JPH0344031A - 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〕 本発明はイオンビーム加工方法及びその装置に係り、被
加工物として特にＶ　ＬＳ　Ｉ等の半導体装置を加工す
るに好敵なイオンビーム加工方法及びその装置に関する
。

〔従来の技術〕

従来のイオンビーム加工装置としては、Ｖ。

Ｓ、Ｐ、Ｎｏ、４，５０３，３２９、Ｕ、Ｓ、Ｐ。

Ｎｏ、４，６０９，８０９、Ｕ、Ｓ、Ｐ、Ｎｏ、４．。

６８３．３７８、等が知られている。このようにイオン
ビーム加工装置としては、マスクリペア装置、ウェハリ
ペア装置として用いられてきたが、従来の一般的な加工
方法は、単純な矩形走査による直方体状の加工を行なう
ものであった。

また２段階加工を行なった例としては、「フォーカス１
−　イオンビーム　マイクロサーグリイフォ　エレク１
〜ロニクス」シー　アール　ムラシル：アイトリプルイ
ー　エレン１ヘロン　デバイス　レターズ　イブ−エル
９．５１９８６年５月（”　Ｆ　ｏｕｓｅｃｌ　　Ｉ　
ｏｎ　　Ｂ　ｃａｍ　　Ｍ　ｉ、ｃｒｏＳｕｒｇｅｒｙ
　　ｆｏｒＥ　１ｅｃｔｒｏｎｊｃｓ”Ｃ，Ｒ，ＭＵＳ
ＩＬ：　ＩＥＥＥＥ　ＬＥ　ＣＴ　ＲＯＮ　　Ｄ　Ｅ　
Ｕ　Ｉ　ＣＥ　　Ｌ　Ｅ　Ｔ　Ｔ　Ｅ　Ｒ８Ｅ　Ｄ　Ｌ
　７　、５　、　Ｍ　Ａ　Ｙ　、　１９８６　）のＦｊ
ｇｌがあるが、これは上下配線の接続をねらったもので
あり、上下配線短絡防止とは正反対の効果を生じさせた
ものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術においては、下層配線をとりだすためにイ
オンビームによって穴加工を施す際、」ニ層配線と下層
配線とが短絡してしまい、ＬＳＩの配線加工の歩留りが
低下するという課題を有していた。

またＦＩＢで丁、ＳＩを加工した例は、ジャーナル　バ
キューム　ソサイアティ　テクノロジーＢ４（１）１９
８６年１月／り月（Ｊ　、　Ｖａｃ、　Ｓｃｉ。

Ｔｅｃｈｕｏｌ、）　Ｐ、ｌ　７６−Ｐ、１８０に記載
されている。

上記従来のＦＩＢによる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課題を有していた。

本発明の目的は、上記従来技術に鑑みて、イオンビーム
によって穴加工する際、穴の底部になだらかな段差を作
って上下層の配線の＠銘を防止するようにしたイオンビ
ーム加工方法及びその装置を提供することにある。

〔課題を解決するための手段〕

即ち、本発明は、上記目的を達成するために、高輝度イ
オンビーム源からの高輝度イオンビームを引き出し、引
き出されたイオンビームを集束させ、偏向電極によって
集束イオンビームを走査し、多層配線を有する半導体素
子の上層配線のうねりに相応した底形状を有する第１の
穴加工を上層配線と下層配線との間の層間絶縁膜まで施
して上層配線を残りなく除去加工し、その後上記第工の
加工穴より狭い走査域を有する第２の穴加工を上記層間
絶縁膜から下層の配線まで施し、上層配線と下層配線の
短絡を防止することを特徴とする多層配線を有する半導
体素子へのイオンビーム加工方法である。

また本発明は、上記多層配線を有する半導体素子へのイ
オンビーム加工方法において、上記上層配線のうねりに
相応した底形状を有する第１の穴加工を、集束イオンビ
ームのドーズ密度また本発明は上記多層配線を有する半
導体素子へのイオンビーム加工装置において、 上記加工形状計算用データとして、スパッタ率データ、
再付着計算用データ、及びイオンビーム特性データであ
ることを特徴とする。

また本発明は高輝度イオンビーム源と、該高輝度イオン
ビーム源から高輝度イオンビームを引き出す引出電極と
、該引出電極によって引き出されたイオンビームを集束
させる静電レンズと、該静電レンズによって集束された
集束イオンビームを偏向する偏向電極と、段差部を持っ
た底形状を有する穴加工の目標形状を設定し、該設定目
標形状になるように加工形状計算用データに基いて上記
偏向電極の偏向データを作成する計算手段と、該計算手
段によって得られた偏向データに基いて上記偏向電極に
よる集束イオンビームの偏向を制御して上記穴加工を施
す制御手段とを備えたことを特徴とするイオンビーム加
工装置である。

また本発明は上記イオンビーム加工装置において、 上記加工形状計算用データとして、スパッタ率データ、
再付着計算用データ、及びイオンビーム特性データであ
ることを特徴とする。

また本発明は上記多層配線を有する半導体素子へのイオ
ンビーム加工方法において、 上記上層配線のうねりに相応した底形状を有する第１の
穴加工を、集束イオンビームの走査量を時間的に変えて
得ることを特徴とする。

また、本発明は、高輝度イオンビーム源と、該高輝度イ
オンビーム源から高輝度イオンビームを引き出す引出電
極と、該引出電極によって引き出されたイオンビームを
集束させる静電レンズと、該静電レンズによって集束さ
れた集束イオンビームを偏向する偏向電極と、多層配線
を有する半導体素子の上層配線のうねりに相応した底形
状を有する第１の穴加工の目標形状を設定し、該設定目
標形状になるように加工形状計算用データに基いて上記
偏向電極の偏向データを作成する計算手段と、該計算手
段によって得られた偏向データに基いて上記偏向電極に
よる集束イオンビームの偏向を制御して上記第Ｉの穴加
工を上層配線と下層配線との間の眉間絶縁膜まで施して
上層配線を残りなく除去加工し、その後上記偏向電極に
よる集束イオンビームの偏向を制御して上記第１の加工
穴より狭い走査域を有する第２の穴加工を上記層間絶縁
膜から下層の配線まで施す制御手段とを備え、上層配線
と下層配線の短絡を防止することを特徴とする多層配線
を有する半導体素子へのイオンビーム加工装置である。

〔作用〕

多層配線を有する半導体素子において、うねりを有する
上層配線に対して該うねりに相応した底形状を有する第
１の穴加工をその下の下層配線との間にある中間絶縁層
のところでとめることができ、その結果下層配線に対し
て第２の穴加工をした際上層配線と下層配線とが短絡す
るのが防止され、多層配線ＬＳＩの配線加工の歩留りを
向上させることができる。

〔実施例〕

まず、本発明の原理について図面を用いて説明する。即
ち第２図に示すように、集束イオンビーム６によるＶＬ
ＳＩ等の加工において、多層配線の上層２を通して下層
４を加工する際に、再付着、１０　。

物５により、上層と下層の配線が短絡することが重要な
問題となっている。

そこで第３図（α）、（Ａ）に示すように２段加工で上
下層の短絡を防止する方法が考えられる。この方法では
、配線２．配線４が第３図のように平坦な場合は、層間
絶縁膜により、短絡が防止される。しかし、第４図（α
）に示すように下層配線４のパターンのため」二層配線
２にうねりが生している場合は、第４図（／　）、（Ｇ
）に示すように１段目の加工穴８の底面に−ＬＷＪ配線
２が残ってしまう。

このため２段目の加工９を行う時に側壁に再付着する配
線材５により、下層配線４と上層配線２が短絡してしま
い、切断歩留りが良くない。

このためには第５図に示すように上層配線に応した段差
を作らねばならない。第５図では一段目加工８を行った
後、上層配線２が残っている両サイドに追加工８αを行
っている。上層配線２のうねりが小さい場合はこの方法
でよく、−段目加工８と一部追加工８Ｑ、を行った状態
で加工穴の底面全てに層間絶縁膜がかぶる。しかし第５
図のように上層配線２のうねりが大きい場合は、どうし
ても上層配線残り８ｂが生してしまう。

前述のような配線切断の目的以外にも、集束イオンビー
ムで幅広い上層配線をはがし、下層配線の状態を光学顕
微鏡で見るニーズがある。この場合にも下層配線パター
ンのために上層配線がうねっており、これをきれいに加
工除去するためにはうねりに対応した加工が要求される
。

そこで、本発明においては、第６図に示すように、部分
スキャンをわずかに行った時の深さｄｌの段差が、次の
全面スキャンにより右方へ進行する。これは第２図に示
すように平面（入射角０’）よりも斜面の方がイオンビ
ームによるスパッタが早くすすむからである。

この段差の右方向への進む旦は、全面スキャンの深さｄ
２に比例する。従って部分スキャンと全面スキャンを交
互に繰返すことにより、段差の深さはｄ□の繰返し回数
倍で、段差の傾きはｄｌと（１２の比により定まる。こ
のように下層配線等のうねりに合せた底面を有する穴を
イオンビーム２ （エネルギビーム）によってスパッタ加工することがで
き上下配線等の短絡を防止することができ、ＬＳＩ配線
の歩留りの向上をはかることができる。

次に本発明の実施例を第１図及び第８図〜第工３図に基
いて説明する。

即ち第」−図は本発明を実施するイオンビーム加工装置
の概略構ｌ戊を示す図である。ところでイオンビーム加
工装置において、スキャンの方法と、得られる加工形状
の関係は、ＩＣ等の試料への加工特性、集束イオンビー
ムの径やプロファイルなどにより決められる。従ってこ
の加工を行うためには、実験結果やシミュレーション結
果から得られたスキャンコン１〜ロールデータを、Ｆ丁
Ｂ（Ｆ　ｏｃｕｓｓｅｄ　Ｉ　ｏｎ　Ｂ　ｅａｍ）加工
装置に入力する必要がある。

第１図において、スキャンコン１へロールデータを作成
するプロセッサ３４により、スキャンコントロールデー
タ３２が作成される。このデータ３２は、例えば■とし
てＯから１２μｍ迄を工○回スキャンし、次いで■とし
て○か・ら３μｍ３ｆｉと９から１２μｍ迄を６回スキ
ャンし、■と■を１２回繰返す、というものである。Ｆ
ＩＢ加工装置は、集束イオンビーム鏡筒↓１を有し、こ
の内に液体金属イオン源等で形成された高輝度イオン源
１２と、該高輝度イオン源１２から高輝度イオンビーム
を引出す引出し電極↓３と、該引出し電極１３から引出
された高輝度イオンビームの中央を取り出すアパーチャ
１４と、高輝度イオンビームを集束させる静電レンズ（
荷電粒子光学系）１５と、集束イオンビーム径を変える
ために様々な大きさの開口を有するアパーチャ４０と、
集束イオンビームを照射したり、停止したりするための
アパーチャ１７及びブランキング電極上６と、集束イオ
ンビームを偏向させて半導体素子２３上で走査するビー
ム偏向電極１８とを有するものである。更に半導体素子
２３の表面から発生する２次粒子を検出する２次粒子検
出器Ｊ９が設けられている。半導体素子２３を載置した
ステージ２１はＸ−Ｙ方向に移動できるように構成され
ている。

排気系２２はステージ２↓が設けられた試料室４１内を
真空雰囲気に排気するためのものである。

一方メインコントローラ２４は、高輝度イオン源及び引
出し電極用の電源２５と、荷電粒子光学系１５及びブラ
ンキング電極１６を制御する集束・ブランクコン１−ロ
ーラ２６と、ビーム偏向電極１８を制御するスキャンコ
ン１−ローラ２７と、２次粒子検出器１９から得られる
信号をデイスプレィ上に表示して半導体素子の表面の凹
凸を観察するための２次粒子検出コントローラ２８と、
ステージ２」を移動制御するステージコントローラ２９
と、排気系２２を制御する排気系コンｉ・ローラ３０等
を有している。本発明に最も関係するスキャンコン１〜
ロールデータ３２は、入力装置３１よりスキャンコン１
−ローラ２７に入力される。入力装置３１は、例えば、
キーボード、フロッピドライバ、カセットテープリーダ
、データ通信用インタフェース等で構成することができ
る。

スキャンコン１−ロールデータ作成プロセッサ３４は、
加工形状計算用データ（スパッタ率データ３５、再付着
計算用データ３６、ビーム特性データ３７）から加工形
状の進行状態を計算し、例えば第４図に示すように半導
体素子の上層配線２のうねりに相応した目標形状データ
３８に一致するようにスキャンコントロールデータ１５
を作成するか、又は加工形状引算用データ（部分スキャ
ンと全体スキャンとの堀込み比率α：ｂにすると段差の
角度がいくつになるかといった実験データ３９、即ち部
分スキャンと全体スキャンとの堀込み比率と段差の角度
との関係データ）をもとに、例えば第４図に示すように
半導体素子の上層配線２のうねりに相応した目標形状デ
ータ３８に一致するようにスキャンコントロールデータ
１５を作成する。

このようにプロセッサ３４によって作成されたスキャン
コントロールデータ１５によってイオンビーム加工され
る断面形状の一例について第８図にもとづいて説明する
。即ちスキャン１〜６において、奇数スキャンは全面ス
キャンでそれぞれ０．５μｍ堀り込み、偶数スキャンは
部分スキャンでそれぞれ０．５μｍ堀り込んだ例である
。部分スキャン２で堀込んだＬ側と右側の段差には、全
面スキャン３によりそれぞれ右側、左側へ進行する。

その後、再び部分スキャン４を行うとスキャン２で堀込
んだ位置と同じ位置に堀込みが行われる。

これを繰返すと、部分スキャンにより作られた段差が全
面スキャンにより次々と左又は右方向へ進行していくの
で、結果として滑らかな斜面を持つ段差をもつ穴が出来
る。

次に第９図〜第１１図について説明する。これらの段差
は１つだけ作るイオンビーム加工例を示したもので、全
面スキャンと部分スキャンの堀込み量の比を変えること
により段差の斜面の角度を変えることができる。

第９図は部分スキャンの堀込み量α＝０．５μｍ。

全面スキャンの堀込み量ｂ　＝０．５μｍ、すなわち、
α：ｂ＝１：１の場合である。１分スキャンと全面スキ
ャンを繰返すことにより段差の斜面の傾き角４５°が得
られる。

第１０図はα：ｂ＝２：１の例である。斜面の傾き角は
約６０°となる。すなわち部分スキャン７ の堀込み量を大きくすることにより、急な傾き角を得る
ことが出来る。

第１１図はα：ｂ＝１：２の例である。斜面の傾き角は
約３０°となる。すなわち部分スキャンの堀込み量を小
さくすることにより、緩かな傾き角を得ることができる
。

第９図〜第１１図では説明の簡単化のため傾き角をそれ
ぞれ４５°、６００．３０°とした。しかしこの傾き角
は本来、被加工物のスパッタ率の入射角度依存データ、
被加工物のスパッタされた粒子の飛散方向の角度分布デ
ータ、イオンビームのエネルギ、イオンビームの電流密
度分布、スキャン方法により変化するものである。我々
は実験により、この値を決定している。

次に前記プロセッサ３４を用いると第１４図のような加
工方法が容易に得られる。すなわち第１０図に示すよう
に深さ３μｍの穴で深い部分がこれより１．５μｍ深い
４．５μｍ深さである穴がほしいが、段差の傾き角は３
０°ではなく第９図に示すような４５°でありたい場合
である。この場合は第９図の知見（ａ：６＝＝ｌＨ１の
時、傾き角が４５°となる）を基に、第１４図に示すよ
うにあらかじめ全面を２μｍ掘り込んでおいた−１−で
、α＝０．５　μｍ　、　／）　＝Ｏ，Ｓ　ｐ　ｍの加
工を２．５回繰返すという解が得られる。

あらかじめ−様な深さに加工しておくことを行った後、
本発明のなだらかな段差を作る加工を実施することで、
任意の深さ２段差、傾き角をもつ加工が可能となる。

また本発明のまた他の実施例として、第１５図に示すよ
うに加工面をＸ方向とｙ方向にそれぞれ３つずつ計９つ
に分割し、ドーズ量を変えて繰返す方法を示す。第１−
６図（ｃＬ）に示すように加工面の左右両端の実線で囲
んだ部分を深さαだけ堀込み、次に（ｂ）に示すように
中央部を横に長く実線で囲んだ部分を深さＬだけ堀込み
、更に（Ｇ）に示すように加工面全面を深さＧだけ堀込
む。このα→ｂ→Ｇを順次繰返すことにより、第９図に
示したように、段差が進行することで滑かな斜面を持つ
底面が形成されていく。この結果、第１７図に９ 示すような鞍形の底面を得ることができる。堀込み量α
＋　／）＋　　Ｇを調整することによりＸ方向、ｙ方向
の斜面の角度や深さの差を変えることができる。

第４２図は本発明の他のコントロールデータ３２の形態
を示した図である。第９図に示した実施例では部分スキ
ャンを深さαに達する迄複数回行い、全面スキャンを深
さｂに達する迄複数回行い、これを繰返し行っている。

この複数回のスキャンを極限迄小さくすることを考える
と、全面スキャンの中で、部分的にドーズ密度を高くす
るという方法に敗る。第１２図（α）はこの具体的方法
として、部分的にスキャンピッチを密にしたものである
。スキャンピッチが密なところでは、ドーズ密度が高く
なるのでより深い加工が施される。

このようなスキャンピンチを部分的に変えた全面スキャ
ンを繰返していくと、第９図と同様に段差が左又は右へ
進行し、なだらかな段差が作られる。

第９図での堀込み量の比α：ｂは、本実施例ではスキャ
ンピッチの密度比でおきかえられる。第１２図（１）は
スキャンの速度を部分的に変えることにより、１〜−ズ
密度を部分的に変えて全面スキャンを繰返す例である。

第１３図は、全面スキャンの中で部分的にドーズ密度を
高くする具体的方法として、ドラ１へ照射における照射
時間（ｄｔａｅｌｌ、　　ｔｊｍｅ）やドラ１〜密度を
変えて全面スキャンを繰返したものである。デジタル・
スキャン方式の装置においては、この方法が容易に行え
る。黒い大きな点が長い照射時間を、小さな点が短い照
射時間を表わしている。ドーズ密度は第工３図に示す如
く加工穴の左、右端で高くなるので、第１９図や第１３
図の実施例と同様な段差進行が得られる。−第９図の堀
込み量の比α：ｂは、本実施例では、ドツト照射時間の
比あるいは、ドツトの密度の比でおきかえられる。

以上説明したようにプロセッサ３４によって作成された
様々な形態のスキャンコン１へロールデータ３２は入力
装置３王に入力される。

そこでまずＶＬＳＩ等の多層の半導体素子の表面に凹凸
を有する場合、スキャンコン１−〇−ラ１ ２７でドーズ量を小さくして加工されない状態にして２
次粒子検出器１９で半導体素子の表面から発生する２次
粒子を検出し、２次粒子検出コントローラ２８において
それをデイスプレィ上に表示し、第４図に示すように上
層配線２を除去すべき領域について位置決めをすると共
にイオンピース走査座標を設定する。もし半導体素子の
表面に凹凸がない場合には、半導体素子の表面に付され
た基準マーク（例えば凹凸を有する十字マーク）を上記
と同様に２水粒子検出器↓９で検出し、この基準マーク
と第４図に示すように」−層配線２の除去すべき領域ま
での距離データ（例えば設計データ又は光学顕微鏡によ
って測定されたデータ）にもとづいて半導体素子を搭載
したステージ２１．を移動させて集束イオンビームの光
軸に」二層配線２の除去すべき領域を位置決めする。

その後ドーズ量を切換えて加工できる状態にし入力装置
３１に入力されたコン１〜〇−ルデータ３２に基いてス
キャンコントローラ２７及び集束・ブランクコン１−ロ
ーラ２６はビーム偏向電２ 極１８及びブランキング電極１６を制御して↓２μｍの
幅でもって１０回全面スキャンし、次に両側３μｍの幅
でもって６回部分スキャンし、これらを１２回繰返すこ
とにより、第９図に示すように部分スキャンで出来た段
差部を全面スキャンによっておい込んで、第４図に示す
ようにうねりのある上層配線２に配線残り１０をなくし
て層間絶縁膜３まで集束イオンビームによる第Ｉ段目の
穴９の加工をすることができる。このようにして最終目
的である下層配線４が集束イオンビームによって加工で
きるように、上層配線３が配線残り１０なく第１段目の
穴９の加工ができる。

その後、前記したように半導体素子の下層配線４に対し
、設計データ又は光顕像から位置決めを行う。次にスキ
ャンコントローラ２７によりドーズ量を増大し、更にス
キャン幅を下層配線４に相応した狭い幅に切換えて、集
束イオンビームを加工したい下層配線部に照射すること
により第３図（ｌ・）に示す第２段１」の穴９の加工を
施すことができ下層配線を切断することができる。その
際、第３ ２段目の穴９の側壁に導電体５が再付着するが、上層配
線２と下層配線４とが短絡することが防止される。

次にスキャンコントロールデータ３２の決定方法につい
て具体的に説明する。

即ち加工断面形状のシュミレーションについて第１８図
に基いて説明する。

（１）ビームプロファイルデータ４６の入力ナイフェツ
ジ法で測定したビームプロファイルデータをシミュレー
ションプログラムの中へ読み込む。

ところでビームプロファイルの測定は、ナイフェツジ法
と呼ばれる方法が一般的である。第１９図（α）のよう
に、鋭いエツジを持つＳ□の臂解片４３等を横切るよう
に集束イオンビームを走査させ、エツジ上面から放出す
る２次粒子４６を２次粒子コン１−ローラ２８で検出す
ると第１９図（６）に示すような波形が得られる。これ
はイオンビーム電流を積分したカーブで、これを微分す
ると第１９図（（２）に示すイオンビームプロファイル
データ４６が得られる。

（２）加工条件設定４７ 例えば、第５図に示すように上層配線のうねりに合せた
目標断面形状に合せて全面スキャン幅Ｗαと、１度にす
る全面スキャン回数Ｎα。

全面スキャン位置に対する部分スキャン幅ＷＰと、１度
にする部分スキャン回数Ｎ　Ｐ　＋全面スキャンと部分
スキャンとの繰返し回数Ｒ２並びにイオンビーム走査速
度等のイオンビーム走査条件を仮りに設定する。

（３）初期設定４７ 加工対象側の形状初期設定を行なう。内部に例えばアル
ミ配線がある時はその領域を指定し、その領域中ではス
パッタ率等の材質データをアルミの値とする様、材質デ
ータテーブルを用意する。また、内部構造および成膜プ
ロセスに従って表面の段差形状を設定する。

（４）イオンビーム特性データ３７のシミュレーション
（イオンビーム電流密度分割）イオンビーム特性データ
３７としてイオンビームプロフアイルが影響する。そこ
でイオンビームプロファイルを例えば（１）ビームプロ
ファイルデータ入力で説明したように３次元的に把握し
ておくことが望ましい。まずイオンビーム特性データ３
７のシュミレーションについて第２０図及び第２１図に
もとづいて説明する。即ち、イオンビーム電流密度分割
について説明する。

分割の前にここで、座標系を説明しておく。

第２０図がシミュレーションに用いている座標系である
。ビームの走査方向をｙ方向とし、走査線の進行方向を
Ｘ方向としている。イオンビームの電流密度分布（プロ
ファイル）ＺＢ＝ｆ（Ｘ　Ｂ　ｒ　３’　Ｂ　）をガウ
ス形を仮定し、半値巾をイオンビーム径とする。シュミ
レーションの基本は、ストリングモデルで、加工の進行
を加工面上に割り振った節点の移動で追跡する。即ち加
工の進行方向Ｚ方向でシュミレーションはＺＸ平面を−
ｙ力方向ら観察している形で公式化している。表面の形
状はｚｘ平面内のラインで表わし、その上に節点Ｐｎ　
（ｎ＝１．２，３．−１６ を設定していく。例えば、節点Ｊ７＋　ＰｌとＰ１□間
の＋１ｊｄｘ内に入っているビームプロファイル内の電
流がＰ　ｉ　’　Ｐｉ＋を間に人身」する。即ち節点丁
）。

とｐ　ｔ、、　、の間にはイオンビーム電流密度分布Ｚ
　＋＋をｄｘの厚さにスライスした部位に含まれるイオ
ン量が単位時間当りに照則される。ここで初期形状設定
では、第２１図の様に節点間距離をｃＪＱ、と一定にし
ている。このため、節点が斜面」二にある場合には斜面
の傾き角をψとするとｄｘ　＝　ｄ　ｆｌ、ｃｏｓ’Ｐ
の「ＩＪて、その時のビー１１のイｊ在する位置でプロ
ファイルの一部を切り出し、その中に含まれるイオン数
を計算する。シミュレーションが進むに従い節点間距離
と傾き角は変化していくが同し原理てビー１１電流密度
を分割する。

（５）スパッタ率データ３５のシミュレーション（スパ
ッタ加工過程計算）第２２図にもとづいて説明する。即
ち節点Ｐ、とＰ４，１の間に入射するイオン数（量）５
１をｍよとする。第２２図（ｂ）の様にスパッタ率には
入射角依存性があるため、入射角Ｏに対応してＰｌ−Ｐ
１＋１間から創出されるスパッタ原子の数ｎ　ｉ、　＝
η（０）Ｘｍ、と打算でき、この数に従って削り取られ
るスパッタ体積ｖ５が求まる。１これをＰ　１．　　ｐ
　＋、　＋１間間距離　Ｑで割って、節点のスパッタ加
工による移動量ｄ　ｈ　ｓが求められる。この操作を１
本の走査線に関する全節点に対して行なった後、新しい
節点位置を定め、スパッタ加工過程を終える。

（６）再付着言１算用データ３Ｇのシュミレーション（
デポジション過程計算）第２３図にもとづいて説明する
。即ち、 イオンビーム加工では、スパッタ加工と同時にスパッタ
された原子が加工穴壁面に付蓋する再ｆ４若現象も進行
する。節点Ｐ　、−Ｐ　１．、　Ｐ０間からスパッタさ
れた原子は第２３図の様に一定の射出中心角ψのまわり
に、同転楕円体分布すると仮定する。射出中心角ψはこ
のシミュレーションプログラムとは別にイオンビームの
人羽後の散乱過程をモンテカルロ法でシミュレーション
するプログラムで予め求めておく。ここで、Ｚｓか射出
中心方向、ＸｓがＺｓに乗直な軸である。今、Ｐｌ−Ｐ
□、□間からＰｊ−Ｐ、ｊ＋、間に飛来する原子の数は
、Ｐ□とＰ１＋、の中心Ｏ８からＰ、ｊへの見込み角α
とＰ　、ｊ　＋１への見込み角βの間にはさまれた回転
楕円体の体積を求め、それの全体積に対する割合にスパ
ッタ原子数Ｔγ１１をかけて求められる。この飛来原子
数に対応した体積ＶｄをＰｊ−Ｐｊ４．間の距離Ｑａで
割り、デポジション過程による節点の移動ｉ　ｄ　ｈ　
ｒ・を１算する。

（７）加工後断面形状設定 各節点について移動量ｄ　ｈ　５．　＝　ｄ　ｈ　ｓ　
−ｄ　ｈｒ・を求め、次の節点を設定する。今は第２４
図に示す様に各節点の移動ムク１〜ルの和の２分の１の
位置を次の節点位置５３としている。

（８）目標断面形状への到達 イオンビーム加工では、全面スキャン・部分スキャンを
繰り返して加工を進めるが、シミュレーションでは、工
面走査後ごとに加工深さ、及び断面形状を求める。当節
設定した目標断面形状を得るへく、目標断面形状の加工
深さに到達しているかどうかを、全面スキャン・部分ス
キャンを繰返していきながら判断して、到達していなけ
れば最後の全面スキャンの所定回数のシミュレーション
に入いる。しかし、目標断面形状が最後のシミュレーシ
ョン結果で適合しない場合には、例えば全面スキャン回
数と部分スキャン回数比率を変えるへく、加工条件設定
４７を変更し、その後のシミュレーションを繰返して行
い目標の断面形状が得られた場合、次の処理に移行する
。

（９）ドーズ旦決定 目標断面形状が得られた点のドーズ量（スキャンコン１
へロールデータ３２）をシミュレーションしたパターン
の最適なＩく−ズ量（スキャンコン１へロールデータ３
２）として定める。この値を入力装置３１へ送り出し、
このシミュレーション処理を終了し、次のパターンのシ
ミュレーションを開始する。

正式なシミュレーションは上記の様に進めるが、この方
式では一本の走査ごとにシミュレーションを進めるため
計算時間が長くかかる。速い走査速度で加工する場合に
は、１本の走査線ごとの加工深さが浅く、イオンの入射
角がほとんど○でスパッタ率の入射角依存性は無視てき
、射出方向もほぼ垂直方向のため、■走査線ごとの加工
形状は問題とならず、走査線を全面スキャンと部分スキ
ャンとに分けてイオンを入射させて引算を進める事も可
能となる。

〔発明の効果〕 以上説明したように本発明によれば、加工穴の底面に段
差を作る場合に、上層配線のなだらかな曲面に合わせて
なだらかな段差が得られるので、上下層配線の短絡が助
１ノニされ５多屑配線Ｔ−Ｓ　Ｉの配線加工の歩留りが
向」ニする効果がある。

【図面の簡単な説明】

第工図は本発明に係るイオンビーム加工装置の一実施例
を示した概略構成図、第２図は集束イオンビーム照射に
よる多層の半導体素子への同し穴径で除去加工をし、再
付着による短絡状態を示した図、第３図（α）は大電流
集束イオンビーム照射によって多層の半導体素子の上層
配線のみ広い穴の除去加工をした場合を示した図、第３
図（ｂ）は第２図（α）に示す加工を行った後小電流集
束イオンビーム照射によって下層配線に対して狭い穴の
除去加工をした場合を示した図、第４図（α）。 （６）、（Ｃ，）は上層配線にうねりを有する多層の半
導体素子へ、第３図に示す方法と同じ方法で集束イオン
ビームを照射して除去加工し、上層配線の加工残りと再
付着現象とにより下層配線と上層配線とが短絡するのを
説明するための図、第５図は集束イオンビームによって
大口径穴加工と一部追加工によって生じる」二層配線の
加工残りを示した図、第６図は本発明の原理である集束
イオンビームによる部分スキャン後全面スキャンした場
合、段差が進行することを示した図、第７図は本発明に
係るイオン入射角とスパッタ率との関係を示した図、第
８図は本発明の原理である集束イオンビームによる全面
スキャン・部分スキャンを繰返して形成される断面形状
の推移を示した図、第９図乃至第１１図は本発明のＳ理
である集束イオンビームによる全面スキャンと部分スキ
ャンとの堀込み量を変えた場合の断面形状を示した図、
第１２図はスキャン密度、スキャン速度を部分的に変え
ることを繰返して目標の断面形状の穴を加工する実施例
を示した図、第工３図はドーズ密度を部分的に変えるこ
とを繰返して目標断面形状の穴を加工する実施例を示し
た図、第１４図はある深さまで全面スキャンを行った後
、全面スキャン、部分スキャンを繰返して形成された穴
の断面形状を示した図、第１５図は加工面を分割してド
ーズ量を変えて繰返す実施例を示した図、第１６図は全
面掘込み、部分掘込みを形状を示した図、第エフ図は第
１６図に示す堀込み形状を繰返し、所望の断面形状を有
する穴を集束イオンビームによって形成する実施例を示
した図、第１８図はプロセッサによってスキャンコント
ロールデータを作成する一例のフローを示した図、・第
１９図はビームプロファイルデータ作成方法を示す図、
第２０図はイオンビーム特性データ（ビーム電流密度分
割）を′ｌｌ′Ｎ 説明するための図、第２王図は段差を有するものに対す
るビーム電流密度を示す図、第２２図はスパッタ加工過
程計算を説明するための図、第２３図はデポジション過
程計算を説明するための図、第２４図は加工が進行した
後の節点の決め方を説明するための図、第２５図はビー
ムプロファイルに対する走査幅を変えた場合の断面形状
を示した図、第２６図は集束電圧とビームプロファイル
との関係を示した図、第２７図はジャストフォーカス電
圧からのずれと加工深さとの関係を示した図である。 ２・・・上層配線、　　３・層間絶縁膜、８・・−段目
加工穴、Ｊ】・・・集束イオンビーム鏡筒、１２・・高
輝度イオン源、　■５・静電レンズ、１６・・ブランキ
ング電極、　１８・・・ビーム偏向電極、２３・・・試
料（半導体素子）、 ２４・・・メインコン１〜ローラ、 ２６・集束・ブランクゴンｊ〜ローラ、２７・・・スキ
ャンコン−ローラ、 ３１・入力装置、 ２ ３４ ３５・・ ６ ３７　・ ８ ９ ・スキャンコン１〜ロールデータ、 加工形状算出・スキャンコン１〜ロールデータ決定、 スパッタ率データ、 ・再付着割算用データ、 ビーム特性データ、 目標形状データ、 実験データ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、高輝度イオンビーム源からの高輝度イオンビームを
   引き出し、引き出されたイオンビームを集束させ、偏向
   電極によって集束イオンビームを走査し、多層配線を有
   する半導体素子の上層配線のうねりに相応した底形状を
   有する第１の穴加工を上層配線と下層配線との間の層間
   絶縁膜まで施して上層配線を残りなく除去加工し、その
   後上記第１の加工穴より狭い走査域を有する第２の穴加
   工を上記層間絶縁膜から下層の配線まで施し、上層配線
   と下層配線の短絡を防止することを特徴とする多層配線
   を有する半導体素子へのイオンビーム加工方法。 ２、上記上層配線のうねりに相応した底形状を有する第
   １の穴加工を、集束イオンビームのドーズ密度を部分的
   に変えて得ることを特徴とする請求項１記載の多層配線
   を有する半導体素子へのイオンビーム加工方法。 ３、上記上層配線のうねりに相応した底形状を有する第
   １の穴加工を、集束イオンビームの走査量を時間的に変
   えて得ることを特徴とする請求項１記載の多層配線を有
   する半導体素子へのイオンビーム加工方法。 ４、高輝度イオンビーム源と、該高輝度イオンビーム源
   から高輝度イオンビームを引き出す引出電極と、該引出
   電極によって引き出されたイオンビームを集束させる静
   電レンズと、該静電レンズによって集束された集束イオ
   ンビームを偏向する偏向電極と、多層配線を有する半導
   体素子の上層配線のうねりに相応した底形状を有する第
   １の穴加工の目標形状を設定し、該設定目標形状になる
   ように加工形状計算用データに基いて上記偏向電極の偏
   向データを作成する計算手段と、該計算手段によって得
   られた偏向データに基いて上記偏向電極による集束イオ
   ンビームの偏向を制御して上記第１の穴加工を上層配線
   と下層配線との間の層間絶縁膜まで施して上層配線を残
   りなく除去加工し、その後上記偏向電極による集束イオ
   ンビームの偏向を制御して上記第１の加工穴より狭い走
   査域を有する第２の穴加工を上記層間絶縁膜から下層の
   配線まで施す制御手段とを備え、上層配線と下層配線の
   短絡を防止することを特徴とする多層配線を有する半導
   体素子へのイオンビーム加工装置。 ５、上記加工形状計算用データとして、スパッタ率デー
   タ、再付着計算用データ、及びイオンビーム特性データ
   であることを特徴とする請求項４記載の多層配線を有す
   る半導体素子へのイオンビーム加工装置。 ６、高輝度イオンビーム源と、該高輝度イオンビーム源
   から高輝度イオンビームを引き出す引出電極と、該引出
   電極によって引き出されたイオンビームを集束させる静
   電レンズと、該静電レンズによって集束された集束イオ
   ンビームを偏向する偏向電極と、段差部を持った底形状
   を有する穴加工の目標形状を設定し、該設定目標形状に
   なるように加工形状計算用データに基いて上記偏向電極
   の偏向データを作成する計算手段と、該計算手段によっ
   て得られた偏向データに基いて上記偏向電極による集束
   イオンビームの偏向を制御して上記穴加工を施す制御手
   段とを備えたことを特徴とするイオンビーム加工装置。 ７、上記加工形状計算用データとして、スパッタ率デー
   タ、再付着計算用データ、及びイオンビーム特性データ
   であることを特徴とする請求項６記載のイオンビーム加
   工装置。