【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は欠陥検査方法および欠陥検査装置に関し、特に半導体集積回路などの電子デバイスに形成されている配線の欠陥を検出するための欠陥検査方法および欠陥検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体集積回路に用いられる銅（Ｃｕ）やアルミニウム（Ａｌ）などの配線金属には、その形成過程で、ボイドや断線などの欠陥が発生する場合がある。従来、配線の欠陥の有無、あるいは欠陥の位置を特定して検出する方法としては、レーザ光、電子、イオンなどを配線に照射するなどの方法により配線を加熱し、これによって配線の抵抗を変化させ、その結果現れる電気信号の変化を測定する方法がある（例えば特許文献１参照）。
【０００３】
このような方法の一例としては、まず、欠陥検査すべき配線に一定の電圧を印加してその配線に流れる電流をモニタしておき、この定電圧印加状態でその配線に部分的にレーザ光を照射する。このとき、レーザ光がその配線部分に吸収されると温度が上昇して配線の抵抗値が変化し、配線を流れる電流の値が変化する。
ボイドなどの欠陥が存在する配線部分にレーザ光が照射された場合、この配線部分の熱吸収や熱伝導異常により、その温度上昇が欠陥のない配線部分と異なる。
この温度上昇の違いは、抵抗値の違い、すなわち測定電流値の違いとして検出される。レーザ光を照射した位置と抵抗値が異常を示す配線部分との対応をとることで、配線の欠陥がその位置を特定して検出される。
【０００４】
現在は、上記の例のように定電圧を印加して電流変化を検出する方法のほか、定電流を印加して抵抗変化を電圧変化として検出する方法も用いられている。
また、別の欠陥検査方法としては、配線の一端に直流電位を印加し、その他端部に検出電極を対向させ、検出電極と配線との間の距離に応じたキャパシタンスの変化を検出することで欠陥の有無を検査する方法も提案されている（特許文献２参照）。
【０００５】
【特許文献１】
特開平９−１４５７９５号公報
【特許文献２】
特開２００１−２９６３２６号公報
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、配線の欠陥を検出しようとする場合、従来は、配線に定電圧あるいは定電流を印加して局所加熱による抵抗変化を電流あるいは電圧の変化として測定する。そのため、例えば配線を完全に断線させているような断線欠陥が存在している場合には、その欠陥位置まで検出することはできず、欠陥の形態によってはそれを適正に検出することができないという問題点があった。その結果、配線の欠陥検査から得られる情報、例えば配線のどの部分に欠陥が生じやすいのか、あるいはどの工程で発生しやすいのか、といった情報を、以後のデバイス製造に十分に反映させることができない場合があった。
【０００７】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、電子デバイスなどに形成された配線に存在する可能性のある種々の欠陥を適正に検出することのできる欠陥検査方法および欠陥検査装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記課題を解決するために、図１に示す原理で実現される欠陥検査方法が提供される。本発明の欠陥検査方法は、配線の欠陥を検出する欠陥検査方法において、前記配線に交流電圧を印加し、前記配線を加熱し、前記配線を含む回路のインピーダンス変化によって前記欠陥を検出することを特徴とする。
【０００９】
このような欠陥検査方法によれば、図１に例示したように、配線２に断線欠陥４が存在する場合、この断線欠陥４をキャパシタとみなし、配線２に交流電圧を印加する。そして、この配線２が例えばレーザ光５による光照射などの方法により加熱されると、配線２が断線欠陥４の内側へと張り出すように熱膨張し、キャパシタとしての断線欠陥４のキャパシタンスが変化する。このキャパシタンスの変化を、配線２を含む回路のインピーダンス変化として検出することで、断線欠陥４が検出される。
【００１０】
また、ボイド欠陥の場合も同様に、レーザ光照射などの加熱による配線の温度上昇に起因してインピーダンスが変化するため、このインピーダンス変化を検出することによりボイド欠陥が検出される。このように、ボイド欠陥のほか、従来、定電圧あるいは定電流を用いた場合には検出することのできなかった断線欠陥であっても、それらを検出することができるようになる。
【００１１】
さらに、本発明では上記課題を解決するために、配線の欠陥を検出する欠陥検査装置において、前記配線に交流電圧を印加し、前記配線を加熱し、前記配線を含む回路のインピーダンス変化によって前記欠陥を検出する機能を有することを特徴とする欠陥検査装置が提供される。このような欠陥検査装置によれば、配線に交流電圧を印加し、配線を加熱したときのインピーダンス変化を検出することができるので、ボイド欠陥や断線欠陥の検出が可能になる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の欠陥検査方法の原理を説明する図である。ここでは、欠陥検査すべき試料１として、Ｃｕなどの配線２がＳｉＯ2などの絶縁体３の内部に形成されている構成の試料１を例示している。この試料１に、図１に示したような配線２を断線させている断線欠陥４が存在する場合、この断線欠陥４は、等価回路的には、あるキャパシタンスを有するキャパシタと考えることができる。
【００１３】
ここで、断線欠陥４が存在する試料１の欠陥部に、例えばアルゴンイオンレーザなどのレーザ光５が照射されると、この欠陥部における配線２が加熱され、その結果、一般にはその欠陥部に存在している断線欠陥４のキャパシタンスが変化するようになる。これは、欠陥部の配線２が、レーザ光５の照射加熱によって断線欠陥４の内側へと張り出すように熱膨張し、配線２の断線されている間の距離が短くなるためである。すなわち、キャパシタとしての対向電極面積は変化しないが、それらの間の距離が短くなるため、そのキャパシタンスが大きくなる方向に変化するようになる。
【００１４】
そこで、配線２の一端に交流電源６を接続して配線２に交流電圧を印加できるようにし、他端側には交流電流計７を接続する。これにより、断線欠陥４の検出回路として、配線２を抵抗（Ｒ）、断線欠陥４をキャパシタ（Ｃ）とする直列のＲＣ回路が構成される。
【００１５】
このＲＣ回路について、配線２に交流電圧を印加しながら、レーザ光５を試料１の配線２上で走査させていく。このとき、レーザ光５が試料１の欠陥部に照射されると、断線欠陥４のキャパシタンスが変化し、ＲＣ回路のインピーダンスは、レーザ光５が欠陥部ではない部分に照射されたときとは異なる値を示すようになる。このインピーダンスの変化は、例えば交流電流計７で測定している電流値の変化によって検出することができる。これにより、試料１の断線欠陥４の有無を検出することができ、レーザ光５の照射位置（座標）とインピーダンスが変化する試料１上の位置との対応を把握することで、断線欠陥４をその位置を特定して検出することができるようになる。
【００１６】
ここで、配線２に印加する交流電圧の周波数は、試料１へのレーザ光５照射前のＲＣ回路の共振周波数あるいは共振周波数近傍の周波数とすることが好ましい。これは、このような周波数で配線２に交流電圧を印加した場合、欠陥部へのレーザ光５照射によってＲＣ回路のインピーダンスが変化して共振から外れるときのインピーダンスの変化量が大きくなるためである。インピーダンスの変化量が大きい場合、その結果測定される電流値の変化も大きくなり、ＲＣ回路のインピーダンス変化を感度良く検出することができるようになる。
【００１７】
欠陥部へのレーザ光５照射によるＲＣ回路のインピーダンス変化は、上記のようにＲＣ回路を流れる電流値変化により検出することができるほか、ＲＣ回路の共振周波数変化によっても検出することができる。
【００１８】
この場合、例えば、まず、周波数可変交流電源などを用い、周波数を変化させてレーザ光５照射前のＲＣ回路に流れる電流を測定し、最大電流が流れるとき、すなわちインピーダンスが最小となるときの周波数を共振周波数として決定する。この共振周波数で配線２に交流電圧を印加し、レーザ光５を試料１の配線２上で走査させる。そして、ある照射位置で、交流電圧の周波数をレーザ光５照射前の共振周波数を中心に変化させ、ＲＣ回路に最大電流が流れるときの周波数を測定してレーザ光５照射時の共振周波数を求める。このレーザ光５照射時の共振周波数が、先に決定したレーザ光５照射前の共振周波数から変化しているときには、レーザ光５の照射加熱によってキャパシタンスが変化しており、その照射位置に断線欠陥４が検出される。以降は、レーザ光５を、その照射位置を配線２上で少しずつ移動していき、各照射位置でこのような共振周波数変化を測定する。
【００１９】
このように、レーザ光５の照射加熱によって生じるＲＣ回路のインピーダンス変化は、レーザ光５の照射前と照射時の共振周波数変化として求めることができ、これにより、試料１，１ａのキャパシタンス変化を求めることが可能になる。
また、共振周波数変化によって断線欠陥４を検出しようとする場合は、レーザ光５の走査速度と共振周波数の測定とのタイミングを適当に設定すれば、断線欠陥４の検出を自動で連続的に行うことが可能である。
【００２０】
以上の説明では、本発明の原理を、断線欠陥４を検出する場合を例にして述べたが、本発明は、配線を断線させるに至っていないボイド欠陥の場合にも適用可能である。図２はボイド欠陥の検査方法を説明する図である。ただし、図２では、図１に示した要素と同一の要素については同一の符号を付し、その説明の詳細は省略する。
【００２１】
この図２に示す試料１ａは、配線２ａが絶縁体３ａ内部に形成された構成であり、配線２ａ内部にボイド欠陥４ａが存在している。そして、図１と同様、配線２ａの一端に交流電源６を接続し、他端に交流電流計７を接続し、配線２ａに交流電圧を印加できるようにしている。これにより、ボイド欠陥４ａの検出回路として、配線２ａを抵抗とし、更に、ボイド欠陥４ａとその周囲の部分の配線２ａを並列のキャパシタと抵抗としたＲＣ回路が構成される。
【００２２】
このような構成の検出回路について、配線２ａに交流電圧を印加しながら、レーザ光５を配線２ａ上で走査させていく。ここで、ボイド欠陥４ａが存在している試料１ａの欠陥部にレーザ光５が照射されると、その加熱による配線２ａの温度上昇の結果、ボイド欠陥４ａのキャパシタンスが変化する。それにより、検出回路のインピーダンスが、レーザ光５が欠陥部ではない部分に照射されたときのインピーダンスと異なる値になる。このインピーダンス変化を、上記の断線欠陥４の検出の場合と同様、検出回路の電流値変化あるいは共振周波数変化によって検出する。これにより、ボイド欠陥４ａが、レーザ光５の照射位置とインピーダンスが変化する試料１ａ上の位置との対応から、その位置を特定して検出される。
【００２３】
なお、勿論このボイド欠陥４ａについては従来同様、試料１ａに定電圧または定電流を印加し、レーザ光５の照射による抵抗変化を電流または電圧の変化として測定して検出するようにしてもよい。
【００２４】
以上説明したように、配線２，２ａの断線欠陥４，ボイド欠陥４ａを検出する場合には、まず、これらの欠陥をキャパシタとみなす。そして、配線２，２ａを、これに交流電圧を印加しながら試料１，１ａにレーザ光５を照射するなどして加熱する。そして、その加熱による欠陥のキャパシタンス変化から生じる検出回路のインピーダンス変化を、電流値変化あるいは共振周波数変化として求めることにより、それらの欠陥を検出する。
【００２５】
また、断線欠陥４，ボイド欠陥４ａを検出するための検出回路としては、上記のようなＲＣ回路のほか、更にコイルなどのインダクタ（Ｌ）を配線２，２ａに接続したＲＬＣ回路を構成するようにしてもよい。このようなＲＬＣ回路とした場合であっても、上記のＲＣ回路の場合と同様、配線２，２ａをレーザ光５などで加熱することによるＲＬＣ回路のインピーダンス変化を検出し、断線欠陥４，ボイド欠陥４ａを検出することができる。
【００２６】
ここで、検出回路をＲＬＣ回路とし、そのインダクタのインダクタンスを可変にした場合には、レーザ光５の照射加熱によって生じるインピーダンス変化をインダクタンス変化として求めることが可能になる。この場合、例えば、ＲＬＣ回路に交流電圧を印加しながら配線２，２ａ上でレーザ光５を走査し、配線２，２ａが加熱されたときに生じるインピーダンス変化を打ち消すようにインダクタンスを変化させる。これは、例えば、加熱前後のＲＬＣ回路内を流れる電流値を一定に保ったり、交流電圧を共振周波数で印加している場合はその共振周波数を加熱前後で一定に保ったりして行うことができる。これにより、レーザ光５の照射加熱によるインピーダンス変化をインダクタンス変化として求めることができ、試料１，１ａのキャパシタンス変化を求めることが可能になる。
【００２７】
以上のように、配線２，２ａの断線欠陥４およびボイド欠陥４ａは、その位置を特定して検出されるようになるので、例えば欠陥がどの部分に生じやすいのか、どの工程で発生しやすいのか、といった情報がこの欠陥検査により得られるようになる。それにより、欠陥検査結果を製品の歩留り向上に反映させ、また、信頼性の高い製品を安定供給することができるようになる。
【００２８】
次に、本発明の実施の形態を、ビアホールを介した多層配線構造の試料についての欠陥検査を例に、具体的に説明する。
図３は多層配線構造の試料についての欠陥検査方法の説明図、図４は欠陥を検出するための検出回路の等価回路図である。ここで用いる試料１０には、各層（図示せず）が所定の膜厚で形成されたＳｉＯ2からなる絶縁体１１内部に、抵抗１０Ωの２層のＣｕ配線（高さ１μｍ，幅１μｍ，長さ５００μｍ）１２ａ，１２ｂが形成されている。そして、この試料１０には、Ｃｕ配線１２ａ，１２ｂを電気的に接続すべきビアホール１３内に配線金属が充填されずに、欠陥１４が発生していると想定する。この欠陥１４の大きさは、断面積１μｍ2、高さ１μｍとし、そのキャパシタンスは、これを平行平板コンデンサとみなして、８．８５×１０-18Ｆとする。
【００２９】
このような構成の試料１０には、その一端に周波数可変交流電源１５が接続され、他端には交流電流計１６が接続されている。さらに、周波数可変交流電源１５と試料１０との間には、１ｍＨに設定した外付けの可変インダクタ１７が設けられている。これにより、欠陥１４の検出のための検出回路として、ＲＬＣ回路が構成され、そのインピーダンス（Ｚ）は、次式（１）で表される。
【００３０】
【数１】
Ｚ＝Ｒ＋ｉ（ωＬ−１／ωＣ）………（１）
この式（１）において、Ｒは検出回路における配線の総抵抗、ωは電源周波数、ｉは虚数単位、Ｃは欠陥１４のキャパシタンス、Ｌは可変インダクタ１７のインダクタンスである。この検出回路は、次式（２）で表される共振周波数ωで直列共振し、そのときインピーダンスＺは最小値をとる。
【００３１】
【数２】
ω＝（ＬＣ）-1/2………（２）
レーザ光１８の照射前、この共振周波数ωは１０．６ＧＨｚとなる。この値は、周波数可変交流電源１５の電源周波数を変化させ、交流電流計１６で検出される電流が最大になる周波数として決定する。
【００３２】
そして、レーザ光１８照射前の検出回路の共振周波数ωでＣｕ配線１２ａ，１２ｂに交流電圧を印加し、レーザ光１８をＣｕ配線１２ａ，１２ｂ上で走査していく。このレーザ光１８には、波長５１４ｎｍのアルゴンイオンレーザ（パワー１００ｍＷ）を用い、これを光学顕微鏡によって試料１０上でのビーム直径が１μｍとなるように絞り込み、Ｃｕ配線１２ａ，１２ｂ上を走査させる。
【００３３】
その際、まず、ある照射位置で、周波数可変交流電源１５の交流電圧の周波数を、レーザ光１８照射前に決定した共振周波数ωを中心として変化させ、レーザ光１８の照射によって共振周波数ωが変化していないかを測定する。ここで共振周波数ωに変化が認められない場合には欠陥なしと判定し、レーザ光１８の照射位置を少し動かし、次の照射位置でこのような共振周波数ωの変化を測定する。
【００３４】
この手順を繰り返し、欠陥１４の発生している試料１０の欠陥部にレーザ光１８が照射されると、欠陥部のＣｕ配線１２ｂは、この欠陥部でＣｕ配線１２ｂに対向しているもう一方のＣｕ配線１２ａの側へと熱膨張する。ここで、このレーザ光１８の照射によって例えば欠陥部のＣｕ配線１２ｂの温度が１００℃上昇した場合を考える。この場合、Ｃｕの熱容量として２４．５Ｊ／Ｋ・ｍｏｌを用いると、体積１μｍ3のＣｕの温度を１００ｍＷのレーザ光１８で１００℃上昇させるのに要する時間は、３×１０-11秒と非常に短い。熱がＣｕ配線１２ａ，１２ｂを伝導すること、およびレーザ光１８がＣｕ配線１２ｂ表面で最大７０％反射される（反射率は絶縁体１１のＳｉＯ2の厚さによる）ことを考慮しても、レーザパワーは十分に大きいといえる。
【００３５】
欠陥部へのレーザ光１８の照射によるＣｕ配線１２ｂの熱膨張により、欠陥１４のキャパシタンスは変化する。例えば欠陥部のＣｕ配線１２ｂの温度が１００℃上昇した場合には、Ｃｕ線熱膨張率として１６．５×１０-6を用いれば、欠陥１４のキャパシタンスは加熱前よりも０．１７％大きくなる。このようなキャパシタンス変化によって検出回路のインピーダンスは変化し、このインピーダンス変化が、交流電流計１６で測定する電流値の変化、あるいは共振周波数の変化として検出される。
【００３６】
インピーダンス変化を共振周波数変化によって検出する場合には、例えばレーザ光１８の照射により欠陥１４のキャパシタンスが０．１７％大きくなると、検出回路の共振周波数は１０．６ＧＨｚから約１００ＭＨｚ低周波数側へシフトするようになる。また、このような共振周波数変化が生じた試料１０上の位置とレーザ光１８の照射位置との対応関係から、欠陥１４の位置が特定される。このように、レーザ光１８を走査しながらＣｕ配線１２ａ，１２ｂを部分的に加熱し、検出回路のインピーダンス変化を電流値変化あるいは共振周波数変化によって検出することにより、欠陥１４をその位置を特定して検出することができる。
【００３７】
次に、上記の欠陥検査方法を実現可能な欠陥検査装置について説明する。
図５は欠陥検査装置の構成例を示す図である。この図５に示す欠陥検査装置２０は、欠陥検査を行う配線が形成された試料３０が載置される試料台２１を有し、この試料台２１に対向して、試料３０の特定部分にレーザ光３１を照射するための顕微鏡部２２が配置されている。この顕微鏡部２２は、例えば光学顕微鏡であって、アルゴンイオンレーザなどのレーザ光３１を適当な絞りで試料３０に照射することができるようになっている。また、このようなレーザ光３１のほか、電子線、赤外線あるいは可視光線などを試料３０に照射するように構成することもできる。
【００３８】
さらに、この欠陥検査装置２０は、試料台２１に載置された試料３０の配線に対し必要に応じて交流電圧または直流電圧を印加することのできる電源部２３を有している。電源部２３は、試料３０の配線に交流電圧を印加するよう交流電源として機能するときには、その交流電圧の周波数を変化させることができるようになっている。また、欠陥検査装置２０は、試料３０を含む回路内を流れる交流電流または直流電流の値を検出する電流検出部２４を有している。
【００３９】
顕微鏡部２２で取得される画像、測定時の電流値や電圧値、その他欠陥検査に必要な情報は、表示部２５に表示されるようになっており、レーザ光３１が照射されている試料３０の領域、測定時の電流変化や電圧変化などを測定者が観測することができるようになっている。
【００４０】
顕微鏡部２２、電源部２３、電流検出部２４および表示部２５は、それぞれ制御部２６に接続されている。制御部２６は、例えば、レーザ出力やレーザ照射位置（座標）の移動、印加電圧の交流／直流の切換え、交流電圧の周波数変化、交流／直流電流の検出、共振周波数変化の測定など、欠陥検査に必要な処理を実行する。
【００４１】
このような構成の欠陥検査装置２０を用いて試料３０の欠陥検査を行う場合には、例えば、まず、試料３０を試料台２１に載置して、電源部２３からの接続配線と電流検出部２４からの接続配線とを試料３０の配線に接続し、試料３０の配線を含む検出回路を構成する。次いで、制御部２６が、この試料３０の配線に対して電源部２３から交流電圧を印加し、交流電圧の周波数を変化させて、最大電流が流れるときの周波数を検出回路の共振周波数として決定する。そして、制御部２６は、決定した共振周波数で交流電圧を印加した状態で、顕微鏡部２２から照射されるレーザ光３１を試料３０の配線上で走査させ、その照射位置の試料３０の配線を部分的に加熱する。その際、ある照射位置で、交流電圧の周波数を、先に決定した共振周波数を中心にして変化させ、レーザ光３１照射時の検出回路の共振周波数を測定する。
【００４２】
制御部２６は、レーザ光３１照射によって検出回路の共振周波数に変化が認められると判定した場合には、この照射位置に欠陥ありと判断し、共振周波数に変化が認められないと判定した場合には、欠陥なしと判断する。この判断結果は、共振周波数変化が生じた試料３０上での位置およびレーザ光３１の照射位置の座標と共に、表示部２５に表示され、試料３０の欠陥位置が特定される。以降、制御部２６は、レーザ光３１を試料３０の配線上を走査させ、各照射位置での共振周波数変化を求めて欠陥検出を行う。
【００４３】
ここでは共振周波数変化によって欠陥を検出する場合について述べたが、欠陥を電流検出部２４での電流値の変化によって検出することもできる。この場合には、例えば、検出される電流値が、所定の値よりも一定値以上変化する場合に検出ありと判断するなどの処理を行って、欠陥を検出するようにすればよい。
【００４４】
また、このように試料３０の配線に交流電圧を印加してインピーダンス変化を検査した後、この配線に電源部２３から直流電圧を印加し、レーザ光３１をその配線上で走査させ、電流検出部２４で検出される電流値の変化を測定するようにすることもできる。なお、これは単なる例であって、直流電圧を印加して検査した後に交流電圧を印加して検査してもよく、また、従来と同様に、直流電圧のみ印加して検査することも可能である。
【００４５】
なお、以上の説明において、配線に交流電圧を印加する際には、その周波数は、必ずしも共振周波数でなくてもよく、レーザ光照射によって生じるインピーダンス変化を検出することができればその値は限定されない。ただし、前述したように、共振周波数あるいは共振周波数近傍の周波数を用いた方が、検出感度が高くなり、わずかな共振からのずれも検出することが可能である。
【００４６】
また、以上の説明では、一の試料について、その欠陥部にレーザ光が照射された場合のインピーダンス変化を、欠陥部ではない部分にレーザ光が照射された場合のインピーダンス変化と比較するようにしている。これを、必要に応じて、他の試料であって欠陥が存在しないことが既知の試料についての電流値や抵抗値と比較するようにしてもよい。
【００４７】
また、以上の説明において、断線欠陥４，ボイド欠陥４ａを検出する際には、レーザ光５により配線２を部分的に加熱するほか、配線２全体を一様に加熱し、加熱前後のインピーダンス変化によって欠陥の有無のみ検査することも可能である。
【００４８】
また、以上の説明では、配線にＣｕを用いた場合について述べたが、本発明はこれに限定されるものではなく、Ａｌなどの種々の導電性物質についてその欠陥の検出に適用可能である。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように本発明では、配線に交流電圧を印加し、配線を加熱し、配線を含む回路のインピーダンス変化によって欠陥を検出するようにした。これにより、配線のボイド欠陥や断線欠陥を検出することができ、欠陥検査結果を製品の歩留り向上に反映させ、また、信頼性の高い製品を安定供給することができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の欠陥検査方法の原理を説明する図である。
【図２】ボイド欠陥の検査方法を説明する図である。
【図３】多層配線構造の試料についての欠陥検査方法の説明図である。
【図４】欠陥を検出するための検出回路の等価回路図である。
【図５】欠陥検査装置の構成例を示す図である。
【符号の説明】
１，１ａ，１０，３０ 試料
２，２ａ 配線
３，３ａ，１１ 絶縁体
４ 断線欠陥
４ａ ボイド欠陥
５，１８，３１ レーザ光
６ 交流電源
７，１６ 交流電流計
１２ａ，１２ｂ Ｃｕ配線
１３ ビアホール
１４ 欠陥
１５ 周波数可変交流電源
１７ 可変インダクタ
２０ 欠陥検査装置
２１ 試料台
２２ 顕微鏡部
２３ 電源部
２４ 電流検出部
２５ 表示部
２６ 制御部[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a defect inspection method and a defect inspection apparatus, and more particularly, to a defect inspection method and a defect inspection apparatus for detecting a defect of a wiring formed in an electronic device such as a semiconductor integrated circuit.
[0002]
[Prior art]
In a wiring metal such as copper (Cu) or aluminum (Al) used for a semiconductor integrated circuit, defects such as voids and disconnections may occur during the formation process. Conventionally, as a method of identifying and detecting the presence or absence of a defect in a wiring, the wiring is heated by a method such as irradiating the wiring with laser light, electrons, ions, or the like, thereby changing the resistance of the wiring. There is a method of measuring a change in an electric signal that appears as a result (for example, see Patent Document 1).
[0003]
As an example of such a method, first, a constant voltage is applied to a wiring to be inspected for defects, a current flowing through the wiring is monitored, and a laser beam is partially applied to the wiring in a state where the constant voltage is applied. Irradiate. At this time, when the laser light is absorbed by the wiring portion, the temperature rises, the resistance value of the wiring changes, and the value of the current flowing through the wiring changes.
When a laser beam is applied to a wiring portion having a defect such as a void, the temperature rise is different from that of a wiring portion having no defect due to heat absorption or heat conduction abnormality of the wiring portion.
This difference in temperature rise is detected as a difference in resistance value, that is, a difference in measured current value. By associating the position where the laser light is irradiated with the wiring portion where the resistance value indicates an abnormality, a wiring defect is specified and detected.
[0004]
At present, in addition to the method of detecting a current change by applying a constant voltage as in the above example, a method of detecting a resistance change as a voltage change by applying a constant current is also used.
Another defect inspection method is to apply a DC potential to one end of the wiring, face a detection electrode to the other end, and detect a change in capacitance according to the distance between the detection electrode and the wiring. A method of inspecting for the presence or absence of a defect has also been proposed (see Patent Document 2).
[0005]
[Patent Document 1]
Japanese Patent Application Laid-Open No. 9-145795 [Patent Document 2]
JP 2001-296326 A
[Problems to be solved by the invention]
However, to detect a defect in a wiring, conventionally, a constant voltage or a constant current is applied to the wiring, and a resistance change due to local heating is measured as a change in current or voltage. Therefore, for example, if there is a disconnection defect that completely disconnects the wiring, it cannot be detected up to the defect position, and it cannot be properly detected depending on the form of the defect. There was a problem. As a result, when information obtained from the defect inspection of the wiring, for example, information on which part of the wiring is likely to have a defect or in which process is likely to be generated, cannot be sufficiently reflected in subsequent device manufacturing. was there.
[0007]
The present invention has been made in view of such a point, and provides a defect inspection method and a defect inspection apparatus capable of appropriately detecting various defects that may be present in wiring formed on an electronic device or the like. The purpose is to provide.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
According to the present invention, there is provided a defect inspection method implemented based on the principle shown in FIG. The defect inspection method of the present invention is the defect inspection method for detecting a defect of a wiring, wherein an AC voltage is applied to the wiring, the wiring is heated, and the defect is detected by a change in impedance of a circuit including the wiring. Features.
[0009]
According to such a defect inspection method, as illustrated in FIG. 1, when a disconnection defect 4 exists in the wiring 2, the disconnection defect 4 is regarded as a capacitor, and an AC voltage is applied to the wiring 2. When the wiring 2 is heated by a method such as light irradiation with a laser beam 5, for example, the wiring 2 thermally expands so as to protrude inside the disconnection defect 4, and the capacitance of the disconnection defect 4 as a capacitor changes. I do. The disconnection defect 4 is detected by detecting the change in the capacitance as a change in the impedance of the circuit including the wiring 2.
[0010]
Similarly, in the case of a void defect, the impedance changes due to a rise in the temperature of the wiring due to heating such as laser beam irradiation. Therefore, the void defect is detected by detecting this change in impedance. As described above, in addition to the void defect, even a disconnection defect that could not be detected when a constant voltage or a constant current was used conventionally can be detected.
[0011]
Further, according to the present invention, in order to solve the above-mentioned problems, in a defect inspection apparatus for detecting a defect of a wiring, an AC voltage is applied to the wiring, the wiring is heated, and the defect is detected by a change in impedance of a circuit including the wiring. A defect inspection apparatus characterized by having a function of detecting a defect. According to such a defect inspection apparatus, since an AC voltage is applied to the wiring and a change in impedance when the wiring is heated can be detected, a void defect or a disconnection defect can be detected.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a diagram for explaining the principle of the defect inspection method of the present invention. Here, as a sample 1 to be inspected for defects, a sample 1 having a configuration in which a wiring 2 such as Cu is formed inside an insulator 3 such as SiO 2 is illustrated. When the sample 1 has a disconnection defect 4 that disconnects the wiring 2 as shown in FIG. 1, the disconnection defect 4 can be considered as a capacitor having a certain capacitance in terms of an equivalent circuit.
[0013]
Here, when a laser beam 5 such as an argon ion laser is applied to the defective portion of the sample 1 where the disconnection defect 4 exists, the wiring 2 at the defective portion is heated, and as a result, generally, The capacitance of the existing disconnection defect 4 changes. This is because the wiring 2 at the defective portion is thermally expanded so as to protrude into the disconnection defect 4 by the irradiation heating of the laser beam 5, and the distance during which the wiring 2 is disconnected is shortened. That is, although the area of the counter electrode as a capacitor does not change, the distance between them becomes shorter, so that the capacitance changes in a direction to increase.
[0014]
Therefore, an AC power supply 6 is connected to one end of the wiring 2 so that an AC voltage can be applied to the wiring 2, and an AC ammeter 7 is connected to the other end. As a result, a series RC circuit in which the wiring 2 is a resistor (R) and the disconnection defect 4 is a capacitor (C) is configured as a detection circuit for the disconnection defect 4.
[0015]
In the RC circuit, the laser beam 5 is scanned on the wiring 2 of the sample 1 while applying an AC voltage to the wiring 2. At this time, when the laser beam 5 is applied to the defective portion of the sample 1, the capacitance of the disconnection defect 4 changes, and the impedance of the RC circuit is different from that when the laser beam 5 is applied to the non-defective portion. Will show the value. This change in impedance can be detected, for example, by a change in current value measured by the AC ammeter 7. Accordingly, the presence or absence of the disconnection defect 4 of the sample 1 can be detected, and the correspondence between the irradiation position (coordinate) of the laser beam 5 and the position on the sample 1 where the impedance changes can be grasped. The position can be specified and detected.
[0016]
Here, the frequency of the AC voltage applied to the wiring 2 is preferably a resonance frequency of the RC circuit before the sample 1 is irradiated with the laser beam 5 or a frequency near the resonance frequency. This is because when an AC voltage is applied to the wiring 2 at such a frequency, the impedance of the RC circuit changes due to the irradiation of the laser beam 5 to the defective portion, and the amount of change in the impedance when deviating from resonance increases. . When the amount of change in the impedance is large, the change in the measured current value is also large, and the change in the impedance of the RC circuit can be detected with high sensitivity.
[0017]
The change in the impedance of the RC circuit due to the irradiation of the laser beam 5 to the defective portion can be detected by the change in the current value flowing through the RC circuit as described above, and also by the change in the resonance frequency of the RC circuit.
[0018]
In this case, for example, first, using a variable frequency AC power supply or the like, changing the frequency and measuring the current flowing in the RC circuit before the irradiation of the laser beam 5, the frequency when the maximum current flows, that is, the frequency when the impedance becomes the minimum is measured. Is determined as the resonance frequency. An AC voltage is applied to the wiring 2 at this resonance frequency, and the laser beam 5 is scanned on the wiring 2 of the sample 1. Then, at a certain irradiation position, the frequency of the AC voltage is changed around the resonance frequency before the irradiation with the laser light 5, and the frequency when the maximum current flows in the RC circuit is measured to obtain the resonance frequency when the laser light 5 is irradiated. . When the resonance frequency at the time of the irradiation of the laser beam 5 has changed from the previously determined resonance frequency before the irradiation of the laser beam 5, the capacitance has changed due to the heating of the laser beam 5, and the irradiation position has a disconnection defect. 4 is detected. Thereafter, the irradiation position of the laser beam 5 is gradually moved on the wiring 2 and such a change in the resonance frequency is measured at each irradiation position.
[0019]
As described above, the impedance change of the RC circuit caused by the heating of the irradiation of the laser beam 5 can be obtained as the resonance frequency change before and after the irradiation of the laser beam 5, thereby obtaining the capacitance change of the samples 1, 1a. It becomes possible.
When the disconnection defect 4 is to be detected by a change in the resonance frequency, the detection of the disconnection defect 4 is automatically and continuously performed by appropriately setting the scanning speed of the laser beam 5 and the timing of the measurement of the resonance frequency. It is possible.
[0020]
In the above description, the principle of the present invention has been described by taking as an example the case where the disconnection defect 4 is detected. However, the present invention is also applicable to the case of a void defect which has not led to disconnection of the wiring. FIG. 2 is a diagram for explaining a method of inspecting a void defect. However, in FIG. 2, the same elements as those shown in FIG. 1 are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
[0021]
The sample 1a shown in FIG. 2 has a configuration in which the wiring 2a is formed inside the insulator 3a, and has a void defect 4a inside the wiring 2a. As in FIG. 1, an AC power supply 6 is connected to one end of the wiring 2a, and an AC ammeter 7 is connected to the other end, so that an AC voltage can be applied to the wiring 2a. As a result, as a detection circuit for the void defect 4a, an RC circuit is formed in which the wiring 2a is a resistor, and the void defect 4a and the surrounding wiring 2a are a parallel capacitor and a resistor.
[0022]
In the detection circuit having such a configuration, the laser light 5 is scanned on the wiring 2a while applying an AC voltage to the wiring 2a. Here, when the defect portion of the sample 1a in which the void defect 4a is present is irradiated with the laser beam 5, the capacitance of the void defect 4a changes as a result of the temperature rise of the wiring 2a due to the heating. As a result, the impedance of the detection circuit becomes a value different from the impedance when the laser beam 5 is applied to a portion other than the defective portion. This change in impedance is detected by a change in the current value of the detection circuit or a change in the resonance frequency, as in the case of detecting the disconnection defect 4 described above. Thus, the position of the void defect 4a is specified and detected from the correspondence between the irradiation position of the laser beam 5 and the position on the sample 1a where the impedance changes.
[0023]
As a matter of course, the void defect 4a may be detected by applying a constant voltage or a constant current to the sample 1a and measuring a change in resistance due to the irradiation of the laser beam 5 as a change in current or voltage.
[0024]
As described above, when detecting the disconnection defect 4 and the void defect 4a of the wirings 2 and 2a, first, these defects are regarded as capacitors. Then, the wirings 2 and 2a are heated by applying a laser beam 5 to the samples 1 and 1a while applying an AC voltage thereto. Then, the defects are detected by obtaining a change in impedance of the detection circuit resulting from a change in capacitance of the defects due to the heating as a change in current value or a change in resonance frequency.
[0025]
Further, as a detection circuit for detecting the disconnection defect 4 and the void defect 4a, an RLC circuit in which an inductor (L) such as a coil is further connected to the wirings 2 and 2a is configured in addition to the RC circuit as described above. It may be. Even in the case of such an RLC circuit, the impedance change of the RLC circuit caused by heating the wirings 2 and 2a with the laser light 5 or the like is detected and the disconnection defect 4 and the void The defect 4a can be detected.
[0026]
Here, when the detection circuit is an RLC circuit and the inductance of the inductor is made variable, it is possible to obtain the impedance change caused by the irradiation heating of the laser beam 5 as the inductance change. In this case, for example, the laser light 5 is scanned on the wirings 2 and 2a while applying an AC voltage to the RLC circuit, and the inductance is changed so as to cancel the impedance change caused when the wirings 2 and 2a are heated. This can be performed, for example, by keeping the current value flowing in the RLC circuit before and after heating constant, or when the AC voltage is applied at the resonance frequency, keeping the resonance frequency constant before and after heating. . Thus, a change in impedance due to heating by irradiation with the laser beam 5 can be obtained as a change in inductance, and a change in capacitance of the samples 1 and 1a can be obtained.
[0027]
As described above, since the disconnection defect 4 and the void defect 4a of the wirings 2 and 2a can be detected by specifying their positions, for example, in which part the defect is likely to occur and in which step the defect is likely to occur , Etc. can be obtained by this defect inspection. As a result, the result of the defect inspection can be reflected in the improvement of the product yield, and a highly reliable product can be stably supplied.
[0028]
Next, an embodiment of the present invention will be specifically described by taking a defect inspection of a sample having a multilayer wiring structure via a via hole as an example.
FIG. 3 is an explanatory diagram of a defect inspection method for a sample having a multilayer wiring structure, and FIG. 4 is an equivalent circuit diagram of a detection circuit for detecting a defect. The sample 10 to be used herein, each layer (not shown) inside the insulator 11 made of SiO 2 which is formed with a predetermined thickness, Cu wiring (height 1 [mu] m of the two layers of the resistance 10 [Omega, width 1 [mu] m, a length (A thickness of 500 μm) 12a and 12b are formed. Then, it is assumed that the sample 10 is not filled with the wiring metal in the via hole 13 to which the Cu wirings 12a and 12b are to be electrically connected, and the defect 14 is generated. The size of the defect 14 is 1 μm 2 in cross-sectional area and 1 μm in height, and its capacitance is 8.85 × 10 −18 F, considering this as a parallel plate capacitor.
[0029]
To the sample 10 having such a configuration, a frequency variable AC power supply 15 is connected to one end, and an AC ammeter 16 is connected to the other end. Further, an external variable inductor 17 set at 1 mH is provided between the frequency variable AC power supply 15 and the sample 10. Thus, an RLC circuit is configured as a detection circuit for detecting the defect 14, and its impedance (Z) is represented by the following equation (1).
[0030]
(Equation 1)
Z = R + i (ωL−1 / ωC) (1)
In this equation (1), R is the total resistance of the wiring in the detection circuit, ω is the power supply frequency, i is the imaginary unit, C is the capacitance of the defect 14, and L is the inductance of the variable inductor 17. This detection circuit performs series resonance at a resonance frequency ω represented by the following equation (2), and at that time, the impedance Z takes a minimum value.
[0031]
(Equation 2)
ω = (LC) -1/2 ……… (2)
Before the irradiation of the laser beam 18, the resonance frequency ω becomes 10.6 GHz. This value is determined as the frequency at which the power supply frequency of the variable frequency AC power supply 15 is changed and the current detected by the AC ammeter 16 is maximized.
[0032]
Then, an AC voltage is applied to the Cu wirings 12a and 12b at the resonance frequency ω of the detection circuit before the irradiation with the laser light 18, and the laser light 18 is scanned on the Cu wirings 12a and 12b. As the laser beam 18, an argon ion laser (power: 100 mW) having a wavelength of 514 nm is used. The beam is narrowed down by an optical microscope so that the beam diameter on the sample 10 becomes 1 μm, and the Cu wires 12a and 12b are scanned.
[0033]
At that time, first, at a certain irradiation position, the frequency of the AC voltage of the frequency variable AC power supply 15 is changed around the resonance frequency ω determined before the irradiation of the laser light 18, and the resonance frequency ω is changed by the irradiation of the laser light 18. Measure whether or not. If there is no change in the resonance frequency ω, it is determined that there is no defect, the irradiation position of the laser beam 18 is slightly moved, and such a change in the resonance frequency ω is measured at the next irradiation position.
[0034]
By repeating this procedure and irradiating the laser beam 18 to the defective portion of the sample 10 where the defect 14 has occurred, the Cu wiring 12b of the defective portion is opposed to the Cu wiring 12b at the defective portion. It thermally expands to the side of the Cu wiring 12a. Here, it is assumed that the irradiation of the laser beam 18 raises the temperature of the Cu wiring 12b at the defective portion by 100 ° C., for example. In this case, when 24.5 J / K · mol is used as the heat capacity of Cu, the time required to raise the temperature of Cu having a volume of 1 μm 3 by 100 ° C. with a laser beam 18 of 100 mW is 3 × 10 −11 seconds, which is an extremely high value. Short. Considering that heat is conducted through the Cu wirings 12a and 12b, and that the laser beam 18 is reflected by up to 70% on the surface of the Cu wiring 12b (reflectance depends on the thickness of SiO 2 of the insulator 11). It can be said that the laser power is sufficiently large.
[0035]
The capacitance of the defect 14 changes due to the thermal expansion of the Cu wiring 12b due to the irradiation of the defect with the laser beam 18. For example, when the temperature of the Cu wiring 12b at the defective portion rises by 100 ° C., if 16.5 × 10 −6 is used as the thermal expansion coefficient of the Cu, the capacitance of the defect 14 becomes 0.17% larger than before heating. . Such a change in capacitance changes the impedance of the detection circuit, and the change in impedance is detected as a change in the current value measured by the AC ammeter 16 or a change in the resonance frequency.
[0036]
When the impedance change is detected by the resonance frequency change, for example, when the capacitance of the defect 14 increases by 0.17% due to the irradiation of the laser beam 18, the resonance frequency of the detection circuit shifts from 10.6 GHz to a lower frequency side of about 100 MHz. Become like Further, the position of the defect 14 is specified from the correspondence between the position on the sample 10 where such a resonance frequency change has occurred and the irradiation position of the laser beam 18. Thus, the position of the defect 14 is specified by partially heating the Cu wirings 12a and 12b while scanning the laser light 18 and detecting a change in the impedance of the detection circuit by a change in the current value or a change in the resonance frequency. Can be detected.
[0037]
Next, a defect inspection apparatus capable of realizing the above-described defect inspection method will be described.
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of the defect inspection apparatus. The defect inspection apparatus 20 shown in FIG. 5 has a sample table 21 on which a sample 30 on which wiring for performing a defect inspection is formed is placed. A microscope section 22 for irradiating light 31 is arranged. The microscope section 22 is, for example, an optical microscope, and is capable of irradiating the sample 30 with a laser beam 31 such as an argon ion laser with an appropriate aperture. The sample 30 may be configured to irradiate the sample 30 with an electron beam, infrared light, visible light, or the like, in addition to the laser beam 31.
[0038]
Further, the defect inspection apparatus 20 has a power supply unit 23 that can apply an AC voltage or a DC voltage to the wiring of the sample 30 placed on the sample table 21 as necessary. When the power supply unit 23 functions as an AC power supply to apply an AC voltage to the wiring of the sample 30, the power supply unit 23 can change the frequency of the AC voltage. Further, the defect inspection device 20 includes a current detection unit 24 that detects a value of an alternating current or a direct current flowing in a circuit including the sample 30.
[0039]
Images acquired by the microscope unit 22, current values and voltage values at the time of measurement, and other information necessary for defect inspection are displayed on the display unit 25, and the sample 30 irradiated with the laser beam 31 is displayed. The operator can observe the area, the current change and the voltage change at the time of measurement, and the like.
[0040]
The microscope section 22, the power supply section 23, the current detection section 24, and the display section 25 are connected to the control section 26, respectively. The control unit 26 performs, for example, defect inspection such as movement of laser output and laser irradiation position (coordinates), switching of AC / DC of applied voltage, frequency change of AC voltage, detection of AC / DC current, and measurement of resonance frequency change. Perform the necessary processing.
[0041]
When performing a defect inspection of the sample 30 using the defect inspection device 20 having such a configuration, for example, first, the sample 30 is placed on the sample table 21, and the connection wiring from the power supply unit 23 and the current detection unit The connection wiring from 24 is connected to the wiring of the sample 30 to form a detection circuit including the wiring of the sample 30. Next, the control unit 26 applies an AC voltage from the power supply unit 23 to the wiring of the sample 30, changes the frequency of the AC voltage, and determines the frequency at which the maximum current flows as the resonance frequency of the detection circuit. . The control unit 26 scans the wiring of the sample 30 with the laser light 31 emitted from the microscope unit 22 while applying the AC voltage at the determined resonance frequency, and partially scans the wiring of the sample 30 at the irradiation position. And heat. At that time, at a certain irradiation position, the frequency of the AC voltage is changed around the previously determined resonance frequency, and the resonance frequency of the detection circuit when the laser beam 31 is irradiated is measured.
[0042]
When the control unit 26 determines that a change in the resonance frequency of the detection circuit is recognized by the irradiation of the laser beam 31, the control unit 26 determines that the irradiation position has a defect, and determines that the change in the resonance frequency is not recognized. Judge that there is no defect. This determination result is displayed on the display unit 25 together with the coordinates of the position on the sample 30 where the resonance frequency change has occurred and the irradiation position of the laser beam 31, and the defect position of the sample 30 is specified. Thereafter, the control unit 26 scans the wiring of the sample 30 with the laser light 31 and obtains a change in resonance frequency at each irradiation position to perform defect detection.
[0043]
Here, the case where the defect is detected by the change in the resonance frequency has been described. However, the defect can be detected by the change in the current value in the current detection unit 24. In this case, for example, when the detected current value changes by a certain value or more than a predetermined value, processing such as determining that detection is performed may be performed to detect the defect.
[0044]
After applying an AC voltage to the wiring of the sample 30 to check the impedance change, a DC voltage is applied to the wiring from the power supply unit 23, and the laser light 31 is scanned on the wiring, and the current detecting unit The change in the current value detected at 24 may be measured. Note that this is only an example, and the inspection may be performed by applying an AC voltage and then performing an inspection after applying a DC voltage, or the inspection may be performed by applying only a DC voltage as in the related art. is there.
[0045]
In the above description, when an AC voltage is applied to the wiring, the frequency does not necessarily have to be the resonance frequency, and the value is not limited as long as an impedance change caused by laser light irradiation can be detected. However, as described above, the use of the resonance frequency or a frequency near the resonance frequency increases the detection sensitivity, and can detect a slight deviation from the resonance.
[0046]
In the above description, for one sample, the impedance change when the defect is irradiated with laser light is compared with the impedance change when the non-defective part is irradiated with laser light. I have. If necessary, this may be compared with the current value or resistance value of another sample which is known to have no defect.
[0047]
Further, in the above description, when detecting the disconnection defect 4 and the void defect 4a, in addition to partially heating the wiring 2 by the laser beam 5, the entire wiring 2 is uniformly heated, and the impedance change before and after the heating. It is also possible to inspect only the presence or absence of a defect.
[0048]
In the above description, the case where Cu is used for the wiring has been described. However, the present invention is not limited to this, and can be applied to detection of defects of various conductive materials such as Al.
[0049]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, an AC voltage is applied to a wiring, the wiring is heated, and a defect is detected by a change in impedance of a circuit including the wiring. This makes it possible to detect a void defect or a disconnection defect in the wiring, reflect the defect inspection result in improving the yield of the product, and stably supply a highly reliable product.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram illustrating the principle of a defect inspection method according to the present invention.
FIG. 2 is a diagram illustrating a method for inspecting a void defect.
FIG. 3 is an explanatory diagram of a defect inspection method for a sample having a multilayer wiring structure.
FIG. 4 is an equivalent circuit diagram of a detection circuit for detecting a defect.
FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration example of a defect inspection apparatus.
[Explanation of symbols]
1, 1a, 10, 30 Sample 2, 2a Wiring 3, 3a, 11 Insulator 4 Disconnection defect 4a Void defect 5, 18, 31 Laser beam 6 AC power supply 7, 16 AC ammeter 12a, 12b Cu wiring 13 Via hole 14 Defect Reference Signs List 15 Frequency variable AC power supply 17 Variable inductor 20 Defect inspection device 21 Sample table 22 Microscope unit 23 Power supply unit 24 Current detection unit 25 Display unit 26 Control unit
