JPH0262039A - 多層素子の微細加工方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は集束ビームを用いｔ微細加工方法に係ジ、特に
多層ＬＳＩに対して各層を高選択加工するのに好適な微
細加工方法およびその装置に関する。

〔従来の技術〕

フォト−Ｆスフ修正装置、Ｉ　Ｍ　Ａ　（Ｉｏｎ　Ｍｉ
ｃｒ。

Ａｎａｌｙｚｅｒ　）等従来の集束イオンビーム加工装
置において、試料の微細加工を行う方法は、照射イオン
ビームにより試料原子をた友き出すスパッタ加工であっ
た。

従来の集束イオンビーム加工装置の基本的な装置構成を
第２図に示す。イオン源１から引き出し念イオンビーム
２を、集束レンズ４により集束し試料１０上に照射しス
パッタ加工を行う。またイオンビームの照射と同時にＣ
ＶＤガスをノズル１６エシ供給し、局所成膜を行う。こ
の際ブランキングコントローラ１２によりイオンビーム
のＯＮ、　ＯＦＦを、デフレクタコントローラ１５によ
りイオンビームの偏向をそれぞれ制御する。イオンビー
ムの照射とともに試料１０から発生する２次電子、ある
いは２次イオンを２次粒子ディテクタ９（例えばマイク
ロチャンネルプレート）にょ９検出し一８ＩＭ　（Ｓｃ
ａｎｎｉｎｇ　Ｉｏｎ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ　　：走
査イオン顕微鏡）像を得る。このＳＩＭ像を用いて試料
表面の観察を行う。なお、この糧の集束イオンビーム加
工装置として関連するものには例えば特開昭６１−２４
５５５３号が挙げられる。

ｔｅ、試料の加工方法として単純なスパッタ加工ではな
く、反応性ガスをイオン化し几反応性ビームによる化学
反応を用い比例として特開昭５７−０１７６が、反応性
ガスふん囲気中で集束イオンビームを試料に照射した時
生じる化学反応を用い比例として特開昭５７−１５１７
７がある。

〔発明が解決しようとする課題〕

現在ＬＳＩ等の半導体装置は高集積化、高機能化を進め
るために、配線や素子の多層化が進んでいる。各層の凹
凸が重なり、縦方向にも高密度化し次多層ＬＳＩを加工
する場合に、下層にダメージを与えずに所望の層で精度
よく加工を停止することが、よりいっそう強く要求され
ている。

また、ＬＳＩ設計のデバッグや製造プロセス上の不良解
析を目的として、ＬＳＩ配線の面接切断接続を局所加工
により行い、回路修正を短時間で行う要求が高まってい
る。この様な回路修正では、ひとつのＬＳＩ上で数１０
ケ所におよぶ加工を行う必要があり、加工を高速にしか
も１００％近い高歩留りで行わねばならない。

加工が単純なスパッタ加工である従来の集束イオンビー
ム加工装置では、多層化したＬＳＩを加工する際に以下
の課題があっ几。

（１）加工速度はビーム電流にほぼ比例するが、微細な
ビームを得る九めにはビーム電流に制限があり、高速加
工を行うことができない。（２）被加工物の材質に対し
て選択性が小さ（、多層ＬＳＩの各層を−様な速度で加
工するため、所望の層で加工を停止することが難しい。

（３）傾斜面に対する加工速度が太きいため、加工穴底
が平坦化する傾向があり１各層の凹凸の激しい多層ＬＳ
Ｉに対して、凹凸にならつ比精度よい加工は不可能であ
り、部分的に下層にダメージを生じてしまう。

これに対し、例えばＲＩ　Ｅ　（Ｒｅａｃｔｉｖｅ　Ｉ
ｏｎＥｔｃｈｉｎｇ　）の様に、反応性ガス分子と被加
工物との化学反応によるエツチングを用いれば、反応確
率をガス圧、イオンエネルギー等にエリ高めることで、
スパッタ加工の数１０倍の高速加工が可能となる。ま之
、反応性ガスの種類ｆ選択することで、被加工層の下層
に対する選択性を太きくでき、凹凸の激しい試料に対し
ても、下層にダメージのない精度よい加工を行うことが
できる。

ここで、反応性ガスと集束イオンビームを組み合わせて
、局所的に化学反応性エツチングを行う装置として、特
開昭５７−１３１７６および特開昭５７−１３１７７に
記載の装置がある。これらの装置は、特定の被加工材質
とその下の基板材質の組合せに対して反応性ガスを選択
し、上層の被加工層−層のみを選択エツチングするもの
である。一方多層ＬＳＩにおいては、例えばＡｔ配線層
と５Ｌ０２層。

５ｉｑＮａ層等がくり返し重なっており、加工に伴い被
加工層およびその下層が変化する九め、逐次最適な反応
性ガスを切替えて供給しなければならない。その友めに
は被加工層の変化を精度工〈検出しｆｃシ、複数の反応
性ガスを短時間で効率工〈切替える必要がある。上記装
置はこれらの点について配慮がされておらず、多１Ｌｓ
Ｉを精度工〈加工することは不可能であった。

本発明の目的は、基板上に複数層が形成され友多層素子
に対して、各層の凹凸にならった精度よい加工を高速に
行うことのできる、微細加工方法および装置を提供する
ことにある。

〔課題を解決する友めの手段〕

上記目的は、反応性ガスを用いて多層素子に対して局所
的に反応性エツチングを行う際に、加工に伴う被加工層
およびその下層の変化に対応して、逐次最適な反応性ガ
ス（被加工層を高速に加工しかつ下層との選択性が大き
い反応性ガス）を選択し切り替えて供給することにより
達成される。なお、局所反応性エツチングとしては、反
応性ガスをイオン化して引き出した反応性ビームを用い
る方法と、反応性ガスふん囲気中で集束エネルギービー
ム（イオンビーム、電子ビーム、レーザービーム）を照
射し、照射部のみで化学反応を誘起する方法がある。

〔作用〕

反応性ガスをイオン化して引き出した反応性ビームを用
いる装置では、イオン源のイオン化室に複数のガス種の
反応性ガスボンベをバルブを介して接続する。これによ
り、加工に伴う被加工層とその下履の変化に対応して、
逐次イオン化室に導入する反応性ガスを切り替えること
ができ、最適な反応性ビームを切り替えて試料に照射す
ることができる。

反応性ガスふん囲気中で集束エネルギービームを照射し
、照射部のみで化学反応を誘起する装置では、試料表面
に吸着させ九反応性カス分子を、短時間で入れ替えねば
ならない。第１の方式として、試料表面に局所的にガス
を吹き付けるための複数のノズルと、各ノズルにバルブ
を介して接続しｔ複数のガス種の反応性ガスボンベを設
ける。

また、試料の温度を短時間で制御する九ぬの、昇温冷却
機構をステージに設ける。これにより、バルブを切り替
えて、試料表面に吹き付ける反応性ガスを、短時間で切
シ替えることができ、試料の昇温冷却によりガスの離脱
吸着を制御することができる。第２の方式として、試料
を包む容積の小さなサブチャンバを設け、複数のガス種
の反応性ガスボンベをバルブを介して接続する。サブチ
ャンバには上面にオリフィスを設け、集束エネルギービ
ームはこのオリフィスを通して試料に照射する。また、
試料の温度を短時間で制御するための、昇温冷却機構を
ステージに設ける。サブチャンバ内を排気した後、バル
ブを切り替えて反応性ガスを供給し、サブチャンバ内を
満たす反応性ガスを短時間で切り替えることができ、ま
た試料の昇温冷却によりガスの離脱吸着を制御すること
ができる。第１あるいは第２の方式を用いることにより
、加工に伴う被加工層とその下層の変化に対応して、逐
次最適な反応性ガス分子を試料表面に吸着して、局所反
応性エツチングを行うことができる。

〔実施例〕

以下本発明の実施例を図を用いて説明する。

〈実施例１〉 第１図に本発明の第１の実施例の装置構成を示す。装置
上部に設は次イオン源部については、デュオプラズマト
ロンイオン源、液体金属イオン源。

ガス電界電離イオン源の５種のイオン源として動作する
構成とし友。イオン源から引き出し次イオンビーム５０
を前段集束レンズ５４、口径可変アパーチャ５３、後段
集束レンズ３６により集束し、試料３９上に照射する。

イオンビームの照射と同時に、エツチングガスボンベ４
１あるいは４２から、ノズル４４を通してエツチングガ
スを試料５９表面に供給し、イオンビームの照射領域で
局所的に反応性エツチングを行う。一方イオンビームの
照射と同時に、ＣＶＬ）ガスボンベ４６からノズル４４
を通して、ＣＶＤガスを試料３９表面に供給し、イオン
ビームの照射領域で局所成膜を行う。この際、第１図で
図示されないブランキング電極に電圧を印加しイオンビ
ームのオン、オフを、デフレクタ電極３７に電圧を印加
し偏向をそれぞれ制御する。イオンビームの照射ととも
に試料６９カら発生する２次粒子（２次電子、２次イオ
ン等）を２次粒子ディテクタ５８で検出しＳＩＭ像を得
る。本発明においては被加工物である多層ＬＳＩの、加
工に伴う層変化を検出する九めに、イオンビームと同時
に集束光を照射するため、反射光、散乱光等が発生する
。従りて２次粒子ディテクタ６８は検出に光を介するも
の（シンチレータとフォトマルの組合せ等）は不適当で
、２次粒子を直接電子で増倍するタイプのもノ（マイク
ロチャンネルプレート、チャンネルトロン等）を選ぶ必
要がある。

イオンビームの光軸上に、中央に穴を設けた反射鏡４８
を設置する。イオンビームはこの中央の穴？通過して試
料３９に照射する。一方、観察照明用のランプ５０から
の光は、ハーフミラ−１窓を通って真空チャンバ４５内
に入射し、反射鏡４８により光路を曲げられ次後、反射
対物レンズ４９により試料５９上に集光される。試料６
９からの反射光は同じ経路を逆に通りて、カメラ５１に
結像し、光学顕微鏡像を得る。このとき、イオンビーム
に↓る加工領域に光の集光領域を重ねて、イオンビーム
と集束光を同時に試料上に照射することにより、加工中
の被加工部の状態変化を、常に光学顕微鏡像でモニタし
ながら、加工することができる。

レーザ発振器５２から発振したレーザ光はシャッタ５３
を通り、光路拡張器５４でビーム径を拡張した後、透過
率可変フィルタ５５を通過する。ここで、ンヤッタ５３
に工りレーザ光のオン、オフを行い、透過率可変フィル
タ５５にエリレーザ光強度の調整を行う。レーザ光はビ
ームスプリッタ５Ｂに工や光路を２つに分けられ、一方
が窓を通って真空チャンバ４５内に入射する。入射しｔ
レーザ光は反射鏡４８により光路を曲げｔ後反射対物レ
ンズ４９により試料５９上に集光する。この際に、反射
鏡４８の中央の穴によシ損失するレーザ光強度の割合を
少なぐする九めに、光路拡張器５４によるビーム径を拡
張しである。試料５９からの反射光は同じ径路を逆に通
って、ビームスプリッタ５８により光路を曲げられ、フ
ォトマル５９に入射する。ま几、先にビームスプリッタ
５８により光路を分けられｔｌもう一方のレーザ光は反
射焼５６により反射し、ビームスプリッタ５８を通りフ
ォトマル５９に入射する。以上の様にして試料５９と反
射鏡５６により反射してもどってきた２つの光が干渉（
〜、その干渉光強度を７オトマル５９により測定する。

このとき、ピエヅ素子５７を用いて反射鏡５６を微動し
、２つの光の光路差の微調整を行う。以上の様に構成し
ｔレーザ干渉計を用いて、被加工面の相対高さすなわち
加工深さを計測しながら、加工することができる。

ｔｅ、集束レーザ光のエネルギーを利用することにより
、エツチングガスを供給して局所反応性エツチングを行
うことができ、ＣＶＤガスを供給して局所成膜を行うこ
とができる。このとき透過率可変フィルタ５５にエリレ
ーザ光強度を調整でき、加工深さ計測時には低パワーに
、局所エラ枡ングあるいは局所成膜時には高パワーに、
それぞれ最適な強度にレーザ光強度の調整を行う。

次に本実施例のイオン源部について、第６図乃至第５図
を用いて説明する。本実施例のイオン源はイオン放出部
等の機構部と電源部の切り替えにヨリ、デュオプラズマ
トロンイオン源、液体金属イオン源、ガス電界電離イオ
ン源の５種のイオン源として動作する様考案した。主要
部の構成としてまずエミッタ２６は冷却用チャンバ２０
に接続し、上下に動かし位置調整を行えるものとする。

その周囲に独立に上下に動かせる様に、液体金属イオン
源用のイオン化物質２５を溜める容器２１を設ける。

以上の構成要素は、イオン化ガスを導入するイオン化チ
ャンバ２７内に、フィラメント２５とともに設置する。

その下に設は九０径可変アパーチャは、大口径時にはイ
オン放出の制御電極として動作し、小口径時にはデュオ
プラズマトロンイオン源のイオン放出部として動作する
。エミッタ２６は液体Ｈｅボンベ１９から液体）（ｅを
冷却用チャンバ２０に導入することにより、低温（５０
Ｋｌｌ下）に冷却でき、フィラメント２５からの熱電子
で衝撃することにより、逆に高温（１０００で以上）に
加熱できる。イオン化ガスボンベ６１〜５５は複数個設
け、バルブの切り替えにニジ、各種反応性ガス（ＣＦａ
　、　ＳＦａ　。

ＣＣｔａ　、　Ｃｔｔ等）あるいは不活性ガス（Ａｒ、
　Ｘｅ等）等を、切り替えてイオン化チャンバ２７内に
導入し、イオンビームとして引き出すことができる。電
源部は加速電源６３、引き出し電源６６％制御電源（放
電電源）６７、電子加速電源６日、フィラメント電源６
９、および切替スイッチ７０α、７０ｂからなる。加速
電源６５はイオンのエネルギーを与え、引き出し電源６
６はイオンビームを引き出すための電圧をりき出し電極
２９に印加する。制御電源（放電電源）６７はデュオプ
ラズマトロンイオン源としての動作時は、ガスをイオン
化する几めの放電電源として機能し、他のイオン源とし
ての動作時は、イオン放出安定化の友めの制御電源とし
て機能する◎本実流例のイオン源のデュオプラズマトロ
ンイオン源としての動作について、第５図を用いて説明
する。エミッタ２６、イオン化物質容器２１等は本動作
１時には機能しない几め、最上位置に設定するロロ径可
変アパーチャ２８は小口径アパーチャに切り替え、イオ
ン放出部として動作させる。フィラメント２５はフィラ
メント電源６９よシミ圧を印加し、放電励起の九めの電
子源となる。切替スイッチ７０ａは接点Ｂに接続し、エ
ミッタ２６とフィラメント２５を同電位に保ち、フィラ
メント２５からの電子がエミッタ２６側に引き寄せられ
ない様にする。切替スイッチ７０．６は接点Ａに接続し
、フィラメント２５と口径可変アパーチャ２８間に放電
電源６７から放電電圧を印加する。

デュオプラズマトロンイオン源として動作させるために
は、まずイオン化ガスボンベ６１〜６３から所望のガヌ
種を選択し、流量調整パルプ６４を通して、適当量をイ
オン化チャンバ２７に導入する。次にフィラメント２５
と口径可変アパーチャ２８間に放電電圧を印加し、フィ
ラメント２５からの電子により放電を励起し、プラズマ
を生成する。プラズマは、イオン化チャンバ５７の下部
と口径可変アパーチャ２８の間に、マグネット２４から
供給されｔ数１００ガウスの磁場にニジ閉じ込められ、
高密度プラズマとなる。引き出し電極２９に電圧を印加
し、口径可変アパーチャ２８からイオンビーム５０を引
き出す。

口径可変アパーチャのアパーチャ径がイオン放出のソー
ス径に対応するが、ビーム電流量を得るためアパーチャ
径は通常１００μｍ程度とする。

次に液体金属イオン源としての動作について、第４図を
用いて説明する。口径可変アパーチャ２８は大口径アパ
ーチャに切り替え、制御電極として動作させる。エミν
り２６は、フィラメント２５（７）　中心をぬけ、口径
可変アパーチャ２８から少し突き出る位置に設定する。

イオン化物質容器２１は、エミッタ２６の先端に適量の
イオン化物質（液体金Ｒ）２５を供給できる位置に設定
する。フィラメント２５はフィラメント電源６９より電
圧を印加し、イオン化物質２３、エミッタ２６を加熱す
るための電子源となる。切替スイッチ７０αは接点Ａに
接続し、フィラメント２５とエミッタ２６開に電子加速
電源６８から電子衝撃の九めの電圧を印加する。切替ス
イッチ７０ｈは接点Ａに接続し、制御電極として動作す
るイオン化チャンバ２７お工び口径可変アパーチャ２日
に制御電圧を印加し、イオンビーム３０の放出を安定化
する。

液体金属イオン源として動作させるためには、まずフィ
ラメント２５から熱電子を発生させ、電子加速電源６８
からの電圧に工り加速する。加速し之電子によりイオン
化物質容器２１およびエミッタ２６を衝撃加熱し、イオ
ン化物＠２３を溶融しエミッタ２６の表面を先端まで濡
らす。エミッタ２６と引き出し電極２９間に、引き出し
電源６６から電圧を印加し、エミッタ２６の先端からイ
オンビーム３０を引き出す。

次にガス電界電離イオン源としての動作について、第５
図を用いて説明する。口径可変アパーチャ２８は大口径
アパーチャに切り替え、制御電極として動作させる。エ
ミッタ２６は口径可変アパーチャ２８から少し突き出る
位置に設定する。イオン化物質容器２１はエミッタ２６
の先端近傍の電界を乱さない様に、上に移動した位置に
設定する。切替スイッチ７０αは接点Ｂに接続し、フィ
ラメント２５とエミッタ２６を同電位に保ち、エミッタ
２６先端近傍の電界を乱さない様にする。切替スイッチ
７ＱＡは接点Ａに接続し、イオン化チャンバ２７および
口径可変アパーチャ２８に制御電圧を印加し、イオンビ
ーム３０の放出を安定化する。制御電圧を印加しなくて
も安定にイオンが放出する定常動作状態になっ之徒は、
切替スイッチ７０．６を接点Ｂに接続し、エミッタ２６
と口径可変アパーチャを同電位に保ち、エミッタ２６の
先端部のみに電界を集中させるとともに、口径可変アパ
ーチャ２８と引き出し電極２９間の平行電場を安定に保
つ様にする。これは先に述べた液体金属イオン源として
の動作時も同様である。

ガス電界電離イオン源として動作させるためには、まず
エミッタ２６の表面をガス分子が吸着しやすい様にり１
）−ユングしておく必要がある。第５図において切替ス
イッチ７０αを接点Ａに接続し、フィラメント２５から
発生させた熱電子を加速し、エミッタ２６を衝撃加熱し
表面をクリーニングする。

あるいは、本イオン源を液体金属イオン源として動作さ
せ、エミッタ２６先端に液体金属の円錐を形成しておき
、そのまま冷却する。固化しｔ液体金属は表面をクリー
ニングしたと同様の効果があり、先端の鋭い円錐形状は
電界をより集中させイオン化効率が向上する。エミッタ
２６表面をクリーニングした後、液体Ｈｅを冷却用チャ
ンバ２０ニ導入シ、エミッタ２６を冷却する。次にイオ
ン化ガスボンベ３１〜３３から所望のガス種を選択し、
流量調整バルブ６４を通して、適当量をイオン化チャン
バ２７に導入する。エミッタ２６と引き出し電極２９間
に、引き出し電源６６から電圧を印加し、冷却したエミ
ッタ２６表面に吸着したガス分子を、エミツタ２６先端
部でイオン化し、イオンビーム３０を引き出す。

本実施例のイオン源の５種のイオン源としての動作特性
を下表に示す。

加工のプローブである集束イオンビームの、ビーム電流
およびビーム径は、集束光学系の性能が共通の場合、上
記のイオン源特性に大きく左右される。輝度および放射
角ｅ！流苗密度大きいほど、集束したときにビーム電流
を太きくとれ、高速加工を行うことができる。ソース径
およびエネルギー巾が小さいほど微細なビームに集束で
き、高精度の加工を行うことができる。典型的な例とし
ては、数１０μｍ口の領域を高速加工する場合にデュオ
プラズマトロンイオン源を、０．１μｍ口〜数μｍ口の
領域を加工する場合に液体金属イオン源を、０．１μｍ
口以下の領域を高精度に加工する場合にガス電界電離イ
オン源を用いる。

次に第６図および第７図を用いて、本発明による多層Ｌ
ＳＩの加工方法の原理を説明する。まず反応性ガスふん
囲気中で集束エネルギービームを照射し、ビーム照射部
のみで反応性エツチングを誘起する方法を用いｔ場合を
第６図に示す。加工部断面を右に示すが、下層Ｍ配線７
５上を層間膜を介して広い上層Ａｔ配線７４が全面を覆
っており、最上層の５ｉ０２膜から順に加工し、下層Ｍ
配線７５を切断する場合を考える。加工開始とともに、
第６図αに示す様にエツチングガスボンベ４１からＣＦ
４ガスを、流ｌ゛調整バルブ７１を通してノズル４４に
導入し、試料５９に吹き付ける。同時にイオンビーム３
０ヲ集束照射し、局所反応性エツチングを行う。このと
き、　８ｉＣｈをＡｔに対して選択性よ〈エツチングす
る反応性ガスとしては主としてＦ系のガス（Ｆ２　、　
ＢＦａ　、　ＰＦｓ　、　ＣＦａ　、　８Ｆ４等）が適
する。

最上層５ｉ０２膜の加工終了を検出し、第６図６に示す
様に流ｆ＃調整バルブ７１ｆ閉じ、流量調整バルブ７２
を開け、ノズル４４から試料５９に吹き付ける反応性ガ
スを、ＣＦ４からｃｃｔａに切り替え上層Ｍ配線７４を
加工する。このとき、Ａｔを５ｉＯｔに対して選択性工
〈エツチングする反応性ガスとしては主としてＣｔ系の
ガス（Ｃ１２，ＢＣｌ２．　　ＰＣｌ５　、　ＣＣｌ４
゜Ｓ　番Ｃｚ　ａ等）が適する。上層ＡＡ配線７４の加
工終了を検出し、第６図Ｃに示す様に流ｉｌ調整パルプ
７２を閉じ、流を調整バルブ７１を開け、ノズル４４か
ら試料６９に吹き付ける反応性ガスを、ＣＣ４４からＣ
Ｆ４に切り替え層間別０２膜を加工する。層間８ｉ０ｚ
膜の加工終了（下層Ａｔ配線７５の露出）を検出した後
、第６図ｄに示す様に流＃調整パルプ７２を開け、ＣＦ
４とＣＣ４４を同時にノズル４４から試料５９に吹き付
は加工を行う。被加工面内に露出し念、下層Ａｔ配線７
３とその両側の層間５ｉＣｈ膜の両者に対して、反応性
エツチングが進行し、下層Ｍ配線７５を歩留シよ〈切断
できる。この場合、さらに下層の９　ｉＱｚ膜に対する
選択性はとれない。下層に対するダメージを極力防ぐ必
要がある場合は、下層Ｍ配線７６の加工途中に流量調整
バルブ７１を閉じ、反応性ガスをＣＣ１ａのみに切シ替
え、下層Ａｔ配線７３のみを選択エツチングすれば工い
。一般に本発明を用いれば、第６図ｄに示す様に被加工
面内に複数の材料が存在する場合に、それぞれの材料に
対応する複数の反応性ガスを同時に吹き付けて加工を行
うことができる。このとき各反応性ガスの流量比を制御
することによシ、それぞれの被加工材料が加工される速
度を制御でき、被加工面の形状を制御しながら加工を行
うことができる。例えば、第６図の試料に対して、ＣＶ
Ｄ配線を接続する目的で、下層Ｍ配線７５を露出する窓
あけ加工を行う場合に、第６図ｄの段階で反応性ガスと
してＣＦ４のみを吹き付けることによシ、下層Ｍ配線７
３の両側の層間５ｉＣｈ膜を選択的に加工し、下層Ｍ配
線７３の側面を露出させコンタクト面積を大きくするこ
とかできる。

次に第６図と同様の加工を、反応性ビームを用いて行う
場合を第７図に示す。イオン源として、デュオプラズマ
トロンイオン源あるいはガス電界電離イオン源を用い、
イオン化する反応性ガスを被加工層に対応して切シ替え
る方法である・加工に伴う反応性ガスの切り替えは、第
６図の場合と同様に行う。最上層Ｓ　ｉ　Ｏ２膜加工時
はＣＦ４ガスをイオン化し次反応性ビーム７７（主なイ
オンはＣＦｓ”）を用い、加工が上層Ａｔ配線７４に入
った時点で・反応性ガスを切シ替え、ＣＣ１ａガスをイ
オン化し几反応性ビーム７８（主なイオンはＣＣｌ５　
）を用いる。以下層間５ｉＣｈ膜加工時は、ＣＦ４ガス
をイオン化し几反応性ビーム７７を用い、下層Ｍ配線７
６切断時は、ＣＦ４とＣＣｌ４の混合ガスをイオン化し
た反屯性ビーム７９を用いて加工を行う。第７図ｄにお
いては、イオン源に導入するＣＦ４とＣＣｌ４の混合比
を制御することにより、反応性ビーム７９中の各反応種
のイオン数の比を制御し、層間Ｓ　ｉＣｈ膜と下層Ａｔ
配線７５の加工速度を制御することができる。第７図の
加工において、反応性ビームを切り替える方法として、
第１図に図示されないイオン光学系途中に設は九質量分
離器（例えばＥＸＢマスフィルター）を用いてもよい。

すなわち、反応性ガスとしては常にＣＦ４とＣＣ２４の
、混合ガスをイオン源に導入し、両反応種の混合反応性
ビームを引き出す。被加工層に対応して、混合反応性ビ
ーム中力Ｃ，ＣＦ？ビームあるいはＣＣｔａ”ビームを
、質量分離器により取り出し加工を行う。

次に、実際に多層ＬＳＩの配線修正に、本発明を適用し
た場合の効果を第８図乃至第１０図を用いて説明する。

第８図に配線修正例を示す。第８図すの断面図に示す様
に、現在ＬＳＩは高集積化に伴い多層構遺となジ、下層
配線として信号配線が複数層形成され、最上層に電源配
線を設は文構造が多く見られる。この場合、電源配線は
電流容量を確保する次め、できる限り幅広く設計され、
ＬＳＩのほぼ全面を覆うことになる。第８図に示す様に
、下層の信号配線同士を局所成膜にニジ接続し素子を修
正する場合に、上層配線８０を通してコンタクトホール
を開けざるをえない。従ってこのまま配線接続を行うと
、ＣＶＤ配線８５により上下配線が短絡し、素子を正常
に動作させることができなくなってしまう。これを避け
るための最も単純な方法としては、接続したい下層配線
の上を覆う上層配線８０を、大きく窓あけ加工しなり除
けばよい。

次に、従来のスパッタ加工により・上層配線に大きく窓
あけ加工し、下層配線同士を接続し念場合を第９図に示
す。第９図αに示す様に、接続する箇所の上の上層配線
８０に対し、大きく窓あけ加工を行い、第９図すに示す
様に、接続する下層配線８１にダメージを与えない様に
、その上で窓あけ加工を停止する。その後、第９図Ｃに
示す様に、ＣＶＤガス８６を供給しなからレーザ光８７
を照射し・ＣＶＤ配線８５を形成し下層配線同士の接続
を行う。

従来のスパッタ加工は、被加工面が傾斜しているほど加
工速度が速く、加工穴底面は平坦化する傾向にあり、第
９図の窓あけ加工においても、窓あけ穴の底は平坦に々
る。

一方、多層ＬＳＩでは下層配線の凹凸形状を反映し、上
層の層間絶縁膜およびＡｔ配線が大きくうねり凹凸にな
っている。従って、窓あけ加工を下層配線８１にダメー
ジを与えない限界の深さまで行ったとしても、大底に上
層配線８０の加工残り８５がブリッジ状に残ってしまう
。ＣＶＤ配線８５を形成しｔ際に、加工残り８５を介し
て上下配線が短絡し、第８図の場合と同様に素子を正常
に動作させることができない。

次に、第９図と同様の加工を本発明の加工方法を用いて
行っ九場合を第１０図に示す。第１０図α。

第１０図すにおいて、最上層絶縁膜、上層配線８０の各
層に対応し几エツチングガスを供給しながら、イオンビ
ーム３０を照射し、局所反応性エツチングに工り太きく
窓あけ加工を行う。さらに第１０園Ｃにおいて、局所反
応性エツチングにより、接続する下層配線に対しコンタ
クトホールを加工し、第１０図ｄにおいて、ＣＶＤ配線
８３ヲ形成し下層配線同士を接続する。ここで、本発明
による局所反応性エツチングは、化学反応を主体として
加工が進行する九め、常に下層に対して選択性の高い加
工を行うことができる。従って、第１０図すにおける窓
あけ加工は、層間の凹凸にならった精度よい加工を行う
ことができ、第９図で示した様な上層配線の加工残りが
生じることはない。ま之、第１０図ｒにおけるコンタク
トホールの加工も、下層配線にダメージを与えずかつ完
全に窓あけを完了することができ、接続の際の信頼性が
高くなる。

次に・本発明による多！ＬＳＩの高選択比加工の効果を
、第１１図乃至第１２図を用いて説明する。

多層ＬＳＩは、製造プロセス条件のばらつきや、同一ウ
ニへ上でも平面内のばらつきの影響で、各層の膜質や膜
厚にばらつきが生じる。第１１図に多層ＬＳＩの膜厚ば
らつきの一例を示す。上層から順に、５ｉｆ２．　ＡＬ
、　８ｉ０ｔ　、　ＡＡ、　　８ｉＣｈの構造で、各層
の厚さはそれぞれ２，０μｍ、１．０μｍ、１５μｍ、
１．０μｍの値で設計している。各層の厚さは、全ての
ばらつきの要因を考えると、最大±０．２μｍばらつく
ため、各層が重なった全体としては、ｆｌｃ１１図に示
す様に±１．０μｍ近いばらつきが生じる。従って、各
層に対してほぼ−様な速度で加工が進行する、従来のス
パッタ加工を用いて加工する場合は、各層毎の加工深さ
を精度よくモニタすることが不可欠となる。これに対し
、本発明による高選択比加工を第１１図のＬＳＩに対し
て用いた場合の、各層毎のオーバーエッチ量の変化を第
１２図に示す。各層の厚さが、設計値通り（設計値±０
μｍ）、最小厚さ（設計値−０，２μｍ）、最大厚さ（
設計値＋０２μｍ）の３つの場合に対して、全て同じタ
イミングでエツチングガスを切り替えて、本発明により
加工を行っ九場合の各層毎のオーバーエッチ量を示し次
。

ここで、選択比としては、Ｃｔ系ガスを用いてＡｔの別
０２に対する選択比１０：１が得られており、Ｆ系ガス
を用いて８ｉ０２のＡｔに対する選択比もほぼ１０：１
が得られている。第１２図のオーバーエッチ量の計算で
は、簡単化の九めにＣＦ４ガスを用い九８ｉ０２のＡｔ
に対する選択比と、ＣＣｌ４ガスを用い−ｆｉ−ｋｌの
Ｓｉｏ２に対する選択比をともに１０：１とＬｅａ　１
ｉ１２図において、エツチングガスの切シ替えは、各層
の加工を完全に完了する念めに、各層に対して［１，５
μｍオーバーエッチするタイミングで行うものとする。

層の厚さが設計値±０μｍの場合、まず最上層８ｉ０ｚ
膜を０．５μｍオーバーエッチする時点までＣＦ４ガス
を用いるが、上層Ｍ配線の加工に入っ九時点で選択性か
ら加工速度は１０分の１になり、実際のオーバーエッチ
量は０．０５μｍとなる。次にエツチングガスをＣＣＬ
ａに切り替え、上層Ａｔ配線を加工する。Ｓ！０２膜か
らのオーバーエッチ量０．０５μｍと、初めから設定し
ｔｏ、５μｍを加えて０，５５μｍオーツ＜−エッチす
る時点までＣＣＬａガスを用いるが、層間Ｓ　ｉＣｈ膜
の加工に入った時点で選択性から加工速度は１０分の１
になり、実際のオーバーエッチ量は０．０５５μｍとな
る。以下さらに加工を進め几場合の各層の実際のオーバ
ーエッチ量は、第１２図に示す様に０．０５５５μｍ、
　　０．０５５５μｍとなる。次に各層の厚さが全て設
計値−０，２μｍの場合を考える。最上層ＳｉＯｘ膜に
対して、設定オーバーエッチ量０．５μｍと、膜厚の不
足分０．２μｍを加えて、０．７μｍオー７く−エッチ
する時点までＣＦ４カスを用いるが、上層Ａｔ配線の加
工に入り几時点で選択性から加工速度は１０分の１にな
り、実際のオーバーエッチ量は０．０７μｍとなる。以
下、各層の厚さが設定値±０μｍの場合と同様に計算す
ると、加工の進行に伴う各層の実際のオーバーエッチ量
は、第１２図に示す様に０．０７７μｍ、　　０．０７
７７μｍ、　　０．０７７７７μｍとなる。次に各層の
厚さが全て設計値子〇、２μｍの場合を考える。最上層
別０２膜に対して、設定オーバーエッチ量０．５μｍか
ら、膜厚のオーバー分１２μｍを引いて、α３μｍオー
バーエッチする時点までＣＦａガスを用いるが、上層Ａ
ｔ配線の加工に入り九時点で選択性から加工速度は１０
分の１になり、実際のオーバーエッチ量は０．０３μｍ
となる。以下加工の進行に伴う各層の実際のオーバーエ
ッチ量は、第１２図に示す様に０．０３５　ｐｍ　、　
　０．０５５５μｍ、　　０．０３５５５μｍとなる・
以上の様に、本発明によるカス切り替え局所反応性エツ
チングを用いれば、多層ＬＳＩの各層を常に下層に対し
て選択性よく（例えば選択比１０：１で）加工できる。

従りて、第１２図に示した様に、各層が±０．２μｍば
らつく多層ＬＳＩに対して、各層のオーバーエッチ量を
０．１μｍ以下の高精度で加工することができる。この
際、ガス切り替えのタイミングは、膜厚の設計値を基準
に一条件に設定しておけばよい。

現在の多層ＬＳＩは、各層の膜厚が１μｍ程度であり、
本発明を用いれば一条件で加工した場合でも０１μｍ程
度の加工深さ精度が得られることから、特に加工深さや
加工状態をモニタする必要はない。

しかし、今後さらに素子の集積度が高くなるにつれて、
縦構造も高密度化し、各層の厚さは次第に薄くなる傾向
にある。従って、さらに加工深さを高精度に制御しなけ
ればならず、そのｔめには局所反応性エツチングを行う
際に、各層の層間を精度よく検出することが不可欠とな
る。

まず各層の眉間検出に光学的検出手段（光学顕微鏡、レ
ーザ干渉計）を適用し几実施例を示す。

被加工面内に配線パターン等を含む広い面積の加工（例
えば第１０図の上層ＡＡ配線８０に対する窓あけ加工）
に対しては、層間検出に光学顕微鏡を用いる。すなわち
、被加工部の光学顕微鏡像をモニタしながら加工を行い
、被加工面の光学顕微鏡像のパターン変化に工り層の変
化を検出する。次に、配線巾程度の狭い面積の加工（例
えば第１０図の下層Ａｔ配線８１．８２に対するコンタ
クトホールの窓あけ加工）に対してはレーザ干渉計を用
いる。すなわちレーザ干渉計により加工深さをモニタし
ながら加工を行い、加工深さの変化により層間を検出す
る。ここでまずレーザ干渉計による加工深さのモニタ方
法について第１３図乃至第１９図を用いて説明する。

単一波長λのレーザを用い友干渉計の模式図を第１５図
に示す。試料３９に照射するレーザ光は、第１５図に示
す様に常に加工穴底から反射してもどる様にする。加工
に伴い加工穴底の反射面が後退する窺め、加工穴底およ
び反射鏡５６からの２つの反射光の光路差が変化し干渉
光強度が変化する。そこで、フォトマル５９により干渉
光強度の変化を測定し、２つの光の光路差をモニタする
ことによシ、加工穴底の深さを求めることができる。こ
こで、ビームスプリッタ５８として透過率と反射率が等
しい材質を選ぶと、フォトマル５９に入射する２つの光
の振幅は、それぞれ試料３９および反射炉５６の反射率
に比例する。例えば試料５９と反射ψ５６の反射率をそ
れぞれｒおよび１とお（と、２つの光の振幅はフォトマ
ル５９に入射する時点でｒａｎ、ａｏと表わせる。従っ
て２つの光の位相差をδとすると干渉光の振＃！ａ１は ａ＋　＝　ａｏ−）−ｒａ（＋８’δ　　　　　　　　
　−−−−−−（１１となる。ここで加工の開始蒔に干
渉光強度が最大（すなわちδ＝０）になる様に反射鏡５
６の位置を微調整する。すると位相差ｄは加工深さｄに
より次式で表わせる。

ｄ δ＝一番２π　　　　　　　　　　・・・・・・（２）
（１）式（２）式よシ干渉光強度１１が次の様に求まる
。

Ｉ　、　＝Ｉ　ａ　＋　ｌ　” ｄ ＝　ａｏ　（ｔ＋ｒ＋２ｒｃ信−π）　　・・・・・・
（３）λ 例えばＬＳＩ加工において、Ａｔ配線や８１基板を加工
する際は反射率ｒはほぼ一定と考えてよい。

このとき（５１式のｒは定数となり、加工深さｄに伴い
干渉光強［Ｉ　＋は第１４図に示すグラフの様に変化す
る。そこで加工開始から、干渉光強度工１の変化を追跡
すれば、第１４図の関係から加工深さｄをモニタできる
。まｔ、逆に干渉光強度■１が濠大値のまま変ｆヒしな
い様に１すなわち試料５９側の加工に伴う反射面の後退
を打ち消す様に、反射鏡５６を動かす◎すると、反射鏡
５６の移動量から加工深さｄを直接読みとることができ
る。このとき反射鏡５６の微動に用いるピエゾ素子け１
全ストロークに対する移動量の分解能は１０００分の１
程度であり、例えば２０μｍの加工深さまで対応する場
合、深さの読みとり精度はａ、０２μｍとなりこれは十
分な精度であるロ一方ＬＳＩ加工において、絶縁１のＳ
　ｉＱ２膜を加工する際は、試料５９に照射し１光がＳ
ｉＯ２膜に工り多重干渉を起こす。このとき反射率ｒは
Ｓ　ｉＯ２膜厚すなわち加工深さにより変化し、もはや
定数として扱えない。従って、上記の干渉を用い九深さ
モニタを適用し几場合、干渉光強度■１の変化が複雑に
なり、モニタ精度が低下する可能性がある。

この場合はむしろ、試料５９からの反射光強度のみを測
定し、５ｉｆｔ　ｇ厚の変化に伴う反射光強度の変化を
用いて、加工深さをモニタし比重がモニタ精度は向上す
る。本実施例では反射鏡５６からの反射光を第１図に図
示されない光吸収体等を用いて遮断することにより、容
易に試料５９からの反射光強度単独の測定に切り替える
ことができる。多層ＬＳＩにおいて、５ｉｆｔ層とＭ層
を原次加工する場合には、５ｉｃｈ層とＭ層でそれぞれ
反射光強度測定および干渉光強度測定による深さモニタ
を切シ替えて用い、全体として精度よい深さモニタを行
うことができる。５ｉｆｔ等に対する反射光強度測定に
よる深さモニタについては後で説明する。

次に、複数波長のレーザを用いた干渉光強度測定による
深さモニタについて第１５図および第１６図を用いて説
明する。第１５図において干渉計部の構成は第１５図と
同様である。照明光の発振部は、レーザ発振器Ａ５２α
、　Ｂ　５２ｂ、　ｅ　５：Ｃ’から発振したそれぞれ
波長λ１．λ２．λＳのレーザ光をシャッタ５６α、シ
ャツｆｉ　５５１）　、シャフタ５３ＣＩｃ工夛、オン
。

オフして各々のレーザ光を切シ替えて照射する構成とし
ている。レーザ光を照射し干渉光強度工２を測定するが
、試料３９０反射率ｒが一定の場合（ＭやＳｉを加工す
る場合）の、加工深さｄに伴う工２の変化を第１４図に
示す。ここでレーザ発振器Ａ、Ｂ。

Ｃを用いた場合の干渉光強度をそれぞれＩ２Ａ、　ｌ２
ＢＩＩ２Ｃとし、第１６図においてそれぞれ実線、−点
鎖線１点線で示した。各々の干渉光強度変化は第１４図
と同様であゆ、波長の１／２の周期で変化する。

しかし、波長λ１．λ２．λ３が異なる九め、Ｉ２Ａ、
　Ｉ２Ｂ。

Ｉ２０の値は深さｄの増加に伴いずれていく。例えば、
レーザＡ、Ｂ、Ｃとして、Ａｒレーザのプ、−Ａｒレー
ザのグリーン、Ｈｅ−Ｎｅレーザーを用い九場合１＋　
＝　４１３８ｎｍ　、　　λ２＝５１５ｎｍ、　　λｌ
＝６３５ｎｍであり、１２Ａ　＋　　Ｉ２Ｂ　、　　Ｉ
２０が再び一致するのは計算上深さｄが５ｍ程度の時に
なる。実際の加工（ｄ≦数１０μｍ）を考え友場合、Ｉ
２Ａ　、　　Ｉ２Ｂ　、　　Ｉ２０が再び一致すること
はない。従って、Ｉ２Ａ　、　　Ｉ２Ｂ、　Ｉ２０の３
つの干渉光強度を測定すれば、第１６図の関係からその
時点の深さｄが決定できる。

単一波長のレーザを用い次第１５図の干渉計による深さ
モニタでは、同一試料に多数の加工を行う場合でも各々
の加工を開始する毎に、干渉光強度が最大となる様に初
期値を調整する必要がある。

これに対し、複数波長のレーザを用いた第１５図の干渉
計による深さモニタでは、基準となる高さにおいて、３
つの干渉光強度が最大になる様に、１度だけ調整すれば
よい。各々の加工開始時には、Ｉ！Ａ　、　　Ｉ２Ｂ　
、　　Ｉ２０の値からまず基準高さに対する加工開始面
の相対高さを求め、引き続き第１６図の関係を用いて、
所望の深さまでの加工をモニタすればよい。この複数波
長レーザを用い友深さモニタは、第１５図に試料３９の
加工穴として示し次様な多段加工を行う際に特に有効で
ある。

次に反射率ｒが加工に伴い変化する材質に対する反射光
強度測定を利用し几加工深さモニタについて説明する。

例えばＬＳＩの透明絶縁膜（ＳｉＯ２膜等）に光を照射
すると、光が多重干渉を起こし、反射光強度は膜厚によ
り変化する。そこで、多層ＬＳＩの絶縁膜等への加工を
行う場合、加工と同時に集束レーザ光を加工穴底に照射
し、加工に伴う絶縁膜の膜厚変化を、反射光強度変化と
して検出し、加工深さモニタを行う。

第１７図に透明膜による光の多重干渉の模式図を示す。

試料はＬＳＩとし、Ａｌ配線９１の上に透明絶縁層９０
の薄膜が形成しである。入射光Ｌｏは、膜厚りの絶縁層
９００間をぐす返し反射し、第１．第２、第５．・・・
の反射光Ｌｌ、　Ｌ２．　ＬＢ、・・・を生ずる。

Ｉ、＋　、　Ｌ２　、　Ｉ、ｓ　、・・・すべての反射
光が干渉し几干渉光強度が、実際の反射光強度として検
出される。真空から絶縁／１ｉ９０への透過率２反射率
をｔ＋、　ｒ＋、絶縁層９０からＡｔ配線９１への透過
率１反射率をｔｚ、　ｒｔ。

絶ｌ＆層９０から真空への透過率１反射率をｔ＋、　ｒ
＋とおく。また入射光１．ａの振幅をａｏ、相隣れる反
射光（例えばＬｌとＬ２　）の位相差をδ、絶縁層９０
の光吸収率を＾とすると、くり返し反射干渉光の振幅ａ
５はＬｌ、　Ｌ２．　Ｌｓ・・・を全て加えてａｓ　＝
　ａｏｒ＋　＋　ａｏｔ＋ｔ’＋ｒ２ｅ−”Ｄｅ’δａ
　　’　　　２　−４ａｐ　　ｉ２δ＋　　ａｏｔ＋ｔ
＋ｒ＋ｒｚ　　ｅ　　　　ｅ　　　　＋−（ここでｒ＋
　＝−ｒ＋、　ｔ１ｔ＋　＝　１−ｒ　＋を用いｍ）と
なる。ま九位相差Ｊは、絶縁層９０の膜厚り、屈折率ｎ
により次式で表わせる。

ｎＤ ｄ　ニー　、　２π　　　　　　　　　　・・・・・・
（５）λ （４１式（５）式エリくり返し反射干渉光の強度Ｉ３は
次の様に求まる。

ｌ５＝ｌａｘｌ’ 次に反射光強度測定による深さモニタを実現する九めの
、装置構成の模式図を第１８図に示す。レーザ発振器Ａ
　５２（Ｚ　、　Ｂ　７４　、　Ｃ７５カラ発振器ｆ／
−’Ｆ−れぞれ波長λ１．λ２．λ３のレーザ光をシャ
ッタ７６゜シャッタ７７、シャッタ７８によ、９ＯＮ、
ＯＦＦして各々のレーザ光を切シ替えて照射する。レー
ザ光を照射し反射光強度工５を測定するが、試料がＬＳ
Ｉであるとき（６）式においてαキＯとなシ、膜厚りに
よるＩｎの変化は概して第１７図に示す様になる。ここ
でレーザ発振器Ａ、Ｂ、Ｃを用いた場合の反射光強度を
それぞれＩ３Ａ、　　ＩＢＢ、　　ＩＩＯとし、第１９
図においてそれぞれ実線、−点鎖線１点線で示し友。

各々の反射光強度は、波長の１７２ｎの周期で変化する
が、６つの波長が異なる九めそれぞれの反射光強度は膜
厚りの値とともにずれてい（。実際のＬＳＩにおける膜
厚範囲ではＩｓｈ　、　　Ｉｓｎ　、　　Ｉ５ｏが一致
することはないので、６つの反射光強度を測定すれば、
その値から絶縁膜の膜厚を決定できる。

実際の窓開は加工の際には、加工と同時に５つのレーザ
光を〈υ返し加工穴底に照射し、反射光強度から膜厚り
を求めて、Ｄの値がゼロになるまで加工を行えばよい。

以上の様に、レーザ干渉計により透明膜（例えばＳｉＯ
２層）に対しては反射光強度測定を用い、不透明膜（例
えばＡｔ配線）に対し７ては干渉光強度測定を用いるこ
とによって、多層ＬＳＩ加工において精度よい深さモニ
タを行うことができる。

次に測定しｔ加工深さの変化を用いて、被加工層の材質
の変化すなわち層間を検出する方法を、第２０図乃至第
２１図を用いて説明する。第２０図に本発明の加工にお
ける、加工時間ｔと加工深さＺの関係の一例を示す。上
層から順に””０２．Ａｌ、　５ｉｆｔ。

Ｉ’ｄ、、　　８ｉ０２の多１ＬｓＩに対し、エツチン
グガスをＣＦ４．ＣＣ乙ａ　、　ＣＦａ　、　ＣＣ１ａ
　、　Ｃ１ｉ’４と切り替えて局所反応性エツチングを
行っ九ものである。各層ともに、はぼ一定の速度で加工
が進行するが、加工がそれぞれの被加工層の下層に達す
ると、選択性から加工深さの増加速度はほぼ１０分の１
に減小する。第２０図の加工例における、加工時間ｔと
加ングガスの切り替えを行う。典型的な例として、５μ
ｍｘ５μｍの領域を１　ｎＡのイオンビームで加工する
場合を考える。エツチングガスとしてＣＦａを用０．２
４μｍ　／ｓｅｅ　、約α０５２μｍ／ｗ　となる。加
工深さＺのサンプリング時間を０．２　ｓｅｃとし、５
回のＺのサンプリングにエリ加工速度の変化を検出でき
るとして、最上層８ｉ０ｘ加工時の下層のＡ２層へのオ
ーバーエッチ量は通０．０２μｍとなる。サンプリング
時間を０．２（６）とするとその他の層の加工時もオー
バーニッチ量はほぼ同程度の値となる。本方式によれば
サンプリング時間を短くする等の対策によシ、各層のオ
ーバーエッチ量を０，０１μｍ以下の高精度で制御する
ことができる。従りて今後縦方向にも高密度化し、各層
の厚さがサブミクロン程度になっ几多層ＬＳＩに対して
も、高い歩留りで加工を行うことができる。

本発明の局所反応性エツチングにおいては、加工に伴い
被加工物から、物理的にスパッタされた原子と反応生成
物（反応性ガスと試料原子の化合物）が放出される。ス
パッタ加工に比べて局所反応性エツチングでは、加工速
度が１０倍以上増速され、化学反応が主体となりで加工
が進行する・従って上記加工に伴う放出物は大部分が反
応生成物で占ぬられる。このとき、反応生成物は被加工
層の元素を含むため、反応生成物を検出し分析すること
で、その時点の被加工層の材質を検出することができる
。

次に、反応生成物の検出により層間検出を行う方法につ
いて第２２図乃至第２８図を用いて説明する。

第２２図に反応生成物の光吸収を用いた層間検出系ノ模
式図を示す。ハロゲンランプやキセノンランプ等の光源
１４１から出た光は、モノクロメータ１４２に入射し、
特定の波長λの単色光を取り出す。このときモノクロメ
ータ１４２により、取り出す光の波長λを走査すること
ができる。単色光をビームスプリッタ１４５により２つ
に分割し、一方を集光レンズ１４４により試料５９の表
面近傍に集光照射し、透過光強度をフォトマル等のディ
テクタ１４６で測定する。ビームスプリッタ１４５から
のもう一方の光を、集光レンズ１４４により参照セル１
４５に集光照射し、透過光強度をディテクタ１４６で測
定する。

ここで、光路中に光を吸収する物質（光の波長λを吸収
帯として持つ物質〕が存在すると、入射光の一部はその
物質に吸収され、透過光強度は減小する。光吸収物質の
濃度Ｃを一様とし、厚さをｄとすると、照射光強度をＩ
ｏ、透過光強度をＩｔとして吸光度（光の吸収の度合を
示す物理量）Ｅは次式で定義される。

Ｅ−１−、ｉ−リ（ＩＯ／　Ｉｔ　）　＝　ｃｄεここ
でεは分子吸光係数と呼ばれろ。照射光の波長λを走査
しつつ、Ｊｔを測定し、吸光度Ｅのスペクトルが得られ
るが、このスペクトルは光吸収物質のび類に特有のピー
クを持つ。従って、吸光度Ｅのスペクトルにより光路中
の光吸収物質を同定できる。第２２図において、イオン
ビーム５ｏを照射し局所反応性エツチングを行う際に、
同時にディテクタ１４６により透過光強度を測定し、吸
光度スペクトルヲ一定のサンプリング間隔で測定する。

例えば、ＣＣｔａガスを用いてＭ配線を加工する場合、
反応生成物として！’ＬＣＬ３が生じる之め、吸光度ス
ペクトル中に第２５図に示す様にＡｌＣ１５に対応する
ピークが表われる。加工が進行しＭ配線の加工が終了す
ると、ＡｚＣ７Ｓのピークは消滅し、１間を検出するこ
とができる。このとき、層間検出精度は吸光度スペクト
ルのサンプリング間隔で決まるが、毎回全波長域を走査
してい念のではサンプリング間隔を短（できない。そこ
で、参照セル１４５にＡｌＣ１５を封入し、ディテクタ
１４７による測定値により、あらかじめｈｔｃｔ＊のピ
ークが表われる波長λ１を得て卦（。Ａｔ配線加工時に
は、照射光の波長を１１に固定し、吸光度Ｅの変化をモ
ニタすることで、リアルタイムで層間検出を行うことが
できる。多層ＬＳＩを加工する際には、各被加工層の加
工時（で生じる各々の反応生成物に対応するピークが表
われる波長をあらかじめ得て督〈。加工の際には、その
時点の被加工層に対応する波長の光を照射し、吸光度Ｅ
の変化をモニタし層間検出を行う。層の変化を検出し念
ら、反応性ガスを切り替えるとともに、次の被加工層に
対応する波長に５照射光の波長を切り替えて、ひき続き
吸光度Ｅの変化をモニタし、眉間検出を行う。

第２４図に反応生成物のけい光を用いて眉間検出系の模
式図を示す。照射光の発生部は第２２図の眉間検出系と
同様でちる。ビームスプリッタ１４５により２つく分割
した一方の光を、集光レンズ１４４により試料５９の表
面近傍に集光照射し、透過光強度をディテクタ１５０で
測定する。ビームスプリッタ１４５からのもう一方の光
の強度を、ディテクタ１５１で測定する。ここで、試料
Ｓ９から生じ次反応生成物は、照射光を吸収すると、照
射光の波長から長波長側（低エネルギー側）にずれた波
長のけい光を発する。けい光は、照射光の散乱光等の影
響を避けるために、けい光の波長帯のみを通すフィルタ
１５２を通してディテクタ１４９に入射させ、その強度
を測定する。照射光の波長λを走査しつつ、けい光強度
Ｉｆを測定し、けい光励起スペクトルが得られるが、こ
のスペクトルは、けい光を発する物質特有のピークを持
つ。従って、けい光励起スペクトルのピークにより、光
路中の物質を同定できる。ここで、照射光強度は波長に
より変化するので、ディテクタ１５１により測定した照
射光強度Ｉ４に対する、けい光強１ｉＩ／の比Ｉ／／Ｉ
＋７によりスペクトルを得る方が望ましい。第２４図に
おいて、イオンビーム５０を照射し局所反応性エツチン
グを行う際に、同時にディテクタ１４９に工りけい光強
度を測定し、けい光励起スペクトルを一定のサンプリン
グ間隔で測定する。例えば、ＣＣ１ａガスを用いてＭ配
線を加工する場合、反応生成物としてＡｔＣ１Ｍが生じ
る究め、けい光励起スペクトル中に第２５図に示す様に
ＡｔＣＬ　ｓに対応するピークが表われる。加工が進行
しＡｔ配線の加工が終了すると、ＡｚＣ：ｔ３のピーク
は消滅し、層間を検出することができる。このとき、層
間検出精度はけい光励起スペクトルのサンプリング間隔
で決まるが、毎回全波長域を走査してい文のではサンプ
リング間隔を短くできない。そこで、試し加工によりＡ
ｔを加工し、けい光励起スペクトル中にＡＬＣＬｓのピ
ークが表われる波長λ１をあらかじめ得ておく。Ａｔ配
線加工時には、照射光の波長をλ１に固定し、けい光強
度Ｉ７の変化をモニタすることで、リアルタイムで層間
検出を行うことができる。多層ＬＳＩを加工する際には
、各被加工層の加工時に生じる、各々の反応生成物に対
応するピークが表われる波長をあらかじて得ておく。加
工の際には、その時点の被加工層に対応する波長の光を
照射し、けい光強度Ｉ／の変化をモニタし眉間検出を行
う。層の変化を検出し危ら、反応性ガスを切り替えると
ともに、次の被加工層に対応する波長に、照射光の波長
を切り替えて、ひき続きけい光強度Ｉ／の変化をモニタ
し、層間検出を行う。このとき、はい光の波長帯も変化
する之め、フィルタ切替機Ｊ１１１５５により、被加工
層の反応生成物に対応し之けい光を通すフィルタに切シ
替えて用いる。なお、けい光の検出感度は吸収測定より
もはるかに高く、吸光ｖＥを用い九場合よりもけい光強
度Ｉｆを用い念力が、層間検出精度は向上する。

第２６図に特性Ｘ線の吸収を用いた層間検出系の模式図
を示す。Ｘ線管１５５から出た特性Ｘ線を試料３９０表
面近傍に照射し、試料上から参照チャンバ１５６を通過
したＸ線の強度をフィルタを通してディテクタ１５９で
測定する。例えば、ＣＣＬ４ガスを用いてＭ配線を加工
する場合、反応生成物としてＡＬＣＬｓが生じる。照射
Ｘ線としてＭのにα線を用いると、Ａ１Ｃ１ｓは効率よ
（Ａｔのに、線を吸収し、透過Ｘ線強度は減小する。加
工が進行しＭ配線の加工が終了すると、透過Ｘ線強度が
増加し、層間を検出することができる。ここで、あらか
じめ既知の量のＡｔＣｔｓを参照チャンバ１５６に導入
し、透過Ｘ線強度の変化を測定してお（ことにより、加
工中に生じるｈｔｃｔ　ｓＯ量を定量的に評価すること
ができる。多層ＬＳＩを加工する際には、各被加工層の
加工時に生じる、各々の反応生成物が効率工（Ｘ線を吸
収する様に、照射Ｘ線の波長を切り替える必要がある。

このためには、Ｘ線管１５５を複数種類設けて切り替え
る方法や、希ガス連続光源、シンクロトロン放射（ＳＯ
ＦＬ）等の連続波長光源からフィルタ等により所望の波
長を増り出す方法がある。

第２７図に反応生成物イオンを用いｔ層間検出系の模式
図を示す。Ｘ線の発生部および照射部は、第２６図の眉
間検出系と同様であるが紫外レーザ等の短波長光源を用
いてもよい。本発明の局所反応性エツチング中に、反応
生成物に十分な強度のＸ線を照射すると、反応生成物は
Ｘ線を吸収してイオンに解離する。このイオンを分析す
ることによｐｌその時点の被加工層の材質を検出するこ
とができる。例えば、ＣＣＬ４ガスを用いてＭ配線を加
工する場合、反応生成物としてＡｔｃｔ　ｓが生じる。

Ｘ線管１５５より十分な強度のＡＡＫＱ線を照射すると
、ｈｔｃｔ　ｓはＡｔ’＋とｃｔ−に解離する。ｃｔ−
は互いに衝突し合っ九り、ＣＣ１ａガスのツラックスと
衝突し、はとんどが再結合し分子状態となる。一方Ａｔ
３＋は比較的安定にイオン状態を保つ。Ａ／＝’”をイ
オン引き込み光学系１６１で引き込み、質量分析器１６
２へ導入しイオン強度を検出する。加工が進行しＡｔ配
線の加工が終了すると、Ａｔ　　のイオン強度が消滅し
、層間を検出することができる。多層ＬＳＩを加工する
際には、各被加工層の加工時に生じる、各々の反応生成
物が効率よくＸ線を吸収する様に、照射Ｘ線の波長を切
り替える必要がある。

この点については、第２６図の眉間検出系と同様に、Ｘ
線の照射部に波長選択性を詩文せる。また、反応生成物
が解離して生じるイオン種も変わる友ぬ、検出器である
質量分析器１６２の検出質量数を、検出すべきイオン種
に逐次合わせる必要がある。

第２８図に反応生成物に対する光電子分光を用い九層間
検出系の模式図を示す。Ｘ線管あるいは紫外レーザ等の
短波長光源１５５から放出した励起光を、試料５９の表
面近傍に照射する。本発明の局所反応性エツチング中に
、反応生成物に十分波長の短い（光子エネルギーｈ・の
大きい）励起光を照射すると、反応生成物から光電子が
放出される。この光電子をエネルギー分析することによ
シ、反応生成物の種類を検出して、その時点の被加工層
の材質を検出することができる。例えば、ＣＣ６４ガス
を用いてＭ配線を加工する場合、反応生成物としてｈｔ
ｃｔｓが生じる。光源１５５から励起光を照射し、ｈｔ
Ｃｔ　ｓから放出され次光電子を、光電子引き込み光学
系１６４で引き込み、エネルギー分析器１６５へ導入し
、ディテクタ１６６によシ光電子強度を検出する。この
とき、検出しｔ光電子のエネルギー（光電子が通過する
エネルギー分析器１６５の設定エネルギー）から、ＡＬ
ｅｔｓを同定できる。加工が進行しＭ配線の加工が終了
すると、ＡｔＣｔｓからの光電子信号は消滅し、層間を
検出することができる。多層ＬＳＩを加工する際には、
励起光の波長を十分短かくすることにより、全ての被加
工層の加工時に、共通に眉間検出の次めの励起光として
用いることができる。一方、エネルギー分析器１６５の
設定エネルギーは、その時点で生じる反応生成物の種類
に対応して、逐次切り替える必要がある。

以上第２２図乃至第２８図を用いて説明した様に、反応
生成物の検出によシ層間検出を行うことができる。本実
施例では、反応生成物に外部からエネルギーを与えて検
出を行っｍが、反応のエネルギー自身にエリ反応生成物
は励起されており、余ったエネルギーがけい光、光電子
等の形で放出されるのを検出し、眉間検出を行うことも
できる。また、加工に伴い物理的にスパッタされる原子
やイオンを検出−して、層間検出を行うことも可能であ
る。以上述べてき九いずれかの方法によシ層間検出を行
い、層の変化に対応して反応性ガスを切シ替える。これ
に工り、常に最適な反応性ガス（被加工層を高速に加工
し、かつ下層に対する選択性の高い反応性ガス）を用い
て、局所反応性エツチングを行うことができ、各層の凹
凸にならっ九精度よい加工を高速に行うことができる。

次に、イオンビームによる局所反応性エツチングと、レ
ーザによる局所反応性エツチングを併用し友、多層ＬＳ
Ｉのｖ線修正方法を第２９図乃至第５０図を用いて説明
する。第２９図にイオンビームを用いて、ＭＯＳデバイ
スのゲート部を加゛工した状態を示す。イオンビームの
輸送する正電荷９４が加工穴に蓄槽し、ゲート電極９２
Ｃに向って絶縁破壊を起こす九ぬ、電流に対し敏感なＭ
ＯＳデバイスは簡単に素子が破壊し、正常に動作しな（
なる。

これは従来のスパッタ加工でも、本発明の局所反応性エ
ツチングでも、イオンビームを用い次加工では同様に発
生する問題である。まｔ、従来のレーザ加工は熱加工で
あり、被加工部を物理的に破壊する可能性が裏く、やは
りゲート部の加工には適さない。これに対し、゛反応性
ガスふん囲気中で集束レーザ光を照射し、局所反応性エ
ツチングを誘起する方法を用いれば、素子を破壊するこ
となしに、ゲート部等の素子の敏感な箇所を加工するこ
とができる。電荷がないので素子を電気的に破壊するこ
とがｉく、化学反応であるので素子を物理的に破壊せず
に穏やかに加工できる九めである。

第１図に装置構成を示した本実施例の装置では、イオン
ビームとレーザ光を、それぞれ第１図に図示されないブ
ランキング電極およびシャッタ５５を用いて任意にオン
、オフすることができる。従ってノズルエリエツチング
ガスを供給しながら、イオンビームとレーザ光のオン、
オフ全１ｌｌＪ御−ｔル、：とによシ、イオンビームに
よる局所反応性エツチング、およびレーザによる局所反
応性エツチングを、任意に選択して行うことができる。

さて、イオンビームによる局所反応性エツチングは、微
細な加工を高速に行える長所があるが、電荷により絶縁
破壊を起こす几め敏感な素子近傍を加工できない欠点が
ある。ま友、レーザによる局所反応性エツチングは、敏
感な素子を破壊することなしに穏やかに加工できる長所
があるが、微細な加工には不適当で、化学反応に寄与す
るエネルギーが小さい九めに加工速度が遅い欠点がある
。そこで、両者の長所を組み合わせることにニジ、あら
ゆる多層ＬＳＩを効率よく加工することができるが、Ｍ
ＯＳデバイスの配線修正の一例を第５０図に示す。

第５０図αにおいて、敏感か素子部から十分離れｔＡｔ
配線９２−に対する窓あけ加工は、イオンビームによる
局所反応性エツチングを用いる。第５０図すにおいて、
ゲート電極に直結したＡｔ配線９２Ｃに対する窓あけ加
工は、素子の破壊を防ぐ九めに、レーザによる局所反応
性エツチングを用いる。以上の様にコンタクトホールの
窓あけ加工を行った後１第５０図ＣにおいてレーザＣＶ
Ｄによりコンタクトホールの穴埋めおよび配線形成を行
い、Ａｔ配線９２−とＡｔ配線９２Ｃを接続する一０以
上の方法を用いることにより、敏感な素子近傍の配線修
正を、素子を破壊することなしに行うことができる。

次に、本実施例のガスノズル部の構造について第５１図
乃至第５７図を用いて説明する。本発明を実施する上で
、複数のエツチングガスを切り替えて試料に吹き付ける
構造がノズル部に要求される。

最も単純な構成としては、ひとつのノズルに複数のガス
配管をパルプを介して接続し、バルブの切り替えにより
ガスの切シ替えを行う構成が考えられる。几だしこの構
成では、ノズル内壁に吸着したガスにより、吹き付ける
ガスの純度が低下する可能性がある。ま九、バルブから
ガスの吹き出し口までの容量がある程度大きくならざる
を得ない几め、パルプを閉じ次後もしばらくガスが残留
し、ガスの切り替えをす早く行うことができない。従っ
て本発明の加工をより高精度に行うためには、純度の高
い複数の反応性ガスを、す早く切り替えて吹き付けるｔ
めのノズル構造が必要となる。

まず、複数の反応性ガスを純度を保ちながら吹き付ける
ために、各々のガスに対し別々のノズルを設ける。さら
に、局所反応性エッチンギによる加工形状に偏シが生じ
るのを防ぐために、各々のガスノズルはイオンビームの
光軸に対し、軸対称のコンダクタンスを持つ構造とし、
ガスの流れを軸対称に制御する。以上の条件を満九すノ
ズル構造の例を第５１図乃至第５３図に示す。第５１図
に示し几ノズルは、半径の異なる複数の円錐状のノズル
を同軸上に配置し友ものである。一方のエラチン“′グ
ガスは、配管９５αを通シバルブ９６αを介して内側の
ノズル９７αに供給し、試料５９に吹き付ける。

もう一方のエツチングガスは、配管９６ｈを通りバルブ
９６ｈを介して外側のノズル９７ｈに供給し、試料５９
に吹き付ける。さらに多（のガス種が必要な場合は、同
軸上に設けるノズルの数を増やして対応する。第５２図
に示し念ノズルは、円錐状のノズル１０１を軸を含む平
面によυ、均等に複数の小室に分割しｔものである◎一
方のエツチングガスは、配管９８αを通りパルプ９９α
を介して内側のガス室１００αに供給し、内側の開口１
０２ｃＬを通シノズル１０１から試料５９に吹き付ける
。もう一方のエツチングガスば、配管９６ｈを通りパル
プ９９Ａを介して外側のガス室１００ｈに供給し、外側
の開口１０２ｈを通υノズル１０１から試料５９に吹き
付ける。さらに多くのガス種が必要な場合は、円錐状の
ノズル１０１の分割数を増やすとともに、同軸上に設け
るガス室１００α、　　１００ｈの数を増やして対応す
る。第５２図のノズルは若干構造が複雑であるが、複数
のエツチングガスを全て同じ角度で試料５９に吹き付け
ることができる。第５３図に示したノズルは、円柱状の
ガス室１０６α、　　１０６ｂに対しそれぞれコンダク
タンスの等しい管状ノズル１０７ａ　、　　１０７Ａを
軸対称に設けｔものである。一方のエツチングガスは、
配管１０４αを通りパルプ１０５αを介して外側のガス
室１０６αに供給し、管状ノズル１０７αから試料５９
に吹き付ける。もう一方のエツチングガスは、配管１０
４ｂを通りパルプ１０５ｂを介して内側のガス室１０６
ｂに供給し、管状ノズル１０７ｂから試料５９に吹き付
ける。さらに多くのガス種が必要な場合は、円柱状のガ
ス室１０６α、１０６ｂの数を増やすとともに、管状ノ
ズル１０７α、　　１０７ｂの数を増やして対応する。

次に、複数のエツチングガスをす早く切シ替えるための
パルプ構造について、第５４図乃至第５７図を用いて説
明する。ガスをす早く切り替えるためには、パルプを閉
じた後にノズル内にしばらくガスが残留することを防が
ねばならない。この九め、パルプをノズルのガス吹き出
し口のできる限９近くに設ける。第５４図に円周状のパ
ルプの例を示す。

円錐状あるいは円柱状のノズル１１１の、ガス吹き出し
口近くに仕切板１１０を設け、円周状のくさび１１５に
よシバルプの開閉を行う。第５４図のパルプの動作を第
５５図に示す。ピエゾ素子１１２が縮むとぐさび１１５
が仕切板１１０から離れ、パルプが開状態となり、ピエ
ゾ素子１１２が伸、びるとくさび１１５が仕切板１１０
のすき間に押え付けられ、パルプが閉状態となる。第５
６図に管状ノズルのパルプの例を示す。管状ノズル１１
６の先端部の内部に設けたぐさび１１９を、フレキシブ
ルなアーム１１８を介して接続したピエゾ素子１１７で
動かすことによりパルプの開閉を行う。第５６図のパル
プの動作を第５７図に示す。ピエゾ素子１１７が縮むと
くさび１１９が管状ノズル１１６先端のガス吹き出し口
から離れ、パルプが開状態となシ、ピエゾ素子１１７が
伸びるとくさび１１９が管状ノズル１１６先端のガス吹
き出し口に押し付けられ、パルプが閉状態となる・〈実
施例２〉 第３８図に本発明の第２の実施例の製蓋構成を示す。本
実施例は、実施例１において同軸上に設は九イオンビー
ム光学系と、レーザおよび光学顕微鏡の光学系を、別々
に設けて２軸構成としたものである。各々の光学系の個
々の構成要素については、実施例１と同様の機能を有す
る。１軸構成を２軸構成にし友場合、イオンビームによ
る局所反応性エツチングを行う際に、加工深さや加工状
態を光学的にモニタしながら加工することはできない◎
また、イオンビームによる加工あるいはＣＶＤと、レー
ザによる加工あるいはＣＶＤを組み合わせたプロセスを
行う場合に、ステージによる試料の移動と位置合わせが
必要となる。しかし１軸構成を２軸構成にし几ことにょ
シ、各々の光学系の設計の自由度は増すので、最適な設
計を行うことができる。特に、両光学系ともに作動距離
を短くできるので、集束性能が向上し、より微細なビー
ムを得ることができる。また、イオンビームによる局所
反応性エツチングと、レーザによる局所反応性エツチン
グでは、化学反応に寄与するビームのエネルギー密度が
異なるｔめ、最適なエツチングガス流量も異なる。本実
施例では、２つの光学系で別個にエツチングガス供給系
を設けであるので、あらかしぬそれぞれの光学系でガス
流量を最適値に設定しておくことかできる。

〈実施例３〉 第５９図に本発明の第５の実施例のステージ部の装置構
成を示す。本発明を実施する上で最も重要な構成要素と
して、複数の反応性ガスをす早く切り替えて試料近傍に
供給するための、ガス供給系がある。実施例１および実
施例２では、複数の反応性ガスボンベをバルブを介して
、ステージ近傍に設は次ノズルに接続し、バルブの切υ
替えにより、試料近傍に局所的に吹き付けるガスの種類
を切り替える構成とし友。このとき、被加工部の極めて
近傍でガス圧が高ければよいことから、吹き付けるガス
の流量は少なくてよく、バルブの切り替えによりす早く
ガス種を切シ替えることができる。

本実施例では、複数の反応性ガスをす早く切り替えて試
料近傍に供給する九めに、ステージ上に容積の小さな試
料チャンバ１２５を設けた。ここで、ガス供給系および
ステージ部以外の装置構成は、実施例１あるいは実施例
２と同様である。複数の反応性ガスボンベ１５５．　１
５４をバルブを介して試料チャンバ１２５に接続し、バ
ルブの切り替えに工り、試料チャンバ１２５内に供給す
るガスの種−類を切り替える。ガスの切り替え時に、試
料チャンバ１２５内をす早く排気するｔめに、排気速度
の大きな真空排気系１５５を、バルブを介して試料チャ
ンバ１２５に接続する。加工位置合わせ等を行う際に試
料を観察する２次粒子像を得る九めに、２次粒子ディテ
クタ１２５を試料チャンバ１２５の内部に設ける。試料
１２４はステージ１２７とともに移動する九め、試料チ
ャンバ１２５とステージ１２７の間は、０リング等の摺
動シール部１２６により接続する。

これにより、試料チャンバ１２５内へのガスの封入と隻
ステージ１２７の移動が可能となる。ステージ１２７内
部には、昇温の九めのヒータ１２８と冷却の九めの冷却
管１２９を設ける。ヒータ１２８はヒータ電源１５１に
接続し、冷却管１２９は冷却装置１５２に接続する。ス
テージ１２７は体積を小さく・すなわち熱容量を小さく
し、熱が他へ伝導しにくい様に断熱材１５０の上に設置
する。これに工り、ヒータ電源１５１お工び冷却装置１
５２を用いて、ステージ１２７の温度をす早く制御する
ことができる。

次に、本実施例における反応性ガスの切り替え動作につ
いて、第４０図を用いて説明する。ＣＦ４ガスボンベお
よびＣＣ１ａガスボンベが、それぞれバルブ１５８およ
びバルブ１５９を介して試料チャンバ１２５に接続され
ている。ま念、ガス排気の之めの真空排気系が、バルブ
１４０を介１−て試料チャンバ１２５に接続されている
。第４０図αにおいて、バルブ１４０およびバルブ１５
９を閉じ、バルブ１５８を開けて試料チャンバ１２５内
にＣＦ４ガスを供給する。

冷却装置を動作させ、冷却管１２９によりステージ１２
７を冷却し３、試料１２４へのＣＦ４分子の吸着を促進
し々がらイオンビーム１２２を照射し、局所反応性エツ
チングを行う。第４０図すにおいて、バルブ１５８を閉
じバルブ１４０を開けて、試料チャンバ１２５内のＣｐ
　ａガスを排気する。ヒータ電源を動作させ、ヒータ１
２８にエリステージ１２７を昇温し、試料１２４からの
ＣＦ４分子の離脱を促進することにより、す早（ＣＦｓ
分子を排気できる。友だし、試料の温度により反応性エ
ツチングが進行するのを防ぐ九めに、ステージ１２７の
温度は反応温度以下に制御する。第４０図Ｃにおいて、
バルブ１４０を閉じバルブ１５９を開けて、試料チャン
バ１２５内にＣＣ１ａガスを供給する。第４０図αと同
様にステージ１２７を冷却し、試料１２４へのＣＣｌａ
分子の吸着を促進しながらイオンビーム１２２を照射し
、局所反応性エツチングを行う。

本発明における局所反応性エツチングは、試料表面に吸
着した反応性ガス分子が、照射し念ビームのエネルギー
により、試料原子と化学反応を起こし、生じ九反応生成
物が気化することで加工が８行するプロセスである。こ
こで、加工速度を大きくする九めには、反応性ガス分子
の吸着確率を大きくすることと、反応生成物の気化を促
進することが必要である。ところが、試料の温度が低い
ほど反応性ガス分子の吸着確率は犬きく、試料の温度が
高いほど反応生成物の気化は促進される。

従って両者の兼合いにより、最適な試料温度の範囲が存
在する。第４０図αおよび第４０図Ｃにおいて、冷却装
置の動作のみを示したが、実際にはヒータ電源と冷却装
置を用いることにより、試料温度を最適な範囲に制御す
る。このとき、試料温度を上は過ぎて、試料全体で反応
性エツチングが進行するのを防ぐ几めに、試料温度は反
応温度以下に制御する必要がある。

〔発明の効果〕

本発明によれば、多層素子を加工する際に、加工に伴う
被加工層およびその下層の変化に対応して、逐次最適な
反応性ガス（被加工層を高速に加工しかつ下層との選択
性が大きい反応性ガス）を選択し切り替えて供給しなが
ら、局所的な反応性エツチングを行うことができるので
、多層素子の多層の凹凸にならっ友精度よい加工を、高
速に行える効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例１の装置構成図、第２図は従来
装置の構成図、第６図は実施例１のイオン源のデュオプ
ラズマトロンイオン源としての動作説明図、第４図は実
施例１のイオン源の液体金属イオン源としての動作説明
図、第５図は実施例１のイオン源の電界電離イオン源と
しての動作説明図、第６図および第７図は本発明による
多層ＬＳＩ加工方法の原理説明図、第８図は多層ＬＳＩ
の配線接続における問題点の説明図、第９図は従来方法
による多層ＬＳＩ加工例を示す図、第１０図は本発明に
よる多層ＬＳＩ加工例を示す図、第１１図は多層ＬＳＩ
の膜厚ばらつきの一例を示す図、第１２図は多層ＬＳＩ
の高選択比加工の効果を示す図、第１５図は光の干渉に
よる深さ測定の原理説明図、第１４図は深さと干渉光強
度の関係の一例を示す図、第１５図は複数波長照明を用
いた光の干渉による深さ測定の原理説明図、第１６図は
複数波長照明を用い次ときの深さと干渉光強度の関係の
一例を示す図、第１７図はぐり返し反射干渉の説明図、
第１８図は〈Ｑ返し反射干渉光にょる膜厚測定の原理説
明図、第１９図は膜厚とぐυ返し反射干渉光強度の関係
の一例を示す図、第２０図は本発明における加工時間と
加工深さの関係の一例を示す図、第２１図は本発明にお
ける加工時間と加工速度の関係の一例を示す図、第２２
図は反応生成物の光吸収を用い皮層間検出の原理説明図
、第２５図は反応生成物の吸光スペクトルの一例を示す
図、第２４図は反応生成物のけい光を用いｔ層間検出の
原理説明図、第２５図は反応生成物のけい光スペクトル
の一例を示す図、第２６図は特性Ｘ線の吸収を用い皮層
間検出の原理説明図、第２７図は反応、生成物イオンを
用い皮層間検出の原理説明図、第２８図は反応生成物に
対する光電子分光を用いた層間検出の原理説明図、第２
９図は従来方法によるＬＳＩ加工における素子破壊を示
す図、第５０図は本発明による素子破壊を防止しｅＬｓ
Ｉ加工を示す図、第５１図乃至第３３図は実施例１のガ
スノズル構造の説明図、第５４図乃至第５７図は実施例
１のガス切替バルブ構造の説明図、第５８図は実施例２
の装置構成図、第５９図は実施例５のステージ部の装置
構成図、第４０図は実施例５の加工方法の原理説明図で
ある。 く符号の説明〉 １９・・・液体１（ｅボンベ、２５・・・イオン化物質
、２４・・・電磁石、２５・・・フィラメント、２６・
・・エミッタ、２７山イオン化チヤンバ、２８・・・口
径可変アパーチャ、２９・・・引き出し電極、５０・・
・イオンビーム、５１〜５５・・・イオン化ガスボンベ
、５４・・・前段集束レンズ、５５・・・口径可変アパ
ーチャ、３６・・・後段集束レンズ、５７中デフレクタ
電極、５８・・・２次粒子ディテクタ、３９山試料、４
０・・・ステージ、４１−４２・・・エツチングガスボ
ンベ、４ろ・・・ＣＶＤガスボンベ、４４・・・複数ガ
ス供給用軸対称ノスル、４９・・・反射対物レンズ、５
０・・・ランプ、５１・・・ＴＶカメラ、５２・・・レ
ーザ発振器、５５・・・シャッタ、５４・・・光路拡張
器、５５・・・透過率可変フィルタ、５６・・・反射鏡
、５７・・・ピエゾ素子、５９・・・フォトマル、６５
・・・加速電源、６６・・・引き出し電源、６７・・・
制御電源（放電電源）、６８・・・電子加速電源、６９
・・・フィラメント電源、７５・・・ＣＦ４分子、７６
・・・００４４分子、７７・・・ＣＦ”ビーム、７８・
・・ＣＣｔ！＋ビーム、７９・・・ＣＦ３＋とＣＣｔａ
”の混合ビーム、８６・・・ＣＶＤガス、８７・・・レ
ーザ光、８８・・・エツチングガス、９７α、９７ｂ・
・・軸対称円錐状ノスル、１０１・・・軸対称分割状ノ
ズル、１ｏ７α、　１０７”・・・軸対称複数ノズル、
１１２．　１１７・・・ピエゾ素子、１１３、　１１９
・・・ガス切替弁、１２５・・・２次粒子ディテクタ、
１２５・・・試料チャンバ、１２６・・・摺動シール部
、１２８・・・ヒータ、１２９・・・冷起管、１５０・
・・断熱材、１５１・・・ヒータ電源、１５２・・・冷
却装置、１５５．　１５４・・・エツチングガスボンベ
、１３５・・・排気装置、（以下第２２図〜第２８図） １４１・・・光源、１４２・・・モノクロメータ、１４
５・・・ビームスプリッタ−１４４・・・集光レンズ、
１４５・・・参照セル、１４６，１４７・・・ディテク
タ、１４８・・・コントローラ、１４９．　１５０．　
１５１・・・ディテクタ、１５２・・・フィルタ、１５
５・・・フィルタ切替機構、１５４・・・コントローラ
、１５５・・・Ｘ線源（紫外光源）、１５６・・・参照
ガスチャン／＜４１５９・・・ディテクタ、１６０・・
・コントローラ、１６１・・・イオン引き込み光学系、
１６２・・・質量分析器、１６５・・・コントローラ、
１６４・・・光電子弓き込み光学系、１６５・・・エネ
ルギー分析器、１６６・・・ディテクタ、１６７・・・
コントローラ。 （、、・ 隼 ！ 図 纂 ＋ 図 纂 図 隼 図 （α） （ｂ） 纂 図 纂 １／ 図 纂 ／２ 、図 集 図 稟 図 深さ 纂 纂 Ｉ乙 図 ｌ 第 図 纂 ｚｏ 図 嶌 ７＋ｔｌｌ１ｍ−斥予間 り 纂 図 第 Ｓ 図 第 図 第 図 煎射光５皮長入 嵩 図 烏 図 纂 図 纂 図 第 ２（？ 図 祐 図 （ｂ） Ａ−Ａ断面 第 図 第 図 纂 図 （ｂ） 纂 ３乙 図 躬 図 第 ｑ 図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、イオンビーム、電子ビーム、レーザ光等のエネルギ
   ービームを反応性ガスふん囲気中で被加工物に照射し、
   エネルギービームの照射部で局所的に反応性エッチング
   を行う際に、被加工層の材質の変化を検出し被加工層の
   材質に対応した反応性ガスを、逐次切り替えて供給する
   ことを特徴とする多層素子の微細加工方法。 ２、イオンビーム、電子ビーム、レーザ光等のエネルギ
   ービームを反応性ガスふん囲気中で被加工物に照射し、
   エネルギービームの照射部で局所的に反応性エッチング
   を行う際に、被加工部の部分的な特性に応じて、最適な
   エネルギービームを選択して用いることを特徴とする請
   求項１記載の多層素子の微細加工方法。 ３、反応性ガスをイオン化して引き出した反応性ビーム
   を被加工物に照射し、局所的に反応性エッチングを行う
   際に、被加工層の材質の変化を検出し被加工層の材質に
   対応したイオン種の反応性ビームを、逐次切り替えて被
   加工物に照射することを特徴とする多層素子の微細加工
   方法。 ４、イオンビーム、電子ビーム、レーザ光等を発生する
   エネルギービーム源、集束光学系、ステージ、２次粒子
   検出器、反応性ガス供給手段および、それらを駆動する
   電源コントローラから成り、反応性ガスふん囲気中でエ
   ネルギービームを被加工物に照射し、エネルギービーム
   の照射部で局所的に反応性エッチングを行う微細加工装
   置において、被加工層の材質の変化を検出する手段と複
   数の反応性ガスを切り替えて供給する手段を設けたこと
   を特徴とする多層素子の微細加工装置。 ５、上記した複数の反応性ガスを切り替えて供給する手
   段は、複数の反応性ガスボンベ、配管、バルブ、試料近
   傍に局所的に反応性ガスを吹き付けるためのノズルおよ
   び、それらを駆動する電源コントローラから成ることを
   特徴とする請求項４記載の多層素子の微細加工装置。 ６、上記した複数の反応性ガスを切り替えて供給する手
   段は、複数の反応性ガスボンベ、配管、バルブ、試料周
   囲に反応性ガスを封入するためのチャンバ、排気系およ
   び、それらを駆動する電源コントローラから成ることを
   特徴とする請求項４記載の多層素子の微細加工装置。 ７、反応性ガスをイオン化するイオン源、集束光学系、
   ステージ、２次粒子検出器およびそれらを駆動する電源
   コントローラから成り、反応性ガスをイオン化して引き
   出した反応性ビームを被加工物に照射し、局所的に反応
   性エッチングを行う微細加工装置において、被加工層の
   材質の変化を検出する手段と複数の反応性ガスを切り替
   えてイオン源に供給する手段を設けたことを特徴とする
   多層素子の微細加工装置。