JP2018152183A - 微細構造体の製造方法および製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】所望の加工位置以外にイオンビームが照射されることを回避する技術を提供する。【解決手段】微細構造体の製造方法は、試料へイオンビームを照射する工程（Ｓ１０１）と、試料へガスを供給する工程（Ｓ１０２）と、試料へのガスの供給を停止する工程（Ｓ１０４）と、試料へのイオンビームの照射を停止する工程（Ｓ１０５）と、を有する。そして、イオンビームを照射する工程（Ｓ１０１）はガスを供給する工程（Ｓ１０２）より先に行われる、もしくは、ガスの供給を停止する工程（Ｓ１０４）はイオンビームの照射を停止する工程（Ｓ１０５）より先に行われる。【選択図】図３

Description

本発明は、微細構造体の製造方法および製造装置に関し、例えばＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）などの微細構造体を製造する微細構造体の製造方法および製造装置に関する。

特許文献１には、集束イオンビーム装置において、ガス種毎にブランキング電極に電圧印加するタイミングの設定値を記憶し、ガス種に対応するタイミングの設定値をブランキング電極に設定する技術が開示されている。

特開２０１１−２１０４９２号公報

上述した特許文献１の技術では、ガス種毎にブランキング電極に電圧印加するタイミングを切り替えることができる。しかしながら、特許文献１の技術を用いて、ガス種毎にブランキングのタイミングを切り替えるだけでは、所望の加工位置以外にイオンビームが照射されることを回避できない。

本発明の目的は、所望の加工位置以外にイオンビームが照射されることを回避する技術を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴については、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

一実施の形態における微細構造体の製造方法は、試料へイオンビームを照射して微細構造体を製造する微細構造体の製造方法である。微細構造体の製造方法は、試料へイオンビームを照射する工程と、試料へガスを供給する工程と、試料へのガスの供給を停止する工程と、試料へのイオンビームの照射を停止する工程と、を有する。そして、イオンビームを照射する工程はガスを供給する工程より先に行われる、もしくは、ガスの供給を停止する工程はイオンビームの照射を停止する工程より先に行われる。

一実施の形態における微細構造体の製造装置は、試料へイオンビームを照射して微細構造体を製造する微細構造体の製造装置である。微細構造体の製造装置は、試料へイオンビームを照射する制御と、試料へガスを供給する制御と、試料へのガスの供給を停止する制御と、試料へのイオンビームの照射を停止する制御と、を行う制御装置を有する。そして、制御装置において、イオンビームを照射する制御はガスを供給する制御より先に行われる、もしくは、ガスの供給を停止する制御はイオンビームの照射を停止する制御より先に行われる。

一実施の形態における別の微細構造体の製造方法は、試料へイオンビームを照射して微細構造体を製造する微細構造体の製造方法である。微細構造体の製造方法は、試料へイオンビームを照射する工程と、試料にイオンビームを照射することで試料を加工する工程と、試料へのイオンビームの照射を停止する工程と、を有する。そして、イオンビームを照射する工程またはイオンビームの照射を停止する工程において、イオンビームが試料上を動作する方向が複数の選択肢の中から指定される。

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。

一実施の形態によれば、所望の加工位置以外にイオンビームが照射されることを回避することができる。

実施の形態１におけるデバイス製造装置の構成の一例を示す構成図である。 図１のデバイス製造装置のソフトウェア構成の一例を示す説明図である。 実施の形態１におけるデバイス製造方法の手順の一例を示すフローチャートである。 実施の形態１のスポットビーム方式の場合におけるデバイス製造方法の手順の一例を示すフローチャートである。 実施の形態１のプロジェクションビーム方式の場合におけるデバイス製造方法の手順の一例を示すフローチャートである。 （ａ）〜（ｃ）は図５において、各工程における加工状態の一例を示す説明図である。 実施の形態２におけるデバイス製造方法において、可動シャッタの開閉によるガス供給制御の一例を示す説明図である。 図７の可動シャッタの開閉によるガス供給制御のタイミングの一例を示す説明図である。 （ａ）〜（ｃ）は実施の形態２におけるデバイス製造方法の各工程における加工状態の一例を示す説明図である。 実施の形態３におけるデバイス製造方法において、ブランキング方向制御の一例を示す説明図である。 実施の形態３において、ブランキング方向制御による図形外エリアへの加工進行の抑制の一例を示す説明図である。 （ａ）（ｂ）は実施の形態３において、ブランキング電極の構造の一例を示す説明図である。 （ａ）（ｂ）は改善の余地において、ブランキング動作の一例を示す説明図である。 （ａ）（ｂ）は改善の余地において、試料に一定面積の加工図形の加工を行う場合のイオンビーム動作の一例を示す説明図である。 改善の余地において、ＦＩＢで膜の細線パターンを成膜した結果の上面ＳＩＭ画像の一例を示す説明図である。 改善の余地において、ＦＩＢ加工の動作手順の一例を示すフローチャートである。 改善の余地において、設定エリア外への成膜が課題となる一例を示す説明図である。

以下、実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。なお、図面をわかりやすくするために、平面図であってもハッチングを付す場合があり、また断面図であってもハッチングを省略する場合がある。

以下の実施の形態の特徴をわかりやすくするために、まず、関連技術に存在する改善の余地について説明する。

［改善の余地］
改善の余地について、図１３〜図１７を用いて説明する。この改善の余地について説明する内容において、ＦＩＢ（Focused Ion Beam：集束イオンビーム）加工における材料や寸法などは一例を示すものであり、本実施の形態を限定するものではない。

例えば、ＭＥＭＳなどの微細構造体の製造において、ＦＩＢの加工を用いたＭＥＭＳセンサ製造技術の開発が進んでいる。ＦＩＢの加工には、例えば、エッチング、成膜および接着などがあるが、以下においては、エッチングおよび成膜について説明する。

まず、ブランキング動作について、図１３を用いて説明する。図１３は、ブランキング動作の一例を示す説明図である。一般的にＦＩＢ装置（後述する図１参照）では、図１３に示すように、試料１３にイオンビーム７を照射するかどうかを、ブランキング電極８に電圧を印加するかどうかで制御する。図１３（ａ）に示すように、ブランキング電極８に電圧を印加しないブランキングＯＦＦ状態では、イオンビーム７は試料１３に到達する。また、図１３（ｂ）に示すように、ブランキング電極８に電圧を印加するブランキングＯＮ状態では、イオンビーム７の経路が変化し、イオンビーム７はビーム制限アパーチャ４に遮られ、試料１３に到達しない。

試料１３に一定面積の加工図形の加工を行う場合のイオンビーム動作について、図１４を用いて説明する。図１４は、試料に一定面積の加工図形の加工を行う場合のイオンビーム動作の一例を示す説明図である。図１４に示すように、試料１３に一定面積の加工図形７１の加工を行う場合、加工直前まではイオンビーム７はブランキング（ブランキングＯＮ）されており、加工中のみブランキングが解除される。これは、スポットビーム（集束ビーム）、プロジェクションビーム（投射ビーム）のいずれの方式を用いた場合でも共通している。

スポットビーム方式の場合、図１４（ａ）に示すように、（１）加工図形７１の加工始点７２にイオンビーム７を照射（ブランキング解除）、（２）イオンビーム７のスキャン、（３）加工図形７１の加工終点７３でブランキング、の手順となる。プロジェクションビーム方式の場合、図１４（ｂ）に示すように、（１）イオンビーム７の照射（ブランキング解除）、（２）加工図形７１の加工（一定時間保持）、（３）ブランキング、の手順となる。

本発明者らは、ＦＩＢで種々のパターンの加工を行う中で、ブランキングが加工形状に影響を与える場合があることを見出した。図１５は、ＦＩＢで膜（例えばＳｉＯ_２膜）の細線パターンを成膜した結果の上面ＳＩＭ画像の一例を示す説明図である。図１５に示すように、試料１３上の設定エリアに細線パターン８１を成膜する工程で、ブランキング動作により設定エリア以外に、この細線パターン８１の上端から斜めに筋状の膜８２が成膜された。この成膜された膜８２の筋の方向と、ブランキング時のイオンビーム動作方向が一致することから、この筋状の膜８２はブランキングのＯＮ／ＯＦＦ時のイオンビーム動作で形成されたものと判明した。

図１６は、ＦＩＢ加工（成膜）の動作手順の一例を示すフローチャートである。ＦＩＢ加工（成膜）の動作は、ガス供給（工程Ｓ４０１）、イオンビーム照射（ブランキングＯＦＦ）（工程Ｓ４０２）、イオンビーム照射による加工（工程Ｓ４０３）、イオンビーム停止（ブランキングＯＮ）（工程Ｓ４０４）、ガス停止（工程Ｓ４０５）、の順に行われる。ブランキングＯＮ／ＯＦＦ時には、原料ガスが存在している状態でイオンビーム７が動作するため、図１５に示したような成膜がされる可能性がある。特に、イオンビーム照射（ブランキングＯＦＦ）時には、制御回路の特性上、イオンビーム７の位置を安定化させることが困難であるため、この問題が生じやすい。なお、図１６ではガスアシスト成膜の例を示しているが、ガスアシストエッチングについても同様のことが言える。

このようなＦＩＢ加工中のイオンビームブランキングの影響による設定エリア外への成膜は、ＦＩＢによるデバイス製造時に深刻な課題となる。図１７は、設定エリア外への成膜が課題となる一例を示す説明図である。例えば図１７に示すように、複数の電極を隣接して形成する際に、電極間のショート不良が発生する。図１７では、基板５１（試料１３）の絶縁膜５２上に電極（Ａ）５３、電極（Ｂ）５４および電極（Ｃ）５５を成膜する構成において、電極（Ｂ）５４の形成時に、電極（Ｂ）５４の上端から電極（Ｃ）５５の方向へ斜めに筋状の膜５４ａが成膜され、電極（Ｂ）５４と電極（Ｃ）５５とのショート不良が発生している。

本発明者らは、デバイス製造スループット向上のため、大電流（例えば最大１００ｍＡ）のイオンビーム７を使用可能なＦＩＢ装置を開発中である。ブランキング時にイオンビーム７が試料１３上を走査する時間は短いため、小電流（例えば１ｎＡ以下）のイオンビーム７の使用時には、本現象は深刻ではないが、大電流化に伴い、設定エリア外へのエッチングの深さ、成膜の膜厚が増大することが予想される。

また、図１５に示した実験ではスポットビーム方式を用いたため、ブランキングの影響は筋状の成膜となったが、プロジェクションビーム方式を用いた場合には、成膜図形がそのまま設定エリア外に引きずられた成膜が発生すると予想される。

そこで、本実施の形態では、上述した関連技術に存在する改善の余地に対する工夫を施している。以下では、この工夫を施した本実施の形態における技術的思想について、図面を参照しながら説明する。本実施の形態における技術的思想は、所望の加工位置以外にイオンビーム７が照射されることを回避する技術を提供することにある。より具体的には、ＦＩＢ加工中のブランキング動作による設定エリア外への加工の進行を抑制する技術を提供することにある。

［実施の形態１］
実施の形態１について、図１〜図６を用いて説明する。実施の形態１では、デバイスの一例として、ＭＥＭＳ構造体（ＭＥＭＳ素子）、特にＭＥＭＳセンサを説明するが、他の微細構造体や他のセンサなどにも適用できるものである。

＜デバイス製造装置＞
実施の形態１におけるデバイス製造装置について、図１〜図２を用いて説明する。図１は、実施の形態１におけるデバイス製造装置の構成の一例を示す構成図である。

本実施の形態におけるデバイス製造装置は、図１に示すＦＩＢ装置を有する。ＦＩＢ装置は、真空容器１を有しており、真空容器１内には、イオンを放出するイオン源２、コンデンサレンズ３、ブランキング電極８、ビーム制限アパーチャ４、イオンビーム走査偏向器５およびアパーチャ回転機構６などから構成されるイオンビーム照射系が配置されている。イオンビーム照射系からは、イオンビーム７が照射される。イオンビーム照射系の部分を、ＦＩＢ鏡筒１８とも呼ぶ。

イオン源２としては、例えば液体金属イオン源およびプラズマイオン源などを有する。液体金属イオン源はガリウムイオンを放出し、イオンビーム照射系からガリウムイオンビームとして照射される。プラズマイオン源はアルゴンイオンまたはキセノンイオンを放出し、イオンビーム照射系からアルゴンイオンビームまたはキセノンイオンビームとして照射される。

また、ＦＩＢ装置には、電子銃９、電子銃９から放出する電子ビーム１０を集束する電子レンズ１１および電子ビーム走査偏向器１２などから構成される電子ビーム照射系が配置されている。さらに、ＦＩＢ装置には、試料１３、二次粒子検出器１４、試料ステージ１５、プローブ（マニュピレータ）１６および成膜する際のソースガス（堆積ガス）または切削する際のエッチングを促進するためのガスを真空容器１に導入するガス源１７などが配置されている。ここで試料１３とは、複数のＭＥＭＳ構造体（ＭＥＭＳ素子）を形成する半導体ウェハなどの基板である。

このように、本実施の形態におけるデバイス製造装置は、イオンビーム照射系および二次粒子検出器１４を備えていることで、二次粒子検出器１４をＳＩＭ（Scanning Ion Microscope）画像取得に用いることができる。また、本実施の形態におけるデバイス製造装置は、電子ビーム照射系も備えていることで、二次粒子検出器１４をＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）画像取得にも用いることができる。

また、本実施の形態におけるデバイス製造装置には、ＦＩＢ装置を制御する制御装置として、試料ステージ制御装置２１、マニュピレータ制御装置２２、ガス源制御装置２３、二次粒子検出器制御装置２４、アパーチャ回転制御装置２５、イオン源制御装置２６、レンズ制御装置２７、ブランキング制御装置２８、計算処理装置３１およびデータベース３２を記憶する記憶装置などを有する。これらの各制御装置２１〜２８は、計算処理装置３１からの指令によって制御を行う。本実施の形態におけるデバイス製造装置は、計算処理装置３１およびデータベース３２を記憶する記憶装置などを含むコンピュータを有している。

試料ステージ１５は、試料載置面内の直交２方向への直線移動機構、試料載置面に垂直方向への直線移動機構、試料載置面内回転機構、および試料載置面内に傾斜軸を持つ傾斜機構を備え、これらの制御は計算処理装置３１からの指令によって試料ステージ制御装置２１で行われる。

また、計算処理装置３１は、装置ユーザが必要な情報を入力する情報入力手段、二次粒子検出器１４の検出信号を基に生成された画像や、情報入力手段によって入力した情報などを表示するディスプレイなどを備える。情報入力手段には、例えば後述する図２に示すモード入力部３４などを含む。ディスプレイには、例えば後述する図２に示すモード選択画面３３などを表示する。また、計算処理装置３１は、後述する図２に示す中央制御部３５などのソフトウェア機能部を実現する。また、データベース３２は、例えば後述する図２に示す構造物ライブラリ３２ａ、ＣＡＤ（Computer-Aided Design）データ３２ｂおよび加工条件データ３２ｃなどを格納している。

ＦＩＢ装置では、イオン源２より放出されたイオンは、コンデンサレンズ３および対物レンズによって試料１３上にイオンビーム７として集束される。なお、集束条件設定は計算処理装置３１への入力によってなされる。また、試料１３上に照射されるイオンビーム７のビーム径は、イオン源２を光源とする試料１３上への結像と、コンデンサレンズ３などによる収差によって決定される。コンデンサレンズ３などによる収差は、ビーム制限アパーチャ４の開口が大きくなると増大し、ビーム径の拡大となる。

また、ＦＩＢ装置では、ブランキング制御装置２８によるブランキング制御が行われる。ブランキング制御装置２８は、試料１３にイオンビーム７を照射するかどうかを、ブランキング電極８に電圧を印加するかどうかで制御する。ブランキング電極８に電圧を印加しないブランキングＯＦＦ状態では、イオンビーム７は試料１３に到達する（上述した図１３（ａ）参照）。ブランキング電極８に電圧を印加するブランキングＯＮ状態では、イオンビーム７の経路が変化し、イオンビーム７はビーム制限アパーチャ４に遮られ、試料１３に到達しない（上述した図１３（ｂ）参照）。

次に、上述したデバイス製造装置のソフトウェア構成について、図２を用いて説明する。図２は、デバイス製造装置のソフトウェア構成の一例を示す説明図である。

図２に示すように、デバイス製造装置のＦＩＢ装置には、データベース３２、モード選択画面３３、モード入力部３４、中央制御部３５、ビーム制御データ３６に基づいて制御するビーム制御部３７、ガス制御データ３８に基づいて制御するガス源制御装置２３、および、位置情報に基づいて制御する試料ステージ制御装置２１などが備わっている。ビーム制御部３７は、図１に示したアパーチャ回転制御装置２５、イオン源制御装置２６、レンズ制御装置２７およびブランキング制御装置２８などである。ビーム制御部３７は、試料１３へイオンビーム７を照射する制御と、試料１３へのイオンビーム７の照射を停止する制御とを行う。ガス源制御装置２３は、試料１３へガスを供給する制御と、試料１３へのガスの供給を停止する制御とを行う。さらに、ビーム制御部３７およびガス源制御装置２３は、ガスが供給された試料１３にイオンビーム７を照射することで試料１３を加工する制御を行う。

中央制御部３５は、デバイス製造装置のソフトウェア構成を構築するために、加工制御プログラムを有している。この加工制御プログラムとして、例えば、デバイス加工を自動的に行うためのプログラムの他、ブランキング制御、ガス供給ＯＮ／ＯＦＦ制御、イオンビーム照射ＯＮ／ＯＦＦ制御などの各プログラムを含んでいる。

また、データベース３２には、各種データが格納されており、例えば、構造物ライブラリ３２ａ、ＭＥＭＳ構造体の形状および寸法の設計データなどのＣＡＤデータ３２ｂ、ＭＥＭＳ構造体の加工位置および加工条件などの加工条件データ３２ｃなどが格納されている。

例えば、デバイス製造装置においては、デバイス加工の実行に先立って、作業者により計算処理装置３１の情報入力手段から、構造物ライブラリ３２ａ、ＣＡＤデータ３２ｂおよび加工条件データ３２ｃが入力されて、データベース３２に格納されている。

デバイス加工時には、モード選択画面３３において、作業者が計算処理装置３１のモード入力部３４から、デバイス製造方法を選択する。デバイス製造方法には、本実施の形態１のデバイス製造方法（図３〜図６）、後述する実施の形態２のデバイス製造方法（図７〜図９）、および後述する実施の形態３のデバイス製造方法（図１０〜図１２）などがある。このデバイス製造方法の選択では、ガス種、加工位置、および材料情報（ＣＡＤデータ、加工条件データ）の指定や、スポットビーム方式またはプロジェクションビーム方式の選択などの指定も行う。

そして、計算処理装置３１の中央制御部３５は、モード選択画面３３において選択されたデバイス製造方法のシーケンスに基づいて、データベース３２内の構造物ライブラリ３２ａ、ＣＡＤデータ３２ｂおよび加工条件データ３２ｃを参照し、ビーム制御データ３６およびガス制御データ３８を作成する。

この中央制御部３５で作成されたビーム制御データ３６およびガス制御データ３８は、ビーム制御部３７およびガス源制御装置２３にそれぞれ送られる。そして、ビーム制御部３７において、ビーム制御データ３６に基づいて、ＦＩＢ装置のＦＩＢ鏡筒１８に配置されたイオンビーム照射系の制御が行われる。また、ガス源制御装置２３において、ガス制御データ３８に基づいて、ガス源１７の制御が行われる。この時、試料ステージ制御装置２１において、加工条件データ３２ｃに含まれる位置情報に基づいて、試料ステージ１５の制御が行われる。

また、デバイス加工時に、二次粒子検出器１４で取得したＳＩＭ画像の加工形状は、データベース３２内にＣＡＤデータ３２ｂとして格納され、これに基づいて、中央制御部３５において、試料ステージ制御装置２１、ビーム制御部３７およびガス源制御装置２３にフィードバックを行う。

このように、本実施の形態におけるデバイス製造装置では、デバイス製造方法の選択などの指定を受け付けると、ＭＥＭＳ構造体の形成を自動的に行うことができる。この場合に、ＦＩＢ装置の制御プログラムによる画面上で、ガス供給ＯＮ／ＯＦＦの画面およびビーム照射ＯＮ／ＯＦＦの画面などを表示することができる。

＜デバイス製造方法＞
実施の形態１におけるデバイス製造方法について、図３〜図６を用いて説明する。図３は、実施の形態１におけるデバイス製造方法の手順の一例を示すフローチャートである。図４は、スポットビーム方式の場合におけるデバイス製造方法の手順の一例を示すフローチャートである。図５は、プロジェクションビーム方式の場合におけるデバイス製造方法の手順の一例を示すフローチャートである。図６は、図５において、各工程における加工状態の一例を示す説明図である。

本実施の形態１におけるデバイス製造方法は、上述（図１）したＦＩＢ装置を有するデバイス製造装置を、上述（図２）したデバイス製造装置のソフトウェア構成を構築する加工制御プログラムを実行することで実現可能となるものである。

ＦＩＢ加工（成膜、エッチング）においては、上述した図１６で示したように、設定エリア外への加工が進行する原因は、ブランキング時にアシストガスが試料１３に供給されていることである。そこで、本実施の形態においては、図３に示すように、イオンビーム照射（ブランキングＯＦＦ）後にガス供給を行い、ガス停止後にイオンビーム停止（ブランキングＯＮ）を行うフローに変更することで、上述した改善の余地で説明した課題を解決することが可能となる。

すなわち、本実施の形態におけるデバイス製造方法では、図３に示すように、まず、ＦＩＢ装置は、試料１３へイオンビーム７を照射する（工程Ｓ１０１）。この工程Ｓ１０１は、ブランキング制御により行われる。この工程Ｓ１０１では、ブランキング制御装置２８の制御により、ブランキング電極８に電圧を印加しないブランキングＯＦＦ状態で行われ、試料１３へイオンビーム７の照射を開始する。ブランキングＯＦＦ状態では、ブランキング電極８による影響がないので、イオンビーム７は試料１３に到達する。

次に、ＦＩＢ装置は、試料１３へガスを供給する（工程Ｓ１０２）。この工程Ｓ１０２では、ガス源制御装置２３の制御により、試料１３へガス源１７からガスの供給を開始する。この工程Ｓ１０２は、ガスの供給方向を制御することにより行われる。

次に、ＦＩＢ装置は、ガスが供給された試料１３にイオンビーム７を照射することで試料１３を加工する（工程Ｓ１０３）。この工程Ｓ１０３では、ガス源制御装置２３の制御によりガス源１７からガスを供給しながら、ビーム制御部３７の制御によりイオンビーム７をスキャンすることで、試料１３を加工する。

次に、ＦＩＢ装置は、試料１３へのガスの供給を停止する（工程Ｓ１０４）。この工程Ｓ１０４では、ガス源制御装置２３の制御により、試料１３へのガス源１７からのガスの供給を終了する。この工程Ｓ１０４は、ガスの供給方向を制御することにより行われる。

次に、ＦＩＢ装置は、試料１３へのイオンビーム７の照射を停止する（工程Ｓ１０５）。この工程Ｓ１０５は、ブランキング制御により行われる。この工程Ｓ１０５では、ブランキング制御装置２８の制御により、ブランキング電極８に電圧を印加するブランキングＯＮ状態で行われ、試料１３へのイオンビーム７の照射を終了する。ブランキングＯＮ状態では、ブランキング電極８による影響があるので、イオンビーム７の経路が変化し、イオンビーム７はビーム制限アパーチャ４に遮られ、試料１３に到達しない。

このように、本実施の形態におけるデバイス製造方法では、イオンビームを照射する工程Ｓ１０１はガスを供給する工程Ｓ１０２より先に行われ、かつ、ガスの供給を停止する工程Ｓ１０４はイオンビームの照射を停止する工程Ｓ１０５より先に行われる。但し、本実施の形態におけるデバイス製造方法においては、前者および後者の両方が成り立つ場合に限らず、どちらか一方が成り立つ場合にも適用できるものである。すなわち、イオンビームを照射する工程Ｓ１０１はガスを供給する工程Ｓ１０２より先に行われる、もしくは、ガスの供給を停止する工程Ｓ１０４はイオンビームの照射を停止する工程Ｓ１０５より先に行われる。

このような手順では、ガスの供給が無い状態で試料１３にイオンビーム７を照射するとエッチングが進行するが、上述した図１７に示したようなショート不良の発生は回避できる。また、直前にイオンビーム７を照射して成膜した膜がエッチングされるため、そのエッチング後に所望の膜厚が得られるように調整が必要である。この調整には、デバイス製造装置のデータベース３２に内蔵の成膜レートのデータに、予め上記エッチング量を登録しておくのが有効である。

以下において、本実施の形態におけるデバイス製造方法を詳細に説明する。本実施の形態におけるデバイス製造方法は、スポットビーム方式、プロジェクションビーム方式のいずれを用いる場合にも適用可能である。スポットビーム方式は、試料１３上に集束されたイオンビーム７を走査して成膜を行う集束ビーム方式である。プロジェクションビーム方式は、成形マスクを用いてマスク図形の形状のイオンビーム７を試料１３上に投射し、成膜を行う投射ビーム方式である。両者の動作フローを、上記工程Ｓ１０１〜Ｓ１０５を参照して説明する。

スポットビーム方式の場合におけるデバイス製造方法の手順は、図４に示すように、まず、ＦＩＢ装置は、試料１３の加工始点へイオンビーム７を照射する（工程Ｓ２０１）。この工程Ｓ２０１では、上記工程Ｓ１０１と同様に、試料１３へイオンビーム７の照射を開始する。

次に、ＦＩＢ装置は、試料１３へガスを供給する（工程Ｓ２０２）。この工程Ｓ２０２では、上記工程Ｓ１０２と同様に、試料１３へガス源１７からガスの供給を開始する。

次に、ＦＩＢ装置は、ガスが供給された試料１３にイオンビーム７をスキャン（１周目）しながら照射することで試料１３を加工する（工程Ｓ２０３）この工程Ｓ２０３では、上記工程Ｓ１０３と同様に、試料１３を加工する。

次に、イオンビーム７のスキャン（１周目）が試料１３の加工終点に到達したら（工程Ｓ２０４）、ＦＩＢ装置は、試料１３へのガスの供給を停止する（工程Ｓ２０５）。この工程Ｓ２０５では、上記工程Ｓ１０４と同様に、試料１３へのガス源１７からのガスの供給を終了する。

次に、ＦＩＢ装置は、試料１３へのイオンビーム７の照射を停止する（工程Ｓ２０６）。この工程Ｓ２０６では、上記工程Ｓ１０５と同様に、試料１３へのイオンビーム７の照射を終了する。

以上により、イオンビーム７の１周目のスキャンによる試料１３の加工が終了する。続けて、工程Ｓ２０７〜Ｓ２１２を上記程Ｓ２０１〜Ｓ２０６と同様に行い、以後、所定のスキャン回数だけ繰り返すことで、スポットビーム方式の場合の加工が完了する。このように、スポットビーム方式の場合には、加工図形を１スキャンする毎にブランキングを行うのが一般的である。

プロジェクションビーム方式の場合におけるデバイス製造方法の手順は、図５に示すように、まず、ＦＩＢ装置は、試料１３へイオンビーム７を照射する（工程Ｓ３０１）。この工程Ｓ３０１では、上記工程Ｓ１０１と同様に、試料１３へイオンビーム７の照射を開始する。

次に、ＦＩＢ装置は、試料１３へガスを供給する（工程Ｓ３０２）。この工程Ｓ３０２では、上記工程Ｓ１０２と同様に、試料１３へガス源１７からガスの供給を開始する。

次に、ＦＩＢ装置は、ガスが供給された試料１３にイオンビーム７を照射することで試料１３を加工する（工程Ｓ３０３）。この工程Ｓ３０３では、上記工程Ｓ１０３と同様に、試料１３を加工する。この工程Ｓ３０３では、スポットビーム方式の場合と異なり、イオンビーム７の位置の移動はない。すなわち、プロジェクションビーム方式では、成形マスクを用いてマスク図形の形状のイオンビーム７を試料１３上に投射する。

次に、ＦＩＢ装置は、試料１３へのガスの供給を停止する（工程Ｓ３０４）。この工程Ｓ３０４では、上記工程Ｓ１０４と同様に、試料１３へのガス源１７からのガスの供給を終了する。

次に、ＦＩＢ装置は、試料１３へのイオンビーム７の照射を停止する（工程Ｓ３０５）。この工程Ｓ３０５では、上記工程Ｓ１０５と同様に、試料１３へのイオンビーム７の照射を終了する。

以上により、プロジェクションビーム方式の場合の加工が完了する。このように、プロジェクションビーム方式の場合には、一旦イオンビーム７の照射を開始してからは、加工終了までイオンビーム７の照射を保持する。

このプロジェクションビーム方式の場合におけるデバイス製造方法では、例えば、図６に示すような各工程における加工状態となる。図６の例では、上記工程Ｓ３０３〜Ｓ３０５を示している。上記工程Ｓ３０３では、図６（ａ）に示すように、ガス源１７のガス供給ノズル４１からガス４２が供給された試料１３に、成形マスク４３を用いてマスク図形の形状のイオンビーム７を投射イオンとして照射することで、試料１３に膜４４が成膜される。上記工程Ｓ３０４では、図６（ｂ）に示すように、試料１３へガス源１７のガス供給ノズル４１からのガス４２の供給が終了される。上記工程Ｓ３０５では、図６（ｃ）に示すように、試料１３へイオンビーム７の照射が終了される。これにより、試料１３に膜４４が形成される。

以上において、イオンビーム照射とガス供給との順序について、イオンビーム照射の開始後にガス供給の開始を行うことで、設定エリア外への加工を抑制することができると述べた。但し実際には、ガス供給開始（ガスバルブ開）から、試料表面に安定的にガス供給がなされるまでは、ある程度の時間がかかる（例えば、数十ｍｓ〜数百ｍｓ程度）。そのため、ガスバルブを開けてから、例えば数ｍｓ以内の間にイオンビーム照射を開始しても、設定エリア外への加工はほとんど発生しないと予想される。

以上説明した本実施の形態１によれば、ＦＩＢ加工（成膜、エッチング）中のブランキング動作による設定エリア外への加工の進行を抑制することができる。これにより、ＦＩＢ加工中に、ブランキング動作の影響で、設定エリア以外の領域に対して加工が進行する課題を解決することができる。すなわち、所望の加工位置以外にイオンビーム７が照射されることを回避することができる。

［実施の形態２］
実施の形態２について、図７〜図９を用いて説明する。本実施の形態２において、デバイス製造装置は、前記実施の形態１（図１、図２）と同じなので、ここでの説明は省略する。本実施の形態２では、前記実施の形態１と異なるデバイス製造方法について主に説明する。

＜デバイス製造方法＞
実施の形態２におけるデバイス製造方法について、図７〜図９を用いて説明する。図７は、実施の形態２におけるデバイス製造方法において、可動シャッタの開閉によるガス供給制御の一例を示す説明図である。図８は、図７の可動シャッタの開閉によるガス供給制御のタイミングの一例を示す説明図である。図９は、実施の形態２におけるデバイス製造方法の各工程における加工状態の一例を示す説明図である。

前記実施の形態１では、ガス供給の開始／終了方法について言及していないが、その点に関してさらに改良を加えたのが本実施の形態２である。一般的なＦＩＢ装置でのガス供給制御はバルブの開閉により行われる。バルブを開けてから、ガス供給ノズル４１内をガス４２が満たし、試料１３へのガス供給量が安定化するまでには比較的時間がかかる（例えば、数秒単位の待ち時間を設ける）。また、ガス供給を終了する際にも、ガス供給ノズル４１内のガス４２が開放されるまでの時間を要する。

これに対して、本実施の形態２では、図７に示すように、ガス供給ノズル４１と試料１３との間に可動シャッタ４６を設け、可動シャッタ４６の開閉によってガス供給のＯＮ／ＯＦＦを制御する。ガスを供給する工程およびガスの供給を停止する工程は、可動シャッタ４６の動作により行われる。可動シャッタ４６の開閉の動作は、可動シャッタ制御装置４７で行う。可動シャッタ制御装置４７は、例えば上述した図１に示した計算処理装置３１に接続され、ＦＩＢ装置を制御する制御装置として機能する。

可動シャッタ４６の動作によりガス供給のＯＮ／ＯＦＦを制御すれば、ガス供給ノズル４１内は常にガス４２で満たされているため、図８に示すように、ガス供給のＯＮ／ＯＦＦを高速化することができる。図８に示すように、可動シャッタ方式は、ガス供給開始コマンドが実行されると、加工時のガス供給量になるまでの時間がバルブ開閉方式に比べて早くなる。また、加工後にガス供給終了コマンドが実行されると、ガス供給量がゼロになるまでの時間がバルブ開閉方式に比べて早くなる。この時、加工（成膜）に必要な時間は両方式ともに同じである。これにより、ガス供給開始コマンド／ガス供給終了コマンドの実行によるガス供給のＯＮ／ＯＦＦを高速化することが可能となる。

図７において、可動シャッタ４６とガス供給ノズル４１とは互いに分離して配置し、可動シャッタ４６はガス供給ノズル４１と非接触であることが望ましい。この理由は、ＦＩＢ装置では昇温されたガス４２を用いるため、可動シャッタ４６の接触によりガス供給ノズル４１やガス４２の温度が変化するのを避けるためである。

本実施の形態２におけるデバイス製造方法では、例えば、図９に示すような各工程における加工状態となる。図９の例では、図９（ａ）に示すように、可動シャッタ４６を開いた状態で、ガス供給ノズル４１からガス４２が供給された試料１３に、イオンビーム７を投射イオンとして照射することで、試料１３に膜４４が成膜される。図９（ｂ）に示すように、可動シャッタ４６を閉じることで、試料１３へガス供給ノズル４１からのガス４２の供給が終了される。図９（ｃ）に示すように、試料１３へイオンビーム７の照射が終了される。これにより、試料１３に膜４４が形成される。

以上説明した本実施の形態２においても、前記実施の形態１と同様に、ＦＩＢ加工（成膜、エッチング）中のブランキング動作による設定エリア外への加工の進行を抑制することができる。特に、本実施の形態２においては、ガス供給ノズル４１と試料１３との間に可動シャッタ４６を設けることで、可動シャッタ４６の開閉によってガス供給のＯＮ／ＯＦＦを高速化することができる。

［実施の形態３］
実施の形態３について、図１０〜図１２を用いて説明する。本実施の形態３において、デバイス製造装置は、前記実施の形態１（図１、図２）と比較して、ブランキング電極の構造が異なる。さらに、本実施の形態３はデバイス製造方法が異なる。本実施の形態３では、前記実施の形態１と異なるデバイス製造方法およびブランキング電極の構造について主に説明する。

＜デバイス製造方法＞
実施の形態３におけるデバイス製造方法について、図１０〜図１２を用いて説明する。図１０は、実施の形態３におけるデバイス製造方法において、ブランキング方向制御の一例を示す説明図である。図１１は、実施の形態３において、ブランキング方向制御による図形外エリアへの加工進行の抑制の一例を示す説明図である。図１２は、実施の形態３において、ブランキング電極の構造の一例を示す説明図である。

本実施の形態３は、前記実施の形態１、２のアプローチと異なり、ブランキング時にイオンビーム７が試料１３上を動作する方向を制御することによって、ブランキング時の加工がデバイス製造時に悪影響をもたらさないようにするものである。すなわち、本実施の形態３は、イオンビーム７を照射する工程またはイオンビーム７の照射を停止する工程において、イオンビーム７が試料１３上を動作する方向が複数の選択肢の中から指定される。このイオンビーム７が試料１３上を動作する方向の選択肢は、イオンビーム７の複数のブランキング電極８（８ａ、８ｂ）にそれぞれ印加される電圧の設定により実現される。

本実施の形態３では、例えば図１０に示すように、ブランキング時の成膜が、周囲の電極等と干渉しないエリアに成膜されるように、ブランキングの方向を制御する。上述した図１７では、基板５１（試料１３）の絶縁膜５２上に電極（Ａ）５３、電極（Ｂ）５４および電極（Ｃ）５５を成膜する構成において、電極（Ｂ）５４と電極（Ｃ）５５とのショート不良が発生していた。これに対して、本実施の形態３においては、図１０に示すように、電極（Ｂ）５４の形成時に、電極（Ｂ）５４の上端から電極（Ｃ）５５とは反対の方向へ斜めに筋状の膜５４ａが成膜されるようにブランキングの方向を制御することで、電極（Ｂ）５４と電極（Ｃ）５５とのショートによるデバイス特性の不良を回避することができる。

また、例えば図１１に示すように、ブランキング時のイオンビーム動作線が、加工図形６１の中に含まれるように設定すれば、加工図形外エリアに加工が進行する恐れはない。図１１に示すように、加工図形６１の加工始点６２にイオンビーム７を照射するブランキング解除時には、イオンビームスキャンエリア６３の内側方向を加工始点６２でのブランキング方向６４とする。また、加工終点６５でのブランキング時にも、イオンビームスキャンエリア６３の内側方向を加工終点６５でのブランキング方向６６とする。この方法でも、加工図形外エリアへの加工の進行を抑制することができる。

ブランキングの方向を制御するには、ＦＩＢ装置のブランキング電極８（上述した図１参照）の構造を変更すればよい。一般的なＦＩＢ装置では、ブランキング電極８として１対の平行平板型電極を用いているため、イオンビーム７を一定方向にのみ動作させることができる。これに対して、本実施の形態３においては、例えば図１２（（ａ）は上面図、（ｂ）は鳥瞰図）に示すように、イオンビーム７の進行方向（Ｚ方向）に２対の平行平板型のブランキング電極８ａ、８ｂを配置し、上部のブランキング電極８ａでイオンビーム７をＸ方向に動作させ、下部のブランキング電極８ｂでイオンビーム７をＹ方向に動作させる機構とする。これにより、ブランキング時の両ブランキング電極８ａ、８ｂの印加電圧を制御することで、任意の方向にイオンビーム７を動作させることができる。

以上説明した本実施の形態３においても、前記実施の形態１と同様に、ＦＩＢ加工（成膜、エッチング）中のブランキング動作による設定エリア外への加工の進行を抑制することができる。特に、本実施の形態３においては、前記実施の形態１、２のアプローチと異なり、ブランキング時にイオンビーム７が試料１３上を動作する方向を制御することで、ブランキング時の加工がデバイス製造時に悪影響をもたらさないようにすることができる。

［付記］
本発明は、特許請求の範囲に記載の特徴に加えて、以下の特徴を有する。

（１）試料へイオンビームを照射して微細構造体を製造する微細構造体の製造装置であって、
前記試料へ前記イオンビームを照射する制御と、前記試料に前記イオンビームを照射することで前記試料を加工する制御と、前記試料への前記イオンビームの照射を停止する制御と、を行う制御装置を有し、
前記制御装置において、前記イオンビームを照射する制御または前記イオンビームの照射を停止する制御は、前記イオンビームが前記試料上を動作する方向が複数の選択肢の中から指定される、微細構造体の製造装置。

（２）前記（１）記載の微細構造体の製造装置において、
前記イオンビームが前記試料上を動作する方向の選択肢は、前記イオンビームの複数のブランキング電極にそれぞれ印加される電圧の設定により実現される、微細構造体の製造装置。

（３）試料へイオンビームを照射して微細構造体を製造する微細構造体の加工制御プログラムであって、
前記試料へ前記イオンビームを照射する工程と、
前記試料へガスを供給する工程と、
前記試料への前記ガスの供給を停止する工程と、
前記試料への前記イオンビームの照射を停止する工程と、
をコンピュータに実行させ、
前記イオンビームを照射する工程は前記ガスを供給する工程より先に行われる、もしくは、前記ガスの供給を停止する工程は前記イオンビームの照射を停止する工程より先に行われる、微細構造体の加工制御プログラム。

（４）試料へイオンビームを照射して微細構造体を製造する微細構造体の加工制御プログラムであって、
前記試料へ前記イオンビームを照射する工程と、
前記試料に前記イオンビームを照射することで前記試料を加工する工程と、
前記試料への前記イオンビームの照射を停止する工程と、
をコンピュータに実行させ、
前記イオンビームを照射する工程または前記イオンビームの照射を停止する工程において、前記イオンビームが前記試料上を動作する方向が複数の選択肢の中から指定される、微細構造体の加工制御プログラム。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

例えば、前記実施の形態においては、デバイスの一例として、ＭＥＭＳ構造体（ＭＥＭＳ素子）を説明したが、他の微細構造体などにも適用することができる。また、ＭＥＭＳ構造体の一例として、ＭＥＭＳセンサを説明したが、他のセンサなどにも適用することができる。

なお、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。

また、ある実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加、削除、置換をすることが可能である。

１ 真空容器
２ イオン源
７ イオンビーム
８、８ａ、８ｂ ブランキング電極
９ 電子銃
１０ 電子ビーム
１３ 試料
１４ 二次粒子検出器
１５ 試料ステージ
１６ プローブ
１７ ガス源
１８ ＦＩＢ鏡筒
２１ 試料ステージ制御装置
２２ マニュピレータ制御装置
２３ ガス源制御装置
２４ 二次粒子検出器制御装置
２５ アパーチャ回転制御装置
２６ イオン源制御装置
２７ レンズ制御装置
２８ ブランキング制御装置
３１ 計算処理装置
３２ データベース
３２ａ 構造物ライブラリ
３２ｂ ＣＡＤデータ
３２ｃ 加工条件データ
３３ モード選択画面
３４ モード入力部
３５ 中央制御部
３６ ビーム制御データ
３７ ビーム制御部
３８ ガス制御データ
４１ ガス供給ノズル
４２ ガス
４３ 成形マスク
４４ 膜
４６ 可動シャッタ
４７ 可動シャッタ制御装置
５１ 基板
５２ 絶縁膜
５３〜５５ 電極
５４ａ 膜
６１ 加工図形
６２ 加工始点
６３ イオンビームスキャンエリア
６４ ブランキング方向
６５ 加工終点
６６ ブランキング方向

Claims (15)

1. 試料へイオンビームを照射して微細構造体を製造する微細構造体の製造方法であって、
   前記試料へ前記イオンビームを照射する工程と、
   前記試料へガスを供給する工程と、
   前記試料への前記ガスの供給を停止する工程と、
   前記試料への前記イオンビームの照射を停止する工程と、
   を有し、
   前記イオンビームを照射する工程は前記ガスを供給する工程より先に行われる、もしくは、前記ガスの供給を停止する工程は前記イオンビームの照射を停止する工程より先に行われる、微細構造体の製造方法。
2. 請求項１記載の微細構造体の製造方法において、
   前記ガスが供給された前記試料に前記イオンビームを照射することで前記試料を加工する工程をさらに有する、微細構造体の製造方法。
3. 請求項１記載の微細構造体の製造方法において、
   前記イオンビームを照射する工程および前記イオンビームの照射を停止する工程は、ブランキング制御により行われる、微細構造体の製造方法。
4. 請求項１記載の微細構造体の製造方法において、
   前記ガスを供給する工程および前記ガスの供給を停止する工程は、前記ガスの供給方向を制御することにより行われる、微細構造体の製造方法。
5. 請求項１記載の微細構造体の製造方法において、
   前記ガスを供給する工程および前記ガスの供給を停止する工程は、ガス供給ノズルと前記試料との間に配置される可動シャッタの動作により行われる、微細構造体の製造方法。
6. 請求項１記載の微細構造体の製造方法において、
   前記イオンビームは、成形マスクを用いて形成された投射ビームである、微細構造体の製造方法。
7. 試料へイオンビームを照射して微細構造体を製造する微細構造体の製造装置であって、
   前記試料へ前記イオンビームを照射する制御と、前記試料へガスを供給する制御と、前記試料への前記ガスの供給を停止する制御と、前記試料への前記イオンビームの照射を停止する制御と、を行う制御装置を有し、
   前記制御装置において、前記イオンビームを照射する制御は前記ガスを供給する制御より先に行われる、もしくは、前記ガスの供給を停止する制御は前記イオンビームの照射を停止する制御より先に行われる、微細構造体の製造装置。
8. 請求項７記載の微細構造体の製造装置において、
   前記制御装置において、前記ガスが供給された前記試料に前記イオンビームを照射することで前記試料を加工する制御がさらに行われる、微細構造体の製造装置。
9. 請求項７記載の微細構造体の製造装置において、
   前記イオンビームを照射する制御および前記イオンビームの照射を停止する制御は、ブランキング制御により行われる、微細構造体の製造装置。
10. 請求項７記載の微細構造体の製造装置において、
    前記ガスを供給する制御および前記ガスの供給を停止する制御は、前記ガスの供給方向を制御することにより行われる、微細構造体の製造装置。
11. 請求項７記載の微細構造体の製造装置において、
    前記ガスを供給する制御および前記ガスの供給を停止する制御は、ガス供給ノズルと前記試料との間に配置される可動シャッタの動作により行われる、微細構造体の製造装置。
12. 請求項１１記載の微細構造体の製造装置において、
    前記可動シャッタと前記ガス供給ノズルとは互いに分離して配置される、微細構造体の製造装置。
13. 請求項７記載の微細構造体の製造装置において、
    前記イオンビームは、成形マスクを用いて形成された投射ビームである、微細構造体の製造装置。
14. 試料へイオンビームを照射して微細構造体を製造する微細構造体の製造方法であって、
    前記試料へ前記イオンビームを照射する工程と、
    前記試料に前記イオンビームを照射することで前記試料を加工する工程と、
    前記試料への前記イオンビームの照射を停止する工程と、
    を有し、
    前記イオンビームを照射する工程または前記イオンビームの照射を停止する工程において、前記イオンビームが前記試料上を動作する方向が複数の選択肢の中から指定される、微細構造体の製造方法。
15. 請求項１４記載の微細構造体の製造方法において、
    前記イオンビームが前記試料上を動作する方向の選択肢は、前記イオンビームの複数のブランキング電極にそれぞれ印加される電圧の設定により実現される、微細構造体の製造方法。

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