JP2002341099A

JP2002341099A - 複数ノズルの一つを選択可能に昇降駆動できるガス銃

Info

Publication number: JP2002341099A
Application number: JP2001147917A
Authority: JP
Inventors: Yoshihiro Koyama; 喜弘小山
Original assignee: Seiko Instruments Inc
Current assignee: Seiko Instruments Inc
Priority date: 2001-05-17
Filing date: 2001-05-17
Publication date: 2002-11-27
Also published as: US6576913B2; US20020171050A1

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明の課題は、複数のノズルを有するもので
あってもノズルの先端部が太くならず、使用時のDOWN不
使用時のUP動作がスムーズで試料上のビーム照射位置に
ノズルを的確に近づけることができ、また、ノズルによ
って照射位置とノズルの距離が異なることに起因するガ
スの流量調整の難しさを克服したガス銃を提供すること
にある。【解決手段】本発明のガス銃は、その前方側が複数ノズ
ルとガス供給パイプをまとめて収納保持する円筒状部
と、先端に１本のノズルのみを外部に突出させることが
できる太さの開口部を有すると共に前記円筒状部から該
開口部までテーパー状に形成されたノズルガイド部とか
ら形成され、ガス銃の後方側には前記ガス供給パイプを
介して前記複数ノズルを選択的に昇降自在に駆動できる
機構を備えるようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、集束イオンビーム
装置において使用されるガス銃の改良技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】集束イオンビーム装置は試料に対しイオ
ンビームを走査して試料面より放出される二次荷電粒子
を検出して顕微鏡像を得たり、その検出成分から分析を
行ったり、イオンビーム照射によるスパッタエッチング
加工や原料ガスを吹き付けながらイオンビーム照射を行
って表面に付着層を形成させるデポジション加工など広
い形態で使用されている。特に集束イオンビーム加工に
おいては、試料表面にガスを吹き付けながらイオンビー
ムを照射することが、デポジション加工に限らずガスア
シストエッチングなどエッチング加工においても行われ
ている。このイオンビーム加工を実行する集束イオンビ
ーム装置の主要構成を図４に示す。イオン光学系３を経
て集束されたイオンビーム２は、デフレクタ４によって
適宜に偏向され試料ステージ７に載置された試料９表面
に照射される。試料面にイオンビーム２が照射されると
試料面から２次荷電粒子がたたき出されるのであるが、
該２次荷電粒子はイオンビーム２が照射された部分の試
料物質に依存する。このビーム照射によってたたき出さ
れた２次荷電粒子は検出器５によって捕捉され、その着
目荷電粒子の量が検出される。この値はＡ／Ｄ変換器で
ディジタル化され、コンピュータ10の記憶部にビーム照
射を受けた個所のデータとして記憶される。コンピュー
タ10が所定領域のビーム走査を指定すると駆動系を介し
て前記デフレクタ４にイオンビーム２を該当領域内の走
査を実行するよう偏向電圧が印加される。この走査に基
づき各ビームスポットによる２次荷電粒子の検出値を位
置情報と共に記憶すると、コンピュータ８が指定した領
域の走査画像が得られることになり、この画像は必要に
応じてディスプレイ11に表示することができる。パター
ン膜をエッチング除去する作業は、入力操作部12よりの
設定に基づきコンピュータ10がその加工領域へのビーム
照射を駆動系を介して前記デフレクタ４に適宜の偏向電
圧印加することで実行される。また、基板上にパターン
膜を形成させる加工は入力操作部12よりの設定に基づき
コンピュータ10がパターン加工所定領域に駆動系を介し
ガス銃６により有機化合物等の蒸気を吹きつけると共
に、駆動系を介して前記デフレクタ４に適宜の偏向電圧
印加してイオンビーム２を該領域に照射して加工を施
す。

【０００３】さて、この集束イオンビーム装置の基本構
成から見るとイオンビーム２の照射領域近傍にはガス銃
６、二次荷電粒子検出器５が配置されている。このガス
銃の設置は必ずしも一つとは限られず、エッチング用の
アシストガス、保護膜形成用の原料ガス、或いは被覆層
形成や導電路形成の原料ガスを必要とする加工では複数
個のガス銃が配置される場合もある。しかし、複数種の
ガスを使用する場合、単一のノズルおよびパスを使用し
てガスを吹き付けるとその内壁にガスが付着・残留し、
ガス種を切り替えた場合前のガス成分が混合してしま
い、ガスの効果（エッチング・デポジション）が打ち消
される可能性がある。そのため複数種のガスを使用する
場合複数種のノズルやパスが必要となる。従来の形態と
しては図３のイに示すように複数個のガス銃を別個の
配置する、図３のロのように複数のノズルを束ねてま
とめて駆動する、図３のハのように一列に配列してま
とめて駆動するなどがある。の別個のガス銃として扱
う形態は場所的に占有空間が大きくなってしまう欠点が
あり、のガス銃ノズルが複数の形態はノズルの束が
太くなってしまい、使用時のDOWN不使用時のUP動作がや
り難いだけでなく試料上のビーム照射位置にノズルを的
確に近づけることができない。また、ノズルによって照
射位置とノズルの距離が異なるためガスの流量調整など
ガスが効果を発揮するための調整が困難になる。また、
試料に電荷を持ったイオンビームを照射すると照射時間
の累積と共に帯電現象、所謂チャージアップの現象が起
こる。この試料面の帯電現象は二次荷電粒子の放出やイ
オンビームの照射位置制御にも影響を及ぼすことにな
り、この帯電防止はこの集束イオンビーム装置の重要な
課題となっている。この帯電防止手段としてビーム照射
領域近傍に電子銃を配置して電子シャワーを照射して中
和することがよく用いられる。このように照射領域近傍
には配置すべき部材による過密化が生じており、これら
をどの様に取捨選択し配置させるかが設計上の課題とな
っている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、複数
のノズルを有するものであってもノズルの先端部が太く
ならず、使用時のDOWN不使用時のUP動作がスムーズで試
料上のビーム照射位置にノズルを的確に近づけることが
でき、また、ノズルによって照射位置とノズルの距離が
異なることに起因するガスの流量調整の難しさを克服し
たガス銃を提供することにある。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明のガス銃は、その
前方側が複数ノズルとガス供給パイプをまとめて収納保
持する円筒状部と、先端に１本のノズルのみを外部に突
出させることができる太さの開口部を有すると共に前記
円筒状部から該開口部までテーパー状に形成されたノズ
ルガイド部とから形成され、ガス銃の後方側には前記ガ
ス供給パイプを介して前記複数ノズルを選択的に昇降自
在に駆動できる機構を備えるようにした。

【０００６】

【発明の実施の形態】本発明は、集束イオンビーム装置
を用いた加工において、ガスアシストエッチングや異な
る複数のガスを吹き付けながらのデポジションを行うこ
とが頻繁に行われる中で、従来行われてきたガス毎に別
個のガス銃を設置する形態は部材が混材するイオンビー
ム照射領域に場所的に占有空間が大きくなってしまう欠
点があり、複数のノズルを束ねた形態や一列に配列した
形態はノズルの束が太くなってしまい、使用時のDOWN不
使用時のUP動作がやり難いだけでなく試料上のビーム照
射位置にノズルを的確に近づけることができない。ま
た、ノズルによって照射位置とノズルの距離が異なるた
めガスの流量調整が困難になる等の問題に鑑み、UP-DOW
Nさせるノズルは使用するガスのノズルだけとし、そのD
OWNさせたノズル先端部の位置は試料面に対しいずれの
ノズルも同じとなるなるような機構を想到したものであ
る。そのため、使用されないガスのノズルはすべてUP位
置にあり、DOWNさせたノズル先端部の位置はガイド部材
によってガイドされ所定の位置にくるような機構とし
て、図１に示すようにガス銃の前方側が複数ノズルＮと
ガス供給パイプＴをまとめて収納保持する円筒状部Ｈ
と、先端に１本のノズルＮのみを外部に突出させること
ができる太さの開口部G0を有すると共に前記円筒状部か
ら該開口部G0までテーパー状に形成されたノズルガイド
部Ｇとから形成され、ガス銃６の後方側には前記ガス供
給パイプＴを介して前記複数ノズルＮを選択的に進退自
在に駆動できる機構（図示していない。）を備えるよう
にした。昇降自在の駆動機構は圧搾空気によるシリンダ
駆動とし、特定選択されたシリンダにエアーを供給して
プランジャがシリンダ内を往復摺動する。このプランジ
ャにはガス供給パイプＴが連結されていて該プランジャ
が付勢されと、連結されたガス供給パイプＴが、図のロ
に示されるように押し出され他端のノズルＮがテーパー
状に形成されたノズルガイド部Ｇに案内されて先端部が
開口部G0の穴から突出する。ノズルＮの中途部には係合
部N1が設けられていて、ノズル先端部が開口部から突出
するとき該開口部近傍のガイド部内面と当接して係合し
ノズル先端を位置決めする。テーパー状に形成されたノ
ズルガイド部Ｇの先端の開口部G0は、円筒状部Ｈに対し
固定された位置にあり、該円筒状部Ｈにまとめて収納保
持しているいずれのノズルＮが押し出されても、同じ開
口部G0から先端が突出し位置決めされるためにはそのガ
ス供給パイプＴが柔軟に屈曲する必要がある。そこで、
本発明ではガス供給パイプＴは一部可撓性のパイプTfで
構成するようにした。この可撓性のパイプTfの材質はプ
ランジャの押し出し力をノズル部Ｎに伝達する剛性と軸
方向に湾曲する柔軟性を兼ね備え、使用に際しアウトガ
ス等混在物放出が少ない樹脂系のものが適している。

【０００７】

【実施例１】本発明の一実施例を示し、それを用いたデ
バイスの配線変更を実行する例を示す。この例は図１の
Ａに示すように三種類のガスが供給できるガス銃であっ
て、円筒状部Ｈ内に３本のノズルＮ₁,Ｎ₂,Ｎ₃とガス供
給パイプＴをまとめて収納している。図示していないプ
ランジャに連結されたガス供給パイプＴと先端のノズル
Ｎとの間にテフロン（登録商標）チューブTfが介在し、
これがガス供給パイプの可撓性を担保している。ノズル
Ｎとガス供給パイプＴの材質はステンレスであり、ノズ
ルの内径は0.2mm、外径は0.5mmである。テーパー状に形
成されたノズルガイド部Ｇの先端開口部G0の径はノズル
外径に等しい0.5mmであり、ノズルガイド部Ｇの材質は
ステンレスである。銅を採用することもでき、耐腐食性
が求められるときはハステロイを採用する。材質は加工
性、熱伝導性、耐腐食性などを考慮して選択する。シリ
ンダはエアー駆動であり、ガス供給源と共にチャンバー
の外側に配置した。図１のイは全てのノズルがUPの状態
にあるとき、図１のロはその内の一つＮ ₁がガス吹き付
けのためDOWNの状態に置かれたときの状態を示してい
る。

【０００８】このガス銃を集束イオンビーム装置のビー
ム照射領域近傍に設置して、デバイスの配線施工を実行
する。いま、図２のイに示されるように半導体デバイス
Ｓ内のパターンP1とパターンP2を導電体で接続させる加
工が求められているものとする。ただし、パターンP3と
の導通は回避させたい。ステップ１：まず、素子表面からパターンP1とパターン
P2に向けて穴開け加工を行うが、このとき、素子が込み
入っているためパターンP2への穴空けはパターンP3を貫
通することになる。ガス銃の一つの供給ガスをフッ化キ
セノンとして、該フッ化キセノン選択して該当シリンダ
を駆動することによりそのノズルＮ₁をノズルガイド部
Ｇの先端開口部G0から突出させる。この状態でガスを噴
射させながらイオンビームを照射し、ガスアシストエッ
チングにより素子表面からパターンP1とパターンP2まで
穴を開ける。このように細くて深い穴を加工する場合に
は単純なスパッタエッチングでは穴の周壁に飛散させた
素材が再付着してしまうので、ガスとの反応により揮発
除去するガスアシストエッチングで加工することが必要
である。図のロに示すように素子表面からパターンP1と
パターンP2まで穴が開けられたなら、第１ステップは終
了である。第２ステップ：図のハに示すように穴の周壁と近傍の素
子表面に絶縁膜Ｉをデポジション形成させる。この加工
には原料ガスとしてテトラエトキシシランと酸素もしく
は水の混合ガスを用いる。先のフッ化キセノンを供給し
たノズルＮ₁をUPさせ、替わりにこのテトラエトキシシ
ランと酸素もしくは水の混合ガスを供給するノズルＮ₂
をDOWNさせノズルガイド部Ｇの先端開口部G0から突出さ
せる。当該ガスを吹き付けながらイオンビームを照射さ
せると図のハに示されるような絶縁物（ＳiＯ₂）Ｉが穴
部を埋め試料表面に膜を付着形成させる。第３ステップ：絶縁物Ｉによって埋め戻された穴部を再
度ガスアシストエッチングによって図のニに示すように
穴空け加工する。このとき、穴の側壁部には絶縁層が残
るように加工する。特にパターンP3が露出しないように
することが肝要である。第４ステップ：続いてパターンP1とパターンP2間を導電
体Ｃで接続させる加工であるが、これはガス銃からヘキ
サカルボニルタングステンを原料ガスとするデポジショ
ンで実行する。したがって、テトラエトキシシランと酸
素または水の混合ガスを供給するノズルＮ₂をUPさせ、
替わりにヘキサカルボニルタングステンを供給するノズ
ルＮ₃をDOWNさせる。そして、このガスを吹き付けなが
らイオンビームを照射し、デポジションによってそれぞ
れの穴内を充填すると共に両穴間の周辺領域に被膜を施
して図のホに示すようなパターンP1とパターンP2間をタ
ングステンの導電路を形成させる。しかもパターンP3と
の導通は回避させられている。

【０００９】以上のように、複数種類のガスの選択的噴
射が可能な本発明に係るガス銃を備えた集束イオンビー
ム装置を使用することにより、３種類のガス噴射を必要
とする一連の作業、すなわち、穴開けガスアシストエッ
チングと、絶縁膜被覆のデポジション、そして導電路形
成のデポジションが、ガス交換やノズル洗浄などの作業
を必要とせず順次連続した作業として実行できるため、
作業負担が軽減されただけでなく作業時間が大いに短縮
された。以上の実施例ではエッチング用のアシストガス
としてフッ化キセノンを、絶縁物デポジション用のガス
としてテトラエトキシシランと酸素または水の混合ガス
を、そして導電体デポジション用のガスとしてヘキサカ
ルボニルタングステンを採用した例を示したが、この他
一般的にはエッチングアシストガスとしてはヨウ素、塩
素等のハロゲン系ガスが、導電膜形成用のデポジション
ガスとしては銅、モリブデンなどの金属を含む有機金属
化合物が、絶縁物デポジション用のガスとしてはテトラ
メチルシクロテトラシロキサン等酸素を含むシリコン化
合物系ガスが使用される。

【００１０】

【発明の効果】本発明の集束イオンビーム装置における
ガス銃は、前方側が複数ノズルとガス供給パイプをまと
めて収納保持する円筒状部と、先端に１本のノズルのみ
を外部に突出させることができる太さの開口部を有する
と共に前記円筒状部から該開口部までテーパー状に形成
されたノズルガイド部とから形成され、後方側には前記
ガス供給パイプを介して前記複数ノズルを選択的に昇降
自在に駆動できる機構が具備されているため、噴射の際
異なるガスが混合してしまうようなことがなく、所望の
作業が実行できる。また、異なる種類のガスを供給する
ノズルもガス噴射時の位置は一義的に決められるため、
ノズルと試料面との適正距離がとれ、ガス濃度の調整も
容易である。

【００１１】また、本発明の集束イオンビーム装置にお
けるガス銃のガス供給パイプは部分的に可撓性部材で形
成されることにより、テーパー状のガイド部に案内され
て該当ノズルが先端開口部からスムーズに突出させるこ
とができる。そして、ノズル中途部にはテーパー状のガ
イド部の先端開口部からノズル先端部が突出する際に該
開口部近傍のガイド部内面と当接する係合部が設けられ
ているため、ノズル先端部と試料面との位置関係が安定
すると共に、他のノズルから異なるガスが漏れたとして
も該係合部がガイド面と当接することにより先端開口部
から漏れることはない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の複数ノズルを選択使用するガス銃の動
作を説明する図である。

【図２】本発明のガス銃を備えた集束イオンビーム装置
を用いて半導体デバイスの結線を変更加工する行程を説
明する図である。

【図３】集束イオンビーム装置において複数ガスを噴射
する従来のガス銃の形態を示す図である。

【図４】集束イオンビームの基本構成を示す図である。

【符号の説明】

２集束イオンビーム６ガス銃Ｓ半導体デバイス P1,P2 素子内パターンＴガス供給パイプＹ穴 Tf 可撓性のパイプＩ絶縁膜Ｇノズルガイド部Ｃ導電体 G0 開口部Ｎ（Ｎ₁,Ｎ₂,Ｎ₃ ）ノズル

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】前方側が複数ノズルとガス供給パイプをま
とめて収納保持する円筒状部と、先端に１本のノズルの
みを外部に突出させることができる太さの開口部を有す
ると共に前記円筒状部から該開口部までテーパー状に形
成されたノズルガイド部とから形成され、後方側には前
記ガス供給パイプを介して前記複数ノズルを選択的に昇
降自在に駆動できる機構が具備されている集束イオンビ
ーム装置におけるガス銃。
【請求項２】ガス供給パイプは部分的に可撓性部材で形
成されることにより、テーパー状のガイド部に案内され
て該当ノズルが先端開口部からスムーズに突出させるこ
とができる請求項１に記載の集束イオンビーム装置にお
けるガス銃。
【請求項３】ノズル中途部にはテーパー状のガイド部の
先端開口部からノズル先端部が突出する際に該開口部近
傍のガイド部内面と当接する係合部が設けられている請
求項１または２に記載の集束イオンビーム装置における
ガス銃。