JP5302934B2 - 試料表面検査方法および検査装置 - Google Patents
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Description
chip)のように多品種少量生産へ移行しつつある。それに伴い、製造工程数が増加し、各工程毎の歩留まり向上は必須となり、プロセス起因の欠陥検査が重要になる。
まず、半導体検査装置の好適な全体的な構成について説明する。
ためのユニットの数を節約でき、搬送時間を短縮できるなどのメリットが得られる。
図2、図3、図4において、半導体検査装置の検査部の主要構成要素が示されている。半導体検査装置の検査部は、外部環境からの振動を遮断するためのアクティブ除振台2・1と、検査室であるメインチャンバ2・2と、メインチャンバ上部に設置された電子光学装置2・3と、メインチャンバ内部に搭載されたウェーハスキャン用のXYステージ3・1と、XYステージ動作制御用のレーザ干渉測定系3・2と、メインチャンバに付随する真空搬送系2・4を備え、それらは図2、図3に示されるような位置関係で配置されている。また、図2、図3には、アクティブ除振ユニット3・3、定盤3・4、ロードロック室3・5、搬送室3・6、真空搬送ロボット3・7、鏡筒排気用TMP、検出系排気用TMP3・9等が示されている。半導体検査装置の検査部は、更に、検査ユニットの環境制御、及びメンテナンスを可能とするための外装4・1を備えており、図4に示されるような位置関係で配置されている。
アクティブ除振台2・1は、アクティブ除振ユニット2・3上に溶接定盤2・4が搭載されており、この溶接定盤上に検査室であるメインチャンバ2・2、メインチャンバ上部に設置された電子光学装置2・3、及びメインチャンバに付随する真空搬送系2・4等を保持している。これにより、検査部における外部環境からの振動を抑制できるようになっている。
メインチャンバ2・2は、検査環境である真空度(10-4Pa以下)を実現するためにターボ分子ポンプを下部に直接保持しており、ウェーハスキャン用の高精度のXYステージ3・1を内部に備え、外部からの磁気を遮蔽できるようになっている。
XYステージ3・1は、真空中でウェーハを高精度にスキャンできるように構成されている。XおよびYのストロークは、例えば200mmウェーハ用としてそれぞれ200mm〜300mm、300mmウェーハ用としてそれぞれ300mm〜600mmとなっている。
レーザ干渉測定系は、X軸およびY軸に平行で、その延長線上が検査位置に相当する光軸を有するレーザ光学系と、その間に配された干渉計5・1により構成されている。本実施の形態における光学系は、図6、図7に示されるような位置関係で配置されている。溶接定盤上に設置されたレーザ6・1より発射されたレーザ光は、ベンダ6・2により垂直に立ち上げられたのちにベンダ7・1により測定面と平行に曲げられる。さらに、スプリッタ6・4によりX軸測定用とY軸測定用に分配された後に、ベンダ7・3およびベンダ6・6によりそれぞれY軸およびX軸に平行に曲げられ、メインチャンバ内部へと導入される。また、図6、図7には、数カ所のターゲット7・2が示されている。
検査部外装6・1は、メンテナンス用のフレーム構造としての機能を備えられている。本実施の形態では、収納可能な両持ちクレーンが上部に搭載されている。クレーンは横行レールに取付けられ、横行レールはさらに走行レール(縦)に設置されている。走行レールは、通常時には収納状態となっているのに対して、メンテナンス時にはのように上昇し、クレーンの上下方向のストロークを大きくすることが可能となっている。これにより、メンテナンス時には外装に内蔵されたクレーンにより電子光学装置2・3、メインチャンバ天板、XYステージ3・1を装置背面に脱着可能となっている。外装に内蔵されたクレーンの他の実施の形態では、回転可能な片持ち軸を持つクレーン構造が設けられている。
以下、図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態について説明する。本実施の形態では、検査対象が、表面にパターンが形成された基板すなわちウェーハである。
図8及び図9は、本発明に係る半導体検査装置の主要構成要素を立面図及び平面図で示している。この半導体検査装置8・1は、複数枚のウェーハを収納したカセットを保持するカセットホルダ8・2と、ミニエンバイロメント装置8・3と、ワーキングチャンバを構成するローダハウジング8・5と、ウェーハをカセットホルダ8・2から主ハウジング8・4内に配置されたステージ装置8・6上に装填するローダー8・7と、真空ハウジングに取り付けられた電子光学装置8・8とを備え、それらは図8及び図9に示されるような位置関係で配置されている。
カセットホルダ8・2は、複数枚(例えば25枚)のウェーハが上下方向に平行に並べられた状態で収納されたカセット8・12(例えば、アシスト社製のSMIF、FOUPのようなクローズドカセット)を複数個(この実施の形態では2個)保持するようになっている。このカセットホルダ8・2としては、カセットをロボット等により搬送してきて自動的にカセットホルダ8・2に装填する場合にはそれに適した構造のものを、また人手により装填する場合にはそれに適したオープンカセット構造のものをそれぞれ任意に選択して設置できるように構成されている。また、図10の例のカセットホルダでは、箱本体10・1、基板搬送箱10・2、基板搬出入ドア10・3、蓋体10・4、ULPAフィルタ10・5、ケミカルフィルタ10・6およびファンモータ10・7が備えられている。
図8〜図11において、ミニエンバイロメント装置8・3は、雰囲気制御されるミニエンバイロメント空間11・1を構成するハウジング11・2と、ミニエンバイロメント空間11・1内で清浄空気のような気体を循環して雰囲気制御するための気体循環装置11・3と、ミニエンバイロメント空間11・1内に供給された空気の一部を回収して排出する排出装置11・4と、ミニエンバイロメント空間11・1内に配設されていて検査対象としての基板すなわちウェーハを粗位置決めするプリアライナー11・5とを備えている。
ハウジング11・2の周壁11・8のうちカセットホルダ8・2に隣接する部分には出入り口8・15が形成されている。出入り口8・15近傍には公知の構造のシャッタ装置を設けて出入り口8・15をミニエンバイロメント装置側から閉じるようにしてもよい。
図8〜図9において、ワーキングチャンバ8・16を構成する主ハウジング8・4は、ハウジング本体8・17を備え、そのハウジング本体8・17は、台フレーム8・18上に配置された振動遮断装置すなわち防振装置8・19の上に載せられたハウジング支持装置8・20によって支持されている。ハウジング支持装置8・20は矩形に組まれたフレーム構造体8・21を備えている。ハウジング本体8・17はフレーム構造体8・21上に配設固定されていて、フレーム構造体上に載せられた底壁8・22と、頂壁8・23と、底壁8・22及び頂壁8・23に接続されて四周を囲む周壁8・24とを備えていてワーキングチャンバ8・16を外部から隔離している。底壁8・22は、この実施の形態では、上に載置されるステージ装置等の機器による加重で歪みの発生しないように比較的肉厚の厚い鋼板で構成されているが、その他の構造にしてもよい。
図8〜図9及び図12において、ローダハウジング8・5は、第1のローディングチャンバ9・2と第2のローディングチャンバ9・3とを構成するハウジング本体9・4を備えている。ハウジング本体9・4は底壁12・1と、頂壁12・2と、四周を囲む周壁12・3と、第1のローディングチャンバ9・2と第2のローディングチャンバ9・3とを仕切る仕切壁9・5とを有していて、両ローディングチャンバを外部から隔離できるようになっている。仕切壁9・5には両ローディングチャンバ間でウェーハのやり取りを行うための開口すなわち出入り口12・4が形成されている。また、周壁12・3のミニエンバイロメント装置及び主ハウジングに隣接した部分には出入り口9・6及び9・7が形成されている。
ローダー8・7は、ミニエンバイロメント装置8・3のハウジング11・2内に配置されたロボット式の第1の搬送ユニット11・14と、第2のローディングチャンバ9・3内に配置されたロボット式の第2の搬送ユニット9・12とを備えている。
ステージ装置8・6は、主ハウジング8・4の底壁8・22上に配置された固定テーブル8・32と、固定テーブル上でY方向(図1において紙面に垂直の方向)に移動するYテーブル8・33と、Yテーブル上でX方向(図1において左右方向)に移動するXテーブル8・34と、Xテーブル上で回転可能な回転テーブル8・35と、回転テーブル8・35上に配置されたホルダ8・36とを備えている。そのホルダ8・36のウェーハ載置面9・14上にウェーハを解放可能に保持する。ホルダ8・36は、ウェーハを機械的に或いは静電チャック方式で解放可能に把持できる公知の構造のものでよい。ステージ装置8・6は、サーボモータ、エンコーダ及び各種のセンサ(図示せず)を用いて、上記のような複数のテーブルを動作させることにより、載置面9・14上でホルダに保持されたウェーハを電子光学装置から照射される電子ビームに対してX方向、Y方向及びZ方向(図8において上下方向)に、更にウェーハの支持面に鉛直な軸線の回り方向(θ方向)に高い精度で位置決めできるようになっている。ステージ装置用のサーボモータ9・14、9・15およびエンコーダ9・17、9・18が図9に示されている。
次に、カセットホルダ8・2に支持されたカセット8・12からワーキングチャンバ8・16内に配置されたステージ装置8・6までへのウェーハの搬送を順を追って説明する(図8〜図12参照)。
(1)電子線を用いた写像投影方式の検査装置の全体構成が得られ、高いスループットで検査対象を処理することができる。
(2)ミニエンバイロメント空間内で検査対象に清浄気体を流して塵埃の付着を防止すると共に清浄度を観察するセンサを設けることによりその空間内の塵埃を監視しながら検査対象の検査を行うことができる。
(3)ローディングチャンバ及びワーキングチャンバを一体的に振動防止装置を介して支持したので外部の環境に影響されずにステージ装置への検査対象の供給及び検査を行うことができる。
2−3−1)概要
電子光学系8・8は、ハウジング本体8・17に固定された鏡筒8・38の中に設けられた、図13に概略的に図示する一次電子光学系(以下、単に一次光学系という)13・1と、二次電子光学系(以下、単に二次光学系という)13・2とを備える電子光学系と、検出系13・3とを備える。一次光学系13・1は、電子線を検査対象であるウェーハWの表面に照射する光学系で、電子線を放出する電子銃13・4と、電子銃13・4から放出された一次電子線を集束する静電レンズからなるレンズ系13・5と、ウイーンフィルタすなわちE×B分離器13・6と、対物レンズ系13・7とを備え、それらは、図13に示されるように電子銃13・4を最上部にして順に配置されている。この実施の形態の対物レンズ系13・7を構成するレンズは減速電界型対物レンズである。この実施の形態では、電子銃13・4から放出される一次電子線の光軸は、検査対象であるウェーハWに照射される照射光軸(ウェーハの表面に垂直になっている)に関して斜めになっている。対物レンズ系13・7と検査対象であるウェーハWとの間には電極13・8が配置されている。この電極13・8は一次電子線の照射光軸に関して軸対称の形状になっていて、電源13・9によって電圧制御されるようになっている。
真空チャンバ、真空排気系、1次光学系、2次光学系、検出器、画像処理器、制御用コンピュータより主に構成されている検査装置の一例である。図14−1にその一例を示す。
、例えば、2次電子、反射電子、後方散乱電子等を、検出器に導くための、2次光学系14・2がある。2次光学系は、写像投影式光学系である。1次系と2次系を分離する為に、
E×Bなるビーム分離器14・3が使用される。また、検出器14・4によって検出された電子の画像信号は、光信号、または/及び、電気信号に変換され、画像処理器14・5により処理される。また、このとき、検出器に入射する電子数は、1画素相当エリアに、200個以下でも画像を良好に形成できる。もちろん1画素領域中に200個以上の場合も画像を良好に形成できることは言うまでもない。
いられ、ウェネルト、引出電極14・7によりカソードからの電子を引き出す。その後、2段のAレンズ(アインツェルレンズ)14・8によりビームをアパーチャ14・9に収束させ、クロスオーバーを形成する。その後、2段のアライナ14・10、アパーチャ14・11、3段の4極子レンズ14・12、3段アライナ14・13を通過してビーム分離器に入射して試料面方向に偏向され、アライナ14・14、アパーチャ14・15と2次光学系のPレンズ(対物レンズ)14・16を通過して試料面にほぼ垂直に照射される。
照射ビームエネルギは、1keVとなる (図14−1参照) 。
偏向されて試料面に垂直入射でき、また、試料表面からの放出電子が光軸方向つまり試料面から垂直方向にE×Bにて導かれる。これは、E電極に印加する電圧と、B磁極で形成される磁束密度により達成される。例えば、一対のE電極に±2kV±1V、一対のB磁極から並行的に磁束密度分布が形成され、例えば、E×Bの中心部において、1〜60G±1Gの磁極方向の磁束密度を発生する(図14−1参照)。
mのとき試料面サイズがMCP面で30/30μmとなる。そして、リレーレンズ倍率1倍のとき、30μmは2つの素子サイズ相当にて撮像される。このとき、1素子相当の試料位置、つまり0.05×0.05μmの試料サイズから放出された電子は、256素子段数分ステージ移動中に積算されて、総合取得光量が増加して撮像できる。これは、ラインレート100kHz〜600kHz対応等、ステージ速度が速いときに特に有効である。これは、ラインレートが早い時に、1素子当たりの取得電子数、つまり、TDIセンサの1素子当たりの取得光強度が小さくなるために、積算を行って最終取得光強度を高くし、コントラストとS/Nを高めることができるためである。ラインレートは、0.5kHz〜100MHzが用いられ、好ましくは1kHz〜50MHz、より好ましくは20kHz〜10MHzである。これに対応して、ビデオレートも、1タップ当たり1〜120MHz/タップ好ましくは10〜50MHz/タップ、より好ましくは、10〜40MHz/タップで使用される。また、タップ数は、1以上520以下で、好ましくは4以上256以下、より好ましくは32以上128以下で用いられる。
000〜50000DN/(nJ/cm2)で使用すると、高ラインレート時においても
、良好なS/Nで、高品質の画像を得ることができる。
MCPは入ってきた電子を増幅させる機能を有し、そこから出てきた電子は蛍光板により光に変換される。入射電子数が充分多くて増倍する必要にない場合には、MCP無しでも操作も可能である。また、蛍光板の代わりにシンチレータを用いることも可能である。この光の信号(あるいは像信号)はリレーレンズの場合には所定の倍率で、また、FOPの場合には1倍(1対1に光信号を伝える)でTDIへ伝える或いは像を形成する。ホトマルは光信号を増幅して電気信号へ変換するものであり、マルチホトマルはホトマルを複数並べたものである。
画像処理器は、像比較、欠陥検出、欠陥分類、画像データ記録、等の機能を有する。
制御系は主にメインコントローラ、制御コントローラ、ステージコントローラから構成されている。メインコントローラにはマン−マシンインターフェースが備えられており、オペレータの操作はここを通して行われる(種々の指示/命令、レシピなどの入力、検査スタートの指示、自動と手動検査モードの切り替え、手動検査モード時のときの必要な全てのコマンドの入カ等)。その他、工場のホストコンピュータとのコミュニケーション、真空排気系の制御、ウェーハ等の試料搬送、位置合わせの制御、他の制御コントローラやステージコントローラヘのコマンドの伝達や情報の受け取り等もメインコントローラで行われる。また、光学顕微鏡からの画像信号の取得、ステージの変動信号を電子光学系にフィードバックさせて像の悪化を補正するステージ振動補正機能、試料観察位置のZ方向(二次光学系の軸方向)の変位を検出して、電子光学系ヘフィードバックし、自動的に焦点を補正する自動焦点補正機能を備えている。電子光学系へのフィードバック信号等の授受、及びステージからの信号の授受は、それぞれ制御コントローラ及びステージコントローラを介して行われる。
本装置は、ウェーハの指定位置を電子顕微鏡もしくは光学顕微鏡で撮像し表示する機能と、ウェーハの指定位置を電子顕微鏡で撮像し欠陥検出および欠陥分類する機能と、欠陥が検出された位置を電子顕微鏡もしくは光学顕微鏡で撮像し表示する機能とを提供する。また、上記機能の実現およびメンテナンスのため、電子光学系制御と、真空系制御とウェーハ搬送制御と、構成機器単体操作と、撮像機能と、自動欠陥検査処理と、装置異常検知と、装置起動/停止処理機能とを有する。
(1)電子光学系制御機能
(a)レンズ電圧印加制御
(a−1)連動制御
(a−2)印加関数による電圧印加
(a−3)多極子レンズ連動電圧印加
(a−4)ウォッブル制御
(b)電子ビーム出力調整
(b−1)プレヒート(Gun)
(b−2)ヒートアップ(Gun)
(b−3)エミッション電流制御(BIAS制御)
(2)真空系制御機能
(a)チャンバ個別真空排気/大気開放
(b)指定チャンバ一括真空排気/大気開放
(3)ウェーハ搬送制御機能
下記動作のステップ動作/全自動動作
(a)ウェーハロード
(b)ウェーハアンロード
(4)構成機器単体操作機能
(5)撮像機能
以下の2つの入力系統を選択し撮像を行う:
(a)CCDカメラ
・光学顕微鏡低倍(ピクセルサイズ:2.75μm/pix)
・光学顕微鏡高倍(ピクセルサイズ:0.25μm/pix)
(b)TDIカメラ
(b−1)TDI−still
(b−2)TDI−scan
EB×80(ピクセルサイズ:0.2μm/pix)
EB×160(ピクセルサイズ:0.1μm/pix)
EB×320(ピクセルサイズ:0.05μm/pix)
EB×480(ピクセルサイズ:0.03μm/pix)。
メンテナンスモード....構成機器単体操作、ウェーハ搬送、真空系制御、電子光学系制御、観察(光顕撮像、TDI撮像)、欠陥検査、レビュー
レシピ作成モード.....ウェーハ搬送、観察(光顕撮像、TDI撮像)、欠陥検査、レビュー
オペレータモード.....自動欠陥検査(ウェーハ搬送など必要な機能の自動制御)、レビュー。
アライメント(位置決め)手順としては、始めに光学顕微鏡の低倍にて粗い位置決めを行い、次いで光学顕微鏡の高倍により、最後にEB像により詳細な位置決めを行う。
(1)<第1,2,3サーチダイ指定及びテンプレート指定>
(1−1)第1サーチダイ指定及びテンプレート指定
ウェーハ下方に位置するダイの左下隅がカメラ中央付近に位置するようにユーザー操作にてステージを移動し、位置決定後、パターンマッチ用テンプレート画像を取得する。このダイが位置決めの基準となるダイであり、左下隅の座標が特徴点の座標となる。今後、このテンプレート画像でパターンマッチングを行うことにより、基板上の任意のダイの正確な位置座標を測定していく。このテンプレート画像には、サーチ領域内でユニークなパターンとなるような画像を選択しなければならない。
第1サーチダイの右隣のダイを第2サーチダイとし、第2サーチダイの左下隅がカメラ中央付近に位置するようにユーザー操作にてステージを移動し、位置決定後、上記(1−1)で取得したテンプレート画像を用いて自動でパターンマッチを実行することで第1サーチダイで指定したテンプレート画像と一致する第2サーチダイのパターンの厳密な座標値を取得する。
第2サーチダイの上隣のダイを第3サーチダイとし、第3サーチダイの左下隅がカメラ中央付近に位置するようにユーザー操作にてステージを移動し、位置決定後、上記(1−1)で取得したテンプレート画像を用いて自動でパターンマッチを実行することで第1サーチダイで指定したテンプレート画像と一致する第3サーチダイのパターンの厳密な座標値を取得する。
(2−1)第2サーチダイのパターンマッチ座標(X2,Y2)と第3サーチダイのパターンマッチ座標(X3,Y3)の関係より、上隣ダイのパターンへの移動量(dX,dY)を算出する。
dX=X3−X2
dY=Y3−Y2
XN=X1+dX
YN=Y1+dY
※(X1,Y1):第1サーチダイのパターンの座標
dX=XN−X1
dY=YN−Y1
(3−1)第1サーチダイのパターン座標(X1,Y1)から最後にサーチしたダイのパターンの厳密な座標値(XN,YN)までの移動量および、それまでに検出したダイの個数(DN)を用い、回転量(θ)およびY方向ダイサイズ(YD)を算出する(図23参照)。
dX=XN−X1
dY=YN−Y1
θ=tan-1(dX/dY)
YD=sqrt((dX)2+(dY)2)/DN
※sqrt(A)=√A
(3−2)算出した回転量(θ)分だけθステージを回転させる。
(1)光顕低倍の(1)と同様の手順を光顕高倍像を用いて実行する。
(2)光顕低倍の(2)と同様の手順を光顕高倍像を用いて実行する。
(3)光顕低倍の(3)と同様の手順を実行する。
(4)<光顕高倍θ回転後の許容値チェック>
回転後の第1サーチダイの座標(X’1,Y’1)を回転前座標(X1,Y1)および回転量(θ)から算出し、座標(X’1,Y’1)へステージを移動、位置決定後、パターンマッチ用テンプレート画像を取得。
X’1= x1*cosθ−y1*sinθ
Y’1=x1*sinθ+y1*cosθ
(4−2)光顕高倍Y方向パターンマッチング
(XN,YN)への移動量(dX,dY)を算出する。
dX=XN−X’1
dY=YN−Y’1
回転後の第1サーチダイの座標(X’1,Y’1)から最後にサーチしたダイのパターンの厳密な座標値(XN,YN)までの移動量を用い、回転量(θ)を算出する。
dX=XN−X1
dY=YN−Y1
θ=tan―1(dX/dY)
(4−7)にて算出した回転量(θ)が既定値以下に収まっていることを確認する。収まっていない場合は、算出した回転量(θ)を用いてθステージ回転後、再度(4−1)〜(4−8)を実行する。ただし、規定回数繰り返して(4−1)〜(4−8)を実行しても許容範囲内に収まらない場合は、エラー扱いとして処理を中断する。
(1)<Yサーチ第1ダイ、EBのテンプレート指定>
光顕高倍の(1)と同様の手順をEB像を用いて実行する。
(2)<EB Y方向パターンマッチング>
光顕高倍の(2)と同様の手順をEB像を用いて実行する。
(3)<EB θ回転>
光顕高倍の(3)と同様の手順をEB像を用いて実行する。
(4)<EB θ回転後の許容値チェック>
光顕高倍の(4)と同様の手順をEB像を用いて実行する。
(5)必要に応じ、高倍率のEB像を用いて(1)〜(4)を実行する。
(6)第1サーチダイの座標(X1,Y1)と第2サーチダイの座標(X2,Y2)より、X方向ダイサイズ(XD)の概略値を算出する。
dX=X2−X1
dY=Y2−Y1
XD=sqrt((dX)2+(dY)2)
※sqrt(A)=√A
(1)<Xサーチ第1ダイ、EBのテンプレート指定>
ウェーハ左端に位置するダイの左下隅がTDIカメラ中央付近に位置するようにユーザー操作にてステージを移動し、位置決定後、パターンマッチ用テンプレート画像を取得。このテンプレート画像には、サーチ領域内でユニークなパターンとなるような画像を選択しなければならない。
(2−1)X方向ダイサイズ概略値(XD)を用い、Xサーチ第1ダイの右隣のダイのパターンが存在する(と予想される)座標(X1+XD,Y1)へステージを移動。
dX=XN−X1
dY=YN−Y1
Xサーチ第1ダイのパターン座標(X1,Y1)から最後にサーチしたダイのパターンの厳密な座標値(XN,YN)までの移動量および、それまでに検出したダイの個数(DN)を用い、ステージ直行誤差(Φ)およびX方向ダイサイズ(XD)を算出する。
dX=XN−X1
dY=YN−Y1
Φ=tan―1(dY/dX)
XD=sqrt((dX)2+(dY)2)/DN
※sqrt(A)=√A
このように、X方向ダイサイズ(XD)を求め、予め回転量(θ)を算出した際に求めたY方向ダイサイズ(YD)と合わせてダイマップ(理想上のダイの配置情報)を作成する。ダイマップにより、ダイの理想上の配置が分かる。一方、実際の基板上のダイは例えばステージの機械的誤差(ガイド等の部品や組み付けの誤差)、干渉計の誤差(例えばミラー等の組み付けの問題による)やチャージアップによる像の歪みの影響を受け、必ずしも理想的な配置には観察することができない場合があるが、この実際のダイの位置とダイマップ上の理想上の配置との誤差を把握し、この誤差を考慮しこれを自動補正しながら、検査を行っていくようにする。
次に、フォーカスレシピの作成手順について説明する。フォーカスレシピは、基板等の試料の平面上の印の位置における最適なフォーカス位置、若しくはフォーカス位置に関する諸条件の情報を表等の所定の形式で記憶したものである。フォーカスマップレシピではウェーハ上の指定位置のみフォーカス条件が設定され、指定位置間のフォーカス値は、直線補完される(図24参照)。フォーカスレシピ作成手順は次のとおりである。
(1)フォーカス測定対象ダイをダイマップから選択する。
(2)ダイ内でのフォーカス測定点を設定する。
(3)各測定点へステージを移動させ、画像およびコントラスト値を基に、フォーカス値(CL12電圧)の調整を手動で行う。
(1)ファインアライメント用誤差測定対象ダイをダイマップから指定する。
(2)誤差測定対象ダイより基準ダイを選択し、このダイの位置をダイマップとの誤差がゼロの点とする。
(3)基準ダイの左下隅をTDIカメラで撮像し、パターンマッチ用テンプレート画像を取得する。
※サーチ領域内でユニークなパターンをテンプレート画像として選択
(4)近隣の誤差測定対象ダイの左下の(ダイマップ上での)座標(X0,Y0)を取得し、ステージを移動させる。移動後、TDIカメラで撮像し、(3)のテンプレート画像を用いてパターンマッチを実行することで、厳密な座標値(X,Y)を取得する。
(5)パターンマッチで取得した座標値(X,Y)とダイマップ上の座標値(X0,Y0)の誤差を保存。
(6)全ての誤差測定対象ダイについて(4)〜(5)を実行する。
欠陥検査は、図26に示すように、電子光学系の条件設定(撮像倍率などの設定)を行い、電子ビームを照射しながらステージを移動させることでTDIスキャン撮像(図27)を行い、設定された検査条件(アレイ検査条件、ランダム検査条件、検査エリア)に従い、検査専用処理ユニット(IPE)によりリアルタイムで欠陥検査が行われる。
本装置は、図32に示すように複数のコントローラにより構成されている。メインコントローラは、装置(EBI)のGUI部/シーケンス動作を司り、工場ホストコンピュータまたはGUIからの動作指令を受け取り、VMEコントローラやIPEコントローラへ必要な指示を与える。VMEコントローラは、装置(EBI)構成機器の動作を司り、メインコントローラからの指示に従い、ステージコントローラやPLCコントローラへ指示を与える。IPEコントローラは、メインコントローラからの指示によりIPEノードコンピュータからの欠陥検査情報取得、取得した欠陥の分類および画像表示を行う。IPEノードコンピュータは、TDIカメラから出力される画像の取得ならびに欠陥検査を行う。
図33はユーザーインターフェース部の機器構成を示す。
(1)入力部
ユーザーからの入力を受け付ける機器で「キーボード」、「マウス」、「JOYパッド」から構成される。
(2)表示部
ユーザーへの情報を表示する機器で、モニタ2台で構成される。
モニタ1:CCDカメラまたはTDIカメラでの取得画像を表示
モニタ2:GUI表示
本装置では、以下3つの座標系を規定する。
(1)ステージ座標系[XS,YS]
ステージ位置制御時の位置指示用の基準座標系
チャンバ左下隅を原点とし、右方向にX座標値が増加し、上方向にY座標値が増加する。
本座標系は、本装置に1つしか存在しない。
ステージ座標系で示される位置(座標値)は、ステージの中心(ウェーハ中心)とする。
つまり、ステージ座標系において座標値[0,0]を指定した場合、ステージ中心(ウェーハ中心)がステージ座標系の原点に重なるように移動する。
単位は[μm]とするが、最小分解能はλ/1024(≒0.618[μm])とする。
※λ:レーザ干渉計で用いられるレーザの波長(λ≒632.991[μm])
ウェーハ上の観察(撮像・表示)する位置を指示するための基準座標
ウェーハ中心を原点とし、右方向にX座標値が増加し、上方向にY座標値が増加する。
ウェーハ座標系で示される位置(座標値)は、そのとき選択された撮像機器(CCDカメラ、TDIカメラ)での撮像中心とする。
本座標系は、本装置に一つしか存在しない。
単位は[μm]とするが、最小分解能はλ/1024(≒0.618[μm])とする。
※λ:レーザ干渉計で用いられるレーザの波長(λ≒632.991[μm])
各ダイにおける観察(撮像・表示)位置を規定するための基準座標
各ダイの左下隅を原点とし、右方向にX座標値が増加し、上方向にY座標値が増加する。本座標系はダイ毎に存在する。単位は[μm]とするが、最小分解能はλ/1024(≒0.618[μm])とする。
※λ:レーザ干渉計で用いられるレーザの波長(λ≒632.991[μm])
(1)ジョイスティック & GUI矢印ボタン
ジョイスティックおよび、GUI矢印ボタンにより、指示される方向は、オペレータが見たい方向とみなし、ステージを指示方向と逆方向に移動させる。
例)
指示方向:右 .... ステージ移動方向:左 (画像が左に移動=視野が右に移動)
指示方向:上 ・・・・ ステージ移動方向:下 (画像が下に移動=視野が上に移動)
GUI上で直接入力される座標は、ウェーハ座標系上でオペレータが見たい場所とみなし、該当ウェーハ座標が撮像画像中心に表示されるようにステージを移動させる。
次に、検査手順について図34を用いて説明する。まず、一般的な検査手順について説明し、次に、選択的検査について説明する。一般に電子線を用いた欠陥検査装置は高価であり、またスループットも他のプロセス装置に比べて低いために、現状では最も検査が必要と考えられている重要な工程(例えばエッチング、成膜、又はCMP(化学機械研磨)平坦化処理等)の後に、また、配線工程ではより微細な配線工程部分、すなわち配線工程の1から2工程、及び前工程のゲート配線工程等に利用されている。特に、デザイン・ルールが100nm以下、即ち,100nm以下の線幅を有する配線や直径100nm以下のビア・ホール等の形状欠陥や電気的欠陥を見つけ、また、プロセスにフィードバックすることが重要である。
2−6−1)概要
検査の基本的流れを、図35に示す。まずアライメント動作35・1を含んだウェーハ搬送の後、検査に関係する条件等を設定したレシピを作成する(35・2)。レシピは被検査ウェーハに最低1種類は必要であるが、複数の検査条件に対応するために、1枚の被検査ウェーハに対して、複数のレシピが存在しても構わない。また同一パターンの被検査ウェーハが複数枚ある場合、一種類のレシピで複数のウェーハを検査しても構わない。図35の経路35・3はこの様に過去に作成されたレシピで検査する場合、検査動作直前にレシピの作成が不要である事を示している。以下、図35において、検査動作35・4は、レシピに記載された条件、シーケンスに従いウェーハの検査を行う。欠陥抽出は、検査動作中に欠陥を発見するごと即時行われ、
a)欠陥分類(35・5)を行い、結果出力ファイルに抽出欠陥情報と欠陥分類情報を追加する動作
b)抽出欠陥画像を画像専用結果出力ファイルもしくはファイルに追加する動作
c)抽出欠陥の位置などの欠陥情報を操作画面上に表示する動作
をほぼ並列に実行する。
被検査ウェーハ単位で検査が終了すると、
a)結果出力ファイルをクローズして保存する動作
b)外部からの通信が検査結果を要求する場合、検査結果を送る動作
c)ウェーハを排出する動作
をほぼ並列に実行する。
(1)レシピ作成
レシピとは、検査に関係する条件等の設定ファイルであり保存する事も可能である。検査時もしくは検査前にレシピを使用して装置設定を行うが、一般的なウエハ全面検査の場合にレシピに記載された検査に関係する条件とは、
a)検査対象ダイ
b)ダイ内部被検査領域
c)検査アルゴリズム
d)検出条件(検査感度等、欠陥抽出に必要な条件)
e)観察条件(倍率、レンズ電圧、ステージ速度、検査順序等、観察に必要な条件)などである。
検査は、被検査ウェーハに対して図38の様にある走査幅に細分され走査する。走査幅は、ほぼラインセンサの長さで決まるが、ラインセンサの端部が少し重なる様に設定してある。これは検出した欠陥を最終的に統合処理する場合にライン間の連続性を判断する為や比較検査を行う際に画像アライメントするための余裕を確保するためである。その重ね量は2048ドットのラインセンサに対して16ドット程度である。
以下、選択的検査方法について説明する。選択的検査は、ウエハ全面を検査するのではなく、特に検査したい任意の領域、例えばパターンが密集していて、欠陥が生じ易い、或いはチップ上特に重要な領域についてのみ行うもので、これにより、重要な部分はきちんと検査しつつ、検査時間を大幅に短縮することが可能となる。
をもう少し広く検査するために、ストライプを2〜3本以上に設定してもよい。また、レシピの座標は、オペレーターが任意に設定できるが、ダイの幅は一定であるから、1つの境界のx座標と、ダイの幅が分かれば、自動的に演算して総てのダイについて境界座標を算出することが可能である。なお、レシピの作成に当たり、運転者は過去の欠陥履歴を把握している場合が多いので、その履歴の分析結果から、欠陥が多いと予想される箇所を指定して検査するようにすれば、効率的で比較的精度の高い検査が実行できる。例えば、パターン密度が大きいセル部と、パターン密度が比較的小さいランダム部の境界領域では、パターン密度が大きく変化するため、EBリソグラフィーで試料上のパターン形成を行った場合、近接効果補正誤差が発生し易いし、光リソグラフィーを用いてパターン形成を行なった場合においても、OPC(Optical Proximity Correction)の補正誤差が発生し易いので、この場合には、セル部とランダム部の境界領域(通常はx座標)を被検査領域に指定すれば、効率的な検査が実行できる。欠陥が多い箇所の予想には、適宜シュミレーション実験等を利用して行なってもよい。また、パターン設計者が、特に欠陥が発生し易いと考えている領域、或いはパターン上特に重要と考えている領域があれば、その領域を被検査領域に指定してもよい。例えば、パターンが密集して線幅が細くなっており、デザイン上の余裕が少ない箇所があれば、そこを被検査領域に指定すればよい。なお、試料の全面検査と、レシピに基づく選択的検査は、モードにより切り替え可能にしてもよい。
がSEMと比較して非常に広いので、検査時間を相当に短縮することが可能である。
図48は、本発明の装置を使用した製造ラインの例を示す。検査装置48・1で検査されるウェーハのロット番号、製造に経由した製造装置履歴等の情報をSMIFまたはFOUP48・2に備えられたメモリから読み出すか、または、そのロット番号を、SMIF、FOUP又はウェーハカセットのID番号を読むことにより認識できるようになっている。ウェーハの搬送中は水分の量をコントロールしてメタル配線の酸化等を防止している。
ストライプでカバーでき、高スループットと高い検査精度を実現することができる。
2 ダイ
3 低パターン密度領域
4 高パターン密度領域
5 検査省略領域
6、7、9、10 被検査領域
8 欠陥多発領域
20 ダイ
21 ストライブ・ライン
22 テストパターン
23 メモリ・セル部
Claims (8)
- 試料の表面を検査する検査装置であって、
電子線を放出する電子銃と、
該試料を保持する試料ステージと、
前記電子線のビーム形状を変形して前記試料に面ビーム照射する1次電子光学系と、
該電子ビームの前記試料へ向けた照射によって該試料の表面から放出された電子を検出する検出器と、
前記試料表面から放出された電子を前記検出器に拡大投影する2次電子光学系と、
前記検出器に検出された電子に基づいて試料表面の画像を生成する手段と、
前記1次電子光学系と前記2次電子光学系とを分離するウィーンフィルタと、
を備え、
前記電子銃から放出された電子線は前記ウィーンフィルタにおいてクロスオーバを形成すると共に、前記試料表面から放出された放出電子は前記ウィーンフィルタにおいてクロスオーバを形成し、前記2次電子光学系のクロスオーバの位置は、前記2次電子光学系の前記試料面に垂直な光軸中心上にあり、前記1次電子光学系のクロスオーバの位置は、前記2次電子光学系の光軸中心よりずれた位置にあることを特徴とする試料表面検査装置。 - 前記2次電子光学系は、前記試料ステージと前記ウィーンフィルタとの間に配置された第1のアパーチャと、前記ウィーンフィルタと前記検出器との間に配置された第2のアパーチャとを備え、
前記第2のアパーチャのサイズは、前記第1のアパーチャのサイズより大きいことを特徴とする請求項1に記載の試料表面検査装置。 - 前記検出器は、一次電子ビームが試料に衝突する以前に反射したミラー電子を検出することを特徴とする請求項1または2に記載の試料表面検査装置。
- 前記ウィーンフィルタは、E×B型偏向器であり、
前記検出器は、前記E×B型偏向器のE方向と同方向に積算する積算型ラインセンサである請求項1〜3のいずれかに記載の試料表面検査装置。 - 前記1次電子光学系は、前記電子銃から照射されたビームの形状を変形させる4極子レンズを有している請求項1〜4のいずれかに記載の試料表面検査装置。
- 前記2次電子光学系は、前記試料面に近い方から順に、対物レンズ、第1のアパーチャ、前記ウィーンフィルタ、中間レンズ、第2のアパーチャ、投影レンズを備えている請求項1〜5のいずれかに記載の試料表面検査装置。
- 前記2次電子光学系は、前記試料から放出された電子を、前記ウィーンフィルタの中心で結像させる請求項1〜6のいずれかに記載の試料表面検査装置。
- 請求項1〜7のいずれかに記載の試料表面検査装置を用いて半導体ウェーハの位置決めを行う方法であって、
光学顕微鏡にてウェーハ内に存在するダイの位置決めを行うステップと、
前記光学顕微鏡の倍率を上げて、前記ダイの位置決めを行うステップと、
前記検出器に検出された電子に基づいて生成された試料表面の画像に基づいて前記ダイの位置決めを行うステップと、
を備える位置決め方法。
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