JPH01168029A - イオンビーム加工方法及びその装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は集束イオンビームを用いた加工技術に係り、特
に、加工対象面に凹凸が存在し、その段差部分を跨いで
加工する場合にも、加工形状を歪ませず、加工底面を平
坦に加工し、加工歩留りを向上させるのに好適なイオン
ビーム加工方法に関する。

〔従来の技術〕

第８図に周知の代表的集束イオンビーム（Ｆｏｃｕｓｅ
ｄ　Ｉｏｎ　Ｂａａｍ＝　Ｆ　Ｉ　Ｂと以下略称）加工
装置の基本構成を示す。イオンビーム１０を引き出すイ
オン源１には高輝度で１ｐφ（直径を表わす、以下同じ
）以下にビームを集束してもｌｎＡオーダの電流が得ら
れる液体金属イオン源を使用している。イオン源１には
イオン源電源１２からイオンの加速電源とイオン化する
金属を溶融するためのヒータ電流を供給する。引き出さ
れたイオンビーム１０はレンズ電源１３からレンズ電極
２へ印加する電圧を適正に調整し、イオンビーム１０の
軌道を曲げ、ターゲット（被加工物）４上に集束する。

また。

イオンビーム１０は偏向コントローラ１５から偏向電極
３へ印加する電圧によって偏向する。通常この電圧は鋸
歯状波で、ターゲット４上でイオンビームｌＯを矩形に
走査させる。また、イオンビーム１０の照射によってタ
ーゲット４の表面から２次電子１１が放出される。これ
を２次電子検出器６で検出し、その信号強度に比例して
、ターゲット４上でのイオンビーム加工方法と同期して
ＣＲＴ１４上を走査している輝点に輝度変調をかける。

これは走査電子顕微鏡（Ｓｃａｎｎｉｎｇ　Ｅｌｅｃｔ
ｒｏｎ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ＝　ＳＥＭ）と同じ原理
で、ターゲット表面の形状を観察でき、ＣＲＴ１４に表
示する像はＳＩＭ像（走査イオン顕微鏡像Ｓｃａｎｎｉ
ｎｇ　Ｉｏｎ　Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ　Ｉｍａｇｅ）と
呼ばれる。なお、ターゲット４を乗せているステージ５
はステージコントローラ１６で所定の加工位置をＣＲＴ
１４の視野内に入れられる精度を有している。また、こ
れらを収納するチャンバ１８内は排気系コントローラ１
７で制御された真空ポンプ９でＩ　Ｘ　１０−’　Ｔｏ
ｒｒ以上の真空度を維持している。

チャンバ１８が載っている定盤７は床からの振動を遮断
するため、エアサーボマウント８の上に設置している。

上記のＦＩＢ装置で所定の被加工領域を加工する時、通
常第９図のようにイオンビーム１０を走査して照射し、
ターゲット４の原子２９をスパッタしていく。第９図の
Ａ−Ａ断面を見ると、第１０図に示すように１表面４０
が平坦な場合には第１０図（、）のように加工穴の底面
５０は水平である。ところが、第１０図（ｂ）のように
表面４０′に段差があり、それを跨いで加工する場合に
はこの段差が加工穴底６０の形状に影響を与える。加工
穴底が歪んでいると１例えば第１０図（Ｑ）のようにタ
ーゲット４内に配線が走っているとした時、上層配線３
０を切断した上で下層配線３１にダメージを与えないイ
オン注入量のマージンが狭く、加工歩留りが低い。

実際にＦＩＢでＬＳＩを加工した例は、ジャーナル・オ
ブ・バキューム・サイエンス・アンド・テクノロジー　
８４　（１）　Ｊａｎ／Ｆｅｂ　（１９８６年）第１７
６頁から第１８０頁（Ｊ、　Ｖａｃ、　Ｓｃｉ、　Ｔｅ
ｃｈｎｏｌ、　Ｂ　４（１）　Ｊａｎ／Ｆｅｂ　（１９
８６）　ｐ、１７６〜ｐ、１８０）に記載されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記のように従来、ＬＳＩ等の段差部分を含む被加工物
の段差部の加工において、段差が加工形状に影響を与え
、加工穴底に傾斜または凹凸を生じさせる。この底面の
傾きおよび凹凸は加工深さの設定のマージンを縮小し、
加工歩留りを低下させる。

例えば、前述の従来技術では、第１１図（ａ）に模式的
に示したように、平坦な基板３６上に形成された幅広の
アルミニウム配線３２及びその上に形成された絶縁膜３
５の構造のものにおいて、アルミニウム配線３２を切断
するに際し、イオンビーム１０を広い走査領域３３で加
工しているが、この場合もアルミニウム配線の両側の段
差部３７が、その後の加工形状に影響を及ぼし、これら
両側の段差の形状が共に後退して中央部に寄って行き、
アルミニウム配線を完全に除去した時点では、第１１図
（ｂ）に示すように中央部３４に突起が残り、切断歩留
りを低下させる原因となっている。

本発明の目的は加工する領域が段差部分を跨いでいる場
合に、段差部の影響を速やかに減少させ。

加工穴底面を平坦にし、加工深さ設定のマージンを水平
部の加工と同じように広げ、加工歩留りを向上させるこ
とのできる改良されたイオンビーム加工方法及びその装
置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

スパッタ率は水平部に比べ傾斜部が高いため、加工の進
行に従い段差は後退する。その時、第１０図（ｂ）のよ
うに段差が加工領域の片側にあると片側にしか段差が後
退しないが、第１１図のように段差が両側にあると段差
が両側から後退する。もし、両段蓋間が充分に近ければ
後退した段差が段差間の中央で重なり合い消滅する。そ
こで、段差を有する被加工物の段差部を加工する際に、
加工を開始後段差が早急に重なり合う状況を作ることに
より５段差部の影響を速やかに減少させることができる
。

本発明は、かかる知見に基づいてなされたものであり、
本発明の第１の目的は、イオンビームを照射して、段差
部分を有する被加工物に所定形状寸法の穴あけ加工をす
るに際し、上記段差部分の高部領域のみをあらかじめ前
記段差部分の低部領域とほぼ等しい高さになるまで加工
する前段加工工程と、次いで前記前段加工工程により加
工された領域を含み上記所定形状寸法の穴の深さまで上
記、被加工物を加工する本加工工程との２段階加工工程
から成ることを特徴とするイオンビーム加工方法によっ
て達成される。そして、上記段差部分の高部領域を加工
するに際しては、上記被加工物の設計位置情報に前記段
差部分を有する被加工物を製造する際の製造プロセス情
報を加えて上記前段加工の位置決めを行うことが好まし
い。さらに精度の高い位置決めを要する場合には、上記
段差部分の高部領域を加工するに際して、上記被加工物
の設計位置情報と上記イオンビームの照射によって前記
被加工物から放射される２次粒子を検出して得られる前
記被加工物表面の位置情報とから上記前段加工の位置決
めを行うことがより好ましい。

また、本発明の第２の目的は、同一平面において、複数
個に分割されて少なくとも１対の２次粒子検出板を構成
する２次粒子検出手段と、前記１対の検出板にて検出さ
れた被加工面の画像信号を演算処理する画像処理装置と
、上記演算処理された画像信号を表示する画像表示手段
とを有する被加工物の位置決め装置を備えて成ることを
特徴とするイオンビーム加工装置によって達成される。

〔作　　用〕

上記の本発明においては、被加工領域内に段差がある場
合、まずは段差の位置をあらかじめ認識し、目的とする
所定領域の加工の前に、前段加工として段差の高部領域
を加工してこの段差部を尾根部とし、その上で本加工と
して所定の領域を加工すれば尾根部では段差部が接近し
、加工が進行するにしたがい段差（尾根部）は速やかに
解消する。その後は平坦な面を加工していくことになり
、最終的な加工穴の底面を平坦にすることができる。

〔実施例〕

以下、本発明の実施例を図面によって説明する。

第１２図は段差が片側に存在する被加工物について通常
の走査でｄ＝２ａｍの段差部を幅Ｗにわたり加工した場
合の加工の進行状況を示している。前述のように加工穴
底部６０は傾斜している。そこで。

本発明では第１図のように本来の加工領域（幅Ｗ１、深
さｄ工）を加工する前に前段加工として段差の高部領域
Ｃを加工領域（幅ｗ２．深さａＸ）に設定し、段差の低
部Ｂと同じ高さになるまで、っまりｄ２の深さまで加工
する（前段加工による穴底面５０′）。その段階で、最
初段差のあった所には尾根Ｐが残っている。次に加工領
域を本来の加工領域に設定し直し、加工を始める。加工
が進むと尾根部の側壁は両側から浸蝕されて行き、早い
段階で解消する。その後は平坦な面の加工が進行し。

結局加工穴底面５０は平坦になる。

第１３図は段差が両側に存在する被加工物についてｄ＝
２Ｉ１ｍ段差の幅の広い配線（図示せず）を切断する場
合の通常の走査の例、第２図は本発明の実施例となるも
ので、上記第１図のように２段階で加工した時の加工形
状の変化で、前述の段差加工と同様に２段階の加工では
加工穴底面５０は平坦となり、中央部に加工残りが生じ
ず、配線を切断する時の歩留りが向上する。つまり、第
２図の第１段の加工は、幅Ｗ２、深さｄｔ（段差の底部
Ｂに達してないがほぼ近い高さ）、第２段の本来の加工
は幅Ｗい深さｄｌまである。

実際のＬＳＩを加工する場合、設計データから加工位置
を決める。設計データには例えばアルミニウムのごとき
配線の位置情報しか入っていない。

第３図は、ＬＳＩチップ上に導体層（アルミニウムなど
）３２の表面を覆って例えばＳｉＯ□、ポリイミド樹脂
のごときパッシベーション膜３５を形成した、ＬＳＩチ
ップの一部の断面構造を示したものであり、第３図（ａ
）はパッシベーション膜３５をＣＶＤ　（Ｃｈｅｍｉｃ
ａｌ　Ｖａｐｏｒ旦ｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）により形成し
た場合を、第３図（ｂ）はスパッタリングで形成した場
合をそれぞれ示している。このように表面のパッシベー
ション膜はアルミ配線の段差を反映しているが、パッシ
ベーション膜３５をＣＶＤで形成した場合とスパッタで
デポジションした場合とでは段差の位置が違う。さらに
、スパッタの場合１段差位置はロット間、あるいは、ウ
ェハ内でもばらつき位置が定まらない、そのばらつきの
範囲は±０．５．程である。したがって、特にスパッタ
で形成する場合には設計データの位置情報のみで上記の
前段加工の位置を決めると、前段加工の領域内に段差を
含む場合があり、前段加工の加工底面自体が傾斜し、最
終加工底面も通常の加工と同様に傾斜する。そこで、設
計データと表面パッシベーションを成膜する時のプロセ
ス条件を含んだプロセスデータとを組み合わせて前段加
工の位ｔを決め、パッシベーション膜３５の段差部ｔの
ばらつきはウェハ内でのばらつきに抑える必要がある。

今、ＦＩＢ加工の自動位置決め精度が±０．３−とする
と前段加工の位置ずれは最大±０．８−となる。第４図
（ｂ）の前段加工の適正位置から±０．８．位置がずれ
た場合の加工状態を調べてみると、その範囲では第４図
（ａ）、（ｃ）のようにどちらにずれても加工底面は平
坦となる。つまり。

第４図（ａ）は右にずれた場合、第４図（ｂ）は左にず
れた場合をそれぞれ示している。したがって、２−の段
差を３ｐｍ掘り込む第４図のような場合には設計データ
にプロセスデータを加えて処理して位置決めし１段差部
部を前段加工した上で本加工を行なえば平坦な加工底面
を得ることが全自動でできる。しかし、ＬＳＩの中には
プロセスデータが不明なものや、パッシベーション膜の
段差位置のばらつきの大きなものがある。これに対して
は加工前にパッシベーション膜の段差がどこに位置する
かをあらかじめ例えばＳＩＭ像を観察するなどにより認
識しておけばよい。

前述のようにＦＩＢを走査し、ターゲットから放出され
る２次電子を検出してＳＩＭ像が得られる。ＳＩＭ像は
表面の凹凸像で、パッシベーション膜の段差をａ祭でき
る。そこで、設計データに従い±０．３．の精度で加工
位置決めした所でＳＩＭ像から段差高部を１ｉｔｌ察し
、段差部を含まぬよう前段加工領域を設定する。ただし
、その場合通常のＭＣＰ２Ｏ（マイクロチャンネルプレ
ート、第５図（ｂ）に図示）を使用した２次電子検出器
ではターゲット直上から照明を当てたようにＳＩＭ像が
見えるため、どの段差の斜面も同じ明るさに見え、ＳＩ
Ｍ画面中でどちら側が段差の高部であるかの判断がつけ
にくい。そこで、第５図（ａ）のように、ＭＣＰ２Ｏで
増幅した２次電子信号を検出する円板を２１（ａ）、２
１（ｂ）、　２１（ｃ）、２１（ｄ）の４つに分割し、
それぞれからの電流をモニタして段差の高部、低部を判
断する。例えば、第６図のようなターゲットの段差２２
を検出板２１（ａ）、２１（Ｃ）で検出すると段差斜面
が検出器の方向を向いており、平坦部より多くの２次電
子が検出できる。

一方、検呂板２１（ｂ）、２１（ｄ）で検出するとその
逆で段差斜面からの２次電子検出量が減る。そこで、各
検出板からの信号を画像処理装置２３に取り込み、それ
らの差を取るか、あるいは、どちらか一方の検出板（こ
の場合、検出板２１（ａ　）　、　２１（ｃ　））から
の信号を取って、第６図のような信号２４を得る６次に
、２つのレベルの閾い電圧Ｖ１．Ｖ、を設定し、■ルベ
ルを越える領域があれば、ＳＩＭ画像の右側が段差の高
部、■２レベルより下回わる領域があれば、逆に左側が
段差高部と判断できる。この例では、右側が段差の高部
にあたるため、■、レベルと２次電子信号レベルとが交
差する右側の点Ｑから右側の領域２５に前段加工を施す
。

つまり、第１図の場合のＷ２に相当する幅を位置決めし
て前段加工することになる。ここで、点Ｑは画像処理装
置２３内に組み込んだソフトウェア、または、１度画像
処理装置２３からメインコントローラ２６へ２次電子信
号２４を送信し、メインコントローラ２６内で閾い値ｖ
１と比較するソフトウェアのどちらを使っても、求めら
れる。また、段差が第６図の紙面に垂直な方向にあった
時には、検出板２１（ａ）、　２ｔ（ｂ）と検出板２１
（ｃ）、２１（ｄ）の組み合わせで、上記と同様に処理
して、前段加工の位置が求められる。この方式は各加工
において、ＳＩＭ画像情報を１度画像処理装置２３に取
り込み、段差を認識して、前段加工領域を設定するソフ
トウェアとこれらの処理のために一定の処理時間を必要
とする。しかし、前段加工の位置設定は設計データをプ
ロセスデータで補正する方式に比べ、精度が段差部の認
識誤差だけで規定されるため、より正確である。

以上、極めて単純な場合についての前段加工によって加
工穴底面を平坦にする加工方法を示した。

実際の加工においては第７図（ａ）、（ｂ）、（ｃ）の
ようにさらに複雑なパターンの加工も有るが、これらも
斜線部を前段加工領域２７として加工し、さらに、本加
工領域２８を加工すれば同様に平坦な底面の加工が可能
となる。

〔発明の効果〕

本発明によれば、一般のＬＳＩ等半導体装置、または１
例えば磁気バブルメモリ素子などそれ以外の段差を有す
る被加工物をＦＩＢにて加工する際に、従来の問題であ
った段差の影響によって。

加工底面が傾斜すること、または、段差が残留すること
などを解消することができ、平坦な底面加工ができる。

このため、半導体装置の配線を切断する場合であれば、
配線の切断が加工底面の傾斜もしくは段差（突起など）
に基づく歪みによって失敗する確率が低下し、切断時の
歩留りを向上させることができる。つまり１本発明によ
れば、被加工物の表面にどのような形状の凹凸があって
も、平坦な底面を持つように加工できる。したがって、
さらにそこへ別の加工を施していけば１表面の状態に関
係無く、任意の加工形状を得ることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

第１図、第２図はそれぞれ本発明の異なる実施例を示し
たもので、イオンビーム加工の進行状態を示す断面図で
あり、第１２図及び第１３図は比較例としての従来法に
よる断面図であり、第３図はパッシベーション膜の位置
を示す断面図、第４図は本発明の実施例を示すもので加
工位置のずれの影響を示す断面図、第５図は本発明を実
施するためのイオンビーム加工装置における２次電子検
出器の正面および平面図、第６図は同じく本発明を実施
するためのイオンビーム加工装置における段差部位置決
め、加工領域を決定する処理過程を示したもので、２次
電子信号の処理を示す流れ図、第７図は本発明のさらに
異なる実施例を示す前段加工領域を示す平面図である。 また、第８図はＦＩＢ加工装置の概略構成図、第９図は
加工状態の斜視図、第１０図は加工跡を示す断面図、第
１１図は幅広配線の加工を示す断面図であり、いずれも
通常の装置及び加工方法を説明するための図である。 図において、 １・・・イオン源　　　　　２・・・静電レンズ３・・
・偏向電極　　　　　４・・・ターゲット５・・・ステ
ージ　　　　　６・・・２次粒子検出器７・・・定盤　
　　　　　　８・・・エアサーボマウント９・・・真空
ポンプ　　　　１０・・・イオンビーム１１・・・２次
粒子　　　　　１２・・・イオン源電源１３・・・レン
ズ電源　　　　１４・・・ＣＲＴ１５・・・偏向コント
ローラ １６・・・ステージコントローラ １７・・・真空排気系コントローラ １８・・・真空チャンバ　　　１９・・・アルミニウム
配線２０・・・ＭＣＰ　　　　　　　２１・・・検出板
２２・・・段差　　　　　　　２３・・・画像処理装置
２４・・・２次電子信号　　　２５・・・前段加工領域
２６・・・メインコントローラ ２７・・・前段加工領域　　　２８・・・本加工領域２
９・・・ターゲット原子　　３０・・・上層配線３Ｉ・
・・下層配ｌｌＡ３２・・・アルミニウム配線３３・・
・イオンビーム走査領域

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、イオンビームを照射して、段差部分を有する被加工
   物に所定形状寸法の穴あけ加工をするに際し、上記段差
   部分の高部領域のみをあらかじめ前記段差部分の低部領
   域とほぼ等しい高さになるまで加工する前段加工工程と
   、次いで前記前段加工工程により加工された領域を含み
   上記所定形状寸法の穴の深さまで上記被加工物を加工す
   る本加工工程との２段階加工工程から成ることを特徴と
   するイオンビーム加工方法。 ２、上記段差部分の高部領域を加工するに際しては、上
   記被加工物の設計位置情報に前記段差部分を有する被加
   工物を製造する際の製造プロセス情報を加えて上記前段
   加工の位置決めを行う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、上記段差部分の高部領域を加工するに際しては、上
   記被加工物の設計位置情報と上記イオンビームの照射に
   よって前記被加工物から放射される２次粒子を検出して
   得られる前記被加工物表面の位置情報とから上記前段加
   工の位置決めを行う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。 ４、同一平面において、複数個に分割されて少なくとも
   １対の２次粒子検出板を構成する２次粒子検出手段と、
   前記１対の検出板にて検出された被加工面の画像信号を
   演算処理する画像処理装置と、上記演算処理された画像
   信号を表示する画像表示手段とを有する被加工物の位置
   決め装置を備えて成ることを特徴とするイオンビーム加
   工装置。