(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
集束したレーザ光を走査しながら照射することによって、アルミニウムを主材料とした配線を含む被測定試料に誘起される熱起電力に基づく光誘起電流を検出する走査型光誘起電流解析装置であって、
前記レーザ光を発生するレーザ光源と、
第１の制御信号に応じた領域内で前記レーザ光を走査する光束走査手段と、
前記レーザ光を前記被測定試料上に集束させる光集束手段と、
前記第１の制御信号を出力する制御手段と、
前記被測定試料の一端と接続され、前記被測定試料を流れる電流を増幅し、その増幅した電流に対応する出力信号を出力する電流増幅手段と、
前記被測定試料の他端と直列に接続され、接地電位と電気的に結合された抵抗体と、
前記レーザ光の走査に同期して前記電流増幅手段の出力信号を対応する画像情報に変換して出力する画像変換手段と、
前記画像情報に応じた画像を出力する画像出力手段とを備え、
前記被測定試料が半導体をさらに含む場合において、前記レーザ光源の発生するレーザ光が前記半導体のバンドギャップエネルギに相当する波長より長い波長を有する、走査型光誘起電流解析装置。
【請求項２】
集束したレーザ光を走査しながら照射することによって、アルミニウムを主材料とした配線を含む被測定試料に誘起される熱起電力に基づく光誘起電流を検出する走査型光誘起電流解析装置であって、
前記レーザ光を発生するレーザ光源と、
第１の制御信号に応じた領域内で前記レーザ光を走査する光束走査手段と、
前記レーザ光を前記被測定試料上に集束させる光集束手段と、
前記第１の制御信号を出力する制御手段と、
前記被測定試料の一端と接続され、前記被測定試料を流れる電流を増幅し、その増幅した電流に対応する出力信号を出力する電流増幅手段と、
前記被測定試料の他端と接地電位との間に並列に接続されたコンデンサと、
前記レーザ光の走査に同期して前記電流増幅手段の出力信号を対応する画像情報に変換して出力する画像変換手段と、
前記画像情報に応じた画像を出力する画像出力手段とを備え、
前記被測定試料が半導体をさらに含む場合において、前記レーザ光源の発生するレーザ光が前記半導体のバンドギャップエネルギに相当する波長より長い波長を有する、走査型光誘起電流解析装置。
【請求項３】
集束したレーザ光を走査しながら照射することによって、アルミニウムを主材料とした配線を含む被測定試料に誘起される熱起電力に基づく光誘起電流を検出する走査型光誘起電流解析装置であって、
前記レーザ光を発生するレーザ光源と、
第１の制御信号に応じた領域内で前記レーザ光を走査する光束走査手段と、
前記レーザ光を前記被測定試料上に集束させる光集束手段と、
前記第１の制御信号を出力する制御手段と、
前記被測定試料の一端と接続され、前記被測定試料を流れる電流を増幅し、その増幅した電流に対応する出力信号を出力する電流増幅手段と、
第１の電位を供給する第１の電源と、
前記被測定試料の他端を接地電位と接続する状態と、前記被測定試料の他端を前記第１の電源と接続する状態とを切換える第１の切換手段と、
前記レーザ光の走査に同期して前記電流増幅手段の出力信号を対応する画像情報に変換して出力する画像変換手段と、
前記画像情報に応じた画像を出力する画像出力手段とを備え、
前記被測定試料が半導体をさらに含む場合において、前記レーザ光源の発生するレーザ光が前記半導体のバンドギャップエネルギに相当する波長より長い波長を有する、走査型光誘起電流解析装置。
【請求項４】
前記被測定試料から反射光を結像させ、結像情報を前記画像変換手段に出力する結像手段をさらに備え、
前記画像変換手段は、
第２の制御信号に応じて、前記出力手段に前記画像情報を出力する状態と、前記結像情報を出力する状態とを切換える第２の切換手段をさらに含み、
前記制御手段は、さらに、前記第２の制御信号を出力して、前記光束走査手段と前記第２の切換手段の動作を制御する、請求項１から３いずれかに記載の走査型光誘起電流解析装置。
【請求項５】
少なくとも前記レーザ光源、前記光束走査手段、前記光集束手段および前記被測定試料を覆う電磁遮蔽体をさらに備える、請求項４記載の走査型光誘起電流解析装置。
【請求項６】
前記光束走査手段は、前記レーザ光の走査速度を可変とする手段をさらに含む、請求項４記載の走査型光誘起電流解析装置。
【請求項７】
前記被測定試料を冷却し、環境温度以下とする冷却手段をさらに備える、請求項４記載の走査型光誘起電流解析装置。
【請求項８】
前記制御手段は、指定された前記結像情報の一部に相当する領域で、前記レーザ光を走査する前記第１の制御信号を発生する手段をさらに含む、請求項４記載の走査型光誘起電流解析装置。
【請求項９】
前記制御手段は、前記結像情報の一部に相当する領域を指定する領域指定信号を出力する手段をさらに含み、
前記画像変換手段は、前記領域指定信号に応じた領域に相当する前記画像情報を出力する手段をさらに含む、請求項４記載の走査型光誘起電流解析装置。
【請求項１０】
集束したレーザ光を走査しながら照射することによって、アルミニウムを主材料とした配線を含む被測定試料に誘起される熱起電力に基づく光誘起電流を検出する走査型光誘起電流解析装置であって、
前記レーザ光を発生するレーザ光源と、
第１の制御信号に応じた領域内で前記レーザ光を走査する光束走査手段と、
前記レーザ光を前記被測定試料上に集束させる光集束手段と、
前記第１の制御信号を出力する制御手段と、
一端が電気的に開放状態である前記被測定試料の他端と接続し、前記被測定試料に流れる電流を増幅し、対応する信号を出力する電流増幅手段と、
前記開放状態である被測定試料の一端に接続する抵抗体と、
前記レーザ光の走査に同期して前記電流増幅手段の出力信号を対応する画像情報に変換して出力する画像変換手段と、
前記画像情報に応じた画像を出力する画像出力手段とを備え、
前記被測定試料が半導体をさらに含む場合において、前記レーザ光源の発生するレーザ光が前記半導体のバンドギャップエネルギに相当する波長より長い波長を有する、走査型光誘起電流解析装置。
【請求項１１】
集束したレーザ光を走査しながら照射することによって、アルミニウムを主材料とした配線を含む被測定試料に誘起される熱起電力に基づく光誘起電流を検出する走査型光誘起電流解析装置であって、
前記レーザ光を発生するレーザ光源と、
第１の制御信号に応じた領域内で前記レーザ光を走査する光束走査手段と、
前記レーザ光を前記被測定試料上に集束させる光集束手段と、
前記第１の制御信号を出力する制御手段と、
一端が電気的に開放状態である前記被測定試料の他端と接続し、前記被測定試料を流れる電流を増幅し、対応する信号を出力する電流増幅手段と、
前記開放状態である被測定試料の一端と接地電位との間に接続されたコンデンサと、
前記レーザ光の走査に同期して前記電流増幅手段の出力信号を対応する画像情報に変換して出力する画像変換手段と、
前記画像情報に応じた画像を出力する画像出力手段とを備え、
前記被測定試料が半導体をさらに含む場合において、前記レーザ光源の発生するレーザ光が前記半導体のバンドギャップエネルギに相当する波長より長い波長を有する、走査型光誘起電流解析装置。
【請求項１２】
前記被測定試料からの反射光を結像させ、結像情報を前記画像変換手段に出力する結像手段をさらに備え、
前記画像変換手段は、
第２の制御信号に応じて、前記画像出力手段に前記画像情報を出力する第１の状態と、前記結像情報を出力する第２の状態とを切換える第３の切換手段を含み、
前記制御手段は、さらに、前記第２の制御信号を出力して、前記光束走査手段と前記第３の切換手段の動作を制御する、請求項１０または１１記載の走査型光誘起電流解析装置。
【請求項１３】
少なくとも前記レーザ光源、前記光束走査手段、前記光集束手段および前記被測定試料を覆う電磁遮蔽体をさらに備える、請求項１２記載の走査型光誘起電流解析装置。
【請求項１４】
前記光束走査手段は、前記レーザ光の走査速度を可変とする手段をさらに含む、請求項１２記載の走査型光誘起電流解析装置。
【請求項１５】
前記被測定試料を冷却し、環境温度以下とする冷却手段をさらに備える、請求項１２記載の走査型光誘起電流解析装置。
【請求項１６】
前記制御手段は、指定された前記結像情報の一部に相当する領域で、前記レーザ光を走査する前記第１の制御信号を発生する手段をさらに含む、請求項１２記載の走査型光誘起電流解析装置。
【請求項１７】
前記制御手段は、前記結像情報の一部に相当する領域を指定する領域指定信号を出力する手段をさらに含み、前記画像変換手段は、前記領域指定信号に応じた領域に相当する前記画像情報を出力する手段をさらに含む、請求項１２記載の走査型光誘起電流解析装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、光誘起電流解析装置に関し、特に、測定対象に定常的な電流を流さない状態で、光誘起電流を検出する走査型光誘起電流解析装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路上で、トランジスタや抵抗等の素子を接続する配線は、現在一般にその抵抗率の低さと加工の容易さからアルミニウム（Ａｌ）を主材料とする配線が使用されている。半導体集積回路の微細化、および構造の多層化に伴って、このＡｌ配線の信頼性の低下は深刻な問題となっている。これは、Ａｌ配線にかかる電流ストレスおよび機械的ストレスの増大に起因する。
【０００３】
すなわち、このＡ１配線は、寸法がサブミクロンオーダであるにもかかわらず、そこを流れる電流は数百μＡ程度であり、電流密度は、１０5 Ａ／ｃｍ2 台に達している。また、配線にはＬＳＩ製造工程における加熱処理等のために、１００ＭＰａオーダの機械的ストレスが加わっている。
【０００４】
配線にこうしたストレスが加わると、いわゆる、エレクトロマイグレーションやストレスマイグレーション等により、Ａｌ原子の移動が生じ、配線中にボイドが発生する。このボイドの成長に伴って配線の抵抗が増大し、やがて断線に至る。
【０００５】
したがって、配線中のボイドの密度やその位置の検出や観察は、Ａ１配線の信頼性の向上にとって必須の技術である。Ａｌ配線中のボイドを検出する方法としては、ＳＥＭ（Scanning Electron Microscope）やＦＩＢ（Focused Ion Beam）装置を利用した表面電位コントラスト法が知られている。しかし、真空中での解析であることや、表面に露出した配線しか解析できないこと、完全に断線した箇所しか検出できないこと等の制約があった。
【０００６】
これらの制限をなくした方法として、たとえば、文献 Proceedings of The 19th International Symposium for Testing & Failure Analysis, pp. 303〜310 （1993）に開示されているＯＢＩＲＣＨ法（Optical Beam Intuced Resistance Change method ）がある。
【０００７】
図１８に、ＯＢＩＲＣＨ法を実施するための従来の走査型光誘起電流解析装置９０の装置構成の概略ブロック図を示す。
【０００８】
被測定試料６には、直流電源８により電流が流されており、その電流値は電流アンプ１０によりモニタされている。
【０００９】
装置制御部２０からの信号ｒにより指定された領域内で、レーザ走査型顕微鏡は、レーザ光を被測定試料６上に集束し、かつ走査する。
【００１０】
たとえば、上記レーザ光源として、ＨｅＮｅレーザ（波長６３３ｎｍ）を用いた場合、被測定試料６上でレーザ光は０．５μｍ程度のビーム径に絞られる。
【００１１】
画像情報変換装置１２は、装置制御部２０からのレーザ光走査位置信号ｌおよび電流アンプ１０からの試料中を流れる電流値に応じた信号ｉを受ける。画像情報変換装置１２は、走査位置ごとの信号ｉに応じた画像情報、たとえば、信号ｉの大きさを輝度に変換した信号ｂを出力する。画像出力装置１４は、信号ｂに対応した画像を出力する。
【００１２】
図１９は、被測定試料６の構成の一例を示す概略図である。上述のようにＯＢＩＲＣＨ法では、被測定試料６に電流を印加する必要があるため、被測定配線は、配線パターン１６および電源パッド１８からなる測定用の専用パターンであることが必要である。
【００１３】
図２０は、レーザ走査型顕微鏡２の構成の一例を示す概略ブロック図である。レーザ光源１００から出たレーザビーム４は、光偏向素子１０２に入射する。光偏向素子１０２は、装置制御部２０の制御信号ｒに応じた角度に、レーザビーム４を偏向する。レーザビーム４は、さらに集束装置１０６を通って被測定試料６上に集束される。
【００１４】
被測定試料６上にレーザビームが集束される位置は、偏向角度により変化するので、集束されたレーザビームが信号ｒに応じて走査されることになる。図２０においては、集束装置１０６は、反射ミラー５８および対物レンズ５６より構成されている。
【００１５】
なお、レーザビーム４の光路上に、結像器１０４を設けることで、被測定試料６からの反射光を結像させ、結像情報信号ｖとして取出すことが可能である。
【００１６】
この例では、ビームスプリッタ５０により、反射光が取出され、結像レンズ５２により、光検出器５４上に結像されている。光検出器５４としては、たとえば、１次元ＣＣＤ（Charge Coupled Device ）等を用いることが可能で、反射光強度に応じた電気信号ｖが出力される。
【００１７】
結像情報信号ｖも、画像情報変換装置１２に入力される。画像情報変換装置１２は、装置制御部２０からの制御信号ｌに応じて、出力信号として、画像情報信号ｂを出力するか、結合情報信号ｖを出力するかを切換える。
【００１８】
次に図２１を参照して、この装置構成により配線１６、たとえば、Ａｌ配線中に発生しているボイドの位置を検出する原理について説明する。
【００１９】
レーザ光源が、Ａｌ配線のボイドのない領域Ｐに照射されている場合を基準として考えると、ボイドのある領域Ｑに照射されているときは、熱伝導が劣化する。したがって、領域Ｐにレーザ光が照射されているときのその領域の温度上昇ΔＴP に比べて、領域Ｑに照射されているときのその領域の温度上昇ΔＴQ の方が大きい。そのため、領域Ｑにレーザ光が照射されているときの方が、抵抗変化も大きくなる。したがって、配線中を流れる電流Ｉをモニタしていると、ボイドのある領域とない領域でレーザ光が照射されるときの電流値の変化ΔＩが異なるので、ΔＩを走査位置に対して輝度情報に変換して画像情報としたものを画像出力手段１４、たとえば、ＣＲＴに出力すれば、ボイド位置を特定できるイメージ出力が得られる。
【００２０】
この場合、レーザ走査型顕微鏡２からの結像情報によるイメージ出力と比較することで、Ａ１配線１６におけるボイドの位置が特定される。
【００２１】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、この方法では、レーザ照射の際のボイドの発熱による抵抗変化（抵抗上昇）を被測定試料６中を流れる電流の変化（電流減少）としてとらえて像とするため、配線に電圧を印加しｍＡレベルの電流を流した状態で解析する必要があった。そのために、高抵抗試料（約１０ＫΩ以上）の解析は不可能であり、試料の抵抗値に制限があった。さらに、ＬＳＩ等のデバイス中の任意の配線部に電圧を印加し、電流を流すことは困難であることから、実デバイスの解析にこの方法を適用することはほとんど不可能であった。
【００２２】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、被測定物に電流バイアスを印加することなく、被測定物に生じる光誘起電流を画像情報として得ることが可能な走査型光誘起電流解析装置を提供することである。
【００２３】
この発明の別の目的は、被測定物の抵抗値に制限されることなく、被測定物中の空孔や欠陥の位置を検出可能な走査型光誘起電流解析装置を提供することである。
【００２４】
この発明のさらに別の目的は、測定可能な被測定物の形状の制限、特に、閉回路を構成できなければならないという制限を緩和し、実際のデバイスの配線中の空孔や欠陥の位置を検出可能な走査型光誘起電流解析装置を提供することである。
【００２５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の走査型光誘起電流解析装置は、集束したレーザ光を走査しながら照射することによって、アルミニウムを主材料とした配線を含む被測定試料に誘起される熱起電力に基づく光誘起電流を検出する走査型光誘起電流解析装置であって、レーザ光を発生するレーザ光源と、第１の制御信号に応じた領域内でレーザ光を走査する光束走査手段と、レーザ光を被測定試料上に集束させる光集束手段と、第１の制御信号を出力する制御手段と、被測定試料の一端と接続され、被測定試料を流れる電流を増幅し、その増幅した電流に対応する出力信号を出力する電流増幅手段と、被測定試料の他端と直列に接続され、接地電位と電気的に結合された抵抗体と、レーザ光の走査に同期して電流増幅手段の出力信号を対応する画像情報に変換して出力する画像変換手段と、画像情報に応じた画像を出力する画像出力手段とを備え、被測定試料が半導体をさらに含む場合において、レーザ光源の発生するレーザ光が半導体のバンドギャップエネルギに相当する波長より長い波長を有する。
【００２６】
請求項２記載の光誘起電流解析装置は、集束したレーザ光を走査しながら照射することによって、アルミニウムを主材料とした配線を含む被測定試料に誘起される熱起電力に基づく光誘起電流を検出する走査型光誘起電流解析装置であって、レーザ光を発生するレーザ光源と、第１の制御信号に応じた領域内でレーザ光を走査する光束走査手段と、レーザ光を被測定試料上に集束させる光集束手段と、第１の制御信号を出力する制御手段と、被測定試料の一端と接続され、被測定試料を流れる電流を増幅し、その増幅した電流に対応する出力信号を出力する電流増幅手段と、被測定試料の他端と接地電位との間に並列に接続されたコンデンサと、レーザ光の走査に同期して電流増幅手段の出力信号を対応する画像情報に変換して出力する画像変換手段と、画像情報に応じた画像を出力する画像出力手段とを備え、被測定試料が半導体をさらに含む場合において、レーザ光源の発生するレーザ光が半導体のバンドギャップエネルギに相当する波長より長い波長を有する。
【００２７】
請求項３記載の走査型光誘起電流解析装置は、集束したレーザ光を走査しながら照射することによって、アルミニウムを主材料とした配線を含む被測定試料に誘起される熱起電力に基づく光誘起電流を検出する走査型光誘起電流解析装置であって、レーザ光を発生するレーザ光源と、第１の制御信号に応じた領域内でレーザ光を走査する光束走査手段と、レーザ光を被測定試料上に集束させる光集束手段と、第１の制御信号を出力する制御手段と、被測定試料の一端と接続され、被測定試料を流れる電流を増幅し、その増幅した電流に対応する出力信号を出力する電流増幅手段と、第１の電位を供給する第１の電源と、被測定試料の他端を接地電位と接続する状態と、被測定試料の他端を第１の電源と接続する状態とを切換える第１の切換手段と、レーザ光の走査に同期して電流増幅手段の出力信号を対応する画像情報に変換して出力する画像変換手段と、画像情報に応じた画像を出力する画像出力手段とを備え、被測定試料が半導体をさらに含む場合において、レーザ光源の発生するレーザ光が半導体のバンドギャップエネルギに相当する波長より長い波長を有する。
【００２８】
請求項４記載の光誘起電流解析装置は、請求項１から３いずれかに記載の走査型光誘起電流解析装置の構成に加えて、被測定試料から反射光を結像させ、結像情報を画像変換手段に出力する結像手段をさらに備え、画像変換手段は、第２の制御信号に応じて、出力手段に画像情報を出力する状態と、結像情報を出力する状態とを切換える第２の切換手段をさらに含み、制御手段は、さらに、第２の制御信号を出力して、光束走査手段と第２の切換手段の動作を制御する。
【００２９】
請求項５記載の走査型光誘起電流解析装置は、請求項４記載の走査型光誘起電流解析装置の構成に加えて、少なくともレーザ光源、光束走査手段、光集束手段および被測定試料を覆う電磁遮蔽体をさらに備える。
【００３０】
請求項６記載の走査型光誘起電流解析装置は、請求項４記載の走査型光誘起電流解析装置の構成に加えて、光束走査手段は、レーザ光の走査速度を可変とする手段をさらに含む。
【００３１】
請求項７記載の走査型光誘起電流解析装置は、請求項４記載の走査型光誘起電流解析装置の構成に加えて、被測定試料を冷却し、環境温度以下とする冷却手段をさらに備える。
【００３３】
請求項８記載の走査型光誘起電流解析装置は、請求項４記載の走査型光誘起電流解析装置の構成に加えて、制御手段は、指定された結像情報の一部に相当する領域で、レーザ光を走査する第１の制御信号を発生する手段をさらに含む。
【００３４】
請求項９記載の走査型光機電流解析装置は、請求項４記載の走査型光誘起電流解析装置の構成に加えて、制御手段は、結像情報の一部に相当する領域を指定する領域指定信号を出力する手段をさらに含み、画像変換手段は、領域指定信号に応じた領域に相当する画像情報を出力する手段をさらに含む。
【００３５】
請求項１０記載の走査型光誘起電流解析装置は、集束したレーザ光を走査しながら照射することによって、アルミニウムを主材料とした配線を含む被測定試料に誘起される熱起電力に基づく光誘起電流を検出する走査型光誘起電流解析装置であって、レーザ光を発生するレーザ光源と、第１の制御信号に応じた領域内でレーザ光を走査する光束走査手段と、レーザ光を被測定試料上に集束させる光集束手段と、第１の制御信号を出力する制御手段と、一端が電気的に開放状態である被測定試料の他端と接続し、被測定試料に流れる電流を増幅し、対応する信号を出力する電流増幅手段と、開放状態である被測定試料の一端に接続する抵抗体と、レーザ光の走査に同期して電流増幅手段の出力信号を対応する画像情報に変換して出力する画像変換手段と、画像情報に応じた画像を出力する画像出力手段とを備え、被測定試料が半導体をさらに含む場合において、レーザ光源の発生するレーザ光が半導体のバンドギャップエネルギに相当する波長より長い波長を有する。
【００３６】
請求項１１記載の光誘起電流解析装置は、集束したレーザ光を走査しながら照射することによって、アルミニウムを主材料とした配線を含む被測定試料に誘起される熱起電力に基づく光誘起電流を検出する走査型光誘起電流解析装置であって、レーザ光を発生するレーザ光源と、第１の制御信号に応じた領域内でレーザ光を走査する光束走査手段と、レーザ光を被測定試料上に集束させる光集束手段と、第１の制御信号を出力する制御手段と、一端が電気的に開放状態である被測定試料の他端と接続し、被測定試料を流れる電流を増幅し、対応する信号を出力する電流増幅手段と、開放状態である被測定試料の一端と接地電位との間に接続されたコンデンサと、レーザ光の走査に同期して電流増幅手段の出力信号を対応する画像情報に変換して出力する画像変換手段と、画像情報に応じた画像を出力する画像出力手段とを備え、被測定試料が半導体をさらに含む場合において、レーザ光源の発生するレーザ光が半導体のバンドギャップエネルギに相当する波長より長い波長を有する。
【００３７】
請求項１２記載の走査型光誘起電流解析装置は、請求項１０または１１記載の走査型光誘起電流解析装置の構成に加えて、被測定試料からの反射光を結像させ、結像情報を画像変換手段に出力する結像手段をさらに備え、画像変換手段は、第２の制御信号に応じて、画像出力手段に画像情報を出力する第１の状態と、結像情報を出力する第２の状態とを切換える第３の切換手段を含み、制御手段は、さらに、第２の制御信号を出力して、光束走査手段と第３の切換手段の動作を制御する。
【００３８】
請求項１３記載の走査型光誘起電流解析装置は、請求項１２記載の走査型光誘起電流解析装置の構成に加えて、少なくともレーザ光源、光束走査手段、光集束手段および被測定試料を覆う電磁遮蔽体をさらに備える。
【００３９】
請求項１４記載の走査型光誘起電流解析装置は、請求項１２記載の走査型光誘起電流解析装置の構成に加えて、光束走査手段は、レーザ光の走査速度を可変とする手段をさらに含む。
【００４０】
請求項１５記載の走査型光誘起電流解析装置は、請求項１２記載の走査型光誘起電流解析装置の構成に加えて、被測定試料を冷却し、環境温度以下とする冷却手段をさらに備える。
【００４２】
請求項１６記載の走査型光誘起電流解析装置は、請求項１２記載の走査型光誘起電流解析装置の構成に加えて、制御手段は、指定された結像情報の一部に相当する領域で、レーザ光を走査する第１の制御信号を発生する手段をさらに含む。
【００４３】
請求項１７記載の走査型光誘起電流解析装置は、請求項１２記載の走査型光誘起電流解析装置の構成に加えて、制御手段は、結像情報の一部に相当する領域を指定する領域指定信号を出力する手段をさらに含み、画像変換手段は、領域指定信号に応じた領域に相当する画像情報を出力する手段をさらに含む。
【００４４】
【発明の実施の形態】
［実施の形態１］
図１は本発明の実施の形態１に係る走査型光誘起電流解析装置１００の構成を示す概略ブロック図である。
【００４５】
走査型光誘起電流解析装置１００は、レーザ走査型顕微鏡２と、レーザ走査型顕微鏡２のレーザ光の走査動作を制御する装置制御部２０と、レーザ光が走査される被測定試料６中を流れる電流を増幅する電流アンプ１０と、被測定試料６と電流アンプ１０との間に直列に接続される抵抗体３６と、装置制御部２０に制御されて、電流アンプ１０からの出力に応じた輝度画像情報を生成する画像情報変換装置１２と、画像情報変換装置１２からの出力を受けて、イメージ情報を出力する画像出力装置１４とを含む。
【００４６】
レーザ走査型顕微鏡２は、装置制御部２０からの制御信号ｒに応じて、被測定試料６上の指定された領域内に対してレーザビーム４を走査する。後に説明するように、被測定試料６上をレーザビーム４が走査されると、熱起電力に基づく光誘起電流が被測定試料６中を流れる。電流アンプ１０は、この電流を増幅して、それに応じた信号ｉを画像情報変換装置１２に出力する。画像情報変換装置１２は、信号ｉおよび装置制御部２０から出力されるその時点でのレーザ光走査位置を示すレーザ光走査位置信号ｌを受けて、レーザ光走査位置に対応して、電流アンプ１０からの出力信号を輝度情報に変換する。画像出力装置１４は、画像情報変換装置１２からの出力を受けて、レーザ光が照射される領域の光誘起電流値のイメージ情報を出力する。
【００４７】
一方で、レーザ走査型顕微鏡２からはレーザビーム４の被測定試料６からの反射光を結像して得られた結像情報信号ｖが出力される。画像情報変換装置１２は、装置制御部２０に制御されて、輝度信号ｂを出力する状態と、結像情報信号ｖを出力する状態とを切換える。したがって、画像出力装置１４は、被測定試料６中を流れる電流値に応じたイメージ出力を出力するか、被測定試料６からの反射光を結像することで得られた結像情報を出力する。
【００４８】
図２は、被測定試料６と接地電位および電流アンプ１０との接続関係を、より詳細に示す概略図である。
【００４９】
この例でも、従来例と同様、被測定配線は、配線パターン１６および電極パッド１８からなる測定用の専用パターンである。
【００５０】
電極パッド１８の一方は、抵抗体３６を介して接地され、他方は電流アンプ１０に接続されている。すなわち、被測定試料６には電圧が印加されず、電流を流さない状態で試料上にレーザビームを照射、走査し、電流像を得る構成としたものである。この実施の形態の場合、光誘起電流解析装置として、使用上での出力が約０．７ｍＷのレーザビーム４および、検出限界電流が４０ｐＡの電流アンプ１０を有する装置を使用した。また同出力のレーザビームを使用した場合、検出限界電流が１ｎＡ以下の電流アンプ１０の感度において、こうしたノンバイアス下でのボイドの検出が可能であった。
【００５１】
図２に示すように、電極パッド１８と接地との間に負荷を取付けることにより、出力電流のノイズが低減されより鮮明なイメージ像が得られるという効果が確認された。
【００５２】
図３に、本実施の形態によりボイド部で検出された電流イメージの模式図を示す。
【００５３】
図３（ａ）はＡｌ配線試料の断面構造、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示すＡｌ配線２２上をレーザビーム４が走査した際、照射位置に対応して電流アンプ１０にて検出される電流値の変化、図３（ｃ）は、図３（ｂ）の電流値の変化を反映して図１中の画像出力装置１４に得られる電流像の模式図を示す。
【００５４】
図中、Ａｌ配線２２は、Ａｌ単体もしくはＳｉ、Ｃｕ等を含有した材料からなる単層構造、または、ＴｉＮ、Ｗ等の層を上下もしくは何れかに形成した積層構造を有する。パッシベーション膜２４または層間絶縁膜２６は、ＳｉＮ、ＳｉＯ2 等の材料からなる。
【００５５】
図３（ｂ）に示すように、シリコン基板２８上に形成されたアルミ配線３０上をレーザ光４が走査され、アルミ配線３２中に存在するボイド３０上を通過すると、ノンバイアス状態ではボイド３０の両側で逆方向の電流が発生し、ボイドに近づくほど大きくなる。このことにより、ボイド部での電流像は、図３（ｃ）に示すように、ボイド３０を境に１対の明暗部を有する特徴的な像として得られる。
【００５６】
なお、図３（ｃ）中に電流イメージ像中におけるアルミ配線の領域３２を点線により示した。上記電流イメージ像は、レーザ照射に伴ってボイド部でのゼーベック効果により自己発生的に生ずる熱起電力によるものと考えられ、従来法による原理とは全く異なるものである。
【００５７】
ここで、図１８の従来例と比べて、被測定試料６の一端を抵抗体３６を介して接地した本実施の形態の方が、一般には、測定系から直流電源８を取去ることにより、電源からのノイズの影響がなくなるので、電流像がより鮮明になるとともにボイドの検出感度が向上するという利点もある。
【００５８】
また、実施の形態１では、試料の片側電極を抵抗体３６を介して接地する構成としたが、図４に示すように、電極パッド１８と接地との間にコンデンサ３８の負荷を並列に取付ける構成としてもよい。このような構成でも、ノイズは低減されボイド部においてより鮮明な像が得られ、検出感度が向上するといった効果が確認された。また、抵抗体３６とコンデンサ３８の両方を取付ける構成としても同様のノイズ低減効果が得られる。
【００５９】
これは、たとえば、測定空間中を低周波の電磁波が伝搬して電流アンプ１０の出力信号にノイズを与えている場合等においては、抵抗体３６ではジュール熱、そして、コンデンサ３８では誘電損として、低周波電磁波が吸収されることにより、ノイズの低減に有効である可能性がある。
【００６０】
また、コンデンサ３８を接続した場合は、高周波側のノイズを除去するのにも有効である。
【００６１】
［実施の形態２］
図５は、本発明に係る実施の形態２の走査型光誘起電流解析装置１０２の構成を示す概略ブロック図である。
【００６２】
すなわち、実施の形態１のように片側電極を固定的に接地するのではなく、接地するか、直流電源８につなぐかを切換える機構３４を持つ構成としたものである。図において符号２〜２０は、図１と同様の構成要素であり、切換機構３４は直流電源８と接地電位の切換えを行なう。このように装置を構成することにより、バイアス印加状態での解析も可能になる。
【００６３】
したがって、被測定試料６の形状や被測定試料の抵抗値等に応じて、より適切な測定モードを選択することが可能となる。
【００６４】
［実施の形態３］
実施の形態１および実施の形態２では、試料の片側電極を負荷を介して０Ｖ（接地）に固定したが、開放状態としてもよい。すなわち、測定系を閉回路にしなくてもよい。
【００６５】
図６に、以上の構成とした実施の形態３による光誘起電流解析装置１０４の構成を示す。
【００６６】
図において、符号２〜２０は図１と同様の構成要素を示す。開放状態で解析が可能であるのは、レーザ照射の際のボイドに対応して発生する電流が、自己発生的な熱起電力による非平衡電流に起因するためである。上記の実施の形態１同様、直流電源８からのノイズの影響を受けないため、電流像がより鮮明になるとともにボイドの検出感度が向上することを確認した。
【００６７】
被測定物６の片側電極には、図７に示すように、抵抗体３６の負荷を取付ける構成となっている。図において、符号６〜１８は、図２と同様の構成要素である。このように、抵抗体３６を取付けることにより、実施の形態１と同様、空間電場、浮遊電界の変動の影響が軽減され、ノイズが低減される。
【００６８】
このことにより、より鮮明な電流像が得られ、検出感度が向上するといった効果が確認された。
【００６９】
被測定物６の片側電極に接続する負荷としては、図８に示すようなコンデンサ３８でもよい。すなわち、電極パッド１８と接地電位との間にコンデンサ３８を接続する構成としている。この場合も、コンデンサ３８が接続される電極パッド１８は、直流的には開放状態となっている。このような構成でも、低周波電磁波の吸収効果等により、ノイズの低減効果が得られる。
【００７０】
また、抵抗体３６とコンデンサ３８の両方を取付ける構造としても同様のノイズ低減効果が得られる。
【００７１】
［実施の形態４］
実施の形態１〜３では、被測定物６の片側電極部の処理により、ノイズの低減を行なったが、被測定物６を電磁遮蔽体で覆うことによってもノイズの低減が可能である。図９にその構成の一例を示す。図９は、実施の形態４による光誘起電力解析装置１０６の構成の一例を示す概略ブロック図である。図において、符号２〜２０は図１と同様の構成要素であり、レーザ走査型顕微鏡２および被測定物６は、パーマロイ等の合金または通常の金属等の電磁遮蔽体４０でできたケースにより覆われている。このように、被測定物６を電磁遮蔽体４０で覆うことにより、空間電場、浮遊電界の変動の影響が軽減され、ノイズが低減されることにより、実施の形態１〜３と同様の効果が確認された。
【００７２】
なお、図９においては、被測定物６の片側電極が開放状態となっているが、実施の形態１と同様、接地電位に接続されている場合でも、抵抗体３６やコンデンサ３８が接続されている場合でも、もちろんノイズの低減効果がある。
【００７３】
［実施の形態５］
実施の形態１、３および４では、ノイズの低減を行なうことによりＳ／Ｎ比（signal / noise）を改善し、より鮮明な電流像を得ることことでボイドの検出感度を向上させる例を示した。しかし、レーザ照射の際、ボイドに対応して発生する電流自体を増大させることによっても、同様にＳ／Ｎ比が改善され、ボイドの検出感度が向上する。以下にその構成の例を示す。
【００７４】
図１０は、本発明の実施の形態５による走査型光誘起電流解析装置１０８の構成を示す概略ブロック図である。
【００７５】
図１の実施の形態１の構成とは、レーザ光の走査速度制御部４２に装置制御部２０から走査速度制御信号ｓｓが送られ、この信号ｓｓに基づいてレーザ光の走査速度を可変とできる構成とした点および装置制御部２０からの信号ｓｉにより電流アンプ１０のサンプリング速度を可変とできる構成とした点で異なる。
【００７６】
たとえば、図２０のレーザ走査型顕微鏡の構成において、レーザ光走査装置２０２が音響光学偏向素子からなる場合は、この音響光学偏向素子の入力である高周波制限信号の周波数を変化させる速度が、信号ｓｓに基づいて変化可能な構成とすれば、偏向角の変化する速度を可変とできるので、レーザ光の走査速度を可変とできる。
【００７７】
本実施の形態５では、光誘起電流解析装置において、レーザビームの走査速度を従来装置の１画面当り、たとえば、３３ミリ秒以下（たとえば３０フレーム／秒）にする機能および、走査速度に応じて電流のサンプリング速度を上げる機能、すなわち、電流像の表示分解能を変化させずにレーザビームの走査速度を１画面当り３３ミリ秒以下に速める機能を付加するものである。ボイド部での起電力を利用する本発明では、レーザビームの走査速度を速めることによりボイド部に対応して電流を増大させることができる。これは、レーザ照射の際ボイドに対応して発生する電流が、ボイド部での熱抵抗に起因するためである。
【００７８】
図１１は、ビーム走査速度の増加が電流増大を引起こす理由を示した模式図である。図１１（ａ）は、Ａｌ配線試料の断面構造、図１１（ｂ）、（ｃ）は、図１３（ａ）の点Ａにレーザビーム４が照射された際、Ａｌ配線２２における照射点両側の温度勾配を示す。ビーム４の走査速度が遅い場合の状態が図１３（ｂ）、速い場合の状態を示したのが図１３（ｃ）である。図において、符号４〜３０は図３と同様の構成要素を示し、点Ａにレーザビーム４が照射されたときの温度分布の変化４４をハッチングの密度で表現している。つまり、図中ハッチングの密度が高いほど高い温度であることを示す。照射点の右および左側の温度勾配ｋｒ、ｋｌの差により、ビーム４が照射されている点Ａに熱起電力による電流ＩA が発生する。
【００７９】
ボイド部３０およびその周辺では、Ａｌ配線２２中の他の正常箇所と比較して熱伝導が低下しており、熱抵抗が高い。そのために図１１に示すように、ボイド近傍にビームが照射された際、照射点に対してボイド側の温度勾配ｋｌが逆側の勾配ｋｒに比べて大きくなる。これにより、左向きの電子流が発生し、電流ＩA が発生することになる。
【００８０】
発生する電流の大きさは、照射点両側の温度勾配の差に依存し、差が大きいほど電流は大きくなる。この温度勾配の差は、照射点両側の熱伝導速度の差に起因するため、図１１（ｃ）に示すように、熱源となるレーザビームの通過速度、すなわち走査速度が速いほど、温度勾配ｋｌの増加が温度勾配ｋｒの増加より大きいので、温度勾配ｋｒとｋｌの差は増大し、電流ＩA も増大する。
【００８１】
したがって、走査速度を上げることにより電流アンプ１０の出力信号のＳ／Ｎが改善され、より鮮明な電流像が得られる。
【００８２】
［実施の形態６］
上記実施の形態５では、レーザビームの走査速度を速め、照射点両側の熱勾配の差を増加させることによって、ボイドに対応して発生する電流を増大させるようにしたが、被測定物６を冷却することによっても、熱起電力が温度低下に伴って大きくなるので、上記電流を増大させることができる。
【００８３】
図１２は、実施の形態６による光誘起電流解析装置１１０の構成を示す概略ブロック図である。図１２において、符号２〜２０は、図１と同様の構成要素であり、本発明装置ではさらに試料を冷却する冷却装置４６を備えている。冷却装置４６としては、窒素、ヘリウム等の液化ガスを利用した冷却装置、またはペルチェ効果を利用した電子冷却装置を用いることが可能である。冷却装置４６により、試料温度を室温以下にすることによって、ボイドに対応した電流が増大し、ボイドの検出感度が向上することを確認した。これは、図１１（ｂ）に示す照射点Ａでの温度変化Δｔの増大による。
【００８４】
［実施の形態７］
上記実施の形態１〜６では、実施の形態１に示すノンバイアス下での解析におけるボイドの検出感度を向上させるための構成例を示した。以下では、本発明解析方法をＬＳＩ等の実デバイス上のＡｌ配線、ビアホール等の解析に応用する上で有効な実施の形態を示す。
【００８５】
図１３は、実施の形態７におけるレーザ走査型顕微鏡２の概略ブロック図を示す。
本実施の形態７では、レーザ光源１０８の出力波長を、たとえば、１．２μｍ以上とした。これにより、Ｓｉ基板部での光誘起電流の発生がなくなり、Ａｌ配線中のボイドの検出がノンバイアス状態で可能になる。ＬＳＩ等の実デバイスでは、Ａｌ配線のテスト用試料とは異なり、Ａｌ配線が必ずどこかでＳｉ基板とコンタクトしている。従来装置では、光ビーム４として、波長６３３ｎｍ（ＨｅＮｅレーザ）や４８８ｎｍ（Ａｒレーザ）等のＳｉのバンドギャップエネルギ（１．１ｅｖ；光の波長１．２μｍに対応）よりも高エネルギのレーザビームを使用していた。そのために、ビームがＳｉ基板に照射された際、Ｓｉ基板中に電子−正孔対が発生し、この電子または正孔がコンタクトからＡｌ配線中に導かれ電流として検出される。
【００８６】
このＳｉ基板で発生する光誘起電流（μＡオーダ）は、同条件でＡｌ配線中のボイドに対応して発生する電流（ｎＡオーダ）に比べて極端に大きい。このＳｉ基板部での光誘起電流の影響により、従来装置でＬＳＩ等の実デバイスを解析することは困難であった。本実施の形態では、光ビーム４の波長をＳｉのバンドギャップエネルギ以下の１．２μｍ以上にすることにより、シリコン基板中での電子−正孔対の発生を抑え、Ｓｉ基板部での光誘起電流の影響をなくすことが可能である。
【００８７】
波長１．２μｍ以上のレーザ光源としては、たとえば、ＭｇＦ2 にＣｏ、Ｎｉ等をドーピングした結晶を用いた固体レーザを用いることが可能である。
【００８８】
なお、本実施の形態では基板がＳｉの場合を説明したが、他の半導体基板の場合にも、その基板材料のバンドギャップよりも低エネルギのレーザ光源を用いることにより、上記実施の形態と同様の効果を得ることができる。
【００８９】
［実施の形態８］
上記実施の形態７では、光ビームの波長を変えて、シリコン基板からの影響をなくした例を示したが、レーザビームをＡｌ配線のみに照射することによっても基板の影響をなくすことができる。
【００９０】
図１４は、本発明の実施の形態８による光誘起電流解析装置１１２の構成を示す概略ブロック図である。図１の実施の形態１による光誘起電流解析装置１００とは、走査領域入力装置４８を有している点で異なる。
【００９１】
この走査領域入力装置４８からの入力信号に基づいて、装置制御部２０からのレーザ光走査領域指定信号ｒが出力され、信号ｒに応じてレーザ走査型顕微鏡２のレーザ光を走査する領域が制限される。
【００９２】
図１５は、光誘起電流解析装置１１２による結像情報を示す模式図である。Ｓｉ基板６２上に、Ａｌ配線６０が形成されている被測定物６において、Ａｌ配線６０中にボイド６４が存在している。この場合、Ａｌ配線６０上の一定領域６６のみにレーザ光４を走査する。本実施の形態では、走査型光誘起電流解析装置１１０にビーム走査位置、範囲をモニタ画面上で任意に設定できる走査領域入力装置４８を付加し、Ａｌ配線上のみにレーザビームを照射するようにしたので、Ｓｉ基板部において発生する光誘起電流の影響をなくすことが可能となり、ＬＳＩ等の実デバイスであっても、Ａｌ配線中のボイドを高感度で検出することが可能であることを確認した。
【００９３】
［実施の形態９］
上記実施の形態８では、レーザビームの照射位置、範囲を制限してＡｌ配線の情報のみを取出すようにしたが、電流検出を行なう位置、領域を設定できるようにしても同様の効果が得られる。
【００９４】
図１６は、本発明の実施の形態９による走査型光誘起電流検出装置１１４の構成を示す概略ブロック図である。図１に示した実施の形態１とは、電流検出領域入力装置４９を有している点で異なる。
【００９５】
この電流検出領域入力装置４９からの入力信号に基づいて、装置制御部２０から電流検出領域指定信号ｒｉが出力され、信号ｒｉに応じて電流アンプ１０が電流を検出する領域が制限される。
【００９６】
図１７は、実施の形態９の走査型光誘起電流検出装置１１４により得られる電流像を示す一例である。図１７（ａ）は、ＬＳＩ等の実デバイスにおいて電流検出を行なう位置、領域を指定する前の従来の電流像、図１７（ｂ）は、本実施の形態の機能を使い、Ａｌ配線上の指定した領域のみを再表示した電流像を示す。Ｓｉ基板６２上に、Ａｌ配線６０が形成されている被測定物６において、Ａｌ配線６０中にボイド６４が存在している。この場合、Ａｌ配線６０上の一定領域６８をレーザ光４が走査している期間のみ、電流アンプ１０が光誘起電流を検出する。
【００９７】
再表示された電流像６８において、指定領域中にボイドのイメージ７０が現われている。
【００９８】
従来の光誘起電流解析装置では、ビームの走査領域内の平均電流値を基準として、各ポイントの基準からの偏位を輝度変換し、たとえば通常２５６階調の電流像として出力する。したがって、従来の光誘起電流解析装置で電流像を表示すると、図１７（ａ）に示すようにＡｌ配線の領域は真っ黒に、Ｓｉ基板部の領域は真っ白に表示され、Ａｌ配線の情報は全く現われてこない。そのため、電流アンプの感度を挙げて検出分解能を上げると表現可能な電流変位の範囲が狭くなる。
【００９９】
Ａｌ配線中のボイドの検出のためには、通常１ｎＡ以下の電流変位をとらえる必要があるが、たとえば検出下限（検出分解能）４０ｐＡの電流アンプを使用した場合、表現可能な電流範囲は１０ｎＡ程度と非常に小さくなる。図１７のように走査領域内にＳｉ基板部があると、領域内の平均電流値はμＡレベルになり、それを基準に１０ｎＡの範囲しか輝度変換をしないとすると、図１７（ａ）に示すように、Ｓｉ基板部／Ａｌ配線部は各々輝度階調の上／下に飽和したイメージ、すなわち真っ白／真っ黒になってしまう。
【０１００】
本実施の形態では、走査型光誘起電流解析装置１１４に電流検出または輝度変化する領域を任意に設定できる機能を付加することにより、Ｓｉ基板部にて発生する光誘起電流の影響をなくすことが可能になり、ＬＳＩ等の実デバイスであってもＡｌ配線中のボイドを高感度で検出することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施の形態１の走査型光誘起電流解析装置１００の構成を示す概略ブロック図である。
【図２】  被測定物６を含む実施の形態１の要部概略図である。
【図３】  実施の形態１の動作を示す動作説明図である。（ａ）は、レーザの走査領域に対する被測定物の断面図、（ｂ）は、レーザ光を走査したときの電流値の変化を示す波形図、（ｃ）は（ｂ）の波形図に基づいて出力される画像イメージを示す。
【図４】  被測定物６を含む実施の形態１の他の要部概略図である。
【図５】  本発明の実施の形態２の走査型光誘起電流解析装置１０２の構成を示す概略ブロック図である。
【図６】  本発明の実施の形態２の走査型光誘起電流解析装置１０４の構成を示す概略ブロック図である。
【図７】  被測定物６を含む実施の形態３の要部概略図である。
【図８】  被測定物６を含む実施の形態３の他の要部概略図である。
【図９】  本発明の実施の形態４の走査型光誘起電流解析装置１０６の構成を示す概略ブロック図である。
【図１０】  本発明の実施の形態５の走査型光誘起電流解析装置１０８の構成を示す概略ブロック図である。
【図１１】  実施の形態５の動作を示す概略図である。（ａ）は、レーザの走査領域に対する被測定物の断面図、（ｂ）は、低速度でレーザ光を走査したときのＡ１配線中の温度分布図、（ｃ）は高速度でレーザ光を走査したときのＡｌ配線中の温度分布図である。
【図１２】  本発明の実施の形態６の走査型光誘起電流解析装置１１０の構成を示す概略ブロック図である。
【図１３】  本発明の実施の形態７の走査型光誘起電流解析装置におけるレーザ走査型顕微鏡２の構成を示す概略ブロック図である。
【図１４】  本発明の実施の形態８の走査型光誘起電流解析装置１１２の構成を示す概略ブロック図である。
【図１５】  実施の形態８において、レーザ光の走査領域を指定する画像の例を示すイメージ図である。
【図１６】  本発明の実施の形態９の走査型光誘起電流解析装置１１４の構成を示す概略ブロック図である。
【図１７】  実施の形態９の画像出力のイメージ図である。（ａ）は実施の形態９において電流検出領域を指定する画像の例を示すイメージ図であり、（ｂ）は指定領域からの出力電流のイメージ図である。
【図１８】  従来の走査型光誘起電流解析装置９０の構成を示す概略ブロック図である。
【図１９】  被測定物を含む従来例の要部概略図である。
【図２０】  従来のレーザ走査型顕微鏡の構成を示す概略ブロック図である。
【図２１】  従来の光誘起電流解析装置９０の動作原理を示す概略図である。
【符号の説明】
２  レーザ走査型顕微鏡、４  レーザビーム、６  被測定物、８  直流電源、９  接地電位、１０  電流アンプ、１２  画像情報変換装置、１４  画像出力装置、１６配線パターン、１８電極パッド、２０  装置制御部、５０  ビームスプリッタ、５２  結像レンズ、５４  ＣＣＤ、５６  対物レンズ、５８  反射ミラー、１００、１０２、１０４、１０６、１０８、１１０、１１２、１１４  走査型光誘起電流解析装置、２００  レーザ光源、２０２  光偏向素子、２０４  結像装置、２０６  集束装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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