JP2005217060A - 欠陥検査装置および欠陥検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 半導体集積回路の回路パターン上に発生する結晶粒成長等によって生じる凹凸による疑似欠陥を除去し、実欠陥を効率よく検出する欠陥検査装置、および、欠陥検査方法を提供する。
【解決手段】 画像検出部１０１で撮影された画像Ｑａは、撮影回路パターン記憶部１０６に格納される。除去回路パターン記憶部１０５には、検査対象物の回路パターンを、疑似欠陥が発生しやすい領域とそれ以外の領域とで示した画像Ｑｃが格納されている。制御演算部１０２では、画像Ｑａと画像Ｑｃとから、画像Ｑａのうち、画像Ｑｂの疑似欠陥が発生しやすい領域に相当する領域の画像が表示されない画像Ｑｂを生成する。この画像Ｑｂから検出される欠陥は、ほぼすべて実欠陥になる。欠陥の位置や数などのデータは欠陥記憶部１０３に記憶する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、欠陥検査装置および欠陥検査方法に関し、より特定的には、半導体集積回路に形成された回路パターンを撮影した画像を用いて回路パターンに発生した欠陥を検出する欠陥検査装置および欠陥検査方法である。

半導体集積回路を製造する際には、形成された回路パターンに断線等の欠陥が発生することがある。欠陥が発生した製品を選別するために、また、欠陥を発生させた製造工程や製造装置を特定して改善し、歩留まりよく半導体集積回路を製造するために、半導体集積回路の製造過程において回路パターンの欠陥検査が適宜行われる。

欠陥検査のための欠陥検査装置は、画像検出部、出力部、欠陥検出部等を備えている。画像検出部は被検査物である半導体集積回路の回路パターンを撮影するカメラを備えている。欠陥検出部では、画像検出部のカメラで撮影された回路パターンの画像から回路パターンに発生した欠陥を検出する。画像検出部で撮影された画像や、欠陥検出部での欠陥検査結果は、出力部のモニターで見ることができる。

欠陥の検出は、例えば、半導体集積回路の検査対象となるチップの回路パターン画像と、そのチップと同じ回路パターンが形成された隣接する他のチップの回路パターン画像とを比較する画像比較法等を用いて行われている。画像比較法では、被検査画像と、比較対象となる画像の同一位置における濃淡差が大きい場合に、その位置で欠陥が発生していると判断する（特許文献１、特許文献２）。

欠陥検査は、半導体製造工程中に複数回行われ、特に、欠陥が発生しやすい工程の直後に行われる。例えば、半導体基板上に下層配線、層間絶縁膜、上層配線が順に形成された多層配線構造の半導体集積回路を製造する場合、まず、下層配線形成工程の後に、主に下層配線の欠陥を検出するための欠陥検査が行われる。この欠陥検査の後に、層間絶縁膜を形成する熱処理工程や上層配線形成工程があり、上層配線形成工程の後には、主に上層配線の欠陥を検出するための欠陥検査が行われる。層間絶縁膜は、透明な薄膜であるため、上層配線形成後の欠陥検査のために撮影された画像にも、例えば下層配線等、先の検査（下層配線形成後の欠陥検査）でも撮影された回路パターンが写る。よって、上層配線形成後の欠陥検査で撮影された画像からは、先の検査でも検出された欠陥（以下、累積欠陥という）も検出されることがある。

ただし、累積欠陥は、先の検出（下層配線形成後の欠陥検査）で検出された欠陥と同じ位置に形成されている欠陥なので、位置座標から特定することができる。後の検査（上層配線形成後の欠陥検査）のために撮影した画像から検出された欠陥から、先の検査でも検出された累積欠陥を除去すれば、先の検査以降に発生した欠陥のみを特定することができる。先の検査以降の工程で発生した欠陥を特定できれば、その欠陥を発生させた製造工程の不備や製造装置の不備が特定されやすい。

ところで、製造工程中に熱処理等が行われると、アルミニウムなどの金属配線材料が変質し、大きな直径を有する粒状の結晶であるグレインや、配線から上方に成長するバーティカルヒロックや、配線から横方向に成長するサイドヒロックなどが発生する。これらの結晶が配線表面から突出する高さは１μｍ以下であるため、隣接する配線にまで伸びて配線同士を短絡させるような実欠陥（以下、配線ショートという）にはなりにくい。しかしながら、回路パターンを撮像した画像の結晶が発生している部分は、凹凸によってコントラストが強調されているために、実欠陥が大量に発生しているように見える。このような見かけ上の欠陥は、断線や配線ショートなどの実欠陥と区別され、疑似欠陥（ニュイサンス欠陥）といわれている。

上述のように、下層配線、層間絶縁膜、上層配線を順に形成した半導体集積回路では、下層配線形成後に行われた熱処理工程のために、下層配線上に結晶粒による凹凸が発生しやすい。下層配線上に結晶粒による凹凸が発生すると、上層配線形成後の欠陥検査で撮影した画像の下層配線上に疑似欠陥が発生する。回路パターンを撮影した画像上に疑似欠陥が発生すると、実欠陥の検出が著しく阻害されたり、実欠陥数よりも多くの欠陥数がカウントされることになり、正確な欠陥情報が得られない。よって、欠陥検査結果を集積回路製造装置や製造工程の改良に利用するためには、疑似欠陥を取り除いて、実欠陥のみを抽出する必要がある。しかしながら、疑似欠陥は、先の検査以降の製造工程に起因して発生するために、先の検査以前に形成された上述の累積欠陥のように特定することができない。

上述のように、疑似欠陥を除去して実欠陥だけを検出することはできないので、疑似欠陥の発生を抑制する機能を備えた欠陥検出装置が利用されている。疑似欠陥の発生を抑制する機能とは、例えばＫＬＡ−Ｔｅｎｃｏｒ社製光学式欠陥検査装置に搭載されているＳＡＴ（Ｓｅｇｍｅｎｔｅｄ Ａｕｔｏ Ｔｈｒｅｓｈｏｌｄ）機能である。ＳＡＴ機能は、金属配線表面が一般に高反射率であることを利用して金属配線領域を他の領域と区別し、金属配線領域だけ欠陥検出感度を低く抑えることで、回路パターン画像色むらの発生を抑制し、ひいては疑似欠陥の発生を抑制する機能である。
特開２００２−３０３５８８号公報 特開平８−３２７５５７号公報

しかしながら、上記ＳＡＴ機能を用いて欠陥検出感度を落として疑似欠陥の検出を抑制しても、疑似欠陥の発生を防ぐことはできないために、依然として金属配線上で大量の疑似欠陥が検出されていた。また、疑似欠陥の検出されないよう金属配線領域の検出感度をゼロにすると、先の検査以降に形成された配線上の実欠陥も検出できない。

そこで、本発明の目的は、実欠陥のみを効率よく検出する欠陥検査装置、及び、欠陥検査方法を提供することである。

本発明の欠陥検査装置は、半導体集積回路に形成された回路パターンを撮影した画像を用いて、当該回路パターンに発生した欠陥を検出する欠陥検査装置であって、回路パターンを撮影する撮影手段と、撮影手段で撮影された第１の画像を格納する第１の記憶手段と、疑似欠陥が発生しやすい領域の位置を示すデータが格納された第２の記憶手段と、疑似欠陥が発生しやすい領域の位置を示すデータを用いて、第１の画像のうち疑似欠陥が発生しやすい領域以外の領域のみが表示される第２の画像を生成する画像生成手段と、第２の画像から回路パターンの欠陥を検出する欠陥検出手段と、欠陥検出結果を出力する出力手段とを備える。

疑似欠陥が発生しやすい領域は、前記回路パターンのうち、金属材料で形成され、かつ、熱処理を受けた領域の少なくとも一部であってもよい。また、少なくとも一部の領域とは、所定の幅以上の配線パターンが形成されている領域であってもよい。また、金属材料は、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分としていてもよい。

本発明の欠陥検査装置は、疑似欠陥が発生しやすい領域の位置を示すデータを生成するデータ生成手段を備えていてもよい。

半導体集積回路の製造中に複数回行われる欠陥検査のｎ回目の検査における第１の画像の疑似欠陥が発生しやすい領域は、（ｎ−１）回目の検査対象物と同じ仕掛かり状態の半導体集積回路の回路パターンを撮影した第３の画像から生成されてもよい。また、疑似欠陥が発生しやすい領域は、第３の画像のうち、輝度が所定の閾値以上の領域としてもよい。

半導体集積回路の製造中に複数回行われる欠陥検査のｎ回目の検査における第２の画像から検出された欠陥のうち、（ｎ−１）回目の検査における第２の画像からも検出された欠陥を判断する累積欠陥判断手段と、ｎ回目の検査における第２の画像から検出された欠陥から累積欠陥を除外して、（ｎ−１）回目の検査後ｎ回目の検査までに発生した欠陥を求める演算手段とを備えていてもよい。

累積欠陥判断手段では、ｎ回目の検査における第２の画像から検出された欠陥の位置座標と、（ｎ−１）回目の検査における第２の画像から検出された欠陥の位置座標とを比較し、位置座標が一致する欠陥を累積欠陥と判断してもよい。

前記演算手段では、ｎ回目の検査における第２の画像から検出された欠陥の数から、累積欠陥の数を差し引いて、（ｎ−１）回目の検査後ｎ回目の検査までに発生した欠陥数を求めるようにしてもよい。

基板上に下層配線と層間絶縁膜と上層配線とが順に形成された半導体集積回路の上層配線形成後に行われる欠陥検査における疑似欠陥が発生しやすい領域は、下層配線が形成されている領域の少なくとも一部であってもよい。

検査対象物である半導体集積回路の回路パターンに発生した欠陥を、回路パターンを撮影した画像から検出する欠陥検査方法であって、半導体集積回路の回路パターンが形成されている領域のうち疑似欠陥が発生しやすい領域の位置を示すデータを記憶させるステップと、半導体集積回路の回路パターンを撮影して第１の画像を取得するステップと、疑似欠陥が発生しやすい領域の位置を示すデータを用いて、前記第１の画像の疑似欠陥が発生しやすい領域以外の領域のみが表示される第２の画像を生成するステップと、第２の画像から欠陥を検出するステップとを備える。

疑似欠陥が発生しやすい領域以外の回路パターン領域のみが表示される第２の画像には疑似欠陥が発生しないので、第２の画像上に表示される欠陥は実欠陥のみである。従って、本発明の欠陥検査装置を用いれば、実欠陥を精度よく検出することができる。実欠陥を精度よく検出できれば、その欠陥検査結果に修正を加えることなく半導体集積回路の製造装置や製造工程の不備等の特定に利用することができるため、迅速に装置等の改善を行うことができ、ひいては高歩留まりで半導体集積回路を製造することができる。

前記回路パターンのうち、アルミニウム等低融点の金属材料で形成され、かつ、熱処理を受けた領域には、グレインやヒロックなどの結晶粒が成長した凹凸が発生しやすい。そのうち、所定の幅（例えば１μｍ）以上の配線パターンが形成されている領域は、さらに凹凸が発生しやすい。したがって、このような領域は疑似欠陥が発生しやすい領域と判断することができる。

第１の画像から検出された欠陥のうち疑似欠陥を特定することによって、（ｎ−１）回目の検査からｎ回目の検査までに使用された製造装置や製造工程によって発生した欠陥を特定することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。図１は、半導体集積回路１１１に形成された回路パターンに発生した欠陥を検出する本発明の欠陥検査装置１００の主要構成を示すブロック図である。本発明の欠陥検査装置１００は、画像検出部１０１、記憶部１０９、制御演算部１０２、及び、出力部１１０を備えている。記憶部１０９は、撮影回路パターン記憶部１０６、除去回路パターン記憶部１０５、累積欠陥記憶部１０４、及び欠陥記憶部１０３で構成されている。

画像検出部１０１は、光学式顕微鏡あるいはレーザー式顕微鏡などの顕微鏡１０７と、ＣＣＤなどのカメラ１０８とを備えている。画像検出部１０１に備えつけられた図示しない光源から被検査物である半導体集積回路１１１へ光を照射すると、半導体集積回路１１１で反射して顕微鏡１０７のレンズを透過した光が、カメラ１０８の受光部に入射する。カメラ１０８の受光部への入射光が作る半導体集積回路１１１の回路パターンの像をＡ／Ｄ変換して得られた画像データは、撮影回路パターン記憶部１０６に格納される。詳細は後述するが、除去回路パターン記憶部１０５には、画像データ又は画像の特定領域の位置データが記憶されている。累積欠陥記憶部１０４と欠陥記憶部１０３には、位置座標や個数などで表される欠陥のデータが記憶される。制御演算部１０２では、画像処理、画像からの欠陥検出、累積欠陥の判断、累積欠陥の除去、画像検出部１０１や出力部１１０の制御などが行われる。出力部１１０は、モニターやプリンタなど、画像や検査結果を出力する装置である。

図２（ａ）〜（ｄ）は、多層配線構造の半導体集積回路の製造工程を説明する概略断面図である。図２（ａ）〜（ｄ）を用いて、半導体集積回路の製造工程と、製造工程中に行われる欠陥検査方法について説明する。

まず、図２（ａ）に示すように、表面にシリコン酸化膜などの絶縁膜２０２が形成された半導体基板２０１の上に、Ａｌ／Ｃｕなどの低融点の合金の下層配線２０３ａ、２０３ｂを形成する。ただし、図２では下層配線２０３ａは図示していない。以下、図２（ａ）に示す製造途中の半導体集積回路を、下層配線形成後集積回路２０６という。

下層配線２０３ａ、２０３ｂを形成した後には、主に下層配線２０３ａ、２０３ｂ上の実欠陥を検出するための欠陥検査が行われる。以下、この欠陥検査を１回目の欠陥検査という。図３は、１回目の欠陥検査のために下層配線形成後集積回路２０６を撮影して得られた画像Ｐａである。この画像Ｐａは撮影回路パターン記憶部１０６に格納される。

なお、図３には示していないが、絶縁膜２０２は透明な薄膜であるために、画像Ｐａの下層配線２０３ａ、２０３ｂが形成されていない領域には、絶縁膜２０２に形成されたコンタクトホールや、半導体基板２０１に形成されたトランジスタなどが写し出されている。したがって、画像Ｐａから欠陥を検出する場合、下層配線２０３ａ、２０３ｂの配線パターンに発生した欠陥だけが検出されるのではなく、画像Ｐａに示されている回路パターン全体から欠陥が検出される。なお、本明細書中では半導体集積回路に形成される回路パターンのうち、配線によるパターンを配線パターンと記載している。

１回目の欠陥検査では、画像Ｐａから欠陥を検出する。図３に示す画像Ｐａからは、断線欠陥５０１等が検出され、検出された欠陥の位置Ｄ（Ｐａ）や欠陥の個数Ｃ（Ｐａ）等のデータは、欠陥記憶部１０３に格納される。なお、欠陥の検出方法は従来から用いられている画像比較法等どのような方法であってもよく、詳細については記載しない。

１回目の欠陥検査が終わると、半導体集積回路の製造に戻り、４００℃程度の水素を含むガス中で熱処理が行われる。下層配線２０３ａ、２０３ｂの主材料であるアルミニウムは低融点（６６０℃）であるため、この熱処理工程によって下層配線２０３ｂの表面で、図２（ｂ）に示すように結晶粒２１０が成長する。

次に、プラズマＣＶＤ法によって３５０℃〜４００℃程度の温度でシリコン酸化膜を堆積させて、図２（ｃ）に示す層間絶縁膜２０４を形成し、表面を平坦化させる。この熱処理工程によって、下層配線２０３ｂの表面に発生した結晶粒２１０がさらに成長する。ついで、図示していないが、層間絶縁膜２０４にコンタクトホールを開口する。その後、Ａｌ／Ｃｕ合金からなる上層の金属配線である上層配線２０５ａ、２０５ｂを形成する。以下、図２（ｄ）に示す半導体集積回路を、上層配線形成後集積回路２０７という。

上層配線２０５ａ、２０５ｂを形成した後には、主に上層配線２０５ａ、２０５ｂに形成された欠陥を検出するための欠陥検査が行われる。以下、この欠陥検査を２回目の欠陥検査という。図４は、本発明の欠陥検査方法の手順を示すフローチャートである。２回目の欠陥検査の手順は、図４のフローチャートを参照しながら説明する。

２回目の欠陥検査でも、１回目の検査と同様に、まず、上層配線形成後集積回路２０７の回路パターンを画像検出部１０１で撮影する。図５は、２回目の欠陥検査で撮影された上層配線形成後集積回路２０７の画像Ｑａである（図４のステップＳ１）。上層配線２０５ａ、２０５ｂの下に形成された層間絶縁膜２０４は透明な膜なので、図５に示す画像Ｑａには、上層配線２０５ａ、２０５ｂの下層に形成された下層配線２０３ａ、２０３ｂも写し出されている。また、図示していないが上層配線２０５ａ、２０５ｂや下層配線２０３ａ、２０３ｂが形成されていない領域には、絶縁膜２０２、２０４に形成されたコンタクトホールや、半導体基板２０１に形成されたトランジスタなどが写し出されている。

画像Ｑａに示される回路パターン上には、上層配線２０５ａと上層配線２０５ｂとにまたがる欠陥５０３（以下、配線ショート５０３という）、下層配線２０３ａ上に形成された断線欠陥５０１などの実欠陥が存在している。また、画像Ｑａには、下層配線２０３ｂの上で成長した結晶粒２１０によって生じた凹凸のコントラスト差による色むらのために、複数の実欠陥が発生しているように見える疑似欠陥５０４が発生している。よって、画像Ｑａをそのまま用いて欠陥検査を行うと、疑似欠陥５０４のために実欠陥よりも多くの欠陥が検出されたり、疑似欠陥５０４によって図示していない実欠陥の検出が妨げられて、実欠陥のみを正確に検出することができない。

したがって、本発明の欠陥検査装置１００では、前回の欠陥検査との間に熱処理工程等があり、すでに形成されている配線上に結晶等による凹凸が発生している可能性がある場合には、その配線が形成されている領域は擬似欠陥が発生しやすい領域であるとして欠陥検査の対象から除外する。

上述した画像Ｑａの回路パターンでは、熱処理工程よりも前に形成された下層配線２０３ａ、２０３ｂの配線パターン（下層配線パターン）の上に疑似欠陥が発生しやすい。したがって、画像Ｑａから、図６に示す下層配線２０３ａ、２０３ｂの回路パターンが表示されない画像Ｑｂを生成し（図４のステップＳ２）、この画像Ｑｂを用いて２回目の欠陥検査を行う（図４のステップＳ３）。図６に点線ハッチングを施した部分は、回路パターンが表示されていない領域であって、この部分からは欠陥は検出されない。以下、図６の点線ハッチングを施した領域を非検査領域Ｒｂ、点線ハッチングを施していない領域を検査領域Ｒａという。画像Ｑｂから検出された欠陥数データＣ（Ｑｂ）や欠陥発生位置データＤ（Ｑｂ）などの欠陥検査結果は、欠陥記憶部１０３に格納される。なお、本発明の欠陥検査装置１００には、生成した画像Ｑｂを格納するための生成回路パターン画像記憶部を設けておいてもよい。

画像Ｑｂを生成するために、除去回路パターン記憶部１０５には、あらかじめ図７に示す画像Ｑｃのデータ格納しておく。画像Ｑｂは、先の検査（１回目の検査）の検査対象物であった下層配線形成後集積回路２０６の回路パターンが形成されている領域を、先の検査以降次の検査までに結晶粒などによる凹凸が発生しやすい領域（斜線ハッチングを施した領域。以下、疑似欠陥発生領域Ｇａという。）と、それ以外の領域（ハッチングを施していない領域。以下、疑似欠陥非発生領域Ｇｂ）とに区別して示した画像である。疑似欠陥発生領域Ｇａとは、先の検査以降次の検査までに行われる熱処理工程などによってグレインやヒロックなどの凹凸が発生するおそれのある領域である。凹凸は、例えばアルミニウムを主成分とする材料で形成されている配線のように、融点の低い金属材料で形成されている部分に発生しやすい。以下に、画像Ｑｃの生成方法を説明し、ついで、画像Ｑｂの生成方法を説明する。

まず、画像Ｑｃの生成方法を説明する。半導体集積回路の回路パターンのうち、金属配線等高反射率の材料で形成された領域からの反射光の強度は、反射率の低い材料で形成されている領域からの反射光の強度と比べて高くなる。よって、画像検出部１０１に入射する半導体集積回路からの反射光の強度が所定の閾値以上になる領域を疑似欠陥発生領域Ｇａとしてもよい。反射光の強度が所定の閾値以上になる領域とは、画像検出部１０１で撮影された半導体集積回路の画像のうち、輝度が所定の閾値以上になる領域とも言える。したがって、画像Ｑｃは、下層配線形成後集積回路２０６の回路パターンを撮影して得られた画像を、輝度が所定の閾値以上の領域（上記の疑似欠陥発生領域Ｇａ）と、輝度が所定の閾値以下の領域（上記の疑似欠陥非発生領域Ｇｂ）という２つの領域に分けることによって生成することができる。なお、図７では下層配線パターンが形成されている領域を疑似欠陥発生領域Ｇａとしている。しかしながら、配線パターン以外にも金属材料で形成されている部分があれば、その部分も輝度が所定の閾値以上になり、疑似欠陥発生領域Ｇａに含まれる。

なお、図７に示す画像Ｑｃは、先の検査である１回目の欠陥検査のために撮影された図３に示す画像Ｐａから生成してもよい。ただし、１回目の欠陥検査のために撮影された画像Ｐａから画像Ｑｃを生成すると、画像Ｐａから検出された欠陥（例えば断線欠陥５０１）の取り扱いを考慮しなければならない場合がある。したがって、画像Ｑｃは、回路パターンに欠陥が発生していない下層配線形成後集積回路２０６を撮影した画像から生成することが望ましい。また、欠陥のある下層配線形成後集積回路２０６を撮影した画像の欠陥部分を修正した画像を用いて画像Ｑｃを生成してもよい。

次に、図６に示す画像Ｑｂの生成方法を説明する。画像Ｑｂは、撮影回路パターン記憶部１０６に格納されている図５に示す画像Ｑａと、除去回路パターン記憶部１０５に格納されている図７に示す画像Ｑｃとを用いて制御演算部１０２で生成する。画像Ｑｂは、例えば、画像Ｑａと画像Ｑｂとを同じ大きさにしておいて重ね合わせ、画像Ｑｂの疑似欠陥発生領域Ｇａと重なった画像Ｑａの画像を除去する画像処理によって生成することができる。

また、疑似欠陥発生領域Ｇａを黒色などで着色し、疑似欠陥非発生領域Ｇｂを、無色透明にした画像Ｑｃを生成しておき、この画像Ｑｃを画像Ｑａに重ねることで画像Ｑｂを生成してもよい。画像Ｑｃを画像Ｑａの上に重ねると、画像Ｑａの疑似欠陥発生領域Ｇａの位置にある回路パターンは、着色部分（マスク）で覆われて表示されず、疑似欠陥非発生領域Ｇｂの回路パターンのみが表示される。なお、上述の画像Ｑｂの生成方法は一例である。画像Ｑａのうち画像Ｑｃの疑似欠陥非発生領域Ｇｂに相当する領域のみが表示される画像Ｑｂを生成できれば、画像Ｑｂは上記以外のどのような方法で生成されてもよい。

画像Ｑｂから検出される欠陥の中には、先の検査である１回目の欠陥検査で検出された欠陥と同じ欠陥（以下、累積欠陥という）が含まれている可能性がある。したがって、画像Ｑｂから検出された欠陥のうち、前回の欠陥検査でも検出された欠陥と同じ位置で検出された欠陥は、累積欠陥として計数から除外する必要がある。累積欠陥を除去すれば、前回検査以降に発生した欠陥のみを特定することができるので、その欠陥を発生させた工程や装置を特定しやすくなる。なお、非検査領域Ｒｂに発生している欠陥は２日目の検査では検出されず、重複してカウントされるおそれがないため、累積欠陥が検出される位置は、図６を用いて説明した検査領域Ｒａだけである。

次に、累積欠陥の具体的な判断方法を説明する。制御演算部１０２は、欠陥記憶部１０３に記憶されている画像Ｐａから検出された欠陥の位置データＤ（Ｐａ）と、画像Ｑｂから検出された欠陥の位置データＤ（Ｑｂ）とを比較し、同じ位置に形成されている欠陥があれば累積欠陥であると判断する（図４のステップＳ４、ステップＳ５）。累積欠陥の位置データＤ（Ａ）と個数Ｃ（Ａ）は、累積欠陥記憶部１０４に記憶する。制御演算部１０２は、画像Ｑｂから検出された欠陥の位置データＤ（Ｑｂ）の、累積欠陥に関する部分を除去することによって、累積欠陥除去後の欠陥の位置データＤ（Ｑｂａ）を生成する（図４のステップＳ６）。累積欠陥除去後の欠陥の位置データＤ（Ｑｂａ）は、欠陥記憶部１０３に記憶する。また、制御演算部１０２では、２回目の欠陥検査で画像Ｑｂから検出された欠陥数Ｃ（Ｑｂ）から、累積欠陥数Ｃ（Ａ）を差し引いて、累積欠陥除去後の欠陥数Ｃ（Ｑｂａ）を算出する（図４のステップＳ７）。これにより、本実施形態に係る欠陥検査装置では、１回目の検査から２回目の検査までの間に発生した欠陥のデータ（位置および欠陥数）を得ることができる。算出した累積欠陥除去後の欠陥数Ｃ（Ｑｂａ）は、欠陥記憶部１０３に記憶される。また、欠陥検査結果は、出力部１１０のモニターに表示させることができる。

本実施形態では、半導体集積回路の製造工程中に複数回行われる欠陥検査のうち、１回目の検査と２回目の検査での検査方法を説明したが、２回目以降のｎ回目の欠陥検査方法は、２回目の欠陥検査と同様に行えばよい。すなわち、２回目以降のｎ回目の欠陥検査では、ｎ回目の欠陥検査の検査対象物となる半導体集積回路の回路パターンを撮影した画像と、ｎ−１回目の欠陥検査の検査対象物と同じ仕掛かり状態の半導体集積回路の回路パターンを撮影した画像とから、検査用の画像を生成して検査を行うとよい。また、２回目以降のｎ回目の欠陥検査での累積欠陥の判断には、ｎ−１回目の欠陥検査の結果を利用するとよい。

本発明によれば、回路パターンを撮影した画像に色むらによる疑似欠陥が発生する場合に、疑似欠陥が発生する回路パターンの領域が表示されない画像を生成し、その画像から欠陥を検出するために、実欠陥のみを効率よく抽出することができる。

また、累積欠陥を特定することによって、前の検査と次の検査との間に行われた半導体集積回路の製造工程で発生した欠陥のみを特定することができる。検査間の数工程の間に発生した欠陥を特定できれば、半導体装置完成後に電気的な測定を行って不具合を検出し、全工程の中から不良を起こした工程や装置を見つけ出すよりも、容易に、また、早い段階で、不良を起こした工程や装置を特定することができる。したがって、本発明の欠陥検査装置および欠陥検査方法によれば、検査結果を迅速にフィードバックさせることができ、半導体量産ラインを高歩留に安定させることができる。

なお、図１の除去回路パターン記憶部１０５に格納するデータは、必ずしも図７に示す画像Ｑｃのように画像として表されるデータである必要はなく、疑似欠陥発生領域Ｇａの位置を示すデータが格納されていればよい。そして、除去回路パターン記憶部１０５に格納されているデータを用いることによって、画像検出部１０１で撮影された回路パターンの画像の疑似欠陥が発生しやすい領域が表示されないようにできればよい。

なお、上記実施形態における２回目の欠陥検査のために生成した図６に示す画像Ｑｂでは、下層配線２０３ａ、２０３ｂと同じ領域（以下、交差部という）に形成された上層配線２０５ａ、２０５ｂの部分も表示されないようにしている。２回目の欠陥検査では、上層配線２０５ａ、２０５ｂ上の全ての部分を検査することが望ましいが、画像Ｑｂでは、交差部に形成されている上層配線２０５ａ、２０５ｂは検査できない。しかしながら、この領域も検査領域Ｒａに加えると、上層配線２０５ａ、２０５ｂの直下の下層配線２０３ａ、２０３ｂの上で成長した結晶によって疑似欠陥が発生するおそれがある。したがって、画像上の下層配線２０３ａ、２０３ｂと上層配線２０５ａ、２０５ｂとの交差部で疑似欠陥が発生することによる不利益が、上層配線２０５ａ、２０５ｂの交差部に発生する実欠陥を検出できないという不利益よりも大きな場合には、交差部の画像を表示させないようにすればよい。なお、配線上に発生する実欠陥は多くはないので、上層配線２０５ａ、２０５ｂのわずかな部分を除去しても、実欠陥の検出が妨げられる可能性は低い。画像上の下層配線２０３ａ、２０３ｂと上層配線２０５ａ、２０５ｂとの交差部で疑似欠陥が発生することによる不利益が、上層配線２０５ａ、２０５ｂの交差部に発生する実欠陥を検出できないという不利益よりも小さい場合には、交差部の画像を表示させて、上層配線２０５ａ、２０５ｂ上の欠陥の検出も行えるようにしてもよい。

なお、上記実施形態では、画像Ｐａから検出された欠陥の位置Ｄ（Ｐａ）と、画像Ｑｂから検出された欠陥の位置Ｄ（Ｑｂ）とから累積欠陥を判断したが、累積欠陥の判断はこの方法に限定されるわけではない。例えば、図６に示す画像Ｑｂを画像Ｑａと画像Ｑｃとから生成したように、１回目の欠陥検査に用いた図３の画像Ｐａと画像Ｑｃとから、図８に示す画像Ｑｄを生成し、この画像Ｑｄから検出された欠陥が累積欠陥であると判断できる場合もある。図８に点線ハッチングを施した部分は、非検査領域Ｒｂであって、回路パターンが表示されていない領域である。画像Ｑｄを用いて欠陥検査を行うと、点線ハッチングが施されていない検査領域Ｒａからのみ欠陥が検出される。

なお、本発明の上記実施形態では、上層配線形成後集積回路２０７の回路パターンを撮影した画像Ｑａから、下層配線２０３ａ、２０３ｂが形成されている領域をすべて除去したが、特に疑似欠陥が検出されやすい領域を判断して、その領域だけを除去してもよい。特に疑似欠陥が発生しやすい領域とは、例えば、下層配線２０３ｂのように線幅が所定の閾値よりも太い配線パターンが形成されている領域である。例えば図９に示すように、画像Ｑａから下層配線２０３ｂの部分を除去した画像Ｑｂ’を生成し、この画像Ｑｂ’を用いて欠陥検査を行うとよい。配線パターンの線幅は細くなるほど疑似欠陥が発生しにくく、また、細くなるほど断線欠陥が発生しやすい。したがって、画像Ｑａから線幅の細い下層配線２０３ａの回路パターンを除去せずに欠陥検査を行えば、先の検査よりも後の工程で発生した下層配線２０３ａの断線等の欠陥５０４を検出することができる。ここで線幅の所定の閾値は、１μｍとすることができる。通常の半導体装置のＡｌを主成分とする多結晶配線膜のグレインサイズは１μｍであり、配線幅がこれより小さくなるとグレインが配線加工で切断され、グレインが配線の長さ方向に沿って並んだ状態になる。このような状態では熱処理などによるグレインの成長がほとんどなくなり疑似欠陥も発生しにくくなるからである。

なお、設備や手順等の関係で、配線形成直後に欠陥検査を行うよりも、その後の熱処理工程が終わった後で欠陥検査を行う方がよい場合にも、疑似欠陥が発生しやすい回路パターンをすべて除去した画像を生成し、その生成画像から欠陥を検出するとよい。例えば、下層配線２０３ａ、２０３ｂの形成後、熱処理工程等が済んだ後に１回目の欠陥検査を行う場合、図１０に示す画像Ｐｂを生成し、この画像Ｐｂで欠陥検査を行う。画像Ｐｂは、画像Ｐａのうち線幅が太く疑似欠陥が発生しやすい下層配線２０３ｂが形成されている領域の画像が表示されていない画像である。同様に、上層配線２０５ａ、２０５ｂの形成後、熱処理工程等が済んだ後に２回目の欠陥検査を行う場合、画像Ｑａから、下層配線２０３ａ、２０３ｂと上層配線２０５ａ、２０５ｂのうち欠陥の生じやすい回路パターン部分を除去した画像を生成し、その画像から欠陥を検出する。このように先の検査以降に形成された回路パターンの一部を表示しない場合、表示されていない回路上に発生した欠陥を検出することができない。しかしながら、配線形成後熱処理等を済ませた後で欠陥検査を行うことの利点が、欠陥を検出できないという欠点よりも大きい場合には有効である。

なお、上記実施の形態では、多層配線形成工程で本発明の欠陥検査装置および欠陥検査方法を利用したが、本発明の欠陥検査装置および欠陥検査方法は、多層配線形成工程以外の工程でも利用することができる。例えば、ポリシリコンゲート配線形成工程、高融点金属配線形成工程の前後の欠陥検査でも、本発明を利用することができる。一般に拡散工程と呼ばれる３〜４工程が終了する度に欠陥検査を実施すれば、その３〜４工程を実施している間に発生した実欠陥を特定することができる。

本発明にかかる欠陥検査装置および欠陥検査方法は、半導体集積回路等に形成された回路パターン等を撮影した画像を用いて回路パターン等に発生した欠陥を検出する欠陥検査装置および欠陥検査方法として有用である。

本発明の欠陥検査装置の構成を示すブロック図 （ａ）〜（ｄ）は、多層配線構造の半導体集積回路の製造工程を説明する図 下層配線形成直後の欠陥検査のために撮影された画像を示す図 本発明の欠陥検査方法を説明するフロー図 上層配線形成直後の欠陥検査のために撮影された画像を示す図 検査用画像の一例を示す図 除去回路パターンが表された画像を示す図 累積欠陥を検出するための画像を示す図 検査用画像の別な例を示す図 検査用画像のさらに別な例を示す図

符号の説明

１００ 欠陥検査装置
１０１ 画像検出部
１０２ 制御演算部
１０３ 欠陥記憶部
１０４ 累積欠陥記憶部
１０５ 除去回路パターン記憶部
１０６ 撮影回路パターン記憶部
１０７ 顕微鏡
１０８ カメラ
１０９ 記憶部
１１０ 出力部
１１１ 半導体集積回路

Claims (12)

1. 半導体集積回路に形成された回路パターンを撮影した画像を用いて、当該回路パターンに発生した欠陥を検出する欠陥検査装置であって、
   前記回路パターンを撮影する撮影手段と、
   前記撮影手段で撮影された第１の画像を格納する第１の記憶手段と、
   疑似欠陥が発生しやすい領域の位置を示すデータが格納された第２の記憶手段と、
   前記疑似欠陥が発生しやすい領域の位置を示すデータを用いて、前記第１の画像のうち前記疑似欠陥が発生しやすい領域以外の領域のみが表示される第２の画像を生成する画像生成手段と、
   前記第２の画像から回路パターンの欠陥を検出する欠陥検出手段と、
   欠陥検出結果を出力する出力手段とを備える、欠陥検査装置。
2. 前記疑似欠陥が発生しやすい領域は、前記回路パターンのうち、金属材料で形成され、かつ、熱処理を受けた領域の少なくとも一部であることを特徴とする、請求項１に記載の欠陥検査装置。
3. 前記少なくとも一部の領域は、所定の幅以上の配線パターンが形成されている領域であることを特徴とする、請求項２に記載の欠陥検査装置。
4. 前記金属材料は、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とすることを特徴とする、請求項２に記載の欠陥検査装置。
5. 前記疑似欠陥が発生しやすい領域の位置を示すデータを生成するデータ生成手段を備えていることを特徴とする、請求項１に記載の欠陥検査装置。
6. 前記半導体集積回路の製造中に複数回行われる欠陥検査のｎ回目の検査における前記第１の画像の前記疑似欠陥が発生しやすい領域は、（ｎ−１）回目の検査対象物と同じ仕掛かり状態の半導体集積回路の回路パターンを撮影した第３の画像から生成されることを特徴とする、請求項１に記載の欠陥検査装置。
7. 前記疑似欠陥が発生しやすい領域は、前記第３の画像のうち、輝度が所定の閾値以上の領域であることを特徴とする、請求項６に記載の欠陥検査装置。
8. 前記半導体集積回路の製造中に複数回行われる欠陥検査のｎ回目の検査における前記第２の画像から検出された欠陥のうち、（ｎ−１）回目の検査における前記第２の画像からも検出された累積欠陥を判断する累積欠陥判断手段と、
   前記ｎ回目の検査における第２の画像から検出された欠陥から前記累積欠陥を除外して、（ｎ−１）回目の検査後ｎ回目の検査までに発生した欠陥を求める演算手段とを備えたことを特徴とする、請求項１に記載の欠陥検査装置。
9. 前記累積欠陥判断手段では、ｎ回目の検査における第２の画像から検出された欠陥の位置座標と、（ｎ−１）回目の検査における第２の画像から検出された欠陥の位置座標とを比較し、位置座標が一致する欠陥を累積欠陥と判断することを特徴とする、請求項７に記載の欠陥検査装置。
10. 前記演算手段では、ｎ回目の検査における前記第２の画像から検出された欠陥の数から、前記累積欠陥の数を差し引いて、（ｎ−１）回目の検査後ｎ回目の検査までに発生した欠陥数を求めることを特徴とする、請求項８に記載の欠陥検査装置。
11. 基板上に下層配線と層間絶縁膜と上層配線とが順に形成された半導体集積回路の上層配線形成後に行われる欠陥検査における前記疑似欠陥が発生しやすい領域は、下層配線が形成されている領域の少なくとも一部であることを特徴とする、請求項１に記載の欠陥検査装置。
12. 検査対象物である半導体集積回路の回路パターンに発生した欠陥を、回路パターンを撮影した画像から検出する欠陥検査方法であって、
    前記半導体集積回路の回路パターンが形成されている領域のうち疑似欠陥が発生しやすい領域の位置を示すデータを記憶させるステップと、
    前記半導体集積回路の回路パターンを撮影して第１の画像を取得するステップと、
    前記疑似欠陥が発生しやすい領域の位置を示すデータを用いて、前記第１の画像の疑似欠陥が発生しやすい領域以外の領域のみが表示される第２の画像を生成するステップと、
    前記第２の画像から欠陥を検出するステップとを備えた欠陥検査方法。
    

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