JPS61224319A - イオンビ−ム加工方法およびその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明はイオンビーム加工方法およびその装置に係り、
被加工物として特ＫＶＬＳＩ等の半導体装置を加工する
のに好適なイオンビーム゛加工方法およびその装ｆＫＩ
Ｋする。

〔発明の背景〕

ＶＬＳＩ等の半導体装置のパターン寸法が微細化する動
きに対応するためには、゛マイクロイオンビーム加工技
術の確立が不可欠である。ここで、半導体装置の集積度
が上がるにつれてパターン寸法を微細化すると同時に、
素子の垂直方向に多層配線構造な形成して集積度を向上
させる必要が生じてきた。このような多層構造を有する
半導体装置において、配線切断等の加工を行なう際には
下層にダメージを与えずかつ上層の被加工層を完全に加
工することが重要となる。例えば２層配線の眉間絶縁膜
の厚さは約１μｍであり、上層配線と下層配線のクロス
オーバ一部で上層配線のみを切断加工する場合、層間絶
縁膜の耐圧を保つためには少なくとも０．２５μｍ以下
の精度で、上層配線の切断終点を検出制御する必要があ
る。ところが従来のイオンビーム加工装置では、特に加
工の終点検出については配慮されておらず、深さ方向の
加工の制御は加工時間によって行なろため、上Ｐした高
精度の加工深さ制御を行なうことは困難であった。

また、半導体装置の素子材料がｓｉ、ｓｔｏ□、Ａｔ。

Ｓｆ　３Ｎ４　、　Ｗ等多種にわたることや、フォトマ
スクＸ＃マスクの欠陥修正への応用等を考えると、・あ
らゆる素子材料に対応できる汎用性が、イオンビーム加
工装置として重要となる。従って上記した加工の深さ方
向の制御を、あらゆる素子材料に対して汎用的に行ｆｉ
５ための、加工終点の検出技術を考案する必要があった
。なお、この種のイオンビーム加工装置を含む、マイク
ロイオンビーム装置として関連するものは、１９８３年
の京都におけるイオン工学に関する国際会議アイ７パツ
ト・アン、ド・アイ７パツト（ｌ５ＩＡＴ＆ＩＰＡＴ　
）において、ダブり二一・エル・プラＩｏｎ　Ｂｅａｍ
ｓ　−Ｎｅｗ　Ｔｏｏｌｓ　Ｆｏｒ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏ
ｇｙ）”と頌して報告している。

〔発明の目的〕

本発明の目的は層構造を有する被加工物に対して、下層
にダメージを与えずかつ上層の被加工層を完全圧加工で
きる、イオンビーム加工方法およびその装置を提供する
ことにある。

〔発明の概要〕

イオンビーム加工装置の基本構成を第１図に示す。イオ
ン源１と引き出し電極３０間に電圧を印加しイオンビー
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ア、デフレクタ電極８を設け
ている。ブランキング電極６にはブランキング電源１７
から電圧管与え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、デフレクタ電極
８にはデフレクタコントローラ１４からビーム偏向電圧
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で増幅した信号
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、加工すぺ艙ターゲット９
表面を観察できる。これにより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は電流計１６で
測定しており、さらにターゲット９からスパッタされた
２次イオン１８は、質量分析装置１９で検出し、ヘッド
アンプ２０で増幅した信号をレコーダ２１に記録してい
る。

現在の加工対象はＶＬＳＩ等の半導体装置であるが、そ
の縦構造は一般に表面からパッジページ目ン膜のＳｉ３
Ｎ４層、Ａｔ配線層、眉間絶縁膜のＳｉＯ２層、Ｓｊ基
板響であり、場所によってはＡｔ配線層と５ｔＯ２層が
数層積層されている。このＶＬＳＩを、第２図（ａ）に
示す様にイオンビームを所定の領域で走査して加工して
いく。その時、ターゲットからスパッタさねた２次イオ
ンを七二りすると、ディテクタである質量分析管のＭａ
ｓｓ　ＮｕｍｂｅｒをＡｔ＊　Ｓｔに合わせた場合それ
ぞれ、第２図（ｂ）、第２図（Ｃ）の様な信号が検出で
きる。

これらの検出信号を合わせた第２図（ｄ）の信号から、
加工がどこまで遊行し念かを直接精度よくモニタでき、
加工の終点検出が可能となる。なおこの方法によれば、
後述するように被加工物からの２次イオンを直接モニタ
で六るこめ、フォトマスクの黒点欠陥修正において５ｉ
ＯＬｔ：のＣｒ欠陥を除去する場合等、あらゆるイオン
ビーム加工において終点検出を行なうことができる。

〔発明の実施例〕

以下本発明の詳細な説明する。

実施例１ 第３図は本発明の一実施例を示し比ものである。前述の
通り、イオンビーム２を引き出し、集束し偏向して、タ
ーゲット９ｔ−加工する。この時、ターゲット９からス
パッタさｈる２次イオン１８を質量分析装ｆＩｔ１９で
検出し、ヘッドアンプ２０で増幅した信号をＡ／Ｄコン
バータ２２でデジタル化し、メインコントローラ２３に
入力する。　′この時、終点検出を行なうべき層、例え
ば、ａ配線層の切断表らばＡｔの２次イオンを検出でき
る様に、質量分析装置１９のＭａｓｓ　Ｎｕｍｂｅｒ　
を設定しチオく。また検出信号は、デフレクタコントロ
ーラ１４からの偏向電圧に同期させ、−回の面走査の間
の積算値を計算し、前数回の走査時の値と比較して加工
の終点を判断する。そして、ブランキング電源１７にオ
ン信号を送り、ビームを遮断して加工を停止する。

例えば、第２図（ａ）のデバイスにおいて、ａ配線層の
切断加工の終点を検出する場合、第２図（ｂ）に示す、
Ｖの２次イオン信号の変化によりて終点を判断すること
ができ、また第２図（Ｃ）に示すＳｉの２次イオン信号
の変化を用いても終点の判断が可能である。しかし、そ
れぞれ単独のイオンのみで終点を判断した場合、現実の
眉間位置から多少ずれるおそれがあるため、Ａｔおよび
Ｓｉの２次イオン信号の両方を検出し、両者の信号を合
わせた第２図（ｄ）に示す信号をもとに終点検出を行な
うことで、終点検出の精度は向上する。

両者の２次イオン信号を同時に検出する方法としては、
例えば、面走査を５００フレームの線走査で行な＋５場
合に、線走査１フレームごとに交互にＡｔおよびＳｌの
２次イオンを検出する方法により可能である。

現在、加工速度はｏ、１１ｔｎ３／ｓｅｃ程度であり、
２Ｉｎ　Ｘ　２　ｌｒｍの面加工を行々うとすると深さ
方向の加工速度は（ＬＯ２５ｔｔｍ／ｓｅｃとなる。１
回の面走査をＩ　Ｓｅｃで行なってにり終点の判断は４
回の面走査の２次イオン信号を順次比較して行なうため
、その間に加工が進行する０、１μｍの精度で終点検出
を行なうことになる。これは実用上充分な終点検出精度
であるが、さらに高精度が必要ならば、２次イオン信号
が変化を始めた時点で加工速度を遅くすることで、検出
精度を向上させればよい。

実施例２ 第４図は本実施例の説明図である。本実施例では、加工
面内での２次イオンの分布を検出し、被加工領域を限定
することによって、下層へのダメージを軽減し良好な加
工を行なうための、終点検出方法を考えた。ターゲット
からスパリタζわた２次イオン１８を質量分析装置１９
で検出し、検出信号をヘッドアンプ２０で増幅する。今
１次イオンビーム２の偏向は、デフレクタコントローラ
１４からデフレクタ電極８に、偏向電圧を与えて行なわ
獣るが、同じ偏向電圧をＣＲＴ１５の偏向電極に与え、
上記の２次イオン増幅信号でＣＲＴ１５に輝度変調をか
けることにより、加工面上の２次イオン像を得ることが
できる。

同時に、上記２次イオン増幅信号を、Ａ／Ｄコンハータ
２２でデジタル化し、デフレクタコントローラ１４と同
期させることにより、上記２次イオン像をメインコント
ローラ２３内の画像メモリに取り込むことができる。Ｃ
ＲＴ１５上の２次イオン像を見ながら行なうマニュアル
操作、あるいは画像メモリ内の２次イオン像を２値化し
、その２値画＠をもとに、デフレクタコントローラ１４
およびブランキング電源１７にフィードバックをかける
操作を用いて、ターゲット上の被加工領域を加工すべき
領域のみに限定することがで診る。この方法により、上
層の加工すべき領域は完全に加工し、しかも下層へのダ
メージは最小に抑える、良好な加工を行なうための終点
検出が可能となる。

以下第３図を用いて、加工領域の限定方法について説明
する。実際のＶＬＳＩ等の半導体装置では、各層間の境
界面は平坦ではなく、数１００＾の凹凸が存在する。従
りてイオンビームで均一に加工しているつもりでも、走
査領域の中で部分的に下層が露出した部分と、上層が残
りている部分がで鎗てしまう。さらにイオンビーム加工
の特徴として、スパッタリングイールドの角度依存性か
ら、凹状の部分はさらに加工がされやすく、さらに凹形
状が促進されるため、下層が露出した部分はさらに加工
が進み下層にダメージを与える可能性が高い。例えば、
第３図（ａ）の様な素子構造において、Ａｔ配線の切断
加工を行なった場合、Ａｔが完全に切断される前に、′
下層の５ｔｏｚ層が部分的に露出し、その部分からダメ
ージが生じてしまう。

ここで、第３図（ｂ）〔第３図（ｂ）の凹部平面図であ
る〕に示す様に、残存するＡｔ配線層２４のみをカバー
する様に、破線で示すブランキングオフ領域２６を設定
し、それ以外の領域でブランキングをオンし高速走査す
ることで、露出した下層の５ｉｎ２層２５にはダメージ
を与えず、上層の、ａ配線層２４のみを除去することが
できる。すなわちブランキングオフ領域ではイオンビー
ムをゆっくり走査する九め加工が進行するが、ブランキ
ングオン領域ではイオンビームを高速で走査するためほ
とんど加工が進行しないわけである。

その選択加工を第３図（Ｃ）に示すが、以下は一回の面
走査ごとに、得られた２次イオン像をもとに新たに加工
領域を第３図（ｄ）に示す様に設定し直すことにより、
下層のＳｊ　０２Ｐｉｌｉにはほとんどダメージを与え
ずに、上層のＵ配線層を完全に除去することが可能であ
る。

本実施例において終点検出精度を決定する要因は、２次
イオン像の分解能、およびビーム走査による加工の進行
である。現在１次イオンビームは、ビーム径０．２〜１
３刺まで集束しており、電気的々処理による分解能の低
下を考慮しても、２次イオン像の分解能は０．５μη以
下となる。

ａ５１Ｈｎの長さで決まる深さ方向のばらつきによるｆ
Ｉ度は、ｔｏｏＸ以下であり全（問題にならない。次に
ビーム走査による加工の進行であるが、本実施例により
ば、１回の面走査によって得た２次イオン像における、
残留上層部の量から終点が判断できるために、２μｍＸ
２μｍの面加工な行なうとすると、１回の面走査で加工
が進行する０、０２５μｍの精度で終点検出を行なうこ
とができる。これは実用止金（問題のない値である。

以上の実施例は、いずれもＳｉ基板上に５ｉ０２層管層
間絶縁膜として設け、この上にＡｔ配線を設けた構造に
おける、ＡＬＥ線の切断時の終点検出を例に述ぺたが、
本発明の原理にしたがえば、こわに限られるものでなく
、例えば、フォトマスクの黒点欠陥修正におい“ても同
様に有効である。つまり、フォトマスクにＣ「膜を形成
し、所望のパターンニングを行なうことにより、フォト
マスクを製造するが、本来Ｃｒマスクが存在シてはいけ
ない所にＣ「膜が残存してしまい、こわが黒点欠陥とな
り、この部分を除去する（修正と呼ぶ）プロセスに、本
発明を有効に適用でき得ることは云うまで鳥ない。

〔発明の効果〕

本発明によれば、０．１μｍ以下の精度でイオンビーム
加工の終点検出が可能である。また面加工に同期して２
次イオン像を検出することにより、被加工領域を限定す
ることができ、信頼性の高い加工制御および終点検出が
可能となる。また、被加工物の材質、形状によらない高
精度な終点検出ができるので、層構造を有するあらゆる
被加工物に対して、下層にダメージを与えずかつ上層の
被加工層を完全に加工できる効果うｔある。

【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図は本発
明の原理を示す説明図、第３図は実施例１０機器構成図
、第４図は実施例２０機器構成図、第３図は加工領域の
限定方法會示す説明図である。 符号の説明 １・・・イオン源、２・・・イオンビーム、３・・・引
き出し電極、４・・・集束レンズ、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・・・ブランキングアパーチャ、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次電子ディティクタ、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、１８・・・２次イオン、１９・・・
２次イオン質量分析装置、２０・・・ヘッドアンプ、２
１・・・レコーダ、２２・・・Ａ／Ｄコンバータ、２３
・・・メインコントローラ、２４・ＡＡ配線層、２５　
・・・Ｓｉ０ｇ層、２６−・・加工限定領域。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、被加工物の所定領域にイオンビームを集束照射し、
   被加工物からスパッタされる２次イオンの変化を質量分
   析手段で検出しつつ、被加工物を加工することを特徴と
   するイオンビーム加工方法。 ２、被加工物の所定領域にイオンビームを集束偏向照射
   し、イオンビームの偏向に同期させて、被加工物からス
   パッタされる２次イオンを検出して得た２次イオン像を
   もとに、被加工物の加工領域を限定することを特徴とす
   る特許請求の範囲第１項記載のイオンビーム加工方法。 ３、イオン源、イオン光学系、テーブル、２次粒子検出
   器および、それらを駆動する電源コントローラから成り
   、イオンビームを集束照射し被加工物を加工するイオン
   ビーム加工装置において、被加工物からスパッタされる
   ２次イオンを検出する手段を設けたことを特徴とするイ
   オンビーム加工装置。 ４、上記イオンビーム加工装置において、被加工物から
   スパッタされる２次イオンを検出する手段と、上記検出
   信号を処理し２次イオンの変化を判断する演算処理手段
   とを設けたことを特徴とする特許請求の範囲第３項記載
   のイオンビーム加工装置。 ５、上記イオンビーム加工装置において、被加工物から
   スパッタされる２次イオンを、イオンビームの偏向に同
   期させて検出する手段と、上記検出信号をイオンビーム
   の偏向に同期させて２次イオン像として表示する、ＣＲ
   Ｔを設けたことを特徴とする特許請求の範囲第３項記載
   のイオンビーム加工装置。 ６、上記イオンビーム加工装置において、被加工物から
   スパッタされる２次イオンを、イオンビームの偏向に同
   期させて検出する手段と、上記検出信号をイオンビーム
   の偏向に同期させて２次イオン像として取り込む画像メ
   モリと、上記画像メモリ内の２次イオン像を処理し２次
   イオンの変化を判断する演算処理手段とを設けたことを
   特徴とする特許請求の範囲第３項記載のイオンビーム加
   工装置。