(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）非エッチングガスを被加工物に供給して、前記被加工物の表面に前記非エッチングガスのガス分子を吸着させる工程、
（ｂ）イオンビームを前記被加工物に照射して、前記被加工物をエッチングする工程、
を含み、
前記非エッチングガスの供給時間を制御することにより、前記被加工物の加工形状を制御し、
前記（ａ）工程では、前記イオンビームは前記被加工物に照射しない、微細構造体の加工方法。
【請求項２】
請求項１記載の微細構造体の加工方法において、
前記（ａ）工程では、前記ガス分子が吸着した第１領域と、前記ガス分子が吸着しない第２領域とが形成され、
前記（ｂ）工程では、前記第２領域の前記被加工物がエッチングされる、微細構造体の加工方法。
【請求項３】
請求項１記載の微細構造体の加工方法において、
前記（ａ）工程と、前記（ｂ）工程とが繰り返して実施される、微細構造体の加工方法。
【請求項４】
請求項１記載の微細構造体の加工方法において、
前記（ａ）工程において、
前記非エッチングガスを前記被加工物に供給する時間は、１０μｓ以上、かつ、１ｍｓ以下である、微細構造体の加工方法。
【請求項５】
請求項１記載の微細構造体の加工方法において、
前記非エッチングガスの供給時間は、前記非エッチングガスのガス源に備わるガスバルブの開閉によって制御される、微細構造体の加工方法。
【請求項６】
請求項１記載の微細構造体の加工方法において、
前記非エッチングガスの供給時間は、前記非エッチングガスのガス源に備わるガス銃と、前記被加工物との間に設けられたシャッタの開閉によって制御される、微細構造体の加工方法。
【請求項７】
請求項１記載の微細構造体の加工方法において、
前記非エッチングガスは、Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４、（ＣＨ４ＯＳｉ）４、Ｗ（ＣＯ）６またはＣ１４Ｈ１０を含む、微細構造体の加工方法。
【請求項８】
請求項１記載の微細構造体の加工方法において、
前記（ａ）工程では、前記被加工物の全面に前記ガス分子が吸着し、
前記（ｂ）工程では、エッチングガスを前記被加工物に供給しながら、前記イオンビームを前記被加工物に照射して、前記イオンビームが照射された第３領域の前記被加工物がエッチングされる、微細構造体の加工方法。
【請求項９】
請求項８記載の微細構造体の加工方法において、
前記エッチングガスは、ＸｅＦ２、Ｃｌ２、Ｉ２またはＨ２Ｏを含む、微細構造体の加工方法。
【請求項１０】
請求項１記載の微細構造体の加工方法において、
前記（ｂ）工程では、前記被加工物の上面を観察しながら、前記被加工物をエッチングする、微細構造体の加工方法。
【請求項１１】
イオンビームを被加工物に照射するイオンビーム照射機構と、
非エッチングガスを前記被加工物に供給するガス導入機構と、
前記イオンビームの照射時間と前記非エッチングガスの供給時間とを制御する制御機構と、
を有し、
前記イオンビームの照射と、前記イオンビームの照射を停止させた状態で行われる前記非エッチングガスの供給とは交互に実施される、微細構造体の加工装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の微細構造体の加工装置において、
前記非エッチングガスの供給時間は、１０μｓ以上、かつ、１ｍｓ以下である、微細構造体の加工装置。
【請求項１３】
請求項１１記載の微細構造体の加工装置において、
前記ガス導入機構は、ガス銃の可動機構を有しており、
前記被加工物に対する前記非エッチングガスの入射角度が、前記可動機構により制御される、微細構造体の加工装置。
【請求項１４】
請求項１３記載の微細構造体の加工装置において、
前記ガス銃と前記被加工物との間に、前記非エッチングガスの供給時間を制御するシャッタを有する、微細構造体の加工装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微細構造体の加工方法および微細構造体の加工装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
本技術分野の背景技術として、米国特許第５６８３５４７号明細書（特許文献１）がある。この公報には、反応処理ガスとして複数の反応処理ガスを混合したガス系を用いて、被加工物をエッチング処理する荷電ビーム処理方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許第５６８３５４７号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
微細構造体、例えばＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）の製造技術として、ＦＩＢ（Focused Ion Beam：集束イオンビーム）装置を用いた加工技術が有望視されている。しかし、微細構造体において所望するデバイス特性を得るためには、ＦＩＢ装置を用いて製造した微細構造体に対してさらに追加加工が必要となる場合がある。この場合、予め製造した微細構造体の一部を切削する、または部材を追加することにより、所望する構造の微細構造体を形成している。
【０００５】
しかし、ＦＩＢ装置を用いて微細構造体の一部を切削して溝を形成すると、溝の側壁が傾き、断面視においてテーパー形状の溝が形成されることがある。このため、所望するデバイス特性を有する微細構造体が形成できないという課題がある。上記テーパー形状の発生の原因としては、例えばイオンビーム（荷電粒子ビームとも言う。）の強度分布により、溝の上部の開口幅が広がる、再付着物の影響により、溝の下部の開口幅が狭くなるなどが考えられる。
【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、本発明による微細構造体の加工方法は、非エッチングガスを被加工物に供給して、被加工物の表面に非エッチングガスのガス分子を吸着させる工程と、イオンビームを被加工物に照射して、被加工物をエッチングする工程と、を含み、非エッチングガスの供給時間を制御することにより、被加工物の加工形状を制御する。
【０００７】
また、上記課題を解決するために、本発明による微細構造体の加工装置は、イオンビームを被加工物に照射するイオンビーム照射機構と、ガスを被加工物に供給するガス導入機構と、イオンビームの照射時間とガスの供給時間とを制御する制御機構と、を有し、イオンビームの照射とガスの供給とを交互に実施する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、微細構造体の加工の形状制御性を向上させることができる。
【０００９】
上記した以外の課題、構成および効果は、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】
【００１０】
【図１】実施例１によるＦＩＢ装置を示す概略図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は実施例１による穴の形成工程における被加工物の断面図である。
【図３】実施例１によるＦＩＢ装置の動作を説明するフローチャートである。
【図４】（ａ）は実施例１による被加工物の平面図、（ｂ）は実施例１によるイオンビーム電流およびガス流量の時間変化を示すグラフ図である。
【図５】（ａ）は実施例１によるＦＩＢ装置に備わるチョッパの位置を説明する概略図、（ｂ）は実施例１によるＦＩＢ装置に備わるチョッパを示す平面図である。
【図６】（ａ）は比較例による被加工物の平面図、（ｂ）は比較例によるイオンビーム電流の時間変化を示すグラフ図である。
【図７】実施例１によるＦＩＢ装置のソフトウエア構成の一例を示す図である。
【図８】（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は実施例２による溝の形成工程における被加工物の断面図である。
【図９】実施例２によるＦＩＢ装置の動作を説明するフローチャートである。
【図１０】実施例３による各種材料上に形成されたタングステン膜の成膜体積と成膜時間との関係を示すグラフ図である。
【図１１】（ａ）および（ｂ）は実施例３の第１の例による溝の形成工程における被加工物の断面図である。
【図１２】（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は実施例３の第２の例による溝の形成工程における被加工物のＳＩＭ像を示す図である。
【図１３】実施例３によるＦＩＢ装置の動作を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の部材には原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００１２】
以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、応用例、詳細説明、補足説明等の関係にある。また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でもよい。
【００１３】
さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数等（個数、数値、量、範囲等を含む）についても同様である。
【００１４】
以下、実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、実施の形態を説明するための全図において、同一の機能を有する部材には同一または関連する符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、複数の類似の部材（部位）が存在する場合には、総称の符号に記号を追加し個別または特定の部位を示す場合がある。また、以下の実施の形態では、特に必要なとき以外は同一または同様な部分の説明を原則として繰り返さない。
【００１５】
また、断面図および平面図において、各部位の大きさは実デバイスと対応するものではなく、図面を分かりやすくするため、特定の部位を相対的に大きく表示する場合がある。また、断面図と平面図が対応する場合においても、図面を分かりやすくするため、特定の部位を相対的に大きく表示する場合がある。
【実施例１】
【００１６】
本実施例１によるＭＥＭＳの製造方法について、以下に説明する。なお、以下の説明では、加工する前のＭＥＭＳの構造を「出発構造」と呼び、加工した後のＭＥＭＳの構造を「所望構造」と呼ぶ。
【００１７】
《加工装置について》
まず、ＭＥＭＳの加工は、例えば図１に示すＦＩＢ装置を用いて行われる。図１は、本実施例１によるＦＩＢ装置を示す概略図である。
【００１８】
ＦＩＢ装置は、真空容器４１を有しており、真空容器４１内には、イオンを放出するイオン源３１、コンデンサレンズ３２、ビーム制限アパーチャ３３、イオンビーム走査偏向器３４およびアパーチャ回転機構３７などから構成されるイオンビーム照射系が配置されている。イオン源３１から放出されるイオンには、例えばガリウムイオンまたはキセノンガスなどが含まれる。
【００１９】
また、電子銃７、電子銃７から放出する電子ビーム８を集束する電子レンズ９および電子ビーム走査偏向器１０などから構成される電子ビーム照射系が配置されている。さらに、被加工物１１、二次粒子検出器１２、試料ステージ１３、プローブ（マニュピレータ）１５およびガス源１７などが配置されている。ガス源１７は、非エッチングガス（原料ガス、ソースガスまたは堆積ガスなどとも言う。）または被加工物１１のエッチングを促進するためのエッチングガスなどを真空容器４１に導入する。また、ガス源１７には、可動機構により角度を制御することのできるガス銃が備わっている。
【００２０】
また、ＦＩＢ装置を制御する装置として、試料ステージ制御装置１４、マニュピレータ制御装置１６、ガス源制御装置１８、二次粒子検出器制御装置１９、アパーチャ回転制御機構３８、イオン源制御装置８１、レンズ制御装置８２、計算処理装置８５およびデータベース８６を記憶する記憶装置などが配置されている。
【００２１】
試料ステージ１３は、試料載置面内の直交２方向への直線移動機構、試料載置面に垂直方向への直線移動機構、試料載置面内回転機構および試料載置面内に傾斜軸を持つ傾斜機構を備え、これらの制御は計算処理装置８５からの指令によって試料ステージ制御装置１４で行われる。
【００２２】
また、計算処理装置８５は、装置ユーザが必要な情報を入力する情報入力手段、二次粒子検出器１２の検出信号を基に生成された画像、情報入力手段によって入力した情報などを表示するディスプレイなどを備える。
【００２３】
また、データベース８６は、例えば被加工物１１に関する各種データを格納している。さらに、データベース８６は、被加工物１１を加工する際のプロセスフローおよびプロセスレシピなどの各種データを格納しており、出発構造の被加工物１１を加工して、所望構造の被加工物１１を形成する場合にも、データベース８６から必要な情報が出力される。
【００２４】
ＦＩＢ装置では、イオン源３１より放出されたイオンは、コンデンサレンズ３２および対物レンズによって被加工物１１上に集束される。なお、集束条件設定は計算処理装置８５への入力によってなされる。また、被加工物１１上に照射されるビーム径は、イオン源３１を光源とする被加工物１１上への結像と、レンズによる収差によって決定される。レンズによる収差は、ビーム制限アパーチャ３３の開口が大きくなると増大し、ビーム径の拡大となる。
【００２５】
被加工物１１の一部に穴または溝などを形成する場合は、ＦＩＢ装置が被加工物１１にイオンビームを照射して、被加工物１１をエッチングする。
【００２６】
《被加工物の加工》
本実施例１は、原料ガス（非エッチングガス）のガス分子を被加工物へ吸着させる工程と、イオンビームを照射して、被加工物をエッチングする工程と、を交互に繰り返すことにより、垂直に加工された側壁を有する穴または溝などを形成することを特徴とする。以下に、一例として、被加工物に穴を形成する工程について説明する。
【００２７】
本実施例１による穴の形成工程の概要について、図２を用いて説明する。図２（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、本実施例１による穴の形成工程における被加工物の断面図である。
【００２８】
「ステップ１」
まず、図２（ａ）に示すように、ＦＩＢ装置（図１参照）の試料ステージ上に搭載された、例えばシリコン（Ｓｉ）からなる被加工物１１の加工領域に、イオンビームＩＢを照射して、被加工物１１をエッチングする。これにより、断面視において側壁が傾斜したテーパー形状の穴ＨＯが被加工物１１に形成される。すなわち、穴ＨＯは、被加工物１１の上面から深さ方向に円錐状のように先細りになっており、底面の開口面積が、被加工物１１の上面における開口面積よりも小さい穴ＨＯが形成される。ビーム照射時間（Dwell Time）は、例えば０．１μｓ〜１μｓ程度である。
【００２９】
「ステップ２」
次に、図２（ｂ）に示すように、イオンビームＩＢの照射を停止した後、ＦＩＢ装置に備わるガス源から、原料ガスＲＧを被加工物１１の上面に対して斜め方向から導入する。原料ガスＲＧの導入時間は、例えば１０μｓ〜１ｍｓ程度である。被加工物１１の上面とガス源に備わるガス銃の先端部分との距離は、例えば１００μｍ程度である。
【００３０】
被加工物１１の上面に対して斜め方向から原料ガスＲＧを導入することにより、主に、被加工物１１の上面および穴ＨＯの側壁の上部に原料ガスＲＧのガス分子ＲＭが吸着し、穴ＨＯの底部には少しのガス分子ＲＭが吸着する。穴ＨＯの底部にはガス分子ＲＭが吸着しないことが望ましい。このようなガス分子ＲＭの吸着の態様は、原料ガスＲＧのガス種並びにガス源からの吹き付け時間および吹き付け角度などにより制御することができる。このため、原料ガスＲＧには、穴ＨＯの側壁の上部にガス分子ＲＭが吸着しやすいガス種を選択することが望ましい。
【００３１】
原料ガスＲＧは、非エッチングガスであり、被加工物１１と同じ材料が望ましい。しかし、ガス種は限られているため、イオンビームＩＢの照射によるエッチングを防止することのできるガス分子ＲＭを含むガス種が選択される。
【００３２】
原料ガスＲＧとして、例えばＴＥＯＳ（Tetraethylorthosilicate；Ｓｉ（ＯＣ２Ｈ５）４）、ＴＭＣＴＳ（Tetramethylcyclotetrasiloxane；（ＣＨ４ＯＳｉ）４）、ヘキサカルボニルタングステン（Ｗ（ＣＯ）６）またはフェナントレン（Ｃ１４Ｈ１０）などを含むガスを例示するが、これに限定されるものではない。
【００３３】
「ステップ３」
次に、図２（ｃ）に示すように、再度、被加工物１１の穴ＨＯが形成された加工領域に、イオンイビームＩＢを照射する。これにより、穴ＨＯの側壁の上部では、穴ＨＯの側壁に吸着したガス分子ＲＭを原料とする成膜が進行し、穴ＨＯの底部では、被加工物１１のエッチングが進行して、穴ＨＯの側壁の傾斜は、図２（ａ）に記載した穴ＨＯの側壁の傾斜よりも小さくなり、垂直に近い側壁を有する穴ＨＯが形成される。
【００３４】
さらに、図２（ｂ）で説明した、イオンビームＩＢの照射を停止して、原料ガスＲＧを被加工物１１の上面に対して斜め方向から導入する工程（「ステップ２」）と、図２（ｃ）で説明した、イオンビームＩＢを照射して、被加工物１１をエッチングする工程（「ステップ３」）と、を繰り返す。
【００３５】
これにより、さらに穴ＨＯの側壁の傾斜は垂直に近くなり、より垂直に近い側壁を有する穴ＨＯを形成することができる。
【００３６】
《ＦＩＢ装置の動作》
本実施例１によるＦＩＢ装置の動作について、図３、図４および図５を用いて説明する。図３は、本実施例１によるＦＩＢ装置の動作を説明するフローチャートである。図４（ａ）は、本実施例１による被加工物の平面図である。図４（ｂ）は、本実施例１によるイオンビーム電流およびガス流量の時間変化を示すグラフ図である。図５（ａ）は、本実施例１によるＦＩＢ装置に備わるチョッパの位置を説明する概略図である。図５（ｂ）は、本実施例１によるＦＩＢ装置に備わるチョッパであり、同図（ａ）の点線で示す矢印の方向から見たチョッパの平面図ある。
【００３７】
以下、図３に示すフローチャートを参照しながら、本実施例１によるＦＩＢ装置の動作について説明する。
【００３８】
まず、図４（ａ）に示す、被加工物１１の６つの第１ピクセルＰ１〜第６ピクセルＰ６に、第１ピクセルＰ１、第２ピクセルＰ２、第３ピクセルＰ３、第４ピクセルＰ４、第５ピクセルＰ５および第６ピクセルＰ６の順にそれぞれイオンビームを照射する（図３の工程１００）。これにより、第１ピクセルＰ１〜第６ピクセルＰ６のそれぞれにおいて、被加工物１１がエッチングされて穴が形成される。
【００３９】
ここでのそれぞれのイオンビームの照射は、図２（ａ）を用いて説明した「ステップ１」の工程に該当する。
【００４０】
図４（ｂ）に示すように、第１ピクセルＰ１に、イオンビームを所定のビーム照射時間ＤＴ１照射する。ビーム照射時間ＤＴ１は、例えば０．１μｓ〜１μｓ程度である。同様にして、第２ピクセルＰ２、第３ピクセルＰ３、第４ピクセルＰ４、第５ピクセルＰ５および第６ピクセルＰ６の順に、イオンビームを所定のビーム照射時間ＤＴ１照射する。
【００４１】
次に、イオンビームの照射を停止する（図３の工程１０１）。
【００４２】
次に、図４（ｂ）に示すように、６つの第１ピクセルＰ１〜第６ピクセルＰ６に、原料ガスを被加工物１１の上面に対して斜め方向から吹き付ける（図３の工程１０２）。これにより、第１ピクセルＰ１〜第６ピクセルＰ６のそれぞれの穴の側壁の上部にガス分子が吸着し、穴の底部に少しのガス分子が吸着する。
【００４３】
ここでの原料ガスの吹き付けは、図２（ｂ）を用いて説明した「ステップ２」の工程に該当する。
【００４４】
原料ガスの吹き付け時間ＧＴは、例えば１０μｓ〜１ｍｓ程度である。また、原料ガスは、特に限定されるものではないが、例えばＴＥＯＳ、ＴＭＣＴＳ、ヘキサカルボニルタングステンまたはフェナントレンなどを含むガスである。
【００４５】
原料ガスの吹き付けの有無の制御は、ガスバルブの開閉によって行う。または、ガス源に備わるガス銃と被加工物１１との間にシャッタを設けて、シャッタの駆動により、被加工物１１への原料ガスの吹き付けの有無を制御してもよい。
【００４６】
シャッタには、例えば図５（ａ）および（ｂ）に示すチョッパＣＨなどを用いる。チョッパＣＨは、支持部ＳＳによってガス源１７のガス銃の先端部分に近接して設けられている。チョッパＣＨには、開口部ＯＳとマスク部ＭＳとが交互に設けられており、原料ガスを吹き付けるときは、ガス銃と被加工物１１との間に開口部ＯＳが位置し、原料ガスを吹き付けないときは、ガス銃と被加工物１１との間にマスク部ＯＭが位置する。
【００４７】
また、原料ガスのガス流量、原料ガスの吹き付け時間およびガス銃の角度などを制御することにより、被加工物１１の上面および穴の側壁の上部にガス分子を吸着させて、穴の底部にはガス分子が吸着しないようにする。
【００４８】
次に、原料ガスの吹き付けを停止する（図３の工程１０３）。
【００４９】
次に、図４（ａ）に示す、被加工物１１の６つの第１ピクセルＰ１〜第６ピクセルＰ６に、第１ピクセルＰ１、第２ピクセルＰ２、第３ピクセルＰ３、第４ピクセルＰ４、第５ピクセルＰ５および第６ピクセルＰ６の順にそれぞれイオンビームを照射する（図３の工程１００）。これにより、第１ピクセルＰ１〜第６ピクセルＰ６のそれぞれにおいて、穴の側壁の上部では、穴の側壁に吸着したガス分子を原料とする成膜が進行し、穴の底部では、被加工物のエッチングが進行する。
【００５０】
ここでのそれぞれのイオンビームの照射は、図２（ｃ）を用いて説明した「ステップ３」の工程に該当する。
【００５１】
図４（ｂ）に示すように、第１ピクセルＰ１に、イオンビームを所定のビーム照射時間ＤＴ１照射する。ビーム照射時間ＤＴ１は、例えば０．１μｓ〜１μｓ程度である。同様にして、第２ピクセルＰ２、第３ピクセルＰ３、第４ピクセルＰ４、第５ピクセルＰ５および第６ピクセルＰ６の順に、イオンビームを所定のビーム照射時間ＤＴ１照射する。
【００５２】
次に、イオンビームの照射を停止する（図３の工程１０１）。
【００５３】
その後、原料ガスを被加工物１１の上面に対して斜め方向から吹き付ける（図３の工程１０２および工程１０３）。
【００５４】
これ以降は、図３の工程１００〜工程１０３（前述の「ステップ２」と「ステップ３」）を繰り返すことにより、第１ピクセルＰ１〜第６ピクセルＰ６のそれぞれにおいて、垂直に近い側壁を有する穴を形成することができる。
【００５５】
比較例として、本発明者らによって検討された、本願発明が適用される前のＦＩＢ装置の動作について、図６を用いて説明する。図６（ａ）は、比較例による被加工物の平面図である。図６（ｂ）は、比較例によるイオンビーム電流およびガス流量の時間変化を示すグラフ図である。
【００５６】
まず、図６（ａ）に示す、被加工物１１の６つの第１ピクセルＰ１〜第６ピクセルＰ６に、第１ピクセルＰ１、第２ピクセルＰ２、第３ピクセルＰ３、第４ピクセルＰ４、第５ピクセルＰ５および第６ピクセルＰ６の順にそれぞれイオンビームを照射する。これにより、第１ピクセルＰ１〜第６ピクセルＰ６のそれぞれにおいて、被加工物１１がエッチングされて穴が形成される。
【００５７】
ここでのそれぞれのイオンビームの照射は、図２（ａ）を用いて説明した「ステップ１」の工程に該当する。
【００５８】
図６（ｂ）に示すように、第１ピクセルＰ１に、イオンビームを所定のビーム照射時間ＤＴ２照射する。ビーム照射時間ＤＴ２は、例えば０．１μｓ〜１μｓ程度である。同様にして、第２ピクセルＰ２、第３ピクセルＰ３、第４ピクセルＰ４、第５ピクセルＰ５および第６ピクセルＰ６の順に、イオンビームを所定のビーム照射時間ＤＴ２照射する。
【００５９】
これ以降は、前述の「ステップ１」を繰り返すことにより、第１ピクセルＰ１〜第６ピクセルＰ６のそれぞれにおいて、被加工物１１がエッチングされる。
【００６０】
しかし、比較例によるＦＩＢ装置の動作では、第１ピクセルＰ１〜第６ピクセルＰ６のそれぞれにおいて、断面視において側壁が傾斜したテーパー形状の穴が形成される。
【００６１】
《ソフトウエア構成》
本実施例１によるＦＩＢ装置のソフトウエア構成の一例について図７を用いて説明する。
【００６２】
図７に示すように、ＦＩＢ装置には、中央制御部１９１、モード選択画面１９２、データベース１９３、イオンビーム制御部１９４、ガス制御部２０５および試料ステージ制御部１９５などが備わっている。また、データベース１９３には、各種データが格納されており、例えば構造体ライブラリ１９７、ＣＡＤ（Computer-Aided Design）データ部１９９および加工条件データ部２０１などが備わっている。構造体ライブラリ１９７には、各部材の仕様およびアドレスなどの部材データ１９６を格納され、ＣＡＤデータ部１９９には、各部材の形状および寸法の実測データなどのＣＡＤデータ１９８が格納され、加工条件データ部２０１には、ガス種、ガス導入時間のシーケンス、エッチング条件、加工位置および材料情報などの加工条件データ２００が格納される。
【００６３】
例えば中央制御部１９１は、モード選択画面１９２を介して、設計者によって所望する加工方法が選択されて、モードが入力されると（モード入力２０３）、ＣＡＤデータ部１９９および加工条件データ部２０１などから必要なデータを選択する。
【００６４】
選択された加工方法に示されたシーケンスは中央制御部１９１で実施され、制御情報はイオンビーム制御部１９４およびガス制御部２０５へ送られる。イオンビーム制御部１９４へ送られた制御情報（ビーム制御データ２０２）により、ビーム鏡筒２０７から被加工物へ照射されるイオンビームの照射条件などが最適化され、ガス制御部２０５へ送られた制御情報（ガス制御データ２０４）により、ガス源２０６から被加工物へ導入される原料ガスのガス流量およびガス導入時間などの条件が最適化される。また、加工条件データ部２０１からは、マークなどの位置情報が試料ステージ制御部１９５へ送られる。
【００６５】
ＳＩＭ（Scanning Ion Microscope）５１などで実測された被加工物の形状および寸法は、ＣＡＤデータ部１９９に送られ、これに基づき中央制御部１９１においてビーム制御データ２０２およびガス制御データ２０４などに変換される。
【００６６】
このように、本実施例１によれば、原料ガス（非エッチングガス）のガス分子を被加工物へ吸着させる工程と、イオンビームを照射して、被加工物をエッチングする工程と、を交互に繰り返すことにより、穴または溝の側壁の上部では成膜が進行し、底部では被加工物のエッチングが進行する。これにより、垂直に加工された側壁を有する穴または溝などを形成することができる。
【実施例２】
【００６７】
本実施例２によるＭＥＭＳの製造方法について、以下に説明する。
【００６８】
イオンビームを照射して被加工物を加工する工程では、エッチングの速度を向上させるために、エッチングガスを導入する場合がある。しかし、この場合、エッチングガスを導入したことにより、被加工物の加工箇所以外の領域がエッチングされることがあり、これを回避する必要がある。
【００６９】
《被加工物の加工》
非エッチングガスのガス分子を被加工物へ吸着させる工程と、エッチングガスを導入しながらイオンビームを照射する工程と、を行うことにより、被加工物の加工箇所以外の領域がエッチングされることを防止することを特徴とする。以下に、一例として、被加工物に溝を形成する工程について説明する。
【００７０】
本実施例２による溝の形成工程の概要について、図８を用いて説明する。図８（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、本実施例２による溝の形成工程における被加工物の断面図である。
【００７１】
「ステップ１」
まず、図８（ａ）に示すように、ＦＩＢ装置（図１参照）の試料ステージ上に搭載された、例えばシリコン（Ｓｉ）からなる被加工物１１の加工領域に、イオンビームＩＢを照射して、被加工物１１をエッチングする。これにより、断面視において側壁が傾斜したテーパー形状の溝ＴＲが被加工物１１に形成される。
【００７２】
「ステップ２」
次に、図８（ｂ）に示すように、イオンビームＩＢの照射を停止した後、ＦＩＢ装置に備わるガス源から、非エッチングガスＮＧを十分に長い時間導入する。これにより、被加工物１１の上面並びに溝ＴＲの側壁および底面に、非エッチングガスＮＧのガス分子ＮＭを吸着させる。非エッチングガスＮＧとして、例えばＴＥＯＳ、ＴＭＣＴＳ、ヘキサカルボニルタングステンまたはフェナントレンなどを含むガスを用いてよいが、これに限定されるものではない。
【００７３】
「ステップ３」
次に、図８（ｃ）に示すように、ＦＩＢ装置に備わるガス源からエッチングガスＥＧを導入しながら、イオンビームＩＢを溝ＴＲの底部へ照射する。イオンビームＩＢが照射されると、非エッチングガスＮＧのガス分子ＮＭは消費されて、エッチングガスＥＧのガス分子ＥＭが吸着する。従って、イオンビームＩＢが照射されて、非エッチングガスＮＧのガス分子ＮＭが消費された箇所、すなわち、溝ＴＲの底部には、エッチングガスＥＧのガス分子ＥＭが吸着するため、垂直方向のエッチングが加速されて、溝ＴＲの側壁は垂直に近づく。一方、イオンビームＩＢが照射されない被加工物１１の上面および溝ＴＲの側壁には、非エッチングガスＮＧのガス分子ＮＭが吸着しているので、この領域ではエッチングガスＥＧのガス分子ＥＭの吸着は起こらない。
【００７４】
これにより、溝ＴＲの側壁の傾斜は垂直に近くなり、垂直に近い側壁を有する溝ＴＲを形成することができる。
【００７５】
なお、イオンビームＩＢの径が大きいと、被加工物１１の上面および溝ＴＲの側壁にイオンビームＩＢが照射されるので、溝ＴＲの幅よりも小径（小電流）のイオンビームＩＢを用いて、溝ＴＲの底面のみを加工する必要がある。
【００７６】
エッチングガスＥＧとして、例えばＸｅＦ２、Ｃｌ２、Ｉ２、Ｈ２Ｏなどを含むガスを用いてよいが、これに限定されるものではない。
【００７７】
さらに、被加工物１１の上面並びに溝ＴＲの側壁および底面に付着したガス分子ＮＭ，ＥＭを除去した後、図８（ｂ）で説明した、イオンビームＩＢの照射を停止して、非エッチングガスＮＧを被加工物１１の上面並びに溝の側壁および底面に対して導入する工程（「ステップ２」）と、図８（ｃ）で説明した、エッチングガスＥＧを導入しながらイオンビームＩＢを照射して、被加工物１１をエッチングする工程（「ステップ３」）と、を繰り返してもよい。
【００７８】
上記工程を繰り返すことにより、さらに溝ＴＲの側壁の傾斜は垂直に近くなり、より垂直に近い側壁を有する溝ＴＲを形成することができる。
【００７９】
《ＦＩＢ装置の動作》
本実施例２によるＦＩＢ装置の動作について、図９を用いて説明する。図９は、本実施例２によるＦＩＢ装置の動作を説明するフローチャートである。
【００８０】
まず、被加工物にイオンビームを照射する（図９の工程２００）。これにより、被加工物がエッチングされて初期の溝が形成される。
【００８１】
ここでのイオンビームの照射は、図８（ａ）を用いて説明した「ステップ１」の工程に該当する。
【００８２】
次に、イオンビームの照射を停止する（図９の工程２０１）。
【００８３】
次に、非エッチングガスを被加工物に吹き付ける（図９の工程２０２）。非エッチングガスを十分に長い時間導入することにより、被加工物の上面並びに溝の側壁および底面に、非エッチングガスのガス分子が吸着する。
【００８４】
ここでの非エッチングガスの吹き付けは、図８（ｂ）を用いて説明した「ステップ２」の工程に該当する。
【００８５】
非エッチングガスは、特に限定されるものではないが、例えばＴＥＯＳ、ＴＭＣＴＳ、ヘキサカルボニルタングステンまたはフェナントレンなどを含むガスである。
【００８６】
次に、非エッチングガスの吹き付けを停止する（図９の工程２０３）。
【００８７】
次に、エッチングガスを被加工物に吹き付ける（図９の工程２０４）。エッチングガスは、特に限定されるものではないが、例えばＸｅＦ２、Ｃｌ２、Ｉ２、Ｈ２Ｏなどを含むガスである。
【００８８】
次に、エッチングガスを導入した状態で、溝の底部にイオンビームを照射する（図９の工程２０５）。これにより、溝の底部において、さらに被加工物がエッチングされる。
【００８９】
ここでのエッチングガスの吹き付けおよびイオンビームの照射は、図８（ｃ）を用いて説明した「ステップ３」の工程に該当する。
【００９０】
ここでは、イオンビームのビーム径は溝の底面よりも小さくして、溝の側壁がエッチングされないようにする。例えば図９の工程２００で照射したイオンビームのビーム径よりも小さいビーム径のイオンビームを照射する。
【００９１】
次に、イオンビームの照射を停止し、エッチングガスの吹き付けを停止する（図９の工程２０６）。
【００９２】
さらに、溝の底部を加工する場合は、図９の工程２０２〜工程２０６（前述の「ステップ２」と「ステップ３」）を繰り返すことにより、より垂直に近い側壁を有する溝を形成することができる。
【００９３】
このように、本実施例２によれば、非エッチングガスのガス分子を被加工物へ吸着させる工程と、エッチングガスを導入しながらイオンビームを照射する工程と、を行うことにより、被加工物の加工箇所（例えば溝の底部）のエッチングが進行する。これにより、垂直に加工された側壁を有する溝などを形成することができる。
【実施例３】
【００９４】
本実施例３によるＭＥＭＳの製造方法について、以下に説明する。
【００９５】
イオンビームを照射して被加工物を加工する工程では、例えば前述の実施例１、２で説明した溝の側壁の傾斜だけでなく、溝の底面において面内ばらつきが発生することがあり、これを回避する必要がある。
【００９６】
《被加工物の加工》
非エッチングガスの成膜レートおよびイオンビーム照射のエッチングレートが互いに異なる複数の材料を積層し、それぞれの材料における非エッチングガスの成膜レートとイオンビーム照射のエッチングレートとを制御して、被加工物を加工することにより、被加工物に形成される溝の底面における面内ばらつきを抑制することを特徴とする。以下に、一例として、被加工物に溝を形成する工程について説明する。
【００９７】
本実施例３による溝の形成工程の概要について、図１０、図１１および図１２を用いて説明する。図１０は、本実施例３による各種材料上に形成されたタングステン膜の成膜体積と成膜時間との関係を示すグラフ図である。図１１（ａ）および（ｂ）は、本実施例３の第１の例による溝の形成工程における被加工物の断面図である。図１２（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、本実施例３の第２の例による溝の形成工程における被加工物のＳＩＭ像を示す図である。
【００９８】
図１０に示すように、ＦＩＢ装置においては、タングステンを含む非エッチングガスの成膜レートには、タングステン膜を成膜する下地材料の依存性がある。
【００９９】
そこで、本実施例３では、非エッチングガスの成膜レートおよびイオンビーム照射のエッチングレートが互いに異なる第１材料と第２材料とを順次積層し、主として、上層の第２材料に溝を形成する。そして、第１材料上における非エッチングガスの成膜レートと第１材料のエッチングレートとの関係および第２材料上における非エッチングガスの成膜レートと第２材料のエッチングレートとの関係を制御することにより、溝の底面における面内ばらつきを抑制する。
【０１００】
（第１の例）
被加工物の加工の第１の例を、図１１（ａ）および（ｂ）を用いて、以下に説明する。第１の例では、イオンビームを照射して、被加工物に溝を形成する。
【０１０１】
まず、図１１（ａ）に示すように、ＦＩＢ装置（図１参照）の試料ステージ上に、被加工物１１を搭載する。被加工物１１は、例えばシリコン（Ｓｉ）からなる基板２０上に、非エッチングガスＮＧの成膜レートおよびイオンビーム照射のエッチンングレートが互いに異なる第１材料Ｍ１と第２材料Ｍ２とを積層する。第１材料Ｍ１は、例えば図１０に示す材料Ａであり、第２材料Ｍ２は、例えば図１０に示す材料Ｂである。すなわち、第１材料Ｍ１上における非エッチングガスＮＧの成膜レートは第２材料Ｍ２上における非エッチングガスＮＧの成膜レートよりも高い。また、第１材料Ｍ１上の非エッチングガスＮＧの成膜インキュベーションタイムは、第２材料Ｍ２上の非エッチングガスＮＧの成膜インキュベーションタイムよりも短い。
【０１０２】
次に、イオンビームＩＢを照射し、続いて、非エッチングガスＮＧの導入を開始する。この際、例えば第１材料Ｍ１上の成膜レートが、第２材料Ｍ２上の成膜レートよりも高く、第２材料Ｍ２上の成膜レートよりも第２材料Ｍ２のエッチングレートが高く、第１材料Ｍ１上の成膜レートと第１材料Ｍ１のエッチングレートとがほぼ同じかまたは第１材料Ｍ１上の成膜レートよりも第１材料Ｍ１のエッチングレートが低くなる非エッチングガスＮＧを用いる。例えば非エッチングガスＮＧとして、ヘキサカルボニルタングステンを含むガスを用いてよい。
【０１０３】
第２材料Ｍ２のエッチングを進めると、第２材料Ｍ２の上面および溝ＴＲの側壁および底面にガス分子ＮＭが吸着するが、第２材料Ｍ２上の成膜レートよりも第２材料Ｍ２のエッチングレートが高いことから、第２材料Ｍ２に溝ＴＲが形成される。しかし、第２材料Ｍ２のエッチングのばらつきにより、第２材料Ｍ２に形成された溝ＴＲの底面に面内ばらつきが形成されることがある。
【０１０４】
しかし、図１１（ｂ）に示すように、さらに、第２材料Ｍ２のエッチングを進めると、エッチングが加工終点（第１材料Ｍ１の上面）に達したときに、第１材料Ｍ１上の成膜レートと第１材料Ｍ１のエッチングレートとが拮抗して、第１材料Ｍ１のエッチングの進行を止めることができる。これにより、第１材料Ｍ１においてはエッチングが進行し難くなり、第１材料Ｍ１の上面においてエッチングがほぼ終了する。従って、第２材料Ｍ２に形成された溝ＴＲでは、その底面に当初面内ばらつきを有していても、第１材料Ｍ１の上面において面内ばらつきの少ない底面を形成することができる。
【０１０５】
（第２の例）
被加工物の加工の第２の例を、図１２（ａ）、（ｂ）および（ｃ）を用いて、以下に説明する。前述の第１の例では、第２材料Ｍ２をエッチングする間は、非エッチングガスを常時導入したが、必ずしも常時非エッチングガスを導入する必要はない。例えばＦＩＢ装置には、一般的に、被加工物を加工する間、被加工物の上面像をＳＩＭ観察することのできる機構が備わっている。そこで、ＳＩＭ観察と、ガス導入機構とを連動させて制御することにより、ガス導入時間を短縮することができる。
【０１０６】
図１２（ａ）に示すように、ＦＩＢ装置（図１参照）の試料ステージ上に、被加工物１１を搭載する。被加工物１１は、例えばシリコン（Ｓｉ）からなる基板上に、前述の第１の例で説明した第１材料Ｍ１と第２材料Ｍ２とが積層している。
【０１０７】
次に、イオンビームＩＢを照射して、第２材料Ｍ２をエッチングする。この際、非エッチングガスは導入しない。第２材料Ｍ２のエッチングの様子は、ＳＩＭ観察される。
【０１０８】
次に、図１２（ｂ）に示すように、第２材料Ｍ２のエッチングが進行し、エッチングのばらつきにより被加工物１１の一部に第１材料Ｍ１が露出した場合は、非エッチングガスを導入する。第１材料Ｍ１の露出の様子は、ＳＩＭ像の材料コントラストにより、エッチング中であってもリアルタイムで観察することができる。そこで、ＳＩＭ観察と、ガス導入機構とを連動させることにより、第１材料Ｍ１が、ＳＩＭ像の中で部分的に露出したことを検出した時に、非エッチングガスの導入を開始する。
【０１０９】
次に、図１２（ｃ）に示すように、ＳＩＭ像の中で、第２材料Ｍ２が全てエッチングされ、第１材料Ｍ１のみが露出したことを検出した時に、非エッチングガスの導入を停止する。
【０１１０】
このように、ＳＩＭ像の中で、第１材料Ｍ１が部分的に観察されたときのみに非エッチングガスを導入することにより、ガス導入時間を短縮することができる。
【０１１１】
《ＦＩＢ装置の動作》
本実施例３によるＦＩＢ装置の動作について、図１３を用いて説明する。図１３は、本実施例３によるＦＩＢ装置の動作を説明するフローチャートであり、前述の第２の例に対応する。
【０１１２】
まず、被加工物にイオンビームを照射する（図１３の工程３００）。これにより、被加工物の加工領域がエッチングされて溝が形成される。リアルタイムで、被加工物の上面はＳＩＭ観察される。
【０１１３】
次に、ＳＩＭ像において、加工終点が確認され（図１３の工程３０１）、加工領域の第１材料が部分的に露出しているか否かが判断される（図１３の工程３０２）。ここで、加工領域の全体に第１材料または第２材料が観察されれば、エッチングが均一であると判断されて、イオンビーム照射が継続される（図１３の工程３０３）。この場合は、非エッチングガスは導入されない。これに対して、加工領域に部分的に第１材料の露出が観察されれば、エッチングが不均一であると判断されて、非エッチングガスの吹き付けが開始され、イオンビーム照射は継続される（図１３の工程３０４）。
【０１１４】
次に、ＳＩＭ像において、加工終点が確認され、加工領域の全面の第１材料の露出が観察されれば（図１３の工程３０５）、イオンビームの照射を停止し、非エッチングガスが導入されている場合は、非エッチングガスの吹き付けを終了する（図１３の工程３０６）。
【０１１５】
このように、本実施例３によれば、非エッチングガスの成膜レートおよびイオンビーム照射のエッチングレートが互いに異なる複数の材料を積層し、それぞれの材料における非エッチングガスの成膜レートとイオンビーム照射のエッチングレートとを制御して、被加工物を加工することにより、被加工物に形成される溝の底面における面内ばらつきを抑制することができる。
【０１１６】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【０１１７】
例えば前記実施の形態では、予め製造したＭＥＭＳの一部に穴または溝を形成する工程に本発明を適用する例を説明したが、新たにＭＥＭＳを製造する工程にも本発明を適用することができる。また、前記実施の形態では、微細構造体としてＭＥＭＳを例示したが、これに限定されるものではない。
【符号の説明】
【０１１８】
７  電子銃
８  電子ビーム
９  電子レンズ
１０  電子ビーム走査偏向器
１１  被加工物
１２  二次粒子検出器
１３  試料ステージ
１４  試料ステージ制御装置
１５  プローブ（マニュピレータ）
１６  マニュピレータ制御装置
１７  ガス源
１８  ガス源制御装置
１９  二次粒子検出器制御装置
２０  基板
３１  イオン源
３２  コンデンサレンズ
３３  ビーム制限アパーチャ
３４  イオンビーム走査偏向器
３７  アパーチャ回転機構
３８  アパーチャ回転制御機構
４１  真空容器
５１  ＳＩＭ
８１  イオン源制御装置
８２  レンズ制御装置
８５  計算処理装置
８６  データベース
１９１  中央制御部
１９２  モード選択画面
１９３  データベース
１９４  イオンビーム制御部
１９５  試料ステージ制御部
１９６  部材データ
１９７  構造体ライブラリ
１９８  ＣＡＤデータ
１９９  ＣＡＤデータ部
２００  加工条件データ
２０１  加工条件データ部
２０２  ビーム制御データ
２０３  モード入力
２０４  ガス制御データ
２０５  ガス制御部
２０６  デポガス源
２０７  ビーム鏡筒
ＣＨ  チョッパ
ＤＴ１，ＤＴ２  ビーム照射時間
ＥＧ  エッチングガス
ＥＭ  ガス分子
ＩＢ  イオンビーム
ＨＯ  穴
Ｍ１  第１材料
Ｍ２  第２材料
ＭＳ  マスク部
ＮＧ  非エッチングガス
ＮＭ  ガス分子
ＯＳ  開口部
ＲＧ  原料ガス（非エッチングガス）
ＲＭ  ガス分子
ＳＳ  支持部
ＴＲ  溝
【図１】
0006703903.tif 000002
【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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