(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
荷電粒子ビーム装置を用いて所定パターンのデポジション加工またはエッチング加工を施すときに、加工パターンの角部領域については設計領域より外側に広く照射領域を設定してイオンビームの走査を実行することを特徴とする荷電粒子ビーム加工方法。
【請求項２】
荷電粒子ビーム装置を用いて所定パターンのデポジション加工またはエッチング加工を施すときに、加工パターンの曲部領域については内側に狭く照射領域を設定してイオンビームの走査を実行することを特徴とする荷電粒子ビーム加工方法。
【請求項３】
加工パターンをビーム径相当の微小領域に分割し、集束イオンビームの走査を実行したときの各微小領域毎のイオン照射量をシミュレートし、適正イオン照射量に対応する閾値で領域を識別分割したものが設計加工パターンとなるように集束イオンビームの走査領域を設定する荷電粒子ビーム加工方法。
【請求項４】
イオン源と、イオン光学系と、デフレクタと、駆動機構を備えた試料ステージと、二次荷電粒子検出器と、ガス銃と、前記二次荷電粒子検出器からの検出データを入力しデータ処理を実行すると共に前記イオン光学系を制御するコンピュータと、顕微鏡画像や前記コンピュータが出力するデータを表示するディスプレイとを備えた集束イオンビーム装置において、前記コンピュータ内のメモリには加速電圧，イオンビーム電流に対応するビームのイオン密度分布と、該イオン密度分布における適正イオン照射量に対応する角部の補正領域モデルと曲部の補正領域モデルそして辺部の補正領域幅の値とが情報として記憶蓄積されていることを特徴とする集束イオンビーム加工装置。
【請求項５】
入力操作部を操作してディスプレイ上で設計パターンに角部や曲部などの特異点を指定してやると、パターンにおいて角部には角部の補正領域モデルを割り当て、曲部には曲部の補正領域モデルを割り当てた上で、角部と角部間の辺、角部と曲部間の辺、曲部と曲部間の辺には辺部補正領域幅を自動的に一括設定する機能を備えている請求項４に記載の集束イオンビーム加工装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、集束イオンビームを用いた成膜、エッチング加工に関する技術である。
【０００２】
【従来の技術】
図６に示すような集束イオンビーム装置を用いたスパッタエッチングやガスアシストエッチングによって、試料面に所望形状の穴を開けたり、ガス銃から原料ガスを吹き付けながら集束イオンビームを照射してデポジションを施したりする集束イオンビーム加工は、半導体デバイスのフォトマスク等に対して広く実施されている技術である。
図中の１はイオン源でありここから引出し電極に印加された電圧によりイオンが引出され、イオン光学系３によってビーム状に絞られ、デフレクタによって偏向作用を受け試料９の所望個所に照射される。デポジションによる加工の場合、試料ステージ７に載置されたデポジションを施す試料９の面近傍に向けてガス銃６から原料ガスを吹き付ける。すると試料９の当該領域は吹きつけられた原料ガス雰囲気状態となり、ここに集束イオンビーム２が照射されるとイオンと原料ガスとが反応し、ある生成物は揮発しある生成物は試料面上に堆積する。集束イオンビーム２がデフレクタによって試料９の所定領域を走査されたときには堆積物がその領域に薄膜を形成する。
スパッタエッチングによる加工の場合は、試料９の特定領域にイオンビームが照射されるようにデフレクタ４によってビームが偏向走査されると、その領域の試料表面がイオンの衝撃を受け、表面素材が削られ飛散する。この作用によって、特定個所を削り取る加工である。試料の照射領域にガス銃６からハロゲン等のガスを吹き付けつつイオンビームを照射するガスアシストエッチングによる加工は、特定された照射領域の試料表面がイオンの衝撃を受け、はじき出された試料素材がアシストガスと反応して揮発する。この加工は試料素材が積極的に揮発除去されるため、物理的に単純に削り取るスパッタエッチングに比べ、加工速度が格段に速い特徴を持つ。
【０００３】
ところで、あるパターンの成膜加工を実行しようと当該パターンの照射領域を設定してデポジションを実行したとき、イオンビームの加速電圧、ビーム電流を一定状態に保ち走査回数を同じにしても、パターンの周辺部分の厚みは薄く形成されてしまう。また、試料面にあるパターンの穴を開ける加工をしようとして当該パターンの照射領域を設定してスパッタエッチングを実行したとき、イオンビームの加速電圧、ビーム電流を一定状態に保ち走査回数を同じにしても、パターンの周辺部分は鈍って傾斜して形成されてしまう。ガスアシスチエッチングにおいても全く同様である。
この現象の原因は集束イオンビームが、均一なイオン密度ではなく図１のＡに示すように正規分布のイオン密度分布を有しているためである。いま、このような正規分布を持つ集束イオンビームが一方向に走査されたときのことを考える。ある時点でａ点に一定時間集束イオンビームを照射した後、ビーム径相当の間隔で一方向にシフトして同じ時間照射を実行し、更にビーム径相当の間隔で同じ方向にシフトして同じ時間照射を実行する。この動作を順次繰返しｂ点まで走査したとする。集束イオンビームは正規分布のイオン密度分布を有しているため、ある点にビーム中心が存在していないとき、すなわち次のステップでビーム中心がくる時点或いはさらにもうひとつ前のステップにおいて既にいくらかのイオンビームの照射を受けることになる。したがって、ある点が受けるイオンビームの照射量はこれらビーム中心がその点には存在しなくても近傍にあるときを含めた積算量ということになる。これをグラフ的に示したものが図１のＢであり、実線で示したものが各点にビーム中心があったときのイオン照射量、破線で示したものが走査後の積算イオン照射量である。このようにパターン端部に当たる走査開始点近傍の積算イオン照射量は中央部のそれに比べ低くなっている。また走査終了点近傍もパターン端部に当たり同様となる。この現象はイオンビームの照射をステップ状に走査した場合ばかりでなくアナログ式に連続走査した場合でも同様である。また、境界は走査方向に限らず走査ライン間での境界についても同様であり、二次元的な現象となる。結局この影響が先のデポジションとエッチング加工においてパターン周辺部の鈍りとなって現われるのである。
【０００４】
中央部であるかパターン周辺部であるか、パターン周辺部であってもパターンの角部であるか辺部であるか曲部であるかによって加工のされ具合が相違する。イオンビームがある点に照射された時の周辺への照射イオン密度の分布を図２のＡに模式的に示す。ここでは単純化してビーム径相当の領域に当該点の周辺を分割し、隣接する領域にのみに照射の影響がでるものとして現象を考察する。着目領域ｅを中心にして隣接３×３の領域（ａ乃至ｉ）の照射の影響を考慮することにする。そして、ビーム中心が存在する領域ｅには７０％のイオンが照射され、上下左右に隣接する領域ｂ，ｄ，ｆ，ｈには５％のイオンが、斜め関係で隣接する領域ａ，ｃ，ｇ，ｉには2.5％が照射されるものとする。図２のＢにおいて実線でかかれた枡部分はパターン部分であり、破線でかかれた枡は非パターンの試料面である。Ａモデルは角部領域で、この場合にはこの領域にビーム中心が存在したときと右のｆ、下のｈそして斜め右下のｉ領域にビームに中心があるときにイオンビームの照射を受けるので、７０％＋５％×２＋2.5％＝82.5％のイオンが照射される。Ｂモデルは辺部領域で、この場合にはこの領域にビーム中心が存在したときと右のｆ、左のｄ、下のｈそして斜め右下のｉと斜め左下ｇの領域にビームに中心があるときのイオンビームの照射を受けるので、７０％＋５％×３＋2.5％×２＝９０％のイオンが照射される。Ｃモデルは曲部領域で、この場合には、この領域にビーム中心が存在したときと上下左右のｂ，ｄ，ｆ，ｈそして斜め左上のａ以外の斜めｃ，ｇ，ｉ領域にビームに中心があるときにイオンビームの照射を受けるので、７０％＋５％×４＋2.5％×３＝97.5％のイオンが照射される。Ｄ（Ｅ）モデルは曲部隣接領域で、この場合には、この領域にビーム中心が存在したときと上下右のｂ，ｆ，ｈそして斜め左上のａ以外の斜めｃ，ｇ，ｉ領域にビームに中心があるときにイオンビームの照射を受けるので、７０％＋５％×３＋2.5％×３＝92.5％のイオンが照射される。そして、中央部のＦモデルでは、この領域にビーム中心が存在したときと上下左右そして四方の斜め領域にビームに中心があるときにイオンビームの照射をすべて受けるので、７０％＋５％×４＋2.5％×４＝１００％のイオンが照射される。このことから分かるようにパターンの角部Ａモデルは辺部のＢモデルに比較してこの場合、7.5％照射量が足りないことになり、角部のＣモデルは辺部のＢモデルに比較してこの場合、7.5％照射量が多いことになり、曲部隣接領域のＤ（Ｅ）モデルはＢモデルに比較して2.5％多いことになる。そのため、加工に際し設計された加工パターンどうりにイオンビームを照射して加工を施すと、相対的に辺部に比して角部領域では浅い加工がなされ、曲部領域では深い加工がなされてしまう。結果的には角部領域が設計より狭く、曲部領域が広めに加工されてしまうという現象となる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的課題は、以上の問題点を解決し、集束イオンビーム装置を用いて所定パターンのデポジション加工またはエッチング加工を施す場合に、設計どおりのパターン境界領域であって、角部・曲部に鈍りが出ないシャープな加工を実現出来る加工方法並びにその装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の加工方法は、荷電粒子ビーム装置を用いて所定パターンのデポジション加工またはエッチング加工を施すときに、加工パターンの角部領域については設計領域より外側に広く、曲部領域については内側に狭く照射領域を設定してイオンビームの走査を実行することにより、角部・曲部に鈍りが出ないシャープな周辺部加工を実現するものである。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明は、前述したように荷電粒子ビーム装置を用いて所定パターンのデポジション加工またはエッチング加工を施すときに、加工パターンの角部領域では辺部領域よりイオン照射量が少なく、曲部領域では辺部領域より多くなることに鑑み、角部領域については設計領域より外側に広く、曲部領域については内側に狭く照射領域を設定してイオンビームの走査を実行することで照射されるイオンの量を等しくし、これによって加工量の不均一を是正してシャープな境界をもったパターンの加工を実現しようというところに基本的な技術的思想がある。この照射量はドーズ量と呼ばれ、イオンビームの強さ（密度）と照射時間との積で決まる。イオンビームの強さは加速電圧，ビーム電流に依存し、これが安定であれば照射時間に対応する物理量となる。集束イオンビーム装置においてこの加速電圧，ビーム電流と走査速度，走査回数が設定され、一定とみなせる条件のもとでは、前述したように周辺の走査領域を広げたり狭めたりの調整を施すことによって周辺領域のドーズ量を均一化することができる。したがって、加工量の不均一を是正してシャープな境界をもったパターンの加工を実現することができる。
【０００８】
いま、図４のＡに示すような矩形パターンのエッチング加工を実行するものとする。図中で１点鎖線で囲んだ領域が設計パターンＰである。まず、加工領域である設計パターンＰを集束イオンビームの径に対応する微小領域、例えば0.2μｍ×0.2μｍの桝目に分割すると共に、設定した集束イオンビームの分布状況に合わせ、該桝目におけるビーム中心領域と周辺領域の密度分布を把握する。この密度分布を把握する照射領域群は前述した３×３マトリックスといった単純化したものではなくより多数の領域、例えば多数ビーム領域幅を半径とした円領域とするのが合理的である。このイオン密度分布をもった設計パターン領域Ｐに対し集束イオンビームを走査すると、エッチング加工された領域は図４のＡに濃い塗り領域として示したように走査領域（設計パターンＰ）より狭くなるとともに、角部は更に丸く削られ狭くなっている。図中ｂ−ｂで示した部分の断面図を図４のＢに示す。図に示されたように走査領域に対して実際に所定量のエッチング加工がなされる領域は一回り小さくなる。
そこで本発明ではこのドーズ量不足領域に対してはパターン加工に必要なドーズ量となるように走査領域をパターン設計領域より広めに設定すると共に、丸く削られる角部領域については更に広めに領域を設定して設計に即したパターン領域の加工を実現するようにする。具体的には前述の照射領域群すなわち設定した集束イオンビームの分布状況に合わせたビーム中心領域と周辺領域の密度分布に基いて集束イオンビームの走査をシミュレートし、適正イオン照射量に対応するある閾値で識別区分した領域が設計パターン領域Ｐに重なるように走査領域を調整するのである。この調整は例えば図３に示すように閾値で識別区分した領域の境界（太い実線で示した）にある微小領域から法線ベクトルをおろして設計パターン領域の境界（一点鎖線で示した）にある微小領域までの距離を求め、この距離を前回走査領域の補正量として加味した新たな走査領域を設定し直し走査シミュレートする。その結果得られた新たな閾値で識別区分した領域の境界と設計パターン領域の境界との距離を求め、この距離の最大値がリソグラフィーが許容する寸法基準内に収まるまでこの走査領域補正を繰り返す。許容範囲に収まったところでシミュレーションを終了し加工走査領域を決定する。これに基いて加工を実行すると矩形パターンの場合には図４のＣに示すような設計パターンＰよりひとまわり大きく角部領域は更に耳が付いたように拡張された調整走査領域Ｓとなる。
【０００９】
次に、図５のＡに示すようなＬ形パターンのデポジション加工を実行するものとする。先の矩形パターンの場合と同様に加工領域を集束イオンビームの径に対応する微小領域の桝目に分割する。イオン密度分布をもった集束イオンビームを設計パターン領域Ｐに対し走査し加工を実行すると、デポジション層の領域は図５のＡに濃い塗り領域として示したように走査領域（設計パターン領域Ｐ）より狭くなるとともに、角部は更に丸く削られ狭くなっている点では先の矩形パターンの場合と同様であるが、Ｌ形の内側曲部では角が丸くなって角部とは反対に加工領域が広くなる。これは先に示した曲部領域のイオン照射量は辺部のそれより多めとなる原理に基づいている。勿論この曲部領域も中央領域に較べれば照射量が多いわけではないが、パターン形成に寄与する周辺領域の相対的な関係からこのような形態になる。図５のＢはデポジション加工部Ｄを斜視図で示したものである。
そこで本発明ではこのドーズ量不足領域に対しては中央部分と同じドーズ量となるように走査領域をパターン設計領域より広めに設定すると共に、丸く削られる角部領域については更に広めに領域を設定し、丸く広めに鈍る曲部領域については狭く設定して設計に即したパターン領域の加工を実現するようにする。具体的には矩形パターンの場合と同様に照射領域群の密度分布に基いて集束イオンビームの走査をシミュレートし、適正イオン照射量に対応するある閾値で識別区分した領域が設計パターン領域Ｐに重なるように走査領域を調整するのである。するとＬ形パターンの場合には図５のＣに示すような設計パターンよりひとまわり大きく角部領域は更に耳が付いたように拡張され、曲部については丸くえぐるように狭められた調整走査領域Ｓとなる。
【００１０】
以上の二つのパターン例から、集束イオンビーム装置を用いたデポジション若しくはエッチング加工において、設計パターンに即した加工を実行するためには、▲１▼設計パターンより広い領域の走査を実行する必要があること。▲２▼角部領域については更に耳が付いたように拡張した領域の走査を実行する必要があること。▲３▼曲部領域については丸くえぐるように狭められた領域の走査を実行する必要があることが分かる。本発明はイオンビームの集束状況（イオン密度分布）に応じた照射領域群の密度分布を把握し、これに基いてビーム走査をシミュレーションして適正イオン照射量に対応する閾値で領域を識別区分したときそれが設計加工パターンと一致するような辺部修正モデルと角部修正モデルと曲部モデルとを予め割り出しておき、加工すべきパターンに対し、上記の３つの要件を適用して集束イオンビームの照射領域を設定する。すなわち、設計パターンに角部があればそこに角部修正モデルを嵌め込み、曲部があればそこに角部修正モデルを嵌め込んで、それらの間には辺部修正モデルを嵌め込めば集束イオンビームの走査領域の設定ができる。
【００１１】
【実施例１】
本発明の方法を採用した集束イオンビームデポジションのシステムの実施例を図４を参照しながら説明する。集束イオンビーム装置のコンピュータ10内のＲＯＭ等のメモリには加速電圧，イオンビーム電流に対応するビームのイオン密度分布を照射領域群の密度パターンとして記憶蓄積されている。まず、被加工試料９を試料ステージ７に載置し、試料面にイオンビーム２を走査して弾き出される二次荷電粒子を二次荷電粒子検出器５で検出し、顕微鏡観察画像をディスプレイ11上に表示させる。画面上で加工個所を特定し、加工パターンの設計画像をディスプレイ上に重ねて表示する。該設計パターン領域について前記メモリに記憶された照射領域群の密度パターンのイオンビームを走査したときのイオン照射量をシミュレートして適正イオン照射量に相当する閾値によって識別区分した領域の境界と設計パターン領域の境界との差距離分を補正量として前回走査領域に加味した新たな走査領域を設定し、該新たな領域を走査するシミュレートの結果得られた新たな閾値で識別区分した領域の境界と設計パターン領域の境界との距離を求め、この距離の最大値がリソグラフィーが許容する寸法基準内に収まるまでこの走査領域補正を繰り返す。許容範囲に収まったところでシミュレーションを終了し加工走査領域を決定する。この走査領域情報が得られたならば、あとは従来と同様に適正な加工がなされるまで多数回に亘り設定領域のビーム走査を実行すればよく、所定の加工がなされたならば走査を終了する。
【００１２】
また、一旦上記の作業で照射領域群の密度パターンにおける適正イオン照射量に対応する角部の補正領域モデルと曲部の補正領域モデルそして辺部の補正領域幅の値を情報として得られたならば、これをメモリに記憶蓄積しておき、次回からの加工において簡単に作業を実行することが可能となる。コンピューター10内のＲＯＭに支援ソフトが準備されており、キーボード等の入力操作部12を操作してディスプレイ11上で設計パターンに角部や曲部などの特異点を指定してやると、パターンにおいて角部には角部の補正領域モデルを割り当て、曲部には曲部の補正領域モデルを割り当てた上で、角部と角部間の辺、角部と曲部間の辺、曲部と曲部間の辺には辺部補正領域幅を自動的に一括設定する。この割り当ての結果の走査領域情報はコンピュータ10のＲＡＭにマップ情報として格納される。この走査領域情報が得られたならば、あとは走査を開始して加工を実行すればよい。
【００１３】
【発明の効果】
本発明は、荷電粒子ビーム装置を用いて所定パターンのデポジション加工またはエッチング加工を施すときに、加工パターンの角部領域については設計領域より外側に広く照射領域を設定し、加工パターンの曲部領域については内側に狭く照射領域を設定してイオンビームの走査を実行することにより、従来加工において問題となっていたパターンの縮小化、角部領域の狭く丸く削られる変形、曲部領域の丸く外側に鈍る変形を効果的に解消し、適正なパターン加工を実現することが出来る。しかも、単に走査領域を補正設定するだけで複雑な調整制御をする必要もなく簡単に実行することができる。
【００１４】
また、本発明における走査領域の補正設定は加工パターンをビーム径相当の微小領域に分割し、集束イオンビームの走査を実行したときの各微小領域毎のイオン照射量をシミュレートし、適正イオン照射量に対応する閾値で領域を識別分割したものが設計加工パターンとなるように集束イオンビームの走査領域を設定するものであるから、集束イオンビーム装置において、前記コンピュータ内のメモリには加速電圧，イオンビーム電流に対応するビームのイオン密度分布を記憶しておけば、該記憶された照射領域群の密度パターンのイオンビームを走査したときのイオン照射量をシミュレートして適正イオン照射量に相当する閾値によって識別区分した領域の境界と設計パターン領域の境界との差距離分を補正量として前回走査領域に加味した新たな走査領域を設定し、該新たな領域を走査するシミュレートの結果得られた新たな閾値で識別区分した領域の境界と設計パターン領域の境界との距離を求め、この距離の最大値がリソグラフィーが許容する寸法基準内に収まるまでこの走査領域補正を繰り返すという、コンピュータ上の作業によって容易に加工走査領域を決定することができる。
【００１５】
また、一旦この作業によって該イオン密度分布における適正イオン照射量に対応する角部の補正領域モデルと曲部の補正領域モデルそして辺部の補正領域幅の値とが情報として得られたならば、これをメモリに記憶蓄積しておくことにより、新たなシミュレーションを行うことなく、入力操作部を操作してディスプレイ上で設計パターンに角部や曲部などの特異点を指定してやるという簡単な作業によって、パターンにおいて角部には角部の補正領域モデルを割り当て、曲部には曲部の補正領域モデルを割り当てた上で、角部と角部間の辺、角部と曲部間の辺、曲部と曲部間の辺には辺部補正領域幅を自動的に一括設定する機能を備えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ａは集束イオンビームのイオン濃度分布を説明する図であり、Ｂはパターン端部から中央部にかけての積算照射量の分布を説明する図である。
【図２】Ａはイオンビームの密度分布に基く微小領域群を説明する図であり、Ｂはパターン各部における照射量の差を説明する図である。
【図３】本発明における走査領域補正法を説明する図である。
【図４】本発明における矩形パターンについての加工形態を説明する図である。
【図５】本発明におけるＬ形パターンについての加工形態を説明する図である。
【図６】本発明に使用される集束イオンビーム装置の基本構成を示す図である。
【符号の説明】
１  イオン源                10  コンピュータ
２  イオンビーム            11  ディスプテイ
３  イオン光学系            12  入力操作部
４  デフレクタ              Ｅ  エッチング加工穴
５  二次荷電粒子検出器      Ｄ  デポジション層
６  ガス銃                  Ｐ  設計パターン
７  試料ステージ            Ｓ  調整走査領域
９  試料
【図１】
0004087053.tif 000002
【図２】
0004087053.tif 000003
【図３】
0004087053.tif 000004
【図４】
0004087053.tif 000005
【図５】
0004087053.tif 000006
【図６】
0004087053.tif 000007