JP2002131252A

JP2002131252A - 基体検査方法及び装置

Info

Publication number: JP2002131252A
Application number: JP2000314062A
Authority: JP
Inventors: Masatoshi Tsuneoka; 正年恒岡; Keiko Ogawa; 慶子小河
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 2000-10-13
Filing date: 2000-10-13
Publication date: 2002-05-09

Abstract

(57)【要約】【課題】基体の観察叉は検査を行う際の検査時間を短
縮できると共に、基体上に存在する欠陥を含む部位の形
状識別性、及び、基体の観察叉は検査で取得される画像
及び形状情報の分解能を十分に向上できる基体検査方法
を提供する。【解決手段】本発明の基体検査方法は、半導体ウェハ
Ｗ上に電子ビームを照射することにより放出される二次
電子線を単一の電子線検出器で検出するＳＥＭ装置を用
い、半導体ウェハ上の欠陥Ｄが存在する部位に光軸Ｅ１
で電子ビームを照射する。その後、半導体ウェハＷを移
動し且つ電子ビームを偏向してその同一部位に光軸Ｅ２
で電子ビームを照射する。そして、得られた二次電子線
の複数の検出信号を用いて演算することにより、単一の
電子線検出器を用いても、欠陥Ｄの立体的な幾何学的形
状に関する情報を取得できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、基体検査方法及び
装置に関し、特に、基体上に放射線を照射してその基体
上の観察叉は検査を行う基体検査方法及び装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、半導体集積回路等の微細化及び高
集積化がますます加速される傾向にあり、その製造にお
ける歩留り等のプロセス管理がこれまで以上に重要とな
ってきた。このようなプロセス管理においては、半導体
装置の素子パターン上における欠陥や異物等の観察に、
ＤＲ−ＳＥＭ（Defect Review Scanning Electron Micr
oscope）といった検査装置が使用されており、半導体装
置の微細化及び高集積化に伴い、装置の高分解能化が望
まれている。また、プロセス管理上の要求から、欠陥形
状をより正確に識別叉は判別することも極めて重要とな
ってきた。さらに、このような高分解能化や形状識別性
の改善とは別に、プロセス全体の処理効率を向上する観
点から、検査時間の短縮による検査効率の向上をも望ま
れている。

【０００３】ところで、従来のＤＲ−ＳＥＭ装置として
は、単一の電子線検出器を有するものが広く用いられて
いる。さらに、上述したような形状識別性の改善要求に
応えるべく、欠陥部位の立体的な幾何学的情報を取得す
るために、複数の検出器を備え、一つの欠陥部位を異な
る複数の方向から撮像するＤＲ−ＳＥＭ装置も提案され
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、本発明者ら
は、上記従来のＤＲ−ＳＥＭ装置について、種々の観点
から詳細に検討を行ったところ、以下に示す問題点があ
ることを見出した。すなわち；（１）半導体ウェハ等の半導体装置の検査を行なう際
に、検出器の台数にかかわらず、観察対象の領域（視
野）毎に半導体ウェハを移動させる必要があるため、そ
の領域数に応じた回数の半導体装置の移動及び停止操作
が必要であり、検査時間を短縮してスループットを向上
させるには限度（限界）があった。（２）検出器が単数のときには、半導体装置の表面上の
凹凸等の立体的な幾何学的情報が得られ難く、欠陥部位
の形状識別（判別）性が十分ではなかった。（３）撮像した画像の精度、鮮明度、等が、検出器の取
付け精度に依存する傾向にあり、立体的な幾何学的情報
を得るために複数の検出器を用いた場合には、各検出器
の取付け精度が誤差伝播してしまい、画像及び形状情報
の分解能が必ずしも十分ではないことがあった。

【０００５】そこで、本発明は、このような事情に鑑み
てなされたものであり、基体の観察叉は検査を行う際の
検査時間を短縮できると共に、基体上に存在する欠陥を
含む部位の形状識別性、及び、基体の観察叉は検査で取
得される画像及び形状情報の分解能を十分に向上できる
基体検査方法及び装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明による基体検査方法は、基体上に放射線を照
射してその基体の観察叉は検査、具体的には、例えば基
体上に形成された素子パターンの検査等を行う方法であ
って、基体上に所定の第１の方向から放射線を照射し、
その放射線が照射された領域から出射される二次放射線
を検出する第１の検出工程と、基体上に第１の方向と所
定の角度を成す少なくとも一つの第２の方向から放射線
を照射し、その放射線が照射された領域から出射される
二次放射線を検出する第２の検出工程と、第１の検出工
程で検出した二次放射線の検出信号と、第２の検出工程
で検出した二次放射線の検出信号とを用いて放射線が照
射された領域の形状に関する情報を取得する演算工程
と、を備えることを特徴とする。

【０００７】このように構成された基体検査方法におい
ては、第１の検出工程を実施することにより、基体の所
定の領域に第１の方向から放射線を照射し、その領域か
ら放出される二次放射線を検出する。また、第２の検出
工程を実施して第１の方向と異なる第２の方向から放射
線を照射し、その領域から放出される二次放射線を検出
する。よって、基体を静止させた状態で両工程を実施す
れば、基体を移動することなく、複数の領域からの二次
放射線の検出信号が得られ、一度に複数の領域の観察が
可能となる。

【０００８】また、基体をステップ移動する毎に両工程
を実施し、第１及び第２の検出工程のいずれか一方の工
程で放射線を照射した領域に、他方の工程において放射
線を照射すれば、同一の領域に異なる方向から放射線を
照射したのと同じ作用が得られ得る。よって、二次放射
線の検出器を複数用いなくても、その領域内の部位の立
体的な幾何学的情報を取得し得る。

【０００９】なお、本発明における「放射線」とは、Ｊ
ＩＳＺ４００５に規定されるものであり、具体的に
は、（１）周波数叉は発生源で決められる電磁放射線、
例えば、ＲＦ波、赤外線、可視光線、紫外線、Ｘ線、ガ
ンマ線等、及び、（２）粒子叉は発生源で決められる粒
子放射線、例えば、アルファ線、ベータ線、電子線、中
性子線等を示す。また、本発明における「二次放射線」
とは、「放射線」と照射された領域にある物質との相互
作用によって基体から放出される放射線を示し、この放
射線は上述した「放射線」と同様である。

【００１０】これらの放射線及び二次放射線のなかで、
いずれにも電子線を用いた場合には、本発明の基体検査
方法は、ＳＥＭ装置を用いた検査方法、特に上述のＤＲ
−ＳＥＭ装置による検査方法として有用である。また、
電子線等の荷電粒子線は、電磁的に集束・偏向が容易で
あり、これにより、二次放射線の検出器を小型化したり
単一化しても検出効率の低下を防止できる利点がある。

【００１１】そこで、より具体的には、本発明の基体検
査方法は、基体を第１の方向又は第２の方向と交差する
方向に沿って所定の距離移動させる基体移動工程を備
え、基体を静止させた状態で第１及び第２の検出工程を
その順で実施した後に、基体移動工程を実施すると好ま
しい。

【００１２】或いは、基体を第１の方向又は第２の方向
と交差する方向に沿って所定の距離移動させる基体移動
工程を備え、基体を静止させた状態で第１の検出工程を
実施した後に、基体移動工程を実施し、基体移動工程を
実施した後に第２の検出工程を実施しても好適である。

【００１３】さらに、第２の検出工程においては、第１
の検出工程において放射線を照射した領域と同じ領域に
放射線を照射し、演算工程においては、第１及び第２の
検出工程で検出した同一の領域からの二次放射線の複数
の検出信号を用いて所定の演算を行い、その演算結果に
基づいてその領域の形状に関する情報を取得するとより
好ましい。

【００１４】こうすれば、第１及び第２の検出工程の実
施により、上述の如く、同一の領域に異なる方向から放
射線を照射したときに放出される二次放射線の検出信号
が得られる。また、演算工程においては、例えば、これ
らの検出信号強度の加算、最大値の選択、減算等の所定
の演算を行うことにより、その領域に欠陥、異物等が存
在する場合に、その欠陥等を含む部位の立体的な幾何学
的形状に応じたデータ値を取得できる。

【００１５】このとき、演算工程で加算演算を実行すれ
ば、人が見て自然な印象を受けるイメージ画像を構成で
きる。これに対し、最大値の選択や減算演算を実行すれ
ば、立体形状の周縁（エッジ）部が強調されたイメージ
画像を構成できる。また、演算において、所定の重みづ
けを行えば、その強調の度合を調節することも可能とな
る。さらに、画像化と共に、欠陥等を含む部位の断面形
状を求める場合にも、このような各種演算を好適に用い
得る。

【００１６】またさらに、第２の検出工程においては、
第２の方向が第１の方向に対して成す角度が３〜２０
°、好ましくは３〜１５°、より好ましくは３〜１０°
となるように放射線を照射すると更に好適である。

【００１７】この角度を３°以上とすれば、観察部にお
ける凹凸部の判定性を確保しつつ、電子等の放射線のビ
ーム断面の真円性を十分に高めることができ、且つ、照
射部位へ放射線のビームを集束し易くなる。これによ
り、観察部位の画像の歪みが抑制され、その鮮明性を向
上できる。これに対し、この角度を２０°以下とすれ
ば、放射線のビーム断面の真円性を許容し得る程度に維
持しつつ、観察部における凹凸部の判定性を十分に向上
できる利点がある。具体的には、観察叉は検査条件に応
じて、観察部位の画像の鮮明性と凹凸部の判定性とを比
較考量し、最適な角度を設定できる。

【００１８】さらにまた、演算工程は、第２の方向が第
１の方向に対して成す角度の値、叉は、基体移動工程に
おいて基体を移動した距離に基づいて、二次放射線の検
出信号の強度を補正する補正ステップを有すると有用で
ある。

【００１９】こうすることにより、第１の方向と第２の
方向とが異なることに起因し、第１及び第２の検出工程
において放射線の放射距離が異なり、その結果として第
１及び第２の検出工程における基体上での放射線束が変
化した場合に、それによる二次放射線の検出強度の変化
を補正することができる。また、照射位置の補正も可能
となる。

【００２０】また、本発明による基体検査装置は、本発
明の基体検査方法を有効に実施するためのものであり、
基体上に放射線を照射してその基体の観察叉は検査、具
体的には、例えば基体上に形成された素子パターンの検
査等を行う装置であって、放射線の発生源と、基体を支
持し且つその基体を移動することが可能な支持部と、発
生源と支持部との間に設けられ、放射線を基体上に所定
の第１の方向、及び、その第１の方向と所定の角度を成
す少なくとも一つの第２の方向から照射可能な照射部
と、放射線が照射された基体上の領域から出射される二
次放射線を検出する少なくとも一つの検出部と、二次放
射線の検出信号を用いて放射線が照射された領域の形状
に関する情報を取得する演算部とを備えることを特徴と
する。

【００２１】さらに、発生源は、放射線として粒子放射
線を発生するものであり、照射部は、発生源と支持部と
の間に電場を形成させる電場形成部と、粒子放射線を電
場及び磁場により偏向することが可能な電磁場形成部
と、を有するものであると好ましい。これらにより、放
射線の偏向を行い、放射線を第１の方向及び第２の方向
から基体上に確実に照射できる。

【００２２】またさらに、照射部は、第２の方向が第１
の方向に対して成す角度が３〜２０°、好ましくは３〜
１５°、より好ましくは３〜１０°となるように放射線
を照射可能なものであることが望ましい。

【００２３】また、演算部は、第２の方向が第１の方向
に対して成す角度の値、叉は、基体が移動された距離に
基づいて、二次放射線の検出信号の強度を補正可能なも
のであると特に好適である。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
添付図面を参照して詳細に説明する。なお、同一の要素
には同一の符号を用いることとし、重複する説明は省略
する。また、上下左右等の位置関係は、特に断らない限
り、図面に示す位置関係に基づくものとする。また、図
面の寸法比率は図示の比率に限られるものではない。

【００２５】図１は、本発明による基体検査装置の好適
な一実施形態の構成を模式的に示す概略断面図である。
ＳＥＭ装置１（基体検査装置）は、真空容器である筐体
２の内部に、電子ビームＥ（放射線）の発生源であるシ
ョットキエミッタ等の電子源３と、検査試料である半導
体ウェハＷ（基体）が載置されるステージ１１（支持
部）とを備えるものである。このステージ１１は、図示
しない駆動機構により、半導体ウェハＷと共に図示水平
方向に移動且つ停止されるようになっている。また、半
導体ウェハＷは、通常の吸着、チャック等の固定方法に
よりステージ１１上に堅固に支持される。

【００２６】また、電子源３とステージ１１との間に
は、電子ビームＥを電子源３から半導体ウェハＷに向か
って加速させる陽極５１、及び、最終段の陽極であり且
つアパーチャでもある陽極５２と、この陽極５２を通過
した電子ビームＥを電磁場により集束及び偏向して半導
体ウェハＷ上に照射する照射部５が設置されている。こ
のように、陽極５１，５２により電場形成部が構成され
ている。

【００２７】この照射部５は、陽極５２を通過した電子
ビームＥの光路の周囲に配置された略筒状を成すリニア
チューブ６１の側壁の周囲叉は側周面上に多段に設けら
れたアライメントコイル６２と、アライメントコイル６
２の側方の周囲に設けられたコンデンサコイル６３とを
有している。また、照射部５は、リニアチューブ６１の
下方に設置され且つリニアチューブ６１内を通過した電
子ビームＥを更に集束叉は偏向させる磁場レンズ７及び
静電レンズ８を備えている。

【００２８】このように、コンデンサコイル６３、アラ
イメントコイル６２、磁場レンズ７及び静電レンズ８か
ら電磁場形成部が構成されている。さらに、電子ビーム
Ｅの照射により、半導体ウェハＷから放出される二次電
子（二次放射線）を検出する電子線検出器１０（検出
部）が、リニアチューブ６１と磁場レンズ７との間に設
置されている。

【００２９】また、ＳＥＭ装置１は、ディスプレイ、プ
リンタ、等の表示装置９５に接続された演算部９を有し
ている。この演算部９のＣＰＵ９１には、入力インター
フェイス９２を介して電子線検出器１０が接続されてお
り、また、出力インターフェイス９３を介して上記の表
示装置９５が接続されている。電子線検出器１０で検出
された二次電子線は、電荷量等が電圧叉は電流信号に変
換され、これらの電気信号が出力されて演算部９の入力
インターフェイス９２に入力する。その電気信号は必要
に応じてＡＤ変換され、ＣＰＵ（叉はＭＰＵ）９１へ入
力されるようになっている。なお、入力インターフェイ
ス９２の前段にＡＤ変換器を配置し、これにより入力イ
ンターフェイス９２の前段でＡＤ変換してもよい。

【００３０】ＣＰＵ９１は、この二次電子線の信号強度
値を保持するメモリを有すると共に、これらの信号強度
値を用いて所定の演算を行い、半導体ウェハＷに電子ビ
ームＥが照射された領域の画像情報、更には形状情報を
得ることが可能である。そして、得られた画像情報等及
び他の演算結果を出力インターフェイス９３を通して表
示装置９５へ出力するようになっている。なお、演算部
９には、ＣＰＵ９１上の信号強度値、或いは、演算結果
等の各種データの入出力及び保持が可能なデータ格納部
が接続されてもよい。

【００３１】図２は、図１におけるＳＥＭ装置１及び半
導体ウェハＷのそれぞれの一部を示す模式図（一部斜
視）であり、電子ビームＥの照射によって発生した二次
電子線Ｓｅが電子線検出器１０に入射している状態を示
す図である。なお、図２には、磁場レンズ７及び静電レ
ンズ８をまとめて図示した。

【００３２】同図において、半導体ウェハＷ上に形成さ
れたパターンを含む領域に電子ビームが照射されて発生
する二次電子線Ｓｅは、主として静電レンズ８によって
形成される静電場Ｒｂの電位（例えば、８ｋＶ）に応じ
て加速され、さらに、主として磁場レンズ７によって形
成される磁場Ｒａによって所定の運動方向及び所定の電
子線束（フラックス）とされて電子線検出器１０に入射
する。ここで、電子線検出器１０としては、特に限定さ
れないが、例えば、二次電子線Ｓｅの入射位置検出に優
れる観点からは、ＭＣＰ（Micro Channel Plate）やＣ
ＣＤ（Charge Coupled Device）素子を備えるものが好
ましい。

【００３３】このように構成されたＳＥＭ装置１を用い
た本発明による基体検査方法の好適な一実施形態につい
て、図１及び２に加え、図３及び４を参照して説明す
る。図３は、半導体ウェハＷ上に電子ビームを照射して
いる状態を示す摸式断面図である。また、図４は、半導
体ウェハＷに電子ビームを照射している状態を模式的に
示す斜視図である。

【００３４】本実施形態においては、まず、半導体ウェ
ハＷをＳＥＭ装置１の筐体２内へ搬入し、ステージ１１
に載置した後（図１参照）、真空ポンプ（図示せず）に
より筐体２内の圧力が所定の値となるように減圧する。
次に、ステージ１１を移動し、半導体ウェハＷ上の観察
対象である領域が所望の位置となるように半導体ウェハ
Ｗを位置決めする。次いで、電子源３から電子を発生さ
せ、陽極５１，５２で加速且つコリメートして電子ビー
ムＥとしてリニアチューブ６１内へ導入する。

【００３５】さらに、コンデンサコイル６３により電子
ビームＥを全体として集束させると共に、複数のアライ
メントコイル６２により電子ビームＥの光路調整、偏
向、ビーム断面形状の修正等を行う。また、磁場レンズ
７及び静電レンズ８により電子ビームＥを更に集束し、
電子ビームＥの光路が、光軸Ｅ１（第１の方向）で規定
される光路となるように半導体ウェハＷへ電子ビームＥ
を照射する（図３参照）。ここで、静電レンズ８等を調
節して、電子ビームＥを、光軸Ｅ１の周囲に所定の微小
幅で走査させると共に、その領域Ｆから放出される二次
電子線Ｓｅ（図２参照）を電子線検出器１０により検出
する（第１の検出工程）。

【００３６】次に、半導体ウェハＷをその位置で静止さ
せた状態で、特に、各アライメントコイル６２叉は磁場
レンズ７へ流通させる電流値等を調節し、電子ビームＥ
の光路が光軸Ｅ２（第２の方向）で規定される光路とな
るように半導体ウェハＷへ電子ビームＥを照射する。こ
の場合も、静電レンズ８等を調節して、電子ビームＥ
を、光軸Ｅ２の周囲に所定の微小幅で走査させると共
に、その領域Ｆから放出される二次電子線Ｓｅを電子線
検出器１０により検出する（第２の検出工程）。

【００３７】さらに、半導体ウェハＷをその位置で静止
させた状態で、この操作を所定回数繰り返し、図４に示
す如く、半導体ウェハＷ上の複数の領域Ｆへ光軸Ｅ２で
電子ビームＥを照射し走査する（第２の検出工程）。電
子線検出器１０で検出した各領域Ｆからの二次電子線Ｓ
ｅの検出信号は、時系列的に演算部９のＣＰＵ９１へ入
力される。なお、このとき、各領域Ｆに対応する検出信
号のデータ群に、各領域Ｆを識別するためのラベル、例
えば、各領域Ｆのエリア叉はピクセル番号、コード等を
付してメモリに格納してもよい。

【００３８】そして、各領域Ｆに対応する二次電子線Ｓ
ｅの検出信号に基づいて、演算部９において所定の演算
処理を行って各領域ＦのＳＥＭ画像を取得する。この画
像は、ＣＰＵ９１内のメモリに保持してもよいし、メモ
リから出力した画像データをデータ格納部に入力して保
持してもよい。また、ＳＥＭ画像を得るための演算処理
としては、通常のＳＥＭ装置で用いられる処理演算を利
用できる。

【００３９】ここで、領域Ｆを、半導体ウェハＷ上に複
数形成された同一素子、同一セル、若しくは同一チップ
単位、叉は、単一素子、単一セル若しくは単一チップ内
の同一配線パターン単位とすれば、以下に示す処理を行
うと好ましい。すなわち、ＣＰＵ９１において、各領域
ＦのＳＥＭ画像を通常の画像処理により比較する。これ
らの領域Ｆは、同一の表面形状パターンを有する筈であ
り、これらに相違が認められないときは、これらの領域
Ｆには欠陥、異物等を含む部位が存在しないと判定でき
る。これに対し、比較したＳＥＭ画像に相違が認められ
た場合、例えば、一方のＳＥＭ画像にない部分が他方の
ＳＥＭ画像にあれば、その部分に欠陥、異物等の存在を
想定できる。

【００４０】次に、ステージ１１を駆動させ、半導体ウ
ェハＷを所定の方向に移動する（基体移動工程）。ここ
では、光軸Ｅ１で規定される光路で電子ビームＥを照射
した領域Ｆに欠陥等の存在が想定される場合について説
明する。ステージ１１の駆動により、光軸Ｅ１で電子ビ
ームＥが照射された領域Ｆが、光軸Ｅ２で電子ビームＥ
を照射可能な領域Ｆとなるように、半導体ウェハＷを位
置決めする。そして、光軸Ｅ２で電子ビームＥを照射し
て二次電子線Ｓｅを検出し、その領域Ｆに対して異なる
方向から電子ビームＥを照射したときの二次電子線の複
数の検出信号を得る。

【００４１】さらに、例えば、凹凸形状を有する欠陥等
の存在が想定される部位から放出された二次電子線の検
出信号データに基づいて、演算部９のＣＰＵ９１で所定
の処理演算を行う（演算工程）。これにより、その部位
の立体的な幾何学的情報を取得し、一方向からの観察デ
ータ（ＳＥＭ画像）では、凹凸ひいては欠陥であるか否
かの判定が困難な形状を有するものであっても、十分に
識別叉は特定が可能となる。なお、このような識別、特
定、判定処理は、ＣＰＵ９１において、一般的な画像処
理におけるパターニング等のアルゴリズムを有するプロ
グラムに沿って実行できる。

【００４２】また、このような欠陥等の識別による欠陥
検出を行う際には、基準となるＳＥＭ画像を予めＣＰＵ
９１に記憶させておいてもよいし（アレイモード）、例
えば、欠陥が存在する座標に相当する隣接パターンのＳ
ＥＭ画像をその都度基準としてもよい（Die to Die モ
ード、Cell to Cell モード）。

【００４３】また、電子ビームＥの光軸Ｅ１と光軸Ｅ２
との成す角度によっては、半導体ウェハＷ上に照射され
る電子ビームＥの強度叉はフラックスに差異が生じ得
る。そこで、演算部９において、その両光軸Ｅ１，Ｅ２
の成す角度の値に基づいて、具体的には、例えば、鉛直
方向と各光軸Ｅ１，Ｅ２の成す角度、及び、電子線検出
器１０と半導体ウェハＷまでの鉛直距離等から、各光軸
Ｅ１，Ｅ２で照射した電子ビームＥの照射距離（飛程距
離）を算出する。そして、この距離に基づいて半導体ウ
ェハＷ上に達した電子ビームＥのフラックスを補正し、
さらに、電子線検出器１０で検出された各々の二次電子
線Ｓｅの検出信号強度を補正する（補正ステップ）。

【００４４】或いは、電子ビームＥの光軸Ｅ１と光軸Ｅ
２との成す角度は、半導体ウェハＷの移動した距離から
算出可能なので、この移動距離に基づいて、両光軸のＥ
１，Ｅ２の成す角度、例えば鉛直方向と各光軸Ｅ１，Ｅ
２の成す角度を求め、上述したのと同様に二次電子線Ｓ
ｅの検出信号強度を補正可能である（補正ステップ）。
この場合、半導体ウェハＷの実際の停止位置に応じて、
電子ビームＥの照射角を微調整するフィードバック制御
を行ってもよい。なお、ステージ１１の位置検出は、一
般的な方法及びスケールを採用できる。

【００４５】また、領域Ｆ毎のＳＥＭ画像を比較した結
果、欠陥、異物等の存在が明らかに否定された場合、或
いは、立体的な幾何学的形状の情報が元来不要であると
いった場合には、半導体ウェハＷの移動距離を大きく
し、半導体ウェハＷの一回の静止状態で電子ビームＥの
照射が行われた領域Ｆ群（図４参照）とは別の視野（別
の領域Ｆ群）に電子ビームＥを照射する。こうすれば、
図４の例では、一回の半導体ウェハＷの移動毎に９つの
領域ＦのＳＥＭ画像を一度に取得できる、言わば、一回
あたりの観察フィールドを拡大できる利点がある。

【００４６】ここで、照射方向の異なる電子ビームＥの
光軸Ｅ１，Ｅ２の成す角度（鋭角）θが、好ましくは３
〜２０°、より好ましくは３〜１５°、特に好ましくは
３〜１０°となるようにすると好適である。例えば、半
導体ウェハＷが水平設置されており、θが１０°の場
合、光軸Ｅ１を鉛直下方に対して＋５°とし、光軸Ｅ２
を鉛直下方に対して−５°とできる。他の例としては、
θが５°の場合、光軸Ｅ１を鉛直下方とし、光軸Ｅ２を
鉛直下方に対して＋５°とできる。

【００４７】この角度θが３°未満であると、電子ビー
ムＥの断面形状を略真円状とできるものの、観察部位の
ＳＥＭ画像による凹凸の判定が必ずしも十分ではない傾
向にある。一方、この角度θが２０°を超えると、凹凸
の判定性が十分に高められるものの、電子ビームＥの断
面形状が許容できない程度の楕円状となり易い。また、
磁場の強度等の装置条件によっては、角度θを２０°よ
り大きく設定し難いことがある。

【００４８】換言すれば、この角度θを上記の好適な範
囲とすることにより、観察部における凹凸部の判定性、
及び、電子ビームＥ断面の真円性の両立を図ることが可
能となる。これにより、欠陥部位の識別性、分類性等の
検査性能を向上できると共に、観察部位のＳＥＭ画像の
歪みを十分に抑制でき、その鮮明性を高めることが可能
となる。なお、具体的には、観察叉は検査条件に応じ
て、観察部位の画像の鮮明性と凹凸部の判定性とを比較
考量し、最適な角度を設定できる。本発明者らは、一例
として、ＳＥＭ装置１を用いて角度θを５°としたとき
に、観察部位のＳＥＭ画像の鮮明性と凹凸部の判定性と
を十分に両立でき、優れた精度で欠陥検出及び欠陥分類
が可能であることを確認した。

【００４９】次に、図５（Ａ）及び（Ｂ）並びに図６を
参照して本発明による基体検査方法の他の実施形態につ
いて説明する。図５（Ａ）は、半導体ウェハＷに形成さ
れた素子における配線パターンの一例を模式的に示す平
面図であり、図５（Ｂ）は、半導体ウェハＷに形成され
た他の素子における同一配線パターンの一例を模式的に
示す平面図である。また、図６は、半導体ウェハＷ上の
図５に示す配線パターンが形成された領域に電子ビーム
を照射している状態を示す摸式断面図である。

【００５０】まず、上述したのと同様に、半導体ウェハ
ＷをＳＥＭ装置１内のステージ１１に載置し、筐体２内
を減圧し、電子ビームＥを任意の方向から照射且つ走査
して図５（Ａ）に示す領域Ｆ１、図５（Ｂ）に示す領域
Ｆ２、等のＳＥＭ画像を得る。演算部９において、これ
らのＳＥＭ画像を比較し、欠陥Ｄの存在が想定される部
位を含む領域Ｆ２を抽出する。

【００５１】次に、領域Ｆ２の欠陥Ｄの部位に、電子ビ
ームＥを光軸Ｅ１で照射且つ走査し、欠陥Ｄを含む部位
からの二次電子線Ｓｅを検出する（第１の検出工程）。
次いで、ステージ１１を駆動し半導体ウェハＷを、所定
距離、移動させる（基体移動工程）。この位置で、領域
Ｆ２の欠陥Ｄの部位に、電子ビームＥを光軸Ｅ２で照射
且つ走査し、欠陥Ｄ及びその周囲からの二次電子線Ｓｅ
を検出する（第２の検出工程）。

【００５２】そして、得られた二次電子線Ｓｅの複数の
検出信号を用いて演算部９で所定の演算を行い、欠陥Ｄ
についての立体的な幾何学的形状の情報を得る（演算工
程）。これにより、欠陥Ｄの一方向、例えば上面からの
電子ビームの照射だけで得たＳＥＭ画像では、凹凸ひい
ては欠陥であるか否かの判定が困難なものあっても、立
体形状を認識し易い画像と共に、図６に示すような断面
形状に関する情報をも取得できるので、欠陥Ｄに対する
十分な識別叉は特定が可能となる。

【００５３】ここで、演算部９での演算としては、例え
ば、検出信号強度の加算、最大値の選択、減算等の演算
を行い得る。加算演算によれば、目視で自然な印象を受
けるイメージ画像を構成できる。また、最大値の選択や
減算演算を実行すれば、欠陥Ｄの周縁（エッジ）部が強
調されたイメージ画像を構成できる。さらに、演算にお
いて所定の重みづけを行えば、その強調の度合を調節す
ることも可能となる。よって、これらの各種演算を適宜
選択して、叉は、複数組み合わせて実施することによ
り、欠陥Ｄの形状識別がより良好に行われ得る。

【００５４】また、これらの演算を行う際には、先述し
たのと同様に、光軸Ｅ１，Ｅ２を有する各電子ビームＥ
が成す角度θの値、叉は、半導体ウェハＷの移動距離を
用いて、二次電子線Ｓｅの検出信号強度を補正すると好
ましい。なお、領域Ｆ１，Ｆ２が隣接する素子パターン
における同一座標領域であれば、本検査方法を、Dieto
Die モードで実施でき、領域Ｆ１を、予め基準画像とし
て記録しておけば、アレイモードで実施することもでき
る。

【００５５】このように構成されたＳＥＭ装置１及びそ
れを用いた本発明による基体検査方法によれば、半導体
ウェハＷを静止させた状態において、光軸Ｅ１の電子ビ
ームＥを領域Ｆに照射及び走査するのみならず、この光
軸Ｅ１と所定の角度θを成す光軸Ｅ２の電子ビームＥを
別の少なくとも一つの領域Ｆにも照射する。よって、半
導体ウェハＷを領域Ｆの照射毎に移動及び停止させなく
ても、複数の領域Ｆからの二次電子線Ｓｅの検出信号が
得られる。したがって、観察領域（視野）数に応じた回
数の半導体ウェハＷの移動及び停止操作が不要であり、
検査時間を短縮してスループットを向上できる。その結
果、半導体ウェハＷの製造プロセス全体の効率をも向上
させ得る。

【００５６】また、光軸Ｅ１で電子ビームＥを照射した
領域Ｆに欠陥Ｄ等が存在する場合には、この欠陥Ｄと想
定される部位の周辺に光軸Ｅ２の電子ビームＥを照射
し、両者の照射で発生する二次電子線Ｓｅの複数の検出
信号を用いた演算により、その部位の立体的な幾何学的
形状の情報を取得できる。よって、二次電子線Ｓｅの検
出に複数の検出器を用いず単一の電子線検出器１０を用
いているにもかかわらず、半導体ウェハＷ上に存在する
凹凸状等を成す欠陥Ｄ等の立体的な幾何学的情報を十分
に得ることができる。これにより、欠陥Ｄ等を含む部位
の形状識別（判別）性を十分に改善できる。

【００５７】さらに、電子線検出器１０が単数（一台）
でよいので、欠陥部位の立体形状情報を得るのに複数の
検出器を用いる従来の装置及び方法で問題であった複数
検出器の取付精度（誤差）の伝播による画像の精度、鮮
明度等の低下を抑制できる。よって、ＳＥＭ装置１で撮
像するＳＥＭ画像や形状情報の分解能を十分に向上可能
である。またさらに、電子線検出器１０が単数（一台）
でよいので、検出器の取付、その取付位置の調整、保守
等に必要な手間と時間とを軽減できる。またさらに、検
出器を複数有するものに比して、装置構成を簡略化で
き、装置コストを削減し得る。

【００５８】またさらに、光軸Ｅ１と光軸Ｅ２との成す
角度θが、好ましくは３〜２０°、より好ましくは３〜
１５°、特に好ましくは３〜１０°となるようにすれ
ば、観察部における凹凸部の判定性、及び、電子ビーム
Ｅ断面の真円性の両立が図られる。よって、欠陥部位の
識別性、分類性等の検査性能を向上できると共に、観察
部位のＳＥＭ画像の歪みを十分に抑制でき、その鮮明性
を高めることができる。

【００５９】また、光軸Ｅ１，Ｅ２の成す角度θ、叉
は、半導体ウェハＷの実際の移動距離に基づいて、二次
電子線Ｓｅの検出信号強度を補正するので、電子ビーム
Ｅの光軸Ｅ１，Ｅ２の方向が異なることに起因して各電
子ビームＥの放射距離（飛程）が異なり、その結果とし
て、半導体ウェハＷ上での放射線強度（束）が変化した
場合にも、欠陥Ｄ等を含む部位の立体的な幾何学形状の
識別性をより向上できる。さらに、電子ビームＥの照射
位置の補正が可能となる。

【００６０】なお、上述した各実施形態においては、欠
陥Ｄに対して異なる二つの方向（光軸Ｅ１，Ｅ２）から
電子ビームＥを照射するようにしたが、三つ以上の異な
る方向から電子ビームＥを照射してもよい。こうすれ
ば、形状についてのより詳細な幾何学的情報を取得でき
る。また、電子ビームＥの偏向方法は電場、磁場等の調
節する方法に限定されず、電子ビームＥを偏向できれば
よく、例えば、電子源３とアパーチャである陽極５２と
の相対的な位置を変化させてもよい。

【００６１】さらに、本発明の基体検査装置及び方法
は、ＳＥＭ装置以外にも適用可能であり、放射線として
レーザ光、Ｘ線、イオンビーム等を用いた検査装置を用
いた場合にも有用である。加えて、電子線検出器１０を
複数台設置してもよく、この場合、観察部位の形状に関
する情報量を増大でき、検査精度をより高めることがで
きる。また、上述の実施形態によるＤＲ（Defect Revie
w）で検出した欠陥等を分類（ＤＲ；Defect Classifica
tion）してもよい。この場合には、例えば、ＣＰＵ９１
叉はデータ格納部に他の計算機（ホストコンピュータ、
サーバ等）を接続した装置構成を用いることができる。
こうすれば、欠陥等の画像データを随時他の計算機に伝
送し、ＤＲと並行して所定のＤＣプログラムに従って欠
陥等の分類を実施できる。さらに、他の歩留まり管理シ
ステムといったプロセス管理とデータのやり取りを実施
してもよい。

【００６２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明の基体検査
方法及び装置によれば、基体の観察叉は検査を行う際の
検査時間を短縮できると共に、基体上に存在する欠陥を
含む部位の形状識別性、及び、基体の観察叉は検査で取
得される画像及び形状情報の分解能を十分に向上でき
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による基体検査装置の好適な一実施形態
の構成を模式的に示す概略断面図である。

【図２】図１におけるＳＥＭ装置及び半導体ウェハのそ
れぞれの一部を示す模式図（一部斜視）である。

【図３】半導体ウェハに電子ビームを照射している状態
を示す摸式断面図である。

【図４】半導体ウェハに電子ビームを照射している状態
を模式的に示す斜視図である。

【図５】図５（Ａ）は、半導体ウェハに形成された素子
における配線パターンの一例を模式的に示す平面図であ
り、図５（Ｂ）は、半導体ウェハに形成された他の素子
における同一配線パターンの一例を模式的に示す平面図
である。

【図６】半導体ウェハ上の図５に示す配線パターンが形
成された領域に電子ビームを照射している状態を示す摸
式断面図である。

【符号の説明】

１…ＳＥＭ装置（基体検査装置）、３…電子源（放射線
の発生源）、５…照射部、７…磁場レンズ、８…静電レ
ンズ、９…演算部、１０…電子線検出器（検出部）、１
１…ステージ（支持部）、５１，５２…陽極（電場形成
部）、６２…アライメントコイル、６３…コンデンサコ
イル、Ｄ…欠陥、Ｅ…電子ビーム（放射線）、Ｅ１…光
軸（第１の方向）、Ｅ２…光軸（第２の方向）、Ｆ，Ｆ
１，Ｆ２…領域、Ｓｅ…二次電子線（二次放射線）、Ｗ
…半導体ウェハ（基体）、θ…角度。

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｇ２１Ｋ 5/02 Ｇ２１Ｋ 5/02 ＮＺ 5/04 Ｍ 5/04 ＺＨ０１Ｊ 37/28 ＢＨ０１Ｊ 37/28 Ｈ０１Ｌ 21/66 ＪＨ０１Ｌ 21/66 Ｇ０１Ｒ 31/28 Ｌ (72)発明者恒岡正年千葉県成田市新泉14−３野毛平工業団地内アプライドマテリアルズジャパン株式会社内 (72)発明者小河慶子千葉県成田市新泉14−３野毛平工業団地内アプライドマテリアルズジャパン株式会社内Ｆターム(参考） 2F067 AA54 AA62 BB01 BB04 CC17 EE04 EE10 HH06 HH09 JJ05 JJ08 KK04 LL00 LL02 PP12 QQ02 RR12 RR24 RR30 RR40 2G001 AA01 AA02 AA03 AA04 AA05 AA07 BA07 CA01 CA02 CA03 CA04 FA01 GA01 GA06 GA09 GA10 GA13 HA01 HA07 JA02 JA03 JA14 KA03 LA11 MA05 2G132 AA00 AF11 AL11 AL12 4M106 AA01 BA02 BA03 BA04 BA05 BA07 BA08 BA09 CA39 CA42 CA43 DB05 5C033 FF10 JJ07 MM05 UU02 UU04 UU05

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基体上に放射線を照射して該基体の観察
叉は検査を行う基体検査方法であって、前記基体上に、所定の第１の方向から前記放射線を照射
し、該放射線が照射された領域から出射される二次放射
線を検出する第１の検出工程と、前記基体上に、前記第１の方向と所定の角度を成す少な
くとも一つの第２の方向から放射線を照射し、該放射線
が照射された領域から出射される二次放射線を検出する
第２の検出工程と、前記第１の検出工程で検出した前記二次放射線の検出信
号と、前記第２の検出工程で検出した前記二次放射線の
検出信号とを用いて前記放射線が照射された領域の形状
に関する情報を取得する演算工程と、を備えることを特
徴とする基体検査方法。
【請求項２】前記基体を前記第１の方向又は前記第２
の方向と交差する方向に沿って所定の距離移動させる基
体移動工程を更に備え、前記基体を静止させた状態で前記第１及び第２の検出工
程をその順で実施した後に、前記基体移動工程を実施す
る、ことを特徴とする請求項１記載の基体検査方法。
【請求項３】前記基体を前記第１の方向又は前記第２
の方向と交差する方向に沿って所定の距離移動させる基
体移動工程を更に備え、前記基体を静止させた状態で前記第１の検出工程を実施
した後に、前記基体移動工程を実施し、該基体移動工程
を実施した後に前記第２の検出工程を実施する、ことを
特徴とする請求項１記載の基体検査方法。
【請求項４】前記第２の検出工程においては、前記第
１の検出工程において前記放射線を照射した領域と同じ
領域に前記放射線を照射し、前記演算工程においては、前記第１及び第２の検出工程
で検出した同一の前記領域からの前記二次放射線の複数
の検出信号を用いて所定の演算を行い、該演算結果に基
づいて該領域の形状に関する情報を取得する、ことを特
徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の基体検査
方法。
【請求項５】前記第２の検出工程においては、前記第
２の方向が前記第１の方向に対して成す角度が３〜２０
°となるように前記放射線を照射する、ことを特徴とす
る請求項１〜４のいずれか一項に記載の基体検査方法。
【請求項６】前記演算工程は、前記第２の方向が前記
第１の方向に対して成す角度の値、叉は、前記基体移動
工程において前記基体を移動した距離に基づいて、前記
二次放射線の検出信号の強度を補正する補正ステップを
有する、ことを特徴とする請求項２〜５のいずれか一項
に記載の基体検査方法。
【請求項７】基体上に放射線を照射して該基体の観察
叉は検査を行う基体検査装置であって、前記放射線の発生源と、前記基体を支持し且つ該基体を移動することが可能な支
持部と、前記発生源と前記支持部との間に設けられ、前記放射線
を前記基体上に所定の第１の方向、及び、該第１の方向
と所定の角度を成す少なくとも一つの第２の方向から照
射可能な照射部と、前記放射線が照射された前記基体上の領域から出射され
る二次放射線を検出する少なくとも一つの検出部と、前記二次放射線の検出信号を用いて前記放射線が照射さ
れた領域の形状に関する情報を取得する演算部と、を備
えることを特徴とする基体検査装置。
【請求項８】前記発生源は、前記放射線として粒子放
射線を発生するものであり、前記照射部は、前記発生源と前記支持部との間で電場を
形成して前記粒子放射線を加速させる電場形成部と、前
記粒子放射線の周囲に電場及び磁場を形成して該粒子放
射線を偏向する電磁場形成部と、を有するものである、
ことを特徴とする請求項７記載の基体検査装置。
【請求項９】前記照射部は、前記第２の方向が前記第
１の方向に対して成す角度が３〜２０°となるように前
記放射線を照射可能なものである、ことを特徴とする請
求項７叉は８に記載の基体検査装置。
【請求項１０】前記演算部は、前記第２の方向が前記
第１の方向に対して成す角度の値、叉は、前記基体が移
動された距離に基づいて、前記二次放射線の検出信号の
強度を補正可能なものである、ことを特徴とする請求項
７〜９のいずれか一項に記載の基体検査装置。