JPWO2014076831A1 - 半導体検査装置、及び荷電粒子線を用いた検査方法 - Google Patents

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Abstract

ＳｉＣ基板およびエピタキシャル層に形成された、表面凹凸、ステップバンチング、貫通刃状転位、貫通らせん転位、基底面転位、積層欠陥を高精度に検出し、分類する検査装置、およびシステムを実現する。荷電粒子線を用いた検査装置において、試料と対物レンズの間に電極を設け、電極に正または負の電圧を印加し、画像を取得できる装置を用いる。二次電子放出率を測定し、荷電粒子のエネルギＥＬ、ＥＨを定める。まず、ＥＨかつ正電位条件で画像を取得する（第１画像）。次に、ＥＬかつ負電位条件で画像を取得する（第２画像）。次に、第２画像と同一場所で、ＥＬかつ正電位条件で画像を取得する（第３画像）。

Description

本発明は、半導体検査装置、及び荷電粒子線を用いた検査方法に関する。特に荷電粒子線を用いた半導体検査装置において、単結晶基板、特に炭化珪素基板および炭化珪素基板上に形成されたエピタキシャル層の欠陥を検出し、判別する検査技術に関する。
半導体基板を用いて形成された半導体素子において、半導体基板の凹凸などの形態欠陥や転位や積層欠陥などの結晶欠陥は、デバイスの性能、歩留まり、信頼性に大きく影響を与える。特に、電力制御用半導体素子に使われている炭化珪素基板には、形態欠陥や結晶欠陥が含まれており、半導体素子作製前に基板の欠陥を検査することは極めて重要である。よって、検査は非破壊で行い、検査によって、素子作製に影響を与えないことが条件となる。
上述した基板の材料には、炭化珪素基板と窒化ガリウム基板が用いられることが多い。炭化珪素基板は、炭化珪素基板または、炭化珪素基板に炭化珪素エピタキシャル膜が形成された基板が用いられることが多い。また、窒化ガリウム基板は、珪素基板にエピタキシャル成長させた基板が用いられることが多い。そして、炭化珪素基板または窒化ガリウム基板においても上記の形態欠陥、結晶欠陥を検査することは重要である。以下、炭化珪素基板の欠陥検査についての背景技術を述べる。なお、特に言及しなければ窒化ガリウム基板においても同様である。
次に、形態欠陥を検査する方法として、微分干渉顕微鏡やレーザ散乱方式の光学的検査法が知られている。この方法は、結晶欠陥であっても表面の形態に特徴があれば検査することができる（特許文献１参照）。また、結晶欠陥を検査する方法として、Ｘ線トポグラフィや透過電子顕微鏡法、エッチピット法が知られている。ただし、透過電子顕微鏡法とエッチピット法は、基板を破壊する検査法であり、非破壊基板検査に用いることはできない。また、光にて検出する方法の場合、解像度は、光の波長限界の制約を受けることになる。
特開２０１１−２１１０３５号公報
炭化珪素などの単結晶基板およびエピタキシャル層が形成された単結晶基板を用いた半導体素子などの装置おいて、装置の性能、歩留まり、信頼性を向上させるためには、表面の凹凸欠陥、ステップバンチングなどの形態欠陥や、貫通転位、積層欠陥などの結晶欠陥を高精度に検出し、分類して検査する必要がある。光学的な方法による欠陥検査は、形状的異常による信号である。
前述したように、特許文献１のように結晶欠陥においても形状異常があれば検出できるが、形状異常のない場合は検査することはできない。透過電子顕微鏡法やエッチピット法は、結晶欠陥を高感度、高解像度で検査できるが、検査のために試料を加工し、もしくは、薬液に浸食させてエッチングするため、非破壊で検査できない問題がある。
本発明の目的は、凹凸欠陥やステップバンチングなどの形態欠陥、貫通らせん転位、刃状転位、基底面転位などの形態欠陥や結晶欠陥を非破壊で計測できる検査装置を提供することにある。
本願発明の半導体検査装置は、荷電粒子線を発生させる荷電粒子銃と、前記試料を支持する試料ホルダと、前記荷電粒子線を試料面に対して走査させる偏向部と、前記荷電粒子線が前記試料に照射されることにより発生する二次電子を検出する検出器と、前記検出器からの出力を画像として処理する画像処理部と、前記試料の電位を制御する試料電位制御部と、前記試料と対物レンズとの間に設けられた対向電極と、前記試料の電位を基準とした正または負の電位を、前記対向電極へ印加する電源部と、前記荷電粒子線及び前記二次電子の電流量に基づき、二次電子放出率を算出する放出率算出部と、前記算出部の出力に基づき、前記二次電子放出率が１よりも大きくなる第１の入射エネルギと、前記二次電子放出率が１よりも小さくなる第２の入射エネルギとを算出するエネルギ算出部と、前記試料における測定条件により、前記第１または第２の入射エネルギと前記対向電極への前記正または負の電位の印加とを制御する制御部と、を有する。
また、本願発明の検査方法は、単結晶基板、もしくはエピタキシャル層が形成された基板の検査をする検査方法であって、前記基板の電位を基準とした正または負の電位を、前記基板と対物レンズとの間に設けられた対向電極へ印加する第１ステップと、前記荷電粒子線及び前記二次電子の電流量に基づき、二次電子放出率を算出する第２ステップと、前記二次電子放出率が１よりも大きくなる第１の入射エネルギ、または前記二次電子放出率が１よりも小さくなる第２の入射エネルギ、を決定する第３ステップと、前記試料における測定条件により、前記第１ステップにおける前記正または負の電位、かつ前記第３ステップにおける前記第１または第２の入射エネルギのそれぞれどちらか一方を選択する第４ステップと、前記第４ステップの後に実行され、荷電粒子線を前記基板の検査面に対して走査し二次電子を検出する第５ステップと、前記第５のステップにて得られた走査画像に基づき、前記基板の形態欠陥および結晶欠陥を検査する第６ステップと、を有する。
本発明によれば、複数の種類の欠陥を区別して検出することができる。
本発明に係る半導体検査装置の一例を示す構成図。 本発明に係る検査のフローの一例を示す図。 本発明に係るＥＬ、ＥＨを定める実施例１を説明する図。 本発明に係る凸欠陥を検査する実施例２を説明する図。 本発明に係る凸欠陥を検査する実施例２を説明する図。 本発明に係る凸欠陥を検査する実施例２を説明する図。 本発明に係る凸欠陥を検査する実施例２を説明する図。 本発明に係る凹欠陥を検査する実施例２を説明する図。 本発明に係る凹欠陥を検査する実施例２を説明する図。 本発明に係る凹欠陥を検査する実施例２を説明する図。 本発明に係る凹欠陥を検査する実施例２を説明する図。 本発明に係る貫通らせん転位と貫通刃状転位を検査する実施例４を説明する図。 本発明に係る貫通らせん転位と貫通刃状転位を検査する実施例４を説明する図。 本発明に係る積層欠陥を検査する実施例３を説明する図。 本発明に係る積層欠陥を検査する実施例３を説明する図。 本発明に係る積層欠陥を検査する実施例３を説明する図。 本発明に係るステップバンチングを検査する実施例５を説明する図。 本発明に係るステップバンチングを検査する実施例５を説明する図。 本発明に係る検査装置のＧＵＩをの一例を示す図。
以下、本発明の実施の形態を、図面を用いて説明する。本明細書では、荷電粒子線装置全般に適応することが可能であるが、説明の便宜上、荷電粒子の一部である電子を用いた電子線装置について説明する。荷電粒子線装置として理解する場合には、電子を荷電粒子に置き換えて本明細書の記載を参酌すれば良い。なお、電子以外の荷電粒子として例えばイオンが考えられ、イオンを用いたイオン装置においても適用することができる。
また、本例では、検査すべき単結晶基板として、炭化珪素基板または、エピタキシャル層が形成された炭化珪素基板を用いる。また、単結晶基板として、珪素基板上に形成された窒化ガリウムエピタキシャル層が形成された基板も用いることができる。そしてこれらの単結晶基板およびエピタキシャル層の二次電子画像を撮像し、そのコントラストから欠陥を判別する。
本発明の検査装置と、後述する電子光学条件（ＥＨ、ＥＬ、ＶＰ、ＶＮ）、単結晶基板またはエピタキシャル層が形成された単結晶基板の座標を定める手段の実施例について図１乃至図３を用いて説明する。
図１は、基本となる形態の単結晶基板検査装置を示す構成図である。単結晶基板検査装置は、電子銃１１と電子銃１１から放出される一次電子９を偏向するための偏光器１５と、一次電子を絞る対物レンズ１３と、二次電子１０を制御する正電圧（ＶＰ）、または負電圧（ＶＮ）を設定するための対向電極１６と、検査すべき基板２１を固定するホルダ２０とＸＹ方向に移動させるＸＹステージ１９と、検査すべき単結晶基板２１にリターディング電圧（Ｖｒ）を印加するリターディング電圧制御部２７と、一次電子９の照射により発生した二次電子（または反射電子）１０を検出する検出器１４と、検出系制御部２３と、検出系制御部で検出した検出信号をデジタルの画像信号に変換するＡＤ変換したのち画像信号を処理して欠陥を判定する画像処理回路３０と、判定した欠陥情報を内部に保存し全体を制御する全体制御部３１と、ユーザの指示を全体制御部に伝えるコンソール８を具備している。
次に、本発明の検査装置を用いて、単結晶基板およびエピタキシャル層が形成された単結晶基板の検査のフローについて図２、図３および図９を用いて説明する。
まず、コンソールに検査情報４０を入力する。入力は、図９に示すように、ＧＵＩ（グラフィカルユーザーインターフェース）で行い、検査情報１３０は、プルダウンやチェックボックス１３１などでリスト表示されるか、マニュアルで直接入力できる。
検査項目は、検査したい欠陥種類、例えば、表面の凹欠陥、表面の凸欠陥、ステップバンチング、貫通らせん転位、貫通刃状転位、積層欠陥などを入力する。また、ユーザが独自に欠陥項目を追加することもできる。
次に、試料情報１３２には検査したい基板の組成、構造、基板サイズおよび単結晶基板もしくは、エピタキシャル層が形成された単結晶基板などを入力する。
次に、検査領域１３３を設定するための入力を行う。検査領域は、基板全面でもよい。また、ＧＵＩで検査したい領域を選択することもできる。また、直接座標を入力することもできる。
次に、検査基板を検査装置のウェハカセット４にセットする。ウェハカセット４には、１枚もしくは複数枚の検査基板をセットできる。なお、この動作は検査情報の入力と前後してもよい。
次に、ウェハを検査装置のステージ２０にロード４１する。
次に、電子光学系条件４２を設定する。電子光学条件は、以下に述べるＥＨ、ＥＬ、ＶＰ、ＶＮなどがある。そしてこれらの条件は、前記検査情報に基づいて自動的に定められる。また、マニュアルで入力することもできる。
次に、電子線の調整４３を行う。電子線の調整は、光学軸の調整、焦点、非点などである。電子線の調整は、自動で行うこともできる。
次に、検査基板のアライメント４４を行う。アライメントは、検査基板の座標（Ｘｓｕｂ、Ｙｓｕｂ）とステージの座標（Ｘｓ、Ｙｓ）を合わせることである。
次に、キャリブレーション４５を行い、入射エネルギーＥＨまたはＥＬを決定する方法について図３を用いて説明する。例えば、一次電子の電流を１００ｐＡ、加速電圧Ｖｐを−１０ｋＶとし、リターディング電圧Ｖｒを−９．７ｋＶとして、珪素基板上に熱酸化法で形成した膜厚１ミクロンの二酸化珪素膜を較正用試料として用いる。較正用試料は、ステージの一部の設置されている。例えば、ステージのコーナー部に設置されている。そしてまず、較正用試料に一次電子を照射する。このとき、二酸化珪素膜は、正に帯電するため、一次電子電流量に等しい二次電子電流が放出される。このとき二次電子検出器に接続されたアンプのゲイン、オフセットを調整し、例えば、出力電圧を１Ｖになるように設定する。
次に一次電子の電流を２００ｐＡにしたときの出力電圧が２Ｖになることを確認し、次に一次電子の電流を５０ｐＡにしたときの出力電圧が０．５Ｖになることを確認して、検出器の線形性を確認する。線形性が得られなかった場合は、アンプの線形性が得られる出力電圧になるようゲインを調整する。上記により、二次電子アンプの出力電圧から二次電子電流量を換算することができる。上記キャリブレーション４５は、ユーザ自身がレシピを作成して行うことも、自動で行うこともできる。
次に、検査すべき単結晶基板（ここでは炭化珪素基板）に一次電子を照射する。Ｖｐは、−１０ｋＶとし、Ｖｒを−９．９Ｖから０Ｖまで可変させて二次電子電流を計測する。計測は、マニュアルまたは、自動で行われる。二次電子放出率は、二次電子電流／一次電子電流で与えられる。一次電子の入射エネルギーは（Ｖｒ−Ｖｐ）エレクトロンボルト（ｅＶ）で与えられる。
図３は、二次電子放出率の入射エネルギー依存性をプロットした一例６４である。二次電子放出率が１となる一次電子のエネルギー６３を基準エネルギーＥ２とする。検出器からの出力信号電圧に関して基準信号電圧は２Ｖとした。基準エネルギーＥ２より高いエネルギー６２をＥＨ、基準エネルギーＥ２より低いエネルギー６１をＥＬとする。
次に、対向電極１６の電位ＶＰは、二次電子を検出器側に引き出す電位とするため、２ｋＶに設定し、ＶＮは、二次電子を表面側に戻す電位とするため、（Ｖｒ−５０Ｖ）と設定される。
次に、検査画像を取得する工程４７を行う。検査画像は、検査情報に基づいて、ステージを移動し、一次電子線９を偏光器１５によりＸＹ方向に偏向し、一次電子の偏向と同期して二次電子信号を取得し、画像４６を取得する。ステージ移動と一次電子の偏向は、独立に行っても、連動させてもよい。ここで、検査基板にあらかじめ基準点を設定し、ステージ座標（Ｘｓ、Ｙｓ）と一次電子走査座標（Ｘｅ、Ｙｅ）を一致させておく。基板座標（Ｘｓｕｂ、Ｙｓｕｂ）は（Ｘｓ＋Ｘｅ、Ｙｓ＋Ｙｅ）で与えられる。
次に、前記基準信号電圧に基づいて、閾値フィルタによる画像処理を施した検査処理画像取得工程４７をおこなう。
次に、検査情報に基づき、電子光学条件を変えた検査画像および検査処理画像を取得し、欠陥に対応した図形の取得、頂点座標、重心座標などの欠陥座標４８の取得を行う。
次に、異なる検査画像の差画像から欠陥図形を取得する。
次に、欠陥図形のパターン認識により、欠陥分類４９する。
次に、それぞれの欠陥ごとに、分布マップ５０を自動で作成する。上記、検査処理画像、図形抽出処理、欠陥分類処理は、分布マップ処理は、本発明の検査装置内のコンピュータで処理することもできる。また、ネットワークで接続されたコンピュータで処理することもできる。また、複数の検査装置をネットワークで接続し、複数の検査基板を並列で検査することもできる。検査結果を出力（５１）した後、検査基板をアンロード（５２）する。そして次の検査基板がある場合は、ウェハをロードし、上記検査を行う。
実施例１の検査装置を用いて、検査すべき単結晶基板の凹欠陥、凸欠陥を判別して検出する方法について図４Ａ〜図４Ｄ、図５Ａ〜図５Ｄを参照して説明する。
一次電子のエネルギーをＥＨを３ｋＶ、対向電極１６の電位ＶＰを２ｋＶに設定し、一次電子を偏光器１５によりＸ方向およびＹ方向に検査基板２１の表面を走査する。一次電子９の走査に同期して二次電子信号１０を取得する。
検査基板にあらかじめ基準点を設定し、ステージ座標（Ｘｓ、Ｙｓ）と一次電子走査座標（Ｘｅ、Ｙｅ）を一致させておく。これにより、基板座標（Ｘｓｕｂ、Ｙｓｕｂ）は（Ｘｓ＋Ｘｅ、Ｙｓ＋Ｙｅ）で与えられる。
図４Ａに一次電子を走査した第１検査画像７１を示す。図の暗い点７２は、凸欠陥である。その理由を説明するために、同一場所のレーザー顕微鏡像７６を取得した図面４Ｃを示す。レーザー顕微鏡像は、暗い点７５であり、また、図４Ｄに示すように、暗い点７５付近のプロファイル７７では、凸になっていることが確認できる。
図５Ａは図４Ａとは異なった場所の第１検査画像８２である。図５Ａに示した明るい点８１は、凹欠陥である。その理由を説明するために、同一場所のレーザー顕微鏡像８５を取得した図面５Ｃを示す。レーザー顕微鏡では暗い点８６であり、また、図４Ｄに示すように、暗い点８６付近のプロファイル８７では、凹になっていることが確認できる。本実施例の凹凸の確認は走査電子顕微鏡を用いた断面観察でも可能である。検出器からの出力信号電圧に関して基準信号電圧は２Ｖである。図５Ｂの８３に、２．５Ｖ以上の信号を閾値フィルタ処理して得られた第１A検査処理画像を示す。点形状図形８４は凹欠陥である。また、図４Ｂの７３に１．５Ｖ以下の信号をフィルタ処理して得られた第１B検査処理画像を示す。点形状図形７４は凸欠陥である。よって、第１A検査処理画像および第２A検査処理画像に含まれる点形状図形を抽出することにより、凹欠陥、凸欠陥の欠陥分布が得られる。
実施例１の検査装置を用いて、貫通転位と基底面転位と積層欠陥を判別する方法について図６、図７を用いて説明する。
一次電子のエネルギーＥＬを１ｋｅＶとするためＶｐを−１０ｋＶ、Ｖｒを−９ｋＶとした、対向電極１６の電位ＶＮを−９．０５ｋＶに設定した。一次電子９を偏光器１５によりＸ方向およびＹ方向に検査基板の表面を走査する。一次電子の走査に同期して二次電子信号１０を取得する。
検査基板にあらかじめ基準点を設定し、ステージ座標（Ｘｓ、Ｙｓ）と一次電子走査座標（Ｘｅ、Ｙｅ）を一致させておく。基板座標（Ｘｓｕｂ、Ｙｓｕｂ）は（Ｘｓ＋Ｘｅ、Ｙｓ＋Ｙｅ）で与えられる。取得した第２検査画像を図６Ａの１０１と図７Ａの１１０に示す。
図６Ａの１０１と図７Ａの１１０とは異なった検査領域における第２検査画像である。第２検査画像１０１、１０２には、欠陥位置の対応を見やすくするために基板をリソグラフィーによって、パターニング加工してある。第２検査画像１０１には、暗い点９１、９２が見られる。９１Ａは、９１の暗い点を見やすくするための拡大挿入図である。９２Ａは、９２の暗い点を見やすくするための拡大挿入図である。
次に画像処理を行う。検出器からの出力信号電圧に関して基準信号電圧は２Ｖである。２．５Ｖ以上の信号をフィルタ処理して得られた第２A検査処理画像を図７Ｂの１１２に示す。第２A検査処理画像１１２から台形状図形１１３を抽出する。台形状図形１１３の内部は、積層欠陥である。図７Ｃの第２A検査処理画像１１２の台形状図形１１３の輪郭線から台形の側辺線分１１５、１１４は、基底面転位である。また、出力電圧が１．５Ｖ以下の信号をフィルタ処理して得られた第２B検査処理画像を図６Ｂの１０４に示す。点状図形９７、点状図形９９は貫通転位である。
以上、それぞれの検査処理画像に含まれる図形を抽出し、分類することにより、貫通転位、基底面転位、積層欠陥の基板分布が得られる。
実施例１の検査装置を用いて、貫通らせん転位とらせん転位を判別する方法について図６を用いて説明する。
一次電子のエネルギーＥＬを１ｋｅＶとするためＶｐを−１０ｋＶ、Ｖｒを−９ｋＶとする。対向電極１６の電位ＶＰを２ｋＶに設定する。一次電子９を偏光器１５によりＸ方向およびＹ方向に検査基板２１の表面を走査する。一次電子９の走査に同期して二次電子信号１０を取得する。
また、検査基板にあらかじめ基準点を設定し、ステージ座標（Ｘｓ、Ｙｓ）と一次電子走査座標（Ｘｅ、Ｙｅ）を一致させておく。基板座標（Ｘｓｕｂ、Ｙｓｕｂ）は（Ｘｓ＋Ｘｅ、Ｙｓ＋Ｙｅ）で与えられる。取得した第３検査画像を図６Ａの１０２に示す。第３検査画像１０２と第２検査画像１０１は同一検査領域を含む画像である。
次に画像処理を行う。検出器１４からの出力信号電圧に関して基準信号電圧は２Ｖである。１．５Ｖ以下の信号をフィルタ処理して得られた第３検査処理画像１０５を図６Ｂに示す。第３検査処理画像１０５内に含まれる点形状図形９８は、貫通らせん転位である。また、第２検査処理画像１０４と第３検査処理画像１０５の差画像を第４検査処理画像１０６とし、第４検査処理画像１０６に含まれる点状の図形１００は貫通刃状転位である。この弁別法の正しさを確認するために、同検査基板を水酸化カリウムでエッチングし状態を調べた。
図６Ａの１０３はエッチング後の光学顕微鏡像である。エッチピットの形状から、９５は貫通らせん転位と９６は貫通刃状転位と区別できることがエッチビット法により知られている。以上、本発明の実施例では、貫通らせん転位と貫通刃状転位の基板マップが得られる。
実施例１の検査装置を用いて、ステップバンチングを判別する方法について図８Ａおよび図８Ｂを用いて説明する。
一次電子のエネルギーＥＬを１ｋｅＶとするためＶｐを−１０ｋＶ、Ｖｒを−９ｋＶとした、対向電極１６の電位ＶＮを−９．０５ｋＶに設定した。一次電子を偏光器１５によりＸ方向およびＹ方向に検査基板２１の表面を走査する。一次電子９の走査に同期して二次電子信号を取得する。
検査基板にあらかじめ基準点を設定し、ステージ座標（Ｘｓ、Ｙｓ）と一次電子走査座標（Ｘｅ、Ｙｅ）を一致させておく。基板座標（Ｘｓｕｂ、Ｙｓｕｂ）は（Ｘｓ＋Ｘｅ、Ｙｓ＋Ｙｅ）で与えられる。取得した第２検査画像を図８Ａの１２０に示す。
次に画像処理を行う。検出器からの出力信号電圧に関して基準信号電圧は２Ｖである。出力電圧が１．５Ｖ以下の信号をフィルタ処理して得られた第２B検査処理画像を図８Ｂの１２２に示す。第２B検査処理画像内に含まれる帯状形状図形１２３は、ステップバンチングである。以上、本発明の実施例では、ステップバンチングの基板分布が得られる。
実施例１の装置および実施例２ないし実施例５の欠陥判別法を用いて、検査基板の欠陥の分布データの出力に関する実施例を説明する。
実施例１に説明した検査装置と検査フローと実施例２ないし実施例５で説明した電子光学条件により、第１検査画像、第２検査画像、第３検査画像を取得し、画像処理により、第１Ａ検査処理画像、第１Ｂ検査処理画像、第２Ａ検査処理画像、第２Ｂ検査処理画像、第３検査処理画像、第４検査処理画像を取得し、上記検査処理画像に含まれる図形をパターン認識により抽出し、分類する。
図形には座標情報が含まれているので、凹欠陥、凸欠陥、ステップバンチングなどの形態欠陥、また、貫通らせん転位、貫通刃状転位、積層欠陥などの結晶欠陥の面内分布を取得することができる。出力結果は、図９の１３４で説明するようにマップで表現することもでき、表形式で出力することもできる。
実施例６で説明した欠陥分布を用いて、検査基板の品質を出力する実施例を説明する。まず、品質単位面積を入力する。単位面積に基づいて、基板を矩形状に分割したメッシュによりマップを作成する。該メッシュあたりの欠陥数から欠陥密度を算出する。
欠陥密度の基板マップを出力する。また、上記メッシュは、基板を同心円状に分割したメッシュを用いてもよい。
該メッシュあたりの欠陥数から欠陥密度を算出する。基板の中心から半径方向の欠陥密度を出力する。上記欠陥密度から、基板の品質を数値化できる。
実施例６の基板品質の数値化法を用いて、エピタキシャル成長の条件の可否を判定する方法について説明する。まず、実施例６により、基板を検査し、検査結果のデータセットＡを取得する。
次に該基板にエピタキシャル層を成長する。該エピタキシャル層が形成された基板を実施例６の方法を用いて検査し、検査結果のデータセットＢを取得する。データセットＢからデータセットＡを比較することによって、エピタキシャル成長の条件を可否する。
実施例１の検査装置には、電子後方散乱パターン検出器、Ｘ線検出器などを具備した走査電子顕微鏡として、実施例２ないし、実施例５で説明した方法を用いて、欠陥の観察、および物理分析を行うことができる。
以上、本発明によれば、単結晶基板及びエピタキシャル層に形成された、凹状又は凸状の欠陥、ステップバンチング、らせん転位と刃状転位と基底面転位、積層欠陥を検出できるとともにを区別して高感度に検出できる欠陥分類検査を提供できる。
１…電子線装置、２…電子光学系、３…ステージ機構系、４…ウェハ搬送系、５…真空排気系、６…制御系、７…画像処理系、８…操作部、９…一次電子、１０…二次電子、１１…電子銃、１２…コンデンサレンズ、１３…対物レンズ、１４…二次電子検出器、１５…偏向器、１６…対向電極、１９…ＸＹステージ、２０…ウェハホルダ、２１…ウェハ、２２…電子線制御部、２３…検出系制御部、２４…偏向制御部、２５…電子レンズ制御部、２６…リターディング電圧制御部、２７…電極制御部、３０…画像処理部、３１…画像記憶部、３３…反射板、４０…検査情報の入力工程 、４１…ウェハロード工程、４２…電子光学条件設定の工程、４３…電子線調整工程 、４４…ウェハアライメント工程、４５…キャリブレーション工程、４６…検査画像取得工程、４７…検査処理画像出力工程、４８…欠陥座標抽出工程、４９…欠陥分類工程、５０…欠陥分布マップ作成工程 、５１…検査結果出力工程、５２…ウェハアンロード、６１…ＥＬ、６２…ＥＨ、６３…Ｅ２ 、６４…二次電子放出率カーブ 、７１…第１検査画像 、７２…点形状欠陥、７３…第１Ａ検査処理画像、７４…凸欠陥を示す検査図形、７５…欠陥のレーザー顕微鏡コントラスト、７６…レーザー顕微鏡像、７７…欠陥部のレーザー顕微鏡ラインプロファイル 、８１…点形状欠陥、８２…第１検査画像、８３…第１Ｂ検査処理画像、８４…凹欠陥を示す検査図形、８５…レーザー顕微鏡像、８６…欠陥部のレーザー顕微鏡コントラスト、８７…欠陥部のレーザー顕微状ラインプロファイル、９１…点形状欠陥、９１Ａ…点形状欠陥９１の拡大挿入図、９２…点形状欠陥、９３…点形状欠陥、９３Ａ…点形状欠陥９３の拡大挿入図、９４…点形状欠陥９２の同一場所のコントラスト、９４Ａ…９４の拡大挿入図、９５…貫通らせん転位を示すエッチピット、９６…貫通刃状転位を示すエッチピット、９７…貫通らせん転位を示す検査図形、９８…貫通らせん転位を示す検査図形、９９…貫通刃状転位を示す検査図形、１００…貫通刃状転位を示す検査図形、１０１…第２検査画像、１０２…第３検査画像、１０３…水酸化カリウムでエッチング処理後の光学顕微鏡像、１０４…第２Ｂ検査処理画像、１０５…第３検査処理画像、１０６…第４検査処理画像、１１０…第２検査画像、１１１…第形状欠陥、１１２…第２Ａ検査処理画像、１１３…積層欠陥を示す検査図形、１１４…基底面転位を示す検査図形、１１５…基底面転位を示す検査図形、１１６…第２Ａ検査処理画像における台形側辺抽出処理画像、１２０…第２検査画像、１２１…帯状欠陥コントラスト、１２２…第２Ａ検査処理画像、１２３…ステップバンチングを示す検査図形、１３０…検査情報、１３１…検査項目入力欄、１３２…検査基板構造入力欄、１３３…検査領域設定欄、１３４…検査結果

Claims (15)

  1. 荷電粒子線を発生させる荷電粒子銃と、
    前記試料を支持する試料ホルダと、
    前記荷電粒子線を試料面に対して走査させる偏向部と、
    前記荷電粒子線が前記試料に照射されることにより発生する二次電子を検出する検出器と、
    前記検出器からの出力を画像として処理する画像処理部と、
    前記試料の電位を制御する試料電位制御部と、
    前記試料と対物レンズとの間に設けられた対向電極と、
    前記試料の電位を基準とした正または負の電位を、前記対向電極へ印加する電源部と、
    前記荷電粒子線及び前記二次電子の電流量に基づき、二次電子放出率を算出する放出率算出部と、
    前記算出部の出力に基づき、前記二次電子放出率が１よりも大きくなる第１の入射エネルギと、前記二次電子放出率が１よりも小さくなる第２の入射エネルギとを算出するエネルギ算出部と、
    前記試料における測定条件により、前記第１または第２の入射エネルギと前記対向電極への前記正または負の電位の印加とを制御する制御部と、を有する半導体検査装置。
  2. 請求項１において、
    前記試料における測定条件として、前記試料の形態欠陥もしくは結晶欠陥の種類が入力される検査項目入力部を有し、
    前記制御部は、前記入力に基づき、前記第１または第２の入射エネルギと前記対向電極への前記正または負の電位の印加とを前記荷電粒子線装置に対し制御し、
    前記画像処理部は、前記制御により得られた複数の画像に基づき、前記試料の形態欠陥および結晶欠陥を判断することを特徴とする半導体検査装置。
  3. 請求項２において、
    前記試料は単結晶基板、もしくはエピタキシャル層が形成された基板であり、
    前記画像処理部は、前記試料の形態欠陥および結晶欠陥を判断結果に基づいて、前記基板の品質を数値化して出力することを特徴とする半導体検査装置。
  4. 請求項１において、
    前記制御部は、前記第１の入射エネルギとなり、かつ前記対向電極への印加が前記正の電位となるように前記荷電粒子線装置を制御し、
    前記画像処理部は、前記第１の入射エネルギとなり、かつ前記対向電極への印加が前記正の電位となる制御の条件にて第１の画像を取得し、予め定められた前記二次電子信号量の閾値に基づき、前記第１の画像内に含まれる凹形状の欠陥と凸形状の欠陥とを判別することを特徴とする半導体検査装置。
  5. 請求項４において、
    前記画像処理部は、前記閾値よりも高い二次電子信号に基づき前記第１の画像を第１の処理画像として処理し、前記第１の処理画像に含まれる点形状図形を前記凹形状の欠陥と判別することを特徴とする半導体検査装置。
  6. 請求項１において、
    前記制御部は、前記第２の入射エネルギとなり、かつ前記対向電極への印加が前記負の電位となるように前記荷電粒子線装置を制御し、
    前記画像処理部は、前記第２の入射エネルギとなり、かつ前記対向電極への印加が前記負の電位となる制御の条件にて第２の画像を取得し、予め定められた前記二次電子信号量の閾値に基づき、前記第２の画像内に含まれる積層欠陥を判別することを特徴とする半導体検査装置。
  7. 請求項６において、
    前記画像処理部は、前記閾値よりも高い二次電子信号に基づき前記第２の画像を第２の処理画像として処理し、前記第２の処理画像に含まれる明点の領域を多角形状に近似し積層欠陥と判別することを特徴とする半導体検査装置。
  8. 請求項１において、
    前記制御部は、前記第２の入射エネルギとなり、かつ前記対向電極への印加が前記正の電位となるように前記荷電粒子線装置を制御し、
    前記画像処理部は、前記第２の入射エネルギとなり、かつ前記対向電極への印加が前記正の電位となる制御の条件にて第３の画像を取得し、予め定められた前記二次電子信号量の閾値に基づき、前記第３の画像内に含まれる貫通らせん転位を判別することを特徴とする半導体検査装置。
  9. 請求項８において、
    前記画像処理部は、前記閾値より低い二次電子信号に基づき前記第３の画像を第３の処理画像として処理し、前記第３の処理画像に含まれる点形状図形を前記貫通らせん転位と判別することを特徴とする半導体検査装置。
  10. 請求項１において、
    前記制御部は、前記第２の入射エネルギとなり、かつ前記対向電極への印加が前記負の電位となる第１の条件にて前記荷電粒子線装置を制御し、かつ前記第２の入射エネルギとなり、かつ前記対向電極への印加が前記正の電位となる第２の条件にて前記荷電粒子線装置を制御し、
    前記画像処理部は、前記第１の条件にて第４の画像を取得し、かつ前記第２の条件にて第５の画像を取得し、前記第４の画像と前記第５の画像との差分画像に含まれる貫通刃状転位を判別することを特徴とする半導体検査装置。
  11. 請求項６において、
    前記画像処理部は、前記閾値よりも低い二次電子信号に基づき前記第２の画像を第２の処理画像として処理し、前記第２の処理画像に含まれる複数の帯状図形をステップバンチングと判別することを特徴とする半導体検査装置。
  12. 請求項６において、
    前記画像処理部は、前記閾値よりも高い二次電子信号に基づき前記第２の画像を第２の処理画像として処理し、前記第２の処理画像に含まれる明点の領域の輪郭部分を基底面転位と判別することを特徴とする半導体検査装置。
  13. 単結晶基板、もしくはエピタキシャル層が形成された基板の検査をする検査方法であって、
    前記基板の電位を基準とした正または負の電位を、前記基板と対物レンズとの間に設けられた対向電極へ印加する第１ステップと、
    前記荷電粒子線及び前記二次電子の電流量に基づき、二次電子放出率を算出する第２ステップと、
    前記二次電子放出率が１よりも大きくなる第１の入射エネルギ、または前記二次電子放出率が１よりも小さくなる第２の入射エネルギ、を決定する第３ステップと、
    前記試料における測定条件により、前記第１ステップにおける前記正または負の電位、かつ前記第３ステップにおける前記第１または第２の入射エネルギのそれぞれどちらか一方を選択する第４ステップと、
    前記第４ステップの後に実行され、荷電粒子線を前記基板の検査面に対して走査し二次電子を検出する第５ステップと、
    前記第５のステップにて得られた走査画像に基づき、前記基板の形態欠陥および結晶欠陥を検査する第６ステップと、を有する検査方法。
  14. 請求項１３において、
    前記第４ステップにおいて、前記第１の入射エネルギ、かつ前記正の電位が選択され、
    前記第５ステップにおいて、予め定められた前記二次電子信号量の閾値に基づき、前記走査画像に含まれる凹形状の欠陥と凸形状の欠陥とを判別することを特徴とする検査方法。
  15. 請求項１３において、
    前記第４ステップにおいて、前記第２の入射エネルギ、かつ前記負の電位が選択され、
    前記第５ステップにおいて、予め定められた前記二次電子信号量の閾値に基づき、前記走査画像に含まれる積層欠陥を判別することを特徴とする検査方法。
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