(57)【要約】【課題】微粒子の各種特性によって、半導体回路がどのような影響を受けるかを評価する半導体回路の評価方法及びその評価装置を提供すること。【解決手段】半導体回路の評価装置１は、微粒子生成源４が配設される微粒子生成室２と、微粒子生成源４を蒸発させて微粒子を生成させる加熱手段２４と、半導体基板１７が配設される微粒子付着室３と、微粒子生成室２で生成された微粒子を微粒子付着室３へと搬送して半導体基板１７に吹きつける搬送管１０と、搬送管１０の途中に設けられた分級装置１１と濃度検出器１４と、微粒子が付着された半導体基板１７上の半導体回路の電気的試験を行う検査装置２０とを備えている。【選択図】　　　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
特性が既知の微粒子を半導体基板に付着させた上で、前記半導体基板に形成された半導体回路の電気的試験を行うことを特徴とする半導体回路の評価方法。
【請求項２】
前記微粒子をレーザーアブレーション法によって生成することを特徴とする請求項１に記載の半導体回路の評価方法。
【請求項３】
微粒子生成源が配設される微粒子生成室と、
前記微粒子生成源を蒸発させて微粒子を生成させる加熱手段と、
半導体基板が配設される微粒子付着室と、
前記微粒子生成室で生成された微粒子を前記微粒子付着室へと搬送して前記半導体基板に吹きつける搬送管と、
前記搬送管の途中に設けられ、前記微粒子の特性を制御する特性制御手段と、
前記微粒子が付着された前記半導体基板上の半導体回路の電気的試験を行う検査装置とを備えたことを特徴とする半導体回路の評価装置。
【請求項４】
微粒子生成源が配設される微粒子生成室と、
前記微粒子生成源を蒸発させて微粒子を生成させる加熱手段と、
半導体基板が配設される微粒子付着室と、
前記微粒子生成室で生成された微粒子を前記微粒子付着室へと搬送して前記半導体基板に吹きつける搬送管と、
前記搬送管の途中に設けられ、前記微粒子の特性を検出する特性検出手段と、
前記微粒子が付着された前記半導体基板上の半導体回路の電気的試験を行う検査装置とを備えたことを特徴とする半導体回路の評価装置。
【請求項５】
前記加熱手段はレーザー発振器であることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の半導体回路の評価装置。
【請求項６】
前記微粒子付着室内には、前記搬送管の微粒子吹き出し口に対して移動自在なステージが設けられ、該ステージの上に前記半導体基板が支持されていることを特徴とする請求項３乃至請求項５の何れかに記載の半導体回路の評価装置。
【請求項７】
前記微粒子吹き出し口と前記半導体基板との間に、前記微粒子の前記半導体基板上への付着範囲を制限するマスクが設けられていることを特徴とする請求項６に記載の半導体回路の評価装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体基板に形成された半導体回路への微粒子汚染の影響を評価する半導体回路の評価方法及びその評価装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体回路が形成された半導体基板上に、汚染物質として微粒子が付着した際に、化学的な洗浄やレーザークリーニング等を用いて微粒子を除去する技術はすでに一般的に行われている。
【０００３】
また、微粒子の汚染状況を評価することも行われていた。例えば、半導体製造装置からの排気中の微粒子の個数濃度及び粒径分布を計測する手法（非特許文献１、特許文献１など）や、半導体基板の表面上に付着した１００ｎｍ以上の微粒子を検出する方法（非特許文献２など）がある。
【０００４】
【特許文献１】
特開平１１−２９７５８２号公報
【非特許文献１】
Ｍｉｃｈａｅｌ　Ｇ．Ｓｉｍｍｏｎｄｓ，　Ｗａｙｎｅ　ｌ．Ｇｌａｄｆｅｌｔｅｒ，　Ｎａｇａｒａｊａ　Ｒａｏ，　Ｗｌａｄｙｓｌａｗ　Ｗ．Ｓｚｙｍａｎｓｋｉ，　Ｋａｎｇ−ｈｏ　Ａｈｎ，　Ｐｅｔｅｒ　Ｈ．ＭｃＭｕｒｒｙ，　Ｊ．　Ｖａｃ．　Ｓｃｉ．　Ｔｅｃｈｎｏｌ．　Ａ　９（５）（１９９１）２７８２
【非特許文献２】
Ｔ．Ｓｅｔｏ，　Ｋ．Ｏｋｕｙａｍａ，　Ｙ．Ｉｎｏｕｅ，　Ｓ．Ｙｏｋｏｙａｍａ，　Ｓ．Ｋｕｒｏｓｅ，　Ｍ．Ｈｉｒｏｓｅ，　Ｔ．Ｆｕｊｉｉ，　Ｒｅｖ．　Ｓｃｉ．　Ｉｎｓｔｒｕｍ　６６（１１）（１９９５）５３４８
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
従来は、微粒子の汚染状況を把握した上で、いかにして半導体基板に微粒子を付着させないかという点に重点がおかれ、空間の清浄化技術の研究開発に時間と費用を費やしてきている。
微粒子による半導体回路の誤動作を低減させて歩留まり向上を図るためには、汚染源となる微粒子のサイズ（粒径）、化学成分、個数濃度などが半導体回路にどのような影響を及ぼすかを分析し評価することも重要になってくる。しかし、この点に関しての評価は行われていないのが現状である。
【０００６】
特に、近年では半導体回路の集積度の向上に伴い配線幅が狭くなり、従来の手法では除去し難いナノオーダの微粒子の付着が無視できないと考えられる。例えば、現状のＤＲＡＭ（Ｄｙｎａｍｉｃ　Ｒａｎｄｏｍ　Ａｃｃｅｓｓ　Ｍｅｍｏｒｙ）のパターンサイズは約０．１３μｍであり、そのサイズの１／１０の粒径以上の粒子、すなわち約１０ｎｍ以上の微粒子は半導体回路の特性に影響を及ぼすと予想される。さらにＤＲＡＭの容量増加に伴いパターンサイズが細くなるため、除去すべき微粒子のサイズは将来的にはますます小さいものになっていくと予想される。従って、このように、ますます微細化される半導体回路に対して、微粒子の粒径や、個数濃度などがどのように影響するかという評価を行うことは重要になってくる。
【０００７】
本発明は上述の問題に鑑みてなされ、その目的とするところは、微粒子の各種特性によって、半導体回路がどのような影響を受けるかを評価する半導体回路の評価方法及びその評価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】
本発明の半導体回路の評価方法は、特性が既知の微粒子を半導体基板に付着させた上で、その半導体基板に形成された半導体回路の電気的試験を行うことを特徴としている。
【０００９】
また、本発明の半導体回路の評価装置は、微粒子生成源が配設される微粒子生成室と、微粒子生成源を蒸発させて微粒子を生成させる加熱手段と、半導体基板が配設される微粒子付着室と、微粒子生成室で生成された微粒子を微粒子付着室へと搬送して半導体基板に吹きつける搬送管と、搬送管の途中に設けられ、微粒子の特性を制御する特性制御手段と、微粒子が付着された半導体基板上の半導体回路の電気的試験を行う検査装置とを備えたことを特徴としている。
【００１０】
また、本発明の半導体回路の評価装置は、微粒子生成源が配設される微粒子生成室と、微粒子生成源を蒸発させて微粒子を生成させる加熱手段と、半導体基板が配設される微粒子付着室と、微粒子生成室で生成された微粒子を微粒子付着室へと搬送して半導体基板に吹きつける搬送管と、搬送管の途中に設けられ、微粒子の特性を検出する特性検出手段と、微粒子が付着された半導体基板上の半導体回路の電気的試験を行う検査装置とを備えたことを特徴としている。
【００１１】
すなわち、本発明では、予め既知の特性、例えば、既知の化学組成から成り、所望の粒径に揃えられた微粒子を一定量半導体基板上に付着させた上で、半導体回路の電気的試験を行う
微粒子の特性を制御する特性制御手段としては、例えば、微分型電気移動度分級装置（ＤＭＡ；　Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ　Ｍｏｂｉｌｉｔｙ　Ａｎａｌｙｚｅｒ）（Ｅ．Ｏ．Ｋｎｕｓｏｎ　ａｎｄ　Ｋ．Ｔ．Ｗｈｉｔｂｙ，　Ｊ．　Ａｅｒｏｓｏｌ　Ｓｃｉ．６（１９７５）４４３．）を挙げることができる。この分級装置にて微粒子の粒径を分級後、所望の粒径の微粒子のみを半導体基板上に吹きつける。
微粒子の特性を検出する手段としては、例えば、微粒子の個数濃度を検出する濃度検出器を挙げることができる。
微粒子の化学成分は、微粒子生成源の材質、微粒子生成室内雰囲気の圧力や雰囲気ガスの成分などによって決まる。
半導体基板への微粒子の付着量は、微粒子の個数濃度、吹きつけ時間、吹きつけ速度などによって決まる。
このようにして、特性が既知となった微粒子を半導体基板上に付着させた上で、半導体回路の電気的試験を行うことにより、微粒子の特性と、半導体回路の動作具合との関係が得られ、半導体製造プロセスにおける問題を未然に察知することが可能となる。
【００１２】
微粒子の化学成分としては、金属、セラミックス、有機物などが挙げられる。
金属としては、Ｃｕ，Ｆｅ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｃｒ，Ｗ，Ａｌ，Ｉｎなどが一例として挙げられる。
セラミックスとしては、上記金属の酸化物や窒化物などが一例として挙げられる。
有機物としては、作業者からの呼気、汗、油などが一例として挙げられる。
その他として、Ｎａ，Ｋ，Ｃａ，Ｂや、半導体製造プロセス上発生する、ダスト、Ｓｉ酸化物、Ｓｉ窒化物、Ｔｉ、Ｔｉ窒化物、Ｔａなどが挙げられる。
更に、以上に挙げたものの複合物が挙げられる。
【００１３】
また、微粒子生成源の加熱手段として、例えば坩堝が使用されると、坩堝との反応や坩堝からの汚染が生じるなどの問題がある。また、高融点の物質に対しては、適切な坩堝材料がないため微粒子生成が難しいという問題もある。更に、抵抗加熱やアーク加熱を用いる場合は、チャンバー壁などからの脱ガスや電極などからの汚染も受けやすい。また、これらの方法は、微粒子の粒径及び粒径分布が広いなど、微粒子の特性制御の観点からみても問題がある。
以上の点を考えて、微粒子を生成する方法としては、レーザーアブレーション法が好ましい。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【００１５】
図１は、本発明の実施の形態による半導体回路の評価装置１の全体構成を示す概略図である。評価装置１は、微粒子生成室２、微粒子付着室３、搬送管１０などからなるいわゆるガスデポジション装置と、微粒子の特性を制御する特性制御手段１１と、微粒子の特性を検出する特性検出手段１４と、微粒子が付着された半導体回路の電気的試験を行う検査装置２０とから、主として構成される。
【００１６】
微粒子生成室２内では、微粒子生成源として例えば金属材料のターゲット４がターゲットホルダ５に保持されている。ターゲット４は、例えば直径５０ｍｍ、厚さ３ｍｍのディスク形状を呈している。ターゲットホルダ５はモータ６の回転軸６ａに連結され、回転可能となっている。
【００１７】
微粒子生成室２は排気系２２に接続され、この排気系２２を介して真空排気が可能となっている。更に、微粒子生成ガス導入系２１が接続され、この微粒子生成ガス導入系２１を通じて微粒子生成室２内には、例えばＨｅなどの不活性ガス、あるいはターゲット４がセラミックス系材料の場合には反応性ガスが導入される。
【００１８】
微粒子生成室２の外部には、ターゲット４の加熱手段であるレーザー発振器２４が配設されている。レーザー発振器２４から出射されるレーザー光は、同じく微粒子生成室２の外部に配設されたミラー７と集光レンズ８を介して、微粒子生成室２に取り付けられたレーザー光導入窓９より、ターゲット４上に集光される。集光レンズ８は光軸方向に移動可能であり、この集光レンズ８を動かすことによってレーザー光のパワー密度を変えることができ、ターゲット材料の蒸発温度の違いに対応することができる。また、モータ６によりターゲットホルダ５ごとターゲット４を回転させることにより、ターゲット４の表面を均一に加熱して蒸発させることができる。
【００１９】
微粒子付着室３内では、半導体回路が形成された半導体基板１７が、ステージ１８上に支持されている。微粒子付着室３内には、スリット１６が形成されたスリット板１６が、半導体基板１７の上方に位置して配設されている。このスリット板１６は、微粒子の吹き出し口であるノズル１５から吹き出される微粒子の、半導体基板１７上への付着範囲を制限するマスクとして機能する。また、微粒子付着室３は排気系２３に接続され、この排気系２３を通じて真空排気が可能となっている。
【００２０】
搬送管１０の一端は微粒子生成室２内に挿入されており、一方、ノズル１５が取り付けられた他端は微粒子付着室３内に挿入されている。ノズル１５は、スリット１６ａ上に位置している。
【００２１】
搬送管１０の途中には、微粒子の特性制御手段である分級装置１１と、微粒子の特性検出手段である濃度検出器１４が介在されている。分級装置１１とノズル１５との間にはバルブ１２が設けられ、このバルブ１２と分級装置１１との間から分岐管１９が分岐しており、この分岐管１９にはバルブ１３を介して濃度検出器１４が接続されている。更に、分級装置１１の手前（微粒子生成室２側）には、分級装置１１に導入される微粒子を荷電させるためのチャージャーユニット２５が設けられている。
【００２２】
分級装置１１は、粒径に分布のある微粒子を電気移動度（単位電界当たりの微粒子の移動速度）の差によって分級し、粒径の揃った微粒子として取り出す装置である。図２に示すように、分級装置１１は、外筒３１と、電圧が印加される内筒３２との二重円筒構造になっており、チャージャーユニット２５にて予め放射線などによって荷電された微粒子は、外筒３１に形成されたスリット３１ａから導入される。
【００２３】
外筒３１の上部に形成されたスリット３１ｂからはシースガスが導入され、フィルタ３３を通過して、外筒３１の下部に形成された排気口３１ｃから排気される流れを形成する。この鉛直方向のシースガスの流れの速度と、水平方向の静電気力による微粒子の移動速度とのバランスにより微粒子を輸送し、特定の粒径の微粒子のみを内筒３２に形成されたスリット３２ａから取り出す。内筒３２への印加電圧を制御することによって分級される微粒子の粒径が決定される。
【００２４】
分級後の微粒子は濃度検出器１４に導入され、微粒子の個数濃度の検出が行われる。濃度検出器は、例えばファラデーカップ電流計であり、荷電された微粒子を電流として検出する。
【００２５】
次に、微粒子生成室２での微粒子の生成、及びこの生成された微粒子を半導体基板１７に付着させる作用について説明する。
【００２６】
先ず、微粒子生成室２及び微粒子付着室３内を所定の圧力まで減圧した後、微粒子生成室２の真空排気を停止し、その微粒子生成室２に、例えば高純度Ｈｅガスを大気圧近くまで導入する。微粒子付着室３内は真空排気が続けられている。これにより、微粒子生成室２から、搬送管１０、分級装置１１、及び開状態のバルブ１２を経由して微粒子付着室３に至るガスの流れが形成される。
【００２７】
次いで、レーザーアブレーション法による微粒子の生成を行う。ターゲット４にレーザー光が照射されると、ターゲット４を構成する材料は蒸発する。このとき、微粒子生成室２内の雰囲気（Ｈｅガス）は常温であるため、蒸気は急激に冷却されナノオーダーの微粒子が生成する。
【００２８】
生成された微粒子は、Ｈｅガスのガス流に乗って搬送管１０内を流れ、チャージャーユニット２５にて荷電された後、分級装置１１内で所望の粒径の微粒子に分級され、バルブ１２を通って、ノズル１５から吹き出す。吹き出された微粒子はスリット１６ａを通って半導体基板１７上の所望の位置に吹きつけられて付着する。また、半導体基板１７を支持するステージ１８は３次元方向に移動可能であり、このステージ１８を移動させることにより、半導体基板１７上のあらゆる場所に、所望の粒径に揃えられた微粒子を付着させることができる。
【００２９】
微粒子の個数濃度の検出は、微粒子を半導体基板上１７上に吹きつける前に、バルブ１２を閉じてバルブ１３を開けることによって、分級された微粒子を濃度検出器１４に搬送して行うことができる。あるいは、両バルブ１２、１３を開にして、半導体基板１７上への吹きつけと同時に個数濃度の検出を行ってもよい。
【００３０】
図３は、分級装置１１により、例えば１０ｎｍの粒径になるように分級したタングステン微粒子の透過型電子顕微鏡像であり、図４はこの像から実際に粒径を測定した粒径分布を示すグラフである。これら結果から、平均粒径９．８ｎｍ、幾何標準偏差１．２以下で非常に粒径の揃った微粒子が得られていることがわかる。なお、幾何標準偏差１．２以下というのは、半数以上の微粒子が平均粒径の約±１２．５％以内の粒径範囲に含まれることを意味する。
【００３１】
図５は、濃度検出器１４により個数濃度測定を行った例えば金微粒子の濃度分布である。この図は、微粒子生成室２内の圧力による金微粒子の濃度分布の変化を示している。
【００３２】
以上述べたように、半導体基板１７に汚染源として付着される微粒子の濃度や、粒径、化学成分が既知のものとなる。そして、このような特性が既知の微粒子が付着された半導体基板１７を、検査装置２０（図１参照）に搬送して、半導体基板１７上に形成された半導体回路の電気的試験（動作テスト）を行うことによって、微粒子の各種特性と半導体回路の動作の良否との関係が得られる。これに基づいて、汚染源である微粒子の粒径や化学成分や個数濃度の、半導体回路に対する影響を評価できる。
【００３３】
以上、本発明の実施の形態について説明したが、勿論、本発明はこれに限定されることなく、本発明の技術的思想に基づいて種々の変形が可能である。
【００３４】
レーザー発振器は、生成用レーザーと、アシスト用レーザーの２台を用いてもよい。すなわち、高融点金属などは蒸発し難いため、微粒子の生成を効率よくするためアシスト用レーザーでターゲット表面の温度をまず上昇させ、更に生成用レーザーを照射して表面層のみを蒸発させる。
もちろん、微粒子生成源にはレーザー以外に高周波溶解炉やアーク炉等を用いてもよい。
【００３５】
分級装置としては、上記実施の形態で説明したもの以外にも、ブラウン運動、遠心力、慣性力などを利用した装置を用いてもよい。
【００３６】
また、微粒子の粒径と個数濃度は両方とも既知とすることに限らず、どちらか一方のみが既知であってもよい。
【００３７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、既知の特性の微粒子を汚染源として半導体基板に付着させた上で、半導体基板上に形成された半導体回路の評価を行うので、微粒子の各種特性がどのようなときに半導体回路が誤動作を起こすか、あるいは影響がないかということがわかる。この結果を実際の半導体製造プロセスに還元させれば、生産効率や歩留まりの向上につなげることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態による半導体回路の評価装置の全体構成を示す概略図である。
【図２】図１に示す分級装置の模式断面図である。
【図３】微粒子が１０ｎｍの粒径になるように分級を行った結果のＴＥＭ像である。
【図４】図３に示すＴＥＭ像から実際に粒径を測定した粒径分布を示すグラフである。
【図５】濃度検出器により個数濃度測定を行った微粒子の濃度分布の圧力依存性を示すグラフである。
【符号の説明】
１…半導体回路の評価装置、２…微粒子生成室、３…微粒子付着室、４…微粒子生成源、１０…搬送管、１１…分級装置、１４…濃度検出器、１５…ノズル、１６ａ…スリット、１７…半導体基板、２０…検査装置、２４…レーザー発振器。
【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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