半導体基板の欠陥検査装置および欠陥検査方法
【課題】カソードルミネッセンスを用いた半導体基板中の結晶欠陥の評価において、半導体基板表面のクリーニングをせずに高精度に結晶欠陥を評価することを可能にする。
【解決手段】欠陥検査装置１００は、半導体基板２を支持するステージ３と、電子線照射部７と、ＣＬ検出器１４と、Ｘ線検出器１９と、データ処理部２２とを備える。電子線照射部７は、半導体基板２に電子線を照射する。ＣＬ検出器１４は、半導体基板２の検査箇所に電子線が照射されることによって検査箇所の結晶欠陥から発生したカソードルミネッセンス光を検出する。Ｘ線検出器１９は、検査箇所に電子線が照射されることによって検査箇所の表面に付着する有機化合物から発生した炭素の特性Ｘ線を検出する。データ処理部２２は、検出された炭素の特性Ｘ線の強度に基づいて、検出されたカソードルミネセンス光の有機化合物による減衰を補正する。
【解決手段】欠陥検査装置１００は、半導体基板２を支持するステージ３と、電子線照射部７と、ＣＬ検出器１４と、Ｘ線検出器１９と、データ処理部２２とを備える。電子線照射部７は、半導体基板２に電子線を照射する。ＣＬ検出器１４は、半導体基板２の検査箇所に電子線が照射されることによって検査箇所の結晶欠陥から発生したカソードルミネッセンス光を検出する。Ｘ線検出器１９は、検査箇所に電子線が照射されることによって検査箇所の表面に付着する有機化合物から発生した炭素の特性Ｘ線を検出する。データ処理部２２は、検出された炭素の特性Ｘ線の強度に基づいて、検出されたカソードルミネセンス光の有機化合物による減衰を補正する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体基板中の結晶欠陥の量を検査する欠陥検査装置および欠陥検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板中の結晶欠陥の量を検査する方法として、カソードルミネッセンス（ＣＬ：Cathode-Luminescence）を用いる方法が知られている。カソードルミネッセンスとは、電子線の照射によって試料から生じた発光のことである。
【０００３】
たとえば、特開２００６−７３５７２号公報（特許文献１）に記載された技術では、次の手順によってカソードルミネッセンスを用いて結晶欠陥が検出される。まず、表面側にシリコン層を有する基板がステージに載置され、基板は温度１００Ｋ〜４Ｋに冷却される。次に、ステージと基板表面を照射するための電子線とのいずれか一方が２次元的に走査されることによって、基板表面の所定領域内が電子線により順次照射される。このとき、基板表面から発生したカソードルミネッセンス光（ＣＬ光とも称する）のうちの波長１２００ｎｍ〜１７００ｎｍの近赤外光が検出されるとともに、検出位置確認のために、基板表面から発生した二次電子が検出される。検出された二次電子により基板表面の画像である二次電子像が表示される。さらに、二次電子像に対応させて、検出された近赤外光の強度が表示されることによって、基板表面で近赤外光の強度が大きい部位が特定される。
【０００４】
カソードルミネッセンスの測定では半導体基板に付着した有機化合物などによる表面汚染（contamination）が問題となる。この理由は、基板表面に付着した汚染物（contaminant）がＣＬ光の吸収体となるからである。半導体装置の製造工程では半導体基板に有機化合物などの汚染物が付着することが頻繁に起こるので、通常、カソードルミネッセンスの測定の前に半導体基板表面のクリーニングが行なわれる。代表的なクリーニングの方法として、ウェットクリーニングやプラズマ処理などのドライクリーニングがある（たとえば、志村忠夫著、「半導体シリコン結晶工学」、丸善株式会社、１９９３年９月３０日、ｐ．１２５−１２８（非特許文献１）参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−７３５７２号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】志村忠夫著、「半導体シリコン結晶工学」、丸善株式会社、１９９３年９月３０日、ｐ．１２５−１２８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、半導体基板に対して上記のクリーニング処理を行なうと、半導体基板にダメージが生じることがある。このため、かえって結晶欠陥の分析精度が低下するおそれがある。また、カソードルミネッセンスの測定前に毎回クリーニング処理を行なうことは煩雑であるので、半導体装置の生産性の点でも好ましくない。
【０００８】
この発明の目的は、カソードルミネッセンスを用いた半導体基板中の結晶欠陥の評価において、半導体基板表面のクリーニングをせずに高精度に結晶欠陥を評価することが可能な欠陥検査装置および欠陥検査方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明は要約すれば半導体基板の欠陥検査装置であって、電子線照射部と、第１および第２の検出器と、データ処理部とを備える。電子線照射部は、半導体基板に電子線を照射する。第１の検出器は、半導体基板の検査箇所に電子線が照射されることによって検査箇所の半導体結晶の欠陥から発生したカソードルミネッセンス光を検出する。第２の検出器は、検査箇所に電子線が照射されることによって検査箇所の表面に付着する有機化合物から発生した炭素の特性Ｘ線を検出する。データ処理部は、検出された炭素の特性Ｘ線の強度に基づいて、検出されたカソードルミネセンス光の有機化合物による減衰を補正する。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、検出された炭素の特性Ｘ線の強度に基づいて、検出されたカソードルミネセンス光の有機化合物による減衰を補正する。これによって、半導体基板表面のクリーニングをしなくても高精度に結晶欠陥を評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１による欠陥検査装置１００の構成を示すブロック図である。
【図２】図１のデータ処理部２２の構成を示すブロック図である。
【図３】炭素の特性Ｘ線強度とＣＬ光強度との関係を示す図である。
【図４】シリコン基板４０における結晶欠陥および表面の汚染物の分布の一例を模式的に示す図である。
【図５】図４のシリコン基板４０で検出された特性Ｘ線強度分布およびＣＬ光強度分布を模式的に示す図である。
【図６】図１の欠陥検査装置１００による検査手順を示すフローチャートである。
【図７】この発明の実施の形態２による欠陥検査装置１０１の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明を繰返さない。
【００１３】
＜実施の形態１＞
［欠陥検査装置１００の構成］
図１は、この発明の実施の形態１による欠陥検査装置１００の構成を示すブロック図である。
【００１４】
図１を参照して、欠陥検査装置１００は、真空容器１と、真空容器１を減圧して真空状態を作り出すための真空ポンプ５とを含む。この真空容器１の中に、欠陥検査装置１００は、シリコン基板２を載置し支持するためのステージ３と、ステージ３をシリコン基板２の面方向（Ｘ方向、Ｙ方向）に移動するための制御モータなどからなる駆動部４とを含む。駆動部４によって、ステージ３に載置されたシリコン基板２の検査箇所が、後述する電子銃７から照射する電子線の照射位置に移動される。
【００１５】
ステージ３にはシリコン基板２を冷却するための冷却装置６が取付けられている。冷却装置６として、液体ヘリウムや液体窒素などの冷媒を用いて冷却する方式のものや、ヘリウムガスなどを用いたクローズドタイプの循環式のものなどを用いることができる。シリコン基板２の冷却温度は１００Ｋ〜４Ｋ（Ｋはケルビンを表わす）が好ましい。シリコン基板２の温度が低いほど、転位などの結晶欠陥に由来する発光の強度が増加するからである。１００Ｋ以上では、無輻射遷移確率が高くなるため、結晶欠陥に由来する発光の強度が低下する。一方、４Ｋより低い温度では冷却が容易でないばかりか温度を一定に保ち難いので好ましくない。
【００１６】
欠陥検査装置１００は、さらに、真空容器１の中でステージ３の上方に設けられた電子線発生器としての電子銃７、二次電子検出器１７、Ｘ線検出器１９、および集光ミラー１０を含む。
【００１７】
電子銃７は、二次電子像および反射電子像を観察可能な走査型電子顕微鏡や、二次電子像および反射電子像に加えて透過電子像も観察可能な透過型電子顕微鏡に備えられたものを利用することができる。簡便かつ非破壊に検査できる点から走査型電子顕微鏡に備えられた電子銃７を用いることが好ましい。電子銃７の方式には特に制約はなく、たとえば、熱電子放出型、電界放出型、ショットキーエミッション型、またはサーマル電界放出型などの電子銃を用いることができる。ただし、高空間分解能かつ高電流密度である点から、ショットキーエミッション型またはサーマル電界放出型の電子銃が好ましい。電子線のビーム径にも特に限定はないが、ビーム径が小さいほど空間分解能が向上するので、数十ｎｍ以下のビーム径が好ましい。また、図１では図示を省略しているが、二次電子像を得るために、ステージ３と電子銃７との間に走査コイルが設けられ、走査コイルによって電子線が走査される。
【００１８】
二次電子検出器１７は、電子線の照射によってシリコン基板２から発生した二次電子を検出する。検出された二次電子信号は二次電子信号増幅器１８によって増幅される。二次電子信号は、シリコン基板２の表面を二次電子像として観察したり、結晶欠陥の検査位置などを特定したりするために用いられる。
【００１９】
比例計数管などのＸ線検出器１９は、電子線の照射によってシリコン基板２から発生したＸ線を検出する。この実施の形態では、Ｘ線検出器１９は、炭素の特性Ｘ線を検出することによって、シリコン基板２上に付着した主たる汚染物（contaminant）である有機化合物（たとえば、炭化水素化合物）の量を検知するために用いられる。検出された炭素の特性Ｘ線強度は、Ｘ線信号としてＸ線信号増幅器２０によって増幅される。
【００２０】
集光ミラー１０は、電子線の照射によってシリコン基板２から全方向に放出されるカソードルミネッセンス光（ＣＬ光）を集光する。これによって、ＣＬ光の検出効率を上げることができる。集光ミラー１０は、たとえば、図１に示すように楕円ミラーや放物線ミラーなどの凹面鏡の構造を有する。集光ミラー１０の中央部には、シリコン基板２の表面に垂直な方向に電子線を通過させるため、直径１ｍｍφ程度の貫通孔１０Ａが形成されている。集光ミラー１０によって集光されたＣＬ光は、ガラス窓を通して真空容器１の外に取り出される。
【００２１】
欠陥検査装置１００は、さらに、ＣＬ光を検出するために、真空容器１の外に設けられた集光レンズ１１、光ファイバ１２、分光器１３、およびＣＬ検出器１４を含む。真空容器１内の集光レンズ１１によって集光されたＣＬ光は、光ファイバ１２および分光器１３を介してＣＬ検出器１４に導かれる。ＣＬ光は光ファイバ１２を介さずに直接、分光器１３に導くこともできる。
【００２２】
ＣＬ光のうち９００ｎｍ〜１７００ｎｍの近赤外光は、１１００ｎｍ付近のシリコンのバンド端以外の発光はすべて欠陥の発光である。特に、ＣＬ光のＤ１（１５３５ｎｍ）、Ｄ２（１４１９ｎｍ）、Ｄ３（１３２１ｎｍ）、Ｄ４（１２４４ｎｍ）付近には、転位などの結晶欠陥に起因するピークが観測される。このため、上記の集光ミラー１０、窓材、集光レンズ１１、および光ファイバ１２は、近赤外域で吸収のない材料のものを選択する必要がある。
【００２３】
ＣＬ検出器１４として、近赤外域に感度のあるフォトダイオード、光電子倍増管、ＩｎＧａＡｓ（インジウム・ガリウム・砒素）マルチチャネル検出器、またはＩｎＧａＡｓカメラなどを用いることができる。これらのうち、ＩｎＧａＡｓマルチチャネル検出器は、分光器で分光したＣＬ光を一度に検出できるため検査時間を短縮することができるので好ましい。また、ＣＬ検出器１４は、液体窒素などを冷媒に用いた冷却装置１５によって冷却することが好ましい。ＣＬ検出器１４で検出されたＣＬ信号はＣＬ信号増幅器１６によって増幅される。
【００２４】
ＣＬ光を分光しなくても結晶欠陥の総量を検知することができるが、分光器１３によって分光スペクトルを検出したほうが、欠陥の種類および欠陥の種類ごとの量など、より詳細な情報を得ることができる。分光器１３として、回折格子型分光器、光学フィルタ型分光器、またはダイクロイックミラー型分光器などを用いることができる。
【００２５】
また、分光器１３に代えて、１１００ｎｍのシリコンのバンド端の波長をカットする光学フィルタを設けることもできる。このような光学フィルタを用いると、結晶欠陥の総量をより正確に検出できる。
【００２６】
欠陥検査装置１００は、さらに、コントローラ２１、データ処理部２２、データ記憶部２３、入力部２４、および表示器２５を含む。これらの構成要素は、たとえば、コンピュータシステム２９によって構成される。
【００２７】
コントローラ２１は、駆動部４および電子銃７を含めた装置全体を制御する。さらに、コントローラ２１は、ＣＬ信号増幅器１６、二次電子信号増幅器１８、およびＸ線信号増幅器２０から、ＣＬ信号ＳＧ１６、二次電子信号ＳＧ１８、およびＸ線信号ＳＧ２０をそれぞれ受ける。コントローラ２１は、さらに、キーボードなどの入力部２４を介して検査対象のシリコン基板２に形成されたデバイス情報などを受ける。
【００２８】
コントローラ２１に入力された二次電子信号ＳＧ１８は、ＣＲＴ（Cathode-Ray Tube）ディスプレイなどの表示器２５に二次電子像として表示される。
【００２９】
コントローラ２１に入力されたＣＬ信号ＳＧ１６およびＸ線信号ＳＧ２０はデータ処理部２２に出力され、データ処理部２２によってデータ処理される。データ処理後のＣＬ信号はハードディスク装置などのデータ記憶部２３に記憶される。
【００３０】
［データ処理部２２の構成および動作］
図２は、図１のデータ処理部２２の構成を示すブロック図である。図２に示すように、データ処理部２２は、Ｘ線信号記憶部３０、透過率推定部３１、透過率記憶部３２、ＣＬ信号記憶部３３、およびＣＬ信号補正部３４を含む。Ｘ線信号記憶部３０、ＣＬ信号記憶部３３、および透過率記憶部３２は、コンピュータ２９の主記憶装置に対応し、透過率推定部３１およびＣＬ信号補正部３４は、コンピュータ２９のＣＰＵ（Central Processing Unit）によってプログラムが実行されることによって実現される。
【００３１】
Ｘ線信号記憶部３０およびＣＬ信号記憶部３３は、検出されたＸ線信号ＳＧ２０およびＣＬ信号ＳＧ１６をそれぞれ記憶する。透過率推定部３１は、シリコン基板２の表面に有機化合物（汚染物）が付着していないときのＣＬ光の透過率を１００％として、検出されたＸ線信号ＳＧ２０に対応したＣＬ光の透過率（または減衰率）を推定する。推定されたＣＬ光の透過率は、透過率記憶部３２に記憶される。ＣＬ信号補正部３４は、推定された透過率を用いて、有機化合物によるＣＬ信号の減衰（透過率の低下）を補正する。
【００３２】
ＣＬ光の透過率を推定するために、キャリブレーション時に、予め検査対象のシリコン基板２上で、有機化合物（汚染物）が付着している複数箇所（通常、１０箇所程度）の炭素の特性Ｘ線およびＣＬ光が測定される。有機化合物が付着している領域は、他の領域に比べて二次電子像の輝度が暗くなるので容易に判別することができる。この場合、有機化合物の付着箇所を表示器２５に表示された二次電子像によって目視によって確認してもよいし、検出される二次電子量が所定値より小さくなるか否かをコンピュータによって判別してもよい。この有機化合物の付着箇所で測定されたデータを基にして、検査時に実際の結晶欠陥の検査箇所でのＣＬ光の透過率が推定される。具体的な推定方法は図３で説明する。
【００３３】
なお、キャリブレーション時と検査時とで同じシリコン基板２を用いるほうが好ましいが、キャリブレーション時に検査用のシリコン基板２と異なる参照用のシリコン基板を用いて炭素の特性Ｘ強度とＣＬ光との対応関係を検出することもできる。この場合、同一ロットの１枚目を参照用の基板として用いるなど、検査用のシリコン基板２と参照用のシリコン基板とで製造工程中に付着する有機化合物の種類などを同一にする必要がある。
【００３４】
図３は、炭素の特性Ｘ線強度とＣＬ光強度との関係を示す図である。図３において、有機化合物が付着している領域で測定されたデータ点がＰ１〜Ｐ４で表わされる。
【００３５】
一般に、光の吸収体を透過する光の量は、吸収体の厚みに対して指数関数的に減少すると考えられる。したがって、炭素の特性Ｘ線強度が、光の吸収体としての有機化合物（汚染物）の厚みに比例しているとすれば、炭素の特性Ｘ線強度（Ｘ）とＣＬ光強度（Ｙ）とは、指数関数の近似式（図３の破線３９を参照）：
Ｙ＝Ｙ１×ｅｘｐ（−Ｋ×Ｘ） …(1)
によって関係付けられる。上式（１）の係数Ｋ，Ｙ１は実測点Ｐ１〜Ｐ４を用いた最小２乗法によって決定することができる。係数Ｙ１（第１の推定値）は上式（１）で特性Ｘ線強度Ｘを０としたときＣＬ光強度を意味する。
【００３６】
ここで、図３に示すように、シリコン基板２上の実際の結晶欠陥の検査箇所で測定された特性Ｘ線強度をＸ２とし、この特性Ｘ線強度Ｘ２を近似式（１）に代入したときのＣＬ光強度をＹ２（第２の推定値）とする。この場合、ＣＬ光の透過率αは、係数Ｙ１（第１の推定値）に対する強度Ｙ２（第２の推定値）の比：
α＝Ｙ２／Ｙ１ …(2)
で表わされる。したがって、実際の検査箇所で測定されたＣＬ光強度をＹ３とすれば、有機化合物（汚染物）によるＣＬ光の減衰を補正した後のＣＬ光強度は、
Ｙ３／α …(3)
と推定できる。
【００３７】
［ＣＬ光の補正例］
図４は、シリコン基板４０における結晶欠陥および表面の汚染物の分布の一例を模式的に示す図である。図４において、シリコン基板４０上の曲線４１で囲まれる領域に結晶欠陥があり、曲線４２で囲まれる領域に有機化合物の汚染物が付着しているものとする。図４の直線４３に沿って電子線を照射したときの炭素の特性Ｘ線強度の分布とＣＬ光強度の分布とが次図５に示される。
【００３８】
図５は、図４のシリコン基板４０で検出された特性Ｘ線強度分布およびＣＬ光強度分布を模式的に示す図である。図４、図５を参照して、点Ｂ〜Ｄの区間では有機化合物（汚染物）から発生した強度Ｘ２の炭素の特性Ｘ線が観測される。一方、ＣＬ光強度については、点Ａ〜点Ｃの区間では結晶欠陥からのＣＬ光の放射のために結晶欠陥のない区間に比べて強度が大きくなっている。しかしながら、点Ｂ〜Ｄの区間では表面に付着した有機化合物（汚染物）のためにＣＬ光強度が弱まっている。
【００３９】
図２の透過率推定部３１は、検出された特性Ｘ線強度Ｘ２を用いて点Ｂ〜Ｄの区間のＣＬ光の透過率αを推定する。ＣＬ信号補正部３４は、推定された透過率αを用いて点Ｂ〜Ｄの区間で得られたＣＬ光強度Ｚ３，Ｚ１を補正する。この結果、点Ｂ〜Ｃの区間ではＣＬ光強度がＺ４＝Ｚ３／αに補正され、点Ｃ〜Ｄの区間ではＣＬ光強度がＺ２＝Ｚ１／αに補正される。
【００４０】
［欠陥検査装置１００の検査手順］
図６は、図１の欠陥検査装置１００による検査手順を示すフローチャートである。以下、図１、図６を参照して、欠陥検査装置１００による結晶欠陥の検査手順を総括的に説明する。図６のステップＳ３〜Ｓ８がキャリブレーション時の実行されるステップであり、ステップＳ９〜Ｓ１４が実際の検査箇所の検査時に実行されるステップである。
【００４１】
ステップＳ１で、シリコン基板２が真空容器１内のステージ３に載置される。この後、真空容器１内は真空排気される。
【００４２】
次のステップ２で、シリコン基板２は冷却装置６によって１００Ｋ〜４Ｋの内の所定温度に冷却される。
【００４３】
次のステップ３で、コントローラ２１の制御によって、シリコン基板２上の汚染物（有機化合物）に電子線が照射するようにステージ３の位置が調整される。電子線の照射位置は、二次電子像の輝度を参照することによって決定される。
【００４４】
次のステップ４で、コントローラ２１の制御によって、電子線の照射箇所から発生する炭素の特性Ｘ線信号およびＣＬ信号が検出される。
【００４５】
次のステップＳ５で、ステップＳ４で検出された特性Ｘ線信号およびＣＬ信号が、コンピュータ２９のデータ記憶部２３に記憶される。
【００４６】
次のステップＳ６で、上記のステップＳ３〜Ｓ５が所定回数（１０回程度）繰返されたか否かがコントローラ２１によって判定される。所定回数に満たない場合（ステップＳ６でＮＯ）は、処理がステップＳ３に戻り、上記のステップＳ３〜Ｓ５が繰返される。
【００４７】
ステップＳ６でＹＥＳの場合、処理はステップＳ７に進む。ステップＳ７で、データ処理部２２は、ステップＳ５で記憶した所定回数分の特性Ｘ線信号ＳＧ２０の強度とＣＬ信号ＳＧ１６の強度との対応関係を指数関数で近似する。具体的には、最小２乗法によって前述の式（１）の係数Ｋ，Ｙ１が求められる。
【００４８】
次のステップＳ８では、求められた近似式の係数Ｋ，Ｙ１が、たとえば、コンピュータ２９のデータ記憶部２３に記憶される。
【００４９】
次のステップＳ９で、コントローラ２１の制御によって、二次電子像を参照しながらシリコン基板２上の結晶欠陥の検査位置に電子線が照射するようにステージ３の位置が調整される。
【００５０】
次のステップＳ１０で、コントローラ２１の制御によって、電子線の照射箇所から発生する炭素の特性Ｘ線信号およびＣＬ信号が検出される。
【００５１】
次のステップＳ１１で、検出した特性Ｘ線信号およびＣＬ信号が、図２のＸ線信号記憶部３０およびＣＬ信号記憶部３３にそれぞれ記憶される。
【００５２】
次のステップＳ１２で、データ処理部２２の透過率推定部３１は、ステップＳ７で求めた近似式に基づいて、検出した特性Ｘ線信号ＳＧ２０の強度に対応するＣＬ光の透過率αを推定する。
【００５３】
次のステップＳ１３で、データ処理部２２のＣＬ信号補正部３４は、ステップＳ１０で検出されたＣＬ信号ＳＧ１６をステップＳ１２で推定した透過率αで補正する。
【００５４】
次のステップＳ１４で、ステップＳ１３で補正されたＣＬ信号が、コンピュータ２９のデータ記憶部２３に記憶される。以上で、結晶欠陥の検査手順が終了する。
【００５５】
［まとめ］
以上のとおり、この実施の形態の欠陥検査装置１００によれば、検出された炭素の特性Ｘ線の強度に基づいて、有機化合物によるカソードルミネセンス光の減衰が補正される。したがって、検査前にシリコン基板２の表面のクリーニングをしなくても高精度に結晶欠陥を評価することができる。クリーニングによってかえってシリコン基板２の表面にダメージを与えて分析精度を低下させることやクリーニング作業の煩雑さを回避できる。
【００５６】
＜実施の形態２＞
図７は、この発明の実施の形態２による欠陥検査装置１０１の構成を示すブロック図である。図７の欠陥検査装置１０１は、Ｘ線検出器１９およびＸ線信号増幅器２０に代えて、オージェ電子検出器２６およびオージェ電子信号増幅器２７が設けられる点で図１の欠陥検査装置１００と異なる。その他の点については、図７の欠陥検査装置１０１は図１の欠陥検査装置１００と同じであるので、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して説明を繰返さない。
【００５７】
図７において、オージェ電子検出器２６は、電子線の照射によってシリコン基板２に付着した有機化合物から発生する炭素のオージェ電子を検出する。オージェ電子信号増幅器２７は、オージェ電子検出器２６によって検出されたオージェ電子信号ＳＧ２７を増幅する。データ処理部２２は、検出された炭素のオージェ電子の強度に基づいて、ＣＬ信号ＳＧ１６の有機化合物による減衰を補正する。このような構成の欠陥検査装置１０１によっても、図１の欠陥検査装置１００と同様に、検査前にシリコン基板２の表面のクリーニングをしなくても高精度に結晶欠陥を評価することができる。
【００５８】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００５９】
１ 真空容器、２ シリコン基板（半導体基板）、３ ステージ、４ 駆動部、７ 電子銃（電子線照射部）、１０ 集光ミラー、１１ 集光レンズ、１２ 光ファイバ、１３ 分光器、１４ ＣＬ検出器、１７ 二次電子検出器、１９ Ｘ線検出器、２１ コントローラ、２２ データ処理部、２３ データ記憶部、２６ オージェ電子検出器、２９ コンピュータ、１００，１０１ 欠陥検査装置。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、半導体基板中の結晶欠陥の量を検査する欠陥検査装置および欠陥検査方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板中の結晶欠陥の量を検査する方法として、カソードルミネッセンス（ＣＬ：Cathode-Luminescence）を用いる方法が知られている。カソードルミネッセンスとは、電子線の照射によって試料から生じた発光のことである。
【０００３】
たとえば、特開２００６−７３５７２号公報（特許文献１）に記載された技術では、次の手順によってカソードルミネッセンスを用いて結晶欠陥が検出される。まず、表面側にシリコン層を有する基板がステージに載置され、基板は温度１００Ｋ〜４Ｋに冷却される。次に、ステージと基板表面を照射するための電子線とのいずれか一方が２次元的に走査されることによって、基板表面の所定領域内が電子線により順次照射される。このとき、基板表面から発生したカソードルミネッセンス光（ＣＬ光とも称する）のうちの波長１２００ｎｍ〜１７００ｎｍの近赤外光が検出されるとともに、検出位置確認のために、基板表面から発生した二次電子が検出される。検出された二次電子により基板表面の画像である二次電子像が表示される。さらに、二次電子像に対応させて、検出された近赤外光の強度が表示されることによって、基板表面で近赤外光の強度が大きい部位が特定される。
【０００４】
カソードルミネッセンスの測定では半導体基板に付着した有機化合物などによる表面汚染（contamination）が問題となる。この理由は、基板表面に付着した汚染物（contaminant）がＣＬ光の吸収体となるからである。半導体装置の製造工程では半導体基板に有機化合物などの汚染物が付着することが頻繁に起こるので、通常、カソードルミネッセンスの測定の前に半導体基板表面のクリーニングが行なわれる。代表的なクリーニングの方法として、ウェットクリーニングやプラズマ処理などのドライクリーニングがある（たとえば、志村忠夫著、「半導体シリコン結晶工学」、丸善株式会社、１９９３年９月３０日、ｐ．１２５−１２８（非特許文献１）参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−７３５７２号公報
【非特許文献】
【０００６】
【非特許文献１】志村忠夫著、「半導体シリコン結晶工学」、丸善株式会社、１９９３年９月３０日、ｐ．１２５−１２８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところが、半導体基板に対して上記のクリーニング処理を行なうと、半導体基板にダメージが生じることがある。このため、かえって結晶欠陥の分析精度が低下するおそれがある。また、カソードルミネッセンスの測定前に毎回クリーニング処理を行なうことは煩雑であるので、半導体装置の生産性の点でも好ましくない。
【０００８】
この発明の目的は、カソードルミネッセンスを用いた半導体基板中の結晶欠陥の評価において、半導体基板表面のクリーニングをせずに高精度に結晶欠陥を評価することが可能な欠陥検査装置および欠陥検査方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明は要約すれば半導体基板の欠陥検査装置であって、電子線照射部と、第１および第２の検出器と、データ処理部とを備える。電子線照射部は、半導体基板に電子線を照射する。第１の検出器は、半導体基板の検査箇所に電子線が照射されることによって検査箇所の半導体結晶の欠陥から発生したカソードルミネッセンス光を検出する。第２の検出器は、検査箇所に電子線が照射されることによって検査箇所の表面に付着する有機化合物から発生した炭素の特性Ｘ線を検出する。データ処理部は、検出された炭素の特性Ｘ線の強度に基づいて、検出されたカソードルミネセンス光の有機化合物による減衰を補正する。
【発明の効果】
【００１０】
この発明によれば、検出された炭素の特性Ｘ線の強度に基づいて、検出されたカソードルミネセンス光の有機化合物による減衰を補正する。これによって、半導体基板表面のクリーニングをしなくても高精度に結晶欠陥を評価することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１による欠陥検査装置１００の構成を示すブロック図である。
【図２】図１のデータ処理部２２の構成を示すブロック図である。
【図３】炭素の特性Ｘ線強度とＣＬ光強度との関係を示す図である。
【図４】シリコン基板４０における結晶欠陥および表面の汚染物の分布の一例を模式的に示す図である。
【図５】図４のシリコン基板４０で検出された特性Ｘ線強度分布およびＣＬ光強度分布を模式的に示す図である。
【図６】図１の欠陥検査装置１００による検査手順を示すフローチャートである。
【図７】この発明の実施の形態２による欠陥検査装置１０１の構成を示すブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明を繰返さない。
【００１３】
＜実施の形態１＞
［欠陥検査装置１００の構成］
図１は、この発明の実施の形態１による欠陥検査装置１００の構成を示すブロック図である。
【００１４】
図１を参照して、欠陥検査装置１００は、真空容器１と、真空容器１を減圧して真空状態を作り出すための真空ポンプ５とを含む。この真空容器１の中に、欠陥検査装置１００は、シリコン基板２を載置し支持するためのステージ３と、ステージ３をシリコン基板２の面方向（Ｘ方向、Ｙ方向）に移動するための制御モータなどからなる駆動部４とを含む。駆動部４によって、ステージ３に載置されたシリコン基板２の検査箇所が、後述する電子銃７から照射する電子線の照射位置に移動される。
【００１５】
ステージ３にはシリコン基板２を冷却するための冷却装置６が取付けられている。冷却装置６として、液体ヘリウムや液体窒素などの冷媒を用いて冷却する方式のものや、ヘリウムガスなどを用いたクローズドタイプの循環式のものなどを用いることができる。シリコン基板２の冷却温度は１００Ｋ〜４Ｋ（Ｋはケルビンを表わす）が好ましい。シリコン基板２の温度が低いほど、転位などの結晶欠陥に由来する発光の強度が増加するからである。１００Ｋ以上では、無輻射遷移確率が高くなるため、結晶欠陥に由来する発光の強度が低下する。一方、４Ｋより低い温度では冷却が容易でないばかりか温度を一定に保ち難いので好ましくない。
【００１６】
欠陥検査装置１００は、さらに、真空容器１の中でステージ３の上方に設けられた電子線発生器としての電子銃７、二次電子検出器１７、Ｘ線検出器１９、および集光ミラー１０を含む。
【００１７】
電子銃７は、二次電子像および反射電子像を観察可能な走査型電子顕微鏡や、二次電子像および反射電子像に加えて透過電子像も観察可能な透過型電子顕微鏡に備えられたものを利用することができる。簡便かつ非破壊に検査できる点から走査型電子顕微鏡に備えられた電子銃７を用いることが好ましい。電子銃７の方式には特に制約はなく、たとえば、熱電子放出型、電界放出型、ショットキーエミッション型、またはサーマル電界放出型などの電子銃を用いることができる。ただし、高空間分解能かつ高電流密度である点から、ショットキーエミッション型またはサーマル電界放出型の電子銃が好ましい。電子線のビーム径にも特に限定はないが、ビーム径が小さいほど空間分解能が向上するので、数十ｎｍ以下のビーム径が好ましい。また、図１では図示を省略しているが、二次電子像を得るために、ステージ３と電子銃７との間に走査コイルが設けられ、走査コイルによって電子線が走査される。
【００１８】
二次電子検出器１７は、電子線の照射によってシリコン基板２から発生した二次電子を検出する。検出された二次電子信号は二次電子信号増幅器１８によって増幅される。二次電子信号は、シリコン基板２の表面を二次電子像として観察したり、結晶欠陥の検査位置などを特定したりするために用いられる。
【００１９】
比例計数管などのＸ線検出器１９は、電子線の照射によってシリコン基板２から発生したＸ線を検出する。この実施の形態では、Ｘ線検出器１９は、炭素の特性Ｘ線を検出することによって、シリコン基板２上に付着した主たる汚染物（contaminant）である有機化合物（たとえば、炭化水素化合物）の量を検知するために用いられる。検出された炭素の特性Ｘ線強度は、Ｘ線信号としてＸ線信号増幅器２０によって増幅される。
【００２０】
集光ミラー１０は、電子線の照射によってシリコン基板２から全方向に放出されるカソードルミネッセンス光（ＣＬ光）を集光する。これによって、ＣＬ光の検出効率を上げることができる。集光ミラー１０は、たとえば、図１に示すように楕円ミラーや放物線ミラーなどの凹面鏡の構造を有する。集光ミラー１０の中央部には、シリコン基板２の表面に垂直な方向に電子線を通過させるため、直径１ｍｍφ程度の貫通孔１０Ａが形成されている。集光ミラー１０によって集光されたＣＬ光は、ガラス窓を通して真空容器１の外に取り出される。
【００２１】
欠陥検査装置１００は、さらに、ＣＬ光を検出するために、真空容器１の外に設けられた集光レンズ１１、光ファイバ１２、分光器１３、およびＣＬ検出器１４を含む。真空容器１内の集光レンズ１１によって集光されたＣＬ光は、光ファイバ１２および分光器１３を介してＣＬ検出器１４に導かれる。ＣＬ光は光ファイバ１２を介さずに直接、分光器１３に導くこともできる。
【００２２】
ＣＬ光のうち９００ｎｍ〜１７００ｎｍの近赤外光は、１１００ｎｍ付近のシリコンのバンド端以外の発光はすべて欠陥の発光である。特に、ＣＬ光のＤ１（１５３５ｎｍ）、Ｄ２（１４１９ｎｍ）、Ｄ３（１３２１ｎｍ）、Ｄ４（１２４４ｎｍ）付近には、転位などの結晶欠陥に起因するピークが観測される。このため、上記の集光ミラー１０、窓材、集光レンズ１１、および光ファイバ１２は、近赤外域で吸収のない材料のものを選択する必要がある。
【００２３】
ＣＬ検出器１４として、近赤外域に感度のあるフォトダイオード、光電子倍増管、ＩｎＧａＡｓ（インジウム・ガリウム・砒素）マルチチャネル検出器、またはＩｎＧａＡｓカメラなどを用いることができる。これらのうち、ＩｎＧａＡｓマルチチャネル検出器は、分光器で分光したＣＬ光を一度に検出できるため検査時間を短縮することができるので好ましい。また、ＣＬ検出器１４は、液体窒素などを冷媒に用いた冷却装置１５によって冷却することが好ましい。ＣＬ検出器１４で検出されたＣＬ信号はＣＬ信号増幅器１６によって増幅される。
【００２４】
ＣＬ光を分光しなくても結晶欠陥の総量を検知することができるが、分光器１３によって分光スペクトルを検出したほうが、欠陥の種類および欠陥の種類ごとの量など、より詳細な情報を得ることができる。分光器１３として、回折格子型分光器、光学フィルタ型分光器、またはダイクロイックミラー型分光器などを用いることができる。
【００２５】
また、分光器１３に代えて、１１００ｎｍのシリコンのバンド端の波長をカットする光学フィルタを設けることもできる。このような光学フィルタを用いると、結晶欠陥の総量をより正確に検出できる。
【００２６】
欠陥検査装置１００は、さらに、コントローラ２１、データ処理部２２、データ記憶部２３、入力部２４、および表示器２５を含む。これらの構成要素は、たとえば、コンピュータシステム２９によって構成される。
【００２７】
コントローラ２１は、駆動部４および電子銃７を含めた装置全体を制御する。さらに、コントローラ２１は、ＣＬ信号増幅器１６、二次電子信号増幅器１８、およびＸ線信号増幅器２０から、ＣＬ信号ＳＧ１６、二次電子信号ＳＧ１８、およびＸ線信号ＳＧ２０をそれぞれ受ける。コントローラ２１は、さらに、キーボードなどの入力部２４を介して検査対象のシリコン基板２に形成されたデバイス情報などを受ける。
【００２８】
コントローラ２１に入力された二次電子信号ＳＧ１８は、ＣＲＴ（Cathode-Ray Tube）ディスプレイなどの表示器２５に二次電子像として表示される。
【００２９】
コントローラ２１に入力されたＣＬ信号ＳＧ１６およびＸ線信号ＳＧ２０はデータ処理部２２に出力され、データ処理部２２によってデータ処理される。データ処理後のＣＬ信号はハードディスク装置などのデータ記憶部２３に記憶される。
【００３０】
［データ処理部２２の構成および動作］
図２は、図１のデータ処理部２２の構成を示すブロック図である。図２に示すように、データ処理部２２は、Ｘ線信号記憶部３０、透過率推定部３１、透過率記憶部３２、ＣＬ信号記憶部３３、およびＣＬ信号補正部３４を含む。Ｘ線信号記憶部３０、ＣＬ信号記憶部３３、および透過率記憶部３２は、コンピュータ２９の主記憶装置に対応し、透過率推定部３１およびＣＬ信号補正部３４は、コンピュータ２９のＣＰＵ（Central Processing Unit）によってプログラムが実行されることによって実現される。
【００３１】
Ｘ線信号記憶部３０およびＣＬ信号記憶部３３は、検出されたＸ線信号ＳＧ２０およびＣＬ信号ＳＧ１６をそれぞれ記憶する。透過率推定部３１は、シリコン基板２の表面に有機化合物（汚染物）が付着していないときのＣＬ光の透過率を１００％として、検出されたＸ線信号ＳＧ２０に対応したＣＬ光の透過率（または減衰率）を推定する。推定されたＣＬ光の透過率は、透過率記憶部３２に記憶される。ＣＬ信号補正部３４は、推定された透過率を用いて、有機化合物によるＣＬ信号の減衰（透過率の低下）を補正する。
【００３２】
ＣＬ光の透過率を推定するために、キャリブレーション時に、予め検査対象のシリコン基板２上で、有機化合物（汚染物）が付着している複数箇所（通常、１０箇所程度）の炭素の特性Ｘ線およびＣＬ光が測定される。有機化合物が付着している領域は、他の領域に比べて二次電子像の輝度が暗くなるので容易に判別することができる。この場合、有機化合物の付着箇所を表示器２５に表示された二次電子像によって目視によって確認してもよいし、検出される二次電子量が所定値より小さくなるか否かをコンピュータによって判別してもよい。この有機化合物の付着箇所で測定されたデータを基にして、検査時に実際の結晶欠陥の検査箇所でのＣＬ光の透過率が推定される。具体的な推定方法は図３で説明する。
【００３３】
なお、キャリブレーション時と検査時とで同じシリコン基板２を用いるほうが好ましいが、キャリブレーション時に検査用のシリコン基板２と異なる参照用のシリコン基板を用いて炭素の特性Ｘ強度とＣＬ光との対応関係を検出することもできる。この場合、同一ロットの１枚目を参照用の基板として用いるなど、検査用のシリコン基板２と参照用のシリコン基板とで製造工程中に付着する有機化合物の種類などを同一にする必要がある。
【００３４】
図３は、炭素の特性Ｘ線強度とＣＬ光強度との関係を示す図である。図３において、有機化合物が付着している領域で測定されたデータ点がＰ１〜Ｐ４で表わされる。
【００３５】
一般に、光の吸収体を透過する光の量は、吸収体の厚みに対して指数関数的に減少すると考えられる。したがって、炭素の特性Ｘ線強度が、光の吸収体としての有機化合物（汚染物）の厚みに比例しているとすれば、炭素の特性Ｘ線強度（Ｘ）とＣＬ光強度（Ｙ）とは、指数関数の近似式（図３の破線３９を参照）：
Ｙ＝Ｙ１×ｅｘｐ（−Ｋ×Ｘ） …(1)
によって関係付けられる。上式（１）の係数Ｋ，Ｙ１は実測点Ｐ１〜Ｐ４を用いた最小２乗法によって決定することができる。係数Ｙ１（第１の推定値）は上式（１）で特性Ｘ線強度Ｘを０としたときＣＬ光強度を意味する。
【００３６】
ここで、図３に示すように、シリコン基板２上の実際の結晶欠陥の検査箇所で測定された特性Ｘ線強度をＸ２とし、この特性Ｘ線強度Ｘ２を近似式（１）に代入したときのＣＬ光強度をＹ２（第２の推定値）とする。この場合、ＣＬ光の透過率αは、係数Ｙ１（第１の推定値）に対する強度Ｙ２（第２の推定値）の比：
α＝Ｙ２／Ｙ１ …(2)
で表わされる。したがって、実際の検査箇所で測定されたＣＬ光強度をＹ３とすれば、有機化合物（汚染物）によるＣＬ光の減衰を補正した後のＣＬ光強度は、
Ｙ３／α …(3)
と推定できる。
【００３７】
［ＣＬ光の補正例］
図４は、シリコン基板４０における結晶欠陥および表面の汚染物の分布の一例を模式的に示す図である。図４において、シリコン基板４０上の曲線４１で囲まれる領域に結晶欠陥があり、曲線４２で囲まれる領域に有機化合物の汚染物が付着しているものとする。図４の直線４３に沿って電子線を照射したときの炭素の特性Ｘ線強度の分布とＣＬ光強度の分布とが次図５に示される。
【００３８】
図５は、図４のシリコン基板４０で検出された特性Ｘ線強度分布およびＣＬ光強度分布を模式的に示す図である。図４、図５を参照して、点Ｂ〜Ｄの区間では有機化合物（汚染物）から発生した強度Ｘ２の炭素の特性Ｘ線が観測される。一方、ＣＬ光強度については、点Ａ〜点Ｃの区間では結晶欠陥からのＣＬ光の放射のために結晶欠陥のない区間に比べて強度が大きくなっている。しかしながら、点Ｂ〜Ｄの区間では表面に付着した有機化合物（汚染物）のためにＣＬ光強度が弱まっている。
【００３９】
図２の透過率推定部３１は、検出された特性Ｘ線強度Ｘ２を用いて点Ｂ〜Ｄの区間のＣＬ光の透過率αを推定する。ＣＬ信号補正部３４は、推定された透過率αを用いて点Ｂ〜Ｄの区間で得られたＣＬ光強度Ｚ３，Ｚ１を補正する。この結果、点Ｂ〜Ｃの区間ではＣＬ光強度がＺ４＝Ｚ３／αに補正され、点Ｃ〜Ｄの区間ではＣＬ光強度がＺ２＝Ｚ１／αに補正される。
【００４０】
［欠陥検査装置１００の検査手順］
図６は、図１の欠陥検査装置１００による検査手順を示すフローチャートである。以下、図１、図６を参照して、欠陥検査装置１００による結晶欠陥の検査手順を総括的に説明する。図６のステップＳ３〜Ｓ８がキャリブレーション時の実行されるステップであり、ステップＳ９〜Ｓ１４が実際の検査箇所の検査時に実行されるステップである。
【００４１】
ステップＳ１で、シリコン基板２が真空容器１内のステージ３に載置される。この後、真空容器１内は真空排気される。
【００４２】
次のステップ２で、シリコン基板２は冷却装置６によって１００Ｋ〜４Ｋの内の所定温度に冷却される。
【００４３】
次のステップ３で、コントローラ２１の制御によって、シリコン基板２上の汚染物（有機化合物）に電子線が照射するようにステージ３の位置が調整される。電子線の照射位置は、二次電子像の輝度を参照することによって決定される。
【００４４】
次のステップ４で、コントローラ２１の制御によって、電子線の照射箇所から発生する炭素の特性Ｘ線信号およびＣＬ信号が検出される。
【００４５】
次のステップＳ５で、ステップＳ４で検出された特性Ｘ線信号およびＣＬ信号が、コンピュータ２９のデータ記憶部２３に記憶される。
【００４６】
次のステップＳ６で、上記のステップＳ３〜Ｓ５が所定回数（１０回程度）繰返されたか否かがコントローラ２１によって判定される。所定回数に満たない場合（ステップＳ６でＮＯ）は、処理がステップＳ３に戻り、上記のステップＳ３〜Ｓ５が繰返される。
【００４７】
ステップＳ６でＹＥＳの場合、処理はステップＳ７に進む。ステップＳ７で、データ処理部２２は、ステップＳ５で記憶した所定回数分の特性Ｘ線信号ＳＧ２０の強度とＣＬ信号ＳＧ１６の強度との対応関係を指数関数で近似する。具体的には、最小２乗法によって前述の式（１）の係数Ｋ，Ｙ１が求められる。
【００４８】
次のステップＳ８では、求められた近似式の係数Ｋ，Ｙ１が、たとえば、コンピュータ２９のデータ記憶部２３に記憶される。
【００４９】
次のステップＳ９で、コントローラ２１の制御によって、二次電子像を参照しながらシリコン基板２上の結晶欠陥の検査位置に電子線が照射するようにステージ３の位置が調整される。
【００５０】
次のステップＳ１０で、コントローラ２１の制御によって、電子線の照射箇所から発生する炭素の特性Ｘ線信号およびＣＬ信号が検出される。
【００５１】
次のステップＳ１１で、検出した特性Ｘ線信号およびＣＬ信号が、図２のＸ線信号記憶部３０およびＣＬ信号記憶部３３にそれぞれ記憶される。
【００５２】
次のステップＳ１２で、データ処理部２２の透過率推定部３１は、ステップＳ７で求めた近似式に基づいて、検出した特性Ｘ線信号ＳＧ２０の強度に対応するＣＬ光の透過率αを推定する。
【００５３】
次のステップＳ１３で、データ処理部２２のＣＬ信号補正部３４は、ステップＳ１０で検出されたＣＬ信号ＳＧ１６をステップＳ１２で推定した透過率αで補正する。
【００５４】
次のステップＳ１４で、ステップＳ１３で補正されたＣＬ信号が、コンピュータ２９のデータ記憶部２３に記憶される。以上で、結晶欠陥の検査手順が終了する。
【００５５】
［まとめ］
以上のとおり、この実施の形態の欠陥検査装置１００によれば、検出された炭素の特性Ｘ線の強度に基づいて、有機化合物によるカソードルミネセンス光の減衰が補正される。したがって、検査前にシリコン基板２の表面のクリーニングをしなくても高精度に結晶欠陥を評価することができる。クリーニングによってかえってシリコン基板２の表面にダメージを与えて分析精度を低下させることやクリーニング作業の煩雑さを回避できる。
【００５６】
＜実施の形態２＞
図７は、この発明の実施の形態２による欠陥検査装置１０１の構成を示すブロック図である。図７の欠陥検査装置１０１は、Ｘ線検出器１９およびＸ線信号増幅器２０に代えて、オージェ電子検出器２６およびオージェ電子信号増幅器２７が設けられる点で図１の欠陥検査装置１００と異なる。その他の点については、図７の欠陥検査装置１０１は図１の欠陥検査装置１００と同じであるので、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して説明を繰返さない。
【００５７】
図７において、オージェ電子検出器２６は、電子線の照射によってシリコン基板２に付着した有機化合物から発生する炭素のオージェ電子を検出する。オージェ電子信号増幅器２７は、オージェ電子検出器２６によって検出されたオージェ電子信号ＳＧ２７を増幅する。データ処理部２２は、検出された炭素のオージェ電子の強度に基づいて、ＣＬ信号ＳＧ１６の有機化合物による減衰を補正する。このような構成の欠陥検査装置１０１によっても、図１の欠陥検査装置１００と同様に、検査前にシリコン基板２の表面のクリーニングをしなくても高精度に結晶欠陥を評価することができる。
【００５８】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００５９】
１ 真空容器、２ シリコン基板（半導体基板）、３ ステージ、４ 駆動部、７ 電子銃（電子線照射部）、１０ 集光ミラー、１１ 集光レンズ、１２ 光ファイバ、１３ 分光器、１４ ＣＬ検出器、１７ 二次電子検出器、１９ Ｘ線検出器、２１ コントローラ、２２ データ処理部、２３ データ記憶部、２６ オージェ電子検出器、２９ コンピュータ、１００，１０１ 欠陥検査装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板に電子線を照射する電子線照射部と、
前記半導体基板の検査箇所に電子線が照射されることによって前記検査箇所の半導体結晶の欠陥から発生したカソードルミネッセンス光を検出する第１の検出器と、
前記検査箇所に電子線が照射されることによって前記検査箇所の表面に付着する有機化合物から発生した炭素の特性Ｘ線を検出する第２の検出器と、
検出された炭素の特性Ｘ線の強度に基づいて、検出されたカソードルミネセンス光の前記有機化合物による減衰を補正するデータ処理部とを備えた半導体基板の欠陥検査装置。
【請求項２】
前記電子線照射部は、キャリブレーション時に、前記半導体基板と同一または異なる基板に電子線を照射し、
前記第１および第２の検出器は、前記キャリブレーション時に、前記半導体基板と同一または異なる基板の複数箇所に電子線が照射されることによって前記複数箇所ごとに発生したカソードルミネッセンス光および炭素の特性Ｘ線をそれぞれ検出し、
前記データ処理部は、
前記キャリブレーション時に前記複数箇所で検出された炭素の特性Ｘ線強度とカソードルミネセンス光の強度との対応関係を用いて、前記検査箇所から検出された炭素の特性Ｘ線強度に対応するカソードルミネセンス光の透過率を推定する透過率推定部と、
推定された透過率を用いて前記検査箇所から検出されたカソードルミネセンス光の強度を補正する補正部とを含む、請求項１に記載の半導体基板の欠陥検査装置。
【請求項３】
前記半導体基板の欠陥検査装置は、前記キャリブレーション時に前記半導体基板と同一または異なる基板に電子が照射されることによって発生した二次電子を検出する二次電子検出器をさらに備え、
前記複数箇所は、前記二次電子検出器によって検出される二次電子量が所定値より低い箇所である、請求項２に記載の半導体基板の欠陥検査装置。
【請求項４】
前記対応関係は、炭素の特性Ｘ線強度の対するカソードルミネセンス光の強度変化を指数関数で表した近似式であり、
前記近似式において炭素の特性Ｘ線強度を０にしたときのカソードルミネセンス光強度を第１の推定値とし、前記近似式において前記検査箇所から検出された炭素の特性Ｘ線強度に対応するカソードルミネセンス光強度を第２の推定値としたとき、前記透過率は前記第１の推定値に対する前記第２の推定値の比によって与えられる、請求項２に記載の半導体基板の欠陥検査装置。
【請求項５】
半導体基板に電子線を照射する電子線照射部と、
前記半導体基板の検査箇所に電子線が照射されることによって前記検査箇所の半導体結晶の欠陥から発生したカソードルミネッセンス光を検出する第１の検出器と、
前記検査箇所に電子線が照射されることによって前記検査箇所の表面に付着した有機化合物から発生した炭素のオージェ電子を検出する第２の検出器と、
検出された炭素のオージェ電子の強度に基づいて、検出されたカソードルミネセンス光の前記有機化合物による減衰を補正するデータ処理部とを備えた半導体基板の欠陥検査装置。
【請求項６】
半導体基板に電子線を照射するステップと、
前記半導体基板の検査箇所に電子線が照射されることによって前記検査箇所の半導体結晶の欠陥から発生したカソードルミネッセンス光を検出するステップと、
前記検査箇所に電子線が照射されることによって前記検査箇所の表面に付着する有機化合物から発生した炭素の特性Ｘ線を検出するステップと、
検出された炭素の特性Ｘ線の強度に基づいて、検出されたカソードルミネセンス光の前記有機化合物による減衰を補正するステップとを備えた半導体基板の欠陥検査方法。
【請求項７】
前記半導体基板の欠陥検査方法は、
キャリブレーション時に、前記半導体基板と同一または異なる基板に電子線を照射するステップと、
前記キャリブレーション時に、前記半導体基板と同一または異なる基板の複数箇所に電子線が照射されることによって前記複数箇所ごとに発生したカソードルミネッセンス光および炭素の特性Ｘ線をそれぞれ検出するステップとをさらに備え、
前記減衰を補正するステップは、
前記キャリブレーション時に前記複数箇所で検出された炭素の特性Ｘ線強度とカソードルミネセンス光の強度との対応関係を用いて、前記検査箇所から検出された炭素の特性Ｘ線強度に対応するカソードルミネセンス光の透過率を推定するステップと、
推定された透過率を用いて前記検査箇所から検出されたカソードルミネセンス光の強度を補正するステップとを含む、請求項６に記載の半導体基板の欠陥検査方法。
【請求項１】
半導体基板に電子線を照射する電子線照射部と、
前記半導体基板の検査箇所に電子線が照射されることによって前記検査箇所の半導体結晶の欠陥から発生したカソードルミネッセンス光を検出する第１の検出器と、
前記検査箇所に電子線が照射されることによって前記検査箇所の表面に付着する有機化合物から発生した炭素の特性Ｘ線を検出する第２の検出器と、
検出された炭素の特性Ｘ線の強度に基づいて、検出されたカソードルミネセンス光の前記有機化合物による減衰を補正するデータ処理部とを備えた半導体基板の欠陥検査装置。
【請求項２】
前記電子線照射部は、キャリブレーション時に、前記半導体基板と同一または異なる基板に電子線を照射し、
前記第１および第２の検出器は、前記キャリブレーション時に、前記半導体基板と同一または異なる基板の複数箇所に電子線が照射されることによって前記複数箇所ごとに発生したカソードルミネッセンス光および炭素の特性Ｘ線をそれぞれ検出し、
前記データ処理部は、
前記キャリブレーション時に前記複数箇所で検出された炭素の特性Ｘ線強度とカソードルミネセンス光の強度との対応関係を用いて、前記検査箇所から検出された炭素の特性Ｘ線強度に対応するカソードルミネセンス光の透過率を推定する透過率推定部と、
推定された透過率を用いて前記検査箇所から検出されたカソードルミネセンス光の強度を補正する補正部とを含む、請求項１に記載の半導体基板の欠陥検査装置。
【請求項３】
前記半導体基板の欠陥検査装置は、前記キャリブレーション時に前記半導体基板と同一または異なる基板に電子が照射されることによって発生した二次電子を検出する二次電子検出器をさらに備え、
前記複数箇所は、前記二次電子検出器によって検出される二次電子量が所定値より低い箇所である、請求項２に記載の半導体基板の欠陥検査装置。
【請求項４】
前記対応関係は、炭素の特性Ｘ線強度の対するカソードルミネセンス光の強度変化を指数関数で表した近似式であり、
前記近似式において炭素の特性Ｘ線強度を０にしたときのカソードルミネセンス光強度を第１の推定値とし、前記近似式において前記検査箇所から検出された炭素の特性Ｘ線強度に対応するカソードルミネセンス光強度を第２の推定値としたとき、前記透過率は前記第１の推定値に対する前記第２の推定値の比によって与えられる、請求項２に記載の半導体基板の欠陥検査装置。
【請求項５】
半導体基板に電子線を照射する電子線照射部と、
前記半導体基板の検査箇所に電子線が照射されることによって前記検査箇所の半導体結晶の欠陥から発生したカソードルミネッセンス光を検出する第１の検出器と、
前記検査箇所に電子線が照射されることによって前記検査箇所の表面に付着した有機化合物から発生した炭素のオージェ電子を検出する第２の検出器と、
検出された炭素のオージェ電子の強度に基づいて、検出されたカソードルミネセンス光の前記有機化合物による減衰を補正するデータ処理部とを備えた半導体基板の欠陥検査装置。
【請求項６】
半導体基板に電子線を照射するステップと、
前記半導体基板の検査箇所に電子線が照射されることによって前記検査箇所の半導体結晶の欠陥から発生したカソードルミネッセンス光を検出するステップと、
前記検査箇所に電子線が照射されることによって前記検査箇所の表面に付着する有機化合物から発生した炭素の特性Ｘ線を検出するステップと、
検出された炭素の特性Ｘ線の強度に基づいて、検出されたカソードルミネセンス光の前記有機化合物による減衰を補正するステップとを備えた半導体基板の欠陥検査方法。
【請求項７】
前記半導体基板の欠陥検査方法は、
キャリブレーション時に、前記半導体基板と同一または異なる基板に電子線を照射するステップと、
前記キャリブレーション時に、前記半導体基板と同一または異なる基板の複数箇所に電子線が照射されることによって前記複数箇所ごとに発生したカソードルミネッセンス光および炭素の特性Ｘ線をそれぞれ検出するステップとをさらに備え、
前記減衰を補正するステップは、
前記キャリブレーション時に前記複数箇所で検出された炭素の特性Ｘ線強度とカソードルミネセンス光の強度との対応関係を用いて、前記検査箇所から検出された炭素の特性Ｘ線強度に対応するカソードルミネセンス光の透過率を推定するステップと、
推定された透過率を用いて前記検査箇所から検出されたカソードルミネセンス光の強度を補正するステップとを含む、請求項６に記載の半導体基板の欠陥検査方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−１３３４４６（Ｐ２０１１−１３３４４６Ａ）
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２９５７２０（Ｐ２００９−２９５７２０）
【出願日】平成２１年１２月２５日（２００９．１２．２５）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月７日（２０１１．７．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月２５日（２００９．１２．２５）
【出願人】（０００００６０１３）三菱電機株式会社 (33,312)
【Ｆターム（参考）】
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