JP2010050167A - 欠陥検査装置及び欠陥検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】斜め配線等のパターンが存在する場合でも高い感度での欠陥検出を行うことができる欠陥検査装置及び欠陥検査方法を提供する。
【解決手段】レーザ２及びレーザ３は、平面視で、検査対象５に照射するレーザ光が４５度で交差するように配置されている。例えば、ＸＹステージ６の中心を基準として、ＸＹステージ６の互いに直交する２つの動作方向（Ｘ方向、Ｙ方向）の一方（Ｘ方向）にレーザ２が配置され、そこからＹ方向側に４５度ずれた位置にレーザ３が配置されている。また、欠陥検査装置には、ＸＹステージ６の動作を制御するステージ制御装置７、並びにレーザ２及びレーザ３の動作を制御するレーザ制御装置４が設けられている。更に、データベース９に格納された検査対象５の設計データに基づいて、検出器８、ステージ制御装置７及びレーザ制御装置４の動作を制御する主制御装置１も設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置等の歩留まりの向上を図った欠陥検査装置及び欠陥検査方法に関する。

大規模集積回路装置（ＬＳＩ）等の半導体装置の製造過程、及び液晶表示パネルの製造過程では、トランジスタ等の半導体素子及び配線等のパターンの形成後に、適宜、表面の異物及びパターン不良の検査が行われている。このような検査は、製品歩留まりの向上及び製造ラインのトラブルの早期検出を目的として行われている。そして、このような検査には、レーザ光の散乱を利用する欠陥検査装置が用いられる。このような欠陥検査装置は、Dark Field欠陥検査装置とよばれる。

そして、従来の欠陥検査装置を用いた検査では、互いに直交する２方向の組み合わせのうちで、配線等が延びる方向の割合が最も高い２方向を縦方向及び横方向と規定し、これらから４５度傾斜した方向からウェハに対してレーザを照射している。

その一方で、半導体装置等の高密度化及び高性能化のために、上記の縦方向及び横方向から４５度傾斜した方向に延びる配線（斜め配線）等も使用され始めている。このような斜め配線等に対して、上記の方向からレーザ光を照射すると、そこに欠陥が存在しないにもかかわらず、欠陥を示す散乱光が生じることがある。この結果、欠陥の誤検出が生じることがある。

このため、斜め配線等を含む領域を検査の対象から外すこともある。しかしながら、近年では、斜め配線等の割合が高くなってきており、この領域を検査の対象から外すと、ウェハ内の検査対象の領域が狭くなってしまい、十分な検査を行うことが困難になってきている。

そこで、偏光を用いて検査を行う方法が提案されている。しかしながら、信号のダイナミックレンジを十分に確保することができず、適切な検査を行うことはできない。

また、デバイスの設計データに基づいて欠陥検査の条件を変化させる方法が提案されているが、これだけでは、斜め配線等における実際の欠陥の検出感度を向上させることはできない。

特開平３−１４８０４９号公報 特開平１−２４５１３６号公報 特開２００７−２４０３２３号公報

本発明の目的は、斜め配線等のパターンが存在する場合でも高い感度での欠陥検出を行うことができる欠陥検査装置及び欠陥検査方法を提供することにある。

本願発明者は、上記課題を解決すべく、鋭意検討を重ねた結果、以下に示す発明の諸態様に想到した。

欠陥検査装置には、検査対象に形成されているパターンが延びる方向に応じて、当該検査対象を第１及び第２の領域に区画する区画手段と、前記第１及び第２の領域に、夫々互いに異なる方向から光を照射する第１及び第２の照射手段と、が設けられている。更に、前記第１及び第２の照射手段を互いに排他的に動作させる照射制御手段と、前記第１の領域からの散乱光及び前記第２の領域からの散乱光を検出する検出手段と、が設けられている。

欠陥検査方法では、検査対象に形成されているパターンが延びる方向に応じて、当該検査対象を第１及び第２の領域に区画し、その後、前記第１の領域に所定の方向から光を照射し、前記第１の領域からの散乱光を検出する。また、前記第２の領域に前記所定の方向とは異なる他の所定の方向から光を照射し、前記第２の領域からの散乱光を検出する。

これらの欠陥検査装置等によれば、斜め配線等のパターンが存在する場合でも、適切な方向から光を照射することができるので、高い感度での欠陥検査を行うことができる。

以下、本発明の実施形態について、添付の図面を参照して具体的に説明する。図１は、実施形態に係る欠陥検査装置を示す模式図である。

この欠陥検査装置には、ウェハ等の検査対象５が載置されるＸＹステージ６、検査対象５に対してレーザ光を照射するレーザ２及びレーザ３、並びに検査対象５からの散乱光を検出する検出器８が設けられている。レーザ２及びレーザ３は、平面視で、検査対象５に照射するレーザ光が４５度で交差するように配置されている。例えば、ＸＹステージ６の中心を基準として、ＸＹステージ６の互いに直交する２つの動作方向（Ｘ方向、Ｙ方向）の一方（Ｘ方向）にレーザ２が配置され、そこからＹ方向側に４５度ずれた位置にレーザ３が配置されている。また、欠陥検査装置には、ＸＹステージ６の動作を制御するステージ制御装置７、並びにレーザ２及びレーザ３の動作を制御するレーザ制御装置４が設けられている。更に、データベース９に格納された検査対象５の設計データに基づいて、検出器８、ステージ制御装置７及びレーザ制御装置４の動作を制御する主制御装置１も設けられている。主制御装置１は、詳細については後述するが、検出器８による検出結果を取得し、その内容を集計し、その集計結果を表示装置及び／又は印刷装置等を介して出力する。このような主制御装置１の動作は、例えば、主制御装置１内に設けられた記憶装置等に記憶されたプログラムに基づいて行われる。

次に、上述のように構成された欠陥検査装置の動作について説明する。図２は、実施形態に係る欠陥検査装置の動作（欠陥検査方法）を示すフローチャートである。

先ず、搬送装置等により検査対象５、例えばウェハをＸＹステージ６上の所定の位置に載置する（ステップＳ１）。そして、画像認識技術等を用いて位置合わせを行う。この位置合わせは、例えば、主制御装置１がステージ制御装置７を介して行う。

次いで、主制御装置１が検査対象５の設計データをデータベース９から取得する（ステップＳ２）。ここでは、図３に示すように、検査対象５であるウェハの一部に、配線のパターンとして、互いに直交する縦パターン１３及び横パターン１２が含まれ、更に、これらと４５度の角度で交差する斜めパターン１１が含まれているとする。これらのパターンがゲートパターン又は素子分離領域のパターン等であってもよい。以下の説明では、縦パターン及び横パターンを総称して縦横パターンということがある。

その後、主制御装置１が、設計データに基づいて、レーザ２及びレーザ３におけるレーザ光の強度、ＸＹステージ６の動作速度、及び検出器８の検出条件等の種々の条件を設定する（ステップＳ３）。

続いて、主制御装置１が、設計データに基づいて、検査対象領域を、縦横のパターンの割合が所定値以上の縦横領域３１と、斜めパターンの割合が所定値以上の斜め領域３２とに区画する（ステップＳ４）。例えば、図３中のパターン１１〜１３を含む領域については、図４（ａ）に示す縦横領域３１と図４（ｂ）に示す斜め領域３２とに区画する。各領域の大きさの基本単位は特に限定されないが、入射するレーザ光のスポットサイズと同程度とすることが好ましい。また、区画の判断基準の所定値は、例えば、当該領域に含まれるパターンの総面積の５０％とする。なお、ステップＳ４の処理をステップＳ３の処理の前に行ってもよい。また、区画の判断基準の所定値は、上記のような５０％に限定されず、ＬＳＩ等の検査対象５の設計時に利用するマクロ（回路パターンの単位）の偏りにより縦横のパターン及び斜めパターンの混ざり具合の分布が異なるため、これに応じて設定してもよい。例えば、斜めパターンの割合が５０％以下の領域が検査対象５の９０％で、かつ、斜めパターンの割合が１０％の領域が検査対象５の８０％程度ある場合には、区画の判断基準の所定値を１０％としてもよい。

次いで、主制御装置１がレーザ制御装置４を制御し、レーザ制御装置４がレーザ２にレーザ光の照射を行わせる。この結果、図５（ａ）に示すように、平面視で、ＸＹステージ６のＸ方向からのずれが０度の方向からレーザ光が検査対象５に入射する。そして、検出器８が検査対象５からの散乱光を検出し、その結果を主制御装置１が取得する。また、レーザ２がレーザ光を照射している間、主制御装置１がステージ制御装置７を制御し、レーザ光が照射される領域が主に斜め領域３２となるように、ステージ制御装置７がＸＹステージ６を動作させる。この結果、斜め領域３２についての検査結果が主制御装置１により取得される。このようにして、Ｘ方向からのずれが０度の方向から入射したレーザ光を用いた検査が行われる（ステップＳ５）。

このような検査の結果に基づき、主制御装置１は、例えば、表１に示すような検査結果データを作成する。つまり、検査番号毎に、検査を行った点の座標とその点で検出された異物の検出サイズ等との関係を示すデータが作成される。

その後、主制御装置１がレーザ制御装置４を制御し、レーザ制御装置４がレーザ３にレーザ光の照射を行わせる。この結果、図５（ｂ）に示すように、平面視で、ＸＹステージ６のＸ方向からのずれが４５度の方向からレーザ光が検査対象５に入射する。そして、検出器８が検査対象５からの散乱光を検出し、その結果を主制御装置１が取得する。また、レーザ３がレーザ光を照射している間、主制御装置１がステージ制御装置７を制御し、レーザ光が照射される領域が主に縦横領域３１となるように、ステージ制御装置７がＸＹステージ６を動作させる。この結果、縦横領域３１についての検査結果が主制御装置１により取得される。このようにして、Ｘ方向からのずれが４５度の方向から入射したレーザ光を用いた検査が行われる（ステップＳ６）。なお、ステップＳ６の処理をステップＳ５の処理の前に行ってもよい。

このような検査の結果に基づき、主制御装置１は、例えば、表２に示すような検査結果データを作成する。

続いて、主制御装置１が、ステップＳ５の検査の結果から斜めパターンの検査結果のみを抽出し、ステップＳ６の検査の結果から縦横パターンの検査結果のみを抽出する（ステップＳ７）。つまり、斜め領域３２に関する検査の結果から、斜め領域３２に含まれている縦横パターンの検査結果を取り除き、縦横領域３１に関する検査の結果から、縦横領域３１に含まれている斜めパターンの検査結果を取り除く。例えば、表１中の検査番号Ｔ₃が縦横パターンの検査結果である場合、表３に示すように、検査番号Ｔ₃のデータを削除し、表２中の検査番号Ｔ₁₀₂が斜めパターンの検査結果である場合、表４に示すように、検査番号Ｔ₁₀₂のデータを削除する。

次いで、主制御装置１が、ステップＳ７の処理後の検査結果データを合成する（ステップＳ８）。この結果、表５に示す合成データが作成される。

そして、主制御装置１が、表示装置及び／又は印刷装置を介して外部に合成データを出力する（ステップＳ９）。

このような本実施形態によって取得される最後の検査結果には、縦横パターン及び斜めパターンのいずれについても、当該パターンが延びる方向に垂直な方向から入射したレーザ光を用いた検査の結果は含まれない。任意のパターンに対して当該パターンが延びる方向に垂直な方向から入射したレーザ光に伴う散乱光は極めて強く、このような散乱光は誤検出の原因となるが、本実施形態では、このような散乱光は生じない。このため、検査対象５に、縦横パターンの他に斜めパターンが多く含まれている場合であっても、異物等に伴う散乱光を容易に識別することが可能となり、欠陥の検出感度を向上させることができる。また、検査感度と検査速度はトレードオフの関係にあるので、従来と同程度の感度でよい場合には、より高速な検査が可能となり生産性が著しく向上する。

図６に、ある検査対象に対して縦パターン又は横パターンが延びる方向と平行な方向からレーザ光を入射した場合（０度入射）のしきい値画像を示す。また、図７に、当該検査対象に対して縦パターン又は横パターンが延びる方向から４５度傾斜した方向からレーザ光を入射した場合（４５度入射）のしきい値画像を示す。しきい値画像とは、検査対象の表面の散乱光強度のばらつきの大きさを明確に示す画像であり、しきい値画像中の暗い領域ほど、配線等のパターンによる散乱が少ないことを示す。つまり、暗い領域ほど、高い感度での異物の検出が可能であるといえる。

図６（ａ）及び図７（ａ）はしきい値画像そのものを示し、図６（ｂ）及び図７（ｂ）は、夫々図６（ａ）及び図７（ａ）に示すしきい値画像を取得する際のヒストグラムを示している。また、図６（ａ）及び図７（ａ）中の領域２１は斜めパターンが多い領域であり、領域２２は縦横パターンが多い領域である。図６（ａ）と図７（ａ）とを比較すると、領域２１は図６（ａ）において暗くなっており、領域２２は図７（ａ）において暗くなっている。このことは、領域２１の検査には図６（ａ）の条件が適していて、領域２２の検査には図７（ａ）の条件が適していることを示している。そして、上記のように、図６（ａ）のしきい値画像の取得の際には０度入射を行い、図７（ａ）のしきい値画像の取得の際には４５度入射を行っている。従って、斜めパターンが多い領域２１には０度入射が適しており、縦横パターンが多い領域２２には４５度入射が適しているといえる。また、図６（ｂ）及び図７（ｂ）に示すヒストグラムから明らかなように、いずれの条件においても、検出器のダイナミックレンジをほぼ有効に利用しているといえる。

なお、上述の実施形態では、レーザ２を用いた検査を行う際には、レーザ光の照射領域を主に斜め領域３２とし、レーザ３を用いた検査を行う際には、レーザ光の照射領域を主に縦横領域３１としているが、両検査において検査対象５の全体を走査してもよい。この場合、不要な検出データが増加する可能性があるが、ステージ制御装置７によるＸＹステージ６の制御が容易なものとなる。

また、上述の実施形態では、レーザ２による照射が終了した後にレーザ３による照射を行うこととしているが、レーザ光を照射するレーザをレーザ２及び３の間で随時切り替えることにより、検査対象５の全体の走査を１回のみとしてもよい。つまり、検査対象５の全体が走査される場合、検出器８が検出する散乱光の発生位置が随時変更されるので、その発生位置に縦横領域３１がある時にはレーザ３にレーザ光を照射させ、斜め領域３２がある時にはレーザ２にレーザ光を照射させてもよい。このような制御を行うと、不要な領域にレーザ光が照射されにくくなる。レーザ光の照射が不要な領域は強い散乱を示すことがあるため、このような領域への照射を回避することにより、より高い感度を得ることが可能となる。

また、レーザ２を用いた検査とレーザ３を用いた検査との間で検出器８の検出条件を適宜修正してもよい。

また、検査の対象は半導体装置に限定されることはなく、液晶表示装置等の検査を行うことも可能である。

次に、上述の欠陥検査装置を用いた検査を行いながら半導体装置を製造する方法について説明する。図８Ａ乃至図８Ｄは、半導体装置の製造方法を工程順に示す断面図である。

先ず、図８Ａに示すように、半導体基板５１の表面にＳＴＩ（Shallow Trench Isolation）法により素子分離絶縁膜５２を形成する。ここで、素子分離絶縁膜５２のパターンに対し、上述の欠陥検査装置を用いた欠陥検査を行う。次いで、ウェル５３を形成する。欠陥が検出された場合には、同一の製造装置を用いて次のウェハ（半導体基板５１）に素子分離絶縁膜５２を形成する際の条件設定に、当該検出結果をフィードバックする。

その後、図８Ｂに示すように、ゲート絶縁膜５４及びゲート電極５５を形成する。ここで、ゲート電極５５のパターンに対し、欠陥検査装置を用いた欠陥検査を行う。欠陥が検出された場合には、同一の製造装置を用いて次のウェハ（半導体基板５１）にゲート電極５５を形成する際の条件設定に、当該検出結果をフィードバックする。ゲート絶縁膜５４及びゲート電極５５の形成後には、図４Ｂに示すように、不純物拡散層５６及びサイドウォール絶縁膜５７を形成する。このようにして、電界効果トランジスタが形成される。

次いで、図８Ｃに示すように、この電界効果トランジスタを覆う層間絶縁膜５８を形成し、これに不純物拡散層５６まで達するコンタクトホール５９を形成する。ここで、コンタクトホール５９のパターンに対し、欠陥検査装置を用いた欠陥検査を行う。その後、コンタクトホール５９内にコンタクトプラグ６０を形成する。欠陥が検出された場合には、同一の製造装置を用いて次のウェハ（半導体基板５１）にコンタクトホール５９を形成する際の条件設定に、当該検出結果をフィードバックする。

続いて、図８Ｄに示すように、コンタクトプラグ６０に接続される配線６１を層間絶縁膜５８上に形成する。ここで、配線６１のパターンに対し、欠陥検査装置を用いた欠陥検査を行う。欠陥が検出された場合には、同一の製造装置を用いて次のウェハ（半導体基板５１）に配線６１を形成する際の条件設定に、当該検出結果をフィードバックする。

その後、上層の配線、プラグ及び層間絶縁膜等を形成し、適宜、上述のように欠陥検査装置を用いた欠陥検査を行いながら、半導体装置を完成させる。

このような方法によれば、欠陥が抑制された半導体装置を製造することができる。

以下、本発明の諸態様を付記としてまとめて記載する。

（付記１）
検査対象に形成されているパターンが延びる方向に応じて、当該検査対象を第１及び第２の領域に区画する区画手段と、
前記第１及び第２の領域に、夫々互いに異なる方向から光を照射する第１及び第２の照射手段と、
前記第１及び第２の照射手段を互いに排他的に動作させる照射制御手段と、
前記第１の領域からの散乱光及び前記第２の領域からの散乱光を検出する検出手段と、
を有することを特徴とする欠陥検査装置。

（付記２）
前記区画手段は、
第１の方向又はこの第１の方向に直交する第２の方向に延びるパターンの割合が所定値以上の領域を前記第１の領域とし、
前記第１の方向及び前記第２の方向から傾斜した方向に延びるパターンの割合が所定値以上の領域を前記第２の領域とすることを特徴とする付記１に記載の欠陥検査装置。

（付記３）
前記第１の照射手段は、前記第１の方向及び前記第２の方向から傾斜した方向から前記第１の領域に光を照射し、
前記第２の照射手段は、前記第１の方向及び前記第２の方向から傾斜した方向から更に傾斜した方向から前記第２の領域に光を照射することを特徴とする付記２に記載の欠陥検査装置。

（付記４）
前記傾斜の角度は、いずれも４５度であることを特徴とする付記２又は３に記載の欠陥検査装置。

（付記５）
前記検出手段による前記第１の領域からの散乱光の検出結果と、前記検出手段による前記第２の領域からの散乱光の検出結果とを合成する合成手段を有することを特徴とする付記１乃至４のいずれか１項に記載の欠陥検査装置。

（付記６）
検査対象に形成されているパターンが延びる方向に応じて、当該検査対象を第１及び第２の領域に区画する工程と、
前記第１の領域に所定の方向から光を照射する工程と、
前記第１の領域からの散乱光を検出する工程と、
前記第２の領域に前記所定の方向とは異なる他の所定の方向から光を照射する工程と、
前記第２の領域からの散乱光を検出する工程と、
を有することを特徴とする欠陥検査方法。

（付記７）
前記第１及び第２の領域に区画する工程において、
第１の方向又はこの第１の方向に直交する第２の方向に延びるパターンの割合が所定値以上の領域を前記第１の領域とし、
前記第１の方向及び前記第２の方向から傾斜した方向に延びるパターンの割合が所定値以上の領域を前記第２の領域とすることを特徴とする付記６に記載の欠陥検査方法。

（付記８）
前記所定の方向は、前記第１の方向及び前記第２の方向から傾斜した方向であり、
前記他の所定の方向は、前記第１の方向及び前記第２の方向から傾斜した方向から更に傾斜した方向であることを特徴とする付記７に記載の欠陥検査方法。

（付記９）
前記傾斜の角度は、いずれも４５度であることを特徴とする付記７又は８に記載の欠陥検査方法。

（付記１０）
前記第１の領域からの散乱光の検出結果と、前記第２の領域からの散乱光の検出結果とを合成する工程を有することを特徴とする付記６乃至９のいずれか１項に記載の欠陥検査方法。

実施形態に係る欠陥検査装置を示す模式図である。 実施形態に係る欠陥検査装置の動作（欠陥検査方法）を示すフローチャートである。 検査対象５の一例を示す模式図である。 区画された領域を示す模式図である。 レーザ光の照射の方向を示す模式図である。 しきい値画像の一例を示す図である。 しきい値画像の他の一例を示す図である。 半導体装置の製造方法を示す断面図である。 図８Ａに引き続き、半導体装置の製造方法を示す断面図である。 図８Ｂに引き続き、半導体装置の製造方法を示す断面図である。 図８Ｃに引き続き、半導体装置の製造方法を示す断面図である。

符号の説明

１：主制御装置
２、３：レーザ
４：レーザ制御装置
５：検査対象
６：ＸＹステージ
７：ステージ制御装置
８：検出器
９：データベース

Claims (6)

1. 検査対象に形成されているパターンが延びる方向に応じて、当該検査対象を第１及び第２の領域に区画する区画手段と、
   前記第１及び第２の領域に、夫々互いに異なる方向から光を照射する第１及び第２の照射手段と、
   前記第１及び第２の照射手段を互いに排他的に動作させる照射制御手段と、
   前記第１の領域からの散乱光及び前記第２の領域からの散乱光を検出する検出手段と、
   を有することを特徴とする欠陥検査装置。
2. 前記区画手段は、
   第１の方向又はこの第１の方向に直交する第２の方向に延びるパターンの割合が所定値以上の領域を前記第１の領域とし、
   前記第１の方向及び前記第２の方向から傾斜した方向に延びるパターンの割合が所定値以上の領域を前記第２の領域とすることを特徴とする請求項１に記載の欠陥検査装置。
3. 前記第１の照射手段は、前記第１の方向及び前記第２の方向から傾斜した方向から前記第１の領域に光を照射し、
   前記第２の照射手段は、前記第１の方向及び前記第２の方向から傾斜した方向から更に傾斜した方向から前記第２の領域に光を照射することを特徴とする請求項２に記載の欠陥検査装置。
4. 検査対象に形成されているパターンが延びる方向に応じて、当該検査対象を第１及び第２の領域に区画する工程と、
   前記第１の領域に所定の方向から光を照射する工程と、
   前記第１の領域からの散乱光を検出する工程と、
   前記第２の領域に前記所定の方向とは異なる他の所定の方向から光を照射する工程と、
   前記第２の領域からの散乱光を検出する工程と、
   を有することを特徴とする欠陥検査方法。
5. 前記第１及び第２の領域に区画する工程において、
   第１の方向又はこの第１の方向に直交する第２の方向に延びるパターンの割合が所定値以上の領域を前記第１の領域とし、
   前記第１の方向及び前記第２の方向から傾斜した方向に延びるパターンの割合が所定値以上の領域を前記第２の領域とすることを特徴とする請求項４に記載の欠陥検査方法。
6. 前記所定の方向は、前記第１の方向及び前記第２の方向から傾斜した方向であり、
   前記他の所定の方向は、前記第１の方向及び前記第２の方向から傾斜した方向から更に傾斜した方向であることを特徴とする請求項５に記載の欠陥検査方法。

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