JPH01316931A - Fine pattern formation - Google Patents
Fine pattern formationInfo
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- JPH01316931A JPH01316931A JP14693588A JP14693588A JPH01316931A JP H01316931 A JPH01316931 A JP H01316931A JP 14693588 A JP14693588 A JP 14693588A JP 14693588 A JP14693588 A JP 14693588A JP H01316931 A JPH01316931 A JP H01316931A
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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。(57) [Summary] This bulletin contains application data before electronic filing, so abstract data is not recorded.
Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は半導体集積回路形成のための基板加工。[Detailed description of the invention] [Industrial application field] The present invention relates to substrate processing for forming semiconductor integrated circuits.
薄膜加工に用いる微細パターン形成方法に係わυ、特に
集束イオンビームを用いるエツチング、薄膜形成などの
加工方法に関するものである。The present invention relates to fine pattern forming methods used in thin film processing, and particularly relates to processing methods such as etching and thin film formation using focused ion beams.
半導体集積回路の高密度化、高速化のために素子の微細
化が検討されている。これを実現するには、微細高精度
な半導体基板加工、薄膜加工技術の確立が重要となって
いる。集束イオンビーム技技は、この種の目的に最適な
潜在的能力を有しており、装置、加工技術の両面におけ
る技術確立が期待されている。つまり、微細に集束させ
たイオンビームを電気的に自由に偏向しパターン創成が
できる。イオン種の選択によシ選択的注入ができるおよ
びイオンの運動エネルギーを活用しエツチング・薄膜形
成ができるなどである。特にイオンの運動エネルギーを
活用するエツチング・薄膜形成は、同様にパターン創成
ができる電子ビーム法にはない、集束イオンビーム加工
の大きな特徴である。In order to increase the density and speed of semiconductor integrated circuits, miniaturization of elements is being considered. To achieve this, it is important to establish microscopic and high-precision semiconductor substrate processing and thin film processing technology. Focused ion beam technology has the potential to be optimal for this type of purpose, and it is expected that the technology will be established in terms of both equipment and processing technology. In other words, a pattern can be created by electrically freely deflecting a finely focused ion beam. Selective ion implantation can be performed by selecting the ion species, and etching and thin film formation can be performed by utilizing the kinetic energy of ions. In particular, etching and thin film formation that utilize the kinetic energy of ions is a major feature of focused ion beam processing that is not found in electron beam methods, which can similarly create patterns.
集束イオンビーム装置は、高電界を印加した針状電極近
傍でガス、液体金属をイオン化し、静電レンズで集束さ
せるとともに、静電偏向により試料上に任意の形状のパ
ターンを創成する。集束特性を表わすイオン光学系の収
差の内、静電光学系においては一般に色収差が系の集束
特性を良く代表する。色収差は、概ねイオンエネルギー
に反比例し、イオンエネルギー分散、イオン銃開き角度
に比例し、微細集束ビームを得るためには色収差を小さ
くすることが必要である。イオンエネルギー分散はイオ
ン生成の原理的側面で決定され、また、イオン電流に比
例するイオン銃開き角度は必要とする加工速度から決定
されるので、実用上はこれらによって系の低収差化を図
るのは難しい。A focused ion beam device ionizes gas or liquid metal near a needle-shaped electrode to which a high electric field is applied, focuses it with an electrostatic lens, and creates a pattern of any shape on a sample by electrostatic deflection. Among the aberrations of an ion optical system that represent focusing characteristics, in an electrostatic optical system, chromatic aberration generally well represents the focusing characteristics of the system. Chromatic aberration is approximately inversely proportional to ion energy and proportional to ion energy dispersion and ion gun opening angle, and it is necessary to reduce chromatic aberration in order to obtain a finely focused beam. The ion energy dispersion is determined by the principle of ion generation, and the ion gun opening angle, which is proportional to the ion current, is determined by the required processing speed. is difficult.
このため、微細集束ビームを得るには、イオンエネルギ
ーを大きくすることが必要となる。液体金属Gaを用い
た集束イオンビーム装置では、直径0.3μmの集束ビ
ームが30 keVのエネルギーで得られているが、こ
の条件で直径0.1μmの集束ビームを得るためには1
00keVのエネルギーにする必要がある。Therefore, in order to obtain a finely focused beam, it is necessary to increase the ion energy. In a focused ion beam device using liquid metal Ga, a focused beam with a diameter of 0.3 μm is obtained with an energy of 30 keV, but in order to obtain a focused beam with a diameter of 0.1 μm under these conditions, 1
It is necessary to set the energy to 00 keV.
一方、集束イオンを利用する加工の側面からは、必要以
上のイオンエネルギー領域では、加工の能率が低下する
ばかシではなく、基板に損傷を与える等の不都合が生じ
る。例えば集束GaイオンビームによるS1スパツタで
は、30keVにおいてスパッタ収率2 atOrrV
′ionが得られるが、100keyではスパッタ収率
がlatom/ionと減少する。さらには、エツチン
グ領域下部には不要の不純物としてGaが注入されたり
、ボイド等の欠陥が形成される。On the other hand, from the aspect of processing using focused ions, in an ion energy range higher than necessary, processing efficiency is not only reduced, but also problems such as damage to the substrate occur. For example, in the S1 sputtering using a focused Ga ion beam, the sputtering yield is 2 at OrrV at 30 keV.
'ion can be obtained, but with 100 keys, the sputtering yield decreases to latom/ion. Furthermore, Ga is implanted as an unnecessary impurity into the lower part of the etching region, and defects such as voids are formed.
このような問題に対して試料に正のバイアス電圧を印加
し、イオン光学系としては高エネルギーで微細集束ビー
ムを実現しつつ、試料面で実効的に低イオンエネルギー
を得ることも考えられる。To solve this problem, it is conceivable to apply a positive bias voltage to the sample to achieve a finely focused beam with high energy as an ion optical system, while effectively obtaining low ion energy at the sample surface.
しかし、試料を高精度に移動させる機構に加え、電気的
には高圧に浮遊させるなど実用面その障害が大きい。However, in addition to the mechanism for moving the sample with high precision, it also has to be electrically suspended at high voltage, which poses many practical obstacles.
したがって本発明は、前述した従来の問題に鑑みてなさ
れたものであシ、その目的は、集束イオンとして分子イ
オンを利用し、容易かつ簡便にしかも信頼性が高く、微
細パターンを形成することができる微細パターン形成方
法を提供することにある。Therefore, the present invention has been made in view of the above-mentioned conventional problems, and its purpose is to easily and simply form fine patterns with high reliability by using molecular ions as focused ions. The purpose of the present invention is to provide a method for forming fine patterns.
本発明による微細パターン形成方法は、微細に集束した
イオンを試料に照射して試料表面を加工する際、集束イ
オンとして3個以上の原子から構成される分子イオンを
用いるものである。The fine pattern forming method according to the present invention uses molecular ions composed of three or more atoms as focused ions when processing the surface of a sample by irradiating the sample with finely focused ions.
本発明においては、微細な集束イオンを形成するイオン
光学系の特性を活用し、かつ加工に適したエネルギーで
加工される。In the present invention, the characteristics of the ion optical system that forms fine focused ions are utilized, and processing is performed using energy suitable for processing.
以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。 Embodiments of the present invention will be described in detail below with reference to the drawings.
図は本発明による微細パターン形成方法の実施例を説明
するための原理の概要を示したものである。同図におい
て、1は分子イオン、2は試料基板、11は分子構成原
子である。加速、集束された分子イオン1は、試料基板
2に衝突し、基板表面で分子構成原子11に分割される
。分子イオンの運動エネルギーEは、分子の質量Mと速
度Vにより次の式で示される。The figure shows an outline of the principle for explaining an embodiment of the fine pattern forming method according to the present invention. In the figure, 1 is a molecular ion, 2 is a sample substrate, and 11 is an atom constituting the molecule. The accelerated and focused molecular ions 1 collide with the sample substrate 2 and are split into molecular constituent atoms 11 on the substrate surface. The kinetic energy E of a molecular ion is expressed by the following equation using the mass M and velocity V of the molecule.
E=(1/2)・(MY) ・・・・・(
1)また、分子はn個の原子で構成され、その質量をm
l(1=l〜n)とすると、衝突直後においては個々の
原子の速度が分子イオンの速度と同じであるとできるか
ら、
Es=(1/2)・(rntV2) sa・
es(2)(1)式と(2)式とから
El == (mt 7M) ’E
@ @ * 1111 (3)つまり、分子イオン1が
試料基板2に衝突して分割されたとき、分子イオン1の
運動エネルギーは、分子を構成する個々の原子11に質
景比に応じて分配されることを示している。E=(1/2)・(MY) ・・・・・・(
1) Also, a molecule is composed of n atoms, and its mass is m
If l (1=l~n), it can be said that the velocity of each individual atom is the same as the velocity of the molecular ion immediately after the collision, so Es=(1/2)・(rntV2) sa・
es(2) From equations (1) and (2), El == (mt 7M) 'E
@ @ * 1111 (3) In other words, when the molecular ion 1 collides with the sample substrate 2 and is split, the kinetic energy of the molecular ion 1 is distributed to the individual atoms 11 that make up the molecule according to the texture ratio. Which indicates that.
分子イオン(エネルギー1:)1としてベンゼン(C6
H6+)を用い、これが試料基板2との衝突により個々
の原子11に分割されたとき、炭素(C)のエネルギー
は0.15E、水素(H)のエネルギーは0、OIKと
なる。従って分子イオン1としてはイオン光学系に適し
た100keVで加速、集束して微細集束ビームをなし
、試料基板2表面では炭素で15keV、水素で1ke
Vと加工に適したエネルギーとすることができる。同様
にトリシランイオン(St3H8”、エネルギー:E)
の場合には、シリコン(Sl)で0.3E、水素(H)
では0.01 Eとなる。Benzene (C6 as molecular ion (energy 1:) 1
When this is split into individual atoms 11 by collision with the sample substrate 2, the energy of carbon (C) is 0.15E, the energy of hydrogen (H) is 0, and OIK. Therefore, the molecular ion 1 is accelerated and focused at 100 keV, which is suitable for the ion optical system, to form a finely focused beam, and on the surface of the sample substrate 2, carbon is accelerated at 15 keV, and hydrogen is at 1 keV.
V and energy suitable for processing. Similarly, trisilane ion (St3H8”, energy: E)
In the case of 0.3E for silicon (Sl) and hydrogen (H)
Then it becomes 0.01 E.
本発明の第1の実施例は、集束トリシランイオy ヒー
ム(Si、H8”准よるニッケル膜(Nt )のスパ
ッタエツチングである。A first embodiment of the present invention is the sputter etching of a nickel film (Nt) by a focused trisilane ion beam (Si, H8'').
単体元素のイオンであるシリコンイオン(81”)。Silicon ion (81”) is an ion of a simple element.
水素イオン(H+)によるスパッタエツチングでは、ス
パッタ速度が最大となるイオンエネルギーは、それぞれ
40keV 、1keVである。それぞれのイオンを単
独に生成して加速、集束させた場合には、前述のように
微細イオンビームを形成することは難しい。これに対し
てトリシランイオンを生成し、イオンエネルギー’e
100keVに加速、集束させることで、0.1μmの
微細イオンビームとなし、しかも、基板表面ではシリコ
ン(Si)で30keV。In sputter etching using hydrogen ions (H+), the ion energies at which the sputtering rate becomes maximum are 40 keV and 1 keV, respectively. If each ion is generated individually, accelerated and focused, it is difficult to form a fine ion beam as described above. In response, trisilane ions are generated and the ion energy 'e
By accelerating and focusing to 100 keV, it becomes a fine ion beam of 0.1 μm, and moreover, the ion beam is 30 keV on the substrate surface due to silicon (Si).
水X(H)で1keVと、スパッタエツチングに好適な
イオンエネルギーとすることができる。このため、微細
で高速なニッケル膜のスパッタエツチングが可能となる
。Water X(H) can provide an ion energy of 1 keV, which is suitable for sputter etching. Therefore, fine and high-speed sputter etching of the nickel film becomes possible.
本発明の第2の実施例は、酸化窒素イオン(H204+
)によるレジストのイオンビーム支援エツチングである
。The second embodiment of the present invention uses nitrogen oxide ions (H204+
) is the ion beam assisted etching of the resist.
まず、レジストを塗布したシリコン基板を適当な温度、
酸素ガス圧で保持し、表面に酸素(02)を吸着させる
。続いて30keVのエネルギーで0.5μmに集束し
た酸化窒素イオン(N2O4”)を照射し、酸素とレジ
スト構成原子の炭素、水素等との結合反応を支援してエ
ツチングを行なう。レジストの表面で分割された窒素(
N)、酸素(0)のエネルギーは、それぞれ7keV、
5keV程度であシ、表面に吸着した反応種である酸素
のスパッタを低減して効率の良い反応性エツチングが実
現できる。First, a silicon substrate coated with resist is heated to an appropriate temperature.
It is maintained at oxygen gas pressure to adsorb oxygen (02) on the surface. Next, nitric oxide ions (N2O4'') focused at 0.5 μm are irradiated with an energy of 30 keV, and etching is performed by supporting the bonding reaction between oxygen and resist constituent atoms such as carbon and hydrogen.The resist surface is divided. Nitrogen (
The energies of N) and oxygen (0) are 7 keV, respectively.
At about 5 keV, highly efficient reactive etching can be realized by reducing sputtering of oxygen, which is a reactive species adsorbed on the surface.
本加工例において、窒素イオン(N”)、酸素イオン(
0+)を用いる場合には、同様の加工特性を得るために
それぞれ7keV、5keVのイオンエネルギーとする
ことが必要である。しかし、この条件では集束イオンビ
ームの直径は数ミクロンとなり、サブミクロンの微細加
工は実現できない。In this processing example, nitrogen ions (N''), oxygen ions (
0+), it is necessary to set the ion energies to 7 keV and 5 keV, respectively, in order to obtain similar processing characteristics. However, under these conditions, the diameter of the focused ion beam is several microns, making it impossible to achieve submicron microfabrication.
なお、前述した実施例では、エツチングにりいて説明し
たが、イオンビーム支援デボジッションによる微細形状
の膜形成に適用しても同様の効果が得られる。なお、こ
の場合、使用するガスとしては、例えばシラン、WF6
もしくはw(co) 6などの単体ガスが用いられる。Note that although the above-mentioned embodiments have been explained with reference to etching, similar effects can be obtained even when applied to the formation of a finely shaped film by ion beam assisted deposition. In this case, the gas used is, for example, silane, WF6
Alternatively, an elemental gas such as w(co) 6 is used.
以上説明したように本発明によれば、試料表面を加工す
る際、微細な集束イオンとして3個以上の原子から構成
される分子イオンを用いることにより、集束イオンを形
成するイオン光学系の特性を活用しかつ加工に適したエ
ネルギーで加工できるので、信頼性が高く、容易に微細
パターンを形成することができる。また、分子イオンを
形成する元素の組合せを選択することにより、多元素同
時イオン注入などが可能となシ、これまでにない新しい
加工方法が可能となるなどの極めて優れた効果が得られ
る。As explained above, according to the present invention, when processing a sample surface, by using molecular ions composed of three or more atoms as fine focused ions, the characteristics of the ion optical system that forms focused ions can be improved. Since processing can be performed using energy suitable for processing, reliability is high and fine patterns can be easily formed. Furthermore, by selecting a combination of elements that form molecular ions, extremely excellent effects such as simultaneous ion implantation of multiple elements and unprecedented new processing methods can be obtained.
図は本発明による微細パターン形成方法の実施例を説明
するための原理概要を示す図である。
1・@φ・分子イオン、2・・・Φ試料基板、11・Φ
・・分子構成原子。
特許出願人 日本電信電話株式会社The figure is a diagram showing an outline of the principle for explaining an embodiment of the fine pattern forming method according to the present invention. 1・@φ・Molecular ion, 2...φ sample substrate, 11・φ
...Molecular constituent atoms. Patent applicant Nippon Telegraph and Telephone Corporation
Claims (1)
工する微細パターン形成方法において、集束イオンとし
て3個以上の原子から構成される分子イオンを用いるこ
とを特徴とした微細パターン形成方法。A method for forming a fine pattern in which the surface of a sample is processed by irradiating the sample with finely focused ions, characterized in that a molecular ion composed of three or more atoms is used as the focused ion.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14693588A JPH01316931A (en) | 1988-06-16 | 1988-06-16 | Fine pattern formation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14693588A JPH01316931A (en) | 1988-06-16 | 1988-06-16 | Fine pattern formation |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01316931A true JPH01316931A (en) | 1989-12-21 |
Family
ID=15418898
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14693588A Pending JPH01316931A (en) | 1988-06-16 | 1988-06-16 | Fine pattern formation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01316931A (en) |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57132329A (en) * | 1981-02-10 | 1982-08-16 | Mitsubishi Electric Corp | Fine processing method |
| JPS60126834A (en) * | 1983-12-14 | 1985-07-06 | Hitachi Ltd | Ion beam processing method and device thereof |
-
1988
- 1988-06-16 JP JP14693588A patent/JPH01316931A/en active Pending
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS57132329A (en) * | 1981-02-10 | 1982-08-16 | Mitsubishi Electric Corp | Fine processing method |
| JPS60126834A (en) * | 1983-12-14 | 1985-07-06 | Hitachi Ltd | Ion beam processing method and device thereof |
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