JPH01316931A - 微細パターン形成方法 - Google Patents
微細パターン形成方法Info
- Publication number
- 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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- JP
- Japan
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- ion
- focused
- ions
- energy
- processing
- Prior art date
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- Pending
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- Drying Of Semiconductors (AREA)
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〕
本発明は半導体集積回路形成のための基板加工。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
には高圧に浮遊させるなど実用面その障害が大きい。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
以下、図面を用いて本発明の実施例を詳細に説明する。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
単体元素のイオンであるシリコンイオン（８１”）。
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。
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。
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
。
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
。
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
。
）によるレジストのイオンビーム支援エツチングである
。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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
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
Claims (1)
- 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。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14693588A JPH01316931A (ja) | 1988-06-16 | 1988-06-16 | 微細パターン形成方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14693588A JPH01316931A (ja) | 1988-06-16 | 1988-06-16 | 微細パターン形成方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01316931A true JPH01316931A (ja) | 1989-12-21 |
Family
ID=15418898
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14693588A Pending JPH01316931A (ja) | 1988-06-16 | 1988-06-16 | 微細パターン形成方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH01316931A (ja) |
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 (ja) * | 1983-12-14 | 1985-07-06 | Hitachi Ltd | イオンビーム加工装置 |
-
1988
- 1988-06-16 JP JP14693588A patent/JPH01316931A/ja 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 (ja) * | 1983-12-14 | 1985-07-06 | Hitachi Ltd | イオンビーム加工装置 |
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