JP3090577B2

JP3090577B2 - 導電体層除去方法およびシステム

Info

Publication number: JP3090577B2
Application number: JP06169960A
Authority: JP
Inventors: 憲志福満; 和之神戸; 敏光和久田; 悦夫飯塚
Original assignee: Hamamatsu Photonics KK
Current assignee: Hamamatsu Photonics KK
Priority date: 1994-06-29
Filing date: 1994-06-29
Publication date: 2000-09-25
Anticipated expiration: 2015-09-25
Also published as: JPH0810971A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、導電体層除去方法およ
びこの方法を利用したシステムに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】集積回路は、シリコンなどの基板上に素
子やこの素子を電気的に接続する配線を形成した回路で
ある。集積回路技術の進歩に伴い、回路の故障要因は増
加する傾向にある。エミッション顕微鏡はこれらの故障
要因を解析する装置として知られている。エミッション
顕微鏡は、集積回路の電極に電流を流すことによって、
この回路における配線や素子の不良部分が赤外発光する
現象を利用した装置である。また、集積回路の評価装置
として、これらの不良部分に直接プローブを接触させ、
このプローブに電流を流すことにより不良部分の評価を
行うプローブ顕微鏡なども知られている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、集積回
路上に形成される配線の多層化に伴って、上層の配線の
下に配置されたデバイスや配線を観察するためには、こ
れらの上層の配線を除去する必要が生じてきた。すなわ
ち、これらの上層の電極が除去できなければ、目的の電
極やデバイスもしくは配線などの導電体層（電流が流れ
ることができる層であって不純物がドーピングされた半
導体層を含む）が観察できない。エミッション顕微鏡に
おいては、上層の電極であるアルミニウム（Ａｌ）は赤
外光を透過しないので、この下部にある層からの赤外発
光を観察することができない。また、プローブ顕微鏡に
おいては、上層の電極が除去できなければ、プローブを
導電体層に接触させることができない。

【０００４】これらの電極や絶縁体層を除去する方法と
して、集束イオンビーム（ＦＩＢ）をこれらの材料に
照射する方法、酸やアルカリなどの溶液をこれらの材
料に滴下するウエットエッチングを用いる方法が知られ
ている。また、エミッション顕微鏡を用い最終的に観察
したい層が最下層に位置する場合には、目的の層を裏
面から観察する裏面観察法を用いることもできる。

【０００５】しかしながら、の方法は、導電体層１０
μｍ四方を１μｍの深さまでスパッタリングするのに３
０分の時間を要する。また、真空中でなければイオンを
加速および集束することができない。また、イオンビー
ムの照射される位置は、このビームを照射しなければ分
からない。の方法は、エッチングされる領域と深さの
制御性に乏しく、必要でない部分までエッチングされて
しまう。エッチングにおいては目的外の領域にマスクを
施さなくてはならないので、これのためにレジスト膜の
形成工程が必要である。の方法は、およびの不利
益点を克服した優れた方法であるが、目的の層を裏面か
ら検出するため赤外光の検出位置分解能が十分でない。
これは、集積回路の基板を裏面からエッチングまたは研
磨しても、技能的な観点からこの基板の厚さは０．２μ
ｍ〜０．３μｍにまでにしかすることができないことに
起因する。

【０００６】紫外線より短い波長を有するパルスレーザ
光を出射するエキシマレーザを用いれば、大気中でさま
ざまな物質を加工することができる。この波長を有する
レーザ光、詳細には加工したい材料の結合解離エネルギ
ーよりも高いエネルギーを有するレーザ光をこの材料に
照射すれば、材料を構成する分子の結合を直接切断し
て、その材料を除去することが可能となる。例えば、Ｓ
ｉ−Ｎの結合解離エネルギーは１０５ｋｃａｌ／ｍｏｌ
であり、１１５ｋｃａｌ／ｍｏｌの結合解離エネルギー
の光子エネルギーを有するＫｒＦレーザ光をこのシリコ
ンナイトライド（ＳｉＮｘ）に照射すれば、シリコン原
子と窒素原子との結合を切断することができる。しかし
ながら、パルスレーザ光を単に導電体層に照射しただけ
では、この導電体層下の層を傷付けずにこの導電体層を
除去することはできない。これは、おそらく、導電体層
およびレーザ光の不均一性に起因するのであろうが、導
電体層が完全に除去されるまでレーザ光を照射すると、
この下の層も除去されてしまう。この層が十分に厚い場
合には大きな問題にはならないが、この層が比較的薄い
場合には極めて重大な問題が生じる。この上部の導電体
層を完全にエッチングすると、上部の導電体層の下の層
ばかりではなく、この層の下に配置される観察目的の導
電体層もエッチングされてしまう。

【０００７】本発明は以上の目的に鑑みてなされたもの
であり、この下部の導電体層を傷付けることなく、この
下部の導電体層の上に配置される上部の導電体層を除去
することができる導電体層除去方法およびシステムに関
する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明は、集積回路にお
ける絶縁体層の下に形成された導電体層を除去する導電
体層除去方法において、前記絶縁体層に該絶縁体層の結
合解離エネルギーよりも高いエネルギーを有するパルス
レーザ光を複数パルス数照射して前記絶縁体層を除去し
て前記導電体層を露出させ、しかる後、前記パルスレー
ザ光よりも高いエネルギー密度のパルスレーザ光をパル
ス照射によって露出した前記導電体層に１又は２パルス
照射して前記導電体層を吹き飛ばすように除去すること
を特徴とする。

【０００９】また、本発明は、絶縁体層の下に形成され
た導電体層を有する集積回路を設置するための試料設置
台と、前記絶縁体層の結合解離エネルギーよりも高いエ
ネルギーを有するパルスレーザ光を出射可能なレーザ
と、前記レーザから出射されたパルスレーザ光を前記試
料設置台に導く光学系と、前記パルスレーザ光のエネル
ギー密度を可変するエネルギー可変手段と、前記パルス
レーザ光のパルス数を制御するパルス数制御手段とを備
えたシステムであって、前記パルス数制御手段は前記レ
ーザから出射される前記パルスレーザ光のパルス数を複
数とすることによって前記絶縁体層を除去して前記導電
体層を露出させ、前記絶縁体層除去後においては、前記
エネルギー可変手段が前記パルスレーザ光のエネルギー
密度を増加させ、前記パルス数制御手段が前記導電体層
に照射されるパルスレーザ光のパルス数を１又は２パル
スにして前記導電体層を吹き飛ばすように除去すること
を特徴とする。

【００１０】

【作用】導電体層除去方法は、まず、絶縁体層に結合解
離エネルギーよりも高いエネルギーを有し、第１のエネ
ルギー密度を有するパルスレーザ光を第１の周波数で複
数パルス数照射する。これにより、絶縁体層は除去され
る。次に、導電体層に、第１のエネルギ−密度よりも高
い第２のエネルギ−密度を有するパルスレーザ光を１ま
たは２パルス照射する。すると、導電体層は一気に吹き
飛ぶように除去される。しかも、この工程はこの下の層
を傷付けることがない。これは、おそらく、パルスレー
ザ光が一種のショックウエーブとして機能して一瞬にし
て導電体層を除去しているものと考えられる。また、第
１のエネルギー密度を導電体層を除去するのに必要な値
よりも低く設定すれば、絶縁体層と導電体層とを選択的
に除去することもできる。

【００１１】このような原理を用いたシステムの作用は
以下の通りである。まず、設置台に集積回路を設置す
る。パルスレーザから出射されたパルスレーザ光は光学
系を通って設置台上の集積回路に照射される。エネルギ
ー可変手段は、この集積回路に照射されるパルスレーザ
光のエネルギー密度を第１のエネルギー密度から第２の
エネルギー密度に可変する。詳細には、このエネルギー
可変手段は光学系の経路上に設置されたアッテネーター
やレンズ、パルスレーザの出力を直接調整するボリュー
ムなどから構成することができる。絶縁体層の下に配置
された導電体層を除去する場合には、前述のように、ま
ず、第１のエネルギー密度で複数パルスのパルスレーザ
光を設置台に設置された集積回路（デバイス）に照射し
て絶縁体層を除去したのち、第２のエネルギー密度で１
〜２パルスのパルスレーザ光を照射して導電体層の除去
を行う。パルス数制御手段は、単純には、パルスレーザ
とこれの駆動電源とを接続するためのスイッチであり、
このスイッチをオペレーターもしくはコンピュータによ
りオン・オフさせればよい。またパルス数制御手段は、
光学系の経路上に設置される機械的なシャッターによっ
ても実現することができる。また、本発明は、試料設置
台上に設けられ、パルスレーザ光及び落射照明からの光
が入射する顕微鏡と、試料設置台方向からの光を顕微鏡
を介して受光する受光装置と、受光装置の出力を表示す
るディスプレイとを備えることが好ましい。また、導電
体層の除去された厚さは、以下の構成を用いて測定する
ことができる。１つは、このシステムが、試料台方向か
らの光を受光する受光装置と、受光装置に接続され、受
光した光の輝度の変化を検知する装置とを備える場合で
ある。測定試料からの反射光の波長や輝度は測定試料の
材質などに依存しているので、これらの性質を測定すれ
ば、絶縁層が除去されて金属層（導電体層）が露出した
ことや金属層が除去されて別の性質の金属層が露出した
ことなどを知ることができる。波長はスペクトルアナラ
イザーや回折格子で分離することができ、また、強度は
受光装置で測定することができる。時刻ｔ１における
輝度をＩ₁とし、時刻ｔ₂における輝度をＩ₂とすれば、
輝度の変化はＩ₁−Ｉ₂として演算することができる。こ
のような輝度の変化は差動増幅器にこれらの信号Ｉ₁お
よびＩ₂を入力することによっても測定することができ
るし、また、それぞれの輝度の情報は受光装置に接続さ
れたサンプルホールド回路に蓄積することができる。ま
た、これらの輝度の信号は受光装置からＡ／Ｄ変換器お
よびインターフェースを通ってコンピュータの内部に設
置されたメモリに格納することもできる。なお、予め、
層の厚さが既知であれば、除去された層の厚さを知るこ
とができる。但し、層の除去中に露出した材質が何であ
るかをのみを知りたい場合は、これらの層の厚さは予め
既知である必要はない。

【００１２】もう１つは、このシステムが、試料台に設
置された集積回路上の２点で反射されたレーザ光の位相
差を検知する位相差検知手段を備え、導電体層の除去さ
れた厚みを検知することとしてもよい。位相差検知手段
は、パルスレーザ光により除去された集積回路上の部分
にレーザ光を照射するとともに、この部分による反射光
の位相差を検出すればよい。これにはいわゆるエリプソ
メータの原理を用いることができる。ただし、この厚さ
測定用のレーザ光に導電体層除去用のパルスレーザ光を
用いれば、各層を除去しながらこの層の厚さを測定する
ことができる。この場合も、位相差の検出はエリプソメ
ータの原理に従うこととしてもよい。

【００１３】

【実施例】以下、本発明に係るレーザシステムの一実施
例を添付した図面に基づいて説明する。なお、同一要素
には、同一符号を用いることとし、重複する説明は省略
する。

【００１４】図１は、本発明の一実施例に係るシステム
を備えた導電体層除去システムの斜視図である。図２は
本システムを図１のＡＡ矢印方向から観察した正面図で
あり、図３はこの導電体層除去システムの構成をブロッ
クを用いて示す構成図である。

【００１５】なお、以下の説明において、「上」および
「下」なる語は図１の上下に基づくものとし、「左」お
よび「右」なる語は図２に示したシステムの左右に基づ
くものとする。

【００１６】本実施例に係る導電体層除去システムは、
図１に示す如きシステムであり、ボンベ室１、天板２、
エキシマレーザ装置３、顕微鏡４、ディスプレイ５、排
気ダクト６を備えている。

【００１７】ボンベ室１は、ガスボンベ１０，２０を収
納する第１ボンベ室１ａと排気ポンプ３０を収納する第
２ボンベ室１ｂとから構成される。第１ボンベ室１ａと
第２ボンベ室１ｂとは仕切り板４０によって分離されて
いる。第１ボンベ室１ａおよび第２ボンベ室１ｂは、そ
れぞれ扉１ｃおよび扉１ｄを備えている。扉１ｃおよび
扉１ｄは図示の如く観音開きの構造を有しており、図示
しない蝶番を回転中心として水平方向に回動することが
できる。

【００１８】ボンベ室１上には天板２が取り付けられて
いる。ボンベ室１上の領域を第１の領域とすると、天板
２は、このボンベ室１上の第１の領域に固定されてい
る。天板２は、ボンベ室１に隣接する空間にまで延びて
おり、天板２およびボンベ室１はこの空間に作業者の足
が配置されるような机を構成している。この空間を第２
の領域とすると、天板２はボンベ室１上の第１の領域と
作業者の足の配置される空間上の第２の領域とに跨って
配置されている。

【００１９】ガスボンベ２０は、容積３．６リットルの
ガスボンベであり、内部にはエキシマレーザ３ａの発振
に必要な希ガスとハロゲンガスを予め混合したガスが入
っている。また、この内部のガス中のハロゲンガスの比
率は、高圧ガス取締法に抵触しないような比率に設定し
てある。ガスボンベ１０内にはガス管７をパージするた
めの希ガスが入っている。このように、本発明では予め
混合したガスをガスボンベ２０にいれることによりガス
ボンベの数を最小限に抑え、本システムをコンパクト化
するために内部の容積を縮小した第１のボンベ室１ａに
必要なガスボンベ１０，２０が収納できるようにしてあ
る。これらのガスは、エキシマレーザ装置３内に配置さ
れたエキシマレーザ３ａに供給される。エキシマレーザ
３ａ内またはガス管７内に残留したガスは、第２のボン
ベ室１ｂ内に配置された排気ポンプ３０によりエキシマ
レーザ３ａ内またはガス管７内から排気することができ
る。排気ポンプ３０とガス管７との間にはハロゲンフィ
ルター９０が介在しており、有毒なハロゲンガスを除去
することができる。排気ポンプ３０から排気されるガス
は排気ポンプ３０に連通した排気管７１を通って本シス
テムの外部に排気される。排気管７１は、排気ダクト６
内を通っている。

【００２０】ボンベ室１の下部には移動用のローラー８
が４つ取り付けられており、容易にこのシステムを移動
させることができる。なお、本システムの下部には固定
用のストッパー９が取り付けられている。このストッパ
ー９は、本システムを移動させないときに、このシステ
ムが移動しないように床にしっかりと固定することがで
きる。

【００２１】また、ボンベ室１にはガス漏れ検知器１ｅ
が設置されており、ガスの漏れをこのガス漏れ検知器１
ｅが検知し、万一ガスが漏れた場合にはガス管７に設置
された元栓緊急遮断装置７２が閉じる構造としてある。

【００２２】天板２上には、設置台５０が設置されてい
る。設置台５０上にエキシマレーザ装置３が配置されて
いる。エキシマレーザ装置３は、天板２上の第１の領域
にその一部が配置されている。エキシマレーザ装置３と
ガスボンベ１０，２０とはガス管７を介して接続されて
いる。なお、ガス管７は、ボンベ室１を貫通している。
ガス管７には、図示しない開閉バルブが設置されてお
り、適宜エキシマレーザ装置３に供給されるガスの量を
制御している。また、ガスボンベ１０，２０には、図示
しない減圧調整弁が設けられており、このボンベ１０，
２０から流出するガスの圧力および量を調整することが
できる。

【００２３】エキシマレーザ装置３は、この装置３内に
設置されたエキシマレーザ３ａ、エキシマレーザ３ａか
ら出射されたレーザ光を顕微鏡４内に導入するための光
学系３ｂ、エキシマレーザ３ａの発振やエキシマレーザ
３ａへのガスの導入等を制御する制御部３ｊを制御する
スイッチ３ｃが配設された操作パネル３ｃを備えてい
る。エキシマレーザ３ａは、天板２に略平行に設置され
ており、水平方向にレーザ光を出射する。図２に示した
エキシマレーザ３ａからは図面右方向にレーザ光が出射
される。本実施例におけるエキシマレーザ３ａはＫｒＦ
エキシマレーザである。なお、本発明においてはＡｒＦ
エキシマレーザやＮｄ：ＹＡＧレーザの４倍波（波長２
６６ｎｍ）を用いることもできる。本実施例のＫｒＦエ
キシマレーザ３ａはパルスエネルギー６ｍＪ、パルス幅
３ｎｓｅｃ、ピーク出力２ＭＷで動作する。

【００２４】エキシマレーザ３ａからのレーザ光は天板
２に対して４５度傾いて設置された第１のミラー３ｄで
反射されて、第２のハーフミラー３ｅに入射する。第２
のミラー３ｅは第１のミラー３ｄと対向して配置されて
おり、入射したレーザ光を顕微鏡４の設置されている右
水平方向に反射する。光学系３ｂ内を通過するレーザ光
の光路は遮光部材３ｆにより囲まれている。したがっ
て、レーザ光が人間の目に入射することがなく安全であ
る。光学系３ｂの経路中にはアッテネータ３ｋが配置さ
れている。このアッテネータ３ｋは、ミラー３ｄと３ｅ
との間に位置し、これらのミラー３ｄ、３ｅを通過する
レーザ光の減衰量を調節する可変アッテネータ３ｋであ
る。アッテネータ３ｋは、石英ガラス基板上に誘電体多
層膜をコーティングしたものである。このアッテネータ
３ｋは、レーザ光の入射角度によってそのレーザ光の透
過率が変化する原理を利用したものである。本実施例で
は、図示の如く、２つのアッテネータ３ｋを八の字に配
置し、アッテネータをモータ３０ｆにより回転させても
光軸位置が移動しない構造としてある。また、コントロ
ーラ６０から命令を送ってやれば、このモータ３０ｆは
必要なエネルギーのレーザ光を再現性よくステージ４ａ
に設置される集積回路に照射することができる。ま
た、このレーザ光のエネルギーを調整する他の構成とし
ては、エキシマレーザ３ａの印加電圧を制御部３ｊによ
り変化させる構成や透過率の違うフィルタをアッテネー
タ３ｋの代わりに設置する構成などが考えられる。これ
らのレーザ光のエネルギーを調整する構成をエネルギー
調整手段とする。ハーフミラー３ｅで反射されたレーザ
光は可変スリット３ｈ（矩形のスリット）を介して顕微
鏡４内に入射する。可変スリット３ｈは、これを通過す
るレーザ光を光束を絞るために用いられ、このスリット
３ｈにより規定されたビームが対象となる試料に照射さ
れる。また、ハーフミラー３ｅは、マスク照明３ｇと可
変スリット３ｈとの間に配置されており、マスク照明３
ｇを点灯させることにより、この光は試料の表面に投影
されるので、予め、加工に用いられるレーザビームの形
状や位置を知ることができる。

【００２５】設置台５０上には、顕微鏡４も配置されて
いる。顕微鏡４は、天板２上の第２の領域にその全部が
配置されている。顕微鏡４は、設置台５０に上に配置さ
れ、図示しない測定試料を設置するためのＸＹステージ
およびＺステージ４ａ、ＸＹＺステージ（試料設置台）
４ａに対向して配置された２２：１の縮小（対物）レン
ズ４ｂ、縮小レンズ４ｂと対向して配置され観察レンズ
を備えた顕微鏡本体４ｃおよび縮小レンズ４ｂに対向し
た配置され顕微鏡本体４ｃで観察される像と同様の像を
撮像可能なＣＣＤカメラ（受光装置）４ｄとから構成さ
れている。対物レンズ４ｂとＣＣＤカメラ４ｄとの間に
はダイクロイックミラー４ｇが配置されている。ダイク
ロイックミラー４ｇは、エキシマレーザ３ａからの光は
反射し、対象となる試料からの光は透過する透過光の選
択性を有している。また、このダイクロイックミラー４
ｇとＣＣＤカメラ４ｄとの間にはハーフミラー４ｆが配
置されており、このハーフミラー４ｆは、落射照明４ｅ
からの光をステージ４ａ方向に照射するとともに、ステ
ージ４ａ方向からの光をＣＣＤ４ｄに入射させることが
できる。

【００２６】ＣＣＤカメラ４ｄからの映像信号は、画像
処理装置３００により信号処理されてディスプレイ５上
に出力される。コントローラー６０は、画像処理装置３
００を制御する。したがって、ＣＣＤカメラ４ｄから出
力された映像信号は、ＣＲＴであるディスプレイ５上に
出力される。なお、コントローラ６０は、ＸＹＺステー
ジ４ａの移動を制御することもできるが、このステージ
４ａの移動は手動で行ってもよい。

【００２７】画像処理装置３００を用いると、集積回路
における目的の膜が除去できたか否かを検知することが
できる。すなわち、本実施例では、集積回路上のパルス
レーザ光の照射される地点をＣＣＤカメラ４ｄによりモ
ニターし、その輝度信号が変化したことを画像処理装置
３００によって検出する。画像処理装置３００によって
基準値を越える輝度信号の変化を検出した場合には、そ
の信号を出力する。本実施例では、後述するＳｉＮ層が
除去され、Ａｌ層が露出すると、観察照明（落射照明）
４ｅの反射光が増加し、輝度信号が増加する。Ａｌ層が
除去され、またＳｉＯ₂層間絶縁膜が露出すると、輝度
信号が減少する。この信号の変化を画像処理装置３００
により測定すれば、露出した層の性質を測定することが
できる。また、その他の露出した層の性質を検知する構
成として、レーザ光による加工によって発生するプラズ
マ光をＣＣＤカメラ４ｄまたはフォトダイオードで検知
する構成が考えられる。

【００２８】ディスプレイ５は、エキシマレーザ装置３
上に配置されている。エキシマレーザ装置３上には、柱
状のスペ−サー７０が固定されている。スペーサー７０
は上方に向かって延びており、スペーサー７０の上部に
は設置板８０が固定されている。設置板８０上には、デ
ィスプレイ５が設置されている。設置台５０と天板２と
の間または、天板２とボンベ室１との間に除振台１００
が設置されているので、顕微鏡４内に配置された測定試
料がぶれることがなく、また、光学系３ｂを通って顕微
鏡４内に入射するレーザ光の光軸がずれることがない。

【００２９】排気ダクト６は、天板２上に配置されてい
る。排気ダクト６内の気体は図示しない換気扇によりシ
ステムの外部に排出される。排気ダクト６は第２のボン
ベ室２ｂおよびエキシマレーザ装置３に連通している。
したがって、第２のボンベ室１ｂおよびエキシマレーザ
装置３内に存在する不要な気体は、このダクト６内を通
って排気されることになる。なお、第２のボンベ室２ｂ
と第１のボンベ室１ａとは連通しているので、第１のボ
ンベ室１ａ内の不要な気体もこのダクトを通ってシステ
ムの外部に排出される。

【００３０】以下、導電体層である電極の除去方法につ
いて説明する。まず、図３のステージ４ａ上に加工物と
なる集積回路（ＲＯＭ）を配置する。集積回路に照射さ
れるレーザ光の寸法は１０×１０μｍである。このビー
ム寸法のスケーリングは、前述の可変スリット３ｈを用
いることにより達成することができる。図４は、このよ
うな集積回路の断面図である。この集積回路は、最上層
から、シリコンナイトライド保護膜３１０、アルミニウ
ムグランド電極３２０、二酸化珪素層間絶縁膜３３０、
アルミニウム電極３４０、二酸化珪素絶縁膜３５０、シ
リコン基板３６０の順に積層されている。本実施例の導
電体層除去システムでは、アルミニウム電極３４０が目
的の測定対象である、このアルミニウム電極３４０を観
察するためには、赤外線を吸収するアルミニウムグラン
ド電極３２０を除去しなくてはならない。

【００３１】本実施例では、このアルミニウムグランド
電極３２０およびシリコンナイトライド保護膜３１０の
除去にエキシマレーザを用いる。本実施例のレーザ加工
にエキシマレーザ３ａを用いる理由は以下の通りであ
る。すなわち、エキシマレーザは紫外域で発振するレー
ザであり、加工したい材料の結合解離エネルギーを持つ
（すなわち、短い波長の）レーザ光をこの材料に照射す
れば、材料の分子結合を直接切断して、その材料を除去
することが可能となる。シリコンナイトライドの結合解
離エネルギーは１０５ｋｃａｌ／ｍｏｌであるので、１
１５ｋｃａｌ／ｍｏｌの光子エネルギーを有するＫｒＦ
エキシマレーザを用いれば、これらの結合を切断するこ
とができる。エキシマレーザ加工は、分子の結合を光子
エネルギーにより直接切断する非加熱加工なので、加工
部周辺の熱だれや加工部の炭化が抑制された鋭利な加工
を行うことができる。表１は、レーザの発振波長および
光子エネルギーを示しており、表２は、各材質の結合解
離エネルギーとそれに対応する波長を示している。ま
た、表３は、エキシマレーザで加工可能なＩＣの材質を
示している。

【００３２】

【表１】

【００３３】

【表２】

【００３４】

【表３】また、エキシマレーザはパルス幅が短く、しかもピーク
出力が高い。ＫｒＦエキシマレーザ（パルスエネルギー
６ｍＪ）においては、パルス幅３ｎｓｅｃ、ピーク出力
２ＭＷを達成することができる。このように、エキシマ
レーザはパルス幅が短いので、例え光子エネルギーが熱
エネルギーに変換されても熱の拡散は非常に少なく、加
工部周辺領域での熱だれ等の熱の影響がほとんどない。

【００３５】図５は、エキシマレーザによる保護膜３１
０の剥離条件を示したものである。試料に照射されるレ
ーザ光のエネルギー密度が約０．５〜０．７５（ａ．
ｕ．）の範囲にある場合は、保護膜３１０は除去するこ
とができるが、これ以上の範囲では、この下のグランド
電極３２０を損傷させ、これ以下の範囲では保護膜３１
０を剥離させることができない。なお、図６は、アッテ
ネータ３ｋへのレーザ光の入射角度（°）による相対出
力（任意定数）依存性を示している。

【００３６】まず、保護膜３１０を除去する。エキシマ
レーザ３ａにおいてエネルギー密度０．５〜０．７（相
対値）（第１のエネルギー密度）に設定する。パルスレ
ーザの周波数は１０ヘルツである。この保護膜３１０に
パルスレーザ光を１０パルスを照射した（図７参照）。
すると、この保護膜３１０のみが除去され、グランド電
極３２０が露出した。この保護膜３１０の除去に用いた
エネルギー密度０．５は、アルミニウムグランド電極を
除去するには不十分であるので、この段階においては保
護膜３１０のみが除去される。

【００３７】次に、エネルギー密度を１（相対値）（第
２のエネルギー密度）に設定し、露出した電極３２０に
１〜２パルスのレーザ光を照射すると、下層である絶縁
膜３３０に損傷を与えることなく、この電極３２０を除
去する（吹き飛ばす）ことができた（図８参照）。

【００３８】通常のエキシマ加工ではこのように鋭利に
電極３２０を除去することはできなかった。これについ
て、図９および図１０を用いて説明する。エネルギー密
度を１（相対値）として周波数１０ヘルツで数十パルス
のレーザ光を保護膜３１０に照射した。すると、電極３
２０は均一には除去されなかった（図９参照）。さら
に、この電極３２０を完全に除去しようとしてさらにこ
のパルスレーザ光の照射を続けると、観察目的であるア
ルミ電極３４０までも除去してしまった（図１０参
照）。

【００３９】なお、これらの動作は、図１〜３に示され
た装置によって行われる。加工物である試料は、コント
ローラ６０によって制御されるＸＹＺステージ４ａ上に
配置されている。コントローラ６０により、電動モータ
３０ｆを制御してエネルギー密度を１Ｊ／ｃｍ²にす
る。コントローラ６０により、エキシマレーザの周波数
を１０ヘルツにして、このパルスレーザ光を試料に照射
する。加工が進行するにつれて、ＣＣＤカメラ４ｄによ
る輝度信号は増加し、画像処理装置３００によって輝度
信号が設定値以上になったときにコントローラ６０へ終
了信号を入力する。この終了信号を受けて、コントロー
ラ６０はエキシマレーザ３ａを停止させる。この際の照
射パルス数は１０パルスであり、シリコンナイトライド
膜３１０が除去でされる。

【００４０】次に、エネルギー調整手段である電動モー
ター３０ｆを制御し、試料に照射されるエネルギー密度
を５Ｊ／ｃｍ²とする。コントローラ６０によりエキシ
マレーザ３ａを制御し、試料に１パルスを照射する。Ｃ
ＣＤカメラ４ｄからの映像信号は画像処理装置３００に
より、この輝度信号が設定値以下になったかどうかを比
較し、コントローラ６０へ出力する。なお、時刻ｔ₁に
おける輝度をＩ₁とし、時刻ｔ₂における輝度をＩ₂と
すれば、輝度の変化はＩ₁−Ｉ₂として演算することが
できる。このような輝度の変化は画像処理装置３００内
に設けられた差動増幅器にこれらの信号Ｉ₁およびＩ₂
を入力することによって検出することができる。また、
それぞれの輝度の情報はＣＣＤカメラ４ｄに接続された
画像処理装置３００内のサンプルホールド回路に蓄積す
ることができる。また、これらの輝度の信号は画像処理
装置３００からＡ／Ｄ変換器およびインターフェースを
通ってコントローラ６０の内部に設置されたメモリに格
納することもできる。なお、予め、層の厚さが既知であ
れば、除去された層の厚さを知ることができる。

【００４１】以上のように、ＣＣＤカメラ４ｄからの映
像信号は画像処理装置３００により、この輝度信号が設
定値以下になったかどうかが比較されてコントローラ６
０へ出力される。設置値以下であれば試料へのパルスレ
ーザ光の照射を終了し、設定値以上であれば、あと１パ
ルスを試料に照射する。このパルス数の制御方法として
は、様々な方法が考えられるが、本実施例では、スイッ
チ３ｃをオン・オフさせることにより、レーザ３ａから
試料に照射されるパルス数を制御した。本発明のパルス
数制御手段は、単純には、このようにパルスレーザ３ａ
と図示しないこれの駆動電源とを接続するためのスイッ
チ３ｃであり、このスイッチをオペレーターもしくはコ
ンピュータもしくはコントローラ６０によりオン・オフ
させればよい。またパルス数制御手段は、光学系の経路
上に設置される機械的なシャッターによっても実現する
ことができる。すなわち、レーザ３ａから試料設置台４
ａに至るまでのレーザ光の光路中に光学的なシャッター
を配設すれば、試料に照射されるパルスレーザ光のパル
ス数を制御することができる。

【００４２】また、除去された層の厚みは、試料設置台
４ａに設置された集積回路上の２点で反射されたレーザ
光の位相差を検知することによっても測定することがで
きる。すなわち、パルスレーザ光により除去された集積
回路上の所定部分にレーザ光を照射するとともに、この
部分による反射光の位相差を検出する。この位相差の検
出にはいわゆるエリプソメータの原理を用いることがで
きる。ただし、この厚さ測定用のレーザ光に導電体層除
去用のパルスレーザ光を用いれば、各層を除去しながら
この層の厚さを測定することができる。

【００４３】以上のように、本実施例では、２パルスで
アルミ電極３２０が完全に除去できた。図１１および図
１２は、以上のようにして保護膜および金属配線を除去
した集積回路の平面写真である。本実施例の方法を用い
ることにより、図示の如く、これらの金属配線および保
護膜は非常にシャープかつ均一に除去することができ
た。この金属３２０の除去に用いられた１パルスのレー
ザ光は、ショックウエーブの如くこの金属３２０を吹き
飛ばして除去した。この除去方法は、他のチタンやクロ
ムなどの金属の除去にも適用できるであろう。また、本
実施例に用いるレーザは、ＡｒＦ，ＸｅＣｌ，ＸｅＦエ
キシマレーザやＮｄ：ＹＡＧレーザの４倍波を用いるこ
ともできるであろう。また、本実施例では除去する保護
膜としてシリコンナイトライドを用いたが、これは二酸
化珪素、燐ガラス、ポリイミドなどの保護膜でも同様に
して除去可能である。

【００４４】

【発明の効果】以上の通り、本発明によれば、導電体層
に、第１のエネルギ−密度よりも高い第２のエネルギ−
密度を有するパルスレーザ光を１または２パルス照射す
ることとしたので、導電体層をこの下に存在する層を損
傷させることなく除去することができた。また、第１の
エネルギー密度を導電体層を除去するのに必要な値より
も低く設定すれば、絶縁体層と導電体層とを選択的に除
去することができた。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例に係るシステムの斜視図であ
る。

【図２】本発明の実施例に係るシステムの正面図であ
る。

【図３】本発明の実施例に係るシステムの構成図であ
る。

【図４】本発明の実施例で用いた試料の断面構成図であ
る。

【図５】エネルギー密度と加工深さの関係を示すグラフ
である。

【図６】入射角度と相対出力の関係を示すグラフであ
る。

【図７】実施例に係るレーザ加工方法を説明するための
試料の断面構成図である。

【図８】実施例に係るレーザ加工方法を説明するための
試料の断面構成図である。

【図９】比較例に係るレーザ加工方法を説明するための
試料の断面構成図である。

【図１０】比較例に係るレーザ加工方法を説明するため
の試料の断面構成図である。

【図１１】保護膜の除去例を示す写真である。

【図１２】金属配線の除去例を示す写真である。

【符号の説明】１…ボンベ室、３ａ…エキシマレーザ、４…顕微鏡、３
ｋ…アッテネータ。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩ // Ｂ２３Ｋ 101:38 (72)発明者飯塚悦夫静岡県浜松市市野町1126番地の１浜松ホトニクス株式会社内 (56)参考文献特開昭62−67834（ＪＰ，Ａ) 特開平４−41091（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23K 26/00 - 26/36 H01L 21/82

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】集積回路における絶縁体層の下に形成さ
れた導電体層を除去する導電体層除去方法において、前
記絶縁体層に該絶縁体層の結合解離エネルギーよりも高
いエネルギーを有するパルスレーザ光を複数パルス数照
射して前記絶縁体層を除去して前記導電体層を露出さ
せ、しかる後、前記パルスレーザ光よりも高いエネルギ
ー密度のパルスレーザ光をパルス照射によって露出した
前記導電体層に１又は２パルス照射して前記導電体層を
吹き飛ばすように除去することを特徴とする導電体層除
去方法。
【請求項２】絶縁体層の下に形成された導電体層を有
する集積回路を設置するための試料設置台と、前記絶縁
体層の結合解離エネルギーよりも高いエネルギーを有す
るパルスレーザ光を出射可能なレーザと、前記レーザか
ら出射されたパルスレーザ光を前記試料設置台に導く光
学系と、前記パルスレーザ光のエネルギー密度を可変す
るエネルギー可変手段と、前記パルスレーザ光のパルス
数を制御するパルス数制御手段とを備えたシステムであ
って、前記パルス数制御手段は前記レーザから出射される前記
パルスレーザ光のパルス数を複数とすることによって前
記絶縁体層を除去して前記導電体層を露出させ、前記絶
縁体層除去後においては、前記エネルギー可変手段が前
記パルスレーザ光のエネルギー密度を増加させ、前記パ
ルス数制御手段が前記導電体層に照射されるパルスレー
ザ光のパルス数を１又は２パルスにして前記導電体層を
吹き飛ばすように除去することを特徴とするシステム。
【請求項３】前記試料設置台上に設けられ、前記パル
スレーザ光及び落射照明からの光が入射する顕微鏡と、
前記試料設置台方向からの光を前記顕微鏡を介して受光
する受光装置と、前記受光装置の出力を表示するディス
プレイと、を備えることを特徴とする請求項２に記載の
システム。
【請求項４】前記レーザは、紫外域のパルスレーザ光
を出射可能なエキシマレーザ又はＹＡＧレーザであるこ
とを特徴とする請求項２に記載のシステム。
【請求項５】前記導電体層は金属であることを特徴と
する請求項１に記載の導電体層除去方法。
【請求項６】前記導電体層は金属であることを特徴と
する請求項２に記載のシステム。