JP3769996B2 - 欠陥検査用半導体基板、半導体基板の検査方法および半導体基板検査用モニター装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばＤＲＡＭ等の半導体記憶装置およびその製造方法において、デバイス不良を引き起こす原因となるパターン形成プロセス等において発生する欠陥（異物を含む）の検出感度を向上した欠陥検査用半導体基板、半導体基板の検査方法および半導体基板検査用モニター装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスは、例えばＤＲＡＭであれば、トランジスタやキャパシタ等の基本素子部やそれらをつなぐ電気的配線を、多層構造の膜の中に立体的に作り込んで形成されている。
【０００３】
図１０は、特開昭６０―２０２９４９号公報に記載された光学式の欠陥検査装置で検査されたもので、パターンを形成したウエハ状の半導体基板の断面図であり、図中、１３は半導体基板、１２は半導体基板１３に形成されたパターンであり、２２はパターン１２において、膜形成部の膜表面、２３はパターン１２において、非膜形成部である。また、図１１（ａ）、（ｂ）は、半導体基板に設ける一般的なパターンの形状を示す説明図で、各々パターンの形状がストライプ状の場合、および円形の穴が並んだ形状の場合を示す。
【０００４】
写真製版により、上記レジスト膜を用いて形成するデバイス・パターンを、欠陥を発生させないように再現性良く形成するための条件を決める上で、例えば写真製版の条件別に、欠陥のできにくさを検査するが、このような場合、従来は、図１０に示したように、例えばＳｉウエハである半導体基板１３上に直接所望のデバイス・パターン１２を形成した半導体基板を作製して上記光学式の欠陥検査装置により評価した。
【０００５】
しかし、この方法では、半導体基板の高集積化に伴ってデバイスを構成するパターンの間隔は狭くなり、パターンによっては、検出できない場合があるため、プロセス加工中で不良につながる欠陥を早期に発見することができずに、不良製品を多発させてしまう場合が発生するという問題点が生じていた。
【０００６】
上記欠陥が検出できない理由は、電気的不良の原因となる欠陥が微細になり、その大きさが検査装置の光学的分解能の限界付近であることが多い。
また、欠陥が微細でなくても、例えばその厚みが薄い場合には、欠陥部と正常パターン部の光学的情報の差がほとんどなくなるために、それを欠陥として検出しにくいこともよく知られた事実である。
なお、このような欠陥の例としては、写真製版に用いるレジスト膜の塗布条件や露光条件のゆらぎによるものや、デバイス・パターンを写し込む露光マスクに内在するマスクパターン欠陥によるもの等である。
【０００７】
上記パターンに存在する欠陥をより確実に検出する方法として、例えば特開昭６１―８６６３７号公報に、パターンを有するウエハに二種以上の波長の光を照射して、パターンからのそれぞれの反射光を検出し、その反射光の差異からパターン内に存在する欠陥を検出しやすくしようとする方法が開示され、正常なパターンと欠陥がある異常パターンに２つの異なる波長の光を照射することで、一つの波長では見分けられなかった差を検出しやすくしようとするものである。
上記方法は、検査したいデバイス・パターンを形成したウエハを一種類の波長の光だけで検査する場合に比べて、検出できる欠陥を増やすことができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の方法を用いてパターンが存在するウエハの欠陥を検出し、管理を行うには、以下のような問題がある。
まず、パターンが存在するウエハ上からの反射光を、２つの異なる波長の光で検出しても、必ずしも、所望の欠陥がそれらの波長で、正常なパターンと比べて欠陥と判断できるような反射率の差異が得られないことである。このような場合、撮像素子が複数の分光感度特性をもっていたとしても、選択したいずれの波長でもコントラストがつかない欠陥を検出するためには、欠陥に応じて、検査装置側の撮像素子等の構成を変えなければならず、装置的に大がかりかつ操作性が悪く、実用的ではないという課題があった。
【０００９】
この発明はかかる課題を解消するためになされたもので、検査装置の機能や構成を変えることなく、欠陥を検出しやすくできる欠陥検査用半導体基板および半導体基板の検査方法を得ることを目的とする。
また、欠陥の検査における検出感度と欠陥の程度を見極めることができる検査用モニター装置を得ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る第１の欠陥検査用半導体基板は、半導体基板と、この半導体基板上に、膜形成部と非膜形成部を配置してなるパターンにおける、照射光に対する上記膜形成部と非膜形成部との下式（１）
コントラスト値＝｜Ｒ２−Ｒ３｜／（Ｒ２＋Ｒ３） ・・（１）
（式中、Ｒ２は膜形成部での反射率、Ｒ３は非膜形成部での反射率である。）
で示されるコントラストを、上記半導体基板とパターンの膜形成部とのコントラストより小さくなるようにする下地膜とを備えたものである。
【００１３】
本発明に係る第２の欠陥検査用半導体基板は、上記第１の欠陥検査用半導体基板において、膜形成部と非膜形成部とのコントラストが、照射光の膜形成部と非膜形成部からの反射光が一様と判別できる程度に小さいものである。
【００１４】
本発明に係る第１の半導体基板の検査方法は、パターンを形成した上記第１または第２の欠陥検査用半導体基板に、検査光を照射し、上記検査光の基板からの反射光の強度分布の、正規の強度分布との差により欠陥を検出する方法である。
【００１５】
本発明に係る第２の半導体基板の検査方法は、上記第１の半導体基板の検査方法において、パターンの膜厚を調整する方法である。
【００１６】
本発明に係る第３の半導体基板の検査方法は、上記第１の半導体基板の検査方法において、パターンは半導体基板に絶縁膜を介して形成されている方法である。
【００１７】
本発明に係る第４の半導体基板の検査方法は、上記第３の半導体基板の検査方法において、絶縁膜がシリコンの酸化膜またはシリコンの窒化膜の方法である。
【００１８】
本発明に係る第５の半導体基板の検査方法は、上記第１の半導体基板の検査方法において、パターンが、レジストまたは反射防止膜の方法である。
【００１９】
本発明に係る第６の半導体基板の検査方法は、上記第１ないし第５のいずれかの半導体基板の検査方法において、照射光が可視光で、パターンまたは絶縁膜が可視光半透過膜の方法である。
【００２０】
本発明に係る第７の半導体基板の検査方法は、上記第１ないし第５のいずれかの半導体基板の検査方法において、既知の大きさの欠陥をモニターとして、パターンに作り込む方法である。
【００２１】
本発明に係る第１の半導体基板検査用モニター装置は上記第１または第２の欠陥検査用基板に、既知の大きさの欠陥をモニターとして作り込んだものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
参考の形態．
図１は参考の形態の欠陥検査用半導体基板にパターンを形成した状態を示す断面図であり、図中、１２はパターン、１０は欠陥検査用半導体基板で、半導体基板１３のパターンを形成する面に下地膜１を設けたもので、２２はパターンの膜形成部、２３は非膜形成部であり、上記パターンは、製品に実際に用いる膜や、プロセス加工装置の条件出しに用いる膜であるが、所望の膜厚や膜質を規定された膜である。
【００２３】
即ち、参考の形態の欠陥検査用半導体基板は、半導体基板１３に下地膜１を設けたもので、下地膜１は、参考の形態の欠陥検査用半導体基板１０にパターン１２を形成した場合、パターン１２には膜が形成された部分２２と膜が形成されていない部分２３があるが、上記膜形成部２２の膜面と非膜形成部２３との検査光に対する上式（１）で示すコントラストが、半導体基板１３表面と上記膜形成部２２の膜面とのコントラストより大きくするように設けたもので、下地膜１は、下記実施例に示すように、例えば、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜の二層膜や、シリコン窒化膜の単層膜など、評価するパターン１２の構成や目的に応じて膜構造を使い分ける。
【００２４】
欠陥や異物の種類によって、その検出のしやすさを高くする方法は異なるが、膜形成部２２と膜のない部分即ち、非膜形成部２３のコントラストを最大にすれば、検出しやすくなる場合が多い。つまり、本参考の形態は、パターンの膜形成部２２と非膜形成部２３とのコントラストを大きくすればするだけ、例えば膜が本来ない部分に膜があるという欠陥がよりコントラストよく見つけられるということに基づくものである。
【００２５】
以上のように、本参考の形態では、欠陥検出は上記のように反射率から得たコントラストにより得られるものであり、光学的分解能に規定されることなく、また、検出感度の上昇により、欠陥の膜厚が薄い場合でも検出可能である。
【００２６】
なお、パターン１２は、例として、等ピッチの凹凸パターンの形態で示しているが、これは、図１１（ａ）、（ｂ）のようにストライプ状のパターンでも、円形の穴が並んだパターンでもよく、これ以外のパターンでも、さらに等ピッチではない凹凸パターンの形態でもよい。即ち、膜がある部分とない部分で構成されたパターンで、かつ検査に用いる光学式検査装置で測れる構造のパターンであればよい。
【００２７】
また、上記検査をする必要のあるデバイス・パターン１２としては、製品に実際に用いる膜や、プロセス加工装置の条件出しに用いる膜があるが、これらは使用目的に応じて所望の膜厚や膜質を規定された膜である。
また、本明細書においては、以下特に断らない限り、写真製版で所望のデバイスパターンを作り込むレジストの膜を一例として用いる。このようなレジスト膜には様々な種類があり、光学式の欠陥検査装置での検査に用いる可視光の波長に対しては、各々ある一定の光学的特性を示す。
また、以下特に断らない限り、検査に用いる可視光の波長が５４５ｎｍの場合で、その波長に対して屈折率ｎが１．５４０７、消衰係数ｋが０．００１１３という値を示すレジスト膜を一例に用いて説明する。
さらに、同じレジスト膜でも、デバイス・パターンに応じて用いる膜厚は異なるが、ここでは、以下特に断らない限り、一例として膜厚が６６０ｎｍであるような膜を用いて説明する。
【００２８】
実施の形態１．
上記参考の形態では、パターンの膜形成部２２と非膜形成部２３とのコントラストをできる限り大きくするように半導体基板１３に下地膜１を設けたが、本発明の第１の実施の形態の欠陥検査用半導体基板は、上記コントラストをできる限り小さくなるように、下地膜１を設けたものである。
【００２９】
つまり、本発明は、照射光の反射による画像が一様な状態に近くする程、つまり膜形成部２２と非膜形成部２３とのコントラストをできる限り小さくすることが好ましく、この場合、欠陥があると、その部分が一様な状態ではなくなり、明瞭に検出されるというものである。
【００３０】
実施の形態２．
本発明の第２の実施の形態の半導体基板の検査方法は、パターンを形成した上記第１の実施の形態の欠陥検査用半導体基板に、検出光を照射し、光センサー等で上記検出光の反射光の強度分布を読み取り、正規の強度分布のパターンからの変化を検知して、欠陥検査用半導体基板に形成したパターンや、パターンを作り込んだ膜の欠陥を検出する検査方法である。
つまり、参考の形態の場合は、例えば白黒白黒と規則正しく配置された正規の強度パターンの中に、欠陥が元来あるべき配置との違いとしてコントラストよく明示されることにより検出される。
また、実施の形態１の場合は、欠陥部が、一様な強度を示す正規のパターン中に、他とは異なる強度で検出される。
【００３１】
また、実際のプロセスから少し膜厚を変えてもあまり形状が変動しない場合であれば、パターンの膜厚を調整することによって、上記コントラストを変化することができる。
つまり、反射率は、次に要点を記載するような一般的な積層薄膜の反射率や透過の光学理論に基づいた計算（シミュレーション）によっても得ることができる。
【００３２】
【数１】
【００３３】
その計算値（計算結果）の例を、横軸にレジスト膜厚、縦軸に反射率を取って、図３に示す。図３（ａ）〜（ｃ）は上式に基づき、各々パターンを形成した半導体基板および欠陥検査用半導体基板のレジスト膜厚に対する反射率の変化を検査光の反射率をシミュレーションして得た結果を示す特性図で、図３（ａ）は従来の下地膜がない場合の特性図、図３（ｂ）、（ｃ）は下記実施例において詳述する下地膜を設けた場合の特性図で、パターン１２を構成する膜形成部２２の膜厚によって、反射率は図のように変化する。
膜形成部２２の反射率Ｒ２を実線で、非膜形成部２３の反射率Ｒ３を点線で示す。
【００３４】
また、横軸にレジスト膜厚、上式に基づき、反射率から求めたコントラストを縦軸に取って、図４に示す。図４（ａ）は従来の下地膜がない場合の特性図、（ｂ）、（ｃ）は、下記実施例で詳述する欠陥検査用半導体基板のレジスト膜厚に対するコントラストの変化を示す特性図で、図３、４から、パターンの膜形成部の膜厚の広い範囲で高いコントラストを得ることができることがわかる。即ち、下地膜を設けることにより、従来より上記コントラストを大きくすることができ、かつ高いコントラストを広い範囲の膜厚領域で得ることができるが、膜厚を調整することによって、コントラストを変化させることもできる。
【００３５】
また、上記パターンとしては、写真製版で得られる、レジストまたは反射防止膜等があり、パターンをシリコンの酸化膜やシリコンの窒化膜等絶縁膜を介して形成されるものもある。
また、上記パターンや絶縁膜に可視光半透過膜を用い、可視光を検出光として用いた場合、パターン内や絶縁膜内の欠陥またはパターンの形状等の欠陥を検出することができる。
【００３６】
また、パターンを設けた参考の形態または実施の形態１の欠陥検査用半導体基板に、検出光により検出可能な欠陥をあらかじめモニター部として作り込むことにより、半導体基板の検査における、欠陥の検出限界および欠陥の程度を定量的に決定することができる。
また、検査の基本機能に従って、正常パターンと上記モニター部を作り込んだ欠陥検査用半導体基板を独立して、検査感度用モニター装置として繰り返して用いることもできる。
【００３７】
【実施例】
参考例１．
図２（ａ）は上記参考の形態の欠陥検査用半導体基板１０に、写真製版により得られたレジスト膜のパターン１２を設けた状態を説明する断面図であり、１３は半導体基板であるＳｉウエハ、１は下地膜で、第１の下地膜２としてシリコン窒化膜（Ｓｉ3Ｎ4膜：波長５４５ｎｍの光に対して屈折率ｎが１．９９、消衰係数ｋが０の値を示す膜）を膜厚６３ｎｍで形成し、その上に第２の下地膜３としてシリコン酸化膜ＳｉＯ2の膜（可視光の波長５４５ｎｍに対して屈折率ｎが１．４４、消衰係数ｋが０の値を示す）を膜厚４００ｎｍで形成し、その上に上記レジスト膜のパターンを形成したものである。
【００３８】
また、検査光として用いる波長５４５ｎｍの可視光に対して、上記パターン１２を形成するレジストの膜は膜厚が６００ｎｍで、屈折率ｎが１．５４０７、消衰係数ｋが０．００１１３の値を示すものである。
特開昭６０―２０２９４９号公報に記載された光学式検査装置を用いて、上記検査光をパターンを設けた欠陥検査用半導体基板１０に照射すると、反射光の反射率は、パターンの膜形成部２２と非膜形成部２３では異なり、上記検査光の反射率はパターンの膜形成部２２で１７％、非膜形成部２３部で１％である。
上記反射率値から、上式（１）によりコントラスト値を求めると０．９４となる。
【００３９】
なお、上記一般的な積層薄膜の反射率や透過の光学理論に基づいた計算（シミュレーション）によって得た反射率のレジストパターンの膜厚による変化を示す特性図を図３（ｂ）に示し、上式に基づき、反射率からもとめたコントラストのレジストパターンの膜厚による変化示す特性図を図４（ｂ）に示す。
【００４０】
参考例２．
参考例１において、図２（ｂ）に示すように、Ｓｉウエハ上に下地膜１としてシリコン窒化膜２（ＳｉＮ膜：波長５４５ｎｍの光に対して屈折率ｎが１．９９、消衰係数ｋが０の値を示す膜）を膜厚６３ｎｍのみ形成した欠陥検査用半導体基板を用いる他は参考例１と同様にパターンを形成し、上記検査光を欠陥検査用半導体基板１０に照射すると、反射光の反射率は、パターンの膜形成部２２と非膜形成部２３では異なり、上記検査光の反射率はパターンの膜形成部２２で１４％、非膜形成部２３で１％である。
上記反射率値から、上式（１）によりコントラスト値を求めると０．８９となる。
また、参考例１と同様に、上記一般的な積層薄膜の反射率や透過の光学理論に基づいた計算（シミュレーション）によって得た反射率のレジストパターンの膜厚による変化を示す特性図を図３（ｃ）に示し、上式に基づき、反射率からもとめたコントラストのレジストパターンの膜厚による変化示す特性図を図４（ｃ）に示す。
【００４１】
比較例１．
上記参考例１において、図１０に示す従来の半導体基板即ちシリコンウエハを用いる他は参考例１と同様にして、デバイス・パターン１２を形成した半導体基板１３を検査すると、光学式検査装置において、上記検査光をパターンを形成した半導体基板１３に照射すると、反射光の反射率は、パターンの膜形成部２２と非膜形成部２３では異なり、上記検査光の反射率はパターンの膜形成部２２で１１％、非膜形成部２３部で３７％である。
上記反射率値から、上式（１）によりコントラスト値を求めると０．５４となる。
また、参考例１と同様に、上記一般的な積層薄膜の反射率や透過の光学理論に基づいた計算（シミュレーション）によって得た反射率のレジストパターンの膜厚による変化を示す特性図を図３（ａ）に示し、上式に基づき、反射率からもとめたコントラストのレジストパターンの膜厚による変化示す特性図を図４（ａ）に示す。
なお、Ｓｉウエハは、波長５４５ｎｍの光に対して屈折率ｎが４．１０、消衰係数ｋが０．０４１８として計算してある（図３（ａ））。
【００４２】
上記参考例１、２および比較例１から、下地膜は、図２に示すように、例えば、シリコン酸化膜３とシリコン窒化膜２の二層膜図２（ａ）、シリコン窒化膜の単層膜図２（ｂ）など、評価するパターン１２の構成や目的に応じて膜構造を使い分けてもよい。この場合、それぞれの構造での反射率差は、図３（ｂ）、（ｃ）のように、コントラスト値は図４（ｂ）、（ｃ）のようになり、従来例の下地膜がない場合、図４（ａ）に比べて、いずれもコントラスト値が大幅に増大できていることがわかる。
【００４３】
参考例３．
参考例１において、パターンが図５に示すものである他は参考例１と同様にして検査光を照射した。即ちパターンは、膜が本来ない部分に部分的に膜があり２５ａ、膜が本来あるべき部分に膜が欠如している２４ａパターンで、そのパターンの上面図を図５（ａ）に、図５（ａ）におけるＡ―Ａ’線断面図を図５（ｂ）に示す。
図５（ａ）、（ｂ）において、膜形成部２２と非膜形成部２３が並んでいる中に、膜が部分的に欠落した部分２４ａの欠陥や、膜が部分的に残った部分２５ａの欠陥があると、膜形成部と非膜形成部のコントラストが大きい方が上記欠陥を強調でき、従来の場合よりも検出しやすくなる。実際、図５に示したようなパターン欠陥に対しては、検出できる欠陥の範囲も増えた。
つまり、比較例１においてはコントラスト値が０．５４であるのに対して、本参考例の場合はコントラスト値０．９４であるので、欠陥２４ａ、２５ａが検出しやすくなることになる。
【００４４】
参考例４．
実験的に欠陥を作りこんだデバイス・パターンで、本参考例の方が比較例よりどれ程欠陥が検出しやすかったかを評価して、以下に説明する。
参考例１において、パターンが図６に示すホールパターンを用いて行った。図６（ａ）は本参考例の欠陥検査用半導体基板にパターンを設けた状態を示す上面図、図６（ｂ）は図６（ａ）におけるＢ―Ｂ’線断面図であり、欠陥２４ｂはホール径が正常パターンより大きな欠陥を、欠陥２５ｂはホール径が正常パターンより小さな欠陥を示す。
【００４５】
なお、図７は、パターンを構成する穴の内径の基準からのずれ量による検出率の変化を示す評価結果を説明する説明図で、図中、比較例とは、上記参考例１の元の半導体基板１３に上記図６に示すホールパターンを設けたものである。
図から明らかなように、比較例に比べて、本参考例の方が小さいずれ量に対しても検出率が高いことがわかり、この穴パターンの場合、このデバイス・パターンにおいて欠陥として管理したい値は±５０ｎｍであるが、この値を従来例では管理できないが、本参考例では管理できることもわかる。
【００４６】
また、図７の結果に示すように、本参考例を用いて、図５や図６の例に示したような欠陥を、欠陥自体の大きさを段階的に変えて、意図的に欠陥を作り込んだ評価サンプルを作製することで、デバイス・パターンとして管理したいレベルの欠陥が発生しているかどうかを管理することができる。
このような欠陥の作り込み方法としては、例えば、レジスト露光に用いるマスクに細工を加えて、パターンを欠落ないしは埋め込む方法や、ホールや配線をパターニングしたサンプルに直接細工する方法などがある。
【００４７】
なお、下地膜としては、参考例１〜４に示したような程度のコントラストが得られる構造であれば、他の構造や、異なる材質で構成しても構わないことは、いうまでもない。例えば、目的に応じて、Ｓｉの膜、シリコン酸化膜、ＴｉＮの膜、Ｔｉの膜、Ａｌの膜などの単層膜でもよく、それらの膜を、それら同士やそれとシリコン窒化膜やシリコン酸化膜と組み合わせた多層構造にしてもよい。
この場合、検査に用いる可視光の波長に対する膜の複素屈折率等を用いて、パターンの膜形成部２２と非膜形成部２３の反射率を上記数値シミュレーションによって求めることが可能であり、この数値シミュレーションを用いて、検査に最適な下地膜構造を設計することができる。
【００４８】
なお、本参考例では、レジスト膜のパターンを検査する方法について述べたが、他の膜についても、本参考例と同様に検査することができ、実際の製品の各工程段階における多層膜構造も検査することができる。この場合も、本参考例において図４に示したように、検査に用いる可視光の波長に対する膜の複素屈折率等を用いて検査したい膜のある部分２２と検査したい膜のない部分２３の反射率をあらかじめ計算すれば、所望の膜構造に対して、どのような下地膜が有効かが設計できる。
また、図５や図６に示したような、パターンを作りこんだ評価サンプルを作製することで、実際の欠陥管理を実施することもできる。
【００４９】
また、上記参考例では、半導体基板１３としてシリコン基板を用いているが、基板材料としては、シリコン基板の他にもＳＯＩ基板や化合物、例えばＧａＡｓやＩｎＰの基板や酸化物ガラス基板でもよい。また、対象となるデバイスはシリコンデバイスの他、ＧａＡｓデバイスやＴＦＴでもよい。
また、このような基板を用いた場合も、上記参考例において図４に示したように、検査に用いる可視光の波長に対する膜と基板の複素屈折率等を用いて検査したい膜のある部分２２と検査したい膜のない部分２３の反射率を数値シミュレーションによって求めることが可能であり、この数値シミュレーションを用いて、検査に最適な下地膜構造を設計することができる。
【００５０】
また、レジスト膜のパターンを変えずに、例えば膜厚を実際のプロセスから少し変えてもあまり形状が変動しないような場合であれば、意図的に評価したい膜２１の構造、即ち、ここではレジストの膜厚を変えて構造をよりコントラスト値が大きくなるようにしてもよい。例えば、図４（ｃ）にてレジスト膜厚を６００ｎｍから少しずらして６３０ｎｍにして評価すれば、コントラスト値は０．９０まで高くでき、欠陥の検出のしやすさを向上できる可能性が増す。
【００５１】
比較例２．
図８は、絶縁膜であるシリコン窒化膜を介してポリシリコン膜で配線パターンを形成した従来の半導体基板１３の断面図で３０はクラックであるが、以下、上記プロセスで発生する欠陥を検査する場合について説明する。
即ち、図８に示すようにＳｉ基板１３上に、シリコン窒化膜（Ｓｉ3Ｎ4膜）２６を膜厚２００ｎｍで形成し、その上にポリシリコン膜２２を膜厚１００ｎｍで形成し、ポリシリコン膜２２を図８のようにパターニングしたウエハを用いた。
ここで、シリコン窒化膜とポリシリコン膜の膜厚は、実際のデバイス構造で用いる膜厚である。
例えば、この検査で評価したい欠陥が、絶縁膜２６で発生するクラック３０である場合について説明する。クラックは線状の非常に深さが深い欠陥であるため、光がクラック底まで届かず、欠陥部の反射率は０％である。
【００５２】
このウエハを波長５４５ｎｍの可視光にて検査すると、配線上２２（ポリシリコン膜表面）の反射率は５１．８％、配線下２３（シリコン窒化膜表面）の反射率は０．７％になる。この反射率から、配線上と配線下のコントラスト値は０．９７となり、非常にコントラストがついた状態となる。
しかし、コントラスト値が高いにもかかわらず、欠陥として認識したいクラック部３０と配線下２３の反射率が極めて近いため、配線下２３よりも、さらに黒く認識されるクラック３０があった場合はクラックの検出が困難である。
【００５３】
実施例１．
図９は、パターンを形成した本発明の実施例の欠陥検査用半導体基板の断面図で、図８に対して、絶縁膜２６とシリコン基板１３の間に、下地膜１としてシリコン酸化膜を膜厚２３６ｎｍで形成している点のみが異なる。
上記基板を波長５４５ｎｍの可視光にて検査すると、配線上２２（ポリシリコン膜表面）の反射率は３８．５％、配線下２３（シリコン窒化膜表面）の反射率は３９．３％になる。この反射率から、配線上２２（ポリシリコン膜表面）と配線下２３（シリコン窒化膜表面）のコントラスト値は０．０１となり、ほとんどコントラストのない画像として認識される。しかし、この場合もクラックである欠陥部３０の反射率は０％のままである。
【００５４】
即ち、比較例２と本実施例を比較すると、本実施例のように、配線上２２（ポリシリコン膜表面）と配線下２３（シリコン窒化膜表面）のコントラスト値を小さくした方が、配線下２３にある、反射率０％のクラック３０を黒く認識することが可能となり、検出しやすくなることがわかる。
なお、ここではクラックを例として挙げたが、常に黒く認識されるような欠陥や異物であれば、本実施例の方が、参考例１よりもさらに検出しやすい効果を得ることができる。
【００５５】
即ち、欠陥の種類によって、その検出のしやすさを高くする方法が異なるので、本発明の実施の形態１の欠陥検査用半導体基板を適宜選択して用いる必要がある。
【００５６】
【発明の効果】
本発明の第１の欠陥検査用半導体基板は、半導体基板と、この半導体基板上に、膜形成部と非膜形成部を配置してなるパターンにおける、照射光に対する上記膜形成部と非膜形成部との下式（１）
コントラスト値＝｜Ｒ２−Ｒ３｜／（Ｒ２＋Ｒ３） ・・（１）
（式中、Ｒ２は膜形成部での反射率、Ｒ３は非膜形成部での反射率である。）
で示されるコントラストを、上記半導体基板とパターンの膜形成部とのコントラストより小さくなるようにする下地膜とを備えたもので、検査装置を変えることなく、欠陥を検出しやすくできる欠陥検査用半導体基板を得ることができるという効果がある。
【００５９】
本発明の第２の欠陥検査用半導体基板は、上記第１の欠陥検査用半導体基板において、膜形成部と非膜形成部とのコントラストが、照射光の膜形成部と非膜形成部からの反射光が一様と判別できる程度に小さいもので、検査装置を変えることなく、欠陥を検出しやすくできる欠陥検査用半導体基板を得ることができるという効果がある。
【００６０】
本発明の第１の半導体基板の検査方法は、パターンを形成した上記第１または第２の欠陥検査用半導体基板に、検査光を照射し、上記検査光の基板からの反射光の強度分布の、正規の強度分布との差により欠陥を検出する方法で、検査装置を変えることなく、欠陥を検出しやすくできるという効果がある。
【００６１】
本発明の第２の半導体基板の検査方法は、上記第１の半導体基板の検査方法において、パターンの膜厚を調整する方法で、検査装置を変えることなく、容易に欠陥を検出しやすくできるという効果がある。
【００６２】
本発明の第３の半導体基板の検査方法は、上記第１の半導体基板の検査方法において、パターンは半導体基板に絶縁膜を介して形成されている方法で、さらに絶縁膜の欠陥も検査装置を変えることなく、容易に欠陥を検出しやすくできるという効果がある。
の検査方法において、既知の大きさの欠陥をモニターとして、パターンに作り込む方法で、欠陥の検査の検出感度と欠陥の程度を見極めることができ、微小な欠陥の発生原因となるインラインプロセスの評価・管理が可能となるという効果がある。
【００６３】
本発明の第４の半導体基板の検査方法は、上記第３の半導体基板の検査方法において、絶縁膜がシリコンの酸化膜またはシリコンの窒化膜の方法で、さらに絶縁膜の欠陥も検査装置を変えることなく、容易に欠陥を検出しやすくできるという効果がある。
【００６４】
本発明の第５の半導体基板の検査方法は、上記第１の半導体基板の検査方法において、パターンが、レジストまたは反射防止膜の方法で、検査装置を変えることなく、容易に欠陥を検出しやすくできるという効果がある。
【００６５】
本発明の第６の半導体基板の検査方法は、上記第１ないし第５のいずれかの半導体基板の検査方法において、照射光が可視光で、パターンまたは絶縁膜が可視光半透過膜の方法で、パターン内または絶縁膜内の欠陥を検査装置を変えることなく、検出しやすくできるという効果がある。
【００６６】
本発明の第７の半導体基板の検査方法は、上記第１ないし第５のいずれかの半導体基板の検査方法において、既知の大きさの欠陥をモニターとして、パターンに作り込む方法で、欠陥の検査の検出感度と欠陥の程度を見極めることができ、微小な欠陥の発生原因となるインラインプロセスの評価・管理が可能となるという効果がある。
【００６７】
本発明の第１の半導体基板検査用モニター装置は上記第１または第２の欠陥検査用基板に、既知の大きさの欠陥をモニターとして作り込んだもので、欠陥の検査の検出感度と欠陥の程度を見極めることができ、微小な欠陥の発生原因となるインラインプロセスの評価・管理が可能となるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 参考の形態の欠陥検査用半導体基板にパターンを形成した状態を示す断面図である。
【図２】 参考の形態の欠陥検査用半導体基板に、パターンを設けた状態を説明する断面図である。
【図３】 参考例の欠陥検査用半導体基板と比較例の半導体基板の、レジスト膜厚に対する反射率の変化を示す特性図である。
【図４】 パターンを形成した参考例の欠陥検査用半導体基板と比較例の半導体基板の、レジスト膜厚に対するコントラストの変化を示す特性図である。
【図５】 参考例の欠陥検出用半導体基板にパターンが形成された状態を示す上面図と断面図である。
【図６】 参考例の欠陥検出用半導体基板にパターンが形成された状態を示す上面図と断面図である。
【図７】 パターンを構成する穴の内径の基準からのずれ量による検出率の変化を、参考例と従来例を比較して示す評価結果を説明する説明図である。
【図８】 絶縁膜であるシリコン窒化膜を介して配線パターンを形成した従来の半導体基板の断面図である。
【図９】 絶縁膜であるシリコン窒化膜を介して配線パターンを形成した本発明の実施例の欠陥検査用半導体基板の断面図である。
【図１０】 従来のパターンを形成した半導体基板の断面図である。
【図１１】 半導体基板に設ける一般的なパターンの形状を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 下地膜、１０ 欠陥検査用半導体基板、１２ パターン、１３ 半導体基板、２２ 膜形成部、２３ 非膜形成、２６ 絶縁膜。
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばＤＲＡＭ等の半導体記憶装置およびその製造方法において、デバイス不良を引き起こす原因となるパターン形成プロセス等において発生する欠陥（異物を含む）の検出感度を向上した欠陥検査用半導体基板、半導体基板の検査方法および半導体基板検査用モニター装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体デバイスは、例えばＤＲＡＭであれば、トランジスタやキャパシタ等の基本素子部やそれらをつなぐ電気的配線を、多層構造の膜の中に立体的に作り込んで形成されている。
【０００３】
図１０は、特開昭６０―２０２９４９号公報に記載された光学式の欠陥検査装置で検査されたもので、パターンを形成したウエハ状の半導体基板の断面図であり、図中、１３は半導体基板、１２は半導体基板１３に形成されたパターンであり、２２はパターン１２において、膜形成部の膜表面、２３はパターン１２において、非膜形成部である。また、図１１（ａ）、（ｂ）は、半導体基板に設ける一般的なパターンの形状を示す説明図で、各々パターンの形状がストライプ状の場合、および円形の穴が並んだ形状の場合を示す。
【０００４】
写真製版により、上記レジスト膜を用いて形成するデバイス・パターンを、欠陥を発生させないように再現性良く形成するための条件を決める上で、例えば写真製版の条件別に、欠陥のできにくさを検査するが、このような場合、従来は、図１０に示したように、例えばＳｉウエハである半導体基板１３上に直接所望のデバイス・パターン１２を形成した半導体基板を作製して上記光学式の欠陥検査装置により評価した。
【０００５】
しかし、この方法では、半導体基板の高集積化に伴ってデバイスを構成するパターンの間隔は狭くなり、パターンによっては、検出できない場合があるため、プロセス加工中で不良につながる欠陥を早期に発見することができずに、不良製品を多発させてしまう場合が発生するという問題点が生じていた。
【０００６】
上記欠陥が検出できない理由は、電気的不良の原因となる欠陥が微細になり、その大きさが検査装置の光学的分解能の限界付近であることが多い。
また、欠陥が微細でなくても、例えばその厚みが薄い場合には、欠陥部と正常パターン部の光学的情報の差がほとんどなくなるために、それを欠陥として検出しにくいこともよく知られた事実である。
なお、このような欠陥の例としては、写真製版に用いるレジスト膜の塗布条件や露光条件のゆらぎによるものや、デバイス・パターンを写し込む露光マスクに内在するマスクパターン欠陥によるもの等である。
【０００７】
上記パターンに存在する欠陥をより確実に検出する方法として、例えば特開昭６１―８６６３７号公報に、パターンを有するウエハに二種以上の波長の光を照射して、パターンからのそれぞれの反射光を検出し、その反射光の差異からパターン内に存在する欠陥を検出しやすくしようとする方法が開示され、正常なパターンと欠陥がある異常パターンに２つの異なる波長の光を照射することで、一つの波長では見分けられなかった差を検出しやすくしようとするものである。
上記方法は、検査したいデバイス・パターンを形成したウエハを一種類の波長の光だけで検査する場合に比べて、検出できる欠陥を増やすことができる。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の方法を用いてパターンが存在するウエハの欠陥を検出し、管理を行うには、以下のような問題がある。
まず、パターンが存在するウエハ上からの反射光を、２つの異なる波長の光で検出しても、必ずしも、所望の欠陥がそれらの波長で、正常なパターンと比べて欠陥と判断できるような反射率の差異が得られないことである。このような場合、撮像素子が複数の分光感度特性をもっていたとしても、選択したいずれの波長でもコントラストがつかない欠陥を検出するためには、欠陥に応じて、検査装置側の撮像素子等の構成を変えなければならず、装置的に大がかりかつ操作性が悪く、実用的ではないという課題があった。
【０００９】
この発明はかかる課題を解消するためになされたもので、検査装置の機能や構成を変えることなく、欠陥を検出しやすくできる欠陥検査用半導体基板および半導体基板の検査方法を得ることを目的とする。
また、欠陥の検査における検出感度と欠陥の程度を見極めることができる検査用モニター装置を得ることを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明に係る第１の欠陥検査用半導体基板は、半導体基板と、この半導体基板上に、膜形成部と非膜形成部を配置してなるパターンにおける、照射光に対する上記膜形成部と非膜形成部との下式（１）
コントラスト値＝｜Ｒ２−Ｒ３｜／（Ｒ２＋Ｒ３） ・・（１）
（式中、Ｒ２は膜形成部での反射率、Ｒ３は非膜形成部での反射率である。）
で示されるコントラストを、上記半導体基板とパターンの膜形成部とのコントラストより小さくなるようにする下地膜とを備えたものである。
【００１３】
本発明に係る第２の欠陥検査用半導体基板は、上記第１の欠陥検査用半導体基板において、膜形成部と非膜形成部とのコントラストが、照射光の膜形成部と非膜形成部からの反射光が一様と判別できる程度に小さいものである。
【００１４】
本発明に係る第１の半導体基板の検査方法は、パターンを形成した上記第１または第２の欠陥検査用半導体基板に、検査光を照射し、上記検査光の基板からの反射光の強度分布の、正規の強度分布との差により欠陥を検出する方法である。
【００１５】
本発明に係る第２の半導体基板の検査方法は、上記第１の半導体基板の検査方法において、パターンの膜厚を調整する方法である。
【００１６】
本発明に係る第３の半導体基板の検査方法は、上記第１の半導体基板の検査方法において、パターンは半導体基板に絶縁膜を介して形成されている方法である。
【００１７】
本発明に係る第４の半導体基板の検査方法は、上記第３の半導体基板の検査方法において、絶縁膜がシリコンの酸化膜またはシリコンの窒化膜の方法である。
【００１８】
本発明に係る第５の半導体基板の検査方法は、上記第１の半導体基板の検査方法において、パターンが、レジストまたは反射防止膜の方法である。
【００１９】
本発明に係る第６の半導体基板の検査方法は、上記第１ないし第５のいずれかの半導体基板の検査方法において、照射光が可視光で、パターンまたは絶縁膜が可視光半透過膜の方法である。
【００２０】
本発明に係る第７の半導体基板の検査方法は、上記第１ないし第５のいずれかの半導体基板の検査方法において、既知の大きさの欠陥をモニターとして、パターンに作り込む方法である。
【００２１】
本発明に係る第１の半導体基板検査用モニター装置は上記第１または第２の欠陥検査用基板に、既知の大きさの欠陥をモニターとして作り込んだものである。
【００２２】
【発明の実施の形態】
参考の形態．
図１は参考の形態の欠陥検査用半導体基板にパターンを形成した状態を示す断面図であり、図中、１２はパターン、１０は欠陥検査用半導体基板で、半導体基板１３のパターンを形成する面に下地膜１を設けたもので、２２はパターンの膜形成部、２３は非膜形成部であり、上記パターンは、製品に実際に用いる膜や、プロセス加工装置の条件出しに用いる膜であるが、所望の膜厚や膜質を規定された膜である。
【００２３】
即ち、参考の形態の欠陥検査用半導体基板は、半導体基板１３に下地膜１を設けたもので、下地膜１は、参考の形態の欠陥検査用半導体基板１０にパターン１２を形成した場合、パターン１２には膜が形成された部分２２と膜が形成されていない部分２３があるが、上記膜形成部２２の膜面と非膜形成部２３との検査光に対する上式（１）で示すコントラストが、半導体基板１３表面と上記膜形成部２２の膜面とのコントラストより大きくするように設けたもので、下地膜１は、下記実施例に示すように、例えば、シリコン酸化膜とシリコン窒化膜の二層膜や、シリコン窒化膜の単層膜など、評価するパターン１２の構成や目的に応じて膜構造を使い分ける。
【００２４】
欠陥や異物の種類によって、その検出のしやすさを高くする方法は異なるが、膜形成部２２と膜のない部分即ち、非膜形成部２３のコントラストを最大にすれば、検出しやすくなる場合が多い。つまり、本参考の形態は、パターンの膜形成部２２と非膜形成部２３とのコントラストを大きくすればするだけ、例えば膜が本来ない部分に膜があるという欠陥がよりコントラストよく見つけられるということに基づくものである。
【００２５】
以上のように、本参考の形態では、欠陥検出は上記のように反射率から得たコントラストにより得られるものであり、光学的分解能に規定されることなく、また、検出感度の上昇により、欠陥の膜厚が薄い場合でも検出可能である。
【００２６】
なお、パターン１２は、例として、等ピッチの凹凸パターンの形態で示しているが、これは、図１１（ａ）、（ｂ）のようにストライプ状のパターンでも、円形の穴が並んだパターンでもよく、これ以外のパターンでも、さらに等ピッチではない凹凸パターンの形態でもよい。即ち、膜がある部分とない部分で構成されたパターンで、かつ検査に用いる光学式検査装置で測れる構造のパターンであればよい。
【００２７】
また、上記検査をする必要のあるデバイス・パターン１２としては、製品に実際に用いる膜や、プロセス加工装置の条件出しに用いる膜があるが、これらは使用目的に応じて所望の膜厚や膜質を規定された膜である。
また、本明細書においては、以下特に断らない限り、写真製版で所望のデバイスパターンを作り込むレジストの膜を一例として用いる。このようなレジスト膜には様々な種類があり、光学式の欠陥検査装置での検査に用いる可視光の波長に対しては、各々ある一定の光学的特性を示す。
また、以下特に断らない限り、検査に用いる可視光の波長が５４５ｎｍの場合で、その波長に対して屈折率ｎが１．５４０７、消衰係数ｋが０．００１１３という値を示すレジスト膜を一例に用いて説明する。
さらに、同じレジスト膜でも、デバイス・パターンに応じて用いる膜厚は異なるが、ここでは、以下特に断らない限り、一例として膜厚が６６０ｎｍであるような膜を用いて説明する。
【００２８】
実施の形態１．
上記参考の形態では、パターンの膜形成部２２と非膜形成部２３とのコントラストをできる限り大きくするように半導体基板１３に下地膜１を設けたが、本発明の第１の実施の形態の欠陥検査用半導体基板は、上記コントラストをできる限り小さくなるように、下地膜１を設けたものである。
【００２９】
つまり、本発明は、照射光の反射による画像が一様な状態に近くする程、つまり膜形成部２２と非膜形成部２３とのコントラストをできる限り小さくすることが好ましく、この場合、欠陥があると、その部分が一様な状態ではなくなり、明瞭に検出されるというものである。
【００３０】
実施の形態２．
本発明の第２の実施の形態の半導体基板の検査方法は、パターンを形成した上記第１の実施の形態の欠陥検査用半導体基板に、検出光を照射し、光センサー等で上記検出光の反射光の強度分布を読み取り、正規の強度分布のパターンからの変化を検知して、欠陥検査用半導体基板に形成したパターンや、パターンを作り込んだ膜の欠陥を検出する検査方法である。
つまり、参考の形態の場合は、例えば白黒白黒と規則正しく配置された正規の強度パターンの中に、欠陥が元来あるべき配置との違いとしてコントラストよく明示されることにより検出される。
また、実施の形態１の場合は、欠陥部が、一様な強度を示す正規のパターン中に、他とは異なる強度で検出される。
【００３１】
また、実際のプロセスから少し膜厚を変えてもあまり形状が変動しない場合であれば、パターンの膜厚を調整することによって、上記コントラストを変化することができる。
つまり、反射率は、次に要点を記載するような一般的な積層薄膜の反射率や透過の光学理論に基づいた計算（シミュレーション）によっても得ることができる。
【００３２】
【数１】
その計算値（計算結果）の例を、横軸にレジスト膜厚、縦軸に反射率を取って、図３に示す。図３（ａ）〜（ｃ）は上式に基づき、各々パターンを形成した半導体基板および欠陥検査用半導体基板のレジスト膜厚に対する反射率の変化を検査光の反射率をシミュレーションして得た結果を示す特性図で、図３（ａ）は従来の下地膜がない場合の特性図、図３（ｂ）、（ｃ）は下記実施例において詳述する下地膜を設けた場合の特性図で、パターン１２を構成する膜形成部２２の膜厚によって、反射率は図のように変化する。
膜形成部２２の反射率Ｒ２を実線で、非膜形成部２３の反射率Ｒ３を点線で示す。
【００３４】
また、横軸にレジスト膜厚、上式に基づき、反射率から求めたコントラストを縦軸に取って、図４に示す。図４（ａ）は従来の下地膜がない場合の特性図、（ｂ）、（ｃ）は、下記実施例で詳述する欠陥検査用半導体基板のレジスト膜厚に対するコントラストの変化を示す特性図で、図３、４から、パターンの膜形成部の膜厚の広い範囲で高いコントラストを得ることができることがわかる。即ち、下地膜を設けることにより、従来より上記コントラストを大きくすることができ、かつ高いコントラストを広い範囲の膜厚領域で得ることができるが、膜厚を調整することによって、コントラストを変化させることもできる。
【００３５】
また、上記パターンとしては、写真製版で得られる、レジストまたは反射防止膜等があり、パターンをシリコンの酸化膜やシリコンの窒化膜等絶縁膜を介して形成されるものもある。
また、上記パターンや絶縁膜に可視光半透過膜を用い、可視光を検出光として用いた場合、パターン内や絶縁膜内の欠陥またはパターンの形状等の欠陥を検出することができる。
【００３６】
また、パターンを設けた参考の形態または実施の形態１の欠陥検査用半導体基板に、検出光により検出可能な欠陥をあらかじめモニター部として作り込むことにより、半導体基板の検査における、欠陥の検出限界および欠陥の程度を定量的に決定することができる。
また、検査の基本機能に従って、正常パターンと上記モニター部を作り込んだ欠陥検査用半導体基板を独立して、検査感度用モニター装置として繰り返して用いることもできる。
【００３７】
【実施例】
参考例１．
図２（ａ）は上記参考の形態の欠陥検査用半導体基板１０に、写真製版により得られたレジスト膜のパターン１２を設けた状態を説明する断面図であり、１３は半導体基板であるＳｉウエハ、１は下地膜で、第１の下地膜２としてシリコン窒化膜（Ｓｉ3Ｎ4膜：波長５４５ｎｍの光に対して屈折率ｎが１．９９、消衰係数ｋが０の値を示す膜）を膜厚６３ｎｍで形成し、その上に第２の下地膜３としてシリコン酸化膜ＳｉＯ2の膜（可視光の波長５４５ｎｍに対して屈折率ｎが１．４４、消衰係数ｋが０の値を示す）を膜厚４００ｎｍで形成し、その上に上記レジスト膜のパターンを形成したものである。
【００３８】
また、検査光として用いる波長５４５ｎｍの可視光に対して、上記パターン１２を形成するレジストの膜は膜厚が６００ｎｍで、屈折率ｎが１．５４０７、消衰係数ｋが０．００１１３の値を示すものである。
特開昭６０―２０２９４９号公報に記載された光学式検査装置を用いて、上記検査光をパターンを設けた欠陥検査用半導体基板１０に照射すると、反射光の反射率は、パターンの膜形成部２２と非膜形成部２３では異なり、上記検査光の反射率はパターンの膜形成部２２で１７％、非膜形成部２３部で１％である。
上記反射率値から、上式（１）によりコントラスト値を求めると０．９４となる。
【００３９】
なお、上記一般的な積層薄膜の反射率や透過の光学理論に基づいた計算（シミュレーション）によって得た反射率のレジストパターンの膜厚による変化を示す特性図を図３（ｂ）に示し、上式に基づき、反射率からもとめたコントラストのレジストパターンの膜厚による変化示す特性図を図４（ｂ）に示す。
【００４０】
参考例２．
参考例１において、図２（ｂ）に示すように、Ｓｉウエハ上に下地膜１としてシリコン窒化膜２（ＳｉＮ膜：波長５４５ｎｍの光に対して屈折率ｎが１．９９、消衰係数ｋが０の値を示す膜）を膜厚６３ｎｍのみ形成した欠陥検査用半導体基板を用いる他は参考例１と同様にパターンを形成し、上記検査光を欠陥検査用半導体基板１０に照射すると、反射光の反射率は、パターンの膜形成部２２と非膜形成部２３では異なり、上記検査光の反射率はパターンの膜形成部２２で１４％、非膜形成部２３で１％である。
上記反射率値から、上式（１）によりコントラスト値を求めると０．８９となる。
また、参考例１と同様に、上記一般的な積層薄膜の反射率や透過の光学理論に基づいた計算（シミュレーション）によって得た反射率のレジストパターンの膜厚による変化を示す特性図を図３（ｃ）に示し、上式に基づき、反射率からもとめたコントラストのレジストパターンの膜厚による変化示す特性図を図４（ｃ）に示す。
【００４１】
比較例１．
上記参考例１において、図１０に示す従来の半導体基板即ちシリコンウエハを用いる他は参考例１と同様にして、デバイス・パターン１２を形成した半導体基板１３を検査すると、光学式検査装置において、上記検査光をパターンを形成した半導体基板１３に照射すると、反射光の反射率は、パターンの膜形成部２２と非膜形成部２３では異なり、上記検査光の反射率はパターンの膜形成部２２で１１％、非膜形成部２３部で３７％である。
上記反射率値から、上式（１）によりコントラスト値を求めると０．５４となる。
また、参考例１と同様に、上記一般的な積層薄膜の反射率や透過の光学理論に基づいた計算（シミュレーション）によって得た反射率のレジストパターンの膜厚による変化を示す特性図を図３（ａ）に示し、上式に基づき、反射率からもとめたコントラストのレジストパターンの膜厚による変化示す特性図を図４（ａ）に示す。
なお、Ｓｉウエハは、波長５４５ｎｍの光に対して屈折率ｎが４．１０、消衰係数ｋが０．０４１８として計算してある（図３（ａ））。
【００４２】
上記参考例１、２および比較例１から、下地膜は、図２に示すように、例えば、シリコン酸化膜３とシリコン窒化膜２の二層膜図２（ａ）、シリコン窒化膜の単層膜図２（ｂ）など、評価するパターン１２の構成や目的に応じて膜構造を使い分けてもよい。この場合、それぞれの構造での反射率差は、図３（ｂ）、（ｃ）のように、コントラスト値は図４（ｂ）、（ｃ）のようになり、従来例の下地膜がない場合、図４（ａ）に比べて、いずれもコントラスト値が大幅に増大できていることがわかる。
【００４３】
参考例３．
参考例１において、パターンが図５に示すものである他は参考例１と同様にして検査光を照射した。即ちパターンは、膜が本来ない部分に部分的に膜があり２５ａ、膜が本来あるべき部分に膜が欠如している２４ａパターンで、そのパターンの上面図を図５（ａ）に、図５（ａ）におけるＡ―Ａ’線断面図を図５（ｂ）に示す。
図５（ａ）、（ｂ）において、膜形成部２２と非膜形成部２３が並んでいる中に、膜が部分的に欠落した部分２４ａの欠陥や、膜が部分的に残った部分２５ａの欠陥があると、膜形成部と非膜形成部のコントラストが大きい方が上記欠陥を強調でき、従来の場合よりも検出しやすくなる。実際、図５に示したようなパターン欠陥に対しては、検出できる欠陥の範囲も増えた。
つまり、比較例１においてはコントラスト値が０．５４であるのに対して、本参考例の場合はコントラスト値０．９４であるので、欠陥２４ａ、２５ａが検出しやすくなることになる。
【００４４】
参考例４．
実験的に欠陥を作りこんだデバイス・パターンで、本参考例の方が比較例よりどれ程欠陥が検出しやすかったかを評価して、以下に説明する。
参考例１において、パターンが図６に示すホールパターンを用いて行った。図６（ａ）は本参考例の欠陥検査用半導体基板にパターンを設けた状態を示す上面図、図６（ｂ）は図６（ａ）におけるＢ―Ｂ’線断面図であり、欠陥２４ｂはホール径が正常パターンより大きな欠陥を、欠陥２５ｂはホール径が正常パターンより小さな欠陥を示す。
【００４５】
なお、図７は、パターンを構成する穴の内径の基準からのずれ量による検出率の変化を示す評価結果を説明する説明図で、図中、比較例とは、上記参考例１の元の半導体基板１３に上記図６に示すホールパターンを設けたものである。
図から明らかなように、比較例に比べて、本参考例の方が小さいずれ量に対しても検出率が高いことがわかり、この穴パターンの場合、このデバイス・パターンにおいて欠陥として管理したい値は±５０ｎｍであるが、この値を従来例では管理できないが、本参考例では管理できることもわかる。
【００４６】
また、図７の結果に示すように、本参考例を用いて、図５や図６の例に示したような欠陥を、欠陥自体の大きさを段階的に変えて、意図的に欠陥を作り込んだ評価サンプルを作製することで、デバイス・パターンとして管理したいレベルの欠陥が発生しているかどうかを管理することができる。
このような欠陥の作り込み方法としては、例えば、レジスト露光に用いるマスクに細工を加えて、パターンを欠落ないしは埋め込む方法や、ホールや配線をパターニングしたサンプルに直接細工する方法などがある。
【００４７】
なお、下地膜としては、参考例１〜４に示したような程度のコントラストが得られる構造であれば、他の構造や、異なる材質で構成しても構わないことは、いうまでもない。例えば、目的に応じて、Ｓｉの膜、シリコン酸化膜、ＴｉＮの膜、Ｔｉの膜、Ａｌの膜などの単層膜でもよく、それらの膜を、それら同士やそれとシリコン窒化膜やシリコン酸化膜と組み合わせた多層構造にしてもよい。
この場合、検査に用いる可視光の波長に対する膜の複素屈折率等を用いて、パターンの膜形成部２２と非膜形成部２３の反射率を上記数値シミュレーションによって求めることが可能であり、この数値シミュレーションを用いて、検査に最適な下地膜構造を設計することができる。
【００４８】
なお、本参考例では、レジスト膜のパターンを検査する方法について述べたが、他の膜についても、本参考例と同様に検査することができ、実際の製品の各工程段階における多層膜構造も検査することができる。この場合も、本参考例において図４に示したように、検査に用いる可視光の波長に対する膜の複素屈折率等を用いて検査したい膜のある部分２２と検査したい膜のない部分２３の反射率をあらかじめ計算すれば、所望の膜構造に対して、どのような下地膜が有効かが設計できる。
また、図５や図６に示したような、パターンを作りこんだ評価サンプルを作製することで、実際の欠陥管理を実施することもできる。
【００４９】
また、上記参考例では、半導体基板１３としてシリコン基板を用いているが、基板材料としては、シリコン基板の他にもＳＯＩ基板や化合物、例えばＧａＡｓやＩｎＰの基板や酸化物ガラス基板でもよい。また、対象となるデバイスはシリコンデバイスの他、ＧａＡｓデバイスやＴＦＴでもよい。
また、このような基板を用いた場合も、上記参考例において図４に示したように、検査に用いる可視光の波長に対する膜と基板の複素屈折率等を用いて検査したい膜のある部分２２と検査したい膜のない部分２３の反射率を数値シミュレーションによって求めることが可能であり、この数値シミュレーションを用いて、検査に最適な下地膜構造を設計することができる。
【００５０】
また、レジスト膜のパターンを変えずに、例えば膜厚を実際のプロセスから少し変えてもあまり形状が変動しないような場合であれば、意図的に評価したい膜２１の構造、即ち、ここではレジストの膜厚を変えて構造をよりコントラスト値が大きくなるようにしてもよい。例えば、図４（ｃ）にてレジスト膜厚を６００ｎｍから少しずらして６３０ｎｍにして評価すれば、コントラスト値は０．９０まで高くでき、欠陥の検出のしやすさを向上できる可能性が増す。
【００５１】
比較例２．
図８は、絶縁膜であるシリコン窒化膜を介してポリシリコン膜で配線パターンを形成した従来の半導体基板１３の断面図で３０はクラックであるが、以下、上記プロセスで発生する欠陥を検査する場合について説明する。
即ち、図８に示すようにＳｉ基板１３上に、シリコン窒化膜（Ｓｉ3Ｎ4膜）２６を膜厚２００ｎｍで形成し、その上にポリシリコン膜２２を膜厚１００ｎｍで形成し、ポリシリコン膜２２を図８のようにパターニングしたウエハを用いた。
ここで、シリコン窒化膜とポリシリコン膜の膜厚は、実際のデバイス構造で用いる膜厚である。
例えば、この検査で評価したい欠陥が、絶縁膜２６で発生するクラック３０である場合について説明する。クラックは線状の非常に深さが深い欠陥であるため、光がクラック底まで届かず、欠陥部の反射率は０％である。
【００５２】
このウエハを波長５４５ｎｍの可視光にて検査すると、配線上２２（ポリシリコン膜表面）の反射率は５１．８％、配線下２３（シリコン窒化膜表面）の反射率は０．７％になる。この反射率から、配線上と配線下のコントラスト値は０．９７となり、非常にコントラストがついた状態となる。
しかし、コントラスト値が高いにもかかわらず、欠陥として認識したいクラック部３０と配線下２３の反射率が極めて近いため、配線下２３よりも、さらに黒く認識されるクラック３０があった場合はクラックの検出が困難である。
【００５３】
実施例１．
図９は、パターンを形成した本発明の実施例の欠陥検査用半導体基板の断面図で、図８に対して、絶縁膜２６とシリコン基板１３の間に、下地膜１としてシリコン酸化膜を膜厚２３６ｎｍで形成している点のみが異なる。
上記基板を波長５４５ｎｍの可視光にて検査すると、配線上２２（ポリシリコン膜表面）の反射率は３８．５％、配線下２３（シリコン窒化膜表面）の反射率は３９．３％になる。この反射率から、配線上２２（ポリシリコン膜表面）と配線下２３（シリコン窒化膜表面）のコントラスト値は０．０１となり、ほとんどコントラストのない画像として認識される。しかし、この場合もクラックである欠陥部３０の反射率は０％のままである。
【００５４】
即ち、比較例２と本実施例を比較すると、本実施例のように、配線上２２（ポリシリコン膜表面）と配線下２３（シリコン窒化膜表面）のコントラスト値を小さくした方が、配線下２３にある、反射率０％のクラック３０を黒く認識することが可能となり、検出しやすくなることがわかる。
なお、ここではクラックを例として挙げたが、常に黒く認識されるような欠陥や異物であれば、本実施例の方が、参考例１よりもさらに検出しやすい効果を得ることができる。
【００５５】
即ち、欠陥の種類によって、その検出のしやすさを高くする方法が異なるので、本発明の実施の形態１の欠陥検査用半導体基板を適宜選択して用いる必要がある。
【００５６】
【発明の効果】
本発明の第１の欠陥検査用半導体基板は、半導体基板と、この半導体基板上に、膜形成部と非膜形成部を配置してなるパターンにおける、照射光に対する上記膜形成部と非膜形成部との下式（１）
コントラスト値＝｜Ｒ２−Ｒ３｜／（Ｒ２＋Ｒ３） ・・（１）
（式中、Ｒ２は膜形成部での反射率、Ｒ３は非膜形成部での反射率である。）
で示されるコントラストを、上記半導体基板とパターンの膜形成部とのコントラストより小さくなるようにする下地膜とを備えたもので、検査装置を変えることなく、欠陥を検出しやすくできる欠陥検査用半導体基板を得ることができるという効果がある。
【００５９】
本発明の第２の欠陥検査用半導体基板は、上記第１の欠陥検査用半導体基板において、膜形成部と非膜形成部とのコントラストが、照射光の膜形成部と非膜形成部からの反射光が一様と判別できる程度に小さいもので、検査装置を変えることなく、欠陥を検出しやすくできる欠陥検査用半導体基板を得ることができるという効果がある。
【００６０】
本発明の第１の半導体基板の検査方法は、パターンを形成した上記第１または第２の欠陥検査用半導体基板に、検査光を照射し、上記検査光の基板からの反射光の強度分布の、正規の強度分布との差により欠陥を検出する方法で、検査装置を変えることなく、欠陥を検出しやすくできるという効果がある。
【００６１】
本発明の第２の半導体基板の検査方法は、上記第１の半導体基板の検査方法において、パターンの膜厚を調整する方法で、検査装置を変えることなく、容易に欠陥を検出しやすくできるという効果がある。
【００６２】
本発明の第３の半導体基板の検査方法は、上記第１の半導体基板の検査方法において、パターンは半導体基板に絶縁膜を介して形成されている方法で、さらに絶縁膜の欠陥も検査装置を変えることなく、容易に欠陥を検出しやすくできるという効果がある。
の検査方法において、既知の大きさの欠陥をモニターとして、パターンに作り込む方法で、欠陥の検査の検出感度と欠陥の程度を見極めることができ、微小な欠陥の発生原因となるインラインプロセスの評価・管理が可能となるという効果がある。
【００６３】
本発明の第４の半導体基板の検査方法は、上記第３の半導体基板の検査方法において、絶縁膜がシリコンの酸化膜またはシリコンの窒化膜の方法で、さらに絶縁膜の欠陥も検査装置を変えることなく、容易に欠陥を検出しやすくできるという効果がある。
【００６４】
本発明の第５の半導体基板の検査方法は、上記第１の半導体基板の検査方法において、パターンが、レジストまたは反射防止膜の方法で、検査装置を変えることなく、容易に欠陥を検出しやすくできるという効果がある。
【００６５】
本発明の第６の半導体基板の検査方法は、上記第１ないし第５のいずれかの半導体基板の検査方法において、照射光が可視光で、パターンまたは絶縁膜が可視光半透過膜の方法で、パターン内または絶縁膜内の欠陥を検査装置を変えることなく、検出しやすくできるという効果がある。
【００６６】
本発明の第７の半導体基板の検査方法は、上記第１ないし第５のいずれかの半導体基板の検査方法において、既知の大きさの欠陥をモニターとして、パターンに作り込む方法で、欠陥の検査の検出感度と欠陥の程度を見極めることができ、微小な欠陥の発生原因となるインラインプロセスの評価・管理が可能となるという効果がある。
【００６７】
本発明の第１の半導体基板検査用モニター装置は上記第１または第２の欠陥検査用基板に、既知の大きさの欠陥をモニターとして作り込んだもので、欠陥の検査の検出感度と欠陥の程度を見極めることができ、微小な欠陥の発生原因となるインラインプロセスの評価・管理が可能となるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】 参考の形態の欠陥検査用半導体基板にパターンを形成した状態を示す断面図である。
【図２】 参考の形態の欠陥検査用半導体基板に、パターンを設けた状態を説明する断面図である。
【図３】 参考例の欠陥検査用半導体基板と比較例の半導体基板の、レジスト膜厚に対する反射率の変化を示す特性図である。
【図４】 パターンを形成した参考例の欠陥検査用半導体基板と比較例の半導体基板の、レジスト膜厚に対するコントラストの変化を示す特性図である。
【図５】 参考例の欠陥検出用半導体基板にパターンが形成された状態を示す上面図と断面図である。
【図６】 参考例の欠陥検出用半導体基板にパターンが形成された状態を示す上面図と断面図である。
【図７】 パターンを構成する穴の内径の基準からのずれ量による検出率の変化を、参考例と従来例を比較して示す評価結果を説明する説明図である。
【図８】 絶縁膜であるシリコン窒化膜を介して配線パターンを形成した従来の半導体基板の断面図である。
【図９】 絶縁膜であるシリコン窒化膜を介して配線パターンを形成した本発明の実施例の欠陥検査用半導体基板の断面図である。
【図１０】 従来のパターンを形成した半導体基板の断面図である。
【図１１】 半導体基板に設ける一般的なパターンの形状を示す説明図である。
【符号の説明】
１ 下地膜、１０ 欠陥検査用半導体基板、１２ パターン、１３ 半導体基板、２２ 膜形成部、２３ 非膜形成、２６ 絶縁膜。
Claims (10)
- 半導体基板と、この半導体基板上に、膜形成部と非膜形成部を配置してなるパターンにおける、照射光に対する上記膜形成部と非膜形成部との下式（１）
コントラスト値＝｜Ｒ２−Ｒ３｜／（Ｒ２＋Ｒ３） ・・（１）
（式中、Ｒ２は膜形成部での反射率、Ｒ３は非膜形成部での反射率である。）
で示されるコントラストを、上記半導体基板とパターンの膜形成部とのコントラストより小さくなるようにする下地膜とを備えた欠陥検査用半導体基板。 - 膜形成部と非膜形成部とのコントラストが、照射光の膜形成部と非膜形成部からの反射光が一様と判別できる程度に小さいことを特徴とする請求項１に記載の欠陥検査用半導体基板。
- パターンを形成した請求項１または請求項２に記載の欠陥検査用半導体基板に、検査光を照射し、上記検査光の基板からの反射光の強度分布の、正規の強度分布との差により欠陥を検出する半導体基板の検査方法。
- パターンの膜厚を調整することを特徴とする請求項３に記載の半導体基板の検査方法。
- パターンは半導体基板に絶縁膜を介して形成されていることを特徴とする請求項３に記載の半導体基板の検査方法。
- 絶縁膜がシリコンの酸化膜またはシリコンの窒化膜であることを特徴とする請求項５に記載の半導体基板の検査方法。
- パターンが、レジストまたは反射防止膜であることを特徴とする請求項３に記載の半導体基板の検査方法。
- 照射光が可視光で、パターンまたは絶縁膜が可視光半透過膜であることを特徴とする請求項３ないし請求項７のいずれかに記載の半導体基板の検査方法。
- 既知の大きさの欠陥をモニターとして、パターンに作り込むことを特徴とする請求項３ないし請求項７のいずれかに記載の半導体基板の検査方法。
- 請求項１または請求項２に記載の欠陥検査用半導体基板に、既知の大きさの欠陥をモニターとして作り込んだ半導体基板検査用モニター装置。
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