JP2010244740A - レビュー装置、及びレビュー方法 - Google Patents

Abstract

【課題】焦点合せを欠陥候補の撮像領域外で行って、撮像画像の帯電やコンタミネーションを防ぐとともに、焦点のずれのない撮像画像を得ることができるレビュー装置及びレビュー方法を得る。
【解決手段】試料を移動させて、欠陥候補の位置を含む撮像領域に電子ビームを位置付け、電子ビームの光軸を平行移動させて、欠陥候補の画像を撮像する領域の外の焦点合せ領域に光軸を位置付け、焦点合せ領域で電子ビームを偏向させるとともに、電子ビームの焦点位置を変えながら、焦点合せ領域から発生した二次信号の強度を取得し、該二次信号の強度に基づいて合焦点位置を求め、その後、焦点合せ領域に位置付けられた電子ビームの光軸を欠陥候補の位置に移動させ、撮像領域に電子ビームを照射して発生する二次信号から画像を形成する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、半導体回路基板や液晶表示基板等の薄膜デバイスの欠陥候補を観察するために、走査電子顕微鏡の技術を応用して拡大画像を取得するレビュー装置、及びレビュー方法に関する。

半導体回路基板や液晶表示基板等の薄膜デバイスの製造プロセスにおいて、パターンの微細化や高集積化に伴い、過去問題にならなかった微細な製造不良や異物が原因となる製造歩留まりへの影響が顕在化してきている。レビュー装置は、欠陥候補を検出した検査装置から欠陥候補の座標を送信してもらい、欠陥候補を見つけ出し、欠陥候補の拡大画像を取得する。この拡大画像をオペレータが目視観察したり、コンピュータが自動分類することで、欠陥と確認されることで、欠陥の発生原因が解析される。欠陥候補の拡大画像を取得する装置として、光学式顕微鏡の技術を応用した光学式レビュー装置と、走査電子顕微鏡（Scanning Electron Microscope）の技術を応用したＳＥＭ式レビュー装置が開発されており、特に後者は分解能が高く、微細な観察画像を取得できる。

ＳＥＭ式レビュー装置は、微小なスポット径の電子ビームで観察試料の表面を走査し、観察試料から発生する二次電子や反射電子等の二次信号を走査偏向と同期して検出して画像化するもので、画面に表示される画像の幅と走査幅との比が拡大倍率になる。電磁レンズや静電レンズで電子ビームが細く絞られる程、焦点深度が浅くなるため、観察用画像の撮像の前に、焦点合せを行う必要がある。電子ビームの焦点合せを、画像を撮像する領域内で行った場合、観察対象の材質や構造によって、電子ビームを照射することで観察対象の表面に帯電が生じたり、汚れが付着するコンタミネーションが生じたりすることがある。この状態で観察画像を撮像すると、欠陥候補が観察できるレベルの画像ではないため、欠陥候補の検出精度が低下したり、欠陥分類ができなかったりする。これを防ぐために、欠陥候補が存在する検査対象領域の外の領域で焦点合せを行い、次に検査対象領域の画像を撮像する技術が用いられている（例えば、特許文献１，特許文献２参照）。

特開平５−３２５８６１号公報 特開２００３−１４９３０２号公報

前述の検査対象領域の外の領域で焦点合せを行う方法では、検査対象領域の外で焦点合せを行ってから、移動ステージ上の観察試料を移動させて、検査対象領域の画像を撮像したり、電子ビームの走査偏向幅を変えたりしている。観察試料移動を移動させる場合は、移動ステージが移動したときの高さ方向の機械的誤差によって、焦点合せ領域で焦点合せを行った焦点が撮像領域では合っていないことになる。また、電子ビームの走査偏向幅を変える場合は、光軸から離れるほど焦点がずれて偏向歪が発生し、焦点合せ領域で焦点合せを行った焦点が撮像領域では合っていないことになる。

本発明は、焦点合せを欠陥候補の撮像領域外で行って、撮像画像の帯電やコンタミネーションを防ぐとともに、焦点のずれのない撮像画像を得ることができるレビュー装置及びレビュー方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の実施態様は、試料に電子ビームを照射することによって発生する二次信号から画像を形成する画像処理ユニットと、試料を移動させて、欠陥候補の位置に電子ビームを位置付ける移動ステージと、欠陥候補の位置に位置付けられた電子ビームの光軸を平行移動させて、欠陥候補の画像を撮像する領域の外の焦点合せ領域に光軸を位置付けるイメージシフト偏向器と、焦点合せ領域で電子ビームを偏向させる偏向器と、電子ビームの焦点位置を変えながら、焦点合せ領域から発生した二次信号の強度を取得する検出器と、該検出器で取得した二次信号の強度に基づいて電子ビームの合焦点位置を求めるコンピュータとを備え、イメージシフト偏向器は、合焦点位置が求められた後、欠陥候補の画像を撮像するために、焦点合せ領域に位置付けられた電子ビームの光軸を欠陥候補の位置に移動させるように構成したものである。

本発明によれば、焦点合せを欠陥候補の撮像領域外で行って、撮像画像の帯電やコンタミネーションを防ぐとともに、焦点のずれのない撮像画像を得ることができるレビュー装置及びレビュー方法を提供することができる。

レビュー装置の概略構成を示す縦断面図である。 試料上の電子ビームが照射される領域の拡大図である。 焦点合せ時の電子ビームの走査方向を示す画面図である。 試料上の欠陥候補を撮像するときの手順を示すフローチャートである。

以下、図面を用いて、本発明の実施態様を説明する。

図１は、走査電子顕微鏡を応用したレビュー装置の概略構成を示す縦断面図であり、電子光学カラム１０の真空容器は省略している。電子銃１１で生成された電子ビーム１７は、コンデンサレンズ１２，偏向器１３，対物レンズ１４を通過して試料１５へ照射される。電子ビーム１７は、コンデンサレンズ１２，対物レンズ１４で細く絞られるとともに、所定の寸法の画像を取得するために試料１５の表面を走査するように偏向器１３で偏向される。

コンデンサレンズ１２の励磁強度は、コンデンサレンズ制御ユニット２０により制御される。偏向器１３の偏向量は、偏向器制御ユニット２１により制御される。対物レンズ１４の励磁強度は、対物レンズ制御ユニット２２により制御される。以上の制御量は、コンピュータ２８のプロセッサ２９で演算され、制御ユニット２６から制御データが各制御ユニットへ送信される。

試料１５に電子ビーム１７が照射されると、試料の形状や材質の情報を有する二次電子や反射電子等の二次信号が発生する。二次信号は、一般に５０ｅＶよりも低いエネルギーの二次信号が二次電子、高いエネルギーの二次信号が反射電子とよばれている。低いエネルギーの二次信号１８は、図示しない引上げる力により上方の検出器３２で検出され、それよりも高いエネルギーの二次信号１９は、複数の検出器３３で検出される。

検出された二次信号は、信号増幅ユニットで増幅され、アナログ信号からディジタル信号へ変換され、画像メモリ２５へ保存される。複数の検出器３３は、三次元情報を得るために、例えば、２個の検出器が対向して設置される構成をしている。そして、試料１５の対象物に対して、左側の反射電子信号からＬ像が生成され、右側の反射電子信号からＲ像が生成される。一方、検出器３２で検出された二次信号１８から、二次電子像のＳ像が生成される。

アドレス制御ユニット２４は、偏向器制御ユニット２１から送られる偏向制御データから、電子ビーム１７の走査信号に同期したアドレスを生成し、画像信号と関連付けて画像メモリ２５に記憶される。画像メモリ２５は、記憶されている画像データを、コンピュータ２８へ送信する。コンピュータ２８では、画像データから、後述する焦点合せの評価値の算出，評価値への関数によるフィッティング，フィッティング関数のピークの算出を行い、焦点調整信号を対物レンズ制御ユニット２２に送る。対物レンズ制御ユニット２２では、対物レンズ１４の励磁強度を制御して焦点を調整する。焦点調整には、オペレータがディスプレイ２７に表示される画像を見ながら入力ツール３０、または専用入力ツール３１を使用して調整する方法と、対物レンズ制御ユニット２２が、対物レンズ１４の焦点を変えながら取得した画像の評価値に基づいて自動調整する自動焦点合せの方法とがある。入力ツール３０は、一般的なキーボードやマウスであり、専用入力ツール３１は、走査電子顕微鏡を調整するために製作され、ジョイスティックやトラックボールを備えた専用の入力ツールである。

焦点を調整する他の方法として、特開２００７−２４２６０５号公報に記載されたように、対物レンズ１４の磁路内に図示しない静電電極を設け、この静電電極への印加電圧を変えることによっても、焦点位置を変えることができる。

試料１５は、静電チャック等の試料台１６で固定され、制御ユニット２６からの制御信号で移動する移動ステージ３４によりＸ軸方向とＹ軸方向の二次元平面を移動できる。必要に応じて高さ方向であるＺ軸方向へ試料１５を移動させる機能を持たしてもよい。

図２は、試料１５上の電子ビーム１７が照射される領域の拡大図であり、図２（ａ）は側面図、図２（ｂ）は平面図である。図２（ａ）において、試料面５０の画像を撮像する場合には、偏向器１３により電子ビーム５１が図２（ｂ）に示される撮像領域Ｄを二次元走査する。偏向器１３による電子ビーム５１の偏向可能範囲Ｓの端の領域は、偏向歪が大きいため、通常は画像の撮像には用いられない。画像の撮像に先立って、電子ビームの焦点合せが必要であるが、試料面５０の帯電やコンタミネーションを防止するため、撮像領域Ｄの外の領域で焦点を合せる必要がある。偏向可能範囲Ｓと撮像領域Ｄの間の領域で焦点合せを行う従来の方法では、偏向歪が大きいため、せっかく焦点を合せても撮像領域Ｄでは焦点が合わない可能性がある。この偏向歪の影響を防ぐには、大きく偏向させないで焦点合せをするのがよい。したがって、電子ビーム５１の光軸が撮像領域Ｄの外になるように、移動ステージ３４により試料面５０を移動させて焦点合せを行い、その後、再び電子ビーム５１の光軸が撮像領域Ｄへ戻るように、試料面５０を移動させる。この場合、試料面５０の移動に要する時間が余計にかかってしまうという欠点がある。また、移動ステージ３４の移動機構には機械的な誤差が避けられず、試料面５０が平面であるとしても、移動したときにこの誤差により電子ビーム５１の光軸上の試料面５０の高さが変わってしまう可能性がある。

本発明の実施態様は、試料面５０を移動することなく、偏向歪のない条件で、撮像領域Ｄの外の領域で焦点合せを行う技術を提供するものである。図２（ａ）において、撮像領域Ｄの内側にある電子ビーム５１の光軸に対して、平行移動させた光軸をもつ電子ビーム５２で、撮像領域Ｄの外側の焦点合せ領域Ａを偏向走査して焦点合せを行う。焦点合せ領域Ａの大きさは、焦点合せが可能な大きさでよく、撮像領域Ｄよりも小さい大きさとして、偏向歪のない二次信号を得ることができる。

電子ビーム５１の光軸を平行移動させる技術は、例えば、特許再公表ＷＯ０１／０３３６０３号公報に記載されたイメージシフトとよばれる技術を用いることにより、焦点合せ領域Ａに電子ビーム５２の光軸を合せることができる。さらに、特開２００１−２８３７５９号公報に記載されたように、図１に示す対物レンズ１４として下磁極開放型電磁レンズを用い、試料側のイメージシフト偏向器４０に静電レンズを用い、各レンズのレンズ主面を一致するように配置することで、電子ビーム５２の光軸が電子ビーム５１の光軸と平行で、かつ電子ビーム５２の光軸上で走査偏向させることができるので、偏向歪のない状態で、焦点合せを行うことができる。このような構成により、視野移動をイメージシフトで高速に行うことができ、スループットを向上させ、また、観察像視野への電子ビーム照射が無いことから帯電やコンタミネーションを抑制することができる。焦点合せ領域Ａでの焦点合せが終了したら、電子ビーム５２の光軸を電子ビーム５１の光軸に移動し、撮像領域Ｄの画像を取得する。

図３は、焦点合せ時の電子ビームの走査方向を示す画面図である。焦点合せ時には、画像を撮像しなくてもよいが、ここでは、説明の便宜上、画像を用いて説明する。図３（ａ）は、図２に示した焦点合せ領域Ａを画像化した画面図と、そのときに二次信号１８から得られた評価値Ｆの変化を示すグラフである。焦点合せ領域Ａを画像１フレーム分、すなわち電子ビームの走査を１回行い、得られた二次信号の強度を積算して評価値を求め、焦点位置を変えてグラフを作成する。最も評価値Ｆの大きい焦点位置を、合焦点位置と定める。

図３（ａ）において、焦点合せ領域Ａの画像６０に、Ｘ方向に長さを持つパターン６１が示されている。この場合、電子ビーム５２の走査軌跡６２も同じＸ方向であると、二次信号１８の強度の変化が小さいので、焦点位置を変えても、二次信号１８の強度の変化を示す評価値Ｆの変化が小さく、焦点が合った位置が明確ではない。そこで、図３（ｂ）に示すように、Ｘ方向に長さを持つパターン６１を持つ焦点合せ領域Ａの画像６０の場合には、走査軌跡６３で示すＹ方向に電子ビーム５２を走査することで、評価値Ｆの変化が大きい焦点位置が明確になる。図１に示すコンピュータ２８は、この評価値Ｆが最大となる焦点位置を、合焦点位置として判定して記憶し、この合焦点位置で撮像領域Ｄの撮像を行う。

電子ビームの走査方向の決定に当たっては、焦点合せ領域Ａを方向を変えながら複数回走査して、評価値Ｆが最も大きいときのグラフの焦点位置の最大値を、合焦点位置とする方法が考えられる。しかし、複数回の走査は、時間がかかるだけでなく、１フレーム分といえども帯電の可能性や、コンタミネーションの生成の可能性があるので、できれば１回の走査で合焦点位置を決めるようにした方が望ましい。

検査装置から送信された欠陥候補が存在する位置のパターンの情報が分かれば、コンピュータ２８は電子ビームの走査方向を決めることができる。パターンの情報は、半導体ウェーハの回路パターンの設計データから得ることができるので、コンピュータ２８をプロセス製造管理ネットワークに接続し、欠陥候補の座標を使用してパターンの情報を得ることができる。あるいは、検査装置が欠陥候補の座標だけでなく画像も取得している場合は、検査装置から欠陥候補の座標とともに画像も送信してもらい、コンピュータ２８がこの画像からパターンの方向を判別するようにしてもよい。このように、欠陥候補毎に電子ビームの走査方向を決めるようにすることで、１回の走査で合焦点位置を決めることができるので、焦点合せの時間が長くなるのを防止でき、さらに、帯電の可能性や、コンタミネーションの生成を防止することができる。

図２に示した焦点合せ領域Ａの位置は、欠陥候補の撮像領域Ｄの外に設定されるが、焦点合せ領域Ａの高さが撮像領域Ｄの高さと同じでないと、焦点に誤差が生じてしまう。したがって、焦点合せ領域Ａの位置は、欠陥候補の撮像領域Ｄにできるだけ近くで、かつパターンが同じであることが望ましい。そこで、半導体ウェーハの回路パターンの設計データから得られるパターンの情報を用いて、コンピュータ２８が、欠陥候補の撮像領域Ｄのパターンに近く、かつ同じパターンの領域を焦点合せ領域Ａに決めるようにする。

図４は、試料上の欠陥候補を撮像するときの手順を示すフローチャートである。コンピュータは、検査装置から送信された欠陥候補のうち、撮像が指示された欠陥候補のうちのひとつを選択し、座標に基づいて移動ステージを移動させ、図２（ｂ）に示した欠陥候補の撮像領域Ｄに電子ビーム５１が照射されるように、試料を位置付ける（ステップ７１）。次に、この欠陥候補の近傍で、かつ撮像領域Ｄの外である焦点合せ領域Ａに、イメージシフト技術を利用して、図２（ａ）に示す電子ビーム５１の光軸を、焦点合せ領域Ａを走査する電子ビーム５２の光軸に視野移動させ（ステップ７２）、焦点合せを実行する（ステップ７３）。焦点位置が決定したら、電子ビーム５２の光軸を電子ビーム５１の光軸へ視野移動させ（ステップ７４）、撮像領域Ｄを撮像して欠陥候補の画像を生成する（ステップ７５）。撮像するように指示された欠陥候補について撮像が終了したかどうかを判定し（ステップ７６）、終了していない場合はステップ７１に戻り、終了している場合は、本手順を終了する。

図４に示した手順では、ステップ７１で欠陥候補の座標に試料を移動させた後に、ステップ７２で焦点合せ領域Ａに視野移動させているが、両方のステップを同時に実行させ、移動ステージが停止したら直ちにステップ７３の焦点合せを実行させるようにすると、時間の短縮になる。

撮像が指示された欠陥候補の画像は、レビュー装置のディスプレイ２７へ表示され、オペレータが欠陥候補の画像を目視して、欠陥かどうかの判断や、欠陥種類の分類が行われる。レビュー装置に自動欠陥分類機能が備わっている場合は、欠陥候補の画像に基づいて分類される。また、製造プロセス管理装置のネットワークを介して図示しない解析装置へ送信され、オペレータによる欠陥候補の分類が実行される。欠陥候補が欠陥としてその種類により分類されることで、製造プロセスにおける欠陥の発生原因の究明が行われる。本発明により、欠陥候補の画像を迅速に撮像し提供することができるので、欠陥の発生原因の究明も早期に行うことができ、半導体回路基板や液晶表示基板等の薄膜デバイスの製造歩留りを改善できるという優れた効果を得ることができる。

上記のように、本発明の実施例によれば、焦点合せを欠陥候補の撮像領域外で行って、撮像画像の帯電やコンタミネーションを防ぐとともに、焦点のずれのない撮像画像を得ることができる。また、観察試料を載せた移動ステージを移動させることなく焦点合せを行うことができるので、装置のスループットを向上させることができる。

１３ 偏向器
１５ 試料
１７，５１，５２ 電子ビーム
１８，１９ 二次信号
２１ 偏向器制御ユニット
２６ 制御ユニット
２７ ディスプレイ
２８ コンピュータ
２９ プロセッサ
３２，３３ 検出器
３４ 移動ステージ
４０ イメージシフト偏向器
５０ 試料面
６０ 焦点合せ領域Ａの画像
６１ パターン
６２，６３ 走査軌跡

Claims (18)

1. 試料の製造プロセスにおける欠陥発生原因の究明に供するために、該試料の欠陥候補の画像を撮像するレビュー装置において、
   前記試料に電子ビームを照射することによって発生する二次信号から画像を形成する画像処理ユニットと、
   前記試料を移動させて、前記欠陥候補の位置を含む撮像領域に前記電子ビームを位置付ける移動ステージと、
   前記欠陥候補の位置に位置付けられた前記電子ビームの光軸を平行移動させて、前記欠陥候補の画像を撮像する領域の外の焦点合せ領域に前記光軸を位置付けるイメージシフト偏向器と、
   前記焦点合せ領域で前記電子ビームを偏向させる偏向器と、
   前記電子ビームの焦点位置を変えながら、前記焦点合せ領域から発生した二次信号の強度を取得する検出器と、
   前記検出器で取得した前記二次信号の強度に基づいて前記電子ビームの合焦点位置を求めるコンピュータとを備え、
   前記イメージシフト偏向器は、前記合焦点位置が求められた後、前記欠陥候補の画像を撮像するために、前記焦点合せ領域に位置付けられた前記電子ビームの光軸を前記欠陥候補の位置に移動させることを特徴とするレビュー装置。
2. 請求項１の記載において、前記焦点合せ領域の大きさは、前記撮像領域よりも小さいことを特徴とするレビュー装置。
3. 請求項１の記載において、前記電子ビームを細く絞る対物レンズを備え、該対物レンズは下磁極開放型電磁レンズであり、該対物レンズのレンズ主面と同じレンズ主面を有する静電電極をさらに設けたことを特徴とするレビュー装置。
4. 請求項３の記載において、前記静電電極に印加される電圧を変えて前記電子ビームの光軸を平行移動させることを特徴とするレビュー装置。
5. 請求項１の記載において、前記焦点合せ領域における前記電子ビームの走査方向は、複数の走査方向で得られた該焦点合せ領域の二次信号強度の最も大きい走査方向とすることを特徴とするレビュー装置。
6. 請求項１の記載において、前記焦点合せ領域における前記電子ビームの走査方向は、該焦点合せ領域のパターンの方向に基づいて決められることを特徴とするレビュー装置。
7. 請求項６の記載において、前記焦点合せ領域のパターンの方向は、前記試料の設計データに基づいて判定されることを特徴とするレビュー装置。
8. 請求項６の記載において、前記焦点合せ領域のパターンの方向は、前記欠陥候補を抽出する検査装置から送られた前記欠陥候補の画像に基づいて判定されることを特徴とするレビュー装置。
9. 請求項１の記載において、前記移動ステージが前記欠陥候補の位置を含む撮像領域に前記電子ビームを位置付けるときに、前記イメージシフト偏向器は、前記欠陥候補の位置に位置付けられた前記電子ビームの光軸を平行移動させて、前記欠陥候補の画像を撮像する領域の外の焦点合せ領域に前記光軸を位置付けることを特徴とするレビュー装置。
10. 試料の製造プロセスにおける欠陥発生原因の究明に供するために、該試料の欠陥候補の画像を撮像するレビュー方法において、
    前記試料を移動させて、前記欠陥候補の位置を含む撮像領域に前記電子ビームを位置付け、
    前記欠陥候補の位置に位置付けられた前記電子ビームの光軸を平行移動させて、前記欠陥候補の画像を撮像する領域の外の焦点合せ領域に前記光軸を位置付け、
    前記焦点合せ領域で前記電子ビームを偏向させるとともに、前記電子ビームの焦点位置を変えながら、前記焦点合せ領域から発生した二次信号の強度を取得し、
    前記取得した前記二次信号の強度に基づいて前記電子ビームの合焦点位置を求め、
    前記合焦点位置が求められた後、前記欠陥候補の画像を撮像するために、前記焦点合せ領域に位置付けられた前記電子ビームの光軸を前記欠陥候補の位置に移動させ、
    前記撮像領域に前記電子ビームを照射して発生する二次信号から画像を形成することを特徴とするレビュー方法。
11. 請求項１０の記載において、前記焦点合せ領域の大きさは、前記撮像領域よりも小さいことを特徴とするレビュー方法。
12. 請求項１０の記載において、前記電子ビームを細く絞る対物レンズに下磁極開放型電磁レンズを用い、該対物レンズのレンズ主面と同じレンズ主面を有する静電電極をさらに設けたことを特徴とするレビュー方法。
13. 請求項１２の記載において、前記静電電極に印加される電圧を変えて前記電子ビームの光軸を平行移動させることを特徴とするレビュー方法。
14. 請求項１０の記載において、前記焦点合せ領域における前記電子ビームの走査方向は、複数の走査方向で得られた該焦点合せ領域の二次信号強度の最も大きい走査方向とすることを特徴とするレビュー方法。
15. 請求項１０の記載において、前記焦点合せ領域における前記電子ビームの走査方向は、該焦点合せ領域のパターンの方向に基づいて決められることを特徴とするレビュー方法。
16. 請求項１５の記載において、前記焦点合せ領域のパターンの方向は、前記試料の設計データに基づいて判定されることを特徴とするレビュー方法。
17. 請求項１５の記載において、前記焦点合せ領域のパターンの方向は、前記欠陥候補を抽出する検査装置から送られた前記欠陥候補の画像に基づいて判定されることを特徴とするレビュー方法。
18. 請求項１０の記載において、前記移動ステージが前記欠陥候補の位置を含む撮像領域に前記電子ビームを位置付けるときに、前記欠陥候補の位置に位置付けられた前記電子ビームの光軸を平行移動させて、前記欠陥候補の画像を撮像する領域の外の焦点合せ領域に前記光軸を位置付けることを特徴とするレビュー方法。

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