JP5164317B2 - 電子線による検査・計測方法および検査・計測装置 - Google Patents
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Description
従来この技術には光学式顕微鏡を応用したパターンの検査及び計測装置が用いられていたが,近年の半導体装置の微細化,製造工程の複雑化に対応するため,電子顕微鏡を応用した装置が普及しつつある。
電子顕微鏡を応用した装置の1つに,走査型電子顕微鏡(Scanning Electron Microscopy)を用いた回路パターンの検査装置(以下,SEM式検査装置とする)がある。このSEM式検査装置が検出する不良は,電気的特性不良,異物の付着,パターンの形状欠陥等多岐にわたり,特に,電気的特性不良は光学式検査装置では検出ができないため,SEM式検査装置特有の機能として半導体製造分野で注目を浴びている。
このSEM式検査装置による半導体装置の電気的特性不良の検出は,ウェハ表面に形成された回路パターンを帯電させ,それにより顕在化されるコントラストを用いて行われる。これは電位コントラスト法といわれ,半導体装置の電気的特性不良を検出するのに有効な手段である。
(1)一次電子線の照射により絶縁膜の表面領域の電荷が空間的に再配分され,表面の帯電電位が変化してしまい,絶縁膜表面本来の帯電電位が正確に測れない。
(2)SEM像の分解能を上げるため,前記一次電子線を予め数keVまで加速させ,その後ウェハホルダにリターディング電圧を印加することにより,数百〜1keV程度まで減速する手法は,荷電粒子を用いた検査・計測装置に広く適用されている。これにより,半導体装置の表面から放出した二次信号も,リターディング電位により数keVまで加速されることになる。しかし,上記エネルギーフィルタによるウェハ表面の帯電電位の測定には,上記二次信号を数eVまで減速させなければならないため,強い静電レンズ効果が発生し,前記一次電子線の分解能を低下させる可能性がある。このような悪影響を避けるため,より多くのグリッドを使い,二次信号のエネルギーを徐々に下げてS字カーブを測定する。エネルギーフィルタの構造が複雑になることで,二次信号の透過率の低下や使用条件の制限が生じてしまう。
(3)グリッド近辺の電位歪みによりエネルギーフィルタの分解能が低下してしまう。
以上説明したように,本実施例の装置においては、半導体装置の本来の表面帯電電位にほとんど影響を与えず,より正確に試料の表面電位を計測することができる。しかし,測定中Vcc条件の変更に伴い,絶縁膜の帯電電位に影響することもある。その場合は,画像取得毎に画像取得場所を変えればよい。また,必要に応じて紫外線或いは他の電子源を照射して帯電を緩和させればよい。
図5(a)に、実際にこれらのステップを実行した結果を示す。図5(a)に半導体装置を有するウェハ表面を負の帯電処理前後のS字カーブの測定結果(それぞれ,カーブ41,40)を示しており,両者のシフト量(AB)がウェハ帯電電位の変化に相当する。また,カーブ40,41を微分,規格化した結果は,カーブ42,43となる。両者のピークとなる位置C,Dと相当するVcc値の差が測定領域の帯電電位の変化に相当する。
まず,ステップ501において,ウェハ316が任意の棚に設置されたウェハカセットを,ウェハ搬送系322におけるカセット載置部323に置く。次に,ステップ502において,操作画面335より,計測すべきウェハ316を指定するために,該ウェハ316がセットされたカセット内棚番号を指定する。また,操作画面および操作部335より,計測条件ファイル名を入力する。この計測条件ファイルは,計測の内容を決めるための各種パラメータを組み合わせて構成されたものである。計測を実行するために必要な条件の入力を完了し,ステップ503において,自動計測のシーケンスをスタートする。
Claims (16)
- 電子源と、被検査試料を載置する試料台と、前記電子源から放出される一次電子線を前記被検査試料に集束させる対物レンズと、前記試料台と前記対物レンズとの間に配置された前記被検査試料の帯電制御を行う帯電制御電極とを備えた試料検査装置を用いて、前記被検査試料に対して前記一次電子線を照射し、放出される二次信号電子を検出することにより、前記被検査試料を検査する検査・計測方法において、
前記被検査試料の帯電電位を計測する工程と、
該計測された帯電電位の情報を基に前記帯電制御電極の電圧を変化させ、前記被検査試料の帯電電位を制御する工程とを備え、
前記帯電電位の計測工程は、
前記一次電子線の加速電圧を変化させ、放出される二次信号電子の電流強度と前記一次電子線の電流強度の比であるイールドが1になる前記一次電子線の加速電圧を抽出し、
前記帯電制御電極の電圧を変化させながら、該抽出した加速電圧で加速された前記一次電子線を照射して、前記一次電子線の照射により前記被検査試料から放出される二次信号電子の強度を計測し、
該計測された二次信号電子の強度の変化を、標準試料に該抽出した加速電圧で加速された前記一次電子線を照射して得られた二次信号電子強度の変化と比較することにより、前記被検査試料の帯電電位を判定することを特徴とする試料検査方法。 - 電子源と、被検査試料を載置する試料台と、前記電子源から放出される一次電子線を前記被検査試料に集束させる対物レンズと、前記試料台と前記対物レンズとの間に配置された前記被検査試料の帯電制御を行う帯電制御電極とを備えた試料検査装置を用いて、前記被検査試料に対して前記一次電子線を照射し、放出される二次信号電子を検出することにより、前記被検査試料を検査する試料検査方法において、
前記被検査試料の帯電電位を計測する工程と、
該計測された帯電電位の情報を基に前記帯電制御電極の電圧を変化させ、前記被検査試料の帯電電位を制御する工程とを備え、
前記帯電電位の計測工程は、
前記一次電子線の加速電圧を変化させ、放出される二次信号電子の電流強度と前記一次電子線の電流強度の比であるイールドが1になる前記一次電子線の加速電圧を抽出し、
前記帯電制御電極の電圧を変化させながら、該抽出した加速電圧で加速された前記一次電子線の照射により、前記被検査試料から放出される二次信号電子強度の変化からなる第1のS字カーブ及び第2のS字カーブを取得し、
前記第1のS字カーブ及び前記第2のS字カーブの二次信号電子の強度が同じ値を取る電位の差から、前記被検査試料の帯電電位を判定することを特徴とする試料検査方法。 - 請求項1に記載の試料検査方法において,
前記一次電子線を調整するに際して、前記一次電子線のビーム電流,照射面積,前記試料の電位分布の内,いずれか一つ以上を変化させることにより調整することを特徴とする試料検査方法。 - 請求項1に記載の試料検査方法において,
前記被検査試料に対して、前記イールドの一次電子線の照射エネルギーに対する依存性を測定して、前記一次電子線の照射エネルギーを調整することを特徴とする試料検査方法。 - 請求項4に記載の試料検査方法において、
前記イールドの一次電子線の照射エネルギーに対する依存性を測定するに際し、
前記イールドが既知の標準試料と前記被検査試料の検査対象領域に対して前記一次電子線を照射し、
前記標準試料の二次信号電子の強度と、該検査対象領域の二次信号電子から、前記検査対象領域の前記イールドを推定することを特徴とする試料検査方法。 - 請求項2に記載の試料検査方法において,更に、前記二次信号電子の強度を前記帯電制御電極により測定する試料検査方法であって、
前記被検査試料の表面電位を測定する際,予め電位が既知の導体試料を標準試料とし,前記電極の電位を変化させる度に当該標準試料からの二次信号電子の強度を検出し,前記二次信号電子の強度の前記帯電制御電極の電位による変化を参照データとして記憶手段に格納する工程と、
前記被検査試料から検出された二次信号電子の強度を前記格納された参照データと比較することにより、前記被検査試料の帯電電位を算出する工程とを備えたことを特徴とする試料検査方法。 - 請求項6に記載の試料検査方法において,
前記被検査試料の電位を算出する際、前記二次信号電子の強度を前記電極の電位に対する微分演算を行い,得られた結果を比較し,当該被検査試料の帯電電位を算出することを特徴とする試料検査方法。 - 請求項1から7のいずれか1項に記載の試料検査方法において,
既存の検査・計測条件データベースの中から検査・計測ウェハに適切な上記条件を選択し,それを検査条件として用いることを特徴とする試料検査方法。 - 請求項1から7のいずれか1項に記載の試料検査方法において、
前記帯電電位の制御された被検査試料に対して前記一次電子線を照射して、二次電子線画像または反射電子線画像を取得し、当該画像情報を解析することによって前記被検査試料に存在する欠陥を検出することを特徴とする試料検査方法。 - 請求項1から7のいずれか1項に記載の試料検査方法において、
前記帯電電位の制御された被検査試料に対して前記一次電子線を照射して、第一の領域及び第二の領域の二次電子線画像または反射電子線画像を取得し、
得られた当該第1の領域の画像と第2の領域の画像を比較して前記被検査試料に存在する欠陥を検出することを特徴とする試料検査方法。 - 請求項1から7のいずれか1項に記載の試料検査方法において、
外観検査装置から得られる欠陥座標をもとに,該座標での画像を取得し,画像の形状,コントラスト,凹凸の情報を得て分類する工程を含んでなることを特徴とする試料検査方法。 - 被検査試料に対して一次電子線を照射して得られる二次電子画像または反射電子画像を解析することにより該被検査試料に存在する欠陥を判定する試料検査装置であって、
電子源と、
前記被検査試料を載置する試料台と、
前記電子源から放出される一次電子線を前記被検査試料に集束させる対物レンズと、
前記試料台と前記対物レンズとの間に配置された前記被検査試料の帯電制御を行う帯電制御電極と、
前記被検査試料の帯電電位を計測する計測手段と、
前記計測された帯電電位の情報を基に前記帯電制御電極の電圧を変化させ、前記被検査試料の帯電電位を制御する制御手段と、を有し、
前記帯電電位の計測手段は、
前記一次電子線の加速電圧を変化させ、放出される二次信号電子の電流強度と前記一次電子線の電流強度の比であるイールドが1になる前記一次電子線の加速電圧を抽出し、
前記帯電制御電極の電圧を変化させながら該抽出した加速電圧で加速された前記一次電子線の照射により、前記被検査試料より発生する二次信号電子の強度を計測し、
前記帯電電位の計測手段は、該計測された二次信号電子の強度の変化を、標準試料に該抽出した加速電圧の一次電子線を照射して得られた二次信号電子の強度と比較することにより、前記被検査試料の帯電電位を判定する演算部とを備えることを特徴とする試料検査装置。 - 請求項12に記載の試料検査装置において、
前記二次電子画像または反射電子画像を他の同一パターンの画像と比較するための比較演算部と、
該比較演算部での比較結果から前記試料の回路パターン上の欠陥部を判別するための演算部とを具備することを特徴とする試料検査装置。 - 請求項12に記載の試料検査装置において、
前記二次電子画像または反射電子画像を欠陥種ごとに分類する計算機部を具備することを特徴とする試料検査装置。 - 請求項12に記載の試料検査装置において、
一次電子線を被検査試料に対して照射する電子光学系と、
該電子光学系の制御手段とを備え、
該制御手段は、前記被検査試料の帯電電位分布に基づき前記一次電子線のフォーカスを変えることを特徴とする試料検査装置。 - 請求項13に記載の試料検査装置において、
前記帯電制御電極の電位の設定指示要求と、前記試料の表面電位を測定する領域の設定要求とを表示するモニタと、該要求に対して対応するための情報入力手段とを含むユーザインタフェースを備えたことを特徴とする試料検査装置。
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