(57)【要約】【課題】  電子ビームを欠陥に照射してＸ線スペクトルを得ることにより欠陥の元素分析を行う分析方法において、膜下欠陥の分析に好適な電子ビームの加速電圧を効率的に設定する。【解決手段】  分析装置にシミュレーション実施部を備え、シミュレーションの条件として分析対象である欠陥が存在するデバイスの膜の材質、膜の密度、膜厚および、該膜の材質と分別が必要な元素、分析対象とする欠陥のサイズを入力して該条件に基づいてＸ線スペクトルをシミュレーションにより膜下欠陥の分析を行うのに好適な加速電圧を求め、この算出して求めた加速電圧で試料に電子ビームを照射して特性Ｘ線を検出するようにした。【選択図】  図７
2005114384.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子ビームを対象に照射して得られるＸ線スペクトルによりデバイスの欠陥の元素分析を行う方法であって、
シミュレーションの条件を入力するステップと、
該入力した条件に基づいてＸ線スペクトルを計算により求めるステップと、
該計算により求めたＸ銭スペクトルに基づいて照射する電子ビームの加速電圧を定めるステップと
を有することを特徴とする欠陥の元素分析方法。
【請求項２】
前記シミュレーションの条件が、デバイスを構成する膜の材質、密度、膜厚、該膜の材質との分別が必要な元素、欠陥のサイズのうち少なくともひとつ以上を含むことを特徴とする請求項１記載の欠陥の元素分析方法。
【請求項３】
前記シミュレーション結果を、加速電圧と、注目元素の特性Ｘ線強度と該特性Ｘ線エネルギでの連続Ｘ線強度の比の関係を示すグラフとして画面上に表示するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１記載の欠陥の元素分析方法。
【請求項４】
前記シミュレーションの結果として、注目元素の検出が可能な加速電圧の範囲を画面上に表示するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１記載の欠陥の元素分析方法。
【請求項５】
電子ビームを発射する電子源と、
該電子源から発射された電子ビームを収束させて試料に照射する電子光学系手段と、
該電子ビームの照射により前記試料から放出されたＸ線を検出する検出系手段と、
シミュレーション条件を入力する入力手段と、
該入力手段から入力されたシミュレーション条件を用いて前記電子ビームの加速電圧を算出する加速電圧算出手段と、
該加速電圧算出手段で算出した加速電圧にて電子ビームを照射するように前記電子光学系手段を制御する制御手段と、
該制御手段で加速電圧が制御された状態で前記電子光学系手段により電子ビームが照射された試料から発生したＸ線を前記検出系手段で検出して得られた信号を処理して前記  試料に含まれる元素の情報を抽出する分析手段と、
該分析手段で分析した結果を出力する出力手段と
を備えたことを特徴とする欠陥の元素分析装置。
【請求項６】
電子ビームを欠陥に照射し得られたＸ線スペクトルを比較する方法であって、
欠陥と同一背景を有した欠陥の存在しない領域でのＸ線スペクトルを参照スペクトルとして取得し、
前記欠陥のスペクトルにおいて参照スペクトルに存在しないピークの近傍に比較領域を設定し、
該比較領域において他の欠陥スペクトルとの差異を算出する
ことを特徴とするスペクトル比較方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として半導体電子回路製造工程において、半導体ウェーハ上に発生した異物、欠陥について、検査情報に基づいて分析するための分析装置、およびその方法に関する。  
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造は、多数のプロセスにより構成されている。大きくは、基板上にトランジスタ素子を作り込む基板工程と、かかる素子間を接続する配線を作り込む配線工程に分けられる。これら工程夫々は、薄膜形成プロセス、ホトリソグラフィプロセス、エッチングプロセス、不純物導入プロセス、熱処理プロセス、平坦化プロセス、洗浄プロセス等の複数プロセスの組合せにより構成される。このような加工工程数は時には数百工程に及ぶ。
【０００３】
加工装置の製造条件の不備や異常によって半導体ウェハ上に欠陥や異物が発生した場合、製品に不良が発生する確率が高くなり、歩留りを下げてしまうことになる。そこで主要なプロセスごとに異物検査や外観検査等の検査が実施され、加工が正常に行われているか監視が行われる。そして、異常発生時には該当装置に対策が施される。このとき、加工プロセスごとに全てのウェハの検査を実施するのは時間と手間の制約から不可能であるため、いくつかのプロセスからなる工程毎に、サンプリングされたロットやウェハに対して検査が実施される。
【０００４】
すなわち、図１に示すように、複数のプロセスからなるプロセス群Aで処理されたロットやウェハが正常か否か、すなわち、欠陥や異物の発生状況が正常の範囲内であるか否かの検査が行われる。すべて正常である場合には、次のプロセス群Bからなる工程に進むが、正常でない場合には、検出された欠陥や異物の詳細検査が行われ、その検査結果からプロセス群Aを実行した装置の中でかかる欠陥や異物を生じさせた加工装置などの製造装置、すなわち、問題となる装置を特定し、この問題となる装置に対して、欠陥や異物が生じないように対策を講じる。
【０００５】
検査装置では、ウェハ表面をレーザでスキャンし、散乱光の有無を検出したり、あるいはパタンの形状を画像として取り込み、他の同一パタン領域の画像と比較することにより、特異点の位置、個数等に関する情報を得ることができる。
【０００６】
ここで、「特異点」とは、検査装置の検査により異常が発見された点として出力された点のことを指す。異物と外観異常とを合わせ、以降、「欠陥」と表記する。
【０００７】
装置異常の監視は、検査装置により検出される欠陥の個数や密度を管理指標として行われることが多い。欠陥の個数が予め設定された基準値を越えると装置に異常が発生していると判定し、図２に示すように、欠陥をウェハマップ情報に基づき光学顕微鏡、あるいは走査電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope、以下ＳＥＭ）などのレビュー装置により拡大撮像し、大きさ、形状、テクスチャ等の詳細情報を得たり、元素分析、断面観察等の詳細検査を行い、不具合の発生した装置や不具合内容を特定する。そして、その結果に基づき、装置やプロセスの対策を行い、歩留りの低下を防ぐ。
【０００８】
近年、異物検査装置や外観検査装置からの検査データを基に、自動的に異物・欠陥の拡大画像を取得する機能（Automatic Defect Review、以下ＡＤＲ）を有するレビュー装置が開発されている。また、取得した画像を自動分類（Automatic Defect Classification、以下ＡＤＣ）する手法も開示されている。
【０００９】
ここで、欠陥に対して組成分析を実施する場合、分析用のエネルギビームを確実に欠陥上に照射する必要がある。このビームの照射位置の指定は人手により行うのが一般的であるが、時間を要するため、欠陥数が多い場合は自動的に行うことが望まれている。また、一般的に、組成分析に要する時間はレビューに要する時間に比べて長い。そのため、欠陥点数が多い場合等には組成分析対象を絞り込むことがある。この絞り込み作業も人手により行う場合は時間を要するため、欠陥数が多い場合は自動的に行うことが望まれる。
この組成分析については、電子プローブマイクロアナリシス(Electron Probe Micro Analysis、以下ＥＰＭＡ)が知られている。
【００１０】
これは、分析対象に電子ビームを照射し、該分析対象より発生する特性Ｘ線を検出する方法である。該特性Ｘ線の波長は元素により異なるため、得られた特性Ｘ線の波長を解析することで該分析対象に含まれる元素を同定することができる。
【００１１】
特許文献１や特許文献２に、検出された欠陥に向けて電子ビーム（Electron Beam、以下ＥＢ）を照射し、欠陥から放出される特性Ｘ線のエネルギを分析することにより組成情報を得るエネルギ分散型Ｘ線分光器（Energy Dispersive X-ray Spectrometer、以下ＥＤＸ）を具備したＳＥＭにおいて分析を実行する手法について開示されている。
【００１２】
【特許文献１】特開平08-148111号公報
【００１３】
【特許文献２】特開平10-27833号公報
【特許文献３】特開平6-82399号公報
【特許文献４】特開平6-325720号公報
【非特許文献１】T.Kijima et.al：”Monte Carlo Calculations on the Passage of Electrons through Thin Films Irradiated by 300keV Electrons”,IEICE TRANS.ELECTRON,Vol.E78-C,No.5,pp.557-563(1995)
【非特許文献２】E.Acosta et.al：”Monte Carlo simulation of x-ray emission by kilovolt electron bombardment”,J.Appl.Phys.83,pp.6038-6049(1998).
【非特許文献３】Z.J.Ding et.al：”Monte Carlo simulation of xx-ray spectra in electron probe microanalysis:Comparison of continuum with experiment”, J.Appl.Phys.76, pp.7180-7187(1994)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
ここで、半導体ウェハ上の異物は常に最表面にあるとは限らない。たとえば、成膜工程において、成膜途中に異物が発生した場合、該異物の表面は成膜に用いる材質で覆われていることになる。また、前記述べたように、いくつかの一連の工程ごとに検査を行うため、検査により検出された欠陥は、検査直前の工程ではなく、数工程以前に発生した可能性もある。ここで、該数工程に成膜工程が含まれていた場合は、欠陥の表面は成膜に用いる材質で覆われていることになる。このように、ある材質で覆われた欠陥を、以後「膜下欠陥」と記述する。
【００１５】
ここで、ＥＰＭＡの特徴として、電子の拡散した領域からは特性Ｘ線のほかに、電子の制動放射による連続Ｘ線が発生する。連続Ｘ線は特定のピークを持たない。この連続Ｘ線よりも特性Ｘ線の強度が強くなった場合に元素が検出されることになる。この、特性Ｘ線と連続Ｘ線を合わせて、以後「検出Ｘ線」と記述する。
【００１６】
EB照射時の電子の物質内における挙動は、図３に示すように、分析時に照射するＥＢの加速電圧が大きくなると電子が拡散する領域が大きくなり、検出Ｘ線が得られる領域が大きくなるという関係がある。また、図４に示すように、ＥＢの加速電圧が同じ場合でも、物質により電子が拡散する領域は異なり、すなわち、検出Ｘ線が得られる領域も異なるという性質がある。
【００１７】
そこで、図５に示すように、膜下欠陥を分析する場合、膜の材質、異物が覆われている膜の厚さ等により、加速電圧を考慮する必要がある。例えば、図５（ａ）に示すように、特性Ｘ線が得られる領域が膜下欠陥に至らない場合、得られるスペクトルには膜下欠陥の元素情報は含まれないことになる。また、図５（ｂ）に示すように、膜下欠陥の大きさに比べて検出Ｘ線の得られる領域が大きく、膜下欠陥からの特性Ｘ線強度よりも該特性Ｘ線のエネルギにおける連続Ｘ線の強度が上回ってしまう場合は膜下欠陥の元素を検出できないことになる。
【００１８】
これらのことから、膜下欠陥の元素をＥＰＭＡにより検出するためには加速電圧の設定が重要となる。しかし、このような場合の加速電圧の設定は、ユーザが経験的に定めていたため、試行錯誤を要するために時間がかかっていた。
【００１９】
ここで、加速電圧を可変にして膜下の異物の組成を検出する手法が特許文献３に公開されている。また、電子の進入深さを考慮して加速電圧を設定する手法が特許文献４に公開されている。しかし、前記膜下欠陥の分析に好適な加速電圧を明示的に示す手法については開示されていない。
【００２０】
本発明の目的は、上記課題を解決し、膜下欠陥に対する好適な加速電圧を効率的に設定する手段を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記目的を達成するために、本発明では、電子ビームを対象に照射し、得られるＸ線スペクトルによりデバイスの欠陥の元素分析を行う方法を、シミュレーションの条件を入力するステップと、該条件に基づいてＸ線スペクトルを計算により求めるステップと、該計算に基づいて照射する電子ビームの加速電圧を定めるステップとを備えて行うようにした。
【００２２】
また、上記目的を達成するために、本発明では、デバイスの欠陥の元素分析を行う装置を、デバイスに電子ビームを照射する電子源と、電子ビームをデバイス上に収束させる電子光学系と、放出されたＸ線を検出する検出系と、シミュレーション条件取得手段と、加速電圧算出手段と、該加速電圧にて電子ビームを照射する制御装置とを備えて構成した。
【００２３】
さらに、本発明では、電子ビームを欠陥に照射し得られたＸ線スペクトルを比較する手法において、欠陥と同一背景を有した欠陥の存在しない領域でのＸ線スペクトルを参照スペクトルとして取得し、前記欠陥のスペクトルにおいて参照スペクトルに存在しないピークの近傍に比較領域を設定し、該比較領域において他の欠陥スペクトルとの差異を算出するようにした。
【発明の効果】
【００２４】
以上説明したように、本発明によれば、分析対象である欠陥が存在するデバイスの膜の材質、膜の密度、膜厚および、該膜の材質と分別が必要な元素、分析対象とする欠陥のサイズを入力としてシミュレーションにより膜下欠陥の検出が可能な加速電圧の算出を行うため、膜下欠陥の元素分析に好適な加速電圧の設定容易化を実現することができる。
【００２５】
また、欠陥のスペクトルの類似度合いの判定において、元素の特徴を表す領域に限定して類似度合いの判定を行うため、背景部分に存在する元素によらず、高精度な類似度合いの判定を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２６】
以下に示す本発明の実施形態では、欠陥の観察や元素分析をするデバイスを半導体ウェハとして説明するが、本発明はこれに限るものではなく、他のデバイスであってもよい。
以下、本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
【００２７】
まず図６を用いて、ウェハの製造ラインでの各装置とその接続構成の一具体例について説明する。なお、同図において、20はデータ管理サーバ、21は半導体の製造装置、22は検査装置、23はレビュー装置、24は解析装置、25はレビュー・解析装置、26はネットワークである。
【００２８】
同図において、製造ラインは、半導体ウェハの製造装置21や検査装置22、レビュー装置23、解析装置24、レビュー・解析装置25がデータ管理サーバ20とネットワーク26によって相互に接続された構成をなしている。
【００２９】
製造装置21は露光装置やエッチング装置などの半導体ウェハの製造に用いられる。検査装置22は、欠陥位置を検査するものであって、例えば、半導体ウェハ上に光のビームスポットをスキャンさせ、その乱反射の度合いから欠陥位置を特定したり、2つのチップからそこに形成されているパターンの画像を取得し、これら画像を比較してこれら画像間で相違する部分を欠陥とし、その欠陥位置を検出する。
【００３０】
レビュー装置23は、検査装置22の検査情報に基づいて欠陥を観察するものであって、半導体ウェハを搭載したステージを移動させ、検査装置22から出力される欠陥位置情報に基づいてこの半導体ウェハ上の対象とする欠陥への位置決めをし、欠陥の観察を行う。観察方式として、例えば、光学式顕微鏡やＳＥＭが用いられる。
【００３１】
解析装置24は、例えばＥＤＸやオージェ電子分光法を用いて元素分析を行うものである。オージェ電子分光法は、電子線を対象に照射したときに対象から放出されるオージェ電子を検出し、解析する方法であり、一般によく知られた方法である。レビュー・解析装置25は、欠陥の観察と元素分析とを行うことができるようにした装置である。
【００３２】
なお、これらの検査、観察、分析のための各装置は、必ずしも分離している必要はなく、例えば、検査とレビューとを同一装置内で行えるようにするなど、組み合わせるようにしてもよい。
【００３３】
データ管理サーバ20は、これらの検査装置22、レビュー装置23、解析装置24、レビュー・解析装置25で得られたデータを管理するものであり、レビュー装置23や解析装置24は、データ管理サーバ20を介して検査装置22から出力された欠陥位置座標などの情報を取得することができる。
【００３４】
ここでは接続の一例を示したが、装置間でデータの装置利用が可能であればそのような接続構成であってもよい。
【００３５】
次に、かかる接続構成に用いられる本発明の実施形態を説明する。
【００３６】
図７は、本発明における元素分析装置の一実施形態を示す構成図である。WFは半導体ウェハ、EBは電子ビーム、1は電子源、2は電子光学系、3は走査型電子顕微鏡を用いた撮像装置、4,5は検出器、6は半導体Ｘ線検出器、7はＸ−Ｙステージ、8はモニタ、9はコンピュータ、10は制御装置、11はモニタ、12はコンピュータ、13は二次電子、14は反射電子、15は特性Ｘ線、16はコンピュータ、17は計算条件取得部、18はＥＤＸ条件算出部、19はモニタである。この実施形態は、図６におけるレビュー・解析装置21に相当する。
【００３７】
同図において、電子源1と電子光学系2と検出器4、5と半導体Ｘ線検出器6とＸ−Ｙステージ7とがＳＥＭを構成しており、これをＸ−Ｙステージ7に搭載された半導体ウェハWFの撮像装置3として用いるものである。
【００３８】
レビューや元素分析の対象となる半導体ウェハWFはＸ−Ｙステージ7に搭載される。Ｘ−Ｙステージ7は、コンピュータ9からの制御信号を基に、制御装置10によりＸ、Ｙ方向に移動制御される。ＳＥＭを用いた撮像装置3は、Ｘ−Ｙステージ7に固定された半導体ウェハWFを拡大撮像する。すなわち、電子源1から発射された電子ビームEBは、電子光学系2によって収束され、スキャンされることにより、測定対象の半導体ウェハWFに照射され、この照射によって半導体ウェハWFから得られる二次電子13や反射電子14が夫々検出器4、5で検出され、コンピュータ9で処理されて半導体ウェハWFのＳＥＭ像が生成される。  
このＳＥＭ画像はモニタ8で観察することができる。半導体Ｘ線検出器6は、電子ビームEBの照射によって半導体ウェハWFの欠陥から放出される特性Ｘ線15を検出し、これを電気信号に変換する。この電気信号はコンピュータ12で処理され、スペクトルとしてモニタ11に表示される。撮像装置3では、Ｘ−Ｙステージ7の位置制御を行うことにより、半導体ウェハWF上の任意の位置を・分析することができる。
【００３９】
上記構成において、先ずユーザは計算条件取得部17において、表面膜の材質や膜厚、密度、欠陥に含有されることが想定される元素、すなわち表面膜の材質と分別したい元素、および元素分析の対象とする欠陥の最小サイズ等を入力する。
【００４０】
ＥＤＸ条件算出部18では、前記入力された条件に応じて、元素分析に好適な加速電圧を算出する。
【００４１】
該ＥＤＸ条件算出部18で算出された加速電圧の値はコンピュータ9に送られる。コンピュータ9は、電子光学系2の図示していない電源を制御して前記算出された加速電圧値を設定する。このように加速電圧が設定された条件下で電子光学系2により試料に電子ビームを照射し、試料および欠陥部から放出される特性Ｘ線15を半導体Ｘ線検出器6で検出し、元素分析が行われる。
【００４２】
なお、コンピュータ9と12をネットワークで接続し、コンピュータ12の処理内容をコンピュータ9で読み出し、モニタ8に表示するようにしてもよい。また、計算機12での処理をコンピュータ9で行わせるとともに、半導体Ｘ線検出器6から出力される電気信号もコンピュータ9で処理し、スペクトル情報を得るようにしてもよい。
【００４３】
また、計算条件取得部17およびＥＤＸ条件算出部18の処理を含め、コンピュータ16の処理をコンピュータ9で行わせるようにしてもよい。
【００４４】
ここで、元素分析に好適な加速電圧とはどのような加速電圧をさすのかについて説明する。
【００４５】
製造の過程では、前述したように一連の工程ごとに検査が実施される。そこで、ある検査工程にて検出された欠陥座標と、その前の段階で行われた検査工程にて検出された欠陥座標を比較し、重複して検出されている欠陥を差し引けば、一連の工程において新規に発生した欠陥のみを対象とすることができる。ここで、図５に示したように検出Ｘ線の得られる深さが膜下欠陥に到達していない場合、欠陥の元素情報を得ることはできない。また、欠陥の大きさに比べて検出Ｘ線の得られる範囲が大きく、欠陥からの特性Ｘ線の強度よりも該特性Ｘ線のエネルギにおける連続Ｘ線の強度が上回った場合、膜下欠陥の元素情報を得ることはできない。
【００４６】
そこで、少なくとも分析対象となる膜厚の範囲内にある膜下欠陥を対象とし、該膜下欠陥に含有される元素の特性Ｘ線を検出できる加速電圧を好適な加速電圧とする第一の条件とする。
【００４７】
また、検出されたＸ線のスペクトルにおいて、特性Ｘ線のエネルギが近接しているため分別しにくい場合がある。このような場合で、かつ分別したい元素のどれかが２つ以上の特性Ｘ線のエネルギを持つ場合、膜下異物の元素分析が行える範囲で分別しやすい元素が検出できる加速電圧を好適な加速電圧とする。たとえば、SiとWを分別する場合、Siの特性Ｘ線のエネルギは1.739keV、一方Wの特性Ｘ線のエネルギ(Mα)は1.789keVであり、両者の分別は困難である。しかし、Wには他にLα1と呼ばれる8.394keVにも特性Ｘ線のエネルギをもつ。そこで、SiとWを分別するが必要とされる工程においては、該特性Ｘ線が放出される加速電圧が好適な加速電圧となる。これを第二の条件とする。
【００４８】
ここで、第二の条件を満たす加速電圧を設定する場合、第一の条件を満たしていることが前提となる。
【００４９】
次に、計算条件取得部17の計算条件の取得方法の第一の実施形態について説明する。
【００５０】
図４に示したように、物質内の検出Ｘ線の得られる領域の広がり方は、同一の加速電圧においても対象の材質により異なる。このような状況はコンピュータシミュレーションによって近似的に再現することができる。すなわち、シミュレーションに必要な条件を与えることにより、前述した好適案な条件を満たす加速電圧の範囲を求めることができる。
【００５１】
該コンピュータシミュレーションに必要な条件として、膜の材質、密度、膜厚がある。膜が複数ある場合には、該条件を膜の数だけ与える。また、膜の材質に対して膜下欠陥に含有される元素が分別可能どうかを判定するために、欠陥に含有されている可能性のある元素、すなわち分別したい元素を入力する。また、膜下欠陥からの特性Ｘ線が放出される体積を算出するため、検出したい欠陥の核の最小寸法を入力する。
【００５２】
これらの入力はコンピュータ16に表示されるGUIにより行ってもよい。GUIの一例を図８に示す。入力条件は品種名と工程名の組み合わせごとに登録できる。まず品種名と工程名をキーボードなどの入力デバイスから入力するか、あるいはプルダウンメニューから選択することで入力する。そして、材質、密度、厚さを入力する。複数の膜が存在する場合はレイヤごとに入力することができる。レイヤの指定は、数字を入力するか、上下ボタンにより行うことができる。
【００５３】
材質は、キーボードなどの入力デバイスにより直接化学式を入力してもよく、また、プルダウンメニューから予め登録しておいた材質名を選択してもよい。また、参照ボタンを押すことにより元素の周期表を表示するようにしておき、該当する元素をマウスなどの入力デバイスで選択することにより入力してもよい。
【００５４】
密度、厚さも同様に、キーボードなどの入力デバイスにより直接数字を入力してもよく、プルダウンメニューから予め登録しておいた数値を選択してもよい。また、密度は、予め材質名を対応をつけておき、材質名の入力に対応した密度を自動的に入力するようにしてもよい。
【００５５】
分別元素は、キーボードなどの入力デバイスにより直接化学式を入力してもよく、参照ボタンを押すことにより元素の周期表を表示するようにしておき、該当する元素をマウスなどの入力デバイスで選択することにより入力してもよい。
【００５６】
全ての項目の入力が終了したら、登録ボタンを押すことによりこれらの条件が品種名と工程名に関連付けられ保存される。保存したデータは、品種名を工程名を指定し、呼出ボタンを押すことにより容易に呼び出すことができる。
【００５７】
計算条件取得部17の計算条件の取得方法の第二の実施形態について図９により説明する。
【００５８】
半導体ウェハの品種、工程ごとに、加工条件を登録した加工条件データベースを作成し、ネットワークに接続する。加工条件とは、成膜工程であれば膜の材質、密度、および膜の厚さ、公差などを指し、エッチバック工程であればどの程度の厚さをエッチングし、最終的な膜厚をいくつにするか、といった条件を指す。また、本データベースには加工の手順と合わせ、検査がどの工程の間で行われているか、といった情報も付加しておく。また、各工程の加工装置単体においてダミーウェハ検査等で検出された欠陥について、検出された元素を登録した欠陥元素データベースを作成し、ネットワークに接続する。また、計算条件取得部を含むコンピュータもネットワークに接続する。
【００５９】
そして、分析対象とするウェハの製品名、工程名をユーザが入力すると、計算条件取得部は、加工条件データベースにアクセスし、該当する製品、工程において、前回の検査との間に挟まれた工程群を選択し、該当する工程での膜の材質、密度、膜厚を取得する。生成した膜が２つ以上存在する場合は各層ごとに前記データを取得する。
【００６０】
また、欠陥情報データベースより、前期加工条件データベースが選択した区間を選択し、該区間で発生した欠陥の元素を取得し、分別元素とする。データベースは前記情報を全て管理されていなくてもよく、一部のみ管理されていても構わない。また、データベースは、ＳＥＭを構成するコンピュータに含まれていてもよく、ＳＥＭを構成するコンピュータから情報が取得できればどのような形態であっても構わない。また、図９に示すように、計算条件取得部、ＥＤＸ条件算出部はネットワークを介してＳＥＭと繋がっていてもよく、算出されたＥＤＸ条件がＳＥＭの分析時に反映される機能を有していればどのような構成でも構わない。
【００６１】
次に、ＥＤＸ条件算出部18の実施形態について説明する。
【００６２】
前述したように、ＥＤＸ条件算出は、計算条件取得部より取得された条件より、シミュレーションを行うことにより分析に好適な加速電圧を算出する。シミュレーションの手法は、入射する電子一つ一つの散乱過程やエネルギ損失過程等を乱数を用いて確率的に求め、これを多数の電子について計算することにより全体の様子を推定するモンテカルロ法による手法を用いることができる。
【００６３】
該モンテカルロ法によると、物質にEBを照射した時の電子の拡散領域や、それに伴い発生するＸ線のスペクトルをシミュレートすることができる。モンテカルロ法による電子の挙動やＸ線のスペクトルの計算手法は、電子の散乱過程については非特許文献１、Ｘ線スペクトルの算出については非特許文献２、また連続Ｘ線のスペクトル算出については非特許文献３などに開示されている。
【００６４】
シミュレーションでは前記計算条件取得部から得た条件を与えることにより、該条件にて得られるＸ線スペクトルを算出することができる。
【００６５】
分析対象にEBを照射した時に得られるＸ線のスペクトルの模式図を図１０に示す。前述したように、得られるスペクトルは特定のピークを持たない連続Ｘ線と、物質に固有のエネルギを持つ特性Ｘ線とからなる。
【００６６】
特性Ｘ線のピーク強度をａ、該特性Ｘ線のエネルギにおける連続Ｘ線の強度をｂとすると、原理的にはａ／ｂ＞１の時に該特性Ｘ線に対応する元素の存在を検知できることになる。以後、前記ａ／ｂを「特性Ｘ線評価値」と記述する。
【００６７】
ここで、特性Ｘ線のエネルギを複数有する元素も存在するが、高エネルギの特性Ｘ線を対象とすると、照射するEBの加速電圧も大きくする必要があり、空間分解能が悪くなると共に試料ダメージが大きくなるため、低エネルギの特性Ｘ線を優先して検討対象とする。
次に、シミュレーションにより、前記説明した分析に好適な加速電圧を決定する手法の第一の実施例について図１１を用いて説明する。
【００６８】
まず、計算条件取得部において入力された分別したい元素、すなわち欠陥に含まれている元素の特性Ｘ線について、特性Ｘ線評価値が１を超える加速電圧の範囲を計算する。すなわち、まずSTEP100にて計算条件取得部より得られた条件に基づいてモデルを設定する。例えば入力された材質、膜厚を、入力された膜の数だけシミュレーション条件として設定する。そして、入力されたサイズの異物を、入力された膜の最も下位に配置する。形状は球や立方体といった幾何学的にモデル化しやすい形状とする。
【００６９】
次にSTEP101にて、異物の材質を、分別元素として設定された元素のひとつに設定する。
【００７０】
次にSTEP102にて加速電圧を初期値に設定する。これは分析装置の最小の加速電圧値としてもよく、別の入力手段により予めユーザが登録してもよい。
【００７１】
次に、STEP103にて該設定された加速電圧にてシミュレーションを行い、スペクトルを算出する。
【００７２】
次にSTEP104にて、異物の材質としてSTEP101にて設定した元素の特性Ｘ線のエネルギにおいて特性Ｘ線評価値を算出する。
【００７３】
次にSTEP105にて、シミュレーションに用いた加速電圧が、シミュレーションを終了する最終の値であるか判断する。該値は、分析装置の最大の加速電圧値としてもよく、別の入力手段により予めユーザが登録してもよい。
【００７４】
該加速電圧値がシミュレーションを終了する最終の値でない場合はSTEP106にて加速電圧を増加させ、再度STEP103から繰り返す。加速電圧の増加量は、予め装置が特定の値を設定しておいてもよく、別の入力手段により予めユーザが登録してもよいが、少なくとも変化の傾向が読み取れるよう３種類以上の加速電圧でシミュレーションをするように設定する。
【００７５】
本例は加速電圧を増加させてシミュレーションする手順を述べたが、加速電圧を減少させてシミュレーションを行っても効果は同様である。
【００７６】
加速電圧が終了値である場合は、STEP107にて欠陥として分別したい元素でまだシミュレーションをしていない元素があるかどうかを判断し、ある場合はSTEP108にて欠陥の元素を他の分別対象とする元素に設定し、STEP102から繰り返す。
【００７７】
また、すべての分別対象とする元素についてシミュレーションが終了した場合はSTEP109にて結果を表示する。
【００７８】
結果表示の実施例について、図１２に示す。表示画面には、品種名や工程名、検出最小サイズなど、該シミュレーションの条件取得部で設定された条件が表示される。グラフは、シミュレーションを実施した加速電圧を横軸とし、該加速電圧における特性Ｘ線評価値を縦軸とした二次元グラフである。
【００７９】
横軸の範囲は図１１にて述べた加速電圧初期値（図中Vminと表示）と加速電圧最終値（図中Vmaxと表示）である。図中のグラフは、分別対象とした物質Aと物質Bの結果について示している。ここで、検出が可能となる加速電圧はシミュレーションでは特性Ｘ線評価値＞１となる範囲であるが、実際に得られるスペクトルの強度にはＸ線放出過程の統計的な揺らぎがあるため、これを考慮して１より大きなある値αを検出が可能なしきい値として表示している。
【００８０】
検出が可能となる加速電圧の値（図中VA,VBと表示）もグラフ上に表示される。ユーザはこのグラフより、加速電圧がVB以上であれば物質Aおよび物質Bで構成される膜下欠陥を共に分析できると判断することができる。また、同時に、分別対象とした物質がすべて検出できる加速電圧の範囲が「検出可能加速電圧」として表示される。また、加速電圧をどのように設定しても検出が不可能な元素がある場合はその旨を表示する。
【００８１】
この表示より得られた加速電圧を、分析時の加速電圧として装置に設定するか、あるいはレシピに設定することにより、該品種・工程での膜下欠陥の元素分析を分析に好適な加速電圧にて行うことができる。
【００８２】
また、検出が不可能であるという表示であっても、分析を実施した際のスペクトルに欠陥の情報が含まれないことを予め知ることができるため、欠陥に問題となる元素が含まれていないとする誤判定を避けることができ、有効である。
【００８３】
またグラフの表示において、グラフ中にプロットされた点に曲線を当てはめ、連続曲線として表示してもよい。その際、該連続曲線が特性Ｘ線評価値がα以上となる加速電圧を、検出が可能となる加速電圧の値として表示してもよい。
【００８４】
また、グラフと「検出可能加速電圧」の表示について、どちらか一方のみを表示するようにしてもよい。
【００８５】
また、前記表示を行わず、検出可能加速電圧の値を自動的に分析装置のレシピに登録するようにしてもよい。
【００８６】
ここでのαは、前述したように、実際に得られるスペクトルにおけるＸ線放出過程の統計的な揺らぎを考慮して定める。その値は、ユーザが定数で与えてもよく、また連続Ｘ線強度値の関数として与えてもよい。関数で与える場合の一実施例を次に述べる。
【００８７】
一般に、Ｘ線の強度をＮとしたとき、この統計的な揺らぎ幅の標準偏差σは√Ｎで与えられることが知られている。そこで、例えばシミュレーションにおける特性Ｘ線のピーク強度を連続Ｘ線の強度の３σ以上、という条件を設定する。この場合、特性Ｘ線が検出されるとする特性Ｘ線評価値αは、連続Ｘ線の強度をＮとすると、（Ｎ＋３＊√Ｎ）／Ｎで与えることができる。実際のＮの値は分析実行時の信号加算時間によるが、予め、設定した信号加算時間での連続Ｘ線強度とシミュレーションで算出される強度の対応をとっておけばよい。この場合、例えばあるエネルギでの連続Ｘ線の強度が２０と算出されたとき、αは約１．６７となる。
【００８８】
加速電圧の範囲の計算方法について、第二の実施例を次に述べる。
【００８９】
図１１に示す第一の実施例では分別したい元素すべてにおいてシミュレーションを行い、個々の元素の検出可能加速電圧の論理積をとることで分析時の加速電圧の設置値を定めた。この場合、分別したい元素が多くなるとシミュレーションに時間がかかってしまう。
【００９０】
そこで、分別したい元素のうち、検出可否を評価するために最も検出が困難な元素および、元素検出に必要な最低加速電圧の評価をするために、検出するのに最も高い加速電圧を必要とする元素を選択し、該元素のみのシミュレーションにより分析に必要な加速電圧を設定する。
【００９１】
検出が困難な元素を検出する指標に、質量吸収係数がある。これは、あるエネルギのＸ線が物質を透過した際に強度が低下する割合にかかわる係数で、下記（１）式に示す関係がある。
I/I0 =exp(-[質量吸収係数]*ρt)        ・・・（１）
ここで、Iは測定されるＸ線強度、I0は発生したＸ線強度、ρはＸ線が透過する物質の密度、tは透過する距離である。
【００９２】
質量吸収係数が大きいほどＸ線が吸収される割合は大きくなる。つまり、分別したい元素のうち、最も質量吸収係数の大きい元素が検出しにくいと考えられる。該質量吸収係数は、物質ごとに、透過するＸ線の強度の関数値として表される。そこで、膜を構成する元素において、分別したい元素の特性Ｘ線のエネルギにおける質量吸収係数を比較し、最も質量吸収係数の大きい元素を選択してシミュレーションを行うことで効率化を図ることができる。
【００９３】
この場合、シミュレーションを行うフローを図１３に示す。図１１と重複するステップには同一の番号をつけ、説明を省略する。
【００９４】
まず、STEP100の後、STEP200において、別途保持する質量吸収係数データベースより計算条件取得部より得た膜の元素における質量吸収係数を参照する。
【００９５】
通常、この値はあるエネルギに対応する係数として離散的に与えられるため、任意のエネルギに対応する質量吸収係数は、そのエネルギの近傍の質量吸収係数から内挿して算出する。これを分別対象として与えられた元素ごとに算出する。
【００９６】
次にSTEP201において、STEP200にて算出した質量吸収係数のうち、最も大きい質量吸収係数を持つ元素をシミュレーション対象として選択する。また、分別元素のうち特性Ｘ線を放射させるための励起エネルギが最も高い元素を同様にシミュレーション対象として選択する。
【００９７】
以降、図１１にて説明したSTEP番号に対応した処理を順次行う。
【００９８】
このようにすることにより、シミュレーションの回数を低減することができる。
【００９９】
加速電圧の範囲の計算方法における第三の実施例を次に述べる。
【０１００】
前記述べたように、検出されたＸ線のスペクトルにおいて、特性Ｘ線のエネルギが近接していると、元素の同定が難しくなる場合がある。このような場合は、欠陥の他の分別したい元素の検出が行える範囲で加速電圧を増加させ、近接しないエネルギピークを得られる加速電圧に設定することが望ましい。その場合のシミュレーションフローを図１４に示す。図１３と重複するステップは同一の番号をつけ、説明を省略する。
【０１０１】
まず、STEP100の後、STEP300において、計算条件取得部より得た膜の元素と分別したい元素において、特性Ｘ線のエネルギが近接する元素を探索する。近接を判断するしきい値は検出器の分解能に応じて予め妥当な値を登録しておいてもよく、別の入力手段によりユーザが登録してもよい。
【０１０２】
次にSTEP301において特性Ｘ線エネルギが近接する元素があるか否か判定し、ない場合はSTEP302をスキップし、STEP200を実行する。
【０１０３】
また、特性Ｘ線エネルギが近接する元素がある場合はSTEP302において、近接した特性Ｘ線エネルギをもつと判断した複数の元素のうち、複数の特性Ｘ線エネルギをもつ元素を選択し、他と近接しない別の特性Ｘ線エネルギを以降の処理の検討対象として設定する。この時、複数の特性Ｘ線エネルギをもつ元素が存在しない場合はその旨ユーザに表示し、処理をスキップする。
【０１０４】
STEP200以降は図１３と同一であるが、STEP302で選択された元素は、同STEPで設定された特性Ｘ線エネルギを対象として質量吸収係数の算出や特性Ｘ線評価値の算出を行う。
【０１０５】
こうすることにより、該元素のスペクトルを他のスペクトルと区別することができる。
また、本フローにおいて、STEP200以降を図１１のSTEP101以降と置き換えて、全元素のシミュレーションを行ない、その結果より好適な加速電圧を設定してもよい。
【０１０６】
ここで、成膜工程を経由した製品ウェハや成膜工程の加工装置におけるダミー着工ウェハにおいては、発生した欠陥は膜下に存在することになるが、本手法を用いれば該膜下欠陥に対しても容易に元素分析を行うことができる。
【０１０７】
加工装置のダミーウェハにおいては、欠陥の元素分析を実施することで、欠陥の発生原因を推定するのに有効な情報を得ることができる場合がある。例えば、欠陥からステンレスの主要な成分であるFeとCr、Niが同時に検出された場合、加工装置の部材のうち、ステンレスを用いているものから発生した可能性が高いと判断することができる。
【０１０８】
また一方、製品ウェハにおいて欠陥の元素情報を得ることで、欠陥の発生装置を推定するのに有効な情報を得ることができる場合がある。例えば、前記ステンレスなど、装置部材にステンレスを用いている加工装置から発生した可能性が高いと判断することができる。また、Fなど反応用ガスに用いられる元素が検出された場合は、該元素が含まれるガスを用いる装置から反応生成物として発生した可能性が高いと判断することができる。
【０１０９】
このように、含有元素を基準に問題の発生した装置を絞り込むには、図１５に示すように、各加工装置から発生する欠陥のスペクトルと製品の欠陥分析により得られたスペクトルを比較することが必要となる。
【０１１０】
その様子を図１５に示す。図１５において、加工Ａ、加工Ｂで得られたスペクトルは、加工装置にダミーウェハを着工し得られた欠陥の分析結果を示している。すなわち、これらの欠陥はそれぞれ加工Ａを行う装置、加工Ｂを行う装置で発生した欠陥である。また、検査で得られたスペクトルは製品ウェハでの欠陥のスペクトルを示している。また、図に示した参照部のスペクトルとは、欠陥部と同一の背景で欠陥の存在しない部分で取得したスペクトルを表している。
【０１１１】
図中のスペクトルピークに付記したａ、ｂ、ｃ、ｄの文字は、それぞれのピークが物質ａ、ｂ、ｃ、ｄに対応する特性Ｘ線ピークであることを示している。また、欠陥部のスペクトルと参照部のスペクトルを比較すると、加工Ａを行う装置では物質ａを含有する欠陥、加工Ｂを行う装置では物質ｄを含有する欠陥、製品ウェハでは物質ａを含有する欠陥が発生していると推定することができる。
【０１１２】
ここで、製品ウェハの欠陥部のスペクトルを加工工程個々のダミーウェハ欠陥部のスペクトルと比較すると、欠陥に含まれている元素以外の元素のピーク、すなわち参照部のスペクトルのピークが重畳しているため妥当な結果を得ることができない。例えば製品ウェハのスペクトルにおいて、欠陥部のスペクトルと参照部のスペクトルを比較すると、欠陥部には物質ａが含まれていると推定でき、加工Ａで付着した欠陥と推定できるが、直前の加工工程が成膜工程で生成された物質ｂ、ｃのピークが高いために加工Ｂの欠陥部のスペクトルと類似していると判断されてしまう可能性が高い。
【０１１３】
そこで、このように、製品の欠陥部から得られたスペクトルと、装置のダミーウェハの欠陥部より得られたスペクトルを比較する場合、図１６に示すように、製品ウェハにおいて参照スペクトルにおいて得られていない元素のピーク近傍にスペクトル比較領域を設定し、この領域において、各加工装置のダミーウェハの欠陥より得られたスペクトルとの比較を行う。
【０１１４】
比較の方法は、設定された領域において両者の波形の差分絶対値を総和し、該領域の大きさで規格化した値を算出し、該値が小さいほど類似していると判断すればよい。該値を、以後類似度と記述する。類似度算出において、波形の微分値の絶対差分値を用いてもよく、また波形の二階微分値の絶対差分値を用いてもよい。
【０１１５】
このとき、類似度がもっとも小さくなる欠陥を有する加工装置で該欠陥は発生した可能性が高いと判断することができる。
【０１１６】
また、図１７（ａ）および（ｂ）に示すように、加工装置のダミーウェハにて検出された欠陥のスペクトルを基準として、該スペクトルにおいて参照スペクトルに含まれていない元素ピーク近傍にスペクトル比較領域を設定し、製品の欠陥のスペクトルと比較してもよい。
【０１１７】
この場合も、類似度がもっとも小さくなる欠陥を有する加工装置で該欠陥は発生した可能性が高いと判断することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１１８】
【図１】半導体製造工程の概要を説明したフローチャートである。
【図２】検査装置やレビュー・解析装置から得られる情報の一例を示す図である。
【図３】加速電圧による電子拡散領域の違いを説明する試料の断面図である。
【図４】試料の材質による電子拡散領域の違いを説明する試料の断面図である。
【図５】膜下欠陥分析における電子拡散領域の一例を示した試料の断面図である。
【図６】製造ラインにおける装置構成の一例を示したブロック図である。
【図７】本発明におけるレビュー・分析装置の概略構成を示すブロック図である。
【図８】本発明におけるシミュレーション条件の入力画面の正面図である。
【図９】本発明におけるレビュー・分析装置構成の一例を示したブロック図である。
【図１０】Ｘ線スペクトルの一例を示すグラフである。
【図１１】本発明のシミュレーション手順の一実施例を示したフロー図である。
【図１２】本発明のシミュレーション結果を示す画面の正面図である。
【図１３】本発明のシミュレーション手順の一実施例を示したフロー図である。
【図１４】本発明のシミュレーション手順の一実施例を示したフロー図である。
【図１５】本発明のスペクトル比較による問題工程候補抽出の概念を示す各工程ごとの欠陥部および参照部の電子ビームの加速エネルギとスペクトル強度との関係を示すグラフである。
【図１６】本発明の比較領域設定によるスペクトル比較手法の実施例を示す欠陥部および参照部の電子ビームの加速エネルギとスペクトル強度との関係を示すグラフである。
【図１７】（ａ）および（ｂ）は、本発明の比較領域設定によるスペクトル比較手法の実施例を示した電子ビームの加速エネルギとスペクトル強度との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【０１１９】
1…電子源    2…電子光学系    3…電子顕微鏡撮像装置    4…二次電子検出器    5…反射電子検出器    6…半導体Ｘ線検出器    7…X-Yステージ    8…モニタ    9…コンピュータ    10…制御装置    11…モニタ    12…コンピュータ    16…コンピュータ    17…計算条件取得部    18…ＥＤＸ条件算出部    19…モニタ    20…データ管理サーバ    21…製造装置    22…検査装置    23…レビュー装置    24…解析装置    25…レビュー・解析装置    26…ネットワーク
【図１】
2005114384.tif 000003
【図２】
2005114384.tif 000004
【図３】
2005114384.tif 000005
【図４】
2005114384.tif 000006
【図５】
2005114384.tif 000007
【図６】
2005114384.tif 000008
【図７】
2005114384.tif 000009
【図８】
2005114384.tif 000010
【図９】
2005114384.tif 000011
【図１０】
2005114384.tif 000012
【図１１】
2005114384.tif 000013
【図１２】
2005114384.tif 000014
【図１３】
2005114384.tif 000015
【図１４】
2005114384.tif 000016
【図１５】
2005114384.tif 000017
【図１６】
2005114384.tif 000018
【図１７】
2005114384.tif 000019