(57)【要約】【課題】イオンビームで形成されるパターンを微細化する。【解決手段】絶縁膜２ｉ上に、ＦＩＢ成膜時のスパッタ率が小さいパターン３ａをＦＩＢで形成した後、そのパターン３ａ上にＷ膜のパターン３ｂをＦＩＢで形成する。上層のパターン３ｂを形成する場合は、上層のパターン３ｂの外周が、下層のパターン３ａの外周より内側に位置するように形成する。上層のパターン３ｂの外周と、下層のパターン３ａの外周との間の長さ（オフセットＤｆ）は、下層のパターン３ａの最大幅の１０％以内である。これにより、上層のパターン３ｂをＦＩＢで成膜する際に、下地の絶縁膜２ｉにダメージや削れが発生するのを抑制できる。また、パターン３ａ，３ｂの積層パターン３を微細化できる。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）基板上に形成された絶縁膜上に第１の原料ガスを供給した状態で、前記第１の原料ガスの供給領域にフォーカスイオンビームを照射することで前記絶縁膜上に第１の層を形成する工程、
（ｂ）前記第１の層上に第２の原料ガスを供給した状態で、前記第２の原料ガスの供給領域に前記フォーカスイオンビームを照射することで前記第１の層上に金属からなる第２の層を形成する工程、
を有し、
前記第２の層の外周は、前記第１の層の外周より内側に位置し、
前記（ａ）工程における前記絶縁膜のスパッタエッチング量は、前記（ａ）工程を行わずに、前記絶縁膜上に前記第２の原料ガスを供給した状態で前記第２の原料ガスの供給領域に前記フォーカスイオンビームを照射することで前記絶縁膜上に前記第２の層を直接形成した場合の前記絶縁膜のスパッタエッチング量より小さい、加工方法。
【請求項２】
請求項１記載の加工方法において、
前記第２の層の外周と前記第１の層の外周との間の長さは、前記第１の層の最大幅の１０％以内である、加工方法。
【請求項３】
請求項１記載の加工方法において、
前記第１の層が、チタンを主成分として含む金属からなり、
前記第２の層が、タングステンを主成分として含む金属からなる、加工方法。
【請求項４】
請求項１記載の加工方法において、
前記第１の層が、シリコンを主成分として含み、
前記第２の層が、タングステンを主成分として含む金属からなる、加工方法。
【請求項５】
請求項４記載の加工方法において、
前記第１の層は、酸化シリコンからなり、
前記第１の層の厚さは、前記（ａ）工程を行わずに、前記絶縁膜上に前記第２の原料ガスを供給した状態で前記第２の原料ガスの供給領域に前記フォーカスイオンビームを照射することで前記絶縁膜上に前記第２の層を直接形成した場合に前記絶縁膜が削られる厚さである、加工方法。
【請求項６】
請求項１記載の加工方法において、
前記第２の層の形成時の前記フォーカスイオンビームの照射領域の温度は前記第２の原料ガスの分解温度以上である、加工方法。
【請求項７】
半導体基板上に設けられた絶縁膜と、
前記絶縁膜上に設けられた第１のフォーカスイオンビーム形成層と、
前記第１のフォーカスイオンビーム形成層上に形成された、金属からなる第２のフォーカスイオンビーム形成層と、
を備え、
前記第２のフォーカスイオンビーム形成層の外周は、前記第１のフォーカスイオンビーム形成層の外周より内側に位置し、
前記第１のフォーカスイオンビーム形成層の形成時における前記絶縁膜の削れ量は、前記第１のフォーカスイオンビーム形成層を形成せずに前記第２のフォーカスイオンビーム形成層を前記絶縁膜上に直接形成した場合における前記絶縁膜の削れ量より小さい、半導体装置。
【請求項８】
請求項７記載の半導体装置において、前記第２のフォーカスイオンビーム形成層の外周と前記第１のフォーカスイオンビーム形成層の外周との間の長さは、前記第１のフォーカスイオンビーム形成層の最大幅の１０％以内である、半導体装置。
【請求項９】
請求項７記載の半導体装置において、
前記第１のフォーカスイオンビーム形成層が、チタンを主成分として含む金属からなり、
前記第２のフォーカスイオンビーム形成層が、タングステンを主成分として含む金属からなる、半導体装置。
【請求項１０】
請求項７記載の半導体装置において、
前記第１のフォーカスイオンビーム形成層が、シリコンを主成分として含み、
前記第２のフォーカスイオンビーム形成層が、タングステンを主成分として含む金属からなる、半導体装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の半導体装置において、
前記第１のフォーカスイオンビーム形成層は、酸化シリコンからなり、
前記第１のフォーカスイオンビーム形成層の厚さは、前記第１のフォーカスイオンビーム形成層を形成せずに前記第２のフォーカスイオンビーム形成層を前記絶縁膜上に直接形成した場合に前記絶縁膜が削られる厚さである、半導体装置。
【請求項１２】
フォーカスイオンビームを基板に照射するビーム照射部と、
前記基板上に形成された絶縁膜上に原料ガスを供給するガス供給部と、
前記ビーム照射部を制御して、前記絶縁膜上に第１のフォーカスイオンビーム形成層を形成する第１制御と、前記第１のフォーカスイオンビーム形成層上に金属からなる第２のフォーカスイオンビーム形成層を形成する第２制御とを実施する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記第２のフォーカスイオンビーム形成層の外周が前記第１のフォーカスイオンビーム形成層の外周の内側に位置するように、かつ、前記第２のフォーカスイオンビーム形成層の外周と前記第１のフォーカスイオンビーム形成層の外周との間の長さが前記第１のフォーカスイオンビーム形成層の最大幅の１０％以内になるように前記ビーム照射部を制御し、
前記第１のフォーカスイオンビーム形成層の形成時における前記絶縁膜の削れ量は、前記第１のフォーカスイオンビーム形成層を形成せずに前記第２のフォーカスイオンビーム形成層を前記絶縁膜上に直接形成した場合における前記絶縁膜の削れ量より小さい、加工装置。
【請求項１３】
請求項１２記載の加工装置において、
前記制御部は、前記第２制御での前記フォーカスイオンビームの照射領域の温度が前記原料ガスの分解温度以上になるように前記ビーム照射部を制御する、加工装置。
【請求項１４】
請求項１２記載の加工装置において、
前記基板を加熱する加熱部を備え、
前記制御部は、前記第２制御での前記フォーカスイオンビームの照射領域の温度が前記原料ガスの分解温度以上になるように前記加熱部を制御する、加工装置。
【請求項１５】
フォーカスイオンビームを基板に照射するビーム照射部と、
前記基板上に形成された絶縁膜上に原料ガスを供給するガス供給部と、
前記ビーム照射部を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記フォーカスイオンビームの照射領域の温度が前記原料ガスの分解温度以上になるように制御する、加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、加工方法、半導体装置および加工装置技術に関し、例えば、フォーカスイオンビーム（Focused Ion Beam：ＦＩＢ）を用いた加工技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
本技術分野の背景技術として、特開２０１６−１１０７３４号公報（特許文献１）がある。この公報には、以下の技術が記載されている。すなわち、デフォーカスさせたイオンビームで第１デポジション膜を試料に成膜（第１デポジション膜成膜工程）した後、第１デポジション膜成膜工程におけるデフォーカス量よりも小さいデフォーカス量のイオンビームで第１デポジション膜上に第２デポジション膜を成膜する（第２デポジション膜成膜工程）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１６−１１０７３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１では、デフォーカスしたイオンビームでパターンを形成するので、イオンビームのボケも大きくなる。このため、イオンビームのスポット径よりかなり広い範囲で成膜されるので、パターンの微細化が困難である、という課題がある。
【０００５】
本発明の目的は、イオンビームで形成されるパターンを微細化することが可能な技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明は、絶縁膜上にフォーカスイオンビームで第１の層を形成する工程と、第１の層上にフォーカスイオンビームで第２の層を形成する工程とを有し、第２の層の外周は第１の層の外周より内側に位置する。そして、第１の層の形成時の絶縁膜のスパッタエッチング量は、第１の層を形成せずに第２の層をフォーカスイオンビームで絶縁膜上に直接形成した場合の絶縁膜のスパッタエッチング量より小さいものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、イオンビームで形成されるパターンを微細化することができる。
【０００８】
上記した以外の課題、構成及び効果は、以下の実施の形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】左はＦＩＢによるタングステン膜の成膜初期の半導体基板の要部断面図、右はＦＩＢによるタングステン膜の成膜終了後の半導体基板の要部断面図である。
【図２】左はイオンビームによるタングステン膜の第１成膜時における半導体基板の要部断面図、右はイオンビームによるタングステン膜の第２成膜時における半導体基板の要部断面図である。
【図３】図２の方法で成膜されたタングステン膜のパターンを並べて配置した半導体基板の要部断面図である。
【図４】Ｇａ，Ｘｅイオンビームを用いて各種材料を成膜した時のスパッタ率を比較して示したグラフ図である。
【図５】左は絶縁膜のスパッタエッチング量が小さい材料をＦＩＢ処理で成膜した後の半導体基板の要部断面図、右は図５左のＦＩＢ成膜後にタングステン膜をＦＩＢ処理で成膜した後の半導体基板の要部断面図である。
【図６】図５の積層パターンを隣接して配置した場合を示す半導体基板の要部断面図である。
【図７】実施の形態１の加工装置の一例の構成図である。
【図８】実施の形態１のＦＩＢ成膜方法の一例のフローチャートである。
【図９】実施の形態１の第１のＦＩＢ成膜工程中の半導体基板の要部断面図である。
【図１０】図９の第１のＦＩＢ成膜工程に続く第２のＦＩＢ成膜工程中の半導体基板の要部断面図である。
【図１１】本実施の形態１の半導体装置の一例の要部平面図である。
【図１２】図１１のＩ-Ｉ線の断面図である。
【図１３】変形例１の第１のＦＩＢ成膜工程中の半導体基板の要部断面図である。
【図１４】図１３の第１のＦＩＢ成膜工程に続く第２のＦＩＢ成膜工程中の半導体基板の要部断面図である。
【図１５】変形例２の第１のＦＩＢ成膜工程中の半導体基板の要部断面図である。
【図１６】図１５の第１のＦＩＢ成膜工程に続く第２のＦＩＢ成膜工程中の半導体基板の要部断面図である。
【図１７】変形例２の半導体装置の一例の平面図である。
【図１８】図１７のＩＩ−ＩＩ線の断面図である。
【図１９】Ｗ（ＣＯ）６で成膜されるタングステン膜が下地絶縁膜の膜厚に依存することを示すグラフ図である。
【図２０】一般的なＦＩＢによる成膜時のＦＩＢのパルス幅（横軸）とＦＩＢ照射領域の温度（縦軸）との関係を示すグラフ図である。
【図２１】実施の形態２のＦＩＢによる成膜時のＦＩＢのパルス幅（横軸）とＦＩＢ照射領域の温度（縦軸）との関係例を示すグラフ図である。
【図２２】ＦＩＢの照射時間（横軸）と基板表面の温度との関係を示すグラフ図である。
【図２３】ステージ温度を上昇させた場合の実施の形態２のＦＩＢによる成膜時のＦＩＢのパルス幅（横軸）とＦＩＢ照射領域の温度（縦軸）との関係の一例を示すグラフ図である。
【図２４】ステージ温度を上昇させた場合の実施の形態２のＦＩＢによる成膜時のＦＩＢのパルス幅（横軸）とＦＩＢ照射領域の温度（縦軸）との関係の他の例を示すグラフ図である。
【図２５】実施の形態２の加工装置の一例の構成図である。
【図２６】実施の形態２のＦＩＢ成膜工程中の半導体基板の要部断面図である。
【図２７】実施の形態２のＦＩＢ成膜技術で形成された積層パターンの変形例を示す半導体基板の要部断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、実施の形態について図面を用いて説明する。ただし、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。本発明の思想ないし趣旨から逸脱しない範囲で、その具体的構成を変更し得ることは当業者であれば容易に理解される。
【００１１】
以下に説明する発明の構成において、異なる図面間であっても、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を共通して用い、重複する説明は省略することがある。また、本明細書等における「第１」、「第２」、「第３」等の表記は、構成要素を識別するために付するものであり、必ずしも、数または順序を限定するものではない。
【００１２】
また、図面等において示す各構成の位置、大きさ、形状、範囲等は、発明の理解を容易にするため、実際の位置、大きさ、形状、範囲等を表していない場合がある。このため、本発明は、必ずしも、図面等に開示された位置、大きさ、形状、範囲等に限定されない。
【００１３】
本明細書において単数形で表される構成要素は、特段文脈で明らかに示されない限り、複数形を含むものとする。なお、本願明細書において平面視とは、半導体基板の主面に垂直な方向から視た場合を意味する。
【００１４】
＜発明者の検討＞
ＦＩＢ（Focused Ion Beam）による薄膜形成においては、成膜とエッチングとが同時に進行する。具体的には、（１）プリカーサ（前駆体、前駆物質）の吸着、（２）ＦＩＢによる吸着種の反応、（３）ＦＩＢによる膜のスパッタリング、が同時に進行しており、これら（１）〜（３）の大小関係によって、成膜速度や下地の削れ量（スパッタエッチング量）が決定する。一般的に、ＦＩＢによるタングステン（Ｗ）の成膜においては、下地膜の削れ（エッチング）が発生し易く、特に、大電流で成膜する条件において顕著になる。
【００１５】
図１左はＦＩＢによるＷ膜の成膜初期の半導体基板の要部断面図、図１右はＦＩＢによるＷ膜の成膜終了後の半導体基板の要部断面図である。半導体基板５０は、例えば、シリコン（Ｓｉ）からなり、絶縁膜５１は、例えば、酸化シリコン（ＳｉＯ２）からなる。下地の絶縁膜５１の表面上にＷを含むプリカーサ（原料ガス）を吹き付けながら、そのプリカーサの吹付領域内の所望の領域に、例えば、ガリウム（Ｇａ）またはキセノン（Ｘｅ）をイオン源とするＦＩＢ５２をパルス照射してＷ膜５３を成膜する。この成膜処理では、特に、上記（３）の現象が下地の絶縁膜５１に対してダメージを与えることが知られており、成膜条件によっては下地の絶縁膜５１に削れ５４が容易に発生する。
【００１６】
このような下地へのダメージを抑制する方法として図２に示すような方法（特許文献１）が提案されている。図２左はイオンビームによるＷ膜の第１成膜時における半導体基板の要部断面図、図２右はイオンビームによるＷ膜の第２成膜時における半導体基板の要部断面図である。この方法では、図２左に示すように、第１成膜時にデフォーカスさせたイオンビームを用いて絶縁膜５１上に第１のデポジション膜５５ａを成膜する。続いて、第１成膜時のイオンビームのデフォーカス量より小さいデフォーカス量のイオンビームを用いて第１のデポジション膜５５ａ上に第２のデポジション膜５５ｂを成膜する。この方法によれば、デフォーカスによりイオンビームのスポット径を大きくすることで電流密度を小さくすることができるので、下地の絶縁膜５１のエッチングやダメージを抑制できる。また、イオンビームの電流量は同じなので、ＦＩＢ装置のアパーチャを変更することもない。
【００１７】
しかし、特許文献１のようにデフォーカスしてイオンビームのスポット径を大きくすると、絶縁膜５１の表面のビームのボケも大きくなるため、スポット径よりもかなり広い範囲にＷ膜のパターンが成膜される。このため、特許文献１では、Ｗ膜のパターンの微細化が難しいという問題がある。また、図３は図２の方法で成膜されたＷ膜のパターンを並べて配置した半導体基板の要部断面図である。図３に示すように、この場合、隣接するＷ膜のパターン（第１のデポジション膜５５ａおよび第２のデポジション膜５５ｂ）の間隔Ｄ５０も微細化できないという問題がある。また、Ｗ膜のパターンエッジのテール（第１のデポジション膜５５ａの外周の裾部分）は、極僅かな膜厚であっても電極や配線として機能するため、素子毎に得られるキャパシタ容量のバラツキが大きくなる問題もある。したがって、特許文献１は、本実施の形態で要求される微細加工には適用できない。
【００１８】
上記の課題を解決するには、成膜初期の材料として、ＦＩＢに対するスパッタ率が小さい材料をＦＩＢで成膜した後、その上に、Ｗ膜をＦＩＢで成膜する。スパッタ率とは、ＦＩＢ成膜中に成膜材料がスパッタエッチングされる割合であり、大きいほど成膜材料がスパッタエッチングされ易いことを示している。このスパッタ率は、成膜中に弾き飛ばされる原子の数で示され、単位は（atoms/ion）である。図４はＧａ，Ｘｅイオンビームを用いて各種材料を成膜した時のスパッタ率を比較して示したグラフ図である。縦軸は成膜材料の種類（Ｓｉ、チタン（Ｔｉ）、アルミニウム（Ａｌ）、Ｗ）、横軸はＧａ，Ｘｅイオンビームに対するスパッタ率ＳＰＲである。加速エネルギーＥｇは、例えば、３０ｋｅＶである。ＴｉやＳｉのスパッタ率は、Ｗに比べて、Ｇａイオンで６３％、Ｘｅイオンで４８％小さい。すなわち、ＴｉやＳｉの場合、Ｗに比べ、スパッタ成分よりもデポジション成分を大きくすることができるので、イオンビームの電流密度を小さくしなくても（デフォーカスしないでも）、下地へのダメージや削れを抑制できる。なお、Ｘｅ照射（加速エネルギーＥｇ＝３０ｋｅＶ）に対するスパッタ率（atoms/ion）は、Ｗ（８．５０７）＞Ｔａ（６．６８１）＞Ｍｏ（６．５９２）＞Ｔｉ（４.１１２）＞Ｓｉ（３．７９３）である。このように、使用しているイオンビームに対して、各材料のスパッタ率が異なる。例えば、Ｗを成膜する場合は、Ｗ膜がイオンビームでスパッタされ易い（すなわち、スパッタ率が大きい）ために、下地が露出している時間が長くなる。このため、下地絶縁膜のスパッタエッチング量が大きくなる。一方、Ｔｉはスパッタ率が小さいので下地の露出時間が短くなる。このため、下地の絶縁膜のスパッタエッチング量は小さくなる。
【００１９】
ここで、図５左は絶縁膜のスパッタエッチング量が小さい材料をＦＩＢ処理で成膜した後の半導体基板の要部断面図、図５右は図５左のＦＩＢ成膜後にＷ膜をＦＩＢ処理で成膜した後の半導体基板の要部断面図である。半導体基板１Ｓは、例えば、Ｓｉからなり、その上の絶縁膜２ｉは、例えば、酸化シリコンからなる。
【００２０】
まず、図５左に示すように、ＦＩＢ（フォーカスイオンビーム：集束され成膜面に焦点が合わせられたイオンビーム）でスパッタ率が小さい材料のパターン（第１の層、第１のフォーカスイオンビーム形成層）３ａを絶縁膜２ｉ上に成膜する。この工程の絶縁膜２ｉのスパッタエッチング量は、この工程を行わずにＷ膜をＦＩＢで絶縁膜２ｉ上に直接形成した場合の絶縁膜２ｉのスパッタエッチング量より小さい。このため、パターン３ａをＦＩＢで形成しても、下地の絶縁膜２ｉへのダメージや削れ（エッチング）を抑制できる。すなわち、Ｗ膜を絶縁膜２ｉ上に直にＦＩＢで形成する場合に比べて絶縁膜２ｉの削れ量（スパッタエッチング量）を小さくすることができる。
【００２１】
その後、ＦＩＢ（集束され成膜面に焦点が合わせられたイオンビーム）でＷ膜のパターン（第２の層、第２のフォーカスイオンビーム形成層）３ｂを下層のパターン３ａ上に成膜し、パターン３ａ，３ｂの積層パターン３を形成する。この上層のＷ膜のパターン３ｂをＦＩＢで成膜する際には、下地の絶縁膜２ｉにダメージを与えないように、上層のＷ膜のパターン３ｂの外周の位置が、下層のパターン３ａの外周より内側に位置するように形成する。すなわち、平面視で、パターン３ａ，３ｂが重なっており、パターン３ｂの領域の方がパターン３ａの領域より小さくなるようにする。このため、上層のＷ膜のパターン３ｂの外周と下層のパターン３ａの外周との間にはオフセット（距離）Ｄｆが設けられている。このオフセットＤｆは、ＦＩＢ装置の合せ精度で決まるので微細化できる。具体的には、オフセットＤｆを下層のパターン３ａの最大幅の１０％以内にできる。すなわち、下層のパターン３ａの外周と、上層のパターン３ｂの外周との間（具体的にはパターン３ａの辺の部分と、その直ぐ内側に隣接するパターン３ｂの辺の部分との間）の長さは、下層のパターン３ａの最大幅の１０％以内である。言い換えると、下層のパターン３ａは、その外周部に、上層のパターン３ｂの外周から、はみ出す部分があり、そのはみ出し部分の長さ（オフセットＤｆ）は、下層のパターン３ａの最大幅の１０％以内である。
【００２２】
このようにスパッタ率が小さい材料をＦＩＢで成膜する場合、ＦＩＢ成膜時の絶縁膜２ｉの削れ量を小さくできる。すなわち、ＦＩＢ（集束され成膜面に焦点が合わせられたイオンビーム）を使用できるので、全体として積層パターン３（パターン３ａ，３ｂ）を微細化できる。また、図３に比べて、下層のパターン３ａのエッジのテールが少ないので、キャパシタ容量の変動を小さくすることができる。
【００２３】
また、図６は図５の積層パターンを隣接して配置した場合を示す半導体基板の要部断面図である。スパッタ率の小さい材料を用いた場合、隣接するパターン３ｂ，３ｂの間隔Ｄ１を図３の間隔Ｄ５０より小さくすることができる。また、オフセットＤｆが長すぎたり短すぎたりすると、隣接するパターン間の容量にバラツキが生じ、デバイスの設計が困難になる。これに対して、本実施の形態では、上記オフセットＤｆが規定されているので、隣接するパターン３ｂ，３ｂ間の容量バラツキを限定することができる。このため、微細加工が要求されるデバイスであってもその設計を容易にすることができる。
【００２４】
（実施の形態１）
＜ＦＩＢ装置の構成例＞
本実施の形態１のＦＩＢ装置の構成例について図７を参照して説明する。図７は本実施の形態１の加工装置の一例の構成図である。
【００２５】
本実施の形態１のＦＩＢ装置（加工装置）５は、ビーム照射部５ａと、処理室５ｂと、ステージ５ｃと、ガス供給部５ｄと、二次電子検出器５ｅと、制御部５ｆと、主駆動部５ｇと、ステージ駆動部５ｈと、表示部５ｉと、記憶部５ｊと、記憶媒体５ｋと、操作部５ｍとを有している。
【００２６】
ＦＩＢ装置５のビーム照射部５ａは、処理室５ｂ内のステージ５ｃ上に載置された半導体基板（基板）１Ｓに対してＦＩＢ５ｉＢを照射する構成部であり、イオン発生部５ａｉと、ビーム光学系５ａｂとを有している。なお、ここでは、ビーム照射部５ａ内のイオンビームをイオンビームｉＢとし、ビーム照射部５ａから放射されたイオンビームをＦＩＢ５ｉＢとする。
【００２７】
イオン発生部５ａｉは、イオンビームｉＢを発生させる構成部であり、イオン源５ａｇと、引出電極５ａｗと、加速電極５ａｓとを有している。引出電極５ａｗは、イオン源５ａｇからイオンを引き出すための電極である。また、加速電極５ａｓは、引出電極５ａｗによって引き出されたイオンを加速する電極である。
【００２８】
ビーム光学系５ａｂは、イオン発生部５ａｉから放射されたイオンビームｉＢを半導体基板１Ｓの成膜位置まで導く光学系である。このビーム光学系５ａｂには、イオンビームｉＢの放射方向に沿って順に、集束レンズ５ａｆと、ブランキング電極５ａｋと、可変マルチアパーチャ５ａａと、偏向器５ａｐと、対物レンズ５ａｊとが配置されている。
【００２９】
集束レンズ５ａｆは、イオン発生部５ａｉから発生したイオンビームｉＢを集束させるレンズであり、例えば、静電レンズで構成されている。ブランキング電極５ａｋは、集束レンズ５ａｆで集束されたイオンビームｉＢの照射のオンおよびオフを制御する電極である。
【００３０】
可変マルチアパーチャ５ａａは、オン時のイオンビームｉＢの電流を選択的に制限する構成部である。可変マルチアパーチャ５ａａは、径が異なる複数の絞り孔を備えており、イオンビームｉＢの経路上に配置される絞り孔を切り替えることでイオンビームｉＢの電流を選択的に制限することが可能になっている。
【００３１】
偏向器５ａｐは、可変マルチアパーチャ５ａａによって電流が選択的に制限されたイオンビームｉＢを偏向する構成部である。この偏向器５ａｐによってイオンビームｉＢを偏向させることで、半導体基板１Ｓの主面内において、イオンビームｉＢを二次元的に走査させることができる。対物レンズ５ａｊは、イオンビームｉＢの焦点を半導体基板１Ｓの主面上の成膜面（成膜位置）に合せるためのレンズであり、例えば、静電レンズによって構成されている。
【００３２】
ＦＩＢ装置５の処理室５ｂは、排気系（図示せず）と機械的に接続されており、処理室５ｂ内を高真空度に保つことが可能になっている。また、処理室５ｂには、処理室５ｂ内の真空度（圧力）を計測するための真空計（図示せず）が設置されている。また、処理室５ｂには、ロードロック室や搬送ロボット（図示せず）等が設置されており、これにより半導体基板１Ｓを処理室５ｂ内に搬入したり、処理室５ｂ内の半導体基板１Ｓを外部に搬出したりすることが可能になっている。
【００３３】
処理室５ｂ内のステージ５ｃは、半導体基板１Ｓを載置する台であり、水平方向（Ｘ方向およびこれに直交するＹ方向）および軸方向（Ｘ，Ｙに直交するＺ方向）に移動可能な他、回転方向に回転したり、チルト方向に傾斜したりすることが可能になっている。なお、半導体基板１Ｓは、ホルダ（図示せず）に保持された状態でステージ５ｃ上に載置される。
【００３４】
ガス供給部５ｄは、原料ガス（プリカーサ）を半導体基板１Ｓの主面上の成膜領域に吹き付ける構成部である。この原料ガスの吹付領域に、ＦＩＢ５ｉＢを照射すると、半導体基板１Ｓの表面から放出された２次電子と原料ガスが反応し成膜が起こる。これにより、ＦＩＢ５ｉＢの照射領域に所望のパターンを形成することができる。
【００３５】
二次電子検出器５ｅは、ＦＩＢ５ｉＢが半導体基板１Ｓに照射したときに発生した二次電子を検出する検出器であり、例えば、シンチレータと光電子増倍管とを有している。二次電子検出器５ｅは制御部５ｆと電気的に接続されており、二次電子検出器５ｅで検出された信号は、ＦＩＢ５ｉＢの走査信号と同期された画像データとして制御部５ｆに送られる。二次電子検出器５ｅから送られた信号は制御部５ｆで画像処理（ＳＩＭ（Scanning Ion Microscope）像等を生成する処理）されて表示部５ｉに表示される。表示部５ｉは、制御部５ｆで生成された画像（ＳＩＭ画像等）を表示する表示装置であり、例えば、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）またはＣＲＴ（Cathode Ray Tube）で構成されている。
【００３６】
制御部５ｆは、記憶媒体５ｋのプログラムに従って、各種の制御や計算を実施する。すなわち、制御部５ｆは、主駆動部５ｇおよびステージ駆動部５ｈを通じて、ビーム照射部５ａ、ガス供給部５ｄおよびステージ５ｃの各種動作を制御する。そして、制御部５ｆは、ビーム照射部５ａを制御して、半導体基板１Ｓの主面上に所望のパターンを形成する。本実施の形態１では、制御部５ｆは、上記した下層のパターン３ａ（図５参照）をＦＩＢで形成する第１制御と、上層のパターン３ｂ（図５参照）をＦＩＢで形成する第２制御とを行うようになっている。
【００３７】
主駆動部５ｇは、ビーム照射部５ａおよびガス供給部５ｄを電気的および機械的に駆動する構成部である。主駆動部５ｇは、制御部５ｆと電気的に接続されており、制御部５ｆによって制御される。ステージ駆動部５ｈは、ステージ５ｃを駆動させる構成部である。ステージ駆動部５ｈは、制御部５ｆと電気的に接続されており、制御部５ｆによって制御される。
【００３８】
記憶部５ｊは、制御部５ｆのワーク領域（作業領域）となるメモリ領域で、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）により構成されている。記憶部５ｊは、制御部５ｆの各種の制御や計算を実施するためのプログラムやデータ等を記憶するために使用される。また、記憶部５ｊは、各種プログラムに従って算出した算出結果等を一時的に記憶するためにも使用される。記憶部５ｊには、例えば、ＦＩＢによる成膜処理時の処理条件（フォーカス条件、スポット径、電流量および加速エネルギー等）、各種パターン（上記下層のパターン３ａおよび上層のパターン３ｂ）のビーム照射範囲（位置座標）および成膜時間（ＦＩＢ照射時間）等のような各種の情報が記録される。
【００３９】
記憶媒体５ｋは、コンピュータにより読み取り可能な媒体であり、プログラムやデータ等が格納される。記憶媒体５ｋは、例えば、光ディスク（ＣＤ，ＤＶＤ）、光磁気ディスク（ＭＯ）、磁気ディスク、ハードディスク、磁気テープまたはＲＯＭ（Read Only Memory）等により構成されている。記憶媒体５ｋは、制御部５ｆの各部としてコンピュータを機能させるためのプログラムを記憶することができる。
【００４０】
操作部５ｍは、操作に応じた操作信号を制御部５ｆに入力する入力装置であり、例えば、ボタン、キーボード、タッチパネル型ディスプレイまたはマイク等で構成される。
【００４１】
このようなＦＩＢ装置５は、半導体基板１Ｓの主面上にガス供給部５ｄを通じて原料ガスを供給し、そのガス供給領域に、ビーム照射部５ａによってＦＩＢ５ｉＢを走査させることで、ＦＩＢ５ｉＢの走査領域に所望のパターンを形成することができる。
【００４２】
＜成膜方法の一例＞
本実施の形態１のＦＩＢ成膜方法（加工方法）の一例について図７〜図１０を参照して説明する。図８は本実施の形態１のＦＩＢ成膜方法の一例のフローチャート、図９および図１０は本実施の形態１のＦＩＢ成膜工程中の半導体基板の要部断面図である。
【００４３】
まず、図９に示すように、半導体基板１Ｓ上の絶縁膜２ｉ上に、例えば、Ｔｉ（Ｔｉを主成分として含む金属）からなる下層のパターン（第１の層、第１のフォーカスイオンビーム形成層：上記パターン３ａに相当）３ａｍをＦＩＢ５ｉＢで形成する（図８のＳ１００）。すなわち、絶縁膜２ｉの上面に、ガス供給部５ｄから原料ガス（プリカーサ：第１の原料ガス）を吹き付け、その原料ガスの吹付領域の成膜領域にＦＩＢ（集束され成膜面に焦点が合わせられたイオンビーム）５ｉＢを照射して、ビーム照射領域に下層のパターン３ａｍを選択的に形成する。
【００４４】
具体的には、図７に示すように、ＦＩＢ装置５の制御部５ｆは、記憶部５ｊの情報に基づいて、ビーム照射部５ａを制御することで、ガス供給部５ｄから原料ガスを吹き付け、その吹付領域にＦＩＢ５ｉＢを照射し、パターン３ａｍ（図９参照）を形成する（第１制御）。このとき、制御部５ｆは、集束レンズ５ａｆで集束したイオンビームｉＢの焦点を対物レンズ５ａｊで絶縁膜２ｉの上面の成膜面に合せた状態にする。これにより、ＦＩＢ５ｉＢの照射領域（走査領域）にＴｉを堆積させて下層のパターン３ａｍを形成する。
【００４５】
このＦＩＢ成膜時のイオン源は、例えば、ＧａまたはＸｅである。原料ガスは、例えば、四塩化チタン（ＴｉＣｌ４）または硝酸チタン（Ｔｉ（ＮＯ３）４）である。ＦＩＢ５ｉＢのスポット径は、例えば、１００ｎｍ〜数μｍ程度である。ＦＩＢ成膜時の電流量は、例えば、０．１μＡ〜１μＡ程度、加速エネルギーは、例えば、２０ｋｅＶ〜３０ｋｅＶ程度である。ステージ５ｃの温度は常温（例えば、２０℃〜３０℃）である。パターン３ａｍの厚さは、例えば、５０ｎｍ以下である。なお、上記した「主成分」とは、部材の構成材料の中で最も多く含有されている材料のことをいう。本明細書の「主成分」という言葉の意図は、例えば、部材が基本的に主成分（ここではＴｉ等）で構成されているが、部材中に他の不純物（材料、成分）を含む場合を排除しないことを意味している。
【００４６】
このようなＦＩＢによるＴｉ膜の成膜では、上記したように、Ｔｉのスパッタ率（削れ量）が小さいため、下地の絶縁膜２ｉ表面は直ぐにＴｉで被覆される。従って、パターン３ａｍをＦＩＢ５ｉＢで形成しても、下地の絶縁膜２ｉへのダメージや削れを抑制できる。また、パターン３ａｍをＦＩＢ５ｉＢで形成できるので、寸法精度の高い微細なパターン３ａｍを形成できる。
【００４７】
次いで、図１０に示すように、下層のパターン３ａｍ上に、例えば、Ｗ（Ｗを主成分として含む金属）からなる上層のパターン（第２の層、第２のフォーカスイオンビーム形成層：上記パターン３ｂに相当）３ｂｍをＦＩＢ５ｉＢで形成する（図８のＳ１０１）。すなわち、下層のパターン３ａｍの上面に、ガス供給部５ｄから原料ガス（プリカーサ：第２の原料ガス）を吹き付け、その原料ガスの吹付領域の成膜領域にＦＩＢ（集束され成膜面に焦点が合わせられたイオンビーム）５ｉＢを照射して、ビーム照射領域に上層のパターン３ｂｍを選択的に形成する。
【００４８】
具体的には、図７に示すように、ＦＩＢ装置５の制御部５ｆは、記憶部５ｊの情報に基づいて、ビーム照射部５ａを制御することで、ガス供給部５ｄから原料ガスを吹き付け、その吹付領域にＦＩＢ５ｉＢを照射し、パターン３ｂｍ（図１０参照）を形成する（第２制御）。このとき、制御部５ｆは、集束レンズ５ａｆで集束したイオンビームｉＢの焦点を対物レンズ５ａｊでパターン３ａｍ（図１０参照）の上面の成膜面に合せた状態にする。これにより、ＦＩＢ５ｉＢの照射領域（走査領域）にＷを堆積させて上層のパターン３ｂｍを形成し、パターン３ａｍ上にパターン３ｂｍが積層された積層パターン３を形成する。
【００４９】
この上層のパターン３ｂｍの成膜処理において制御部５ｆは、下地の絶縁膜２ｉにダメージを与えないように、上層のＷ膜のパターン３ｂｍが下層のＴｉ膜のパターン３ａｍから、はみ出さないようにする。すなわち、上層のパターン３ｂｍの外周の位置が、下層のパターン３ａｍの外周より内側に位置するように制御する（平面視で、上層のパターン３ｂｍの領域＜下層のパターン３ａｍの領域となるように制御する：図８の♯１）。そして、制御部５ｆは、上層のパターン３ｂｍの外周と、下層のパターン３ａｍの外周との間のオフセットＤｆが、下層のパターン３ａｍの最大幅の１０％以内となるように制御する（図８の♯２）。
【００５０】
この上層のパターン３ｂｍのＦＩＢ成膜時の原料ガスは、例えば、ヘキサカルボニルタングステン（Ｗ（ＣＯ）６）である。パターン３ｂｍの厚さは、例えば、３００〜５００ｎｍである。なお、このＦＩＢ成膜時のイオン源、ＦＩＢ５ｉＢのスポット径は、ＦＩＢ成膜時の電流量、加速エネルギーおよびステージ５ｃの温度は、下層のパターン３ａｍの場合と同じである。
【００５１】
このようなＦＩＢによるＷ膜の成膜では、Ｗ膜の下層にパターン３ａｍが形成されているので、下地の絶縁膜２ｉへのダメージや削れを抑制できる。また、上層のパターン３ｂｍをＦＩＢ５ｉＢで形成できるので、寸法精度の高い微細なパターン３ｂｍを形成することができる。したがって、積層パターン３を並べて配置した場合も隣接するパターン３ｂｍの間隔を図３の場合に比べて小さくすることができる。また、上記オフセットＤｆが規定されているため、隣接するパターン３ｂ，３ｂ間の容量バラツキを限定することができる。したがって、デバイスの設計を容易にすることができる。
【００５２】
＜半導体装置の一例＞
次に、上記ＦＩＢ成膜方法によって形成された半導体装置の一例について図１１および図１２を参照して説明する。図１１は本実施の形態１の半導体装置の一例の要部平面図、図１２は図１１のＩ-Ｉ線の断面図である。
【００５３】
ここでは、半導体装置の一例としてＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）型のキャパシタＣｍが示されている。このキャパシタＣｍは、半導体基板１Ｓを下部電極、積層パターン３を上部電極、それらの間の絶縁膜２ｉを容量絶縁膜として有している。積層パターン３の下層のパターン３ａｍの平面寸法は、例えば、１００μｍ×１００μｍ程度である。また、上層のパターン３ｂｍの外周と下層のパターン３ａｍの外周との間の長さ（オフセットＤｆ）は、下層のパターン３ａｍの最大幅の１０％以内である。なお、この場合、下層のパターン３ａは平面視で正方形なので、パターン３ａの最大幅は、パターン３ａの四辺のどの辺の幅としても良い。
【００５４】
本実施の形態１では、Ｗ膜をＦＩＢで絶縁膜２ｉ上に直接形成する場合に比べて絶縁膜２ｉの削れ量を小さくできるので、キャパシタＣｍの容量絶縁膜の絶縁耐性を向上させることができる。したがって、キャパシタＣｍの電気的特性および信頼性を向上させることができる。
【００５５】
（変形例１）
次に、前記実施の形態１の変形例１のＦＩＢ成膜方法（加工方法）の一例について図７、図８、図１３および図１４を参照して説明する。図１３および図１４は変形例１のＦＩＢ成膜工程中の半導体基板の要部断面図である。
【００５６】
まず、図１３に示すように、半導体基板１Ｓ上の絶縁膜２ｉ上に、例えば、酸化シリコン（Ｓｉを主成分として含む膜）からなる下層のパターン（第１の層、第１のフォーカスイオンビーム形成層：上記パターン３ａに相当）３ａｓを上記パターン３ａｍ，３ｂｍと同様にＦＩＢ５ｉＢで選択的に形成する（図８のＳ１００）。この酸化シリコンからなる下層のパターン３ａｓは、この後の上層のパターン３ｂｍを形成する際の犠牲膜または下地保護膜としての機能を有している。なお、制御部５ｆの制御は上記の下層のパターン３ａｍの場合と同じである。
【００５７】
この下層のパターン３ａｓのＦＩＢ成膜時の原料ガスは、例えば、ＴＥＯＳ、ＴＭＣＴＳ（テトラメチルシクロテトラシロキサン：ＨＳｉＣＨ３Ｏ４）またはＯＭＣＴＳ（オクタメチルシクロテトラシロキサン：Ｃ８Ｈ２４Ｏ４Ｓｉ４）等のような環状シロキサンである。パターン３ａｓの厚さは、例えば、５０ｎｍ以下である。なお、このＦＩＢ成膜時のイオン源、ＦＩＢ５ｉＢのスポット径は、ＦＩＢ成膜時の電流量、加速エネルギーおよびステージ５ｃの温度は、上記した下層のパターン３ａｍの場合と同じである。
【００５８】
このようなＦＩＢ５ｉＢによる酸化シリコン膜の成膜処理では、上記したように、絶縁膜３ａｓのスパッタ率が小さいため、下地の絶縁膜２ｉの表面は瞬時に絶縁膜３ａｓで被覆される。すなわち、パターン３ａｓをＦＩＢ５ｉＢで形成しても、下地の絶縁膜２ｉへのダメージや削れを抑制できる。また、パターン３ａｓをＦＩＢ５ｉＢで形成できるので、寸法精度の高い微細なパターン３ａｓを形成できる。
【００５９】
次いで、図１４に示すように、下層のパターン３ａｓ上に、例えば、Ｗ（Ｗを主成分として含む金属）からなる上層のパターン３ｂｍを上記と同様にＦＩＢ５ｉＢで選択的に形成する（図８のＳ１０１）。この場合の制御部５ｆの制御も上記と同じである。そして、この場合も、制御部５ｆは、下地の絶縁膜２ｉにダメージを与えないように、上層のＷ膜のパターン３ｂｍが下層の酸化シリコン膜のパターン３ａｓから、はみ出さないようにする。すなわち、上層のパターン３ｂｍの外周が下層のパターン３ａｓの外周より内側に位置するように制御する（平面視で、上層のパターン３ｂｍの領域＜下層のパターン３ａｓの領域となるように制御する：図８の♯１）。そして、制御部５ｆは、上層のＷ膜のパターン３ｂｍの外周と下層のパターン３ａｓの外周との間の長さ（オフセットＤｆ）が下層のパターン３ａｓの最大幅の１０％以内となるように制御する（図８の♯２）。
【００６０】
このようにして、絶縁膜２ｉ上に、酸化シリコン膜からなるパターン３ａｓと、その上のＷ膜からなるパターン３ｂｍとの積層パターンを形成する。この場合も、上層のパターン３ｂｍの外周と下層のパターン３ａｓの外周との間の長さ（オフセットＤｆ）は、パターン３ａｓの最大幅の１０％以内である。
【００６１】
このようなＦＩＢ５ｉＢによるＷ膜の成膜では、Ｗ膜の下層にパターン３ａｓが形成されているので、パターン３ａｓにダメージや削れが生じるものの、下地の絶縁膜２ｉへのダメージや削れを抑制できる。このため、素子の電気的特性等を向上させることができる。
【００６２】
また、上層のパターン３ｂｍをＦＩＢ５ｉＢで形成できるので、上記と同様に寸法精度の高い微細なパターン３ｂｍを形成できる。したがって、パターン３ｂｍを並べて配置した場合も隣接するパターン３ｂｍの間隔を図３の場合より小さくすることができる。
【００６３】
（変形例２）
次に、前記変形例１の変形例のＦＩＢ成膜方法（加工方法）の一例について図７、図８、図１５および図１６を参照して説明する。図１５および図１６は変形例２のＦＩＢ成膜工程中の半導体基板の要部断面図である。
【００６４】
まず、図１５に示すように、半導体基板１Ｓ上の絶縁膜２ｉ上に下層のパターン３ａｓを上記と同様にＦＩＢ５ｉＢで選択的に形成する（図８のＳ１００）。ここで、下層のパターン３ａｓの厚さＺ１は、下層のパターン３ａｓを形成せずにＷ膜（パターン３ｂｍ）を絶縁膜２ｉ上にＦＩＢで直接成膜した場合に絶縁膜２ｉが削られる分の厚さ（深さ）に設定されている。これ以外は前記変形例１と同じである。
【００６５】
次いで、図１６に示すように、下層のパターン３ａｓ上に上層のパターン３ｂｍを上記と同様にＦＩＢ５ｉＢで選択的に形成する（図８のＳ１０１）。この際、パターン３ｂｍの形成領域内において、下層のパターン３ａｓが削られ、下地の絶縁膜２ｉの上面が露出される。このため、Ｗ膜からなるパターン３ｂｍは、下地の絶縁膜２ｉに接した状態で絶縁膜２ｉ上に形成される。これ以外は、前記変形例１と同じである。
【００６６】
このように変形例２では、下地の絶縁膜２ｉのダメージや削れを抑制しつつ、下地の絶縁膜２ｉ上にパターン３ｂｍを直接形成することができる。これ以外の効果は、前記変形例１と同じである。
【００６７】
＜変形例２の半導体装置の一例＞
次に、変形例２のＦＩＢ成膜技術を適用して製造された半導体装置の一例について図１７および図１８を参照して説明する。図１７は変形例２の半導体装置の一例の平面図、図１８は図１７のＩＩ−ＩＩ線の断面図である。
【００６８】
半導体基板１Ｓの主面上には、例えば、酸化シリコンからなる絶縁膜２ｉｉが形成されている。この絶縁膜２ｉｉ上には、例えば、アルミニウムを主成分とする配線７Ｌ１，７Ｌ２が互いに分離された状態で形成されている。
【００６９】
また、絶縁膜２ｉｉ上には、配線７Ｌ１，７Ｌ２を被覆するように絶縁膜２ｉが形成されている。この絶縁膜２ｉには、配線７Ｌ１，７Ｌ２の上面一部が露出する接続孔８，８が形成されており、その接続孔８，８の内部には、例えば、Ｗを主成分とするプラグ７Ｐ１，７Ｐ２が埋め込まれている。
【００７０】
このプラグ７Ｐ１，７Ｐ２は、上記したパターン３ｂｍに接合され、パターン３ｂｍを通じて互いに電気的に接続されている。すなわち、配線７Ｌ１，７Ｌ２は、プラグ７Ｐ１，７Ｐ２およびパターン３ｂｍを通じて電気的に接続されている。
【００７１】
この構造の場合、変形例１の成膜方法を適用すると、パターン３ｂｍの下層に絶縁膜のパターン３ａｓが残されるので、パターン３ｂｍをプラグ７Ｐ１，７Ｐ２に接触させることができない。すなわち、プラグ７Ｐ１，７Ｐ２同士を電気的に接続できない。
【００７２】
これに対して、変形例２の成膜方法を適用した場合、パターン３ｂｍの下層に絶縁膜のパターン３ａｓが残されないので、パターン３ｂｍをプラグ７Ｐ１，７Ｐ２に接触させることができる。すなわち、プラグ７Ｐ１，７Ｐ２同士を電気的に接続できる。したがって、配線７Ｌ１，７Ｌ２を、プラグ７Ｐ１，７Ｐ２およびパターン３ｂｍを通じて電気的に接続できる。
【００７３】
この場合、平面視での下層のパターン３ａｓの形状が長方形（帯状）であるが、上層のパターン３ｂｍの外周と下層のパターン３ａｓの外周との間の長さ（オフセットＤｆ）は、下層のパターン３ａｓの最大幅の１０％以内である。ここでは、例えば、オフセットＤｆが、下層のパターン３ａｓの最大幅に合わせてパターン３ａの最大幅側と最少幅側とで同じである。ただし、この場合は、オフセットＤｆの長さを、下層のパターン３ａｓの最大幅側と最少幅側とで変えても良い。例えば、下層のパターン３ａｓの最少幅側のオフセットＤｆを下層のパターン３ａｓの最少幅の１０％以内とし、下層のパターン３ａｓの最大幅側のオフセットＤｆより短くしても良い。
【００７４】
また、変形例２のＦＩＢ成膜技術は、例えば、図１１および図１２で説明したＭＯＳ型のキャパシタＣｍの上部電極を形成する場合に適用することが好ましい。キャパシタＣｍの上部電極（パターン３ｂｍ）の形成時に変形例２のＦＩＢ成膜方法を適用することにより、キャパシタＣｍの容量絶縁膜の絶縁耐性を確保しつつ、キャパシタＣｍの容量絶縁膜（絶縁膜２ｉ）の厚さを高い精度で設定することができる。
【００７５】
（実施の形態２）
＜発明者の検討＞
図１９はＷ（ＣＯ）６で成膜されるＷ膜が下地絶縁膜の膜厚に依存することを示すグラフ図である。縦軸はＷ膜の厚さＴＨ-Ｗ、横軸は下地絶縁膜の厚さＴＨ-ＳｉＯである。符号のＢ１，Ｂ２はイオンビームの種類を示している。この図１９からＷ（ＣＯ）６によるＷ膜の成膜は、下地の絶縁膜（酸化シリコン膜）の膜厚に依存することが分る。これは下地材料によって異なり、熱伝導率が小さい材料（熱が逃げ難い材料）の上では、Ｗ膜の成膜速度が速くなる。すなわち、Ｗ膜の成膜速度が速くなるので、下地材料の削れ量を大幅に抑制できる。
【００７６】
ここで、Ｗ（ＣＯ）６は、約１００℃以下の低温では，材料が下地表面に吸着するだけで成膜は起こらない。これに対して、１１０℃以上になると、Ｗ（ＣＯ）６の「-ＣＯ」が解離して成膜が起こり始める（ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）モード）。一方、Ｓｉ基板のように熱伝導率が大きければ、基板表面温度の上昇が抑制されるため成膜は起こらない。
【００７７】
この現象を利用することで、上記した課題を解決できる。すなわち、Ｗ膜を成膜する際に、ＣＶＤ反応をアシストすることで、Ｗ膜の成膜速度を大きくする。具体的には、ＦＩＢの照射領域の温度だけが、原料ガス（ここでは、例えば、Ｗ（ＣＯ）６）の分解温度以上になるようにする。なお、Ｗ（ＣＯ）６の分解温度とは、Ｗと他の元素との結合が切れるときの温度である。
【００７８】
図２０は一般的なＦＩＢによる成膜時のＦＩＢのパルス幅ＰＷ（横軸）とＦＩＢ照射領域の温度ＴＥ（縦軸）との関係を示すグラフ図である。符号ＤＴは原料ガスの分解温度を示している。Ｗ膜の原料ガス（プリカーサ）であるＷ（ＣＯ）６の分解温度ＤＴは、例えば、１１０℃〜１４０℃程度である。ＦＩＢのイオン電流密度が小さく、かつ、パルス幅が長い場合は、ＦＩＢ照射領域での温度がＷ（ＣＯ）６の分解温度ＤＴに達せず、Ｗ（ＣＯ）６の分解が進まない（温度は発熱と放熱の平衡状態となる）。
【００７９】
一方、図２１は本実施の形態２のＦＩＢによる成膜時のＦＩＢのパルス幅ＰＷ（横軸）とＦＩＢ照射領域の温度ＴＥ（縦軸）との関係例を示すグラフ図である。この場合、ＦＩＢのイオン電流密度を大きくし、かつ、パルス幅（１ショットのビームの照射時間）を著しく短くすることでＦＩＢの照射領域の温度を原料ガス（Ｗ（ＣＯ）６）の分解温度ＤＴ以上にしている。これにより、Ｗ膜の成膜速度を速めることができるので、下地の絶縁膜のダメージや削れを抑制することができる（放熱より発熱の方が大きいため温度が上昇する）。
【００８０】
ところで、図２１の例では、上記のようにＦＩＢ照射領域の温度を原料ガスの分解温度以上とするために、ＦＩＢのイオン電流密度とパルス幅とを制御しているが、他の方法として、基板を載置するステージ温度を上昇させる（基板を加熱する）ことでも達成できる。
【００８１】
図２２はＦＩＢの照射時間Ｔｂ（横軸）と基板表面の温度Ｔｓとの関係を示すグラフ図である。破線はステージ温度が室温の場合を示している。下段の破線は基板がＳｉ基板単体の場合、上段の破線は基板がＳｉ基板上に酸化シリコン膜が積層された場合を示している。また、実線はステージ温度を上昇させた場合を示している。下段の実線は基板がＳｉ基板単体の場合を示し、上段の実践は基板がＳｉ基板上に酸化シリコン膜が積層された場合を示している。
【００８２】
この図２２からステージ温度を上昇させると、基板がＳｉ基板であってもＦＩＢ照射領域の温度が原料ガスの分解温度以上に到達することがわかる。また、ステージ温度を上昇させない場合に比べて、ＦＩＢ照射領域の温度が原料ガスの分解温度以上に到達するまでの時間を短縮できることが分る。すなわち、ＦＩＢを照射してからＷ膜が堆積し始めるまでの時間を大幅に短縮できる。
【００８３】
図２３はステージ温度を上昇させた場合の本実施の形態２のＦＩＢによる成膜時のＦＩＢのパルス幅ＰＷ（横軸）とＦＩＢ照射領域の温度ＴＥ（縦軸）との関係の一例を示すグラフ図である。この場合、イオン電流密度やパルス幅は一般的な場合と同じでも、ＦＩＢ照射領域の温度を原料ガスの分解温度以上にすることができるので、Ｗ膜の成膜速度を図２０の場合より大きくすることができる。したがって、下地の絶縁膜のダメージや削れを抑制することができる。
【００８４】
また、図２４はステージ温度を上昇させた場合の本実施の形態２のＦＩＢによる成膜時のＦＩＢのパルス幅ＰＷ（横軸）とＦＩＢ照射領域の温度ＴＥ（縦軸）との関係の他の例を示すグラフ図である。この場合、ＦＩＢの照射領域の温度を図２１の場合より速く原料ガスの分解温度以上にすることができるので、Ｗ膜の成膜速度を図２１の場合より大きくすることができる。したがって、下地の絶縁膜のダメージや削れを図２１の場合よりも抑制することができる。
【００８５】
＜実施の形態２のＦＩＢ装置の構成例＞
本実施の形態２のＦＩＢ装置の構成例について図２５を参照して説明する。図２５は本実施の形態２の加工装置の一例の構成図である。
【００８６】
本実施の形態２のＦＩＢ装置（加工装置）５においては、半導体基板１Ｓを載置するステージ５ｃに、半導体基板１Ｓを加熱するための加熱部５ｎが設置されている。加熱部５ｎは、例えば、抵抗発熱体を備える抵抗加熱型の加熱装置からなり、制御部５ｆと電気的に接続されている。加熱部５ｎとしてランプ加熱（光加熱）式の加熱装置を用いても良い。
【００８７】
また、ステージ５ｃには、ステージ温度を計測するための温度計測器５ｐが設置されている。温度計測器５ｐは、例えば、熱電対を備えており、制御部５ｆと電気的に接続されている。制御部５ｆは、温度計測器５ｐで計測された温度情報に基づいて加熱部５ｎの加熱温度（すなわち、ステージ温度および半導体基板１Ｓの温度）を調節（制御）することが可能になっている。
【００８８】
なお、本実施の形態２のＦＩＢ装置５では、ＦＩＢ成膜条件（例えば、下地絶縁膜の種類や厚さ等を含む）を入力すると、ビーム照射部５ａの制御条件（イオン電流密度およびパルス幅）およびステージ温度を自動的に最適な値に設定することが可能になっている。
【００８９】
本実施の形態２のＦＩＢ装置５の制御部５ｆは、ＦＩＢ５ｉＢによる成膜処理に先立って、ステージ５ｃを加熱部５ｎによって加熱する制御を実施する。これにより、ＦＩＢ５ｉＢでの成膜処理に際して、ＦＩＢ５ｉＢの照射領域の温度を、より速く原料ガスの分解温度以上にすることができるので、成膜速度をより大きくすることができる。その結果、下地の絶縁膜２ｉにダメージや削れが発生するのを抑制することができる。これ以外の構成や効果は、図７で説明したのと同じである。
【００９０】
＜成膜方法の一例＞
本実施の形態２のＦＩＢ成膜方法（加工方法）の一例について説明する。図２６は本実施の形態２のＦＩＢ成膜工程中の半導体基板の要部断面図である。
【００９１】
まず、半導体基板１Ｓ上の絶縁膜２ｉ上に、例えば、Ｗ（Ｗを主成分として含む金属）からなるパターン３ｃをＦＩＢ５ｉＢで形成する。すなわち、絶縁膜２ｉの上面に、ガス供給部５ｄから原料ガス（プリカーサ）を吹き付け、その原料ガスの吹付領域の成膜領域にＦＩＢ（集束され成膜面に焦点が合わせられたイオンビーム）５ｉＢを照射することでビーム照射領域にパターン３ｃを選択的に形成する。
【００９２】
具体的には、図２５に示すように、ＦＩＢ装置５の制御部５ｆは、記憶部５ｊの情報に基づいて、ビーム照射部５ａを制御することで、ガス供給部５ｄから原料ガスを吹き付け、その吹付領域にＦＩＢ５ｉＢを照射する。このとき、制御部５ｆは、集束レンズ５ａｆで集束したイオンビームｉＢの焦点を対物レンズ５ａｊで絶縁膜２ｉの上面の成膜面に合せた状態にする。これにより、ＦＩＢ５ｉＢの照射領域（走査領域）にＷを堆積させてパターン３ｃを形成する。なお、このＦＩＢ成膜時の、原料ガス、イオン源、ＦＩＢ５ｉＢのスポット径は、ＦＩＢ成膜時の電流量および加速エネルギーは、上層のパターン３ｂｍの場合と同じである。パターン３ｃの厚さもパターン３ｂｍの厚さと同じである。
【００９３】
また、本実施の形態２では、上記ＦＩＢ５ｉＢによる成膜処理に際して、ＦＩＢ５ｉＢの照射領域の温度が原料ガスの分解温度以上になるようにする。すなわち、ＦＩＢ装置５の制御部５ｆは、図２１で説明したように、ビーム照射部５ａを制御してイオン電流密度およびパルス幅を調整（制御）することで、ＦＩＢ５ｉＢの照射領域の温度がＷ（ＣＯ）６の分解温度以上になるようにする。これにより、Ｗ膜の成膜速度をより大きくすることができるので、下地の絶縁膜２ｉにダメージや削れが発生するのを抑制することができる。
【００９４】
また、ビーム照射領域の温度を原料ガスの分解温度以上にするための他の例として、ＦＩＢ５ｉＢの照射に先立って、ＦＩＢ装置５のステージ５ｃを加熱部５ｎで加熱して半導体基板１Ｓを加熱しても良い。これにより、図２３で説明したように、ＦＩＢ５ｉＢによる成膜処理に際してＦＩＢ５ｉＢの照射領域の温度を、より速く原料ガスの分解温度以上にすることができるので、Ｗ膜の成膜速度をより大きくすることができる。したがって、下地の絶縁膜２ｉにダメージや削れが発生するのをより抑制することができる。
【００９５】
ここでは、ステージ５ｃの温度を、例えば、８０℃以上、１００℃以下としている。８０℃より低いと、成膜開始が遅くなるので、成膜時の下地の絶縁膜２ｉへの影響が懸念される。また、１００℃より高いと、ＦＩＢ５ｉＢを照射していない領域まで原料ガスの分解温度に近くなり、ビーム照射領域以外で成膜が生じることが懸念されるからである。
【００９６】
また、ビーム照射領域の温度を原料ガスの分解温度以上にするために、ＦＩＢ装置５のビーム照射部５ａと加熱部５ｎとの両方を制御しても良い。すなわち、ＦＩＢ５ｉＢの照射に先立って、ＦＩＢ装置５のステージ５ｃを加熱部５ｎで加熱して半導体基板１Ｓの温度を上げておくとともに、ＦＩＢ５ｉＢの照射時にはビーム照射部５ａを制御してイオン電流密度およびパルス幅を調整（制御）する。これにより、図２４で説明したように、ＦＩＢ５ｉＢによる成膜処理に際してＦＩＢ５ｉＢの照射領域の温度を、より一層速く原料ガスの分解温度以上にすることができるので、Ｗ膜の成膜速度をより一層大きくすることができる。したがって、下地の絶縁膜２ｉにダメージや削れが発生するのをよりより一層抑制することができる。
【００９７】
（実施の形態２の変形例１）
実施の形態２のＦＩＢ成膜技術は、前記実施の形態１で説明した上層のパターン３ｂｍの形成時にも適用できる。すなわち、図１０に示したように、下層のパターン３ａｍ上にパターン３ｂｍを形成する際に、ビーム照射領域の温度がＷ（ＣＯ）６の分解温度以上になるように、ビーム照射部５ａ（イオン電流密度およびパルス幅）を制御するか、加熱部５ｎを制御するか、または、その両方を制御する。
【００９８】
この場合、パターン３ｂｍの成膜時に下層のパターン３ａｍへのダメージや削れを抑制できるので、積層パターン３の信頼性を前記実施の形態１の場合より向上させることができる。なお、Ｔｉは温度による影響を受けないので、加熱部５ｎによる制御を実施する場合は、Ｔｉ膜（下層のパターン３ａｍ）を形成する前の準備段階から加熱部５ｎによるステージ５ｃ（すなわち、半導体基板１Ｓ）の加熱を開始しても良い。上層のパターン３ｂｍの成膜直前にステージ５ｃの加熱を開始するとステージ温度が目的の温度で安定するまでに時間がかかるので、上層のパターン３ｂの成膜のためのＦＩＢ照射開始が遅れる。これに対して、下層のパターン３ａｍの成膜前からステージ５ｃを加熱することで、下層のパターン３ａｍの成膜時にはステージ温度が既に目的の温度に達しているので、下層のパターン３ａｍの成膜後、比較的早い時期に上層のパターン３ｂｍの成膜のためのＦＩＢ照射を開始することができる。
【００９９】
また、図２７は本実施の形態２のＦＩＢ成膜技術で形成された積層パターンの変形例を示す半導体基板の要部断面図である。本実施の形態２のＦＩＢ成膜技術で、下層のパターン３ａｍ上に上層のパターン３ｂｍを形成する場合、上層のパターン３ｂｍの成膜時に下地の絶縁膜２ｉにダメージや削れが発生するのを抑制できる。このため、図２７に示すように、上層のパターン３ｂｍの外周が下層のパターン３ａｍの外周より外側にはみ出す構成にすることもできる。この場合は、仕事関数をＴｉ膜（下層のパターン３ａｍ）で決まる値に設定できる。
【０１００】
また、本実施の形態２のＦＩＢ成膜技術は、前記実施の形態１の変形例１で説明した上層のパターン３ｂｍの形成時にも適用できる。
【０１０１】
なお、本発明は上記した実施の形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施の形態は発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施の形態の構成の一部を他の実施の形態の構成に置き換えることが可能である。また、ある実施の形態の構成に他の実施の形態の構成を加えることも可能である。また、各実施の形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【０１０２】
また、本明細書において「電極」や「配線」の用語は、これらの構成要素を機能的に限定するものではない。例えば、「電極」は「配線」の一部として用いられることがあり、その逆もまた同様である。さらに、「電極」や「配線」の用語は、複数の「電極」や「配線」が一体となって形成されている場合等も含む。
【０１０３】
また、前記実施の形態では、本実施の形態のＦＩＢ加工技術を、ＭＯＳ型のキャパシタや配線接続部に適用した場合について説明したが、これに限定されるものではなく種々適用可能である。例えば、配線断線部の修正に適用できる。また、例えば、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems：半導体装置）における加工技術に適用することもできる。
【０１０４】
また、前記実施の形態では、第１の層または第１のフォーカスイオンビーム形成層を、Ｔｉまたは酸化シリコンとしたが、これに限定されるものではない。
【０１０５】
[付記１]
フォーカスイオンビームを基板に照射するビーム照射部と、
前記基板上に形成された絶縁膜上に原料ガスを供給するガス供給部と、
前記ビーム照射部を制御する制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記フォーカスイオンビームの照射領域の温度が前記原料ガスの分解温度以上になるように制御する、加工装置。
【０１０６】
[付記２]
前記付記１の加工装置において、
前記制御部は、前記フォーカスイオンビームの照射領域の温度が前記原料ガスの分解温度以上になるように前記ビーム照射部を制御する、加工装置。
【０１０７】
[付記３]
前記付記１の加工装置において、
前記基板を加熱する加熱部を備え、
前記制御部は、前記フォーカスイオンビームの照射領域の温度が前記原料ガスの分解温度以上になるように前記加熱部を制御する、加工装置。
【０１０８】
[付記４]
（ａ）基板上に形成された絶縁膜上に第１の原料ガスを供給した状態で、前記第１の原料ガスの供給領域にフォーカスイオンビームを照射することで前記絶縁膜上に第１の層を形成する工程、
（ｂ）前記第１の層上に第２の原料ガスを供給した状態で、前記第２の原料ガスの供給領域に前記フォーカスイオンビームを照射することで前記第１の層上に金属からなる第２の層を形成する工程、
を有し、
前記第２の層の外周は、前記第１の層の外周より内側に位置し、
前記フォーカスイオンビームで成膜中に成膜材料がスパッタエッチングされる割合を示すスパッタ率は、前記第１の層の方が、前記第２の層より小さい、加工方法。
【符号の説明】
【０１０９】
１Ｓ  半導体基板
２ｉ  絶縁膜
２ｉｉ  絶縁膜
３  積層パターン
３ａ，３ａｍ，３ａｓ  パターン
３ｂ，３ｂｍ  パターン
３ｃ  パターン
５  ＦＩＢ装置
５ａ  ビーム照射部
５ｂ  処理室
５ｃ  ステージ
５ｄ  ガス供給部
５ｆ  制御部
５ｊ  記憶部
５ｋ  記憶媒体
５ｎ  加熱部
５ｐ  温度計測器
５ｉＢ  ＦＩＢ
７Ｌ１，７Ｌ２  配線
７Ｐ１，７Ｐ２  プラグ
８  接続孔
ｉＢ  イオンビーム
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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