JPH09205051A

JPH09205051A - イオンビーム投射方法およびその装置

Info

Publication number: JPH09205051A
Application number: JP1066496A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Madokoro; 祐一間所; Kaoru Umemura; 馨梅村; Yoshimi Kawanami; 義実川浪
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1996-01-25
Filing date: 1996-01-25
Publication date: 1997-08-05

Abstract

(57)【要約】【課題】断面形状の異なるイオンビームを試料に投射で
きるイオンビーム投射方法およびこれを実現する装置を
提供する。【解決手段】イオンビーム投射装置で、開口パターンの
面積が可変のマスク５を照射レンズ４の焦点位置に設置
することで円形断面のイオンビーム３は矩形に成形でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、マスクで成形され
たイオンビームを用いて試料に微細加工を施すイオンビ
ーム投射方法およびその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】イオンビーム投射装置は、イオンビーム
で照射したマスク上の開口パターンを、レンズで縮小し
て試料上に投射し、試料に生じる物理的または化学的な
変化を利用して試料上に微細なパターンの加工を施す装
置である。

【０００３】従来例として、イオンビームでステンシル
マスクのパターンを、試料であるホトレジストが塗布さ
れたウエハに露光するイオン投射リソグラフィ装置が、
論文集マイクロエレクトロニクエンジニアリング(Mic
roelectronic Engineering），第１７巻（１９９２年）
第２２９頁から第２４０頁にかけて、『プログレス・イ
ン・イオン・プロジェクション・リソグラフィ（Progre
ss in Ion ProjectionLithography ）』と題する論文で
示されている。

【０００４】このイオン投射リソグラフィ装置の構成を
図２で説明する。イオン投射リソグラフィ装置２０にお
いて、イオン源２１より引出したイオンビーム２２は照
射レンズ２３によりステンシルマスク２４に照射され
る。この場合、ホトレジストにできる限り微細なパター
ンを形成するために、軽元素である水素やヘリウムのイ
オンを、デュオプラズマトロン型イオン源を用いて放出
させる。

【０００５】マスクステージ２５に保持されたステンシ
ルマスク２４には開口パターンが設けられていて、ステ
ンシルマスク２４を通過したイオンビーム２２は集束レ
ンズ２６を介して、投射レンズ２７により試料２８に投
射される。この時、投射レンズ２７はステンシルマスク
２４に設けた開口パターンの像を試料２８上に縮小して
投射する。試料２８は試料ステージ２９に保持されてい
て、一度のイオンビーム投射が完了すれば、試料ステー
ジ２９が逐次移動し、試料面上の異なる位置に同じパタ
ーン像を投射する。このイオンビーム投射とステップア
ンドリピート式の試料ステージの移動により、試料面全
体に同じパターンを数多く露光することができる。ま
た、これらイオン光学系は真空容器３０内に設置されて
いる。

【０００６】このように、イオンビームによってレジス
トにパターンを露光した後、試料を現像し、イオンビー
ム投射部のレジストを除去することによってステンシル
マスク上の開口パターンの縮小パターンを形成すること
ができる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】上述のようなイオン投
射リソグラフィ装置において、試料面に形成されるパタ
ーンは、ステンシルマスクに予め設けた開口パターンで
決定される。試料上に形成される複数個のパターンは、
イオンビームの間欠的な投射と試料ステージの逐次移動
により同じパターンの繰返しである。

【０００８】しかし、試料上に形成したいパターンは必
ずしも常に同じパターンの繰返しであることはなく、時
には試料面上に異なったパターンを形成したいというニ
ーズは多い。これを実現するには、上述の従来方法では
不可能であった。

【０００９】本発明の第１の目的は、イオンビームをマ
スクの開口パターンに通過させて成形し、試料に投射す
るイオンビーム投射方法において、投射するパターン形
状を変えるイオンビーム投射方法を提供することにあ
る。本発明の第２の目的は、上記イオンビーム投射方法
を用いて試料を加工する方法を提供することにあり、さ
らに、本発明の第３の目的は、上記第１と第２の目的を
実現するためのイオンビーム投射装置を提供することに
ある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記本発明の第１の目的
は、以下の構成により達成される。

【００１１】（１）イオン源から引出したイオンビーム
を、開口パターンを有するマスクに照射し、上記マスク
を通過したパターンイオンビームを投射光学系によって
試料に投射して上記開口パターンの像を形成するイオン
ビーム投射方法であって、特に、必要に応じて上記マス
クの開口パターンの面積を変えて形状の異なるパターン
イオンビームを投射して、上記試料を加工するイオンビ
ーム投射方法。

【００１２】（２）上記（１）のイオンビーム投射方法
において、上記パターンイオンビームをビーム検出器に
投射して像形状を確認または補正した後、上記試料の所
望の位置に上記パターンイオンビームを投射するイオン
ビーム投射方法。

【００１３】（３）上記（２）のイオンビーム投射方法
において、特に、上記ビーム検出器を試料ステージの基
準とし、上記ビーム検出器に上記イオンビームを投射し
て像形状を確認または補正した後、予め測定した上記ビ
ーム検出器と試料内の基準との位置関係を基に試料ステ
ージを移動して、上記試料の所望の位置に上記パターン
イオンビームを投射するイオンビーム投射方法。

【００１４】また、上記本発明の第２の目的は、以下の
構成により達成される。

【００１５】（４）イオン源から引出したイオンビーム
を、開口パターンの面積が可変であるマスクに照射し、
上記マスクを通過したパターンイオンビームを投射光学
系によって試料に投射して、上記開口パターンの像形状
に加工を施すイオンビーム投射方法であって、上記試料
表面に上記開口パターンに対応する凹部を形成する工程
か、上記試料に向けてガスを導入しつつ、上記試料表面
に上記開口パターンに対応する形状に膜を形成する工程
か、上記試料に向けてガスを導入しつつ、上記試料表面
に上記マスクの開口パターンに対応する形状に凹部を形
成する工程か、上記試料表面の凸部を除去する工程かの
うち、少なくともいずれかを含むイオンビーム投射方
法。

【００１６】（５）上記（４）のイオンビーム投射方法
において、特に、上記試料が半導体素子であるイオンビ
ーム投射方法。

【００１７】（６）上記（５）のイオンビーム投射方法
において、特に、上記パターンイオンビームを投射し
て、上記半導体素子の配線の断線，結合、もしくは新規
配線形成のうちの少なくともいずれかを行なうイオンビ
ーム投射方法。

【００１８】（７）イオン源から引出したイオンビーム
を、開口パターンの面積が可変であるマスクに照射し、
上記試料に向けてガスを導入しつつ、上記マスクを通過
したパターンイオンビームを試料に投射して上記試料上
に上記開口パターンの像を形成するイオンビーム投射方
法において、特に、上記試料が半導体素子であり、上記
半導体素子表面に上記開口パターンに対応する形状の金
属膜を形成する工程か、上記半導体素子表面に上記マス
クの開口パターンに対応する形状の凹部を形成する工程
か、上記半導体素子表面の凸部を除去する工程かのうち
少なくともいずれかを含むことを特徴とする配線修復方
法。

【００１９】（８）イオン源から引出したイオンビーム
を、開口パターンの面積が可変であるマスクに照射し、
上記マスクを通過したパターンイオンビームを投射光学
系によって物体に投射して、上記物体に上記開口パター
ンに対応する凹部の認識マークを刻印するマーキング方
法。

【００２０】（９）上記（８）のマーキング方法におい
て、特に、上記認識マークは複数の矩形からなることを
特徴とするマーキング方法。

【００２１】（１０）上記（９）のマーキング方法にお
いて、上記物体が金属またはガラスであるマーキング方
法。

【００２２】（１１）上記（１）のイオンビーム投射方
法において、上記開口パターンが細長い矩形の集合であ
り、上記試料上に形成されるパターンがグレーティング
であるイオンビーム投射方法。

【００２３】さらに、上記本発明の第３の目的は、以下
の構成により達成される。

【００２４】（１２）イオン源と、イオンビームが通過
する開口パターンを有するマスクと、上記マスクに上記
イオン源から引出した上記イオンビームを照射する照射
光学系と、試料を保持する試料ステージと、上記マスク
を通過したパターンイオンビームを上記試料へ投射して
上記開口パターンの像を上記試料上に形成する投射光学
系とを少なくとも備えたイオンビーム投射装置におい
て、特に、上記マスクは、開口パターンの面積が可変で
あるイオンビーム投射装置。

【００２５】（１３）上記（１２）のイオンビーム投射
装置において、特に、照射光学系が、上記イオン源から
放出したイオンビームの広がりを抑えて上記マスクに照
射する照射レンズを有するイオンビーム投射装置。

【００２６】（１４）上記（１３）のイオンビーム投射
装置において、特に、上記マスクは上記照射レンズの焦
点に位置するイオンビーム投射装置。

【００２７】（１５）上記（１２）のイオンビーム投射
装置において、特に、上記マスクは複数の遮蔽板とこれ
を移動させる微動手段とを含み、開口パターン形状が一
個の矩形であるイオンビーム投射装置。

【００２８】（１６）上記（１５）のイオンビーム投射
装置において、特に、上記マスクにおける開口の中心が
常にイオン光学軸に位置するイオンビーム投射装置、ま
たは、（１７）上記（１２）のイオンビーム投射装置におい
て、特に、上記開口パターンは、複数の開口からなるイ
オンビーム投射装置。

【００２９】（１８）上記（１２）のイオンビーム投射
装置において、特に、上記マスクは、開口を有するシー
ルド板と、上記開口の各々に対して実質的にイオンビー
ム通過領域を制限する遮蔽板と、上記遮蔽板を移動させ
るための微動手段とを含むイオンビーム投射装置。

【００３０】（１９）上記（１８）のイオンビーム投射
方法において、特に、上記実質的なイオンビーム通過領
域は予め定めた複数の開口状態であるイオンビーム投射
装置。

【００３１】（２０）上記（１２）から（１９）のいず
れかのイオンビーム投射装置において、特に、上記マス
クにおける、少なくとも上記イオンビームの照射を受け
るマスクの一部に、イオン光学軸から等距離に位置して
複数の小開口を設け、該小開口の直下に電流検出器を配
したイオンビーム投射装置。

【００３２】（２１）上記（２０）のイオンビーム投射
装置において、さらに、上記電流検出器からの電流信号
を取り込むと共に、照射イオンビームの軌道を調整する
信号を発信する信号処理装置を有するイオンビーム投射
装置。

【００３３】（２２）上記（１２）から（２１）のいず
れかのイオンビーム投射装置において、さらに、上記試
料面に形成される像を検出するビーム検出器を有するイ
オンビーム投射装置。

【００３４】（２３）上記（２０）のイオンビーム投射
装置において、さらに、上記信号処理装置は試料面に形
成される像を検出するビーム検出器からの信号を取り込
むイオンビーム投射装置。

【００３５】（２４）上記（２１）のイオンビーム投射
装置において、上記信号処理装置は上記マスクの微動手
段を制御する信号を発信するイオンビーム投射装置。

【００３６】（２５）上記（２４）のイオンビーム投射
装置で、更に、上記ビーム検出器からの信号を表示する
画像表示手段を有するイオンビーム投射装置。

【００３７】（２６）上記（１２）のイオンビーム投射
装置における上記マスクにおいて、少なくとも上記イオ
ンビームの照射を受ける部分は、上記照射するイオンビ
ームに対するスパッタリング収率が３以下である材料で
構成されているイオンビーム投射装置。

【００３８】（２７）上記（２６）のイオンビーム投射
装置において、上記イオンビームがアルゴンイオンビー
ムであり、また、上記マスクのうち少なくともイオンビ
ーム照射を受ける部分が特に炭素，モリブデン，ニオブ
のうちの少なくともいずれかから成るイオンビーム投射
装置。

【００３９】（２８）上記（１２）のイオンビーム投射
装置において、特に、上記試料に向けてガスを導入でき
るガス供給手段を備えたイオンビーム投射装置。

【００４０】（２９）上記（２８）のイオンビーム投射
装置で、特に、上記ガスが特に有機金属ガスまたは反応
性ガスのいずれかであるイオンビーム投射装置。

【００４１】（３０）イオン源と、上記イオン源から引
出したイオンビームが通過する開口パターンの面積が可
変であるマスクと、上記マスクに上記イオンビームを照
射する照射光学系と、試料を保持する試料ステージと、
上記マスクを通過した上記イオンビームを上記試料へ投
射して上記パターンの像を上記試料上に形成する投射光
学系と、さらに、上記試料に向けてガスを導入できるガ
ス供給手段を備えて、半導体素子上の配線を修復するこ
とを特徴とする配線修復装置。

【００４２】（３１）物体に認識マークを刻印するマー
キング装置であって、イオン源と、マークすべきマーク
に対応する開口パターンを有するマスクと、上記マスク
を通過したイオンビームを上記物体に投射すべき投射レ
ンズとから構成されたことを特徴とするマーキング装
置。

【００４３】（３２）上記（１２）から（２９）のいず
れかのイオンビーム投射装置、または、上記（３０）の
配線修復装置、上記（３１）のマーキング装置におい
て、上記イオン源が、特に、液体金属イオン源，電界電
離イオン源、または、微小放出点を持つプラズマイオン
源のうちのいずれかであるイオンビーム投射装置または
配線修復装置またはマーキング装置。

【００４４】

【発明の実施の形態】

（実施例１）本発明の一実施例を図１を用いて説明す
る。本実施例は、半導体素子の表面に配線を形成するた
めのイオンビーム投射装置である。

【００４５】図１で、１はイオンビーム投射装置、２は
イオン源、４は照射レンズ、５はマスク、１０は集束レ
ンズ、１１は投射レンズ、１４はビーム検出器である。
イオン源２は本実施例ではアルゴンイオン源を用いた。
イオン源２から放出したイオンビーム３は照射レンズ４
によってマスク５にほぼ垂直に入射する。マスク５は遮
蔽板６，６′によって開口パターンを決め、遮蔽板６，
６′は支持部７，７′によって支えられ、固定部材８，
８′と支持部７，７′の間には微動手段９，９′が設置
されており、電気信号により微動手段９，９′は伸縮
し、遮蔽板６，６′を開閉することで、開口面積を変
え、実質的にマスク５を通過するイオンビーム形状を成
形できる。

【００４６】本実施例では、遮蔽板６，６′をモリブデ
ンで作成した。

【００４７】マスク５を通過したイオンビーム３は集束
レンズ１０によって一旦集束し、投射レンズ１１によっ
てほぼ平行ビームにして、試料面に投射できる。この
時、試料面にはマスク５によって形成された開口形状の
縮小像が形成される。試料ステージ１２には試料１３と
共にビーム検出器１４が設置され、イオンビーム３をビ
ーム検出器１４に投射することで、試料面に到達するビ
ーム形状を知ることができる。光学部品類はすべて真空
容器１５内に備えられている。

【００４８】イオン源２や照射レンズ４，集束レンズ１
０，投射レンズ１１にはそれぞれ電圧供給のための電源
２′，４′，１０′，１１′が設置され、これらの出力
は信号処理装置１６によって制御される。また、信号処
理装置１６は、マスク５内の微動手段９，９′を制御す
るための信号を発信したり、また、ビーム検出器１４か
らの信号を取り込み、必要に応じてビーム形状を画像表
示装置１７に表示することができる。画像表示装置１７
に表示されたビーム形状の寸法，歪やボケに注目して、
各レンズ強度を調整したり、マスク５の開口を調整し、
所望のビーム形状であることを確認した後、試料１３の
所定の位置にビームを投射する。さらに、試料ステージ
１２の位置制御も信号処理器１６によってなされるた
め、逐次、イオンビーム形状を変えつつ試料１３の所定
の位置に投射できる。

【００４９】このような基本構成の装置によって、例え
ば、試料１３の表面にホトレジストが塗布されていない
基板そのものに対してイオン注入やエッチングを行うこ
とができる。本実施例では、ビーム投射位置に有機金属
ガスを供給できるガス供給手段１８を設け、試料１３に
ビームを投射する際、ガスを導入することでビーム形状
に金属膜をデポジションできる。

【００５０】特に、本装置では、マスク５の開口を逐一
変えることができるため、種々の形状の金属パターン膜
をデポジションすることができる。従って、半導体デバ
イスの表面に形状の異なる配線や電極パッドを形成する
ことができる。特に、配線形成ではデポジション用ガス
（例えば、ヘキサカルボニルタングステン）を導入し、
逆に配線を断線せねばならないときには、ガス導入を停
止して断線（除去）すべき箇所のみにイオンビームが集
中するように、マスク５を小さな開口パターンに制御す
れば、スパッタリングによって断線作業ができる。この
ように、配線の形成，接続と断線を駆使することで、不
良配線の修復が可能になる。

【００５１】更に、積極的に基板を開口パターン状に凹
部を形成したければ、ガス供給手段１８からフッ素系や
塩素系の反応性ガスを導入することで高速エッチングに
よる凹部形成が可能である。また、有機金属ガスや反応
性ガスを導入することなく、スパッタリングのみの効果
で、パターン状に凹部を形成することもでき、半導体素
子上に形成されている配線など凸部を容易に除去でき
る。特に、マスクによってパターンの大きさを変えられ
るので、除去したい凸部の広がりに合わせてパターン寸
法を制御してビーム投射すればよい。

【００５２】試料面に設置したビーム検出器１４によっ
て、試料面に形成されるビーム形状が確認できる。逆
に、検出したビーム形状の信号を信号処理装置１６に取
り込み、ビーム形状を画像表示手段１７に出力し、予め
定めたパターンと比較して、補正が必要ならば微動手段
９，９′に信号を発信し、パターン開口を補正すること
もできる。イオン源や各レンズへの電源の出力，試料ス
テージのコントロールは信号処理器によってなされると
共に、マスクの開口の制御，ビーム検出器からの信号処
理も行うことができる。

【００５３】本実施例では、一種類のイオンビーム光学
系を例にとって説明したが、照射レンズや投射レンズの
数や位置，クロスオーバの位置など違った他の構成でも
上記の効果が得られる。また、イオン源には本例ではア
ルゴンイオン源を用いたが、シリコン基板に対してゲル
マニウム液体金属イオン源や、キセノンなど不活性ガス
イオン源であると試料への投射イオンによる汚染の心配
がないのでさらによい。また、マスクの遮蔽板はニオブ
であっても寿命は長く、更に、炭素や炭化シリコンなど
でも良好な結果をもたらす。

【００５４】本発明によるイオンビーム投射装置によっ
て、装置内の真空を破ることなく、異なった形状，面積
を有するイオンビームを容易に計制することができる。

【００５５】（実施例２）ここでは、マスク５の具体的
形態について詳述する。

【００５６】試料に到達するビーム形状を決めるマスク
は、従来の投射型イオンビーム装置で用いられていた予
め定められた開口パターンを持つステンシルマスクでは
なく、複数の部材を組合せる機構によって開口パターン
の形状や面積を真空容器内で変えられ、しかも、ビーム
形状をビーム投射毎に変えることができる。しかも、マ
スクは照射レンズの焦点位置に設置されるため、投射レ
ンズによって、マスクの開口パターンの像が試料面上に
正確に形成できる。

【００５７】例えば４枚の遮蔽板を組合せたマスクにつ
いて、図３を用いて説明する。照射レンズを通過したほ
ぼ円形の断面形状４０であるイオンビーム４１は、４枚
の遮蔽板４２，４２′，４３，４３′で構成されたマス
ク４４によって成形される。この場合、マスク４４を通
過したイオンビーム４５は矩形断面４６となる。遮蔽板
４２と４２′，４３と４３′とは常に反対方向で、か
つ、同じ変位量だけ移動するため、形成される矩形開口
４７の形状が変わっても、その中心は移動しない。ま
た、事前に矩形開口４７の中心とイオンビーム４１の中
心を一致させておくことにより、マスク４４を通過した
イオンビーム４５の中心はマスク４４を照射するイオン
ビーム４１の中心と一致し、移動しない。上記遮蔽板を
駆動させる微動手段は機械的な機構でもよいし、圧電素
子など電気的部品を用いてもよい。図中、符号４８は遮
蔽板４２，４２′，４３，４３′上でのイオンビームの
照射跡である。

【００５８】次に、マスクを２個のＬ字型遮蔽板の組合
せで構成した場合を図４で説明する。Ｌ字型遮蔽板５
０，５１は僅かな空隙をもって、その一部が重なるよう
に設置して、矩形開口５３が形成できるマスク５２を構
成する。この場合、イオンビーム５４は開口５３の通過
前では円形断面５５を有するが、マスク５２により矩形
断面５６を有するイオンビーム５７に成形される。Ｌ字
型遮蔽板５０，５１は、Ｘ，Ｙ方向に微動できるため、
形成される矩形開口５３の形状や面積を変えられる。ま
た、その移動量を常に同じで、反対方向にすることで矩
形開口５２の中心は常に動かず、イオンビーム５３の中
心と一致している。

【００５９】図５（ａ）はマスク部をイオン源側から見
た図で、６１は矩形開口６２を有するシールド板であ
り、更に、矩形開口６２の内部に遮蔽板６３，６４，６
５，６６によって開口６７が形成され、イオンビームの
断面形状を最終的に決定する。図５（ｂ）はこの状態を
試料側から見た図である。遮蔽板６３は支持部６８を介
して微動手段６９に連結され、この微動手段６９は、シ
ールド板６１に固着された枠７０に固定されている。そ
の他の遮蔽板６４，６５，６６についても同じ支持部７
１と微動手段７２，７３，７４を有して枠７０に固定さ
れている。微動手段６９，７２を同じ量だけ伸長させる
と、遮蔽板６３，６４の間隔は狭まり、微動手段７３，
７４を同じ量だけ圧縮させると、遮蔽板６５，６６の間
隔は広がり、開口６７は細長くなる。このようにして微
動手段に伸縮を与えることで、遮蔽板間隔を制御して、
所望の開口にできる。

【００６０】図６（ａ）は図５（ａ）に示したマスクの
ＡＡ断面図である。直交する遮蔽板６３（または６４）
と６５は、互いに僅かな空隙をもって支持部によって保
持される。遮蔽板６５の支持部は符号７５である。図６
（ｂ）は、円形断面のイオンビーム６６がマスクに照射
され、遮蔽板６３，６４，６５によって矩形断面のビー
ムになっている状態を示している。

【００６１】さらに、図７は、マスクに照射されるイオ
ンビームの中心とマスク中心（開口中心）とを容易に一
致させる手段を搭載した例を示している。シルード板６
１に小開口７６，７６′を設け、その直下にイオン電流
検出器７７，７７′を設置した。図７では小開口は２個
のみ示されているが、実際には、９０°ピッチで４個設
けてあり、これら小開口はマスクの中心８０から等距離
に配置してある。小開口を通過してイオン電流検出器７
７，７７′に達したイオン電流は絶縁物７８，７８′に
被われた信号線７９，７９′を通じて信号処理装置に至
る。ビーム中心とマスク中心がほぼ一致していれば各電
流検出器で測定される電流値に大きな違いがない。各電
流値に違いがあれば、イオンビーム中心８１′は、マス
ク中心８０と一致していないことが判り、これらを一致
させるようにイオンビーム６６の軌道をアライナ（図示
せず）などによって修正できる。

【００６２】（実施例３）本実施例は、実施例１で示し
たイオンビーム投射装置による、半導体素子の配線の補
修を行う方法であり、図８を用いて説明する。

【００６３】図８（ａ）は半導体素子における配線部の
一部の拡大図である。パッド８１とパッド８２は配線８
３によってつながれ、パッド８４はパッド８１ともパッ
ド８２とも電気的接続がない。このような状態にある配
線を、パッド８１とパッド８２とは絶縁状態にし、パッ
ド８４とパッド８２を結線するのを、イオンビーム投射
装置を用いて行う方法を示す。

【００６４】この試料をイオンビーム装置の試料室に投
入し、まず、図８（ｂ）のように配線８３のほぼ中央８
５を中心にした矩形ビームを投射する。８５′はこの時
のビーム投射形状である。約１秒の投射により配線８３
はスパッタエッチングされ、断線し、パッド８１とパッ
ド８２は絶縁状態になる。次にパッド８２と８４を接続
するために、ガス源からタングステンを含む有機金属Ｗ
（ＣＯ)₆を試料に吹き付けつつ、地点８７を中心に矩形
ビームを投射して、一端がパッド８２に重なるように配
線８６を形成する。次に、地点８９を中心に矩形ビーム
を投射して、一端がパッド８４に、他端が配線８６に重
なるように配線８８を形成する。

【００６５】ここで、先の断線に用いた矩形ビームと、
配線８６，８８形成のための矩形ビームとは、同じマス
クを用いており、高速にマスクの開口形状を変更しつ
つ、ビーム中心が８５から８７，８７から８９に移動す
るように試料ステージを移動させている。この時マスマ
パターンの開口中心は一致している。

【００６６】以上の一連の操作により、パッド８１とパ
ッド８２が絶縁され、パッド８４とパッド８２はタング
ステン配線８６及び配線８８により電気的に接続でき
た。

【００６７】本実施例のように、形状可変の矩形ビーム
と、試料ステージ移動によって、半導体素子上の配線の
断線と結線を行うことができる。このような加工は、従
来の開口パターンを有するステンシルマスクを用いたイ
オンビーム投射装置では決して行うことができなかっ
た。

【００６８】（実施例４）本実施例は、開口パターンの
面積が可変の開口部を複数個有するマーキング装置であ
る。まず、図９を用いて、可変開口部の一つに注目して
その構造を説明する。図９において、矩形開口９０を有
するシールド板９１に照射したほぼ円形断面を有するイ
オンビーム９２は、矩形開口９３によって矩形断面９４
のイオンビーム９５に成形される。この矩形開口９０
は、微動手段（図示せず）によってシールド板面に平行
に移動できる遮蔽板９６の位置で実質的開口９３が決ま
る。従って、試料へのビーム投射毎に遮蔽板９６の位置
を変えることで試料には異なった形状の投射領域が形成
される。

【００６９】図１０は可変開口部が複数個集合した状態
を、試料台側から見た図である。９６が遮蔽板、９７が
微動手段、９８は実質的開口である。遮蔽板９６の停止
位置はステップ的であり、予め定めた位置にのみ停止で
きる。つまり、実質的開口９８の種類は有限で、形成で
きるビーム形状は予め定めた数種類にすることができ
る。

【００７０】ある実質的開口による投射領域を１個のマ
ークとして割り当てると、複数個の矩形開口を設置し、
各矩形開口について数種類の実質的開口を定めておく
と、各遮蔽板９６の独立した停止位置によって、多くの
異なったマークを形成することができる。従って、矩形
開口数が多いほど、遮蔽板９６に設定する停止位置を多
くするほど、多く種類のマークを形成することができ
る。例えば、矩形開口が１４個で実質的開口の種類が３
種類とすると、３¹⁴種類、つまり、約４７８万種のマー
クを形成することができる。さらに、開口が１４個で実
質的開口の種類が１０種類と設定すると、１００兆種の
違ったマークが形成できる。実質的開口９８の設定は、
信号処理器（図示せず）からの信号によって、微動手段
９７を動かせる。

【００７１】図１１は開口数１４個で実質的開口の種類
が３種類の場合で、試料に形成される投射パターン（マ
ーク）１００の例である。１０１は１個の実質的開口に
対応する投射領域である。投射領域１０１は、実質的開
口量に対応して、大開口101a，中開口１０１ｂ，小開口
１０１ｃの３種のパターンからなり、これらの組合せに
より約４７８万種のマークを作ることができる。

【００７２】シールド板に設ける開口の配列，個数は図
１０に示したのに限らず、図１２（ａ）は別の例であ
る。シールド板１１０に照射されるビーム形状は円形に
近いので、図１０のように帯状に配列するよりも照射イ
オンビームを有効活用できる。また、設置する開口数の
制限もない。図１２（ｂ）は図１２（ａ）の開口で形成
されたマークの一例である。この場合、投射領域を６種
類で１６箇所に形成するように設定したため、約２兆８
２００万種のマークを作ることができる。

【００７３】このように形成されるマークは次のように
利用できる。最近、金地金の模造品が多発している。金
地金には製造場所や製造番号，純度などが刻印されてい
るが、刻印形状や方法が簡単なため、純度の低いものに
高純度のように偽造刻印されることがある。このような
問題に対し、本発明によるイオンビーム投射装置を利用
して、金地金にイオンビーム投射による図１２(ｂ)のよ
うなマークを刻印することで偽造が防止できる。マーク
の寸法を、例えば、図１２の場合、０.５mm□程度にす
ることで、低倍率の光学顕微鏡で容易にマーク形状を確
認できるとともに、他の方法では模倣できない。また、
投射するイオン種を試料と同種にすることで、試料の純
度は低下しない。金地金の場合、金イオンビームを投射
する。具体的数値を示すと、投射ビームは加速エネルギ
が３０ｋｅＶの金イオンビームであり、マーク領域は５
００μｍ平方の約５０％で深さ２μｍとする。この時、
除去される金は約５μｇ（約２.５×１０^-4mm³）で、１
０ｇから１kgの金地金本体に比べて殆ど無視できる量で
ある。この量をイオンビーム投射で１０秒間でスパッタ
させるためにはイオン電流約２４μＡで実現する。１秒
でマークするにも約２４０μＡで十分である。

【００７４】上述のように、品物に偽造しにくいマーク
を刻むためには本発明によるイオンビーム投射装置を用
いれば実現でき、投射するイオン種は金に限らず、品物
も上記例に限ることはなく、他金属やガラスであっても
よい。１個の開口を縦横比が極端に大きい矩形にして、
この矩形開口を多数並べたマスクを用いて、ガラス板や
金属面に投射して表面をスパッタすることで、微小グレ
ーティングを作成することも可能である。

【００７５】

【発明の効果】本発明によるイオンビーム投射方法およ
びその装置によると、マスクの開口パターンを逐一変え
ることで、形状や面積の異なるパターンイオンビーム
を、装置内の真空を開放することなく容易に試料に投射
することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のイオンビーム投射方法を説明するため
の、イオンビーム投射装置のブロック図。

【図２】従来の投射型イオンビーム装置の説明図。

【図３】本発明のイオンビーム投射装置に用いるマスク
の作用の斜視図。

【図４】本発明のイオンビーム投射装置に用いるマスク
の作用の斜視図。

【図５】本発明によるイオンビーム投射装置に用いるマ
スクの説明図。

【図６】本発明によるイオンビーム投射装置に用いるマ
スクの説明図。

【図７】本発明によるイオンビーム投射装置に用いるマ
スクの説明図。

【図８】本発明のイオンビーム投射装置によって、半導
体素子の配線を修正する時の手順の説明図。

【図９】本発明によるイオンビーム投射装置に用いるマ
スクの別の構造の斜視図。

【図１０】本発明によるイオンビーム投射装置によって
マークを施すために用いるマスクの構造の説明図。

【図１１】本発明によるイオンビーム投射装置によって
品物の表面に形成されるマークの例の説明図。

【図１２】本発明によるイオンビーム投射装置によって
マークを施すために用いるマスクの別の構造の説明図。

【符号の説明】

１…イオンビーム投射装置、２…イオン源、３…イオン
ビーム、４…照射レンズ、５…マスク、６…遮蔽板、１
０…集束レンズ、１１…投射レンズ、１３…試料、１４
…ビーム検出器、１６…信号処理装置。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】イオン源から引出したイオンビームを、開
口パターンを有するマスクに照射し、上記マスクを通過
したパターンイオンビームを投射光学系によって試料に
投射して上記開口パターンの像を形成するイオンビーム
投射方法において、必要に応じて上記マスクの開口パタ
ーンの面積を変えて形状の異なる上記パターンイオンビ
ームを投射して、上記試料を加工することを特徴とする
イオンビーム投射方法。
【請求項２】請求項１において、上記パターンイオンビ
ームをビーム検出器に投射して像形状を確認または補正
した後、上記試料の所望の位置に上記パターンイオンビ
ームを投射するイオンビーム投射方法。
【請求項３】請求項２において、上記ビーム検出器を試
料ステージの基準とし、上記ビーム検出器に上記イオン
ビームを投射して像形状を確認または補正した後、予め
測定した上記ビーム検出器と試料内の基準との位置関係
を基に試料ステージを移動して、上記試料の所望の位置
に上記パターンイオンビームを投射するイオンビーム投
射方法。
【請求項４】イオン源から引出したイオンビームを、開
口パターンの面積が可変であるマスクに照射し、上記マ
スクを通過したパターンイオンビームを投射光学系によ
って試料に投射して、上記開口パターンの像形状に加工
を施すイオンビーム投射方法において、上記試料表面に上記開口パターンに対応する凹部を形成
する工程か、上記試料に向けてガスを導入しつつ、上記
試料表面に上記開口パターンに対応する形状に膜を形成
する工程か、上記試料に向けてガスを導入しつつ、上記
試料表面に上記マスクの開口パターンに対応する形状に
凹部を形成する工程か、上記試料表面の凸部を除去する
工程かを含むイオンビーム投射方法。
【請求項５】請求項４において、上記試料が半導体素子
であるイオンビーム投射方法。
【請求項６】請求項５において、上記パターンイオンビ
ームを投射して、上記半導体素子の配線の断線，結合、
もしくは新規配線形成のいずれかを行うイオンビーム投
射方法。
【請求項７】イオン源から引出したイオンビームを、開
口パターンの面積が可変であるマスクに照射し、上記試
料に向けてガスを導入しつつ、上記マスクを通過したパ
ターンイオンビームを試料に投射して上記試料上に上記
開口パターンの像を形成するイオンビーム投射方法にお
いて、上記試料が半導体素子であり、上記半導体素子表
面に上記開口パターンに対応する形状の金属膜を形成す
る工程か、上記半導体素子表面に上記マスクの開口パタ
ーンに対応する形状の凹部を形成する工程か、上記半導
体素子表面の凸部を除去する工程かのうちいずれかを含
むことを特徴とする配線修復方法。
【請求項８】イオン源から引出したイオンビームを、開
口パターンの面積が可変であるマスクに照射し、上記マ
スクを通過したパターンイオンビームを投射光学系によ
って物体に投射して、上記物体に上記開口パターンに対
応する凹部の認識マークを刻印することを特徴とするマ
ーキング方法。
【請求項９】請求項８において、上記認識マークは複数
の矩形からなるマーキング方法。
【請求項１０】請求項９において、上記物体が金属また
はガラスであるマーキング方法。
【請求項１１】請求項１において、上記開口パターンが
細長い矩形の集合であり、上記試料上に形成されるパタ
ーンがグレーティングであるイオンビーム投射方法。
【請求項１２】イオン源と、イオンビームが通過する開
口パターンを有するマスクと、上記マスクに上記イオン
源から引出した上記イオンビームを照射する照射光学系
と、試料を保持する試料ステージと、上記マスクを通過
したパターンイオンビームを上記試料へ投射して上記開
口パターンの像を上記試料上に形成する投射光学系とを
含むイオンビーム投射装置において、上記マスクは、開
口パターンの面積が可変であることを特徴とするイオン
ビーム投射装置。
【請求項１３】請求項１２において、上記照射光学系
が、上記イオン源から放出したイオンビームの広がりを
抑えて上記マスクに照射する照射レンズを有するイオン
ビーム投射装置。
【請求項１４】請求項１３において、上記マスクは上記
照射レンズの焦点に位置するイオンビーム投射装置。
【請求項１５】請求項１２において、特に、上記マスク
は複数の遮蔽板とこれを移動させる微動手段とを含み、
開口パターン形状が１個の矩形であるイオンビーム投射
装置。
【請求項１６】請求項１５において、上記マスクにおけ
る開口の中心が常にイオン光学軸に位置するイオンビー
ム投射装置。
【請求項１７】請求項１２において、上記開口パターン
は、複数の開口からなるイオンビーム投射装置。
【請求項１８】請求項１２において、上記マスクは、開
口を有するシールド板と、上記開口の各々に対して実質
的にイオンビーム通過領域を制限する遮蔽板と、上記遮
蔽板を移動させるための微動手段とを含むイオンビーム
投射装置。
【請求項１９】請求項１８において、上記実質的なイオ
ンビーム通過領域は予め定めた複数の開口状態であるイ
オンビーム投射装置。
【請求項２０】請求項１２，１３，１４，１５，１６，
１７，１８または１９において、上記マスクにおける、
少なくとも上記イオンビームの照射を受けるマスクの一
部に、イオン光学軸から等距離に位置して複数の小開口
を設け、該小開口の直下に電流検出器を配したイオンビ
ーム投射装置。
【請求項２１】請求項２０において、さらに、上記電流
検出器からの電流信号を取り込むと共に、照射イオンビ
ームの軌道を調整する信号を発信する信号処理装置を有
するイオンビーム投射装置。
【請求項２２】請求項１２，１３，１４，１５，１６，
１７，１８，１９，２０または２１において、上記試料
面に形成される像を検出するビーム検出器を有するイオ
ンビーム投射装置。
【請求項２３】請求項２０において、上記信号処理装置
は試料面に形成される像を検出するビーム検出器からの
信号を取り込むイオンビーム投射装置。
【請求項２４】請求項２１において、上記信号処理装置
は上記マスクの微動手段を制御する信号を発信するイオ
ンビーム投射装置。
【請求項２５】請求項２４において、上記ビーム検出器
からの信号を表示する画像表示手段を有するイオンビー
ム投射装置。
【請求項２６】請求項１２において、上記イオンビーム
の照射を受ける部分は、上記照射するイオンビームに対
するスパッタリング収率が３以下である材料で構成され
ているイオンビーム投射装置。
【請求項２７】請求項２６において、上記イオンビーム
がアルゴンイオンビームであり、上記マスクのうち少な
くともイオンビーム照射を受ける部分が特に炭素，モリ
ブデン，ニオブのうちの少なくともいずれかから成るイ
オンビーム投射装置。
【請求項２８】請求項１２において、上記試料に向けて
ガスを導入できるガス供給手段を備えたイオンビーム投
射装置。
【請求項２９】請求項２８において、上記ガスが特に有
機金属ガスまたは反応性ガスのいずれかであるイオンビ
ーム投射装置。
【請求項３０】イオン源と、上記イオン源から引出した
イオンビームが通過する開口パターンの面積が可変であ
るマスクと、上記マスクに上記イオンビームを照射する
照射光学系と、試料を保持する試料ステージと、上記マ
スクを通過した上記イオンビームを上記試料へ投射して
上記パターンの像を上記試料上に形成する投射光学系
と、さらに、上記試料に向けてガスを導入できるガス供
給手段を備えて、半導体素子上の配線を修復することを
特徴とする配線修復装置。
【請求項３１】物体に認識マークを刻印するマーキング
装置において、イオン源と、マークすべきマークに対応
する開口パターンを有するマスクと、上記マスクを通過
したイオンビームを上記物体に投射すべき投射レンズと
から構成されたことを特徴とするマーキング装置。
【請求項３２】請求項１２，１３，１４，１５，１６，
１７，１８，１９，２０，２１，２２，２３，２４，２
５，２６，２７，２８，２９，３０または３１におい
て、上記イオン源が、特に、液体金属イオン源，電界電
離イオン源、または、微小放出点を持つプラズマイオン
源のうちのいずれかであるイオンビーム投射装置または
配線修復装置またはマーキング装置。