CN108603850B - 缺陷检查方法以及缺陷检查装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种能够高精度地评价潜伤等的长缺陷的缺陷检查装置。为了达到其目的，所提出的该缺陷检查装置具备：拍摄元件，其使由形成于试样上的减速电场而未到达试样而反射的电子进行成像；紫外光源，其向上述试样照射紫外光；移动台，其使上述试样支承部件进行移动；以及控制装置，其控制该移动台，其中，该控制装置以使上述图像内包含的线状部的一部分或者该线状部的延长线上的线上部位与上述电子束的照射区域的特定部位进行定位的方式，控制上述移动台，并且重复进行控制上述移动台直到上述线状部的端部在上述电子束的照射区域内进行定位。

Description

缺陷检查方法以及缺陷检查装置
技术领域
本发明涉及晶圆的缺陷检查方法以及缺陷检查装置，特别是涉及根据基于带电粒子照射而形成的图像来检查缺陷的方法以及装置。
背景技术
为了晶圆的缺陷检查，使用电子射线装置评价，其对通过检测向试样照射带电粒子束而由此得到的电子所形成的图像进行评价。在专利文献1中公开了根据基于照射电子束而得到的图像信号来检测缺陷的缺陷检查装置。在专利文献1中公开了一种装置，其通过将与所照射的电子射线的加速电压接近的负电压施加到晶圆，由此在晶圆表面附近使照射到晶圆表面上的检查视场整体的电子射线进行反转，并通过电子透镜对反转的电子进行成像而得到用于检查的电子图像。通过对该反转的电子(镜面电子)进行成像，能够形成图像。
另外，作为这种镜面电子显微镜的用途，在非专利文献1中说明了存在检测半导体结晶的缺陷的情况。在非专利文献1中说明了以下情况：在照射紫外线的状态下得到的镜面电子图像适合于检测SiC外延层的重叠缺陷。通过照射紫外线在试样内部产生的电荷在SiC外延层的重叠缺陷部分被捕获并局部地带电，由此使表面的等势面变形。由于即使等势面稍微变形也会使镜面电子图像产生浓淡，因此可以使用镜面电子显微镜来高灵敏度地检测重叠缺陷。
在先技术文献
专利文献1：日本专利第3534582号(对应美国专利USP6,979,823)
非专利文献1：M.Hasegawa and T.Ohno,J.Appl.Phys.,110,073507(2011)
发明内容
在半导体设备制造工序中，在研磨成镜面状的半导体晶圆上形成精细的电路。当在这样的晶圆上存在异物、划痕或者结晶缺陷、结晶的变质层等时，在电路图案的形成过程中产生缺陷、材质劣化，制造出的设备无法正常地进行动作或者动作的可靠性劣化而无法作为产品而完成。
在使用上述SiC的功率设备的情况下，与以往使用的半导体即Si相比，在绝缘击穿耐压等作为功率设备材料的各种特性方面良好，但是由于化学稳定性良好且较硬，因此难以加工和研磨成晶圆形状。
在SiC晶圆上形成设备图案之前，形成SiC外延层。晶圆通过机械研磨来完成镜面加工，但是还通过实施CMP(化学机械研磨)并去除通过机械研磨产生的加工变质层，由此需要在原子级别制作平坦且无结晶干扰的表面。然而，有时难以设定CMP处理的最佳时间，由机械研磨产生的加工变质区域残留于表面内部以及形成极细的划痕。在残留的加工变质区域的表面为平坦的情况下或划痕的大小较小的情况下，难以进行检测。以下，将这样的变质区域、划痕称为“潜伤”。
有时在残留有潜伤的晶圆表面上使外延层生长时，以潜伤为起点，在原子步骤中发生异常而形成较大的凹凸结构。当在表面处产生这种凹凸的表面上形成设备时，耐高压性明显下降，因此无法用作功率设备。因而，是否残留有潜伤的检查极其重要。
另一方面，潜伤为具有几mm～几十mm的长度的缺陷。与此相对，为了进行基于电子显微镜的高精度的缺陷检测，需要缩小视场尺寸(例如100μm以下)而获取高倍率图像。在非专利文献1所公开的基于照射紫外光的局部带电状态下，通过专利文献1所公开的镜面显微镜进行观察，能够使缺陷可视化，但是在专利文献1和非专利文献1中并未提及通过获取形成较长的缺陷的高倍率图像来高精度地评价缺陷这一情况。
以下，提出了以高精度地评价潜伤等长缺陷为目的的缺陷检查装置。
作为用于实现上述目的的一个方式，提出了以下缺陷检查装置，其具备：试样支承部件，其支承从电子源释放出的电子束所照射的试样；负电压施加电源，其用于形成相对于照射到上述试样的上述电子束的减速电场；拍摄元件，其对由于上述减速电场而未到达上述试样就反射的电子进行成像；紫外光源，其向上述试样照射紫外光；移动台，其使上述试样支承部件进行移动；以及控制装置，其控制该移动台，该控制装置控制上述移动台，以便使上述图像所包含的线状部的一部分或者该线状部的延长线上的线上部位定位于上述电子束的照射区域的特定部位，并且重复控制上述移动台直到上述线状部的端部在上述电子束的照射区域内定位。
根据上述结构，能够高精度地评价潜伤等长缺陷。
附图说明
图1是说明镜面电子显微镜检查装置的概要的图。
图2是说明由照射紫外线产生的加工变质区域(潜伤)带电的图。
图3是说明镜面电子显微镜的对比度形成原理的图。
图4是表示使用镜面电子显微镜的检查工序的流程图。
图5是说明改变紫外线照射条件时的电子显微镜图像的变化的图。
图6是表示潜伤的图像以及从潜伤图像中提取了用于进行追踪检查的特征点的图像的一例的图。
图7是说明将与检测出潜伤的图像相对应的位置作为出发点而将追踪检查进行到潜伤端部为止的工序的图。
图8是说明将与检测出潜伤的图像相对应的位置作为出发点而将追踪检查进行到潜伤端部为止的工序的图。
图9是表示显示潜伤的检测结果的显示画面的一例的图。
图10是说明将与检测出潜伤的图像相对应的位置作为出发点而将追踪检查进行到潜伤端部为止的工序的图。
图11是说明将与检测出潜伤的图像对应的位置作为出发点而将追踪检查进行到潜伤端部为止的工序的图。
图12是表示设定用于进行潜伤搜索的装置条件的设定画面的一例的图。
图13是表示潜伤搜索工序的流程图。
图14是表示包括镜面电子显微镜的缺陷检查系统的一例的图。
具体实施方式
作为晶圆检查技术，使用将具有从可视至紫外的某个波长的光(以下，简称为光)照射到晶圆表面而检测散射在表面的光的技术(光学散射式检查技术)和应用了暗场摄像等光学显微镜技术的检查装置。但是，由于半导体元件精细化的进展等，这些现有的使用光的检查技术无法检测缺陷，从而对晶圆的质量管理带来障碍。
对形成SiC的外延层带来严重影响的晶圆表面内部的加工变质区域(潜伤)无法在现有的光学检查技术中进行检测且无法进行管理。因此，即使试图实现CMP处理的程序改进、高速化，由于不存在晶圆表面的潜伤是否存在或存在密度等的评价单元，因此也无法决定最佳的程序条件。其结果是，妨碍用于提高晶圆生产性的技术开发，从而无法降低SiC晶圆的单价。
以下说明的实施例涉及一种能够检测潜伤等的镜面电子显微镜，特别是涉及一种能够实现检查的高速化、高精度化的具备镜面电子显微镜的缺陷检查装置。形成外延层之前的SiC晶圆的杂质浓度与外延层本身的杂质浓度相比高出大约一万倍至十万倍从而导电性高，因此可以认为即使通过照射紫外线使潜伤带电，也无法保持带电电荷。然而，发明人通过研究得知：在潜伤的情况下其存在区域被限定为晶圆表面附近，因此即使晶圆的杂质浓度高，仍将在观察所需的足够的时间保持局部带电。
在以下说明的实施例中，主要提出了以下缺陷检查装置：其以使由拍摄元件拍摄到的图像内包含的线状部的端部或者线状部的延长线上的线上部位定位于电子束的照射区域的特定部位的方式，控制上述移动台。更具体地说，一边照射预定波长的紫外线，一边移动载置了晶圆的晶圆台来获取晶圆表面的镜面电子显微镜图像。潜伤为加工变质区域以线状连接的划痕状的缺陷。在通过照射紫外线而带负电并表示等势面为凸形状的划痕的对比度出现于镜面电子显微镜图像的情况下，判定为有可能为潜伤。
接着，以沿表示镜面电子图像中的划痕的对比度(亮度与其它部分不同的线状部位)的方式(以具有与图像内包含的亮度位移部分同等亮度并且追踪在图像外也连续地连接的亮度位移部分的方式)，使晶圆台进行移动，搜索表示划痕的对比度中断的部位。如果对比度中断，则返回至初始位置，使晶圆台在如相反方向的划痕那样沿对比度的方向上进行移动，搜索相反侧的对比度终点。通过累积双向的台移动量或者通过图像处理来运算亮度位移部分的长度，由此设为表示划痕的对比度的全长，并记录为缺陷数据。
根据上述结构，能够对外延层成长前的晶圆表面进行潜伤的位置、全长的测量，从而能够适当地评价CMP处理后的晶圆表面状态。通过进行这种评价，能够实现CMP处理的优化，从而能够提高晶圆的生产性。
实施例1
使用图1说明使用了镜面电子显微镜的检查装置。但是，在图1中省略用于真空排气的泵及其控制装置、排气系统配管、被检查晶圆的输送系统等。另外，为了进行说明，电子射线的轨道与实际轨道相比被夸张显示。
首先，说明电子射线照射所涉及的部分。从电子枪101释放出的照射电子射线100a一边由聚光透镜102汇聚一边由分离器103偏转，成为与检查对象的晶圆104大致平行束的电子射线而进行照射。电子枪101使用光源径较小且能够得到较大的电流值的、Zr/O/W型的肖特基电子源，但是也可以使用能够得到更高电流值的LaB6电子源和亮度更高的冷阴极电子源等的电子源。另外，电子枪101也可以是在电子源附近配置磁透镜的磁场重叠型电子枪。由电子枪控制装置105供给并控制电子枪101的引出电压、被引出的电子射线的加速电压、以及电子源灯丝的加热电流等的电子枪的运转所需的电压和电流。在将肖特基电子源、冷阴极电子源用于电子源的情况下，由于在电子枪101内需要维持10-6Pa以下的超高真空，因此在维护时等具备用于维持真空的遮蔽阀。
图中，聚光透镜102被描述为一个透镜，但是也可以是以得到平行度更高的照射电子射线的方式将多个透镜、多极子组合而得的电子光学系统。将聚光透镜102调整为在物镜106的后焦点面使电子射线聚焦。物镜106为由多个电极构成的静电透镜或者磁透镜。
用于使朝向被检查晶圆104的照射电子射线与从被检查晶圆104返回的镜面电子射线进行分离而设置分离器103。在本实施例中，使用利用了E×B偏转器的分离器。能够将E×B偏转器设定为使来自上方的电子射线进行偏转而使来自下方的电子射线直线传播。在该情况下，如图所示，供给照射电子射线的电子光学镜筒倾斜，使对反射的电子进行成像的电子光学镜筒竖立。另外，还能够使用仅使用了磁场的偏转器作为分离器。在与电子射线的光轴垂直的方向上设置磁场，使照射电子射线向被检查晶圆104的方向进行偏转，来自被检查晶圆104的电子向与照射电子射线的方向正相反的方向进行偏转。在该情况下，照射电子射线镜筒的光轴与电子射线成像镜筒的光轴配置成以物镜的光轴为中心而左右对称。
在需要校正由于分离器而使照射电子射线100a偏转时产生的收差的情况下，也可以追加配置收差校正器。另外，在分离器103为磁偏转器的情况下，设置辅助性线圈而校正。
由分离器103偏转后的照射电子射线100a通过物镜106形成为向被检查晶圆104表面垂直地入射的平行束的电子射线。如上所述，由于调整照射系统聚光透镜102以便在物镜106的后焦点100b处聚焦电子射线，因此能够对被检查晶圆104照射平行性高的电子射线。照射电子射线100a所照射的被检查晶圆104上的区域例如具有10000μm2等的面积。物镜106具备用于将镜面电子提升至被检查晶圆104表面上方的阳极。
在由移动台控制装置107进行控制的移动台108的上方经由绝缘部件设置有晶圆架109，在该晶圆架109上放置有被检查晶圆104。移动台108的驱动方式为正交的两个直线运动或者将被检查晶圆104的中心设为旋转中心的旋转运动和向晶圆的半径方向的直线运动或者它们的组合。另外，除此以外，也可以追加上下方向的直线运动、倾斜方向的运动。移动台108通过这些运动使被检查晶圆104表面上的整面或者一部分位于电子射线照射位置即物镜106的光轴上。
为了在被检查晶圆104表面形成负电位，高压电源110(负电压施加电源)将与电子射线的加速电压大致相等的负电压施加到晶圆架109。照射电子射线100a由于通过施加到晶圆架109(试样支承部件)的负电压而形成的减速电场在被检查晶圆104的跟前减速。对施加到晶圆架109的负电压进行细微调整，以便在与被检查晶圆104相撞之前使电子轨道向相反方向反转。由晶圆反射的电子成为镜面电子100c。
镜面电子100c通过物镜106、其它成像透镜进行聚焦，投影到拍摄元件，由此被变换为图像信号。在本实施例中，分离器103为E×B偏转器，因此能够控制为相对于从下方行进的电子射线不具有偏转作用，镜面电子100c在竖立的成像系统列方向上直线传播，该第一图像由中间电子透镜111、投影电子透镜112依次进行成像。
这些中间透镜111和投影透镜112为静电或者磁透镜。最终的电子图像由图像检测部113进行放大投影。在图1中，投影电子透镜112被描绘成一个电子透镜，但是有时也为了进行高倍率的放大、图像失真的校正等，由多个电子透镜、多极子构成。在本图中虽未记载，但是根据需要而配备用于更详细地调整电子射线的偏转器、散光矫正器等。
来自紫外线光源113的紫外线被分光器114分光，通过紫外线光学元件115照射到被检查晶圆104。由于被检查晶圆104保持在真空中，因此通过由透射紫外线的材料(例如石英等)制作而成的窗分为大气侧与真空侧，将从紫外线光学元件115照射的紫外线隔着该窗进行照射。或者，也可以将紫外线光源113设置于真空内。在该情况下，不仅是基于分光器114的波长选择，还能够使用释放出特定发光波长的紫外光的固体元件等。将紫外线的照射波长例如设为与大于晶圆材料的带隙的能量对应的波长。或者，还有时根据材料的带隙内的能量状态的状况，选择能量小于带隙能量的波长来作为使半导体材料内产生载带的波长。在紫外线光源113、分光器114、紫外线光学元件115之间通过光纤等传送紫外线。或者，也可以是使紫外线光源113、分光器114一体化的结构。另外，在能够使紫外线光源113具备仅透射特定范围波长的滤波器的情况下，还有时不使用分光器114。
图像检测部116(拍摄元件)将镜面电子100c的图像变换为电信号而发送至缺陷判定部117。图像检测部116作为一例有时由将电子射线变换为可见光的荧光板、拍摄荧光板的电子图像的照相机构成，另外，作为另一例还有时由检测电子的CCD元件等二维检测器构成。也可以具备使电子图像的强度、荧光的强度倍增的机构。
一边驱动移动台108一边从图像检测部116输出晶圆104表面的各位置的镜面电子图像。
以上述TDI摄像动作的条件为代表，从检查装置控制部118输入输出各装置各部的动作条件。在检查装置控制部118中预先输入产生电子射线时的加速电压、电子射线偏转幅度和偏转速度、台移动速度、来自图像检测元件的图像信号取入时机、紫外线照射条件等各种条件，对移动台控制装置107、控制各电子光学元件的电子光学系统控制装置119、紫外线光源113和分光器114的控制系统等进行统一地控制。检查装置控制部118还有时由角色共享并通过通信线路相结合的多个计算机构成。另外，设置有带监视器的输入输出装置120，由用户调整检查装置、输入动作条件以及执行检查等。
当由用户从带监视器的输入输出装置120输入检查的执行命令时，驱动移动台108，将在晶圆104上指定的检查开始位置移动至物镜106的中心正下方。在图像检测部116获取镜面电子图像之后，将移动台108移动与设定值相对应的量并拍摄下一镜面电子图像，以下，进行重复直到到达设定于检查结束位置的摄像位置。有时重复进行该动作直到晶圆104的大致整面的拍摄结束，但是还有时在检测晶圆104的固定面积之后，移动至其它位置，再次开始检查固定面积。
接着，使用图2说明使用镜面电子显微镜进行的、残留于SiC晶圆表面的加工变质区域(潜伤)的检测原理。在本实施例中，使用由紫外线照射产生的加工变质区域的带电现象来进行检测。在图2的(a)中示意性地示出未照射紫外线时的晶圆表面截面的状况。(1)为在平坦表面下部存在加工变质区域的情况，在图中例示了三角形状的加工变质区域。在该事例中表面不存在凹凸，因此无法通过现有的光学方法进行检测。(2)为表面例如存在划痕等凹陷形状进而其内部残留有加工变质区域的事例。(3)为表面存在凹陷形状且并未伴随内部的加工变质区域的事例。在(2)和(3)为在凹处宽度大于衍射界限的情况下，能够通过光学方法进行检测，但是无法辨别是否存在内部的加工变质区域。在晶圆表面上同时示出照射电子反转的等势面。在(1)的事例中并不存在局部带电、表面的凹凸，因此等势面为平坦。在(2)、(3)的事例中，不存在局部带电，但是表面存在凹处，因此沿其形状而等势面也会凹陷。
在图2的(b)中例示了向这些缺陷部位照射紫外线时的电位的变化。所照射的紫外线的波长为比与晶圆材料的带隙能量(通常在使用于晶圆的4H-SiC的情况下，3.4eV)对应的波长更短的波长较为合适。当照射紫外线时，在内部产生载带直到紫外线透射的深度为止。在n型半导体的情况下，电子被捕获于加工变质区域并局部带负电。
图的等势面表示加工变质区域带负电的情况。在(1)的事例中，产生局部负带电区域，等势面被向上推而成为凸形状。在(2)的事例中，表面呈凹陷形状，但是基于负带电的上推效果变高，等势面仍然呈凸形状。在(3)的事例中，由于不存在带电的区域，因此不管是否存在紫外线的照射，等势面均保持凹陷形状。
镜面电子显微镜将上述等势面的凹凸变换为亮度并使图像化。使用图3说明其原理。图3的(a)示意性地示出表面存在凹凸的情况下的照射电子的轨道反转的样子。与表面形状相应地，等势面变形。在镜面电子显微镜中，照射电子射线大致平行地照射到试样表面，在固定的等势面上轨道反转。在表面凹陷且等势面凹陷的情况下，电子射线以汇聚的方式反转。另一方面，在表面呈凸形状且等势面凸起的情况下，电子射线以发散的方式轨道反转。
轨道反转后的电子通过物镜形成电子图像。通过使物镜的聚焦面从试样表面偏离，能够将等势面的凹凸显示为电子图像的明暗。在图3中，如虚线所示，将聚焦面设定于表面的上方。在该情况下，在等势面凹陷且电子射线汇聚的同时轨道反转的情况下，电子射线集中于聚焦面上，在电子图像上作为明亮点而出现。另一方面，在等势面凸起且电子射线发散的同时轨道反转的情况下，在聚焦面上电子密度降低，作为暗淡部分而出现于电子图像。
如果设为假设将聚焦面设定于试样表面的下方的光学条件，则与图3的情况相反地，成为等势面凸起则明亮、凹陷则暗淡的对比度而出现于电子图像。另外，如图3的(b)所示，即使在表面不存在凹凸也存在局部地带正或者负电的区域的情况下，也等势面凹陷或者凸起等，因此与表面的凹凸同样地，作为图像的明暗而出现于电子图像。此外，说明了使用物镜调整聚焦面的位置的示例，但是也可以将物镜的聚焦设为固定，使用后段的中间电子透镜、投影电子透镜来调整聚焦条件。
当使用图2的现象以及图3的镜面电子图像形成原理时，能够通过镜面电子显微镜图像来检测加工变质区域(潜伤)。未伴随加工变质区域的划痕为具有凹陷形状的划痕，等势面在紫外线照射下也凹陷。另一方面，认为凸形状划痕的形成在CMP研磨之后几乎看不见，表示等势面鼓起而成的划痕的对比度为潜伤的可能性较高。
例如在图2的(a)那样的平坦的潜伤的情况下，在不照射紫外线的状态下在镜面电子图像中不会作为亮度而出现，但是当照射紫外线时等势面凸起而成为图3的(b)的(2)的状况，在镜面电子图像中以暗淡的对比度出现。即，在照射紫外线的同时检测出黑暗对比度时，将停止照射紫外线或者减小强度等变化附加到紫外线照射条件，由此若该暗淡的对比度消失或者变淡则能够判定为潜伤。
然而，还存在以下事例：在加工变质区域的结晶的损伤极大并且所捕获的电子无法逃逸的情况下，即使变更紫外线照射条件也维持带电，镜面电子图像的对比度不会变化。总之，也可以将紫外线照射下等势面为凸起的划痕的区域判定为加工变质区域(潜伤)。
以下，图4示出基于上述原理的、镜面电子显微镜检查装置的检查动作的流程。检查装置的各电子光学元件(电子枪101、聚光透镜102、分离器103、物镜106、中间电子透镜111、投影电子透镜112)、图像检测部116、紫外线照射系统等被设定为预先调整好的条件。
首先，在(1)的“检查条件的输入”步骤中，用户指定晶圆上的检查区域。考虑在带监视器的输入输出装置120上除了显示检查区域的映图以外，还显示摄像图像的预测个数、整个检查时间的预测值等，从而用户能够高效率地设定检查条件。与由用户制作的检查区域、检查实施顺序等有关的各种条件被存储到检查装置控制部118，由用户调出这些条件，由此能够对多个晶圆实施相同检查动作。如果决定检查条件，则用户经由带监视器的输入输出装置120命令开始进行检查动作。检查装置控制部118如果接收到命令则开始将晶圆投放(装载)到装置。
在(2)的“晶圆装载动作”步骤中，由用户指定的被检查晶圆104被载置于晶圆架109，晶圆架109被设置在装置内的移动台108上。之后，移动台108移动至由用户预先指定的位置。同时，存储于检查装置控制部118的负电位通过高压电源110施加到晶圆架109。关于物镜106的结构要素中用于在晶圆104上方形成电场的阳极，根据情况通过该步骤进行施加，将能够降低放电的风险。
在(3)的“摄像条件调整”步骤中，通过移动台108移动至由用户指定的或者登记在检查装置控制部118中的实施摄像条件调整的晶圆位置。在该位置处照射电子射线和紫外线。照射紫外线的开始既可以通过点亮光源，也可以通过设置快门而打开快门来实施。照射电子射线通过解除消隐(未图示)或者电子枪101的遮蔽阀的打开动作来实施。镜面电子图像由图像检测部116取入并显示在带监视器的输入输出装置120中。用户观察所显示的镜面电子图像的同时根据需要调整向晶圆架109的供给负电压值、其它电子光学条件。
在(4)的“加工变质区域的搜索”步骤中，移动至在步骤(1)中用户设定的检查开始位置，按照在步骤(1)中输入的摄像坐标，一边通过来自移动台控制装置107的控制进行动作，一边由图像检测部116获取镜面电子图像。由电子光学系统控制装置119随时维持获取镜面电子图像所需的电子光学元件的条件。随时由缺陷判定部117对镜面电子图像进行图像解析，判断是否检测到条纹状的镜面电子图像对比度。
在(5)的“加工变质区域的判定”步骤中，在步骤(4)中检测到条纹状的镜面电子图像的对比度的情况下，使移动台108停止，进行是否存在加工变质区域(或者缺陷类别的种类)的判定。按照上述基本原理，首先，通过表示划痕的对比度来表示等势面哪一个凹凸，由此来实施该判定。在n型4H-SiC晶圆中，在等势面沿划痕凹陷的情况下，作为第一判断不存在加工变质区域。在等势面沿对比度而凸起的情况下，作为第一判断存在加工变质区域。并且，也可以改变紫外线的照射条件来实施(第二判断)。
通过评价由紫外线照射条件发生变化而引起的镜面电子图像的变化，判定加工变质区域内的结晶损伤程度。以在SiC内部激发的载流子的量减少的方式改变紫外线的照射条件。例如为照射本身的停止、照射强度的降低、紫外线波长的长波长化等。
在图5中示出了由结晶损伤程度引起的镜面电子图像的变化的典型例。图5的(a)是表示判定为等势面呈凸形状的镜面电子图像的图。通过图3示出的聚焦面获取图像，因此当等势面为凸起时聚焦面上的电子线的密度减小，从而看起来较暗。图5的(b)是表示以减少4H-SiC晶圆内的载流子产生量的方式改变紫外线的照射条件时的镜面电子图像的一例的图。
镜面电子图像1为对比度反转的事例。由于表面形状凹陷且加工变质区域的结晶损伤量较小，因此带电的维持能力较小，当减少供给载流子时带电立即消失，如图2的(a)的(2)所示，等势面沿表面形状。
镜面电子图像2为对比度消失的事例由于。表面形状平坦且加工变质区域的结晶损伤量较小，因此带电的维持能力较小，当减小供给载流子时带电立即消失，如图2的(a)的(1)所示，等势面沿表面形状而变得平坦。
镜面电子图像3为以下事例：加工变质区域的结晶损伤量较大，因此带电的维持能力保持某种程度，带电电荷不会瞬间消失而是逐渐减小。
镜面电子图像4伴随着结晶损伤较大的加工变质区域，即使载流子供给中断仍将保持较强的带电。根据这些镜面电子图像的变化程度对加工变质区域的状态进行分类。在此列举的示例为典型例，可以根据用户需要进行进一步详细分类。另外，预先确定进行后述的变质区域的追踪的缺陷种类，在检测出确定的缺陷时，选择性地进行追踪，由此不进行不必要的检查就能够实现检查工序的高产量化。
当结束判定是否存在加工变质区域时，将其移动台的位置、加工变质区域分类的判定结果等记录到检查装置控制部118，转移到下一加工变质区域的全长测量。
在(6)的“加工变质区域的追踪”步骤中，以在步骤(4)中确定的位置(台坐标)为基点来测量加工变质区域的全长。使用图6说明加工变质区域的追踪方法。图6的(a)示意性地示出在步骤(5)中伴随着加工变质区域的对比度。从该图像中提取图6的(b)示出的三个特征点。三个中的一点为表示图像摄像位置的代表点(Xi、Yi)。(Xi、Yi)为当前的台位置，能够定义为图像中心坐标。剩余的两点为对比度从图像偏离的位置(线状部位所处的图像的最外周像素位置)点A(Xa、Ya)、点B(Xb、Yb)。通过图像处理来提取对比度从图像偏离部位的像素，考虑电子光学系统的倍率来换算为晶圆上的坐标。将该图像设为“出发点图像”。
当检测出图6的(a)的对比度时，追踪对比度的点A的前端(在图像中并未出现的线状部位)以及点B的前端。在图7中举例示出开始从点A(图像内包含的线状部的一部分)的前端进行追踪的情况。在存储图像坐标(Xi、Yi)之后，将移动台108移动至在图6的(b)中提取出的点A的坐标。拍摄移动后的镜面电子图像而将图像坐标(Xi、Yi)更新并存储移动目的地的坐标(即点A0的坐标(Xa0、Ya0))。其次，针对新图像，计算线状部位从图像偏离的位置即点A1(Xa1、Ya1)的坐标点。以下，同样地将移动台移动至(Xa1、Ya1)，根据在新位置上获取到的摄像图像来计算线状部位从图像偏离的位置即点A2(Xa2、Ya2)。重复进行上述处理直到线状部位中断。如果得到对比度中断的图像(终端点图像(图7))，则通过图像解析来计算终端的位置即点AX(XaX、YaX)。
将如上所述得到的点A0、点A1、点A2、···点An的各点之间的移动量进行累积，进而将终端点图像的中心坐标即点An(Xan、Yan)与终端位置即点AX之间的距离进行相加而设为追踪长度L1。使移动台返回至出发点图像的位置，本次向相反方向开始进行追踪。图8示出追踪过程。通过图像解析计算出在出发点图像中对比度从图像偏离的点B0(Xb0、Yb0)，将移动台108移动至该位置，拍摄镜面电子图像。以下，与图7所说明的方法同样地，如点B0、点B1、点B2···那样，追踪对比度，求出出现终端点的图像(终端点图像)的中心坐标(Bn)。对点B0、点B1、点B2···、点Bn的各点之间的移动量进行累积，将终端点图像的中心坐标点Bn(Xbn、Ybn)与终端位置点BX的距离进行相加而设为追踪长度L2。根据如上所述那样求出的L1、L2以及通过图像处理求出的出发点图像内所包含的线状部位的长度L3来计算L1+L2+L3，由此计算加工变质区域的长度。在缺陷判定部117内包含的运算处理装置所具有的存储介质中预先存储有上述运算式，并自动执行上述运算。另外，将点A0、点A1、点A2···、点An以及点B0、点B1、点B2···、点Bn的坐标信息存储到检查装置控制部118，由此进行后述的映图显示。当结束这些作业时，返回至出发点图像的位置，并返回至图4记载的步骤(4)，搜索下一对比度。
如果结束拍摄由用户设定的检查范围的镜面电子图像，则检查装置控制部118在带监视器的输入输出装置120中对拍摄加工变质区域的移动台的位置进行映图显示。在图9中示出带监视器的输入输出装置120的GUI(图形用户界面)中的显示例。仅提取显示加工变质区域的映图的部分来进行图示。在该GUI中，检查对照的晶圆尺寸被显示在晶圆尺寸显示栏121中。在映图显示区域122中对显示结果与晶圆的外形一起显示。由用户设定的对比度的搜索方向用搜索位置显示线123来示出。在本例中示出在晶圆中心上纵向进行搜索的情况。在图9中示出了通过线对步骤(6)的“加工变质区域的追踪”进行追踪全长时的追踪点连结起来，并按排列顺序附加ID编号的示例(潜伤显示124)。在潜伤特性显示栏125中显示每个ID编号的潜伤的全长、根据在图5中说明的由紫外线照射条件引起的变化的差异来分类的与缺陷种类对应的符号。
根据本实施例，在使用镜面电子显微镜的检查装置中，不需要检查晶圆整面，能够得到与SiC晶圆的加工变质区域(潜伤)的长度和分布有关的信息。
另外，如图5例示那样，由于通过变更紫外线照射条件而得到的线状部位的亮度变化量根据晶圆的损伤程度不同而发生变化，因此例如通过预先制作表示紫外线照射条件变化前后的线状部分的亮度差与损伤的指标值的关系的关系式或表，并将经由上述检查工序而由此得到的亮度差信息代入到上述关系式，由此也可以计算并显示损伤的指标值。通过进行这种显示，操作者能够对晶圆损伤进行定量评价。
图13是表示使用镜面电子显微镜图像来计测潜伤的长度的更具体的工序的流程图。在图13中例示的处理内容作为控制电子显微镜的动作程序(制程程序)被存储到预定存储介质。图14是表示包括运算处理装置1403的缺陷检查系统的一例的图，其中，该运算处理装置1403具备存储用于自动执行缺陷检查的制程程序的存储介质(存储器1406)。在图14中例示的系统中包括：具备镜面电子显微镜主体1401和控制镜面电子显微镜的控制装置1402的镜面电子显微镜1400、供给用于控制镜面电子显微镜1400的信号并且对由镜面电子显微镜得到的图像信号进行处理的运算处理装置1403、用于输入所需的信息的输入部和用于输出检查信息的输入输出装置1410、以及存储了半导体晶圆的设计数据的设计数据存储介质1411。
在运算处理装置1403中包括：将存储于存储器1406的动作程序传送至控制装置1402的制程程序执行部1404以及对由镜面电子显微镜获取到的图像信号进行处理的图像处理部1405。在图像处理部1405中包括判定在图像数据中是否包含潜伤等的图像解析部1407、基于预先存储的表或运算式来输出与改变了紫外线照射条件时的亮度变化相对应的缺陷种类信息等的缺陷判定部1408、以及根据缺陷判定来判定是否持续移动了视场位置的检查的检查与否判定部1409。在图像解析部1407中，例如根据图像的二值化处理等，识别暗部和亮部，判定该暗部区域或者亮部区域的形状等。在形状判定中，例如在存在特定方向上较长且宽度窄的线状亮度位移区域的情况下，将该部分判定为缺陷候补。另外，在检查与否判定部1409中评价潜伤，例如根据表示潜伤的线状图案是否位于图像最外周的像素位置的判断，来判定是否进行潜伤的追踪检查、决定视场移动方向等。
使用在图13中例示的流程图来说明自动检查工序。首先，在镜面电子显微镜的真空试样室内导入试样(在本实施例的情况下SiC晶圆)(步骤1301)。接着，根据存储于制程程序的检查位置信息来控制移动台108，使检查对象位置与电子束的照射位置进行定位(步骤1302)。在整面检查的情况下，以网罗晶圆整个区域的方式对电子束的照射位置定位。接着，对定位后的检查位置照射紫外线以及电子束，由此获取照了射紫外线的状态的试样的第一图像以及照射了不同照射条件的紫外线的状态的试样的第二图像(步骤1303)。图像解析部1407判定在得到的图像信号中是否包含潜伤(步骤1304)。在是否包含潜伤的判定中，针对亮度与图像内其它区域不同的区域，评价改变了紫外线照射条件时的亮度变化，在其亮度变化量超过预定值的情况下，将上述亮度位移区域判定为潜伤。此外，也可以根据亮度变化程度对缺陷类别进行分类。另外，也可以根据紫外线照射前后的对比度变化的图案，判定是否进行追踪检查。
此外，在再次检测出已经进行评价的潜伤的情况下，不再次进行检查而使台移动至下一检查位置。在图13中例示的流程图中，在确认存在潜伤的基础上跳过检查，或者判定是否进行潜伤的追踪检查，但是由于已经进行了追踪检查的潜伤信息与坐标信息一起被进行存储，因此也可以根据已追踪检查位置信息来跳过检查。
在步骤1304中，在判定为在图像内存在潜伤且在图像内不存在潜伤的端部(潜伤有可能延伸至图像的外侧)的情况下，检查与否判定部1409决定进行潜伤的追踪检查，以在图像中表现的潜伤的端部位于图像中心的方式，将用于进行台驱动的命令输出到控制装置1402(步骤1305)。按照控制装置1402的命令，控制移动台以便潜伤的端部(例如在图6中例示的点A)与图像中心定位，获取UV照射前后的电子显微镜图像，评价潜伤(步骤1306、1307)。在潜伤的追踪工序中，也可以根据紫外线照射前后的图像获取来评价潜伤，如果仅进行轨迹的追踪，则还可以不改变紫外线照射条件而进行使用了电子显微镜图像的潜伤评价。在各位置处改变紫外线的照射条件而获取图像，由此尽管是相同潜伤，在缺陷的种类局部变化的情况下，也能够检测其变化。
进行上述处理直到检测潜伤的端部为止，并且在完成检测两个端部的时刻，将各位置的坐标信息、缺陷种类、长度信息、损伤的指标值等作为缺陷信息而登记到存储器1406(步骤1308)。在检测出潜伤之后残留有检查对象区域的情况下，控制移动台以便使视场与下一检查位置进行定位(步骤1302)，并持续进行检查。
根据具备上述动作程序的电子显微镜，对晶圆的损伤明显的部位能够选择性地进行基于图像获取的评价。此外，由于潜伤具有几mm～几十mm的长度，因此不进行检查整面，隔着预定间隔而进行检查，在检测到潜伤时，为了选择性地进行追踪检查，也可以进行连结的多个视场的图像获取。通过进行这种检查，能够使检查的效率化与潜伤的无遗漏的检测并存。
实施例2
在实施例1中的、步骤(6)的“加工变质区域的追踪”中，通过重复进行移动至图像缘部的动作，来追踪与图像中心对应的试样位置。但是，在该方法中每次的移动量为图像尺寸的一半左右，作为追踪的算法较简单，但是追踪时的拍摄次数增加。因此，在本实施例中，为了实现有效的拍摄，采用了以下方法即根据线状的亮度位移部分在图像的哪个缘上偏离来改变追踪移动方向。
使用图10说明本实施例。将在图4的步骤(4)“加工变质区域的搜索”中发现的包括亮度位移部位的图像作为出发点图像而示意性地示出。首先，计算从出发点图像偏离的位置点A0(Xa0、Ya0)。在该情况下，在出发点图像下端处偏离，因此使移动台108进行移动，使图像上端的中点成为位置点A0。接着，从图像偏离的点A1(Xa1、Ya1)为图像的右端，因此本次使移动台108移动以便图像的左端中点到达点A1。这样，
如果控制移动台以便使下一图像的左端中点到达亮度位移部位在右端处偏离的位置、使下一图像的右端中点到达亮度位移部位在左端处偏离的位置、使下一图像的上端中点到达亮度位移部位在下端处偏离的位置或者使下一图像的下端中点到达亮度位移部位在上端处偏离的位置，则能够以无图像重叠的方式有效地追踪划痕样对比度。能够将划痕样对比度的全长计算以及映图状的显示设为与第一实施例相同。
实施例3
大部分亮度位移部位(潜伤)的全长为几mm至几十mm，另一方面，镜面电子图像的图像尺寸(视场大小)为100μm左右。由于视场大小相对于潜伤的全长足够小，因此在图像内方向几乎不会发生大变化，在镜面电子图像中以大致为直线的事例为主。在本实施例中，近似地视为直线而减少追踪点的数量。
如图11所示，在出发点图像中，求出亮度位移部位从图像偏离的点、点A0(Xa0、Ya0)与点B0(Xb0、Yb0)。根据这两点的坐标值，通过T＝(Ya0-Yb0)/(Xa0-Xb0)求出亮度位移部位的斜率T。
使用求出的亮度位移部位的斜率T以及由用户设定的移动量X，根据(Xac1、Yac1)＝(Xa0+ΔX、Ya0+T×ΔX)计算下一个拍摄点Ac1(Xac1、Yac1)。在对基于这样求出的移动量执行移动之后，进一步求出划痕形式的对比度从图像偏离的点、点A1(Xa1、Ya1)与点B1(Xb1、Yb1)，并同样地计算下一移动量。重复进行该动作直到在图像中出现亮度位移部位的终端部。将追踪各点的移动量的累积、图像拍摄点与终端点的差进行相加，设为追踪部分的长度。接着，再次返回至出发点图像，将移动量设为-ΔX而向相反方向进行追踪。将向右方向与向左方向的追踪量的长度进行相加，设为划痕形式的对比度的全长。
将在本实施例中使用的移动量ΔX设为越大的值则用于追踪的拍摄次数越少，从而能够更有效地进行追踪，但是还存在从图像偏离的危险性。期望用户考虑划痕形式的对比度的典型曲率、研磨工序的特性等、以及追踪效率来进行选择。由用户从带监视器的输入输出装置120输入这些设定。能够将亮度位移部位追踪结果的显示设为与实施例1相同。
实施例4
在本实施例中，在图4的步骤(4)“加工变质区域的搜索”中，从晶圆状设备图案的设计数据中提取元件区域信息，仅将形成有二极管、晶体管等元件的区域设为搜索对象。从在图14中例示的设计数据存储介质1411中读取设计数据，在制程程序执行部1404中，根据设计数据以及从输入输出装置1410输入的其它检查条件等，决定移动台的移动条件。存储于设计数据存储介质1411的设计数据以GDS格式、OASIS格式等进行表现，并以预定形式进行存储。构成为通过来自输入输出装置1410的选择能够提取任意的电路群区域。图12是表示在输入输出装置120、1410的显示装置中显示的搜索区域设定画面的一例的图。相对于晶圆126重叠显示元件的设计图案(电路区域127)。在图12中描绘成正方形。该图是未示出实际形成图案的状态，而将元件的图案数据虚拟地重叠在形成图案前的晶圆的图。
图12的显示例是表示在多个电路区域127的中心设定了搜索轨道(搜索线128)的示例的图。通过进行这种显示，一边确认基底晶圆的划痕与有可能受到由基底晶圆的划痕引起的影响的电路图案的位置关系，一边能够设定搜索轨道。在本实施例中，设定于电路区域127的纵虚线为搜索线128，预先进行这种设定，由此在步骤(4)“加工变质区域的搜索”中，使移动台108进行动作的同时沿搜索线128拍摄镜面电子图像，从而能够搜索亮度位移部位。在图12的示例中，将搜索线128设定为纵线，但是也可以设为横向或者倾斜等，从而能够根据研磨工序的特性等，进行用户的任意设定。例如在GUI画面上同时显示晶圆以及从设计数据中提取的电路区域信息，在该显示区域中在任意位置上能够设定搜索线的起点和终点，由此鉴于通过研磨工序形成的划痕的方向，能够对应设定搜索线的区域设定搜索线。例如，为了无遗漏地发现潜伤，期望在与潜伤的长边方向正交的方向上设定搜索线。
沿搜索线128在步骤(4)中检测出亮度位移部位，在步骤(6)的“加工变质区域的追踪”中，通过第一至第三实施例的方法来执行潜伤的追踪检查。通过将电路图案的区域信息与表示搜索轨道的搜索线进行重叠显示，不会在不必要的位置上设定搜索轨道，从而能够高效率地设定检查条件。
此外，在上述说明中，作为设定检查条件的设定画面的一例而说明了图12，但是也可以设为根据由电子显微镜得到的图像信息来提取出的潜伤信息以及将电路图案信息进行重叠显示的检查结果显示画面。在该情况下，能够通过目视来评价电路区域与潜伤的位置关系，从而能够判定是否为可按照设计数据来形成电路图案的晶圆。另外，也可以将缺陷种类的危险度存储到数据库，根据缺陷的检测结果，以不同颜色分类显示潜伤。另外，如果由于缺陷种类与电路等的种类的组合而使缺陷对电路带来的影响不同，则也可以预先存储其关系信息，参照该关系信息来识别显示得到的缺陷信息和电路信息的影响程度。
附图标记说明
100a：照射电子线；100b：后焦点；100c：镜面电子线；101：电子枪；102：聚光透镜；103：分离器；104：被检查晶圆；105：电子枪控制装置；106：物镜；107：移动台控制装置；108：移动台；109：晶圆架；110：高压电源；111：中间电子透镜；112：投影电子透镜；113：紫外线光源；114：分光器；115：紫外线光学元件；116：图像检测部；117：缺陷判定部；118：检查装置控制部；119：电子光学系统控制装置；120：带监视器的输入输出装置；121：晶圆尺寸显示栏；122：映图显示区域；123：搜索部位显示线；124：潜伤显示；125：潜伤特性显示栏；126：晶圆；127：元件的设计图案；128：搜索线。

Claims (10)

1.一种缺陷检查装置，其特征在于，该缺陷检查装置具备：
试样支承部件，其支承从电子源释放出的电子束所照射的试样；
负电压施加电源，其用于形成相对于照射到上述试样的上述电子束的减速电场；
拍摄元件，其对由于上述减速电场而未达到上述试样就反射的电子进行成像；
紫外光源，其向上述试样照射紫外光；
移动台，其使上述试样支承部件进行移动；以及
控制装置，其控制该移动台，
该控制装置控制上述移动台，以便使基于对比度判定出的上述图像内包含的线状部的一部分或者该线状部的延长线上的线上部位定位于上述电子束的照射区域的特定部位，并且重复控制上述移动台直到上述线状部的端部在上述电子束的照射区域内定位，并沿相反方向重复控制上述移动台直到上述线状部的另一个端部在上述电子束的照射区域内定位。
2.根据权利要求1所述的缺陷检查装置，其特征在于，
在能够判断为上述线状部位于上述图像外的情况下，上述控制装置使上述移动台进行移动，以便使位于上述图像外的线状部包含在上述电子束的照射区域内。
3.根据权利要求1所述的缺陷检查装置，其特征在于，
上述控制装置根据改变上述紫外光的照射条件而得到的两个以上的图像，判定是否进行上述线状部的追踪。
4.根据权利要求3所述的缺陷检查装置，其特征在于，
上述控制装置控制上述移动台，以便在上述两个以上的图像内包含的线状部位发生预定变化时进行上述线状部的追踪。
5.根据权利要求1所述的缺陷检查装置，其特征在于，
上述控制装置使上述移动台进行移动，以便上述线状部的端部定位于上述图像内的预定位置。
6.根据权利要求1所述的缺陷检查装置，其特征在于，
上述控制装置根据上述线状部的端部的位置使上述移动台移动。
7.根据权利要求6所述的缺陷检查装置，其特征在于，
上述控制装置在上述线状端部所处的图像边的方向上使上述移动台移动。
8.根据权利要求1所述的缺陷检查装置，其特征在于，
所述缺陷检查装置具备显示上述图像的显示装置，在该显示装置中重叠显示基于上述移动台的移动的上述试样上的搜索轨道以及形成于上述试样上的电路的设计数据。
9.根据权利要求1所述的缺陷检查装置，其特征在于，上述控制装置根据基于重复上述移动台的移动而得到的多个图像，计算上述线状部的长度。
10.一种缺陷检查方法，其在形成用于使电子束减速的减速电场的状态下，向载置于移动台的试样照射电子束，通过对由于上述减速电场而未到达试样就反射的电子进行检测，生成试样的图像，使用该图像来进行缺陷检查，其特征在于，
在向上述试样照射了紫外光的状态下，照射上述电子束，确定通过该照射得到的图像内包含的线状部，使上述移动台进行移动，以便使基于对比度判定出的上述图像内包含的线状部的一部分或者该线状部的延长线上的线上部位定位于上述电子束的照射区域的特定部位，并且重复使用了上述移动台的移动直到上述线状部的端部在上述电子束的照射区域内定位，并沿相反方向重复使用了上述移动台的移动直到上述线状部的另一个端部在上述电子束的照射区域内定位。
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