(57)【要約】【課題】ウエハ上の欠陥等を検査専用の粒子照射手段等を設けることなく製造プロセス中にインサイチュで検出する。【解決手段】イオン注入装置１０のＲＦ型イオン発生源１１から発生されたイオンが、イオン加速部１２、エネルギフィルタ１３、走査部１４を介して、イオン注入室１５のウエハＷ上に照射されと、ウエハＷから二次的に粒子が発生される。該粒子は、二次粒子収集部２１、電子光学系レンズ２２を介して二次粒子検出部２３により検出され、記憶部２４に記憶される。解析部２５は、記憶部２４に記憶された情報に基づいて、ウエハＷの欠陥等の検出するための解析を行う。検査専用の粒子照射手段等を不要にし、しかもプロセス中に検査が実行できるので、半導体デバイス製造のスループットが向上する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウエハを検査する方法において、
所望の速度に加速された粒子を該半導体ウエハ表面に照射する照射ステップと、
粒子の照射により、半導体ウエハの表面を改質するとともに、該半導体ウエハ表面から二次的に発生される粒子を、電子光学系を用いて検出器に導くステップと、
該検出器において二次的に発生した粒子の情報を信号に変換するステップと、
得られた信号に基づいて、半導体ウエハの表面の検査を行うステップと
からなり、半導体ウエハの表面の改質と同時に該半導体ウエハの表面の検査を行うことができるようにしたことを特徴とする半導体ウエハ検査方法。
【請求項２】
請求項１記載の半導体ウエハ検査方法において、
半導体ウエハから二次的に発生される粒子は、二次電子、二次イオン、完全弾性散乱電子、オージェ電子、非弾性散乱電子、後方散乱電子の少なくとも一つである
ことを特徴とする半導体ウエハ検査方法。
【請求項３】
請求項１又は２記載の半導体ウエハ検査方法において、
粒子を検出器に導くステップは、電子光学系の半導体ウエハに対向する位置に設けられた粒子収集用電極と、半導体ウエハとの間に、電圧を印加することにより粒子を収集するステップを含んでいる
ことを特徴とする半導体ウエハ検査方法。
【請求項４】
請求項１〜３いずれかに記載の半導体ウエハ検査方法において、
半導体ウエハから二次的に発生される粒子は、二次電子であり、
検出器は、ＭＣＰとＴＤＩ−ＣＣＤとを備えている
ことを特徴とする半導体ウエハ検査方法。
【請求項５】
請求項１〜３いずれかに記載の半導体ウエハ検査方法において、
半導体ウエハから二次的に発生される粒子は、オージェ電子であり、
電子光学系は、四極子レンズを含んでおり、
検出器は、ファラデーカップ又は二次電子倍増管と電流計とを備えている
ことを特徴とする半導体ウエハ検査方法。
【請求項６】
請求項１〜３いずれかに記載の半導体ウエハ検査方法において、
半導体ウエハから二次的に発生される粒子は、二次電子であり、
電子光学系は４極子レンズを含んでおり、
検出器は、ファラデーカップ又は二次電子倍増管と電流計とを備えている
ことを特徴とする半導体ウエハ検査方法。
【請求項７】
半導体ウエハの表面を改質しつつ該半導体ウエハを検査する装置において、
該半導体ウエハの表面を改質するために所望の速度に加速された粒子を、該半導体ウエハ表面に照射する照射手段と、
照射手段による粒子の照射により半導体ウエハ表面から二次的に発生される粒子を収集する収集手段と、
収集手段により収集された粒子を検出する検出器と、
検出器において得られた信号を解析することにより、半導体ウエハの表面の検査を行う解析手段と
からなることを特徴とする装置。
【請求項８】
請求項７記載の装置において、
半導体ウエハから二次的に発生される粒子は、二次電子、二次イオン、完全弾性散乱電子、オージェ電子、非弾性散乱電子、後方散乱電子の少なくとも一つである
ことを特徴とする装置。
【請求項９】
請求項７又は８記載の装置において、
該装置はさらに、収集手段と検出器との間に、収集された粒子を検出器に導くための電子光学系レンズを備えており、
収集手段は、電子光学系レンズの半導体ウエハに対向する位置に設けられた粒子収集用電極と、該粒子収集用電極と半導体ウエハとの間に電圧を印加する手段とからなる
ことを特徴とする装置。
【請求項１０】
請求項７〜９いずれかに記載の装置において、
半導体ウエハから二次的に発生される粒子は、二次電子であり、
検出器は、ＭＣＰとＴＤＩ−ＣＣＤとを備えている
ことを特徴とする装置。
【請求項１１】
請求項９記載の装置において、
半導体ウエハから二次的に発生される粒子は、オージェ電子であり、
電子光学系レンズは、四極子レンズを含んでおり、
検出器は、ファラデーカップ又は二次電子倍増管と電流計とを備えている
ことを特徴とする装置。
【請求項１２】
請求項９記載の装置において、
半導体ウエハから二次的に発生される粒子は、二次電子であり、
電子光学系レンズは４極子レンズを含んでおり、
検出器は、ファラデーカップ又は二次電子倍増管と電流計とを備えている
ことを特徴とする半導体ウエハ検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハの検査方法及び装置に関し、より詳細には、半導体デバイスの製造過程において、ウエハの欠陥等の検出を、半導体製造装置内においてウエハ表面の改質と同時に行う方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスの製造過程において、従来はプロセスとプロセスの間に、ウエハの欠陥等を検査するための検査工程を設けている。そして、専用の検査装置により、欠陥等の検査を行っている。このため、専用の検査装置が必要であるとともに、該検査装置にウエハを搬送するための時間や検査に要する時間が、半導体デバイスの製造過程で必要な時間に加えて必要であり、よって、半導体デバイスの製造スループットを低下させることになっている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記したように、半導体デバイスの製造過程においては、生産性にはあまり関与していない検査に要する時間及び専用の検査装置の必要性が、大きな問題となっている。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、半導体デバイスの製造過程においてプロセスとプロセスとの間で行われていたウエハの欠陥等の検査を、半導体製造過程中に同時に行える方法及び装置を提供し、もって、欠陥等の検査のみに要する時間を極力短縮することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
上記した目的を達成するために、本発明は、半導体ウエハを検査する方法であって、
所望の速度に加速された粒子を該半導体ウエハ表面に照射する照射ステップと、
粒子の照射により、半導体ウエハの表面を改質するとともに、該半導体ウエハ表面から二次的に発生される粒子を、電子光学系を用いて検出器に導くステップと、
該検出器において二次的に発生した粒子の情報を信号に変換するステップと、
得られた信号に基づいて、半導体ウエハの表面の検査を行うステップと
からなり、半導体ウエハの表面の改質と同時に該半導体ウエハの表面の検査を行うことができるようにしたことを特徴とする半導体ウエハ検査方法を提供する。
【０００５】
本発明はまた、半導体ウエハの表面を改質しつつ該半導体ウエハを検査する装置であって、
該半導体ウエハの表面を改質するために所望の速度に加速された粒子を、該半導体ウエハ表面に照射する照射手段と、
照射手段による粒子の照射により半導体ウエハ表面から二次的に発生される粒子を収集する収集手段と、
収集手段により収集された粒子を検出する検出器と、
検出器において得られた信号を解析することにより、半導体ウエハの表面の検査を行う解析手段と
からなることを特徴とする装置を提供する。
【０００６】
上記した本発明に係る半導体ウエハ検査方法及び装置において、半導体ウエハから二次的に発生される粒子は、二次電子、二次イオン、完全弾性散乱電子、オージェ電子、非弾性散乱電子、後方散乱電子の少なくとも一つであり、また、粒子を検出器に導くステップは、電子光学系の半導体ウエハに対向する位置に設けられた粒子収集用電極と半導体ウエハとの間に、電圧を印加することにより粒子を収集するステップを含んでいることが好ましい。
また、半導体ウエハから二次的に発生される粒子が二次電子である場合、検出器は、ＭＣＰとＴＤＩ−ＣＣＤであり、半導体ウエハから二次的に発生される粒子がオージェ電子である場合、電子光学系は四極子レンズを含んでおり、検出器はファラデーカップ又は二次電子倍増管と電流計とを備えていることが好ましい。さらに、半導体ウエハから二次的に発生される粒子が二次電子である場合、電子光学系は４極子レンズを含んでおり、検出器はファラデーカップ又は二次電子倍増管と電流計とを備えていてもよい。
【発明の効果】
【０００７】
上記したように、本発明においては、半導体デバイスの製造において、粒子を注入若しくは照射することによりウエハ表面を改質するプロセスにおいて、粒子（一次粒子）の注入若しくは照射により、ウエハから二次的に発生する二次電子、二次イオン、完全弾性散乱電子、オージェ電子、非弾性散乱電子、後方散乱電子の少なくとも一つからなる粒子（二次粒子）を、一次粒子の注入もしくは照射過程と同時に検出することができる。
したがって、本発明によれば、半導体デバイスの製造工程におけるウエハ表面改質プロセスにおいて生じたウエハ上の欠陥等を、検査専用の粒子照射手段等を設けることなく該プロセス中にインサイチュで検出することができ、もって、半導体デバイス製造のスループットを向上させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下に、本発明に係る欠陥等の検査方法を、半導体製造工程において欠かせないプロセスであるイオン注入プロセス中にインサイチュで行うことを一例として説明する。
半導体ウエハの表面を改質するとは、ウエハの表層もしくは表面及び（又は）半導体素子を構成するに充分に足る深さに、Ｐ型やＮ型の原子、もしくはウエハの組成とは異なる種類の原子又は分子を注入（打ち込み）したり、表面に付着したレジスト等を除去したりすることであり、主に、イオン注入もしくは高速原子線注入プロセスにおいて行われる。
イオン注入プロセスでは、イオンをウエハに注入する際、ウエハから二次的に粒子が発生する。従来は、この二次的に発生した粒子を利用することなく放置していたが、これらの二次的に発生する粒子は、少なくとも、イオンを注入する直前までのウエハ上の情報を有している。よって、イオン注入装置に、二次的に発生した粒子を収集し検出し分析する装置を併設することにより、イオン注入プロセスと同時に、そのイオン注入プロセスまでが所望通りに行われたか又は失敗したのかを、直ちに知ることができる。
例えば、酸化膜付ウエハにレジストを塗布し、リソグラフィプロセスにより酸化膜を選択的にエッチングした後、イオン注入プロセスを行うが、その際、リソグラフィプロセスでの選択的エッチングにより、欠陥が生じたか否かの検出を、イオン注入を行いながら同時に行うことができる。
【０００９】
図１は、本発明に係る欠陥等の検査方法をイオン注入プロセス中に実行するためのシステムを示しており、該システムは、イオン注入装置１０と、ウエハ室付近に二次的に発生した粒子を収集して検出し、それに基づいてウエハの検査を行う検査装置２０とを備えている。
イオン注入装置１０は、汎用の装置であり、ＲＦ型イオン発生源１１と、該発生源により発生されたイオンを加速するイオン加速電極からなるイオン加速部１２と、エネルギフィルタ１３と、イオンビームを走査する走査部１４と、イオン注入室１５とを含んでいる。イオン注入室１５には、複数のウエハＷを載置して、これらウエハを順次イオンビームの照射位置に配置させるための試料ホルダ１５１が備えられている。
【００１０】
欠陥等の検査装置２０は、イオンビームの照射によりウエハＷから二次的に発生された粒子を収集するための二次粒子収集部２１と、電子光学系レンズ２２と、二次粒子検出部２３と、該検出部によって検出され電気的情報に変換された情報を記憶する記憶部２４と、記憶部２４に記憶された情報に基づいて、ウエハＷの欠陥等の検査を行う解析部２５とを備えている。
二次粒子収集部２１は、二次粒子収集用電極２１１と二次粒子収集用電圧源２１２とから構成されている。
【００１１】
イオン注入プロセスは、一般的にバッチ処理で行われる。すなわち、試料ホルダ１５１に複数枚保持されたウエハＷは、順次同じ位置に配置されて所望のイオン注入が実行される。したがって、ウエハ毎に二次的に発生した粒子を検出し、以前に検出した他のウエハの情報と現在検出しているウエハの情報とを比較することにより、１バッチ内の全てのウエハにおいて、同じ位置から得られた信号の比較ができる。そして、これら信号に差異が見出されれば、その位置に欠陥が存在すると判定することができる。
【００１２】
図１に示したシステムのイオン注入装置１０において、ＲＦ型イオン発生源１１は、ＲＦ放電を利用してイオンを生成し、イオン加速部１２によってイオンは加速され、更にエネルギフィルタ１３を通してエネルギの揃ったイオンとして、ウエハＷに照射され注入される。イオンの注入又は照射の際、ウエハＷから二次的に粒子（二次粒子）が発生される。なお、二次粒子とは、イオン又は電子であって、イオンとは錯乱イオン、二次イオンであり、電子とは二次電子、完全弾性散乱電子、オージェ電子、非弾性散乱電子、後方散乱電子である。
ウエハＷから発生された二次粒子は、検査装置２０の二次粒子収集部２１によって収集され、電子光学系レンズ２２を介して二次粒子検出部２３において検出され、記憶部２４に記憶され、解析部２５において情報解析が行われる。
【００１３】
図２は、図１に示した検査装置２０の一実施例（実施例１）を示している。この実施例１においては、二次粒子として、二次電子を収集し検出するよう構成されており、従って、図１に示した二次粒子収集部２１及び二次粒子検出部２３は、二次電子収集部２１−１及び二次電子検出部２３−１として構成されている。図２は、ウエハＷから放出された二次電子の、二次電子検出部２３−１までの簡略化された軌道も示している。この例においては、イオン注入装置１０によってウエハＷに注入されるイオンビームは、ウエハＷに注入されるとき、ウエハＷ上の面積情報（ウエハ表面に存在する構築物の大きさや形状）を反映できる程度の面積を有している。
【００１４】
二次電子収集部２１−１は、二次電子収集用電極２１１−１及び二次電子収集用電圧源２１２を備え、該電圧源２１２−１は、二次電子収集用電極２１１とウエハＷとの間に、所定の電圧を供給する。この電圧は、イオンビームに擾乱を与えない程度の１Ｖ〜１０ｅＶに設定される。
電子光学系レンズ２２−１は、複数枚の同軸上に配置された開口部を持つ電極、若しくは同軸状に配置された複数の電極群から構成され、これらのレンズがさらに複数段に配置される。電子光学系レンズ２２−１は、二次電子の持つ画像情報を拡大し、かつ、イオン注入時に発生したウエハＷ上の位置及び表面情報を失わないように、写像情報として、二次電子を二次電子検出部２３―１に導く。
【００１５】
二次電子検出部３−１は、ＭＣＰ２３１−１、蛍光板２３２−１、及びＴＤＩ−ＣＣＤ２３３−１を備えている。ＭＣＰ２３１−１は、電子光学系レンズ２２−１を介して導かれた二次電子に基づいて電気的画像情報を生成し、該電気的画像情報は、蛍光板２３３−１において光学的画像情報に変換され、そして、ＴＤＩ−ＣＣＤ２３３−１において、再度、電気的画像情報に変換される。なお、蛍光板２３２−１を必ずしも具備させる必要がなく、ＭＣＰ２３１−１によって大きな信号源となった画像情報を、ＴＤＩ−ＣＣＤ２３３−１に直接供給してもよい。
【００１６】
二次電子検出部２３−１によって得られた電気的画像情報は、記憶部２４−１に記憶される。この記憶部２４−１は、ＴＤＩ−ＣＣＤ２３３−１を制御するための制御部に含まれており、ＴＤＩ−ＣＣＤの制御タイミングと記憶タイミングとの同期がとられる。そして、上記したように、イオン注入の多くはバッチ処理であるので、常にイオンの注入位置と注入量を監視している。したがって、注入されているウエハの判別及び該ウエハ上の注入位置の特定は容易であり、記憶部２４−１には、これらウエハ判別情報及びイオン注入位置の情報に関連付けて、それぞれの電気的画像情報が記憶される。
解析部２５−１は、例えばマイクロコンピュータである。解析装部２５−１は、ウエハ判別情報及び注入位置情報を利用して、複数のウエハの同じ位置で、これらのウエハの表面状態をウエハ同士の比較及びサンプルデータとの比較を行うことにより、欠陥の検査を行い、その結果を出力する。
【００１７】
この様に、ウエハ毎の情報を、イオン注入と同時に二次的にウエハから発生される二次電子に基づいて得ることができ、そして、記憶部２４−１に、二次電子から得られた電気的情報を記憶させることによって、ウエハ毎にイオン注入の状態若しくは欠陥の有無を比較検出することが可能となる。
さらに、得られた欠陥等の検査結果を利用して、ウエハＷヘのイオンビームの注入量（ドーズ量）やイオン注入時のイオンビームの速度を制御することもできる。
【００１８】
図３は、図１に示したシステムにおける検査装置２０の他の実施例（実施例２）を示している。この例においては、イオン注入装置１０を用いてイオンをウエハＷに注入する際、イオンがウエハの面積情報を反映できない程度の面積しか有していない場合にも、適用可能である。すなわち、二次電子ビームを電子光学系レンズ２２−２で拡大せず、該レンズにより、イオンがウエハに注入される際に有している面積、もしくはそれよりやや収束気味に作用させることが可能である。二次電子収集用電極とウエハとの間に印加される電圧は、例えば、１〜１０ｅＶ程度である。
図３に示すように、実施例２の検査装置２０においては、電子光学系レンズ２２−２は、実施例１における電子光学系レンズに加えて、四極子レンズ２２１−２を用いている。なお、四極子レンズ２２１−２を、図２に示した電子光学系レンズ２２−１にも、同様に組み込んでもよい。
【００１９】
二次電子検出部２３−２は、ＳＥＭ（二次電子増倍管）、ファラデーカップ、又はこれらの複数の組合せ２３１−２と、電流検出用の電流計２３２−２とを備えている。記憶部２４−２は電流計２３２−２を制御する制御部に含まれており、電流読み取りタイミングと記憶タイミングとの同期がとられる。解析部２５−２はマイクロコンピューター若しくはアナログ回路演算器である。解析部２５−２は、図２に関連して説明した解析部２５−１と同様に、複数のウエハの同一位置の二次電子情報に基づいて、ウエハに欠陥があるか否かを判定し、その欠陥検査結果を出力する。
【００２０】
図４は、図１に示したシステムの検査装置２０のさらに他の実施例（実施例３）を示している。イオン注入装置１０によりウエハＷ上に照射されるイオンビームは、ウエハに注入されるとき、ウエハの面積情報を反映できる程度の面積を有している。この例においては、二次粒子収集部２１として、ウエハから発生されるオージェ電子を検出するためのオージェ電子収集用電極２１１−３及びオージェ電子収集用電圧源２１２−３を備えたオージェ電子収集部として構成されている。他の構成は、図３に示した検査装置２０の実施例２の構成と同一である。
【００２１】
オージェ電子収集用電圧源２１２−３から供給されるオージェ電子収集用電圧は、イオンビームに擾乱を与えない範囲の、例えば１０〜２００Ｖ程度の電圧である。
オージェ電子の情報を電子光学系レンズ２２−３で拡大せず、イオンがウエハに注入される際に有している面積もしくはそれよりやや収束気味に作用させることも可能である。この場合、電子検出部２３−３は、ＳＥＭ（二次電子増倍管）やファラデーカップを用いることも可能であり、また、これらを複数組み合わせて用いることもできる。
オージェ電子は、イオン注入時にウエハＷから発生され、電子光学系レンズ２２−３を経由して電子検出部２３−３に導かれ、図３に示した実施例２の場合と同様に、欠陥等の検査が実行される。
【００２２】
上記した実施例においては、イオン注入プロセスにおいてインサイチュで半導体ウエハの欠陥検査を行うようにした方法及びシステムについて説明したが、欠陥検査のみならず、半導体ウエハの表面における構造、性質等の物性を検出するために適用することもできる。また、イオン注入プロセスのみならず、高速原子線注入プロセス、イオンエッチングプロセス、及び高速原子線エッチングプロセス等の、二次的に粒子がウエハから発生されるプロセスにおいても、同様にしてインサイチュ（ｉｎｓｉｔｕ）で検査を行うことができる。、
【００２３】
本発明は以上のように構成されているので、ウエハへのイオン又は高速原子線の注入又はエッチング等のプロセス中に、ウエハから二次的に発生される粒子を検出することによって、ウエハの欠陥等の検査を行うことができる。したがって、検査用に専用の電子線発生装置等を用いることなく、しかもプロセス中に検査を完了させることができ、よって、半導体デバイス製造のスループットを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明に係る半導体ウエハの検査方法を実行することができるシステムを例示する概略図であり、イオン注入装置に検査装置を組み合わせた場合を示す図である。
【図２】図１に示したシステムの検査装置の実施例を示す概略図である。
【図３】図１に示したシステムの検査装置の他の実施例を示す概略図である。
【図４】図１に示したシステムの検査装置の別の実施例を示す概略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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