【０００１】[0001]
【産業上の利用分野】本発明は、半導体集積回路や各種
の微小部品を製造する場合に適用して好適な微細加工技
術、特に荷電粒子を用いた微細加工技術に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a microfabrication technique suitable for manufacturing semiconductor integrated circuits and various minute parts, and more particularly to a microfabrication technique using charged particles.
【０００２】[0002]
【従来の技術】投影露光装置を用いた公知のリソグラフ
ィ技術は、半導体集積回路を製造するための有効な微細
加工手段として広く採用されている。投影露光装置は、
所望の加工用パターンを形成したマスクと半導体ウェハ
等の被加工物（以下「試料」という）との間に投影光学
系を介在させ、試料に予め塗布しておいたホトレジスト
にマスクパターン像を投影して露光する装置である。露
光を終わった試料は、現像処理を施した後、残ったホト
レジストを保護膜としてエッチングやデポジション（膜
堆積）などの微細加工を行なう。2. Description of the Related Art A known lithography technique using a projection exposure apparatus is widely adopted as an effective fine processing means for manufacturing a semiconductor integrated circuit. The projection exposure system
A projection optical system is interposed between a mask on which a desired processing pattern is formed and an object to be processed (hereinafter referred to as "sample") such as a semiconductor wafer, and a mask pattern image is projected on a photoresist pre-coated on the sample. It is an apparatus which exposes. The exposed sample is subjected to development processing, and then the remaining photoresist is used as a protective film for fine processing such as etching and deposition (film deposition).
【０００３】前記リソグラフィ技術は、エッチングやデ
ポジションなどの本来の加工プロセスの前後に、ホトレ
ジストの塗布、露光、現像、除去などのプロセスを必要
とするため、半導体集積回路のように複雑な多層構造物
を製造する場合は、数多くの工程を何回も繰り返して行
なう必要がある点で問題がある。しかも、選択比（ホト
レジストに対するエッチング速度の比）が小さい試料を
加工する場合は、エッチング液又はエッチングガスがホ
トレジストに不所望に作用するのを完全に防止すること
ができないため、アスペクト比（加工孔径に対する加工
深さの比）の高い微細加工をすることが困難である。こ
のほか、前記リソグラフィ技術は、ホトレジストに含ま
れている不純物が試料表面に残留して最終製品の特性を
低下させたり、ホトレジスト自体がごみ粒子となってエ
ッチング装置等を汚染するという問題がある。The lithographic technique requires processes such as photoresist coating, exposure, development, and removal before and after the original processing processes such as etching and deposition. Therefore, a complicated multilayer structure such as a semiconductor integrated circuit is required. When manufacturing a product, there is a problem in that it is necessary to repeat many steps many times. Moreover, when processing a sample having a small selection ratio (ratio of etching rate to photoresist), it is not possible to completely prevent undesired effects of the etching solution or etching gas on the photoresist. It is difficult to perform fine processing with a high ratio of processing depth to In addition, the above-mentioned lithographic technique has a problem that impurities contained in the photoresist remain on the surface of the sample and deteriorate the characteristics of the final product, or the photoresist itself becomes dust particles to contaminate the etching apparatus and the like.
【０００４】光の代わりに荷電粒子を用いた投影露光装
置によるリソグラフィ技術も既に公知である（例えば特
開平２−６５１１７号公報参照）。しかし、この方法の
場合もエッチング又はデポジションの際の保護膜として
荷電粒子線用レジスト材料を用いている以上、前記リソ
グラフィ技術の場合と同様の多くの問題を回避すること
が困難である。A lithography technique using a projection exposure apparatus using charged particles instead of light is already known (see, for example, Japanese Patent Laid-Open No. 2-65117). However, even in the case of this method, it is difficult to avoid many problems similar to those in the case of the above-mentioned lithographic technique, since the resist material for charged particle beam is used as the protective film at the time of etching or deposition.
【０００５】荷電粒子ビームを用いて試料を直接加工す
る方法も既に公知である（例えば１９８９年発行“Jour
nal of Vacuum Science and Technology”Ｂ７巻第６０
９頁〜第６１７頁”参照）。この方法は、図２３に示す
ように、荷電粒子源７から出た荷電粒子を集束して微細
なビームとし、当該ビームによって試料１５の表面を走
査して所望の加工パターンを描画すると同時に、パター
ン描画領域に反応ガスを供給し、所望の表面反応を起こ
させて微細加工を行なうものである。A method of directly processing a sample by using a charged particle beam is already known (for example, “Jour” issued in 1989).
nal of Vacuum Science and Technology "Volume B7, Volume 60
As shown in FIG. 23, this method focuses charged particles emitted from the charged particle source 7 into a fine beam and scans the surface of the sample 15 with the beam. At the same time as drawing a desired processing pattern, a reaction gas is supplied to the pattern drawing region to cause a desired surface reaction to perform fine processing.
【０００６】荷電粒子ビームによる直接加工方法は、レ
ジスト材料の塗布、露光、現像、除去などのプロセスを
必要としない長所がある反面、微細な集束ビームの偏向
の際に生ずる収差の影響により、パターン描画領域の端
部でビームの微細性や位置精度が損なわれるため、一回
のビーム照射（走査）によって加工することができる領
域が１ｍｍ2 程度に限られるほか、装置内の高真空を維
持する必要上、反応ガスを低圧で少しづつしか供給せざ
るを得ないため、加工速度が上がらないという欠点があ
る。このほか、荷電粒子ビームによる直接加工方法は、
微細な集束ビームによる走査を利用しているため、加工
パターンの描画に長時間を必要とすること、荷電粒子源
から放射された荷電粒子の一部をアパーチャを用いて遮
断する必要があるため、荷電粒子の利用効率が悪いこ
と、ビーム照射に伴う帯電によって試料が破壊する可能
性があること、デポジションを行なう場合は、試料のス
パッタリングが不所望に発生する可能性があること等、
実用上の数多くの問題点がある。The direct processing method using a charged particle beam has the advantage that it does not require processes such as coating, exposing, developing, and removing a resist material, but on the other hand, the pattern generated by the influence of aberration generated when a fine focused beam is deflected. Since the fineness of the beam and the position accuracy are impaired at the end of the drawing area, the area that can be processed by one beam irradiation (scanning) is limited to about 1 mm2 , and high vacuum inside the device is maintained. Since it is necessary to supply the reaction gas little by little at low pressure, there is a drawback that the processing speed cannot be increased. In addition, the direct processing method using a charged particle beam is
Since scanning with a fine focused beam is used, it takes a long time to draw a processing pattern, and it is necessary to block some of the charged particles emitted from the charged particle source using an aperture. The utilization efficiency of charged particles is low, the sample may be destroyed by charging due to beam irradiation, and the sputtering of the sample may occur undesirably when performing deposition.
There are many practical problems.
【０００７】[0007]
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、従来
技術の前記問題点を解決し、試料の微細加工を荷電粒子
を用いて極めて効率良く行なうことができる新規な微細
加工方法及び装置を提供することにある。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to solve the above problems of the prior art and to provide a novel microfabrication method and apparatus capable of performing microfabrication of a sample extremely efficiently using charged particles. To provide.
【０００８】[0008]
【課題を解決するための手段】微細に集束した荷電粒子
ビームによる前記直接加工方法の場合、荷電粒子ビーム
は、電流密度が１Ａ／ｃｍ2 程度のものを使用するのが
普通であるが、本発明者は、慎重な考察と数多くの実験
を行なった結果、この種の直接加工において必要とする
電流密度は、それより６桁も少ない数μＡ／ｃｍ2 程度
で充分であることが判明した。もっとも、通常の集束光
学系を用いた場合は、微細な加工パターンの描画が可能
な程度に荷電粒子ビームを絞り込んでしまうと、電流密
度が必然的に高くなってしまい、数μＡ／ｃｍ2 程度の
低い電流密度を実現することが技術的に不可能である。In the case of the above-mentioned direct processing method using a finely focused charged particle beam, it is common to use a charged particle beam having a current density of about 1 A / cm2. As a result of careful consideration and numerous experiments, the inventor has found that the current density required for this kind of direct processing is about several μA / cm2 , which is six orders of magnitude lower than that. However, in the case of using a normal focusing optical system, if the charged particle beam is narrowed down to the extent that a fine processing pattern can be drawn, the current density will inevitably become high, and the current density will be several μA / cm2. It is technically impossible to achieve a low current density of.
【０００９】このため、本発明者は、微細に集束した荷
電粒子ビームの使用を止め、レジスト材料を用いた前記
リソグラフィの場合と同様、試料と荷電粒子源との間に
マスクを介在させることにより、当該マスクを透過した
荷電粒子による加工パターン像を試料の所望領域に投影
し、パターン結像領域に反応ガスを供給することによっ
て試料を直接加工する方法を採用した。マスクパターン
像を用いた場合は、微細な荷電粒子ビームを用いた場合
と異なり、試料表面における荷電粒子の電流密度を数μ
Ａ／ｃｍ2 程度の低い値に容易に制御することができる
からである。Therefore, the present inventor stopped the use of the finely focused charged particle beam and placed a mask between the sample and the charged particle source as in the case of the lithography using a resist material. A method of directly processing a sample by projecting a processing pattern image of charged particles that have passed through the mask onto a desired region of the sample and supplying a reaction gas to the pattern imaging region is adopted. When using a mask pattern image, unlike the case of using a fine charged particle beam, the current density of the charged particles on the sample surface is reduced to several μm.
This is because it can be easily controlled to a value as low as A / cm2 .
【００１０】本発明方法の場合も、加工装置内の高真空
を維持する必要がある関係上、加工用反応ガスの供給可
能量には自ずから限度がある。このため、荷電粒子照射
部位における単位時間当たりの加工速度（エッチング深
さ又はデポジション膜厚）それ自体は、微細な荷電粒子
ビームを走査することによって試料の直接加工を行なう
従来方法の場合とほぼ同等である。しかし、本発明方法
の場合は、例えば１ｃｍ2 程度の大面積のマスクパター
ン像をほぼ無収差で結像させることが容易に可能である
から、一回の走査でカバーし得る領域が僅かに１ｍｍ2
程度に過ぎない従来方法と比較して加工面積は約１００
０倍であり、単位時間当りの加工体積を１００倍〜１０
００倍程度高めることができる。Also in the case of the method of the present invention, since it is necessary to maintain a high vacuum in the processing apparatus, the supply amount of the processing reaction gas is naturally limited. Therefore, the processing speed (etching depth or deposition film thickness) per unit time at the charged particle irradiation site itself is almost the same as that of the conventional method in which a sample is directly processed by scanning a fine charged particle beam. Is equivalent. However, in the case of the method of the present invention, it is possible to easily form a mask pattern image having a large area of, for example, about 1 cm2 with almost no aberration, so that the area that can be covered by one scanning is only 1 mm.2
The processing area is about 100 compared with the conventional method which is only a degree.
It is 0 times, and the processing volume per unit time is 100 times to 10 times.
It can be increased about 00 times.
【００１１】単位時間当たりの加工体積は、マスクパタ
ーンの結像面積を大きくすることによって更に向上させ
ることが可能であるが、あまり大きくすると、光学系が
有する収差の影響を受けて形状歪みが発生する。形状歪
みは、投影レンズの口径を大きくすることによって或る
程度の低減が可能であるが、レンズ口径をあまり大きく
することは、装置の大型化を招く結果となって好ましく
ない。本発明者の試算によれば、マスクパターンの結像
面積が１ｃｍ2 程度である場合は、全長３ｍ、直径８０
ｃｍ程度の光学系で装置を実現することが充分に可能で
あり、形状歪みも１μｍ以下に抑えることが可能であ
る。装置の大きさがこの程度であれば、半導体製造ライ
ン等に導入することに困難を生じない。The processing volume per unit time can be further improved by increasing the image forming area of the mask pattern. However, if it is too large, shape distortion occurs due to the influence of the aberration of the optical system. To do. Although the shape distortion can be reduced to some extent by increasing the aperture of the projection lens, making the lens aperture too large is not preferable because it results in an increase in size of the apparatus. According to the calculation by the inventor of the present invention, when the image forming area of the mask pattern is about 1 cm2 , the total length is 3 m and the diameter is 80
The device can be sufficiently realized with an optical system of about cm, and the shape distortion can be suppressed to 1 μm or less. When the size of the device is about this, there is no difficulty in introducing it into a semiconductor manufacturing line or the like.
【００１２】[0012]
【作用】本発明に係る微細加工方法及び装置の原理及び
機能を図１〜図８を参照して更に詳細を説明する。本発
明において使用する微細加工装置の概要構成を図１に示
す。この加工装置は、荷電粒子源１、マスク２、投影光
学系３、反応ガス供給機構４及び試料ステージ５の五つ
の要素から構成されている。各要素の構成及び機能を次
に説明する。なお、図１〜図８における同一記号は、同
一物又は類似物を表わすものとする。The principle and function of the fine processing method and apparatus according to the present invention will be described in more detail with reference to FIGS. FIG. 1 shows a schematic configuration of a fine processing apparatus used in the present invention. This processing apparatus is composed of five elements: a charged particle source 1, a mask 2, a projection optical system 3, a reaction gas supply mechanism 4, and a sample stage 5. The configuration and function of each element will be described below. The same symbols in FIGS. 1 to 8 represent the same or similar items.
【００１３】１．荷電粒子源 荷電粒子源１は、マスク２に荷電粒子を照射するための
機構であり、後で具体的に指摘するように、荷電粒子源
本体のみ又は荷電粒子源本体と照射光学系を組み合わせ
て構成することが可能である。図１の加工装置の場合、
微細加工の限界は、試料ステージ５に搭載された試料６
（例えば半導体ウェハ）に投影されたマスクパターン像
のボケ、歪みなどによって決まる。従って、荷電粒子源
１は、収差の原因となる荷電粒子の広がり（発散角）及
びエネルギー幅（バラツキ）が極力小さくなるように構
成することが必要である。荷電粒子の広がりは、荷電粒
子源１の構造、特に荷電粒子放射チップの面積（有効ソ
ースサイズ）に大きく依存する。エネルギー幅は、荷電
粒子の発生メカニズムに大きく依存する。1. Charged Particle Source The charged particle source 1 is a mechanism for irradiating the mask 2 with charged particles. As will be specifically pointed out later, a charged particle source body alone or a charged particle source body and an irradiation optical system are combined. It is possible to configure. In the case of the processing device of FIG.
The limit of fine processing is the sample 6 mounted on the sample stage 5.
It is determined by the blur and distortion of the mask pattern image projected on (for example, a semiconductor wafer). Therefore, the charged particle source 1 needs to be configured so that the spread (divergence angle) and energy width (variation) of charged particles that cause aberration are minimized. The spread of the charged particles largely depends on the structure of the charged particle source 1, particularly the area of the charged particle emitting tip (effective source size). The energy width largely depends on the generation mechanism of charged particles.
【００１４】荷電粒子として電子を用いる場合は、熱電
子放出型電子源又は電界放出型電子源の使用が可能であ
るが、超微細加工を行なう場合は、高解像度を得ること
が可能な電界放出型電子源を使用することが望ましい。
熱電子放出型電子源は、電界放出型電子源に比較して、
有効ソースサイズが３桁、エネルギー幅が１桁程度大き
いため、収差がやや大きいが、高い電流密度を実現する
ことが可能であり、加工の高速化や大面積化の場合に有
利である。When electrons are used as the charged particles, a thermionic emission type electron source or a field emission type electron source can be used, but in the case of performing ultrafine processing, a field emission capable of obtaining high resolution. It is desirable to use a type electron source.
Thermionic emission type electron source, compared to the field emission type electron source,
Since the effective source size is 3 digits and the energy width is about 1 digit larger, the aberration is slightly large, but it is possible to realize a high current density, which is advantageous in the case of speeding up processing and increasing the area.
【００１５】一方、荷電粒子としてイオンを用いる場合
は、有効ソースサイズを１ｍｍ以下の疑似点状にするこ
とができる電界電離型ガスイオン源、液体金属イオン源
又はデュオプラズマトロンイオン源を使用することが望
ましい。電界電離型イオン源は、エネルギー幅が最も小
さく、最適化した条件のもとでは１〜３ｅＶ程度にする
ことが可能であり、超微細加工に適している。液体金属
イオン源及びデュオプラズマトロンイオン源は、エネル
ギー幅が５〜１０ｅＶと大きく、有効ソースサイズも電
界電離型イオン源と較べて大きいが、１０ｎｍ程度の精
度の加工を行なう場合は、特に支障なく用いることがで
きる。On the other hand, when the ions are used as the charged particles, an electric field ionization type gas ion source, a liquid metal ion source or a duoplasmatron ion source capable of making the effective source size into a pseudo-dot shape of 1 mm or less is used. Is desirable. The field ionization type ion source has the smallest energy width and can be set to about 1 to 3 eV under optimized conditions, and is suitable for ultrafine processing. The liquid metal ion source and the duoplasmatron ion source have a large energy width of 5 to 10 eV and an effective source size larger than that of the field ionization type ion source, but there is no particular problem when processing with an accuracy of about 10 nm. Can be used.
【００１６】荷電粒子源１に設ける照射光学系は、荷電
粒子を高効率かつ良好な均一性でマスク２上に照射する
ために使用する。図２は、荷電粒子放射チップ１３とア
パーチャ１４のみで構成した照射光学系を示す。この光
学系は、単位時間又は単位面積当りの照射量は小さい
が、レンズを使用していないため、構造が簡単で収差も
少ないのが特徴である。The irradiation optical system provided in the charged particle source 1 is used to irradiate the charged particles onto the mask 2 with high efficiency and good uniformity. FIG. 2 shows an irradiation optical system including only the charged particle emitting chip 13 and the aperture 14. This optical system has a small irradiation amount per unit time or unit area, but is characterized by a simple structure and a small aberration because no lens is used.
【００１７】図３は、マスク２とアパーチャ１４との間
にコンデンサレンズ１６を介在させた照射光学系を示
す。この光学系は、マスク２に対して垂直に照射する平
行ビームを形成することができるため、荷電粒子を最も
効率よく利用できる特徴があるが、コンデンサレンズ１
６を使用しているため、図２に示した照射光学系に比較
して収差が若干大きい。FIG. 3 shows an irradiation optical system in which a condenser lens 16 is interposed between the mask 2 and the aperture 14. This optical system is capable of forming a parallel beam that irradiates the mask 2 perpendicularly, and therefore has the feature that charged particles can be used most efficiently.
Since 6 is used, the aberration is slightly larger than that of the irradiation optical system shown in FIG.
【００１８】図４に示した照射光学系は、マスク２とア
パーチャ１４との間に、集束レンズ１７、偏向器１８及
び照射レンズ１９を順次配置したものであり、マスク２
の表面における荷電粒子照射面積がマスク面積の数分の
１〜十数分の１程度になるように荷電粒子を集束し、集
束した荷電粒子ビームを偏向器１８によって走査してマ
スク２の全体を照射する。この光学系は、集束レンズ１
７、偏向器１８及び照射レンズ１９が有する収差の影響
を受けるが、一度にマスク２の全面を照射する場合に比
較して、マスク２上における荷電粒子の均一性を高める
ことが可能であるため、特に大面積の加工の場合に有利
である。In the irradiation optical system shown in FIG. 4, a focusing lens 17, a deflector 18 and an irradiation lens 19 are sequentially arranged between the mask 2 and the aperture 14, and the mask 2
The charged particles are focused such that the irradiation area of the charged particles on the surface of the mask is about 1 to 1/10 of the mask area, and the focused charged particle beam is scanned by the deflector 18 to scan the entire mask 2. Irradiate. This optical system includes a focusing lens 1
7, the influence of the aberration of the deflector 18 and the irradiation lens 19 is affected, but the uniformity of the charged particles on the mask 2 can be improved as compared with the case where the entire surface of the mask 2 is irradiated at once. , Especially in the case of large area processing.
【００１９】図２〜図４に示した照射光学系の場合、引
出電極（図示せず）とマスク２の間に電圧を掛けたり、
ギャップレンズなどを使用しない限り、荷電粒子のエネ
ルギーは、引出電圧に等しくなるが、この程度のエネル
ギーでは微細加工に不適当なことがあるため、通常は、
数ｋＶ程度の引出電圧を掛けるのが普通である。引出電
圧は、変更可能であるが、引出電圧を変えると、荷電粒
子の広がりやエネルギー幅も変化する結果、試料６上に
おけるマスクパターン像の質が変化する。このため、引
出電圧は固定とし、別の方法で荷電粒子の加速を行なう
のが最善の方法である。但し、荷電粒子としてイオンを
使用する場合は、照射光学系でイオンの加速を行なう
と、マスク２の損傷が激しいため、照射光学系及びマス
ク２を同電位とし、マスク２と投影光学系３との間に加
速電圧を印加するか、投影光学系３と試料ステージ５の
間に加速電圧を印加することが望ましい。荷電粒子とし
て電子を使用する場合は、どこで加速を行なっても良
い。なお、荷電粒子を加速又は減速した場合は、光学系
におけるレンズ効果及び荷電粒子のエネルギー分布が変
わるため、収差が変化する。In the case of the irradiation optical system shown in FIGS. 2 to 4, a voltage is applied between the extraction electrode (not shown) and the mask 2,
Unless a gap lens or the like is used, the energy of the charged particles is equal to the extraction voltage, but this level of energy may be unsuitable for microfabrication.
It is usual to apply an extraction voltage of about several kV. The extraction voltage can be changed, but when the extraction voltage is changed, the spread of charged particles and the energy width also change, and as a result, the quality of the mask pattern image on the sample 6 changes. Therefore, it is the best method to fix the extraction voltage and accelerate the charged particles by another method. However, when the ions are used as the charged particles, if the ions are accelerated by the irradiation optical system, the mask 2 is seriously damaged. Therefore, the irradiation optical system and the mask 2 are set to the same potential, and the mask 2 and the projection optical system 3 are connected to each other. It is desirable to apply an accelerating voltage during this period or between the projection optical system 3 and the sample stage 5. When using electrons as charged particles, acceleration may be performed anywhere. When the charged particles are accelerated or decelerated, the lens effect in the optical system and the energy distribution of the charged particles change, so that the aberration changes.
【００２０】２．マスク マスク２は、試料６上に加工パターンの荷電粒子像を形
成するためのものであるが、荷電粒子を用いる関係上、
珪素薄膜や金属薄膜の必要部分に孔を明けた公知のステ
ンシルマスクを使用することが望ましい。但し、荷電粒
子としてイオンを用いる場合は、スパッタにより損傷を
防ぐため、開口部のアスペクト比を大きくして厚く作る
ことが必要である。また、スパッタ粒子による汚染を防
止するためには、試料６と同じ材質でマスク２を作るこ
とが望ましい。なお、温度上昇による変形を防ぐため、
熱伝導を良くした構造にするなどの工夫が必要である。2. Mask The mask 2 is for forming a charged particle image of a processing pattern on the sample 6, but because of the use of charged particles,
It is desirable to use a known stencil mask in which holes are formed in necessary portions of a silicon thin film or a metal thin film. However, when using ions as the charged particles, it is necessary to increase the aspect ratio of the opening to make it thicker in order to prevent damage due to sputtering. Further, in order to prevent contamination by sputtered particles, it is desirable that the mask 2 be made of the same material as the sample 6. In order to prevent deformation due to temperature rise,
It is necessary to devise a structure that improves heat conduction.
【００２１】投影光学系の幾何収差を無視することが可
能な場合、マスク２に形成するパターンの形状又は寸法
は、試料６に施すべき加工パターンの形状又は寸法に完
全に相似させることができる。投影光学系の幾何収差を
無視することができない場合は、以下の要領により、マ
スクパターンの形状又は寸法を予め補正しておくことが
必要である。When the geometrical aberration of the projection optical system can be ignored, the shape or size of the pattern formed on the mask 2 can be made completely similar to the shape or size of the processing pattern to be applied to the sample 6. If the geometrical aberration of the projection optical system cannot be ignored, it is necessary to correct the shape or size of the mask pattern in advance by the following procedure.
【００２２】幾何収差は、有限の大きさを持つ物を光学
系により投影して像とする場合に必ず発生する収差であ
り、三次の収差理論によれば、物面における光学軸から
の距離の３乗に比例して本来の像からずれる性質を持っ
ている。いま、１段の静電レンズにより物面上の点
（ｘ，ｙ）を像面に投影する場合を考えると、幾何収差
がない範囲では、像点（Ｘ0，Ｙ0）は、倍率をＭとしてGeometrical aberration is an aberration that is necessarily generated when an object having a finite size is projected by an optical system to form an image. According to the third-order aberration theory, the distance from the optical axis in the object plane is It has the property of deviating from the original image in proportion to the cube. Now, considering the case where a point (x, y) on the object plane is projected onto the image plane by a one-stage electrostatic lens, the image point (X0 , Y0 ) is magnified in the range where there is no geometric aberration. As M
【００２３】[0023]
【数１】 Ｘ0＝−Ｍｘ， Ｙ0＝−Ｍｙ ・・・・(１) であるが、幾何収差がある範囲では、像点は、次式で与
えられる（Ｘ，Ｙ）になる。[Number 1] X0 = -Mx, Y0 = but -My a ... (1), in the range where there is a geometric aberration, image point will be given by the following formula (X, Y).
【００２４】[0024]
【数２】 Ｘ＝Ｘ0＋Ｘ1， Ｙ＝Ｙ0＋Ｙ1 Ｘ1＝Ｃ（ｘ2＋ｙ2）ｘ， Ｙ1＝Ｃ（ｘ2＋ｙ2）ｙ ・・・(２) ここで、Ｃは、歪み収差係数と呼ばれる定数である。Ｃ
の符号は、投影光学系３のレンズ構成により変わり、Ｃ
が正の場合は、像の歪みが糸捲型（ピンクッション型）
となり、Ｃが負の場合は、樽型（バレル型）となる。物
面上の正方形を投影した場合の像点（Ｘ0，Ｙ0）及び
（Ｘ，Ｙ）を図５に示した（但し、Ｃは正とする）。歪
み量（Ｘ1，Ｙ1）が加工精度に比較して非常に小さい場
合は、マスク２の補正は不要であるが、本発明の場合
は、試料６上に１ｃｍ2 程度の大面積パターンを投影す
ることを目的としているため、無視することができな
い。このため、像点（Ｘ，Ｙ）が見掛け上、像点
（Ｘ0，Ｙ0）になるように、マスク２上の点（ｘ，ｙ）
をずらして補正する。即ち、式１及び式２より所望の加
工領域内の点を（Ｘ0，Ｙ0）とした場合、マスク２に形
成するパターンは、次の条件を満たす形状にする。## EQU2 ## X = X0 + X1 , Y = Y0 + Y1 X1 = C (x2 + y2 ) x, Y1 = C (x2 + y2 ) y (2) where C Is a constant called a distortion aberration coefficient. C
The sign of C changes depending on the lens configuration of the projection optical system 3, and C
If is positive, the image distortion is pincushion type
If C is negative, the barrel type is used. Image points (X0 , Y0 ) and (X, Y) when a square on the object plane is projected are shown in FIG. 5 (where C is positive). If the distortion amount (X1 , Y1 ) is very small compared to the processing accuracy, the mask 2 need not be corrected, but in the case of the present invention, a large area pattern of about 1 cm2 is formed on the sample 6. Since it is intended to project, it cannot be ignored. Therefore, the point (x, y) on the mask 2 is set so that the image point (X, Y) apparently becomes the image point (X0 , Y0 ).
Correct by shifting. That is, when the point in the desired processing region is set to (X0 , Y0 ) according to the equations 1 and 2, the pattern formed on the mask 2 has a shape satisfying the following condition.
【００２５】[0025]
【数３】 Ｘ0＝−Ｍｘ1＋Ｃ（ｘ12＋ｙ12）ｘ1 Ｙ0＝−Ｍｙ1＋Ｃ（ｘ12＋ｙ12）ｙ1 ・・・・（３） 以上の議論は、軸対称の静電レンズの場合であるが、磁
界レンズを使用した場合も同様の補正が可能である。但
し、磁界レンズを使用した場合は、光学軸に対して回転
方向にも歪みが生じるため、補正が複雑になる。五次以
上の収差は、上記の方法では補正できないため、更に高
次の項を考慮した補正が必要がある。X0 = −Mx1 + C (x12 + y12 ) x1 Y0 = −My1 + C (x12 + y12 ) y1 (3) The above discussion is Although this is the case of an axially symmetric electrostatic lens, the same correction is possible when a magnetic field lens is used. However, when a magnetic lens is used, distortion is also generated in the rotation direction with respect to the optical axis, which makes the correction complicated. Aberrations of the fifth order and higher cannot be corrected by the above method, so it is necessary to correct the higher order terms.
【００２６】３．投影光学系 幾何収差は、投影物の大きさに対するレンズのポテンシ
ャル幅の比の３乗に反比例する性質を持っているため、
レンズの厚みや径を大きくすれば、幾何収差を幾らでも
小さくできるが、現実には、大型のレンズを作製して高
精度で組み立てることが困難なため、別の方法で幾何収
差を低減することが望ましい。収差低減の代表的な方法
としては、複合レンズ系を用いる方法と偏向器を用いる
方法の二種類がある。3. Projection optical system Since geometrical aberration has the property of being inversely proportional to the cube of the ratio of the potential width of the lens to the size of the projection object,
Although geometric aberration can be reduced as much as possible by increasing the thickness and diameter of the lens, in reality it is difficult to fabricate a large lens and assemble it with high precision. Is desirable. There are two typical methods of reducing aberrations: a method using a compound lens system and a method using a deflector.
【００２７】複合レンズ系を用いる方法は、荷電粒子に
よる投影露光装置を用いた従来のリソグラフィ技術にお
いて既に採用されている方法である。この種の光学系の
一例を図６に示す。本例の場合は、投影光学系３は、二
つのレンズ２０，２１をもって構成されている。両レン
ズ間の距離は、各レンズの焦点距離の和に等しくしてあ
る。マスク２は、第１投影レンズ２０の前焦点位置に置
かれている。両レンズの中間において発生する収差を含
む軌道２３（破線）は、第１レンズ２０を出た所では無
収差軌道２２（実線）の内側（中心軸７５に近い側）を
通り、第２レンズ２１に入る所では無収差軌道２２の外
側を通る。しかし、収差を含む軌道２３は、第２レンズ
２１によって大きく曲げられるため、同レンズを出た所
で無収差軌道２２と交差する。従って、両軌道の交点を
含む面内では収差の無い像が得られるから、この面に試
料６を置くことによって収差（加工歪み）を極小にする
ことが可能である。これが複合レンズ系による収差低減
の原理である。収差極小面は、レジスト材料を塗布した
試料６の位置を僅かずつ変えて荷電粒子を露光すること
によって決めることができる。The method using the compound lens system is a method already adopted in the conventional lithography technique using a projection exposure apparatus using charged particles. An example of this type of optical system is shown in FIG. In the case of this example, the projection optical system 3 includes two lenses 20 and 21. The distance between both lenses is equal to the sum of the focal lengths of the lenses. The mask 2 is placed at the front focus position of the first projection lens 20. A trajectory 23 (broken line) including an aberration occurring in the middle of both lenses passes through the inside of the aberration-free trajectory 22 (solid line) (the side close to the central axis 75) at the position where it exits the first lens 20, and passes through the second lens 21. At the entrance, it passes outside the aberration-free trajectory 22. However, the trajectory 23 including the aberration is largely bent by the second lens 21, and thus intersects with the aberration-free trajectory 22 at the position where the second lens 21 exits. Therefore, an image without aberration can be obtained in the plane including the intersection of both trajectories, so that the aberration (processing distortion) can be minimized by placing the sample 6 on this plane. This is the principle of aberration reduction by the compound lens system. The minimal aberration surface can be determined by exposing the charged particles while slightly changing the position of the sample 6 coated with the resist material.
【００２８】三次の収差理論の範囲では、複合レンズ系
を用いることによって収差を消すことができるが、更に
高次の収差まで考慮すると、収差が消失する面が湾曲す
るため、試料６の平面上では完全に収差を消すことが困
難である。高次の収差は、光学軸からの距離に対する投
影光学系３のレンズ径が充分大きくない場合に顕著とな
る。三次の収差理論での近似が良く成り立つためには、
パターン径の２〜３倍以上の口径を持つレンズが経験的
に見て必要である。Within the range of the third-order aberration theory, the aberration can be eliminated by using a complex lens system. However, considering even higher-order aberrations, the surface on which the aberration disappears is curved, so that it is on the plane of the sample 6. It is difficult to completely eliminate the aberration. Higher-order aberrations become remarkable when the lens diameter of the projection optical system 3 with respect to the distance from the optical axis is not sufficiently large. In order for the approximation in the third-order aberration theory to hold well,
From an empirical point of view, a lens having a diameter of 2 to 3 times the pattern diameter is necessary.
【００２９】一方、偏向器を用いる収差低減は、荷電粒
子のビームが常に投影光学系３の中心近傍を通るよう
に、荷電粒子を偏向することによって行なう方法であ
る。その具体例を図７に示す。荷電粒子放射チップ１３
から出た荷電粒子は、集束レンズ１７で集束された後、
偏向器１８に入る。荷電粒子は、更に照射レンズ１９を
通過し、マスク２に入射して成形され、投影レンズ２４
を経て試料６上にマスクパターン像を形成する。試料６
上におけるビーム位置が光軸からずれた場合は、偏向器
の印加する電圧を加減し、荷電粒子ビームが常に投影レ
ンズ２４の中心を通るように調節する。マスク２と試料
６の間には、投影レンズ２４以外に収差の原因となる光
学要素が存在しないから、荷電粒子ビームが投影レンズ
２４の中心近傍を通過するように調整することによっ
て、同レンズで発生する幾何収差を極小にすることがで
きる。On the other hand, the aberration reduction using a deflector is a method of deflecting the charged particles so that the beam of the charged particles always passes near the center of the projection optical system 3. A specific example is shown in FIG. Charged particle emitting chip 13
The charged particles emitted from are focused by the focusing lens 17,
Enter the deflector 18. The charged particles further pass through the irradiation lens 19, enter the mask 2 and are shaped, and the projection lens 24
Then, a mask pattern image is formed on the sample 6. Sample 6
When the beam position on the upper side is deviated from the optical axis, the voltage applied by the deflector is adjusted so that the charged particle beam always passes through the center of the projection lens 24. Since there is no optical element that causes aberrations between the mask 2 and the sample 6 other than the projection lens 24, the charged lens beam is adjusted so that it passes near the center of the projection lens 24. The generated geometrical aberration can be minimized.
【００３０】図７の装置で発生する収差は、有限の厚み
を有する投影レンズ２４の中心の一点だけに荷電粒子ビ
ームを通すことができないことによる収差と、集束レン
ズ１７、偏向器１８及び照射レンズ１８で構成される照
射光学系によって生ずる収差である。照射光学系による
収差が生じた場合は、マスク２上でのビーム発散角が大
きくするため、主に像のボケとなって現われる。Aberrations generated in the apparatus of FIG. 7 are aberrations due to the fact that the charged particle beam cannot pass through only one point at the center of the projection lens 24 having a finite thickness, and the focusing lens 17, the deflector 18 and the irradiation lens. It is an aberration caused by the irradiation optical system configured by 18. When aberration occurs due to the irradiation optical system, the beam divergence angle on the mask 2 becomes large, so that it appears mainly as an image blur.
【００３１】以上、収差低減の方法について説明した
が、荷電粒子の加減速を行なうために光学要素の間に電
界を掛けた場合は、当該電界によって荷電粒子の集束・
発散が発生するため、装置全体として収差が変化する。
このため、個々の光学系は、この点を充分に考慮して設
計する必要がある。また、装置を製作する際に生ずる機
械的誤差も、見掛け上の収差となって像質を低下させる
ことになるが、この種の収差は、蛍光板等によってマス
クパターン像を観察しながら、機械的にレンズ位置を調
整することによって低減させることが可能である。な
お、微妙なずれについては、静電アライナ等を使って補
足的に調整を行なうことが望ましい。The method of reducing aberration has been described above. However, when an electric field is applied between the optical elements in order to accelerate or decelerate the charged particle, the electric field can focus or condense the charged particle.
Since divergence occurs, the aberration changes in the entire device.
Therefore, it is necessary to design the individual optical systems with due consideration of this point. In addition, mechanical errors that occur when manufacturing the device also cause an apparent aberration and deteriorate the image quality. However, this type of aberration causes mechanical errors while observing the mask pattern image with a fluorescent screen or the like. It can be reduced by adjusting the lens position. It should be noted that it is desirable to make a supplementary adjustment using an electrostatic aligner or the like for a slight deviation.
【００３２】４．ガス供給機構 ガス供給機構４（図１参照）は、エッチングやデポジシ
ョンを行なうための反応ガスを供給する。エッチング加
工の代表例は、二弗化キセノン（ＸeＦ2）の蒸気中での
イオン照射によるＳiＯ2膜のエッチングであるが、この
ほか、ＧaＡs基板やアルミニウム膜と塩素ガス、銅膜と
ＳiＣl4 など、既に公知である各種の組み合せが可能で
ある。但し、銅やアルミニウム等をハロゲンガス等によ
ってエッチングする場合は、反応ガスの蒸気圧が低いた
め、試料温度を２００℃程度に上げる必要がある。ま
た、ＳiＯ2膜などをエッチングする場合は、プラズマ放
電発生手段（図示せず）をガス供給機構に付設し、ＣＦ
4、ＳＦ6などの反応ガスをプラズマ放電で活性化するこ
とによって生ずるラジカル（遊離基）を利用することも
可能である。4. Gas Supply Mechanism The gas supply mechanism 4 (see FIG. 1) supplies a reactive gas for performing etching and deposition. A typical example of the etching process is etching of the SiO2 film by ion irradiation in the vapor of xenon difluoride (XeF2 ). In addition to this, a GaAs substrate, an aluminum film and chlorine gas, a copper film and SiCl4 etc. Various known combinations are possible. However, when etching copper, aluminum, or the like with a halogen gas or the like, it is necessary to raise the sample temperature to about 200 ° C. because the vapor pressure of the reaction gas is low. When etching a SiO2 film or the like, a plasma discharge generating means (not shown) is attached to the gas supply mechanism to remove CF.
It is also possible to use radicals (free radicals) generated by activating a reactive gas such as4 , SF6 or the like by plasma discharge.
【００３３】イオンの代わりに電子を用いた場合も、ほ
ぼ同様の表面反応が発生するが、電子を用いた場合はス
パッタリングが生じないため、試料に対する反応ガスの
選択性が高くなり、エッチングが起こるかどうかは、主
として反応ガスと試料の組み合わせで決まる。また、電
子を用いた場合は、イオンを用いた場合よりも反応が遅
いため、深さ方向に精密な加工が可能である。When electrons are used instead of ions, almost the same surface reaction occurs, but when electrons are used, sputtering does not occur, so the selectivity of the reaction gas with respect to the sample becomes high, and etching occurs. Whether or not it depends mainly on the combination of the reaction gas and the sample. Further, when electrons are used, the reaction is slower than when ions are used, so that precise processing can be performed in the depth direction.
【００３４】デポジション加工の代表的な例としては、
タングステンやモリブデンの金属カルボニル化合物〔Ｗ
(ＣＯ)6、Ｍo(ＣＯ)6〕、アセチルアセトンやその置換
体が金属に配位した化合物〔例えば金ヘキサフロロアセ
チルアセトナトＡu（ｈｆａｃ)2〕などを試料に吹き付
け、同時に電子又はイオンを照射することで局所的に膜
堆積させる方法がある。有機金属の多くは、試料に吸着
させた状態でイオン照射を行うと、分解して導電性金属
を含む堆積物を生じるため、集積回路の配線材料やＸ線
リソグラフィ用マスクの吸収材としての利用が可能であ
る。また、半導体ウェハの酸化膜（ＳiＯx）も、テトラ
エトキシシリコン〔Ｓi(ＯＣ2Ｈ5)4〕と酸素の混合ガス
を利用することによって形成することが可能である。こ
れらの表面反応は、温度によって堆積速度や膜の比抵抗
等の物理的性質が変わることが多いため、通常は、試料
の温度調節をするための手段（図示せず）を試料ステー
ジ５に付設することが望ましい。As a typical example of the deposition processing,
Metal carbonyl compounds of tungsten and molybdenum [W
(CO)6 , Mo (CO)6 ], acetylacetone or a compound in which acetylacetone or a substitution product thereof is coordinated with a metal [eg, gold hexafluoroacetylacetonato Au (hfac)2 ] is sprayed onto the sample, and simultaneously irradiated with electrons or ions. By doing so, there is a method of locally depositing a film. Many organic metals are decomposed to form a deposit containing a conductive metal when they are irradiated with ions while being adsorbed on a sample, and therefore they are used as wiring materials for integrated circuits and absorbers for X-ray lithography masks. Is possible. The oxide film (SiOx) of the semiconductor wafer can also be formed by using a mixed gas of tetraethoxysilicon [Si (OC2 H5 )4 ] and oxygen. In these surface reactions, physical properties such as the deposition rate and the specific resistance of the film often change depending on the temperature. Therefore, a means (not shown) for adjusting the temperature of the sample is usually attached to the sample stage 5. It is desirable to do.
【００３５】また、試料に光を照射する手段を試料ステ
ージ５に付設した場合は、光のエネルギーによって表面
反応を促進させることができる。光の照射は、主として
反応生成物の脱離に寄与し、エッチング速度を向上させ
たり、デポジションの膜質を改善するなどの効果があ
る。特に試料温度を上げた場合は、堆積速度が低下する
等の副次的効果を伴うことがあるが、このような場合
は、光照射を併用することが望ましい。なお、光の照射
を行なう場合は、脱離を促進させたい分子の振動に対応
した赤外光を使用することが望ましい。When a means for irradiating the sample with light is attached to the sample stage 5, the surface reaction can be promoted by the energy of light. The irradiation of light mainly contributes to desorption of reaction products, and is effective in improving the etching rate and improving the film quality of deposition. Especially when the sample temperature is raised, a secondary effect such as a decrease in the deposition rate may be accompanied, but in such a case, it is desirable to use light irradiation in combination. Note that when light irradiation is performed, it is desirable to use infrared light that corresponds to the vibration of molecules that are desired to promote desorption.
【００３６】５．試料ステージ 試料ステージ５は、光学軸に対して試料６を適当な位置
に設定するために使用する。エッチングやデポジション
などの加工精度は、試料６上における像ボケや歪みなど
の収差によって大きな影響を受ける。このため、試料６
の加工領域を常に光軸近傍に位置せしめることにより、
光学系の収差の影響を極小化する必要がある。5. Sample Stage The sample stage 5 is used to set the sample 6 at an appropriate position with respect to the optical axis. The processing accuracy such as etching and deposition is greatly affected by aberrations such as image blurring and distortion on the sample 6. Therefore, sample 6
By always positioning the processing area in the vicinity of the optical axis,
It is necessary to minimize the influence of aberration of the optical system.
【００３７】試料６の位置合わせは、偏向器１８（図４
及び図７参照）により像全体を移動させて行なうことも
可能であるが、この方法は、偏向収差による像ボケや歪
みが原因となって加工精度をかえって低下させることに
なる。また、試料６に荷電粒子を直接照射して位置合わ
せをすることも可能であるが、荷電粒子としてイオンを
用いた場合は、スパッタリングによる試料６の損傷や打
ち込まれたイオンによる電気特性の変化が生ずる可能性
があり、電子を用いた場合も、試料６の帯電や残留ガス
による表面汚染が生ずる可能性があって好ましくない。The alignment of the sample 6 is performed by the deflector 18 (see FIG. 4).
And FIG. 7), it is possible to move the entire image, but this method rather reduces the processing accuracy due to image blurring and distortion due to deflection aberration. It is also possible to directly irradiate the sample 6 with charged particles for alignment, but when ions are used as the charged particles, damage to the sample 6 due to sputtering and changes in electrical characteristics due to implanted ions are caused. However, even if electrons are used, the charge of the sample 6 and the surface contamination by the residual gas may occur, which is not preferable.
【００３８】このため、図８に示すように、試料ステー
ジ５の周囲４カ所にビーム電流検出用のファラデーカッ
プ２５を配設し、これらのファラデーカップ２５によっ
て検出される荷電粒子のビーム電流を計測することによ
って位置合わせをすることが望ましい。即ち、試料ステ
ージ５の中心位置が光軸からずれている場合は、ファラ
デーカップ２５の全出力が一様にならないから、全出力
が一様になるように試料ステージ５の位置を移動するる
ことによって、試料６の位置合わせをすることができ
る。Therefore, as shown in FIG. 8, the Faraday cups 25 for beam current detection are arranged at four locations around the sample stage 5, and the beam currents of the charged particles detected by these Faraday cups 25 are measured. It is desirable to align by doing. That is, when the center position of the sample stage 5 is deviated from the optical axis, the total output of the Faraday cup 25 is not uniform. Therefore, the position of the sample stage 5 should be moved so that the total output becomes uniform. Thus, the sample 6 can be aligned.
【００３９】[0039]
【実施例】実施例の説明に用いる図９〜図２２の図面に
おいては、同一物又は類似物に対して図１〜図８に用い
たのと同様の同一記号を使用することとする。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS In the drawings of FIGS. 9 to 22 used for describing the embodiments, the same symbols as those used in FIGS. 1 to 8 are used for the same or similar objects.
【００４０】〈実施例１〉荷電粒子として液体金属イオ
ン源から放出されたガリウムイオンを用い、反応ガスと
して二弗化キセノン蒸気を使用してＳiＯ2膜をエッチン
グした。本実施例の装置の構成を図９に示す。図９の装
置において、荷電粒子放射チップ１３に液体金属イオン
源、マスク２にマスクステージ２６で保持したステンシ
ルマスク、ガス供給機構４の供給ガスに二弗化キセノン
蒸気、投影レンズ２４に１段のアインツェルレンズ、試
料６にＳiＯ2膜（化学的気相成長法により厚さ１μｍに
成膜した）を有するシリコンウェハをそれぞれ用いた。
また、２７は引出電極、２９は、放出イオンの開閉を行
なうシャッタ、３２，３３，３４は電流計を示す。Example 1 The SiO2 film was etched using gallium ions released from a liquid metal ion source as charged particles and xenon difluoride vapor as a reaction gas. The structure of the apparatus of this embodiment is shown in FIG. In the apparatus of FIG. 9, the charged particle emitting chip 13 is a liquid metal ion source, the mask 2 is a stencil mask held by the mask stage 26, the supply gas of the gas supply mechanism 4 is xenon difluoride vapor, and the projection lens 24 has one stage. An Einzel lens and a silicon wafer having a SiO2 film (formed to a thickness of 1 μm by a chemical vapor deposition method) as Sample 6 were used.
Further, 27 is an extraction electrode, 29 is a shutter for opening and closing emitted ions, and 32, 33 and 34 are ammeters.
【００４１】加工は、１０ｋｅＶの加速エネルギーで行
ない、放射チップ１３をアース電位に対して＋１０ｋＶ
に設定した。放射チップ１３の特性をあらかじめ測定
し、引出電極２７の電圧は６．２ｋＶで使用した。この
場合のイオン放出電流は約１０μＡであった。この放射
チップ１３の放射角電流密度の角度依存性は、１０μＡ
前後の電流値では図１０のようになっており、中心軸か
ら１０°位までは平坦に近い。ここでは、放射チップ１
３から０．５７ｃｍの距離に直径１ｍｍのアパーチャ１
４を設置し、イオン源軸に対して５°までの電流を取り
出した。アパーチャ１４に流れる電流は、電流計３２で
検出したが、約９μＡであることから、アパーチャ１４
を通過したビーム電流は１μＡである。コンデンサレン
ズ１６は、放射チップ１３から８．５ｃｍの位置に設置
した。アパーチャ１４により、ビーム開き角の半角を５
°に制限しているため、レンズ１６の中心位置でのビー
ム径は、９．０７ｃｍ×ｔａｎ５°×２＝１．５８ｃｍ
である。レンズ１６により平行ビーム化されたイオン
は、レンズ１６の直後に設置されたマスク２に照射され
る。マスク２の形状は１ｃｍ角の正方形であり、全面を
照射可能である。マスク２上の電流密度は、約０．５８
μＡ／ｃｍ2であった。The processing is performed with an acceleration energy of 10 keV, and the radiation tip 13 is +10 kV with respect to the ground potential.
Set to. The characteristics of the radiation tip 13 were measured in advance, and the extraction electrode 27 was used at a voltage of 6.2 kV. The ion emission current in this case was about 10 μA. The angle dependence of the radiation angular current density of the radiation tip 13 is 10 μA.
The front and back current values are as shown in FIG. 10, and are nearly flat up to about 10 ° from the central axis. Here, the radiating chip 1
1 mm diameter aperture at a distance of 3 to 0.57 cm
4 was installed, and a current up to 5 ° was taken out with respect to the ion source axis. The current flowing through the aperture 14 was detected by the ammeter 32 and was about 9 μA.
The beam current that has passed through is 1 μA. The condenser lens 16 was installed at a position 8.5 cm from the radiation chip 13. The aperture 14 reduces the beam divergence angle to 5
The beam diameter at the center position of the lens 16 is 9.07 cm × tan 5 ° × 2 = 1.58 cm because it is limited to
Is. The ions converted into parallel beams by the lens 16 are applied to the mask 2 installed immediately after the lens 16. The mask 2 has a square shape of 1 cm square and can irradiate the entire surface. The current density on the mask 2 is about 0.58
It was μA / cm2 .
【００４２】引出電極２７とアパーチャ１４の間には、
約３．８ｋＶの電位差がある。一般に液体金属イオン源
では引出電流にふらつきがあり、通常、引出電流が一定
になるように引出電極にフィードバック電圧を与える
が、本装置では、引出電圧を定電圧で使用している。こ
れにより、電流は１％前後ふらつくが、引出電極２７と
コンデンサレンズ１６の間の電位差が一定になり、この
部分で従来生じていたレンズ作用の変動を抑えることが
できた。Between the extraction electrode 27 and the aperture 14,
There is a potential difference of about 3.8 kV. Generally, a liquid metal ion source has a fluctuation in the extraction current, and normally a feedback voltage is applied to the extraction electrode so that the extraction current becomes constant. However, in this device, the extraction voltage is used as a constant voltage. As a result, the current fluctuates around 1%, but the potential difference between the extraction electrode 27 and the condenser lens 16 becomes constant, and the fluctuation of the lens action that has conventionally occurred in this portion can be suppressed.
【００４３】また、投影レンズ２４の外側の電極をアー
ス電位に設定した。マスク２とレンズ２４の中心、レン
ズ２４の中心と試料６の距離の比は２対１とした。従っ
て、倍率は０．５である。レンズ２４は、収差を低減す
るために静電ポテンシャルの幅が約１ｍの大口径レンズ
を加速モードで用いた。The electrode outside the projection lens 24 was set to the ground potential. The ratio of the distance between the mask 2 and the center of the lens 24 and the distance between the center of the lens 24 and the sample 6 was set to 2: 1. Therefore, the magnification is 0.5. As the lens 24, a large-diameter lens having an electrostatic potential width of about 1 m is used in the acceleration mode in order to reduce aberration.
【００４４】レンズ２４の電極形状を元にラプラス方程
式から軸上ポテンシャルを計算してレンズ２４が結像を
行なうためのレンズ電圧を概算した。更にその概算結果
をもとに、加工、組立誤差等を考慮して実験的に詳細な
レンズ電圧を求めた。試料ステージ５の上にレジストを
塗布したウェハを置き、露光量約１μＣ／ｃｍ2 で、レ
ンズ電圧を変えて露光、現像を繰り返し、装置設計上の
倍率に合うレンズ電圧を決めるとともに、露光した像を
もとに放射チップ１３、コンデンサレンズ１６と投影レ
ンズ２４の軸調整を行った。マスク２のステンシルマス
クの代わりに、１０００番の金属メッシュを使い、図１
１の投影像が得られた。この像は、投影レンズ２４によ
る幾何収差を含み、糸捲型に歪んでいる。光軸からのず
れがある場合には、歪みが非対称になるので、非対称を
修正するように光軸を動かして光軸調整を行なった。そ
の結果、約０．０５μｍの良好な解像度が得られた。Based on the electrode shape of the lens 24, the axial potential was calculated from the Laplace equation and the lens voltage for the lens 24 to form an image was roughly estimated. Further, based on the rough calculation result, the detailed lens voltage was experimentally obtained in consideration of processing and assembling errors. A resist-coated wafer is placed on the sample stage 5, and exposure and development are repeated at an exposure amount of about 1 μC / cm2 by changing the lens voltage to determine the lens voltage that matches the magnification in the device design and the exposed image. Based on the above, the axes of the radiation chip 13, the condenser lens 16, and the projection lens 24 were adjusted. In place of the stencil mask of Mask 2, use No. 1000 metal mesh,
A projected image of 1 was obtained. This image includes geometrical aberration due to the projection lens 24 and is distorted in a peg shape. When there is a deviation from the optical axis, the distortion becomes asymmetric, so the optical axis was adjusted by moving the optical axis so as to correct the asymmetry. As a result, a good resolution of about 0.05 μm was obtained.
【００４５】以上の準備を実施してから、試料６（シリ
コンウェハ）の加工を実施した。試料６の表面に二弗化
キセノンのガスをガス供給機構４のノズルより吹き付け
ながらエッチングを行った。試料６上のビームの電流密
度は１０μＡ／ｃｍ2、エッチングレートは約１ｎｍ／
ｓであり、約１７分間で膜のエッチングを終了した。加
工のパターンは、複数の接続孔である。ステンシルマス
ク２のパターンを図１２に示した。実線で示したマスク
パターン３５は、前記した三次の収差に対する補正を含
んでいる。図中に破線で示したパターン３６は、収差に
対する補正をしなかった場合の開口部である。実際の試
料の加工形状を測定し、１ｃｍ×１ｃｍの全投影面積の
範囲で、歪みが０．０４μｍ以下であることを確認し
た。この結果は、目標を十分に満たしている。After carrying out the above preparations, the sample 6 (silicon wafer) was processed. Etching was performed while blowing a gas of xenon difluoride from the nozzle of the gas supply mechanism 4 onto the surface of the sample 6. The beam current density on the sample 6 is 10 μA / cm2 , and the etching rate is about 1 nm /
s, and the etching of the film was completed in about 17 minutes. The processing pattern is a plurality of connection holes. The pattern of the stencil mask 2 is shown in FIG. The mask pattern 35 shown by the solid line includes correction for the above-mentioned third-order aberration. A pattern 36 shown by a broken line in the drawing is an opening when the aberration is not corrected. The actual processed shape of the sample was measured, and it was confirmed that the strain was 0.04 μm or less in the range of the total projected area of 1 cm × 1 cm. This result is well within the goal.
【００４６】〈実施例２〉図６に示した二段レンズ構成
の投影光学系３を採用した装置を用い、デュオプラズマ
トロンイオン源からのアルゴンイオンを照射してカルボ
ニルタングステンの蒸気からタングステンの膜を堆積さ
せた。タングステン膜は、論理回路の動作検査用の配線
パターンとして用いるものである。論理回路の検査では
しばしば、同じ形状の配線を同一チップ上の複数箇所で
形成しなければならない場合があるが、本装置を用いる
と、幾通りかの配線パターンに対応したマスクを予め作
っておけば、必要なマスクをビーム通過位置に移動する
選択だけで多種の配線形成が可能になる。<Embodiment 2> Using a device employing the projection optical system 3 having the two-stage lens structure shown in FIG. 6, argon ions from a duoplasmatron ion source are irradiated to form a tungsten film from carbonyltungsten vapor. Was deposited. The tungsten film is used as a wiring pattern for operation inspection of the logic circuit. When inspecting a logic circuit, it is often necessary to form wirings of the same shape at multiple locations on the same chip.However, using this device, it is possible to make masks corresponding to several wiring patterns in advance. In this case, various wirings can be formed simply by moving the required mask to the beam passage position.
【００４７】図１３に、動作検査用配線のパターン３７
を有するマスク２の形状を示す。パターン３７には収差
補正を加えていない。投影倍率を１／３としたために、
全体の一辺の長さは、試料６上の同長さ１００μｍの３
倍の３００μｍである。FIG. 13 shows an operation inspection wiring pattern 37.
2 shows the shape of the mask 2 having Aberration correction is not added to the pattern 37. Since the projection magnification is 1/3,
The entire length of one side is 3 μm on the sample 6 with the same length of 100 μm.
It is doubled to 300 μm.
【００４８】このような検査用の配線形成においては、
通常回路表面が絶縁膜で覆われているため、基板との導
通が取れさえすれば、多少配線が歪んでも大きな問題は
ないが、隣接した回路パターンとの短絡や接続抵抗の増
大は許されないので、収差の許容値は、ｘ，ｙ方向とも
５μｍである。この条件を満たすためには一段レンズの
構成では、レンズの内径を６０ｃｍ程度の大型にしなけ
ればならないが、本実施例の二段レンズ構成により、そ
の約１／３の内径２０ｃｍ程度のレンズ（アインツェル
レンズ）で収差を許容値内に納めることが可能になっ
た。同径のレンズ一段の構成で同様の加工を行なった場
合は、ガウス像面での堆積膜パターンは図１４のように
なる。図１４の３８は、加工したパターン、３９は試料
上の接続孔である。パターン中央部では収差は小さく、
倍率も正確であるが周辺では収差のため倍率が１／３よ
りも大きくなり全体的に外側に歪んだ糸捲型の歪みが出
ている。パターン３８は、歪みのために接続孔３９に接
しないため、導通が取れないばかりでなく、破線で示し
た一辺１００μｍの領域からはみ出しており、隣接する
検査配線パターンとの間で短絡を生じる結果を招く。In forming wiring for such inspection,
Since the surface of the circuit is usually covered with an insulating film, there is no big problem even if the wiring is distorted as long as conduction with the substrate can be taken, but short circuit with adjacent circuit patterns and increase in connection resistance are not allowed. , The allowable value of aberration is 5 μm in both the x and y directions. In order to satisfy this condition, the inner diameter of the lens must be increased to about 60 cm in the structure of the one-step lens, but the two-step lens structure of the present embodiment has a lens of about 1/3 of the inner diameter (about 20 cm). It is now possible to keep the aberration within the allowable value with the Zell lens. When the same processing is performed with a single-stage lens configuration having the same diameter, the deposited film pattern on the Gaussian image plane is as shown in FIG. In FIG. 14, 38 is a processed pattern, and 39 is a connection hole on the sample. Aberration is small in the center of the pattern,
Although the magnification is also accurate, the magnification is larger than 1/3 due to aberrations at the periphery, and there is a peg type distortion that is distorted outward. Since the pattern 38 does not come into contact with the connection hole 39 due to the strain, not only does not have continuity, but it also protrudes from the region of one side 100 μm shown by the broken line, resulting in a short circuit between the adjacent inspection wiring patterns. Invite.
【００４９】これに対して、二段レンズの投影光学系３
において、第一レンズ２０と第二レンズ２１の焦点距離
の比を投影系の倍率である３対１に等しくし、レンズ間
距離を両レンズの焦点距離の和になるように設定する
と、ガウス像面での堆積膜パターンは、図１５の３８に
示すようになる。この場合の歪み形状は、図１４とは逆
に樽型である。一方、前述したように、歪みの大きさ及
び形状は像面位置に依存し、ガウス像面から第二レンズ
２１の方向に像面位置をずらしていくと、ある点で３次
収差が樽型から糸捲型に変化する。この点の近傍で収差
を極小にすることが可能となる。像面位置を５０μｍピ
ッチで変えて投影形状の変化を調べ、収差を極小にする
像面位置を設定した。その結果、最終的に堆積膜の歪み
をｘ，ｙ方向とも２μｍ以下にすることができた。On the other hand, the projection optical system 3 of the two-stage lens
In, the ratio of the focal lengths of the first lens 20 and the second lens 21 is made equal to 3: 1 which is the magnification of the projection system, and the inter-lens distance is set to be the sum of the focal lengths of both lenses. The deposited film pattern on the surface is as shown by 38 in FIG. In this case, the distorted shape is a barrel shape, which is the opposite of FIG. On the other hand, as described above, the magnitude and shape of the distortion depend on the image plane position, and when the image plane position is shifted from the Gaussian image plane toward the second lens 21, the third-order aberration is barrel-shaped at a certain point. It changes from a spool type. It becomes possible to minimize the aberration in the vicinity of this point. The position of the image plane was changed at a pitch of 50 μm to examine the change in the projected shape, and the image plane position that minimizes the aberration was set. As a result, the strain of the deposited film could be finally reduced to 2 μm or less in both x and y directions.
【００５０】〈実施例３〉アルゴンイオンと塩素プラズ
マから導入された反応ガスを用いて、シリコンウェハを
ラインアンドスペースパターン（縞状のパターン）でエ
ッチングを行なった。パターン転写は、走査型の光学系
を用いて行なった。装置の構成を図１６に示す。デュオ
プラズマトロンイオン源の荷電粒子放射チップ１３から
放出されたアルゴンイオンは、アパーチャ１４を経て集
束レンズ１７で集束され、偏向器１８により走査され
て、補助レンズ４１、主照射レンズ４２を通りステンシ
ルマスクのマスク２に照射される。レンズ４１，４２
は、図７における照射レンズ１９を二段構成としたもの
であり、本実施例の装置の基本構成は図７と同一であ
る。レンズ４１の強度は、レンズコントローラ４３によ
り偏向器１８の強度と連動させ、偏向の向き、大きさに
よらずに、ビームが常に投影レンズ２４の中心位置に集
束されるように調節した。その結果、投影レンズ２４に
よる収差を無視し得るほどに小さくすることができた。
レンズ電圧が低いほど高速で電圧を変調させることが容
易となるため、偏向速度が速い場合には、レンズ電圧が
高くなる主照射レンズ４２の強度を一定にし、レンズ電
圧を低くすることができる補助レンズ４１を調整するこ
とが有効であった。なお、レンズ４１の位置は、図示し
た位置に限らずに、マスク２よりも上部でレンズ４２の
前後に置くことができる。Example 3 A silicon wafer was etched in a line-and-space pattern (striped pattern) using a reaction gas introduced from argon ions and chlorine plasma. The pattern transfer was performed using a scanning optical system. The configuration of the device is shown in FIG. Argon ions emitted from the charged particle emitting tip 13 of the duoplasmatron ion source are focused by the focusing lens 17 via the aperture 14, scanned by the deflector 18, pass through the auxiliary lens 41 and the main irradiation lens 42, and are stenciled. Is irradiated on the mask 2. Lens 41, 42
7 has a two-stage structure for the irradiation lens 19 in FIG. 7, and the basic structure of the apparatus of this embodiment is the same as that in FIG. The intensity of the lens 41 is adjusted by the lens controller 43 in conjunction with the intensity of the deflector 18 so that the beam is always focused on the central position of the projection lens 24 regardless of the direction and size of the deflection. As a result, the aberration caused by the projection lens 24 can be reduced to a negligible level.
The lower the lens voltage, the easier it is to modulate the voltage at high speed. Therefore, when the deflection speed is high, the intensity of the main irradiation lens 42, which increases the lens voltage, is kept constant and the lens voltage can be lowered. It was effective to adjust the lens 41. The position of the lens 41 is not limited to the position shown in the figure, but may be placed in front of and behind the lens 42 above the mask 2.
【００５１】投影倍率は１／２とし、試料６（シリコン
ウェハ）上の約１ｃｍ角の正方形の範囲で、投影像の収
差が０．０５μｍ以下、色収差によるボケが０．０２μ
ｍ以下が得られた。The projection magnification is ½, and the aberration of the projected image is 0.05 μm or less and the blur due to chromatic aberration is 0.02 μ within a square area of about 1 cm square on the sample 6 (silicon wafer).
m or less was obtained.
【００５２】プラズマ放電発生手段を付設したガス供給
機構４から塩素ガスを導入した。アルゴンイオンの加速
エネルギーを５ｋＶに設定し、試料６上での粒子の電流
密度１μＡ／ｃｍ2で加工を行なった。その結果、試料
６に対し、毎分０．１μｍの加工速度を得た。加工精度
は、上記の投影像のボケに対応し、０．０２μｍ以下で
あった。Chlorine gas was introduced from a gas supply mechanism 4 equipped with a plasma discharge generating means. The acceleration energy of argon ions was set to 5 kV, and processing was performed on the sample 6 at a current density of particles of 1 μA / cm2 . As a result, a processing speed of 0.1 μm / min was obtained for sample 6. The processing accuracy was 0.02 μm or less, which corresponds to the blur of the projected image.
【００５３】〈実施例４〉電界放出型電子源からの電子
を用いてＸ線マスクの補修を行なった。金ヘキサフロロ
アセチルアセトナトガスを用い、投影面積が最大５ｍｍ
角の範囲に金の薄膜パターンを堆積した。電界放出型電
子源の場合、電子源を超高真空に保たなければ安定な電
子の放出ができない。従って本装置は、図１７に示すよ
うに、電子源、光学系、加工の３つのチャンバーを独立
の真空ポンプ４６、４７、４８で排気する構成とした。
更に広い面積の加工を行なう装置では、チャンバー間の
粒子の通過孔が大きくなるため、多段の差動排気により
真空を保つ構成を採用することが望ましい。Example 4 An X-ray mask was repaired using electrons from a field emission type electron source. Using gold hexafluoroacetylacetonate gas, the projected area is up to 5 mm
A gold film pattern was deposited in the corner areas. In the case of a field emission type electron source, stable electron emission is not possible unless the electron source is kept in an ultrahigh vacuum. Therefore, as shown in FIG. 17, the present apparatus has a structure in which three chambers of an electron source, an optical system, and processing are exhausted by independent vacuum pumps 46, 47, and 48.
In an apparatus for processing a larger area, the passage hole for particles between the chambers becomes large, so it is desirable to adopt a configuration for maintaining a vacuum by multistage differential evacuation.
【００５４】デポジション用の反応ガスである金ヘキサ
フロロアセチルアセトナトは、ガス供給機構４に蓄えら
れ、ノズルを経て試料６（Ｘ線マスク）上に導入され
る。これに電子を照射して反応ガスを分解し、金を含む
薄膜を生成させた。試料６近傍でのガス圧力を約１ｍＴ
orrとした。堆積膜には、炭素、弗素などの不純物が含
まれるが、温度調節機構を備えた試料ステージ５により
試料６の温度を約５０℃に保ち、金の比率を５０％以上
とした。この比率であれば、数ミクロンメータの膜厚に
対するＸ線吸収率は実用的な値になる。但し、温度を上
げ過ぎると、ガスが熱分解して電子を照射していない部
分にも堆積が起こるため、温度調整を精密に行なった。Gold hexafluoroacetylacetonate, which is a reaction gas for deposition, is stored in the gas supply mechanism 4 and introduced onto the sample 6 (X-ray mask) through the nozzle. This was irradiated with electrons to decompose the reaction gas, and a thin film containing gold was produced. Approximately 1 mT of gas pressure near sample 6
Orr. Although the deposited film contains impurities such as carbon and fluorine, the temperature of the sample 6 was kept at about 50 ° C. by the sample stage 5 equipped with a temperature adjusting mechanism, and the ratio of gold was set to 50% or more. With this ratio, the X-ray absorptivity for a film thickness of several micrometers becomes a practical value. However, if the temperature is raised too high, the gas is thermally decomposed and deposition occurs also in a portion not irradiated with electrons, so the temperature was precisely adjusted.
【００５５】ここで使用した光学系では計算上の像ボケ
は、全投影領域内で２０ｎｍ以下であった。しかしなが
ら、実際に堆積した金パターンを走査電子顕微鏡で観察
したところ、ラインパターンの太さは、ステンシルマス
ク２のパターン幅よりも約６０ｎｍ太く、パターンの両
側でボケにより約３０ｎｍずつパターンが膨らんでいる
ことが分かった。その様子を図１８ａのパターン５２に
示す。同図の５１は、Ｘ線マスクのパターンで、５２の
部分が切断されていて補修が必要である。パターン５２
の膨らみは、装置の光軸合わせが不十分で収差によるボ
ケが２０ｎｍより大きくなったためと判断される。しか
し、実際にはこれ以上の正確な軸合わせが困難であるた
め、実験データに基づき、ボケに対応した幅だけ、マス
ク２の開口幅を予め狭く作ることで所望の寸法の堆積膜
パターン５３を得た(図１８ｂ)。In the optical system used here, the calculated image blur was 20 nm or less in the entire projection area. However, when observing the actually deposited gold pattern with a scanning electron microscope, the thickness of the line pattern is about 60 nm thicker than the pattern width of the stencil mask 2, and the pattern expands by about 30 nm on both sides of the pattern due to blurring. I found out. This is shown as pattern 52 in FIG. 18a. Reference numeral 51 in the figure is an X-ray mask pattern, and the portion 52 is cut and needs repair. Pattern 52
It is judged that the swelling is due to the optical axis alignment of the device being insufficient and the blurring due to the aberration becoming larger than 20 nm. However, since it is actually difficult to perform more accurate axis alignment, based on experimental data, the opening width of the mask 2 is made narrower in advance by a width corresponding to the blur, so that the deposited film pattern 53 having a desired size can be obtained. Obtained (Fig. 18b).
【００５６】なお、このような線幅の調節は、マスク２
の寸法の修正によるのではなく、試料ステージ５を上下
させて倍率を調整することで対応することも可能であ
る。Incidentally, such adjustment of the line width is performed by the mask 2
It is also possible to deal with the problem by adjusting the magnification by moving the sample stage 5 up and down, rather than by correcting the dimension of.
【００５７】〈実施例５〉２種類のステンシルマスクを
用い、反応ガスをエッチングガスからデポジションガス
に切り替えて、接続孔形成から配線までを同一装置で実
施した。デュオプラズマトロンイオン源からのアルゴン
イオンビームを用い、ＳiＯ2膜のエッチングには二弗化
キセノン、デポジションには銅−ヘキサフルオロアセチ
ルアセトン−トリメチルビニルシランを使用して銅配線
を形成した。Example 5 Two kinds of stencil masks were used, the reaction gas was switched from the etching gas to the deposition gas, and the process from the formation of the connection hole to the wiring was carried out by the same apparatus. An argon ion beam from a Duoplasmatron ion source was used to form copper wiring using xenon difluoride for etching the SiO2 film and copper-hexafluoroacetylacetone-trimethylvinylsilane for deposition.
【００５８】形成した配線パターンの概略を図１９に示
す。図１９において５４は接続孔、５５は銅配線を示
す。プロセスを図２０に示す。図２０において、最初
に、接続孔５４のパターンのステンシルマスクを用い、
ガス供給機構のノズル６０から二弗化キセノンガスを導
入しつつアルゴンイオン粒子５６を照射して、ウェハ５
８上のＳiＯ2膜５７のアルミニウム配線５９部分に接続
孔５４を形成した。次に、ステンシルマスクを配線パタ
ーンに切り替え、同様にアルゴンイオンビーム５６を照
射しながら別のガス供給機構のノズル６２から銅−ヘキ
サフルオロアセチルアセトン−トリメチルビニルシラン
Ｃu（ｈｆａｃ）(ｔｍｖｓ）の蒸気を導入して銅膜を堆
積し銅配線５５を形成した。The outline of the formed wiring pattern is shown in FIG. In FIG. 19, 54 is a connection hole and 55 is a copper wiring. The process is shown in FIG. In FIG. 20, first, using a stencil mask of the pattern of the connection holes 54,
The wafer 5 is irradiated with argon ion particles 56 while introducing xenon difluoride gas from the nozzle 60 of the gas supply mechanism.
The connection hole 54 was formed in the aluminum wiring 59 portion of the SiO2 film 57 on the surface 8. Next, the stencil mask is switched to the wiring pattern, and similarly, while irradiating the argon ion beam 56, the vapor of copper-hexafluoroacetylacetone-trimethylvinylsilane Cu (hfac) (tmvs) is introduced from the nozzle 62 of another gas supply mechanism. Then, a copper film was deposited to form a copper wiring 55.
【００５９】接続孔５４と銅配線５５の位置がずれると
接続が不確実になるため、２枚のステンシルマスク像の
相対的なずれを小さく抑える必要がある。接続孔の大き
さは２μｍ角、配線の幅は３μｍのため、許容精度は最
大２．５μｍであるが、接続抵抗を考慮するとｘ方向、
ｙ方向ともずれを±２μｍ以内に収めることが望まれ
る。本装置では、マスク位置の光軸に対するずれを測定
して、ずれが±１μｍ以内になるようにマスク位置を調
節する制御機構を採用した。投影倍率を１／２に設定し
たことから、投影像の位置ずれは、±０．５μｍ以内に
なった。これにより、マスクを交換した場合において、
所望の加工精度を満たすことができた。なお、２つの加
工プロセスの間でステージを移動させる場合には、ステ
ージに対しても位置調整が必要になるので、図８に示し
た試料ステージを採用し、光軸とウェハのずれが±１μ
ｍ以内になるように位置合わせを行なった。If the positions of the connection hole 54 and the copper wiring 55 are misaligned, the connection becomes uncertain, so it is necessary to suppress the relative misalignment between the two stencil mask images. Since the size of the connection hole is 2 μm square and the width of the wiring is 3 μm, the maximum allowable accuracy is 2.5 μm.
It is desirable to keep the deviation within ± 2 μm in both the y-direction. This apparatus employs a control mechanism that measures the shift of the mask position with respect to the optical axis and adjusts the mask position so that the shift is within ± 1 μm. Since the projection magnification was set to 1/2, the positional deviation of the projected image was within ± 0.5 μm. As a result, when the mask is replaced,
The desired processing accuracy could be satisfied. Note that when the stage is moved between the two processing processes, it is necessary to adjust the position of the stage as well, so the sample stage shown in FIG. 8 is used, and the deviation between the optical axis and the wafer is ± 1 μm.
The alignment was performed so that the distance was within m.
【００６０】上記の配線形成方法は、用途の特化した論
理回路の製造に好適である。このような論理回路では、
用途に応じて最終的な配線を変える必要があるが、従来
は配線に対して多種類のマスクを用意して、リソグラフ
ィにより配線形成を行っていた。しかし、そのような従
来の方法では、マスク作製に時間、コストがかかるこ
と、工程数が多くなることから小規模の集積回路の製造
には適さない。また、従来の微細に集束した荷電粒子ビ
ームを使用した加工方法では加工速度が低いため対応が
困難である。マスクを透過した荷電粒子によるパターン
転写を用いれば、工程の簡略化が可能になる。その結
果、エッチング装置、レジスト塗布装置、アライナー、
アッシャー（灰化装置）などのプロセス装置を減らすこ
とができ、装置コストの大幅な削減、クリーンルームの
面積縮小を実現することができる。以上により、本配線
形成方法は、比較的小規模の製造から大規模の製造まで
幅広く適用させることが可能である。The above-mentioned wiring forming method is suitable for manufacturing a logic circuit having a special purpose. In such a logic circuit,
Although it is necessary to change the final wiring according to the application, conventionally, various types of masks were prepared for the wiring and wiring was formed by lithography. However, such a conventional method is not suitable for manufacturing a small-scale integrated circuit because it takes time and cost to manufacture a mask and the number of steps is large. Further, it is difficult to cope with the conventional processing method using a finely focused charged particle beam because the processing speed is low. If pattern transfer using charged particles that have passed through the mask is used, the process can be simplified. As a result, etching equipment, resist coating equipment, aligners,
The number of process equipment such as asher (ashing equipment) can be reduced, and the equipment cost can be significantly reduced and the area of the clean room can be reduced. As described above, the present wiring forming method can be widely applied to a relatively small scale manufacturing to a large scale manufacturing.
【００６１】〈実施例６〉イオン、ガス及びマスクの種
類を全て切り替え、シリコンウェハに対するエッチング
及びデポジション、更にドーピング及び酸化を一貫して
行なう装置を構成し、ＭＯＳ(MetalOxideSemiconduct
or）キャパシタを作製した。本装置は、図２１に示すよ
うに、本発明のイオン粒子加工機６４に通常の酸化／ア
ニール炉６５を組み合わせている。加工機６４と炉６５
の間のウェハの移動は、装置内部の搬送機構によりゲー
トバルブ６６を通じて行なわれ、処理中は装置外にウェ
ハを出さない構造とした。加工機６４は、最大３０ｋＶ
まで加速が行なえる構造で、ニッケル−硼素−燐−珪素
の液体金属イオン源を使用し、質量分離器を用いて各金
属のイオンを選択的に取り出して照射した。本装置で
は、イオンの投影領域は１５ｍｍ×１５ｍｍであるが、
ウェハを移動させることによってウエハ全面の多数の領
域の加工が可能である。[0061] <Example 6> ions, switching all types of gases and the mask constitute etching and deposition for silicon wafers, the apparatus further performing doping and oxidationconsistently, MOS (M etal O xide S emiconduct
or) A capacitor was produced. As shown in FIG. 21, this apparatus combines an ion particle processing machine 64 of the present invention with a normal oxidation / annealing furnace 65. Processing machine 64 and furnace 65
The wafer is moved during the period through the gate valve 66 by the transfer mechanism inside the apparatus, and the wafer is not taken out of the apparatus during the processing. The processing machine 64 is up to 30 kV
With a structure capable of accelerating up to, a nickel-boron-phosphorus-silicon liquid metal ion source was used, and ions of each metal were selectively extracted and irradiated using a mass separator. In this device, the ion projection area is 15 mm × 15 mm,
By moving the wafer, it is possible to process many areas on the entire surface of the wafer.
【００６２】プロセスの流れを図２２に示す。試料とし
て、高濃度のｐ型シリコンウェハ６７を使用した。ウェ
ハ６７は洗浄の後、まず炉６５に入れ、表面に酸化膜６
８を形成した後、加工機６４に搬送した。デバイス領域
の窓明け加工用のステンシルマスクを用意してエネルギ
ー１０ｋｅＶの珪素イオン粒子６９を投影し、六弗化硫
黄のプラズマ発生源を備えたガス供給機構のノズル７０
からラジカルを供給して酸化膜６８に対して窓明けのエ
ッチングを行なった。次に、加工機６４のイオン種をｎ
型ドーパントである燐に替え、マスクを使わずに投影領
域全面に燐イオンビーム７１によりイオン打ち込みを行
なった。続いてウェハ６７を炉６５に搬入し、窒素ガス
の雰囲気中でアニールを行ない、燐を活性化した。ガス
を酸素に切り替え、短時間のドライ酸化でｎ型領域上に
薄い酸化膜７２を形成した後、再度イオン加工機６４に
ウェハ６７を搬入した。ステンシルマスクを交換し、デ
バイス領域の形成時と同じ１０ｋｅＶの珪素イオン粒子
６９とノズル７０からの六フッ化硫黄のプラズマによる
ラジカルを用いて基板側電極用の接続孔７３を形成し
た。The process flow is shown in FIG. A high-concentration p-type silicon wafer 67 was used as a sample. After cleaning the wafer 67, it is first placed in the furnace 65, and an oxide film 6 is formed on the surface.
After forming No. 8, it was conveyed to the processing machine 64. A stencil mask for opening windows in the device region is prepared to project silicon ion particles 69 having an energy of 10 keV, and a nozzle 70 of a gas supply mechanism equipped with a plasma generation source of sulfur hexafluoride.
Radicals were supplied from the substrate to etch the oxide film 68 through a window. Next, the ion species of the processing machine 64 is changed to n.
Instead of phosphorus, which is a type dopant, ion implantation was performed with a phosphorus ion beam 71 over the entire projection area without using a mask. Subsequently, the wafer 67 was loaded into the furnace 65 and annealed in a nitrogen gas atmosphere to activate phosphorus. After changing the gas to oxygen and forming a thin oxide film 72 on the n-type region by dry oxidation for a short time, the wafer 67 was carried into the ion processing machine 64 again. The stencil mask was exchanged, and the connection holes 73 for the substrate side electrode were formed by using the same silicon ion particles 69 of 10 keV as in the formation of the device region and radicals generated by the plasma of sulfur hexafluoride from the nozzle 70.
【００６３】次にタングステン膜を堆積するために、加
速電圧を５ｋＶまで下げた。加速エネルギーを下げる
と、タングステンの堆積速度が低下し、また光学系の倍
率が変化するが、スパッタによる酸化膜の損傷を防止す
ることができる。ステンシルマスクを電極形状パターン
に変えた後、ノズル７４からヘキサカルボニルタングス
テンガスを導入して珪素イオン粒子６９による誘起堆積
を行ない、タングステン電極７７を形成した。酸化膜上
と基板側の電極間でキャパシタとしての機能を確認し
た。Next, the acceleration voltage was lowered to 5 kV in order to deposit a tungsten film. When the acceleration energy is reduced, the deposition rate of tungsten is reduced and the magnification of the optical system is changed, but damage to the oxide film due to sputtering can be prevented. After changing the stencil mask to the electrode shape pattern, hexacarbonyltungsten gas was introduced from the nozzle 74 to carry out induced deposition by the silicon ion particles 69 to form the tungsten electrode 77. The function as a capacitor was confirmed between the oxide film and the electrode on the substrate side.
【００６４】以上の一連の工程は、コントローラを用い
て自動運転で実施した。コントローラは、メモリに格納
された工程の流れを制御するプログラムのもとで動作す
るよう構成した。イオン種の選択は質量分離器の電圧制
御で、マスクの交換はオートチェンジャで、反応ガスの
選択はバルブの開閉で行なうが、それぞれにインターフ
ェースを用意し、コントローラに接続した。The above series of steps was carried out by automatic operation using a controller. The controller is configured to operate under a program that controls the flow of processes stored in memory. The ion species are selected by controlling the voltage of the mass separator, the mask is replaced by an autochanger, and the reaction gas is selected by opening and closing the valve. Each interface is prepared and connected to the controller.
【００６５】[0065]
【発明の効果】本発明によれば、マスクを透過した荷電
粒子を用いるため、加工面積を大幅に拡大することがで
き、極めて効率良く加工を行なうことができる。また、
投影光学系の収差を補正することによって加工精度を高
めることができる。更に、工程にレジストを用いないた
め、塗布、洗浄、アッシング（灰化）などのリソグラフ
ィに関連した工程が不要になって製造工程が大幅に簡略
化され、集積回路の製造コストを下げることが可能にな
る。また、レジスト工程を無くすことで製造ライン全体
の清浄度を向上させ、歩留りを上げることができる。According to the present invention, since charged particles that have passed through the mask are used, the processing area can be greatly expanded, and processing can be performed extremely efficiently. Also,
The processing accuracy can be improved by correcting the aberration of the projection optical system. Furthermore, since no resist is used in the process, the process related to lithography such as coating, cleaning, and ashing (ashing) is not required, and the manufacturing process is greatly simplified, and the manufacturing cost of the integrated circuit can be reduced. become. Further, by eliminating the resist process, the cleanliness of the entire production line can be improved and the yield can be increased.
【図１】本発明に係わる荷電粒子を用いた微細加工方法
及び装置の基本を説明するための構成図。FIG. 1 is a configuration diagram for explaining the basics of a fine processing method and apparatus using charged particles according to the present invention.
【図２】アパーチャのみで構成された照射光学系の例を
説明するための構成図。FIG. 2 is a configuration diagram for explaining an example of an irradiation optical system configured by only an aperture.
【図３】アパーチャ及びコンデンサレンズで構成された
照射光学系の例を説明するための構成図。FIG. 3 is a configuration diagram for explaining an example of an irradiation optical system including an aperture and a condenser lens.
【図４】アパーチャ、集束レンズ、偏向器及び照射レン
ズで構成された照射光学系の例を説明するための構成
図。FIG. 4 is a configuration diagram for explaining an example of an irradiation optical system including an aperture, a focusing lens, a deflector, and an irradiation lens.
【図５】一段レンズにより生じる収差を示す曲線図。FIG. 5 is a curve diagram showing an aberration caused by a one-step lens.
【図６】二段レンズを用いて収差を低減する光学系を備
えた装置を説明するための構成図。FIG. 6 is a configuration diagram for explaining an apparatus including an optical system that reduces aberration by using a two-stage lens.
【図７】偏向器を用いて収差を低減する光学系を備えた
装置を説明するための構成図。FIG. 7 is a configuration diagram for explaining an apparatus including an optical system that uses a deflector to reduce aberration.
【図８】位置合わせ用のファラデーカップを有する試料
ステージを示す平面図。FIG. 8 is a plan view showing a sample stage having a Faraday cup for alignment.
【図９】本初明に係わる荷電粒子を用いた微細加工方法
及び装置の第１の実施例を説明するための構成図。FIG. 9 is a configuration diagram for explaining a first embodiment of a microfabrication method and apparatus using charged particles according to the present invention.
【図１０】ガリウム液体金属イオン源の放射角電流密度
の放出角度依存性を示す曲線図。FIG. 10 is a curve diagram showing the emission angle dependence of the emission angle current density of a gallium liquid metal ion source.
【図１１】一段レンズ構成の投影レンズによるメッシュ
の投影像を示す図。FIG. 11 is a diagram showing a projected image of a mesh by a projection lens having a single-stage lens configuration.
【図１２】収差に対する補正を含んだマスクのパターン
を示す図。FIG. 12 is a diagram showing a mask pattern including correction for aberrations.
【図１３】マスク上の検査配線パターンを示す図。FIG. 13 is a diagram showing an inspection wiring pattern on a mask.
【図１４】一段レンズにより形成したガウス面上での堆
積膜パターンを示す図。FIG. 14 is a diagram showing a deposited film pattern on a Gaussian surface formed by a one-step lens.
【図１５】二段レンズ系により形成したガウス面上での
堆積膜パターンを示す図。FIG. 15 is a diagram showing a deposited film pattern on a Gaussian surface formed by a two-step lens system.
【図１６】本発明の第３の実施例を説明するための構成
図。FIG. 16 is a configuration diagram for explaining a third embodiment of the present invention.
【図１７】本発明の第４の実施例を説明するための構成
図。FIG. 17 is a configuration diagram for explaining a fourth embodiment of the present invention.
【図１８】第４の実施例によって形成された補修パター
ンを示す図。FIG. 18 is a view showing a repair pattern formed by the fourth embodiment.
【図１９】第５の実施例によって形成された接続孔と配
線のパターンを示す図。FIG. 19 is a view showing a pattern of connection holes and wirings formed according to the fifth embodiment.
【図２０】第５の実施例において接続孔と配線を形成す
るプロセスを示す工程図。FIG. 20 is a process drawing showing the process of forming connection holes and wirings in the fifth embodiment.
【図２１】本発明の第６の実施例を説明するための構成
図。FIG. 21 is a configuration diagram for explaining a sixth embodiment of the present invention.
【図２２】第６の実施例を用いてＭＯＳキャパシタを製
作するプロセスを示す工程図。FIG. 22 is a process drawing showing the process of manufacturing a MOS capacitor using the sixth embodiment.
【図２３】従来の荷電粒子ビームを用いて試料を直接加
工する方法を説明するための装置構成図。FIG. 23 is an apparatus configuration diagram for explaining a conventional method for directly processing a sample using a charged particle beam.
１，７…荷電粒子源 ２…マスク ３…投影光学系 ４，１２…ガス供給機構 ５，１１…試料ステージ ６，１５…試料 ８，１４…アパーチャ ９…集束光学系 １０，１８…偏向器 １３…荷電粒子放射チップ １６…コンデンサレンズ １７…集束レンズ １９…照射レンズ ２０…第１レンズ ２１…第２レンズ ２４…投影レンズ ２５…ファラデーカップ ２６…マスクステージ ２７…引出電極 ４１…補助レンズ ４２…主照射レンズ ４３…レンズコントローラ ４６，４７，４８…真空ポンプ ６４…イオン粒子加工機 ６５…酸化／アニール炉 ６６…ゲートバルブ 1, 7 ... Charged particle source 2 ... Mask 3 ... Projection optical system 4, 12 ... Gas supply mechanism 5, 11 ... Sample stage 6, 15 ... Sample 8, 14 ... Aperture 9 ... Focusing optical system 10, 18 ... Deflector 13 Charged particle emitting chip 16 Condenser lens 17 Focusing lens 19 Irradiation lens 20 First lens 21 Second lens 24 Projection lens 25 Faraday cup 26 Mask stage 27 Extraction electrode 41 Auxiliary lens 42 Main Irradiation lens 43 ... Lens controller 46, 47, 48 ... Vacuum pump 64 ... Ion particle processing machine 65 ... Oxidation / annealing furnace 66 ... Gate valve
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| JP7024414AJPH08222175A (en) | 1995-02-13 | 1995-02-13 | Microfabrication method and apparatus using charged particles |
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| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
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