JPH06244178A - Ｉｃ素子の加工装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】完成ＩＣ素子に対し、保護膜の下層に存在する
配線を切断した後、所望の個所に絶縁膜や配線層等を局
所成膜して不良箇所の解析、修正等を行なう。 【構成】イオン源６５から放射される高輝度イオンビー
ムを細いイオンビームスポット径に集束させる荷電粒子
光学系１０４〜１０６とイオンビームの照射・停止を行
なうブランキング電極７３とイオンビームスポットを走
査させる偏向電極７５、７６と、ＩＣ素子を設置する試
料台５５と、２次荷電粒子検出器８６等で構成したＩＣ
素子の加工装置。偏向電極を制御してイオンビームスポ
ットを局部成膜しようとする所望の個所付近のＩＣ素子
表面上の観察領域に走査照射し、配線の切断、絶縁膜の
形成等を行う。

Description

【発明の詳細な説明】 【０００１】 【産業上の利用分野】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素子の所望個所に局所
成膜するＩＣ素子の加工装置に関するものである。 【０００２】 【従来の技術】半導体集積回路、ＣaＡs素子、磁気バル
ブメモリ、ジョ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っている。すなわち３
μ幅から２μ幅の素子が実現され、そして１.５μ，１
μ、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
デバッ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
めの素子の一部の切断、接続などの手段がとられてき
た。 【０００３】以下代表的な用例としてデバッグのための
Ａl配線の切断につき述べる。以下がＡuやＰoli Ｓili
con等の配線にも適用できることは明らかである。 【０００４】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、試作したチッ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っ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。図１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、可変スリット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２ａ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って配
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。すなわち図２ａ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
の断面は図２ｂ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。
図１において参照光２ｄによるスリット５，６の像１２
が投影されるが、スリッ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。 【０００５】とくに図５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って飛び
出してゆくこととなる。したがっ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、図６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
ン膜自体にもクラックを生じたりする。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
ような問題点があった。 【０００６】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１.５，１μそして
サブミクロンと狭くなっ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。すなわち図１に示し
た結像投影法によってもまた、図７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）スポッ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、熱影響域はスポット径よりも
大きくなってしまうのが常であった。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
であった。また、従来技術として、特開昭５６−８０１
３１号公報、特開昭５６−９４６３０号公報、アプライ
ド、フイジックス、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 ウィズ サブマイク
ロメータ スポット サイズ（Ａppl.Ｐhys.Ｌett.34
(5)、“Ａ highintesity scanning ionprobe 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、単に収束イオンビームによるスパッタエッチング加
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、単にスパッタエッチング加工された
状態を観察するものに過ぎないものである。 【０００７】 【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、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、保護膜の下層に存在する配線を切
断した後、所望の個所に絶縁膜や配線層等を局所成膜し
て不良箇所の解析、修正などを行ない、開発期間の大幅
な短絡、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素子の加工装置を提供することにある。 【０００８】 【課題を解決するための手段】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を放射する液体金属
イオン源と該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
出すアパーチア手段と該アパーチア手段で取出された高
輝度イオンビームを細いイオンビームスポット径に集束
させる荷電粒子光学系と該荷電粒子光学系により集束さ
れるイオンビームの照射・停止を行なうブランキング電
極と前記荷電粒子光学系により集束されたイオンビーム
スポットを走査させる偏向電極とを備えた鏡筒と、ＩＣ
素子を設置する試料台と前記荷電粒子光学系により集束
にされたイオンビームスポットによって前記ＩＣ素子の
表面から発生する２次電子または２次イオンを検出する
２次荷電粒子検出器と前記ＩＣ素子の表面の近傍にガス
を導入するガス導入手段とを備えた試料室とを真空容器
を形成するように構成したＩＣ素子の加工装置であっ
て、前記偏向電極を制御して前記イオンビームスポット
を局部成膜しようとする所望の個所付近の前記ＩＣ素子
表面上の観察領域に走査照射して前記２次荷電粒子検出
器で検出される２次電子または２次イオンに基づいて前
記偏向電極を制御する偏向信号を受けて前記観察領域の
拡大ＳＩＭ画像を表示して拡大観察する走査イオン顕微
鏡とを備えて前記走査イオン顕微鏡で拡大観察された拡
大ＳＩＭ画像に基づいて前記ＩＣ素子上の所望の個所に
前記イオンビームスポットを前記偏向電極による走査領
域を制御して前記ガス導入手段で導入されたガスとの反
応により局所成膜して前記ブランキング電極を制御して
前記イオンビームの照射を停止させる制御手段を備えた
ことを特徴とするＩＣ素子の加工装置である。 【０００９】また本発明は、複数種類の元素からの高輝
度イオンビームを照射する液体金属イオン源と該液体金
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すアパーチア手段
と該アパーチア手段を介して放射される高輝度イオンビ
ームの内特定のイオン種を分離して放射する質量分離手
段と取出された高輝度イオンビームを細いイオンビーム
スポット径に集束させる荷電粒子光学系と該荷電粒子光
学系により集束されるイオンビームの照射・停止を行な
うブランキング電極と前記荷電粒子光学系により集束さ
れたイオンビームスポットを走査させる偏向電極とを備
えた鏡筒と、ＩＣ素子を設置する試料台と前記荷電粒子
光学系により集束にされたイオンビームスポットによっ
て前記ＩＣ素子の表面から発生する２次電子または２次
イオンを検出する２次荷電粒子検出器とを備えた試料室
とを真空容器を形成するように構成したＩＣ素子の加工
装置であって、前記偏向電極を制御して前記イオンビー
ムスポットを局部成膜しようとする所望の個所付近の前
記ＩＣ素子表面上の観察領域に走査照射して前記２次荷
電粒子検出器で検出される２次電子または２次イオンに
基づいて前記偏向電極を制御する偏向信号を受けて前記
観察領域の拡大ＳＩＭ画像を表示して拡大観察する走査
イオン顕微鏡とを備えて前記走査イオン顕微鏡で拡大観
察された拡大ＳＩＭ画像に基づいて前記ＩＣ素子上の所
望の個所に前記イオンビームスポットを前記偏向電極に
よる走査領域を制御して局所成膜して前記ブランキング
電極を制御して前記イオンビームの照射を停止させる制
御手段を備えたことを特徴とするＩＣ素子の加工装置で
ある。 【００１０】また本発明は、各々所定のイオン種の高輝
度イオンビームを照射する複数の液体金属イオン源と該
複数の液体金属イオン源を切換えて特定のイオン種から
なる高輝度イオンビームを取出す切換手段と該切換手段
で切換えて放射される特定のイオン種からなる高輝度イ
オンビームの内、エネルギー密度の高い中央部付近を取
出すアパーチア手段と該アパーチア手段で取出された高
輝度イオンビームを細いイオンビームスポット径に集束
させる荷電粒子光学系と該荷電粒子光学系により集束さ
れるイオンビームの照射・停止を行なうブランキング電
極と前記荷電粒子光学系により集束されたイオンビーム
スポットを走査させる偏向電極とを備えた鏡筒と、ＩＣ
素子を設置する試料台と前記荷電粒子光学系により集束
にされたイオンビームスポットによって前記ＩＣ素子の
表面から発生する２次電子または２次イオンを検出する
２次荷電粒子検出器とを備えた試料室とを真空容器を形
成するように構成したＩＣ素子の加工装置であって、前
記偏向電極を制御して前記イオンビームスポットを局部
成膜しようとする所望の個所付近の前記ＩＣ素子表面上
の観察領域に走査照射して前記２次荷電粒子検出器で検
出される２次電子または２次イオンに基づいて前記偏向
電極を制御する偏向信号を受けて前記観察領域の拡大Ｓ
ＩＭ画像を表示して拡大観察する走査イオン顕微鏡とを
備えて前記走査イオン顕微鏡で拡大観察された拡大ＳＩ
Ｍ画像に基づいて前記ＩＣ素子上の所望の個所に前記イ
オンビームスポットを前記偏向電極による走査領域を制
御して局所成膜して前記ブランキング電極を制御して前
記イオンビームの照射を停止させる制御手段を備えたこ
とを特徴とするＩＣ素子の加工装置である。 【００１１】 【作用】特に本発明の場合、０.３〜０.１μないしはそ
れ以下のスポッ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ット原子との衝突、散乱によるスパ
ッ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０.３μｍ以下のスポット径のイオンビーム
を局所成膜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画像に基づいて図９ｂに示すように偏向電
極による走査領域を制御して、前記局所成膜しようとす
る箇所において前記荷電粒子光学系により０.３μｍ以
下のイオンビームスポット径にして投影させたイオンビ
ームを走査照射して絶縁膜等を局所成膜することによっ
て配線切断個所等の保護をはかることができ、また局所
配線膜を形成して切断した配線間を接続することもでき
る。 【００１２】 【実施例】以下、本発明を図面に基づいて説明する。図
６に本発明に係る配線切断装置の一実施例を示す。 【００１３】この図６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６５、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６
７、アパーチア６９、静電レンズ７０，７１，７２、ブ
ラシキング電極７３、アパーチア７４、偏向電極７５，
７６、フィラメント用電源７７、コントロール電極用電
源７８、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８
３、偏向電極用電源８４、電源の制御装置８５、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８７、イオンビームの
電荷によるスポットの乱れを防ぐ手段８９とを備えてい
る。 【００１４】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。 【００１５】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。 【００１６】前記真空排気系は、オイルロータリポンプ
４７、オイルトラップ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３
９、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４１を１０~⁵torr以下の真空にしうるようになっ
ている。 【００１７】前記載物台５５には、回転導入端子６１，
６２，６３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５５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っている。 【００１８】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
っている。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
っており、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の予備排気を行なってからゲ
ートバルブ４３を開け、試料台６０を試料室４０に入れ
るようになっている。なお、図６において試料を符号９
０で示す。 【００１９】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の図７に示すものは、絶縁体で作ら
れたベース６５０、該ベス６５０にＵ型に取付けられた
フィラメント６５１，６５２、タングステン等で作られ
かつ両フィラメント６５１，６５２の先端部間にスポッ
ト溶接等で取付けられた鋭いニードル６５３、該ニード
ル６５３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６５４とし
ては、Ｃa，Ｉn，Ａu，Ｂi，Ｓn，Ｃu等が用いられる。
また前記フィラメント６５１，６５２はその電極６５
１′，６５２′を通じて図６に示すように、高圧電源８
２に接続されたフィラメント用電源７７に接続されてい
る。 【００２０】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。 【００２１】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８
２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のフィラメント
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６
５のニードル６５３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、図６中のイオンビームを
符号６８で示し、またスポットを符号６８′で示す。 【００２２】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って
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ってい
る。 【００２３】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
ランキング電極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
止させるようになっている。 【００２４】前記アパーチア７４は、静電レンズ７０，
７１，７２で集束されたイオンビームのスポットを、図
４または図１６ａに示すＩＣ素子上に０.３〜０.１μｍ
乃至はそれ以下のスポット径で投影結像させるようにな
っている。 【００２５】前記偏向電極７５，７６の組は、アパーチ
ア７４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７０，７１，７２で集束
されたイオンビームのスポットをＸ，Ｙ方向に偏向さ
せ、図４または図１６ａに示すＩＣ素子上に０.３〜０.
１μｍ乃至はそれ以下のスポット径で結ばせるようにな
っている。 【００２６】前記液体金属イオン源６５のフィラメント
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８０，８１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。 【００２７】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
ンにしたがって作動するように制御する。 【００２８】前記２次荷電粒子検出器８６は、試料室４
０内においてＩＣ素子である試料に向かって設置され、
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７５，７６が制御され、
図４または図１６ａ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ット径のイオン
ビームスポッ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
なっている。 【００２９】前記ＳＩＭ観察装置９７は、ブラウン管８
８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ョン膜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ＳＩ
Ｍ、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っている。 【００３０】前記イオンビームの電荷によるスポットの
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。このスポットの乱れを防ぐ手段８９の図
８に示すものは、イオンビームの通過方向と交差する方
向に電子シャワ８９０，８９１を対向装置しており、各
電子シャワ８９０，８９１はカップ型の本体８９２、そ
の内部に設けられたフィラメント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、各電子シャワ８９０，８９
１はフィラメント８９３から引出し電極８９４により１
００Ｖ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っている。
この図８中、符号６８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。 【００３１】次に、図６ないし図９ａ，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
備排気を行なった後、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。 【００３２】ついで、真空排気系により鏡筒３９と試料
室４０内を１０~⁶torr程度に真空引きし、その真空状態
に保つ。 【００３３】次に、図６に示す装置において、試料とし
て図４または図１６ａに示すＩＣチップまたはウエハを
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によりフィラメント用電源
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８０，８１を作動させて静電レンズ７０，７１，７２
及びアパーチア７０により０.３〜０.１μｍ乃至はそれ
以下のスポット系に集束させ、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７
５，７６を制御して、ＩＣチッ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、０.３〜０.１μ
ｍ乃至はそれ以下のスポット径のイオンビームスポット
が走査照射し、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次荷電粒子検出器８６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ョ
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図９ａ
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、インオビーム照射条件をスパッタ
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
ポット径に集束されたイオンビームスポットを走査照射
して、図１２ａまたは図１６ｂに示すようにパッシベー
シヨン膜１８に穴をあけ、更に図１２ｂまたは図１６ｂ
に示すようにその穴の下に位置する配線をスパッタ加工
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。 【００３４】図９ａ，ｂにこの場合のスパッタ加工法に
より配線を切断する場合を示す。図９ａにおいてパツシ
ベーシヨン膜１８が被覆されたＩＣチップまたはウエハ
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１２の部分に対して図９ｂに示す如く集
束イオンビーム２００ａ，２００ｂ，２００ｄ，２００
ｃ，…，２００ｚ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ッシベーシヨン膜１８
への穴あけと照射部の配線を除去して切断とを行なう。 【００３５】図１０は、本発明の実施例ではないところ
の参考図であり、図６の装置においてイオンビーム光学
系の構成をアパーチア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２０１，２０２，２０３により平
行ビームとなりアパーチア２０４，２０５，２０６，２
０７に入射する。このイオンビーム光学系は、図１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ッ
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
たがって高精度の位置決めが容易に行なえ、有利であ
る。この場合は図９ａ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アを設定しイオンビ
ームの照射をして配線１１の切断を行なう。 【００３６】図６に示すようなイオンビーム光学系を用
いて図２ｂ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ッタリング加工によりＡl配線１
５のみが精度よく周辺への影響の損傷なしに除去でき、
図１１のような断面が得られる。 【００３７】次に図４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、まず図１２ａ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、Ａ
l配線１５を加工して図１２ｂ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ック、下部及び隣接部へ
の損傷は全くみられない。 【００３８】図１３は本発明の別の実施例である装置の
主要断面図を示す。ここで真空排気系、二次電子像ディ
スプレー、試料交換室、架台等は図６と同様であり、省
略されている。 【００３９】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、アパーチア１０１によりその一部をとり
出され、ＥＸＢマスフィルター（質量分離装置）１０２
を通過する際にＥＸＢマスフィルター１０２の電源制御
部１１５によっ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
ア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、アパーチア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。 【００４０】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、二次電子ディテクター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マスフィルタ１０
２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１０４，１０５，１０６の電源を制御するも
のである。 【００４１】１１８は制御装置で、イオン源電源制御部
１１３、第１レンズの電源制御部１１４、ＥＸＢマスフ
ィルタの電源制御部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。 【００４２】図１４ａは、二次イオン質量分析管の出力
を示すものである。図１４ｂ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次イオン電流は図１４ａ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
なくなって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
を用いれば図１５の制御装置１１８によりＡlのみか加
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。 【００４３】図１３によれば、図１２ｂのように上部の
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、図１２ｂ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１
１７で弁１０８の開閉を制御する。 【００４４】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
ジションが行なわれる。 【００４５】以上のようであるから、図１２ｂ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、これにより図１５に示したようにＳiＯ₂膜
１１１を蒸着することができる。 【００４６】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なうことがで
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。 【００４７】図１６ａ〜ｅは図１３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
っ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。 【００４８】図１６ａ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３０４が
紙面垂直方向に走っている。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。図１３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Ａ
lイオンビームのみを分離して下方へとり出し、図１６
ａの試料に照射して下部のＡl配線まで加工し、図１６
ｂのごとき断面を得る。次にＥＸＢマスセパレータ１０
２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１０９からＯ₂を試料室１
０２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図１６ｃ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
て図１６ｄの３０７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
のみの切断を行なうことができた。 【００４９】上記図１３は合金イオン源を用いて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。図
１７ａはこのような装置の一例であり、図１７ｂはその
断面を示すものである。図１７ａにおいて、鏡筒部４０
３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イオン源の容器４
０６ａ，４０６ｂ，４０６ｃ，…が円柱状の回転体４１
５にとりつけられており、鏡筒部に接続した真空容器４
１６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４０
８ａ，４０８ｂ，４０８ｃ，…コントロール電極４０９
ａ，４０９ba，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４１２
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，４１０ｃ，…により各イ
オン源へと導入されている。図１７ａ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４０
７ｂ，４０７ｃ，…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。 【００５０】この装置を用いれば図１３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。 【００５１】上記実施例では液体金属イオン源を用いた
場合につき説明したが、他の種類の高輝度イオン源、例
えば極低温の電界電離イオン源、マイクロ放電形イオン
源を適用することができる場合がある。 【００５２】 【発明の効果】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、従来のレーザ加工法では良好
な加工が困難であっ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加工個所等
に局所成膜によって修正加工して、その個所の保護や配
線間の配線接続ができ、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することができる効果
を奏する。

【図面の簡単な説明】 【図１】従来のレーザによる配線切断装置を示す構成
図。 【図２】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、bは同断面図である。 【図３】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。 【図４】ａ，ｂは各々試料の断面図。 【図５】従来のレーザによる配線切断装置を示す構成
図。 【図６】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。 【図７】液体金属イオン源を示す図。 【図８】電子シャワーによるビームの中性化を示す図。 【図９】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。 【図１０】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。 【図１１】試料断面図。 【図１２】ａ，ｂは各々試料断面図。 【図１３】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。 【図１４】ａは質量分析装置の出力を示す図、ｂは試料
断面図。 【図１５】試料断面図。 【図１６】ａ〜ｅは下部の配線を切断する方法を示す断
面図。 【図１７】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、ｂはその断面図である。 【符号の説明】 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。

フロントページの続き (72)発明者 本郷 幹雄 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 (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．高輝度イオンビームを放射する液体金属イオン源と
   該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すアパー
   チア手段と該アパーチア手段で取出された高輝度イオン
   ビームを細いイオンビームスポット径に集束させる荷電
   粒子光学系と該荷電粒子光学系により集束されるイオン
   ビームの照射・停止を行なうブランキング電極と前記荷
   電粒子光学系により集束されたイオンビームスポットを
   走査させる偏向電極とを備えた鏡筒と、ＩＣ素子を設置
   する試料台と前記荷電粒子光学系により集束にされたイ
   オンビームスポットによって前記ＩＣ素子の表面から発
   生する２次電子または２次イオンを検出する２次荷電粒
   子検出器と前記ＩＣ素子の表面の近傍にガスを導入する
   ガス導入手段とを備えた試料室とを真空容器を形成する
   ように構成したＩＣ素子の加工装置であって、前記偏向
   電極を制御して前記イオンビームスポットを局部成膜し
   ようとする所望の個所付近の前記ＩＣ素子表面上の観察
   領域に走査照射して前記２次荷電粒子検出器で検出され
   る２次電子または２次イオンに基づいて前記偏向電極を
   制御する偏向信号を受けて前記観察領域の拡大ＳＩＭ画
   像を表示して拡大観察する走査イオン顕微鏡とを備えて
   前記走査イオン顕微鏡で拡大観察された拡大ＳＩＭ画像
   に基づいて前記ＩＣ素子上の所望の個所に前記イオンビ
   ームスポットを前記偏向電極による走査領域を制御して
   前記ガス導入手段で導入されたガスとの反応により局所
   成膜して前記ブランキング電極を制御して前記イオンビ
   ームの照射を停止させる制御手段を備えたことを特徴と
   するＩＣ素子の加工装置。 ２．前記試料室とゲートバルブを介して接続された試料
   交換室を設けて前記ＩＣ素子を該試料交換室から前記ゲ
   ートバルブを介して前記試料室内の試料台へ載置できる
   ように構成したことを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載のＩＣ素子の加工装置。 ３．前記試料室内にＩＣ素子に照射されるイオンビーム
   スポットの乱れを防止するために電子シャワを設けたこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項記載のＩＣ素子の
   加工装置。 ４．前記ガス導入手段としてノズルを有することを特徴
   とする特許請求の範囲第１項記載のＩＣ素子の加工装
   置。 ５．複数種類の元素からの高輝度イオンビームを照射す
   る液体金属イオン源と該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
   部付近を取出すアパーチア手段と該アパーチア手段を介
   して放射される高輝度イオンビームの内特定のイオン種
   を分離して放射する質量分離手段と取出された高輝度イ
   オンビームを細いイオンビームスポット径に集束させる
   荷電粒子光学系と該荷電粒子光学系により集束されるイ
   オンビームの照射・停止を行なうブランキング電極と前
   記荷電粒子光学系により集束されたイオンビームスポッ
   トを走査させる偏向電極とを備えた鏡筒と、ＩＣ素子を
   設置する試料台と前記荷電粒子光学系により集束にされ
   たイオンビームスポットによって前記ＩＣ素子の表面か
   ら発生する２次電子または２次イオンを検出する２次荷
   電粒子検出器とを備えた試料室とを真空容器を形成する
   ように構成したＩＣ素子の加工装置であって、前記偏向
   電極を制御して前記イオンビームスポットを局部成膜し
   ようとする所望の個所付近の前記ＩＣ素子表面上の観察
   領域に走査照射して前記２次荷電粒子検出器で検出され
   る２次電子または２次イオンに基づいて前記偏向電極を
   制御する偏向信号を受けて前記観察領域の拡大ＳＩＭ画
   像を表示して拡大観察する走査イオン顕微鏡とを備えて
   前記走査イオン顕微鏡で拡大観察された拡大ＳＩＭ画像
   に基づいて前記ＩＣ素子上の所望の個所に前記イオンビ
   ームスポットを前記偏向電極による走査領域を制御して
   局所成膜して前記ブランキング電極を制御して前記イオ
   ンビームの照射を停止させる制御手段を備えたことを特
   徴とするＩＣ素子の加工装置。 ６．前記試料室内のＩＣ素子の表面の近傍にガスを導入
   するガス導入手段を備えて前記局所成膜をガスとの反応
   によって行なうように構成したことを特徴とする特許請
   求の範囲第５項記載のＩＣ素子の加工装置。 ７．各々所定のイオン種の高輝度イオンビームを照射す
   る複数の液体金属イオン源と該複数の液体金属イオン源
   を切換えて特定のイオン種からなる高輝度イオンビーム
   を取出す切換手段と該切換手段で切換えて放射される特
   定のイオン種からな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すアパーチア手段と該
   アパーチア手段で取出された高輝度イオンビームを細い
   イオンビームスポット径に集束させる荷電粒子光学系と
   該荷電粒子光学系により集束されるイオンビームの照射
   ・停止を行なうブランキング電極と前記荷電粒子光学系
   により集束されたイオンビームスポットを走査させる偏
   向電極とを備えた鏡筒と、ＩＣ素子を設置する試料台と
   前記荷電粒子光学系により集束にされたイオンビームス
   ポットによって前記ＩＣ素子の表面から発生する２次電
   子または２次イオンを検出する２次荷電粒子検出器とを
   備えた試料室とを真空容器を形成するように構成したＩ
   Ｃ素子の加工装置であって、前記偏向電極を制御して前
   記イオンビームスポットを局部成膜しようとする所望の
   個所付近の前記ＩＣ素子表面上の観察領域に走査照射し
   て前記２次荷電粒子検出器で検出される２次電子または
   ２次イオンに基づいて前記偏向電極を制御する偏向信号
   を受けて前記観察領域の拡大ＳＩＭ画像を表示して拡大
   観察する走査イオン顕微鏡とを備えて前記走査イオン顕
   微鏡で拡大観察された拡大ＳＩＭ画像に基づいて前記Ｉ
   Ｃ素子上の所望の個所に前記イオンビームスポットを前
   記偏向電極による走査領域を制御して局所成膜して前記
   ブランキング電極を制御して前記イオンビームの照射を
   停止させる制御手段を備えたことを特徴とするＩＣ素子
   の加工装置。 ８．前記試料室内のＩＣ素子の表面の近傍にガスを導入
   するガス導入手段を備えて前記局所成膜をガスとの反応
   によって行なうように構成したことを特徴とする特許請
   求の範囲第７項記載のＩＣ素子の加工装置。