JPH0620059B2 - イオンビ−ム加工方法 - Google Patents
イオンビ−ム加工方法Info
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- JPH0620059B2 JPH0620059B2 JP5255186A JP5255186A JPH0620059B2 JP H0620059 B2 JPH0620059 B2 JP H0620059B2 JP 5255186 A JP5255186 A JP 5255186A JP 5255186 A JP5255186 A JP 5255186A JP H0620059 B2 JPH0620059 B2 JP H0620059B2
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- JP
- Japan
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- processing
- ion beam
- workpiece
- current
- region
- Prior art date
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はイオンビーム加工方法に係り、特に、導電体層
と非導電体層より成る複数層を加工深さをモニタしなが
ら加工するのに好適なイオンビーム加工方法に関する。
と非導電体層より成る複数層を加工深さをモニタしなが
ら加工するのに好適なイオンビーム加工方法に関する。
〔従来の技術〕 第６図は、集束イオンビーム加工装置の概略構成図であ
る。第６図において、イオンビーム１は、イオン源14と
引き出し電極15との間に数kVから10数kVの高圧を印加す
ることにより引き出される。引き出されたイオンビーム
１はレンズ16で集束され、スティグマ19でビーム断面形
状が補正され、デフレクタ20で偏向され、テーブル22上
に設置した被加工物であるターゲット21に照射され、タ
ーゲット21をスパッタ加工する。この時ターゲット21か
ら放出される２次イオン３及び２次電子４の荷電粒子が
夫々２次イオンディテクタ28及び２次電子ディテクタ29
で検出される。これら装置は真空ポンプ33で10-6Torrオ
ーダー以上の真空度に排気された真空チャンバ32内に収
納されている。尚、微細な加工を行なうため、全体をエ
アサーボマウント31で浮上させた定盤30上に設置してあ
る。
る。第６図において、イオンビーム１は、イオン源14と
引き出し電極15との間に数kVから10数kVの高圧を印加す
ることにより引き出される。引き出されたイオンビーム
１はレンズ16で集束され、スティグマ19でビーム断面形
状が補正され、デフレクタ20で偏向され、テーブル22上
に設置した被加工物であるターゲット21に照射され、タ
ーゲット21をスパッタ加工する。この時ターゲット21か
ら放出される２次イオン３及び２次電子４の荷電粒子が
夫々２次イオンディテクタ28及び２次電子ディテクタ29
で検出される。これら装置は真空ポンプ33で10-6Torrオ
ーダー以上の真空度に排気された真空チャンバ32内に収
納されている。尚、微細な加工を行なうため、全体をエ
アサーボマウント31で浮上させた定盤30上に設置してあ
る。
斯かる構成の集束イオンビーム装置では、イオン源14と
して通常デュオプラズマトロンイオン源が用いられてい
る。これはビーム電流が大きく、ターゲットからの２次
イオンの放出量が多いため、２次イオン検出によって、
その時ビームを照射している面の構成原子を同定でき
る。従って、２次イオンをモニタすることにより加工深
さを制御できることになる。
して通常デュオプラズマトロンイオン源が用いられてい
る。これはビーム電流が大きく、ターゲットからの２次
イオンの放出量が多いため、２次イオン検出によって、
その時ビームを照射している面の構成原子を同定でき
る。従って、２次イオンをモニタすることにより加工深
さを制御できることになる。
尚、深さ方向の分析を行なう技術については、講談社発
行、染野，安盛編の「表面分析」61頁に詳しく記載され
ている。
行、染野，安盛編の「表面分析」61頁に詳しく記載され
ている。
２次イオンを検出して加工深さをモニタする場合、ビー
ム電流を大きくする必要上、１μｍ以下のビーム径は得
られない。このため、１μｍ以下のビーム径が必要なＬ
ＳＩ等の加工には、液体金属イオン源等の高輝度イオン
源が用いられる。しかし、細くビームを絞るためにはビ
ーム電流を小さくせねばならず、ＬＳＩ加工用イオンビ
ーム装置では加工している各面での組成を同定するだけ
の充分な２次イオン量を得られず、これを加工モニタに
利用するのは困難である。また、ターゲット21から放出
される２次電子４はＳＥＭ（Scanning Electron Micros
cope）と同様にターゲット表面の観察に利用できるが、
この２次電子電流は加工している各層での変化が乏し
く、これを加工モニタに使用することは不可能である。
ム電流を大きくする必要上、１μｍ以下のビーム径は得
られない。このため、１μｍ以下のビーム径が必要なＬ
ＳＩ等の加工には、液体金属イオン源等の高輝度イオン
源が用いられる。しかし、細くビームを絞るためにはビ
ーム電流を小さくせねばならず、ＬＳＩ加工用イオンビ
ーム装置では加工している各面での組成を同定するだけ
の充分な２次イオン量を得られず、これを加工モニタに
利用するのは困難である。また、ターゲット21から放出
される２次電子４はＳＥＭ（Scanning Electron Micros
cope）と同様にターゲット表面の観察に利用できるが、
この２次電子電流は加工している各層での変化が乏し
く、これを加工モニタに使用することは不可能である。
従来の集束イオンビーム加工装置はＳＩＭＳ（Secondar
y Ion micro Spectroscopy）等の分析を目的としたもの
で加工の終点位置を検出する必要はなかった。従って、
加工深さをモニタすることについては配慮していない。
しかし、近年、半導体集積回路の多層配線技術が進歩
し、イオンビーム加工装置を半導体集積回路の加工に使
用するようになってきている。このため、イオンビーム
加工において、加工深さを精度良くモニタできる技術が
必要となってきている。
y Ion micro Spectroscopy）等の分析を目的としたもの
で加工の終点位置を検出する必要はなかった。従って、
加工深さをモニタすることについては配慮していない。
しかし、近年、半導体集積回路の多層配線技術が進歩
し、イオンビーム加工装置を半導体集積回路の加工に使
用するようになってきている。このため、イオンビーム
加工において、加工深さを精度良くモニタできる技術が
必要となってきている。
加工深さをモニタするには、加工するＬＳＩの各層にお
いて顕著な変化を示す量を検出する必要がある。その量
として、入射するイオンビームの電荷がSi基板までリー
クして流れ出る電流が、電流の各層での変化，検出の容
易さを考えた上で最も適当である。ただし、単純に上記
リーク電流を検出するだけではうまくゆかない。表層で
は比較的電流変化が大きく有効であるが、下層になると
加工穴側壁の影響が現れ、各層での電流変化が不明瞭と
なるためである。
いて顕著な変化を示す量を検出する必要がある。その量
として、入射するイオンビームの電荷がSi基板までリー
クして流れ出る電流が、電流の各層での変化，検出の容
易さを考えた上で最も適当である。ただし、単純に上記
リーク電流を検出するだけではうまくゆかない。表層で
は比較的電流変化が大きく有効であるが、下層になると
加工穴側壁の影響が現れ、各層での電流変化が不明瞭と
なるためである。
例えば第７図に示すように、絶縁物であるSiO2層とAl層
との複数層でなる被加工物をイオンビーム１で加工して
いる際中に、Si基板11から流れ出るリーク電流を電流計
８で検出すると、リーク電流は第８図に示すように変化
する。尚、第７図の記号Ａ〜Ｆは第８図横軸のＡ〜Ｆに
対応している。第８図に示す実験例では、下層での変化
が比較的明瞭で、ある程度Ｄ点，Ｅ点がリーク電流の変
化から類推できるが、被加工物がもう少し複雑になる
と、Ｄ点，Ｅ点が不明瞭となり、加工精度が低下してし
まい、再現性も低下してしまう。
との複数層でなる被加工物をイオンビーム１で加工して
いる際中に、Si基板11から流れ出るリーク電流を電流計
８で検出すると、リーク電流は第８図に示すように変化
する。尚、第７図の記号Ａ〜Ｆは第８図横軸のＡ〜Ｆに
対応している。第８図に示す実験例では、下層での変化
が比較的明瞭で、ある程度Ｄ点，Ｅ点がリーク電流の変
化から類推できるが、被加工物がもう少し複雑になる
と、Ｄ点，Ｅ点が不明瞭となり、加工精度が低下してし
まい、再現性も低下してしまう。
本発明の目的は、加工深さのモニタを精度良くかつ再現
性良く行なえるイオンビーム加工方法を提供することに
ある。
性良く行なえるイオンビーム加工方法を提供することに
ある。
上記目的は、導電体層と非導電体層との複数層でなる被
加工物に、イオン源から射出されるイオンビーム集束，
偏向させて照射し、前記被加工物を深さ方向に加工する
イオンビーム加工方法において、被加工物の加工領域を
所要深さ毎に段階的に加工し、各所要深さの加工を行な
った後に、前記加工領域内の局所領域をイオンビームで
走査し、該走査初期時に前記被加工物から流れ出る電流
を検出し、該電流の変化から加工の終点を検出すること
により、達成される。
加工物に、イオン源から射出されるイオンビーム集束，
偏向させて照射し、前記被加工物を深さ方向に加工する
イオンビーム加工方法において、被加工物の加工領域を
所要深さ毎に段階的に加工し、各所要深さの加工を行な
った後に、前記加工領域内の局所領域をイオンビームで
走査し、該走査初期時に前記被加工物から流れ出る電流
を検出し、該電流の変化から加工の終点を検出すること
により、達成される。
局所領域の加工を行なう際のイオンビームの走査によ
り、被加工物から流れ出る電流は、該加工層が導電体層
であるか非導電体層であるかによりその変動の仕方が異
なる。例えば、被加工物の基板から流れ出るリーク電流
を検出する場合、非導電体層の局所領域加工においては
リーク電流は略一定でほとんど変動せず、導電体層の局
所領域加工ではイオンビームの走査に従ってリーク電流
が変動する。このリーク電流の変動領域が、被加工物の
深さ方向の加工中に何度現われたかにより、何層目の導
電体層を加工したかがわかる。加工領域内の局所領域を
加工したときのリーク電流を検出するため、加工穴側壁
の悪影響を避けることができる。
り、被加工物から流れ出る電流は、該加工層が導電体層
であるか非導電体層であるかによりその変動の仕方が異
なる。例えば、被加工物の基板から流れ出るリーク電流
を検出する場合、非導電体層の局所領域加工においては
リーク電流は略一定でほとんど変動せず、導電体層の局
所領域加工ではイオンビームの走査に従ってリーク電流
が変動する。このリーク電流の変動領域が、被加工物の
深さ方向の加工中に何度現われたかにより、何層目の導
電体層を加工したかがわかる。加工領域内の局所領域を
加工したときのリーク電流を検出するため、加工穴側壁
の悪影響を避けることができる。
以下、本発明の一実施例を第１図乃至第５図を参照して
説明する。
説明する。
第３図は、Si基板11上に積層されたAl層34，35，36とSi
O2層37，38，39，40の複数層を示している。本実施例で
は、第６図で説明したイオンビーム加工装置を使用し
て、３層目のＡｌ層36を切断する場合を説明する。
O2層37，38，39，40の複数層を示している。本実施例で
は、第６図で説明したイオンビーム加工装置を使用し
て、３層目のＡｌ層36を切断する場合を説明する。
まず、集束イオンビームを最初数10μｍ角の広い領域で
走査し、ターゲットである被加工物表面から発生する２
次電子を検出し、表面の凹凸像を観察して加工すべき領
域を設定する。次に、走査領域を加工領域に合致させ、
その領域でのイオン照射密度を上げ加工を行う。
走査し、ターゲットである被加工物表面から発生する２
次電子を検出し、表面の凹凸像を観察して加工すべき領
域を設定する。次に、走査領域を加工領域に合致させ、
その領域でのイオン照射密度を上げ加工を行う。
この加工は、先ず、第５図(a)に示すように、加工領域
５の全面走査をｎ回、例えば25回行なう。次に、加工領
域５の領域端部を除く領域内において、第５図(b)に示
すように、局所領域６を設定し、この局所領域６を１回
あるいは数回全面走査する。このとき、基板11（第１
図）を設置している図示しないホルダから流れ出るリー
ク電流Isを電流計８で計測する。尚、第１図は、加工が
進み、第２層目のSiO2層38を加工する際に行なう局所領
域走査の状態を示したものである。局所領域６をイオン
ビーム走査すると、局所領域６部分が先にスパッタ加工
されてしまう。そこで、リーク電流計測後は、局所領域
６の加工領域５内での凹みをなくすため、第５図(e)に
示すように、残りの非局所領域12を局所領域走査数と同
数回イオンビームで走査して加工する。その後、再び、
加工領域５の全面走査をｎ回行ない、局所領域６のイオ
ンビーム走査とリーク電流の計測、非局所領域12の加工
を行なう。この様な動作を繰り返し行ない、被加工物を
所要深さ毎に段階的に加工しながら、各所要深さの加工
後に局所領域のイオンビーム走査に基づくリーク電流値
を計測する。
５の全面走査をｎ回、例えば25回行なう。次に、加工領
域５の領域端部を除く領域内において、第５図(b)に示
すように、局所領域６を設定し、この局所領域６を１回
あるいは数回全面走査する。このとき、基板11（第１
図）を設置している図示しないホルダから流れ出るリー
ク電流Isを電流計８で計測する。尚、第１図は、加工が
進み、第２層目のSiO2層38を加工する際に行なう局所領
域走査の状態を示したものである。局所領域６をイオン
ビーム走査すると、局所領域６部分が先にスパッタ加工
されてしまう。そこで、リーク電流計測後は、局所領域
６の加工領域５内での凹みをなくすため、第５図(e)に
示すように、残りの非局所領域12を局所領域走査数と同
数回イオンビームで走査して加工する。その後、再び、
加工領域５の全面走査をｎ回行ない、局所領域６のイオ
ンビーム走査とリーク電流の計測、非局所領域12の加工
を行なう。この様な動作を繰り返し行ない、被加工物を
所要深さ毎に段階的に加工しながら、各所要深さの加工
後に局所領域のイオンビーム走査に基づくリーク電流値
を計測する。
上述した局所領域６及び加工領域５の設定は、デフレク
タ20（第６図）にかける電圧を制御することにより行な
う。また、非局所領域12のみを第５図(c)に示す様に加
工する場合は、局所領域６にイオンビームが入るとき、
イオンビームをイオンビーム光学系の途中で遮断する。
タ20（第６図）にかける電圧を制御することにより行な
う。また、非局所領域12のみを第５図(c)に示す様に加
工する場合は、局所領域６にイオンビームが入るとき、
イオンビームをイオンビーム光学系の途中で遮断する。
第２図は、加工層がAlの場合あるいはSiO2の場合の夫々
のリーク電流の違いを示す図である。局所領域６を例え
ば10分間連続加工すると、リーク電流は夫々第２図右側
グラフの様に変化する。両グラフは、全体的に見れば似
た傾向を示すが、イオンビーム照射開始時の数走査、第
２図のグラフでは加工開始30秒程の間では著しく異な
る。つまり、加工面がAl層の場合には照射開始からリー
ク電流がビーム走査に同期して振動する。一方、加工面
がSiO2層の場合には照射開始から数走査まではリーク電
流は一定で、変化しない。従って、第３図に示す被加工
物を基板11まで加工するとき、上述した様に所要深さ毎
に段階的に加工した後にリーク電流Isを計測して得られ
るリーク電流は第４図に示す様になる。第４図の記号ａ
〜ｈは、第３図の深さａ〜ｈに対応している。このた
め、第３層目のAl層36を切断加工するときは、リーク電
流の振幅が大きくなる山が３つ過ぎたことを検出するこ
とで、加工終了位置を検出できる。
のリーク電流の違いを示す図である。局所領域６を例え
ば10分間連続加工すると、リーク電流は夫々第２図右側
グラフの様に変化する。両グラフは、全体的に見れば似
た傾向を示すが、イオンビーム照射開始時の数走査、第
２図のグラフでは加工開始30秒程の間では著しく異な
る。つまり、加工面がAl層の場合には照射開始からリー
ク電流がビーム走査に同期して振動する。一方、加工面
がSiO2層の場合には照射開始から数走査まではリーク電
流は一定で、変化しない。従って、第３図に示す被加工
物を基板11まで加工するとき、上述した様に所要深さ毎
に段階的に加工した後にリーク電流Isを計測して得られ
るリーク電流は第４図に示す様になる。第４図の記号ａ
〜ｈは、第３図の深さａ〜ｈに対応している。このた
め、第３層目のAl層36を切断加工するときは、リーク電
流の振幅が大きくなる山が３つ過ぎたことを検出するこ
とで、加工終了位置を検出できる。
尚、加工領域の走査回数は必要とする深さ方向の精度か
ら設定する。例えば、ビーム電流0.7nA，加工面積35μ
ｍ２の場合、平均加工速度は0.09μｍ／min である。し
たがって、加工終点の精度を0.2μｍとし、１全面走査
の走査時間を５secとすると、25回が加工領域の走査回
数となる。つまり、25回走査後１回加工モニタ用の走査
を行なうことによって0.2μｍごとの加工モニタが可能
となる。また、実施例の説明では、局所領域の位置を加
工領域中央部の１箇所固定位置としたが、加工領域内の
加工穴端部に牴触しない範囲で、複数個所設定し、リー
ク電流測定ごとに移動させると、加工領域内での加工不
均一がさらに低減する。
ら設定する。例えば、ビーム電流0.7nA，加工面積35μ
ｍ２の場合、平均加工速度は0.09μｍ／min である。し
たがって、加工終点の精度を0.2μｍとし、１全面走査
の走査時間を５secとすると、25回が加工領域の走査回
数となる。つまり、25回走査後１回加工モニタ用の走査
を行なうことによって0.2μｍごとの加工モニタが可能
となる。また、実施例の説明では、局所領域の位置を加
工領域中央部の１箇所固定位置としたが、加工領域内の
加工穴端部に牴触しない範囲で、複数個所設定し、リー
ク電流測定ごとに移動させると、加工領域内での加工不
均一がさらに低減する。
更にまた、被加工物から流れ出るモニタ用の電流は、実
施例で説明したリーク電流が好適であるが、２次電子を
使用することも可能である。尚、導電体層としてAl，非
導電体層としてSiO2を用いた例について説明したが、本
発明はこれ等の材料に限定されるものでないことはいう
までもない。
施例で説明したリーク電流が好適であるが、２次電子を
使用することも可能である。尚、導電体層としてAl，非
導電体層としてSiO2を用いた例について説明したが、本
発明はこれ等の材料に限定されるものでないことはいう
までもない。
本発明によれば、加工中に加工面が導電体層であるが非
導電体層であるかが明瞭に判別できるため、加工深さを
精度良く制御することができる。制御精度は加工時にお
けるビーム電流，加工面積によって変化するが、原理的
に１走査ごとのモニタも可能であり、0.1μｍ精度の制
御も可能となる。
導電体層であるかが明瞭に判別できるため、加工深さを
精度良く制御することができる。制御精度は加工時にお
けるビーム電流，加工面積によって変化するが、原理的
に１走査ごとのモニタも可能であり、0.1μｍ精度の制
御も可能となる。
第１図は本発明の一実施例に係るイオンビーム加工方法
で加工中の被加工物の斜視図、第２図は本発明の原理説
明図、第３図は複数層（被加工物）の縦構造図、第４図
は本発明の一実施例方法により得られたリーク電流の変
化グラフ、第５図(a)，(b)，(c)は本発明の１実施例に
係るビーム走査方法説明図、第６図は集束イオンビーム
装置の構成図、第７図は加工中のＬＳＩの断面図、第８
図はリーク電流の変化グラフである。 １……イオンビーム、５……加工領域、６……局所領
域、８……電流計、11……基板、12……非局所領域、3
4，35，36……Al層、37，38，39，40……SiO2層。
で加工中の被加工物の斜視図、第２図は本発明の原理説
明図、第３図は複数層（被加工物）の縦構造図、第４図
は本発明の一実施例方法により得られたリーク電流の変
化グラフ、第５図(a)，(b)，(c)は本発明の１実施例に
係るビーム走査方法説明図、第６図は集束イオンビーム
装置の構成図、第７図は加工中のＬＳＩの断面図、第８
図はリーク電流の変化グラフである。 １……イオンビーム、５……加工領域、６……局所領
域、８……電流計、11……基板、12……非局所領域、3
4，35，36……Al層、37，38，39，40……SiO2層。
Claims (4)
- 【請求項１】導電体層と非導電体層との複数層でなる被
加工物に、イオン源から射出されるイオンビームを集束
・偏向させて照射し、前記被加工物を深さ方向に加工す
るイオンビーム加工方法において、被加工物の加工領域
を所要深さ毎に段階的に加工し、各所要深さの加工を行
なった後に、前記加工領域内の局所領域をイオンビーム
で走査し、該走査初期時に被加工物から流れ出る電流を
検出し、該電流の変化状態から加工の終点位置を検出す
ることを特徴とするイオンビーム加工方法。 - 【請求項２】前記局所領域へのイオンビーム走査により
前記電流を検出した後、該イオンビーム走査数と同数の
イオンビーム走査を前記加工領域内かつ前記局所領域外
の非局所領域で行ない、その後前記所要深さの加工を行
なうことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のイオ
ンビーム加工方法。 - 【請求項３】前記局所領域は、前記所要深さの加工を行
なう毎に前記加工領域内で移動させることを特徴とする
特許請求の範囲第１項または第２項記載のイオンビーム
加工方法。 - 【請求項４】前記被加工物から流れ出る電流は、被加工
物の基板から流れ出るリーク電流であることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれかに記載の
イオンビーム加工方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5255186A JPH0620059B2 (ja) | 1986-03-12 | 1986-03-12 | イオンビ−ム加工方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5255186A JPH0620059B2 (ja) | 1986-03-12 | 1986-03-12 | イオンビ−ム加工方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS62210625A JPS62210625A (ja) | 1987-09-16 |
| JPH0620059B2 true JPH0620059B2 (ja) | 1994-03-16 |
Family
ID=12917937
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5255186A Expired - Lifetime JPH0620059B2 (ja) | 1986-03-12 | 1986-03-12 | イオンビ−ム加工方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0620059B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2569139B2 (ja) * | 1988-08-24 | 1997-01-08 | 株式会社日立製作所 | イオンビーム加工方法 |
-
1986
- 1986-03-12 JP JP5255186A patent/JPH0620059B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS62210625A (ja) | 1987-09-16 |
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