JPH04305954A - 製造プロセスを試験する装置と方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は全般的に半導体の処理
、更に具体的に云えば、半導体集積回路を試験する方法
と装置に関する。

【０００２】

【従来の技術及び課題】半導体を製造する時の重要な一
面は、設計仕様が満されていることを確かめる為、並び
にウェーハ処理の欠陥の源を隔離する為に、回路構造を
試験することである。一般的に、製造中に各々の層又は
製造工程を試験することは非実用的である。その為の時
間と費用の為、プロセス中の試験は限られたことしかで
きない。利用し得るプロセス中の試験方法は、限られた
情報しか得られず、これは時間的にも合わないし、不適
切でもある。特に、従来の方法は欠陥密度（即ちチップ
上にある不良装置の百分率）に関する情報が得られない
。完全な製造後に回路上で行なわれる回路試験構造は、
誤まりが発生したレベルを決定するのが困難である為に
、処理及び設計の誤まりに関する情報が更に限られてい
る。

【０００３】従来の１つの試験方法は、歯と一体のプロ
ーブ・バッドとが交互になったくし形試験構造を半導体
ウェーハの上にのせるものであった。試験構造は集積回
路を製造する間に組上げるか、或いは別個のパイロット
・ウェーハの上に組立て、その構造とそれに要求される
複雑さとを反映する様にする。一旦集積回路が完成する
と、機械的なプローブ試験装置を使って、試験構造にあ
るプローブ・パッドと接触し、電気的に読出す。この読
出しによっては、合格／不合格の表示程度のことしか得
られず、欠陥の場所の情報は得られない。更に、機械的
なプローブ試験装置を使うには、試験構造とプローブの
間の接触の為のプローブ・パッドを使うことを必要とす
る。プローブ・パッドは、プローブの寸法の為に、試験
構造自体よりも可成り余分のスペースを必要とする場合
が多い為、貴重なウェーハ表面の場所が本質的に浪費さ
れることになる。

【０００４】別の試験構造が、１９８９年３月２２日に
マハント・シェッティー他の名前で出願された発明の名
称「走査形電子顕微鏡を基本としたパラメータ試験方法
及び装置」と云う係属中の米国特許出願通し番号第３２
７，０８０号に記載されている。この試験構造では、走
査形電子顕微鏡が発生する電子ビームの照準を試験構造
に合わせる。この試験構造は、構造の格子の中に形成さ
れた複数個のアイランドを有する。アイランドから放出
された２次電子をモニタに表示する。この情報は、アイ
ランドから放出された２次電子の強度を比較することに
より、アイランドが格子から電気的に分離しているか或
いはそれに短絡しているかどうかを検出することができ
る。

【０００５】この試験装置は非常に有効であるが、酸化
物層の様な材料の層がその上に形成されている様な構造
で得られる試験データが限られている。この為、業界に
は、製造の間、集積回路の設計の仕様を正確に試験する
ことのできる試験方法及び装置に対する要望がある。

【０００６】

【課題を解決する為の手段及び作用】この発明では、従
来の装置に伴う欠点並びに問題を実質的に解決した集積
回路の試験方法及び装置が提供される。この発明では、
製造されるウェーハの上に試験構造を形成する。試験構
造は、ウェーハの上に作られた第１及び第２の導電区域
を有する。第１の導電区域に電流を注入し、第１及び第
２の導電区域の間の電流を検出する回路を第２の導電区
域に結合する。

【０００７】この発明は、製造中に装置を試験すること
ができると云う利点をもたらす。更に、十分なビーム・
エネルギを用いると、酸化物層の様な材料の層の下にあ
る構造も同じ様に試験することができる。

【０００８】この発明の一面では、ウェーハの表面に十
分近づけて電極を配置して、第１の導電区域に空中を介
して電流を発生することができる様にする。この発明の
こう云う一面により、真空を必要とせずに試験すること
ができる。

【０００９】この発明並びにその利点について更に詳し
いことは、以下図面について説明するところから明らか
になろう。

【００１０】

【実施例】この発明の好ましい実施例は図面の図１乃至
図５を参照すれば最もよく理解されよう。種々の図面で
、同じ又は対応する部分には同じ参照数字を用いている
。

【００１１】図１ａ−１ｂは、１９８９年３月２２日に
マハント・シェッティー他によって出願された発明の名
称「走査形電子顕微鏡を基本とするパラメータ試験方法
及び装置」と云う係属中の米国特許通し番号第３２７，
０８０号に記載されている試験装置を示す。装置１０は
全体的に、清浄な環境内にある標準的な半導体集積回路
製造ラインに沿って配置される。

【００１２】装置１０が走査形電子顕微鏡（ＳＥＭ）１
４を持ち、これがクランプ１６及びコネクタ・ケーブル
１８等の任意の適当な方法により、ウェーハ１２に電気
的に接続される。ＳＥＭ　　１４がウェーハ１２に電子
ビーム２０を放出する。ビーム２０は矢印２２，２４で
示す様に移動することができ、ラスタ形式でウェーハ１
２を走査する。電子ビーム２０の電子がウェーハ１２の
表面を叩き、図１ｂに示す様な試験構造２５を照射する
。 これは共通区域２５ａ及びサンプル区域（又はアイラン
ド）２５ｂを有する。ビーム２０は入射したサンプル区
域から他の電子を放出させる。線２６で示す様に、こう
して放出された電子又は「２次電子」が、ウェーハ１２
からあらゆる方向に散る。線２８で示す様に、或る２次
電子が電子増倍管３０又はその他の周知の検出器によっ
て検出され、それがモニタ３２又は像プロセッサ３４の
様な他のデータ処理装置にケーブル３６によって信号を
供給する。モニタ３２が、ウェーハ１２上に形成された
試験構造２５に対応する像３８を呈示する。

【００１３】ウェーハ１２上にある試験構造を走査する
のにＳＥＭ　　１４を使うことにより、評価し易い像３
８が得られる。オペレータは、或る製造レベルが完了す
るやいなや、ウェーハ１２を走査することができる。装
置１０は、清浄な環境内にある製造ラインの上に前もっ
て配置しておいて、回路が汚染される惧れを伴わずに、
直ちに正確な試験結果を発生することができる。図面に
示してないが、電子ビーム以外のビームを用いてもよい
。 例えば、イオン・ビーム、光子ビーム又はそれと電子ビ
ームとの組合せを使って、試験構造を照射しても、同じ
様にうまくいく。

【００１４】図２及び３ａはこの発明の第１の実施例を
示す。図１ａについて説明した様に、ＳＥＭ（又はイオ
ン・ビーム源或いは光子ビーム源の様な他の照射ビーム
源）を使って、共通区域３９ａ及びサンプル区域３９ｂ
を持つ試験構造３９（図３ａに示す）を照射する。共通
区域３９ａと予定の電圧４２の間に電流計４０を電気的
に結合する。典型的には、電圧４２はアースに定める。 然し、場合によっては、アースより高い又は低い電圧に
するのが望ましいことがある。

【００１５】電流計４０の出力を監視回路４４に接続す
る。監視回路４４は、電流計４０によって測定された電
流を、照射されているサンプル区域３９ｂの場所と相関
させる様に作用し得る。

【００１６】動作について説明すると、ＳＥＭ　　２４
が発生するビームが、１つのサンプル区域３９ｂに対す
る電流を発生する。照射されるサンプル区域３９ｂが共
通区域３９ａから隔離されていれば、電流計は共通区域
と電圧源４２の間に何ら電流を検出しない。然し、照射
されているサンプル区域が共通区域３９ａに結合されて
いれば、電流計４０によって電流が検出される。この結
果信号が監視回路に送られ、サンプル区域３９ｂと共通
区域３９ａの間にインピーダンスの小さい接続部３９ａ
の間のインピーダンスに直接的な関係を持つ。

【００１７】この発明のこの実施例は、図１に示した回
路に比べて、幾つかの技術的な利点がある。第一に、Ｓ
ＥＭは、試験構造３９の上に形成された酸化物又は窒化
物の層の様な材料の層を透過する十分なエネルギを持つ
電子ビームを発生することができる。典型的には、２０
ｋｅＶを超えるエネルギを持つビームが必要である。こ
の様な材料の層は、図１に示す場合には、２次電子の検
出を妨げる。然し、この発明共通区域３９ａとサンプル
区域３９ｂの間の電流通路を、２次電子の検出を必要と
せずに判定するので、この材料の層を介してウェーハを
試験することができる。

【００１８】同様に、ウェーハ１２の表面の上に保護被
膜が形成される場合が多い。ＳＥＭ３０がサンプル区域
３９ｂを照射することができる様にする為、保護被膜に
窓を形成する。図１の装置１０では、窓の寸法が検出さ
れる２次電子の数に直接的に影響するから、窓はできる
だけ大きくすることになろう。然し、図２の装置では、
２次電子の検出が必要ではないから、窓は小さくするこ
とができる。

【００１９】用途に応じて、図２の回路にこの他の変更
を加えることができる。例えば、特定のサンプル区域３
９ｂを試験しようとする場合、ＳＥＭ　　２４は、小さ
なビーム寸法を保ちながら、特定のサンプル区域３９ｂ
だけに焦点を合わせる程正確でないのが典型的である。 この場合、電子ビームではなく、ウェーハ１２を動かす
装置を設けることが望ましいことがある。レーザ干渉計
の様な現在利用し得る位置ぎめ技術を使うことにより、
ウェーハ１２を正確に位置ぎめすることができる。

【００２０】図３ｂは、ブリッジ４６を介してサンプル
区域３９ｂをわざと共通区域３９ａに短絡させた別の試
験構造３９を示す。希望によっては、ブリッジは色々な
幅に作ることができる。或る幅の時、関連するサンプル
区域３９ｂと共通区域３９ａの間に開路が発生する。図
３に示す試験構造３９を使うことにより、所定のプロセ
スを用いて形成することができる最も小さい幅を決定す
ることができる。

【００２１】図４ａは（図４ｂに示すダイオードの様な
）装置４８の電流及び電圧特性を判定することができる
様にするこの発明の第２の実施例の試験装置を示す。 この実施例では、ＳＥＭ　　２４（又はその他のビーム
源）が発生するビームが、図４ｂに示すダイオードの様
な装置に結合されたサンプル区域３９ｂを照射する。サ
ンプル区域３９ｂがダイオード４８の陰極に結合され、
共通区域３９ａがダイオード４８の陽極に結合される。 電流計４０が共通区域３９ａとアースとして示した電圧
源４２の間に接続される。同様に、トランジスタの様な
この他の装置も試験することができる。

【００２２】動作について説明すると、サンプル区域３
９ｂがＳＥＭ　　２４によって照射され、その結果ダイ
オード４８の陰極に電圧が発生されて、電流計４０に電
流が流れる。陰極の電圧は２次電子の放出から決定する
ことができる。２次電子のエネルギは、Ｊ．Ｖａｃ．Ｓ
ｃｉ．Ｔｅｃｈｎｏｌ．Ｂ誌，第６巻第６号，１９８８
年１１月／１２月号，１９５３頁所載のエイトン他の論
文「電子ビーム試験用の仮想浸漬レンズ分光計の特性」
に記載されている様な２次電子解析装置４９によって検
出することができる。２次電子解析装置４９によって検
出された２次電子の運動エネルギをサンプル区域３９ｂ
及び陰極の電圧と相関させることができる。従って、装
置の電流−電圧特性を決定することができる。

【００２３】図５はこの発明の第３の実施例を示してお
り、電極（又は「チップ」）５２又は電界放出チップを
ウェーハの表面に十分近づけて配置して、空気（又は窒
素或いはアルゴンの様な他の雰囲気）を介して電流を発
生することができる様にしてある。チップ５２をウェー
ハの表面から数オングストローム以内に保つことが好ま
しい。例えば原子力顕微鏡（これは走査形トンネル形顕
微鏡の一変形である）が尖ったチップ５２を持ち、それ
をウェーハ１２の上方２乃至３オングストロームの距離
の所に保持することができる。チップ５２を電圧源に接
続することができる。この結果、チップ５２とサンプル
区域３９ｂの間には、トンネル作用により、又は電界放
出により、電流の微小ビームが生ずる。これは場合によ
っては、図２の装置よりも可成り有利である。それは、
ＳＥＭによって発生された電子ビームは真空中で使わな
ければならないからである。この為、電極をウェーハの
表面に十分近づけて配置することにより、真空中で試験
することに伴う厄介さを避けることができる。

【００２４】この発明を詳しく説明したが、特許請求の
範囲によって定められたこの発明の範囲を逸脱せずに、
こゝで説明した実施例に種々の変更、置換を加えること
ができることを承知されたい。

【００２５】この発明は以上の開示に関連して、更に下
記の実施態様を有する。 （１）　　第１及び第２の導電区域を持つ試験構造を含
んでいる様なウェーハの製造プロセスを試験する装置に
於て、物理的な接触をせずに前記第１の導電区域に電流
を発生する様に作用し得る装置と、前記試験構造に結合
されていて、前記第１及び第２の導電区域の間の電流を
検出する電流検出回路とを有する装置。

【００２６】（２）　　（１）項に記載した装置に於て
、電流を発生する装置が電子ビームを発生する様に作用
し得る装置。

【００２７】（３）　　（１）項に記載した装置に於て
、電流を発生する装置が光子ビームを発生し得る様に作
用し得る装置。

【００２８】（４）　　（１）項に記載した装置に於て
、電流を発生する装置がイオン・ビームを発生する様に
作用し得る装置。

【００２９】（５）　　（１）項に記載した装置に於て
、電流を発生する装置がトンネル電流を発生する様に作
用し得る装置。

【００３０】（６）　　（１）項に記載した装置に於て
、電流を発生する装置が電界放出電流を発生する様に作
用し得る装置。

【００３１】（７）　　（１）項に記載した装置に於て
、試験構造が複数個の第１の導電区域を有する装置。

【００３２】（８）　　（７）項に記載した装置に於て
、電流検出回路が、第２の導電区域と予定の電位の間の
電流を検出する装置。

【００３３】（９）　　（８）項に記載した装置に於て
、第１の導電区域が第２の導電区域から色々な距離の所
に配置されていて、第１の導電区域を形成するプロセス
の最大の分解能を決定することができる様にした装置。

【００３４】（１０）　　（１）項に記載した装置に於
て、電流を発生する装置が、材料の層を介して第１の導
電区域に電流を誘起するのに十分なエネルギを持つビー
ムを発生する様に作用し得る装置。

【００３５】（１１）　　集積回路の製造を試験する方
法に於て、第１及び第２の導電区域を含む試験構造を製
造の間に形成し、前記第１の導電区域に物理的に接触せ
ず前記第１の導電区域に電流を発生し、前記第１及び第
２の導電区域の間に電流を検出する工程を含む方法。

【００３６】（１２）　　（１１）項に記載した方法に
於て、電流を発生する工程が、第１の導電区域を照射す
る電子ビームを発生する工程を含む方法。

【００３７】（１３）　　（１１）項に記載した方法に
於て、電流を発生する工程が、第１の導電区域を照射す
る光子ビームを発生する工程を含む方法。

【００３８】（１４）　　（１１）項に記載した方法に
於て、電流を発生する工程が、第１の導電区域を照射す
るイオン・ビームを発生する工程を含む方法。

【００３９】（１５）　　（１１）項に記載した方法に
於て、電流を発生する工程が、第１の導電区域と、該第
１の導電区域の表面に接近した電極の間に電流を発生す
る工程を含む方法。

【００４０】（１６）　　（１５）項に記載した方法に
於て、電流を発生する工程が、トンネル電流を発生する
工程を含む方法。

【００４１】（１７）　　（１５）項に記載した方法に
於て、電流を発生する工程が、電界放出電流を発生する
工程を含む方法。

【００４２】（１８）　　（１１）項に記載した方法に
於て、検出する工程が第２の導電区域及び予定の電位の
間に結合された電流計を通る電流を検出する工程を含む
方法。

【００４３】（１９）　　（１１）項に記載した方法に
於て、発生する工程が、材料の層を透過するのに十分な
エネルギを持つビームを発生することにより、第１の導
電区域に電流を誘起する工程を含む方法。

【００４４】（２０）　　ウェーハの上に形成された第
１及び第２の領域を持つ集積回路を試験する装置に於て
、集積回路装置の第１の領域に電圧を発生する様に作用
し得る電圧発生装置と、前記電圧に応答して発生された
２次電子から、前記第１の領域の電圧を決定する２次電
子検出装置と、第２の領域に結合されていて、第１及び
第２の領域の間の電流を検出する電流検出回路とを有す
る装置。

【００４５】（２１）　　第１及び第２の部分を持つ集
積回路装置を試験する方法に於て、第１の部分に電圧を
発生し、この電圧に応答して発生された２次電子のエネ
ルギを測定して、第１の部分の電圧の大きさを決定し、
第１及び第２の部分の間の電流を測定する工程を含む方
法。

【００４６】（２２）　　（２１）項に記載した方法に
於て、電圧を発生する工程が、第１の導電区域を照射す
る電子ビームを発生する工程を含む方法。

【００４７】（２３）　　（２１）項に記載した方法に
於て、電圧を発生する工程が、第１の導電区域を照射す
る光子ビームを発生する工程を含む方法。

【００４８】（２４）　　（２１）項に記載した方法に
於て、電圧を発生する工程が、第１の導電区域を照射す
るイオン・ビームを発生する工程を含む方法。

【００４９】（２５）　　（２１）項に記載した方法に
於て、電圧を発生する工程が、第１の導電区域と該第１
の導電区域の表面に接近した電極の間に電流を発生する
工程を含む方法。

【００５０】（２６）　　走査形電子顕微鏡（ＳＥＭ）
２４又はその他の照射装置を使って、集積回路ウェーハ
の表面に形成された試験構造３９のサンプル区域３９ｂ
に電位を発生する。照射されたサンプル区域と共通区域
３９ａの間の導電通路を、サンプル区域３９ｂ及び電圧
源４２の間に接続された電流計４０を用いて検出する。 監視回路４４が、共通区域３９ａに電気的に結合された
サンプル区域３９ｂを表わす出力を発生する。

【図面の簡単な説明】

【図１】ａは従来開発された集積回路試験装置の斜視図
。ｂは図１ａの装置に関連して使われる試験構造の斜視
図。

【図２】この発明の第１の実施例の集積回路試験装置を
示す図。

【図３】図２の装置と共に使われる試験構造の図。

【図４】ａは集積回路装置のｉ−ｖ特性を試験すること
ができる様なこの発明の第２の実施例の図。ｂは図４ａ
の実施例を使って試験されるダイオードの回路図。

【図５】この発明の第３の実施例の図。

【符号の説明】 １２　　ウェーハ ２４　　走査形電子顕微鏡 ３９　　試験構造 ３９ａ　　共通区域 ３９ｂ　　アイランド ４０　　電流計

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　第１及び第２の導電区域を持つ試験構
   造を含んでいる様なウェーハの製造プロセスを試験する
   装置に於て、物理的な接触をせずに前記第１の導電区域
   に電流を発生する様に作用し得る装置と、前記試験構造
   に結合されていて、前記第１及び第２の導電区域の間の
   電流を検出する電流検出回路とを有する装置。
2. 【請求項２】　　集積回路の製造を試験する方法に於て
   、第１及び第２の導電区域を含む試験構造を製造の間に
   形成し、前記第１の導電区域に物理的に接触さず前記第
   １の導電区域に電流を発生し、前記第１及び第２の導電
   区域の間に電流を検出する工程を含む方法。