JPH10313027A - ウエハにおける欠陥を検知する方法及び装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体ウエハ内に隠されている欠陥を検知す
ることの可能な電気的欠陥検知方法及び装置を提供す
る。 【解決手段】 本発明に基づく半導体ウエハにおける電
気的欠陥を検知する方法は、（ａ）電気的に分離されて
いる構成体が電気的に接地されている構成体と相対的に
ある電圧へ上昇されるようにウエハへ電荷を付与し、
（ｂ）電子ビームを使用してこのような構成体を含むウ
エハの少なくとも１部に対して電圧コントラストデータ
を獲得し、（ｃ）該電圧コントラストデータを解析して
このような構成体に対する所定の電圧と異なる電圧にあ
る構成体を検知する、上記各ステップを有している。電
圧コントラストデータは多数の形態のうちの１つをとる
ことが可能であり、簡単な形態においては、電子ビーム
のラインスキャン上の多数の位置に対するデータを採取
し且つ一連の電圧レベル及びスキャン位置として表示さ
せるか又は格納することが可能である。一方、一連のス
キャンからのデータを電圧コントラスト画像として表示
することが可能である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は半導体集積回路の製
造において使用されるウエハ上に形成されるダイにおけ
る欠陥を検知するために使用する方法及び装置に関する
ものである。特に、本発明は、これらのダイから製造さ
れる集積回路デバイス（装置）の性能に影響を与え且つ
そうでなければ従来の検査手順において見つけることの
不可能なダイ内の欠陥を検知するために製造処理期間中
に電子ビーム装置を使用してこのようなウエハを検査す
ることの可能な技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】半導体の製造プロセスは、典型的に直径
が８インチの円形状のシリコンウエハの処理を包含して
いる。該処理は、酸化及び付着、リソグラフィ、エッチ
ング、ドーピング（注入及び拡散）等の一連のステップ
の繰返しを包含している。使用される生産プロセスの成
熟度に依存して、処理ステップ間において、粒子／生産
欠陥、マスク整合及びクリチカル（臨界的）寸法測定に
対してウエハを検査する場合がある。検査の頻度は、プ
ロセスの開発段階における全てのウエハについて行なう
もの、又は成熟したプロセスからの交互の生産ロットか
らのウエハについて行なうことが可能である。

【０００３】粒子（生産欠陥）検知は、製造プロセスに
おいて導入された汚染粒子の存在、又はデバイス（装
置）の構成体内に不所望の特徴を発生させるような処理
上の欠陥が発生した区域のいずれかを検知する。例えば
テンコア（Ｔｅｎｃｏｒ）インストルメンツ又はＫＬＡ
インストルメンツによって提供されているような現在の
粒子検知方法は、米国特許第４，３４７，００１号、第
４，３７８，１５９号、第４，７５５，８７４号、第，
７６６，３２４号、第４，８４５，５５８号、第４，８
９８，４７１号、第５，０３０，００８号、第５，１３
１，７５５号、第５，２６４，９１２号、第５，２７
６，４９８号、第５，３５５，２１２号、第５，４１
６，５９４号、第５，４３８，４１３号及び欧州特許出
願６２４７８Ａに記載されているような光学的技術、又
はＫＬＡ ＳＥＭＳｐｅｃシステムのようなトポグラフ
ィ（地形的）画像形成スキャニング電子顕微鏡技術、又
はＪＰ６１−８８２９４に記載されているような技術を
使用して、ウエハの表面からのトポロジィ情報を得るこ
とを包含している。

【０００４】これらの現在の技術は、「キラー」欠陥と
して知られる完成した集積回路（ＩＣ）の動作に影響を
与えるような欠陥（粒子）と、「迷惑」欠陥として知ら
れる悪影響を与えることのないような欠陥との間の区別
を行なうものではない。迷惑欠陥は検知された欠陥の９
０％を占める場合があるので、そうでなければ動作可能
なＩＣの許容可能な歩留まりを発生するウエハが拒否さ
れることがないことを確保するために何らかの形態の再
検討が必要である。この再検討は、現在のところ、手作
業である。検査システムによって識別された欠陥を含む
ウエハの画像を検査することによって欠陥を類別する。
再検討は、典型的に、光学的又はスキャニング電子顕微
鏡（ＳＥＭ）再検討ステーション上で実施される。オペ
レータが従来の経験及び欠陥位置に基づいて欠陥を類別
し且つ表の形とする。ウエハの歩留まりに影響を与える
迷惑欠陥の数を減少させるために、比較的遅く手作業の
欠陥類別が現在の唯一の方法である。このプロセスは欠
陥が完成したデバイス（装置）の性能に影響を与えるか
否かの直接的な情報を与えるものではない。

【０００５】これらの方法は、更に、それが迷惑欠陥で
あるか又はキラー欠陥であるかに拘らず、表面から見る
ことのできない欠陥を検知することが不可能であるとい
う問題を有している。目に見えないキラー欠陥は、例え
ば、開放ビア（ｖｉａｓ）、不完全なビア孔及びゲート
酸化物完全性問題等の問題を包含している。これらの全
ては動作不可能なデバイスとさせることが可能である
が、現在のインライン欠陥検知システムで検知すること
は不可能である。更に、半導体の幾何学的形状がますま
す小型化するに従い、精度が分解能の光学的回折限界に
よって制限されるために、光学的技術の有用性は低下す
る。０．２５μｍの幾何学的形状の集積回路の場合、半
導体製造プロセスにおいて一般的に遭遇する５０％未満
のキラー欠陥は、短波長ＵＶ範囲内で動作する場合であ
っても、光学的技術を使用して観察することが可能であ
る。光学的技術は、又、化学機械的研磨ステップの後に
おいてはその動作の有効性が低下する。何故ならば、平
坦な表面が形成され、ある光学的欠陥検知方法において
は重要な要素である散乱光が欠陥によって発生される蓋
然性が低下するからである。

【０００６】ダイとダイとの比較方法を使用したＳＥＭ
を基礎とした検査システムが提案されている。このよう
なシステムは、トポグラフィ即ち地形的な情報を得るた
めに最適化されている。公知の技術は小さなピクセル寸
法（０．１μｍ）を有しており、従って、完全なウエハ
に対して１０乃至８０時間の程度の非常に長い検査時間
を有している。これは、迷惑欠陥検知の高い発生率と結
合されて、このような技術を生産のために使用すること
を好ましくないものとしている。トポグラフィ即ち地形
的なデータは隠れた欠陥を露見させるものではなく、従
って光学的方法の欠点を有している。ウエハの電圧コン
トラスト画像を得るために電子ビームプローバーを使用
することが従来提案されている。然しながら、これらの
技術は良好な画像を得る前に、何回もウエハ上を電子ビ
ームをスキャニングさせることを必要とするので時間が
かかるものである。

【０００７】ＳＥＭ、及び集積回路装置における構成体
の機能的プロービングに対して公知のＳＥＭの変形例で
ある電子ビームプローバーは、デバイス即ち装置の電圧
コントラスト画像を得るためにしばしば使用される。電
圧コントラスト画像においては、画像形成される構成体
の電圧が該画像におけるその構成体の輝度を決定する。
これは電圧コントラストを向上させるために、それらの
エネルギに依存して、二次電子の検知を制御するために
フィルタ電極グリッドを使用することによって達成され
る。このようなアプローチは、製造プロセスの信頼性の
インジケータとして、ウエハ内に形成されるテスト構成
体を画像形成するために使用されている。

【０００８】ＳＥＭは部分的に完成したマルチチップモ
ジュール基板（ＭＣＭ）における隠れた欠陥を検知する
ために使用されており、且つこれらの技術の例は米国特
許第４，４１５，８５１号、第４，４１７，２０３号、
第４，４４３，２７８号に記載されている。これらの特
許は、２ｋｅＶ電子フラッドガンを使用してＭＣＭ基板
の導電性ネットへ電荷を付与し、次いで該ＭＣＭ基板の
ノードを電子ビームプローブを使用して検査し、該プロ
ーブをノードからノードへベクター処理して該ノードに
おいて存在する電圧を測定し且つ該ネットを放電させる
技術を記載している。該電圧測定を使用して、該ネット
内の欠陥の存在を表示する。この技術で検査したＭＣＭ
は、多数の完成したＩＣデバイスを位置決めし且つ接続
させることを意図している。導体をプレチャージするた
めにより高い及びより低いエネルギのフラッドガンを使
用する同様の技術がＭＣＭに対して適用されている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上の点に
鑑みなされたものであって、上述した如き従来技術の欠
点を解消し、上に概略した公知の光学的システムの欠点
を有することがなく且つ隠れた欠陥を露見させることの
可能な半導体ウエハを検査するのに適したシステムを提
供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の１側面によれ
ば、半導体ウエハにおける電気的欠陥を検知する方法が
提供され、それは、（ａ）電気的に分離された構成体を
電気的に接地された構成体と相対的にある電圧へ上昇さ
せるようにウエハへ電荷を付与し、（ｂ）電子ビームを
使用してこのような構成体を含むウエハの少なくとも一
部に対し電圧コントラストデータを獲得し、（ｃ）該電
圧コントラストデータを解析してこのような構成体に対
する所定の電圧と異なる電圧にある構成体を検知する、
上記各ステップを有することを特徴としている。

【００１１】電荷の付与は、典型的に、ウエハを比較的
低いエネルギ（約１ｋｅＶ）の電子でフラッディングす
ることによって達成される。フローティングしているウ
エハ内の導電性構成体がこのような電荷を保持し且つウ
エハ内の接地されている構成体と比較的して上昇された
電圧に維持される。電圧コントラスト画像はこのような
構成体の間において差別化を行なう。電子ビーム又はＳ
ＥＭ装置からの電圧コントラスト画像の採取は容易に達
成される。ウエハ上に電子ビームをスキャニングさせ且
つウエハから射出される二次電子を検知する。ウエハ上
の与えられた位置に対して検知された電子の数がその点
における該構成体の電圧を表わす。比較的高い電圧構成
体と接地電圧構成体との間のコントラストの最適化は、
フラッディング用電子のエネルギの適宜の選択及び検知
器において所定のエネルギの電子を検知することを向上
させるためにフィルタグリッド電圧を設定することによ
って達成される。「フラッディング（ｆｌｏｏｄｉｎ
ｇ）」という用語は、本明細書においては、例えばプロ
ービング即ち探査において使用されるような高分解能で
はなく、比較的発散性のビームにおいてウエハへ電子
（又はその他の荷電粒子）が付与されることを表わすた
めに使用されている。フラッディングスポット寸法及び
ビーム電流は、電圧コントラストデータを得るために使
用されるスポット寸法よりも数桁大きなものである場合
がある。フラッディングは、プロービング（探査）供給
源に加えて１つ又はそれ以上のフラッディング供給源を
使用して達成することが可能である。更に、同一の供給
源を、いずれの機能が実施されるかに依存してビームス
ポット寸法及びビーム電流の調節と共に、両方のために
使用することが可能である。

【００１２】電圧コントラストデータは多数の形態のう
ちの１つをとることが可能である。簡単な形態において
は、電子ビームのラインスキャン上の多数の位置に対す
るデータをとることが可能であり且つ一連の電圧レベル
及びスキャン位置として表示するか又は格納することが
可能である。従って、別の側面においては、本発明は、
半導体ウエハ上のデバイスであって、ある構成体が接地
電圧にあり且つその他の構成体が接地と相対的なフロー
ティング電圧にあるデバイスにおける電気的欠陥を検知
する方法が提供され、該方法は、（ａ）一連の離隔した
スキャンラインで前記デバイスの表面を横断して電子ビ
ームをスキャニングさせ、（ｂ）該一連における各スキ
ャンラインに対し電圧コントラストデータを獲得し、
（ｃ）前記スキャンラインからの電圧コントラストデー
タを解析してその構成体に対する所定の電圧に対して異
なる電圧にある構成体の存在を決定する、上記各ステッ
プを有することを特徴としている。

【００１３】電子ビームがウエハ上をスキャニングされ
る態様は、ウエハ表面の全ての部分をスキャニングする
ことなしに、電圧レベルを信頼性をもって決定するため
に充分なデータを採取するために最適化させることが可
能である。このような最適化は、必要とされるスキャン
ラインの数を減少させながら、従ってダイを検査するた
めの時間を減少させながら、キラー欠陥に起因する全て
の機能的欠陥を検知するために充分に詳細に構成体を検
査することを確保することを試みる。その最も簡単な形
態において、この最適化は規則的な間隔でのダイを横断
してのスキャンラインを有する場合がある。然しなが
ら、これは全ての構成体が検査されることを確保するも
のではない。その他のアプローチは、ダイ内の各導電性
トレースの端部を横断してのスキャニングを包含し、こ
れらの位置は設計データ又は基準（参照）ダイから決定
される。スキャニング期間中にビームがある程度偏向す
ることが可能であるので、これらの端部はビームの尺度
（０．２μｍ）において絶対的に直線上の配置にあるこ
とは必要ではなく、例えば１μｍのより幅広のウインド
ウ内の存在することが可能である。該ビームは、通常、
一方向にのみスキャンし、一方構成体は、典型的に、互
いに直角に位置しているので、必要な電圧コントラスト
データを得るために、最初にウエハを１つの方向にスキ
ャンし次いで９０度回転させた後に再度スキャンするこ
とが必要な場合がある。別の技術は、ウエハ上の構成体
の軸又はウエハを担持するステージの軸に対して直交す
る方向にビームをスキャンさせることである。これらの
スキャンラインの数及び動作は設計データの解析によっ
て決定することが可能である。

【００１４】別のアプローチは、電圧コントラスト画像
として電圧コントラストデータを表示することである。
電圧コントラスト画像又はラインスキャンデータを解析
して、予定されているものよりも一層高いか又は一層低
い電圧にある構成体、即ち欠陥のために分離されている
か又は接地されている構成体を識別することが可能であ
る。解析は、例えばウエハ上の１つのダイからの電圧コ
ントラストデータである１組の電圧コントラストデータ
を、例えば、１つ又はそれ以上の前のダイ上の対応する
構成体に対する電圧コントラストデータである１つ又は
それ以上のその他のこのような組と比較し、それらの間
の差異を決定することによって達成することが可能であ
る。このような比較は、同様に、光学的画像における粒
子の存在を検知するための光学的技術において使用され
る。別の技術は、電圧コントラストデータを設計データ
から派生された構成体の予測された電気的性能と比較す
ることである。

【００１５】このような態様でフローティング及び接地
されている導体を検知することは、キラー欠陥を見つけ
出すための信頼性があり且つ無接触の手段を提供してい
る。その構成体が既知の正しいウエハから予測されるも
のと異なる電圧にあるか否かを識別するために、構成体
上の１つの位置においてのみの測定が充分である可能性
がある。半導体製造プロセスにおける導体形成ステップ
期間中に（典型的に、１−３ポリシリコンレベル及び２
−６メタル層）、ある導体は電気的に基板から分離され
ており（フローティング）且つある導体は電気的に基板
へ接続されている（接地接続）。例えば、ウエハを荷電
させ且つ電子ビームでスキャニングする期間中に、フロ
ーティング導体は小さな正の電圧へ充電し、且つ、電圧
コントラスト画像（トポグラフィ又は物質のコントラス
トではなく）を発生するために最適化させた検知装置で
二次電子を検知する場合に、これらはくすんだように見
え、一方基板を介して接地されている導体は荷電されず
且つ同一の画像において明るく見え、且つ絶縁体は暗い
バックグラウンドとして表われる。

【００１６】

【発明の実施の形態】次に、図１を参照して説明する
と、本発明に基づくシステムは、電子ビーム装置１２
と、ステージ１４と、ウエハ取扱いロボット１６とを収
納している真空室１０を有している。該電子ビーム装置
は、例えばカリフォルニア州サンノゼのシュルンベルジ
ェテクノロジーズ、インコポーレイテッドの自動テスト
装置デビジョンから入手可能なＩＤＳ１００００等のＩ
Ｃ電子ビームプロービング装置において使用されている
ようなスキャニング電子顕微鏡カラム２０を有してい
る。カラム２０はステージ１４の情報に位置されてお
り、ステージ１４は半導体ＩＣ製造用ウエハ２２を支持
することが可能であり且つ２つの方向に移動することが
可能である（ＸＹステージ）。ステージ１４はウエハ２
２の任意の部分をカラム２０の視野内に位置させること
が可能であるように配設されている。低エネルギ（約１
ｋｅＶ）電子供給源２４が該カラムの側部から挿入され
ており且つカラム２０の視野内におけるウエハ２２を電
子でフラッディングさせるべく配設されている。該電子
ビームがスキャニングされる場合に、ウエハ２２の表面
から射出した二次電子を検知するために二次電子検知器
２６が設けられている。ウエハにおけるフローティング
構成体と接地されている構成体との間の電圧コントラス
トを検知するために検知器２６の能力を最適化させるた
めに、ウエハ２２と検知器２６との間においてバイアス
させたフィルターメッシュ２８が設けられており、メッ
シュ２８は所定のエネルギより高い電子のみが検知器２
６を通過し且つ検知されるようなバイアス電圧に保持さ
れている。該検知器の応答は光電子増倍管３０によって
向上される。

【００１７】ウエハ２２が図示した如く真空室１０内部
に位置させることが可能であり又は適宜真空室の外部に
位置させることの可能なハンドラーロボット１６によっ
てステージ１４上に位置されている。このようなロボッ
トは半導体製造プロセスにおいて一般的なものである。
ロボット１６に対してアクセス可能であるように、ウエ
ハのカセット３２がロードロック３４内にローディング
され、ロードロック３４は、次いで、密封状態とされ且
つ真空室１０の圧力へ低下される。このことは、新たな
ウエハのカセットを挿入する度に、真空室を大気圧へあ
げることの必要性を減少させている。それ自身ＣＡＤ設
計データ及び最適化したラインスキャン明細のデータベ
ース４４を包含するコンピュータ４２からの制御下で動
作される制御システム４０が、このシステムの動作を制
御する。該制御システムは、カラム制御エレクトロニク
スＣＣＥ、画像／ラインスキャンプロセサＩ／ＬＳＰ、
フィルタメッシュドライブＦＭＤ、ステージ制御エレク
トロニクスＳＣＥ、ウエハハンドラー制御エレクトロニ
クスＷＨＣＥ、真空ポンプ及びロードロック制御器ＶＰ
／ＬＬＣ、フラッドガン制御器ＦＧＣを包含している。

【００１８】カラム２０の対物レンズ側におけるフラッ
ドガン２４及び検知器２６の配列のより詳細な状態を図
２に示してある。この場合には、例えばキンボールフィ
ジックス（Ｋｉｍｂａｌｌ Ｐｈｙｓｉｃｓ）ＥＬＧ５
等の適宜のフラッドガン１２４がカラム１２０の片側に
位置決めされており且つ対物レンズ１４２の上方におい
てビームＰ内に位置決めされた偏向器１４０を介してカ
ラムの一次ビームＰ内にフラッデングビームＦを投影す
べく配設されている。偏向器１４０は一対の平行なプレ
ート１４４，１４６を有している。フラッドガン１２６
に最も近いプレート１４４は、アパーチャ１４８を有し
ており、それを介して、フラッディング即ちフラッド用
ビームＦが通過することが可能であり、且つ該プレート
は接地電位に保持されている。他方のプレート１４６は
一次ビームＰの経路に沿って且つウエハ上へフラッディ
ングビームＦを偏向させるために充分に高い電圧に保持
されている。二次電子検知器１２６が該カラムの片側に
位置されており且つ殆どの電子フラッディング状態にお
いて数十ボルト（例えば、５０−１００Ｖ）に保持され
ている電極構成体１５０によって保護されている。フラ
ッディングビームの付与は、フラッドガン１２４の端部
に隣接する同様の電極構成体１５２を使用することによ
るか又は電子供給源（不図示）近傍の内部電極を使用す
ることによって、ターンオン及びオフさせることが可能
である。

【００１９】該フラッドガンは、比較的低いエネルギの
電子からなるビームを供給すべく動作する。該エネルギ
範囲の上限は、通常、約１．５ｋｅＶであると考えられ
ている（このエネルギより高い場合には、該装置が、ア
ルミニウムからのブレムストロールング（Ｂｒｅｍｓｔ
ｒａｈｌｕｎｇ）照射又は規制されていない負の電荷に
よって損傷される可能性がある）。二次電子の収率が１
より大きなエネルギ範囲において動作することが望まし
いものと考えられている（エネルギは、２つの「クロス
オーバー」の間である）。半導体ウエハにおける殆どの
物質の場合には、６００ｅＶ乃至１．５ｋｅＶの範囲内
であると一般的に考えられており、正確な範囲は、基板
物質及びウエハの製造段階に依存する。ウエハにおける
フラッドガンのスポット寸法は、典型的に、５０μｍ乃
至５００μｍの範囲内に調節可能である。ビーム電流
は、１ｎＡ乃至３０μＡの範囲内に調節可能である。ス
ポット寸法及びビーム電流は、両方とも、ウエハの興味
のある区域における測定可能な電圧コントラスト（数ボ
ルト、典型的に１Ｖ未満）を得るために所望の電流密度
を提供するために両方とも調節される。

【００２０】図３（ａ）−（ｄ）は、フローティング
（暗部）又は接地（明部）されている構成体を具備する
ＩＣウエハの一部の電圧コントラスト図を模式的に示し
ている。図３（ａ）は正しい配列状態を示している。図
３（ｂ）は位置Ｘにおいて不良のビア（ｖｉａ）を有す
る場合にどのように電圧コントラスト画像が表われるか
を示している。この欠陥は光学的画像においては見るこ
とができないものであり、その結果、構成体Ａは接地と
相対的にフローティングとなる。図３（ｃ）は構成体Ａ
における破断されたラインの影響を示している。構成体
Ａは他方の接地された構成体へ正しく接続しているが、
該ラインにおける破断が位置Ｙを超えた部分が接地に対
してフローティングすることを許容している。図３
（ｄ）は意図したフローティング構成体を電気的に接地
されている構成体へ接続する位置Ｚにおける電気的短絡
の影響を示している。図４（ａ）及び（ｂ）は、同一の
ものであることが意図されているメモリ装置の対応する
部分のＳＥＭによって派生された電圧コントラスト画像
を示している。該デバイス即ち装置のうちの一方におけ
る１つの欠陥が、構成体Ｑが図４（ａ）において接地さ
れているものとして表われ且つ図４（ｂ）においてフロ
ーティングしているものとして表われることを意味して
いる。注意すべきことであるが、その他の情報が存在し
ない場合には、どちらの画像がエラーを有しているもの
かを決定することは不可能である。このことは、該画像
を既知の欠陥のないデバイス（装置）の対応する画像と
比較することによって決定することが可能であり、又
は、他方のデバイスから１つ又はそれ以上の対応する画
像を採取し且つ光学的欠陥検知において使用したものと
同様の欠陥検知アルゴリムを適用することによって所要
の情報を与えることが可能である。一方、この構成体に
対するＣＡＤデータの解析は、構成体Ｑがこの製造段階
においてフローティングしているか又は接地しているか
を告げることが可能である。

【００２１】本発明の別の好適実施例においては、電圧
コントラスト画像ではなくラインスキャンデータの解析
によって欠陥の存在を決定することが可能である。この
ことを図５に示してある。図３（ａ）−（ｄ）のライン
ＳＳ又はＴＴに沿って電子ビームをスキャニングする
と、図５に示した電圧コントラストデータ（接地電圧Ｖ
ｇ又はフローティング電圧Ｖｆ）対スキャンライン上の
位置が発生される。

【００２２】未知のデバイス（ｂ，ｃ又はｄ）からの信
号と既知のデバイス（ａ）からの信号との間の差を得た
後に、残留信号（Ｄａｂ，Ｄａｃ，Ｄａｄ）はエラーを
表わす。注意すべきことであるが、図３（ｃ）に対する
スキャンラインＴＴは、減算の後に残留信号（Ｄａｃ）
を示しておらず、従って欠陥は通常検知されない。然し
ながら、スキャンラインＳＳは残留信号（Ｄａｃ）を発
生し、それは欠陥を表わす。このことから、欠陥を検知
することを可能とするために本発明の場合には完全な画
像を得ることが必要でないことが理解される。何故なら
ば、本方法は従来の光学的方法における場合のようにデ
バイスの様相ではなくデバイスの電気的挙動に依存する
ものだからである。設計データを使用することは、どの
スキャンラインが同一の構成体をクロスするかを決定す
ることを可能とし、且つ継続性を決定するために比較す
ることが可能である。

【００２３】ラインスキャニングアプローチにおいて
は、ウエハをステージ上の直交する方向（Ｘ）に移動さ
せながら、電子ビームを１つの方向（Ｙ方向）において
ダイを横断して繰返しスキャンさせる。従って、ダイは
１つの画像を得るために使用される周波数の典型的に１
０分の１でスキャンされ、即ち、スキャンラインは画像
形成ラインよりも１０倍離れている。このことは、ダイ
当たりのスキャン数が１０倍減少されていることを意味
しており、従って、対応するファクターだけ処理時間を
減少させている。その方向に整列されている全てのダイ
がスキャンされるまで１つの方向にウエハを移動させ、
次いで、次の行のダイへ１個のダイ位置移動させ、ステ
ージ運動方向を逆にさせることがより便利である。殆ど
の場合において、各ダイは該ビームの複数個の視野を使
用してスキャンされ、即ち、ダイの１つの部分のみ
（「視野」）が任意の時間においてプレチャージされ、
次いでスキャンされ、次いで別の部分がプレチャージさ
れ且つスキャンされ、且つそのダイが完了するまで以下
同様に行なわれる。この技術は、ダイのスキャニングが
完了する前に電荷が散逸する問題を回避するために使用
することが可能である。

【００２４】任意のいずれか１つの視野をスキャンする
ために必要とされる全時間はプレチャージ時間とスキャ
ニング時間に依存することが理解される。本明細書にお
いて記載したプレチャージアプローチはダイ上に電荷を
付着させる上でより一層効率的なものであり、且つスキ
ャニングラインは離隔されているので、電圧コントラス
トデータを得るために必要な時間は電荷を付与するため
にスキャニングビームを使用し、次いで解析のために画
像を獲得する従来のアプローチよりも著しく短くさせる
ことが可能である。上述した実施例の場合には、ある従
来のシステムと比較して処理能力における改善が１００
倍となることが予測される。

【００２５】本発明に基づいてウエハの欠陥を検知する
のに適したシーケンスは以下の如くである。

【００２６】セットアップ （１）カラム下側のステージ上にロードロックを介して
ウエハをローディングし且つステージ上に整合させる。

【００２７】（２）電子ビームのセットアップ：フォー
カスさせ、非点収差変動を決定し、フォーカスマップを
用意し、両者によって発生されたＳＥＭ画像の比較によ
って一次ビーム及びフラッドビームを整合。

【００２８】（３）ウエハとの電子ビームの整合／レジ
スタ。

【００２９】（４）データベースからウエハ用の最適化
させたスキャンラインパターンのコンピュータファイル
の検索。

【００３０】動作 （１）ステージ運動の開始（Ｘ方向）。

【００３１】（２）フラッドガンを使用して約１ｍｓの
間、第一ダイにおける第一視野のプレチャージ。

【００３２】（３）電子ビームでの第一視野の検査（Ｙ
方向においてダイをスキャン）。

【００３３】（４）第一視野に対する電圧コントラスト
データの格納。

【００３４】（５）Ｘ方向における次の視野のプレチャ
ージ。

【００３５】（６）電子ビームでの次の視野の検査。

【００３６】（７）次の視野に対する電圧コントラスト
データの格納。

【００３７】（８）第一ダイが完了するまでステップ５
乃至７の繰返し及び電圧コントラストデータの格納。

【００３８】（９）Ｘ方向において次のダイに対するス
テップ２乃至８の繰返し。

【００３９】（１０）次のダイに対する電圧コントラス
トデータと前のダイ又は複数個のダイからの電圧コント
ラストデータの整合及び比較及び差の決定。

【００４０】（１１）ウエハ欠陥マップファイルにおい
て差の位置を記録。

【００４１】（１２）整合及びビームフォーカスのモニ
タ。

【００４２】（１３）ウエハ上の最後のダイに到達する
までステップ２乃至１２の繰返し。

【００４３】（１４）記録した欠陥数がそのウエハに対
する所定の最大数を超える場合にフラグを立てる。

【００４４】（１５）より高い倍率の電圧コントラスト
画像で各欠陥性ネットを再検討し且つ基準（参照）画像
と比較し且つオペレータが再検討するために格納。

【００４５】（１６）次のウエハ。

【００４６】上述した構成に対する種々の変形例を、本
発明の技術的範囲を逸脱することなしに構成することが
可能である。例えば、ダイ導体を電子ビームでプレチャ
ージし、次いで、それを使用して電圧コントラストデー
タを得ることが可能であり、即ち、プレチャージ及びプ
ロービングの両方に対して同一の電子ビームを使用する
ことが可能である。然しながら、このアプローチは、そ
うでない場合にはラインスキャニングアプローチによっ
て得ることの可能な改良した処理能力が得られないとい
う欠点を有している。何故ならば、導体を荷電するため
に電子ビームが最適化されておらず、従って、上述した
フラッドガンがそうする場合よりも一層長い時間かかる
からである。別の変形例は、１個を超える数のフラッド
ガンを使用するものである。

【００４７】上述した動作シーケンスは、ダイ全体のプ
レチャージと、それに続いてそのダイに対する完全なス
キャニング動作を行なうものを包含すべく変更すること
が可能である。選択された特定のシーケンスは、ダイか
らの電荷の散逸及びその結果発生する電圧コントラスト
データの劣化等のファクターを考慮に入れながら、シス
テム全体の処理能力を向上させるべく最適化させること
が可能である。別の変形例は、全ての電圧コントラスト
データをデータベース内に格納し且つ例えば別のコンピ
ュータを使用して、特定のウエハに対して回収したデー
タの全てを一度に比較及び／又は解析することである。

【００４８】本発明の更に別の実施例について以下に説
明する。

【００４９】図６は本発明に基づいてウエハの欠陥を検
知するためのシステム６００の別の実施例を概略的に示
している。図６は、本システムの主要な要素を示すべく
簡単化されており、即ち、制御システムとブランカー
（不図示）を具備する一次電子ガン６０５、電子カラム
６１０、制御システムとブランカー６２０とを具備する
フラッドガン６１５、ビーム屈曲用レンズ６２２、ラス
タースキャンコイル（又は、静電偏向器）６２５、二次
電子検知器６３０、二次電子検知器エレクトロニクス及
び制御器６３５、制御システム（不図示）を具備する二
次電子ブラインド６４０（例えば、電子フラッディング
期間中に検知器を保護するための図２の電極構成体１５
０）、スキャニング制御システム６４５、充電制御電極
６５０、充電制御電極６５０を検査すべきウエハ６６０
と相対的に所望の電圧に維持するための電圧供給源６５
５、ビーム屈曲用レンズを制御するための一次／フラッ
ドビームスイッチング制御器６６５を示している。

【００５０】ビーム屈曲用レンズ６２２を使用して、一
次ビームか又はフラッドビームのいずれかを、ビームカ
ラム６１０の対物レンズ（図６においては示していな
い）の光軸へ選択的に整合させる。一次ガンブランカー
は、使用されない場合に、一次ビームをブランク（ター
ンオフ）させ且つ、必要である場合に、一次ビームをア
ンブランク（ターンオン）させるために使用されてい
る。フラッドガンブランカー６２０は、必要でない場合
に、フラッドビームをブランク（ターンオフ）させ、且
つ、必要である場合に、フラッドビームをアンブランク
（ターンオン）させるために使用されている。フラッデ
ィング期間中に二次電子を反発させ且つ二次電子が検知
器６３０に入ることを防止するために、電圧を二次電子
ブラインド６４０へ印加させる。一次ビーム６７０のラ
スター偏向のために通常使用されるスキャンコイルも、
充分なフラッド面積をカバーすることが可能であるよう
に、フラッドビーム６７５を偏向させるために使用する
ことが可能である。以下の実施例のうちの１つにおいて
より詳細に説明するように、フラッドガン光学系のクロ
スオーバー点の位置に依存して、小さなフラッドビーム
スポットを得るためにフラッドビーム寸法を高度に縮小
させることが可能である。フラッドビームスポットがフ
ラッディングによってカバーされるべき面積よりも小さ
い場合には、所望の面積をカバーするためにスキャンコ
イル６２５を使用してフラッドビームをラスター動作さ
せる。フラッドビームをラスター動作させる別の理由
は、大きな面積にわたってフラッディングの一様性を得
るためであり、従って一様性はビーム形状とは独立的な
ものである。

【００５１】図７はカラム内にフラッドガンを包含する
図６のシステムの動作シーケンスを示したシステム制御
タイミング線図である。このタイミングシーケンスは画
像形成（又は部分的な画像形成）のための一次ビームを
ウエハ上の電荷を制御するためのフラッドビームと同期
させるために制御システム（例えば、図１に示したよう
な、コンピュータ４２の制御下にある制御システム４
０）においてプログラムされている制御論理によって制
御される。即ち、ライン７０５で示したような制御論理
シーケンスは、画像形成のために一次ビームがスキャン
される画像形成インターバル（期間）と、ウエハ表面の
チャージアップを制御するためにフラッドビームが活性
化される充電制御インターバル（期間）を交互に発生さ
せる。ライン７１０は一次ビームとフラッドビームとを
交互に発生させるためのビームスイッチング制御信号を
示している。画像形成インターバル期間中に、フラッド
ビームブランカーがスイッチオンされ（ライン７１５参
照）、一方一次ビームガン６０５のブランカー及びフラ
ッドビーム屈曲用レンズ６２２及び二次電子ブラインド
６４０がスイッチオフされ（ライン７２０及び７３０参
照）、従って、一次ビーム６７０がウエハ６６０に対し
て指向され且つ二次電子は検知器６３０へ到達すること
が可能である。更に、画像形成インターバル期間中に、
ラスタースキャン用コイル６２５及び充電用制御電極６
５０が画像形成のために所望されるそれらのプログラム
されている値に設定される（ライン７２５及び７３０参
照）。

【００５２】充電制御インターバル期間中に、フラッド
ビーム屈曲用レンズ６２２及び一次ビームガン６０５の
ブランカーがスイッチオンされ（ライン７２０参照）、
一方フラッドビームブランカーがスイッチオフされ（ラ
イン７１５参照）、従って、フラッドビームが動作のた
めに選択される。更に、充電制御インターバル期間中
に、二次電子ブラインド６４０がスイッチオンされ（ラ
イン７３５参照）、二次電子が検知器６３０になだれ込
むことを防止し、且つラスタースキャン用コイル６２５
及び充電用制御電極６５０は、フラッディングのために
所望されるそれらのプログラムされている値に設定され
る（ライン７２５及び７３０参照）。図６及び７の例に
おいては、一次ビームとフラッディングビームとによっ
て同一のラスタースキャン用コイルが共用されるもので
あることが仮定されているが、所望により、別個のコイ
ルを設けることも可能である。更に、一次ビーム６７０
とフラットビーム６７５のデューティサイクル（ライン
７１０参照）は必ずしも同じものではないことが仮定さ
れている。何故ならば、これらのビームは非常に異なる
電流及び目的を有しているからである。画像形成期間中
にフラッディング期間中とは異なる面積範囲をカバーす
るための柔軟性を与えるために、画像形成インターバル
とフラッディングインターバルとの間で異なるラスター
スキャン用振幅とすることも可能である。

【００５３】図８は本発明に基づいてカラム内にフラッ
ドガンを有するシステムを示した概略断面図である。電
子カラム（例えば、図１のカラム２０及び図６のカラム
６１０等）は、対物レンズ８０５を有しており、これを
介して、一次ビーム及びフラッドビームが、上述した如
く、交互に指向される。カラム内にフラッドガンを有す
る構成は多数の利点を提供する。それらの利点として
は、例えば、一次ビームが短い作業距離８１０で動作す
ることの能力及びフラッドビームと共通の「視野」を共
用することの能力等がある。

【００５４】図９及び１０はカラム内にフラッドガンを
有することのないシステムの概略断面図を示している。
その他の使用のための従来の構成は、カラムと並置され
且つカラム外部にフラッドガンを有している。これらの
構成においては、フラッドガンビームは、一次ビーム
と、カラムのビーム光学系を共用するか又は光軸のセグ
メントを共用する。カラムに隣接してフラッドガンを有
する構成の場合には、カラムはウエハから大きな作業距
離９１０に離隔されねばならず（図９参照）、又はステ
ージが、フラッドビームがウエハに到達することが可能
である第一位置（図１０の左側参照）と、画像ビームが
ウエハに到達することが可能な第二位置（図１０の右側
参照）との間でカラムを移動させることが必要である。
作業距離が図９におけるように大きなものである場合に
は、画像分解能が劣化する。ステージが図１０における
ように移動せねばならない場合には、ウエハをフラッデ
ィングすることに関連する時間オーバーヘッドが高く、
ステージの移動は、典型的に、６００ミリ秒と２秒との
間であり、典型的な画像形成時間よりも１桁大きな値で
ある。

【００５５】図１１は本発明に基づいて、カラム内にフ
ラッドガンを具備すると共にフラッドビーム屈曲用レン
ズを具備するシステムの概略断面図である。図１１はフ
ラッドビーム光学系の要素が図示されているフラッドビ
ーム軌跡面内における状態を示している。好適実施例に
おいては、フラッドビーム屈曲用レンズは、フラッドビ
ーム６７５を屈曲させ且つスイッチさせるべく作用する
一対の同心状の部分的球状電極１１０５及び１１１０を
有している。図１２はフラッドビーム軌跡面における電
極１１０５及び１１１０の断面を示しており、図１３は
図１２のＡ−Ａ線に沿ってとった断面を示している。動
作のためにフラッドビームを選択するために、電極１１
０５と１１１０との間に電圧を印加させる。一次ビーム
６７０を選択するためには、電極１１０５及び１１１０
が接地され、従って一次ビーム６７０は影響を受けるこ
となく電極１１０５における開口１１１５を介して通過
することが可能である。図１１に示したように、フラッ
ドガン６１５からのフラッドビーム６７５は、整合偏向
器１１２０を介して通過し、オプションの整形用アパー
チャ１１２５を介して通過し、アインツェル（Ｅｉｎｚ
ｅｌ）レンズ１１３０を介して通過し、且つオクタポー
ル（ｏｃｔａｐｏｌｅ）１１３５を介して通過し、屈曲
用レンズ６２２へ到達する。適当な電圧が屈曲用レンズ
６２２の電極１１０５と１１１０との間に印加された場
合には、フラッドビーム６７５がカラム軸へ屈曲され且
つ整合偏向器１１４０を介して通過し、ウイン（Ｗｉｅ
ｎ）フィルタ１１４５を介して通過し且つ対物レンズ８
０５を介して通過し、ウエハ６６０の表面上の所定の領
域をフラッディングさせる。

【００５６】屈曲用レンズ６２２はフラッドビーム６７
５を同時的に偏向させ且つフォーカス即ち集束させる。
該レンズの屈曲角度は電極１１０５及び１１１０の角度
（図１２におけるθ）によって決定される。フラッドビ
ーム６７５をカラム軸へ屈曲させるために、印加電圧が
フラッドビームの電子のエネルギレベルに対して調節さ
れる。該印加電圧は、約数十乃至数百ボルトであると推
定される。

【００５７】フォーカシングが図１５及び１６に示され
ている。図１５は倍率が低く且つウエハにおけるフラッ
ドビームスポットが小さい場合を示している。図１６は
倍率が高く且つウエハにおけるフラッドビームスポット
が大きい場合を示している。屈曲用レンズの画像（図１
５及び１６における位置ｐ３におけるクロスオーバー）
がどこに形成されるかを決定するために、屈曲用レンズ
のオブジェクト（フラッドガン６１５によって形成され
る位置ｐ１におけるクロスオーバー）が、図１５におけ
るように、電極１１０５及び１１１０から離れる方向に
移動させるか又は図１６におけるように電極１１０５及
び１１１０へ近づけて移動させる。フラッドガン６１５
と相対的なオブジェクトクロスオーバー（位置ｐ１）の
位置は、フラッドガン６１５のフォーカシングによって
決定され、それは、フラッドガン６１５内のフォーカシ
ング電極（不図示）へ印加される電圧によって制御され
る。フラッドガンクロスオーバー（位置ｐ１）がフォー
カス即ち集束され且つ屈曲用レンズ６２２によって位置
ｐ３へ「経路付け」される。屈曲用レンズ６２２の倍率
は、オブジェクト距離（ｐ１からｐ２への距離）に対す
る画像距離（ｐ２からｐ３への距離）の比によって推定
することが可能である。図１６におけるようにフラッド
ガンのフォーカシングを弱めると、屈曲用レンズ６２２
による倍率が高くなる。何故ならば、ｐ１とｐ２との間
の距離が短くなり、一方ｐ２とｐ３との間の距離が長く
なるからである。同様に、フラッドガンフォーカシング
を弱めることは、更に、対物レンズの倍率を一層高くす
る。何故ならば、ｐ３とｐ４との間の距離が短くなり、
一方ｐ４とｐ５との間の距離は殆ど不変のまま維持され
るからである。

【００５８】従って、ウエハにおけるフラッドビームス
ポットはフラッドガンのフォーカシング即ち集束状態を
調節することによって制御することが可能である。フラ
ッドガンのフォーカシングを弱めると、全体的な倍率が
一層高くなり、従ってフラッドビームスポットが一層大
きくなる。微細なフラッドビーム端部の画定が所望され
る場合には、フラッドガンのクロスオーバー点において
オプションとしての整形用アパーチャ１１２５を挿入す
ることが可能である。図１７は整形用アパーチャ１１２
５を通過する前の、ビーム幅を横断しての電子の分布と
してのフラッドビームの形状１７００を示している。図
１８は、整形用アパーチャ１１２５を通過した後の、ビ
ーム幅を横断しての電子の分布としてのフラッドビーム
の形状１８００を示している。図１１に示した構成要素
のうちの幾つかは、機械加工及び組立ての不完全性を補
償するために採用されている。整合偏向器１１２０は、
フラッドビームをオプションとしての整形用アパーチャ
１１２５に対して、又は屈曲用レンズ６２２に対して整
合させるために使用することが可能である。オクタポー
ル１１３５は、非点収差を補正すべく作用し且つ屈曲用
レンズ６２２に対してビームを整合させるために使用す
ることも可能である。整合偏向器１１４０はフラッドビ
ームを対物レンズ８０５へ整合させるべく作用する。

【００５９】フラッドビーム屈曲用レンズ６２２の電極
に対するその他の形態とすることも可能である。例え
ば、該電極対は、上述したような同心状の部分的球状形
状ではなく、同心状の部分的円筒形状のものとすること
が可能である。フラッドビーム軌跡面内の円筒構成の断
面は、球状電極構成に対するものと同一であり、従っ
て、図１２に示したものと同一である。光学系も、これ
ら２つの構成に対しフラッドビーム軌跡面内においては
同一である。図１４は図１２のＡ−Ａ線に沿ってとった
断面であり、フラッドビーム軌跡面に対して直交する面
内における円筒状の電極フラッドビーム屈曲用レンズを
示している。フラッドビーム軌跡面に対して直交する面
内においては、フラッドビームは球状電極によって偏向
され且つフォーカスされるが、円筒状電極によっては偏
向されるに過ぎない。その結果、円筒電極構成が使用さ
れる場合には、長尺状の断面のフラッドビームが発生さ
れる。この場合には、ウエハ表面において一様なフラッ
ドのカバレッジ即ち範囲を得るために該フラッドビーム
をラスタースキャンさせることが可能である。

【００６０】上述したフラッドガンスポット寸法及びビ
ーム電流パラメータは、ウエハを検査する場合に遭遇す
る多くの場合に適切なものである。然しながら、その他
の適用例は高電流フラッディングから有益的な効果を得
ることが可能である。従って、フラッドガン構成に対す
る１実施例は、数百μＡの範囲内のフラッド電流を発生
するために極めて高い電流の電子ガンを採用することで
ある。２．５ｍｍスポットで約４００μＡの電流を供給
することの可能な例えばキンボールフィジックス（Ｋｉ
ｍｂａｌｌ Ｐｈｙｓｉｃｓ）のＥＦＧ−８又はＦＲＡ
−２ｘ１−２等の高ビーム電流フラッドガンがこの適用
例に対して理想的なものである。ビームがレンズ６２２
のビーム屈曲用電極に入る前に、サブミリメーター即ち
１ミリメーター未満のクロスオーバースポットを発生す
るために、該ガンからのスポットを縮小させるためにフ
ォーカシングレンズ（例えば、アインツェル（Ｅｉｎｚ
ｅｌ）レンズ１１３０）を使用することが可能である。

【００６１】この高電流構成は、例えば、金属ストリン
ガ又は汚染物架橋によって低抵抗の短絡（数十ｋΩ程度
の抵抗値）等のそうでなければ検知することが困難な欠
陥を検知することを容易なものとさせる。図１９は導体
から基板への抵抗性短絡を持ったウエハの一部の一例を
断面で示している。このような見つけることが困難な欠
陥を検知することは、それが進化されたデバイス製造
（０．３５ミクロン以下の技術）においてますます一般
的なものとなるので、重要である。このような欠陥は極
めて小さく、それらは光学的顕微鏡によって検知するこ
とは不可能である。それらは荷電粒子顕微鏡で見ること
が可能であるが、荷電粒子顕微鏡は高い倍率で動作する
場合に、その視野は非常に小さいので、それを見つけ出
すことは極めて困難である。一方、電圧コントラスト荷
電粒子ビームシステムは、これらの欠点をこうむること
はない。何故ならば、それは、微小な欠陥自身を検知す
るものではなく欠陥の結果を見つけ出すべく構成されて
いるからであり、この場合には、微小な欠陥に起因する
微小回路に関する電圧コントラスト変化を容易に検知す
ることが可能だからである。電圧コントラストシステム
がこれらの欠陥を検知するためには、該システムは、フ
ローティング状態にある導体と接地状態にある導体との
間の電圧コントラストを確立するために導体をチャージ
アップ即ち充電することが可能でなければならない。数
百μＡの電流を供給することの可能なフラッドガンを使
用することは、数十ｋΩ程度の低い低抵抗短絡を検知す
ることを可能とする。

【００６２】このような高電流のフラッドガンを使用す
る別の理由は、例えば、ＳＲＡＭメモリネットワーク等
の大きなフローティング導体ネットワークに関する短絡
を検知するためである。図２０は電気的リークを有する
導体の大きなネットワークを具備するウエハの一部の概
略断面図である。この場合には、各セルからの小さなリ
ークが蓄積して、該ネットワークをチャージアップする
のに高電流のフラッドガンが必要となるような大きなネ
ットワークからのリークとなっている。

【００６３】高電流フラッドガン構成は、更に、例えば
図２１のネットワーク２１０５及び２１１０等の２つの
大きなフローティング導体ネットワーク間を架橋する欠
陥を検知するような非常に困難な場合の検知をも可能な
ものとさせる。このタイプの欠陥を検知するためには、
例えば２１２０及び２１２５等の導体パッドをデバッグ
目的のために各ネットワーク内に設けることが可能であ
る。該導体パッドは、それが正方形である場合には、各
辺が数ミクロン乃至数十ミクロンとすることが可能であ
る。回路をテストするために、該ネットワークのうちの
一方をそのネットワークに対するデバッグパッドをフラ
ッディングさせることによって最初にチャージアップさ
せる。例えば、ネットワーク２１０５をデバッグパッド
２１２０をフラッディングさせることによってチャージ
アップさせる。次いで、該システムは、一次ビームを使
用して他方のネットワーク２１１０の電圧コントラスト
を検査する。第二ネットワーク２１２０が充電されたこ
とが判別される場合には、それら２つのネットワークの
間に短絡が存在することとなる。別の技術としては、デ
バッグパッドに対して機械的プローブ又はプローブカー
ドを降下させ且つフラッドガンで充電させる代わりに外
部電源で導体電圧を上昇させることによるものである。
然しながら、これらの技術は、機械的な位置決め及び整
合に起因して処理能力が低く且つ機械的接触に起因して
粒子汚染が発生するという欠点を有している。

【００６４】以上、本発明の具体的実施の態様について
詳細に説明したが、本発明は、これら具体例にのみ限定
されるべきものではなく、本発明の技術的範囲を逸脱す
ることなしに種々の変形が可能であることは勿論であ
る。例えば、本発明を、電子フラッドガン及び電子ビー
ムプローバーを使用する場合について詳細に説明した
が、例えば、フォーカストイオンビーム技術、又は機械
的、光学的又は原子力プローブ等のその他の荷電粒子技
術を使用することも可能である。電荷を付与するその他
の手段としては、直接的電気的接触又は電界アプローチ
等がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明に基づいてウエハの欠陥を検知するシ
ステムを示した概略図。

【図２】 図１の構成において使用するのに適した電子
ビームカラムのフラッドガン、二次電子検知器及び対物
レンズの詳細な構成を示した概略図。

【図３】 （ａ）乃至（ｄ）は異なる欠陥を有するＩＣ
の電圧コントラスト画像を示した各概略図。

【図４】 （ａ）及び（ｂ）は欠陥を有する場合及び欠
陥を有しない場合のＩＣの一部のＳＥＭ顕微鏡写真の各
概略図。

【図５】 図３（ａ）−（ｄ）における構成から得られ
るラインスキャンデータを示した概略図。

【図６】 本発明に基づいてウエハの欠陥を検知するた
めのシステムを示した概略図。

【図７】 図６のシステムの動作シーケンスを示したシ
ステム制御タイミング線図。

【図８】 本発明に基づいてカラム内にフラッドガンを
有するシステムを示した概略断面図。

【図９】 カラム内にフラッドガンを有することのない
システムを示した概略図。

【図１０】 図９のシステムの動作を説明するのに有用
な概略図。

【図１１】 本発明に基づいてカラム内にフラッドガン
を具備しており且つフラッドビーム屈曲用レンズを具備
するシステムを示した概略図。

【図１２】 本発明に基づくフラッドビーム屈曲用レン
ズを示した概略図。

【図１３】 本発明に基づく球状電極フラッドビーム屈
曲用レンズを示した図１２のＡ−Ａ線に沿ってとった概
略断面図。

【図１４】 本発明に基づく円筒状電極フラッドビーム
屈曲用レンズを示した図１３のＡ−Ａ線に沿ってとった
概略断面図。

【図１５】 小さなフラッドスポットを発生するために
低倍率に設定したフラッド光学系を具備する図１１のシ
ステムを示した概略図。

【図１６】 大きなフラッドスポットを発生するために
高い倍率に設定したフラッド光学系を具備する図１１の
システムを示した概略図。

【図１７】 本発明に基づいてアパーチャを通過する前
のフラッドビームの形状を示した概略図。

【図１８】 本発明に基づいてアパーチャを通過した後
のフラッドビームの形状を示した概略図。

【図１９】 導体から基板への抵抗性短絡を具備するウ
エハの一部を示した概略断面図。

【図２０】 電気的リークを有する大きな導体のネット
ワークを具備するウエハの一部を示した概略断面図。

【図２１】 複数個のフローティング導体ネットワーク
間に短絡を有するウエハの一部を示した概略断面図。

【符号の説明】

１０ 真空室 １２ 電子ビーム装置 １４ ステージ １６ ウエハ取扱いロボット ２０ スキャニング電子顕微鏡カラム ２２ ウエハ ２４ 電子供給源（フラッドガン） ２６ 二次電子検知器 ２８ フィルターメッシュ ３０ 高電子増倍管 ３２ ウエハカセット ３４ ロードロック ４０ 制御システム ４２ コンピュータ ４４ データベース

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｇ０１Ｒ 1/06 Ｇ０１Ｒ 1/06 Ｆ 31/302 Ｈ０１Ｊ 37/28 Ａ // Ｈ０１Ｊ 37/28 Ｇ０１Ｒ 31/28 Ｌ (72)発明者 チウォエイ ウエイン ロ アメリカ合衆国， カリフォルニア 95008， キャンベル， オレステス ウ エイ 2039 (72)発明者 ルイス カミロ オルウエラ アメリカ合衆国， カリフォルニア 95128， サン ノゼ， コンコルド ア ベニュー 770， ナンバー ４ (72)発明者 リ ウォン アメリカ合衆国， カリフォルニア 95131， サン ノゼ， グッディー レ ーン 1537

Claims (42)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体ウエハ上のダイにおける電気的欠
   陥を検知する方法において、 （ａ）前記ダイ内の電気的に分離されている構成体が電
   気的に接地されている構成体と相対的にある電圧へ上昇
   されるように前記ウエハの所定の領域へ電荷を付与し、 （ｂ）前記ダイの領域内の構成体に対する電圧コントラ
   ストデータを得るために前記領域をプロービングし、 （ｃ）前記電圧コントラストデータを解析してこのよう
   な構成体に対する所定の電圧と異なる電圧にある構成体
   を検知する、上記各ステップを有しており、前記電荷を
   付与するステップが、前記領域がプロービングされる分
   解能よりも著しく低い分解能において前記領域へ電荷を
   付与するように実施されることを特徴とする方法。
2. 【請求項２】 請求項１において、ステップ（ａ）が前
   記ダイの前記領域を比較的低いエネルギの電子でフラッ
   ディングさせることを特徴とする方法。
3. 【請求項３】 請求項２において、前記フラッディング
   ステップが、単一のステップで前記領域の少なくとも主
   要な部分へ電子を付与することを特徴とする方法。
4. 【請求項４】 請求項１において、ステップ（ｂ）が前
   記構成体と交差する一連のスキャンラインで前記領域を
   横断して荷電粒子ビームをスキャニングすることを特徴
   とする方法。
5. 【請求項５】 請求項４において、前記荷電粒子ビーム
   が前記領域の全面積よりも実質的に少ない面積をスキャ
   ンすることを特徴とする方法。
6. 【請求項６】 請求項１において、ステップ（ｂ）が前
   記ダイの前記領域の電圧コントラスト画像を得ることを
   特徴とする方法。
7. 【請求項７】 請求項６において、ステップ（ｃ）が前
   記電圧コントラスト画像を前記所定の電圧にある対応す
   る構成体の画像と比較することを特徴とする方法。
8. 【請求項８】 請求項６において、ステップ（ｃ）が前
   記電圧コントラスト画像を前記ウエハ上の他の箇所の対
   応する構成体の画像と比較し且つ該画像の間の差異を決
   定することを特徴とする方法。
9. 【請求項９】 請求項１において、ステップ（ｃ）が前
   記電圧コントラストデータを設計データから決定した該
   構成体に対する予測電圧と比較することを特徴とする方
   法。
10. 【請求項１０】 請求項１において、ステップ（ｃ）が
    短絡、ゲート短絡、開放ビア、導体を架橋する破損され
    ている導体線、及び行方不明の拡散部からなるグループ
    から選択された欠陥の存在を決定するために前記電圧コ
    ントラストデータを解析することを特徴とする方法。
11. 【請求項１１】 請求項１において、更に、前記ウエハ
    を欠陥について光学的に検査し且つこのような検査によ
    って検知された欠陥を前記電圧コントラストデータの解
    析によって検知された欠陥と比較することを特徴とする
    方法。
12. 【請求項１２】 請求項１１において、更に、光学的検
    査によって検知されたどの欠陥が前記コントラストデー
    タとの比較により前記構成体に関し電気的な影響を有す
    るものでないかを決定することを特徴とする方法。
13. 【請求項１３】 請求項１において、前記ウエハに対し
    て適用される製造処理ステップによって分離されるステ
    ップ（ａ）−（ｃ）を繰返し行なうことを特徴とする方
    法。
14. 【請求項１４】 半導体ウエハ上のダイ内の電気的欠陥
    を検知する装置において、 （ａ）前記ダイ内の電気的に分離されている構成体が電
    気的に接地されている構成体と相対的にある電圧へ上昇
    されるように前記ウエハの所定の領域へ電荷を付与する
    手段、 （ｂ）前記電荷を付与する手段よりも著しく高い分解能
    を持っており、このような構成体を含むダイの領域に対
    して電圧コントラストデータを得るためのプローブ、 （ｃ）このような構成体に対する所定の電圧と異なる電
    圧にある構成体を検知するために前記電圧コントラスト
    データを解析する手段、を有することを特徴とする装
    置。
15. 【請求項１５】 請求項１４において、前記ウエハへ電
    荷を付与する手段が荷電粒子フラッドガンを有している
    ことを特徴とする装置。
16. 【請求項１６】 請求項１５において、前記荷電粒子フ
    ラッドガンが前記ウエハに対して比較的低いエネルギの
    電子を付与することを特徴とする装置。
17. 【請求項１７】 請求項１４において、前記プローブが
    前記ダイの前記領域を横断して電子ビームをスキャンす
    る電子ビームプローブ装置を有することを特徴とする装
    置。
18. 【請求項１８】 請求項１４において、前記電子ビーム
    プローブが、更に、電子ビームを前記領域を横断してス
    キャンさせる場合に前記ダイから射出される二次電子に
    対する検知器を有していることを特徴とする装置。
19. 【請求項１９】 請求項１７において、前記電子ビーム
    プローブが前記領域の全面積よりも実質的に小さな面積
    を横断して前記ビームをスキャンすることを特徴とする
    装置。
20. 【請求項２０】 請求項１４において、前記電圧コント
    ラストデータを解析する手段が、前記領域から得られた
    電圧コントラストデータを、別のデバイスの対応する領
    域から得られた電圧コントラストデータと比較すること
    を特徴とする装置。
21. 【請求項２１】 請求項１４において、前記電圧コント
    ラストデータを解析する手段が、前記電圧コントラスト
    データを、前記ダイに対して設定データから派生される
    予測された電圧コントラストデータと比較する手段を有
    していることを特徴とする装置。
22. 【請求項２２】 半導体ウエハ上のデバイスであって、
    接地電圧にある構成体と接地と相対的なフローティング
    電圧にあるその他の構成体とを具備するデバイスにおけ
    る電気的欠陥を検知する方法において、 （ａ）前記構成体と交差するように一連の離隔されたス
    キャンラインで前記デバイスの所定領域の表面を横断し
    て荷電粒子ビームをスキャニングし、 （ｂ）前記一連における各スキャンラインに対し電圧コ
    ントラストデータを獲得し、 （ｃ）前記スキャンラインからの電圧コントラストデー
    タを解析してその構成体に対する所定電圧に対して異な
    る電圧にある構成体が存在するか否かを決定する、上記
    各ステップを有することを特徴とする方法。
23. 【請求項２３】 請求項２２において、前記荷電粒子ビ
    ームが前記スキャンラインの間隔と比較して前記スキャ
    ンラインに沿って実質的により大きな分解能でスキャニ
    ングされる電子ビームを有していることを特徴とする方
    法。
24. 【請求項２４】 請求項２３において、前記電子ビーム
    が前記所定の領域の５０％未満をカバーするようにスキ
    ャニングさせることを特徴とする方法。
25. 【請求項２５】 請求項２３において、前記スキャンラ
    インの間隔が前記構成体の実質的に全てが前記スキャン
    ラインによって交差されることを確保するように選択さ
    れることを特徴とする方法。
26. 【請求項２６】 請求項２２において、１本のスキャン
    ラインに対する電圧コントラストデータを前記ウエハ上
    の別のデバイス上の対応するラインに対して得られたも
    のと比較することを特徴とする方法。
27. 【請求項２７】 半導体ウエハ上のデバイスにおける電
    気的欠陥を検知する装置において、 （ａ）前記デバイスにおける構成体と交差するように一
    連の離隔されたスキャンラインで前記デバイスの表面の
    所定領域を横断して荷電粒子ビームをスキャニングさせ
    る荷電粒子ビームプローブ、 （ｂ）前記スキャンラインに対する電圧コントラストデ
    ータを得るための二次粒子検知器、 （ｃ）その構成体に対する所定の電圧に対し異なる電圧
    にある構成体が存在するか否かを決定するために前記電
    圧コントラストデータを解析する手段、を有することを
    特徴とする装置。
28. 【請求項２８】 請求項２７において、前記荷電粒子ビ
    ームプローブが前記スキャンラインの間隔と比較して前
    記スキャンラインに沿って実質的により大きな分解能で
    スキャニングされる電子ビームを有していることを特徴
    とする装置。
29. 【請求項２９】 請求項２８において、前記プローブが
    前記所定の領域の５０％未満にわたり前記電子ビームを
    スキャニングさせることを特徴とする装置。
30. 【請求項３０】 請求項２７において、前記電圧コント
    ラストデータを解析する手段が、前記データを別の装置
    から得られた対応するデータと比較して両者の間に差異
    が存在するか否かを決定するための手段を有しているこ
    とを特徴とする装置。
31. 【請求項３１】 請求項２７において、更に、前記ウエ
    ハを前記電子ビームプローブと相対的に移動させること
    の可能な前記ウエハ用のステージを有することを特徴と
    する装置。
32. 【請求項３２】 請求項１５において、前記プローブが
    カラム軸と対物レンズとを具備する荷電粒子ビームカラ
    ムを有しており、且つ前記荷電粒子フラッドガンが該カ
    ラム内に位置されており、従って前記フラッドビームが
    前記対物レンズから出る場合に前記フラッドビームが前
    記カラム軸に対して平行であることを特徴とする装置。
33. 【請求項３３】 請求項３２において、前記プローブ
    が、更に、一次ビーム供給源を有しており、更に、前記
    ウエハと相対的な前記カラムの作業距離を変更すること
    なしに、前記供給源からの一次ビーム及び前記フラッド
    ガンからのフラッドビームを交互に前記ウエハへ付与す
    るためのビームスイッチング要素を有していることを特
    徴とする装置。
34. 【請求項３４】 請求項３３において、更に、前記一次
    ビームか又は前記フラッドビームのいずれかが前記ウエ
    ハへ付与されるかを選択するための制御可能な偏向器を
    有していることを特徴とする装置。
35. 【請求項３５】 請求項３４において、前記偏向器が一
    対の実質的に同心状の部分的球状電極を有していること
    を特徴とする装置。
36. 【請求項３６】 請求項３２において、前記カラムが、
    フラッドビームスポットよりも著しく大きな前記ウエハ
    の領域にわたり前記フラッドビームをスキャニングさせ
    るラスタースキャニングコイルを有していることを特徴
    とする装置。
37. 【請求項３７】 請求項３２において、前記カラムが、
    フラッドビームスポットよりも著しく大きな前記ウエハ
    の領域にわたり前記フラッドビームをスキャニングさせ
    るための静電偏向器を有することを特徴とする装置。
38. 【請求項３８】 請求項３３において、前記カラムがフ
    ラッドビームスポットよりも著しく大きな前記ウエハの
    領域にわたり前記フラッドビームをスキャニングさせ且
    つ一次ビームスポットよりも大きな前記ウエハの領域に
    わたり前記一次ビームをスキャニングさせる１組のラス
    タースキャニングコイルを有することを特徴とする装
    置。
39. 【請求項３９】 請求項３２において、前記フラッドガ
    ンが数百μＡのビーム電流を持ったフラッドビームを送
    給することが可能であることを特徴とする装置。
40. 【請求項４０】 請求項１において、電荷が付与される
    前記所定の領域が、前記ダイの別の部分への不所望の抵
    抗性短絡を有する導体を包含しており、且つ付与される
    電荷の量が前記導体を充電させて、フローティング導体
    と接地されている導体との間に電圧コントラストを確立
    するのに充分なものであることを特徴とする方法。
41. 【請求項４１】 請求項１において、前記電荷が付与さ
    れる前記所定の領域が大きなフローティング導体ネット
    ワークを包含しており、且つ付与される電荷の量が、前
    記ネットワークを充電させて、前記ネットワークと前記
    ダイの周りの構成体との間に電圧コントラストを確立さ
    せるのに充分なものであることを特徴とする方法。
42. 【請求項４２】 請求項１において、前記ダイが複数個
    の大きなネットワークを有しており、前記電荷が付与さ
    れる前記所定の領域が、前記ネットワークのうちの第一
    のネットワークの一部を有しており、且つ前記電圧コン
    トラストデータの解析が、前記ネットワークのうちの第
    二のネットワーク上において電荷を検知することが可能
    であるか否かを決定することを特徴とする方法。