JP4903469B2 - 欠陥検出方法 - Google Patents

Description

本発明は欠陥検出方法に関するものであり、特に、半導体ウェハプロセスにおける導電体パターンの形成工程における断線、短絡、或いは、ビア欠損等の欠陥をヴォルテージコントラストにより検出する際に、欠陥の主要部を確実に解析するための構成に特徴のある欠陥検出方法に関するものである。

高集積化した半導体装置を高歩留まりで製造するためには、製造工程のどこでどの程度の短絡や断線などの実欠陥が発生しているかを把握し、実欠陥を多く発生させ製品の歩留まりを低下させている製造装置のメンテナンスを的確に行うことが重要となる。

半導体集積回路における多層配線間のコンタクト部分の不良の発生率の正確な把握にはそのコンタクトチェーン部分の電気的特性を観察する必要がある。

これは、欠陥が同一層内の配線の場合には配線加工途中で回路全体が基板表面に露出しているため、各種の光学的欠陥検査手法を利用しやすいが、多層の配線間を接続するコンタクトホールが関与する不良の場合には欠陥箇所が表面から見えない場合もあるためである。

このようなコンタクトチェーンの電気的検査方法には、一般には配線に直接電極を接続する方法と、ＶＣ（ヴォルテージコントラスト）検査を利用する方法がある。
このうち、直接電極を接続する方法は製造工程途中で実施することはいくつかの困難を伴い、一般にはウェハープロセスが完了した段階で一括して行われる。
この場合、検査結果から製造ラインへのフィードバックには大きな時間差があり、その結果は製品の出来の判断材料に留まっている。

一方、ＶＣ検査を行う方法では製造工程途中で製品表面に非接触で行えるため、近年利用され始めており、このＶＣ検査によるコンタクトチェーンの検査は一般に短冊状のパターンを用意し、指定領域を検査して行われる。
このＶＣ検査法は、比較的広い領域を比較的短時間で検査できるというメリットを持っている。

ここで、図６及び図７を参照して、ヴォルテージコントラストの概念を説明する。
図６参照
図６はヴォルテージコントラストの概念的説明図であり、ビア５５を介して基板５１にＧＮＤコンタクトする絶縁膜５２に埋め込まれた配線５３ではＳＥＭ観察時に照射される電子線の電荷はビア５５を通って基板５１側に流れるが、コンタクトしていない配線５４は電荷が蓄積されるため周辺と電位が変化する。
この電位変化は二次電子収量に影響を与えるため、図のようにＳＥＭ像にコントラストが生じることを利用するものである。

図７参照
図７は、配線の一部に切断が生じた場合のヴォルテージコントラストの概念的説明図であり、ビア５５に接続している配線５６の一部に欠陥５７が生じて断線した場合には、ビア５５に接続している配線部分５６a とそこから切断されている配線部分５６b とではヴォルテージコントラストに差が付くことになる。
この場合、断線が生じた欠陥５７の先から一方に伸びる長いヴォルテージコントラストとして検出される。

従来は、人間がマニュアル作業により、このＳＥＭ像における一方に伸びる長いヴォルテージコントラストの付いた部分を探し画面の中央に移動させたのち、倍率を拡大してイメージを取得している。

図８参照
図８は、欠陥部を画面の中央に移動させた低倍率画像の説明図であり、検出信号が強く検出された所は低倍率画像６０において濃い色で示しており、欠陥パターン６１の核となる先端部６２における検出信号が強くなっている。
特表２００４−５０１５０５号公報

しかし、人間のマニュアル作業では膨大な工数がかかるという問題があり、特に、高集積度化が進むにつれて、パターンが微細になるとともに、パターン数が増え、それにともなって観察すべき欠陥数も増大するため、多大な工数が発生するという問題がある。

一方、ＳＥＭに備わっている自動検出機能を用いることによって、欠陥パターンの検出は可能であり、それによって、工数は大幅に軽減されるが、この自動検出機能を用いた欠陥検出では、 欠陥の核となる先端を捕まえることができないという問題があるので、図９を参照して説明する。

図９参照
図９は、自動検出機能を用いた欠陥検出の問題点の説明図であり、左図に示すように自動検出機能により低倍率での欠陥パターンの検出がなされる。

次に、実際に欠陥パターンの欠陥原因を解析するためには低倍率画像６０における欠陥パターン６１を拡大して観察する必要があるが、自動検出機能を用いた場合には、まず、欠陥パターン６１の重心６３を自動的に求めて、右図に示すようにこの重心６３が中央部になるように拡大することになる。

この場合、欠陥パターン６１の形状（長さ）や倍率にもよるが、欠陥の核となる先端部６２が拡大画像６４からはみでてしまうため、欠陥の主要原因部となる先端部６２の観察ができなくなるという問題がある。

この先端部を観察するためには、倍率を落とせば良いが、そうすると正確な欠陥原因の把握が困難になるという問題がある。
一方、高倍率画像において、マニュアル作業により先端部を画像の中心部に移動させることも可能であるが、そうすると上述のように工数が膨大になり、欠陥の原因究明に時間がかかるという問題がある。

また、ＳＥＭに装備された自動欠陥検出装置を用いて欠陥を検出することも可能であるが、その場合には規格化されたラインアンドスペースパターン等のテンプレートなどの型に嵌まった検出しかできないという問題がある。

例えば、製造プロセスによりパターン幅等が設計値から大幅にずれた場合には欠陥を検出することができず、導電体パターンのライン寸法、ピッチに関係なく同一の検出方法で欠陥検出を行うことができないという問題がある。
さらに、ＳＥＭに装備された自動欠陥検出装置を用いた場合には、連続したコンタクトホールの欠陥検出ができないという問題がある。

したがって、本発明は、簡単な工程により欠陥の核となる先端部を検出し、検出した先端部を拡大して原因を究明することを目的とする。

図１は本発明の原理的構成図であり、ここで図１を参照して、本発明における課題を解決するための手段を説明する。
図１参照
上記課題を解決するために、本発明は、欠陥検出方法において、導電体パターン２を形成したウェハ１に電子ビーム３を照射して形成されるヴォルテージコントラストにより欠陥を検出し、検出画像から導電体パターン２の欠陥部４を検出する際に、欠陥部４の核となる部分を機械的に検出する工程を有し、前記欠陥部４の核となる部分を機械的に検出する工程が、前記導電体パターン２の内の長軸方向と異なった方向に電子ビーム３を走査して欠陥の存在する導電体パターン要素を検出したのち、前記検出した導電体パターン要素の長軸方向に沿って電子ビーム３を走査する工程であることを特徴とする。

このように、欠陥部４の核となる部分を機械的に検出する工程を設けることにより、欠陥部４を任意の倍率に拡大して観察する際に、欠陥部４の核となる部分、即ち、先端部５を確実に拡大画像７、即ち、観察画像の中央部に取り込むことができ、それによって、マニュアル作業を必要とせず、したがって、工数をかけずに迅速な欠陥原因の究明が可能になる。

また、欠陥検出においては、ＳＥＭに備わった自動検査機構のテンプレートを用いていないので、導電体パターン２のデザインルールに依存せず、パターン形状がライン形状で有ってもホール形状であっても同じ検出方法で検出し観察することができる。

また、製造プロセスの影響により、ラインの太さやピッチが設計値から大幅にずれた場合にも、多くの工数を要することなく精度の高い欠陥検査を行うことが可能になる。

この場合、ヴォルテージコントラストを検出する工程として、従来の欠陥検査工程と同様に、導電体パターン２の内の長軸方向と異なった方向（ｘ方向）に電子ビーム３を走査して欠陥の存在する導電体パターン要素を検出したのち、検出した導電体パターン要素の長軸方向（ｙ方向）に沿って電子ビーム３を走査しているので、２度の走査工程によって欠陥の（ｘ，ｙ）座標を取得することができる。

また、取得した低倍率画像６から欠陥部４の核となる部分を検出する場合には、電子ビーム３照射レビュー装置を用いた自動検出工程を用いても良く、検出画像におけるピクセルの濃淡を一方向に走査することによって欠陥部４の核となる部分を精度良く検出することができる。

また、欠陥部４の核となる部分を検出した後は、検出した欠陥部４の核が中心部になるように画像を拡大して欠陥部４の観察を行うことが望ましく、それによって、精度良く欠陥の原因を究明することが可能になる。

本発明によれば、従来自動で検出できなかったヴォルテージジコントラストの核の部分を正確に、工数をかけず観察することができるようになり、それによって、ウェハプロセスで、最終検査の電気特性検査まで行かなくてもある程度の歩留まり予測を行うことが可能になる。

また、ＳＥＭの自動欠陥検査機構のテンプレートを使用していないので、導電体パターンのデザインルールに依存せず、パターン形状がライン形状で有ってもホール形状であっても、さらには、ラインの太さやピッチが設計値から大幅にずれた場合にも、多くの工数を要することなく精度の高い欠陥検査を行うことが可能になる。

本発明は、まず、
・導電体パターンの内の長軸方向と異なった方向（ｘ方向）に電子ビームを走査して欠陥の存在する導電体パターン要素を検出したのち、検出した導電体パターン要素の長軸方向（ｙ方向）に沿って電子ビームを走査してヴォルテージコントラストから欠陥を検出する。

次いで、
・取得したコントラスト画像から、電子ビーム照射レビュー装置を用いてコントラスト画像におけるピクセルの濃淡を一方向に走査することによって、欠陥部の核となる部分を機械的に自動的に検出する。

最後に、
・検出した欠陥部の核となる部分が中心となるようにコントラスト画像を検査に必要な任意の倍率に拡大して、検出した欠陥部の核となる部分を精査して欠陥の原因を究明するものである。

ここで、図２乃至図５を参照して、本発明の実施例１の欠陥検査方法を説明する。
図２参照
図２は、低倍率の欠陥画像の取得方法の説明図であり、まず、上図に示すように、ウェハ１０に設けたＬ＆Ｓパターンを電子ビーム１６によってｘ方向に走査してヴォルテージコントラスト画像を取得する。

この時、各ラインパターン１１，１２が図に上方でビアと接続していると仮定し、ラインパターン１２が欠陥部１３によって断線しているとすると、電子ビーム１６の照射によりラインパターン１２の欠陥部１３より下側のライン要素１４に電荷が蓄積して濃いコントラスト像が得られるので、欠陥部１３のｘ座標を取得することができる。
なお、ラインパターン１２の欠陥部１３より上側のライン要素１５及び他のラインパターン１１は、ビアに接続しているので帯電が生じず、淡いコントラスト像にはなる。

次いで、ウェハ１０を９０°回転させたのち、第１のスキャン工程で取得したｘ座標を基にして、ラインパターン１２の長軸方向（ｙ方向）を電子ビーム１７で走査することによって、ヴォルテージコントラスト画像を取得する。

この時、上述のように、電子ビーム１７の照射によりラインパターン１２の欠陥部１３より左側にくるライン要素１４に電荷が蓄積して濃いコントラスト像が得られ、一方、右側にくるライン要素１５はビアに接続しているので帯電が生じず、濃いコントラスト像にはならないので、その境界をｙ座標とすることによって、欠陥パターンとなるライン要素１４の大まかな位置を（ｘ．ｙ）として取得することができる。
次いで、この（ｘ，ｙ）座標から、低倍率の欠陥画像を自動的に表示する。

図３参照
図３は、このようにして取得した低倍率の欠陥画像の説明図であり、この低倍率の欠陥画像から電子ビーム照射レビュー装置を用いて欠陥パターンとなるライン要素１４の先端部の欠陥部１３の位置を自動的に取得する。

図４参照
図４は、電子ビーム照射レビュー装置を用いた欠陥部の位置の取得方法の説明図であり、１ピクセル分毎自動的に走査して、画像の濃淡を検出する。
なお、ここでは、欠陥パターンとなるライン要素１４の短軸方向に走査を行う。

例えば、図の下側から走査を始めると、走査ラインに存在するピクセル１８のうち、画像の中央で連続した３ピクセル分が濃部として検出され、欠陥パターンとなるライン要素１４の一部であると認識される。
次いで、この走査ラインを順次上方へ移動させていくと、ライン要素１４の先端部の欠陥部１３の上端部において１ピクセル分だけが濃部として検出され、それ以降は全て淡部として検出されることになる。
したがって、最後に濃部として検出したピクセル１９の位置が欠陥部１３の先端部となる。

図５参照
次いで、図に示すように、検出した欠陥部１３の先端部の位置座標が画像の中央部となるように、ＳＥＭ画像を拡大して表示し、この拡大したＳＥＭ画像を観察することによって、欠陥の発生原因を究明する。

この本発明の実施例１においては、取得した低倍率のコントラスト画像に基づいて、自動的に欠陥の先端部を検出したのち、画像を任意の倍率に拡大しているので、倍率の如何に拘わらず欠陥の核となる先端部を常に画像の中央部に位置させることができ、それによって、多くの工数を要することなく精度の高い欠陥原因の究明が可能になる。

また、ＳＥＭに装備された自動欠陥検査装置のテンプレートを用いていないので、パターンルールに依存しない欠陥検査が可能になり、任意のパターン、任意の線幅、任意のピッチの導電体パターンの欠陥の検査を同じ手法で行うことができる。

以上、本発明の実施例を説明してきたが、本発明は実施例に記載した条件・構成に限られるものではなく、各種の変更が可能であり、例えば、実施例においては、Ｌ＆Ｓパターンの検査工程として説明しているが、Ｌ＆Ｓパターンの検査工程に限られるものではなく、連続して一列に設けたビアホール等の検査工程にも適用されるものである。

本発明の活用例としては、半導体製造プロセスにおける配線パターンの欠陥検出が典型的なものであるが、超伝導デバイスや強誘電体光デバイス等の他のデバイス製造プロセス、液晶パネル或いは有機ＥＬ表示パネル等の製造プロセス、さらには、インターポーザ或いはプリント配線基板等の実装配線基板の製造プロセスにおける欠陥検出にも摘要されるものである。

本発明の原理的構成の説明図である。 本発明の実施例１の欠陥検査方法における低倍率の欠陥画像の取得方法の説明図である。 取得した低倍率の欠陥画像の説明図である。 電子ビーム照射レビュー装置を用いた欠陥部の位置の取得方法の説明図である。 拡大画像の説明図である。 ヴォルテージコントラストの概念的説明図である。 配線の一部に切断が生じた場合のヴォルテージコントラストの概念的説明図であ る。 欠陥部を画面の中央に移動させた低倍率画像の説明図である。 自動検出機能を用いた欠陥検出の問題点の説明図である。

符号の説明

１ ウェハ
２ 導電体パターン
３ 電子ビーム
４ 欠陥部
５ 先端部
６ 低倍率画像
７ 拡大画像
１０ ウェハ
１１ ラインパターン
１２ ラインパターン
１３ 欠陥部
１４ ライン要素
１５ ライン要素
１６ 電子ビーム
１７ 電子ビーム
１８ ピクセル
１９ ピクセル
５１ 基板
５２ 絶縁膜
５３ 配線
５４ 配線
５５ ビア
５６ 配線
５６a 配線部分
５６b 配線部分
５７ 欠陥
６０ 低倍率画像
６１ 欠陥パターン
６２ 先端部
６３ 重心
６４ 拡大画像

Claims (3)

1. 導電体パターンを形成したウェハに電子ビームを照射して形成されるヴォルテージコントラストにより欠陥を検出し、検出画像から導電体パターンの欠陥部を検出する際に、欠陥部の核となる部分を機械的に検出する工程を有し、
   前記欠陥部の核となる部分を機械的に検出する工程が、前記導電体パターンの内の長軸方向と異なった方向に電子ビームを走査して欠陥の存在する導電体パターン要素を検出したのち、前記検出した導電体パターン要素の長軸方向に沿って電子ビームを走査する工程である
   ことを特徴とする欠陥検出方法。
2. 前記検出画像から導電体パターンの欠陥部の核を検出する工程が、電子ビーム照射レビュー装置を用いた自動検出工程であることを特徴とする請求項１に記載の欠陥検出方法。
3. 前記検出した欠陥部の核が中心部になるように画像を拡大して、前記欠陥部の観察を行う工程を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の欠陥検出方法。

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