JP5066393B2 - Foreign object / defect inspection / observation system - Google Patents
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Description
本発明は、異物・欠陥検査・観察システムに関し、例えば、半導体ウェーハ、フォトマスク、磁気ディスク、液晶基板等の表面の異物やパタン欠陥を検出し、それを観察するためのシステムに関するものである。 The present invention relates to a foreign matter / defect inspection / observation system, for example, a system for detecting and observing foreign matter and pattern defects on the surface of a semiconductor wafer, photomask, magnetic disk, liquid crystal substrate, and the like.
現在の半導体デバイス生産ラインではコスト低減、短TAT(Turn-around time)および高品質化を目的に(1)大口径ウェーハでのライン自動化、(2)安定した品質の確保、(3)新製品の早期立上げ、を主な課題としている。また、各社φ300mm(大口径ウェーハ)量産ラインの稼動、自動化による高効率生産も本格化しつつある一方、製品面では、デジタル家電の多機能化、高機能化により様々なセグメントに多様化した製品群を早期に立上げ、コストを低減し、品質を確保することが重要な課題となっている。 The current semiconductor device production line aims at cost reduction, short TAT (Turn-around time) and high quality (1) line automation with large diameter wafer, (2) ensuring stable quality, (3) new product Is the main issue. In addition, each company's φ300mm (large-diameter wafer) mass production line is in full operation, and high-efficiency production through automation is in full swing. On the product side, the product group diversified into various segments due to the multi-functionality and high functionality of digital home electronics. It has become an important issue to quickly start up, reduce costs, and ensure quality.
半導体デバイスの製造工程においては、加工処理の良否、異物発生等は、半導体デバイスの歩留まり及び安定化に大きく影響を及ぼす。そのため異常や欠陥発生を早期にあるいは事前に検知し、その不良発生原因を取り除くことが、半導体デバイスの良品歩留まり向上に重要であり、リソグラフィー処理やエッチング処理等、各種工程後に異物・欠陥検査と解析による欠陥管理が実施されている。 In the manufacturing process of a semiconductor device, the quality of processing and the generation of foreign matter greatly affect the yield and stabilization of the semiconductor device. For this reason, it is important to detect abnormalities and defects early or in advance and eliminate the cause of defects. This is important for improving the yield of non-defective semiconductor devices, and inspection and analysis of foreign matter and defects after various processes such as lithography and etching. Defect management by
ところで、半導体基板上に形成された回路パタン上に存在する欠陥を検査する方法としては、半導体ウェーハに白色光を照射し、光学画像を用いて複数のLSIにおける同種の回路パタンを比較する欠陥検査装置が実用化されている。光学画像を用いた検査方法には、例えば特許文献1に記載されているように、基板上の光学照明された領域を時間遅延積分センサで結像し、その画像と予め入力されている設計情報とを比較することにより欠陥を検出する方式がある。
By the way, as a method of inspecting a defect existing on a circuit pattern formed on a semiconductor substrate, a defect inspection in which a semiconductor wafer is irradiated with white light and the same kind of circuit pattern in a plurality of LSIs is compared using an optical image. The device has been put into practical use. In an inspection method using an optical image, for example, as described in
また、例えば特許文献2には、レーザ光を照射して回折光あるいは散乱光を検出し、規則正しい回路パタンからの回折光と不規則な形状の異物あるいは欠陥部からの散乱光を弁別して異物あるいは欠陥のみを検出する検査方法が開示されている。
Further, for example, in
ところが、何れの検査装置を用いるとしても、検査の前に検査条件を設定する必要がある。特に、検査感度の設定においては、CMP(Chemical Mechanical Polishing)後のマイクロスクラッチ、配線工程での断線・短絡等、各検査工程で不良の原因となるDOI(Defect of Interest)の高感度検出と、配線に使用される金属の結晶粒堺(グレイン)等の歩留まりに影響しない擬似欠陥の検出とを区別し、擬似欠陥を検査対象から除去する等、検査条件を最適化する必要がある。 However, no matter which inspection apparatus is used, it is necessary to set inspection conditions before inspection. In particular, in setting the inspection sensitivity, CMP (C hemical M echanical P olishing) after the micro-scratches, or the like disconnection or short circuit in the wiring process, cause poor in each inspection step DOI (D efect o f I nterest ) High-sensitivity detection and detection of pseudo-defects that do not affect the yield of metal grains used in wiring, etc., and optimize inspection conditions, such as removing pseudo-defects from inspection targets There is a need.
検査条件を最適化するためには、実際検出された異物・欠陥の観察、分類を行い、DOI、擬似欠陥のそれぞれが持つ検出時の輝度値等、特徴量の違いを基にパラメータ設定を行う必要がある。しかし、半導体デバイスの急速な微細化により、管理すべき異物・欠陥のサイズも微細化し、従来検査装置に付属している光学式の観察カメラの解像度が限界に達していることから、DOIと擬似欠陥の区別ができなくなっている。 To optimize inspection conditions, observe and classify actually detected foreign objects and defects, and set parameters based on differences in feature values such as brightness values at the time of detection of DOI and pseudo defects. There is a need. However, due to the rapid miniaturization of semiconductor devices, the size of foreign matter and defects to be managed has also been miniaturized, and the resolution of optical observation cameras attached to conventional inspection equipment has reached its limit. The defect cannot be distinguished.
また、新たな高分解能観察のニーズもある。最近、最先端の半導体デバイス生産ラインでは、ウェーハ割れ、ウェーハ周辺での歩留低下要因の検知・管理という課題に対して、従来ウェーハの受け入れ検査時に検査する程度であったウェーハエッジ検査のニーズが高まっている。 There is also a need for new high-resolution observations. Recently, with the latest semiconductor device production line, there has been a need for wafer edge inspection, which was previously inspected at the time of wafer acceptance inspection, for the problem of detecting and managing wafer cracks and yield reduction factors around the wafer. It is growing.
さらに、検査・観察の自動化によって装置稼働率が上がり、搬送系のずれ、アームダレ等によるウェーハへの物理的接触の危険性が増加している。特に、老朽化した装置に関しては注意が要される。一方、熱処理・洗浄を中心に数枚のウェーハをまとめて処理するバッチ処理装置の併用が行われているが、前述の原因で傷ついたウェーハがバッチ処理装置内で割れた場合の被害は直接被害、装置立上げ時間などのロスを考えると甚大である。これらに対してはウェーハ割れ発生時の早期原因究明と、二次被害防止およびウェーハ割れに至る以前での予防検知としてエッジ検査が重要となる。 In addition, automation of inspection / observation increases the operating rate of the apparatus, increasing the risk of physical contact with the wafer due to transfer system misalignment, arm sag, and the like. In particular, care must be taken with respect to aging equipment. On the other hand, batch processing equipment that processes several wafers at a time, mainly heat treatment and cleaning, is used together. However, if a wafer damaged due to the above-mentioned causes is broken in the batch processing equipment, the damage is directly damaged. Considering losses such as equipment start-up time, it is enormous. For these, edge inspection is important for investigating the cause of wafer breakage at an early stage, preventing secondary damage, and preventing detection before the wafer breaks.
また、ウェーハのφ300mm(大口径)化に伴い、ウェーハ周辺での歩留低下は致命的となる。例えばウェーハエッジからのはがれ異物、膜厚の変動は瞬時に著しい歩留低下の要因となり、原因の解析、監視、管理にエッジ検査が有効である。この点、ウェーハエッジ起因の欠陥対策として各種エッジ処理装置の導入も図られているが、これら処理装置の条件出し、量産安定性の確認においてもエッジ検査は不可欠である。 Further, as the diameter of the wafer is increased to 300 mm (large diameter), the yield reduction around the wafer becomes fatal. For example, flakes coming off from the wafer edge and fluctuations in film thickness cause a significant decrease in yield instantly, and edge inspection is effective in analyzing, monitoring and managing the cause. In this regard, various edge processing apparatuses have been introduced as countermeasures for defects caused by wafer edges, but edge inspection is indispensable in determining the conditions of these processing apparatuses and confirming mass production stability.
ところが、ウェーハの欠陥の原因を究明し、欠陥対策を早期に遂行するためには、エッジ検査の情報だけでは不十分である。理由はエッジ検査の光学倍率は約50倍程度であり欠陥の検出とマクロ的な解析は可能だが、割れ、剥れ等の原因となる致命のミクロ解析が不可能だからである。そして、ウェーハ割れの予防検知を行う場合、全数検査の頻度が高くなり、観察による解析・評価にかかる時間が大幅に増大してしまう。 However, edge inspection information alone is not enough to investigate the cause of wafer defects and to quickly implement defect countermeasures. The reason is that the optical magnification of the edge inspection is about 50 times, and it is possible to detect a defect and perform a macro analysis, but it is impossible to perform a fatal micro analysis that causes cracks and peeling. When performing preventive detection of wafer cracking, the frequency of 100% inspection is increased, and the time required for analysis and evaluation by observation is greatly increased.
そこで、高分解能の観察手段のひとつとして、走査電子顕微鏡(Scanning Electron Microscope:SEM)による観察方法がある。SEMは、試料上に電子線を走査して照射し試料から発生される二次電子を検出して、観察対象物の二次電子像を表示装置の画面上に表示する技術である。電子線画像による観察は、光学顕微鏡あるいはレーザ顕微鏡画像に比べて高分解能で表面の詳細な観察が可能であるため、半導体製造分野において微細構造観察に広く採用されている。この電子線画像による観察装置を、以下、レビューSEM と呼ぶ。 Therefore, as one of high-resolution observation means, there is an observation method using a scanning electron microscope (SEM). SEM is a technique that scans and irradiates a sample with an electron beam, detects secondary electrons generated from the sample, and displays a secondary electron image of an observation object on the screen of a display device. Observation by an electron beam image is widely adopted for fine structure observation in the field of semiconductor manufacturing because it enables detailed observation of the surface with higher resolution than an optical microscope or laser microscope image. This observation apparatus using an electron beam image is hereinafter referred to as a review SEM.
レビューSEMおよびレビューSEMにおける観察方法については、例えば、特許文献3及び4に開示されている。このように、光学式外観検査およびレーザ検査装置で検出された異物あるいはパタン欠陥については、これらの検査装置の位置情報を授受することにより被観察箇所を特定し、電子線画像により観察することのできるレビューSEMを用いることにより、詳細な形状の観察が可能になった。
The review SEM and the observation method in the review SEM are disclosed in
しかしながら、レビューSEM等、他の装置でレビューを行う場合、観察試料の移動に時間と労力がかかる。また、製品管理に用いられている装置を検査装置の検査条件設定で使用することは、その稼働率を下げることになる。さらに、検査装置の条件設定用に複数台の装置を準備し、或いは、単純に装置を組み合わせるだけでは、コスト、フットプリントが増大してしまい、CoO(Cost of Ownership)が高くなってしまう。検査装置に付属する光学式顕微鏡を用いた場合、検察中は検査を並行して行うことができず検査装置としての稼働率を下げ、かつ、上述のように、検査装置の感度設定に際し、表面およびエッジ部分で検出される欠陥のサイズが微細なため、光学式顕微鏡ではDOIと擬似欠陥の区別が困難であるという欠点がある。 However, when a review is performed using another device such as a review SEM, it takes time and labor to move the observation sample. In addition, using an apparatus used for product management in setting inspection conditions for an inspection apparatus lowers its operating rate. Furthermore, preparing a plurality of devices for condition setting of the inspection apparatus, or just combine simple apparatus, the cost, would be footprint increases, CoO (C ost o f O wnership) becomes higher End up. When the optical microscope attached to the inspection device is used, the inspection cannot be performed in parallel during the inspection, and the operation rate as the inspection device is lowered, and the sensitivity of the inspection device is set as described above. In addition, since the size of the defect detected at the edge portion is minute, there is a drawback that it is difficult to distinguish DOI and pseudo-defect with an optical microscope.
本発明はこのような状況に鑑みてなされたものであり、DOIと擬似欠陥とを適切に区別でき、さらにCoOを低く抑えることができる異物・欠陥検査及び観察装置を提供するものである。 The present invention has been made in view of such a situation, and provides a foreign object / defect inspection and observation apparatus capable of appropriately distinguishing DOI and pseudo-defect and further reducing CoO.
上記課題を解決するために、本発明の異物・欠陥検査・観察システムは、ウェーハ上の異物や欠陥を検出して、その座標情報を出力する検査部と、検出された異物や欠陥を観察するためのレビューSEMで構成される観察部とを備えている。そして、観察部は、試料室内にプリアライナーとして機能する回転ステージと、この回転ステージを回転軸と垂直の一方向に移動させるステージ移動部とを有している。つまり、この回転ステージをプリアライナー用ステージ及び観察用の試料ステージの双方として機能させている。 In order to solve the above problems, the foreign matter / defect inspection / observation system of the present invention detects a foreign matter or defect on the wafer and outputs the coordinate information thereof, and observes the detected foreign matter or defect. And an observation unit composed of a review SEM. The observation unit includes a rotation stage that functions as a pre-aligner in the sample chamber and a stage moving unit that moves the rotation stage in one direction perpendicular to the rotation axis. That is, this rotary stage functions as both a pre-aligner stage and an observation sample stage.
即ち、本発明による異物・欠陥検査・観察システムは、被検査物の異物及び欠陥を検出し、欠陥情報を出力する異物・欠陥検査・観察システムであって、被検査物の異物及び欠陥を検出し、異物及び欠陥の座標情報を出力する検査部と、検査部で検出された被検査物の異物及び欠陥を観察するための観察部と、検査部及び観察部に対して、被検査物の搭載及び取り出しを実行し、検査部と観察部との間で被検査物を搬送する搬送部と、検査部と、観察部と、搬送部の動作を制御する制御部と、を備える。そして、観察部は、被検査物が回転可能に載置される回転ステージと、回転ステージに搭載された被検査物の基準位置を検出する基準位置検出手段と、回転ステージを回転軸と垂直の一軸方向に移動させるステージ移動手段と、回転ステージに搭載された被検査物に荷電粒子線を照射する電子光学系を有し、被検査物から発生する信号を検出して欠陥情報を取得する欠陥情報検出部と、回転ステージを収容する試料室と、を備える。また、制御部は、被検査物の異物及び欠陥の座標情報に基づいて、回転ステージの回転動作及びステージ移動手段の移動動作を制御する。さらに、試料室を真空状態にする真空形成手段を備えるようにしてもよい。 That is, the foreign matter / defect inspection / observation system according to the present invention is a foreign matter / defect inspection / observation system that detects foreign matter and defects of an inspection object and outputs defect information, and detects the foreign matter and defects of the inspection object. The inspection unit that outputs the coordinate information of the foreign object and the defect, the observation unit for observing the foreign object and the defect of the inspection object detected by the inspection unit, and the inspection unit and the observation unit A transport unit that performs mounting and removal, and transports an object to be inspected between the inspection unit and the observation unit, an inspection unit, an observation unit, and a control unit that controls the operation of the transport unit. The observation unit includes a rotation stage on which the inspection object is rotatably mounted, reference position detection means for detecting a reference position of the inspection object mounted on the rotation stage, and the rotation stage perpendicular to the rotation axis. Defect that has stage moving means that moves in one axis direction and an electron optical system that irradiates a charged particle beam to the inspection object mounted on the rotary stage, and detects defect signals by acquiring signals generated from the inspection object An information detection unit and a sample chamber that accommodates the rotary stage are provided. Further, the control unit controls the rotation operation of the rotary stage and the movement operation of the stage moving means based on the coordinate information of the foreign matter and the defect of the inspection object. Furthermore, you may make it provide the vacuum formation means which makes a sample chamber a vacuum state.
また、検査部では、設定された検出信号に関するしきい値を含む検査条件に基づいて、被検査物における擬似欠陥と区別しながら異物及び欠陥を検出する。観察部による観察の結果、検査部によって検出された異物及び欠陥とされた対象物に擬似欠陥が含まれている場合には、検査条件を変更するようにシステムを制御する。 Further, the inspection unit detects foreign matters and defects while distinguishing them from the pseudo defects in the inspection object based on the inspection conditions including the threshold value relating to the set detection signal. As a result of the observation by the observation unit, when the foreign object detected by the inspection unit and the target object that is a defect include a pseudo defect, the system is controlled to change the inspection condition.
また、電子光学系は、被検査物に対して、垂直方向、水平方向、及び傾斜方向の少なくとも1つの方向から荷電粒子線を照射する照射手段と、照射により発生した信号を検出する信号検出手段を有する。これにより、被検査物の表面及び端部の観察を可能としている。 In addition, the electron optical system includes an irradiation unit that irradiates a charged particle beam from at least one of a vertical direction, a horizontal direction, and a tilt direction with respect to an inspection object, and a signal detection unit that detects a signal generated by the irradiation. Have Thereby, observation of the surface and edge part of a to-be-inspected object is enabled.
さらに、異物及び欠陥の座標情報がXY座標系で表される場合には、被検査物の所定の点を原点として、座標情報を極座標系の座標情報に変換される。そして、この極座標系の座標情報に基づいて、対応の異物及び欠陥が観察可能なように回転ステージ及びステージ移動手段を動作させると共に、欠陥情報で表現される画像を回転補正する。回転補正の手段としては、荷電粒子線のスキャン方向を制御する方法、画像を画像処理により回転補正する方法が考えられる。 Further, when the coordinate information of the foreign matter and the defect is expressed in the XY coordinate system, the coordinate information is converted into the coordinate information of the polar coordinate system with a predetermined point of the inspection object as the origin. Then, based on the coordinate information of the polar coordinate system, the rotary stage and the stage moving means are operated so that the corresponding foreign matters and defects can be observed, and the image represented by the defect information is rotationally corrected. As a means for rotational correction, a method for controlling the scanning direction of the charged particle beam and a method for rotationally correcting an image by image processing are conceivable.
また、被検査物に形成された第1のパタンの異物及び欠陥の座標情報に基づいて観察して得られた欠陥情報と、隣接する第2のパタン内であって、第1のパタンの異物及び欠陥の座標情報に対応する第2パタン内の位置を観察して得られた観察情報とを出力し、両者を比較可能なようにしてもよい。 In addition, the defect information obtained by observation based on the coordinate information of the foreign matter and defect of the first pattern formed on the inspection object, and the foreign matter of the first pattern in the adjacent second pattern And observation information obtained by observing the position in the second pattern corresponding to the coordinate information of the defect may be output so that both can be compared.
また、被検査物の極座標系と回転ステージの極座標系のずれ量を算出し、補正するようにしてもよい。さらに、欠陥情報で表現される画像の表示位置を微調整するための微調整手段を備えてもよい。この場合、微調整の結果を表示位置補正のオフセット量として記憶部に登録してもよい。 Further, the deviation amount between the polar coordinate system of the object to be inspected and the polar coordinate system of the rotary stage may be calculated and corrected. Furthermore, fine adjustment means for finely adjusting the display position of the image represented by the defect information may be provided. In this case, the fine adjustment result may be registered in the storage unit as an offset amount for display position correction.
さらなる本発明の特徴は、以下の本発明を実施するための最良の形態および添付図面によって明らかになるものである。 Further features of the present invention will become apparent from the following best mode for carrying out the invention and the accompanying drawings.
本発明のシステムによれば、DOIと擬似欠陥との適切に区別でき、CoOを低く抑えることができる。 According to the system of the present invention, DOI and pseudo defects can be appropriately distinguished, and CoO can be kept low.
本発明による異物・欠陥検査・観察システムは、異物及び欠陥と配線に使用される金属の結晶粒堺(グレイン)等の歩留まりに影響しない擬似欠陥とを適切に区別できる検査条件を設定し、また、簡便に高分解能観察で実施する際に、従来の欠陥検査装置に対するハードウェアの大幅改良をフットプリントの大幅な増大を必要とせずに実現するものである。 The foreign matter / defect inspection / observation system according to the present invention sets inspection conditions capable of appropriately distinguishing foreign matters and defects from pseudo-defects that do not affect the yield of metal crystal grains (grains) used for wiring. Thus, when performing simply by high-resolution observation, the hardware of the conventional defect inspection apparatus can be greatly improved without requiring a large increase in footprint.
以下、添付図面を参照して本発明の実施形態について説明する。ただし、本実施形態は本発明を実現するための一例に過ぎず、本発明の技術的範囲を限定するものではないことに注意すべきである。また、各図において共通の構成については同一の参照番号が付されている。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, it should be noted that this embodiment is merely an example for realizing the present invention, and does not limit the technical scope of the present invention. In each drawing, the same reference numerals are assigned to common components.
<異物・欠陥検査・観察システムの構成>
図1は、本発明の実施形態による異物・欠陥検査・観察システム10の外観構成示す図である。図1において、異物・欠陥検査・観察システム10は、ウェーハ099を収納するウェーハポッド104と、ウェーハポッド104の蓋の開閉を行うオープナー105と、ウェーハの搬送を行う搬送ロボット206を収納する搬送部101と、センサ及び光源を含む光学系、並びにステージ等を含み、ウェーハ099の検査を行う本体部(光学式検査装置)102と、検査感度(条件)の設定演算、各機構の操作、観察部100で取得した観察情報・画像の出力(図示しない表示部への表示)、及び各種制御を行うための操作・制御部103と、観察部100と、を備える。また、異物・欠陥検査・観察システム10は、これらの構成に加えて、図示しない、各ユニットに電源を供給するための電源部や、データの処理と保存を行う画像処理部等を備えるようにしてもよい。
<Configuration of foreign matter / defect inspection / observation system>
FIG. 1 is a diagram showing an external configuration of a foreign object / defect inspection /
観察部100は、本発明の特徴部分であり、従来ウェーハのアライメントを行うウェーハアライナー部に荷電粒子線を照射する荷電粒子線源と、試料から発生する信号を検出するための検出器等を含む電子光学系を備えた構成となっている。なお、荷電粒子線源にはガリウム等のイオン線源やフィールドエミッションタイプの電子線源でかまわないが、本発明の具体化した一例としては、以下、低真空で観察可能かつ電子銃等電子光学系の構成を小型化しやすいフィラメントタイプの電子線源を用いた構成によって説明する。
The
<観察部及び搬送部の内部構成>
図2は、異物・欠陥検査・観察システム10を構成する観察部100と搬送部101の内部の概略構成を示す図である。観察部100は、従来ウェーハのオリフラ(オリエンテーションフラット)やVノッチ等、結晶方位の基準から中心位置と向きを検出してアライメントを行うウェーハアライナー用回転機構に変わり、回転駆動部と回転駆動部の回転軸(z軸方向)と垂直に交わる方向(x軸方向、y軸方向等、z軸と垂直であればよい。図2では、x軸方向に移動可能なようにrθステージ203は構成されている)に稼動するrθステージ203を有している。rθステージ203は、従来のウェーハアライナーと同様に、ウェーハを保持するウェーハチャック210と、オリフラやVノッチ等結晶方位の基準から中心位置と向きを検出するウェーハ基準検出器208を有し、従来の機能を踏襲するものである。
<Internal configuration of observation unit and transport unit>
FIG. 2 is a diagram illustrating a schematic configuration of the inside of the
rθステージ203の上部には、ウェーハ099が搬送ロボット206によって挿入され、ウェーハ周辺の真空を保持するための試料室202が設けられている。そして、試料室202の上部には、電子線を照射する電子線源と、試料から発生する信号を検出するための検出器等を含む電子光学系201が設けられている。また、rθステージ203下部には、試料室202および電子光学系201内部を減圧し、真空状態を作る真空排気装置204と、rθステージ203より上部の除震を行い、電子線観察時の外乱を抑制する除震機構205が設けられている。
Above the
図3は、rθステージ203と一般的なXYステージの稼動範囲の比較を示す図である。ここでは、固定された観察位置に対し、ステージを稼動させ、観察位置に観察対象物を移動させる場合を考える。rθステージ203の場合、ウェーハ099の全面を観察するためには、ウェーハチャック210の稼動距離211はウェーハ099の半径分の距離だけで構わない。例えば、300mmウェーハであれば150mm、200mmウェーハであれば100mmの稼動範囲でrθステージの稼動範囲301のようにウェーハ全面の観察が可能である。一方、XYステージでウェーハ全面を観察する場合、稼動範囲はXYステージ稼動範囲302の通り、一辺がウェーハ半径の4倍の正方形分必要となり、rθステージ203の稼動範囲301面積の約2.7倍となる。このためrθステージ203を採用すれば、装置全体のフットプリント増大を抑えられるだけでなく、試料室202のサイズを小さくできる。よって、検査後の試料観察時に試料室202を真空にするための減圧にかかる時間を短縮でき、また観察までに要する時間を短縮することができる。
FIG. 3 is a diagram showing a comparison of operating ranges of the
図4は、電子光学系201の概略構成を示す図である。電子光学系201は、電子ビーム400を放出させる電子銃部401と、電子ビームの収束のためのコンデンサレンズ404、焦点合わせのための対物レンズ406と電子線走査のための偏向コイル405とを含むカラム部402とを備え、試料室202の上部に設置される。
FIG. 4 is a diagram illustrating a schematic configuration of the electron
照射された電子ビーム400は、2段構成の偏向コイル405により二次元的に走査されウェーハ099に照射される。電子線400により発生した信号は、信号検出器407、増幅器408を通りCRT側偏向コイル409により走査され、CRT410上に投影される。このようにSEM観察では試料上の電子ビームの走査とCRTの画素走査を同期させ像が得られる。また、試料上の電子ビームの走査方向を変えることによって像の回転が変更でき、また、走査範囲を変えることによって倍率の変更が可能である。この像の回転及び倍率の変更は、調整器411及び偏光増幅器412によって実現される。
The
<異物・欠陥検査から観察までの動作>
図5は、ウェーハ上の異物及び欠陥の検査から観察(レビュー)までの動作例を説明するためのフローチャ−トである。なお、操作・制御部103がシステム全体の動作を制御している。図5のステップS01〜S06までの工程は、従来の異物・欠陥検査システムと同様に検査結果の出力までが行われる。
<Operation from inspection of foreign matter / defect to observation>
FIG. 5 is a flowchart for explaining an operation example from inspection to observation (review) of foreign matters and defects on the wafer. The operation /
(1)まず、ステップS01において、オープナー105及び搬送ロボット206によりウェーハポッド104からウェーハ099が取り出され、rθステージ203上のウェーハチャック210上に載置される。
(1) First, in
(2)ステップS02では、ウェーハアライナーと同様にオリフラ、Vノッチ等ウェーハ099の結晶方向の基準が検出器208により検出され、ウェーハ099の方向が求められる。この段階では試料室202を真空にする必要は無いため、スループットを優先し従来どおり大気圧下で実施される。
(2) In step S02, the reference of the crystal direction of the
(3)ステップS03では、ウェーハ099は再度搬送ロボット206により搬送され、本体部シャッター207を通り、検出されたウェーハ方向に基づき本体部102のステージ(図示せず)に載置される。
(3) In step S03, the
(4)ステップS04では、検査の際の条件設定が行われる。各種条件の設定は、従来の検査装置と同様に操作・制御部103から行うことができるようになっている。また、条件設定の際には、ウェーハ099上に作成された半導体デバイスのパタンを用い、ウェーハのアライメントが行われる。なお、アライメントの手法は従来の検査装置の手法を踏襲し、検査装置のステージ座標系とウェーハ099上に作成された半導体デバイスのパタンがもつ座標系との回転補正等を行うものとする。また、検査対象がベアウェーハ等パタンのない場合、ウェーハ外周上任意の3点の座標を用いたセンター補正と、Vノッチ等ウェーハ基準上の2点でθ補正を行うことが望ましい。さらに、検査条件の設定するためには、従来の検査装置と同様に、パタン検査であればウェーハ099上に作成された半導体デバイスのダイサイズ(回路サイズ)等設計情報が入力される。この際、従来の検査装置の機能を踏襲し、観察カメラからの情報を基にダイのサイズを計測、またはダイサイズ等情報を直接入力してパタンの配列図を作成できるものとする。なお、検査感度を決定するしきい値や他の検査パラメータ等は従来の検査装置が持つ機能、設定方法を踏襲することで高い精度の検査が行えるようになっているものとする。
(4) In step S04, conditions for inspection are set. Various conditions can be set from the operation /
(5)ステップS05では、異物・欠陥の検査が本体部(光学顕微鏡)102において行われる。パタン検査では、ウェーハ099上に多数形成された同じ種類のパタンを持つ隣同士のダイ、または同じ繰り返しパタンを有するメモリーデバイスのメモリーマット内で、パタン画像が取得される。そして、それら同じパタンを比較処理しながら、その結果、異なったパタンと判断したものが異物・欠陥として検出される。なお、異物・欠陥の検出に関し、ステップS04で設定された検査条件(しきい値を含む)により欠陥個数が変化する。そこで、本システム10は、検出される欠陥数が任意に設定した検査条件(しきい値を含む)に連動して変化していく様子が確認できる機能を備えている。
(5) In step S <b> 05, the foreign body / defect inspection is performed in the main body (optical microscope) 102. In the pattern inspection, a pattern image is acquired in the adjacent dies having the same type of pattern formed on the
(6)ステップS06では、ウェーハ099上に作成されたパタンのサイズ等の設計情報と、検出された欠陥・異物の座標情報が入った検査データが、検査結果として出力される。この際、それらの情報を基に、ウェーハ上に欠陥位置を記した欠陥MAPが出力されることが望ましい。図6は、欠陥MAPの例を示している。従来の検査装置と同様に欠陥の特徴、例えば大きさ毎に表示方法を変更できることが望ましい。ステップS06で得られた検査結果が、XY座標系で表される場合には、処理はステップS07に移行する。一方、散乱光による欠陥検査装置等、検査装置側のステージがrθステージの場合には、元々極座標での欠陥・異物の座標情報を持つため、処理はそのままステップS08に移行する。
(6) In step S06, inspection data including design information such as the size of the pattern created on the
(7)ステップS07では、XY座標系で表される欠陥・異物の座標情報のrθ座標系への変換が行われる。欠陥の座標情報は、一般的に、パタンまたはステージ上の任意の点からの座標や、ウェーハ099上のダイのアドレスと各ダイの原点からの座標で表示される。各ダイの原点からの座標をそれぞれx、yとすると、rθ座標系への変換は式1により実現できる。そして、本実施形態では、欠陥の座標情報を複数の形式で持ち、それぞれに関してrθ座標系への変換を行うものとする。なお、ダイのアドレスは、任意に設定した基準ダイ601の位置を(0,0)とし、基準ダイを原点としたXY座標面でx、yそれぞれを整数で表すのが一般的である。また、変換した座標情報は、図示しないメモリ部に保存、又は/及び図示しないネットワークや他の媒体を介して他の装置又はシステムに送信するようにしてもよい。
(7) In step S07, the coordinate information of the defect / foreign matter expressed in the XY coordinate system is converted into the rθ coordinate system. The defect coordinate information is generally displayed as coordinates from an arbitrary point on the pattern or stage, or from the address of the die on the
(8)ステップS08では、ステップS03とは逆に、ウェーハ099は、本体部102のステージ上から搬送ロボット206により観察部100に搬送され、観察部100のrθステージ203のウェーハチャック210上に載置される。
(8) In step S08, contrary to step S03, the
(9)ステップS09では、真空排気機構204により、電子線が照射可能な真空度まで、試料室202が減圧される。本実施形態では、rθステージ203を採用するため、XYステージと比較して試料室202の容積をより小さく設計できる。よって、真空排気時間を短縮することができる。また、通常ウェーハアライナーのチャックは真空吸着方式が用いられることが多いが、本実施形態では、試料室202内が減圧されるため、エッジグリップ等、他の方式または併用が望ましい。
(9) In step S09, the
(10)ステップS10では、ステップS07の異物・欠陥座標情報に基づいて、対物レンズ406下に特徴物(異物・欠陥とされたもの)が位置するようにウェーハ099を移動させ、それら特徴物を観察する。観察には検査装置から得られる座標情報(直交座標系)を極座標系に変換し、観察対象物位置にrθステージ203を移動させ観察が行われるが、rθステージ203上にウェーハ099を載せる際に発生するずれ、例えばθ方向のずれやrθステージ203の回転軸(極座標の原点)とウェーハ座標の原点(直行座標の原点)のずれ等により、座標情報(直交座標系)を極座標系に変換しただけでは正確な観察ができない場合がある。
(10) In step S10, based on the foreign object / defect coordinate information in step S07, the
そこで、観察前に毎回ウェーハ座標系とrθステージ座標系のずれ量の確認とその補正(アライメント)を行う。アライメントに際しては、半導体デバイスの設計情報、例えばダイサイズ、ダイの配列情報(例えば、10mm×10mmのダイが何個あるか等)、原点の座標等を用いる。ただし、検査装置の条件設定時に入力した情報を流用すれば、新たな入力の手間を省くことができる。なお、以下、ステップS10の処理について詳細に説明する。 Therefore, the amount of deviation between the wafer coordinate system and the rθ stage coordinate system is confirmed and corrected (alignment) every time before observation. For alignment, semiconductor device design information such as die size, die arrangement information (for example, how many dies of 10 mm × 10 mm, etc.), coordinates of the origin, and the like are used. However, if the information input at the time of setting the conditions of the inspection apparatus is diverted, the labor of new input can be saved. Hereinafter, the process of step S10 will be described in detail.
i)まず、図13を用いてウェーハ座標系1301とrθステージ座標系1302で、θ方向にαのずれと、各々の座標原点に(a,b)ずれが存在した場合の補正について説明する。ウェーハ座標系1302上で基準となる2点を選択するが、Y座標が同一の点を選択した場合を例に説明する。また基準点はウェーハ座標系の各ダイの原点やアライメントマーク等確認しやすい箇所が望ましい。基準点の座標を(Xa1,Y)、(Xa2,Y)とし、それぞれを極座標変換した際の座標を(r1,θ1)、(r2,θ2)、実際に基準点が存在するrθステージ座標系上での座標をそれぞれ(r3,θ3)、(r4,θ4)とすると、ウェーハ座標系1301とrθステージ座標系1302のθ方向のずれ量αは式2から求められる。
i) First, with reference to FIG. 13, a description will be given of correction when there is a shift of α in the θ direction and a shift of (a, b) at each coordinate origin in the wafer coordinate
また、ウェーハ座標系の原点1303は、本体部(検査装置)102から欠陥座標情報とともに得られるので、ウェーハ座標系上の任意の点(r’,θ’)のrθステージ座標系上での欠陥座標(r,θ)は式3の座標変換式で求めることができる。
Since the
さらに、アライメントに用いるパタンの画像と、そのパタンの座標情報を登録することで、従来通り自動でアライメントが行えるものとする。この際、rθステージ203では観察位置によりパタンの天地が反転するなど観察像のローテーションが発生するが、後述する画像補正により、従来どおり登録する画像を最小限にすることができるものとする。
Furthermore, by registering the pattern image used for alignment and the coordinate information of the pattern, it is assumed that alignment can be automatically performed as usual. At this time, the rotation of the observation image occurs, for example, the pattern top and bottom is inverted depending on the observation position on the
rθステージ203における観察では、θの値によりウェーハ099は回転するため、試料上の電子ビームの走査方向とCRT側の走査方向が同一の場合、θの値分回転した像が表示される。図7に45°回転した場合の例を示す。45°回転した場合観察位置702上のパタンは、45°回転したウェーハ上のパタン703の通りθの値によりパタンが回転してしまう。45°回転したウェーハ099上のパタン703に対し、CRTと同様に電子線400を水平方向にスキャンした704の場合、水平スキャンでの観察像705のようにCRT上でもパタンは45°回転している。そこで、試料上の観察対象物のθの値にあわせ、電子ビームの走査方向を変えることで像の回転を補正し、45°方向にスキャンした706の場合、観察像707のように常にウェーハ099上に作成されたパタンの上下を正確に表示できるものとする。
In the observation on the
像の回転補正は、保存した画像をソフト的に回転補正する手法により、或いは、自動観察後の確認およびアライメント用登録画像を用いることにより、実現可能である。図7に示されるように、例えば、水平スキャンでの観察像705を電子データとして保存し、θの値にあわせソフト的に回転補正し保存し直すことで708のようにパタンの上下を正確に表示できるようになっている。
Image rotation correction can be realized by a method of performing rotation correction on a stored image in software, or by using a confirmation and alignment registration image after automatic observation. As shown in FIG. 7, for example, the
また、従来の電子顕微鏡と同様に、数値入力による手法やインターフェイス上の調整つまみの回転等に連動して、CRT上に回転補正された像が表示できるようになっている。これにより、前述の欠陥座標情報からの回転補正で補正しきれないθのずれがあった場合に微調整できるようになっている。さらに、上記微調整時のθ補正量をθ補正のオフセット量として図示しないメモリに登録できる機能を持たせることにより、自動でレビュー(観察)を行う際に、より高精度の観察が行えるようにすることができる。 In addition, as with a conventional electron microscope, a rotation-corrected image can be displayed on a CRT in conjunction with a numerical input method or the rotation of an adjustment knob on an interface. Thus, fine adjustment can be made when there is a shift of θ that cannot be corrected by the rotation correction from the defect coordinate information described above. Furthermore, by providing a function that allows the θ correction amount at the time of fine adjustment to be registered in a memory (not shown) as an θ correction offset amount, it is possible to perform observation with higher accuracy during automatic review (observation). can do.
ii)さらに、画面内で欠陥の位置が確認しづらい場合、隣接するダイの同一ダイ内座標(x,y)へ移動して欠陥か否かの確認を行うことがある。XYステージの場合、同一ダイ内座標への移動はダイピッチのサイズ情報をもとに移動が行われる。これに対して、rθステージ203においてもx、y方向のダイピッチ、移動先のダイアドレス(X,Y)をもとに式4により移動が可能である。
ii) Further, when it is difficult to confirm the position of the defect on the screen, the defect may be moved to the same in-die coordinate (x, y) of the adjacent die to confirm whether or not it is a defect. In the case of the XY stage, movement to the same in-die coordinates is performed based on die pitch size information. On the other hand, the
ここで、Dx:x方向ダイピッチ、Dy:y方向ダイピッチ、X:ダイアドレスX、Y:ダイアドレスY、である。 Here, Dx: x direction die pitch, Dy: y direction die pitch, X: die address X, Y: die address Y.
また、隣接ダイへの移動は自動で観察を行う際にも必要となる。自動観察では欠陥座標部の画像(欠陥画像)と隣接ダイの同一ダイ内座標の画像(参照画像)を取得し、その差分(差画像)から欠陥位置の特定が行われる。なお、観察位置の移動(隣接ダイへの移動)は、従来同様に、隣接ダイへの移動ボタンやダイアドレスの入力、ウェーハマップ上をクリック等で行えることが望ましい。さらにウェーハ上の任意の点への移動に関しても、XYステージでの移動と同様にダイマトリクス上のダイアドレスとXY座標系でのダイ内座標の入力で行えるものとし、自動で直行座標から極座標系に変換し移動が行えるものとする。 Moreover, the movement to the adjacent die is also necessary when performing observation automatically. In the automatic observation, an image of the defect coordinate portion (defect image) and an image of the coordinates in the same die of the adjacent die (reference image) are acquired, and the defect position is specified from the difference (difference image). Note that it is desirable that the observation position can be moved (moved to the adjacent die) by inputting a move button or a die address to the adjacent die, clicking on the wafer map, or the like, as in the past. Furthermore, the movement to any point on the wafer can be performed by inputting the die address on the die matrix and the coordinates in the die in the XY coordinate system, as in the movement on the XY stage. It is assumed that it can be converted to
ベアウェーハ等パタンのないウェーハの観察を行う場合には、検査と同様に、ウェーハ外周上任意の3点の座標を用いたウェーハセンターの算出・補正と、Vノッチ等ウェーハ基準上の2点でθ補正を行うことが望ましい。この作業は従来のレビューSEMと同様マニュアルもしくは自動で行うことができる。 When observing a wafer that has no pattern, such as a bare wafer, the wafer center calculation / correction using the coordinates of any three points on the wafer periphery, and two points on the wafer reference, such as a V-notch, as in the inspection. It is desirable to perform θ correction. This operation can be performed manually or automatically as in the conventional review SEM.
iii)続いて、ウェーハエッジ部の観察に関して、図8乃至10を用いて説明する。図8は、ウェーハ099に対し垂直方向から電子線400を照射する場合の構成例を示す図である。図8に示されるように、垂直に電子線400を照射する場合、ウェーハ099の全面の観察を行うため、電子線照射を行う電子銃部401およびカラム部402は、rθステージ203のr稼動方向の線上に設置される。また、反射電子検出器801及び二次電子検出器803の一方又は両方が、ウェーハ099の上方に、単一又は複数個設置される。設置する個数は、反射電子および二次電子信号の収率の高さ、配置スペース等に基づいて決定される。複数配置した場合には、検出器を切り替えることで得られる情報が変化するため、光学系201は、従来の電子顕微鏡と同様の機能を有するものとする。
iii) Next, the observation of the wafer edge portion will be described with reference to FIGS. FIG. 8 is a diagram illustrating a configuration example in the case where the
図8の場合の観察位置への移動は、パタン付ウェーハの観察と同様にrθ座標系の欠陥座標情報に基づいて実行される。 The movement to the observation position in the case of FIG. 8 is executed based on the defect coordinate information of the rθ coordinate system, similarly to the observation of the patterned wafer.
また、図8の場合、ウェーハ099に対して垂直方向からの電子線400の照射は、最も一般的な手法であるが、観察可能な範囲はフロントベベルと表面だけである。フロントベベルの観察が可能であれば、ウェーハ割れの原因となるひび、傷等の確認は可能と思われる。ただし、より詳細に観察する場合後述の手法と併用することが望ましい。
In the case of FIG. 8, the irradiation of the
図9は、水平方向に電子光学系201を設置した例を示す図である。この場合、反射電子検出器802は、電子線400の照射される水平位置に設置される。従って、図1や2において、電子光学系201はy軸方向に突出する常態となる。二次電子検出器803は、ウェーハ099の上方または下方に設置される。また、垂直方向からの照射と同様に、反射電子検出器802及び二次電子803の一方又は両方は、それぞれ単一又は複数設置されるものとする。設置する個数は反射電子および二次電子の収率の高さ、配置スペース等に基づいて決定される。複数配置した場合、検出器を切り替えることで得られる情報は変化するため、電子光学系201は、従来の電子顕微鏡と同様の機能を有するものとする。
FIG. 9 is a diagram showing an example in which the electron
水平方向に電子光学系201を設置した場合(図9の場合)、観察可能な範囲はバックベベル部分、トップ部分、フロントベベル部分である。図9の構成の場合、電子光学系201の対物レンズとウェーハ099の距離(WD: Working Distance)をrの稼動により変えられるように、電子線照射を行う電子銃部401およびカラム部402は、rθステージ203のr稼動方向と同一方向に設置される。WDを短くすることで高分解能観察が可能となり、WDを広くすることで電子線のスキャン幅を大きくでき、光学像と同様な広範囲の観察が可能である。なお、水平位置に設置された電子光学系201とウェーハ099のWDを設定した際、その設定値に対応して、観察対象物の座標が変換されるものとする。
When the electron
また、水平方向に電子光学系を201設置した場合(図9)のrθステージ203の回転中心と観察対象物の中心とのアライメントも、観察時のθ、rの値から行うことができる。特に、rに関して、rθステージ203の回転中心とウェーハ099の中心のずれは、ステージ203を回転させたときに偏芯として表れ、r稼動部と同一方向を観察する際、WDのずれ、すなわちフォーカスのずれとなる。そこで、観察位置の予め設定されたフォーカス値と観察対象物の距離の関係からウェーハの中心位置を求めることが可能となる。同様に、回転補正もVノッチ等、ウェーハの基準上の2点の位置とフォーカスのずれ量からθ補正量の算出が可能である。
Further, when the electron
図10は、ウェーハ099に対して電子線400を傾斜させて照射させた場合の電子光学系201の構成例を示す図である。この場合、反射電子検出器802は電子線400の照射される位置に、二次電子検出器803はウェーハ099の上方に設置することが望ましい。また、垂直方向からの照射(図8)の場合と同様に、一方または両方の検出器を、それぞれ単一または複数設置する。設置する検出器の個数と電子線の照射角度は、上述同様、反射電子および二次電子の収率の高さ、配置スペース等に基づいて決定される。検出器を複数配置した場合、検出器を切り替えることで得られる情報は変化するため、電子光学系201は従来の電子顕微鏡と同様の機能を有している。
FIG. 10 is a diagram illustrating a configuration example of the electron
電子線400を傾斜させて照射させた場合、図10で示されるように、トップ部分、フロントベベル部分、表面の観察が可能となる。なお、従来のウェーハ裏面検査装置のように、ウェーハ099を反転させる機構と、裏面に触れないチャック、例えばサイドチャックを用いれば、バックベベル部分、裏面の観察が可能である。
When the
また、電子線400を傾斜させて照射させた場合、陰影像が得られるため立体的な観察が可能であり、微細な凹凸、例えばマイクロスクラッチ等の観察に適している。このように電子線を傾斜させて照射させる構成のみで電子光学系201を実現する場合、得られる像が陰影像のみになり、rθステージ203では観察場所により陰影の方向が異なるが、画像を複数登録することで自動アライメントにも対応可能である。
Further, when the
図14はアライメントの概略を示一例の図である。アライメント(ウェーハアライメント)とは、ウェーハ座標系と異なる座標系(ここではステージ座標系)でウェーハ座標系上の特異点に移動できるようにするため、座標系間のずれの補正を行うことを指す。ハード的にはウェーハとステージの位置補正があり、ソフト的には座標変換式の算出があり、通常両方が行われる。 FIG. 14 is an example of an outline of alignment. Alignment (wafer alignment) refers to correction of displacement between coordinate systems to enable movement to a singular point on the wafer coordinate system in a coordinate system different from the wafer coordinate system (here, the stage coordinate system). . In terms of hardware, there is a position correction of the wafer and the stage, and in terms of software, a coordinate conversion equation is calculated, and both are usually performed.
補正はダイ原点等の指定した点(アライメントポイント)の座標と、実際にアライメントポイントが存在する座標からずれ量を算出し補正が行われる。自動でアライメントを行う場合、ウェーハ上に作成された特徴的なパタンとアライメントポイントの位置関係からアライメントポイントが特定される。またパタンの特定は、予め登録された特徴的なパタンの画像と実際のウェーハ上の画像とを重ね合わせ処理し、最も一致する部分が登録箇所として特定される。 The correction is performed by calculating a deviation amount from the coordinates of a designated point (alignment point) such as the die origin and the coordinates where the alignment point actually exists. When the alignment is performed automatically, the alignment point is identified from the positional relationship between the characteristic pattern created on the wafer and the alignment point. Further, the pattern is specified by superimposing the characteristic pattern image registered in advance and the actual image on the wafer, and the most coincident portion is specified as a registered location.
rθステージ座標系とXYステージ座標系でのアライメントの違いを、図15を用いて説明する。図15では同一X座標かつrθステージ203の回転軸をはさんで存在する2点a、bの位置にある特徴的なパタンをAの方向から傾斜観察した例である。XYステージではステージは平行に移動するため、陰影の方向に違いは出ない。そのためaの位置で画像を登録すれば、bの位置での位置合わせにも使用が可能である。
Differences in alignment between the rθ stage coordinate system and the XY stage coordinate system will be described with reference to FIG. FIG. 15 shows an example in which a characteristic pattern at the positions of two points a and b existing with the same X coordinate and across the rotation axis of the
しかし、rθステージ203では見かけ上照射の方向が変化する(陰影の方向が異なる)ため複数の画像登録が必要となる。
However, the
図16は同一X座標かつrθステージ203の回転軸をはさまず2点a、bを抽出した場合の一例の図である。この例では特徴的なパタンをAの方向から傾斜観察した場合、陰影の方向に違いは出ず、aの位置で画像を登録すれば、bの位置での位置合わせにも使用が可能である。登録する画像が少なければ、自動観察条件作成時の労力低減と画像保存に必要な記憶領域が少なく済む反面、近傍位置でのアライメントになるため補正精度が低いことが懸念される。
FIG. 16 is an example of a case where two points a and b are extracted without interposing the rotation axis of the
また、r方向の稼動範囲がウェーハの半径以上であれば回転軸をはさんでの平行移動が可能である。r方向の稼動範囲がウェーハの直径と同じであれば同一X座標上でウェーハ全面での平行移動が可能となる。 Further, when the operating range in the r direction is equal to or larger than the radius of the wafer, the translation can be performed across the rotation axis. If the operating range in the r direction is the same as the diameter of the wafer, the entire wafer can be translated on the same X coordinate.
しかし、r方向の稼動範囲がウェーハの半径と同じ場合に対し、r方向の稼動範囲がウェーハの直径と同じ場合のステージ稼動範囲は4/3倍になる(XYステージに対しては1/2倍)。本実施形態では、前述の3手段の中から状況に応じて最適な手法が選択できるようになっている。 However, when the operating range in the r direction is the same as the radius of the wafer, the stage operating range is 4/3 times when the operating range in the r direction is the same as the diameter of the wafer (1/2 for the XY stage). Times). In the present embodiment, an optimum method can be selected from the above-mentioned three means according to the situation.
図8乃至10で示された電子光学系の構成(照射方法)を単独または組み合わせることにより、目的に合わせた装置構成を実現することができる。さらに、EDS(Energy Dispersion X-ray Spectrometry)等、他の検出器を組み合わせれば、従来のSEMと同様に別の目的に応じた解析ができるようになる。 By combining the configuration (irradiation method) of the electron optical system shown in FIGS. 8 to 10 alone or in combination, an apparatus configuration suited to the purpose can be realized. Furthermore, when other detectors such as EDS (Energy Dispersion X-ray Spectrometry) are combined, analysis according to different purposes can be performed as in the conventional SEM.
iV)ステップS10の観察は、従来の半導体SEM観察装置と同様に隣接するダイとの比較により自動で行うことができる。この場合、自動観察の際検出された特徴物の座標だけでなく、隣接するダイの同一ダイ内座標上へ移動する必要があるが、本実施形態では観察対象物の座標を極座標に変換するだけでなく、隣接ダイの同一ダイ内座標の極座標変換を行うものとする。この隣接ダイの同一ダイ内座標の極座標情報はマニュアルでの観察時にも使用できるので、パタン不良等観察対象物だけでは欠陥位置を判別しづらい場合に有効である。そのため、本実施形態でも、従来の観察装置と同様に、欠陥マップ上の特定ダイを選択することにより同一ダイ内座標へ移動できるのが好ましい。 iV) The observation in step S10 can be automatically performed by comparison with adjacent dies in the same manner as in a conventional semiconductor SEM observation apparatus. In this case, it is necessary to move not only to the coordinates of the feature detected in the automatic observation but also to the coordinates within the same die of the adjacent die, but in this embodiment, only the coordinates of the observation object are converted to polar coordinates. Instead, polar coordinate conversion of the coordinates in the same die of adjacent dies is performed. Since the polar coordinate information of the coordinates in the same die of the adjacent die can be used during manual observation, it is effective when it is difficult to determine the defect position with only the observation object such as a pattern defect. Therefore, also in this embodiment, it is preferable to be able to move to the same in-die coordinates by selecting a specific die on the defect map, as in the conventional observation apparatus.
V)自動観察での特徴物観察の順序は、一般的には、検査装置から出力される欠陥IDや、特徴物のXY座標系での座標情報から最短距離を算出してその距離の順序に沿って行われる。本実施形態では、ステップS07で算出された極座標での欠陥座標情報から最短距離で移動可能な順序を算出し、効率的な自動レビューができる順序で観察が行われる。また、rθステージ203では、r、θ方向の稼動で速度、停止制度に性能差が予想されることから、性能差に応じた順序設定も考慮に入れることが望ましい。
V) The order of feature observation in automatic observation is generally calculated by calculating the shortest distance from the defect ID output from the inspection apparatus and the coordinate information of the feature in the XY coordinate system, and in order of the distance. Done along. In the present embodiment, the order in which movement is possible at the shortest distance is calculated from the defect coordinate information in polar coordinates calculated in step S07, and observation is performed in an order that enables efficient automatic review. In addition, in the
(11)ステップS11では、観察した検査結果(異物・欠陥と判断されたもの)に擬似欠陥が含まれるか判断される。擬似欠陥が含まれる場合には、処理はステップS03に移行して、再度条件設定(しきい値の設定)が実行される。より具体的には、ステップS03において、再度搬送ロボット206により搬送され、本体部シャッター207を通り、検出されたウェーハ方向に基づき本体部102のステージ上へ置かれる。ステップS11において、議事欠陥が含まれないと判断された場合には、処理は終了する。この場合、搬送ロボット206によりウェーハ099はウェーハポッド104へ戻される。
(11) In step S11, it is determined whether the observed inspection result (determined as a foreign object / defect) includes a pseudo defect. If a pseudo defect is included, the process proceeds to step S03, and condition setting (threshold value setting) is executed again. More specifically, in step S03, the wafer is transferred again by the
<応用例>
図11に示すとおり、観察部100を複数台設置し、自動レビューを平行して処理することで、高速な検査・レビューを実現できる。観察部100によるレビュー処理の方が、本体部(検査装置)102の処理よりも時間が掛かる。そのため、観察部100の数を多くすることにより、スループットを向上している。
<Application example>
As shown in FIG. 11, high-speed inspection / review can be realized by installing a plurality of
また、図12のように観察機能に特化し、複数のレビュー処理を並行して実行することにより、従来のレビューSEMと比較して大幅にスループットを向上させることができる。 Further, as shown in FIG. 12, by specializing in the observation function and executing a plurality of review processes in parallel, the throughput can be significantly improved as compared with the conventional review SEM.
<まとめ>
本実施形態における異物・欠陥検査・観察システムでは、ウェーハ上の異物や欠陥を検出して、その座標情報を出力し、検出された異物や欠陥を、レビューSEMを含む観察部で観察する。そして、観察部は、試料室内にプリアライナーとして機能する回転ステージと、この回転ステージを回転軸と垂直の一方向に移動させるステージ移動部とを有している。つまり、この回転ステージをプリアライナー用ステージ及び観察用の試料ステージの双方として機能させている。このようにすることにより、従来の欠陥検査装置のサイズを大幅に変えることなく、フットプリントを増大によるCoOの悪化を防止することが可能となる。また、従来の異物・欠陥検査装置に搭載されていた光学式の観察機能では判別できない微細な異物・欠陥を、他の観察装置を介することなく、高分解能観察することが可能となる。
<Summary>
In the foreign substance / defect inspection / observation system according to the present embodiment, a foreign substance or defect on a wafer is detected, coordinate information is output, and the detected foreign substance or defect is observed by an observation unit including a review SEM. The observation unit includes a rotation stage that functions as a pre-aligner in the sample chamber and a stage moving unit that moves the rotation stage in one direction perpendicular to the rotation axis. That is, this rotary stage functions as both a pre-aligner stage and an observation sample stage. By doing so, it is possible to prevent the deterioration of CoO due to the increased footprint without significantly changing the size of the conventional defect inspection apparatus. Further, it becomes possible to perform high-resolution observation of a fine foreign matter / defect that cannot be discriminated by an optical observation function mounted on a conventional foreign matter / defect inspection apparatus without using another observation device.
また、設定された検出信号に関するしきい値に基づいて、ウェーハにおける擬似欠陥と区別しながら異物及び欠陥を検出する。そして、観察部による観察の結果、光学式検査部によって検出された異物及び欠陥とされた対象物に擬似欠陥が含まれている場合には、しきい値を高く設定し直して、再度異物・欠陥の検査及び観察を実行する。これにより、欠陥検出の条件設定を最適化することができ、よってDOIと擬似欠陥とを正確に区別できない光学式顕微鏡による欠陥検査の欠点を補うことができる。 Further, based on a threshold value relating to the set detection signal, foreign matter and defects are detected while being distinguished from pseudo defects in the wafer. Then, as a result of observation by the observation unit, if the foreign object detected by the optical inspection unit and the target object as a defect include a pseudo defect, the threshold value is set high again, and the foreign object Perform defect inspection and observation. Thereby, it is possible to optimize the condition setting for defect detection, and thus it is possible to compensate for the defect of defect inspection using an optical microscope that cannot accurately distinguish between DOI and pseudo defects.
また、観察部の試料室を真空状態にする真空形成手段を備える。上述のように、プリアライナー用ステージと試料観察用ステージとを共通としているので、観察部の試料室を小型化することができる。よって、試料室を真空にする時間を短縮でき、観察準備の時間を短縮できる。これもスループット向上に資する特徴である。 Moreover, the vacuum forming means which makes the sample chamber of an observation part a vacuum state is provided. As described above, since the pre-aligner stage and the sample observation stage are shared, the sample chamber of the observation unit can be reduced in size. Therefore, the time for evacuating the sample chamber can be shortened, and the observation preparation time can be shortened. This is also a feature that contributes to throughput improvement.
さらに、電子光学系は、被検査物に対して、垂直方向、水平方向、及び傾斜方向の少なくとも1つの方向から荷電粒子線を照射する照射手段を有する。これにより、被検査物の表面及び端部の観察を可能としている。このような構成を採ることにより、半導体基板のエッジ部分の高分解能観察というニーズに対応し、半導体基板の割れ、半導体基板周辺での歩留低下要因の検知・管理という課題に対応できるようになる。 Furthermore, the electron optical system includes an irradiation unit that irradiates the object to be inspected with a charged particle beam from at least one of a vertical direction, a horizontal direction, and a tilt direction. Thereby, observation of the surface and edge part of a to-be-inspected object is enabled. By adopting such a configuration, it will be possible to meet the needs of high-resolution observation of the edge portion of the semiconductor substrate, and to cope with the problem of detecting and managing cracks in the semiconductor substrate and the cause of yield reduction around the semiconductor substrate. .
また、異物及び欠陥の座標情報がXY座標系で表される場合には、ウェーハの所定の点を原点として、座標情報を極座標系の座標情報に変換される。そして、この極座標系の座標情報に基づいて、対応の異物及び欠陥が観察可能なように回転ステージ及びステージ移動手段を動作させると共に、欠陥情報で表現される画像を回転補正する。回転補正の手段としては、荷電粒子線のスキャン方向を制御する方法、画像を画像処理により回転補正する方法が考えられる。これにより、極座標系での異物・欠陥観察が可能となる。よって、ステージの稼動範囲を最小限に抑えながらウェーハを満遍なく観察することができるので、XY座標系のステージと比較して試料室、ひいてはシステムを小型化することができる。 When the coordinate information of the foreign matter and the defect is expressed in the XY coordinate system, the coordinate information is converted into the coordinate information of the polar coordinate system with a predetermined point on the wafer as the origin. Then, based on the coordinate information of the polar coordinate system, the rotary stage and the stage moving means are operated so that the corresponding foreign matters and defects can be observed, and the image represented by the defect information is rotationally corrected. As a means for rotational correction, a method for controlling the scanning direction of the charged particle beam and a method for rotationally correcting an image by image processing are conceivable. This makes it possible to observe foreign matter / defects in a polar coordinate system. Therefore, since the wafer can be observed evenly while minimizing the operating range of the stage, the sample chamber and thus the system can be downsized as compared with the stage of the XY coordinate system.
ウェーハに形成された1つのパタン上の異物及び欠陥の座標情報に基づいて観察して得られた欠陥情報(欠陥画像等)と、上記パタンの異物及び欠陥の座標情報に対応する隣接パタン内の位置を観察して得られた観察情報(観察画像)とを出力し、両者を比較可能なようする。これにより、パタン不良等によって観察対象物だけでは欠陥位置を判別しづらい場合に、欠陥位置を特定することができる。 Defect information (defect image, etc.) obtained by observation based on the coordinate information of the foreign matter and defect on one pattern formed on the wafer, and the adjacent pattern corresponding to the coordinate information of the foreign matter and defect of the pattern Observation information (observation image) obtained by observing the position is output so that both can be compared. Thereby, the defect position can be specified when it is difficult to determine the defect position with only the observation object due to a pattern defect or the like.
さらに、ウェーハに対して傾斜方向から荷電粒子線(電子線)を照射することにより、ウェーハの表面、端部の斜角面、及び端部の頂面に関する欠陥情報(欠陥画像)を検出する。このとき、ウェーハの載置ずれによって回転ステージの座標とウェーハ上の座標とが一致していない場合がある。正確に欠陥を観察するには、座標系のアライメントをしなければならない。このために、ウェーハ上の特徴的なパタンを予め登録しておき、実際に載置されたウェーハ上で登録された特徴的なパタンとマッチングを実行することにより座標系のアライメントが可能となる。単に回転のみできるステージにおいて、斜め方向から電子線を照射した場合には、特徴パタンの陰影が異なり、精度よくパタンマッチングが行えないが、本発明の回転ステージは回転のみならずr方向にも移動可能なので、陰影の方向に違いを出さずにパタンマッチングを実行できる。よって、正確なパタンマッチングが可能となり、よって正確な座標補正が可能となる。 Further, by irradiating the wafer with a charged particle beam (electron beam) from an inclined direction, defect information (defect image) relating to the surface of the wafer, the oblique surface of the end portion, and the top surface of the end portion is detected. At this time, the coordinates of the rotary stage and the coordinates on the wafer may not coincide with each other due to the wafer placement error. In order to observe defects accurately, the coordinate system must be aligned. For this purpose, the coordinate system can be aligned by previously registering a characteristic pattern on the wafer and executing matching with the characteristic pattern registered on the actually mounted wafer. When an electron beam is irradiated from an oblique direction on a stage that can only be rotated, the shadow of the characteristic pattern is different and pattern matching cannot be performed accurately. However, the rotary stage of the present invention moves not only in the rotation but also in the r direction. Since it is possible, pattern matching can be executed without making a difference in the direction of shadow. Therefore, accurate pattern matching is possible, and thus accurate coordinate correction is possible.
なお、観察部を複数台設置し、自動レビューを平行して処理することで、高速な検査・レビューを実現できる。さらに観察機能に特化し、レビューの並行処理により従来のレビューSEMに対し大幅なスループット向上が実現できる。 In addition, by installing multiple observation units and processing automatic reviews in parallel, high-speed inspection / review can be realized. Furthermore, specializing in the observation function, it is possible to realize a significant throughput improvement over the conventional review SEM by parallel processing of reviews.
099:ウェーハ、100:観察部、101:搬送部、102:本体部、103:操作部、104:ウェーハポッド、105:オープナー、201:電子光学系、202:試料室、203:rθステージ、204:真空排気装置、205:除震機構、206:搬送ロボット、207:本体シャッター部、208:ウェーハ基準検出器、210:ウェーハチャック、211:ウェーハチャック稼動範囲、301:rθステージの稼動範囲、302:XYステージの稼動範囲、400:電子線、401:電子銃部、402:カラム部、403:電子線源、404:コンデンサレンズ、405:偏向コイル、406:対物レンズ、407:信号検出器、408:信号増幅器、409:CRT側偏向コイル、410:CRT、411:偏向調整器、412:偏向増幅器、413:ウェーハ上パタン、414:ウェーハ上走査方向、415:CRT表示画像、416:CRT走査方向、600:パタン有りウェーハ欠陥マップ、601:基準ダイ、602:大異物・欠陥、603:中異物・欠陥、604:小異物・欠陥、605:パタン無しウェーハ欠陥マップ、702:観察位置、
703:45°回転したウェーハ上パタン、704:パタン上水平方向スキャン、704:パタン上水平方向スキャン、705:水平方向スキャン時の観察像、706:パタン上45°方向スキャン、707:45°方向スキャン時の観察像、708:ソフト的な回転補正後の観察画像、801:ウェーハエッジ部分、802:反射電子検出器、803:二次電子検出器、804:電子線を垂直照射時のチャックおよび検出器位置、805:電子線を水平照射時のチャックおよび検出器位置、806:電子線を傾斜照射時のチャックおよび検出器位置、1001:観察機構を複数搭載した検査装置の鳥瞰図、1101:観察機構を複数搭載した検査装置の一例を示す上面図、1301:ウェーハ座標系、1302:rθステージ座標系、1303:ウェーハ座標系原点
099: Wafer, 100: Observation section, 101: Transfer section, 102: Main body section, 103: Operation section, 104: Wafer pod, 105: Opener, 201: Electron optical system, 202: Sample chamber, 203: rθ stage, 204 : Vacuum evacuation device, 205: vibration removal mechanism, 206: transfer robot, 207: main body shutter unit, 208: wafer reference detector, 210: wafer chuck, 211: wafer chuck operating range, 301: rθ stage operating range, 302 : XY stage operating range, 400: electron beam, 401: electron gun unit, 402: column unit, 403: electron beam source, 404: condenser lens, 405: deflection coil, 406: objective lens, 407: signal detector, 408: Signal amplifier, 409: CRT side deflection coil, 410: CRT, 411: Deflection adjuster, 41 2: deflection amplifier, 413: pattern on wafer, 414: scanning direction on wafer, 415: CRT display image, 416: CRT scanning direction, 600: wafer defect map with pattern, 601: reference die, 602: large foreign matter / defect, 603: Medium foreign matter / defect, 604: Small foreign matter / defect, 605: Unpatterned wafer defect map, 702: Observation position,
703: Pattern on wafer rotated by 45 °, 704: Horizontal scan on pattern, 704: Horizontal scan on pattern, 705: Observation image during horizontal scan, 706: 45 ° scan on pattern, 707: 45 ° direction Observation image during scanning, 708: Observation image after soft rotation correction, 801: Wafer edge portion, 802: Backscattered electron detector, 803: Secondary electron detector, 804: Chuck during vertical irradiation of electron beam and Detector position, 805: chuck and detector position when electron beam is irradiated horizontally, 806: chuck and detector position when electron beam is tilted, 1001: bird's-eye view of an inspection apparatus equipped with a plurality of observation mechanisms, 1101: observation Top view showing an example of an inspection apparatus equipped with a plurality of mechanisms, 1301: Wafer coordinate system, 1302: rθ stage coordinate system, 130 : Wafer coordinate system origin
Claims (16)
前記被検査物の異物及び欠陥を検出し、異物及び欠陥の座標情報を出力する検査部と、
前記検査部で検出された前記被検査物の異物及び欠陥を観察するための観察部と、
前記検査部及び前記観察部に対して、前記被検査物の搭載及び取り出しを実行し、前記検査部と前記観察部との間で前記被検査物を搬送する搬送部と、
前記検査部と、前記観察部と、前記搬送部の動作を制御する制御部と、を備え、
前記観察部は、
前記被検査物が回転可能に載置される回転ステージと、
前記回転ステージに搭載された前記被検査物の基準位置を検出する基準位置検出手段と、
前記回転ステージを回転軸と垂直の一軸方向に移動させるステージ移動手段と、
前記回転ステージに搭載された前記被検査物に荷電粒子線を照射する電子光学系を有し、前記被検査物から発生する信号を検出して欠陥情報を取得する欠陥情報検出部と、
前記回転ステージを収容する試料室と、を備え、
前記制御部は、前記被検査物の異物及び欠陥の座標情報に基づいて、前記回転ステージの回転動作及び前記ステージ移動手段の移動動作を制御することを特徴とする異物・欠陥検査・観察システム。 A foreign matter / defect inspection / observation system that detects foreign matter and defects in an inspection object and outputs defect information.
An inspection unit for detecting foreign matter and defects of the inspection object and outputting coordinate information of the foreign matter and defects;
An observation unit for observing foreign matter and defects of the inspection object detected by the inspection unit;
For the inspection unit and the observation unit, the loading and unloading of the inspection object is performed, and a conveyance unit that conveys the inspection object between the inspection unit and the observation unit,
The inspection unit, the observation unit, and a control unit that controls the operation of the transport unit,
The observation unit is
A rotating stage on which the inspection object is rotatably mounted;
A reference position detecting means for detecting a reference position of the inspection object mounted on the rotary stage;
Stage moving means for moving the rotary stage in a uniaxial direction perpendicular to the rotation axis;
A defect information detection unit that has an electron optical system that irradiates a charged particle beam to the inspection object mounted on the rotation stage, detects a signal generated from the inspection object, and acquires defect information;
A sample chamber for housing the rotary stage,
The foreign matter / defect inspection / observation system, wherein the control unit controls the rotation operation of the rotary stage and the movement operation of the stage moving means based on coordinate information of the foreign matter and defects of the inspection object.
前記制御部は、前記微調整の結果を表示位置補正のオフセット量として記憶部に登録することを特徴とする請求項5に記載の異物・欠陥検査・観察システム。 Furthermore, a fine adjustment means for finely adjusting the display position of the image represented by the defect information,
The foreign matter / defect inspection / observation system according to claim 5, wherein the control unit registers the fine adjustment result as a display position correction offset amount in a storage unit.
前記制御部は、入力される指示に応じて、前記電子光学系に含まれる対物レンズと前記被検査物の端部との距離で規定される走査距離を変化させることを特徴とする請求項3に記載の異物・欠陥検査・観察システム。 When the electron optical system irradiates the object to be inspected with the charged particle beam from the horizontal direction, the irradiation direction of the charged particle beam is the same as the moving direction realized by the stage moving means of the rotary stage. Yes,
The control unit changes a scanning distance defined by a distance between an objective lens included in the electron optical system and an end of the inspection object in accordance with an input instruction. Foreign matter / defect inspection / observation system described in 1.
前記座標ずれが補正された後に、前記欠陥情報検出部は、前記被検査物の表面、端部の斜角面、及び端部の頂面に関する欠陥情報を検出することを特徴とする請求項13に記載の異物・欠陥検査・観察システム。 The control unit corrects a deviation between the coordinates of the rotary stage and the coordinates on the inspection object,
The defect information detection unit detects defect information related to a surface of the inspection object, an oblique surface of an end portion, and a top surface of the end portion after the coordinate deviation is corrected. Foreign matter / defect inspection / observation system described in 1.
前記制御部は、前記観察部による観察の結果、前記検査部によって検出された異物及び欠陥とされた対象物に前記擬似欠陥が含まれている場合には、前記検査条件を変更することを特徴とする請求項1に記載の異物・欠陥検査・観察システム。 The inspection unit detects the foreign matter and the defect while distinguishing it from the pseudo defect in the inspection object based on an inspection condition including a threshold regarding the set detection signal,
As a result of observation by the observation unit, the control unit changes the inspection condition when the foreign object detected by the inspection unit and the target object that is a defect include the pseudo defect. The foreign matter / defect inspection / observation system according to claim 1.
前記被検査物の異物及び欠陥を検出し、異物及び欠陥の座標情報を出力する検査部と、
前記検査部で検出された前記被検査物の異物及び欠陥を観察するための複数の観察部と、
前記検査部及び前記観察部に対して、前記被検査物の搭載及び取り出しを実行し、前記検査部と前記観察部との間で前記被検査物を搬送する搬送部と、
前記検査部と、前記観察部と、前記搬送部の動作を制御する制御部と、を備え、
前記複数の観察部のそれぞれは、
前記被検査物が回転可能に載置される回転ステージと、
前記回転ステージに搭載された前記被検査物の基準位置を検出する基準位置検出手段と、
前記回転ステージを回転軸と垂直の一軸方向に移動させるステージ移動手段と、
前記回転ステージに搭載された前記被検査物に荷電粒子線を照射する電子光学系を有し、前記被検査物から発生する信号を検出して欠陥情報を取得する欠陥情報検出部と、
前記回転ステージを収容する試料室と、を備え、
前記制御部は、前記被検査物の異物及び欠陥の座標情報に基づいて、前記回転ステージの回転動作及び前記ステージ移動手段の移動動作を制御することを特徴とする異物・欠陥検査・観察システム。 A foreign matter / defect inspection / observation system that detects foreign matter and defects in an inspection object and outputs defect information.
An inspection unit for detecting foreign matter and defects of the inspection object and outputting coordinate information of the foreign matter and defects;
A plurality of observation units for observing foreign objects and defects of the inspection object detected by the inspection unit;
For the inspection unit and the observation unit, the loading and unloading of the inspection object is performed, and a conveyance unit that conveys the inspection object between the inspection unit and the observation unit,
The inspection unit, the observation unit, and a control unit that controls the operation of the transport unit,
Each of the plurality of observation units is
A rotating stage on which the inspection object is rotatably mounted;
A reference position detecting means for detecting a reference position of the inspection object mounted on the rotary stage;
Stage moving means for moving the rotary stage in a uniaxial direction perpendicular to the rotation axis;
A defect information detection unit that has an electron optical system that irradiates a charged particle beam to the inspection object mounted on the rotation stage, detects a signal generated from the inspection object, and acquires defect information;
A sample chamber for housing the rotary stage,
The foreign matter / defect inspection / observation system, wherein the control unit controls the rotation operation of the rotary stage and the movement operation of the stage moving means based on coordinate information of the foreign matter and defects of the inspection object.
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