JP2996195B2 - 半導体装置の位置決め方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体装置の位置決
め方法に関し、特に多層配線化された半導体装置におい
て、配線パターンが形成されているおもて面側からで
は、上層配線によって覆い隠されてしまう下層の配線パ
ターンの位置を、上層配線の上から正確に決定する半導
体装置の位置決め方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在の半導体装置の需要の増加に伴い、
その故障解析、修理及び検査等のための様々な半導体装
置の位置決めを行う方法が提案されている。特に、半導
体装置の裏面、あるいは、おもて面から赤外光を含む光
を照射し、透過あるいは反射光によって配線等を認識す
る方法が有用であり、以下に説明するような方法又は装
置が公報に開示されている。

【０００３】特開平０１−１０９７３５号公報に記載の
方法では、半導体基板上に配線層を形成後、同基板の裏
面より波長１．３μｍ〜６μｍの赤外光を含む光を照射
し、同基板を透過する光を赤外検出器で検出し、透過光
により、前述の配線層の被覆状態を検査することを特徴
とした配線層の検査方法が記載されている。

【０００４】また、特開平０４−１９４７３６号公報で
は、絶縁層である有機化合物がその構造に特有の赤外光
吸収スペクトルを有することに着目し、多層配線基板の
樹脂系絶縁層各層にそれぞれ特有の吸収波長の赤外光を
照射し、その反射光を受光し映像化することにより、絶
縁層内の欠陥を映像として非破壊に検出することを特徴
とした多層配線基板の絶縁層検査装置について記載され
ている。

【０００５】さらに、特開平０４−２０６９２７号公報
では、Ｓｉウェハの裏面側に特定波長の赤外線を検出す
る検出器を配置し、Ｓｉウェハのおもて面側からウェハ
上に形成されたアルミ膜に赤外光を照射し、エッチング
前には赤外光がアルミ膜に反射され、エッチング後には
赤外光がウェハを透過し、検出器に検出される構成によ
って、Ｓｉウェハおもて面に形成された被膜のエッチン
グの終点検出を容易にする装置が記載されている。

【０００６】このように、多層配線化された半導体装置
に対して故障解析を行う場合、上述のような半導体装置
の位置決め方法又は装置を用いてその位置を特定し、イ
オンビームによるエッチング技術やレーザによる剥離技
術を用いて、上層の配線を局所的に除去し、下層の素子
や配線を露出させ、観察や分析を行う手法が有効であ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、近年の
半導体装置では、その大規模化、高集積化に伴い、多層
配線化が進展し、上層配線に覆い隠される下層配線の領
域が多くなっており、特に配線幅の広い上層配線がパタ
ーニングされている半導体装置では、上層配線の上から
下層にある解析箇所の位置が認識できないため、上層配
線において局所的に除去する箇所を正確に決めることが
できず、解析時間が増大するといった問題が顕在化して
きた。

【０００８】また、半導体装置の配線修正、断面観察、
電子ビームプロービング等に用いられている二次粒子像
の場合、照射されたイオンビームあるいは電子ビームが
到達しない深度にある下層配線は、上層配線に覆われて
いない箇所であっても、画像として認識することができ
ないという問題点がある。特に配線層の多層化が進んだ
半導体装置では、配線パターン像が観測できない下層の
領域が増えてきている。従って、場所探しの目安として
利用してきた下層の配線パターン像を失ったことによっ
て、加工箇所の特定に多大な困難を伴うという問題点を
有する。

【０００９】先に、従来技術についての説明において赤
外光の透過または反射を利用した方法等を挙げたが、こ
れらの方法等では前述の問題点を解決することができな
い。その理由について以下に説明する。

【００１０】まず、特開平０１−１０９７３５号公報に
開示された検査方法であるが、この方法は、半導体装置
の裏面側から赤外光を照射し、Ｓｉを透過した赤外光を
おもて面側に設置された検出器で検出する構成であるた
め、裏面から下層の配線付近を透過した赤外光は、配線
幅の広い上層配線に遮断されてしまい、おもて面には現
れない。従って、下層配線のシルエットを得ることがで
きず、その結果、赤外光像には上層配線のシルエットの
みが映像化され、下層の素子あるいは配線を、上層配線
の上から認識することができない。

【００１１】次に、特開平０４−１９４７３６号公報に
開示された装置であるが、これは絶縁層である有機化合
物に赤外光を照射し、その反射光を受光して絶縁層内の
欠陥を検出する装置であるが、上層配線に覆い隠れた下
層配線の位置を、上層配線の上から認識し、上層配線の
上からの局所的除去の際の加工箇所決めに反映させるた
めの方法が開示されておらず、効果的に上層配線の上か
らの局所的除去を行うことができない。

【００１２】最後に、特開平０４−２０６９２７号公報
に開示された装置では、半導体装置のおもて面側から赤
外光を照射し、Ｓｉを透過した赤外光を裏面側に設置さ
れた検出器で検出する構成であるため、上層配線に覆い
隠された下層の素子あるいは配線を、上層配線の上から
認識することができない。

【００１３】本発明は上記事情に鑑みなされたもので、
半導体装置の位置決めにおいて、上層配線に覆い隠れた
下層の素子や配線の位置を上層配線の上から正確に認識
し、故障解析を正確かつ効率良く行うことのできる半導
体装置の位置決め方法を提供することを目的とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
光学顕微鏡像、レーザ顕微鏡像又は二次粒子像のいずれ
かにより表される半導体装置のおもて面の配線パターン
像を用いて半導体装置の位置決めを行う半導体装置の位
置決め方法において、前記半導体装置の裏面から波長
１．３〜６μｍの範囲にある赤外光を含む光を照射する
工程と、前記半導体装置のＳｉ基板を透過した後、該半
導体装置の金属配線に反射し、再び半導体装置の裏面側
に現れた前記照射された赤外光を含む光を検出する工程
と、前記検出した光に基づき半導体装置の裏面から見た
配線パターンを裏面から見た裏面配線パターン像として
得る工程と、前記半導体装置の裏面から見た裏面配線パ
ターン像を鏡面反転し、半導体装置のおもて面側から見
た裏面配線パターン像として得る工程と、前記半導体装
置のおもて面側から見た裏面配線パターン像を、前記光
学顕微鏡、レーザ顕微鏡又は二次粒子像のいずれかによ
り表される半導体装置のおもて面配線パターン像に重ね
合わせ、該おもて面配線パターン像上に前記裏面配線パ
ターン像を映し出す工程とを有し、該裏面配線パターン
像が映し出されたおもて面配線パターン像を用いて、半
導体装置の加工、観察を行うことを特徴とする。

【００１５】従ってこの発明によれば、半導体装置の裏
面から波長１．３〜６μｍの赤外光を含む光を照射し、
照射された前述の光がＳｉ基板を透過した後、金属配線
に反射し、再び半導体装置の裏面側にあらわれた光を検
出し、画像処理することによって得られた配線パターン
像を、半導体装置のおもて面から観測した配線パターン
像に重ね合わせ、おもて面画像上に下層の配線パターン
を映し出すことによって、上層配線に覆い隠れた下層の
素子や配線の位置を上層配線が表されている像の上から
正確に認識することができる。

【００１６】請求項２記載の発明は、請求項１記載の発
明において、前記半導体装置のおもて面側から見た裏面
配線パターン像を、前記光学顕微鏡、レーザ顕微鏡又は
二次粒子像のいずれかにより表される半導体装置のおも
て面配線パターン像に重ね合わせ、該おもて面配線パタ
ーン像上に前記裏面配線パターン像を映し出す工程は、
前記おもて面配線パターン像と、前記おもて面側から見
た裏面配線パターン像とに共通して現れている像の一部
を目安にして重ね合わせる工程を有することを特徴とす
る。

【００１７】従ってこの発明によれば、前記おもて面配
線パターン像と、前記おもて面から見た裏面配線パター
ン像とに共通して現れている像の一部を目安にして重ね
合わせているので、おもて面配線パターン像上に映し出
された裏面配線パターン像の位置のずれが少なく正確な
位置決めを行うことができる。また、重ね合わせの位置
がずれたとしても共通パターンを目安に位置のズレを容
易に修正することができる。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明に係る
半導体装置の位置決め方法の第１の実施形態を説明す
る。図１の（ａ）は、半導体装置をおもて面側から見た
場合の二次粒子像である。ただし通常は像化されること
のない、下層の配線１ＡＬ、２ＡＬも説明を簡単にする
ため示されている（点線で描かれた部分）。図１の
（ｂ）は、図１の（ａ）のａ−ｂ間を切断した場合の断
面図である。以下これらの図に示されるように、半導体
装置は４層の配線層を有しているとし、半導体装置の最
上層にある配線を４ＡＬ、この４ＡＬの１つ下の層の配
線を３ＡＬ、さらに１つ下の層の配線を２ＡＬ、そして
最下層の配線を１ＡＬと呼ぶことにする。また、特に配
線を指定することなく半導体装置の最上層を４ＡＬ層、
この４ＡＬ層の１つ下の層を３ＡＬ層と呼び、以下同じ
ように層を指定するためにも用いる。また、最下層の配
線１ＡＬの下には、シリコンＳｉを有する。

【００１９】図２の（ａ）は、半導体装置の裏面側から
赤外光を照射し、配線に反射されて再び半導体装置の裏
面側に現れた光に基づいて得た像、つまり半導体装置の
裏面側から見た場合の赤外光像を示す図である。図２の
（ｂ）に示す像１ｂは、図２の（ａ）において太破線で
囲われた部分１ａを鏡面反転し、さらに所定の倍率で拡
大した像である。

【００２０】図３の（ａ）は、半導体装置のおもて面側
から見た図２の（ａ）と同じ箇所の二次粒子像である。
図３の（ｂ）に示す像２ｂは、図３の（ａ）において太
破線で囲われた部分２ａを拡大した像である。

【００２１】図４は上述の図２の（ｂ）に示される像１
ｂ及び図３の（ｂ）に示される像２ｂを重ね合わせる工
程を示す図であり、図５は、図４に示す重ね合わせの工
程が完了し、赤外光像と二次粒子像とが重なり合った状
態を示す図である。

【００２２】以下、本発明に係る半導体装置の位置決め
方法の第１の実施形態について上述の図を用いてさらに
詳細に説明する。

【００２３】図１の（ａ）は、最上層の配線パターンで
ある４ＡＬとその１層下の配線パターンである３ＡＬの
下部に２ＡＬと１ＡＬとが配置されている箇所の上面図
であり、おもて面側から見た場合２ＡＬと１ＡＬとが、
４ＡＬと３ＡＬとに覆い隠されていることを表してい
る。そして、この図１の（ａ）のａ−ｂ間の断面図であ
る図１の（ｂ）では、４つの配線層にそれぞれ配線が配
置されていることが表されている。

【００２４】図２の（ａ）は、半導体装置の裏面から赤
外線を照射することによって得られた配線パターン図で
あり、４ＡＬ、３ＡＬ層の配線パターンだけでなく、下
層にある２ＡＬ、１ＡＬも画像に表れている。この画像
は、半導体装置の裏面から波長１．３〜６μｍの赤外光
を含む光を照射し、照射された前述の光がＳｉ基板を透
過した後、金属配線に反射し、再び半導体装置の裏面側
にあらわれた光を検出し、画像処理することによって得
られたものであり、従って、半導体装置のおもて面方向
から見た図とは鏡面反転された図となっている。

【００２５】そこでまず、図２の（ｂ）のように、図２
の（ａ）の太破線で囲まれた部分１ａを画像処理によっ
て拡大し、鏡面反転させる。この拡大画像１ｂには、後
に説明する、図３の（ｂ）の二次粒子像においても認識
できる４ＡＬ層と３ＡＬ層との配線パターンが、それぞ
れ４ＡＬ１、３ＡＬ１として表示されている。この鏡面
反転は、配線パターン方向が半導体装置のおもて面から
見た方向と同じにするために実行される。

【００２６】図３の（ａ）は、半導体装置のおもて面か
ら見た、図２の（ａ）と同じ箇所の、二次粒子像による
配線パターン図である。この図は図２の（ａ）とは異な
り、下層にある１ＡＬや２ＡＬは、４ＡＬ２と３ＡＬ２
とに隠されていてこの画像上には現れていない。この図
３の（ａ）のようなおもて面画像を用いて、４ＡＬ２と
３ＡＬ２とに隠された２ＡＬと１ＡＬとに対し配線修正
加工等を行う場合、最上層である４ＡＬ２の上から２Ａ
Ｌと１ＡＬの位置を知る必要がある。

【００２７】そのため、図３の（ｂ）のように、まず図
３の（ａ）中の、図２の（ａ）の太破線で囲まれた部分
１ａと同じ箇所２ａを画像処理によって拡大し、図２の
（ｂ）と同じ倍率で拡大した像２ｂを得る。

【００２８】そして、図４に示すように、図２の（ｂ）
に示される像１ｂと図３の（ｂ）に示される像２ｂとを
重ね合わせ、像２ｂ上に図２の（ｂ）に示される像１ｂ
の配線パターン図を映し出す。重ね合わせる際には、像
１ｂ及び像２ｂに共通に現れているパターンである４Ａ
Ｌ１と３ＡＬ１の配線パターンとを目安にして、これら
目安にしたパターン４ＡＬ１と３ＡＬ１とを重ね合わせ
る。従って、図２の（ｂ）に表示されたその他の各配線
の位置は、図３の（ｂ）の配線の位置と一致する。

【００２９】この結果、図５に示すように、図３の
（ｂ）の二次粒子像上では現れない２ＡＬと１ＡＬの位
置を、重ね合わされた図２の（ｂ）の赤外光像１ｂによ
って認識することができ、４ＡＬ２と３ＡＬ２に隠され
た２ＡＬと１ＡＬに対する加工位置の正確な決定が可能
となる。なお、この第１の実施形態で示した半導体装置
の位置決め方法は、光学画像を用いて配線修正を行うレ
ーザ加工にも適用でき、同様な効果が得られる。すなわ
ち、図３の（ａ）を半導体装置のおもて面側から見た光
学画像とし、図３の（ｂ）では、光学画像が画像処理に
よって拡大され、図４、図５では、半導体装置の裏面か
ら得られた赤外光像とおもて面側から観測された光学画
像が重ね合わされる。

【００３０】次に本発明に係る半導体装置の位置決め方
法の第２の実施形態について図面を参照して説明する。
図６は、半導体装置のおもて面側からみた場合、本来な
らば４ＡＬ３及び３ＡＬ３に覆われてしまう１ＡＬ１と
２ＡＬ１とを半導体装置の裏面から得た赤外光像を前述
の方法により重ね合わせてそのおもて面に現れるように
した二次粒子像である。

【００３１】この第２の実施形態は、修理、加工箇所が
図７の（ｂ）に示されるように、位置合わせの目安とな
る上層の配線パターンが加工倍率の画面にはあらわれな
い場合の位置決め方法である。

【００３２】まず、図６では、４ＡＬ４と３ＡＬ４の配
線パターンを目安にして、赤外光像が二次粒子像に重ね
合わされているため、１ＡＬ１の位置が認識できる。次
に、この加工対象の１ＡＬ１が重ね合わせ画面の中心に
来るように、つまり図６の矢印方向に移動させて、画像
位置を調整する。

【００３３】次に、図７の（ａ）のように、加工対象の
１ＡＬ１を重ね合わせ画像の中心に移動した後、加工対
象を含む領域（太破線で囲まれた部分）３ａを、図７の
（ｂ）に示すように、重ね合わせ画像を加工倍率に拡大
する。このとき、加工画像である二次粒子像と、二次粒
子像に重ね合わされた赤外光像は、画面の中心点を中心
にして、重ね合わされたまま拡大される。所望の加工倍
率にしたら、赤外光像によって表された１ＡＬ１の加工
箇所２５にイオンビーム２６を照射し、エッチング加工
を行う。なお、イオンビーム２６によるエッチング加工
では、イオンビームの不安定、被加工サンプルのチャー
ジアップ等の理由により、ビームの照射位置にズレが生
じることがあり、このような位置ズレが生じた場合には
早期に補正する必要がある。

【００３４】従って、図７の（ｂ）に示される画面を監
視しながらエッチング加工を行う際には、上述の位置ズ
レの補正のため、その加工を所定の時間毎に中断し、中
断毎に低倍率の二次粒子像と赤外光像を観測し、図８に
示すような重ね合わせ像を得て、実際の１ＡＬ１の位置
と加工箇所２５の重なり具合を観察し、両者の間に位置
ズレが生じていたら補正する。

【００３５】図８は、位置合わせの目安となる４ＡＬ４
と３ＡＬ４とが画面上にあらわれる程度の低倍率にした
二次粒子像と赤外光像とを重ね合わせた図である。この
図では、目安としての４ＡＬ４と３ＡＬ４とによって、
二次粒子像と赤外光像との重なり具合を確認することが
できる。さらに、図７の（ｂ）においてイオンビーム２
６が照射された加工箇所２５では、エッチングによって
穴が掘られており、その穴は、図８の二次粒子像にも加
工箇所２５として現れる。このエッチングによって開け
られた穴と赤外光像によってあらわされた１ＡＬ１の位
置を比較し、両者の一致確認を行う。一致の確認ができ
たら、図７の（ｂ）に戻り、エッチング加工を再開す
る。位置ズレが生じていた場合には、位置の補正を行っ
た後、図７の（ｂ）に戻り、エッチング加工を再開す
る。

【００３６】従って、この実施形態によれば、加工を行
っている際であっても、その加工位置の正確な確認がで
きるので、半導体装置の修理、点検をさらに正確かつ効
率良く行うことができる。

【００３７】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
によれば、多層配線化された半導体装置において、配線
パターンが形成されているおもて面側からの観察では上
層配線によって覆い隠されてしまう下層の配線パターン
の位置を正確に決定することが可能となり、多層配線化
の進展によって、ますます困難となってきた故障解析の
短ＴＡＴに大きく寄与することができる半導体装置の位
置決め方法を提供することができる。

【００３８】さらに、半導体装置のおもて面側から得ら
れた像と、裏面側から得られた像とに共通するパターン
を目安として両像の位置の一致確認を行うことによりさ
らに正確に半導体装置の位置決めを行うことができる半
導体装置の位置決め方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】半導体装置の構造を示す図であり、（ａ）は半
導体装置のおもて面側から見た二次粒子像を示す図であ
り、（ｂ）は（ａ）に示す半導体装置の断面図である。

【図２】半導体装置の構造を示す図であり、（ａ）は半
導体装置の裏面側から見た赤外光像を示す図であり、
（ｂ）は（ａ）に示す赤外光像を、鏡面反転及び拡大し
た像を示す図である。

【図３】半導体装置の構造を示す図であり、（ａ）は図
２の（ａ）に示す箇所と同じ箇所をおもて面側から見た
二次粒子像を示す図であり、（ｂ）は（ａ）に示す二次
粒子像を拡大した像を示す図である。

【図４】図２の（ｂ）に示す像と図３の（ｂ）に示す像
とを重ね合わせる工程を示す図である。

【図５】図４に示す重ね合わせの工程が完了した状態の
像を示す図である。

【図６】赤外光像と二次粒子像とを重ね合わせた状態の
像を示す図である。

【図７】半導体装置の構造を示す図であり、（ａ）は図
６に示す像を平行移動した状態の像を示す図であり、
（ｂ）は（ａ）に示される像を拡大して、半導体装置に
加工を行う際の工程を示す図である。

【図８】位置ズレの補正を行う際に確認する像を示す図
である。

【符号の説明】

４ＡＬ、４ＡＬ１、４ＡＬ２、４ＡＬ３、４ＡＬ４ 半
導体装置の最上層の配線パターン ３ＡＬ、３ＡＬ１、３ＡＬ２、３ＡＬ３、３ＡＬ４ 半
導体装置の最上層から１層下の層の配線パターン ２ＡＬ、２ＡＬ１ 半導体装置の最上層から２層下の層
の配線パターン １ＡＬ、１ＡＬ１ 半導体装置の最上層から３層下の層
の配線パターン ２５ 加工箇所 ２６ イオンビーム

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 光学顕微鏡像、レーザ顕微鏡像又は二次
   粒子像のいずれかにより表される半導体装置のおもて面
   の配線パターン像を用いて半導体装置の位置決めを行う
   半導体装置の位置決め方法において、 前記半導体装置の裏面から波長１．３〜６μｍの範囲に
   ある赤外光を含む光を照射する工程と、 前記半導体装置のＳｉ基板を透過した後、該半導体装置
   の金属配線に反射し、再び半導体装置の裏面側に現れた
   前記照射された赤外光を含む光を検出する工程と、 前記検出した光に基づき半導体装置の裏面から見た配線
   パターンを裏面から見た裏面配線パターン像として得る
   工程と、 前記半導体装置の裏面から見た裏面配線パターン像を鏡
   面反転し、半導体装置のおもて面側から見た裏面配線パ
   ターン像として得る工程と、 前記半導体装置のおもて面側から見た裏面配線パターン
   像を、前記光学顕微鏡、レーザ顕微鏡又は二次粒子像の
   いずれかにより表される半導体装置のおもて面配線パタ
   ーン像に重ね合わせ、該おもて面配線パターン像上に前
   記裏面配線パターン像を映し出す工程とを有し、 該裏面配線パターン像が映し出されたおもて面配線パタ
   ーン像を用いて、半導体装置の加工、観察を行うことを
   特徴とする半導体装置の位置決め方法。
2. 【請求項２】 前記半導体装置のおもて面側から見た裏
   面配線パターン像を、前記光学顕微鏡、レーザ顕微鏡又
   は二次粒子像のいずれかにより表される半導体装置のお
   もて面配線パターン像に重ね合わせ、該おもて面配線パ
   ターン像上に前記裏面配線パターン像を映し出す工程
   は、 前記おもて面配線パターン像と、前記おもて面側から見
   た裏面配線パターン像とに共通して現れている像の一部
   を目安にして重ね合わせる工程を有することを特徴とす
   る請求項１記載の半導体装置の位置決め方法。