专利名称：半导体装置的检查方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及半导体装置的检查方法及装置，特别涉及使用了磁场检出器的显微镜所涉及的导体装置的故障部位的收敛所适宜的装置和方法。
背景技术：
作为半导体晶片等试料的非破坏性检查，使用了扫描雷射(レ一ザ)SQUID(Superconducting Quantum Interference Device；超导量子干涉元件)显微镜的检查法是公知的。扫描雷射SQUID显微镜是对于某种缺陷，在向缺陷部或其关联部位照射了雷射时，电流就会流动，用SQUID磁通量计检出由电流诱起的磁场，通过雷射或扫描试料来获得像(非专利文献1)。对作为试料的半导体基板照射雷射束的话，由于雷射束的照射而产生了的电子·空穴对就由于pn结部等的电场而成为电流，将其称为OBIC(Optical Beam Induced Current)电流。或是，在雷射束照射加热时，由于缺陷等而产生温度梯度的不均衡，也会有由于热电效应而流动的电流(参照非专利文献1，专利文献1等)。
另外，在扫描雷射SQUID显微镜法中为了获得实用的S/N(信号对噪声比)，对雷射加以调制，只从被检出的磁场信号中取出与调制频率相同频率的信号(检波)的方法也可以采用。在非专利文献1中，作为此调制频率的选择基准，披露了选取环境噪声少的频率的情况，具体选8.3kHz。另一方面，在非专利文献2中，披露了为了缩短取得扫描雷射SQUID显微镜法像的时间，改善现有最大为10kHz的系统而构筑了最大可达100KHz的系统的情况。
专利文献1特开2002-313859号公报非专利文献1二川 清、井上 彰二”走查レ一ザS Q U ID顕微镜の試作·評価と故障·不良解析および工程モニタへの応用提案—完全非接触·非破壊の新解析手法—”L S Iテスティングシンポジゥム/2000会議録(H12.11.9-10)、第203-208頁非专利文献2二川 清、中山 英夫”ゥェハ裹面観察でサブミクロンの空間分解能を有する走查レ一ザS Q U I D顕微镜の試作”L S Iテスティングシンポジゥム/2002 会議録(H14.11.7-8)、第275-280頁非专利文献3酒井 哲哉、二川 清、”完成チツプ作りニみ不良品の走查レ一ザS Q U I D顕微镜にとる観察”L S Iテスティングシンポジゥム/2004会議録(H16.11.10-12)、第341-345頁发明内容发明打算解决的课题用扫描雷射SQUID显微镜所涉及的检查手法获得的像给出了雷射照射所涉及的p-n结等的光电流产生部位，不过，在现有检查手法中，除了特别的场合，此部位(雷射照射所涉及的p-n结等的光电流产生部位)看起来模糊，与光学显微镜的像相比，只能获得空间分辨率特别差的像，这是其课题。
因此，在现有检查手法中，故障产生部位的收敛精度非常高，例如非专利文献3所示，为100微米的程度。
用于解决课题的方案本发明提供一种比现有手法提高雷射的调制频率，从而解决上述课题的全新的手法。
例如以比以前最大为100kHz的高的100kHz以上的频率加以调制，获得扫描雷射SQUID显微镜法像。
本发明所涉及的方法，其特征在于，包含生成基于与例如基准信号同步了的调制信号进行强度调制所得的调制雷射光，用上述调制雷射光扫描试料的步骤；用磁场检出器检出来自上述试料的磁场的步骤；以及检出用上述磁场检出器检出了的磁场信号中与上述调制信号相同频率成分的信号，把检波所得的信号作为像显示用信号而输出的步骤，上述调制信号的频率高于100kHz。
本发明所涉及的装置，具备对试料照射以高于100kHz的调制频率进行调制所得的调制雷射光，接受来自检出来自上述试料的磁场的磁场检出器的磁场信号，提取与上述调制频率相同频率成分的信号的检波器；以及把由上述检波器提取了的信号用作像显示信号来显示的单元。
本发明所涉及的装置，具备作为雷射光，生成基于与基准信号同步了的调制信号进行强度调制所得的调制雷射光的调制束生成部；向试料照射调制雷射光的光学系统；磁场检出器；对上述试料相对地扫描上述调制雷射光的扫描单元；接受来自上述磁场检出器的磁场信号，提取与上述调制频率相同频率成分的信号的检波器；以及根据上述检波所得的信号，获得磁场分布的像的单元，上述调制信号的频率高于100kHz。
发明效果根据本发明，能以比现有方法高的空间分辨率取得扫描像。其理由如后边详述的，是因为在调制频率的一周期内少数载流子扩散的距离随着频率的变高而变短。
图1是用于说明本发明的一实施方式的图。
图2(A)是表示本发明的一实施例的装置构成的图，(B)是示意地表示磁场信号、基准信号、调制信号的定时波形的图。
标号说明1基准信号2调制信号3SQUID输出信号4磁场信号5强度信号6相位差7相位差信号8图像显示信号10 调制束生成部11 脉冲产生器12 雷射光产生器13 光学系统单元14 光纤20 磁场检出部21 SQUID磁通量计22 电子电路(SQUID电子电路)30 信号提取部40 系统控制部(控制部)50 显示部51 PC(个人电脑)52 显示器61 调制束63 磁场(磁通量)65 磁屏蔽70 样品71 试料台
81 强度像82 相位差像100 非破坏解析装置110 IC芯片111 硅基板112 pn结部113 布线(LSI内部布线)114 电极部120 磁通量计130 检波器140 显示装置具体实施方式
为更加详细述说上述本发明，以下参照附图来说明实施方式。在本发明中，使检查对象样品(试料)和雷射束的照射位置相对地移动而扫描试料，用高灵敏度磁场传感器检出磁场，获得磁场分布等的像。图1是用于说明本发明的检查方法的图。
根据本发明，首先如图1所示，从IC芯片110的背面，照射以特定的频率进行强度调制所得的雷射束，由于雷射束照射，OBIC电流(光电流)等流动的话，磁场就被诱起，由配置在芯片主面侧而构成磁场检出器的磁通量计(高灵敏度磁场传感器)120来检出磁通量。在IC芯片背面扫描雷射束(或固定雷射光而移动试料)，使由磁通量计120检出了的磁通量的强度与IC芯片110的扫描位置信息对应，在显示装置上例如对其进行灰度等级显示(亮度显示)，从而就能获得与磁场分布对应的2维像。
另外，磁通量计120输出与磁场的强度对应的输出电压，在信号处理装置(或数据处理装置)中，把从磁通量计120输出，由检波器130只选择雷射的调制频率的信号所得的信号转换为与雷射的照射位置对应的像素的灰度等级数据，显示在显示装置140上。由此获得磁场分布的图像数据(磁场分布等的扫描像)。从IC芯片背面照射雷射束是为了让雷射束到达IC芯片110的硅基板111的基板表面近旁的pn结部112。即，从IC芯片110的主面侧照射的话，雷射束就会被IC芯片的硅基板111上层的金属布线层等反射，不能到达硅基板111表面近旁的pn结部112。还有，检查晶片、芯片时，优选的是，预先对晶片、芯片背面进行镜面研磨(后加工)。
图1是对于显示装置140，与调制频率对应而示意地表示硅基板111内的基板表面近旁的pn结部112的扫描像。另外，在图1中，作为显示装置140所涉及的扫描显微镜像的显示例，为了彻底说明，例示了调制频率的相对的高、中、低3个显示图像(a)、(b)、(c)，不过，不是意味着同时显示3个，当然可以各自分别显示。如图1所示，调制频率越高，像的空间分辨率越好。在本实施方式中，作为磁通量计120，优选的是采用SQUID磁通量计。只要是高灵敏度磁场传感器即可，不限于SQUID磁通量计。
以下对于调制频率越高空间分辨率越好的理由进行研究。图1中为了简化说明，表示了取一个pn结部112的扫描显微镜像的场合。将雷射加以调制，扫描包含pn结的区域。雷射触及pn结部112的话，光电流就会产生，通过连接在pn结两端的电极部114，电流就在LSI内部布线113中流动。用磁通量计120检出此电流诱起的磁场作为磁场信号，将其用于显示装置140上的像显示。
如上所述，不是把磁场信号全部用于像显示，而是用检波器130只取出(检波)与雷射的调制频率相同频率的成分，将其用于像显示用信号。
即使雷射不是正好触及pn结部112，也会有光电流流动。其理由可以用所谓载流子扩散的现象来说明。载流子扩散是在载流子密度不均匀的场合发生的扩散，在由于雷射束照射而生成了电子·空穴对的场合的少数载流子适合此条件。
雷射向硅基板(Si)照射的话，就会生成电子·空穴对。在被照射了的部位是pn结部的场合，由于处于那里的耗尽层的内部电场，电子和空穴立刻被拉开而变成电流。
另一方面，在被照射了的部位是pn结部以外的场合，产生了的少数载流子通过扩散而均等地扩展到周围。并且，少数载流子一边扩展，一边再结合而消灭。少数载流子在消灭之前，走到pn结部的话，就由于内部电场而成为光电流。
根据此说明可知，在雷射的调制频率低的场合，由于雷射照射而产生了的载流子在一周期内能走到的区域扩展了。
例如，如图1的显示装置140上的显示像的表示「低」的像(c)所示，能获得圆状地扩展了的像。
再提高频率的话，如表示为「中」的像(b)所示，扩展就会减少。
进一步提高频率的话，如表示为「高」的像(a)所示，大体上只能获得pn结部的像。
这样，通过提高调制频率来偿试提高像的空间分辨率。上述显示像的实验及其考察是由本申请的发明者完全独自找到的。
即，以前没有认识到像的扩展这样随频率而变的情况。因此，雷射的调制频率的选择如上所述，例如非专利文献1那样，选取环境噪声小的频率，或者如非专利文献2那样为了缩短扫描雷射SQUID显微镜像取得时间而开发高频率的系统。
环境噪声小的频率可以与频率的高低无关地选择。还有，如果以缩短像取得时间为目的，100kHz的程度的频率是充分的，因而不需要开发能选择高于100kHz的频率的系统。
根据本发明，通过使调制频率高于100kHz，能把现有方法中的100微米程度的空间分辨率提高一数量级以上。以下就实施例进行说明。
实施例图2(A)是表示用于实施本发明的装置构成的一实施例的图。图2(B)是说明图2(A)的基准信号1、调制信号2、磁场信号4的定时波形的一个例子的图。参照图2(A)，此检查装置具备生成、汇聚由与给定的基准信号1同步了的调制信号2强度调制所得的调制光而生成调制束61的调制束生成部10；搭载样品70，使得向样品的给定的照射位置照射调制束61而移动的试料台71；检出由向样品70照射了调制束61时生成的电流诱起的磁场(磁通量)，输出磁场信号4的磁场检出部20；提取磁场的强度、基准信号1和磁场信号4的相位差6(参照图2(B))，将其分别作为强度信号5和相位差信号7来输出的信号提取部30；进行调制束61向样品70的照射的控制和按照照射位置信息的试料台71的定位控制，输入强度信号5和相位差信号7，使之与照射位置信息对应而将其输出的系统控制部(记作「控制部」)40；以及输入强度信号5和相位差信号7中的至少1方和照射位置信息而进行图像显示的显示部50。
调制束生成部10具备生成、输出基准信号1及与基准信号1同步了的调制信号2(参照图2(B))的脉冲产生器11；由附带了调制机构的光纤雷射等构成，生成由从脉冲产生器11输出了的调制信号2强度调制所得的调制光(雷射光)的雷射光产生器12；对雷射光进行导波的光纤14；以及汇聚由光纤14导波了的光而生成调制束61的光学系统单元13。
磁场检出部20具备构成高灵敏度磁场传感器的SQUID磁通量计21；以及控制SQUID磁通量计21，根据SQUID磁通量计21的输出信号3(电压输出)来生成、输出磁场信号4的电子电路(也称为「SQUID电子电路」)22。例如SQUID磁通量计21采用高温超导型SDQUID磁通量计。电子电路22可以采用FLL(Flux-Locked Loop)电路。SQUID磁通量计21应达到能检出与具有给定的高调制频率的雷射光对应的按给定的频率变化的磁通量的程度的高灵敏度。
没有特别限制，不过，信号提取部30例如由2相位同步放大器(未图示)构成，从电子电路22输入磁场信号4，对与调制信号2相同频率成分的信号进行检波。另外，信号提取部30也可以把提取了的信号(与调制频率同一频率成分)的强度、磁场信号4和调制信号2的相位差作为输出信号5、7来输出。
还有，控制部40例如由镜台扫描信号来控制试料台71(样品70)的位置，在图1等中，根据需要，由雷射扫描信号来控制调制束生成部10的光学系统单元13，使调制束61一边在样品70上面扫描，一边照射样品70。
还有，控制部40把由信号提取部30检波所得的与调制频率相同频率成分的信号用于像显示信号，向显示部50供给。没有特别限制，不过，控制部40进行取入来自信号提取部30的强度信号5和相位差信号7，使其与镜台扫描、雷射光照射位置或是SQUID磁通量计的扫描同步，将其作为扫描雷射SQUID显微镜像来显示的控制。控制部40以调制束61的照射位置信息和与该照射位置信息对应的强度信号5、相位差信号7的组合来输出图像显示信号8。
显示部50具备PC(个人电脑)51和显示器52，接受来自控制部40的图像显示信号8，输出与雷射束扫描位置上的磁场对应的磁场信号4的强度像81或与相位差对应的相位差像82。另外，在图1的上述说明中，为了简化说明，磁场分布的图像表示为一种，不过，如图2(A)所示，优选的是，采用强度像81和相位差像82。
其次，说明图2所示的本实施例的装置的动作的一个例子。在本实施例中，采用IC芯片、Si晶片等作为样品70。当然也可以是化合物半导体晶片、TFT基板等。把样品70搭载在试料台71上，由脉冲产生器11生成基准信号1和与此同步了的调制信号2，把基准信号向信号提取部30输出，把调制信号2向由内置了调制功能的光纤雷射(例如波长为1065nm)构成的雷射光产生器12输出，使之产生实施了强度调制的雷射光，由光纤14向光学系统单元13引导，在样品70上面收敛调制束(雷射束)。
向最初的照射点照射调制束61，由SQUID磁通量计21检出来自样品70的磁场，从电子电路22作为磁场信号4输出。向信号提取部30输入此磁场信号4，信号提取部30向控制部40输出与调制信号2相同频率的磁场信号4所涉及的强度信号5和相位差信号7。
控制部40使强度信号5和相位差信号7与调制束61的照射位置对应起来，将其作为图像显示信号8而向PC51输出，PC51在PC51内的存储部(未图示)存储强度信号5和相位差信号7。
使镜台扫描信号所涉及的试料台71的X-Y扫描和根据需要的雷射扫描信号所涉及的调制束61的扫描组合起来，依次选择样品70的希望的被检查区域的各照射点，照射调制束61，使强度信号5和相位差信号7与该照射点的位置信息对应起来，将其作为图像显示信号8存储在PC51存储部，依此进行处理。
PC51在显示器52上以与强度信号5或相位差信号7对应的灰度等级(亮度)进行显示(也可以是彩色显示)，在图2中，使其与样品70的雷射照射点对应起来显示。在此场合，也可以显示与强度信号5对应的强度像81和与相位差信号7对应的相位差像82中的一方。也可以与扫描点对应起来实时地显示磁场的像，也可以把与1个样品的各扫描位置上的强度信号5和相位差信号7对应的灰度等级(亮度)与该扫描位置对应起来预先存储在存储部，在1个样品全部扫描结束了的时点，或是此后的任意时点，离线地，把与扫描位置对应起来存储在存储部的强度信号5和相位差信号7所对应的灰度等级(亮度)的像显示在显示器52上。作为输出装置，除了显示器以外，当然也可以是打印机或文件装置等，向它们输出。
在本实施例中，采用附带了调制机构的光纤雷射作为雷射光产生器12，从而能把调制信号2的频率设定为例如最大到1MHz的任意值。在调制频率的选择中，在磁场信号微弱，S/N(信噪比)差的场合，要选择噪声少的频率，不过，如上所述，这并不迫切需要很大地改变频率。在本实施例中，采用波长1065nm的雷射光，因而在样品70为Si晶片的场合，可以从其背面照射雷射光，透过Si基板，使调制束到达Si晶片表面近旁的pn结部近旁。优选的是预先对Si晶片背面进行镜面研磨。能使从Si晶片背面照射的调制束61效率很好地到达pn结部近旁。
作为SQUID磁通量计21，采用HTS(高温超导)的SQUID磁通量计，可检出1pT以下的微小磁通密度B。另外，具有磁屏蔽65。SQUID磁通量计通常在与样品70垂直的方向检出磁通量。
从电子电路22输出的磁场信号4中通常有噪声混入，因而由2相位同步放大器(信号提取部30)只取出与调制频率相同的频率成分，从而改善S/N比。采用2相位同步放大器作为信号提取部30，从而不仅能只取出与调制信号2相同的频率成分，还能分离、输出该成分的相位差信号7和强度信号5。把芯片的大小例如设为6mm×10mm，把调制束61的束径收缩到10μm，对由陶瓷镜台构成的试料台71进行X-Y扫描，就能获得磁场分布像。调制频率设为例如高于100kHz的频率。能获得芯片的强度像81和相位差像82。
另外，图2(A)所示的构成是就根据来自磁场检出部的磁场信号，分别输出强度信号和表示磁场信号和基准信号的相位差的相位差信号的例子进行了说明，不过，当然也能适用于只输出强度信号的构成。还有，就采用SQUID磁通量计21作为高灵敏度磁场传感器的例子进行了说明，不过，本发明不限于采用SQUID磁通量计的扫描SQUID显微镜法，而是也能适用于采用高灵敏度磁场传感器的扫描显微镜法。
以上，就上述实施例说明了本发明，不过，本发明不仅限于上述实施例的构成，当然还包括在本发明的范围内本领域技术人员能做的各种变形、修正。
权利要求
1.一种检查方法，其特征在于，包含生成基于调制信号进行强度调制所得的调制雷射光，用所述调制雷射光相对地扫描试料的步骤；用磁场检出器检出来自所述试料的磁场的步骤；检出用所述磁场检出器检出了的磁场信号中与所述调制信号相同频率成分的信号的步骤；以及把检波所得的信号作为像显示用信号而输出的步骤，所述调制信号的频率高于100kHz。
2.根据权利要求1所述的检查方法，其特征在于，所述磁场检出器包含高灵敏度磁场传感器。
3.根据权利要求1所述的检查方法，其特征在于，所述磁场检出器包含SQUID(超导量子干涉器)磁通量计。
4.根据权利要求1所述的检查方法，其特征在于，所述被提取了的信号包含所述磁场信号和所述调制信号的相位差信号。
5.一种检查装置，其特征在于，具备对试料照射以高于100kHz的调制频率进行调制所得的调制雷射光，接受来自检出来自所述试料的磁场的磁场检出器的磁场信号，提取与所述调制频率相同频率成分的信号的检波器；以及把由所述检波器提取了的信号用作像显示信号来显示的单元。
6.一种检查装置，其特征在于，具备生成基于调制信号进行强度调制所得的调制雷射光的调制束生成部；向试料照射调制雷射光的光学系统；磁场检出器；对所述试料相对地扫描所述调制雷射光的扫描单元；接受来自所述磁场检出器的磁场信号，提取与所述调制频率相同频率成分的信号的检波器；以及把由所述检波器提取了的信号用作像显示信号来显示的单元，所述调制信号的频率高于100kHz。
7.根据权利要求5所述的检查装置，其特征在于，所述磁场检出器包含高灵敏度磁场传感器。
8.根据权利要求6所述的检查装置，其特征在于，所述磁场检出器包含高灵敏度磁场传感器。
9.根据权利要求5所述的检查装置，其特征在于，所述磁场检出器包含SQUID(超导量子干涉器)磁通量计。
10.根据权利要求6所述的检查装置，其特征在于，所述磁场检出器包含SQUID(超导量子干涉器)磁通量计。
11.根据权利要求5所述的检查装置，其特征在于，所述磁场检出器检出所述磁场信号和所述调制信号的相位差信号。
12.根据权利要求6所述的检查装置，其特征在于，所述磁场检出器检出所述磁场信号和所述调制信号的相位差信号。
全文摘要
一种提高扫描显微镜像的空间分辨率的单元。它具备作为雷射光，向IC芯片(110)照射基于与基准信号同步了的调制信号进行强度调制所得的调制雷射光，接受来自磁通量计(120)的磁场信号，提取与调制频率相同频率成分的信号的检波器(130)；以及根据所述检波所得的信号来显示磁场分布的像的单元(140)，所述调制信号的频率高于100kHz。
文档编号G01R31/308GK1963548SQ200610159898
公开日2007年5月16日 申请日期2006年11月6日 优先权日2005年11月7日
发明者二川清 申请人:恩益禧电子股份有限公司