JPH0465154A

JPH0465154A - コンタクトホール形成装置及び方法

Info

Publication number: JPH0465154A
Application number: JP2176298A
Authority: JP
Inventors: Yukio Kudokoro; 之夫久所
Original assignee: NEC Corp
Current assignee: NEC Corp
Priority date: 1990-07-05
Filing date: 1990-07-05
Publication date: 1992-03-02
Anticipated expiration: 2012-06-18
Also published as: JP2621599B2

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、レーザ光を利用し、試料上の配線を覆うよう
に形成された絶縁保護膜に穴を開けるコンタクトホール
の形成装置に関する。

［従来の技術］通常、多層配線構造を有するＬＳＩ等には、ＬＳＩ表面
を覆うパッシベーション膜や、下層配線と上層配線との
間に層間絶縁膜等の薄膜か形成されている。

ところで、この様なＬＳＩの故障解析や配線修正を行う
には、上記薄膜に配線にまで達する穴（コンタクトホー
ル）を開け、配線の所定部分を露出させなければならな
い。

従来のコンタクトホールの形成は、レーザ光やＦ　Ｉ　
Ｂ　（Ｆｏｃｕｓｅｄ　Ｊｏｎ　Ｂｅａｍ）を用いて以
下ノヨうにして行われている。

ＦＩＢを用いる方法は、Ｇａ’″等のイオンビムを直径
０，１μｍ程度に収束させ、薄膜に照射してスパッタリ
ングを行うことにより薄膜を少しつつ削っていくという
ものである。

この方法は、直径１μｍ〜２μｍ程度のコンタクトホー
ルを形成する場合、比較的精度よく、しかもその断面が
綺麗な穴を開けることかできるか、加ニスピードが遅い
という欠点がある。

また、レーザ光を用いる方法として、紫外線を用いるア
ブレーション加工がある。これは、紫外線を収束し、薄
膜上に照射して、光子エネルギーによって薄膜を瞬時に
蒸発させ、コンタクトホールを形成するというものであ
る。

ところで、薄膜はその膜質よって、光の波長に対する吸
収率が異なり、薄膜の分子間の結合エネルギーも異なる
。また、膜厚も一定ではない。従って、薄膜にコンタク
トホールを形成するのに必要なエネルギーは各薄膜によ
って異なっている。

また、紫外線のエネルギーを必要以上に大きくすると、
薄膜下の配線まで切断してしまう恐れがある。

このため、アブレーション加工には、各薄膜ごとに適切
なエネルギーを有する紫外線を照射するよう、レーザの
出力パワーを調節しなければならないという欠点がある
。

最近では、加ニスピードが遅い、手間がかかるという問
題点を解決した方法として、可視光線を用いる方法が実
用化されている。

その方法は、第５図に示すように、Ｓｉ基板５０１上の
Ａｌｌ配線５０２に、可視光線５０３（通常、ＹＡＧレ
ーザの第２高調波；　波長−５３２ｎｍ）を集光して、
層間絶縁膜５０４とパッシベーション膜５０５とからな
る薄膜を透過させて照射し、配線５０２の表面の一部を
蒸発させ、蒸発時の爆発力をもって、その上部の薄膜を
吹き飛ばしてコンタクトホール５０６を形成するという
ものである。

この方法によれば、膜質に関係なくコンタクトホールを
速く形成することができる。

［発明が解決しようとする課題］しかしなから、従来の方法では、配線の表面を蒸発させ
ることによる爆発力を利用するために、形成されたコン
タクトホールは、すり林状となり、その開口部の径は、
配線の幅の２倍以上になるなど制御性に乏しいという問
題点がある。

また、近年のＬＳＩの高集積化に伴い、配線の幅が１μ
ｍ以下となってきており、その厚さも１μｍ弱であるた
めに、僅かでも強すぎるエネルギーの光線を照射すると
配線が切断されてしまうので、高い制御性が要求される
という問題点もある。

さらに、最近ではＬＳＩチップのパッケージング、ボン
ディング等の工程での、主に熱的あるいは力学的応力に
よってＬＳＩ素子に与えられるダメージによる歩留まり
を改善するために、パッシベーション膜の上に、ポリイ
ミド等の有機化合物を比較的厚く　（〜４μｍ程度）覆
う（バッファ加工）場合がある。この場合、幅１μｍ１
厚さ１μｍの配線の表面の一部を蒸発させただけでは薄
膜を吹き飛ばすだけの威力が得られず、ポリイミド膜を
科学的手段で除去しておかなければならず、工程数が増
加するという問題点もある。

本発明は、高速加工が可能で、しかも高度な制御を必要
とせず、形状が綺麗なコンタクトホールの形成ができる
コンタクトホール形成装置の提供を目的とする。

［課題を解決するための手段］本発明によれば、試料表面上に露出した配線を絶縁、保
護するための前記試料表面上に設けられた薄膜に、前記
配線へまで達する穴を開けるコンタクトホール形成装置
において、紫外領域の第１のレーザ光を発生する第１の
レーザ発振手段と、可視光領域の第２のレーザ光を発生
する第２のレーザ発振手段と、前記第２のレーザ発振手
段から発生された第１のレーザ光を遅延させる遅延手段
と、前記第１のレーザ発振手段から発生された第１のレ
ーザ光と前記遅延手段で遅延された第２のレーザ光とを
同軸上に重ね合わせて重ね合わされたレーザ光を出射す
る第１の光学系と、該第１の光学系からの前記重ね合わ
されたレーザ光を前記配線上の前記薄膜に集光する第２
の光学系と、を有することを特徴とするコンタクトホー
ル形成装置が得られる。

［実施例コ以下に図面を参照して本発明の詳細な説明する。

第１図に第１の実施例の構成図を示す。

本実施例のコンタクトホール形成装置は、パルス励起型
Ｎ　ｄ　”Ｙ　Ａ　Ｇレーザ発振器１０１、ＫＤ”　Ｐ
等の非線形光学結晶よりなる５ＨＧ（Ｓｅｃｏｎｄ　　
Ｈａｒｍｏｎｉｃ　　Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）セル１０
２、部分反射鏡１０３、ＫＤ”　Ｐ等の非線形光学結晶
よりなるＦ　ＨＧ　（Ｆｏｕｒｔｈ　Ｈａｒｍｏｎｉｃ
　Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ）１０４、第１の全反射鏡１０
５、エキスパンダ１０６、第１のアパーチャ１０７、ア
テニュエータ−１０，８、コーナーリフレクタ１０９、
第２の全反射鏡１１０、色補正レンズ１１１、第２のア
パーチャ１１２、ダイクロイックミラー（２色性ミラー
）１１３、及び対物レンズ１１４を備えている。また、
このコンタクトホール形成装置は観察光学系１１５を備
えている。

次にこのコンタクトホール形成装置の動作を説明する。

レーザー発振器１０１から出射されたレーザ光は、まず
、ＳＨＧセル１０２に入射される。ＳＨＧセル１０２は
、入射されたレーザ光の周波数を２倍にする。即ち、レ
ーザ発振機１０１から出射したレーザ光の第２高調波（
波長５３２ｎｍ）を発生させる。

ＳＨＧセル１０２で発生した第２高調波レーザ光は、部
分反射鏡１０３で一部反射され、２つに分岐される。

一方の部分反射鏡１０３で反射されず、部分反射鏡１０
３を通過したレーザ光は、ＦＨＧセル１０４に入射され
る。ＦＨＧセル１０４は、ＳＨＦセルと同様、入力され
たレーザ光の周波数を２倍にする。即ち、レーザ発振器
１０３からのレーザ光の第４高調波（波長２６６ｎｍ）
を発生させる。

ＦＨＧセル１０４を通過した第４高調波レーザ光は、全
反射鏡１０５で反射され、エキスパンダ１０６ａに入射
する。

他方、部分反射鏡１０３で反射されたレーザ光は、エキ
スパンダ１０６ｂに入射する。

エキスパンダ１０６は強い信号を増幅し、弱い信号を減
衰させるもので、エキスパンダ１０６ａは第４高調波レ
ーザ光（波長２６６ｎｍ　：以下、紫外レーザ光）を、
エキスパンダ１０６ｂは第２高調波レーザ光（波長５３
２ｎｍ　：以下、可視レーザ光）を強め、その他のレー
ザ光を減衰させる。

エキスパンダ１０６からのレーザ光はアパーチャ１０７
を介してアテ二二エータ１０８に入力される。アテニュ
エータ１０８に入力されたレーザ光は、その振幅を所定
の大きさに減衰され、出射される。

アテニュエータ１０８から出射されたレーザ光は、コー
ナーリフレクタ１０９及び全反射鏡１１０て反射される
。コーナーリフレクタ１０９ｂは第１図の上下方向（矢
印Ａて示す。）へ可動で、光路長を調整することができ
る。本実施例では、可視レーザ光が紫外線レーザ光より
も、所定時間遅れて試料１１６に到達するように調整さ
れている。

全反射鏡１１０ａで反射された紫外レーザ光は、アパー
チャ１１２を介してダイクロイックミラ１１３ａへ入射
される。また、全反射鏡１１０ａで反射された第２高調
波のレーザ光は、色補正レンズ１１１に入力され、色の
補正を行った後、アパーチャ１１２を介してダイクロイ
ックミラー１１３ｂに入射される。ここで、色補正レン
ズ１１１は２つの波長の光を同一点て収束させるための
もので、通常波長の長い光に対して用いられる。

ダイクロイックミラー１１３は特定の波長の光のみを反
射し、他の光を透過するするミラーであり、ダイクロイ
ックミラー１１３８は、紫外レーザ光のみを、ダイクロ
イックミラー１１３ｂは、第２高調波のみを反射する。

また、ダイクロイ、ンクミラー１１３ａと１１３ｂとは
、反射した紫外レーザ光と可視レーザ光との光軸が同一
になるように配置されている。したかつて、ダイクロイ
ックミラー１１３ａて反射された紫外レーザ光は、ダイ
クロイック１１３ｂを透過し、ダイクロイック１１３ｂ
で反射された可視レーザ光と同軸上に重ねられる。

同軸上に重ねられた紫外レーザ光と可視レーザ光とは、
対物レンズ１１４によって集光され、試料１１６上に照
射される。

なお、試料１１６には、まず紫外レーザ光か到達し、所
定時間遅れて可視レーザ光か到達する。

以下、その様子を第２図を参照して説明する。

ここで、試料１１６は、第２図に示すように８１基板２
０１上にＡ、Ｑ配線２０２が形成されており、その表面
は層間絶縁膜２０３及びパッシベーション膜２０４で覆
われている。

この試料１１６に紫外レーザ光が到達すると、第２図（
ａ＞に示すようにパッシベーション膜２０４は、表面か
ら蒸発を始め（レーザアブレーション）、所定深さ（層
間絶縁膜２０３に達する場合もある）の穴を開ける（ポ
リイミド膜等であっても穴を開けることができる。）。

この穴の深さは可視レーザ光の遅延時間によって、決定
される。

次に、可視レーザ光が試料１１６に到達すると、Ａρ配
線の表面一部が蒸発し、爆発力を発生する。

そして、紫外レーザ光によって形成された穴の底とＡｊ
７配線との間に存在するパッシベーション膜２０４及び
層間絶縁膜２０３を吹き飛ばす。これによって、第２図
（ｂ）に示すようなコンタクトホール２０５を形成する
ことかできる。

このように本実施例では、予めレーザアブレーションに
よって、所定深さの穴を開けておくため、ＡＮ配線の蒸
発による爆発力が小さくてもコンタクトホールを形成す
ることができる。従って、レーザの出力パワーの出力を
小さくすることができ、高精度の制御を必要としなくな
る。

また、コンタクトホールの形状は、レーザアブレーショ
ンによってほぼ決定され、例えば、１μｍ程度のパッシ
ベーション膜の約半分をレーザアブレーションにより除
去しておけば、急俊な立ち上がりの形状にすることがで
きる。これにより、トランジスタなどを構成する活性層
の近傍であっても、トランジスタ周辺の絶縁層にダメー
ジを与えるようなことはない。

本実施例では紫外光と可視光とを一台のレーザ発振器で
発生させるようにしたので、その構成か単純になり、コ
ストが安い。また、２台のレーザ発振器を同期させて発
振させるときのように互いのジッタを考慮する必要がな
い。

さらに、本実施例ではアテニュエータ−１０８を備えた
ことにより、薄膜の種類に応じて最適の光を照射できる
。

次に第３図を参照して、第２の実施例を説明する。

ここで第１の実施例と同一のものには同一番号を付しで
ある。

本実施例では、パルス励起Ｎ　ｄ　”Ｙ　Ａ　Ｇレーザ
発振器１０１の他にエキシマレーザ３０１を有している
。これらパルス励起Ｎｄ３“ＹＡＧレーザ発振器１０１
とエキシマレーザ３０１とは、トリが発生器３０２から
のトリガ信号に基づいてパルスを発生するプログラマブ
ル多重パルス発生器３０３からのパルス信号に基づいて
レーザ光を発生する。

プログラマブル多重パルス発生器３０３は、予め設定さ
れた数だけパルスを発生する。発生したパルスは、これ
らのパルスのうち最後の１パルスを除きエキシマレーザ
３０１に与えられる。そして最後のパルスはプログラマ
ブル電気的遅延回路３０４で遅延され、ＹＡＧレーザ発
振器１０１に与えられる。

エキシマレーザ３０１は、パルス信号を受けると紫外領
域の光を発生する。発生した紫外レーザ光はエキスパン
ダ１０６て伸長される、即ち、特定の波長の光のみが強
められる。

伸長された紫外レーザ光は全反射鏡１０５を介して色補
正レンズ１１１に入射され、色の補正を行った後、アパ
ーチャ１１２、ダイクロイックミラー１１３、及び対物
レンズ１１４を介して、試料１１６上に照射される。

また、パルス信号を受けたＹＡＧレーザ発振器１０１が
発射した光は、第１の実施例同様、ＳＨＧセル１０２、
及びエキスパンダ１０６を通して可視レーザ光（波長５
３２　ｎ　ｍ）とされる。そして、この可視レーザ光は
ミラー１０５、アパーチャ１１２、ダイクロイックミラ
ー１１３及び対物レンズ１１４を介して試料１１６上に
照射される。

この様子を第４図を参照して説明すると、ます所定パル
ス数（ｎ個）の紫外レーザ光か照射され、遅延時間τ経
過後、可視レーザ光か１パルス照射される。

紫外レーザ光によって所定深さの穴を開け、可視レーザ
光でＡｇ配線の一部を蒸発させ、その爆発力を利用して
コンタクトホールを形成するのは第１の実施例と同様で
ある。

本実施例では電気的遅延回路３０４を用いて、ＹＡＧレ
ーザの発振を遅延させるようにしたので、紫外レーザ光
の遅延を大きくすることができる。

従って、所定時間以上紫外レーザ光か遅延されていれば
、ジッターの心配をする必要はない。

また、本実施例で使用されるエキシマレーザ３０１は、
その幅が数ｎｓというパルス光を発生させることができ
るので、連続的に光を照射した場合のように試料に熱的
影響を与えることがなく、純粋なアブレーション加工が
可能になる。加えて、パルス数による制御を行うので、
コンタクトホールを形成する場合の分解能及びその制御
性が著しく改善される。

なお、本実施例では紫外レーザ光を発生させるのにエキ
シマレーザを用いたが、Ｎｄ”：ＹＡＧパルスレーザ（
第４高調波）を用いても良い。この場＆はレーザ発振器
用の電源を共用することかでき、構成が簡単かつ安価に
なる。

［発明の効果］本発明によれば、可視光線を発生する第１のレサ発振手
段と、紫外線を発生する第２のレーザ発振器用と、前記
可視光線と前記紫外線とを同軸上に重ね合わせる第１の
光学系と、該第１の光学系からの前記可視光線及び前記
紫外線を前記試料上に集光する第２の光学系とを有し、
前記紫外線が前記可視光線よりも先に試料に照射される
ようにしたことて、比較的高速でありながら、綺麗な形
状のコンタクトホールを形成することができる。

また、紫外線と可視光線とを使用することにより、各々
の光が有するエネルギーを減少させることかできるので
、高い精度の制御を必要としない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１の実施例の構成図、第２図は第１
図のコンタクトホール形成装置によるコンタクトホール
の形成の様子を説明するための図、第３図は本発明の第
２の実施例の構成図、第４図は第３図のコンタクトホー
ル形成装置によるコンタクトホールの形成方法を説明す
るための図、第５図は従来のコンタクトホール形成装置
によるコンタクトホールの形成方法を説明するための図
である。１０１・・・パルス励起型Ｎｄ３“ＹＡＧレーザ発振器
、１０２・・・ＳＨＧセル、１０３・・・部分反射鏡１
０３．１０４・・・ＦＨＧセル、１０５，１１０・・・
全反射鏡、１０６・・・エキスパンダ、１０７，１１２
・・・アパーチャ、１０８・・・アテニュエータ−１０
９・・・コーナーリフレクタ、１１１・・・色補正レン
ズ、ダイクロイックミラー１１３．１１４・・・対物レ
ンズ、　１１５・・・観察光学系、２０１，５．０１・
・Ｓｉ基板、２０２，５０２・・・Ａｌ配線、５０３・
・・可視光線、２０３，５０４・・・層間絶縁膜、２０
４゜５０５・・・パッシベーション膜、２０５．５０６
・・・コンタクトホール、３０１・・・エキシマレーザ
、３０２・・・トリガ発生器、３０３・・パルス発生器
、３０４・・・遅延回路。第２図第図第４図

Claims

【特許請求の範囲】１、試料表面上に露出した配線を絶縁、保護するための
前記試料表面上に設けられた薄膜に、前記配線へまで達
する穴を開けるコンタクトホール形成装置において、紫外領域の第１のレーザ光を発生する第１のレーザ発振
手段と、可視光領域の第２のレーザ光を発生する第２のレーザ発
振手段と、前記第２のレーザ発振手段から発生された第１のレーザ
光を遅延させる遅延手段と、前記第１のレーザ発振手段から発生された第１のレーザ
光と前記遅延手段で遅延された第２のレーザ光とを同軸
上に重ね合わせて重ね合わされたレーザ光を出射する第
１の光学系と、該第１の光学系からの前記重ね合わされたレーザ光を前
記配線上の前記薄膜に集光する第２の光学系と、を有することを特徴とするコンタクトホール形成装置。２、試料表面上に露出した配線を絶縁、保護するための
前記試料表面上に設けられた薄膜に、前記配線へまで達
する穴を開けるコンタクトホール形成装置において、紫外領域の第１のレーザ光を発生する第１のレーザ発振
手段と、可視光領域の第２のレーザ光を発生する第２のレーザ発
振手段と、前記第２のレーザ発振手段を前記第１のレーザ発振手段
より所定時間遅らせて発振させる遅延手段と、前記第１のレーザ光と前記第２のレーザ光とを同軸上に
重ね合わせて重ね合わされたレーザ光を出射する第１の
光学系と、該第１の光学系からの前記重ね合わされたレーザ光を前
記配線上の前記薄膜に集光する第２の光学系と、を有することを特徴とするコンタクトホール形成装置。３、試料表面上に露出した配線を絶縁、保護するための
前記試料表面上に設けられた薄膜に、前記配線へまで達
する穴を開けるコンタクトホール形成方法において、紫外領域の第１のレーザ光を前記配線上の前記薄膜に照
射し、所定時間遅れて、可視光領域の第２のレーザ光を
前記第１のレーザ光を照射した位置に照射することを特
徴とするコンタクトホール形成方法。