JPH1187445A - 半導体検査装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】電子線を試料寸前でリターディングするための
試料自体に印加する電圧は数ｋＶにしたいので、そのま
までは静電吸着装置が破壊してしまう問題があった。 【解決手段】試料（ウエハ）を移動するためにステージ
上にウエハを機械的に保持する機構があって、上記試料
(ウエハ)が機械的に保持された具合いを事前にステージ
を移動させることで、試料（ウエハ）が機械的な安定点
に納まることにある。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、電子線を用いた半
導体検査装置に係る。特に電子線を用いて半導体基板上
に形成されている回路パターンの観察，分析または加工
処理を行い欠陥を検査する電子線装置に用いる場合に好
適な半導体検査装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、真空中でウエハを移動させる
ために保持する手段としては、これまでに機械的に保持
するメカ保持機構が測長ＳＥＭや、分析ＳＥＭに多用さ
れてきた。

【０００３】しかし、測長ＳＥＭや、分析ＳＥＭのメカ
保持機構は、真空中でウエハを移動させるためのステー
ジ移動時の加速度や振動により試料（ウエハ）がステー
ジ座標系からずれることに関しては、ほとんど考慮され
ておらず、各移動点で再度画像表示を行いステージの再
移動や電子ビームによるシフト等により位置ずれ補正を
行っていた。

【０００４】さらに最近ではこうした位置ずれを最小限
にするためウエハ保持に静電気力を用いる静電吸着機構
が、半導体ウエハの観察評価を行う走査型電子顕微鏡や
スパッタ装置等の半導体製造装置及び半導体ウエハの加
工処理を行う電子線描画装置等の荷電粒子線装置等に用
いられるようになってきた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のメカ保持機
構では、ステージ移動時の加速度や振動による試料（ウ
エハ）のステージ座標系からのずれに関しては考慮され
ていないため、各移動点で再度画像表示を行いステージ
の再移動や電子ビームによるシフト等により位置ずれ補
正を行っていたのでステージを連続移動させながら画像
を取得することは像質の低下を招き、取得画像による比
較欠陥検出は誤検出が多く性能を達成することができな
かった。

【０００６】一方、上記静電吸着機構では試料の接地を
とることが必須であった。しかし、試料のチャージアッ
プや試料へのダメージを軽減するためには加速の高い電
子線を低加速にしなければならない。そのために、試料
自体に電圧を印加することによって、試料への電子線の
照射エネルギを制御する、すなわち電子線を試料寸前で
リターディングすることが重要であった。

【０００７】また、従来の静電吸着装置の電極と試料間
の印加電圧は数１００Ｖのオーダである。ところが、電
子線を試料寸前でリターディングするための試料自体に
印加する電圧は数ｋＶにしたいので、そのままでは静電
吸着装置が破壊してしまう問題があった。

【０００８】また、半導体製造プロセスにおいて、膜付
けされたウエハは、膜の内部応力によって反りが生じ
る。その反りの最大値は数１００μｍに達するといわれ
ている。ところが、電子線の焦点深度は数μｍ程度なの
で、静電吸着装置を用いないと電子線のオートフォーカ
スのマージンに入らないという問題もあった。

【０００９】したがって、本発明の目的は、電子線装置
に用いられる試料（ウエハ）保持機構として試料の保持
開始から一定時間又はステージを移動させるなど試料に
加速度を加える所定の動作をさせる手段を備えることに
より、試料（ウエハ）のステージ座標系から位置ずれを
事前に確認することにより試料（ウエハ）保持性能が確
認できる半導体製造及び検査装置を提供することにあ
る。

【００１０】また、試料（ウエハ）のステージ座標系か
ら位置ずれを事前に確認することによりそのずれ量が設
定したしきい値以上であれば再度一定時間ステージを移
動させる手段を備えることにより、機械的保持機構が安
定するまで事前に確認できるので試料（ウエハ）の位置
ずれ量に対するビームの位置補正量を最小限に押さえ、
半導体基板の回路パターンの高感度検査や高精度な微細
加工等を可能とする改良された電子線半導体検査装置を
提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記目的は、真空内で試
料基板に電子線を照射し試料（ウエハ）表面上に形成さ
れた回路パターンを観察，分析，検査，比較する手段を
少なくとも一つを有し、電子線と基板（ウエハ）が相対
的に移動できる手段により電子線で励起された荷電粒子
像により自動的に検査を行う装置であって、試料（ウエ
ハ）を移動するためにステージ上にウエハを機械的に保
持する機構があって、上記試料(ウエハ)が機械的に保持
された具合いを事前にステージを移動させることで、試
料（ウエハ）が機械的な安定点に納まることにより達成
される。

【００１２】また、試料（ウエハ）が機械的に保持され
た具合いを事前にステージを移動させたのち、試料（ウ
エハ）が機械的な安定点に納まったことを試料上に形成
された回路パターンの特徴点の座標移動により事前に確
認することにより達成される。

【００１３】また、試料（ウエハ）が機械的な安定点に
納まってない場合ステージを移動させたのち、試料上に
形成された回路パターンの特徴点の座標移動により事前
に確認することにより達成される。

【００１４】代表的な装置の構成例を挙げると、本発明
の電子線を用いた半導体検査装置は、試料を真空室内に
自動的に搬送するオートローダ，真空室内で自動的に試
料（ウエハ）移動手段である連続移動ステージ，ステー
ジ上にウエハを保持するための機械的な保持機構，電子
線照射される試料（ウエハ）位置を計測する測長系，電
子線を照射し試料基板表面を観察，分析または比較検査
する手段を有してなる電子線半導体検査装置であって、
前記機械的保持手段と試料（ウエハ）上に形成された回
路パターンの特徴点の座標を記憶してステージ移動に伴
い試料（ウエハ）のステージ座標系からのずれ量を逐次
計測する構造である。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図面に
従って説明する。

【００１６】〈実施例１〉 （１）荷電粒子線を用いた半導体検査装置の構成例 図１は、電子線による半導体ウエハ自動外観検査装置の
要部縦断面構成図である。図２は、ステージ及びステー
ジ上のウエハ保持機構の構成図である。図１は電子光学
系であり、電子銃２，電子銃２から引き出された電子線
３，排気系４によって真空排気された鏡体５に組込まれ
た電子レンズ（収束レンズ６ａ，対物レンズ６ｂ）から
構成され、電子線３は試料室７の移動ステージ８上に取
り付けられた静電吸着装置９に吸着保持された試料基板
となる半導体ウエハ１０上に細く収束される。

【００１７】電子線３は同時に偏向器１１により一方向
または二次元的に高精度で走査偏向される構造となって
いる。電子線３の走査範囲は小さいので、半導体ウエハ
１０を移動ステージ８により連続的または断続的に移動
させて半導体ウエハ１０の回路パターンの外観検査を行
う。

【００１８】半導体ウエハ１０の位置合わせは、移動ス
テージ８の位置をレーザ干渉系１２で常に計測し、制御
系１３により電子線３の偏向量に補正信号を重畳して補
正を行う構造になっている。

【００１９】半導体ウエハ１０からの二次電子はウィー
ンフィルター１４を通って二次電子検出器１５で検出さ
れる。増幅器１６により増幅されたのち、デジタル信号
に変換され画像処理系１７で処理される。排気系４によ
って真空排気された試料室７にはゲートバルブ１８を介
して半導体ウエハ１０の出し入れをする排気系４で真空
排気されたロードロック室１９や搬送装置２０が接続さ
れている。

【００２０】ここで、半導体ウエハ１０を移動ステージ
８により連続的または断続的に移動させて半導体ウエハ
１０の回路パターンの外観検査を行う場合、半導体ウエ
ハ１０は、保持機構によりステージ座標系と同等の動き
を行わなければ画像の比較検査はできなくなる。このた
め、保持機構で固定されたウエハがステージ座標系とず
れないかが問題となる。

【００２１】図３はウエハを保持機構にのせたあとのス
テージとの位置ずれ量と移動回数である。この図から分
かるようにある程度ステージを移動させるとウエハがず
れなくなるのが分かる。これはステージの移動に伴うウ
エハへの加速度印加や振動（加振）により保持機構内で
ウエハが安定点を見出し必要以上の加速度に対しては位
置ずれを示さないことが分かる。従ってこのように事前
にウエハが安定な状態になってからウエハ検査を行え
ば、移動ステージ８の位置をレーザ干渉系１２で常に計
測し、制御系１３により電子線３の偏向量に補正信号を
重畳して補正を行うことにより画像どうしの正確な位置
合わせができる。

【００２２】また、検査対象となるウエハ上には回路パ
ターンと同時にアライメントマークと呼ばれるウエハ位
置を示す特徴的なパターンが存在する。このアライメン
トマークの座標をウエハ保持直後に計測し、その後ステ
ージを一定時間または一定距離移動させたのち再度アラ
イメントマークの座標にて位置ずれを計測すれば、ウエ
ハ保持機構が安定であるかが分かる。もし検査に必要な
座標精度が確保できないことが分かれば再度一定時間，
一定距離移動させることで安定領域へ保持機構を設定で
きる。このように事前にステージを移動させるという安
価な手法で高精度の位置決め機構を持った電子線式の検
査装置を提供できる。

【００２３】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明により所期
の目的を達成することができた。すなわち、試料基板を
機械的な保持機構を採用しても、上記試料基板のステー
ジ座標系からの位置ずれを起すことなくステージが連続
移動できるので、的確位置での電子線照射ができ、半導
体ウエハの高感度な観察、または比較検査が実現でき、
半導体素子の歩留まり向上につながる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例となる荷電粒子線を用いた半
導体検査装置の要部縦断面図。

【図２】図１のウエハ保持移動ステージの構成を示す斜
視図。

【図３】ウエハ保持精度の測定結果を示す特性図。

【符号の説明】

１…電子光学系、２…電子銃、３…電子線、４…排気
系、５…鏡体、６ａ…収束レンズ、６ｂ…対物レンズ、
７…試料室、８…移動ステージ、９…ウエハホルダ、１
０…試料基板（半導体ウエハ）、１１，３３…偏向器、
１２…レーザ干渉計、１３…制御系、１４…ウィーンフ
ィルター、１５…二次電子検出器、１６…増幅器、１７
…画像処理系、１８…ゲートバルブ、１９…ロードロッ
ク室、２０…搬送装置、２１…ステージ制御装置、２２
…駆動装置、２４…リターディング電源、２６…スイッ
チ２（ＳＷ２）、４２…直進ガイド、４３…駆動ロッ
ド。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鈴木 浩之 茨城県ひたちなか市大字市毛882番地 株 式会社日立製作所計測器事業部内 (72)発明者 平野 修司 茨城県ひたちなか市大字市毛1040番地 株 式会社日立サイエンスシステムズ内

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】電子線を試料に照射するための手段と、前
   記試料から前記電子線照射により励起された荷電粒子を
   検出する手段と、前記試料を大気から真空内に自動的に
   搬送させる手段と、真空内で前記試料を保持移動させる
   手段と、前記移動手段の座標を検出する手段と、前記荷
   電粒子により像を形成，比較する手段と、前記比較から
   前記試料上に形成されている回路パターンの欠陥を自動
   的に検出する手段を具備した検査装置において、前記試
   料を保持したのち前記移動手段にて所定の移動動作をさ
   せたのち、比較検査を開始することを特徴とする半導体
   検査装置。
2. 【請求項２】請求項１に記載の半導体検査装置におい
   て、前記試料を移動手段に保持させてのち、前記試料上
   に形成されている回路パターンの荷電粒子像から特徴点
   を検出すると同時にその座標を記憶する手段を具備し、
   前記試料を少なくとも一次元移動させたのち、再度前記
   記憶座標にて回路パターンの荷電粒子像から特徴点を検
   出し、特徴点の移動量を計測することにより前記保持手
   段の保持精度を検出することを特徴とする半導体検査装
   置。
3. 【請求項３】請求項１に記載の半導体検査装置におい
   て、前記保持手段の保持精度があるしきい値を越えた場
   合、前記試料を再度移動させたのち、前記保持手段の保
   持精度を検出することを特徴とする半導体検査装置。