JPS59216048A - 絶縁性被膜中の欠陥を検出する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［本発明の分野］ 本発明は、半導体基板表面の絶縁性被膜における損傷即
ち欠陥を非破壊的に検出するシステムに関する。特に本
発明は、絶縁性被膜におけるピンホールのような欠陥の
密度、位置及びサイズを決定可能とするテスト方法及び
装置に関する。

［背景技術］ ＶＬＳＩ装置の製造においては、１ミクロン以下程度の
特性を有するリソグラフィ・ステップが必要である。こ
れらの非常に小さな寸法許容誤差を達成するためには、
遠紫外線レジスト技術とともに、高感度及び高分解能を
提供するＥ−ビーム・リングラフィが必要である。これ
は、Ｅ−ビーム用のレジストを用いて行なわれる。この
レジストは、照射パターンの最小寸法に近い厚さで、基
板の上に形成される。このように、所定の照射量では、
レジストの厚さがその分解能を決定する主要な要因であ
るので、非常に薄いレジスタトが必要である。

１．５ミクロンを越える厚さのレジストを用いる公知の
現行プロセスに比べて、将来のサブミクロン・レベルの
プロセスの歩留りは、レジストの欠陥レベルに非常に左
右されることになる。このようなことは、レジストの厚
さが減少するにつれで欠陥密度が劇的に増加するために
、起きる。さらに、欠陥密度が増加すると、装置が損傷
する確立は指数関数的に増加する。それ故に、最終的な
装置の歩留りは、明らかに、レジストの欠陥レベルに密
接に関係している。このようなことから、サブミクロン
・レベルのプロセスでレジストを使用する半導体装置の
製造者には、レジストの欠陥の状況即ち分布を評価する
非破壊的なテスト方法が常に必要である。レジストの使
用者にとっては、デス１〜装置を実際に製造してテスト
することなく、欠陥に関係するプロセスの問題を診断可
能にするようなテストを使用できることが好ましい。レ
ジストを使用する製造者は、常時行なわれる品質管理技
術のようなテストとも両立できるようにする必要がある
。

先行技術では、種々のレジスト被膜中の欠陥を評価する
ために、種々の技術が、今日使用されている。ある公知
の品質管理システムでは、湿質食刻によって熱酸化物の
フィルム中に欠陥を移しててる。２番目の食刻によって
、下にあるシリコン基板中には、ピット（ｐｉｔ）が出
来る。欠陥密度を決めるために、食刻によって出来たピ
ットを顕微鏡で見て数える。数々のデータ及び実験によ
って、次のことがわかっている。即ち、このような手順
では、半導体リソグラフィに使用される種々のタイプの
レジストにおける高欠陥レベルト低欠陥レベルとを区別
することが、十分に行えないということである。このよ
うな光学的テスト・プロセスではレジストの品質を検査
することができないことは、次のような事実によって説
明できる。即ち、２組のレジストが、光学的なテストで
は等しい欠陥密度であると評価されても、一方の組のレ
ジストによっては、許容可能な半導体の歩留りを生じる
のに、他方の組のレジストでは、非常に低い歩留りしか
生じないということである。

光学的な品質管理テスト・システムで使用されたような
タイプのレジストにおける高欠陥密度及び低欠陥密度を
正確に区別する高感度技術が、確立されている。この高
感度技術の方法でも、湿質食刻によってレジストの欠陥
を熱酸化物のフィルム中へ移すことが行なわれる。その
後で、ウェハに形成した約２５０個の金属−酸化物一半
導体（ＭＯＳ）キャパシタを用いて、酸化物のブレーク
ダウン電圧を測定する。このＭＯＳキャパシタ技術では
、装置（キャパシタ）の歩留りが実際に測定されるので
、それ故に、テスト・レジストの実行欠陥密度がもたら
される。また５００人の厚さの無機物質誘電体層のよう
な、１μｍ以下の厚さにおける欠陥を決定することもで
きる。しかしながら、このテスト方法では、欠陥のサイ
ズ又は欠陥の位置のような他の有用な特徴についての情
゛報が、得られない。このような情報は、そのような欠
陥に関与しているレジスト物質又はプロセスの問題との
関係に於ては全く不明である欠陥発生のデータを得るの
に重要である。

ＭＯＳキャパシタ技術のさらに重要な欠点はテストが酸
化炉１．洗浄処理装置、金属蒸着装置等の利用可能性に
左右されるので、この技術は、実際に半導体装置を製造
する場所において行なわれる必要があることである。従
って、ＭＯＳキャパシタ技術のテストは、それ自体レジ
ス１−の欠陥を評価する優れた方法ではあるが、レジス
トの品質を常時モニタするには、実用的でない。

先行技術のおいては、化学的な技術を用いて非破壊的に
半導体ウェハにおける欠陥分布を明らかにする技術が、
知られている。Ｉ　Ｂ　Ｍ　ＴｅｃｈｎｉｃａｌＤｉｓ
ｃｌｏｓｕｒｅ　Ｂｕｌｌｅｔｉｎ、Ｖｏｌ、　１８、
Ｎｎ１２、Ｍａｙ１９７６、ｐｐ、４０１２には、次の
ようなシステムが示されている。即ち、ウェハの種々の
領域を照射するために、発光ダイオードのアレイを用い
て、ウェハの種々の部分における陰極電流の情報を得る
ものである。ＩＢＭ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｄｉｓｃｌ
ｏｓｕｒｅＢｕｌｌｅｔｉｎ　Ｖｏｌ、　１８、Ｎ（１
１１、Ａｐｒｉｌ　１９７６、Ｐｐ、　３６２３には、
空乏領域の分布を明らかにするために、レーザを用いて
半導体物質を走査するシステムが、示されている。この
システムにおいては、欠陥領域によって、電流の減少が
起きるので半導体の品質を把握することができる。これ
らの技術を用いて、実際のピンホール・サイズを決定す
ることは、できない。

半導体を非破壊的にテストす゛る他の技術が、米国特許
第４１２５４４０号に、示されている。この米国特許で
は半導体基板が電解物質の溶液中に浸される。この電解
溶液は、真空ホルダによって、テスト台に保持される。

半導体基板の表面は、５０乃至７５フツト・カンデラの
光度で一様に照射され、基板は、電解物質に対して５０
乃至６５Ｖの電圧レベルで負にバイアスされる。こうし
て。

電気的に活性な損傷位置において水素気体の泡が発生し
て、欠陥密度を示すことになる。従って、この先行技術
もまた、欠陥の分布を明らかにするものではあるが、し
かしピンホール・タイプの欠陥を実際に測定するもので
はない。

半導体物質が完全かどうかを決定するために、電解液の
セルを用いる他の先行技術が、米国特許第２８０５３４
７号、第３６２８　’０１７号、第３７５５０２６号、
第４０２８２０７号及び第４１８８２６７号に示されて
いる。これっの米国特許に示された種々の技術は、ピン
ホールについての位置又は密度を決定するテスト・シス
テムに関するものであるが、しかし、１回のテストでピ
ンホールについての密度、位置及びサイズに関する包括
的なデータを提供するものではない。

欠陥の分布を明らかにするばかりでなくピンホールのサ
イズをも決めるために、電解液のシステムを使用した欠
陥検出器を、絶縁被膜に用いた例が、ＩＢＭ　Ｔｅｃｈ
ｎｉｃａｌ　Ｄｉｓｃｌｏｓｕｒｅ　Ｂｕｌｌｅｔｉｎ
　Ｖｏｌ、　２０、Ｎｃｉｌ、Ｊｕｎｅ１９７７、ｐｐ
、４３２−４３３に示されている。この例では、シリコ
ン・ウェハ上の絶縁層における欠陥が、次のような信号
の電流−電圧特性を決定することにより、検出されてい
る。即ち、その信号とは、基板に接触している電気接点
ピンとともにＮａＣＱ溶液中にプラチナ電極を浸して、
絶縁層とシリコン基板との間に印加される信号である。

ＮａＣＱが電解物質として使用されるなら、光学的に評
価されることになる欠陥又は欠陥の分布が、白色のフィ
ルムのために明らかになるのであるが、このようなとき
には欠陥を装飾するメッキ効果によって、ピンホール自
体は見えるようになる。

米国特許第３９７５６８１蔓には、電極対を用いて、導
電性基板上の誘電体層の厚さを測定する技術が、示され
ている。この米国特許では、電極が管の中に設けられる
。この管には、電極が備えられていて、その開口は毛管
現象を生じる。この開口は、厚さが測定されるべき誘電
体層の表面に接触している。システムは、この導電性基
板を陽極として用いた回路になっている。システム中を
流れる電流が増加しないような、印加電圧中で最も高い
電圧の関数として、誘電体層の厚さは測定される。しか
しながら、このような技術は、欠陥についての密度及び
サイズを決定するのには容易に適用できない。

先行技術における重大な欠点は、先行技術では、非常に
薄い絶縁性被膜におけるピンホール欠陥についての数、
サイズ及び位置を決定可能にする包括的なデータが、得
られないということである。

種々の光学的な技術は時間がかかり、破壊的であり、そ
のような被膜の表面におけるピンホール欠陥の位置を正
確に決めることができないものである。その他の技術は
、必要な感度を提供できるが、処理条件に適合したター
ン・アラウンド時間を与えることはできない。さらに、
主に化学的である他の技術は、ＳｉＯ□、石英及び５ｉ
３０４のような無機物質又はレジスト又は種々の重合体
を絶縁性被膜として使用する数多くの場合には、必要な
感度を提供しない。気泡跡（Ｂｕｂｂｌｅ　ｔｒａｉｌ
）又は液晶のような技術を用いる他の公知技術も、述べ
たような先行技術と同じ欠点を有している。

［本発明の概要コ 本発明の目的は、基板表面上の絶縁性被膜における欠陥
の数、サイズ及び位置を決定可能とする非破壊的なテス
ト方法及びテスト装置を提供することである。

このような目的を有する本発明により、以下のような目
的をも達成できる。即ち、 サブミクロンの厚さの絶縁性被膜における欠陥の検出に
必要な感度及び精度を提供可能とする非破壊的なテスト
方法及びテスト装置を提供すること。

１回のテストで先行技術の欠゛点を解消して絶縁性被膜
における欠陥についての包括的なデータを提供可能とす
る非破壊的なテスト方法及びテスト装置を提供すること
。

本発明の目的は、１回のテストで絶縁性被膜における欠
陥の数、サイズ及び位置を決定する非破壊的なテスト・
システム及びテスト方法によって、達成される。本発明
は、主にサブミグロンの厚さのレジストに適用されるが
、しかし、本発明はまた。　ＳｉＯ□、石英、Ｓｉ、　
０４及び種々の重合体の被膜のような他の絶縁性被膜に
も適用することができる。本発明では、半導体の表面で
の光陰接電流が測定される。この電流は、被膜形成した
半導体を電解溶液に接触させ、金属電極に対してわずか
に電気バイアスを半導体にかけることにより、発生する
。小さく収束した白色光線を用いて、半導体表面の小さ
な領域を走査する。被膜中の欠陥のために電解液と接触
している半導体の１部分に光線が当たるときにはいつで
も、電解液中を電流が流れることになる。この電流を、
通常の電流測定技術によって、検出する。このようにし
て発生した最大電流の検出回数が、被膜中の欠陥密度に
対応する。この最大電流を検出したときの光ビームの位
置によって、対応する欠陥の位置が得られる。

この最大電流の大きさは、電解液に接触している半導体
の面積の関数となっているので、それ故に、この最大電
流の大きさから欠陥のサイズが得られる。

以下、図面を用いて、本発明の好実施例について詳細に
述べることにする。

［本発明の実施例］ まず、第１図を用いて、本発明の詳細な説明する。本発
明は、次のような原理に基づいている。

即ち、半導体に光エネルギを当てることにより、適切な
条件において、電解液により分離されている、極性を与
えられた半導体即ち極性半導体と金属電極との対の間を
流れる電流を増すことができることである。第１図では
、極性半導体即ちＰ型のＳｉウェハ１０には、例えば、
ピンホール欠陥１４．１６が存在するようなレジスト１
２が、設けである。典型的には１１□ＳＯ４であ２電解
液１８によって、レジスト１２は、覆われている。電極
対は、次のように構成されている。即ち、電解液１８中
に浸されたプラチナ電極２０と、ウェハ１０に接触した
電極２２とである。回路には、電極の他に、ＤＣ電源２
４及び電流計２６が設けである。

本発明では、走査光線２８によって、半導体のバンドギ
ャップを越える光エネルギが提供され、半導体と電解液
との界面に存在する空間電荷領域内では、電子と正孔に
分離した電荷キャリアが発生する。Ｐ型の半導体では、
光線によって発生した過剰の正孔は、次のような外部回
路に流れる。

即ち、電極２０．２２、電源２４、電流計２６並びに陰
極極性の半導体１０とである。過剰の電子は、電解溶液
中へながれる。電解溶液中では、これらの電子によって
、電気活性溶質の電器化学的な還元を容易に行なうこと
ができる。この電機化学的な還元により、結果として半
導体と電極２０との間における前記のような回路には、
電流が流れる。電流密度は、光の強さに比例する。

半導体１０がレジスト１２のような絶縁液で覆われてい
るなら、光が手伝うでんき化学的な反応がレジスト・フ
ィルム中の欠陥位置即ちピンホール１４．１６のために
照射された半導体と電解液が物理的に接触しているとこ
ろにおいてのみ、起こり得る。第１図に示すように、そ
の他の全ての位置では、何ら電気化学的な反応は起こり
得ないので、何ら電流は流れない。その上、照射光を小
さな光線に集束して、レジストを被覆した半導体の上を
走査させるなら、光線を通過させる各欠陥についての正
確な位置及びサイズを、知ることができる。こうして、
ピンホール１４のような特定の欠陥の位置及びそのサイ
ズを、定めることができるばかりでなく、この欠陥を、
位置及びサイズの両方について、欠陥１６のような他の
欠陥と、区別することができる。電流が流れる回数を検
出することにより、被膜中のピンホールの密度を、定め
ることができる。第２図にしめしたシステムは、本発明
の好実施例であり、上記のような原理に基づいている。

さて、第２図には、本発明を実施するためのシステム全
体を概略的に示している。レジストを被覆したＰ型のシ
リコン・ウェハ１０を、真空チャック３０の上に搭載す
る。真空ポンプ３２がホース３４によってチャック３０
に結合されている。

チャック３０上の静止位置にウェハ１０を維持するのに
必要な抑圧動作が、ポンプ３２によって提供される。チ
ャックの温度、それ故にウェハの温度は、循環動作する
低温浴によって、一定のレベル、好ましくは近くの周囲
の温度に保たれる。この浴は、次のような更正をなす。

即ち、水を循環させる装置３６と、チャック３０への供
給と戻しの通路を定める導管３８及び４０と、である。

こうして、チャックの基体中を通過させて水を循環させ
ることにより、ウェハの温度を安定させることができる
。

チャック３０は、Ｘ−Ｙテーブル４４を設けた顕微鏡台
４２の上に、搭載しである。テーブル４４には、Ｘ及び
Ｙの方向にサーボ機構が設けてあり、この機構によって
、例えば０．５ｍｎ／秒のような公知の速度で、チャッ
ク３０は動かされる。

代りに、同じようなＸ−Ｙ運動を達成するために、顕微
鏡台４２を直接外部のサーボ機構で駆動しても良い。チ
ャックの移動は制御されるので、ウェハ１０の予め選択
した領域が、対物レンズ５０の真下で走査される。典型
的には、顕微鏡５０には、４０倍の対物レンズが備えで
ある。光源５２からの光は、レンズ５４で集束され、プ
リズム５６で反射されて、顕微鏡の基体５８中を通るこ
とになる。対物レンズ６０によって、ウェハの表面に光
の焦点を合わせる。

従って、対物レンズの倍率及び口径の数値（ｎｕｍｅｒ
ｉｃａｌ　ａｐｅｒｔｕｒｅ）によるが、光源５２から
の光線を顕微鏡中に通して、通常直径が０．５乃至５Ｉ
ＴＩ１１である円形に照射する。第２図に示すように、
対物レンズとウェハとの間の狭いギャップに、還元作用
を有する（ｒｅｄｕｃｉｂｌｅ）溶質６２を含む電解溶
液がマイクロリットルの範囲の一定量で設けられる。電
解液は、典型的には、Ｈ２ＳＯ４の希釈水溶液である。

溶液へのでんき的接触は、対物レンズ６０に取り付けら
れたプラチナゝ・ワイヤ２０でなされる。このワイヤは
、対物レンズの真下でループにされており、対物レンズ
６０における第２接点とともにオープン・ループ６４及
び６６を形成している。このように、プラチナ・ワイヤ
２０のワイヤ・ループ６４及び６６は、でんき接点を提
供する他に、表面張力によって電解液の小滴６２を支え
ている。表面張力で支えるこのような技術は、小滴を対
物レンズについて静止させておくのに重要である。（対
物レンズに対するウェハ１０の相対的な運動が行われる
が）。従って、ウェバの運動を用意に行うことが、でき
るし、一方、同時に、電解液の接触と小滴の計上とを維
持することができる。

ＤＣ電源２４により発生される適切な電位は、ウェハが
負電位にバイアスされるように、ウェハ１０とプラチナ
電極２０との間では、２ｖに設定される。電流は、電解
液の小滴６２中を流れ、１０００Ωの抵抗体７０間の電
圧降下として測定される。この電圧を、記録装置に表示
しても良いし、又は信号処理装置７２に送っても良い。

例えば、電解液が０．５％の硫酸水である場合には、水
素イオンが還元溶質として働き、各照射されたレジスト
の欠陥位置において、陰極での水素の形成を生じる。こ
れは、以下のような反応によって示すことができる即ち
、 （１）　　Ｈ２Ｓｏ４＋Ｈ２０→Ｈ３０”Ｈ３Ｏ，−（
２）　　Ｈ３Ｏ”ｉ＋　ｅ　ｖ−）ＳｉＨ＋Ｈ２０（３
）　　ＳｉＨ＋Ｈ３０”＋ｅ。４Ｓｉ＋Ｈ２０＋↑Ｈ２
上記の反応式において、ｅｖは、価電子帯（ＶＢ）の電
子であり、ｅｃは、伝導帯（ＣＢ）の電子である。反応
式（３）に示した伝導帯電子の寄与によって１反応する
表面の面積に比例して電流が流れる。従って、このよう
にして生じる安定状態の電流は、欠陥のサイズに比例す
る。

光ビームの真下のウェハがＸ−Ｙテーブルによって動か
され、光ビームが照射ゝフィールドを通過するときには
、レジストの各欠陥によって、記録装置又はデータ処理
装置７２において、電流のピークが生じる。所与のピー
クの位置によって、レジストの対応する欠陥の正確な位
置が、示される。

このように、Ｘ−Ｙテーブルの位置の関数としてウェハ
の位置を知ることにより、（例えば、処理装置７２で制
御することにより）、電流のピーク位置を決定して、欠
陥の正確な位置を、それらの間に関係づけることができ
る。電流ピークの大きさは、欠陥のサイズに比例する。

それ故に、この゛ようなパラメータを決定することによ
り、レジストの表面全体を光ビームでサンプルすること
ができ、全ての欠陥の位置の分布を得ることができる。

典型的には、全表面を確実にサンプルするために。

種々のラスク走査パターンを使用することができる。代
りに、レジストの欠陥レベルの断面を生じるために、代
表的なより小さな位置を不連続的にサンプルしても良い
。このように、サンプルしたデータをまとめることによ
り、レジスト表面における全欠陥のモデルを作ることが
できる。

対物レンズ６０で形成する光ビームの直径は、レジスト
の欠陥密度に対応して、選択される。欠陥密度が大きい
場合には、隣接する欠陥を分離できるように、光線の直
径を小さくする必要がある。

即ち、第１図に示すように、欠陥１４と欠陥１６との間
の間隔が比較的小さいなら、１度に１つの欠陥のみにつ
いてのデータを提供する、即ち、隣接する２つの欠陥の
位置をカバーしないように、光線２８の直径をより小さ
くする必要がある。走査速度は、欠陥密度、レジストの
ぬれ特性及び電子応答時間を含む幾つかの要因に対応し
て、選択される。このパラメータは、既に十分確立され
ている校正（ｃａｌｉｂｒａｔｉｏｎ）技術によって、
最適にされる。

第３図は、前記反応式（３）に示した光が手伝う反応に
おける、距離の関数としての電流と電圧を示しである。

プラチナの陽極２ｏと電極液の小満６２とを、光陰極を
形成するシリコン・ウェハの上面にあるレジスト１２と
の界面とともに、示しである。電子のエネルギ及び正元
のエネルギと電流曲線及び電圧曲線との関係を、第３図
の下側に示しである。

さらに、第３図には、電極プロセスについてのバンド・
モデルが表わさゎている。即ち、半導体と電解液との界
面における電荷の光伝導に関するエネルギが、示されて
いる。ＣＢ及びＶＢと記した曲線は、夫々、自由に電荷
を伝導する電子の許容エネルギ・レベル（伝導帯）と、
格子結合に関係してんかを伝導することができない電子
のエネルギ・レベル（価電子帯）とを表わしている。Ｐ
型シリコンでは、電子は、小数電荷キャリアである。そ
れゆえに、ＣＢエネルギ・レベルは、比較的まばらに分
布している。熱又は光を供給することにより、ＶＢにと
どめられていた幾つかの電子が禁止帯を″飛び越える（
ｊｕ　ｍｐ　）　１７のに十分なエネルギを得て５．Ｃ
Ｂのエネルギ・レベルのようになる。この状態では、電
子は移動度を有し、電荷を伝導することができる。しか
し、Ｐ型のシリコンでは、ＶＢ内における比較的高濃度
の電子欠如（正孔）のために、自由電子が迅速に″再結
合″してそれらのＶＢエネルギ・レベルへ戻されること
になる可能性が、増す。このように、照射によって発生
した電子の電荷伝導には、負のバイアスを印加して半導
体内に局所化した正孔の空乏層が、必要である。この空
乏層の効果は、第３図では、ＣＢのエネルギ・レベルと
ＶＢのエネルギ・レベルとが、曲が６−″ことにより、
表わされている。

この曲がりによって、ＶＢの正孔は半導体と電解液との
界面から離れて移動し、それらのエネルギは最小になり
得るし、一方、電子は半導体表面の方へ移動し、それら
のエネルギは最小になり得る。

電子と正孔とを効果的に分離する場合には、再結合の確
立は減少し、電荷の伝導を促進することができる。この
ように、半導体を通して電荷を伝導するには、２つの条
件を満たさなければならない。

即ち、シリコンに負の電気バイアスを与える事と。

シリコン表面を照射することである。一定のバイアスを
印加する場合には、照射によってのみ、電流は規定され
る。

９第４図に、光電化学を用いて被膜中の欠陥を検出する
検出器（ＰＥＤ）についての第２の好実施例を、示す。

感度のより良い電子装置並びにより効果的にウェハを照
射する方法を用いることにより、この実施例は、向上が
はかられている。共通の構造部分については第１の実施
例と同じ番号が使用されている。第１及び第２の両実施
例の動作原理は、同じである。即ち、シリコン・ウェハ
１０は、液体接合のセル構造をなすフォトダイオードと
して動作するように作られる。しかしながら、第２の実
施例では、第４図に示すように、光をチョップ（ｃｈｏ
ｐ）　Ｌ／てウェハに照射することにより光電流を変調
する（迅速にオンとオフに切り換える）。これは、次の
ような回転金属円盤８０を挿入することにより、行なわ
れる。即ち、光の通路にあるその外周縁近くに、等間隔
で開口を設けたものである。チョッパは、モータ８２で
駆動する。

円盤のサイズ、その角速度並びに開口の間隔は、光が〜
９００回／秒で効果的にオンとオフに切り換えるように
、定められる。オン（明るい）期間の長さと、オフ（暗
い）期間の長さは等しい。

典型的にはタングステン・ランプである光源６４から出
た光ビームは、上記のように変調され、束の直径が約２
１１ＩＩ＋である２つの分かれた光ファイバ束８６の入
口開口に、集束される。ファイバ束について示された光
接続器は、当分野では周知である。この入射光の半分は
、ファイバ束の一方の部分を通るように向けられ、固体
のシリコン・フォトダイオード８８を照らすことになる
。このフォトダイオードは、その関係するバイアス電圧
及び負荷抵抗体（図示せず）とともに、入射変調光に応
答して、交流電圧を発生する。このａ、Ｑ、電圧信号８
９によって、フェイズロック（ロック・イン）アンプ９
０の基準チャンネルが駆動される。

光ビームの他方の半分は、ファイバ束の他方の部分を通
って、テスト基板まで導かれる。こうして、テスト基板
は、ファイバ束の直径よりもわずかに大きい円形スポッ
トの光で照射される。基板に被覆して膜中のピンホール
によって発生した信号は、ファイバ束と同軸になってい
るステンレス鋼製の陽極９４によって、検出される。こ
れらの信号は、光のチョッピング速度に等して周波数（
９０’０Ｈｚ）を有する、電圧分割器即ち負荷抵抗体９
６間のＡＣ電圧である。

基準信号（固体のフォトダイオードにより発生される）
と同じ周波数及び位相を有する、このＡＣ電圧は、フェ
イズ・ロック・アンプ９０により。

選択的に増幅される。このアンプは、ＡＣ入力の大きさ
に比例してＤＣ出力９８を生じる。この選択的に増幅す
る構成により、大変大きなＳ／Ｎ比を得ることができ、
操作速度をより早く　（約２５Ｉ１ｗＩＩ／秒にまで）
して、前のシステムよりも分解能を向上させることがで
きる。また、この大きなＳ／Ｎ比により、敏感な被膜に
対しては低い伝導率の電解液を用いることができる。こ
のような被膜は、そのような電解液を用いなければ、１
１□Ｓ０４との接触により劣化を生じるようなものであ
る。例えば、フォトレジスト層中のピンホール密度を測
定するために、イオン化されていない淡水（ぬれ作用の
ために１乃至５％のイソプロピル・アルコールを含む）
を、電解媒体として使用することができる。

第４図には、この実施例と第２図の実施例との間におけ
る重要なもう１つの相異もまた、示されている。特に、
陽極９４を備える円筒形の逆さにされたプラスチック容
器１００を用いて、電解液を閉じ込めている点が、異な
る。典型的にはステンレス鋼である陽極９４の上端部で
、ファイバ束９２を受けている。このファイバ束は、陽
極９４の中を同軸的に底端部まで伸びている。この底端
部は、ウェハ１０の表面の上鉤０．５画のところに位置
している。

第４図に示したような電解液保持キャップは、その上端
部で陽極９４に対して密封処理が施されている。このキ
ャップは、外側へじょうご状に広がった形をなし、その
中に設けられた電解液６３を毛管現象によって閉じ込め
ておくチェンバ１０２を形作っている。このチェンバの
直径は、典型的には約６ｍｍである。図示のように、基
板１０の上にプローブを位置させたときには、電解液が
表面張力によって基板表面までのギャップに埋まる。

この実施例では、陽極９４は電解液６２と電気的に接触
するし、保持キャップはプラスチックの誘電体である。

このように、陽極９４が、第２図の実施例のワイヤ・ル
ープ６４及び６６に代わっている。プラスチック製の保
持キャップによって、小滴を一様に分布させて保持する
ための、電解液を入れる安定した容器媒体が形成される
。

欠陥の分布が良く特徴付けられているレジストを使用し
た比較テストによって、本発明によるシステムの性能を
先行技術と比較することができる。

本発明によるシステムを、先針技術のＭＯＳキャパシタ
・システム及び光学的システムと比較した。

レジス！〜に関するプロセス及びテストの特定条件を表
■及び表Ｈに示す。

表１　ポジティブ・レジストのプロセスウェハ：　　　
　約６国のホウ素ドープしたシリコン、結晶方向＜１０
０＞、抵 抗率１１−２５Ω−■ 付着促進剤：　　シラン・プライマ 付着形成＝　　　１．０±０．１μｍにポジティブ・レ
ジストをスピン・コーチ ィング プリベーク二　　８５±２℃のホットプレートで３０分
間 現像：　　　　　ポジティブ・レジスト用の現像液で、
〜０．２μの厚さの未露 出レジストを除去 ポストベーク：　１３０±５℃のオーブンで３０分 表■　テスト・パラメータ ウェハ・バイアスニー２．ＯＶ 電解液：０．５％（Ｗ／Ｖ）の１１□ｓ０４水電解液の
体積：　　　１０．０μ氾 対物レンズ：　　　広角４０倍 ビーム直径：　　　　０．６５ｎ。

走査速度：　　　　　０．４＋ｎｍ／秒ウェハ当りのサ
ンプル面積：１．３０ｃＪ記録装置ルンジ：　１ｎ＋Ｖ
（０−１ｐ　Ａ）ポジティブ・レジストの組Ａ（欠陥が
多い）と組Ｂ（欠陥が少ない）とについての典型的な欠
陥密度の結果が、光学的システム、ＭＯＳキャパシタ・
システム並びに本発明による光電解システムを用いて、
得られた。それらを、表■に示す。

表■　欠陥密度（欠陥数／ｃｎｆ） 方法　　　　　　　　　　　　組Ａ　　　　　　ＭｉＢ
光学的システム　　　　　　　　　９　　　　１６Ｍ０
Ｓキヤパシタ・システム　　　＞５０＊　　　　　１５
＊光電解システム　　　　　　　　１４３　　　　　１
１＊キヤパシタの歩留りから計算した欠陥密度第５図は
、本発明によるシステムと公知のＭＯ８技術とに関する
感度の比較データを示したグラフである。表■及び■に
示したようなレジスト及び手順で、２５の例をテストし
た。第５図には。

ピンホール密度の値に類似性のあることが、明らかに示
されている。

この比較データから明らかなように、本発明による光電
解プロセスの感度は、特に多くの欠陥領域でのレジスト
の欠陥分布を予測するのに十分である。高感度に加えて
、本発明によって、利用可能な技術に重要な利点がもた
らされる。即ち、本発明によって、欠陥サイズの量的な
データが提供され、このデータは電子ビーム・リソグラ
フィにより形成された人為的な欠陥の計算に使用される
。

本発明によるシステムでは、レジスト・フィルム中の欠
陥が直ちに測定される。それ故に、食刻により酸化物膜
へ欠陥を移すことは、必要ではない。

従って、先行技術のテスト方法におけるような酸化物の
欠陥が最終結果に寄与することは、ない。

欠陥についての特徴がそのように移すことによって不明
になることはないので、欠陥の特徴付けをより良く行う
ことができる。

本発明では、プロセス・ステップが少なくて済み、従っ
て、本発明によるテスト・システムでは、現在使用され
ている先行技術に比べて、より早く結果を出すことがで
きる。本発明では、テストが非破壊的に行なわれるが、
このことは、重要である。なぜなら、そのことによって
、例えば、レジストの現像の前後、それからポストベー
ク又は食刻の後でもう一度というように、プロセスにお
ける種々の時点で、処理結果をテストできるからである
。レジストにおける欠陥を確定することについて、本発
明を説明してきたが、５ｉｎ２、ＳＬ、０４、石英又は
重合体の被覆のような他の絶縁性被覆についても、本発
明を適用することができる。

従って本発明により、絶縁膜中のピンホール欠陥につい
て、そのサイズばかりでなく数及び位置をも確定できる
非破壊的なテスト方法が達成された。本発明では、先行
技術の欠点である光学的に記録したり又は視覚的に数え
たりする煩わしい技術が不要である。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の動作原理を示すテスト時の被検出装
置の断面図、第２図は、本発明の第１実施例を示す概略
図、第３図は、電極のプロセスについてのバンド・モデ
ルを示す概略図、第４図は、本発明の第２実施例を示す
概略図、第５図は、本発明による方法と先行技術のＭＯ
Ｓキャパシタによる方法とを用いて得られたピンホール
密度の値をプロットしたグラフである。 １０・・・・半導体、１２・・・・レジスト、１４．１
６゛・・ピンホール、１８・・・・電解液、２０・・・
・プラチナ電極、２２・・・・電極、２４・・・・電源
、２６・・・・電流計、２８・・・・走査光線。 出願人　　インターナショナル・ビジネス・マシーンズ
・コーポレーション 代理人　　弁理士　　岡　　１）　次　　生（外１名） 手続補正書彷式） 昭和５９年　６月２７日 特許庁長官　若　杉　和　夫　殿 １、事件の表示 昭和５８年　特許願　第２３５２１７号２、発明の名称 絶縁性被膜中の欠陥を検出する方法及び装置３、補正を
、する省 事件との関係　　特許出願人 ４、代理人 ６、補゛正の対象 明細書全文 ７、補正の内容 別紙のとおり（内容に変更なし）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　基板の表面に設けた絶縁性被膜における前記
   表面を露出する欠陥を検出する方法であって、光を透過
   する電ｍ液を前記被膜に接触させ、前記電解液に対して
   前記基板を電気的にバイアスし、集束光線を前記被膜に
   当てて走査し、前記電解液を流れる電流の変化の大きさ
   及び回数並びに前記光線の走査位置を測定することを含
   む、絶縁性被膜中の欠陥を検出する方法。
2. （２）基板の表面に設けた絶縁性被膜における前記表面
   を露出する欠陥を検出する装置であって、光を透過する
   電解液を前記被膜に接触させる手段と、前記電解液に対
   して前記基板を電気的にバイアスする手段と、前記被膜
   に集束光線を生じる光学手段と、前記被膜を前記光線で
   走査する手段と、前記電解液を流れる電流の変化の大き
   さ及び回数並びに前記光線の走査位置を決定する手段と
   を含む、絶縁性被膜中の欠陥を検出する装置。