JP2014112087A - 荷電粒子線による検査装置及びその検査装置を用いたデバイス製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】電子線を用いて基板Wを検査する電子線検査装置は、基板Wの被検査領域を照射する電子銃59・6と、基板Wから放出された電子を検出する検出器59・4と、プレチャージユニット59・5とを備える。プレチャージユニット59・5は、電子線を照射する前に、検査領域を含む領域に電子線を照射する手段と、電子線を照射する前に、検査領域を含む領域に導電性膜を塗布する手段と、検査中に基板Wの表面にアルゴン、酸素等の負性ガスを吹き付ける手段と、照射エネルギ3〜5keVの負帯電モードに調整する手段59・21と、照射エネルギ0.5〜3keVで反射電子を検査するよう調整する手段とのうちの少なくとも1つである。
【選択図】図59
Description
chip)のように多品種少量生産へ移行しつつある。それに伴い、製造工程数が増加し、各工程毎の歩留まり向上は必須となり、プロセス起因の欠陥検査が重要になる。本発明は半導体プロセスにおける各工程後のウェーハ等の検査に用いられる装置に関し、電子ビームを用いた検査方法及び装置またはそれを用いたデバイス製造方法に関する。
イン状に試料を照射する。一方、ステージを電子ビームの走査方向に直角の方向に移動させることにより、平面状に観察領域を電子ビームで照射する。電子ビームの走査幅は一般に数100μmである。前記細く絞られた電子ビーム(一次電子線と呼ぶ)照射により発生した試料からの二次電子を検出器(シンチレータ+フォトマルチプライヤ(光電子増倍管)又は半導体方式の検出器(PINダイオード型)等)で検出する。照射位置の座標と二次電子の量(信号強度)を合成して画像化し、記憶装置に記憶し、あるいはCRT(ブラウン管)上に画像を出力する。以上はSEM(走査型電子顕微鏡)の原理であり、この方式で得られた画像から工程途中の半導体(通常はSi)ウェーハの欠陥を検出する。検査速度(スループットに相当する)は一次電子線の量(電流値)、ビーム径及び検出器の応答速度で決まる。ビーム径0.1μm(分解能と同じと考えてよい)電流値100nA、検出器の応答速度100MHzが現在の最高値で、この場合で検査速度は20cm径のウェーハ一枚あたり約8時間と言われている。この検査速度が光方式に比べてきわめて遅い(1/20以下)ことが大きな問題点となっている。特に、ウェーハ上に作られた100nm以下のデザイン・ルールのデバイス・パターン、即ち、100nm以下の線幅や直径100nm以下のビア等の形状欠陥や電気的欠陥の検出及び100nm以下のゴミの高速の検出が必要となっている。
行列を成したダイ内に形成されたパターンを有する基板を、電子を用いて検査する方法であって、
前記基板をステージ上に方向を指定して載置するステップと、
位置決めの基準となる基準ダイを選択し、該基準ダイの特徴点の座標を含んだパターンマッチ用テンプレート画像を取得するステップと、
前記基準ダイを含む行又は列にある任意のダイに、前記テンプレート画像を用いてパターンマッチを実行し、前記任意のダイの特徴点の座標を取得するステップと、
前記任意のダイと前記基準ダイとの特徴点座標に基づき、前記基準ダイを含む行又は列と前記電子が前記基板を走査する方向とが成すずれ角を算出するステップと、
前記ずれ角を補正するように前記ステージを移動させて前記基板の位置合わせを行うステップと、
前記電子を前記基板に向けて照射するステップと
を含むことを特徴とする検査方法
を提供する。
記
1. 全体構成
1―1)メインチャンバ、ステージ、真空搬送系外装
1−1−1)アクティブ除振台
1−1−2)メインチャンバ
1−1−3)XYステージ
1−2)レーザ干渉測定系
1−3)検査部外装
2. 実施の形態
2−1)搬送系
2−1−1)カセットホルダ
2−1−2)ミニエンバイロメント装置
2−1−3)主ハウジング
2−1−4)ローダハウジング
2−1−5)ローダー
2−1−6)ステージ装置
2−1−7)ウェーハチャッキング機構
2−1−7−1)静電チャックの基本構造
2−1−7−2)200/300ブリッジツールのためのチャッキング機構
2−1−7−3)ウェーハチャッキング手順
2−1−8)200/300ブリッジツールのための装置構成
2−2)ウェーハの搬送方法
2−3)電子光学系
2−3−1)概要
2−3−2)構成の詳細
2−3−2―1)電子銃(電子線源)
2−3−2−2)一次光学系
2−3−2−3)二次光学系
2−3−3)E×Bユニット(ウィーンフィルタ)
2−3−4)検出器
2−3−5)電源
2−4)プレチャージユニット
2−5)真空排気系
2−6)制御系
2−6−1)構成及び機能
2−6−2)アライメント手順
2−6−3)欠陥検査
2−6−4)制御系構成
2−6−5)ユーザーインターフェース構成
2−7)その他の機能と構成の説明
2−7−1)制御電極
2−7−2)電位印加方法
2−7−3)電子ビームキャリブレーション方法
2−7−4)電極の清掃
2−7−5)アライメント制御方法
2−7−6)EO補正
2−7−7)画像比較方法
2−7−8)デバイス製造方法
2−7−9)検査
2−8)検査方法
2−8−1)概要
2−8−2)検査アルゴリズム
2−8―2−1)アレイ検査
2−8−2―2)ランダム検査
2−8−2−3)フォーカスマッピング
2−8−2−4)リソマージン測定
3. 他の実施の形態
3−1)ステージ装置の変形例
3−2)電子線装置の他の実施の形態
3−2−1)電子銃(電子線源)
3−2−2)電極の構造
3−3)制振装置に関する実施の形態
3−4)ウェーハの保持に関する実施の形態
3−5)E×B分離器の実施の形態
3−6)製造ラインの実施の形態
3−7)他の電子を用いた実施の形態
3−8)二次電子と反射電子を用いる実施の形態。
まず、該半導体検査装置の全体の構成について説明する。
装置の全体構成を図1を用いて述べる。装置は検査装置本体、電源ラック、制御ラック、画像処理ユニット、成膜装置、エッチング装置等から構成される。ドライポンプ等の粗引きポンプはクリーンルームの外に置かれる。検査装置本体内部の主要部分は、図2に示すように、電子ビーム光学鏡筒、真空搬送系、ステージを収容している主ハウジング、除振台、ターボ分子ポンプ等から構成されている。
ためのユニットの数を節約でき、搬送時間を短縮できるなどのメリットが得られる。
1―1)メインチャンバ、ステージ、真空搬送系外装
図4、図5、図6において、半導体検査装置の検査部の主要構成要素が示されている。半導体検査装置の検査部は、外部環境からの振動を遮断するためのアクティブ除振台4・1と、検査室であるメインチャンバ4・2と、メインチャンバ上部に設置された電子光学装置4・3と、メインチャンバ内部に搭載されたウェーハスキャン用のXYステージ5・1と、XYステージ動作制御用のレーザ干渉測定系5・2と、メインチャンバに付随する真空搬送系4・4を備え、それらは図4、図5に示されるような位置関係で配置されている。半導体検査装置の検査部は、更に、検査ユニットの環境制御、及びメンテナンスを可能とするための外装6・1を備えており、図6に示されるような位置関係で配置されている。
アクティブ除振台4・1は、アクティブ除振ユニット5・3上に溶接定盤5・4が搭載されており、この溶接定盤上に検査室であるメインチャンバ4・2、メインチャンバ上部に設置された電子光学装置4・3、及びメインチャンバに付随する真空搬送系4・4等を
保持するようになっている。これにより、検査部における外部環境からの振動を抑制できるようになっている。この実施の形態では、固有周波数がX方向5Hz、Y方向5Hz、Z方向7.6Hzに対して±25%以内に収まっており、制御性能は、各軸の伝達特性において、1Hzで0dB以下、7.6Hzで−6.4dB以下、10Hzで−8.6dB以下、20Hzで−17.9dB以下となっている(以上、定盤上無負荷状態)。アクティブ除振台の他の構造では、メインチャンバ、電子光学装置等を吊り下げて保持するようになっている。さらに他の構造では、石定盤を搭載し、メインチャンバ等を保持するようになっている。
メインチャンバ4・2は、検査環境である真空度(10−4Pa以下)を実現するためにターボ分子ポンプ7・2を下部に直接保持しており、ウェーハスキャン用の高精度のXYステージ5・1を内部に備え、外部からの磁気を遮蔽できるようになっている。この実施の形態では、高精度XYステージの設置面の平面度を可能な限り良くするために以下の構造となっている。メインチャンバの下板7・3は、溶接定盤上に用意された特に平面度のよい部分7・4(この実施の形態では、平面度5μm以下)に設置、固定されている。さらに、メインチャンバ内部にはステージ設置面として中板を設けている。中板は、メインチャンバの下板に対して3点で支持されており、下板の平面度の影響を直接受けないようになっている。この実施の形態では、支持部分が球面座7・6により構成されている。中板は、自重及びステージ重さを負荷された場合にステージ設置面を平面度5μm以下に達成できるようになっている。また、内部の圧力変化(大気圧より真空度10−4Pa以
下)によるメインチャンバ変形のステージ取付け面に対する影響を抑えるために、下板の中板3点支持部分付近は、溶接定盤に直接固定されている。
XYステージ5・1は、真空中でウェーハを高精度にスキャンできるようになっている。XおよびYのストロークは、例えば200mmウェーハ用としてそれぞれ200mm〜300mm、300mmウェーハ用としてそれぞれ300mm〜600mmとなっている。この実施の形態でのXYステージの駆動は、メインチャンバ壁に固定されたXおよびY軸駆動用のモータ8・2と、これらに磁性流体シール8・3を介して取付けられたボールネジ8・5により行われる。XおよびY駆動用のボールネジが、チャンバ壁に対して固定された状態でXY動作を行なえるために、この実施の形態ではステージ構造は、以下のようになっている。
レーザ干渉測定系は、X軸およびY軸に平行で、その延長線上が検査位置に相当する光軸を有するレーザ光学系と、その間に配された干渉計8・1により構成されている。本実施の形態における光学系の配置は、図9、図10に示されるような位置関係で配置されている。溶接定盤上に設置されたレーザ9・1より発射されたレーザ光は、ベンダ9・2により垂直に立ち上げられたのちにベンダ10・1により測定面と平行に曲げられる。さらに、スプリッタ9・4によりX軸測定用とY軸測定用に分配された後に、ベンダ10・3およびベンダ9・6によりそれぞれY軸およびX軸に平行に曲げられ、メインチャンバ内部へと導入される。
検査部外装4・7は、メンテナンス用のフレーム構造としての機能を備えられるようになっている。本実施の形態では、収納可能な両持ちクレーン11・1が上部に搭載されている。クレーン11・1は横行レール11・2に取付けられ、横行レールはさらに走行レール(縦)11・3に設置されている。走行レールは、通常時には図11のように収納状態となっているのに対して、メンテナンス時には図12のように上昇し、クレーンの上下方向のストロークを大きくすることが可能となっている。これにより、メンテナンス時には外装に内蔵されたクレーンにより電子光学装置4・3、メインチャンバ天板、XYステージ5・1を装置背面に脱着可能となっている。外装に内蔵されたクレーンの他の実施の形態では、回転可能な片持ち軸を持つクレーン構造となっている。
以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態について、検査対象として表面にパターンが形成された基板すなわちウェーハを検査する半導体検査装置として説明する。
図13及び図14は、本発明に係る半導体検査装置の主要構成要素を立面図及び平面図で示している。この半導体検査装置13・1は、複数枚のウェーハを収納したカセットを保持するカセットホルダ13・2と、ミニエンバイロメント装置13・3と、ワーキングチャンバを構成するローダハウジング13・5と、ウェーハをカセットホルダ13・2から主ハウジング13・4内に配置されたステージ装置13・6上に装填するローダー13・7と、真空ハウジングに取り付けられた電子光学装置13・8とを備え、それらは図13及び図14に示されるような位置関係で配置されている。
カセットホルダ13・2は、複数枚(例えば25枚)のウェーハが上下方向に平行に並べられた状態で収納されたカセット13・12(例えば、アシスト社製のSMIF、FOUPのようなクローズドカセット)を複数個(この実施の形態では2個)保持するようになっている。このカセットホルダ13・2としては、カセットをロボット等により搬送してきて自動的にカセットホルダ13・2に装填する場合にはそれに適した構造のものを、また人手により装填する場合にはそれに適したオープンカセット構造のものをそれぞれ任意に選択して設置できるようになっている。カセットホルダ13・2は、この実施の形態
では、自動的にカセット13・12が装填される形式であり、例えば昇降テーブル13・13と、その昇降テーブル13・13を上下移動させる昇降機構13・14とを備え、カセット13・12は昇降テーブル13・13上に図14で鎖線で示す状態で自動的にセット可能にされ、セット後、図14で実線で示す状態に自動的に回転されてミニエンバイロメント装置内の第1の搬送ユニットの回動軸線に向けられる。
示せず)、ULPAフィルタ15・5、ケミカルフィルタ15・6、ファンモータ15・
7とから構成されている。この実施の態様では、ローダー13・7のロボット式の第1の搬送ユニット15・7により、基板を出し入れする。
図13〜図16において、ミニエンバイロメント装置13・3は、雰囲気制御されるようになっているミニエンバイロメント空間16・1を構成するハウジング16・2と、ミニエンバイロメント空間16・1内で清浄空気のような気体を循環して雰囲気制御するための気体循環装置16・3と、ミニエンバイロメント空間16・1内に供給された空気の一部を回収して排出する排出装置16・4と、ミニエンバイロメント空間16・1内に配設されていて検査対象としての基板すなわちウェーハを粗位置決めするプリアライナー16・5とを備えている。
クト16・10と気体供給ユニット16・9とを接続して回収された空気を気体供給ユニット16・9に戻す導管16・11とを備えている。
図13〜図15において、ワーキングチャンバ13・16を構成する主ハウジング13・4は、ハウジング本体13・17を備え、そのハウジング本体13・17は、台フレー
ム13・18上に配置された振動遮断装置すなわち防振装置13・19の上に載せられたハウジング支持装置13・20によって支持されている。ハウジング支持装置13・20は矩形に組まれたフレーム構造体13・21を備えている。ハウジング本体13・17はフレーム構造体13・21上に配設固定されていて、フレーム構造体上に載せられた底壁13・22と、頂壁13・23と、底壁13・22及び頂壁13・23に接続されて四周を囲む周壁13・24とを備えていてワーキングチャンバ13・16を外部から隔離している。底壁13・22は、この実施の形態では、上に載置されるステージ装置等の機器による加重で歪みの発生しないように比較的肉厚の厚い鋼板で構成されているが、その他の構造にしてもよい。
図13〜図15及び図17において、ローダハウジング13・5は、第1のローディングチャンバ14・2と第2のローディングチャンバ14・3とを構成するハウジング本体14・4を備えている。ハウジング本体14・4は底壁17・1と、頂壁17・2と、四周を囲む周壁17・3と、第1のローディングチャンバ14・2と第2のローディングチャンバ14・3とを仕切る仕切壁14・5とを有していて、両ローディングチャンバを外部から隔離できるようになっている。仕切壁14・5には両ローディングチャンバ間でウェーハのやり取りを行うための開口すなわち出入り口17・4が形成されている。また、周壁17・3のミニエンバイロメント装置及び主ハウジングに隣接した部分には出入り口14・6及び14・7が形成されている。
ール材13・30、シール材13・30と共動して出入り口を介しての空気の流通を阻止する扉14・9と、その扉を動かす駆動装置13・31とを有している。
ローダー13・7は、ミニエンバイロメント装置13・3のハウジング16・2内に配置されたロボット式の第1の搬送ユニット16・14と、第2のローディングチャンバ14・3内に配置されたロボット式の第2の搬送ユニット14・12とを備えている。
ステージ装置13・6は、主ハウジング13・4の底壁13・22上に配置された固定テーブル13・32と、固定テーブル上でY方向(図1において紙面に垂直の方向)に移動するYテーブル13・33と、Yテーブル上でX方向(図1において左右方向)に移動するXテーブル13・34と、Xテーブル上で回転可能な回転テーブル13・35と、回転テーブル13・35上に配置されたホルダ13・36とを備えている。そのホルダ13・36のウェーハ載置面14・14上にウェーハを解放可能に保持する。ホルダ13・36は、ウェーハを機械的に或いは静電チャック方式で解放可能に把持できる公知の構造のものでよい。ステージ装置13・6は、サーボモータ、エンコーダ及び各種のセンサ(図示せず)を用いて、上記のような複数のテーブルを動作させることにより、載置面14・14上でホルダに保持されたウェーハを電子光学装置から照射される電子ビームに対してX方向、Y方向及びZ方向(図13において上下方向)に、更にウェーハの支持面に鉛直な軸線の回り方向(θ方向)に高い精度で位置決めできるようになっている。
2−1−7−1)静電チャックの基本構造
電子光学系の焦点を試料面に正確にかつ短時間で合わせるために、試料面すなわちウェーハ面の凹凸は極力小さくすることが好ましい。そのため、平面度良く(平面度5μm以下が好ましい)製作された静電チャックの表面にウェーハを吸着することが行われる。
することによってウェーハを吸着する方法であり、双極形は、ウェーハに導通をとる必要
が無く、2つの静電チャック電極に正負逆の電圧を印可するだけでウェーハを吸着できる。但し、一般的に、安定した吸着条件を得るためには、2つの電極を櫛の歯状に入組ませた形状にする必要があり、電極形状は複雑になる。
したがって、ウェーハに機械的に接触して導通をとらなければならない。ところが、ウェーハに対する汚染防止の要求は厳しくなってきており、ウェーハへの機械的接触を極力避けることが求められ、ウェーハのエッジへの接触が許されない場合がある。このような場合は、。ウェーハ裏面にて導通をとらなければならない。
200mmと300mmの2種類のウェーハを機械的改造無く検査することが装置に求められることがある。その場合、静電チャックは2種類のサイズのウェーハをチャッキングし、かつウェーハ周縁部にウェーハのサイズに合わせた補正リングを載置しなければならない。図19の(A)、(B)及び図20はそのための構造を示している。
る。ウェーハWのサイズより僅かに大きい(隙間0.5mm程度)内径を持った補正リング19・1が、静電チャック外周の金属性リング状部品にインローで位置決めされ載置されている。この補正リング19・1には、ウェーハ落し込み機構19・2が3ヵ所設けられている。ウェーハ落し込み機構19・2は、プッシャーピン19・3の駆動機構と連動した上下駆動機構によって駆動され、補正リング19・1に設けられた回転軸周りに回転可能に支持されている。
0−1の(A)から理解されるとおり、静電チャックは300mmウェーハを載置することができる広さを持ち、図21−2の(B)に示すように、静電チャックの中央の部分は200mmウェーハを載置することができる広さであり、それを囲むように、補正リング20・1の内周部が嵌り込む溝20・6が設けられる。なお、符号A、B、C、D、Eは電圧を印加するための端子である。
以上説明した構造をもったウェーハチャッキング機構は、以下の手順でウェーハをチャッキングする。
(2)ロボットハンドによるウェーハ搬送とプッシャーピンの上下動によって、ウェーハを静電チャック上に載置する。
(4)導通用針に所定電圧を印加し、ウェーハ裏面の絶縁膜(酸化膜)を破壊する。
(6)静電チャックを単極形吸着に移行する。(端子A、BをGRD、端子C、Dに同一電圧を印加する)
(7)端子A(、B)と端子C(、D)との電位差を保ったまま端子A(、B)の電圧を下げ、ウェーハに所定のリターディング電圧を印加する。
200mmウェーハと300mmウェーハのどちらも機械的改造なしに検査できる装置にするための構成を図21及び図22に示す。以下、200mmウェーハもしくは300mmウェーハの専用装置と異なる点を説明する。
ウェーハサイズにあった箇所でハンドに搭載されるようになっている。大気搬送ロボット21・2はウェーハを設置場所21・1からプリアライナ21・3へ送ってウェーハの向きを整えた後、ウェーハをプリアライナ21・3から取り出して、ロードロック室21・4内へ送る。
1・7へ搬入することができる。
次に、カセットホルダ13・2に支持されたカセット13・12からワーキングチャンバ13・16内に配置されたステージ装置13・6までへのウェーハの搬送を順を追って説明する(図14〜図16参照)。
形成された開口17・4はシャッタ装置14・10の扉14・19により気密状態で閉じられている。
態として、ウェーハをステージ装置上に搬送する際にはウェーハへのバイアス電位をオフにしておいてもよい。
(1)電子線を用いた写像投影方式の検査装置の全体構成が得られ、高いスループットで検査対象を処理することができる。
(2)ミニエンバイロメント空間内で検査対象に清浄気体を流して塵埃の付着を防止すると共に清浄度を観察するセンサを設けることによりその空間内の塵埃を監視しながら検査対象の検査を行うことができる。
(3)ローディングチャンバ及びワーキングチャンバを一体的に振動防止装置を介して支持したので外部の環境に影響されずにステージ装置への検査対象の供給及び検査を行うことができる。
2−3−1)概要
電子光学系13・8は、ハウジング本体13・17に固定された鏡筒13・38の中に設けられた、図25−1に概略的に図示する一次電子光学系(以下、単に一次光学系という)25・1と、二次電子光学系(以下、単に二次光学系という)25・2とを備える電子光学系と、検出系25・3とを備える。一次光学系25・1は、電子線を検査対象であるウェーハWの表面に照射する光学系で、電子線を放出する電子銃25・4と、電子銃25・4から放出された一次電子線を集束する静電レンズからなるレンズ系25・5と、ウイーンフィルタすなわちE×B分離器25・6と、対物レンズ系25・7とを備え、それらは、図25−1に示されるように電子銃25・4を最上部にして順に配置されている。この実施の形態の対物レンズ系25・7を構成するレンズは減速電界型対物レンズである。この実施の形態では、電子銃25・4から放出される一次電子線の光軸は、検査対象であるウェーハWに照射される照射光軸(ウェーハの表面に垂直になっている)に関して斜めになっている。対物レンズ系25・7と検査対象であるウェーハWとの間には電極25・8が配置されている。この電極25・8は一次電子線の照射光軸に関して軸対称の形状になっていて、電源25・9によって電圧制御されるようになっている。
一次ビームの入射方向は通常E×BフィルタのE方向(電界の逆方向)であり、この方向と積算型のラインセンサ(TDI:time delay integration)の積算方向とは同じ方向となっている。TDIの積算方向は一次ビーム方向と異なっていても構わない。
(1)コラム磁気シールド
鏡筒を構成する部材には望ましくはパーマロイ等のニッケル合金や鉄等の磁性体を用いると良く、磁気的な外乱の影響を抑える効果が期待できる。
(2)検出器回転機構
ステージの走査軸方向と検出器の走査方向とを一致させるために、鏡筒13・38の上
部には、鏡筒13・38の内を真空に保持した状態のままTDI等の検出器25・11を光軸周りに±数度程度回転できるようにして、装置の組立により生じる走査方向のずれを無くす検出器回転機構を有している。この機構においては、回転分解能及び回転位置再現性は5〜40秒程度必要である。これは、検出器において、1フレーム分の画像を走査する間にステージの走査方向と検出器の走査方向とのずれを1ピクセルの1/10程度に収める必要から出てくる。検出器回転機構によれば、ステージの移動方向とTDIの積算方向の角度誤差を10mrad以下、好ましくは1mrad以下、より好ましくは0.2mrad以下に調整することも可能である。
してシール性を高めるためのスプリング25・36、25・37がそれぞれ設けられる。仕切りリング25・33の中央には、下鏡筒25・21に形成された排気路25・38と連なる排気口25・39が設けられる。弾性シール25・34、25・35は摩擦係数が極めて小さく摺動性に優れた材質で作られることが好ましく、例えば、米国ヒューロン社製のオムニシールを用いることができる。
NAは光軸方向や光軸に直交する方向に数センチ程度移動できるような機構によって保持されており、倍率の変更に連動して光学的に最適な位置にNAを調整することを可能にしている。NA保持部には複数のNAが取り付けられるようにすることが望ましく、そういう機構を付加することによってNAの劣化や透過率を変更したい場合に鏡筒内を真空に保持したままのNA交換が可能になる。
また、NA保持部には望ましくはヒーター部が設置されておりNAを高温保持することによりNAが劣化しにくくなる効果がある。また、反応性ガスの配管部を設置することも有効であり、鏡筒内を真空に保持したままのNAのクリーニングが可能となる。
鏡筒には、望ましくは鏡筒内を複数の空間に分割できるようにするためのバルブが設置されている。具体的にはMCP部や電子銃部の空間をステージ部の空間と切り離せるようにバルブを設置すると有効である。そのような構成にすることで、MCP部や電子銃部を真空に保持したままステージ周辺等のメンテナンスを実施することが可能になる。また、逆にステージ部等を真空に保持したままMCP部や電子銃部のメンテナンスを実施することも可能である。
光軸の周囲はアースに接地された筒状の部材によって囲まれていることが望ましく、そのような構成にすることで電気的な外乱の影響を抑える効果が期待できる。
一連の電子光学系とMCP部の間にはオリフィス状あるいは細長い筒状の部材が設置されており、双方の空間を結ぶ経路のコンダクタンスが小さくなるような構成とすることで、MCP部の圧力を電子光学系の1/5程度、好ましくは1/10程度より好ましくは1/100程度低く保持することが容易になる。
電子光学的に同心軸上に数μm以下の精度で配置されることが必要な部品については、望ましくは部材同士の合わせ加工や冷し嵌めといった方法によって組み立てられていると良い。
低倍率での試料像や、光で見た場合の画像を電子ビーム画像と比較参照のために光学顕微鏡を備えている。倍率は電子ビーム画像の1/10〜1/5000程度
好ましくは1/20〜1/1000、より好ましくは1/20〜1/100程度である。試料表面からの光の画像は二次元の固体撮像素子(CCD)で検出し、
CRT上に表示させることができる。又、メモリーに記憶させておくことができる。
イオンポンプ等の無振動型の真空排気系を電子銃部やMCP部付近の光軸周りに回転対称状に配置することで、排気系自体による荷電粒子や磁場等の影響を相殺しながら当該箇所を高真空に保持する効果が期待できる。これはイオンポンプを配管で電子銃部などに接続して排気する場合、配管のコンダクタンスが小さくなってしまうのを改善していることによる。
(1)実施の形態1
真空チャンバ、真空排気系、1次光学系、2次光学系、検出器、画像処理器、制御用コンピュータより主に構成されている検査装置の一例である。図26にその一例を示す。
、例えば、2次電子、反射電子、後方散乱電子等を、検出器に導くための、2次光学系26・2がある。2次光学系は、写像投影式光学系である。1次系と2次系を分離する為に、
E×Bなるビーム分離器26・3が使用される。また、検出器26・4によって検出された電子の画像信号は、光信号、または/及び、電気信号に変換され、画像処理器26・5により処理される。また、このとき、検出器に入射する電子数は、1画素相当エリアに、200個以下でも画像を良好に形成できる。もちろん1画素領域中に200個以上の場合も画像を良好に形成できることは言うまでもない。
ビームエネルギは、1keVとなる (図26参照) 。
ジアップの影響またはチャージアップによる表面電位の不均一による影響は受けやすい。負帯電での動作では、安定して像が得やすく、チャージアップの影響またはチャージアップによる表面電位の不均一による像の歪みが正帯電よりも小さくできる。
のみでなく、ビーム分離器中心付近においても結像点を形成することにより、1次ビームの収差低減を行い、試料上での電流密度ムラを小さく抑えることに有効となる。
偏向されて試料面に垂直入射でき、また、試料表面からの放出電子が光軸方向つまり試料面から垂直方向にE×Bにて導かれる。これは、E電極に印加する電圧と、B電極に形成される磁束密度により達成される。例えば、一対のE電極に±2kV±1V、一対のB電
極から並行的に磁束密度分布が形成され、例えば、E×Bの中心部において、1〜60G±1Gの磁極方向の磁束密度を発生する(図26参照)。
mのとき試料面サイズがMCP面で30/30μmとなる。そして、リレーレンズ倍率1倍のとき、30μmは2つの素子サイズ相当にて撮像される。このとき、1素子相当の試料位置、つまり0.05×0.05μmの試料サイズから放出された電子は、256素子段数分ステージ移動中に積算されて、総合取得光量が増加して撮像できる。これは、ラインレート100kHz〜600kHz対応等、ステージ速度が速いときに特に有効である。これは、ラインレートが早い時に、1素子当たりの取得電子数、つまり、TDIセンサの1素子当たりの取得光強度が小さくなるために、積算を行って最終取得光強度を高くし、コントラストとS/Nを高めることが出来るためである。ラインレートは、0.5kHz〜100MHzが用いられ、好ましくは1kHz〜50MHz、より好ましくは20kHz〜10MHzである。これに対応して、ビデオレートも、1タップ当たり1〜120MHz/タップ好ましくは10〜50MHz/タップ、より好ましくは、10〜40MHz/タップで使用される。また、タップ数は、1以上520以下で、好ましくは4以上256以下、より好ましくは32以上128以下で用いられる(図28、図29参照)。
うことが出来る。例えば、パターン欠陥、パーティクル欠陥、電位コントラスト欠陥(例えば、配線やメッキの電気接続欠陥等)。
電子線検査装置において、上記の各要素として、以下の機器要素を使用できる。
1次系
電子源 Wフィラメント、LaB6フィラメント、TFE,FE
レンズ 金属又はセラミック製、金属としてリン青銅、Ti、Al
アインツェルレンズ、4重極レンズ
アライナ 4極、6極、8極のレンズ
アパーチャ 材質、Mo、Ta、Ti、リン青銅
2次系
レンズ 金属又はセラミック製、金属としてリン青銅、Ti、Al
セラミック電極はAuメッキ等の処理が施されている
アインツェルレンズ、4極子レンズ
アライナ 4極、6極、8極のレンズ
アパーチャ 材質、MO(モリブデン)、Ta、Ti、リン青銅
電子ビーム分離器
E電極 金属又はセラミック製、金属としてリン青銅、Ti、Al
セラミック電極はAuメッキ等の処理が施されている
B磁極 パーマロイB、パーマロイC等、飽和磁束密度と透磁率の高い材質(例えば、103〜107、好ましくは104〜107、より好ましくは105〜107)
試料
Siウェーハ、3-5族化合物半導体ウェーハ、液晶基板、ハードディスクのヘッド加工ウ
ェーハ、
2、4、6、8、12インチのウェーハが用いられる
検出器
MCP/蛍光板/リレーレンズ/CCD
MCP/蛍光板/リレーレンズ/TDI
MCP/蛍光板/FOP(ファイバオプティクプレート)/TDI
ホトマル
マルチホトマル
上記のような組み合わせにより用いることが可能である。MCPは入ってきた電子を増幅させる機能を有し、そこから出てきた電子は蛍光板により光に変換される。入射電子料が充分多くて増倍する必要にない場合には、MCP無しでも操作も可能である。また、蛍光板の代わりにシンチレータを用いることも可能である。この光の信号(あるいは像信号)はリレーレンズの場合には所定の倍率で、また、FOPの場合には1倍(1対1に光信号を伝える)でTDIへ伝える或いは像を形成する。ホトマルは光信号を増幅して電気信号へ変換するものであり、マルチホトマルはホトマルを複数並べたものである
画像処理器
像比較、欠陥検出、欠陥分類、画像データ記録、等の機能を有する。
(2)実施の形態2
実施の形態1と同様の検査装置において、検出器にTDIセンサ/カメラを用いるとき、画素数/段数が、2048以上4096以下であり、タップ数が32以上128以下、感度10000〜40000DN/(nJ/cm2)であると、より、高速で効率の良い画像取得が可能となる。この時、ラインレートが、100〜400kHz、ビデオレートが10mHz〜40MHzで使用できる。この時、8インチSiウェーハ、例えば、LSIデバイスウェーハ、分解能0.1μm/画素にて、1枚当たりの検査時間は、1/8〜2時間で実行可能となる。
では、配線幅のハーフピッチ、ロジックではゲート長相当の欠陥を検出が可能である。
v:ステージ速度、
f:ライン周波数、
D:試料上のセンサ画素対応サイズ(投影倍率で決定される)
である。例えば、f:300kHz、D:0.1μmの時、v=30mm/sとなる。
実施の形態1、2と同様の検査装置において、検出器にEB−CCD、又は、EB−TDIを用いている実施の形態である(図30参照)。EBは電子ビームのことでEB―CCD又はEB―TDIは電子ビームを直接入力し、増幅して電気信号にかえるものである(光信号を検出するのではない)。
ラス、リレーレンズ系による像歪み、コントラスト劣化、倍率変動等の悪影響を、大幅に低減できる。また、構成機器の低減により、小型化、低コスト、高速動作が可能となる。高速動作においては、信号伝達速度損失低減、像形成速度損失を小さくする事が可能となるからである。
実施の形態1、2、3と同様の検査装置において、図31に示すように、1次系31・1は同じであるが、2次系31・2の構成が異なる例を示している。より高分解能を達成するために、2段のPレンズ(対物レンズ)31・3、2段のPレンズ(中間レンズ)31・5、2段のPレンズ(投影レンズ)31・8が使用されている。更に、Pレンズ(中間レンズ)はズームレンズになっているのが特徴である。これにより、従来よりも、高分解能、大視野サイズの写像投影形ビーム光学系を実現でき、更に、ズーム範囲において任意の倍率の画像を取得することができる。
以下、図25−1〜図31に示す電子光学系の電子銃、1次光学系、2次光学系、E×Bユニット、検出器及び電源について詳細に説明する。
電子線源として熱電子線源を使用する。電子放出(エミッタ)材はLaB6である。高融点(高温での蒸気圧が低い)で仕事関数の小さい材料であれば、他の材料を使用するこ
とが可能である。先端を円錐形状にしたもの又は円錐の先端を切り落とした円錐台形状のものを使用している。円錐台先端の直径は100μm程度である。他の方式としては電界放出型の電子線源あるいは熱電界放出型のものが使用されているが、本発明の場合のように比較的広い領域(例えば100×25〜400×100μm2)を大きな電流(1μA程度)で照射する場合にはLaB6を用いた熱電子源が最適である。なお、SEM方式では一般に熱電界電子線源(TFEタイプ)及びショットキータイプが使用されている。熱電子線源は電子放出材を加熱することにより電子を放出する方式であり、熱電界放出電子線源は、電子放出材に高電界をかけることにより電子を放出させ、更に電子線放出部を加熱することにより、電子放出を安定させた方式である。この方式において温度と電界強度を選ぶことによりショットキー条件と呼ばれる、効率よい条件での電子ビーム引き出しが可能になり、最近はこの方式もよく利用される。
電子銃より照射される電子ビームを形成し、ウェーハ面上に矩形、円形、楕円形等の二次元的な断面を有する電子ビーム又は線形の電子ビームを照射する部分を一次電子光学系と呼ぶ。一次電子光学系のレンズ条件を制御する事によりビームサイズや電流密度を制御できる。一次/二次電子光学系連結部のE×Bフィルタ(ウィーンフィルタ)により、一次電子ビームはウェーハに垂直に(±5度、好ましくは±3度、より好ましくは±1度で)入射される。
に結像することにより検出される。
ウェーハ上に照射された電子ビームにより発生する二次元の二次電子画像を、対物レンズに相当する静電レンズ(CL、TL)により視野絞り位置で結像させ後段のレンズ(PL)で拡大投影する。この結像投影光学系を二次電子光学系と呼ぶ。ウェーハにはマイナスのバイアス電圧(減速電界電圧)が印加されている。減速電界は照射ビームに対して減速の効果を持ち、試料のダメージを低減させるとともに、CLとウェーハ間の電位差で試料面上から発生した二次電子を加速させ、色収差を低減させる効果を持つ。CLによって収束した電子はTLでFA上に結像させ、その像をPLで拡大投影し、二次電子検出器(MCP)上に結像させる。本光学系ではCL−TL間にNAを配置し、これを最適化することで軸外収差低減が可能な光学系を構成している。
(1)実施の形態5
図32は電子光学系を示す。電子銃32・1から放出された一次電子は像形成レンズ32・2を経た後、2段のズームレンズ32・3を通り、さらに3段の四極子レンズ32・4を通って、E×Bフィルタ32・5で35°偏向され、二次光学系32・6の光軸と平行に反対方向に、対物レンズ32・7を通って試料面に照射される。なお、4極子レンズは2以上の多極子でもよく、偶数に限らず、奇数の極を有するものでもよい。また、4極子レンズは3段以上20段以下、好ましくは3段以上10段以下、より好ましくは3段以上5段以下であることが望ましい。
倍率を可変された後、投影レンズ32・9の手前で結像される。中間レンズ32・8で結像された像は、投影レンズ32・9で約30〜50倍に拡大されて検出器表面32・10に結像される。
2ピクセルの場合について考察する。二次光学系32・6の倍率が160倍の時、試料上の1ピクセル相当の大きさは、16μm÷160 =0.1μmになり、観察面積は204
.8×51.2μmになる。それをカバーする照射エリアは楕円形状であるため、その長軸と短軸の比率によって様々に変化する。その様子を図33に示す。図33において、横軸は長軸位置、縦軸は短軸位置を示す。最適な照射形状を考えるに当たって、観察領域33・1でない所にはあまりビームを照射したくない、という考え方がある。そのためには、観察領域の面積を照射領域の面積で割った照射効率が最大になる照射形状を探せばよい事になる。
倍の時の1/4になる。160倍の時に1ピクセル平均400個の電子数に対応する信号量の像を見ていたとすると、その時のショット雑音による揺らぎの標準偏差は√(400)=20個である。よってS/N比は400/20=20となる。320倍の時に同一のS/N比の像を得るためには、同一信号量が1ピクセルに入れば良い。試料上1ピクセル当たりの面積が1/4になっているため、単位面積当たり4倍の二次電子信号量密度があればよい事になる。
エネルギーが一定であれば、照射電流密度と二次電子信号量密度は概ね比例する。そのため、照射電流密度を4倍にすればよい事がわかる。照射電流密度を4倍にするには、単純には照射電流を4倍にするか、照射面積を1/4にすれば良い。照射面積を1/4にするには、照射サイズを長軸短軸共1/2にすれば良い。観察領域、照射領域共、相似形でそれぞれ1/2に縮小するため、これで十分に観察領域を照射できる。
図35は、リレーレンズを用いた検出系の構成を示したものである。二次光学系でMCP(マイクロチャンネルプレート)35・1の表面に結像された二次電子は、MCP35・1内のチャンネルを通過しながらその数がMCP35・1の電子入射面と出射面間に印加された電圧に応じて増倍される。MCP35・1の構造や動作については既知であり、ここでは詳述しない。この実施の形態では、MCP35・1上でのピクセルサイズを26
μmとし、横1024ピクセル×縦512ピクセル分の有効エリアでチャンネル径6μm
のものを使用した。MCP35・1内で増倍された電子はMCP35・1の出射面から射出され、対向する厚さ約4mmのガラス板35・2上に塗布された蛍光面35・3に衝突し、電子信号量に応じた強度の蛍光が発生する。ガラス板35・2と蛍光面35・3の間には、薄い透明電極が塗布してあり、MCP出射面との間に2〜3kV程度の電圧が印加されているため、MCPと蛍光面間での電子の広がりが極力抑えられて、そこでの像のボケが極力抑えられると同時に、MCP35・1を出射した電子が適度なエネルギーを持って蛍光面35・3に衝突するため、発光効率が向上する。なお、透明電極と蛍光面35・3を塗布するガラス板35・2の材質は、光を効率良く透過するものであれば何でも良い。
タップ数8、ラインレートが最大83kHzのものを用いたが、今後のTDIセンサーの技術的な進歩により、さらに水平方向有効画素数や積算段数が大きなものを使用しても構わない。なお、TDIセンサーの構造や動作については既知であり、ここでは詳述しない。
図36は、FOPを用いた検出系の構成を示したものである。蛍光面36・1までの構造と動作は実施の形態5と同じである。但し、本実施の形態のMCP36・2の有効エリアはピクセルサイズ16μmで横2048×縦512ピクセル分である。実施の形態5と
異なり、蛍光面36・1は、ガラス板に代わり、厚さ約4mmのFOP(ファイバーオプティックプレート)36・3に塗布される。蛍光面36・1で電子信号から変換された光強度信号は、FOP36・3の各ファイバー中を通る。FOP36・3の光出射面には透明電極が塗布してあり、これは接地電位になっている。FOP36・3を出射した光は、隙間を開けずに接した厚さが例えば約3mmの別のFOP36・4を通り、そのFOP36・4の光出射面に透光性接着剤を介して配置されたCCDやTDIセンサー36・5の受光面に入射する。FOPの各ファイバーを越えて光は発散しないので、CCDやTDIセンサー36・5の画素サイズがファイバー径よりも十分大きければ画質に大きな影響はない。
電気信号36・6は、大気と真空を隔絶するフィードスルー36・7を介して取り込み装置に出力される。
図37の(A)は、写像投影方式の欠陥検査装置EBIの構成を概略的に示す図であり、(B)はこの欠陥検査装置EBIの二次光学系及び検出系の構成を概略的に示している。図37において、電子銃37・1は大電流で動作可能な熱電子放出型のLaB6製カソード37・2を有し、電子銃37・1から第1の方向へ発射された一次電子は数段の四極子レンズ37・3を含む一次光学系を通過してビーム形状を調整されてからウィーンフィルタ37・4を通過する。ウィーンフィルタ37・4によって一次電子の進行方向は、検査対象である試料Wに対して入力するよう第2の方向へ変更される。ウィーンフィルタ37・4を出て第2の方向へ進む一次電子は、NA開口板37・5によってビーム径を絞られ、対物レンズ37・6を通過して試料Wを照射する。
くは4.5kVで1×105A/cm2sr以上1×107A/cm2sr以下とする。更に好ましくは10kVで1×106A/cm2sr以上1×107A/cm2sr以下とする。また、電子銃37・1はショットキー型として、一次電子の引出電圧が4.5kVで1×106A/cm2sr以上2×1010A/cm2sr以下の輝度で電子を引き
出して使用することもできる。好ましくは10kVで1×106A/cm2sr以上5×109A/cm2sr以下とする。また、電子銃37・1にZrOのショットキー型を使用することもできる。
0μmの矩形に形成された面ビームによって照射されるので、試料W上の所定の広さの小さな領域を照射することができるようになる。この面ビームで試料Wを走査するために、
試料Wは例えば300mmウェーハ対応の高精度のXYステージ(図示せず)上に載置され、面ビームを固定した状態でXYステージを二次元的に移動させる。また、一次電子をビームスポットに絞り込む必要がないので面ビームは低電流密度であり、試料Wのダメージが少ない。例えば、従来のビーム走査方式の欠陥検査装置においてはビームスポットの電流密度は10A/cm2〜104A/cm2であるが、図37の欠陥検査装置においては面ビームの電流密度は0.0001A/cm2〜0.1A/cm2でしかない。好ましくは0.001A/cm2〜1A/cm2で使用する。より好ましくは0.01A/cm2〜1A/cm2で使用する。一方、ドーズは、従来のビーム走査方式では1×10−5C/cm2であるのに対して、本方式では、1×10−6C/cm2〜1×10−1C/cm2であり、本方式の方が高感度になっている。好ましくは1×10−4C/cm2〜1×10−1C/cm2、更に好ましくは1×10−3C/cm2〜1×10−1C/cm2で使用する。
、画像処理部37・14は、欠陥を含む領域のXY座標と画像とに関するデータを順次蓄積していき、一つの試料について欠陥を含む検査対象の全ての領域の座標と画像とを含む検査結果ファイルを生成する。こうして、検査結果を一括して管理することができる。この検査結果ファイルを読み出すと、画像処理部12のディスプレイ上には当該試料の欠陥分布と欠陥詳細リストとが表示される。
大気中に配置されるが、その他の構成要素は真空に保たれた鏡筒内に配置されるため、この実施の形態においては、鏡筒の適宜の壁面にライトガイドをもうけ、蛍光スクリーン37・11から出た光をライトガイドを介して大気中に取り出してラインセンサ37・13に中継する。
透過率(%)=(MCP37・10に到達しうる電子)/(試料Wから放出される電子)×100
で表される。透過率はNA開口板37・5の開口部面積に依存する。例として、透過率とNA開口板の開口部直径の関係を図38に示す。実際には、試料より発生する二次電子、反射電子、後方散乱電子のうち少なくとも一つが電子検出系Dへ到達するのは1画素あたり200個〜1000個程度である。
画素当たりの電指数が500個以上の場合、MCPを省いてもよい。
る試料電圧を調整するとともに電子検出系37・9を使用することにより、二次電子の場合、正帯電モードと負帯電モードのいずれかで動作可能である。更に、電子銃37・1の加速電圧、試料Wに印加される試料電圧及び対物レンズ条件を調整することにより、欠陥検査装置EBIを、一次電子の照射によって試料Wから発せられる高エネルギの反射電子を検出する反射電子撮像モードで動作させることができる。反射電子は、一次電子が試料Wに入射するときのエネルギと同じエネルギを持っており、二次電子に比べてエネルギが高いので、試料表面の帯電等による電位の影響を受けづらいという特徴がある。電子検出系は、二次電子又は反射電子の強度に対応した電気信号を出力する電子衝撃型CCD、電子衝撃型TDI等の電子衝撃型検出器を使用することもできる。この場合は、MCP37・10、蛍光スクリーン37・11、リレーレンズ39・3(又はFOP)を使用せずに結像位置に電子衝撃型検出器を設置して使用する。このような構成にすることにより、欠陥検査装置EBIは検査対象に適したモードで動作することが可能になる。例えば、メタル配線の欠陥、GC配線の欠陥、レジストパターンの欠陥を検出するには、負帯電モード又は反射電子撮像モードを利用すればよいし、ビアの導通不良やエッチング後のビア底の残渣を検出するには反射電子撮像モードを利用すればよい。
反射電子撮像モード
VA=−4.0kV±1度V(好ましくは±0.1度、より好ましくは±0.01度以下)
VW=−2.5kV±1度V(好ましくは±0.1度、より好ましくは±0.01度以下)
EIN=1.5keV±1度V(好ましくは±0.1度、より好ましくは±0.01度以下)
EOUT=4keV以下
負帯電モード
VA=−7.0kV±1V(好ましくは±0.1V、より好ましくは±0.01V以下)
VW=−4.0kV±1V(好ましくは±0.1V、より好ましくは±0.01V以下)
EIN=3.0keV±1V(好ましくは±0.1V、より好ましくは±0.01V以下)
EOUT=4keV+α(α:二次電子のエネルギ幅)
正帯電モード
VA=−4.5kV±1V(好ましくは±0.1V、より好ましくは±0.01V以下)
VW=−4.0kV±1V(好ましくは±0.1V、より好ましくは±0.01V以下)
EIN=0.5keV±1V(好ましくは±0.1V、より好ましくは±0.01V以下)
EOUT=4keV+α(α:二次電子のエネルギ幅)
となる。
ウィーンフィルタは、電極と磁極を直交方向に配置し、電界と磁界を直交させた電磁プリズム光学系のユニットである。電磁界を選択的に与えると、一方向からその場に入射する電子ビームは偏向させ、その反対方向から入射する電子ビームは、電界から受けるカと磁界から受ける力の影響が相殺される条件(ウィーン条件)を作ることが可能で、これにより一次電子ビームは偏向され、ウェーハ上に垂直に照射し、二次電子ビームは検出器に向け直進することができる。
次電子を分離しても良い。更に、一次電子と反射電子の分離に使用できることは当然である。
上記走査型電子線検査装置の一例を図25-2に示す。電子銃25・14から電子線が
試料25・15に向かって照射される。1次系電子ビームはE×B25・16を通過するが、入射時には偏向力が加えられずに直進し、対物レンズ25・17で絞られて、試料25・15にほぼ垂直に入射する。試料25・15から出てきた電子は、今度はE×B25・16により偏向力を加えられ、検出器25・18に導かれる。このように、E×B25・16の電界と磁界を調整する事により、1次系と2次系の荷電粒子ビームのいずれか一方を直進させ、他方を任意の方向に直進させることができる。
させるのが一般的である。しかし、逆に、1次系のビームを偏向させ、2次系のビームを直進させる方が好適であれば、そのようにしてもよい。同様に、写像投影型電子線検査装置では、試料上の撮像領域と検出器のCCD上のピクセルの対応をきちんと取るために、2次系ビームには、なるべく収差を生じさせないような偏向力を与えないようにする方が
一般的には好ましい。したがって、図25−1に示すように、1次系のビームを偏向させ、2次系のビームを直進させる構成を取るのが一般的ではあるが、1次系のビームを直進させ、2次系のビームを偏向させる構成を取る方が好適であれば、その様な構成を取ってもよい。
二次光学系で結像されるウェーハからの二次電子画像は、まずマイクロチャンネルプレート(MCP)で増幅されたのち、蛍光スクリーンにあたり光の像に変換される。MCPの原理としては直径1〜100μm、長さ0.2〜10mm、好ましくは直径2〜50μm、長さ02.〜5mm、より好ましくは直径6〜25μm、長さ0.24〜1.0mmという非常に細い導電性のガラスキャピラリを数百万本〜数千万本束ね、薄い板状に整形したもので、所定の電圧印加を行うことで、一本一本のキャピラリが、独立した二次電子増幅器として働き、全体として二次電子増幅器を形成する。この検出器により光に変換された画像は、真空透過窓を介して大気中に置かれたFOP系でTDI−CCD上に1対1で投影される。
本装置における電源部は主に、電極制御の為の数百程度の出力チャンネルを有する直流高圧精密電源で構成され、電極の役割、位置関係に応じてその供給電圧が異なるが、画像の分解能及び精度の要求から、安定性は設定値に対して、数100ppm以下、好ましくは20ppm以下、より好ましくは数ppmのオーダーが要求され、安定性の阻害要因である電圧の経時変動、温度変動、ノイズ・リップル等を極少にする為、回路方式、部品の選定、実装、に対する工夫がなされている。
制御異常発生時のシステムの暴走により、装置の破損、異常放電、人体への危険等を防止している。電源45・15は大本の受電部であり、インターロック、電流制限等を含み、欠陥検査装置全体としての安全協調を行える様構成している。
図46は、数百から数十キロVの静的な直流電圧を発生する場合の回路方式についてのスタテック高圧単極性電源(レンズ用)の回路構成の一例を示している。図46において、信号源46・1によりトランス46・2の透磁率が最適になる周波数の交流電圧を発生させ、掛算器46・3を経た後、駆動回路46・4へ導き、トランス46・2により数十倍から数百倍の振幅の電圧を発生させる。コッククラフトウォルトン回路46・5は、整流しながら昇圧を行う回路である。トランス46・2とコッククラフトウォルトン回路46・5との組み合わせにより、所望の直流電圧を得、ローパスフィルタ46・6により、さらなる平滑化を行い、リプル、ノイズを低減する。出力電圧検出抵抗46・7、46・8の抵抗比により高圧出力電圧を分圧し、通常の電子回路で扱える電圧範囲内にする。この抵抗の安定性が電圧精度の大半決定する為、温度安定度、長期変動等が優秀な素子を使用し、特に分圧比が重要になる事から、同一絶縁基板上に薄膜を形成する事や、あるいは抵抗素子を近接させ、温度が異ならない様工夫する等の手段を講じる。
51・1〜51・9により形成される。バイアス電源(リターデリング用)51・10の上に図46のスタテック両極性電源(アライナー等用)と同様の電源が重畳された形式である。重畳部分での計測、設定はヒータ及びガン(図48)におけるそれと同様である。
2・7より構成される。X軸EO補正52・1及びY軸EO補正52・2よりオクタポール変換部52・4に補正信号が入力され、高速アンプ52・5へ変換後の出力を送出する。52・5により数十から数百Vに増幅した後に角度45度毎に設置されたEO補正電極52・6へ電圧を印加する。ΔX補正52・3はミラー曲がり等の微細な補正を行う場合の入力であり、52・4の内部でX信号と加算される。
実現した。
図13に示されるように、プレチャージユニット13・9は、ワーキングチャンバ13・16内で電子光学装置13・8の鏡筒13・38に隣接して配設される。本検査装置では検査対象である基板すなわちウェーハに電子線を照射することによりウェーハ表面に形成されたデバイスパターン等を検査する形式の装置であるから、電子線の照射により生じる二次電子等の情報をウェーハ表面の情報とするが、ウェーハ材料、照射電子のエネルギ等の条件によってウェーハ表面が帯電(チャージアップ)することがある。更に、ウェーハ表面でも強く帯電する箇所、弱い帯電箇所が生じる可能性がある。ウェーハ表面の帯電量にむらがあると二次電子情報もむらを生じ、正確な情報を得ることができない。
3・9の荷電粒子照射部13・39から荷電粒子を照射して帯電のむらを無くす。このウェーハ表面のチャージアップは予め検出対称であるウェーハ面の画像を形成し、その画像を評価することで検出し、その検出に基づいてプレチャージユニット13・9を動作させる。また、このプレチャージユニット13・9では一次電子線の焦点をずらせて、すなわちビーム形をぼかして照射してもよい。
と現象が複雑となり、照射効果が減少するので、二次電子の生成が激減する100eV以下(理想的には0eV以上で30eV以下)のランディング電圧に設定するのが効果的である。
ちらの表面電位も0に近づけることが可能となる。
っている。
(1)帯電によって発生する画像の歪みを検査対象の性状によらず低減することができる、
(2)従来の計測タイミングの空き時間を利用して帯電の均一化、相殺を実行するため、スループットに何ら影響を及ぼすことがない、
(3)リアルタイムで処理が可能であるため、事後処理の時間、メモリー等を必要としない、
(4)高速で精度の高い画像の観測、欠陥検出が可能である。
する。
的に確認、評価することができる。この欠陥検出方法の具体例については更に後述する。
の実施の形態においても光電子をウェーハWの表面上に適時照射することが可能なので、図61及び図65の実施の形態と同様の効果を奏する。
電子ビームのランディングエネルギーと同じエネルギーでプレチャージを行ってもよい。
真空排気系は、真空ポンプ、真空バルブ、真空ゲージ、真空配管等から構成され、電子光学系、検出器部、試料室、ロードロック室を所定のシーケンスに従い真空排気を行う。各部においては必要な真空度を達成するように真空バルブが制御される。常時、真空度のモニターを行い、異常時には、インターロック機能により隔離バルブ等の緊急制御を行い、真空度の確保をする。真空ポンプとしては主排気にターボ分子ポンプ、粗引き用としてルーツ式のドライポンプを使用する。検査場所(電子線照射部)の圧力は10−3〜10−5Pa、好ましくはその1桁下の10−4〜10−6Paが実用的である。
制御系は主にメインコントローラ、制御コントローラ、ステージコントローラから構成されている。メインコントローラにはマン−マシンインターフェースが備えられており、オペレータの操作はここを通して行われる(種々の指示/命令、レシピなどの入力、検査スタートの指示、自動と手動検査モードの切り替え、手動検査モード時のときの必要な全てのコマンドの入カ等)。その他、工場のホストコンピュータとのコミュニケーション、真空排気系の制御、ウェーハ等の試料搬送、位置合わせの制御、他の制御コントローラやステージコントローラヘのコマンドの伝達や情報の受け取り等もメインコントローラで行われる。また、光学顕微鏡からの画像信号の取得、ステージの変動信号を電子光学系にフィードバックさせて像の悪化を補正するステージ振動補正機能、試料観察位置のZ方向(二次光学系の軸方向)の変位を検出して、電子光学系ヘフィードバックし、自動的に焦点を補正する自動焦点補正機能を備えている。電子光学系へのフィードバック信号等の授受、及びステージからの信号の授受は、それぞれ制御コントローラ及びステージコントローラを介して行われる。
本装置は、ウェーハの指定位置を電子顕微鏡もしくは光学顕微鏡で撮像し表示する機能と、ウェーハの指定位置を電子顕微鏡で撮像し欠陥検出および欠陥分類する機能と、欠陥が検出された位置を電子顕微鏡もしくは光学顕微鏡で撮像し表示する機能とを提供する。
また、上記機能の実現およびメンテナンスのため、電子光学系制御と、真空系制御とウェーハ搬送制御と、構成機器単体操作と、撮像機能と、自動欠陥検査処理と、装置異常検知と、装置起動/停止処理機能とを有する。
(1)電子光学系制御機能
(a)レンズ電圧印加制御
(a−1)連動制御
(a−2)印加関数による電圧印加
(a−3)多極子レンズ連動電圧印加
(a−4)ウォッブル制御
(b)電子ビーム出力調整
(b−1)プレヒート(Gun)
(b−2)ヒートアップ(Gun)
(b−3)エミッション電流制御(BIAS制御)
(2)真空系制御機能
(a)チャンバ個別真空排気/大気開放
(b)指定チャンバ一括真空排気/大気開放
(3)ウェーハ搬送制御機能
下記動作のステップ動作/全自動動作
(a)ウェーハロード
(b)ウェーハアンロード
(4)構成機器単体操作機能
(5)撮像機能。
(a)CCDカメラ
・光学顕微鏡低倍(ピクセルサイズ:2.75μm/pix)
・光学顕微鏡高倍(ピクセルサイズ:0.25μm/pix)
(b)TDIカメラ
(b−1)TDI−still
(b−2)TDI−scan
EB×80(ピクセルサイズ:0.2μm/pix)
EB×160(ピクセルサイズ:0.1μm/pix)
EB×320(ピクセルサイズ:0.05μm/pix)
EB×480(ピクセルサイズ:0.03μm/pix)。
メンテナンスモード....構成機器単体操作、ウェーハ搬送、真空系制御、電子光学系制御、観察(光顕撮像、TDI撮像)、欠陥検査、レビュー
レシピ作成モード.....ウェーハ搬送、観察(光顕撮像、TDI撮像)、欠陥検査
、レビュー
オペレータモード.....自動欠陥検査(ウェーハ搬送など必要な機能の自動制御)、レビュー。
アライメント(位置決め)手順としては、始めに光学顕微鏡の低倍にて粗い位置決めを行い、次いで光学顕微鏡の高倍により、最後にEB像により詳細な位置決めを行う。
(1)<第1,2,3サーチダイ指定及びテンプレート指定>
(1−1)第1サーチダイ指定及びテンプレート指定
ウェーハ下方に位置するダイの左下隅がカメラ中央付近に位置するようにユーザー操作にてステージを移動し、位置決定後、パターンマッチ用テンプレート画像を取得する。このダイが位置決めの基準となるダイであり、左下隅の座標が特徴点の座標となる。今後、このテンプレート画像でパターンマッチングを行うことにより、基板上の任意のダイの正確な位置座標を測定していく。このテンプレート画像には、サーチ領域内でユニークなパターンとなるような画像を選択しなければならない。
第1サーチダイの右隣のダイを第2サーチダイとし、第2サーチダイの左下隅がカメラ中央付近に位置するようにユーザー操作にてステージを移動し、位置決定後、上記(1−1)で取得したテンプレート画像を用いて自動でパターンマッチを実行することで第1サーチダイで指定したテンプレート画像と一致する第2サーチダイのパターンの厳密な座標値を取得する。
第2サーチダイの上隣のダイを第3サーチダイとし、第3サーチダイの左下隅がカメラ中央付近に位置するようにユーザー操作にてステージを移動し、位置決定後、上記(1−1)で取得したテンプレート画像を用いて自動でパターンマッチを実行することで第1サーチダイで指定したテンプレート画像と一致する第3サーチダイのパターンの厳密な座標値を取得する。
(2−1)第2サーチダイのパターンマッチ座標(X2,Y2)と第3サーチダイのパターンマッチ座標(X3,Y3)の関係より、上隣ダイのパターンへの移動量(dX,dY)を算出する。
dY=Y3−Y2
(2−2)算出した移動量(dX,dY)を用い、第1サーチダイの上隣のダイのパターンが存在する(と予想される)座標(XN,YN)へステージを移動。
YN=Y1+dY
※(X1,Y1):第1サーチダイのパターンの座標
(2−3)ステージ移動後、光顕低倍にて撮像し、テンプレート画像を用いてパターンマッチを実行することで、現在観察中のパターンの厳密な座標値(XN,YN)を取得し、さらにダイの検出個数(DN)の初期値として1を設定する。
dX=XN−X1
dY=YN−Y1
(2−5)算出した移動量(dX,dY)の2倍の移動量(2*dX,2*dY)分だけ第1サーチダイを起点としてステージを移動する。
なお、本実施例では、精度を高めるため、及び処理回数(繰り返し回数)を低減させ、処理時間を短縮するために、2倍の移動量を繰り返す態様を例にとって説明したが、精度に問題がなく、更に処理時間を短縮させたければ、3倍、4倍というように、2倍以上等の整数倍の高倍率で実行しても構わない。また逆に、問題が無ければ、更に精度を高めるために、固定移動量で移動を繰り返してもよい。これらいずれの場合も、検出個数にもそれを反映させることは言うまでもない。
(3−1)第1サーチダイのパターン座標(X1,Y1)から最後にサーチしたダイのパターンの厳密な座標値(XN,YN)までの移動量および、それまでに検出したダイの個数(DN)を用い、回転量(θ)およびY方向ダイサイズ(YD)を算出する(図75参照)。
dY=YN−Y1
θ=tan―1(dX/dY)
YD=sqrt((dX)2+(dY)2)/DN
※sqrt(A)=√A
(3−2)算出した回転量(θ)分だけθステージを回転させる。
(1)光顕低倍の(1)と同様の手順を光顕高倍像を用いて実行する。
(2)光顕低倍の(2)と同様の手順を光顕高倍像を用いて実行する。
(4)<光顕高倍θ回転後の許容値チェック>
(4−1)[第1サーチダイ、光顕高倍のテンプレート指定]
回転後の第1サーチダイの座標(X’1,Y’1)を回転前座標(X1,Y1)および回転量(θ)から算出し、座標(X’1,Y’1)へステージを移動、位置決定後、パターンマッチ用テンプレート画像を取得。
Y’1=x1*sinθ+y1*cosθ
(4−2)光顕高倍Y方向パターンマッチング
回転後の第1サーチダイの座標(X’1,Y’1)からdYだけY方向へ移動し、パターンマッチを実行することで現在観察中のパターンの厳密な座標値(XN,YN)を取得する。
(XN,YN)への移動量(dX,dY)を算出する。
dY=YN−Y’1
(4−4)算出した移動量(dX,dY)の2倍の移動量(2*dX,2*dY)分だけ第1サーチダイを起点としてステージを移動する。
(4−7)θの回転量を算出
回転後の第1サーチダイの座標(X’1,Y’1)から最後にサーチしたダイのパターンの厳密な座標値(XN,YN)までの移動量を用い、回転量(θ)を算出する。
dY=YN−Y1
θ=tan―1(dX/dY)
(4−8)光顕高倍θ許容値チェック
(4−7)にて算出した回転量(θ)が既定値以下に収まっていることを確認する。収まっていない場合は、算出した回転量(θ)を用いてθステージ回転後、再度(4−1)〜(4−8)を実行する。ただし、規定回数繰り返して(4−1)〜(4−8)を実行しても許容範囲内に収まらない場合は、エラー扱いとして処理を中断する。
(1)<Yサーチ第1ダイ、EBのテンプレート指定>
光顕高倍の(1)と同様の手順をEB像を用いて実行する。
光顕高倍の(2)と同様の手順をEB像を用いて実行する。
(3)<EB θ回転>
光顕高倍の(3)と同様の手順をEB像を用いて実行する。
光顕高倍の(4)と同様の手順をEB像を用いて実行する。
(5).必要に応じ、高倍率のEB像を用いて(1)〜(4)を実行する
(6)第1サーチダイの座標(X1,Y1)と第2サーチダイの座標(X2,Y2)より、X方向ダイサイズ(XD)の概略値を算出する
dX=X2−X1
dY=Y2−Y1
XD=sqrt((dX)2+(dY)2)
※sqrt(A)=√A
D.ダイマップレシピ作成
(1)<Xサーチ第1ダイ、EBのテンプレート指定>
ウェーハ左端に位置するダイの左下隅がTDIカメラ中央付近に位置するようにユーザー操作にてステージを移動し、位置決定後、パターンマッチ用テンプレート画像を取得。このテンプレート画像には、サーチ領域内でユニークなパターンとなるような画像を選択しなければならない。
(2−1)X方向ダイサイズ概略値(XD)を用い、Xサーチ第1ダイの右隣のダイのパターンが存在する(と予想される)座標(X1+XD,Y1)へステージを移動。
dX=XN−X1
dY=YN−Y1
(2−4)算出した移動量(dX,dY)の2倍の移動量(2*dX,2*dY)分だけXサーチ第1ダイを起点としてステージを移動する
(2−5)ステージ移動後、TDIカメラにてEB像を撮像し、テンプレート画像を用いてパターンマッチを実行することで、現在観察中のパターンの厳密な座標値(XN,YN)を更新し、ダイの検出個数を2倍する。
(3)<X方向傾きを算出>
Xサーチ第1ダイのパターン座標(X1,Y1)から最後にサーチしたダイのパターンの厳密な座標値(XN,YN)までの移動量および、それまでに検出したダイの個数(DN)を用い、ステージ直行誤差(Φ)およびX方向ダイサイズ(XD)を算出する。
dY=YN−Y1
Φ=tan―1(dY/dX)
XD=sqrt((dX)2+(dY)2)/DN
※sqrt(A)=√A
(4)<ダイマップ作成>
このように、X方向ダイサイズ(XD)を求め、予め回転量(θ)を算出した際に求めたY方向ダイサイズ(YD)と合わせてダイマップ(理想上のダイの配置情報)を作成する。ダイマップにより、ダイの理想上の配置が分かる。一方、異いっさいの基板上のダイは例えばステージの機械的誤差(ガイド等の部品や組み付けの誤差)、干渉計の誤差(例えばミラー等の組み付けの問題による)やチャージアップによる像の歪みの影響を受け、必ずしも利用的な配置には観察することができない場合があるが、この実際のダイの位置とダイマップ上の理想上の配置との誤差を把握し、この誤差を考慮しこれを自動補正しながら、検査を行っていくようにする。
次に、フォーカスレシピの作成手順について説明する。フォーカスレシピは、基板等の試料の平面上の印にの位置における最適なフォーカス位置、若しくはフォーカス位置に関する諸条件の情報を表等の所定の形式で記憶したものである。フォーカスマップレシピではウェーハ上の指定位置のみフォーカス条件が設定され、指定位置間のフォーカス値は、直線補完される(図76参照)。フォーカスレシピ作成手順は次のとおり。
(2)ダイ内でのフォーカス測定点を設定する
(3)各測定点へステージを移動させ、画像およびコントラスト値を基に、フォーカス値(CL12電圧)の調整を手動で行う。
理想的な位置情報であり、様々な要因によりダイマップ上のダイ位置と実際のダイ位置には誤差が生じる(。図77参照)この誤差分を吸収するためのパラメータを作成する手順をファインアライメントと呼び、ファインアライメントレシピには、ダイマップ(理想上のダイ配置情報)と実際のダイの位置との誤差情報が保存される。ここで設定された情報は、欠陥検査時に使用される。ファインアライメントレシピではダイマップ上で指定されたダイのみ誤差が測定され、指定ダイ間の誤差は、直線補完される。
(1)ファインアライメント用誤差測定対象ダイをダイマップから指定する
(2)誤差測定対象ダイより基準ダイを選択し、このダイの位置をダイマップとの誤差がゼロの点とする
(3)基準ダイの左下隅をTDIカメラで撮像し、パターンマッチ用テンプレート画像を取得する
※サーチ領域内でユニークなパターンをテンプレート画像として選択
(4)近隣の誤差測定対象ダイの左下の(ダイマップ上での)座標(X0,Y0)を取得し、ステージを移動させる。移動後、TDIカメラで撮像し、(3)のテンプレート画像を用いてパターンマッチを実行することで、厳密な座標値(X,Y)を取得する。
(6)全ての誤差測定対象ダイについて(4)〜(5)を実行する。
欠陥検査は、図78に示すように、電子光学系の条件設定(撮像倍率などの設定)を行い、電子ビームを照射しながらステージを移動させることでTDIスキャン撮像(図79)を行い、設定された検査条件(アレイ検査条件、ランダム検査条件、検査エリア)に従い、検査専用処理ユニット(IPE)によりリアルタイムで欠陥検査が行われる。
なお、欠陥検査用に安定した画像を取得するため、位置ズレや速度ムラなどによる撮像画像のブレを抑制するEO補正、理想的なダイマップ上の配置と実際のダイ位置との誤差を吸収するダイ位置補正、有限の測定点で予め測定したフォーカス値を用いウェーハ全領域のフォーカス値を補完するフォーカス調整がリアルタイムで同時に行われる。
本装置は、図84に示すように複数のコントローラにより構成されている。メインコントローラは、装置(EBI)のGUI部/シーケンス動作を司り、工場ホストコンピュータまたはGUIからの動作指令を受け取り、VMEコントローラやIPEコントローラへ必要な指示を与える。VMEコントローラは、装置(EBI)構成機器の動作を司り、メインコントローラからの指示に従い、ステージコントローラやPLCコントローラへ指示を与える。IPEコントローラは、メインコントローラからの指示によりIPEノードコンピュータからの欠陥検査情報取得、取得した欠陥の分類および画像表示を行う。IPEノードコンピュータは、TDIカメラから出力される画像の取得ならびに欠陥検査を行う。
図85はユーザーインターフェース部の機器構成を示す。
(1)入力部
ユーザーからの入力を受け付ける機器で「キーボード」、「マウス」、「JOYパッド」から構成される。
ユーザーへの情報を表示する機器で、モニタ2台で構成される。
モニタ1:CCDカメラまたはTDIカメラでの取得画像を表示
モニタ2:GUI表示
座標系について
本装置では、以下3つの座標系を規定する。
ステージ位置制御時の位置指示用の基準座標系
チャンバ左下隅を原点とし、右方向にX座標値が増加し、上方向にY座標値が増加する。
ステージ座標系で示される位置(座標値)は、ステージの中心(ウェーハ中心)とする。
ーハ中心)がステージ座標系の原点に重なるように移動する。
単位は[μm]とするが、最小分解能はλ/1024(≒0.618[μm])とする。
(2).ウェーハ座標系[XW,YW]
ウェーハ上の観察(撮像・表示)する位置を指示するための基準座標
ウェーハ中心を原点とし、右方向にX座標値が増加し、上方向にY座標値が増加する。
本座標系は、本装置に一つしか存在しない。
。
※λ:レーザ干渉計で用いられるレーザの波長(λ≒632.991[μm])
(3).ダイ座標系[XD,YD]
各ダイにおける観察(撮像・表示)位置を規定するための基準座標
各ダイの左下隅を原点とし、右方向にX座標値が増加し、上方向にY座標値が増加する。本座標系はダイ毎に存在する。単位は[μm]とするが、最小分解能はλ/1024(≒≒0.618[μm])とする。
なお、ウェーハ上のダイは、番号付け(ナンバリング)され、番号付けの基準となるダイを原点ダイと呼ぶ。デフォルトではウェーハ座標系原点に最も近いダイを原点ダイとするが、ユーザーの指定により原点ダイの位置を選択可能とする。
ジョイスティックおよび、GUI矢印ボタンにより、指示される方向は、オペレータが見たい方向とみなし、ステージを指示方向と逆方向に移動させる
例)
指示方向:右 .... ステージ移動方向:左 (画像が左に移動=視野が右に移動)
指示方向:上 ・・・・ ステージ移動方向:下 (画像が下に移動=視野が上に移動)
(2)GUI上で座標を直接入力
GUI上で直接入力される座標は、ウェーハ座標系上でオペレータが見たい場所とみなし、該当ウェーハ座標が撮像画像中心に表示されるようにステージを移動させる。
図87に本実施の形態の全体構成図を示す。但し、一部構成を省略して図示している。同図において、検査装置は一次コラム87・1、二次コラム87・2およびチャンバー87・3を有している。一次コラム87・1の内部には、電子銃87・4が設けられており、電子銃87・4から照射される電子ビーム(一次ビーム)の光軸上に一次光学系87・5が配置される。また、チャンバー87・3の内部には、ステージ87・6が設置され、ステージ87・6上には試料Wが載置される。
87・12は、開口絞りに相当するもので、円形の穴が開いた金属製(Mo等)の薄板である。そして、開口部が一次ビームの集束位置および対物レンズ87・7の焦点位置になるように配置されている。したがって、対物レンズ87・7とニューメリカルアパーチャ87・8とは、テレセントリックな電子光学系を構成している。
子として、二次電子、反射電子または後方散乱電子が発生する。
二次粒子は、対物レンズ87・7によるレンズ作用を受けながら、レンズを透過する。ところで、対物レンズ87・7は、3枚の電極で構成されている。一番下の電極は、試料W側の電位との間で、正の電界を形成し、電子(特に、指向性が小さい二次電子)を引き込み、効率よくレンズ内に導くように設計されている。また、レンズ作用は、対物レンズ87・7の1番目、2番目の電極に電圧を印加し、3番目の電極をゼロ電位にすることで行われる。一方、ニューメニカルアパーチャ87・8は、対物レンズ87・7の焦点位置、すなわち試料Wからのバックフォーカス位置に配置されている。したがって、視野中心外(軸外)から出た電子ビームの光束も、平行ビームとなって、このニューメニカルアパーチャ87・8の中心位置を、けられが生じることなく通過する。
対物レンズ87・7とウェーハWとの間には、電子線の照射光軸に対して略軸対称である形状の電極(図25−1の25・8)が配置されている。この電極の形状の例を図88、図89に示す。図88、図89は電極88・1、89・1の斜視図であり、図88は、電極88・1が軸対称に円筒形状である場合を示す斜視図であり、図89は、電極89・1が軸対称に円盤形状である場合を示す斜視図である。
られているため、二次電子を試料の方へ追い戻す力が働く。この電位障壁を越えられない二次電子は試料の方へ戻り、電位障壁を越えた二次電子のみが検出器で検出されることになり、所望の解像度の画像を得ることができる。
図92において、電位印加機構92・1は、ウェーハから放出される二次電子情報(二次電子発生率)が、ウェーハの電位に依存すると言う事実に基づいて、ウェーハを載置するステージの設置台に±数Vの電位を印加することにより二次電子の発生を制御するものである。また、この電位印加機構は、照射電子が当初有しているエネルギーを減速し、ウェーハに100〜500eV程度の照射電子エネルギーとするための用途も果たす。
検査試料の電気的欠陥を検査する方法としては、本来電気的に絶縁されている部分とその部分が通電状態にある場合では、その部分の電圧が異なることを利用することもできる。
図93において、電子ビームキャリブレーション機構93・1は、回転テーブル93・2上でウェーハの載置面93・3の側部の複数箇所に設置された、ビーム電流測定用のそれぞれ複数のファラデーカップ93・4及び93・5を備えている。ファラデーカップ93・4は細いビーム用(約φ2μm)で、ファラデーカップ93・5は太いビーム用(約φ30μm)である。細いビーム用のファラデーカップ93・4では回転テーブル93・2をステップ送りすることで、ビームプロフィルを測定し。太いビーム用のファラデーカップ93・5ではビームの総電流量を計測する。ファラデーカップ93・4、93・5は、上表面が載置面93・3上に載せられたウェーハWの上表面と同じレベルになるように配置されている。このようにして電子銃から放出される一次電子線を常時監視する。これは、電子銃が常時一定の電子線を放出できるわけでなく、使用しているうちにその放出量が変化するためである
2−7−4)電極の清掃
本発明の電子ビーム装置が作動すると、近接相互作用(表面近くでの粒子の帯電)により標的物質が浮遊して高圧領域に引きつけられるので、電子ビームの形成や偏向に使用される様々な電極には有機物質が堆積する。表面の帯電により徐々に堆積していく絶縁体は電子ビームの形成や偏向機構に悪影響を及ぼすので、堆積した絶縁体は周期的に除去しなければならない。絶縁体の周期的な除去は絶縁体の堆積する領域の近傍の電極を利用して真空中で水素や酸素あるいはフッ素及びそれらを含む化合物HF,O2,H2O,CMFN等のプラズマを作り出し、空間内のプラズマ電位を電極面にスパッタが生じる電位(数
kV、例えば20V〜5kV)に維持することで、有機物質のみ酸化、水素化、フッ素化
により除去する。また、清浄効果のある期待を流すことにより、電極や絶縁物表面の汚染物質を除去することができる。
図94のアライメント制御装置94・1は、ステージ装置を用いてウェーハWを電子光学装置94・2に対して位置決めさせる装置であって、ウェーハを光学顕微鏡94・3を用いた広視野観察による概略合わせ(電子光学系によるよりも倍率が低い測定)、電子光学装置94・2の電子光学系を用いた高倍率合わせ、焦点調整、検査領域設定、パターンアライメント等の制御を行うようになっている。このように光学系を用いて低倍率でウェーハを検査するのは、ウェーハのパターンの検査を自動的に行うためには、電子線を用いた狭視野でウェーハのパターンを観察してウェーハライメントを行う時に、電子線によりアライメントマークを容易に検出する必要があるからである。
A.概要
ウェーハ上からのビームをTDIで撮像するにあたり、ウェーハの位置は正確に位置決めされている必要があるが、実際にはウェーハはX−Yステージ上に有り、機械的な位置決めがなされる事から、その精度は数100μから数10nm、応答速度は数秒から数msが現実的な値である。
電圧に変換され、残差を相殺する向きに補正用偏向電極印加される。以上の構成によりレーザ干渉計の分解能に近い補正を実行する事が可能となる。
、ミラー96・14、干渉形9・5、レシーバ96・16より構成されている。
X−Yステージコントローラ96・17はこれらの機器を統括して制御する事により、ステージの二次元的な動作を可能とし、1000μm〜1nmの精度、好ましくは100μm〜2nmの精度、より好ましくは1μm〜2nmの精度、更に好ましくは0.1μm〜2nmの精度を達成しており、応答速度は数1000ms以下、好ましくは数10ms以下、より好ましくは数ms以下の性能を実現する。一方、X−Yステージコントローラ96・17からはX基準値、Y基準値がEO補正器96・18に出力され、干渉形96・11からの32ビットバイナリー形式で出力される位置情報を高速のバッファボード96・19を経由して現在位置をEO補正器96・18は受け取る。内部で演算を行った後、高圧高速増幅器96・20、96・21により電圧増幅した後、偏向電極96・22に印加し、残差分を補正すべく偏向を行い、位置ズレを極少にした画像情報電子ビームをTDI(撮像素子)96・23へ導く。96・24は後述するが、TDI96・23の転送速度を決定するタイミング信号を発生する部分である。
等により決定されている。ところが、スキャン時のステージの実際の位置は、制御ループのゲインが有限であることに起因して停止時と比較し、目標位置に対し、大幅なズレを生じる。20mm/sで走行した場合、目標位置との乖離は約400μm程度となり、その
まま差分を演算して出力しても補正範囲を大幅に超越して系が飽和してしまう。
97・1はステージの目標位置でありスキャン時は等速運動である為、時間とともに直線的に増加する。一方、実際の制御された結果のステージの機械的位置97・2は数ミクロンの機械的振動を含み約400μm程度の定常偏差97・3を有する。この定常偏差を除去する手段としては、フィルタを用いて、実走行時の位置情報を平滑化する事が考えられるが、この場合、フィルタの時定数により必ず、遅れが生じ、リプルを無視出来る程の時定数を持たせると、測定開始エリアが大幅に限定され、全体の計測時間の大幅な増加につながる欠点を有していた。そこで本案では、この定常偏差を検出するために、少なくとも前回にスキャンした時点での現在位置と目標位置との差分を本実施の形態においては少なくとも2の16乗程度積算し、これをサンプル回数で除する事で、目標位置と現在位置との定常偏差の平均値97・4を求め、今回のスキャン時には目標位置97・5から平均値97・4を引いて合成された目標位置97・6として演算を行い、図98の98・1に図示するような、ダイナミックレンジ範囲内でEO補正が可能な構成を実現した。なお、積算数は、目標精度が得られればよいので、この値に限られるものではなく、より少ない積算段数でもよい。
を実現している。
ろで、転送パルスを発生させればこれが実現できる。
とすると比較器102・15を80にセットしておけば、カウンタが1画素相等になった
タイミングで19のパルスが出力される。この信号をTDIの外部からの転送パルスとする事で、ステージ速度の変動があった場合でもそれに同期した動作を可能とし、ボケ、ブレの防止を実現できた。
2−7−7)画像比較方法
図104は、本発明の変形例による欠陥検査装置の概略構成を示す。この欠陥検査装置は、上述した写像投影型の検査装置で、一次電子線を放出する電子銃104・1、放出された一次電子線を偏向、成形させる静電レンズ104・2、成形された一次電子線を電場E及び磁場Bの直交する場で半導体ウェーハWに略垂直に当たるように偏向させるE×B偏向器104・3、偏向された一次電子線をウェーハW上に結像させる対物レンズ104・4、真空に排気可能な図示しない試料室内に設けられ、ウェーハWを載置した状態で水平面内を移動可能なステージ104・5、一次電子線の照射によりウェーハWから放出された二次電子線及び/又は反射電子線を所定の倍率で写像投影して結像させる写像投影系
の静電レンズ104・6、結像された像をウェーハの二次電子画像として検出する検出器104・7、及び、装置全体を制御すると共に、検出器104・7により検出された二次電子画像に基づいてウェーハWの欠陥を検出する処理を実行する制御部104・8を含んで構成される。なお、上記二次電子画像には、二次電子だけでなく散乱電子や反射電子による寄与も含まれているが、ここでは二次電子画像と称することにする。
ハの重複検査などが防止される。
・8)。このiMAXは、取得すべき被検査画像の数であり、図109の上述した例では、
「16」である。
ステップ106・2に戻り、インクリメントした画像番号(i+1)について画像位置(Xi+1,Yi+1)を再び決定する。この画像位置は、前のルーチンで決定した画像位置(Xi,Yi)からX方向及び/又はY方向に所定距離(ΔXi,ΔYi)だけ移動させた位置である。図108の例では、被検査領域は、(X1,Y1)からY方向にのみ移動した位置(X2,Y2)となり、破線で示した矩形領域108・2bとなる。なお、(ΔXi,ΔYi)(i=1,2,...iMAX)の値は、ウェーハ検査面108・1のパターン108・3
が検出器104・7の視野から実際に経験的にどれだけずれるかというデータと、被検査領域の数及び面積から適宜定めておくことができる。
次繰り返し実行する。これらの被検査領域は、図108に示すように、k回移動した画像位置(Xk,Yk)では被検査画像領域108・2kとなるように、ウェーハの検査面108・1上で、部分的に重なり合いながら位置がずらされていく。このようにして、図109に例示した16個の被検査画像データが画像記憶領域104・14に取得される。取得
した複数の被検査領域の画像109・1(被検査画像)は、図109に例示されたように、ウェーハ検査面108・1上のパターン108・3の画像109・2を部分的若しくは完全に取り込んでいることがわかる。
、このサブルーチンをリターンしてメインルーチンの比較工程に移行する。
なお、ステップ106・6でメモリ転送された画像データは、検出器104・7により検出された各画素毎の二次電子の強度値(いわゆるベタデータ)からなるが、後段の比較工程(ステップ105・3)で基準画像とマッチング演算を行うため、様々な演算処理を施した状態で記憶領域104・14に格納しておくことができる。このような演算処理には、例えば、画像データのサイズ及び/又は濃度を基準画像データのサイズ及び/又は濃度に一致させるための正規化処理や、所定画素数以下の孤立した画素群をノイズとして除去する処理などがある。更には、単純なベタデータではなく、高精細パターンの検出精度を低下させない範囲で検出パターンの特徴を抽出した特徴マトリクスにデータ圧縮変換しておいてもよい。このような特徴マトリクスとして、例えば、M×N画素からなる2次元の被検査領域を、m×n(m<M,n<N)ブロックに分割し、各ブロックに含まれる画素の二次電子強度値の総和(若しくはこの総和値を被検査領域全体の総画素数で割った正規化値)を、各マトリックス成分としてなる、m×n特徴マトリックスなどがある。この場合、基準画像データもこれと同じ表現で記憶しておく。本発明の実施の形態でいう画像データとは、単なるべタデータは勿論のこと、このように任意のアルゴリズムで特徴抽出された画像データを包含する。
とができる。例えば、画像データがM×N画素からなる場合、各画素の二次電子強度(又は特徴量)をM×N次元空間の各位置ベクトル成分とみなし、このM×N次元空間上における基準画像ベクトル及び画像iベクトル間のユークリッド距離又は相関係数を演算してもよい。勿論、ユークリッド距離以外の距離、例えばいわゆる市街地距離等を演算することもできる。更には、画素数が大きい場合、演算量が膨大になるので、上記したようにm×n特徴ベクトルで表した画像データ同士の距離値を演算してもよい。
07・5)。この閾値Thは、基準画像と被検査画像との間の十分な一致を判定する際の基準として実験的に求められる。距離値Diが所定の閾値Thより小さい場合(ステップ
107・5肯定判定)、当該ウェーハWの当該検査面1034には「欠陥無し」と判定し(ステップ107・6)、本サブルーチンをリターンする。即ち、被検査画像のうち1つでも基準画像と略一致したものがあれば、「欠陥無し」と判定する。このように全ての被検査画像とのマッチングを行う必要が無いので、高速判定が可能となる。図109の例の場合、3行3列目の被検査画像が、基準画像に対して位置ずれが無く略一致していることがわかる。
を1だけインクリメントし(ステップ107・7)、インクリメントした画像番号(i+1)が一定値iMAXを越えているか否かを判定する(ステップ107・8)。
ステップ107・3に戻り、インクリメントした画像番号(i+1)について画像データを読み出し、同様の処理を繰り返す。
ハWの当該検査面1034には「欠陥有り」と判定し(ステップ107・9)、本サブルーチンをリターンする。即ち、被検査画像の全てが基準画像と略一致していなければ、「欠陥有り」と判定する。
例えば、被検査試料として半導体ウェーハWを例に掲げたが、本発明の被検査試料はこれに限定されず、電子線によって欠陥を検出することができる任意のものが選択可能である。例えばウェーハへの露光用パターンが形成されたマスク等を検査対象とすることもできる。
更に、偏向電極104・9は、対物レンズ104・4とウェーハWとの間のみならず、一次電子線の照射領域を変更できる限り任意の位置に置くことができる。例えば、E×B偏向器104・3と対物レンズ104・4との間、電子銃104・1とE×B偏向器104・3との間などがある。更には、E×B偏向器104・3が生成する場を制御することによって、その偏向方向を制御するようにしてもよい。即ち、E×B偏向器104・3に偏向電極104・9の機能を兼用させてもよい。
05・4で欠陥有りと判定された試料について、他の領域の欠陥検査は行わないことにしたが、全領域を網羅して欠陥を検出するように処理の流れを変更してもよい。また、一次電子線の照射領域を拡大し1回の照射で試料のほぼ全検査領域をカバーできれば、ステップ105・7及びステップ105・8を省略することができる。
次に、図110及び図111を参照して本発明による半導体デバイスの製造方法の実施の形態を説明する。図110は、本発明による半導体デバイスの製造方法の一実施の形態を示すフローチャートである。この実施の形態の製造工程は以下の主工程を含んでいる。(1)ウェーハを製造するウェーハ製造工程(又はウェーハを準備するウェーハ準備工程)(ステップ110・1)
(2)露光に使用するマスクを製造するマスク製造工程(又はマスクを準備するマスク準備工程)(ステップ110・2)
(3)ウェーハに必要な加工処理を行うウェーハプロセッシング工程(ステップ110・3)
(4)ウェーハ上に形成されたチップを1個ずつ切り出し、動作可能にならしめるチップ組立工程(ステップ1110・4)
(5)できたチップを検査するチップ検査工程(ステップ110・5)。
(A)絶縁層となる誘電体薄膜や配線部、或いは電極部を形成する金属薄膜等を形成する薄膜形成工程(CVDやスパッタリング等を用いる)
(B)この薄膜層やウェーハ基板を酸化する酸化工程
(C)薄膜層やウェーハ基板等を選択的に加工するためにマスク(レチクル)を用いてレジストパターンを形成するリソグラフィー工程
(D)レジストパターンに従って薄膜層や基板を加工するエッチング工程(例えばドライエッチング技術を用いる)
(E)イオン・不純物注入拡散工程
(F)レジスト剥離工程
(G)加工されたウェーハを検査する工程
なお、ウェーハプロセッシング工程は必要な層数だけ繰り返し行い、設計通り動作する半導体デバイスを製造する。
(a)前段の工程で回路パターンが形成されたウェーハ上にレジストをコートするレジス
ト塗布工程(ステップ111・1)
(b)レジストを露光する工程(ステップ111・2)
(c)露光されたレジストを現像してレジストのパターンを得る現像工程(ステップ111・3)
(d)現像されたレジストパターンを安定化するためのアニール工程(ステップ111・4)
上記の半導体デバイス製造工程、ウェーハプロセッシング工程、リソグラフィー工程については、周知のものでありこれ以上の説明を要しないであろう。
上記(G)の検査工程における検査手順について図112を用いて説明する。一般に電子線を用いた欠陥検査装置は高価であり、またスループットも他のプロセス装置に比べて低いために、現状では最も検査が必要と考えられている重要な工程(例えばエッチング、成膜、又はCMP(化学機械研磨)平坦化処理等)の後に、また、配線工程ではより微細な配線工程部分、すなわち配線工程の1から2工程、及び前工程のゲート配線工程等に利用されている。特に、デザイン・ルールが100nm以下、即ち,100nm以下の線幅を有する配線や直径100nm以下のビア・ホール等の形状欠陥や電気的欠陥を見つけ、また、プロセスにフィードバックすることが重要である。
をかけること等による(素子の順方向又は逆方向により流れ易さが異なるために生じる)コントラストの違いから欠陥検出が出来る。
2−8−1)概要
検査の基本的流れを、図113に示す。まずアライメント動作113・1を含んだウェーハ搬送の後、検査に関係する条件等を設定したレシピを作成する(113・2)。レシピは被検査ウェーハに最低1種類は必要であるが、複数の検査条件に対応するために、1枚の被検査ウェーハに対して、複数のレシピが存在しても構わない。また同一パターンの被検査ウェーハが複数枚ある場合、一種類のレシピで複数のウェーハを検査しても構わない。図113の経路113・3はこの様に過去に作成されたレシピで検査する場合、検査動作直前にレシピの作成が不要である事を示している。以下、図113において
検査動作113・4は、レシピに記載された条件、シーケンスに従いウェーハの検査を行う。欠陥抽出は、検査動作中に欠陥を発見するごと即時行われ、
a)欠陥分類(113・5)を行い、結果出力ファイルに抽出欠陥情報と欠陥分類情報を追加する動作
b)抽出欠陥画像を画像専用結果出力ファイルもしくはファイルに追加する動作
c)抽出欠陥の位置などの欠陥情報を操作画面上に表示する動作
をほぼ並列に実行する。
a)結果出力ファイルをクローズして保存する動作
b)外部からの通信が検査結果を要求する場合、検査結果を送る動作
c)ウェーハを排出する動作
をほぼ並列に実行する。
以下、図113フローについて、さらに詳細を述べる。
レシピとは、検査に関係する条件等の設定ファイルであり保存する事も可能である。検査時もしくは検査前にレシピを使用して装置設定を行うが、レシピに記載された検査に関係する条件とは、
a)検査対象ダイ
b)ダイ内部検査領域
c)検査アルゴリズム
d)検出条件(検査感度等、欠陥抽出に必要な条件)
e)観察条件(倍率、レンズ電圧、ステージ速度、検査順序等、観察に必要な条件)などである。具体的なc)検査アルゴリズムは後述する。
検査は、被検査ウェーハに対して図116の様にある走査幅に細分され走査する。走査幅は、ほぼラインセンサの長さで決まるが、ラインセンサの端部が少し重なる様に設定してある。これは検出した欠陥を最終的に統合処理する場合にライン間の連続性を判断する為や比較検査を行う際に画像アライメントするための余裕を確保するためである。その重ね量は2048ドットのラインセンサに対して16ドット程度である。
本装置で行う検査のアルゴリズムは、大別して
1.アレイ検査(セル検査)
2.ランダム検査(ダイ検査)
の2種類である。図118-2に示すように、ダイは、主にメモリに用いられる周期構造
をしたセル部118・2と、周期構造を取らないランダム部118・3とに分けられる。周期構造をしたセル部118・2は、比較対象が同じダイの中に複数個あるので、同じダイの中のセル同士で比較を行うことによって検査可能である。一方、ランダム部118・3は、同じダイの中に比較対象がないので、ダイ同士の比較を行う必要がある。ランダム検査は比較対象により、さらに以下にように区分される。
b)基準ダイ比較法(Die-Any Die検査)
c)CADデータ比較法(Cad Data-Any Die検査)
一般にゴールデンテンプレート方式と呼ばれる方式は、前記b)とc)を表しており、基準ダイ比較法においては基準ダイをゴールデンテンプレートとする、CADデータ比較法おいてはCADデータをゴールデンテンプレートとする。
2−8−2―1)アレイ検査(セル検査)
アレイ検査は、周期構造の検査に適用される。DRAMセルなどはその一例である。
前提として図119での検査方向はAである。また周期4を被検査周期とする。周期の大きさはオペレータが画像を見ながら入力するので、図119において周期1から6は容易に認識できる。
ランダム検査は、ダイの構造に制限されず適用できる。検査は、基準となる参照画像と被検査画像の比較を行い、その差分を欠陥として抽出する。参照画像と被検査画像は、二値化画像でも検出精度を向上するため多値画像でも構わない。欠陥は、参照画像と被検査画像の差分そのものでも良いが、検出した差分の差分量や差分のある画素の合計面積などの差分情報を元にして、誤検出を防ぐため2次的な判定を行っても良い。ランダム検査は参照画像の求め方で分類することが出来る。以下に動作を記す。
参照画像は、被検査画像と隣接したダイである。被検査画像に隣り合った2つのダイと比較して欠陥を判断する。すなわち図120と図121において、画像処理装置のメモリ121・1とメモリ121・2がカメラ121・3からの経路121・41に接続するようスイッチ121・4、スイッチ121・5を設定した状況で、以下のステップを有する
。
b)ダイ画像2を経路121・41からメモリ121・2に格納するステップ。
e)ダイ画像3を経路121・41からメモリ121・1に格納するステップ。
f)上記e)と同時に経路121・42からダイ画像3を取得しながら、取得したダイ画像3とダイにおける相対位置が同じであるメモリ121・2に格納された画像データを比較して差分を求めるステップ。
h)上記d)とg)で保存された結果より、ダイ画像2の欠陥を判定するステップ。
i)以下連続したダイにおいてa)からh)を繰り返すステップ。
オペレータにより基準ダイを指定する。基準ダイはウェーハ上に存在するダイもしくは、検査以前に保存してあるダイ画像であり、まず基準ダイを走査もしくは転送して画像をメモリに保存、参照画像とする。すなわち図121と図122において、以下のステップを有する。
b)基準ダイが被検査ウェーハに存在する場合、画像処理装置のメモリ121・1もしくはメモリ121・2の少なくとも一方がカメラ121・3からの経路121・41に接続するようにスイッチ121・4、スイッチ121・5を設定するステップ。
e)基準ダイが検査以前に保存してあるダイ画像の場合、走査を必要とせず、基準ダイ画像である参照画像を画像処理装置のメモリに転送するステップ。
h)以下連続して図124で示すように基準ダイの走査位置と被検査ダイのダイ原点に対して同じ部分をウェーハ全体について検査し、ダイ全体を検査するまで基準ダイの走査位置を変更しながら上記d)からg)を繰り返すステップ。
C.CADデータ比較法(CAD Data-Any Die検査)
図123に示した半導体製造の工程において、CADによる半導体パターン設計工程の出力であるCADデータより参照画像を作成し基準画像とする。基準画像はダイ全体もしくは検査部分を含んだ部分的な物でも良い。
b)上記a)は、検査時に被検査ダイを走査して得られる画像走査幅の単位で行う。
c)上記b)は、被検査ダイを走査して得る予定の画像とダイにおける相対位置が同じである画像データを変換する。
上記のa)〜d)は高速化のために画像走査幅単位の変換を行う例であるが、変換単位を画像走査幅に固定しなくても検査は可能である。また、ベクタデータをラスタデータに変換する作業に付加機能として、以下の少なくとも1つを有する。
b)上記a)に関し、多値化の、階調重み、オフセットを検査装置の感度を鑑みて設定する機能。
図121において、CADデータ比較法による検査ステップを示す。
b)画像処理装置のメモリ121・1もしくはメモリ121・2の少なくとも一方がメモリ121・6からの経路121・7に接続するようにスイッチ121・4、スイッチ121・5を設定するステップ。
d)被検査画像を順次走査して得られる画像と、参照画像が転送されたメモリの画像と、ダイにおける相対位置が同じである画像データを比較して差分を求めるステップ。
f)以下連続して図124で示すように基準ダイの走査位置を参照画像とし被検査ダイ
の同じ部分をウェーハ全体検査し、ダイ全体を検査するまで基準ダイの走査位置を変更しながら上記a)からe)を繰り返すステップ。
2−8−2−2’)セル検査とダイ検査を同時に行う方法
これまで、周期構造を検査するアレイ検査(セル検査)とランダム検査とのアルゴリズムを説明してきたが、セル検査とダイ検査を同時に行うことも可能である。つまり、セル部とランダム部をと分けて処理し、セル部ではダイ内でセル同士の比較を行うと同時に、ランダム部では、隣接するダイ、基準ダイ又はCADデータとの比較を行っていく。このようにすると、検査時間を大幅に短縮でき、スループットが向上する。
フォーカス機能の基本的流れを、図125に示す。まずアライメント動作を含んだウェーハ搬送の後、検査に関係する条件等を設定したレシピを作成する。このレシピの1つとしてフォーカスマップレシピがあり、ここで設定されたフォーカス情報に従い、検査動作およびレビュー動作時にオートフォーカスが行われる。以下、フォーカスマップレシピの作成手順及びオートフォーカスの動作手順を説明する。
フォーカスマップレシピは、例においては独立的な入力画面を有しており、オペレータは次のステップを実行してレシピを作成するが、別の目的で設けられた入力画面に付加することもできる。
b)フォーカス値を自動測定する場合に必要な、ダイパターンを設定するステップ。このステップはフォーカス値を自動測定しない場合、スキップ出来る。
この中で、a)のステップではオペレータが任意のダイを指定する事も出来るが、全てのダイの選択や、n個毎のダイの選択などの設定も可能である。また入力画面はウェーハ内のダイ配列を模式的に表現した図でも、実画像を使った画像でもオペレータが選択できる。
上記c)のステップで自動的にフォーカス値を求める手順は、例えば図127において
a)フォーカス位置Z=1の画像を求めそのコントラストを計算する。
c)上記a)、b)で得られたコントラスト値から回帰させコントラスト関数を求める(図127)
d)コントラスト関数の最大値を得るZを計算で求め、これをベストフォーカス値とする。
フォーカスマップレシピから、画像を取得する検査動作、レビュー動作時にフォーカスをベストフォーカスに設定する方法は次のステップでなされる。
c)上記b)の補間関数は、リニア補間やスプライン補間等でフォーカスマップレシピの作成時にオペレータにより指定される。
さらに具体的に説明すると、図129において、黒丸がフォーカスマップファイル1のフォーカス値、白丸がフォーカスマップファイル2のフォーカス値であり、
1.フォーカスマップファイルのフォーカス値の間をフォーカスマップファイルのフォーカス値で補間している。
2.走査に従いフォーカス位置Zを変化させベストフォーカスを維持している。この時フォーカスマップファイル(白丸)の間は、次の変更する位置まで値が保持されている。
以下、リソマージン測定に関する実施の形態を説明する。
(1)実施の形態10(リソマージン測定1)
概要
1.露光機の条件の範囲およびベスト条件を求める。ターゲットはフォーカスである。
図130は、実施の形態1の動作を示したフローである。以下この図を元に説明する。
工程130・1では、例として図131に示すような、フォーカス条件と露光時間条件をパラメータとして条件を変化させ2次元的にウェーハ上に露光した。また、1ショット=1ダイのイメージパターンとした。
工程130・2では、現像、レジスト剥離、エッチング、CVD、CMP、メッキなどの工程が考えられ、特に電子ビームによる観察では、レジストはチャージして観察しずらいので、本実施の形態では、現像、レジスト剥離、メッキまでの工程を行っている。好ましくは、レジスト観察が望ましい。
下のフォーカス値ではコントラスト値が極めて低かったので検査対象外とする。図133でのグレイアウト部分。
工程130・5は、130・4の検査結果を用いて露光条件の判定を行う。すなわち露光条件が不適切であると、例えばダイパターンのライン及びスペースが解像しない事や、パターンのエッジ部が鈍角になる事で、基準画像との差分が発生し結果的に、パターン欠陥として検出される効果を利用している。むろん露光条件起因以外に露光ミスなどを起因としたパターン欠陥やパーティクルが検出される場合もあるが、この場合は再検査している。しかしながら確率的に発生頻度が少ないので問題にはなっていない。
1)フォーカスマージンを求めるのが優先なので、露光時間は図132のDsと固定して、フォーカス値と欠陥個数の関係を求める(図133)
2)この時、フォーカス値の判定基準は、露光条件により欠陥が1つも発生しない条件としてあるので、結論として、露光条件として許されるフォーカス値はF1からF2であ
る。
概要
露光機の条件の範囲およびベスト条件を求める。ターゲットはフォーカスである。
図134は、実施の形態2の動作を示したフローである。以下この図を元に説明する。
工程134・1では、例として図135に示すような、フォーカス条件と露光時間条件をパラメータとして条件を変化させ、2次元的にウェーハ上に露光した。また1ショット=1ダイのイメージパターンとした。
工程134・2では、現像、レジスト剥離、エッチング、CVD、CMP、メッキなどの工程が考えられ、特に電子ビームによる観察では、レジストはチャージして観察しずらいので、本実施の形態では、現像、レジスト剥離、メッキまでの工程を行っている。好ましくは、レジストの段階の観察ですませるのがよい。
工程134・5は、134・4の検査結果を用いて露光条件の判定を行う。すなわち露光条件が不適切であると、例えばダイパターンのライン&スペースが解像しない事や、パ
ターンのエッジ部が鈍角になる事で、基準画像との差分が発生し結果的に、パターン欠陥として検出される効果を利用している。むろん露光条件起因以外に露光ミスなどを起因としたパターン欠陥やパーティクルが検出される場合もあるが、この場合は再検査している。しかしながら確率的に発生頻度が少ないので問題にはなっていない。
1)フォーカスマージンを求めるのが優先なので、露光時間は経験的に得られている固定値にして、この場合のフォーカス値と欠陥個数の関係を求める(図137)。
以上、露光条件のリソマージン測定について述べたが、露光用マスクであるレチクル又はステンシルマスクを検査してもよい。この場合には、露光条件決めの検査を簡略化できる。
3−1)ステージ装置の変形例
図138は,本発明による検出装置におけるステージ装置の一変形例を示す。
れば空間138・15、138・16の圧力を下げることができ、試料近傍138・13の圧力上昇を更に小さくすることができる。このための真空排気通路138・17と138・18とが設けられている。排気通路はステージ台138・7及びハウジング138・9を貫通してハウジング138・9の外部に通じている。また、排気通路138・18はX方向可動部138・4に形成され、X方向可動部138・4の下面に開口している。
図144において、さらに他の変形例が示されている。ステージの両可動部には、図138に示したのと同様に仕切り板144・1、144・2が設けられており、試料台144・3が任意の位置に移動しても、これらの仕切りによってステージ内の空間144・4とチャンバC内とが絞り144・5、144・6を介して仕切られる。更に、荷電ビーム照射部141・1の周りには図141に示したのと同様の仕切り144・7が形成されており、チャンバC内と荷電ビーム照射部141・1のある空間が絞り144・8を介して仕切られている。このため、ステージ移動時、ステージに吸着しているガスが空間144・4に放出されてこの部分の圧力を上昇させても、チャンバCの圧力上昇は低く抑えられ、空間144・9の圧力上昇は更に低く抑えられる。これにより、荷電ビーム照射空間144・9の圧力を低い状態に保つことができる。また、仕切り144・7に示したように差動排気機構を内蔵した仕切り142・1としたり、図142に示したように冷凍機で冷却された仕切りとすることによって、空間144・9を更に低い圧力で安定に維持することができるようになる。
(1)ステージ装置が真空内で高精度な位置決め性能を発揮することができ、更に、荷電ビーム照射位置の圧力が上昇しにくい。すなわち、試料に対する荷電ビームによる処理を高精度に行うことができる。
(2)静圧軸受け支持部から放出されたガスが仕切りを通過して荷電ビーム照射領域側に通過することがほとんどできない。これによって荷電ビーム照射位置の真空度を更に安定させることができる。
(3)荷電ビーム照射領域側に放出ガスが通過することが困難になり、荷電ビーム照射領域の真空度を安定に保ち易くなる。
(4)真空チャンバ内が、荷電ビーム照射室、静圧軸受け室及びその中間室の3室に小さいコンダクタンスを介して分割された形になる。そして、それぞれの室の圧力を、低い順に荷電ビーム照射室、中間室、静圧軸受け室となるように真空排気系を構成する。中間室への圧力変動は仕切りによって更に低く抑えられ、荷電ビーム照射室への圧力変動は、もう一段の仕切りによって更に低減され、圧力変動を実質的に問題ないレベルまで低減することが可能となる。
(5)ステージが移動した時の圧力上昇を低く抑えることが可能になる。
(6)ステージが移動した時の圧力上昇を更に低く抑えることが可能である。
(7)ステージの位置決め性能が高精度で、かつ荷電ビームの照射領域の真空度が安定した検査装置を実現することができるので、検査性能が高く、試料を汚染する恐れのない検
査装置を提供することができる。
(8)ステージの位置決め性能が高精度で、かつ荷電ビーム照射領域の真空度が安定した露光装置を実現することができるので、露光精度が高く、試料を汚染する恐れのない露光装置を提供することができる。
(9)ステージの位置決め性能が高精度で、かつ荷電ビーム照射領域の真空度が安定した装置によって半導体を製造することにより、微細な半導体回路を形成できる。
図145ないし図147を参照して、本発明によるXYステージの他の実施の形態を説明する。なお、図148の従来例及び実施の形態において共通する構成部材を示す参照番号は同じになっている。なお、この明細書中で「真空」とは当該技術分野において呼ばれる真空であって、必ずしも絶対真空を指すものではない。
ている。Yテーブル145・6とXテーブル145・14との間には、公知の構造のリニアモータ145・19が配置されており、XテーブルのX方向の駆動をそのリニアモータで行うようにしている。そして、Xテーブル145・14にはフレキシブル配管145・20によって高圧ガスが供給され、静圧軸受けに高圧ガスを供給するようになっている。この高圧ガスが静圧軸受けからX方向ガイドの案内面に対して噴出されることによって、Xテーブル145・14がY方向ガイドに対して高精度に非接触で支持されている。
)程度である。真空チャンバCを、内径50mmで長さ2mの真空配管を介して20000L/minの排気速度を有するドライポンプで排気すると仮定すると、真空チャンバ内の圧力は、約160Pa(約1.2Torr)となる。この時、差動排気機構の環状部材146・3及び環状溝等の寸法を、図146に示されるようにすれば、荷電ビーム照射空間141・1内の圧力を10-4Pa(10-6Torr)にすることができる。
、147・15、147・2、147・3及び加圧側配管147・21、147・23、147・24、147・25、147・30を含む全ての循環系に高純度不活性ガスを満たす役割と、何らかの原因で循環するガスの流量が減少した際に不足分を供給する役割とを担っている。また、ドライ真空ポンプ147・4に大気圧以上まで圧縮する機能を持たせることによって、ドライ真空ポンプ147・4と圧縮機147・22を1台のポンプで兼ねさせることも可能である。
(1)大気中で一般に用いられる静圧軸受け式のステージと同様の構造を持ったステージ
(差動排気機構を持たない静圧軸受け支持のステージ)を使用して、ステージ上の試料に対して荷電ビームによる処理を安定に行うことができる。
(2)荷電ビーム照射領域の真空度に対する影響を最小限に抑えることが可能になり、荷電ビームによる試料への処理を安定化させることができる。
(3)ステージの位置決め性能が高精度で、かつ荷電ビームの照射領域の真空度が安定した検査装置を安価に提供することができる。
(4)ステージの位置決め性能が高精度で、かつ荷電ビーム照射領域の真空度が安定した露光装置を安価に提供することができる。
(5)ステージの位置決め性能が高精度で、かつ荷電ビーム照射領域の真空度が安定した装置によって半導体を製造することにより、微細な半導体回路を形成できる。
さらに、この写像投影方式の課題解決を考慮した、もう1つの方式として一次電子線を複数とし、前記複数の電子線を二次元(X−Y方向)に走査しながら(ラスタースキャン)試料表面の観察領域を照射するものであり、二次電子光学系は写像投影方式を採用した方式がある。
この実施の形態で用いられる電子線源として熱電子線源を使用している。電子放出(エミッタ)材はLaB6である。高融点(高温での蒸気圧が低い)で仕事関数の小さい材料であれば、他の材料を使用することが可能である。複数の電子線を得るために、2通りの方法を用いている。一つは一本のエミッタ(突起が一つ)から一本の電子線引き出し、複数の穴のあいた薄板(開ロ板)を通すことにより、複数の電子線を得る方法、もう一つの方法は一本のエミッタに複数の突起を形成してそこから直に複数の電子線を引き出す方法である。いずれの場合も電子線は突起の先端から放出されやすい性質を利用している。他の方式の電子線源例えば熱電界放出型の電子線やショットキータイプも使用可能である。さらに電子銃は矩形、線形のビームを出すものでも良く、その形状を作り出すために、開口形状で行っても良いし、電子源の電子生成部(チップ又はフィラメント等)の形状を矩形又は線状にしても良い。
限条件で作動可能な電子銃150・1は、図150のBに符号150・2で示すようなマ
ルチビームを形成する。マルチビーム150・2は、円周上に配置された8個の円形ビームである一次電子線150・3から構成される。
る。CCDからの電気信号により、試料Wの二次元画像を形成することができる。それぞれの一次電子線150・3は、CCD画素の少なくとも2画素以上の寸法を有するものとする。
る。
拡大投影像F’は、MCP151・15で1万倍に増感され、蛍光部により光に変換され、TDI−CCD151・16で試料の連続移動速度に同期された電気信号となり、画像表示部151・17で連続した画像として取得され、CRT等に出力した。
。
均一に照射できれば、前記のラスタースキャンでなくても良い。例えばリサージュ形を描くように走査しても良い。従って、ステージの移動方向は図に示す方向Aである必要は無い。即ち、スキャン方向(図の横方向の高速走査方向)に垂直である必要は無い。
図153は、電子線を試料に照射する静電レンズを用いた電子光学系において絶縁破壊を防止する電極構造を備える電子線装置を示している。
ることがあってもデバイス性能を劣化させることもない。更に、電極の絶縁破壊の発生確率も低くすることができ、より好ましい。
本実施の形態は、電子線を物質の目標位置に照射することにより、当該物質の加工、製造、観測及び検査のうち少なくともいずれかを実行する電子線装置に係り、より詳しくは、電子線を位置決めする機械構造体に生じる不要な機械的振動を減少させた電子線装置、その制振方法および該装置を用いた半導体デバイスの加工、製造、観測及び検査のうち少なくともいずれかを実行する工程を備えた半導体製造プロセスに関する。
圧電素子162・4は電気容量Cを有するため、直列接続された圧電素子162・4及び振動減衰用回路159・18は、参照番号162・8により示される直列共振回路と等価となる。この直列共振回路の共振周波数f0’は、
fo’=1/{2π(LC)1/2}
で表される。本実施の形態では、直列共振回路の共振周波数f0’が鏡筒160・1の共
振周波数f0に略一致するように、各パラメータが設定される。即ち、与えられた圧電素
子162・4の電気容量Cに対して、
fo=1/{2π(LC)1/2}
が成立するように、可変インダクタンス162・6のインダクタンスLが調整される。実際には、圧電素子162・4の容量Cは、機械的共振周波数に合わせて共振回路を形成する上では小さく、このため非常に大きなインダクタンスLを必要とする場合が多いが、この場合には演算増幅器等を用いて等価的に大きなインダクタンスを形成することで共振回路を実現することができる。
のようにして作られた直列共振回路162・8は、図161の参照番号161・1により示される電気的周波数特性を有する。
50Hz)の振動成分を含む外力が加わると、鏡筒160・1は、その伝達関数で定まる共振倍率(30dB)でこの振動成分を増幅させて固有振動する。この振動160・2は、圧電素子162・4に正負の圧力を印加する。圧電素子162・4は、鏡筒160・1の振動エネルギーを一旦電気エネルギーに変換して出力する。圧電素子162・4の両電極162・2、162・3には、インダクタンス162・6(L)及び抵抗162・7(RD)が直列接続されて共振回路を形成しているため、共振周波数f0において、圧電素子162・4の容量性インピーダンスと、インダクタンス162・6の誘導性インピーダンスLとは相殺され、共振回路のインピーダンスは、事実上、抵抗RDのみとなる。従って
、共振時には、圧電素子162・4から出力される電気エネルギーは、抵抗162・7(
RD)によりほぼ全部消費される。
できる。そして、この電位分布からパターンの欠陥部分を評価することができる。
本実施の形態としてこれまで説明した電子線検査装置をデバイス製造方法におけるウェーハ検査工程に用いた場合には、機械構造体の振動による検出画像の劣化を未然に防止できるので、効率良く高精度の検査が可能となり、欠陥製品の出荷防止が実現できる。
本実施の形態は、電子線装置においてウェーハを静電的に吸着保持する静電チャック、ウェーハと静電チャックとの組合わせ、特に減速電界対物レンズを用いた電子線装置で使用可能な静電チャックとウェーハとの組合わせ、ならびに、静電チャックとウェーハとの組合わせを備える電子線装置を使用するデバイス製造方法に関する。
を付着されるので、ウェーハに0電位又は低い電位を与えようとするとき、電圧が印加されない問題があった。更に静電チャック側へ中央が凸に歪んだウェーハは、比較的容易に吸着固定できるが、チャック側に中央が凹に歪んだウェーハは、単極の静電チャックでは、周辺部のみがチャックされ、中央部はチャックされないまま保持される問題があった。
時刻t=t1でウェーハの電圧Cが少しずつ深くされ(下げられ)、時刻t=t2で−4kVに達するように制御される。第1電極及び第2電極は、時刻t=t1から時刻t=t2において、少しずつ電圧が下げられ、時刻t=t2で、0Vにされる。
が0Vにされ、ウェーハが外部へ取出される。
静電チャックが4kVの電位差がなくても2kVの電位差でもウェーハを吸着保持する場合には、図167に1点鎖線で示すように、第1電極及び第2電極にそれぞれに2kVの電圧A’、B’が印加される。ウェーハに−4kVが印加されるとき、第1電極及び第2電極にそれぞに、−2kVが印加される。このようにして、電圧印加によって必要以上に電圧を絶縁層2104に印加しないようにできるので、絶縁層の破壊を防止できる。
フッ素及びそれらを含む代替物HF、H2O、CMFN等のプラズマを作り出し、空間内のプラズマ電位を電極面にスパッタが生じる電位(数kV、例えば20V〜5kV)に維持することで、有機物質のみを酸化、水素化、フッ素化により除去することが好ましい。
図169は、本実施の形態のE×B分離器169・1を示す。E×B分離器169・1は、静電偏向器と電磁偏向器とにより構成されており、図169においては、光軸(図面に垂直な軸:z軸)に直交するx−y平面上の断面図として示されている。x軸方向及びy軸方向も直交している。
。本実施の形態によれば、図169に示した実施の形態に比べて、電界強度が一様な領域をさらに大きくすることができる。
図169のE×B分離器169・1においては、電界を生成する静電偏向器の一対の電極として、電極間の間隔よりも光軸に直角な方向の大きさが長く形成された平行平板型電極を用いているので、光軸の周りに一様強度で平行な電界が生成される領域が広くなる。
図171は、本発明の装置を使用した製造ラインの例を示す。検査装置171・1で検査されるウェーハのロット番号、製造に経由した製造装置履歴等の情報をSMIFまたはFOUP171・2に備えられたメモリから読み出すか、または、そのロット番号を、SMIF、FOUP又はウェーハカセットのID番号を読むことにより認識できるようになっている。ウェーハの搬送中は水分の量をコントロールしてメタル配線の酸化等を防止している。
本発明は、100nm以下の線は簿を有する配線パターンが形成された基板等の試料に電子線を照射し、基板表面の情報を得た電子を検出し、該検出された電子から基板表面の画像を取得し、試料表面の検査を行うことを本質的な目的とする。特に、電子線を試料に照射する際、一定の撮像領域を含む面積を有する電子線を照射し、該基板上の撮像領域から放出された電子をCCD又はCCD−TDI等を用いて検出器上に結像して撮像領域の画像を取得し、更に、得られた画像を、ダイのパターンに応じてセル検査、ダイ比較検査を適宜組み合わせて検査を行うことにより、SEM方式と比較して格段に早いスループットを実現した検査方法及び装置を提案している。即ち、本発明の電子線を用いた検査方法及び検査装置は、光学式検査装置では分解能の低さにより100nm以下の線幅を有する配線のパターン欠陥が十分に検査できず、一方、SEM型検査装置では検査に時間がかかりすぎるために高スループットの要請に応えられないという双方の問題点を解消し、100nm以下の線幅を有する配線パターンを十分な分解能且つ高スループットで検査することを可能にしている。
ミラー電子、透過電子のいずれを用いる場合でも、既に説明した電子銃、一次光学系、一次電子線と検出電子線を分離するための偏向器、CCD又はCCD−TDIを用いた検出器、画像処理装置、ダイ比較のための演算器等を用いる。電子線は、楕円等の一定の領域を有するものを用いるが、勿論、SEM型に用いる細く絞った電子線を用いてもよい。電子線は単数でも複数でもよいことは勿論である。一次電子線と検出電子線を分離するための偏向器は、電界と磁界の双方を形成するウィーンフィルタでもよいし、磁界のみの偏向器を用いてもよい。検出器は、撮像領域を検出器上に結像して、迅速な検査を行えるCCD又はCCD−TDIを用いるが、SEM型の電子銃を用いた場合には、これに対応する半導体検出器等を用いることは当然である。基板表面の画像を取得し、ダイの比較検査を行う場合には、ダイのパターンに応じて、周期性のあるパターンに適用するセル検査と、ランダムなパターンに適用するダイ同士の比較検査を適宜利用する。勿論、全てダイ同士の比較検査で処理してもよい。また、ダイ同士の比較検査の場合には、同一基板上のダイ同士で比較してもよいし、異なる基板上のダイ同士を比較してもよいし、ダイとCADデータを比較してもよい。いずれか好適なものを任意に用いればよい。更に、検査の前には、基板の位置あわせを行う。基板の位置ずれを測定し、回転角のずれを補正する。その際、フォーカスマップを作成し、検査時にそれらを考慮して平面上の基板の位置やフォーカスのずれを補正しながら検査を行ってもよい。
この実施の形態は、面ビームで検査対象を照射することができ、検査対象に応じて二次電子と反射電子とを切り換えて使用することが可能な高分解能且つ高スループットの写像投影方式電子線装置に関するものである。このように、試料上の1点ではなく少なくとも
一次元方向に広がった視野に電子ビームを照射してその視野の像を形成する方式は「写像投影方式」と呼ばれている。この写像投影方式電子線装置は、空間電荷効果を回避でき、信号対雑音比が高く、並列処理による画像処理速度を向上させた高分解能且つ高スループットな装置である。
された一次電子は数段の四極子レンズ2を含む一次光学系を通過してビーム形状を調整されてからウィーンフィルタ172・1を通過する。ウィーンフィルタ172・1によって一次電子の進行方向は、検査対象であるウェーハWに対して入力するよう第2の方向へ変更される。ウィーンフィルタ172・1を出て第2の方向へ進む一次電子は、NA開口板172・2によってビーム径が制限され、対物レンズ172・3を通過してウェーハWを照射する。対物レンズ172・3は高精度の静電レンズである。
用しているので、従来の走査型の欠陥検査装置に比較して低エネルギで大電流且つ大面積の一次ビームを得ることができる。
センサ172・9を有しており、蛍光スクリーン172・7から発せられた蛍光はラインセンサ172・9によって電気信号へ変換されて画像処理部172・10に送られ、並列、多段且つ高速に処理される。
反射電子撮像モードでは
VA=−4.0kV
VW=−2.5kV
EIN=1.5keV
EOUT=4keV
負帯電モードでは
VA=−7.0kV
VW=−4.0kV
EIN=3.0keV
EOUT=4keV+α (α=二次電子のエネルギ幅)
正帯電モードでは
VA=−4.5kV
VW=−4.0kV
EIN=0.5keV
EOUT=4keV+α (α=二次電子のエネルギ幅)
となる。
172・5によって37倍となり、合計では260倍となる。なお、図175における参照数字175・1、175・2はビーム径を制限するためのフィールド・アパーチャであり、参照数字175・3は偏光器である。
6・1による領域Rの走査は、図177の(B)に示すように行われる。即ち、図177の(B)に示すように、領域Rを一次電子ビーム176・1の数だけY軸方向に分割して小領域r1、r2、r3、r4を想定し、それぞれの一次電子ビーム176・1をこれらの小領域r1〜r4のそれぞれに割り当てる。そこで、ウェーハWをY軸方向に移動させながら、偏向器176・6によって、それぞれの一次電子ビーム176・1をX軸方向に同時に偏向させ、各一次電子ビーム176・1にその割り当てられた小領域r1〜r4を走査させる。これにより、複数本の一次電子ビーム176・1によって領域Rが走査されることになる。
これまで説明してきた欠陥検査装置EBIにおいては、ウェーハWをステージ上に載置し、該ステージを真空チャンバ内で精度良く位置決めすることができる機構を使用することが好ましい。かかるステージの高精度の位置決めために、例えば、ステージを静圧軸受けによって非接触支持する構造が採用される。この場合、静圧軸受けから供給される高圧ガスが真空チャンバに排気されないよう、高圧ガスを排気する差動排気機構を静圧軸受けの範囲に形成して真空チャンバの真空度を維持することが望ましい。
・10bの案内面に対して噴出させることにより、Xテーブル178・9はX方向ガイド178・10a、178・10bに対して高精度に非接触で支持される。Yテーブル178・6には、Xテーブル178・9をX方向に駆動するために公知の構造のリニアモータ178・11が配置される。
・1の適所には排気口178・34が設けられ、排気口178・34は真空配管178・35を介してターボ分子ポンプ178・36に接続される。これらのターボ分子ポンプ178・33、178・36は真空配管178・37、178・38によってドライ真空ポンプ178・18に接続される。したがって、差動排気機構178・27や荷電ビーム照射空間178・26に侵入した不活性ガスのガス分子は環状溝178・30、排気口178・31及び真空配管178・32を介してターボ分子ポンプ178・33によって排気されるので、真空チャンバCから環状部材178・29によって囲まれた空間178・28内に侵入したガス分子は排気されてしまう。これにより、一次電子照射空間178・28内の圧力を低く保つことができ、一次電子を問題なく照射することができる。また、鏡筒178・1の先端部から吸引されたガス分子は排気口178・34、真空配管178・35を通ってターボ分子ポンプ178・36によって排気される。ターボ分子ポンプ178・33、178・36から排出されたガス分子はドライ真空ポンプ178・18によって収集されて圧縮機178・20に供給される。
すると仮定すると、真空チャンバ内の圧力は、約160Pa(約1.2Torr)となる。この時、差動排気機構178・27、環状部材178・29及び環状溝178・30等の寸法を図179に示すように設定すると、一次電子照射空間56内の圧力を10−4Pa(10−6Torr)にすることができる。
以上の説明から理解されるように、この実施の形態は、
(1)面ビームによって試料を照射するので、スループットを向上させることができ、例
えばウェーハ1枚あたりの欠陥検査時間を従来のビーム走査方式の検査装置に比べてほぼ1/7に短縮することができる、
(2)一次電子をビームスポットに絞る必要が無いので、空間電荷効果を回避することができるうえ、試料を低電流密度で照射するので、試料のダメージが小さい、
(3)面ビームによって試料を照射するので、1ピクセルよりも小さいサイズまで検査することができる、
(4)電子銃の加速電圧及び試料に印加される電圧を選定するとともに、対物レンズを調整することにより、正帯電モード、負帯電モード及び反射電子撮像モードのうちのいずれかの動作モードで動作することができるので、試料における検査部位に応じて適正な検査を実施することができる、
(5)静電レンズを使用することにより、一次光学系及び/又は二次光学系を小型で高精度にすることができる、
等の格別の効果を奏する。
Claims (6)
- 二次元的な断面を有する一次電子ビームを用いて基板を検査する電子線検査装置であって、前記基板の被検査領域を前記一次電子ビームで照射する電子銃と、前記基板から放出された二次電子を検出する検出器とを備える電子線検査装置において、
前記一次電子ビームの照射によって前記基板に生じる帯電量のむらを防止するチャージアップ抑制手段
を具備することを特徴とする電子線検査装置。 - 請求項1に記載の電子線検査装置であって、前記チャージアップ抑制手段が、
前記一次電子ビームを照射する前に、前記検査領域を含む領域に電子線を照射する手段であることを特徴とする電子線検査装置。 - 請求項1に記載の電子線検査装置であって、前記チャージアップ抑制手段が、
前記一次電子ビームを照射する前に、前記検査領域を含む領域に導電性膜を塗布する手段
であることを特徴とする電子線検査装置。 - 請求項1に記載の電子線検査装置であって、前記チャージアップ抑制手段が、
検査中に前記基板の表面にアルゴン、酸素等の負性ガスを吹き付ける手段
であることを特徴とする電子線検査装置。 - 請求項1に記載の電子線検査装置であって、前記チャージアップ抑制手段が、
照射エネルギ3〜5keVの負帯電モードに調整する手段
であることを特徴とする電子線検査装置。 - 請求項1に記載の電子線検査装置であって、前記チャージアップ抑制手段が、
照射エネルギ0.5〜3keVで反射電子を検査するよう調整する手段
であることを特徴とする電子線検査装置。
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