(57)【要約】【課題】基板内の欠陥を精度よく検査することが可能な欠陥検査装置および欠陥検査方法を提供する。【解決手段】一の実施形態によれば、欠陥検査方法は、基板に第１のＸ線を照射することを含む。前記方法はさらに、前記第１のＸ線が照射された前記基板から発生した第２のＸ線をレジスト層に照射することを含む。前記方法はさらに、前記第２のＸ線が照射された前記レジスト層を現像することで、前記基板内の欠陥に対応するパターンを前記レジスト層に形成することを含む。前記方法はさらに、前記レジスト層に形成された前記パターンを検査することを含む。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板に第１のＸ線を照射し、
前記第１のＸ線が照射された前記基板から発生した第２のＸ線をレジスト層に照射し、
前記第２のＸ線が照射された前記レジスト層を現像することで、前記基板内の欠陥に対応するパターンを前記レジスト層に形成し、
前記レジスト層に形成された前記パターンを検査する、
ことを含む欠陥検査方法。
【請求項２】
前記レジスト層への前記第２のＸ線の露光量は、
前記欠陥に対応する位置では前記レジスト層の現像閾値よりも小さく、
前記欠陥に対応しない位置では前記レジスト層の現像閾値よりも大きい、
請求項１に記載の欠陥検査方法。
【請求項３】
前記基板は、半導体基板と、前記半導体基板上に交互に設けられた複数の電極層と複数の絶縁層とを備え、
前記欠陥は、前記電極層内に存在する、請求項１または２に記載の欠陥検査方法。
【請求項４】
前記レジスト層は、前記基板とは異なる部材に設けられている、請求項１から３のいずれか１項に記載の欠陥検査方法。
【請求項５】
前記レジスト層は、前記部材における前記基板側の面に設けられている、請求項４に記載の欠陥検査方法。
【請求項６】
前記レジスト層は、前記基板に設けられている、請求項１から３のいずれか１項に記載の欠陥検査方法。
【請求項７】
前記基板は、
前記第１のＸ線が照射される第１の面と、
前記第１の面の反対側に位置し、前記レジスト層が設けられた第２の面と、
を有する請求項６に記載の欠陥検査方法。
【請求項８】
前記基板は、前記第１のＸ線が照射される所定のパターンを含み、
前記レジスト層への前記第２のＸ線の露光量は、
前記欠陥に対応する位置では前記レジスト層の現像閾値よりも小さく、
前記所定のパターンに対応する位置では前記レジスト層の現像閾値よりも大きい、
請求項１から７のいずれか１項に記載の欠陥検査方法。
【請求項９】
基板を支持する基板支持部と、
前記基板に第１のＸ線を照射し、前記第１のＸ線が照射された前記基板から発生した第２のＸ線をレジスト層に照射する照射部と、
を備える欠陥検査装置。
【請求項１０】
さらに、前記レジスト層が設けられ、前記基板と異なる部材を保持する部材保持部を備える、請求項９に記載の欠陥検査装置。
【請求項１１】
さらに、前記基板支持部または前記部材保持部を駆動して、前記基板と前記レジスト層との距離を制御する制御部を備える、請求項１０に記載の欠陥検査装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、欠陥検査装置および欠陥検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
３次元メモリを作製する際には、半導体基板上に複数の犠牲層と複数の絶縁層とを交互に形成し、これらの犠牲層を複数の電極層に置き換える。これにより、半導体基板上に、複数の電極層と複数の絶縁層とを交互に含む積層構造が形成される。しかしながら、犠牲層を電極層に置き換える際に、電極層内に空乏や異物などの欠陥が生じる可能性がある。そのため、電極層内の欠陥を検査することが必要となる。しかしながら、欠陥が積層構造の上面から深い位置にあると、欠陥の検出が困難となる。理由は、検査用の光や超音波が欠陥に到達しないまたは到達しにくいからである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平７−１９８６３０号公報
【特許文献２】特開平２−２４２１４４号公報
【特許文献３】特開２００４−２００４０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
基板内の欠陥を精度よく検査することが可能な欠陥検査装置および欠陥検査方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
一の実施形態によれば、欠陥検査方法は、基板に第１のＸ線を照射することを含む。前記方法はさらに、前記第１のＸ線が照射された前記基板から発生した第２のＸ線をレジスト層に照射することを含む。前記方法はさらに、前記第２のＸ線が照射された前記レジスト層を現像することで、前記基板内の欠陥に対応するパターンを前記レジスト層に形成することを含む。前記方法はさらに、前記レジスト層に形成された前記パターンを検査することを含む。
【図面の簡単な説明】
【０００６】
【図１】第１実施形態の欠陥検査装置の構造を模式的に示す断面図である。
【図２】第１実施形態の欠陥検査方法を説明するための断面図である。
【図３】第２実施形態の欠陥検査装置の構造を模式的に示す断面図である。
【図４】第２実施形態の欠陥検査方法を説明するための断面図である。
【図５】第３実施形態の欠陥検査装置の構造を模式的に示す断面図である。
【図６】第３実施形態の変形例の欠陥検査装置の構造を模式的に示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００７】
以下、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
【０００８】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態の欠陥検査装置の構造を模式的に示す断面図である。
【０００９】
図１の欠陥検査装置は、照射部の例であるＸ線源１と、基板支持部の例であるステージ２と、部材保持部の例であるホルダ３と、制御部４とを備えている。図１はさらに、検査対象の基板（ウェハ）５と、露光対象の部材６とを示している。
【００１０】
［Ｘ線源１］
Ｘ線源１は、励起Ｘ線を発生させ、ステージ２上の基板５に励起Ｘ線を照射する。励起Ｘ線は、第１のＸ線の例である。励起Ｘ線は、軟Ｘ線でも硬Ｘ線でもよい。本実施形態のＸ線源１は、励起Ｘ線を面状に発生させ、基板５の裏面全体に励起Ｘ線を照射する。
【００１１】
［ステージ２］
ステージ２は、基板５を支持するために使用される。本実施形態の基板５は、基板５の表面が上向き、基板５の裏面が下向きになるようにステージ２上に載置される。
【００１２】
図１は、基板５の表面および裏面に平行で互いに垂直なＸ方向およびＹ方向と、基板５の表面および裏面に垂直なＺ方向を示している。本明細書では、＋Ｚ方向を上方向として取り扱い、−Ｚ方向を下方向として取り扱う。本実施形態の−Ｚ方向は、重力方向と一致していてもよいし、重力方向と一致していなくてもよい。
【００１３】
基板５は、半導体基板１１と、半導体基板１１上に設けられた層間絶縁膜１２と、半導体基板１１上に層間絶縁膜１２を介して交互に設けられた複数の電極層１３と複数の絶縁層１４とを備えている。半導体基板１１の例は、シリコン基板である。層間絶縁膜１２の例は、シリコン酸化膜である。電極層１３の例は、タングステン層などの金属層である。絶縁層１４の例は、シリコン窒化膜である。
【００１４】
本実施形態の電極層１３と絶縁層１４の積層構造は、層間絶縁膜１２上に複数の犠牲層と複数の絶縁層１４とを交互に形成し、これらの犠牲層を複数の電極層１３に置き換えることで形成される。犠牲層の例は、シリコン酸化膜である。犠牲層を電極層１３に置き換える際には、電極層１３内に空乏や異物などの欠陥１３ａが生じる可能性がある。本実施形態の欠陥検査装置は、このような欠陥１３ａを検査するために使用される。欠陥１３ａのサイズは、例えば１０ｎｍ〜１０００ｎｍである。
【００１５】
Ｘ線源１からの励起Ｘ線は、ステージ２を透過して基板５の裏面に入射する。励起Ｘ線が電極層１３に照射されると、電極層１３から蛍光Ｘ線が発生する。蛍光Ｘ線は、第２のＸ線の例である。蛍光Ｘ線は、基板５内の各電極層１３から発生する。本実施形態の蛍光Ｘ線の波長は、励起Ｘ線の波長よりも短い。蛍光Ｘ線は、基板５の表面から出射される。
【００１６】
［ホルダ３］
ホルダ３は、部材６を保持するために使用される。部材６は、支持部材（支持基板）２１と、レジスト層２２とを備えている。レジスト層２２は、蛍光Ｘ線に感光するレジスト材料で形成されている。レジスト層２２は、ポジ型でもネガ型でもよい。本実施形態のレジスト層２２は、支持部材２１における基板５側の面、すなわち、支持部材２１の下面に設けられている。このように、本実施形態のレジスト層２２は、基板５ではなく支持部材２１に設けられている。
【００１７】
本実施形態では、基板５からの蛍光Ｘ線がレジスト層２２に照射される。図１は、欠陥１３ａを含む領域に入射する励起Ｘ線Ｒ１Ａと、欠陥１３ａを含まない領域に入射する励起Ｘ線Ｒ１Ｂと、励起Ｘ線Ｒ１Ａにより発生する蛍光Ｘ線Ｒ２Ａと、励起Ｘ線Ｒ１Ｂにより発生する蛍光Ｘ線Ｒ２Ｂとを示している。蛍光Ｘ線Ｒ２Ａは、レジスト層２２の領域２２ａに入射する。蛍光Ｘ線Ｒ２Ｂは、レジスト層２２のその他の領域に入射する。
【００１８】
図１はさらに、レジスト層２２への蛍光Ｘ線の露光量のグラフを示している。グラフの横軸は、レジスト層２２内の各位置のＸ座標を示す。グラフの縦軸は、レジスト層２２内の各位置の露光量を示す。露光量は、レジスト層２２の単位面積当たりの積算光量（積算Ｘ線量）に相当する。図１では、レジスト層２２の現像閾値が点線で示されている。
【００１９】
符号Ｋは、欠陥１３ａに対応する位置での露光量を示している。本実施形態では、欠陥１３ａに対応する位置での露光量が、欠陥１３ａに対応しない位置での露光量より小さくなっている。すなわち、レジスト層２２への蛍光Ｘ線Ｒ２Ａの露光量が、レジスト層２２への蛍光Ｘ線Ｒ２Ｂの露光量より小さくなっている。理由は、電極層１３の電極材料の量が多くなるほど、電極層１３から発生する蛍光Ｘ線の量が多くなるからである。欠陥１３ａは電極材料を含んでいないため、欠陥１３ａを含む領域内の電極材料は、欠陥１３ａを含まない領域内の電極材料よりも少ない。
【００２０】
本実施形態のＸ線源１は、蛍光Ｘ線Ｒ２Ａの露光量が現像閾値よりも小さく、蛍光Ｘ線Ｒ２Ｂの露光量が現像閾値よりも大きくなるように励起Ｘ線を発生させる。このような露光量は例えば、電極層１３やレジスト層２２の特性に応じて、励起Ｘ線の強度や発生期間を調整することで実現可能である。これにより、欠陥１３ａをレジスト層２２の現像により検出することが可能となる。
【００２１】
［制御部４］
制御部４は、欠陥検査装置の種々の動作を制御する。例えば、制御部４は、Ｘ線源１の動作を制御して、励起Ｘ線のオン／オフや、励起Ｘ線の強度や発生期間を制御することができる。また、制御部４は、ステージ２やホルダ３を上下方向に駆動して、基板５とレジスト層２２との距離Ｄを制御することができる。
【００２２】
蛍光Ｘ線が大きく散乱する前にレジスト層２２に入射するように、距離Ｄは短く設定することが望ましい。例えば、基板５内の欠陥１３ａ同士の距離が１〜１０μｍ程度である場合、距離Ｄも１〜１０μｍ程度とすることが望ましい。本実施形態では、距離Ｄを短く設定することで、欠陥検査の分解能を向上させることが可能となる。なお、制御部４は、ステージ２やホルダ３を上下方向に駆動して、基板５とレジスト層２２とを接触させてもよい。
【００２３】
なお、本実施形態のホルダ３は、レジスト層２２を下向きにして部材６を保持する代わりに、レジスト層２２を上向きにして部材６を保持してもよい。ただし、レジスト層２２を下向きにすることには、距離Ｄを短く設定しやすいという利点がある。
【００２４】
図２は、第１実施形態の欠陥検査方法を説明するための断面図である。
【００２５】
図２(ａ)は、現像機７を模式的に示している。本実施形態では、基板５からの蛍光Ｘ線をレジスト層２２に照射した後、部材６を現像機７に移動し、現像機７内の現像液によりレジスト層２２を現像する。その結果、領域２２ａにてレジスト層２２が除去され、レジスト層２２の領域２２ａに開口パターン２２ｂが形成される。すなわち、欠陥１３ａに対応する開口パターン２２ｂがレジスト層２２に形成される。開口パターン２２ｂは、レジスト層２２のパターンの例である。
【００２６】
なお、本実施形態の現像では、領域２２ａ以外にてレジスト層２２が除去され、レジスト層２２の領域２２ａにレジストパターンが残存してもよい。このようなレジストパターンも、レジスト層２２のパターンの例である。
【００２７】
図２(ｂ)は、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）８と、ＰＣ（パーソナルコンピュータ）９とを模式的に示している。ＳＥＭ８とＰＣ９は、通信ライン１０により互いに接続されている。通信ライン１０の例は、通信ケーブルや通信ネットワークである。
【００２８】
本実施形態では、レジスト層２２を現像した後、部材６をＳＥＭ８に移動し、ＳＥＭ８とＰＣ９により開口パターン２２ｂを検査する。具体的には、ＳＥＭ８によりレジスト層２２を撮像し、ＳＥＭ８により撮像されたＳＥＭ画像を通信ライン１０を介してＰＣ９に送信し、ＰＣ９の画面上でユーザがＳＥＭ画像を観察することで、開口パターン２２ｂの有無や、開口パターン２２ｂの位置を検査する。これにより、基板５内の欠陥１３ａの有無や、欠陥１３ａのＸ方向およびＹ方向の位置が特定される。
【００２９】
また、本実施形態のＰＣ９は、ＳＥＭ画像の画像処理を行うことで、開口パターン２２ｂの有無や、開口パターン２２ｂの位置を自動的に検査してもよい。さらに、本実施形態のＰＣ９は、この検査結果に基づいて、基板５内の欠陥１３ａの有無や、欠陥１３ａのＸ方向およびＹ方向の位置を自動的に特定してもよい。
【００３０】
なお、ＳＥＭ８とＰＣ９との通信は、無線通信により実行してもよい。また、ＳＥＭ８は、その他の電子顕微鏡や光学顕微鏡に置き換えてもよい。
【００３１】
以上のように、本実施形態では、基板５に励起Ｘ線を照射し、基板５から発生した蛍光Ｘ線をレジスト層２２に照射する。よって、本実施形態によれば、基板５内の欠陥１３ａに対応する開口パターン２２ｂをレジスト層２２に形成することができ、開口パターン２２ｂを利用して欠陥１３ａを検査することができる。
【００３２】
一般に、欠陥１３ａの検査は、基板５に光や超音波を照射し、基板５からの光や超音波を検出器で検出することで行われる。この場合、欠陥１３ａが基板５の表面から深い位置にあると、光や超音波が欠陥１３ａに到達しないまたは到達しにくいため、欠陥１３ａの検出が困難となる。
【００３３】
この問題は、Ｘ線を使用することで解決できる。理由は、欠陥１３ａが基板５の表面から深い位置にあっても、Ｘ線は欠陥１３ａに到達できるからである。しかしながら、Ｘ線を使用する場合には、Ｘ線をレンズにより集光できないため、基板５を局所的に検査できないことが問題となる。基板５を局所的に検査できないと、欠陥１３ａの位置を精度よく特定することが難しい。
【００３４】
そこで、本実施形態では、基板５から発生した蛍光Ｘ線を検出器で検出せずに、基板５から発生した蛍光Ｘ線をレジスト層２２に照射する。よって、本実施形態によれば、励起Ｘ線や蛍光Ｘ線を集光することなく、欠陥１３ａの位置を精度よく特定することが可能となる。
【００３５】
以上のように、本実施形態によれば、基板５内の欠陥１３ａを精度よく検査することが可能となる。
【００３６】
（第２実施形態）
図３は、第２実施形態の欠陥検査装置の構造を模式的に示す断面図である。
【００３７】
本実施形態のレジスト層２２は、第１実施形態のレジスト層２２とは異なり、基板５に設けられている。具体的には、基板５の表面にレジスト層２２が設けられており、基板５の裏面に励起Ｘ線が照射される。よって、本実施形態の欠陥検査装置は、ホルダ３を備えていない。基板５の裏面は、第１の面の例であり、基板５の表面は、第１の面の反対側の第２の面の例である。
【００３８】
Ｘ線源１からの励起Ｘ線は、ステージ２を透過して基板５の裏面に入射する。励起Ｘ線が電極層１３に照射されると、電極層１３から蛍光Ｘ線が発生する。蛍光Ｘ線は、基板５内の各電極層１３から発生し、基板５内を通過してレジスト層２２に入射する。このようにして、蛍光Ｘ線がレジスト層２２に照射される。
【００３９】
図４は、第２実施形態の欠陥検査方法を説明するための断面図である。
【００４０】
図４(ａ)は、現像機７を模式的に示している。本実施形態では、基板５内で生じた蛍光Ｘ線をレジスト層２２に照射した後、基板５を現像機７に移動し、現像機７内の現像液によりレジスト層２２を現像する。その結果、領域２２ａにてレジスト層２２が除去され、レジスト層２２の領域２２ａに開口パターン２２ｂが形成される。すなわち、欠陥１３ａに対応する開口パターン２２ｂがレジスト層２２に形成される。
【００４１】
図４(ｂ)は、ＳＥＭ８とＰＣ９とを模式的に示している。本実施形態では、レジスト層２２を現像した後、基板５をＳＥＭ８に移動し、ＳＥＭ８とＰＣ９により開口パターン２２ｂを検査する。これにより、基板５内の欠陥１３ａの有無や、欠陥１３ａのＸ方向およびＹ方向の位置が特定される。
【００４２】
以上のように、本実施形態では、基板５と異なる支持部材２１にレジスト層２２を形成するのではなく、基板５にレジスト層２２を形成する。よって、本実施形態によれば、第１実施形態と同様に、基板５内の欠陥１３ａに対応する開口パターン２２ｂをレジスト層２２に形成することができ、開口パターン２２ｂを利用して欠陥１３ａを検査することができる。
【００４３】
第２実施形態には、基板５とレジスト層２２が接していることで、欠陥検査の分解能が高くなるという利点がある。また、第２実施形態には、ホルダ３や支持部材２１が不要になるという利点がある。
【００４４】
一方、第１実施形態には、基板５を現像機７やＳＥＭ９に移動せずに欠陥検査を実行できるという利点がある。また、第１実施形態には、検査対象（基板５）と露光対象（部材６）とを分離できるという利点がある。
【００４５】
（第３実施形態）
図５は、第３実施形態の欠陥検査装置の構造を模式的に示す断面図である。
【００４６】
図５の欠陥検査装置は、図１の欠陥検査装置と同じ構造を有している。ただし、図５の基板５は、電極層１３と絶縁層１４とを貫通するように形成された１つ以上の導電パターン１５を備えている。導電パターン１５は例えば、金属材料により形成されている。導電パターン１５は、基板５内の所定のパターンの例である。
【００４７】
Ｘ線源１からの励起Ｘ線は、ステージ２を透過して基板５の裏面に入射する。励起Ｘ線が電極層１３に照射されると、電極層１３から蛍光Ｘ線が発生する。同様に、励起Ｘ線が導電パターン１５に照射されると、導電パターン１５から蛍光Ｘ線が発生する。蛍光Ｘ線は、基板５内の各電極層１３や各導電パターン１５から発生する。蛍光Ｘ線は、基板５の表面から出射される。
【００４８】
本実施形態では、基板５からの蛍光Ｘ線がレジスト層２２に照射される。図５は、欠陥１３ａを含む領域に入射する励起Ｘ線Ｒ１Ａと、導電パターン１５を含む領域に入射する励起Ｘ線Ｒ１Ｃと、励起Ｘ線Ｒ１Ａにより発生する蛍光Ｘ線Ｒ２Ａと、励起Ｘ線Ｒ１Ｃにより発生する蛍光Ｘ線Ｒ２Ｃとを示している。蛍光Ｘ線Ｒ２Ａは、レジスト層２２の領域２２ａに入射する。蛍光Ｘ線Ｒ２Ｃは、レジスト層２２のその他の領域に入射する。なお、図５では、欠陥１３ａおよび導電パターン１５を含まない領域に入射する励起Ｘ線Ｒ１Ｂと、励起Ｘ線Ｒ１Ｂにより発生する蛍光Ｘ線Ｒ２Ｂの図示が省略されている（図１参照）。
【００４９】
図５はさらに、蛍光Ｘ線の露光量のグラフを示している。符号Ｋは、欠陥１３ａに対応する位置での露光量を示している。符号Ｐは、導電パターン１５に対応する位置での露光量を示している。本実施形態では、導電パターン１５に対応する位置での露光量が、欠陥１３ａに対応する位置での露光量より大きくなっており、欠陥１３ａおよび導電パターン１５に対応しない位置での露光量より小さくなっている。すなわち、蛍光Ｘ線Ｒ２Ｂの露光量が、蛍光Ｘ線Ｒ２Ａの露光量より大きくなっており、蛍光Ｘ線Ｒ２Ｂの露光量より小さくなっている。
【００５０】
本実施形態のＸ線源１は、蛍光Ｘ線Ｒ２Ａの露光量が現像閾値よりも小さく、蛍光Ｘ線Ｒ２Ｂ、Ｒ２Ｃの露光量が現像閾値よりも大きくなるように励起Ｘ線を発生させる。このような露光量は例えば、電極層１３、導電パターン１５、レジスト層２２の特性に応じて、励起Ｘ線の強度や発生期間を調整することで実現可能である。これにより、欠陥１３ａを顕在化させつつ導電パターン１５を顕在化させないように、レジスト層２２を現像することが可能となる。すなわち、欠陥１３ａの検出が導電パターン１５により妨げられることを防止することが可能となる。本実施形態のレジスト層２２を現像すると、図２(ａ)に示す開口パターン２２ｂが得られる。
【００５１】
図６は、第３実施形態の変形例の欠陥検査装置の構造を模式的に示す断面図である。
【００５２】
図６の欠陥検査装置は、図３の欠陥検査装置と同じ構造を有している。ただし、図６の基板５は、電極層１３と絶縁層１４とを貫通するように形成された１つ以上の導電パターン１５を備えている。このように、第３実施形態は、第１実施形態だけでなく第２実施形態にも適用可能である。
【００５３】
以上のように、本実施形態では、欠陥１３ａに対応する蛍光Ｘ線Ｒ２Ａの露光量が現像閾値よりも小さく、導電パターン１５に対応する蛍光Ｘ線Ｒ２Ｃの露光量が現像閾値よりも大きくなるように励起Ｘ線を発生させる。よって、本実施形態によれば、基板５内に導電パターン１５が設けられていても、基板５内の欠陥１３ａを精度よく検査することが可能となる。
【００５４】
以上、いくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例としてのみ提示したものであり、発明の範囲を限定することを意図したものではない。本明細書で説明した新規な装置および方法は、その他の様々な形態で実施することができる。また、本明細書で説明した装置および方法の形態に対し、発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の省略、置換、変更を行うことができる。添付の特許請求の範囲およびこれに均等な範囲は、発明の範囲や要旨に含まれるこのような形態や変形例を含むように意図されている。
【符号の説明】
【００５５】
１：Ｘ線源、２：ステージ、３：ホルダ、４：制御部、５：検査対象の基板、
６：露光対象の部材、７：現像機、８：ＳＥＭ、９：ＰＣ、１０：通信ライン、
１１：半導体基板、１２：層間絶縁膜、１３：電極層、
１３ａ：欠陥、１４：絶縁層、１５：導電パターン、
２１：支持部材、２２：レジスト層、２２ａ：領域、２２ｂ：開口パターン
【図１】
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【図２】
2017129370.tif 000004
【図３】
2017129370.tif 000005
【図４】
2017129370.tif 000006
【図５】
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【図６】
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