検査装置
【課題】半導体装置内に存在する欠陥を、効率よく、高感度に検出する。
【解決手段】表面に回路が形成された半導体装置の裏面から、回路の形成面まで透過する波長の光１３ａを照射する照射部１３と、光１３ａの入射により、半導体装置の裏面から発せられる光１３ｂを検出する検出部１５と、検出した光１３ｂの強度を取得する取得部と、を有する検査装置１０により、表面に回路が形成された半導体装置の裏面から、回路の形成面まで透過する波長の光１３ａが照射され、光１３ａの入射により、半導体装置の裏面から発せられる光１３ｂが検出されて、検出された光１３ｂの強度が取得される。これにより、ウェハスケールやチップスケールの半導体装置内に存在する欠陥を、効率よく、高感度に検出することができる。
【解決手段】表面に回路が形成された半導体装置の裏面から、回路の形成面まで透過する波長の光１３ａを照射する照射部１３と、光１３ａの入射により、半導体装置の裏面から発せられる光１３ｂを検出する検出部１５と、検出した光１３ｂの強度を取得する取得部と、を有する検査装置１０により、表面に回路が形成された半導体装置の裏面から、回路の形成面まで透過する波長の光１３ａが照射され、光１３ａの入射により、半導体装置の裏面から発せられる光１３ｂが検出されて、検出された光１３ｂの強度が取得される。これにより、ウェハスケールやチップスケールの半導体装置内に存在する欠陥を、効率よく、高感度に検出することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は検査装置に関し、特に、半導体装置の検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置を構成するトランジスタの微細化が進むにつれて、半導体装置の製造工程は、益々複雑になり、それに伴い、その工程数が世代を追う毎に増加している。そして、半導体装置の動作特性や信頼性を向上させるために、欠陥のサイズや密度の低減に対する要求は、益々厳しくなっている。
【０００３】
ここで欠陥とは、半導体基板中、絶縁膜中または配線中に含まれる点欠陥、転位など、様々な格子欠陥を意味する。そして、このような欠陥については、故障モードや対象箇所に応じて、色々な解析手段が考案されている。
【０００４】
例えば、その代表的なものに、電子、光などをプローブとして、欠陥を起因とする応答異常を検出するものがある。
電子をプローブとする解析手段の代表例として、最も一般的なものに、電子顕微鏡観察がある。この方法によれば、異常箇所を直接的に観察することができる。
【０００５】
これに対し、光をプローブとする解析手段は、半導体装置内部に存在する欠陥を簡便に検出できる。例えば、その代表的なものに、ＯＢＩＣ（Optical Beam Induced Current）法やＯＢＩＲＣＨ（Optical Beam Induced Resistivity CHange）法がある。
【０００６】
ＯＢＩＣ法は、逆バイアスを印加させた半導体装置に光を照射し、当該光照射によって生じた電子・正孔の流れを観測するものである。そして、測定した電流値から、ｐｎ接合部の電圧分布を解析する。ここで、半導体装置内の絶縁膜に不良や、接合層に欠陥が存在すると、電圧分布が異常をきたすことが知られている。この電圧分布を測定することにより、半導体装置内の欠陥の有無を判断することができる（例えば、非特許文献１参照）。
【０００７】
ＯＢＩＲＣＨ法は、ＯＢＩＣ法と同様に逆バイアスを印加させた半導体装置に光を照射し、当該光照射によって生じた電子・正孔の流れから抵抗の変化を観測するものである。こちらも半導体装置内の欠陥の有無を判断することができる（例えば、非特許文献２参照）。
【０００８】
このように、ＯＢＩＣ法やＯＢＩＲＣＨ法は、半導体装置内の微細な欠陥を検出するのに優れており、故障・不良解析の有効な手段として、利用されている。
【非特許文献１】Haraguchi Koshi., "Microscope Optical Beam Induced Current Measurements and their Application", HYPERLINK "http://ieeexplore.ieee.org/xpl/RecentCon.jsp?punumber=1120" Instrumentation and Measurement Technology Conference, 1994. Conference Proceedings 10th Anniversary Advanced Technologies in I & M., 1994, IEEE, P693-699
【非特許文献２】Phang J. C. H., et al., "A review of laser induced techniques for microelectronic failure analysis", Physical and Failure Analysis of Integrated Circuits, 2004, IPFA 2004. Proceedings of 11th International Symposium on the Volume, Issue, 5−8, July, 2004, p255−261
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記のＯＢＩＣ法やＯＢＩＲＣＨ法は、分析試料（被検体）に逆バイアスを印加する必要があるため、分析試料を個片化した後に、逆バイアス印加用の配線を配設する必要がある。このため、サンプル加工に手間がかかるという問題がある。また、現状のＯＢＩＣ法やＯＢＩＲＣＨ法は、局所的な領域の分析には有効ではあるが、分析領域に限界がある。従って、分析試料が広面積になると、全ての領域に渡り、効率よく、高感度に分析試料を評価できないという問題がある。
【００１０】
特に、近年においては、ウェハ自体が大口径化している。これに伴い、ウェハプロセスによりウェハ上に形成される半導体装置の個数は益々増加している。従って、ウェハ状態にある多数の半導体装置の特性のばらつきや、歩留まりの相違などを、効率よく、高感度に分析できる方法が要求されている。
【００１１】
また、チップ状の半導体装置においても、近年の半導体素子の微細化に伴い、１チップあたりに配設されているトランジスタなども膨大な数になっている。従って、チップ状態でのトランジスタなどの特性のばらつきや不良なども、簡便に分析できる方法が要求されている。
【００１２】
このように、ウェハスケールやチップスケールで、半導体装置内に存在する欠陥を効率よく、高感度に分析する手法が要求されている。
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、ウェハスケールやチップスケールの半導体装置内に存在する欠陥を、効率よく、高感度に検出する検査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】
【００１３】
本発明では上記課題を解決するために、図１に例示するように、表面に回路が形成された半導体装置の裏面から、回路の形成面まで透過する波長の光１３ａを照射する照射部１３と、光１３ａの入射により、半導体装置の裏面から発せられる光１３ｂを検出する検出部１５と、検出した光１３ｂの強度を取得する取得部と、を有することを特徴とする検査装置１０が提供される。
【００１４】
このような検査装置によれば、表面に回路が形成された半導体装置の裏面から、回路の形成面まで透過する波長の光が照射され、光の入射により、半導体装置の裏面から発せられる光が検出されて、検出された光の強度が取得されるようになる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明では、表面に回路が形成された半導体装置の裏面から、回路の形成面まで透過する波長の光を照射して、光の入射により、半導体装置の裏面から発せられる光を検出して、検出した光の強度を取得するようにした。これにより、ウェハスケールやチップスケールの半導体装置内に存在する欠陥を、効率よく、高感度に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。但し、本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
本実施の形態では、半導体装置中に含まれる欠陥を検出するために光を用いた検査装置について説明する。具体的には、第１の実施の形態では半導体装置の裏面から光を照射して分光検出したフォトルミネッセンスを利用し、第２の実施の形態では同様に分光検出した散乱光を利用し、第３の実施の形態では、同様に光を照射し、散乱光を直接観察して欠陥を検出する方法について説明する。
【００１７】
まず、第１の実施の形態について説明する。
図１は、検査装置システムの要部模式図である。
検査装置１０は、半導体基板１１を支持する支持台１２、半導体基板１１にレーザによって光１３ａを照射する照射部１３、半導体基板１１から発せられる光１３ｂを分光する分光部１４、分光した光を検出する検出部１５、および装置制御部１６を備えている。
【００１８】
半導体基板１１は、例えば、半導体チップとして個片化する前のウェハ状態にある半導体装置であり、シリコン（Ｓｉ）やガリウムヒ素（ＧａＡｓ）で構成される半導体基板（ウェハ基板）に、トランジスタ、コンデンサ、多層配線などで構成される半導体素子が縦横に形成されている。そして、支持台１２には、例えば、３００ｍｍ口径の半導体基板１１が設置されている。
【００１９】
支持台１２は、上述したように、被検体である半導体基板１１を支持している。そして、支持台１２は、光１３ａに対向する方向（図中のＺ方向）と、当該Ｚ方向に対し、垂直方向（Ｘ，Ｙ方向）の３次元の範囲で移動できるようになっている。さらに、支持台１２は、必要に応じて、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸のいずれかを軸に回転し、光１３ａの半導体基板１１に対する入射角度を可変できるように構成されている。また、支持台１２は、ウェハ状態の半導体基板１１のほか、個片化された半導体チップを支持することもできる。
【００２０】
照射部１３から出射する光１３ａを反射板１７ａ，１７ｂにより反射させた後、半導体基板１１の裏面に照射する。なお、半導体基板１１の一方の主面（表面側）には多数の金属配線が配設されており、半導体装置の表面側から光を照射したのでは、その光が半導体基板１１を通過しないため欠陥の検出感度が低下する。従って、本実施の形態においては、半導体基板１１の裏面から光照射を行うことを特徴としている。
【００２１】
半導体基板１１に光１３ａを照射すると、半導体基板１１は、特有のフォトルミネッセンス（発光）、照射された光の散乱、照射された光の反射を発する。
ここで、半導体基板１１から発生されるフォトルミネッセンス・散乱光・反射光について説明する。
【００２２】
図２は、フォトルミネッセンスの原理を説明する要部断面模式図である。
半導体装置２１ａは、基板２１と基板２１上にトランジスタ、コンデンサ、多層配線など半導体素子が形成された素子層２２とによって構成されている。さらに、素子層２２中には、結晶成長中や素子加工処理中に導入された点欠陥や転位などの欠陥２３が存在している。このような半導体装置２１ａの基板２１の裏面２０ａへ光２４ａ，２６ａを照射する場合について説明する。
【００２３】
まず、照射された光２４ａは、基板２１内に進入する。非特許文献２に示されるように、長波長のレーザを用いた場合、Ｓｉ中の透過率が高いため、光２４ａは素子層２２中の活性層（図示を省略）まで到達することができる。また、非特許文献２に示されているようにＳｉ中へドーピングした不純物濃度とＳｉとの厚さによって透過率が変わる（詳細は図４にて後述する。）。この公知の透過率変化を参考にして照射する光の波長を選択することにより、Ｓｉへの光の進入をコントロールすることが可能である。その一例を以下に記載する。１．０×１０15ａｔｏｍ／ｃｍ3程度の不純物をドーピングしたＳｉへの光の進入長を透過率から求めると、約１μｍ（照射する光の波長は約５００ｎｍ）、約１００μｍ（照射する光の波長は約９６７ｎｍ）、約２００μｍ（照射する光の波長は約１０１８ｎｍ）、約５００μｍ（照射する光の波長は約１０５７ｎｍ）である。従って、半導体装置２１ａの厚さが様々であっても照射する光の波長を選択することによって、裏面２０ａに照射した光２４ａを、素子層２２へ到達させることが可能である。照射する光２４ａの光源としては様々な波長の半導体レーザがあり、代表的なものの波長を列記すると約４７３ｎｍ、約５３２ｎｍ、約５２７ｎｍ、約６４８ｎｍ、約１０４７ｎｍ、約１０５３ｎｍ、約１０６４ｎｍである。このうち、裏面２０ａに照射した光２４ａを素子層２２へ到達させるに適切と思われるレーザは、進入長が長い波長である約１０６４ｎｍのものである。波長が約１０６４ｎｍのレーザとして、ＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet：イットリウム・アルミニウム・ガーネット）レーザが知られている。そして、ＹＡＧレーザの光２４ａは、Ｓｉのエネルギーのバンドギャップ（約１１５０ｎｍの波長に相当）より大きい。このような光２４ａが照射されると、価電子帯の電子が伝導帯へと励起される。この時、価電子帯には電子に対応する正孔が生成される。その後、このようにして生成された電子・正孔２５が再結合し、再結合過程において発光し、Ｓｉ結晶固有の波長を持つフォトルミネッセンスによる光２４ｂが生じる。
【００２４】
一方、同様にしてＹＡＧレーザ光２６ａを照射した場合、上述のように電子・正孔２５が生成されて、再結合が生じる。ところが、欠陥２３が存在して、かつ、欠陥２３がバンドギャップ中に固有の電子準位を形成するものであれば、電子・正孔２５の再結合過程において、電子あるいは正孔のいずれか、もしくは、両方をトラップする。欠陥２３による電子・正孔２５のトラップにより電子・正孔２５の密度が減少するため、Ｓｉ結晶固有の波長を持つフォトルミネッセンスによる光２４ｂの強度は減少する。また、欠陥２３が電子・正孔２５をトラップして電子・正孔２５が消滅する際、Ｓｉ結晶固有の発光とは異なるエネルギー（波長）の光２６ｂを放出する場合がある。
【００２５】
このように、フォトルミネッセンスによる光２４ｂ，２６ｂを検出して、欠陥２３の存在を検知することにより半導体装置２１ａ内の品質を評価することが可能になる。
なお、図２を参照しながら、半導体装置２１ａからフォトルミネッセンスが生じることについて説明したが、実際には、照射部１３による光によって、半導体装置２１ａ内で反射や散乱した光も生じている。
【００２６】
従って、再び図１を参照すると、ＹＡＧレーザの照射によって活性層内で発生し、半導体装置を透過したフォトルミネッセンスの光や、その他、反射や散乱した光が合わさった光１３ｂが、半導体基板１１の裏面から発生される。そして、光１３ｂが反射板１７ｃを介し分光部１４を通過した後、検出部１５によって検出される。
【００２７】
このような方法で取得された半導体装置のフォトルミネッセンス・散乱光・反射光のデータは、装置制御部１６内で処理され、フォトルミネッセンス・散乱光・反射光の特定波長の光強度の二次元分布などが画像表示として出力される。
【００２８】
また、装置制御部１６は、上記のようなデータ処理などを行うだけではなく、検査装置１０全体を制御する。
例えば、装置制御部１６内には、照射部１３を制御する照射部制御手段１６ａ、検出部１５を制御する検出部制御手段１６ｂ、検出部１５で検出された発光データを処理して欠陥を検出するデータ処理手段１６ｃ、データを記憶する記憶手段１６ｄ、およびユーザインターフェースとなる入出力手段１６ｅとを備えている。
【００２９】
次に、上記の検査装置１０を用いた半導体装置の検査方法の基本原理について説明する。
図３は、検査方法のフローチャート図である。
【００３０】
検査装置１０は、フローチャート図２０に沿って、半導体装置中の欠陥の検査を遂行する。以下、図１と合わせて図３を参照しながら説明する。
［ステップＳ２１］検査装置１０の装置制御部１６に測定条件を入力する。
【００３１】
［ステップＳ２２］支持台１２上に、例えば、ウェハ状態の半導体基板１１を、その裏面側が支持台１２から表出するように装着する。
［ステップＳ２３］照射部制御手段１６ａによって、照射部１３を制御して、ＹＡＧレーザによる光１３ａを照射部１３から照射させ、当該光１３ａを半導体基板１１の任意の位置に裏面側から照射させる。
【００３２】
［ステップＳ２４］検出部制御手段１６ｂによって、検出部１５を制御し、半導体装置から発せられ、分光部１４で分光されたフォトルミネッセンスを検出部１５によって検出する。なお、フォトルミネッセンスのほか、半導体基板１１からの散乱光、または半導体装置の活性層からの反射光を検出してもよい。すなわち、この段階においては、フォトルミネッセンス、散乱光および反射光を分光検出する。
【００３３】
［ステップＳ２５］ステップＳ２４で検出されたフォトルミネッセンスのデータを、データ処理手段１６ｃ並びに記憶手段１６ｄによって処理する。
［ステップＳ２６］入出力手段１６ｅによって、検出結果として、例えば、発光スペクトルまたは画像表示を表示する。特に、画像表示において、分光検出した特定波長の光強度を二次元分布として画像表示する。
【００３４】
このようなフローに従えば、半導体装置の裏面に光が照射され、光の照射により、半導体装置の裏面から発せられる光が分光検出され、分光検出により得られた特定波長の光強度が測定される。さらに、測定後、測定された光強度が二次元分布として画像表示される。
【００３５】
このような検査装置１０を利用して、半導体基板１１内に形成されている半導体装置内に含まれる欠陥を実際に検出した結果について説明する。
図４は、シリコンウェハ基板の透過率の波長依存性であって、（Ａ）はドープ量、（Ｂ）はシリコンウェハ基板の膜厚ごとのグラフ、図５は、第１の実施の形態における検出方法で検出した二次元分布の画像である。
【００３６】
ところで、非特許文献２に記載されている図４は、横軸は波長（ｎｍ）を表し、縦軸は透過率（任意単位）を表している。これによれば、図４（Ａ）に示すように、波長が８００ｎｍ以下の光の透過率は、略０（％）を示している。しかし、８００ｎｍ以上においては、ドープ量に応じて、透過率が変化している。例えば、最も低ドープ量（最も高抵抗）のシリコンウェハ基板については、透過率が、Ｓｉのバンドギャップに相当する約１１５０ｎｍ付近では増加し、その後は、略一定値を示している。また、高ドープ量（低抵抗）のシリコンウェハ基板ほど、約１１５０ｎｍ付近まで、一旦は透過率が増加し、最大値を示したが、その後は、透過率が減少する傾向にある。
【００３７】
また、図４（Ｂ）に示すように、シリコンウェハ基板の膜厚を変化させると、膜厚が薄くなるほど、透過率が増加している。
これらのデータから、バンド端発光の波長（約１１５０ｎｍ）付近の光は、シリコンウェハ基板に対して透明であることが分かる。
【００３８】
そして、上述のように、半導体装置の裏面へＹＡＧレーザを照射し、半導体基板１１の裏面からの発光を分光して、特定の波長の発光スペクトルを検出する。この時、図４の結果から半導体装置に対して透明であって、Ｓ／Ｎ比が高い約１１５０ｎｍの波長を検出する。そして、装置制御部１６により、それぞれの波長の光の強弱を二次元分布４０としてマッピングし、画像表示した結果が図５である。
【００３９】
二次元分布４０の画像の一部に、矢印４１で示す黒いコントラスト部が出現している。この二次元分布４０の画像表示において、黒い部分は、検出した光において、その強度が低いところである。すなわち、これは活性層内に位置する欠陥である。他方、この半導体装置の特性を評価したところ、矢印４１の箇所は特性不良であることが分かった。従って、検査装置１０により、活性層内の欠陥を検出できる。
【００４０】
このように、第１の実施の形態による検査装置１０は、半導体基板１１を支持する支持台１２、半導体基板１１にＹＡＧレーザによって光１３ａを照射する照射部１３、半導体基板１１から発せられる光１３ｂを分光する分光部１４、分光した光を検出する検出部１５、および装置制御部１６を備えている。そして、この検査装置１０では、半導体基板１１上にウェハプロセスで形成させた半導体装置の活性領域付近の欠陥の検出にＹＡＧレーザによるフォトルミネッセンスを用いており、容易に、効率よく、高感度に検出することができる。また、ＹＡＧレーザによって検出された光強度のデータから二次元分布として画像化することで、活性層内の欠陥を視覚的に捉えることができ、容易に半導体装置の分析を行うことができる。
【００４１】
次に、第２の実施の形態について説明する。
第１の実施の形態では、フォトルミネッセンスから半導体装置の欠陥を検出した。一方、第２の実施の形態では、散乱光から半導体装置の欠陥を検出する。
【００４２】
まず、欠陥を有するシリコンにＹＡＧレーザを照射したときの発光スペクトルについて説明する。
図６は、ＹＡＧレーザが照射されたシリコンウェハ基板の発光スペクトルである。なお、横軸は発光波長（ｎｍ）を表しており、縦軸は発光強度（任意単位）を表している。
【００４３】
ＹＡＧレーザの光をシリコンウェハ基板の裏面へ照射すると、裏面から照射された光は半導体装置の活性層まで達成することは上述の通りである。この時、第１の実施の形態では、電子・正孔が発生し、再結合過程におけるフォトルミネッセンスから欠陥を検出した。一方、第２の実施の形態では、裏面へ光を照射すると、光が微小粒子によって散乱されるレイリー散乱と呼ばれている現象が生じる。すなわち、照射された光が欠陥である微小粒子によって散乱される。従って、欠陥によって散乱された光を分光検出し、その強度を画像表示することによって活性層内の欠陥が検出できる。図６はこの時の散乱光、反射光のスペクトルであって、ＹＡＧレーザの波長（約１０６４ｎｍ）と等しい波長で大きなピークを確認することができる。
【００４４】
それでは、以下にこの検出方法を用いた結果について説明する。
図７は、ＹＡＧレーザを半導体装置に照射した時の散乱光・反射光の強度分布について、（Ａ）はその機構を示す断面模式図、（Ｂ）は（Ａ）に基づく光の強度分布であって、図８は、第２の実施の形態における検出方法で検出した、（Ａ）は処理前の、（Ｂ）は処理後の二次元分布の画像である。
【００４５】
半導体装置５０は、図７（Ａ）に示すように、基板５１と基板５１上にトランジスタ、コンデンサ、多層配線など半導体素子が形成された素子層５２とによって構成されている。なお、一般的に、半導体素子は周期的構造を有する。さらに、素子層５２近傍に、結晶成長中や素子加工処理中に導入された点欠陥や転位などの欠陥５３が存在している。このような基板５１の裏面５０ａへＹＡＧレーザの光５４ａ，５４ｃを照射する。そして、光５４ａ，５４ｃが素子層５２の周期的構造および欠陥５３でそれぞれ散乱された光５４ｂ，５４ｄが裏面５０ａから発せられる。
【００４６】
さらに、裏面５０ａから発せられた光５４ｂ，５４ｄの強度分布を図７（Ｂ）に示す。なお、図７（Ｂ）では、強度分布を模擬的に示しており、横軸は半導体装置の位置を表し、縦軸は光強度（任意単位）を表している。基板５１の裏面５０ａへＹＡＧレーザの光５４ａを照射して素子層５２へ到達した場合、素子層５２における構造は光の散乱源となるため、図７（Ｂ）の素子層に起因する光の成分５２ａに示したように、素子の構造に応じた光の強弱が観測される。基板５１の裏面５０ａへＹＡＧレーザの光５４ｃを照射して欠陥５３へ到達した場合、図７（Ｂ）に示したように、素子層に起因する光の成分５２ａに欠陥に起因する光の成分５３ａが付加される。従って、非周期成分のみ着目する、もしくは、周期成分・非周期成分の識別が難しい時は周期成分の低強度成分を少しずつ除去することで非周期成分のみを顕在化させることができ、いずれかの方法をもって欠陥５３のみに起因する光を顕在化し、欠陥５３を認識することが可能となる。
【００４７】
そして、図８では、裏面５０ａからの発光スペクトルから波長が約１０６４ｎｍの波長を選択的に取り出して、それぞれの波長の光の強弱を、二次元分布としてマッピングし、画像表示した結果である。
【００４８】
図８（Ａ）において、画像の一部に白いコントラスト部を確認することができる。この画像表示において、白い部分は、検出した光において、その強度が高いところである。
ところが、図７（Ｂ）に示したように、図８（Ａ）では、欠陥５３の成分の他に素子層５２の周期的な成分も検出されている。そこで、上述の通り、素子層５２の周期的構造の低強度成分を少しずつ除去することで、欠陥５３による強度のみを検出することができる。
【００４９】
このような処理を行った結果、欠陥５３のみに起因する光を顕在化して、図８（Ｂ）に示すように、二次元分布の中央の白い部分にそれを検出することができた。
このように、第２の実施の形態では、半導体基板上にウェハプロセスで形成させた半導体装置の活性領域付近の欠陥の検出にＹＡＧレーザによる欠陥の散乱光を用いており、容易に、効率よく、高感度に検出することができる。また、ＹＡＧレーザによって検出された光強度のデータから二次元分布として画像化することで、活性層内の欠陥を視覚的に捉えることができ、容易に半導体装置の分析を行うことができる。
【００５０】
次に、第３の実施の形態について説明する。
これまで第１および第２の実施の形態で説明してきたように、半導体基板にＹＡＧレーザによる光を照射すると、フォトルミネッセンス、散乱光、反射光が発せられる。そして、この３種類の光のうち、強度が最も高いのは図６に示したように散乱光、反射光である。
【００５１】
そこで第３の実施の形態では、分光検出を行わず、単に光の強度のみを検出して、その光強度を二次元分布として画像化する。その二次元分布は、ほぼ散乱光、反射光の強度によるものであると考えられる。
【００５２】
図９は、第３の実施の形態における検査装置システムの要部模式図である。
検査装置６０は、半導体基板６１を支持する支持台６２、半導体基板６１にＹＡＧレーザによって光６３ａを出射する照射部６３、反射板６７で反射された光６３ａが照射された半導体基板６１からの光６３ｂを検出する検出部６５、および装置制御部６６を備えている。すなわち、検査装置６０は分光部を備えておらず、検査装置１０において、分光部１４以外は同様の構成をなしている。このため各構成要素の説明は省略する。
【００５３】
これに伴って、上記の検査装置６０を用いた半導体装置の検査方法でも、フローとしては、図３のフローチャート図２０と同様である。しかし、第３の実施の形態では、フローチャート図２０の［ステップＳ２４］にて、分光せずに散乱光を検出するのみである。
【００５４】
次に、検査装置６０を使って、半導体基板６１内に形成されている半導体装置内に含まれる欠陥を実際に検出した結果について説明する。
図１０は、第３の実施の形態において、（Ａ）は検出原理を示す要部断面模式図、（Ｂ）は検出した観察像である。なお、以下では図９とともに図１０を参照しながら説明する。
【００５５】
図９および図１０（Ａ）に示すように、半導体基板６１の半導体装置７２の裏面７２ａが露出するように支持台６２に固定し、裏面７２ａにＹＡＧレーザによる光６３ａを照射部６３にて照射する。そして、半導体装置７２の裏面７２ａから発せられる光６３ｂを、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラなどの検出部６５にて検出する。
【００５６】
そして、図１０（Ａ）に示すように、光６３ａを半導体装置７２の裏面７２ａに対して斜め上方から照射する。照射した光６３ａは、まず、裏面７２ａのＡ点で反射して光７３ｂが裏面７２ａから出射する。一方、半導体装置７２内へＡ点から屈折して光７３ｃが進み、半導体装置７２のＢ点で散乱して裏面７２ａから光７３ｄが出射される。
【００５７】
そして、裏面７２ａの上側からこれらの光７３ｂ，７３ｄを検出部６５で観察した像が図１０（Ｂ）である。これによれば、Ａ点からＢ点を直線で結んだときの直線上の点は、半導体装置７２の裏面７２ａから表面までの深さ位置に相当する。従って、Ｂ点のみならず直線上の点を決めて二次元分布として画像化することにより、半導体装置７２の任意の深さ位置の散乱光の二次元分布を取得することが可能である。
【００５８】
図１１は、第３の実施の形態における検出方法で検出した、（Ａ）は処理前の、（Ｂ）は処理後の二次元分布の画像である。
図１１は、図１０におけるＢ点のみの光の強度を二次元分布として画像化した結果である。Ｂ点は半導体装置７２の裏面７２ａからの散乱であり、その光強度を二次元分布として画像化しているため、図１１はまさに半導体回路面における散乱光強度である。
【００５９】
図１１（Ａ）に示すように、光の強度が局所的に強いポイントが観測された。ところが第２の実施の形態の図７で説明したようにトランジスタ、コンデンサ、多層配線など半導体素子が形成された素子層（図示を省略）は周期的構造を有しているために、図１１（Ａ）では、欠陥だけでなく、その周期的構造も合わさって観察されている。
【００６０】
そこで、図７で説明した処理を行った結果を図１１（Ｂ）に示す。この結果、欠陥のみに起因する散乱を顕在化することが可能となる。素子層の周期的構造に起因する散乱を除去してもなお輝点として存在し、散乱点すなわち欠陥が存在することが分かる。
【００６１】
このように、第３の実施の形態では、半導体基板上にウェハプロセスで形成させた半導体装置の活性領域付近の欠陥の検出にＹＡＧレーザによる欠陥の散乱光を直接観察することで、欠陥を検出しており、容易に、効率よく、高感度に検出することができる。また、ＹＡＧレーザによって検出された光強度のデータから二次元分布として画像化することで、活性層内の欠陥を視覚的に捉えることができ、容易に半導体装置の分析を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】検査装置システムの要部模式図である。
【図２】フォトルミネッセンスの原理を説明する要部断面模式図である。
【図３】検査方法のフローチャート図である。
【図４】シリコンウェハ基板の透過率の波長依存性であって、（Ａ）はドープ量、（Ｂ）はシリコンウェハ基板の膜厚ごとのグラフである。
【図５】第１の実施の形態における検出方法で検出した二次元分布の画像である。
【図６】ＹＡＧレーザが照射されたシリコンウェハ基板の発光スペクトルである。
【図７】ＹＡＧレーザを半導体装置に照射した時の散乱光・反射光の強度分布について、（Ａ）はその機構を示す断面模式図、（Ｂ）は（Ａ）に基づく光の強度分布である。
【図８】第２の実施の形態における検出方法で検出した、（Ａ）は処理前の、（Ｂ）は処理後の二次元分布の画像である。
【図９】第３の実施の形態における検査装置システムの要部模式図である。
【図１０】第３の実施の形態において、（Ａ）は検出原理を示す要部断面模式図、（Ｂ）は検出した観察像である。
【図１１】第３の実施の形態における検出方法で検出した、（Ａ）は処理前の、（Ｂ）は処理後の二次元分布の画像である。
【符号の説明】
【００６３】
１０ 検査装置
１１ 半導体基板
１２ 支持台
１３ 照射部
１３ａ，１３ｂ 光
１４ 分光部
１５ 検出部
１６ 装置制御部
１６ａ 照射部制御手段
１６ｂ 検出部制御手段
１６ｃ データ処理手段
１６ｄ 記憶手段
１６ｅ 入出力手段
１７ａ，１７ｂ，１７ｃ 反射板
【技術分野】
【０００１】
本発明は検査装置に関し、特に、半導体装置の検査装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体装置を構成するトランジスタの微細化が進むにつれて、半導体装置の製造工程は、益々複雑になり、それに伴い、その工程数が世代を追う毎に増加している。そして、半導体装置の動作特性や信頼性を向上させるために、欠陥のサイズや密度の低減に対する要求は、益々厳しくなっている。
【０００３】
ここで欠陥とは、半導体基板中、絶縁膜中または配線中に含まれる点欠陥、転位など、様々な格子欠陥を意味する。そして、このような欠陥については、故障モードや対象箇所に応じて、色々な解析手段が考案されている。
【０００４】
例えば、その代表的なものに、電子、光などをプローブとして、欠陥を起因とする応答異常を検出するものがある。
電子をプローブとする解析手段の代表例として、最も一般的なものに、電子顕微鏡観察がある。この方法によれば、異常箇所を直接的に観察することができる。
【０００５】
これに対し、光をプローブとする解析手段は、半導体装置内部に存在する欠陥を簡便に検出できる。例えば、その代表的なものに、ＯＢＩＣ（Optical Beam Induced Current）法やＯＢＩＲＣＨ（Optical Beam Induced Resistivity CHange）法がある。
【０００６】
ＯＢＩＣ法は、逆バイアスを印加させた半導体装置に光を照射し、当該光照射によって生じた電子・正孔の流れを観測するものである。そして、測定した電流値から、ｐｎ接合部の電圧分布を解析する。ここで、半導体装置内の絶縁膜に不良や、接合層に欠陥が存在すると、電圧分布が異常をきたすことが知られている。この電圧分布を測定することにより、半導体装置内の欠陥の有無を判断することができる（例えば、非特許文献１参照）。
【０００７】
ＯＢＩＲＣＨ法は、ＯＢＩＣ法と同様に逆バイアスを印加させた半導体装置に光を照射し、当該光照射によって生じた電子・正孔の流れから抵抗の変化を観測するものである。こちらも半導体装置内の欠陥の有無を判断することができる（例えば、非特許文献２参照）。
【０００８】
このように、ＯＢＩＣ法やＯＢＩＲＣＨ法は、半導体装置内の微細な欠陥を検出するのに優れており、故障・不良解析の有効な手段として、利用されている。
【非特許文献１】Haraguchi Koshi., "Microscope Optical Beam Induced Current Measurements and their Application", HYPERLINK "http://ieeexplore.ieee.org/xpl/RecentCon.jsp?punumber=1120" Instrumentation and Measurement Technology Conference, 1994. Conference Proceedings 10th Anniversary Advanced Technologies in I & M., 1994, IEEE, P693-699
【非特許文献２】Phang J. C. H., et al., "A review of laser induced techniques for microelectronic failure analysis", Physical and Failure Analysis of Integrated Circuits, 2004, IPFA 2004. Proceedings of 11th International Symposium on the Volume, Issue, 5−8, July, 2004, p255−261
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記のＯＢＩＣ法やＯＢＩＲＣＨ法は、分析試料（被検体）に逆バイアスを印加する必要があるため、分析試料を個片化した後に、逆バイアス印加用の配線を配設する必要がある。このため、サンプル加工に手間がかかるという問題がある。また、現状のＯＢＩＣ法やＯＢＩＲＣＨ法は、局所的な領域の分析には有効ではあるが、分析領域に限界がある。従って、分析試料が広面積になると、全ての領域に渡り、効率よく、高感度に分析試料を評価できないという問題がある。
【００１０】
特に、近年においては、ウェハ自体が大口径化している。これに伴い、ウェハプロセスによりウェハ上に形成される半導体装置の個数は益々増加している。従って、ウェハ状態にある多数の半導体装置の特性のばらつきや、歩留まりの相違などを、効率よく、高感度に分析できる方法が要求されている。
【００１１】
また、チップ状の半導体装置においても、近年の半導体素子の微細化に伴い、１チップあたりに配設されているトランジスタなども膨大な数になっている。従って、チップ状態でのトランジスタなどの特性のばらつきや不良なども、簡便に分析できる方法が要求されている。
【００１２】
このように、ウェハスケールやチップスケールで、半導体装置内に存在する欠陥を効率よく、高感度に分析する手法が要求されている。
本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、ウェハスケールやチップスケールの半導体装置内に存在する欠陥を、効率よく、高感度に検出する検査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】
【００１３】
本発明では上記課題を解決するために、図１に例示するように、表面に回路が形成された半導体装置の裏面から、回路の形成面まで透過する波長の光１３ａを照射する照射部１３と、光１３ａの入射により、半導体装置の裏面から発せられる光１３ｂを検出する検出部１５と、検出した光１３ｂの強度を取得する取得部と、を有することを特徴とする検査装置１０が提供される。
【００１４】
このような検査装置によれば、表面に回路が形成された半導体装置の裏面から、回路の形成面まで透過する波長の光が照射され、光の入射により、半導体装置の裏面から発せられる光が検出されて、検出された光の強度が取得されるようになる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明では、表面に回路が形成された半導体装置の裏面から、回路の形成面まで透過する波長の光を照射して、光の入射により、半導体装置の裏面から発せられる光を検出して、検出した光の強度を取得するようにした。これにより、ウェハスケールやチップスケールの半導体装置内に存在する欠陥を、効率よく、高感度に検出することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。但し、本発明の技術的範囲はこれらの実施の形態に限定されるものではない。
本実施の形態では、半導体装置中に含まれる欠陥を検出するために光を用いた検査装置について説明する。具体的には、第１の実施の形態では半導体装置の裏面から光を照射して分光検出したフォトルミネッセンスを利用し、第２の実施の形態では同様に分光検出した散乱光を利用し、第３の実施の形態では、同様に光を照射し、散乱光を直接観察して欠陥を検出する方法について説明する。
【００１７】
まず、第１の実施の形態について説明する。
図１は、検査装置システムの要部模式図である。
検査装置１０は、半導体基板１１を支持する支持台１２、半導体基板１１にレーザによって光１３ａを照射する照射部１３、半導体基板１１から発せられる光１３ｂを分光する分光部１４、分光した光を検出する検出部１５、および装置制御部１６を備えている。
【００１８】
半導体基板１１は、例えば、半導体チップとして個片化する前のウェハ状態にある半導体装置であり、シリコン（Ｓｉ）やガリウムヒ素（ＧａＡｓ）で構成される半導体基板（ウェハ基板）に、トランジスタ、コンデンサ、多層配線などで構成される半導体素子が縦横に形成されている。そして、支持台１２には、例えば、３００ｍｍ口径の半導体基板１１が設置されている。
【００１９】
支持台１２は、上述したように、被検体である半導体基板１１を支持している。そして、支持台１２は、光１３ａに対向する方向（図中のＺ方向）と、当該Ｚ方向に対し、垂直方向（Ｘ，Ｙ方向）の３次元の範囲で移動できるようになっている。さらに、支持台１２は、必要に応じて、Ｘ，Ｙ，Ｚ軸のいずれかを軸に回転し、光１３ａの半導体基板１１に対する入射角度を可変できるように構成されている。また、支持台１２は、ウェハ状態の半導体基板１１のほか、個片化された半導体チップを支持することもできる。
【００２０】
照射部１３から出射する光１３ａを反射板１７ａ，１７ｂにより反射させた後、半導体基板１１の裏面に照射する。なお、半導体基板１１の一方の主面（表面側）には多数の金属配線が配設されており、半導体装置の表面側から光を照射したのでは、その光が半導体基板１１を通過しないため欠陥の検出感度が低下する。従って、本実施の形態においては、半導体基板１１の裏面から光照射を行うことを特徴としている。
【００２１】
半導体基板１１に光１３ａを照射すると、半導体基板１１は、特有のフォトルミネッセンス（発光）、照射された光の散乱、照射された光の反射を発する。
ここで、半導体基板１１から発生されるフォトルミネッセンス・散乱光・反射光について説明する。
【００２２】
図２は、フォトルミネッセンスの原理を説明する要部断面模式図である。
半導体装置２１ａは、基板２１と基板２１上にトランジスタ、コンデンサ、多層配線など半導体素子が形成された素子層２２とによって構成されている。さらに、素子層２２中には、結晶成長中や素子加工処理中に導入された点欠陥や転位などの欠陥２３が存在している。このような半導体装置２１ａの基板２１の裏面２０ａへ光２４ａ，２６ａを照射する場合について説明する。
【００２３】
まず、照射された光２４ａは、基板２１内に進入する。非特許文献２に示されるように、長波長のレーザを用いた場合、Ｓｉ中の透過率が高いため、光２４ａは素子層２２中の活性層（図示を省略）まで到達することができる。また、非特許文献２に示されているようにＳｉ中へドーピングした不純物濃度とＳｉとの厚さによって透過率が変わる（詳細は図４にて後述する。）。この公知の透過率変化を参考にして照射する光の波長を選択することにより、Ｓｉへの光の進入をコントロールすることが可能である。その一例を以下に記載する。１．０×１０15ａｔｏｍ／ｃｍ3程度の不純物をドーピングしたＳｉへの光の進入長を透過率から求めると、約１μｍ（照射する光の波長は約５００ｎｍ）、約１００μｍ（照射する光の波長は約９６７ｎｍ）、約２００μｍ（照射する光の波長は約１０１８ｎｍ）、約５００μｍ（照射する光の波長は約１０５７ｎｍ）である。従って、半導体装置２１ａの厚さが様々であっても照射する光の波長を選択することによって、裏面２０ａに照射した光２４ａを、素子層２２へ到達させることが可能である。照射する光２４ａの光源としては様々な波長の半導体レーザがあり、代表的なものの波長を列記すると約４７３ｎｍ、約５３２ｎｍ、約５２７ｎｍ、約６４８ｎｍ、約１０４７ｎｍ、約１０５３ｎｍ、約１０６４ｎｍである。このうち、裏面２０ａに照射した光２４ａを素子層２２へ到達させるに適切と思われるレーザは、進入長が長い波長である約１０６４ｎｍのものである。波長が約１０６４ｎｍのレーザとして、ＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet：イットリウム・アルミニウム・ガーネット）レーザが知られている。そして、ＹＡＧレーザの光２４ａは、Ｓｉのエネルギーのバンドギャップ（約１１５０ｎｍの波長に相当）より大きい。このような光２４ａが照射されると、価電子帯の電子が伝導帯へと励起される。この時、価電子帯には電子に対応する正孔が生成される。その後、このようにして生成された電子・正孔２５が再結合し、再結合過程において発光し、Ｓｉ結晶固有の波長を持つフォトルミネッセンスによる光２４ｂが生じる。
【００２４】
一方、同様にしてＹＡＧレーザ光２６ａを照射した場合、上述のように電子・正孔２５が生成されて、再結合が生じる。ところが、欠陥２３が存在して、かつ、欠陥２３がバンドギャップ中に固有の電子準位を形成するものであれば、電子・正孔２５の再結合過程において、電子あるいは正孔のいずれか、もしくは、両方をトラップする。欠陥２３による電子・正孔２５のトラップにより電子・正孔２５の密度が減少するため、Ｓｉ結晶固有の波長を持つフォトルミネッセンスによる光２４ｂの強度は減少する。また、欠陥２３が電子・正孔２５をトラップして電子・正孔２５が消滅する際、Ｓｉ結晶固有の発光とは異なるエネルギー（波長）の光２６ｂを放出する場合がある。
【００２５】
このように、フォトルミネッセンスによる光２４ｂ，２６ｂを検出して、欠陥２３の存在を検知することにより半導体装置２１ａ内の品質を評価することが可能になる。
なお、図２を参照しながら、半導体装置２１ａからフォトルミネッセンスが生じることについて説明したが、実際には、照射部１３による光によって、半導体装置２１ａ内で反射や散乱した光も生じている。
【００２６】
従って、再び図１を参照すると、ＹＡＧレーザの照射によって活性層内で発生し、半導体装置を透過したフォトルミネッセンスの光や、その他、反射や散乱した光が合わさった光１３ｂが、半導体基板１１の裏面から発生される。そして、光１３ｂが反射板１７ｃを介し分光部１４を通過した後、検出部１５によって検出される。
【００２７】
このような方法で取得された半導体装置のフォトルミネッセンス・散乱光・反射光のデータは、装置制御部１６内で処理され、フォトルミネッセンス・散乱光・反射光の特定波長の光強度の二次元分布などが画像表示として出力される。
【００２８】
また、装置制御部１６は、上記のようなデータ処理などを行うだけではなく、検査装置１０全体を制御する。
例えば、装置制御部１６内には、照射部１３を制御する照射部制御手段１６ａ、検出部１５を制御する検出部制御手段１６ｂ、検出部１５で検出された発光データを処理して欠陥を検出するデータ処理手段１６ｃ、データを記憶する記憶手段１６ｄ、およびユーザインターフェースとなる入出力手段１６ｅとを備えている。
【００２９】
次に、上記の検査装置１０を用いた半導体装置の検査方法の基本原理について説明する。
図３は、検査方法のフローチャート図である。
【００３０】
検査装置１０は、フローチャート図２０に沿って、半導体装置中の欠陥の検査を遂行する。以下、図１と合わせて図３を参照しながら説明する。
［ステップＳ２１］検査装置１０の装置制御部１６に測定条件を入力する。
【００３１】
［ステップＳ２２］支持台１２上に、例えば、ウェハ状態の半導体基板１１を、その裏面側が支持台１２から表出するように装着する。
［ステップＳ２３］照射部制御手段１６ａによって、照射部１３を制御して、ＹＡＧレーザによる光１３ａを照射部１３から照射させ、当該光１３ａを半導体基板１１の任意の位置に裏面側から照射させる。
【００３２】
［ステップＳ２４］検出部制御手段１６ｂによって、検出部１５を制御し、半導体装置から発せられ、分光部１４で分光されたフォトルミネッセンスを検出部１５によって検出する。なお、フォトルミネッセンスのほか、半導体基板１１からの散乱光、または半導体装置の活性層からの反射光を検出してもよい。すなわち、この段階においては、フォトルミネッセンス、散乱光および反射光を分光検出する。
【００３３】
［ステップＳ２５］ステップＳ２４で検出されたフォトルミネッセンスのデータを、データ処理手段１６ｃ並びに記憶手段１６ｄによって処理する。
［ステップＳ２６］入出力手段１６ｅによって、検出結果として、例えば、発光スペクトルまたは画像表示を表示する。特に、画像表示において、分光検出した特定波長の光強度を二次元分布として画像表示する。
【００３４】
このようなフローに従えば、半導体装置の裏面に光が照射され、光の照射により、半導体装置の裏面から発せられる光が分光検出され、分光検出により得られた特定波長の光強度が測定される。さらに、測定後、測定された光強度が二次元分布として画像表示される。
【００３５】
このような検査装置１０を利用して、半導体基板１１内に形成されている半導体装置内に含まれる欠陥を実際に検出した結果について説明する。
図４は、シリコンウェハ基板の透過率の波長依存性であって、（Ａ）はドープ量、（Ｂ）はシリコンウェハ基板の膜厚ごとのグラフ、図５は、第１の実施の形態における検出方法で検出した二次元分布の画像である。
【００３６】
ところで、非特許文献２に記載されている図４は、横軸は波長（ｎｍ）を表し、縦軸は透過率（任意単位）を表している。これによれば、図４（Ａ）に示すように、波長が８００ｎｍ以下の光の透過率は、略０（％）を示している。しかし、８００ｎｍ以上においては、ドープ量に応じて、透過率が変化している。例えば、最も低ドープ量（最も高抵抗）のシリコンウェハ基板については、透過率が、Ｓｉのバンドギャップに相当する約１１５０ｎｍ付近では増加し、その後は、略一定値を示している。また、高ドープ量（低抵抗）のシリコンウェハ基板ほど、約１１５０ｎｍ付近まで、一旦は透過率が増加し、最大値を示したが、その後は、透過率が減少する傾向にある。
【００３７】
また、図４（Ｂ）に示すように、シリコンウェハ基板の膜厚を変化させると、膜厚が薄くなるほど、透過率が増加している。
これらのデータから、バンド端発光の波長（約１１５０ｎｍ）付近の光は、シリコンウェハ基板に対して透明であることが分かる。
【００３８】
そして、上述のように、半導体装置の裏面へＹＡＧレーザを照射し、半導体基板１１の裏面からの発光を分光して、特定の波長の発光スペクトルを検出する。この時、図４の結果から半導体装置に対して透明であって、Ｓ／Ｎ比が高い約１１５０ｎｍの波長を検出する。そして、装置制御部１６により、それぞれの波長の光の強弱を二次元分布４０としてマッピングし、画像表示した結果が図５である。
【００３９】
二次元分布４０の画像の一部に、矢印４１で示す黒いコントラスト部が出現している。この二次元分布４０の画像表示において、黒い部分は、検出した光において、その強度が低いところである。すなわち、これは活性層内に位置する欠陥である。他方、この半導体装置の特性を評価したところ、矢印４１の箇所は特性不良であることが分かった。従って、検査装置１０により、活性層内の欠陥を検出できる。
【００４０】
このように、第１の実施の形態による検査装置１０は、半導体基板１１を支持する支持台１２、半導体基板１１にＹＡＧレーザによって光１３ａを照射する照射部１３、半導体基板１１から発せられる光１３ｂを分光する分光部１４、分光した光を検出する検出部１５、および装置制御部１６を備えている。そして、この検査装置１０では、半導体基板１１上にウェハプロセスで形成させた半導体装置の活性領域付近の欠陥の検出にＹＡＧレーザによるフォトルミネッセンスを用いており、容易に、効率よく、高感度に検出することができる。また、ＹＡＧレーザによって検出された光強度のデータから二次元分布として画像化することで、活性層内の欠陥を視覚的に捉えることができ、容易に半導体装置の分析を行うことができる。
【００４１】
次に、第２の実施の形態について説明する。
第１の実施の形態では、フォトルミネッセンスから半導体装置の欠陥を検出した。一方、第２の実施の形態では、散乱光から半導体装置の欠陥を検出する。
【００４２】
まず、欠陥を有するシリコンにＹＡＧレーザを照射したときの発光スペクトルについて説明する。
図６は、ＹＡＧレーザが照射されたシリコンウェハ基板の発光スペクトルである。なお、横軸は発光波長（ｎｍ）を表しており、縦軸は発光強度（任意単位）を表している。
【００４３】
ＹＡＧレーザの光をシリコンウェハ基板の裏面へ照射すると、裏面から照射された光は半導体装置の活性層まで達成することは上述の通りである。この時、第１の実施の形態では、電子・正孔が発生し、再結合過程におけるフォトルミネッセンスから欠陥を検出した。一方、第２の実施の形態では、裏面へ光を照射すると、光が微小粒子によって散乱されるレイリー散乱と呼ばれている現象が生じる。すなわち、照射された光が欠陥である微小粒子によって散乱される。従って、欠陥によって散乱された光を分光検出し、その強度を画像表示することによって活性層内の欠陥が検出できる。図６はこの時の散乱光、反射光のスペクトルであって、ＹＡＧレーザの波長（約１０６４ｎｍ）と等しい波長で大きなピークを確認することができる。
【００４４】
それでは、以下にこの検出方法を用いた結果について説明する。
図７は、ＹＡＧレーザを半導体装置に照射した時の散乱光・反射光の強度分布について、（Ａ）はその機構を示す断面模式図、（Ｂ）は（Ａ）に基づく光の強度分布であって、図８は、第２の実施の形態における検出方法で検出した、（Ａ）は処理前の、（Ｂ）は処理後の二次元分布の画像である。
【００４５】
半導体装置５０は、図７（Ａ）に示すように、基板５１と基板５１上にトランジスタ、コンデンサ、多層配線など半導体素子が形成された素子層５２とによって構成されている。なお、一般的に、半導体素子は周期的構造を有する。さらに、素子層５２近傍に、結晶成長中や素子加工処理中に導入された点欠陥や転位などの欠陥５３が存在している。このような基板５１の裏面５０ａへＹＡＧレーザの光５４ａ，５４ｃを照射する。そして、光５４ａ，５４ｃが素子層５２の周期的構造および欠陥５３でそれぞれ散乱された光５４ｂ，５４ｄが裏面５０ａから発せられる。
【００４６】
さらに、裏面５０ａから発せられた光５４ｂ，５４ｄの強度分布を図７（Ｂ）に示す。なお、図７（Ｂ）では、強度分布を模擬的に示しており、横軸は半導体装置の位置を表し、縦軸は光強度（任意単位）を表している。基板５１の裏面５０ａへＹＡＧレーザの光５４ａを照射して素子層５２へ到達した場合、素子層５２における構造は光の散乱源となるため、図７（Ｂ）の素子層に起因する光の成分５２ａに示したように、素子の構造に応じた光の強弱が観測される。基板５１の裏面５０ａへＹＡＧレーザの光５４ｃを照射して欠陥５３へ到達した場合、図７（Ｂ）に示したように、素子層に起因する光の成分５２ａに欠陥に起因する光の成分５３ａが付加される。従って、非周期成分のみ着目する、もしくは、周期成分・非周期成分の識別が難しい時は周期成分の低強度成分を少しずつ除去することで非周期成分のみを顕在化させることができ、いずれかの方法をもって欠陥５３のみに起因する光を顕在化し、欠陥５３を認識することが可能となる。
【００４７】
そして、図８では、裏面５０ａからの発光スペクトルから波長が約１０６４ｎｍの波長を選択的に取り出して、それぞれの波長の光の強弱を、二次元分布としてマッピングし、画像表示した結果である。
【００４８】
図８（Ａ）において、画像の一部に白いコントラスト部を確認することができる。この画像表示において、白い部分は、検出した光において、その強度が高いところである。
ところが、図７（Ｂ）に示したように、図８（Ａ）では、欠陥５３の成分の他に素子層５２の周期的な成分も検出されている。そこで、上述の通り、素子層５２の周期的構造の低強度成分を少しずつ除去することで、欠陥５３による強度のみを検出することができる。
【００４９】
このような処理を行った結果、欠陥５３のみに起因する光を顕在化して、図８（Ｂ）に示すように、二次元分布の中央の白い部分にそれを検出することができた。
このように、第２の実施の形態では、半導体基板上にウェハプロセスで形成させた半導体装置の活性領域付近の欠陥の検出にＹＡＧレーザによる欠陥の散乱光を用いており、容易に、効率よく、高感度に検出することができる。また、ＹＡＧレーザによって検出された光強度のデータから二次元分布として画像化することで、活性層内の欠陥を視覚的に捉えることができ、容易に半導体装置の分析を行うことができる。
【００５０】
次に、第３の実施の形態について説明する。
これまで第１および第２の実施の形態で説明してきたように、半導体基板にＹＡＧレーザによる光を照射すると、フォトルミネッセンス、散乱光、反射光が発せられる。そして、この３種類の光のうち、強度が最も高いのは図６に示したように散乱光、反射光である。
【００５１】
そこで第３の実施の形態では、分光検出を行わず、単に光の強度のみを検出して、その光強度を二次元分布として画像化する。その二次元分布は、ほぼ散乱光、反射光の強度によるものであると考えられる。
【００５２】
図９は、第３の実施の形態における検査装置システムの要部模式図である。
検査装置６０は、半導体基板６１を支持する支持台６２、半導体基板６１にＹＡＧレーザによって光６３ａを出射する照射部６３、反射板６７で反射された光６３ａが照射された半導体基板６１からの光６３ｂを検出する検出部６５、および装置制御部６６を備えている。すなわち、検査装置６０は分光部を備えておらず、検査装置１０において、分光部１４以外は同様の構成をなしている。このため各構成要素の説明は省略する。
【００５３】
これに伴って、上記の検査装置６０を用いた半導体装置の検査方法でも、フローとしては、図３のフローチャート図２０と同様である。しかし、第３の実施の形態では、フローチャート図２０の［ステップＳ２４］にて、分光せずに散乱光を検出するのみである。
【００５４】
次に、検査装置６０を使って、半導体基板６１内に形成されている半導体装置内に含まれる欠陥を実際に検出した結果について説明する。
図１０は、第３の実施の形態において、（Ａ）は検出原理を示す要部断面模式図、（Ｂ）は検出した観察像である。なお、以下では図９とともに図１０を参照しながら説明する。
【００５５】
図９および図１０（Ａ）に示すように、半導体基板６１の半導体装置７２の裏面７２ａが露出するように支持台６２に固定し、裏面７２ａにＹＡＧレーザによる光６３ａを照射部６３にて照射する。そして、半導体装置７２の裏面７２ａから発せられる光６３ｂを、例えば、ＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラなどの検出部６５にて検出する。
【００５６】
そして、図１０（Ａ）に示すように、光６３ａを半導体装置７２の裏面７２ａに対して斜め上方から照射する。照射した光６３ａは、まず、裏面７２ａのＡ点で反射して光７３ｂが裏面７２ａから出射する。一方、半導体装置７２内へＡ点から屈折して光７３ｃが進み、半導体装置７２のＢ点で散乱して裏面７２ａから光７３ｄが出射される。
【００５７】
そして、裏面７２ａの上側からこれらの光７３ｂ，７３ｄを検出部６５で観察した像が図１０（Ｂ）である。これによれば、Ａ点からＢ点を直線で結んだときの直線上の点は、半導体装置７２の裏面７２ａから表面までの深さ位置に相当する。従って、Ｂ点のみならず直線上の点を決めて二次元分布として画像化することにより、半導体装置７２の任意の深さ位置の散乱光の二次元分布を取得することが可能である。
【００５８】
図１１は、第３の実施の形態における検出方法で検出した、（Ａ）は処理前の、（Ｂ）は処理後の二次元分布の画像である。
図１１は、図１０におけるＢ点のみの光の強度を二次元分布として画像化した結果である。Ｂ点は半導体装置７２の裏面７２ａからの散乱であり、その光強度を二次元分布として画像化しているため、図１１はまさに半導体回路面における散乱光強度である。
【００５９】
図１１（Ａ）に示すように、光の強度が局所的に強いポイントが観測された。ところが第２の実施の形態の図７で説明したようにトランジスタ、コンデンサ、多層配線など半導体素子が形成された素子層（図示を省略）は周期的構造を有しているために、図１１（Ａ）では、欠陥だけでなく、その周期的構造も合わさって観察されている。
【００６０】
そこで、図７で説明した処理を行った結果を図１１（Ｂ）に示す。この結果、欠陥のみに起因する散乱を顕在化することが可能となる。素子層の周期的構造に起因する散乱を除去してもなお輝点として存在し、散乱点すなわち欠陥が存在することが分かる。
【００６１】
このように、第３の実施の形態では、半導体基板上にウェハプロセスで形成させた半導体装置の活性領域付近の欠陥の検出にＹＡＧレーザによる欠陥の散乱光を直接観察することで、欠陥を検出しており、容易に、効率よく、高感度に検出することができる。また、ＹＡＧレーザによって検出された光強度のデータから二次元分布として画像化することで、活性層内の欠陥を視覚的に捉えることができ、容易に半導体装置の分析を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】検査装置システムの要部模式図である。
【図２】フォトルミネッセンスの原理を説明する要部断面模式図である。
【図３】検査方法のフローチャート図である。
【図４】シリコンウェハ基板の透過率の波長依存性であって、（Ａ）はドープ量、（Ｂ）はシリコンウェハ基板の膜厚ごとのグラフである。
【図５】第１の実施の形態における検出方法で検出した二次元分布の画像である。
【図６】ＹＡＧレーザが照射されたシリコンウェハ基板の発光スペクトルである。
【図７】ＹＡＧレーザを半導体装置に照射した時の散乱光・反射光の強度分布について、（Ａ）はその機構を示す断面模式図、（Ｂ）は（Ａ）に基づく光の強度分布である。
【図８】第２の実施の形態における検出方法で検出した、（Ａ）は処理前の、（Ｂ）は処理後の二次元分布の画像である。
【図９】第３の実施の形態における検査装置システムの要部模式図である。
【図１０】第３の実施の形態において、（Ａ）は検出原理を示す要部断面模式図、（Ｂ）は検出した観察像である。
【図１１】第３の実施の形態における検出方法で検出した、（Ａ）は処理前の、（Ｂ）は処理後の二次元分布の画像である。
【符号の説明】
【００６３】
１０ 検査装置
１１ 半導体基板
１２ 支持台
１３ 照射部
１３ａ，１３ｂ 光
１４ 分光部
１５ 検出部
１６ 装置制御部
１６ａ 照射部制御手段
１６ｂ 検出部制御手段
１６ｃ データ処理手段
１６ｄ 記憶手段
１６ｅ 入出力手段
１７ａ，１７ｂ，１７ｃ 反射板
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に回路が形成された半導体装置の裏面から、前記回路の形成面まで透過する波長の光を照射する照射部と、
前記光の入射により、前記半導体装置の裏面から発せられる光を検出する検出部と、
前記検出した光の強度を取得する取得部と、
を有することを特徴とする検査装置。
【請求項２】
前記照射部は、ＹＡＧレーザにより前記光を照射することを特徴とする請求項１記載の検査装置。
【請求項３】
前記裏面から発せられる光は、前記半導体装置の活性領域からの散乱光であることを特徴とする請求項１または２に記載の検査装置。
【請求項４】
前記取得部は、前記検出した光の特定波長の強度を取得することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の検査装置。
【請求項５】
前記取得部により取得した光の強度分布を表示する表示部をさらに有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の検査装置。
【請求項１】
表面に回路が形成された半導体装置の裏面から、前記回路の形成面まで透過する波長の光を照射する照射部と、
前記光の入射により、前記半導体装置の裏面から発せられる光を検出する検出部と、
前記検出した光の強度を取得する取得部と、
を有することを特徴とする検査装置。
【請求項２】
前記照射部は、ＹＡＧレーザにより前記光を照射することを特徴とする請求項１記載の検査装置。
【請求項３】
前記裏面から発せられる光は、前記半導体装置の活性領域からの散乱光であることを特徴とする請求項１または２に記載の検査装置。
【請求項４】
前記取得部は、前記検出した光の特定波長の強度を取得することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の検査装置。
【請求項５】
前記取得部により取得した光の強度分布を表示する表示部をさらに有することを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の検査装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００９−９９６３４（Ｐ２００９−９９６３４Ａ）
【公開日】平成２１年５月７日（２００９．５．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−２６７３２９（Ｐ２００７−２６７３２９）
【出願日】平成１９年１０月１５日（２００７．１０．１５）
【出願人】（３０８０１４３４１）富士通マイクロエレクトロニクス株式会社 (2,507)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年５月７日（２００９．５．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年１０月１５日（２００７．１０．１５）
【出願人】（３０８０１４３４１）富士通マイクロエレクトロニクス株式会社 (2,507)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]