JP4253610B2 - 電子線検査装置 - Google Patents

Description

本発明は複数の検査点を移動し検査する装置の検査時間の短縮に関する。

検査点は、ユーザーが任意の順序に並べるため、非効率な検査順序となっていた。これを効率よく並べるために、蛇腹状に並べる方法もあるが必ずしも検査時間を最小とする順番にはなっていない。移動距離増加に伴う検査時間の増加は、ウエハの大口径化の進んだ直径３００mmのウエハの検査では顕著である。従って、検査順序の最適化が必要となるが、実用的な計算時間で収束する計算のアルゴリズムが確立されていない為、実現されていなかった。

上記、電子線検査装置において、検査時間短縮を実現するために、検査順序を決める計算機能を実現する。計算時間は、実用可能な３０秒以内が望ましい。検査順序の決定は、単純な移動距離のみを短縮するのではなく、移動時間，検査時間の合計の短縮を実現する。

本発明では、検査個所と検査順序を決定するレシピ作成時に、検査順序を最適化する機能を実現する。移動距離を短縮する順序を決定する機能だけでなく、移動距離に加えて、例えばウエハの帯電，そり，搬出位置など、状況に応じて検査点の検査順序を最適化する機能を備えることとする。検査点を決定後、順序入れ替え機能を用いて順序を入れ替える。順序入れ替えに用いる計算式は、検査点数の多少に応じて自動選択する。

以上述べたように、電子線検査装置の検査個所の検査順序を入れ替えることで検査時間を短縮することにより、スループット向上に寄与する。

本発明の基本フローを図１に示す。従来のレシピ作成手順では、検査点は、レシピ作成者が任意に決定し、決定された手順に従って装置は検査を行っていた。本発明では、レシピ作成開始（Ｓ０００１），検査内容の決定（Ｓ０００２），検査点の決定(Ｓ０００３)した後、図１６の最適経路計算選択画面(１００)から最適経路計算メニュー（１０２）を選択（Ｓ０００４）する。最適経路計算メニュー（１０２）を選択する（Ｓ０００４）ことで、最適化経路の計算が開始される（Ｓ０００５）。最適経路の計算は自動で行われる。最適化経路計算後、最適化経路の検査順序が検査点リスト（１０１）に表示され、その順序に置き換えを選択し（Ｓ０００６）、経路情報保管確認画面（１０５）でＯＫボタン（１０６）を選択（Ｓ０００７）することで最適化経路に決定される。なお、Cancelボタン（１０７）を選択すると経路情報は保存されない。Ｓ０００４からＳ０００７までが本発明での追加手順である。ここで最適経路計算開始メニューの選択，経路情報保管確認などは図１５のＣＲＴ（５３）を見ながら入力装置（５２）を使って行う。経路情報はレシピ情報と合わせて記憶装置（５１）に保存される。

最適化経路の計算手順について、図２に示す。厳密には、最適経路は、すべての検査順序の組み合わせを計算しない限り求めることは出来ない。しかし検査点の増加に伴って、組み合わせの数が増加し、実用的な計算時間では全組み合わせを計算することは不可能となる。本発明では、予め決めた測定点数によって、計算のアルゴリズムを変更する。測定点数がある点数ｎ１およびｎ２より少ない場合には、全経路の組み合わせ計算を行って、厳密に最適経路を計算する（Ｓ０００８，Ｓ０００９，Ｓ００１０）。それ以上の場合には、最適化計算アルゴリズムもしくは蛇腹経路計算等の計算を行い、近似的に最適経路を計算する（Ｓ００１１，Ｓ００１２）。

最適経路を計算するアルゴリズムの例を図３に示す。本アルゴリズムは、予め決められた検査順序に対して、連続する検査点を入れ替えて検査時間を比較して、検査時間が短くなる順序を選択する方法である。まず初期値としてｎ＝１を設定する（Ｓ００１３）。続いて合計移動距離の算出結果をＡ１として保存する（Ｓ００１４）。検査順序ｎと（ｎ＋１）を入れ替えた場合の合計移動距離を算出し、結果をＡ２として保存する(Ｓ００１５)。Ａ１の方がＡ２よりも大きい場合には検査順序ｎと（ｎ＋１）を入れ替え、ｎを１としてＳ００１４に戻る（Ｓ００１６，Ｓ００１７）。この例では、Ｓ００１７で、ｎを１としてＳ００１４に戻る、としているが、Ｓ００１７でｎをｎ−１とする方法もある。Ａ２の方がＡ１よりも大きい場合にはｎをｎ＋１とし、ｎが検査点数と一致する場合には検査終了、一致しない場合にはＳ００１４に戻る（Ｓ００１８，Ｓ００１９）。

計算後の経路は、計算前の経路と全く同じ順序もしくは計算前よりも検査時間を短縮する順序となる。計算時間も比較的短くなる特徴を持つが、連続する検査点の入れ替え比較のみであるため、計算前の経路への依存が大きく、計算前の経路の選び方によっては、最適経路とならないことも多い。本アルゴリズムは、別のアルゴリズムを用いてある程度最適に近い経路を求めた後に適用し、最適経路を求める使い方が有効である。

次に、最適化経路を計算するアルゴリズムの別の例を図４に示す。本計算方法は、始点と終点を先に定義し、それを検査経路とし、検査経路に対して、検査点を追加（挿入）していく方法である。追加（挿入）される点の候補は、経路に追加されていない検査点とし、経路全体の検査時間が最も少なくなる点を最も検査時間が少なくなる順序に挿入していく方法である。図４において、ｕｌ−１，ｕｌ，ｕｌ＋１，ｕｌ＋２は経路に追加済みの点、ｖ，ｖ１，ｖ２，ｖ３は経路に追加する候補を示す。具体的には次の手順で行う。

入力を、任意の３点ｕ，ｖ，ｗで辺の重みが三角不等式ｗ（ｕ，ｖ）＋ｗ（ｕ，ｗ）＞＝ｗ（ｖ，ｗ）を満たす位数ｐの重み付き完全グラフＧ．とする。出力を、適当な重みのハミルトン閉路Ｃとする。
１．ｕ∈Ｖ（Ｇ）を選び、ｕを１−閉路Ｃ１とみなす。ｉ←１。
２．ｉ＝ｐならば、Ｃ＝Ｃｐとして終了。
３．ｉ≠ｐならば、Ｃｉ上に連続している点ｕｌ，ｕｌ＋１と隣接しているＣ上にない点のうちｗ（ｕｌ，ｖ）＋ｗ（ｖ，ｕｌ＋１）−ｗ（ｕｌ，ｕｌ＋１）が最小の点ｖを選ぶ。
４．ｉ←ｉ＋１とし、２〜４を繰り返す。

この結果図４の例では、ｗ（ｕｌ，ｖ）＋ｗ（ｖ，ｕｌ＋１）＜ｗ（ｕｌ，ｖ１）＋
ｗ（ｖ１，ｕｌ＋１）より、ｖが経路に挿入される。

全ての検査点が経路に追加されるまで、本計算を繰り返す。本方法は、図３の方法と比較すると、検査点が多いときの計算時間が増加する特徴があるが、初期の経路の影響を受けにくいため、比較的最適に近い経路が計算される。このアルゴリズムで計算後、図３のアルゴリズムを適用するのが一つの有力な方法である。

本発明においては、上記アルゴリズムに限定せず、最適化経路の計算手法として公開されている、例えばＴＳＰ（巡回セールスマン問題）や最近接法(Nearest Insertion) のアルゴリズムを計算に用いることが出来る。

最適化経路の計算結果について、図５から図７の例を用いて説明する。図５に示す検査順序は、Ｘ座標の昇順かつＹ座標の昇順に検査する例であり、ユーザーが任意に検査順序を決定した場合に良く見られる例である。この順序は、検査点間の移動の総距離が最短にはなっていないため、順序変更することで総検査時間を短縮する余地がある。図６には、本発明の機能を用いて最適化経路を導き出した結果を示す。最適経路は一意とは限らないため、本経路は最適経路の一例である。移動距離の平均は、図５で示した経路で３.６６チップであるのに対し、最適経路では２.３１ チップと約４割の効果がある。ここでは、移動距離が検査時間に比例すると仮定して例を示しているが、実際の計算では、移動距離以外のパラメータを用いることも可能である。これについては、後述する。図７では、蛇腹式経路の例を示す。Ｘ座標の昇順に並べるのは、図５と同じであるが、Ｙ方向については、昇順と降順を交互に繰り返す。これにより、Ｙ方向の往復回数を減らすことが出来るため、総移動距離を減らし総測定時間を短縮することが可能である。図７で示した経路の移動距離の平均は、２.８７ チップである。この例での効果は、図５と図７の比較より、約２０％の短縮となる。

本発明は、図８に示すような、制御可能なＸテーブル２、およびＹテーブル３を移動することで試料８を移動し、電子ビーム９を照射して検査を行う、測長ＳＥＭ，レビュー
ＳＥＭに有効である。また、電子線による検査装置でなくても、検査範囲が狭く、試料８を移動しながら、検査点を移動する場合には有効である。また、試料８を移動させる方法は、ここではＸＹステージの例を示したが、ステージが移動する一軸と回転軸を持つＲθステージである場合、また、ステージが一軸方向に移動し、電子ビームがそれと直行する軸に移動する様な場合でも有効である。

図９から図１１で、測長ＳＥＭに適用した応用例を示す。測長ＳＥＭでは、検査を行うために検査点に移動する前に、ウエハの座標を合わせるために、予め決めたアライメント点で画像認識を行う。従って、検査点に移動する前のアライメント点からの移動時間も総測定時間の増加の一因となる。また、最後の検査を行った後、予備排気室に試料８を移動するために、ウエハ搬出位置に移動する。従って、総移動時間の最適化において、最後の検査点からウエハ搬出位置への移動時間も計算に入れた方が望ましい。図９に示すのは、アライメント終了点から検査点への移動および最終検査点からウエハ搬出位置への移動も計算に含めた例である。図９（ａ）に示した検査点のみを計算に入れた最適化経路では平均移動距離は２.７７ チップであるのに対し、図９（ｂ）に示したアライメント終了点から検査点への移動および最終検査点からウエハ搬出位置への移動も計算に含めた経路の平均移動距離は２.１７チップとなり、さらに２０％の効果がある。

図１０では、予備排気室が複数ある場合についての応用例を示す。この様な装置では、搬出位置１に対しての最適経路が必ずしも搬出位置２に対しての最適経路とはならない。図１０（ａ）に示した経路では、搬出位置１への搬出では平均移動距離は２.１７チップであるのに対し、搬出位置２への搬出では平均移動距離は２.６８チップとなる。そこで搬出位置２は搬出する場合図１０（ｂ）に示す経路をとると移動距離は２.１７ チップとなる。この様に、本発明のアルゴリズムを適用して、予め複数通りの最適経路を作成しておき、検査時にウエハ搬出位置に応じて、複数の最適経路の中から選択して適用することで、条件に応じた最適経路で検査を行うことができる。

図１１に示す例は、複数のアライメント点の順序も最適化の対象とした例である。アライメント点も通常複数用いているので、ウエハの搬入位置（通常は搬出位置と同じ）から、全アライメント点を通り、その後全検査点を通り、搬出位置へ至る測定順序のうち、最も検査時間が短くなる経路を最適経路として計算すれば良い。

光学顕微鏡を用いてアライメントを行う場合には、さらに、オフセットを考慮した計算が必要となる。図１２（ｃ）で示すように、光学顕微鏡の軸と電子顕微鏡の光軸にはオフセットがあり、光学顕微鏡でＡＬ１を検査する場合には、ＡＬ１の点を光学顕微鏡の軸の位置に移動する。この時の電子顕微鏡の光軸の位置にはＯＬ１のチップがあり、電子顕微鏡で観察する座標系で考えると、ＯＬ１に移動していることになる。従って、最適化の計算においては、アライメント点の座標は、オフセットを自動計算し、移動位置はＯＬ１として計算する必要がある。オフセットの量は、装置固有であり、予めオフセット量は定義済みであるため、その距離を用いて変換することが出来る。同じＡＬ１のチップでアライメントを行うが、電子顕微鏡を用いてアライメントを行う場合には図１２（ａ）で示す様にＡＬ１のチップから、光学顕微鏡を用いてアライメントを行う場合には図１２（ｂ）で示す様にＯＬ１の位置に変換してから最適化計算を行い、図１２（ｂ）の最適化経路を計算する。

これまでは総移動距離を最小化することで、総検査時間が最短化する例で説明した。この場合は、図１３（ａ）において、移動時間Ｔは、Ｔ＝√（(△ｘ)²＋(△Ｙ)²）に比例する。しかし、Ｘ，Ｙの２軸方向に独立して動くステージでは、総移動時間は、ＸないしＹのいずれか長い方の移動時間となる。従って、その様なＸＹステージの場合には、Ｘ方向の移動時間およびＹ方向の移動時間を移動前後の座標から算出し、長い方の距離から移動時間を算出する。この様な場合には、移動時間Ｔは、Ｔ＝ＭＡＸ（△ｘ，△Ｙ）に比例する。さらに一般化した形で、図１３（ｂ）において、入力を任意の３点ｕ，ｖ，ｗで辺の重みが三角不等式ｗ（ｕ，ｖ）＋ｗ（ｕ，ｗ）＞＝ｗ（ｖ，ｗ）を満たす位数ｐの重み付き完全グラフを満たす式を定義できるならば、最適化アルゴリズムを用いて、最適経路を計算することが出来る。移動時間等は、上記式を満たすため、計算に用いることが出来る。

図１４では、測定時間に対して、移動距離以外のパラメータが支配的である例を示す。例えば、試料表面に等高線状の帯電があることが分かっており尚且つその補正に要する時間が試料の移動時間よりも大きい場合には、補正量を最小化する順序に検査することで、総検査時間を最短化することが出来る。図１４（ａ）に示した移動距離での最適経路では電位変動量の合計が８であるのに対し、図１４（ｂ）に示した等電位線に沿った最適経路では、電位変動量の合計が２である。この様な場合にも、各検査点間での電位の差による補正時間を数式化しておくことで、本発明の手順で最適経路を計算することが出来る。

ウエハの高さ変化Δｈをパラメータとして総検査時間を最短化する手順を図１５および図１８を用いて説明する。一般にウエハ（２０）上の各検査点の高さはステージ（２５）においた状態でも１００μｍ以上の違いがあり、ＳＥＭの焦点深度＜１μｍであるため焦点が合わない。そこで高さ検出用レーザ（２６）をウエハ（２０）にあててその反射をレーザ検出器によって検出して高さを計測する。計測された高さ情報からコンピュータ
（５０）を介して対物レンズ（１７）電流を対物レンズ制御電源（３３）で制御して焦点位置を合わせる。対物レンズ（１７）は設定された電流に対してある時定数（遅れ）を持って反応する。すなわち電流の変化幅が大きいほど目的の焦点位置に設定するのに時間がかかる。さらに対物レンズ電流を直接変更しながら画像を撮って先鋭度を求め、最も先鋭度の高い位置の対物レンズ電流に設定するＡＦ（自動焦点合せ）を行う。

レシピ実行時、検査点にステージが移動するステージ移動時間Ｔｓ、その位置のウエハの高さをレーザで計測して前の検査点との対物レンズ電流幅による反応待ち時間をＴｌとすると測長から次の測長までの処理時間Ｔｔは
Ｔｔ＝Ｔｓ＋Ｔｌ＋Ｔａｐ
となる。ここでＴａｐはパターン認識時間とＡＦ実行時間の和でほぼ一定である。ステージ速度が単純な台形制御の場合、Ｔｓは２測長点間の距離ｄの関数として
ｄ＜Ｖｍａｘ＊Ｖｍａｘ／２＊（１／α１＋１／α２）のとき
Ｔｓ＝√（２ｄ＊（１／α１＋１／α２））
ｄ＞＝Ｖｍａｘ＊Ｖｍａｘ／２＊（１／α１＋１／α２）のとき
Ｔｓ＝ｄ／Ｖｍａｘ＋Ｖｍａｘ／２＊（１／α１＋１／α２）
となる。ここでＶｍａｘはステージ最高速度、α１は加速度、α２は減速度である。またＴｌは高さ変化Δｈを用いて
Ｔｌ＝Ａ＊exp（Δｈ／τ）
Ａ，τは対物レンズ固有の定数である。

これらの時間を経路ごとに求めておき、最適化計算時に総測長時間が最短となるようにすることができる。

以上ここではＣＤ−ＳＥＭを例に説明したが、それに限られることはなく、本発明は種種の電子線検査装置に適用可能である。

レシピ作成手順。 最適経路計算の概要。 最適経路決定の計算。 最適経路決定の計算。 通常の検査順序。 最短距離の検査順序。 蛇腹式（折り返し式）順序。 測長ＳＥＭの概要。 アライメント終了位置とウエハ搬出位置を考慮に入れた経路。 二通りのウエハ搬出位置それぞれについての最適経路。 アライメント点を考慮に入れ、なおかつ二通りのウエハ搬出位置それぞれについての最適経路を導出した例。 アライメントに光学顕微鏡を用いる例。 最適経路決定のための移動時間算出。 移動時間以外の時間が経路によって短縮できる例。 本発明の一例である走査電子顕微鏡の概略構成図。 最適経路計算選択。 経路情報保管画面。 ステージ速度の台形制御例。

符号の説明

１…ベース、２…Ｘテーブル、３…Ｙテーブル、４…Ｘ駆動モータ、５…Ｙ駆動モータ、６…試料室、７…鏡筒、８…試料、９…電子ビーム、１０…電子レンズ、１１…陰極、１２…第一陽極、１３…第二陽極、１４…電子線、１５…第一収束レンズ、１６…第二収束レンズ、１７…対物レンズ、１８…絞り板、１９…走査コイル、２０…ウエハ、２１…二次信号分離用直交電磁界（ＥＸＢ）発生器、２２…二次信号、２３…二次信号用検出器、２４…信号増幅器、２５…ステージ、２６…高さ検出用レーザ、２７…高さ検出用レーザ検出器、３０…高圧制御電源、３１…第一収束レンズ制御電源、３２…第二収束レンズ制御電源、３３…対物レンズ制御電源、３４…走査コイル制御電源、３５…画像メモリ、４１…対物レンズ用アライナー制御電源、４２…非点補正器用制御電源、４３…非点補正器用アライナー制御電源、５０…コンピュータ、５１…記憶装置、５２…入力装置、５３…ＣＲＴ、６１…対物レンズ用アライナー、１００…最適経路計算選択画面、１０１…検査点リスト、１０２…最適経路計算メニュー、１０５…経路情報保管確認画面、１０６…ＯＫボタン、１０７…Cancelボタン。

Claims (6)

1. 制御可能な試料ステージを持ち、
   複数の検査個所を予め決定した順序で自動的に電子ビームの照射位置に移動するように前記試料ステージを制御する制御装置を備えた走査電子顕微鏡において、
   前記試料ステージは、試料をＸとＹ方向に移動するＸＹステージであって、前記制御装置は、前記検査個所間のＸ方向またはＹ方向の移動時間の大きい方を、前記検査個所間の移動時間とし、前記複数の検査個所間における当該移動時間の合計を短縮する条件に基づいて前記検査個所の順番を入れ替えることを特徴とする走査電子顕微鏡。
2. 請求項１において、
   前記試料ステージは、Ｘ方向とＹ方向に独立して動くステージであることを特徴とする走査電子顕微鏡。
3. 制御可能な試料ステージを持ち、複数の検査個所を予め決定した順序で自動的に電子ビームの照射位置に移動するように前記試料ステージを制御する制御装置を備えた走査電子顕微鏡において、
   前記制御装置は、前記試料上の位置の高さ情報に基づいて得られる移動前後の対物レンズ電流の反応待ち時間と、前記検査個所間の移動時間の合算に基づいて得られる処理時間を計算し、前記複数の検査個所間の複数の移動経路における前記処理時間の合計時間を計算し、当該合計時間を短縮するように、前記検査個所の順番を入れ替えることを特徴とする走査電子顕微鏡。
4. 請求項３において、
   前記処理時間は、前記試料ステージの前記検査個所間の移動時間、検査個所間の対物レンズ電流幅による反応待ち時間、及びパターン認識時間とオートフォーカス実行時間の和の合算値であることを特徴とする走査電子顕微鏡。
5. 制御可能な試料ステージを持ち、複数の検査個所を予め決定した順序で自動的に電子ビームの照射位置に移動するように前記試料ステージを制御する制御装置を備えた走査電子顕微鏡において、
   前記制御装置は、試料の電位の分布を示す等電位線に沿った移動経路となるように、前記複数の検査個所の移動順序を入れ替えることを特徴とする走査電子顕微鏡。
6. 制御可能な試料ステージを持ち、複数の検査個所を予め決定した順序で自動的に電子ビームの照射位置に移動するように前記試料ステージを制御する制御装置を備えた走査電子顕微鏡において、
   前記制御装置は、前記検査個所間の電位差について、前記複数の検査個所間の合計値を計算し、当該合算値を短縮するように、前記複数の検査個所の移動順序を入れ替えることを特徴とする走査電子顕微鏡。

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