(57)【要約】【課題】欠陥が発生した個所を従来方法よりも高感度で検出できるＯＢＩＲＣＨ検査方法及びＯＢＩＲＣＨ装置を提供する。【解決手段】まず、ＯＢＩＲＣＨ装置の試料ステージ１１の上に検査対象３０を載置する。このとき、検査対象３０の第１の面側に、反射板３５を配置する。次に、検査対象３０にプローブピン１２ａを接触させる。次いで、プローブピン１２ａを介して電圧を印加しながら、検査対象３０の第２の面側からレーザ光を照射する。そして、プローブピン１２ａに流れる電流を検出する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
検査対象の第１の面に対向するように反射板を配置する工程と、
前記検査対象にプローブピンを介して電圧を印加しながら、前記検査対象の第２の面にレーザ光を照射し、前記プローブピンに流れる電流を検出する工程と
を有することを特徴とするＯＢＩＲＣＨ検査方法。
【請求項２】
前記検査対象が、シリコン基板を有する半導体デバイスであることを特徴とする請求項１に記載のＯＢＩＲＣＨ検査方法。
【請求項３】
前記レーザ光の波長が、前記シリコン基板を透過する波長であることを特徴とする請求項２に記載のＯＢＩＲＣＨ検査方法。
【請求項４】
前記反射板の表面に凹凸が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のＯＢＩＲＣＨ検査方法。
【請求項５】
検査対象が載置される試料ステージと、
前記検査対象の第１の面に対向して配置される反射板と、
前記検査対象に接触して電圧を印加するプローブピンと、
前記検査対象の第２の面にレーザ光を照射する光学装置と、
前記プローブピンに流れる電流を検出するアンプと
を有することを特徴とするＯＢＩＲＣＨ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＯＢＩＲＣＨ検査方法及びＯＢＩＲＣＨ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体デバイスの高集積化が著しく進み、それにともなって半導体デバイスに発生する欠陥のサイズも極めて小さくなっている。また、欠陥に起因する電圧や電流の変化も極めて微小である。
【０００３】
半導体デバイスの欠陥を評価する際には、欠陥が発生した個所を特定することが重要である。このため、半導体デバイスの欠陥個所を高感度で検出できる検査方法が求められている。そのような検査方法の一つに、ＯＢＩＲＣＨ（Optical Beam Induced Resistance CHange：光励起抵抗変化）法がある。
【０００４】
ＯＢＩＲＣＨ法では、波長が１３００ｎｍ程度の赤外線レーザを使用する。そして、半導体デバイスに形成された配線に電圧を印加しつつ、半導体デバイスの表面にレーザ光を走査する。
【０００５】
レーザ光が照射された部分では温度が変化し、温度の変化にともなって抵抗値が変化する。この抵抗値の変化をレーザ走査に同期したタイミングで検出して信号処理すると、半導体デバイスの配線層の抵抗変化を２次元画像で表わしたＯＢＩＲＣＨ画像が得られる。
【０００６】
半導体デバイスの配線材料は固有の抵抗温度依存性をもつため、配線又は絶縁層に欠陥があると、欠陥がない場合に比べて抵抗値の変化が異なる。この抵抗値の変化は、ＯＢＩＲＣＨ画像において輝度の変化となる。これにより、ＯＢＩＲＣＨ画像から、欠陥が発生した場所を特定することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−２６４０３０号公報
【特許文献２】特開２００９−２７２５４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
欠陥が発生した個所を従来方法よりも高感度で検出できるＯＢＩＲＣＨ検査方法及びＯＢＩＲＣＨ装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
開示の技術の一観点によれば、検査対象の第１の面に対向するように反射板を配置する工程と、前記検査対象にプローブピンを介して電圧を印加しながら、前記検査対象の第２の面にレーザ光を照射し、前記プローブピンに流れる電流を検出する工程とを有するＯＢＩＲＣＨ検査方法が提供される。
【００１０】
開示の技術の他の一観点によれば、検査対象が載置される試料ステージと、前記検査対象の第１の面に対向して配置される反射板と、前記検査対象に接触して電圧を印加するプローブピンと、前記検査対象の第２の面にレーザ光を照射する光学装置と、前記プローブピンに流れる電流を検出するアンプとを有するＯＢＩＲＣＨ装置が提供される。
【発明の効果】
【００１１】
上記一観点に係るＯＢＩＲＣＨ検査方法及びＯＢＩＲＣＨ検査装置によれば、レーザ光を直接照射できない部分に欠陥があっても、反射板により反射されるレーザ光により欠陥部分が照射される。これにより、欠陥が発生した個所を、従来方法よりも高感度で検出することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、第１の実施形態に係る検査方法で使用するＯＢＩＲＣＨ検査装置の一例を示す模式図である。
【図２】図２は、試料ステージ上に載置された半導体デバイスを示す模式図である。
【図３】図３は、ＯＢＩＲＣＨ検査中の半導体デバイス（反射板無し）を模式的に示す図である。
【図４】図４は、ＯＢＩＲＣＨ検査中の半導体デバイス（反射板有り）を模式的に示す図である。
【図５】図５は、第２の実施形態に係る検査方法で使用するＯＢＩＲＣＨ検査装置の一例を示す模式図である。
【図６】図６は、試料ステージ上に載置された半導体デバイスを示す模式図である。
【図７】図７は、ＯＢＩＲＣＨ検査中の半導体デバイス（反射板無し）を模式的に示す図である。
【図８】図８は、ＯＢＩＲＣＨ検査中の半導体デバイス（反射板有り）を模式的に示す図である。
【図９】図９（ａ）は反射板を使用せずに半導体デバイスの下面側からレーザ光を照射して取得したＯＢＩＲＣＨ画像を示す図、図９（ｂ）は半導体デバイスの上側に反射板を配置し、半導体デバイスの下面側からレーザ光を照射して取得したＯＢＩＲＣＨ画像を示す図である。
【図１０】図１０（ａ）〜（ｅ）は、表面に凹凸を有する反射板の例を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、実施形態について説明する前に、実施形態の理解を容易にするための予備的事項について説明する。
【００１４】
前述したように、ＯＢＩＲＣＨ法では、半導体デバイスの配線層に発生した欠陥箇所を高感度で検出することが可能である。また、ＯＢＩＲＣＨ法では、シリコン基板を透過する波長のレーザ光を使用するので、シリコン基板の下面側から下層の配線層にレーザ光を照射することも可能である。これにより、上側からのレーザ照射では検出できない場所に発生した欠陥を検出することもできる。
【００１５】
しかし、従来のＯＢＩＲＣＨ法では、欠陥が上層又は下層の配線によってマスクされる部分にある場合は、欠陥箇所にレーザ光を照射することができないため、欠陥を検出することができない。
【００１６】
以下、欠陥が発生した個所を従来方法よりも高感度で検出できるＯＢＩＲＣＨ検査方法及びＯＢＩＲＣＨ装置について説明する。
【００１７】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る検査方法で使用するＯＢＩＲＣＨ検査装置の一例を示す模式図である。
【００１８】
図１に示すＯＢＩＲＣＨ検査装置は、検査対象の半導体デバイス３０を配置する検査装置本体１０と、検査装置本体１０に各種制御信号を出力するとともに検査装置本体１０から出力される各種信号を入力して信号処理するコンソール部２０とを有する。
【００１９】
検査装置本体１０は半導体デバイス３０が載置される試料ステージ１１を有する。この試料ステージ１１の上にはメカニカルプローバ１２が複数配置されており、それらのメカニカルプローバ１２の先端には半導体デバイス３０の電極に接触するプローブピン１２ａが取り付けられている。ＯＢＩＲＣＨ検査時には、ＯＢＩＲＣＨアンプ３１から配線３２及びプローブピン１２ａを介して半導体デバイス３０の電極に電圧が印加され、プローブピン１２ａに流れる電流の変化により抵抗値の変化を検出する。
【００２０】
試料ステージ１１の上方には、顕微鏡筒１３及び光検出器１５を含む光学系が、支柱１６により支持されて配置されている。
【００２１】
顕微鏡筒１３の下側には複数の対物レンズ１３ａが取り付けられたリボルバー１３ｂが配置されている。コンソール部２０からの制御信号によりリボルバー１３ｂが回転して、所望の対物レンズ１３ａが所定の位置に配置される。
【００２２】
ＯＢＩＲＣＨ画像取得時には、この所定の位置に配置された対物レンズ１３ａを介して、後述のレーザ光源１５ｂで発生したレーザ光が半導体デバイス３０に向けて出射される。また、顕微鏡画像取得時には、この所定の位置に配置された対物レンズ１３ａを介して、後述の撮像素子１５ａに半導体デバイス３０の光学像が入力される。
【００２３】
光検出器１５内には、半導体デバイス３０の光学像を検出して電気信号（画像信号）に変換する撮像素子１５ａと、レーザ光を発生するレーザ光源１５ｂと、レーザ光走査部１５ｃとが収納されている。レーザ光源１５ｂは、レーザ駆動装置１７からの信号に応じて、波長が１３００ｎｍ程度のレーザ光を発生する。レーザ光走査部１５ｃは、レーザ駆動装置１７からの信号に応じてレーザ光を走査（ラスタースキャン）する。
【００２４】
この図１に示すＯＢＩＲＣＨ検査装置では、レーザ駆動装置１７が試料ステージ１１の下方に配置されており、レーザ駆動装置１７と光検出器１５とはケーブル１８を介して接続されている。
【００２５】
検査ステージ１１の上には遮光カバー１９が配置されており、この遮光カバー１９により外光が進入しない遮光空間が形成される。上述した半導体デバイス３０、メカニカルプローバ１２、顕微鏡筒１３、及び光検出器１５は、遮光カバー１９により覆われた遮光空間内に配置されている。
【００２６】
一方、コンソール部２０には、ＯＢＩＲＣＨコントローラ２１と、表示装置２３と、電源２４とが設けられている。
【００２７】
電源２４は、配線２５を介してＯＢＩＲＣＨアンプ３１に接続され、ＯＢＩＲＣＨアンプ３１に所定の電圧を供給する。また、電源２４は、ＯＢＩＲＣＨアンプ３１を介して取得される電流の情報をＯＢＩＲＣＨコントローラ２１に伝達する。
【００２８】
ＯＢＩＲＣＨコントローラ２１はコンピュータを含んで構成されている。このＯＢＩＲＣＨコントローラ２１は、例えば光検出器１５内の撮像素子１５ｂから画像信号を取得し、画像処理を行い半導体デバイス３０の表面の顕微鏡画像を生成して、表示装置２３に表示する。また、ＯＢＩＲＣＨコントローラ２１は、例えばＯＢＩＲＣＨアンプ３１を介してプローブピン１２ａに流れる電流の変化を取得し、信号処理を行ってＯＢＩＲＣＨ画像を生成して、表示装置２３に表示する。更に、ＯＢＩＲＣＨコントローラ２１は、検査部１０のレーザ駆動装置１７や光学系の制御も行う。
【００２９】
以下、本実施形態に係るＯＢＩＲＣＨ検査方法について説明する。
【００３０】
図２は、試料ステージ１１上に載置された半導体デバイス３０を示す模式図である。この図２のように、本実施形態に係るＯＢＩＲＣＨ検査方法では、試料ステージ１１と半導体デバイス３０との間に反射板３５を配置する。また、プローブピン１２ａを半導体デバイス３０の電極に接触させ、ＯＢＩＲＣＨアンプ３１からプローブピン１２ａに所定の電圧を印加する。
【００３１】
反射板３５は、半導体デバイス３０に照射されるレーザ光を反射するのものであればよく、材質や形状等は限定されない。ここでは、反射板３５として、表面に金（Ａｕ）めっきが施された金属板を使用するものとする。また、本実施形態では反射板３５を試料ステージ１１と半導体デバイス３０との間に挟んで配置しているが、スパッタリング等の方法により半導体デバイス３０の裏面側に反射板３５となる金属を付着させてもよい。
【００３２】
次に、対物レンズ１３ａを介して半導体デバイス３０の上側からレーザ光を照射し、そのレーザ光をラスタースキャンしながら、ＯＢＩＲＣＨコントローラ２１により各プローブピン１２ａに流れる電流を監視して、抵抗値の変化を検出する。
【００３３】
図３は、ＯＢＩＲＣＨ検査中の半導体デバイスを模式的に示す図である。但し、図３の例では、半導体デバイス３０は試料ステージ１１の上に直接載置されており、反射板３５は使用していない。
【００３４】
図３において、４１はシリコン基板、４２はトランジスタ、４３はアルミニウム又は銅等の金属により形成された配線を示している。また、図３中に矢印Ａ，Ｂで示す部分は欠陥が発生した個所を示し、白抜き矢印はレーザ光を示している。
【００３５】
半導体デバイス３０の表面側からレーザ光を照射する場合、矢印Ａで示す部分にはレーザ光が照射されるため、温度が上昇して抵抗値が変化する。このため、ＯＢＩＲＣＨコントローラ２１は、プローブピン１２ａに流れる電流の変化から、矢印Ａの部分の欠陥を検出することができる。
【００３６】
しかし、矢印Ｂで示す部分は、その上方が配線４３に覆われているため、レーザ光が照射されない。このため、ＯＢＩＲＣＨコントローラ２１では、矢印Ｂの部分の欠陥を検出することができない。
【００３７】
図４は、ＯＢＩＲＣＨ検査中の半導体デバイスを模式的に示す図である。但し、図４の例では、半導体デバイス３０と試料ステージ１１との間に反射板３５を配置している。
【００３８】
図４のように半導体デバイス３０と試料ステージ１１との間に反射板３５を配置した場合、半導体デバイス３０の上面（表面）側からレーザ光を照射すると、図３に示す例と同様に、矢印Ａで示す部分にはレーザ光が照射される。これにより、ＯＢＩＲＣＨコントローラ２１は、プローブピン１２ａに流れる電流の変化から、矢印Ａの部分の欠陥を検出することができる。
【００３９】
一方、矢印Ｂで示す部分には、その上方に配線４３があるため、レーザ光を直接照射することはできない。しかし、シリコン基板４１を透過して反射板３５で反射されたレーザ光の一部が矢印Ｂに示す部分を照射するため、矢印Ｂに示す部分の温度が上昇する。これにより、ＯＢＩＲＣＨコントローラ２１は、プローブピン１２ａに流れる電流の変化から、矢印Ｂの部分の欠陥を検出することができる。
【００４０】
このように、本実施形態では、半導体デバイス３０と試料ステージ１１との間に反射板３５を配置して、半導体デバイス３０の上面側からレーザ光を照射する。これにより、反射板３５がない場合（図３に示す場合）に比べて、欠陥が発生した個所を高感度で検出することができる。
【００４１】
（第２の実施形態）
図５は、第２の実施形態に係る検査方法で使用するＯＢＩＲＣＨ検査装置の一例を示す模式図である。図５において、図１と同一物には同一符号を付して、重複する部分の説明は省略する。
【００４２】
図５に示すＯＢＩＲＣＨ検査装置では、顕微鏡筒１３及び光検出器１５等の光学系が、試料ステージ１１の下方に配置されている。すなわち、レーザ駆動装置１７の上に光検出器１５が配置されており、光検出器１５の上に顕微鏡筒１３が配置されている。そして、顕微鏡筒１３の上側には、複数の対物レンズ１３ａが取り付けられたリボルバー１３ｂが配置されている。
【００４３】
本実施形態においても、コンソール部２０からの制御信号によりリボルバー１３ｂが回転して所望の対物レンズ１３ａが所定の位置に配置され、その所定の位置に配置された対物レンズ１３ａを介してレーザ光が半導体デバイス３０に向けて出射される。
【００４４】
なお、本実施形態では、試料ステージ１１のうち少なくとも試料デバイス３０が配置される部分が、レーザ光を透過する材料により形成されていることが重要である。本実施形態では、試料ステージ１１がガラスにより形成されているものとする。また、第１の実施形態と同様に、半導体デバイス３０、メカニカルプローバ１２、顕微鏡筒１３及び光検出器１５等は、遮光カバー１９により覆われた遮光空間内に配置されている。
【００４５】
図６は、試料ステージ１１上に載置された半導体デバイス３０を示す模式図である。この図６のように、本実施形態に係るＯＢＩＲＣＨ検査方法では、半導体デバイス３０の上に反射板３５を配置する。ここでも、反射板３５として、表面に金めっきが施された金属板を使用するものとする。
【００４６】
次に、半導体デバイス３０の下側からレーザ光を照射し、そのレーザ光をラスタースキャンしながら、ＯＢＩＲＣＨコントローラ２１により各プローブピン１２ａに流れる電流を監視して、抵抗値の変化を検出する。
【００４７】
図７は、ＯＢＩＲＣＨ検査中の半導体デバイスを模式的に示す図である。但し、図７の例では、半導体デバイス３０の上に反射板３５を配置していない。
【００４８】
半導体デバイス３０の下面（裏面）側からレーザ光を照射する場合、矢印Ｂで示す部分にはレーザ光が照射されるため、温度が上昇して抵抗値が変化する。このため、ＯＢＩＲＣＨコントローラ２１は、プローブピン１２ａに流れる電流の変化から、矢印Ｂの部分の欠陥を検出することができる。
【００４９】
しかし、矢印Ａで示す部分は、その下方が配線４３に覆われているため、レーザ光が照射されない。このため、ＯＢＩＲＣＨコントローラ２１では、矢印Ａの部分の欠陥を検出することができない。
【００５０】
図８は、ＯＢＩＲＣＨ検査中の半導体デバイスを模式的に示す図である。但し、図８の例では、半導体デバイス３０の上に反射板３５を配置している。
【００５１】
図８のように、半導体デバイス３０の上に反射板３５を配置した場合、半導体デバイス３０の下面側からレーザ光を照射すると、図７に示す例と同様に、矢印Ｂで示す部分にはレーザ光が照射される。これにより、ＯＢＩＲＣＨコントローラ２１は、プローブピン１２ａに流れる電流の変化から、矢印Ｂの部分の欠陥を検出することができる。
【００５２】
一方、矢印Ａで示す部分には、その下方に配線４３が形成されているため、レーザ光を直接照射することができない。しかし、配線層を透過して反射板３５で反射されたレーザ光の一部が矢印Ａに示す部分を照射するため、矢印Ａで示す部分の温度が上昇する。これにより、ＯＢＩＲＣＨコントローラ２１は、プローブピン１２ａに流れる電流の変化から、矢印Ａの部分の欠陥を検出することができる。
【００５３】
このように、本実施形態では、半導体デバイス３０の上側に反射板３５を配置して、半導体デバイス３０の下面側からレーザ光を照射する。これにより、反射板３５がない場合（図７に示す場合）に比べて、欠陥が発生した個所を高感度で検出することができる。
【００５４】
（実験）
検査対象として、中間配線層に短絡が発生した半導体デバイスを用意し、図５に示すＯＢＩＲＣＨ装置を使用してＯＢＩＲＣＨ画像を取得した。
【００５５】
図９（ａ）は、図７のように、反射板を使用せず、半導体デバイス３０の下面側からレーザ光を照射して取得したＯＢＩＲＣＨ画像を示す図である。また、図９（ｂ）は、図８のように半導体デバイスの上側に反射板３５を配置し、半導体デバイス３０の下面側からレーザ光を照射して取得したＯＢＩＲＣＨ画像を示す図である。
【００５６】
図９（ａ）からわかるように、反射板なしの場合でも、図９（ａ）中の右側中央の欠陥部分の輝度が他の部分よりもわずかに高くなっている。これは、反射板がなくても、配線４３や絶縁層の界面等で反射された微量なレーザ光が欠陥部分に到達しているためと考えることができる。しかし、欠陥部分と他の部分との輝度の差はわずかであり、欠陥の検出精度は低い。
【００５７】
一方、半導体デバイスの上に反射板を配置して取得した図９（ａ）のＯＢＩＲＣＨ画像では、図９（ａ）に比べて欠陥部分の輝度が高くなっていることがわかる。このように、本実施形態に係るＯＢＩＲＣＨ検査方法では、反射板３５でレーザ光を反射させることにより、半導体デバイス（検査対象）の欠陥をより確実に検出できる。
【００５８】
（変形例）
上述した第１の実施形態及び第２の実施形態ではいずれも反射板として表面が平坦な板を使用したが、反射板として、図１０（ａ）〜（ｅ）のように表面に凹凸を有する部材を使用してもよい。
【００５９】
図１０（ａ）の反射板３５ａには、表面に矩形状の凹凸が設けられている。図１０（ｂ）の反射板３５ｂでは、表面に台形状の凹凸が設けられている。図１０（ｃ）の反射板３５ｃでは、表面に三角形状の凹凸が設けられている。図１０（ｄ）の反射板３５ｄでは、表面に凸レンズ状の凹凸が設けられている。図１０（ｅ）の反射板３５ｅでは、表面に凹レンズ状の凹凸が設けられている。
【００６０】
このように表面に凹凸が設けられた反射板３５ａ〜３５ｅを使用すると、表面が平坦な反射板３５に比べて、レーザ光を広範囲に反射させることができる。
【００６１】
以上の諸実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。
【００６２】
（付記１）検査対象の第１の面に対向するように反射板を配置する工程と、
前記検査対象にプローブピンを介して電圧を印加しながら、前記検査対象の第２の面にレーザ光を照射し、前記プローブピンに流れる電流を検出する工程と
を有することを特徴とするＯＢＩＲＣＨ検査方法。
【００６３】
（付記２）前記検査対象が、シリコン基板を有する半導体デバイスであることを特徴とする付記１に記載のＯＢＩＲＣＨ検査方法。
【００６４】
（付記３）前記レーザ光の波長が、前記シリコン基板を透過する波長であることを特徴とする付記２に記載のＯＢＩＲＣＨ検査方法。
【００６５】
（付記４）前記第１の面が前記シリコン基板の裏面であり、前記第２の面が配線が形成された面であることを特徴とする付記３に記載のＯＢＩＲＣＨ検査方法。
【００６６】
（付記５）前記第２の面が前記シリコン基板の裏面であり、前記第１の面が配線が形成された面であることを特徴とする付記３に記載のＯＢＩＲＣＨ検査方法。
【００６７】
（付記６）前記反射板の表面に凹凸が設けられていることを特徴とする付記１乃至５のいずれか１項に記載のＯＢＩＲＣＨ検査方法。
【００６８】
（付記７）検査対象が載置される試料ステージと、
前記検査対象の第１の面に対向して配置される反射板と、
前記検査対象に接触して電圧を印加するプローブピンと、
前記検査対象の第２の面にレーザ光を照射する光学装置と、
前記プローブピンに流れる電流を検出するアンプと
を有することを特徴とするＯＢＩＲＣＨ装置。
【００６９】
（付記８）前記検査対象がシリコン基板を有する半導体デバイスであり、前記レーザ光の波長が、前記シリコン基板を透過する波長であることを特徴とする付記７に記載のＯＢＩＲＣＨ装置。
【符号の説明】
【００７０】
１０…検査装置本体、１１…試料ステージ、１２…メカニカルプローバ、１２ａ…プローブピン、１３…顕微鏡筒、１３ａ…対物レンズ、１３ｂ…リボルバー、１５…光検出器、１５ａ…撮像素子、１５ｂ…レーザ光源、１５ｃ…レーザ光走査部、１６…支柱、１７…レーザ駆動装置、１９…遮光カバー、２０…コンソール部、２１…ＯＢＩＲＣコントローラ、２３…表示装置、２４…電源、３０…半導体デバイス、３１…ＯＢＩＲＣアンプ、３５，３５ａ〜３５ｅ…反射板。
【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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