DE112019006527T5

DE112019006527T5 - Defektprüfvorrichtung und Defektprüfverfahren

Info

Publication number: DE112019006527T5
Application number: DE112019006527.0T
Authority: DE
Inventors: Kentaro Ohira; Masaki Hasegawa
Original assignee: Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2019-02-15
Filing date: 2019-02-15
Publication date: 2021-09-16
Also published as: WO2020166049A1; US20220107280A1; JPWO2020166049A1

Abstract

Es wird ein Quantifizierungsverfahren zum Bewerten der Qualität einer Probe auf der Grundlage eines von einem Spiegelelektronenmikroskop erfassten Spiegelelektronenbildes geschaffen. In dieser Erfindung wird ein Spiegelelektronenbild numerisch ausgedrückt, indem die Helligkeitswerte jedes Pixels, aus dem das Spiegelelektronenbild besteht, gezählt werden, ein Helligkeitshistogramm erstellt wird und aus der Verteilung des Helligkeitshistogramms eine Standardabweichung berechnet wird. Wenn beispielsweise durch einen Kratzer oder eine verborgene Beschädigung in einer Probe ein Helligkeitskontrast auf dem Spiegelelektronenbild erzeugt wird, weil die Helligkeitswerte der Pixel schwanken, gibt es mehr Variation in den Helligkeitswerten als in einem Bild, das von einer zufriedenstellenden Probe ohne Defekte erhalten wird, und dies führt dazu, dass die Helligkeitswerte des Spiegelelektronenbildes eine größere Standardabweichung aufweisen. Die Standardabweichung gibt die aus dem Spiegelelektronenbild berechnete Variation der Helligkeit an und repräsentiert im Wesentlichen den Grad des Defektkontrasts in der Probe. Dieser Wert kann als Grundlage für die einfache Bewertung der Qualität einer Probe verwendet werden, wobei Subjektivität und Mehrdeutigkeit beseitigt werden.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Defektprüfvorrichtung, die Oberflächen von Wafern zur Herstellung elektronischer Vorrichtungen prüft, und ein Verfahren dafür.
Stand der Technik
Bei der Herstellung von Halbleitervorrichtungen werden Mikroschaltungen auf einem Halbleiterwafer gebildet, der so poliert ist, dass er eine Spiegelfläche aufweist. Wenn sich auf einem solchen Wafer ein Fremdstoff, eine Beschädigung (ein Kratzer), ein Kristalldefekt, eine beschädigte Kristallschicht oder dergleichen befindet, tritt bei den Prozessen der Bildung eines Schaltungsmusters ein Defekt oder eine Materialverschlechterung auf. Dementsprechend kann eine hergestellte Vorrichtung nicht mehr normal arbeiten, oder die Betriebszuverlässigkeit der hergestellten Vorrichtung verschlechtert sich, was dazu führt, dass das Produkt unvollendet bleibt.
Beispiele für solche Fälle sind ein Problem bei der Leistungsvorrichtungsherstellung, bei der SiC (Siliziumcarbid) verwendet wird, ein vielversprechendes Halbleitermaterial, von dem erwartet wird, dass es den Energieverbrauch senkt. SiC zeichnet sich durch verschiedene Eigenschaften wie etwa die dielektrische Durchbruchspannung als Leistungsvorrichtungsmaterial im Vergleich zu Si, einem herkömmlich verwendeten Halbleiter, aus. SiC ist jedoch ein Material, das schwieriger zu bearbeiten und in eine Waferform zu polieren ist, da es sich durch chemische Stabilität auszeichnet und hart ist. Vorrichtungen werden auf einer SiC-Epitaxieschicht erzeugt, die auf einer polierten Oberfläche ausgebildet ist. Die Bildung einer Epitaxieschicht hoher Qualität, die für die Zuverlässigkeit der Vorrichtungen wesentlich ist, erfordert die Beseitigung von Kristallstörungen (beschädigten Schichten) auf der polierten Oberfläche.
Wafer werden durch mechanisches Polieren wie Schleifen abgeflacht. Ferner wird ein CMP (chemisch-mechanisches Polieren) durchgeführt, um eine beschädigte Schicht zu beseitigen, die während des mechanischen Polierens aufgetreten ist, um dadurch eine Oberfläche zu erzeugen, die auf atomarer Ebene flach und frei von Kristallstörungen ist. Es ist jedoch schwierig, die optimale Zeit für den CMP-Prozess einzustellen. Dementsprechend verbleiben beschädigte Bereiche, die bei dem mechanischen Polieren aufgetreten sind, innerhalb der Oberfläche oder es bilden sich in einigen Fällen Kratzer im Mikromaßstab. Insbesondere in einem Fall, in dem die Oberflächen der verbleibenden beschädigten Bereiche flach sind oder in einem Fall, in dem die Kratzerbreiten im Vergleich zu einer Emissionswellenlänge ausreichend klein sind, können sie mit einer herkömmlichen optischen Prüftechnologie zum Detektieren von Konkavitäten und Konvexitäten der Oberflächen nicht gefunden werden und solche beschädigten Bereiche oder Kratzer werden als „verborgene Schäden“ bezeichnet.
Wenn eine Epitaxieschicht auf einer Waferoberfläche mit verbleibenden verborgenen Schäden und Kratzern aufgewachsen wird, werden diese zu Ausgangspunkten für Anomalien, die in atomaren Stufen auftreten, und Strukturen mit großen Konkavitäten und Konvexitäten, die als Stufenanhäufungen bezeichnet werden, werden ausgebildet. Wenn eine Vorrichtung auf einer Oberfläche ausgebildet ist, auf der eine Stufenanhäufung aufgetreten ist, verschlechtern sich die Durchbruchspannungseigenschaften erheblich, so dass die Vorrichtung nicht als Leistungsvorrichtung verwendet werden kann. Dementsprechend ist eine Prüfung, ob noch verborgene Schäden oder Kratzer vorhanden sind oder nicht, äußerst wichtig.
Patentdokument 1 offenbart, dass es als Prüftechnologie, die für verborgene Schäden und Kratzer auf einer Waferoberfläche empfindlich ist, wirksam ist, eine Prüftechnologie zu verwenden, auf die ein Spiegelelektronenmikroskop angewendet wird, das ein Bild von Spiegelelektronen erzeugt. Bei dieser Prüftechnologie wird eine negative Spannung, die nahezu eine Beschleunigungsspannung eines emittierten Elektronenstrahls ist, an eine Waferoberfläche angelegt, um dadurch die Elektronenstrahlrichtung nahe der Waferoberfläche zu invertieren, die Elektronen über das gesamte Prüfsichtfeld auf der Waferoberfläche zu strahlen und ein Bild der invertierten Elektronen durch Elektronenlinsen zur Prüfung zu erzeugen. Diese invertierten Elektronen werden im Folgenden als Spiegelelektronen bezeichnet.
In einer Defektprüfvorrichtung unter Verwendung eines Spiegelelektronenmikroskops wird gleichzeitig ein Ultraviolettstrahl auf einen Wafer emittiert und die Waferoberfläche durch die Ultraviolettstrahlbeleuchtung angeregt. Diese Anregungsenergie bewirkt, dass elektrische Ladungen innerhalb des Wafers von einem beschädigten Bereichsabschnitt eingefangen werden und lokale Ladung auftritt, so dass die Äquipotentialfläche der Oberfläche verzerrt wird. Da aber bei der Abbildung mit dem Spiegelelektronenmikroskop sogar eine leichte Verzerrung der Äquipotentialfläche Schattierung in einem Spiegelelektronenbild erzeugt, wird es so möglich, eine Detektion eines beschädigten Bereichs mit hoher Empfindlichkeit vorzunehmen. Da bei der Bilderzeugung ein elektronenoptisches System verwendet wird, beträgt die Auflösung des Mikroskops mehrere Dutzend Nanometer, was weitaus höher ist als bei optischen Prüftechnologien.
Entgegenhaltungsliste
Patentdokument(e)
Patentdokument 1: W02016002003 A1
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Ein Spiegelelektronenmikroskop hat eine Elektronenbestrahlungsfläche von etwa 100 µm, was im Vergleich zur Oberfläche eines Wafers klein ist, und wenn beispielsweise die gesamte Oberfläche eines Wafers mit einer Größe von sechs Zoll geprüft wird, dauert die Prüfung mehrere Wochen. Aus diesem Grund ist es schwierig, die gesamte Oberfläche eines Wafers mit einem Spiegelelektronenmikroskop zu prüfen, und ein Teilbereich in einem Wafer wird geprüft, Defekte werden in einem erhaltenen Spiegelelektronenbild detektiert und die Qualität des Wafers wird bewertet.
Eine Ausgabe eines Spiegelelektronenmikroskops als Prüfergebnisse sind Graustufenbilder, die die Oberflächenzustände bestimmter Stellen eines Wafers abbilden. Ein Anwender überprüft visuell Spiegelelektronenbilder, die von mehreren Stellen in der Waferoberfläche erhalten werden, und bestimmt, ob die Qualität des Wafers selbst gut oder schlecht ist. Es besteht jedoch das Problem, dass Ergebnisse der visuellen Bewertung von Spiegelelektronenbildern aufgrund von Subjektivität und Mehrdeutigkeit, die je nach Anwender variieren, variieren und die Stabilität der Prüfqualität beeinträchtigt wird.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das oben erwähnte Problem zu lösen und eine Defektprüfvorrichtung und ein Defektprüfverfahren zu schaffen, die es ermöglichen, zu versuchen, Spiegelelektronenbilder zu quantifizieren und die Prüfqualität aufrechtzuerhalten.
Lösung für das Problem
Um die obige Aufgabe zu lösen, ist es notwendig, dem Anwender Ergebnisse der Quantifizierung von Spiegelelektronenbildern, die von einem Spiegelelektronenmikroskop ausgegeben werden, bereitzustellen. Die vorliegende Erfindung schafft eine Prüfvorrichtung und ein Prüfverfahren, die den Grad des Graustufenkontrasts, der auf Spiegelelektronenbildern aufgrund verborgener Schäden, Kratzer, Stapelfehler, Versetzung der Basisebene und Fremdstoffen erzeugt wird, quantifizieren und den quantifizierten Grad anzeigen. Die vorliegende Erfindung schafft eine Defektprüfvorrichtung, die umfasst: ein elektronenoptisches System, das eine Probe mit Elektronen bestrahlt, die aus einer Elektronenquelle emittiert werden; ein elektronenoptisches Abbildungssystem, das ein Bild von Spiegelelektronen erzeugt, die aufgrund des Anlegens einer negativen Spannung an die Probe reflektiert werden, bevor die Elektronen die Probenoberfläche erreichen, und ein Spiegelelektronenbild erfasst; einen Ultraviolettstrahl-Emissionsabschnitt, der einen Bereich, der einen Bestrahlungsbereich der Elektronen enthält, während der Bestrahlung mit den Elektronen mit einem Ultraviolettstrahl bestrahlt;
eine Bildverarbeitungsvorrichtung, die einen Berechnungsprozess an dem erfassten Spiegelelektronenbild durchführt und ein Ergebnis der Berechnung ausgibt; und eine Anzeigevorrichtung. Die Bildverarbeitungsvorrichtung setzt das Spiegelelektronenbild in Helligkeitswerte um und erzeugt eine Referenz und ein Prüfergebnis, und die Anzeigevorrichtung zeigt die Referenz und das Prüfergebnis zusammen an. Die vorliegende Erfindung schafft auch ein Defektprüfverfahren.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Indem nicht nur ein Spiegelelektronenbild des Spiegelelektronenmikroskops ausgegeben wird, sondern das Spiegelelektronenbild in Helligkeitswerte umgesetzt wird und eine Referenz und ein Prüfergebnis einer geprüften Probe zusammen angezeigt werden, wird es für einen Anwender einfacher, die Qualität der Probe relativ zu der Referenz quantitativ zu beurteilen.
Darüber hinaus kann der Anwender durch Erzeugen eines Histogramms der Helligkeit des Spiegelelektronenbildes der geprüften Probe und gemeinsames Anzeigen des Histogramms und eines Referenzhistogramms den Grad des Auftretens von Defekten in der geprüften Probe und die Defekttypen, die in größeren Mengen aufgetreten sind, aus dem Grad der Abweichung von der Referenz effizient beurteilen.
Darüber hinaus ist es durch Ausführen eines statistischen Prozesses wie Standardabweichung oder Varianz der Helligkeitshistogramme der Referenz und des Spiegelelektronenbildes der geprüften Zielprobe möglich, den Grad des Auftretens auf der geprüften Probe relativ zu der Referenz genauer zu vergleichen. Dadurch können Schwankungen der Ergebnisse in Bezug auf die Qualität, die sich aus Subjektivität und Mehrdeutigkeit ergeben und je nach Anwender variieren, beseitigt werden und es wird möglich, stabil zu beurteilen, ob die Qualität von Proben gut oder schlecht ist.
Figurenliste

1 ist eine Figur zur Erläuterung einer Spiegelelektronenmikroskopvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform.
2 ist eine Figur, die einen Ablauf des Quantifizierens eines Spiegelelektronenbildes gemäß der ersten Ausführungsform darstellt.
3A ist eine Figur zur Erläuterung eines Prüfverfahrens und eines Quantifizierungsverfahrens, die von dem Spiegelelektronenmikroskop gemäß der ersten Ausführungsform durchgeführt werden.
3B ist eine Figur zur Erläuterung des Prüfverfahrens und des Quantifizierungsverfahrens, die von dem Spiegelelektronenmikroskop gemäß der ersten Ausführungsform durchgeführt werden.
3C ist eine Figur zur Erläuterung des Prüfverfahrens und des Quantifizierungsverfahrens, die von dem Spiegelelektronenmikroskop gemäß der ersten Ausführungsform durchgeführt werden.
4 ist eine Figur zur Erläuterung der Weitbereichsabbildung und eines Anzeigeverfahrens für das Spiegelelektronenbild gemäß einer vierten Ausführungsform.

Beschreibung von Ausführungsformen
Im Folgenden werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung nacheinander gemäß den Zeichnungen erläutert.
Erste Ausführungsform
Eine erste Ausführungsform ist eine Ausführungsform einer Defektprüfvorrichtung, die umfasst: ein elektronenoptisches System, das eine Probe mit Elektronen bestrahlt, die aus einer Elektronenquelle emittiert werden; ein elektronenoptisches Abbildungssystem, das ein Bild von Spiegelelektronen erzeugt, die aufgrund des Anlegens einer negativen Spannung an die Probe reflektiert werden, bevor die Elektronen die Probe erreichen, und ein Spiegelelektronenbild erfasst; einen Ultraviolettstrahl-Emissionsabschnitt, der einen Bereich, der einen Bestrahlungsbereich der Elektronen enthält, während der Bestrahlung der Elektronen mit einem Ultraviolettstrahl bestrahlt; und eine Bildverarbeitungsvorrichtung, die einen Berechnungsprozess an dem erfassten Spiegelelektronenbild durchführt und ein Ergebnis der Berechnung ausgibt. Die Bildverarbeitungsvorrichtung setzt Helligkeitswerte des Spiegelelektronenbildes des Sichtfeldeinheits-Spiegelelektronenbildes (FOV-Einheits-Spiegelelektronenbildes), das von mehreren Stellen auf einer Probenoberfläche erhalten wird, um und gibt eine vorbestimmte Referenz (Referenz) und ein Prüfergebnis der Probe aus. Es ist zu beachten, dass das FOV-Einheits-Spiegelelektronenbild ein Spiegelelektronenbild bedeutet, das aus einem Prüfsichtfeld erhalten wird. Beispielsweise wird angenommen, dass ein FOV-Einheits-Spiegelelektronenbild, das in einem Elektronenbestrahlungsbereich von 110 µm erhalten wird, ungefähr 80 µm × 80 µm ist.
Die Gesamtheit einer Prüfvorrichtung, die ein Spiegelelektronenmikroskop verwendet, gemäß der vorliegenden Erfindung wird unter Verwendung von 1 erklärt. Es sollte jedoch beachtet werden, dass eine Pumpe zum Entleeren, eine Steuervorrichtung dafür, Auslassleitungen, ein Ladesystem für geprüfte Proben, und dergleichen weggelassen sind. Außerdem sind die Bewegungsbahnen der Elektronen zur Erklärung im Vergleich zu den tatsächlichen Bewegungsbahnen übertrieben.
Zunächst wird das elektronenoptische System zur Emission von Elektronen erläutert. Während sie von einer Kondensorlinse 102 fokussiert werden, werden emittierte Elektronen 100a aus einer Elektronenkanone 101 durch einen Separator 103 zu einem Wafer 104 abgelenkt und werden zu einem ungefähr parallelen Elektronenstrom und bestrahlen den Wafer 104 eines Prüfziels.
Obwohl eine Schottky-Elektronenquelle vom Zr/O/W-Typ, die einen kleinen Lichtquellendurchmesser hat und einen großen Stromstärkewert erzeugen kann, als Elektronenkanone 101 verwendet wird, können Elektronenquellen wie eine LaB₆-Elektronenquelle, die einen höheren Stromstärkewert erzeugen kann, oder eine Kaltkathodenelektronenquelle, die eine höhere Helligkeit liefern kann, ebenfalls verwendet werden. Zusätzlich kann die Elektronenkanone 101 eine Elektronenkanone vom Magnetfeldimmersionstyp sein, bei der eine magnetische Linse in der Nähe einer Elektronenquelle angeordnet ist. Spannungen und Ströme, die für den Betrieb der Elektronenkanone erforderlich sind, wie beispielsweise eine Extraktionsspannung der Elektronenkanone 101, eine Beschleunigungsspannung eines extrahierten Elektrons oder ein Heizstrom eines Elektronenquellenfilaments, werden von einer Elektronenkanonen-Steuervorrichtung 105 geliefert und gesteuert. In einem Fall, in dem eine Schottky-Elektronenquelle oder eine Kaltkathodenelektronenquelle als Elektronenquelle verwendet wird, muss das Innere der Elektronenkanone 101 auf einem Ultrahochvakuum von 10^-6 Pa oder weniger gehalten werden und ist daher mit einem Unterdruckabschirmventil zum Aufrechterhalten des Unterdrucks zum Zeitpunkt der Wartung versehen und so weiter.
Obwohl die Kondensorlinse 102 in 1 als einzelne Linse gezeichnet ist, kann sie stattdessen durch ein elektronenoptisches System ausgebildet sein, das durch Kombinieren mehrerer Linsen oder Multipole ausgebildet ist, so dass Beleuchtungselektronen mit einem höheren Grad an Parallelität erhalten werden. Die Kondensorlinse 102 ist so eingestellt, dass Elektronen auf eine hintere Fokusebene 100b einer Objektivlinse 106 fokussiert werden. Die Objektivlinse 106 ist eine elektrostatische Linse mit mehreren Elektroden oder eine magnetische Linse.
Der Separator 103 ist installiert, um emittierte Elektronen, die sich in Richtung einer geprüften Probe 104 fortpflanzen, und Spiegelelektronen, die von der geprüften Probe 104 zurückkehren, zu trennen. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Separator verwendet, der einen ExB-Deflektor verwendet. Der ExB-Deflektor kann so eingestellt sein, dass ein von oben kommendes Elektron abgelenkt wird und ein von unten kommendes Elektron nach oben gerichtet ist. In diesem Fall ist die elektronenoptische Säule, die Beleuchtungselektronen liefert, wie in der Figur geneigt und die elektronenoptische Säule, die ein Bild von Spiegelelektronen erzeugt, aufrecht platziert. Darüber hinaus ist es auch möglich, einen Deflektor, der nur ein Magnetfeld verwendet, als Separator zu verwenden. Ein Magnetfeld wird in einer Richtung senkrecht zu der optischen Achse angelegt, Beleuchtungselektronen werden in Richtung der geprüften Probe 104 abgelenkt und Elektronen von der geprüften Probe 104 werden in einer Richtung abgelenkt, die der Einfallsrichtung der Beleuchtungselektronen direkt entgegengesetzt ist. In diesem Fall sind die optische Achse der elektronenoptischen Säule und die optische Achse der Elektronenabbildungssäule so angeordnet, dass sie symmetrisch zu der optischen Achse der Objektivlinse sind.
In einem Fall, dass es notwendig ist, Abbildungsfehler zu korrigieren, die auftreten, wenn die Beleuchtungselektronen 100a durch den Separator abgelenkt werden, kann zusätzlich ein Aberrationskorrektor angeordnet sein. Zudem sind in einem Fall, in dem der Separator 403 ein Magnetfelddeflektor ist, zusätzliche Spulen bereitgestellt, um die Abbildungsfehler zu korrigieren.
Die Objektivlinse 106 formt die durch den Separator 103 abgelenkten Beleuchtungselektronen 100a zu einem parallelen Elektronenstrahlbündel, das die Oberfläche der geprüften Probe 104 beleuchtet, in einer Richtung senkrecht zu der Oberfläche. Da die Kondensorlinse 102 in der Beleuchtungsoptik wie zuvor erwähnt so eingestellt ist, dass die Elektronen auf den hinteren Fokuspunkt 100b der Objektivlinse 106 fokussiert werden, können Elektronen mit einem hohen Grad an Parallelität auf die geprüfte Probe 104 gestrahlt werden. Ein Bereich auf der geprüften Probe 104, der von den Elektronen 100a beleuchtet wird, hat beispielsweise eine Fläche von 10000 µm² oder dergleichen. Die Objektivlinse 106 umfasst eine Anode zum Hochziehen von Spiegelelektronen nach oben über der Oberfläche der geprüften Probe 104.
Als Nächstes werden die Probe 104 und ein Bühnenabschnitt, der die Probe 104 hält, erläutert. Ein Probenhalter 109 ist über ein Isolierelement auf einer beweglichen Bühne 108 installiert, die von einer Steuervorrichtung für bewegliche Bühnen 107 gesteuert wird, und die geprüfte Probe 104 ist auf den Probenhalter 109 gelegt. Das Verfahren zum Antreiben der beweglichen Bühne 108 umfasst zwei orthogonale gerade Bewegungen. Zusätzlich dazu können eine vertikale Bewegung und Bewegungen in geneigten Richtungen hinzugefügt werden. Mit diesen Bewegungen bewegt die bewegliche Bühne 108 eine Position auf der gesamten Oberfläche oder in diskreten Bereichen der Oberfläche der geprüften Probe 104 auf die Bestrahlungsposition des Elektronenstrahlbündels, d. h. auf die optische Achse der Objektivlinse 106. Um ein negatives Potential auf der Oberfläche der geprüften Probe 104 zu bilden, wird dem Probenhalter 109 durch eine Hochspannungs-Leistungsversorgung 110 ein negatives Potential zugeführt, das nahezu gleich der Beschleunigungsspannung der Elektronen ist. Die Ausgabeleistung der Hochspannungs-Leistungsversorgung 110 wird so feinjustiert, dass die Beleuchtungselektronen 100a des negativen Potentials vor der geprüften Probe 104 aufgrund verzögert werden und die Elektronenbahnen in die entgegengesetzte Richtung umgekehrt werden, bevor sie mit der geprüften Probe 104 kollidieren. Von der Probe reflektierte Elektronen werden die Spiegelelektronen 100c.
Das optische System zur Spiegelelektronenabbildung wird erläutert. Die Spiegelelektronen 100c bilden ein erstes Bild durch die Objektivlinse 106. Da der Separator 103 in der vorliegenden Ausführungsform der ExB-Deflektor ist, kann er so gesteuert werden, dass kein Effekt, der ein nach oben gerichtetes Elektron ablenkt, erzeugt wird, und der Spiegelelektronen 100c pflanzen sich geradeaus in Richtung der aufrechten Abbildungselektronensäule fort und das erste Bild wird nacheinander von einer elektronischen Zwischenlinse 111 und einer elektronischen Projektionslinse 112 erzeugt. Diese Zwischenlinse 111 und die Projektionslinse 112 sind eine elektrostatische oder magnetische Linse. Ein endgültiges Elektronenbild wird durch einen Bilddetektionsabschnitt 116 vergrößert und projiziert. Einzelheiten des Bilddetektionsabschnitts 116 werden nachstehend erwähnt. Obwohl die Projektionselektronenlinse 112 in 1 als eine elektronische Linse gezeichnet ist, umfasst sie in einigen Fällen mehrere Elektronenlinsen oder Multipole zum Zweck einer höheren Vergrößerung, zur Korrektur der Bildverzerrung oder dergleichen. Obwohl sie in dieser Figur nicht gezeichnet sind, sind bei Bedarf ein Deflektor, ein Astigmatismuskorrektor und dergleichen für spezifischere Anpassungen in der Elektronenoptik montiert.
Der Ultraviolettstrahl-Emissionsabschnitt wird erläutert. Ein Ultraviolettstrahl aus einer Ultraviolettstrahl-Lichtquelle 113 wird von einem Monochromator 114 monochromatisiert und von einem optischen Element für Ultraviolettstrahlen 115 auf die geprüfte Probe 104 emittiert. Da die geprüfte Probe 104 bei Unterdruck gehalten wird, wird ein Raum durch ein Fenster, das mit einem Material (z. B. Quarz usw.) hergestellt wurde, das ultraviolette Strahlen durchlässt, in eine Atmosphärenseite und eine Unterdruckseite unterteilt und ein Ultraviolettstrahl, der von dem optischen Element für Ultraviolettstrahlen 115 emittiert wird, wird durch das Fenster emittiert. Alternativ kann die Ultraviolettstrahl-Lichtquelle 113 im Unterdruck installiert sein. In diesem Fall ist es auch möglich, ein festes Element oder dergleichen mit einer bestimmten Lichtemissionswellenlänge als Ultraviolettstrahl-Lichtquelle zu verwenden, anstatt die Wellenlängenauswahl durch den Monochromator 114 zu verwenden. Die Beleuchtungswellenlänge des Ultraviolettstrahls ist eine Wellenlänge, die einer Energie entspricht, die höher ist als die Bandlücke des Materials der Probe ist. Alternativ wird abhängig vom Zustand der Energieniveaus in der Bandlücke des Materials in einigen Fällen eine Wellenlänge einer Energie, die kleiner als die Bandlückenenergie ist, als Wellenlänge ausgewählt, um Träger im Probenmaterial zu erzeugen. Die Ultraviolettstrahl-Lichtquelle 113, der Monochromator 114 und das optische Element für Ultraviolettstrahlen 115 sind durch optische Fasern und dergleichen verbunden und der Ultraviolettstrahl wird durch diese übertragen. Alternativ können die Ultraviolettstrahl-Lichtquelle 113 und der Monochromator 114 eine integrierte Konfiguration aufweisen. In einem Fall, in dem die Ultraviolettstrahl-Lichtquelle 113 ein Filter umfassen kann, das nur eine Wellenlänge innerhalb eines bestimmten Bereichs durchlässt, wird der Monochromator 114 in einigen Fällen nicht verwendet.
Der Bilddetektionsabschnitt 116 des zuvor erwähnten optischen Systems zur Spiegelelektronenabbildung setzt ein Bild der Spiegelelektronen 100c in elektrische Signale um und sendet die elektrischen Signale an einen Prüfvorrichtungs-Steuerabschnitt 117. Der Bilddetektionsabschnitt 116 umfasst als Beispiel eine fluoreszierende Platte, die Elektronen in sichtbares Licht umwandelt, und eine Kamera, die ein Elektronenbild der fluoreszierenden Platte abbildet, umfasst als weiteres Beispiel einen zweidimensionalen Detektor wie etwa ein CCD-Element, das Elektronen detektiert, und so weiter. Ein Mechanismus, der die Intensität eines Elektronenbildes oder die Intensität der Fluoreszenz verstärkt, kann ebenfalls enthalten sein.
Ein Spiegelelektronenbild jeder Stelle auf der Oberfläche der Probe 104 wird von dem Bilddetektionsabschnitt 116 ausgegeben, während die bewegliche Bühne 108 angetrieben wird. Die bewegliche Bühne 108 wird angehalten, wenn ein jeweiliges Bild abgebildet wird, oder bewegt sich mit einer konstanten Geschwindigkeit weiter, ohne anzuhalten, wenn ein jeweiliges Bild abgebildet wird.
Betriebsbedingungen verschiedener Vorrichtungsabschnitte einschließlich der Bedingungen des oben beschriebenen Abbildungsvorgangs werden in den Prüfvorrichtungs-Steuerabschnitt 117 eingegeben und von diesem ausgegeben. Verschiedene Bedingungen wie etwa eine Beschleunigungsspannung zum Zeitpunkt der Erzeugung eines Elektronenstrahls, eine Bühnenbewegungsgeschwindigkeit, Zeitvorgaben zum Erfassen von Bildsignalen aus einem Bilddetektionselement oder Ultraviolettstrahl-Emissionsbedingungen werden vorab in den Prüfvorrichtungs-Steuerabschnitt 117 eingegeben und der Prüfvorrichtungs-Steuerabschnitt 117 steuert umfassend die Steuervorrichtung für bewegliche Bühnen 107, eine Steuervorrichtung für elektronenoptische Systeme 118, die jedes elektronenoptische Element steuert, das Steuersystem der Ultraviolettstrahl-Lichtquelle 113 und des Monochromators 114 und dergleichen. In einigen Fällen umfasst der Prüfvorrichtungs-Steuerabschnitt 117 mehrere Computer, die sich die Rolle des Prüfvorrichtungs-Steuerabschnitts 117 teilen und durch eine Kommunikationsleitung gekoppelt sind. Zusätzlich ist eine Eingabe-/Ausgabevorrichtung 119 mit einem Monitor installiert und kann von einem Anwender zur Einstellung der Prüfvorrichtung, Eingabe von Betriebsbedingungen, Durchführung von Prüfungen und dergleichen verwendet werden. Ein Spiegelelektronenbild wird automatisch aus der Eingabe-/Ausgabevorrichtung 119 über ein LAN zu einer Bildverarbeitungsvorrichtung 120 übertragen, angezeigt oder in ein anderes Dateiformat konvertiert und in eine Datei ausgegeben.
2 zeigt einen Verarbeitungsablauf einer Quantifizierung eines Spiegelelektronenbildes in der vorliegenden Ausführungsform. Ein Spiegelelektronenbild mit 1024 × 1024 Acht-Bit-Pixeln, das aus der Eingabe-/Ausgabevorrichtung 119 übertragen wird, wird auf einer Speichervorrichtung in der Bildverarbeitungsvorrichtung 120 gespeichert (Schritt, nachstehend S201). Als Nächstes erhält ein Prozessor der Bildverarbeitungsvorrichtung 120 numerisch einen Helligkeitswert jedes Pixels, aus dem das Bild besteht, zählt die Pixelzahl bei jedem Helligkeitswert von 256 Graustufen und speichert ein Ergebnis davon auf der Speichervorrichtung (S202 und S203). Es ist zu beachten, dass, obwohl dies in dem Ablaufdiagramm in 2 nicht dargestellt ist, ein Helligkeitswert, der ein Referenzwert sein soll, vorab aus einem Spiegelelektronenbild, das keine Defekte aufweist oder nur in einem tolerierbaren Ausmaß Defekte aufweist, erhalten wird und auf dem Speichermedium gespeichert wird.
Als Nächstes ruft der Prozessor gemäß einem Befehl von der Software Zähldaten der Pixelzahlen jedes Helligkeitswerts aus der Speichervorrichtung ab und erstellt ein Histogramm. Der Prozessor berechnet die Varianz und Standardabweichung des Histogramms und speichert sie auf der Speichervorrichtung. Der Prozessor zeigt die Varianz oder Standardabweichung, die statistische Daten eines auf der Speichervorrichtung gespeicherten Spiegelelektronenbildes sind, auf einer Anzeigevorrichtung an (S204 und S205). Es ist auch möglich, einen ähnlichen Prozess sowohl an den Referenzhelligkeitswerten als auch an den Helligkeitswerten der geprüften Probe durchzuführen und die Verarbeitungsergebnisse der Referenz und der geprüften Probe zusammen auf der Anzeigevorrichtung anzuzeigen. Neben der Anzeige auf der Anzeigevorrichtung können sie über ein externes Medium ausgegeben werden. Es ist zu beachten, dass es auch möglich ist, die Standardabweichung oder die Varianz direkt aus den Helligkeitswerten zu berechnen, ohne den Histogrammerstellungsprozess zu durchlaufen. In dem Fall, in dem die gesamte Bildverarbeitung abgeschlossen ist (S206: Ja) und ein weiterer zusätzlicher Beurteilungsprozess nicht erforderlich ist (S207: Nein), wird der Prozess abgeschlossen (S208). Es ist zu beachten, dass der zusätzliche Beurteilungsprozess (S209 bis S210), der in einem Fall durchgeführt werden soll, in dem der zusätzliche Beurteilungsprozess bei S207 erforderlich ist, in der dritten Ausführungsform erläutert wird.
Als Nächstes wird das Prinzip der Erzeugung des Spiegelelektronenbildes, das durch das Spiegelelektronenmikroskop erhalten wird, erläutert. Das Spiegelelektronenbild visualisiert das elektrostatische Potential über der Probenoberfläche und weist abhängig von der Form des Potentials einen Weiß/Schwarz-Kontrast auf. Wenn beispielsweise ein konkaver Defekt wie etwa ein Kratzer auf der Probenoberfläche vorliegt, weist die Äquipotentialfläche auch eine konkave Form auf. Aus diesem Grund sammeln sich Spiegelelektronen, die an dem konkaven Abschnitt reflektiert werden, in Richtung der elektronenoptischen Achse. Dementsprechend wird die Dichte der Elektronen in der Mitte der Objektivebene der Linse hoch und es bildet sich ein heller Kontrast. Andererseits erzeugt eine Beschädigung, die in einem Kristall vorhanden ist, wie etwa eine verborgene Beschädigung in einem SiC-Wafer oder dergleichen das Potential mit einer konvexen Form aufgrund geladener Elektronen (in einem Fall, in dem n-Typ-Verunreinigungen dotiert sind) an dem Defektschnitt durch UV-Beleuchtung. Aus diesem Grund werden Spiegelelektronen, die an dem konvexen Abschnitt reflektiert werden, aus der optischen Achse heraus gestreut. Dementsprechend wird die Dichte der Elektronen in der Mitte der Objektivebene der Linse gering und es entsteht ein dunkler Kontrast. Das gleiche Prinzip gilt auch für andere konvexe Defekte als verborgene Schäden. In einem Fall eines mit p-Typ-Verunreinigungen dotierten Wafers wird ein Kontrast erzeugt, der dem im Fall von n-Typ-Verunreinigungen entgegengesetzt ist.
Bei Prüfungen mit einer Defektprüfvorrichtung, die ein Spiegelelektronenmikroskop verwendet, sind häufig nackte Wafer, bevor Schaltungsmuster von Leistungsvorrichtungen ausgebildet werden, Prüfziele. Dies dient dazu, den Vorteil des Mikroskops zu nutzen, dass Kristalldefekte in Wafern mit hoher Empfindlichkeit durch Ultraviolettbestrahlung detektiert werden können.
Als Nächstes wird ein Implementierungsverfahren einer Defektprüfung gemäß der vorliegenden Ausführungsform erläutert. SiC soll in der Erklärung eine Probe sein. SiC-Wafer werden durch ein Verfahren wie Drahtsägen aus einem SiC-Block herausgeschnitten. Die Wafer werden geschliffen und ihre Oberflächen durch CMP-Verfahren vollendet. Als Nächstes werden Spiegelelektronenbilder dieser Wafer mit dem Spiegelelektronenmikroskop erfasst. Es ist zu beachten, dass Bilder in einigen Fällen von dem Spiegelelektronenmikroskop erfasst werden, nachdem eine Sauerstoffreinigung an den SiC-Wafern durchgeführt wurde. In dem Spiegelelektronenmikroskop, das eine Defektdetektion auf der Grundlage elektrischer Potentialdifferenzen durchführt, führen kohlenstoffhaltige Verunreinigungen auf den SiC-Wafern, die in der atmosphärischen Luft adsorbiert werden, zu einer Ansammlung/einem Austreten von Ladungen, so dass es möglich wird, Prüfungen mit hoher Empfindlichkeit durchzuführen, indem nach Beseitigung der Verunreinigungen durch Sauerstoffreinigung im Voraus eine Abbildung durch das Spiegelelektronenmikroskop vorgenommen wird.
3A und 3B zeigen ein Abbildungsverfahren, das von dem Spiegelelektronenmikroskop gemäß der vorliegenden Ausführungsform durchgeführt wird. Die Mitte eines Wafers 300 ist als Ursprung definiert. Die Richtung senkrecht zu der Orientierungsfläche 301 ist als Richtung 302 definiert und die Richtung parallel zu der Orientierungsfläche 301 ist als Richtung 303 definiert. In vier Richtungen entlang der Richtung 302 und der Richtung 303 von der Mitte schreitet die Waferbühne in Intervallen von 70 µm voran, um eine aufeinanderfolgende zu implementieren, und FOV-Einheits-Spiegelelektronenbilder 305 werden erfasst. Insbesondere bei den Schleif- und CMP-Prozessen wird der Wafer während der Prozesse gedreht und die durch die Prozesse erzeugten Defekte weisen in vielen Fällen konzentrische Verteilungen auf. In Anbetracht dessen ist es bevorzugt, eine Abbildung von der Mitte nach außen durchzuführen, um die Tendenz von Prozessschäden auf der Waferoberfläche effizienter zu prüfen. Obwohl die Abbildung in der vorliegenden Ausführungsform in vier Richtungen von der Mitte aus durchgeführt wird, wie es in 3A dargestellt ist, kann in einem Fall, in dem es nur wenige Schäden gibt, die durch die Verarbeitung verursacht werden, und die Qualitätsbeurteilung von Wafern schwierig ist, die Anzahl von Bildern durch Erhöhen der Anzahl von Richtungen auf acht oder zwölf usw. erhöht werden.
Erhaltene Spiegelelektronenbilder visualisieren Prozessschäden, die durch Schleifen und CMP-Polieren entstehen, als Kontrast. In einem Fall, in dem Kratzer (physische Konkavitäten) auf einem Wafer erzeugt werden, wird ein heller linearer Kontrast 306 erzeugt. Der Helligkeitswert der Pixel beträgt beispielsweise ungefähr 180 bis 220. In einem Fall, in dem verborgene Schäden, die Kristallschäden innerhalb eines Wafers sind, erzeugt werden, wird ein dunkler linearer Kontrast 307 erzeugt. Der Helligkeitswert der Pixel beträgt beispielsweise ungefähr 50 bis 80. Der Helligkeitswert von Hintergrundpixeln eines Spiegelelektronenbildes ohne Defekte wie dem einer Probe B soll ungefähr 150 bis 160 betragen, wie es in 3B dargestellt ist. Helligkeitswerte eines Bildes einer Probe, die eine zufriedenstellende Qualität ohne Defekte oder nur mit Defekten in einem tolerierbaren Ausmaß aufweist, wie der Probe B, werden vorab als Referenz auf der Speichervorrichtung gespeichert. In der vorliegenden Ausführungsform wird ein Spiegelelektronenbild in ein Graustufenbild mit 1024×1024 Acht-Bit-Einheitspixeln 308 umgesetzt und das Graustufenbild wird von der Vorrichtung ausgegeben.
Als Nächstes wird das Spiegelelektronenbild 305 in die Bildverarbeitungsvorrichtung 120 eingegeben und quantifiziert. Da das Bild ein Acht-Bit-Bild ist, wird der Helligkeitswert jedes Pixels wie oben erwähnt durch 256 Abstufungen ausgedrückt. Der Helligkeitswert jedes Pixels wird bestimmt, und ein Helligkeitshistogramm (eine Häufigkeitsverteilung) 309, auf dem der Helligkeitswert entlang der horizontalen Achse dargestellt wird und die Pixelzahl entlang der vertikalen Achse dargestellt wird, wird erzeugt.
In dem Helligkeitshistogramm 309 in 3B sind zwei Histogramme gezeichnet. Diese sind ein Histogramm 310 einer Probe A, auf dem Kratzer und verborgene Schäden über die gesamte Oberfläche eines Spiegelelektronenbildes bestätigt werden, und ein Histogramm 312 einer zufriedenstellenden Probe B 311 ohne verborgene Schäden und Kratzer als Referenz.
Die horizontale Achse der Histogramme repräsentiert den Helligkeitswert jedes Pixels. Da die Pixelzahl bei Helligkeitswerten, die höher als der Mittelwert sind, in dem Histogramm mit vielen Kratzern groß ist, hat das Histogramm im Vergleich zu 312 eine Form, die auf der rechten Seite (auf der Seite mit höheren Helligkeitswerten) breiter ist. Da die Pixelzahl bei Helligkeitswerten, die unter dem Mittelwert liegen, in dem Histogramm des Spiegelelektronenbildes mit vielen verborgenen Schäden groß ist, hat das Histogramm im Vergleich zu 312 eine Form, die auf der linken Seite (auf der Seite niedrigerer Helligkeitswerte) breiter ist. Im Ergebnis wird die halbe Breite des Histogramms 310 der Probe mit vielen Defekten wie Kratzern oder verborgenen Schäden, die unterschiedliche Helligkeitswerte erzeugen, im Vergleich zu dem Histogramm 312 des Spiegelelektronenbildes in dem zufriedenstellenden Zustand, das die Referenz sein soll, breiter (3B).
In einigen Fällen ist es erwünscht, einen Vergleich mit der Referenz durchzuführen, indem ein Bewertungswert verwendet wird, der strenger als Histogramme ist, und zu beurteilen, ob die Qualität eines Wafers gut oder schlecht ist. In diesem Fall wird in der vorliegenden Ausführungsform als Indikator für Variationen der Helligkeitshistogramme der Spiegelelektronenmikroskopbilder eine Standardabweichung 313 verwendet. Entsprechend dem Ergebnis hier ist der Standardabweichungswert des Bildes der Probe A mit vielen Kratzern ein Wert, der im Vergleich mit der Probe B als Referenz ungefähr um acht größer ist. Die Standardabweichung des Spiegelelektronenbildes der Probe A mit vielen Defekten ist größer als die Standardabweichung der Probe B ohne Defekte und die Qualitätsbeurteilung kann einfach ohne visuelle Überprüfung der Bilder durchgeführt werden. Es ist zu beachten, dass außer Standardabweichungen eine typische statistische Technik wie etwa die Halbwertsbreite eines Histogramms, ein Schwankungskoeffizient oder die Halbwertsbreite in der Lorentz-Verteilung für den numerischen Ausdruck verwendet werden kann.
3C zeigt, wie sich Helligkeitshistogramme in Abhängigkeit von der Gesamtzahl der Defekte oder Unterschieden zwischen den Mengen verschiedener Defekttypen ändern. Ein Spiegelelektronenbild 311, das eine Referenz ohne Defekte sein soll, hat überhaupt keinen Kontrast. Die Spitze des Histogramms 317 liegt in diesem Diagramm um die Mitte der horizontalen Achse, wobei die vertikale Achse die Pixelzahl repräsentiert und die horizontale Achse die Helligkeitswerte repräsentiert. Andererseits verschiebt sich in einem Histogramm eines Bildes 314 mit vielen verborgenen Schäden die Spitzenposition des Histogramms 316 in Richtung niedriger Helligkeitswerte und die Form wird horizontal breiter. In ähnlicher Weise hat das Histogramm 318 des Bildes 315 mit vielen Kratzern eine horizontal breitere Form und die Spitzenposition verschiebt sich in Richtung hoher Helligkeitswerte. Da Histogramme aufgrund verborgener Schäden und Kratzer horizontal breiter sind, werden die Halbwertsbreiten, Varianzen oder Standardabweichungswerte der Histogramme größer als diejenigen im Fall des Spiegelelektronenbildes 317, das die Referenz ohne Defekte sein soll. Auf diese Weise kann anhand von Helligkeitshistogrammen oder Standardabweichungen, Varianzen oder dergleichen, die aus den Helligkeitshistogrammen berechnet werden, beurteilt werden, ob irgendwelche der Defekttypen mit unterschiedlicher Helligkeit, beispielsweise Kratzer und verborgene Schäden, in großer Menge vorhanden sind.
Eine solche Beurteilung kann von einem Anwender auf der Grundlage von Histogrammen getroffen werden, die aus Spiegelelektronenbildern der Referenz und eines geprüften Wafers erhalten werden, die auf einer Anzeigevorrichtung angezeigt werden, oder kann von der Bildverarbeitungsvorrichtung 120 des Spiegelelektronenmikroskops durch Vergleichen des Histogramms der Referenz und des Histogramms des geprüften Wafers, Berechnen des Abweichungsgrades von der Referenz und Ausgeben eines Beurteilungsergebnisses auf der Grundlage des Abweichungsgrades vorgenommen werden. Hier bedeutet der Abweichungsgrad sowohl, wie stark die Spitzenposition relativ zu der Referenz zu einer höheren oder niedrigeren Helligkeit verschoben ist, als auch wie breit die Halbwertsbreite des Histogramms (einschließlich eines Falls, in dem Abweichungen streng durch einen statistischen Prozess wie eine Standardabweichung oder Varianz bestimmt werden) relativ zu der Referenz ist.
Obwohl in der oben erwähnten vorliegenden Ausführungsform ein Spiegelelektronenbild, das verborgene Schäden und Kratzer abbildet, die nach dem Schleifen und CMP auf einem SiC-Wafer vorhanden sind, quantifiziert werden kann, kann auch ein Defektkontrast, der aufgrund einer Versetzung der Basisebene, Stapelfehlern oder Fremdstoffen auftritt, ähnlich behandelt werden. Darüber hinaus ist eine Quantifizierung in ähnlicher Weise auch für einen SiC-Wafer möglich, auf dem eine Epitaxieschicht ausgebildet ist. Es ist zu beachten, dass, obwohl in der vorliegenden Ausführungsform ein SiC-Wafer als Probe erläutert wird, die Probe ein Si-Wafer oder ein GaN-Substrat sein kann und nicht auf SiC beschränkt ist.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform werden die Helligkeitswerte aller Pixel, aus denen ein Spiegelelektronenbild besteht, gezählt, und ein aus dem Histogramm davon berechneter Standardabweichungswert wird als Indikator für eine Beurteilung verwendet, ob die Qualität eines Wafers gut ist oder schlecht. Dadurch ist es möglich, den Defektkontrast auf dem Spiegelelektronenbild quantitativ darzustellen, Mehrdeutigkeiten, die sich aus der qualitativen Bewertung ergeben, werden durch Automatisierung der Beurteilung beseitigt und dies trägt zur Stabilisierung der Bewertungsqualität bei.
Zweite Ausführungsform
In der zweiten Ausführungsform setzt eine Bedienperson für den Standardabweichungswert des Helligkeitshistogramms eines Spiegelelektronenbildes, das in der ersten Ausführungsform berechnet wird, eine Schwellen von Standardabweichungswerten über die Eingabe-/Ausgabevorrichtung 119 und in einem Fall, in dem es n oder mehr Spiegelelektronenbilder (n ist eine natürliche Zahl) mit Standardabweichungswerten, die die Schwelle überschreiten, gibt, wird die Probe als schlechtes Produkt beurteilt. Das heißt, die zweite Ausführungsform beschreibt eine Defektprüfvorrichtung und ein Defektprüfverfahren, bei denen in einem Fall, in dem n oder mehr FOV-Einheits-Spiegelelektronenbilder mit Standardabweichungswerten von Helligkeitshistogrammen, die eine voreingestellte Schwelle überschreiten, vorhanden sind, die Bildverarbeitungsvorrichtung 120 urteilt, dass die Probe von schlechter Qualität ist.
Die Schwelle der Standardabweichungswerte und die Zahl n zu Spiegelelektronenbildern mit Standardabweichungswerten, die die Schwelle überschreiten, werden in der Bildverarbeitungsvorrichtung 120 über die Eingabe-/Ausgabevorrichtung 119 des Spiegelelektronenmikroskops in 1 vorab durch eine Bedienperson eingestellt. Dadurch ist es möglich, automatisch Probenqualitätsbeurteilungen aus Spiegelelektronenbildern durchzuführen, die mit dem Spiegelelektronenmikroskop erfasst werden.
Dritte Ausführungsform
Während Probenqualitätsbeurteilungen in den in der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform erläuterten Verfahren durchgeführt werden, indem Standardabweichungen von Helligkeitshistogrammen von Spiegelelektronenbildern bestimmt werden, wird in dem dritten Ausführungsform eine Probenqualitätsbeurteilung durchgeführt, indem Helligkeitswerte von Pixeln eines Spiegelelektronenbildes gezählt werden. Das heißt, die dritte Ausführungsform beschreibt eine Defektprüfvorrichtung und ein Defektprüfverfahren, bei denen die Bildverarbeitungsvorrichtung 120 Helligkeitswerte von Pixeln des Spiegelelektronenbildes zählt und eine Probenqualitätsbeurteilung auf der Basis der Pixelzahl mit Helligkeitswerten, die eine voreingestellte Helligkeitsschwelle überschreiten, durchführt.
In der vorliegenden Ausführungsform bestimmt die Bildverarbeitungsvorrichtung 120 den Helligkeitswert jedes Pixels, aus dem ein Spiegelelektronenbild besteht, und die Pixelzahl und verwendet voreingestellte Helligkeitsschwellen und Pixelzahl als Grundlage, um eine Beurteilung der Probenqualität durchzuführen. Die verwendeten Helligkeitsschwellen bestimmen eine obere und untere Helligkeitsschwelle, die dem Helligkeitswert für Kratzer entsprechen, ungefähr 180 bis 220 im zuvor dargestellten Fall, und die Helligkeitswerte für verborgene Schäden, ungefähr 50 bis 80 im zuvor dargestellten Fall. Die Pixelzahl und die Fläche innerhalb der Helligkeitsspanne werden berechnet (S209 in 2) und die Probenqualitätsbeurteilung wird auf der Grundlage der Ergebnisse der Berechnung durchgeführt (S210).
Auf diese Weise ist es in der vorliegenden Ausführungsform, da die Helligkeitswerte von Pixeln eines Spiegelelektronenbildes gezählt werden, möglich zu bestimmen, ob es einen deutlicheren hellen Kontrast von Kratzern oder einen deutlicheren dunklen Kontrast von verborgenen Schäden auf dem Spiegelelektronenbild gibt, und es ist möglich, auf einfache Weise die Tendenz von Probenverarbeitungsschäden zu bewerten. Es ist zu beachten, dass die Bildverarbeitungsvorrichtung 120 anstelle des oben erwähnten Verfahrens eine Schwelle für die Helligkeitswerte von Pixeln liefern kann, die Fläche aus der Gesamtzahl von Pixeln mit Helligkeitswerten, die die Schwelle überschreiten, berechnen kann und eine Qualitätsbeurteilung auf der Basis des Flächenverhältnisses der Fläche zur Gesamtfläche des erfassten Bildes durchführen kann.
Vierte Ausführungsform
Die vorliegende Ausführungsform beschreibt ein Beurteilungsverfahren für die Qualität von Spiegelelektronenbildern für einen größeren Bereich als das FOV und das optische Spiegelelektronensystem führt eine Weitbereichsabbildung durch Abbildung mehrerer zweidimensional aufeinanderfolgender FOV-Einheits-Spiegelelektronenbilder durch. Die Bildverarbeitungsvorrichtung 120 verwendet die mehreren Spiegelelektronenbilder, um ein Kachelbild zu erzeugen. Die vierte Ausführungsform beschreibt eine Defektprüfvorrichtung und ein Defektprüfverfahren, bei denen die Bildverarbeitungsvorrichtung 120 den Standardabweichungswert der Helligkeit jedes FOV-Einheits-Spiegelelektronenbildes berechnet und die berechneten Standardabweichungswerte als zweidimensionale Matrix ausgibt.
In der vorliegenden Ausführungsform soll ähnlich wie in der ersten Ausführungsform ein Wafer eine geschliffene und CMP-verarbeitete Oberfläche aufweisen. Die Weitbereichsabbildung der Probe wird durch das Spiegelelektronenmikroskop durchgeführt, um Spiegelelektronenbilder zu erfassen.
4 zeigt die Erfassung von Spiegelelektronenbildern für den weiten Bereich gemäß der vorliegenden Ausführungsform. Hier besteht das Weitbereichsbild aus aufeinanderfolgend erfassten Bildern in FOV-Größe für einen Bereich von 1 mm × 1 mm, der auf eine bestimmte Koordinate des Wafers zentriert ist. Beispielsweise wird die Weitbereichsabbildung für 10.000 Positionen pro Probe durchgeführt. Es wird hier angenommen, dass ein FOV-Einheits-Spiegelelektronenbild eine Fläche von 80 µm × 80 µm hat. Bei der Weitbereichsabbildung platziert die Bildverarbeitungsvorrichtung 120 Spiegelelektronenbilder so nebeneinander, dass die Spiegelelektronenbilder mit ihren Abbildungspositionskoordinaten übereinstimmen, und erzeugt ein Kachelbild 400, das ein 1 mm × 1 mm großes Spiegelelektronenbild der Weitbereichsabbildung ist. Dieses Kachelbild 400 ist mit den FOV-Einheits-Spiegelelektronenbildern 305 von 225 Aufnahmen gefüllt und die Spiegelelektronenbilder 305 sind relativ zueinander auf einer Ebene angeordnet.
Darüber hinaus erzeugt die Bildverarbeitungsvorrichtung 120 in der vorliegenden Ausführungsform ein Helligkeitshistogramm 402 durch das in der ersten Ausführungsform erläuterte Verfahren für jedes FOV-Einheits-Spiegelelektronenbild 401, bestimmt die Standardabweichungswerte der 225 Spiegelelektronenbilder, ordnet sie auf einer Matrix an und erzeugt ein Helligkeitsstandardabweichungsdiagramm 403. In der vorliegenden Ausführungsform wird eine bedingte Formatierungsfunktionalität von Tabellenkalkulationssoftware oder dergleichen verwendet, um die Standardabweichungswerte der Bilder auf einer Anzeigevorrichtung in verschiedenen Farben anzuzeigen.
Da die Spiegelelektronenbilder als Graustufenbilder ausgegeben werden, wie es in 3A dargestellt ist, ist der Zustand der Verteilung von Prozessschäden visuell schwer zu bestimmen, wenn ein weiter Bereich abgebildet wird; wie es in 4 dargestellt ist, ist es jedoch durch Verwendung unterschiedlicher Farben für die Anzeige auf der Anzeigevorrichtung auf der Basis der Spiegelelektronenbilder der Weitbereichsabbildung in der vorliegenden Ausführungsform möglich, visuell und einfach zu bestimmen, dass die rechte Seite des abgebildeten Bereichs aufgrund von Kratzern große Standardabweichungswerte aufweist und der obere linke Abschnitt niedrige Standardabweichungswerte und weniger Kratzer aufweist.
Durch Kombinieren verschiedener oben erläuterter Ausführungsformen kann eine noch hochzuverlässigere Defektprüfvorrichtung geschaffen werden. Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt, sondern umfasst verschiedene Abwandlungsbeispiele. Beispielsweise sind die oben beschriebenen Ausführungsformen zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung ausführlich erläutert und sind nicht notwendigerweise auf diejenigen beschränkt, die alle erläuterten Konfigurationen aufweisen.
Obwohl einzelne Konfigurationen, Funktionen, Beurteilungsabschnitte, verschiedene Typen von Steuerungen, Bildverarbeitungsvorrichtungen und dergleichen, die oben erwähnt sind, hauptsächlich über ein Beispiel erläutert werden, in dem ein Programm eines Prozessors erstellt wird, das einige oder alle von ihnen realisiert, ist es selbstverständlich, dass einige oder alle von ihnen durch Hardware realisiert werden können, indem sie beispielsweise auf einer integrierten Schaltung oder auf andere Weise entworfen werden. Das heißt, alle oder einige Funktionen der Bildverarbeitungsvorrichtung können beispielsweise durch eine integrierte Schaltung wie eine ASIC (anwendungsspezifische integrierte Schaltung) oder eine FPGA (feldprogrammierbare Gatteranordnung) oder dergleichen anstelle eines Programms realisiert werden.
Bezugszeichenliste

101: Elektronenkanone
102: Kondensorlinse
103: Separator
104: Geprüfte Probe (Wafer)
105: Elektronenkanonen-Steuervorrichtung
106: Objektiv
107: Steuervorrichtung für bewegliche Bühnen
108: Bewegliche Bühne
109: Probenhalter
110: Hochspannungs-Leistungsversorgung
111: Elektronisches Zwischenobjektiv
112: Elektronische Projektionslinse
113: Ultraviolettstrahl-Lichtquelle
114: Monochromator
115: Optisches Element für Ultraviolettstrahlen
116: Bilddetektionsabschnitt
117: Prüfvorrichtungs-Steuerabschnitt
118: Steuervorrichtung für elektronenoptische Systeme
119: Eingabe-/Ausgabevorrichtung
120: Bildverarbeitungsvorrichtung
300: Prüf-Wafer
301: Orientierungsfläche
302: Vertikale Abbildung
303: Horizontale Abbildung
304: Aufeinanderfolgende Abbildung
305: FOV-Einheits-Spiegelelektronenbild
306: Kratzer auf Spiegelelektronenbild
307: Verborgene Schäden am Spiegelelektronenbild
308: Einheitspixel des Spiegelelektronenbildes
309, 401: Helligkeitshistogramm
310: Histogramm, auf dem verborgene Schäden und Kratzer auf dem Spiegelelektronenbild bestätigt werden
311, 317: Bilddiagramm eines Spiegelelektronenbildes ohne Defekte
312: Helligkeitshistogramm des Spiegelelektronenbildes ohne Defekte
313: Standardabweichungswert
314: Bilddiagramm eines Spiegelelektronenbildes mit vielen verborgenen Schäden
315: Bilddiagramm eines Spiegelelektronenbildes mit vielen Kratzern
316: Helligkeitshistogramm eines Spiegelelektronenbildes mit vielen verborgenen Schäden
318: Helligkeitshistogramm eines Spiegelelektronenbildes mit vielen Kratzern
400: Kachelbild
402: Helligkeitshistogramm
403: Helligkeitsstandardabweichungsdiagramm

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2016002003 A1 [0008]

Claims

Defektprüfvorrichtung, die umfasst: ein elektronenoptisches System, das eine Probe mit Elektronen bestrahlt, die aus einer Elektronenquelle emittiert werden; ein optisches System für Spiegelelektronenabbildung, das ein Bild von Spiegelelektronen erzeugt, die aufgrund des Anlegens einer negativen Spannung an die Probe reflektiert werden, bevor die Elektronen die Probenoberfläche erreichen, und ein Spiegelelektronenbild erfasst; einen Ultraviolettstrahl-Emissionsabschnitt, der einen Bereich, der einen Bestrahlungsbereich der Elektronen umfasst, während der Bestrahlung mit den Elektronen mit einem Ultraviolettstrahl bestrahlt; eine Bildverarbeitungsvorrichtung, die einen Berechnungsprozess an dem erfassten Spiegelelektronenbild durchführt und ein Ergebnis der Berechnung ausgibt; und eine Anzeigevorrichtung, wobei die Bildverarbeitungsvorrichtung das Spiegelelektronenbild in Helligkeitswerte umsetzt und eine Referenz und ein Prüfergebnis der Probe erzeugt und die Anzeigevorrichtung die Referenz und das Prüfergebnis zusammen anzeigt.
Defektprüfvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Bildverarbeitungsvorrichtung die Referenz und das Prüfergebnis auf Histogrammen erzeugt und ein Grad der Abweichung zwischen dem Histogramm der Referenz und dem Histogramm des Prüfergebnisses berechnet wird.
Defektprüfvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Bildverarbeitungsvorrichtung Standardabweichungswerte oder Varianzwerte eines Helligkeitswerts der Referenz und eines Helligkeitswerts der Probe berechnet.
Defektprüfvorrichtung nach Anspruch 3, wobei in einem Fall, in dem der Standardabweichungswert oder die Varianz des Prüfergebnisses höher als der Standardabweichungswert oder der Varianzwert der Referenz ist, geurteilt wird, dass die Probe mehr Defekte aufweist als die Referenz.
Defektprüfvorrichtung nach Anspruch 3, wobei in einem Fall, in dem n oder mehr Spiegelelektronenbilder (n ist eine natürliche Zahl), deren Standardabweichungswert jeweils eine Schwelle überschreitet, in der Probe vorhanden sind, die Bildverarbeitungsvorrichtung urteilt, dass die Probe von schlechter Qualität ist.
Defektprüfvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Bildverarbeitungsvorrichtung Helligkeitswerte von Pixeln des Spiegelelektronenbildes zählt und eine Qualitätsbeurteilung der Probe auf der Basis der Anzahl von Pixeln, deren Helligkeitswerte eine voreingestellte Helligkeitsschwelle überschreiten, durchführt.
Defektprüfvorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Bildverarbeitungsvorrichtung eine Fläche aus einer Gesamtsumme der Anzahl von Pixeln berechnet, deren Helligkeitswerte die Helligkeitsschwelle überschreiten, und eine Qualitätsbeurteilung der Probe auf der Basis eines Flächenverhältnisses der Fläche zu einer Gesamtfläche des erfassten Spiegelelektronenbildes durchführt.
Defektprüfvorrichtung nach Anspruch 1, wobei das optische System für Spiegelelektronenabbildung verwendet wird, um eine Weitbereichsabbildung zum Abbilden mehrerer zweidimensional aufeinanderfolgender Spiegelelektronenbilder durchzuführen und ein Kachelbild zu erfassen, und die Bildverarbeitungsvorrichtung einen Standardabweichungswert einer Helligkeit jedes FOV-Einheits-Spiegelelektronenbildes in dem Kachelbild berechnet und die berechneten Standardabweichungswerte als zweidimensionale Matrix ausgibt.
Defektprüfvorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Anzeigevorrichtung die von der Bildverarbeitungsvorrichtung ausgegebenen Standardabweichungswerte in verschiedenen Farben anzeigt.
Defektprüfverfahren für eine Probe, wobei das Defektprüfverfahren umfasst: während von einer Elektronenquelle emittierte Elektronen die Probe beleuchten, Beleuchten eines Bereichs, der einen Bestrahlungsbereich der Elektronen umfasst, mit einem Ultraviolettstrahl; Erzeugen eines Bildes von Spiegelelektronen, die aufgrund des Anlegens einer Spannung an die Probe reflektiert werden, bevor die Elektronen die Probe erreichen, und Erfassen eines Spiegelelektronenbildes; und Umsetzen des Spiegelelektronenbildes in Helligkeitswerte und Erzeugen eines Referenzhistogramms und eines Prüfergebnishistogramms der Probe.
Defektprüfverfahren nach Anspruch 10, das ein Starten einer Prüfung umfasst, nachdem an der Probe im Voraus eine Sauerstoffreinigung durchgeführt wurde.
Defektprüfverfahren nach Anspruch 10, das umfasst: Durchführen einer Abbildung von einer Probenmitte der Probe aus in eine oder mehrere radiale Richtungen und Erfassen des Spiegelelektronenbildes.
Defektprüfverfahren nach Anspruch 10, das umfasst: Urteilen, dass die Probe mehr konkave Defekte aufweist als die Referenz, in einem Fall, in dem ein Helligkeitswert einer Spitze des Prüfergebnishistogramms in einem Bereich liegt, der höher als ein Helligkeitswert einer Spitze des Histogramms der Referenz ist, und Urteilen, dass die Probe mehr verborgene Schäden oder konvexe Defekte aufweist als die Referenz, wenn der Helligkeitswert der Spitze des Histogramms des Prüfergebnisses in einem Bereich liegt, der niedriger als der Helligkeitswert der Spitze des Histogramms der Referenz ist.
Defektprüfverfahren nach Anspruch 12, das umfasst: Urteilen, dass die Probe mehr Defekte aufweist als die Referenz, in einem Fall, in dem die Anzahl der Pixel einer Spitze des Prüfergebnishistogramms in einem Bereich liegt, der niedriger als die Anzahl der Pixel einer Spitze des Histogramms der Referenz ist.