JPH03166389A - Method and device for energy-beam working - Google Patents

Method and device for energy-beam working

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JPH03166389A
JPH03166389A JP30471789A JP30471789A JPH03166389A JP H03166389 A JPH03166389 A JP H03166389A JP 30471789 A JP30471789 A JP 30471789A JP 30471789 A JP30471789 A JP 30471789A JP H03166389 A JPH03166389 A JP H03166389A
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JP
Japan
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energy beam
etching gas
energy
processing
workpiece
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Application number
JP30471789A
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Japanese (ja)
Inventor
Satoshi Haraichi
聡 原市
Fumikazu Ito
伊藤 文和
Akira Shimase
朗 嶋瀬
Takahiko Takahashi
高橋 貴彦
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Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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Abstract

PURPOSE:To apply energy-beam working with high efficiency at a high rate by controlling the ratio of the amt. of a gaseous etchant to be supplied to the irradiating quantity of an energy beam to optimize the reaction balance. CONSTITUTION:A material to be worked is irradiated with an energy beam such as an electron beam in a gaseous etchant atmosphere, and the irradiated part is locally subjected to reactive etching. In this energy-beam working method, the ratio of the amt. of etchant to be supplied to the irradiating quantity of energy beam is controlled to obtain an optimum balance where the molecules of the etchant react with the atoms of the material most efficiently. The material is matched with the etchant, a test working is carried out while conforming the energy of the beam and the temp. of the material to those in actual working, and the optimum balance is obtained from the ratio of the amt. of etchant to be supplied imparting the maximum working yield to the irradiating quantity of energy beam. Consequently, the energy-beam working is applied with high efficiency at a high rate.

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はエネルギービーム加工技術に係り、特に、エッ
チングガスの存在下においてエネルギービームを照射し
、照射部で反応性エッチングを誘起する加工方法、およ
び同加工装置に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] [Industrial Application Field] The present invention relates to energy beam processing technology, and in particular, a processing method in which an energy beam is irradiated in the presence of an etching gas to induce reactive etching in the irradiated area; and related to the same processing equipment.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

電子ビームやイオンビームは0.1μm以下に集束が可
能で、そのエネルギーを用いて微細加工や局所CVDを
行うことができる。近年では集束イオンビームによる加
工と局所CVDを用いた、フォトマスク修正装置やLS
I配線修正装置の実用化がさかんに進められている。こ
の種の集束イオンビーム加工装置としては例えば、特開
昭61245553号が挙げられる。この公知技術にお
ける集束イオンビームによる加工は、照射したイオンビ
ームによって試料原子をたたき出すスパフタ加工である
Electron beams and ion beams can be focused to 0.1 μm or less, and their energy can be used to perform microfabrication and local CVD. In recent years, photomask repair equipment and LS using focused ion beam processing and local CVD have been developed.
The practical application of I-wiring correction devices is being actively promoted. An example of this type of focused ion beam processing apparatus is Japanese Patent Application Laid-Open No. 61245553. Processing using a focused ion beam in this known technique is sputter processing in which sample atoms are knocked out by the irradiated ion beam.

上記公知技術の他に、電子ビームのエネルギーによる熱
加工も公知である。
In addition to the above-mentioned known techniques, thermal processing using electron beam energy is also known.

さらに、エッチングガスの存在下においてイオンビーム
や電子ビームを照射し、ビーム照射部に反応性エフチン
グを誘起する加工方法が有り、この種の技術に関しては
例えば特開昭63 − 228720号が公知である。
Furthermore, there is a processing method in which ion beam or electron beam is irradiated in the presence of etching gas to induce reactive etching in the beam irradiated area, and this type of technique is known, for example, in JP-A-63-228720. .

〔発明が解決しようとする課題〕[Problem to be solved by the invention]

LSIや光デバイスの高集積化,高機能化を進めるため
に、その配線や素子の多層化が進み、パターンの微細化
,各層の薄膜化が進んでいる。この様に高密度化したデ
バイスを製造あるいは修正するための加工方法としては
、微細でしかも被加工層の下層にダメージを与えない加
工が要求される。
In order to increase the integration and functionality of LSIs and optical devices, wiring and elements are becoming more multi-layered, patterns are becoming finer, and each layer is becoming thinner. Processing methods for manufacturing or modifying devices with such high density require processing that is minute and does not damage the lower layer of the processed layer.

またデバイス構造の複雑化により、これらの電子部品を
修正する場合に必要な加工工程がますます複雑になり加
工件数が増加する傾向にある。
Furthermore, as device structures become more complex, the processing steps required to modify these electronic components tend to become increasingly complex, leading to an increase in the number of processing steps.

このため、いっそう高速で、しかも歩留りの高い加工技
術の開発が要望されている。
For this reason, there is a demand for the development of processing techniques that are faster and have higher yields.

スバッタ加工方式、若しくは熱加工方式の従来の電子ビ
ーム加工装置においては、高密度化したデバイスを加工
する際に下記のような問題が有つた。
Conventional electron beam processing apparatuses using a sputter processing method or a thermal processing method have the following problems when processing high-density devices.

(a) 微細なビームを得るためにはビーム電流に制限
があり、高速加工が難しい。(bl被加工物の材質に対
して選択性が小さク、薄膜化した各層を下層にダメージ
を与えないで加工することが難しい。
(a) To obtain a fine beam, there is a limit to the beam current, making high-speed processing difficult. (BL has low selectivity with respect to the material of the workpiece, and it is difficult to process each thin layer without damaging the underlying layer.

これに比して、エッチングガスの存在下でイオンビーム
又は電子ビームを照射する方法(ビームアシスト反応性
エッチング)においては、エッチングガスと試料原子の
化学反応を主体として加工が進行するので、エッチング
ガス圧,ビームエネルギー等のパラメータを制御し、反
応確率を高めることで、スバッタ加工や熱加工の10倍
以上の高速加工が可能である。また、エッチングガスの
種類を選択することで、被加工層の下層に対する選択性
を大きくでき、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。
In contrast, in the method of irradiating an ion beam or electron beam in the presence of an etching gas (beam-assisted reactive etching), processing proceeds mainly through a chemical reaction between the etching gas and sample atoms. By controlling parameters such as pressure and beam energy to increase the reaction probability, it is possible to perform high-speed processing ten times faster than spatter processing or thermal processing. Further, by selecting the type of etching gas, the selectivity for the lower layer of the processed layer can be increased, and accurate processing can be performed without damaging the lower layer.

このビームアシスト反応性エッチングにおいて、試料表
面へのエッチングガス供給量が、加工速度を決める重要
なパラメータとなる。例えば特開昭63 − 2287
20号に記載の装置では、イオンビームの照射量を一定
にしても、ターゲット表面近傍のガス圧を変化させると
、加工速度が変化することが示されている。また、第3
6回応用物理学関係連合講演会予稿集4a−V−7, 
P1060では、エッチングガス供給量のみでなく、イ
オンビームの照射量も合せて変化させた時に、加工速度
ガス照射量とイオン照射量との比に依存して増加するこ
とが示されている。
In this beam-assisted reactive etching, the amount of etching gas supplied to the sample surface is an important parameter that determines the processing speed. For example, JP-A-63-2287
In the apparatus described in No. 20, it has been shown that even if the ion beam irradiation amount is constant, the processing speed changes when the gas pressure near the target surface is changed. Also, the third
Proceedings of the 6th Applied Physics Association Lecture 4a-V-7,
In P1060, it has been shown that when not only the etching gas supply amount but also the ion beam irradiation amount is changed, the processing speed increases depending on the ratio of the gas irradiation amount and the ion irradiation amount.

上記のガス照射量とは、エネルギービーム照射部におけ
るエッチングガスの供給状況をξクロ的に把握して表現
した概念であって、単位時間内,単位面積内に供給され
るガス分子個数を意味する。
The above-mentioned gas irradiation amount is a concept expressed by grasping the supply status of etching gas in the energy beam irradiation part in a ξchronological manner, and means the number of gas molecules supplied within unit time and unit area. .

実際の工業的生産において高密度化した多層デバイスを
ビームアシスト反応性エッチングで加工する場合、各層
に応じたエッチングガスを切り替えて用いる必要が有る
。この場合、エッチングガスと被加工物の材質との組合
せは逐次変化する。
When processing high-density multilayer devices using beam-assisted reactive etching in actual industrial production, it is necessary to switch the etching gas depending on each layer. In this case, the combination of etching gas and material of the workpiece changes sequentially.

ところが、前記公知技術においてはエッチングガスと被
加工物材質との組合せ、イオンビームのエネルギー、試
料温度などのパラメータが変化した場合について配慮が
されておらず、ガス照射量とイオン照射量の比を条件の
変化に対応して最適に保ち、常に高効率の高速加工を行
うことは不可能であった。従って、極端な場合には最適
条件における加工速度に対して、100分の1以下の低
効率で加工を行ってしまうという問題があった。こうし
た問題は、従来の電子ビームを用いたビームアシスト反
応性エッチングにおいても同様に存在する。
However, the above-mentioned known techniques do not take into consideration the case where parameters such as the combination of etching gas and workpiece material, ion beam energy, sample temperature, etc. change, and the ratio of gas irradiation amount to ion irradiation amount is not considered. It has been impossible to maintain optimal conditions in response to changes in conditions and always perform highly efficient, high-speed machining. Therefore, in extreme cases, there is a problem in that machining is performed at a low efficiency of 1/100 or less of the machining speed under optimal conditions. These problems also exist in conventional beam-assisted reactive etching using an electron beam.

本発明の目的は、エッチングガスと被加工材質の組合せ
、エネルギービームのエネルギー、試料の温度が変化し
た場合に、これらの条件の変化に対応して、ガス照射量
とビーム照射量の比が最適となるように制御し、常に高
効率の高速加工を可能とする、エネルギービーム加工方
法およびその装置を提供することにある。
The purpose of the present invention is to optimize the ratio of gas irradiation amount to beam irradiation amount in response to changes in the combination of etching gas and workpiece material, energy beam energy, and sample temperature in response to changes in these conditions. An object of the present invention is to provide an energy beam machining method and an apparatus therefor, which can be controlled so as to always perform highly efficient and high-speed machining.

〔課題を解決するための手段〕[Means to solve the problem]

上記の目的を達成するため、本発明者らは、ガス照射量
とイオン照射量との比率と、加工速度との関係について
試験研究を重ねた結果、次のような法則性を発見して実
験的にこれを確認した。
In order to achieve the above objective, the inventors of the present invention have repeatedly conducted experimental research on the relationship between the ratio of gas irradiation amount to ion irradiation amount and processing speed, and as a result, discovered the following law and conducted experiments. I confirmed this.

(i)ガス照射量とイオン照射量の比を増加させると、
1イオン当りの加工速度は次第に増加しピークを示した
後滅小ずる。このとき加工速度の変化は100倍以上で
ある。また加工速度がピークを示す条件に対し、両照射
量の比が前後1桁以内の範囲では、加工速度の変化もl
桁以内である。
(i) When the ratio of gas irradiation amount to ion irradiation amount is increased,
The processing speed per ion gradually increases, reaches a peak, and then declines. At this time, the change in machining speed is 100 times or more. In addition, when the ratio of both irradiation doses is within one digit before and after the condition where the machining speed peaks, the change in machining speed is also l
Within an order of magnitude.

(ii)エッチングガスと被加工材質の組合せ、イオン
ビームのエネルギー、試料の温度を変えると前記(i)
項の関係が変化する。すなわち加工速度がピークを示す
条件も変化する。
(ii) If the combination of etching gas and workpiece material, ion beam energy, and sample temperature are changed, the above (i)
The relationship between terms changes. In other words, the conditions under which the machining speed reaches its peak also change.

上述の法則性を実際面に活用して前記の目的(高効率の
高速加工)を達或するため、本発明は、エッチングガス
と被加工材質の組合せ、エネルギービームのエネルギー
、試料の温度を設定した後、加工開始前にあらかしめそ
の条件におけるガス照射量とビーム照射量の最適バラン
スを求めておき、その最適バランスを保ちながら加工を
行う。
In order to utilize the above-mentioned rules in practice to achieve the above-mentioned objective (high-speed processing with high efficiency), the present invention sets the combination of etching gas and workpiece material, the energy of the energy beam, and the temperature of the sample. After that, before starting processing, the optimal balance between the gas irradiation amount and the beam irradiation amount under the conditions is determined, and processing is performed while maintaining this optimal balance.

ガス照射量とビーム照射量の最適バランスを求める方法
としては以下の2つの方法がある。
There are the following two methods for finding the optimal balance between the gas irradiation amount and the beam irradiation amount.

(a)  エッチングガスと被加工物材質の組合せ、エ
ネルギービームのエネルギー、試料の温度を実際の加工
と同じ条件に設定し、ガス照射量とビーム照射量の比を
変化させながら試し加工を行い、加工速度のピークを与
える最適バランスを求める。
(a) Set the combination of etching gas and workpiece material, energy beam energy, and sample temperature to the same conditions as in actual processing, and perform trial processing while changing the ratio of gas irradiation amount to beam irradiation amount, Find the optimal balance that gives the peak machining speed.

(bl  エッチングガスと被加工材質の組合せ、エネ
ルギービームのエネルギー、試料の温度を実際の加工と
同じ条件に設定し、ひとつの入射エネルギー粒子が、試
料表面に与えるエネルギー分布をシミュレーションによ
り求め、その時の表面エネルギー分布から反応が起こる
最大の試料原子数を求める。この原子数が全て反応する
だけの、エッチングガス分子を供給した状態が最適バラ
ンスの状態である。
(bl) Set the combination of etching gas and workpiece material, energy beam energy, and sample temperature to the same conditions as in actual processing, and calculate the energy distribution given to the sample surface by one incident energy particle through simulation. The maximum number of sample atoms in which a reaction occurs is determined from the surface energy distribution.The optimum balance is when the etching gas molecules are supplied so that all of these atoms react.

上述のようにしてガス照射量とビーム照射量との最適バ
ランスを求めるには、エネルギービームとエッチングガ
スを試料上に照射する手段を設けたエネルギービームア
シスト反応性エンチング装置において、エネルギービー
ムの偏向制御部、電源制御部、ガス照射量の制御、およ
び試料温度の制御部を設け、データメモリに蓄積した最
適反応性エッチング条件に基づいて上記各制御部を制御
する全体制御CPUを設ける。
In order to obtain the optimal balance between the gas irradiation amount and the beam irradiation amount as described above, in an energy beam assisted reactive etching device equipped with a means for irradiating an energy beam and an etching gas onto a sample, deflection control of the energy beam is performed. A control unit, a power supply control unit, a gas irradiation amount control unit, and a sample temperature control unit are provided, and an overall control CPU is provided which controls each of the control units based on the optimum reactive etching conditions stored in a data memory.

〔作用〕[Effect]

前記fat項の試し加工を行う場合は、予め試し加工プ
ログラムを作威して全体制?IIICPUに入力シてお
き、このプログラムに従って全体制@cpuからビーム
偏向制御部およびガス照射量制御部に指示を送り、ガス
照射量とビーム照射量の比を自動的に変えながら加工を
行う。これにより、最も加工速度が速くなる条件すなわ
ち、ガス照射量とビーム照射量の最適バランスを求める
ことができる。
When performing trial machining of the fat term, create a trial machining program in advance and use the entire system. An input is made to the IIICPU, and instructions are sent from the overall system @cpu to the beam deflection control section and the gas irradiation amount control section according to this program, and processing is performed while automatically changing the ratio between the gas irradiation amount and the beam irradiation amount. This makes it possible to find the conditions for the fastest processing speed, that is, the optimum balance between the gas irradiation amount and the beam irradiation amount.

前記(bl項のシ旦ユレーションを用いる方法では、ひ
とつの入射粒子が試料表面に与えるエネルギーを求める
プログラム(モンテカルロシミュレーション等〉をあら
かじめ全体制御CPUに入力しておく。加工前に本シξ
ユレーションによりひとつの入射粒子当りの試料表面の
エネルギー分布を求め、反応が十分な確率で起こる試料
原子数を算出する。この原子数が全て反応するだけのエ
ッチングガス分子を供給する条件から、ガス照射量とビ
ーム照射量の最適バランスを求めることができる。
In the above method (using the bl term simulation), a program (Monte Carlo simulation, etc.) that calculates the energy given to the sample surface by one incident particle is input into the overall control CPU in advance.
The energy distribution on the surface of the sample per incident particle is determined by elation, and the number of sample atoms at which a reaction occurs with a sufficient probability is calculated. The optimum balance between the gas irradiation amount and the beam irradiation amount can be determined from the conditions for supplying etching gas molecules such that all the atoms react.

最適バランスを求めたら、これに基づいて全体制御CP
Uの指示によりガス照射量制御部、ビーム偏向制御部を
制御する。
Once the optimal balance is determined, the overall control CP is determined based on this.
The gas irradiation amount control section and the beam deflection control section are controlled by instructions from U.

エッチングガスと被加工材質の組合せが変わると、ガス
照射量とビーム照射量の最適バランスも変わるので、多
層デバイスの加工では目的とする加工におけるエッチン
グガスと被加工材質の全ての組合せに対して、最適バラ
ンスを求めると良い。
When the combination of etching gas and workpiece material changes, the optimal balance between gas irradiation amount and beam irradiation amount also changes, so when processing multilayer devices, for all combinations of etching gas and workpiece material in the target processing, It is best to find the optimal balance.

また、ビームのエネルギーすなわち加速電圧や、試料温
度が変った場合も、ガス照射量とビーム照射量の最適バ
ランスは変化するので、加工中はビーム電源制御部と試
料温度制御部により、それぞれ加速電圧と試料温度を一
定条件に維持する。
Additionally, if the beam energy, that is, the accelerating voltage, or the sample temperature changes, the optimal balance between the gas irradiation amount and the beam irradiation amount will change, so during processing, the beam power control unit and sample temperature control unit control the acceleration voltage, respectively. and maintain the sample temperature under constant conditions.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明装置を用いて本発明方法を実施した例につ
いて、図を用いて説明する。本実施例はエネルギービー
ムとしてイオンビームを用いた場合について記載するが
、電子ビームを用いた場合も全く同様に実施することが
できる。
Hereinafter, an example of implementing the method of the present invention using the apparatus of the present invention will be described with reference to the drawings. Although this embodiment will be described with reference to the case where an ion beam is used as the energy beam, it can be carried out in exactly the same way when an electron beam is used.

イオンビームアシスト反応性エフチングにおいて、イオ
ンビーム照射方法としては集束イオンビーム照射とシャ
ワーイオンビーム照射との2種類があり、エッチングガ
ス供給方法としてはノズルを用いる方法とサブチャンバ
を用いる方法との2種類がある。
In ion beam assisted reactive etching, there are two types of ion beam irradiation methods: focused ion beam irradiation and shower ion beam irradiation, and two types of etching gas supply methods: a method using a nozzle and a method using a subchamber. There is.

第2図に集束イオンビーム照射におけるビームパラメー
タを示す。イオンビーム1を集束照射し加工領域2内を
図中の矢印の様に走査して加工を行うが、各ビームパラ
メータを以下の記号で表わす。
Figure 2 shows the beam parameters for focused ion beam irradiation. Processing is performed by focusing the ion beam 1 and scanning the processing area 2 as shown by the arrows in the figure. Each beam parameter is represented by the following symbols.

ビーム電流:IB ビーム径 : d 走査時間 : t. 走査線数 : N, X加工巾 :Lx (A) (CIl1) (sec) (本) ( am ) y加工巾 :  L,  (cm) このとき、集束イオンビームのスポットを円形と考える
と、ビーム径内のスポット領域の面積slI(cnl)
は、 4 で表わされる。集束イオンビーム照射中にこのスポット
領域内に単位時間,単位面積当り照射されるイオン数を
イオンフランクスδエ。,,(ton/cot・sec
)とするとδ.。7は次式で与えられる。
Beam current: IB Beam diameter: d Scan time: t. Number of scanning lines: N, Area of spot area within radius slI (cnl)
is represented by 4. The number of ions irradiated per unit time and unit area within this spot area during focused ion beam irradiation is called the ion flank δ. ,,(ton/cot・sec
) then δ. . 7 is given by the following equation.

ここでeは電気素量:  1.6X10−”(C)であ
る。
Here, e is the elementary charge: 1.6X10-'' (C).

第3図にシャワーイオンビーム照射におけるビームパラ
メータを示す。本図は、シャワー状のイオンビームを広
い面積に一様に照射し、照射領域内を一度に加工する場
合を表わしたものであって、ビームパラメータとしては
ビーム電流密度=D、(A/an!)がある。このとき
、シャワーイオンビーム照射部に単位時間,単位面積当
り照射される?オン数をイオンフラックスδion(t
on/ cnl−sec)とするとδ■。7は次式で与
えられる。
Figure 3 shows the beam parameters for shower ion beam irradiation. This figure shows the case where a shower-like ion beam is uniformly irradiated over a wide area and the irradiation area is processed at once.The beam parameters are beam current density=D, (A/an ). At this time, is the shower ion beam irradiated part irradiated per unit time and per unit area? The number of ions is expressed as the ion flux δion(t
on/cnl-sec) then δ■. 7 is given by the following equation.

δ,。=D・ ・・・ (3) e 第4図にノズルを用いた場合のガスパラメータを示す。δ,. =D・ ... (3) e FIG. 4 shows gas parameters when a nozzle is used.

チャンバ4内を真空に保ち、試料3表面にガスノズル5
からエッチングガスを供給すると同時に、イオンビーム
lを照射して加工を行う。
The chamber 4 is kept in a vacuum, and the gas nozzle 5 is placed on the surface of the sample 3.
At the same time, etching gas is supplied from the ion beam 1, and at the same time, the ion beam 1 is irradiated to perform processing.

試料3表面の単位時間,単位面積当りのガス分子供給量
をδ9■(分子/ crA−sec)とすると、このδ
9■について以下の3つのパラメータが重要となる。
If the amount of gas molecules supplied per unit time and unit area on the surface of sample 3 is δ9■ (molecules/crA-sec), then this δ
Regarding 9■, the following three parameters are important.

ガス流量    :  Q  (Pa−rd /sec
)ノズル開口面積 :  S,,(cn!)ノズル試料
間距離:  L.  (cd)ここで、ガス流量Qを制
御するには、ノズルを接続したバッファチャンバ6内に
満たしたエッチングガス圧Pで制御してもよいし、また
MFC(マスフローコントローラ)等によりボンベから
出たエッチングガス流量を直接制御してもよい。
Gas flow rate: Q (Pa-rd/sec
) Nozzle opening area: S,, (cn!) Nozzle distance between samples: L. (cd) Here, to control the gas flow rate Q, it may be controlled by the etching gas pressure P filled in the buffer chamber 6 connected to the nozzle, or it may be controlled by the etching gas pressure P filled in the buffer chamber 6 connected to the nozzle, or by the etching gas pressure P filled in the buffer chamber 6 connected to the nozzle. The etching gas flow rate may be directly controlled.

ノズル先端開口部から単位時間に吹き゜出すガス分子数
をN f1g (分子/sec)とすると、 Q RT (4) となり、δqss は次式で与えられる。
When the number of gas molecules blown out per unit time from the nozzle tip opening is N f1g (molecules/sec), Q RT (4) is obtained, and δqss is given by the following equation.

ここにN0はアボガド口数: 6.02 X 1023
(mol− ’)、Rは気体定数: 8.31 (J 
−mol−’ ・K−’)、T(K)はエッチングガス
温度である。
Here, N0 is the number of avocados: 6.02 x 1023
(mol-'), R is gas constant: 8.31 (J
-mol-'·K-'), T(K) is the etching gas temperature.

また、k,,はノズルから噴出して試料面に達するまで
のガスの拡がりを表わす係数であり、ノズル試料間距離
L9の関数となる。
Further, k, is a coefficient representing the spread of gas from the nozzle until it reaches the sample surface, and is a function of the nozzle-sample distance L9.

k,=f  (L,)           ・・・ 
(6)k7とL,との関係は、ノズル開口部の形状や、
ノズル試料間の部品配置等により影響を受け、各装置で
固有のものとなるが、おおむねk,lはL,の2乗に比
例する。
k,=f (L,)...
(6) The relationship between k7 and L depends on the shape of the nozzle opening,
Although it is influenced by the arrangement of parts between nozzle samples and is unique to each device, k and l are roughly proportional to the square of L.

第5図にサブチャンバを用いた場合を描いた模式図であ
る。チャンバ4内を真空に保ち、試料3を収納したサブ
チャンバ7内をエッチングガスで満たし、試料3表面に
イオンビーム1を照射して加工を行う。サブチャンバ7
内のエッチングガス密度ngms(分子/cffl)は
ガス圧P(Pa)、ガス温度T (K)により次式で表
わされる。
FIG. 6 is a schematic diagram depicting a case where a subchamber is used in FIG. 5; The chamber 4 is kept in a vacuum, the subchamber 7 containing the sample 3 is filled with etching gas, and the surface of the sample 3 is irradiated with the ion beam 1 to perform processing. Subchamber 7
The etching gas density ngms (molecules/cffl) in is expressed by the following equation using gas pressure P (Pa) and gas temperature T (K).

P nf8! =No      ・10−b”・  (7
)RT エッチングガスの平均2乗速度をC ( ctn / 
sec)とすると、試料3表面に単位時間,単位面積当
り供給されるガス分子数69.,(分子/ crA −
 sec)は次式で与えられる。
Pnf8! =No ・10-b”・(7
) RT The mean square velocity of the etching gas is C ( ctn /
sec), the number of gas molecules supplied to the surface of the sample 3 per unit time and unit area is 69. , (molecule/crA −
sec) is given by the following equation.

以上の2種類のイオンビーム照射方法と2種類のエッチ
ングガス供給方法を組合せて、イオンビームアシスト反
応性エッチングを行う際の、ガスフラックスとイオンフ
ラソクスの比について第6図および第7図を用いて説明
する。
Figures 6 and 7 show the ratio of gas flux to ion flux when performing ion beam assisted reactive etching by combining the above two types of ion beam irradiation methods and two types of etching gas supply methods. I will explain.

第6図に集束イオンビーム照射を用いた場合のガスフラ
ンクスとイオンフラックスの時間変化を示す。ガス供給
方法としては、ノズルとサブチャンバのいずれを用いて
も、加工領域内の任意の点のガスフラックスは、第6図
(a)に示す様に一定の値δgasで加工中に時間変化
はない。一方、加工領域内の任意の点のイオンフランク
スは、集束イオンビームの面走査を反映して第6図(b
)に示す様に周期的に変化する。図中のt+(sec)
は、1回の走査中に、或る点を集束イオンビームが通過
する時間を示し、 となる。また、走査線の間隔がビーム径dよりも狭い場
合、任意の点を前後数回の走査によるビームが重なって
通過するが、図中のN+(回)はこの重なって通過する
回数を示し、 となる。任意の点を時間t,,N.回だけ通過すること
が、毎回の面走査で起こり、すなわち周期T − ” 
t *  ・N , (sec)間隔で起こることにな
る。
FIG. 6 shows temporal changes in gas flux and ion flux when focused ion beam irradiation is used. Regardless of whether a nozzle or a subchamber is used as the gas supply method, the gas flux at any point within the processing area is a constant value δgas as shown in Figure 6(a), and does not change over time during processing. do not have. On the other hand, the ion flank at any point within the processing area is reflected in the plane scanning of the focused ion beam as shown in Figure 6 (b).
) changes periodically as shown. t+ (sec) in the figure
represents the time it takes the focused ion beam to pass through a certain point during one scan, and is expressed as follows. In addition, when the interval between the scanning lines is narrower than the beam diameter d, the beams from scanning several times before and after the arbitrary point pass overlappingly, but N+ (times) in the figure indicates the number of times the beams pass through this overlappedly, becomes. Any point at time t,,N. This occurs in every surface scan, i.e. with period T − ”
This will occur at intervals of t*·N, (sec).

ここで、集束イオンビームの形状は円に近いためt,は
一定にはならず、またビーム径内のイオン分布は一様で
ない(ガウス分布に近い)ため各1,におけるイオンフ
ラックスδ,。7も一定にはならない。しかし本実施例
においては、t1を一定、各tiにおけるイオンフラッ
クスδ.。7も一定と仮定してフラックスのバランスを
算出することとする。
Here, since the shape of the focused ion beam is close to a circle, t, is not constant, and the ion distribution within the beam diameter is not uniform (close to Gaussian distribution), so the ion flux δ, for each 1. 7 is not constant either. However, in this embodiment, t1 is constant and the ion flux δ. . The flux balance is calculated assuming that 7 is also constant.

加工領域がビーム径に比して充分に小さい場合は前記の
仮定のもとてガスとイオンのフラソクスバランスを実用
上充分な精度で判定して制御することができる。
If the processing area is sufficiently small compared to the beam diameter, the flux balance of gas and ions can be determined and controlled with sufficient accuracy for practical use based on the above assumption.

一方、ビーム径と同じ程度の大きさの領域を加工する場
合は、ビーム径内のイオン分布が無視できなくなるので
、例えば上記イオン分布をガウス分布として、積分によ
りイオンフラックスを求めることが必要となる。第6図
から、集束イオンビーム照射を用いた場合に、■回の面
走査時間T・内に単位面積当りに照射される、ガスとイ
オンのフラックスの比で、フランクスバランスB(分子
/ion)を定義すると、Bは次式で与えられる。
On the other hand, when processing an area with the same size as the beam diameter, the ion distribution within the beam diameter cannot be ignored, so it is necessary to calculate the ion flux by integration, for example, assuming the above ion distribution as a Gaussian distribution. . From Figure 6, when using focused ion beam irradiation, the Franks balance B (molecules/ion) is the ratio of the gas and ion fluxes irradiated per unit area within the surface scanning time T. is defined, B is given by the following equation.

ここでk,はガスの吸着確率を表わす係数であり、試料
温度T,(K)の関数となる。
Here, k is a coefficient representing the gas adsorption probability, and is a function of the sample temperature T, (K).

kr =g (T0)         ・・・ (自
)また、αυ式を(9)式,αω式により変形して次式
を得る。
kr =g (T0) (auto) Also, the αυ equation is transformed by the equation (9) and the αω equation to obtain the following equation.

さらに(11式,(2)式を用いて次式を得る。Furthermore, the following equation is obtained using equation (11) and equation (2).

L. L, B=k, 04) Ii+ ただし、 ? 第7図にシャワーイオンビーム照射を用いた場合のガス
フランクスとイオンフラフクスの時間変化を示す。ガス
供給方法としてノズルとサブチャンバのいずれを用いて
も、加工領域内の任意の点のガスフラックスは、第7図
(a)に示す様に一定の値δ,■で加工中に時間変化は
ない。また、シャワーイオンビームを用いた場合、加工
領域内の任意の点のイオンフランクスも、第7図(bl
に示す様に一定の値δionで加工中に時間変化はない
。従って、ガス分子と照射イオンの供給量の比は、単純
にガスフラックスδwagとイオンフラックスδ■。9
の比で定義できるから、フラックスバランスB(分子/
ion)は次式で与えられる。
L. L, B=k, 04) Ii+ However, ? FIG. 7 shows temporal changes in gas flux and ion flux when shower ion beam irradiation is used. Regardless of whether a nozzle or a subchamber is used as the gas supply method, the gas flux at any point within the machining area is a constant value δ,■, as shown in Figure 7(a), and does not change over time during machining. do not have. In addition, when a shower ion beam is used, the ion flanks at any point within the processing area are also
As shown in , there is no time change during processing with a constant value δion. Therefore, the ratio of the supply amount of gas molecules and irradiated ions is simply the gas flux δwag and the ion flux δ■. 9
Since it can be defined as the ratio of flux balance B (molecule/
ion) is given by the following equation.

?,■ B=k,                     
 ・・・  a埼δ五。7 (具体的実施例その1) ここで、01)式と同様にk,はガスの吸着確率を表わ
す係数である。α9式のBを常に最適値に制御すること
により、シャワーイオンビームを用いた場合において、
最も効率よいエッチングが可能となる。
? , ■ B=k,
...a sai δ5. 7 (Specific Example 1) Here, as in equation 01), k is a coefficient representing the gas adsorption probability. By always controlling B in the α9 equation to the optimum value, when using a shower ion beam,
This enables the most efficient etching.

(実施例1〉 本実施例では、集束イオンビーム照射と、ノズルによる
ガス供給を用い、試し加工により最適なフラックスバラ
ンスを求める加工方法について説明する。
(Example 1) In this example, a processing method using focused ion beam irradiation and gas supply through a nozzle to find an optimal flux balance through trial processing will be described.

試し加工方法を第8図と第9図を用いて説明する。集束
イオンビーム照射とノズルによるガス供給を用いた場合
、フラックスバランスは前掲の(141式で表わされ、
δ9.1とLX −L,に比例すなわち、ガス流量Qと
加工面積に比例する。従って、第8図に示す様に加工面
積がS. IOS. 10” Sとなる様に、自動的に
加工領域を変えながら加工を行い、さらに流量QをQ,
 103Qとなる様に制御して試し加工を行う。これに
より、流量Qと加工面積の積はQ−Sから10’Q−S
まで広範囲に変化させることができる。すなわち、フラ
ックスバランスBを広範囲に変化させて加工が行える。
The trial processing method will be explained using FIGS. 8 and 9. When using focused ion beam irradiation and gas supply through a nozzle, the flux balance is expressed by the equation (141) shown above,
It is proportional to δ9.1 and LX −L, that is, it is proportional to the gas flow rate Q and the processing area. Therefore, as shown in FIG. 8, the machining area is S. IOS. Machining is performed while automatically changing the machining area so that the flow rate is 10”S, and the flow rate Q is
Trial machining is performed by controlling it so that it becomes 103Q. As a result, the product of flow rate Q and machining area is from Q-S to 10'Q-S
It can be varied over a wide range. That is, processing can be performed while changing the flux balance B over a wide range.

各加工穴ごとの加工イールド(入射イオン1個当りの被
加工原子数)を算出し、フラックスバランスBに対する
変化をプロットする。第9図にこうして得た試し加工結
果の一例を示すが、プロント間を最小2乗法等により補
関し、加工イールドのピークを与えるフラックスバラン
スの値を求め、これが最適フランクスバランスBadと
なる。
The processing yield (number of processed atoms per incident ion) for each processed hole is calculated, and the change with respect to flux balance B is plotted. FIG. 9 shows an example of the result of trial machining obtained in this manner. The fronts are interpolated by the least squares method, etc., and the value of the flux balance that gives the peak of the machining yield is determined, and this becomes the optimum flank balance Bad.

試し加工を用いた加工方法のフローチャートを第1図に
示す。目的とする加工の被加工材料とエッチングガスの
組合せ、および加工中の基板温度T0′を設定する。さ
らに、プロセス上要求される目標加工イールドY,を設
定しておく。試し加工用のビームパラメータおよびガス
パラメータを設定し、上記試し加工方法を用いて最適フ
ラックスバランスBadを算出する。ここで、第9図の
グラフでピーク値が見つからない場合は、Badが求ま
らないので、B.が求まるまですなわち加工イ?ルドに
ピークが表われるまで、試し加工を繰り返し、求めたB
■をデータメモリに記憶しておく。
A flowchart of the processing method using trial processing is shown in FIG. The combination of the target material to be processed and the etching gas, and the substrate temperature T0' during processing are set. Furthermore, a target machining yield Y required for the process is set. Beam parameters and gas parameters for trial processing are set, and the optimum flux balance Bad is calculated using the above trial processing method. Here, if the peak value is not found in the graph of FIG. 9, Bad cannot be found, so B. In other words, processing is continued until ? Repeat trial processing until a peak appears in the B
Store ■ in the data memory.

実際の加工において、まず基板温度T0と加速電圧■。In actual processing, first the substrate temperature T0 and acceleration voltage ■.

を試し加工時と等しく設定する。これにより、実加工に
おける最適フラックスバランスは試し加工時のそれと等
しくなる。次にビームパラメータを設定し、イオンフラ
ックスδionを算出する。このδtonに対して最適
フラックスバランスとなる様にガスパラメータを設定す
る。具体的にはガスパラメータを設定し、ガスフラック
スδgasを算出し、フラソクスバランスBを算出する
。まず、Bが試し加工で求めたB。の前後1桁以内に入
っているかどうか判定し、入っている場合はそのまま加
工をスタートする。入っていない場合には、Bが目標加
工イールドとして設定した{+!Y.より大きいかどう
か判定し、大きい場合は加工をスタートする。BがBa
dの前後1桁以内からはずれており、かつYpより小さ
い場合は、ガス流量Qを増減して再設定し、再びフラッ
クスバランスの判定を繰り返す。以上の様にして、試し
加工で得た最適フランクスバランスB。に、十分近いフ
ラソクスバランスの条件で加工が行え、加工中も各加エ
パラメータを設定条件に維持することで、効率のよい高
速加工を行うことができる。
Set it to be the same as during trial machining. As a result, the optimum flux balance in actual machining becomes equal to that in trial machining. Next, beam parameters are set and ion flux δion is calculated. Gas parameters are set so as to achieve the optimum flux balance for this δton. Specifically, gas parameters are set, gas flux δgas is calculated, and flux balance B is calculated. First, B is B obtained through trial processing. Determine whether it is within one digit before or after , and if it is, start processing as is. If not, B set the target machining yield {+! Y. Determine whether it is larger, and if it is larger, start machining. B is Ba
If it deviates from within one digit before and after d and is smaller than Yp, the gas flow rate Q is increased or decreased and reset, and the flux balance determination is repeated again. As described above, the optimum Franks balance B was obtained through trial machining. Machining can be performed under conditions of flask balance that are sufficiently close to that, and by maintaining each machining parameter at the set conditions during machining, efficient high-speed machining can be performed.

(実施例2) 本実施例では、集束イオンビーム照射と、ノズルによる
ガス供給を用い、シミュレーションにより最適なフラッ
クスバランスを求める加工方法について説明する。
(Example 2) In this example, a processing method using focused ion beam irradiation and gas supply through a nozzle to find an optimal flux balance through simulation will be described.

最適フラックスバランスを求めるシミュレーションを第
1l図を用いて説明する。シミュレーシゴンの前提とし
て、被加工材質、入射イオン種、イオンエネルギー、基
板温度を決定しておく。第11図(a)に示す様に、試
料3にひとつの入射イオン8が入射した時に、試料内に
生じる衝突の連鎖をモンテカルロシミュレーションによ
り求める。その結果、ひとつのイオンが入射した時に、
試料表面に与えるエネルギー分布が求まる。第11図f
b)に示す様に、イオンの入射点を原点に極座標をとる
と、シミュレーションで求めた原点にピークをもつ入?
イオンによるエネルギー分布と、基板温度による一様な
エネルギー分布が存在する。実際のエネルギー分布は両
者の和で求まり、求めたエネルギー分布から、試料原子
とエッチングガス分子の反応確率ρの分布が第11図(
C)の様に求まる。これにより、充分な反応確率ρ。を
越える領域が原点を中心に半径Rの円内であることが算
出され、1イオン当り最大加工面積S.(c+a)は次
式で求まる。
A simulation for determining the optimum flux balance will be explained using FIG. 1l. As a prerequisite for the simulation, the material to be processed, incident ion species, ion energy, and substrate temperature are determined in advance. As shown in FIG. 11(a), when one incident ion 8 is incident on the sample 3, a chain of collisions occurring within the sample is determined by Monte Carlo simulation. As a result, when one ion is incident,
The energy distribution applied to the sample surface is determined. Figure 11f
As shown in b), if we take the polar coordinates with the ion incidence point as the origin, we get an input with a peak at the origin determined by simulation?
There is an energy distribution due to ions and a uniform energy distribution due to substrate temperature. The actual energy distribution is determined by the sum of the two, and from the determined energy distribution, the distribution of the reaction probability ρ between sample atoms and etching gas molecules is shown in Figure 11 (
It can be found as shown in C). This gives a sufficient reaction probability ρ. It is calculated that the region exceeding S. (c+a) is determined by the following formula.

S.=πR2            ・・・ (14
9さらに、試料の面原子密度を6■1(原子/c1lI
)とおくと1イオン当りの最大加工原子数すなわち最大
加工イールドY.(原子/ion)はY.=δ1.・S
.         ・・・ α乃となる。Y0の原子
が全て反応するだけのガス分子を供給した状態が、最適
フラックスバランスの状態であり、従ってY1が最適フ
ラックスバランスの値に等しくなる。
S. =πR2... (14
9 Furthermore, the surface atom density of the sample is 6■1 (atoms/c1lI
), the maximum number of atoms processed per ion, that is, the maximum processing yield Y. (atom/ion) is Y. =δ1.・S
.. ... Become αno. The state where enough gas molecules are supplied to cause all the atoms of Y0 to react is the state of optimal flux balance, and therefore Y1 becomes equal to the value of optimal flux balance.

シミュレーションを用いた方法のフローチャートを第1
0図に示す。目的とする加工の被加工材料とエッチング
ガスの組合せ、および加工中の基板温度T0を設定する
。被加工材料とエッチングガスの組合せで反応の種類が
決まり、反応の活性化エネルギーE0や反応時間t0が
決定される。次にプロセス上要求される目標加工イール
ドY,を設定しておく。ビームパラメータを設定し、上
記シミュレーションにより、1イオン当り最大加工面積
S0を算出する。イオンフラックスδ.0,,を算出し
δfan・S1t0を計算する。δton・S.・t0
の値は反応時間t0中に面積S.の中に入射するイオン
数を表わすから、δ.。7・S1toが1よりも大きい
場合、ひとつのイオンによる反応がおわらないうちに、
次のイオンが入射することになり、イオンが無駄に消費
される。一般にt.が10− ’ ”sec程度と小さ
いためこのようなことが起こる例は少ないが、イオンが
無駄にならない様に、すなわちδto,,・S.・t0
≦1となる様にビームパラメータを設定し、次のステッ
プに移る。次のステップでは、シミュレーションで求め
たS.から最大加工イールドY8を算出し、先のステッ
プで設定したδ,。0に対して、フラックスバランスが
Y1に充分近くなる様に、ガスパラメータを設定する。
The first flowchart of the method using simulation
Shown in Figure 0. A combination of a target material to be processed and an etching gas, and a substrate temperature T0 during processing are set. The type of reaction is determined by the combination of the material to be processed and the etching gas, and the activation energy E0 and reaction time t0 of the reaction are determined. Next, the target machining yield Y required for the process is set. The beam parameters are set, and the maximum processing area S0 per ion is calculated by the above simulation. Ion flux δ. 0, , and calculate δfan·S1t0. δton・S.・t0
The value of is the area S. during the reaction time t0. Since it represents the number of ions incident on δ. . 7. If S1to is larger than 1, before the reaction by one ion finishes,
The next ion will be incident, and the ions will be wasted. Generally t. Although there are few cases where this happens because the value is as small as about 10-' sec, in order to prevent ions from being wasted, δto,,・S.・t0
Set the beam parameters so that ≦1, and move on to the next step. In the next step, the S. The maximum machining yield Y8 is calculated from δ, which was set in the previous step. 0, the gas parameters are set so that the flux balance is sufficiently close to Y1.

具体的なガスパラメータの設定方法は実施例1の場合と
同様である。結局シミュレーションで得た最大加工イー
ルドY0に充分近いフラックスバランスの条件で加工が
スタートでき、加工中も各加工パラメータを設定条件に
維持することで、効率のよい高速加工を行うことができ
る。
The specific method of setting gas parameters is the same as in the first embodiment. After all, machining can be started under flux balance conditions sufficiently close to the maximum machining yield Y0 obtained through simulation, and by maintaining each machining parameter at the set conditions during machining, efficient high-speed machining can be performed.

(実施例3) 本実施例では、集束イオンビーム照射と、ノズルによる
ガス供給を用い、データメモリにあらかじめ記憶してお
いた最適フラックスバランスを利用して、ビームおよび
ガスのパラメータを設定する加工方法および装置につい
て説明する。
(Example 3) In this example, a processing method uses focused ion beam irradiation and gas supply through a nozzle, and sets beam and gas parameters using an optimal flux balance stored in advance in a data memory. and equipment.

実際の多層デバイスの加工では、基板温度T0とイオン
の加速電圧v0は一定条件に固定し、加工中の各被加工
層に応じてエッチングガスのみを切替えて加工を行う方
法が実用的である。このとき、固定するT.,V.の条
件における、各層に対応した反応の最適フランクスバラ
ンスBadをあらかじめ求めてメモリしておく。この場
合に最適フラックスバランスB。を求めるには前述の実
施例1や実施例2におけると同様にすれば良い。
In actual processing of multilayer devices, it is practical to fix the substrate temperature T0 and the ion acceleration voltage v0 to constant conditions, and to perform processing by switching only the etching gas depending on each layer to be processed. At this time, the T. ,V. Under these conditions, the optimum Franks balance Bad of the reaction corresponding to each layer is determined in advance and stored in memory. In this case, flux balance B is optimal. can be obtained in the same manner as in the first and second embodiments described above.

これにより、層が変わるたびにフラックスバランスをメ
モリから読み出した最適フラ、7クスバランスに容易に
設定でき、常に効率よい高速加工が可能となる。
As a result, the flux balance can be easily set to the optimal flux balance read from the memory each time the layer changes, and efficient high-speed processing is always possible.

第12図にひとつの層に対応した加工方法のフローチャ
ートを示す。まず、被加工層に対応した、被加工材料と
エッチングガスの組合せが設定され、その組合せの反応
に対する最適フラソクスバランスBadをデータメモリ
から読み出す。このとき、基板温度T0とイオンの加速
電圧V0は一定の値に固定している。次にキーボードか
らビームパラメータを人力(あるいはひとつ上の被加工
層のビームパラメータを自動設定)する。00式よりガ
スフラックスδgmsを逆算し次の様に求める。
FIG. 12 shows a flowchart of a processing method corresponding to one layer. First, a combination of a material to be processed and an etching gas corresponding to the layer to be processed is set, and the optimum flux balance Bad for the reaction of that combination is read out from the data memory. At this time, the substrate temperature T0 and the ion acceleration voltage V0 are fixed at constant values. Next, manually set the beam parameters from the keyboard (or automatically set the beam parameters for the next layer to be processed). The gas flux δgms is calculated backward from the 00 formula and obtained as follows.

さらに(5)式,(6)式からガス流量Qとノズル距離
L,とを次のように算出する。
Furthermore, the gas flow rate Q and the nozzle distance L are calculated from equations (5) and (6) as follows.

L,= f−’  (kn )           
  ・  eω以上のようにして求めたガスパラメータ
Q,  Lyをビームパラメータおよび基板温度ととも
に装置各制御部に出力し加工をスタートする。
L, = f-' (kn)
・Eω The gas parameters Q and Ly obtained as above are output to each control section of the apparatus along with the beam parameters and substrate temperature to start processing.

本実施例を実施する装置の構或図を第13図に示す。FIG. 13 shows a configuration diagram of an apparatus for carrying out this embodiment.

イオン源9から引き出し、電極10を通して引き出した
イオンビーム1を、前段集束レンズ11および後段集束
レンズ16により試料21上に集束する。
An ion beam 1 extracted from an ion source 9 and passed through an electrode 10 is focused onto a sample 21 by a front-stage focusing lens 11 and a rear-stage focusing lens 16.

ビーム電流1.は口径可変アバーチャ12の口径を駆動
部28で切替えることにより選択できる。またプランキ
ング電極13によりビームのON,OFFができるが、
ビームOFF時に、ブランキングアバーチャ14上に設
けたファラデーカフプ15内にビームを入射させ、ビー
ム電流I.をモニタする。
Beam current 1. can be selected by switching the aperture of the variable aperture aperture 12 using the drive unit 28. Also, the beam can be turned on and off by the planking electrode 13,
When the beam is OFF, the beam is made to enter the Faraday cup 15 provided on the blanking aperture 14, and the beam current I. monitor.

集束イオンビームはデフレクタ電極17の作る電界によ
り、試料21上の所望の領域に照射され、ビームの走査
と同期して2次粒子を2次粒子ディテクタ18で検出し
S I M (Scanning Ion Micro
scope:走査イオン顕微鏡)像を得る。このSIM
像により、加工位置設定および観察が可能である。試料
21には温度センサ22が取付けられ、試料温度をモニ
タしており、ヒータ23と冷却管24とにより、試料温
度をコントロールする。エッチングガスボンベ31から
のエッチングガスは、軸対称ノズル19から試料21表
面に吹き付ける。ガス流量は流量コントローラ33によ
り制御する。またノズル高さは静電容量センサ20によ
り検出し、ノズル高さ設定機構29により設定する。イ
オンビーム光学系への電圧供給およびビーム制御はそれ
ぞれ、集束イオンビーム電源制御部34と集束イオンビ
ーム偏向制御部38により行う。また、基板温度設定、
ガス流量設定、ノズル高さ設定はそれぞれ、試料温度制
御部36、ガス流量制御部35、ノズル高さ制御部37
により行う。これら装置各制御部は全て、全体制御CP
U39の指示により動作する。本実施例の加工方法を実
施する際には、まず全体制御CPUから基板温度データ
とビームパラメータを、試料温度?御部36および、集
束イオンビーム電源制御部34、集束イオンビーム偏向
制御部38に指示し設定する。
The focused ion beam is irradiated onto a desired area on the sample 21 by the electric field created by the deflector electrode 17, and secondary particles are detected by the secondary particle detector 18 in synchronization with the scanning of the beam.
scope (scanning ion microscope) image. This SIM
The image allows processing position setting and observation. A temperature sensor 22 is attached to the sample 21 to monitor the sample temperature, and a heater 23 and a cooling pipe 24 control the sample temperature. Etching gas from the etching gas cylinder 31 is sprayed onto the surface of the sample 21 from the axially symmetrical nozzle 19 . The gas flow rate is controlled by a flow rate controller 33. Further, the nozzle height is detected by the capacitance sensor 20 and set by the nozzle height setting mechanism 29. Voltage supply to the ion beam optical system and beam control are performed by a focused ion beam power supply control section 34 and a focused ion beam deflection control section 38, respectively. In addition, the board temperature setting,
Gas flow rate setting and nozzle height setting are performed by sample temperature control section 36, gas flow rate control section 35, and nozzle height control section 37, respectively.
This is done by All of these device control units are controlled by the overall control CP.
Operates according to instructions from U39. When implementing the processing method of this embodiment, first, the substrate temperature data and beam parameters are input from the overall control CPU to the sample temperature? The control section 36, the focused ion beam power supply control section 34, and the focused ion beam deflection control section 38 are instructed and set.

データメモリ41から読み込んだ最適フラフクスバラン
スB■のデータから、全体制御CPU内でガスパラメー
タを算出し、ガス流量制御部35およびノズル高さ制御
部37に指示を送って加工をスタートさせる。
Gas parameters are calculated in the overall control CPU from the data of the optimum flux balance B2 read from the data memory 41, and instructions are sent to the gas flow rate control section 35 and the nozzle height control section 37 to start machining.

本実施例によって多層デバイスを加工する際に、各被加
工層に応じて最適なフラックスバランスを設定するため
に、加工中に被加工材質をモニタする必要がある。ここ
で、ビームアシスト反応性エッチングにおいて、加工に
伴い被加工物から放出される反応生戒物は被加工層の元
素を含む。従って反応生戒物の元素分析を行うことで、
加工中に被加工層の材質を検出しモニタすることができ
る。
When processing a multilayer device according to this embodiment, it is necessary to monitor the material to be processed during processing in order to set the optimum flux balance for each layer to be processed. Here, in beam-assisted reactive etching, the reactive substances released from the workpiece during processing include elements of the workpiece layer. Therefore, by conducting elemental analysis of reactive substances,
The material of the layer to be processed can be detected and monitored during processing.

反応生成物の元素分析により被加工材質の検出を行う方
法について、第16図乃至第22図を用いて説明する. 第16図に反応生戒物の光吸収を用いた被加工材質検出
系の模式図を示す。ハロゲンランプやキセノンランプ等
の光源45から出た光は、モノクロメータ46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46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ンタ47により2つに
分割し、一方を集光レンズ48により試料21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
5oで測定する。ビームスプリンタ47からのもう一方
の光を、集光レンズ48により参照セル49に集光照射
し、透過光強度をディテクタ50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0を
一様とし、厚さをdとすると、照射光強度をIQ、透過
光強度を■,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。
A method for detecting the material to be processed by elemental analysis of reaction products will be explained using FIGS. 16 to 22. FIG. 16 shows a schematic diagram of a workpiece material detection system using light absorption of reactive substances. Light emitted from a light source 45 such as a halogen lamp or a xenon lamp enters a monochromator 46 to extract monochromatic light with a specific wavelength λ. At this time, the monochromator 46 can scan the wavelength λ of the light to be extracted. The monochromatic light is split into two by a beam splinter 47, one of which is focused and irradiated near the surface of the sample 21 by a condensing lens 48, and the intensity of the transmitted light is measured by a detector 5o such as Photomar. The other light from the beam splinter 47 is condensed and irradiated onto the reference cell 49 by the condenser lens 48, and the intensity of the transmitted light is measured by the detector 50. here,
If a substance that absorbs light (a substance whose absorption band corresponds to the wavelength λ of light) exists in the optical path, a portion of the incident light is absorbed by the substance, and the intensity of the transmitted light decreases. Assuming that the concentration of the light-absorbing substance is uniform at 0 and the thickness is d, the absorbance (physical quantity indicating the degree of light absorption) E is defined by the following formula, where the irradiated light intensity is IQ and the transmitted light intensity is ■. .

Eミlog (Io / It ) =o d eここ
でεは分子吸光係数と呼ばれる。照射光の波長λを走査
しつつ、I1を測定し、吸光度Eのス?クトルが得られ
るが、このスペクトルは光吸収物質の種類に特有のピー
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16図において、イオン
ビームlを照射し局所反応性エッチングを行う際に、同
時にディテクタ50により透過光強度を測定し、吸光度
スペクトルを一定のサンプリング間隔で測定する。
Emi log (Io/It) = o d e where ε is called the molecular extinction coefficient. While scanning the wavelength λ of the irradiated light, I1 is measured, and the absorbance E is measured? However, this spectrum has peaks specific to the type of light-absorbing substance. Therefore, the light absorbing substance in the optical path can be identified by the spectrum of absorbance E. In FIG. 16, when the ion beam 1 is irradiated to perform local reactive etching, the transmitted light intensity is simultaneously measured by the detector 50, and the absorbance spectrum is measured at regular sampling intervals.

例えば、CC!!4ガスを用いてAjl!配線を加工す
る場合、反応生戒物としてAl,Cl.が生じるため、
吸光度スペクトル中に第17図に示す様に/l■Cl6
に対応するピークが表われる。加工が進行しA15i!
線の加工が終了すると、Al2Cll6のピークは消滅
し、被加工材を検出することができる。
For example, CC! ! Ajl using 4 gases! When processing wiring, Al, Cl. occurs, so
As shown in Figure 17 in the absorbance spectrum, /l Cl6
A peak corresponding to appears. Processing progresses and A15i!
When the line processing is completed, the peak of Al2Cll6 disappears, and the workpiece can be detected.

このとき、被加工材質変化の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
いたのではサンプリング間隔を短くできない。そこで、
参照セル49にAN,Cl6を封入し、ディテクタ50
による測定値により、あらかじめAIt z C II
 bのピークが表われる波長λ,を得ておく。A/配線
加工時には、照射光の波長をλ1に固定し、吸光度Eの
変化をモニタすることで、リアルタイムで被加工材質変
化の検出を行うことができる。多層デバイスを加工する
際には、各被加工層の加工時に生じる各々の反応生戒物
に対応するピークが表われる波長をあらかじめ得ておく
At this time, the accuracy of the change in the material being processed is determined by the sampling interval of the absorbance spectrum, but if the entire wavelength range is scanned each time, the sampling interval cannot be shortened. Therefore,
AN and Cl6 are sealed in the reference cell 49, and the detector 50
Based on the measured values, AIt z C II
Obtain the wavelength λ at which the peak of b appears. A: During wiring processing, by fixing the wavelength of irradiation light to λ1 and monitoring changes in absorbance E, changes in the material to be processed can be detected in real time. When processing a multilayer device, the wavelengths at which the peaks corresponding to the reaction substances generated during processing of each layer to be processed appear are obtained in advance.

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の変化をモニタして被加工材質変化
の検出を行う。材質の変化を検出したら、エッチングガ
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、ひき続き吸光度Eの変化
をモニタし、被加工材質の検出を行う。
During processing, the layer to be processed at that time is irradiated with light of a corresponding wavelength, and changes in absorbance E are monitored to detect changes in the material to be processed. Once a change in material is detected, the etching gas is switched, the wavelength of the irradiation light is switched to a wavelength corresponding to the next layer to be processed, and the change in absorbance E is continuously monitored to detect the material to be processed.

第18図に反応生戒物のけい光を用いた被加工材質検出
系の模式図を示す。照射光の発生部は第16図の被加工
材質検出系と同様である。ビームスブリッタ47により
2つに分割した一方の光を、集光レンズ48により試料
21の表面近傍に集光照射し、透過光強度をディテクタ
52で測定する。ビームスプリンタ47からのもう一方
の光の強度を、ディテクタ53で測定する。ここで、試
料2■から生した反応生戒物は、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。
FIG. 18 shows a schematic diagram of a workpiece material detection system using fluorescent light from reactive substances. The irradiation light generating section is the same as the workpiece material detection system shown in FIG. One of the two beams split by the beam splitter 47 is condensed and irradiated near the surface of the sample 21 by the condensing lens 48, and the intensity of the transmitted light is measured by the detector 52. The intensity of the other light from beam splinter 47 is measured by detector 53. Here, when the reactive substance produced from sample 2■ absorbs the irradiated light,
It emits fluorescent light with a wavelength shifted to the longer wavelength side (lower energy side) from the wavelength of the irradiated light.

照射光の波長λを走査しつつ、けい光強度1,をディテ
クタ5Iで測定し、励起けい光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、励起けい光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51により測定した
照射光強度■。に対する、けい光強度Ifの比1f/I
.によりスペクトルを得る方が望ましい。第18図にお
いて、イオンビームlを照射し局所反応性エッチングを
行う際に、同時にディテクタ5lによりけい光強度を測
定し、励起けい光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、CCI.ガスを用いてAl配線を
加工する場合、反応生戒物としてA 12 z C I
t aが生じるため、励起けい光スペクトル中に第19
図に示す様にAllzCl6に対応するピークが表われ
る。加工が進行しAl配線の加工が終了すると、Al,
Cl,のビークは消滅し、被加工材質変化を検出するこ
とができる。このとき、被加工材質変化の検出精度は励
起けい光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た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AAを加工し、励
起けい光スペクトル中にAlt2Cl6のピークが表わ
れる波長λ1をあらかじめ得ておく。A1配線加工時に
は、照射光の波長をハに固定し、けい光強度■,の変化
をモニタすることで、リアルタイムで被加工材質変化の
検出を行うことができる。
While scanning the wavelength λ of the irradiated light, the fluorescence intensity 1, is measured by the detector 5I to obtain an excitation fluorescence spectrum, which has a peak unique to the substance that emits fluorescence. Therefore, the substance in the optical path can be identified by the peak of the excitation fluorescence spectrum. Here, since the intensity of the irradiated light changes depending on the wavelength, the intensity of the irradiated light is measured by the detector 51. The ratio of fluorescence intensity If to 1f/I
.. It is preferable to obtain a spectrum by In FIG. 18, when the ion beam 1 is irradiated to perform local reactive etching, the fluorescence intensity is simultaneously measured by the detector 5l, and the excited fluorescence spectrum is measured at regular sampling intervals. For example, CCI. When processing Al wiring using gas, A 12 z C I is used as a reactant.
Because t a occurs, the 19th
As shown in the figure, a peak corresponding to AllzCl6 appears. As the processing progresses and the processing of the Al wiring is completed, the Al,
The peak of Cl disappears, and changes in the material of the workpiece can be detected. At this time, the detection accuracy of changes in the material to be processed is determined by the sampling interval of the excitation fluorescence spectrum, but if the entire wavelength range is scanned each time, the sampling interval cannot be shortened. Therefore, AA is processed by trial processing to obtain in advance the wavelength λ1 at which the peak of Alt2Cl6 appears in the excitation fluorescence spectrum. When processing the A1 wiring, by fixing the wavelength of the irradiated light to C and monitoring changes in the fluorescence intensity, it is possible to detect changes in the material to be processed in real time.

また、この時All2Cl,からのけい光波長ノ2を測
定しておく。けい光検出において、照射光の散乱光の影
響を避けるために、λ2近傍の波長帯のみを通すフィル
タ54を通してディテクタ51にけい光を入射させる。
Also, at this time, the wavelength of fluorescence from All2Cl is measured. In fluorescence detection, in order to avoid the influence of scattered light of irradiated light, fluorescence is made incident on the detector 51 through a filter 54 that passes only a wavelength band near λ2.

多層LSIを加工する際には、各被加工層の加工時に生
じる、各々の反応生戒物に対応するピークが表われる照
射光の波長をあらかじめ得ておく。
When processing a multilayer LSI, the wavelength of the irradiation light at which a peak corresponding to each reaction substance that occurs when processing each layer to be processed appears is obtained in advance.

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,の変化をモニタし被加工材質
変化の検出を行う。材質の変化を検出したら、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■
,の変化をモニタし、被加工材質の検出を行う。このと
き、けい光の波長帯も変化するため、フィルタ切替機構
55により、被加工層の反応生底物に対応したけい光を
通すフィルタに切り替えて用いる。なお、けい光の検出
感度は吸収測定よりもはるかに高く、吸光度Eを用いた
場合よりもけい光強度1,を用いた方が、被加工材質変
化の検出精度が向上する。
During processing, light of a wavelength corresponding to the layer to be processed at that time is irradiated, changes in the fluorescence intensity I, are monitored, and changes in the material to be processed are detected. When a change in material is detected, the reactive gas is switched, the wavelength of the irradiation light is switched to the wavelength corresponding to the next layer to be processed, and the fluorescent light intensity is continuously increased.
, and detects the material to be machined. At this time, since the wavelength band of the fluorescent light also changes, the filter switching mechanism 55 is used to switch to a filter that passes the fluorescent light corresponding to the reactive organic material in the layer to be processed. Note that the detection sensitivity of fluorescence is much higher than that of absorption measurement, and the detection accuracy of changes in the material to be processed is improved by using fluorescence intensity 1, rather than by using absorbance E.

第20図に、特性X線の吸収を用いた被加工材質検出系
の模式図を示す。X線管56から出た特性X線を試料2
1の表面近傍に照射し、試料上から参照チャンバ57を
通過したX線の強度をフィルタを通してディテクタ58
で測定する。例えば、CCa,ガスを用いてA6配線を
加工する場合、反応生成物としてAβ2(1!,が生じ
る。照射X線としてAffOKa線を用いると、A 1
2 z C Itbは効率よ<AEのKa線を吸収し、
透過X線強度は減小する。加工が進行しAl配線の加工
が終了すると、透過X線強度が増加し被加工材質変化を
検出することができる。ここで、あらかじめ既知の量の
A l z C 1 bを参照チャンバ57に導入し、
透過X′fIIA強度の変化を測定しておくことにより
、加工中に生じるA12Ca6の量を定量的に評価する
ことができる。多層デバイスを加工する際には、各被加
工層の加工時に生じる、各々の反応生戒物が効率よく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。このためには、X線管56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(
SOR)等の連続波長光源からフィルタ等により所望の
波長を取り出す方法がある。
FIG. 20 shows a schematic diagram of a workpiece material detection system using absorption of characteristic X-rays. The characteristic X-rays emitted from the X-ray tube 56 are sent to sample 2.
1, and the intensity of the X-rays passed through the reference chamber 57 from above the sample is passed through a filter to the detector 58.
Measure with. For example, when processing A6 wiring using CCa gas, Aβ2(1!,) is produced as a reaction product. If AffOKa ray is used as the irradiation X-ray, A1
2 z C Itb is efficient <absorbs Ka line of AE,
The transmitted X-ray intensity decreases. As the processing progresses and the processing of the Al wiring is completed, the transmitted X-ray intensity increases and changes in the material of the processed material can be detected. Here, a known amount of Al z C 1 b is introduced into the reference chamber 57,
By measuring the change in the transmitted X'fIIA intensity, the amount of A12Ca6 produced during processing can be quantitatively evaluated. When processing multilayer devices, each reaction product generated during processing of each processed layer is efficiently
It is necessary to switch the wavelength of the irradiated X-rays so that the radiation is absorbed. For this purpose, there are several methods of providing and switching between multiple types of X-ray tubes 56, rare gas continuous light sources, synchrotron radiation (
There is a method of extracting a desired wavelength from a continuous wavelength light source such as SOR using a filter or the like.

第21図に反応生威物イオンを用いた被加工材質検出系
の模式図を示す。X線の発生部および照射部は、第20
図の被加工材質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ッチン
グ中に、反応生戒物に十分な強度のX線を照射すると、
反応生戒物は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り、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、CCZ,ガスを用い
てA1配線を加工する場合、反応生戒物としてA 1 
z C l i,が生じる。X線管56より十分な強度
のAIKa線を照射すると、A 1 z C l! b
はAI!”とCl一に解離する。Cl−は互いに衝突し
合ったり、CCIl&ガスのフラックスと衝突し、ほと
んどが再結合し分子状態となる。一方A15゛は比較的
安定にイオン状態を保つ。
FIG. 21 shows a schematic diagram of a workpiece material detection system using reaction product ions. The X-ray generation section and irradiation section are located at the 20th
Although it is similar to the workpiece material detection system shown in the figure, a short wavelength light source such as an ultraviolet laser may be used. During the local reactive etching of the present invention, when the reactant is irradiated with X-rays of sufficient intensity,
Reactive substances absorb X-rays and dissociate into ions. By analyzing these ions, the material of the layer to be processed at that time can be detected. For example, when processing A1 wiring using CCZ gas, A1 is used as a reactive substance.
z C l i, occurs. When AIKa rays of sufficient intensity are irradiated from the X-ray tube 56, A 1 z C l! b
is AI! " and Cl- dissociate. Cl- collides with each other and with the flux of CCIl and gas, and most of them recombine and become molecular. On the other hand, A15 remains relatively stable in its ionic state.

静電レンズ群を用いたイオン引き込み光学系59でAl
”゜を引き込み、質量分析器60へ導入しイオン強度を
検出する。加工が進行しA1配線の加工が終了すると、
Al”+のイオン強度が消滅し、被加工材質の変化を検
出することができる。多層デバイスを加工する際には、
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20図の被加工材質
検出系と同様に、X線の照射部に波長選択性を持たせる
。また、反応生戒物が解離して生じるイオン種も変わる
ため、検出器である質量分析器60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。
Al
"゜ is pulled in and introduced into the mass spectrometer 60 to detect the ion intensity. As the processing progresses and the processing of the A1 wiring is completed,
The ion strength of Al"+ disappears, and changes in the material being processed can be detected. When processing multilayer devices,
It is necessary to switch the wavelength of the irradiated X-rays so that each reaction product generated during processing of each layer to be processed efficiently absorbs the X-rays. Regarding this point, the X-ray irradiation section is provided with wavelength selectivity, similar to the workpiece material detection system shown in FIG. In addition, since the ion species generated by the dissociation of the reaction product also change, it is necessary to successively adjust the detection mass number of the mass spectrometer 60, which is a detector, to the ion species to be detected.

第22図に反応生戒物に対する光電子分光を用いた被加
工材質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56から放出した励起光を、試料21
の表面近傍に照射する。本発明の局所反応性エッチング
中に、反応生戊物に十分波長の短い(光子エネルギーh
v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
により、反応生戒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、CC14
ガスを用いてAj2配線を加工する場合、反応生戒物と
してA6.Cj26が生じる。光源56から励起光を照
射し、AA2(lhから放出された光電子を、電子レン
ズ群を用いた光電子引き込み光学系61で引き込み、エ
ネルギー分析器62へ導入し、ディテクタ63により光
電子強度を検出する。このとき、検出した光電子のエネ
ルギー(光電子が通過するエネルギー分析器62の設定
エネルギー)から、Af2Cj26を同定できる。加工
が進行しAj2配線の加工が終了すると、A l z 
C l bからの光電子信号は消滅し、被加工材質の変
化を検出することができる。多層デバイスを加工する際
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、共通に被加工材質検出のための
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62の設定エネルギーは、その時点で生じる反応生
戒物の種類に対応して、逐次切り替える必要がある。
FIG. 22 shows a schematic diagram of a processing material detection system using photoelectron spectroscopy for reactive substances. Excitation light emitted from a short wavelength light source 56 such as an X-ray tube or an ultraviolet laser is applied to the sample 21.
irradiates near the surface of the During the local reactive etching of the present invention, the reaction product has a sufficiently short wavelength (photon energy h
When irradiated with excitation light (with a large value of v), photoelectrons are emitted from the reaction product. By analyzing the energy of these photoelectrons, it is possible to detect the type of reactant and the material of the layer to be processed at that time. For example, CC14
When processing Aj2 wiring using gas, A6. Cj26 occurs. Excitation light is irradiated from a light source 56, and photoelectrons emitted from AA2 (lh) are drawn in by a photoelectron drawing optical system 61 using an electron lens group, introduced into an energy analyzer 62, and a photoelectron intensity is detected by a detector 63. At this time, Af2Cj26 can be identified from the energy of the detected photoelectrons (the energy set for the energy analyzer 62 through which the photoelectrons pass).As the machining progresses and the machining of the Aj2 wiring is completed, A l z
The photoelectronic signal from C l b disappears and changes in the material to be processed can be detected. When processing a multilayer device, by making the wavelength of the excitation light sufficiently short, it can be commonly used as excitation light for detecting the material of the workpiece when processing all the layers to be processed. On the other hand, the energy setting of the energy analyzer 62 needs to be changed sequentially depending on the type of reaction product occurring at that time.

以上第16図乃至第22図を用いて説明した様に、反応
生成物の検出により被加工材質の検出を行うことができ
る。本実施例では、反応生戒物に外部からエネルギーを
与えて検出を行ったが、反応のエネルギー自身により反
応生戒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、被加工材質の
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、被加工材質の検
出を行うことも可能である。以上述べてきたいずれかの
方法により被加工材質の検出を行い、材質の変化に対応
して最適なフランクスバランスを設定することにより、
常に効率よい高速加工が可能となる。
As explained above using FIGS. 16 to 22, the material to be processed can be detected by detecting the reaction product. In this example, detection was performed by applying energy to the reactive substance from the outside, but the reactive substance was excited by the energy of the reaction itself, and the excess energy was emitted in the form of fluorescence, photoelectrons, etc. It is also possible to detect the material being processed. It is also possible to detect the material to be processed by detecting atoms and ions that are physically sputtered during processing. By detecting the material to be machined using one of the methods described above and setting the optimal flank balance in response to changes in material,
Efficient and high-speed machining is always possible.

(実施例4) 以上に説明した実施例1,2.3は、いずれも集束イオ
ンビーム照射と、ノズルによるガス供給を用いた例につ
いて説明したが、シャワーイオンビーム照射や、サブチ
ャンバによるガス供給を用いた場合も、全く同様に本発
明を実施することができる。本実施例4では、実施例3
におけるガス供給方法をサブチャンバを用いた方法に代
えた場合の、加工方法および装置について説明する。
(Example 4) In Examples 1 and 2.3 described above, examples using focused ion beam irradiation and gas supply using a nozzle were explained. The present invention can be carried out in exactly the same manner even when using . In this Example 4, Example 3
A processing method and apparatus will be described in which the gas supply method is replaced with a method using a subchamber.

第14図に本実施例の加工方法のフローチャートを示す
。まず、被加工層に対応した、被加工材料とエッチング
ガスの組合せが設定され、その組合せの反応に対する最
適フラソクスバランスBadを?ータメモリから読み出
す。このとき、基板温度T0とイオンの加速電圧v0は
一定である。キーボードからビームパラメータを入力(
あるいはひとつ上の被加工層のビームパラメータを自動
設定)する。αω式よりガスフラックスδ9■を逆算し
て求める。さらに(8)式からサブチャンバ内ガス圧力
Pを次のように算出する。
FIG. 14 shows a flowchart of the processing method of this embodiment. First, the combination of the material to be processed and the etching gas corresponding to the layer to be processed is set, and the optimum flux balance Bad for the reaction of that combination is determined. read from data memory. At this time, the substrate temperature T0 and the ion acceleration voltage v0 are constant. Enter beam parameters from the keyboard (
Alternatively, the beam parameters for the next layer to be processed are automatically set. Calculate the gas flux δ9■ from the αω formula. Furthermore, the subchamber internal gas pressure P is calculated from equation (8) as follows.

C  − N. 求めたガス圧力Pを、ビームパラメータおよび基板温度
とともに装置各制御部に出力し、加工をスタートする。
C-N. The obtained gas pressure P is output to each control section of the apparatus together with the beam parameters and substrate temperature, and processing is started.

本実施例の装置構或図を第15図に示す。実施例3の装
置と異なる点は、ガス供給部のみである。
FIG. 15 shows a diagram of the apparatus configuration of this embodiment. The only difference from the device of Example 3 is the gas supply section.

エッチングガスボンベ31からのエッチングガスは試料
21を収納したサブチャンバ42内に満たされる。
The etching gas from the etching gas cylinder 31 fills the subchamber 42 containing the sample 21.

エッチングガス圧力Pはガス圧力計43により検出し、
ガス流量コントローラ33により制御する。
The etching gas pressure P is detected by a gas pressure gauge 43,
It is controlled by a gas flow rate controller 33.

このエッチングガス圧力の検出制御は、ガス圧力制御部
44により行う。本実施例の加工方法を実施する際には
、まず全体制御CPUから基板温度データとビームパラ
メータを、試料温度制御部36および集束イオンビーム
電源制御部34、集束イオンビーム偏向制御部38に指
示し設定する。データメモリ4lから読み込んだ最適フ
ラックスバランスBadのデータから、全体制御CPU
内でガス圧力Pを算出し、ガス圧力制御部44に指示を
送り加工をスタートする。
This etching gas pressure detection control is performed by the gas pressure control section 44. When implementing the processing method of this embodiment, first, the overall control CPU instructs substrate temperature data and beam parameters to the sample temperature control section 36, focused ion beam power supply control section 34, and focused ion beam deflection control section 38. Set. From the data of the optimum flux balance Bad read from the data memory 4l, the overall control CPU
The gas pressure P is calculated within the unit, and an instruction is sent to the gas pressure control unit 44 to start machining.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明したように、本発明に係るエネルギービーム加
工装置を用いて本発明に係るエネルギービーム加工方法
を適用してエネルギービームアシスト反応性エッチング
を行うと、エッチングガスと被加工材質の組合せ、エネ
ルギービームのエネルギー、試料の温度が変化した場合
においても、エッチングガス照射量とエネルギービーム
照射量を最適なバランスに制御できるので、常に高効率
の高速加工を行い得るという、優れた実用的効果を奏す
る。
As explained above, when energy beam assisted reactive etching is performed by applying the energy beam processing method according to the present invention using the energy beam processing apparatus according to the present invention, the combination of the etching gas and the material to be processed, the energy beam Even if the energy of the sample changes or the temperature of the sample changes, the etching gas irradiation amount and the energy beam irradiation amount can be controlled to an optimal balance, so high-speed processing can always be performed with high efficiency, which is an excellent practical effect.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の実施例1の加工方法を示すフローチャ
ート、第2図は集束イオンビーム照射ニおけるビームパ
ラメータの説明図、第3図はシャワーイオンビーム照射
におけるビームパラメータの説明図、第4図はノズルを
用いたエッチングガス供給におけるガスパラメータの説
明図、第5図はサブチャンバを用いたエッチングガス供
給におけるガスパラメータの説明図、第6図は集束イオ
ンビームアシスト反応性エッチングにおけるガスフラッ
クスとイオンフランクスの時間変化を示す図表、第7図
はシャワーイオンビームアシスト反応性エッチングにお
けるガスフランクスとイオンフラックスの時間変化を示
す図表、第8図は実施例lの試し加工方法の説明図、第
9図は実施例1の試し加工結果の一例を示す図表、第1
0図は本発明の実施例2の加工方法を示すフローチャー
ト、第11図は実施例2におけるlイオン当り最大加工
面積の算出方法の説明図、第12図は本発明の実施例3
の加工方法を示すフローチャート、第13図は実施例3
の装置構成図、第14図は本発明の実施例4の加工方法
を示すフローチャート、第15図は実施例4の装置構威
図である。第16図は反応生成物の光吸収を用いた被加
工材質検出の原理説明図、第17図は反応生戒物の吸光
スペクトルの一例を示す図表、第18図は反応生戒物の
けい光を用いた被加工材質検出の原理説明図、第19図
は反応生戒物のけい光スペクトルの一例を示す図表、第
20図は特性X線の吸収を用いた被加工材質検出の原理
説明図、第21図は反応生或物イオンを用いた被加工材
質検出の原理説明図、第22図は反応生戒物に対する光
電子分光を用いた被加工材質検出の原理説明図である。 1・・・イオンビーム、2・・・加工領域、3・・・試
料、4・・・チャンバ、5・・・ガスノズル、6・・・
ガスチャンバ、7・・・サブチャンバ、8・・・入射イ
オン、9・・・イオン源、10・・・引き出し電極、1
1・・・前段集束レンズ、12・・・口径可変アパーチ
ャ、13・・・プランキング電極、14・・・ブランキ
ングアバーチャ、15・・・ファラデーカップ、I6・
・・後段集束レンズ、17・・・デフレクタ電極、18
・・・2次粒子ディテクタ、19・・・軸対称ガスノズ
ル、20・・・静電容量センサ、21・・・試料、22
・・・温度センサ、23・・・ヒータ、24・・・冷却
管、25・・・断熱材、26・・・チャンバ、27・・
・磁気シール、28・・・口径可変アパーチャ駆動部、
29・・・ノズル高さ設定機構、30・・・チャンバ、
31・・・エッチングガスボンベ、32a.32b・・
・バルブ、33・・・流量コントローラ、34・・・集
束イオンビーム電源制御部、35・・・ガス流量制御部
、36・・・試料温度制御部、37・・・ノズル高さ制
御部、38・・・集束イオンビーム偏向制御部、39・
・・全体制御CPU、40・・・キーボード、41・・
・データメモリ、42・・・サブチャンバ、43・・・
ガス圧力計、44・・・ガス圧力制御部、45・・・光
源、46・・・モノクロメータ、47・・・ビームスプ
リッター48・・・集光レンズ、49・・・参照セル、
50. 51, 52. 53・・・ディテクタ、54
・・・フィルタ、55・・・フィルタ切替機構、56・
・・X線源(紫外光源)、57・・・参照ガスチャンバ
、58・・・ディテクタ、5つ・・・イオン引き込み光
学系、60・・・質量分析器、61・・・光電子引き込
み光学系、62・・・エネルギー分析器、63・・・デ
ィテクタ。
FIG. 1 is a flowchart showing the processing method of Example 1 of the present invention, FIG. 2 is an explanatory diagram of beam parameters in focused ion beam irradiation, FIG. 3 is an explanatory diagram of beam parameters in shower ion beam irradiation, and FIG. 4 is an explanatory diagram of beam parameters in shower ion beam irradiation. The figure is an explanatory diagram of gas parameters in etching gas supply using a nozzle, Figure 5 is an explanatory diagram of gas parameters in etching gas supply using a subchamber, and Figure 6 is an explanatory diagram of gas parameters in focused ion beam assisted reactive etching. FIG. 7 is a chart showing the time change of ion flux. FIG. 7 is a chart showing the time change of gas flank and ion flux in shower ion beam assisted reactive etching. FIG. 8 is an explanatory diagram of the trial processing method of Example 1. The figure is a chart showing an example of the trial processing results of Example 1.
Figure 0 is a flowchart showing the processing method of Example 2 of the present invention, Figure 11 is an explanatory diagram of the method of calculating the maximum processing area per l ion in Example 2, and Figure 12 is Example 3 of the present invention.
Flowchart showing the processing method of FIG. 13 is Example 3
FIG. 14 is a flowchart showing the processing method of the fourth embodiment of the present invention, and FIG. 15 is a diagram of the device configuration of the fourth embodiment. Figure 16 is a diagram explaining the principle of detecting workpiece materials using light absorption of reaction products, Figure 17 is a chart showing an example of the absorption spectrum of reaction products, and Figure 18 is the fluorescence of reaction products. Figure 19 is a diagram showing an example of the fluorescence spectrum of a reactive substance, Figure 20 is a diagram explaining the principle of detecting a workpiece material using absorption of characteristic X-rays. , FIG. 21 is a diagram explaining the principle of detecting the material to be processed using reaction product ions, and FIG. 22 is a diagram explaining the principle of detecting the material to be processed using photoelectron spectroscopy for the reaction product. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Ion beam, 2... Processing area, 3... Sample, 4... Chamber, 5... Gas nozzle, 6...
Gas chamber, 7... Subchamber, 8... Incident ion, 9... Ion source, 10... Extraction electrode, 1
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Front stage focusing lens, 12... Variable diameter aperture, 13... Blanking electrode, 14... Blanking aperture, 15... Faraday cup, I6.
...Later focusing lens, 17...Deflector electrode, 18
...Secondary particle detector, 19...Axisymmetric gas nozzle, 20...Capacitance sensor, 21...Sample, 22
...Temperature sensor, 23...Heater, 24...Cooling pipe, 25...Insulating material, 26...Chamber, 27...
・Magnetic seal, 28...variable aperture drive unit,
29... Nozzle height setting mechanism, 30... Chamber,
31... Etching gas cylinder, 32a. 32b...
- Valve, 33...Flow rate controller, 34...Focused ion beam power supply control section, 35...Gas flow rate control section, 36...Sample temperature control section, 37...Nozzle height control section, 38 ...Focused ion beam deflection control section, 39.
...Overall control CPU, 40...Keyboard, 41...
・Data memory, 42...Subchamber, 43...
Gas pressure gauge, 44... Gas pressure control unit, 45... Light source, 46... Monochromator, 47... Beam splitter 48... Condensing lens, 49... Reference cell,
50. 51, 52. 53...Detector, 54
... filter, 55 ... filter switching mechanism, 56.
...X-ray source (ultraviolet light source), 57...Reference gas chamber, 58...Detector, 5...Ion attraction optical system, 60...Mass spectrometer, 61...Photoelectron attraction optical system , 62... Energy analyzer, 63... Detector.

Claims (11)

【特許請求の範囲】[Claims] 1.エッチングガス雰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方法において、エッチングガス供
給量とエネルギービーム照射量との割合を制御し、最も
効率よくエッチングガス分子と被加工物原子とが反応す
る最適バランスならしめることを特徴とする、エネルギ
ービーム加工方法。
1. In this method, the workpiece is irradiated with an energy beam in an etching gas atmosphere, and reactive etching is performed locally at the irradiated area of the energy beam.The ratio between the amount of etching gas supplied and the amount of energy beam irradiation is controlled to achieve the highest efficiency. An energy beam processing method characterized by achieving an optimal balance in which etching gas molecules and workpiece atoms react well.
2.前記の最適バランスを求める際、 被加工材質とエッチングガスとの組み合わせ、エネルギ
ービームのエネルギー、および被加工物の温度を実際の
加工と同じ条件に設定し、エッチングガス供給量とエネ
ルギービーム照射量との比を変化させながら試し加工を
行い、加工イールドを最大ならしめる条件から、エッチ
ングガス供給量とエネルギービーム照射量との最適なバ
ランスを求めることを特徴とする、請求項1に記載のエ
ネルギービーム加工方法。
2. When finding the optimal balance mentioned above, the combination of the workpiece material and etching gas, the energy of the energy beam, and the temperature of the workpiece are set to the same conditions as in actual processing, and the etching gas supply amount and energy beam irradiation amount are The energy beam according to claim 1, characterized in that trial processing is performed while changing the ratio of the etching gas supply amount and the energy beam irradiation amount to find the optimum balance between the etching gas supply amount and the energy beam irradiation amount from the conditions that maximize the processing yield. Processing method.
3.前記の最適バランスを求める際、 被加工材質とエッチングガスとの組み合わせ、エネルギ
ービームのエネルギー、および被加工物の温度を実際の
加工と同じ条件に設定し、エネルギービームのひとつの
入射粒子が被加工物表面に与えるエネルギー分布を、シ
ュミレーションによって求め、 求めたエネルギー分布から、エッチングガス分子との反
応が充分な確率で起こる被加工物原子数を求め、 求めた被加工物原子が全て反応するだけのエッチングガ
ス分子を供給する条件から、エッチングガス供給量とエ
ネルギービーム照射量との最適なバランスを求めること
を特徴とする、請求項1に記載のエネルギービーム加工
方法。
3. When finding the optimal balance described above, the combination of the workpiece material and etching gas, the energy of the energy beam, and the temperature of the workpiece are set to the same conditions as in actual processing, and one incident particle of the energy beam is The energy distribution applied to the surface of the object is determined by simulation, and from the determined energy distribution, the number of workpiece atoms that will react with the etching gas molecules is determined with a sufficient probability. 2. The energy beam processing method according to claim 1, wherein the optimum balance between the etching gas supply amount and the energy beam irradiation amount is determined from the conditions for supplying the etching gas molecules.
4.多層デバイスを加工する際、 エネルギービームのエネルギー、および被加工物の温度
を一定条件に固定し、 被加工層の材質とエッチングガスのそれぞれとの組合せ
について、予めエッチングガス供給量とエネルギービー
ム照射量との最適なバランスを求めてメモリしておき、 実際の加工において、順次に現われる被加工層に対して
その材質に対応してエッチングガスを切替えて供給する
とともに、 エッチングガス供給量とエネルギービーム照射量との比
を、逐次メモリから読み出した最適バランスとなるよう
に制御することを特徴とする、請求項1に記載のエネル
ギービーム加工方法。
4. When processing a multilayer device, the energy of the energy beam and the temperature of the workpiece are fixed to constant conditions, and the amount of etching gas supplied and the amount of energy beam irradiation are determined in advance for each combination of the material of the layer to be processed and the etching gas. During actual processing, the etching gas is switched and supplied according to the material to the successive layers to be processed, and the etching gas supply amount and energy beam irradiation are adjusted accordingly. 2. The energy beam processing method according to claim 1, wherein the ratio of the amount to the amount is controlled so as to obtain an optimal balance read out from a memory sequentially.
5.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、エッチングガス供給手段、基板温度制御手
段、およびそれらを駆動する電源コントローラからなり
、エッチングガス雰囲気中でエネルギービームを被加工
物に照射して局所的に反応性エッチングを行うエネルギ
ービーム加工装置において、 被加工物の材質を検出する手段と、 エッチングガス種、エネルギービームのエネルギー、お
よび基板温度を設定する手段と、検出された被加工物の
材質、設定したエッチングガス種、設定したエネルギー
ビームのエネルギー、および設定した基板温度の条件に
基いて、エッチングガス供給量とエネルギービーム照射
量との比を制御する手段と、を設けたことを特徴とする
、エネルギービーム加工装置。
5. It consists of an energy beam source, a focusing optical system, a stage, a secondary particle detector, an etching gas supply means, a substrate temperature control means, and a power controller that drives them, and irradiates the workpiece with an energy beam in an etching gas atmosphere. An energy beam processing device that locally performs reactive etching includes a means for detecting the material of the workpiece, a means for setting the etching gas type, energy beam energy, and substrate temperature, and a method for detecting the detected workpiece. means for controlling the ratio of the etching gas supply amount to the energy beam irradiation amount based on the material of the material, the set etching gas type, the set energy beam energy, and the set substrate temperature conditions. Features: Energy beam processing equipment.
6.前記の被加工物の材質を検出する手段は、光源とモ
ノクロメータとよりなる、波長可変の単色光の照射手段
、並びに、 上記単色光の照射手段から試料付近に照射されて通過し
た光の強度を検出する手段を具備していることを特徴と
する、請求項5に記載のエネルギービーム加工装置。
6. The means for detecting the material of the workpiece includes a wavelength-variable monochromatic light irradiation means consisting of a light source and a monochromator, and an intensity detection method of the light irradiated near the sample from the monochromatic light irradiation means and passed through. 6. The energy beam processing apparatus according to claim 5, further comprising means for detecting.
7.前記の被加工物の材質を検出する手段は、光源とモ
ノクロメータとよりなる、波長可変の単色光の照射手段
、並びに、 上記単色光に照射されて試料近傍から発生するけい光の
強度を検出する手段を具備していることを特徴とする、
請求項5に記載のエネルギービーム加工装置。
7. The means for detecting the material of the workpiece includes a wavelength-tunable monochromatic light irradiation means consisting of a light source and a monochromator, and detecting the intensity of fluorescent light generated from near the sample when irradiated with the monochromatic light. characterized by being equipped with a means to
The energy beam processing device according to claim 5.
8.前記の被加工物の材質を検出する手段は、X線源と
、該X線源から試料近傍に照射されて通過したX線の強
度を検出する手段とからなることを特徴とする、請求項
5に記載のエネルギービーム加工装置。
8. The means for detecting the material of the workpiece comprises an X-ray source and means for detecting the intensity of the X-rays emitted from the X-ray source to the vicinity of the sample and passing through. 5. The energy beam processing device according to 5.
9.前記の被加工物の材質を検出する手段は、X線源と
、上記X線源から照射されたX線によって発生した被加
工物イオンの検出手段とからなることを特徴とする、請
求項5に記載のエネルギービーム加工装置。
9. 5. The means for detecting the material of the workpiece comprises an X-ray source and means for detecting workpiece ions generated by the X-rays irradiated from the X-ray source. The energy beam processing device described in .
10.前記の被加工物の材質を検出する手段は光電分光
器を用いたものであることを特徴とする、請求項5に記
載のエネルギービーム加工装置。
10. 6. The energy beam processing apparatus according to claim 5, wherein the means for detecting the material of the workpiece uses a photoelectric spectrometer.
11.前記の被加工物の材質を検出する手段は質量分析
器を用いたものであることを特徴とする、請求項5に記
載のエネルギービーム加工装置。
11. 6. The energy beam processing apparatus according to claim 5, wherein the means for detecting the material of the workpiece uses a mass spectrometer.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009206344A (en) * 2008-02-28 2009-09-10 Hitachi High-Technologies Corp Apparatus and method for processing plasma
JP2014063918A (en) * 2012-09-21 2014-04-10 Tokyo Electron Ltd Gas supply method and plasma processing apparatus

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JP2009206344A (en) * 2008-02-28 2009-09-10 Hitachi High-Technologies Corp Apparatus and method for processing plasma
JP2014063918A (en) * 2012-09-21 2014-04-10 Tokyo Electron Ltd Gas supply method and plasma processing apparatus

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