KR101021506B1 - 반도체 디바이스의 검사 방법 및 반도체 디바이스의 검사장치 - Google Patents

Abstract

검사하는 반도체 디바이스 구조에 구비된 확산 영역에서 이루어지는 구조 A에 대하여 펄스 레이저 광을 조사했을 경우에 발생하는 전자파 진폭 파형의 강도와, 미리 측정해 둔 기준품의 구조 A에 펄스 레이저 광을 조사했을 때에 방출되는 전자파 진폭 파형의 강도를 비교하고, 전자파 검출 감도를 교정(S14)한 후 검사 대상의 반도체 디바이스를 검사함으로써 검사 장치의 전자파 검출 감도 벗어남이 원인이 되는 측정 오차를 없애고, 정밀하게 양부 판정(S16)을 행한다.

반도체 디바이스의 검사 장치, 조사 수단, 검출ㆍ변환 수단, 고장 진단 수단, 반도체 디바이스

Description

반도체 디바이스의 검사 방법 및 반도체 디바이스의 검사 장치{METHOD AND APPARATUS FOR INSPECTING SEMICONDUCTOR DEVICE}

본 발명은 기판상에 전자 회로가 형성된 반도체 디바이스를 검사 대상으로 해서 이 반도체 디바이스에 있어서의 단선 등의 결함을 검출하여 반도체 디바이스의 양부를 검사하는 반도체 디바이스의 검사 방법 및 반도체 디바이스의 검사 장치에 관한 것이다.

전자 부품에 실장되는 반도체 디바이스에는 다수의 전자 회로가 형성되어 있지만, 그 전자 회로를 형성하는 제조 도중에 발생한 단선 등을 비접촉으로 검사하는 비접촉 검사 수법으로서 종래에는 예를 들면 특허문헌 1에 나타낸 바와 같은 pn접합부의 결함이나, 배선 단선, 쇼트, 고저항 개소를 검사하는 것이 있다.

종래의 비접촉 검사 방법은, 도 13에 나타낸 바와 같이, 스테이지(108) 상에 설치된 반도체 디바이스 내에 있는 M0S트랜지스터 등을 구성하는 p형 또는 n형의 확산 영역(101, 102)이나 금속 반도체 계면 등의 빌트인 전계 발생부에 펄스 레이저 광(110)을 조사하고, 자유 공간에 방사되는 전자파를 검출함으로써 행한다. 103은 기판, 104는 절연막, 105, 106, 107은 배선이다.

이와 같이 펄스 레이저 광의 조사 위치로부터 방출된 전자파를 검출해서 전 자파의 전장 진폭의 시간 파형에 대응한 시간적으로 변화되는 전압 신호로 변환하여 반도체 디바이스의 내부의 전계 분포를 검출해서 반도체 디바이스의 고장 진단을 행한다.

구체적으로는, 도 14에 나타낸 바와 같이, S1에 있어서 검사 대상에 있어서의 소정의 검사 영역에 펄스 레이저 광을 조사함으로써 자유 공간에 방사되는 전자파 진폭 파형을 취득한다.

S2에서는 S1에서 얻어진 전자파 진폭 파형을 미리 측정해서 취득하고 있었던 양품에 있어서의 상기 소정의 검사 영역으로부터 방출된 전자파 진폭 파형과 비교함으로써 양부 판정을 행한다.

도 15는 어떤 반도체 회로에 펄스 레이저 광을 조사했을 때에 발생하는 전자파 진폭의 파형을 나타낸다. 양품의 소정의 검사 위치로부터 발생하는 전자파 진폭 파형이 도 15에 나타낸 것으로 되면, 예를 들면 시간: T에 있어서의 전자파 진폭 파형의 최대치: V에 대하여 검사 대상인 반도체 디바이스에서 상기 소정의 검사 영역으로부터 발생하는 전자파 진폭 파형의 최대치를 비교해서 반도체 디바이스의 양부를 판단한다.

양부 판단의 기준은 검사되어야 할 항목에 의해 다르지만, 펄스 레이저 광을 조사한 개소에서 구조의 차이에 의해 발생하는 전자파 진폭 파형의 최대치 또는 최소값이 다른 것이 많기 때문에, 발생한 전자파 진폭 파형의 최대치 또는 최소값을 비교하고, 기준품의 것과 다르면 그 검사 대상의 반도체 디바이스는 고장으로 간주되어 있다.

특허문헌 1: 일본 특허 공개 2006-24774호 공보

그러나, 상기 종래의 구성에서는 검사 대상의 반도체 디바이스의 교환에 더해서 반도체 디바이스로의 레이저 조사 각도의 변화나 전자파 검출기의 교환 등에 의해 검출될 수 있는 전자파 진폭 강도가 현저하게 약해진다고 하는 과제를 갖고 있다.

예를 들면, 도 15에 나타낸 전자파 진폭 파형을 발생하는 반도체 디바이스의 구조에 대하여 도 13의 반도체 디바이스를 스테이지(108)로부터 제거한 후에 다시 설치해서 동일 개소를 측정했을 경우 제어 기기의 감도 변화나 반도체 디바이스로의 레이저 조사 각도 변화 등 어떠한 요인에 의해 도 16에 나타낸 바와 같은 전자파 진폭 파형을 검출하는 것이 있다.

단, 검사 장치를 구성하고 있는 광학 부품이나 제어 장치를 재조정해서 감도 교정을 행하면 도 15와 동등한 전자파 진폭 파형을 취득할 수 있다.

그 때문에, 어떤 검사 영역에 대해서 측정 결과로부터의 전자파 진폭 강도를 양품의 것과 단순히 비교하면 검사 장치의 교정이 불충분한 것이 원인으로 발생된 전자파 진폭 강도의 차이에 의해 본래는 양품인 개소를 고장 개소로 오판정할 가능성이 있다.

검사 장치의 감도 교정을 행하기에는 펄스 레이저 광을 조사했을 때에 확실히 안정된 전자파 진폭 파형을 발생시키는 대상, 즉 기준이 되는 측정물이 필요하지만, 이 조건을 충족시키는 재료인 InAs 등의 결정으로부터 방사되는 전자파 진폭은 범용적으로 이용되고 있는 실리콘 기판으로부터 구성의 반도체 디바이스로부터 발생하는 전자파 진폭의 10배 이상의 강도를 가지고 있고, 이것들의 재료를 이용해서 감도 교정을 실시해도 반도체 디바이스로부터 생기는 전자파 진폭 파형을 검출하기 위해서 정밀도 좋게 감도 교정이 되어 있지 않을 가능성이 있다.

본 발명은 상기 종래 기술의 문제를 해결하는 것을 지향하는 것이며, 펄스 레이저 광을 반도체 디바이스에 조사했을 때에 전자파 진폭 강도의 비교 오차로부터 생기는 반도체 디바이스 양부의 오판정을 방지할 수 있는 반도체 디바이스의 검사 방법 및 검사 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 청구항 1의 구성에 의하면, 무 바이어스 상태로 유지된 복수의 확산 영역을 갖는 검사 대상의 반도체 디바이스에 있어서의 임의의 확산 영역에 펄스 레이저 광을 조사하는 조사 공정과, 상기 반도체 디바이스의 레이저 광 조사 위치로부터 방사된 전자파를 검출하고, 상기 전자파의 전장 진폭의 시간 파형에 대응한 시간적으로 변화하는 전압 신호로 변환하는 검출ㆍ변환 공정과, 상기 전압 신호로부터 상기 반도체 디바이스 내의 전계 분포를 검출해서 고장 진단을 행하는 고장 진단에 의해 검사하는 반도체 디바이스의 검사 방법에 있어서, 검사 대상의 반도체 디바이스에 구비되어 있는 상기 전자파의 검출 감도 교정용의 적어도 1개의 배선만이 접속된 확산 영역에 상기 펄스 레이저 광을 조사했을 때에 발생하는 상기 전자파의 전장 진폭의 제 1 시간 파형과, 기준품이 되는 반도체 디바이스에 구비되어 있는 상기 교정용 확산 영역에 상기 펄스 레이저 광을 조사했을 때에 발생하는 상기 전자파의 전장 진폭의 제 2 시간 파형을 비교하고, 상기 제 1 시간 파형의 전자파 진폭 강도의 최대치와, 상기 제 2 시간 파형의 전자파 진폭 강도의 최대치가 동일해지도록 상기 전자파의 검출 감도를 교정한 후에 상기 검사 대상의 반도체 디바이스를 검사하는 것을 특징으로 하고, 이 구성에 의하면, 검사 대상의 반도체 디바이스에 대한 레이저 조사 각도나 장치를 구성하는 제어 장치의 교정 벗어남으로부터 발생되는 전자파 진폭 파형의 강도 차이의 영향을 제외한 검사를 행할 수 있다.

또한, 청구항 2, 3에 기재된 반도체 디바이스의 검사 방법은 청구항 1의 검사 방법에 있어서, 전자파의 검출 감도 교정용의 확산 영역은 반도체 디바이스가 갖는 복수의 확산 영역과는 전기적으로 접속되어 있지 않는 것, 더욱이 전자파의 검출 감도의 교정에 있어서 제 1 시간 파형과 제 2 시간 파형의 전자파 진폭 파형이 특정한 시간에 있어서 전자파 진폭 강도의 값이 동일해지도록 교정함으로써 전자파를 용이하게 방출할 수 있고, 검사 대상의 반도체 디바이스로부터 방출되는 전자파가 복수의 극치를 갖고, 최대치를 맞추는 것만으로는 교정이 충분하지 않을 경우라도 감도 조정을 실시할 수 있다.

또한, 본 발명의 청구항 4의 구성에 의하면, 무 바이어스 상태로 유지된 반도체 디바이스에 소정의 파장을 갖는 펄스 레이저 광을 2차원적으로 주사해서 조사하는 조사 수단과, 상기 반도체 디바이스의 레이저 광 조사 위치로부터 방사된 전자파를 검출하고, 상기 전자파의 전장 진폭의 시간 파형에 대응한 시간적으로 변화되는 전압 신호로 변환하는 검출ㆍ변환 수단과, 상기 전압 신호로부터 상기 반도체 디바이스 내의 전계 분포를 검출해서 고장 진단을 행하는 고장 진단 수단과, 상기 조사 수단의 펄스 레이저 광 조사 범위에 배치된 전자파 감도 교정용의 반도체 디바이스를 구비하고, 전자파 감도 교정용의 반도체 디바이스에 펄스 레이저 광을 조사해서 발생한 상기 전자파의 검출 감도가 부품 교환 전후에서 동일해지도록 교정할 수 있도록 구성한 것을 특징으로 하고, 이 구성에 의하면, 구성 부품을 교환해도 검사 전에 전자파 진폭 파형을 취득하는 감도 구성을 행하는 것이 가능해서 정밀도 좋은 검사를 행할 수 있다.

본 발명에 의하면, 전자파 진폭 파형으로부터 진폭 강도를 취득할 때에 감도 교정이 불충분하기 때문에 발생된 측정 결과의 차이에 영향을 주어지지 않고, 검사 대상인 반도체 디바이스의 정확한 양부 판정을 행하는 것이 가능해지고, 검사 정밀도를 향상할 수 있다고 하는 효과를 거둔다.

도 1은 본 발명의 실시형태 1에 의한 반도체 디바이스의 구성 회로의 배치 도이다.

도 2는 본 실시형태 1에 의한 반도체 디바이스의 구성을 나타내는 단면도이다.

도 3은 본 실시형태 1에 의한 비접촉 검사에서 이용되는 전자파 검출기를 나타내는 블록도이다.

도 4는 본 실시형태 1에 의한 비접촉 검사 방법의 처리를 나타내는 플로우차트도이다.

도 5는 본 실시형태 1에 의한 구조 A에 펄스 레이저 광을 조사시 (a)는 기준품으로부터의 전자파 진폭 파형, (b)는 검사 대상으로부터의 전자파 진폭 파형, (c)는 감도 교정 후의 검사 대상으로부터의 전자파 진폭 파형을 나타내는 도이다.

도 6은 본 실시형태 1에 의한 검사 개소에 펄스 레이저 광을 조사시 (a)는 기준품으로부터의 전자파 진폭 파형, (b)는 검사 대상으로부터의 전자파 진폭 파형을 나타내는 도이다.

도 7은 본 실시형태 1에 의한 반도체 디바이스의 구성 회로의 다른 배치도이다.

도 8은 본 실시형태 1에 의한 반도체 디바이스의 구성 회로의 또 다른 배치 도이다.

도 9는 본 발명의 실시형태 2에 의한 비접촉 검사에서 이용되는 전자파 검출기를 나타내는 블록도이다.

도 10은 본 실시형태 2에 의한 전자파 검출기의 구성을 나타내는 도이다.

도 11은 본 실시형태 2에 의한 전자파 검출기의 교정 방법을 나타내는 플로우차트도이다.

도 12는 본 실시형태 2에 의한 교정용 반도체 디바이스의 구조 A에 펄스 레이저 광조사시 (a)는 전자파 검출기(1006)의 전자파 진폭 파형, (b)는 전자파 검출기(2006)의 전자파 진폭 파형, (c)는 감도 교정 후에 전자파 검출기(2006)의 전자파 진폭 파형을 나타내는 도이다.

도 13은 종래의 반도체 디바이스의 구성을 나타내는 단면도이다.

도 14는 종래의 비접촉 검사 방법의 처리를 나타내는 플로우차트도이다.

도 15는 반도체 디바이스에 펄스 레이저 광조사에 의해 발생하는 전자파 진 폭 파형을 나타내는 도이다.

도 16은 반도체 디바이스에 펄스 레이저 광조사시의 감도 부족에 의해 발생하는 전자파 진폭 파형을 나타내는 도이다.

이하, 도면을 참조해서 본 발명에 있어서의 실시형태를 상세히 설명한다.

(실시형태 1)

도 1은 본 발명이 검사 대상으로 하고 있는 구조를 갖는 반도체 디바이스를 나타내고, 확산 영역이나 배선으로 구성되는 전자 회로의 배치를 평면적으로 나타내는 개념도이다.

도 1에 있어서, 확산 영역(1), 배선(2)은 반도체 디바이스에 다수 포함되기 때문에 본 발명에 영향을 주지 않는 것에 대해서는 동일한 부호를 부여하고, 이하의 설명을 행한다.

반도체 디바이스는 거기에 요구되는 기능을 만족시키기 위해서, 기판(3) 상에 무수히 배치된 p형 또는 n형의 확산 영역(이하, 단지 확산 영역으로 표기)(1)이 각각 배선(2)에 의해 접속되어 있다. 또한, 전기 신호를 송수신하기 위해서 기판(3) 상에 배치된 전극 패드(4)과 접속되는 확산 영역(1)도 있다.

반도체 디바이스는 이렇게 배치, 접속되어 있는 확산 영역(1)에 대하여 전극 패드(4)를 이용해서 다른 전자 디바이스와 전기 신호를 송수신함으로써 반도체 디바이스에 요구되는 기능을 실현하기 위해서, 통상은 확산 영역(1)에 접속되어 있는 배선(2)은 다른 확산 영역(1) 또는 기판(3) 상에 배치된 어느 하나의 전극 패드(4) 에 접속된다.

또한, 도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명이 검사 대상으로 하고 있는 도체 디바이스에서는 상기한 회로 구성과는 독립된 확산 영역(11)과, 확산 영역(11)과 접속된 적어도 1개 이상의 배선(12)으로 이루어지는 구조(이하, 구조 A라 함)를 갖는 것을 특징으로 하고 있다.

다음에, 본 발명의 특징을 부여한 구조인 펄스 레이저 광이 조사되었을 경우에 전자파가 생기기 쉬운 구체적인 구조에 대해서 설명하기 위해서, 우선 펄스 레이저 광의 조사에 의해 전자파가 발생하는 원리에 대해서 간단히 설명한다.

반도체 디바이스에 포함되는 MOS트랜지스터 회로 등을 구성하는 확산 영역이나 금속 반도체 계면 등에 빌트인 전계가 발생되어 있기 때문에 소정의 펄스 폭(예를 들면, 반도체 디바이스가 실리콘 기판일 경우, 펄스 폭이 1펨토초 이상 10피코 초 이하의 펄스 레이저 광이 확산 영역에 조사되면 전자파가 용이하게 발생)의 펄스 레이저 광을 이것들의 부분에 조사하면 전자ㆍ정공쌍이 순시적으로 형성되어 전자파가 방출된다.

이들 중, 배선이 접속된 확산 영역에 펄스 레이저 광을 조사하면 전자파 진폭의 강한 파형이 검출되는 것이 우리의 실험에 의해 확인되어 있지만, 확산 영역에 배선이 접합되어 있지 않을 경우는 방출되는 전자파가 미약하고, 또는 전자파가 방출되지 않기 때문에 전자파의 검출을 할 수 없다.

또한, 도 1에 나타낸 바와 같은 확산 영역(1)이 다른 확산 영역(1)과 배선(2)에 의해 접속되어 있을 경우 접속되어 있는 확산 영역(1)이나 배선(2)에 대하 여 방출되는 전자파 진폭 파형이 영향을 받기 때문에 발생하는 전자파 진폭 파형의 검출 또는 발생하는 전자파 진폭 파형의 예측이 용이하지 않다.

또는, 펄스 레이저 광이 조사되면 용이하게 진폭 강도가 높은 전자파를 방출하는 InAs 등의 물질이 있지만, 통상 이러한 재료의 단결정을 실리콘 기판에 구성되어 있는 범용적인 반도체 디바이스의 내부에 매립하는 것은 제조 방법ㆍ코스트의 면에 있어서 대단히 곤란하다.

그래서, 본 발명에서는 반도체 디바이스에 구비된 적어도 1개의 배선이 접속된 확산 영역(구조 A)에 대하여 펄스 레이저 광이 조사되었을 때에 방출되는 전자파를 이용하고, 반도체 디바이스의 검사 전에 전자파 진폭 강도의 교정을 실시한 후에 검사를 행하는 것을 특징으로 한다.

이들의 검사를 행하기 위한 반도체 디바이스의 구조예를 도 2에 나타낸다.

도 2는 검사 대상으로 하고 있는 반도체 디바이스의 단면도를 나타낸 것이다. 여기서, 도 2에 있어서, 종래 예를 나타내는 도 13에서 설명된 구성 요소에 대응해서 동등한 기능을 갖는 것에는 동일 부호를 이용하고, 설명을 생략한다.

본 발명에서 이용되는 반도체 디바이스 구조의 확산 영역(111)과 접속되어 있는 배선(112)은 기판(103)에 포함되는 확산 영역(101, 102)과는 접속되어 있지 않고, 확산 영역(111)과 배선(112)으로부터 구성되는 구조 A(도 1에 있어서는 확산 영역(11)과 배선(12)으로 구성되어 있음)는 기능적인 다른 회로 구성(도 1에 있어서는 확산 영역(1) 또는 전극 패드(4))로부터 독립되어 있고, 외부의 전기 회로와 전기 신호의 송수신을 행할 수 없는 것이기 때문에 구조 A는 단체(單體)에서는 전 자 회로로서 기능을 다하는 것이 아니다. 이 때문에, 통상의 반도체 디바이스에는 이러한 구조 A는 포함되지 않는다.

구조 A의 평면적인 배치는 도 1인 나타내는 확산 영역(11)과 배선(12)과 같이 확산 영역(11)으로부터 배선(12)이 직선적으로 퍼져 있는 것이 바람직하다. 이것은 확산 영역(11)으로부터 퍼지는 배선(12)이 도중에 분기되어지면 방출되는 전자파 진폭의 최대치가 내려가기 때문이다. 또한, 배선(12)의 길이는 확산 영역(11)의 면적 또는 조사하는 펄스 레이저 광의 강도 등에 의해 전자파가 방출되기 쉬운 최적의 길이는 다르지만, 일예로서 확산 영역(11)이 1O㎛ 사방의 정방형이고, 배선(12)의 길이가 300㎛의 것으로부터 생기는 전자파 진폭 파형은 도 15에 나타낸 바와 같은 파형이 된다.

방출되는 전자파 진폭 파형은 구조 A가 배치되어 있는 주변의 구조에도 영향을 주기 때문에 확산 영역(11)이 10㎛ 사방의 정방형이고, 배선(12)의 길이가 300㎛의 구조 A에 펄스 레이저 광을 조사하면, 반드시 도 15에 나타낸 바와 같은 전자파 진폭 파형을 얻을 수 있는 것은 아니지만, 전자파는 용이하게 방출된다.

구조 A는 펄스 레이저 광을 반도체 디바이스에 조사했을 때에 발생하는 전자파의 진폭 강도나 반도체 디바이스에 있어서의 전계 분포 등으로부터 반도체 디바이스의 양부 판정을 행하는 비접촉 검사시에 이용하는 것이다.

이 비접촉 검사 수법은 종래의 전기 검사와 같이 전압 인가를 위한 전자 프로브 준비ㆍ전압 인가 공정 등이 필요 없고, 펄스 레이저 광의 조사만으로 반도체 디바이스의 양부 판정이 행해지기 때문에 양부 판정의 정밀도가 향상되면 펄스 레 이저 광의 조사에 의한 비접촉 검사는 유효한 검사 수법이 된다.

상기 비접촉 검사 수법을 실시하기 위한 비접촉 검사 장치의 구성 예를 도 3에 나타낸다.

또한, 상기 비접촉 검사 수법을 실현하기 위한 장치 구성은 도 3에 나타낸 것에 한정되는 것이 아니고, 레이저 조사에 의해 발생하는 전자파를 검출하는 비접촉 검사의 실시라 하는 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러가지 변경할 수 있다.

도 3에 나타낸 바와 같이, 레이저 조사기(10O1)로부터 출사된 펄스 레이저 광은 스플리터(1002)에 의해 검사용 레이저 광(이하, 펌프 광이라 함)(B)과 전자파 검출기 구동용의 트리거용 레이저(이하, 프로브 광이라 함)(C)로 분리된다. 펌프 광(B)은 광을 모음 렌즈(1004)와 하프 미러(예를 들면, 투명전막(ITO막)을 갖는 것)(1005)를 통해서 스테이지(1003) 상에 배치된 검사 대상의 반도체 디바이스(D)에 조사된다. 반도체 디바이스(D)는 스테이지(1003)에 의해 수평 방향으로 이동된다. 이 검사중의 반도체 디바이스(D)는 무 바이어스 상태이다.

반도체 디바이스(D)에서 발생된 테라헤르츠 전자파는 하프 미러(1005)에 의해 반사되어 법물면(法物面) 거울(1011)을 통해서 전자파 검출기(전자파 검출 수단)(1006)에 도입된다. 전자파 검출기(1006)에는 스플리터(1002)로부터의 프로브 광(C)을 순차 지연하기 위한 시간 지연기(시간 지연 수단)(1008)를 거쳐서 더욱이 반사 미러(1007)를 통해서 트리거용으로서 프로브 광(C)이 조사되어 있다.

이와 같이 해서 전자파 검출기(1006)로 검출된 소정 주파수의 검출 신호(전류 신호임)만을 로크 인 앰프(1009)로 증폭하고, 로크 인 앰프(1009)의 검출 신호 를 컴퓨터 장치(1010)에 입력하고 있다. 컴퓨터 장치(1010)는 로크 인 앰프(1009)의 검출 신호를 해석하고, 단선ㆍ쇼트 등의 반도체 디바이스(D)의 결함이 존재하는지의 여부의 판단 및 스테이지(1003)의 동작 제어 등 검사 장치의 제어를 행하는 결함 검출 수단 및 장치 제어 수단으로서 작용하고 있다.

본 실시형태 1을 도 2에 나타낸 확산 영역(101)을 검사할 경우에 대해서 도 3, 도 4, 도 5(a)~도 5(c), 도 6(a), 도 6(b)를 이용해서 설명한다.

도 4는 도 3에 나타낸 검사 장치에 의해 구조 A를 갖는 반도체 디바이스를 검사할 경우의 검사 처리의 플로우차트를 나타낸다. 도 5(a)~도 5(c)는 펄스 레이저 광을 구조 A에 조사했을 경우에 발생하는 전자파 진폭 파형을 모식적으로 나타내고 있고, 도 5(a)는 기준품으로부터 발생된 전자파 진폭 파형, 도 5(b)는 검사 대상의 반도체 디바이스로부터 발생된 전자파 진폭 파형, 도 5(c)는 감도 교정 후에 검사 대상의 반도체 디바이스로부터 발생된 전자파 진폭 파형을 나타내는 도이다.

도 6(a), 도 6(b)는 펄스 레이저 광을 확산 영역(101)에 조사했을 경우에 발생하는 전자파 진폭 파형을 모식적으로 나타내고 있고, 도 6(a)는 기준품으로부터 발생된 전자파 진폭 파형, 도 6(b)는 검사 대상의 반도체 디바이스로부터 발생된 전자파 진폭 파형을 나타내는 도이다.

도 4의 레이저 조사 공정(S11)에서는 검사 대상인 반도체 디바이스(D)를 스테이지(108)에 설치하고, 구조 A를 구성하는 확산 영역(111)에 펄스 레이저 광(110)을 조사한다.

전자파 진폭 파형의 기록 공정(S12)에서는 레이저 조사 공정(S11)에 의해 검사 대상의 반도체 디바이스(D)로부터 발생된 전자파 진폭 파형을 컴퓨터 장치(1010)에 보존한다.

교정을 행하는지의 여부의 판단을 하는 공정(S13)에서는 도 5(a)의 파형과 도 5(b)의 최대치(V0)와 최대치(V1)를 비교하고, 최대치(V1)가 최대치(V0)와 동일하지 않을 경우, 즉 그것들의 값의 차이가 교정 유무의 기준값 이상이면 감도 교정 공정(S14)을 실시하고, 도 5(c)에 나타낸 전자파 진폭 파형의 최대치를 V2로 해서 다시 감도 교정 공정(S14)을 실행해서 전자파 진폭 강도의 최대치(V0)와 최대치(V2)의 차이가 기준값이하가 되도록 감도 교정을 행한다.

교정 수단은 특히 한정되는 것이 아니지만, 전자파 검출기(1006)에 입사되는 프로브 광(C)의 각도, 또는 검사 대상인 반도체 디바이스(D)에 입사되는 펌프 광(B)의 각도를 조정하면 반도체 디바이스(D)로부터의 전자파 검출 감도가 개선되는 것이 많다.

또한, 교정 유무의 기준값은 동일 조건으로 동일 개소를 연속해서 측정했을 경우 전자파 진폭 파형의 최대치의 차이는 0,5%이하이었기 때문에 교정을 행하는 판단의 기준값은 기준품의 최대치에 대하여 0.5%인 것이 바람직하다. 단, 교정의 기준은 반도체 디바이스(D)의 어떤 기능을 검사하는 지에 의해 다르므로, 이 기준에 한정할 일 없고, 검사 대상에 모두 기준을 변경해도 좋다.

감도 교정 공정(S14)의 실시에 의해, 전자파 진폭 파형의 최대치의 차이가 기준값이하이면 검사 대상의 반도체 디바이스(D)에 있어서의 소정의 검사 위치를 검사하는 공정(S15)으로 진행하고, 검사 위치로부터 발생하는 전자파 진폭 파형의 도 6(b)를 기록한다.

그 후, 판정 공정(S16)에서는 기준품의 검사 위치로부터 발생하는 전자파 진폭 파형의 시간(t5)에 있어서의 전자파 진폭 파형의 값(V00)(도 6(a))과, 검사 대상의 반도체 디바이스(D)로부터 발생하는 전자파 진폭 파형의 값(V1O1)(도 6(b))을 비교하고, 그 차이가 감도 교정 공정(S14)의 실시 유무에서 이용된 판단 기준값이하이면 양품으로 간주하고, 기준값이상이면 그 검사 대상의 반도체 디바이스(D)는 불량품으로 판단된다.

이러한 구성에 의하면, 반도체 디바이스(D)에 구비된 전자파를 용이하게 발생하는 구조를 펄스 레이저 광조사 시의 전자파 진폭 파형의 발생원으로서 기준품을 측정했을 때의 장치 감도와 동일해지도록 감도 교정을 행할 수 있으므로 기준품의 측정시와 검사 대상품의 측정시의 장치 감도 차이에 의해 발생되는 검사 결과의 차이의 양부의 오판단을 방지할 수 있다.

또한, 도 1에 있어서 본 발명의 검사 수단으로 이용되는 구조 A는 기판(3)의 주변부에 배치되어 있지만, 이 구조의 배치 장소는 기판(3)의 주변부에 특정되지 않고, 본 발명의 요지를 실시할 수 있는 범위에서 기판(3)의 어느 부분에 배치해도 좋다.

또한, 본 실시형태 1을 설명하기 위해서 이용한 도 1에서는 반도체 디바이스가 갖는 구조 A는 1개이지만, 도 7에 나타낸 바와 같이 반도체 디바이스에 구조 A와 동일 구조를 갖는 확산 영역(11a)과 배선(12a)으로 이루어지는 구조 Aa, 및 확 산 영역(11b)과 배선(12b)으로 이루어지는 구조 Ab 등을 기판(3) 상에 복수 배치해 두고, 반도체 디바이스의 제조 공정 도중의 불량이나 제조 후의 외부 부하 등의 어떠한 원인에 의해 구조 A로부터 전자파가 방출되지 않을 경우는 구조 Aa 또는 구조 Ab로부터 발생되는 전자파 진폭 파형끼리를 비교하고, 전자파 검출 감도의 교정을 실시해도 좋다.

더욱이, 도 8에 나타낸 바와 같이, 구조 A와 동일 구조를 갖는 구조를 동일 반도체 디바이스 상에 배치할 때 확산 영역(11)과 확산 영역(11c)에 각각 접속되어 있는 배선(12) 및 배선(12c)이 동일 방향(X 방향 또는 Y 방향)일 필요성은 없고, 각각의 배선이 X 방향, Y 방향으로 연장되도록 구조 Ac를 배치해도 좋다. 또는, 배선의 배치에 여유가 있을 경우는 구조 Ad와 같이 배선(12d)을 X 방향 또는 Y 방향으로 신장하는 형상이 아니고, XY 평면상의 임의인 방향으로 신장되도록 배치해도 좋다.

본 실시형태 1에 있어서의 교정 수단의 설명으로서, 전자파 감도 교정을 위해 검출된 도 5(a)와 같은 진폭 파형의 최대치인 시간(t)에 있어서의 V0에 착안하는 예를 나타냈지만, 이 시간에 있어서의 전자파 진폭 강도에 착안할 필요는 없고, 임의 시간에 있어서의 전자파 강도, 예를 들면, 시간(t1)에 있어서의 전자파 진폭 강도(V4)에 착안해서 전자파 검출 감도 교정을 실시해도 좋다.

(실시형태 2)

도 9는 본 발명의 실시형태 2에 있어서의 교정용의 반도체 디바이스를 구비한 비접촉 검사 장치에 의해 전자파 검출기의 교환시의 검출 감도 교정 방법에 대 해서 설명하는 도이다. 또한, 도 9에 있어서, 도 3에서 설명한 구성 요소에 대응해서 동등한 기능을 갖는 것에는 동일 부호를 이용해서 그 설명을 생략한다.

도 9에 나타낸 비접촉 검사 장치에는 전자파를 용이하게 방출하는 구조 A를 갖는 반도체 디바이스(D)를 스테이지(1003)에 구비하고 있고, 스테이지(1003)를 수평 방향 또는 수직 방향으로 이동시킴으로써 펌프 광(B)이 반도체 디바이스(D)에 조사될 수 있는 구조로 되어 있다. 2006은 교환용의 전자파 검출기이다.

펄스 레이저 광을 반도체 디바이스(D)의 소정의 위치에 조사했을 경우에 발생하는 전자파 진폭 파형을 검출하는 전자파 검출기(1006)의 구조의 일예에 대해서 간단히 도 10에 나타낸다.

전자파 검출기(1006)는 기판(1302) 상에 배선(1301)을 증착ㆍ스패터링해서 제조하는 것이며, 실제로는 기판(1302)이 되는 웨이퍼(1303) 상에 복수의 검출기(기판(1302), 배선(1301))를 동시에 제조하고, 그것들을 각각으로 분할한 후, 도 9에는 나타내지 않고 있지만, 전자파 검출기의 유지구에 설치해서 사용한다.

그 때문에, 전자파 검출기(1006)를 교환한 후는 전자파 검출기(2O06)에 입사되는 프로브 광(C)의 각도가 다르거나, 또는 제조 공정 도중에 불량때문에 전자파 검출기(1006)가 정상으로 제조 되어 있지 않을 가능성도 있기 때문에 전자파 검출기(1006)의 동작 확인도 포함시켜서 감도 조절을 행할 필요가 있다.

도 11에 전자파 검출기의 교환시에 있어서 교정 처리를 행하는 플로우차트에 대해서 나타낸다. 전자파 검출기(1006)의 교환에 의해 감도 교정 공정의 필요성 유무의 판단 기준이나 감도 교정의 방식 등은 실시형태 1에 나타낸 것과 동일하기 때 문에 실시형태 1과 다른 점을 중심으로 설명한다.

전자파 검출기 교환 과정(S21)에서는 전자파 검출기(1006)와 교환용의 전자파 검출기(2006)를 교환하고, 여기에는 나타내지 않고 있는 전자파 검출기의 유지구에 설치하고, 이 비접촉 검사 장치에 설치한다.

교정용 반도체 디바이스(E)로부터 발생되는 전자파 진폭 파형을 취득하는 공정(S22)에서는 교환 후의 전자파 검출기(2006)의 펌프 광(B)이 교정용 반도체 디바이스(E)의 구조 A의 위치에 조사되도록 스테이지(1003)를 동작시켜서 그 때에 발생하는 전자파 진폭 파형을 취득한다.

여기서, 도 12(a)~도 12(c)에 교정용 반도체 디바이스(E)의 구조 A에 펄스 레이저 광을 조사했을 때의 전자파 진폭 파형의 모식적인 파형을 나타낸다. 도 12(a)는 전자파 검출기(1006)를 이용했을 때의 전자파 진폭 파형으로 하고, 도 12(b)는 전자파 검출기(2006)을 이용했을 때의 전자파 진폭 파형으로 하고, 도 12(c)는 감도 교정 후에 전자파 검출기(2006)를 이용했을 때에 취득하는 전자파 진폭 파형으로 한다.

전자파 검출기(2O06)의 감도 교정의 필요성 유무를 판단하는 공정(S23)에서는 시간(t15)에 있어서의 전자파 진폭 파형의 값(V150과 V151)을 비교하고, 실시형태 1에서 설명된 판단 기준에 의거해서 감도 교정 유무의 필요성을 판단하고, 감도 교정의 필요성이 있으면 전자파 진폭값이 V152가 되도록 감도 교정 공정(S24)을 실시형태 1에서 설명된 감도 교정 방법에 의해 실시한다.

감도 교정 후에 다시 감도 교정의 필요성을 판단하는 공정(S23)을 실시하고, 최대치의 차이가 기준값이하이면 교정 완료(S25)로 한다.

이러한 구성에 의하면, 전자파 검출기의 교환에 따른 전자파 진폭 파형의 최대치 엇갈림을 감도 보정할 수 있기 때문에 다른 장치에서 취득한 전자파 진폭 파형끼리를 비교할 수 있고, 측정값의 데이터베이스화나 검사 기준의 장치 간에서 유용이 가능하게 되고, 장치의 범용성이 향상된다.

본 실시형태 2에서는 최대치의 차이가 기준값이상의 차이가 있었을 경우에 감도 교정 공정(S24)을 실시한 후 최대치의 차이가 기준값이내로 되는 예를 설명했지만, 교환된 전자파 검출기(2006)의 제조 불량이 원인이 되고, 수회, 감도 교정 공정(S24)을 실시해도, 교환전의 전자파 검출기(1006)와 동일 감도를 내놓을 수 없을 경우도 있으므로 이 경우는 처리S23에 있어서의 판단을 수회 실시했을 경우 최대치의 엇갈림이 기준값이상이어도 감도 교정 공정(S24)을 행하지 않고 종료하고, 다른 전자파 검출기를 설치하고, 감도 교정ㆍ검사를 실시하도록 해도 좋다.

또한, 본 실시형태 2에서는 교정용 반도체 디바이스(E)를 스테이지(1003) 상에 구비하고 있지만, 펌프 광(B)이 조사될 수 있고, 또한 반도체 디바이스(D)로부터 발생하는 전자파 진폭 파형이 전자파 검출기(1006)에 의해 검출될 수 있다고 하는 제약을 충족시키면, 스테이지(1003)에 설치되어 있을 필요성은 없고, 교정용 반도체 디바이스(E)를 장치의 임의의 개소에 설치해도 좋다.

또한, 본 발명은 전술한 실시형태에 한정되지 않고, 본 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서 여러가지 변경할 수 있는 것은 물론이다.

이상과 같이 상기의 각 실시형태의 반도체 디바이스의 검사 방법 및 검사 장 치는 전자파 진폭 파형으로부터 진폭 강도를 취득할 때에 감도 교정이 불충분하기 때문에 발생된 측정 결과의 차이에 영향을 주지 않고, 검사 대상인 반도체 디바이스의 정확한 양부 판정을 행하는 것이 가능해지고, 검사 정밀도를 향상시킬 수 있고, 전자 부품의 기판 상에 전자 회로가 형성된 반도체 디바이스에 있어서의 단선 등의 결함 검출에 있어서 양부의 오판정을 방지로서 유용하다.

본 발명은 검사 대상인 반도체 디바이스의 정확한 양부 판정을 행하는 것이 가능해지고, 각종 반도체 디바이스의 품질 관리의 향상을 실현에 기여할 수 있다.

Claims (4)

1. 무 바이어스 상태로 유지된 복수의 확산 영역을 갖는 검사 대상의 반도체 디바이스에 있어서의 임의의 확산 영역에 펄스 레이저 광을 조사하는 조사 공정;

   상기 반도체 디바이스의 레이저 광 조사 위치로부터 방사된 전자파를 검출해서 상기 전자파의 전장 진폭의 시간 파형에 대응한 시간적으로 변화되는 전압 신호로 변환하는 검출ㆍ변환 공정; 및

   상기 전압 신호로부터 상기 반도체 디바이스 내의 전계 분포를 검출해서 고장 진단을 행하는 고장 진단 공정에 의해 검사하는 반도체 디바이스의 검사 방법에 있어서:

   검사 대상의 반도체 디바이스에 구비되어 있는 상기 전자파의 검출 감도 교정용의 적어도 1개의 배선이 접속된 확산 영역에 상기 펄스 레이저 광을 조사했을 때에 발생하는 상기 전자파의 전장 진폭의 제 1 시간 파형과, 기준품이 되는 반도체 디바이스에 구비되어 있는 상기 교정용 확산 영역에 상기 펄스 레이저 광을 조사했을 때에 발생하는 상기 전자파의 전장 진폭의 제 2 시간 파형을 비교하고;

   상기 제 1 시간 파형의 전자파 진폭 강도의 최대치와, 상기 제 2 시간 파형의 전자파 진폭 강도의 최대치가 동일해지도록 상기 전자파의 검출 감도를 교정한 후에 상기 검사 대상의 반도체 디바이스를 검사하는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스의 검사 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 전자파의 검출 감도 교정용의 확산 영역은 상기 반도체 디바이스가 갖는 상기 복수의 확산 영역과는 전기적으로 접속되어 있지 않는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스의 검사 방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 전자파의 검출 감도의 교정에 있어서 전자파 진폭 강도의 최대치를 비교해서 교정하는 대신에 상기 제 1 시간 파형과 상기 제 2 시간 파형의 전자파 진폭 파형은 특정한 시간에 있어서 전자파 진폭 강도의 값이 동일해지도록 교정되는 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스의 검사 방법.
4. 무 바이어스 상태로 유지된 반도체 디바이스에 소정의 파장을 갖는 펄스 레이저 광을 2차원적으로 주사해서 조사하는 조사 수단;

   상기 반도체 디바이스의 레이저 광 조사 위치로부터 방사된 전자파를 검출해서 상기 전자파의 전장 진폭의 시간 파형에 대응한 시간적으로 변화되는 전압 신호로 변환하는 검출ㆍ변환 수단;

   상기 전압 신호로부터 상기 반도체 디바이스내의 전계 분포를 검출해서 고장 진단을 행하는 고장 진단 수단; 및

   상기 조사 수단의 펄스 레이저 광 조사 범위에 배치된 전자파 감도 교정용의 반도체 디바이스를 구비하고;

   전자파 감도 교정용의 반도체 디바이스에 펄스 레이저 광을 조사해서 발생된 상기 전자파의 검출 감도가 부품 교환 전후에서 동일해지도록 교정될 수 있도록 구성한 것을 특징으로 하는 반도체 디바이스의 검사 장치.

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