JP3711244B2 - Wafer inspection system - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の技術分野】
本発明は、半導体デバイスの加工状態の評価技術に関し、より詳細には、本発明は、各種工程で加工される半導体デバイスのウエハ又はマスクの欠陥を高スループット及び高信頼性で検出するための欠陥検査装置、及び該装置を用いた半導体デバイス製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来、半導体デバイスの製造プロセスにおいて、加工されたウエハ上の微細パターンの欠陥等を電子ビーム装置を用いて検査する場合、電子銃から放出される電子ビームすなわち荷電粒子ビームを細く絞り、該電子ビームでウエハ表面を走査し、これにより生成される2次電子ビームに基づいてウエハ表面の画像データを作成し、該画像データを標準パターン画像データと比較して、傷等の欠陥の検査を行っている。このような欠陥検査方式を、SEM(scanning electron microscope)方式と称している。
欠陥には、傷だけではなく、レジストを塗布したウエハ上に描画された微細パターンの精密性及びマスクの精密性等も含まれる。例えば、同様な手法で得られた画像データに基づいて、微細パターンの線幅の測定を行うことにより、線幅欠陥を検査することもできる。
さらに、このようにして得られた画像データをモニタ装置に表示して、欠陥レビューすなわち人間の目で欠陥を検査することもできる。
【0003】
【発明が解決すべき課題】
このような従来例のウエハの欠陥検査装置においては、例えばスポット径が0.1μm程度の電子ビームをウエハ上に照射し、電子ビームをウエハ上でスキャンニングしており、該電子ビーム照射によってウエハに電荷がチャージアップすなわち帯電される。このような帯電は、2次電子放出係数が1以外の値となっていることにより、表面に電荷が残るために生じる現象である。このような帯電が生じると、帯電による電位によって照射ビームが曲げられるため、画像の歪み及びぼけが生じ、また、最小0.1μm程度のライン及びスペース・パターンによるモアレ模様(moire fringe)が発生する場合がある。さらに、ウエハのエッジから放出される2次電子の強度が増大することに起因して、エッジ部分の検出信号の強度が増大し、エッジ部分の画像に歪みが生じるという問題もある。
さらにまた、ウエハから生じる2次電子の放出係数は、ウエハの基板材料及び配線材料によって異なり、これら材料に応じて基板電位は+及び−のいずれかの方向に帯電する。基板電位が+方向に帯電するか又は−方向に帯電するかに応じて1次電子ビームが曲げられるので、ウエハ表面の構造を適格に反映した画像が得られないという問題点もある。
【0004】
本発明は、このような従来例の問題点を改善するためになされたものであり、その目的は、ウエハの帯電によって生じる、画像歪み、ぼけ、モアレ模様の発生、エッジ部分の信号強度の増大等が低減された画像を得ることができるウエハの欠陥検査装置を提供することである。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記した目的を達成するために、本発明に係る、ウエハの欠陥を検査する欠陥検査装置においては、
ウエハを載置して移動可能なステージと、
ステージの移動方向に沿って同一ライン上に配置される参照用電子銃及び検査用電子銃であって、ウエハの検査領域に1次電子ビームを照射する参照用電子銃及び検査用電子銃と、
参照用電子銃及び検査用電子銃の間に配置され、参照用電子銃からの1次電子ビームが照射されたウエハ部分の基板電位を測定する基板電位測定器と、
ウエハの材質に依存する、基板電位とウエハへのランディング電圧との相関を表した関数テーブルを用いて、基板電位測定器によって測定された基板電位に基づき、検査用電子銃への加速電圧あるいはウエハへのランディング電圧を変化させることにより、ウエハからの2次電子放出効率を制御して、ウエハの帯電による影響を低減又は相殺させる加速電圧コントローラと
を備えていることを特徴としている。
【0006】
上記した本発明に係る欠陥検査装置において、加速電圧コントローラは、基板電位がほぼゼロに収束するまで、加速電圧あるいはランディング電圧を変化させるよう構成されていることが好ましい。また、加速電圧コントローラはさらに、電子銃の加速電圧あるいはウエハへのランディング電圧の変化に伴って、電子銃に付随する1次電子ビームのレンズ系の連動制御を行うことにより、1次電子ビームの焦点制御を行うよう構成されていることが好ましい。
【0007】
上記した目的を達成するために、本発明はさらに、ウエハ表面の欠陥を検査する欠陥検査方法であって、欠陥検査時に、
ウエハが載置されたステージを走査方向に移動させつつ、ステージの移動方向に沿って検査用電子銃と同一ライン上に配置された参照用電子銃によって、ウエハの検査領域に1次電子ビームを照射するステップと、
参照用電子銃と検査用電子銃との間に配置された基板電位測定器を用いて、参照用電子銃からの1次電子ビームが照射されたウエハ部分の基板電位を測定するステップと、
ウエハの材質に依存する、基板電位とウエハへのランディング電圧との相関を表した関数テーブルを用いて、基板電位測定器によって測定された基板電位に基づき、検査用電子銃への加速電圧あるいはウエハへのランディング電圧を変化させることにより、ウエハからの2次電子放出効率を制御して、ウエハの帯電による影響を低減又は相殺させるステップと
からなることを特徴とする欠陥検査方法を提供する。
【0008】
【発明の実施の態様】
まず、図1を参照して、本発明に係る半導体デバイスのウエハの表面の欠陥を検出するための欠陥検査装置の実施例を説明する。
図1において、1はX−Yステージ(以下、単に「ステージ」)、2はステージ1上に配置され検査試料であるウエハ、3及び4はそれぞれ検査用及び参照用の電子ビームを放出する検査用電子銃及び参照用電子銃であり、これら電子銃は、所定の距離だけ離間して配置されている。5及び6はそれぞれ、検査用電子銃3及び参照用電子銃4に加速電圧Vacc及びエミッション電流Aを供給する加速電圧電源であり、7はこれら加速電圧源5及び6からの加速電圧Vacc及びエミッション電流Aを制御するための加速電圧コントローラである。8は検査用電子銃3及び参照用電子銃4の間に配置された基板電位測定器であり、ウエハ2の表面から上方に離間して配置され、検出した基板電位を加速電圧コントローラ7に供給する。9は検査用電子銃3からの電子ビームによってウエハ2から放出される2次電子ビームを増幅する2次電子増倍管、10はラインセンサ、11は画像処理装置、12はCRTディスプレイ等のモニタ装置である。13、14は電子ビームの焦点を調整するための静電レンズである。
【0009】
図2は、ステージ1、ウエハ2の検査領域、検査用電子銃3からの電子ビームB3及びその照射スポットS3、参照用電子銃4からの電子ビームB4及びその照射スポットS4、並びに、基板電位測定器8の相対的位置関係を模式的に表したものであり、(a)は上面図、(b)は正面図を示している。
【0010】
図2から明らかなように、参照用電子銃4、基板電位測定器8、及び検査用電子銃3は、この順で、X方向すなわちライン方向に一列に配置され、これら電子銃による電子ビームB3及びB4のビーム・スポットS3及びS4が、同一ライン上に形成されるよう構成されている。参照用電子銃4が最もスキャンニング開始点に近く配置されている。
また、これら電子ビームB3及びB4はそれぞれ、ウエハ2に垂直に照射されるよう調整され、また、ビーム・スポットS3及びS4の間は離間(光軸と光軸との間)されている。基板電位測定器8は、所定の測定領域を有し、ウエハ2の表面から、上方に離間して配置される。
【0011】
ステージ1は、検査用電子銃3からの電子ビームB3がウエハ2の検査領域D(図2(a)参照)の全面をラスタ・スキャンニングするように、ウエハ2を載置した状態でX方向及びY方向に移動される。すなわち、参照用電子銃4の電子ビームB4がウエハ2の検査領域Dの検査開始点(−Xm,Yn)からYnライン上をX方向に順次走査し、その後を検査用電子銃3の電子ビームB3が走査する。そして、電子ビームB3が点(Xm,Yn)到達した時点で−Xmに戻るとともにY方向に1ピッチ進行し、点(−Xm,Yn-1)からYn-1ライン上を走査し、同様にして、Yn-2ライン、Yn-3ライン、……、−Ynライン上を走査し、検査領域Dの検査終了点(Xm,−Yn)に検査用電子銃3の電子ビームB3が到達した時点で、ステージ1の移動を停止させる。この説明からも明らかなように、ステージ1は、X方向に、検査領域DのX方向の距離(2Xm)に、S3とS4との距離だけ加算した距離だけ移動することになる。
【0012】
加速電圧電源5及び6は、例えば最大10KV程度の加速電圧Vaccで200μA程度のエミッション電流Aを検査用電子銃3及び参照用電子銃4に供給するよう構成され、これら加速電圧及びエミッション電流は、加速電圧コントローラ7によって制御される。このとき、電子銃のカソードに、−20KVの電圧が印加され、ウエハに−19.8KVの電圧が印加されると、ウエハのランディング電圧は、−19.8KV−(−20KV)=200Vとなる。なお、加速電圧は電子銃とグランドとの間の電圧であり、ランディング電圧はウエハと電子銃との間の電圧である。
検査用電子銃3及び参照用電子銃4からの電子ビームB3及びB4が、ウエハ2上に、適宜の直径のスポットを照射するよう、静電レンズ13、14等の光学系が調整される。なお、スポット径は、SEM方式の欠陥検査装置においては、0.1μm程度であり、写像投影型の欠陥検査装置であれば、数100μm程度に調整される。
【0013】
加速電圧コントローラ7は、図3の(a)に示すように、関数発生器71及び加速電圧指令器72、エミッション電流指令器73、及び初期値設定器74を備え、関数発生器71は、電子ビームの照射によって生じる帯電を最小にするために、図3の(b)に示すような関数テーブルを備えている。
すなわち、図3の(c)に示すように、電子銃とウエハとの間のランディング電圧Vldが約200Vのとき、基板からの2次電子放出係数γが1となる。しかしながら、ランディング電圧Vld=200Vの場合の電子ビームの照射によって基板に帯電が生じると、図3の(b)に示すように、ウエハ材質に依存して、基板電位が上昇又は下降する。例えば、図3の(b)の曲線f1で示される特性のウエハ材質を検査する場合、Vld=200Vのランディング電圧となるような電圧を電子銃に供給すると、2次電子放出係数γが1よりも大きく、基板電位Vsubが+0.5Vになる。
そこで、関数発生器71は、基板電位測定器8からの基板電位Vsubに応じて、基板電位が0となるような加速電圧を選択して、ランディング電圧Vld=200−ΔV=190Vとなるようにする。これにより、2次電子放出係数γを約1とすることができ、基板電位Vsubをほぼ0とすることができる。基板電位Vsubが負である場合には、関数発生器71が、加速電圧を増大するよう指示し、これにより、基板電位を0にすることができる。
【0014】
したがって、本発明によれば、どのような帯電特性を有するウエハであっても、その帯電を最小にすることができ、しかも、その際、ウエハ材質によって相違する帯電特性を、欠陥検査前に測定する必要がない。
加速電圧コントローラ7は、検査の初期段階においては、初期値設定器74に設定されたデータにもとづいた加速電圧Vacc及びエミッション電流Aをそれぞれ加速電圧指令器72及びエミッション電流指令器73から加速電圧電源5及び6に指令し、その後、基板電位測定器8からの基板電位を表す信号を受け取ると、図3の(b)に示される関数テーブルにもとづいてランディング電圧Vldを決定し、それに基づいて加速電圧Vaccを決定し、その値を加速電圧指令器72を介して加速電圧電源5及び6に指令する。
【0015】
検査用電子銃3によって生成された電子ビームによりウエハ8の検査領域Dから発生された2次電子は、2次電子増倍管9よって増幅された後、ラインセンサ10によって検出され、該検出信号に基づいて画像処理装置11が画像を生成し、モニタ装置12に表示する。これにより、オペレータがモニタ装置12上に表示された画像を監視して、ウエハに欠陥があるか否かを検査することができる。また、必要に応じて、基準となる画像と検査画像とを対応するピクセル毎に電子的に対比することにより、ウエハの欠陥を自動的に検出するよう構成することもできる。
【0016】
このような構成を有する欠陥検査装置において、DRAMウエハの約130mmx約130mmの検査領域の全面を検査する場合を一例として、具体的に説明する。
上記したように、検査用電子銃3、基板電位測定器8、参照用電子銃4は、ステージ1上でウエハの検査領域Dを走査するためのライン方向すなわちX方向に沿って配置されている。参照用電子銃3及び検査用電子銃4は、それぞれの光軸中心で10mm隔てて設置されており、またこれら電子銃3及び4からの電子ビームは、静電レンズ13等のレンズ系により、ウエハ2の表面に直径φ=0.1μmのスポット・ビームが生じるよう調整される。
また、基板電位測定器8は、ウエハ2の表面から1mm上方に設置され、3mmx3mmの測定領域を有し、ウエハの基板電位を−5V〜+5Vの範囲で測定することができるものを使用する。なお、電子ビーム照射の前後でそれぞれ電位を測定し、それらの電位差を求めることにより、電子ビーム照射によるウエハの帯電量を算出することもできる。
【0017】
欠陥検査が開始されると、加速電圧コントローラ7により、初期値設定器74に設定されたデータに基づき、加速電圧電源5及び6に対して指令信号が供給され、これにより、検査用電子銃3及び参照用電子銃4に、初期の加速電圧Vacc=200V及びエミッション電流A=200μAを供給するよう設定がなされる。なお、Vld=200Vは、図3の(b)に示したように、基板電位Vsubがほぼゼロの場合に2次電子放出係数が1となる加速電圧の値である。
それとともに、ステージ1は、ラスタ・スキャンが開始され、該ラスタ・スキャンは、X方向すなわちライン方向に10mm/secのスキャン速度、Y方向に500μmのスキャン幅、2.5KHzの周波数で行う。
これにより、ウエハ2の検査領域Dのピクセル上には、まず、参照用電子銃4によって直径0.1μmのビーム・スポットS4が順次形成され、次いで、ビーム・スポットが形成されたピクセル群が基板電位測定器8の下に到達した時点で、基板電位測定器8よりその基板電位が測定される。
【0018】
このような条件で実機テストを行ったところ、基板電位測定器8で測定された基板電位は、検査開始時点から2〜3秒後に、+0.5V程度となった。この+0.5Vの基板電位が加速電圧コントローラ7に供給され、その結果、加速電圧電源5から検査用電子銃3に供給されたランディング電圧Vldが、200Vから190Vに変化した。すなわち、基板電位0.5Vを相殺するための加速電圧Vaccが190Vであることが、関数発生器71によって示され、その値が、加速電圧指令器73を介して、加速電圧電源5に指令された。
その後、加速電圧電源6から参照用電子銃4に供給された加速電圧も190Vに変更される。
【0019】
参照用電子銃4への加速電圧の変化により基板電位も変化するが、該基板電位の変化を加速電圧コントローラ7にフィードバックし、このような動作を反復実行することにより、基板電位を約0Vに収束させることができる。上記した実機テストでは、上記動作を数回繰り返しただけで、基板電位がほぼ0Vに収束した。基板電位が収束した段階で加速電圧も一定値となり、この加速電圧でウエハ2の残りの検査領域Dが検査される。必要に応じて、1つの検査領域Dに付き、数カ所で加速電圧のフィードバック調整を行ってもよい。加速電圧を基板電位を相殺又は低減するように調整した結果、検査領域Dの電位はほぼ均一となったため、モニタ装置12に、歪み、ぼけ等が低減された画像を表示することができた。
【0020】
このような検査装置において、参照用及び検査用電子銃の初期の加速電圧Vaccを2次電子放出係数γが1(図3の(c)参照)となるように選択したことにより、基板電位の電子ビーム照射による変動を押さえることができ、従って、加速電圧の増減の制御範囲を狭めることができる。また、このような欠陥検査は、全てのウエハについて実行してもよいが、同一材料等のウエハであればほぼ同一の帯電特性を示すため、1つのウエハについてサンプル検査を行い、その結果に基づいて加速電圧を決定すれば、他の同一材料のウエハについては、加速電圧のフィードバック制御を行う必要がない。
【0021】
また、加速電圧の変化に伴って電子ビームの焦点位置が変化する。したがって、加速電圧の変化にも拘わらず焦点位置がほぼ一定となるようにするために、加速電圧コントローラ7に、静電レンズ13、14を調整する制御機能を持たせてもよい。
【0022】
検査用電子銃3、基板電位測定器8及び参照電子銃4を同一ラインにしかも近接して配置することにより、ステージ2の移動範囲を最小とすることができる。
【0023】
また、基板電位の飽和時間は、ビーム照射量すなわちエミッション電流によって変更されるので、該飽和時間が最短となるように、加速電圧電源5及び6からの初期のエミッション電流を、加速電圧コントローラ7によって設定することが好ましい。
上記した実施例においては、検査用電子銃と参照用電子銃との2つの電子銃を用いているが、検査用電子銃のみを用い、該電子銃から照射される電子ビームによる帯電を基板電位測定器8によって測定するよう構成してもよい。したがって、電子銃を必ずしも2つ用いる必要がない。
【0024】
図4の(A)は、本発明に係る一実施形態の欠陥検出装置の光学系を示す概略図である。図4において、電子銃21から放出された電子ビームは、コンデンサ・レンズ22によって集束されて、点24においてクロスオーバを形成する。
コンデンサ・レンズ22の下方には、複数の開口を有する第1のマルチ開口板23が配置され、これによって複数の1次電子ビームが形成される。形成された複数の1次電子ビームはそれぞれ、縮小レンズ25によって縮小されて35に投影される。そして、点35で合焦した後、対物レンズ27によって試料であるウエハ28に合焦される。第1のマルチ開口板23からの複数の1次電子ビームは、縮小レンズ25と対物レンズ27との間に配置された偏向器39により、同時にウエハ28面上を走査するよう偏向される。
【0025】
縮小レンズ25と対物レンズ27の像面湾曲収差が発生しないようにするために、第1のマルチ開口板23は、図4の(B)に示すように、円周上に小さな開口が複数配置され、そのx軸上に投影した点は、等間隔となる構造となっている。
合焦された複数の1次電子ビームによって、ウエハ28の複数の点が照射され、該照射された複数の点から放出された2次電子ビームは、対物レンズ27の電界に引かれて細く集束され、EXB分離器26で偏向され、2次光学系に投入される。2次電子ビームによる像は、点35より対物レンズ7に近い点36に焦点を結ぶ。これは、複数の1次電子ビームがそれぞれウエハ28面上で約500eVのエネルギを有しているのに対して、2次電子ビームは数eVのエネルギしか有していないためである。
【0026】
2次光学系は、拡大レンズ29、30を有しており、これら拡大レンズを通過した2次電子ビームは、第2のマルチ開口板31に結像する。そして、該第2のマルチ開口板の複数の開口を通過して、複数の検出器32で検出される。なお、検出器32の前に配置された第2のマルチ開口板31の複数の開口と、第1のマルチ開口板23の複数の開口とは、図4の(B)に示すように、1対1に対応している。
検出器32はそれぞれ、受け取った2次電子ビームを、その強度を表す電気信号へ変換する。各検出器32からの電気信号は増幅器33で増幅された後、画像処理装置34において画像データに変換される。画像処理装置34には、偏向器39からの1次電子ビームを偏向させるための走査信号も供給されており、これにより、画像処理装置34は、ウエハ28の表面の画像を表す画像データを得る。得られた画像データを標準パターンと比較することにより、ウエハ28の欠陥を検出することができ、また、レジストレーションによってウエハ28上の被評価パターンを1次光学系の光軸近傍に移動させ、ライン走査することによって線幅評価信号を取り出し、これを適宜構成することによって、ウエハ28上のパターンの線幅を測定することができる。
【0027】
なお、第1のマルチ開口板23の開口を通過した1次電子ビームをウエハ28の面上に合焦させて、ウエハ28から放出された2次電子ビームを検出器32に結像させる際、1次光学系及び2次光学系により生じる歪み、像面湾曲及び視野非点という3つの収差による影響を最小にするように、配慮した方がよい。
また、複数の1次電子ビームの照射位置間隔の最小値を、2次光学系の収差よりも大きい距離だけ離間させれば、複数のビーム間のクロストークを無くすことができる。
図4に示した光学系を、図1に示した検査用光学系及び参照用光学系として用い、先に説明したように、加速電圧コントローラ7により加速電圧を制御することにより、ウエハの帯電による影響を低減させることができる。
【0028】
次に、本発明の半導体デバイス製造方法について説明する。本発明の半導体デバイス製造方法は、上記した欠陥検査装置を用いて行われるものであるが、該方法を説明する前に、一般的な半導体デバイス製造方法について、図5及び図6のフローチャートを参照して説明する。
図5に示すように、半導体デバイス製造方法は、概略的に分けると、ウエハを製造するウエハ製造工程S1、ウエハに必要な加工処理を行うウエハ・プロセッシング工程S2、露光に必要なマスクを製造するマスク製造工程S3、ウエハ上に形成されたチップを1個づつに切り出し、動作可能にするすチップ組立工程S4、及び完成したチップを検査するチップ検査工程S5によって構成されている。これら工程はそれぞれ、幾つかのサブ工程を含んでいる。
【0029】
上記した工程の中で、半導体デバイスの製造に決定的な影響を及ぼす工程は、ウエハ・プロセッシング工程である。これは、この工程において、設計された回路パターンをウエハ上に形成し、かつ、メモリやMPUとして動作するチップを多数形成するからである。
このように半導体デバイスの製造に影響を及ぼすウエハ・プロセッシング工程のサブ工程において実行されたウエハの加工状態を評価することが重要であり、該サブ工程について、以下に説明する。
【0030】
まず、絶縁層となる誘電体薄膜を形成するとともに、配線部及び電極部を形成する金属薄膜を形成する。薄膜形成は、CVDやスパッタリング等により実行される。次いで、形成された誘電体薄膜及び金属薄膜、並びにウエハ基板を酸化し、かつ、マスク製造工程S3によって作成されたマスク又はレチクルを用いて、リソグラフィ工程において、レジスト・パターンを形成する。そして、ドライ・エッチング技術等により、レジスト・パターンに従って基板を加工し、イオン及び不純物を注入する。その後、レジスト層を剥離し、ウエハを検査する。
このようなウエハ・プロセッシング工程は、必要な層数だけ繰り返し行われ、チップ組立工程S4においてチップ毎に分離される前のウエハが形成される。
【0031】
図6は、図5のウエハ・プロセッシング工程のサブ工程であるリソグラフィ工程を示すフローチャートである。図5に示したように、リソグラフィ工程は、レジスト塗布工程S21、露光工程S22、現像工程S23、及びアニール工程S24を含んでいる。
レジスト塗布工程S21において、CVDやスパッタリングを用いて回路パターンが形成されたウエハ上にレジストを塗布し、露光工程S22において、塗布されたレジストを露光する。そして、現像工程S23において、露光されたレジストを現像してレジスト・パターンを得、アニール工程S24において、現像されたレジスト・パターンをアニールして安定化させる。これら工程S21〜S24は、必要な層数だけ繰り返し実行される。
【0032】
本発明の半導体デバイス製造方法においては、図1〜図4に関連して説明した欠陥検査装置を、ウエハ・プロセッシング行程S2におけるウエハ検査工程、及び完成したチップを検査するチップ検査工程S5において用いることにより、微細なパターンを有する半導体デバイスであっても、歪み、ぼけ等が低減された画像を得ることができるので、ウエハの欠陥を確実に検出することができる。
なお、欠陥検査装置が近傍に配置される加工装置は、評価を必要とする加工を行うものであれば、どのような加工装置であってもよい。
【0033】
本発明の欠陥検査装置は、以上のように構成されているので、電子ビーム照査によって生じるウエハの帯電による画像の歪み、ぼけ等を低減することができ、よって、ウエハの欠陥検出を高精度で実行することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明に係る欠陥検査装置の実施形態を示す概略ブロック図である。
【図2】 図1に示した本発明に係る欠陥検査装置に具備される構成要素の配置関係を示すブロック図である。
【図3】 本発明に係る欠陥検査装置に具備される加速電圧コントローラの構成を示したブロック図である。
【図4】 本発明に係る欠陥検出装置の光学系の構成を説明するための模式図である。
【図5】 本発明に係る欠陥検査装置を適用して半導体デバイスを製造する方法のフローチャートである。
【図6】 図5に示したウエハ・プロセッシング工程のサブ工程であるリソグラフィ工程を示したフローチャートである。
【符号の説明】
1…X−Yステージ 2…ウエハ 3…検査用電子銃
4…参照用電子銃 5、6…加速電圧電源 7…加速電圧コントローラ
8…基板電位測定器 9…2次電子増倍管 10…ラインセンサ
11、34…画像処理装置 12…モニタ装置 21…電子銃
22…コンデンサ・レンズ 23…第1のマルチ開口板 28…対物レンズ
26…EXB分離器 28…ウエハ面 31…第2のマルチ開口板
32…検出器[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a technique for evaluating a processing state of a semiconductor device, and more particularly, the present invention relates to a defect for detecting a defect of a wafer or a mask of a semiconductor device processed in various processes with high throughput and high reliability. The present invention relates to an inspection apparatus and a semiconductor device manufacturing method using the apparatus.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, in a semiconductor device manufacturing process, when a fine pattern defect or the like on a processed wafer is inspected using an electron beam apparatus, an electron beam emitted from an electron gun, that is, a charged particle beam, is narrowed down, and the electron beam The wafer surface is scanned with, and image data of the wafer surface is created based on the secondary electron beam generated thereby, and the image data is compared with the standard pattern image data to inspect defects such as scratches. Yes. Such a defect inspection method is referred to as an SEM (scanning electron microscope) method.
The defects include not only scratches but also the precision of fine patterns drawn on a resist-coated wafer and the precision of masks. For example, line width defects can be inspected by measuring the line width of a fine pattern based on image data obtained by a similar method.
Furthermore, the image data obtained in this way can be displayed on a monitor device, and a defect review, that is, a defect can be inspected by the human eye.
[0003]
[Problems to be Solved by the Invention]
In such a conventional wafer defect inspection apparatus, for example, an electron beam with a spot diameter of about 0.1 μm is irradiated onto the wafer, and the electron beam is scanned on the wafer. The charge is charged up or charged. Such charging is a phenomenon that occurs because the secondary electron emission coefficient is a value other than 1 and charges remain on the surface. When such charging occurs, the irradiation beam is bent by the potential due to charging, so that distortion and blurring of the image occur, and a moire pattern with a line and space pattern of a minimum of about 0.1 μm occurs. There is a case. Furthermore, due to the increase in the intensity of the secondary electrons emitted from the edge of the wafer, there is a problem that the intensity of the detection signal at the edge portion increases and distortion occurs in the image at the edge portion.
Furthermore, the emission coefficient of secondary electrons generated from the wafer varies depending on the substrate material and the wiring material of the wafer, and the substrate potential is charged in either the + or − direction depending on these materials. Since the primary electron beam is bent depending on whether the substrate potential is charged in the + direction or in the − direction, there is also a problem that an image that appropriately reflects the structure of the wafer surface cannot be obtained.
[0004]
The present invention has been made in order to improve such problems of the conventional example, and its purpose is to generate image distortion, blurring, moire patterns, and increase in signal strength at the edge portion caused by wafer charging. It is an object of the present invention to provide a wafer defect inspection apparatus capable of obtaining an image with reduced or the like.
[0005]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in the defect inspection apparatus for inspecting a defect of a wafer according to the present invention,
A stage on which a wafer can be placed and moved;
A reference electron gun and an inspection electron gun arranged on the same line along a moving direction of the stage, the reference electron gun and the inspection electron gun for irradiating a primary electron beam to an inspection region of a wafer;
A substrate potential measuring device that is disposed between the reference electron gun and the inspection electron gun and measures the substrate potential of the wafer portion irradiated with the primary electron beam from the reference electron gun;
Acceleration voltage to inspection electron gun or wafer based on substrate potential measured by substrate potential measuring device using function table that shows correlation between substrate potential and landing voltage to wafer depending on wafer material An accelerating voltage controller that controls the efficiency of secondary electron emission from the wafer by changing the landing voltage to reduce or cancel the effects of wafer charging
It is characterized by having.
[0006]
In the defect inspection apparatus according to the present invention described above, the acceleration voltage controller is preferably configured to change the acceleration voltage or the landing voltage until the substrate potential converges to substantially zero. The acceleration voltage controller further controls the primary electron beam by controlling the lens system of the primary electron beam associated with the electron gun as the acceleration voltage of the electron gun or the landing voltage to the wafer changes. It is preferably configured to perform focus control.
[0007]
In order to achieve the above-described object, the present invention further provides a defect inspection method for inspecting a defect on a wafer surface.
While moving the stage on which the wafer is placed in the scanning direction, a primary electron beam is applied to the inspection area of the wafer by a reference electron gun arranged on the same line as the inspection electron gun along the moving direction of the stage. Irradiating step;
Measuring the substrate potential of the wafer portion irradiated with the primary electron beam from the reference electron gun using a substrate potential measuring device disposed between the reference electron gun and the inspection electron gun;
Acceleration voltage to inspection electron gun or wafer based on substrate potential measured by substrate potential measuring device using function table that shows correlation between substrate potential and landing voltage to wafer depending on wafer material Controlling the efficiency of secondary electron emission from the wafer by changing the landing voltage to reduce or offset the effects of wafer charging;
There is provided a defect inspection method characterized by comprising:
[0008]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
First, an embodiment of a defect inspection apparatus for detecting defects on the surface of a wafer of a semiconductor device according to the present invention will be described with reference to FIG.
In FIG. 1, 1 is an XY stage (hereinafter simply referred to as “stage”), 2 is a wafer that is placed on the
[0009]
FIG. 2 shows the
[0010]
As is apparent from FIG. 2, the
The electron beams B3 and B4 are adjusted so as to irradiate the
[0011]
The
[0012]
The acceleration
The optical systems such as the
[0013]
The
That is, as shown in FIG. 3C, when the landing voltage Vld between the electron gun and the wafer is about 200 V, the secondary electron emission coefficient γ from the substrate is 1. However, when the substrate is charged by irradiation with the electron beam when the landing voltage Vld = 200 V, the substrate potential increases or decreases depending on the wafer material, as shown in FIG. For example, in the case of inspecting the wafer material having the characteristics shown by the curve f1 in FIG. 3B, if a voltage that gives a landing voltage of Vld = 200 V is supplied to the electron gun, the secondary electron emission coefficient γ is 1 The substrate potential Vsub is + 0.5V.
Therefore, the
[0014]
Therefore, according to the present invention, it is possible to minimize the charging of a wafer having any charging characteristics, and at that time, charging characteristics that differ depending on the wafer material are measured before defect inspection. There is no need to do.
In the initial stage of the inspection, the
[0015]
Secondary electrons generated from the inspection region D of the
[0016]
In the defect inspection apparatus having such a configuration, a case where the entire inspection area of about 130 mm × about 130 mm of the DRAM wafer is inspected will be specifically described as an example.
As described above, the
Further, the substrate
[0017]
When the defect inspection is started, a command signal is supplied from the
At the same time, raster scanning is started in the
As a result, a beam spot S4 having a diameter of 0.1 μm is first sequentially formed on the pixels in the inspection region D of the
[0018]
When an actual machine test was performed under such conditions, the substrate potential measured by the substrate
Thereafter, the acceleration voltage supplied from the acceleration
[0019]
Although the substrate potential also changes due to the change in the acceleration voltage to the
[0020]
In such an inspection apparatus, the initial acceleration voltage Vacc of the reference and inspection electron guns is selected so that the secondary electron emission coefficient γ is 1 (see FIG. 3C). Variations due to electron beam irradiation can be suppressed, and therefore the control range of increase / decrease in acceleration voltage can be narrowed. Such a defect inspection may be performed for all wafers. However, if wafers of the same material or the like exhibit substantially the same charging characteristics, a sample inspection is performed on one wafer, and the results are based on the results. If the acceleration voltage is determined in this way, it is not necessary to perform feedback control of the acceleration voltage for wafers of other same material.
[0021]
Further, the focal position of the electron beam changes with the change of the acceleration voltage. Therefore, the
[0022]
The movement range of the
[0023]
Further, since the saturation time of the substrate potential is changed by the beam irradiation amount, that is, the emission current, the initial emission current from the acceleration
In the above-described embodiment, two electron guns, that is, an inspection electron gun and a reference electron gun are used. However, only the inspection electron gun is used, and charging by the electron beam irradiated from the electron gun is performed on the substrate potential. You may comprise so that it may measure with the measuring
[0024]
FIG. 4A is a schematic diagram showing an optical system of a defect detection apparatus according to an embodiment of the present invention. In FIG. 4, the electron beam emitted from the
A first
[0025]
In order to prevent the field curvature aberration of the
The plurality of focused primary electron beams irradiate a plurality of points on the
[0026]
The secondary optical system has magnifying
Each
[0027]
When the primary electron beam that has passed through the opening of the first
Further, if the minimum value of the irradiation position intervals of the plurality of primary electron beams is separated by a distance larger than the aberration of the secondary optical system, crosstalk between the plurality of beams can be eliminated.
The optical system shown in FIG. 4 is used as the inspection optical system and the reference optical system shown in FIG. 1, and the acceleration voltage is controlled by the
[0028]
Next, the semiconductor device manufacturing method of the present invention will be described. The semiconductor device manufacturing method of the present invention is performed using the above-described defect inspection apparatus. Before explaining the method, refer to the flowcharts of FIGS. 5 and 6 for general semiconductor device manufacturing methods. To explain.
As shown in FIG. 5, when roughly divided, the semiconductor device manufacturing method manufactures a wafer manufacturing step S1 for manufacturing a wafer, a wafer processing step S2 for performing processing necessary for the wafer, and a mask required for exposure. A mask manufacturing process S3, a chip assembling process S4 for cutting out chips formed on the wafer one by one and making them operable, and a chip inspection process S5 for inspecting completed chips. Each of these steps includes several sub-steps.
[0029]
Among the processes described above, a process that has a decisive influence on the manufacture of a semiconductor device is a wafer processing process. This is because, in this process, the designed circuit pattern is formed on the wafer and a large number of chips that operate as a memory or MPU are formed.
As described above, it is important to evaluate the processing state of the wafer executed in the sub-process of the wafer processing process that affects the manufacture of the semiconductor device. The sub-process will be described below.
[0030]
First, a dielectric thin film that forms an insulating layer is formed, and a metal thin film that forms a wiring portion and an electrode portion is formed. Thin film formation is performed by CVD, sputtering, or the like. Next, the formed dielectric thin film and metal thin film and the wafer substrate are oxidized, and a resist pattern is formed in the lithography process using the mask or reticle created in the mask manufacturing process S3. Then, the substrate is processed according to the resist pattern by dry etching technique or the like, and ions and impurities are implanted. Thereafter, the resist layer is peeled off and the wafer is inspected.
Such a wafer processing process is repeated for the required number of layers, and a wafer before being separated for each chip in the chip assembly process S4 is formed.
[0031]
FIG. 6 is a flowchart showing a lithography process which is a sub-process of the wafer processing process of FIG. As shown in FIG. 5, the lithography process includes a resist coating process S21, an exposure process S22, a developing process S23, and an annealing process S24.
In the resist coating step S21, a resist is coated on the wafer on which the circuit pattern is formed using CVD or sputtering, and in the exposure step S22, the coated resist is exposed. Then, in the developing step S23, the exposed resist is developed to obtain a resist pattern, and in the annealing step S24, the developed resist pattern is annealed and stabilized. These steps S21 to S24 are repeated for the required number of layers.
[0032]
In the semiconductor device manufacturing method of the present invention, the defect inspection apparatus described with reference to FIGS. 1 to 4 is used in the wafer inspection process in the wafer processing step S2 and the chip inspection process S5 for inspecting the completed chip. Thus, even a semiconductor device having a fine pattern can obtain an image with reduced distortion, blurring, etc., so that defects on the wafer can be reliably detected.
In addition, the processing apparatus in which the defect inspection apparatus is arranged in the vicinity may be any processing apparatus as long as it performs processing that requires evaluation.
[0033]
Since the defect inspection apparatus of the present invention is configured as described above, it is possible to reduce image distortion, blur, and the like due to wafer charging caused by electron beam inspection, and therefore, wafer defect detection can be performed with high accuracy. Can be executed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic block diagram showing an embodiment of a defect inspection apparatus according to the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing an arrangement relationship of components included in the defect inspection apparatus according to the present invention shown in FIG.
FIG. 3 is a block diagram showing a configuration of an acceleration voltage controller provided in the defect inspection apparatus according to the present invention.
FIG. 4 is a schematic diagram for explaining a configuration of an optical system of a defect detection apparatus according to the present invention.
FIG. 5 is a flowchart of a method of manufacturing a semiconductor device by applying the defect inspection apparatus according to the present invention.
6 is a flowchart showing a lithography process which is a sub-process of the wafer processing process shown in FIG. 5;
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
4 ... Electron gun for
8 ... Board potential measuring instrument 9 ...
DESCRIPTION OF
22 ...
26 ...
32 ... Detector
Claims (4)
ウエハを載置して移動可能なステージと、
ステージの移動方向に沿って同一ライン上に配置される参照用電子銃及び検査用電子銃であって、ウエハの検査領域にそれぞれ1次電子ビームを照射する参照用電子銃及び検査用電子銃と、
参照用電子銃及び検査用電子銃の間に配置され、参照用電子銃からの1次電子ビームが照射されたウエハ部分の基板電位を測定する基板電位測定器と、
ウエハの材質に依存する、基板電位とウエハへのランディング電圧との相関を表した関数テーブルを用いて、基板電位測定器によって測定された基板電位に基づき、検査用電子銃への加速電圧あるいはウエハへのランディング電圧を調整することにより、ウエハからの2次電子放出効率を制御して、ウエハの帯電による影響を低減又は相殺させる加速電圧コントローラと
を備えていることを特徴とする欠陥検査装置。In defect inspection equipment that inspects defects on the wafer surface,
A stage on which a wafer can be placed and moved;
A reference electron gun and an inspection electron gun disposed on the same line along a moving direction of the stage, the reference electron gun and the inspection electron gun each irradiating a primary electron beam to an inspection region of a wafer; ,
A substrate potential measuring device that is disposed between the reference electron gun and the inspection electron gun and measures the substrate potential of the wafer portion irradiated with the primary electron beam from the reference electron gun;
Acceleration voltage to inspection electron gun or wafer based on substrate potential measured by substrate potential measuring device using function table that shows correlation between substrate potential and landing voltage to wafer depending on wafer material A defect inspection apparatus comprising: an acceleration voltage controller configured to control a secondary electron emission efficiency from a wafer by adjusting a landing voltage to reduce or cancel an influence of charging of the wafer.
ウエハが載置されたステージを走査方向に移動させつつ、ステージの移動方向に沿って検査用電子銃と同一ライン上に配置された参照用電子銃によって、ウエハの検査領域に1次電子ビームを照射するステップと、
参照用電子銃と検査用電子銃との間に配置された基板電位測定器を用いて、参照用電子銃からの1次電子ビームが照射されたウエハ部分の基板電位を測定するステップと、
ウエハの材質に依存する、基板電位とウエハへのランディング電圧との相関を表した関数テーブルを用いて、基板電位測定器によって測定された基板電位に基づき、検査用電子銃への加速電圧あるいはウエハへのランディング電圧を調整することにより、ウエハからの2次電子放出効率を制御して、ウエハの帯電による影響を低減又は相殺させるステップと
からなることを特徴とする欠陥検査方法。In the defect inspection method for inspecting defects on the wafer surface, at the time of defect inspection,
While moving the stage on which the wafer is placed in the scanning direction, a primary electron beam is applied to the inspection area of the wafer by a reference electron gun arranged on the same line as the inspection electron gun along the moving direction of the stage. Irradiating step;
Measuring the substrate potential of the wafer portion irradiated with the primary electron beam from the reference electron gun using a substrate potential measuring device disposed between the reference electron gun and the inspection electron gun;
Acceleration voltage to inspection electron gun or wafer based on substrate potential measured by substrate potential measuring device using function table that shows correlation between substrate potential and landing voltage to wafer depending on wafer material A defect inspection method comprising: adjusting a landing voltage to a wafer to control a secondary electron emission efficiency from the wafer to reduce or cancel the influence of the wafer charging.
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