JPH06260129A - 集束イオンビーム装置 - Google Patents
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Abstract
を、再び製造ラインに戻せるようにする。 【構成】 集束されたGaなどのイオンビームを照射す
る装置と、Arのような半導体基板に影響を及ぼさない
粒子のビームを照射する装置とを同一の試料室に装着
し、半導体などのクリーンな状態を要求する試料に、集
束イオンビームで配線変更や、断面観察を行った跡を、
Arビームなどでクリーニングし、試料に注入されたイ
オンを除去する。 【効果】 集束イオンビームで加工観察された試料を、
製造ラインに戻せるようになる。
Description
の所定領域を走査させながら照射することにより、試料
表面の所定領域を加工する、または/及び、集束イオン
ビーム照射により発生する2次粒子を検出することによ
り試料表面を観察する集束イオンビーム装置に関する。
に基づいて説明する。従来の集束イオンビーム装置は特
開昭59−168652号公報に示されているように、
Ga等の液体金属イオン源から引き出し電極によりイオ
ンを引き出し、そのイオンをアパーチャ及び静電レンズ
により集束イオンビームにし、その集束イオンビームを
偏向電極により試料表面の所定領域を照射するように偏
向走査させるイオンビーム照射装置2が試料室1に装着
されている。走査された集束イオンビーム11の試料5
表面への繰り返し照射により、試料の所定領域は、集束
イオンビームによりスパッタリングされる。この性質を
用い、試料表面に垂直な側壁を持つエッチング加工を行
う。つまり、試料5の表面部は断面加工される。そし
て、断面への集束イオンビームの照射により発生する2
次粒子を検出器6によって検出し画像表示装置7によっ
てその断面を観察する。
は試料加工用の集束イオンビームに用いられたイオンが
試料に注入され、そのイオンの化学的性質によってイオ
ンビーム照射領域では、試料の性質が変化してしまう。
次にGaを集束イオンビームを照射するイオン照射装置
2のイオン源に用い、試料5としてSi基板36に照射
した例を示す。照射されたGaイオンビーム11が高エ
ネルギーを持ってSi基板36に衝突し、一部のGaイ
オン37がSi基板36に注入されるため、加工観察さ
れた試料が汚染される。特に、Gaは3族の元素である
ため、Si基板内ではP型不純物として振る舞い、不純
物拡散領域35を形成し、試料の不純物濃度分布を変え
てしまう。また、Gaイオン37は、配線に用いられる
Alに高い拡散係数を持って進入、反応し、配線を著し
く腐食するという性質を持つ。そして、このように汚染
された試料を製造工程に戻したとき、加熱工程によって
注入されているGaがオートドーピング(auto d
oping)して、これらの工程に用いられる製造装置
をGaによって汚染する可能性もある。そのため、集束
イオンビームによって加工観察された試料は再び製造ラ
インに戻すことはできないという課題があった。(図6
A参照)
に、この発明は開発されたものである。第1の手段とし
て、従来装置に更に半導体基板の特性に顕著な影響を及
ぼさない粒子(例えば、Arイオン、酸素イオン、酸素
ラジカルなど)のビームを照射する装置とを同一の試料
室に装着し、集束イオンビームで配線変更や断面加工観
察を行った跡を、半導体基板の特性に顕著な影響を及ぼ
さない粒子のビームを照射しスパッタリングすることに
よってクリーニングを行い、試料に照射されたイオンを
除去する。
されたイオンを除去した試料を、洗浄し、試料表面の自
然酸化膜をエッチング除去する。第3の手段として、従
来装置に更に半導体基板の特性に顕著な影響を及ぼさな
い粒子(例えば、Arイオン、酸素イオン、酸素ラジカ
ルなど)のビームを照射する装置と、集束イオンビーム
に用いられるイオンと化学反応してガス状の物質となる
反応性ガス(例えば、Gaの場合塩素ガス)を試料室に
導入する装置とを同一の試料室に装着し、集束イオンビ
ームで配線変更や断面加工観察を行った後、前記反応性
ガスを試料室に導入しながら、半導体基板の特性に顕著
な影響を及ぼさない粒子のビームを照射しスパッタリン
グすることによってクリーニングを行い、除去されたイ
オンが反応性ガスと化学反応してガス状の物質になり排
気されることによって試料表面に再付着することなく、
試料に照射されたイオンを除去する。
基板の特性に顕著な影響を及ぼさない粒子(例えば、A
rイオン、酸素イオンなど)のビームを照射する装置
と、高融点金属堆積の材料となる化合物ガスを試料に吹
き付ける装置とを同一の試料室に装着し、集束イオンビ
ームで加工観察した試料の表面に、化合物ガスを吹き付
け半導体基板の特性に顕著な影響を及ぼさない粒子のビ
ームを照射することによるイオンビームアシストCVD
法によって高融点金属を堆積する。
ーまたは電子などのエネルギービーム照射装置と、高融
点金属堆積の材料となる化合物ガスを試料の表面に吹き
付ける装置とを同一の試料室に装着し、集束イオンビー
ムで加工観察した試料の表面に、化合物ガスを吹き付
け、エネルギービームを照射してエネルギービームアシ
ストCVD法によって高融点金属を堆積する。
て、集束イオンビームとして試料に照射されたイオンの
一部は試料の表面から比較的浅い部分に注入され、Ga
イオンは図6Aのように分布する。その部分を図6Bに
示したように、Arイオンビーム12によってスパッタ
リングする。イオンは表面に近い浅い領域に分布するた
め、その部分を除去したことによる試料への損傷は少な
い。また、Arは不活性元素であるため、Arが注入さ
れることによって試料の特性に顕著な影響を及ぼすこと
はない。また、酸素を用いた場合でも、酸素はSiと反
応して2酸化珪素を形成するが、そのことによる試料へ
の影響は少ない。
び方法において、図6Cに示したようにArイオンビー
ム12によってスパッタリングされたGaイオン37な
どを含む物質が試料表面に再付着物質38として再付着
することがある。これは、試料表面に乗っている状態で
あるので、洗浄し、フッ酸水溶液などを用いた自然酸化
膜のエッチング工程により一緒に除去することができ
る。
おいて、図7Dに示したように塩素ガス導入装置39を
用いて塩素ガス40を微量導入しながら、Arイオンビ
ーム34によってスパッタリングし、除去されたGaイ
オンは塩素ガス40と化学反応して3塩化ガリウム41
を形成する。3塩化ガリウム41は蒸気圧が高いためガ
ス状となり、排気されるため、除去されたGaイオンは
試料表面に再付着しない。
おいて、図7Eに示すように、化合物ガス吹き付け装置
42より有機金属化合物ガス43を注入されたGaイオ
ン37の分布している不純物拡散領域35を覆うように
吹き付け、Arイオンビーム34のアシストで高融点金
属44を堆積することによって、Si基板36に注入さ
れたGaイオン37がオートドーピングされることはな
くなる。高融点金属44中には堆積に用いられたArビ
ームのArが含まれるが、これらは不活性元素であるた
めSi基板36に影響を及ぼさない。従って、その粒子
が他の製造装置においてオートドーピングした場合でも
問題とはならない。
としてレーザービームを用いて構成された装置におい
て、図7Fに示すように、化合物ガス吹き付け装置42
より化合物ガス43を注入されたGaイオン37の分布
している不純物拡散領域35を覆うように吹き付け、レ
ーザービーム46のアシストで高融点金属44を堆積す
ることによって、Si基板36に注入されたGaイオン
37がオートドーピングされることがなくなる。高融点
金属はレーザーアシストによって堆積されたため、不純
物を含まない。
明する。図1は本発明による一実施例である集束イオン
ビーム装置を示した概略図である。試料5はXY方向に
移動可能な試料ステージ4に載置される。試料室1に、
十分集束された液体金属(Ga)のイオンビーム11を
発生し、試料5の所定領域を走査させなから照射する液
体金属イオンビーム照射装置2と、気体元素のイオンビ
ーム12を発生し、試料5の所定領域を走査させなから
照射する気体イオンビーム照射装置3とが装着されてい
る。
ンオフ、走査範囲等は、液体金属イオンビーム制御装置
8および気体イオンビーム制御装置9により、制御され
る。そして、各イオンビーム照射により、試料5から放
出される2次荷電粒子は、試料5近傍に設けられた検出
器6にて検出され、検出器6からの信号に基づいて画像
表示装置7に試料5の画像は表示される。
料5の表面の所定領域を微細にそして深く除去するた
め、液体金属のイオンビーム11を非常に細く集束する
図示しない集束レンズが備えられている。液体金属のイ
オンビーム11は、非常に細く絞ることができ、そして
高エネルギーのイオンビームが得るため、液体金属イオ
ン源が必要である。そして、液体金属のイオンビーム1
1のビーム径は、1ミクロン以下に集束されており、当
然試料5の大きさより十分に小さく集束されている。
体金属のイオンビーム11の試料5表面の照射領域方向
に、試料5の特性に顕著な影響を及ぼさない気体元素の
イオンビーム12を試料5の液体金属のイオンビーム1
1照射領域に照射するように、試料室1に設置されてい
る。なお、気体元素のイオンビーム12は、試料5の表
面を微細に除去するためのものではなく、液体金属のイ
オンビーム11の試料5への照射により、照射された試
料5の所定領域の表面がイオン注入され、そして変質し
たその極表面部分を、さらにスパッタリングにより深く
除去するものである。従って、気体元素のイオンビーム
12を、試料5の所定領域を厳密に限定して、照射する
必要がなく、そのビーム径は液体金属のイオンビーム1
1より多少大きくてもよく、そして試料5より当然小さ
いものである。
した液体金属の集束イオンビーム11は試料ステージ4
上に置かれた試料5に照射される。液体金属イオンビー
ム照射装置1に含まれる図示しない走査電極およびブラ
ンキング電極により、液体金属の集束イオンビーム11
は試料5の所定領域を繰り返し走査される。そして、試
料5の所定領域の表面はイオンスパッタリングにより、
除去される。そして、試料5の所定領域の境界線には、
試料5の表面部の断面が露出することになるし、試料5
の所定領域が配線の場合は、配線が切断され、配線断面
が露出することになる。
種をGaイオンにして試料5に照射した、試料5の所定
領域では、液体金属イオンであるGaイオンの一部は試
料の表面から比較的浅い部分に注入され分布することに
なる。つぎに、その部分に、気体イオンビーム照射装置
3により、試料5の特性に顕著な影響を及ぼさない気体
元素のイオンビーム12を照射する。この気体元素のイ
オンビーム12のイオン種をArイオンとする。Arビ
ーム12によって、Gaイオンを注入された試料5の極
表面は、スパッタリングして除去される。
れたイオンを含む物質が試料表面に再付着した場合、洗
浄、およびフッ酸水溶液によるエッチングを行う。これ
によって、集束イオンビ−ムによって加工観察された試
料を再び製造工程に戻すことができる。
イオンビーム装置を示した概略図である。一つの試料室
1に、十分集束されたGaイオンビームを照射する液体
金属イオンビーム照射装置2と、Arビームを照射する
気体イオンビーム照射装置3と、塩素ガスを試料室に導
入する塩素ガス導入装置13とが装着されている。液体
金属の集束イオンビーム11は試料ステージ4上に置か
れた試料5を照射する。Gaイオンの集束イオンビーム
11が試料に照射されるとGaイオンの一部は試料の表
面から比較的浅い部分に注入された層が形成される。次
に、その部分に気体イオンビーム照射装置3からArイ
オンビーム12を照射する。このArイオンビーム12
の照射により、その注入された層がスパッタリングにて
除去される。この時、Arイオンビーム12の試料5へ
の照射と同時に微量の塩素ガスを塩素ガス導入装置13
により試料室に導入する。Arイオンビーム12によっ
てスパッタリングされたGaイオンは塩素ガスと反応し
て蒸気圧の高い三塩化ガリウムとなり、試料室から排気
される。その結果、試料5からGaイオンは除去され、
集束イオンビームによって加工観察された試料を再び製
造工程に戻すことができる。
イオンビーム装置を示した概略図である。一つの試料室
1に、十分に集束されたGaイオンビームを照射する金
属イオンビーム照射装置2と、Arイオンビームを照射
する気体イオンビーム照射装置3と、タングステンヘキ
サカルボニルが蓄えられているガスリザーバー16とバ
ルブ15を介してガスリザーバ16に接続されているガ
ス吹き出しノズル14とが装着されている。
ヘキサカルボニル蒸気を試料5の液体金属イオンビーム
照射位置に局所的に吹き付ける為に、ノズル先端は、試
料5の表面に接近して設けられている。液体金属集束イ
オンビーム11が試料ステージ4上に置かれた試料5の
所定領域を繰り返し照射するようにイオン光学制御電源
8は、イオン光学系を制御する。試料5に照射されたG
aイオンの一部は試料の表面から比較的浅い部分に注入
され、その部分にGaイオンが分布するようになる。そ
のGaイオンが注入されている領域全体をArビームで
照射すると同時にガス吹き出しノズルよりガスリザーバ
ーに蓄えられているタングステンヘキサカルボニルをA
rビーム照射部分に局所的に吹き付け、タングステンを
堆積させる。これによって、タングステンの下にあるG
aイオンがオートドーピングすることがなくなるため、
集束イオンビームによって加工観察された試料を再び製
造工程に戻すことができる。
イオンビーム装置を示した概略図である。一つの試料室
1に、十分集束されたGaイオンビームを照射する液体
金属イオンビーム照射装置2と、レーザービームを照射
するレーザビーム照射装置17と、タングステンヘキサ
カルボニルを蓄えているガスリザーバー16とバルブ1
5を介してガスリサーバー16と接続されているガス吹
き出しノズル14が装着されている。液体金属集束イオ
ンビーム11は試料ステージ4上に置かれた試料5に照
射され、試料の加工観察が行われる。集束イオンビーム
が試料に照射されるとGaイオンの一部は試料の表面か
ら比較的浅い部分に注入され、そこにGaイオンが分布
することになる。そのGaイオンが注入されている領域
全体をレーザービーム(18)で照射すると同時にガス
吹き出しノズルよりガスリザーバーに蓄えられているタ
ングステンヘキサカルボニルをレーザービーム照射部分
に局所的に吹き付け、タングステンを堆積させる。これ
によって、タングステンの下にあるGaイオンがオート
ドーピングすることがなくなるため、集束イオンビーム
によって加工観察された試料を再び製造工程に戻すこと
ができる。
における液体金属イオンビーム照射装置が照射するイオ
ンビームのイオン種は、Gaイオンの他、Csイオン等
の液体金属イオンにおいても同様の効果を得ることがで
きる。また、図1、図2及び図3の実施例において気体
イオンビーム照射装置が照射するイオン種は、酸素イオ
ンでもよく、更には、イオンではなく酸素ラジカルの照
射でもよい。
ば、照射された集束イオンビームによって汚染され、再
び製造ラインに戻すことのできなかった試料を、再び製
造ラインに戻すことができる。その結果、従来完成品に
しかできなかった断面構造の管理を、製造工程途中の試
料についても適用できるようになった。
す。
示す。
めの断面図である。
めの断面図である。
Claims (5)
- 【請求項1】 十分に集束された液体金属のイオンビー
ムを試料に所定領域を繰り返し走査しながら照射する液
体金属イオンビーム照射装置と、前記試料の特性に顕著
な影響を及ぼさない気体元素のイオンビームを照射する
気体イオンビーム照射装置とが、同一試料室に装備され
ており、かつ液体金属のイオンビームと気体元素のイオ
ンビームの照射位置が略同一位置に照射するように配置
されていることを特徴とする集束イオンビーム装置。 - 【請求項2】 十分に集束された液体金属のイオンビー
ムを試料表面の所定領域に繰り返し走査しながら照射し
て、イオンスパッタにより、前記試料の所定領域を除去
する工程と、前記試料の所定領域より広い領域を、前記
試料の特性に顕著な影響を及ぼさない気体元素のイオン
ビームで照射する工程よりなり、前記気体元素のイオン
ビーム径は、前記液体金属イオンのイオンビーム径より
も大きいことを特徴とする集束イオンビーム加工方法。 - 【請求項3】 前記気体元素のイオンビームを試料に照
射する時に、前記試料の所定領域の材質と反応する反応
ガスをノズルで前記領域に吹きつける請求項2記載の集
束イオンビーム加工方法。 - 【請求項4】 十分に集束された液体金属のイオンビー
ムを試料に所定領域を繰り返し走査しながら照射する液
体金属イオンビーム照射装置と、前記試料の特性に顕著
な影響を及ぼさない気体元素のイオンビームを照射する
気体イオンビーム照射装置と、金属有機化合物蒸気を前
記試料の所定領域に吹き付ける有機金属蒸気吹き付け装
置とが、同一試料室に装備されており、かつ液体金属の
イオンビームと気体元素のイオンビームの照射位置が略
同一位置に照射するように配置されていることを特徴と
する集束イオンビーム装置。 - 【請求項5】 十分集束されたGaなどのイオンビーム
を照射する装置と、レーザーや電子などのエネルギービ
ームを照射する装置と、エネルギービーム照射により高
融点金属をメタライズする化合物ガスを吹き付ける装置
とを同一試料室に装着し、試料に、集束イオンビームで
配線変更や断面加工観察を行うことによって試料に注入
されたイオンの分布する領域を、化合物ガスを吹き付け
ながらエネルギービームを照射して高融点金属を堆積さ
せて覆い、注入されたイオンが再び試料表面に現れるこ
とを防止することによって、集束イオンビームによる加
工観察後の前記試料を、製造工程に戻せるようにしたこ
とを特徴とする集束イオンビーム装置。
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