KR101469403B1

KR101469403B1 - 하전 입자선 장치

Info

Publication number: KR101469403B1
Application number: KR1020137018120A
Authority: KR
Inventors: 마사끼 미즈오찌; 데쯔야 니이보리
Original assignee: 가부시키가이샤 히다치 하이테크놀로지즈
Priority date: 2011-01-14
Filing date: 2011-11-09
Publication date: 2014-12-04
Also published as: WO2012095915A1; KR20130102634A; US20130284924A1; JP2012146581A; JP5331828B2

Abstract

본 발명은, 광학식 현미경(26)과 Z센서(25)를 구비한 하전 입자선 장치에 있어서, 미리 광학식 현미경의 포커스값의 웨이퍼(10) 면내의 위치에 대한 의존성을 나타내는 포커스 맵의 다항식 근사식을 작성하고, 실제의 관찰시에는, 포커스 맵 취득시의 웨이퍼 높이 정보와 실제의 관찰시의 웨이퍼 높이 정보와의 차분을 상기 다항식 근사식에 가산한 제어량을 광학식 현미경의 포커스 제어값으로서 입력하는 것을 특징으로 한다. 이에 의해, 장치 비용의 상승 및 처리량의 저하를 억제하면서, 광학식 현미경의 포커스 맞춤을 고정밀도로 행하는 것이 가능하게 되었다.

Description

하전 입자선 장치 {CHARGED PARTICLE BEAM DEVICE}

본 발명은, 광학식 현미경을 갖는 전자 현미경, 이온 빔 가공／관찰 장치 등의 하전 입자선 장치에 관한 것이다.

최근, 반도체 제품의 집적도는 점점 향상되어, 그 회로 패턴의 가일층의 고정밀화가 요구되고 있다. 반도체 웨이퍼로 대표되는 회로 패턴이 형성되는 시료에 있어서, 품질 관리, 수율 향상을 목적으로 다양한 검사 수단이 이용되고 있다. 예를 들면, 하전 입자선을 조사하여 회로 패턴의 치수 정밀도를 측정하는 주사형 전자 현미경(이하, 길이 측정 SEM이라 부름)이나, 마찬가지로 하전 입자선을 조사하여 회로 패턴의 결함, 혹은 부착 이물질을 평가하는 주사형 전자 현미경(이하, 리뷰 SEM이라 부름) 등을 들 수 있다.

웨이퍼를 전자 현미경으로 관찰할 때, 광학식 현미경을 사용하여 웨이퍼 얼라인먼트를 행하는 것은 종래부터 행해지고 있다. 이것은, 시료대 상에서의 웨이퍼의 보유 지지 위치는, 웨이퍼가 로드될 때마다 변동되므로, 처음부터 관찰 배율이 높은 하전 입자선을 이용한 관찰이 곤란하기 때문이다. 웨이퍼 얼라인먼트의 경우에는, 관찰 배율이 낮은 광학식 현미경을 사용하여, 위치가 알려진 웨이퍼 상의 특정 패턴을 복수개 검출하여, 그때의 패턴 위치를 계측함으로써, 웨이퍼의 회전, 시프트, 스케일 등의 보정을 행하여, 스테이지 제어의 좌표계와 웨이퍼 상의 물리적인 좌표계를 일치시킨다. 이에 의해, 하전 입자선의 관찰 범위에 원하는 패턴을 이동시켜, 관찰이 가능해진다.

한편, 회로 패턴이 형성되어 있지 않은 논 패턴 웨이퍼(베어 웨이퍼 등)에 대해서도, 작은 이물질이나, 결함을 전자선에 의해 고배율로 관찰하고자 하는 요구가 있고, 그때는 이하와 같은 흐름으로 처리되는 경우가 많다.

(1) 광학식 이물질·결함 검사 장치에 의해 이물질·결함의 검출과 그때의 웨이퍼 좌표 정보를 취득한다.

(2) 취득된 웨이퍼 좌표 정보를 기초로, 광학식 현미경에 의해 이물질·결함의 검출을 행하고, 그때의 좌표 정보를 취득한다.

(3) 상기 (2)에서 취득된 좌표 정보를 기초로, 웨이퍼를 이동시켜 전자선에 의해 관찰한다. 여기서, (2)에서 광학식 현미경에 의해 좌표 정보를 다시 취득하는 이유는, (1)에서의 광학식 이물질·결함 검사 장치와, 전자선 장치에서는 장치간의 좌표 오차가 있어, 그 상태로는 고배율의 전자선의 관찰 시야에 관찰 목적의 이물질이나 결함이 들어가지 않기 때문이다. (2)에서 넓은 시야의 광학식 현미경에 의해 이물질·결함을 검출하고, 전자선 장치에 있어서의 정확한 좌표를 취득함으로써, 장치간의 좌표 오차를 흡수할 수 있다.

광학식 현미경으로 촬상을 행할 때에도 초점 조정이 필요하고, 자동 촬상을 행하고자 하면, 초점 조정도 자동화할 필요가 있다. 이와 같은 초점의 자동 조정, 즉 오토 포커스 방법으로서, 예를 들면, 일본 특허 출원 공개 제2000-098069호 공보(특허문헌 1)에는, 슬릿 형상의 패턴을 시료 표면에 투영하여 얻어지는 슬릿 형상의 반사 패턴의 화상 신호로부터 광학식 현미경의 합초점 상태를 판정하고, 광학식 현미경의 오토 포커스를 행하는 발명이 개시되어 있다.

또한, 일본 특허 출원 공개 제2009-259878호 공보(특허문헌 2)에는, 웨이퍼 상에 형성된 가상 메쉬 중심 위치의 높이를 높이 센서(Z센서)로 계측하고, 계측된 높이 정보에 의해, 동일한 에어리어 내에 존재하는 관찰 위치의 높이는 대략 동일한 높이로 간주하고, 포커스 제어를 행하는 발명이 개시되어 있다. 본 발명에 따르면, 광학식 현미경의 포커스 조정을 행할 때에, 광학식 현미경의 촬상 개소를 매회 측정할 필요는 없고, 1회의 Z센서 계측값으로 복수의 촬상 개소의 포커스 맞춤이 가능해져, 관찰 처리량이 향상된다.

일본 특허 출원 공개 제2000-090869호 공보 일본 특허 출원 공개 제2009-259878호 공보

관찰 대상이 작아질수록, 광학식 현미경의 분해능을 높게 하는 것이 필요로 된다. 이에 의해, 어느 정도 넓은 관찰 범위를 유지하면서, 큰 N／A를 광학 렌즈에 요구하게 되어, 필연적으로 대형화한다. 따라서, 종래 칼럼의 내부에 수납되어 있었던 광학식 현미경을 칼럼의 외측에 설치하지 않을 수 없는 상황으로 된다. 한편, SEM의 포커스 제어에 필요한 웨이퍼 높이 정보를 취득하는 Z센서는 가능한 한 칼럼 바로 아래에 배치한 쪽이, 검출 오차를 작게 할 수 있어, 보다 높은 정밀도의 SEM의 포커스가 가능해진다. 따라서, Z센서의 웨이퍼 높이 정보를 광학식 현미경에 사용하기 위해서는, 관찰한 웨이퍼 위치를 일단 칼럼 바로 아래에 있는 Z센서에 의해 높이 정보를 측정한 후, 광학식 현미경에 그 웨이퍼 좌표를 이동시켜 관찰할 필요가 생긴다. 이것은, 종래보다도 웨이퍼의 이동 거리가 길어지는 것을 의미하고 있어, 그만큼 처리량을 저하시켜 버린다.

광학식 현미경의 바로 아래에도 Z센서를 실장하는 방법도 생각되지만, Z센서를 2대 실장하게 되어, 장치 비용의 증가로 이어진다.

특허문헌 2에 기재된 방법에서도, 메쉬 분할을 개략적으로 할수록 Z센서에서의 높이 계측을 생략할 수 있는 횟수는 증가하지만, 그만큼 실제의 높이와의 오차가 커져, 포커스 맞춤 오차(불선명)가 증대한다. 따라서, 메쉬 분할을 어느 정도 미세하게 하게 되지만, 그만큼 Z센서에서의 측정점이 증가하므로, 처리량이 증대한다.

본 발명은, 광학식 현미경과 하전 입자선 현미경을 구비하는 하전 입자선 장치에 있어서, 장치 비용의 상승을 억제하면서, 종래보다도 포커스 조정 시간을 단축 가능한 하전 입자선 장치를 실현하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에서는, 웨이퍼 상의 적당한 기준 위치의 높이와, 웨이퍼 면내의 복수 위치에서의 광학식 현미경의 포커스값을 미리 측정해 놓고, 메모리나 하드디스크 등의 기억 수단에 보정 데이터로서 저장해 둔다. 얻어진 포커스값의 웨이퍼 면내의 위치에 대한 의존성 정보를 이용하여, 광학식 현미경의 촬상 위치에 있어서의 포커스값을 추정하고, 이 값을 광학식 현미경의 포커스값으로서 사용한다. 이때, 상기 기준 위치의 높이를 높이 센서(Z센서)에 의해 계측하고, 보정 데이터의 높이의 계측값과의 차분을 오프셋값으로서 추정한 포커스값에 가산하고, 포커스값을 교정한다. 이 교정 후의 포커스값을 실제의 광학식 현미경의 포커스 조정에 사용한다. 여기서, 포커스값의 웨이퍼 면내의 위치에 대한 의존성 정보라 함은, 예를 들면, 웨이퍼 면내의 복수 위치에서의 포커스값을, 적당한 좌표계에서 표시되는 위치 정보로 피팅한 근사 함수이다.

광학식 현미경의 오토 포커스의 경우, 오토 포커스를 실행할 때마다, Z센서로 촬상 위치의 높이 계측을 행할 필요가 없고, 또한 합초 판정을 위한 촬상을 행할 필요도 없게 되므로, 웨이퍼 1매당의 처리량이 종래보다도 현격히 향상된다.

도 1은 본 발명의 장치 전체를 도시하는 평면도.
도 2는 시료실의 평면도.
도 3은 제1 실시예의 리뷰 장치의 전체 동작도.
도 4는 본 발명의 얼라인먼트 기능을 나타내는 설명도.
도 5는 광학식 현미경에 의한 포커스 맵.
도 6은 포커스 맵을 기초로 연산된 다항식 근사식을 이용한 근사 곡선.
도 7은 웨이퍼의 기울기에 의한 오차를 나타내는 개념도.
도 8은 이물질이 끼워진 상태에서 작성된 다항식 근사식을 이용한 근사 곡선.
도 9는 포커스 어긋남을 나타내는 근사 곡선.
도 10은 이물질의 영향을 제외한 다항식 근사식의 작성 플로우.
도 11은 스테이지의 평면도.

이하, 도면을 이용하여 실시예를 설명한다. 또한, 이하의 설명에서는, 하전 입자선 장치의 일례로서, 주사 전자 현미경을 사용한 결함 리뷰 SEM의 구성에 대해 설명하지만, 길이 측정 SEM 혹은 전자선식 외관 검사 장치 등의 전자선 응용 장치 외에, 이온 현미경이라고 하는 하전 입자선 장치 일반에 적용 가능하다.

제1 실시예

본 실시예의 리뷰 SEM의 구성에 대해, 도 1, 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다.

우선 도 1에 도시하는 장치 구성으로부터 설명한다.

바닥에 설치되는 가대(6)에는, 바닥 진동을 제진하는 마운트(4)가 설치되어 있고, 또한 마운트(5)는 시료실(2)을 지지하고 있다. 시료실(2)에는 1차 하전 입자선(본 실시예의 경우에는, 1차 전자선)을 생성하고, 시료상에 집속시키는 하전 입자 광학 칼럼(1)(이하, 칼럼이라 약칭)과, 시료를 반송하는 반송 로봇(31)이 내포되는 로드 로크실(3)이 설치되어 있다. 하전 입자 광학 칼럼(1)에는 2차 전자 검출기 및 반사 전자 검출기가 설치되어 있고, 1차 전자선 조사에 의해 발생하는 2차 전자 혹은 후방 산란되는 반사 전자를 검출하고, 검출 신호로서 출력한다. 시료실은 진공 펌프(5)에 의해 상시 진공 배기되어 있고, 칼럼(1) 내도 도시하지 않은 진공 펌프에 의해 고진공도로 유지되어 있다. 한편, 로드 로크실(3)에는 대기와의 격리를 행하는 대기측 게이트 밸브(33)와, 시료실(2)과의 격리를 행하는 진공측 게이트 밸브(32)가 설치되어 있다.

칼럼(1) 내의 전자총(11)에 의해 발생한 전자선(12)은 수속 작용을 갖는 전자 렌즈(13) 및 전자 렌즈(16)를 통과하고, 편향기(14)에 의해 원하는 궤도로 편향된 후에 웨이퍼(10)에 조사된다. 전자선의 조사에 의해 발생하는 반사 전자, 혹은 2차 전자는 검출기(15)에 의해 검출되고, 편향기(14)의 제어 정보와 함께 화상 제어부(73)에 전달된다. 여기서 편향기의 제어 정보와 얻어진 검출기로부터의 정보를 기초로 화상이 생성되어, 제어용 컴퓨터(74)에 구비된 모니터에 화상으로서 투영된다.

시료실(2)의 상방에는 웨이퍼의 높이 검출을 행하는 광학식의 Z센서(25)가 설치되어 있어, 상시 웨이퍼의 높이를 모니터 가능하다. Z센서(25)에서 얻어진 신호는 위치 제어부(71)에서 높이 정보로 변환된 후, 칼럼 제어부에 전달된다. 칼럼 제어부에서는 Z센서(25)의 계측값을 이용하여 전자 렌즈의 광학 조건을 변경하고, 웨이퍼의 높이가 변화되어도 포커스가 어긋나지 않도록 처리한다.

시료실(2)의 천장면에 칼럼(1)에 인접하여 광학식 현미경(26)이 설치되어 있다. 도 2는, 칼럼(1)과 광학식 현미경(26)의 배치를 시료실(2) 위로부터 본 상면도이다. 도 2 중의 1점 쇄선은, 스테이지(21)의 XY 방향의 이동축을 나타내고, 동시에 칼럼(1)과 광학식 현미경(26)의 XY 방향의 중심축에도 대응한다. 칼럼(1)과 광학식 현미경(26)은, 시료실(2) 상에 X 방향으로 나란히 배치되어 있고, Z 방향의 중심축은 거리 L만큼 이격되어 배치되어 있다. Z센서(25)의 발광부(25-1)와 수광부(25-2)는, 스테이지의 이동축으로부터는 경사진 방향으로, 서로 대향하도록 배치된다. SEM으로 고배율 관찰을 행하는 경우, 전자선은 초점 심도가 작아지므로, Z센서의 측정 오차를 작게 할 필요가 있다. 그 때문에, Z센서는, 도 2에 도시한 바와 같이 칼럼 바로 아래에 배치하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 칼럼 바로 아래의 1차 전자선 조사 위치의 높이 측정이 가능해진다. 또한, 광학식 현미경(26)은, 명시야식 광학식 현미경이어도 암시야식 광학식 현미경이어도 되고, 명시야식 광학식 현미경과 암시야식 광학식 현미경의 양쪽을 구비하고 있어도 된다.

여기서, 시료(이하, 웨이퍼라 함)의 반송 경로를 간단하게 설명한다.

대기측 게이트 밸브(33)를 오픈하고, 반송 로봇(31)에 의해 대기측으로부터 웨이퍼(10)를 로드 로크실(3) 내로 도입한다. 대기측 게이트 밸브(33)를 클로즈하고, 로드 로크실(3) 내를 도시하지 않은 진공 펌프에 의해 진공 배기하여, 진공도가 시료실(2) 내와 동일한 정도로 되면, 진공측 게이트 밸브(32)를 오픈하고, 시료실(2)에 내포되는 스테이지(21) 상에 웨이퍼(10)를 반송 로봇(31)에 의해 반송한다. 웨이퍼(10)가 처리된 후에는, 반대의 흐름으로 웨이퍼는 로드 로크실(3)을 통해, 대기로 복귀된다.

웨이퍼(10)는 스테이지(21)에 설치되어 있는 정전 척(24)에 의해 정전 흡착되어, 스테이지(21) 상에 강력하게 보유 지지되는 동시에, 휨 등의 변형에 대해서도 교정되어, 정전 척 상면의 평면도 정도로 개선된다. 또한, 스테이지(21) 상에는 바 미러(22)가 설치되어 있고, 시료실(2)에 설치되어 있는 간섭계(23)와의 상대적인 거리 변화를 레이저 길이 측정함으로써, 스테이지 상의 웨이퍼 위치를 관리하는 것이 가능해진다. 스테이지의 위치 정보는 위치 제어부(71)에서 생성된 후, 스테이지 구동을 행하는 스테이지 제어부(72)에 전달된다.

웨이퍼가 로드되면, 우선 웨이퍼 얼라인먼트라고 불리는 좌표 보정을 행하기 위해, 시야가 넓은 광학식 현미경(26)에 의해, 특정 패턴의 관측을 행한다. 통상 광학식 현미경에는 포커스 제어를 행하는 액추에이터(78)가 탑재되어 있고, 주로 대물 렌즈의 높이 방향의 제어를 행한다. 액추에이터(78)로서는, 예를 들면, 스테핑 모터와 볼 나사의 조합이나, 스테핑 모터와 캠, 혹은, 미소한 제어가 가능한 피에조 소자 등을 이용한 액추에이터가 있다. 액추에이터(78)의 구동량은, 화상 제어부(73) 내에 설치된 광학식 현미경 제어부(75)에 의해 제어된다. 광학식 현미경 제어부(75)는, 메모리(76)와 프로세서(77)를 구비하고 있고, Z센서(25)의 계측값과 메모리(76) 내에 저장된 포커스 맵의 정보를 기초로 웨이퍼 상의 임의의 위치에서의 광학식 현미경(26)의 포커스값을 계산한다. 프로세서(77)에 의해 계산된 포커스값은, 액추에이터(78)에 전송한다. 광학식 현미경 제어부(75)에 의해 산출되는 포커스값은 디지털값이지만, 액추에이터(78)의 구동량은 아날로그량이다. 따라서, 도시는 생략하고 있지만, 액추에이터(78)와 화상 제어부(73)의 사이에는 DA 변환기가 설치되어 있어, 계산된 포커스값을 아날로그 데이터로 변환한다. 액추에이터(78)에는 변환 후의 포커스값이 전송된다. 또한, 포커스 맵에 관한 상세 내용은 후술한다.

웨이퍼의 좌표의 설계값은 기지이지만, 웨이퍼가 스테이지 상에 운반되었을 때의 반송 오차나, 패턴의 제작 오차를 포함하고 있으므로, 적어도 광학식 현미경의 시야는 그들 오차보다도 넓은 쪽이 바람직하다. 예를 들면, 상기 오차가 50㎛ 정도인 경우, 광학식 현미경의 시야는 100㎛ 정도로 설정되어 있으면, 대략 패턴이 시야에 들어온다. 만약 시야에 들어오지 않는 경우에는, 시야의 주변을 관찰함으로써(서치 어라운드), 처리량은 지연되지만, 패턴 검출은 가능하다. 서치 어라운드는 장치 오퍼레이터가 매뉴얼 실행하는 경우도 있으면, 검출하는 패턴을 템플릿 화상으로서 등록해 놓고, 스테이지 이동 내지 전자선의 편향 제어에 의해 시야를 바꾸어 최초의 시야의 주위를 촬상하고, 촬상 화상과 템플릿 화상의 패턴 매칭을 행함으로써 자동 실행하는 것도 가능하다. 특정 패턴이 복수개 검출되면, 시료 위치의 오프셋, 회전, 스케일 등의 정보를 계산할 수 있으므로, 그 후의 전자선을 이용한 협시야에서의 웨이퍼 얼라인먼트도 가능해진다.

전술한 스테이지 위치 정보는 칼럼(1)의 제어를 행하는 칼럼 제어부(70)에도 전달되어, 전자선의 편향 제어 신호를 보정하고 있다. 편향기(14)는, 시료 위치에 전자선의 편향 중심을 위치 결정하는 위치 편향기(14A)와, 촬상하기 위해 하전 입자선을 고속으로 목적 시야 내를 주사하는 주사 편향기(14B)로 나뉘어져 있고, 이들 편향기의 제어는 편향 제어부(17)에 의해 각각 제어된다. 예를 들면, 스테이지의 현재 위치가 목표 좌표로부터 편향 범위 내(예를 들면, 10㎛ 이내)로 벗어나 있었던 경우, 그 편차를 위치 제어부(71)로부터 칼럼 제어부(70)에 전달하고, 편차가 없는 상태의 편향 명령값에 편차분을 보정량으로서 더한다.

다음으로, 도 3을 이용하여, 본 실시예의 결함 리뷰 SEM의 전체 플로우에 대해 설명하지만, 이하의 플로우는, 기본적으로는 제어용 컴퓨터(74)에 의해 지시·제어된다.

리뷰 SEM의 오퍼레이터가, 모니터에 표시되는 유저 인터페이스를 통해 자동 결함 리뷰(ADR)의 개시를 지시하면, 로드 로크실(3)로부터 웨이퍼가 시료실(2)에 반입된다(스텝 301). 그 후, 외부의 외관 검사 장치에서 취득된 웨이퍼 상의 결함 위치가 기록된 검사 데이터가, 제어용 컴퓨터(74)에 의해 읽어 들여진다(스텝 302). 검사 데이터에는 결함에 결부된 결함 ID와 결함의 위치 정보가 저장되어 있고, 읽어 들여진 검사 데이터에 포함되는 결함의 위치 정보는, 칼럼 제어부(70), 위치 제어부(71), 스테이지 제어부(72)에 전송되어, 스테이지의 이동이나 전자 빔의 조사 타이밍의 제어에 이용된다. 스텝 303에서는, 광학식 현미경에 의한 웨이퍼 얼라인먼트(글로벌 얼라인먼트)가 실행되고, 당해 얼라인먼트의 종료 후, 결함 위치의 촬상이 개시된다.

우선, 스테이지 이동(스텝 304)에 의해, 최초의 결함 위치로 시야를 이동하고, 광학식 현미경의 포커스 조정을 행한다(스텝 305). 조정 후, 결함 위치를 촬상하고, 제어용 컴퓨터(74) 내의 기억 수단(하드디스크 등)에, 결함 ID 및 촬상 위치의 위치 정보와 함께 화상 데이터를 보존한다. 촬상 후, 전체 결함의 촬상이 종료되었는지 여부의 판정을 행하고(스텝 307), 미촬상의 결함 ID가 존재하고 있으면, 시야를 이동하여 다음의 결함 위치를 촬상한다.

모든 결함에 대해 광학식 현미경에 의한 촬상이 종료되어 있는 경우에는, 스테이지 이동(스텝 308)에 의해 최초의 결함 ID의 결함 위치로 시야를 이동하고, SEM상의 촬상(스텝 309)을 행한다. 실제로는, 스텝 308에서의 시야 이동시에는, 광학식 현미경 화상에 포함되는 결함을 얼라인먼트 마크로서 이용하여, 결함의 중심 좌표를 산출하는 파인 얼라인먼트를 행하고, 결함의 중심 좌표가 SEM 화상의 시야 중심으로 되도록 스테이지 이동 제어를 행하고 있다. 그 후, 전체 결함의 SEM상 취득이 종료되었는지 여부의 판정을 행하고(스텝 310), 미촬상의 결함 ID가 존재하고 있으면, 시야를 이동하여 다음의 결함 위치를 SEM으로 촬상한다. 이하, 모든 결함을 촬상할 때까지 스텝 308 내지 310을 반복하고, 전체 결함 ID에 관한 SEM에 의한 촬상이 종료되면, 웨이퍼가 시료실(2)로부터 로드 로크실(3)로 반출된다. 취득된 SEM의 화상 데이터는, 광학식 현미경 화상과 마찬가지로, 제어용 컴퓨터(74) 내의 기억 수단에, 결함 ID 및 촬상 위치의 위치 정보와 함께 보존되어 있고, 전체 결함의 촬상이 완료되면, 촬상된 전체 화상 데이터는, 제어용 컴퓨터(74)로부터 보다 상위의 서버(도시하지 않음)에 업 로드된다.

또한, 도 3에 나타낸 전체 플로우는, 베어 웨이퍼에 대한 ADR 플로우이며, 패턴이 형성된 웨이퍼의 경우에는, 파인 얼라인먼트는 시야 사이즈를 넓힌 SEM 화상을 이용하여 행해진다. 패턴이 형성된 웨이퍼의 경우에는, 웨이퍼 상에 회로 패턴이 형성되어 있고, 적당한 패턴이 파인 얼라인먼트용의 얼라인먼트 패턴으로서 사용될 수 있기 때문이다.

다음으로, 웨이퍼 얼라인먼트에 대해 설명한다. 도 4에는, 웨이퍼 좌표계와 스테이지 좌표계의 관계를 나타낸다. 스테이지 좌표계는 장치 고유의 좌표계이며, 이 예에서는 스테이지 좌표계의 좌표축 X(80), 좌표축 Y(81)는 스테이지의 원점 O를 기준으로 하고 있다. 스테이지 좌표계는 웨이퍼의 위치나 형상에 의하지 않고 항상 일정하다. 한편, 웨이퍼 좌표계는 형성된 패턴의 위치에 의해 결정된다. 웨이퍼의 좌표계는 웨이퍼마다 상이하고, 패턴이 형성되어 있는 정밀도에 의해 결정된다. 또한, 웨이퍼 좌표계와 스테이지 좌표계의 관계는, 스테이지에 대한 웨이퍼의 반송 정밀도에 따라 상이하다. 이 때문에, 스테이지 좌표계를 기준으로 웨이퍼 좌표계를 형성하면 도면과 같은, 원점끼리의 위치 관계, 좌표축끼리의 각도 관계로 나타낼 수 있다.

여기서,

x, y:스테이지 좌표계의 좌표값

x1, y1:웨이퍼 좌표계의 좌표값

a, b:스테이지 좌표계와 웨이퍼 좌표계의 원점 시프트량(x／y 방향)

m:웨이퍼 좌표계의 x 방향 스케일 보정값

n:웨이퍼 좌표계의 y 방향 스케일 보정값

α:웨이퍼 좌표계의 직교 오차

β:웨이퍼 좌표계와 스테이지 좌표계의 각도 오차

상기한 바와 같이 웨이퍼 좌표계 자체가 웨이퍼마다 상이하고, 또한 웨이퍼 탑재마다 2개의 좌표계의 관계가 변화되므로, 검사에서는 실제의 관찰을 실행하기 전에 얼라인먼트 동작을 행한다.

하전 입자선 장치에 있어서의 일반적인 얼라인먼트의 예를 이하에 나타낸다. 웨이퍼 얼라인먼트는, 대략, 글로벌 얼라인먼트, 파인 얼라인먼트의 2개로 이루어진다.

*글로벌 얼라인먼트

(1) 웨이퍼를 스테이지에 탑재.

(2) 광학식 현미경을 이용하여, 광범위의 시야(저배율)에서 웨이퍼의 얼라인먼트 패턴(미리 형상, 웨이퍼 좌표계에서의 좌표를 등록 완료)을 복수개 촬상하고, 스테이지 좌표에 대한 관찰 패턴의 좌표를 수집한다.

(3) 얻어진 정보를 기초로 스테이지 좌표계에 대한 웨이퍼 좌표계의 위치를 산출한다[예를 들면, 원점끼리의 거리(오프셋), 각 좌표축의 각도(회전)].

*파인 얼라인먼트

(1) 전자선에 의한 협범위의 시야(고배율)에서 웨이퍼의 얼라인먼트 패턴(미리 형상, 웨이퍼 좌표계에서의 좌표를 등록 완료)을 복수개 촬상하고, 스테이지 좌표에 대한 관찰 패턴의 좌표를 수집한다.

(2) 관찰한 복수의 패턴 좌표로부터 거리를 산출하고, 설계값과 비교함으로써, 스테이지 좌표계를 기준으로 한 웨이퍼의 신축 상태를 스케일 보정값으로서 산출한다(스테이지 좌표계의 거리가 절대적으로 정확한 것은 아니고, 어디까지나 상대적인 스케일값이다).

(3) 스테이지 좌표계에 대한 웨이퍼 좌표계의 위치 및 스케일 보정값에 의해, 웨이퍼의 좌표를 스테이지 좌표계로 변환하는 좌표 보정 데이터를 산출한다(반대로 스테이지 좌표를 웨이퍼 좌표계로 변환함으로써도 동일한 효과가 얻어진다).

본 시퀀스를 실행함으로써, 스테이지 좌표계에 대한 웨이퍼 좌표계 기준의 관찰 대상으로 되는 위치가, 스테이지 좌표계로 변환되고, 원하는 촬상 위치로의 시야 이동이 가능해진다. 또한, 웨이퍼의 좌표계를 고정밀도로 스테이지 좌표계로 변환시키므로, 얼라인먼트 패턴은, 통상 적어도 2개 이상을 설정하고 있다. 예를 들면, 도면 중에서 나타내는 얼라인먼트 패턴(101)과 같이, 웨이퍼 좌표계의 X 좌표축, Y 좌표축의 각도차, 스케일 보정값을 측정할 수 있도록, 사방에 배치된다.

이상 설명해 온 바와 같이, 리뷰 SEM의 동작에는 반드시 광학식 현미경에 의한 촬상이 수반되고, 그때마다 광학식 현미경의 포커스 조정을 행할 필요가 있다. 여기서, 광학식 현미경의 포커스 제어는 종래, 웨이퍼의 두께 오차나, 스테이지 이동시의 높이 변동이 흡수 가능한 정도의 범위를 복수매 촬상하면서 화상 처리를 행함으로써, 저스트 포커스값을 추정하는 오토 포커스를 실행하는 경우가 많았다. 예를 들면, 한번 표면을 연마한 두께가 얇은 재생 웨이퍼 등도 평가할 수 있도록 하는 데에는, 본 방식에서는, 포커스 범위를 상당히 넓은 설정으로 할 필요가 있으므로, 시간이 걸려, 대폭적인 처리량의 저하를 초래한다. 예를 들면, 광학식 현미경의 초점 심도가 5㎛이었던 경우, 웨이퍼 두께 변동을 100㎛로 하면, 포커스 범위는 적어도 100㎛로 되고, 또한, 1매당 화상 취득 피치를 5㎛로 하면, 20매로 된다. 1매당 화상 취득 시간을 0.05sec로 하면, 20매×0.05s＝1s의 포커스 시간을 소비할 필요가 있다.

한편, 칼럼(1) 바로 아래의 Z센서를 이용하고자 하여, 스테이지를 일단 칼럼 바로 아래까지 이동시켜, Z센서값을 취득하고, 그 값에 기초하여 광학식 현미경의 포커스를 제어하면, 스테이지 이동분의 시간이 걸린다. 도 4에 나타내는 바와 같이 이동 거리는 칼럼-광학식 현미경의 거리:L이며, 가령 L＝200㎜로 한다. 스테이지의 가속도를 1m／s², 최고 속도를 100㎜／s로 한 경우, 200㎜ 이동하기 위해서는, 단순 계산으로 1.2s 걸려 버려, 역시 처리량의 저하를 피할 수 없다. 따라서, 본 실시예의 리뷰 SEM에서는 이하와 같은 수단으로, 광학식 현미경의 포커스값을 제어한다. 또한, 본 실시예에서 「포커스값」이라 함은, 액추에이터(78)에 의해 구동되는 광학식 현미경(26)의 대물 렌즈의 이동량이며, 액추에이터(78)는, 광학식 현미경 제어부(75)가 지정하는 포커스값에 따라서 대물 렌즈를 이동하여 광학식 현미경(26)의 포커스 제어를 행한다.

1) 도 3의 플로우의 실행 전에, 미리, 기준으로 되는 패턴이 형성된 웨이퍼를 로드하고, 광학식 현미경에 의해 웨이퍼 전체면에 있어서의 화상을 이용한 오토 포커스를 실행하고, 그 저스트 포커스값과, 그때의 XY 좌표값을 취득한다. 저스트 포커스값의 취득 위치는, 웨이퍼 상에 적당하게 설정된 100 내지 150점 정도의 격자점이며, 광학식 현미경 제어부(75) 내의 메모리(76) 내에 미리 저장되어 있다. 격자점의 수는, 모니터 상에 표시되는 유저 인터페이스를 통해 자유롭게 설정할 수 있다. 예를 들면, 포커스값을 취득하는 웨이퍼 칩의 전체수에서 1개소씩 취득하는 지정이나, 칩수를 시닝하여 측정 점수를 줄일 수도 있다. 설정한 임의의 격자점의 위치 정보를 xi, yi로, 위치(xi, yi)에서 취득한 저스트 포커스값을 Fi로 표현하면, (xi, yi, Fi)로 표시되는 데이터는, 임의의 격자점 위치(xi, yi)에서의 광학식 현미경(26)의 저스트 포커스값을 나타내는 데이터이며, 이후, (xi, yi, Fi)로 표시되는 데이터 집합을 포커스 맵이라 부른다. 작성된 포커스 맵은, 메모리(76)에 저장되고, 광학식 현미경의 포커스 조정을 행할 때의 기준 포커스 맵으로 된다.

도 5는 포커스 맵을 표시한 개념도이며, 웨이퍼의 대략 전체면에 있어서, 포커스값이 어떻게 변화하고 있는지를 막대로 표현한 도면이다. 본 실시예에서는, 웨이퍼 중앙부에 있어서 볼록형으로 되어 있는 것을 알 수 있다.

2) 다음으로, 프로세서(77)가 메모리(76)에 저장된 포커스 맵을 읽어내고, 저스트 포커스값 Fi를 적당한 피팅 커브로 피팅함으로써, 포커스값의 곡면 형상을 표현할 수 있는 근사식을 작성한다. 즉, 포커스값의 웨이퍼 면내의 위치에 대한 의존성을 구한다. 피팅 커브로서는, 스테이지 제어의 좌표계로서 XY 좌표계를 이용한 경우에는, 예를 들면, x, y에 관한 4차 또는 6차 등의 다항식을 이용할 수 있다. 이와 같은 근사 다항식은, 예를 들면 최소 제곱법 등을 이용하면 산출할 수 있다.

또한, 스테이지 제어의 좌표계로서, Rθ 좌표계 등, XY 좌표계 이외의 좌표계를 사용할 수도 있고, 그 경우의 피팅 커브로서는, 예를 들면 R과 θ의 다항식이나 Rcosθ과 Rsinθ의 다항식(푸리에 전개식) 등을 이용할 수 있다.

도 6에는, 포커스 맵의 Fi를 x와 y의 4차식으로 근사한 경우의 근사 곡면을 도시하였다. 이후의 설명에서는, 얻어진 피팅 커브의 수식을 F(x, y)로 표시한다. 또한, 식 F(x, y)에 포함되는 계수는, 포커스 맵과 마찬가지로, 메모리(76)에 저장된다.

3) 다음으로, 기준 웨이퍼의 임의의 기준 위치의 높이를 Z센서로 계측하는 동시에, 기준 위치의 좌표값(X0, Y0)을 취득한다. 이 제어는, 광학식 현미경 제어부(75)가, 위치 제어부(71)와 스테이지 제어부(72)에 위치(X0, Y0)에서의 높이 계측을 지시함으로써 실행된다. 기준 위치의 점수는, 적어도 1점은 필요하다. 위치(X0, Y0)에서의 Z센서의 계측값 Z0은 메모리(76)에 저장되고, 이후의 포커스 조정에 있어서 기준 오프셋으로서 사용된다.

4) 실제로 관찰하고자 하는 웨이퍼를 로드하고, 기준 오프셋의 취득 좌표(X0, Y0)에서 Z센서에 의한 높이 측정을 행한다. 그때의 취득된 높이를 Z1로 한다. Z1의 계측은, 도 3의 스텝 303 혹은 스텝 303의 실행 전의 어느 하나의 스텝에서 실행된다.

5) 광학식 현미경을 사용한 웨이퍼 얼라인먼트를 실행할 때, 촬상 위치로의 시야 이동 후, 메모리(76)에 저장된 피팅 커브를 이용하여, 촬상 위치 좌표에서의 포커스값을 산출하고, 또한 기준 오프셋값과 목적 웨이퍼에 대한 높이 계측값 Z1의 값으로부터 이하의 수학식 3에 따라서 산출되는 오프셋값을 가산하여, 포커스값을 교정한다.

여기서, F'는, 광학식 현미경의 포커스 제어용 액추에이터에의 지령값을 의미한다.

이상의 제어 플로우에 의해, 단시간에서의 광학식 현미경의 포커스 제어가 가능해진다.

상기 방법에서는, 로드 직후에 기준 좌표(X0, Y0) 1점에 대한 높이 계측을 행하면, 이후의 광학식 현미경의 촬상 위치에 관해서는, 이동 좌표가 결정되면 즉시 포커스값을 산출하는 것이 가능해진다. 이에 의해, 포커스 조정에 필요로 하는 시간은, 포커스 제어용 액추에이터가 대물 렌즈를 이동시키기 위한 실시간(위치 결정 동작 시간)만으로 되어, 처리량의 향상이 예상된다. 이 효과는, 광학식 현미경의 관찰점이 많을수록 높고, 보다 현저히 나타난다.

여기서 주의해야 하는 것은, 이상의 포커스 제어 플로우는, 시스템 전체의 재현성이 좋은 것이 전제인 점이다. 즉, 기준 포커스 맵(xi, yi, Fi)와 기준 오프셋값 Z0을 취득한 웨이퍼의 저스트 포커스값과, 현재 대상으로 하고 있는 웨이퍼의 포커스값이 지나치게 차이가 있으면, 본 실시예의 플로우는 성립하지 않는다. 통상적으로, 웨이퍼의 면 형상이나 휨 상태는 웨이퍼마다 상이하므로, 정전 척에 의해 웨이퍼를 보유 지지하여 상기한 면 형상이나 휨을 교정하는 것은, 본 발명의 포커스 제어 플로우에 있어서는 매우 유효하다. 물론, 프로세스에 따라서는, 진공 척 없이도 본 실시예의 제어 방법을 사용할 수 있는 웨이퍼도 있는 것은 물론이다.

또한, 포커스값을 교정하기 위한 오프셋값을 웨이퍼의 위치의 함수로서 표현할 수도 있다. 웨이퍼의 연마 정밀도에 의해, 웨이퍼 단체의 두께에 기울기가 있는 경우가 있고, 그와 같은 경우에는, 포커스값을 교정하는 오프셋값에도 기울기를 갖게 할 필요가 있다.

이 경우, 스텝 3)의 실행시에, 복수의 기준 좌표(X0i, y0i)의 높이 계측을 행하고, 이들 계측값 Z0i를 일차 함수로 근사하면, 기준 오프셋값 Z0을 웨이퍼 상의 위치의 1차 함수 Z0(x, y)로서 표현할 수 있다.

한편, 스텝 4)에서 기준 좌표(X0i, y0i)와 동일한 좌표 위치에서 높이 계측을 실행하고, 이들 복수의 계측값을 사용하여 Z0과 동일한 요령으로 근사식을 구한다. 그리고, 스텝 5)에서, 메모리(76)에 저장된 함수 Z0(x, y)와 함수 Z1(x, y)를 읽어내어, 이하의 수학식 4에 따라서, 포커스값을 교정한다.

도 7을 사용하여, (수학식 4)에 의한 포커스값의 교정이 (수학식 3)에 비해 유효한 이유를 설명한다. 도 7은, 포커스 맵 작성시에 사용한 웨이퍼에 대해, 관찰용 웨이퍼에 기울기가 발생하고 있었던 경우에 발생하는 오차를 2차원적으로 나타내는 모식도면이다. 포커스 맵으로부터 얻어지는 근사 곡선(60)을 점선으로 나타내고, 관찰용 웨이퍼의 면 형상(61)을 실선으로 나타낸다. 오프셋 측정 위치(62)에서 계측된 높이로부터 얻어지는 오프셋값(Z1-Z0)을 근사 곡선(60)에 가산하면 점선으로 나타내는 보정식(63)으로 된다. 보정식(63)과 관찰용 웨이퍼의 면 형상(61)은 오프셋 측정 위치(62)에서는 일치하여, 정밀도가 좋은 포커스 제어가 가능하지만, 그 위치로부터 이격되면 기울기 성분에 의해 편차가 증대한다. 관찰용 웨이퍼의 면 형상(61)이 근사 곡선(60)에 대해 기울어져 있는 것을 나타내기 위해, 도 7에서는, 기울기를 나타내는 베이스라인(64)을 1점 쇄선으로 나타내었다. (수학식 3)은 단순한 오프셋만을 제거하고 있지만, (수학식 4)는, 그 기울기 성분도 제거하여, 웨이퍼 전체면에서 양호한 포커스 제어를 가능하게 한다. 웨이퍼 반송시에 홀더를 이용하는 장치는, 스테이지 상에 탑재되었을 때에 홀더의 높이 방향의 재현성이 비교적 변동되기 쉬우므로, 이와 같이 기울기 보정하면 효과적이다.

이상은, 오프셋값을 1차 함수로 근사한 예에 대해 설명하였지만, 다른 근사 함수도 사용할 수 있는 것은 물론이다. 또한, 이상 설명한 연산 처리는, 모두 프로세서(77)에 의해 실행된다.

또한, 극히 근소한 포커스 어긋남도 허용할 수 없는 경우에는, 전술해 온 포커스 맵을 이용한 포커스 제어 외에, 좁은 범위에서 복수매 촬상하면서 화상 처리를 행함으로써 저스트 포커스값을 추정하는 오토 포커스를 병용하는 방법도 유효하다. 원래, 보정 데이터에 의해 어느 정도의 정밀도로 포커스값을 예상할 수 있기 때문에, 화상을 사용한 오토 포커스에서도 촬상 매수를 저감시킬 수 있으므로, 비교적 단시간에 정밀도가 높은 포커스 맞춤이 가능해져, 고정밀도의 화상 취득과 비교적 빠른 처리량의 양립을 실현할 수 있다.

이상 설명해 온 실시예에서는, 얼라인먼트용의 광학식 현미경을 예로 설명하고 있었지만, 단파장 레이저를 이용한 암시야 광학 현미경의 포커스 맞춤에 대해서도 동일한 효과를 얻을 수 있다. 특히, 회로 패턴이 형성되어 있지 않은 베어 웨이퍼의 미소 이물질 관측에서는, 화상 처리를 이용한 오토 포커스 자체가 곤란하므로, 포커스값의 추정이 가능한 본 실시예의 효과가 더욱 높다.

또한, 본 실시예에서는 1개의 광학식 현미경을 탑재한 하전 입자선 장치에 대해 설명해 왔지만, 복수개의 광학식 현미경을 탑재한 장치에 있어서도 마찬가지로 적용할 수 있다. 하전 입자선 및 복수의 광학식 현미경의 포커스 제어가 1개의 Z센서로 실현 가능하게 되므로, 비용 장점은 보다 높아진다.

이상, 본 실시예의 포커스 제어 방법에 따르면, 장치 비용의 상승 및 처리량의 저하를 억제하면서, 광학식 현미경의 포커스 맞춤을 고정밀도로 실현할 수 있다.

제2 실시예

본 실시예에서는, 이상점을 제거하여 포커스 맵을 작성하는 기능을 구비한 결함 리뷰 SEM의 구성에 대해 설명한다. 장치의 전체 구성이나 대략적인 동작 플로우는, 제1 실시예와 동일하므로, 이하의 설명에서는 동일한 설명은 생략하고, 상이점에 대해서만 설명한다. 또한, 제1 실시예에서 사용한 도면을 적절하게 유용한다.

도 8에 나타내는 바와 같이, 기준 포커스 맵을 작성할 때, 기준 웨이퍼 이면, 혹은 정전 척에 이물질이 부착되어 있으면, 국소적으로 솟아오른 형상이 취득된다. 이 결과를 기초로, 최소 제곱법에 의한 다항식 근사식을 작성하면, 국소적인 변화에 그 좌표 주변에서 마치 포커스 맵이 들어올려지는 것 같은 오차를 포함해 버린다.(극대값은 반대로 눌러지는 것 같은 오차로 된다.) 이 이물질은, 웨이퍼를 바꿈, 로드를 반복함, 혹은 정전 척을 클리닝하는 등의 방법으로 제거되는 경우가 많으므로, 그 후의 광학식 현미경의 포커스 조정에서는, 도 9에 나타내는 바와 같이 이물질이 있었던 위치가 반대로 함몰되는 경향의 포커스 맞춤 오차가 발생한다.

따라서 본 실시예에서는, 포커스 맵 작성시에는 취득된 데이터가 이물질의 영향을 받지 않는지 확인하기 위해, 취득한 포커스 맵(xi, yi, Fi)과, 포커스 맵의 근사식에 의한 포커스 맵 F(x, y)를 감산하고, 그 차분이 임계값을 초과하고 있지 않은지 여부의 판정을 행한다. 실험식으로부터 괴리되어 있다고 하는 것은, 그 장소에 국소적인 높이 변화가 존재하고 있는 것을 나타낸다. 통상적으로, 스테이지의 주사 정밀도에 기인하는 높이 변동은, 1차적, 혹은 2차적인 변화가 많고, 다항식 근사식을 4차 정도까지 설정하고 있으면, 대략 재현이 가능하다. 그러나, 이물질이 끼워져 있었던 경우, 매우 좁은 범위에 있어서 급준한 변화가 생기므로, 4차 정도의 다항식 근사식으로는 그 변화가 재현될 수 없고, 결과적으로 실측값과의 비교를 한 경우, 편차가 커진다. 본 현상을 이용하여, 이물질이 없는 상태에서의 보정식을 작성할 수 있었는지의 여부를 판정하는 것이 가능해졌다.

보정식이 적당한지 여부의 판정의 임계값으로서는, 예를 들면 광학식 현미경(26)의 초점 심도의 값을 설정하면, 적어도 포커스 어긋남에 의한 불선명이 없는 상태를 확보할 수 있다. 상기한 바와 같은 판정으로 OK이면 등록, NG이면 이물질의 제거를 촉구하는 메시지를 출력하는 소프트를 광학식 현미경 제어부(75)에 내장하고, 프로세서(77)에 의해 실행시킴으로써, 포커스 맵 작성 작업의 양부를 판단할 수 있게 된다. 한편, 정전 척에의 이물질 부착 등, 장치를 리크하지 않으면 제거할 수 없는 경우, 유저의 인라인 사용 장치에서는 용이하게 대책을 할 수 없다.

이와 같은 상황을 생각하여 이하와 같은 방법으로, 이물질의 영향을 제거한다.

실제의 작업 플로우를 도 10에 나타낸다.

취득한 기준 포커스 맵(xi, yi, Fi)과, 기준 포커스 맵의 피팅 커브인 F₀(x, y)를 감산하고, 그 차분이 임계값을 초과하고 있었던 경우, 그 최대값의 좌표에 이물질이 있다고 생각하고, 포커스 맵으로부터 그 좌표의 포커스값을 제외하여 다시 근사식[F₁(x, y)로 함]을 작성한다. 다음으로, 재작성한 근사식 F₁(x, y)로부터, 포커스 맵(xi, yi, Fi)을 감산한다. 이때에 사용하는 포커스 맵으로서는, 기준 포커스 맵으로부터 상기 최대값의 좌표에서의 포커스값을 제외한 데이터 집합을 이용한다. 감산한 결과가 임계값에 들어가면, 이물질의 영향을 제외할 수 있었던 근사식으로서 등록한다. 임계값에 들어가지 않는 좌표가 있으면, 마찬가지로 그 최대값을 제외하고 다음의 근사식 F₂(x, y)를 작성한다. 이상, 모든 좌표에서의 감산 결과가 임계값에 들어갈 때까지 상기 연산을 반복하면, 이물질의 영향을 제외할 수 있었던 근사식을 얻을 수 있다.

단, 연산 횟수의 상한을 정한 쪽이, 거대한 이물질에 의한 넓은 범위의 데이터 제외나, 현저한 수의 이물질에 의한 데이터 제외의 결과를 반영하는 것을 회피할 수 있다. 이와 같은 경우는, 작성된 근사식의 신뢰성은 낮으므로, 근본적인 대책을 촉구하는 메시지를 모니터상의 유저 인터페이스에 출력하는 편이 좋다. 예를 들면, "보정식의 신뢰성이 낮아져 있습니다. 정전 척 상면, 혹은 웨이퍼 이면의 이물질 부착의 가능성이 있으므로, 클리닝의 실시, 혹은 웨이퍼의 교환을 권장합니다" 등의 메시지가 생각된다.

이상과 같이, 이상점을 제거하여 포커스값의 근사식을 작성하는 기능을 장치가 가짐으로써, 제1 실시예에 비해, 보다 정밀도가 좋은 포커스 제어가 가능해진다.

제3 실시예

본 실시예에서는, 포커스 조정 정밀도의 경시 열화를 모니터하는 기능을 구비한 결함 리뷰 SEM의 구성에 대해 설명한다. 제2 실시예와 마찬가지로, 제1 실시예와 동일한 구성이나 기능의 설명은 생략하고, 상이점에 대해서만 설명한다. 또한, 제1 실시예에서 사용한 도면을 적절하게 유용한다.

전술한 바와 같이, 제1 실시예에서 설명한 포커스 제어 방법의 기반은 높이 방향에 관한 재현성이 좋은 것이며, Z센서와 광학식 현미경의 높이에 관한 상대 변동이 없는 것이 전제이다. 그러나, 리뷰 SEM이나 그 외의 반도체 검사·계측 장치가 설치되는 클린룸은, 현실적으로는 온도 변동이 있어, 적지 않게 포커스 정밀도에 영향을 미친다. 예를 들면, 양자가 실장되는 시료실의 열팽창에 의해, 각각의 설치 위치가 상대 변위하거나, 각각의 내부 광학 광로가 신축에 의해 초점이 어긋난다. 이들에 의해, 보정 데이터 작성시의 상대 관계가 변화하여, 포커스 어긋남이 발생할 가능성이 있다.

또한, 시료실은 진공 용기이므로, 기압의 변동이 생기면 시료실이 변형되어, Z센서와 광학식 현미경의 설치 위치가 상대 변위하는 것도 동일한 이유에서 포커스 정밀도 열화로 이어진다.

상기한 바와 같은 환경 변화에 의한 Z센서와 광학식 현미경의 높이에 관한 상대 변위의 영향을 제거하는 목적으로서, 본 실시예에서는 이하와 같은 시퀀스를 실행한다.

(1) 스테이지 상(홀더 사용의 경우에서는 홀더 상에서도 가능)에, 도 11에 도시한 바와 같은, 패턴이 형성된 기준 마크 부재를 설치해 둔다.

(2) 보정 데이터 작성시에, 동시에 상기 기준 마크의 Z센서에 의한 높이 Zs와, 광학식 현미경의 포커스값 Fs를 측정하고, 장치에 기억한다.

(3) 실제의 운용시에 정기적으로, 다시 상기 기준 마크의 상기 기준 마크의 Z센서에 의한 높이 Zs'와, 광학식 현미경의 포커스값 Fs'를 측정한다.

(4) 각각의 상대 변위의 합을 보정 데이터로서 가산한다. 보정식(수학식 4)을 이용하면 하기와 같이 표현할 수 있다.

또한, 상기 시퀀스 (1) 내지 (4)는, 광학식 현미경 제어부(75)가, 위치 제어부(71)와 스테이지 제어부(72)에 위치(X0, Y0) 및 기준 마크 부재의 배치 위치에서의 높이 계측을 지시함으로써 실행된다. 또한, 수학식 5의 연산 처리는 프로세서(77)에 의해 실행된다. 광학식 현미경 제어부(75)가 정기적으로 Z센서의 높이 계측과 포커스값의 측정을 자동 실행하기 위해, 모니터상의 유저 인터페이스에는, 높이 계측과 포커스값 측정을 행하는 시간 간격 혹은 단위 시간당 실행 횟수를 설정하기 위한 설정 화면이 표시된다.

상기 시퀀스를 실행함으로써, 가령 환경 변화에 의해 포커스 정밀도가 열화하고 있어도, 포커스 제어의 정밀도 열화를 저감시키는 것이 가능해지고, 또한, 이상의 설명에서는, 정기적인 실행으로 기재하고 있지만, 유저 판단으로도 즉시 실행할 수 있는 인터페이스를 구성해도 된다. 이상, 본 실시예에 의해, 항상 일정 수준 이상의 정밀도로 포커스 제어를 행하는 것이 가능한 하전 입자선 장치를 실현할 수 있다.

1 : 칼럼
2 : 시료실
3 : 로드 로크
4 : 마운트
5 : 진공 펌프
6 : 가대
10 : 웨이퍼
11 : 전자총
12 : 전자선
13 : 전자 렌즈
14 : 편향기
14A : 위치 편향기
14B : 주사 편향기
15 : 검출기
16 : 전자 렌즈
17 : 편향 제어부
21 : 스테이지
22 : 바 미러
23 : 간섭계
24 : 정전 척
25 : Z센서
26 : 광학식 현미경
31 : 반송 로봇
32 : 진공측 게이트 밸브
33 : 대기측 게이트 밸브
40 : 기준 마크
50 : 포커스 맵
51 : 다항식 근사
52 : 특이점
53 : 포커스 어긋남 곡선
60 : 다항식 근사 곡선
61 : 관찰시의 웨이퍼 면 형상
62 : 오프셋 측정 위치
63 : 보정식
64 : 베이스 라인
70 : 칼럼 제어부
71 : 위치 제어부
72 : 스테이지 제어부
73 : 화상 제어부
74 : 제어용 컴퓨터
75 : 광학식 현미경 제어부
76 : 메모리
77 : 프로세서
80 : 스테이지 좌표축 X
81 : 스테이지 좌표축 Y
82 : 웨이퍼 좌표축 X
83 : 웨이퍼 좌표축 Y
90 : 관찰 대상 패턴
91 : 관찰 범위
95 : 현재의 관찰 패턴
96 : 현재의 참조 패턴
97 : 과거의 관찰 패턴
98 : 과거의 참조 패턴
100 : 웨이퍼 좌표계의 개념 형상
101 : 참조 패턴의 웨이퍼 좌표계의 개념 형상

Claims

스테이지 상에 적재된 웨이퍼에 대해 1차 하전 입자 빔을 조사하고, 발생하는 2차 전자 내지 반사 전자를 검출하여 검출 신호를 출력하는 하전 입자 광학 칼럼과,
상기 웨이퍼의 상기 하전 입자 광학 칼럼의 아래에 위치하는 점의 높이를 계측하도록 배치된 Z센서와,
상기 스테이지의 면내 방향의 이동량을 계측하는 위치 계측 수단과,
광축이 상기 하전 입자 광학 칼럼의 광축과 떨어져 배치되고, 상기 웨이퍼에 광을 조사하여 얻어지는 반사광 또는 산란광을 검출함으로써, 상기 웨이퍼의 화상을 촬상하는 광학식 현미경과,
당해 광학식 현미경의 초점 조정을 행하는 제어부를 구비하고,
당해 제어부는,
상기 광학식 현미경에서 얻어지는 상기 광학식 현미경의 포커스값의 상기 웨이퍼 면내의 위치에 대한 의존성과, 상기 위치 계측 수단의 계측값과의 관계를 이용하여, 상기 웨이퍼 표면 상의 상기 광학식 현미경의 촬상 위치에 있어서의 해당 광학식 현미경의 포커스값을 구하고,
상기 웨이퍼의 소정 기준 위치에 있어서의 상기 Z센서의 계측값을 이용하여 상기 구한 포커스값을 교정하는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 기준 위치에서의 Z센서의 계측값과, 상기 광학식 현미경의 촬상 예정 위치에서의 Z센서의 계측값과의 차분을 오프셋 데이터로서 기억하고, 당해 오프셋 데이터를 상기 교정 전의 포커스값에 가산함으로써, 상기 광학식 현미경의 포커스값을 구하는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
제1항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 광학식 현미경의 포커스값의 상기 웨이퍼 면내의 위치에 대한 의존성을 다항식으로 근사하고, 당해 다항식을 계산함으로써 상기 포커스값을 구하는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
제3항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 웨이퍼 상에 복수의 격자점을 설정하고, 당해 복수의 격자점에 대해 상기 광학식 현미경의 합초점 조건을 구함으로써 상기 포커스값을 정하고, 당해 포커스값을 상기 격자점의 위치 정보로 피팅함으로써 상기 근사 다항식을 생성하는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
제2항에 있어서,
상기 오프셋 데이터로서, 상기 웨이퍼 상의 복수의 위치에서 취득된 Z센서의 계측값을 이용하는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
제5항에 있어서,
상기 복수의 위치에서 취득된 Z센서의 계측값을 상기 웨이퍼 상의 위치에 관한 근사식으로 근사하고, 당해 근사식을 이용하여 상기 오프셋 데이터를 산출하는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
제4항에 있어서,
상기 광학식 현미경에 의해 촬상된 화상이 표시되는 화면 표시 수단을 구비하고,
상기 다항식에 의해 계산되는 상기 포커스값과, 상기 복수의 격자점에서의 포커스값과의 차분이 소정의 임계값을 초과하고 있었던 경우에는, 당해 임계값을 초과하고 있는 것을 나타내는 정보가 상기 화면 표시 수단에 표시되는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
제7항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 임계값을 초과하고 있는 격자점의 포커스값을 제외하고, 상기 근사 다항식을 재계산하는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
제1항에 있어서,
기준 마크를 갖고, 상기 스테이지 상에 보유 지지된 기준 마크 부재와,
당해 기준 마크에 대한 상기 Z센서의 계측값 및 상기 광학식 현미경의 포커스값이 저장된 기억 수단을 구비하고,
장치 운용 중에, 상기 Z센서에 의한 상기 기준 마크의 높이 계측과, 상기 광학식 현미경에 의한 상기 기준 마크에 대한 포커스값의 측정을 실행하고,
상기 기억 수단에 저장된 상기 Z센서의 계측값 및 상기 기억 수단에 저장된 포커스값과의 차분을 상기 웨이퍼 상에서의 상기 기준 마크에 대한 포커스값에 가산하는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 스테이지 상에 설치된 정전 척을 구비하고, 당해 정전 척에 의해 상기 웨이퍼를 보유 지지하는 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.
스테이지 상에 적재된 웨이퍼에 대해 1차 하전 입자 빔을 조사하고, 발생하는 2차 전자 내지 반사 전자를 검출하여 검출 신호를 출력하는 하전 입자 광학 칼럼과,
상기 웨이퍼의 상기 하전 입자 광학 칼럼의 아래에 위치하는 점의 높이를 계측하도록 배치된 Z센서와,
상기 스테이지의 면내 방향의 이동량을 계측하는 레이저 간섭계와,
광축이 상기 하전 입자 광학 칼럼의 광축과 떨어져 배치되고, 상기 웨이퍼에 광을 조사하여 얻어지는 반사광 또는 산란광을 검출함으로써, 상기 웨이퍼의 화상을 촬상하는 광학식 현미경과,
상기 광학식 현미경에서 얻어진, 상기 웨이퍼 표면의 위치의 정보와 당해 위치에 있어서의 상기 광학식 현미경의 포커스값이 포커스 맵으로서 저장된 기억 수단과,
상기 포커스 맵을 근사식으로 피팅함으로써 상기 웨이퍼 상의 임의 위치에서의 상기 광학식 현미경의 포커스값을 구하고, 또한, 상기 Z센서로 계측된 상기 웨이퍼 표면 상의 소정 기준 위치의 높이 정보를 이용하여 상기 구한 포커스값을 교정하는 프로세서를 구비한 것을 특징으로 하는 하전 입자선 장치.