JPH05291146A

JPH05291146A - 透明膜の形成方法および装置

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Publication number: JPH05291146A
Application number: JP8529692A
Authority: JP
Inventors: Hidezo Sano; 秀造佐野; Atsukimi Takada; 敦仁高田; Mikio Hongo; 幹雄本郷; Takashi Kamimura; 隆上村; Katsuro Mizukoshi; 克郎水越
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1992-04-07
Filing date: 1992-04-07
Publication date: 1993-11-05
Anticipated expiration: 2015-11-27
Also published as: JP3111615B2

Abstract

(57)【要約】【目的】透明膜を形成する際に、白色光あるいは単色光
の照射による干渉縞の形状および縞本数から所定の膜厚
分布と膜厚を安定して得らるようにした透明膜の形成方
法および装置を提供する。【構成】試料の例えば半導体装置１上に白色光17あるい
は単色光のレーザを照射する。この時、得られる干渉縞
から制御コントローラ部22により形状および縞本数を認
識し、所定の膜厚分布および膜厚が得られるように光学
系12の調整を行なうとともに成膜終点検出時にはエネル
ギービーム源の例えばレーザ発振器10からのレーザ光11
の発振を停止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はＣＶＤ(Ｃhemical Ｖapo
r Ｄeposition)などの方法により透明膜を形成する場合
で、特にレーザや集束イオンビームなどのエネルギービ
ームＣＶＤにより形成する透明膜の膜厚分布および所定
個所での膜厚が任意の設定条件で常に一定となるように
した透明膜の形成方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】エネルギービームＣＶＤにより形成する
透明膜は、例えば半導体装置の開発期間短縮のために試
料上で直接配線を切断したり接続して回路修正を行う場
合の修正配線交差部の絶縁膜や修正箇所の保護膜などと
して用いられるＳiＯ₂やＳi₃Ｎ₄などがある。

【０００３】この絶縁膜形成方法としては、例えばジャ
パニーズジャーナルオブアプライドフィジック
ス 28 (11)、1989年、p2372からp2375(Ｊapanese Ｊou
rnalof Ａpplied Ｐhysics 28 (11)、Ｎovember 198
9、p2372〜p2375)に示す様にＣＶＤガスとしてテトラメ
トキシシラン(ＴＭＳ:Ｓi(ＯＣＨ₃)₄)および酸素を用い

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、前記の集束イ
オンビームＣＶＤは基本的にＣＶＤガスの熱分解反応で
あり、レーザ熱ＣＶＤの場合と同様に下地の材質や形状
などによって膜形成速度が大きく変化する可能性があ
る。このため、成膜条件としてエネルギービーム照射時
間だけに依存するのは難しいという問題があった。すな
わち、下地材料によるエネルギービーム吸収・反射率の
違い、熱伝導率の違いおよびエネルギビーム強度のふら
つきなどによりＣＶＤガスの分解量が変化して、エネル
ギービーム照射時間が同じでも膜厚や膜厚分布に変動を
生じてしまう。このため、例えば修正配線の交差部に絶
縁膜としてＳiＯ₂やＳi₃Ｎ₄などを形成する場合には、
膜厚が薄くて膜厚分布が悪いと上下層の修正配線間にリ
ーク電流が生じて修正不良を発生したり、また膜厚が厚
いと絶縁膜との交差部で上層配線に大きなくびれができ
てクラックが生じやすい、などの問題があった。

【０００５】なお、光分解反応でＣＶＤガスから膜を形
成する場合には、レーザなどのエネルギビームが通過す
る領域で分解反応が生ずるため、例えば真空保持に用い
る光透過窓に膜が付着してエネルギビームの透過率が減
少したり、前記エネルギビームの通過領域で発生した膜
形成パーティクルが異物として試料上や装置構成機構部
に飛散する、などの別の問題があった。

【０００６】本発明の目的は、上記のような従来の絶縁
膜形成における問題点に鑑みてなされたものであって、
下地の違いやエネルギ強度のふらつきなどがあっても修
正配線の交差部でリーク電流を生じたり、上層配線にク
ラックを生じたりしない様に絶縁膜を所定の膜形成条件
で常に一定かつ確実に形成することを技術的課題として
いる。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、エネルギビームＣＶＤにより試料上の透明膜を形成
する箇所に所定の光を照射する手段と、前記光の照射に
より透明膜上に生ずる干渉縞を認識する手段と、前記透
明膜の膜成長とともに変化する干渉縞からの情報を取り
込んで成膜条件の制御および膜形成の終点検出を自動的
に行い、レーザ発振を停止する制御コントロール部を設
けたことを特徴とする。

【０００８】

【作用】この様な特徴を有する本発明によれば、エネル
ギビームＣＶＤで形成するＳiＯ₂やＳi₃Ｎ₄などの透明
膜に光を照射すると、膜厚に対応して膜の表面および底
面での各反射光の干渉による干渉縞が生ずる。すなわ
ち、波長λの光に対して光の屈折角を零として近似する
と次のような関係がある。

【０００９】

【数１】２ｄｎ＝(２ｍ−１)・λ／２ここで、ｄは膜厚、ｎは透明膜の屈折率、λは光の波
長、ｍは干渉縞に対応する整数である。この干渉縞は、
照射する光が白色光の場合には色変化の繰り返しとして
生じ、また単色光の場合には白黒の繰り返しとして生ず
る。

【００１０】この干渉縞の変化をＴＶカメラなどの認識
手段により逐次取り込み、さらに得られた画像情報から
制御コントロール部で膜形成時間に対応して変化する干
渉縞の本数および形状などを分析して成膜条件へのフィ
ードバックにより所定の膜形状を得られるようにすると
ともに、膜形成の終点を自動的に判定して膜厚が常に一
定となるように装置本体を制御する。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の第一の実施例を図１から図８
を用いて説明する。本実施例はレーザＣＶＤによる金属
配線および絶縁膜形成への適用例を示したもので、試料
の例えば半導体装置１は真空チャンバ３内のＸＹステー
ジ２上に固定される。真空チャンバ３には、それぞれ排
気のための真空ポンプ４、金属配線をレーザＣＶＤで形
成するための有機金属材料用ボンベ５、絶縁膜を形成す
るための材料用ボンベ６がそれぞれバルブ７、８、９を
介して接続されている。レーザ発振器10からのレーザ光
11は光学系12、反射ミラー13、対物レンズ14および真空
チャンバのレーザ光透過ガラス15を通して半導体装置１
上に集光・照射される。光源16からの照射光17は反射ミ
ラー18、対物レンズ14を通して同様に半導体装置１上に
集光・照射される。試料からの反射光19は顕微鏡20およ
びテレビカメラ21により観察可能である。また、22はテ
レビカメラ21に取り込んだ画像情報から特に絶縁膜形成
の制御を行う制御コントロール部で、それぞれ光学系12
の制御23、レーザ発振器10の制御24を行なう。

【００１２】以上の構成において、図２に示すような半
導体装置１の配線修正への適用について説明すると、ま
ず配線切断32および配線接続穴33を加工した半導体装置
１を真空チャンバ３内のＸＹステージ２上に固定する。
この状態で、まずバルブ７を開いて真空ポンプ４により
真空チャンバ３を排気する。次に、金属配線形成用ガス
をバルブ８を開いてボンベ５より真空チャンバ３内に一
定圧力まで供給する。この状態で顕微鏡20およびテレビ
カメラ21により半導体装置１の配線接続穴33を位置決め
し、レーザ光源10よりレーザ光11を発振して穴埋込みを
すべての配線接続穴33に対して行う。次に第１層目の金
属配線34を同様にレーザ発振器10よりレーザ光11を発振
しながらＸＹテーブル２を駆動して形成する。

【００１３】第１層目の金属配線34を形成後、金属配線
形成用ガスを真空ポンプ４により排気し、次に絶縁膜形
成用ガスをバルブ９を開いてボンベ６から真空チャンバ
３に一定圧力まで供給する。この状態で顕微鏡20および
テレビカメラ21により半導体装置１の第１層金属配線34
と第２層金属配線36との交差部分に位置決めし、レーザ
発振器10よりレーザ光11を発振して絶縁膜35を形成す
る。

【００１４】図３は半導体装置１上にあらかじめレーザ
ＣＶＤで形成した第１層金属Ｍo配線34上に前記方法に
よりＡrレーザ(488、514.5nm)とＴＥＯＳ(Ｔetra Ｅthy
lＯrtho Ｓilicate：Ｓi(ＯＣ₂Ｈ₅)₄)から絶縁膜35とし
てＳiＯ₂を約0.5μｍ形成した時のパターンを示す。照
射光17として観察用の白色光を用いているためにＳiＯ₂
の析出とともに色の違う干渉縞が繰り返し現われるが、
本数は膜厚に、形状は膜厚分布にそれぞれ対応する。す
なわち、ＳiＯ₂の屈折率はおよそ1.46であり、例えば青
色の干渉色に着目した時の干渉縞１本あたりの膜厚増加
は計算から約0.16μｍとなる。また、同一干渉縞は同一
膜厚領域を示しており、さらに図４に示すように干渉縞
の粗密は膜厚変化の緩急に対応している。(a)は干渉縞
が粗で膜厚変化が緩い場合、(b)は干渉縞が密で膜厚変
化が急な場合である。

【００１５】従って、図５(a)に示すように干渉縞の数
が極端に少なくて膜厚が薄く、また干渉縞の領域が小さ
くて成膜範囲が狭い場合にはＳiＯ₂膜の電気的耐圧不足
や絶縁性能不足により上下層金属配線間34、36で短絡37
が生じたり、(b)に示すように干渉縞の数が多くて膜厚
が厚い場合には、上層配線36のくびれ部にクラック38が
入るという問題が発生する。そこで、成膜中に変化する
干渉縞の様子を図１の制御コントロール部22にテレビカ
メラ21を通して取り込み、絶縁膜35の成膜範囲が上層配
線36の幅より十分広くなるように膜厚分布を制御する必
要があり、例えば図６に示すシーケンスのように形成膜
の干渉縞パターンを取り込んで所定の膜厚分布を示す参
照用干渉縞パターンとの比較から差分を所定の回数(k)
だけ算出して装置本体にフィードバックする。装置本体
ではこの差分から、例えば図７に示すようにレーザ光11
の光路中に設けた光学系12の位置を移動して半導体装置
１上でのレーザ光11のスポットサイズ41を変えるように
制御する。また、形成するＳiＯ₂膜の膜厚については図
８に示すように干渉縞の特定の色42に着目して、所定箇
所43での干渉縞の発生本数が所定本数となったところ
で、レーザ発振器10の出力を停止し、ＳiＯ₂膜の形成を
自動的に終了するようにしている。

【００１６】絶縁膜35形成後は図１に示すように絶縁膜
形成用ガスを真空ポンプ４により排気し、再び金属配線
形成用ガスをバルブ８を開いてボンベ５より真空チャン
バ３内に一定圧力まで供給し、図２に示すように前記第
１層目の金属配線34と同様に前記絶縁膜35を通過するよ
うに第２層目の金属配線36を形成する。これにより、半
導体装置１の配線修正が終了するが、本発明を用いるこ
とにより下地の違いやレーザビーム強度のふらつきなど
に関係なく絶縁膜を所定の膜厚分布で形成できるので第
１層金属配線34と第２層金属配線36が短絡することはな
く、また膜厚も干渉縞１本に相当する0.16μm程度の範
囲内で信頼性よく形成できるので第２層の金属配線36に
クラックを生じないようにすることができる。

【００１７】また、本発明の第二の実施例を図９及び図
１０を用いて説明する。装置構成において、レーザＣＶ
Ｄによる金属配線および絶縁膜の形成部、画像の認識
部、制御コントロール部は第一の実施例と同じである。
51は半導体装置１上に照射する別の光源でＨe−Ｎeレー
ザなどの単色光源である。光源51からのレーザ光52は反
射ミラー53および対物レンズ14を介して半導体装置１上
に照射される。54は観察用光源16のコントローラであ
る。

【００１８】以上の構成において、図２に示す半導体装
置１の配線修正に必要な金属配線34、36および絶縁膜35
を形成するが、本発明では絶縁膜35の形成時の照射光と
して単色光源51からのレーザ光52を用いる。このため、
試料の位置決め終了後に観察用光源16をコントローラ54
を介して停止するとともに単色光源51を発振してレーザ
光52を半導体装置１上に照射し、絶縁膜35の形成を開始
する。照射光にレーザ光52を用いた場合は図10に示すよ
うに絶縁膜35の析出と同時に白黒の干渉縞55を生ずる
が、この干渉縞からの情報により制御コントロール部22
で装置本体の光学系12などを駆動して所定の膜厚分布を
得るようにしたり、干渉縞本数から所定の膜厚となった
ことを検出してレーザ発振器10を停止するようにしたこ
とは第一の実施例と同様である。

【００１９】次に、本発明の第三の実施例を図１１及び
図１２を用いて説明する。装置構成において、前記２例
はレーザＣＶＤによる金属配線及び絶縁膜の形成をスポ
ットに集光したレーザ光を用いて行うようにしている。
本発明ではレーザ光路中に設けたスリットの半導体装置
１上への投影により行うようにしている。すなわち、レ
ーザ発振器10から発振されたレーザ光11の光路中に形状
可変のスリット61と結像レンズ62を設け、半導体１上の
絶縁膜形成箇所に所定形状のレーザ光を照射するように
している。なお、これ以外のレーザＣＶＤによる金属配
線及び絶縁膜の形成部、画像の認識部、制御コントロー
ル部は前述の実施例と同様である。また、半導体装置１
上に照射する光は白色光17でもＨe−Ｎeレーザなどの単
色光52でも良い。

【００２０】以上の構成において、図２に示す半導体装
置１の配線修正に必要な金属配線34、36および絶縁膜35
を形成するが、絶縁膜35の形成時にはレーザ光11の光路
中に設けたスリット61を通してレーザ発振器10からレー
ザ光11を照射し、半導体装置１上に対物レンズで縮小さ
れたスリット形状の絶縁膜35を形成する。この時、絶縁
膜形成箇所に白色光17あるいはＨe−Ｎeレーザなどの単
色光52を照射して干渉縞を形成し、この干渉縞からの情
報により制御コントロール部22から図１２に示すように
スリットを駆動して半導体装置１上の絶縁膜形成箇所へ
のスリット形状の投影像を調整して所定の膜厚分布を得
るようにしたり、干渉縞本数から所定の膜厚となったこ
とを検出してレーザ発振器10を停止するようにしたこと
も前述の実施例と同様である。

【００２１】なお、本発明ではレーザＣＶＤによる絶縁
膜形成の場合について述べたが、エネルギ源として集束
イオンビーム、電子ビームなどを用いた場合にも同様の
効果が得られることは言うまでもない。

【００２２】また、半導体装置の配線修正への適用例に
ついて述べたが、一定膜厚及び膜厚分布が要求される透
明膜で、絶縁膜だけでなく導電膜の形成についても適用
可能であることも言うまでもない。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、金属配線の交差部に形
成する層間絶縁膜の膜厚や膜厚分布を常に所定の成膜条
件で一定となるように制御できるため、絶縁膜の膜厚が
薄くなったり膜厚分布が悪くなったりすることによる第
１層金属配線と第２層金属配線間の短絡や、絶縁膜が厚
くなりすぎることによる配線交差部での第２層金属配線
の立上がり・立下がり部でのクラック発生が防止でき、
半導体装置の配線修正の信頼性を大巾に向上することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例を示す図である。

【図２】本発明の適用例である半導体装置の配線修正を
示す図である。

【図３】レーザＣＶＤによる絶縁膜形成をし示す図であ
る。

【図４】干渉縞と膜厚分布および膜厚との関係を示す図
である。

【図５】透明膜の形成における問題点を示す図である。

【図６】透明膜の形成シーケンスを示す図である。

【図７】透明膜の膜厚分布の制御方法を示す図である。

【図８】透明膜の膜厚の制御方法を示す図である。

【図９】本発明の第二の実施例を示す図である。

【図１０】単色光による干渉縞を示す図である。

【図１１】本発明の第三の実施例を示す図である。

【図１２】透明膜の膜厚分布の制御方法を示す図であ
る。

【符号の説明】

１…試料、 10…レーザ発振器、 11…レーザ光、 12…光学系、 16…照明光源、 21…テレビカメラ、 22…制御コントローラ部、 35…絶縁膜、 51…単色光源、 61…スリット。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者上村隆神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者水越克郎神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明膜を形成するための原料ガス中に試料
を配置し、該試料上にエネルギビームを照射して熱分解
により該試料上の所定箇所に透明膜を直接形成する透明
膜の形成方法において、光照射により生ずる干渉縞の形
状および本数を逐次モニターしながら形成すべき透明膜
に対応する干渉縞との比較から成膜条件および成膜終点
を制御するようにしたことを特徴とする透明膜の形成方
法。
【請求項２】請求項１において光照射を白色光により行
って干渉縞を形成するようにしたことを特徴とする透明
膜の形成方法。
【請求項３】請求項１において光照射を単色光により行
って干渉縞を形成するようにしたことを特徴とする透明
膜の形成方法。
【請求項４】エネルギビーム源と、成膜室と、エネルギ
ビームを成膜室の試料上に照射する光学系と、透明膜を
形成するための原料ガスを成膜室に供給する原料ガス供
給系と、試料を成膜室で保持する機構を有する透明膜の
形成装置において、透明膜に光を照射する光学系と、該
光の照射により透明膜上に発生する干渉縞を認識する光
学系と、エネルギビーム調整機構を備え、さらに該干渉
縞と参照用の干渉縞との比較から干渉縞の形状が一致す
るように該エネルギビーム調整機構を駆動したり、成膜
終点を検出してエネルギビームの発振を停止するように
制御する制御ユニットを備えることを特徴とする透明膜
の形成装置。