JPH10149788A - Manufacture and treatment of semi-conductor device, helicon wave plasma ion source, and focus ton beam device - Google Patents
Manufacture and treatment of semi-conductor device, helicon wave plasma ion source, and focus ton beam deviceInfo
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Landscapes
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、集束イオンビーム
を照射することによって例えば半導体ＬＳＩ等の試料、
その製造ラインにおける修正も含む加工、観察、検査等
の処理を行う処理方法及び半導体デバイスの製造方法並
びに集束イオンビーム装置及びヘリコン波プラズマ型イ
オン源に関する。The present invention relates to a method for irradiating a focused ion beam to a sample such as a semiconductor LSI.
The present invention relates to a processing method for performing processing such as processing, observation, inspection, and the like including correction in the manufacturing line, a semiconductor device manufacturing method, a focused ion beam apparatus, and a helicon wave plasma type ion source.
【０００２】[0002]
【従来の技術】集束イオンビームの応用は、半導体製造
分野でのマスクレスイオン注入、イオン露光、マスク修
正、配線修正、分析分野など多岐に渡っている。マスク
修正や配線修正では液体金属イオン源が用いられ、また
分析分野ではデュオプラズマトロン型イオン源などが用
いられている。ところで、半導体製造分野では、製造ラ
インにおけるイオン注入やリソグラフィ、エッチング等
の各工程において、それら各工程が所期の仕様を満足し
ているかを管理することが、製造歩留まりを向上する上
で、非常に重要となってきている。そこで、Ｓｉウエハ
やＳｉデバイスなどの試料に対してＦＩＢを照射した
際、電気的汚染やビーム照射によるコンタミネーション
を発生することなく製造ラインの試料の特定個所を微細
加工、微細成膜、分析することが可能な集束イオンビー
ム発生手段が要求された。この要求を実現できるプラズ
マイオン源である磁界とマイクロ波電界との相互作用を
利用したＥＣＲプラズマ（ＥｌｅｃｔｒｏｎＣｙｃｌｏ
ｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ プラズマ）発生源とＥ
ＨＤイオン源とを備えた処理装置及び処理方法について
は、特開平７−３２０６７０号公報に記載されている。
また上記要求を実現できる電界電離ガスイオン源やＥＨ
Ｄイオン源を備えた検査方法およびその装置について
は、特開平６−３４２６３８号公報に記載されている。2. Description of the Related Art Focused ion beams are used in a wide variety of fields such as maskless ion implantation, ion exposure, mask correction, wiring correction, and analysis in the semiconductor manufacturing field. A liquid metal ion source is used for mask correction and wiring correction, and a duoplasmatron ion source is used in the analysis field. By the way, in the field of semiconductor manufacturing, in each step of ion implantation, lithography, etching, etc. in a manufacturing line, it is very important to manage whether each step satisfies an expected specification in order to improve a manufacturing yield. It is becoming important. Therefore, when a sample such as a Si wafer or a Si device is irradiated with FIB, a specific portion of the sample on the production line is subjected to fine processing, fine film formation and analysis without causing contamination due to electric contamination or beam irradiation. There is a need for a focused ion beam generating means capable of. An ECR plasma (Electron Cyclo) utilizing the interaction between a magnetic field and a microwave electric field which is a plasma ion source capable of realizing this demand.
Tron Resonance Plasma) Source and E
A processing apparatus and a processing method provided with an HD ion source are described in JP-A-7-320670.
In addition, an electric field ionization gas ion source or an EH
An inspection method provided with a D ion source and its apparatus are described in JP-A-6-342638.
【０００３】[0003]
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術に記載さ
れた電界電離ガスイオン源やＥＨＤイオン源を用いる場
合、対象とする試料もしくは試料製造ラインにコンタミ
ネーションを与えないために対象とする試料の表面の材
質に応じてイオン材料を交換したり、その先にある絞り
込むアパーチヤ等の材質を交換する必要があり、非常に
操作が複雑である。この課題を改善したのが上記従来技
術に記載されたプラズマイオン源としてのＥＣＲプラズ
マ発生源である。しかしながら、プラズマイオン源とし
てのＥＣＲプラズマ発生源においては、マイクロ波回路
を導波管等の立体回路で構成し、更に磁束密度を８７５
ガウス程度に高くする必要があるため磁界を発生ための
コイルが大口径（直径５００ｍｍ程度）化し、その結果
装置サイズが大きくなってしまうと共にイオン電流密度
が低いため加工速度が遅いという課題を有していた。When the field ionization gas ion source or the EHD ion source described in the above-mentioned prior art is used, the target sample or the target sample must be removed so as not to contaminate the sample production line. It is necessary to replace the ionic material according to the material of the surface, or to replace the material of the aperture or the like at the end of the ionic material, which is very complicated. The ECR plasma generation source as the plasma ion source described in the above-mentioned prior art has solved this problem. However, in an ECR plasma generation source as a plasma ion source, a microwave circuit is formed by a three-dimensional circuit such as a waveguide, and further, a magnetic flux density is 875 μm.
The coil for generating a magnetic field has a large diameter (approximately 500 mm in diameter) because it needs to be raised to about Gauss. As a result, the size of the device becomes large, and the processing speed is slow because the ion current density is low. I was
【０００４】本発明の目的は、上記従来技術の課題を解
決すべく、小型化されたプラズマイオン源を用いてウエ
ハやデバイス等の試料に対して集束イオンビームを照射
して、電気的汚染やコンタミネイションの発生を防止し
て試料の特定個所に対して微細加工、微細成膜、観察、
分析、計測、検査等処理を実現できるようにした処理方
法及び半導体デバイスの製造方法並びに集束イオンビー
ム装置を提供することである。また本発明の他の目的
は、プラズマ密度およびイオンビームの電流密度を高く
したプラズマイオン源を用いてウエハやデバイス等の試
料に対して集束イオンビームを照射して、電気的汚染や
コンタミネイションの発生を防止して試料の特定個所に
対して微細加工、微細成膜、観察、分析、計測、検査等
処理を高速で実現できるようにした処理方法及び半導体
デバイスの製造方法並びに集束イオンビーム装置を提供
することである。また本発明の他の目的は、小型化し、
且つイオンビームの電流密度を高くして処理速度を高め
たヘリコン波プラズマ型イオン源及び集束イオンビーム
装置を提供することである。An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems of the prior art by irradiating a focused ion beam to a sample such as a wafer or a device using a miniaturized plasma ion source to prevent electrical contamination and the like. Prevents the generation of contamination and performs fine processing, fine film formation, observation,
An object of the present invention is to provide a processing method, a method of manufacturing a semiconductor device, and a focused ion beam apparatus which can realize processing such as analysis, measurement, and inspection. Further, another object of the present invention is to irradiate a focused ion beam to a sample such as a wafer or a device using a plasma ion source having a high plasma density and a high current density of an ion beam to reduce electrical contamination and contamination. A processing method, a semiconductor device manufacturing method, and a focused ion beam apparatus capable of realizing high-speed processing such as micromachining, microfilm formation, observation, analysis, measurement, and inspection on a specific portion of a sample by preventing occurrence thereof. To provide. Another object of the present invention is to reduce the size,
It is another object of the present invention to provide a helicon wave plasma type ion source and a focused ion beam apparatus in which the processing speed is increased by increasing the current density of the ion beam.
【０００５】[0005]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、ヘリコン波を励起してガスをプラズマ化
してイオンビームを出射するヘリコン波プラズマ型イオ
ン源と、該ヘリコン波プラズマ型イオン源から出射され
たイオンビームを集束する静電光学系とを備えたことを
特徴とする集束イオンビーム装置である。また本発明
は、前記集束イオンビーム装置において、前記ヘリコン
波プラズマ型イオン源においてプラズマ化するガスが、
希ガスまたはＯ2ガスやＳＦ6ガス等の負性ガスまたはＣ
Ｆ4、ＣＨＦ3、Ｃ2Ｆ6、Ｃ3Ｆ8あるいはＣ4Ｆ8ガス等の
ＣＦ系ガスであることを特徴とする。また本発明は、前
記集束イオンビーム装置において、前記ヘリコン波プラ
ズマ型イオン源を、ガスが導入されるチャンバと、該チ
ャンバ内に対して磁場を発生させる磁場発生手段と、該
磁場発生手段によって発生した磁場にヘリコン波を励起
してガスをプラズマ化するヘリコン波励起手段と、前記
チャンバ内でプラズマ化されたイオンを加速する基準電
極と、該基準電極によって加速されたイオンをイオンビ
ームとして引き出す引き出し電極とを備えて構成したこ
とを特徴とする。また本発明は、前記集束イオンビーム
装置において、更に前記静電光学系により集束されたイ
オンビームを偏向させる偏向電極を備えたことを特徴と
する。In order to achieve the above object, the present invention provides a helicon wave plasma type ion source for exciting a helicon wave to convert a gas into a plasma to emit an ion beam, and a helicon wave plasma type ion source. A focused ion beam device comprising: an electrostatic optical system that focuses an ion beam emitted from an ion source. Further, according to the present invention, in the focused ion beam device, the gas to be turned into plasma in the helicon wave plasma type ion source is:
Rare gas or negative gas such as O 2 gas or SF 6 gas or C
It is a CF-based gas such as F 4 , CHF 3 , C 2 F 6 , C 3 F 8 or C 4 F 8 gas. Further, according to the present invention, in the focused ion beam apparatus, the helicon wave plasma type ion source is generated by a chamber into which a gas is introduced, a magnetic field generating means for generating a magnetic field in the chamber, and the magnetic field generating means. Helicon wave excitation means for exciting a helicon wave to a gas to generate a plasma by exciting a helicon wave, a reference electrode for accelerating ions plasmatized in the chamber, and extracting the ions accelerated by the reference electrode as an ion beam And an electrode. Further, the invention is characterized in that the focused ion beam device further comprises a deflection electrode for deflecting the ion beam focused by the electrostatic optical system.
【０００６】また本発明は、ガスが導入されるチャンバ
と、該チャンバ内に対して磁場を発生させる磁場発生手
段と、該磁場発生手段によって発生した磁場にヘリコン
波を励起してガスをプラズマ化するヘリコン波励起手段
と、前記チャンバ内でプラズマ化されたイオンを加速す
る基準電極と、該基準電極によって加速されたイオンを
イオンビームとして引き出す引き出し電極とを備えたこ
とを特徴とするヘリコン波プラズマ型イオン源である。
また本発明は、前記ヘリコン波プラズマ型イオン源にお
いて、前記磁場発生手段によって発生する磁場強度を制
御する制御手段を備えたことを特徴とする。The present invention also provides a chamber into which a gas is introduced, a magnetic field generating means for generating a magnetic field in the chamber, and a helicon wave excited by the magnetic field generated by the magnetic field generating means to convert the gas into plasma. Helicon wave plasma, comprising: a helicon wave exciting means, a reference electrode for accelerating ions converted into plasma in the chamber, and an extraction electrode for extracting ions accelerated by the reference electrode as an ion beam. Type ion source.
Further, the present invention is characterized in that the helicon wave plasma type ion source is provided with control means for controlling a magnetic field intensity generated by the magnetic field generating means.
【０００７】また本発明は、ヘリコン波を励起してガス
をプラズマ化するヘリコン波プラズマ型イオン源から出
射されたイオンビームを静電光学系で集束して試料に照
射して処理することを特徴とする処理方法である。また
本発明は、前記処理方法において、前記処理は、化学反
応に基づく処理であることを特徴とする。Further, the present invention is characterized in that an ion beam emitted from a helicon wave plasma type ion source which excites a helicon wave to convert a gas into a plasma is focused by an electrostatic optical system and irradiated on a sample for processing. Is a processing method. Further, according to the present invention, in the processing method, the processing is a processing based on a chemical reaction.
【０００８】また本発明は、ヘリコン波を励起してガス
をプラズマ化するヘリコン波プラズマ型イオン源から出
射されたイオンビームを静電光学系で集束して試料に照
射して試料の電気的特性を損なうことなく加工すること
を特徴とする処理方法である。また本発明は、前記処理
方法において、前記加工は、化学反応に基づく加工であ
ることを特徴とする。また本発明は、前記処理方法にお
いて、前記プラズマ化するガスが、希ガスまたは負性ガ
スまたはＣＦ系であることを特徴とする。Further, according to the present invention, an ion beam emitted from a helicon wave plasma type ion source for exciting a helicon wave to convert a gas into a plasma is focused by an electrostatic optical system and irradiated on the sample to irradiate the sample with electrical characteristics. This is a processing method characterized by performing processing without impairing. Further, according to the present invention, in the processing method, the processing is processing based on a chemical reaction. Further, according to the present invention, in the processing method, the gas to be converted into plasma is a rare gas, a negative gas, or a CF-based gas.
【０００９】また本発明は、ヘリコン波を励起してガス
をプラズマ化するヘリコン波プラズマ型イオン源から出
射されたイオンビームを静電光学系で集束して半導体デ
バイスに照射して処理して半導体デバイスを製造するこ
とを特徴とする半導体デバイスの製造方法である。The present invention also provides a semiconductor device in which an ion beam emitted from a helicon wave plasma type ion source which excites a helicon wave to convert a gas into a plasma is focused by an electrostatic optical system, irradiated to a semiconductor device and processed. A method for manufacturing a semiconductor device, comprising manufacturing a device.
【００１０】また本発明は、前記半導体デバイスの製造
方法において、前記処理は、化学反応に基づく処理であ
ることを特徴とする。また本発明は、前記半導体デバイ
スの製造方法において、前記プラズマ化するガスが、希
ガスまたは負性ガスまたはＣＦ系であることを特徴とす
る。また本発明は、ヘリコン波を励起して希ガスをプラ
ズマ化し、スパッタ開始電圧の高い金属材料または半導
体デバイスの不純物とならない金属材料でできた電極に
開けた穴から引き出した正イオンビームを、静電集束レ
ンズにより集束した集束イオンビームにより半導体デバ
イスをその電気的特性を変えずに加工、観察することを
特徴とした半導体デバイスの製造方法である。また本発
明は、ヘリコン波を励起してＯ2ガスをプラズマ化し、
スパッタ開始電圧の高い金属材料または半導体デバイス
の不純物とならない金属材料でできた電極に開けた穴か
ら引き出した負イオンビームを、集束レンズにより集束
した集束イオンビームにより半導体デバイスをチャージ
アップさせることなく加工、観察することを特徴とした
半導体デバイスの製造方法である。The present invention is also characterized in that in the method of manufacturing a semiconductor device, the processing is a processing based on a chemical reaction. Further, according to the present invention, in the method for manufacturing a semiconductor device, the gas to be converted into plasma is a rare gas, a negative gas, or a CF-based gas. In addition, the present invention provides a method for exciting a helicon wave to turn a rare gas into a plasma, and forming a static ion beam extracted from a hole formed in an electrode made of a metal material having a high sputtering start voltage or a metal material which does not become an impurity of a semiconductor device. A method for manufacturing a semiconductor device, characterized by processing and observing a semiconductor device with a focused ion beam focused by a current focusing lens without changing its electrical characteristics. In addition, the present invention excites helicon waves to turn O 2 gas into plasma,
Processes negative ion beams drawn from holes made in electrodes made of metal materials with high sputtering start voltage or metal materials that do not become impurities in semiconductor devices without charging up semiconductor devices with focused ion beams focused by a focusing lens And a method of manufacturing a semiconductor device characterized by observing.
【００１１】また本発明は、ヘリコン波を励起してＳＦ
6ガスをプラズマ化し、スパッタ開始電圧の高い金属材
料または半導体デバイスの不純物とならない金属材料で
できたでできた電極に開けた穴から引き出した負イオン
ビームを、集束レンズにより集束した集束イオンビーム
により半導体デバイスをチャージアップさせず、かつ化
学反応を利用した高速加工、観察することを特徴とした
半導体デバイスの製造方法である。また本発明は、ヘリ
コン波を励起してＣＦ4、ＣＨＦ3、Ｃ2Ｆ6、Ｃ3Ｆ8ある
いはＣ4Ｆ8ガスをプラズマ化し、１５０度〜３００度に
加熱し、スパッタ開始電圧の高い金属材料または半導体
デバイスの不純物とならない金属材料でできた電極に開
けた穴から引き出したイオンビームを、集束レンズによ
り集束した集束イオンビームにより半導体デバイスを高
選択加工、観察することを特徴とした半導体デバイスの
製造方法である。以上説明したように、本発明に係るヘ
リコン波プラズマ型イオン源は、磁束密度がＥＣＲプラ
ズマに比べて低くて良いことと、導波管などの立体回路
を必要としない高周波を用いることができ、装置サイズ
をＥＣＲプラズマ型に比べて、１／５（直径１００ｍｍ
程度）まで小型化することができる。さらに、ヘリコン
波プラズマは、他のプラズマに比べて、プラズマ密度が
高く、イオンビームの電流密度を上げることができ、そ
の結果対象とする半導体デバイス等の試料に対して高速
で加工などの処理を実現することができる。The present invention also provides a method for exciting a helicon wave to generate SF.
6 gas into plasma, a negative ion beam extracted from holes drilled in the electrode comprised of this made of metallic material that do not impurities of a metallic material having high sputtering starting voltage or a semiconductor device, the focused ion beam focused by the focusing lens This is a method for manufacturing a semiconductor device, characterized in that high-speed processing and observation using a chemical reaction are performed without charging up the semiconductor device. In the present invention, a helicon wave is excited to convert CF 4 , CHF 3 , C 2 F 6 , C 3 F 8 or C 4 F 8 gas into plasma, which is heated to 150 to 300 ° C., and a high sputtering start voltage is obtained. A semiconductor characterized in that an ion beam extracted from a hole made in a metal material or an electrode made of a metal material which does not become an impurity of a semiconductor device through a hole formed in an electrode is focused on a focused ion beam focused by a focusing lens, and a semiconductor device is highly selected and processed and observed. This is a method for manufacturing a device. As described above, the helicon wave plasma type ion source according to the present invention can use a high frequency that does not require a three-dimensional circuit such as a waveguide because the magnetic flux density may be lower than that of the ECR plasma, The device size is 1/5 (100 mm diameter) compared to the ECR plasma type.
Degree). Furthermore, helicon wave plasma has a higher plasma density than other plasmas and can increase the current density of the ion beam. As a result, processing such as processing of a target semiconductor device or the like at high speed can be performed. Can be realized.
【００１２】また本発明によれば、高周波電源からヘリ
コン波励起用アンテナへ供給した高周波電力によりヘリ
コン波を発生し、希ガスをプラズマ化してプラズマ中の
イオンを、３０ボルト以下のエネルギーでタングステン
あるいはタンタル電極の直径が１μｍ以下の穴を通して
引き出し、イオンエネルギー幅が数ｅＶ以下、角度電流
密度が数μＡ／ｓｒ以上であれば、２段集束レンズを用
いてビーム電流を１００ｐＡ以上、ビーム直径を０．１
μｍ以下にして、半導体ＬＳＩの電気的特性に悪影響を
与えずに加工、観察等の処理を実現することができる。
また、上記希ガスをＯ2ガスやＳＦ6ガス等の負性ガスに
変えて加速電圧の極性を負にすれば、負の電荷をもつ集
束イオンビームが得られ、絶縁物を加工、観察してもビ
ーム照射面がチャージアップすることがなく、加工位置
ずれがなく加工、観察することができる。またＦイオン
は反応性が高く、シリコン、ポリシリコン、シリコン酸
化膜、シリコン窒化膜に対して加工速度を増速すること
ができる。According to the present invention, a helicon wave is generated by a high-frequency power supplied from a high-frequency power supply to a helicon-wave excitation antenna, the rare gas is turned into plasma, and ions in the plasma are converted into tungsten or tungsten with an energy of 30 volts or less. If the tantalum electrode is drawn through a hole having a diameter of 1 μm or less and the ion energy width is several eV or less and the angular current density is several μA / sr or more, the beam current is 100 pA or more and the beam diameter is 0 using a two-stage focusing lens. .1
When the thickness is set to μm or less, processing such as processing and observation can be realized without adversely affecting the electrical characteristics of the semiconductor LSI.
If the polarity of the accelerating voltage is made negative by changing the rare gas to a negative gas such as O 2 gas or SF 6 gas, a focused ion beam having a negative charge is obtained, and the insulator is processed and observed. Therefore, the beam irradiation surface does not charge up, and processing and observation can be performed without a processing position shift. Further, F ions have high reactivity and can increase the processing speed for silicon, polysilicon, a silicon oxide film, and a silicon nitride film.
【００１３】さらに、上記希ガスや負性ガスに変えて反
応性ガスであるＣＦ4、ＣＨＦ3、Ｃ2Ｆ6、Ｃ3Ｆ8，Ｃ4
Ｆ8ガス等のＣＦ系ガスを用い、かつプラズマに電圧を
印加する基準電極とイオン引き出し電極を１５０〜３０
０度に加熱しながら、ＣＦ系のイオンを集束イオンビー
ムとして引き出した場合には、シリコン、ポリシリコ
ン、シリコン窒化膜に対してシリコン酸化膜を高選択比
で加工することができる。また、プラズマ発生に用いる
ガスは希ガスのまま、加工対象物の近傍にガスノズルを
用いて、イオンビーム照射領域に反応性ガスであるＣｌ
2、ＸｅＦ2、ＣＦ4、ＣＨＦ3、Ｃ2Ｆ6、Ｃ3Ｆ8、Ｃ4Ｆ8
ガスを流して化学反応をさせることによって加工速度を
増速することも可能である。Further, CF 4 , CHF 3 , C 2 F 6 , C 3 F 8 , and C 4 which are reactive gases in place of the rare gas or the negative gas are used.
F 8 using CF gas such as gas, and a reference electrode and an ion extraction electrode for applying a voltage to the plasma 150-30
When CF-based ions are extracted as a focused ion beam while being heated to 0 degrees, a silicon oxide film can be processed at a high selectivity with respect to silicon, polysilicon, and silicon nitride films. In addition, the gas used for plasma generation is a rare gas, and a gas nozzle is used near the object to be processed, and the reactive gas Cl
2, XeF 2, CF 4, CHF 3, C 2 F 6, C 3 F 8, C 4 F 8
It is also possible to increase the processing speed by flowing a gas to cause a chemical reaction.
【００１４】[0014]
【発明の実施の形態】本発明の実施の形態を図を用いて
説明する。図１は、ヘリコン波プラズマをイオン源とし
て採用した集束イオンビーム装置の要部を模式的に示し
た断面図である。ヘリコン波プラズマイオン源１００
は、希ガスや負性ガスやＣＦ系ガスがガス導入ポート６
から内部に導入されてプラズマ化される石英ガラスチャ
ンバ（室）２２と、石英ガラスチャンバ（室）２２内に
磁場を発生させるマグネット２と、該マグネット２を保
持して石英ガラスチャンバ（室）２２内の磁場強度を調
整（制御）できるように矢印方向に移動調整可能に構成
された（即ち磁場強度を調整（制御）できる制御手段を
備えた）マグネットホルダ１と、高周波電源（図示せ
ず）から同軸ケーブルの高周波導入コネクタ４を介して
高周波電力（高周波として約１〜１００ＭＨｚ、電力と
して最大１ｋＷ程度、通常１００〜３００Ｗ程度）が印
加され、上記マグネット２によって発生した磁場に対し
て平行に電磁波を伝搬させてヘリコン波を励起してプラ
ズマ化するヘリコン波励起用アンテナ３と、石英ガラス
チャンバ（室）２２内でプラズマ化されたイオンを引き
出すためのイオン引き出しアッセンブリ５と、高周波の
漏洩を防止するためのシールド３０とから構成され、イ
オンビームチャンバ１９の上部に備えられている。な
お、ガス導入ポート６には排気ポートも備えられてい
る。DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a main part of a focused ion beam apparatus employing helicon wave plasma as an ion source. Helicon wave plasma ion source 100
Is a rare gas, negative gas, or CF-based gas
A quartz glass chamber (chamber) 22 which is introduced into the inside and is turned into plasma, a magnet 2 for generating a magnetic field in the quartz glass chamber (chamber) 22, and a quartz glass chamber (chamber) 22 holding the magnet 2 A magnet holder 1 configured to be movable and adjustable in the direction of the arrow so as to adjust (control) the magnetic field intensity in the inside (that is, provided with a control means capable of adjusting (controlling) the magnetic field intensity), and a high-frequency power supply (not shown) High-frequency power (approximately 1 to 100 MHz as high frequency, at most about 1 kW, usually about 100 to 300 W) as power from a coaxial cable through a high-frequency introduction connector 4, and an electromagnetic wave is generated in parallel to the magnetic field generated by the magnet 2. For exciting a helicon wave, which excites a helicon wave to form a plasma by propagating the helicon wave, and a quartz glass chamber (chamber) 22. In the ion extraction assembly 5 for drawing the plasma ions, is composed of the shield 30. for preventing the leakage of microwave, it is provided on the upper portion of the ion beam chamber 19. Note that the gas introduction port 6 is also provided with an exhaust port.
【００１５】そして集束イオンビーム装置として、ヘリ
コン波プラズマイオン源１００のイオン引き出しアッセ
ンブリ５から引き出されたイオンビームを半導体デバイ
ス等の試料（加工対象物）１６上に集束するための２段
の集束レンズ（静電光学系）７、対物レンズ（静電光学
系）１４と、アライナ・スティグマ８と、イオンビーム
の照射をＯＮ，ＯＦＦするためのブランカ１０およびブ
ランキングアパーチャ・ファラデーカップ１１と、集束
されたイオンビームをＸ，Ｙ軸方向に偏向させるディフ
レクタ１２および１３とを備えている。なお、半導体デ
バイス等の試料（加工対象物）１６は、Ｘ，Ｙ軸方向に
移動可能な試料ステージ１７上に載置される。１５は、
試料１６の表面から得られる二次荷電粒子２４を検出す
る二次荷電粒子検出器であり、この二次荷電粒子検出器
１５で検出される二次荷電粒子の画像をディスプレイ等
の表示手段に表示することによって、試料１６の表面を
観察することができる。As a focused ion beam device, a two-stage focusing lens for focusing an ion beam extracted from the ion extraction assembly 5 of the helicon wave plasma ion source 100 onto a sample (workpiece) 16 such as a semiconductor device. (Electrostatic optical system) 7, objective lens (electrostatic optical system) 14, aligner / stigma 8, blanker 10 for turning on / off ion beam irradiation, and blanking aperture / Faraday cup 11 are focused. Deflectors 12 and 13 for deflecting the ion beam in the X and Y axis directions. Note that a sample (object to be processed) 16 such as a semiconductor device is mounted on a sample stage 17 that can move in the X and Y axis directions. 15 is
A secondary charged particle detector for detecting secondary charged particles 24 obtained from the surface of the sample 16. An image of the secondary charged particles detected by the secondary charged particle detector 15 is displayed on display means such as a display. By doing so, the surface of the sample 16 can be observed.
【００１６】１８は、集束されたイオンビーム２３が照
射された試料１６上に塩素ガスやフッ化キセノンガスな
どの化学的な反応性の高いガスを吹き付けるガスノズル
であり、このガスノズル１８によって吹き付けて加工面
に吸着したガス分子が照射されたイオンビーム２３によ
るエネルギーにより加工材質と化学反応を起こしてイオ
ンビーム２３による物理的スパッタに加えて化学的エッ
チング反応を進めるためのものである。２５は、チャー
ジアップ中和用電子源であり、集束されたイオンビーム
２３が照射されたことによって試料上にチャージアップ
した電荷を中和させるためのものである。２０は、静電
光学系７、１４、アライナ・スティグマ８、ブランカ１
０、ディフレクタ１２および１３に電圧または制御電圧
信号を供給する電圧導入端子である。Reference numeral 18 denotes a gas nozzle for blowing a gas having a high chemical reactivity such as chlorine gas or xenon fluoride gas onto the sample 16 irradiated with the focused ion beam 23. The gas molecules adsorbed on the surface cause a chemical reaction with the material to be processed by the energy of the irradiated ion beam 23 to promote a chemical etching reaction in addition to physical sputtering by the ion beam 23. Reference numeral 25 denotes a charge-up neutralizing electron source for neutralizing charges charged on the sample by irradiation with the focused ion beam 23. Reference numeral 20 denotes an electrostatic optical system 7, 14, an aligner-stigma 8, and a blanker 1.
0, a voltage introducing terminal for supplying a voltage or a control voltage signal to the deflectors 12 and 13;
【００１７】次に、本発明に係るヘリコン波プラズマを
イオン源として採用した集束イオンビーム装置の動作に
ついて図１を用いて説明する。まず、ガス導入ポート６
から石英ガラスチャンバ（室）２２内に、圧力が０．１
〜１００Ｐａ程度になるように希ガスを導入する。制御
手段（移動調整可能に構成されたマグネットホルダ１）
によって強度が調整（制御）された磁場がマグネット２
によって石英ガラスチャンバ（室）２２内に形成され
る。そして、図中には示していないが、同軸ケーブルに
て高周波導入コネクタ４に接続された高周波電源（図示
せず）から高周波電力（高周波として約１〜１００ＭＨ
ｚ、電力として最大１ｋＷ程度、通常１００〜３００Ｗ
程度）をヘリコン波励起用アンテナ３へ供給する。ヘリ
コン波励起用アンテナ３は原理的には二つのワンターン
コイルからできており、各コイルに逆向きに高周波電流
を流すことにより、二つのコイル間に整数分の１波長の
ヘリコン波が励起され、波の磁場成分は軸方向が最大に
なる。ヘリコン波励起用アンテナの種類は図２、および
図３に示すようなアンテナ３、アンテナ１０３のような
巻き方が存在するが、発生させるＭ＝０、Ｍ＝１やＭ＝
−１モードの電磁界パターンにより使い分けられる。本
実施の形態では図２に示すヘリコン波励起用アンテナ３
を採用したが、他の巻き方のアンテナでも同様の性能が
得られる。発生したヘリコン波はヘリコン波励起用アン
テナ３の上部に置かれた磁場強度を調整（制御）可能な
マグネット２による磁界との相互作用により、石英ガラ
スチャンバ２２内にガス導入および排気ポート６からチ
ャンバ内部が圧力０．１〜１００Ｐａ程度になるよう流
した希ガス、例えばアルゴンガスをプラズマ化する。ヘ
リコン波の位相速度がプラズマ中の電子の熱運動速度の
オーダ近くになると、電子はヘリコン波と直接相互作用
を生じてエネルギーを得るようになり、高密度のアルゴ
ンガスプラズマ２１が石英ガラスチャンバ２２内に生成
される。即ち、高周波電源（図示せず）から高周波導入
コネクタ４を介してヘリコン波励起用アンテナ３へ供給
した高周波電力により、ヘリコン波を発生して希ガスを
プラズマ化することができる。このようにヘリコン波励
起用アンテナ３へ高周波電力を供給してヘリコン波を発
生するようにしたので、ヘリコン波励起用アンテナ３か
ら発生させる磁束密度を低くすることができ、小型化す
ることができる。Next, the operation of the focused ion beam apparatus employing the helicon wave plasma according to the present invention as an ion source will be described with reference to FIG. First, gas introduction port 6
Pressure into the quartz glass chamber (chamber) 22 from
A rare gas is introduced so as to be about 100 Pa. Control means (magnet holder 1 configured to be movable)
The magnetic field whose strength is adjusted (controlled) by the magnet 2
Is formed in the quartz glass chamber (chamber) 22. Although not shown in the figure, a high-frequency power (not shown) connected to the high-frequency introduction connector 4 by a coaxial cable from a high-frequency power supply (not shown)
z, maximum power about 1 kW, usually 100-300 W
) To the helicon wave excitation antenna 3. The helicon wave excitation antenna 3 is composed of two one-turn coils in principle, and a helicon wave of an integral wavelength is excited between the two coils by flowing a high-frequency current in each coil in the opposite direction. The magnetic field component of the wave is maximum in the axial direction. The types of the helicon wave excitation antenna include windings such as the antenna 3 and the antenna 103 as shown in FIGS. 2 and 3, and M = 0, M = 1, and M =
It is selectively used depending on the -1 mode electromagnetic field pattern. In this embodiment, the helicon wave excitation antenna 3 shown in FIG.
However, similar performance can be obtained with other winding antennas. The generated helicon wave interacts with the magnetic field from the magnet 2 that can adjust (control) the magnetic field intensity placed above the helicon wave excitation antenna 3, and is introduced into the quartz glass chamber 22 through the gas introduction and exhaust ports 6. A rare gas, for example, an argon gas, which has been flowed so that the internal pressure is about 0.1 to 100 Pa, is turned into plasma. When the phase velocity of the helicon wave is close to the order of the thermal velocity of the electrons in the plasma, the electrons directly interact with the helicon wave to obtain energy, and the high-density argon gas plasma 21 is applied to the quartz glass chamber 22. Generated within. That is, the high-frequency power supplied from the high-frequency power supply (not shown) to the helicon-wave excitation antenna 3 via the high-frequency introduction connector 4 generates a helicon wave to convert the rare gas into plasma. Since the high frequency power is supplied to the helicon wave excitation antenna 3 to generate the helicon wave in this manner, the magnetic flux density generated from the helicon wave excitation antenna 3 can be reduced, and the size can be reduced. .
【００１８】ところで、ヘリコン波とは、次のように定
義される。電磁場が磁場と平行に伝搬するときには、波
数と角周波数との間に分散関係が成立ち、電磁波は右回
り（Ｒ波）と左回り（Ｌ波）の二つの円偏波に分かれ
る。ωceは電子が磁力線の周りを回る周波数で、ωciは
イオンが磁力線の周りを回る角周波数で、これらの周波
数間のＲ波がヘリコン波（ホイスラー波）である。この
ように電磁波の周波数と磁場強度（電子が磁力線の周り
を回る角周波数に関係している。）はある一定の関係が
あり、ヘリコン波のエネルギーが電子に与えられる最適
磁場強度が存在する。従って、この最適値を得るため
に、制御手段（移動調整可能に構成されたマグネットホ
ルダ１）によって磁場強度を調整（制御）する必要があ
る。The helicon wave is defined as follows. When an electromagnetic field propagates in parallel with a magnetic field, a dispersion relationship is established between the wave number and the angular frequency, and the electromagnetic wave is divided into two circularly polarized waves, clockwise (R wave) and counterclockwise (L wave). ω ce is the frequency at which electrons circulate around the line of magnetic force, ω ci is the angular frequency at which ions circulate around the line of magnetic force, and the R wave between these frequencies is a helicon wave (Heusler wave). As described above, the frequency of the electromagnetic wave and the magnetic field strength (related to the angular frequency at which the electrons rotate around the magnetic field lines) have a certain relationship, and there is an optimum magnetic field strength at which the energy of the helicon wave is given to the electrons. Therefore, in order to obtain this optimum value, it is necessary to adjust (control) the magnetic field intensity by the control means (the magnet holder 1 configured to be movable).
【００１９】石英ガラスチャンバ２２内において生成さ
れたプラズマ２１は、イオン引き出しアッセンブリ５に
接触する。このイオン引き出しアッセンブリ５は、二つ
の電極からできており、図４に示すような構造となって
いる。スパッタ開始電圧が３０ボルト程度である材料あ
るいは加工対象の半導体デバイスの不純物とならない材
料であるタングステンあるいはタンタル等で形成された
板材の中央に穴を開けた基準電極２６と、中央に穴を開
けた石英ガラススペーサ２７を挟んで、タングステンあ
るいはタンタルの板材の中央に直径１μｍ以下の穴を開
けたイオン引き出し電極２８をホルダ２９に組み込んだ
構造である。接触したプラズマ２１は図中には記載され
ていない加速電源から基準電極２６に印加された加速電
圧３０ｋＶ程度の電位となり、図中には記載されていな
い引き出し電源からイオン引き出し電極２８に印加され
たイオン引き出し電圧２９．９７ｋＶ程度により、イオ
ンは図中の下方に向かって加速され、基準電極２６、石
英ガラススペーサ２７、イオン引き出し電極２８のそれ
ぞれの中心の穴を通過する。穴を通過しないイオンは基
準電極２６やイオン引き出し電極２８に衝突するが、ス
パッタ開始電圧より低いエネルギーのイオンであるの
で、基準電極２６やイオン引き出し電極２８からは金属
イオンは放出されないか、あるいは加工対象の半導体デ
バイスの不純物とならない材料（半導体の禁制帯にキャ
リアの捕獲準位を持たない物質）なのでスパッタされて
も半導体デバイスを汚染しない。The plasma 21 generated in the quartz glass chamber 22 comes into contact with the ion extraction assembly 5. This ion extraction assembly 5 is made of two electrodes and has a structure as shown in FIG. A reference electrode 26 having a hole formed at the center of a plate made of a material having a sputtering start voltage of about 30 volts or a material which does not become an impurity of a semiconductor device to be processed, such as tungsten or tantalum, and a hole formed at the center. The holder 29 has a structure in which an ion extraction electrode 28 having a hole having a diameter of 1 μm or less is formed in the center of a tungsten or tantalum plate with a quartz glass spacer 27 interposed therebetween. The contacted plasma 21 has a potential of about 30 kV of an acceleration voltage applied to the reference electrode 26 from an acceleration power supply not shown in the figure, and is applied to the ion extraction electrode 28 from an extraction power supply not shown in the figure. With an ion extraction voltage of about 29.97 kV, the ions are accelerated downward in the drawing and pass through the respective central holes of the reference electrode 26, the quartz glass spacer 27, and the ion extraction electrode 28. Ions that do not pass through the hole collide with the reference electrode 26 or the ion extraction electrode 28, but have an energy lower than the sputtering start voltage. Therefore, no metal ions are emitted from the reference electrode 26 or the ion extraction electrode 28 or processed. Since it is a material that does not become an impurity of the target semiconductor device (a substance that does not have a carrier trap level in a forbidden band of a semiconductor), the semiconductor device is not contaminated even if sputtered.
【００２０】即ち、石英ガラスチャンバ２２内において
生成されたプラズマ２１から電界によりイオンを引き出
すには、必ず金属の電極が必要となる。その結果、引き
出そうとするイオンがその電極にあたり、電極材料がス
パッタされてこのスパッタされた金属イオンがイオンビ
ーム中に混入すると不純物となって加工対象物を汚染し
てしまうことになる。従って、イオンのエネルギーがス
パッタが開始するしきい値電圧より低くする必要があ
る。プラズマ２１から電極へ向かうイオンのエネルギー
は、基準電極２６とイオン引き出し電極２８との電位差
でほぼ決まるので、この電位差を電極材料のしきい値電
圧より低くすればよい。但し、電位差を大きくした方が
電流を多くとれるので、電極用の金属材料としてスパッ
タ開始しきい値電圧（３０ボルト程度）の高いタンタル
やタングステンを用いた。That is, in order to extract ions by the electric field from the plasma 21 generated in the quartz glass chamber 22, a metal electrode is necessarily required. As a result, the ions to be extracted hit the electrode, and the electrode material is sputtered. If the sputtered metal ions enter the ion beam, they become impurities and contaminate the workpiece. Therefore, the energy of the ions needs to be lower than the threshold voltage at which sputtering starts. Since the energy of ions traveling from the plasma 21 to the electrode is substantially determined by the potential difference between the reference electrode 26 and the ion extraction electrode 28, the potential difference may be lower than the threshold voltage of the electrode material. However, since a larger current can be obtained by increasing the potential difference, tantalum or tungsten having a high sputtering start threshold voltage (about 30 volts) was used as the metal material for the electrode.
【００２１】引き出されたイオンビーム２３は、例えば
３枚電極からなるバトラー型の集束レンズ７に入射し、
この３枚電極間に加えられた電界によって集束される。
集束レンズ７の出口付近でイオンビーム２３のビーム径
は直径コンマ数（０．２〜０．６）μｍ程度となり、ビ
ームの偏向補正および非点収差を補正するアライナ・ス
ティグマ８、ビームをブランキングするためのブランカ
１０、ブランキング時の受け兼ビーム電流モニタのため
のブランキングアパーチャ・ファラデーカップ１１を通
過する。その後、１２、１３からなるメインディフレク
タにより加工対象物の面上の任意の位置にビームを照射
するために、イオンビーム軌道が偏向される。さらに、
イオンビーム２３は、加工対象物１６面上に結像するた
めに、対物レンズ１４により集束され、加工対象物１６
面上でビーム径０．０５〜０．２μｍ程度となる。イオ
ンビーム２３が加工対象物１６に打ち込まれると、イオ
ンの加速エネルギーにより物理的にスパッタリングが起
こって、加工対象物面が加工されると同時に、二次荷電
粒子２４が発生する。発生した二次荷電粒子２４は、イ
オンビーム２３近傍に置かれた二次荷電粒子検出器１５
に入射する。この二次荷電粒子検出器１５は二次荷電粒
子をいったん光電子に変換して増幅する装置であり、最
終的には二次荷電粒子２４を電気信号としてとらえるこ
とができる。これを利用してメインデフレクタ１２、１
３の偏向信号と同期してモニタ上を走査している輝点に
輝度変調をかけると、走査型電子顕微鏡と同じ原理でイ
オンビーム２３の走査範囲の加工対象物面上の凹凸画
像、二次イオン像を得ることができる。この二次イオン
像を用いて加工位置の位置決めや、断面観察を行う。The extracted ion beam 23 is incident on a Butler type focusing lens 7 composed of, for example, three electrodes.
It is focused by the electric field applied between the three electrodes.
In the vicinity of the exit of the focusing lens 7, the beam diameter of the ion beam 23 becomes about the number of diameter commas (0.2 to 0.6) μm, the aligner / stigma 8 for correcting beam deflection and astigmatism, and blanking the beam. The blanker 10 passes through a blanking aperture / Faraday cup 11 for receiving and beam current monitoring during blanking. After that, the ion beam trajectory is deflected in order to irradiate the beam to an arbitrary position on the surface of the object to be processed by the main deflector 12 and 13. further,
The ion beam 23 is focused by the objective lens 14 to form an image on the surface of the processing
The beam diameter is about 0.05 to 0.2 μm on the surface. When the ion beam 23 is driven into the object 16, sputtering is physically caused by the acceleration energy of the ions, and the surface of the object is processed, and at the same time, secondary charged particles 24 are generated. The generated secondary charged particles 24 are output from the secondary charged particle detector 15 placed near the ion beam 23.
Incident on. The secondary charged particle detector 15 is a device that once converts the secondary charged particles into photoelectrons and amplifies them, and can finally catch the secondary charged particles 24 as an electric signal. Using this, the main deflectors 12, 1
When the brightness modulation is applied to the bright spot scanning on the monitor in synchronization with the deflection signal of No. 3, the unevenness image on the surface of the object to be processed in the scanning range of the ion beam 23 and the secondary An ion image can be obtained. Using the secondary ion image, positioning of a processing position and cross-sectional observation are performed.
【００２２】上記の方法により半導体ＬＳＩのアルミ配
線などの金属部分の加工、観察を行うことができる。し
かし、半導体ＬＳＩにはシリコン酸化膜などの絶縁物も
用いられており、これを加工、観察する場合にはイオン
ビームによるチャージアップが問題となる。アルゴンな
どのイオンは正の電荷を持ったイオンであり、加工面に
正の電荷が打ち込まれることにより、絶縁物表面は正電
位にチャージアップする。このチャージアップが進むと
イオンビームの軌道がずれ、加工位置ずれを起こす。し
たがって、絶縁物を加工、観察する場合には図１中に示
したチャージアップ中和用電子源２５を稼働して負の電
荷を持つ電子をイオンビーム走査領域に照射して、チャ
ージアップを防止する。また、本装置ではプラズマをイ
オンソースとしているため、例えばアルゴンガスの代わ
りに酸素ガスを供給して酸素ガスプラズマから酸素イオ
ンビームを引き出せば、酸素イオンが負の電荷を持つた
めにイオンビーム２３は負イオンビームにすることがで
きる。ＳＦ6等の負性ガスを用いても、負イオンビーム
にすることができる。「物性応用のための負イオンの生
成と低帯電負イオン注入技術」応用物理、第６５巻、第
７号、１９９６年７月号によれば、負イオンビームを絶
縁物面に照射した場合、加工面から放出される二次荷電
粒子のうちほとんどが負の二次電子であるため、電荷の
バランスがとれやすく、帯電電位も数ボルト程度で定常
状態となるとされており、負イオンビーム２３の照射に
よる加工位置ずれはなくなる。By the above-described method, processing and observation of a metal portion such as aluminum wiring of a semiconductor LSI can be performed. However, an insulator such as a silicon oxide film is also used in the semiconductor LSI. When processing and observing the insulator, charge-up by an ion beam poses a problem. Ions such as argon are ions having a positive charge, and the surface of the insulator is charged up to a positive potential when a positive charge is injected into the processed surface. As the charge-up proceeds, the trajectory of the ion beam shifts, causing a processing position shift. Therefore, when processing and observing an insulator, the charge-up neutralizing electron source 25 shown in FIG. 1 is operated to irradiate the electron beam scanning region with electrons having a negative charge to prevent charge-up. I do. Further, in this apparatus, since the plasma is used as the ion source, for example, if oxygen gas is supplied instead of argon gas to extract an oxygen ion beam from the oxygen gas plasma, the ion beam 23 has a negative charge because the oxygen ions have a negative charge. It can be a negative ion beam. Even if a negative gas such as SF 6 is used, a negative ion beam can be obtained. According to “Generation of Negative Ions and Low Charge Negative Ion Implantation Technology for Application of Physical Properties”, Applied Physics, Vol. 65, No. 7, July 1996, when an insulator surface is irradiated with a negative ion beam, Since most of the secondary charged particles emitted from the processing surface are negative secondary electrons, the charge is easily balanced, and the charged potential is set to a steady state at about several volts. The processing position shift due to irradiation is eliminated.
【００２３】一方、加工速度の面では、希ガスの種類を
変えてもイオンの質量差による物理的スパッタ率の変化
は数倍程度の変化しか望めない。そこで、塩素ガスやフ
ッ化キセノンガスなどの化学的な反応性の高いガスをガ
スノズル１８から加工面に吹き付けると、加工面に吸着
したガス分子がイオンビーム２３によるエネルギーによ
り、加工材質と化学反応を起こして、イオンビーム２３
による物理的スパッタに加えて化学的エッチング反応が
進む。この結果、イオン種の変更では実現できない十数
倍の加工速度向上が可能である。ただし、使用するガス
が加工対象物１６の電気的特性に悪影響を及ぼしたり、
半導体製造ライン全体に影響を与える場合には使用しな
い。また、ＳＦ6、ＣＦ4、ＣＨＦ3、Ｃ2Ｆ6、Ｃ3Ｆ8、
Ｃ4Ｆ8等の反応性ガスをプラズマ化した場合には、フッ
素イオンビームやＣＦ系イオンビームが得られる。フッ
素イオンビームの場合には、上記ガスノズル１８からフ
ッ化キセノンを用いたときと同様に、イオンビームの物
理的スパッタに加えて、化学的エッチングによる加工速
度増加効果が得られる。ただし、ガスノズル１８の場合
に比べて反応する粒子が少ないために、数倍の加工速度
増加となる。一方、ＣＦ4、ＣＨＦ3、Ｃ2Ｆ6、Ｃ3Ｆ8、
Ｃ4Ｆ8の反応性ガスプラズマから引き出したＣＦ系イオ
ンビームの場合には、例えば、シリコン酸化膜ＳｉＯ2
に照射すると ＳｉＯ2 ＋ＣＦ → ＳｉＦ＋Ｃ
Ｏ2 となって、カーボンが残らずにＳｉＯ2を加工すること
ができる。これに対して、シリコンやポリシリコンに照
射した場合には Ｓｉ（Ｐｏｌｙ−Ｓｉ） ＋ ＣＦ → ＳｉＦ ＋
Ｃ となり、加工表面にカーボンが残り、Ｓｉの加工速度が
抑制される。従って、シリコン酸化膜とシリコンあるい
はポリシリコンとの選択比が高くなり、半導体ＬＳＩの
絶縁膜の穴開けの際に加工終点となるＳｉ基板面を誤っ
て加工することがなくなる。ただし、石英ガラスチャン
バ２２内は、ＣＦ系ラジカルが多く発生してチャンバ内
にポリマー膜が堆積するため、基準電極２６やイオン引
き出し電極２８を１５０度から３００度程度までホルダ
２９に組み込んだヒータにより加熱して、ポリマー膜の
堆積を抑制しなければならない。On the other hand, in terms of processing speed, even if the type of the rare gas is changed, the change in the physical sputtering rate due to the difference in the mass of ions can be expected to be only about several times. Therefore, when a gas having a high chemical reactivity such as chlorine gas or xenon fluoride gas is blown from the gas nozzle 18 onto the processing surface, the gas molecules adsorbed on the processing surface react with the processing material by the energy of the ion beam 23 to cause a chemical reaction. Wake up the ion beam 23
The chemical etching reaction proceeds in addition to the physical sputtering by As a result, it is possible to improve the processing speed by a factor of ten which cannot be realized by changing the ion species. However, the gas used adversely affects the electrical characteristics of the workpiece 16,
Not used if it affects the entire semiconductor manufacturing line. SF 6 , CF 4 , CHF 3 , C 2 F 6 , C 3 F 8 ,
When a reactive gas such as C 4 F 8 is turned into plasma, a fluorine ion beam or a CF ion beam can be obtained. In the case of a fluorine ion beam, similarly to the case of using xenon fluoride from the gas nozzle 18, an effect of increasing the processing speed by chemical etching can be obtained in addition to the physical sputtering of the ion beam. However, since the number of reacting particles is smaller than in the case of the gas nozzle 18, the processing speed is increased several times. On the other hand, CF 4 , CHF 3 , C 2 F 6 , C 3 F 8 ,
In the case of a CF-based ion beam extracted from a C 4 F 8 reactive gas plasma, for example, a silicon oxide film SiO 2
Irradiation on SiO 2 + CF → SiF + C
It becomes O 2 and can process SiO 2 without leaving carbon. On the other hand, when irradiating silicon or polysilicon, Si (Poly-Si) + CF → SiF +
C is left, carbon remains on the processing surface, and the processing speed of Si is suppressed. Accordingly, the selectivity between the silicon oxide film and silicon or polysilicon is increased, and the Si substrate surface, which is the processing end point, is not erroneously processed when a hole is formed in the insulating film of the semiconductor LSI. However, since a large amount of CF-based radicals are generated in the quartz glass chamber 22 and a polymer film is deposited in the chamber, the reference electrode 26 and the ion extraction electrode 28 are installed in the holder 29 from about 150 degrees to about 300 degrees by a heater. Heating must be used to suppress polymer film deposition.
【００２４】以上のように、本ヘリコン波プラズマをイ
オン源として採用した集束イオンビーム装置を用いれ
ば、従来不可能であった希ガスイオンを半導体ＬＳＩの
検査、修正に必要なビーム径０．０５〜０．２μｍ以下
にすることができ、また半導体ＬＳＩの電気的特性に影
響することなく加工、観察ができる。さらにシリコン酸
化膜などの絶縁物の加工においても、希ガスを酸素ガス
に変更すれば、チャージアップによる加工位置ずれがな
く加工、観察できる。また、ガスノズルから塩素ガスや
フッ化キセノンガスなどを加工面に吹き付けながら、高
速なイオンビーム加工が行える。また、ＣＦ４ガスなど
をプラズマ化すれば、ＣＦ系イオンビームによる高選択
比加工が実現できる。以上説明したように、本発明に係
るヘリコン波プラズマイオン源１００は、磁束密度が従
来のＥＣＲプラズマイオン源に比べて低くて良いこと
と、導波管などの立体回路を必要としない高周波を用い
ることができ、装置サイズをＥＣＲプラズマ型イオン源
に比べて１／５（直径１００ｍｍ程度）まで小型化する
ことができると共に、次の表１に示すようにヘリコン波
プラズマは、他のプラズマ（磁界とマイクロ波電界との
相互作用を利用したＥＣＲプラズマ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎ
Ｃｙｃｌｏｔｒｏｎ Ｒｅｓｏｎａｎｃｅ）、高周波電
力をトランス結合でプラズマに供給するＴＣＰ（Ｔｒａ
ｎｓｆｅｒ Ｃｏｕｐｌｅｄ Ｐｌａｓｍａ））に比べ
てプラズマ密度が高く、イオンビームの電流密度を１０
倍程度高めることができ、その結果加工等の処理速度を
早めることができる。As described above, if the focused ion beam apparatus employing the helicon wave plasma as an ion source is used, rare gas ions, which were conventionally impossible, are required to have a beam diameter of 0.05 required for inspection and correction of the semiconductor LSI. ０．２0.2 μm or less, and processing and observation can be performed without affecting the electrical characteristics of the semiconductor LSI. Further, in processing an insulator such as a silicon oxide film, if the rare gas is changed to oxygen gas, processing and observation can be performed without processing position shift due to charge-up. In addition, high-speed ion beam processing can be performed while blowing chlorine gas, xenon fluoride gas, or the like from the gas nozzle onto the processing surface. If the CF4 gas or the like is turned into plasma, high selectivity processing with a CF-based ion beam can be realized. As described above, the helicon wave plasma ion source 100 according to the present invention uses a high frequency that does not require a three-dimensional circuit such as a waveguide because the magnetic flux density may be lower than that of a conventional ECR plasma ion source. The size of the device can be reduced to 1/5 (approximately 100 mm in diameter) as compared with the ECR plasma type ion source, and the helicon wave plasma can be replaced with another plasma (magnetic field) as shown in Table 1 below. Plasma (Electron) utilizing the interaction between
Cyclotron Resonance, TCP (Tra) that supplies high-frequency power to plasma by transformer coupling
nsfer Coupled Plasma)), and the current density of the ion beam is increased by 10%.
As a result, the processing speed of processing and the like can be increased.
【００２５】[0025]
【表１】 [Table 1]
【００２６】また、半導体デバイス等に対して電気的特
性に悪影響を及ぼすことなく、高速で加工等の処理を行
うことができるので、検査やビット救済などの修正に使
用することができる。In addition, since processing such as processing can be performed at high speed without adversely affecting the electrical characteristics of the semiconductor device and the like, it can be used for inspection and correction such as bit relief.
【００２７】[0027]
【発明の効果】本発明によれば、小型のヘリコン波プラ
ズマイオン源を用いることによって、半導体デバイス等
の試料や試料を製造する製造ラインに対して電気的特性
に悪影響を与えずに高速で加工、検査、観察等の処理を
行うことができる効果を奏する。また本発明によれば、
小型のヘリコン波プラズマイオン源を用いて負の電荷を
もつ集束イオンビームを得て絶縁物に対して照射するこ
とによって加工、検査、観察等の処理をしても、ビーム
照射面がチャージアップするのを防止して、絶縁物に対
して加工位置ずれのない加工、検査、観察等の処理を実
現することができる効果を奏する。According to the present invention, by using a small helicon wave plasma ion source, a sample such as a semiconductor device or a production line for manufacturing the sample can be processed at a high speed without adversely affecting the electrical characteristics. , Inspection, observation and the like can be performed. According to the present invention,
Using a small helicon wave plasma ion source to obtain a focused ion beam with negative charge and irradiating the insulator, the beam irradiation surface is charged up even when processing, inspection, observation, etc. Thus, there is an effect that processing such as processing, inspection, observation, and the like can be realized with no processing position shift on the insulator.
【００２８】また本発明によれば、小型のヘリコン波プ
ラズマイオン源を用いてＣＦ系の集束イオンビームを得
てシリコン酸化膜を有する半導体デバイスに対して照射
しても、シリコン酸化膜をシリコン、ポリシリコンに対
して高選択比で加工することができる効果を奏する。Further, according to the present invention, even when a CF-based focused ion beam is obtained using a small helicon wave plasma ion source and is irradiated on a semiconductor device having a silicon oxide film, the silicon oxide film can be made of silicon, There is an effect that processing can be performed with high selectivity to polysilicon.
【００２９】また本発明によれば、小型のヘリコン波プ
ラズマイオン源を用い、加工対象物の近傍にガスノズル
によりイオンビーム照射領域に反応性ガスを流すことに
よって、半導体デバイス等の試料に対して電気的特性に
悪影響を与えずにして更に高速で加工、検査、観察等の
処理を行うことができる効果を奏する。また本発明によ
れば、プラズマイオン源として小型化することによって
装置全体としても小型化をはかると共にイオンビームの
電流密度を増加して加工等の処理の高速化をはかった集
束イオンビーム装置を実現することができる効果を奏す
る。According to the present invention, a small helicon wave plasma ion source is used, and a reactive gas is supplied to an ion beam irradiation area by a gas nozzle in the vicinity of an object to be processed, so that a sample such as a semiconductor device can be electrically charged. This has the effect that processing such as processing, inspection, and observation can be performed at a higher speed without adversely affecting the mechanical characteristics. Also, according to the present invention, a focused ion beam apparatus is realized in which the size of the plasma ion source is reduced to reduce the size of the entire apparatus, and the current density of the ion beam is increased to speed up processing such as processing. It has an effect that can be done.
【図１】本発明に係るヘリコン波プラズマをイオン源と
して採用した集束イオンビーム装置の一実施の形態を示
した要部断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view of a principal part showing an embodiment of a focused ion beam apparatus employing a helicon wave plasma as an ion source according to the present invention.
【図２】本発明に係るヘリコン波プラズマイオン源にお
けるＭ＝０ヘリコン波励起用アンテナの巻き方を模式的
に示した図である。FIG. 2 is a diagram schematically showing how to wind an antenna for exciting M = 0 helicon waves in a helicon wave plasma ion source according to the present invention.
【図３】本発明に係るヘリコン波プラズマイオン源にお
けるＭ＝±１ヘリコン波励起用アンテナの巻き方を模式
的に示した図である。FIG. 3 is a diagram schematically illustrating how to wind an antenna for exciting M = ± 1 helicon waves in the helicon wave plasma ion source according to the present invention.
【図４】本発明に係る集束イオンビーム装置のヘリコン
波プラズマイオン源におけるイオン引き出しアッセンブ
リを模式的に示した断面図である。FIG. 4 is a cross-sectional view schematically showing an ion extraction assembly in a helicon wave plasma ion source of the focused ion beam device according to the present invention.
【図５】本発明に係る集束イオンビーム装置のヘリコン
波プラズマイオン源における加速電圧に対するビーム径
の計算結果を示した図である。FIG. 5 is a diagram showing a calculation result of a beam diameter with respect to an acceleration voltage in a helicon wave plasma ion source of the focused ion beam device according to the present invention.
１…マグネットホルダ、 ２…マグネット、 ３、１０
３…ヘリコン波励起用アンテナ、 ４…高周波導入コネ
クタ、 ５…イオン引き出しアッセンブリ、６…ガス導
入および排気ポート、 ７…集束レンズ（静電光学
系）、 ８…アライナ・スティグマ、 ９…試料チャン
バ、 １０…ブランカ、 １１…ブランキングアパーチ
ャ・ファラデーカップ、 １２、１３…ディフレクタ、
１４…対物レンズ（静電光学系）、 １５…二次荷電
粒子検出器、 １６…試料（加工対象物）、 １７…試
料ステージ、 １８…ガスノズル、 １９…イオンビー
ムチャンバ、 ２０…電圧導入端子、 ２１…ガスプラ
ズマ、 ２２…石英ガラスチャンバ、 ２３…イオンビ
ーム、 ２４…二次荷電粒子、 ２５…チャージアップ
中和用電子源、 ２６…基準電極、 ２７…石英ガラス
スペーサ、 ２８…イオン引き出し電極、 ２９…ホル
ダ、 ３０…シールド、 １００…ヘリコン波プラズマ
イオン源1: magnet holder, 2: magnet, 3, 10
3: Antenna for helicon wave excitation, 4: High frequency introduction connector, 5: Ion extraction assembly, 6: Gas introduction and exhaust port, 7: Focusing lens (electrostatic optics), 8: Aligner stigma, 9: Sample chamber, 10 ... Blanca, 11 ... Blanking aperture, Faraday cup, 12,13 ... Deflector,
14: Objective lens (electrostatic optical system), 15: Secondary charged particle detector, 16: Sample (object to be processed), 17: Sample stage, 18: Gas nozzle, 19: Ion beam chamber, 20: Voltage introduction terminal, Reference Signs List 21: gas plasma, 22: quartz glass chamber, 23: ion beam, 24: secondary charged particle, 25: electron source for charge-up neutralization, 26: reference electrode, 27: quartz glass spacer, 28: ion extraction electrode, 29: holder, 30: shield, 100: helicon wave plasma ion source
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 西村 規正 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式 会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 嶋瀬 朗 神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式 会社日立製作所生産技術研究所内 ──────────────────────────────────────────────────続 き Continuing on the front page (72) Inventor Norimasa Nishimura 292 Yoshida-cho, Totsuka-ku, Yokohama-shi, Kanagawa Prefecture Inside of Hitachi, Ltd. Hitachi, Ltd., Production Technology Laboratory
Claims (12)
てイオンビームを出射するヘリコン波プラズマ型イオン
源と、該ヘリコン波プラズマ型イオン源から出射された
イオンビームを集束する静電光学系とを備えたことを特
徴とする集束イオンビーム装置。1. A helicon wave plasma type ion source for exciting a helicon wave to convert a gas into a plasma to emit an ion beam, and an electrostatic optical system for focusing the ion beam emitted from the helicon wave plasma type ion source. A focused ion beam device comprising:
て、プラズマ化するガスが、希ガスまたは負性ガスまた
はＣＦ系ガスであることを特徴とする請求項１記載の集
束イオンビーム装置。2. The focused ion beam apparatus according to claim 1, wherein in the helicon wave plasma type ion source, a gas to be converted into a plasma is a rare gas, a negative gas, or a CF-based gas.
スが導入されるチャンバと、該チャンバ内に対して磁場
を発生させる磁場発生手段と、該磁場発生手段によって
発生した磁場にヘリコン波を励起してガスをプラズマ化
するヘリコン波励起手段と、前記チャンバ内でプラズマ
化されたイオンを加速する基準電極と、該基準電極によ
って加速されたイオンをイオンビームとして引き出す引
き出し電極とを備えて構成したことを特徴とする請求項
１記載の集束イオンビーム装置。3. A helicon wave plasma type ion source comprising: a chamber into which a gas is introduced; a magnetic field generating means for generating a magnetic field in the chamber; and a helicon wave excited by the magnetic field generated by the magnetic field generating means. Helicon wave excitation means for converting the gas into plasma in the chamber, a reference electrode for accelerating ions converted into plasma in the chamber, and an extraction electrode for extracting ions accelerated by the reference electrode as an ion beam. The focused ion beam device according to claim 1, wherein:
ンビームを偏向させる偏向電極を備えたことを特徴とす
る請求項１記載の集束イオンビーム装置。4. The focused ion beam apparatus according to claim 1, further comprising a deflection electrode for deflecting the ion beam focused by said electrostatic optical system.
内に対して磁場を発生させる磁場発生手段と、該磁場発
生手段によって発生した磁場にヘリコン波を励起してガ
スをプラズマ化するヘリコン波励起手段と、前記チャン
バ内でプラズマ化されたイオンを加速する基準電極と、
該基準電極によって加速されたイオンをイオンビームと
して引き出す引き出し電極とを備えたことを特徴とする
ヘリコン波プラズマ型イオン源。5. A chamber into which a gas is introduced, magnetic field generating means for generating a magnetic field in the chamber, and a helicon wave which excites a helicon wave into a magnetic field generated by the magnetic field generating means to convert the gas into a plasma. Exciting means, a reference electrode for accelerating ions converted into plasma in the chamber,
A helicon-wave plasma-type ion source, comprising: an extraction electrode for extracting ions accelerated by the reference electrode as an ion beam.
度を制御する制御手段を備えたことを特徴とする請求項
５記載のヘリコン波プラズマ型イオン源。6. The helicon wave plasma type ion source according to claim 5, further comprising control means for controlling the intensity of a magnetic field generated by said magnetic field generating means.
るヘリコン波プラズマ型イオン源から出射されたイオン
ビームを静電光学系で集束して試料に照射して処理する
ことを特徴とする処理方法。7. A process characterized in that an ion beam emitted from a helicon wave plasma type ion source that excites a helicon wave to convert a gas into a plasma is focused by an electrostatic optical system and irradiated on a sample for processing. Method.
ことを特徴とする請求項７記載の処理方法。8. The processing method according to claim 7, wherein said processing is a processing based on a chemical reaction.
るヘリコン波プラズマ型イオン源から出射されたイオン
ビームを静電光学系で集束して試料に照射して試料の電
気的特性を損なうことなく加工することを特徴とする処
理方法。9. An ion beam emitted from a helicon wave plasma type ion source that excites a helicon wave to convert a gas into a plasma to be focused by an electrostatic optical system and irradiated on the sample to impair the electrical characteristics of the sample. A processing method characterized by processing without the use of a metal.
ることを特徴とする請求項９記載の処理方法。10. The processing method according to claim 9, wherein said processing is processing based on a chemical reaction.
するヘリコン波プラズマ型イオン源から出射されたイオ
ンビームを静電光学系で集束して半導体デバイスに照射
して処理して半導体デバイスを製造することを特徴とす
る半導体デバイスの製造方法。11. A semiconductor device is manufactured by converging an ion beam emitted from a helicon wave plasma type ion source for exciting a helicon wave to convert a gas into a plasma, irradiating the semiconductor device with an ion beam and processing the ion beam. A method of manufacturing a semiconductor device.
ることを特徴とする請求項１１記載の半導体デバイスの
製造方法。12. The method according to claim 11, wherein said processing is a processing based on a chemical reaction.
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