JP2015201257A - 検査装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】 検査装置は、荷電粒子又は電磁波をビームとして発生させるビーム発生手段と、検査対象にビームを照射する1次光学系と、検査対象から発生した二次荷電粒子を検出する2次光学系と、検出された二次荷電粒子に基づいて画像を形成する画像処理系を備える。ビームの照射エネルギーは、ビームの照射により検査対象から二次荷電粒子としてミラー電子が放出されるエネルギー領域に設定される。2次光学系は、二次荷電粒子を検出するためのカメラと、光軸方向に沿って位置を調整可能なニューメリカルアパーチャと、ニューメリカルアパーチャを通過した二次荷電粒子をカメラの像面に結像させるレンズとを備える。画像処理系では、ニューメリカルアパーチャの位置を物面にして撮像を行うアパーチャ結像条件で画像が形成される。
【選択図】 図15
Description
カセットホルダ10は、複数枚(例えば25枚)のウエ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c(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10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10は、この実施形態では、自動的にカセットcが装填される形式であり、例えば昇降テーブル11と、その昇降テール11を上下移動させる昇降機構12とを備え、カセットcは昇降テーブル上に図2Aで鎖線図示の状態で自動的にセット可能になっていて、セット後、図2Aで実線図示の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。また、昇降テーブル11は図1で鎖線図示の状態に降下される。このように、自動的に装填する場合に使用するカセットホルダ、或いは人手により装填する場合に使用するカセットホルダはいずれも公知の構造のものを適宜使用すれば良いので、その構造及び機能の詳細な説明は省略する。
図1ないし図3において、ミニエンバイロメント装置20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21を画成するハウジング22と、ミニエンバイロメント空間21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23と、ミニエンバイロメント空間21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24と、ミニエンバイロメント空間21内に配設されていて検査対象としての基板すなわちウエハを粗位置決めするプリアライナ25とを備えている。
図1及び図2Aにおいて、ワーキングチャンバ31を画成する主ハウジング30は、ハウジング本体32を備え、そのハウジング本体32は、台フレーム36上に配置された振動遮断装置すなわち防振装置37の上に載せられたハウジング支持装置33によって支持されている。ハウジング支持装置33は矩形に組まれたフレーム構造体331を備えている。ハウジング本体32はフレーム構造体331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321と、頂壁322と、底壁321及び頂壁322に接続されて四周を囲む周壁323とを備えていてワーキングチャンバ31を外部から隔離している。底壁321は、この実施形態では、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。この実施形態において、ハウジング本体及びハウジング支持装置33は、剛構造に組み立てられていて、台フレーム36が設置されている床からの振動がこの剛構造に伝達されるのを防振装置37で阻止するようになっている。ハウジング本体32の周壁323のうち後述するローダハウジングに隣接する周壁にはウエハ出し入れ用の出入り口325が形成されている。
図1、図2A及び図4において、ローダハウジング40は、第1のローディングチャンバ41と第2のローディングチャンバ42とを画成するハウジング本体43を備えている。ハウジング本体43は底壁431と、頂壁432と、四周を囲む周壁433と、第1のローディングチャンバ41と第2のローディングチャンバ42とを仕切る仕切壁434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434には両ローディングチャンバ間でウエハのやり取りを行うための開口すなわち出入り口435が形成されている。また、周壁433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436及び437が形成されている。このローダハウジング40のハウジング本体43は、ハウジング支持装置33のフレーム構造体331上に載置されてそれによって支持されている。したがって、このローダハウジング40にも床の振動が伝達されないようになっている。ローダハウジング40の出入り口436とミニエンバイロメント装置のハウジング22の出入り口226とは整合されていて、そこにはミニエンバイロメント空間21と第1のローディングチャンバ41との連通を選択的に阻止するシャッタ装置27が設けられている。シャッタ装置27は、出入り口226及び436の周囲を囲んで側壁433と密に接触して固定されたシール材271、シール材271と協働して出入り口を介しての空気の流通を阻止する扉272と、その扉を動かす駆動装置273とを有している。また、ローダハウジング40の出入り口437とハウジング本体32の出入り口325とは整合されていて、そこには第2のローディングチャンバ42とワーキンググチャンバ31との連通を選択的に密封阻止するシャッタ装置45が設けられている。シャッタ装置45は、出入り口437及び325の周囲を囲んで側壁433及び323と密に接触してそれらに固定されたシール材451、シール材451と協働して出入り口を介しての空気の流通を阻止する扉452と、その扉を動かす駆動装置453とを有している。更に、仕切壁434に形成された開口には、扉461によりそれを閉じて第1及び第2のローディングチャンバ間の連通を選択的に密封阻止するシャッタ装置46が設けられている。これらのシャッタ装置27、45及び46は、閉じ状態にあるとき各チャンバを気密シールできるようになっている。これらのシャッタ装置は公知のものでよいので、その構造及び動作の詳細な説明は省略する。なお、ミニエンバイロメント装置20のハウジング22の支持方法とローダハウジングの支持方法が異なり、ミニエンバイロメント装置を介して床からの振動がローダハウジング40、主ハウジング30に伝達されるのを防止するために、ハウジング22とローダハウジング40との間には出入り口の周囲を気密に囲むように防振用のクッション材を配置しておけば良い。
ステージ装置50は、主ハウジング30の底壁321上に配置された固定テーブル51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52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53と、Xテーブル上で回転可能な回転テーブル54と、回転テーブル54上に配置されたホルダ55とを備えている。そのホルダ55のウエハ載置面551上にウエハを解放可能に保持する。ホルダは、ウエ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50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551上でホルダに保持されたウエ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1において上下方向)に、更にウエ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。なお、Z方向の位置決めは、例えばホルダ上の載置面の位置をZ方向に微調整可能にしておけばよい。この場合、載置面の基準位置を微細径レーザによる位置測定装置(干渉計の原理を使用したレーザ干渉測距装置)によって検知し、その位置を図示しないフィードバック回路によって制御したり、それと共に或いはそれに代えてウエハのノッチ或いはオリフラの位置を測定してウエハの電子ビームに対する平面位置、回転位置を検知し、回転テーブルを微小角度制御可能なステッピングモータなどにより回転させて制御したりする。ワーキングチャンバ内での塵埃の発生を極力防止するために、ステージ装置用のサーボモータ521、531及びエンコーダ522、532は、主ハウジング30の外側に配置されている。なお、ステージ装置50は、例えばステッパー等で使用されている公知の構造のもので良いので、その構造及び動作の詳細な説明は省略する。また、上記レーザ干渉測距装置も公知の構造のものでよいので、その構造、動作の詳細な説明は省略する。
ローダー60は、ミニエンバイロメント装置20のハウジング22内に配置されたロボット式の第1の搬送ユニット61と、第2のローディングチャンバ42内に配置されたロボット式の第2の搬送ユニット63とを備えている。
次にカセットホルダに支持されたカセットcからワーキングチャンバ31内に配置されたステージ装置50までへのウエハの搬送について、順を追って説明する。
(1)まず、ステージ装置50に未処理のウエハBを移動し、処理を開始する。(2)この処理中に、処理済ウエハAを、アームによりステージ装置50からウエハラック47に移動し、未処理のウエハCを同じくアームによりウエハラックから抜き出し、プリアライナで位置決めした後、ローディングチャンバ41のウエハラック47に移動する。
このようにすることで、ウエハラック47の中は、ウエハBを処理中に、処理済のウエハAが未処理のウエハCに置き換えることができる。
(A)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。
(B)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。
(C)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。
電子光学装置70は、ハウジング本体32に固定された鏡筒71を備え、その中には、一次光源光学系(以下単に「1次光学系」という。)72と、二次電子光学系(以下単に「2次光学系」という。)74とを備える光学系と、検出系76とが設けられている。図8は、「光照射型」の電子光学装置の概略構成を示す模式図である。図8の電子光学装置(光照射型の電子光学装置)では、1次光学系72は、光線を検査対象であるウエハWの表面に照射する光学系で、光線を放出する光源10000と、光線の角度を変更するミラー10001とを備えている。この光照射型の電子光学装置では、光源から出射される光線10000Aの光軸は、検査対象のウエハWから放出される光電子の光軸(ウエハWの表面に垂直)に対して斜めになっている。
図8の電子光学装置においては、光源10000には、DUVレーザ光源を用いている。DUVレーザ光源10000からは、DUVレーザ光が出射される。なお、UV、DUV、EUVの光及びレーザ、そしてX線及びX線レーザ等、光源10000からの光が照射された基板から光電子が放出される光源であれば他の光源を用いても良い。
光源10000より出射される光線によって一次光線を形成し、ウエハW面上に矩形、又は円形(楕円であってもよい)ビームを照射する部分で1次光学系と呼ぶ。光源10000より出射される光線は、対物レンズ光学系724を通ってステージ装置50上のウエハWFに一次光線として照射される。
ウエハW上に照射された光線により発生する光電子による二次元の画像を、ミラー10001に形成された穴を通り抜け、静電レンズ(トランスファーレンズ)10006及び10009によりニューメリカルアパーチャ10008を通して視野絞り位置で結像させ、後段のレンズ741で拡大投影し、検出系76で検知する。この結像投影光学系を2次光学系74と呼ぶ。
2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。
2次光学系で結像されるウエハからの光電子画像は、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、独立した電子増幅器として働き、全体として電子増幅器を形成する。
導入される場合がある。このほうが、大気中に置かれた場合よりも、透過率やMTF(Modulation Transfer Function)の効率がよい。例えば透過率およびMTFにおいて×5〜×10の高い値が得られる。このとき、検出器としては、上述したように、MCP+TDIを用いることがあるが、その代わりに、EB(Electron Bombardment)−TDIまたは、EB−CCDを用いてもよい。EB−TDIを用いると、試料表面から発生し、2次元像を形成している光電子が、直接EB−TDIセンサ面に入射するので、分解能の劣化がなく像信号の形成ができる。例えば、MCP+TDIであると、MCPで電子増幅した後、蛍光材やシンチレータ等により電子/光変換が行われ、その光像の情報がTDIセンサに届けられることになる。それに対して、EB−TDI、EB−CCDでは、電子/光変換、光増情報の伝達部品/損失がないので、像の劣化がなく、センサに信号が届くのである。例えば、MCP+TDIを用いたときは、EB−TDIやEB−CCDを用いたときと比べて、MTFやコントラストが1/2〜1/3になる。
図9に本実施の形態の全体構成図を示す。但し、一部構成を省略図示している。
プレチャージユニット81は、図1に示されるように、ワーキングチャンバ31内で電子光学装置70の鏡筒71に隣接して配設されている。本検査装置では検査対象である基板すなわちウエハに電子線を照射することによりウエ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、光線の照射により生じる光電子の情報をウエハ表面の情報とするが、ウエハ材料、照射する光やレーザの波長やエネルギ等の条件によってウエハ表面が帯電(チャージアップ)することがある。更に、ウエ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。ウエハ表面の帯電量にむらがあると光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。そこで、本実施形態では、このむらを防止するために、荷電粒子照射部811を有するプレチャージユニット81が設けられている。検査するウエハの所定の箇所に光やレーザを照射する前に、帯電むらをなくすためにこのプレチャージユニットの荷電粒子照射部811から荷電粒子を照射して帯電のむらを無くす。このウエハ表面のチャージアップは予め検出対象であるウエ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81を動作させる。
<二重管構造鏡筒を有する半導体検査装置>
上述したように、本願発明に係る1次光学系の第2の実施形態に示した1次光学系2100を備える電子光学装置70は、各構成要素に印加する電圧の設定が、一般的な電子銃とは異なる。すなわち、基準電位V2を高電圧(一例として、+40000V。)としている。そこで、本願発明に係る電子光学装置70を備える半導体検査装置1は、第1に二重管構造としている。
図11は、本発明を適用した電子線検査装置の構成を示した図である。上述においては、異物検査方法の原理的な部分について主に説明した。ここでは、上述の異物検査方法を実行するのに適用される異物検査装置について説明する。従って、上述のすべての異物検査方法は、下記の異物検査装置に適用することができる。
Device)及びTDI(Time Delay Integration)−CCDが適用されてよい。これらは
、電子を光に変換してから信号検出を行うセンサである。そのため、光電変換等の手段が必要である。よって、光電変換やシンチレータを用いて、電子が光に変換される。光の像情報は、光を検知するTDIに伝達される。こうして電子が検出される。
以下、本発明の実施の形態の検査装置について、図面を参照して説明する。本実施の形態では、半導体検査装置等に適用される場合を例示する。
Claims (4)
- 荷電粒子又は電磁波の何れかをビームとして発生させるビーム発生手段と、
ワーキングチャンバ内に保持された検査対象に、前記ビームを照射する1次光学系と、
前記検査対象から発生した二次荷電粒子を検出する2次光学系と、
検出された前記二次荷電粒子に基づいて画像を形成する画像処理系と、
を備え、
前記ビームの照射エネルギーは、前記ビームの照射により前記検査対象から前記二次荷電粒子としてミラー電子が放出されるエネルギー領域に設定され、
前記2次光学系は、前記二次荷電粒子を検出するためのカメラと、光軸方向に沿って位置を調整可能なニューメリカルアパーチャと、前記ニューメリカルアパーチャを通過した前記二次荷電粒子を前記カメラの像面に結像させるレンズとを備え、
前記画像処理系では、前記ニューメリカルアパーチャの位置を物面にして撮像を行うアパーチャ結像条件で前記画像が形成されることを特徴とする検査装置。 - 前記2次光学系は、前記アパーチャ結像条件でフォーカスを調整するフォーカス調整手段を備える、請求項1に記載の検査装置。
- 前記1次光学系は、前記検査対象に照射される前記ビームの入射角を制御する入射角制御手段を備える、請求項1または請求項2に記載の検査装置。
- 前記画像処理系は、前記アパーチャ結像条件で形成された前記画像に、補正用白画像と補正用黒画像を用いたシェーディング補正を施すシェーディング補正手段を備え、
前記補正用白画像は、前記画像に所定の階調値を加算することにより作成され、前記補正用黒画像は、前記画像から所定の階調値を減算することにより作成される、請求項1〜請求項3のいずれかに記載の検査装置。
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