JP2005083948A - 検査装置及び検査方法並びにプロセス管理方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 同一の被検査領域でフォーカスの異なる画像を複数枚取得する。これは検出器を複数設け,それぞれの高さを相対的に変えることにより実現できる。別の手段は,結像光学系のフォーカスを段階的に変えて画像を取得することにより実現できる。
【効果】 検出器を複数設けそれぞれの高さを相対的に変えることで,フォーカスの異なる画像を同時に取得する。別の方法では同一被検査領域の画像を結像光学系のレンズを段階的に変えてフォーカスの異なる画像を取得する。これらの複数のフォーカスの異なる画像を取得することにより,様々な種類の欠陥を検出できる。
【選択図】 図1
Description
ウェハ13には,電子線の加速電圧とほぼ等しいか,わずかに高い負の電位がリターディング電源18によって印加されており,ウェハ13の表面には形成された半導体パターン形状や帯電の状態を反映した電界が形成されている。この電界が減速手段として働き,電子線の大部分がウェハ13に衝突する直前で引き戻され,ウェハ13のパターン情報を反映した方向や強度を持って上がってくる。
このようにウエハの帯電を制御することにより,パターン表面だけでなく内部の電気的不良(ショート及び導通不良等)をウエハ表面の電位分布に反映させることができ,これらの欠陥を識別することが可能となる。
上記の構成で,ウェハ13上のパターン内同一箇所の異なるフォーカスの画像を取得する手段について図5を用いて説明する。ウェハ13はステージ33の上のウェハホルダ34に取りつけられており,ウェハホルダ34がウェハ13に照射される電子線の照射方向に対し垂直面内を2次元的に移動することによりウェハ13面内全域に電子線を照射することができる。検出器19はミラー電子1の進行方向に沿って,ウェハ13からの長さが異なる様に配置され,3つの検出面α,β,γはそれぞれ紙面に対して垂直方向に高さが異なる配置をとるよう構成される。ここで,複数の検出器19の配列はステージ33の移動に伴って検出器19上での画像が移動する方向にに配列されていることとする。
このように検出器19を配置することにより,画像取得の際,以下のような効果がある。
このようにステージ移動と画像取得を同期させることにより,効率的かつ高速にウェハ全面の画像を取得することができる。
(a)のモデルはコンタクト工程によって作成された半導体パターンを表しており,コンタクトホールに金属プラグを埋め込み,その後CMP研磨により絶縁膜部が露出される程度に平坦化したパターンである。このパターンは0.1μm角の25個のコンタクト部と絶縁膜部で構成されており,中心のコンタクトのみ+1Vに帯電し,それ以外は0Vとした。また絶縁膜部の電位は,全領域で均一に+2Vと仮定した。(b),(c)は(a)のモデルを用いてシミュレーションを行った結果であり,(b)は検出面3の高さを10mmずつ段階的に変えた場合に得られる画像を,(c)は正常部4と欠陥部5の画像明るさのフォーカス依存特性を示している。ここでは正常部4と欠陥部5で明るさが最大になるときの検出面3の高さが20mm異なっている。これは,正常部4と欠陥部5からのミラー電子1による画像の明るさが最大になるためのフォーカス条件が異なっていることを表している。
本実施例では検出面3での画像移動の方向に位置の異なる検出面3が配置できるよう回転調整の機構を設け,且つ各々の検出器19の高さを任意に調整できる機構を設けた場合の使用方法について説明する。
図8(a)は検出器19をミラー電子1の進行方向の軸から見たもので,図8(b)はミラー電子1の進行方向に対し垂直方向から検出器19をみたものである。画像取り込み部21で取り込まれた画像は画像処理部17へ送られる。この画像処理部17では,取りこまれた画像をもとに適切な検出器19の回転角度及び相対距離(ミラー電子1の進行方向に沿ったウェハ13の表面と検出面3との距離,つまり検出器19の位置)を算出し,検出器制御部22へその情報を送る。そして,検出器制御部22は検出器駆動部23を制御し検出器19の回転角,相対距離を調整する。ここで,上記の調整を行なうにあたり画像取得は全ての検出面3で行なう必要はなく,任意の一の検出面3を用いるだけで十分である。
検出器19の相対距離は,装置の使用者が被検査領域の正常部4を任意に指定し,その正常部4のフォーカスが異なる画像を基に算出する。フォーカスが異なる画像を検出面3の位置を段階的に変え取得し,画像処理部17が適切な相対距離を算出し,各々の検出器19の位置を調整する。ここで適切な相対距離とは,微細な形状不良,電気的不良を検出したい場合は,フォーカスの異なる複数枚の画像全てにおいて正常部4のコントラストが確認でき,且つフォーカスの違いで正常部4の輝度変化が確認できる条件が適切である。一方,突出した欠陥のみを検出したい場合はフォーカスの違いで正常部4の輝度変化が確認できない場合,つまり正常部4のコントラストが全くない条件が適切である。
このように検出器19の回転調整を行うことにより,ステージを任意の方向へ一次元的移動させて検査が行うことができ,かつ検出面3の高さを任意に調整できることにより,フォーカスを任意に変えて検査を行うことができる。これらの機能を盛りこむことにより,あらゆる半導体パターンの検査が可能になる。
実施例1・2・3は画像取得装置の検出面3の位置を変えた場合の例である。それと同等の効果は結像部38の光学系のレンズを用いてフォーカスを変えた場合についても同様の効果が達成できる。検出器19が1つの検出面3で構成されていた場合について図11を用いて説明する。図11は本発明の結像部38の部分で,最終段の投影レンズ11以降の部分を模式的に示したもので,主に投影レンズ11,静電レンズで構成された焦点可変レンズ24,とそれらを制御するレンズ制御部15,そして検出器19,画像取り込み部21,画像処理部17で構成されている。この場合,1回で取得できる画像は1つのフォーカス条件に限定されるため,異なるフォーカスで画像を取得するためには,再度同一箇所の画像をフォーカスを変えて取得する必要がある。また,図中に示されたミラー電子1の軌道は欠陥部5で引き戻された軌道を表しており,正常部4のミラー電子1の軌道は図中には示されていない。欠陥部5のミラー電子1の軌道a〜c(26〜28)は焦点可変レンズ24でフォーカスを変えた場合の軌道を示しており,焦点可変レンズ24の励磁を変化させることでフォーカス条件を変えることができ,実施例1〜3と同様の効果が得られる。
ここで,上記は焦点可変レンズ24でフォーカスを変えた場合を例に挙げたが,フォーカスを変える手段は対物レンズ7を含む結像部38の光学系のどのレンズで行なっても本発明の効果を損なうものではない。
実施例1〜3の場合は,極めて高速な検査装置を実現することができるが,装置構成が複雑にならざるを得ず,高価な設備となってしまう。しかし,本実施例の方法を採用することにより,容易にフォーカスの異なる画像を取得することができるため,より安価に本発明を提供することができる。
はじめに,正常部4でフォーカスの異なる画像を複数枚取得し,その画像を基に正常部4の輝度とフォーカスの関係を算出する。ここでフォーカスは検出器19の相対的な焦点位置情報に変換しておく。次に正常部4が最も明るくなる焦点位置を正常部4の代表焦点位置として定義する。そして代表焦点位置を階調のデータに変換し,その階調を記憶する。記憶方法は,例えば階調を8ビットとするなら,0を黒,255を白と定義し,使用者がいつでもそのデータベースを確認できるよう,2次元の明るさのマップとして記憶しておく。
一般的にドライエッチングの工程では,開発の段階で何種類かドライエッチングの条件(ガス流量,制御電圧,エッチング時間等)を変えて,プロセスの最適化を行う。
このときそれぞれの条件で作成したウエハを本発明の検査装置で検査し,ドライエッチングの条件とウエハ面内に発生する欠陥の分布,または欠陥の程度の関係を,画像処理部17でデータベースとして記憶させる。
このようにプロセスの管理として本発明の検査装置を用いることにより,プロセス異常を早期に発見し,欠陥発生要因の推定を早期に行なうことが可能となり,半導体装置の信頼性を高めることが可能になる。
6…電界分布,7…対物レンズ,8…電子源,9…コンデンサレンズ,
10…ビームセパレータ,11…投影レンズ,12…画像検出部,
13…ウェハ,14…帯電制御部装,15…レンズ制御部装,
16…ステージ制御部装,17…画像処理部装,18…リターディング電源,
19…検出器,20…矩形の照射領域,21…画像取り込み部,
22…検出器制御部,23…検出器駆動部,
24…焦点可変レンズ,
26…欠陥部のミラー電子の軌道a,27…欠陥部のミラー電子の軌道b,
28…欠陥部のミラー電子の軌道c,29…絞り,
30…電子照射部の光学系の軸,31…結像部の光学系の軸,32…ステージ駆動部,
33…ステージ,34…ウェハフォルダ,35…ステージ位置測定部,
36…システム制御部,37…電子照射部,38…結像部,
42…画像表示部。
Claims (24)
- 電子線を、試料の被検査領域に向けて順次照射する電子照射部と、
前記電子線を被検査領域付近で引き戻す減速手段と、
前記引き戻した前記電子線を複数の異なる結像条件で結像させる結像部と、
前記結像させた電子線を前記結像条件ごとの画像として取りこむ画像検出部と、
前記結像条件ごとの画像を相互に比較することにより、前記被検査領域の欠陥を検出する画像処理部を有する検査装置。 - 前記画像検出部は、前記電子線の進行方向に沿った前記試料の表面からの長さが互いに異なる複数の検出面を有し、
前期結像条件ごとに各々の前記検出面を用いて、前記被検査領域の画像を取り込むことを特徴とする請求項1記載の検査装置。 - 前記結像部は励磁可変のレンズを有し、
前記レンズの励磁を変化させることによって前記結像条件を変化させることを特徴とする請求項1記載の検査装置。 - 前記試料は半導体ウェハであり、
前記被検査領域は回路パターンの領域であり、
前記欠陥は前記回路パターンの形状不良または電気的不良であることを特徴とする請求項1記載の検査装置。 - 前記電子照射部は前記電子線を作り出す電子銃、及び前記照射する電子線を収束する複数の静電レンズ若しくは電磁レンズを備え、
また、前記試料に照射する電子線と、前記引き戻される電子線を分離させるビーム分離部を有し、
また、前記結像部は前記引き戻された電子線を結像させる複数の静電レンズ、電磁レンズを備えていることを特徴とする請求項1記載の検査装置。 - 前記電子照射部外の電子線源又は光源を備えており、
前記電子照射部外の電子線源から照射する電子線または前記光源から照射する光によって、前記試料の帯電を制御することを特徴とする請求項1記載の検査装置。 - 前記試料に照射する前記電子線の入射軸に対し、垂直方向に移動可能な試料ステージを備え、
前記試料ステージは前記試料を装着できる試料ホルダを有し、
さらに、前記試料ホルダには、前記試料に入射する前記電子線を引き戻すための電圧を印加できることを特徴とする請求項1記載の検査装置。 - 前記ステージが、前記画像検出部の画像を取り込む速度に同期した速度で、一次元的、且つ等速に移動可能であることを特徴とする請求項7記載の検査装置。
- 前記試料に照射する前記電子線の入射軸に対し、垂直方向に移動可能な試料ステージをさらに備え、
ステージの移動に伴って前記検出面上の前記画像が移動する方向と同一方向に前記複数の検出面を配列していることを特徴とする請求項2記載の検査装置。 - 前記複数の検出面が、前記検出面と平行な面内で回転することを特徴とした請求項9記載の検査装置。
- 前記複数の検出面は、前記検出面上での画像の移動方向と電荷蓄積方向とが揃ったTDIセンサであることを特徴とする請求項9記載の検査装置。
- 前記画像処理部は、一の被検査領域に対する前記結像条件が異なる複数の画像の比較から、前記一の被検査領域の合焦点距離を算出することを特徴とする請求項1記載の検査装置。
- 前記画像処理部は、
前記試料の一の領域の合焦点距離を基準電位の合焦点距離として算出し、
前記基準電位の合焦点距離と、前記試料の他の領域の合焦点距離とを比較することによって、前記他の領域の相対電位を算出することを特徴とする請求項12記載の検査装置。 - 前記試料の一の領域は半導体パターンの正常部であり、前記試料の他の領域は半導体パターンの欠陥部であることを特徴とする請求項13記載の検査装置。
- 画像表示部をさらに備え、
前記画像処理部は、前記基準電位及び相対電位から算出した前記欠陥部の分布と、前記欠陥部の相対電位とを前記画像表示部に出力することを特徴とする請求項14記載の検査装置。 - 前記画像処理部が、
前記欠陥部の分布と前記欠陥部の相対電位をデータベースとして記憶し、前記データベースと他の半導体パターンの欠陥部の分布との比較から、前記他の半導体パターンの品質を検査することを特徴とする請求項14記載の検査装置。 - 画像表示部をさらに備え、前記画像処理部が、前記結像条件の異なる画像をそれぞれ前記画像表示部に出力することを特徴とする請求項1記載の検査装置。
- 前記複数の検出面は、前記電子線の進行方向に沿った前記試料の表面からの長さがそれぞれ調節できることを特徴とする請求項2記載の検査装置。
- 前記結像条件はフォーカスであることを特徴とする請求項1乃至18のいずれかに記載の検査装置。
- 試料を保持するステージと、
前記ステージに向けて電子線を照射する電子線源と、
前記電子線を減速可能な減速手段と、
前記電子線を結像可能なレンズと、
前記電子線を検出可能な検出面を有する検出器と、
前記検出器で検出された電子線を画像として取り込む画像取り込み部と、
前記取り込んだ画像を処理する画像処理部を備えた検査装置における検査方法であって、
電子線を試料に向けて照射し、
前記電子線を減速手段によって引き戻し、
前記引き戻された電子線を複数の結像条件で画像検出面に複数の画像として結像し、
前記複数の結像条件で結像された複数の画像を比較し、
前記試料の欠陥を検出することを特徴とする検査方法。 - 試料に向けて照射し、前記試料付近で引き戻された前記電子線の像を用いて前記試料を検査する検査方法であって、
前記試料の一の領域付近から引き戻された前記電子線の合焦点距離を基準電位の合焦点距離と、前記試料の他の領域付近から引き戻された前記電子線の合焦点距離とを比較することによって、前記他の領域の前記基準電位からの相対的な電位を算出することを特徴とする検査方法。 - 前記試料は半導体ウェハであり、前記相対的な電位は前記半導体ウェハ上の回路パターンの形状不良もしくは電気的不良を反映していることを特徴とする請求項21記載の検査方法。
- 前記相対的な電位、および該相対的な電位の試料面内分布をデータベースとして記憶し、他の試料の前記相対的な電位および該相対的な電位の試料面内分布を前記データベースと比較した結果を用いて、該他の試料の品質を検査することを特徴とする請求項21または22記載の検査方法。
- 請求項23記載の前記品質の検査の結果を用いて、試料の量産プロセスにおける異常を発見することを特徴とするプロセス管理方法。
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