JP2000311929A - 半導体集積回路の断線故障検出装置及びその断線故障検出方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ＩＣの製造歩留まりを維持するためにＩＣプ
ロセス中での製造装置の稼動状況をモニタするための断
線故障検出システムを得る。 【解決手段】 ＩＣ製造プロセス中で、一工程終了後の
ウェハ１００に対して配線層を形成する側から電子ビー
ム１０６を入射し、または製造プロセス中でのプラズマ
とウェハ表面の相互作用による配線を形成する側の帯電
を利用することによって、拡散層に電界を生ぜしめ、そ
の電界変化を基板裏面からレーザー光１０４を入射し
て、反射光の位相や強度変化を電界光学効果検出装置１
０８によって検出して断線故障の生じている配線を特定
する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体集積回路（以
下、ＬＳＩと記述する）の断線故障検出装置及びその断
線故障検出方法に関し、特にＬＳＩの製造工程での配線
を接続するビアホールの接続検査とその接続異常箇所の
検出方式に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ＬＳＩ製造技術においては、将来的に故
障要因となり得る欠陥を製造工程で検出し、欠陥の生じ
た製品を市場に出荷しないように廃棄して信頼性を向上
させることが重要な要素となっている。この目的のため
に、通常、半導体ウェハ（以下、単にウェハと称す）上
に造り込まれた多数の回路一つ一つの電気的特性をウェ
ハの段階で夫々試験し、良品／不良品の区別をする作業
が行われる。通常、ＩＣテスタとプローバを使用して、
プローブカードによりウェハ上の回路にテスターの信号
を印加してテストが行われる。

【０００３】このウェハに造り込まれたＩＣチップの電
気的特性をテスタにて試験する際には、ＩＣチップの電
極（パッド）とテスタとを電気的に接続するためのボー
ド、ＩＣチップの電極に接触する針及びその固定ボード
が使用される。現在、プローブカードのピン数（針の
数）は、数本から数百本のものまで作られている。

【０００４】しかしながら、このような構成による作業
では、製造工程がほぼ完了した時点でのみ故障が発見さ
れるので、利益損失が大きい。図２で示すＬＳＩの一部
断面図を用いて説明すると、実際には、配線層形成プロ
セス中でのフォトレジスト膜の残滓や異物の混入によっ
て、配線２０７，２０８，２０９とＷ（タングステン）
埋め込み電極２１１との接合面で、高抵抗箇所が生じ
る。

【０００５】ウェハ段階での電気特性試験は、前工程が
すべて完了した後でないと実施できない。このため、電
気的故障を検出できるまで製造工程を進めた後でしか、
故障の生じたＬＳＩの選別廃棄が実施できない。そのた
めに、従来の良品／故障品選別試験のみでは、故障が発
生した工程の特定が困難であるので、正常な稼動状態に
ない製造装置を把握できない。よって、採算上の観点か
ら問題となるほど多数の故障が発生した場合、異常な稼
動状態に陥った製造装置を特定するために、製造ライン
を休止して各製造装置の検査をせねばならず、製造コス
トの低減に関し十分とは言えない。

【０００６】そこで、例えば、第１８回ＬＳＩテスティ
ングシンポジウム／１９９８、会議録ｐｐ．１６０−１
６５には、電子ビームの照射効果によるチャージアップ
を利用して抵抗性故障を検出する方法が開示されてい
る。この技術では、ビアホール形成後に抜き取った製品
ウェハの表面に電子ビームを照射し、ビアのタングステ
ン材および絶縁膜を帯電させ、同時にＳｉ（シリコン）
基板に正及び負の直流電圧を印加した条件における異常
電位コントラスト像から、電気的に導通不良を起こす致
命的な欠陥位置を検出し、ビアホールの断面解析から不
良要因の特定を得る様になっているので、プロセス中で
の断線故障検出において一応の効果を奏している。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、第１８
回ＬＳＩテスティングシンポジウム／１９９８、会議録
ｐｐ．１６０−１６５に開示されている技術は、逆に、
各工程で用いられる製造装置のモニタを実施するために
は、新たに製造コストがかさむという問題を有する。な
ぜなら、電位コントラスト像の取得時間より長い時間が
断線故障箇所を検出するための画像処理に必要となり、
短時間で処理するためには画像処理装置を複数台用意し
てして並列処理が必要になるからである。しかも、ＬＳ
Ｉ製造ラインへの適応を考えてみると、異常コントラス
トと判断するための画像解析のために、製品毎に電位像
から故障と正常を識別する画像データベースの構築を必
要とし、その作成と維持によって製造コストがかかると
いう問題を発生する。

【０００８】本発明の目的は、プロセス実行中に断線故
障を生じた欠陥箇所を検出し、欠陥が生じたプロセス装
置をモニタすることによって、採算上の観点から断線故
障発生率が無視できないほど高くなった製造装置をライ
ンから外して保守点検などの対策を取る等の製造歩留ま
りを向上させることが可能な半導体集積回路の断線故障
検出装置及びその断線故障検出方法を提供することであ
る。

【０００９】本発明の他の目的は、ＬＳＩ製造ラインに
適応可能で、製造工程途中で断線故障が多数発生したウ
ェハないしはロットをその工程終了後に即廃棄すること
によって、製造コストに負荷を与える無駄な装置稼動の
低減を目標とした製造ライン管理を実施できる半導体集
積回路の断線故障検出装置及びその断線故障検出方法を
提供することである。

【００１０】本発明の更に他の目的は、ＬＳＩ製造ライ
ンに適応可能で、故障箇所が容易に推定できる領域のみ
で信号変化が生じ、データ解析に時間を用さないＬＳＩ
製造プロセス途中での断線故障検出を実施できる半導体
集積回路の断線故障検出装置及びその断線故障検出方法
を提供することである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、検査対
象となる半導体集積回路を形成中の半導体ウェハに対し
て配線層形成側から電子ビームを照射しこの配線層を介
して拡散層に電界を生じせしめる電子ビーム照射手段
と、前記ウェハの基板側から赤外波長域のレーザーを走
査照射するレーザー照射手段と、前記レーザーの反射強
度や位相の変化を入射光との干渉によって測定検出する
測定手段と、この測定結果に従って前記ウェハの断線故
障領域を検出する検出手段とを含むことを特徴とする断
線故障検出装置が得られる。

【００１２】そして、前記測定手段は、前記レーザーの
反射強度や位相の変化に応じて前記ウェハの各領域の変
位データを電位像として出力する手段を有することを特
徴とし、また前記検出手段は、前記ウェハの拡散層形成
直後の電位像から得られた参照用データを格納する手段
と、前記ウェハの各製造工程終了後に前記電位像を取得
して前記参照用データと夫々比較することによって、前
記断線故障が生じた工程と前記断線故障が生じた領域と
を推定する手段とを有することを特徴とする。

【００１３】更に、前記測定手段は、前記レーザーの反
射強度や位相の変化に応じて前記ウェハの拡散層の電位
波形を出力する手段を有することを特徴とし、また前記
検出手段は、前記ウェハの各製造工程終了後に前記電位
波形を取得してこの電位波形に応じて前記断線故障が生
じた工程を推定する手段を有し、また前記検出手段は、
前記ウェハの拡散層形成直後の前記電位波形を参照用デ
ータとして格納する手段を有し、この参照用データと前
記各製造工程終了後に取得した前記電位波形とを比較す
ることにより前記断線故障が生じた工程を推定するよう
にしたことを特徴とする。

【００１４】更にはまた、前記電子ビーム照射手段及び
レーザービーム照射手段の照射箇所を特定するための物
理座標を、前記集積回路を設計する際に使用されたＣＡ
Ｄデータから抽出決定する手段を含むことを特徴とす
る。また、前記製造工程毎の断線故障の発生率を監視し
てそれが所定値以上になったときに、その製造工程に対
応する製造装置を製造ラインから切り離して保守点検の
要求をなす手段を含むことを特徴とする。

【００１５】本発明によれば、検査対象となる半導体集
積回路を形成中の半導体ウェハに対して配線層形成側か
ら電子ビームを照射しこの配線層を介して拡散層に電界
を生じせしめる電子ビーム照射ステップと、前記ウェハ
の基板側から赤外波長域のレーザーを走査照射するレー
ザー照射ステップと、前記レーザーの反射強度や位相の
変化を入射光との干渉によって測定検出する測定ステッ
プと、この測定結果に従って前記ウェハの断線故障領域
を検出する検出ステップとを含むことを特徴とする断線
故障検出方法が得られる。

【００１６】そして、前記測定ステップは、前記レーザ
ーの反射強度や位相の変化に応じて前記ウェハの各領域
の変位データを電位像として出力するステップを有する
ことを特徴とし、また前記検出ステップは、前記ウェハ
の拡散層形成直後の電位像から得られた参照用データを
格納するステップと、前記ウェハの各製造工程終了後に
前記電位像を取得して前記参照用データと夫々比較する
ことによって、前記断線故障が生じた工程と前記断線故
障が生じた領域とを推定するステップとを有することを
特徴とする。

【００１７】更に、前記測定ステップは、前記レーザー
の反射強度や位相の変化に応じて前記ウェハの拡散層の
電位波形を出力するステップを有することを特徴とし、
また前記検出ステップは、前記ウェハの各製造工程終了
後に前記電位波形を取得してこの電位波形に応じて前記
断線故障が生じた工程を推定するステップを有すること
を特徴とする。また、前記検出ステップは、前記ウェハ
の拡散層形成直後の前記電位波形を参照用データとして
格納するステップを有し、この参照用データと前記各製
造工程終了後に取得した前記電位波形とを比較すること
により前記断線故障が生じた工程を推定するようにした
ことを特徴とする。

【００１８】更にはまた、前記電子ビーム照射ステップ
及びレーザービーム照射ステップの照射箇所を特定する
ための物理座標を、前記集積回路を設計する際に使用さ
れたＣＡＤデータから抽出決定することを特徴とする。
また、前記製造工程毎の断線故障の発生率を監視してそ
れが所定値以上になったときに、その製造工程に対応す
る製造装置を製造ラインから切り離して保守点検の要求
をなすステップを含むことを特徴とする。

【００１９】本発明の作用を述べる。半導体集積回路の
製造プロセス中で、一工程終了後のウェハに対して配線
層を形成する側から電子ビームを照射して拡散層に電界
を生ぜしめ、その電界変化を基板裏面からレーザー光を
照射して、その反射光の位相や強度変化を電界光学効果
検出装置によって検出して電位像を作成する。この電位
像と予め作成されている拡散層形成直後の参照用電位像
とを比較して、この比較結果によって断線故障の生じて
いる配線を特定する。上記電位像の代わりに、拡散層の
電位波形を取得して、この電位波形によって断線故障の
生じている配線を特定することもできる。

【００２０】また、各工程における断線故障の発生率を
算出し、この算出率が所定値以上になった時には、その
製造工程の製造設備を製造ラインから切り離して、保守
点検などの処置を要求することができ、製造ラインの管
理が可能となる。

【００２１】

【発明の実施の形態】以下に図面を参照しつつ本発明の
実施の形態につき説明する。図１は本発明の実施の形態
を示す概略ブロック図である。図１を参照すると、本発
明によるＬＳＩ製造プロセス途中で断線故障箇所を検出
する装置は、検査対象となるＬＳＩ製造プロセス中にあ
るウェハ１００の配線層形成側から電子ビーム１０６を
照射し、配線層を介して拡散層に電界を生じせしめる電
子ビーム照射装置（ＳＥＭ）１０１と、ウェハ１００の
Ｓｉ基板側から赤外波長域のレーザービーム１０４を走
査照射する走査型レーザー顕微鏡１０２と、レーザービ
ーム１０４の反射強度や位相の変化を入射光との干渉に
よって検出する電界光学効果測定装置１０８と、変調強
度を電圧変化として読取り断線故障が生じた配線に接続
している拡散層のみを明示する、データ処理をなすため
のワークステーション（ＷＳ）１０９とを備える。

【００２２】尚、図１において、１０５はウェハ１００
の両面からビームを入射可能な資料室を示しており、ま
た１０７は一次電子ビーム１０６を生成するための電子
銃を示すものである。

【００２３】かかる断線故障検査装置によれば、検査対
象となるウェハ１００に断線故障箇所があれば、その故
障箇所に接続した拡散層の電界が変化しないことから、
断線の有無を検査できる。ＬＳＩの部分断面図である図
２を例にとると、タングステン（Ｗ）埋込電極２１１と
第３配線層２０７，第２配線層２０８または第１配線層
２０９との接続部が高抵抗値を持つと、拡散層２１３に
は電界は生じない。そのために、図５に電界光学効果を
適用して取得した拡散層の電位像を模式的に示したよう
に、ある工程終了後に電位像が５００の状態から５０１
の状態に変化すると、電位変化を生じなくなった拡散層
２１３に接続されている配線のうち、その工程で形成さ
れた部分に断線故障が生じていると判断できる。

【００２４】尚、図２において、２０１は層間絶縁膜、
２０２はゲート酸化膜、２０３はエピタキシャル層、２
０４はＳｉ基板、２０５は絶縁保護膜、２０６は第４配
線層、２１０は熱酸化膜、２１２はポリシリコン（多結
晶シリコン）層を夫々示しいる。

【００２５】従って、拡散層形成工程終了直後後に取得
され全ての拡散層に電位変化が生じている模式的な電位
像を５００とし、その電位像を参照用にメモリ等に予め
保存しておき、各工程終了後に取得する電位像と夫々比
較することによって、ある拡散領域５０２に電位変化が
生じなくなった電位像５０１を取得した時点で、断線故
障が生じた工程と、その配線箇所とを特定できるという
効果が得られるのである。

【００２６】更に、断線故障が生じたウェハないしはロ
ットを断線故障が発生した工程終了後に廃棄することに
よって、無駄な製造装置稼動を低減できることにもな
る。また、断線故障発生率を各製造装置についてモニタ
し、断線故障発生率が採算の観点から問題となるほど上
昇した装置の稼動を停止して保守点検などの対策を取
り、製品歩留まりを一定以上に保持できるという効果も
得られることになる。

【００２７】

【実施例】本発明をより良く理解すべく、以下に図面を
参照しつつ本発明の実施例を詳述する。図１を参照する
と、本発明の一実施例としての装置構成図が示されてい
る。図示するように、この断線故障検出装置は、走査型
電子顕微鏡（ＳＥＭ）１０１と、ウェハの両面からビー
ムを照射できる試料室１０５と、走査型レーザー顕微鏡
１０２と、電界光学効果測定装置１０８と、ワークステ
ーション１０９とを備える。ＳＥＭ１０１は試料ウェハ
１００の配線層形成側から電子ビーム１０６を全面走査
照射もしくは部分照射可能な電子銃１０７を備える。電
子ビームを照射することによってウェハの配線層形成側
表面を帯電させる。ウェハ表面の帯電が配線を介して試
料ウェハ内の拡散層に電界を生じさせる。

【００２８】走査型レーザー顕微鏡１０２はその電界変
化を検出するためのレーザービーム１０４を備える。拡
散層の電位変化をレーザーの入射光と反射光の強度や位
相の変化として測定する。電界光学効果測定装置１０８
は光の干渉によってレーザーの入射光と反射光の強度や
位相の変化を測定する。ワークステーション１０９はこ
の電界光学効果の測定値を元に画像処理を実施しウェハ
の基板側から拡散層の電位像を取得する。

【００２９】次に、ＳＥＭ１０１の電子ビーム照射によ
る電気信号の供給について説明する。図２は図１に示し
た試料ウェハ１００の一部の断面模式図である。この図
２において４層の配線が形成されている。この層の異な
る配線を接続するためにタングステン埋め込み電極２１
１が設けられ、ＬＳＩ製造プロセス終了後は、信号端子
から入力された信号がこれらの配線を経由してトランジ
スタに伝播し電気特性検査が可能になる。しかし、例え
ば、第２配線層２０８形成プロセスまでしか完了してい
ない状態では、信号端子とトランジスタは電気的に接続
しておらず従来手法による電気特性検査は不可能であ
る。

【００３０】そこで、本発明では、第２配線層２０８形
成プロセスまでしか完了していないウェハに対して電子
ビームを照射することによって、ウェハの配線層形成側
表面を帯電させる。このとき、照射表面が電気的に中性
であれば二次電子生成効率が１以上になるように電子ビ
ームの加速電圧とビーム電流密度を調整することによ
り、表面の材料や凹凸形状に依存せずに照射直後にはウ
ェハの配線層形成側表面は正に帯電するが、一定時間照
射後には照射領域の一次電子入射と二次電子放出が定常
状態に達し、逆に負に帯電している。

【００３１】その表面の帯電状態を逆に反映した電位状
態を配線層は有するので、照射によって配線に接続して
いる拡散層２１３は負の電位から正の電位へ状態が遷移
する。この変位が生じていない場合には断線故障が生じ
ていると判断する。

【００３２】次に、走査型レーザー顕微鏡１０２のレー
ザー照射１０４による電界光学効果検出に基づいた電位
像取得方法について説明する。図５は電界光学効果を適
用して取得した拡散層の電位像を模式的に示している。
走査型レーザー顕微鏡のレーザービームの走査照射をウ
ェハのシリコン基板から実施し、レーザーの入射と反射
の干渉を測定することによって、拡散層の電位変化をレ
ーザーの強度や位相の変調として検出できる。

【００３３】その検出した値をウェハの各一定領域毎に
積算し画像化することによって拡散層の電位像５００が
得られる。断線故障が生じている状態においては、拡散
層に電位変化が生じていない領域が存在するので、その
領域のみ高抵抗故障箇所を持つウェハの電位像の模式図
である図５の５０１に示した断線故障箇所に接続してい
る拡散層領域５０２のように識別できる。更に、図５の
５００と５０１との差像５０３を作成することによっ
て、電位変化が伝播していない拡散層領域のみ強調表示
される画像を取得できる。このようにして、各プロセス
終了後にウェハの電位像を取得することによって故障が
生じたプロセスと故障箇所を推定できるのである。

【００３４】上記実施例において、配線層形成側表面を
帯電させるＳＥＭは走査型レーザー顕微鏡としてもよ
い。また、図３に示すように、本装置をＬＳＩ製造ライ
ンに組み込むことによって、製品毎の画像データベース
の構築を行わずに、製造装置のモニタ装置として運用で
きるので、製造中に発生する断線故障をより短時間で検
出できる。

【００３５】本実施例では、本発明をＬＳＩ製造プロセ
ス中での断線検出に適応したが、ＬＳＩ製造工程モニタ
としても適応することができる。その構成を図３に示
す。図３（Ａ）は製造ラインに本発明による断線故障検
出装置を組込む場合の模式図である。図中の矢印はウェ
ハの抜取り検査による情報の流通を示す。

【００３６】各工程終了後に、特定のウェハを断線故障
検査装置３０００で検査し断線故障発生数、発生箇所分
布、推定故障原因等の情報を記録する。各製造装置３０
０１〜３００６毎の断線故障発生率の推移を特定ウェハ
抜き取り検査した記録の比較によって計測し、各製造装
置の稼動状況が正常であるかどうかを判定するため特定
のウェハを継続してモニタし、装置が正常状態で稼動し
ているかどうかをその装置による工程が終了した直後に
把握できる。

【００３７】図３（Ｂ）は製造工程の一つの装置であ
る、例えばエッチング装置３００２に本発明による断線
故障検出装置を組込む場合の模式図である。本図におい
ては、エッチング試料室３００の下部からレーザー光３
０３を入射できるように改良を施した例を示している。
主な改良点であるプロセス装置の下部電極３０２を改良
した模式図を図４に示す。

【００３８】下部電極３０２は、赤外線に対して透明な
材質（例えば、ＬｉＦ）４０２の上に金属配線を形成す
ることによって作成される。この改変によって、製造プ
ロセス中に試料室に高周波の電磁波を印加している状態
において、高周波電源３０５からの電磁波によって生じ
るプラズマによるウェハ１００の配線層形成側の帯電
を、拡散層に生じた電位変化をウェハのシリコン基板側
からレーザー３０３を照射して、製造中に発生する断線
故障を実時間で検出できる。尚、図３（Ｂ）において、
３０１は上部電極、３０４は反射レーザー光、３０６は
導入ガスである。

【００３９】従って、この実施例では、製造装置の異常
を実時間でモニタ可能となり、各製造装置の断線故障発
生率をモニタすることによって、断線故障発生率が上昇
した装置の稼動を停止し保守点検などの対策を施すこと
によって、製造ラインの製品歩留まりの低下を防ぐこと
ができる。

【００４０】以上のことから、図６及び図７に本発明の
実施例の動作を示すフローチャートが得られる。すなわ
ち、図６を参照すると、ある製造工程が終了したとき
（ステップＳ６１）、検査対象のウェハの配線層形成側
から全面に、電子ビームをＳＥＭ１０１（図１参照）に
より照射する（ステップＳ６２）。次に、ウェハのシリ
コン基板側から全面に、走査型レーザー顕微鏡１０２に
より照射する（ステップＳ６３）。この反射光を用い
て、電界光学効果測定装置１０８によりウェハの電位像
を生成取得する（ステップＳ６４）。この取得データ
と、予め拡散層形成直後に同様な手法によって取得して
得られている参照用電位像データとを、ＷＳ１０９にお
いて比較し、断線故障領域を検出するのである（ステッ
プＳ６５）。

【００４１】以上の処理が核製造工程終了後に夫々実行
される。そして、図７を参照すると、ＷＳ１０９は図６
のフローで得られた各製造工程毎の製造装置の断線故障
発生率を算出する（ステップＳ７１）、そして、これ等
各製造装置毎の断線故障発生率が一定値以上になったか
を常にモニタしておき（ステップＳ７２）、当該一定値
以上になった時には、製造ラインからその製造装置を切
り離し、保守点検等の要求をオペレータに通知する様に
動作する（ステップＳ７３）。

【００４２】

【他の実施例】次に本発明の他の実施例について説明す
る。この実施例では、断線故障を検出する参照データと
して電位像ではなく、ＣＡＤデータを用いて同一の拡散
層で取得した電位波形を用いることによって、データ取
得を短時間で完了し、電位像に基づく先の実施例よりも
高速に製造装置の異常を検出できる。以下に、図面を参
照しつつ本発明の他の実施例を以下に詳述する。

【００４３】本実施例でも図１の構成を使用することが
できるが、本例の場合には、先の第一の実施例と異な
り、ＷＳ１０９はＬＳＩ設計に用いたＣＡＤデータから
電子ビームの照射座標とそれに対応する裏面でのレーザ
ービームの照射座標とを指定する機能と、ウェハにおけ
る拡散層で電位波形を取得する機能とを備えるものとす
る。かかる構成における本発明の他の実施例の動作を図
８のフローチャート及び図９の半導体集積回路装置の断
面図を参照して説明する。尚、図９において図２と同等
部分は同一符号にて示している。

【００４４】先ず、ＳＥＭ１０１の電子ビーム照射によ
る電気信号の供給方法について説明する。図９を参照す
ると、４層の配線が形成されている。この層の異なる配
線を接続するために埋め込み電極９０１〜９０４が夫々
設けられている。例えば、第２配線層形成プロセスまで
しか完了していないウェハに対して、電子ビームを照射
することによって、ウェハの配線層形成側表面を帯電さ
せる。この電子ビーム照射に適した座標にのみ照射を行
うことによって、ある領域に走査照射するよりも高速に
照射点と電気的に接続した拡散層に電位変化を生じさせ
られることになる。

【００４５】各配線層形成プロセス及び各埋込み電極形
成プロセス完了後に新たに形成された部位から電子ビー
ム照射に適した部位９０５〜９０８を選択し、ＬＳＩ設
計に用いたＣＡＤデータを用いて照射点の物理座標の指
定を行う（ステップＳ８１〜Ｓ８２）。例えば、第１配
線層２０９とポリシリ配線２１２とを接続する埋め込み
電極９０１の導通を確認するためには、電子ビームの照
射点として９０５を選択し、その物理座標をＣＡＤデー
タに基いて指定する。

【００４６】同様に、第１配線層２０９と第２配線層２
０８、第２配線層２０８と第３配線層２０７、第３配線
層２０７と第４配線層２０６との各電気的接続を確認す
るためには、照射点を９０６，９０７，９０８へ、照射
点を夫々変更して電子ビームの照射を実施する（ステッ
プＳ８３）。

【００４７】次に、走査型レーザー顕微鏡１０２の照射
レーザー１０４による電界光学効果検出に基づいた電位
波形取得方法について説明する。図１０は電界光学効果
を適用して取得した拡散層の電位波形を模式的に示して
いる。ＬＳＩの設計に用いたＣＡＤデータから上記電子
ビーム照射点と電気的に接続されている拡散層の物理座
標を指定し（ステップＳ８４）、走査型レーザー顕微鏡
１０２のレーザービーム１０４の照射をウェハ１００の
シリコン基板から実施し（ステップＳ８５）、レーザー
の入射と反射との干渉を測定することによって、拡散層
の電位変化をレーザーの強度や位相の変調として検出で
きる。その検出した値をある一定時間毎に積算し量子化
することによって照射点の表面電位変化１０００に応じ
た拡散層の電位波形が得られる（ステップＳ８６）。

【００４８】正常に電位変化が生じている拡散層では１
００１に模式的に示すような電位波形が得られるが、断
線故障が生じている状態においては、拡散層に電位変化
が生じていないので、その領域のみ高抵抗故障箇所を持
つ電位波形１００２が得られる。このようにして、各プ
ロセス終了後にウェハの電位像を取得することによって
故障が生じたプロセスと故障箇所を推定できる（ステッ
プＳ８７）。

【００４９】尚、正常な電位波形１００１は拡散層形成
直後に得られた電位波形であり、これを参照用データと
してメモリなどに記憶しておき、この記憶された参照用
データと比較することで、断線故障が検出できる。

【００５０】本実施例においては、図３に示すように、
本装置をＬＳＩ製造ラインに組み込んで特定の拡散層で
の電位波形をモニタすることによって、ＬＳＩ製造工程
モニタとしても適応することができる。その構成を図３
（Ａ）に示す。図３（Ａ）は製造ラインに本発明による
断線故障検出装置を組み込む場合の模式図である。図中
の矢印はウェハの抜き取り検査による情報の流通を示
す。この場合における処理の動作フローについても、図
７に示したフローを適用できるものである。

【００５１】尚、本発明は上記各実施例に限定されるこ
となく、本発明の技術思想の範囲内において、各実施例
は適宜変更され得ることは明らかである。

【００５２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ウェハの配線層を形成する側から電子ビームを入射して
拡散層に電界を生ぜしめ、その電界変化を基板裏面から
レーザー光を入射して反射光の位相や強度変化を電界光
学効果検出装置によって検出し、この検出結果に基づき
断線故障の生じている配線を特定可能としたので、ＩＣ
製造プロセス中での断線故障検出が容易になるという効
果がある。

【００５３】また本発明によれば、製造ラインを構成す
る各工程での製造装置毎の断線故障発生率をモニタし、
その装置を用いた製造工程が完了したウェハを用いて上
述したした断線故障検査を実施して稼動状態に異常が生
じた装置を特定することができるので、ＩＣ製造ライン
の管理が可能となるという効果がある。

【００５４】更に本発明によれば、ウェハないしはロッ
ト単位で断線故障率を計測して、採算の観点からそれ以
後の工程での処理が損失になるほど断線故障が多数発生
した時点で、問題となるウェハないしはロットを廃棄す
ることができるので、ＩＣの製造歩留まりを管理するこ
とができるという効果がある。

【００５５】更にはまた、本発明によれば、ＩＣ製造プ
ロセス中でのプラズマとウェハ表面との相互作用による
配線を形成する側の帯電を利用することによって、その
電界変化を基板裏面からレーザー光を入射して、反射光
の位相や強度変化を電界光学効果検出装置によって検出
し、この検出結果に基づき断線故障が生じている配線を
特定可能としたので、ＩＣ製造プロセス中での断線故障
検出が容易になるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の装置構成を示すブロック図で
ある。

【図２】本発明の一実施例の動作を説明するためのＬＳ
Ｉの一部断面模式図である。

【図３】ＩＣ製造プロセス装置に本発明を適用する場合
の装置構成図であり、（Ａ）は製造ラインに導入する場
合の図、（Ｂ）は製造装置に導入する場合の図である。

【図４】図３（Ｂ）の製造装置において、本発明を適用
する場合に、その下部電極を改変した模式図である。

【図５】本発明の実施例において、電界光学効果を適用
して取得した拡散層の電位像の例を示す図である。

【図６】本発明の一実施例の処理を示すフローチャート
である。

【図７】ＩＣ製造プロセス装置に本発明を適用する場合
の処理を示すフローチャートである。

【図８】本発明の他の実施例の処理を示すフローチャー
トである。

【図９】本発明の他の実施例の動作を説明するためのＬ
ＳＩの一部断面模式図である。

【図１０】電界光電効果を適用して取得した拡散層の電
位波形を示す図である。

【符号の説明】

１００ 試料ウェハ １０１ 走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ） １０２ 走査型レーザー顕微鏡 １０４ レーザビーム １０５ 資料室 １０６ 一次電子ビーム １０７ 電子銃 １０８ 電界光学効果測定装置 １０９ ワークステーション（ＷＳ） ２０４ シリコン基板 ２０６〜２０９ 配線層 ２１１ タングステン埋め込み層 ２１３ 拡散層 ３００ エッチング試料室 ３０２ 改良した下部電極 ３０３ 入射レーザー光 ３０４ 反射レーザー光 ３０５ 高周波電源 ４０１ 金属配線 ５００ 断線故障箇所を持たないウェハの電位像 ５０１ 断線故障箇所を持つウェハの電位像 ５０２ 断線故障箇所に接続している拡散領域 ５０３ ５００と５０１の差像 １００１ 良導状態にある拡散層の電位波形 １００２ 不良導状態にある拡散層の電位波形

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成１１年５月１７日（１９９９．５．１
７）

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２２】尚、図１において、１０５はウェハ１００
の両面からビームを入射可能な試料室を示しており、ま
た１０７は一次電子ビーム１０６を生成するための電子
銃を示すものである。

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図２

【補正方法】変更

【補正内容】

【図２】

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Ｆターム(参考） 2G011 AD00 AE03 2G014 AA02 AB51 AC19 2G032 AA00 AC03 AD08 AE08 AF08 4M106 AA01 AA02 BA02 BA05 BA14 CA08 CA16 DE08 DE12 DE20 DE30 DJ18 DJ21 DJ38 9A001 BB05 HH34 JJ48 KK54 LL05

Claims (16)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 検査対象となる半導体集積回路を形成中
   の半導体ウェハに対して配線層形成側から電子ビームを
   照射しこの配線層を介して拡散層に電界を生じせしめる
   電子ビーム照射手段と、前記ウェハの基板側から赤外波
   長域のレーザーを走査照射するレーザー照射手段と、前
   記レーザーの反射強度や位相の変化を入射光との干渉に
   よって測定検出する測定手段と、この測定結果に従って
   前記ウェハの断線故障領域を検出する検出手段とを含む
   ことを特徴とする断線故障検出装置。
2. 【請求項２】 前記測定手段は、前記レーザーの反射強
   度や位相の変化に応じて前記ウェハの各領域の変位デー
   タを電位像として出力する手段を有することを特徴とす
   る請求項１記載の断線故障検出装置。
3. 【請求項３】 前記検出手段は、前記ウェハの拡散層形
   成直後の電位像から得られた参照用データを格納する手
   段と、前記ウェハの各製造工程終了後に前記電位像を取
   得して前記参照用データと夫々比較することによって、
   前記断線故障が生じた工程と前記断線故障が生じた領域
   とを推定する手段とを有することを特徴とする請求項２
   記載の断線故障検出装置。
4. 【請求項４】 前記測定手段は、前記レーザーの反射強
   度や位相の変化に応じて前記ウェハの拡散層の電位波形
   を出力する手段を有することを特徴とする請求項１記載
   の断線故障検出装置。
5. 【請求項５】 前記検出手段は、前記ウェハの各製造工
   程終了後に前記電位波形を取得してこの電位波形に応じ
   て前記断線故障が生じた工程を推定する手段を有するこ
   とを特徴とする請求項４記載の断線故障検出装置。
6. 【請求項６】 前記検出手段は、前記ウェハの拡散層形
   成直後の前記電位波形を参照用データとして格納する手
   段を有し、この参照用データと前記各製造工程終了後に
   取得した前記電位波形とを比較することにより前記断線
   故障が生じた工程を推定するようにしたことを特徴とす
   る請求項５記載の断線故障検出装置。
7. 【請求項７】 前記電子ビーム照射手段及びレーザービ
   ーム照射手段の照射箇所を特定するための物理座標を、
   前記集積回路を設計する際に使用されたＣＡＤデータか
   ら抽出決定する手段を含むことを特徴とする請求項４〜
   ６いずれか記載の断線故障検出装置。
8. 【請求項８】 前記製造工程毎の断線故障の発生率を監
   視してそれが所定値以上になったときに、その製造工程
   に対応する製造装置を製造ラインから切り離して保守点
   検の要求をなす手段を含むことを特徴とする請求項１〜
   ７いずれか記載の断線故障検出装置。
9. 【請求項９】 検査対象となる半導体集積回路を形成中
   の半導体ウェハに対して配線層形成側から電子ビームを
   照射しこの配線層を介して拡散層に電界を生じせしめる
   電子ビーム照射ステップと、前記ウェハの基板側から赤
   外波長域のレーザーを走査照射するレーザー照射ステッ
   プと、前記レーザーの反射強度や位相の変化を入射光と
   の干渉によって測定検出する測定ステップと、この測定
   結果に従って前記ウェハの断線故障領域を検出する検出
   ステップとを含むことを特徴とする断線故障検出方法。
10. 【請求項１０】 前記測定ステップは、前記レーザーの
    反射強度や位相の変化に応じて前記ウェハの各領域の変
    位データを電位像として出力するステップを有すること
    を特徴とする請求項９記載の断線故障検出方法。
11. 【請求項１１】 前記検出ステップは、前記ウェハの拡
    散層形成直後の電位像から得られた参照用データを格納
    するステップと、前記ウェハの各製造工程終了後に前記
    電位像を取得して前記参照用データと夫々比較すること
    によって、前記断線故障が生じた工程と前記断線故障が
    生じた領域とを推定するステップとを有することを特徴
    とする請求項１０記載の断線故障検出方法。
12. 【請求項１２】 前記測定ステップは、前記レーザーの
    反射強度や位相の変化に応じて前記ウェハの拡散層の電
    位波形を出力するステップを有することを特徴とする請
    求項１１記載の断線故障検出方法。
13. 【請求項１３】 前記検出ステップは、前記ウェハの各
    製造工程終了後に前記電位波形を取得してこの電位波形
    に応じて前記断線故障が生じた工程を推定するステップ
    を有することを特徴とする請求項１２記載の断線故障検
    出方法。
14. 【請求項１４】 前記検出ステップは、前記ウェハの拡
    散層形成直後の前記電位波形を参照用データとして格納
    するステップを有し、この参照用データと前記各製造工
    程終了後に取得した前記電位波形とを比較することによ
    り前記断線故障が生じた工程を推定するようにしたこと
    を特徴とする請求項１３記載の断線故障検出方法。
15. 【請求項１５】 前記電子ビーム照射ステップ及びレー
    ザービーム照射ステップの照射箇所を特定するための物
    理座標を、前記集積回路を設計する際に使用されたＣＡ
    Ｄデータから抽出決定することを特徴とする請求項１２
    〜１４いずれか記載の断線故障検出方法。
16. 【請求項１６】 前記製造工程毎の断線故障の発生率を
    監視してそれが所定値以上になったときに、その製造工
    程に対応する製造装置を製造ラインから切り離して保守
    点検の要求をなすステップを含むことを特徴とする請求
    項９〜１５いずれか記載の断線故障検出方法。