラメータを直接入力しても良い。図１４には、成膜速度を較正するための画面を示す。各工程・物質３７，光学系の設定値３９に対して走査間隔４０はプローブサイズｄ，ビーム滞在時間４１には最適ビーム滞在時間Ｔｄ，Ｙ_０にはデポレートの走査周期依存性から求めたデポ係数，τには緩和時間，Ｙ_ＳＰにはスパッタ係数を入力する。較正した成膜速度は成膜装置に付随した制御装置１０に格納して、図１１または図１２に示した光学系設定の選択画面の表示に用いる。

図１５は本発明の実施例の１つである成膜方法を示すフローチャートである。図１３又は図１４で示した成膜速度の較正手段により、複数のビーム電流値に対して、プローブサイズ（ｄ）、最適ビーム滞在時間（Ｔｄ）、デポ係数Ｙ_０、緩和時間τ、スパッタ係数Ｙ_ＳＰ、最適走査周期Ｐｄを設定し、制御装置１０内の記憶手段に格納する。この際、デポ係数Ｙ_０、緩和時間τ、スパッタ係数Ｙ_ＳＰ、最適走査周期Ｐｄなどに変えて、各ビーム電流値に対して走査面積と成膜速度などをテーブルにして記憶する方法を用いてもよい。各光学系の設定で、最速成膜速度が実現する走査面積Ｓは

である。制御装置１０は、ユーザインタフェースを介して設定された走査面積の設定値に近い走査面積Ｓを持つ光学系の設定を選択し、これにより，ビーム電流・ビーム滞在時間・走査間隔といった各成膜パラメータが自動的に設定される。なお、成膜速度に対しては、プローブサイズｄが影響を与えるため，成膜前にオートフォーカスを実施して、被加工物である試料表面にビームの焦点が合うようにプローブサイズｄを設定してもよい。
さらに，従来法に比べて成膜時間を短縮することもできる。

図１６は本発明の実施例の１つである成膜速度を較正する画面を示す。前述の成膜速度を較正する手段に，選択したビーム電流値における成膜パラメータの設定値から、異なるビーム電流値における成膜パラメータの値を推測する自動較正機能４５が追加されている。

図１７は自動較正機能が付加された場合のフローチャートである。１つの光学系の設定でのデポレートの測定値を用いて緩和時間とデポ係数を求め，その変化量よりその他の光学系の設定に対する緩和時間とデポ係数を導出する。

ＦＩＢで成膜を行なう場合、デポした領域の下部に窪みが形成される場合がある。窪みといっても何もない空洞ではなく、デポする膜と同じ材料組成の物質ないしデポする膜の材料と被加工領域を形成している物質との反応生成物によって、形成される窪みは埋められている。これは、ＦＩＢにより膜が堆積する以前に、スパッタ効果により被加工領域が削られて、その上に膜が堆積するためである。図１８には、その様子を示した。基板８とデポ膜１３の接合面に，ＦＩＢにより基板表面に窪みが形成される。３０ｋＶのＧａイオンで成膜すると，膜基板間スパッタ深さ６１は２００ｎｍになることもある。

図１９は膜基板間スパッタ深さのビーム滞在時間依存性である。ビーム滞在時間は、０からＴｄまでは、ほぼ一定値を取るが，ビーム滞在時間が最適ビーム滞在時間Ｔｄを超えると，膜基板間スパッタ深さは増加する。成膜パラメータのうち、ビーム滞在時間を最適ビーム滞在時間Ｔｄに設定して成膜を行なうと，従来技術を用いて成膜を行なった場合に比べて膜基板間スパッタ深さを浅くすることが出来る。

図２０は本発明の実施例の１つである膜質の選択を可能とする１組の成膜制御画面である。図１２の光学系設定の選択画面に，新たに膜基板間スパッタ深さとプローブサイズｄが表示される。オペレータは膜質を膜基板間スパッタ深さとプローブサイズから選ぶことができる。登録画面は図１３に膜基板間スパッタ深さを追加したものである。

図２１は膜質の選択を可能とする成膜方法のフローチャートである。図１５の成膜速度を較正する手段に新たに膜基板間スパッタ深さ(δＷ)４６の登録を追加した。光学系の設定を決定から光学系の設定候補の表示に変更して，オペレータが膜質を考慮して選択できるようにした。図２１に示したフローチャートは、成膜装置の制御装置内にソフトウェアとして組み込まれ、成膜装置をフローチャートに示した手順通りに動作させる。

図２２には，本実施例の荷電粒子線装置の構成例を示す。図２２の荷電粒子線装置は、イオン源１から引き出し電極２によりイオンビームを引き出し、コンデンサレンズ３によりイオンビーム１１を集束した後、ビーム制限アパーチャー４によりイオンビームを絞り、対物レンズ６により試料８の表面にイオンビーム１１を集束する荷電粒子線装置と、試料を載置する可動の試料台７と、２次粒子検出器９と偏向器５と制御装置１０と堆積性ガスノズル１２とメカニカルプローブ１３等により構成される。

図２３には，ＦＩＢ装置を用いた試料作製方法の１例を示す。本手法では、試料基板５１の表面に対しイオンビーム５２が直角に照射するように基板５１の姿勢を保ち、観察領域５０近傍にイオンビーム５２を矩形に走査させ、試料表面に所要の深さの角穴５４を形成する(図２３−ａ)。次に、イオンビーム５２を矩形に走査させ、試料表面に溝５５を形成する(図２３−ｂ)。次に、基板５１の表面に対するイオンビーム５２の軸が、約３０°傾斜するように基板５１を傾斜させ、斜め溝５６を形成する。基板５１の傾斜角の姿勢変更は、試料台によって行われる(図２３−ｃ)。メカニカルプローブ５３の先端を、基板５１の試料となる部分に接触させる(図２３−ｄ)。堆積性ガスノズル２０から堆積性ガスを供給し、イオンビーム５２をメカニカルプローブ５３の先端部を含む領域に局所的に照射し、保護膜５７のデポ膜を形成する。接触状態にある基板５１の分離部分である試料片５８とメカニカルプローブ５３の先端は、プローブ固定５７のデポ膜で接続される(図２３−ｅ)。集束イオンビームで残りの部分を切り欠き加工し、基板５１から分離試料片５８を切り出す。切り出された分離試料片５８は、接続されたメカニカルプローブ５３で支持された状態になる(図２３−ｆ)。分離試料片５８を所要の箇所、ここではTEM用ホルダ５９に移動させる(図２３−ｇ)。分離試料片５８とTEM用ホルダ５９を含む領域に試料固定６０のデポ膜を形成する(図２３―ｈ)。この分離試料片５８の中の観察領域５０を、イオンビーム５２を用いて厚さ約１００ｎｍの薄膜６１にする(図２３―ｉ)。薄膜６１に電子線を透過させてＴＥＭ観察する。
図２４は，本実施例で使用する１組の成膜制御画面の例である。オペレータは選択画面から所望の成膜工程を選択し，設定画面に表示された走査領域を成膜位置に設定する。さらに，図１３の登録画面に新たに走査面積を追加する。

図２５はエッチング速度とエッチング速度差の走査周期依存性である。エッチング速度とは単位時間当たりのエッチング深さであり，エッチング速度差とは、被加工領域が複数の物質で構成されている場合における、当該複数の物質間のエッチング速度の差である。ビーム電流の設定値に対するプローブサイズｄと最適ビーム滞在時間Ｔｄを、走査間隔とビーム滞在時間として成膜方法と同様に選択エッチングにも使用した。エッチング速度は走査周期に依存して単調に減少しているのに対して、エッチング速度差は３ｍｓｅｃで最大値となる。この走査周期に設定した時、当該複数の物質間のエッチングの差を最も拡大することができる。

図２６は本実施例で使用する１組の選択エッチング制御画面である。オペレータは設定画面に表示された走査領域を選択エッチング位置を設定して、選択画面から所望のエッチング速度とエッチング速度差を表示している光学系の設定を選択する。さらに，図１３の登録画面のビーム滞在時間７２に複数の選択肢を追加する。

図２７は本発明の実施例の１つである選択エッチング方法を示すフローチャートである。
エッチング速度の較正手段にはエッチングレートの走査周期依存性を用いる。エッチングレート（Ｙ）は，

とほぼ一致する。ここで、Ｙ_Ａはアシスト係数、Ｐは走査周期、τは緩和時間、Ｙ_Ｎはスパッタ係数である。エッチングレートの測定値に対する式５のフィッティングにより、これらの変数を求める。エッチング速度とエッチング速度差の算出に用いる。

図２６で示したエッチング速度を較正する手段により、各光学系の設定（ビーム電流値）とビーム滞在時間Ｔｄに対して、プローブサイズｄ、アシスト係数Ｙ_Ａ、緩和時間τ、スパッタ係数Ｙ_Ｎを記録する。この際、Ｙ_Ａ、τ、Ｙ_Ｎなどに変えて、各光学系の設定に対して走査面積とエッチング速度などをテーブルにして記憶する方法を用いてもよい。各光学系の設定で、所望のエッチング速度が実現する走査面積Ｓは

である。ここで、Ｐａは所望のエッチング速度差をもつ走査周期である。オペレータの設定した走査面積より所望のエッチング速度差を持つ光学系の設定を選択する。これにより，従来法ではオペレータが設定したビーム電流・ビーム滞在時間・走査間隔を自動的に設定できる。なお，ＦＩＢ１１のプローブサイズ１４がエッチング速度に影響を与えるため，光学系の設定を選び成膜を始める前に，オートフォーカスを実施することもある。

従来技術におけるＦＩＢ走査とガスの導入方法を示す図。 従来技術におけるＦＩＢ１１の走査方法。 走査領域への走査格子点の配置例。 成膜速度の走査間隔依存性。 成膜速度のビーム滞在時間依存性。 成膜速度の走査周期依存性。 タングステンデポのデポレートの走査周期依存性。 最速の成膜速度を得るガス走査周期ＰｄのＹ_ＳＰ／Ｙ_０依存性。 ある光学系における走査面積に対して最速の成膜速度を得るビーム電流を示す図。 本発明の実施形態の１例である荷電粒子線装置の基本構成。 本発明の実施例の１つである走査領域設定画面。 本発明の実施例の１つである光学系設定の選択画面。 本発明の実施例の１つである成膜速度を較正する画面。 本発明の実施例の１つである成膜速度を較正する画面。 成膜方法を示すフローチャート。 本発明の実施例の１つである成膜速度を較正する画面。 自動構成機能のフローチャート。 デポ膜の断面を示す図。 膜基板間スパッタ深さのビーム滞在時間依存性。 本発明の実施例の１つである膜質の選択を可能とする１組の成膜制御画面。 膜質の選択を可能とする成膜方法のフローチャート。 本発明の実施形態の１例である荷電粒子線装置の基本構成。 ＦＩＢ装置を用いた試料作製方法。 本実施例で使用する１組の成膜制御画面の例。 エッチング速度とエッチング速度差の走査周期依存性。 本実施例で使用する１組の選択エッチング制御画面。 本発明の実施例の１つである選択エッチング方法を示すフローチャート。

符号の説明

１…イオン源、２…引き出し電極、３…コンデンサレンズ、４…ビーム制限絞り、５…偏向器、６…対物レンズ、７…試料位置制御装置、８…基板、９…２次粒子検出器、１０…制御装置、１１…ＦＩＢ、１２…ノズル、１３…メカニカルプローブ、１４…プローブサイズ、１５…ガス分子、１６…走査格子点、１７…走査間隔、１８…走査領域、１９…走査面積、２３…走査周期、２４…ビーム滞在時間、２５…成膜速度、２６…最適ビーム滞在時間、２７…ガス走査周期、２８…ビーム電流、３０…走査イオン顕微鏡像、３１…走査領域、３２…ビーム電流、３３…デポレート、３４…Ａ点、３５…Ｂ点、３６…Ｃ点、３７…工程・物質、３９…光学系の設定、４０…走査間隔、４１…ビーム滞在時間、４２…デポ係数、４３…緩和時間、４４…スパッタ係数／デポ係数、４５…自動較正、４６…膜基板間スパッタ深さ、５０…観察領域、５１…基板、５２…イオンビーム、５３…プローブ、５４…角穴、５５…溝、５６…ＩＢＡＤ膜、５７…ＩＢＡＤ膜、５８…分離試料片、５９…ＴＥＭ用ホルダ、６０…ＩＢＡＤ膜、６１…薄膜、７０…エッチング速度、７１…エッチング速度差、７２…ビーム滞在時間。

Claims (5)

1. 試料に荷電粒子線を照射し走査する照射光学系と、
   前記荷電粒子線の照射により前記試料より発生する二次荷電粒子を検出する検出器と、
   前記検出器で検出された二次荷電粒子像を表示する表示手段と、
   前記試料にガスを吹き付ける手段と、
   前記荷電粒子線の走査領域を指定できる入力手段と、
   前記照射光学系を少なくとも制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、前記入力された前記荷電粒子線の走査領域を基に前記荷電粒子線のビーム電流値、及び前記ガスの吹き付けによる成膜速度または成膜時間を算出し、
   デポレートの走査周期の依存性情報から、任意の走査領域に対する成膜速度を求め、成膜速度が最大となる荷電粒子線のビーム電流値を表示することを特徴とする荷電粒子線装置。
2. 試料に荷電粒子線を照射し走査する照射光学系と、
   前記荷電粒子線の照射により前記試料より発生する二次荷電粒子を検出する検出器と、
   前記検出器で検出された二次荷電粒子像を表示する表示手段と、
   前記試料にガスを吹き付ける手段と、
   前記荷電粒子線の走査領域を指定できる入力手段と、
   前記照射光学系を少なくとも制御する制御手段とを備え、
   前記制御手段は、前記入力された前記荷電粒子線の走査領域を基に前記荷電粒子線のビーム電流値、及び前記ガスの吹き付けによるエッチング速度またはエッチング時間を算出し、
   デポレートの走査周期の依存性情報から、任意の走査領域に対する成膜速度を求め、成膜速度が最大となる荷電粒子線のビーム電流値を表示することを特徴とする荷電粒子線装置。
3. 集束された荷電粒子を所定の走査周期で試料上に走査する荷電粒子線照射光学系と、
   該荷電粒子線の走査像を表示する表示装置と、
   前記荷電粒子線照射光学系を制御する制御手段と、
   前記試料を載置する試料ステージと、
   前記試料に堆積ガスを吹き付ける手段と、
   デポレートの走査周期依存性情報が格納された記憶手段と、
   前記デポレートの走査周期の依存性情報から、任意の走査領域に対する成膜速度を求め、成膜速度が最大となる荷電粒子線のビーム電流値を表示する手段とを備えることを特徴とする荷電粒子線装置。
4. 試料表面へ堆積ガスを吹き付け，さらに荷電粒子線照射光学系により集束した荷電粒子線を走査して試料表面に成膜する方法において，デポレートの走査周期の依存性情報から、任意の走査領域に対する成膜速度を求め、成膜速度が最大となる荷電粒子線のビーム電流値の設定を行い、荷電粒子線の走査間隔とビーム滞在時間を最適ビーム滞在時間に保ち走査を行う成膜方法。
5. 荷電粒子照射光学系により荷電粒子線を集束して試料に照射し、かつ前記試料に堆積ガスを吹き付けることにより成膜を行う荷電粒子成膜装置と、該荷電粒子成膜装置の制御装置とを備えた荷電粒子線装置であって、
   前記制御装置が前記成膜装置に対して、
   前記試料表面に堆積ガスを吹き付ける動作と、
   当該堆積ガスのデポレートの走査周期の依存性情報から、任意の走査領域に対する成膜速度を求め、成膜速度が最大となる荷電粒子線のビーム電流値の設定を行い、
   前記試料に照射される前記荷電粒子線の走査間隔とビーム滞在時間とを最適ビーム滞在時間に保ちつつ当該試料上に前記荷電粒子線を走査する動作とを実行させることを特徴とする荷電粒子線装置。

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