JPH10209158A - 集束イオンビーム装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 集束イオンビーム照射とガスの吹き付けによ
り、試料表面に任意の位置・形状のパターンを形成する
装置においてガスを安全に処理することのできる装置。 【解決手段】 集束イオンビームを偏向走査する偏向電
極、試料を載置するＸ−Ｙステージ、試料の集束イオン
ビーム照射位置表面にガスを局所的に吹き付けるための
ガス銃、二次荷電粒子を検出する二次荷電粒子検出器
と、真空容器を真空にする真空排気装置と、真空排気装
置と真空容器を加熱する加熱機構から構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、半導体デバイスあるい
は露光用フォトマスクなどに、配線または遮光のための
薄膜パターンを追加形成するための装置や、試料表面に
形成されているパターン膜を除去修正する装置に関する
ものである。特に、デバイスの配線変更、異物の観察、
不良解析あるいはフォトマスクの欠陥リペア、パターン
変更などに利用されるものであり、これは、所謂集束イ
オンビームCVD法（集束イオンビームアシステッドデポ
ジション法）或いはイオンビームアシステッドエッチン
グを利用した微細パターン形成方法及び装置に関するも
のである。

【０００２】

【従来の技術】集束イオンビームにおいて試料表面にガ
スを吹きつけ、ガスおよびガスを分解して得られる物資
の性質を用いて薄膜パターン膜を形成する方法／装置が
いくつか提案されている。例えば、特開昭６２−２８１
３４９「金属パターン膜の形成方法及びその装置」があ
る。ヘキサカルボニルタングステンW(CO)₆蒸気（ガス）
を４０〜６０度に加熱し、蒸気化し、パターン膜を形成
しようとしている試料の表面にガス銃にて局所的に吹き
付けると同時に、集束イオンビームを所定領域に所定回
数繰り返し走査させ照射することにより、ヘキサカルボ
ニルタングステンを分解し、室温以下に冷却されている
試料の表面にタングステンを析出させるものである。

【０００３】その他、試料表面に吹き付ける蒸気は、新
たに形成するパターン膜の材質や、エッチング加工され
る試料の材質により、適当なものを選択する。例えば、
マスクの遮光膜の場合を例にとると、ピレンを用いる。
また、遮光膜の除去の場合は、エッチング性のガスで、
例えば塩素ガスを用いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前記に示された従来技
術では、ガス源に収納されている固体のヘキサカルボニ
ルタングステンを４０〜６０度に加熱して、蒸気化し、
パターン膜を形成しようとしている試料の表面に配管及
びガス銃を介して局所的に吹き付ける。それと同時に、
集束イオンビームを所定領域に所定回数繰り返し走査さ
せ照射することにより、室温以下に冷却されている試料
表面に吸着されたヘキサカルボニルタングステンを分解
し、試料の表面にタングステンを析出させるものであ
る。

【０００５】このとき、ヘキサカルボニルタングステン
は人体に対し有害であることが知られているため、排気
する場合、フィルターを用いたり、希釈している。しか
しながら、ヘキサカルボニルタングステンは室温におい
ては固体のため、真空排気に用いられている真空ポンプ
や配管にガス化されたヘキサカルボニルタングステンが
接触すると析出してしまう恐れがある。その結果、フィ
ルターによる捕捉や希釈などの安全処理を行うことがで
きず、装置に有害物質が残ってしまうという問題があっ
た。

【０００６】試料表面に吹き付ける蒸気が、ヘキサカル
ボニルタングステン以外の化合物蒸気、エッチング性の
蒸気においても上記の問題があった。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は上記の問題点を
解決するため発明されたものである。その手段は、真空
容器、真空容器を真空排気する真空ポンプなどからなる
真空排気装置、上記真空排気装置の一部または全てを加
熱する機構、及び真空容器に装着された集束イオンビー
ム発生部、上記集束イオンビームを偏向走査するための
偏向電極、上記集束イオンビームを照射する試料を載置
するＸ−Ｙステージ、試料の集束イオンビーム照射位置
表面に原料ガスを局所的に吹き付けるためのノズルを備
えたガス銃、集束イオンビームを照射することにより発
生する二次荷電粒子を検出する二次荷電粒子検出器とか
ら構成されている。

【０００８】上記構成の主要手段の作用は、ガス源で加
熱され蒸気化されたガスが、イオンビームの照射領域あ
るいは近傍に吹き出し口を持つガス銃によって、局所的
に効率よくガスを試料に吹き付けられる。ガスの吹き付
けられた試料表面に、イオンビーム発生部、偏向電極、
走査制御部、イオンビーム走査領域設定部などによって
集束及び走査制御された集束イオンビームが照射され
る。ガスを連続的に吹き付けつつ、集束イオンビームを
パターン状に繰り返し走査・照射をすることにより、走
査回数に比例した膜厚を持つ薄膜パターンが形成され
る。また、吹き付けるガスをエッチング性のガスに代え
て吹き付け、集束イオンビームをパターン状に照射する
と、走査回数に比例した深さのエッチングパターンが形
成される。さらに、パターン形成に寄与することのなか
った試料表面に吹き付けられたガスは、前記試料表面に
吹き付けられたガスが固体化しない温度に加熱された真
空排気装置により排気される。そして、真空排気装置に
含まれ交換可能なフィルターに捕捉されることにより、
環境を汚染させることがない。

【０００９】

【実施例】以下に本発明の実施例を図面に基づき詳細に
説明する。まず、集束イオンビーム発生部１を第２図に
て説明する。イオン化する物質３０は液体Ｇａ金属であ
り、その表面のみを加熱溶融させるためにイオン源ヒー
ター３１が巻かれている。溶融したＧａ金属は、引き出
し電極３２により引き出されたＧａのイオンビームとな
り、さらに加速電極３３により加速される。液体金属イ
オン源は、少なくともイオン化する物質３０とイオン源
ヒーター３１と引き出し電極３２よりなる。加速された
Ｇａのイオンビームは集束レンズ系３４により集束イオ
ンビーム３となる。集束イオンビーム３は、図示しない
試料の表面を照射するときのスポット径は、サブミクロ
ン径になっている。なお、図示していないが、イオンビ
ームを集束するレンズとして対物レンズをも備えること
もある。

【００１０】更に、ブランキング電極３５により、集束
イオンビームの試料上への照射をオン・オフする。ブラ
ンキング電極３５は、後述する走査電極２による集束イ
オンビーム３の走査により、試料表面の希望（所望）の
領域のみを走査・照射させることができる。更に第２図
において、真空容器２１内は、第１の真空ポンプ１０、
第２の真空ポンプ５１及びそれらを接続する配管５２な
どにより真空状態になっている。集束イオンビーム発生
部１は、少なくとも液体金属イオン源と引き出されたイ
オンビームを集束するための集束レンズ系３４と前記イ
オンビームを試料上でオン／オフするためのブランキン
グ電極３５とからなる。

【００１１】集束イオンビーム発生用電源及び制御部１
１は、集束イオンビーム発生部１の各要素の電力を供給
し、そして制御を行う。集束イオンビームにより加工さ
れる試料４は、 Ｘ−Ｙステージ５、断熱材１７、冷却
プレート１６と下から順に積み重ねられたものの上に載
置される。 Ｘ−Ｙステージ５は、試料４をＸ−Ｙ方向
に移動させるものである。冷却プレート１６は、試料４
を室温以下に冷却するためのものである。断熱材１７
は、 冷却プレート１６によりＸ−Ｙステージ５があま
り冷却されないようにするものである。Ｘ−Ｙステージ
５等が冷却されると、真空容器２１内のガス成分がそこ
に吸着・凝縮する。特に、蒸気圧の低い、有機化合物蒸
気（ガス）が吸着・凝縮する。

【００１２】集束イオンビーム発生用電源及び制御部１
１及び集束イオンビーム発生部１によって発生制御され
た集束イオンビーム３は、試料４に照射される。そし
て、偏向電極（Ｘ及びＹ）２によって前記試料４上を走
査される。偏向電極２とブランキング電極３５の協働に
より、集束イオンビーム３は、試料表面の所望の位置及
び所望の領域にて照射・走査される。前記試料４表面か
ら放出される二次荷電粒子（例えば二次電子）は、二次
荷電粒子検出器６によって検出される。その信号は、信
号増幅処理部１４によって増幅及び処理されて輝度信号
となり、走査制御部１２からの走査信号と共にディスプ
レイ１５に入力されて二次荷電粒子像（二次電子像）が
表示される。

【００１３】このディスプレイ１５に表示された二次荷
電粒子像によって試料４上の金属パターン膜を形成すべ
き位置を探しだし、走査範囲設定部１３で前記金属パタ
ーン膜を形成すべき領域を設定する。密閉容器であるガ
ス源９には、集束イオンビーム３を照射されている試料
４表面に吹き付ける蒸気の原料、例えば、固体状のヘキ
サカルボニルタングステンが収納されている。ガス源９
には、蒸気の原料を加熱し、蒸気化するためのガス源ヒ
ータ４０が備えられている。蒸気の原料としては、その
他の固体状のヘキサカルボニル金属も用途に応じて用い
られる。

【００１４】また、ガス源９には、後述するガス銃７の
バルブ８と流体力学的に接続するための配管４１が設け
られている。配管４１には、配管４１を加熱するための
配管ヒータ４２が取り付けられている。ガス銃７の真空
容器２１内側に配置される先端部のノズル７ａの内径
は、０．１〜１．０mmに形成される。蒸気化し、ガス化
したヘキサカルボニルタングステンは、ガス銃７のノズ
ル７ａの先端からビーム状に噴出し、試料４表面の集束
イオンビーム３で膜付け加工する領域を局所的に吹き付
けられる。

【００１５】ノズル７ａの内径が０．１mm以下のとき
は、試料４上での集束イオンビーム３照射位置とガス銃
７からの蒸気吹き付け位置との位置合わせが困難であ
り、十分な蒸気の量を集束イオンビーム３照射位置に供
給できなくなる。また、ノズル７ａの内径が１．０mm以
上のときは、加工する領域を局所的に吹き付けられるヘ
キサカルボニルタングステンガスの量が多くなりすぎ
る。そのため、試料４表面や真空容器２１内を汚染し、
集束イオンビーム３の飛行の邪魔となる。試料４表面で
の集束イオンビーム３のエネルギが低くなり、飛跡も不
安定になる。

【００１６】デポジション開始信号によってガス銃７の
バルブ８が開き、配管４１からのヘキサカルボニル金属
蒸気がノズル７ａから、試料４表面に吹き付けられる。
この時、ガス源９、配管４１、少なくともノズル７ａを
含むガス銃７は、それぞれガス源ヒータ４０、配管ヒー
タ４２、ガス銃ヒータ４３により適当に加熱されてい
る。それらのヒータ４０、４２、４３は、１つのまたは
複数のヒーターによりなり、均一温度にまたは各々最適
化された温度に加熱される。配管４１、少なくともノズ
ル７ａを含むガス銃７が加熱されていないと、蒸気化し
ているヘキサカルボニルタングステンは、それらの経路
にて冷却され、再度凝縮することになる。そして、配管
４１やガス銃７の内径が狭くなり、ついには、詰る。そ
のため、それらの交換等のメンテナンスが必要になる。
特に、バルブ８は機械的な動きがあり、ノズル７ａは内
径が非常に細いため、ガス原料の析出・吸着（凝縮・凝
固）は、大きな悪影響を与える。ガス銃ヒータ４３は、
少なくともノズル７ａとバルブ８を加熱するものであ
り、それが非常に重要なことである。

【００１７】また試料４は冷却プレート１６等の冷却機
構により一定温度に冷却されている。上記のようにし
て、ヘキサカルボニル金属蒸気を吸着させた試料４表面
に、前記走査範囲設定部１３によって走査範囲、走査回
数を制御され、集束イオンビーム３が照射される。する
と集束イオンビーム３が照射された領域でヘキサカルボ
ニル金属が分解されてＣＯガスが真空中に放出され、タ
ングステンがデポジションつまり析出する。連続して前
記ヘキサカルボニル金属ガスを吹き付けつつ集束イオン
ビーム３の走査を繰り返すことにより走査回数に比例し
た膜厚を持つ金属パターン膜が形成される。

【００１８】このとき、試料４表面に局所的にガスを吹
き付けるため、ガス銃７のノズル７ａの先端は細く長い
ノズル状になっていることが好ましい。また、集束イオ
ンビーム装置の機能としてイオン顕微鏡機能があるが、
ノズル７ａが試料表面近くあると、観察の際ノズルの先
端が視野に入り、操作性が劣化する恐れがある。そこ
で、金属パターン膜を形成するときのみにノズルを試料
表面に近づけるようにしても良い。

【００１９】さらに、複数のガス源９を持つ場合でも同
様に行うことができるのは明らかである。すなわち、そ
の性質を利用してパターン形成を行うためのガスを発生
させるために加熱することが必要な物質を複数種類用い
る場合、各々のガス源９を蒸気化させるのに適当な温度
に加熱する。それらのガスを試料室に導くための配管を
蒸気化された状態を維持するのに適当な温度に制御す
る。これらの温度は均一で一定であることが望ましい
が、原料に合わせて可変とすることも有効である。ま
た、蒸気原料を加熱することにより蒸気圧が上昇し、試
料４表面への供給量制御が困難な性質を持つ原料やガス
が用いられる場合、ガス源９を冷却する冷却装置を備え
温度制御することも有用である。また、ガスを真空容器
２１に導くための配管４１に加熱機構と同時に冷却機構
を持たせ、温度制御することも可能である。

【００２０】そして、配管４１、ガス銃７及びノズル７
ａのクリーニングを行うために、配管ヒータ４２及びガ
ス銃ヒータ４３での加熱を、通常の使用状態より高い温
度に設定し、真空容器２１に至る配管４１のバルブ８を
開いての真空容器２１の真空ポンプによりガス化した付
着物を除去することも効果が大きいものである。

【００２１】パターン形成に寄与しないガスはターボ分
子ポンプである真空ポンプ１０、ロータリーポンプ５０
及び配管５１からなる真空排気装置により試料室から排
気される。真空排気装置はヒーター５２、５３によっ
て、排気されるガスが析出・吸着しない温度に加熱され
ている。そのため、配管５１の途中にあるフィルター５
４に効率よく捕捉される。フィルターは容易に交換でき
る構造となっている。定期的に交換し、然るべき処理を
行うことにより、環境に対して重大な影響を及ぼすこと
がなくなる。このとき、加熱は全ての部分に行っても良
いし、析出量の多い部分のみ加熱しても良い。装置の構
成に合わせ、適当な場所を適当な温度にすることができ
る。

【００２２】また、装置設置する場所の設備に、排気ガ
スを安全に処理する機能がある場合、本装置にフィルタ
ーを持たせることなく、真空ポンプ５０の排気５５を設
備の排気孔に接続しても良い。上記実施例は、主に蒸気
としてW(CO)₆蒸気（ガス）を用いたが、その他のイオン
ビーム照射により、ＣＶＤにより膜が形成されるその他
の物質でも同様の効果を有する。また、エッチング性の
ガスでも同様である。

【００２３】

【発明の効果】以上のように本発明によれば、パターン
形成のためのガスを確実に排気し、環境への影響を最小
限に抑えることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明による薄膜パターンの形成方法
及び装置の実施例の構成図である。

【図２】図２は、集束イオンビーム発生部のブロック図
である。

【符号の説明】

１ 集束イオンビーム発生部 ２ 偏向電極 ３ 集束イオンビーム ４ 試料 ５ Ｘ−Ｙステージ ６ 二次荷電粒子検出器 ７ ガス銃 ８ バルブ ９ ガス源 １０ 真空ポンプ １１ 集束イオンビーム発生用電源及び制御部 １２ 走査制御部 １３ 走査範囲設定部 １４ 信号増幅処理部 １５ ディスプレイ １６ 冷却プレート １７ 断熱材 １８ フレキシブル熱伝導体 １９ 冷却装置

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 真空ポンプを用いて真空状態にされてい
   る真空容器に、少なくとも液体金属イオン源と引き出さ
   れたイオンビームを集束するための集束レンズ系と前記
   イオンビームを試料上でオン／オフするためのブランキ
   ング電極とからなる集束イオンビーム発生部と、前記集
   束イオンビームを偏向走査するための偏向電極と、前記
   集束イオンビームが照射される試料を載置し移動可能な
   試料ステージと、前記試料の集束イオンビーム照射位置
   表面にガスを局所的に吹き付けるためのガス銃と、前記
   集束イオンビームを照射することにより発生する二次荷
   電粒子を検出する二次荷電粒子検出器とが装着され、前
   記集束イオンビームの照射領域またはその近傍にガスを
   吹き付けると同時に、前記試料表面に前記集束イオンビ
   ームを所定領域で所定回数繰り返して走査させ照射する
   ことにより、前記ガスを分解または活性化させ、前記ガ
   スを分解させることにより発生した物質または活性化さ
   れたガスの性質を用いて前記試料表面を加工することに
   より、前記試料表面にパターンを形成する装置におい
   て、真空容器に接続された真空ポンプ及び配管の一部ま
   たは全ての加熱機構がついていることを特徴とする集束
   イオンビーム装置。
2. 【請求項２】 請求項１において、試料に吹き付けられ
   るガスを分解して得られる物質が前記試料表面に堆積
   し、薄膜を析出させることを特徴とする集束イオンビー
   ム装置。
3. 【請求項３】 請求項２において、試料に吹き付けられ
   るガスを分解して得られる物質が導電性物質であること
   を特徴とする集束イオンビーム装置。
4. 【請求項４】 請求項２において、試料に吹き付けられ
   るガスを分解して得られる物質が絶縁性物質であること
   を特徴とする集束イオンビーム装置。
5. 【請求項５】 請求項１において、試料に吹き付けられ
   るガスを分解して得られる物質または活性化されたガス
   と前記試料表面の特定の物質が反応し、選択的に前記試
   料表面のエッチング加工が進行することを特徴とするパ
   ターン形成方法。