JPS60136315A - マイクロイオンビ−ム加工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、液体金属イオン源等の高輝度なイオン源から
のイオンビームを細いスポットに集束して試料に照射し
て加工するマイクロイオンビーム加工方法に関するもの
である。

〔発明の背景〕

ｖｆＪ１図に高輝度なイオン源を用いて試料の微細加工
を行なう装置の構成図を示す。第１図に示した部分はす
べて真空容器内に納められている。高輝度なイオン源と
しては、Ｇａなどの液体金属イオン源や極低温にチップ
を冷却する驚界亀離形・イオン源が考えられる。今、前
者を例にして軌明する。

液体金属イオン源１から引出し、電極２に印加された・
石、圧により引き出されたイオンビーム３は、４，５．
６に示した電極から成る静電レンズの集束作用を受け、
偏向電極１０により偏向されつつ、試料台１３上の試料
に照射され、これを加工する。ここで１１はステイクメ
ータ電極であり、イオンビームの非点収痒を補止・除去
する％極である。また８はフランキンク電極であってビ
ニムを数ＭＨｚ程度の高速の立上りで偏向し、アバーナ
ヤ９の外へ移動させて試料上へ到達しないようにするこ
とによりビームのスイッチング（オン・オフ動作）を行
なうものである。

第２図はこのマイクロ・イオンビームにより試料を加工
する方法を示すものである。今、試料表面のＡＢＣＤか
ら成る矩形領域の加工を行なうものとする。イオンビー
ムを第１図に示した靜′亀しンズ糸７により１８で示さ
れる微細なスポットに集束し、Ａ→Ｂの方向に偏向電極
を用いて走査する。これにより加工溝１４か形成される
。同様に偏向電極を用いて少し下方に加工溝１４と部分
的に１．なるように加工溝を形成１−る。

以下１６．１７・・・と加工を行ない、領域ＡＨＣＤを
加工する。

ここで以下のような問題を生じる。マイクロイオンビー
ム加工に８いては、加工はスパッタリンク過程により行
なわれる。すなわち、イオンビームか試料に入射すると
、仄々と試料内部の原子と衝突を起こして（カスケード
散乱）最終的にい（つかの原子か試料表面からはねと（
Ｊされて飛び出し、除去される。この場＠例えは第３図
に断面を示すようなＶＬ、Ｓ　Ｌの５ｉ（Ｊｚ杷縁縁膜
上ＡＩ配線を除去する場合、あるいはＸ輪糸光用マスク
の支持体上のＡｕ薄膜を加工する場合に以下の様な問題
を生じる。すなイつち、第３１ヌ１において絶縁膜（支
持体）１９の上に台形の困１而を有する。ＡＩ配線（Ａ
ｕｇ膜）か形成されているこれをマイクロイオンビーム
で除去する場合において、１次入射イオンビームが２１
のようにＡＩ配線（Ａｕ薄膜）の中央付近にある場合Ｑ
こは、スパッタリンク原子か試料の上面からのみ２２の
ように飛び出して除去される。しかしながら、１次入射
イオンビームが２３のようにＡＳ配線、　（Ａｕ薄膜）
の側面に存在する場合には、散乱カスケ−ドが試料の９
１．ｌｊ面伺近にもできるので、試料の側面１から２５
のようにスパッタ原子がフ１にひ出す。もちろん上方か
らも２４のようにスパッタ原子か飛ひ出す。

以上のように、１ＩＩｌＪ方からも加工か進むため、加
工の速さは、中央部はど遅くなり、一定時りのくり返′
し走査加工後は、絹４陳１のような除去形状となり、中
央部に除去残り２６が発生する。

またこれを除くため、更に（り返し加工を行なえは、俄
貿していた２６の部分は除去されるか、第５図に示すよ
うに、それ９外の部分の支持体２７．２８か必要以上に
深く加工され、悪影響を及ぼすことになる。今のＸｉマ
スクのＡｕ薄膜の加工の場合には、ポリイミドＩＩ！ｉ
Ｉ！を必要以上に加工することによる支持体の機械的＠
度の低下かある。才たＳｉ基根上に形成された５ｉＵ２
絶縁膜上のＡ１配線の加工などの場合においては、下部
の加工による短絡、下部配線、下部の接合１偕、ゲート
部への影響などの問題が生じる。以上のごと〈従来のマ
イクロイオンビーム加工法においては側面からのスパッ
タリンクのため所望の加工形状か得られないという問題
か存在した。

この他俵数個の材料からなる加工試料においては材質に
よりスパッタ本か異なるため、特定の材料のみ加工か進
行するなどの結果から一様な加工か行われず、上記と同
様の間訊か生じるという問題もあった。これは第１０図
（ａ）に示すようにイオンビームに対してスパッタリン
ク率の高い材料Ａ４８の部分と、スパッタリンク率の低
い材質Ｂ４９の部分とからなる複合林料をカロエする場
合、上方から一様にイオンビームを照射するとき、Ｂは
加工されに＜　＜　、Ａ　ｏＢ７．、分は急速に加工か
進むため、第１０図（ｂｌ、第１０図（Ｃ）のように不
均一な加工が行われるという問題である。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、従来技術の問題点をなくし側面へのス
パッタリンクの彫物や刷°負によるスパッタリンク率の
差などの原因による不均一加工を抑えて、所望の加工形
状８−得ることができるマイクロイオンビーム加工方法
及びその装置−を提供するにある。

〔発明の概要〕

即ち本発明は、加工される部分の形状と、加工後の形状
に応じてイオンビームの走査の方法、走査の繰返し回数
、走置繰返し回数、走査速度、イオンビーム電流、加速
電圧なと加工量に影会するパラメータを試料の場所によ
り変化させて照射し、これによって所望の形状か得られ
るようにするマイクロイオンビーム加工方法であるらま
た本発明は、上記マイクロイオンビーム加工方法を実現
するため、試料の市さや材質８−測定する手段も併用し
、その御１定結果に応じて上記の各パラメータを変化さ
せつつイオンビームを照射して所望の形状をつる。

〔発明の実施例〕

第６図は本発明の一実施例である。第６図（ａ）に示す
ような断面の８　ｉ０ｚ膜２９上のＡＩ配線３ｏを加工
する場合において、ビーム１流の強度を第６し］（ｂ）
に示すように場所に応じて変化させる。この場合、試料
を上方からみたとき、第６図（Ｃ）のごとく配線に沿う
方向に走査しつつ、これと垂直な方向に順次移動させて
ゆ（やり方と、第６図（ｄ）のごとくその逆に走査する
やり方とか省えられるが、とちらり場合でも配線の中央
ｆｉｌｓをイオンビームか照射するときに、イオンビー
ム電流が大きくなるよっにする。これにより紀４図で説
明したようにパターンの１１１」而へのスパッタリンク
により除去され易い。端に近い部分には小さいイオンビ
ーム電流か、また除去されに（い中央部には大きいイオ
ンビーム′亀流か照射されることになり、第６図（Ｃ）
に示したようにＡＩのみが一様に除去されるという結果
をうることができる。

第７図も同様なＡＩ配線の除去の実／ｌｉｌ＋例である
。

第７区１（ａ）にボしたような第６図（ａ）と同様な５
ｉ（Ｊ２）ＪＱ　２９　上ｃｖｈ】配線３ｏをマイクロ
イオンビームｌこより除去する場合において、イオンビ
ームの走査くり返し数を第７図（ｂ）に示すごとく配線
の中央はど大きく、両端はど小さくする、これは例えは
第７図（Ｃ）のごとく、配線に沿う方１町に走漬を行な
いつつ、これに垂直な方向にゆるやかに移動させて除去
を行なう場合において、才す第７図（Ｃ）のごとく全体
を走査加工し、次に第７図（ｄ）のごとく、両娼は走査
せずにやや内側のみを走ｌ：加工し、次に第７図（ｅ）
のごとく、より中央部のみを走査加工し、・・・という
形で実現できよう。

第８図は同様な加工を行なう」助合の別の実施例であり
、第８図（ａ）のごとき同６にの断面を廟するＳ　ｔ　
（Ｊ２絶縁膜２９上のＡ１配陸３０を加工する場合にお
いてイオンビームの走査による二次゛電子像等のイ央出
（あるいは別途設けた電子ビーム走査による二次電子１
家等の検出１ｊいしは別途設けたし一すビームによる０
１す長）等の手段により、第８図（ａ）に示した試料の
断面形状のプロファイルを祷る。次に、これに対応する
イオンビーム・電比の分布か第８図（ｂ）となるように
、イオンビームを走査して、これを加工″１−る。この
場合、＝ｒ而面状ａに相似とｌよるようにビーム強度分
布第８図（ｂ）８−決めてもよいし、何らかの１１１ｉ
ｌば関係を用いて第８図（ａ）から第８図（ｂ）　）：
ｉ：決ｙ）でもよい。このイオンビーム照射により第８
図（Ｃ１のようなＡＩ配線の除去残りが発生するので、
これ＋ｉひイオンビーム走査による２次奄子像の検出手
段により、断面形状を測定する。これより同様の方法で
ビーム強度分布第８図（ｄ）を決定し、これによりイオ
ンビーム加工を行なう。これにより第８図（ｅ）の断面
形状を得て、これを測定し第８図（ｆ）のごときビーム
強度分布の照射を行なう。この過程をくり返すことによ
って、最終的に第８図（ｇ）のようなＡＩのみが良好に
除去された加工断面形状かえられる。本方法の長Ｐ９ｔ
は、スパッタリンク特性などの加工特性が未知の材料や
試料とくに複数個の材質からなる複合材料に対しても、
漸時くり返して加工・測定を行なうことにより良好な加
工を行なうことができる点にある。

本実施例においては、第８図（ｂｌ　、　（ｄｌ　、　
（ｆｌは、ビーム強度分布を示しているものとしたか、
くり返し走査回数の分布を示すものとして、同様のプロ
セスを行なうこともできる。今糠での実施例においては
、加工試料としてＳ　ｉ０ｚ絶縁膜上のＡ１配線のみに
ついて述べてきたが、Ｘ線露光用マスクのポリイミドあ
るいはＢＮ支持体上のＡｕパターンなど他の材料につい
ても同じように適用できる。

才た加工パラメータさしてくり返し加工回数や、イオン
ビーム強度の他、イオンビームの加速′６圧を変化させ
ても同様の結末をうろことかできる。

化９図に以上の実施例を実現する装置を示す。

イオンビーム光字系と試料台は点線で示した真空容器３
１の中へ納められている。液体金属イオン源３２はヒー
タ電源により加熱せられ、引出し電源３４との間の電位
差によりイオンビーム４２か引出される。コントロール
１ｉＶｆ、３３はコントロール電源３３ａにより電圧を
印加し、引出し′…、圧が一定の場合でもこのコントロ
ール電圧を変化させることにより、イオンビーム電流を
変化させることかできる。レンズ作用を有する３枚の電
極３４，３５．３６に対し中間の電極３５にレンズ電源
３５ａにより与える′電圧を変化させてイオンビームの
スポット径、焦点距耐を変化させることができる。フラ
ンキンク電極３７、フランキンクＴＬ源３７ａ１　ブラ
ンキンク用アパーチャ３８やステイクメータ電極４０、
ステイクメータ寛＃、４０８等の役割は前に述べたのと
同様である。ヒータ′屯＃ｔ３２ａ　、コントロール亀
＃　３３ａ　％引出し′電源３４ａから成るイオン・ガ
ン部は加速′電源４５によりアース−１位に対して浮か
されており、これがイオンビームの加速電圧となる。加
速され集束をうけたイオンビームは試料台４４上の試料
４３に照射される。ここで、偏向−４源３９ａはＸ方向
およびＹ方向のきよ歯状波の電圧を出して偏向電極３９
に印加しビームをＸ、Ｙに偏向する。そして、２次電子
ディテクター４１への入力と偏向”ｌＨ％ｊ３９ａから
のきよ歯状波によりディスプレー上に試料の２次篭子像
が表示される。

以上は通常のイオンビーム装置、構成であるが本実施例
の特徴はこれらを制御するＣＰＵ４６を備えているとこ
ろにある。すなわち第８図に示した実施例を夾りする場
合につき述べると、第８図（ａ）の試料に対するイオン
ビームの走査によりディスプレイ３９ｂに得られる２次
電子像の信号よりＣＰＵ１′！第８図（Ｃ）の信号をつ
くり出しこれに従ってイオンビーム電流を変化させるよ
うにコントロール′曳源３３ａあるいは、引出し電源３
４ａに指令を出しつつ、偏向′亀諒３９ａによりイオン
ビームを偏向して走査加工を行なう。再び加工結果第８
図（Ｃ）の２次を予備の４ｍ号によりイ８号第８図（ｄ
）をＣＰＵ４６はつくり出す。以下これを（り返す。

上記の例では、イオンビームの電流を変化させる場合に
つき述べたか、走査の繰り返し回数を変化させる場合に
は、ＣＰＵ４６は偏向電源３９ａ・にその指令を与えて
、走査くり返し数を照射箇所により変化させるようにす
る。また加速電圧（イオンビームのエネルギー）を変化
させる場合においては、ＣＰＵ４６は加速電源４５に指
令を送り、その出力電圧をビームの走査とともに変化さ
せる。ただしこの場合、加速電圧を変化させるとビーム
の焦点位置か変化するので同時にレンズ電源３５Ｈにも
指令を送って、そのレンズ電圧を変化させて焦点位置を
不要に保つ必要がある。

上記の場合、必要に応じてＣＰＵ４６は、記憶゛装置４
７とデータのやりとりを行なう。　−゛第９図に示した
装置により第６図、第７図の・夾施秒１」も同様に実施
しつることは明らかである６また上記は形状の画定をイ
オンビームの走査に。

よる２次電子像の検出によるものとしているがζ必要に
応じてレーザビームや゛１子ヒームを真壁トノ容器３１
の中へ導入できるようにして、これによる検出を行って
もよい。

以上の実施例では配線の切断等試料の断面形状の影＃を
主に述べたが、複合材料の場合の不均一な加工でも同様
の手段で所望の加工結果かえられることは明らかである
。また、検出器として、４１極算量分析管や分散型Ｘ線
検出器を用いれは、場所による材質の変化も検出でき、
複合材料の場合に有用である。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれは、試料をマイクロ・
イオンビームで加工する場合において、側面へのスパッ
タリンクの影響や材質の不均一性の影響をなくＬＱｔ望
の加工形状をうることができる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来のマイクロイオンビームによる加工装置の
説明図（断面図）、第２図はマイクロイオンビームによ
る走査加工を示す説明図（上面図）、第３図、第４図、
及び第５図は従来のマイクロイオンビームによる加工方
法とその結果を示す断面図、第６図、第７図、及び第８
図は本発明にかかる加工方法を示す説明図（断面図）、
第９図は本発明にかかるマイクロイオンビームによる加
工装置を示す構成図、第１０図は健来法における仮台材
料等の場合におけるイオンビームの加工の不均一な進行
を示す説明図３１・・・真空容器　３２・・・液体金輪
イオン源３２ａ・・・ヒータ′…、諒　３３・・・コン
トロール電極：３３ａ・・・コントロールを源 ３４　、３５　、３６・・・電極　３４ａ川引出し′電
源３５ａ・・・レンズ電源３７・・・フランキンク電極
３７ａ・・・ブランキンク′電源 ３８・・・ブランキンク用アパーチャ ３９・・・偏向電極　３９ａ・・・偏向′電源３９ｂ・
・・ディスプレー ４０・・・ステイクメーター極 ４０ａ・・・ステイクメータ電源 ４１・・・２次翫子ディテクター ４３・・・試料　４４・・・試料台 ４５・・・加速′＃、諒　４６・・・ＣＰＵ４７・・・
記憶装機 代理人弁理士　高　橋　明　夫 第１図 第２図 ！３　図 第千図 １ 箪げ図 葛２図 （Ｃ） （ｄ） 第７図 Ｔ７７７７デ 薯６図 （Ｃ） （ｊ） （ｆ） 雷２図 第２ （ （ｔ （Ｃ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、　液体金ハイオン源等の高ｌ１４度イオン源からの
   イオンビームを静電光学Ａ、等により、微細なスポット
   に集束し″′Ｃ試刺に照射し、これを加工する。鴨合に
   おいて、試料の側面へのスパッタリンクや判質によるス
   パッタリンク率の差等加工されにくい１科の箇所に対し
   てはより多くが杓われ、加工され易い位雪に対して目よ
   り少なく加工か行われるように、イオンビームを流や加
   速電圧、くり返し走査回数を照射ｊＭ　ｎ＋に応じて変
   化させて照射することにより、Ｌ１望の加工形状を得る
   ことを特徴とするマイクロイオンビーム加工方法。 ２、上記イオンビームを照射してその２次電子ｆ８＋（
   走査イオン像）から試別の断面プロファイルを得て、こ
   れによりイオンビーム電流や加速箱；圧、くり返し走査
   回数の試料上の箇所による大きさを決め、これに応じて
   イオンビームを照射して加工を行ない再び２次電子像か
   ら試料のプロファイルを得る、という過程をくり返すこ
   とにより最終的に所望の加工形状を得ること８％像とす
   る特許請求の範囲比１項記載のイオンビーム加工方法。 ３、上記断面プロファイルや拐質の測定手段として、電
   子ビーム、レーザ、通當の光の照射とこれによる２次電
   子、反射電子、吸収電子反射光、散乱光、Ｘ線、２次イ
   オンなどを受けることにより測定する方法を用いること
   を特徴とする特許請求の範囲第２項記載のマイクロイオ
   ンビーム加工方法。 ４６　真空容器中に液体金属イオン源等の高輝度イオン
   源、イオンビームを引出すための引出し電極、ビーム電
   流を制御するためのコントロール電極、イオンビームを
   集束するためのレンズ電極、イオンビームを偏向するた
   めの偏向電極、試料台を備え、またこれらを駆動するた
   めの電源やイオンビームを加速するための加速電源を備
   えて、これらを動作させて試料にイオンビームを照射し
   て加工するマイクロイオンビーム加工装置において、ミ
   ニコンピユータ等のＣＰｔＪ（中央処理装置）を備えて
   、イオンビームの走査イオン像等による試料プロファイ
   ルの測定結果を処理することにより試料の各部に照射す
   べきイオンビームのＩｌｉ！を度分布、くり返し走査回
   数分布、イオン加速電圧分布などのパラメータの分布を
   昇出し、これに応じてコントロール電源、引出し′電源
   、偏向電源、加速電源、レンズ電源の出力電圧を偏向位
   置とともに変化させるようにし、必要に応じて試料のプ
   ロファイル測定、パラメータの分布の決定、イオンビー
   ム照射加工を（り返すよう瘉こしたことを特徴とするマ
   イクロイオンビーム加工装置。 ５、上記断面プロファイルの測定手段として、電子ビー
   ムレーザ、通常の光の照射と、これによる２次寛子、反
   躬寛子、吸収電子、反射光、散乱光、２次イオン、Ｘ線
   などの検出器を備えてこれらを受けて測定するようにし
   たことを特徴とする特許請求の範囲第４項記載のマイク
   ロイオンビーム加工装置。