JP4290316B2 - 配線ショート箇所の検査方法及び検査装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体デバイスにおける配線のショート箇所を特定する検査方法及び検査装置に関し、特に、櫛形の形状を有する配線について、前記配線の電位分布又は温度分布を測定することによりショート箇所を特定する検査方法及び検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、半導体デバイスにおいて配線のショートは致命的な欠陥となり、半導体デバイスの歩留り低下の大きな要因となる。従って、ショート欠陥の原因を調べることは、半導体デバイスの歩留り向上を図るために極めて重要である。また、ショート欠陥の原因調査にあたり、配線のショート箇所を特定し、このショート箇所を直接観察することが原因の解明にとって重要である。
【０００３】
従来、半導体デバイスの配線のショート箇所を特定するために、光学式の欠陥検査装置が使用されている。しかしながら、従来の光学式の欠陥検査装置では、半導体デバイスの高集積化に伴い配線同士の間隔が狭くなるにつれ、欠陥箇所を特定することが困難になってきている。また、光学式の検査方法では、配線のショートを電気的に検出することができないため、光学式の検査とは別に電気的な検査を実施して配線のショートを確認する必要が生じ、そのため、検査時間が多くかかるという問題点がある。
【０００４】
前記問題点を解決するための手段として、従来、走査型電子顕微鏡（以下、ＳＥＭという）を使用する検査方法が提案されている。例えば、特開平４−３１４０３２号公報には、ＳＥＭを使用して薄膜トランジスタの欠陥を検査する方法が開示されている。この薄膜トランジスタの欠陥検査方法は、ＳＥＭ観察に伴う絶縁部分のチャージアップ現象を利用する方法である。図１０は、特開平４−３１４０３２号公報に開示された薄膜トランジスタの欠陥検査方法を示す図である。ＳＥＭの試料台に薄膜トランジスタ基板１０６を載置し、絶縁して固定する。薄膜トランジスタ基板１０６の全てのゲート線１０７を導電性テープ１０９で短絡し、スイッチ１０１を介してアース線１０２により接地する。また、薄膜トランジスタ基板１０６の全てのソース線１０８を導電性テープ１０３で短絡し、スイッチ１０４を介してアース線１０５により接地する。ゲート線１０７とソース線１０８とのクロスオーバー部分におけるショート欠陥を検査する場合は、スイッチ１０１をオン，スイッチ１０４をオフにする。この状態で、ソース線１０８の上端部分を左右方向にＳＥＭで観察する。クロスオーバー部分でショートが無ければ、全てのソース線１０８は絶縁状態となりチャージアップを起こす。しかし、ショート箇所がある場合はショートしているソース線はチャージアップを起こさないので、他のソース線と区別することができ、ショート箇所の検出が可能となる。
【０００５】
また、「アイ・イー・イー・イー トランスアクションズ・オン・セミコンダクター・マニュファクタリング（IEEE TRANSACTIONS ON SEMICONDUCTOR MANUFACTURING）３８４〜３８９頁（１９９７年）」には、別の検査方法が示されている。図１１はこの検査方法を示す図である。パッド２０１の周囲を取り囲むように配線を配置し、導伝性埋め込み物と拡散層を介して基板に接続された配線２０２を形成する。真空中でパッド２０１に電子線を走査し、発生する二次電子量を検出する。配線がショートしている部分のパッドは２次電子発生量が少なくなるため、ショート箇所を特定することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の技術には以下に示す問題点がある。特開平４−３１４０３２号公報にて開示された方法においては、検査対象とする配線に導電性テープを貼り付ける必要がある。そのため、テストパターンが小さい場合は導電性テープの貼り付けが困難になり、また、基板上にテストパターンが数多く存在する場合は導電性テープの貼り付け作業等により測定に時間がかかるという問題点がある。更に、導電性テープの貼り付けにより基板が汚れるという問題点がある。
【０００７】
「アイ・イー・イー・イー、 トランスアクションズ・オン・セミコンダクター・マニュファクタリング（IEEE TRANSACTIONS ON SEMICONDUCTOR MANUFACTURING）３８４〜３８９頁（１９９７年）」に開示された方法においては、ＳＮ比を大きくするために検査用のパッドを大きくする必要がある。そのため、配線を長くすることが難しく、実際の製品の配線パターンに近いパターンでは検査ができないという問題点がある。また、検査用の配線をアースに接続する必要がありコンタクトの形成プロセスが必要となるため、配線の製造プロセスが多くなり検査に手間がかかるという問題点がある。
【０００８】
更に、前述の検査方法はいずれも真空中で検査を行うため、検査装置に真空ポンプや真空計等の設備が必要となる。そのため、検査装置が複雑かつ高価になり、更に検査に時間を要するという問題点がある。
【０００９】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、半導体デバイスの配線におけるショート箇所を大気中で正確に特定できる検査方法及び検査装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る配線ショート箇所の検査方法は、
第１の櫛型配線の歯の部分である複数の配線と第２の櫛型配線の歯の部分である複数の配線が互い違いに平行に配置されている半導体デバイスの配線ショート箇所を特定する検査方法において、
前記第１の櫛型配線と前記第２の櫛型配線との間に直流電圧を印加する電圧印加工程と、
前記第１の櫛型配線の歯の部分である複数の配線と前記第２の櫛型配線の歯の部分である複数の配線とに直交する第１の方向に沿って電位分布を測定し、電位が周囲の配線と異なり、配線間でショートが発生している配線を特定する第１の特定工程と、
前記第１の特定工程によって特定されたショートが発生している配線に平行な第２の方向に所定の間隔毎に、当該ショートが発生している配線間の電位を測定し、当該配線間の電位の変化に基づいて前記配線ショート箇所の近傍の位置を特定する第２の特定工程と、
前記第２の特定工程によって特定された前記配線ショート箇所の近傍の位置を含む所定の範囲について、前記第２の方向に沿って前記第１の特定工程によって特定されたショートが発生している配線のいずれか一方の電位分布を測定し、当該ショートが発生している配線のいずれか一方の電位の変化に基づいて前記配線ショート箇所を特定する第３の特定工程と、
を備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明においては、配線に直流電流を流したときの配線の電位分布を求め、ショート箇所にて配線の電位が周囲と異なることを利用して、ショート箇所を特定する。これにより、ショート箇所を正確に検査できると共に、電位分布は大気中で測定することができるため、簡便に効率よく検査を行うことができる。
【００１２】
本発明に係る他の配線ショート箇所の検査方法は、
第１の櫛型配線の歯の部分である複数の配線と第２の櫛型配線の歯の部分である複数の配線が互い違いに平行に配置されている半導体デバイスの配線ショート箇所を特定する検査方法において、
前記第１の櫛型配線と前記第２の櫛型配線との間に直流電圧を印加する電圧印加工程と、
前記第１の櫛型配線の歯の部分である複数の配線と前記第２の櫛型配線の歯の部分である複数の配線とに直交する第１の方向に沿って温度分布を測定し、温度が周囲の配線と異なり、配線間でショートが発生している配線を特定する第１の特定工程と、
前記第１の特定工程によって特定されたショートが発生している配線に平行な第２の方向に所定の間隔毎に、当該ショートが発生している各配線の温度分布を測定し、直前に測定された第１の位置に比べて温度変化の傾向が変化する第２の位置を特定する第２の特定工程と、
前記第１の位置と前記第２の位置とを含む所定の範囲について、前記第２の方向に沿って前記第１の特定工程によって特定されたショートが発生している配線のいずれか一方の温度分布を測定し、当該ショートが発生している配線のいずれか一方の温度の変化に基づいて前記配線ショート箇所を特定する第３の特定工程と、
を備えることを特徴とする。
【００１３】
本発明においては、配線に直流電流を流したときの配線の温度分布を求め、ショート箇所にて配線の温度が周囲と異なることを利用して、ショート箇所を特定する。これにより、ショート箇所を正確に検査できると共に、温度分布は大気中で測定することができるため、簡便に効率よく検査を行うことができる。
【００１４】
本発明に係る配線ショート箇所の検査装置は、
第１の櫛型配線の歯の部分である複数の配線と第２の櫛型配線の歯の部分である複数の配線が互い違いに平行に配置されている半導体デバイスの前記第１の櫛型配線と前記第２の櫛型配線との間に直流電圧を印加する電圧印加手段と、
前記第１の櫛型配線の歯の部分である複数の配線と前記第２の櫛型配線の歯の部分である複数の配線とに直交する第１の方向に沿って電位分布を測定して電位が周囲の配線と異なり、配線間でショートが発生している配線を特定し、当該特定されたショートが発生している配線に平行な第２の方向に所定の間隔毎に当該特定されたショートが発生している配線間の電位を測定して当該配線間の電位の変化に基づいて前記配線ショート箇所の近傍の位置を特定し、当該特定された前記配線ショート箇所の近傍の位置を含む所定の範囲について、前記第２の方向に沿って前記特定されたショートが発生している配線のいずれか一方の電位分布を測定して当該ショートが発生している配線のいずれか一方の電位の変化に基づいて前記配線ショート箇所を特定する特定手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る他の配線ショート箇所の検査装置は、
第１の櫛型配線の歯の部分である複数の配線と第２の櫛型配線の歯の部分である複数の配線が互い違いに平行に配置されている半導体デバイスの前記第１の櫛型配線と前記第２の櫛型配線との間に直流電圧を印加する電圧印加手段と、
前記第１の櫛型配線の歯の部分である複数の配線と前記第２の櫛型配線の歯の部分である複数の配線とに直交する第１の方向に沿って温度分布を測定して温度が周囲の配線と異なり、配線間でショートが発生している配線を特定し、当該特定されたショートが発生している配線に平行な第２の方向に所定の間隔毎に当該ショートが発生している各配線の温度分布を測定して直前に測定された第１の位置に比べて温度変化の傾向が変化する第２の位置を特定し、前記第１の位置と前記第２の位置とを含む所定の範囲について前記第２の方向に沿って前記特定されたショートが発生している配線のいずれか一方の温度分布を測定して前記特定されたショートが発生している配線のいずれか一方の温度の変化に基づいて前記配線ショート箇所を特定する特定手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について添付の図面を参照して詳細に説明する。先ず、本発明の第１実施例について説明する。本実施例は、櫛形の配線パターンにおけるショート箇所を走査型電位顕微鏡により特定する検査方法及び検査装置である。
【００１７】
本実施例で使用する検査装置は、検査対象とする配線パターンに直流電圧を印加するための電源、この配線パターンの電位分布を測定するための走査型電位顕微鏡及び前記配線パターンが印刷されている基板を移動させるためのステージを有する。また、本実施例においては、走査型電位顕微鏡として走査ケルビンプローブ顕微鏡を使用する。
【００１８】
図１は、本実施例において検査対象とする配線パターン及び検査装置における前記配線パターンの周辺部分を示す平面図である。図１に示すように、検査対象とする櫛形配線パターン１及び２が絶縁膜１０上に形成されている。ここで、通常、櫛形配線パターン１は櫛形配線パターン２に接続されていないが、ショート欠陥が発生すると、その欠陥部位で櫛形配線パターン１は櫛形配線パターン２に接続される。櫛形配線パターン１はプローブ３に接続され、櫛形配線パターン２はプローブ４に接続されている。プローブ３及び４は櫛形配線パターン１と櫛形配線パターン２との間に直流電圧を印加するためのものであり、プローブ３は電源（図１中には不表示）に接続され、プローブ４は接地されている。
【００１９】
図２は本実施例において検査対象とする配線パターン及び検査装置における前記配線パターンの周辺部分を示す断面図である。櫛形配線パターン１及び２（図２中には不表示）は絶縁膜１０上に形成され、絶縁膜１０は基板１１上に形成されている。更に、基板１１はステージ１３上に搭載されている。ステージ１３は、基板１１を位置精度０．５μｍ以下で１ｍｍ以上移動させるための装置である。また、櫛形配線パターン１及び２の近傍には、櫛形配線パターン１及び２の表面を走査し、櫛形配線パターン１及び２の表面電位及び表面形状を測定するための走査型表面電位顕微鏡の走査プローブ９が設けられている。
【００２０】
次に、本実施例の検査方法について説明する。先ず、複数の櫛形配線パターンについて、通常の電気的導通試験、即ちパッド間に直流電圧を印加して流れる電流の大きさからショート箇所の有無を判断する試験を行い、ショート欠陥を有する櫛形配線パターンを見つける。本実施例においては、例えば、絶縁膜１０の厚さは０．５μｍとし、櫛形配線パターン１及び２をＡｌ配線により形成し、その大きさを１ｍｍ角とする。また、櫛形配線パターン１及び２のＡｌ配線部分の幅及びＡｌ配線部分の間に形成される隙間の幅を０．３μｍとする。
【００２１】
その後、ショート箇所を有する櫛形配線パターン１及び２をステージ１３上に載置する。そして、櫛形配線パターン１及び２のパッドにプローブ３及び４を接続し、プローブ３とプローブ４との間に０．２Ｖの直流電圧を印加しながら、走査プローブ９により櫛形配線パターン１及び２上を走査し電位分布を測定する。このとき走査する位置を、図１の走査線６乃至８により示す。先ず、櫛形配線パターン１及び２の中央に位置する走査線６に沿って電位測定を行い、電位が周囲の配線と異なる配線を探す。図３は、走査線６に沿って走査したときの電位の変化を示す図である。図３において、電位２０及び２１は周囲の配線の電位と異なっており、これらの配線間でショートが発生していることがわかる。
【００２２】
次に、走査線７に沿って、これらの配線のみを一定の間隔毎に走査し、電位を測定する。走査線７の間隔は例えば５０μｍとする。ここで、電位の変化からショート箇所を絞り込む。図４は、走査線７に沿って走査したときの各配線の電位を示す図である。位置Ｃにおいて電位が大きく変化しており、位置Ｃの近傍でショートが発生していることがわかる。
【００２３】
次に、位置Ｃの近傍を走査線８に沿って走査し、電位の変化からショート箇所を特定する。図５は、走査線８に沿って走査したときの電位の変化を示す図である。図５の位置２２において変極点が認められ、位置２２の右側では電位の変化が小さくなっている。この電位変化が小さくなる位置２２が配線間のショート箇所である。その後、このショート箇所付近を原子間力顕微鏡により測定して、ショート欠陥の形状を検出する。
【００２４】
このように本実施例によれば、形状が実際の製品に極めて近い配線パターンにおいて、ショート箇所を高精度で特定することができる。また、簡単な1マスクの櫛形の検査パターンにより欠陥箇所を特定できる。更に、大気圧中で検査できるため、検査方法及び検査装置が簡便になり、効率よくショート箇所の検査を行うことが可能である。
【００２５】
なお、本実施例においては、走査型表面電位顕微鏡として走査ケルビンプローブ顕微鏡を使用したが、表面走査トンネル電位計又はその他の測定装置を使用してもよい。
【００２６】
次に、本発明の第２実施例について説明する。本実施例は、櫛形の配線パターンにおけるショート箇所を走査型温度顕微鏡により特定する検査方法及び検査装置である。
【００２７】
本実施例で使用する検査装置は、検査対象とする配線パターンに直流電圧を印加するための電源、この配線パターンの温度分布を測定するための走査型温度顕微鏡及び前記配線パターンが印刷されている基板を移動させるためのステージを有する。
【００２８】
本実施例において検査対象とする配線パターン及び検査装置における前記配線パターンの周辺部分は、第１実施例において使用したものと同じである。図１に示すように、検査対象とする櫛形配線パターン１及び２が絶縁膜１０上に形成されている。ここで、通常、櫛形配線パターン１は櫛形配線パターン２に接続されていないが、ショート欠陥が発生すると、その欠陥部位で櫛形配線パターン１は櫛形配線パターン２に接続される。櫛形配線パターン１はプローブ３に接続され、櫛形配線パターン２はプローブ４に接続されている。プローブ３及び４は櫛形配線パターン１及び２に直流電圧を印加するためのものであり、プローブ３は電源（図１中には不表示）に接続され、プローブ４は接地されている。
【００２９】
図６は、本実施例において検査対象とする配線パターン及び検査装置における前記配線パターンの周辺部分を示す断面図である。櫛形配線パターン１及び２（図６中には不表示）は絶縁膜１０上に形成され、絶縁膜１０は基板１１上に形成されている。更に、基板１１はステージ１３上に搭載されている。ステージ１３は、基板１１を位置精度０．５μｍ以下で１ｍｍ以上移動させるための装置である。また、櫛形配線パターン１及び２の近傍には、櫛形配線パターン１及び２の表面を走査し、櫛形配線パターン１及び２の表面温度及び表面形状を測定するための走査型表面温度顕微鏡の走査プローブ１２が設けられている。
【００３０】
次に、本実施例の検査方法について説明する。先ず、複数の櫛形配線パターンについて、通常の電気的導通試験、即ちパッド間に直流電圧を印加して流れる電流の大きさからショート箇所の有無を判断する試験を行い、ショート欠陥を有する櫛形配線パターンを見つける。本実施例においては、例えば、絶縁膜１０の厚さは０．５μｍとし、櫛形配線パターン１及び２をＡｌ配線により形成し、その大きさを１ｍｍ角とする。また、櫛形配線パターン１及び２のＡｌ配線部分の幅及びＡｌ配線部分の間に形成される隙間の幅を０．３μｍとする。
【００３１】
その後、ショート箇所を有する櫛形配線パターン１及び２をステージ１３上に載置する。そして、櫛形配線パターン１及び２のパッドにプローブ３及び４を接続し、プローブ３とプローブ４との間に０．２Ｖの直流電圧を印加しながら、走査プローブ１２により櫛形配線パターン１及び２上を走査し温度分布を測定する。このとき走査する位置を、図１の走査線６乃至８により示す。先ず、櫛形配線パターン１及び２の中央に位置する走査線６に沿って温度測定を行い、温度が周囲の配線と異なる配線を探す。図７は、走査線６に沿って走査したときの温度の変化を示す図である。図７において、温度３０及び３１は周囲の配線の温度と異なっており、これらの配線間でショートが発生していることがわかる。
【００３２】
次に、走査線７に沿って、これらの配線のみを一定の間隔毎に走査し、温度を測定する。走査線７の間隔は例えば５０μｍとする。ここで、温度の変化からショート箇所を絞り込む。図８は、走査線７に沿って走査したときの各配線の温度を示す図である。位置Ｂと位置Ｃとの間で、各櫛形配線パターンの温度変化の傾向が変わっていることがわかる。
【００３３】
次に、位置Ｂ及びＣの近傍を走査線８に沿って走査し、温度の変化からショート箇所を特定する。図９は、位置Ｂ及びＣの近傍の温度分布を示した図である。図９において、黒点密度が高い部分は相対的に高温である部分、黒点密度が低い部分は相対的に低温である部分を示している。図９よりショート箇所を識別することができる。その後、このショート箇所付近を原子間力顕微鏡により測定して、ショート欠陥の形状を検出する。
【００３４】
このように本実施例によれば、配線パターンの温度分布を測定することにより、第１実施例と同様に、製品に極めて類似している配線パターンにおいて、ショート箇所の特定を高精度で行なうことができる。また、大気圧中で検査できるため検査方法及び検査装置が簡便になり、効率よくショート箇所の検査を行うことが可能である。更に、第１実施例と比較して、配線下の絶縁膜のチャージアップによる影響を受けにくいという利点がある。
【００３５】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、半導体デバイスの配線における電位分布又は温度分布を測定することにより、大気中で正確にショート箇所を特定することができる。また、本発明の検査方法及び検査装置は、検査対象とする半導体デバイスに新たな配線及び導電性テープ等を設ける必要がないため、半導体デバイスを汚すことなく短時間で効率よく半導体デバイスのショート欠陥検査を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例における検査装置の検査部分及び検査対象とする配線パターンを示す平面図である。
【図２】この第１実施例における検査装置の検査部分及び検査対象とする櫛形配線パターンを示す断面図である。
【図３】第１実施例において走査線６に沿って走査したときの各配線の電位を示す図である。
【図４】第１実施例において走査線７に沿って走査したときの各配線の電位を示す図である。
【図５】第１実施例において走査線８に沿って走査したときの電位の変化を示す図である。
【図６】本発明の第２実施例における検査装置の検査部分及び検査対象とする櫛形配線パターンを示す断面図である。
【図７】この第２実施例において走査線６に沿って走査したときの各配線の温度を示す図である。
【図８】第２実施例において走査線７に沿って走査したときの各配線の温度を示す図である。
【図９】第２実施例においてショート箇所近傍の温度分布を示す図である。
【図１０】従来の薄膜トランジスタの欠陥検査方法を示す図である。
【図１１】従来の半導体デバイスの欠陥検査方法を示す図である。
【符号の説明】
１、２；櫛形配線パターン
３，４；プローブ
５；ショート箇所
６，７，８；走査線
９；走査プローブ
１０；絶縁膜
１１；基板
１２；走査プローブ
１３；ステージ
２０、２１；ショート配線の電位
２２；ショート欠陥の位置
２３；櫛形配線パターン１における配線の電位
２４；櫛形配線パターン２における配線の電位
３０、３１；ショート配線の温度
３３；櫛形配線パターン１における配線の温度
３４；櫛形配線パターン２における配線の温度
１０１、１０４；スイッチ
１０２、１０５；アース線
１０３、１０９；導電性テープ
１０７；ゲート線
１０８；ソース線
２０１；パッド
２０２；配線
２０３；アース線
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体デバイスにおける配線のショート箇所を特定する検査方法及び検査装置に関し、特に、櫛形の形状を有する配線について、前記配線の電位分布又は温度分布を測定することによりショート箇所を特定する検査方法及び検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
通常、半導体デバイスにおいて配線のショートは致命的な欠陥となり、半導体デバイスの歩留り低下の大きな要因となる。従って、ショート欠陥の原因を調べることは、半導体デバイスの歩留り向上を図るために極めて重要である。また、ショート欠陥の原因調査にあたり、配線のショート箇所を特定し、このショート箇所を直接観察することが原因の解明にとって重要である。
【０００３】
従来、半導体デバイスの配線のショート箇所を特定するために、光学式の欠陥検査装置が使用されている。しかしながら、従来の光学式の欠陥検査装置では、半導体デバイスの高集積化に伴い配線同士の間隔が狭くなるにつれ、欠陥箇所を特定することが困難になってきている。また、光学式の検査方法では、配線のショートを電気的に検出することができないため、光学式の検査とは別に電気的な検査を実施して配線のショートを確認する必要が生じ、そのため、検査時間が多くかかるという問題点がある。
【０００４】
前記問題点を解決するための手段として、従来、走査型電子顕微鏡（以下、ＳＥＭという）を使用する検査方法が提案されている。例えば、特開平４−３１４０３２号公報には、ＳＥＭを使用して薄膜トランジスタの欠陥を検査する方法が開示されている。この薄膜トランジスタの欠陥検査方法は、ＳＥＭ観察に伴う絶縁部分のチャージアップ現象を利用する方法である。図１０は、特開平４−３１４０３２号公報に開示された薄膜トランジスタの欠陥検査方法を示す図である。ＳＥＭの試料台に薄膜トランジスタ基板１０６を載置し、絶縁して固定する。薄膜トランジスタ基板１０６の全てのゲート線１０７を導電性テープ１０９で短絡し、スイッチ１０１を介してアース線１０２により接地する。また、薄膜トランジスタ基板１０６の全てのソース線１０８を導電性テープ１０３で短絡し、スイッチ１０４を介してアース線１０５により接地する。ゲート線１０７とソース線１０８とのクロスオーバー部分におけるショート欠陥を検査する場合は、スイッチ１０１をオン，スイッチ１０４をオフにする。この状態で、ソース線１０８の上端部分を左右方向にＳＥＭで観察する。クロスオーバー部分でショートが無ければ、全てのソース線１０８は絶縁状態となりチャージアップを起こす。しかし、ショート箇所がある場合はショートしているソース線はチャージアップを起こさないので、他のソース線と区別することができ、ショート箇所の検出が可能となる。
【０００５】
また、「アイ・イー・イー・イー トランスアクションズ・オン・セミコンダクター・マニュファクタリング（IEEE TRANSACTIONS ON SEMICONDUCTOR MANUFACTURING）３８４〜３８９頁（１９９７年）」には、別の検査方法が示されている。図１１はこの検査方法を示す図である。パッド２０１の周囲を取り囲むように配線を配置し、導伝性埋め込み物と拡散層を介して基板に接続された配線２０２を形成する。真空中でパッド２０１に電子線を走査し、発生する二次電子量を検出する。配線がショートしている部分のパッドは２次電子発生量が少なくなるため、ショート箇所を特定することができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の技術には以下に示す問題点がある。特開平４−３１４０３２号公報にて開示された方法においては、検査対象とする配線に導電性テープを貼り付ける必要がある。そのため、テストパターンが小さい場合は導電性テープの貼り付けが困難になり、また、基板上にテストパターンが数多く存在する場合は導電性テープの貼り付け作業等により測定に時間がかかるという問題点がある。更に、導電性テープの貼り付けにより基板が汚れるという問題点がある。
【０００７】
「アイ・イー・イー・イー、 トランスアクションズ・オン・セミコンダクター・マニュファクタリング（IEEE TRANSACTIONS ON SEMICONDUCTOR MANUFACTURING）３８４〜３８９頁（１９９７年）」に開示された方法においては、ＳＮ比を大きくするために検査用のパッドを大きくする必要がある。そのため、配線を長くすることが難しく、実際の製品の配線パターンに近いパターンでは検査ができないという問題点がある。また、検査用の配線をアースに接続する必要がありコンタクトの形成プロセスが必要となるため、配線の製造プロセスが多くなり検査に手間がかかるという問題点がある。
【０００８】
更に、前述の検査方法はいずれも真空中で検査を行うため、検査装置に真空ポンプや真空計等の設備が必要となる。そのため、検査装置が複雑かつ高価になり、更に検査に時間を要するという問題点がある。
【０００９】
本発明はかかる問題点に鑑みてなされたものであって、半導体デバイスの配線におけるショート箇所を大気中で正確に特定できる検査方法及び検査装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る配線ショート箇所の検査方法は、
第１の櫛型配線の歯の部分である複数の配線と第２の櫛型配線の歯の部分である複数の配線が互い違いに平行に配置されている半導体デバイスの配線ショート箇所を特定する検査方法において、
前記第１の櫛型配線と前記第２の櫛型配線との間に直流電圧を印加する電圧印加工程と、
前記第１の櫛型配線の歯の部分である複数の配線と前記第２の櫛型配線の歯の部分である複数の配線とに直交する第１の方向に沿って電位分布を測定し、電位が周囲の配線と異なり、配線間でショートが発生している配線を特定する第１の特定工程と、
前記第１の特定工程によって特定されたショートが発生している配線に平行な第２の方向に所定の間隔毎に、当該ショートが発生している配線間の電位を測定し、当該配線間の電位の変化に基づいて前記配線ショート箇所の近傍の位置を特定する第２の特定工程と、
前記第２の特定工程によって特定された前記配線ショート箇所の近傍の位置を含む所定の範囲について、前記第２の方向に沿って前記第１の特定工程によって特定されたショートが発生している配線のいずれか一方の電位分布を測定し、当該ショートが発生している配線のいずれか一方の電位の変化に基づいて前記配線ショート箇所を特定する第３の特定工程と、
を備えることを特徴とする。
【００１１】
本発明においては、配線に直流電流を流したときの配線の電位分布を求め、ショート箇所にて配線の電位が周囲と異なることを利用して、ショート箇所を特定する。これにより、ショート箇所を正確に検査できると共に、電位分布は大気中で測定することができるため、簡便に効率よく検査を行うことができる。
【００１２】
本発明に係る他の配線ショート箇所の検査方法は、
第１の櫛型配線の歯の部分である複数の配線と第２の櫛型配線の歯の部分である複数の配線が互い違いに平行に配置されている半導体デバイスの配線ショート箇所を特定する検査方法において、
前記第１の櫛型配線と前記第２の櫛型配線との間に直流電圧を印加する電圧印加工程と、
前記第１の櫛型配線の歯の部分である複数の配線と前記第２の櫛型配線の歯の部分である複数の配線とに直交する第１の方向に沿って温度分布を測定し、温度が周囲の配線と異なり、配線間でショートが発生している配線を特定する第１の特定工程と、
前記第１の特定工程によって特定されたショートが発生している配線に平行な第２の方向に所定の間隔毎に、当該ショートが発生している各配線の温度分布を測定し、直前に測定された第１の位置に比べて温度変化の傾向が変化する第２の位置を特定する第２の特定工程と、
前記第１の位置と前記第２の位置とを含む所定の範囲について、前記第２の方向に沿って前記第１の特定工程によって特定されたショートが発生している配線のいずれか一方の温度分布を測定し、当該ショートが発生している配線のいずれか一方の温度の変化に基づいて前記配線ショート箇所を特定する第３の特定工程と、
を備えることを特徴とする。
【００１３】
本発明においては、配線に直流電流を流したときの配線の温度分布を求め、ショート箇所にて配線の温度が周囲と異なることを利用して、ショート箇所を特定する。これにより、ショート箇所を正確に検査できると共に、温度分布は大気中で測定することができるため、簡便に効率よく検査を行うことができる。
【００１４】
本発明に係る配線ショート箇所の検査装置は、
第１の櫛型配線の歯の部分である複数の配線と第２の櫛型配線の歯の部分である複数の配線が互い違いに平行に配置されている半導体デバイスの前記第１の櫛型配線と前記第２の櫛型配線との間に直流電圧を印加する電圧印加手段と、
前記第１の櫛型配線の歯の部分である複数の配線と前記第２の櫛型配線の歯の部分である複数の配線とに直交する第１の方向に沿って電位分布を測定して電位が周囲の配線と異なり、配線間でショートが発生している配線を特定し、当該特定されたショートが発生している配線に平行な第２の方向に所定の間隔毎に当該特定されたショートが発生している配線間の電位を測定して当該配線間の電位の変化に基づいて前記配線ショート箇所の近傍の位置を特定し、当該特定された前記配線ショート箇所の近傍の位置を含む所定の範囲について、前記第２の方向に沿って前記特定されたショートが発生している配線のいずれか一方の電位分布を測定して当該ショートが発生している配線のいずれか一方の電位の変化に基づいて前記配線ショート箇所を特定する特定手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１５】
本発明に係る他の配線ショート箇所の検査装置は、
第１の櫛型配線の歯の部分である複数の配線と第２の櫛型配線の歯の部分である複数の配線が互い違いに平行に配置されている半導体デバイスの前記第１の櫛型配線と前記第２の櫛型配線との間に直流電圧を印加する電圧印加手段と、
前記第１の櫛型配線の歯の部分である複数の配線と前記第２の櫛型配線の歯の部分である複数の配線とに直交する第１の方向に沿って温度分布を測定して温度が周囲の配線と異なり、配線間でショートが発生している配線を特定し、当該特定されたショートが発生している配線に平行な第２の方向に所定の間隔毎に当該ショートが発生している各配線の温度分布を測定して直前に測定された第１の位置に比べて温度変化の傾向が変化する第２の位置を特定し、前記第１の位置と前記第２の位置とを含む所定の範囲について前記第２の方向に沿って前記特定されたショートが発生している配線のいずれか一方の温度分布を測定して前記特定されたショートが発生している配線のいずれか一方の温度の変化に基づいて前記配線ショート箇所を特定する特定手段と、
を備えることを特徴とする。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例について添付の図面を参照して詳細に説明する。先ず、本発明の第１実施例について説明する。本実施例は、櫛形の配線パターンにおけるショート箇所を走査型電位顕微鏡により特定する検査方法及び検査装置である。
【００１７】
本実施例で使用する検査装置は、検査対象とする配線パターンに直流電圧を印加するための電源、この配線パターンの電位分布を測定するための走査型電位顕微鏡及び前記配線パターンが印刷されている基板を移動させるためのステージを有する。また、本実施例においては、走査型電位顕微鏡として走査ケルビンプローブ顕微鏡を使用する。
【００１８】
図１は、本実施例において検査対象とする配線パターン及び検査装置における前記配線パターンの周辺部分を示す平面図である。図１に示すように、検査対象とする櫛形配線パターン１及び２が絶縁膜１０上に形成されている。ここで、通常、櫛形配線パターン１は櫛形配線パターン２に接続されていないが、ショート欠陥が発生すると、その欠陥部位で櫛形配線パターン１は櫛形配線パターン２に接続される。櫛形配線パターン１はプローブ３に接続され、櫛形配線パターン２はプローブ４に接続されている。プローブ３及び４は櫛形配線パターン１と櫛形配線パターン２との間に直流電圧を印加するためのものであり、プローブ３は電源（図１中には不表示）に接続され、プローブ４は接地されている。
【００１９】
図２は本実施例において検査対象とする配線パターン及び検査装置における前記配線パターンの周辺部分を示す断面図である。櫛形配線パターン１及び２（図２中には不表示）は絶縁膜１０上に形成され、絶縁膜１０は基板１１上に形成されている。更に、基板１１はステージ１３上に搭載されている。ステージ１３は、基板１１を位置精度０．５μｍ以下で１ｍｍ以上移動させるための装置である。また、櫛形配線パターン１及び２の近傍には、櫛形配線パターン１及び２の表面を走査し、櫛形配線パターン１及び２の表面電位及び表面形状を測定するための走査型表面電位顕微鏡の走査プローブ９が設けられている。
【００２０】
次に、本実施例の検査方法について説明する。先ず、複数の櫛形配線パターンについて、通常の電気的導通試験、即ちパッド間に直流電圧を印加して流れる電流の大きさからショート箇所の有無を判断する試験を行い、ショート欠陥を有する櫛形配線パターンを見つける。本実施例においては、例えば、絶縁膜１０の厚さは０．５μｍとし、櫛形配線パターン１及び２をＡｌ配線により形成し、その大きさを１ｍｍ角とする。また、櫛形配線パターン１及び２のＡｌ配線部分の幅及びＡｌ配線部分の間に形成される隙間の幅を０．３μｍとする。
【００２１】
その後、ショート箇所を有する櫛形配線パターン１及び２をステージ１３上に載置する。そして、櫛形配線パターン１及び２のパッドにプローブ３及び４を接続し、プローブ３とプローブ４との間に０．２Ｖの直流電圧を印加しながら、走査プローブ９により櫛形配線パターン１及び２上を走査し電位分布を測定する。このとき走査する位置を、図１の走査線６乃至８により示す。先ず、櫛形配線パターン１及び２の中央に位置する走査線６に沿って電位測定を行い、電位が周囲の配線と異なる配線を探す。図３は、走査線６に沿って走査したときの電位の変化を示す図である。図３において、電位２０及び２１は周囲の配線の電位と異なっており、これらの配線間でショートが発生していることがわかる。
【００２２】
次に、走査線７に沿って、これらの配線のみを一定の間隔毎に走査し、電位を測定する。走査線７の間隔は例えば５０μｍとする。ここで、電位の変化からショート箇所を絞り込む。図４は、走査線７に沿って走査したときの各配線の電位を示す図である。位置Ｃにおいて電位が大きく変化しており、位置Ｃの近傍でショートが発生していることがわかる。
【００２３】
次に、位置Ｃの近傍を走査線８に沿って走査し、電位の変化からショート箇所を特定する。図５は、走査線８に沿って走査したときの電位の変化を示す図である。図５の位置２２において変極点が認められ、位置２２の右側では電位の変化が小さくなっている。この電位変化が小さくなる位置２２が配線間のショート箇所である。その後、このショート箇所付近を原子間力顕微鏡により測定して、ショート欠陥の形状を検出する。
【００２４】
このように本実施例によれば、形状が実際の製品に極めて近い配線パターンにおいて、ショート箇所を高精度で特定することができる。また、簡単な1マスクの櫛形の検査パターンにより欠陥箇所を特定できる。更に、大気圧中で検査できるため、検査方法及び検査装置が簡便になり、効率よくショート箇所の検査を行うことが可能である。
【００２５】
なお、本実施例においては、走査型表面電位顕微鏡として走査ケルビンプローブ顕微鏡を使用したが、表面走査トンネル電位計又はその他の測定装置を使用してもよい。
【００２６】
次に、本発明の第２実施例について説明する。本実施例は、櫛形の配線パターンにおけるショート箇所を走査型温度顕微鏡により特定する検査方法及び検査装置である。
【００２７】
本実施例で使用する検査装置は、検査対象とする配線パターンに直流電圧を印加するための電源、この配線パターンの温度分布を測定するための走査型温度顕微鏡及び前記配線パターンが印刷されている基板を移動させるためのステージを有する。
【００２８】
本実施例において検査対象とする配線パターン及び検査装置における前記配線パターンの周辺部分は、第１実施例において使用したものと同じである。図１に示すように、検査対象とする櫛形配線パターン１及び２が絶縁膜１０上に形成されている。ここで、通常、櫛形配線パターン１は櫛形配線パターン２に接続されていないが、ショート欠陥が発生すると、その欠陥部位で櫛形配線パターン１は櫛形配線パターン２に接続される。櫛形配線パターン１はプローブ３に接続され、櫛形配線パターン２はプローブ４に接続されている。プローブ３及び４は櫛形配線パターン１及び２に直流電圧を印加するためのものであり、プローブ３は電源（図１中には不表示）に接続され、プローブ４は接地されている。
【００２９】
図６は、本実施例において検査対象とする配線パターン及び検査装置における前記配線パターンの周辺部分を示す断面図である。櫛形配線パターン１及び２（図６中には不表示）は絶縁膜１０上に形成され、絶縁膜１０は基板１１上に形成されている。更に、基板１１はステージ１３上に搭載されている。ステージ１３は、基板１１を位置精度０．５μｍ以下で１ｍｍ以上移動させるための装置である。また、櫛形配線パターン１及び２の近傍には、櫛形配線パターン１及び２の表面を走査し、櫛形配線パターン１及び２の表面温度及び表面形状を測定するための走査型表面温度顕微鏡の走査プローブ１２が設けられている。
【００３０】
次に、本実施例の検査方法について説明する。先ず、複数の櫛形配線パターンについて、通常の電気的導通試験、即ちパッド間に直流電圧を印加して流れる電流の大きさからショート箇所の有無を判断する試験を行い、ショート欠陥を有する櫛形配線パターンを見つける。本実施例においては、例えば、絶縁膜１０の厚さは０．５μｍとし、櫛形配線パターン１及び２をＡｌ配線により形成し、その大きさを１ｍｍ角とする。また、櫛形配線パターン１及び２のＡｌ配線部分の幅及びＡｌ配線部分の間に形成される隙間の幅を０．３μｍとする。
【００３１】
その後、ショート箇所を有する櫛形配線パターン１及び２をステージ１３上に載置する。そして、櫛形配線パターン１及び２のパッドにプローブ３及び４を接続し、プローブ３とプローブ４との間に０．２Ｖの直流電圧を印加しながら、走査プローブ１２により櫛形配線パターン１及び２上を走査し温度分布を測定する。このとき走査する位置を、図１の走査線６乃至８により示す。先ず、櫛形配線パターン１及び２の中央に位置する走査線６に沿って温度測定を行い、温度が周囲の配線と異なる配線を探す。図７は、走査線６に沿って走査したときの温度の変化を示す図である。図７において、温度３０及び３１は周囲の配線の温度と異なっており、これらの配線間でショートが発生していることがわかる。
【００３２】
次に、走査線７に沿って、これらの配線のみを一定の間隔毎に走査し、温度を測定する。走査線７の間隔は例えば５０μｍとする。ここで、温度の変化からショート箇所を絞り込む。図８は、走査線７に沿って走査したときの各配線の温度を示す図である。位置Ｂと位置Ｃとの間で、各櫛形配線パターンの温度変化の傾向が変わっていることがわかる。
【００３３】
次に、位置Ｂ及びＣの近傍を走査線８に沿って走査し、温度の変化からショート箇所を特定する。図９は、位置Ｂ及びＣの近傍の温度分布を示した図である。図９において、黒点密度が高い部分は相対的に高温である部分、黒点密度が低い部分は相対的に低温である部分を示している。図９よりショート箇所を識別することができる。その後、このショート箇所付近を原子間力顕微鏡により測定して、ショート欠陥の形状を検出する。
【００３４】
このように本実施例によれば、配線パターンの温度分布を測定することにより、第１実施例と同様に、製品に極めて類似している配線パターンにおいて、ショート箇所の特定を高精度で行なうことができる。また、大気圧中で検査できるため検査方法及び検査装置が簡便になり、効率よくショート箇所の検査を行うことが可能である。更に、第１実施例と比較して、配線下の絶縁膜のチャージアップによる影響を受けにくいという利点がある。
【００３５】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明によれば、半導体デバイスの配線における電位分布又は温度分布を測定することにより、大気中で正確にショート箇所を特定することができる。また、本発明の検査方法及び検査装置は、検査対象とする半導体デバイスに新たな配線及び導電性テープ等を設ける必要がないため、半導体デバイスを汚すことなく短時間で効率よく半導体デバイスのショート欠陥検査を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例における検査装置の検査部分及び検査対象とする配線パターンを示す平面図である。
【図２】この第１実施例における検査装置の検査部分及び検査対象とする櫛形配線パターンを示す断面図である。
【図３】第１実施例において走査線６に沿って走査したときの各配線の電位を示す図である。
【図４】第１実施例において走査線７に沿って走査したときの各配線の電位を示す図である。
【図５】第１実施例において走査線８に沿って走査したときの電位の変化を示す図である。
【図６】本発明の第２実施例における検査装置の検査部分及び検査対象とする櫛形配線パターンを示す断面図である。
【図７】この第２実施例において走査線６に沿って走査したときの各配線の温度を示す図である。
【図８】第２実施例において走査線７に沿って走査したときの各配線の温度を示す図である。
【図９】第２実施例においてショート箇所近傍の温度分布を示す図である。
【図１０】従来の薄膜トランジスタの欠陥検査方法を示す図である。
【図１１】従来の半導体デバイスの欠陥検査方法を示す図である。
【符号の説明】
１、２；櫛形配線パターン
３，４；プローブ
５；ショート箇所
６，７，８；走査線
９；走査プローブ
１０；絶縁膜
１１；基板
１２；走査プローブ
１３；ステージ
２０、２１；ショート配線の電位
２２；ショート欠陥の位置
２３；櫛形配線パターン１における配線の電位
２４；櫛形配線パターン２における配線の電位
３０、３１；ショート配線の温度
３３；櫛形配線パターン１における配線の温度
３４；櫛形配線パターン２における配線の温度
１０１、１０４；スイッチ
１０２、１０５；アース線
１０３、１０９；導電性テープ
１０７；ゲート線
１０８；ソース線
２０１；パッド
２０２；配線
２０３；アース線
Claims (7)
- 第１の櫛型配線の歯の部分である複数の配線と第２の櫛型配線の歯の部分である複数の配線が互い違いに平行に配置されている半導体デバイスの配線ショート箇所を特定する検査方法において、
前記第１の櫛型配線と前記第２の櫛型配線との間に直流電圧を印加する電圧印加工程と、
前記第１の櫛型配線の歯の部分である複数の配線と前記第２の櫛型配線の歯の部分である複数の配線とに直交する第１の方向に沿って電位分布を測定し、電位が周囲の配線と異なり、配線間でショートが発生している配線を特定する第１の特定工程と、
前記第１の特定工程によって特定されたショートが発生している配線に平行な第２の方向に所定の間隔毎に、当該ショートが発生している配線間の電位を測定し、当該配線間の電位の変化に基づいて前記配線ショート箇所の近傍の位置を特定する第２の特定工程と、
前記第２の特定工程によって特定された前記配線ショート箇所の近傍の位置を含む所定の範囲について、前記第２の方向に沿って前記第１の特定工程によって特定されたショートが発生している配線のいずれか一方の電位分布を測定し、当該ショートが発生している配線のいずれか一方の電位の変化に基づいて前記配線ショート箇所を特定する第３の特定工程と、
を備えることを特徴とする配線ショート箇所の検査方法。 - 第１の櫛型配線の歯の部分である複数の配線と第２の櫛型配線の歯の部分である複数の配線が互い違いに平行に配置されている半導体デバイスの配線ショート箇所を特定する検査方法において、
前記第１の櫛型配線と前記第２の櫛型配線との間に直流電圧を印加する電圧印加工程と、
前記第１の櫛型配線の歯の部分である複数の配線と前記第２の櫛型配線の歯の部分である複数の配線とに直交する第１の方向に沿って温度分布を測定し、温度が周囲の配線と異なり、配線間でショートが発生している配線を特定する第１の特定工程と、
前記第１の特定工程によって特定されたショートが発生している配線に平行な第２の方向に所定の間隔毎に、当該ショートが発生している各配線の温度分布を測定し、直前に測定された第１の位置に比べて温度変化の傾向が変化する第２の位置を特定する第２の特定工程と、
前記第１の位置と前記第２の位置とを含む所定の範囲について、前記第２の方向に沿って前記第１の特定工程によって特定されたショートが発生している配線のいずれか一方の温度分布を測定し、当該ショートが発生している配線のいずれか一方の温度の変化に基づいて前記配線ショート箇所を特定する第３の特定工程と、
を備えることを特徴とする配線ショート箇所の検査方法。 - 前記第３の特定工程により特定された配線ショート箇所の形状を原子間力顕微鏡により測定する形状測定工程を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の配線ショート箇所の検査方法。
- 第１の櫛型配線の歯の部分である複数の配線と第２の櫛型配線の歯の部分である複数の配線が互い違いに平行に配置されている半導体デバイスの前記第１の櫛型配線と前記第２の櫛型配線との間に直流電圧を印加する電圧印加手段と、
前記第１の櫛型配線の歯の部分である複数の配線と前記第２の櫛型配線の歯の部分である複数の配線とに直交する第１の方向に沿って電位分布を測定して電位が周囲の配線と異なり、配線間でショートが発生している配線を特定し、当該特定されたショートが発生している配線に平行な第２の方向に所定の間隔毎に当該特定されたショートが発生している配線間の電位を測定して当該配線間の電位の変化に基づいて前記配線ショート箇所の近傍の位置を特定し、当該特定された前記配線ショート箇所の近傍の位置を含む所定の範囲について、前記第２の方向に沿って前記特定されたショートが発生している配線のいずれか一方の電位分布を測定して当該ショートが発生している配線のいずれか一方の電位の変化に基づいて前記配線ショート箇所を特定する特定手段と、
を備えることを特徴とする配線ショート箇所の検査装置。 - 前記特定手段が、走査型表面電位顕微鏡を含み、該走査型表面電位顕微鏡により電位分布を測定することを特徴とする請求項４に記載の配線ショート箇所の検査装置。
- 第１の櫛型配線の歯の部分である複数の配線と第２の櫛型配線の歯の部分である複数の配線が互い違いに平行に配置されている半導体デバイスの前記第１の櫛型配線と前記第２の櫛型配線との間に直流電圧を印加する電圧印加手段と、
前記第１の櫛型配線の歯の部分である複数の配線と前記第２の櫛型配線の歯の部分である複数の配線とに直交する第１の方向に沿って温度分布を測定して温度が周囲の配線と異なり、配線間でショートが発生している配線を特定し、当該特定されたショートが発生している配線に平行な第２の方向に所定の間隔毎に当該ショートが発生している各配線の温度分布を測定して直前に測定された第１の位置に比べて温度変化の傾向が変化する第２の位置を特定し、前記第１の位置と前記第２の位置とを含む所定の範囲について前記第２の方向に沿って前記特定されたショートが発生している配線のいずれか一方の温度分布を測定して前記特定されたショートが発生している配線のいずれか一方の温度の変化に基づいて前記配線ショート箇所を特定する特定手段と、
を備えることを特徴とする配線ショート箇所の検査装置。 - 前記特定手段により特定された配線ショート箇所の形状を原子間力顕微鏡により測定する形状測定手段を備えることを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載の配線ショート箇所の検査装置。
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