JPS58164135A - 収束イオンビ−ムを用いた半導体加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この＠明は収束イオンビームを用い九牛導体加工装置に
胸する。

半導体基板表向にイオン注、人中イオンエツチングを−
す半導体製造プロセスにおいテ、高輝度でｔｙ（ｐロン
の単位で収束されえイオンビームが得られれば、直接半
導体に走査してパターンｔ−書き込み、マスタレス加工
を実現することが□できる。上述の如き収束され走イオ
ンビームを得る方法としては液体金属をイオン源として
用いる方法或は電外電ｊＩＩｋ型のイオン源を用いる方
法が提案されている。上述の如く収束イオンビームを用
いてマスタレス加工を行えば、工程が簡略化されるばか
りでなく、マスク材料の耐着による半導体界面の汚染、
細部を防ぐことができ、高品質の半導体装置が得られる
っこの発明の目的はドライエツチング、加工部分の観察
及び修復を高真９内で順次行い損傷が々く高品質の加工
が迅速に行える収束イオンと−ムを用いえ半導体加工装
置を提供するものである。仁のため、本発明によれば真
空装皺円に半導体試料をエツチング加工する収束イオン
ビーム弗生＋段と、試料の加工した伏動を観察する観察
ビーム発生手段と、加工部分に生じた欠陥部を修復する
修復ビーム発生手段を備え、−一の高真空下で試料の加
工、観察、修復を順次行う仁とＫよシ、加工による損傷
が修復され、高品質の加工を施された半導体が迅速に得
られる。

この発明の一実施例を添付の図面に基いて詳細に統御す
ると、第１図においてｌは試料加工室であって、試料加
工［／の両ｌｌ１ｌには加工すべき半導体試料ｌ−を供
給するための供給室コ及び−加工した試料を取り出すた
めの取出室３がゲートパルプ亭、Ｉを介してそれぞれ接
続され、加工１１／％　ＩＫ−供給室コ、試料取出廖Ｊ
Ｋはそれぞれ排気バイブロ、り、ｌが接続され、寥内を
独立して真空になるよう構成されている。真空試料加工
ｉ１／円中夫には試社台デが設けられ、この試料台を上
にはレールｉ３が敷設され、このレール／Ｊは供給欝か
ら試料台！の馬ｌ＃壕で来たレール／ｌ　＠　、試料台
の周縁から取出室に至るし一ルｔ＊に１接続し、レール
上を滑走する移動台ｔＯＫは圧電変換器／／を介して試
料ｌコが動電されている。試料加工ｉｉ）の下部には圧
電変換器／／からの信号取ａｉ端子ｉｔ及び試料台の駆
動信号用端子Ｘがそれぞれ設けられ、それぞれの端子ｉ
ｔ、ｙ嬬ｍｗｔｍ路Ｕと接続して、制−細路コＩよ少の
信号によシ賦料台は公知の手段（図示せず）により所定
の方向に移動、−転成は同音される。　　　　、まえ、
試料加工室ＩＯ上部に鉱試料を加工する大めの飯皺とし
て収束イオンビーム発生部／ｊ。

試料の加工部分の状励を観察するための装置として電子
ビーム発生部１４、試料の加工部分に生じ丸損傷を修復
するための装置としてレーザービーム発生部／り、及び
、照射し九イオンビーム又は電子ビームにより放出され
る電子流を検出するための光電子増倍管／１が設けられ
ている。

試料を加工するための収束イオンビーム発生＠／ｊ＃ｉ
第２図に示すように、ヘリウムガス導入管誹と該ヘリウ
ムガスを冷却するための液体輩素尋入管コを備えた電界
電ｌＩｌ型イオン源−とイオン源の尖端１＠ＳＪｊに対
向して配置されたイオン引出電極易、及び絞シコク、ア
インツエルレンズ（イオン集束レンズ）Ｊｊ、靜亀偏向
板コ９よシ栖成されている。

試料の加工し丸状ｇｔ＊察するための電子ビーム発生器
１４は第３図にその一実施例を示す如く、電子ビーム発
生源ｓｉと電子ビーム発生源の前方光軸上に設けられた
第ｌ紋Ｊ）ＪＪ、マグネット集光レンズＪＪ、マグネッ
ト偏向コイル３参、対物レンズ３５、纂コ絞夛３４から
構成されている。

マグネット偏向コイル３←には電子ビームを走査−する
ための信号と、この信号をパルス変−もしくはブランキ
ングするための信号が重畳されている。この丸め電子ビ
ーム発生源ｓｉよシ発射された電子ビーム社マグネット
偏向コイル３参によ如ｘ方向及びｙ方向Ｏ所定軌跡に沿
って走査されるとともＫｊｌｌｌ１期５ｏ０ｉｃｉｔｚ
根度のパルスに質―され、試料／Ｊへ照射される。

壕友、試料の加工部分に生じ丸損傷を修復する丸めのレ
ーザービーム発生部／７ｉｉ第４図に示す如くムｒ　レ
ーザーＪｌと、レーザーの出力向に設けられたレーザ光
の振幅変駒餘３！と、反射ミラー餐、ｘ軸方向偏向用ン
ラー参７１　ｙ軸方向偏向用ンラー弘コ、ハーフミラ−
旬、集光レンズ件及び試料ｌコよシの反射光を光電子増
倍管／Ｉへ導く丸めの反射ｉ　５−８４より構成されて
いる。

上述の如＊＊ｇから成る半導体加工鉄亀において、先ず
ゲートパルプ亭によ多試料加工室Ｉと隔絶された試料供
給１ｉｌ−内において試料挿入口よシ挿入し九試料（半
導体ウェハー）ｌコを移動台／＜７に圧電涙換器／／を
介して固足し、排気管−７よシ排気して供給室λ内を真
璧度１０−’　トール程度とする。−万、試料加工室ｌ
内は１０″″１ト一ル程度に常時維持されて居シ、削配
供給室コ内が１０”）−ル程度の真空に達したら、ゲー
トバルブが１−開き、適当な手段によ少移動台１０をレ
ール／４１ｍ、／Ｊに沿って固足台！上に移動させ、同
に台ｔは制御回路Ｕよシの信号によシイオンビーム発生
部ｌｊよ如の収束イオンビームが試料上に所定Ｏ角度で
照射、集束するような位置に回転、移動させ友後に真空
試料加工寛１円に同定される。

上述の如く、試料ｌコが固足され九ら、制御Ｎ路コＩよ
シのｇｓ号によシイオンビーム発生ｉＲＳ／ｊから試料
の加工部所に影養のない位置にイオンビームを照射して
縦横数ミクロン、派さα−ミクロン程度の目合せパター
ン社を複数個形成し九後（＠５１ｋ）、イオンと一ム３
０を試料！−へ照射して所足のパターンのエツチングｔ
−ｔスクレスで行う。試料へ照射するイオンビームのパ
ターンは制御Ｉ−路Ｏ指令によシ決足される。この場合
、イオン源−へヘリウムイオンと液体窒素を供給し、引
出し電極為へ印加する電圧ｔ−４ＫＶ。

電流ｔ−ｊ〜／（０１ム／　ｓ　ｒ程度とし、電極−２
９を偏向電極として用いることによシ、径が約コｏｏＸ
に収束式れ友イオンビームか試料ｌλへ照射され、＃１
参ｔが形成される（纂６（ａ）図）。−例として形成す
る溝の幅ｔ−／ＩＪｒｒ＊とする場合には前記収束イオ
ンビームは、幅方向に少しずつずらしながら、繰シ返し
走査される。このようにして得られ友加工馳分（溝）何
の加工表面には、通常イオン衝撃による結晶欠陥弘デが
発生している。

試料に所足のバタ・−ンの加工が完了したら、同−真空
内に於て、制御４１Ｎ路コ／よりの指令ｔ一端子〃を介
して試料（２）足台ｔへ送シ、試料ｌコが電子ビーム発
生ｓ１６よシ発射される電子ビームの光−に対して所望
の角度と位置になるよう試料ａｉ１足台を移動させた後
、制ｍ回路−７の指令によシミ子ビームＪｕｔ照射する
。この時粛初、−次電子＊ｍ＊によ〕試料／コ中の目合
せ用孔弘７１−Ｍ誌し、次いで試料中のイオンビームに
よる加工部分（溝）ダｌに沿って照射する（第４申）図
）。

この場合の電子ビームの加速電圧を３０ＫＶ、電流を／
Ｑ〜１０ｐｈ＠度とし、電子ビーム発生源ｓｉよ如発射
された電子ビームは前述の如くマグネット偏向コイル３
４１に設けられたパルス変調機能により周期！００ＫＨ
１８度のパルスに変−されて試料へ照射される。このと
きのビームの径は一狗として加工部分（溝）付を充分に
照射するような大きさとする。このように試料の加工部
分に沿って照射し九パルス状電子ビームは一般に加工表
層よシ内部へ浸透して吸収され、前記電子ビーム強度及
び前記照射部結晶欠陥社の程度に応じて局部的に熱を発
生する。かかる局所熱は更に周期的熱応力を誘起する・
、かかる熱応力はか励起超音波として試料中を伝麹し、
試料ｌコのＩＥｒｆｌＫＷｉ着している水晶圧電変換動
ｉｉによシ篭＠信号に変換されて、出力信号は端子／９
を介して制御−路コ／へ送られる。従って前述の如く試
料の加工部分に損傷部分、欠陥部分針が存在すると電子
ビームの吸収が増大し、その結果熱応力が増し、超音波
の振幅が増大して変換器／／に検出され、試料中の損傷
、欠陥の程度、空間分有が判−する。このようＫして試
料の加工状態や観察を行い、圧電変換器ｌｌで得られた
信号は制御Ｋ１回路Ｊ／へ送られ、記憶される。

上記では電子ビームを用いて試料の加工部分を観察する
実施例を述べ九が、レーザービームを用いても観察する
ことができる。即ち、上記と１ｗＩ様に試料の加工部分
に沿ってレーザーと−ムを照射すると、試料の照射部に
て励起された電子及び正孔鉱、−足の寿命時１間の後再
結合する。この際に、加工部分に損傷部或は欠ｍｓが存
在しないと前記再結合によりレーザー照射部Ｉ［１ＩＩ
ｉ発光する。しかし欠陥部が存在すると非尭光豊結合が
起シ、同時に超音波が楯生ずる。かかる超音波は欠ｔｍ
ｓｏ状論によ如強−の変化をする１、仁の超音波を第５
−と同様な手段で検出することにより試料の加工部分の
欠陥状態の蒙ｌｌ１Ｉが行える。

上述の試料の加工状態の観察が完了したら、続いて試料
固定台？を移動して試料ｌコがレーザービーム発生部／
？のレーザービームの光軸に対して所望の角度と位置に
なるよう変更し、レーザー光源Ｊｌよ）目合せのための
レーザービームを光字系を介して試料表面へ照射する。

試料よシ反射したレーザービームはハーフミラ−弘３を
・庫進し、反射ミラー匂によυ反射されて増倍管ｌへ送
られる。このようにして試料上を走置するレーザービー
ムは、まず目合せ孔参７の照射によって目合せパターン
ダフを確認し、次いで制御回路−７の指令によ多試料の
加工部分＃ｔに沿って照射し拳的に前記加工表層欠陥を
修復する（第６（Ｃ）図）。レーザーの光源としては出
力ｊＷ。

波長参ｚｔｏ　Ｘのムｒレーザーが用いられ、レーザー
ビーム社の径は収束光学系通過後Ｊｐｍ程度に集束され
る。ここでレープ−＃Ｑｌｔｌ力仙には例えば電気光学
結晶（リチームータンタレート）を用いた振輌変脚鮨３
デが設けられ、制御（ロ）路コＩからの信号によシレー
ザ−Ｊｌよシ放射されるレーザービームの振幅が変調さ
れる。この変調信号は前記加工の損傷状１１に応じて質
駒され丸ものである。ζＯように試料の加工の損傷に応
じてレーザービーム０強度を制御する九め、試料中の損
傷Ｏ１！度が場所によって異っても、集質的に均質に損
傷部或は欠陥部紘回復されることになる。

上述の試料の加工部分の損傷、欠陥ＳＯ修徨は１ＲｓＷ
ｊ！ＡＫ示し良電子ビーム発生手段で行うこともできる
。ζＯ場合、損傷、欠陥の程度に応じて、加速電圧Ｖｒ
ｊ−Ｊ＃ＫＶ、電流を＃　〜／１２０−ムの範−て制御
し、走査速度を／θｌ１ｍ１／１ｌｌＩ１１ｉｉ度七す
る仁とＫよ〕欠陥部を均質に修復することネできる。

上述の如く、試料の加工を行い、欠陥部の修復が完了し
えら、ゲートパルプＩをＮｉｌ、　１１動台１０をレー
ル／Ｊ、／参すに沿りて動がして加工し九試料を取出ｗ
ＩＪへ移動させる。試料取崩室鉱予め１０″″４ト一ル
程度の真空とされている九めゲートパルプＩを−いても
加工１ｉ／内の真空鉱石と変らない。このように試料を
取出室Ｊへ移動させたら、ゲートパルプ！を閉じて試料
を外部に取出すとともに、新しい試料は供給室Ｊに入れ
、真空にし友後、ゲートパルプ参を開いて試料加工＠／
内へ送ル込む、従って装置を簡単にする丸め、試料の供
給室と取出室を共通の一つの穿とすることもできる。

又、欠陥部Ｏ修復手段として電子ビーム発生装置を用い
る場合は、観察用の電子ビーム発生装置を共用すること
ができるので、レーザービーム発生手段ｌりを省くこと
ができる。逆に試料の加工し喪状ＩＩＩを観察する手段
として、レーザービーム発生手段を用いる場合は修復手
段としてのレーザービーム発生手段を共用することがで
きるので、電子ビーム発生手段１４は省くこと′ギでき
、装置全体を簡略化することかで自る。

−以上で明らかなように、この琵明によれば。

真！２！装置内に半導体試料を加工するビーム発生手段
、試料の加工した状態を観察するビーム発生手段及び試
料の加工部分に生じた欠陥部を修・復するビーム発生手
段を設け、試料の加工手段として収束イオンビーム発生
装置を用いるので、！スフレスの加工が行え、続いて同
−真空内で加工し九状珍を観察、記憶し、損傷の程度に
応じて修復処造をする。従ってこれまでの加工、観察、
修復を別個に行っていえ場合に較べ、製造プロセスが迅
速とな）、経済性が飛躍的に向上すみ、その上、為清＃
）１に環境下で加工が行える丸め高品質な半導体装置を
得ることができる。

轡に、結晶１１面が化学的に不安定で、製造工程中に、
大気中の酸素中水分によシ変質し喪シ、あるい祉マスク
パターンの付着によシ表肉が汚染され易いガリウム砒諏
（Ｑａム畠）の如き化合物半導体の加工に本発明は最適
である。

五−面の簡単な睨― 纂１１１Ｑは本尭−による半導体加工装置の一実拳例を
示す概ＮＩ構成園。

第２鵬は第１図の半導体加工装置の収束イオンビームを
発生する手段の概略構成図。

第５園は第１脂Ｏ装淑の電子ビーム発生手段−の概略構
成図。

第４図は第１図の装置のレーザービーム発生手段の概略
構成図。

第５図は半導体試料に目合せ用孔を設けた状態を示す平
面図。　　　　　　　　　　　　　　−＠６図は半導体
の加工工程状態を示す断面図。

図中、ｌは試料加工室、コは試料供給室、Ｊは試料取出
富、ｌＪは試料、ｌｊは収束イオンビーム発生手段、１
４は電子ビーム発生手段、ｌりはレーザービーム発生手
段、−７は制御回路、ダｔＦｉ試−料の加工部分、何は
試料の欠陥部を示す。

特許出願人工業技術院長 石板誠− 第４図 １１ ７第５図 ＊＊＊ 担 竺

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、真空装置内に半導体試料を加工する収束イオンビー
   ム発生手段と、加工状態を１１！察する観察ビーム発生
   手段と、加工部分に生じた欠陥部を修復する修復ビーム
   発生手段を設け、この加工、観察、修復各ビーム発生手
   段を制御回路の指令で駆動し、観察ビーム発生手段で得
   られ良信号に基き上記制御回路で修復ビーム発生＋段の
   出力を強弱に制御することを％似とする収束イオンビー
   ムを用い九牛専体加工輪重。 ２、上記ｉｂ＊ビーム発生手段紘電子ビーム発生益であ
   る特許請求の範囲第１ＪＪに配紙の牛導体力ｌ工執酋１
   ゜ ６、上記観察ヒーム発生手段祉レーザービーム発生器で
   ある特許請求の範囲第１横に１叡の半導体加工輪重。 ４、上記修復ビーム発生手段はレーザービーム発生器で
   あ為特許請求の範囲第１項に記載の半導体加工ａｍ。 ５、上、記修復ビーム発生手段は電子ビーム発生器であ
   る特許請求ｏＩＩＩ囲第１項第１項記載体加工装ｆＩ１
   ．．。