JP2000208090A

JP2000208090A - 集束イオンビ―ム加工装置およびエッチング加工方法

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Publication number: JP2000208090A
Application number: JP11007029A
Authority: JP
Inventors: Kenji Tsuruhara; 健次鶴原; Tomoo Imataki; 智雄今瀧; Koichi Sodeki; 浩一袖木
Original assignee: Sharp Corp
Current assignee: Sharp Corp
Priority date: 1999-01-13
Filing date: 1999-01-13
Publication date: 2000-07-28

Abstract

(57)【要約】【課題】試料に対して、所望の箇所に、所望の大きさ
のエッチング溝を、その側壁が所望の角度となるように
形成することが可能な集束イオンビーム加工装置を提供
する。【解決手段】イオンビームＩＢを出射するイオン源２
と、半導体素子１２を保持するとともに、半導体素子１
２を回転させる回転ステージを備えた試料ステージ８と
を備え、イオン源２を内部に備えたイオンカラム１の傾
斜角度を調節することによって、イオンビームＩＢが半
導体素子１２の表面に入射する角度を調節する。そし
て、半導体素子１２を回転させた状態でイオンビームＩ
Ｂを照射し、エッチング加工を行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、例えば複数の配線
が多層にわたって形成された半導体素子に対して、配線
の修正などを行う際に用いられる集束イオンビーム装置
およびエッチング加工方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】集束イオンビームを用いた加工装置は、
あらゆる分野において、微細加工が必要とされる場合に
広く用いられている。例えば、ＬＳＩの配線修正、局所
断面の観察、および透過電子顕微鏡観察時の試料作成な
どにおいて、集束イオンビーム加工装置が活用されてい
る。

【０００３】図２２は、従来の集束イオンビーム加工装
置の概略構成を示す模式図である。この集束イオンビー
ム加工装置は、イオンカラム５１の内部に配置されたイ
オン源５２、静電レンズ５３、および偏向レンズ５４
と、加工室５５の内部に配置された検出機５６、デポノ
ズル５７、試料ステージ５８、および専用ノズル５９
と、加工室５５の外部に配置された複数のガスボンベ６
０…およびガス配管６１とを備えている。

【０００４】イオン源５２は、主に液体金属を原材料に
して構成される。この液体金属としては、一般的にＧａ
⁺（ガリウム）イオンが用いられる。イオン源５２から
引き出されたイオンビームＩＢは、イオン源５２の下部
に配置される静電レンズ５３によって、最小で直径０．
０１μｍにまで集束され、試料ステージ５８上に固定さ
れた、加工対象としての半導体素子６２の表面に達す
る。

【０００５】そして、偏向レンズ５４を作用させること
によってイオンビームＩＢを走査すると、半導体素子６
２の表面から２次イオンおよび２次電子が放出される。
なお、これらの２次イオンおよび２次電子は、検出器５
６によって検出され、画像処理が施された後、加工部分
の画像として図示しないディスプレイ上に映し出され
る。

【０００６】このように、半導体素子６２の特定領域に
イオンビームＩＢを照射することによって物理的スパッ
タリングが生じ、これによって、半導体素子６２上に微
細な穴を形成することが可能となる。

【０００７】また、上記の集束イオンビーム加工装置を
用いて、以下に示すような処理を行うことによって、半
導体素子６２の任意の箇所に金属性の膜を形成すること
も可能である。まず、金属化合物ガスをデポノズル５７
からイオンビームＩＢの照射箇所に吹き出させ、半導体
素子６２の表面にガス成分を吸着させる。吸着した金属
化合物ガス上にイオンビームＩＢが照射されると、化学
反応によって化合物ガスが分離され、イオンビームＩＢ
が照射されている箇所に金属性の膜が堆積する。

【０００８】これにより、半導体素子６２上の任意の箇
所に金属性の膜を形成することが可能となり、半導体素
子６２上の微細な配線を形成することができる。また、
化合物ガスを絶縁性に変更することによって、同じ原理
で半導体素子６２上の任意の箇所に絶縁膜を形成するこ
とも可能である。

【０００９】上記の、半導体素子６２上に微細な穴を形
成する処理において、以下に示すような処理を行うこと
によって、穴の加工形状を良好にすることができる。ま
ず、試料ステージ５８が配置されている加工室５５の外
部に設置されたガスボンベ６０…から、配管６１を通じ
て加工室５５の内部に反応性ガスを導入し、専用ノズル
５９から半導体素子６２の表面に噴射する。

【００１０】そして、上記のように、半導体素子６２上
の特定領域にイオンビームＩＢを照射することによって
微細な穴を形成する際に、専用ノズル５９から反応性ガ
スを半導体素子６２の表面に噴射する。これによって、
イオンビームＩＢの照射箇所から弾き出されたスパッタ
物が、イオンビームＩＢの照射箇所へ再付着することを
低減することができる。すなわち、スパッタ物の再付着
の低減によって、反応性ガスを用いない場合に比べ、加
工形状のきれいな高速エッチングを行うことが可能とな
る。

【００１１】この反応性ガスとしては、大きく分けて、
ＸｅＦ₂（フッ素混入）とＣｌ₂（塩素混入）とが用い
られる。いずれも選択比を持つ反応性ガスであり、Ｘｅ
Ｆ₂を用いた場合には、酸化膜に対するエッチングスピ
ードが、ＳｉやＡｌに対するエッチングスピードに比べ
て約３〜４倍早くなり、Ｃｌ₂を用いた場合には、Ａｌ
やＳｉのエッチングスピードが、酸化膜に対するエッチ
ングスピードに比べて約１０倍早くなる。したがって、
反応性ガスを用いてイオンビーム加工を行う場合、加工
対象となる膜の材質に適するガスを選択して使用する必
要がある。

【００１２】このように、集束イオンビームによるエッ
チング加工を行う際に用いられる反応性ガスは、エッチ
ング処理を支援する効果があるので、一般にアシストガ
スと呼ばれている。

【００１３】次に、従来の集束イオンビーム加工方法を
用いた場合の加工形状について説明する。

【００１４】図２３（ａ）の右側の図は、アシストガス
を使用せず、イオンビームＩＢを半導体素子６２に照射
してエッチングした場合のエッチング溝６３の形状を示
す断面図である。エッチングは、イオンビームＩＢの電
流値が１００ｐＡ、開孔領域の直径が１μｍ、エッチン
グの深さが３μｍとなる条件で行われている。断面形状
を見ると、半導体素子６２の表面６４とエッチング溝６
３の入口部分にあたる側壁上部６５にダレが生じてお
り、丸みを帯びた形状となっていることがわかる。

【００１５】イオンビームＩＢのビーム強度分布は、図
２４に示すように、ガウス分布曲線６６のような分布と
なっており、エッチング溝６３の入口に位置する側壁上
部６５にも、このガウス分布曲線６６のスソの部分に対
応する、少量のイオンビームＩＢが照射されることにな
る。したがって、エッチング溝６３の入口に位置する側
壁上部６５は、どうしても丸みを帯びた形状となってし
まう。

【００１６】図２３（ａ）の左側の図は、上記のよう
な、アシストガスを使用しないという加工条件で加工し
た場合における、半導体素子６２の表面６４に対する法
線方向６７と、エッチング溝６３の側壁の傾斜方向６８
との関係を示す説明図である。この図に示すように、法
線方向６７と側壁の傾斜方向６８とがなす角度は、１
１．２°となる。

【００１７】図２３（ｂ）の右側の図は、アシストガス
を用いて、イオンビームＩＢを半導体素子６２に照射し
てエッチングした場合のエッチング溝６３の形状を示す
断面図である。エッチングは、イオンビームＩＢの電流
値が１００ｐＡ、開孔領域の直径が１μｍ、エッチング
の深さが３μｍとなる条件で行われている。エッチング
の対象膜が酸化膜となっている半導体素子６２を使用し
ているので、アシストガスにはＸｅＦ₂（フッ素混入）
ガスを用いている。この時のガス圧力は、加工室５５の
真空度が４×１０^-6torr前後で安定するように調整され
ている。

【００１８】アシストガス（ＸｅＦ₂）を用いると、イ
オンビームＩＢの照射箇所から出るスパッタ物の照射箇
所への再付着が減少するので、アシストガスを用いない
場合に比べて、エッチング溝６３の側壁の垂直性が向上
している。しかし、先に説明したように、イオンビーム
ＩＢのガウス分布型はアシストガスを用いた場合でも存
在するので、エッチング溝６３の入口に位置する側壁上
部６５は、やはり丸みを帯びた形状となる。すなわち、
アシストガスを使用した場合においてもエッチング溝６
３の側壁上部６５のダレを解消できず、エッチング溝６
３はテーパーを持った形状となる。

【００１９】図２３（ｂ）の左側の図は、上記のよう
な、アシストガスを使用するという加工条件で加工した
場合における、半導体素子６２の表面６４に対する法線
方向６７と、エッチング溝６３の側壁の傾斜方向６８と
の関係を示す説明図である。この図に示すように、法線
方向６７と側壁の傾斜方向６８とがなす角度は、２．０
°となる。すなわち、アシストガスを使用しない場合に
比べて、法線方向６７と側壁の傾斜方向６８とがなす角
度が９．２度も小さくなっており、垂直性の向上が図ら
れている。

【００２０】上記のような加工方法では、特に微小領域
に対して、深いエッチング溝６３を形成できないという
問題が生じている。以下に、この問題について説明す
る。

【００２１】図２５は、上記のような加工方法によっ
て、深いエッチング溝６３を半導体素子６２に形成した
際の形状を示す断面図である。図２５に示すように、側
壁の垂直性が損なわれたエッチング溝６３の場合、エッ
チング深さ６３Ｄが増すと開孔領域６３Ａが狭まり、開
孔底面６３Ｂおよび開孔領域６３Ａの面積は明らかに異
なるものとなる。

【００２２】また、図２６は、エッチング深さ６３Ｄを
横軸、開孔領域６３Ａの大きさを縦軸にとった時の関係
を示したグラフである。なお、図２６において、Ｇ１
は、アシストガスを用いない場合のグラフを示し、Ｇ２
は、アシストガスを用いた場合のグラフを示している。
また、加工条件としては、エッチング深さ６３Ｄを０と
した時の開孔領域６３Ａの直径を１．０μｍ（１．０μ
ｍφ）、イオンビームＩＢの電流値を１００ｐＡ、エッ
チング深さ６３Ｄを５μｍとしている。

【００２３】図２６に示すように、アシストガスを用い
ない場合Ｇ１と用いた場合Ｇ２とで、共にグラフでは右
下がりになっている。これは、エッチング深さ６３Ｄが
増すにつれて開孔領域６３Ａの大きさが減少することを
示している。エッチング深さ６３Ｄが１μｍ増加するこ
と毎に、アシストガスを用いない場合で２１％、アシス
トガスを用いる場合で１４％、開孔領域６３Ａの大きさ
が減少している。

【００２４】図２７は、複数の配線階層Ｍ１〜Ｍ５が形
成された半導体素子６９の断面構造を示す断面図であ
る。このような半導体素子６９において、最も下層とな
る配線階層Ｍ１のうちの特定の配線Ｌ１に対して、例え
ば修正などの処理を施すためには、この配線Ｌ１にまで
達する穴を形成する必要がある。この場合に、上記のよ
うな加工方法で配線Ｌ１にまで達するエッチング溝７０
を形成した際の半導体素子６９の断面構造を図２８に示
す。

【００２５】図２８に示すように、エッチング溝７０の
上部と下部とでは、開孔領域が大きく変化していること
がわかる。最も下層の配線階層Ｍ１に位置する配線Ｌ１
にまで達するようにエッチングするには、開孔領域７０
Ａを予め大きく設定する必要がある。しかしながら、開
孔領域７０Ａを大きくすることによって、エッチング溝
７０に隣接する配線Ｌ２・Ｌ３とエッチング溝７０とが
接触してしまう。このように、半導体素子の配線構造に
よっては、所望の深さを有するエッチング溝を形成する
ことができないケースが頻繁に生じることになる。

【００２６】次に、上記のように、加工対象となる試料
の内部に、複数の階層に分かれて配線が形成されている
場合のエッチング加工について、図２９ないし図３３を
参照しながら、より詳細に考察する。なお、以下の説明
において、加工対象となる試料７１は、その内部に、複
数の階層に分かれて配置されている配線７２…と、修正
などの処理を行う対象としての処理対象配線７３とが形
成されているものとする。また、簡単のために、イオン
ビームＩＢは、上記のガウス分布特性の影響によって、
その先端形状がくさび形となっているものとする。

【００２７】図２９は、試料７１の表面上におけるエッ
チング溝７５の幅が、処理対象配線７３に対して必要な
加工幅７４と等しくなるように加工した際の形状を示す
断面図である。図２９に示すように、イオンビームＩＢ
がくさび形をしていることによって、エッチング溝７５
の側壁は、試料７１の内部に進むにつれて内側に傾斜し
た形状となっている。したがって、上記のように、試料
７１の表面上におけるエッチング溝７５の幅が、処理対
象配線７３に対して必要な加工幅７４となるように、イ
オンビームＩＢを移動させて加工した場合には、処理対
象配線７３に達するようなエッチング溝７５を形成する
ことができない。

【００２８】図３０は、処理対象配線７３にエッチング
溝７５が達し、かつ、エッチング溝７５の底部の幅が加
工幅７４となるように加工した際の形状を示す断面図で
ある。図３０に示すように、この場合には、エッチング
溝７５の側壁の傾斜によって、試料７１の表面における
エッチング溝７５の幅は、加工幅７４よりも大きくなっ
ている。したがって、エッチング溝７５に隣接する他の
配線７２に対しても加工の影響を与えてしまう可能性が
生じる。

【００２９】図３１は、試料７１を傾斜させて配置させ
た上で、処理対象配線７３にエッチング溝７５が達し、
かつ、エッチング溝７５の底部の幅が加工幅７４となる
ように加工した際の形状を示す断面図である。図３１に
示すように、試料７１を傾斜させることによって、エッ
チング溝７５の左側の側壁７５Ｌは、試料７１の表面に
対して垂直に形成されることになる。しかしながら、エ
ッチング溝７５の右側の側壁７５Ｒは、試料７１の表面
に対する傾斜角度がさらに垂直方向から離れていくこと
になる。したがって、側壁７５Ｒに近接する他の配線７
２に対して加工の影響を与えてしまう可能性が高くな
る。

【００３０】そこで、試料７１を傾斜させて配置すると
ともに、加工対象となる領域の中心を軸として、試料７
１を回転させながら加工する構成を想定する。この場
合、まず、図３２に示すように、試料７１を傾斜させた
状態で、試料７１の表面上におけるエッチング溝７５の
幅が、加工幅７４と等しくなるように加工する。する
と、エッチング溝７５の左側の側壁は、試料７１の表面
に対して垂直に形成される。一方、エッチング溝７５の
右側の側壁は、試料７１の表面においては加工幅７４の
右端に位置しているが、処理対象配線７３の表面上にお
いては、加工幅７４の右端よりも内部側に位置してい
る。

【００３１】そして、図３２に示す状態から、試料７１
を、加工幅７４の中心を軸として回転させながら加工を
行うと、図３３に示す状態となる。すなわち、エッチン
グ溝７５の両側の側壁が、試料７１の表面に対して垂直
となり、エッチング溝７５の幅は、試料７１の表面から
処理対象配線７３に到るまで、加工幅７４に等しく形成
される。

【００３２】上記の図３２および図３３に示すような加
工方法を実現可能な構成として、実開平５−８４０１４
号公報に開示されている構成がある。なお、この実開平
５−８４０１４号公報に開示されている構成は走査電子
顕微鏡としての構成であるが、試料を保持する構成につ
いては、集束イオンビーム加工装置に適用可能である。

【００３３】図３４は、上記走査顕微鏡の試料装置の概
略構成を示す断面図である。この試料装置は、試料回転
ステージ７６、試料ホルダ８０、Ｘ方向移動ステージ８
１、Ｙ方向移動ステージ８２、傾斜ステージ８３、およ
びＺ方向移動ステージ８４を備えている。試料回転ステ
ージ７６を特定の駆動源により回転させると、この試料
回転ステージ７６にセットされているギア７７が回転す
る。このギア７７の回転によりギア７７に接続されてい
るギア７８が回転軸Ｒを軸として回転する。ギア７８の
回転により、ギア７８に固定されている実際に試料７９
を搭載する試料ホルダ８０が回転する。この結果、試料
ホルダ８０にセットしている試料７９が回転される。

【００３４】なお、この試料装置においては、試料回転
ステージ８３と試料を搭載する試料ホルダ８０との傾斜
角度は固定状態となっている。また、試料回転ステージ
８３を回転させた際に、試料７９を観察視野の中心に位
置させるためには、試料７９を絶えず回転軸Ｒ上に配置
する必要がある。

【００３５】次に、先に図２３（ａ）・（ｂ）を参照し
ながら説明した、エッチング溝６３の入口部分にあたる
側壁上部６５にダレが生じ、丸みを帯びた形状となると
いう問題を解決する従来方法を説明する。このような従
来方法として、特開昭６４−４２８２２号公報に、半導
体基板の加工方法が開示されている。

【００３６】この従来方法においては、イオンビーム強
度がガウス分布型をしていることによるエッチング溝の
側壁上部におけるダレを防ぐために、図３５（ａ）に示
すように、半導体基板８６の上面に対し全面に上層膜８
５（ＳｉＯ₂またはＳｉＮ₂膜）を形成している。そし
て、図３５（ｂ）に示すように、反応性ガスのＳｉＦ₄
ガス８８をラジカル供給管８７から半導体墓板８６上に
供給しながら、イオンビームＩＢを任意の開孔領域に照
射し、図３５（ｃ）に示すようなエッチング溝を形成す
る。

【００３７】上層膜８５として用いられるＳｉＯ₂また
はＳｉＮ₂膜は、イオンビームに対する反応性が小さい
ので、エッチング溝の側壁上部におけるダレを防ぐこと
ができる。

【００３８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、試料を
傾斜させて配置するとともに、加工対象となる領域の中
心を軸として、試料を回転させながら加工する構成とし
て、図３４に示すような構成の試料装置を用いた場合、
次のような問題点が生じる。

【００３９】図３４に示すように、試料回転ステージ７
６と、試料７９を搭載する試料ホルダ８０との傾斜角度
は、固定された構造となっている。したがって、試料７
９の材質の変化などの要因によって、イオンビームＩＢ
によって形成されるエッチング溝の側壁の傾斜角が変化
する場合には、適切な傾斜角度に調整することが不可能
となる。すなわち、このような装置では、最適な形状の
エッチング溝を形成することができない。

【００４０】なお、図３４に示す構成には、傾斜ステー
ジ８３が備えられており、上記公報によれば、試料７９
をさらに傾斜させたい場合に、図示外の駆動源によりこ
の傾斜ステージ８３を傾斜させる旨が記載されている。
しかしながら、この記載および図によれば、試料７９の
傾斜方向を増やす方向にしか傾斜ステージ８３を傾斜さ
せることができない。すなわち、試料の傾斜角度を任意
の角度に制御することは不可能である。

【００４１】また、エッチング加工を試料を回転させな
がら行う場合には、加工を行う箇所を回転中心に移動さ
せる必要がある。この場合、図３４に示す構成の場合に
は、試料７９と回転体としての試料ホルダ８０との位置
関係を相対的に移動させる手段はなく、試料７９と回転
軸Ｒとの位置関係を移動させることはできない。よっ
て、例えば加工箇所が１つの試料中に複数箇所存在する
場合には、１つの加工箇所における加工を終了する毎
に、試料７９を試料ホルダ８０から取り外し、再度、試
料７９を、次の加工箇所が回転軸Ｒ上に配置されるよう
に試料ホルダ８０に取り付け直す必要がある。

【００４２】この場合、試料７９を試料ホルダ８０に取
り付ける際の位置合わせ精度は極めて高いものが要求さ
れるが、上記のような構成の場合、人間の手作業によっ
て取り付けが行われるので、必要な位置合わせ精度を得
ることができない。したがって、所望の箇所に、所望の
大きさのエッチング溝を形成することは極めて困難にな
っている。

【００４３】また、上記の、特開昭６４−４２８２２号
公報に記載された半導体基板の加工方法においては、半
導体基板８６の上に反応性の小さい材料からなる上層膜
８５を形成してからエッチングを行うことによって、エ
ッチング溝の側壁上部におけるダレを防いでいる。しか
しながら、イオンビームＩＢのビーム強度がガウス分布
となることによって、エッチング溝の側壁が傾斜して形
成されることについては考慮されていないので、エッチ
ング溝の側壁を、半導体基板８６の表面に対して垂直と
なるように形成することは不可能である。

【００４４】本発明は上記の問題点を解決するためにな
されたもので、その目的は、試料に対して、所望の箇所
に、所望の大きさのエッチング溝を、その側壁が所望の
角度となるように形成することが可能な集束イオンビー
ム加工装置およびエッチング加工方法を提供することに
ある。

【００４５】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに、請求項１記載の集束イオンビーム加工装置は、試
料に対してイオンビームを照射することによってエッチ
ング加工を行う集束イオンビーム加工装置において、イ
オンビームを出射するイオン源と、試料を保持する試料
保持手段と、イオンビームが試料に入射する角度を任意
の角度に調節する入射角度制御手段とを備えていること
を特徴としている。

【００４６】上記の構成によれば、入射角度制御手段に
よって、イオンビームが試料に入射する角度を任意の角
度に調節することが可能となるので、イオンビームのビ
ーム強度およびビーム径などを変化させた場合にも、イ
オンビームの入射角度を調節することによって、形成さ
れるエッチング溝の側壁の角度を所望の角度、例えば垂
直となるように形成することができる。

【００４７】請求項２記載の集束イオンビーム加工装置
は、請求項１記載の構成において、上記試料保持手段
が、試料を任意の周期で回転させる回転ステージを備え
ていることを特徴としている。

【００４８】上記の構成によれば、試料保持手段が備え
る回転ステージによって、試料を任意の周期で回転させ
ることができるので、試料を回転させながらイオンビー
ムを照射してエッチング処理を行うことができる。すな
わち、入射角度制御手段によってイオンビームが試料に
入射する角度を調節した上で、試料を回転させながらエ
ッチング処理を行うことができるので、エッチング溝の
すべての側壁の角度が、所望の角度でかつ一定となるよ
うに形成することができる。

【００４９】請求項３記載の集束イオンビーム加工装置
は、請求項１または２記載の構成において、上記入射角
度制御手段が、上記イオン源を内部に備えたイオンカラ
ムの傾斜角度を調節する傾斜角度制御手段であることを
特徴としている。

【００５０】上記の構成によれば、イオン源を内部に備
えたイオンカラムの傾斜角度を調節することによって、
イオンビームが試料に入射する角度を調節するので、試
料上におけるイオンビームの照射位置がずれることな
く、イオンビームの入射角度を変更することが可能とな
る。

【００５１】請求項４記載の集束イオンビーム加工装置
は、試料保持手段によって保持された試料に対してイオ
ンビームを照射することによってエッチング加工を行う
集束イオンビーム加工装置において、上記試料保持手段
が、傾斜角度を変更可能な傾斜ステージと、回転軸を中
心として回転可能な回転ステージと、平面内での配置位
置の変更が可能なＸＹ方向移動ステージとを備え、上記
ＸＹ方向移動ステージが、上記回転ステージの上に配置
されており、上記ＸＹ方向移動ステージの上に試料が保
持されることを特徴としている。

【００５２】上記の構成によれば、ＸＹＺ方向移動ステ
ージによって水平面内および鉛直方向に対して任意の位
置に試料を移動させることができる。また、試料におけ
る特定の面の法線方向に関しては、傾斜ステージの傾斜
角度を調節することによって任意の方向に設定すること
が可能となる。また、回転ステージによって、試料は、
回転軸を中心として回転させることができる。また、回
転ステージの上に配置されたＸＹステージによって、回
転軸と試料との位置関係を変更することが可能となる。
したがって、試料における目的加工箇所の中心を、回転
軸とイオンビームの走査領域の中心軸との交点に位置さ
せることが可能となる。このように試料を位置させるこ
とによって、試料に対するイオンビームの入射角度を所
望の角度としながら、試料を回転させてエッチング処理
を行うことが可能となるので、エッチング溝のすべての
側壁の角度が、所望の角度でかつ一定となるように形成
することができる。

【００５３】また、試料における目的加工箇所が複数存
在する場合にも、試料保持手段が備える各ステージを適
宜移動させることによって、各目的加工箇所を所望の位
置で、かつ所望の方向に配置させることが可能となる。

【００５４】請求項５記載のエッチング加工方法は、試
料上における目的加工箇所を中心として、試料を所定の
周期で回転させる工程と、上記の目的加工箇所に対し
て、試料の表面の法線方向から所定の角度だけ傾斜した
方向からイオンビームを照射して、所望の深さまでエッ
チング溝を形成する工程とを含み、上記のイオンビーム
を照射する際の所定の角度を、イオンビームのビーム強
度および／またはビーム径に基づいて設定することを特
徴としている。

【００５５】上記の方法によれば、試料上における目的
加工箇所を中心として、試料を所定の周期で回転させる
とともに、目的加工箇所に対して、試料の表面の法線方
向から所定の角度だけ傾斜した方向からイオンビームを
照射して、所望の深さまでエッチング溝を形成するの
で、エッチング溝のすべての側壁の角度が、所望の角度
でかつ一定となるようにエッチング加工することができ
る。

【００５６】また、イオンビームを照射する際の所定の
角度を、イオンビームのビーム強度および／またはビー
ム径に基づいて設定するので、イオンビームのビーム強
度および／またはビーム径を変化させた場合にも、エッ
チング溝のすべての側壁の角度を、所望の角度とするこ
とができる。

【００５７】請求項６記載のエッチング加工方法は、請
求項５記載の方法において、上記の試料を回転させる際
の周期を、０．０５〜０．１ｎｃ／回転の範囲に設定す
ることを特徴としている。

【００５８】上記の方法によれば、試料の回転を早くし
た場合に生じる回転誤差によるエッチング溝の乱れや、
試料の回転を遅くした場合に、イオンビームの照射時間
が長くなることによるエッチング溝の形状の不均一さを
防ぐことができる。よって、形状の整ったエッチング溝
を形成することができる。

【００５９】請求項７記載のエッチング加工方法は、請
求項５または６に記載の方法において、上記の目的加工
箇所の上面に、金属または絶縁性の膜を形成してからエ
ッチング溝を形成することを特徴としている。

【００６０】上記の方法によれば、目的加工箇所の上面
に、金属または絶縁性の膜を形成してからエッチング溝
を形成するので、イオンビームのビーム強度分布を示す
ガウス分布曲線のスソの部分によって生じるエッチング
溝の上部のダレは、上記の膜の部分にのみ形成されるこ
とになる。したがって、試料の表面にエッチングのダメ
ージが生じることを防ぐことができる。

【００６１】

【発明の実施の形態】〔実施の形態１〕本発明の実施の
一形態について図１ないし図１５に基づいて説明すれ
ば、以下のとおりである。

【００６２】図１は、本実施形態に係る集束イオンビー
ム加工装置の概略構成を示す模式図である。この集束イ
オンビーム加工装置は、イオンカラム１の内部に配置さ
れたイオン源２、静電レンズ３、および偏向レンズ４
と、加工室５の内部に配置された検出機６、デポノズル
７、試料ステージ（試料保持手段）８、および専用ノズ
ル９と、加工室５の外部に配置された複数のガスボンベ
１０…およびガス配管１１とを備えている。また、上記
のイオンカラム１は、加工室５に対して、その取り付け
角度を変更することが可能な構成となっており、その可
動範囲は、イオンカラム１が加工室５に対して直立した
状態から、左右方向に±４５°となっている。このイオ
ンカラム１の傾斜角度は、図示しない傾斜角度制御手段
によって制御されている。なお、図２に、イオンカラム
１が加工室５に対して傾斜した状態に配置されている時
の状態を示す。

【００６３】イオン源２は、主に液体金属を原材料にし
て構成される。この液体金属としては、一般的にＧａ⁺
（ガリウム）イオンが用いられており、このイオン源２
から、イオンビームＩＢが出射される。

【００６４】静電レンズ３は、イオン源２の下部に配置
されており、その中心部にイオン源２から出射されたイ
オンビームＩＢを通すことにより、イオンビームＩＢの
径を制御している。偏向レンズ４は、静電レンズ３のさ
らに下部に配置されており、その中心部にイオン源２か
ら出射されたイオンビームＩＢを通すことにより、イオ
ンビームＩＢの進行方向を制御している。

【００６５】試料ステージ８の上には、加工対象として
の半導体素子１２が固定されて載置され、イオン源２を
出射したイオンビームＩＢは、静電レンズ３、偏向レン
ズ４を通過して、この半導体素子１２に照射される。

【００６６】検出機６は、半導体素子１２上にイオンビ
ームＩＢが照射された時に生じる２次イオンおよび２次
電子を検出するものである。デポノズル７は、金属化合
物ガスをイオンビームＩＢの照射箇所に吹き付けるため
のノズルであり、半導体素子１２上に金属性の膜を形成
する際に用いられる。

【００６７】専用ノズル９は、ガスボンベ１０…からガ
ス配管１１を通じて導入された反応性ガスを、イオンビ
ームＩＢの照射箇所に吹き付けるためのノズルである。

【００６８】以上のような構成の集束イオンビーム加工
装置において、半導体素子１２上にエッチング溝を形成
する際の動作について、以下に説明する。

【００６９】まず、半導体素子１２を試料ステージ８の
上に固定した状態で載置し、加工室５の内部を、その真
空度が２×１０^-7torrに達するまで真空引きする。そし
て、イオン源２から引き出されたイオンビームＩＢを、
静電レンズ３によって、最小で直径０．０１μｍにまで
集束し、試料ステージ８上の半導体素子１２の表面に照
射させる。

【００７０】この際に、半導体素子１２の表面におい
て、イオンビームＩＢが照射された箇所から２次イオン
および２次電子が放出される。これらの２次イオンおよ
び２次電子は、検出器６によって検出され、画像処理が
施された後、半導体素子１２の表面における加工部分の
画像として、図示しないディスプレイ上に１００〜１０
万倍の範囲で拡大されて映し出される。

【００７１】図３ないし図６は、試料ステージ８の構成
および動作を示す側面図である。試料ステージ８は、例
えば図３に示すように、土台１６上に縦に３段積みされ
たステージ構造となっている。具体的には、土台１６上
に、下段ステージ（回転ステージ）１５、中段ステージ
１４、上段ステージ１３が、下からこの順に配置された
構成となっている。そして、上段ステージ１３上に、加
工対象としての半導体素子１２が固定されて配置され
る。

【００７２】下段ステージ１５は、土台１６に対して任
意の周期で３６０°回転することが可能な構成となって
いる。また、その上に配置された中段ステージ１４は、
Ｙ方向に移動可能な構成となっている。さらに、その上
に配置された上段ステージ１３は、中段ステージ１４の
移動方向とは垂直な方向、すなわち、Ｘ方向に移動可能
な構成となっている。なお、上記の説明において、水平
面内において、互いに垂直な２方向をそれぞれＸ方向、
Ｙ方向とおいており、図３ないし図６においては、紙面
の左右方向をＸ方向、紙面に垂直な方向をＹ方向とおい
ている。

【００７３】また、下段ステージ１５は、その面の方向
を、土台４５に対して±４５°の範囲で傾斜させること
も可能な構成となっている。すなわち、イオンカラム１
が±４５°の範囲で傾斜可能なことを合わせると、イオ
ンビームＩＢが半導体素子１２の表面に照射する角度
は、±９０°の範囲で調節可能となる。

【００７４】次に、試料ステージ８の動作について説明
する。まず、図３に示すように、上段ステージ１３上に
半導体素子１２を固定した状態で載置する。次に、図４
に示すように、上段ステージ１３および中段ステージ１
４を移動させることによって、下段ステージ１５におけ
る中心軸Ａ上に、半導体素子１２における加工箇所１７
が位置するように調整を行う。

【００７５】次に、図５に示すように、イオンビームＩ
Ｂを半導体素子１２上の加工箇所１７に照射し、表面観
察を行いながら下段ステージ１５を回転させる。この
時、加工箇所１７が中心軸Ａ上に位置するように調整さ
れていれば、下段ステージ１５を回転させても加工箇所
１７は中心軸Ａ上を回転するだけで位置ズレを起こすこ
とはない。下段ステージ１５の回転中に加工箇所１７が
位置ズレを起こす場合には、半導体素子１２の表面を観
察した状態で上段ステージ１３および中段ステージ１４
の位置を微調整し、加工箇所１７が全く位置ズレを起こ
さないポイントを探し出す。

【００７６】次に、図６に示すように、イオンカラム１
の傾斜角度を変えることによって、半導体素子１２の表
面に対し傾斜した角度でイオンビームＩＢが照射される
ように調整する。ここで設定される傾斜角度は、加工箇
所１７において形成されるエッチング溝の側壁が垂直と
なるように設定される。なお、この傾斜角度とエッチン
グ溝の形状との関係については、後で詳細に説明する。

【００７７】そして、下段ステージ１５を一定速度で回
転させながら、イオンビームＩＢを加工箇所１７に照射
させて加工を行う。この際に、上記のように、加工箇所
１７と回転軸Ａとが一致するように調整されていれば、
下段ステージ１５を一定速度で回転させても、加工箇所
１７が位置ズレを起こすことはない。

【００７８】そして、イオンビームＩＢを加工箇所１７
に照射した状態で、専用ノズル９から選択比を持つアシ
ストガスを半導体素子１２の表面に噴射しながら加工
（エッチング）を行う。

【００７９】この時の下段ステージ１５の回転速度は、
０．１ｎｃ／１回転に設定するのが最も望ましい。ｎｃ
単位は、単位面積あたりに注入されるイオンの量を表
し、エッチングスピードの表現として用いられる。１μ
ｍの深さをエッチングするには、約４ｎｃ必要であり、
この時に要するエッチング時間は用いるイオンビーム電
流値によって変化する。イオンビーム電流値が４００ｐ
Ａの場合で、１μｍの深さをエッチングするのに６０秒
かかり、イオンビーム電流値が１００ｐＡの場合では、
４倍の２４０秒が必要となる。なお、このようにイオン
ビーム電流値を変化させた場合、エッチング時間は変化
しているが、単位面積当たりのイオン注入量は同一であ
る。

【００８０】加工形状に関しては、イオンビーム電流値
が４００ｐＡの場合よりも、イオンビーム電流値が１０
０ｐＡの方が、ビーム径が細い分、きれいに加工され
る。また、下段ステージ１５の回転速度を速く（例えば
０．０５ｎｃ／１回転）した場合には、基本的には大き
な支障は見られないが、ステージ回転時の回転誤差が生
じることが懸念される。逆に、下段ステージ１５の回転
速度を遅く（例えば０．３ｎｃ／１回転）した場合に
は、１箇所に対するイオンビームの照射時間が長くなる
ので、加工形状の不均一さが顕著にあらわれる。よっ
て、下段ステージ１５の回転数は、０．１ｎｃ／１回転
程度が最適値であり、０．０５ｎｃ／１回転まで速度を
上げて回転させることが可能である。

【００８１】次に、イオンカラム１の傾斜角度、すなわ
ち、イオンビームＩＢの半導体素子１２への入射方向と
半導体素子１２の法線とがなす角度（入射角度）と、エ
ッチング溝の形状との関係について、図７を参照しなが
ら以下に説明する。

【００８２】図７は、２種類のイオンビーム電流値の場
合において、入射角度に応じたエッチング溝の形状を示
した表である。入射角度は、０°〜１０°の範囲に設定
している。また、イオンビーム電流値が４００ｐＡの場
合には、エッチング溝の開孔領域が２μｍφとなるよう
に設定しており、イオンビーム電流値が１００ｐＡの場
合には、エッチング溝の開孔領域が０．５μｍφとなる
ように設定している。また、エッチング溝の深さは、ど
ちらの場合も５μｍとなるように設定している。

【００８３】入射角度が０°の場合、開孔領域が２μｍ
φの場合および開孔領域が０．５μｍφの場合で、共に
エッチング溝の側壁が、エッチング溝の底部へ行くほど
狭くなるように傾斜した形状となっている。また、入射
角度を８°とした場合、入射角度０°の場合に比ベて、
エッチング溝の側壁の傾斜は、開孔領域が２μｍφの場
合および開孔領域が０．５μｍφの場合共に、その垂直
性が向上してはいるが、若干の傾斜は依然見られる。ま
た、入射角度を１０°にした場合、開孔領域が２μｍφ
の場合および開孔領域が０．５μｍφの場合共に、エッ
チング溝の側壁が逆方向に傾斜、すなわち、エッチング
溝の底部へ行くほど広くなるように傾斜している。すな
わち、イオンカラム１の傾斜角度を大きくしすぎたこと
になる。入射角度を９．８°とした場合、開孔領域が２
μｍφの場合および開孔領域が０．５μｍφの場合共
に、垂直なエッチング溝が得られており、最も適した入
射角度であることがわかる。

【００８４】なお、開孔領域が２μｍφとなるように形
成する場合に、イオンビーム電流値を４００ｐＡとする
のは、加工時間を短くする為である。また、開孔領域が
０．５μｍφの場合に、イオンビーム電流値を１００ｐ
Ａにするのは、開孔領域が微小領域であるために、ビー
ム径を０．１μｍφにまで絞り込むことによって、エッ
チング溝の形状を良くするためである。

【００８５】次に、エッチング溝を形成する手順につい
て、図８ないし図１１を参照しながら以下に説明する。

【００８６】まず、イオンカラム１の傾斜角度を９．８
°に設定し、イオンビームＩＢを半導体素子１２の加工
箇所１７に入射角度９．８°で照射させる。この際に、
加工箇所１７が下段ステージ１５の回転軸Ａの中心に位
置するように調整することによって、下段ステージ１５
の回転に伴って、加工箇所１７の位置ズレが生じないよ
うにしておく。

【００８７】次に、図８に示すように、アシストガスを
専用ノズル９から半導体素子１２の表面に噴射しなが
ら、下段ステージ１５の回転を停止した状態で、１μｍ
φの開孔領域に、電流値が１００ｐＡのイオンビームＩ
Ｂを、図８の矢印で示すように走査しながら照射してエ
ッチング溝を形成する。なお、イオンビームＩＢの形状
は、前記したように、その強度分布がガウス分布となっ
ていることを反映した形状となるが、図８においては、
簡単のために、イオンビームＩＢの形状をくさび形とし
て記載している。

【００８８】この際に、図８において、イオンビームＩ
Ｂが最も左に位置した時のビーム領域の左端部ＩＢＬに
よって、エッチング溝の左側壁１８Ｌが形成され、イオ
ンビームＩＢが最も右に位置した時のビーム領域の右端
部ＩＢＲによって、エッチング溝の右側壁１８Ｒが形成
される。また、イオンビームＩＢの入射角度を９．８°
としていることにより、イオンビームＩＢの左端部ＩＢ
Ｌは、半導体素子１２の表面に対して垂直となってい
る。よって、エッチング溝の一方の側壁となる左側壁１
８Ｌは、半導体素子１２の表面に対して垂直となるよう
に形成される。

【００８９】このようにして、下段ステージ１５を回転
させない状態でエッチング溝を形成した際のエッチング
溝の形状を図９に示す。

【００９０】次に、イオンカラム１の傾斜角度を９．８
°に保ったまま、０．０５〜０．１ｎｃ／回転で下段ス
テージ１５を回転させ、１μｍφの開孔領域に、電流値
が１００ｐＡのイオンビームＩＢを、上記と同様に図８
の矢印で示すように走査しながら照射する。下段ステー
ジ１５を回転させることによって、図１０に示すよう
に、イオンビームＩＢが照射されていなかった側壁部分
Ｐに対してもイオンビームＩＢが照射されることにな
る。そして、最終的には、図１１に示すように、エッチ
ング溝の全ての側壁が、半導体素子１２の表面に対して
垂直となったエッチング溝が形成される。

【００９１】以上のような方法によれば、開孔領域１μ
ｍφで深さが１０μｍのエッチング溝を、その側壁が全
て、半導体素子１２の表面に対して垂直となるように形
成することが可能となる。

【００９２】次に、各種配線が、多層にわたって形成さ
れた構造となる半導体素子１２に対して、深い層に位置
する配線に対して修正などの処理を行う場合について、
以下に説明する。

【００９３】図１２は、配線階層Ｍ１〜Ｍ５が形成され
た半導体素子１２の断面を示す断面図である。まず、回
路設計上で修正する内容を検討し、修正箇所となる対象
配線１９が決まったら、半導体素子１２のレイアウトデ
ータから修正箇所の配線間の最小値Ｄを算出する。一例
として、上層となる配線の配線間の最小値Ｄを０．２μ
ｍとする。最小値Ｄが求められたら、この範囲内に収ま
るように開孔領域を設定し、イオンビーム電流値を選択
する。そして対象配線１９に達する深さまで、先に説明
した方法を用いてエッチングを行い、エッチング溝１８
を形成する。なお、配線間の最小値Ｄが０．２μｍであ
る場合には、イオンビーム電流値を１００ｐＡとすれば
良い。

【００９４】エッチング溝１５の上部近傍を拡大した様
子を図１３に示す。上記したようなエッチングの方法に
よれば、エッチング溝１５の側壁が、半導体素子１２の
表面に対して垂直となるように形成することが可能であ
るが、エッチング溝１５の上部に若干のエッチングダレ
が生じる。これは、先に説明したように、イオンビーム
ＩＢの強度分布におけるガウス分布曲線のスソの部分
が、半導体素子１２の表面に照射されるためである。

【００９５】このエッチング溝１５の上部におけるダレ
を防ぐために、図１４に示すように、エッチング溝１５
を形成する箇所に金属又は絶縁性の膜２０を予め形成し
ておく。形成した膜２０の上から開孔領域を設定し、エ
ッチングを行った場合、膜２０の表面が、ガウス分布曲
線のスソの部分の影響を受けて丸く削れるが、半導体素
子１２の表面は削れない。

【００９６】この場合の、エッチング溝１５の上部近傍
を拡大した様子を図１５に示す。図１５に示すように、
開孔領域に生じているダレは予め形成していた膜２０で
起こり、半導体素子１２の表面にエッチングダメージは
全く見られない。すなわち、エッチング溝１５を形成す
る箇所に金属又は絶縁性の膜２０を予め形成しておくこ
とにより、開孔領域に対し保護膜を形成することで、半
導体素子１２の表面にダメージが生じることなしに、垂
直性に優れたエッチング溝を形成することが可能とな
る。

【００９７】〔実施の形態２〕本発明の実施の他の形態
について図１６ないし図２１に基づいて説明すれば、以
下のとおりである。なお、前記した実施の形態１で説明
した構成と同様の機能を有する構成には、同一の符号を
付記し、その説明を省略する。

【００９８】本実施形態においては、前記した実施の形
態１における試料ステージ８に関して、別の構成につい
て説明する。図１６は、本実施形態における試料ステー
ジ８の概略構成を示す模式図である。

【００９９】本実施形態における試料ステージ８は、図
１６に示すように、ＸＹ方向移動ステージ２１、回転ス
テージ２２、傾斜ステージ２３、ＸＹＺ方向移動ステー
ジ２４、およびステージ回転機構ボックス２８を備えて
いる。ＸＹ方向移動ステージ２１、回転ステージ２２、
傾斜ステージ２３、およびＸＹＺ方向移動ステージ２４
は、上からこの順に積み上げられて配置されており、ス
テージ回転機構ボックス２８は、これらの構成の内側に
配置されている。そして、試料としての半導体素子１２
は、ＸＹ方向移動ステージ２１の上部に、固定された状
態で載置される。

【０１００】ＸＹ方向移動ステージ２１は、水平面内に
おいて互いに直交する２方向（Ｘ，Ｙ方向）にスライド
移動可能な構成となっており、ＸＹ方向移動ステージ駆
動用装置２５によって駆動される。回転ステージ２２
は、傾斜ステージ２３上において、回転軸Ａを中心とし
て回転可能な構成となっており、ステージ回転機構ボッ
クス２８によって回転される。また、このステージ回転
機構ボックス２８は、回転ステージ駆動用装置２９によ
って駆動される。

【０１０１】傾斜ステージ２３は、その面の法線方向が
鉛直方向から傾斜するように、ステージ傾斜機構ボック
ス２３Ａを介して傾斜する構成となっており、傾斜ステ
ージ駆動用装置２６によって駆動される。ＸＹＺ方向移
動ステージ２４は、水平面内において互いに直交する２
方向（Ｘ，Ｙ方向）、および鉛直方向（Ｚ方向）に移動
可能な構成となっており、ＸＹＺ方向移動ステージ駆動
用装置２７によって駆動される。

【０１０２】以上のような構成において、回転ステージ
２２が回転する際には、その上に設置されているＸＹ方
向移動ステージ２１および半導体素子１２が同時に回転
することになる。この際に、半導体素子１２上の目的加
工箇所（例えば目的加工箇所Ｐ１）が常に回転軸Ａ上に
位置するように、ＸＹ方向移動ステージ２１の位置が制
御される機構となっている。

【０１０３】また、ＸＹＺ方向移動ステージ２４は、半
導体素子１２上の目的加工箇所（例えば目的加工箇所Ｐ
１）の中心がイオンビームＩＢによる走査領域の中心と
なるように、また、図示しないイオン源２と目的加工箇
所との距離を一定に保つように、その配置位置が制御さ
れる。そして、上記の、ＸＹＺ方向移動ステージ駆動用
装置２７、傾斜ステージ騒動用装置２６、回転ステージ
駆動用装置２９、ＸＹ方向移動ステージ駆動用装置２５
は、図示しない制御装置によって、統合的に制御される
構成となっている。

【０１０４】図１７は、ステージ回転機構ボックス２８
およびステージ傾斜機構ボックス２３Ａの概略構成およ
びその近傍の配置を示す模式図であり、図１８は、図１
７において左方向からみた際の側面図である。

【０１０５】図１７に示すように、ステージ回転機構ボ
ックス２８は、回転軸ギア３２、回転駆動軸ギア３３、
回転駆動用シャフト３４、回転駆動用モータ３５、およ
び回転ステージシャフト３６を備えている。また、図１
７および図１８に示すように、ステージ傾斜機構ボック
ス２３Ａは、傾斜ステージ駆動用シャフト３０、および
傾斜駆動用モータ３１を備えている。

【０１０６】ＸＹＺ方向移動ステージ２４上には、ステ
ージ傾斜機構ボックス２３Ａおよび傾斜ステージ２３が
搭載されており、傾斜ステージ２３とステージ傾斜機構
ボックス２３Ａは、傾斜ステージ駆動用シャフト３０を
介して接続されている。また、傾斜ステージ駆動用シャ
フト３０には、傾斜駆動用モータ３１が接続されてお
り、上記の傾斜ステージ駆動用装置２６によって、傾斜
駆動用モータ３１の駆動が制御され、傾斜ステージ２３
の傾斜角度が調節される。

【０１０７】傾斜ステージ２３と回転ステージ２２は、
ステージ回転機構ボックス２８を介して接続されてい
る。回転ステージ２２が回転する際には、傾斜ステージ
２３および回転ステージ２２の内部に搭載されているス
テージ回転機構ボックス２８内の回転駆動用モータ３５
が駆動される。すなわち、上記の回転ステージ駆動用装
置２９によって回転駆動用モータ３５が駆動され、この
回転駆動用モータ３５の回転が、回転駆動用シャフト３
４、回転駆動装置ギア３３、回転軸ギア３２および回転
ステージシャフト３６の順で伝達され、最後に回転ステ
ージ２２に伝わることによって、回転ステージ２２が回
転される。

【０１０８】次に、上記のような構成の試料ステージ８
による加工時の動作について、図１９ないし図２１を参
照しながら説明する。

【０１０９】図１９は、傾斜ステージ２３が水平な状態
にあり、目的加工箇所Ｐ１が加工視野内に入っている状
態を示している。ここで、加工視野とはイオンビームの
走査領域を示している。また図２０は、傾斜ステージ２
３が傾斜した状態にあり、目的加工箇所Ｐ１が加工視野
内に入っている状態を示している。すなわち、図２０に
示す状態は、図１９に示す状態から、実際に日的加工箇
所Ｐ１に対してエッチング加工を行う状態にするまでス
テージを移動させた状態を示している。

【０１１０】各ステージの状態変化としては次の通りで
ある。傾斜ステージ２３は、ＸＹＺ方向移動ステージ２
４からステージ傾斜機構ボックス２３Ａを介して、所定
の傾斜角だけ傾斜される。この際に生じる目的加工箇所
Ｐ１のＸＹＺ座標のずれは、ＸＹＺ方向移動ステージ２
４を移動させることによって補正される。このような位
置補正制御は、図示しない制御装置によって行われる。

【０１１１】このように、加工目的箇所Ｐ１は回転軸Ａ
と、イオンビームの走査領域の中心軸Ｂとの交点座標に
常時、位置する構成となっている。また、ＸＹＺ方向移
動ステージ２４の位置補正制御によって、図示しないイ
オン源２と目的加工箇所Ｐ１との距離も常に一定に保つ
ように制御される構成となっている。

【０１１２】そして、傾斜ステージ２３の傾斜に伴う目
的加工箇所Ｐ１の位置補正を行った後に、回転ステージ
駆動用装置２９によって、ステージ回転機構ボックス２
８を介して回転ステージ２２を回転させ、エッチング加
工を行う。回転ステージ２２の回転速度は、回転ステー
ジ駆動用装置２９によって任意に調整することができ
る。

【０１１３】以上のように、実際にエッチング加工を開
始するまでの各ステージ移動は、上記の制御装置などに
よって制御されている。

【０１１４】図２１は、目的加工箇所が、目的加工箇所
Ｐ１から目的加工箇所Ｐ２に移動した際の状態を示して
いる。図２０に示す状態から図２１に示す状態に変化し
た時の、各ステージの状態変化は次のとおりである。

【０１１５】まず、図２０に示す状態での加工が終了し
た後、一度、傾斜ステージ２３は自動的に傾斜が０度と
なるように制御されている。そして、この状態から、Ｘ
Ｙ方向移動ステージ駆動用装置２５によってＸＹ方向移
動ステージ２１を移動させ、目的加工箇所を目的加工箇
所Ｐ２に移動させる。この際に、図１９に示す状態から
図２０に示す状態に変化させる時と同様に、ＸＹＺ方向
移動ステージ２４、傾斜ステージ２３、回転ステージ２
２、およびＸＹ方向移動ステージ２１は、目的加工箇所
Ｐ２が、回転軸Ａ上で、かつイオンビームの走査領域の
中心軸Ｂ上に位置するように、上記の制御装置によって
移動される。

【０１１６】なお、以上の説明において、目的加工箇所
Ｐ１と目的加工箇所Ｐ２との位置座標のずれの方向は、
Ｘ方向あるいはＹ方向のどちらか一方に限られるもので
はなく、Ｘ方向およびＹ方向の両方に対してずれた位置
関係であっても構わない。すなわち、実際の半導体素子
を加工する場合では目的加工箇所の座標はランダムに存
在すると想定され、このような場合においても、本実施
形態における試料ステージ８を用いれば、目的加工箇所
に加工視野を移動した際には、常に加工目的箇所が、回
転ステージ２２の回転軸Ａ上、かつ、イオンビームの走
査領域の中心軸Ｂ上に位置するように制御することがで
きる。

【０１１７】

【発明の効果】以上のように、請求項１の発明に係る集
束イオンビーム加工装置は、試料に対してイオンビーム
を照射することによってエッチング加工を行う集束イオ
ンビーム加工装置において、イオンビームを出射するイ
オン源と、試料を保持する試料保持手段と、イオンビー
ムが試料に入射する角度を任意の角度に調節する入射角
度制御手段とを備えている構成である。

【０１１８】これにより、イオンビームのビーム強度お
よびビーム径などを変化させた場合にも、イオンビーム
の入射角度を調節することによって、形成されるエッチ
ング溝の側壁の角度を所望の角度とすることができると
いう効果を奏する。

【０１１９】請求項２の発明に係る集束イオンビーム加
工装置は、上記試料保持手段が、試料を任意の周期で回
転させる回転ステージを備えている構成である。

【０１２０】これにより、請求項１の構成による効果に
加えて、入射角度制御手段によってイオンビームが試料
に入射する角度を調節した上で、試料を回転させながら
エッチング処理を行うことができるので、エッチング溝
のすべての側壁の角度が、所望の角度でかつ一定となる
ように形成することができるという効果を奏する。

【０１２１】請求項３の発明に係る集束イオンビーム加
工装置は、上記入射角度制御手段が、上記イオン源を内
部に備えたイオンカラムの傾斜角度を調節する傾斜角度
制御手段である構成である。

【０１２２】これにより、請求項１または２の構成によ
る効果に加えて、試料上におけるイオンビームの照射位
置がずれることなく、イオンビームの入射角度を変更す
ることが可能となるという効果を奏する。

【０１２３】請求項４の発明に係る集束イオンビーム加
工装置は、試料保持手段によって保持された試料に対し
てイオンビームを照射することによってエッチング加工
を行う集束イオンビーム加工装置において、上記試料保
持手段が、傾斜角度を変更可能な傾斜ステージと、回転
軸を中心として回転可能な回転ステージと、平面内での
配置位置の変更が可能なＸＹ方向移動ステージとを備
え、上記ＸＹ方向移動ステージが、上記回転ステージの
上に配置されており、上記ＸＹ方向移動ステージの上に
試料が保持される構成である。

【０１２４】これにより、試料における目的加工箇所の
中心を、回転軸とイオンビームの走査領域の中心軸との
交点に位置させることが可能となる。このように試料を
位置させることによって、試料に対するイオンビームの
入射角度を所望の角度としながら、試料を回転させてエ
ッチング処理を行うことが可能となるので、エッチング
溝のすべての側壁の角度が、所望の角度でかつ一定とな
るように形成することができるという効果を奏する。

【０１２５】また、試料における目的加工箇所が複数存
在する場合にも、試料保持手段が備える各ステージを適
宜移動させることによって、各目的加工箇所を所望の位
置で、かつ所望の方向に配置させることが可能となると
いう効果を奏する。

【０１２６】請求項５の発明に係るエッチング加工方法
は、試料上における目的加工箇所を中心として、試料を
所定の周期で回転させる工程と、上記の目的加工箇所に
対して、試料の表面の法線方向から所定の角度だけ傾斜
した方向からイオンビームを照射して、所望の深さまで
エッチング溝を形成する工程とを含み、上記のイオンビ
ームを照射する際の所定の角度を、イオンビームのビー
ム強度および／またはビーム径に基づいて設定する。

【０１２７】これにより、試料上における目的加工箇所
を中心として、試料を所定の周期で回転させるととも
に、目的加工箇所に対して、試料の表面の法線方向から
所定の角度だけ傾斜した方向からイオンビームを照射し
て、所望の深さまでエッチング溝を形成するので、エッ
チング溝のすべての側壁の角度が、所望の角度でかつ一
定となるようにエッチング加工することができるという
効果を奏する。

【０１２８】また、イオンビームのビーム強度および／
またはビーム径を変化させた場合にも、エッチング溝の
すべての側壁の角度を、所望の角度とすることができる
という効果を奏する。

【０１２９】請求項６の発明に係るエッチング加工方法
は、上記の試料を回転させる際の周期を、０．０５〜
０．１ｎｃ／回転の範囲に設定する。

【０１３０】これにより、請求項５の方法による効果に
加えて、試料の回転を早くした場合に生じる回転誤差に
よるエッチング溝の乱れや、試料の回転を遅くした場合
に、イオンビームの照射時間が長くなることによるエッ
チング溝の形状の不均一さを防ぐことができるので、形
状の整ったエッチング溝を形成することができるという
効果を奏する。

【０１３１】請求項７の発明に係るエッチング加工方法
は、上記の目的加工箇所の上面に、金属または絶縁性の
膜を形成してからエッチング溝を形成する。

【０１３２】これにより、請求項５または６の方法によ
る効果に加えて、イオンビームのビーム強度分布を示す
ガウス分布曲線のスソの部分によって生じるエッチング
溝の上部のダレは、上記の膜の部分にのみ形成されるこ
とになる。したがって、試料の表面にエッチングのダメ
ージが生じることを防ぐことができるという効果を奏す
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態に係る集束イオンビーム
加工装置の概略構成を示す模式図である。

【図２】上記集束イオンビーム加工装置において、イオ
ンカラムが傾斜した際の概略構成を示す模式図である。

【図３】上記の集束イオンビーム加工装置が備える試料
ステージの一動作形態を示す模式図である。

【図４】上記試料ステージの他の動作形態を示す模式図
である。

【図５】上記試料ステージのさらに他の動作形態を示す
模式図である。

【図６】上記試料ステージのさらに他の動作形態を示す
模式図である。

【図７】２種類のイオンビーム電流値の場合において、
入射角度に応じたエッチング溝の形状を示した表であ
る。

【図８】エッチング処理時の動作を示す説明図である。

【図９】上記試料ステージにおいて、下段ステージを回
転させない状態でエッチング溝を形成した際のエッチン
グ溝の形状を示す断面図である。

【図１０】上記下段ステージを回転させない状態でエッ
チング溝を形成した際に、エッチングが行われない領域
を示した断面図である。

【図１１】上記下段ステージを回転させた状態でエッチ
ング溝を形成した際のエッチング溝の形状を示す断面図
である。

【図１２】複数の配線階層が形成された半導体素子に対
してエッチング溝を形成した際の様子を示す断面図であ
る。

【図１３】図１２に示すエッチング溝の上部近傍を拡大
して示す拡大断面図である。

【図１４】図１２に示す半導体素子に対して、エッチン
グ溝を形成する箇所に絶縁性の膜を予め形成しておい
て、その後エッチング溝を形成した際の様子を示す断面
図である。

【図１５】図１４に示すエッチング溝の上部近傍を拡大
して示す拡大断面図である。

【図１６】本発明の実施の他の形態に係る集束イオンビ
ーム加工装置が備える試料ステージの概略構成を示す模
式図である。

【図１７】上記試料ステージが備えるステージ回転機構
ボックスおよびステージ傾斜機構ボックスの概略構成お
よびその近傍の配置を示す模式図である。

【図１８】図１７において左方向からみた際の側面図で
ある。

【図１９】上記試料ステージの一動作形態を示す模式図
である。

【図２０】上記試料ステージの他の動作形態を示す模式
図である。

【図２１】上記試料ステージのさらに他の動作形態を示
す模式図である。

【図２２】従来の集束イオンビーム加工装置の概略構成
を示す模式図である。

【図２３】同図（ａ）および（ｂ）は、従来の集束イオ
ンビーム加工装置によって形成されるエッチング溝の形
状を示す断面図であり、同図（ａ）はアシストガスを用
いない場合、同図（ｂ）はアシストガスを用いた場合を
示している。

【図２４】イオンビームの強度分布を示すグラフであ
る。

【図２５】深いエッチング溝を半導体素子に形成した際
の形状を示す断面図である。

【図２６】エッチング深さを横軸、開孔領域の大きさを
縦軸にとった時の関係を示したグラフである。

【図２７】複数の配線階層が形成された半導体素子の構
成を示す断面図である。

【図２８】図２７に示す半導体素子にエッチング溝を形
成した際の様子を示す断面図である。

【図２９】試料の表面上におけるエッチング溝の幅が、
処理対象配線に対して必要な加工幅と等しくなるように
加工した際の形状を示す断面図である。

【図３０】処理対象配線にエッチング溝が達し、かつ、
エッチング溝の底部の幅が加工幅となるように加工した
際の形状を示す断面図である。

【図３１】試料を傾斜させて配置させた上で、処理対象
配線にエッチング溝が達し、かつ、エッチング溝の底部
の幅が加工幅となるように加工した際の形状を示す断面
図である。

【図３２】試料を傾斜させた状態で、試料の表面上にお
けるエッチング溝の幅が、加工幅と等しくなるように加
工する際の様子を示す説明図である。

【図３３】図３２に示す状態から、試料を、加工幅の中
心を軸として回転させながら加工を行った際の様子を示
す説明図である。

【図３４】従来の走査顕微鏡の試料装置の概略構成を示
す断面図である。

【図３５】同図（ａ）ないし（ｃ）は、従来の半導体基
板の加工方法を示す説明図である。

【符号の説明】

１イオンカラム２イオン源８試料ステージ（試料保持手段）１２半導体素子（試料）１３上段ステージ１４中段ステージ１５下段ステージ１６土台１７目的加工箇所１８エッチング溝１９対象配線２０膜２１ＸＹ方向移動ステージ２２回転ステージ２３傾斜ステージ２３Ａステージ傾斜機構ボックス２４ＸＹＺ方向移動ステージ２８ステージ回転機構ボックスＡ回転軸Ｂ中心軸Ｐ１・Ｐ２目的加工箇所

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者袖木浩一大阪府大阪市阿倍野区長池町22番22号シャープ株式会社内Ｆターム(参考） 5C001 AA03 AA05 AA06 BB07 CC07 5C034 BB07 BB08 CC01 CC08 CC19 CD08 DD06 5F004 BA17 BB24 CA05 EA19 EA38

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】試料に対してイオンビームを照射すること
によってエッチング加工を行う集束イオンビーム加工装
置において、イオンビームを出射するイオン源と、試料を保持する試料保持手段と、イオンビームが試料に入射する角度を任意の角度に調節
する入射角度制御手段とを備えていることを特徴とする
集束イオンビーム加工装置。
【請求項２】上記試料保持手段が、試料を任意の周期で
回転させる回転ステージを備えていることを特徴とする
請求項１記載の集束イオンビーム加工装置。
【請求項３】上記入射角度制御手段が、上記イオン源を
内部に備えたイオンカラムの傾斜角度を調節する傾斜角
度制御手段であることを特徴とする請求項１または２記
載の集束イオンビーム加工装置。
【請求項４】試料保持手段によって保持された試料に対
してイオンビームを照射することによってエッチング加
工を行う集束イオンビーム加工装置において、上記試料保持手段が、傾斜角度を変更可能な傾斜ステージと、回転軸を中心として回転可能な回転ステージと、平面内での配置位置の変更が可能なＸＹ方向移動ステー
ジとを備え、上記ＸＹ方向移動ステージが、上記回転ステージの上に
配置されており、上記ＸＹ方向移動ステージの上に試料
が保持されることを特徴とする集束イオンビーム加工装
置。
【請求項５】試料上における目的加工箇所を中心とし
て、試料を所定の周期で回転させる工程と、上記の目的加工箇所に対して、試料の表面の法線方向か
ら所定の角度だけ傾斜した方向からイオンビームを照射
して、所望の深さまでエッチング溝を形成する工程とを
含み、上記のイオンビームを照射する際の所定の角度を、イオ
ンビームのビーム強度および／またはビーム径に基づい
て設定することを特徴とするエッチング加工方法。
【請求項６】上記の試料を回転させる際の周期を、０．
０５〜０．１ｎｃ／回転の範囲に設定することを特徴と
する請求項５記載のエッチング加工方法。
【請求項７】上記の目的加工箇所の上面に、金属または
絶縁性の膜を形成してからエッチング溝を形成すること
を特徴とする請求項５または６に記載のエッチング加工
方法。