JP4763130B2 - 不変のコアクラスでの自動欠陥分類 - Google Patents

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Description

【0001】
(本発明の技術分野)
本発明は、物品の表面上の欠陥を自動的に分類するための方法及び装置に関する。本発明は、ミクロン以下の設計外形の高密度半導体デバイスの製造の間に半導体ウェーハのインライン検査のための特定の適用可能性を有している。
(本発明の背景)
超大規模集積に関連した高密度及び性能のための現在の要求は、ミクロン以下の外形、トランジスタ及び回路速度の増加及び信頼性の向上を必要としている。そのような要求は、非常に正確で均一なデバイスの外形の形成を必要とし、それらがまだ半導体ウェーハの形である間、頻繁に詳細な検査を含めて、代わるがわる注意深い処理監視を必要とする。
【0002】
伝統的なインライン監視技術は、検査及び再調査手順を使用し、ウェーハの表面は最初、高速でかなり低解像度の検査ツール、例えば、CCD(電荷結合素子)又はレーザのような光電変換器により走査される。その後、統計的方法は、欠陥の高い確率を有するウェーハ上の疑わしい位置を示す欠陥マップを作るために使用される。潜在的欠陥の数及び又は密度が所定レベルに達した場合には、警報が鳴らされ、潜在的な欠陥場所のより詳細な様子が保証されることを示す。この技術は、欠陥の「総密度監視」として公知であり、「総欠陥密度」と呼ばれる統計値を作る。
【0003】
欠陥密度が所定レベルに達すると、影響を受けたウェーハの再調査が保証される。再調査プロセスは、検査装置の光学部分をより高解像度に変え、又は全く異なる装置を使用することにより行われる。再調査を行うため、欠陥マップが再調査装置に与えられ、その後、それぞれの疑わしい場所の再検出及び再調査が欠陥マップに従って行われる。
【0004】
再検出と呼ばれる技術において、潜在的な欠陥場所は、同一ウェーハ上の近接した欠陥のないダイ上の比較可能な位置のような基準場所とそれぞれ比較され、欠陥の存在を積極的に決定する。より詳細な再調査手順は、その後、CCDでの走査のように、個々の欠陥場所で行われ、かなりの高解像度画像を作り、その後、パターン認識技術を使用して分析され、欠陥の種類(例えば、欠陥パターン、粒子、又は引っかき傷)を決定する。
【0005】
従って、欠陥を分類し、特定の修正動作に向け、将来の欠陥を防ぐ詳細な再調査手順は、通常、非常に多くのそのような欠陥が発生しそうな後にのみ行われる。その結果、そのような欠陥はほとんど検出できないままであり、かなりの数のウェーハが製作され、欠陥により生じた問題を示し始めるようになる。欠陥の子の遅い発見は、生産高を低下させ、製造スループットを低下させる結果となる。
【0006】
その上さらに、欠陥が分類されず、警報が起こるようになるので、警報は一定数の欠陥が恐らく起こることののみを示し、警報はまた、重要なタイプの許容可能な小量の欠陥のみが発生した時、すなわち、潜在的欠陥が修正動作を恐らく保証するであろうかどうか警報が起こる前に決定する方法がない時に、発生されてもよい。
【0007】
その上さらに、CCD等の光学デバイスはそれらの性能で制限され、欠陥のタイプを分析すると共にそれを正確に確認する。第1に、それらの画像の解像度は画素サイズにより制限される。第2に、それらは2次元画像のみを作るので、それらは欠陥の形態、又はそれがウェーハ表面上にあるのか、ウェーハの表面下にあるのかに関する多量の情報を収集することができない。第3に、引っかき傷のような一定のタイプの欠陥からの光の反射による輝度は、CCDを圧倒し、誤った欠陥数及び誤った警報を生み出すことがある。従って、再調査は、通常、手動でなされ、オペレータはそれぞれの関心の疑わしい場所を再調査する。
【0008】
最近、分類された欠陥密度を監視することは、総欠陥密度を監視するのが好ましいと認識されているので、欠陥の分類のための各種方法が導入されている。しかし、これらの方法の有効性は、同意された欠陥クラスのセットがないので減少している。特に、異なる半導体製作者は異なる欠陥を重要であると考え、そのため、異なるセットの結果クラスを使用する。その結果として、従来技術の分類方法は特定のユーザに合わせて作られる。
【0009】
従来技術の欠陥分類システムの別の問題は、それらがユーザの特定のクラスに合せて作られているので、それらは動作可能となる前にそれぞれの欠陥のクラスのために多くの例の欠陥画像を得る必要がある。その結果として、従来技術のシステムは製造ラインの開始及び立上りの間に使用することができない。
【0010】
欠陥を発生させる処理を明らかにするため、素早く、意味深長に半導体ウェーハを再調査すると共に自動的に欠陥を分類する必要性がある。この必要性は、デバイスの表面外形の密度、ダイのサイズ、層数が増加すると、 ますます重要になってきており、許容できる生産高を達成するため欠陥数を強烈に減少させる必要がある。
【0011】
欠陥の原因に相関する標準セットのクラスのための必要性もある。しかし、異なるプロセスラインはお互いに異なる欠陥に敏感であるので、各種ユーザの必要性に適応させる柔軟性を有する欠陥分類システムの必要性がさらにある。
【0012】
製造ラインの開始及び立上りの間に作動可能で、動作可能となる例の欠陥画像を必要としない自動欠陥分類システムの必要性がさらにある。
(本発明の概要)
本発明の目的は、半導体ウェーハにおいて、早く確実な欠陥の分類のための方法及び装置を供給することである。
【0013】
本発明によれば、前述した他の目的は、物品の表面上の欠陥を自動的に分類する方法により部分的に達成され、その方法は、表面を映像し、欠陥を所定数の不変のコアクラスの欠陥の1つとして分類することを含んでいる。その後、欠陥は、本発明のユーザの選択で、不変のコアクラスの少なくとも1つの任意数の異なる下位クラスの1つであると分類されてもよい。
【0014】
本発明の別の特徴は、物品の表面上の欠陥を検査する方法であり、その方法は、欠陥の画像を取得し、基準画像を得、欠陥画像と基準画像を比較し、予想の欠陥の足跡を作り、拡大欠陥画像を得、拡大基準画像を得、予想の欠陥の足跡、拡大欠陥画像及び拡大基準画像を比較し、欠陥の足跡を作ることを含んでいる。
【0015】
本発明のさらなる特徴は、上記方法のステップを実行するための装置である。
【0016】
本発明のさらなる特徴は、物品の表面上の欠陥を自動的に分類するための命令を運ぶコンピュータで読取り可能な媒体であり、命令は、実行する時に、1以上のプロセッサに上記方法のステップを行わせるように配列されている。
【0017】
本発明のさらなる目的及び利点は、当業者であれば、以下の詳細な説明から容易に明らかであり、本発明を実施するために考えられる最良の態様を単に示すことにより、本発明の好適な実施例だけが示され、説明されている。分かるように、本発明は他の異なる実施例が可能であり、その幾つかの詳細は、本発明から逸脱することなくすべて、各種明らかな箇所に修正可能である。従って、図面及び説明は、制限的ではなく、事実上、例示として考慮されるべきである。
(好適な実施例の説明)
伝統的な半導体ウェーハ検査技術は重大な欠陥を早期発見しないが、全てのタイプの欠陥の一定量が発生することを示すだけである。その上さらに、伝統的な検査技術は、欠陥を十分に詳細に分析し、欠陥源の早期積極的な確認をする情報を供給することはできない。本発明は、欠陥の自動分析を重要な範疇に供給し、早期の修正動作を取らせることにより、これらの問題と取組み、解決する。
【0018】
本発明の方法学の一定の実施例によれば、半導体ウェーハの欠陥マップが発生された後、それぞれの欠陥場所及び一致する公知の欠陥のない基準場所は走査型電子顕微鏡(SEM)により映像され、位置及び地形データを収集すると共に蓄積する。このデータは、その後、分析され、欠陥を複数(例えば、7つ)の不変のコアクラスの欠陥の1つであるとして分析し、本発明のユーザにより定義された任意数の下位クラスの1つであるとしてさらに分類される。
【0019】
図1は、本発明の方方角により行われるコアクラスへの自動欠陥分類の概念フローチャートである。欠陥1はパターン欠陥2A又は粒子欠陥2Bとして広く分類され、ウェーハ表面上の窪み及び微小引っかき傷3A、表面上の欠落パターン3B、表面上の余分なパターン3C、表面上の変形パターン3D、表面上の粒子3E、表面内に埋め込まれた粒子3F、又は表面上の粒子及び変形パターン3Gの7つの例示の不変のコアクラスの欠陥の1つにさらに配置される。任意の下位クラスは、隣接の配線パターン、小粒子、大粒子、破壊ライン、狭いパターン等の間のブリッジ(すなわち、短絡)を含んでいる。本発明の欠陥の分類は、特定のプロセスステップ又は特定部分の処理機器のようなそれらの源への欠陥の原因へのトレーシングを容易にする。
【0020】
典型的なウェーハ処理手順は、酸化物、金属、窒化物のような材料の堆積、フォトレジストの適用、フォトレジストの現像、エッチング及び又は研磨、洗浄、及び、最後の、検査及び再調査のステップを含んでいる。上述したプロセスステップのパラメータは欠陥を持ち込むことがあり、ほとんどの欠陥は異質の材料から発生する。欠陥を粒子欠陥2Bとして分類することは、異質な物質がウェーハ表面上にまだあることを意味している。そのため、欠陥が埋め込まれた粒子の欠陥3Fとしてさらに分類される場合には、これは堆積処理の前又はその間に結果が発生し、それにより、適切な修正動作を示すことを意味している。しかし、欠陥が表面上の粒子3Eとして分類された場合には、分光器の使用等により異質物質のさらなる分析が行われ、粒子の材料成分を明らかにし、その原因を追跡し、従って、欠陥の原因を正確に指摘してもよい。
【0021】
他方、特定のタイプのパターン欠陥2Aとしての欠陥の分類(すなわち、窪み3A、欠落パターン3B、余分なパターン3C、又は変形パターン3D)は、異質な材料がウェーハにもはや存在しないことを意味し、その結果だけが見られる。製造プロセスのユーザの知識に基づいて、ユーザは、例えば、窪み及び微小引っかき傷3Aは研磨処理により起こり、欠落又は余分なパターンの欠陥3B,3Cはフォトレジストの頂部上の異質物質のため起こり、又は、変形パターン3Dは湾曲及び焦点の損失を起こすウェーハ及びその支持チャックの間の粒子のような、フォトリソグラフィ問題のためであると結論付けることができる。
【0022】
欠陥が分類されると、数はそれぞれのタイプの欠陥の発生数を維持され、特定のクラスの欠陥数画所定レベルを超えた場合に、警報が起こるようになっている。従って、欠陥は正確且つ確実に分類及び監視され、処理問題の早期検出及び回復を可能にする。このタイプの情報に基づいて、本発明のユーザは欠陥数のためより厳しい閾値を設定可能である。さらに、ユーザは、それらの固有の変数(例えば、重要な処理問題が発生している時に増える特定の欠陥のタイプの傾向)又はデバイスの故障を発生させる特定の欠陥の傾向(すなわち、その「消失率」)によって、異なる欠陥タイプのための異なる警報閾値を設定可能である。
【0023】
この分類された欠陥密度のアプローチの有用性は、図2に示されており、複数のウェーハW1〜W8のための欠陥クラスA〜Gによる欠陥数を図表的に示している。欠陥の総数がほぼ一定であることが図2から分かるが、欠陥タイプDの発生は、全ての他の欠陥タイプの発生はほぼ一定であるけれども、著しく増えている。従って、ユーザは、欠陥Dがデバイス故障を引き起こす傾向がある場合には、欠陥タイプDを減らすため警報閾値を設定可能であり、又は、ユーザは、結果タイプの増加を検出するため、全ての結果タイプA〜G用の約40の欠陥で警報閾値を設定可能である。
【0024】
本発明の実施例は図3〜14bに示されている。図3に示されているように、欠陥のため検査される半導体ウェーハWは複数のパターン化された集積回路のダイ1000を有している。最初、欠陥マップは、高速検査ツール(CCD、レーザ又はSEMがこの目的のために使用されていもよい)でウェーハの表面を走査するような、伝統的な技術により作られ、その後、通常、アルゴリズム及び又はグレースケール分析を含む統計的方法を使用して、欠陥の高い可能性を有するウェーハの疑わしい位置を明らかにする。
【0025】
次に、図4A〜4Cに示されているように、再検出手順がそれぞれの検出位置で行われ、欠陥の正確な位置を決定する。伝統的なCCDスキャナー又はSEMは疑わしい欠陥位置でパターン10を映像するために使用されてもよく、その後、欠陥を有する疑わしくない同一ウェーハの近接又は他のダイの一致位置で基準パターン20と比較される。疑わしい欠陥パターン10と基準パターン20の間で相違が見出された場合には、疑わしい欠陥パターン10は欠陥であると決定され、発明の分析及び分類が始まる。
【0026】
図5は発明の方法学の第1フェーズのフローチャートであり、欠陥の全ての次の分析及び分類で使用される欠陥の「欠陥の足跡」又は詳細な画像を作り出す。ステップ100では、欠陥であると前に決定されたパターンのピクチャ110(すなわち、再検出手順からの欠陥パターン10)及びウェーハ上のその周囲領域が得られると共に蓄積される。本明細書及び特許請求の範囲で参照された全ての画像は、好ましくは、(DRAM、磁気又は光学記憶媒体のように)電子的に蓄積され、全ての開示された画像操作及び分析は、好ましくは、自動的、電子的に行われる。取得された欠陥ピクチャ110は、好ましくは、電子で衝撃を与えられたウェーハから放射された、異なる角度セクタからの電子を収集する共に複数の遠近法により欠陥及びその周囲領域の画像を発生可能なSEMにより作られている。このタイプのSEMは映像領域の地形の外形及び材料の外形の両方の高解像度映像及び測定を可能にする。そのようなSEMは、Litman等の米国特許5,644,132及びHalavee等の米国特許4,941,980に説明され、それらの全体の開示はここにインコーポレイテッドバイリファレンスされている。
【0027】
欠陥パターンの位置による基準パターンのピクチャ210は、ステップ200において、同一倍率で取得される。基準ピクチャ210は複数の欠陥のための共通のピクチャとすることができ、又は、各欠陥のための一致するものとすることができ、又は、ダイのコンピュータ援用設計(CAD)図面から得ることができる。基準ピクチャ210は、通常、再検出手順からの基準パターン20である。
【0028】
取得された欠陥ピクチャ110及び取得された基準ピクチャ210はステップ300で比較され、予想の欠陥の足跡410はステップ400で作られる。予想の欠陥の足跡410は欠陥の輪郭境界、すなわち、欠陥のみを含む欠陥回りに描かれた境界曲線である。予想の欠陥の足跡410は高品質ピクチャでなくてもよく、すなわち、それはノイズを含んでいてもよい。そのため、追加の中間ステップが行われ、欠陥を含む取得された欠陥ピクチャ110の一部分(すなわち、取得された基準ピクチャ210とは異なる取得された欠陥ピクチャ110の一部分)はステップ500で拡大され、拡大された取得欠陥ピクチャ510を作る。取得基準ピクチャ210はまた、ステップ600において、取得基準ピクチャ110の拡大領域に対応する領域で拡大される。ステップ600での拡大は、好ましくは、コンピュータで読取り可能な媒体により実行されるアルゴリズムを使用して行われ、このステップのために要求されるメモリ量を減少させ、拡大された基準ピクチャ610を作る。
【0029】
ステップ700では、予想の欠陥の足跡410、拡大された取得欠陥ピクチャ510及び拡大された基準ピクチャ610は比較されると共に細分化され、ステップ800で欠陥の足跡を作り出す。欠陥の足跡810の例は図6に示され、対応する拡大基準ピクチャ610の例は図7に示されている。
【0030】
欠陥及びそのすぐ隣りの周囲を示す図8a〜13は、発明の方法学の第2フェーズを示しており、欠陥の足跡及び基準画像の境界分析を行い、7つのコアクラスの1つで欠陥を分類する。図14a及び14bは発明の第2フェーズのフローチャートである。以下の手順は、例えば、コンピュータで読取り可能な媒体の一連の命令により、自動的に行われ、アルゴリズム的に制御される。
【0031】
図7及び図14aを再度、参照すると、最初、拡大基準ピクチャ610が分析され、ステップ1401で基準セグメント化が呼び出され、基準パターンに一致する部分610a及び基準パターンへの背景に一致する部分610bを明らかにする。
【0032】
次に、図7、8a及び14aを参照すると、欠陥ピクチャ800及び基準ピクチャ610の両方に存在する共通の境界CBが明らかにされ、欠陥の足跡810だけに存在する欠陥境界DBが明らかにされ、基準ピクチャ610に存在する基準境界RBだけ(破線)がステップ1402で明らかにされる。この情報は、基準セグメント化データ及び地形データと共に、以下のステップで分析され、7つのコアクラスの1つに欠陥を分類する。
【0033】
図8a,8b,9,10及び14aを参照すると、欠陥の足跡810〜813を分析するにおいて、ステップ1403で、図8a,8b及び9の欠陥の境界DB及び図10のDB1は開放形状(すなわち、輪又は多角形でない)を有し、そのための欠陥がパターン欠陥である(ステップ1404a)ことが決定される。
【0034】
次に、基準セグメント化データはステップ1405で調べられ、図9に示された欠陥は、そのため、ステップ1406aにおいて、欠落又は変形パターンの欠陥として分類される(すなわち、基準データのパターンデータは欠陥画像の背景として示されている)。図10のDB1に関連した欠陥はまた、欠落パターンの欠陥として分類されるであろう。その後、ステップ1406bにおいて、別の欠陥境界(すなわち、図10のDB2)が欠陥の足跡に存在するかどうかが決定される。この点では、図9の欠陥は、ステップ1406cにおいて、欠落パターンの欠陥として最終的に分類される。しかし、図10に示されているように、DB2が存在する場合には、基準セグメント化データはステップ1406dにおいて再び調べられ、DB2の欠陥は余分なパターンであると決定される。DB1が欠落パターンであると共にDB2が余分パターンであるので、図10の欠陥はステップ1406fにおいて、変形パターンの欠陥として最終的に分類される。対照的に、DB1及びDB2が共に欠落パターンである場合には、欠陥はステップ1406eにおいて、欠落パターンの欠陥として分類されるであろう。
【0035】
図14bを参照すると、基準セグメント化データは欠陥がステップ1405において余分なパターンの欠陥であることを示している場合には、それが図8a及び8bの欠陥のためであるように、欠陥の足跡810及び811はステップ1407のさらなる欠陥境界DBEの存在のためにさらに分析される。DBEが存在しない場合には、(図8aの欠陥のような)欠陥はステップ1408aにおいて余分なパターンの欠陥として分類される。その後、図10のDB2のように別の欠陥境界が欠陥の足跡に存在しているかどうかをステップ1408bにおいて決定される。そうでない場合には、図8aの欠陥はステップ1408cにおいて余分なパターンの欠陥として最終的に分類される。しかし、万一、DB2が存在した場合には、基準セグメント化データはステップ1408dにおいて再度調べられ、DB2の欠陥は余分なパターン又は欠落パターンとして決定されるであろう。DB2が余分なパターンである場合には、欠陥はステップ1408eにおいて余分なパターンとして分類され、DB2が欠落パターンである場合には、欠陥はステップ1408fにおいて変形パターンとして分類されるであろう。
【0036】
DBEが(例えば、図8bの欠陥に)存在する場合には、SEMにより集められた地形データはステップ1409において調べられ、DBEに隣接する領域の平坦度を調べ、DBEが実質的に平坦でない場合には、欠陥境界DBにより拘束された欠陥のある余分なパターンの下に粒子が埋め込まれていると決定される。その結果として、図8bの欠陥はステップ1410において粒子及び変形パターンの欠陥として分類される。他方、DBEに隣接の領域が実質的に平坦である場合には、欠陥はステップ1411において余分なパターンの欠陥として分類されるであろう。その後、別の欠陥境界DB2が欠陥の足跡に存在するかどうかが決定され、上述したように、ステップ1408b〜1408fの分析が行われるであろう。
【0037】
図11及び14aを参照すると、欠陥境界DBがステップ1403において、欠陥の足跡814でのように、閉鎖形状を有すると決定された場合には、ステップ1404bにおいて、粒子又は孤立したパターンの欠陥であると考えられ、ステップ1412において、欠陥境界DBが共通の境界CBを横切るかどうかをさらに決定する。DBが図11に示されているようにCBを横切らない場合には、欠陥は孤立した欠陥である。しかし、それがウェーハ上の余分なパターンか又は粒子のいずれかとすることができる。その分類を決定するため、地形データがステップ1413において調べられ、DBにより拘束された領域の平坦度を決定する。その領域が実質的に平坦な場合には、欠陥はステップ1414において余分なパターンの欠陥として分類される。その領域が実質的に平坦でない場合には、それはステップ1415において表面上の粒子として分類される。
【0038】
図12a及び12bは欠陥の足跡815,816を示しており、欠陥境界DBは閉鎖形状を有するが、それはステップ1412においてDBが共通の境界CB1及びCB2の2つを横切ることが決定されるであろう。そのような決定がなされた場合には、ステップ1416において、欠陥の足跡815に存在しない基準画像610の境界RBが欠陥境界DBにより横切られた2つの共通の境界CBの間にあるかどうかが次に決定される。そうである場合には、この欠陥はステップ1417において表面上の粒子として分類される。しかし、第3の共通の境界CB3が欠陥境界DB内にある場合には、この欠陥はステップ1418で埋め込まれた粒子として分類される。
【0039】
図13は窪み及び微小引っかき傷のコアクラスの欠陥の足跡817を示している。窪みはウェーハ表面の小溝である。微小引っかき傷はウェーハ表面の非常に小さい引っかき傷である。
【0040】
図13に示されているような窪み及び微小引っかき傷、及び図12a及び12bに示された粒子欠陥の検出は、好ましくは、Halavee及びLitmanに開示されているように、SEMの複数遠近法の映像技術を使用して達成される。これらの技術は、図18〜20に関連させて簡単に説明されるであろう。図18は、複数のSEM画像を使用してウェーハ構造の欠陥に関する深さ情報を決定するためのSEMリビューステーションを示している。図18のSEMリビューステーションは、粒子又は凹部のような、窪み又は微小引っかき傷のような、突出部であるかどうかを決定するのに役立つ。
【0041】
図18に示されたステーションは、検出器とも呼ばれる複数のセンサを備えている。この例示の実施例では、SEMコラム1810に関して中心に配置された第1センサ1890がある。第1センサ1890はまたコラム内検出器とも呼ばれる。左に配置された第2センサ18100及び右に配置された第3センサ18110があり、コラム外検出器とも呼ばれる。図18のステーションのステーションは、ウェーハ1830に電子ビーム1820を導くと共にウェーハ830から放射された電子1880を検出することにより、実質的に同時にステージ1850に取付けられたウェーハ830の3つの画像を取る。第1センサ1890により作られた画像は第1画像と呼ばれ、第2センサ18100からのものは第2画像、第3センサ18110からのものは第3画像と呼ばれる。しかし、これらのラベルは言語の都合だけであり、画像検出の順序又はシーケンスを包含することを意味しない。図18に示された例示のステーションは、3個の固定センサ1890,18100及び18110を有しているが、画像は同時に又は特定の順序で取る必要がないので、3個より少ない可動センサを使用し、それらを要求されるようにセンサ1890,18100及び18110を3箇所の異なる位置に移動することが可能である。
【0042】
SEM映像の性質のため、第1画像が遠近法の電子ビーム1820を有し(すなわち、直接頭上)、あたかも照明が第1センサ1890から来るかのように現れる(すなわち、直接頭上)ことが明らかにされるであろう。第2画像は第1画像と同一の遠近法を有するが(すなわち、直接頭上から見る遠近法)、あたかも照明が第2センサ18100から来るかのように現れる(すなわち、左からの照明)。第2及び第1画像のように、第3画像は同一の頭上遠近法を有するが、あたかも照明が右から(すなわち、第3センサ18110から)来るかのように現れる。
【0043】
従って、3つの画像は、欠陥1840の領域の明るくかすんだ外形に関する異なる情報をそれぞれ供給し、全ては同一の遠近法からである。従って、直接頭上からだけ見る時に平坦に現れる外形は、他の2つの画像と関連させて見ると異なって見える。欠陥が極端に小さく、そのため、幾つかの欠陥が3つの画像の1つで検出可能であることが分かるだけでよいことに注意すべきである。
【0044】
本質において、第1及び第3画像は欠陥を特徴づけるのに有用なグレースケール影を供給し、第2画像は頭上の実質的に平坦な視界を供給する。
【0045】
この複数の遠近法の映像技術の利点を評価する方法は、平坦面から突出する出っ張りを考慮することである。この出っ張りは欠陥を示す。頭上からの照明で直接頭上からこの出っ張りを見ると、出っ張りは図19(a)に描かれているように平坦なパターン又はステインとして現れてもよい。そのような結果は第1センサ1890により作られた画像から得られるかもしれない。この画像だけに基づいて、この欠陥を平坦な円、突出する出っ張り、又は穴として特徴づけるのは難しいであろう。
【0046】
第2センサ18100から作られた画像において、見る人の遠近法はまだ直接頭上であるが、照明は左から来るように見える。このような条件の下、図19(b)に描かれているように、出っ張りは左の明るい部分及び右のかすんだ部分を有するとして現れてもよい。従って、欠陥1840が突出物であり、穴ではないことが決定されてもよい。
【0047】
第3センサ18110から作られた画像では、見る人の遠近法はまだ直接頭上であるが、照明は右から来るように見える。これらの条件の下、図19(c)に描かれているように、出っ張りは右の明るい部分及び左のかすんだ部分を有するとして現れてもよい。従って、突出物として欠陥1840の決定が確認される。例えば、信頼レベルを増加させるため、第2センサから作られたグレースケールは第3センサにより作られたそれらと比較されることができる。
【0048】
他方、欠陥1840が窪みであると仮定しよう。第1センサ1890により作られた画像はまだ、図19(a)に描かれているようなものであるかもしれない。第2センサ18100により作られた画像は、図19(c)に示されているように、穴の左のより暗い領域及び右のより明るい領域を示すであろう。同様に、第3センサ8110の出力により作られた画像は、図19(b)に描かれたように、穴の右のより暗い領域及び左のより明るい領域を示すであろう。
【0049】
本発明による欠陥を分類する複数の遠近法映像の適用の例は、図20(a)〜(e)を使用して説明されるであろう。図20(a)は微小引っかき傷としての欠陥1840を有するウェーハ構造の一部分を示している。図20(b)は基準線B−Bに沿ったウェーハ構造1830の簡略断面図を示している。図20(b)に示されているように、微小引っかき傷(すなわち、欠陥1840)は、実質的に左側が壁で右側が徐々に傾斜している垂直な引っかき傷である。図20(a)はこの欠陥1840の上下端部を示し、これらは参照及び例示の容易のため簡単である。微小引っかき傷は、徐々に傾斜する端部を有していそうである。
【0050】
図20(c)はこの欠陥1840が第1センサ1890からどのように現れるかを示している。第1センサ1890のデータから供給された画像の照明が頭上からであると見える限り、影は見えず、第1センサ1890からの画像は平坦に見え、微小引っかき傷は直線形状のみであると見える。深さ情報はこの第1画像においては取得できない。
【0051】
図20(d)はこの欠陥1840が第2センサ18100からどのように現れるのかを示している。照明は左から来るように見え、従って、影は微小引っかき傷の実質的に左側の壁により生じている。影の長さ及び第2センサ18100の位置を与えて、微小引っかき傷の深さについての情報が決定可能である。
【0052】
図20(e)はこの欠陥1840が第3センサ18110からどのように現れるかを示している。照明はそのような画像の右から来るように見えるが、微小引っかき傷の徐々に傾斜する右側は影を与えない。微小引っかき傷の左側の壁の傾斜のため、第3センサ18110の出力から供給された画像は平坦に見え、欠陥1840が直線形状のみであるように見える。
【0053】
この例では、欠陥1840は実質的に直線であった。欠陥はめったにそんな簡単な構造を有すことはないであろうし、一緒に取られた3つの画像から入手可能な情報は、通常、検出し、ほとんどの欠陥を特徴づけるのに十分現れるであろう。
【0054】
要約するため、複数の遠近法の映像技術は、複数の欠陥の画像を使用して、窪み及び微小引っかき傷又は粒子の欠陥として欠陥を分類するための深さの情報を供給し、画像は同時に欠陥に関して異なる位置で異なるSEMセンサで取られる。複数の画像が比較される。複数の画像の欠陥の影の相違は深さ情報を決定するために分析される。より詳細には、分析は、欠陥が平坦か、図12a及び12bに示されているような粒子の欠陥のような突出物であるか、又は、図13に示された窪み又は微小引っかき傷等の凹部であるかどうかを決定する。
【0055】
本発明の別の実施例では、参照番号M1〜M3として図18に示されているように、モニター又はモニターのセットが供給され、センサ1890、18100及び18110により作られたそれぞれの画像の表示をユーザに供給する。第1センサ1890からの画像が他のセンサ18100,18110とは異なる情報を供給しているので、3つの異なる画像への視覚上のアクセスは有利である。
【0056】
ステーションの中央に配置された第1センサ1890は、欠陥及びその周囲領域の問題の構成に関する情報を含み、すなわち、それは異なる材料の間の影の対照により、1又は複数の異なる材料の存在の視覚上の表示を与える。例えば、2以上の材料が存在する場合、各材料は異なって陰になるので、これは可視上検出可能であろう。第2及び第3センサ18100,18110は上述したように、欠陥の地形に関する画像を作り、ウェーハ表面の出っ張り又は穴として欠陥を認識させる。全ての3つのセンサ1890,18100,18110から画像を表示することにより、ユーザは欠陥の異なる外形を見ることができ、従って、例えば、欠陥がウェーハ表面上の出っ張りであり、出っ張りが表面とは異なる材料製であることをユーザに決定させる。
【0057】
コアクラスから分割された欠陥のいろいろな下位クラスは、好ましくは、ユーザにより構成可能な「オンオフモジュール」又は「ビルディングブロック」として供給され、ユーザがそれらの処理を開発し、どのタイプの欠陥が確認及び監視のために必要か、下位クラスが追加又は削除可能かを決定する。
【0058】
例えば、図15aは「ブリッジング」として公知な欠陥のタイプを示しており、ユーザにより要求されているように、(例えば、図14bのステップ1408,1410又は1411の後)欠陥の余分なパターンのコアクラスの下位クラスとして発明の方法学により検出可能である。ウェーハ表面上の2つの分離したパターンF1,F2が余分なパターンDにより結合されるブリッジングは、完全なデバイスの短絡故障をほぼ間違いなく引き起こすであろう。そのため、このタイプの欠陥を検出するとともに分類することができるのは好都合である。欠陥の足跡818の境界分析は、欠陥の境界DBが基準画像の2つの分離した外形F1,F2のそれぞれに対応する少なくとも1つの共通の境界CBを横切り、ブリッジングとして欠陥を分類することを決定する。
【0059】
図15bは、検出可能な「破壊ライン」として公知の欠落パターンのコアクラスの別の任意の下位クラスを示し、図14gのステップ1406eの後、例えば、Litman等及びHalavee等に記載された技術を使用して、DB1及びDB2の間の領域の画像を分析することにより、欠落パターンの欠陥を検出する。換言すれば、欠落パターンを有する外形が測定され、どの程度のパターンが欠落しているかをさらに決定する。この能力の利点のさらなる例は、「狭いパターン」と呼ばれる欠落パターンのコアクラスの別の下位クラスである。図9に描かれたような、狭いパターンは電気抵抗を増加させることによりデバイス故障を発生させ、又は、デバイス性能を抑制してもよく、ユーザは欠落パターンの欠陥として明らかにされたパターンが規定された幅より狭いかどうかを決定することを望んでもよい。DB(例えば、欠陥の足跡812)回りの領域の外形を測定することにより、ユーザは残っているパターンの幅を決定し、幅が規定値以下になった場合に、狭いパターンの欠陥として欠陥を分類可能である。
【0060】
欠陥のコアクラスのさらなる下位分類(すなわち、下位クラスモジュール)は、図8a,8b又は10に示された余分なパターンの欠陥から近接パターンまでの距離を測定するように、1つのパターンから別のへの距離を測定することから発生させることができ、潜在的な短絡を明らかにし、その後、距離が規定値以下の場合には、別の下位クラスで欠陥を分類する。さらに、図11,12a及び12bに示されたような粒子の欠陥は、ユーザにより所望されたような規定領域の上又は下の「小粒子」又は「大粒子」又は粒子として測定されると共に下位分類されることができる。
【0061】
本発明の別の実施例では、ウェーハ表面は、検査下の層の色、又はSEMにより検出されるには十分大きいガラスの表面上に出っ張りを発生させないガラスの層(例えば、二酸化珪素)に埋め込まれた粒子の存在のように、SEM画像から入手できない情報を得るために任意に映像可能である。従って、追加の下位クラスのモジュールはユーザにより要求されるように追加されてもよく、ウェーハをより完全に検査する。
【0062】
発明の方法学の第3フェーズでは、欠陥マップにより示された起こり得る欠陥が再検出され、映像され、欠陥のコアクラス及び下位クラスに分類されると、数はそれぞれのクラスの欠陥総数に維持される。コアクラス又は下位クラスの特定の1つの欠陥の総数が、その特定のタイプの欠陥の所定の最小許容数にほぼ等しいか又はそれを超えた時に、警報信号が発生され、ユーザに警告してもよい。この方法では、欠陥の「クラス密度の監視」が行われ、特定の処理における故障のより早期の警告、及び修正動作のためのより短い応答時間を可能にする。
【0063】
図16は発明の方法学の第3フェーズのフローチャートである。欠陥がステップ1601でコアクラスAに分類された後、図14a及び14bに描かれた例示の方法により行われるように、コアクラスのための欠陥数はステップ1602で増加され、その後、ステップ1603で、所定数xと比較される。欠陥数がxよい多い又はそれに等しい場合には、警報信号が、ステップ1604で、例えば、ディスプレイに送られる。欠陥数がxより少ない場合には、警報信号は送られない。代わりに、警報信号は、幾つかの局面の処理を自動的に処理し、処理を調整し、将来の処理における欠陥を防止するコントロールプロセッサに警告するために使用される警告信号に置き換えられる。
【0064】
図17は本発明の実施例を示すブロック図である。コンピュータシステム1700は、バス1702又は情報を通信するための他の通信機構、及び情報を処理するためバス1702に結合されるプロセッサ1704を含んでいる。コンピュータシステム1700はまた、ランダムアクセスメモリ(RAM)又は動的記憶装置のような主記憶措置1706をも含み、それはプロセッサ1704により実行される情報及び命令を記憶するためバス1706に結合されている。主記憶装置1706はまた、プロセッサ1704により実行される命令の実行の間、仮の変数又は他の中間情報を記憶するために使用されてもよい。コンピュータシステム1700は、読み出し専用記憶装置(ROM)1708又はバス1702に結合される他の静的記憶装置をさらに含み、プロセッサ1704のため静的情報及び命令を蓄積する。磁気ディスク又は光学ディスクのような記憶装置1710が供給され、バス1702に結合され、情報及び命令を記憶する。
【0065】
コンピュータシステム1700は、バス1702を介して、陰極線管(CRT)のようなディスプレイ1712に結合されてもよく、コンピュータのユーザに情報を表示する。文字数字式及び他のキーを含む入力装置1714は、バス1702に結合され、プロセッサ1704へ情報及び命令の選択を伝達する。ユーザ入力装置の別のタイプは、マウス、トラックボール、又はカーソル指示キーのようなカーソル制御装置1716であり、プロセッサ1704に指示情報及び命令の選択を伝達し、ディスプレイ1712上のカーソルの動きを制御する。
【0066】
SEM1718は、上述したように、検査下の半導体ウェーハの画像を表示するデータをバス1702に入力する。そのようなデータは主記憶装置1706及び又は記憶装置1710に記憶されてもよく、それが命令を実行する時にプロセッサ1704により使用される。SEM1718はまた、プロセッサ1704からバス1702を介して命令を受取ってもよい。
【0067】
本発明はコンピュータシステムの使用に関し、欠陥の半導体ウェーハの表面を検査する。本発明の1実施例によれば、表面の欠陥の分類を含む半導体ウェーハの表面の検査はプロセッサ1704に応じてコンピュータシステム1700により供給され、主記憶装置1706に含まれる1以上の命令の1以上のシーケンスを実行する。そのような命令は、記憶装置のように、別のコンピュータで読取り可能な媒体から主記憶装置1706に読み込まれてもよい。主記憶装置1706に含まれる命令のシーケンスの実行は、上述した処理ステップをプロセッサ1704に実行させる。多重処理配列の1以上のプロセッサはまた、主記憶装置1706に含まれる命令のシーケンスをを実行するために使用されてもよい。代わりの実施例では、配線で接続された回路が本発明を実施するため、ソフトウェアの命令に代わって、又はそれと組合せて使用されてもよい。従って、本発明の実施例は、ハードウェア回路とソフトウェアの特定の組合せに限定されない。装置のプログラミングは図14a及び14bのフローチャートで供給されて、当業者であれば容易に達成される。
【0068】
ここで使用される「コンピュータで読取り可能な媒体」の用語は、実行のためプロセッサ1704に命令を供給することに関与する媒体に言及する。そのような媒体は、不揮発性媒体、揮発性媒体、及び伝送媒体に限定されない多くの形式を取ってもよい。不揮発性媒体は、例えば、記憶装置1710のような光学又は磁気ディスクを含んでいる。揮発性媒体は、主記憶装置1706のような動的記憶装置を含んでいる。伝送媒体は、同軸ケーブル、銅線及び光ファイバを含み、バス1702を成す配線を含む。伝送媒体はまた、無線周波数(RF)及び赤外線(IR)データ通信の間、発生されたもののような、音又は光波の形を取ることができる。コンピュータで読取り可能な媒体の通常の形式は、例えば、フロッピディスク、フレキシブルディスク、ハードディスク、磁気テープ、他の磁気媒体、CD−ROM、DVD、他の光学媒体、パンチカード、紙テープ、パターンの孔を有する他の物理媒体、RAM、PROM、及びEPROM、フラッシュEPROM、他のメモリチップ又はカートリッジ、又はコンピュータが読取り可能な他の媒体を含んでいる。
【0069】
コンピュータで読取り可能な媒体の各種形式は、実行のためプロセッサ104への1以上の命令の1以上のシーケンスを実行することを含んでいてもよい。例えば、最初、命令は遠隔コンピュータの磁気ディスクに運ばれてもよい。遠隔コンピュータはその動的記憶装置に命令をロードすると共にモデムを使用して電話線上で命令を送ることができる。コンピュータシステム1700へのモデムのローカルは電話線でデータを受取り、赤外線送信機を使用し、データを赤外線信号へ変換することができる。バス1702に結合された赤外線検出器は赤外線信号で運ばれたデータを受取ると共にデータをバス102に載せることができる。ガス1702は主記憶装置1706にデータを運び、プロセッサ1704は命令を検索し、実行する。主記憶装置1706により受取られた命令は、プロセッサ1704による実行の前又は後のいずれかで記憶装置1710に任意に記憶されてもよい。
【0070】
発明の半導体ウェーハの検出技術は、欠陥を粒子又はパターンの欠陥として別個に確実に粒子又はパターンの欠陥、及び表面上又は表面下の(埋め込まれた)欠陥として分類させる。それはこれらの意味深長に分類された欠陥の早い数量化及び通知をも供給し、それにより、欠陥の原因の調査を容易にし、早い修正動作を実行可能にする。従って、本発明は製造スループットの維持に寄与する。その上さらに、発明の方法学は、ウェーハ表面を映像し、その外形の境界分析及び又は地形測定を行うことにより欠陥を分類し、動作可能となる前にそれぞれのクラスのための欠陥画像の例を必要としない。そのため、従来技術の欠陥の分類とは異なり、本発明は製造ラインの開始及び立上がりの間に使用可能である。
【0071】
本発明は半導体ウェーハの検査に適用可能であり、ミクロン以下の設計外形の高密度半導体デバイスの製造の間、半導体ウェーハの製造過程の検査に特に有用である。
【0072】
本発明は、伝統的な材料、方法学及び機器を使用することにより実施可能である。従って、そのような材料、機器及び方法学の詳細はここには詳細に示されていない。以前の説明では、本発明の完全な理解を供給するため、特定の材料、構造、化学、処理等のような、非常に多くの特定の詳細が示されている。しかし、当業者であれは認識されるように、本発明は、特に示された詳細に頼ることなく実施可能である。他の例では、本発明を不必要に不明確にしないように、公知の処理構造は詳細に説明されていない。
【0073】
本発明の好適な実施例だけ及びその多用途の数例が、本明細書に示され、説明されている。本発明は各種他の組合せ及び環境での使用が可能であり、ここに説明されたような発明の概念の範囲内の変更又は修正が可能であることが理解されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による欠陥の分類の概念のフロチャートである。
【図2】本発明により実施された欠陥クラスによる欠陥数を図表的に示している。
【図3】本発明を使用して検査される半導体ウェーハを示している。
【図4A】本発明により検査される欠陥の画像の表示である。
【図4B】本発明により検査される欠陥の画像の表示である。
【図4C】本発明により検査される欠陥の画像の表示である。
【図5】本発明により方法の第1フェーズの連続ステップを示すフローチャートである。
【図6】本発明を使用することにより分析される欠陥の足跡の表示である。
【図7】図6の欠陥に一致する基準画像の表示である。
【図8a】本発明を使用して分析される欠陥の表示である。
【図8b】本発明を使用して分析される欠陥の表示である。
【図9】本発明を使用して分析される欠陥の表示である。
【図10】本発明を使用して分析される欠陥の表示である。
【図11】本発明を使用して分析される欠陥の表示である。
【図12】本発明を使用して分析される欠陥の表示である。
【図13】本発明を使用して分析される欠陥の表示である。
【図14a】本発明による方法の第2フェーズの連続ステップを示すフローチャートである。
【図14b】本発明による方法の第2フェーズの連続ステップを示すフローチャートである。
【図15a】本発明を使用して分析される欠陥の表示である。
【図15b】本発明を使用して分析される欠陥の表示である。
【図16】本発明による方法の第3フェーズの連続ステップを示すフローチャートである。
【図17】本発明の実施例を示すブロック図である。
【図18】本発明を実行するために使用されるSEMレビューステーションの概略図である。
【図19(a)】図18の装置のセンサを使用して欠陥が再調査される方法を示している。
【図19(b)】図18の装置のセンサを使用して欠陥が再調査される方法を示している。
【図19(c)】図18の装置のセンサを使用して欠陥が調べられる方法を示している。
【図20(a)】検査されるウェーハの表面上の微小引っかき傷を示している。
【図20(b)】線B−Bに沿って切断された図20(a)のウェーハの断面図である。
【図20(c)】図18の装置のセンサを使用して微小引っかき傷が調べられる方法を示している。
【図20(d)】図18の装置のセンサを使用して微小引っかき傷が調べられる方法を示している。
【図20(e)】図18の装置のセンサを使用して微小引っかき傷が調べられる方法を示している。

Claims (17)

  1. 物品の表面の欠陥を自動的に分類する方法であって、
    走査型電子顕微鏡で前記表面を映像し、
    前記欠陥を所定数の不変のコアクラスの欠陥の1つであるとして分類し、
    前記コアクラスのそれぞれの欠陥の総数を決定し、
    前記コアクラスの特定の1つの欠陥の総数が第1の所定数に等しいか、又はそれより多い時に、警報信号を発生することを少なくとも含み、
    前記コアクラスの欠陥は、前記表面上の欠落パターン、前記表面上の余分なパターン、前記表面上の粒子、前記表面に埋め込まれた粒子、及び前記表面上の微小引っかき傷を含んでいることを特徴とする方法。
  2. 前記欠陥を、前記不変のコアクラスの少なくとも1つの任意数の異なる下位クラスの1つにあると分類することをさらに含む請求項1に記載の方法。
  3. 前記物品の表面上の複数の欠陥を分類し、
    それぞれの前記下位クラスの欠陥の総数を決定する、
    ことを含む請求項2に記載の方法。
  4. 前記下位クラスの特定の1つの欠陥の総数が第2の所定数にほぼ等しいか、又は、それより多い時に、警報信号を発生することを含む請求項3に記載の方法。
  5. 物品の表面上の欠陥を自動的に分類するための命令を記録したコンピュータで読取り可能な媒体であって、前記命令は、実行する時に、1以上のプロセッサに、
    走査型電子顕微鏡で前記表面を映像し、
    前記欠陥を所定数の不変のコアクラスの欠陥の1つとして分類し、
    前記コアクラスのそれぞれの欠陥の総数を決定し、
    前記コアクラスの特定の1つの欠陥の総数が第1の所定数にほぼ等しいか、又はそれより多い時に、警報信号を発生させる、
    ステップを行わせるように配列されており、
    前記コアクラスの欠陥は、前記表面上の欠落パターン、前記表面上の余分なパターン、前記表面上の粒子、前記表面に埋め込まれた粒子、及び前記表面上の微小引っかき傷を含んでいることを特徴とするコンピュータで読取り可能な媒体
  6. 前記命令は、実行する時に、前記1以上のプロセッサに、前記欠陥が、任意に定義された欠陥の前記不変のコアクラスの少なくとも1つの任意数の下位クラスの1つにあるとして分類するステップを行わせるように配列されている請求項5に記載のコンピュータで読取り可能な媒体。
  7. 前記命令は、実行する時に、前記1以上のプロセッサに、
    前記物品の表面上の複数の欠陥を分類し、
    前記下位クラスのそれぞれの欠陥の総数を決定する、
    ステップを行わせるように配列されている請求項6に記載のコンピュータで読取り可能な媒体。
  8. 前記命令は、実行する時、前記下位クラスの特定の1つの欠陥の総数が第2の所定数にほぼ等しいか、又はそれより多い時に、前記1以上のプロセッサに、警報信号を発生するステップを行わせるように配列されている請求項7に記載のコンピュータで読取り可能な媒体。
  9. 前記命令は、実行する時に、前記1以上のプロセッサに、複数のスペースドアパート(spaced-apart)検出器を使用して複数の画像を取得することにより映像するステップを行わせるように配列されている請求項5に記載のコンピュータで読取り可能な媒体。
  10. 前記命令は、実行する時に、前記検出器に電子を収集させることにより前記1以上のプロセッサに前記画像を取得させるように配列されている請求項9に記載のコンピュータで読取り可能な媒体。
  11. 物品の表面上の欠陥を分類するための装置であって、
    前記欠陥の画像と基準画像を作り出す走査型電子顕微鏡(SEM)と、
    前記欠陥画像と前記基準画像を蓄積する記憶装置と、
    前記欠陥画像と前記基準画像を比較するコンパレータと、
    前記欠陥を欠陥の所定数の不変のコアクラスの1つであるとして分類するプロセッサと、
    前記コアクラスのそれぞれの欠陥数を数える第1カウンタと、
    前記コアクラスの特定の1つの欠陥の総数が第1の所定数にほぼ等しいか、又はそれより多い時に、警報信号を発生する第1信号発生器と、
    を備え、
    前記コアクラスの欠陥は、前記表面上の欠落パターン、前記表面上の余分なパターン、前記表面上の粒子、前記表面に埋め込まれた粒子、及び前記表面上の微小引っかき傷を含んでいることを特徴とする装置
  12. 前記記憶装置はデジタル記憶装置である請求項11に記載の装置
  13. 前記欠陥を、任意に定義された欠陥の前記不変のコアクラスの少なくとも1つの下位クラスの任意数の1つであるとして分類するプロセッサをさらに備えている請求項11に記載の装置。
  14. 前記下位クラスのそれぞれの欠陥数を数える第2カウンタと、前記下位クラスの特定の1つの欠陥の総数が第2所定数にほぼ等しいか、又はそれより多い時に、警報信号を発生する第2信号発生器とをさらに備えている請求項13に記載の装置。
  15. 複数のスペースドアパート検出器と、前記複数の検出器により作られた画像を表示するモニタとをさらに備えている請求項11に記載の装置。
  16. 前記SEMはSEMコラムを備え、前記複数の検出器の第1のものはSEMコラム内に配置され、前記複数の検出器の第2のものは前記SEMコラム外に配置されている請求項11に記載の装置。
  17. 前記第1検出器により作られた画像を表示する第1モニタと、前記第2検出器により作られた画像を表示する第2モニタとをさらに備えている請求項16に記載の装置。
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