JP2001127125A - 半導体デバイスパターンの欠陥検査・不良解析方法、半導体デバイスパターンの欠陥検査・不良解析システム、および、半導体デバイスパターンの検査装置 - Google Patents
半導体デバイスパターンの欠陥検査・不良解析方法、半導体デバイスパターンの欠陥検査・不良解析システム、および、半導体デバイスパターンの検査装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】ウエハ前工程の途中で半導体デバイスに形成さ
れるパターンの欠陥を検出し、さらに、その欠陥部の抽
出と観察を容易にし、不良原因の解析精度を向上させ、
欠陥発生から原因究明，対策までの期間を大幅に短縮す
る。 【解決手段】電子線を用いて欠陥とその位置を抽出し、
該位置情報に基づいて欠陥のあるチップを切り出し、後
工程の断面観察のために加工して薄片化し、次に、その
試料を透過型電子顕微鏡または走査透過型電子顕微鏡で
観察して、欠陥の原因を究明する工程からなる構成を備
える。
れるパターンの欠陥を検出し、さらに、その欠陥部の抽
出と観察を容易にし、不良原因の解析精度を向上させ、
欠陥発生から原因究明，対策までの期間を大幅に短縮す
る。 【解決手段】電子線を用いて欠陥とその位置を抽出し、
該位置情報に基づいて欠陥のあるチップを切り出し、後
工程の断面観察のために加工して薄片化し、次に、その
試料を透過型電子顕微鏡または走査透過型電子顕微鏡で
観察して、欠陥の原因を究明する工程からなる構成を備
える。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、荷電粒子線を用い
て半導体デバイスの回路パターンの欠陥を検査し、その
不良原因を解析する半導体デバイスパターンの欠陥検査
・不良解析方法，半導体デバイスパターンの欠陥検査・
不良解析システム、および、それに用いられる半導体デ
バイスパターンの検査装置に関する。
て半導体デバイスの回路パターンの欠陥を検査し、その
不良原因を解析する半導体デバイスパターンの欠陥検査
・不良解析方法，半導体デバイスパターンの欠陥検査・
不良解析システム、および、それに用いられる半導体デ
バイスパターンの検査装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、半導体メモリや半導体集積演算素
子に代表される半導体デバイスの高集積化に対応するた
め、回路パターンの微細化と多層化が急速に進み、新し
いプロセス技術が採用されてきている。これに伴い、半
導体ウエハに形成された半導体デバイスの下層の構造の
各種欠陥に起因する半導体デバイスの製造歩留まりの低
下が大きな問題となってきている。
子に代表される半導体デバイスの高集積化に対応するた
め、回路パターンの微細化と多層化が急速に進み、新し
いプロセス技術が採用されてきている。これに伴い、半
導体ウエハに形成された半導体デバイスの下層の構造の
各種欠陥に起因する半導体デバイスの製造歩留まりの低
下が大きな問題となってきている。
【０００３】図２は半導体デバイス１１の表面に近い部
分の縦断面図である。例えば、図２に示すような半導体
デバイス１１は製造工程の途中を示し、下地層２２の上
方にプラグ２１を形成して、この後工程で形成される上
層の配線層と下地層２２とを電気的に接続するようにし
ている。この工程において、プラグ２１と下地層２２と
の間の絶縁膜残さによる導通不良が発生する可能性があ
る。また、ゲート電極２３を形成するときに、ゲート電
極２３の周辺に同じ電気伝導性の物質が形成されて、ゲ
ート電極２３とプラグ２１間のショートや下地層２２間
のショートなどが発生する可能性がある。
分の縦断面図である。例えば、図２に示すような半導体
デバイス１１は製造工程の途中を示し、下地層２２の上
方にプラグ２１を形成して、この後工程で形成される上
層の配線層と下地層２２とを電気的に接続するようにし
ている。この工程において、プラグ２１と下地層２２と
の間の絶縁膜残さによる導通不良が発生する可能性があ
る。また、ゲート電極２３を形成するときに、ゲート電
極２３の周辺に同じ電気伝導性の物質が形成されて、ゲ
ート電極２３とプラグ２１間のショートや下地層２２間
のショートなどが発生する可能性がある。
【０００４】従来からの反射光を用いた検査装置では、
半導体デバイスの内部のこれらの欠陥を検出することは
困難であるため、図３に示すようなステップで欠陥の解
析を行ってきている。
半導体デバイスの内部のこれらの欠陥を検出することは
困難であるため、図３に示すようなステップで欠陥の解
析を行ってきている。
【０００５】図３は、従来の半導体デバイスの欠陥検査
のステップを示すフローチャートである。上述したよう
に、半導体デバイス製造工程のうち、半導体デバイスの
パターン形成が終了して、ウエハ前工程の途中での欠陥
検出が困難であるため、ウエハ前工程（ステップ３０）
の終了後のウエハからチップのひとつひとつを切り出す
前に、電気的な機能テストであるプローブテスト（ステ
ップ３１）を実施し、半導体デバイス、例えばメモリで
あれば、全ビットの良，不良を判定する。その後、不良
ビットの座標を示すフェールビットマップを作成する
(ステップ３２)。このフェールビットマップのデータを
元にして、半導体ウエハから対象チップを切り出し、不
良の発生の原因である欠陥部があると推定される製造工
程の層まで、エッチングにより半導体デバイスの表面層
を除去する工程（ステップ３３）を経た後、欠陥部を走
査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope）で観
察し（ステップ３４）、不良の原因究明を行う。
のステップを示すフローチャートである。上述したよう
に、半導体デバイス製造工程のうち、半導体デバイスの
パターン形成が終了して、ウエハ前工程の途中での欠陥
検出が困難であるため、ウエハ前工程（ステップ３０）
の終了後のウエハからチップのひとつひとつを切り出す
前に、電気的な機能テストであるプローブテスト（ステ
ップ３１）を実施し、半導体デバイス、例えばメモリで
あれば、全ビットの良，不良を判定する。その後、不良
ビットの座標を示すフェールビットマップを作成する
(ステップ３２)。このフェールビットマップのデータを
元にして、半導体ウエハから対象チップを切り出し、不
良の発生の原因である欠陥部があると推定される製造工
程の層まで、エッチングにより半導体デバイスの表面層
を除去する工程（ステップ３３）を経た後、欠陥部を走
査型電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope）で観
察し（ステップ３４）、不良の原因究明を行う。
【０００６】あるいは、切り出したチップの欠陥部を縦
方向に薄膜化して断面観察試料を作成し（ステップ３
５）、透過型電子顕微鏡(Transmission Electron Micro
scope)や走査透過型電子顕微鏡(Scanning Transmission
Electron Microscope）を用いて、欠陥部位の断面を観
察し（ステップ３６）、不良の原因究明を行う。しか
し、いずれもウエハ前工程終了後のプローブテスト（ス
テップ３１）で初めて不良の発生とその場所が判明する
ため、不良の原因究明にいたるまでに数ヶ月を要するこ
とがあり、その間、製品の製造歩留りが悪いまま製造を
続けることになるので、従来の検査の方法における経済
的損失ははかりしれない。
方向に薄膜化して断面観察試料を作成し（ステップ３
５）、透過型電子顕微鏡(Transmission Electron Micro
scope)や走査透過型電子顕微鏡(Scanning Transmission
Electron Microscope）を用いて、欠陥部位の断面を観
察し（ステップ３６）、不良の原因究明を行う。しか
し、いずれもウエハ前工程終了後のプローブテスト（ス
テップ３１）で初めて不良の発生とその場所が判明する
ため、不良の原因究明にいたるまでに数ヶ月を要するこ
とがあり、その間、製品の製造歩留りが悪いまま製造を
続けることになるので、従来の検査の方法における経済
的損失ははかりしれない。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ウエ
ハ前工程の途中で半導体デバイスに形成されるパターン
の欠陥を検出し、さらに、その欠陥部の抽出と観察を容
易にすることにより、不良原因の解析精度を向上させ、
欠陥発生から原因究明，対策までの期間を大幅に短縮で
きる半導体デバイスパターンの欠陥検査・不良解析方
法，半導体デバイスパターンの欠陥検査・不良解析シス
テム、および、半導体デバイスパターンの検査装置を提
供することである。
ハ前工程の途中で半導体デバイスに形成されるパターン
の欠陥を検出し、さらに、その欠陥部の抽出と観察を容
易にすることにより、不良原因の解析精度を向上させ、
欠陥発生から原因究明，対策までの期間を大幅に短縮で
きる半導体デバイスパターンの欠陥検査・不良解析方
法，半導体デバイスパターンの欠陥検査・不良解析シス
テム、および、半導体デバイスパターンの検査装置を提
供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記本発明の目的を達成
するため、本発明は、荷電粒子線、特に電子線を用いて
欠陥とその位置を抽出し、該位置情報に基づいて欠陥の
あるチップを切り出し、後工程の断面観察のために加工
して薄片化し、次に、その試料を透過型電子顕微鏡また
は走査透過型電子顕微鏡で観察して、欠陥の原因を究明
する工程からなる構成を備える。
するため、本発明は、荷電粒子線、特に電子線を用いて
欠陥とその位置を抽出し、該位置情報に基づいて欠陥の
あるチップを切り出し、後工程の断面観察のために加工
して薄片化し、次に、その試料を透過型電子顕微鏡また
は走査透過型電子顕微鏡で観察して、欠陥の原因を究明
する工程からなる構成を備える。
【０００９】この構成において、電子線を用い、電子線
電流や減速電圧を変えられるウエハ外観検査装置を用い
て欠陥を検査するので、ウエハの表面の観察では検出で
きない、半導体デバイスの内部構造の欠陥に起因する不
良を検出することができるという特徴を本発明は有して
いる。
電流や減速電圧を変えられるウエハ外観検査装置を用い
て欠陥を検査するので、ウエハの表面の観察では検出で
きない、半導体デバイスの内部構造の欠陥に起因する不
良を検出することができるという特徴を本発明は有して
いる。
【００１０】また、欠陥位置あるいは近傍にマークを付
けるか、あるいは、欠陥位置の座標を正確に求めるか、
あるいは、パターンの基準位置から欠陥位置までの数を
数えることによって、検出した欠陥の位置を後工程で容
易に確認し、特定できる。
けるか、あるいは、欠陥位置の座標を正確に求めるか、
あるいは、パターンの基準位置から欠陥位置までの数を
数えることによって、検出した欠陥の位置を後工程で容
易に確認し、特定できる。
【００１１】また、欠陥部を含む試料を透過型電子顕微
鏡または走査透過型電子顕微鏡で観察するので、欠陥の
形態が容易に判別でき、欠陥の発生原因を容易に、迅速
に究明することが可能となる。
鏡または走査透過型電子顕微鏡で観察するので、欠陥の
形態が容易に判別でき、欠陥の発生原因を容易に、迅速
に究明することが可能となる。
【００１２】このシステムにより、ウエハ前工程の途中
で、欠陥の検出とその発生原因の究明が可能となり、従
来のようにプローブテストという最終工程まで待つ必要
がなくなるため、欠陥の発見とその対策が短期間にでき
るようになる。したがって、半導体デバイスの開発時に
はその期間を大幅に短縮できる。また、デバイス量産時
には最終工程での不良発見よりも前で欠陥を発見でき、
短期間で原因究明と対策ができるので、製造歩留りの低
下による不良品の生産期間を大幅に短縮できる。
で、欠陥の検出とその発生原因の究明が可能となり、従
来のようにプローブテストという最終工程まで待つ必要
がなくなるため、欠陥の発見とその対策が短期間にでき
るようになる。したがって、半導体デバイスの開発時に
はその期間を大幅に短縮できる。また、デバイス量産時
には最終工程での不良発見よりも前で欠陥を発見でき、
短期間で原因究明と対策ができるので、製造歩留りの低
下による不良品の生産期間を大幅に短縮できる。
【００１３】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る半導体デバイ
スパターンの欠陥検査・不良解析システムの代表的な一
例を、図面を用いて説明する。
スパターンの欠陥検査・不良解析システムの代表的な一
例を、図面を用いて説明する。
【００１４】図１は本発明の実施例における検査の手順
を示すフローチャート、図４は半導体デバイスパターン
の欠陥検査・不良解析システムに用いられる検査装置の
外観を示す斜視図、図５は電子線式ウエハ外観検査装置
の概略構造を示す縦断面図、図６は図１に示した検査の
手順をさらに具体的に示すフローチャート、図７は図１
に示した検査の手順の各々における試料の斜視図、図８
は走査透過型電子顕微鏡の試料の斜視図である。また、
図４（ａ）は、電子線式ウエハ外観検査装置、図４
（ｂ）は収束イオンビーム(Focused Ion Beam)装置、図
４（ｃ）は走査透過型電子顕微鏡の斜視図である。図１
において、収束イオンビーム装置はＦＩＢ、透過型電子
顕微鏡はＴＥＭ、走査透過型電子顕微鏡はＳＴＥＭと略
されている。検査の手順は、図１において、半導体デバ
イスの製造工程の任意のときに図４（ａ）に示した電子
線式ウエハ外観検査装置を用いて、ウエハ上の欠陥が検
査される（ステップ１０１）。次に、図４（ｂ）に示し
た収束イオンビーム装置で、ウエハから欠陥部を含む微
小試料片を切り出すマイクロサンプリングが行われる
（ステップ１０２）。次に、同じ収束イオンビーム装置
で、収束イオンビーム装置と透過型電子顕微鏡または走
査透過型電子顕微鏡とで共通に使用できる試料ホルダ上
に微小試料片が搭載され、微小試料片の欠陥部が、収束
イオンビーム装置を用いて薄片化され、断面観察用の試
料が作成される（ステップ１０３）。最後に、薄片化さ
れた試料が、透過型電子顕微鏡または図４（ｃ）に示し
た走査透過型電子顕微鏡などの薄膜断面観察装置を用い
て観察され（ステップ１０４）、オペレータは電子線式
ウエハ外観検査装置で検出された欠陥部の発生原因を明
らかにする。
を示すフローチャート、図４は半導体デバイスパターン
の欠陥検査・不良解析システムに用いられる検査装置の
外観を示す斜視図、図５は電子線式ウエハ外観検査装置
の概略構造を示す縦断面図、図６は図１に示した検査の
手順をさらに具体的に示すフローチャート、図７は図１
に示した検査の手順の各々における試料の斜視図、図８
は走査透過型電子顕微鏡の試料の斜視図である。また、
図４（ａ）は、電子線式ウエハ外観検査装置、図４
（ｂ）は収束イオンビーム(Focused Ion Beam)装置、図
４（ｃ）は走査透過型電子顕微鏡の斜視図である。図１
において、収束イオンビーム装置はＦＩＢ、透過型電子
顕微鏡はＴＥＭ、走査透過型電子顕微鏡はＳＴＥＭと略
されている。検査の手順は、図１において、半導体デバ
イスの製造工程の任意のときに図４（ａ）に示した電子
線式ウエハ外観検査装置を用いて、ウエハ上の欠陥が検
査される（ステップ１０１）。次に、図４（ｂ）に示し
た収束イオンビーム装置で、ウエハから欠陥部を含む微
小試料片を切り出すマイクロサンプリングが行われる
（ステップ１０２）。次に、同じ収束イオンビーム装置
で、収束イオンビーム装置と透過型電子顕微鏡または走
査透過型電子顕微鏡とで共通に使用できる試料ホルダ上
に微小試料片が搭載され、微小試料片の欠陥部が、収束
イオンビーム装置を用いて薄片化され、断面観察用の試
料が作成される（ステップ１０３）。最後に、薄片化さ
れた試料が、透過型電子顕微鏡または図４（ｃ）に示し
た走査透過型電子顕微鏡などの薄膜断面観察装置を用い
て観察され（ステップ１０４）、オペレータは電子線式
ウエハ外観検査装置で検出された欠陥部の発生原因を明
らかにする。
【００１５】図５は、図４（ａ）に示した電子線式ウエ
ハ外観検査装置の概略構造を示す縦断面図である。この
装置は、特開平10−294345号公報や特開平11−51886 号
公報などに記載されており、本体は電子光学カラム６
０，真空排気室７０，試料室７１とから構成され、外部
に制御ユニット７７などの附属装置が設けられている。
ハ外観検査装置の概略構造を示す縦断面図である。この
装置は、特開平10−294345号公報や特開平11−51886 号
公報などに記載されており、本体は電子光学カラム６
０，真空排気室７０，試料室７１とから構成され、外部
に制御ユニット７７などの附属装置が設けられている。
【００１６】電子光学カラム６０は、主に、電子ビーム
６２を発生させる電子源６１，電子ビーム６２をウエハ
６５に収束させるコンデンサレンズ６３と対物レンズ６
４，電子ビーム６２を偏向させるディフレクタ６６から
構成されている。試料室７１には、ウエハ６５を載せる
ステージ７２，ウエハ６５のアライメントのために光で
ウエハ６５を観察する光学式顕微鏡７３，電子ビーム６
２の照射によって発生する二次電子６７を検出するディ
テクタ６８から構成されている。ディテクタ６８で検出
された信号は、画像形成ユニット７４で画像信号とな
り、バス７８を介して欠陥判別ユニット７５で画像を用
いて欠陥が抽出され、モニタユニット６９に表示された
り、ＬＡＮ経由で外部のデータベースへ出力される。
６２を発生させる電子源６１，電子ビーム６２をウエハ
６５に収束させるコンデンサレンズ６３と対物レンズ６
４，電子ビーム６２を偏向させるディフレクタ６６から
構成されている。試料室７１には、ウエハ６５を載せる
ステージ７２，ウエハ６５のアライメントのために光で
ウエハ６５を観察する光学式顕微鏡７３，電子ビーム６
２の照射によって発生する二次電子６７を検出するディ
テクタ６８から構成されている。ディテクタ６８で検出
された信号は、画像形成ユニット７４で画像信号とな
り、バス７８を介して欠陥判別ユニット７５で画像を用
いて欠陥が抽出され、モニタユニット６９に表示された
り、ＬＡＮ経由で外部のデータベースへ出力される。
【００１７】画像形成ユニット７４で形成された画像信
号はメモリ７６へ記憶され、次の信号から形成された画
像信号と比較され、ふたつの画像の差異が欠陥として抽
出され、モニタユニット６９に表示される。
号はメモリ７６へ記憶され、次の信号から形成された画
像信号と比較され、ふたつの画像の差異が欠陥として抽
出され、モニタユニット６９に表示される。
【００１８】このときの欠陥の位置情報は、光学式顕微
鏡７３で確認されたステージ７２の位置情報に基づい
て、電子ビーム６２が照射されるウエハ６５の位置が決
定されるので、ステージ７２の位置情報と、モニタユニ
ット６９上の電子ビーム画像とから決定できる。
鏡７３で確認されたステージ７２の位置情報に基づい
て、電子ビーム６２が照射されるウエハ６５の位置が決
定されるので、ステージ７２の位置情報と、モニタユニ
ット６９上の電子ビーム画像とから決定できる。
【００１９】これらの動作、ステージの動作，電子ビー
ム６２の偏向などは、制御ユニット７７のマイクロコン
ピュータで演算された制御信号で制御される。オペレー
タは、検査前にはウエハ６５の名前や履歴，検査条件や
動作の指令を入力する。
ム６２の偏向などは、制御ユニット７７のマイクロコン
ピュータで演算された制御信号で制御される。オペレー
タは、検査前にはウエハ６５の名前や履歴，検査条件や
動作の指令を入力する。
【００２０】このウエハ外観検査装置は、電子ビーム６
２の電流、および、ウエハ６５へ到達するときの減速電
圧が変えられるようになっており、これらの調整によっ
て、光学式外観検査装置を用いた場合のようなウエハ６
５の表面の観察からは検出できない、半導体デバイスの
内部構造の欠陥に起因する不良を検出できる点に特徴が
ある。例えば、図２に示した非導通やショートなどの欠
陥を電位コントラスト効果にて検出することが可能であ
る。
２の電流、および、ウエハ６５へ到達するときの減速電
圧が変えられるようになっており、これらの調整によっ
て、光学式外観検査装置を用いた場合のようなウエハ６
５の表面の観察からは検出できない、半導体デバイスの
内部構造の欠陥に起因する不良を検出できる点に特徴が
ある。例えば、図２に示した非導通やショートなどの欠
陥を電位コントラスト効果にて検出することが可能であ
る。
【００２１】図６において、ステップ４１の上記電子線
式欠陥検査の後、ステップ４２で、ウエハの欠陥の位置
情報を付ける。図７（ａ）において、ウエハ１０５上で
検出された欠陥１０６の位置を、後工程の収束イオンビ
ーム装置で位置が容易に確認できるように、欠陥位置の
近傍にマークを付ける。または、欠陥位置あるいは近傍
の座標を正確に求め、後工程の装置と座標を共通化す
る。あるいは、後工程の装置と座標変換を容易にする。
式欠陥検査の後、ステップ４２で、ウエハの欠陥の位置
情報を付ける。図７（ａ）において、ウエハ１０５上で
検出された欠陥１０６の位置を、後工程の収束イオンビ
ーム装置で位置が容易に確認できるように、欠陥位置の
近傍にマークを付ける。または、欠陥位置あるいは近傍
の座標を正確に求め、後工程の装置と座標を共通化す
る。あるいは、後工程の装置と座標変換を容易にする。
【００２２】図７(ｂ)の例では、図２に示すプラグ２１
が丸い形状のパターンとして表面に出ている場合であ
り、電位コントラスト効果により、図２に示す下地層２
２に対して非導通であるプラグ２１が、他の正常なプラ
グに対して暗いパターンの欠陥１０６として検出される
ケースを示している。欠陥抽出終了後、その欠陥１０６
の位置を明確にするため、検査装置の電子ビームで欠陥
部の周辺にマーク１０７を付ける。あるいは、検出され
欠陥を電位コントラスト効果で確認できるレビュー装置
を用いてマーク１０７を付けてもよい。
が丸い形状のパターンとして表面に出ている場合であ
り、電位コントラスト効果により、図２に示す下地層２
２に対して非導通であるプラグ２１が、他の正常なプラ
グに対して暗いパターンの欠陥１０６として検出される
ケースを示している。欠陥抽出終了後、その欠陥１０６
の位置を明確にするため、検査装置の電子ビームで欠陥
部の周辺にマーク１０７を付ける。あるいは、検出され
欠陥を電位コントラスト効果で確認できるレビュー装置
を用いてマーク１０７を付けてもよい。
【００２３】次に、図６のステップ４５で、前述の欠陥
の位置情報に基いて、マイクロサンプリング機能を有す
る図４（ｂ）に示した収束イオンビーム装置を用いて、
図７（ｃ）に示す欠陥１０６を含む微小試料片１０８を
ウエハ１０５から切断し、切り出す。そして、図７(ｄ)
に示すように、微小試料片１０８を試料ホルダ１０９の
上に搭載し、固定する。微小試料片１０８をＦＩＢ装置
を用いてピックアップするマイクロサンプリング技術に
ついては、特開平5−52721号公報に記載された技術が知
られている。
の位置情報に基いて、マイクロサンプリング機能を有す
る図４（ｂ）に示した収束イオンビーム装置を用いて、
図７（ｃ）に示す欠陥１０６を含む微小試料片１０８を
ウエハ１０５から切断し、切り出す。そして、図７(ｄ)
に示すように、微小試料片１０８を試料ホルダ１０９の
上に搭載し、固定する。微小試料片１０８をＦＩＢ装置
を用いてピックアップするマイクロサンプリング技術に
ついては、特開平5−52721号公報に記載された技術が知
られている。
【００２４】次に、収束イオンビーム装置で、図８に示
すように、試料ホルダ１０９に搭載された状態で微小試
料片１０８を薄片化して薄片化部１１０を作成する。
すように、試料ホルダ１０９に搭載された状態で微小試
料片１０８を薄片化して薄片化部１１０を作成する。
【００２５】薄片化試料の断面観察用の透過型電子顕微
鏡、または、図４（ｃ）に示した走査透過型電子顕微鏡
と、収束イオンビーム装置とで、同一の試料ホルダ１０
９を用いることにより、試料の薄片化加工と断面観察の
作業性とが大幅に向上できる。この技術については、特
開平6−103947 号公報に記載された技術が知られてい
る。
鏡、または、図４（ｃ）に示した走査透過型電子顕微鏡
と、収束イオンビーム装置とで、同一の試料ホルダ１０
９を用いることにより、試料の薄片化加工と断面観察の
作業性とが大幅に向上できる。この技術については、特
開平6−103947 号公報に記載された技術が知られてい
る。
【００２６】微小試料片１０８のピックアップの方法に
ついては、上記したようにウエハ１０５から直接サンプ
リングする方法もあるが、図６のステップ４３から４４
に示すように、ウエハ１０５から欠陥部１０６を含むチ
ップを切断して取り出し、続いてこのチップから同じよ
うにＦＩＢを用いて微小試料片１０８をサンプリングす
ることも可能である。この場合も、欠陥部の位置を示す
マークや座標情報をもとにして、効率良くピックアップ
する事が可能となる。
ついては、上記したようにウエハ１０５から直接サンプ
リングする方法もあるが、図６のステップ４３から４４
に示すように、ウエハ１０５から欠陥部１０６を含むチ
ップを切断して取り出し、続いてこのチップから同じよ
うにＦＩＢを用いて微小試料片１０８をサンプリングす
ることも可能である。この場合も、欠陥部の位置を示す
マークや座標情報をもとにして、効率良くピックアップ
する事が可能となる。
【００２７】このようにして、ステップ４６の試料の薄
片化加工と、ステップ４７の断面観察が実行される。
片化加工と、ステップ４７の断面観察が実行される。
【００２８】次に、図９を用いて、検出された欠陥の位
置を示すマークを形成する手法を説明する。図９は、半
導体デバイスパターンの一例の斜視図である。パターン
は図７（ｂ）に示したプラグのパターンである。図４
（ａ）に示した電子線式ウエハ外観検査装置において検
出された欠陥１０６に対し、その周辺に、パターンの配
列方向に一致させてＸ方向とＹ方向の２本のライン状の
マーク１０７を、マーク１０７の部分に電子ビーム５２
を照射し走査することで形成する。ウエハの上部にはカ
ーボンなどを含むガスが存在するため、マーク１０７の
部分に電子ビーム５２を照射し走査する事でデポジショ
ン現象が発生し、マーク１０７を形成することができ
る。
置を示すマークを形成する手法を説明する。図９は、半
導体デバイスパターンの一例の斜視図である。パターン
は図７（ｂ）に示したプラグのパターンである。図４
（ａ）に示した電子線式ウエハ外観検査装置において検
出された欠陥１０６に対し、その周辺に、パターンの配
列方向に一致させてＸ方向とＹ方向の２本のライン状の
マーク１０７を、マーク１０７の部分に電子ビーム５２
を照射し走査することで形成する。ウエハの上部にはカ
ーボンなどを含むガスが存在するため、マーク１０７の
部分に電子ビーム５２を照射し走査する事でデポジショ
ン現象が発生し、マーク１０７を形成することができ
る。
【００２９】また、欠陥１０６の周辺にデポジション用
のガス５１を供給し、マーク１０７の部分に電子ビーム
５２を照射し走査することにより、デポジション用のガ
ス５１が分解し、ウエハ上にマーク１０７を形成するこ
ともできる。デポジション用のガス５１を供給した方
が、マーク１０７を確実に形成することができる。
のガス５１を供給し、マーク１０７の部分に電子ビーム
５２を照射し走査することにより、デポジション用のガ
ス５１が分解し、ウエハ上にマーク１０７を形成するこ
ともできる。デポジション用のガス５１を供給した方
が、マーク１０７を確実に形成することができる。
【００３０】上述した例のような欠陥の位置を示すマー
クを付けずに、欠陥の座標データによって位置を探索し
ようとする場合は、以下のような問題がある。一般に、
電子線式ウエハ外観検査装置や収束イオンビーム装置の
画像には、それぞれ歪みやスケールの誤差が存在してい
る。これらの誤差を装置間で正確に補正する事は非常に
困難である。繰返しピッチが０.１ ミクロンメートル以
下の同じ形状の繰返しパターンから構成される半導体デ
バイスのパターンの場合、画像に誤差を有する電子線式
ウエハ外観検査装置，収束イオンビーム装置を用い、座
標データのみで欠陥部位を特定しようとすると、基準位
置から欠陥までの距離を示す座標データでは、欠陥の隣
の正常パターンを欠陥の位置であると誤認識する可能性
がある。図４（ｂ）に示した収束イオンビーム装置を用
いて欠陥を観察すると、電子線式ウエハ外観検査装置と
同様、電位コントラスト効果により、欠陥個所からの信
号と他の正常部からの信号とは異なって検出される場合
が多い。従って、電子線式ウエハ外観検査装置で検出さ
れた欠陥の座標データにもとづいて、収束イオンビーム
装置内でウエハまたはチップの位置決めを行って、収束
イオンビーム装置の観察視野内に欠陥を入れ、次に、電
位コントラスト効果により欠陥を明確に識別するように
する。このように、収束イオンビーム装置を用いれば、
欠陥の位置を容易に見つけることが可能である。
クを付けずに、欠陥の座標データによって位置を探索し
ようとする場合は、以下のような問題がある。一般に、
電子線式ウエハ外観検査装置や収束イオンビーム装置の
画像には、それぞれ歪みやスケールの誤差が存在してい
る。これらの誤差を装置間で正確に補正する事は非常に
困難である。繰返しピッチが０.１ ミクロンメートル以
下の同じ形状の繰返しパターンから構成される半導体デ
バイスのパターンの場合、画像に誤差を有する電子線式
ウエハ外観検査装置，収束イオンビーム装置を用い、座
標データのみで欠陥部位を特定しようとすると、基準位
置から欠陥までの距離を示す座標データでは、欠陥の隣
の正常パターンを欠陥の位置であると誤認識する可能性
がある。図４（ｂ）に示した収束イオンビーム装置を用
いて欠陥を観察すると、電子線式ウエハ外観検査装置と
同様、電位コントラスト効果により、欠陥個所からの信
号と他の正常部からの信号とは異なって検出される場合
が多い。従って、電子線式ウエハ外観検査装置で検出さ
れた欠陥の座標データにもとづいて、収束イオンビーム
装置内でウエハまたはチップの位置決めを行って、収束
イオンビーム装置の観察視野内に欠陥を入れ、次に、電
位コントラスト効果により欠陥を明確に識別するように
する。このように、収束イオンビーム装置を用いれば、
欠陥の位置を容易に見つけることが可能である。
【００３１】また、電位コントラスト効果が十分には得
れない試料の場合は、基準位置から欠陥までのパターン
の数を数えることによって、欠陥を特定できる。半導体
デバイスのパターンの場合、ある定められた周期で繰返
し性のあるパターンが用いられる事が多い。代表的なも
のは、上層と下層とを接続するプラグを埋めるための開
口パターンである。電子線式ウエハ外観検査装置では、
欠陥の位置を示す基準位置からの座標データを用いて、
欠陥位置までのパターンの繰返し数を算出し、収束イオ
ンビーム装置では、基準位置からのパターンの繰返し数
をカウントする事で欠陥の位置を特定する事ができる。
パターンは１個ずつカウントするばかりでなく、いくつ
かのまとまりを一組としてカウントしてもよい。もちろ
ん、このカウントはオペレータが実施してもよいが、画
面上に表示された複数のパターンの中から前記欠陥を特
定する欠陥特定ユニットを、装置に設けておく。
れない試料の場合は、基準位置から欠陥までのパターン
の数を数えることによって、欠陥を特定できる。半導体
デバイスのパターンの場合、ある定められた周期で繰返
し性のあるパターンが用いられる事が多い。代表的なも
のは、上層と下層とを接続するプラグを埋めるための開
口パターンである。電子線式ウエハ外観検査装置では、
欠陥の位置を示す基準位置からの座標データを用いて、
欠陥位置までのパターンの繰返し数を算出し、収束イオ
ンビーム装置では、基準位置からのパターンの繰返し数
をカウントする事で欠陥の位置を特定する事ができる。
パターンは１個ずつカウントするばかりでなく、いくつ
かのまとまりを一組としてカウントしてもよい。もちろ
ん、このカウントはオペレータが実施してもよいが、画
面上に表示された複数のパターンの中から前記欠陥を特
定する欠陥特定ユニットを、装置に設けておく。
【００３２】さらに、収束イオンビーム装置において、
与えられる座標データを基準位置から欠陥の位置までの
パターン繰返し数に変換し、対象とする試料の収束イオ
ンビーム装置の観察画像を用いて、１画素サイズ当りの
パターンの繰返しピッチ数から、画像歪みの補正量を算
出し、その補正量をもとにして、基準位置から欠陥位置
までの距離を、画素数を基準として欠陥位置を見出すよ
うにして、画面上に表示された複数のパターンの中から
前記欠陥を特定する欠陥特定ユニットを設けておく。
与えられる座標データを基準位置から欠陥の位置までの
パターン繰返し数に変換し、対象とする試料の収束イオ
ンビーム装置の観察画像を用いて、１画素サイズ当りの
パターンの繰返しピッチ数から、画像歪みの補正量を算
出し、その補正量をもとにして、基準位置から欠陥位置
までの距離を、画素数を基準として欠陥位置を見出すよ
うにして、画面上に表示された複数のパターンの中から
前記欠陥を特定する欠陥特定ユニットを設けておく。
【００３３】このように、電子線式ウエハ外観検査装置
で欠陥を検出し、半導体デバイスの表面形状からだけで
は検出できない欠陥に起因する不良部の位置を明確化で
きるため、その後の不良原因の解析精度や解析効率を向
上できるという効果がある。また、電子線式ウエハ外観
検査装置を用いて検出された欠陥を含む微小試料片を、
収束イオンビーム装置を用いてサンプリングし、走査透
過型電子顕微鏡などの薄片化部の断面観察装置と共通の
試料ホルダに搭載する事で、効率良く不良原因を解析す
ることが可能になる。
で欠陥を検出し、半導体デバイスの表面形状からだけで
は検出できない欠陥に起因する不良部の位置を明確化で
きるため、その後の不良原因の解析精度や解析効率を向
上できるという効果がある。また、電子線式ウエハ外観
検査装置を用いて検出された欠陥を含む微小試料片を、
収束イオンビーム装置を用いてサンプリングし、走査透
過型電子顕微鏡などの薄片化部の断面観察装置と共通の
試料ホルダに搭載する事で、効率良く不良原因を解析す
ることが可能になる。
【００３４】
【発明の効果】以上述べたように、本発明によれば、ウ
エハ前工程の途中で半導体デバイスに形成されるパター
ンの欠陥を検出し、さらに、その欠陥部の抽出と観察を
容易にすることにより、不良原因の解析精度を向上さ
せ、欠陥発生から原因究明，対策までの期間を大幅に短
縮できるという効果がある。
エハ前工程の途中で半導体デバイスに形成されるパター
ンの欠陥を検出し、さらに、その欠陥部の抽出と観察を
容易にすることにより、不良原因の解析精度を向上さ
せ、欠陥発生から原因究明，対策までの期間を大幅に短
縮できるという効果がある。
【図１】検査の手順を示すフローチャート。
【図２】半導体デバイスの表面に近い部分の縦断面図。
【図３】従来の半導体デバイスの欠陥検査のステップを
示すフローチャート。
示すフローチャート。
【図４】半導体デバイスパターンの欠陥検査・不良解析
システムに用いられる検査装置の外観を示す斜視図。
システムに用いられる検査装置の外観を示す斜視図。
【図５】電子線式ウエハ外観検査装置の概略構造を示す
縦断面図。
縦断面図。
【図６】図１に示した検査の手順をさらに具体的に示す
フローチャート。
フローチャート。
【図７】図１に示した検査の手順の各々における試料の
斜視図。
斜視図。
【図８】走査透過型電子顕微鏡の試料の斜視図。
【図９】半導体デバイスパターンの一例の斜視図。
１１…半導体デバイス、２１…プラグ、２２…下地層、
２３…ゲート電極、５１…ガス、５２…電子ビーム、１
０５…ウエハ、１０６…欠陥、１０７…マーク、１０８
…微小試料片、１０９…試料ホルダ、１１０…薄片化
部。
２３…ゲート電極、５１…ガス、５２…電子ビーム、１
０５…ウエハ、１０６…欠陥、１０７…マーク、１０８
…微小試料片、１０９…試料ホルダ、１１０…薄片化
部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ０１Ｎ 1/32 Ｇ０１Ｎ 23/04 23/04 23/225 23/225 Ｈ０１Ｊ 37/22 ５０１Ａ Ｈ０１Ｊ 37/22 ５０１ 37/26 37/26 Ｇ０１Ｎ 1/28 Ｇ Ｈ０１Ｌ 21/3065 Ｈ Ｈ０１Ｌ 21/302 Ｄ (72)発明者 小池 英巳 茨城県ひたちなか市大字市毛882番地 株 式会社日立製作所計測器グループ内 Ｆターム(参考） 2F067 AA54 BB01 BB04 CC17 HH06 JJ05 KK04 KK06 LL00 RR24 SS17 TT08 UU32 2G001 AA03 AA05 AA07 AA10 BA06 BA07 BA11 CA03 FA06 GA04 GA06 GA09 HA09 HA13 JA03 JA07 JA11 JA16 JA20 KA03 LA11 MA05 PA01 QA01 RA01 RA04 RA06 RA20 4M106 AA01 BA02 CA39 DB05 DB30 DJ18 DJ21 DJ23 5C033 SS01 SS02 SS04 SS07 SS10 5F004 AA16 BA17 BB18 BD07 EA39
Claims (13)
- 【請求項１】電子線を用いて半導体デバイスパターンの
欠陥とその位置を抽出する工程、該位置の情報に基づい
て前記欠陥を有する微小試料片の位置を決定し切り出す
工程、前記切り出された微小試料片の一部を薄片化する
工程、該薄片化された部分を電子顕微鏡で観察して前記
欠陥の原因を究明する工程を備えたことを特徴とする半
導体デバイスパターンの欠陥検査・不良解析方法。 - 【請求項２】電子線を半導体ウエハに形成された半導体
デバイスパターンに照射して発生する信号から前記半導
体デバイスパターンの欠陥を検出する電子線式ウエハ外
観検査装置と、前記欠陥を含む微小試料片を前記ウエハ
から切り出すとともに、試料ホルダへ前記微小試料片を
搭載し、該微小試料片の一部を薄片化する収束イオンビ
ーム装置と、前記試料ホルダに搭載された前記微小試料
片の薄片化された部分に電子線を照射して前記欠陥を観
察する透過型電子顕微鏡とを備えたことを特徴とする半
導体デバイスパターンの欠陥検査・不良解析システム。 - 【請求項３】半導体ウエハに形成された半導体デバイス
パターンの欠陥の位置情報に基づいて該欠陥の位置を決
定し、前記欠陥を含む微小試料片を前記ウエハから切り
出して前記欠陥を観察し、該欠陥の原因を究明するため
に、電子線を前記ウエハに照射して発生する信号から前
記半導体デバイスパターンの欠陥を検出する欠陥検出ユ
ニットと、該欠陥の位置情報を設定する位置情報設定装
置とを備えたことを特徴とする半導体デバイスパターン
の検査装置。 - 【請求項４】請求項３の記載において、前記位置情報設
定装置で設定される前記位置情報は、前記ウエハに前記
電子線を照射して形成されることを特徴とする半導体デ
バイスパターンの検査装置。 - 【請求項５】請求項３の記載において、前記位置情報設
定装置で設定される前記位置情報は、前記欠陥の座標と
前記ウエハに形成されたパターンの数に基づき決定され
ることを特徴とする半導体デバイスパターンの検査装
置。 - 【請求項６】半導体ウエハに形成された半導体デバイス
パターンの第１および第２の領域に電子線を照射し、発
生する二次電子を検出して照射された領域の画像を形成
し、前記第１の領域の画像と前記第２の領域の画像とを
比較して前記半導体デバイスパターンの欠陥を検出する
電子線式ウエハ外観検査装置と、該電子線式ウエハ外観
検査装置によって検出された前記欠陥を含む観察用試料
を抽出するとともに、該観察用試料を試料ホルダに搭載
して薄膜化加工する収束イオンビーム装置と、前記試料
ホルダに搭載された観察用試料に電子線を照射して前記
欠陥を観察する透過型電子顕微鏡とを備えたことを特徴
とする半導体デバイスパターンの欠陥検査・不良解析シ
ステム。 - 【請求項７】半導体ウエハに形成された半導体デバイス
パターンの第１および第２の領域に電子線を照射する電
子光学カラムと、発生する二次電子を検出して照射領域
の画像を形成し、前記第１の領域の画像と前記第２の領
域の画像とを比較して前記半導体デバイスパターンの欠
陥を検出する欠陥検出ユニットと、検出した該欠陥の位
置を示すマークを形成するマーク形成装置とを備えたこ
とを特徴とする半導体デバイスパターンの検査装置。 - 【請求項８】請求項７の記載において、前記マーク形成
装置は、前記電子線を前記半導体ウエハに照射して前記
マークを形成することを特徴とする半導体デバイスパタ
ーンの検査装置。 - 【請求項９】半導体ウエハに形成された半導体デバイス
パターンに電子線を照射して発生する二次電子から検出
された前記半導体ウエハの欠陥の位置を示す座標に基づ
いて前記半導体ウエハを位置決めすることによって、画
面上に前記欠陥を表示するモニタユニットと、前記欠陥
の位置情報を用いて画面上に表示された複数のパターン
の中から前記欠陥を特定する欠陥特定ユニットとを備え
たことを特徴とする半導体デバイスパターンの検査装
置。 - 【請求項１０】半導体ウエハに形成された半導体デバイ
スパターンの第１および第２の領域に電子線を照射し、
発生する二次電子を検出して照射された領域の画像を形
成し、前記第１の領域の画像と前記第２の領域の画像と
を比較して前記半導体デバイスパターンの欠陥を検出
し、該検出された前記欠陥を含む観察用試料を抽出する
とともに、該観察用試料を試料ホルダに搭載して薄膜化
加工し、前記試料ホルダに搭載された観察用試料に電子
線を照射して前記欠陥を観察することを特徴とする半導
体デバイスパターンの欠陥検査・不良解析方法。 - 【請求項１１】半導体ウエハに形成された半導体デバイ
スパターンの第１および第２の領域に電子線を照射する
工程と、該電子線の照射によって発生する二次電子を検
出して照射領域の画像を形成する工程と、前記第１の領
域の画像と前記第２の領域の画像とを比較して前記半導
体デバイスパターンの欠陥を検出する工程と、該検出さ
れた欠陥の位置を示すマークを形成する工程とを備えた
ことを特徴とする半導体デバイスパターンの欠陥検査・
不良解析方法。 - 【請求項１２】請求項１１の記載において、前記マーク
を形成する工程では、前記電子線を前記半導体ウエハに
照射して前記マークを形成することを特徴とする半導体
デバイスパターンの欠陥検査・不良解析方法。 - 【請求項１３】半導体ウエハに形成された半導体デバイ
スパターンに電子線を照射する工程と、該電子線の照射
によって発生する二次電子から前記半導体ウエハの欠陥
を検出する工程と、該欠陥の位置を示す座標に基づいて
前記半導体ウエハを位置決めする工程と、モニタユニッ
トの画面上に前記欠陥を表示する工程と、前記欠陥の位
置情報を用いて前記画面上に表示された複数のパターン
の中から前記欠陥を特定する工程とを備えたことを特徴
とする半導体デバイスパターンの欠陥検査・不良解析方
法。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30850699A JP3843671B2 (ja) | 1999-10-29 | 1999-10-29 | 半導体デバイスパターンの検査装置及びその欠陥検査・不良解析方法 |
| US09/697,773 US6566654B1 (en) | 1999-10-29 | 2000-10-27 | Inspection of circuit patterns for defects and analysis of defects using a charged particle beam |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP30850699A JP3843671B2 (ja) | 1999-10-29 | 1999-10-29 | 半導体デバイスパターンの検査装置及びその欠陥検査・不良解析方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2001127125A true JP2001127125A (ja) | 2001-05-11 |
| JP3843671B2 JP3843671B2 (ja) | 2006-11-08 |
Family
ID=17981853
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP30850699A Expired - Fee Related JP3843671B2 (ja) | 1999-10-29 | 1999-10-29 | 半導体デバイスパターンの検査装置及びその欠陥検査・不良解析方法 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6566654B1 (ja) |
| JP (1) | JP3843671B2 (ja) |
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| JP2779414B2 (ja) | 1988-12-01 | 1998-07-23 | セイコーインスツルメンツ株式会社 | ミクロ断面の加工・観察方法 |
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| JPH087121B2 (ja) | 1990-07-18 | 1996-01-29 | セイコー電子工業株式会社 | 集束荷電ビーム加工方法 |
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