JP2001255292A

JP2001255292A - 異物分析方法およびその装置並びに分析方法

Info

Publication number: JP2001255292A
Application number: JP2000068592A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Hamamura; 有一濱村; Hisafumi Iwata; 尚史岩田; Kazunori Nemoto; 和典根本; Kenji Kanemitsu; 賢司金光; Kenji Watanabe; 健二渡辺; Aritoshi Sugimoto; 有俊杉本; Kaoru Umemura; 馨梅村; Hidemi Koike; 英巳小池
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2000-03-08
Filing date: 2000-03-08
Publication date: 2001-09-21

Abstract

(57)【要約】【課題】半導体デバイス、電気回路基板、ＣＣＤ、ある
いはＴＦＴのようなディスプレイ装置のような電気回路
装置のような複数工程からなる製品上に堆積した異物の
正味発生工程を特定することができるようにした異物分
析装置およびその方法を提供することにある。【解決手段】真空チャンバ内に試料を搭載し、予め異物
検査工程において求めた異物座標に基づいてステージを
駆動して、荷電ビームにより異物を観察し、前記真空チ
ャンバ内に設置した探針を用いて異物を剥がし、剥がれ
た試料部分の物質を特定することによって異物の正味発
生工程を特定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体デバイス、
電気回路基板、ＣＣＤ、あるいはＴＦＴのようなディス
プレイ装置のような電気回路装置の製造工程における異
物分析装置およびその分析方法並びに試料上に形成され
る膜の密着性を評価する分析方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体デバイスは、微細化、多層
化が進み、製品の高歩留まりを確保することが極めて困
難な状況となっている。ＴＦＴのようなディスプレイ製
造においても、大面積化と画素の増加が進み、製造歩留
まりの確保が困難となっている。一方、製品サイクルの
短縮が進んでおり、新製品の量産立ち上げ時に、急速に
歩留まりを上げることで、製造コストを低減し、新製品
を早期に市場投入する必要がある。歩留まりを低下させ
る要因として、デバイスのばらつきによる特性不良や、
論理回路不良やマスク不良等の設計不良、製造工程中に
付着した異物による不良等がある。このうち、本発明
は、製造工程において発生する異物を低減させる技術に
関する。

【０００３】ところで、数百工程からなる半導体製造プ
ロセスについていえば、全工程ごとに異物検査を行うこ
とは、検査時間およびコストが膨大となるため、予め定
められた工程において異物検査を行っている。従来、こ
の検査工程においては、異物数や異物寸法、およびウェ
ハ面内での異物座標を測定し、その来歴をデータベース
に記録して、この来歴データから、突発的な製造装置異
常の有無や、定常的な異物レベルの抑制を監視してい
る。また、このような検査結果と製品完成時の電気的特
性検査により判明する不良モードや不良位置データとを
照合して、異物検査結果の来歴を解析することで、各工
程における異物の致命性（製品不良となる確率）を評価
することができる。統計的に致命性の高い工程の発塵源
を特定し、その発生を抑えることで対策が講じられる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この致命性の高い異物
の発生を検出した検査工程をＮ工程とすると、一つ前の
検査工程であるＮ−１工程直後からＮ工程直前までに致
命異物が発塵していることになる。（各工程における発
生異物の座標をデータベースに記録してあるため、たと
えば検査工程Ｎ−１以降から検査工程Ｎまでの工程で新
規に発生した異物（正味異物と称す）は、検査工程１か
ら検査工程Ｎ−１までに発生した異物座標とは一致しな
いことを利用して、正味異物数とその座標を求めること
ができる。）このように、検査工程Ｎ−１から検査工程
Ｎに複数の製造装置、製造プロセスが存在する場合、対
策すべきプロセス、製造装置が絞り込めないという課題
があった。また、異物検査装置には、プロセスごとの検
査感度ばらつきと、微小異物の検出限界があり、異物の
見落としの可能性がある。この見落とし異物が以降の検
査感度の高い工程で検出されたり、この異物の表面に膜
が成膜されたことによる異物寸法の増大により検出され
ることがあり、これらの場合は、異物の対策すべき工程
の判断を誤ることになる。そこで、集束イオンビームを
用いた断面解析法により、異物の断面を分析して正味工
程を推定する方法が用いられるが、断面加工に多くの時
間を要するという課題があった。

【０００５】本発明の目的は、上記課題を解決すべく、
半導体デバイス、電気回路基板、ＣＣＤ、あるいはＴＦ
Ｔのようなディスプレイ装置のような電気回路装置のよ
うな複数工程からなる製品上に堆積した異物の正味発生
工程を特定することができるようにした異物分析装置お
よびその方法を提供することにある。また、本発明の他
の目的は、試料上に形成された膜の密着性を評価できる
ようにした分析方法を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、異物が堆積した直下の物体面を露出させ
る露出過程と、該露出過程で露出した物体面の性状を観
察または分析して異物の発生工程を特定する分析過程と
を有することを特徴とする異物分析方法である。

【０００７】また、本発明は、試料に付着した異物を探
針により移動して露出させる異物移動過程と、集束荷電
ビームを走査照射することによって、前記試料上におい
て前記異物移動過程で露出した局所領域から検出される
物理的な特徴を抽出することによって異物の発生工程を
特定する分析工程とを有することを特徴とする異物分析
方法である。また、本発明は、試料に付着した異物を探
針により移動して露出させる異物移動過程と、集束荷電
ビームを走査照射することによって、前記試料上におい
て前記異物移動過程で露出した局所領域から検出される
物理的な特徴を観察することによって異物の発生工程を
特定する分析過程とを有することを特徴とする異物分析
方法である。

【０００８】また、本発明は、前記異物分析方法におけ
る分析過程において、検出される物理的な特徴として、
物性もしくは幾何学的特徴であることを特徴とする。ま
た、本発明は、前記異物分析方法における分析過程にお
いて、検出される物理的な特徴として、放出するＸ線エ
ネルギ、オージェ電子エネルギ、２次イオン質量のいず
れかであることを特徴とする。具体的には、本発明は、
真空チャンバ内に試料を搭載し、予め異物検査工程にお
いて求めた異物座標に基づいてステージを駆動して、荷
電ビームにより異物を観察し、前記真空チャンバ内に設
置した探針を用いて異物を剥がし、剥がれた試料部分の
物質を特定することによって異物の発生工程を特定する
ことを特徴とする。製造工程の途中において本技術を適
用後、この分析した試料を以降の工程に戻して製造を継
続する場合（インライン分析）は、試料表面の汚染を避
けるため、試料表面材質と同類のプローブを用いること
ができるように、複数のプローブを搭載することを特徴
としている。また、必要に応じて、剥がした異物や分析
時に発生した汚染物質を除去できるように異物除去工程
を設けることを特徴とする。

【０００９】また、本発明は、試料を搭載するステージ
を内設した真空チャンバと、荷電ビームを発生させる荷
電ビーム発生源および該荷電ビーム発生源から発生した
荷電ビームを前記試料上に集束走査して照射するための
荷電ビーム光学系と、該荷電ビーム光学系による荷電ビ
ームの照射により前記試料より発生した２次荷電粒子を
検出する２次荷電粒子検出器と、前記真空チャンバ内に
設けられ、前記試料に付着した異物を移動させるための
探針駆動手段と、前記試料上において該探針駆動手段に
よる異物の移動により露出した局所領域の物性的な特徴
を抽出する分析手段とを備えたことを特徴とする異物分
析装置である。

【００１０】また、本発明は、前記異物分析装置におけ
る荷電ビーム発生源を、電子ビームもしくはイオンビー
ムを発生するように構成したことを特徴とする。また、
本発明は、前記異物分析装置における探針駆動手段を、
複数の探針を搭載し、所望の探針を選択して駆動させる
ように構成したことを特徴とする。また、本発明は、前
記異物分析装置における分析手段を、Ｘ線エネルギ分光
器、オージェ電子エネルギ分光器、２次イオン質量分析
器の何れかを有するように構成したことを特徴とする。

【００１１】また、本発明は、試料上に形成された膜の
破断部を探針により剥離する剥離過程と、該剥離過程で
剥離した試料上の剥離面に集束荷電ビームを走査照射し
て検出される荷電粒子画像で剥離面を観察することによ
って前記膜の試料上への密着性を評価する評価過程とを
有することを特徴とする分析方法である。また、本発明
は、試料上に形成された膜の破断部を探針により剥離す
る剥離過程と、該剥離過程で剥離した試料上の剥離面を
光学的に観察することによって前記膜の試料上への密着
性を評価する評価過程とを有することを特徴とする分析
方法である。

【００１２】

【発明の実施の形態】本発明に係る半導体デバイス、電
気回路基板、ＣＣＤ、あるいはＴＦＴのようなディスプ
レイ装置のような電気回路装置の製造工程に用いられる
異物分析方法及びその装置の実施の形態について図１な
いし図１０を用いて説明する。本発明に係る分析装置
は、図１に示すように、分析装置本体１と、電源や電気
信号計測機器等の制御系２と、該制御系２とネットワー
ク４を介して接続され、ユーザインターフェースをつか
さどるホストコンピュータ３とで構成される。また、ホ
ストコンピュータ３は、ネットワーク４を介して異物検
査装置５及び外観検査装置６と直接接続されているか、
もしくはこれらの検査データを蓄積するデータベース７
や、異物や欠陥の来歴を解析する欠陥解析システム８か
らデータを取得できるようにネットワーク４を介して接
続されている。

【００１３】まず、分析装置本体１について説明する。
真空排気装置（図示せず）により真空に保たれた試料室
１０内に、試料１１を搭載するための試料ステージ１２
を設ける。この試料ステージ１２としては、ＸＹステー
ジ、ＸＹＺステージ、あるいはこれらと回転系ステージ
や、チルトステージを組み合わせたものを用いる。試料
室１０は、電子ビーム筐体１３が接続されいる。この電
子ビーム筐体１３についても、真空排気装置（図示せ
ず）によって真空状態にされる。この電子ビーム筐体１
３は、電子を放出させる電子源１４と、該電子源１４で
発生した電子ビーム１５を集束させる電子ビーム光学系
１６とで構成される。電子源１４は、熱電子放射型（タ
ングステンヘアピンフィラメントやランタンヘキサボラ
イドポイントカソード）、電界放射型などがある。電子
ビーム光学系１６は、引き出し電極、加速電極、スティ
グマ偏向コイル、静電レンズ、磁場レンズ等で構成し、
集束した電子ビームの走査や照射、非照射等の制御を行
う。電子ビームの加速電圧は、通常数百Ｖないし数百ｋ
Ｖ程度、電子ビーム１５の電流は、数ｐＡないし数十μ
Ａまで様々である。

【００１４】ところで、電子ビーム１５の直径は、電子
ビーム光学系１６により、通常１ｎｍないし１０ｎｍ程
度に集束させるが、この限りではない。電子ビーム１５
を試料１１の表面に照射する際に発生する２次電子１
７、あるいは反射電子１７’を荷電粒子検出器１８に引
き込んで電流増幅を行い、ホストコンピュータ３にて画
像処理を行った後、モニタ装置３ａの画面３ａａに映し
出す。そして、表面が絶縁性を有する試料１１の場合、
試料１１に流入する電子（入射電子）と試料１１から放
出する電子（２次電子および反射電子）との収支バラン
スが崩れると、試料１１の表面に帯電が発生する。この
帯電は、走査電子像の取得に障害を来たし、場合によっ
ては、試料１１の絶縁破壊を引き起こす。そこで、入射
電子と放出電子の収支がほぼ一致するように加速電圧を
およそ数百Ｖないし１ｋＶ程度に下げて観察することに
より、試料１１の帯電を抑制する手法がよく採られる。

【００１５】更に、試料室１０には、Ｘ線やオージェ電
子４０を検出してＥＤＸ分析やオージェ分析等の表面分
析ができるように、Ｘ線分光器やオージェ電子分光器等
の検出器４１を搭載する。（詳細は、図７を用いて後述
する。）次に、異物の剥離、移動、あるいは除去のため
の手段について説明する。基本的な構成は、異物と接触
させる先端を０．１〜０．２μｍ程度に細くした探針２
０と、これを駆動させるための駆動手段２１とで構成さ
れる。探針２０の駆動手段２１は、走査電子画像の視野
範囲内の任意のＸＹＺ方向の位置に、探針２０を駆動で
きるステージまたは微動機構で構成される。そして、ス
テージまたは微動機構の駆動源としては、電動モータや
ピエゾ素子等を使用し、探針２０の位置をマイクロメー
タないしサブマイクロメータの分解能でコントロール可
能である。探針２０は、先端を電解エッチングで形成
し、その先端をＦＩＢで切り落として仕上げ加工するこ
とによって製造することができる。

【００１６】そして、探針２０の先端が接触するのを検
知する手段（図示せず）を搭載することも可能である。
この接触検知手段としては、荷電粒子検出器１８によっ
て検出される走査電子線画像において接触により生じる
画面コントラストの変化や、探針２０（金属製の場合）
の電流・電圧変化を検知するように構成される。更に、
探針の駆動手段２１とホストコンピュータ３は連動して
おり、作業者は、ホストコンピュータ３のモニタ装置３
ａのモニタ画面３ａａを見ながら、ジョイスティック３
ｄ等のインタフェースデバイスを介すか、あるいはモニ
タ画面上に表示された駆動ボタンをマウス３ｂでクリッ
クするかして、探針２０を移動させることができる。探
針２０の材質は、ＷやＭｏのような金属、ＳｉＯ₂系の
材質、あるいはＳｉＯ₂にｐｏｌｙ−Ｓｉ等をコーティ
ングしたものなどが挙げられるが、この限りではない。

【００１７】次に、異物を剥離してその表面を観察・分
析する手法について図２乃至図３を用いて説明する。図
２は、異物３０と探針２０の先端とを接触させた状態に
おける試料１１の断面図、図３は、異物３０を探針２０
により剥離・移動させた状態の試料１１の断面図であ
る。図２および図３に示す試料１１としては、Ｓｉ等
の基板１１ａ上に多層の配線層１１ｂを形成し、その上
にＣＶＤ等により絶縁膜１１ｃを形成し、その際異物３
０が付着し、更にその上に金属膜１１ｄをスパッタリン
グ等で形成した状態を示す。この状態で、異物３０が存
在するとして、電子ビームを照射して荷電粒子検出器１
８で２次電子若しくは反射電子を検出しても、異物３０
の表面に金属膜１１ｄが形成されているため、異物３０
が金属として検出されることになる。そのため、異物３
０は、金属膜１１ｄを形成した際に発生したものと誤っ
た判断がされることになる。

【００１８】勿論、異物３０が存在するかについては、
異物検査装置等５、６によって検査されることになる。
そのため、上記金属膜１１ｄにエッチング等により回路
パターン（配線パターン）を形成した後、その上に絶縁
膜を形成した段階で、異物の検査が行われる場合も考え
られる。この場合において、電子ビームを照射して荷電
粒子検出器１８で２次電子若しくは反射電子を検出して
も、異物３０の表面に金属膜１１ｄおよび絶縁膜が形成
されているため、異物３０が絶縁膜として検出されるこ
とになる。そのため、異物３０は、金属膜１１ｄの上に
絶縁膜を形成した際に発生したものと誤った判断がされ
ることになる。

【００１９】そこで、異物３０を剥離してその表面を観
察・分析をする必要が生じることになる。まず、はじめ
に、分析装置のホストコンピュータ３は、異物座標を記
録してあるデータベース７、異物検査装置５、外観検査
装置６、欠陥解析システム８の何れかより、所望の異物
座標データをネットワーク４を介して記憶装置（図示せ
ず）に取り込む。このとき、ホストコンピュータ３は、
ウェハ面内の異物全ての座標データを上記記憶装置に取
り込み、この取り込まれたデータを例えば表示装置３に
表示して出力し、この出力表示されたデータ３ａｃの中
から所望のデータをキーボード等の入力手段３ｃを用い
て選択して内部メモリ若しくは上記記憶装置に記憶させ
ても良い。

【００２０】ホストコンピュータ３は、この得られた異
物の座標データに基いて制御系２に制御指令を与え、制
御系２により試料ステージ１２を駆動制御して、表示装
置３ａの画面３ａａ上に表示される走査電子観察画像３
ａａ内に異物３０が入るようにする。もし、異物３０が
上記観察画像内に入らない場合は、ホストコンピュータ
３は、制御系２に探索制御指令を与えて電子ビームの走
査範囲を広げることによる広視野に切り替えて探索する
か、同一視野サイズ（電子ビームの走査範囲を同じ）で
ステージ移動により現在の観察領域の周囲を自動（ステ
ージ移動と撮像を探索モードとして予めソフトウエアに
登録しておく）、もしくは手動で探索する。その後、ホ
ストコンピュータ３は、表示装置３ａの画面３ａａ上に
おいて異物３０の位置を矩形等のカーソル線で設定する
ことにより位置ずれ量を算出し、この算出された位置ず
れ量に基いて異物３０を観察画像の概略中心となるよう
に制御系２を介してステージ１２を微動制御し、必要に
応じて電子ビームの走査範囲を狭めることによる所望の
倍率に再設定して異物３０の観察を継続し、画面上にお
いて異物３０の位置をマウス３ｂやジョイステック３ｄ
により指定する。これにより、異物３０の位置が、ホス
トコンピュータ３に対して表示装置３ａの画面上におい
て指定されることになる。

【００２１】次に、異物３０を剥離させるために探針２
０を移動させる作業に移る。ここで、まず、はじめに、
複数種類の材質の探針２０が搭載されている場合、所望
の探針２０をホストコンピュータ３に対して指定する
（何も指定しない場合、デフォルトとして登録されてい
る探針を呼び出しても良い）。次に、ホストコンピュー
タ３は、表示装置３ａの画面中央をマウスでクリックす
るか、ソフトウエアで画面上に設けておいた移動動作指
令ボタンの操作により制御指令を制御系２に与え、制御
系２の制御に基いて探針２０の駆動源を駆動制御するこ
とにより探針２０の先端を走査電子画像３ａａの視野内
に移動させる。次に、ホストコンピュータ３は、モニタ
装置３ａの走査電子画像３ａａを確認しながら、制御系
２を介して探針２０を異物３０の近傍まで移動制御し、
探針２０を異物３０に接触させた後、探針２０の駆動源
を駆動制御して探針２０を前後左右、及び上下に移動し
て異物３０の剥離・移動を行う。これにより、図３に示
すようにむき出されたウェハの表面を走査電子画像３ａ
ａにより確認することができる。

【００２２】次に、剥離部の観察のみにより得られる情
報について説明する。走査電子画像として検出される２
次電子放出の程度により、剥き出された部分が導電性金
属であるか、絶縁膜であるかどうかを判別できるため、
異物の正味発生工程を推定することが可能となる。とこ
ろで、導電性金属の場合、２次電子放出量が多く走査電
子画像として明るく検出され、絶縁物の場合、２次電子
放出量が少なく走査電子画像として暗く検出される。例
えば、図４（ａ）に工程フローで示すように、スルーホ
ール埋込み後の異物検査工程（Ｎ）Ｓ４５と一つ前の異
物検査工程（Ｎ−１）Ｓ４１との間には、層間絶縁膜形
成工程Ｓ４２、層間絶縁膜へのスルーホールのホト／ド
ライエッチ工程Ｓ４３、およびスルーホールへの金属埋
込み工程Ｓ４４を含んでおり、異物検査工程（Ｎ）Ｓ４
５で異物３０が見付かったとしても、異物対策の焦点が
定まらないことになる。

【００２３】そこで、工程Ｓ４６において、異物検査工
程（Ｎ）Ｓ４５で見付かった異物３０を剥がし、その表
面を観察・分析することによって、異物３０が発生した
工程を特定することができることになる。なお、Ｓ４７
は、その後のエッチバック工程を示す。即ち、図４
（ｂ）に示す如く、例えば走査電子画像３ａａより剥き
出された部分からの２次電子放出量が少ない場合、異物
３０の下面には絶縁膜が位置していたことになるため、
層間膜の形成直後からスルーホール埋込み直前までに異
物３０が発生したと推定することができる。

【００２４】また、剥き出された部分の２次元、あるい
は３次元構造に特徴がある場合、この形状によっても異
物の正味発生工程を推定することも可能である。例え
ば、図５（ａ）に工程フローで示すように、スルーホー
ルドライエッチ工程Ｓ５４後の異物検査工程（Ｎ）Ｓ５
５と一つ前の配線ホト／ドライエッチ工程Ｓ５１後の異
物検査工程（Ｎ−１）Ｓ５２との間に、層間絶縁膜形成
工程Ｓ５３、およびスルーホールホト／ドライエッチン
グ工程Ｓ５４が存在する。そこで、工程Ｓ５６におい
て、異物検査工程（Ｎ）Ｓ５５で見付かった異物３０を
剥がし、その表面を観察・分析することによって、異物
３０が発生した工程を特定することができることにな
る。なお、Ｓ５７は、その後のスルーホールへの金属を
埋込むスルーホール埋込み工程を示す。即ち、図５
（ｂ）に示す如く、例えば異物を剥がした後の走査電子
画像３ａａから、剥がした部分に配線を確認することが
できること、またスルーホールが形成されていないこと
から、層間絶縁膜形成以降ドライエッチ直前までに発生
した異物３０と推定することができる。以上説明したよ
うに、本分析装置の実施の形態によれば、異物検査間隔
が広い場合の、異物発生工程の抽出に有効となる。

【００２５】また、本分析装置の実施の形態によれば、
異物検査を行って感度が十分に得られない場合でも、対
策工程の抽出の判断を誤ることを少なくすることができ
る。例えば、図６（ａ）に工程フローで示すように、異
物検査工程（Ｎ―２）Ｓ６１と（Ｎ−１）Ｓ６３との間
に、プロセス（Ｘ）Ｓ６２を含んでおり、異物検査工程
（Ｎ―１）Ｓ６３と（Ｎ）Ｓ６６との間には、プロセス
（Ａ）Ｓ６４、およびプロセス（Ｂ）Ｓ６５が含まれる
とする。剥がした部分の走査電子画像３ａａの特徴（２
次電子放出量から得られる導電性金属や、２次元あるい
は３次元形状等の特徴）を抽出して、プロセス（Ａ）、
（Ｂ）のいずれにも該当しない場合は、異物検査（Ｎ−
１）工程以前にさかのぼり、正味発生工程として該当す
るプロセス（Ｘ）と推定することができる。また、この
分析情報を、異物検査（Ｎ−１）工程への検査感度向上
の必要性を促す警告としてフィードバックさせることも
可能である。以上説明したように、本分析装置は、検査
感度が不十分な場合の、異物の発生工程抽出にも有効で
ある。

【００２６】また、電子ビーム１５を電子ビーム光学系
１６により試料１１の表面に照射し、試料１１の表面か
ら発生するＸ線（ＥＤＸ法）やオージェ電子４０を検出
器４１により検出することにより、異物の剥離により剥
き出された表面の材質を特定することも可能である。即
ち、図１および図７に示すようにＸ線やオージェ電子を
検出するための検出器４１を試料室１０に内設あるいは
接続する。必要に応じて観察用の電子ビーム走査条件か
ら、分析用の電子ビーム走査条件に切り替えて分析を行
う。ホストコンピュータ３は、検出器４１で検出される
Ｘ線やオージェ電子のエネルギ分布を求め、この求めら
れたＸ線やオージェ電子のエネルギ分布を、モニタ装置
３ａの画面３ａａ上にウインドウ３ａｂとして表示する
ことにより異物３０が剥離された表面の材質を特定する
ことができる。この分析により、異物の正味発生工程
は、その材質の成膜プロセス中あるいは成膜後に堆積し
たと推定することが可能となる。なお、図７には、表示
装置３ａの画面上に表示された異物の発生データとし
て、半導体ウェハにおける異物マップ３ａｃの場合を示
す。

【００２７】また、以上説明した分析手法は、図８
（ａ）に示すように半導体製造プロセスの途中で抜き取
ったウェハの分析（すなわちウェハを抜き取り、次工程
に戻さないオフライン分析）に適用可能である。即ち、
オフライン分析は、プロセス工程（Ａ）Ｓ８１、および
プロセス工程（Ｂ）Ｓ８２を経て製造され、その後異物
検査工程Ｓ８３で異物検査が行われ、この異物検査が行
われたウェハ（電気回路装置）から所望のウェハが抜き
取られて異物剥離／観察・分析工程Ｓ８６で分析が行わ
れて廃棄され、他方抜き取られなかったウェハは、プロ
セス工程（Ｃ）Ｓ８４、およびプロセス工程（Ｄ）Ｓ８
５からなる次工程へ送り込まれることになる。

【００２８】また、図８（ｂ）に示すように、プロセス
途中Ｓ８６で分析し、そのウェハ（電気回路装置）をそ
のまま次工程Ｓ８４、Ｓ８５へ戻したり、または該分析
後、剥離した異物が周囲に移動して無欠陥のチップに影
響を与えないように洗浄工程Ｓ８７を追加し、その後次
工程Ｓ８４、Ｓ８５に戻すインライン分析として適用す
ることも可能である。このように、インライン分析の場
合、異物を剥離して分析した半導体チップは製品として
使用不可能であるが、ウェハ上に存在する他の半導体チ
ップについては製品として使用可能となる。ただし、イ
ンライン分析の場合、異物剥離に使用する探針の材質
は、できるだけ他の半導体チップの製品に影響を与えな
いように選定する必要がある。例えば、ＡｌやＣｕ配線
の状態から異物を剥離する場合には、探針２０として
Ｗ、Ｓｉ、ＳｉＯ、ＳｉＣ系が使用可能である。ｐｏｌ
ｙ−Ｓｉ成膜工程の直前の状態から異物を剥離する場合
には、Ｗが汚染物質となるため、探針２０としてＳｉ、
ＳｉＯ、ＳｉＣ系を使用する。図９には、複数の探針ユ
ニットを搭載した分析装置の実施例を示す。このよう
に、複数の探針２０'、２０''、２０'''、２０''''を有
する場合は、指定した探針を分析したい領域近傍に呼び
出すことができる構成が必要となる。また、クーロン力
により異物を引きつける帯電針（図示せず）を設けてお
くことにより、剥離した異物を試料面より除去すること
も可能となる。

【００２９】次に、電子ビームの代用として集束イオン
ビームを用いた分析装置の実施例について図１０を用い
て説明する。即ち、イオン源５０には、ラインや製品を
汚染しないＨｅ、Ａｒ、Ｘｅ等の希ガスイオンや、Ｇａ
のような液体金属イオン源を用いる。ただし、インライ
ン分析の場合、Ｇａのような半導体デバイスを汚染する
恐れのあるイオンについては、照射部を洗浄するなどの
後処理が必要となる。集束イオンビーム５２が希ガスイ
オンビームの場合、プラズマからイオンを引き出すイオ
ン発生源（デュオプラズマ型や、マグネトロン型、ＥＣ
Ｒプラズマ型等）や電界放出型イオン源が、Ｇａイオン
ビームの場合、液体金属イオン源が必要となり、いずれ
の場合もイオン光学系５１が必要となる。イオン光学系
５１は、加速電極、アパーチャ、静電レンズ、デフレク
タ、スティグマ電極、等で構成する。試料の観察には、
２次イオン、２次電子いずれかの２次荷電粒子５３を検
出して行うため、荷電粒子検出器１８を設けておく。イ
オンビームの場合に、異物を剥離して剥き出した部分の
材質特定手段５５として、２次イオン質量分析器を設け
て、イオンビーム照射時に発生する２次イオンの材質を
特定する手法が有効である。

【００３０】以上、異物の発生工程の抽出に関する手法
について述べたが、次に、本分析装置の全く異なる利用
方法について説明する。ウェハエッジや成膜後の残留応
力の大きい膜では、膜表面にクラックが発生する場合が
ある。このクラックに探針を引き掛けて剥離し、その剥
離膜の面積や亀裂の進展具合を、集束荷電ビームを走査
照射することにより検出される荷電粒子画像で観察・分
析することにより、下地膜との密着強度や、工程途中で
剥離した場合のプロセスへの影響度を定性的に評価する
ことも可能である。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、製造ラインにおける検
査工程間に複数の製造装置、製造プロセスが存在する場
合、異物発生工程の絞り込みや、特定が可能となり、こ
れに基づいて対策を講じることにより製造歩留まりを向
上させることが可能となる。また、本発明によれば、異
物検査装置で異物の見落しがある場合、異物の対策すべ
き工程の判断の誤りを防ぎ、対策の手戻りを解消するこ
とが可能となる。また、本発明によれば、従来の集束イ
オンビームを用いた断面解析法と比較して、分析時間が
短くて済むため、早急な対策の実施が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る分析装置の実施の形態を示す構成
図である。

【図２】本発明に係る異物と探針を接触させた状態にお
ける試料の断面図である。

【図３】本発明に係る異物を探針により剥離・移動させ
た状態の試料の断面図である。

【図４】本発明に係る工程フローの第１の実施例とスル
ーホール埋め込み後の検査工程（Ｎ）後で、異物を剥が
した後の走査電子顕微鏡像とを示す図である。

【図５】本発明に係る工程フローの第２の実施例とスル
ーホールドライエッチ後の検査工程（Ｎ）後で、異物を
剥がした後の走査電子顕微鏡像とを示す図である。

【図６】本発明に係る工程フローの第３の実施例を示す
図である。

【図７】本発明に係るＸ線やオージェ電子等を検出して
分析する分析方法を説明するための図である。

【図８】本発明に係るオフライン分析およびインライン
分析について説明するための図である。

【図９】本発明に係る複数搭載型の探針ユニットを示す
斜視図である。

【図１０】本発明に係る集束イオンビームを用いた分析
装置本体の構成を示す図である。

【符号の説明】

１…分析装置本体、２…制御系、３…ホストコンピュー
タ、３ａ…モニタ装置（表示装置）、３ａａ…走査電子
画像（モニタ画面）、３ａｂ…エネルギ分布ウインド
ウ、３ａｃ…異物座標データ（異物マップ）、４…ネッ
トワーク、５…異物検査装置、６…外観検査装置、７…
データベース、８…欠陥解析システム、１０…試料室、
１１…試料（ウェハ、電気回路装置）、１１ａ…基板、
１１ｂ…配線層、１１ｃ…絶縁膜、１１ｄ…金属膜、１
２…試料ステージ、１３…電子ビーム筐体、１４…電子
源、１５…電子ビーム、１６…電子ビーム光学系、１７
…２次電子、１７‘…反射電子、１８…荷電粒子検出
器、２０…探針、３０…異物、４０…Ｘ線やオージェ電
子、４１…検出器、５０…イオン源、５１…イオン光学
系、５２…集束イオンビーム、５３…２次荷電粒子、５
５…材質特定手段。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者根本和典神奈川県横浜市戸塚区吉田町292番地株式会社日立製作所生産技術研究所内 (72)発明者金光賢司東京都小平市上水本町五丁目20番１号株式会社日立製作所半導体グループ内 (72)発明者渡辺健二東京都小平市上水本町五丁目20番１号株式会社日立製作所半導体グループ内 (72)発明者杉本有俊東京都青梅市新町六丁目16番地の３株式会社日立製作所デバイス開発センタ内 (72)発明者梅村馨東京都国分寺市東恋ヶ窪一丁目280番地株式会社日立製作所中央研究所内 (72)発明者小池英巳茨城県ひたちなか市市毛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） 2G001 AA03 AA05 AA10 BA04 BA06 BA07 BA09 BA15 CA01 CA03 CA05 CA10 DA06 EA03 FA06 GA01 GA04 GA06 GA09 GA11 HA13 KA01 KA03 KA20 LA11 MA05 PA07 PA11 PA12 PA15 RA01 RA20 SA10 4M106 AB09 BA02 BA03 CA02 CA04 CA41 CA42 CA54 CB21 DB11 DD03 DJ03 DJ11 DJ21

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】異物が堆積した直下の物体面を露出させる
露出過程と、該露出過程で露出した物体面の性状を観察または分析し
て異物の発生工程を特定する分析過程とを有することを
特徴とする異物分析方法。
【請求項２】試料に付着した異物を探針により移動して
露出させる異物移動過程と、集束荷電ビームを走査照射することによって、前記試料
上において前記異物移動過程で露出した局所領域から検
出される物理的な特徴を抽出することによって異物の発
生工程を特定する分析工程とを有することを特徴とする
異物分析方法。
【請求項３】試料に付着した異物を探針により移動して
露出させる異物移動過程と、集束荷電ビームを走査照射することによって、前記試料
上において前記異物移動過程で露出した局所領域から検
出される物理的な特徴を観察することによって異物の発
生工程を特定する分析過程とを有することを特徴とする
異物分析方法。
【請求項４】前記分析過程において、検出される物理的
な特徴として、物性もしくは幾何学的特徴であることを
特徴とする請求項２または３記載の異物分析方法。
【請求項５】前記分析過程において、検出される物理的
な特徴として、放出するＸ線エネルギ、オージェ電子エ
ネルギ、２次イオン質量のいずれかであることを特徴と
する請求項２または３記載の異物分析方法。
【請求項６】試料を搭載するステージを内設した真空チ
ャンバと、荷電ビームを発生させる荷電ビーム発生源および該荷電
ビーム発生源から発生した荷電ビームを前記試料上に集
束走査して照射するための荷電ビーム光学系と、該荷電ビーム光学系による荷電ビームの照射により前記
試料より発生した２次荷電粒子を検出する２次荷電粒子
検出器と、前記真空チャンバ内に設けられ、前記試料に付着した異
物を移動させるための探針駆動手段と、前記試料上において該探針駆動手段による異物の移動に
より露出した局所領域の物性的な特徴を抽出する分析手
段とを備えたことを特徴とする異物分析装置。
【請求項７】前記荷電ビーム発生源を、電子ビームもし
くはイオンビームを発生するように構成したことを特徴
とする請求項６記載の異物分析装置。
【請求項８】前記探針駆動手段を、複数の探針を搭載
し、所望の探針を選択して駆動させるように構成したこ
とを特徴とする請求項６記載の異物分析装置。
【請求項９】前記分析手段を、Ｘ線エネルギ分光器、オ
ージェ電子エネルギ分光器、２次イオン質量分析器の何
れかを有するように構成したことを特徴とする請求項６
記載の異物分析装置。
【請求項１０】試料上に形成された膜の破断部を探針に
より剥離する剥離過程と、該剥離過程で剥離した試料上の剥離面に集束荷電ビーム
を走査照射して検出される荷電粒子画像で剥離面を観察
することによって前記膜の試料上への密着性を評価する
評価過程とを有することを特徴とする分析方法。
【請求項１１】試料上に形成された膜の破断部を探針に
より剥離する剥離過程と、該剥離過程で剥離した試料上の剥離面を光学的に観察す
ることによって前記膜の試料上への密着性を評価する評
価過程とを有することを特徴とする分析方法。