JP4908934B2 - 半導体ウェーハ検査装置および半導体ウェーハ検査方法 - Google Patents
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Description
本発明は、半導体装置や液晶などの回路パターンを有する基板装置を電子線を利用して検査する半導体ウェーハ検査装置および半導体ウェーハ検査方法に関する。
従来、検査対象のウェーハに電子線を照射し、発生する二次電子を検出し、電子線をスキャンすることで、ウェーハ上の回路パターンの二次電子画像を得、検出した画像を同一のパターンである筈の参照画像と比較し、差が大きい場所を欠陥として判定する電子線式パターン検査装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。
検査装置が対象とする回路パターンを形成する材質や構成は複雑化し、これに応じて欠陥の種類も増大している。従来の検査装置では、ウェーハ上の電子線のエネルギである加速電圧や、対象物上での電界強度などを適切に設定することにより、各種検出条件を創りだしていた。
特に、電子光学系では、後で詳述するように、ＮＶＣ(Negative Voltage Contrast)モード、および、ＰＶＣ(Positive Voltage Contrast)モードと称される電子光学系の設定モードがある。ＮＶＣモードと、ＰＶＣモードとでは、検出可能な欠陥の種類が大幅に異なるため、ひとつの装置でこれら２つのモードの検査性能を両立できることが望まれていた。しかし、一方で、これら２つのモードを実現するための最適な電子光学系の構成は大幅に異なり、単一の光学系では両方の条件に最適な構成を実現することは困難であった。
本発明はかかる点に鑑みてなされたもので、ＮＶＣモードまたはＰＶＣモードのいずれのモードでも、適切な条件下で検査を行える半導体ウェーハ検査装置および半導体ウェーハ検査方法を提供することを目的とする。
本発明による半導体ウェーハ検査装置および半導体ウェーハ検査方法は、対象物ごとに検査条件を示すレシピ情報を選択し、帯電制御電極に印加する電圧に応じて対象物と帯電制御電極との間隔を設定するようにしたものであって、その具体的手段については、後記する実施形態を通じて、詳細に説明するものとする。
本発明によれば、ＮＶＣモードまたはＰＶＣモードのいずれのモードでも、適切な条件下で検査を行える半導体ウェーハ検査装置および半導体ウェーハ検査方法を提供できる。
次に、添付した図面を参照し、本発明による各実施形態について、詳細に説明する。
図１は、基本形態の半導体ウェーハ検査装置１００を示す構成図である。
図１は、基本形態の半導体ウェーハ検査装置１００を示す構成図である。
この半導体ウェーハ検査装置１００は、電子源１と、電子源１からの一次電子２を偏向するための偏向器３と、一次電子２を絞る対物レンズ４と、電界強度を制御する帯電制御電極５と、対象物ウェーハ６をＸＹ方向に移動させるＸＹステージ７と、対象物ウェーハ６をＺ方向に移動させるＺステージ８と、対象物ウェーハ６を保持する静電チャック９と、一次電子２の照射により発生した二次電子（または反射電子）１０を検出するセンサ１１と、センサ１１で検出した検出信号をデジタルの画像信号に変換するＡＤ変換器１２と、デジタルの画像信号を処理して欠陥を判定する画像処理回路１３と、判定した欠陥情報を内部に保存し全体を制御する全体制御部１４と、ユーザの指示を全体制御部１４に伝えるコンソール１５とを具備している。
対象物ウェーハ６の検査の概略は、次の通りである。すなわち、一次電子２を偏向器３でＸ方向に掃引し、ＸＹステージ７でＹ方向に走査することで対象物ウェーハ６の二次元の画像を得、デジタル信号に変換された二次元の画像を画像処理回路１３で検出画像を同一のパターンを持っているはずの参照画像と比較し、パターンの異なっている領域を検出して、欠陥を判定する。
図２を参照し、ＮＶＣモードの設定について説明する。
ＮＶＣモードでは、例えば、Ｅ１＝−１０ｋＶ、Ｅ２＝−９．５ｋＶ、Ｅ３＝−０．２ｋＶに設定する。これにより、対象物ウェーハ６と帯電制御電極５との間に電界分布２０を生ずる。帯電制御電極５は、対象物ウェーハ６に比較すると、相対的に負電位であるので、対象物ウェーハ６から発生した二次電子１０の一部は、電界分布２０の影響を受けて、対象物ウェーハ６に戻される。このモードでは、電界分布２０の最適制御が課題であり、このため、対象物ウェーハ６と帯電制御電極５との間隔Ｄは、例えば１ｍｍ程度に設定し（すなわち、後記するＰＶＣモードのときより近くに設定し）、また、一定に保たれていることが重要である。
ＮＶＣモードでは、例えば、Ｅ１＝−１０ｋＶ、Ｅ２＝−９．５ｋＶ、Ｅ３＝−０．２ｋＶに設定する。これにより、対象物ウェーハ６と帯電制御電極５との間に電界分布２０を生ずる。帯電制御電極５は、対象物ウェーハ６に比較すると、相対的に負電位であるので、対象物ウェーハ６から発生した二次電子１０の一部は、電界分布２０の影響を受けて、対象物ウェーハ６に戻される。このモードでは、電界分布２０の最適制御が課題であり、このため、対象物ウェーハ６と帯電制御電極５との間隔Ｄは、例えば１ｍｍ程度に設定し（すなわち、後記するＰＶＣモードのときより近くに設定し）、また、一定に保たれていることが重要である。
図３を参照し、ＰＶＣモードの設定について説明する。
ＰＶＣモードでは、例えば、Ｅ１＝−１０ｋＶ、Ｅ２＝−９．５ｋＶ、Ｅ３＝＋１２ｋＶに設定する。これにより、対象物ウェーハ６と帯電制御電極５との間に強い電界分布２５を生じさせる。帯電制御電極５は、対象物ウェーハ６に比較すると、相対的に強い正電位であるので、発生した二次電子１０は加速される。ＰＶＣモードでは、電界分布２５の強度を強くすることが課題となるため、対象物ウェーハ６と帯電制御電極５の間隔Ｄを例えば３ｍｍとＮＶＣモードのときより遠くに設定し、対象物ウェーハ６や帯電制御電極５の局所電界の乱れにより放電を発生させないようにすることが重要である。
ＰＶＣモードでは、例えば、Ｅ１＝−１０ｋＶ、Ｅ２＝−９．５ｋＶ、Ｅ３＝＋１２ｋＶに設定する。これにより、対象物ウェーハ６と帯電制御電極５との間に強い電界分布２５を生じさせる。帯電制御電極５は、対象物ウェーハ６に比較すると、相対的に強い正電位であるので、発生した二次電子１０は加速される。ＰＶＣモードでは、電界分布２５の強度を強くすることが課題となるため、対象物ウェーハ６と帯電制御電極５の間隔Ｄを例えば３ｍｍとＮＶＣモードのときより遠くに設定し、対象物ウェーハ６や帯電制御電極５の局所電界の乱れにより放電を発生させないようにすることが重要である。
図１に戻り、ＮＶＣモードおよびＰＶＣモードの設定手順について説明する。
ＰＶＣモードにする場合には（図１，図３参照）、Ｚステージ８を下方に下げ、間隔Ｄを３ｍｍに設定し、対物レンズ４の電流値を下げることで焦点距離を長くして対象物ウェーハ６が合焦点位置になるようにする。一方、ＮＶＣモードにする場合には（図１，図２参照）、Ｚステージ８を上方に上げ、間隔Ｄを１ｍｍに設定し、対物レンズ４の電流値を上げることで焦点距離を短くして対象物ウェーハ６が合焦点位置になるようにする。また、静電チャック９を用いることにより、対象物ウェーハ６の反りが平坦になり、間隔Ｄが変化することが防止される。このように、間隔Ｄを検出方式に応じて調整する機能、および間隔Ｄを一定に保持する機能により、ＮＶＣモードおよびＰＶＣモードの両モードにおいて、最適な検出条件を保持できる。
ＰＶＣモードにする場合には（図１，図３参照）、Ｚステージ８を下方に下げ、間隔Ｄを３ｍｍに設定し、対物レンズ４の電流値を下げることで焦点距離を長くして対象物ウェーハ６が合焦点位置になるようにする。一方、ＮＶＣモードにする場合には（図１，図２参照）、Ｚステージ８を上方に上げ、間隔Ｄを１ｍｍに設定し、対物レンズ４の電流値を上げることで焦点距離を短くして対象物ウェーハ６が合焦点位置になるようにする。また、静電チャック９を用いることにより、対象物ウェーハ６の反りが平坦になり、間隔Ｄが変化することが防止される。このように、間隔Ｄを検出方式に応じて調整する機能、および間隔Ｄを一定に保持する機能により、ＮＶＣモードおよびＰＶＣモードの両モードにおいて、最適な検出条件を保持できる。
図４は、本発明による第１実施形態の半導体ウェーハ検査装置１００Ａを示す構成図である。
この半導体ウェーハ検査装置１００は、電子源１と、電子源１からの一次電子２を偏向するための偏向器３と、一次電子２を絞る対物レンズ４と、電界強度を制御する帯電制御電極５と、対象物ウェーハ６をＸＹ方向に移動させるＸＹステージ７と、対象物ウェーハ６をＺ方向に移動させるＺステージ８と、対象物ウェーハ６を保持する静電チャック９と、対象物ウェーハ６の高さを計測するＺセンサ３０と、一次電子２の照射により発生した二次電子（または反射電子）１０を収束させて反射板３１上で収束させる収束光学系３２と、二次電子（または反射電子）１０を受けて再度、二次電子１０を発生させる反射板３１と、反射板３１による二次電子１０を検出するセンサ１１と、センサ１１で検出した信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器１２と、デジタル信号を処理して欠陥を判定する画像処理回路１３と、判定欠陥を保存し全体を制御する全体制御部１４と、ユーザの指示を全体制御部１４に伝えるコンソール１５と、対象物ウェーハ６の光学像を撮像する光学顕微鏡３３と、対象物ウェーハ６と同一の高さに設定した電子光学条件の詳細調整をするための標準試料片３４とで構成されている。
この半導体ウェーハ検査装置１００は、電子源１と、電子源１からの一次電子２を偏向するための偏向器３と、一次電子２を絞る対物レンズ４と、電界強度を制御する帯電制御電極５と、対象物ウェーハ６をＸＹ方向に移動させるＸＹステージ７と、対象物ウェーハ６をＺ方向に移動させるＺステージ８と、対象物ウェーハ６を保持する静電チャック９と、対象物ウェーハ６の高さを計測するＺセンサ３０と、一次電子２の照射により発生した二次電子（または反射電子）１０を収束させて反射板３１上で収束させる収束光学系３２と、二次電子（または反射電子）１０を受けて再度、二次電子１０を発生させる反射板３１と、反射板３１による二次電子１０を検出するセンサ１１と、センサ１１で検出した信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器１２と、デジタル信号を処理して欠陥を判定する画像処理回路１３と、判定欠陥を保存し全体を制御する全体制御部１４と、ユーザの指示を全体制御部１４に伝えるコンソール１５と、対象物ウェーハ６の光学像を撮像する光学顕微鏡３３と、対象物ウェーハ６と同一の高さに設定した電子光学条件の詳細調整をするための標準試料片３４とで構成されている。
なお、図が煩雑になることを避けるため、全体制御部１４からの制御信号線はその一部を記載し、他の信号線の記載を省略するが、全体制御部１４は、記載を省略した信号線に係る各部も制御できるよう構成されている。また、電子源１からの一次電子２と対象物ウェーハ６で発生した二次電子（または反射電子）１０の軌道を変えて二次電子（または反射電子）１０を曲げるためのＥｘＢは、煩雑さを避けるため、図示および説明を省略する。
図５を参照して、検査の概略の手順について説明する。
検査方法を記載したレシピ情報を全体制御部１４内部の記憶部（図示せず）から読み込み（ステップＳ１０）、
対象物ウェーハ６をロードし（ステップＳ２０）、
検査方法に応じてステージ高さを最適に調整するなどして電子光学系の条件を設定し（ステップＳ３０）、
あらかじめ登録されているパターンに計測・座標系を補正するアライメントを行い（ステップＳ４０）、
検出信号量を調整するキャリブレーションを実施後（ステップＳ５０）、
対象物ウェーハ６を順次走査し、検出画像を処理して欠陥を検出する画像検出・欠陥判定をし（ステップＳ６０）、
欠陥情報を全体制御部１４の記憶部の検査結果ファイル（図示せず）に記載することにより演算結果を格納し（ステップＳ７０）、
対象物ウェーハ６をアンロードして元のカセットに格納し（ステップＳ８０）、
検査を完了する。
検査方法を記載したレシピ情報を全体制御部１４内部の記憶部（図示せず）から読み込み（ステップＳ１０）、
対象物ウェーハ６をロードし（ステップＳ２０）、
検査方法に応じてステージ高さを最適に調整するなどして電子光学系の条件を設定し（ステップＳ３０）、
あらかじめ登録されているパターンに計測・座標系を補正するアライメントを行い（ステップＳ４０）、
検出信号量を調整するキャリブレーションを実施後（ステップＳ５０）、
対象物ウェーハ６を順次走査し、検出画像を処理して欠陥を検出する画像検出・欠陥判定をし（ステップＳ６０）、
欠陥情報を全体制御部１４の記憶部の検査結果ファイル（図示せず）に記載することにより演算結果を格納し（ステップＳ７０）、
対象物ウェーハ６をアンロードして元のカセットに格納し（ステップＳ８０）、
検査を完了する。
これらの詳細について説明する。
コンソール１５からオペレータが指示することで検査する対象物ウェーハ６と検査方法を決め、検査方法に応じて検査方法を記載したレシピ情報を読み込む（ステップＳ１０）。
ローダ(図示せず)は、対象物ウェーハ６をウェーハカセット(図示せず)から取り出し、ノッチまたはオリフラなどの機械的な位置合わせ機構で回転方向を計測し、回転と機械精度範囲内での位置誤差を含んだ状態で静電チャック９上に搭載し、静電チャック９に電圧を印加することでチャックする（ステップＳ２０）。
コンソール１５からオペレータが指示することで検査する対象物ウェーハ６と検査方法を決め、検査方法に応じて検査方法を記載したレシピ情報を読み込む（ステップＳ１０）。
ローダ(図示せず)は、対象物ウェーハ６をウェーハカセット(図示せず)から取り出し、ノッチまたはオリフラなどの機械的な位置合わせ機構で回転方向を計測し、回転と機械精度範囲内での位置誤差を含んだ状態で静電チャック９上に搭載し、静電チャック９に電圧を印加することでチャックする（ステップＳ２０）。
次に、レシピ情報に記載されている光学条件を基に、ＮＶＣであるか、ＰＶＣであるかに応じてＺステージ８の高さを所定の高さに設定し、電子光学系の各部を調整する（ステップＳ３０）。特に、帯電制御電極５の電圧を最適に設定し、Ｚステージ８の高さと帯電制御電極５の電圧とに応じて対物レンズ４の制御電流量を設定することで焦点距離を設定し、これら条件に応じて二次電子１０の収束が最適になるように収束光学系３２を設定する。
これらを完了後に、標準試料片３４の画像を検出し、最もきれいな画像が検出できるように非点、焦点などの調整項目(調整個所は非表示)を自動で微調整する（ステップＳ４０）。
次に、キャリブレーション（ステップＳ５０）を行う。具体的には、まず、これら電子光学条件の設定と微調整完了後に、あらかじめ登録されている対象物ウェーハ６上の位置合わせパターンが光学顕微鏡３３の視野中心に来るようにＸＹステージ７を移動させる。そして、光学顕微鏡３３で画像を撮像して概略の位置を計測し、計測位置を元に電子光学系の視野中心にあらかじめ登録されている電子顕微鏡用の位置合わせパターンに移動させる。さらに、偏向器３によって対象物ウェーハ６をラスタスキャンし、そのとき発生する二次電子１０をセンサ１１で検出し、ＡＤ変換器１２でデジタル信号に変換する。そして、このデジタル信号を基に、画像処理回路１３でそのパターンの位置を計測し、精密なパターンの位置を計測し、ステージを移動したときは、計測したパターン位置を元に座標系を補正する。
さらに、あらかじめ定めておいた対象物ウェーハ６上の複数点のキャリブレーション座標を電子光学系の視野中心に移動し、偏向器３によって対象物ウェーハ６をラスタスキャンし、そのとき発生する二次電子１０をセンサ１１で検出し、ＡＤ変換器１２でデジタル信号に変換し、画像処理回路１３で検出画像のヒストグラムを取得する。ヒストグラムを元にセンサ１１のゲインを調整することにより、次に行う画像検出・欠陥判定動作時に最適なゲインでの検出が可能になる（ステップＳ５０）。
次に、偏向器３によって一次電子２をＸ方向に掃引するとともに、ＸＹステージ７をＹ方向に連続走査することにより、対象物ウェーハ６のＹ方向の一列分の二次元画像であるストライプ画像の信号を得る。このとき、Ｚセンサ３０の計測高さに基づき、Ｚステージ８の高さを補正して、対象物ウェーハ６の高さが同一に保たれるようにする。こうして得られた画像信号は、ＡＤ変換器１２でデジタル信号に変換する。画像処理回路１３は、二次元の画像を検出画像と同一のパターンを持っているはずの参照画像と比較し、画像の異なっている領域を検出して、欠陥を判定する。判定した欠陥に関し、欠陥の中心座標、Ｘ方向、Ｙ方向の投影長、面積、濃淡差、欠陥光量、背景光量、欠陥テクスチャ、背景テクスチャ、および欠陥画像、参照画像、欠陥領域を示す欠陥領域画像などの欠陥情報を演算する（ステップＳ６０）。
全体制御部１４は、画像処理回路１３による演算結果である欠陥情報を格納する（ステップＳ７０）。
同様に、Ｙ方向の連続走査を完了したらＸ方向にＸＹステージ７をステップ移動して、別の領域のＹ方向連続走査をし、同様に欠陥判定を繰り返す。こうして、レシピ記載の検査領域の検査を完了させる。
すべての検査領域の検査を完了し、欠陥情報を全体制御部１４に格納後に対象物ウェーハ６を元のウェーハカセットにアンロードし、検査動作を完了する（ステップＳ７０）。
以上の構成とその動作により、次の効果が得られる。
（１）Ｚステージ８で高さを調整しているため、ＮＶＣモードおよびＰＶＣモードの両方に適切な検出条件で画像検出ができる。
（２）収束光学系３２で二次電子１０の収束を調整しているので、充分な二次電子１０の捕捉効率を確保できる。
（３）Ｚセンサ３０およびＺステージ８で対象物ウェーハ６の高さを均一に保持しているため、対象物ウェーハ６の歪みにかかわらず適切な検出条件で検査を実現できる。
（１）Ｚステージ８で高さを調整しているため、ＮＶＣモードおよびＰＶＣモードの両方に適切な検出条件で画像検出ができる。
（２）収束光学系３２で二次電子１０の収束を調整しているので、充分な二次電子１０の捕捉効率を確保できる。
（３）Ｚセンサ３０およびＺステージ８で対象物ウェーハ６の高さを均一に保持しているため、対象物ウェーハ６の歪みにかかわらず適切な検出条件で検査を実現できる。
次に、図６を参照し、本発明による第１実施形態の第１変形例について説明する。
この半導体ウェーハ検査装置（図示せず）は、対象物ウェーハ６を搭載するための複数種類のロード・アンロード機構６０Ａ，６０Ｂを有している。これらのロード・アンロード機構６０Ａ，６０Ｂは、静電チャック９と、おのおの高さの異なるスペーサ４０Ａ，スペーサ４０Ｂとを有している。これらのロード・アンロード機構６０Ａ，６０Ｂを用いるには、対象物ウェーハ６を搭載した静電チャック９を、高さの異なるスペーサ４０Ａまたはスペーサ４０Ｂのいずれかに搭載し、このスペーサ４０Ａまたはスペーサ４０Ｂを、対象物ウェーハ６を搭載した静電チャック９ごと、ＸＹステージ７上に積載する。
この半導体ウェーハ検査装置（図示せず）は、対象物ウェーハ６を搭載するための複数種類のロード・アンロード機構６０Ａ，６０Ｂを有している。これらのロード・アンロード機構６０Ａ，６０Ｂは、静電チャック９と、おのおの高さの異なるスペーサ４０Ａ，スペーサ４０Ｂとを有している。これらのロード・アンロード機構６０Ａ，６０Ｂを用いるには、対象物ウェーハ６を搭載した静電チャック９を、高さの異なるスペーサ４０Ａまたはスペーサ４０Ｂのいずれかに搭載し、このスペーサ４０Ａまたはスペーサ４０Ｂを、対象物ウェーハ６を搭載した静電チャック９ごと、ＸＹステージ７上に積載する。
厚さ（Ｚ方向の長さ）の大きいスペーサ４０Ａを有し、対象物ウェーハ６を高い位置に保持するロード・アンロード機構６０Ａは、ＮＶＣモード用として好適であり、厚さの小さいスペーサ４０Ｂを有し、対象物ウェーハ６を低い位置に保持するロード・アンロード機構６０Ｂは、ＰＶＣモード用として好適である。図４に示すように、全体制御部１４は、Ｚセンサ３０（図４参照）で高さ情報を検出し、対物レンズ４の励磁電流値にフィードバックして対物レンズ４の焦点距離を調整し、対象物ウェーハ６の表面に合焦させる。
本発明による第１実施形態の第１変形例によれば、Ｚステージ８（図４参照）なしでＮＶＣモードおよびＰＶＣモードの設定を行うことができ、より簡便な機構で適切な検出条件を実現できる。
次に、図７を参照し、本発明による第１実施形態の第２変形例について説明する。
この半導体ウェーハ検査装置１００Ｂは、第１実施形態の半導体ウェーハ検査装置１００（図４参照）において、Ｚステージ８の代わりにスペーサ４５を具備し、電子光学系４６をＺ駆動機構上に搭載し、検査条件がＮＶＣモードであるかＰＶＣモードであるかに応じて、電子光学系４６全体の高さを調整可能な構成を有する。全体制御部１４は、Ｚセンサ３０によって対象物ウェーハ６の高さ情報を検出し、対物レンズ４の励磁電流をフィードバック制御して対物レンズ４の焦点距離を調整する。これにより、Ｚステージ８（図４参照）なしで、ＮＶＣモードおよびＰＶＣモードのいずれの条件にも設定することができ、各モードに応じた最適な検出条件で検査を実現できる。
この半導体ウェーハ検査装置１００Ｂは、第１実施形態の半導体ウェーハ検査装置１００（図４参照）において、Ｚステージ８の代わりにスペーサ４５を具備し、電子光学系４６をＺ駆動機構上に搭載し、検査条件がＮＶＣモードであるかＰＶＣモードであるかに応じて、電子光学系４６全体の高さを調整可能な構成を有する。全体制御部１４は、Ｚセンサ３０によって対象物ウェーハ６の高さ情報を検出し、対物レンズ４の励磁電流をフィードバック制御して対物レンズ４の焦点距離を調整する。これにより、Ｚステージ８（図４参照）なしで、ＮＶＣモードおよびＰＶＣモードのいずれの条件にも設定することができ、各モードに応じた最適な検出条件で検査を実現できる。
次に、図８を参照し、本発明による第１実施形態の第３変形例について説明する。
この半導体ウェーハ検査装置１００Ｃは、第１実施形態の半導体ウェーハ検査装置１００（図４参照）において、Ｚステージ８の代わりにスペーサ４５を具備し、帯電制御電極５の帯電制御電極部４７をＺ駆動機構上に搭載し、検査条件がＮＶＣモードであるかＰＶＣモードであるかに応じて、帯電制御電極部４７の高さを調整する構成である。全体制御部１４は、Ｚセンサ３０によって対象物ウェーハ６の高さ情報を検出し、対物レンズ４の励磁電流をフィードバック制御して対物レンズ４の焦点距離を調整する。これにより、Ｚステージ８（図４参照）なしで、ＮＶＣモードおよびＰＶＣモードのいずれの条件にも設定することができ、各モードに応じた最適な検出条件で検査を実現できる。
この半導体ウェーハ検査装置１００Ｃは、第１実施形態の半導体ウェーハ検査装置１００（図４参照）において、Ｚステージ８の代わりにスペーサ４５を具備し、帯電制御電極５の帯電制御電極部４７をＺ駆動機構上に搭載し、検査条件がＮＶＣモードであるかＰＶＣモードであるかに応じて、帯電制御電極部４７の高さを調整する構成である。全体制御部１４は、Ｚセンサ３０によって対象物ウェーハ６の高さ情報を検出し、対物レンズ４の励磁電流をフィードバック制御して対物レンズ４の焦点距離を調整する。これにより、Ｚステージ８（図４参照）なしで、ＮＶＣモードおよびＰＶＣモードのいずれの条件にも設定することができ、各モードに応じた最適な検出条件で検査を実現できる。
次に、本発明による第１実施形態の第４変形例について説明する。
本実施形態では、対象物ウェーハ６の高さを検出するためにＺセンサ３０を用いて検査時に実時間で高さ計測をしているが、本検査に先立ち、対物レンズ４の励磁電流またはＺステージ８の高さを段階的に変更し、高さの異なる複数枚の画像を撮像し、これら複数枚の画像から最適な高さを求めておく。同様の計測を、半導体ウェーハ６上のＸＹ方向について、複数の適切な位置で行っておく。このように、あらかじめ高さ情報を収集しておくことにより、本検査時には実時間で高さを計測することなく、あらかじめ計測した高さ情報に従って高さを補正できる。これにより、Ｚセンサ３０（図４参照）なしで、ＮＶＣモードおよびＰＶＣモードのいずれの条件にも設定することができ、各モードに応じた最適な検出条件で検査を実現できる。
本実施形態では、対象物ウェーハ６の高さを検出するためにＺセンサ３０を用いて検査時に実時間で高さ計測をしているが、本検査に先立ち、対物レンズ４の励磁電流またはＺステージ８の高さを段階的に変更し、高さの異なる複数枚の画像を撮像し、これら複数枚の画像から最適な高さを求めておく。同様の計測を、半導体ウェーハ６上のＸＹ方向について、複数の適切な位置で行っておく。このように、あらかじめ高さ情報を収集しておくことにより、本検査時には実時間で高さを計測することなく、あらかじめ計測した高さ情報に従って高さを補正できる。これにより、Ｚセンサ３０（図４参照）なしで、ＮＶＣモードおよびＰＶＣモードのいずれの条件にも設定することができ、各モードに応じた最適な検出条件で検査を実現できる。
次に、本発明による検査方法、および検査装置の第２実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図９に、本発明による第２実施形態の半導体ウェーハ検査装置１００Ｅの構成を示す。
この半導体ウェーハ検査装置１００Ｅは、電子源１と、電子源１からの一次電子２を偏向するための偏向器３と、一次電子２を絞る対物レンズ４と、電界強度を制御する帯電制御電極５と、対象物ウェーハ６をＸＹ方向に移動させるＸＹステージ７と、対象物ウェーハ６をＺ方向に移動させるＺステージ８と、対象物ウェーハ６を保持するピンチャック５０と、対象物ウェーハ６の高さを計測するＺセンサ３０と、一次電子２の照射にから発生した二次電子（または反射電子）１０を収束させて反射板３１上で収束させる収束光学系３２と、二次電子（または反射電子）１０を受けて再度、二次電子１０を発生させる反射板３１と、反射板３１からの二次電子１０を検出するセンサ１１と、反射板３１を介さないで二次電子（または反射電子）１０を直接検出する直接検出センサ５１と、センサ１１と直接検出センサ５１の信号を切り替えるスイッチ５２およびセンサ１１または直接検出センサ５１で検出した信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器１２と、デジタル信号を処理して欠陥を判定する画像処理回路１３と、判定欠陥を保存し全体を制御する全体制御部１４と、ユーザの指示を全体制御部１４に伝えるコンソール１５と、対象物ウェーハ６の光学像を撮像する光学顕微鏡３３と、対象物ウェーハ６と同一の高さに設定した電子光学条件の詳細調整をするための標準試料片３４とを具備している。
図９に、本発明による第２実施形態の半導体ウェーハ検査装置１００Ｅの構成を示す。
この半導体ウェーハ検査装置１００Ｅは、電子源１と、電子源１からの一次電子２を偏向するための偏向器３と、一次電子２を絞る対物レンズ４と、電界強度を制御する帯電制御電極５と、対象物ウェーハ６をＸＹ方向に移動させるＸＹステージ７と、対象物ウェーハ６をＺ方向に移動させるＺステージ８と、対象物ウェーハ６を保持するピンチャック５０と、対象物ウェーハ６の高さを計測するＺセンサ３０と、一次電子２の照射にから発生した二次電子（または反射電子）１０を収束させて反射板３１上で収束させる収束光学系３２と、二次電子（または反射電子）１０を受けて再度、二次電子１０を発生させる反射板３１と、反射板３１からの二次電子１０を検出するセンサ１１と、反射板３１を介さないで二次電子（または反射電子）１０を直接検出する直接検出センサ５１と、センサ１１と直接検出センサ５１の信号を切り替えるスイッチ５２およびセンサ１１または直接検出センサ５１で検出した信号をデジタル信号に変換するＡＤ変換器１２と、デジタル信号を処理して欠陥を判定する画像処理回路１３と、判定欠陥を保存し全体を制御する全体制御部１４と、ユーザの指示を全体制御部１４に伝えるコンソール１５と、対象物ウェーハ６の光学像を撮像する光学顕微鏡３３と、対象物ウェーハ６と同一の高さに設定した電子光学条件の詳細調整をするための標準試料片３４とを具備している。
なお、図が煩雑になることを避けるため、全体制御部１４からの制御信号線はその一部を記載し、他の信号線の記載を省略するが、全体制御部１４は、記載を省略した信号線に係る各部も制御できるよう構成されている。また、電子源１からの一次電子２と対象物ウェーハ６で発生した二次電子（または反射電子）１０の軌道を変えて二次電子（または反射電子）１０を曲げるためのＥｘＢは、煩雑さを避けるため、図示および説明を省略する。
検査の概略の手順は第１の実施例と同一であるので説明図と説明は省略し、詳細については動作の異なる部分について説明する。
本実施形態では、静電チャック９の代わりにピンチャック５０を用いている。対象物ウェーハ６の平坦度が良くないために、高さの変動が比較的大きく、Ｚセンサ３０などによる高さ検出の頻度を高くする必要があるが、第１実施形態と基本的な動作は同一である。また、二次電子（または反射電子）１０を検出するために、センサ１１および直接検出センサ５１の両方を配置している。収束光学系３２によって、二次電子（または反射電子）１０を、直接検出センサ５１上に直接小さいスポットで収束可能な検出条件の場合には、直接検出センサ５１を使用する。しかし、充分に小さいスポットで収束できない場合は、一旦、反射板３１に二次電子（または反射電子）１０を当て、反射板３１で発生する二次電子１０をセンサ１１で検出するようにスイッチ５２を切り替える。
本実施形態によれば、高価な静電チャック９を使用しないで検査装置を構成でき、直接検出できる場合には直接検出センサ５１で検出するためにより良い信号対雑音比（ＳＮＲ）で画像検出できる。また、Ｚステージ８で高さを調整しているため、ＮＶＣモードおよびＰＶＣモードの両方の条件に適切な検出条件で画像検出ができる。また、Ｚセンサ３０およびＺステージ８で対象物ウェーハ６の高さを均一に保持しているため、最適な検出条件で検査を実現できる。
以上、本発明によれば、１台の検査装置でＮＶＣモードおよびＰＶＣモードの両条件に最適な検出条件を設定することができ、多くの工程や欠陥に対して対応可能な、半導体ウェーハ検査装置および半導体ウェーハ検査方法を提供することができる。
１ 電子源
２ 一次電子
３ 偏向器
４ 対物レンズ
５ 帯電制御電極
６ 対象物ウェーハ
７ ＸＹステージ
８ Ｚステージ
９ 静電チャック
１０ 二次電子
１１ センサ
１２ ＡＤ変換器
１３ 画像処理回路
１４ 全体制御部
１５ コンソール
２０，２５ 電界分布
３０ Ｚセンサ
３１ 反射板
３２ 収束光学系
３３ 光学顕微鏡
３４ 標準試料片
４０Ａ，４０Ｂ，４５ スペーサ
４６ 電子光学系
４７ 帯電制御電極部
５０ ピンチャック
５１ 直接検出センサ
５２ スイッチ
６０Ａ，６０Ｂ ロード・アンロード機構
１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｅ 半導体ウェーハ検査装置
２ 一次電子
３ 偏向器
４ 対物レンズ
５ 帯電制御電極
６ 対象物ウェーハ
７ ＸＹステージ
８ Ｚステージ
９ 静電チャック
１０ 二次電子
１１ センサ
１２ ＡＤ変換器
１３ 画像処理回路
１４ 全体制御部
１５ コンソール
２０，２５ 電界分布
３０ Ｚセンサ
３１ 反射板
３２ 収束光学系
３３ 光学顕微鏡
３４ 標準試料片
４０Ａ，４０Ｂ，４５ スペーサ
４６ 電子光学系
４７ 帯電制御電極部
５０ ピンチャック
５１ 直接検出センサ
５２ スイッチ
６０Ａ，６０Ｂ ロード・アンロード機構
１００，１００Ａ，１００Ｂ，１００Ｃ，１００Ｅ 半導体ウェーハ検査装置
Claims (8)
- 一次電子を放出する電子源と、
前記電子源からの一次電子を対象物に照射する照射光学系と、
前記一次電子の照射位置をＸ方向およびＹ方向に走査する走査部と、
前記対象物に対して正の電位または負の電位のいずれかになるように制御される帯電制御電極と、
前記二次電子または前記反射電子を検出し検出信号を出力するセンサと、
前記センサからの検出信号を検出画像に変換し所定の参照画像と比較して欠陥を判定する画像処理回路と、
複数の検査条件を記載したレシピ情報から前記対象物ごとに選択する前記検査条件に従って前記対象物に対する前記帯電制御電極の電位を制御する全体制御部と、
前記帯電制御電極が前記対象物に対して正の電位または負の電位のいずれになるかに応じて前記対象物と前記帯電制御電極との間隔を設定する間隔制御手段と、
を具備したことを特徴とする半導体ウェーハ検査装置。 - 請求項１に記載の半導体ウェーハ検査装置であって、
前記対象物は、静電チャックによって保持されることを特徴とする半導体ウェーハ検査装置。 - 請求項１に記載の半導体ウェーハ検査装置であって、
前記対象物の高さを計測し当該対象物の高さ情報を取得する高さ計測手段を具備し、
前記間隔制御手段は、計測した前記高さ情報に基づいて前記間隔を制御するＺステージ機構であることを特徴とする半導体ウェーハ検査装置。 - 請求項１に記載の半導体ウェーハ検査装置であって、
前記対象物の高さを計測し当該対象物の高さ情報を取得する高さ計測手段を具備し、
前記間隔制御手段は、前記電子源、前記照射光学系、前記走査部、前記帯電制御電極の少なくとも１つの高さを、前記高さ情報に基づいて制御する電子光学系設定手段であることを特徴とする半導体ウェーハ検査装置。 - 請求項１に記載の半導体ウェーハ検査装置であって、
前記帯電制御電極が前記対象物に対して正の電位である場合は、前記帯電制御電極が前記対象物に対して負の電位である場合より、前記対象物と前記帯電制御電極との間隔を大きく設定することを特徴とする半導体ウェーハ検査装置。 - 請求項３に記載の半導体ウェーハ検査装置であって、
前記帯電制御電極の電圧設定手段または高さ計測手段としてＺセンサを含むことを特徴とする半導体ウェーハ検査装置。 - 検査条件を示すレシピ情報を対象物によって選定し、
選定された前記レシピ情報に従って前記対象物の印加電圧または帯電制御電極の電圧を含む各部の動作条件を決定し、
前記帯電制御電極が前記対象物に対して正の電位または負の電位のいずれになるかに応じて前記対象物と前記帯電制御電極との間隔を設定し、
前記動作条件で電子源からの一次電子を走査させながら前記対象物に照射し、
前記一次電子の照射によって前記対象物から放出された二次電子または反射電子を前記帯電制御電極で制御し、
前記帯電制御電極で制御された前記二次電子または前記反射電子をセンサで検出して検出画像に変換し、
前記検出画像を所定の参照画像と比較して欠陥を判定する、
ことを特徴とする半導体ウェーハ検査方法。 - 請求項７に記載の半導体ウェーハ検査方法であって、
検出画像を取得するとき前記帯電制御電極と前記対象物との間隔をあらかじめ、またはリアルタイムで計測し、この計測結果を基に前記間隔を制御する、
ことを特徴とする半導体ウェーハ検査方法。
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