JP7150638B2

JP7150638B2 - 半導体欠陥検査装置、及び、半導体欠陥検査方法

Info

Publication number: JP7150638B2
Application number: JP2019034801A
Authority: JP
Inventors: 公則芳野
Original assignee: Kioxia Corp
Current assignee: Kioxia Corp
Priority date: 2019-02-27
Filing date: 2019-02-27
Publication date: 2022-10-11
Anticipated expiration: 2039-02-27
Also published as: JP2020139815A; US11119059B2; US20200271600A1

Description

本実施形態は、半導体欠陥検査装置、及び、半導体欠陥検査方法に関する。

半導体基板上に形成された半導体チップに存在する欠陥を検査する装置として、透過Ｘ線検査装置が知られている。

特開２００４－９３５１１号公報

本実施形態は、欠陥の検出感度を向上させることができる半導体欠陥検査装置、及び、半導体欠陥検査方法を提供することを目的とする。

本実施形態の半導体欠陥検査装置は、被検体が載置されるステージと、前記ステージにＸ線を照射するＸ線照射部と、前記被検体を透過した透過Ｘ線を検出する透過Ｘ線検出部と、前記Ｘ線の照射により前記被検体から発せられる蛍光Ｘ線を検出する蛍光Ｘ線検出部とを備える。更に、前記透過Ｘ線を光電変換して得らえる透過Ｘ線画像の分析により第１欠陥を検出し、また、前記蛍光Ｘ線のスペクトル分析により第２欠陥を検出する欠陥検出部と、も備える。前記第２欠陥は、前記Ｘ線の照射領域の面積の半分以上の面積を有し、かつ、前記被検体の前記透過Ｘ線画像における前記第２欠陥部分の画素と、欠陥検出に用いられる基準検体のＸ線透過画像における同位置の画素との輝度差が小さい。

本実施形態の半導体欠陥検査方法は、ステージに載置された被検体にＸ線を照射し、前記被検体を透過した前記Ｘ線を透過Ｘ線として検出し、前記Ｘ線の照射により前記被検体から発生した蛍光Ｘ線を検出し、前記透過Ｘ線を光電変換して得られる透過Ｘ線画像の分析により第１欠陥を検出し、前記蛍光Ｘ線のスペクトル分析により第２欠陥を検出し、前記第１欠陥、または、前記第２欠陥のいずれかが検出された場合に前記被検体に欠陥が存在すると判定する半導体欠陥検査方法であって、前記第２欠陥は、前記Ｘ線の照射領域面積の半分以上の面積を有し、かつ、前記被検体の前記透過Ｘ線画像における前記第２欠陥部分の画素と、欠陥検出に用いられる基準検体のＸ線透過画像における同位置の画素との輝度差が小さい。

本発明の第１実施形態にかかる半導体欠陥検査装置の構成例を示すブロック図。本発明の実施形態にかかる半導体欠陥検査方法の手順の一例を示すフローチャート。本発明の実施形態にかかる透過Ｘ線検査の手順の一例を示すフローチャート。第１被検体の透過Ｘ線画像の一例。第２被検体の透過Ｘ線画像の一例。参照検体の透過Ｘ線画像の一例。第１被検体の透過Ｘ線画像と参照検体の透過Ｘ線画像の輝度値差分ヒストグラム。第２被検体の透過Ｘ線画像と参照検体の透過Ｘ線画像の輝度値差分ヒストグラム。本発明の実施形態にかかる蛍光Ｘ線検査の手順の一例を示すフローチャート。第１被検体の蛍光Ｘ線スペクトルの一例。第２被検体の蛍光Ｘ線スペクトルの一例。参照蛍光Ｘ線スペクトルの一例。透過Ｘ線画像の輝度値と蛍光Ｘ線強度との相関を表す図。本発明の第２実施形態にかかる半導体欠陥検査装置の構成例を示すブロック図。

以下、図面を参照して実施形態を説明する。
（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態にかかる半導体欠陥検査装置の構成例を示すブロック図である。本実施形態の半導体欠陥検査装置１は、Ｘ線検査装置１０と、情報処理装置２０とを備え、被検体１６である半導体装置（例えば、シリコンウェハ上に形成された電気回路など）における欠陥を検出するために用いられる。なお、検出された欠陥に関する情報や、検査中に取得したデータ等を表示させる表示装置３０を更に備えてもよい。

Ｘ線検査装置１０は、いわゆる拡大投影方式の検査装置であり、Ｘ線照射部１１と、コリメータ１２と、蛍光Ｘ線検出部１３と、検体ステージ１４と、撮像部１５とを備える。Ｘ線照射部１１は、所定のＸ線管球からなる。Ｘ線管球は、例えば、管球内のフィラメント（陰極）から発生した熱電子がフィラメント（陽極）とターゲット（陽極）との間に印加された電圧により加速され、ターゲットであるＷ（タングステン）、Ｍｏ（モリブデン）、Ｃｒ（クロム）などに衝突して発生したＸ線を、１次Ｘ線としてベリリウム箔などの窓から出射するものである。Ｘ線照射部１１から出射されたＸ線は、検体ステージ１４上に載置された被検体１６に照射される。

コリメータ１２は、Ｘ線照射部１１と検体ステージ１４との間に設置される。コリメータ１２は、Ｘ線照射部１１から出射されたＸ線の散乱線が被検体１６に照射されるのを防止し、また、被検体１６におけるＸ線の照射範囲を絞り込むために設けられている。コリメータ１２により絞り込まれたＸ線は、被検体１６の撮像領域１６ａに照射される。

検体ステージ１４は、コリメータ１２と撮像部１５との間に設置される。検体ステージ１４は、図示しないモータなどの駆動手段により、検体ステージ１４表面と平行な直行する２方向（ｘ方向、ｙ方向）に移動すると共に、検体ステージ１４表面と直交する方向（ｚ方向）に移動可能になされている。ｘ方向、及び／または、ｙ方向に検体ステージ１４を移動させることで、被検体１６のＸ線が照射される範囲である撮像領域１６ａを移動させることができる。また、検体ステージ１４表面に対して鉛直方向であるｚ方向に検体ステージ１４を移動させることで、撮像部１５により撮像される被検体１６の撮像画像の拡大率を変更することができる。すなわち、検体ステージ１４をＸ線照射部１１方向に移動させ、Ｘ線照射部１１と被検体１６との距離を近づけることにより撮像画像の拡大率を上げることができ、逆に、検体ステージ１４を撮像部１５方向に移動させ、Ｘ線照射部１１と被検体１６との距離を遠ざけることにより撮像画像の拡大率を下げることができる。

透過Ｘ線検出部としての撮像部１５は、２次元のアレイ状に配置された複数個の半導体検出素子（固体撮像素子等）を有する。半導体検出素子としては、例えば、ＣＣＤ（電荷結合素子）や、ＣＭＯＳイメージセンサが用いられる。被検体１６の撮像領域１６ａを透過したＸ線は、図示しない所定の蛍光板で蛍光（可視光画像）に変換された後、撮像部１５の投影領域１５ａに配置された半導体検出素子により光電変換され、撮像信号（透過Ｘ線画像）として情報処理装置２０へ出力される。

蛍光Ｘ線検出部１３は、Ｘ線照射部１１と検体ステージ１４との間に設置される。蛍光Ｘ線検出部１３は、例えば、シリコン素子などの半導体検出素子が用いられている。蛍光Ｘ線検出部１３は、Ｘ線照射部１１から照射されたＸ線により、被検体１６の撮像領域１６ａから発生する蛍光Ｘ線を検出し、検出した蛍光Ｘ線のエネルギーに比例した電流値を情報処理装置２０へ出力する。なお、蛍光Ｘ線検出部１３には、半導体検出素子以外の検出素子、例えば、比例計数管などを用いてもよい。また、撮像領域１６ａから発生する蛍光Ｘ線をなるべく多く検知するために、蛍光Ｘ線検出部１３は、撮像領域１６ａの近傍に配置することが望ましい。

情報処理装置２０は、例えばコンピュータであり、中央演算処理装置（ＣＰＵ）２１と、ＲＡＭ２２と、欠陥検出部２３とを備えている。情報処理装置２０は、Ｘ線検査装置１０から入力されるデータ（撮像部１５から出力される透過Ｘ線画像、及び、蛍光Ｘ線検出部１３から出力される電流値）を分析し、被検体１６の欠陥を検出する。情報処理装置２０は、欠陥の検出だけでなく、検体ステージ１４の位置調整制御など、Ｘ線検査装置１０の制御を行う機能等を有していてもよい。ＣＰＵ２１は、図示しないメモリに記憶されたプログラムに従って動作し、情報処理装置２０の各部を制御する。ＲＡＭ２２は、Ｘ線検査装置１０から入力されるデータを格納したり、欠陥検出部２３での検出結果を格納したりする。

欠陥検出部２３は、撮像部１５から出力される透過Ｘ線画像を用いた第１欠陥判定と、蛍光Ｘ線検出部１３から出力される電流値に基づき生成される蛍光Ｘ線スペクトルを用いた第２欠陥判定を行い、第１欠陥判定結果と第２欠陥判定結果とから被検体１６の欠陥検出を行う。第１欠陥判定により、小規模欠陥（欠陥が撮像領域１６ａに占める面積割合が小さく（例えば半分未満）、欠陥と正常部分との輝度差が大きい欠陥）の有無を判定する。また、第２欠陥判定により、大規模欠陥（欠陥が撮像領域１６ａに占める面積割合が大きく（例えば半分以上）、欠陥と正常部分との輝度差が小さい欠陥）の有無を判定する。第１欠陥判定、第２判定、及び、最終的な欠陥検出の具体的な方法については、後に詳述する。なお、欠陥検出部２３における動作を予めプログラムとして図示しないメモリに格納しておき、ＣＰＵ２１において実行することにより、ソフトウェア的に欠陥検出を行ってもよい。

次に、本発明の実施形態における半導体欠陥検査方法の手順について、図２を用いて説明する。図２に示す手順を実行することで、被検体１６の撮像領域１６ａにおける欠陥の有無を判定することができる。なお、図２の手順の実行に先立って、被検体１６と同じ構造であって欠陥のない検体（以下、参照検体と記す）が準備されている、または、参照検体をＸ線検査装置１０で検査し得られたデータ（透過Ｘ線画像、及び、蛍光Ｘ線スペクトル）がＲＡＭ２２に格納されているものとする。

まず、透過Ｘ線検査（Ｓ１）と蛍光Ｘ線検査（Ｓ２）とを行う。被検体１６（または参照検体）に対してＸ線を照射すると、被検体１６の透過Ｘ線画像と、被検体１６から発生する蛍光Ｘ線とを同時に取得することができるため、Ｓ１とＳ２とは並行して実施することができる。

最初に、Ｓ１の透過Ｘ線検査の具体的な手順について、図３を用いて説明する。図３は、本発明の実施形態にかかる透過Ｘ線検査の手順の一例を示すフローチャートである。まず、参照検体を検体ステージ１４にセットし、被検体１６における検査対象領域と同じ構造の領域が撮像領域１６ａに位置するよう、検体ステージ１４を調整する。そして、参照検体に対し、Ｘ線照射部１１からＸ線を照射し、撮像部１５において透過Ｘ線画像を取得する（Ｓ１１）。取得した透過Ｘ線画像は、情報処理装置２０に入力され、ＲＡＭ２２に格納される。なお、事前に参照検体の透過Ｘ線画像が取得済である場合、本ステップは省略可能である。

次に、被検体１６を検体ステージ１４にセットし、検査対象となる領域が撮像領域１６ａに位置するよう、検体ステージ１４を調整する。そして、被検体１６に対し、Ｘ線照射部１１からＸ線を照射し、撮像部１５において透過Ｘ線画像を取得する（Ｓ１２）。

図４Ａ、及び、図４Ｂは、被検体の透過Ｘ線画像の一例である。図４Ａは、小規模欠陥が存在する被検体（以下、第１被検体と示す）の透過Ｘ線画像であり、図４Ｂは、大規模欠陥が存在する被検体（以下、第２被検体と示す）の透過Ｘ線画像である。また、図４Ｃは、参照検体の透過Ｘ線画像の一例である。なお、以下の説明において、第１被検体の透過Ｘ線画像を第１被検体画像、第２被検体の透過Ｘ線画像を第２被検体画像、参照画像の透過Ｘ線画像を参照画像と記す。

図４Ｃに示すように、例えば、欠陥が存在しない参照検体では、撮像領域１６ａ内の全ての画素の輝度はほぼ一様である。これに対し、図４Ａに示す第１被検体では、検査領域である撮像領域１６ａ内に、撮像領域１６ａの面積の数パーセント程度の面積を有する欠陥領域Ｄｓが存在しており、欠陥領域Ｄｓ内の画素と、参照検体における同位置の画素との輝度差は大きい。また、図４Ｂに示す第２被検体では、検査領域である撮像領域１６ａ内に、撮像領域１６ａの面積の９０パーセント程度の面積を有する欠陥領域Ｄｂが存在している。欠陥領域Ｄｂ内の画素と、参照検体における同位置の画素との輝度差は小さい。

続いて、参照画像の各画素と被検体１６の透過Ｘ線画像の各画素について、同じ位置にある画素同士の輝度値の差分を算出し、画像全体の画素の輝度差分布を作成する（Ｓ１３）。図５Ａ、及び、図５Ｂは、参照画像と被検体の透過Ｘ線画像の輝度値差分ヒストグラムの一例である。図５Ａは、被検体１６が第１被検体である場合の輝度値差分ヒストグラム、すなわち、参照画像と第１被検体画像との輝度値差分ヒストグラムである。図５Ｂは、被検体１６が第２被検体である場合、すなわち、参照画像と第２被検体画像の輝度値差分ヒストグラムである。

図５Ａに示すように、参照画像と第１被検体画像との輝度値差分ヒストグラムでは、輝度差が小さい領域に、測定誤差やノイズに起因する分布が存在する一方、輝度差が大きい領域、すなわち、第１被検体画像の欠陥領域Ｄｓの画素の輝度値と参照画像における同位置の画素の輝度値との差に相当する領域に、明確なピークが存在する。一方、図５Ｂに示すように、参照画像と第２被検体画像との輝度値差分ヒストグラムでは、輝度値差が小さい領域に存在する測定誤差やノイズに起因する分布に、欠陥領域Ｄｂの画素の輝度値と参照画像における同位置の画素の輝度値との差に起因する分布が重なり、減少率が徐々に下がる右下がりのなだらかな曲線形状の分布となる。

最後に、Ｓ１３で作成した輝度値差分布を用い、第１欠陥判定を行う（Ｓ１４）。すなわち、Ｓ１３で作成した輝度値差分布において、輝度値差が予め定められた閾値Ｌを超える領域において、画素の分布のピーク値が予め定められた閾値Ｐを超える場合に、被検体１６に欠陥が存在すると判定する。閾値Ｌと閾値Ｐとは、ノイズや測定誤差、被検体１６や参照検体における画素間の輝度値のばらつき等を考慮して、検査に先立ち設定された値である。

図５Ａに示す参照画像と第１被検体画像との輝度値差分ヒストグラムでは、輝度値差が閾値Ｌを超える領域に第１被検体画像の欠陥領域Ｄｓに起因するピークが存在し、そのピーク値が閾値Ｐを超えている。従って、第１被検体に対して透過Ｘ線検査を行うと、欠陥が検出される。一方、図５Ｂに示す参照画像と第２被検体画像との輝度値差分ヒストグラムでは、輝度値差が閾値Ｌを超える領域に閾値Ｐを超えるピーク値は存在しない。従って、第２被検体に対して透過Ｘ線検査を行っても、欠陥は検出されない。

以上、図３に示すＳ１１からＳ１４の一連の手順を実行することで、被検体１６に存在する小規模欠陥を検出する。

次に、Ｓ２の蛍光Ｘ線検査の具体的な手順について、図６を用いて説明する。図６は、本発明の実施形態にかかる蛍光Ｘ線検査の手順の一例を示すフローチャートである。なお、蛍光Ｘ線検査は、上述した透過Ｘ線検査と並行して実施される。

まず、参照検体を検体ステージ１４にセットし、被検体１６における検査対象領域と同じ構造の領域が撮像領域１６ａに位置するよう、検体ステージ１４を調整する。そして、参照検体に対し、Ｘ線照射部１１からＸ線を照射し、蛍光Ｘ線検出部１３において参照検体の撮像領域１６ａから発生する蛍光Ｘ線を検出し、検出した蛍光Ｘ線のエネルギーに比例した電流値を取得する。取得した電流値は、情報処理装置２０に入力され、参照検体の蛍光Ｘ線スペクトルが生成される（Ｓ２１）。生成された蛍光Ｘ線スペクトルは、ＲＡＭ２２に格納される。なお、事前に参照検体から発生する蛍光Ｘ線の検出が事前に行われている場合、本ステップは省略可能である。また、透過Ｘ線検査におけるＳ１１の手順を実行することで、Ｓ２１における参照検体のセットからＸ線の照射までのプロセスも同時に実行される。

次に、被検体１６を検体ステージ１４にセットし、検査対象となる領域が撮像領域１６ａに位置するよう、検体ステージ１４を調整する。そして、被検体１６に対し、Ｘ線照射部１１からＸ線を照射し、蛍光Ｘ線検出部１３において被検体１６の撮像領域１６ａから発生する蛍光Ｘ線を検出し、検出した蛍光Ｘ線のエネルギーに比例した電流値を取得する。取得した電流値は、情報処理装置２０に入力され、被検体１６の蛍光Ｘ線スペクトルが生成される（Ｓ２２）。生成された蛍光Ｘ線スペクトルは、ＲＡＭ２２に格納される。

図７Ａ、及び、図７Ｂは、被検体の蛍光Ｘ線スペクトルの一例である。図７Ａは、第１被検体の蛍光Ｘ線スペクトルであり、図７Ｂは、第２被検体の蛍光Ｘ線スペクトルである。また、図７Ｃは、参照検体の蛍光Ｘ線スペクトルの一例である。

図７Ｃに示すように、例えば、欠陥が存在しない参照検体では、参照検体を構成する元素（例えば、Ｓｉ（シリコン））に固有なエネルギー（Ｅ１）にピークを有するスペクトルとなる。これに対し、図７Ａに示す第１被検体では、欠陥領域Ｄｓに含まれる元素（参照検体を構成する元素以外の元素、以下、欠陥構成元素と示す）に固有なエネルギー（Ｅ２）にもピークを有するスペクトルとなる。半導体装置における欠陥構成元素としては、例えば、Ｗ（タングステン）、Ａｌ（アルミニウム）、Ｔｉ（チタン）などがあげられる。これらの元素は、半導体装置における配線として使用されることが多く、パターン形成不良などの原因となる。

図７Ｂに示す第２被検体でも同様に、欠陥領域Ｄｂに含まれる欠陥構成元素に固有なエネルギー（Ｅ２）にもピークを有するスペクトルとなる。欠陥構成元素に固有なエネルギーにおけるピーク値は、欠陥領域Ｄｓ、Ｄｂに含まれる欠陥構成元素の量におおよそ比例する。小規模欠陥である第１被検体よりも、大規模欠陥である第２被検体のほうが、欠陥構成元素の量が多く含まれている。従って、図７Ａ、Ｂに示すように、欠陥構成元素に固有なエネルギーにおけるピーク値は、第１被検体よりも第２被検体のほうが大きな値を示す。

続いて、参照検体の蛍光Ｘ線スペクトルと被検体１６の蛍光Ｘ線スペクトルとを比較し、参照検体を構成する元素に固有なエネルギー以外のエネルギーにおけるピークの有無を検出する（Ｓ２３）。

最後に、Ｓ２３において検出した蛍光Ｘ線スペクトルのピークにより、第２欠陥判定を行う（Ｓ２４）。すなわち、検出したピーク値が、予め定められた閾値Ａを超えた場合に、被検体１６に欠陥が存在すると判定する。閾値Ａは、ノイズや測定誤差等を考慮して、検査に先立ち設定された値である。図７Ｂに示す第２被検体の蛍光Ｘ線スペクトルでは、欠陥構成元素に固有なエネルギー（Ｅ２）のピーク値も、閾値Ａを超えている。従って、第２被検体に対して蛍光Ｘ線を行うと、欠陥が検出される。以上、図６に示すＳ２１からＳ２４の一連の手順を実行することで、被検体１６に存在する大規模欠陥を検出する。

以上の手順により、透過Ｘ線検査（Ｓ１）と蛍光Ｘ線検査（Ｓ２）とを行った後、光源異常判定を行う（Ｓ３）。光源異常判定では、Ｓ１の透過Ｘ線検査の結果とＳ２の蛍光Ｘ線検査の結果とを用い、Ｘ線照射部１１における光源の異常や劣化を判定する。異常判定に先立ち、被検体１６に存在する元素であって蛍光Ｘ線検査で検出可能な元素特定の元素の中から、任意の元素を判定対象元素として設定する（例えば、Ｗ（タングステン）など）。そして、異常判定に用いる検量線を作成する。なお、判定対象元素は一種類に限定されず、複数の判定対象元素を設定し、それぞれの元素について検量線を作成してもよい。

検量線の作成は、次のように行う。判定対象元素の含有量が異なる被検体１６（以下、基準検体と記す）を数種類準備し、異常や劣化がない光源を用いて基準検体の透過Ｘ線検査と蛍光Ｘ線検査とを行う。それぞれの基準検体について、透過Ｘ線検査で得られる透過Ｘ線画像の平均輝度値と、蛍光Ｘ線検査で得られる判定対象元素に固有なエネルギーにおける蛍光Ｘ線強度のピーク値とを算出する。そして、図８に示すような、横軸を透過Ｘ線画像の輝度値、縦軸を蛍光Ｘ線強度とするグラフに、基準検体の測定値をプロットして相関曲線（直線）を作成することで、検量線を得る。図８は、透過Ｘ線画像の輝度値と蛍光Ｘ線強度との相関を表す図である。図８において、一点鎖線で示す直線Ｃは、基準検体により作成した検量線を示している。

Ｓ３に戻り、図８に示す透過Ｘ線画像の輝度値と蛍光Ｘ線強度との相関図に、Ｓ１において取得した被検体１６の透過Ｘ線画像の平均輝度値と、Ｓ２において取得した被検体の判定対象元素に固有なエネルギーにおける蛍光Ｘ線強度のピーク値との交点をプロットする。プロットした点が、検量線より下方の領域に位置する場合、光源が異常であると判定する。

例えば、一の被検体について、透過Ｘ線画像の平均輝度値がＬａ、判定対象元素に固有なエネルギーにおける蛍光Ｘ線強度のピーク値がＢａである場合、測定値は点Ｄ１にプロットされる。点Ｄ１は、検量線Ｃ上にあるので、当該被検体検査時において光源に異常はないと判定される。一方、他の被検体について、透過Ｘ線画像の平均輝度値がＬｂ、判定対象元素に固有なエネルギーにおける蛍光Ｘ線強度のピーク値がＢａである場合、測定値は点Ｄ２にプロットされる。点Ｄ２は、検量線Ｃよりも下方に位置するので、当該被検体検査時において、光源に異常がある、または劣化していると判定される。

Ｓ３において、光源の異常や劣化があると判定された場合、光源を調整したり交換したりして、正常な状態にしてから、欠陥検査を再度実行する。なお、測定点と検量線Ｃとの距離が近い場合、再検査を行わずに、次の被検体１６の検査前に光源の交換や調整を行ってもよい。あるいは、複数の被検体１６を連増して検査する場合などでは、測定点の変化を経過観察し、変化の度合いに応じて対応策を決定してもよい。

Ｓ３が終了すると、最後に欠陥判定を行う（Ｓ４）。欠陥判定は、Ｓ１の透過Ｘ線検査、または、Ｓ２の蛍光Ｘ線検査のいずれかで欠陥が検出された場合、被検体１６に欠陥が存在すると判定する。このとき、透過Ｘ線検査において欠陥が検出された場合には、小規模欠陥が存在すると判定する。また、透過Ｘ線検査において欠陥が検出されず、かつ、蛍光Ｘ線検査において欠陥が検出された場合、大規模欠陥が存在すると判定する。Ｓ４の欠陥判定をもって、本実施形態の半導体欠陥検査の一連の処理を終了する。

以上のように、本実施形態によれば、透過Ｘ線を検出する撮像部１５と蛍光Ｘ線を検出する蛍光Ｘ線検出部１３とをＸ線検査装置１０に設けている。これにより、Ｘ線照射部１１から被検体１６にＸ線を照射した際に、透過Ｘ線画像と蛍光Ｘ線スペクトルの両方を並列して取得することができる。従って、透過Ｘ線画像では検出が難しい大規模欠陥を、蛍光Ｘ線スペクトルにより検出することができるため、欠陥の検出感度を向上させることができる。

また、透過Ｘ線画像と蛍光Ｘ線スペクトルとが同時に取得できることを利用し、被検体１６の透過Ｘ線画像の平均輝度値と、判定対象元素に固有なエネルギーにおける蛍光Ｘ線強度のピーク値とを、検量線に照合することで、Ｘ線照射部１１の光源の異常または劣化を検出することができ、欠陥の検出精度の低下を抑制することができる。

なお、上述では、透過Ｘ線検査における第１欠陥検出、及び、蛍光Ｘ線検査における第２欠陥検出において、被検体の測定値との比較に用いる参照値を、欠陥のない参照検体から取得するゴールデンダイ方式を用いて説明したが、直前に測定した被検体の測定値や、複数の被検体の測定値の平均値を用いるなど、一般的に欠陥検出に用いられる他の方式を用いて参照値を設定してもよい。
（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態にかかる半導体欠陥検査装置について説明する。本実施形態の半導体欠陥検査装置１Ａは、Ｘ線検査装置１０Ａの構成が、上述した第１実施形態の半導体欠陥検査装置と異なる。それ以外の構成や、欠陥検査方法については、上述した第１の実施形態と同様であるので説明を省略し、以下、第１の実施形態と異なる点についてのみ説明する。

図９は、本発明の第２実施形態にかかる半導体欠陥検査装置の構成例を示すブロック図である。本実施形態のＸ線検査装置１０Ａは、コリメータ１２と検体ステージ１４との間に集光ミラー１７が設けられている点と、検体ステージ１４と撮像部１５との間にＸ線集光素子１８が設けられている点が、第１の実施形態のＸ線検査装置１０と異なる。

集光ミラー１７は、被検体１６に照射される範囲を絞り込むために、Ｘ線照射部１１から出射されたＸ線を集光する。従って、本実施形態のＸ線検査装置１０Ａの撮像領域１６ｂは、第１の実施形態のＸ線検査装置１０における撮像領域１６ａよりも小さい領域となる。

Ｘ線集光素子１８は、被検体１６の撮像領域１６ａを透過するＸ線を集光し、撮像部１５の投影領域１５ａに結像させるための集光素子である。例えば、ＦＺＰなどの回折型集光素子や、Ｋ－Ｂミラーなどの反射型集光素子を用いることができる。

集光ミラー１７とＸ線集光素子１８を用いたＸ線検査装置１０Ａは、いわゆる結像方式の検査装置であり、第１の実施形態で説明した拡大投影方式のＸ線検査装置１０よりも高倍率（高解像度）で検査を行うことができる。その一方で、撮像領域１６ｂが小さいため、撮像領域１６ａの場合と比べ、被検体１６上の欠陥の大きさが相対的に大きくなってしまう。従って、大規模欠陥の発生率が高くなってしまう。

これに対し、本実施形態によれば、コリメータ１２と検体ステージ１４との間の集光ミラー１７を設置するスペースに、蛍光Ｘ線を検出する蛍光Ｘ線検出部１３を配置することで、解像度を低下させることなく大規模欠陥を検出することができ、欠陥の検出感度を向上させることができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、一例として示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１、１Ａ…半導体欠陥検査装置、１０、１０Ａ…Ｘ線検査装置、１１…Ｘ線照射部、１２…コリメータ、１３…Ｘ線検出部、１４…検体ステージ、１５…撮像部、１５ａ…投影領域、１６…被検体、１６ａ、１６ｂ…撮像領域、１７…集光ミラー、１８…Ｘ線集光素子、２０…情報処理装置、２１…ＣＰＵ、２２…ＲＡＭ、２３…欠陥検出部、３０…表示装置、

Claims

被検体が載置されるステージと、
前記ステージにＸ線を照射するＸ線照射部と、
前記被検体を透過した透過Ｘ線を検出する透過Ｘ線検出部と、
前記Ｘ線の照射により前記被検体から発せられる蛍光Ｘ線を検出する蛍光Ｘ線検出部と、
前記透過Ｘ線を光電変換して得らえる透過Ｘ線画像の分析により第１欠陥を検出し、また、前記蛍光Ｘ線のスペクトル分析により第２欠陥を検出する欠陥検出部と、
を備え、
前記第２欠陥は、前記Ｘ線の照射領域の面積の半分以上の面積を有し、かつ、前記被検体の前記透過Ｘ線画像における前記第２欠陥部分の画素と、欠陥検出に用いられる基準検体のＸ線透過画像における同位置の画素との輝度差が小さいことを特徴とする、半導体欠陥検査装置。
前記欠陥検出部は、前記透過Ｘ線画像における平均輝度値と、前記蛍光Ｘ線スペクトルにおける所定のエネルギーの蛍光Ｘ線強度とに基づいて、前記Ｘ線照射部の異常を検知することを特徴とする、請求項１に記載の半導体欠陥検査装置。
被検体が載置されるステージと、
前記ステージにＸ線を照射するＸ線照射部と、
前記被検体を透過した透過Ｘ線を検出する透過Ｘ線検出部と、
前記Ｘ線の照射により前記被検体から発せられる蛍光Ｘ線を検出する蛍光Ｘ線検出部と、
前記透過Ｘ線を光電変換して得らえる透過Ｘ線画像の分析により第１欠陥を検出し、また、前記蛍光Ｘ線のスペクトル分析により第２欠陥を検出する欠陥検出部と、
を備え、
前記欠陥検出部は、前記透過Ｘ線画像における平均輝度値と、前記蛍光Ｘ線スペクトルにおける所定のエネルギーの蛍光Ｘ線強度とに基づいて、前記Ｘ線照射部の異常を検知することを特徴とする、半導体欠陥検査装置。
前記蛍光Ｘ線検出部は、前記ステージと前記Ｘ線照射部との間に配置されることを特徴とする、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の半導体欠陥検査装置。
前記ステージと前記Ｘ線照射部との間に集光ミラーが配置され、前記ステージと前記透過Ｘ線検出部との間にＸ線集光素子が配置されることを特徴する、請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の半導体欠陥検査装置。
ステージに載置された被検体にＸ線を照射し、
前記被検体を透過した前記Ｘ線を透過Ｘ線として検出し、
前記Ｘ線の照射により前記被検体から発生した蛍光Ｘ線を検出し、
前記透過Ｘ線を光電変換して得られる透過Ｘ線画像の分析により第１欠陥を検出し、
前記蛍光Ｘ線のスペクトル分析により第２欠陥を検出し、
前記第１欠陥、または、前記第２欠陥のいずれかが検出された場合に前記被検体に欠陥
が存在すると判定する半導体欠陥検査方法であって、
前記第２欠陥は、前記Ｘ線の照射領域の面積の半分以上の面積を有し、かつ、前記被検体の前記透過Ｘ線画像における前記第２欠陥部分の画素と、欠陥検出に用いられる基準検体のＸ線透過画像における同位置の画素との輝度差が小さい
ことを特徴とする、半導体欠陥検査方法。
ステージに載置された被検体にＸ線を照射し、
前記被検体を透過した前記Ｘ線を透過Ｘ線として検出し、
前記Ｘ線の照射により前記被検体から発生した蛍光Ｘ線を検出し、
前記透過Ｘ線を光電変換して得られる透過Ｘ線画像の分析により第１欠陥を検出し、
前記蛍光Ｘ線のスペクトル分析により第２欠陥を検出し、
前記第１欠陥、または、前記第２欠陥のいずれかが検出された場合に前記被検体に欠陥が存在すると判定する半導体欠陥検査方法であって、
前記透過Ｘ線画像における平均輝度値と、前記蛍光Ｘ線スペクトルにおける所定のエネルギーの蛍光Ｘ線強度とに基づいて、前記Ｘ線照射部の異常を検知することを特徴とする半導体欠陥検査方法。