JP2539359B2 - 半導体装置へのイオンビ−ム加工方法およびその装置 - Google Patents

半導体装置へのイオンビ−ム加工方法およびその装置

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Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は半導体装置、特にVLSI等をイオンビーム加工
するのに好適な方法及びその装置に関する。
〔発明の背景〕
従来、「表面分析」染野、安盛編、講談社第4版1981
年9月1日発行、第61頁に記載してあるように、イオン
ビームを細く絞り、ターゲットに照射し、ターゲットを
加工することを目的とした装置はなく、ただ、SIMS「セ
コンダリー イオン マス スペストロコピー」(Seco
ndary Ion Mass Spectroscopy)の分野でビームをター
ゲットにあて、ターゲットの原子をスパッタして、出て
くる2次イオンを分析することは行なわれていた。も
し、SIMSの装置をイオンビーム加工装置と見るならば、
その加工終点検出は2次イオンの検出によって行なわれ
ると言える。しかし、本発明で言及しているイオンビー
ム加工装置はターゲットに照射するビーム電流自体がSI
MS等のビーム電流により2桁から3桁小さいため、発生
する2次イオンの量が少なく、それを加工の終点検出に
利用するのは困難である。また、2次イオンを検出しよ
うとした場合、2次イオンのエネルギーフィルタを備え
た高感度の質量分析計が必要となり、加工装置の価格を
大きく引き上げることになる。
〔発明の目的〕
本発明の目的は、半導体装置へのイオンビーム加工に
おける終点を簡単に、且つ高精度に検出できるようにし
た半導体装置へのイオンビーム加工方法及びその装置を
提供するにある。
〔発明の概要〕
本発明は、複数層を有する半導体装置の所望の個所に
集束させたイオンビームを偏向・走査して照射すること
により半導体装置の所望の個所を加工する方法であっ
て、イオンビームの照射により半導体装置からアース側
へ流れて半導体装置の層またはイオンビームの走査位置
に応じて最小値と振幅とが変化する電流を検出し、この
検出した電流の最小値または振幅の変化に基づいて半導
体装置の所定の層の加工の終点を検出することを特徴と
する半導体装置へのイオンビーム加工方法である。ま
た、本発明は、イオン源と、このイオン源から出射され
るイオンビームを複数層を有する半導体装置上の所望の
個所に集束させて偏向・走査して照射するイオンビーム
照射手段と、イオンビームを半導体装置上の所望の個所
に偏向・走査して照射することにより半導体装置からア
ース側へ流れて半導体装置の層またはイオンビームの走
査位置に応じて最小値と振幅とが変化する電流を検出す
る電流検出手段と、この電流検出手段で検出した半導体
装置からアース側へ流れる電流の最小値または振幅の変
化に基づいて半導体装置の所定の層の加工の終点を検出
する加工終点検出手段とを備えたことを特徴とする半導
体装置へのイオンビーム加工装置である。
即ち本発明は、例えば第2図(a)に示すようにパッ
シベーション膜A、アルミ配線層B、SiO2層C、シリコ
ン基板Dで、場所によってはアルミ配線層とSiO2層が数
層積層されたVLSI等の半導体装置をイオンビームを所定
の領域で例えば第2図(c)に示すように走査して加工
していく際、シリコン基板から流れる基板電流が第2図
(b)に示すように、パッシベーション膜を加工する領
域Aは走査による電流の変化が小さく、アルミ層を加工
する領域Bは次に走査による電流の変化が大きくなり、
SiO2層Cを加工する領域は更に走査による電流の変化が
大きくなり、シリコン基板Dを加工する領域は最後に走
査による電流の変化は小さくなることに着目し、この基
板電流の変化を検出することによってイオンビーム加工
が必要とする層までの加工終点を高精度に検出できるよ
うにし、超微細加工を可能にしたものである。
〔発明の実施例〕
以下本発明を図に示す実施例に基づいて説明する。第
1図は本発明の半導体装置へのイオンビーム加工方法を
実施するためのイオンビーム加工装置の基本構成を示す
図である。即ち、イオン源1と引き出し電極3との間に
電圧をかけてイオンビーム2を引き出し、集束レンズ4
でターゲット9上にビームを集束する。イオン光学系に
は上記電極以外にビームディファイディングアパーチャ
5、ブランキング電極6、ブランキングアパーチャ7、
ディフレクタ電極8を設けている。ブランキング電極6
とはブランキング電極17から電圧を与え、イオンビーム
を高速で偏向し、ターゲット9上でのビームのオンオフ
を行なう。また、ディフレクタ電極8には、ディフレク
タコントローラ14からイオンビーム偏向電圧を与える
が、同じ偏向電圧をCRT15の偏向電極に与える。この
時、ターゲット9から発生する2次電子11をディテクタ
12で検出し、ヘッドアンプ13で増巾した信号でCRT15に
輝度変調をかけることにより、ターゲット9表面の2次
電子信号を得、走査電子顕微鏡と同じ原理で走査イオン
顕微鏡として、加工すべきターゲット9表面を観察でき
る。これで、加工位置決めを行なう。また、テーブル10
から取り出した電流を電流計16で計測し、レコーダ18に
記録している。
次に本発明の具体的実施例を説明する。
<実施例1.> 第3図は本発明の一実施例を示したものである。前述
の通り、イオンビーム2を引き出し、集束し、偏向し、
VLSI等の半導体装置9を加工する。この時、基板電流を
ヘッドアンプ20で増幅し、A/Dコンバータ21でデジタル
信号とし、メインコントローラ22へ入力する。また、基
板電流はビーム走査に同期して変化し、中央部の走査線
では小さく、上下端部の走査線では大きくなる。そこ
で、常に同じ走査線の信号が取れるようにデフレクタコ
ントローラ14からビーム走査の同期信号をメインコント
ローラ22へ入力している。メインコントローラ22は入力
された基板電流信号を処理し、例えばアルミ配線層Bま
での加工の終点を判断し、ブランキング電源17にオン信
号を送り、ビーム遮断して加工を停止する。
基板電流は加工が進行するに従い第4図(a)の様に
変化する。基板電流は1走査が終了し、次の走査に移る
時に最大値を示す。また、走査領域中央部では最小値と
なる。そこで、デフレクタコントローラ14から同期信号
受信時とその時から1走査の時間の1/2が経過した時の
電流値を抽出して第4図(b)の様な基板電流の最大、
最小をモニタする。今回は1走査が1秒オーダーで比較
的遅いため、同期信号による信号抽出を行なったが、1
操作を速くした場合には同期信号をトリガーとしてA/D
コンバータ21を動作させる方式に替える。第4図(b)
の様に最小値を得、最小値の時間変化からだけでも加工
の終点検出は可能であるが、半導体の構造によっては最
小値に材質による著しい変動が見られない場合がある。
その場合には基板電流の最大値と最小値の差を計算し、
第4図(c)の様な変化巾のモニタリングを行ない良好
な終点検出が可能となる。
現在、加工速度は0.1μm3/sec程度である。2μm×
2μmの矩形加工を行なうとすると深さ方向の加工速度
は0.025μm/secとなる。一走査を1秒として加工を進め
ているが、終点の判断は4点を順次比較して行なうた
め、終点の判断中に0.1μm加工が進行する。しかし、
層間絶縁膜の厚さは1μm程度であり実用上0.1μm加
工が進んでも問題はなく、終点検出精度は充分である。
もし、さらに高精度の加工終点検出が必要ならば走査速
度を速めるか走査線数を減らし、一走査で加工される深
さを減らせば良い。
<実施例2.> 第5図は本実施例の説明図である。本実施例では2次
電子の効果を除き純粋な基板電流の変化のみをモニタで
きる事を考えた。2次電子11は引き込み電源23から引き
込み電極24にプラス電位を与え、そのほとんどをファラ
デーカップ26中へ導入する。ファラデーカップ26にはそ
こから発生する2次電子を逃がさない様に電子トラップ
電極25にトラップ電源27からマイナス電位をかける。ま
た、ファラデーカップ26自身を2次電子加速電源28でプ
ラス電位に浮かしている。2次電子電流は基板電流と同
様にヘッドアンプ29で増巾した後、減算器30で基板電流
から減算される。2次電子の効果を除いた基板電流をA/
Dコンバータ31を通しメインコントローラ22で信号処理
し、加工の終点を判断しブランキング電源17にオン信号
を送って加工を停止する。2次電子の効果を除いた基板
電流の変化は第4図(b)に示した基板電流の最小値の
変化に近いものが得られるが、それは完全に基板へのリ
ーク電流のみを反映したものであり、終点検出の信頼性
が高くなる。ただ、終点の判断は実施例1.と同じ方式の
ため、0.1μmの誤差を生ずる。しかし、実用上問題と
はならない。
〔発明の効果〕
以上説明したように、本発明によれば、0.1μ以下の
精度で加工の終点検出が可能であるので、実用上問題に
ならない程度に下部への損傷を抑えた状態で終点を検出
することができる。また、半導体装置からアース側へ流
れて半導体装置の層またはイオンビームの走査位置に応
じて最小値と振幅とが変化する電流を検出する方法を採
用したので、従来と比べてより単純な構成で、高精度に
加工の終点を検出することが可能になった。
【図面の簡単な説明】
第1図はイオンビーム加工装置の構成図、第2図は加工
過程を示す説明図、第3図は実施例1.の機器構成図、第
4図は基板電流の信号処理を示す説明図、第5図は実施
例2.の機器構成図である。 1……イオン源、2……イオンビーム、3……引き出し
電極、4……集速レンズ、5……ビームディファイディ
ングアパーチャ、6……ブランキング電極、7……ブラ
ンキングアパチャー、8……デフレクタ電極、9……タ
ーゲット、10……テーブル、11……2次電子、12……2
次電子ディテクタ、13……ヘッドアンプ、14……デフレ
クタコントローラ、15……CRT、16……電流計、17……
ブランキング電源、19……レコーダ、20……ヘッドアン
プ、21……A/Dコンバータ、22……メインコントロー
ラ、23……2次電子引き込み電源、24……2次電子引き
込み電極、25……2次電子トラップ電極、26……ファラ
デーカップ、27……2次電子トラップ電極、28……2次
電子加速電源、29……ヘッドアンプ、30……減算器、31
……A/Dコンバータ。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 宮内 建興 横浜市戸塚区吉田町292番地 株式会社 日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者 宇佐美 光雄 小平市上水本町1450番地 株式会社日立 製作所デバイス開発センター内 (72)発明者 高橋 貴彦 小平市上水本町1450番地 株式会社日立 製作所デバイス開発センター内 (72)発明者 中村 英夫 国分寺市東恋ケ窪一丁目280番地 株式 会社日立製作所中央研究所内 (56)参考文献 特開 昭59−208830(JP,A) 特開 昭60−200529(JP,A) 特開 昭58−202038(JP,A) 特開 昭57−9877(JP,A)

Claims (6)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】複数層を有する半導体装置の所望の個所に
    集束させたイオンビームを偏向・走査して照射すること
    により前記半導体装置の所望の個所を加工する方法であ
    って、前記イオンビームの照射により前記半導体装置か
    らアース側へ流れて前記半導体装置の層または前記イオ
    ンビームの走査位置に応じて最小値と振幅とが変化する
    電流を検出し、該検出した電流の最小値または振幅の変
    化に基づいて前記半導体装置の所定の層の加工の終点を
    検出することを特徴とする半導体装置へのイオンビーム
    加工方法。
  2. 【請求項2】前記電流の検出を、前記イオンビームの走
    査に同期して行なうことを特徴とする特許請求の範囲第
    1項記載の半導体装置へのイオンビーム加工方法。
  3. 【請求項3】前記イオンビームを照射するときに、前記
    半導体装置からアース側へ流出する電流と共に前記半導
    体装置から放出される2次荷電粒子電流も検出し、前記
    半導体装置からアース側へ流出する前記電流値と前記2
    次荷電粒子電流値との差に基づいて前記半導体装置の加
    工の終点を検出することを特徴とする特許請求の範囲第
    1項記載の半導体装置へのイオンビーム加工方法。
  4. 【請求項4】イオン源と、該イオン源から出射されるイ
    オンビームを複数層を有する半導体装置上の所望の個所
    に集束させて偏向・走査して照射するイオンビーム照射
    手段と、前記イオンビームを前記半導体装置上の所望の
    個所に偏向・走査して照射することにより前記半導体装
    置からアース側へ流れて前記半導体装置の層または前記
    イオンビームの走査位置に応じて最小値と振幅とが変化
    する電流を検出する電流検出手段と、該電流検出手段で
    検出した前記半導体装置からアース側へ流れる電流の最
    小値または振幅の変化に基づいて前記半導体装置の所定
    の層の加工の終点を検出する加工終点検出手段とを備え
    たことを特徴とする半導体装置へのイオンビーム加工装
    置。
  5. 【請求項5】前記電流検出手段は、前記イオンビームを
    偏向・走査する前記イオンビーム照射手段の偏向信号に
    同期して、前記電流をサンプリングすることを特徴とす
    る特許請求の範囲第4項記載の半導体装置へのイオンビ
    ーム加工装置。
  6. 【請求項6】前記半導体装置へのイオンビーム加工装置
    は、前記イオンビームを前記半導体装置上の所望の個所
    に偏向・走査して照射することにより前記半導体装置か
    ら得られる2次荷電粒子を検出する2次荷電粒子検出手
    段を更に備え、前記加工終点検出手段は、前記2次荷電
    粒子検出手段で検出した2次荷電粒子電流値と、前記電
    流検出手段で検出した前記半導体装置からアース側へ流
    れて該半導体装置の層に応じて最小値と振幅とが変化す
    る電流値との差に基づいて、前記半導体装置の所定の層
    の加工の終点を検出することを特徴とする特許請求の範
    囲第4項記載の半導体装置へのイオンビーム加工装置。
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