JP4137762B2 - 配線切断方法、及び配線切断装置 - Google Patents

Description

本発明は、集束イオンビームを走査して半導体基板に形成されている配線を切断する配線切断方法、及び配線切断装置に関するものである。
近年、半導体集積回路（ＬＳＩ）における高集積化及び高機能化が図られており、ＬＳＩの開発段階では、多くの回路論理の修正が必要となっている。具体的に、ＬＳＩにおいて論理ミスやレイアウトミスなどが原因で回路が正常に動作しない場合、ミスがあった箇所の配線を切断するために集束イオンビーム加工が用いられる。その集束イオンビームによる配線の切断を確実に行うための技術が望まれている。

従来、半導体基板に形成されている配線を集束イオンビーム（Ｆｏｃｕｓｅｄ Ｉｏｎ Ｂｅａｍ）を用いて切断加工する装置（ＦＩＢ装置）が知られている（例えば、非特許文献１）。

ＦＩＢ装置では、図１０及び図１１に示すように、矩形状の加工パターンとなるよう集束イオンビームが走査されて、半導体基板１の配線２が切断される。このとき、配線２の切断屑２ａが放射状に飛び散ることで、その切断屑２ａが加工部３の内周断面に再付着するため、配線間に意図しないショートが発生することがある。そのショートを回避する対策として、非特許文献１では、ハロゲン含有ガスを用いたクリーニング、すなわちガス支援エッチング（ＧＡＥ）を行う方法が提案されている。この方法では、ハロゲン含有ガスが半導体基板表面に噴射され、切断屑２ａがガス分子に反応して揮発性の生成物が形成されることで、切断屑２ａの再付着が最小限に抑えられる。
「集束イオン・ビーム・テクニックを利用した、回路修正機能による迅速なデザイン・デバッグの実現」、[online]、平成１１年６月２３日、アイ・ビー・エム、［平成１５年９月１６日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://www-6.ibm.com/jp/chips/v5#1/mn51011.html＞

ところで、近年のＬＳＩでは、配線材として銅が用いられるようになってきている。アルミニウム配線を使用したＬＳＩにおいてＦＩＢ装置を用いて配線切断加工を行った場合の切断屑は粒状（パウダー状）となって壁面に再付着する。この場合、意図せぬ配線ショートは、発生しにくい。しかし、銅配線の場合、切断屑に粘性があり屑による意図せぬ配線ショートが発生する。このため、ガス支援エッチングを用いた加工が必須となる。このガス支援エッチングを用いた加工作業においては、配線膜厚、配線幅、周辺配線状況への対応といったノウハウが必要であり、加工工数が増大する。

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであって、その目的は、少ない工数で配線を確実に切断することができる配線切断方法、及び配線切断装置を提供することにある。

請求項１に記載の発明によれば、配線を切断する矩形部と、該矩形部の両端に形成され、配線の切断屑が付着しない未付着部とを有するカット形状となるよう集束イオンビームによる切断加工が行われる。このように、切断屑の未付着部を形成することにより、従来技術のように、ガス支援エッチングを用いなくても、配線の切断屑による電気的ショートを防止することができる。従って、ガス支援エッチングで必要となる複雑なノウハウを用いることなく、少ない工数で配線を確実に切断できる。

請求項２に記載の発明によれば、配線を切断する第１の矩形部と、該第１の矩形部の両端にて該矩形部と交差するよう設けられた第２及び第３の矩形部とを有するカット形状の加工部が形成される。このようにすると、第１の矩形部で切断される配線の切断屑の未付着部を第２及び第３の矩形部に形成することができる。

請求項３，６に記載の発明のように、Ｈ形状のカット形状とする場合、切断屑の未付着部を形成する上で好ましい形状となる。
請求項４に記載の発明では、切断対象となる配線が銅配線である。この銅配線はアルミニウム配線と比べると切断屑によるショートが問題となるため、上記のように未付着部を有するカット形成とすることより、その問題を確実に解消することができる。

請求項５に記載の発明によれば、コントローラの入力部によって配線の切断位置が設定され、該コントローラによりその切断位置に基づいて集束イオンビームの走査が制御される。そして、その集束イオンビームにより、配線を切断する矩形部と、該矩形部の両端に形成され、配線の切断屑が付着しない未付着部とを有するカット形状となるよう切断加工が行われる。従って、請求項１の発明と同様に、少ない工数で配線を確実に切断できる。

請求項７に記載の発明によれば、入力部により矩形部の両端に対応する２点の位置が設定される。そして、コントローラによって、その位置に基づいて集束イオンビームの走査が制御され、前記カット形状のパターンで切断加工が行われる。このようにすると、切断加工のための設定操作を簡素化することができる。

請求項８に記載の発明によれば、コントローラには、カット形状に応じたパターンデータを記憶するメモリが備えられており、そのパターンデータを用いて集束イオンビームの走査が制御されるので、切断加工を正確に行うことができる。

請求項９に記載の発明によれば、切断対象の配線の形成材料に応じて、最適なカット形状で配線の切断加工を行うことができる。

本発明によれば、少ない工数で配線を確実に切断することができる配線切断方法、及び配線切断装置を提供することができる。

以下、本発明を具体化した一実施形態を図１〜図７に従って説明する。
図１は、配線切断装置としての集束イオンビーム加工装置（ＦＩＢ装置）の概略構成を示すブロック図である。

ＦＩＢ装置１１は真空容器１２を備え、その真空容器１２内には、イオン源１３、電子系１４、アパーチャ１５、デフレクタ１６、及びステージ１７が設けられている。このＦＩＢ装置１１において、イオン源１３から引き出されたイオンビームＢ１は、電子系１４において所定の加速電圧が印加されることで集束され、アパーチャ１５を通してさらに絞り込まれる。そして、そのイオンビームＢ１は、デフレクタ１６を通して偏向された後、ステージ１７上に載置されているサンプル（切断対象の配線が形成されている半導体基板１８）に照射される。デフレクタ１６は、走査偏向器であって、コントローラ２１から出力される走査制御信号に基づいて、イオンビームＢ１の照射位置を調整する。

コントローラ２１は、制御部２２、メモリ２３、入力部２４、及び出力部２５を備える。制御部２２は、周知の中央処理装置（ＣＰＵ）により構成され、メモリ２３に格納されている制御プログラムに従い各種の制御を実行する。メモリ２３には、制御プログラムに加え、イオンビームＢ１による加工パターンに応じたパターンデータなどが記憶されている。

入力部２４は、操作パネル（図示略）を含み、制御部２２による制御プログラムの起動や各種パラメータの入力等のユーザからの要求や指示に用いられる。出力部２５は、制御部２２から通知されるパターンデータに基づいて、加工パターンに応じた走査制御信号を生成し出力する。この走査制御信号に基づいて、デフレクタ１６が作動されることにより、イオンビームＢ１の走査方向、走査量などが調整され、該イオンビームＢ１による配線の切断加工が実施される。

図２及び図３に示すように、本実施形態のＦＩＢ装置１１は、Ｈ形状の加工パターンで半導体基板１８に形成されている銅配線１９を切断加工する。このＨ形状の加工部３０は、銅配線１９を切断するための第１の矩形部３１と、該第１の矩形部３１の両端に形成された第２及び第３の矩形部３２，３３とを有する。第２及び第３の矩形部３２，３３は、第１の矩形部３１と交差するよう設けられており、半導体基板１８の絶縁層の部分（銅配線１９が形成されていない部分）を削ることで形成される。

各矩形部３１〜３３の寸法（幅Ｘ１，Ｘ２や長さＸ３，Ｘ４）は、切断対象となる銅配線１９の幅Ｘに応じた適切な値が設定される。また、半導体基板１８における配線層は絶縁層を介して所定の深さで形成されているため、加工部３０の深さ方向の寸法Ｘ５も配線１９の形成位置に応じた適切な値が設定される。なお、この深さ方向の寸法Ｘ５は、各矩形部３１〜３３で同じである。

ここで、イオンビームＢ１を走査して配線１９を削る際には、配線１９の切断屑１９ａが放射状に飛び散るため、加工部３０の内周壁面にその切断屑１９ａが再付着する（図２参照）。このとき、図２に示すように、Ｈ形状の加工部３０では、その内周壁面に、切断屑１９ａが付着しない部位（未付着部）３２ａ，３３ａが形成されることとなる。従って、内周壁面に再付着した切断屑１９ａによる電気的なショートの発生が防止される。

図４及び図５には、本実施形態におけるイオンビームＢ１の走査方向を破線の矢印で示している。すなわち、図４に示すように、基板上面からみてＨ型になるようイオンビームＢ１を走査しながら所定の深さの加工処理を行う。その後、図５に示すように、イオンビームＢ１を走査することで、深さ方向に少しずつ削り立体的なカット形状を形成していく。なお、本実施形態では、配線１９の延設方向と並行となるようイオンビームＢ１の走査方向を制御している。このイオンビームＢ１の走査方向は一例であって、図４の走査方向と直交する方向としてもよい。

図６は、本実施形態における配線の切断処理を示すフローチャートである。なお、図６の処理は、ユーザがコントローラ２１における入力部２４（操作パネル）を操作して制御プログラムを起動させたときにスタートする。なお、このプログラムの起動後に、ユーザは、入力部２４を操作することで、配線１９の切断モードや配線１９の切断位置などを設定する。切断モードとしては、配線の形成材料（銅配線、アルミニウム配線など）に応じた複数の切断モードが用意されている。また、切断位置としては、例えば、第１の矩形部３１の両端に対応する２点の位置が設定される。

ステップ１００において、制御部２２は、ユーザによる入力部２４の操作信号を取り込み、それに基づいて設定されるデータ（切断モード、切断位置、配線幅、加工部１９の深さなどのデータ）をメモリ２３の作業領域に一時的に格納する。

ステップ１１０において、制御部２２は、設定された切断モードが銅配線の切断モードであると判定した場合にステップ１２０に移行し、アルミニウム配線等の他の切断モードであると判定した場合にはステップ１３０に移行する。

銅配線の切断モードと判定した場合、制御部２２は、ステップ１２０において、Ｈ型の加工パターンに対応するパターンデータをメモリ２３から読み出す。なおここでは、配線幅や加工部３０の深さなどを考慮した加工パターンが選択され、それに対応するパターンデータが読み出される。そして、制御部２２は、そのパターンデータと切断位置のデータを出力部２５に送り、それらデータに対応する操作制御信号を出力部２５から出力させる。この操作制御信号に基づいて、デフレクタ１６が作動されることにより、図４及び図５に示すように、イオンビームＢ１が走査され、Ｈ形状の加工パターンで銅配線１９の切断加工が実施される。

一方、アルミニウム配線の切断モードであると判定した場合、制御部２２は、ステップ１３０において、矩形状（図１０に示す従来形状）の加工パターンに対応するパターンデータをメモリ２３から読み出す。そして、制御部２２は、そのパターンデータと切断位置のデータを出力部２５に送り、それらデータに対応する操作制御信号を出力部２５から出力させる。この操作制御信号に基づいて、イオンビームＢ１が走査されて配線の切断加工が実施される。

イオンビーム加工により銅配線１９を切断する場合、ビーム照射によって銅配線１９が加熱され、細長い形状（繊維状）に溶融した切断屑１９ａが加工部３０の壁面に再付着する。そして、これら繊維状の切断屑１９ａが連続して繋がることで、電気的にショートするといった問題が生じてしまう。従って、その問題を解消するために、Ｈ形状の加工パターンで銅配線１９が切断される。これに対して、アルミニウム配線を切断する場合、アルミニウムは銅よりも硬い材料であるため、微細な粒子状の切断屑が飛び散って加工部の壁面に再付着する。この粒子状の切断屑は高抵抗な状態であるため、電気的なショートは生じにくい。従って、従来の矩形状のパターンでアルミニウム配線が切断加工される。

図７には、銅配線１９をＨ形状の加工パターンで切断した場合と、銅配線１９を従来の矩形状の加工パターンで切断した場合とにおけるリーク電流の測定結果を示している。ここでは、切断加工後の各配線間に所定電圧を印加することにより加工部３０でのリーク電流を測定している。

図７に示すように、銅配線１９を従来の矩形状の加工パターンで切断した場合では、印加電圧に応じてリーク電流が増大し、数ボルトの電圧を印加すると、ピコアンペアレベルのリーク電流が測定される。これに対して、Ｈ形状の加工パターンで切断した場合では、印加電圧を増やしてもリーク電流は変化せず、測定不能レベルで維持される。つまり、Ｈ形状の加工パターンとすることにより、切断屑１９ａによる電気的ショートが回避され、銅配線１９が確実に切断される。

以上記述したように、本実施の形態によれば、以下の効果を奏する。
（１）イオンビームＢ１による切断加工の形状をＨ形状とし、加工部３０の内周壁面に切断屑１９ａが付着しない未付着部３２ａ，３３ａを形成するようにした。この場合、切断屑１９ａによる電気的ショートを防止することができ、複雑なノウハウを必要とするガス支援エッチングを用いなくても、銅配線１９を確実に切断できる。

（２）ガス支援エッチングのためのガス供給装置を省略できることから、安価なＦＩＢ装置１１を実現することができる。また、ハロゲンガスなどの特殊なガスを用いる必要がなくなるので、環境への悪影響を防止することができる。

（３）ＦＩＢ装置１１において、コントローラ２１の入力部２４を操作して、配線１９の切断位置（第１の矩形部３１の両端に対応する２点の位置）を設定することにより、Ｈ形状の加工パターンとなるようイオンビームＢ１が自動で走査される。ここで、ＦＩＢ装置１１において、加工部３０の各矩形部３１〜３３の位置を各々設定してもよいが、各矩形部３１〜３３の位置を設定する場合には、各矩形部３１〜３３の位置合わせのために正確な設定操作が必要となる。これに対して、本実施形態では、配線１９の切断位置として２点の位置を設定すれば、Ｈ形状のパターンで切断加工が行われるため、設定操作を簡素化することができる。

（４）コントローラ２１のメモリ２３には、カット形状に応じたパターンデータが記憶され、そのパターンデータを用いることにより、Ｈ形状の切断加工を正確に行うことがでできる。

（５）ＦＩＢ装置１１では、銅配線１９を切断する場合にはＨ形状の切断加工が行われ、アルミニウム配線を切断する場合には従来の矩形状の切断加工が行われる。この場合、配線の形成材料に応じて、最適なカット形状で配線の切断加工を行うことができる。

尚、上記実施の形態は、以下の態様で実施してもよい。
・上記実施形態では、Ｈ形状の加工により銅配線１９を切断するものであったが、それ以外にコ字状やＺ形状の加工により銅配線１９を切断してもよい。要は、銅配線１９のカット形状として、切断屑１９ａが付着しない部位（未付着部）を有する形状であればよい。

・ＦＩＢ装置１１において、Ｈ形状、Ｚ形状等の複数形状の加工を行う場合、それら形状に応じたパターンデータをメモリ２３に記憶しておき、切断対象となる配線１９のレイアウトに応じた適切なパターンデータを使用することで、加工パターンを変更する機能を設けてもよい。

・ＦＩＢ装置１１において、入力部２４の操作により銅配線１９の切断位置を入力するものであったが、これ以外に、各矩形部３１〜３３の各寸法Ｗ１〜Ｗ５を設定する構成としてもよい。

・上記実施形態では、１本の銅配線１９を切断する場合に適用するものであったが、これに限定されるものではなく、近接して設けられた複数の配線１９を同時に切断する場合にも本発明を適用することができる。具体的には、図８に示すように、矩形状の加工パターンで２本の銅配線１９を切断加工する場合、矩形状の加工部３５には内周壁面の全体に切断屑１９ａが付着するため、各配線１９がショートしてしまう。これに対して、図９に示すように、Ｈ形状を重ね合わせた形状（王字形状）の加工パターンで２本の銅配線１９を切断加工することにより、その加工部３６の内周壁面には切断屑１９ａが付着しない部位（未付着部）３６ａが形成される。これにより、各配線１９を確実に切断することができる。

・ＦＩＢ装置１１にガス供給装置を設け、前記Ｈ形状のパターンで切断加工を行う際に、ガス支援エッチングを行うようにしてもよい。このガス支援エッチングを行うことにより、銅配線１９をより確実に切断することが可能となる。

一実施形態のＦＩＢ装置の概略構成を示すブロック図である。 Ｈ形状の加工パターンを示す説明図である。 Ｈ形状の加工パターンを示す説明図である。 イオンビームの走査方向を示す説明図である。 イオンビームの走査方向を示す説明図である。 配線の切断処理を示すフローチャートである。 電圧とリーク電流との関係を示す説明図である。 従来の加工パターンを示す説明図である。 別例の加工パターンを示す説明図である。 従来の加工パターンを示す説明図である。 従来の加工パターンを示す説明図である。

符号の説明

１１ 配線切断装置としてのＦＩＢ装置
１８ 半導体基板
１９ 銅配線
１９ａ 切断屑
２１ コントローラ
２３ メモリ
２４ 入力部
３１ 第１の矩形部
３２ 第２の矩形部
３２ａ，３３ａ，３６ａ 未付着部
３３ 第３の矩形部
Ｂ１ イオンビーム

Claims (9)

1. 半導体基板に形成されている配線を集束イオンビーム加工により切断する配線切断方法であって、
   前記集束イオンビームを走査して、前記配線を切断する矩形部と、該矩形部の両端に形成され、前記配線の切断屑が付着しない未付着部とを有するカット形状となるよう加工することを特徴とする配線切断方法。
2. 前記カット形状は、前記配線を切断する第１の矩形部と、該第１の矩形部の両端にて該矩形部と交差するよう設けられた第２及び第３の矩形部とを有する形状であることを特徴とする請求項１に記載の配線切断装置。
3. 前記カット形状がＨ形状であることを特徴とする請求項１に記載の配線切断方法。
4. 前記配線は銅配線であることを特徴とする請求項１に記載の配線切断方法。
5. 半導体基板に形成されている配線を集束イオンビーム加工により切断する配線切断装置であって、
   前記配線の切断位置を設定するための入力部が設けられ、該切断位置に基づいて前記集束イオンビームの走査を制御するコントローラを備え、
   前記コントローラは、前記集束イオンビームの走査を制御することにより、前記配線を切断する矩形部と、該矩形部の両端に形成され、前記配線の切断屑が付着しない未付着部とを有するカット形状となるよう加工することを特徴とする配線切断装置。
6. 前記カット形状がＨ形状であることを特徴とする請求項５に記載の配線切断装置。
7. 前記切断位置として、前記矩形部の両端に対応する２点の位置を設定することを特徴とする請求項５に記載の配線切断装置。
8. 前記コントローラは、前記カット形状に応じたパターンデータを記憶するメモリを備え、該パターンデータを用いて前記集束イオンビームの走査を制御することを特徴とする請求項５に記載の配線切断装置。
9. 前記メモリには、複数種類のカット形状に応じたパターンデータが記憶され、前記コントローラは前記配線の形成材料に応じて、前記カット形状を変更する機能を有することを特徴とする請求項８に記載の配線切断装置。

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