JP2004319721A

JP2004319721A - 半導体検査用標準ウエハ、半導体の検査方法および半導体検査装置

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Publication number: JP2004319721A
Application number: JP2003110996A
Authority: JP
Inventors: Miyako Matsui; 都松井; Mari Nozoe; 真理野副
Original assignee: Hitachi High Technologies Corp; Hitachi Ltd; Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2003-04-16
Filing date: 2003-04-16
Publication date: 2004-11-11
Anticipated expiration: 2023-04-16
Also published as: JP4130901B2

Abstract

【課題】標準ウエハを用いた半導体製造工程途中のウエハを検査する技術として、あらゆる接合やウエルの抵抗を持つウエハに対応して、高速・高精度に非破壊で欠陥の抵抗値を推定する。また、装置間の感度差を無くして、検査レシピを複数の装置で共有できる検査システムおよび方法を提供する。さらに、半導体製造プロセスの管理において、プロセス異常を早期に発見して定量解析することによって、早期にプロセス対策を行うのに寄与する。
【解決手段】欠陥の抵抗または残膜厚が既知の標準ウエハを用いて、検査装置の感度較正を行う。標準ウエハの欠陥部の抵抗として、既知の抵抗値を変化させたウエハを作成する。また、ウエルの容量および接合の抵抗を数種類変化させたものを標準ウエハに作りこむ。標準ウエハの二次電子画像から、検査装置の感度較正を行う。また、標準ウエハの二次電子画像から、被検査ウエハの検査で検出された欠陥の抵抗値または残膜厚を非破壊で推定する。
【選択図】図７

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、電子線を用いた半導体装置の検査に関わり、微細な回路パターンを有する半導体ウェハ上の異物や欠陥を高速・高感度に検出する検査装置、並びに半導体の検査方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
電子線を用いた回路パターンを有する半導体ウエハの評価方法として、ウェハの大口径化と回路パターンの微細化に対応して高スループットかつ高精度な検査を行う技術が実用化されている。例えば、特開平０６−１３９９８５号公報で開示されているように、表面電位差に起因する二次電子線のコントラストを利用して欠陥検査を行う装置が知られている。この装置を用いて、例えば特開２０００−２０８０８５号公報に開示されているように、電位コントラストを利用して、ウエハ内部に形成された非導通欠陥を検出することができる。
【０００３】
特開２０００−１６４７１５号公報には、半導体ウエハ上に形成されたコンタクトホールの底に残存する膜厚を標準試料を用いて推定する発明が開示されている。当該標準試料には、基板上のコンタクトホールの底に擬似残存膜が設けられており、特開２０００−１６４７１５号公報に記載の発明では、コンタクトホールに電子線を照射して得られる二次電子像を用いて残膜厚を推定している。このようなコンタクトホールからの二次電子は、残存膜だけでなく、基板に形成されたウエルや不純物拡散層による影響を受ける。そこで、前記標準試料に被検査ウエハと同じウエルや不純物拡散層を形成し、標準試料の構造被検査ウエハにより近づけることによって、より正確に残膜厚を推定している。
【０００４】
【発明が解決しようとしている課題】
しかし、従来の標準試料を用いた検査には以下の問題点がある。従来の標準試料では、被検査ウエハと同じウエルや不純物拡散層を基板上に形成するため、被検査ウエハの構造が変わるたびに標準ウエハを作成する必要があった。そのため、半導体製造ラインのように、多品種の半導体製品を製造する場合には、製品の種類ごとに標準ウエハを作成する必要があった。また従来の標準ウエハでは、基板表面に露出したコンタクトホールの底部に残存した膜の評価は可能であるが、ウエハ内部に形成された導通不良やリーク等の抵抗値を推定することは困難であった。
【０００５】
本発明の目的は、ウエハ表面に露出した欠陥のみならずウエハ内部に形成された導通不良やリーク等の抵抗値を、高速・高精度に推定可能な欠陥検査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】
本発明は、ウエハ内部に電気的な欠陥が作り込まれた標準ウエハを用い、
前記標準試料に対し、電子線の照射条件を前記検査パラメータの数に等しい回数だけ変えて照射することにより、複数の電子線画像を取得し、
前記電子線画像における欠陥箇所の画像信号強度を、前記検査パラメータを座標軸とする空間に対してマッピングすることにより、前記複数の照射条件に対応する複数の標準ウエハの欠陥箇所信号強度分布を求め、
被検査試料に対し前記複数の照射条件で電子線を照射して電子線画像を取得し、前記標準ウエハの欠陥箇所信号強度分布と、対応する照射条件下で得られた被検査試料の画像信号における欠陥箇所信号強度に等しい面で切った時に得られる交線を求め、
該交線を前記複数の標準ウエハの欠陥箇所信号強度分布に対して求め、
得られた複数の交線間の交点の座標を求めることにより、前記所望の検査パラメータの値を推定することを特徴とする半導体の検査方法。
【０００７】
【発明の実施の形態】
（実施例１）
本実施例では、標準ウエハを用いた装置感度較正方法の一例について説明する。
まず、標準ウエハの構造および作成方法の一例について説明する。図２（ａ）には、本実施例における標準ウエハの構造の一例を示す。本実施例の標準ウエハでは、コンタクト用電極５６の底に導電不良欠陥を作り込んである。Ｓｉ基板６０上に絶縁膜５８とコンタクト電極５６が形成されている。図中、引出番号４０は、コンタクト電極の正常部を、４１は欠陥部４１をそれぞれ意味している。基板には、数種類の接合４４及びウエル４２が形成してある。８５は素子の分離部である。図示されてはいないが、図２（ａ）には、２つのコンタクト電極４６や接合４４、ウエル４２等を含む素子部が両隣に形成されており、分離部８５は、それら素子部を電気的に絶縁している。接合４４の上部は、拡散層が形成されており、接合４４は基板と拡散層の界面に相当する。
【０００８】
本実施例では、標準ウエハの二次電子画像のコントラストを求めることにより、半導体の検査を行う。二次電子のコントラストはウエハ表面の電位に大きな影響を受ける。また、表面電位は、ウエハに存在するウエルの静電容量や接合４４の電気抵抗に大きな影響を受ける。そこで、本実施例の標準ウエハには、抵抗値を１０^６Ω以上１０^１２Ω以下の範囲で変えた接合４４を数種類作り込んだ。ウエル４２についても同様に、静電容量を１０^−１５Ｆ以上１０^−４Ｆ以下の範囲で変えたウエルを数種類作り込んだ。導電不良欠陥として、基板６０とコンタクト電極５６の間に抵抗あるいは膜厚が既知の薄い非導電成膜５９を形成してある。非導電成膜５９の膜厚は、５０ｎｍ以下１ｎｍ以上の範囲で変え、膜厚毎に数種類の標準ウエハを作成した。本実施例では、標準ウエハ一枚につき非導電性膜の膜厚は一つだけであるが、膜厚を変えた欠陥を一枚の標準ウエハに作り込んでも構わない。非導電成膜５９の材料としては、Ｓｉ酸化膜、Ｓｉ窒化膜、有機系の絶縁膜、低誘電率膜等が用いられる。これらの非導電成膜５９は、絶縁膜５８にコンタクトホールを形成した後に、酸化、あるいは、膜蒸着によって形成することができる。または、絶縁膜５８を形成する前に予め形成しておくこともできる。
【０００９】
二次電子画像のコントラストは、コンタクト電極５６の面積や直径、密度にも依存する。そこで、本実施例では、電極５６が形成されたのコンタクトホールの直径や、ウエハ上に形成される配線パターンのパターン密度を変えた配線パターンを数種類形成した標準ウエハを用意した。
＊図２（ｂ）の説明を追加してください。特に図２（ａ）と図２（ｂ）の対応関係について。
【００１０】
図２（ｂ）には、本実施例の標準ウエハの正常部の等価回路を、図２（ｃ）には、本実施例の標準ウエハの欠陥部の等価回路を示す。正常部の等価回路に示すように、基板の上にウエル４２による容量が形成４３されている。さらに、接合部４４には抵抗４５が形成されている。接合部４４には容量成分４６も形成されているが、容量は小さいため、接合にかかる電圧は接合の抵抗４５にほとんど依存する。従って、被検査ウエハの正常部の電気特性は、被検査ウエハのウエルの容量４３および接合の抵抗４５によって決定される。そこで、標準ウエハには、接合４４として、数種類の抵抗値を持つ接合４４、さらに、ウエル４２として、数種類の容量４３のウエル４２を作り込んだ。欠陥部の等価回路は、ウエルの容量４３、接合の抵抗４５および容量４６に欠陥部の抵抗７０が加えられている。従って、正常部の電位コントラストから被検査ウエハのウエルの容量４３と接合の抵抗４５を推定できれば、欠陥の抵抗７０を推定可能となる。
【００１１】
標準ウエハ表面の帯電状態は、一度電子線を照射するとある時間の間、初期状態と異なる帯電状態になる。よって、二度目に電子線照射したときの二次電子画像は、一度目と異なることがある。そのような場合、検査装置内、あるいは検査装置１外で電子線あるいは紫外光を照射することによってウエハに残留した帯電を除去し、短時間で初期状態に戻すことが可能となった。
【００１２】
次に、上記に述べた標準ウエハを用いるのに好適な半導体検査装置および当該半導体検査装置の感度較正を行う手法について述べる。
図１には、本実施例における半導体装置の検査装置の構成例を示す。半導体装置の検査装置１は、電子光学系２、ステージ機構系３、ウエハ搬送系４、真空排気系５、光学顕微鏡６、制御系７、操作部８より構成されている。電子光学系２は、電子銃９、コンデンサレンズ１０、対物レンズ１１、検出器１２、偏向器１４、ウエハの上面電極１３、ウエハ高さ検出器１５より構成されている。
ステージ機構系３はＸＹステージ１６およびウエハを保持するためのホルダ１７、ホルダ１７およびウエハ１８に負の電圧を印加するためのリターディング電源１９より構成されている。ＸＹステージ１６には、レーザ測長による位置検出器が取りつけられている。
ウエハ搬送系４は、カセット載置部２０と、ウエハローダ２１と、これら２０、２１とＸＹステージ１６間とを結ぶ搬送手段とで構成され、これら２０、２１、１６の間を被検査ウエハが行き来するようになっている。
制御系７は、信号検出系制御部２２、ブランキング制御部２３、ビーム偏向補正制御部２４、電子光学系制御部２５、ウエハ高さセンサ検出系２６、ステージ制御部２７、電極制御部３３より構成されている。制御系７には操作部８が接続されており、操作部８は、操作画面２８、画像処理部２９、画像・検査データ保存部３０、演算部３１等により構成されている。図示されていないが、操作画面２８は、マウスなどの入力手段を備えている。操作部８には、外部サーバ３２が接続されている。外部サーバ３２は、他の検査装置と信号線で接続されることが可能であり、図１に示した検査装置で得られた検査データ、検査レシピを信号線を介して他の検査装置に転送することも可能である。
【００１３】
図３には、感度較正方法のフローを示した。まず、操作画面２８上で較正に用いる標準ウエハのカセット載置部２０内の棚番号を指定し、標準ウエハを導入する（ステップ６１）。
次に、導入した標準ウエハの情報と、検査情報とを読み出す。これらの画像情報および検査情報は、画像・検査データ保存部３０や外部サーバ３２、あるいはＣＤ−ＲＯＭ等、可搬性の記録媒体に格納されている。読み出された画像情報および検査情報は演算部３１に転送される（ステップ６２）。読み出される標準ウエハの情報としては、ウエハ上における正常部４０および欠陥部４１の位置情報（座標）、形成されたウエル４２の静電容量、接合４４の抵抗値、コンタクト電極５６の面積、コンタクト用電極５６の直径、標準ウエハ上に形成された配線パターンのパターン密度等のパターン情報、正常部４０および欠陥部４１の画素信号強度などがある。これらの情報は、予め他の測定装置で取得してある。一方、検査情報としては、電子線の照射エネルギー、電流値、走査速度、電子線走査範囲を示す座標情報等がある。
まず、電子線の照射条件の較正を行なう（ステップ６３）。電子線の照射条件３１の較正は、ウエル４２や接合４４が形成されておらず、導電性材料で形成された導電性パターンで行なう。あるいは、ウエハホルダ１７上に形成されたビーム較正用の導電性パターンを用いても良い。
電子ビームの電流値が規定値になるように調整（ステップ６４）を行った後、ウエハに電子ビームを照射するときの照射エネルギーの較正を行なう（ステップ６５）。照射エネルギーの較正は、リターディング電圧を調整することにより行なう。図４には、ウエハ到達電流のリターディング電源１９の電圧に対する関係を示した。９２が標準装置を用いて測定された（標準ウエハの）リファレンス曲線、９３は、検査装置１により実測された曲線である。リターディング電圧を徐々に下げていくと、ウエハに到達する電流が減少していく。標準装置のリファレンス曲線９２と被較正装置の曲線９３が一致するように、リターディング電圧を調整することにより、照射エネルギーの較正を行う。あるいは、電子ビームの初期加速がＶ０の場合、照射電流値が０になるときのウエハ電位Ｖｒが−Ｖ０になるように較正を行なってもよい。
その後、非点、焦点の調整を行う（ステップ６６）。以下、非点、焦点の調整方法の例を示す。図５（ａ）には、図２（ａ）に示す標準ウエハの二次電子画像の一例を、図５（ｂ）には、図５（ａ）に示した二次電子画像を図中の一点鎖線で切った際の画素信号強度のプロファイルを示した。図５（ａ）では、二次電子画像上にコンタクト用電極５６の領域と絶縁膜５８の領域が確認でき、このとき例えば、図５（ｂ）に示すように、コンタクト用電極５６の部分の信号量は絶縁膜５７部分の信号量よりも大きくなっている。また、欠陥部４１からの信号は正常部４０からの信号よりも小さくなっている。欠陥部４１と正常部４０の信号強度の差から、欠陥４１を検出することができる。コンタクト用電極５６の部分の信号強度の比較の方法としては、ある周期で配列されたコンタクト用電極５６の部分の信号強度同士を比較する。または、隣接する同じパターンの信号強度と比較する。
このとき、非点および焦点がずれていると、円状のコンタクト用電極５６の二次電子画像は楕円形に観察されることがある。本装置の二次電子画像が規定値の範囲内の形状になるように、入射電子線の非点および焦点を調整するための機構を電子光学系制御部２５に設けた。
電子線照射条件の較正が終了したら、二次電子検出系の調整を行う（ステップ６７）。同じ設計の装置であっても、装置組み立て上で微妙に生じる誤差のために、ウエハ上面の電界強度分布は装置ごとに異なる。このため、例え標準ウエハを使用しても、得られる二次電子画像の信号強度は、装置によって変化する。これを調整するために、ウエハに最も近い上面電極１３の電圧を微調整するための機能を電極制御部３３に設けた。
【００１４】
一例として、図５（ａ）に示す二次電子画像のように、コンタクト用電極５６の領域の信号が絶縁膜５８の領域の信号よりも大きい場合について説明する。
まず、外部サーバ３２から入力されて、データ保存部３０に保存されている標準ウエハ５４の二次電子画像９０を読み出す。次に、電子線照射条件を規定値に設定し、導入された標準ウエハの二次電子画像を取得する。本標準ウエハ５４を用いた場合、ウエハ表面上の電界強度や分布によって、コンタクト用電極５６の領域と絶縁膜５８の領域の信号強度が装置によって変化する。例えば、標準の二次電子画像と、較正前の検査装置を用いて取得した二次電子画像とを比較する。このとき、正常部４０の信号強度をＩｐｌｕｇ、絶縁膜５８の部分の信号強度をＩｓｉｏ２とし、コントラストＣ＝（Ｉｐｌｕｇ−Ｉｓｉｏ２）／Ｉｓｉｏ２を算出する。
標準の二次電子画像のコントラストＣ０と被較正装置のコントラストＣ１において、Ｃ０＞Ｃ１の場合は、被較正検査装置の上面電極１３の電圧を上昇させて、Ｃ０＝Ｃ１となるように調整する。Ｃ０＜Ｃ１の場合は、上面電極１３の電圧を低下させて、Ｃ０＝Ｃ１となるように調整する（ステップ６８）。コントラストの調整が終了したら、標準の二次電子画像と被較正装置で取得した二次電子画像の信号量を比較する。二次電子画像全体の信号強度の平均値を比較し、検出器１２で取得した信号の増幅率を調整することによって、二次電子画像全体の信号量の調整を行った（ステップ６９）。
このとき、二次電子画像は電子線照射回数によって変化することがあるため、本調整においては、それまでに電子線照射を行っていないウエハの領域で二次電子画像５８を取得することが望ましい。
従来の検査装置では、同一の装置を作製した場合でも、個々の装置の入射電子光学系や検出系の構造の微妙な誤差によって検査装置間で感度が異なるため、装置によって得られる二次電子コントラストや欠陥の検出感度が異なるという問題があった。このため、複数台の装置を使用する場合でも、装置ごとに最適な検査条件を設定しなければならなかった。また、同じ種類の半導体製品を複数の検査装置で検査すると感度が異なるため、半導体工程を管理する時の精度や信頼性が大幅に低下するという問題があった。
本実施例の較正方法を用いて一度被検査装置の感度較正を行った後は、標準ウエハを検査したときの欠陥検出率の変化から、装置の検出感度の状態を日々管理することができるようになり、本装置の異常を早期に発見可能となる。装置の検出感度を日々管理する方法として、例えば、一日に一回、あるいは週に一回、標準ウエハの検査を行う。例えば、標準ウエハに作りこまれた繰り返しパターン１つに対して、欠陥をＮ０個作りこんだ。検出率８０％で管理する場合、Ｎ０×０．８個以下の欠陥を検出した繰り返しパターンがある個数以上発生したとき、上記方法を用いて、再度装置の感度校正を行う。これによって、一定感度の検査を長期間に渡って行うことが可能となり、さらに、本装置の異常を早期に発見することが可能となった。
また、上記の手法を用いて複数装置間の感度較正を行うことによって、検査装置ごとに最適な検査条件を設定する必要がなくなり、一度、検査条件の最適化を行えば、検査レシピを他の装置に転送することによって、他の装置で同一感度の検査を行うことが可能となる。更にまた、同一種類の半導体装置を複数台の検査装置で検査する場合、同じ感度での欠陥検出が可能となり、プロセス管理上のデータの信頼性を大幅に向上することができた。
（実施例２）
実施例２では、検査パラメータとして、被検査ウエハに存在する電気的な欠陥の抵抗値とウエルの静電容量を推定し、これらの検査パラメータを用いてコンタクトホール内の残膜厚を推定する方法について説明する。
図６には、図２（ａ）に示した標準ウエハを用いた欠陥の電気特性とコンタクトホール残膜厚を推定するフローを示した。本方法では、画像情報およびパターンの情報が演算部３１で処理されて、記憶部３０に記憶される。
まず、検査パラメータの数に等しい数だけ検査条件を変えて被検査ウエハの二次電子画像を取得する。本実施例では、検査パラメータが欠陥の抵抗とウエルの静電容量の２つであるので、検査条件を変えた２種類の電子線画像を取得する。最初に、検査条件Ａで被検査ウエハの二次電子画像を取得する（ステップ７３）。検査条件Ａとしては、例えば表面の帯電電圧が５Ｖ程度になる条件を用いる。次に、検査条件Ｂで被検査ウエハ７２の二次電子画像を取得する（ステップ７４）。検査条件Ｂとしては、例えば、ウエハ表面の帯電電圧が１５Ｖ程度になる条件を用いる。検査条件Ａと検査条件Ｂは、被検査ウエハの二次電子画像のコントラストが異なるような条件が望ましい。
次に、外部サーバ３２あるいは移動用記録媒体から送られて、記憶部３０に保持されていた標準ウエハの画像情報を読み出す（ステップ７５）。
このとき、検査条件Ａと検査条件Ｂについて、被検査ウエハのコンタクト用電極の直径４７、パターン密度４８に最も近いパターンの二次電子画像情報を演算部３１に読み出す。この画像情報から検査条件Ａについて、図７（ａ）に示すように、標準ウエハの二次電子画像９０の電極５６領域と絶縁膜５８領域のコントラストに対して、実効的なウエル４２の容量４３と接合４４の抵抗４５との対応をとる。図７（ａ）は、検査条件Ａで標準ウェハの電位コントラスト像の測定を行ない、得られた画素信号強度を、接合抵抗とウエルの容量とをｙ軸、ｘ軸とし、画素信号強度をｚ軸とする三次元空間上にマッピングした図である。図７（ａ）では、ｚ軸はコントラストと記されているが、画素信号強度を適当な値で割って無次元量に変換すればコントラストになるので、図のｚ軸のコントラストは画素信号強度と等価である。次に、検査条件Ａにおける被検査ウエハ７２の二次電子コントラストと図７（ａ）に示す標準ウエハの二次電子コントラストの関連から、被検査ウエハのウエルの容量と接合の抵抗との関連７７を推定する（ステップ７８）。図中の実線は、マッピングしたデータにより形成される曲面を表しており、７７−１で示される曲線は、マッピング曲面上でコントラストがある一定値Ｉａを取る曲線を意味する。本実施例では、得られた曲線を特性曲線と称する。
次に、検査条件Ｂを用いて取得した二次電子画像についても同様の推定を行う。まず、検査条件Ｂについて、図７（ｂ）に示すように、標準ウエハの二次電子画像９０の電極５６領域と絶縁膜５８領域のコントラストに対して、実効的なウエル４２の容量４３と接合４４の抵抗４５との対応をとる。検査条件Ｂにおける被検査ウエハ７２の二次電子コントラストがＩｂであった場合、図７（ｂ）に示した被検査ウエハのウエルの容量と接合の抵抗との関連を示す特性曲線７７−２が得られる（ステップ７９）。検査条件Ａと検査条件Ｂについて各々求められた特性曲線７７−１と７７−２の交点から、被検査ウエハ７２のウエル４２の容量４３と接合４４の抵抗４５を決定する（ステップ８０）。図７（ｃ）には、各々の特性曲線を示した。これらの演算は演算部３１で演算され、記憶部３０に結果が保存される。
上記のように、被検査ウエハ７２に電子線照射を行った際の実効的なウエル４２の容量４３と接合４４の抵抗４５が求まったら、欠陥部の抵抗７０または残膜厚７１の推定を行なう。まず、記憶部３０に保持されていた標準ウエハの欠陥部４１の画像情報を読み出し、図８に示すように、標準ウエハ９２の欠陥の抵抗７０あるいは残膜厚７１によるコントラストの変化から、あるウエル４２の容量４３と接合４４の抵抗４５のときの欠陥の抵抗７０あるいは残膜厚７１とコントラストとの関連を推定することができた。例えば、被検査ウエハ７２の欠陥部のコントラストがＩｎの場合、図８に示す関係から、欠陥の抵抗７０あるいは残膜厚７１を推定することができる（ステップ８１）。
【００１５】
被検査ウエハのコントラストと欠陥の抵抗値７０あるいは残膜厚７１が推定されたら、実際に被検査ウエハの検査を行なう（ステップ８２）。検査中あるいは、検査後に検出された欠陥の画像情報から欠陥の抵抗７０または残膜厚７１を推定することができた（ステップ８３）。推定された欠陥の抵抗７０または膜厚７１は、欠陥データとして画面２８に表示される。また、欠陥の抵抗７０または膜厚７１にウエハ面内分布は、例えば図９に示すように、欠陥の抵抗の等高線８６等を用いて画面２８に表示することもできる（ステップ８４）。欠陥データは記憶部３０に保持され、外部サーバ３２あるいは移動用記憶媒体５１で他の装置に転送され、他の検査装置やプロセス管理システムにデータを入力することができる。あるいは検査を実施後、検出された欠陥の情報から上記の方法を用いて欠陥の抵抗値７０あるいは残膜厚７１とコントラストとの関係を推定してもよい。推定されたウエルの容量４３と接合の抵抗４５を持つ標準ウエハの欠陥部４１および正常部４０の画像情報から、最も欠陥の検出感度の高い検査条件を推定し、設定することも可能である。
【００１６】
本実施例では、検査パラメータとして、ウエルの静電容量と欠陥部の電気抵抗を用いたが、その他にも、検査パラメータとしてコンタクト用電極５６の直径、配線パターンの密度４８等、あらゆる検査パラメータを用いることが可能である。また、本実施例では、二次電子像の画素信号強度を、ウエルの静電容量、欠陥部の抵抗値および信号強度によって張られる３次元の空間にマッピングしたが、検査パラメータの数が３以上の場合は、パラメータの数に応じた多次元空間上でマッピングを行なっても良い。
【００１７】
以上述べた様に、本手法を用いることによって、欠陥の抵抗値７０あるいは残膜厚７１を非破壊で推定可能となった。被検査ウエハ７２のウエルの容量４３や接合の抵抗４４は製品によって異なるので、従来は、被検査ウエハ７２に形成された半導体装置の種類ごとに標準ウエハを作成する必要があったが、本手法によって、いくつかの種類のウエルの容量４３や接合の抵抗４４を作り込んだ標準ウエハを用いて、被検査ウエハ７２のウエルの容量４３や接合の抵抗４４を推定可能となったので、あらゆる種類の製品に対応することが可能となった。
さらに、欠陥の抵抗値および抵抗のウエハ面内分布から、予め作成してあるデータベースから自動的に欠陥発生プロセスや要因を特定する機構を設けた。さらに、欠陥発生プロセスの加工条件を微調整する機構を設けた。例えば、ホール加工を行なうドライエッチ時間を微調整することができる。この結果、欠陥発生のプロセスやその要因を早期に特定することができるようになり、半導体製造プロセスへのフィードバックを早期に行うことが可能となった。
（実施例３）
本実施例では、標準ウエハの別の一例について説明する。図１０には、本実施例における標準ウエハの構造を示した。本例は、基板に形成された接合部４４にリーク８７が生じるような欠陥を作り込んだ実施例である。本ウエハは、Ｓｉ基板６０上に、絶縁膜５８とコンタクト用の電極５６が形成されている。基板６０には、数種類の接合４４及びウエル４２を形成した。
ウエル４２は、例えば１０^−１５Ｆ以上１０^−４Ｆ以下の容量４３を数種類作り込んだ。正常部４０の接合４４の抵抗として、例えば１０^６Ω以上１０^１２Ω以下の抵抗の接合４４を数種類作り込んだ。接合リーク８７の欠陥４１として、欠陥部の領域に例えば抵抗値１０^６Ω以上１０^１０Ω以下の抵抗の接合４４を形成した。二次電子のコントラストはウエハ表面に露出している電極５６の面積や直径、密度にも依存する。そこで、本標準ウエハには、電極５６の直径、パターン密度を数種類変化させたパターンを形成してある。本標準ウエハは、接合リーク８７だけでなく、他のリーク起因の欠陥の較正に使用することができる。
【００１８】
図１１には、標準ウエハの他の構造を示す。電極５６と基板６０とのコンタクト面にＣｏＳｉ等の導電性の薄膜８９を形成することがある。しかし、薄膜形成過程やその他の要因によって、薄膜が基板６０内に拡散したり、基板に結晶欠陥が形成されるために、接合にリーク８７が生じる場合がある。このようなリーク８７による抵抗値を本実施例の標準ウエハを用いて、較正することが可能となった。
【００１９】
【発明の効果】
従来の標準試料では、被検査ウエハと同じウエルや不純物拡散層を基板上に形成するため、被検査ウエハの構造が変わるたびに標準ウエハを作成する必要があった。また従来の標準ウエハでは、コンタクトホールの開口部に形成された残膜の評価は可能であるが、ウエハ内部に形成された導通不良やリーク等の抵抗値を推定することは困難であった。さらに、従来の検査装置は複数装置間で感度が異なるため、装置によって二次電子コントラストや欠陥の検出感度が異なるという問題があった。このため、複数台の装置を使用する場合でも、装置ごとに最適な検査条件を設定しなければならないという問題があった。
【００２０】
これに対して本方法を用いることによって、被検査ウエハのウエルの容量や拡散層の抵抗等によらず、あらゆる種類の製品に対応して、欠陥の抵抗値あるいは残膜厚を非破壊で推定可能となった。この結果、欠陥発生のプロセスやその要因を早期に特定することができるようになり、半導体製造プロセスへのフィードバックを早期に行うことが可能となった。また、装置の感度較正を行なうことによって、標準ウエハを検査したときの欠陥検出率の変化から、装置の検出感度の状態を日々管理することができるようになり、本装置の異常を早期に発見可能となった。また、複数装置間の感度較正を行うことによって、一度、検査条件の最適化を行えば、検査レシピを他の装置に転送することによって共有化可能となり、他の装置で同一感度の検査を行うことが可能となった。また、同一種類の半導体装置を複数台の検査装置で検査する場合、同じ感度での欠陥検出が可能となり、プロセス管理上のデータの信頼性を大幅に向上することができた。
【００２１】
この結果、半導体プロセス開発期間および歩留まり向上期間を大幅に短縮できるようになり、半導体装置の信頼性および生産性を高めることが可能となった。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明で用いた半導体検査装置の１例を示す構成図。
【図２】本発明の標準ウエハの断面構造の一例を示す説明図。
【図３】本発明の装置感度較正フローの一例。
【図４】電子線照射エネルギー較正方法の説明図。
【図５】二次電子コントラストの較正方法の説明図。
【図６】本発明で用いた欠陥の抵抗値を推定する方法のフロー。
【図７】被検査ウエハのウエルの容量と接合の抵抗値を推定する方法の説明図。
【図８】標準ウエハにおける二次電子コントラストの欠陥の抵抗値による変化。
【図９】検査結果表示方法の一例。
【図１０】本発明の標準ウエハの断面構造の他の一例を示す説明図。
【図１１】本発明の標準ウエハの断面構造の他の一例を示す説明図。
【符号の説明】
１・検査装置、２・電子光学系、３・ステージ、４・ウエハ搬送系、５・真空排気系、６・光学顕微鏡、７・制御系、８・操作部、９・電子銃、１０・コンデンサレンズ、１１・対物レンズ、１２・検出器、１３・ウエハ上面の電極、１４・偏向器、１５・高さセンサ、１６・ＸＹステージ、１７・ウエハホルダ、１８・ウエハ、１９・リターディング電源、２０・ウエハカセット、２１・ウエハローダ、２２・信号検出系制御部、２３・ブランキング制御部、２４・ビーム偏向補正部、２５・電子光学系制御部、２６・高さ検出系、２７・ステージ制御部、２８・操作画面、２９・画像処理部、３０・記憶部、３１・演算部、３２・外部サーバ、３３・電極制御部、３４・標準ウエハ、３５・照射エネルギー、３６・電流値、３７・走査速度、３８・走査範囲、３９・検査条件、４０・正常部、４１・欠陥部、４２・ウエル、４３・容量、４４・接合、４５・抵抗、４６・容量、４７・電極の直径、４８・パターン密度、４９・パターン情報、５０・画像情報、５１・移動用記憶媒体、５２・導電性パターン、５３・ウエハの電流、５４・標準ウエハ、５５・二次電子画像、５６・コンタクト用電極、５７・薄膜、５８・絶縁膜、５９・非導通欠陥、６０・基板、６１・標準ウエハを指定、６２・ウエハ情報読み出し、６３・電子線照射条件較正、６４・電流値較正、６５・照射エネルギー較正、６６・非点焦点の調整、６７・二次電子検出系の調整、６８・電極の調整、６９・二次電子信号量の較正、７０・欠陥の抵抗値、７１・残膜厚、７２・被検査ウエハ、７３・検査条件Ａの画像取得、７４・検査条件Ｂの画像取得、７５・標準ウエハの画像読み出し、７６・ウエルと抵抗の関係を算出、７７・ウエルの容量と接合抵抗の関係、７８・検査条件Ａでの関連、７９・検査条件Ｂでの関連、８０・ウエルの容量と接合抵抗を推定、８１・被検査ウエハの関連を推定、８２・被検査ウエハを検査、８３・陥の抵抗あるいは残膜厚を推定、８４・ウエハマップ表示、８５・素子分離、８６・等高線、８７・リーク、８８・接合、８９・薄膜、９０・標準ウエハの二次電子画像、９１・被較正装置の二次電子画像。

Claims

配線パターンと該配線パターンの電気的欠陥とが形成された標準試料を用いて所望の検査パラメータ→欠陥部の抵抗値を推定する半導体の検査方法であって、
前記標準試料に第１の照射条件で電子線を照射して第１の電子線画像を取得し、
画像中の画素信号強度と前記検査パラメータとを座標軸とする空間に対し、前記第１の電子線画像の欠陥箇所の画素信号強度をマッピングすることにより、分布１を求め、
前記標準試料に第２の照射条件で電子線を照射して第２電子線画像を取得し、
前記空間に対し、該第２の電子線画像の欠陥箇所の画像信号強度をマッピングすることにより、分布２を求め、
被検査試料に前記第１の照射条件で電子線を照射して第３の電子線画像を取得し、
該被検査試料に前記第２の照射条件で電子線を照射して第４の電子線画像を取得し、
前記空間上で、信号強度が前記第３の電子線画像中の欠陥箇所の画素信号強度に等しい面と前記分布１との交線１を求め、
前記空間上で、信号強度が前記第４の電子線画像中の欠陥箇所の画素信号強度に等しい面と前記分布２との交線を求め、
前記交線１と前記交線２との交点を求め、該交点の座標から検査パラメータの値を推定することを特徴とする半導体の検査方法。
配線パターンと該配線パターンの電気的欠陥とが形成された標準試料を用いて所望の検査パラメータの値を求める半導体の検査方法であって、
前記標準試料に対し、電子線の照射条件を前記検査パラメータの数に等しい回数だけ変えて照射することにより、複数の電子線画像を取得し、
前記電子線画像における欠陥箇所の画像信号強度を、前記検査パラメータを座標軸とする多次元空間に対してマッピングすることにより、前記複数の照射条件に対応する複数の標準ウエハの欠陥箇所信号強度分布を求め、
被検査試料に対し前記複数の照射条件で電子線を照射して電子線画像を取得し、
前記標準ウエハの欠陥箇所信号強度分布と、対応する照射条件下で得られた被検査試料の画像信号における欠陥箇所信号強度に等しい面で切った時に得られる交線を求め、
該交線を前記複数の標準ウエハの欠陥箇所信号強度分布に対して求め、
得られた複数の交線間の交点の座標を求めることにより、前記所望の検査パラメータの値を推定することを特徴とする半導体の検査方法。
請求項１に記載の半導体の検査方法において、
前記標準試料としてウエルと不純物拡散層が形成された試料を用い、
前記検査パラメータとして、前記ウエルの静電容量と該拡散層の抵抗値を用いることを特徴とする半導体の検査方法。
請求項１に記載の半導体の検査方法において、
前記分布１および分布２を予め取得して記憶手段に格納しておき、
被検査試料の検査を行なう毎に、格納された分布１と分布２とを読み出して、検査パラメータの値を推定することを特徴とする半導体の検査方法。
請求項１に記載の半導体の検査方法において、
前記標準試料として、複数のコンタクトホールが作り込まれた標準試料を用い、
該複数のコンタクトホールは各々膜厚の異なる非導電成膜が底部に形成され、
前記標準試料の所望のコンタクトホール箇所の画素信号強度の前記残膜厚に対する較正曲線を予め求めておき、
前記被検査試料の欠陥箇所の画素信号強度と前記較正曲線とを比較することにより、被検査試料のコンタクトホールの残膜厚を推定することを特徴とする半導体の検査方法。
請求項１に記載の半導体の検査方法において、
前記第３の電子線画像および第４の電子線画像を画面に表示し、
入力手段により特定される画像中の欠陥箇所の画素信号強度の平均強度を計算し、
前記第３の電子線画像または第４の電子線画像の欠陥箇所の画素信号強度として、該平均強度を用いることを特徴とする半導体の検査方法。
配線パターンと該配線パターンの電気的欠陥とが形成された標準試料を用いて所望の検査パラメータの値を推定する機能を備えた半導体検査装置において、
前記標準試料に第１の照射条件および第２の照射条件で電子線を照射して得られた第１の電子線画像および第２の電子線画像が格納された記憶手段と、
被検査試料を保持する試料ステージと、
該被検査試料に対し電子線を照射し電子線画像を取得する手段と、
得られた電子線画像の画素信号を演算する演算部とを有し、
前記記憶手段には、
前記検査パラメータとを座標軸とする空間上で、前記第１の電子線画像の欠陥箇所の画像信号強度がマッピングされた分布１と、前記空間上で、前記第２の電子線画像の欠陥箇所の画像信号強度がマッピングされた分布２とが格納され、
該演算部は、前記検査パラメータとを座標軸とする空間上で、被検査試料に前記第１の照射条件で電子線を照射して得られる第３の電子線画像中の欠陥箇所の画素信号強度に等しい面と前記分布１との交線１を求め、
前記被検査試料に前記第２の照射条件で電子線を照射して得られる第４の電子線画像中の欠陥箇所の画素信号強度に等しい面と前記分布２との交線２を求め、
前記交線１と前記交線２との交点を求め、該交点の座標から前記検査パラメータの値を推定することを特徴とする半導体検査装置。
請求項７に記載の半導体検査装置において、前記第３の電子線画像ないし第４の電子線画像を表示する表示手段と、
前記第３の電子線画像ないし第４の電子線画像の欠陥箇所を特定するための画面入力手段とを備えたことを特徴とする半導体検査装置。
半導体基板上に形成された配線パターンと、該配線パターン上に形成された複数の種類の電気的欠陥部とを有することを特徴とする標準ウエハ。
請求項９に記載の標準ウエハにおいて、
複数のコンタクトホール内に形成された電極と、該電極の下に形成された非導電性膜とを有し、
前記非導電成膜の膜厚は、前記複数のコンタクトホール毎に各々異なることを特徴とする標準ウエハ。
請求項９に記載の標準ウエハにおいて、
前記電気的欠陥として、前記半導体基板と前記配線パターンの接合部にリークが生じていることを特徴とする標準試料。
請求項９に記載の標準ウエハにおいて、
第１のコンタクトホール内に形成された第１の電極と、第２のコンタクトホール内に形成された第２の電極と、前記第１の電極と第２の電極とをショートする導電膜とを備えたことを特徴とする標準ウエハ。
請求項９から１２のいずれか１項に記載の標準ウエハを用いて感度較正が行なわれた半導体検査装置。