JPS58106750A - フオ−カスイオンビ−ム加工方法 - Google Patents

フオ−カスイオンビ−ム加工方法

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JPS58106750A
JPS58106750A JP56205016A JP20501681A JPS58106750A JP S58106750 A JPS58106750 A JP S58106750A JP 56205016 A JP56205016 A JP 56205016A JP 20501681 A JP20501681 A JP 20501681A JP S58106750 A JPS58106750 A JP S58106750A
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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】 発明の技術分野 不発明は、フォーカスイオンビーム加工力法に係わり、
臀にフォーカスイオンビームを用いたエツチングによシ
３次元パターン金形成する方法に関する。
発明の技術的背景とその問題点 半導体製造プロセスでは、Ｓｉウェーハ郷の試料に微細
パターンを形成する技術として各種の工、チング法が用
いられているが、近年イオンビームによるエツチング法
が特に注目されている。イオンビームエツチングは、そ
の物理的メカニズムからスバ、タエッチ／グ、イオン衝
撃増速エツチング、イオンビームアシストエツチングお
よびリアクティプイオンエ、チング等ニ分類される。そ
して、エツチングの目的に応じて使い分けられているの
が現状である。
第１図（、）（ｂ）はスバ、タエ、チンダを用いた工、
チンダニ程を示す断面図である。この例では、第１図（
＆）に示す如（８１ウエー八等の被加工物１上に一レジ
スト２を形成したのち、Ａｒ＋等のビーム径が大きく均
一なイオンビームを一括照射することによって、同図（
ｂ）に示す如くレジスト２をマスクとして被加工領域３
がエツチングされることになる、このように従来は、大
きな径で均一なイオンビームを照射して所望領域を選択
エツチングするのが通常であった・ しかしながら、この種の方法にあっては次のような問題
があった。すなわち、イオンビームを一括照射している
ので、波加工領域のエツチング深さはいずれの場所にあ
っても等しくなる。このため、任意の部分で異った深さ
の加工を行う場合、複数回のエツチング処理および複数
個のマスクを必要とし、その工程が極めて煩雑であった
。また、第２図に示す如き任意の断面形状を持つ／母タ
ーン４．５を作ることは困難であった。
発明の目的 本殆明の目的は、フォーカスイオンビームを用いて被加
工物をエツチングすることによシ、被加工物の任意の部
分に任意の断面形状作ることのできるフォーカスイオン
ビーム加工方法を提供することにある。
発明の概要 スｔ４ツタリング現像を用いてエツチングする場合には
、工、チング深さはエツチング時間に比例することは既
知であシ、この関係を用いて物質内の不純物の深さ方向
分布を求めることが、イオンマイクロアナライザやオー
ジェ電子分光装置等で行われている。また；工、チング
深さｓＨエツチング時間を一定とすれは、次式で示され
るように加速エネルギに比例する。
５＝Ｋ（Ｅ／λ）　Ｍｔ　Ｍ＊／（Ｍｌ　十Ｍ冨）３た
だし、Ｅは加速エネルギ、λは物質中の照射イオンの平
均自由工程、Ｍ、は照射イオンの質量数、Ｍｌは被照射
体の質量数である。
イオン衝撃増速エツチングを用いてエツチングするＫは
、まず被照射体をイオン衝撃し、続いて弗化水＄３（％
）溶液等でエツチングを行うが、この場合第３図に示す
如くエツチング深さはドーズ蓋と共に、イオン種、エツ
チング時間等で決定される。また、ここに祉示さないが
加速エネルギが高い程エツチング深さは深い、し九が′
りて、微細なイオンビームのエツチング時間、イオン種
、照射量或いは加速電圧等を制御して行えは、前記第２
図に示す如き断面形状を持つノ４ターンを形成すること
も可能となる。
本発明は仁のような点に着目し、微細寸法イオンビーム
を作るためのイオン銃およびイオン光学系を具備すると
共に、イオンビームを試料面上で走査する偏向機能およ
びイオンビームをブランキングするブランキング機能を
用したフォーカスイオンビーム照射装置を用い、被加工
物にフォーカスイオンビームを照射して該被加工物を選
択エツチングするに際し、上記被加工物の所望工、チン
グ深さを予め位置の関数として設定しておき、この設定
情報に基づいて前記イオンビームの照射量、加速電圧或
いはエツチング時間を可変するようにした方法である。
発明の実施例 第４図は本発明の一実施例方法に使用したフォーカスイ
オンビーム照射装置を示す概略構成図である。ｔＩＡ中
１１Ｆｉ、液体窒素や液体ヘリウム等で冷却されたエイ
、り、１２紘工＜ｙタ１ノ５− 表面で液化したアルゴン、１３はエイ、り１１の保持体
、１４はエミッタ１１を冷却するための熱伝導体、１５
は冷却器、１６はアルゴンガスの噴出ノズル、１７はア
ルゴンガスがンベ、１８はアルがンガスの噴出量を制御
するパルプ、１９はグリｙＰ［極、２０はイオン引出電
極であり、これらから微細寸法イオンビームを発射する
イオン銃が形成されている。２１はイオンビームを０Ｎ
−ＯＦＦするためのブランキング電極、２２はブランキ
ング用アパーチャマスク、２３はイオンビームを収束す
るためのアインツェル麗の静電レンズ（コンデンサレン
ズ）、２４はウィーンフィル型の質量分析器、２５はイ
オンを選択するためのイオン選択用アパーチャマスク、
２６拡イオンビームを試料面上で走査するための偏向器
、２１はアインツェル型の静電レンズ（対物レンズ）で
ある。２８はｓｉクエー八への試料、２９紘試料２８を
固定保持する試料台、３０は試料台２９を移動駆動する
駆動モータ、３１紘試料台２９の位置を検出するレーデ
６一 測長器である。３２はレジストレージ冒ンのために用い
られる反射イオン検出器、３３は２次イオン分析器、３
４．３５は上記検出器ＳＸ。
３３で得られた各検出信号をデジタル信号に変換するの
変換器である。３６は各種制御を行うための計算器、３
７はインタフェースである。
また、３８はイオン銃の高圧電源、３９はバイアス電源
、４０はイオン引屯電極２０の高圧電源、４１は／臂タ
ーン信号発生回路である。４２はコンデンサレンズ２３
の高圧電源、４３Ｆ！質量分析器２４の電場および磁場
を生成するための電源、４４は偏向器２６の偏向用電源
、４５は対物レンズ２７の高圧電源である。
このような構成のフォーカスイオンビーム照射装置の動
作は、周知の電子ビーム描画装置と略同様であるので、
その詳しい説明は省略する。
８１ウエー八等の試料面内でビーム照射量を変える方法
は、例えば次のようｋすれはよい、いま、前記ブランキ
ング電極２１に電圧Ｖ・が与えられるとイオンビームａ
ＯＦＦ（ブランキング）されるものとする。また、偏向
電圧は階段状のものとしイオンビームがステ、グ状に走
査されるものとする。さらに、イオンビームがある位置
ｘｎにとどまる時間をΔｔとし、ブランキング信号の長
さは（１／１０）Δｔのステ、プで変えられるものとす
る。このようにした場合、ブランキング電圧を第５図に
示す如く変化させると位置３ＣＯ＊　ｘｌ　Ｉ！ＩｅＸ
＠ではイオンビームは照射されず、位置Ｘ＊　ｓ　ＸＩ
　ｅ　Ｘ４ではイオンビーム照射時間が（９／１０）Δ
ｔとなシ、位置Ｘ’１　ｍ　！＠　ｓ　ＸＩではイオン
ビーム照射時間が（５７１Ｇ）Δｔとなる。かくして、
任意の位置でイオンビームの照射量を１０段階に変える
ことが可能となる。
次に、上述したフォーカスイオンビーム照射装置を使用
し、本発明をＭＯＳ　）　ｊンジスタ製造工程に適用し
た例について説明する。まず、第６図（、）に示す如＜
　Ｓｔウェーハ５１を°酸素雰囲気中で３０分間加熱し
、８１ウエーハ５１の上面に約１ｏ　ＯＯ（Ｘ）の酸化
膜６２を形成する。なお、図中５３は位置合わせ用の！
−りを示している。
次いで、マーク５３を参照してフィールド予定部分に７
オーカスＣイオンビー゛ムを注入する。
続いて、１０００（Ｃ）の温度でＳ１ウエーハ５１を加
熱し第６図（ｂ）に示す如（５０００（Ｘ）の熱酸化膜
（被加工物）５４を形成する。しかるのち、前述したフ
ォーカスイオンビーム照射装置を用い、酸化膜５４の被
工、チング部分を工。
チンダする。この際、マーク５３を参照して５５．５６
の位置を決定すると共に第６図（、）に示す如＜ｓｓ、
ｓｔｉの部分での各エツチング深さを変えた。そして、
６５の部分での酸化膜６４の厚さＦｉ２００（Ｘ）、５
６の部分では５００（Ｘ）とした、なお、５５．５６の
部分はＭＯＳ　）ランジスタとなる領域である。
次に、シ色い値電圧ｖＴＩＩＩの制御の九めにチャ＄＃
ｉｌＳヲ含む領域５５．５６に５０　（ｋＶ）Ｂ＋イオ
ンを注入したのち、第６図（ｄ）に示す如く酸化膜５４
上Ｋ１００Ｏ（１）のモリブデン膜６１を蒸着する。そ
の後、マーク５３を参照して第６図（・）に示す如くモ
リブデン膜５１および酸化膜６４９− を選択エツチングし、ゲート電極５８を形成した。なお
、図中５９はドレイン、６０はソースの予定領域を示し
ている。かくして形成されたダート電極５８では、ドレ
イン予定領域５９に接する部分５８ａの酸化膜５４の厚
さがソース予定領域６０に接する部分ｓｓｂのそれよシ
も厚くなるので、パンチスルー現像が生じ難く、高耐圧
となる。
このように本実施偽方法によれは、フォーカスイオンビ
ームを用いてその照射量、照射時間或いは加速電圧等を
可変することによって、エツチングにさの異った加工を
行うことが可能でらＤ％ＬＳＩ製造プロセスの短縮化を
はかシ得る。
特に１，８Ｉでは前記したダート電極５８の幅が極めて
狭いので、前記した酸化膜５４の段差加工は本実施例方
法によりて始めて可能となる。また、前記ダート電極形
成の際にモリブデン膜５７および酸化膜５４を工、チン
グするに際し、２次イオン含分析することによシエ、チ
ング終了を確認することができるので、その実施が極め
１０− て容易となる。
なお、不発明社上述した実施例に限定されるものではな
い、前記実施例ではＭＯＳトランジスタ製造工程に適用
した例について説明し九が、これに限らず各種のエツチ
ングを含む加工工程に適用できるのれ勿論のことである
８例えは、第７図に示す如く多層配線構造のコンタクト
ホール形成等にも適用することができる。なお、図中７
１ＦｉＢ１クエーハ、７２は第１絶縁酸化膜、１３は第
１金属配線、７４位第２絶縁酸化膜、１５はｆ１２金属
紀線、７６．７７．７Ｊはそれぞれコンタクトホールを
示している。そしてこの場合、予め予定された位置゛の
エツチングを行い２次イオン分析信号を解析することに
よって、所望深さの工、チンダ加工が行われる。また、
エツチング深さを予め位置の関数として設定しておくこ
とにより前記第２図に示したエツチング加工をも容易に
行うことが可能となる。
また、前記実施例でれ２次イオンを分析することによ如
エツチング終了を判断したが、この代シにイオン励起Ｘ
線、イオン励起螢光或いはイオン励起オージェ電子等を
分析して用いてもよい、さらに、スノ々、タエツチング
に限らず、イオン衝撃増速エツチングにも適用できるの
は勿論のことである。その他、本発明の要旨を逸脱しな
い範囲で、植々変形して実施することができる。
【図面の簡単な説明】
第１図（、）　（ｂ）はイオンビームを用いた従来のエ
ツチング加工を示す断面図、第２図は従来方法の欠点を
説明するための断面図、第３図はイオン衝撃におけるエ
ツチング深さとドーズ量との関係を示す特性図、第４図
は本発明の一実施例方法に使用したフォーカスイオンビ
ーム照射装置を示す概略構成図、第５図は上記装置によ
るイオン照射量可変作用を説明するための模式図、第６
図（＆）〜（＠）妹上記実施例方法に係わるＭＯ８）う
／ジスタｊＩｌｌ′造工程を示す断頁図、薗７図は変形
例を示す断面図である。 ５１・・・引ウェーハ、５２・・・酸化膜、５３・・・
マーク、５４・・パ鹸化膜、５１・・・モリブデン層、
５８・・・ダート電極、５９・・・ドレイン予定領域、
６０・・・ソース予定領域。 出願人代理人　　弁理士　鈴　江　武　彦＝１３− 第１図 第２図 第５図 第６ｗＪ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 微細寸法イオンビームを作るためのイオン銃およびイオ
    ン光学系を具備すると共に、イオンビームを試料面上で
    走査する偏向機能およびイオンビームをブランキングす
    るブランキング機能を有したフォーカスイオンビーム照
    射装置を用い、被加工物にフォーカスイオンビームを照
    射して該被加工物を選択工、チングするに際し、上記被
    加工書の所望エツチング深さを予め位置の関数として設
    定しておき、この設定情報に基づいて前記イオンビーム
    の照射量、加速電圧或いにエツチング時間を可変するこ
    とを特徴とするフォーカスイオンビーム加工方法。
JP56205016A 1981-12-18 1981-12-18 フオ−カスイオンビ−ム加工方法 Granted JPS58106750A (ja)

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