(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
多孔質材料の複数の被検査物又はそれらのサンプルの比誘電率及び散乱光強度を測定することにより、予め被検査物の比誘電率と散乱光強度との相関関係を求め、
被検査物の散乱光強度を測定して、予め求めた相関関係から被検査物の比誘電率を検出することを特徴とする多孔質材料の比誘電率検出方法。
【請求項２】
多孔質材料の複数の被検査物又はそれらのサンプルの比誘電率、厚さ及び散乱光強度を測定することにより、予め被検査物の厚さに応じた比誘電率と散乱光強度との相関関係を求め、
被検査物の厚さ情報を入力し、かつ、被検査物の散乱光強度を測定して、予め求めた相関関係から被検査物の比誘電率を検出することを特徴とする多孔質材料の比誘電率検出方法。
【請求項３】
検査光を多孔質材料の被検査物へ照射する投光手段と、
検査光が被検査物で散乱された散乱光を受光して散乱光強度を検出する受光手段と、
前記受光手段で検出された散乱光強度に基づいて被検査物の表面の異物を検出する異物検出手段と、
被検査物の比誘電率と散乱光強度との相関関係を記憶し、前記受光手段で検出された散乱光強度に基づいて被検査物の比誘電率を検出する誘電率検出手段とを備えたことを特徴とする異物検査装置。
【請求項４】
前記誘電率検出手段は、被検査物の厚さに応じた比誘電率と散乱光強度との相関関係を記憶し、被検査物の厚さ情報を入力し、前記受光手段で検出された散乱光強度及び入力した厚さ情報に基づいて被検査物の比誘電率を検出することを特徴とする請求項３に記載の異物検査装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェーハ等の被検査物の表面に存在する異物や結晶欠陥等（以下、これらを総称して異物と称す）を検査する異物検査装置、及びそれに用いられる多孔質材料の比誘電率検出方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＬＳＩ等の配線間を絶縁する配線間絶縁材料は、比誘電率の低いことが要求される。配線間絶縁材料の比誘電率が低い程、配線間容量が小さくなり、配線遅延が抑制されてＬＳＩの高速化が図られる。特に近年、配線の微細化により隣接する配線間容量の増加が顕著になってきたことから、多層配線構造の層間絶縁膜として低誘電率膜の開発が進められている。低誘電率膜の材料としては各種の物質が検討されているが、比誘電率を低くする手段の１つとして、内部に微細な空孔を設けた多孔質膜が注目されている。
【０００３】
多孔質膜を層間絶縁膜として半導体ウェーハの表面に形成する場合、多孔質膜の比誘電率を測定するか、あるいは多孔質膜の空孔の寸法、形状、密度等を測定することによって、多孔質膜の比誘電率を管理する必要がある。多孔質膜の比誘電率を測定する場合は、測定用のＴＥＧ（テストエレメントグループ）パターンを有する半導体ウェーハを用意し、ＴＥＧパターンに誘電率測定装置の触針を接触させて測定を行う。
【０００４】
一方、従来、多孔質膜の空孔の寸法、形状等を測定する方法として、ガス吸着法、陽電子消滅法、Ｘ線散漫散乱法等が知られている。ガス吸着法は、Ｎ2 やＡｒガス等を空孔内部に吸着させた時の質量変化から空孔の寸法を測定するものであり、膜の外部へ通じガスを吸着できる空孔のみが測定可能である。陽電子消滅法は、陽電子を照射して生成した電子−陽電子対が空孔の壁に衝突して消滅するまでの時間から空孔の寸法を測定するものであり、陽電子発生源等の比較的大きな設備が必要である。これに対し、Ｘ線散漫散乱法は、Ｘ線を照射して空孔の界面で散乱したＸ線を検出することにより空孔の寸法や形状を測定するものであり、膜の外部へ通じていない空孔も測定でき、かつ、陽電子消滅法に比べて簡易な装置及び測定方法で実施することができる。
【０００５】
多孔質膜を層間絶縁膜として半導体ウェーハの表面に形成した後、多孔質膜の表面に異物がないかどうか、異物検査装置を用いて検査が行われる。異物検査装置は、被検査物の表面にレーザー光等の検査光を照射し、被検査物からの散乱光を検出することによって、被検査物の表面の異物を検査するものである。このような異物検査装置に関するものとしては、例えば、特開平９−３０４２８９号公報に記載のものがある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
従来、多孔質膜の比誘電率を測定する場合は、測定用のＴＥＧパターンを有する半導体ウェーハを測定の都度用意する必要があった。一方、多孔質膜の空孔の寸法や形状を測定するＸ線散漫散乱法は、陽電子消滅法に比べて簡易ではあるが、Ｘ線を用いるため装置が高価となり、また安全上の取り扱いに注意が必要である。さらに、多孔質膜を形成する工程で比誘電率を管理しても、多孔質膜を形成した後、表面に異物がないかどうかを別途検査する必要がある。
【０００７】
本発明は、多孔質材料の比誘電率を簡易な方法又は装置で検出することを目的とする。
【０００８】
本発明はまた、多孔質材料を用いた被検査物の異物検査と、多孔質材料の比誘電率検出とを同時に行うことを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載された多孔質材料の比誘電率検出方法は、多孔質材料の複数の被検査物又はそれらのサンプルの比誘電率及び散乱光強度を測定することにより、予め被検査物の比誘電率と散乱光強度との相関関係を求め、被検査物の散乱光強度を測定して、予め求めた相関関係から被検査物の比誘電率を検出するものである。
【００１０】
また、請求項３に記載された異物検査装置は、検査光を多孔質材料の被検査物へ照射する投光手段と、検査光が被検査物で散乱された散乱光を受光して散乱光強度を検出する受光手段と、受光手段で検出された散乱光強度に基づいて被検査物の表面の異物を検出する異物検出手段と、被検査物の比誘電率と散乱光強度との相関関係を記憶し、受光手段で検出された散乱光強度に基づいて被検査物の比誘電率を検出する誘電率検出手段とを備えたものである。
【００１１】
多孔質材料の比誘電率は空孔が含まれる割合（空隙率）と相関があり、空隙率が高い程比誘電率は低くなる傾向にある。また、多孔質材料の散乱光強度は空隙率と相関があり、空隙率が高い程散乱光強度は強くなる傾向にある。従って、多孔質材料の比誘電率と散乱光強度との間には、空隙率を介して相関関係がある。本発明の比誘電率検出方法及び異物検査装置では、被検査物の散乱光強度を利用して、予め求めた比誘電率と散乱光強度との相関関係から被検査物の比誘電率を検出する。多孔質材料の比誘電率と散乱光強度との相関関係を求めた後は実際に比誘電率を測定する必要がなく、また高価で安全上の取り扱いが大変なＸ線装置等が必要ないので、多孔質材料の比誘電率を簡易な方法又は装置で検出することができる。さらに、本発明の異物検査装置では、散乱光強度に基づいて被検査物の表面の異物を検出する異物検出手段と、散乱光強度に基づいて被検査物の比誘電率を検出する誘電率検出手段とを備えることにより、多孔質材料を用いた被検査物の異物検査と多孔質材料の比誘電率検出とを同時に行うことができる。
【００１２】
請求項２に記載された多孔質材料の比誘電率検出方法は、多孔質材料の複数の被検査物又はそれらのサンプルの比誘電率、厚さ及び散乱光強度を測定することにより、予め被検査物の厚さに応じた比誘電率と散乱光強度との相関関係を求め、被検査物の厚さ情報を入力し、かつ、被検査物の散乱光強度を測定して、予め求めた相関関係から被検査物の比誘電率を検出するものである。
【００１３】
また、請求項４に記載された異物検査装置は、請求項３のものにおいて、誘電率検出手段が、被検査物の厚さに応じた比誘電率と散乱光強度との相関関係を記憶し、被検査物の厚さ情報を入力し、前記受光手段で検出された散乱光強度及び入力した厚さ情報に基づいて被検査物の比誘電率を検出するものである。
【００１４】
例えば半導体ウェーハの表面に層間絶縁膜として形成された多孔質膜のように、被検査物の多孔質材料が薄い場合、多孔質材料の厚さに応じて比誘電率と散乱光強度との相関関係が異なってくる。そこで、予め被検査物の厚さに応じた比誘電率と散乱光強度との相関関係を求めておくことによって、散乱光強度及び厚さ情報に基づいて厚さの異なる複数の被検査物の比誘電率を検出することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に従って説明する。まず、図２は、多孔質膜を形成した半導体ウェーハの一部の断面図である。この半導体ウェーハ１０はパターン無しウェーハの例を示し、シリコンウェーハ１１の上面に層間絶縁膜として多孔質膜１２が形成されている。多孔質膜１２は、図に小円で示した空孔を多数有している。
【００１６】
図１は、本発明の一実施の形態による異物検査装置の概略構成を示す図である。異物検査装置５０は、図３に示すウェーハテーブル２及び投光系と、散乱光検出レンズ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ及び光電変換素子８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄを含む受光系と、アナログ処理回路５１と、誘電率検出回路５２と、異物検出回路５３とを含んで構成されている。
【００１７】
図３は、本発明の一実施の形態による異物検査装置の投光系及び受光系の概略構成を示す図である。本実施の形態は、検査光を被検査物の表面に対して斜めに照射する斜方照射投光系の例を示している。被検査物である半導体ウェーハ１０は、ウェーハテーブル２に搭載される。ウェーハテーブル２が破線矢印で示す方向に回転することにより、半導体ウェーハ１０が破線矢印で示す方向に回転して、半導体ウェーハ１０の検査領域１４が円周方向へ移動する。また、ウェーハテーブル２が図示しない移動機構によってＸ方向に移動することにより、検査領域１４が半径方向へ移動する。これにより、検査領域１４が半導体ウェーハ１０上でスパイラル状に移動し、半導体ウェーハ１０の表面全体が検査される。なお、ウェーハテーブル２は、ＸＹ移動機構を備え、検査領域１４をＸＹ方向に移動するものであってもよい。
【００１８】
異物検査装置５０の投光系は、レーザー光源３、波長板４、ビームエキスパンダ５、及び集光レンズ６を含んで構成されている。レーザー光源３は、検査光として所定の波長、例えば３６８ｎｍ，４８８ｎｍ，５３２ｎｍ等のレーザー光を発生する。レーザー光源３で発生されたレーザー光は、波長板４を通過してＰ偏光（又はＳ偏光）に偏光される。そして、ビームエキスパンダ５でビーム径が所望の大きさに拡大され、集光レンズ６によりレーザースポットとして半導体ウェーハ１０の検査領域１４へ照射される。投光系の光軸は半導体ウェーハ１０の表面に対して斜めに設定されており、図１及び図３ではレーザー光の照射角度θ１を半導体ウェーハ１０の表面を基準とした仰角で示している。
【００１９】
図４は、検査光の照射角度と多孔質膜の反射率との関係の一例を示す図である。図４は検査光がＰ偏光されたレーザー光の場合を示しており、多孔質膜の反射率は照射角度θ１に応じて変化する。そこで本実施の形態では、多孔質膜の反射率が一番低くなる照射角度、図４の例では３５度近辺の照射角度でレーザー光を半導体ウェーハ１０へ照射する。これにより、半導体ウェーハ１０の多孔質膜１２の表面で反射するレーザー光が少なくなり、多孔質膜１２の表面下へ透過するレーザー光の量が多くなる。
【００２０】
図１において、半導体ウェーハ１０へ照射されたレーザー光Ｌのうち、多孔質膜１２の表面下へ透過したレーザー光は多孔質膜１２の内部の空孔の界面で散乱されて、散乱光Ｄが多孔質膜１２の上面へ射出される。図３に示すように、半導体ウェーハ１０の上面には検査領域１４を中心とした円周方向に４組の受光系が設けられており、多孔質膜１２の上面へ射出された散乱光を受光する。受光系の散乱光検出レンズ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄは、散乱光を集光して、光電変換素子８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄの受光面に集束させる。光電変換素子８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄは、例えば光電子増倍管で構成され、受光面で受光した散乱光の強度を電気信号に変換して出力する。各受光系の光軸は半導体ウェーハ１０の表面に対して斜めに設定されており、図３ではその角度θａ，θｂ，θｃ，θｄをそれぞれ半導体ウェーハ１０の表面を基準とした仰角で示している。本実施の形態は、角度θａ，θｃが小さい低角度受光系と、角度θｂ，θｄが大きい高角度受光系とを設けた例を示している。これらの受光系は、特開平９−３０４２８９号公報に開示されているものと同様である。なお、受光系は、必ずしも４組である必要はなく、これより少なくても多くてもよい。
【００２１】
図１において、光電変換素子８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄから出力された散乱光強度を示す電気信号は、アナログ処理回路５１及び異物検出回路５３へ入力される。アナログ処理回路５１は、光電変換素子８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄから入力した電気信号について雑音除去やディジタル化等の前処理を行って、誘電率検出回路５２へ出力する。誘電率検出回路５２は、後述する方法によって求めた多孔質膜１２の膜厚に応じた比誘電率と散乱光強度との相関関係を計算式として記憶しており、多孔質膜１２の膜厚情報を入力して、アナログ処理回路５１の出力データと膜厚情報とから多孔質膜１２の比誘電率を計算して出力する。多孔質膜１２の膜厚情報は、多孔質膜１２を形成する工程の管理情報から得ることができる。
【００２２】
一方、多孔質膜１２の表面に異物が存在する場合、半導体ウェーハ１０へ照射されたレーザー光Ｌは多孔質膜１２の表面の異物で散乱されて、散乱光が発生する。従って、受光系の散乱光検出レンズ７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ及び光電変換素子８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄにより検出された散乱光強度が変化する。異物検出回路５３は、光電変換素子８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄから入力した散乱光強度を示す電気信号に基づいて、半導体ウェーハ１０の表面の異物検出処理を行う。この異物検出処理は、例えば、特開平９−３０４２８９号公報に開示されているものが利用できる。なお、異物検出処理に必要な電気信号の前処理が比誘電率検出に必要な前処理と同じ場合、異物検出回路５３はアナログ処理回路５１の出力を入力してもよい。
【００２３】
図５は、本発明の他の実施の形態による異物検査装置の投光系及び受光系の概略構成を示す図である。本実施の形態は、検査光を被検査物の表面に対して垂直に照射する垂直照射投光系の例を示している。図３に示した実施の形態との相違は、投光系が波長板４を有さず、投光系の光軸が半導体ウェーハ１０の表面に対して垂直に設定されている点である。その他の構成は図３に示した実施の形態と同様である。本実施の形態では、偏光されていないレーザー光が半導体ウェーハ１０の表面に垂直に照射されるので、半導体ウェーハ１０の多孔質膜１２の表面下へ透過するレーザー光の量が多くなる。
【００２４】
次に、多孔質膜の膜厚に応じた比誘電率と散乱光強度との相関関係を求める方法の一例を説明する。図６（ａ）は比誘電率測定用の半導体ウェーハの一部の断面図、図６（ｂ）は膜厚及び散乱光強度測定用の半導体ウェーハの一部の断面図である。比誘電率測定用の半導体ウェーハ２０では、シリコンウェーハ２１の上面に比誘電率測定用のＴＥＧパターン２３を形成し、その上に多孔質膜２２を形成する。一方、膜厚及び散乱光強度測定用の半導体ウェーハ３０では、シリコンウェーハ３１の上面に多孔質膜３２のみを形成する。これらの多孔質膜２２，３２を同時に着工して形成することにより、多孔質膜２２，３２の膜厚ｔを同じにしたものを、各種の膜厚について作成する。
【００２５】
図７は、多孔質膜の膜厚に応じた比誘電率と散乱光強度との相関関係を求める装置の概略構成を示す図である。誘電率測定装置６０は、比誘電率測定用の半導体ウェーハ２０の２つのＴＥＧパターン２３に触針を接触させて多孔質膜２２の比誘電率を測定し、測定したデータを演算処理装置８０へ出力する。膜厚測定装置７０は、膜厚及び散乱光強度測定用の半導体ウェーハ３０の多孔質膜３２の膜厚を測定し、測定したデータを演算処理装置８０へ出力する。異物検査装置５０は、膜厚及び散乱光強度測定用の半導体ウェーハ３０の多孔質膜３２の散乱光強度を測定し、測定したデータをアナログ処理回路５１から演算処理装置８０へ出力する。演算処理装置８０は、各種の膜厚についての誘電率測定装置６０からの比誘電率のデータ、膜厚測定装置７０からの膜厚のデータ、及び異物検査装置５０からの散乱光強度のデータを入力し、これらのデータを演算処理することによって、膜厚に応じた比誘電率と散乱光強度との相関関係を示す計算式を作成する。
【００２６】
さらに、多孔質膜の膜厚に応じた比誘電率と散乱光強度との相関関係を求める方法の他の例を説明する。一般に、半導体ウェーハの異物検査装置には、図２に示したパターン無しウェーハを検査する異物検査装置と、パターン付きウェーハを検査する異物検査装置とがある。そして、パターン付きウェーハを検査する異物検査装置には、検査領域中でパターンが存在する領域を認識する機能が備えられている。このような機能を備えた異物検査装置を用いると、比誘電率測定用の半導体ウェーハ２０で散乱光強度も測定することができる。
【００２７】
図８（ａ）は比誘電率測定用の半導体ウェーハの上面図、図８（ｂ）はそのチップの上面図である。比誘電率測定用の半導体ウェーハ２０の各チップ４０には、ＴＥＧパターン２３が設けられている。パターン付きウェーハを検査する異物検査装置は、チップ４０のＴＥＧパターン２３が存在する領域を認識して、それを含む非検査領域４１を設定し、非検査領域４１については散乱光強度の測定を行わない。従って、図７で異物検査装置５０としてパターン付きウェーハを検査する異物検査装置を用い、膜厚及び散乱光強度測定用の半導体ウェーハ３０の代わりに比誘電率測定用の半導体ウェーハ２０でＴＥＧパターン２３が存在しない領域について多孔質膜の散乱光強度を測定すると、同一の半導体ウェーハで比誘電率と散乱光強度との相関関係を求めることができる。
【００２８】
以上説明した実施の形態によれば、半導体ウェーハの異物検査装置が本来備えている投光系及び受光系を利用して、半導体ウェーハの多孔質膜の比誘電率を検出することができる。
【００２９】
以上説明した実施の形態では、検査光としてレーザー光を使用していたが、白色光、紫外光等であってもよい。多孔質材料は、大気中に放置しておくと空孔に水蒸気を吸着して水分を吸収しやすい材料であり、水分吸収によって材料の特性に変化を起こすことがある。本発明において、検査光として水分による減衰が大きい波長の光を用い、散乱光強度の減衰を測定すると、多孔質材料の水分吸収量を検出することができる。これにより、例えば、半導体ウェーハの表面に多孔質膜を形成した後、多孔質膜の水分吸収量に基づいて次工程の着工可否を判断することが可能となる。
【００３０】
以上説明した実施の形態では、誘電率検出回路５２が多孔質膜の膜厚に応じた比誘電率と散乱光強度との相関関係を計算式として記憶しており、散乱光強度と膜厚情報とから多孔質膜の比誘電率を計算していたが、多孔質膜の膜厚に応じた比誘電率と散乱光強度との相関関係をデータとして記憶しておき、散乱光強度と膜厚情報とを基に記憶した比誘電率のデータを検索するようにしてもよい。
【００３１】
以上説明した実施の形態では、半導体ウェーハ上に形成された多孔質膜を例として説明したが、本発明はこれに限らず各種の多孔質材料に適用することができる。そして、多孔質材料が所定以上の厚さで、比誘電率と散乱光強度との相関関係が被検査物の厚さによらない場合は、被検査物の厚さを考慮する必要がない。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の多孔質材料の比誘電率測定方法及び異物検査装置によれば、多孔質材料の比誘電率と散乱光強度との相関関係を求めた後は実際に比誘電率を測定する必要がなく、また高価で安全上の取り扱いが大変なＸ線装置等が必要ないので、多孔質材料の比誘電率を簡易な方法又は装置で検出することができる。
【００３３】
また、本発明の異物検査装置によれば、多孔質材料を用いた被検査物の異物検査と、多孔質材料の比誘電率検出とを同時に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の一実施の形態による異物検査装置の概略構成を示す図である。
【図２】  多孔質膜を形成した半導体ウェーハの一部の断面図である。
【図３】  本発明の一実施の形態による異物検査装置の投光系及び受光系の概略構成を示す図である。
【図４】  検査光の照射角度と多孔質膜の反射率との関係の一例を示す図である。
【図５】  本発明の他の実施の形態による異物検査装置の投光系及び受光系の概略構成を示す図である。
【図６】  （ａ）は比誘電率測定用の半導体ウェーハの一部の断面図、（ｂ）は膜厚及び散乱光強度測定用の半導体ウェーハの一部の断面図である。
【図７】  多孔質膜の膜厚に応じた比誘電率と散乱光強度との相関関係を求める装置の概略構成を示す図である。
【図８】  （ａ）は比誘電率測定用の半導体ウェーハの上面図、（ｂ）はそのチップの上面図である。
【符号の説明】
２…ウェーハテーブル、３…レーザー光源、４…波長板、５…ビームエキスパンダ、６…集光レンズ、７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ…散乱光検出レンズ、８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ…光電変換素子、１０，２０，３０…半導体ウェーハ、１１，２１，３１…シリコンウェーハ、１２，２２，３２…多孔質膜、１４…検査領域、２３…ＴＥＧパターン、４０…チップ、４１…非検査領域、５０…異物検査装置、５１…アナログ処理回路、５２…誘電率検出回路、５３…異物検出回路、６０…誘電率測定装置、７０…膜厚測定装置、８０…演算処理装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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