JP2008047635A - 欠陥検査方法および欠陥検査装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】基板上に形成された形状の欠陥を良好な効率で検出する欠陥検査方法を提供する。
【解決手段】基板上に形成された形状の欠陥を検査する欠陥検査方法であって、前記基板上の分割された複数の領域にそれぞれ形成される所定のパターンに対して、光学式方法で順次１次検査を行って当該複数の領域から２次検査を行う該領域を選択する第１の工程と、前記第１の工程で選択された前記領域に対して、電子線を用いた前記２次検査を行って前記欠陥を検出する第２の工程と、を有することを特徴とする欠陥検査方法。
【選択図】図１

Description

本発明は、光学式の検査と電子線による検査を用いた欠陥検査方法および欠陥検査装置に関する。
様々なパターン形状が形成された半導体装置（半導体チップ）などでは、パターン形状の欠陥を調べるために様々な検査方法が用いられてきた。例えば、従来は光学顕微鏡などの光学的な検査装置（検査方法）を用いてパターン形状の欠陥を調べる方法が用いられていたが、パターン形状の微細化に伴って光学的な方法のみでの欠陥の検出が困難となっていた。そこで、欠陥検査に電子線を用いることで、より微細なパターンの欠陥を検出する方法が提案されていた。
特開２００５−６１８３７号広報
しかし、電子線を用いた欠陥検出は、検査に時間を要する問題があった。このため、検査の効率を考慮すると、実質的に検査が可能となる面積は限られてしまう。
また、上記の特許文献１（特開２００５−６１８３７号広報）には、光学式検査と電子線を用いた検査を組み合わせた方法が提案されている。しかし上記の方法は、基板上に形成された全てのパターンに対して光学式検査を行って欠陥を実施的に検出し、当該欠陥を電子線を用いた方式により再確認しているに過ぎず、欠陥の検出の効率が悪く、検査に時間がかかる問題が十分に解決されていなかった。
そこで、本発明では、上記の問題を解決した、新規で有用な欠陥検出方法および欠陥検出装置を提供することを統括的課題としている。
本発明の具体的な課題は、基板上に形成された形状の欠陥を良好な効率で検出する欠陥検査方法、および欠陥検査装置を提供することである。
本発明は、上記の課題を、
請求項１に記載したように、
前記基板上の分割された複数の領域にそれぞれ形成される所定のパターンに対して、光学式方法で順次１次検査を行って当該複数の領域から２次検査を行う該領域を選択する第１の工程と、
前記第１の工程で選択された前記領域に対して、電子線を用いた前記２次検査を行って前記欠陥を検出する第２の工程と、を有することを特徴とする欠陥検査方法により、また、
請求項２に記載したように、
１つの前記領域は、前記基板に半導体チップを形成する場合の１つのダイに対応する領域であることを特徴とする請求項１記載の欠陥検査方法により、また、
請求項３に記載したように、
１つの前記領域は、前記基板に半導体チップを形成する場合の１つの半導体チップに対応する領域であることを特徴とする請求項１記載の欠陥検査方法により、また、
請求項４に記載したように、
前記所定のパターンは、前記複数の領域にそれぞれ形成されたテストパターンであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の欠陥検査方法により、また、
請求項５に記載したように、
前記所定のパターンは、前記複数の領域にそれぞれ形成されたメモリセルであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の欠陥検査方法により、また、
請求項６に記載したように、
前記第１の工程では、前記所定のパターンに光線を照射し、前記所定のパターンによる前記光線の反射光のスペクトルを分析することで、前記所定のパターンの分析を行うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の欠陥検査方法により、また、
請求項７に記載したように、
基板上に形成された形状の欠陥を検査する欠陥検査装置であって、
前記基板上の分割された複数の領域にそれぞれ形成される所定のパターンに対して、光学式方法で順次１次検査を行って当該複数の領域から２次検査を行う当該領域を選択する光学式検査装置と、
前記光学式検査装置で選択された前記領域に対して、電子線を用いた前記２次検査を行って前記欠陥を検出する電子線式検査装置と、を有することを特徴とする欠陥検査装置により、また、
請求項８に記載したように、
前記光学式検査装置は、前記所定のパターンに光線を照射し、前記所定のパターンによる前記光線の反射光のスペクトルを分析することで前記所定のパターンの分析を行うことを特徴とする請求項７記載の欠陥検査装置により、解決する。
本発明によれば、基板上に形成された形状の欠陥を良好な効率で検出する欠陥検査方法、および欠陥検査装置を提供することが可能となる。
次に、本発明の実施の形態に関して図面に基づき、説明する。
図１は、本発明の実施例１による欠陥検査方法の概要を示すフローチャートである。図１を参照するに、本図に示す欠陥検査では、基板上に形成された形状（例えばパターン配線、ホールなど）の欠陥を検出する方法を示している。
上記の欠陥検査方法では、ステップ１（図中Ｓ１と表記する、以下同様）においては光学式による１次検査を行い、ステップ２ではステップ１での光学式による検査の結果に対応して電子線を用いた２次検査を行っている。上記の１次検査では、欠陥が形成されている確率の高い基板上の領域を光学式検査によって検出し、微細な欠陥を検出することが可能となる電子線による２次検査を行う領域を速やかに選択している。
上記の場合、基板上を分割するように複数形成された領域に対して、それぞれの領域に形成された所定のパターンを順次光学式方法で検査することで、欠陥が生じている可能性の高い当該領域を速やかに選択していることが特徴である。
すなわち、上記の１次検査においては、原則的に基板上に形成された全てのパターン（形状）を検査する方法（例えば特開２００５−６１８３７号広報記載の方法）と異なり、分割された領域毎に、当該領域にそれぞれ形成された所定のパターンを順次検査することで、当該領域に欠陥が形成されている可能性が高いかどうかを判断している。その結果、欠陥が形成されている可能性が高い領域を選択し、選択された領域に対して微細な欠陥を検出可能な電子線を用いた２次検査を行っている。
また、上記の１次検査を行うにあたっては、上記の所定のパターンに対して所定の光線（例えばレーザ光など）を照射し、当該光線の所定のパターンによる反射光のスペクトラムを分析することで所定のパターンの形状を分析する方法を用いることが好ましい（当該分析方法の例については後述）。
このように、反射光の分析によるパターン認識方法は、光学顕微鏡によるパターン認識方法（例えば特開２００５−６１８３７号広報記載の方法）に比べて、１次検査の効率が良好となる特徴がある。
すなわち、上記の反射光のスペクトラム分析による方法では、光学顕微鏡などによるパターン認識などのように走査して欠陥を検出しているわけではなく、スポット的に所定のパターンに光線を照射し、反射光を分析しているために１次検査の効率が良好となっている。また、このような光線の照射（反射光の分析）は、少なくとも分割された領域の所定のパターンが形成された部分でスポット的に順次行えばよいため、１次検査を非常に高速度で行うことが可能となる。
また、基板上に分割される複数の領域は、例えば以下のように定めればよい。通常、半導体装置（半導体チップ）を製造する場合には、基板はダイと呼ばれる格子状の複数の領域に分割される。通常、半導体チップを形成する場合の、露光器による露光を行う場合の１単位がダイと呼ばれており、１ダイは１ショットと呼ばれる場合もある。
そこで、本実施例による欠陥検査方法では、１次検査で用いられる複数の分割された領域は、例えば上記のダイに対応する領域とすればよい。このように１つの領域が１つのダイに対応する領域とすることで、欠陥検査を効率的に行うことが可能となる。
例えば、半導体チップを製造する場合の歩留まり低下には様々な原因が考えられるが、パターニングにあたっての露光・現像工程のばらつきが歩留まり低下に大きく影響していると考えられる。この場合、１次検査を、露光・現像の場合の１ショットであるダイ毎に行い、ダイ毎に欠陥の有無の可能性を判断することで、露光・現像のばらつきに起因する不具合を効率的に検出することが可能となる。
図２は、基板Ｗ上を複数の領域（例えばダイ）Ａ１に分割した一例を示す模式図である。このように、例えば領域Ａ１は、基板上に格子状に配列される。１次検査は、例えば領域Ａ１の所定のパターンに対してスポット的に行われることになる。
また、図３は、上記の領域Ａ１を模式的に示す拡大図である。本図に示す場合は、１つのダイ（領域Ａ１）に１つの半導体チップＣ１が形成される場合を示しており、半導体チップＣ１がロジック系の半導体チップである場合の例を示している。
上記の半導体チップＣ１には、例えば、論理回路が形成された領域ａ１と、周辺回路が形成された領域ａ２、記憶回路が形成された領域ａ３などが配列される。また、半導体チップＣ１の周縁部には、テストパターンが形成された領域Ｔが形成されている。当該テストパターンは、先に説明した１次検査における前記所定のパターンに相当し、例えば当該テストパターンに対して光学的検査が行われることで、当該領域Ａ１に対して電子線による２次検査をおこなうかどうかの判断がされる。
また、１次検査が行われる対象となるパターン（１次検査が行われる１次検査エリア）と、電子線による２次検査が行われるパターン（２次検査が行われる２次検査エリア）は、異なるように設定してもよい。
例えば、１次検査においては、光学式の検査に好適な光学検査用のテストパターンを用い、２次検査においては電子線の検査に好適な電子線検査用のテストパターンを用いるように、基板上にテストパターンを予め別個に形成しておいてもよい。
また、２次検査においては、テストパターン以外の、例えば、領域ａ１〜領域ａ３のいずれかに形成された、半導体チップのデバイスにかかるパターンを用いて検査を行ってもよい。
例えば、１次検査では、２次検査を行う領域を選択するために、効率を最優先してテストパターンを用いて速やかに検査を行い、２次検査では製品（半導体チップ）の特性に係るデバイスのパターン（領域ａ１〜領域ａ３）を用いて、検査の精度を優先して欠陥検出を行ってもよい。
また、例えば上記の１次検査では、１次検査に用いられる所定のパターンの設計上の形状と、実際に１次検査により算出される形状の違いに応じて２次検査を行う領域を選択すればよい。
すなわち、１次検査が行われた領域において、１次検査で算出される所定のパターンの形状と、設計上の所定のパターンの形状の差が大きい場合には、当該領域では形状の欠陥が形成されている可能性が高いと推察される。そこで、当該領域に対して２次検査を行い、より微細な欠陥を検出するようにすればよい。また、１次検査が行われた領域において、１次検査で算出される所定のパターンの形状と、設計上の所定のパターンの形状の差が小さい場合には、当該領域では形状の欠陥が形成されている可能性が低いと推察されるため、当該領域に対する２次検査を省略することができる。
例えば、当該パターンが線状のパターン（パターン配線）の場合、ある領域において設計上の線の幅と、１次検査で算出された線の幅との差が所定の値以上となった場合には、当該領域において２次検査を行うようにすればよい。
また、当該パターンがホール（穴）の場合には、設計上のホールの径と、１次検査で算出されたホールの径との差が所定の値以上となった場合には、当該領域において２次検査を行うようにすればよい。
また上記の１次検査では、例えば、複数の領域におけるそれぞれの所定のパターンの形状のばらつきに応じて、２次検査を行う領域を選択してもよい。
また、図３に示した場合に限定されず、基板上で分割される領域Ａ１には様々なパターンや様々なデバイスが形成されていてもよい。図４は、領域Ａ１の別の構成例である。本図に示す場合、領域Ａ１には、複数のメモリ系の半導体チップＣ２が形成されている。また、半導体チップＣ２には、メモリセルｂ１と、周辺回路ｂ２が形成されている。このように、１ダイ（１つの領域）に対して、複数の半導体チップが形成される場合もある。
また、本図に示す場合、１次検査に用いる所定のパターンとして、上記のメモリセルｂ１を用いてもよい。
また、上記の図４に示す場合の１次検査は、例えば１ダイにつき１か所とし、複数の半導体チップＣ２のうちのいずれか１つのメモリセルｂ１に対して行うようにすればよい。また、１ダイの中のそれぞれの半導体チップＣ２に対して１次検査を行うようにしてもよい。この場合には、それぞれの半導体チップＣ２のメモリセルｂ１に対して１次検査を行うようにすればよい。
次に、上記の欠陥検査方法を実施する欠陥検査装置の構成の一例について、図５〜図７に基づき説明する。
図５は、図１で説明した欠陥検査方法を実施する欠陥検査装置の構成を模式的に示した図である。図５を参照するに、本図に示す欠陥検査装置３００は、光学式検査装置１００と、電子線式検査装置２００とを有する構造になっている。
まず、光学式検査装置１００についてみると、光学検査装置１００は、光学式検査部１００Ａと、制御部１００Ｂ、およびコンピュータ１００Ｃとを有している。光学式検査部１００Ａは、例えばレーザなどの光線を基板上の所定のパターンに照射し、当該光線の所定のパターンによる反射光を分析して所定のパターンの形状を認識するように構成されている。上記の光学式検査部１００Ａは、制御部１００Ｂを介してコンピュータ１００Ｃによって動作されるように構成されている。なお、コンピュータ１００Ｃは、後述する電子線式検査装置２００と共有する構造になっている。上記の光学式検査装置１００によって、図１で先に説明したような１次検査が行われ、２次検査を行う基板上の領域が選択される。
一方、電子線式検査装置２００は、基板（パターン）に電子線の照射を行う電子線検査部２００Ａと、制御部２００Ｂ、信号処理部２００Ｃ、表示部２００Ｄ、画像機億部２００Ｅ、パターンマッチングユニット２００Ｆ、記憶部２００Ｇ、および光学式検査装置１００と共有となるコンピュータ１００Ｃを有する構造になっている。
上記の電子線式検査部２００Ａでは、減圧空間において基板（パターン）に電子線（１次電子）が照射され、１次電子の照射によって生成される２次電子が検出される。検出された２次電子のデータは、信号処理部２００Ｃによって処理されて画像データとなり、当該画像データは表示部２００Ｄに表示される。また、画像データは画像記憶部２００Ｅに順次記憶され、当該画像データと比較用のパターンのパターンマッチングが、パターンユニット２００Ｆによって行われ、欠陥が検出される。また、欠陥検出のデータは、必要に応じて記憶部２００Ｇに記憶される構造になっている。
上記のように、電子線式検査装置２００では、電子線を用いることで光学式の検査では検出することが困難な微細なパターンの欠陥を検出することが可能になっている。
次に、光学式検査装置１００と電子線式検査装置２００のそれぞれの原理について、図面に基づき説明する。
まず、上記の光学式検査部１００Ａが、所定のパターンの形状を認識する原理について、図６を用いて説明する。光学検査部１００Ａでは、本図に示すように、基板Ｗの所定のパターン（例えばテストパターンなど）の１次検査エリアＡ２に対して、照射手段１０１によってレーザなどの光線１０３が照射される。
ここで、光線１０３は所定のパターンによって反射され、反射光１０４は、検知手段１０２によって検知され、図示を省略する分光手段（例えば分光楕円偏光解析器や分光反射計など）によって分光が行われ、スペクトル分析が行われる。ここで、反射光のスペクトルのパターンと、コンピュータ１００Ｃに予め記憶された複数のスペクトルのパターン（これらをライブラリと呼ぶ場合がある）を比較して、最も近似したスペクトルを選択することにより、上記の所定のパターンのプロファイル（線幅、穴径、高さなど）を算出することができる。
このような光学式のパターン認識の方法（装置）は、例えば、特開２００５−６１８３７号広報、特開２００２―２４３９２５号広報、特開２００５−５１７９０３号広報などに記載されている。上記の方法によれば、例えば、光学顕微鏡によるパターン認識などを用いた場合と比べて、効率よく１次検査を行うことが可能となる。
また、上記の方法では、パターンの線幅や穴径のみならず、例えば形成されるパターンの角度やパターンのエッジでの表面粗さなども、画像処理などの複雑な処理を経ずに速やかに算出することが可能である。
すなわち、上記の方法では、光線１０３が照射された１次検査エリアＡ２におけるパターン形状の全般的な傾向を速やかに把握することが可能なため、当該パターンが形成された領域に対して２次検査を行うかどうかの選択を速やかに行うことが可能になる。
次に、電子線式検査装置１００の、電子線検査部１００Ａの概要について図面に基づき説明する。図７は、上記の電子線式検査部２００Ａの概要を模式的に示した図である。
図７を参照するに、本実施例による電子線式検査部２００Ａは、排気手段２２０によって内部が真空排気されて減圧空間となる真空容器２０１を有している。真空容器２０１の内部には、検査対象となる基板Ｗを保持する基板保持台２０５が設置され、基板保持台２０５に対向するように、基板Ｗに１次電子を照射する電子放出部２０２が設置されている。
また、電子放出部２０２と基板保持台２０５の間には、放出された１次電子（電子線）を集束するための集束レンズ２０３と、１次電子を走査するための走査コイル２０４、およびアパーチャ２２１が設置されている。さらに、基板保持台２０５と走査コイル２０４の間には、１次電子の照射によって生成される２次電子を検出する電子検出手段２０６が設置されている。また、電子放出部２０２には、電子放出部２０２に電圧を印加するための電源２０７が接続されている。
上記の電子式検査部２００Ａでは、電源１０７から電子放出手段１０２に所定の電圧が印加されることで、１次電子が基板Ｗに照射される。基板上のパターンに照射された１次電子によって生成される２次電子は、電子検出手段２０６によって検出され、図５に示した信号処理部２００Ｃによって処理されて画像データとなる。
上記の電子線式検査部２００Ａは、ＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）式検査装置と呼ばれる場合がある。このように、電子線を用いた欠陥検査では、光学式に比べてより微細な欠陥を検出することが可能である。しかし一方で、高倍率で検査を行うために、広い面積を検査する場合には時間がかかる問題があった。
そこで、上記の欠陥検査装置３００では、光学式検査装置１００によって１次検査を行い、電子線を用いた２次検査を実施する基板上の領域を速やかに選択している。このため、より効率的に微細な欠陥の検査を行うことが可能となっている。
また、上記の欠陥検査装置３００では、先に説明したように、基板上に分割された領域の一部の所定のパターンを、順次スポット状に検査するため、２次検査が必要な欠陥が発生している可能性の高い領域を速やかに選択可能である。
また、上記の欠陥検査方法および欠陥検査措置は、半導体チップ（半導体装置）の製造のみならず、例えば液晶表示装置やプラズマディスプレイなどの表示装置や、その他の電子部品の製造に対しても適用可能であることは明らかである。
以上、本発明を好ましい実施例について説明したが、本発明は上記の特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載した要旨内において様々な変形・変更が可能である。
本発明によれば、基板上に形成された形状の欠陥を良好な効率で検出する欠陥検査方法、および欠陥検査装置を提供することが可能となる。
実施例１による欠陥検査方法を示すフローチャートである。 基板上の分割された複数の領域を示す図である。 図２の領域の拡大図（その１）である。 図２の領域の拡大図（その２）である。 実施例１による欠陥検査装置を示す模式図である。 光学式検査方法の概略を示す図である。 電子線式検査方法の概略を示す図である。
符号の説明
１００ 光学式検査装置
１００Ａ 光学式検査部
１００Ｂ 制御部
１００Ｃ コンピュータ
１０１ 照射手段
１０２ 検出手段
１０３ 光線
１０４ 反射光
２００ 電子線式検査装置
２００Ａ 電子線式検査部
２００Ｂ 制御部
２００Ｃ 信号処理部
２００Ｄ 表示部
２００Ｅ 画像記憶部
２００Ｆ パターンマッチングユニット
２００Ｇ 記憶部
２０１ 真空容器
２０２ 電子放出部
２０３ 集束レンズ
２０４ 走査コイル
２０５ 基板保持台
２０６ 電子検出部
２０７ 電源

Claims (8)

  1. 基板上に形成された形状の欠陥を検査する欠陥検査方法であって、
    前記基板上の分割された複数の領域にそれぞれ形成される所定のパターンに対して、光学式方法で順次１次検査を行って当該複数の領域から２次検査を行う該領域を選択する第１の工程と、
    前記第１の工程で選択された前記領域に対して、電子線を用いた前記２次検査を行って前記欠陥を検出する第２の工程と、を有することを特徴とする欠陥検査方法。
  2. １つの前記領域は、前記基板に半導体チップを形成する場合の１つのダイに対応する領域であることを特徴とする請求項１記載の欠陥検査方法。
  3. １つの前記領域は、前記基板に半導体チップを形成する場合の１つの半導体チップに対応する領域であることを特徴とする請求項１記載の欠陥検査方法。
  4. 前記所定のパターンは、前記複数の領域にそれぞれ形成されたテストパターンであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の欠陥検査方法。
  5. 前記所定のパターンは、前記複数の領域にそれぞれ形成されたメモリセルであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の欠陥検査方法。
  6. 前記第１の工程では、前記所定のパターンに光線を照射し、前記所定のパターンによる前記光線の反射光のスペクトルを分析することで、前記所定のパターンの分析を行うことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項記載の欠陥検査方法。
  7. 基板上に形成された形状の欠陥を検査する欠陥検査装置であって、
    前記基板上の分割された複数の領域にそれぞれ形成される所定のパターンに対して、光学式方法で順次１次検査を行って当該複数の領域から２次検査を行う当該領域を選択する光学式検査装置と、
    前記光学式検査装置で選択された前記領域に対して、電子線を用いた前記２次検査を行って前記欠陥を検出する電子線式検査装置と、を有することを特徴とする欠陥検査装置。
  8. 前記光学式検査装置は、前記所定のパターンに光線を照射し、前記所定のパターンによる前記光線の反射光のスペクトルを分析することで前記所定のパターンの分析を行うことを特徴とする請求項７記載の欠陥検査装置。
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