JP6157357B2 - 製造された基板上の点在したホットスポット領域を検査する方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、一般に、製造された基板にある欠陥の自動的な検査または再検査に関する。

従来の自動検査用の走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）装置を使用して、半導体ウエハまたは他の製造された基板に多数点在する「ホットスポット」領域を検査することができる。ホットスポット領域は、１つ以上の欠陥のある可能性が比較的高いと知られているか、または想像される特定の領域である。ホットスポット領域の座標は、設計データあるいは基板の以前の検査のどちらかから得ることができる。

ホットスポット領域が製造された基板上のさまざまな位置に点在している可能性があるので、多数のホットスポット領域の自動検査には相当な時間がかかる。これは、検査装置のスループットに悪影響を与える。

米国特許出願公開第２００９／０００１２６７号 米国特許出願公開第２００８／０１４２７１２号

製造された基板上の多数のホットスポットを検査する速さを上げることが、非常に望ましい。

一実施形態は、電子ビーム装置を使用した、製造された基板上に点在するホットスポット領域の自動検査方法に関する。電子ビーム装置の視界を移動させて、その移動する視界が基板上のターゲット領域を覆うように、基板を保持する段がスワス経路（ｓｗａｔｈ ｐａｔｈ）に沿って移動する。移動する視界内のホットスポット領域の軸外イメージンが行われる。移動する視界内のホットスポット領域の数を決定することが可能であり、移動する視界内のホットスポット領域の数に基づいて、段移動の速さを調整することが可能である。

別の実施形態は、製造された基板上の点在する領域を検査する電子ビーム装置に関する。この装置は、少なくとも１つの電子源と、レンズ系と、検出器と、段と、システム制御装置とを含む。電子源は、１次電子ビームを生成するように構成されている。レンズ系は、１次電子ビームを基板の表面に集束させるように構成されている。検出器は、基板から照射される点在する電子を検出するように構成されている。段は、基板を保持して、１次電子ビームをうけて基板を制御可能に移動させるように構成されている。システム制御装置は、電子ビーム装置の視界を移動させて、その移動する視界が基板上のターゲット領域を覆うように、スワス経路に沿った基板を保持する段の移動を制御するように構成されている。システム制御装置はまた、移動する視界内のホットスポット領域の軸外イメージングを制御するように構成されている。

他の実施形態、態様および特徴もまた、開示されている。

半導体ウエハ上のダイアレイにおける点在するホットスポット領域の仮定的一例を示す説明のための平面図である。 点在するホットスポット領域を検査する従来の方法のフローチャートである。 図２について図１の仮定的一例に適用されるように、点在するホットスポット領域を検査する従来の方法を示す図である。 本発明の一実施形態による点在するホットスポット領域を検査する方法のフローチャートである。 図４について図１の仮定的一例に適用されるように、点在するホットスポット領域を検査する方法を示す図である。 本発明の一実施形態による、段の位置の関数としてのホットスポット密度および対応する帯の速度プロファイルの一例を示す図である。 本発明の一実施形態による、視界内のホットスポットを走査する順序を示す概略図である。 本発明の一実施形態による自動欠陥検査のために構成される走査型電子顕微鏡の概略横断面図である。

添付の図面が必ずしも一定の比率であるというわけではないことに注意されたい。これら図面は、本開示の発明を理解しやくする説明のために提供されている。

図１は、半導体ウエハ上のダイ１０２のアレイにおける点在するホットスポット領域１０４の仮定的一例の平面図を示す説明のための図である。図１の一例は説明を簡略化するために６つのダイを有する１つのアレイを示しているが、実際の半導体ウエハは、当然ながら、通常６つ以上のダイを有する。

図示されているように、ホットスポット領域（各々は、「Ｘ」で印を付けられている）１０４は、ウエハ上のさまざまな位置に点在する可能性がある。一実施例では、ホットスポット領域が、設計データおよび／または以前の検査結果に基づいて、ユーザによって手動で選択可能である。

図２は、点在するホットスポット領域を検査する従来の方法２００のフローチャートである。この方法２００では、電子ビーム検査装置の視界（ＦＯＶ）をホットスポット領域の中央に置くように、ウエハを保持する段が移動する。その後、段の移動が停止する２０４、ついで、ホットスポット領域の軸上イメージング（ｅ−ビーム走査）２０６を行う。ついで、ホットスポット領域が撮像されるウエハにあるかどうかに関する決定２０８を行うことができる。撮像されるホットスポット領域がさらにある場合、ついで、方法２００は戻り、段が移動して２０２、撮像される次のホットスポット領域の中央に置かれる。撮像されるホットスポット領域がない場合、ついで、このウエハのホットスポット走査が終了する２１０。

図３は、図２について図１の仮定的一例に適用されるように、点在するホットスポット領域を検査する従来の方法を示す図である。図示されているように、段が移動して３０４、中心軸走査ＦＯＶ３０２はホットスポット領域１０４の中心に置かれるように、中心軸走査ＦＯＶ３０２を再配置する。中心軸ＦＯＶ３０２のサイズは、撮像装置の仕様および性能によって制限され、特に、たとえば検出器アレイの画素サイズおよび画素数によって制限される。その後、段は停止し、ＦＯＶ３０２内のホットスポット領域１０４を電子ビーム撮像装置によって撮像する。ついで、段が移動し３０４、ＦＯＶ３０２が次のホットスポット領域１０４の中心に置かれるように、ＦＯＶ３０２を再配置する。段は再び停止し、ＦＯＶ３０２内のホットスポット領域１０４を電子ビーム撮像装置によって撮像する。以降、すべてのホットスポット領域が撮像されるまで続けられる。

出願人は、上記の従来のホットスポットの走査技術に伴う欠点および不利な点を確認している。特に、検査員がホットスポット領域にわたって電子ビームを走査せずに画像情報を得る場合、従来の技術には、相当なむだ時間がある。相当なむだ時間は、以下によるものである：（ａ）段を停止させるために段を減速させ、段を再び移動させるために段を加速させるのにかかる時間、および（ｂ）段をホットスポット領域間で移動させるのにかかる時間。このむだ時間は、段の最大加速度および急加速（段の質量に結びつけられている）により、あまり短縮することができない。それを考慮すると、全検査時間は、むだ時間に走査時間を加えたものに等しい。特定の例では、むだ時間は全検査時間の３０％〜４０％と同じ程度となる可能性がある。

本出願は、時間ごとに検査されるホットスポットの数に関して、そのスループットを著しく増加させることが可能な自動電子ビーム検査工具を用いて、点在する多数のホットスポット領域を検査する方法および装置を開示している。さらに後述するように、ターゲット基板の可変速度の帯状化（ｓｗａｔｈｉｎｇ）および軸外走査を使用して、特定の状況下でターゲット基板上のホットスポットをより急速に走査することができる。

図４は、本発明の一実施形態による点在するホットスポット領域を検査する方法４００のフローチャートである。図示されているように、この方法４００では、段が経路に沿って連続的に移動する４０２。たとえば、ｅ−ビーム装置のＦＯＶがターゲット基板領域を覆うように、経路は、たとえばラスタースキャン・パターンに続く経路などの所定経路であってもよい。この連続移動によって、ホットスポットの撮像前に段移動を完全に停止させ、ホットスポットの撮像後にさらにスタンドから段を再加速させるのに必要なむだ時間が、有利にも低減する。

さらに図示されているように、方法４００は、移動するＦＯＶ内のホットスポット領域の数を決定する４０４。これは、ホットスポットのいくつかがＦＯＶから抜け出るとともに他のホットスポットがＦＯＶに入るために変化する動的な数である。ＦＯＶが一定の領域を有していてもよいので、この数は、ＦＯＶ内におけるホットスポットの密度に線形に対応する。

ホットスポットの数（または密度）に基づいて、方法４００は、所定経路に沿った段移動の速さを動的に調整する４０６。一般に、ＦＯＶ内のより多くの数（または密度）のホットスポットに対して段速度は低減し、ＦＯＶ内のより少ない数（または密度）のホットスポットに対して段速度は増加する。ホットスポット密度が高い場合、この動的な速度調節には、ＦＯＶ内のさまざまなホットスポットを軸外走査するために充分な時間が与えられる。一方、ホットスポット密度が低い場合、この動的な速度調節によって、ＦＯＶがその経路部分を通って走行する時間が低減する（その一方で、その中のホットスポットのまばらな集合を走査することがなお可能である）。ホットスポット密度の関数として、段速度（スワス速度）がどのように動的に変化し得るかの一例を、図６に関して後述する。

本発明の一実施形態によると、ＦＯＶ内の任意のホットスポット領域を、軸外しイメージング（軸外ｅ−ビーム走査）によって撮像することができる。ホットスポット領域の軸外イメージングのために、ｅ−ビーム装置のＦＯＶは、ホットスポット領域の中央に置かれていない。換言すれば、電子ビームの柱の光軸は、ホットスポット領域内にあるように配置されていない。

複数のホットスポット領域が移動するＦＯＶ内にある場合、ついで、ホットスポット領域を走査する順序もまた、この方法４００において決定される４０８。ＦＯＶ内の複数のホットスポット領域を走査する順序の一例を、図７に関して後述する。

ホットスポット領域の軸外しイメージングによって、結果として走査されたデータにおける異常が増加する可能性があるが、出願人は、場合によっては、より高い検査装置のスループットが要求される場合、全検査時間の減少によってこの欠点が補って余りあると考えている。ＦＯＶを各ホットスポット領域の中央に置いた後に段移動を停止させ、そのホットスポット領域が撮像された後で段移動を再加速させる必要がないために、全検査時間は実質的に減少することができる。

図５は、図４について図１の仮定的一例に適用されるように、点在するホットスポット領域を検査する方法を示す図である。図４に関して前述したように、段は、スワス経路５０４に沿って連続的に移動する４０２ので、軸外偏向ＦＯＶ５０２がターゲットウエハ領域を覆う。

なお、軸外偏向ＦＯＶ５０２は、装置の撮像性能（たとえば検出器アレイの画素サイズおよび画素数）に結びつけられず、したがって、従来の方法３００の中心軸走査ＦＯＶ３０２よりも５０〜１００倍（またはそれを超える）の大きさであってもよい。図５の例示的一例では、軸外偏向ＦＯＶ５０２は単一のダイ１０２のサイズであるが、軸外偏向ＦＯＶ５０２はダイのサイズに結びつけられる必要はなく、電子ビーム装置の軸外イメージングの性能に依存していてもよい。

図示されている例示的なスワス経路５０４は、線を有するスワス・パターンまたはラスタ・パターンであり、その線は、領域が隙間なく覆われるようにその寸法がＦＯＶ５０２の幅以下の間隔を置いて配置されている。１つ以上のホットスポットが同時にＦＯＶ５０２に存在するように、ＦＯＶ５０２の寸法は、ホットスポット１０４の密度に対して十分に大きくてもよい。図示されているように、段移動は、そのパターンの各線の端部で回転してもよい。

ＦＯＶ５０２が移動して（帯状化されて）ターゲット基板の領域を覆うので、ホットスポット１０４は、ＦＯＶ５０２に入ったり出たりして移動する。図４に関して上述したように、段移動の速さ（スワス速度）は、移動するＦＯＶ５０２内のホットスポットの数に基づいて動的に調整されることができる４０６。ＦＯＶ５０２内の例示的なホットスポット密度に対応するスワス速度のプロファイルを、図６に関して以下に述べる。

少なくともホットスポット領域がＦＯＶ５０２内に存在する場合、ついで、ホットスポット領域の軸外イメージング（ｅ−ビーム走査）４１０を行うことができる。軸外イメージングの性質は、図２および図３に関して上述した方法とは異なり、ホットスポット領域のイメージングが行われる前にＦＯＶ５０２が各ホットスポット領域の中央に置かれるように移動しないという事実に関連する。むしろ、ＦＯＶ５０２の中心は、ターゲット領域にわたりＦＯＶを走査するために、スワス経路５０４に沿った状態を維持する。

図４に関して上述したように、複数のホットスポット領域がＦＯＶ５０２内にある場合、ついで、ＦＯＶ５０２内のホットスポットを撮像するために順序を決定する４０８。いくつかのホットスポットを有するＦＯＶ５０２に対してホットスポット領域を撮像する順序を決定する一例を、図７に関して以下にさらに述べる。

図６は、本発明の一実施形態による、ＦＯＶ内におけるホットスポットの密度６０２と対応する段位置の関数としてのスワス速度のプロファイルの一例を示す。図示されているように、低いスワス速度（速さ）は高いホットスポット密度に対応し、高いスワス速度は低いホットスポット密度に対応する。たとえば、点６１４での比較的低い速さは、点６１２での比較的高いホットスポット密度に対応する。別の例として、点６２２でのゼロのホットスポット密度は、点６２４での最大速さに対応する。

図７は、本発明の一実施形態による、視界内のホットスポットを走査する順序を示す概略図である。この図は、例示的な時点（「ＦＯＶスナップショット」７０２）での軸外偏向ＦＯＶ５０２の拡大図である。この例では、ＦＯＶスナップショット７０２がホットスポット領域７０４として示されている。４つのホットスポット領域７０４に隣接する数字は、例示的な順序を示しており、この順序において、ＦＯＶスナップショット７０２内のホットスポットを撮像することができる（電子ビームによって走査する）。この例示的な順序で、ホットスポット番号１が走査され、ついで番号２、そして番号３、ついで番号４が走査される。

たとえば、ホットスポット番号１は、順序が１番目であると決定することができる。というのは、そのホットスポットが、移動するＦＯＶから最初に出ることになっているからである。ホットスポット番号２は、順序が２番目であると決定することができる。というのは、そのホットスポットが、移動するＦＯＶから２番目に出ることになっているからである。ホットスポット番号３は、順序が３番目であると決定することができる。というのは、そのホットスポットが、移動するＦＯＶから３番目に出ることになっているからである。最後に、ホットスポット番号４は、順序が４番目であると決定することができる。というのは、そのホットスポットが、移動するＦＯＶから４番目に出ることになっているからである。換言すると、この例では、ホットスポット番号ｎは、順序がｎ番目であると決定することができる。というのは、そのホットスポットが、移動するＦＯＶからｎ番目に出ることになっているからである。

図８は、本発明の一実施形態による自動欠陥検査のために構成される走査型電子ビーム（ｅ−ビーム）装置の概略横断面図である。図示されているように、ｅビーム装置は、電子銃８０２および電子ビーム柱（電子柱）８１０を含む。

電子銃８０２では、電子エミッタ８０３が電子の発生源であり、銃レンズ８０４が放射された電子を集束して電子ビームを形成する。ビーム制限開口部８０５が、柱の光軸８０１に沿って電子銃８０２から出て電子柱８１０に入るビームの大きさを制限するために利用されてもよい。

電子柱８１０では、ターゲット半導体ウエハ（または他のターゲット基板）８１６を照射する所望のビーム電流を選択するために、柱ビーム−電流選択開口部８１２を使用してもよい。走査型偏向器８１３が、制御可能にウエハ８１８の領域にわたりビームを走査（たとえばラスタ走査）するために構成されてもよい。走査制御装置８４６が、走査型偏向器８１３に連結されてもよく、かつ上記の偏向を制御するのに使用されてもよい。

対物レンズ８１４が、制御可能に偏向したビームをウエハ８１６上に集束するように構成されている。半導体製造工程の一部として、欠陥の自動検査および／または再検査、あるいは臨界寸法の自動測定のために、可動式基板ホルダ８１８がウエハ８１６を保持し、電子柱８１０の下にウエハ８１６を搬送する（移動させる）ように構成されてもよい。

検出器８３２は、２次電子（および／またはバック信号電子）を検出するように配置される。検出器８３２に連結されているデータ処理システム８４８を使用して、分析用の有用な画像を形成することができるように検出データを記憶して処理する。

この装置は、システム制御装置８４０をさらに含む。システム制御装置８４０は、処理装置、実行可能な命令およびデータ用の記憶装置、および他のさまざまな構成要素を含んでいてもよい。システム制御装置８４０は、走査制御装置８４６、データ処理システム８４８、および他のさまざまな装置の構成要素（さまざまなレンズなどのための電圧源または電流源など）に連通可能に連結されていてもよい。データ処理システム８４８は、処理装置、実行可能な命令およびデータ用記憶装置、および他のさまざまな構成要素を含んでいてもよい。

上記記載において、本発明の実施形態を完全に理解するために、数多くの具体的な詳述がなされている。しかし、本発明の図示された実施形態に関する上記の記載は、網羅的であることを意図するものではなく、あるいは本発明を開示されている厳密な形態に制限することを意図するものではない。当業者であれば、本発明は、特定の詳細のうちの１つ以上を用いず、または、他の方法や構成要素などによって実施されることができることを理解するであろう。他の例では、本発明の態様を不明確にすることを避けるために、よく知られた構造物または操作を示さず、あるいは詳細に記載していない。説明の便宜上、本発明の特定の実施形態および実施例が、本願明細書において記載されているが、当業者が理解するであろうために、さまざまな同等の改変が本発明の範囲内で可能である。

上述の詳細な記載を考慮して、これらの改変が本発明になされてもよい。以下のクレームにおいて使用される用語は、本発明を明細書およびクレームで開示されている特定の実施形態に制限すると解釈されるべきではない。むしろ、本発明の範囲は、以下のクレームによって定義されることとなり、以下のクレームは確立したクレーム解釈の原則に従っていると解釈されるであろう。

Claims (15)

1. 電子ビーム装置を使用した、製造された基板上に点在するホットスポット領域の自動検査方法であって、
   前記電子ビーム装置の視界を移動させて、前記移動する視界が動的に変化する速度で前記基板上のターゲット領域を覆うように、スワス経路に沿って前記基板を保持する段を可変速度で移動させることであり、前記スワス経路は、前記ホットスポット領域の位置に応じて変化しないように固定され、
   前記スワス経路から逸脱することなく前記段が移動しつつ、前記移動する視界内の前記ホットスポット領域の軸外イメージングを行うことと、
   前記移動する視界内のホットスポット領域の数を決定することと、
   ホットスポットのゼロ密度に応じた最大速度、及びより高いホットスポット密度に応じた複数のより低い速度で、前記移動する視界内のホットスポットの数に基づいて前記段の移動の可変速度を調整することであり、前記段の位置の関数としての可変速度は、一定の速度レベルに接続する傾斜した速度レベルを有するプロファイルを形成するように調整することと、
   前記段の移動の可変速度を調整することであり、前記段の移動の可変速度が第１定速度レベルから第２定速度レベルに低下するような傾斜速度レベルで遷移し、第１定速度レベルは第２定速度レベルよりも高く、第１定速度レベルはゼロよりも大きい第１ホットスポット密度に関連し、第２定速度レベルは第１ホットスポット密度よりも大きい第２ホットスポット密度に関連するように調整することと、
   前記段の移動の可変速度を調整することであり、前記段の移動の可変速度が第３定速度レベルから第４定速度レベルに増加するような傾斜速度レベルで遷移し、第３定速度レベルは第４定速度レベルよりも低く、第３定速度レベルは第３ホットスポット密度に関連し、第４定速度レベルはゼロより大きく第３ホットスポット密度よりも小さい第４ホットスポット密度に関連するように調整することと、
   を含む、方法。
2. 前記移動する視野内の前記ホットスポット領域を撮像する順序を決定することと、
   前記決定された順序で前記移動する視野内の前記ホットスポット領域を撮像することと、
   をさらに含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記スワス経路が事前に決定され、前記段が前記スワス経路に沿って連続的に移動する、請求項１に記載の方法。
4. 前記段の移動が軸外イメージング中には停止しない、請求項３に記載の方法。
5. 前記スワス経路がラスタ・パターンを含み、
   前記段の移動が前記ラスタ・パターンの各線の端部で回転する、請求項３に記載の方法。
6. 製造された基板上の点在する領域を検査する電子ビーム装置であって、
   １次電子ビームを生成する電子源と、
   前記１次電子ビームを前記基板の表面に集束させるように構成されているレンズ系と、
   前記基板から照射される点在する電子を検出するように構成されている検出器と、
   前記基板を保持して、前記１次電子ビームをうけて前記基板を制御可能に移動させるように構成されている段と、
   システム制御装置であって、
   前記電子ビーム装置の視界を移動させて、前記移動する視界が動的に変化する速度で前記基板上のターゲット領域を覆うように、スワス経路に沿った前記基板を保持する段の移動を可変速度で制御し、前記スワス経路は、点在領域の位置に応じて変化せず、
   前記移動する視界内の点在領域の軸外イメージングを制御し、
   前記移動する視界内の点在領域の数を決定し、
   点在領域のゼロ密度に応じた最大速度、及びより高い点在領域の密度に応じた複数のより低い速度で、前記移動する視界内の点在領域の数に基づいて前記段の移動の可変速度を調整することであり、前記段の位置の関数としての可変速度は、一定の速度レベルに接続する傾斜した速度レベルを有するプロファイルを形成するように調整し、
   前記段の移動の可変速度を調整することであり、前記段の移動の可変速度が第１定速度レベルから第２定速度レベルに低下するような傾斜速度レベルで遷移し、第１定速度レベルは第２定速度レベルよりも高く、第１定速度レベルはゼロよりも大きい第１点在領域密度に関連し、第２定速度レベルは第１点在領域密度よりも大きい第２点在領域密度に関連するように調整し、
   前記段の移動の可変速度を調整することであり、前記段の移動の可変速度が第３定速度レベルから第４定速度レベルに増加するような傾斜速度レベルで遷移し、第３定速度レベルは第４定速度レベルよりも低く、第３定速度レベルは第３点在領域密度に関連し、第４定速度レベルはゼロより大きく第３点在領域密度よりも小さい第４点在領域密度に関連するように調整する、システム制御装置と、
   を備える、電子ビーム装置。
7. 前記システム制御装置がまた、前記移動する視界内の前記点在領域を撮像する順序を決定し、かつ前記決定された順序で前記移動する視野内の前記点在領域を走査するように構成されている、請求項６に記載の装置。
8. 前記スワス経路が事前に決定され、前記段が前記スワス経路に沿って連続的に移動する、請求項６に記載の装置。
9. 前記段の移動が軸外イメージング中には停止しない、請求項８に記載の装置。
10. 前記スワス経路がラスタ・パターンを含み、
    前記段の移動が前記ラスタ・パターンの各線の端部で回転する、請求項８に記載の装置。
11. 製造された基板上の点在する領域を検査する電子ビーム装置であって、
    前記基板上での電子ビームの偏向を制御するスキャン制御器と、
    前記スキャン制御器に接続され、処理装置と実行可能な命令及びデータのための記憶装置を備えたシステム制御器であって、
    前記電子ビーム装置の視界を移動させて、前記移動する視界が動的に変化する速度で前記基板上のターゲット領域を覆うように、スワス経路に沿った前記基板を保持する段の移動を可変速度で制御し、前記スワス経路は、点在領域の位置に応じて変化せず、
    前記移動する視界内の点在領域の軸外イメージングを制御し、
    点在領域のゼロ密度に応じた最大速度、及びより高い点在領域の密度に応じた複数のより低い速度で、前記移動する視界内の点在領域の数に基づいて前記段の移動の可変速度を調整することであり、前記段の位置の関数としての可変速度は、一定の速度レベルに接続する傾斜した速度レベルを有するプロファイルを形成するように調整し、
    前記段の移動の可変速度を調整することであり、前記段の移動の可変速度が第１定速度レベルから第２定速度レベルに低下するような傾斜速度レベルで遷移し、第１定速度レベルは第２定速度レベルよりも高く、第１定速度レベルはゼロよりも大きい第１点在領域密度に関連し、第２定速度レベルは第１点在領域密度よりも大きい第２点在領域密度に関連するように調整し、
    前記段の移動の可変速度を調整することであり、前記段の移動の可変速度が第３定速度レベルから第４定速度レベルに増加するような傾斜速度レベルで遷移し、第３定速度レベルは第４定速度レベルよりも低く、第３定速度レベルは第３点在領域密度に関連し、第４定速度レベルはゼロより大きく第３点在領域密度よりも小さい第４点在領域密度に関連するように調整する、システム制御器と、
    を有する電子ビーム装置。
12. 前記システム制御器は、前記移動する視界内の点在領域を撮像する順序を決定し、決定された順序で前記移動する視界内の点在領域のスキャニングを行う、請求項１１に記載の装置。
13. 前記スワス経路は事前に決定され、前記段が前記スワス経路に沿って連続的に移動する、請求項１１に記載の装置。
14. 前記段の移動が前記軸外イメージング中には停止しない、請求項１１に記載の装置。
15. 前記スワス経路は、ラスタ・パターンを含み、前記段の移動は前記ラスタ・パターンの各線の端部で回転する、請求項１１に記載の装置。