JPH0536840A

JPH0536840A - Ｌｓｉ配線の修正方法及びその装置

Info

Publication number: JPH0536840A
Application number: JP18859491A
Authority: JP
Inventors: Mikio Hongo; 幹雄本郷; Katsuro Mizukoshi; 克郎水越; Takashi Kamimura; 隆上村; Hidezo Sano; 秀造佐野
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1991-07-29
Filing date: 1991-07-29
Publication date: 1993-02-12

Abstract

(57)【要約】【目的】レーザＣＶＤにより、ＬＳＩ上で高アスペクト
比の接続穴の埋め込み、微細配線および幅広配線の形成
を行い、配線の微細化、多層化の進むＬＳＩの修正を確
実に行う。【構成】ＣＶＤチャンバ５０内に高ＮＡ対物レンズ１４
を設置し、レーザ光軸上に可変開口６と結像レンズ１１
を設け、観察、位置決めは高ＮＡを利用しつつ、接続穴
の埋め込みは実効的に最適なＮＡで、また配線形成は高
ＮＡでの微細配線および可変開口を投影することで任意
幅の配線を形成する。【効果】これにより、微細化、多層化の進むＬＳＩの配
線修正が確実に行え、ＬＳＩの開発期間短縮が達成でき
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体装置の表面に配線
を形成することにより、配線の修正を行う方法に係り、
特に試作した半導体装置に部分的な不良が存在する場合
に、不良箇所を特定したり、補修するのに好適な配線修
正方法及びその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体装置は高集積化が著しく、
配線層についても、微細化、多層化が進んでいる。この
ため、開発過程にある半導体装置が設計どおりに動作す
るとは限らず、試作したＬＳＩを何回も作り直すことに
より、開発を進めるため、開発期間が長期にわたるとい
う問題があった。これに対処するため、試作したＬＳＩ
チップ上の配線を切断したり、あるいは任意部分を接続
することにより、不良箇所を特定したり、あるいは暫定
的に完全な動作が得られる様に補修して特性の評価を行
い、開発期間の短縮を図る手法が用いられる。また、場
合によっては、補修したＬＳＩをサンプルとして出荷す
ることも行われている。

【０００３】これらのうち、任意箇所を接続する方法と
して、レーザ協会会報、第１２巻第２号（１９８７年）
第１ページから第６ページで論じられている方法があ
る。ここでは、パルスレーザで配線の切断および絶縁膜
への穴あけを行い、レーザＣＶＤにより接続配線を形成
し、任意箇所を接続するものである。

【０００４】また、特開昭６３−１６４２４０号公報で
は、配線の切断、絶縁膜への穴あけをＦＩＢ（集束イオ
ンビームの略称）加工で行い、レーザＣＶＤにより接続
配線を形成し、任意箇所を接続する技術が開示されてい
る。また、特開平２−９０５２７号公報にはレーザを利
用した薄膜形成装置が開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、上記従来技術
だけでは、配線の微細化、多層化、高密度化が進んだＬ
ＳＩに適用するのが困難になってきた。即ち、二層から
六層と多層化された高密度微細配線のうち、下層の配線
に接続する場合、上層の配線にダメージを与えたり上下
でショートすることのない接続穴の形成、接続穴への導
電物質の埋め込み、目的に応じた幅の配線形成、および
不要配線の切断による配線修正を行う必要がある。

【０００６】配線修正のうち、ＬＳＩ配線の切断、接続
穴の形成には、第二の従来技術に開示されているＦＩＢ
加工が適用可能である。しかしながら、いずれの従来技
術にも導電物質を埋め込み、配線を形成する点に関して
は、ＬＳＩ配線の微細化、多層化の考慮がなされていな
い。即ち、穴径が小さくアスペクト比（深さ／穴径）が
大きな穴に、穴の入り口や側壁に照射されないように、
レーザビームを穴内部に入射し、完全な埋め込みを行う
必要性に関して何ら配慮されていない。

【０００７】また、配線の微細化に伴い、位置決め、観
察を行うには、高倍率高ＮＡのレンズが必要になる。し
かし、高ＮＡレンズでレーザを集光すると、スポット径
は小さいが、焦点深度は浅くなる。一方、低ＮＡレンズ
では、焦点深度は大きいが、スポット径が大きく、また
高精度な観察、位置決めができない。即ち、レーザＣＶ
Ｄで穴埋め、配線形成を行うためにレンズでレーザ光を
集光する場合、高ＮＡレンズでは観察、高精度な位置決
めに適し、かつスポット径は小さいが、焦点深度は浅
い。反対に、低ＮＡレンズでは焦点深度は深いが、スポ
ット径が大きく観察や位置決めが不十分であると言う課
題があった。

【０００８】また、配線の微細化に伴い、修正配線にも
微細化が要求される一方で、電源配線などは電流容量を
確保する意味から、幅の広い配線が必要であるなど、任
意の配線幅を形成する要求が強くなっており、これに関
して第三の従来技術に開示されているが、光学的にビー
ム径を変化させるだけでは不十分である。しかも、微細
な接続穴を埋め込むことに関する考慮はされておらず、
また、微細穴の埋め込みと任意幅配線の形成の、両方の
要求を達成できる装置として知られているものはなかっ
た。したがって、本発明の目的は、このような技術課題
を解決することにあり、改良されたＬＳＩ配線の修正方
法とその装置とを提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】十分な分解能で観察、位
置決めができる高ＮＡの対物レンズを用い、入射するレ
ーザ光のビーム径を、寸法が可変な開口を通過させるこ
とで、最適な大きさに変化させて集光する。これによ
り、集光スポット径と焦点深度の両方を満足するレーザ
集光状態を得ることができ、目的が達成できる。即ち、
高ＮＡの対物レンズを真空チャンバ内に設置し、観察用
の光学系と配線修正用のレーザ光学系との光軸が合体す
る前のレーザ光学系に、対物レンズにより試料面に寸法
可変な開口の実像を投影するための着脱可能な結像レン
ズと、対物レンズと結像レンズにより試料面に投影され
る位置関係に寸法可変な開口を設置し、適宜、結像レン
ズを出し入れし、また、開口の寸法を最適な大きさに
（必要に応じて、開口を開放状態に）設定することによ
り、目的を達成することができる。

【００１０】なお、本発明の好ましい具体的な目的達成
手段について例示すると、上記目的は、ＣＶＤガス雰囲
気で、ＬＳＩに形成した接続穴にレーザ光を集光照射
し、導電材料を析出させて埋め込み、次いで接続配線を
形成してＬＳＩ配線の任意箇所を接続して修正する方法
において、接続穴の穴径をｄ、深さをＤ、レーザ波長を
λとした時、集光するレンズのＮＡが実効的に次式
（１）を満たす条件で接続穴を埋め込むことを特徴とす
るＬＳＩ配線の修正方法により、達成される。

【数２】

【００１１】

【作用】観察、位置決めには、高ＮＡ対物レンズを用い
ているので高分解能な観察、および高精度な位置決めが
できる。一方、観察とは独立に配線修正用のレーザ光に
対しては、高ＮＡ対物レンズに入射するビーム径を変え
ることにより、ＮＡを実効的に変化させることができ
る。即ち、レーザＣＶＤを行うのに最適なＮＡが得られ
るビーム径に変化させることにより、必要な集光径と焦
点深度が得られる。

【００１２】また、もう一つの課題であった任意幅の配
線形成に対しては、寸法可変な開口を試料面上に投影す
ることにより達成できる。即ち、高ＮＡレンズを用い、
結像レンズを外し、寸法可変な開口を開放状態でレーザ
光照射し集光した場合、微細配線の形成が可能である。
一方、結像レンズを入れ、所望の配線幅が得られる寸法
に開口を調整し、レーザ光を照射することにより、レー
ザ光は開口寸法の、対物レンズと結像レンズによる投影
倍率（顕微鏡として使用した場合の倍率の逆数倍）の大
きさに結像・集光されるから、開口寸法を変化させるこ
とにより、任意幅の配線が形成できる。

【００１３】なお、いずれの場合でも、常に一定の状態
で観察ができる。即ち、観察は高ＮＡ対物レンズと別に
設けた観察及び位置合わせ専用の結像レンズにより、レ
ーザ光学系のビーム径とは無関係に、対物レンズのＮＡ
で決まる分解能での観察、位置決めができる。

【００１４】

【実施例】以下、図面に従って本発明の実施例について
詳細に説明する。（１）装置構成例：図１は本発明による配線修正装置の
光学系の構成を示すブロック図である。まず、レーザ光
学系としては、Ａｒレーザ発振器１、シャッタ３、出力
調整器４、アフォーカルズーム光学系５、可変開口６、
開口駆動機構７、出力測定用ミラー９、パワーメータ１
０、結像レンズ１１、ダイクロイックミラー１２、レー
ザ透過窓１３、対物レンズ１４、および参照光源１５、
ダイクロイックミラー１６から成っている。また、観察
光学系はハーフミラー２０、結像レンズ２１、プリズム
２２、レーザカットフィルタ２３、接眼レンズ２４、キ
ューブプリズム２５、リレーレンズ２６、ＴＶカメラ２
７、シリンドリカルレンズ２８、２９、ＣＣＤラインセ
ンサ３０、３１、照明ランプ４１、４２、赤外カットフ
ィルタ４３、可視光カットフィルタ４４、縞パターン投
影マスク４５、から成っている。

【００１５】次に、各構成部品の機能を説明する。Ａｒ
レーザ発振器１から発振したレーザ光２はシャッタ３が
開いた時だけこれを通過し、照射するレーザ出力を調整
するための出力調整器４を透過し、アフォーカルズーム
光学系５を通過し、可変開口６に照射される。可変開口
６は駆動機構７により開口寸法を任意に変えることがで
きる。開口寸法を大きくする場合には、アフォーカルズ
ーム光学系５によりビーム径を拡げ、可変開口６に入射
するビームのパワー密度分布を均一にする。

【００１６】また、開口寸法を小さく、かつレーザ出力
を増加させようとする場合には、アフォーカルズーム光
学系５によりビーム径を絞る。可変開口６を通過したレ
ーザ光２は出し入れ自在に設置された出力測定用ミラー
９で反射され、パワーメータ１０でその出力が測定され
る。ここで出力を測定しながら、出力調整器４により、
所望の出力に調整する。その後、シャッタ３を閉じ、出
力測定用ミラー９を外し、シャッタ３を開いて、レーザ
光２は結像レンズ１１、ダイクロイックミラー１２、レ
ーザ透過窓１３、対物レンズ１４を透過することによ
り、破線で示したＣＶＤチャンバ５０内に設置されたＸ
ＹＺステージ５１上に載置された試料５２（ＬＳＩチッ
プあるいはウェハ）上に投影・照射される。

【００１７】図２は開口を投影する場合の説明図で、図
示のように可変開口６の像は結像レンズ１１と対物レン
ズ１４により、試料面５２上に投影、結像される。この
時、投影される寸法は結像レンズ１１と対物レンズ１４
で決まる倍率の逆数の大きさになる。試料５２の観察
は、照明光源４１で照明しつつ、結像レンズ１１と対物
レンズ１４で試料面の実像をプリズム２２、レーザカッ
トフィルタ２３、接眼レンズ２４により肉眼で見るか、
リレーレンズ２６を介してＴＶカメラ２７で撮像して、
モニタＴＶ（図示せず）で行う。ここで、可変開口６を
投影してレーザを照射する場合には、参照光源１５を使
用することにより、レーザ光が照射されるべき位置、大
きさが、同時に観察できるからあらかじめ、参照光源１
５による可変開口６の像を観察しながら、可変開口６の
開口寸法を調整することができる。

【００１８】一方、可変開口６を開放状態にして、ある
いは必要な大きさに設定して、結像レンズ１１を外した
状態でレーザ光２を照射すると、図３に示すようにレー
ザ光２は対物レンズ１４の実効的なＮＡで決まるスポッ
ト径に集光される。レーザ出力の調整は前述の通りであ
る。また、試料５２の観察も同様に、照明光源４１で照
明しつつ、結像レンズ１１と対物レンズ１４で試料面の
実像をプリズム２２、レーザカットフィルタ２３、接眼
レンズ２４により肉眼で見るか、リレーレンズ２６を介
してＴＶカメラ２７で撮像して、モニタＴＶ（図示せ
ず）で行うことができる。

【００１９】また、本光学系は自動焦点機構を備えてい
る。即ち、照明ランプ４２からの照明光を可視光カット
フィルタ４４で赤外光のみを透過させ、縞パターン投影
用マスク４５の縞パターン像を対物レンズ１４で試料面
５２上に投影する。この縞パターン像を結像レンズ２１
で結像しつつシリンドリカルレンズ２８、２９で直線状
に圧縮し、ＣＣＤリニアセンサ３０、３１上に結像させ
る。この時、ＣＣＤリニアセンサ３０、３１の位置はそ
れぞれ、結像位置よりわずかに前後させ、ＣＣＤリニア
センサ３０、３１からのコントラスト信号が等しくなる
ように調整される。ここで、焦点位置がずれると、一方
のコントラスト信号が強くなり、アンバランスになる。
そこで、コントラスト信号が等しくなるように、Ｚステ
ージを駆動することにより、常に焦点を合わせることが
できる構成になっている。

【００２０】上記した光学系を搭載した、配線修正装置
の全体構成を図４に示す。Ａｒレーザ発振器１０１から
発振したレーザ光１０２をレーザ光学系１０３により、
石英窓１０４を介して、その内側に設置した対物レンズ
（図示せず）で集光しつつ、ＣＶＤチャンバ１０５内の
ステージ１０６上に載置した試料１０７に照射する。あ
らかじめ、ＣＶＤチャンバ１０５内は真空ポンプ１０８
により排気した後、材料ガスボンベ１０９に格納してあ
る例えばＭｏ（ＣＯ）₆の蒸気をＣＶＤチャンバ１０５
内に、一定圧力まで導入しておく。あるいは、ノズルで
吹き付けても良い。位置決め、試料表面の観察は観察光
学系１１０、あるいはＴＶモニタ１１１により行う。こ
のレーザ光学系１０３および観察光学系１１０の詳細は
図１に示した通りである。これにより、レーザ光１０２
が照射された部分のみでＭｏ（ＣＯ）₆の分解反応が生
じ、Ｍｏ膜が析出する。

【００２１】（２）ＬＳＩ配線の具体的な修正方法の
例：ＬＳＩ配線の修正工程を列挙すると以下に示す１）
〜８）からなっている。１）ＬＳＩ表面のスパッタエッチによるクリーニング２）ＦＩＢ加工によるＬＳＩ内配線への接続穴形成３）ＬＳＩ表面へのスパッタデポによるＣｒ薄膜形成４）レーザＣＶＤによる接続穴の埋め込み５）レーザＣＶＤによる接続配線の形成６）配線のレーザアニールによる配線膜質改善７）Ｃｒ薄膜のスパッタエッチによる除去８）ＦＩＢ加工によるＬＳＩ内配線切断

【００２２】なお、ここでは試料表面のクリーニングを
行うためのエッチング機構、試料表面にＣｒなどの薄膜
を形成するためのスパッタ・デポ機構、装置内の真空度
を確保するためのロードロック室、あるいは試料を搬送
するための機構などは省略してあるが、必要に応じてこ
れらの機構を付加することができる。これらの詳細は例
えば特開昭６３−１６４２４０号公報に開示されてい
る。これらの工程の内、本発明は４）、５）を対象にし
ている。

【００２３】〈その〉ここで、本発明の一実施例であ
る接続穴への金属の埋め込み例としてＭｏ金属の場合に
ついて説明する。図１に示した光学系を用いて、ＣＶＤ
チャンバ５０内にＣＶＤ材料ガスとして例えばＭｏ（Ｃ
Ｏ）₆を閉じ込めた状態で、あるいはノズル（図示せ
ず）でＣＶＤ材料ガスを試料５２に吹き付けながら、レ
ーザ光２を照射することにより、Ｍｏ金属が析出する。
即ち、レーザ光を接続穴内部に照射すれば、接続穴内に
金属を充填することができる。

【００２４】一般に、集光スポット径ｄ₀は次式（２）
で表すことができる。

【数３】ｄ₀＝２λ／（π・ＮＡ） …（２）ここで、λはレーザ光の波長、πは円周率、ＮＡは対物
レンズの開口数である。

【００２５】また、集光したビームの焦点深度Ｚは次式
（３）で表すことができる。

【数４】Ｚ＝±λ／（π・ＮＡ²） …（３）ここで、焦点深度Ｚはビーム径が焦点におけるスポット
径ｄ₀の√２倍（即ち、パワー密度が１／２）になるま
での光軸方向の移動距離である。このことから、埋め込
もうとする穴の深さが集光したレーザビームの焦点深度
の二倍（２Ｚ）より小さく、かつ穴の大きさ（丸穴の場
合は穴径、角穴の場合は一辺の長さ）がレーザビームの
焦点深度Ｚだけ移動した点におけるビーム径（√２
ｄ₀）より小さければ、レーザ光は穴の入り口あるいは
側壁に照射されることがなく、金属は穴底から析出・成
長し、接続穴を完全に埋め込むことができる。

【００２６】これを模式的に図５、図６、図７および図
８で説明する。図５は高ＮＡ対物レンズ２０１を用い、
対物レンズ２０１の入射瞳一杯にレーザ光２０２を入射
させ、試料（実際には接続穴）２０３上に照射した場合
を示している。この場合、集光スポットは十分小さくな
るが、焦点深度は極めて浅い。このため、図６に示すよ
うにレーザ光２０２は、穴の入り口２０４に照射される
ため、入り口でＭｏ金属２０５が析出する。このため、
穴底からもＭｏ金属２０６が析出するが、Ｍｏ金属２０
５が穴２０４を塞いでしまい、それ以上の析出は起きな
いため穴内部に空洞が残り、完全に埋め込むことができ
ない。

【００２７】一方、図７は図５に示したものと同じ高Ｎ
Ａ対物レンズ２０１に対して、入射瞳より細く成形した
レーザ光２１０を入射し、試料（実際には接続穴）２０
３上に照射した場合を示している。この場合、集光スポ
ットは大きいが、焦点深度は深い。このため、図８に示
すようにレーザ光２１０は全て穴の中に入り、穴の入り
口２１１や側壁２１２に照射されることはない。このた
め、Ｍｏ金属２１３は穴底から析出・成長し、穴を完全
に埋めることができる。ただし、レーザ光２１０が細す
ぎる場合には、集光スポットが大きすぎ、接続穴の入り
口にもレーザ光２１０が照射され、完全に埋め込むこと
ができない。

【００２８】この方法であらゆるアスペクト比（深さ／
穴径）の接続穴を埋め込めるわけではない。図９に対物
レンズのＮＡと埋め込み可能な深さ、即ち焦点深度の二
倍（２Ｚ）および埋め込み可能な穴径、即ち焦点深度に
おけるビーム径（√２ｄ₀）の関係を示す。レーザ光の
波長λを５１４５オングストロームとして求めると、こ
の図から、ＮＡが０．４の場合には穴径が１．１６ミク
ロンより大きく、かつ穴深さが２．０５ミクロンより小
さい穴、ＮＡが０．２の場合には穴径が２．３２ミクロ
ンより大きく、かつ穴深さが８．１９ミクロンより小さ
い穴であれば、埋め込むことができることが分かる。

【００２９】逆に、穴径が３．０ミクロン、穴深さが１
０．０ミクロンの穴を埋め込めるか否かを調べる。図９
において、埋め込み可能穴径が３．０ミクロンの場合に
は、ＮＡは０．１５４より大きい必要がある。また、埋
め込み可能深さが１０．０ミクロンの場合には、ＮＡは
０．１８１より小さい必要がある。これらの両方を満足
するＮＡが存在する場合にのみ、完全な埋め込みができ
る。この場合には、実効的にＮＡが０．１５４〜０．１
８１の間になるようにレーザビーム径を調整することに
より、完全な埋め込みが行える。尚、レーザ光として、
Ａｒレーザのマルチカラー（主に５１４５および４８８
０オングストローム）を使用した場合でも、ほとんど変
わらない。また連続発振、パルス発振、あるいは発振波
長によらず、上記した条件を満足するＮＡを選択すれば
良い。いずれの場合でも、レーザ光の集光と観察の両方
を兼ねる対物レンズとして、例えばＮＡ０．９のレンズ
を使用すれば、観察はこのＮＡで決まる分解能が得ら
れ、レーザ光に対するＮＡとは無関係に高精度な位置決
めが行える。

【００３０】〈その〉次に、本発明の別な実施例であ
る、配線形成について説明する。まず、図１に示した光
学系の結像レンズ１１を外した状態で、入射するレーザ
光２を集光する場合について説明する。この場合、可変
開口６を開放状態でレーザ光２を通過させると（当然ア
フォーカルズーム光学系５により、レーザビーム径は十
分拡げてある。）高ＮＡ対物レンズ１４の入射瞳一杯に
入射されるため、図５に示したように焦点面では微細な
スポットが得られる。

【００３１】例えば、図４に示した装置を用い、ＣＶＤ
材料ガスとしてＭｏ（ＣＯ）₆を用い、圧力が０．１Ｔ
ｏｒｒ（１３．３Ｐａ）一定となるまで供給して閉じ込
めた状態で、ＮＡが０．４４の対物レンズを用い、連続
発振Ａｒレーザ（マルチカラー、主な波長は５１４５お
よび４８８０オングストローム）出力１０ｍＷ、ステー
ジの送り速度１５ミクロン／秒で配線を形成した。その
結果、およそ３ミクロン幅のＭｏ配線が形成できた。

【００３２】また、同様にＣＶＤ材料ガスとしてＭｏ
（ＣＯ）₆を用い、圧力が０．１Ｔｏｒｒ（１３．３Ｐ
ａ）一定となるまで供給して閉じ込めた状態で、ＮＡが
０．９の対物レンズを用い、連続発振Ａｒレーザ（マル
チカラー、主な波長は５１４５および４８８０オングス
トローム）出力５ｍＷ、ステージの送り速度５ミクロン
／秒で配線を形成した。その結果、およそ０．８ミクロ
ン幅のＭｏ配線が形成できた。

【００３３】特に、高ＮＡの対物レンズを使用し、入射
瞳一杯にレーザ光を入射して集光する場合、スポット径
は小さいが、焦点深度も極めて小さい。このため、試料
面が傾いていると、配線を形成している最中に焦点位置
がずれ、配線幅が変化する。また、ずれが大きくなると
配線が形成できなくなる。これに対処するため、図１に
示した光学系は、自動焦点機構を有する。即ち、縞パタ
ーン投影マスク４５の縞パターンを対物レンズ１４によ
り試料５２上に投影し、その像を再度対物レンズ１４と
結像レンズ２１で結像させつつ、その像を二分割してシ
リンドルカルレンズ２８、２９で縞パターン像を直線状
に圧縮し、ＣＣＤラインセンサ３０、３１で受光する。
この縞パターン投影には、光源４２からの光を可視光カ
ットフィルタ４４により、赤外線だけを選択して使用し
ており、接眼レンズ２４の前後、およびＴＶカメラ２７
の前に赤外線カットフィルタ（図示せず）を設置するこ
とにより、観察等の障害にはならない。これらのＣＣＤ
ラインセンサ３０、３１で得られるコントラスト信号が
等しくなるように、ステージ５１の高さ（試料５２の高
さ）を調整することにより、試料５２表面と対物レンズ
１４の位置関係は常に一定となり、常に一定幅の配線を
形成することができる。

【００３４】また、図１に示した光学系の結像レンズ１
１を外した状態で、可変開口６を狭めてレーザ光２を通
過させ、対物レンズ１４に対して実効的にＮＡが小さな
状態で集光する例について説明する。この場合、図７に
示すように相対的に、大きなスポットが得られる。これ
らのスポット径は、前述の式（２）で表される。図４に
示した配線修正装置を用い、ＣＶＤ材料ガス雰囲気にあ
るＬＳＩ１０７上にレーザ１０２を照射しながらステー
ジ１０６を移動することにより、配線が形成できる。こ
のときＣＶＤガスとしてＭｏ（ＣＯ）₆を使用すればＭ
ｏ配線が形成できる。ここで、得られる配線幅は、形成
条件に依存する。即ち、集光スポット径の増加、レーザ
出力の増加、あるいはステージの移動速度の減少、ある
いはＣＶＤガス圧の増加などにより、配線幅は増加す
る。また、熱伝導のため配線幅は一般的にはレーザ光の
スポット径より大きくなるが、条件によってはスポット
径と同程度のものまで得られる。他の条件を一定にすれ
ば、配線幅は集光スポット径に依存する事になる。即
ち、開口寸法を変化させることにより、集光スポット径
が変化し、これに伴い、配線幅を変化させることができ
る。

【００３５】しかし、この方法で変化できる範囲は、実
際には限度がある。即ち、微細化に対しては、対物レン
ズのＮＡで決まる。また、大きな集光スポット径を得る
ためには、対物レンズのＮＡが小さくなるように、レー
ザ光を細く絞ると、開口を通過するエネルギは急速に減
少し、これをカバーするためには大出力の発振器が必要
になる。また可変開口を通過するレーザ光を細くしすぎ
ると、そこを通過するレーザ光は開口での回折により拡
がり、対物レンズに入射するビーム径は太くなり、結果
的に集光スポット径は小さくなる。

【００３６】〈その〉これに、対処するための配線修
正方法に関する実施例を説明する。図１に示した光学系
で、結像レンズ１１を入れた状態で、可変開口６の開口
寸法を変え、それを通過するレーザ光２を結像レンズ１
１および対物レンズ１４で、両レンズで決まる倍率の逆
数の大きさに、試料５２上に投影照射する。この時、必
要とする開口寸法を十分にカバーできるビーム径が得ら
れるように、アフォーカルズーム光学系５で調整する。
反射ミラー９およびパワーメータ１０で可変開口６を通
過するレーザ出力を測定しつつ、出力調整機構４で必要
な出力に調整する。その後、ＣＶＤガス雰囲気のＣＶＤ
チャンバ５０内の試料５２上にレーザを照射することに
より、金属を析出することができ、ステージ５１を移動
することにより、配線が形成できる。この時、開口６の
寸法を変化することにより、配線幅を変化することがで
きる。

【００３７】一例として、Ｍｏ（ＣＯ）₆ガス圧０．１
Ｔｏｒｒ（１３．３Ｐａ）の雰囲気で、ＮＡ０．４４の
対物レンズを用い、Ａｒレーザ光（マルチカラー）を集
光しつつステージを１０ミクロン／秒の速度で移動させ
た。試料上でのパワー密度は３×１０⁴Ｗ／ｃｍ²であっ
た。可変開口６の寸法を変化させることにより、４〜５
０ミクロンの間の任意幅の配線が形成できた。この方法
で形成した配線は、１×１０⁶Ａ／ｃｍ²以上の電流密度
に耐えることができる。即ち、膜厚０．５ミクロン、配
線幅５０ミクロンの配線で２５０ｍＡ以上の電流を流す
ことができ、バイポーラ等のデバイスの電源配線の修正
にも使用できる。また、ここで述べた可変開口６を試料
５２上に投影する方法と、前述の対物レンズ１４の高Ｎ
Ａを使って、集光する方法を併用することにより、０．
８〜５０．０ミクロンあるいはそれ以上の幅の配線が形
成できる。

【００３８】上記の方法および装置で形成した配線は、
特に低パワー密度で形成した場合の配線は、膜質が悪
く、比抵抗が高い。この理由は、ＣＶＤ材料ガスとして
Ｍｏ（ＣＯ）₆を使用した場合には、Ｍｏ膜中にＭｏＯ
Ｃ（モリブデンオキシカーバイド）の形で不純物Ｏ（酸
素）、Ｃ（炭素）が含まれているためである。しかし、
配線の材質については例えば特開昭６３−５２４４２号
公報に開示されている方法で改善することができる。即
ち、配線形成後、ＣＶＤ材料ガスを排気して真空中で、
配線形成を行った同一経路に（即ち、Ｍｏ配線上に）、
配線形成時より高いパワー密度（例えば２倍以上）でレ
ーザを照射する。これにより、ＭｏＯＣが熱分解し配線
膜中に残留していた不純物を除去することができる。こ
れにより比抵抗のより小さな、良質な配線を得ることが
でき、また、流すことのできる電流密度も向上し、ＬＳ
Ｉの性能を低下すことなく修正を行うことができる。

【００３９】なお、上記実施例では何れもＣＶＤ材料ガ
スとしてＭｏ（ＣＯ）₆を使用し、Ｍｏ配線を形成する
場合について説明してきた。しかし、本発明はこれに限
らず、その他、例えばＷ（ＣＯ）₆、Ｃｒ（ＣＯ）₆など
の金属カルボニルのほか、周知の有機金属化合物として
の例えばＡｌ（ＣＨ₃）₃、Ｃｄ（Ｃ₂Ｈ₅）₂等のアルキ
ル金属、ＷＦ₆、ＭｏＣｌ₅等のハロゲン化金属、等も目
的により使用できる。

【００４０】

【発明の効果】以上、説明してきたように、本発明の配
線修正方法およびその装置によれば、高ＮＡの対物レン
ズを使用して、高分解能な観察および高精度な位置決め
を行いつつ、照射するレーザ光に対する対物レンズのＮ
Ａを実効的に変化させて、高アスペクト比の接続穴への
埋め込みが可能である。これにより、配線の微細化、多
層化が進むＬＳＩの配線修正が確実に行える。また、同
様に、レーザ光を平行光として集光する方式と、レーザ
光路の途中に設けた可変開口を試料上に投影する方式を
併用することにより、微細配線から太配線までの任意幅
の配線形成が行え、微細化の進むＬＳＩの配線間の接続
および大電流容量を必要とする電源配線の修正も確実に
行える。これにより、微細化、多層化、大容量化、高機
能化の進むＬＳＩの開発期間短縮が達成できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例となるＬＳＩ配線修正装置の
光学系のブロック構成図。

【図２】本発明による配線修正装置の光学系により、開
口を投影する場合の説明図。

【図３】本発明による配線修正装置の光学系により、レ
ーザ光を集光する場合の説明図。

【図４】本発明の一実施例となる配線修正装置の構成
図。

【図５】高ＮＡで集光する場合の説明図。

【図６】高ＮＡで集光した場合の埋め込み状態を示す
図。

【図７】図７は低ＮＡで集光する場合の説明図。

【図８】低ＮＡで集光した場合の埋め込み状態を示す
図。

【図９】対物レンズのＮＡと、埋め込み可能な穴径およ
び埋め込み可能な穴深さの関係を示す特性図。

【符号の説明】

１…レーザ発振器、２…レーザ光、
５…アフォーカルズーム系、６…可変開口、
７開口駆動機構、１１、２１…結像レンズ、１４…
対物レンズ、１５…参照光源、２
４…接眼レンズ、２７…ＴＶカメラ、
３０、３１…ＣＣＤラインセンサ、４１、４２…照明
ランプ、５０…ＣＶＤチャンバ、５１…ス
テージ、５２…試料、１０２…レーザ光、
１０３…レーザ光学系、１０５…ＣＶＤチャン
バ、１０８…真空ポンプ、１０９…材料ガ
スボンベ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者佐野秀造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】ＣＶＤガス雰囲気で、ＬＳＩに形成した接
続穴にレーザ光を集光照射し、導電材料を析出させて埋
め込み、次いで接続配線を形成してＬＳＩ配線の任意箇
所を接続して修正する方法において、照射するレーザ光
のビーム径を変化することにより、集光するスポット径
と焦点深度を変化させ、接続穴を埋め込むことを特徴と
するＬＳＩ配線の修正方法。
【請求項２】ＣＶＤガス雰囲気で、ＬＳＩに形成した接
続穴にレーザ光を集光照射し、導電材料を析出させて埋
め込み、次いで接続配線を形成してＬＳＩ配線の任意箇
所を接続して修正する方法において、接続穴の穴径を
ｄ、深さをＤ、レーザ波長をλとした時、集光するレン
ズのＮＡが実効的に式（１）【数１】を満たす条件で接続穴を埋め込むことを特徴とするＬＳ
Ｉ配線の修正方法。
【請求項３】ＣＶＤガス雰囲気で、ＬＳＩに形成した接
続穴にレーザ光を集光照射して導電材料を析出させて埋
め込み、次いで接続配線を形成してＬＳＩ配線の任意箇
所を接続して修正する方法において、照射するレーザ光
のビーム径を変化することにより、集光するスポット径
を変化させ、形成する配線幅を変化させることを特徴と
するＬＳＩ配線の修正方法。
【請求項４】ＣＶＤガス雰囲気で、ＬＳＩに形成した接
続穴にレーザ光を集光照射して導電材料を析出させて埋
め込み、次いで接続配線を形成してＬＳＩ配線の任意箇
所を接続して修正する方法において、寸法可変な開口を
通過したレーザ光をＬＳＩ上に投影し、開口寸法を変化
させることにより投影されるスポット径を変化させ、形
成する配線幅を変化させることを特徴とするＬＳＩ配線
の修正方法。
【請求項５】レーザ発振器と、このレーザ発振器から発
振されたレーザ光を集光するための光学系と、ＬＳＩを
載置するためのステージと、このステージを内蔵しレー
ザ光を透過するための石英窓を有するチャンバと、ＣＶ
Ｄガスを格納する容器と、このＣＶＤチャンバ内を排気
するための真空ポンプから構成されるＬＳＩ配線修正装
置において、前記光学系がＣＶＤチャンバ内に設置され
た無限補正系対物レンズと、前記ＣＶＤチャンバの外に
着脱可能に設置された結像レンズと、前記両レンズによ
るＬＳＩ表面の実像を結像する位置に設けた寸法可変な
開口とからなり、前記結像レンズを外した状態で開口の
寸法を変化させることにより、開口を通過したレーザ光
に対する対物レンズの実効的なＮＡを変化できるように
構成したことを特徴とするＬＳＩ配線修正装置。
【請求項６】レーザ発振器と、このレーザ発振器から発
振されたレーザ光を集光するための光学系と、ＬＳＩを
載置するためのステージと、このステージを内蔵しレー
ザ光を透過するための石英窓を有するチャンバと、ＣＶ
Ｄガスを格納する容器と、このＣＶＤチャンバ内を排気
するための真空ポンプから構成されるＬＳＩ配線修正装
置において、前記光学系が前記ＣＶＤチャンバ内に設置
された無限補正系対物レンズと、ＣＶＤチャンバの外に
着脱可能に設置された結像レンズと、前記両レンズによ
るＬＳＩ表面の実像を結像する位置に設けた寸法可変な
開口とからなり、前記結像レンズを入れた状態で開口の
寸法を変化させることにより、開口を通過したレーザ光
を、前記ＬＳＩ上に対物レンズと結像レンズで決まる倍
率の逆数の大きさに投影し、任意幅の配線が形成できる
ように構成したことを特徴とするＬＳＩ配線修正装置。