JPH0792095A - 欠陥評価装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 異物の検出その検証の時間を短縮でき、小型
で安価な欠陥評価装置を提供する。 【構成】 いずれも大気中で作業を実行できる欠陥検出
部１、欠陥検証部２、元素分析部３を備えている。欠陥
検証部３には原子間顕微鏡や走査トンネル顕微鏡が、元
素分析部４には蛍光Ｘ線分光器および有機物分光計が使
用されている。 【効果】 異物検出、その異物の検証、元素分析を大気
中で実施することにより、ウエハの周囲を真空に排気し
なくとも済むため、真空排気するための時間を省略する
ことができ、異物検出時間、検証時間、元素分析時間を
短縮できる。元素分析作業前に、検証作業を実行するこ
とにより、異物検出部が真に欠陥を検出したのか、グレ
インを検出したのかを検証できるため、無駄な元素分析
作業の実行を回避でき、欠陥評価の作業性および精度を
高めることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、欠陥評価技術、特に、
被検査物の表面に欠陥として付着した異物についての欠
陥評価技術に関し、例えば、半導体装置の製造工程にお
いて、半導体ウエハ（以下、ウエハという。）や、ホト
マスク等の表面に付着した異物についての評価に利用し
て有効な技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、半導体装置の製造工程において
は、ウエハの表面に異物が付着していると、配線の絶縁
不良や短絡等の不良原因になる。さらに、集積回路が微
細化してウエハ中に微小な異物が存在した場合には、こ
の異物がキャパシタの絶縁膜やゲート酸化膜等の破壊の
原因にもなる。

【０００３】これらの異物としては、搬送装置の可動部
から発生するものや、人体から発生するものや、プロセ
スガスによる処理装置内で反応生成されたものや、薬品
や材料に混入されているもの等、種々の原因により発生
するものがある。これら種々の異物がウエハの表面に多
種多様の状態で混入して付着している。

【０００４】そこで、半導体装置の製造工程において
は、欠陥評価装置を使用して欠陥としての異物の組成成
分を評価することにより、異物の発生原因や発生場所を
究明し、製造歩留りや製品の品質および信頼性の低下を
防止することが実行されている。

【０００５】従来のこの種の欠陥評価装置としては、特
開昭６３−１３５８４８号公報に開示されているよう
に、ウエハ上にレーザーを照射してウエハ上に異物が付
着している場合に発生する異物からの散乱光を検出し、
この検出した異物をレーザーフォトルミネッセンスや、
２次Ｘ線分析法（ＸＭＲ）等の分析技術によって分析す
るものがある。

【０００６】また、特開昭６０−２１８８４５号公報に
開示されているように、ウエハ上に付着した異物の分布
を検出するだけでなく、その異物の大きさや組成等を、
走査型電子顕微鏡やＸ線マイクロアナライザーを用いて
解析する欠陥評価装置も、提案されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】半導体装置の製造工程
においては、異物起因による不良が多く、歩留り低下の
主要な原因になっている。そのため、製造工程において
付着した異物の検出およびその発生原因究明と対策は、
逸早く実施するとともに、製造工程へフィードバックを
かけ、歩留り低下を迅速に防止する必要がある。

【０００８】しかし、従来の欠陥評価装置においては、
走査型電子顕微鏡が使用されて異物の形状観察等が真空
中で実施されているため、異物の解析が長時間かかるば
かりでなく、大型で高価になるという問題点がある。ま
た、観察すべき異物の大きさは集積回路の微細化に伴っ
て、０．１μｍから０．１μｍ未満へと一層小さくなっ
ているため、走査型電子顕微鏡での観察が困難になって
いる。

【０００９】半導体装置の量産立ち上げの主要作業の一
つとして、異物の発生原因を究明して対策を講ずる作業
がある。この異物の発生原因の究明には、検出した異物
の元素種等を正確かつ迅速に分析することが大きな手掛
かりになる。

【００１０】本発明の目的は、微小異物の検出およびそ
の検証並びに組成分析に要する時間を短縮することがで
きるとともに、小型で安価な欠陥評価装置を提供するこ
とにある。

【００１１】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかに
なるであろう。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】本願において開示され
る発明のうち代表的なものの概要を説明すれば、次の通
りである。

【００１３】すなわち、被検査物における欠陥を検出す
る欠陥検査部と、欠陥検査部によって検出された欠陥の
位置座標に基づいて欠陥か否かを検証する欠陥検証部
と、欠陥検証部によって検証された欠陥について元素を
分析する元素分析部とを備えており、前記欠陥検査部が
欠陥の検出を大気中にて実行するように構成されてお
り、前記欠陥検証部が欠陥の検証を大気中にて実行する
ように構成されていることを特徴とする。

【００１４】

【作用】前記した手段によれば、被検査物に対する欠陥
の検出および検出された異物の検証が大気中で実施され
るので、被検査物の周囲を真空に排気するための時間を
省略することができ、欠陥検出時間および検証時間を大
幅に短縮することができる。

【００１５】

【実施例】図１は本発明の一実施例であるウエハの欠陥
評価装置を示す模式図である。図２はその概要を示す模
式図、図３はその作用を説明するための各説明図であ
る。

【００１６】本実施例において、本発明の欠陥評価装置
は、半導体装置の製造工程にあってウエハ上に付着した
異物を検出するとともに、検出された異物の組成を分析
するものとして構成されている。

【００１７】このウエハの欠陥評価装置は、欠陥検出部
１、欠陥検証部２、組成分析部としての元素分析部３、
ステージ移動装置４、信号処理回路５、ステージ制御部
６および中央処理ユニット（ＣＰＵ）７を備えている。
次に各構成要素について説明する。

【００１８】欠陥検出部１は被検査物としてのウエハ１
０を保持して走査させるためのステージ部と、ステージ
部の真上に設備されてウエハ１０に検査光を照射するた
めの照射部と、検査光のウエハ１０における散乱光を受
光することによって異物９を検出するための検出部とを
備えている。

【００１９】ステージ部１１にはＸＹテーブル１２が設
備されており、ＸＹテーブル１２はステージ移動装置４
の上に往復動されるように支持されている。ＸＹテーブ
ル１２の上にはθテーブル１３が設備されており、この
θテーブル１３の上には被検査物としてのウエハ１０が
真空吸着保持されるようになっている。そして、ＸＹテ
ーブル１２に設備されたリニアスケール１２ａおよびエ
ンコーダー１２ｂによって、異物９の位置が座標情報と
して検出されるように構成されており、検出された位置
情報はＣＰＵ７へ送信されるようになっている。

【００２０】照射部１４はレーザー光源１５から発射さ
れた検査光としてのレーザー１６を、ハーフミラー１７
およびレンズ１８によってウエハ１０の表面に照射する
ように構成されている。そして、このレーザー１６の照
射をウエハ１０の全面に実行するために、ステージ部１
１によってＸ・Ｙ走査またはＲ（半径方向）・θ（周方
向）走査が実行されるようになっている。

【００２１】検出部２０はレーザー１６がウエハ１０の
異物９に照射することによって発生する散乱光２１を、
レンズ２２を介して検出器２３によって受光するように
構成されている。レンズ２２は散乱光２１を集光するこ
とにより、異物９の像を検出器２３の受光面において結
像させるようになっている。検出器２３は受光結果に基
づいて電気信号を出力し、信号処理回路５に送信するよ
うに構成されている。

【００２２】信号処理回路５は増幅回路２４、諧調回路
２５、表示回路２６、モニター２７および座標メモリー
２８を備えている。検出器２３から送られて来た異物検
出信号は増幅回路２４において増幅され、諧調回路２５
においてＡ／Ｄ変換される。そして、Ａ／Ｄ変換された
異物検出信号は、表示回路２６において異物の位置をＣ
ＲＴ等のモニター２７に表示するための表示信号に変換
される。この表示信号によって、例えば、図３（ａ）に
示されているように、モニター２７において、異物９の
ウエハ１０における位置が表示される。

【００２３】他方、諧調回路２５においてＡ／Ｄ変換さ
れた異物検出信号は、座標メモリー２８においてその座
標値が異物９のウエハ１０における位置情報として記憶
される。この座標メモリー２８に記憶された異物９の位
置情報はＣＰＵ７によって適時読み出し得るようになっ
ている。そして、ＣＰＵ７は読み出した位置情報に基づ
いて、ステージ制御部６を制御し、ステージ部１１のウ
エハ１０における異物９を指定位置へ移動させるように
なっている。

【００２４】欠陥検証部２は、原子間顕微鏡や走査トン
ネル顕微鏡等の大気中においてウエハ１０の表面状態
（形状）を観察することができる観察装置３０を備えて
いる。この観察装置３０は表示回路２６に接続されてお
り、ウエハ１０の表面状態を異物９を含めてモニター２
７に表示させるようになっている。

【００２５】元素分析部３は、蛍光Ｘ線分光器および有
機物分光計等の大気中おいて異物９の組成を分析するこ
とができる元素分析器３１を備えている。この元素分析
器３１は表示回路２６に接続されており、異物９を組成
している元素をオシログラフ等によってモニター２７に
表示させるようになっている。

【００２６】次に作用を説明する。まず、評価すべきプ
ロセスを経たウエハ１０がウエハの欠陥評価装置におけ
るステージ部１１のθテーブル１２にセットされて真空
吸着保持される。

【００２７】続いて、レーザー光源１５からのレーザー
１６がハーフミラー１７およびレンズ１８を介してウエ
ハ１０の表面に照射される。このとき、ウエハ１０がＸ
Ｙテーブル１２によって移動されることによってレーザ
ー１６が相対的に走査され、レーザー１６がウエハ１０
の表面に全体に規則的に照射される。

【００２８】このレーザー１６のウエハ１０に対する走
査中に、ウエハ１０に異物９が付着していると、異物９
に照射したレーザー１６は異物９において散乱するた
め、散乱光２１が検出器２３によって検出される。検出
器２３は受光結果に基づいて電気信号を出力し、この電
気信号を異物９の検出信号として信号処理回路５に送信
する。

【００２９】信号処理回路５において、検出器２３から
送られて来た異物検出信号は、増幅回路２４によって増
幅され、諧調回路２５によってＡ／Ｄ変換される。そし
て、Ａ／Ｄ変換された異物検出信号は、表示回路２６に
おいて異物の位置をＣＲＴ等のモニター２７に表示する
ための表示信号に変換される。この表示信号によって、
例えば、図３（ａ）に示されているように、モニター２
７において、異物９のウエハ１０における位置が表示さ
れる。

【００３０】他方、諧調回路２５においてＡ／Ｄ変換さ
れた異物検出信号は、座標メモリー２８においてその座
標値が異物９のウエハ１０における位置情報として記憶
される。この際、異物９が検出されると、検出器２３か
らＣＰＵ７に検出信号がインプットされるとともに、リ
ニアスケール１２ａおよびエンコーダー１２ｂの出力が
座標メモリー２８にＣＰＵ７およびステージ制御部６を
介してラッチされる。

【００３１】その後、ステージ部１１がステージ移動装
置４によって全体的に欠陥検証部２に移動される。続い
て、ＣＰＵ７は座標メモリー２８に記憶された異物９の
位置情報を順次読み出す。そして、ＣＰＵ７は読み出し
た位置情報に基づいて、ステージ制御部６を制御する。
この制御により、ステージ部１１のウエハ１０における
異物９は、欠陥検証部２における観察装置３０の観察ス
ポットに相対的に順次配置されて行く。

【００３２】観察スポットに自動的に配置された異物９
は観察装置３０によって観察される。例えば、図３
（ｂ）に示されているように、観察装置３０の観察像は
モニター２７に表示され、作業者によって観察される。
作業者はこの観察によって、欠陥検出部１の検出結果が
真の異物９であるのか、所謂グレインと呼ばれるウエハ
１０の表面の荒れであるのかを、適正かつ容易に検証す
ることができる。そして、検証結果は観察装置３０から
ＣＰＵ７に送信され、ＣＰＵ７によって座標メモリー２
８に記憶される。

【００３３】この際、観察装置３０としては、原子間顕
微鏡や走査トンネル顕微鏡等の大気中においてウエハ１
０の表面状態（形状）を観察することができる観察装置
が、使用されているため、被観察物としてのウエハ１０
は真空中に置く必要はない。したがって、ウエハ１０を
保持したステージ部１１は欠陥検出部１の位置から欠陥
検証部２の位置迄、ステージ移動装置４によって平行移
動させれば済む。

【００３４】その後、ステージ部１１がステージ移動装
置４によって全体的に元素分析部３に移動される。続い
て、ＣＰＵ７は欠陥検証部２で検証されて座標メモリー
２８に記憶された真の異物９についての位置情報を順次
読み出す。そして、ＣＰＵ７は読み出した位置情報に基
づいて、ステージ制御部６を制御する。この制御によ
り、ステージ部１１のウエハ１０における真の異物９の
みが元素分析部４における元素分析器３１の分析スポッ
トに相対的に順次配置されて行く。

【００３５】分析スポットに自動的に配置された真の異
物９は、元素分析器３１によってその組成成分としての
元素を分析される。例えば、図３（ｃ）に示されている
ように、元素分析器３１の分析結果はモニター２７にオ
シログラスとして表示され、作業者によって観察され
る。作業者はこの観察によって、異物９の組成成分とし
ての各種元素を認識し、その組成元素に基づいて当該異
物９の発生原因等を正確かつ迅速に究明することができ
る。

【００３６】この際、元素分析器３１としては、蛍光Ｘ
線分光器および有機物分光計等の大気中おいて異物９の
組成元素を分析することができる元素分析器が使用され
ているため、被元素分析物としての異物９を含むウエハ
１０は真空中に置く必要はない。したがって、ウエハ１
０を保持したステージ部１１は欠陥検証部２の位置から
元素分析部３の位置迄、ステージ移動装置４によって平
行移動させれば済む。

【００３７】以上説明した前記実施例によれば次の効果
が得られる。 （１） ウエハに対する欠陥の検出および検出された異
物の検証を大気中において実施することにより、被検査
物としてのウエハの周囲を真空に排気しなくとも済むた
め、真空排気するための時間を省略することができ、欠
陥検出時間および検証時間を大幅に短縮することができ
るばかりでなく、欠陥評価装置の価格、サイズを大幅に
低減することができる。

【００３８】（２） 欠陥の元素分析作業が実行される
前に、欠陥検証作業を実行することにより、欠陥検出部
が真に欠陥を検出したのか、所謂グレインと呼ばれる成
膜の梨地状の凹凸を検出したのかを検証することができ
るため、無駄な元素分析作業の実行を未然に回避するこ
とができ、その結果、欠陥評価の作業性および精度を高
めることができる。

【００３９】（３） 前記（１）、（２）により、欠陥
の元素分析を合理的かつ迅速に実行することができるた
め、その分析結果を半導体装置の生産に迅速にフィード
バックすることができ、その結果、半導体装置の生産性
を高めることができる。

【００４０】図４は本発明の他の実施例である欠陥評価
装置の要部を示す模式図である。

【００４１】本実施例２が前記実施例１と異なる点は、
元素分析部３ＡとしてＸ線アナライザー（ＸＭＡ）のよ
うに真空中において元素分析を実行する元素分析器３２
を使用するように構成されている点にある。

【００４２】すなわち、元素分析部３Ａには真空中にお
いて元素分析を実行するた元素分析器３２が、真空排気
される分析室３３に設備されている。この分析室３３に
は被分析物としての異物９を含むウエハ１０を保持する
ためのステージ部１１Ａが、元素分析器３２に対向する
ように設備されている。このステージ部１１Ａはウエハ
１０を分析器３２の分析スポットに対して相対的に走査
し得るように構成されている。

【００４３】また、ステージ部１１Ａには座標変換シス
テム３４が接続されている。この座標変換システム３４
には座標メモリー２８のデーターを記録した磁気記録媒
体３５が装着されるようになっているとともに、通信手
段３６によって座標メモリー２８が接続されるようにな
っている。

【００４４】本実施例２において、欠陥としての異物９
を検出されて検証作業を実行されたウエハ１０は、欠陥
検証部２のステージ部から取り外されて、元素分析部３
Ａの分析室３３内に設備されたステージ部１１Ａにセッ
トされて真空吸着される。

【００４５】他方、欠陥検出部１および欠陥検証部２に
おいて特定されて座標メモリー２８に記憶された異物９
の座標位置は、座標メモリー２８から磁気記録媒体３５
または通信手段３６によって座標変換システム３４から
ステージ部１１Ａの制御部に適時供給される。

【００４６】その後、座標変換システム３４から適時供
給される異物の座標位置データーに基づいて、ステージ
部１１Ａが移動されることにより、ステージ部１１Ａの
ウエハ１０における真の異物９のみが元素分析部３Ａに
おける元素分析器３２の分析スポットに相対的に順次配
置されて行く。

【００４７】分析スポットに自動的に配置された真の異
物９は、元素分析器３３によってその組成成分としての
元素を分析される。例えば、図４に示されているよう
に、元素分析器３２の分析結果はモニター２７Ａにオシ
ログラフとして表示され、作業者によって観察される。
作業者はこの観察によって、異物９の組成成分としての
各種元素を認識し、その組成元素に基づいて当該異物９
の発生原因等を正確かつ迅速に究明することができる。

【００４８】以上本発明者によってなされた発明を実施
例に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施例に
限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で
種々変更可能であることはいうまでもない。

【００４９】例えば、欠陥位置の転送は、元素分析部に
ついて実行するように構成するに限らず、欠陥検証部に
ついても実行するように構成してもよい。

【００５０】以上の説明では主として本発明者によって
なされた発明をその背景となった利用分野であるウエハ
の欠陥評価技術に適用した場合について説明したが、そ
れに限定されるものではなく、ホトマスクやレチクル、
液晶パネル等の板状物、その他の微小欠陥の組成成分を
分析する必要がある製品や物体に対する欠陥評価技術全
般に適用することができる。

【００５１】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、次
の通りである。

【００５２】被検査物に対する欠陥の検出および検出さ
れた異物の検証を大気中において実施することにより、
被検査物の周囲を真空に排気しなくとも済むため、真空
排気するための時間を省略することができ、欠陥検出時
間および検証時間を大幅に短縮することができるばかり
でなく、欠陥評価装置の価格、サイズを大幅に低減する
ことができる。

【００５３】欠陥の元素分析作業が実行される前に、欠
陥検証作業を実行することにより、欠陥検出部が真に欠
陥を検出したのか、所謂グレインと呼ばれる成膜の梨地
状の凹凸を検出したのかを検証することができるため、
無駄な元素分析作業の実行を未然に回避することがで
き、その結果、欠陥評価の作業性および精度を高めるこ
とができる。

【００５４】欠陥の元素分析を合理的かつ迅速に実行す
ることができるため、その分析結果を半導体装置の生産
に迅速にフィードバックすることができ、その結果、生
産性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例であるウエハの欠陥評価装置
を示す模式図である。

【図２】その概要を示す模式図である。

【図３】ウエハの欠陥評価装置の作用を説明するための
各説明図である。

【図４】本発明の他の実施例であるウエハの欠陥評価装
置の要部を示す模式図である。

【符合の説明】

１…欠陥検出部、２…欠陥検証部、３、３Ａ…元素分析
部（組成分析部）、４…ステージ移動装置、５…信号処
理回路、６…ステージ制御部、７…ＣＰＵ、９…異物
（欠陥）、１０…ウエハ、１１、１１Ａ…ステージ部、
１２…ＸＹテーブル、１３…θテーブル、１４…照射
部、１５…レーザー光源、１６…レーザー（検査光）、
１７…ハーフミラー、１８…レンズ、２０…異物検出
部、２１…散乱光、２２…レンズ、２３…検出器、２４
…増幅回路、２５…諧調回路、２６…表示回路、２７…
モニター、２８…座標メモリー、３０…観察装置（原子
間顕微鏡や走査トンネル顕微鏡等）、３１…元素分析器
（蛍光Ｘ線分光器や有機物分光計等）、３２…元素分析
器（Ｘ線アナライザー）、３３…分析室（真空室）、３
４…座標変換システム、３５…磁気記録媒体、３６…通
信手段。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被検査物における欠陥を検出する欠陥検
   査部と、欠陥検査部によって検出された欠陥の位置座標
   に基づいて欠陥か否かを検証する欠陥検証部と、欠陥検
   証部によって検証された欠陥について組成を分析する組
   成分析部とを備えており、 前記欠陥検査部が欠陥の検出を大気中にて実行するよう
   に構成されており、 前記欠陥検証部が欠陥の検証を大気中にて実行するよう
   に構成されていることを特徴とする欠陥評価装置。
2. 【請求項２】 欠陥検査部にて検出された欠陥の位置座
   標が、イーサネット等の通信手段または記録媒体によっ
   て欠陥検証部および組成分析部へそれぞれ転送されるこ
   とを特徴とする請求項１に記載の欠陥評価装置。
3. 【請求項３】 組成分析部が組成分析を真空排気される
   分析室にて実行するように構成されており、欠陥検証部
   にて欠陥を検証された被検査物が分析室に受け渡される
   ように構成されていることを特徴とする請求項２に記載
   の欠陥評価装置。