JP2002048743A - 微細構造物中の欠陥を検出する方法 - Google Patents

微細構造物中の欠陥を検出する方法

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JP2002048743A
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Koji Iwata
剛治 岩田
Daigo Kobayashi
大悟 小林
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Kansai Technology Licensing Organization Co Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【課題】微細な構造物の欠陥のサイズと深さとを安価に
特定しうる方法を提供する。 【解決手段】微細な構造物の中に存在する欠陥を検出す
る方法であって、検出対象となる構造物と同形同質で欠
陥を有しない物体A及び既知の欠陥を有する物体Bに外
部より所定時間熱を加え、加熱中におけるそれらの物体
の各々の表面の温度分布a、bを求め、その表面上で欠
陥中心を原点とする位置を表す座標を(x,y)、各座
標におけるそれら温度分布a、bの差をTd(x,y)とし、
上記既知欠陥の深さ及びサイズの一方をパラメータとし
たときの他方とΔTd(max)(0,0)との相関関係を予め求
めておき、この相関関係と、検出対象となる構造物のΔ
d( max)(0,0)及びd2ΔTd(max)(x,y)/dx2とに基づ
いて、当該構造物中の未知の欠陥の深さ及びサイズを検
出することを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、半導体基板、多
層配線基板などの微細構造物の中に存在する欠陥を検出
する方法に属する。
【0002】
【従来の技術】半導体基板や多層配線基板の内部欠陥を
検出する手段として、X線を照射してその吸収度に基づ
いて欠陥の有無を検出するX線照射法、対象物の平坦な
表面にに探触子を接触させるか又は対象物との間に液体
を介在させるかして超音波を発振し、その反射波が戻っ
てくる時間に基づいて欠陥の深さを検出する超音波探傷
法などが知られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】しかし、X線照射法
は、例えば多層配線基板において上下の層が接合してい
る場合と単に接触している場合とではX線の吸収量に差
が出ないので接合不良などの欠陥を検出することができ
ない。又、X線を扱うことから設備を厳重に管理擦る必
要があり設備が高価となる。超音波探傷法の場合は、微
細構造物においては、探触子を接触させることのできる
平面が存在しにくいし、ウェットなプロセスはできるだ
け避けたい等の要求もあって、超音波の入射が困難であ
る上、内部で超音波が散乱してしまうような対象物での
欠陥を検出することが困難である。更にいずれの方法に
よってもサイズと深さの両方を検出することが可能な欠
陥は極めて限られている。従って、製品の品質検査工程
で欠陥を検出しても、それを無くすための改善策を練る
ことが困難である。それ故、この発明の課題は、微細な
構造物の欠陥のサイズと深さとを安価に特定しうる方法
を提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、この発明の検出方法は、微細な構造物の中に存在す
る欠陥を検出する方法であって、検出対象となる構造物
と同形同質で欠陥を有しない物体A及び既知の欠陥を有
する物体Bに外部より所定時間熱を加え、加熱中におけ
るそれらの物体の各々の表面の温度分布a、bを求め、
その表面上で欠陥中心を原点とする位置を表す座標を
(x,y)、各座標におけるそれら温度分布a、bの差
をTd(x,y)とし、上記既知欠陥の深さ及びサイズの一方
をパラメータとしたときの他方と下記式(1)で示され
る対象表面での温度差変化の時間による一次微分値の最
大値との相関関係を予め求めておき、この相関関係と、
検出対象となる構造物の上記一次微分値の最大値及び下
記式(2)で示される温度差変化の一次微分値の最大値
の分布の空間による二次微分値とに基づいて、当該構造
物中の未知の欠陥の深さ及びサイズを検出することを特
徴とする。
【0005】 ΔTd(max)(0,0) ・・・・(1) [式(1)中、Δは時間による微分、maxはΔTd(0,0)
のうち最大値を表す。] d2ΔTd(max)(x,y)/dx2 ・・・・(2)
【0006】同じくこの発明のもう一つの検出方法は、
前記式(1)で示される一次微分値に代えて、時間対T
d(0,0)の相関関係におけるTd(0,0)の立ち上がり時間を
用いることを特徴とする。この発明は、対象物中に欠陥
が存在する場合と存在しない場合とで内部の熱の伝わり
方の違いが表面温度分布に現れることから、その表面温
度分布の差と、熱が表面から欠陥まで伝わった後、表面
に返ってくるまでの時間とに基づいて検出できることに
着目したものである。以下、図面とともに説明する。
【0007】図1(a)は欠陥の無い物体に熱を加えた
場合の深さ方向の断面温度分布のシミュレーション、図
1(b)は欠陥がある物体の同一条件での断面温度分布
のシミュレーション、図1(c)は(a)と(b)との
温度差をそれぞれ示し、図中の黒色度が濃いほど温度が
高いことを表している。これより、欠陥部での熱流阻害
が表面温度分布に及ぼす影響は、欠陥部を熱源と想定し
たときと同様に考えられることがわかる。
【0008】従って、対象物に表面からレーザなどで熱
を加え続けたとき、単位時間当たり(1msごと)のT
d(0,0)と時間との関係を表すグラフは、図2に示すよう
に欠陥サイズを一定とすれば、欠陥の位置が深いほど表
面から欠陥までの熱容量が大きいことから、Td(0,0)
立ち上がるのに要する時間が長く、また最大勾配が緩や
かとなる。従って、欠陥サイズを一定とすれば、欠陥の
深さと、Td(0,0)の立ち上がり時間及びTd(0,0)対時間
曲線の最大勾配とは相関関係を有する。
【0009】一方、図1(c)に見られるように、欠陥
部を熱源と想定した場合、欠陥部の直上では熱流はあま
り拡散せずに表面に到達するが、欠陥部の外側の部分で
は熱は拡散するだけとなる。従って、原点(欠陥中心)
からの距離に対するΔTd(ma x)(x,y)の変化を見ると、
欠陥部の輪郭上でグラフが変曲する。
【0010】よって、対象物のd2ΔTd(max)(x,y)/d
2を測定することにより検出しようとする未知の欠陥
のサイズが求まり、そのサイズに対応する既知欠陥のΔ
d( max)(0,0)対深さ相関関係に当該未知欠陥のΔT
d(max)(0,0)を対照させることにより、当該未知欠陥の
深さが特定される。尚、Td(0,0)の立ち上がり時間もΔ
d(max)(0,0)と同様に欠陥の深さと相関関係を有する
ことから、ΔTd(max)(0,0)に代えて立ち上がり時間を
利用しても深さを特定することができる。
【0011】
【実施例】この発明の効果を予測するために、シミュレ
ーションモデルを用いて解析した。図3はそのシミュレ
ーションモデルを示す斜視図である。このモデルは、厚
さ(z方向)1mm、面方向(xy方向)の1辺の長さ
5mmの鉄からなる基板の中心に厚さ0、1辺280μ
m、440μm又は680μmの正方形の欠陥を有する
対称形状をなしている。解析には、その対称性から図3
に示す1/4部分を用いた。その他の解析条件は次の通
りである。
【0012】[解析条件] 表面から空気への熱伝達率:100W/m2K 欠陥部での熱伝達率:10-9W/m2K レーザ照射面積:200×200μm 入熱量:3.2W
【0013】先ず、モデルの表面に上記の条件でレーザ
を照射して20ms加熱し、欠陥が存在しないときの表
面温度分布aと存在するときとの表面温度分布bをと
り、それらa、bの差の分布Td(x,y)を求めた。そのう
ちのTd(0,0)即ち欠陥中心における温度差の単位時間当
たり(1msごと)の変化を欠陥サイズ440×440
μmのものについて示したのが図4である。図4に見ら
れるように、立ち上がりの時間は欠陥の位置が深いほど
遅く、最大勾配は欠陥の位置が深いほど緩やかであっ
た。この傾向は他の2点の欠陥サイズについても同様で
あった。
【0014】次に、上記で得られたTd(0,0)を時間で微
分し、欠陥サイズをパラメータとしてその微分値の最大
値ΔTd(max)(0,0)を縦軸、欠陥の深さを横軸にとって
打点すると図5のような相関関係が得られた。別途、サ
イズ680×680μm、深さ120μm又は160μ
mの欠陥とサイズ280×280μm、深さ120μm
又は200μmの欠陥について、それぞれΔT
d(max)(x,y)をΔTd(max)(0,0)で正規化し、それらのx
による二次微分値を求めると、図6のような結果が得ら
れた。
【0015】図6からサイズ280×280μmの欠陥
については変曲点位置が深さに関係なく輪郭とぴったり
一致し、サイズ680×680μmの欠陥についても誤
差の範囲で一致していることが認められた。そして、こ
れらの欠陥のうち、特にサイズ680×680μm、深
さ160μmの欠陥とサイズ280×280μm、深さ
120μmの欠陥については、ΔTd(max)(0,0)が、図
5に見られるように前者が5.30K/ms、後者が
5.26K/msであって、互いに極めて接近してお
り、図5からの情報だけでは最も区別しにくいものであ
る。従って、サイズ・深さともに未知の欠陥であっても
欠陥サイズについてはΔTd(max)(x,y)の変曲点位置か
ら高精度に測定することができることが明らかである。
【0016】そして、欠陥サイズが定まれば、その中心
も定まるから、ΔTd(max)(0,0)を求め、これを図5の
ようにサイズ・深さともに既知の欠陥に基づいて予め作
成したデータベースと照合することにより、未知欠陥の
深さを決定することができる。
【0017】
【発明の効果】以上のように、この発明によれば、欠陥
の有無だけでなくサイズ及び深さをも測定することがで
きるので、欠陥を生じる原因の解析や欠陥を生じない製
造方法への改良に有益である。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)は欠陥の無い物体に熱を加えた場合の深
さ方向の断面温度分布のシミュレーション、(b)は欠
陥がある物体の同一条件での断面温度分布のシミュレー
ション、(c)は(a)と(b)との温度差をそれぞれ
示す。
【図2】単位時間当たり(1msごと)のTd(0,0)と時間
との関係を説明するグラフである。
【図3】実施例の検出方法に用いる構造物のシミュレー
ションモデルを示す斜視図である。
【図4】サイズが一定で深さの異なる欠陥の単位時間当
たり(1msごと)のTd(0,0)と時間との関係を示すグラ
フである。
【図5】種々のサイズの欠陥のΔTd(max)(0,0)と欠陥
深さとの関係を示すグラフである。
【図6】d2ΔTd(max)(x,y)/dx2と欠陥中心からの
距離xとの関係を示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き Fターム(参考) 2G040 AA06 AB08 BA25 CA01 CA02 EA06 4M106 BA20 CA15 CA31 CA48 CA50 CB19 DH01 DH14 DH44 DH56 DJ17 DJ18

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】微細な構造物の中に存在する欠陥を検出す
    る方法であって、 検出対象となる構造物と同形同質で欠陥を有しない物体
    A及び既知の欠陥を有する物体Bに外部より所定時間熱
    を加え、加熱中におけるそれらの物体の各々の表面の温
    度分布a、bを求め、その表面上で欠陥中心を原点とす
    る位置を表す座標を(x,y)、各座標におけるそれら
    温度分布a、bの差をTd(x,y)とし、 上記既知欠陥の深さ及びサイズの一方をパラメータとし
    たときの他方と下記式(1)で示される対象表面での温
    度差変化の時間による一次微分値の最大値との相関関係
    を予め求めておき、この相関関係と、検出対象となる構
    造物の上記一次微分値の最大値及び下記式(2)で示さ
    れる温度差変化の一次微分値の最大値の分布の空間によ
    る二次微分値とに基づいて、当該構造物中の未知の欠陥
    の深さ及びサイズを検出することを特徴とする方法。 ΔTd(max)(0,0) ・・・・(1) [式(1)中、Δは時間による微分、maxはΔTd(0,0)
    のうち最大値を表す。] d2ΔTd(max)(x,y)/dx2 ・・・・(2)
  2. 【請求項2】前記式(1)で示される一次微分値に代え
    て、時間対Td(0,0)の相関関係におけるTd(0,0)の立ち
    上がり時間を用いる請求項1に記載の方法。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2021105541A (ja) * 2019-12-26 2021-07-26 日立Astemo株式会社 放熱経路診断装置
CN113466136A (zh) * 2021-06-21 2021-10-01 中国人民解放军陆军装甲兵学院 材料近表面缺陷的检测方法和装置、电子设备及存储介质

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