JP2006351303A - パターン欠陥検査方法および装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】帯電制御電極の構造をグリッドからスリットに変更し、ウェハのビーム照射において影を作らない構成にした。また、帯電制御スリットの前段にビーム成形スリットを配し、予備帯電のための電子ビームが帯電制御スリットに照射され帯電制御を擾乱する2次電子の発生を抑制した。スリット形状を電子ビーム照射領域の長手方向の両端に向かって、電子線強度が緩やかに減少するような形状とした。また、予め不本意に形成されてしまった帯電電位分布を、除去あるいは減じる予備除帯電装置を設けた。
【選択図】図1
Description
しかし、写像型の検査装置では、像形成の際に二次電子の放出角度分布に広がりがあることが問題となる。二次電子の放出角度分布はコサイン則に従うため、ウェハ法線方向を基準として大きい角度で放出される二次電子が殆どである。これらの二次電子を全て対物レンズに取り込んで結像する場合は、対物レンズの収差のため十分な空間分解能が得られない。100 nmレベルの十分な空間分解能を得るためには、レンズの軸方向に対してわずかな開き角(例えば0.1 rad)内に放出する二次電子に制限して像を形成する必要がある。従って、一括画像形成のために電子線を面積ビームとして大電流を照射しても、実際に画像形成に寄与できる二次電子の割合が低いため、画像の必要なS/N比を確保することが困難である。反射電子を用いる場合も、照射ビーム電流に比べて二桁少ない放出量しか得られず、通常の写像型の検査装置では、高い欠陥検出感度と高速性の両立は困難である。
[特許文献4]には、検査の前にあらかじめウェハを帯電させる予備帯電装置について記載されている。予備帯電によるウェハ表面の帯電電位は、絶縁物の種類や回路パターンによって異なるが、少しずつ電荷が逃げるため、ある時定数で減少する。これらの時定数は、ミラー電子画像を取得する時間に比べて十分長いが、ウェハ一枚全体の検査時間と比べると不十分であり、検査途中の予備帯電が必要となる。
逆にウェハ表面電位に対して相対的に負電位を制御電極に印加した場合、発生した二次電子は制御電極から押し戻されウェハ表面に戻るため、実効的な二次電子放出効率が1より小さくなる。結局制御電極とウェハ表面の間の電位勾配がなくなるまで、ウェハ表面は負に帯電していく。このように、ウェハ表面の帯電電位は、制御電極でコントロールできる。
ミラー電子結像型検査装置の場合、予備照射によるウェハ内の電気的欠陥の帯電は、予備照射領域の全体としての帯電電位が均一である必要がある。その理由は、ミラー電子結像型検査装置では、ウェハ表面のある電位ポテンシャル面における照射電子の反射を利用し像にするため、ウェハの帯電電位が多少でも変動すると、照射電子線を反射させるポテンシャル面のウェハ表面からの高さが変動する。その結果、結像条件が変動し、ミラー電子像のコントラストが変動するからである。我々の実験の結果から、許される帯電電位の変動はおよそ0.5V以下であり、このように均一な帯電電位分布は、単純にグリッド電極を配置して電子ビームを照射するだけでは達成されえないことがわかっている。
具体的には例えば、ミラー電子結像型検査装置に予備帯電装置を設け、かつ、予備帯電装置の帯電電位を制御する電極として、グリッド状電極ではなくスリット状の開口を持った電極を設け、その開口の長手方向をステージの移動方向と垂直な方向に向けて設置することにより、ステージ移動によって試料の帯電電位の平均化が達成されるようにした。また、予備帯電領域の境界における電位勾配を、予備照射領域の境界に近づくほど照射強度を減ずることによってなだらかにし、新たな予備帯電によって十分均一化が可能となるようにした。
まず、本装置の電子光学系の主な要素を説明する。電子銃101から放出された照射電子線901は、コンデンサレンズ102によって収束されながら、E×B偏向器103により偏向されて、クロスオーバー902を形成した後、試料ウェハ104上に略平行束となって照射される。図中ではコンデンサレンズ102は1つに描かれているが、より光学条件を最適化するために複数のレンズを組み合わせたシステムであっても良い。本実施例では電子銃101にZr/O/W型のショットキー電子源を用いている。Zr/O/W型ショットキー電子源を用いた電子銃は、大電流ビーム(例えば、1.5μA)、かつエネルギー幅が1.5 eV以下の均一な電子線を安定に供給できるため、高速検査を目的とする本装置に適している。但し、本発明においては、Zr/O/W型電子源に限らず、輝度が高く電子源のサイズが小さい電子源であれば有用であるので、例えばカーボンナノチューブなどを利用した電子源でも使用することができる。電子銃101への引出電圧、引き出された電子線への加速電圧、および電子源フィラメントの加熱電流などの、運転に必要な電圧電流は、電子銃制御装置105により供給、制御されている。
本実施例のミラー電子結像型検査装置は、電子線がウェハ104に殆ど衝突することがないので、試料ウェハが十分帯電しない。しかし、電気的欠陥を検出するためには正常部との差が生じるための十分な帯電をさせる必要がある。そこで、予備帯電装置119を備える構成とした。
これらの動作の詳細を図2を用いて説明する。図2には装置を真空に維持するための真空排気系、画像処理系、ステージ制御系、電子光学系、制御系などは図示されていない。図2はミラー電子結像型検査装置を上面から見ている。図2では電子光学系カラムの詳細は省かれており、ミラー電子結像のための対物レンズ107の位置のみ図示されている。真空チャンバ201内に納められているウェハステージ108は、ウェハ全体を検査できるように図中矢印で示されている様にX方向には往復移動しながら少しずつY方向に移動する。予備帯電装置119a,119bは、対物レンズの107の両側に一個ずつ配した。これは、カラムに対して往復運動をするウェハに対して、検査直前に効率よく予備帯電を行うためであり、また、検査前に帯電させ、かつ検査後に除電するためでもある。予備帯電装置119a,119bの制御系および電気配線は図中略した。
検査領域が予備帯電装置119bを通過したら、Y方向にあらかじめ設定された量だけ図の上方向に微動し、X方向は反転して移動する。ウェハの移動方向が反転するので、この走査においては予備帯電装置119bがミラー電子像取得時に必要な帯電電位にまで帯電させ、予備帯電装置119aが再帯電を行うことになる。ウェハの走査方向の切替に伴う予備帯電装置119a,119bの条件切替は、検査装置制御部117の指令により予備帯電制御装置120が行う。被検査ウェハが帯電状態を維持しやすいウェハの場合は、予備帯電装置119は検査中に間歇的に動作させても良い。予備帯電装置119が帯電させる領域は検査視野よりも十分広く、ウェハが1度X方向に走査されただけで広い領域を帯電させることができる。従って、次回以降の走査においては予備帯電装置119の動作を停止することができる。予備帯電装置119のONとOFFのタイミングは検査装置制御部117がユーザーの設定に従って決定し、予備帯電制御装置120に指令する。
本実施例を図1のような装置に応用すれば,帯電電位の均一性を保ちながら,電子源に負担を与えることなくウェハに供給する電子線の量を増やすことができる。
従来、ミラー電子結像型検査装置における予備帯電装置は結像電子光学系カラムの近傍に配置される。検査ウェハはX方向に往復運動をしながらY方向に少しずつ移動し、ウェハ全面が検査される。予備帯電を行う領域は、ミラー電子結像視野内の電位分布に予備照射領域の境界の影響が及ばなくするため、即ち検査領域に均一な帯電電位を形成するため、検査の視野に比べて十分大きくしなければならない。例えば、検査におけるミラー電子結像の視野サイズは100〜200ミクロンであるが、予備照射の領域のサイズは10 mm程度とそのサイズに大きな差がある。図16のように、ウェハのX方向の連続移動時では、予備帯電された領域はウェハの表面に帯状に繋がることとなる。すでに予備照射が行われた部分は所定の電位に帯電しており、予備照射が行われていない部分はすでに予備照射が行われた部分の電位とは異なる電位となっている。このような状態において、帯の幅は検査の視野より大きいため、これから検査をしなければならない未検査領域にこの帯電領域の境界がかかってしまうことになる。ミラー電子結像型検査装置は表面の電位分布を像として形成するので、電位勾配の存在する予備帯電領域の境界をそのままミラー電子で観察すると、線となって像に現れてしまう。この境界領域での電荷分布の変化が急峻であればあるほど、ミラー電子像に現れる線状のコントラストは強くなる。例えば帯電電荷の拡散時間が長い材料が成膜されているウェハの場合、予備帯電で帯電させた領域の境界における電位の急峻な変化が維持されてしまう。この境界領域部分に重なるパターンを検査する直前に改めて予備帯電が行われるが、予め生じてしまった帯電電荷量の差が完全に解消されるまで時間がかかり、この線が残留したまま像を取得することになる。そのような場合、直前に予備帯電を行っても、以前の検査において行われた予備帯電の結果残った境界が、以後の検査像取得時にコントラスト異常としてミラー電子像に現れる。このような帯電電位の不均一性に起因するミラー電子像における異常なコントラストによって、実際の検査においては欠陥でないものを欠陥として計数してしまい、正しい検査が出来ないという問題があった。
そこで、本実施例では、図12のように予備チャンバ202から真空チャンバ201にウェハが搬送される際に、予備除帯電装置1201を用いて予め生じているウェハの帯電を消去、または検査時に行われる予備帯電で制御可能な電位まで減ずる。予備除帯電装置1201の設置位置は、予備チャンバ202と真空チャンバ201との間の開口部の真空チャンバ201側が望ましい。このような配置とすることによって、ウェハ搬送中に予備帯電によって帯電除去することができるため、検査時間に大きな支障をもたらさない。
本実施例に依れば、種々のプロセスによって生じた意図しない帯電がウェハに予め形成されていても、安定かつ正確な検査が行うことができるばかりではなく、次のプロセスへの帯電の影響を除去することができる。
以上、本発明の実施例を述べた。これらの実施例の組み合わせもまた本発明に含まれる。
901:照射電子線、902クロスオーバー、903:結像電子線、904:結像面、
HP:ホームポジション。
Claims (25)
- 第一の電子線を試料の第一の領域に面状に照射する工程と、
前記第一の電子線が前記試料の第一の領域に入射する直前に反射するような負電位を印加する工程と、
該反射された電子を結像して前記試料の欠陥を検査する工程とを有する欠陥検査方法において、
前記第一の領域を検査する前に、紫外線または第二の電子線を前記試料表面の第一の領域を含む第二の領域に照射して前記第一の領域の帯電分布を均一にする工程を有することを特徴とする欠陥検査方法。 - 第一の電子線を試料に面状に照射し、該第一の電子線を該試料に入射する直前に反射させ、該反射された電子を結像することによって該試料上に形成された回路パターンの像を取得し、該回路パターン像をもとに該回路パターンに存する欠陥を検査検出する方法において、
前記回路パターン像を取得する前に、紫外線あるいは第二の電子線を、前記試料表面上に照射することによって生じた該試料の帯電電位分布が均一であることを特徴とする欠陥検査方法。 - 請求項1または2に記載の欠陥検査方法において、
前記試料の帯電電位の均一性が、試料全面における帯電電位の平均値からの変動が1V以下であることを特徴とする欠陥検査方法。 - 請求項1から3のいずれかに記載の記載の欠陥検査方法において、
前記第二の電子線を間歇的に照射することを特徴とする欠陥検査方法。 - 導入口より導入された試料の第一の領域に第一の電子線を面状に照射し、該第一の電子線を該試料に入射する直前に反射させ、該反射された電子を結像することによって該試料上に形成された回路パターンの像を取得し、該回路パターン像をもとに該回路パターンに存する欠陥を検査する欠陥検査装置を用いた欠陥検査方法において、
前記第一の領域を検査する前に、紫外線または第二の電子線を前記試料表面の第一の領域を含む第二の領域に照射して前記第一の領域の帯電分布を均一にする工程を有し、
前記導入口の近傍において、第三の電子線または紫外線を照射する工程を有することを特徴とする欠陥検査方法。 - 請求項5に記載の欠陥検査方法において、
前記第三の電子線または紫外線の照射領域が前記試料の直径より長いことを特徴とする欠陥検査方法。 - 請求項5または6に記載の欠陥検査方法において、
前記第三の電子線照射を複数の電子源または紫外線光源によって行うことを特徴とする欠陥検査方法。 - 試料の第一の領域に対して電子線を照射する電子光学系と、
前記試料を保持する試料ステージと、
前記試料に照射された前記電子線が前記試料に入射せずに反射されるような電圧を前記試料ステージないし前記試料に印加する手段と、
当該電圧印加により前記試料側から反射された電子を検出する手段と、
当該検出手段の検出信号を基に、検査像を形成し前記試料の欠陥を検出する手段を有し、
前記検査像を形成する前に紫外線あるいは第二の電子線を、前記第一の領域に照射する手段とを備えることを特徴とする検査装置。 - 請求項8に記載の検査装置において、
前記第一の領域の帯電電位の均一性が、前記試料全面における帯電電位の平均値からの変動が1V以下であることを特徴とする検査装置。 - 請求項8に記載の検査装置において、
前記試料ステージを連続移動させる手段を備えることを特徴とする検査装置。 - 試料の第一の領域に第一の電子線を略平行にして面状に照射し、該第一の電子線を該試料に入射する直前に反射させ、該反射された電子を結像することによって該試料上に形成された回路パターンの像を取得し、該回路パターン像をもとに該回路パターンに存する欠陥を検査する検査装置において、
前記回路パターン像を取得する前に、紫外線または第二の電子線を前記試料の第一の領域を含む第二の領域に照射する手段を備え、
前記第一の領域の帯電電位分布が前記試料の全面における帯電電位の平均値からの変動が1V以下であることを特徴とする検査装置。 - 請求項8または11に記載の検査装置において、
前記紫外線または第二の電子線を照射する手段は、少なくとも紫外線光源または電子源を備えた予備帯電装置であることを特徴とする検査装置。 - 請求項11に記載の検査装置において、
前記試料を連続移動させる手段を備えることを特徴とする検査装置。 - 請求項8から13のいずれかに記載の検査装置において、
前記第二の電子線あるいは真空紫外線照射によって前記試料より発生する二次電子を制御する帯電制御電極を備え、
該帯電制御電極は前記第二の電子線または紫外線が通過する開口を有することを特徴とする検査装置。 - 請求項14に記載の検査装置において、
前記開口の形状は、前記試料の連続移動方向と垂直な方向の長さが該連続移動方向に沿った方向の長さより長い形状であることを特徴とする検査装置。 - 請求項8から15のいずれかに記載の検査装置において、
前記帯電制御電極と前記第二の電子線の電子源との間に、前記第二の電子線が前記帯電制御電極に照射されないようにビーム成形スリット備えることを特徴とする検査装置。 - 請求項14から16のいずれかに記載の検査装置において、
前記帯電制御電極の開口に前記試料の連続移動方向と垂直な方向に導体線を複数取り付けることを特徴とする検査装置。 - 請求項14から16のいずれかに記載の検査装置において、
前記帯電制御電極が複数の開口を備えることを特徴とする検査装置。 - 請求項16に記載の検査装置において、
前記ビーム成形スリットは複数のスリットを備えることを特徴とする検査装置。 - 請求項14から18のいずれかに記載の検査装置において、
前記帯電制御電極の開口の形状が、該開口の両端に向かうにつれて前記試料への前記第二の電子線の照射強度が小さくなるように、該開口の両端に向かって該開口の幅が漸次狭くなっている領域を備えることを特徴とする検査装置。 - 請求項18に記載の検査装置において、
前記複数開口の辺の長さをそれぞれ変化させたことを特徴とする検査装置。 - 請求項12に記載の検査装置において、
前記予備帯電装置は第二の電子線の引出電極を備え、該引出電極はビームを成形するスリットを備えることを特徴とする検査装置。 - 請求項12に記載の検査装置において、
前記予備帯電装置はブランカーを備えることを特徴とする検査装置。 - 導入口より導入された試料の第一の領域に対して電子線を照射する電子光学系と、
前記試料を保持する試料ステージと、
前記試料に照射された前記電子線が前記試料に入射せずに反射されるような電圧を前記試料ステージないし前記試料に印加する手段と、
当該電圧印加により前記試料側から反射された電子を検出する手段と、
当該検出手段の検出信号を基に、検査像を形成し前記試料の欠陥を検出する手段を有し、
前記検査像を形成する前に紫外線あるいは第二の電子線を、前記第一の領域に照射する手段とを備え、
前記導入口の近傍において、第三の電子線あるいは真空紫外線を照射する手段を備えることを特徴とする検査装置。 - 請求項24に記載の検査装置において、
前記第三の電子線照射の手段は、複数の並列配置された電子源を備えることを特徴とする検査装置。
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