JP2004511104A

JP2004511104A - 表面の金属コンタミネーションを検出する方法

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Publication number: JP2004511104A
Application number: JP2002533365A
Authority: JP
Inventors: ヒッグス、ビクター
Original assignee: Aoti Operating Co Inc
Current assignee: Aoti Operating Co Inc
Priority date: 2000-10-06
Filing date: 2001-10-05
Publication date: 2004-04-08
Also published as: WO2002029883A1; KR20030051684A; US6911347B2; AU2001292110A1; US20040106217A1; IL155021A0; CN1479944A; EP1323188A1; KR100612399B1; IL155021A; CN1233030C

Abstract

【課題】半導体若しくはシリコン構造の表面又は表面付近の金属コンタミネーションを検出する方法を提供すること。
【解決手段】当該構造又はその一部が予め決められた波長の励起（ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ）ビームに露光し、当該構造からのルミネセンスを半導体によってもたらされる実質的に均一な強度を有するＰＬマップ形式で集め、表面又は表面付近の金属コンタミネーションの特徴点を特定する強化された（ｅｎｈａｎｃｅｄ）ＰＬ強度領域の一つ又はそれ以上をマップにより検査することで表現される。特に、当該方法はイン−プロセス品質管理又は連結部などの製造された構造の品質管理として応用される。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は非破壊方法、及びシリコンなどの半導体中の表面の金属コンタミネーション検出装置及び特にそれのみではないが、部分的に処理されたシリコン、完全に処理されたデバイス構造物及びクロスコンタミネーション（ｃｒｏｓｓ−ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ）のチェック方法の使用に関する。
【０００２】
【従来の技術】
結晶成長の技術開発は転位（ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎ）のないシリコンウエハの生産を可能にした。このとき、ウエハはウエハ中の鋸引き（ｓａｗｉｎｇ）による損傷を排除するために化学的に切断され（ｅｄｇｅｄ）、酸化層を形成するために高温処理を受けるが、その間に欠陥がウエハ中のデバイス活性領域内及びゲート酸化物中に形成される場合があり、そのことが一般的にデバイスの性能を低下させ、収率の低下と信頼性に問題を生むことになる。ＷＯ９８／１１４２５は、光ルミネセンス（ＰＬ）のマッピング手段を用いてこれらの欠陥の位置決めをして、その電気的活性度を測定する装置と方法を開示し、クレームする。
【０００３】
シリコンウエハも同様に金属不純物、特に、使用された物質中のマイナーな不純物として存在し、かつ、粒子を除去するための例えばＳＣ１クリーニング（ＮＨ_４ＯＨ／Ｈ_２Ｏ_２／Ｈ_２Ｏ）に使用される化学物質中に主に存在する遷移金属により損傷を受ける。デバイス構造はウエハ製作の３つの主要なステップにより生産される。最初のステップの間に活性デバイス領域が作られる。２番目に、完全に作製されたチップが非活性層（ａｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎｌａｙｅｒ）で保護される。最後に、回路構成要素のそれぞれの電気的結合を促すために、１以上の導電性金属がウエハ上の特定の場所に置かれる。これらの金属層は表面配線組織（ｓｕｒｆａｃｅｗｉｒｉｎｇ）を形成し、生産物（ｐｒｏｄｃｕｃｔ）、接触パッド、金属線（ｍｅｔａｌｌｉｎｅｓ）、又は相互連結に使用される。金属は典型的な化学的作用によりウエハ上に配置され、不適当な領域はエッチングされる。最後に、良好な電気的結合を確保するために、熱処理を施してシリコンウエハと金属を合金化する。アルミニウムは抵抗が少なく緩やかに電流を流すので、伝統的にアルミニウムが導電材として使用されてきた。
【０００４】
半導体が小さくなればなるほど、銅はアルミニウムより導電性に優れているので、銅が相互連結により適しているとして選択される。銅の別の利点としては、極めて薄い銅線により信号が送られるので、材料をより短い間隔で、より高速なチップを利用してより多くのトランジスタと密に配置することが可能である点である。周囲のチップ材に拡散し、シリコンに悪影響を与える（ｐｏｉｓｏｎｉｎｇ）銅の性向は、銅の配置された部位の上に、さらにバリヤ物質の積層により封止された、エッチングされた跡をライニング（ｌｉｎｉｎｇ）するバリヤ物質を素速く積層するという積層工程の改良により克服された。その後、チップは研磨される。
【０００５】
銅のコンタミネーションは金属化工程（金属積層、エッチング、研磨、ウエハハンドリング）で使用した用具や装置から生じる。また、偶然クロスコンタミネーションが銅加工工程中にウエハの裏側に生じる場合もある。ウエハの裏側に生じた銅のコンタミネーションをウエハのロボット式取扱い装置、又は銅及び非銅工程の両方に使用されるメトロロジー用具に移すことができる。また、銅のコンタミネーションは金属化前のウエハの研磨、エピタキシャル成長、又は表面クリーニング中に生じる場合もある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
シリコン中の高速拡散体である遷移金属は容易に深準位、すなわち価電子帯域または伝導帯域端（ｂａｎｄｅｄｇｅ）から遠い準位を形成し、そして時として点欠陥と拡張した欠陥の両方のデコレーション（ｄｅｃｏｒａｔｉｏｎ）に至り、結局はデバイス障害を生じる。これらの遷移金属の不純物は、劇的にキャリアの寿命を低減するととももに暗流発生場所（ｄａｒｋｃｕｒｒｅｎｔｇｅｎｅｒａｔｉｏｎｓｉｔｅｓ）、すなわち光のない所で漏洩電流が発生する場所として作用する、再結合中心およびトラップを形成する。摩耗のような機械的損傷が一般的に行われる所に損傷箇所（ｄａｍａｇｅｄｓｉｔｅ）を設けるために、ウエハ中の不純物を吸い上げるスポンジのように効果的に作用するゲッタリング技術（Ｇｅｔｔｅｒｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ）が、遷移金属の不純物をデバイス活性領域から除去するために開発されてきた。銅は金や鉄よりも高速の拡散体を有するので容易にシリコン中に拡散し、シリコンウエハを通して常温で拡散し得る。銅がデバイスに悪影響を及ぼすことにより、結果的に高デバイス漏出（ｈｉｇｈｄｅｖｉｃｅｌｅａｋａｇｅ）、絶縁破壊、電気的ショート及び導電体の間に漏出路（ｌｅａｋｙｐａｔｈｓ）が生じる。
【０００７】
研磨中かつ残さの移動（ｒｅｓｉｄｕａｌｍｉｇｒａｔｉｏｎ）により持ち込まれる追加物質（ａｄｄｉｔｉｏｎａｌｓｏｕｒｃｅｓ）と金属コンタミネーションのために、ゲッタリング技術は必要な高純度を提供するには不十分であり、コンタミネーション原因を検出し除去する必要がある。
【０００８】
研磨された半導体及び銅の連結部の低レベルの表面コンタミネーションを検出する技術が既にいくつかある。これらは金属の物理的な存在を検出する典型的な金属検出技術であり、これらの技術は破壊的である。主な非破壊的な化学的分析方法はトータルＸ線反射フルオロセンス（ＴｏｔａｌＸ−ｒａｙＲｅｆｌｅｃｔｉｏｎＦｌｕｏｒｅｓｃｅｎｃｅ）であり、これは一度に全ウエハ（≒１ｃｍ^２）からある小領域の見本だけを採取する実験室技術であり、非常に時間がかかる。さらに、金属を直接確認する物理的な検査では詳細が不明であり、非効率である。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
我々は驚くべきことに、ある金属は、光ルミネセンス（ＰＬ）分光法を適用されたときに金属濃度に応じて特徴的な光ルミネセンスの「指紋（ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔｓ）」を供し、このことが、更に詳細に検査するために全ウエハをスキャンし、変化を認定し、コンタミネーションの位置を突き止めるという新規な方法に使用できることが分かった。
【００１０】
ＷＯ９８／１１４２５によれば、光ルミネセンス（ＰＬ）分光法は半導体中のコンタミネーションや欠陥における本質的かつ非本質的な（ｉｎｔｒｉｎｓｉｃａｎｄｅｘｔｒｉｎｓｉｃ）両方の電気遷移を検査するための非常に感度の良い技術である。シリコンがレーザー照射により低温で材料のバンド・ギャップにより上に励起されると正孔対（ｅｌｅｃｔｒｏｎｈｏｌｅｐａｉｒｓ）が作り出される。これらのキャリアは各種の異なる方法で再結合し、そのうちのいくつかはルミネセンスを生じる。低温で形成された正孔対はシリコン中の不純物に捕捉され、それらは、この相互作用に特徴のあるフォトンを放射することで、光ルミネセンススペクトルにコンタミネーション特性の情報を与える。シリコンへのＰＬ分光法の応用には種々の処理ステップ後のシリコンの特徴を知ることを含めて、例えば注入（ｉｍｐｌａｎｔａｔｉｏｎ）、酸化、プラズマエッチング、点欠陥複合体及び転位（ｄｉｓｌｏｃａｔｉｏｎｓ）の存在の検出などデバイス製造の特徴を示す極めて多数のものがある。本発明は表面金属の検査におけるＰＬ分光法の新規な応用を提供する。
【００１１】
最も広い観点では、本発明によれば、半導体若しくはシリコン構造又はその一部を予め決められた波長の励起（ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ）ビームに露光し、当該構造からのルミネセンスを半導体がもたらす実質的に均一な強度により特徴付けられるＰＬマップ形式で集め、強化された（ｅｎｈａｎｃｅｄ）ＰＬ強度領域の一つ又はそれ以上をマップにより検査し、表面（付近）の金属コンタミネーションの特徴点を特定することを含む、半導体又はシリコン構造中の表面又は表面付近の金属のコンタミネーションを検出する方法を提供している。
より高いＰＬ強度の領域が、より強度の低い比較的暗い半導体の背景に対して白いスポット、ヘイズ、ミストとして観察されるのは望ましい。
【００１２】
本発明の方法は、より低く、かつより高い金属濃度におけるＰＬ強度よりも大きく、半導体自体のＰＬ強度よりも非常に大きい、所定の金属濃度においてピークＰＬ強度を示すことが判明したある金属の光ルミネセンスの特徴点を特定する。シリコン中の銅のコンタミネーションが１×１０^９〜５×１０^１４の原子数／ｃｍ^２の範囲、より好ましくは１×１０^９〜５×１０^１２の原子数／ｃｍ^２の範囲、さらに好ましくは６×１０^１０〜４×１０^１２の原子数／ｃｍ^２の範囲の光ルミネセンスの効果を特定するのは望ましい。
【００１３】
当該理論に限定されることなく、ある低レベルの濃度で存在するある金属は、その再結合率がキャリアの有効性（ａｖａｉｌａｂｉｌｉｔｙ）で決まるため比較的活性の低い再結合中心を形成し、本発明により、高い注入レベルの適用を受けたときに高い強度のＰＬを提供することが考えられる。
【００１４】
本発明の驚くべき性質は、銅が特定の濃度レベルで独特の特定可能な唯一のＰＬ指紋を提供するだけでなく、ウエハ中の銅コンタミネーションがシリコン全体に拡散する傾向のために当該濃度の中に含まれており、それにより独特の検出可能なレベルがクリーニングや研磨の間に接触や凝縮の結果として生じる低レベルのコンタミネーション、あるいは銅の連結部の高レベルのコンタミネーションから拡散することにより生じる低レベルのコンタミネーションのそれと一致することなどを見い出したことに基づく。そのため、当該方法は半導体又はシリコン及び内部連結等から選択される金属機能的な構成要素を含むウエハ中の表面や表面付近の金属コンタミネーション又は金属コンタミネーションの残りを検出する方法であることが望ましい。
【００１５】
さらに好ましいのは研磨した銅の連結部から銅コンタミネーションを検出するとき、当該方法により直接の表面のコンタミネーションと同様に裏側のコンタミナント（ｃｏｎｔａｍｉｎａｎｔ）の侵入地点からの拡散による前側面のコンタミネーションの検出が可能であることを見い出したことである。これは構造内又は反対の面で表面のコンタミネーションを検出できるので特に有利である。
【００１６】
本発明の方法はスペクトラム又は他の間接的な表現（ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ）から区別される構造物のマップ又は可視イメージを作り出す室温に敏感なＰＬマッピングシステム（いわゆる、シリコン光増強再結合ＳｉＰＨＥＲ（ＳｉｌｉｃｏｎＰｈｏｔｏＥｎｈａｎｃｅｄＲｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ））を好んで採用する。当該システムではウエハマップ（直径３００ｎｍまで）を記録し、それから高分解能マイクロスキャン（約１μｍスキャン）を使用してより詳細にインタレストの領域（ｒｅｇｉｏｎｓｏｆｉｎｔｅｒｅｓｔ）を検査することができる。励起がレーザービームにより焦点に集められ小さな励起容量（直径１−２μｍ）を作り出し、異なる光−音モジュレーターを利用してレーザー源を駆動させて、それにより光から発生するキャリヤを強く制限し、そのキャリアの拡散を激減させるのは好ましい。可視レーザ励起が実質的に５３２ｎｍの範囲で使用され、光から発生するキャリアを効果的に表面付近領域、例えば１μｍまで制限するのは好ましい。光ルミネセンスが空間的分解能をさらに高める全体的に拡散で覆われた部分中の小さな領域だけから見本を採取されるのは好ましい。
【００１７】
励起レーザービームは焦点に集められ望ましい強度を与えるので、レーザービームパワーは適当なものとして選択される。
【００１８】
下記情報に関連して有する我々の技術を説明する。
ＰＬの強度であるＩ_ＰＬはレーザービーム位置（ｘ，ｙ）の関数として下記で与えられる、

ここで、ｋは光収集効率（ｌｉｇｈｔｃｏｌｌｅｃｔｉｏｎｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）および検出器量子効率（ｄｅｔｅｃｔｏｒｑｕａｎｔｕｍｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）のような実験的パラメータを与える比例係数である。ＡおよびＲ_ｆは材料（Ａ）内部の吸収損失および表面（Ｒ_ｆ）での反射損失に対する修正係数である。ηは半導体の内部量子効率（ｉｎｓｉｄｅｑｕａｎｔｕｍｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ）、△ｎは過剰キャリア密度およびｄ^３は光放射材料（ｍａｔｅｒｉａｌｅｍｉｔｔｉｎｇｌｉｇｈｔ）の体積である。
【００１９】
コンタミネーションはＰＬ像の強度変化として観察されるキャリアの再結合特性を変更する。我々はＰＬのコントラストＣを下記のように定義する、

ここで、Ｉ_ＰＬ（∞）はコンタミネーションから遠く離れた位置での、Ｉ_ＰＬ（ｘ，ｙ）は位置ｘ、ｙにおける強度である。
【００２０】
上記のバンド・ギャップの励起（ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ）により過剰な正孔対がシリコン中に生成されると、再結合は放射的（光を放射）であるか非放射的のいずれかである。
【００２１】
全再結合率は二つの率の和で表され、

半導体の内部料理効率ηは次式で与えられる、

【００２２】
光ルミネセンス像が得られるとき、ＰＬ信号で観察されるいかなる変化もＲ_ＩＴおよびＲ_ｎｒの両方の空間的変化（ｓｐａｔｉａｌｖａｒｉａｔｉｏｎｓ）によるものである。
【００２３】
コンタミネーションの再結合の挙動は、バンド・ギャップ中の準位（深準位又は浅準位）の位置およびキャリア捕捉断面に左右される。低い注入レベルでは小数キャリアの有効性により制限され、一方、注入された電荷が平衡キャリア濃度を超える高い注入レベルでは再結合率は捕捉数で制限される。従って、注入レベルの増加はコンタミネーションの再結合を促すことになる。
【００２４】
当該理論に限定されることなく、ある金属のコンタミネーションが、特に、ある拡散可能な金属、より好ましくは銅が表面再結合の寿命τ_ｓを修正し、このことが下記関係式

ここで

に従いＰＬの強度を修正することが考えられる。
【００２５】
本発明は、室温で取り組むことができ、工業的使用に適した速さで半導体若しくはシリコン構造中のコンタミネーションに関する情報を提供する、及び／又は半導体若しくはシリコン構造の上部領域内、特にその表面近くの金属のコンタミネーションを観察できることを可能にする光ルミネッセンス技術を提供している。
【００２６】
本発明で使用されている方法は、コンタミネーションの観察を強化するほどに（ｓｏａｓｔｏ）半導体若しくはシリコン構造のＰＬ像のコントラストを強める目的で前記半導体若しくはシリコン構造内のコンタミネーションにおける正孔対の非放射再結合を強化している。
【００２７】
そのため、本発明の方法において高注入レベルレーザーを使用し、コンタミネーションは表面でのキャリアの寿命の局部的変化により検出されている。これらの特徴的なコンタミネーションは、高レベルのコンタミナントが見つかる定義されたコンタミナントの物理的位置で、もしくは低レベルのコンタミナントの物理的位置で光照射された領域として観察されるのが典型的である。
【００２８】
本発明の方法において、レーザーのプロービング容量（ｐｒｏｂｉｎｇｖｏｌｕｍｅ）は小さく（空間的分解能０．１〜２０μｍ、理想的には２〜５μｍ）、それゆえ局在化された（ｌｏｃａｌｉｓｅｄ）コンタミナントは測定ＰＬ強度にかなり大きな影響を与えている。さらに励起が集中されるので、注入キャリア密度が高い（５ｃｍ〜０．５ミクロンのスポットサイズで１０^４〜１０^９のワット／ｃｍ^２のピーク若しくは平均パワー）。これによりコンタミナント部分での、すなわちコンタミナント部分の物理的位置において非放射再結合の確率を大いに高める。
【００２９】
キャリア拡散長は高注入レーザー条件下では大いに減少され、その結果、効果的なサンプリングの深度が、励起源の波長により順番に決定される励起レザーの浸透深度により大きく決められるということが発見された。短波長を用いることにより表面付近のコンタミナントを検査することができる。逆に、長波長は構造内の深いコンタミナントを調べるために使用される。
【００３０】
本発明のより好ましい方法において、パルスレーザー励起源を用いて、時間の関数として（ａｓａｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｔｉｍｅ）ルミネッセンス像を測定するのが理想的である。これは、深度及び空間の両方の分解能が改善されて、コンタミナント源すなわち拡散可能なコンタミネーションの残り跡を示すようなキャリア捕捉断面での情報を得るのに使用することができることを意味する。時間分析測定（ｔｉｍｅｒｅｓｏｌｖｅｄｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ）は、有効キャリア寿命を測定したり寿命マップを得るのに使用することができる。
【００３１】
本発明の別の実施の形態において、レーザーで前記半導体の大容積を励起させ、一連のフォーカルプレーンから像を集めることにより、コンタミナント深度方向の差異を得るために（ｔｏｏｂｔａｉｎｄｅｐｔｈｄｉｓｃｒｉｍｉｎａｔｉｏｎ）、共焦光学（ｃｏｎｆｏｃａｌｏｐｔｉｃｓ）が使用される。
【００３２】
本発明の別の観点において、少なくとも一つのトラック又はシリコンウエハ中を通してエッチングし、境界ライニングを設け、拡散し得る金属を堆積し（ｄｅｐｏｓｉｔｉｎｇ）、さらなる境界層でシールし、完成品を製造するために研磨し、予め決められた波長の励起（ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ）ビームに露光し、当該構造からの発光をＰＬマップ形式で集め、側面又は後側面の拡散金属コンタミネーションを同定することで強化（ｅｎｈａｎｃｅｄ）されたＰＬ強度領域の一つ又はそれ以上を検索し、さらに付属のテストで確認することを含む金属の連結部（ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｓ）の製造方法及び／又は金属の連結部（ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｓ）の製造方法に続いて、金属コンタミネーションを直接的に、又はクロスコンタミネーション（ｃｒｏｓｓ−ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ）により検索する方法が提供されている。
【００３３】
その方法はイン−プロセス品質管理として又は製造された構造（ｐｒｏｃｅｓｓｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）の品質管理として成ることが好ましい。
【００３４】
本発明の別の観点において、本発明の方法により表面金属コンタミネーションをテストし、コンタミネーションが無いことが使用時に検査された半導体又はシリコン構造が提供されている。
【００３５】
本発明の別の観点によれば、表面領域の金属コンタミネーションを検出するために半導体又はシリコン構造を光エレクトロルミネッセンス像の装置として使用することが提供されている。
【００３６】
【発明の実施の形態】
これから以下の図面を参照して本発明の実施の形態を述べる。
図１〜図４は局部制限された銅コンタミネーションのシリコンウエハのＰＬ像であり、コンタミネーションは本発明の方法を用いてＰＬコントラストにより作像される。図５は本発明による装置の概略図である。
【００３７】
図面及び最初に図５を参照すると、本発明による装置の概略図が示されている。
本装置は本質的にＰＬ作像顕微鏡を有し、それは右手側にレーザーバンク３〜８を有し、底側にＸ−ＹテーブルあるいはＲ−Θテーブルのような試料台を有し、左手側にマイクロプロセッサ４０とディスプレイスクリーン３９を有し、図の中央にシステムを通過する光を方向付けする各種光構成要素が示されている。
【００３８】
図５に示した実施の形態で、６個のレーザーは試料の異なる深さを厳密に調べることができるように配置されている。しかしながら、唯一のレーザーを用いるかあるいは実際多数のレーザーを用いるかは本発明の範囲内にある。どのような場合でも、少なくとも一つのレーザーは高強度レーザーであり、理想的には０．１ｍｍと０．５ミクロンの間のスポットの大きさで１０^４〜１０^９ワット／ｃｍ^２間の電力密度を持つ。前記レーザーバンクと共に作動するレーザー選択器１６が、一つあるいはそれ以上のレーザーを使用するか選択するために、そして更にレーザーの周波数および波長を選択するために備えられている。
【００３９】
光ファイバー９のような従来のオプティックス（光学器械レンズ）（ｏｐｔｉｃｓ）を照準器１０およびレーザービーム拡張器１１に導くために用いられる。アポダイゼーション板１２は、レーザービーム拡張器１１とビーム分割器３１間に置かれている。該ビーム分割器３１は光の一部を前述のレーザーから対物レンズ３４を介して試料２に導く。
【００４０】
自動焦点制御器３０が備えられ、ピエゾ駆動（ｐｉｅｚｏｄｒｉｖｅｎ）焦点ステージ３３と結合される。顕微鏡はそれぞれ３４、３５で表す少なくとも一個のミクロ検査用高開口数（ｈｉｇｈｎｕｍｅｒｉｃａｌａｐｅｒｔｕｒｅ）対物レンズと一個のミクロ検査用低開口数（ｌｏｗｎｕｍｅｒｉｃａｌａｐｅｒｔｕｒｅ）対物レンズを備えた従来の回転式タレット３６が設けられている。更に該タレット３６に結合して光学的移動測定システム３８が備えられている。
【００４１】
ケーブルが自動焦点制御器３０をマイクロプロセッサ４０へおよび顕微鏡対物レンズ表示器３２をマイクロプロセッサ４０へ接続するために備えられている。
【００４２】
ビーム分割器３１の下流にレーザーノッチフィルタ用のフィルタホイール１３が備えられており、その下流には揺動折り畳み式鏡１４が備えられ、その機能については後述する。前記鏡１４に配列して波長選択用のフィルタホイール２７が備えられ、その後方に適当なＣＣＤ　２−Ｄアレイ検出器２９に取り付けられたズームレンズが備えられている。
【００４３】
無限システム補償レンズ（ｉｎｆｉｎｉｔｙｓｙｓｔｅｍｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｎｇｌｅｎｓ）３７が、別の波長選択用フィルタホイール２３およびＵＶおよび可視光用の検出器２５の最先端にある焦点レンズ２４に向け光を反射するコールドミラー１７の先の光経路に備えられている。検出器２５は、ロックイン増幅器２６に結合されている。これは表面の反射像を得るのに用いられる。
【００４４】
コールドミラー１７の最後方に再び別の波長選択用フィルタホイール１８が、その最後方には、焦点レンズ２２およびルミネッセンス検出用の検出器２１の最先端に備えられたピンホール選択用の別の開口ホイール１９が備えられている。
【００４５】
ＵＶおよび可視光用の検出器２５および赤外線検出器２１の両方がロックイン増幅器２６に結合されている。
【００４６】
下記に関連してシステムの動作を説明する。
試料の異なる面を厳密に調べるための波長範囲が数種のレーザー３〜８により得られる。レーザーは、試料２から放射された信号が、ロックイン増幅器２６によるレーザー変調周波数に同期する検出器によってバックグラウンド放射線から離隔されるように周波数発生器１６によって変調される。別の実施の形態では、波長範囲は、同調可能レーザー、及び／又は光パラメトリック発信器を用いて作り出される。各レーザーは、レーザーの何れかあるいは総てが試料２を照射できるように多分岐光ファイバー９に接続され、割り当てられている。多分岐光ファイバー９の共通端は放射光を照準する光システム１０に接続している。この光システム１０は、試料２上にある顕微鏡対物レンズ３４、３５に合致した値にレーザービームの直径を合わせるビーム拡張器１１に割り当てられている。拡張したビームはその後、光エネルギーをビーム区域に均等に配分するアポダイゼーション板１２を通過する。
【００４７】
拡張及び制御（ａｐｏｄｉｚｅｄ）されたビームは、ビーム分割器３１によって反射され、顕微鏡対物レンズ３４及び３５に送られる。ビームは顕微鏡対物レンズ３４あるいは３５によって試料に焦点を合わせる。マイクロモードではこの対物レンズは回折が限られているスポットの大きさにビームを集中するように選ばれる。表示器機構３２で操作される回転ターレット３６は、対物レンズを試料のより広い区域が照射されるマクロモードに変更させる。別の実施の形態ではアポダイゼーション板１２は、より高い注入レベルを与えるためにマイクロモード用スポットがより小さくなるように移動される。
【００４８】
光学的移動センサ３８は試料２までの距離を測定し、焦点防止制御器（ａｎｔｉｆｏｃｕｓｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ）３０を通した帰還ループを介してピエゾ駆動焦点ステージ（ｐｉｅｚｏａｃｔｕａｔｅｄｆｏｃｕｓｉｎｇｓｔａｇｅ）３３により正しい間隔を維持する。
【００４９】
試料２からの光ルミネッセンス信号は、（マイクロモードで）顕微鏡対物レンズ３４により集められ、ビーム分割器３１およびレーザー波長の範囲に整合するノッチフィルタを持つフィルタホイール１３のノッチフィルタを通して戻される。該ノッチフィルタは、光ルミネッセンス信号のみを通過させ、どんな反射レーザー光も除去する。
【００５０】
折り畳み鏡１４はビーム外に揺動し、信号を、使用されるいかなる無限顕微鏡（ｉｎｆｉｎｉｔｙｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）対物レンズをも補償するために組み込まれるチューブレンズ３７に、そしてコールドミラー１７に通過させる。この構成要素は、選択されたカットオフ点（約７００ｎｍ）以下のこれらの波長を、信号を検出器２５に焦点を合わせる焦点レンズ２４へ反射させる。該検出器焦点レンズ２４の前面にあるフィルタホイール２３は選択された波長帯域を離隔するフィルタを持つ。
【００５１】
カットオフ点を超える波長範囲にある光ルミネッセンス信号の部分は、コールドミラー１７を通過し、レンズ２２により同様に検出器２１に焦点を合わせる。この信号もまた選択された波長帯域を離隔するフィルタを持つフィルタホイール１８を通過する。
【００５２】
異なる直径の一連のピンホールが、検出器２１の前面に置かれた開口ホイール１９にある。この開口ホイール１９は、ピンホールが所定の像平面と焦点を共有して置かれるように、ピエゾ駆動器２０により軸方向に動かされる。この方法により、試料２中の異なる深さの平面は正確な深さ情報を与えるように作像される。
【００５３】
検出器２１、２５からの電気信号は、ロックイン増幅器２６に送られ、そこで周波数発生器１５からの参照信号によりレーザー３〜８の変調周波数と同期させられる。電気信号はそれから、分析用に中央プロセッサ４０に送られる。ＰＬ像はステージを走査するラスタにより得られる。変わりに検流計の鏡を用いた光学的走査も採用される。
【００５４】
別のマイクロモード操作では、折り畳み鏡１４は光ルミネッセンス信号のビームの中へ揺動する。進路を変更された信号は、選択された波長帯域を離隔するフィルタを持つフィルタホイール２７を通って、ズームレンズ２８に送られる。該ズームレンズ２８は、異なる倍率でＣＣＤ二方向アレイ２９上に試料２の照射スポットを作像するのに用いられる。このことにより、試料２の照射区域が異なる分解能で作像される。ＣＣＤアレイからの電気信号は、分析のために中央プロセッサ４０に送られる。
【００５５】
前述の装置を用いて、半導体の金属コンタミネーションを可視化するための研究が行われ、これらの研究の結果が図１〜図５に示されている。これらの像は独特であり室温では他のいかなる方法でも得ることができない。一般に本装置により半導体中のあるＰＬの特徴的な金属コンタミナントの局在化（ｌｏｃａｌｉｓａｔｉｏｎ）と特徴付け（ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓａｔｉｏｎ）が可能になるということが分かる。このことにより、ウエハ、特にマイクロプロセッサや銅連結部をデバイスを組み立てるために効果的に選別でき、コンタミナントのある半導体の製造を防止することができる。
【００５６】
本発明により、密度と空間的な分布が決定されるようにコンタミナントを作像できる半導体あるいはシリコン構造中の金属コンタミネーション作像装置とその方法が提供されることが分かる。
【００５７】
イメージングの方法
シリコンウエハは１×１０^９から５×１０^１２の原子数／ｃｍ^２の範囲で銅によって汚染されているか又は汚染されたウエハが得られた。ＴＸＲＦはコンタミネーションのレベルを確認或いは決定するのに用いられた。照査基準（コントロール）のウエハはコンタミナントなしで得られた。
【００５８】
ウエハは５３２ｎｍのレーザー励起によって励起され、全体のウエハマップとマイクロスキャンが得られ、そこから平均ＰＬ信号が計算された。ウエハのイメージからなり、明るい領域が上記の集中範囲にある銅から銅のコンタミネーションの位置を示す、図１から図４に示すようなＰＬマップが得られた。コントロールウエハは明るい領域を示さなかった。
【００５９】
実施例１
上記のように汚染されたシリコンウエハとコントロールシリコンウエハがイメージされ、その結果は図１から図４に示す通りである。コントロールウエハには無い、故意による混入物の位置が明るいコントラストの範囲で表されたイメージの検査は、前記汚染物質の位置と性質を示すために、観察により見つけられる銅のコンタミネーションがより高いＰＬ強度を産み出すことを確認した。
【００６０】
実施例２
研磨されたシリコンウエハ（図示せず）が、上記の方法によりイメージされた。イメージの検査は銅のコンタミネーションを示唆する白色ヘイズを示した。コンタミネーションの明確な兆候の結果として、綿密な試験とＴＸＲＦは、上記の集中範囲における銅であるコンタミナントの特質を確かめることができ、それによって、この場合研磨の道具そのものである、混入物の位置と本質が突き止められた。よって、研磨の道具はコンタミネーションの原因を取り除くように扱われるか取り替えられても良い。
【００６１】
実施例３
ＳＣ１クリーニングステップから清潔なシリコンウエハ（図示せず）が上記のようにイメージされた。イメージの検査は銅のコンタミネーションを示唆する白色ヘイズを示した。コンタミネーションの明確な兆候の結果として、綿密な試験とＴＸＲＦが、上記の集中範囲において銅であるコンタミナントの特質を確認するために行われ、それによって、この場合は使用された清掃材料である、コンタミナントの特質と位置が突き止められた。この材料はコンタミネーションの原因を取り除くように扱われるか取り替えられても良い。
【００６２】
実施例４
上記の方法によって、ウエハ表面（付近）全体を示すＰＬマップは５３２ｎｍのレーザー励起を使用したウエハから記録される。そのマップはＳｉＰＬのグレー／黒の「背景」と比較して白い斑点或いは曇った範囲として観察されるＰＬ強度が増加した範囲の存在が検分される。
【００６３】
増加したＰＬ強度のイメージ位置においてあり得る銅のコンタミネーションを示唆する斑点或いは範囲が検出され、それらは高度な分析で検分されて、順にコンタミネーションの原因がクリーニング、研磨或いは接続部の形成であることを意味する正面あるいは後方の表面のコンタミネーション、或いはウエファの端のコンタミネーションを示すコンタミネーションの特質と位置（深さ）がわかる。
【００６４】
プロセスあるいはメソロジーの道具あるいはクリーニングの流体はコンタミネーション源を取り除くように扱われるか銅の拡散の原因を取り除くための品質改善されたバリヤ層析出物に置き換えられる。
【図面の簡単な説明】
【図１】局部制限された銅コンタミネーションのシリコンウエハのＰＬ像である。
【図２】局部制限された銅コンタミネーションのシリコンウエハのＰＬ像である。
【図３】局部制限された銅コンタミネーションのシリコンウエハのＰＬ像である。
【図４】局部制限された銅コンタミネーションのシリコンウエハのＰＬ像である。
【図５】本発明による装置の概略図である。
【符号の説明】
２　試料　　　　　　　　　　　　３〜８　レーザーバンク
９　光ファイバー　　　　　　　　１０　照準器
１１　レーザービーム拡張器　　　１２　アポダイゼーション板
１３　フィルタホイール　　　　　１４　揺動折り畳み式鏡
１５　周波数発生器　　　　　　　１６　レーザー選択器
１７　コールドミラー　　　　　　１８　フィルタホイール
１９　開口ホイール　　　　　　　２０　ピエゾ駆動器
２１　赤外線検出器　　　　　　　２２　焦点レンズ
２３　フィルタホイール　　　　　２４　焦点レンズ
２５　検出器　　　　　　　　　　２６　ロックイン増幅器
２７　フィルタホイール　　　　　２８　ズームレンズ
２９　ＣＣＤ　２−Ｄアレイ検出器
３０　自動焦点制御器　　　　　　３１　ビーム分割器
３２　顕微鏡対物レンズ表示器
３３　ピエゾ駆動（ｐｉｅｚｏｄｒｉｖｅｎ）焦点ステージ
３４、３５　顕微鏡対物レンズ
３６　回転式タレット
３７　無限システム補償レンズ（ｉｎｆｉｎｉｔｙｓｙｓｔｅｍｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｎｇｌｅｎｓ）
３８　光学的移動測定システム
３９　ディスプレイスクリーン
４０　マイクロプロセッサ

Claims

半導体若しくはシリコン構造又はその一部を予め決められた波長の励起（ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ）ビームに露光し、当該構造からの発光をＰＬマップ形式で集め、該強化（ｅｎｈａｎｃｅｄ）されたＰＬ強度領域の一つ又はそれ以上を検索し、表面又は表面の金属のコンタミネーションの特徴点を特定する（ｉｄｅｎｔｉｆｙｉｎｇｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｕｒｆａｃｅｏｒｎｅａｒｓｕｒｆａｃｅｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ）ことを含む、半導体又はシリコン構造中の表面又は表面付近の金属のコンタミネーション（ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ）を見つけ出す方法。
より大きなＰＬ強度の領域は、より強度の低い比較的暗い半導体の背景に対して白いスポット、ヘイズ又はミストとして観察される請求項１に記載の方法。
１×１０^９から１×１０^１４の原子数／ｃｍ^２の範囲でシリコン中の銅のコンタミネーションの光ルミニッセンスの影響で特徴付けられるＰＬ強度のピーク値を同定するために採用する請求項１または２に記載の方法。
銅のコンタミネーションが１×１０^９から５×１０^１２の原子数／ｃｍ^２の範囲である請求項３記載の方法。
銅のコンタミネーションが６×１０^１０から４×１０^１２の原子数／ｃｍ^２の範囲である請求項３記載の方法。
半導体又はシリコン構造及び連結部（ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｓ）などを含む金属成分を含むウエハ中の表面又は表面の金属のコンタミネーション又はコンタミネーションの残り跡（ｔｒａｉｌ）を見つけ出す方法を適用する先行するいずれかの方法。
入口の後側面の点からの拡散による前側面のコンタミネーションと直接の表面のコンタミネーションの両方を含む研磨した銅の連結部（ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｓ）から銅のコンタミネーションを見つけ出す故知に適用される方法を請求項６の方法。
スペクトラム又は他の間接的な表現（ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ）から区別される（ａｓｄｉｓｔｉｎｃｔ）構造物のマップ又は可視イメージを作製する、室温に鋭敏な光ルミネッセンス（ａｓｅｎｓｉｔｉｖｅｒａｐｉｄｒｏｏｍｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅｐｈｏｔｏｌｕ−ｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）のマッピングシステムが採用される先行するいずれかの請求項記載の方法。
高強度のレーザービームにより励起（ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ）がなされる先行するいずれかの請求項記載の方法。
光により発生するキャリヤが強く制限され（ｂｅｃｏｎｆｉｎｅｄ）、そのキャリヤの拡散が大いに減少されるレーザー源を駆動（ｔｏｄｒｉｖｅ）するために、容量（１−２μｍの直径）を生成し、異なる光−音響モジュレータ（ｏｐｔｏ−ａｃｏｕｓｔｉｃｍｏｄｕｌａｔｏｒ）を利用するためにビームが集中される（ｂｅｆｏｃｕｓｅｄ）される請求項９記載の方法。
光により発生するキャリヤが、例えば最高１μｍまでの一番近くの表面に効果的に制限され（ｂｅｃｏｎｆｉｎｅｄ）、実質的に５３２ｎｍの領域で可視レーザが使用される請求項９又は１０記載の方法。
レーザーのプロービング容量（ｐｒｏｂｉｎｇｖｏｌｕｍｅ）は０．１〜２０μｍの空間的分解能（ａｓｐａｔｉａｌｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ）に制限されている請求項９から１１のいずれかに記載の方法。
プロービング容量（ｐｒｏｂｉｎｇｖｏｌｕｍｅ）は２〜５μｍに制限されている請求項１２記載の方法。
注入されたキャリアの密度は５ｃｍ〜０．５μｍのスポットサイズと１０^４〜１０^９のワット／ｃｍ^２の平均パワーのピークを得るのに十分であるように励起（ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ）が集中される請求項９〜１３のいずれかに記載の方法。
パルス化されたレーザーの励起源の使用と時間の関数としてルミニッセンスの測定を含む先行するいずれかの方法。
レーザーで大量の前記半導体を励起させ、一連のフォーカルプレインからイメージを集めることにより、コンタミネーションの深さ方向の差異を得るために（ｔｏｏｂｔａｉｎｄｅｐｔｈｄｉｓｃｒｉｍｉｎａｔｉｏｎ）、共焦光学（ｃｏｎｆｏｃａｌｏｐｔｉｃｓ）が使用される先行する請求項のいずれかに記載の方法。
少なくとも一つのトラック又はシリコンウエハー中を通してエッチングし、境界ライニングを設け、拡散し得る金属を堆積し（ｄｅｐｏｓｉｔｉｎｇ）、さらなる境界層でシールし、完成品を製造するために研磨し、予め決められた波長の励起（ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ）ビームに露光し、当該構造からの発光をＰＬマップ形式で集め、側面又は後側面の拡散金属コンタミネーションを同定することで強化（ｅｎｈａｎｃｅｄ）されたＰＬ強度領域の一つ又はそれ以上を検索し、さらに付属のテストで確認することを含む金属の連結部（ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｓ）の製造方法及び／又は金属の連結部（ｉｎｔｅｒｃｏｎｎｅｃｔｓ）の製造方法に続いて、金属コンタミネーションを直接的に、又はクロスコンタミネーション（ｃｒｏｓｓ−ｃｏｎｔａｍｉｎａｔｉｏｎ）により検索する方法。
イン−プロセス品質管理として又は製造された構造（ｐｒｏｃｅｓｓｅｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）の品質管理としての先行する請求項のいずれかに記載の方法。
本発明の方法により表面金属コンタミネーションをテストされ、コンタミネーションが無いことを使用時に検査された半導体又はシリコン構造。
表面領域の金属コンタミネーションの検出のために半導体又はシリコン構造をフォトエレクトロルミネッセンスのイメージの装置として使用。