JP3990981B2 - 基板を検査するための方法及び装置 - Google Patents

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Description

「関連出願の相互参照」
この出願は、2000年12月15日に出願された米国仮特許出願第60/256168号を基礎として優先権を主張するものである。尚、当該仮特許出願の内容は参照により本明細書に組み込むものとする。
【0001】
「発明の背景」
半導体産業界は、製造の歩留まりを高めるために、フォトマスク、むきだしのシリコンウェーハ、及び処理済みのシリコンウェーハを注意深く検査する必要がある。半導体の製造においてより細かい構造が新しい世代の集積回路の各々に刻印されるに従い、検査要件はより厳しいものになってきている。光学検査システムによる検査は、集積回路の性能を損なう可能性がある小さな結果を発見するには不十分なものになりつつある。より小さな結果を発見するために、産業界は、光学システムよりも少なくとも10倍以上の解像度を提供する電子ビーム検査システム及びレビューステーション(review station)を益々利用するようになりつつある。これらの検査システムは、伝統的な走査電子顕微鏡の1形態である。このような検査システム及びレビューステーションは、もちろん、生物学的なサンプル、冶金学上のサンプル等の他のサンプルを評価するのに使用することができる。
【0002】
走査電子顕微鏡
走査電子顕微鏡(SEM)では、直径がおよそ3.5ナノメートルの電子ビームが基板(例えば、フォトマスク、裸のシリコンウェーハ、処理済みのシリコンウェーハ、または他のサンプル)の表面を走査する。「一次電子(primary electrons)」として知られるビーム内の電子が、基板を貫通して、材料内の電子を追い出す。「後方散乱電子」または「二次電子(secondary electrons)」として知られるこれらの追い出された電子のいくつかは、基板の表面から放出される。
【0003】
検出器が放出された電子を捕捉する。SEMの電子イメージングシステムは、検出器の出力を表面の白黒画像に変換することができる。画像のより暗い領域は、放出された電子がより少ない基板上の領域に対応し、画像のより明るい領域は、放出された電子がより多い基板上の領域に対応する。
【0004】
SEMベースの検査システム
SEMベースの検査システムが、ウェーハまたはフォトマスク上の領域の画像を捕捉したときに、このシステムは、その領域内のパターンが正しいか否かをただちに知る手段を有しない。欠陥を発見するために、このシステムは、一般に、検査対象の領域の画像(テスト画像)だけでなく、基準画像も捕捉し、次に、これら2つの画像を高速の電子回路系を用いて比較する。「ダイ間(die-to-die)」モードでは、この基準画像は、同じウェーハまたはフォトマスク上にある名目上(または、実質的に。以下同じ)同じダイ上の対応する領域である。「アレイ(array)モード」では、基準画像は、例えば、DRAMチップ上やDRAMチップを露出させるためのフォトマスク上などの同じダイ上の異なる位置内の名目上同じパターンである。
【0005】
システムは、テスト画像を基準画像に電子的に位置合わせして、重要な差違を探すためにそれらを比較する。ほとんどのシステムは、グレースケールの値(例えば、0〜256)を各ピクセル(または画素。以下同じ)に割り当てて、2つのイメージ内の対応するピクセルのグレースケール値を引くことによってこの比較を行う。それらのシステムは、「差分マップ(差のマップ)」または「欠陥マップ」を計算して表示することができるが、それらのマップでは、各ピクセルのグレースケール値は、テスト画像内のそれの値と基準画像内のそれの値との差である。差分マップ内の明るい領域として欠陥を出現させることができる。
【0006】
欠陥閾値
サンプルに真の欠陥がほとんどなければ、ピクセルの対のほとんどについてグレースケール値の差は0になるということが予測されるであろう。しかしながら、テスト画像と基準画像内の対応するピクセル間のグレースケール値のわずかな差が、システムノイズの種々の発生源と、回路性能に悪影響を与えないほどの微小な、処理によって導入されるパターン変動とに起因して頻繁に生じる。
【0007】
検査システムの設計者及び/またはオペレータは、「欠陥閾値」すなわち、グレースケール値の差というものを定義しなければならない。テスト画像と基準画像との対応するピクセルのグレースケール値がその閾値よりも少ない量だけ異なっている場合には、システムはそれらを無視することになる。それらの差の量が、閾値以上であれば、システムは欠陥を報告することになる。この場合、システムは、第3の名目上同じ領域、すなわち、「アービトレータ」を走査して、欠陥がテスト画像または基準画像に存在するか否かを決定することができる。システムは、アービトレータに合致する画像が正しいものであり、それとは異なる画像が欠陥を含んでいると結論付ける。
【0008】
欠陥閾値の選択には、感度と、誤判断される欠陥または検査の邪魔になるささいな(どうでもよい)欠陥の検出との間の複雑で重大な技術上のトレードオフが伴う。欠陥閾値を非常に小さく設定すると、システムの感度は向上し、回路性能に悪影響を与える可能性のある重大な全ての欠陥をほとんど確実に発見できるであろう。しかしながら、システムは、パターンが実際には同じであるにもかかわらずシステムノイズがあるためにグレースケール値が異なることにより、非常に多くの「(欠陥として)誤判断された欠陥」領域を発見する可能性がある。システムはまた、パターンは異なるが、その差違は無視できるほど十分小さなものである非常に多くの「欠陥検査の邪魔になるささいな欠陥(以下、ささいな欠陥と記載)」を発見する可能性がある。オペレータは、非常に多くの欠陥報告を調べて、「誤判断された欠陥」及び「ささいな欠陥」から真の欠陥を選び取らなければならない場合がある。
【0009】
一方、欠陥閾値を非常に大きく設定すると、システムは、誤判断された欠陥及びささいな欠陥をほとんど報告することはないであろう。しかしながら、システムの感度は悪くなり、システムは、回路をだめなものにしうる重大な欠陥を見逃す可能性がある。
【0010】
検出器の位置の効果
初期の世代のSEMでは、「全収率検出器(total-yield detector)」としばしば呼ばれる単一検出器が、電界または磁界の助けをかりて、ほぼ全ての後方散乱された電子及び二次電子を、それらの初期の軌道がどんなものであっても捕捉した。二次電子放出の割合は、材料及び構造的な特徴に敏感に依存するので、それらの計器は、例えば、酸化物や石英(水晶)の表面の金属ライン(metal line)の高解像度画像を生成することが可能である。印刷された画像により、他の金属ライン、見過ごした金属ライン、破損した金属ラインなどの欠陥が容易にあらわにされる。
【0011】
しかしながら、単一の全収率検出器を具備する計器は、表面構造の変化を明らかにすること、すなわち、表面より上に隆起した領域や下にくぼんだ領域を発見するには十分ではない。例えば、シリコンウェーハの化学−機械研磨中に、塵粒や泥状物内の不純物により、0.1ミクロンの幅×0.1ミクロンの深さ×1ミクロンの長さほどの切れ込みである「マイクロスクラッチ(微小な傷)」がつけられる場合がある。マイクロスクラッチは、集積回路内の重大な欠陥になる可能性がある。なぜなら、金属がマイクロスクラッチを充填して、絶縁されることが想定されている2つのライン間の電気的短絡がもたらされる場合があるからである。全収率検出器は、材料のコントラストに基づいてはマイクロスクラッチを検出できない。なぜなら、マイクロスクラッチは、1つの材料内の微小な溝にすぎないからである。
【0012】
マイクロスクラッチや他の小さな表面構造における変化を検出するために、一方の側または他方の側に向かって移動する二次電子を選択的に収集する検出器を使用することによって、それらがSEM画像内に「影」を落とすようにすることができる。この「影つけ」は、検出器上にサンプルのポイント間(point-to-point)画像を生成しない任意のシステムにおいて生じるであろう。すなわち、サンプルの同じポイントからであるが異なる角度で放出された電子は、検出器の異なる位置に到達するであろう。例えば、計器は、基板表面の平面のすぐ上の基板の側部に配置された検出器を含むことができ、戦略的に配置された電界または磁界により、その側部に向かって移動する電子のみが検出器に向かうようにすることができる。結果生じた影により、マイクロスクラッチや表面構造内の他の変化を発見することがより簡単になる。
【0013】
走査電子ビーム中の検出器は、ビームの仰角に依存して、感度における程度の差はあってもいくつかの欠陥のタイプを発見するであろう。上部に取り付けられると、検出器は材料の差に対して感度がより高くなり、側部に取り付けられると、マイクロスクラッチや表面構造内の他の変化についてより感度が高くなるであろう。多くの欠陥のタイプに対する感度を最適化するために、いくつかのSEM検査システムは、2つの検出器、すなわち、上部に取り付けられた検出器と側部に取り付けられた検出器を使用する。
【0014】
2つの検出器を具備する従来技術によるSEMベースの検査システム
2つ以上の検出器を使用することにより、複数の検出器により提供される情報をどのように利用するかについての問題が生じる。1つの従来技術の方法は、第1の検出器からの信号を「照合確認(クロスチェック)」するために、第2の検出器からの信号を使用する。
【0015】
この従来技術の方法では、検査システム内の2つの検出器の各々は、名目上2つの同一の領域からの二次電子を調べる。明確にするために、2つの検出器をそれぞれ、検出器A(上部に搭載されている)、検出器B(側部に搭載されている)と呼び、処理済みのシリコンウェーハのダイ間検査を行う場合を考える。
【0016】
検出器Aは、ダイ上の特定の領域の画像(テスト画像)と隣接するダイ上の名目上同じ領域の画像(基準画像)とを取得する。対応するピクセルの各々の対について、システムは、グレースケール値を引き算し、その差と閾値とを比較する。その差が閾値よりも小さければ、システムはそれらを無視する。その差が閾値以上であれば、システムは欠陥を報告する。図1aの1次元のプロットは、この方法のこの部分を例示するものである。
【0017】
検出器Bは以下の処理を繰り返す。すなわち、検出器Bは、検出器Aによって撮像された2つの同じ領域の画像を取得する。対応するピクセルの対の各々について、システムは、グレースケール値の差が閾値を超えた場合にのみ欠陥を報告する。図1bの1次元のプロットはこの方法のこの部分を例示するものである。
【0018】
従来技術によって開示されたこの方法の1つの重大な弱点は、それが、信号検出器からのデータに基づいて、誤判断された欠陥またはささいな欠陥と真の欠陥とを識別しようとするものであるということである。この方法は、先ず、検出器Aによって取得された2つの組の画像データに基づき、次に、検出器Bによって取得された2つの組の画像データに基づいて欠陥を識別する。この方法は、図1に示す2つの1次元プロットを本質的に使用するデータ処理技術を表している。この従来技術の方法においては、欠陥を画定する前に革新的な方法で2つのデータの組(またはデータセット。以下同じ)より多くのデータの組を組み合わせることから得られることになる利点のどれも認められない。結果として、従来技術は、感度と欠陥の誤判断との困難なトレードオフを改善するものではない。さらに、この従来技術は、オペレータに、いくつかの欠陥のタイプを選択的に検査するオペレータの能力に関する柔軟性をほとんど提供しない。
【0019】
他の従来技術の方法では、後方散乱された電子の検出器と二次電子の検出器からの信号を比較して、基板上の位置、サイズ及び構造の形状に関する情報を生成する。この従来技術の方法は、二次電子及び後方散乱電子の波形の独自の特性を利用して、検査対象の表面に関する追加の情報を提供する。
【0020】
さらに他の従来技術の方法では、2つの異なる検出器からの信号を組み合わせて、高アスペクト比の構造の合成画像を生成する。高アスペクト比の構造の上部と下部をそれぞれ撮像するためにこれらの検出器を個別に最適化することができる。結果として得られた画像は、「extended focus(拡張された焦点)」を有することができる。
【0021】
従来技術では、複数の検出器を用いて合成画像を生成し、電子の軌跡または位置の差をカラーディスプレイに表示する。このような検出器の位置は、試験品に関して変更され、これらの検出器からの信号間の差は、上記のシステム内で解析される。
【0022】
上述の従来技術の方法のどれも、基板を検査するために、複数検出器を具備するSEMの能力を十分に利用していない。
【0023】
「本発明の概要」
本発明は、検査システム、レビューステーション、CD SEM、または走査電子ビームを用いる同様のシステム内の2つ以上の検出器からの情報を組み合わせるための新規な方法及び装置を含む。
【0024】
本発明の1つの目的は、SEMベースの検査システムが、感度と、欠陥の誤判断またはささいな欠陥の検出との間のトレードオフをより十分に解決することができるようにすることである。本明細書に記載する本発明のいくつかによれば、検査システムは、事実上全ての欠陥を発見することができると同時に、オペレータが誤判断された欠陥やささいな欠陥を検査することを最小限にとどめるようにすることが可能である。
【0025】
本発明の他の目的は、オペレータが特定のタイプの欠陥を選択的に検査することが可能な方法を提供することである。
【0026】
本明細書に開示された方法及び装置によれば、自動化された検査システムにより、基板を検査して欠陥を発見し、別の検査システム(例えば、より低解像度の光学検査システム)によって既に発見されている欠陥を再度検出し、欠陥のタイプに応じて欠陥を分類することができる。これらの発明によれば、システムは、アレイモード(array mode)、ダイ間モード(die-to-die mode)、または、ダイ−データベースモード(die-to-database mode)で動作することができる。それらは、可動台または固定台を有する検査システムにも適用可能である。本方法には、ディジタル画像データとアナログ画像データの両方を処理する手段が含まれる。
【0027】
これらの発明のほとんどは、所与の異常が重大な欠陥であるか否かを決定する前に、2つ以上の検出器からのデータの組を組み合わせ(すなわち結合し)、処理し、解析することが有用であるという重要な洞察に基づくものである。
【0028】
より広くは、本発明の目的は、電子ビーム検査システムが、欠陥を発見または再検出して、種々の属性(例えば、サイズ、形状、材質、状況)に応じてそれらの欠陥を分類することを可能にする自動化された方法を提供することである。実際、検査システムは、発見された欠陥のタイプを解析して、ウェーハプロセスラインのどの部分によって欠陥が生じたかを推測することができる。システムは、また、この情報を、誰かが後で調べることが可能なファイルに格納するようにしてもよい。
【0029】
「好適な実施形態の詳細な説明」
以下の例は、検査システムを用いて欠陥を検査し、再検出し、及び/または分類するための種々の好適な方法及び装置を例示するものである。この検査システムは、基板を荷電粒子にさらして、基板から放射されるまたは基板から散乱されれる荷電粒子を検出し、データを処理するものである。
【0030】
図2は、複数の検出器を備える本発明の1実施形態の装置を例示する。この装置では、入射ビーム201からの電子が基板200に入射して、二次電子及び/または後方散乱電子203及び204を基板から放出させる。検出器205及び206は、電子203及び2042を検出するために使用される。検出器205および206は、一方が主として二次電子を検出し、他方が主に後方散乱電子を検出するように配置することができる。代替的には、両方の検出器が二次電子を検出するようにするか、または、両方の検出器が後方散乱電子を検出するようにしてもよい。二次電子または後方散乱電子の選択は、エネルギーフィルタを検出器上または検出器の前で使用することによって行うことができる。検出器205及び206は、互いに対して90度から180度の範囲が好ましい方位角で配置される。
【0031】
検出器205及び206を、図示のように対物レンズ202の上に配置してもよく、または、電子204及び203が対物レンズ202を通過することなく検出器205及び206に到達するように対物レンズの下に配置してもよい。さらに、電子分割器207(これは、例えば、ウィーンフィルタ(Wein filter)または磁気プリズム(magnetic prism))を使用して、コラム(column)に戻る二次電子または後方散乱電子209の軌道を変更してそれらの電子を検出器208に導くことができる。
【0032】
本明細書のどこかに記載しているように、いずれかのまたは全ての検出器205、206及び208からの得られた信号を別々にまたは組み合わせて使用して、基板201を検査または再検査することができる。さらに、使用される検出器208及び/または他の検出器の任意のものを、単一の検出器、複数の検出器、または、位置検知検出器とすることができる。セグメント化(区分化)された検出器のような位置検知検出器、及び、それらを使用する可能な方法については、以下により詳述する。
【0033】
ダイ間(die-to-die)検査
図3は、ダイ間モードで基板を検査及び/または特性を解明する新規な方法を例示するものである。この方法では、検査システムは、基板を、電子または他の荷電粒子の投光ビームまたは収束されたビームにさらす。次にシステムは、少なくとも2つの検出器を用いてその基板からの二次電子を検出する。検出器は、同じ基板上の名目上同じ2つのダイ(領域Iと領域II)からの画像データを収集する。この方法は、以下の5つのステップを含む。
・検出器Aが、領域Iから1組の画像データを取得する(301)。
・検出器Bが、領域I(の少なくとも一部)から1組の画像データを取得する(302)。
・検出器Aが、領域IIから1組の画像データを取得する(303)。
・検出器Bが、領域II(の少なくとも一部)から1組の画像データを取得する(304)。
・検査システムが、4つの全てのデータの組からのデータを処理して、領域IまたはIIに欠陥が存在するか否かを判定する(305)。
【0034】
システムは、任意の順でステップ301〜304を実施することができる。ほとんどの場合、ステップ301と302を同時に実行し、及び、ステップ303と304を同時に実行するのがより効率的であろう。
【0035】
この方法の斬新性は、4つの全てのデータの組からのデータを処理して、領域Iまたは領域IIに欠陥が存在するか否かを判定するステップ305にある。一般に、複数のデータの組からの画像データを処理する際の最初のステップは、それらの画像を互いに整列させる(位置合わせする)ことである。
【0036】
ステップ301〜305によって記述されるこの方法は、基板を再度検査するために有用であり、また、(電子ビームシステムよりも解像度が低い光学検査システムのような)他の検査システムによって既に発見された欠陥を再度検出するために有用であり、また、欠陥を異なるタイプに分類するために有用である。この方法では、基板は、半導体ウェーハ、単一の(または単離された)ダイ(singulated die)、パッケージ基板、レチクル、またはフォトマスクであってよい。検出器は、ライン(一次元)アレイセンサ、個別の検出器、2次元アレイセンサ、時間遅延積分センサ(または時間遅延集積センサ)、またはそれらを組み合わせたものであってよい。
【0037】
1実施形態では、2つ以上の個々のセンサが、電子の角度分布を得るために配置される。代替的には、1つ以上のセグメント化された検出器を使用してその分布を決定する。いずれの場合でも、いくつかの検出器またはすべての検出器は、電子のエネルギー及び/またはエネルギーの広がりを決定するためにエネルギーフィルタを有することができる。
【0038】
本発明の1実施形態では、検査される基板は、対象とする形状的構造を有する位相シフトマスク(phase shift mask)または他のマスクである。複数の検出器を使用することによって、レチクルの構造上の特徴をより良好に検査することができ、構造に関する比較をダイ間モード、ダイ−データベースモードにおいて、または、他の任意の適切な方法で行うことができる。ダイ−データベースモードでは、描画データベース(rendered database。またはレンダード−データベース。以下同じ)を、レチクルの(形状構造)の特徴に関する高さ情報を生成するように作成することができる。これにより、実際のレチクルまたはフォトマスクとの3次元比較が可能になる。そのような3次元比較は、本明細書で説明する複数の検出器を用いるSEMシステムを使用して、または、高さ情報を提供する任意の他の適切な技術によって行うことができる。
【0039】
データ処理
ここで、4つの全てのデータの組からのデータを同時に処理する上記のステップ305を実施する1つの方法を説明する。この方法は、図4に示すように、以下の4つのステップを含む。
・各ピクセルについての差信号を検出器Aを用いて計算する(401)。
・各ピクセルについての差信号を検出器Bを用いて計算する(402)。
・2つの差信号に対して数学的操作を実施する(403)。
・その操作の結果を差の閾値と比較する(404)。
【0040】
ステップ401において、「差信号」という用語は、検出器Aによって測定される、領域I内のピクセルとそれに対応する領域II内のピクセルとのグレースケール値の差を意味する。
【0041】
ステップ402において、「差信号」という用語は、検出器Bによって測定される、領域I内のピクセルとそれに対応する領域II内のピクセルとのグレースケール値の差を意味する。
【0042】
ステップ403において、数学的操作(または数学的演算)とは、例えば、2つの差信号を二乗し、それら2つの二乗したものを加算し、その和の平方根をとることである。図5、6及び7はともに、このステップの論理を明確にするものである。しかしながら、かかる数学的操作は、本発明による多くの可能なデータ処理のうち方法の1つの例にすぎない。例えば、以下のような形式の一般化された式を使用することもできる。A=(P(BDA1+CDB1)M/(SDA1+TDB1)Q+(EDA2+FDB2)N/(UDA2+VDB2)R)K。ここで、B、C、E、F、M、K、P、Q、R、S、T、U、V及びNの値は、一定値を表し、及び/または、他の変数の関数を表す、これらの値は、理論的に予め決定することができ、及び/または経験的(実験的)に決定することができる。これらの値は、オペレータによって、または、自動化欠陥分類(ADC)プログラムによって自動的に最適化することができる。このようなADCプログラムは、プログラムのセットアップ中に上記の式または他の式の中の上記値を最適化することができる。検出器の出力の組み合わせを使用して各領域の合成された3次元画像を形成するといった他のデータ処理方法もまた可能である。この場合、結果として得られたこれらの合成画像を互いに比較することができ、または、本発明に従って別様に処理することができる。
【0043】
図5は、Y軸が検出器Aからの差信号であり、X軸が検出器Bからの差信号である2次元散乱プロット図である。各データポイント501は、「ピクセル対」の座標を表す。ここで、「ピクセル対」を領域I及び領域II内の、2つの対応するピクセルまたは類似する位置における隣接するピクセルのグループとして定義する。これらの領域は名目上同じであるので、2つのピクセルは名目上同じであり、従って、システムにノイズがなく、2つのダイにわずかな欠陥さえもないような理想的な状況では、差信号は0であろう。もちろん、ピクセルの位置は正確に対応している(または一致している)必要はなく、例えば、隣接するピクセルを互いに置き換えてもよく、または、近傍のピクセルのグループからのデータを平均し、差分をとり、最小値の中の最大値を選択するためにフィルタリングし、平滑化してもよく、あるいは、差信号を得る前に処理してもよい。
【0044】
さらに、セグメント化及び閾値化(thresholding)として知られる技術を利用して、各画像内のピクセルの相対強度、コントラストなどに応じて各画像を領域に分割(セグメント化)し、次に、画像を閾値と比較して各セグメント内のノイズを低減することができる。異なる検出器から得られる情報をセグメント化、及び/または、閾値化処理において組み合わせて結果を改善することができる。
【0045】
図5の各データポイント501について、Y軸の値は、そのピクセル対に対して、検出器Aによって与えられる差信号でありあ、X軸の値は、そのピクセル対に対して、検出器Bによって与えられる差信号である。図5の各データポイント501は、従って、検出器Aからの差信号と検出器Bからの差信号の両方を取り込んだ合成(複合)差信号を反映している。この時点で、システムは、4つの全ての検出器からのデータを処理しているが、これらのデータポイントのどれが欠陥を構成しているかの判定はまだ行っていない。
【0046】
図4のステップ404において、組み合わされた差信号を、欠陥閾値または判別境界が原点に中心を有する円601であるところの、図1に示すような欠陥閾値と比較する。システムは、円601内部のデータポイント602を無視し、円外部のデータポイント603を欠陥として報告することになる。実際、システムオペレータは、誤判断される欠陥とささいな欠陥602の割合を許容可能なレベルに維持しつつ、すべての真の欠陥603を捕捉するのに必要な感度を得るために欠陥閾値601(円の半径)を選択することになる。
【0047】
表1及び2には、合成差信号を使用する利点のいくつかが例示されている。いずれの表もマトリクス形式であり、列の見出しは検出器Aからの差信号であり、行の見出しは検出器Bからの差信号である。それらは、本発明によって提供される、感度と誤判断される欠陥及びささいな欠陥とのトレードオフの改善手法を示している。
【0048】
システムの見地から表1を検討すると、欠陥は、検出器Aと検出器Bにおける差信号を別々に検査するだけで発見される。しばらくの間、マトリックスのセル(欄)内に入力されている値を無視して、たとえば、セルが空である場合のように、検出器Aからの差信号が10で検出器Bからの差信号が10である状況のみを示している右下側のセルについて考える。マトリックスの中央部近くで交差している太線は、オペレータが検出器Aについて欠陥閾値6を選択し、検出器Bについても欠陥閾値6を選択した場合を示している。これらの太線は、アレイ(または配列)を4つの4分割部に分割する。左上の4分割部では、どの検出器も欠陥を報告しなかった。右下側の4分割部では、両方の検出器が欠陥を報告した。右上側の4分割部では、検出器Aだけが欠陥を報告した。左下側の4分割部では、検出器Bだけが欠陥を報告した。
【0049】
【表1】
【0050】
ここで、本発明の好適な実施形態の見地から表1を検討する。表1のマトリックス内のセルには、行の見出しと列の見出しのセルを二乗し、それらの2つの二乗したものを加算し、その和の平方根をとることによって計算された種々の値についての合成差信号が含まれている。
【0051】
欠陥閾値8.50を選択することによって、この発明の1つの方法は、グレーで影付けされた表1の12個のセルを欠陥のないものとして明白に規定する。表1は、本発明の方法がどのようにして、感度と、誤判断される欠陥及びささいな欠陥とのトレードオフを改善するかを示しており、この場合、感度を犠牲にすることなく、誤判断される欠陥及びささいな欠陥の割合を少なくすることを可能にすることによって行っている。
【0052】
表1の内容から、本発明の他の利点は、それが、右上側と左下側の4分割部内の影付けされていない全てのセルを欠陥として明白に報告するということである。
【0053】
表2は、異なる閾値を選択した結果として、影つけが異なるセルに出現すること以外の全ての点において表1と同じである。
【0054】
【表2】
【0055】
1例として、7.0の欠陥閾値を選択することによって、本発明による1方法は、グレーで影付けされた表2の6つのセルを欠陥のあるものとして明白に規定することができる。表2は、本発明の方法がどのようにして、感度と誤判断される欠陥及びささいな欠陥とのトレードオフを改善するかを示しているが、この場合、誤判断される欠陥の割合を増やすことなく感度を高める欠陥閾値を設定することを可能にすることによって行っている。
【0056】
図7は、楕円(長円)形状の欠陥閾値701を示す。誤判断される欠陥またはささいな欠陥702は楕円701内部にあり、真の欠陥703は楕円701の外部にある。ほとんどの場合、楕円形状の欠陥閾値は改善を表すであろう。なぜなら、一方の検出器のノイズは通常他方の検出器のノイズよりも多いからである。検出器内のノイズレベルが高いほど、誤判断される欠陥を最低限にするために、より大きな欠陥閾値が必要になる。図7では、楕円701の水平配向は、検出器Bが、検出器Aよりも高いノイズレベルを有していることを示唆している。検出器Aが検出器Bよりも高いノイズレベルを有している場合には、楕円は、垂直配向を有することになる。
【0057】
図8は、本発明の新規な方法のさらに他の利点、すなわち、欠陥が2次元プロット図に現れる領域に応じて欠陥を分類する能力を示している。特定のタイプの欠陥は、繰り返して特定の領域において群をなすであろう。図8には、原点に中心を有する欠陥閾値円801だけでなく、2つの他の円802及び803、細長い楕円804も含まれている。2つの円802及び803、及び、細長い楕円804内にある欠陥は、特定のタイプの欠陥である可能性が高い(タイプA、タイプB、タイプCと図示されている)。結果として、検査システムは、プロットされている位置に基づいて自動的に欠陥を分類することができ、それによって、ウェーハメーカやマスクショップのエンジニアに、それらの欠陥を除去するためにどのように製造プロセスを改良すべきかの手がかりを与えることができるであろう。プロットされた特定の領域内に群をなす傾向がある欠陥のタイプは、個々の製造プロセスに依存するであろう。従って、ウェーハメーカやマスクショップのエンジニアは、それらを経験的に特定しなければならないであろう。
【0058】
我々は、少なくとも2つの検出器を含む検査システムにおいて、図9に示すように、荷電粒子のビームに基板をさらすことによって基板上の欠陥を特定して分類する以下の新規な方法を開示する。この方法は、以下の6つのステップを含む。
・検出器Aが、領域Iから1組の画像データを取得する(901)。
・検出器Bが、領域I(の少なくとも一部)から1組の画像データを取得する(902)。
・検出器Aが、領域IIから1組の画像データを取得する(903)。
・検出器Bが、領域II(の少なくとも一部)から1組の画像データを取得する(904)。
・検査システムが、4つの全てのデータの組からのデータを処理して、合成差信号を計算する(905)。
・検査システムが、合成差信号に基づいて欠陥を特定し、それらの欠陥をあるタイプのものであるとして分類する。
【0059】
2つの検出器を用いるアレイモード
図10は、アレイモードにおいて基板を検査し、及び/または基板の特性を解明する新規な方法を示す。この方法では、2つの検出器の各々が、「セル」とよぶことにする、複数の実質的に同じ(ほぼ同じ。または同様な。以下同じ)形状構造を含む単一のダイからの画像データを収集する。例えば、基板は、DRAMチップ、DRAMチップをさらすためのDRAMフォトマスク、または、繰り返しパターンのアレイ(配列。以下同じ)を含むさまざまなウェーハ及びフォトマスクの任意のもの、とすることができる。アレイモードでは、テスト画像及び基準画像は、1つの基板上の同じ領域(領域は半導体のダイとすることができる)内の名目上同じセルから構成される。この方法は、2つの検出器の各々により2つの名目上同じセルから画像データを収集して、セル間の差を調べるステップから構成される。この方法は、以下の3つのステップを含む。
・検出器Aが、領域Iから1組の画像データを取得する。ここで、領域Iは、実質的に繰り返す(形状構造上の)特徴のアレイを含むダイである(1001)。
・検出器Bが、領域I(の少なくとも1部)から1組の画像データを取得する(1002)。
・検査システムが、データを処理して、繰り返す(形状構造上の)特徴の第1の部分と繰り返す(形状構造上の)特徴の第2の部分とに差があるか否かを判定する(1003)。
【0060】
ステップ1003で、検査システムは、領域I内の4つの全ての画像データ、すなわち、検出器Aによって収集された第1のセルからの画像データ、検出器Aによって収集された第2のセルからの画像データ、検出器Bによって収集された第1のセルからの画像データ、検出器Bによって収集された第2のセルからの画像データの組を同時に処理することができる。比較によって、名目上同じ領域間、または、アレイ内の繰り返しがない部分間の差が明らかになる。
【0061】
差のいずれが、誤判断される欠陥またはささいな欠陥ではなく真の欠陥であるかを判定するために、システムは前述の方法を使用することができる。すなわち、検出器Aを用いて各ピクセルについて差信号を計算し、検出器Bを用いて各ピクセルについて差信号を計算し、これら2つの差信号について数学的操作(数学的演算)を実施し、和を差の閾値と比較する。
【0062】
1つの検出器を用いるアレイモード
いくつかの場合においては、1つのみの検出器を用いて欠陥を調べるためにアレイモード検査を行うのが有用である。例えば、検査の目的が、粒子またはマイクロスクラッチを検出することである場合には、側部に取り付けられた単一の検出器が十分な情報を提供することができる。単一の検出器の視野角は、一度に2つ以上のセルについての画像データを捕捉するのに十分大きい。この場合、検査は、わずか2つのステップ(図11)から構成されるであろう。
・検出器Aが、実質的に繰り返す(形状構造上の)特徴のアレイを含むダイから1組の画像データを取得する(1101)。
・検査システムが、データを処理して、繰り返す(形状構造上の)特徴の第1の部分と繰り返す(形状構造上の)特徴の第2の部分との間に差があるか否かを判定する(1102)。
【0063】
ステップ1102では、システムは、その同じデータの組内の2つの名目上同じセルについて画像データを比較する。
【0064】
図11Bは、少なくとも1つの検出器を使用する本発明の1実施形態の装置を示す。この装置では、入射ビーム1120からの電子は基板1123上に入射する。二次電子1121が基板1123から放出され、検出器1122によって検出される。この実施形態の変形態様では、図11Cに示すように、検出器1134がセグメント化された検出器であり、それを、基板に関する追加の情報を提供するために使用することができる。なぜなら、セグメント化された検出器のそれぞれの部分を使用して異なる軌道を有する電子1136を検出することができるからである。軌道が異なるのは、形状構造上の特徴の結果と考えられ、エネルギープリズム(不図示)がウィーンフィルタ1135の前後に配置される場合にはエネルギーが異なる結果と考えられる。このような構成は、図11Bの検出器1122の代わりに、または、それに追加して使用することができ、または、本発明の他の実施形態において使用することができる。
【0065】
図11Cに示す検出器1134のようなセグメント化された検出器を使用することが可能な多くの手段が存在する。例えば、セクタ1191及び1192を有する図11Dに示すスプリット検出器(分割検出器)を使用してサンプルから一方の側または他方の側に放出される電子を優先的に検出することができる。二次電子は、表面に垂直に放出される傾向がある。従って、表面の形状構造は、非等方性的に二次電子を放出する傾向がある。検出器の一方のセグメントの信号を他方のセグメントの信号から引くことによって、形状的なものではない細部(例えば材料のコントラスト)が抑圧され、形状上の変化が強調されることになる。検出器を(電子放射のより高次の異方性を調べるために、または、2つの軸に沿ったスプリット検出器として同時に作用させるために)4分割部にセグメント化し、または、さらに細かいセグメントに分割することができる。環状のスプリット検出器を使用することもできる。
【0066】
連続したまたは準連続的な位置感度を有する位置検知検出器(PSD。または位相敏感検出器。以下同じ)を使用することも可能である。例えば、「リニアPSD」または1次元アレイ検出器を使用することができる。代替的には、2次元アレイ検出器またはマイクロチャンネルプレート(microchannel plate)のような、全ての方向において連続したまたは準連続的な位置感度を有する検出器を使用することもできる。さらに他の代替実施例では、(本明細書のどこかでより詳細に説明するように)検出器を物理的に分離することができ、検出器からの信号を減算して、材料のコントラストを高めると共に形状構造に関するコントラストを高めることができる。
【0067】
検出器または検出器の構成要素はフォトダイオード、電子増倍管(electron multiplier)、マイクロチャンネルプレート、または、任意の他の適切な電子検出器とすることができる。代替的には、シンチレーターや他の装置を使用して電子を先ず光子に変換し、次に、光子を、CCD、TDIセンサ、PMTまたは他の適切な装置を使用して検出することができる。
【0068】
さらに他の代替実施形態では、セグメント及び/または物理的に分離された検出器からの信号を、同じ検査、測定または欠陥再検査ステップの一部として異なるやり方で組み合わることができる。例えば、信号の両方を減算して、強調された形状上の(すなわち形状に関する)コントラストを有する「暗い領域(dark field)」信号を生成することができ、または、信号を組み合わせて、強調された材料のコントラストを有する「明るい領域(bright field)」信号を生成することができる。所望であれば、明るい領域信号と暗い領域信号の、及び/または、検出器またはセグメントからの信号の線形(または非線形)の組み合わせを組み合わせて、材料のコントラストの選択された度合いと形状上のコントラストの選択された度合いを有する「グレー領域」信号を生成することができる。信号のこれらの組み合わせのうちの任意のものまたはこれらの組み合わせの全ては、信号がアナログ形式である間に、または、それらがディジタル形式にされた後に行うことができる。
【0069】
この組み合わせを行うために使用することが可能な回路を図11Eに示す。この図では、4分割検出器1125は4つのセクタ1126、1127、1128及び1129を有する。セクタ1126及び1128は、他の2つのセクタに比べて比較的大きな領域を有する。この場合、これらのセクタの各々からの信号は、ビデオプリアンプ1130に送られて、アナログビデオ結合器1131において組み合わされるのが好ましい。制御信号1132は、結合器1131によって実行される組み合わせを制御する。結果として組み合わされた信号をビデオアンプ1133に送ることができる。次に、信号をディジタル化して、さらなる処理を実行することができる。このようなさらなる処理の例は本明細書のどこかに記載されており、また、それらともに、または、それらの代わりに米国特許第5,502,306号(本明細書に参照により組み込む)に記載されているように実行することができる。
【0070】
本発明の1実施形態では、セクタ1127及び1129からの信号は、スプリット検出器上の「分割(スプリット)」の相対的な方向を調整するために、セクタ1126と1128からの信号との間で切り換えられる(または、切り換えられて回路から出力される)。
【0071】
走査電子ビームシステムでは、ビームは基板を横断して走査(スキャン)される。これは、一次ビームが走査されるときに、二次電子の「スポット」が検出器を横断して走査されるという結果を生じる可能性がある。スポットのサイズもまた、(サンプルにおけるビームの到達エネルギー(landing energy)のような)一次電子の種々の状況に応じて変化する場合がある。これによりよく対処するために、二次電子をデスキャン(descan)し、及び/または、二次電子を検出器に収束させることができる。しかしながら、このことは、スプリット検出器またはセグメント化された検出器を有するシステムでは必要ではない場合がある。所望であれば、スプリットを検出器上の二次走査の方向に沿って位置合わせすることによって性能を改善することができる。走査をスプリットに位置合わせすることが所望される場合には、これを実施することが可能ないくつかの手段がある。例えば、マスクを、検出器の前に配置することができ、及び/または、検出器自体を回転させることによって行うことができる。この代わりに、または、これに加えて、二次ビームを(例えば弱い管状レンズ(weak solenoidal lens)用いて)回転させることにより、(例えば、電子的または磁気的なデフレクターを用いて)二次ビームを屈折させることにより、及び/または、二次走査方向に影響を及ぼすために一次ビームと二次ビームの特性を同時に変化させることによって実施することができる。代替的には、検出器が、(角度の小さな「パイの一片」の形状(扇形)のセグメントのような)多くの小さなセグメントから構成される場合に、1つ以上の大きなセグメントを生成するためにセグメントを切り換えて、組み合わせることができる。これは、検出器自体を物理的に回転させることなく、検出器の分割(スプリット)の方向を回転させるという効果を有する。
【0072】
代替的には、セグメント化しない場合でも、位置検知検出器を使用することができる。例えば、環状の検出器を使用して、サンプルから大きな角度で放出された電子を優先的に検出することができる。
【0073】
本発明の別の好適な実施形態では、図11b〜11Eに示したような検出器、または本明細書のどこかに記載している検出器が、電子が多ピクセル検査システムのひとみ面(pupil plane)に現れるときにそれらの電子を検出するために配置される。このような検査システムは、米国特許第6,087,659号及び公開されたPCT出願WO0,188,514号に記載されている。これは、欠陥検査、再調査、及び/または分類に対して追加のデータを提供するために、それらに示された画像面(イメージプレーン)における検出に追加することができる。
【0074】
所望であれば、検出の前に電子のフィルタリングを実施して、後方散乱電子を除去して、二次電子だけを検出することができる。1実施形態では、後方散乱電子は、別の検出器で検出され、それからの信号を分析して基板に関する合成データを、例えば、原子量から得ることができる。
【0075】
図12は、検査処理の1つの可能な実施例を示す。この実施形態では、検査システムは、2つの異なるやり方のいずれかでデータを処理することができる。1つの方法は、「シフトして減算する」技法であり、これには、以下のステップが含まれる。
・ダイ上の1つのセルに関する画像データを、グレースケール値を有するピクセルのマトリックスとして表す(ステップ1201)。
・同じダイ上の名目上同じ第2のセルに関する画像データを、グレイスケール値を有するピクセルのマトリックスとして表す(ステップ1202)。
・2つのマトリックス内の類似の場所が、名目上同じセル内の対応するピクセルに関するグレイスケール値を含むことを確実にするために2つのマトリックスを位置合わせする(ステップ1203)。
・対応するピクセルに関するグレイスケール値を引くことによって差分マップを作成する(ステップ1204)。
【0076】
差は、差分マップ内の明るい領域として現れるであろう。明るい領域ほど、欠陥である可能性が高い。
【0077】
図12に示し、及び、ステップ1201〜1204に記載した方法は、また、図10に示した新規な方法(2つの検出器を用いるアレイモード検査)のステップ1003中にデータを処理する適切な方法でもある。
【0078】
検出器を1つだけ用いるアレイモード検査においてデータを処理する第2の方法には、フーリエ変換が含まれる。前述したように、この技法の目的は、欠陥を発見することである。しかし、この技法は、差を探すのではなくて、アレイ内の繰り返しのないパターンを特定する。この技法は、以下の3つのステップ(図13)から構成される。
・空間領域の画像データを周波数領域に変換する(1301)。
・周波数領域における(または周波数領域において)フーリエ変換をフィルタリングして、空間領域における繰り返しパターンの少なくとも一部を除去する(1302)。
・変換された画像の逆変換を実施する(1303)。
【0079】
フーリエ変換の技法は周知であり、半導体ウェーハまたはマスクの検査にこれを使用することは、(本明細書に参照により組み込む)米国特許第6,021,214号に記載されている。周波数領域では、繰り返す(形状構造上の)特徴を除去するのは簡単である。それらを除去した後に、欠陥の候補である繰り返しのない(形状構造上の)特徴が、グレーを背景にして暗い特徴として現れる。
【0080】
図13に示し、及び、ステップ1301〜1303に記載したアレイモード検査においてデータを処理するこの方法は、また、図10に示す新規な方法(2つの検出器を用いるアレイモード検査)のステップ1003中にデータを処理する適切な方法でもある。
【0081】
単一の検出器を用いるアレイモード検査は、基板を改めて検査し、(電子ビームシステムよりも解像度が低い光学検査システムのような)別の検査システムによって既に発見された欠陥を再検出し、または、欠陥を異なるタイプに分類するのに有用である。
【0082】
上述の全てのアレイモード検査法は、基板を改めて検査し、(電子ビームシステムよりも解像度が低い光学検査システムのような)別の検査システムによって既に発見された欠陥を再検出し、または、欠陥を異なるタイプに分類するのに有用である。
【0083】
アレイモードまたはダイ間モード単独の検査
図14に示す以下の方法は、アレイモードで基板を検査するのに適している。この場合、基板は、複数の同じ特徴を含む。アレイモードまたはダイ間モードにおいて検査するための前のセクションで説明した方法は、名目上同じ領域内の差、または、繰り返しのないパターンを明かにすることができるが、自動化システムは、2つの領域のどちらが正常でどちらに欠陥があるかを決定することが困難である場合がある。この方法は、以下の6つのステップを用いてその問題を解決する。
・検出器Aが1組の画像データを領域Iから取得する(1401)。
・検出器Bが1組の画像データを領域I(の少なくとも一部)から取得する(1402)。
・検出器Aが1組の画像データを領域IIから取得する(1403)。
・検出器Bが1組の画像データを領域II(の少なくとも一部)から取得する(1404)。
・検出器Aが領域IIIの画像を取得する(1405)。
・検査システムが、領域IIIからの画像データを使用して、領域Iと領域IIのどちらが欠陥を含むかを決定する(1406)。
【0084】
この方法は、検査システムが、ステップ1401、1402、1403及び1404中に収集された画像データを比較することによって、領域Iと領域IIとの間の差を突きとめるが、領域Iまたは領域IIに欠陥が存在するかを否かを見分けることはできない状況において適用されることになろう。ステップ1406において、システムは、領域Iと領域IIの両方からの画像データを、領域IIIからの画像データと比較する。領域Iからの画像データが領域IIIからの画像データと一致する場合には、領域IIに欠陥が存在する。しかし、領域IIからの画像データが領域IIIからの画像データに一致する場合には、領域Iに欠陥が存在する。
【0085】
アレイモードまたはダイ間モード単独の再検出
図15に示す以下の方法は、実質的に同じ複数の特徴を有する基板上において別の検査システムによってすでに発見された欠陥または他の特徴を再度検出するのに適している。この方法は、ある特徴が所与の領域(例えば領域I)に存在するという既に得ている知識を活用する。この方法には、以下の4つのステップが含まれる。
・検出器Aが1組の画像データを領域Iから取得する(1501)。
・検出器Bが1組の画像データを領域I(の少なくとも一部)から取得する(1502)。
・検出器Aが1組の画像データを領域IIから取得する(1503)。
・検出器Bが1組の画像データを領域II(の少なくとも一部)から取得する(1504)。
・検出器システムが、4つの全てのデータの組からのデータを処理して、領域Iに存在することが既知である欠陥を再検出する(1505)。
【0086】
両方の検出器は、台の座標にいくらかの誤差範囲が含まれるという事実を考慮した場合でさえ、以前に特定された特徴を包含するのに十分広い領域からの画像データを捕捉することになる。画像データの4つの組は、高解像度の欠陥画像を生成するのに十分な情報を提供するであろう。以前の検査によって欠陥が存在すること、及び欠陥が存在する領域が既に明かにされているので、領域Iまたは領域IIのどちらが欠陥を含んでいるかを決定するために、(前述の方法のステップ1406のように)第3の領域から画像データを取得する必要はない。
【0087】
可動台
多くの場合において、荷電粒子ビームに対して移動する台の上に基板を配置することが有利であろう。ここで、基板(基板は、例えば、半導体ウェーハ、単一の(または単離された)ダイ、パッケージ基板、レチクル、またはフォトマスクである)を検査し、及び/または基板の特性を解明する、図16Aに示す以下の方法を開示する。
・荷電粒子の少なくとも1つのソース(発生源)に基板をさらす(1601)。
・基板をさらさしている間において、基板が荷電粒子のソースに対して連続して移動されている間に、基板から放出された荷電粒子を少なくとも2つの検出器で検出する(1602)。
【0088】
ほとんどの場合において、検査は、基板の少なくとも2つの部分を荷電粒子にさらすステップと、それらの部分から放出される荷電粒子を検出するステップと、検出器からのデータを使用して潜在的な欠陥があるか否かを判定するステップから構成される。
【0089】
荷電粒子は、最も一般的には電子であろう。さまざまな状況において、投光照明源により、または、収束された(焦点が絞られた)ビームにおいて電子を供給するのが有利な場合がある。基板を移動させるもっとも都合の良いやり方は、実質的に一定の速度で、または、変化する速度で間欠的にまたは連続的に移動することが可能な台とともに移動させることであろう。
【0090】
違った状況では、例えば、特定の配向を有するマイクロスクラッチを検出するために、2つの検出器が、基板に対して異なる範囲の方位角から(または異なる範囲の方位角で)放出された荷電粒子を検出するようにそれら2つの検出器を配置することが有利な場合がある。他の状況では、例えば、(より大きな仰角から)主に材料の差違を検出し、または(より小さな仰角から)マイクロスクラッチを検出するために、2つの検出器が基板に対して異なる仰角から(または異なる仰角で)放出された荷電粒子を検出するようにそれら2つの検出器を配置することが有利な場合がある。
【0091】
図16Bは、基板が入射粒子ビームに対して移動している間に、基板を検査する1実施形態を示す。この図では、入射ビーム1621からの電子が基板1620に入射する。このプロセス中に、基板1620がビーム1621に対して移動される。好適な実施形態では、ビーム1621はその相対移動の方向に対してある角度で走査される。これにより、基板1620上に走査領域1622が生成される。基板1620からの二次電子または後方散乱電子は、検出器1623及び1624として示される少なくとも2つの検出器によって検出される。結果として生成された情報は、従来技術の方法を含む任意の技法によって処理することができる。しかしながら、本明細書に開示した本発明に従って説明された方法によって処理されるのが好ましい。この実施形態の連続的な相対移動をもたらすことが可能な装置に関するさらなる詳細は、(参照により本明細書に組み込む)米国特許第5,502,306号に記載されている。
【0092】
X線検出器
他の方法では、システムは、2つ以上の電子検出器の他にX線検出器を備える。電子ビームが材料に衝突すると、材料は、その材料のエネルギー特性を有するX線を放出する。したがって、検査システムは、エネルギー分散X線分光法(EDX)または波長分散分光法(WDX)によって、X線エネルギーに基づき、基板の特定領域にある材料を特定することができる。
【0093】
X線検出器を用いて基板を検査するための装置を図17Aに示す。この図では、電子ビーム1721が基板1720上に入射する。その結果、X線1722が放出されて、検出器1723によって検出される。次に、より詳細に説明するように、これらのX線を処理する。
【0094】
この方法を、欠陥を検査し、再検出し、または分類する、任意の他の方法と組み合わせることが可能である。例えば、ここで、欠陥を検出している間に、基板上の材料の特性を解明する、ダイ間モードで基板を検査する新規な方法を開示する。
この方法では、検査システムは、基板を、電子または他の荷電粒子の投光ビームまたは収束ビームにさらす。次に、システムは、その基板からの二次電子を少なくとも2つの電子検出器(検出器Aと検出器B)で検出する。これらの検出器は、同じ基板上の2つの名目上同じダイ(領域Iと領域II)からの画像データを収集する。X線検出器(検出器C)は、基板の表面から放出されたX線を検出する。図17Bに示すこの方法には、以下の7つのステップが含まれる。
・検出器Aが、1組の画像データを領域Iから取得する(1701)。
・検出器Bが、1組の画像データを領域I(の少なくとも一部)から取得する(1702)。
・検出器Aが、1組の画像データを領域IIから取得する(1703)。
・検出器Bが、1組の画像データを領域II(の少なくとも一部)から取得する(1704)。
・検査システムが、検出器Aによって取得された2つのデータの組からのデータと、検出器Bによって取得された2つのデータの組からのデータを処理して、領域Iまたは領域IIに欠陥が存在するか否かを判定する(1705)。
・検出器Cが、1組の画像データを領域I及び/または領域IIの少なくとも一部から取得する(1706)。
・検査システムが、検出器Cによって取得されたデータの組からのデータを処理して、欠陥のある材料と、領域I及び/または領域IIの欠陥のない領域を特定する(1707)。
【0095】
X線検出器で基板を検査するための装置を図18Aに示す。この図では、電子ビーム1821が基板1820に入射する。その結果、X線1822が基板から放出されて、検出器1823によって検出される。さらに、二次電子または後方散乱電子1824が基板から放出されて、検出器1825によって検出される。次に、より詳細に説明するように、これらのX線及び電子を処理する。
【0096】
より単純な方法では、検査システムは、基板を、電子または他の荷電粒子の投光ビームまたは収束ビームにさらす。次にシステムは、その基板からの二次電子を単一の電子検出器(検出器A)及び単一のX線検出器(検出器C)によって検出する。検出器は、同じ基板上の2つの名目上同じダイ(領域Iと領域II)からの画像データを収集する。図18Bに示すこの方法は、以下の5つのステップを含む。
・検出器Aが、1組の画像データを領域Iから取得する(1801)。
・検出器Cが、1組の画像データを領域I(の少なくとも一部)から取得する(1802)。
・検出器Aが、1組の画像データを領域IIから取得する(1803)。
・検出器Cが、1組の画像データを領域II(の少なくとも一部)から取得する(1804)。
・検査システムが、4つの全てのデータの組からのデータを処理して、領域IまたはIIに欠陥が存在するか否かを判定し、欠陥がある材料及び領域I及び/または領域IIの欠陥のない領域を特定する(1805)。
【0097】
さらに単純な方法では、システムは、単一のX線検出器を用いてダイ間検査を行う。システムは、X線信号の差を利用して欠陥を検出する。この方法では、検査システムは、複数の実質的に同じ特徴を含む基板を、電子または他の荷電粒子の投光ビームまたは収束ビームにさらす。次にシステムは、単一のX線検出器(検出器C)を用いて基板の表面から放出されるX線を検出する。検出器Cは、同じ基板上の3つの名目上同じダイ(領域I、領域II、領域III)からの画像データを収集する。3つの全ての領域には、実質的に同じ繰り返し特徴のアレイ(配列)が含まれる。図19に示すこの方法には、以下の4つのステップが含まれる。
・検出器Cが、1組の画像データを領域Iから取得する(1901)。
・検出器Cが、1組の画像データを領域IIから取得する(1902)。
・検出器Cが、1組の画像データを領域IIIから取得する(1903)。
・検査システムが、領域IIIからの画像データを使用して、領域Iまたは領域IIのいずれが欠陥を含むかを判定する(1904)。
【0098】
この方法は、検査システムが、ステップ1901及び1902中に収集された画像データを比較することによって領域Iと領域IIとの間の差を突きとめるが、領域Iまたは領域IIに欠陥が存在するか否かを見分けることはできない状況において適用されることになるであろう。ステップ1904において、システムは、領域I及び領域IIの両方からの画像データを領域IIIからの画像データと比較する。領域Iからの画像データが領域IIIからの画像データと一致(または整合)する場合には、領域IIに欠陥が存在する。しかし、領域IIからの画像データが領域IIIからの画像データに一致(または整合)する場合には、領域Iに欠陥が存在する。
【0099】
以上の3つの方法は、X線検出器を本出願に開示した他の方法(これらの全ては、ダイ間検査モードと呼ばれる)と組み合わせることがで可能であることを示している。アレイモード、ダイ−データベースモードで検査するために、また欠陥を分類するためにX線検出器を使用するなどの多くの他の組み合わせが可能である。簡潔にするために、全ての可能な組み合わせを列挙することはしない。
【0100】
ダイ−データベース検査
基板(例えば、パターン形成されたウェーハ、単一の(または単離された)ダイ、レチクルまたはフォトマスク)を検査する他の方法では、システムは、2つの検出器によって取得された画像データを設計者のデータベースから生成された画像と比較する。ダイ−データベース検査として知られるこの方法では、システムは、データベースの画像が適正なものであると想定し、取得した画像とデータベースの画像との重大な差を基板の欠陥として報告する。ここで、図20Aに示される、以下の4つのステップを含む新規な方法を説明する。
・検出器Aが、1組の画像データを領域Iから取得する(2001)。
・検出器Bが、1組の画像データを領域I(の少なくとも一部)から取得する(2002)。
・検査システムが、基板設計者のデータベースに基づいて領域Iの画像を生成する(2003)。
・検査システムが、検出器A及び検出器Bからの画像データを、基板設計者のデータベースに基づく画像と比較して領域I内の欠陥を特定する(2004)。
【0101】
図20Bは、2つ以上の検出器の出力を組み合わせて、設計データベースから得られた情報と比較する(ダイ−データベースモードと呼ばれることもある)1実施形態を示す。図20Bに示すように、入射ビーム2021からの電子は、基板2020に入射し、これによって、二次電子2022と2023が生成される。これらの電子は、検出器2024と2025によって検出される。これらの検出器から得られた情報を、次に、ディジタイザ2026でディジタル化することができる。検出器からの情報を、ディジタル化の前(依然としてアナログ形式である間)に、またはディジタル化の後に組み合わせることができ、あるいは、全く組み合わせないようにすることもできる。基板2020を作成する際に使用された設計データベースを描画データベース2027に描画(render)し、コンピュータ2030を使用してディジタイザ2024からのディジタル化されたデータ出力と比較するための適切な形式のデータを生成することができる。各検出器からの情報を、描画データベースと個別に比較することができ、または、検出器の組み合わされた出力を描画データベースと比較することができる。ダイ−データベース検査技術についてのより詳細な説明は、(参照により本明細書に組み込む)米国特許第4,926,487号に記載されている。
【0102】
他の変形態様
上述の任意の方法において、状況にもよるが、(融通性を得るために)データを処理する前にデータをディジタル化するか、または、(速度または他の利点を得るために)アナログ形式のセンサからの生データを処理することが有利となる場合がある。例えば、システムが、基板の対向する側に配置された2つの検出器を有する場合は、システムは、アナログ形式の2つの信号を加算して、基板の上に配置された検出器からの信号をシミュレートすることができるか、または、アナログ形式の2つの信号を減算して影付けの効果を高めることができる。
【0103】
他の場合には、二次電子または後方散乱電子が検出器に到達する前に、それらの二次電子または後方散乱電子をフィルタリングして除去することが有利な場合がある。後方散乱電子は、表面上の材料に関するより多くの情報を伝達する傾向がある。50eVまでのエネルギーを有する二次電子は、より多くの形状に関する情報及び表面の変化(または帯電状態)に関する情報を伝達する傾向がある。
【0104】
さらに他の場合には、磁選機(magnetic separator。または磁気分離器)、エネルギー分散性プリズム、またはウィーンフィルタのような分散性要素を挿入することが有利な場合がある。これらの要素は、低エネルギーの電子を一方の検出器に衝突させ、高エネルギーの電子を他の検出器に衝突させるものである。
【0105】
本発明多くの実施形態を2つの検出器を用いるものとして説明したが、それらの方法は、同様にして3つ以上の検出器を用いるものに容易に拡張することができる。
【0106】
上記の例の多くは、ピクセルのグレースケール値の処理に関するものであるが、追加的にまたは代替的に、検出器信号から得られる他の情報を処理することも可能である。そのような他の情報の例には、グレースケールピクセルの勾配(または階調)の量、勾配(または階調)の位相または方向、及び/または、勾配(または階調)の等高線(または輪郭)の曲率が含まれる。そのような変数を処理することに関するより十分な説明は、(参照により本明細書に組み込む)米国特許第5,717,204号に記載されている。
【0107】
本発明を、修正態様、変形態様および拡張態様と共に種々の実施例に関して説明したが、他の実施例、修正態様、変形態様及び拡張態様も本発明の範囲内である。当業者には、本出願の内容及び開示された本発明を検討することにより、他の実施態様もあきらかであろう。従って、本発明は、本明細書に含まれる説明または図面によって限定されるものではなく、特許請求の範囲およびその等価物によってのみ限定される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 従来技術における欠陥の検出法を例示する図である。
【図2】 1つの可能なハードウエア構成を例示する図である。
【図3】 ダイ間検査のための新規な方法を例示する図である。
【図4】 4つのデータの組からのデータを処理するための新規な方法を例示する図である。
【図5】 Y軸が検出器Aからの差であり、X軸が検出器Bからの差信号である2次元散乱プロットを例示する図である。各データポイントは、「ピクセル対」のデータを表す。
【図6】 欠陥閾値を例示する図である。
【図7】 楕円形の欠陥閾値を例示する図である。
【図8】 欠陥領域内の複数の欠陥閾値を描画していくつかのタイプの欠陥を分類することが可能であることを示す2次元散乱プロットを例示する図である。
【図9】 欠陥を分類するための新規な方法を例示する図である。
【図10】 アレイモードにおいて2つの検出器を用いて検査するための新規な方法を例示する図である。
【図11A】 アレイモードにおいて1つの検出器を用いて検査するための新規な方法を例示する図である。
【図11B】 図11Aの方法を実施するために使用することが可能な装置を例示する図である。
【図11C】 セグメント化された検出器を有するシステムを例示する図である。
【図11D】 単純な分割検出器を例示する図である。
【図11E】 より複雑な分割検出器を備えるシステムを例示する図である。
【図12】 アレイモードにおいて検査中にデータを処理するための新規な「シフト及び減算」法を例示する図である。
【図13】 アレイモードにおいて検査中にフーリエ変換を介してデータを処理するための新規な方法を例示する図である。
【図14】 アレイモードまたはダイ間モードにおいてアービトレーションを用いて基板を検査するための新規な方法を例示する図である。
【図15】 アレイモードまたはダイ間モードにおいて欠陥を再検出する新規な方法を例示する図である。
【図16】 荷電粒子のビームに対して基板が移動している間に、2つの検出器によりそのビームを用いて基板を検査する新規な方法を例示する図である。
【図16B】 可動台を有するシステムを例示する図である。
【図17】 X線検出器を用いて基板を検査する新規な方法を例示する図である。
【図17A】 X線検出器を備える装置を例示する図である。
【図18】 1つがX線検出器である少なくとも2つの検出器を用いて基板を検査する新規な方法を例示する図である。
【図18A】 X線検出器及び電子検出器を備える装置を例示する図である。
【図19】 単一のX線検出器を用いて基板を検査する新規な方法を例示する図である。
【図20】 ダイ−データベースモードにおいて2つの検出器を用いて基板を検査する新規な方法を例示する図である。
【図20B】 ダイ−データベースモードで使用するための装置を例示する図である。

Claims (7)

  1. 基板を検査し、及び/または基板の特性を解明する方法において、第1及び第2の検出器が荷電粒子を検出するよう構成されており、
    第1のデータの組を取得するステップであって、前記第1のデータの組は、前記第1の検出器によって収集された前記基板の第1の領域の画像から得られたデータを含む、ステップと、
    第2のデータの組を取得するステップであって、前記第2のデータの組は、前記第2の検出器によって収集された前記基板の前記第1の領域の少なくとも一部分の画像から得られたデータを含む、ステップと、
    第3のデータの組を取得するステップであって、前記第3のデータの組は、前記基板の第2の領域から前記第1の検出器によって収集された画像から得られたデータを含み、前記基板の前記第2の領域は、前記第1の領域と構造が同じであることが予測される、ステップと、
    第4のデータの組を取得するステップであって、前記第4のデータの組は、前記第2の検出器によって収集された前記基板の前記第2の領域の少なくとも一部分の画像から得られたデータを含む、ステップと、
    前記第1、第2、第3及び第4のデータの組から得られた情報を処理するステップであって、前記第1のデータの組と第3のデータの組の間で第1の差信号を計算するステップと、前記第2のデータの組と前記第4のデータの組との間で第2の差信号を計算するステップ、及び、前記第1及び第2の差信号の両方に依存する合成関数を計算するステップを含み、これらの差信号は、ある領域におけるピクセルと別の領域における対応するピクセルの間のグレースケール値の差を示すことからなる、ステップと、
    前記合成関数の値をある閾値と比較することによって前記領域の少なくとも一方における欠陥を検出するステップ
    を含み、
    前記合成関数が、二乗された前記第1の差信号と二乗された前記第2の差信号との加算を含む、方法。
  2. 前記第1及び第2の差信号の両方の値に基づいて、検出された欠陥を分類するステップをさらに含む、請求項1の方法。
  3. 基板の以前の検査において検出された欠陥を再検出する方法において、第1及び第2の検出器が荷電粒子を検出するよう構成され、前記基板が、複数の同じ構造を有しており、
    第1のデータの組を取得するステップであって、前記第1のデータの組は、前記第1の検出器によって収集された前記基板の第1の領域の画像から得られたデータを含み、前記第1の領域が、以前の検査において発見された欠陥を含むことが既知である、ステップと、
    第2のデータの組を取得するステップであって、前記第2のデータの組は、前記第2の検出器によって収集された前記基板の前記第1の領域の少なくとも一部分の画像から得られたデータを含む、ステップと、
    第3のデータの組を取得するステップであって、前記第3のデータの組は、前記基板の第2の領域から前記第1の検出器によって収集された画像から得られたデータを含み、前記基板の前記第2の領域は、前記第1の領域と構造が同じであることが予測される、ステップと、
    第4のデータの組を取得するステップであって、前記第4のデータの組は、前記第2の検出器によって収集された前記基板の前記第2の領域の少なくとも一部分の画像から得られたデータを含む、ステップと、
    前記第1のデータの組と前記第3のデータの組の間で第1の差信号を計算し、前記第2のデータの組と前記第4のデータの組の間で第2の差信号を計算し、前記第1及び第2の差信号から合成関数を計算するステップと、
    前記合成関数に基づいて、前記第1の領域において以前に発見された前記欠陥を再検出するステップ
    を含み、
    前記合成関数が、二乗された前記第1の差信号と二乗された前記第2の差信号との加算を含む、方法。
  4. 前記基板の少なくとも2つの部分を荷電粒子にさらし、前記検出器を、前記部分から放出される荷電粒子を検出するために使用し、前記検出器からのデータを使用して、前記部分内に潜在的な欠陥が存在するか否かを判定する、請求項1の方法。
  5. 基板の欠陥を分類する方法において、第1及び第2の検出器が荷電粒子を検出するよう構成され、前記基板が複数の同じ構造を有しており、
    第1のデータの組を取得するステップであって、前記第1のデータの組は、前記第1の検出器によって収集された前記基板の第1の領域の画像から得られたデータを含む、ステップと、
    第2のデータの組を取得するステップであって、前記第2のデータの組は、前記第2の検出器によって収集された前記基板の前記第1の領域の少なくとも一部分の画像から得られたデータを含む、ステップと、
    第3のデータの組を取得するステップであって、前記第3のデータの組は、前記基板の第2の領域から前記第1の検出器によって収集された画像から得られたデータを含み、前記基板の前記第2の領域は、前記第1の領域と構造が同じであることが予測される、ステップと、
    第4のデータの組を取得するステップであって、前記第4のデータの組は、前記第2の検出器によって収集された前記基板の前記第2の領域の少なくとも一部分の画像から得られたデータを含む、ステップと、
    前記第1のデータの組と前記第3のデータの組の間で第1の差信号を計算し、前記第2のデータの組と前記第4のデータの組の間で第2の差信号を計算し、前記第1及び第2の差信号から合成差信号を計算するステップと、
    前記合成差信号に基づいて欠陥を特定して分類するステップ
    を含み、
    前記合成差信号が、二乗された前記第1の差信号と二乗された前記第2の差信号との加算を含む、方法。
  6. 前記第1の差信号と第2の差信号をそれぞれ、変数x、yとした場合に、前記閾値が、x−y直交座標の原点を中心とする円をなす、請求項1の方法。
  7. 前記第1の差信号と第2の差信号をそれぞれ、変数x、yとした場合に、前記閾値が、x−y直交座標の原点を中心とする楕円をなす、請求項1の方法。
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