(57)【要約】【課題】精度良く半導体基板にある欠陥の画像を自動収集することができる欠陥画像自動収集方法を提供すること。【解決手段】欠陥観察機能部２が代表欠陥を低倍率で検出するステップと、欠陥深さ測定機能部３が代表欠陥からの散乱光２６の強度と代表欠陥に入射した入射光２１の強度とを測定するステップと、散乱光２６の強度が入射した入射光２１の強度よりも大きいときに、制御部４が代表欠陥のウェハ５表面からの深さを算出するステップと、欠陥の深さが所定値以下のときに、制御部４が代表欠陥の位置情報を補正するステップとを有する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電子線を用いて半導体基板にある欠陥を観察する欠陥観察機能部と、
前記欠陥観察機能部と共通のステージを有し、複数の波長の入射光で半導体基板にある欠陥の半導体基板表面または半導体基板上の膜の表面からの深さを測定する欠陥深さ測定機能部と、
前記欠陥観察機能部及び前記欠陥深さ測定機能部の動作を制御する制御部とを備えた欠陥画像自動収集装置を用いる欠陥画像自動収集方法であって、
前記制御部が半導体基板にある複数の欠陥の位置情報を取得するステップと、
前記欠陥観察機能部が前記ステージに載置された前記基板をアライメントするステップと、
前記欠陥観察機能部が前記複数の欠陥のうちの代表欠陥の位置情報に基づいて前記代表欠陥を低倍率で検出するステップと、
前記欠陥深さ測定機能部が前記代表欠陥に前記入射光を入射して前記代表欠陥からの散乱光の強度と前記入射光の強度とを測定するステップと、
前記散乱光の強度が前記入射光の強度よりも大きいときに、前記制御部が前記代表欠陥の前記基板表面または前記基板上の膜の表面からの深さを算出するステップと、
前記深さが所定値以下のときに、前記制御部が前記代表欠陥の位置情報を補正するステップと、
補正した前記代表欠陥の位置情報に基づいて前記制御部が前記複数の欠陥の位置情報を補正するステップと、
前記欠陥観察機能部が前記複数の欠陥の補正された位置情報に基づいて前記複数の欠陥の高倍率での画像を自動収集するステップと
を有することを特徴とする欠陥画像自動収集方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造工程において、半導体基板表面または半導体基板上の膜の表面にある欠陥の画像を自動収集する欠陥画像自動収集方法に関し、特に外観検査装置など他の装置が取得した欠陥位置情報に基づいて欠陥画像自動収集装置が精度良く欠陥の画像を自動収集することができる欠陥画像自動収集方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
走査型電子顕微鏡、いわゆるＳＥＭ（Ｓｃａｎｎｉｎｇ  Ｅｌｅｃｔｒｏｎ  Ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｅ）は、対象物を高倍率のシャープな凹凸像として映し出して観察するのに適している。このＳＥＭを応用して、半導体基板（以下、ウェハという。なお、ウェハには半導体基板そのもの及び半導体基板上に酸化膜などが成膜されているものが含まれるものとする。）上の層間絶縁膜や配線にあるパーティクルなどの欠陥の画像を自動で収集するレビューＳＥＭと呼ばれる欠陥画像自動収集装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
欠陥画像自動収集装置はウェハをステージに載置して各種の位置合わせ（以下、アライメントという）をした後にパターン検査装置や異物検査装置などの外観検査装置が取得した欠陥位置情報に基づいてウェハにある欠陥を順番に検出して高倍率の画像を取得、収集する。このために、欠陥画像自動収集装置と外観検査装置とは最終的に半導体装置となるチップのサイズやウェハでのチップの配列パターンなどの情報をあらかじめ共有しておき、欠陥位置情報として欠陥チップ位置（ウェハのどのチップに欠陥があるか）やチップ内欠陥位置（チップのどこに欠陥があるか）などの情報を交換する。
【０００４】
一方、ウェハを欠陥画像自動収集装置のステージ上でアライメントしただけでは、外観検査装置が取得した欠陥位置情報をそのまま用いても、欠陥画像自動収集装置がウェハにある欠陥を検出するのが難しいことがある。
【０００５】
図５は、従来のウェハにある欠陥の検出方法を説明するための図である。図５（ａ）はウェハ表面に欠陥がある場合、図５（ｂ）はウェハ中に欠陥がある場合であり、図の上から順に、欠陥があるウェハの断面、外観検査装置による光学画像、欠陥画像自動収集装置によるＳＥＭ画像、欠陥画像自動収集装置による欠陥の検出結果をそれぞれ示している。
【０００６】
図５（ａ）に示すようにウェハ５１の表面にある欠陥５２を外観検査装置で検出し、欠陥５２の位置（破線、白矢印）を欠陥位置情報としたときに、この欠陥位置情報をそのまま欠陥画像自動収集装置で用いてＳＥＭ画像を取得すると、欠陥５２の現れる位置にズレが生じる。外観検査装置と欠陥画像自動収集装置との間でウェハ５１を載置するステージなどの構造や装置そのものが違うためである。また、外観検査装置がレーザー散乱検査方式であるときは、散乱光を用いた位置の特定であるために欠陥位置情報そのものの精度が劣っていることもある。
【０００７】
そこで、欠陥画像自動収集装置は欠陥位置情報のうちのいくつかの欠陥を代表欠陥として低倍率で検出して、ＳＥＭ画像に現れた代表欠陥の位置に基づいて代表欠陥の欠陥位置情報を補正し、補正した代表欠陥の欠陥位置情報に基づいて外観検査装置から取得した全ての欠陥の欠陥位置情報を補正する。
【０００８】
なお、ウェハにある欠陥の大きさ、位置などを評価する方法としては、白色光を用いて入射光に対する欠陥による散乱光のスペクトルの変化を測定して解析する方法が知られている（例えば、特許文献２参照）
【特許文献１】特開２０００−２００８１３号公報
【特許文献２】特開平１０−２５３５４６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、外観検査装置は一般に光学画像比較検査方式またはレーザー散乱式検査方式であって、ウェハ表面にある欠陥以外にもウェハ中、例えばＳｉＯ２などの膜中の欠陥も検出することができるのに対し、欠陥画像自動収集装置はウェハ表面にある欠陥のみを正しく検出することができる。
【００１０】
図５（ａ）に示すように、欠陥画像自動収集装置はウェハ５１の表面にある欠陥５２のＳＥＭ画像を取得して欠陥５２を検出するときは、ＳＥＭ画像に現れた欠陥５２を正しく検出（破線、白矢印）することができる。
【００１１】
一方、図５（ｂ）に示すように、欠陥画像自動収集装置はウェハ５１中にある欠陥５３のＳＥＭ画像を取得して欠陥５３を検出しようとするときに、光学画像では検出できる欠陥５３がＳＥＭ画像には現れないので、欠陥５３を検出することができず、ＳＥＭ画像に現れた欠陥ではないメタルのグレインなどによる微小な色むら５４を欠陥として誤って検出（破線、白矢印）してしまう。欠陥画像自動収集装置が欠陥を検出するときに、リファレンス（例えば、隣のチップの同じところ）と画像比較を行い、視野内で最も差異のあるところを欠陥として検出するため、本来欠陥を検出できないところでも画像の微小な差異を欠陥として誤検出してしまうためである。
【００１２】
このため、ＳＥＭ画像に現れた代表欠陥の位置に基づいて代表欠陥の欠陥位置情報を補正するときに、誤検出したものを用いて補正することがあり、図５（ｂ）に示すように実際の代表欠陥の位置と補正した欠陥位置情報における代表欠陥（実際は色むら５４）の位置とに大きなズレが生じることがある。そして、大きなズレが生じた代表欠陥の欠陥位置情報に基づいて外観検査装置から取得した全ての欠陥の欠陥位置情報が補正され、欠陥画像自動収集装置で高倍率の欠陥画像を自動収集したときに、欠陥を精度良く捉えていないことがあった。
【００１３】
本発明は、前記従来の課題を解決するもので、欠陥位置情報に基づいて欠陥画像自動収集装置が精度良く欠陥の画像を自動収集することができる欠陥画像自動収集方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の欠陥画像自動収集方法は、電子線を用いて半導体基板にある欠陥を観察する欠陥観察機能部と、欠陥観察機能部と共通のステージを有し、複数の波長の入射光で半導体基板にある欠陥の半導体基板表面または半導体基板上の膜の表面からの深さを測定する欠陥深さ測定機能部と、欠陥観察機能部及び欠陥深さ測定機能部の動作を制御する制御部とを備えた欠陥画像自動収集装置を用いる欠陥画像自動収集方法であって、制御部が半導体基板にある複数の欠陥の位置情報を取得するステップと、欠陥観察機能部がステージに載置された基板をアライメントするステップと、欠陥観察機能部が複数の欠陥のうちの代表欠陥の位置情報に基づいて代表欠陥を低倍率で検出するステップと、欠陥深さ測定機能部が代表欠陥に入射光を入射して代表欠陥からの散乱光の強度と入射光の強度とを測定するステップと、散乱光の強度が入射光の強度よりも大きいときに、制御部が代表欠陥の基板表面または基板上の膜の表面からの深さを算出するステップと、深さが所定値以下のときに、制御部が代表欠陥の位置情報を補正するステップと、補正した代表欠陥の位置情報に基づいて制御部が複数の欠陥の位置情報を補正するステップと、欠陥観察機能部が複数の欠陥の補正された位置情報に基づいて複数の欠陥の高倍率での画像を自動収集するステップとを有している。
【００１５】
この構成により、欠陥画像自動収集装置は低倍率で代表欠陥を検出し、代表欠陥の散乱光の強度と入射光の強度とを測定し、代表欠陥の有無を判断し、代表欠陥の深さを算出し、半導体基板表面または半導体基板上の膜の表面にある代表欠陥の位置情報を補正することにより、精度良く欠陥位置情報を補正して、補正した欠陥位置情報に基づいて精度良く高倍率の欠陥の画像を自動収集することができる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の欠陥画像自動収集方法によれば、補正した欠陥位置情報に基づいて精度良く欠陥の画像を自動収集することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１８】
図１は本実施の形態の欠陥画像自動収集方法に係る欠陥画像自動収集装置の概略構成を示す図である。欠陥画像自動収集装置１は、電子線を用いてウェハ５にある欠陥を観察するレビューＳＥＭに相当する欠陥観察機能部２（一点鎖線内側）と、光を用いて欠陥のウェハ５表面からの深さを測定する欠陥深さ測定機能部３（二点鎖線内側）と、欠陥観察機能部２及び欠陥深さ測定機能部３の動作制御と各種情報の処理とを行う制御部４とを有している。
【００１９】
欠陥観察機能部２は、ウェハ５を載置するステージ１１と、ウェハ５に電子線１２を照射する電子銃１３と、ウェハ５からの二次電子１４を検出する電子検出部１５とを有している。
【００２０】
欠陥深さ測定機能部３は、所定の波長範囲（例えば、４００〜７００ｎｍ）で連続的なスペクトルを有する光を発するハロゲンランプなどの入射光源２２と、入射光源２２からの光を平行光にするスリット２３及びコリメータ２４と、光のビーム径を例えば５μｍに絞ってウェハ５への入射光２１とする集光レンズ２５と、欠陥観察機能部２と共通のステージ１１と、ウェハ５にある欠陥からの散乱光２６を集光する集光レンズ２７と、集光した散乱光２６の光路を切り換えるミラー２８と、散乱光２６をプリズムで分散して各波長の強度を一次元冷却ＣＣＤで測定し散乱光２６のスペクトルを測定する分光器２９と、入射光２１のスペクトルを測定するときにウェハ５の代わりにステージ１１上に載置して入射光２１を集光レンズ２７に導くミラー３０と、入射光２１のスペクトルを測定するときに開放時間を調整して一次元冷却ＣＣＤの露光量を調節するシャッタ３１とを有している。
【００２１】
集光レンズ２７及びミラー２８は可動式になっており、欠陥観察機能部２を動作させるときには電子線１２の進路に影響のない位置に移動させる。
【００２２】
図２は本実施の形態の欠陥画像自動収集方法の手順を示す図である。
【００２３】
制御部４が外観検査装置（図示せず）からウェハ５の検査結果のうちの欠陥位置情報を取得する（ステップＳ１０）。欠陥位置情報には、前述の通り、欠陥チップ位置（ウェハのどのチップに欠陥があるか）やチップ内欠陥位置（チップのどこに欠陥があるか）などの情報が含まれる。
【００２４】
欠陥観察機能部２がステージ１１に載置されたウェハ５をアライメントする（ステップＳ２０）。
【００２５】
制御部４がステップＳ１０で取得した欠陥位置情報の中から複数の代表欠陥を選出し、欠陥観察機能部２が複数の代表欠陥を低倍率Ａで観察し、制御部４が複数の代表欠陥の位置情報を補正する（ステップＳ３０）。ステップＳ３０の手順については後で図３を用いて詳細に説明する。
【００２６】
制御部４がステップＳ３０で補正した代表欠陥の位置情報をステップＳ１０で取得した欠陥位置情報に反映させて、欠陥位置情報を補正する（ステップＳ４０）。
【００２７】
欠陥観察機能部２がステップＳ４０で補正した欠陥位置情報に基づいて高倍率Ｂ（ただし、Ｂ＞Ａ）で欠陥画像を収集する（ステップＳ５０）。
【００２８】
図３は本実施の形態の欠陥画像自動収集方法の代表欠陥の位置情報を補正する手順の詳細を示す図である。図２で示した手順のステップＳ３０の詳細を示すものである。
【００２９】
制御部４は図２のステップＳ２０のウェハアライメントの後に、図２のステップＳ１０で取得した欠陥位置情報の中から複数の代表欠陥を選出し、その位置情報を取得する（ステップＳ１１０）。代表欠陥はウェハ５からウェハ５内での位置に偏りがないようにして適当な個数、例えば１０〜２０個程度を選出する。代表欠陥のサイズは欠陥位置情報に含まれる欠陥サイズデータに基づいて低倍率Ａでも検出ができ、補正精度を確保できる例えば０．１〜２０μｍ程度のものとする。また、欠陥サイズの認識には光学画像比較検査方式の外観検査装置では欠陥認識ピクセル数（ピクセルサイズ）を使用し、レーザー散乱式検査方式の外観検査装置では散乱光強度などから算出された数字を使用する。
【００３０】
欠陥観察機能部２は、ステップＳ１１０で取得した複数の代表欠陥の位置情報の中から代表欠陥のひとつが観察できる位置にステージ１１を移動させる（ステップＳ１２０）。
【００３１】
欠陥観察機能部２は移動先において低倍率Ａで画像を取得して欠陥相当物を検出する（ステップＳ１３０）。欠陥相当物には実際に欠陥であるものや、図５（ｂ）で示したように欠陥ではないメタルのグレインなどによる微小な色むら５４を欠陥として誤検出したものが含まれる。
【００３２】
欠陥相当物を検出したとき（ステップＳ１３０、ＹＥＳ）は、欠陥観察機能部２から欠陥深さ測定機能部３に動作を切り換える。欠陥深さ測定機能部３は入射光源２２からウェハ５にある欠陥相当物に入射光２１を入射して分光器２９で欠陥相当物からの散乱光２６の強度Ｉｓ（λ）を測定する（ステップＳ１４０）。なお、λは光の波長を表す。欠陥深さ測定機能部３はウェハ５の代わりにステージ１１上に載置したミラー３０に入射光源２２から入射光２１を入射してあらかじめ入射光２１の入射光の強度Ｉｉ（λ）を測定してある。
【００３３】
制御部４は一波長以上の散乱光強度Ｉｓ（λ）と入射光強度Ｉｉ（λ）とを比較し、散乱光強度Ｉｓ（λ）が入射光強度Ｉｉ（λ）よりも大きい（Ｉｓ（λ）＞Ｉｉ（λ））ときに欠陥相当物は実際に欠陥であると判断する（ステップＳ１５０）。
【００３４】
制御部４は欠陥相当物は実際に欠陥であると判断したときは（ステップＳ１５０、ＹＥＳ）、二波長以上について散乱光強度Ｉｓ（λ）と入射光強度Ｉｉ（λ）との比を算出する。欠陥のサイズは十分小さいと推定して、レーリー散乱（光の波長よりも短い粒子による光の散乱）を仮定して、次に示す式１に基づいて、制御部４は散乱体である欠陥のウェハ５表面からの深さを算出する（ステップＳ１６０）。
【００３５】
【数１】
2009043960.tif 000003
【００３６】
ここで、ａ（λ）は光の波長に対するウェハを構成する材料の吸収係数、ｚは欠陥のウェハ表面からの深さ、Ｖは欠陥の体積、Ａは定数をそれぞれ表す。
【００３７】
制御部４はステップＳ１６０で算出した欠陥のウェハ５表面からの深さが所定の深さ以下、例えば深さ０．１μｍ以下のときに、欠陥の少なくとも一部はウェハ５表面に露出していると判断する（ステップＳ１７０）。そして、制御部４は欠陥の少なくとも一部はウェハ５表面に露出していると判断したときは（ステップＳ１７０、ＹＥＳ）、その代表欠陥の位置情報を実際の欠陥位置に基づいて補正する（ステップＳ１８０）。
【００３８】
なお、欠陥観察機能部２で欠陥相当物を検出しないとき（ステップＳ１３０、ＮＯ）、欠陥深さ測定機能部３で測定した散乱光強度Ｉｓ（λ）が入射光強度Ｉｉ（λ）よりも小さい（Ｉｓ（λ）＜Ｉｉ（λ））とき（ステップＳ１５０、ＮＯ）、算出した欠陥のウェハ５表面からの深さが所定の深さ以上のとき（ステップＳ１７０、ＮＯ）はそれぞれその代表欠陥の位置情報の補正を行わない（ステップＳ１９０）。
【００３９】
制御部４は、位置情報を補正したか（ステップＳ１８０）、位置情報を補正しなかったか（ステップＳ１９０）をした代表欠陥がステップＳ１１０で選出した複数の代表欠陥のうちの最後の代表欠陥であるかを判断する（ステップＳ２００）。  
【００４０】
最後の代表欠陥であるときは（ステップＳ２００、ＹＥＳ）、図２のステップＳ４０に進み、ステップＳ１８０で補正した代表欠陥の位置情報をステップＳ１０で取得した欠陥位置情報に反映させて、欠陥位置情報を補正する。最後の代表欠陥でないときは（ステップＳ２００、ＮＯ）、ステップＳ１２０に進み、次の代表欠陥が観察できる位置にステージ１１を移動させる。
【００４１】
図４は本実施の形態の欠陥画像自動収集方法に係る欠陥の深さと散乱光強度との関係を示す図である。散乱光の波長を７００ｎｍ、欠陥サイズを０．２０μｍ（欠陥を球状と仮定）、定数を９８００（実測値より算出）としてシミュレーションした。
【００４２】
図４に示すとおり、欠陥の深さが０．１μｍ以下のときは散乱光強度Ｉｓが大きいところで安定することがわかる。このシミュレーション結果に基づいて、図３に示したステップＳ１７０で欠陥の深さが０．１μｍ以下であるときに欠陥が表面に露出していると判断できる。
【００４３】
以上のように、本実施の形態では、欠陥観察機能部２が低倍率で代表欠陥相当物を検出し、欠陥深さ測定機能部３が代表欠陥相当物の散乱光の強度と入射光の強度とを測定し、制御部４が代表欠陥の有無を判断し、制御部４が代表欠陥の深さを算出し、制御部４がウェハ５表面にある代表欠陥の位置情報を補正することにより、制御部４が精度良く欠陥位置情報を補正して、補正した欠陥位置情報に基づいて欠陥観察機能部２が精度良く高倍率の欠陥の画像を自動収集することができる。
【００４４】
なお、本実施の形態では、欠陥の有無の確認及び欠陥深さの算出を代表欠陥にだけ行ったが、同じことを欠陥位置情報にある全ての欠陥に対して行っても良い。そうすれば、自動収集する欠陥画像の中に実際には欠陥ではないもの、欠陥であってもウェハ表面に露出していないためにＳＥＭ画像に現れないものが含まれないようにすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明の欠陥画像自動収集方法は、精度良く半導体基板にある欠陥の画像を自動収集することができるものであって、半導体装置の製造工程に用いられる欠陥画像自動収集装置に適用して有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の実施の形態の欠陥画像自動収集方法に係る欠陥画像自動収集装置の概略構成を示す図
【図２】本発明の実施の形態の欠陥画像自動収集方法の手順を示す図
【図３】本発明の実施の形態の欠陥画像自動収集方法の代表欠陥の位置情報を補正する手順の詳細を示す図
【図４】本発明の実施の形態の欠陥画像自動収集方法に係る欠陥の深さと散乱光強度との関係を示す図
【図５】従来のウェハにある欠陥の検出方法を説明するための図
【符号の説明】
【００４７】
１    欠陥画像自動収集装置
２    欠陥観察機能部
３    欠陥深さ測定機能部
４    制御部
５，５１    ウェハ
１１    ステージ
５２，５３    欠陥
【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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