JPH0514416B2 - - Google Patents

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JPH0514416B2
JPH0514416B2 JP4212683A JP4212683A JPH0514416B2 JP H0514416 B2 JPH0514416 B2 JP H0514416B2 JP 4212683 A JP4212683 A JP 4212683A JP 4212683 A JP4212683 A JP 4212683A JP H0514416 B2 JPH0514416 B2 JP H0514416B2
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wiring
ion beam
width
ion
cut
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Hiroshi Yamaguchi
Akira Shimase
Takeoki Myauchi
Mikio Ppongo
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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Publication of JPH0514416B2 publication Critical patent/JPH0514416B2/ja
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    • G03—PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03F—PHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F1/00—Originals for photomechanical production of textured or patterned surfaces, e.g., masks, photo-masks, reticles; Mask blanks or pellicles therefor; Containers specially adapted therefor; Preparation thereof
    • G03F1/68—Preparation processes not covered by groups G03F1/20 - G03F1/50
    • G03F1/72—Repair or correction of mask defects
    • G03F1/74—Repair or correction of mask defects by charged particle beam [CPB], e.g. focused ion beam
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K15/00—Electron-beam welding or cutting
    • B23K15/08—Removing material, e.g. by cutting, by hole drilling
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K17/00—Use of the energy of nuclear particles in welding or related techniques
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J37/00—Discharge tubes with provision for introducing objects or material to be exposed to the discharge, e.g. for the purpose of examination or processing thereof
    • H01J37/30—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects
    • H01J37/305—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for casting, melting, evaporating or etching
    • H01J37/3053—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for casting, melting, evaporating or etching for evaporating or etching
    • H01J37/3056—Electron-beam or ion-beam tubes for localised treatment of objects for casting, melting, evaporating or etching for evaporating or etching for microworking, e.g. etching of gratings, trimming of electrical components
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01J—ELECTRIC DISCHARGE TUBES OR DISCHARGE LAMPS
    • H01J2237/00—Discharge tubes exposing object to beam, e.g. for analysis treatment, etching, imaging
    • H01J2237/06—Sources
    • H01J2237/08—Ion sources

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の利用分野〕 本発明は高集積デバイスの微細な配線パターン
の修正を行なうIC素子の修正方法に関するもの
である。
〔発明の背景〕
半導体集積回路、GaAs素子、磁気バブルメモ
リ、ジヨセフソン素子などにおいてはパターン
幅、配線幅が微細化の一途をたどつている。すな
わち3μ幅から2μ幅の素子が実現され、そして
1.5μ、1μ、サブミクロンの配線幅の素子が開発さ
れつつある。これらの素子に対し、従来、デバイ
ス開発段階においてデバツグのための配線切断
が、また素子の製作段階において不良箇所の救
済、書込み、抵抗値．容量．調整のため素子の一
部の切断．接続などの手段がとられてきた。
以下代表的な用例としてデバツグのためのAl
配線の切断につき述べる。以下がAuやPoli
Silicon等の配線にも適用できることは明らかで
ある。
半導体集積回路（以下“IC”とよぶ）におい
ては設計開発工程において設計不良．プロセス不
良のため、試作したチツプがそのままでは動作し
ないことが多い。この場合不良箇所を判定するた
めには、その周辺の配線を切断して動作試験等を
行なうことが必要となる。5μ以上のパターンに
おいてはこのための手段として顕微鏡でデバイス
を観察しながらマニユピレータにとりつけた細い
金属針により引つかいて切断する方法が用いられ
ていた。しかしながらこの方法は成功率が低く熟
練を要するため3μパターン以下のICでは使用不
可能である。第１図にレーザによりICの配線の
切断を行なう装置を示す。レーザ発振器１から出
たレーザビーム１ａはミラー２で反射されて後、
レンズ３ａ，３ｂの組合せから成るビームエクス
パンダー３によりビーム径を拡げられ、可変スリ
ツト５，６による矩形パターンの縮小投影像をレ
ンズ７により載物台９の上に置かれた試料８の上
に結像する。この場合において参照光用ランプ２
ａからの光は凹面鏡２ｂにより反射され、レンズ
２ｃにより平行ビームとされてレーザビームと同
じ経路を通つて配線上に結像するのでこれを用い
てレーザ除去部の位置決め等が可能となる。すな
わち第２図ａにおいてAl配線部１１は配線のな
い部分１０に隣接している。すなわちその断面は
第２図ｂのようであり、Si基板１３上にSiO2の
絶縁層１４を介してAl配線１５が形成されてい
る。第１図において参照光２ｄによるスリツト
５，６の像１２が投影されるが、スリツトの幅を
マイクロメータ５ａ，６ａにより調整して切断す
べき配線１１の幅に合わせる。そののちレーザを
照射すればレーザ光は全く同じ位置１２に結像し
てこの部分を除去する。この場合に以下のような
問題が存在した。すなわちレーザにより溶融した
部分が周辺に飛散して隣接部分に付着し、特性を
劣化し、また短絡を生じたりする。また下部のSi
へ損傷を生じさせ、またSiの一部が溶融して盛上
ることによりAl配線との短絡を生じさせる。ま
た配線の側方においても隣接するAl配線のない
部分に影響を与えて下部のSiを損傷し、また上記
と同様なAl−Siの短絡を生じさせやすい。これ
は主としてレーザの照射領域の位置決めが困難で
レーザ光の一部がAl配線のない部分に照射され
たり、熱伝導とAlの飛散の際、隣接するSi部分
に損傷を与えるためである。
とくに第５図のようにAl配線１５の上にパツ
シベーシヨン膜１８がコートされている場合、こ
れらの膜１８は一般にSiO2、Si3N4などで出来て
いてレーザ光に対して透明であるため、直接レー
ザにより加工されず下部のAl配線１５がレーザ
を吸収し、熱エネルギーを受けて、上部のパツシ
ベーシヨン膜を破つて飛び出してゆくこととな
る。したがつてこの場合には飛散するAl粒子は
パツシベーシヨン膜がないときに比べてはるかに
高いエネルギーを有しており、第６図にみられる
ように下部や周辺に損傷を与えやすくまたパツシ
ベーシヨン膜自体にもクラツクを生じたりする。
さらに切断部分はパツシベーシヨン膜に穴２０が
あいてしまい、容易にこれを埋める方法がないた
め特性の劣化を来たすというような問題点があつ
た。
さらに、根本的な問題として、ICが微細化、
高集積化して配線幅が2μから1.5μ、1μそしてサブ
ミクロンと狭くなつていく傾向に対してレーザ加
工による配線切断法は限界を有する。すなわち第
１図に示した結像投影法によつてもまた、第７図
のごとくレンズ２１によりビームを細く絞り、焦
点２２に試料を置いてこれを加工する場合でもレ
ーザ光の回析限界のため波長（可視光で0.5μ）ス
ポツト径を得ることは困難である。さらにレーザ
加工法では材料がレーザ光を吸収してこれが熱に
変化してからこれを吹飛ばすという過程を経るた
め熱伝導や溶融噴出などによる周辺への影響を避
けることは不可能であり、加工域、熱影響域はス
ポツト径よりも大きくなつてしまうのが常であつ
た。すなわち実用的な最小加工寸法は1μ程度で
あり、このため1μ以下の配線パターンに対して
レーザ加工法を適用することは困難であつた。ま
た、従来技術として、特開昭56−80131号公報、
特開昭56−94630号公報、アプライド フイジツ
クス、レター「ア ハイインテンシテイ スキヤ
ニング イオン プローブ ウイズ サブマイク
ロメータ スポツト サイズ（Appl.Phys.
Lett.34(5)、“Ａ highintesity scanning ion
probe with submicrometer spot size”）P310
−311、1979年３月１日発行、および理化学研究
所半導体工学研究室応用物理学会応用電子物性分
科会日本学術振興会荷電粒子ビームの工業への応
用第132委員会第13回シンポジウム「イオン注入
とサブミクロン加工」日時昭和57年２月３日−５
日第19−22頁「液体金属イオン源による微小集束
装置」が知られている。いずれも従来技術も、単
に集束イオンビームによるスパツタエツチング加
工技術が記載されているに過ぎないものである。
そしてSIM観察装置は、単にスパツタエツチング
加工された状態を観察するものに過ぎないもので
ある。
〔発明の目的〕
本発明は、上記した従来のレーザ加工による
ICの配線切断法とその装置の欠点をなくして、
1μｍ以下の極微細配線上に段差状の保護膜を有
するVLSKI、ULSI等の完成されたIC素子に対し
て、配線切断しようとする箇所において保護膜の
下層に存在する配線まで配線の幅に亘つて一様な
深さでもつてスパツタ加工をして、下部、周辺部
の配線や基板に損傷、短絡を発生またはそのおそ
れを防止すると共にその特性に影響を及ぼすこと
なく、前記配線切断等を実用に供せる短時間で行
なつて、不良箇所の解析、修正などを行ない、開
発期間の大幅な短縮、開発時における歩留り向上
などを実現できるようにしたIC素子の修正方法
を提供することにある。
〔発明の概要〕
本発明は、上記目的を達成するために、配線上
に配線に倣つた段差状の保護膜を被覆したIC素
子における該保護膜の下層の配線を切断加工する
IC素子の修正方法であつて、液体金属イオン源
から放射される高輝度イオンビームの内、エネル
ギー密度の高い中央部付近を取出し、この取出さ
れた高輝度イオンビームを荷電粒子光学系により
集束させると共に寸法変更可能なアパーチアを通
過させて絞つて前記配線の幅より大幅に細い0.3μ
ｍ以下のイオンビームスポツト径にして前記IC
素子の配線切断しようとする箇所付近の保護膜表
面の観察領域に投影して偏向電極を制御して走査
させて照射し、この走査して投影照射された保護
膜表面の観察領域から発生する２次電子または２
次イオンを２次荷電粒子検出器で検出して前記偏
向電極を制御する偏向信号を受けて走査イオン顕
微鏡に前記観察領域の拡大SIM画像を表示して拡
大観察し、この拡大観察された拡大SIM画像に基
づいて前記偏向電極による走査領域を制御して前
記配線切断しようとする箇所における配線の幅に
亘る領域のみに、エネルギーを10KeV以上にし
て前記荷電粒子光学系により配線の幅より大幅に
細い0.3μｍ以下のイオンビームスポツト径にして
投影されたイオンビームを走査照射して前記保護
膜への少なくとも配線の幅に亘る一様な穴あけス
パツタ加工とその下層における配線の幅に亘つて
の一様な切断スパツタ加工とを行ないながら配線
層からその下層の絶縁層に変化する配線切断の終
点を検出してイオンビームの照射を停止し、下部
および周辺に損傷を及ぼすことなく前記配線箇所
を切断加工することを特徴とするものである。特
に本発明の場合、0.3〜0.1μないしはそれ以下の
スポツト径が得られること、かつ加工のプロセス
がイオンとターゲツト原子との衝突、散乱による
スパツタ加工であるため熱拡散による周辺への影
響がほとんどないことから、0.3μ以下の寸法．加
工が可能であり、しかも1μｍ以下の幅を有する
配線に対して該配線幅より大幅に細い0.3μｍ以下
のスポツト径のイオンビームを配線切断しようと
する箇所付近の保護膜（パツシベーシヨン膜）表
面の観察領域に投影して走査させて照射し、この
走査して投影照射された保護膜表面の観察領域か
ら発生する２次電子または２次イオンを２次荷電
粒子検出器で検出して走査イオン顕微鏡に前記観
察領域の拡大SIM画像を表示して拡大観察し、こ
の拡大観察された拡大SIM画像に基づいて第９図
ｂに示すように偏向電極による走査領域を制御し
て、前記配線切断しようとする箇所における配線
の幅に亘る領域のみに、エネルギーを10KeV以
上にして前記荷電粒子光学系により配線の幅より
大幅に細い0.3μｍ以下のイオンビームスポツト径
にして投影させたイオンビームを走査照射して第
１２図に示すように前記保護膜への少なくとも配
線の幅に亘る穴あけスパツタ加工とその下層にお
ける配線の幅に亘つての切断スパツタ加工とを行
うため、第４図ｂに示す加工とは異なり、第１２
図ｂに示すように配線幅に亘つて配線断面の通り
の、即ち一様な深さのスパツタ加工が実用に供せ
る短時間で可能となり、下層および周辺への損傷
等を防止して1μｍ以下の配線への切断加工が容
易にかつ高精度に行なえる。さらにフオーカスし
たイオンビームによるマイクロデポジシヨンを併
用すれば切断後のパツシベーシヨン膜の穴の部分
を埋めることが可能である。
〔発明の実施例〕
以下、本発明を図面に面づいて説明する。
第６図に本発明に係る配線切断装置の一実施例
を示す。
この第６図に示す装置は、架台３７、真空容器
を構成する鏡筒３９と試料室４０、該試料室４０
に連設された試料交換室４１、真空排気系、試料
であるマスクの載物台５５、液体金属イオン源６
５、コントロール（バイアス）電極６６、イオン
ビームの引出し電極６７、アパーチア６９、静電
レンズ７０，７１，７２、ブラシキング電極７
３、アパーチア７４、偏向電極７５，７６、フイ
ラメント用電源７７、コントロール電極用電源７
８、引出し電極用電源７９、静電レンズ用電極８
０，８１、高圧電源８２、ブランキング電極用電
源８３、偏向電極用電源８４、電源の制御装置８
５、試料室４０内に挿入された２次荷電粒子検出
器８６、SIM（走査型イオン顕微鏡）観察装置８
７、イオンビームの電荷によるスポツトの乱れを
防ぐ手段８９とを備えている。
前記架台３７は、エアサポート３８により防震
措置が施されている。
前記試料室４０および試料交換室４１は、前記
架台３７の上に設置され、試料室４０の上に鏡筒
３９が設置されている。
前記試料室４０と鏡筒３９とは、ゲートバルブ
４３で仕切られており、試料室４０と試料交換室
４１とは、他のゲートバルブ４３で仕切られてい
る。
前記真空排気系は、オイルロータリポンプ４
７、オイルトラツプ４８、イオンポンプ４９、タ
ーボ分子ポンプ５０、バルブ５１，５２，５３，
５４とを有して構成されている。この真空排気系
と前記鏡筒３９、試料室４０、試料交換室４１と
は真空パイプ４４，４５，４６を介して接続さ
れ、これら鏡筒３９、試料室４０、試料交換室４
１を10-5torr以下の真空にしうるようになつてい
る。
前記載物台５５には、回転導入端子６１，６
２，６３を介してＸ、Ｙ、Ｚ方向の移動マイクロ
メータ５６，５７，５８が取付けられ、かつθ方
向の移動リング５９が設けられており、載物台５
５はこれら移動マイクロメータ５６，５７，５８
と移動リング５９とによりＸ、Ｙ、Ｚ方向の微動
および水平面内における回転角が調整されるよう
になつている。
前記載物台５５の上には、試料台６０が設置さ
れ、該試料台６０の上に試料が載置されるように
なつている。そして、試料台６０は試料引出し具
６４により試料室４０と試料交換室４１間を移動
しうるようになつており、試料交換時にはゲート
バルブ４３を開け、試料台６０を試料室４０に引
出し、ゲートバルブ４３を閉じ、試料交換室４１
の扉を開け、試料の交換．載置し、扉を閉め、試
料交換室４１の予備排気を行なつてからゲートバ
ルブ４３を開け、試料台６０を試料室４０に入れ
るようなつている。なお、第６図において試料を
符号９０で示す。
前記液体金属イオン源６５は、鏡筒３９の頭部
に、試料室４０に対峙して設けられている。この
液体金属イオン源６５の第７図に示すものは、絶
縁体で作られたベース６５０、該ベース６５０に
〓型に取付けられたフイラメント６５１，６５
２、タングステン等で作られかつ両フイラメント
６５１，６５２の先端部間にスポツト溶接等で取
付けられた鋭いニードル６５３、該ニードル６５
３に取付けられたイオン源となる金属６５４とを
有して構成されている。イオン源となる金属６５
４としては、Ga、In、Au、Bi、Sn、Cu等が用
いられる。また前記フイラメント６５１，６５２
はその電極６５１′，６５２′を通じて第６図に示
すように、高圧電源８２に接続されたフイラメン
ト用電源７７に接続されている。
前記コントロール電極６６は、液体金属イオン
源６５の下位に設置され、かつ高圧電源８２に接
続されたコンクリート電極用電源７８に接続され
ており、このコントロール電極６６の設置位置に
低い正負の電圧を印加し、イオンビームである電
流を制御する。
前記イオンビームの引出し電極６７は、コント
ロール電極６６の下位に設置され、かつ高圧電源
８２に接続された引出し電極用電源７９に接続さ
れている。そして、前記液体金属イオン源６５の
フイラメント６５１，６５２に電流を供給し、
10-5torr以下の真空中において加熱溶融したうえ
で、引出し電極６７に−数10KVの負の電圧を印
加すると、液体金属イオン源６５のニードル６５
３の先端部の極めて狭い領域からイオンビームが
引出される。なお、第６図中のイオンビームを符
号６８で示し、またスポツトを符号６８′で示す。
前記アパーチア６９は、引出し電極６７の下位
に設置されており、引出し電極６７により引出さ
れたイオンビームの中央部付近のみを取出すよう
になつている。
前記静電レンズ７０，７１，７２の組は、アパ
ーチア６９の下位に配列され、かつ高圧電源８２
に接続されたレンズ用電源８０，８１に接続され
ている。これらの静電レンズ７０，７１，７２
は、アパーチア６９により取出されたイオンビー
ムを集束するようになつている。
前記ブランキング電極７３は、静電レンズ７２
の下位に設置され、かつ制御装置８５に接続され
たブランキング電極用電源８３に接続されてい
る。このブラキング電極７３は、極めて速い速度
でイオンビームを試料に向かう方向と直交する方
向に走査させ、ブランキング電極７３の下位に設
置されたアパーチア７４の外べはずし、IC素子
へのイオンビームの照射を高速で停止させるよう
になつている。
前記アパーチア７４は、静電レンズ７０，７
１，７２で集束されたイオンビームのスポツト
を、第４図または第１６図ａに示すIC素子上に
0.3〜0.1μｍ乃至はそれ以下のスポツト径で投影
結像させるようになつている。
前記偏向電極７５，７６の組は、アパーチア７
４の下位に設置され、かつ制御装置８５に接続さ
れた偏向電極用電源８４に接続されている。この
偏向電極７５，７６は、前記静電レンズ７０，７
１，７２で集束されたイオンビームのスポツトを
Ｘ、Ｙ方向に偏向させ、第４図または第１６図ａ
に示すIC素子上に0.3〜0.1μｍ乃至はそれ以下の
スポツト径で結ばせるようになつている。
前記液体金属イオン源６５のフイラメント用電
源７７、コントロール電極用電源７８、イオンビ
ームの引出し電極用電源７９、レンズ用電源８
０，８１に電圧を印加する高圧電源８２には、数
10KVのものが使用される。
前記制御装置８５は、ブランキング電極用電源
８３および偏向電極用電源８４を通じて、ブラン
キング電極７３および偏向電極７５，７６を一定
のパターンにしたがつて作動するように制御す
る。
前記２次荷電粒子検出器８６は、試料室４０内
においてIC素子である試料に向かつて設置され、
制御装置８５からの制御信号により、ブランキン
グ電極用電源８３を介してブランキング電極７３
および偏向電極用電源８４を介して偏向電極７
５，７６が制御され、第４図または第１６図ａに
示すIC素子の段差を有するパツシベーシヨン膜
（保護膜）１８の表面の観察領域に、0.3〜0.1μｍ
乃至はそれ以下のスポツト径のイオンビームスポ
ツトが走査照射されたとき、段差を有するパツシ
ベーシヨン膜１８の表面から出る２次電子または
２次イオンを受止め、段差に応じたその強度を電
流の強弱に変換し、その信号をSIM観察装置８７
に送るようになつている。
前記SIM観察装置９７は、ブラウン管８８を備
えている。そして、SIM観察装置８７は、観察領
域について観察すべく、偏向電極用電源８４から
イオンビームのＸ、Ｙ方向の偏向量に関する信号
を受け、これと同期させてブラウン管８８の輝点
を走査し、かつその輝点の輝度を前記２次荷電粒
子検出器８６から送られてくる電流強度の信号に
応じて変化させることにより、段差を有するパツ
シベーシヨン膜１８の表面上の各点における２次
電子放出能に応じた段差像が得られるSIM、即ち
走査型イオン顕微鏡の機能により、IC表面の拡
大観察を行ない得るようになつている。
前記イオンビームの電荷によるスポツトの乱れ
を防ぐ手段８９は、偏向電極７６とIC素子間に
設置されている。このスポツトの乱れを防ぐ手段
８９の第８図に示すものは、イオンビームの通過
方向と交差する方向に電子シヤワ８９０，８９１
を対向装置しており、各電子シヤワ８９０，８９
１はカツプ型の本体８９２、その内部に設けられ
たフイラメント８９３、本体８９２の開口部に設
けられた格子状の引出し電極８９４とを有して構
成されている。そして、各電子シヤワ８９０，８
９１はフイラメント８９３から引出し電極８９４
により100V程度の加速電圧で電子流８９５を引
出し、該電子流８９５をイオンビームの通過する
空間に放出し、イオンビームに負電荷を与えて中
和するようになつている。この第８図中、符号６
８はイオンビーム、７５，７６は偏向電極、９０
はIC素子である試料を示す。
次に、第６図ないし第９図ａ，ｂに関連して前
記実施例の素子修正装置の作用とともに本発明の
素子修正方法の一実施例態様を説明する。IC素
子である試料９０を試料交換室４１内において試
料台６０の上に載置しついで試料交換室４１を密
閉し、真空排気系による予備排気を行なつた後、
試料引出し具６４を介して試料室４０に入れ、載
物台５５の上に載置する。
ついで、真空排気系により鏡筒３９と試料室４
０内を10-6torr程度に真空引きし、その真空状態
に保つ。
次に、第６図に示す装置において、試料として
第４図または第１６図ａに示すICチツプまたは
ウエハを載物台９０の上に設置して配線切断する
方法について説明する。まず、高圧電源８２によ
りフイラメント用電源７７、コントロール電極用
電源７８、及び引出し電極用電源７９を作動させ
て、液体金属イオン源のアパーチア６９から高輝
度イオンビームを引出すと共にレンズ用電源８
０，８１を作動させて静電レンズ７０，７１，７
２及びアパーチ７０により0.3〜0.1μｍ乃至はそ
れ以下のスポツト系に集束させ、イオンビーム照
射条件を低エネルギーのビームにして、制御装置
８５からの制御信号によりブランキング電極用電
源８３及び偏向電極用電源８４を介してブランキ
ング電極７３及び偏向電極７５，７６を制御し
て、ICチツプまたはウエハのパツシベーシヨン
膜１８の表面の観察領域に、0.3〜0.1μｍ乃至は
それ以下のスポツト径のイオンビームスポツトが
走査照射し、段差を有するバツシベーシヨン膜１
８の表面上の各点における２次荷電粒子検出器８
６から出力される２次電子または２次イオンによ
るパツシベーシヨン膜１８の段差表面の拡大像を
SIM観察装置８７のブラウン管８８により観察
し、観察される拡大像から得られるパツシベーシ
ヨン膜１８の段差情報に基いて第９図ａに示す
1μｍ以下の配線を切断すべく範囲（切断個所）
を設定する。そして、イオンビーム照射条件をス
パツタ加工できるようにエネルギーを10KeV以
上にして、制御装置８５からの制御信号により設
定された配線の切断すべき個所に、0.3〜0.1μｍ
乃至はそれ以下のスポツト径に集束されたイオン
ビームスポツトを走査照射して、第１２図ａまた
は第１６図ｂに示すようにパツシベーシヨン膜１
８に穴をあけ、更に第１２図ｂまたは第１６図ｂ
に示すようにその穴の下に位置する配線をスパツ
タ加工して除去し、切断する。この場合、走査幅
と配線幅を一致させることが必要であり、これは
偏向電圧の制御系により高精度を行なうことがで
きる。
第９図ａ，ｂにこの場合のスパツタ加工法によ
り配線を切断する場合を示す。第９図ａにおいて
パツシベーシヨン膜１８が被覆されたICチツプ
またはウエハ上のAl配線のうち、１２で示す矩
形部分が切断する除去すべき範囲であるとする。
このとき、SIM像として観察されたパツシベーシ
ヨン膜１８の段差位置情報に基いて設定された１
２の部分に対して第９図ｂに示す如く集束イオン
ビーム２００ａ，２００ｂ，２００ｃ，…，２０
０ｚの順に偏向電極７５，７６により走査しつ
つ、集束照射して照射部のパツシベーシヨン膜１
８への穴あけと照射部の配線を除去して切断とを
行なう。
第１０図は、本発明の実施例ではないところの
参考図であり、第６図の装置においてイオンビー
ム光学系の構成をアパーチヤの投影方式にかえた
構成を示すものである。すなわち高輝度イオン源
２１０から出たイオンビームは静電レンズ２０
１，２０２，２０３により平行ビームとなりアパ
ーチヤ２０４，２０５，２０６，２０７に入射す
る。このイオンビーム光学系は第１図に示したレ
ーザ光学系と同様の構成であり、アパーチアの像
をレンズ２０８，２０９により試料２１０上に縮
小結像投影するものである。ここで２１１は投影
された像を示す。たとえばレンズ２０８，２０９
が倍率40倍のレンズとなるらばアパーチア部にお
いてマイクロメータヘツド２０４ａ，２０５ａ，
２０６ａ，２０７ａを調整して40μの矩形を±2μ
の精度で設定するならば収差を無視したとき試料
表面においては1μの矩形のイオンビーム像が±
0.05μの精度で設定されることになる。したがつ
て高精度の位置決めが容易に行なえ、有利であ
る。この場合は第９図ａにおいて矩形１２の部分
にイオンビームが照射されるようにアパーチヤを
設定しイオンビームの照射をして配線１１の切断
を行なう。
第６図に示すようなイオンビーム光学系を用い
て第２図ｂに示す如く、本発明の対象外であるパ
ツシベーシヨン膜のないICの配線切断を行なう
場合においてもイオンビームのスパツタリング加
工によりAl配線１５のみが精度よく周辺への影
響の損傷なしに除去でき、第１１図のような断面
が得られる。
次に第４図のごときパツシベーシヨンコートを
有する配線の切断を行なう場合においては、イオ
ンビームによる加工では表面のパツシベーシヨン
膜から順に加工してゆくため、まず第１２図ａの
ごとくAl配線１５の表面までパツシベーシヨン
膜１８を加工し、次に、Al配線１５を加工して
第１２図ｂのごとき断面を得る。この場合におい
てもレーザ加工の場合と異なり、周辺の損傷、パ
ツシベーシヨン膜のクラツク、下部及び隣接部へ
の損傷は全くみられない。
第１３図は本発明の別の実施例である装置の主
要部断面図を示す。ここで真空排気系、二次電子
像デイスプレー、試料交換室、架台等は第６図と
同様であり、省略されている。
液体金属イオン源６５はAl−Si、Au−Siなど
の合金イオン源であるとする。引出し電極６６に
より引出され、コントロール電極６７により制御
を受けたイオンビームはレンズ７０，７１，７２
により平行ビームとされ、アパーチヤ１０１によ
りその一部をとり出され、EXBマスフイルター
（質量分離装置）１０２を通過する際にEXBマス
フイルター１０２の電源制御部１１５によつてこ
れにかける電界Ｅ、磁界Ｂを調節し、特定の質量
のイオンのみが直進して下部のアパーチヤ１０３
を通過し、他の質量のイオンはビーム１０４のよ
うに方向が曲げられて、アパーチヤ１０３により
蹴られて下方へ到達できないようにできる。直進
したイオンは、集束用のレンズ１０４，１０５，
１０６で集束され、ブランキング電極７３、偏向
電極７５，７６を経て、試料面９０に到達する。
試料室１０２は１１９の通路から排気ポンプに
より排気されている。試料室１２０には、N2ガ
ス、O2ガスなどのガスボンベ１０９からのガス
導入ノズル１０７が設置されており、ボンベの弁
は、コントローラ１１７により制御される。また
試料室１２０に設置された真空計１１０により試
料室１２０の内部の真空度をモニターし、コント
ローラ１１７により一定のガス濃度となるように
弁１０８をコントロールする。試料室には、二次
電子デイテクター８６の他に４重極質量分析管な
どの２次イオン質量分析計１１１を有しており、
試料９０にイオンビームが照射されるときこれよ
り出来る２次イオンの質量分析を行なう系は１つ
の制御装置１１８により制御され、２次イオン質
量分析計１１１のコントローラ１１２の信号はこ
れに入る。また１１３はイオン源電源制御部で、
イオン源のヒータ６５の電流、引出し電極６６の
電圧、コントロール電極６７の電圧等をコントロ
ールするものである。１１４は第１レンズの電源
制御部で、第１レンズ７０，７１，７２を制御す
るものである。１１５は電源制御部で、EXBマ
スフイルタ１０２の電源を制御するものである。
１１６は電源制御部で第２レンズ１０４，１０
５，１０６の電源を制御するものである。
１１８は制御装置で、イオン源電源制御部１１
３、第１レンズの電源制御部１１４、EXBマス
フイルタの電源制御部１１５及び第２レンズの電
源制御部１１６等を全て制御する。この他、図で
は省略されているがブランキング電極７３、偏向
電極７５，７６の電源制御部も制御装置１１８に
よりコントロールをうける。
第１４図ａは、二次イオン質量分析管の出力を
示すものである。第１４図ｂのようにSi上にAl
の薄膜を有する試料の上部からイオンビームによ
り加工してゆく場合において、２次イオン電流は
第１４図ａのようにはじめはAlのみ（実線）を
示す。しかしAlとSiの境界が近くなると、Si（点
線）がみられるようになり、境界においてこれが
交替し、更に加工を続けるとAlが出なくなつて
Siのみとなる。このようにして加工が境界部に達
した時点t1を検出することができる。この信号を
用いれば第１５図の制御装置１１８によりAlの
みが加工された時点t1でイオンビームの照射を止
めるなどの制御を行なうことができる。
第１３図によれば、第１２図ｂのよに上部のパ
ツシベーシヨン膜を除いてAl配線を切断した後
にパツシベーシヨン膜の穴を埋めることができ
る。すなわち、イオン源６５としてたとえばAu
−Si合金イオン源を用いてEXBマスセパレータ
１０２によりAuイオンのみをとり出して加工し、
第１２図ｂのようにパツシベーシヨン膜、Al配
線を加工した後、EXBマスセパレータにかける
電界、磁界を変更し、Siイオンのみをとり出すよ
うにする。また、ガスボンベ１０９の弁１０８を
開き、O2ガスを試料室１２０へ導入し、真空計
により圧力を測定して一定の圧力になるようにコ
ントローラ１１７で弁１０８の開閉を制御する。
また、第１レンズと第２レンズにかける電圧を
電源制御部１１４，１１６で変更してイオンビー
ムが試料部へ数KeV〜数10eVのエネルギーで微
細に集束されつつ入射するようにする。（加工を
行なう場合はエネルギーは10KeV以上である。）
このような低エネルギーでは、イオンビームは試
料表面に付着し、デポジシヨンが行なわれる。
以上のようであるから、第１２図ｂパツシベー
シヨン膜１８の開孔部にO2雰囲気中でSiイオン
ビームを照射し、これにより第１５図に示したよ
うにSiO2膜１１１を蒸着することができる。
導入するガスとしてO2の代りにN2を用いれば、
Si3N4膜を蒸着することもできる。これによりAl
配線の切断部の上のパツシベーシヨン膜の孔を埋
めて、パツシベーシヨン膜の再コートを行うこと
ができ、素子の劣化を防ぐことができ、また電気
特性を安定化できる。
第１６図ａ〜ｅは第１３図に示した装置による
新たな実施例である。すなわちAl配線が上下二
層に走つていてその交叉部において下層部をイオ
ンビームで切断する方法を示す。
第１６図ａにおいてSi３０１の上にSiO2の絶
縁膜３０９を介してAl配線３０２が左右に走り、
その上にSiO2絶縁膜３０３を介してAl配線３０
４が紙面垂直方向に走つている。さらにその上に
SiO2のパツシベーシヨン膜３０５が形成されて
いる。この場合において下部のAl配線３０９の
みを切断する方法を以下に示す。第１３図の装置
でイオン源６５としてAl−Si合金イオン源を用
いEXBマスセパレータ１０２によりAlイオンビ
ームのみを分離して下方へとり出し、第１６図ａ
の試料に照射して下部のAl配線まで加工し、第
１６図ｂのごとき断面を得る。次にEXBマスセ
パレータ１０２の電界磁界を変更して、Siイオン
バームのみを下方へとりだし、またガスボンベ１
０９からO2を試料室１２０へ導入する。またレ
ンズの電圧をコントロールして数KeV以下のエ
ネルギーでSiイオンビームが集束しつつ試料に照
射されるようにする。このようにして前に詳しく
述べた方法によりSiO2膜をもとの上部Al配線の
下部の高さまで加工部に蒸着して第１６図ｃのご
とき断面を得る。さらにその後試料室をO2ガス
を止めて排気した無酸素雰囲気にし、かつEXB
マスセパレータ１０２によりAlのみをとり出し、
数KeV以下のエネルギーにて第１６図ｄの３０
７のようなAl蒸着層を得て、もとの上部Al配線
を再形成する。さらに前と同じ方法でこの上に
SiO2膜３０８を蒸着してパツシベーシヨン層と
する。以下によりAl配線の交叉部において下部
のAl配線のみの切断を行うことができた。
上記第１３図は合金イオン源を用いEXBマス
セパレータによりそのうちの一種類の金属をとり
出すやり方であるが、適当な合金イオン源が存在
しない場合は何種かのイオン源を用意して切換る
必要がある。第１７図ａはこのような装置の一例
であり、第１７図ｂはその断面を示すものであ
る。第１７図ａにおいて、鏡筒部４０３はレンズ
４１３デフレクタ４１４などの素子をふくむ。イ
オン源部は複数個の異なる元素のイオン源の容器
４０６ａ，４０６ｂ，４０６ｃ，…が円柱状の回
転体４１５にとりつけられており、鏡筒部に接続
した真空容器４１６に納められている。これらの
イオン源容器はイオン源部４０７ａ，４０７ｂ，
４０７ｃ，…引出し電極４０８ａ，４０８ｂ，４
０８ｃ，…コントロール電極４０９ａ，４０９
ba，４０９，…を含んでいる。ヒータ電流、引
出し電圧、コントロール電圧等は高圧ケーブル４
１２によりターミナルをかねた導入端子４１１を
介して分岐ケーブル４１０ａ，４１０ｂ，４１０
ｃ，…により各イオン源へと導入されている。第
１７図ａにおいて４０７ａのイオン源が光学系と
接続されて用いられているが、回転体４１５を軸
４０５を中心に回転させてイオン源４０７ｂ，４
０７ｃ，…に切換えて用いることができる。この
装置において光学系の軸にイオン源が高精度に合
致されるような角度よみとり機構、微調機構、固
定機構がとりつけられているが図では省略されて
いる。
この装置を用いれば第１３図の場合のように特
定の合金をつくる金属イオン種だけでなく、任意
の液体金属イオン源（あるいはその他の種類のイ
オン源）の組合せにより上記した配線修理プロセ
スの遂行が可能となる。
〔発明の効果〕
以上説明したように本発明によれば、1μｍ以
下の配線幅の配線上に保護膜を被覆したVLSI、
ULSI等の完成されたIC素子に対して、第４図ｂ
に示す加工とは異なり、第１２図ｂに示すように
配線幅に亘うて配線断面の通りの、即ち一様な深
さのスパツタ加工が可能となり、下層および周辺
への損傷等を防止して1μｍ以下の配線幅を有す
る配線の切断加工を実用に供せる短時間で実現す
ることができる効果を奏する。
この場合従来のレーザ加工法と異なり周辺への
損傷や影響は殆んどない。
また従来のレーザ加工法では良好な加工が困難
であつた上部にパツシベーシヨンコートを有する
ような微細な配線部について配線切断や成膜等の
修正加工することができる。
本発明は、VLSI、ULSIをはじめとした今後
益々極微細化していく、あらゆる種類のIC素子
について、IC素子としての機能が形成でき、保
護膜が被覆されてほぼ完成された状態において所
望の1μｍ以下の極微細な配線個所に正確に切断
加工を行なうことができ、その結果不良箇所の解
析、修正などを行なうことができ、開発期間の大
幅な短縮、開発時における歩留り向上などを実現
でき、その効果は極めて大きい。
【図面の簡単な説明】
第１図は従来のレーザによる配線切断装置を示
す構成図、第２図ａはそれによるAl配線の切断
法を示すICのAl配線部の平面図、第２図ｂは同
断面図である。第３図はAl配線のレーザによる
切断時の周辺への影響を示す平面図、第４図ａ，
ｂは各々試料の断面図、第５図は従来のレーザに
よる配線切断装置を示す構成図、第６図は本発明
にかかるイオンビームによる配線切断装置の構成
図。第７図は液体金属イオン源を示す図、第８図
は電子シヤワーによるビームの中性化を示す図、
第９図ａ，ｂは各々イオンビームの走査による配
線切断を示す正面図、第１０図は本発明の実施例
ではないところの投影方式によるイオンビームの
配線切断装置構成を示す参考図、第１１図及び第
１２図ａ，ｂは各々試料断面図、第１３図は同金
イオン源と質量分析器を備えたイオンビームによ
る配線修理装置の構成図、第１４図ａは質量分析
装置の出力を示す図、第１４図ｂ及び第１５図は
各々試料断面図、第１６図ａ〜ｅは下部の配線を
切断する方法を示す断面図、第１７図ａは多くの
イオン鏡をそなえたイオンビームによる配線切断
装置を示す図、第１７図ｂはその断面図である。 ３７……架台、４０……試料室、４１……試料
交換室、５５……載物台、６５……液体金属イオ
ン源、８５……２次荷電粒子検出器。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. １ 配線上に配線に倣つた段差状の保護膜を被覆
    したIC素子における該保護膜の下層の配線を切
    断加工するIC素子の修正方法であつて、液体金
    属イオン源から放射される高輝度イオンビームの
    内、エネルギー密度の高い中央部付近を取出し、
    この取出された高輝度イオンビームを荷電粒子光
    学系により集束させると共に寸法変更可能なアパ
    ーチアを通過させて絞つて前記配線の幅より大幅
    に細い0.3μｍ以下のイオンビームスポツト径にし
    て前記IC素子の配線切断しようとする箇所付近
    の保護膜表面の観察領域に投影して偏向電極を制
    御して走査させて照射し、この走査して投影照射
    された保護膜表面の観察領域から発生する２次電
    子または２次イオンを２次荷電粒子検出器で検出
    して前記偏向電極を制御する偏向信号を受けて走
    査イオン顕微鏡に前記観察領域の拡大SIM画像を
    表示して拡大観察し、この拡大観察された拡大
    SIM画像に基づいて前記偏向電極による走査領域
    を制御して前記配線切断しようとする箇所におけ
    る配線の幅に亘る領域のみにエネルギーを
    10KeV以上にして前記荷電粒子光学系により配
    線の幅より大幅に細い0.3μｍ以下のイオンビーム
    スポツト径にして投影させたイオンビームを走査
    照射して前記保護膜への少なくとも配線の幅に亘
    る一様な穴あけスパツタ加工とその下層における
    配線の幅に亘つての一様な切断スパツタ加工とを
    行ないながら配線層からその下層の絶縁層に変化
    する配線切断の終点を検出してイオンビームの照
    射を停止し、下部および周辺に損傷を及ぼすこと
    なく前記配線箇所を切断加工することを特徴とす
    るIC素子の修正方法。
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