JPH07296756A - 微細加工方法およびその装置 - Google Patents
微細加工方法およびその装置Info
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- JPH07296756A JPH07296756A JP6084361A JP8436194A JPH07296756A JP H07296756 A JPH07296756 A JP H07296756A JP 6084361 A JP6084361 A JP 6084361A JP 8436194 A JP8436194 A JP 8436194A JP H07296756 A JPH07296756 A JP H07296756A
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Landscapes
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Abstract
(57)【要約】
【構成】質量非分離の集束イオンビームによって粗加工
を行い、質量分離を行った特定イオン種の集束イオンビ
ームによって仕上げ加工を行う集束イオンビームを用い
た微細加工方法。 【効果】ウエハやデバイスなどの試料もしくは試料製造
ラインに電気的汚染を与えることなく、かつ、短時間で
精密に微細加工が行える。
を行い、質量分離を行った特定イオン種の集束イオンビ
ームによって仕上げ加工を行う集束イオンビームを用い
た微細加工方法。 【効果】ウエハやデバイスなどの試料もしくは試料製造
ラインに電気的汚染を与えることなく、かつ、短時間で
精密に微細加工が行える。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、半導体ウエハやデバイ
ス等の試料に集束イオンビームを照射して行う微細加工
方法およびその装置に係り、特に、集束イオンビーム照
射の際、被加工物およびその製造装置に電気的汚染をも
たらさず、かつ、精度のよい加工を短時間に実現させる
微細加工方法およびそれを実現する微細加工装置に関す
る。
ス等の試料に集束イオンビームを照射して行う微細加工
方法およびその装置に係り、特に、集束イオンビーム照
射の際、被加工物およびその製造装置に電気的汚染をも
たらさず、かつ、精度のよい加工を短時間に実現させる
微細加工方法およびそれを実現する微細加工装置に関す
る。
【0002】
【従来の技術】電気流体力学的イオン源(Electro−Hydr
odynamics Ion Source、以下、EHDイオン源と略記)
は点状領域からイオン放出するため高輝度であり、これ
を用いて直径100nm以下の細束で1A/cm2 以上の
高電流密度の集束イオンビーム(Focused Ion Beam:以
下FIB)を形成することができる。このFIBの集束
性の良さを利用して、半導体プロセスにおけるリソグラ
フィやイオン注入,エッチング,デポジションなどをレ
ジストなしで局所的に行える。また、FIB照射による
局所スパッタリングを利用して、試料の特定場所の断面
を切り出してその断面を観察する断面加工や、透過型電
子顕微鏡観察用の薄片試料作成加工,多層配線構造のデ
バイスにおける下層配線と上層配線の結線加工なども行
える。ここでは、これらのFIBによる加工を微細加工
と呼ぶ。
odynamics Ion Source、以下、EHDイオン源と略記)
は点状領域からイオン放出するため高輝度であり、これ
を用いて直径100nm以下の細束で1A/cm2 以上の
高電流密度の集束イオンビーム(Focused Ion Beam:以
下FIB)を形成することができる。このFIBの集束
性の良さを利用して、半導体プロセスにおけるリソグラ
フィやイオン注入,エッチング,デポジションなどをレ
ジストなしで局所的に行える。また、FIB照射による
局所スパッタリングを利用して、試料の特定場所の断面
を切り出してその断面を観察する断面加工や、透過型電
子顕微鏡観察用の薄片試料作成加工,多層配線構造のデ
バイスにおける下層配線と上層配線の結線加工なども行
える。ここでは、これらのFIBによる加工を微細加工
と呼ぶ。
【0003】FIBによる微細加工の仕上がりの正確さ
は、ビームの位置精度と集束性,被加工物への再付着物
の除去方法,装置自身の振動によるビームの位置ずれの
無さなどによる。例えば、加工される部分の形状と加工
後の形状に応じてイオンビームの走査の方法,繰返し回
数,走査速度,イオンビーム電流,加速電圧などのパラ
メータを変化させるFIB走査方法として、例えば、特
開昭60−136315号公報『マイクロイオンビーム加工方法
およびその装置』(従来例1)に開示されている。
は、ビームの位置精度と集束性,被加工物への再付着物
の除去方法,装置自身の振動によるビームの位置ずれの
無さなどによる。例えば、加工される部分の形状と加工
後の形状に応じてイオンビームの走査の方法,繰返し回
数,走査速度,イオンビーム電流,加速電圧などのパラ
メータを変化させるFIB走査方法として、例えば、特
開昭60−136315号公報『マイクロイオンビーム加工方法
およびその装置』(従来例1)に開示されている。
【0004】EHDイオン源は、イオン材料が金属元素
の場合、特に液体金属イオン源(Liquid Metal Ion Sou
rce、略してLMIS)とも呼ばれる。LMISの概略構
成について記載された公知例として、論文集「ジャーナ
ル・オブ・ヴァキューム・サイエンス・アンド・テクノ
ロジ」第A2巻、(1984年)第1365頁から第1
369頁(Journal of Vacuum Science and Technolog
y, A2 (1984) 1365−1369),(従来例2)の論文があ
る。EHDイオン源からは多くの金属や半導体元素がイ
オン化できるが、実用面からは殆どの場合、ガリウム
(Ga)イオンが用いられる。Gaの融点および蒸気圧
が低いのでイオン材料として取扱い易いためと、放出イ
オン電流が安定で、実用に耐えるだけの長寿命を有して
いるためである。
の場合、特に液体金属イオン源(Liquid Metal Ion Sou
rce、略してLMIS)とも呼ばれる。LMISの概略構
成について記載された公知例として、論文集「ジャーナ
ル・オブ・ヴァキューム・サイエンス・アンド・テクノ
ロジ」第A2巻、(1984年)第1365頁から第1
369頁(Journal of Vacuum Science and Technolog
y, A2 (1984) 1365−1369),(従来例2)の論文があ
る。EHDイオン源からは多くの金属や半導体元素がイ
オン化できるが、実用面からは殆どの場合、ガリウム
(Ga)イオンが用いられる。Gaの融点および蒸気圧
が低いのでイオン材料として取扱い易いためと、放出イ
オン電流が安定で、実用に耐えるだけの長寿命を有して
いるためである。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】FIBによる微細加工
は極力短時間で済ませたい。一方、加工面は、特に、断
面観察のための凹部形成加工では、平滑な仕上げ面であ
ることも要求される。従来用いられているガリウム集束
イオンビーム(以下Ga・FIBと略記)は、集束性が
良くビーム電流密度が高いため、高速の微細加工には適
していた。しかし、加工を半導体デバイスの生産ライン
(インライン)で行う場合、FIB照射によって試料に
電気的汚染を与えてはならないという制約がある。とこ
ろが、GaがSiに対して電気的に活性であるため、被
加工物がSiウエハやデバイスの場合、たとえ僅かであ
っても試料に照射すると、デバイスやウエハに電気的影
響を与え、デバイスの動作特性に悪影響をもたらすとい
う問題を抱えている。これは電気的汚染であり、デバイ
ス自身だけでなく製造ラインまでも汚染する。製造ライ
ンがGaで汚染されると、そのラインで製造するデバイ
ス全てに影響を与えるという重大な問題を引き起こすた
め、Ga・FIBによる微細加工はSi素子の量産製造
ラインでは使用できなかった。
は極力短時間で済ませたい。一方、加工面は、特に、断
面観察のための凹部形成加工では、平滑な仕上げ面であ
ることも要求される。従来用いられているガリウム集束
イオンビーム(以下Ga・FIBと略記)は、集束性が
良くビーム電流密度が高いため、高速の微細加工には適
していた。しかし、加工を半導体デバイスの生産ライン
(インライン)で行う場合、FIB照射によって試料に
電気的汚染を与えてはならないという制約がある。とこ
ろが、GaがSiに対して電気的に活性であるため、被
加工物がSiウエハやデバイスの場合、たとえ僅かであ
っても試料に照射すると、デバイスやウエハに電気的影
響を与え、デバイスの動作特性に悪影響をもたらすとい
う問題を抱えている。これは電気的汚染であり、デバイ
ス自身だけでなく製造ラインまでも汚染する。製造ライ
ンがGaで汚染されると、そのラインで製造するデバイ
ス全てに影響を与えるという重大な問題を引き起こすた
め、Ga・FIBによる微細加工はSi素子の量産製造
ラインでは使用できなかった。
【0006】この問題を解決する最適なイオン種はゲル
マニウム(Ge)である。Geは、元素の周期律表上S
iと同族元素で、Si基板内でエネルギ順位を形成しな
いので、電気的汚染源とはならない。また、質量がSi
より重いためスパッタしやすく、断面形成等の加工時間
が短縮できる。しかも、使用するイオン材料は、金−ゲ
ルマニウムなどの合金ではなく、Ge単体を用いること
で、金などの重金属元素を発生することなく、Geイオ
ンのみを放出するため、重金属汚染の心配もない。従っ
て、Ge単体をイオン材料とするGe・EHDイオン源
を用いて、Ge・FIBを形成し、これで微細加工する
ことが非汚染微細加工を実現する道である。同じこと
で、ダイヤモンドを主成分とするデバイスに対してFI
B微細加工を施す場合は、SiやGe単体が好適なイオ
ン材料となる。
マニウム(Ge)である。Geは、元素の周期律表上S
iと同族元素で、Si基板内でエネルギ順位を形成しな
いので、電気的汚染源とはならない。また、質量がSi
より重いためスパッタしやすく、断面形成等の加工時間
が短縮できる。しかも、使用するイオン材料は、金−ゲ
ルマニウムなどの合金ではなく、Ge単体を用いること
で、金などの重金属元素を発生することなく、Geイオ
ンのみを放出するため、重金属汚染の心配もない。従っ
て、Ge単体をイオン材料とするGe・EHDイオン源
を用いて、Ge・FIBを形成し、これで微細加工する
ことが非汚染微細加工を実現する道である。同じこと
で、ダイヤモンドを主成分とするデバイスに対してFI
B微細加工を施す場合は、SiやGe単体が好適なイオ
ン材料となる。
【0007】ところが、Ge・FIB特性を調べた結
果、以下のことが明らかになった。Geの質量非分離F
IBの電流密度はGa・FIBの80%程度を有する
が、放出イオン中にはクラスタイオン(多原子イオン)が
多く含まれているため、従来のGa・FIBに比べて集
束性があまり良くない。Ge・EHDイオン源をFIB
装置に搭載して質量非分離Ge・FIB形成で非汚染微
細加工をしようとすると、上記のように放出イオンには
同位体イオンや多原子イオンを多く含むため、集束性が
悪く、いわゆる、ビームぼけの状態になり、微細な加工
がしにくくなる問題が生じることが明らかになった。従
来のFIB加工は、質量非分離のGaやInイオンビー
ムによってなされていた。GaやInイオン源から放出
するイオン種の殆どが1原子1価イオンで、質量分離を
施さなくても集束性に影響を与えなかったため、従来の
微細加工専用のFIB装置には敢えて質量分離器を搭載
する必要がなかった。
果、以下のことが明らかになった。Geの質量非分離F
IBの電流密度はGa・FIBの80%程度を有する
が、放出イオン中にはクラスタイオン(多原子イオン)が
多く含まれているため、従来のGa・FIBに比べて集
束性があまり良くない。Ge・EHDイオン源をFIB
装置に搭載して質量非分離Ge・FIB形成で非汚染微
細加工をしようとすると、上記のように放出イオンには
同位体イオンや多原子イオンを多く含むため、集束性が
悪く、いわゆる、ビームぼけの状態になり、微細な加工
がしにくくなる問題が生じることが明らかになった。従
来のFIB加工は、質量非分離のGaやInイオンビー
ムによってなされていた。GaやInイオン源から放出
するイオン種の殆どが1原子1価イオンで、質量分離を
施さなくても集束性に影響を与えなかったため、従来の
微細加工専用のFIB装置には敢えて質量分離器を搭載
する必要がなかった。
【0008】また、質量分離してGeの同位体中最大強
度を有する質量数74の2価イオン(以下、74Ge2+と
記載)をFIB化させると、集束性は格段に良くなる
が、その電流密度はGa・FIBの1/10程度に低下
する。つまり、微細加工には最適だが、加工時間がかか
るという問題を有している。
度を有する質量数74の2価イオン(以下、74Ge2+と
記載)をFIB化させると、集束性は格段に良くなる
が、その電流密度はGa・FIBの1/10程度に低下
する。つまり、微細加工には最適だが、加工時間がかか
るという問題を有している。
【0009】本発明の目的は、ウエハやデバイスなどの
試料に対してFIBを照射して、デバイス自身もしくは
その製造ラインにコンタミネイションを与えることなく
微細加工が行え、かつ、短時間で精密に微細加工の行え
る方法およびそれを実現するための装置を提供すること
である。
試料に対してFIBを照射して、デバイス自身もしくは
その製造ラインにコンタミネイションを与えることなく
微細加工が行え、かつ、短時間で精密に微細加工の行え
る方法およびそれを実現するための装置を提供すること
である。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的は、高速微細加
工を行う方法として、質量非分離でFIB化してビーム
集束性を多少犠牲にして短時間に行う粗加工工程と、逆
に、ビーム電流密度を犠牲にして質量分離を行った集束
性の高い特定イオン種FIBによって行う仕上げ加工工
程からなる微細加工方法によって達成される。
工を行う方法として、質量非分離でFIB化してビーム
集束性を多少犠牲にして短時間に行う粗加工工程と、逆
に、ビーム電流密度を犠牲にして質量分離を行った集束
性の高い特定イオン種FIBによって行う仕上げ加工工
程からなる微細加工方法によって達成される。
【0011】この方法において、質量非分離のFIBイ
オン種が加工すべき試料の主成分元素とは異種元素で、
かつ、周期律表において上記主成分元素と同族の単体元
素であることにより、試料に電気的汚染を与えずに行え
る。特に、試料がSiのウエハやデバイスの場合、上記
質量非分離のFIBイオン種がGeイオンであると、F
IBによる微細加工を行っても電気的汚染を与えない。
また、ダイヤモンド基板のデバイスの加工にはダイヤモ
ンド(炭素)と同族のSiまたはGe・FIBを用いれ
ば良い。
オン種が加工すべき試料の主成分元素とは異種元素で、
かつ、周期律表において上記主成分元素と同族の単体元
素であることにより、試料に電気的汚染を与えずに行え
る。特に、試料がSiのウエハやデバイスの場合、上記
質量非分離のFIBイオン種がGeイオンであると、F
IBによる微細加工を行っても電気的汚染を与えない。
また、ダイヤモンド基板のデバイスの加工にはダイヤモ
ンド(炭素)と同族のSiまたはGe・FIBを用いれ
ば良い。
【0012】また、仕上げ加工で用いるビームは、集束
性がよい2価イオンビームを用いるか、さらに、質量数
74または72のゲルマニウム2価イオンビームを用い
ることで加工面は平滑になる。
性がよい2価イオンビームを用いるか、さらに、質量数
74または72のゲルマニウム2価イオンビームを用い
ることで加工面は平滑になる。
【0013】また、上記微細加工が、具体的には、断面
を露出させるための凹部形成加工である時に効果を発揮
する。
を露出させるための凹部形成加工である時に効果を発揮
する。
【0014】さらに、これらの微細加工方法を実現する
には、所望のイオンを放出するイオン源と、放出イオン
を集束化するイオンビーム集束系と、上記放出イオンを
質量分離する質量分離器と、上記集束イオンビームを走
査する偏向器と、加工すべき試料を保持する試料台から
なる集束イオンビーム装置において、特に、上記イオン
源が、加工すべき試料の主成分元素とは異種元素で、か
つ、元素の周期律表において上記主成分元素と同族の単
体元素をイオン材料とするEHDイオン源である微細加
工装置によって実現される。また、上記微細加工装置に
おいて、加工すべき試料の主成分がシリコンであり、イ
オン源が、ゲルマニウム単体をイオン材料とするEHD
イオン源である微細加工装置によってSiデバイスを電
気的汚染させずに微細加工できる。さらに、74以上の
質量分解能を有する質量分離器を搭載したFIB装置に
よって、74Ge2+または72Ge2+のFIBを得ることが
でき、FIBの集束性が良くなり、微細性を要求される
仕上げ加工を実現するFIB装置を提供できる。また、集
束イオンビーム装置において、加工すべき試料の主成分
が炭素である場合、上記イオン源が、Ge単体またはS
i単体をイオン材料とするEHDイオン源によって構成
することで、ダイヤモンド基板デバイスを電気的汚染な
しに高速にかつ精密に微細な加工を実現できる微細加工
装置が提供できる。
には、所望のイオンを放出するイオン源と、放出イオン
を集束化するイオンビーム集束系と、上記放出イオンを
質量分離する質量分離器と、上記集束イオンビームを走
査する偏向器と、加工すべき試料を保持する試料台から
なる集束イオンビーム装置において、特に、上記イオン
源が、加工すべき試料の主成分元素とは異種元素で、か
つ、元素の周期律表において上記主成分元素と同族の単
体元素をイオン材料とするEHDイオン源である微細加
工装置によって実現される。また、上記微細加工装置に
おいて、加工すべき試料の主成分がシリコンであり、イ
オン源が、ゲルマニウム単体をイオン材料とするEHD
イオン源である微細加工装置によってSiデバイスを電
気的汚染させずに微細加工できる。さらに、74以上の
質量分解能を有する質量分離器を搭載したFIB装置に
よって、74Ge2+または72Ge2+のFIBを得ることが
でき、FIBの集束性が良くなり、微細性を要求される
仕上げ加工を実現するFIB装置を提供できる。また、集
束イオンビーム装置において、加工すべき試料の主成分
が炭素である場合、上記イオン源が、Ge単体またはS
i単体をイオン材料とするEHDイオン源によって構成
することで、ダイヤモンド基板デバイスを電気的汚染な
しに高速にかつ精密に微細な加工を実現できる微細加工
装置が提供できる。
【0015】
【作用】イオン源に、試料の主成分元素とは異種元素で
周期律表上同族元素をイオン材料としたEHDイオン源
を用いることにより、照射したイオンビームで試料やそ
の製造ラインに対して電気的コンタミネイションを与え
ることはない。試料の主成分元素とは異種で周期律表上
同族の単体元素の例として、試料がSiウエハやSiデ
バイスの場合にはGe単体が、ダイヤモンド基板デバイ
スに対してはSiやGeが相当する。GeやSi単体を
イオン材料としたEHDイオン源を用いて、これから得
られる高電流密度のFIBを試料に照射することで、試
料やその製造ラインに電気的汚染を与えることなく微細
加工が行える。
周期律表上同族元素をイオン材料としたEHDイオン源
を用いることにより、照射したイオンビームで試料やそ
の製造ラインに対して電気的コンタミネイションを与え
ることはない。試料の主成分元素とは異種で周期律表上
同族の単体元素の例として、試料がSiウエハやSiデ
バイスの場合にはGe単体が、ダイヤモンド基板デバイ
スに対してはSiやGeが相当する。GeやSi単体を
イオン材料としたEHDイオン源を用いて、これから得
られる高電流密度のFIBを試料に照射することで、試
料やその製造ラインに電気的汚染を与えることなく微細
加工が行える。
【0016】また、たとえば、Ge・FIBで効率よ
く、かつ、精密に微細加工を行うには、まず、粗加工と
して、質量非分離のGe・FIBで行う。この時、質量
非分離のGe・FIBには多種類のイオン種(多価イオ
ンや多原子イオン,同位体イオン)が混在するためビー
ム集束性はあまり良くないが、ビーム電流密度は高密度
であるため、高速加工が可能である。所望の形状になる
直前まで粗加工し、仕上げ加工に移る。仕上げ加工には
質量分離した集束性のよいFIBを用いることで精密な
加工ができる。Geビームの場合、74Ge2+を用いるこ
とで、質量分離したイオン種の中で最も高電流密度のビ
ームが得られ、集束性が良い。
く、かつ、精密に微細加工を行うには、まず、粗加工と
して、質量非分離のGe・FIBで行う。この時、質量
非分離のGe・FIBには多種類のイオン種(多価イオ
ンや多原子イオン,同位体イオン)が混在するためビー
ム集束性はあまり良くないが、ビーム電流密度は高密度
であるため、高速加工が可能である。所望の形状になる
直前まで粗加工し、仕上げ加工に移る。仕上げ加工には
質量分離した集束性のよいFIBを用いることで精密な
加工ができる。Geビームの場合、74Ge2+を用いるこ
とで、質量分離したイオン種の中で最も高電流密度のビ
ームが得られ、集束性が良い。
【0017】このようなイオン種のFIBによる試料へ
の照射により、試料やその製造ラインにコンタミネイシ
ョンを与えることなく、微細加工,試料表面の観察、ま
た、試料からの信号を利用した分析や計測することで試
料自身またはその製造来歴を検査するための微細加工が
可能となる。
の照射により、試料やその製造ラインにコンタミネイシ
ョンを与えることなく、微細加工,試料表面の観察、ま
た、試料からの信号を利用した分析や計測することで試
料自身またはその製造来歴を検査するための微細加工が
可能となる。
【0018】ここで、質量非分離のGe・FIBと質量
分離後の75Ge2+・FIBのビーム径と電流密度の大小
関係を定性的に示す測定結果を示す。図2は質量非分離
のGeイオンと質量分離後の75Ge2+イオンのエネルギ
分布である。横軸は基準エネルギに対する相対エネルギ
を電子ボルト単位で示し、縦軸は相対イオン強度で、任
意単位で示した。2本の分布のうち、31で示したの
は、質量非分離のGeイオンのエネルギ分布であり、3
2の曲線は質量分離後の75Ge2+のエネルギ分布を示し
ている。この時の全放出イオン電流値は1μAである。
また、各分布のピーク位置は作図時に一致させてある。
分布31の半値幅は約15eVであり、分布32は約8
eVである。また、イオン強度を比較すると、約2/3
である。到達電流(分布の積分値)で比較すると、分布
32は分布31の約1/10である。この結果からも、
質量非分離の電流強度は質量分離後のものに比較して大
きいが、エネルギ拡がりも大きいため、微細性を要求し
ない高速加工に適し、イオン強度は弱いがエネルギ拡が
りの小さい質量分離後のビームが好ましいことがわか
る。
分離後の75Ge2+・FIBのビーム径と電流密度の大小
関係を定性的に示す測定結果を示す。図2は質量非分離
のGeイオンと質量分離後の75Ge2+イオンのエネルギ
分布である。横軸は基準エネルギに対する相対エネルギ
を電子ボルト単位で示し、縦軸は相対イオン強度で、任
意単位で示した。2本の分布のうち、31で示したの
は、質量非分離のGeイオンのエネルギ分布であり、3
2の曲線は質量分離後の75Ge2+のエネルギ分布を示し
ている。この時の全放出イオン電流値は1μAである。
また、各分布のピーク位置は作図時に一致させてある。
分布31の半値幅は約15eVであり、分布32は約8
eVである。また、イオン強度を比較すると、約2/3
である。到達電流(分布の積分値)で比較すると、分布
32は分布31の約1/10である。この結果からも、
質量非分離の電流強度は質量分離後のものに比較して大
きいが、エネルギ拡がりも大きいため、微細性を要求し
ない高速加工に適し、イオン強度は弱いがエネルギ拡が
りの小さい質量分離後のビームが好ましいことがわか
る。
【0019】
【実施例】以下、本発明による実施例を図1を用いて説
明する。図1はFIB装置であり、11はイオン源、1
5,15′は集束レンズ、16は質量分離器(ウィーン
フィルタ)であり、20は試料である。本実施例ではイ
オン源11は、イオン材料がゲルマニウム単体であるE
HDイオン源であり、試料20はシリコンメモリデバイ
スである。
明する。図1はFIB装置であり、11はイオン源、1
5,15′は集束レンズ、16は質量分離器(ウィーン
フィルタ)であり、20は試料である。本実施例ではイ
オン源11は、イオン材料がゲルマニウム単体であるE
HDイオン源であり、試料20はシリコンメモリデバイ
スである。
【0020】質量分離器16は、電磁石と平行電極を組
み合わせたウィーンフィルタであり質量分解能は80
で、質量数73と74のGeの同位体を分離することが
できる。また、電極,磁極を動作させないことで、放出
イオンは質量分離されない。イオン源11ではイオン材
料であるGe単体が溶融状態にされ、引出し電極に高電
圧を印加することで、エミッタ12先端からGeイオン
として放出される。放出イオンは、ビーム制限アパチャ
14で拡がりが制限され、中心近傍のイオンのみが下流
へ導かれる。集束レンズ15によってイオンビームは絞
られ質量分離器16に入る。質量分離器16によってG
eイオンビームは質量分離され、最大強度を持つ質量数
74のGe2価イオンのみが選択され、絞り17を通過
する。ここでは、質量分解能を最大能力にして、質量数
74のGe2価イオンのみを選択したが、分解能を弱
め、2価イオンについて同位体まで分離せずに絞り17
を通過させることで、質量数74のGe2価イオンのみ
のビームよりイオン電流量は多くなる。絞り17は大小
数種類の開口を有し、集束性に合わせて選択する。絞り
17を通過したイオンビームは集束レンズ15′によっ
て再度集束され、FIB21となり試料ステージ19上
の試料20に照射される。この時、FIB21は偏向器によ
って試料20上で走査,掃引することができる。FIB
21照射によって、試料20から二次電子22が放出さ
れ、二次電子検出器23によって検出される。検出信号
をCRT(図示せず)に入力し、CRTの掃引と偏向器
18の掃引の同期をとると、FIB照射領域の二次電子
像を見ることができ、試料の微小部を観察することがで
きる。これら部品は全て真空容器25内に納められてお
り、本装置では、バルブ24,24′によって、他の装
置と連結され、試料の相互のやり取りを行うことが可能
である。
み合わせたウィーンフィルタであり質量分解能は80
で、質量数73と74のGeの同位体を分離することが
できる。また、電極,磁極を動作させないことで、放出
イオンは質量分離されない。イオン源11ではイオン材
料であるGe単体が溶融状態にされ、引出し電極に高電
圧を印加することで、エミッタ12先端からGeイオン
として放出される。放出イオンは、ビーム制限アパチャ
14で拡がりが制限され、中心近傍のイオンのみが下流
へ導かれる。集束レンズ15によってイオンビームは絞
られ質量分離器16に入る。質量分離器16によってG
eイオンビームは質量分離され、最大強度を持つ質量数
74のGe2価イオンのみが選択され、絞り17を通過
する。ここでは、質量分解能を最大能力にして、質量数
74のGe2価イオンのみを選択したが、分解能を弱
め、2価イオンについて同位体まで分離せずに絞り17
を通過させることで、質量数74のGe2価イオンのみ
のビームよりイオン電流量は多くなる。絞り17は大小
数種類の開口を有し、集束性に合わせて選択する。絞り
17を通過したイオンビームは集束レンズ15′によっ
て再度集束され、FIB21となり試料ステージ19上
の試料20に照射される。この時、FIB21は偏向器によ
って試料20上で走査,掃引することができる。FIB
21照射によって、試料20から二次電子22が放出さ
れ、二次電子検出器23によって検出される。検出信号
をCRT(図示せず)に入力し、CRTの掃引と偏向器
18の掃引の同期をとると、FIB照射領域の二次電子
像を見ることができ、試料の微小部を観察することがで
きる。これら部品は全て真空容器25内に納められてお
り、本装置では、バルブ24,24′によって、他の装
置と連結され、試料の相互のやり取りを行うことが可能
である。
【0021】次に、本装置でデバイスの特定部分の断面
を観察するための矩形凹部形成方法について説明する。
まず、質量分離器16を動作させない状態でイオンビー
ムを集束させ、このFIB21を試料40面上で矩形に
走査させる。図3(a)はデバイス表面の一部を示し、
斜線部はFIBの走査領域41である。この時の質量非
分離GeFIB42のビーム径は100nm、電流密度
は約4A/cm2 、エネルギは25keVである。およそ
2分のビーム走査により、図3(b)のような縦横4×
6μm、深さ4μmの矩形凹部43が形成できた。この
ままでは、矩形凹部43の側面44は凹凸が大きく、断
面を詳細に観察することができない。
を観察するための矩形凹部形成方法について説明する。
まず、質量分離器16を動作させない状態でイオンビー
ムを集束させ、このFIB21を試料40面上で矩形に
走査させる。図3(a)はデバイス表面の一部を示し、
斜線部はFIBの走査領域41である。この時の質量非
分離GeFIB42のビーム径は100nm、電流密度
は約4A/cm2 、エネルギは25keVである。およそ
2分のビーム走査により、図3(b)のような縦横4×
6μm、深さ4μmの矩形凹部43が形成できた。この
ままでは、矩形凹部43の側面44は凹凸が大きく、断
面を詳細に観察することができない。
【0022】次に、質量分離器16を動作させ、質量数
74のゲルマニウム2価イオン(74Ge2+)を分離し、
集束させる。(図3(c)参照)この時の74Ge2+・F
IB45はビーム径20nmで、電流密度0.5A/cm2
である。この74Ge2+・FIB45を観察すべき断面
に沿って数回走査することで、凹部側面(断面)46は
平滑になり、断面の材質の違いによるコントラストが強
調され、断面構造の詳細な観察ができるようになった。
74のゲルマニウム2価イオン(74Ge2+)を分離し、
集束させる。(図3(c)参照)この時の74Ge2+・F
IB45はビーム径20nmで、電流密度0.5A/cm2
である。この74Ge2+・FIB45を観察すべき断面
に沿って数回走査することで、凹部側面(断面)46は
平滑になり、断面の材質の違いによるコントラストが強
調され、断面構造の詳細な観察ができるようになった。
【0023】本方法の最大の特徴は、用いるビーム種が
1種類であり、しかも、試料とは周期律表上同族の元素
のGeであるため、Siウエハを電気的汚染を発生する
ことなく、しかも、高電流密度の非質量分離のFIB4
2による粗加工モード(図3b)と、質量分離した細束
FIB45による仕上げ加工モード(図3a)を使い分
けるため、側面の平滑な凹部を高速に形成することがで
きる点にある。
1種類であり、しかも、試料とは周期律表上同族の元素
のGeであるため、Siウエハを電気的汚染を発生する
ことなく、しかも、高電流密度の非質量分離のFIB4
2による粗加工モード(図3b)と、質量分離した細束
FIB45による仕上げ加工モード(図3a)を使い分
けるため、側面の平滑な凹部を高速に形成することがで
きる点にある。
【0024】ここで、粗加工モードと仕上げ加工モード
の切り替えには、以下の手段を用いる。仕上げ加工モー
ドで用いるイオン種は予め定めておき、加速電圧と質量
分離器の電極と磁極への投入電圧,電流値、更に、使用
する絞りの開口を予めFIB制御装置(図示せず)にメ
モリしておく。粗加工終了後、仕上げ加工に入る際、F
IB制御装置で仕上げ加工モードを指示するだけで、質
量分離器の電極と磁極への投入電圧,電流値,使用する
絞りの開口を自動的に設定でき、細束FIBによる仕上
げ加工に移ることができる。
の切り替えには、以下の手段を用いる。仕上げ加工モー
ドで用いるイオン種は予め定めておき、加速電圧と質量
分離器の電極と磁極への投入電圧,電流値、更に、使用
する絞りの開口を予めFIB制御装置(図示せず)にメ
モリしておく。粗加工終了後、仕上げ加工に入る際、F
IB制御装置で仕上げ加工モードを指示するだけで、質
量分離器の電極と磁極への投入電圧,電流値,使用する
絞りの開口を自動的に設定でき、細束FIBによる仕上
げ加工に移ることができる。
【0025】本方法はGe・FIBのSiデバイスへの
適用ばかりでなく、ダイヤモンド基板デバイスをSi・
FIBもしくはGe・FIBによって微細加工する時も
適用することができる。
適用ばかりでなく、ダイヤモンド基板デバイスをSi・
FIBもしくはGe・FIBによって微細加工する時も
適用することができる。
【0026】
【発明の効果】本発明により、試料に電気的汚染を与え
ることなく、高速で、かつ、精密な加工面を形成する微
細加工方法を提供することができる。
ることなく、高速で、かつ、精密な加工面を形成する微
細加工方法を提供することができる。
【図1】本発明の一実施例の集束イオンビーム装置の説
明図。
明図。
【図2】質量非分離のイオンと質量分離後のイオンのエ
ネルギ分布図。
ネルギ分布図。
【図3】本発明の微細加工方法を用いた矩形穴形成加工
を示す説明図。
を示す説明図。
11…イオン源、12…エミッタ、13…引出し電極、
14…ビーム制限アパチャ、15,15′…集束レン
ズ、16…質量分離器、17…絞り、18…偏向器、1
9…試料ステージ、20…試料、21…FIB、22…
二次電子、23…二次電子検出器、24,24′…バル
ブ、25…真空容器。
14…ビーム制限アパチャ、15,15′…集束レン
ズ、16…質量分離器、17…絞り、18…偏向器、1
9…試料ステージ、20…試料、21…FIB、22…
二次電子、23…二次電子検出器、24,24′…バル
ブ、25…真空容器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H01J 37/317 D 9172−5E
Claims (11)
- 【請求項1】単体元素イオン種の集束イオンビームを用
いた微細加工方法において、質量非分離の集束イオンビ
ームの走査によって試料の粗加工を行う工程と、質量分
離を行った特定イオン種の集束イオンビームの走査によ
って仕上げ加工を行う工程とからなることを特徴とする
微細加工方法。 - 【請求項2】請求項1において、上記質量非分離の集束
イオンビーム種が加工すべき試料の主成分元素とは異種
で、元素の周期律表において上記主成分元素と同族の単
体元素イオンである微細加工方法。 - 【請求項3】請求項1または2において、上記加工すべ
き試料の主成分がシリコンであり、上記質量非分離の集
束イオンビーム種がゲルマニウムイオンである微細加工
方法。 - 【請求項4】請求項1または2において、上記試料の主
成分元素がシリコンであり、上記質量非分離の集束イオ
ンビーム種がゲルマニウムイオンで、質量分離を行った
特定イオン種が、特に、ゲルマニウム2価イオンである
微細加工方法。 - 【請求項5】請求項4において、上記質量分離を行った
特定イオン種が、質量数72または74のゲルマニウム
2価イオンである微細加工方法。 - 【請求項6】請求項1または2において、上記加工すべ
き試料の主成分が炭素であり、上記質量非分離の集束イ
オンビーム種がゲルマニウムイオンまたはシリコンイオ
ンであり、上記質量分離を行った特定イオン種が、特
に、ゲルマニウム2価イオンまたはシリコン2価イオン
である微細加工方法。 - 【請求項7】請求項1,2,3,4,5または6におい
て、上記粗加工および仕上げ加工が、試料の断面を露出
させるための凹部形成加工である微細加工方法。 - 【請求項8】所望のイオンを放出するイオン源と、放出
イオンを集束化するイオンビーム集束系と、上記放出イ
オンを質量分離する質量分離器と、上記集束イオンビー
ムを走査する偏向器と、加工すべき試料を保持する試料
台とからなる集束イオンビーム装置において、上記イオ
ン源が、加工すべき試料の主成分元素とは異種元素で、
周期律表において上記主成分元素と同族の単体元素をイ
オン材料とするEHDイオン源であることを特徴とする
微細加工装置。 - 【請求項9】請求項8において、上記加工すべき試料の
主成分がシリコンであり、上記イオン源が、ゲルマニウ
ム単体をイオン材料とするEHDイオン源である微細加
工装置。 - 【請求項10】請求項8において、上記質量分離器が7
4以上の質量分解能を有する微細加工装置。 - 【請求項11】請求項8において、上記加工すべき試料
の主成分が炭素であり、上記イオン源が、ゲルマニウム
単体またはシリコン単体をイオン材料とするEHDイオ
ン源である微細加工装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6084361A JPH07296756A (ja) | 1994-04-22 | 1994-04-22 | 微細加工方法およびその装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP6084361A JPH07296756A (ja) | 1994-04-22 | 1994-04-22 | 微細加工方法およびその装置 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH07296756A true JPH07296756A (ja) | 1995-11-10 |
Family
ID=13828392
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP6084361A Pending JPH07296756A (ja) | 1994-04-22 | 1994-04-22 | 微細加工方法およびその装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH07296756A (ja) |
Cited By (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2003092033A1 (fr) * | 2002-04-23 | 2003-11-06 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | Generateur de faisceaux utilisant une molecule metallique polynucleaire |
JP2006352162A (ja) * | 2006-09-01 | 2006-12-28 | Toshiba Corp | 半導体装置の製造方法 |
JP2007003418A (ja) * | 2005-06-24 | 2007-01-11 | Institute Of Physical & Chemical Research | 荷電粒子ビームの偏向・収束方法および荷電粒子ビームの偏向・収束器具 |
US7411192B2 (en) | 2004-07-29 | 2008-08-12 | Hitachi High-Technologies Corporation | Focused ion beam apparatus and focused ion beam irradiation method |
WO2009020150A1 (ja) * | 2007-08-08 | 2009-02-12 | Sii Nanotechnology Inc. | 複合集束イオンビーム装置及びそれを用いた加工観察方法、加工方法 |
US7550740B2 (en) | 2006-07-27 | 2009-06-23 | Hitachi High-Technologies Corporation | Focused ION beam apparatus |
WO2011118744A1 (ja) * | 2010-03-26 | 2011-09-29 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | 複合荷電粒子線装置 |
-
1994
- 1994-04-22 JP JP6084361A patent/JPH07296756A/ja active Pending
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2003092033A1 (fr) * | 2002-04-23 | 2003-11-06 | National Institute Of Advanced Industrial Science And Technology | Generateur de faisceaux utilisant une molecule metallique polynucleaire |
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JP2007003418A (ja) * | 2005-06-24 | 2007-01-11 | Institute Of Physical & Chemical Research | 荷電粒子ビームの偏向・収束方法および荷電粒子ビームの偏向・収束器具 |
JP4713242B2 (ja) * | 2005-06-24 | 2011-06-29 | 独立行政法人理化学研究所 | 荷電粒子ビームの偏向・収束方法および荷電粒子ビームの偏向・収束器具 |
US7550740B2 (en) | 2006-07-27 | 2009-06-23 | Hitachi High-Technologies Corporation | Focused ION beam apparatus |
JP2006352162A (ja) * | 2006-09-01 | 2006-12-28 | Toshiba Corp | 半導体装置の製造方法 |
WO2009020150A1 (ja) * | 2007-08-08 | 2009-02-12 | Sii Nanotechnology Inc. | 複合集束イオンビーム装置及びそれを用いた加工観察方法、加工方法 |
JPWO2009020150A1 (ja) * | 2007-08-08 | 2010-11-04 | エスアイアイ・ナノテクノロジー株式会社 | 複合集束イオンビーム装置及びそれを用いた加工観察方法、加工方法 |
WO2011118744A1 (ja) * | 2010-03-26 | 2011-09-29 | 株式会社日立ハイテクノロジーズ | 複合荷電粒子線装置 |
JP2011204570A (ja) * | 2010-03-26 | 2011-10-13 | Hitachi High-Technologies Corp | 複合荷電粒子線装置 |
US20130001420A1 (en) * | 2010-03-26 | 2013-01-03 | Hitachi High-Technologies Corporation | Composite Charged-Particle-Beam Apparatus |
US8581219B2 (en) | 2010-03-26 | 2013-11-12 | Hitachi High-Technologies Corporation | Composite charged-particle-beam apparatus |
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