JPS60202924A - 微細成膜方法およびその装置 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は各種の材料の膜を試料上の微細な箇所へ付着形
成する微細成膜方法およびその装置に関するものである
。

〔発明の背景〕

従来、試料上の特定の微細箇所へ微細な膜を付着させる
ことはきわめて困難であった。フォトレジストを全面に
塗布したうえで特定の場所に露光を行ないレジストに窓
をあけて、これからデポジションを行なう方法は有効で
あるが、工数がきわめて多（生産性に欠けること、露光
時の光の最小スポットに限界があり、またレジスト内で
光が散乱するため、微細化に限度があることなどの問題
を有していた。

これに対し最近第１図に示されるような方法が提案され
ている。これに微細蒸着を行うべき金属材料を放出する
液体金属イオン源１を真空容器内に設置し、ヒータ電源
６によりイオン源１のフィラメントに通電してこれを加
熱し金属を溶融させ、加速電源７により１の先端より金
属イオンを引出し、レンズ２と３で数μｍのスポット５
に絞りつつ試料４の上へ照射するものである。ここで加
速電源７はイオンのエネルギーを決定するものでありこ
の電圧をＩＫＶ前後ないしそれ以下としておけば、イオ
ンは試料面に蒸着・付着するのに適尚なエネルギーをも
って到達し、数μｍ径の領域の微細蒸着が可能となる。

しかしながら上記の方法は以下の欠陥を有している。才
ず第１に、液体金属イオン源として形成できるものでな
ければ微細蒸着は不可能である。液体金属イオン源とし
て形成されるものは、原理的には多くの元素が可能であ
るが、実用的にはその材料の融点、蒸気圧、大きさ、ニ
ードルの材料との反応性などによって難易に差があり、
現状では比較的低融点のＧａ、Ｓｎ、Ｐｂ。

Ｉｎが単体で引出されており、高融点のものはＡＶ−８
Ｌ、ＮＡ−Ｂ　などが共晶合金として取出されているに
すぎない。共晶合金のものとして、たとえばＡｗ−ｆ３
ＬからＳＬイオンのみをとり出すには、途中にＥＸＢの
質量分離器などを設ける必要があるが、このようなもの
を挿入すれば＆置が複雑かつ高価となるうえ、集束には
不利となり、微細蒸着が困難になるという問題が付加さ
れる。

さらにまた、イオン源として形成しうるものを用いたと
しても、蒸着材料、Ｐ変えることは容易でない。すなわ
ち半導体材料の製作において、たとえばＳＬを蒸着し、
その上に他の元素たとえばＡ１を蒸着するなどの必要性
がある場合があるが、この場合においてＳＬイオン源を
用いて蒸着した後に真空容器内を真空Ｖこ保ったますで
迅速にＡＪ−イオン源に交換することはきわめて困難で
ある。通常、交換を行なうためには、排気系を停止し真
空容器のふたをあけて大気圧とし、その後イオン源を交
換し、排気系により真空容器を再び高真空にし、イオン
を引出しつつ、かつイオン源を光学系の光軸を通るよう
に位置合せを行なう必要がある。この位置出しの際にイ
オンビームが試料に照射され、イオン照射を行なうべき
でない箇所へまでイオン照射が行われ、加工したり打込
みを行なったりするという問題が生じることとなる。

丈た、第１図の方法の別の問題点としては、イオンの加
速エネルギーが低く、静電レンズ２系により絞って得ら
れる微１蒸着部の大きさは数μｎ］径となり、さらに微
細化することはきわめて回船である。

ＬＳＩの高集積化にともなって形成されるパターン幅は
１μｍないしサブミクロンの線幅となってきており、そ
の微細蒸着形成には当然サブミクロンの精度が必要とな
ってきており、第１図の方法では適用が困船である。

以上述べたように従来の微細蒸着技術には、付着物質の
選択の幅が狭いこと、付着物質を取替えるためのイオン
源の交換が迅速・容易には行えないこと、微細蒸着の領
域が大きく、サブミクロン以下に絞れないことなどの問
題があつた。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を改め、試料
上のきわめて微細な任意の箇所に所望の材料を蒸着し、
かつその材料の変更が容易に行えるようにした微細成膜
方法およびその装置を提供するにある。

〔発明の概要〕

即ち本発明は、高輝度な液体金属イオン源より引出した
イオンビームを、静電レンズにより微細領域に集束させ
つつ、偏向電極により偏向させ、ターゲット材料に照射
して、これによりスパッタされて飛出した低エネルギー
の原子が試料上の所望の箇所に再付着して微細な領域の
膜を形成することを特徴とする微細成膜方法である。ま
た本発明は、真空容器中に高輝度の液体金属イオン源と
、これによりイオンビームを引出すための引出し電極と
、イオンビームを集束するための集束手段と、イオンビ
ームを偏向するための偏向手段と、試料を設置するため
の試料台とを備え、該試料台の近くにターゲット材料ホ
ルダーを設置し、これにとりつけたターゲット材料に、
集束したイオンビームを照射してこれによりスパッタさ
れたターゲット原子が試料の所望の微細な領域に再付着
して微細な領域の膜形成を行うようにしたことを特徴と
する微細成膜装置である。

〔発明の実施例〕

以下本発明を図に示す実施例にもとづいて具体的に説明
する。

第２図はイオンビームが物質に入射するときの物質内で
の原子の動きを示すものである。すなわち１次入射イオ
ンビーム９が試料１３の表面に入射すると、イオンが試
料を構成する原子と衝突してこれをはじき飛ばし、１０
ａ→１０ｂ→ＩＯＣ→・・・と次々と連鎖的に衝突の領
域１４を拡げてゆく。そしてこのうちいくつかの原子１
１が試料１３０表面から飛び出しくスパッタリング）除
去されることとなる。この場合、スパッタされた原子１
１は試料内部における多重衝突によって、エネルギーを
得ているため、入射した１次イオンビーム９に比較して
著しくエネルギーが低いのが普通である。このためエネ
ルギーはＩＫＶ以下のものが多く、蒸着に丁度よい低エ
ネルギーとなっている。

これの例を示すのが第３図であり、試料１６に対してイ
オンビーム１５が入射してこれをスパッタリングにより
加工し加工穴を形成するが、この際スパッタされた原子
１７は上記のように低エネルギーであるため加工穴の周
辺に付着し再付着層１８を形成する。

本発明は以上に述べたスパッタ原子のリゾポジション（
再付着）現象を微細蒸着に利用するものであり、第４図
にこれを示す。すなわち電界蒸発型イオン源１９から引
出し電極２０によって引出されたイオンビーム２１は静
電レンズ系２２によって集束される。この際偏向電極２
３により、ビームが２５ａのごとく曲げられ、左下方に
設けられたターゲット２４ａに入射しこれをスパッタ加
工する。そしてこの結果、スパッタリングにより飛び出
した原子２６ａは、低エネルギーで下方でターゲラｌ−
２４８に近く設置された試料２７に向かい、再付着現象
によりこれに付着し、膜形成を行なう。

ここで第５図において試料面３０に対して一定の入射角
αで入射したイオンビーム２９によりスパッタされた原
子は試料面の法線ｎに関し、入射ビーム２９とは反対の
側に多く飛びだす。その角度分布はある大きさの広がり
をもち、曲線３１に示すようなものになる。しかし一定
の角度βの方向にとび出すものが多い。すなわち一定の
入射角でイオンビームにより照射された試料からスパッ
タされた原子はやや拡がるがやはり一定の方向に進む傾
向を有する。

したがって第４図において集束する入射イオンビーム２
５ａによってスパッタされたターゲット２４ａから飛び
出す原子は、やや拡がりつつもごく近くに設置された試
料２７のごく狭い領域２８に集まり、リゾポジション（
ｒｅｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）現象によって微細な蒸着域
を形成することができる。すなわち、この方法によれば
ターゲット材料物質の微細蒸着が可能であり、試料２７
を載物台２７ａにより移動させることにより試料上の任
意の箇所に微細蒸着ができる。

この場合において、１次イオンビーム２１のターゲット
物質へ入射するときの加速電圧はスパッタを目的とする
ため、ｌｏＫＶ以上の高電圧でよ＜、２０〜５０ＫＶの
高圧でもか才わない。したがって容易にターゲット２４
ａ上で数μｍ以下、とくにサブミクロンの領域に集束さ
せることができる。したがって、ターゲット物質のリゾ
ポジション（ｒｅｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）による微細蒸
着域の大きさは、試料をターゲット２４ａのできるだけ
近くに設置することにより数μｍサブミクロンの領域に
することが可能である。

さらに第４図の方法では蒸着材料の変更がきわめて容易
である。すなわち、ターゲラｌ−２４８と反対側の位置
２４ｂにターゲラｌ−２４８とは別の蒸着材料のターゲ
ットを設置しておけばデフレクタ−２３に印加する電圧
を変化させることによ９１次イオンビームを２５ｂの方
へと偏向させターゲラＩ−２４ｂに入射させてこれから
のリゾポジションにより別の材料の微細蒸着を試料２７
の上に行なうことができる。

デフレクタ−２３を４重極あるいは８重極の形のものき
し、多数個の異なる材料のターゲット物質をイオンビー
ム光学系光軸の才わりに設置し、デフレクタ−によりそ
の各々のターゲットにイオンビームを入射させて、多数
の種類の材料の微細蒸着を行なうことも可能である。

第６図は第４図の変形の例である。即ち多数種類のター
ゲット材料を切換えて使用できるようにするために、３
３に示すような回転式のターゲットホルダーが真空容器
内に設置される。そして、各ターゲット３２ａ　、　３
２ｂ　、　３２ｃ　、　３２ｄ　−・・の面は４ダ上向
に設置されイオンビームにより照射されるターゲットは
回転軸３１のまわりにターゲットホルダ−３３ヲ回転さ
せることにより切換え可能である。

図においてはターゲット３２ａにイオンビームが照射さ
れ、スパッタされたターゲット原子３４ａが垂直に８置
された試料ホルダーにとりつけた試料２７０面にリゾポ
ジションにより微細成脚ヲ行なう。

第７図は別の実施例を示すもので、イオン源１９から引
出され、集束されたイオンビーム２１は三角柱又は円錐
状のターゲット３５に照射され、ターゲット原子はスパ
ッタされて下方の基板３６に微細成膜を行なう。この場
合において、ターゲットとして成膜材料、たとえば８Ｌ
ｆとりイオン源としては不純物材料たとえばＢをとる。

これはたとえばＮノ、Ｂ　ｒ、Ｈどの共晶合金イオン源
を用い、途中に設けたウィーンフィルタなどの質量フィ
ルター３８によりＢイオンのみをとりだ１−ｃとかでき
る。ＢイオンビームはＳＬツタ−ットに入射し、ＳＬを
３７のようにスパッタさせて、基板上に蒸着するがこの
とき、いくらかの１次イオンすなイっちＢイオンがＳｉ
ｒに混入し不純物となる。

１次イオンのＢヒームの加速電圧や電流を変化ざぜれば
ＳＬへの不純物Ｂの濃度を変化させこれにより不純物濃
度を制御でき、所望のＰ形半導体を形成できる。

第８図は、第７図を拡張した例である。ターゲット３５
はたとえばＳ＝であり、イオン源１９ａ。

１９ｂ　、　１９ｃ・・・はたとえばＢ、Ａｓ、Ｐ・・
・などの不純物用元素である。各々の元素は引出し電源
２０ａ　、　２０ｂ　、　２０ｃ・・・により引出され
必要に応じて質量分離フィルタ３８ａ　、３８ｂ　、３
８ｃ・・・で特定イオン種のみがとり出され、静電レン
ズ系２２ａ。

２２ｂ　、　２２ｃ・・・により集束されてターゲット
３６ヲ照射する。この場合、Ｂイオン源１９ａで照射す
ればＢが不純物としてドープされたＳＬの微細成膜が可
能である。また、ＡＳイオン源１ｇｂ、ｐイオン源１９
ｃで照射すれば各々Ａｓ　、　Ｐが不もｕ物としでドー
プされたＳＬの微小成膜が可能である。

このようにして適時必要な場所に基板３６を移動し、そ
の部分に各元素の不純物をふくむ微小成膜ｆ　４’ｆ　
ｒｓい半導体素子構造を形成することが可能である。

この場合必要に応じ基板３６をヒータにより全面的に加
熱したり、あるいはレーザを照射して局部的に加熱し、
基板と成膜部の付着性の向上や、不純物の活性化、アニ
ーリングなどをはかることができる。

本例では、Ｓｂへ不純物を入れる例を説明したがＧａＡ
ｓの化合物ターゲットなどを用いてこれにＢｅ　＋　Ｓ
　Ｌなどの不純物を混合する場合などでも同様でｉ、る
。

第９図及び第１０図は本発明のより実際的な応用例を示
す。第１０図において、フ、ｉ　トマスクパターレが示
されている。すなわち透明なガラス基板４４上にＣｒ　
、　Ｆｅ２Ｏ３などの材料でできたマスクバターレ４１
，４２．４３・・・が形成されているが、この中に４５
に示すようにパターレがあるべきところにないような白
点欠陥が存在ｒる。これをこのまま半導体ウエハーパタ
ーレとして転写すれば半導体の欠陥となってしまう。こ
れを修正するのに従来はこのような微細領域に強固な膜
を形成することは困難であったか、本発明にかかる方法
により可能となった。

第９図にこれを示す。イオン源１９から出たイオンビー
ムは２２の静電レンズにより集束を受け５０ａのように
試料上に照射され偏向電極２３により試料台４９上に設
置されたガラス基板３９ｂとパターン３９ａよりなるマ
スク３９の一面上を走査する。ここで試料パターンから
出る２次電子を２次電子デイラクター４６により受けて
増幅し、４７のディスプレイ上に走査表示することによ
り試料のパターレが観察できる。したがって、試料台４
９ヲ移動させつつフォトマスクの欠陥部５２をディスプ
レイ４７で検出する。その後、Ｃｒｆ（どの＠層物質の
ターゲット２４を支持棒により位置設定し、デフレクタ
−２３に印加している電圧を変え゛Ｃ１ターゲットに１
次イオンビーム５Ｑｂが照射されるようにし、スパッタ
されたターゲットの原子がマスクの欠陥部５２に照射さ
れて微細蒸着され、これにより白点欠陥が埋められて修
正されるようにする。

この方法ではμオーダないしサブミクロンの微小領域に
蒸着できるため、微細なパターンの白点欠陥の修正に適
する。また、フォトマスクは耐洗浄性、耐薬品性などか
らＣｒ等の高融点で安定な元素をパターン形成材料とし
て用いており、白点欠陥を埋める材料もこれにすること
が必要であるが、このような高融点の材料はイオン源と
して製作するとおはきわめて困難であった。しかし本方
法によれば、イオン化し易い物質をイオン源とすること
により容易にＣｒ等の元素の微細な膜が形成できる。

この実施例においては、フォトマスクの白点欠陥修正に
ついてのべているが、フォトマスクの原理となる１／テ
イクルの白点欠陥の修正についても全く同様に行なえる
。才た、Ｘ線露光用マスクではたさえば、ＳＬウェハ上
にＢＮ支持体ポリイミド膜を形成して、上にＡｔｓ等の
Ｘ線に対する吸収材のパターンを形成しているが、この
吸収材パターンに白点欠陥が存在したときも全く−じ方
法で修正できることは明らかである。

第１１図には別の応用の実施例を示す。これはＬＳＩ、
ＶＬＳＩの製作、試作段階において、上部の配線と下層
の配線を接続する目的に用いられるものである。第１１
図は、このようなＬＳＩ、ＶＬＳＩの断面を示している
が、Ｓ＝基板５３上に絶縁層５４を介してＡＬの下層配
線５５が形成され、さらに絶縁層を介して上部配線５７
が形成されている。さらに上部配線上には絶縁体のパッ
シベーション膜５７が形成されている場合もある。

ここで上部配線５７と下部配線５５０重なっている場所
において上下の配ｆｆ、’Ｊｄ　；′ｊ：再現性良く強
室に接続することは従来困難であったが、このイオンビ
ーム・法によると微ξ＋１に集束した１次イオンビーム
５：３をこの部分に照射して上部から順にパッシベーシ
ョン膜、上部配線５７、絶縁層５６を加工してスルボー
ル穴６０を形成し、下部配線５５に到達する。下部のＡ
Ｊ−配線５５の一部も加工することによりスパッタされ
てＡｚが形成したスルホール５９の側面にリゾポジショ
ン（再付着）現象により伺着して導電性の膜を形成する
。これにより再現性よく強室に上部配線と下層配線が側
面をメクライズされたスルホールを介して接続される。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、試料上の微細な任
意の領域に所望の材料を蒸着し、かつその材料の変更が
容易であるような手段が得られ、きわめてイオン化しに
くいような材料でもイオン化でき、きわめて微細領域に
蒸着することができるようになった。更に本発明によれ
ば、１次イオンとして不純物を、ターゲツト材として成
膜物質を用い不純物を含んだ半導体の微細膜の形成がで
き、フォトマスク、レチクルＸ線露光用マスクの白点欠
陥の修正、ＬＳＩ。

ＶＬＳＩの配線のスルーホールによる接続等が可能とな
った。

【図面の簡単な説明】

第１図は液体金属イオン源を用いた従来のイオンビーム
微細蒸着を行なう装置を示す構成図、第２図、及び第３
図は各々イオンビームによるスパッタリングとリゾポジ
ション現象を示す断面図、第４図、第６図、第７図、及
び第８図は本発明による微細蒸着を行なう装置の一実施
例を示す構成図、第５図は入射イオンビームとスパッタ
リングされる原子の方向の関係を示す説明図、第９図は
本発明によりマスクの白点欠陥を修正する装置の構成図
、第１０図はマスクの白点欠陥を示す上面図、第１１図
は本発明にかかりＬＳＩ、ＶＬＳＩのスルーホールを形
成し上部と下部の配線を接続する方法を示す断面図であ
る。 ９・・・１次入射イオンビーム １１・・・原子 １３・・・試料 代理人弁理士　高　橋　明　夫 第１図 第　２記 第３図 味４　図 ２と 第　乙　図 ｖｌ　５　図 第７図 Ｆ３ 埠　８　図 第　ｑ　図 第１Ｏ１ｌ！］ 第１１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、高輝度な液体金属イオン源より引出したイオンビー
   ムを、静電レンズにより微細領域に集束させつつ、偏向
   電極により偏向させ、ターゲット材料に照射して、これ
   よリスバッタされて飛出した低エネルギーの原子が試料
   上の所望の箇所に再付着して、微細な領域の膜を形成す
   ることを％徴とする微細成膜方法。 ２、真空容器中に高輝度の液体金属イオン源とこれより
   イオンビームを引出すための引出し電極と、イオンビー
   ムを集束するための集束手段と、イオンビームを偏向す
   るための偏向手段と、試料を設置するための試料台とを
   備え、該試料台の近くにターゲット材料ホルダーを設置
   し、これにとりつけたターゲット材料に集束したイオン
   ビームを照射してこれによりスパッタされたターゲット
   原子が試料の所望の微細な領域に再付着して微細な領域
   の膜形成を行うようにしたことを特徴とする微細成膜装
   置。