JP5033310B2 - 検査装置 - Google Patents
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Description
このような原理を元に,微小な凹凸を検出するために高分解能化を図った例は,特開平8-273569に記載されている。高分解能を達成する為に,電磁重畳型対物レンズを用いて高分解能化を行っている。この場合,試料から発生する二次電子は回転し,またその二次電子はエネルギー分布があり,エネルギーに依存して回転角が異なる。その為,ある方位角で放出した二次電子であっても,対物レンズを通過した後では方向情報が失われることとなる。そこで,ウエハ近傍に二次電子を加速させる為の電場を生じさせ,高速に対物レンズで発生する磁場内を通過させることで,回転角のエネルギー分布を低減させ,方向情報を保存している。さらに二次電子と後方散乱電子の軌道を制御することで,電子源と対物レンズの間にある環状検出器で,内側環状帯で後方散乱電子を,外側環状帯で二次電子を検出する。外側環状帯は扇形に四分割しており,二次電子放出の方位角の選別が行える為,陰影像の取得が可能となっている。
しかし特開平8-273569では、放出する二次電子で全ての仰角成分(0〜90°)を検出する構成となっているため,陰影コントラストが弱くなってしまい、コントラストを強調することができなかった。浅い凹凸の場合,陰影のコントラストが小さく欠陥検出に失敗することがあった。また、環状検出器は,二次電子の方位角選別を行う必要がある為,一次電子ビームの通過する光軸に対して軸対称に配置される必要がある。しかし,機械的精度の問題で,軸対称からずれた場合,陰影コントラスト像に輝度斑(シェーディング)が発生する問題があった。
特開2000-30654では、仰角の選別を行っているが方位角の分別が不可能であり,陰影像の取得ができないという問題があった。
上記のような問題があることから、従来の技術では浅い凹凸等の検出が困難であった。
ここで、電子源8から放出された電子ビーム37をウエハ20に照射した際に発生する二次電子38のエネルギー分布を、例えば 0〜20eV程度とする。発生した二次電子38は,対物レンズ10により発生する磁場により回転しながら反射板13,15に向かう。このときに,磁場中を二次電子38が低速で通過すると,二次電子38の回転角が二次電子38のエネルギーに依存するため,発生当初の方向情報は失われてしまう。例えば図4(a)のように試料から二次電子を仰角0〜90°,y-z面内で放出させた場合,反射板15の位置での二次電子到達位置は図4(b)のようになり,方向情報が失われてしまっている。そこで,二次電子の回転角の二次電子エネルギー依存性を抑制するために,ウエハに対向した電極32にウエハに対して十分大きな正電位を印加することで,磁場中で二次電子38を高速に通過させる。その結果,図4(c)のように,二次電子は二次電子エネルギーに依存することなく、即ち発生当初の方向が失われないまま検出器位置に辿り着くことができ、方向情報が保たれ、分布は直線分布となる。このように方向情報が保たれる為に必要な電場は10の5乗V/m以上であった。また,ウエハの放電破壊を防止する為には電場を10の6乗V/m以下にする必要がある。
二次電子の放出方向との挟む角を仰角としたとき、仰角の大きな二次電子39は中心に近く,仰角の小さな二次電子40は中心から離れた位置に到達することとなる。上記電場条件10の5乗V/m〜10の6乗V/mで,検出器での二次電子到達位置は,図4(d)の斜線領域となる。
ここで,反射板を図5(a)の反射板15のように,中心部に穴を開けた形状にすれば穴の形状によって反射板15に当たる仰角成分を制限することが出来る。反射板15に当たる二次電子39は方向を持っている為,反射板15の右側,もしくは左側に当たり,その結果発生する二次電子をメッシュ103に50Vの電位を与えることによって,検出器12,13にそれぞれに引き込む事ができる。このとき左右で発生した二次電子が混在しないように,図5(b)の仕切板104を設置しても良い。なお,反射板15を通過した二次電子は反射板13に衝突することで二次電子を発生させ,その二次電子をメッシュ103に50Vの電位を与えることにより,検出器14に引き込む事ができる。ここで得られる画像は,陰影に寄与しない,二次電子放出効率の違いによる物質コントラスト像が得られる。
なお,この反射板をマルチチャンネルプレート,シンチレータで形成させて,ウエハで発生した二次電子を直接検出しても同様の効果を得ることができる。そのときの構造の例を図5(c), (d)に示す。図5(c), (d)は,それぞれ仰角の大きな成分を2,もしくは4分割した検出器105で,仰角の小さな成分を検出器106で取得するものである。
環状検出器を設置した場合,光軸に対して対称に設置する必要がある。実際には機械精度上,ずれが生ずる。この問題を解決するために,図7の反射板の可動機構42を設ける。これにより反射板15もしくは,反射板の代わりに用いる検出器105,106を動かすことが可能になる。別の方法は,二次電子軌道上にEXB(ウインフィルター)を設置することで二次電子の軌道を制御することにより解決する。
図1に,レビューSEMの構成の一例を示す。本装置は,電子光学系1,ステージ機構系2,ウエハ搬送系3,真空排気系4,光学顕微鏡5,制御系6,操作部7より構成されている。
電子光学系1は,電子源8,コンデンサレンズ9,対物レンズ10,第一の検出器11,第二の検出器12,第一の反射板13,第三の検出器14,第二の反射板15,偏向器16,ウエハ高さ検出器17,ステージに対向して設置した電極32,電極電源33,電極電源制御部34,から構成されている。
ステージ機構系2は,XYステージ18,および試料としてのウエハを載置するためのホルダ19,ホルダ19およびウエハ20に負の電圧を印加するためのリターディング電源21より構成されている。XYステージ18には,レーザ測長による位置検出器が取り付けられている。
ウエハ搬送系3はカセット載置部22とウエハローダ23より構成されており,ホルダ19はウエハ20を載置した状態でウエハローダ23とXYステージ18を行き来するようになっている。
制御系6は,信号検出系制御部24,ビーム偏向補正制御部25,電子光学系制御部26,ウエハ高さセンサ検出系27,機構およびステージ制御部28より構成されている。操作部7は,操作画面および操作部29,画像処理部30,画像・検査データ保存部31より構成されている。
レビューをスタートすると,まず,設定されたウエハ20をレビュー装置内に搬送する。ウエハ搬送系3においては,被検査ウエハの直径が異なる場合にも,ウエハ形状がオリエンテーションフラット型あるいはノッチ型のように異なる場合にも,ウエハ20を載置するホルダ19をウエハの大きさや形状にあわせて交換することにより対応できるようになっている。該被検査ウエハは,カセットからアーム,予備真空室等を含むウエハローダ23によりホルダ19上に載置され,保持固定されてホルダとともに検査室に搬送される。
ウエハ20がロードされたら,上記入力されたレビュー条件に基づき,電子光学系制御部26より各部に電子線照射条件が設定される。そして,ウエハ20の所定箇所の電子線画像を取得し,該画像より焦点・非点を合わせる。また,同時にウエハ10高さをウエハ高さ検出器27より求め,高さ情報と電子ビームの合焦点条件の相関を求め,この後の電子線画像取得時には毎回焦点合わせを実行することなく,ウエハ高さ検出の結果より合焦点条件に自動的に調整する。これにより,高速連続電子線画像取得が可能になった。
電子線照射条件および焦点・非点調整が完了したら,ウエハ上の2点によりアライメントを実施する。
欠陥位置に移動したら,ビーム照射を行う。反射板13,15は図5(a)の構造になっているので,二次電子の放出仰角で,低角成分のものを反射板15に当て,高角成分を反射板15に空けた穴を通過させた後に反射板13に当てることが可能になっている。仰角が低角成分の二次電子は,方位角成分に依存して,左右に分かれて反射板15に当たることとなる。そのため,二次電子が反射板に当たることによって,反射板から新たに発生する二次電子は,検出器11に近いものは検出器11へ,検出器12に近いものは検出器12へ,それぞれ向かうこととなる。反射板13に当たったものは,そこで二次電子が発生し,その二次電子を検出器14で検出する。この様にして,検出器11,12では,コントラストの強調された陰影像が,検出器14では物質像が得られた。別の反射板形状の例としては,図5(b)に示すような仕切板104を有するものや,図6(a), (b)に示すような円錐(ロート)型,ドリップコーヒーフィルター(DRIP COFFEE FILTER)型でも良い。これにより,図2(b), (c)のような陰影像を取得できる。なお,反射板13,15の代わりに,マルチチャンネルプレートや,半導体検出器,もしくはシンチレータを設置しても良い。
取得された画像は,必要に応じて画像・データ保存部31に保存される。予め保存する,保存しないをレビュー条件ファイルで設定しておことや,必要に応じて,複数の検出器による複数種類の画像を,設定に応じて同時に保存することが可能である。
画像を保存すると同時に,画像処理部30では画像情報より欠陥の特徴を抽出して,欠陥の内容を自動的に分類する。分類された結果を,例えば0〜255の数値にコード化し,該コード番号を検査結果ファイルのなかの欠陥分類コードに対応する箇所に書き込む。上記,欠陥レビュー操作を繰り返す。
1枚のウエハにおいて,レビュー実施を指定された欠陥全部について上記一連の動作が完了したら,該ウエハの検査結果ファイル(分類結果を書き込まれたファイル)を自動的に保存し,指定された先に該検査結果ファイルを出力する。その後,ウエハをアンロードし,レビューを終了する。
本方法を用いることにより,二次電子放出角の仰角で低角成分と高角成分を,さらに方位角も分別して検出することが可能になった為,光学式検査で検出した欠陥を高感度に検出し,レビュー,分類することが可能になった。
本実施例が必要となる背景を説明する。本発明のような電子光学装置においては,一般的に,装置の機械的な制約や調整具合に応じて,一次電子ビームと二次電子の光軸が試料表面の法線方向に対して微小な角度傾いている。一次電子ビームに対しては光軸を調整して傾きの影響が最小になるような状態で使用することが一般的である。一方,通常,二次電子は検出器で効率よく検出できればよく,二次電子の光軸の傾きを調整する必要はない。
しかし,本発明のように二次電子を二方向以上の角度成分に分離する検出系を持つ構成では,二次電子の中心軌道が反射板の穴の中心から傾いている場合,二次電子の分離方向の精度が低下してしまう。そこで,二次電子の光軸を,一次電子ビームの光軸37に対して独立に偏向させて反射板15における衝突時の方向成分のバランスを所望の方向に調整するようにしたのが本実施例である。
そこで,例えば図10に示すように,球状のサンプルに対して電子ビーム37を走査しながら照射し,得られる画像においてちょうど球形の半分が陰になるようにExB偏向器201による偏向角θを調整する。このように調整して,左右の信号量SRとSLが均等になるように調整しておいてから,観察対象となるサンプルの陰影像を取得することにより,試料の凹凸部の陰影をそのまま精度よく陰影コントラストとして画像化することが可能になった。
このような調整は,例えば,二次電子が試料から発生してから試料上の電界によって加速されるような電子光学系の条件で動作するような場合には,二次電子の広がりが相対的に小さくなることから,二次電子の軸の微妙な傾きで左右の二次電子信号量のバランスが大きく崩れるため,陰影像を精度よく取得するには本質的に必要不可欠の調整になる。
また,ExB偏向器201の設置位置は光軸上で反射板15より下であればどこでもよいが,反射板15に対して低い位置であればあるほど,小さい偏向角度θで大きな調整範囲を持つことができ,ExBによる一次電子ビームに対する分解能劣化の影響を低減させることができる。
x方向には実施例2と同様に左右に信号を分離する際の分離精度を上げるための二次電子アライメントが可能であり,y方向には反射板15において二次電子が通過孔213から上方へ通過せず板13に当たるように偏向することが可能となった。この二次電子偏向により,左右の分離精度が向上するとともに,反射板15を通過した電子が上方へ抜けて損失することなく反射板13に当たるように調整でき,検出器14において信号の損失のない電子信号画像を取得することが可能になった。
また、二次電子をy方向へ偏向することにより通過孔での損失がなくなるので,反射板13のビーム通過孔213を他の実施例よりも大きくすることが可能になった。その結果,一次電子ビームを反射板13の上方で偏向したい場合にも一次ビームが反射板13に衝突することなく下方へ通過することが可能になり,電子光学系の調整範囲,制御性が向上する。
Claims (4)
- 試料を載置する試料台と、
一次荷電粒子ビームを発生させる荷電粒子源と、
前記一次荷電粒子ビームを前記試料上に走査する走査偏向器と、
前記一次荷電粒子ビームを前記試料台上の試料に照射するための対物レンズと、
正電位を印加して、前記試料から二次的に発生する荷電粒子を検出系に通過させる、前記試料台に対向して、前記対物レンズと前記試料との間に設けられた電極と、
前記走査偏向器と前記荷電粒子源との間に、前記一次荷電粒子ビームが通過する穴を備え、前記試料から二次的に発生する荷電粒子の放出仰角の低角成分が衝突し、高角成分が前記穴を通過する第2の反射板と、
前記第2の反射板への衝突により発生する二次電子を検出し、前記第2の反射板の近傍で、かつ前記一次荷電粒子ビームの光軸を挟んで対向して配置する第1の検出器、第2の検出器と、
前記第2の反射板と前記荷電粒子源との間に、前記二次的に発生する荷電粒子の放出仰角の高角成分が衝突する第1の反射板と、
前記第1の反射板への衝突により発生する二次電子を検出し、前記第1の反射板の近傍に配置する第3の検出器と、
前記対物レンズと前記第2の反射板との間にE×B偏向器を備え、
前記第2の反射板は、楕円形のビーム通過孔を有し、前記第1の反射板は、前記第2の反射板と荷電粒子源との間に前記楕円形のビーム通過孔の短軸より小さい径の円形孔を有することを特徴とする検査装置。 - 請求項1に記載の検査装置において、前記第2の反射板は、円錐型であることを特徴とする検査装置。
- 請求項1に記載の検査装置において、前記第2の反射板は、ドリップコーヒーフィルター型であることを特徴とする検査装置。
- 請求項1に記載の検査装置において、前記穴は半径1mm以上10mm以下の穴であることを特徴とする検査装置。
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