KR101187957B1

KR101187957B1 - 하전 입자선 장치

Info

Publication number: KR101187957B1
Application number: KR1020107029710A
Authority: KR
Inventors: 마사끼 미즈오찌
Original assignee: 가부시키가이샤 히다치 하이테크놀로지즈
Priority date: 2008-07-02
Filing date: 2009-06-18
Publication date: 2012-10-05
Also published as: WO2010001790A1; US20110098960A1; KR20110025785A; JP2010015732A; JP5202136B2; US8880374B2

Abstract

하전 입자선 장치에 있어서, 시료 좌표계의 좌표치가 기지인 얼라인먼트 패턴으로부터 발생하는 2차 신호를 검출하고, 시료(10)의 좌표계와 스테이지(21)의 좌표계 사이의 위치 편차량을 산출해 좌표 보정 데이터를 생성하는 동시에, 시료 화상 관찰시에는 얼라인먼트 패턴으로부터 발생하는 2차 신호를 적어도 1회 검출하여 재얼라인먼트를 실행하고, 상기 좌표 보정 데이터를 갱신한다. 이에 의해, 장치 비용의 상승 및 처리량의 저하를 억제하면서, 온도 변화에 따른 시료 좌표의 정보를 고정밀도로 보정하고, 높은 관찰 배율로 장시간 검사가 가능한 하전 입자선 장치를 제공하는 것이 가능하게 되었다.

Description

하전 입자선 장치 {CHARGED PARTICLE BEAM DEVICE}

본 발명은, 전자 현미경, 반도체 웨이퍼의 검사 장치, 이온 빔 관찰 장치 등의 하전 입자선 장치에 관한 것이다.

최근, 반도체 제품의 집적도는 점점 향상되어, 그 회로 패턴의 가일층의 고정세화(高精細化)가 요구되고 있다. 반도체 웨이퍼로 대표되는 회로 패턴이 형성되는 시료에 있어서, 품질 관리, 수율 향상을 목적으로 다양한 검사 수단이 사용되고 있다. 예를 들어, 하전 입자선을 조사하여 시료로부터 얻어지는 2차 신호로부터 회로 패턴의 치수 정밀도를 측정하거나, 하전 입자선을 조사하여 시료로부터 얻어지는 2차 신호로부터 화상을 생성하여, 회로 패턴의 결함, 혹은 부착 이물질을 평가하는 주사형 전자 현미경 등이 알려져 있다.

회로 패턴의 선 폭 룰로서, 예를 들어 35㎚ 노드의 디자인 룰에 대응시키기 위해서는, 30 만배 이상의 관찰 배율이 적용되는 경우가 있다. 이때의 관찰 시야 범위는 1변이 0.5㎛ 이하이다. 따라서, 관찰 대상이 되는 회로 패턴 혹은 결함을, 화면의 중앙 부근에 표시시키기 위해서는, 관찰 범위의 4분의 1이하, 예를 들어 0.1㎛의 정밀도로 시료 좌표를 인식할 필요가 있다. 또한, 웨이퍼 내에 형성되는 전체 칩 내의 특정 패턴에 대해서, 제조상 결함이 발생하기 쉬운, 혹은 치수 관리할 필요가 있는 등의 이유로부터, 정점 관찰이 필요해지는 케이스도 있다.

현재, 웨이퍼 사이즈는 직경 300㎜가 주류이기 때문에, 웨이퍼를 적재한 장치의 스테이지는 상당한 대형이 된다. 동시에, 처리량 향상의 관점으로부터, 스테이지의 고속화를 위한 고출력 구동 기구가 필요해지고 있다. 그러나, 고출력 구동 기구의 모터나 구동축의 발열에 의한 온도 상승이 발생하고, 발생한 열은 부품을 통하여, 시료, 혹은 시료 주변의 온도 변화를 야기하여, 하전 입자선을 조사하는 좌표가 목표로부터 어긋난다고 하는 문제를 발생시킨다. 또한, 웨이퍼와 스테이지의 사이에 온도차가 있는 경우, 시간과 함께 시료는 팽창, 혹은 신축함으로써, 상기와 같은 문제로 연결된다. 또한, 조사되는 하전 입자선 그 자체도, 어느 정도 열에너지로 변환되어, 온도 변화가 발생해 버린다. 이들 현상에 대하여, 관찰 대상이 되는 좌표를 관찰 범위에 넣기 위해서는, 관찰 범위를 크게 하면 용이해지지만, 작은 관찰 대상의 발견이 곤란해져 처리량이 저하한다고 하는 문제도 발생한다. 또한, 직경 450㎜로 웨이퍼가 대경화되면, 온도 변화에 따른 시료의 좌표 편차는, 큰 문제가 되는 것이 예상된다.

종래, 이들의 열팽창 수축에 의한 시료, 혹은 시료 주변의 열팽창을 저감시키기 위한 방법으로서, 그 온도를 측정하는 동시에, 히터와 같은 열원에 의해 온도를 일정하게 유지하도록 제어하는 방법이 알려져 있다(예를 들어, 특허 문헌 1 참조).

또한, 미리 시료에 조사하는 하전 입자선의 에너지에 기초하는 온도 변화에 따른 시료의 거동을 시뮬레이션, 혹은 실험에 의해 구하여, 좌표 편차의 보정을 행하는 방법도 알려져 있다(예를 들어, 특허 문헌 2 참조).

특허 문헌 1 : 일본 특허 출원 공개 제2000－260683호 공보 특허 문헌 2 : 일본 특허 출원 공개 제2004－128196호 공보

상술한 특허 문헌 1에 기재된 구성에서는, 웨이퍼 등의 시료, 혹은 시료 주변의 온도를 측정하고, 일정 온도로 제어하기 위해 고정밀도의 온도 센서와, 히터 등의 열원 및 이들을 제어하기 위한 제어부가 필요하여, 장치 비용의 증가는 피할 수 없다. 또한, 제어 대상이 되는 시료, 혹은 부품의 열용량이 큰 경우에는, 온도의 시정수가 크고, 일정하게 하기 위한 시간이 길게 걸리게 된다. 또한, 열원을 복수 설치할 수 없는 경우에는, 국소적인 온도 제어를 할 수 없으므로, 결국 시료의 열팽창에 불균일이 발생하여, 시료 좌표가 왜곡되어 버릴 가능성이 있다.

한편, 온도 변화에 따른 시료의 좌표를 예측하는 방법에 대해서는, 장치가 상이하면 조건이 달라져 고정밀도의 예측이 곤란하여, 장치마다 기준이 되는 데이터를 미리 작성하는 경우에는, 손이 많이 간다고 하는 문제가 있다.

본 발명은, 장치 비용의 상승 및 처리량의 저하를 억제하면서, 온도 변화 혹은 진동에 의한 시료 좌표의 편차를 고정밀도로 보정하고, 높은 관찰 배율로 장시간 검사가 가능한 하전 입자선 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 실시 형태는, 스테이지에 설치된 시료에 하전 입자선을 조사하여 발생하는 2차 신호를 검출하고, 시료의 상을 표시 장치에 표시하는 하전 입자선 장치에 있어서, 시료의 좌표계에 있어서의 좌표값이 기지인 시료상의 얼라인먼트 패턴으로부터 발생하는 2차 신호에 기초하여, 시료의 좌표계와 스테이지의 좌표계 사이의 위치 편차량을 산출하고, 좌표 보정 데이터를 생성하는 동시에, 얼라인먼트 패턴으로부터 발생하는 2차 신호를 적어도 1회 검출하고, 좌표 보정 데이터를 갱신하는 재얼라인먼트를 실행하는 제어부를 구비한 것이다.

본 발명에 따르면, 장치 비용의 상승 및 처리량의 저하를 억제하면서, 온도 변화에 따른 시료 좌표의 편차를 저감할 수 있고, 높은 관찰 배율로 장시간의 검사가 가능한 하전 입자선 장치를 제공할 수 있다.

도 1은 주사 전자 현미경의 개략 구성을 도시하는 종단면도이다.
도 2는 웨이퍼 좌표계와 스테이지 좌표계의 관계를 도시하는 모식도이다.
도 3은 주사 전자 현미경의 얼라인먼트의 수순을 도시하는 흐름도이다.
도 4는 관찰 범위(91)에 있어서의 관찰 대상(90)의 촬상 화면도이다.
도 5는 관찰 범위(91)에 있어서의 관찰 대상(90)의 촬상 화면도이다.
도 6은 웨이퍼의 평면도이다.
도 7은 스테이지 이동량의 시간 변화를 나타내는 타임 차트이다.
도 8은 웨이퍼 상의 관찰 대상과 스테이지 좌표계의 관계를 도시하는 모식도이다.

본 발명을 적용한 하전 입자선 장치로서, 예를 들어 주사 전자 현미경을 예로 한 제1 실시예에 대해서, 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명한다.

도 1은, 주사 전자 현미경의 개략 구성을 도시하는 종단면도이다. 주사 전자 현미경의 주요한 구성은, 전자선(12)을 발생시켜 시료(10)에 조사하는 전자렌즈 군으로 구성되는 전자 광학계를 수납하고, 진공으로 유지하는 컬럼(1)과, 시료(10)의 원하는 위치에 전자선(12)을 조사하기 위해, 2차원 방향으로 이동 가능한 스테이지(21)와, 시료(10)를 적재한 스테이지(21)를 진공으로 유지하기 위한 시료실(2)이다. 시료실(2)은, 바닥 진동을 제진하는 마운트(4)를 개재하여 가대(6)에 의해 클린룸 등의 바닥에 설치된다. 시료실(2)은, 진공 펌프(5)에 의해 진공 배기되고, 컬럼(1) 내도 도시하지 않은 진공 펌프에 의해 고진공도로 유지되어 있다.

시료실(2)에는, 시료(10)를 반송하는 반송 로봇(31)이 설치된 로드로크(3)가 설치되어 있다. 로드로크(3)에는, 시료실(2)과의 격리를 행하는 진공측 게이트 밸브(32)와, 대기와의 격리를 행하는 대기측 게이트 밸브(33)가 설치되어 있다. 시료(10)를 시료실(2)로 반송할 때에는, 대기측 게이트 밸브(33)를 열고, 반송 로봇(31)에 의해 대기측으로부터 시료(10)를 로드로크(3) 내에 반송한다. 다음에 대기측 게이트 밸브(33)을 닫고, 로드로크(3) 내를 도시하지 않은 진공 펌프에 의해 진공 배기한다. 진공도가 시료실(2) 내와 같은 정도로 되면, 진공측 게이트 밸브(32)를 열고, 반송 로봇(31)에 의해 시료(10)를 시료실(2)에 설치된 스테이지(21) 상에 반송한다. 시료(10)는, 스테이지(21)에 설치되어 있는 정전 척(24)에 의해 정전 흡착되어 보유 지지된다. 반송 로봇(31)의 아암이 시료실(2)의 내부까지 신장됨으로써, 시료(10)를 스테이지(21)에 적재할 수 있다. 시료(10)를 장치의 외부로 반송하는 경우는, 역의 수순을 따른다.

스테이지(21)에는 막대 형상의 바 미러(22)가 설치되어 있어, 시료실(2)에 설치되어 있는 간섭계(23)와의 사이의 상대적인 거리 변화를 레이저 측정함으로써, 스테이지(21) 상의 시료 위치를 관리할 수 있다. 간섭계(23)에 의해 측정한 데이터가 위치 제어부(71)로 보내져, 스테이지(21)의 위치 정보가 생성되어, 스테이지(21)를 구동하는 스테이지 제어부(72)에 보내진다. 스테이지 제어부(72)에서는, 현재의 위치와 촬상하는 목표 위치의 편차가 없어지도록 피드백 제어를 행하고 있다. 피드백 제어에는, 단순한 위치 피드백만으로 행하는 제어나, 스테이지의 속도 정보와 스테이지의 위치 편차의 적분 정보를 추가하여 응답 속도와 위치 결정 정밀도를 향상시키는 PID 제어 등을 사용할 수 있다.

시료(10)의 관찰 목적이나, 결함이나 부착 이물질의 추출, 검사의 목적으로, 시료(10)의 목표 위치에는, 컬럼(1) 내의 전자총(11)에 의해 발생된 전자선(12)이 조사되고, 시료(10)에서 발생하는 2차 전자나 반사 전자를 검출하여, 화상화된다. 전자선(12)은, 수렴 작용을 갖는 전자렌즈(13), 전자렌즈(16)에 의해 가늘게 좁혀져, 포커스를 시료(10)에 맞추어 조사된다. 가늘게 좁혀진 전자선(12)으로 시료(10)의 화상을 생성하기 위해, 전자선(12)은 편향기(14) 중 주사 편향기(14B)에 의해 시료(10)의 표면을 주사하도록 조사한다. 시료(10)에서는, 전자선(12)의 조사에 의해 2차 전자나 반사 전자 등의 2차 신호가 발생하고, 검출기(15)에 의해 검출된다.

주사 편향기(14B)는, 편향 제어부(17)에 의해 제어된다. 편향 제어부(17), 전자렌즈(13), 전자렌즈(16)는 컬럼 제어부(70)에 의해 제어된다. 검출기(15)에 의해 검출된 2차 신호의 데이터와 주사 편향기(14B)의 제어 정보는, 화상 제어부(73)로 전달된다. 여기서 편향기의 제어 정보와 얻어진 검출기로부터의 정보를 기초로 화상이 생성되어, 디스플레이(74)에 화상으로서 비추어진다.

시료실(2)의 상방에는 시료(10)의 높이 검출을 행하는 Z 센서(25)가 설치되어 있어, 시료(10)의 높이를 모니터링 한다. Z 센서(25)에 의해 얻어진 신호는, 위치 제어부(71)에서 위치 데이터로 변환된 후, 컬럼 제어부(70)에 송신된다. 컬럼 제어부(70)에서는, 전자렌즈(13)나 전자렌즈(16)의 전자 광학 조건을 변경하여, 시료(10)의 높이가 변화되어도 전자선(12)의 포커스가 어긋나지 않도록 처리된다.

간섭계(23)에 의해 측정한 스테이지의 위치 정보는, 컬럼(1)의 제어를 행하는 컬럼 제어부(70)로 보내져, 전자선(12)의 편향 제어 신호가 보정된다. 편향기(14)는, 전자선의 편향 중심을 시료 위치로 위치 결정하는 위치 편향기(14A)와, 촬상하기 위해 하전 입자선을 고속으로 목적 시야 내에서 주사하는 주사 편향기(14B)로 나뉘어져 있고, 이들 편향기는 편향 제어부(17)에 의해 각각 제어된다. 예를 들어, 스테이지의 현재 위치가 목표 좌표보다 편향 범위 내에서 어긋나 있던 경우, 그 편차를 위치 제어부(71)로부터 컬럼 제어부(70)로 전달하고, 편차가 없는 상태의 편향 지령치에 편차분을 보정량으로서 추가한다.

도 2는, 웨이퍼 좌표계와 스테이지 좌표계의 관계를 도시하는 모식도이다. 스테이지 좌표계는 장치 고유의 좌표계이며, 도 2의 예에서는, 스테이지 좌표계인 좌표축 X 80, 좌표축 Y 81은, 스테이지의 원점 0을 기준으로 하고 있다. 스테이지 좌표계는, 웨이퍼의 위치나 형상에 의하지 않고 항상 일정하다. 한편, 웨이퍼 좌표계는 형성된 패턴의 위치에 의해 결정된다. 웨이퍼 좌표계인 좌표축 x 82, 좌표축 y 83은, 스테이지의 원점 0을 기준으로 하고 있다. 웨이퍼의 좌표계는 웨이퍼마다 달라, 패턴이 형성되어 있는 정밀도에 의해 결정된다. 또한, 웨이퍼 좌표계와 스테이지 좌표계의 관계는, 스테이지에 대한 웨이퍼의 탑재 정밀도에 따라 다르다. 웨이퍼(100) 상의 하나의 점인 웨이퍼 좌표계의 좌표치를, (x1, y1)로 정의하면, 이하와 같은, 원점끼리의 위치 관계, 좌표축끼리의 각도 관계로 나타낼 수 있다.

X1＝ｍ(cosβ＋sinβtanα)ㆍx1－(ｎsinβ／cosα)y1＋a

Y1＝ｍ(sinβ＋cosβtanα)ㆍx1＋(ｎcosβ／cosα)y1＋b

여기서,

X1, Y1 : 스테이지 좌표계의 좌표치

x1, y1 : 웨이퍼 좌표계의 좌표치

a, b : 스테이지 좌표계와 웨이퍼 좌표계의 원점 시프트량(X 방향, Y 방향)

ｍ : 웨이퍼 좌표계의 x 방향 스케일 보정치

ｎ : 웨이퍼 좌표계의 y 방향 스케일 보정치

α : 웨이퍼 좌표계의 직교 오차

β : 웨이퍼 좌표계와 스테이지 좌표계의 각도 오차

이와 같이, 웨이퍼 탑재마다 2개의 좌표계의 관계가 변하고, 또한, 웨이퍼 좌표계 자체가 웨이퍼마다 다르므로, 웨이퍼의 검사에 있어서는, 웨이퍼의 화상을 취득하기 전에 얼라인먼트 동작을 행할 필요가 있다. 얼라인먼트 동작은, 웨이퍼(100)에 형성된 복수의 얼라인먼트 패턴(101)을 사용하여 행해진다.

도 3은, 주사 전자 현미경의 종래의 얼라인먼트의 수순을 도시하는 흐름도이다. 처음에, 시료(10)인 웨이퍼를 스테이지에 탑재하고(스텝 301), 저배율의 광범위한 시야에서, 웨이퍼의 복수의 얼라인먼트 패턴을 촬상한다(스텝 302). 얼라인먼트 패턴은, 미리, 형상, 웨이퍼 좌표계에서의 좌표가 등록되어 있다. 그리고, 목표 위치의 관찰 패턴을 촬상한 화상을 사용하여, 스테이지 좌표계에서의 관찰 패턴의 좌표를 수집한다(스텝 303). 얻어진 정보에 기초하여, 스테이지 좌표계에 대한 웨이퍼 좌표계에서의 좌표를 산출한다(스텝 304). 이 산출되는 좌표는, 예를 들어, 원점끼리의 거리인 원점 오프셋과, 각 좌표축의 회전 각도로 나타낸다.

관찰한 복수의 관찰 패턴의 좌표에 대해서, 서로의 거리를 산출하고, 설계치와 비교함으로써, 스테이지 좌표계를 기준으로 한 웨이퍼의 신축 상태를 보정치로서 산출한다(스텝 305). 이 값은, 측장기의 정밀도의 이유로, 스테이지 좌표계의 거리가 절대적으로 정확한 것이 아니고, 어디까지나 상대적인 스케일 값이므로, 스케일 보정치라고 부른다. 스테이지 좌표계에 대한 웨이퍼 좌표계의 위치 및 스케일 보정치로부터, 웨이퍼 좌표계를 스테이지 좌표계로 변환하는 좌표 보정 데이터를 산출한다(스텝 306). 또한, 스테이지 좌표계를 웨이퍼 좌표계로 변환하는 좌표 보정 데이터를 산출해도, 의미는 마찬가지이다.

이상의 수순에 의해, 스테이지 좌표계에 대한 웨이퍼 좌표계 기준의 관찰 대상이 되는 좌표가, 스테이지 좌표계로 변환되어, 원하는 검사가 가능해진다. 통상, 얼라인먼트 패턴은, 웨이퍼의 좌표계를 고정밀도로 스테이지 좌표계로 변환시키기 위해, 적어도 2개 이상 필요하다. 본 실시예에서는, 도 2에 도시한 바와 같이, 얼라인먼트 패턴(101)이 4개 설치되고, 웨이퍼 좌표계의 X 좌표축, Y 좌표축의 각도차, 스케일 보정치를 측정할 수 있도록, 사방에 배치되어 있다.

도 4는, 관찰 범위(91)에 있어서의 관찰 대상(90)의 촬상 화면도이다. 검사중에 웨이퍼, 혹은 웨이퍼 주변에 온도 변화가 발생한 경우, 웨이퍼가 신축하고, 스테이지의 측장 기준과 웨이퍼의 위치의 관계가 변화된다. 도 4에 도시하는 예에서는, x 방향에 △x, y 방향에 △y의 위치 편차가 발생하고 있다. 이에 의해, 관찰 대상인 패턴 혹은 결함은, 관찰 범위의 중심으로부터 이격된 위치로 시프트되어 버리고, 극단적으로 온도 변화가 큰 경우는, 관찰 범위로부터 벗어나 버린다.

도 5는, 도 4와 같이, 관찰 범위(91)에 있어서의 관찰 대상(90)의 촬상 화면도이다. 종래는, 도 5의 (a)에 도시한 바와 같이, 검사 장치로부터 송신된 관찰 대상(90)의 좌표를 관찰 시야의 중심으로 하여 저배율로 촬상하고, 도 5의 (b)에 도시하는 기준이 되는 참조 화상, 참조 패턴과 비교하여 관찰 대상(90)의 위치 편차를 구하고, 이 위치 편차를 보정량으로 하여 관찰 대상(90)이 관찰 시야의 중심이 되도록 하여, 도 5의 (c)에 도시하는 고배율의 촬상을 행한다. 이 수순에서는, 저배율의 참조 화상의 준비, 저배율에서의 관찰 대상(90)의 촬상, 참조 화상과의 비교, 위치 편차의 연산, 저배율로부터 고배율로의 전자렌즈 조건의 변경과 정정대기라고 하는 시간이 필요하다.

이에 대해, 본 발명의 실시예에서는, 저배율에서의 촬상을 행하지 않고, 얼라인먼트 동작을 실시하여 위치 편차를 보정함으로써 고배율에서의 촬상을 행하고, 또한 고배율의 참조 화상이나 참조 패턴 또는 설계 데이터와의 패턴 매칭에 의해 위치 편차의 보정을 행하여 재얼라인먼트를 행하고, 이것을 반복하도록 하고 있다. 이에 의해, 웨이퍼 주변의 온도 변화에 따른 위치 편차의 보정의 정밀도를 저하시키는 일 없이, 고배율 관찰이 가능해져, 상술한 저배율 촬상에 수반되는 시간이 일절 불필요하게 되어, 처리량의 대폭적인 향상을 도모할 수 있다.

재얼라인먼트 동작은, 고배율 관찰을 시작하여, 어떤 일정한 시간이 경과했을 때에, 얼라인먼트 동작을 실행하는 방법이 생각된다. 재얼라인먼트에 의해, 좌표 보정 데이터가 갱신되어, 다시 관찰을 행하도록 하면, 좌표의 위치 편차가 리셋되어, 좌표 정밀도가 향상된 시료 관찰이 가능해진다. 갱신 주기에 대해서는, 예를 들어 10분마다 실행과 같이, 일정한 관찰 시간마다 실행하는 방법, 예를 들어 100회의 관찰마다 실행과 같이, 일정 관찰 횟수마다 실행하는 방법, 미리 설정한 웨이퍼의 영역마다 실행하는 방법, 미리 설정한 스테이지 이동 거리마다 실행하는 방법이 생각된다.

도 6은, 웨이퍼의 평면도이며, 다이에 대한 관찰의 순서를 모식적으로 화살표로 나타내고 있다. 재얼라인먼트의 타이밍으로서, 시간이 아니라, 웨이퍼를 복수의 영역으로 나누어, 영역마다의 관찰이 종료될 때마다 재얼라인먼트를 실행하는 방법도 생각된다. 예를 들어, 도 6에 도시한 바와 같이, 시료(10)인 웨이퍼를 복수의 영역 A, B, C로 나누고, 영역 A의 관찰이 종료되고 다음 영역 B로 이행할 때와, 영역 B로부터 영역 C로 이행할 때에, 얼라인먼트를 실행하는 방법이 있다. 도면 중의 화살표(105)는, 관찰 순서를 나타내고 있다.

도 7은, 스테이지 이동량의 시간 변화를 나타내는 타임차트이다. 스테이지의 구동부로부터의 발열량이 큰 경우에는, 일정 거리마다의 스테이지 이동 종료 후에, 얼라인먼트를 실행하는 방법이 적합하다. 관찰 개시로부터의 스테이지 이동량을 모니터하여, 어떤 임계치 △x를 초과한 시각 t에, 얼라인먼트 동작을 실행한다. 스테이지 이동량의 임계치 △x는, 사용자가 화면에서 입력하여, 임의로 설정이 가능하다.

주사형 전자 현미경이, 설계 데이터와 관찰 패턴의 위치 편차를 산출하는 패턴 매칭의 기능을 가지고 있는 경우, 그 기능을 이용하여, 하나의 관찰마다 위치 편차를 보정하고, 재얼라인먼트를 실행해도 좋다. 이 방식은, 하나의 관찰마다 패턴 매칭에 의해 편차량을 모니터하기 때문에, 얼라인먼트 동작을 정확하게 실행할 수 있다고 하는 이점이 있다.

또한, 위치 편차량이 미리 설정된 임계치를 초과한 경우에, 재얼라인먼트를 실행하고, 좌표 보정 데이터를 갱신하는 방법도 생각된다. 위치 편차량의 임계치는 임의로 설정해도 좋지만, 도 4에 도시한 바와 같이, 도면 중의 fx와 fy로 나타내는 관찰 범위 또는 관찰 배율에 따라 자동적으로 설정하도록 해도 좋다. 예를 들어, 관찰 범위의 1／4의 편차량이 있으면, 얼라인먼트를 실행하도록 설정해 둔다.

얼라인먼트 직후에 촬상한 화상은, 비교적 좌표 정밀도가 좋지만, 관찰을 진행시켜 시간이 경과하면, 전술한 온도 변화에 따라, 서서히 좌표 편차가 발생한다. 고배율 화상에 의한 패턴 매칭을 실시하면서, 화상을 취득해 감으로써, 각각의 좌표에서의 편차량을 파악할 수 있어, 보정을 행할 수 있다. 편차량은, 좌표의 보정 데이터에 가미되어, 순차적으로 보정 데이터를 갱신하면서 관찰을 반복한다.

도 8은, 웨이퍼 상의 관찰 대상과 스테이지 좌표계의 관계를 도시하는 모식도이며, 도면 중에 도시하는 웨이퍼 형상은 각각, 참조 패턴의 웨이퍼 좌표계의 개념 형상(103)과, 관찰 패턴의 웨이퍼 좌표계의 개념 형상(102)을 도시하고 있다. 도 8에는, 스테이지 좌표축 X 80과 스테이지 좌표축 Y 81에 대하여, CAD 데이터 등의 설계 데이터로부터 생성되는 참조 패턴의 웨이퍼 좌표계를 나타내는 영역(102)과, 실제로 촬상된 관찰 패턴의 웨이퍼 좌표계를 나타내는 영역(103)이 도시되어 있다. 또한, 참조 패턴(96, 98)은, CAD 데이터 등의 설계 데이터로부터 생성되므로 상 취득할 필요없이, 기지의 좌표(x1, y1)(x2, y2)로 된다. 한편, 실제로 촬상되어 얻어진 관찰 패턴(95, 97)의 좌표는 (x1', y1')(x2', y2')로 나타난다. 또한, 과거의 웨이퍼 중심(111)은, 현재의 웨이퍼 중심(110)으로 변화되어 있다.

과거의 관찰 패턴(97)과 과거의 참조 패턴(98)의 편차량과, 현재 촬상한 관찰 패턴(95)과 참조 패턴(97)의 편차량에 의해, 과거와 현재의 웨이퍼 좌표계의 변화량을 산출할 수 있다. 구체적으로는, 참조 패턴(98)의 편차량은, 예를 들어, 어떤 측정 횟수 전의 관찰 좌표, 혹은 일정 거리 이격된 좌표, 혹은 일정 시간 전에 관찰한 좌표의 편차량이다. 이상에 의해, 웨이퍼 좌표계의 회전각 θ, 스케일 보정치 α 및 시프트량 △X／△Y를 각각 계산할 수 있다. 또한, 금회는 2점의 관찰 패턴에 의한 계산예에 대해 설명한다.

우선, 웨이퍼의 회전 변화에 대해서는

θ＝tan^－1{(y2'－y1')／(x2'－x1')}

－tan^－1{(y2－y1)／(x2－x1)}

로서 표현할 수 있다.

또한, 웨이퍼의 스케일 변화에 대해서는

α＝{(x2'－x1')²＋(y2'－y1')²}／{(x2－x1)²

＋(y2－y1)²}

로서 표현할 수 있다.

한편, 웨이퍼 중심의 시프트량에 대해서는 XY 평면 내의 스케일 변화가 똑같았다고 가정한다. 이에 의해 참조 패턴의 웨이퍼 중심의 좌표와, 2개의 참조 패턴(96, 98)의 좌표 관계와, 관찰 패턴의 웨이퍼 중심의 좌표와, 2개의 관찰 패턴(95, 97)의 좌표 관계가 상사의 관계가 되므로, 스케일 보정치α와 회전각θ을 고려함으로써, 시프트량 △X／△Y의 계산이 가능해진다.

상기 파라미터를 기초로, 좌표 보정 데이터를 재설정할 수 있어, 다음 관찰 패턴과 참조 패턴의 좌표 편차를 저감하는 것이 가능해진다. 좌표 보정 데이터의 갱신을 순차적으로 실시함으로써, 웨이퍼의 관찰 시작으로부터 종료까지, 얼라인먼트 동작에 의한 처리량 저하를 회피하면서, 좌표 고정밀도의 관찰을 실현할 수 있다.

또한, 보다 안정된 좌표의 보정 방법으로서는, 상기와 같은 1회의 계산 데이터뿐만 아니라, 과거 몇 점의 계산 데이터를 평균하여, 웨이퍼 중심의 시프트량, 회전각, 스케일 보정치 등의 각종 파라미터를 갱신한 쪽이, 신뢰성 높은 좌표 보정 데이터가 된다.

이상 서술해 온 것 같이 본 발명에 따르면, 장치 비용의 상승 및 처리량의 저하를 억제하면서, 온도 변화에 따른 시료 좌표의 편차를 저감함으로써, 높은 관찰 배율로 장시간의 검사가 가능한 장치를 제공할 수 있다. 또한 부차적인 효과로서, 스테이지 이동 등의 진동에 의해 웨이퍼가 계측 기준에 대하여 위치 어긋남 된 경우에 대해서도 효과가 있다. 종래와 같이 웨이퍼 온도를 일정하게 하는 방법이나, 시뮬레이션에 의해 예측하는 종래의 방법에서는, 돌발적인 어긋남에 대해서는 대응할 수 없지만, 본 발명에서는 보정 데이터를 갱신함으로써 대응 가능해진다.

1 : 컬럼
2 : 시료실
3 : 로드로크
4 : 마운트
5 : 진공 펌프
6 : 가대
10 : 시료
11 : 전자총
12 : 전자선
13 : 전자렌즈
14 : 편향기
14A : 위치 편향기
14B : 주사 편향기
15 : 검출기
16 : 전자렌즈
17 : 편향 제어부
21 : 스테이지
22 : 바 미러
23 : 간섭계
24 : 정전 척
25 : Z 센서
31 : 반송 로봇
32 : 진공측 게이트 밸브
33 : 대기측 게이트 밸브
70 : 컬럼 제어부
71 : 위치 제어부
72 : 스테이지 제어부
73 : 화상 제어부
74 : 디스플레이
80 : 스테이지 좌표축 X
81 : 스테이지 좌표축 Y
82 : 웨이퍼 좌표축 x
83 : 웨이퍼 좌표축 y
90 : 관찰 대상
91 : 관찰 범위
100 : 웨이퍼
101 : 얼라인먼트 패턴

Claims

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스테이지에 설치된 시료에 하전 입자선을 조사하여 발생하는 2차 신호를 검출하고, 상기 시료의 상을 표시 장치에 표시하는 하전 입자선 장치에 있어서,
상기 시료의 좌표계에 있어서의 좌표치가 기지인 상기 시료 상의 얼라인먼트 패턴으로부터 발생하는 2차 신호에 기초하여, 상기 시료의 좌표계와 상기 스테이지의 좌표계의 사이의 위치 편차량을 산출하여, 좌표 보정 데이터를 생성하는 동시에, 상기 얼라인먼트 패턴으로부터 발생하는 2차 신호를 적어도 1회 검출하고, 상기 좌표 보정 데이터를 갱신하는 재얼라인먼트를 실행하는 제어부를 구비하고,
상기 재얼라인먼트는 설정 시간마다, 설정 관찰 횟수마다, 설정한 스테이지 이동 거리마다 중 어느 하나의 타이밍에서 실행되고,
상기 제어부는, 상기 시료의 좌표계의 좌표치가 기지인 참조 패턴과, 상기 참조 패턴과 비교해야 하는 관찰 패턴 사이의 위치 편차량을 산출하고, 상기 위치 편차량이 미리 정해진 임계치를 초과한 경우에, 상기 재얼라인먼트를 실행하고, 상기 좌표 보정 데이터를 갱신하는 것을 특징으로 하는, 하전 입자선 장치.
제3항에 있어서,
상기 임계치는, 관찰 범위 또는 관찰 배율에 따라 자동적으로 설정되는 것을 특징으로 하는, 하전 입자선 장치.
제3항에 있어서,
상기 위치 편차량이 미리 정해진 임계치를 초과한 경우에, 적어도 2 개소의 좌표의 위치 편차량으로부터, 상기 좌표 보정 데이터를 산출하고, 갱신하는 것을 특징으로 하는, 하전 입자선 장치.