JPH01292827A - 集束荷電ビームエッチング装置 - Google Patents
集束荷電ビームエッチング装置Info
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- JPH01292827A JPH01292827A JP12313988A JP12313988A JPH01292827A JP H01292827 A JPH01292827 A JP H01292827A JP 12313988 A JP12313988 A JP 12313988A JP 12313988 A JP12313988 A JP 12313988A JP H01292827 A JPH01292827 A JP H01292827A
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Landscapes
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本発明は、半導体基板に微細パターンの溝加工が可能な
集束荷電ビーム装置に関する。
集束荷電ビーム装置に関する。
（従来の技術）
液体金属イオン源を用いた集束イオンビーム装置は、照
射ビーム径を微細にできることから、微細度が要求され
る将来の微細加工、例えば有機感光薄膜のりソグラフィ
、あるいは半導体基板へのイオン注入、エツチング、薄
膜形成等に重要である。しかも、当該ビーム装置は、コ
ンピューター制御による描画機能を付与されているため
、前記イオン注入、エツチング、成膜等にはマスクパタ
ーンが不要である。従って、所謂マスクレス微罪加工装
置として、従来の半導体製造工程を簡略化できるため開
発が有望視されている。
射ビーム径を微細にできることから、微細度が要求され
る将来の微細加工、例えば有機感光薄膜のりソグラフィ
、あるいは半導体基板へのイオン注入、エツチング、薄
膜形成等に重要である。しかも、当該ビーム装置は、コ
ンピューター制御による描画機能を付与されているため
、前記イオン注入、エツチング、成膜等にはマスクパタ
ーンが不要である。従って、所謂マスクレス微罪加工装
置として、従来の半導体製造工程を簡略化できるため開
発が有望視されている。
ところで、最近当該集束イオンビーム装置のイオン照射
部に、ノズルを用いて反応性ガスを噴出せしめる試みが
周知である。この意図は、例えばエツチングの場合、前
記イオン照射による基板への物理的スパッタエツチング
を、導入された反応性ガスと基板物質との化学反応によ
って活性化せしめ、エツチング速度を高めることにある
。第４図は、それぞれ、集束イオンビームエツチング装
置における従来知られた反応性ガス導入要領を示してい
る。同図において、４１は集束イオンビーム発生部、４
２は試料室、４３は発生した微細イオンビーム、４４は
試料である。同図（ａ）では、試料４４を入れた内側試
料室４５に、ガス導入部４６を設け、試料室４５の上部
に開口した小孔を通して、イオンビームが通過できるよ
うになっている。又同図（ｂ）では、ガス導入用ノズル
４７を試料４４の近傍に開口し、導入用ノズル４７の先
端は、導入されたガスが、試料上のイオンビーム照射部
に噴出されるように、試料４４の方向に向けて配置され
ている。いづれの場合も、反応性ガスが試料４４の表面
に常時到達して、その一部が吸着しており、イオンの入
射時のみ、基板構成元素と一緒にたたき出され、エツチ
ングが進行する。この様な装置は、例えば１９８５年出
版０［ジャーナル・オブ・バキューム・サイエンス・ア
ンド・テクノロジー（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｖａｃｕ
ｕｍ ５ｃｉｅｎｃｅａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ月
、第Ｂ−３巻、第６７頁の論文、および１９８７年出版
０［イオン注入およびサブミクロン加工に関する第１８
回シンポジウム予稿集（Ｔｈｅ １８ｔｈＳｙｍｐｏｓ
ｉｕｍ ｏｎ Ｉｏｎ Ｉｍｐｌａｕｔａｔｉｏｎ ａ
ｎｄ ＳｕｂｍｉｃｒｏｎＦａｂｒｉｃａｔｉｏｎ）
Ｊ 、理化学研究所発行、第１１７頁の論文に記載され
ている。
部に、ノズルを用いて反応性ガスを噴出せしめる試みが
周知である。この意図は、例えばエツチングの場合、前
記イオン照射による基板への物理的スパッタエツチング
を、導入された反応性ガスと基板物質との化学反応によ
って活性化せしめ、エツチング速度を高めることにある
。第４図は、それぞれ、集束イオンビームエツチング装
置における従来知られた反応性ガス導入要領を示してい
る。同図において、４１は集束イオンビーム発生部、４
２は試料室、４３は発生した微細イオンビーム、４４は
試料である。同図（ａ）では、試料４４を入れた内側試
料室４５に、ガス導入部４６を設け、試料室４５の上部
に開口した小孔を通して、イオンビームが通過できるよ
うになっている。又同図（ｂ）では、ガス導入用ノズル
４７を試料４４の近傍に開口し、導入用ノズル４７の先
端は、導入されたガスが、試料上のイオンビーム照射部
に噴出されるように、試料４４の方向に向けて配置され
ている。いづれの場合も、反応性ガスが試料４４の表面
に常時到達して、その一部が吸着しており、イオンの入
射時のみ、基板構成元素と一緒にたたき出され、エツチ
ングが進行する。この様な装置は、例えば１９８５年出
版０［ジャーナル・オブ・バキューム・サイエンス・ア
ンド・テクノロジー（Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｖａｃｕ
ｕｍ ５ｃｉｅｎｃｅａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ月
、第Ｂ−３巻、第６７頁の論文、および１９８７年出版
０［イオン注入およびサブミクロン加工に関する第１８
回シンポジウム予稿集（Ｔｈｅ １８ｔｈＳｙｍｐｏｓ
ｉｕｍ ｏｎ Ｉｏｎ Ｉｍｐｌａｕｔａｔｉｏｎ ａ
ｎｄ ＳｕｂｍｉｃｒｏｎＦａｂｒｉｃａｔｉｏｎ）
Ｊ 、理化学研究所発行、第１１７頁の論文に記載され
ている。
又、この様な装置としては、イオンビームの代りに電子
ビームを用いたものも知られている。
ビームを用いたものも知られている。
（発明が解決しようとする問題点）
前記公知の集束イオンビーム装置を例にとると、エツチ
ング速度は、反応性ガス分子と基板表面原子の吸着・結
合度に依存する。この技術の代表例として、Ｇａ＋イオ
ン源を用いて、ＧａＡｓ基板をエツチングする時、Ｃ１
２ガスを導入すると、ガスの無い場合に比べて、２〜１
０倍エツチング速度が増大することが知られている。こ
の時、ガスの有無による、エツチング速度の増大度を反
応増速度と称すると、この値が大きい程、所定のイン電
流に対するエツチング速度が大きく、従ってエツチング
のスループットが大きく、且つ、イオン衝撃が基板に与
える損傷が小さくなる。しかしながら、反応増速度は、
この様な１０程度の値では決して十分とはいえず、この
技術が一筆書き方式の描画方式に依存していることを考
えると、より一層大きな反応増速度が望まれる。この事
情は、原料の反応性ガス分子をそのままの形で用いるこ
とによる結果であり、前述の様な電子ビームを用いたエ
ツチング技術においても、同様な欠点があった。
ング速度は、反応性ガス分子と基板表面原子の吸着・結
合度に依存する。この技術の代表例として、Ｇａ＋イオ
ン源を用いて、ＧａＡｓ基板をエツチングする時、Ｃ１
２ガスを導入すると、ガスの無い場合に比べて、２〜１
０倍エツチング速度が増大することが知られている。こ
の時、ガスの有無による、エツチング速度の増大度を反
応増速度と称すると、この値が大きい程、所定のイン電
流に対するエツチング速度が大きく、従ってエツチング
のスループットが大きく、且つ、イオン衝撃が基板に与
える損傷が小さくなる。しかしながら、反応増速度は、
この様な１０程度の値では決して十分とはいえず、この
技術が一筆書き方式の描画方式に依存していることを考
えると、より一層大きな反応増速度が望まれる。この事
情は、原料の反応性ガス分子をそのままの形で用いるこ
とによる結果であり、前述の様な電子ビームを用いたエ
ツチング技術においても、同様な欠点があった。
この様に、従来の集束荷電ビーム装置では十分大きな反
応増速度が得られないという欠点があった。
応増速度が得られないという欠点があった。
本発明の目的は、上記問題点を解消した集束荷電ビーム
装置を提供することにある。
装置を提供することにある。
（問題点を解決するための手段）
本発明は、微細イオン又は電子の発生源と、発生したイ
オン又は電子ビームの集束レンズ系および試料室からな
る集束荷電ビーム装置において、前記集束イオン又は電
子ビームを照射せしめる、試料面上の所望領域に向かっ
て、ラジカルビームを噴出せしむるためのノズル、前記
ラジカルを発生させるために、前記ノズルの任意領域に
設けたマイクロ波放射用終端部、及び当該マイクロ波を
終端部に導くための導路手段とを有する事を特徴とする
集束荷電ビームエツチング装置である。
オン又は電子ビームの集束レンズ系および試料室からな
る集束荷電ビーム装置において、前記集束イオン又は電
子ビームを照射せしめる、試料面上の所望領域に向かっ
て、ラジカルビームを噴出せしむるためのノズル、前記
ラジカルを発生させるために、前記ノズルの任意領域に
設けたマイクロ波放射用終端部、及び当該マイクロ波を
終端部に導くための導路手段とを有する事を特徴とする
集束荷電ビームエツチング装置である。
（作用）
本発明によれば、イオンもしくは電子ビームが照射され
る試料表面には、放電プラズマ中で解離した反応性ガス
のラジカルが、小孔を有するノズルから高濃度に放出さ
れる。該ラジカルは、一般に解離前のガス分子に比べて
化学的に活性である。即ち、かかるラジカルは、分子の
共有結合がプラズマ中で電子衝突を受けて解離し、不対
電子を有する分子又は原子に分解することによって発生
し、不対電子から成る結合子を有するが故に、容易に他
の原子・分子に化学吸着し易いという性質がある。この
ことは、解離しない分子の場合、吸着が物理吸着であっ
て、吸着確率が小さいことと大きく異なっている。従っ
て、イオン、又は電子ビーム照射によるエツチング時に
、上記高濃度のラジカルを照射することにより、反応性
に富む粒子の表面吸着量を増大することができるため、
エツチングの速度が飛躍的に増大する。
る試料表面には、放電プラズマ中で解離した反応性ガス
のラジカルが、小孔を有するノズルから高濃度に放出さ
れる。該ラジカルは、一般に解離前のガス分子に比べて
化学的に活性である。即ち、かかるラジカルは、分子の
共有結合がプラズマ中で電子衝突を受けて解離し、不対
電子を有する分子又は原子に分解することによって発生
し、不対電子から成る結合子を有するが故に、容易に他
の原子・分子に化学吸着し易いという性質がある。この
ことは、解離しない分子の場合、吸着が物理吸着であっ
て、吸着確率が小さいことと大きく異なっている。従っ
て、イオン、又は電子ビーム照射によるエツチング時に
、上記高濃度のラジカルを照射することにより、反応性
に富む粒子の表面吸着量を増大することができるため、
エツチングの速度が飛躍的に増大する。
（実施例）
以下、本発明の実施例を図によって説明する。
第１図は、本発明の一実施例における構造断面図である
。図において、集束イオンビームエツチング装置は集束
イオンビーム発生室１と試料室２とからなり、集束イオ
ンビーム発生室１内には、イオンビーム発生源１ａと、
イオンビーム集束レンズ系１ｂとを有している。試料室
２内に置かれた試料台４上の試料３に、集束イオンビー
ム発生室１内で発生せしめられたガリウム（Ｇａ”）集
束イオンビーム９が、照射されている。同じく、試料室
２内に設けられたラジカルビームノズル５に、純塩素ガ
ス（ＣＩ２）が導入され、マイクロ波回路８、マイクロ
波同軸７にて発生、導波された２、４５ＧＨｚのマイク
ロ波が、エミッター６にて、前記ラジカルビームノズル
５内に放射されて、ＣＩ□ガスプラズマを励起する。こ
のため、Ｃ１□ガスの大部分は、ＣＩ単原子ラジカルに
解離されて、ラジカルビームとして、前記試料３上の、
前記Ｇａ＋イオン照射部を含む領域に照射される。Ｇａ
＋イオンは、３０ＫｅＶに加速されており、試料表面上
で０．１１１ｍのビーム径に絞られている。
。図において、集束イオンビームエツチング装置は集束
イオンビーム発生室１と試料室２とからなり、集束イオ
ンビーム発生室１内には、イオンビーム発生源１ａと、
イオンビーム集束レンズ系１ｂとを有している。試料室
２内に置かれた試料台４上の試料３に、集束イオンビー
ム発生室１内で発生せしめられたガリウム（Ｇａ”）集
束イオンビーム９が、照射されている。同じく、試料室
２内に設けられたラジカルビームノズル５に、純塩素ガ
ス（ＣＩ２）が導入され、マイクロ波回路８、マイクロ
波同軸７にて発生、導波された２、４５ＧＨｚのマイク
ロ波が、エミッター６にて、前記ラジカルビームノズル
５内に放射されて、ＣＩ□ガスプラズマを励起する。こ
のため、Ｃ１□ガスの大部分は、ＣＩ単原子ラジカルに
解離されて、ラジカルビームとして、前記試料３上の、
前記Ｇａ＋イオン照射部を含む領域に照射される。Ｇａ
＋イオンは、３０ＫｅＶに加速されており、試料表面上
で０．１１１ｍのビーム径に絞られている。
第２図は、第１図のラジカルビームノズル、およびマイ
クロ波導波路・エミッターの構造断面である。図におい
て、ラジカルビームノズル５は、石英管から成るプラズ
マ発生部１２以外が金属管で形成されている。試料室壁
１５の外部に設けられたマスフローコントローラ１４で
、流量を精密に制御されたＣＩ□ガスが、プラズマ発生
部１２で０１ラジカルビームに変換され、小孔に加工さ
れたノズル先端１１を通して高濃度ラジカルビームとし
て試料３の所望領域に照射される。一方、同軸導波路７
から導入されたマイクロ波は、エミッター６において、
石英管壁を通してプラズマ発生部に１２に放射され、前
述の如＜Ｃ１２ガスのプラズマを励起する。プラズマ発
生部１２には、サマリウム（Ｓｍ）−コバルト（Ｃｏ）
から成るドーナッツ状永久磁石が装着されており、励起
されたプラズマ柱が、ラジカルビームノズル５の内部で
、流れの方向に伸びる様になされている。本永久磁石は
、本発明の必須条件ではないが、試料室の構成上、ラジ
カルビームノズルの先端１１からプラズマ発生部１２ま
での間隔を長くせねばならない（例えば１０ｃｍ以上）
時などに利用されるものである。
クロ波導波路・エミッターの構造断面である。図におい
て、ラジカルビームノズル５は、石英管から成るプラズ
マ発生部１２以外が金属管で形成されている。試料室壁
１５の外部に設けられたマスフローコントローラ１４で
、流量を精密に制御されたＣＩ□ガスが、プラズマ発生
部１２で０１ラジカルビームに変換され、小孔に加工さ
れたノズル先端１１を通して高濃度ラジカルビームとし
て試料３の所望領域に照射される。一方、同軸導波路７
から導入されたマイクロ波は、エミッター６において、
石英管壁を通してプラズマ発生部に１２に放射され、前
述の如＜Ｃ１２ガスのプラズマを励起する。プラズマ発
生部１２には、サマリウム（Ｓｍ）−コバルト（Ｃｏ）
から成るドーナッツ状永久磁石が装着されており、励起
されたプラズマ柱が、ラジカルビームノズル５の内部で
、流れの方向に伸びる様になされている。本永久磁石は
、本発明の必須条件ではないが、試料室の構成上、ラジ
カルビームノズルの先端１１からプラズマ発生部１２ま
での間隔を長くせねばならない（例えば１０ｃｍ以上）
時などに利用されるものである。
第３図は、実施例における、ＧａＡｓ基板のエツチング
速度と、ラジカルビームノズル内におけるＣ１２ガス圧
との関係を示す測定例である。Ｃ１２ガスを全く用いな
い場合に比べて、放電しないＣ１２ガスを照射した場合
、エツチング速度は２〜１０倍増大するが、本発明の如
く、プラズマ放電により発生した’ ＣＩラジカルビー
ムを用いると、エツチング速度は更に１０倍ないし５０
倍増大する。この原因は、Ｃ１□ガスを放電しない場合
、試料表面への吸着は物理吸着であり、吸着確率が低く
、吸着の結合も弱いため、Ｇａ、イオンのスパッタエツ
チングに対する反応増速度は小さいのに対し、放電した
場合、吸着確率が大きい中性ラジカルが多数発生するた
め、前記反応増速効果が増大するものと考えられている
。
速度と、ラジカルビームノズル内におけるＣ１２ガス圧
との関係を示す測定例である。Ｃ１２ガスを全く用いな
い場合に比べて、放電しないＣ１２ガスを照射した場合
、エツチング速度は２〜１０倍増大するが、本発明の如
く、プラズマ放電により発生した’ ＣＩラジカルビー
ムを用いると、エツチング速度は更に１０倍ないし５０
倍増大する。この原因は、Ｃ１□ガスを放電しない場合
、試料表面への吸着は物理吸着であり、吸着確率が低く
、吸着の結合も弱いため、Ｇａ、イオンのスパッタエツ
チングに対する反応増速度は小さいのに対し、放電した
場合、吸着確率が大きい中性ラジカルが多数発生するた
め、前記反応増速効果が増大するものと考えられている
。
本実施例ではＧａＡｓ基板へのＧａイオンおよびＣ１□
ガスの放電プラズマを用いたエツチングの場合について
のみ詳述した。イオンビームの代りに電子ビームを用い
ると、イオンと電子の質量の違いにより、エツチング速
度は一般に減少する。しかも、前述の如く、反応性ガス
の増速効果を利用すると、エツチング速度は、ガスを全
く用いない場合に比べて増大するが、この時の反応増速
度は、イオンの場合と同様、従来のＣ１２ガスの場合と
比べて本発明の如く放電プラズマのＣＩラジカルを利用
した方が大きい。
ガスの放電プラズマを用いたエツチングの場合について
のみ詳述した。イオンビームの代りに電子ビームを用い
ると、イオンと電子の質量の違いにより、エツチング速
度は一般に減少する。しかも、前述の如く、反応性ガス
の増速効果を利用すると、エツチング速度は、ガスを全
く用いない場合に比べて増大するが、この時の反応増速
度は、イオンの場合と同様、従来のＣ１２ガスの場合と
比べて本発明の如く放電プラズマのＣＩラジカルを利用
した方が大きい。
（発明の効果）
以上のように、本発明によるときには十分に大きな反応
増速度が得られ、ひいては半導体基板上に加工する微細
パターンの溝形状や加工精度を向上できる効果を有する
。
増速度が得られ、ひいては半導体基板上に加工する微細
パターンの溝形状や加工精度を向上できる効果を有する
。
第１図は、本発明の実施例における構造断面図、第２図
は第１図ラジカルビーム発生部の拡大図、第３図は、第
１図実施例の効果を示す特性図、第４図は、従来例の構
造概略図である。 １・・・イオンビーム発生室 １ａ・・・イオン発生源 １ｂ・・・集束レンズ系 ２・・・試料室 ３・・・試料 ５・・・ラジカルビームノズル ６・・・マイクロ波エミッター ７・・・マイクロ波同軸 １２・・・プラズマ発生部 １４・・・マスフローコントローラ １５・・・試料室
は第１図ラジカルビーム発生部の拡大図、第３図は、第
１図実施例の効果を示す特性図、第４図は、従来例の構
造概略図である。 １・・・イオンビーム発生室 １ａ・・・イオン発生源 １ｂ・・・集束レンズ系 ２・・・試料室 ３・・・試料 ５・・・ラジカルビームノズル ６・・・マイクロ波エミッター ７・・・マイクロ波同軸 １２・・・プラズマ発生部 １４・・・マスフローコントローラ １５・・・試料室
Claims (1)
- （１）微細イオン又は電子の発生源と、発生したイオン
又は電子ビームの集束レンズ系および試料室からなる集
束荷電ビーム装置において、前記集束イオン又は電子ビ
ームを照射せしめる、試料面上の所望領域に向かって、
ラジカルビームを噴出せしむるためのノズル、前記ラジ
カルを発生させるために、前記ノズルの任意領域に設け
たマイクロ波放射用終端部、及び当該マイクロ波を終端
部に導くための導路手段とを有する事を特徴とする集束
荷電ビームエッチング装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12313988A JPH01292827A (ja) | 1988-05-20 | 1988-05-20 | 集束荷電ビームエッチング装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP12313988A JPH01292827A (ja) | 1988-05-20 | 1988-05-20 | 集束荷電ビームエッチング装置 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01292827A true JPH01292827A (ja) | 1989-11-27 |
Family
ID=14853154
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP12313988A Pending JPH01292827A (ja) | 1988-05-20 | 1988-05-20 | 集束荷電ビームエッチング装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01292827A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02177430A (ja) * | 1988-12-28 | 1990-07-10 | Hikari Gijutsu Kenkyu Kaihatsu Kk | 化合物半導体の加工方法 |
| JPH02183530A (ja) * | 1989-01-10 | 1990-07-18 | Hikari Gijutsu Kenkyu Kaihatsu Kk | 半導体素子の作製方法 |
| JP2011243997A (ja) * | 2011-07-20 | 2011-12-01 | Hitachi High-Technologies Corp | 荷電粒子線装置 |
-
1988
- 1988-05-20 JP JP12313988A patent/JPH01292827A/ja active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH02177430A (ja) * | 1988-12-28 | 1990-07-10 | Hikari Gijutsu Kenkyu Kaihatsu Kk | 化合物半導体の加工方法 |
| JPH02183530A (ja) * | 1989-01-10 | 1990-07-18 | Hikari Gijutsu Kenkyu Kaihatsu Kk | 半導体素子の作製方法 |
| JP2011243997A (ja) * | 2011-07-20 | 2011-12-01 | Hitachi High-Technologies Corp | 荷電粒子線装置 |
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